一种非侵入红外复合吸收精测血糖变化的方法技术

本发明专利技术公开了一种非侵入红外复合吸收精测血糖变化的方法，所述方法首先根据葡萄糖分子振动和COMSOL模拟仿真结果确定复合探测源的选择波长；然后利用生物组织的选择性透过和血糖的特征吸收建立透射光强与糖浓度之间的数学关系，并利用人体测试部位的热辐射定标温度，为模型提供实时有效的动态参数，减小因待测个体和部位的差异而造成的误差；最后利用葡萄糖的手性旋光现象以垂直偏振的方式消除光强直流项，提高灵敏度，实现了动态修正的低浓度血糖的非侵入红外探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非侵入测血糖的方法，具体涉及一种用近红外吸收峰与中红外特征波长复合探测源，对人体耳垂组织的红外光谱吸收探测得出血糖浓度的方法。
技术介绍
根据国际糖尿病联合会2015年最新发布的《糖尿病地图》显示，中国糖尿病成年患者高达1.096亿，糖尿病相关医疗花费总计510亿美元。因此，对于高血糖及糖尿病患者，甚至是有意管理监测自身健康状况的未患病者，精确、高效、便捷的血糖测量监控设备具有巨大的需求量。而传统的血糖仪需要频繁扎针采血，并且要保证采血量不能过少，血液不能被污染，准备采血试纸，这都给待测者带来了痛苦与不便甚至是感染的风险，为此无侵入式测血糖的产品应运而生。虽然在这一交叉学科领域已有一些测量方法被提出，也有一些国外公司推出相应的产品，但是仍有测量条件严格、测量范围有限、测量精度不够、产品不便携、前期需要植入且价格昂贵等原因未能得到广泛推广。面对国内庞大数量的糖尿病患者，亟需研发出一款非侵入式高精度的便携使用的血糖仪以满足广大糖尿病患者对健康的迫切需求。而且这样一款方便测量的血糖仪不仅可以给糖尿病和高血糖患者用，健康人也可以用来监测自己的健康状况。现有的非侵入测血糖方法存在以下问题。组织液法吸附组织液常需要破坏待测部位的表皮层，组织液在皮肤表面也容易受到汗液和油脂的污染，并且该方法目前的精确度不高。热代谢法由于生物代谢热途径复杂多样，需要大量的传感器同时测量，所以并不便捷而且受环境和待测者生理状况的影响大。超声法需要在在毫米量级上进行超声测速，这需要兆赫兹级的扫描频率，要将这一点达到并使设备小型化还有待进一步研究。旋光法的测量部位必须是眼球，而在眼球上安装测量装置会给患者带来强烈的不适感，佩戴并不方便同时存在感染风险。目前关于红外非侵入测血糖的研究均是将探测波段割裂为近红外和中红外两个波段研究，其中血糖的近红外谱谱峰复杂，尚处于谱学分析阶段；中红外波段测血糖则停留在利用傅里叶红外光谱仪对装在样本池中的模拟血液样本进行红外谱检测阶段，对红外光测血糖未有详细的理论分析。由于红外测血糖的精度受环境和个体的温度影响较大，而现有的红外测血糖方法未有提出详细的数学模型并温度因素动态结合，因此存在客观误差。同时，现有的测量手段只能对非常高的血糖浓度变化(以100mg/dL为间隔)有较精确的测量。而人类在空腹时全血的正常血糖范围在70～110mg/dL，餐后一小时不超过200mg/dL,为能够有效的监测血糖，测量精度至少要达到10mg/dL，并考虑到上述分析中提到的感染风险等因素，提高人类的健康生活质量，对于广大糖尿病患者，一种非侵入且更为便捷有效的人体血糖精确测量的手段越来越成为迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非侵入红外复合吸收精测血糖变化的方法，利用近红外吸收峰与中红外特征波长复合的探测源对人体组织的吸收探测计算得出血糖浓度，并以温度动态调整测量计算的数学模型，以葡萄糖的旋光性提高探测灵敏度，达到低浓度血糖的精确测量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种非侵入红外复合吸收精测血糖变化的方法，首先根据葡萄糖分子振动和COMSOL模拟仿真结果确定复合探测源的选择波长；然后利用生物组织的选择性透过和血糖的特征吸收建立透射光强与糖浓度之间的数学关系，并利用人体测试部位的热辐射定标温度，为模型提供实时有效的动态参数，减小因待测个体和部位的差异而造成的误差；最后利用葡萄糖的手性旋光现象以垂直偏振的方式消除光强直流项。具体实施步骤如下：一、确定复合探测源的选择波长：选择8.3～10um作为复合探测源的中红外探测波长，选择1550nm和1310nm作为复合探测源的近红外探测波长。二、利用生物组织的选择性透过和血糖的特征吸收建立透射光强与糖浓度之间的数学模型：T＝10-μ(ν,c,T)b。式中，μ(ν,c,T)＝α(ν,c,T)+β(ν)+γ，α(ν,c,T)是吸收系数，β(ν)是Rayleigh散射系数，γ是Mie散射系数。三、利用人体测试部位的热辐射定标温度，为模型提供动态参数α(ν,c,T)：为了测量探测部位的具体温度，探测其在红外的最大辐射波长，根据黑体辐射公式对波长求导： d M ( λ , T ) d λ = ( 1 - h C 5 λ k T ) exp ( h C λ k T ) - 1 = 0. ]]>其中，C为真空中光速。以此可以求出不同的绝对温度下的辐射中心波长。测量人体耳垂为37°时，耳垂的生物热辐射峰波长为9.43um，可以得出待测生物组织的温度浮动对应的人辐射波长处于中红外。通过探测待测耳垂的中红外谱不仅可以得到血糖糖环的吸收信息，还可反馈耳垂的实时温度，动态调节模型中的理论吸收系数α(ν,c,T)以达到对所设定的广义系数的调节，其中： α ( v , c , T ) = N 1 B 12 · h n v C · [ 1 - exp ( - h v k B T ) ] = c · N A · g · exp ( - E k B T ) · 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非侵入红外复合吸收精测血糖变化的方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、确定复合探测源的选择波长：选择8.3～10um作为复合探测源的中红外探测波长，选择1550nm和1310nm作为复合探测源的近红外探测波长；二、利用生物组织的选择性透过和血糖的特征吸收建立透射光强与糖浓度之间的数学模型：T＝10‑μ(ν,c,T)b；式中，μ(ν,c,T)＝α(ν,c,T)+β(ν)+γ，α(ν,c,T)是吸收系数，β(ν)是Rayleigh散射系数，γ是Mie散射系数；三、利用人体测试部位的热辐射定标温度，为模型提供动态参数α(ν,c,T)：α(ν,c,T)=N1B12·hnνC·[1-exp(-hνkBT)]=c·NA·g·exp(-EkBT)·B12·hnνC·[1-exp(-hνkBT)]]]>其中，能级处于低能级E的原子数密度c为血糖浓度，C为真空中光速，n为折射率，ν为入射光频率，T为绝对温度，NA为阿伏伽德罗常熟，g为能级简并度，kB为玻尔兹曼常数，B12受激吸收系数，h为普朗克常数，E是低能级的能量，c为血糖浓度；四、利用葡萄糖的手性旋光现象以垂直偏振的方式消除光强直流项：设置起偏器与检偏器，在待测耳垂的两端并在方向上完全相互垂直，探测光作用于手性结构的葡萄糖分子上发生偏振方向的偏转，当透过耳垂的信号光通过检偏器时，基底背景光被与起偏完全垂直的检偏器全部滤去，利用碲镉汞APD对透射信号进行探测就可根据透过率推算出此时的血糖浓度。...

【技术特征摘要】
1.一种非侵入红外复合吸收精测血糖变化的方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、确定复合探测源的选择波长：选择8.3～10um作为复合探测源的中红外探测波长，选择1550nm和1310nm作为复合探测源的近红外探测波长；二、利用生物组织的选择性透过和血糖的特征吸收建立透射光强与糖浓度之间的数学模型：T＝10-μ(ν,c,T)b；式中，μ(ν,c,T)＝α(ν,c,T)+β(ν)+γ，α(ν,c,T)是吸收系数，β(ν)是Rayleigh散射系数，γ是Mie散射系数；三、利用人体测试部位的热辐射定标温度，为模型提供动态参数α(ν,c,T)： α ( ν , c , T ) = N 1 B 12 · h n ν C · [ 1 - exp ( - h ν k B T ) ] = c · N A · g · exp ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙芳魁，刘燕玲，丁卫强，李伟奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23