一种微型可穿戴式无创血糖监测仪制造技术

本发明专利技术公开了一种微型可穿戴式无创血糖监测仪，包括光纤探头、激光器、光谱探测器，光纤探包括激光通道、拉曼散射收集通道和检测通道，激光通道通过一滤光片与检测通道相连接；激光通道内设置有入射光纤、第一准直透镜、滤光片；检测通道内设置有第二准直透镜、检测光纤、自聚焦透镜；拉曼散射收集通道内设置有滤光片、第三准直透镜、采集光纤所述激光器和激光通道中的入射光纤相连接，光谱探测器和拉曼散射收集通道中的第二滤光片相连接。本发明专利技术使用自聚焦透镜作为采集透镜，确保光源汇聚到被测物表面，保证探头与被测物间无空隙，避免了环境中的信号进入探头。

【技术实现步骤摘要】
一种微型可穿戴式无创血糖监测仪
本专利技术涉及到光学探测和物质分析领域，尤其涉及一种微型可穿戴式无创血糖监测仪。
技术介绍
近年来，光学探测技术，特别是适用于人体的可穿戴式无创探测设备越发受到人们的青睐。拉曼光谱、红外光谱、荧光光谱等光学探测技术已经运用到人体生理指标的检测领域。拉曼光谱(Raman)可以揭示有机和无机物质的分子和晶体的振动模式，Raman光谱仪通过拉曼光谱的频移信息可以识别物质成分。将其运用到人体上，可以实现人体血糖、血脂等各项生理指标，甚至是癌细胞的快速检测以及动态实时检测。但拉曼光谱技术实现人体血糖无创检测还存在以下亟待突破的瓶颈.一是由于检测对象是人体，信号采集过程不够稳定，进而导致测试结果准确性和稳定性不理想.二是传统的实验室级拉曼光谱系统体积庞大、费用昂贵且不便于人体使用.三是定量分析方法误差大，准确性和可重复性不理想.拉拉曼光纤探头依据入射/采集接口的不同可以分为双光纤结构、单光纤结构和多光纤结构。市场上已有的拉曼光纤探头(如海洋公司的RIP-RPB系列探头，必达泰克公司的拉曼光谱仪采样附件BAC100和InPhonics公司的实验室探头系列)，可分为实验室型和工业型。工业型往往外壳为金属制成，坚固耐用，探头的探针较长，适合于伸进液体样本里面检测。实验室拉曼光纤探头多为双光纤结构，其中有代表性的是必达泰克公司的产品。该探头的一束光纤用来照射样品，另一束光纤收集拉曼散射信号。其光纤探头输入输出分为两路，通过二向色镜将光路分开，避免使用小反射镜，不会存在中心遮挡问题，但引入了新的元件。此结构的优点是结构紧凑，探头整体体积小，但是收集光路较长，元件多。光学元件的增加，提高了探头成本。拉曼光谱对测试条件非常敏感，现有光学探头的采集透镜有固定的焦距，但是在实际测量中，特别是活体检测时，往往不能保证光源准确聚焦到被测样品，导致测量结果的准确性、稳定性和可重复性十分不理想，无法满足活体检测、动态实时监测、快速检测的要求。此外，现有血糖监测仪的光学探头没有专门针对活体检测，特别是人体检测的设计研发，无论从其形制、规格还是操作使用上都不能很好地适用于对人体的探测，无法满足活体检测对方便性、舒适性的要求。
技术实现思路
本专利技术针对人体进行设计，不仅符合人体工学，而且能够辅助实现微小位置荧光光谱、红外光谱、拉曼光谱以及其他光谱信息的准确采集及定性、定量分析，是一款舒适安全并且稳定准确的微型可穿戴式无创血糖监测仪，相比传统的血糖监测仪，非常适用于对人体的光学探测。一种微型可穿戴式无创血糖监测仪，包括光纤探头、激光器、光谱探测器；所述光纤探头，包括激光通道、拉曼散射收集通道和检测通道；激光通道内沿入射激光的传播方向依次设置有入射光纤、第一准直透镜、第一滤光片；所述检测通道通过第一滤光片分别与激光通道和拉曼散射通道相连接；检测通道内沿入射激光经过第一滤光片反射后得到的反射激光的传播方向依次设置有第二准直透镜、检测光纤、自聚焦透镜；所述拉曼散射收集通道内沿反射激光的拉曼反射的方向依次设置有第一滤光片、第三准直透镜、采集光纤、第二滤光片；所述自聚焦透镜的光谱范围为805～906nm；所述第一滤光片和第二滤光片的对805～906nm光的透过率均大于92％，且对785nm光的反射率均大于等于92％；所述激光器和激光通道中的入射光纤相连接，所述光谱探测器和拉曼散射收集通道中的第二滤光片相连接；所述光谱探测器包括数据处理模块，所述数据处理模块用于将接收到的拉曼光谱数据进行归一化处理后，通过偏最小二乘法计算血糖浓度。进一步地，所述通过偏最小二乘法计算血糖浓度包括：通过式(1)得到血糖浓度Y：Y＝f(x)+Error(1)式(1)中，f(x)为主导因子：f(x)＝k1x1+k2x2+…+knxn+kn+1x12+kn+2x22+…+k2nxn2其中，n为拉曼光谱数据中与葡萄糖标准拉曼光谱数据位置相同的特征峰的数量，xn为拉曼光谱中与葡萄糖标准拉曼光谱位置相同的特征峰面积，k1,k2,…,k2n为第一系数；Error表示残差，Error＝j1x′1+j2x′2+…+jmx′m+jm+1x′21+jm+2x′22+…+j2mx′2m其中，m为拉曼光谱中除过n个与葡萄糖标准拉曼光谱位置相同的特征峰后其余特征峰的数量，x′m为拉曼光谱中除过n个与葡萄糖标准拉曼光谱位置相同的特征峰后其余特征峰的强度，j1,j2,…,j2m为第二系数；进一步地，还包括腕带，所述自聚焦透镜设置在腕带上。进一步地，所述自聚焦透镜和腕带之间设有一挡光板。进一步地，所述入射激光的波长为785nm。进一步地，所述入射光纤和检测光纤均为105/125um光纤，所述采集光纤为200/220光纤。现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：(1)本专利技术使用自聚焦透镜作为采集透镜，能够准确聚焦，确保光源汇聚到被测物表面，这种接触测量的方式保证探头与被测物间无空隙，避免了环境中的信号进入探头；同时，无论腕带松紧、活动等都不会影响焦点位置，从而保证光谱信息的准确采集；(2)本专利技术在设计上将探头分为2部分：一部分是壳体包裹的光路及元器件主体；另一部分是通过腕带固定在被测物表面的探头端，这2部分通过传输光纤连接，保证与被测物直接接触的探头端更加独立、小巧，便于固定及测试，符合人体工学，结构紧凑、体积小、重量轻，人机结合效果好；(3)本专利技术涉及的探头可根据需求与不同波长、不同功率的激光器以及不同类别的光纤光谱仪耦合成光学测试系统，可以采集拉曼光谱、红外光谱、荧光光谱等各类光谱信息，使用范围广；(4)本专利技术使用的光学元件体积小、光学性能好，能够达到实验室级的检测精度。附图说明图1为本专利技术光学探头的结构原理图；图2为本专利技术的工作流程图；图3为人体Raman光谱采集结果；图4为本专利技术的整体示意图；图5为葡萄糖标准拉曼光谱；图6为人体实验结果；图中标号代表为：1—激光器；2—FC接口；3—入射光纤；4—第一准直透镜；5—第三准直透镜；6—光谱探测器；7—第二滤光片；8—SMA905接口；9—采集光纤；10—第一滤光片；11—第二准直透镜；12—检测光纤；13—自聚焦透镜；14—挡光板；15—腕带。具体实施方式本专利技术采用两步离子交换法对铊掺杂自聚焦透镜进行制备，包括：先进行铊离子Tl+与钾离子K+交换,再进行铊离子Tl+与钠离子Na+交换。用两步离子交换工艺制备自聚焦透镜,其径向折射率分布可以得到明显的改善,从而更接近理想分布。进一步地，第一次离子交换时，铊玻璃纤维在KNO3熔盐中进行离子交换，温度范围为300-600℃；第二次离子交换时，把第一次交换的铊玻璃纤维放入NaNO3熔盐中进行离子交换,实际交换的是玻璃中的Tl+与熔融盐中的Na+(可以不考虑K+和Na+交换对折射率的影响)，温度范围为300-600℃；进一步地，自聚焦透镜的成分范围为：SiO2：40％-60％，PbO：10％-25％，Na2O：7％-14％，Tl2O：12％-24％。下面通过附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1一种微型可穿戴式无创血糖监测仪，如图1所示，包括光纤探头、激光器1、光谱探测器6；所述光纤探头，包括激光通道、拉曼散射收集通道和检测通道；激光通道内沿入射激光的传播方向依次设置有入射光纤(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型可穿戴式无创血糖监测仪，其特征在于，包括光纤探头、激光器(1)、光谱探测器(6)；所述光纤探头，包括激光通道、拉曼散射收集通道和检测通道；激光通道内沿入射激光的传播方向依次设置有入射光纤(3)、第一准直透镜(4)、第一滤光片(10)；所述检测通道通过第一滤光片(10)分别与激光通道和拉曼散射通道相连接；检测通道内沿入射激光经过第一滤光片(10)反射后得到的反射激光的传播方向依次设置有第二准直透镜(11)、检测光纤(12)、自聚焦透镜(13)；所述拉曼散射收集通道内沿反射激光的拉曼反射的方向依次设置有第一滤光片(10)、第三准直透镜(5)、采集光纤(9)、第二滤光片(7)；所述自聚焦透镜(13)的光谱范围为805～906nm；所述第一滤光片(10)和第二滤光片(7)的对805～906nm光的透过率均大于92％，且对785nm光的反射率均大于等于92％；所述激光器(1)和激光通道中的入射光纤相连接，所述光谱探测器(6)和拉曼散射收集通道中的第二滤光片(7)相连接；所述光谱探测器(6)包括数据处理模块，所述数据处理模块用于将接收到的拉曼光谱数据进行归一化处理后，通过偏最小二乘法计算血糖浓度。...

【技术特征摘要】
1.一种微型可穿戴式无创血糖监测仪，其特征在于，包括光纤探头、激光器(1)、光谱探测器(6)；所述光纤探头，包括激光通道、拉曼散射收集通道和检测通道；激光通道内沿入射激光的传播方向依次设置有入射光纤(3)、第一准直透镜(4)、第一滤光片(10)；所述检测通道通过第一滤光片(10)分别与激光通道和拉曼散射通道相连接；检测通道内沿入射激光经过第一滤光片(10)反射后得到的反射激光的传播方向依次设置有第二准直透镜(11)、检测光纤(12)、自聚焦透镜(13)；所述拉曼散射收集通道内沿反射激光的拉曼反射的方向依次设置有第一滤光片(10)、第三准直透镜(5)、采集光纤(9)、第二滤光片(7)；所述自聚焦透镜(13)的光谱范围为805～906nm；所述第一滤光片(10)和第二滤光片(7)的对805～906nm光的透过率均大于92％，且对785nm光的反射率均大于等于92％；所述激光器(1)和激光通道中的入射光纤相连接，所述光谱探测器(6)和拉曼散射收集通道中的第二滤光片(7)相连接；所述光谱探测器(6)包括数据处理模块，所述数据处理模块用于将接收到的拉曼光谱数据进行归一化处理后，通过偏最小二乘法计算血糖浓度。2.如权利要求1所述的微型可穿戴式无创血糖监测仪，其特征在于，所述通过偏最小二乘法计算血糖浓度包括：通过式(1)得到血糖浓度Y：Y＝f...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭波，郑毅，高飞，朱香平，聂荣志，
申请(专利权)人：浙江澍源智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33