一种激光成像非采血式血糖检测方法技术

本发明专利技术涉及激光检测领域，一种激光成像非采血式血糖检测方法，种子激光器产生波长为近红外波段的种子光，所述种子光经过光电调制器调制为光强随频率啁啾变化的调制光；所述调制光射入被测人体表皮后与组织细胞液发生米氏散射作用，形成散射光；所述散射光经探测器后被转化为压电信号，所述压电信号经阻抗放大器放大，得到外差后的数字中频信号；所述数字中频信号经过与预存于计算机中的血糖浓度‑组织液散射系数相对关系图比对，解算出人体组织液中的血糖浓度。本发明专利技术能够快速准确的对血糖检测。

A method of non blood blood glucose detection by laser imaging

【技术实现步骤摘要】
一种激光成像非采血式血糖检测方法
本专利技术涉及激光检测领域，尤其涉及一种基于光强调制的FM/cw激光成像非采血式血糖检测方法。
技术介绍
糖尿病是非常广泛的一种常见的慢性疾病，对人体健康危害严重，糖尿病人需要对血糖进行监测，从而对临床治疗以及用药给出基础性的血糖数据。然而传统的血糖检测手段往往需要采血，目前最先进的检测手段仍然需要手指末梢采血，因此对用户造成相当大的心理影响，无创血糖检测可以消除病人的心理恐惧，对糖尿病的治疗和控制至关重要。目前的非采血式血糖检测方法有光谱法，偏振法等，系统复杂、后续分析过程较繁琐且误差较大。目前在无创血糖检测方面，比较成熟的是美国Cygnus公司研制的葡萄糖手表(GlucoWatch)，已经获得美国FDA批准。此装置不用刺伤手指取血，采用反离子电渗技术抽取体内葡萄糖，应用电化学方法进行检测，进而获取体内血糖浓度值，检测结果直接显示在仪表上，也可进行存储。但是当遇皮肤温度过高和出汗的情况检测结果不再有效，且每隔10分钟该装置才能获得一个检测结果，反离子电渗过程中的微弱电流还会对皮肤产生刺激作用，使皮肤过敏。目前该仪表在美国和欧洲已上市，患者可以在医生的嘱咐下使用，而国内仅进行过少量的临床试验，没有获得应用。同时，该仪表及配套耗材价格昂贵，不适用于普通患者。据此，市场上还没用一种非常成熟的可以实现无创血糖快速检测的产品及方法。针对目前无创血糖检测技术的现状，本专利技术采用激光散射光学检测的方法，能够有效消除体系干扰，光电信号经过调制，提高了检测稳定性和准确度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有非采血式血糖检测方法误差较大的问题，而提出一种基于光强调制的FM/cw激光成像非采血式血糖检测方法，实现无创血糖快速检测。一种激光成像非采血式血糖检测方法，该方法包括以下步骤：种子激光器产生波长为近红外波段的种子光，所述种子光经过光电调制器调制为光强随频率啁啾变化的调制光；所述调制光射入被测人体表皮后与组织细胞液发生米氏散射作用，形成散射光；所述散射光经探测器后被转化为压电信号，所述压电信号经阻抗放大器放大，得到外差后的数字中频信号；所述数字中频信号经过与预存于计算机中的血糖浓度-组织液散射系数相对关系图比对，解算出人体组织液中的血糖浓度。进一步的，所述近红外波段为800-1700nm。进一步的，所述近红外波段为850nm、905nm、1350、1550nm。进一步的，所述种子激光器产生波长为近红外波段的种子光，所述种子光经过光电调制器调制为光强随频率啁啾变化的调制光，包括：种子光功率为P0，经过光电调制器后，得到调制光的功率为：其中所述f1为调制频率；t为时间，ω1为角频率，φ1为调制光相位；进一步的，所述调制光射入被测人体表皮后与组织细胞液发生米氏散射作用，形成散射光，包括：种子光对人体表皮组织具有穿透作用，且在组织中满足比尔-朗伯定律，即：I2＝I1exp(-2μoff·L)(2)其中所述I2为接收到的散射光光强，I1为入射光光强，μoff为衰减系数，L为激光走过的光程；在同等光照面积上，光强与光功率成正比；则式(2)变为：P2＝P1exp(-2μoff·L)(3)衰减系数与散射系数成正比，即：μoff＝k1μS(4)其中所述μS为组织液散射系数；k1为比例系数；根据公式(1)、公式(3)和公式(4)，得到探测器接收到的回波功率为：进一步的，所述所述散射光经探测器后被转化为压电信号，所述压电信号经阻抗放大器放大，得到外差后的数字中频信号，包括：当回波光照射到叉指型金属-非金属-金属焦平面阵列探测器表面上时，产生的光电流为：i1＝σP2(6)其中σ为探测器的响应度；其中k2为比例系数，A为本振信号振幅，ω2为本振信号角频率，f2为本振信号频率，φ2为本振信号随机相位；根据公式(6)和公式(7)，得到：经过电外差过程和低通滤波器后，再经过增益放大后，得到外差后的数字中频信号为：i2＝Gk2Asin(2πΔft)exp(-2k1μS·L)(9)其中Δf为差频，G为放大倍数。进一步的，所述血糖浓度-组织液散射系数相对关系图，包括：散射系数随血糖浓度线性变化，通过解算组织液的散射系数来计算血糖浓度值；根据血糖浓度变化为1mmol，组织液的折射率变化为2.75×10-5的变化规律，通过计算机模拟，得到血糖浓度-组织液散射系数相对关系图。进一步的，所述中频信号经过与预存于计算机中的血糖浓度-组织液散射系数相对关系图比对，解算出人体组织液中的血糖浓度，包括：将公式(9)进行傅里叶变换，得到中频信号的频谱曲线；F(L)≈Gk2Aexp(-2k1μS·L)(10)将频谱信号取对数，可得：ln[F(L)]＝-2k1μS·L+ln(Gk2A)(11)根据式(11)求得k1，根据血糖浓度-组织液散射系数相对关系图，解算出人体组织液中的血糖浓度，得到血液血糖浓度值。进一步的，所述种子波长为850nm或905nm。本专利技术的有益效果为：本专利技术是利用光强调制的FM/cw激光成像方法，较波长调制的FM/cw激光成像方法保证了光源波长的单一性。使结果不随因波长不同产生的透过率变化的影响，保证了血糖检测的准确性。目前，其他的血糖检测方法，血糖浓度的误差一般都大于0.1mmol/L。本专利技术的血糖检测方法误差达到0.01mmol/L，同比误差降低了约90％。附图说明图1为基于光强调制的FM/cw无创血糖检测方法示意图；图2为血糖浓度与组织细胞液散射系数的相对关系图；图3为接收光功率随光程变化规律图；图4为接收光功率对数随血糖浓度变化规律曲线；图5为血糖模拟值与原血糖值对比图。具体实施方式具体实施方式一：如图1所示，一种激光成像非采血式血糖检测方法，该方法包括以下步骤：种子激光器1产生波长为近红外波段的种子光，特别是850nm、905nm、1350、1550nm，实验证明，血糖在850nm、905nm、1350、1550nm具有较弱的吸收值，便于有效的获得探测光，从而能够准确的获得血糖的浓度。所述种子光经过光电调制器2调制为光强随频率啁啾变化的调制光；所述光电调制器2为砷化稼晶体或钽酸锂晶体。所述光电调制器2经过扫频器5控制并调节。扫频器5，一般由扫描锯齿波发生器、扫频信号发生器、宽带放大器、频标信号发生器、X轴放大、Y轴放大、显示设备、面板键盘以及多路输出电源等部分组成。其基本工作过程是通过电源变压器将50Hz市电降压后送入扫描锯齿波发生器，就形成了锯齿波，这个锯齿波一方面控制扫频信号发生器，对扫频信号进行调频，另一方面该锯齿波送到X轴偏转放大器放大后，去控制示波器X轴偏转板，使电子束产生水平扫描。由于这个锯齿波同时控制电子束水平扫描和扫频振荡器，因此电子束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率。从左向右频率逐渐增高，并且是线性变化的。扫频信号发生器产生的扫频信号送到宽带放大器放大后，送入衰减器，然后输出扫频信号到被测电路。为了消除扫频信号的寄生调幅，宽带放大器增设了自动增益控制器(AGC)。宽带放大器输出的扫频信号送到频标混频器，在频标混频器中与1MHz和10MHz或50MHz晶振信号或外频标信号进行混频。产生的频标信号送入Y轴偏转放大器放大后输出给示波管的Y轴偏转板。扫频信号通过被测电路后，经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光成像非采血式血糖检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：种子激光器产生波长为近红外波段的种子光，所述种子光经过光电调制器调制为光强随频率啁啾变化的调制光；所述调制光射入被测人体表皮后与组织细胞液发生米氏散射作用，形成散射光；所述散射光经探测器后被转化为压电信号，所述压电信号经阻抗放大器放大，得到外差后的数字中频信号；所述数字中频信号经过与预存于计算机中的血糖浓度‑组织液散射系数相对关系图比对，解算出人体组织液中的血糖浓度。

【技术特征摘要】
1.一种激光成像非采血式血糖检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：种子激光器产生波长为近红外波段的种子光，所述种子光经过光电调制器调制为光强随频率啁啾变化的调制光；所述调制光射入被测人体表皮后与组织细胞液发生米氏散射作用，形成散射光；所述散射光经探测器后被转化为压电信号，所述压电信号经阻抗放大器放大，得到外差后的数字中频信号；所述数字中频信号经过与预存于计算机中的血糖浓度-组织液散射系数相对关系图比对，解算出人体组织液中的血糖浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述近红外波段为800-1700nm。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述近红外波段为850nm、905nm、1350、1550nm。4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：所述种子激光器产生波长为近红外波段的种子光，所述种子光经过光电调制器调制为光强随频率啁啾变化的调制光，包括：种子光功率为P0，经过光电调制器后，得到调制光的功率为：其中所述f1为调制频率；t为时间，ω1为角频率，φ1为调制光相位。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述调制光射入被测人体表皮后与组织细胞液发生米氏散射作用，形成散射光，包括：种子光对人体表皮组织具有穿透作用，且在组织中满足比尔-朗伯定律，即：I2＝I1exp(-2μoff·L)(2)其中所述I2为接收到的散射光光强，I1为入射光光强，μoff为衰减系数，L为激光走过的光程；在同等光照面积上，光强与光功率成正比；则式(2)变为：P2＝P1exp(-2μoff·L)(3)衰减系数与散射系数成正比，即：μoff＝k1μS(4)其中所述μS为组织液散射系数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜键，孟雪，
申请(专利权)人：郜键，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23