一种多参量的血糖光声检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多参量血糖光声检测装置及方法，该装置包括光源单元、光路单元、被测组织、探测单元和数据分析处理单元。本发明专利技术本发明专利技术公开了一种多参量血糖光声检测装置及方法，采用多个不同类型探测器构建成的探测单元，来对被测组织中的血糖浓度进行测定，可以同时得到不同血糖浓度对应的光声幅值、吸光系数、温度值、热膨胀系数和声速等参数值，并通过数理统计方法建立血糖浓度与各参数之间的对应关系模型，然后基于所构建的多变量关系模型来实现对未知血糖浓度的快速检测。与现有的光声检测装置和方法相比，本发明专利技术可以大大提高血糖光声检测的稳定性、准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种多参量的血糖光声检测装置及方法
本专利技术属于生物医疗检测
，具体涉及一种多参量的血糖光声检测装置及方法。
技术介绍
血糖光学检测技术由于具有无创、信噪比高、稳定性好和方便快捷等优势，使得这类检测技术成为了国内外许多学者和团队关注的研究热点。由于纯光学方法，如：近红外和中红外光谱法，受散射光干扰、光谱重叠和水吸收较强等因素的影响，使得光谱数据存在噪声、基线偏移和特征提取困难等不足。而光声检测技术兼具了纯光学高对比度和纯超声高分辨率的优点，从原理上避免了组织散射光带来的干扰影响，采用脉冲激光照射的激发方法，可以对位于皮肤较深层的血液以及血管中的血液成分进行光声检测。到目前为止，国内外一些学者对光声技术相关的理论和机理，并且针对不同的被测对象和不同波长的激发源，提出了不同的光声理论和模型；同时，对不同的仿体血糖、离体血糖和在体血糖进行了实验研究，得到了不同对象的血糖浓度与光声信号强度之间的映射关系，以及血糖浓度的预测模型。但是，过去的血糖光声检测仅仅是以探测到的血糖光声幅度或峰峰值来与血糖浓度梯度之间建立一定的关系模型，这种方式使得所建立的血糖浓度预测模型过于简单，不具有实际应用价值。其原因是：实际血糖检测过程中，血糖光声幅度受众多因素的影响，比如：硬件参数变化、温度变化、物质的属性变化，甚至随着时间的推移，在体血糖浓度也在发生变化等等，这些因素不仅将使得被测血糖光声幅值的改变，而且也会使得血糖浓度本身也会发生相应的变化。因此，仅仅依赖光声幅值或峰峰值来与血糖浓度梯度之间建立映射关系远远不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术为解决血糖光声检测目前存在的技术问题，提供一种多参量的血糖光声检测装置及方法。为了解决本专利技术的技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多参量的血糖光声检测装置，包括光源单元、光路单元、被测组织、探测单元和数据分析处理单元，所述被测组织放置在所述探测单元内，所述光源单元激光的光束经过光路单元入射至被测组织上，所述探测单元将采集的信息传送至数据分析处理单元；所述光源单元包括光源、冷却组件和光源驱动模块，所述冷却组件对光源进行散热，以延长光源使用寿命；所述光路单元沿光传播方向依次设置准直透镜和聚焦透镜，所述探测单元包括石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器、热膨胀系数探测器；所述数据分析处理单元沿信号传输方向依次设置多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机，所述多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机依次电气连接；所述光源驱动模块、光源和所述计算机电气连接，通过计算机发送的控制指令，实现对光源的光束激发，以及能量、波长和频率等参数的调节；所述多通道信号放大器的入口端分别与环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和热膨胀系数探测器的4个输出端相连，用于将上述4个不同类型的探测器的电压信号进行放大；所述多通道数据采集器的输入端与多通道信号放大器的输出端相连，用于对放大后的电压信号进行模数转换和采集，然后将采集的数字信号传送至计算机中进行分析处理。优选地，所述探测单元中石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器、环形热膨胀系数探测器的轴向中心轴与光路单元中的准直透镜、聚焦透镜以及光源的轴向中心轴在一条直线上。优选地，所述探测单元中石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器、环形热膨胀系数探测器依次叠加在一起形成一个类似带石英玻璃底座的中空圆筒状，所述环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器的排列位置可以根据需要进行互换，所述光路单元和探测单元的横截面与光源的入射光光轴成90度。优选地，所述探测单元的石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器为同心圆环平面结构方式排列，所述石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器均在同一水平平面上，并且该平面与光路单元和光源的入射光光轴成90度。同时，探测单元由内至外依次为圆形状的石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器。所述环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器的排列位置也可以根据需要进行互换。优选地，所述被测组织与所述探测单元中的石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器紧密接触。优选地，所述环形多通道信号放大器和环形多通道数据采集器的通道数大于4个，便于后续血糖检测多参数的功能扩展。一种多参量的血糖光声检测方法，包括以下步骤：第一步：开启光源单元的电源开关，将光源进行预热，同时开启冷却组件，待光源预热约30分钟后，打开数据分析处理单元中的计算机，以及开启安装在计算机上的光源单元控制软件；第二步：在光源单元控制软件中，初始化光源各参数，包括：输出波长、输出能量、调制频率；第三步：对某一样本的被测组织，利用医用标准血糖检测仪对血糖浓度进行测定，并将血糖浓度值进行记录和保存；第四步：在光源单元控制软件中点击光源激发按键，光源输出一定波长、能量和频率的光束，依次经过光路单元中的准直透镜准直和聚焦透镜聚焦后，穿过探测单元中的石英玻璃并入射至被测组织中；第五步：入射光被被测组织吸收和反射后，有一部分光透射出被测组织，由探测单元中的环形吸光度探测器探测透射光，并转换为透射光强度对应的电压信号；利用环形超声探测器捕获被测组织中血糖的光声信号，并转换为相对应幅值p的电压信号；利用环形温度探测器对被测组织的温度进行测定，得到相对应温度的电压信号；利用环形热膨胀系数探测器对被测组织的热膨胀系数进行测定，得到相对应热膨胀系数的电压信号；第六步：上述4个探测器得到的对应血糖浓度的各个电压信号，依次由数据分析处理单元中的多通道信号放大器进行放大后，再由多通道数据采集器采集并转换为数字信号，最后输入到计算机中进行保存；第七步：在计算机中，将该被测组织的透射光光谱、光声光谱、实时温度走势图和热膨胀系数走势图进行实时显示；然后，利用朗伯-比尔定律求得被测组织中对应血糖浓度c的吸光系数α，其中朗伯-比尔定律为：A＝lg(Ii/Io)＝α·l·c，式中，A为吸光度，Ii为入射光强度，Io为透射光强度，α为吸光系数，l为光程长度，c为被测血糖浓度；得到对应血糖浓度c的数字化的光声幅值p，以及数字化的温度值T和数字化的热膨胀系数β；利用实时光声光谱的特征峰出现的时间和聚焦透镜焦点到环形超声探测器的距离得到被测组织中血糖的声速v；第八步：完成一个被测组织的吸光系数α、光声幅值p、温度值T、热膨胀系数β和声速v后，更换另外一个被测组织，跳转至第三步，然后重复第三步到第七步；以此类推，得到n(n>1)个被测组织对应血糖浓度矩阵c＝[c1,c2,...,cn]的吸光系数矩阵α＝[α1,α2,...,αn]、光声幅值矩阵p＝[p1,p2,...,pn]、温度值矩阵T＝[T1,T2,...,Tn]、热膨胀系数矩阵β＝[β1,β2,...,βn]和声速矩阵v＝[v1,v2,...,vn]；第九步：利用数理统计方法，建立血糖浓度矩阵c与吸光系数矩阵α、光声幅值矩阵p、温度值矩阵T、热膨胀系数矩阵β和声速矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：包括光源单元、光路单元、被测组织、探测单元和数据分析处理单元，所述被测组织放置在所述探测单元内，所述光源单元激光的光束经过光路单元入射至被测组织上，所述探测单元将采集的信息传送至数据分析处理单元；所述光源单元包括光源、冷却组件和光源驱动模块，所述冷却组件对光源进行散热；所述光路单元沿光传播方向依次设置准直透镜和聚焦透镜，所述探测单元包括石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器、热膨胀系数探测器；所述数据分析处理单元沿信号传输方向依次设置多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机，所述多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机依次电气连接；所述光源驱动模块、光源和所述计算机电气连接；所述多通道信号放大器的入口端分别与环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和热膨胀系数探测器的输出端相连；所述多通道数据采集器的输入端与多通道信号放大器的输出端相连，将采集的数字信号传送至计算机中进行分析处理。

【技术特征摘要】
1.一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：包括光源单元、光路单元、被测组织、探测单元和数据分析处理单元，所述被测组织放置在所述探测单元内，所述光源单元激光的光束经过光路单元入射至被测组织上，所述探测单元将采集的信息传送至数据分析处理单元；所述光源单元包括光源、冷却组件和光源驱动模块，所述冷却组件对光源进行散热；所述光路单元沿光传播方向依次设置准直透镜和聚焦透镜，所述探测单元包括石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器、热膨胀系数探测器；所述数据分析处理单元沿信号传输方向依次设置多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机，所述多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机依次电气连接；所述光源驱动模块、光源和所述计算机电气连接；所述多通道信号放大器的入口端分别与环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和热膨胀系数探测器的输出端相连；所述多通道数据采集器的输入端与多通道信号放大器的输出端相连，将采集的数字信号传送至计算机中进行分析处理。2.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述探测单元中石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器、环形热膨胀系数探测器的轴向中心轴与光路单元中的准直透镜、聚焦透镜以及光源的轴向中心轴在一条直线上。3.如权利要求2所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述探测单元中石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器、环形热膨胀系数探测器依次叠加在一起形成中空圆筒状，所述环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器的排列位置可互换，所述光路单元和探测单元的横截面与光源的入射光光轴成90度。4.如权利要求2所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述探测单元的石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器为同心圆环平面结构方式排列，所述石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器均在同一水平平面上，并且该平面与光路单元和光源的入射光光轴成90度；所述环形吸光度探测器、环形超声传感器、环形温度传感器和环形热膨胀系数探测器的排列位置可互换。5.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述被测组织与所述探测单元中的石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器紧密接触。6.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述环形多通道信号放大器和环形多通道数据采集器的通道数大于4个。7.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：开启光源单元的电源开关，将光源进行预热，同时开启冷却组件，待光源预热约30分钟后，打开数据分析处理单元中的计算机，以及开启安装在计算机上的光源单元控制软件...

【专利技术属性】
技术研发人员：任重，刘国栋，熊志华，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36