一种血糖光声无损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血糖光声无损检测装置及方法，包括光源激发单元、被测组织、超声传感器和数据处理控制单元构成。本发明专利技术采用多波长联合激发来对血糖成分进行光声检测，不仅可以一次性激发得到多个波长下的光声幅值，还可以有选择性地控制不同数量的光源组合进行联合激发。并且，采用不同血糖特征波长的多个激光二极管来作为激发光源，可以使得整个血糖光声检测装置体积小巧，有利于装置的便携化设计。相比与其他类型的光声检测装置和方法，本发明专利技术公开的一种血糖光声无损检测装置及方法，适用性更强、功能更完整，便于携带。

A device and method for nondestructive testing of blood glucose by photoacoustic

The invention discloses a kind of blood glucose photoacoustic nondestructive testing device and method, which comprises a light source excitation unit, a measured tissue, an ultrasonic sensor and a data processing control unit. The invention uses multi wavelength joint excitation to detect the composition of blood sugar by photoacoustic detection. It can not only stimulate the amplitude of the optical sound at multiple wavelengths at one time, but also selectively control the combination of different number of light sources for joint excitation. Moreover, the use of multiple laser diodes with different wavelength of blood glucose as the excitation source can make the whole blood sugar photoacoustic detection device be small and compact, which is beneficial to the portable design of the device. Compared with other types of photoacoustic detection devices and methods, the invention discloses a kind of blood glucose photoacoustic nondestructive testing device and method, which has more applicability, more complete function and easy to carry.

【技术实现步骤摘要】
一种血糖光声无损检测装置及方法
本专利技术属于生物医疗检测
，具体涉及一种血糖光声无损检测装置及方法。
技术介绍
目前，尚无完全治愈糖尿病的方法和特效药，只有依靠对血糖值进行监测，然后依靠血糖值来增减药量从而达到稳定体内血糖值。因此，血糖的准确检测对于糖尿病患者而言至关重要。目前检测血糖的方法依然是采用针刺采血，然后利用生化分析仪器来对血糖值进行测定，这种方法得到的血糖值虽然较准确，但是，对于病情较重而需要频繁监测血糖值的糖尿病患者，却带来了巨大的经济和身心负担，并且频繁扎针使得创面难以愈合，从而又增加了二次感染的风险。因此，血糖无损检测是未来糖尿病血糖监测技术的必然发展趋势。目前，血糖无损检测技术中最具代表性的有光学检测方法，如：近/中红外光谱法、偏振光技术、光学相干层析术、拉曼光谱法等。由于这些纯光谱法受人体组织他组分干扰，如：水分、蛋白质等，光谱数据产生严重地重叠和混叠，使得血糖特征光谱信号提取困难，大大限制了纯光谱技术在血糖无损检测方面的进展。但是，光声技术兼具了光学高对比度和声学高分辨率的优点，利用探测声信号来代替探测光子信号，可以较好地克服组织散射光和他组分光谱混叠等带来的干扰，最终可以提高血糖检测的稳定性和准确性。但是，目前血糖光声检测大部分依然是对仿体和离体样本进行研究的，在体光声血糖检测的研究相对较少。同时，现在光声血糖检测都是以某一个固定波长来进行研究的，但是血糖光声信号特征波长到目前为止还没有完全确定，并且对于某一个固定波长而言，也存在着在这个波长上存在其他组分特征吸收产生的光声信号干扰的现象。因此，仅仅依靠单个波长的光声检测方式，无法满足复杂介质和影响因素众多的被测样品，尤其是人体组织。因此，必须寻求光声血糖无损检测的改进方法。
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，提供一种血糖光声无损检测装置及方法。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：一种血糖光声无损检测装置，包括光源激发单元、被测组织、超声传感器和数据处理控制单元，所述光源激发单元包括光源一、光源二、光源三、光源四、光源驱动器、光源耦合器、单模光纤、多模光纤、准直透镜和聚焦透镜构成；所述光源耦合器通过单模光纤分别与光源一、光源二、光源三、光源四连接，所述光源耦合器整合后的光通过多模光纤输出，由准直透镜准直和聚焦透镜聚焦后成为聚焦光斑；所述数据处理控制单元沿信号传输方向依次设置信号放大器、信号采集器、计算机和信号同步电路；所述信号同步电路输入端与计算机相连，所述信号同步电路输出端分别与信号放大器和信号采集器相连，用于将计算机的同步信号送至信号放大器和信号采集器，从而实现信号的同步放大和采集操作；所述光源驱动器输入端与数据处理控制单元中的计算机相连，所述光源驱动器输出端分别与光源一、光源二、光源三、光源四连接，其作用在于接收数据处理控制单元中的计算机的光源启动指令，来控制光源一、光源二、光源三、光源四的单个或多个光源的开启操作。优选地，所述光源一、光源二、光源三、光源四为脉冲激光器，既可以为波长可调谐的脉冲激光器，也可以为固定波长的脉冲激光器，或频率调制的脉冲激光器。优选地，所述被测组织为人体在体组织、离体组织或液态样本。若被测组织为人体在体组织或离体组织，可以直接用于检测；对于液态血液样本，需要利用透明容器(石英或玻璃材质的比色皿等)进行装载。优选地，所述超声传感器为聚焦或非聚焦型超声探测器，用于探测被测组织中的血糖光声信号。优选地，所述光源激发单元中光源的个数不少于2个。优选地，所述超声传感器与被测组织之间填充超声耦合剂，用于提高超声传感器与被测组织中血糖光声信号的阻抗匹配，提高血糖光声信号的信噪比和信号质量。优选地，所述超声传感器为单元传感器或多元传感器或环形超声传感器，所述超声传感器的中心响应频率不低于1MHz。一种血糖光声无损检测装置的检测方法，包括以下步骤：第一步：开启光源激发单元中光源一、光源二、光源三、光源四的电源开关，启动所有光源，并让所有光源预热半小时；第二步：等所有光源预热达到半小时后，将超声耦合剂均匀涂抹在被测组织表面，然后将超声传感器紧贴着被测组织表面；；利用生化血液分析法得到被测组织中血糖的浓度值c1；第三步：开启数据处理控制单元中的信号放大器、信号采集器、计算机和信号同步电路的电源，让数据处理控制单元中所有的电子器件和电路开始运行；第四步：开启计算机中的光源控制软件，并设置每个光源的参数，如：输出能量、输出波长、调制频率等，然后点击激发按键，通过光源驱动器的时延分时控制(t1+t2+t3+t4≤T,其中t1、t2、t3和t4分别为光源一、光源二、光源三和光源四的触发相互间隔时间，T为光源脉冲的重复周期；并且t1、t2、t3和t4均大于血糖光声信号在被测组织中的驰豫时间)，来分别控制光源一、光源二、光源三、光源四的多个光束的分时激发操作；第五步：光源一、光源二、光源三、光源四根据不同的时延控制分别发出不同波长的光束，由各自单模光纤传输至光源耦合器，再经过多模光纤耦合传输后，再由准直透镜进行准直和聚集透镜聚集后入射到被测组织中；第六步：聚集的光束入射至被测组织中后，组织中的血糖吸收入射光束的能量，由于能量的快速聚集和释放，使得被测组织局部产生快速热膨胀和收缩，从而产生超声机械波，即：光声信号；然后，携带血糖浓度特征的光声信号被超声传感器捕获，并转换为相应的光声电压信号，由信号放大器进行幅值放大，并在信号同步电路的同步控制下，由信号采集器进行同步采集，并转换为相应的数字信号，最后将数字信号传输至计算机进行分析处理，此时得到的4个不同波长对应光源激发下的血糖光声幅值，分别为：p11、p12、p13和p14；第七步：完成第一个被测组织的血糖光声检测后，更换第二个被测组织，然后重复第二步到第六步的步骤，得到第二个被测组织的血糖浓度值c2，以及第二个被测组织在4个不同波长光源激发下产生的光声幅值，即：p21、p22、p23和p24；以此类推，得到第n个被测组织的血糖浓度值cn，以及第n个被测组织在4个不同波长光源激发下产生的光声幅值，即：pn1、pn2、pn3和pn4；第八步：将上述n个被测组织的血糖浓度值矩阵c＝[c1,c2,…,cn]，以及n个被测组织在4个不同波长光源激发下产生的血糖光声幅值矩阵利用多元线性回归算法，建立n个被测组织血糖浓度与n个被测组织在4个不同波长光源激发下产生的血糖光声幅值回归校正模型，即：c＝k1p+k2，其中k1为回归系数，k2为常数；第九步：在未知血糖浓度的被测样品表面上，均匀涂抹超声耦合液，然后将超声传感器紧贴着被测组织表面，然后重复第三步至第六步，得到该未知血糖浓度被测组织在4个不同波长光源激发下产生的光声幅值，即：px1、px2、px3和px4，将这些光声幅值代入第八步建立的回归校正模型中去，得到该被测组织的血糖浓度值，从而实现了多个波长联合激发的血糖浓度光声检测。与现有技术相比，本专利技术获得的有益效果是：本专利技术提供的一种血糖光声无损检测装置及方法，采用多波长联合激发来对血糖成分进行光声检测，可以一次性激发得到多个波长下的光声幅值；同时，还可以通过光源驱动器来控制不同数量的光源组合进行联合激发，大大提高了血糖光声检测的适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：包括光源激发单元、被测组织、超声传感器和数据处理控制单元，所述光源激发单元包括光源一、光源二、光源三、光源四、光源驱动器、光源耦合器、单模光纤、多模光纤、准直透镜和聚焦透镜构成；所述光源耦合器通过单模光纤分别与光源一、光源二、光源三、光源四连接，所述光源耦合器整合后的光通过多模光纤输出，由准直透镜准直和聚焦透镜聚焦后成为聚焦光斑；所述数据处理控制单元沿信号传输方向依次设置信号放大器、信号采集器、计算机和信号同步电路；所述信号同步电路输入端与计算机相连，所述信号同步电路输出端分别与信号放大器和信号采集器相连，所述光源驱动器输入端与数据处理控制单元中的计算机相连，所述光源驱动器输出端分别与光源一、光源二、光源三、光源四连接。

【技术特征摘要】
1.一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：包括光源激发单元、被测组织、超声传感器和数据处理控制单元，所述光源激发单元包括光源一、光源二、光源三、光源四、光源驱动器、光源耦合器、单模光纤、多模光纤、准直透镜和聚焦透镜构成；所述光源耦合器通过单模光纤分别与光源一、光源二、光源三、光源四连接，所述光源耦合器整合后的光通过多模光纤输出，由准直透镜准直和聚焦透镜聚焦后成为聚焦光斑；所述数据处理控制单元沿信号传输方向依次设置信号放大器、信号采集器、计算机和信号同步电路；所述信号同步电路输入端与计算机相连，所述信号同步电路输出端分别与信号放大器和信号采集器相连，所述光源驱动器输入端与数据处理控制单元中的计算机相连，所述光源驱动器输出端分别与光源一、光源二、光源三、光源四连接。2.如权利要求1所述的一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：所述光源一、光源二、光源三、光源四为脉冲激光器。3.如权利要求1所述的一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：所述被测组织为人体在体组织、离体组织或液态样本。4.如权利要求1所述的一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：所述超声传感器为聚焦或非聚焦型超声探测器，用于探测被测组织中的血糖光声信号。5.如权利要求1所述的一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：所述光源激发单元中光源的个数不少于2个。6.如权利要求1所述的一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：所述超声传感器与被测组织之间填充超声耦合剂。7.如权利要求1所述的一种血糖光声无损检测装置，其特征在于：所述超声传感器为单元传感器或多元传感器或环形超声传感器，所述超声传感器的中心响应频率不低于1MHz。8.如权利要求1所述的一种血糖光声无损检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：开启光源激发单元中光源一、光源二、光源三、光源四的电源开关，启动所有光源，并让所有光源预热半小时；第二步：等所有光源预热达到半小时后，将超声耦合剂均匀涂抹在被测组织表面，然后将超声传感器紧贴着被测组织表面；利用生化血液分析法得到被测组织中血糖的浓度值c1；第三步：开启数据处理控制单元中的信号放大器、信号采集器、计算机和信号同步电路的电源，让数据处理控制单元中所有的电子器件和电路开始运行；第四步：开启计算机中的光源控制软件，并设置每个光源的参数，点击激发按键，...

【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