一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置及其探测方法。光学装置包括单色仪、探头、激励光源和分析装置，探头包括壳体和设置在壳体内的准直透镜、会聚透镜和聚焦透镜，以及设置在壳体前端的探测孔。探测孔孔径小于1mm，其中心设置在会聚透镜主轴上，与会聚透镜光心的距离L与会聚透镜的焦距f为0.5mm≤f‑L≤1.5mm。激励光源发出波长600nm以上的近红外光，对皮肤真皮层组织液中葡萄糖形成激励，单色仪收集处理葡萄糖受激励后产生的特征信号，供分析装置分析得到葡萄糖信号。本发明专利技术具有减少或剔除葡萄糖信号收集过程中血液信号干扰，直接、有效、便捷地获得组织液葡萄糖信号的优点。

An Optical Device and Method for Detecting Glucose Signal in Tissue Fluid

The invention discloses an optical device for detecting glucose signal of tissue fluid in vivo and a detection method thereof. The optical device includes a monochrometer, a probe, an exciting light source and an analysis device. The probe includes a shell and collimating lens, a convergent lens and a focusing lens, as well as a detection hole arranged at the front end of the shell. The detection aperture is less than 1 mm, the center of which is set on the main axis of the convergent lens. The distance L from the center of the convergent lens and the focal length f of the convergent lens are 0.5 mm < f_L < 1.5 mm. The excitation light source emits near infrared light with a wavelength of more than 600 nm, which stimulates the formation of glucose in the skin dermal tissue fluid. The monochrometer collects and processes the characteristic signals generated by the excitation of glucose for analysis by the analyzer. The invention has the advantages of reducing or eliminating blood signal interference in the process of collecting glucose signal and obtaining glucose signal of tissue fluid directly, effectively and conveniently.

【技术实现步骤摘要】
一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置及方法
本专利技术涉及一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置及方法，属于医疗检测

技术介绍
目前糖尿病或高血糖等糖代谢异常者需要频繁检测葡萄糖浓度水平以配合服药和饮食，这是糖尿病治疗的关键环节，体内葡萄糖水平是否得到及时监测和控制是糖尿病治疗的决定性因素。要检测的葡萄糖以葡萄糖水溶液的形式存在于体内液体环境中，以下称为体液。检测葡萄糖浓度需要先用仪器探测体液中的葡萄糖信号，然后用算法建立葡萄糖信号强度同葡萄糖浓度的关系。常用探测方法为体外探测，即先采用抽取或渗透的方法使血液或组织液等体液转移到体外，然后再对其探测。考虑到体外探测葡萄糖信号频繁的疼痛感和不便利的操作，以及不能实现连续测量，出现了体内探测葡萄糖信号的方法。目前用来检测葡萄糖浓度的体液有血管内血液、皮下组织液、眼睛内房水（组织液的一种）。血液-组织液之间存在体液循环，葡萄糖浓度大体趋于一致，然而在摄入糖之后不同体液的葡萄糖浓度变化存在差异，相对于血液中的葡萄糖浓度，某些情况下组织液中的葡萄糖浓度同糖尿病治疗联系更加紧密，越来越受到医学界重视。因此，需要一个更好的方法克服上述一系列缺点，该方法要求：体内探测代替体外探测；探测组织液葡萄糖信号而不是血液葡萄糖信号。美国专利US6181957采用光学方法探测眼睛的房水，房水内不含血管，可以避免血液信号的影响，然而所建议的方法带有安全性的问题。现有利用皮肤甚至透过皮肤探测葡萄糖浓度的方法，例如用光穿过耳垂或者手指，或者用针刺入皮下，然而这些部位的组织含有大量血管，而这些方法都未提到如何避免血液信号的干扰，甚至没有意识到区分组织液和血液。当前方法都忽视了探测真皮中组织液葡萄糖信号的可行性和必要性。真皮中的血管主要富集于上表面与表皮的交界处和下表面与皮下组织的交界处，真皮层内部由蛋白质纤维组成空间结构，其中填充有组织液，如果能够只收集来自真皮层内部的信号，就可以有效减少来自血液的信号，并且安全和便捷。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置及方法，通过对真皮层中组织液葡萄糖信号的探测获得葡萄糖信息，并减少甚至避免血液信号的影响。本专利技术通过以下技术方案实现：一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置，包括单色仪、探头、激励光源和分析装置；所述探头通过发射光纤与所述激励光源相连，并通过探测光纤与所述单色仪相连；所述单色仪与所述分析装置相连，所述探头包括壳体以及设置在壳体内的准直透镜、会聚透镜和聚焦透镜，所述发射光纤一端设置在所述壳体后端上部形成信号发射端，所述探测光纤一端设置在所述壳体后端下部形成信号接收端，所述会聚透镜设置在壳体前部；信号发射端与所述准直透镜和所述会聚透镜之间形成发射光路，且所述会聚透镜与所述聚焦透镜和信号接收端之间形成探测光路；所述壳体前端设置有探测孔，所述探测孔面积小于1mm2；所述探测孔圆心设置在所述会聚透镜的主轴上，且所述探测孔圆心到所述会聚透镜光心的距离L小于所述会聚透镜的焦距f，且0.5mm≤f-L≤1.5mm。其中一种技术方案是，所述单色仪选用多波长单色仪，所述探头还包括设置在壳体里的窄带滤光片、高通滤光片、反射镜和二向色镜，所述窄带滤光片和反射镜依次设置在所述准直透镜与所述发射光纤相对一侧的发射光路上，所述反射镜与入射光线呈45°布置；所述反射镜与所述二向色镜呈平行布置；所述二向色镜设置在所述会聚透镜和聚焦透镜之间，所述高通滤光片设置在所述二向色镜和所述聚焦透镜之间；所述会聚透镜、二向色镜、高通滤光片和聚焦透镜之间形成探测光路；所述探测光路主轴与所述发射光纤和所述发射镜之间的入射光路主轴平行。另一种技术方案是，所述单色仪选用单波长单色仪，所述会聚透镜包括入射会聚透镜和探测会聚透镜，所述准直透镜和聚焦透镜之间以及所述入射会聚透镜和探测会聚透镜之间在所述壳体内呈对称设置，所述探测孔圆心位于对称轴上。一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学法，包括将待测部位贴放在壳体的探测孔表面；通过激励光源发出中心波长λ的激励光信号，激励光信号通过入射光纤进入探头，通过准直透镜准直，并使激励光信号经发射光路通过会聚透镜会聚，穿过探测孔到达待测部位的真皮层，对待测部位真皮层组织液中的葡萄糖产生光学激励作用，使得组织液中的葡萄糖产生反馈信号；使反馈信号通过会聚透镜返回，并经由会聚透镜准直，经过探测光路由聚焦透镜会聚到探测光纤进入单色仪探测收集，并传输到分析装置对收集到的反馈信号进行分析处理，得到组织液葡萄糖信号。上述技术方案中，所述中心波长λ选用大于600nm的近红外波段。当所述单色仪选用多波长单色仪，所述探头还包括设置在壳体里的窄带滤光片、高通滤光片、反射镜和二向色镜，所述方法还包括：中心波长λ的激励光信号通过入射光纤进入探头，通过准直透镜准直后经过窄带滤光片过滤激励光信号传输过程产生的波长非λ的光线，然后通过反射镜反射和二向色镜再反射，使中心波长λ的激励光信号通过会聚透镜会聚，穿过探测孔到达待测部位的真皮层，对待测部位真皮层组织液中的葡萄糖产生光学激励作用，使得组织液中的葡萄糖产生反馈信号，反馈信号为一系列波长大于λ的拉曼光及反射的激励光信号；使反馈信号通过会聚透镜返回，并经由会聚透镜准直，经过二向色镜透射，过滤掉大部分反射的激励光信号，然后经由高通滤光片过滤其余的反射的激励光信号，使反馈信号只保留拉曼光；拉曼光由聚焦透镜会聚到探测光纤进入单色仪分光收集，并传输到分析装置，通过算法扣除荧光背景还原拉曼光谱信号，识别出波数位于480cm-1~550cm-1范围的信号强度，即得到组织液葡萄糖信号。上述技术方案中，所述激励光信号中心波长λ选用785±1nm。当所述单色仪选用单波长单色仪，所述会聚透镜包括入射会聚透镜和探测会聚透镜，所述方法还包括：中心波长λ的激励光信号通过入射会聚透镜会聚，穿过探测孔到达待测部位的真皮层，对待测部位真皮层组织液中的葡萄糖产生光学激励作用，使得组织液中的葡萄糖产生反馈信号，反馈信号为削减的激励光信号，且激励光信号的削减量为被组织液中葡萄糖吸收的激励光信号量；使反馈信号通过探测会聚透镜返回，并经由探测会聚透镜准直，由聚焦透镜会聚到探测光纤进入单色仪探测收集，并传输到分析装置对收集到的反馈信号记录剩余激励光信号功率，其与入射激励光信号功率差值扣除人体散射光量，即得到组织液葡萄糖信号。上述技术方案中，所述激励光信号中心波长λ选用946nm。本专利技术具有以下优点及有益效果：能够获取真皮组织液中葡萄糖信号，减少甚至避免血液信号的影响，探测到的信号可供各种葡萄糖浓度分析方法使用。附图说明图1为本专利技术所涉及的人体皮肤组织及探测原理示意图。图2为本专利技术所涉及的其中一种实施方式的探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置示意图。图3为本专利技术所涉及的另一种实施方式的探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置示意图。图4为本专利技术所涉及的光纤断面示意图。图5为实施例1检测获取的组织液葡萄糖信号图。图6为实施例2检测获取的组织液葡萄糖信号图。图中：1–单色仪；2–探头；21–壳体；22–准直透镜；23–会聚透镜；231–入射会聚透镜；232–探测会聚透镜；24–聚焦透镜；25–探测孔；26–窄带滤光片；27–高通滤光片；28–反射镜；29–二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置，所述光学装置包括单色仪（1）、探头（2）、激励光源（3）和分析装置（4）；所述探头（2）通过发射光纤（5）与所述激励光源（3）相连，并通过探测光纤（6）与所述单色仪（1）相连；所述单色仪（1）与所述分析装置（4）相连，所述探头（2）包括壳体（21）以及设置在壳体（21）内的准直透镜（22）、会聚透镜（23）和聚焦透镜（24），所述发射光纤（5）一端设置在所述壳体（21）后端上部形成信号发射端，所述探测光纤（6）一端设置在所述壳体（21）后端下部形成信号接收端，所述会聚透镜（23）设置在壳体（21）前部；信号发射端与所述准直透镜（22）和所述会聚透镜（23）之间形成发射光路，且所述会聚透镜（23）与所述聚焦透镜（24）和信号接收端之间形成探测光路；其特征在于，所述壳体（21）前端设置有探测孔（25），所述探测孔（25）面积小于1mm

【技术特征摘要】
1.一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置，所述光学装置包括单色仪（1）、探头（2）、激励光源（3）和分析装置（4）；所述探头（2）通过发射光纤（5）与所述激励光源（3）相连，并通过探测光纤（6）与所述单色仪（1）相连；所述单色仪（1）与所述分析装置（4）相连，所述探头（2）包括壳体（21）以及设置在壳体（21）内的准直透镜（22）、会聚透镜（23）和聚焦透镜（24），所述发射光纤（5）一端设置在所述壳体（21）后端上部形成信号发射端，所述探测光纤（6）一端设置在所述壳体（21）后端下部形成信号接收端，所述会聚透镜（23）设置在壳体（21）前部；信号发射端与所述准直透镜（22）和所述会聚透镜（23）之间形成发射光路，且所述会聚透镜（23）与所述聚焦透镜（24）和信号接收端之间形成探测光路；其特征在于，所述壳体（21）前端设置有探测孔（25），所述探测孔（25）面积小于1mm2；所述探测孔（25）圆心设置在所述会聚透镜（23）的主轴上，且所述探测孔（25）圆心到所述会聚透镜（23）光心的距离L小于所述会聚透镜（23）的焦距f，且0.5mm≤f-L≤1.5mm。2.根据权利要求1所述的一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置，其特征在于，所述单色仪（1）选用多波长单色仪，所述探头（2）还包括设置在壳体（21）里的窄带滤光片（26）、高通滤光片（27）、反射镜（28）和二向色镜（29），所述窄带滤光片（26）和反射镜（28）依次设置在所述准直透镜（22）与所述发射光纤（5）相对一侧的发射光路上，所述反射镜（28）与入射光线呈45°布置；所述反射镜（28）与所述二向色镜（29）呈平行布置；所述二向色镜（29）设置在所述会聚透镜（23）和聚焦透镜（24）之间，所述高通滤光片（27）设置在所述二向色镜（29）和所述聚焦透镜（24）之间；所述会聚透镜（23）、二向色镜（29）、高通滤光片（27）和聚焦透镜（24）之间形成探测光路；所述探测光路主轴与所述发射光纤（5）和所述发射镜（28）之间的入射光路主轴平行。3.根据权利要求1所述的一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学装置，其特征在于，所述单色仪（1）选用单波长单色仪，所述会聚透镜（23）包括入射会聚透镜（231）和探测会聚透镜（232），所述准直透镜（22）和聚焦透镜（24）之间以及所述入射会聚透镜（231）和探测会聚透镜（232）之间在所述壳体（21）内呈对称设置，所述探测孔（25）圆心位于对称轴上。4.一种探测体内组织液葡萄糖信号的光学法，其使用如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述方法包括：将待测部位贴放在壳体（21）的探测孔（25）表面；通过激励光源（3）发出中心波长λ的激励光信号，激励光信号通过入射光纤（5）进入探头（2），通过准直透镜（22）准直，并使激励光信号经发射光路通过会聚透镜（23）会聚，穿过探测孔（25）到达待测部位的真皮层，对待测部位真皮层组...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂荣志，彭波，储涛，熊泉，赵子健，张广维，
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