一种皮下无创检测装置、信号收集系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种皮下无创检测装置，包括第一光路的激光器、波前调节部件和聚焦部件；第二光路的探测部件，所述激光器用于发出激发光，所述激发光经皮下生物标志物的发射或折射后发出信号光；所述探测部件的接收面与所述聚焦部件的焦点在一对共轭面上，用于收集信号光。波前调节部件包括通信连接的波前传感器、控制器和可变形镜；所述激光器的激发光经准直后入射到所述可变形镜，经可变形镜反射后再进入所述聚焦部件，经所述聚焦部件在皮下聚焦。结构简单，利于小型化。改善了波前失真情况，实现高效的激发，也提高收集效率。本发明专利技术的信号收集系统及方法因采用本发明专利技术的皮下无创检测装置而具有相应优势，有利于皮下无创检测技术的进一步推广应用。的进一步推广应用。的进一步推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种皮下无创检测装置、信号收集系统及方法


[0001]本专利技术属于医学检测设备
，尤其涉及一种皮下无创检测装置、信号收集系统与信号收集方法。

技术介绍

[0002]本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就应认为是现有技术。
[0003]光信息技术的应用已经推广到生活中的各个领域，特别在关系人体健康的医疗检查中有了普遍的应用同时也有进一步深入和普及的需求。通过光信息的特性可以反映出生物特征，进行分析后能够有力的支持治疗和日常健康监测。
[0004]例如基于近红外光谱分析的测量方法以无痛、无创、简单、快速等特点，能改善常规检验方法出现的问题，是血液无创生化分析能够获得应用的有潜力的方法之一。又例如在生物医学领域的应用中拉曼光谱检测技术能够反映出人体组织细胞分子的变化，是早期病变检测的新技术。不同的拉曼峰是某些特定分子的特征，使拉曼光谱具有定性分析并对相似物质进行区分的功能，拉曼光谱的峰强度与对应分子的浓度成正比，也能用于定量分析，可以为临床诊断提供理论依据。预测将来可根据血液样本在拉曼光谱中的特征峰强度，判断出是否患疾病。
[0005]以拉曼检测系统为例，现有的光学检测系统一般包括激光光源，光路部件，探测部件。对拉曼信号光进行收集，然后传输到探测部件，探测不同波长处拉曼信号强度。因此在光学检测中如何有效和充分的收集信号是光学检测系统中光路设计的一个突出问题也是当前技术中需要优化的关键设计之一。另外一方面，在收集之前的问题是激发光如何准确聚焦到需要探测的位置，这个关乎样品制备的繁简程度和是否能在实验室以外的地方推广应用。如果让激发光准确的聚焦到样品上特定位置，在光路设计不变的情况，显然需要设计合理样品架或样品台，以及对样品表面进行可能的预处理，测试效率受到影响，每次调节样品，效率低，还可能增加成本。而在实验室之外的应用则测试条件受到限制，要测试的样品与光源之间的介质就是一个难以避免的影响激发光聚集到特定位置以及后续信号收集的问题。
[0006]其中在皮下生物标志物检测的应用中尤其突出。皮肤是人体表面积最大且最有用的器官，总重量大概是人体重的百分之八，它容纳了人体全部循环血液25%
‑
30%的水，皮肤组织由表皮、真皮、皮下脂肪基本构成。皮肤下方的组织液或血液中含有很多生物特异性标志物，这些标志物与人体的健康状况和疾病程度有密切的联系。然而，目前的很多医学技术很难通过皮肤对生物标志物进行无创的检测，例如血糖的检测需要抽血化验，或者扎手指取血进行检测。如果能将光学检测技术用于无创的皮下医学检测其意义重大，特别是如果普通人群能在医学实验室之外的地方对个人健康进行监测，光学检测技术的应用就必不可少。皮肤是一种浑浊的散射介质，会将入射光散射开，导致进入皮肤内部的光子的波前出现很大的偏差，聚焦至皮下特定位置的效果大打折扣，收集效率也亟需提高。因此有必要研发
一种能够准确聚焦到特定检测部位，有利于提高收集效率，检测结果可靠的皮下无创检测装置及相应的信号收集系统与方法。
[0007]所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术介绍
部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的已有的现有技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术是为解决上述现有技术的全部或部分问题，本专利技术提供了一种皮下无创检测装置及相应的信号收集系统及方法，使激发光的波前与皮肤内部的波前匹配，可以高效的对皮肤下方的组织液或血液进行检测，从而得到一些生物标志物的信息，精准高效的反映疾病或者健康状况。
[0009]以下对于本专利技术可能涉及的一些原理和概念进行叙述，这些叙述是为了便于理解本专利技术，进行的示例性而非限定性解释，不应限制以此本专利技术的范围。
[0010]波传播到某一位置处等相位面组成的曲面称为波前。波前是一种波面，或者说是波阵面。本专利技术利用可变形镜对随机介质的入射光波前相位进行调控，使透过随机介质的光束在目标点发生相干增强，实现了波前调制聚焦。本专利技术的皮下无创检测装置基于波前调整聚焦设计，对于反馈的波前信号进行调控实现了光透过随机介质更高质量、更快速度及更准确的特定位置聚焦。本专利技术的皮下无创检测装置对入射波前进行优化，在散射介质后的特定位置处，多个子波的光学相位（最初是随机分布的）变得匹配，从而由两者之间的线性关系而形成相长干涉，即寻找到最优的波前信息。本专利技术的皮下无创检测装置因而更容易地产生聚焦，因为每个子波的光学路径长度或每个空间频率分量的光学相位延迟可在聚焦处精确匹配。
[0011]波前传感器的主要作用是测量光瞳面位置的光学像差，本专利技术中可以采用常见的Shack
‑
Hartmann传感器、Pyramid传感器、曲率传感技术和剪切干涉仪等多种类型。波前传感器是一种内部使用CMOS传感器，用来测量入射光波前信息的仪器。它的入射窗口处有多个微型透镜组成的阵列，用于将入射光束聚焦到传感器表面，并与传感器表面上的参考点阵列位置进行对比。如果入射光的波前非常平整，则经过微透镜阵列后，每个微透镜之后的焦点光斑都沿着微透镜本身的光轴，与CMOS传感器上的参考点重合；如果入射光的波前在到达之前由于经过不均匀的散射介质（比如生物组织），则波前形状发生畸变，在聚焦后无法与参考点重合。通过分析实际聚焦光斑与参考点的位置差异，可以计算重构出入射光的波前形状。
[0012]可变形镜在能动器上固定有较薄的镜面，其主要工作原理为给能动器上加载电压时，能动器便可以产生一定的形变，从而促使其上的镜面发生变化改变镜面的表面形状，达到改变光束相位的目的。能动器具有较小的位移变化量，精度能精确到纳米级别，响应时间也较快，促动器单元的数量问题也能够有效的反映进行相位补偿和校正的空间分辨率。通过薄镜面和支撑控制的促动器所组成，通过外在电压控制促动器来改变镜面形状，从而影响光路长度达到改变局部光程的目的，最终能够补偿和校正整个光波的畸变波前。可变形镜通过反射能够缩短光程，优化波前的同时也更有利于缩小整个激发光模组的空间大小，这对于皮下无创检测的普及应用尤为重要。
[0013]人工神经网络算法模拟生物神经网络，是一类模式匹配算法。通常用于解决分类和回归问题。人工神经网络是机器学习的一个庞大的分支，其中深度学习就是其中的一类算法。本专利技术的预设算法以人工智能技术为基础。
[0014]本专利技术提供的一种皮下无创检测装置，包括激发光照射的第一光路和收集信号光的第二光路；沿所述第一光路设置的激光器、波前调节部件和聚焦部件，所述激光器用于发出激发光，所述激发光经皮下生物标志物的发射或折射后发出信号光；设置于第二光路上的探测部件；所述探测部件的接收面与所述聚焦部件的焦点在一对共轭面上；所述波前调节部件包括依次通信连接的波前传感器、控制器和可变形镜；所述激光器发出激发光经准直后入射到所述可变形镜，经可变形镜反射后再进入所述聚焦部件，经所述聚焦部件在皮下聚焦；所述控制器包括处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种皮下无创检测装置，其特征在于：包括激发光照射的第一光路和收集信号光的第二光路；沿所述第一光路设置的激光器、波前调节部件和聚焦部件，所述激光器用于发出激发光，所述激发光经皮下生物标志物的发射或折射后发出信号光；设置于第二光路上的探测部件；所述探测部件的接收面与所述聚焦部件的焦点在一对共轭面上；所述波前调节部件包括依次通信连接的波前传感器、控制器和可变形镜；所述激光器的激发光经准直后入射到所述可变形镜，经可变形镜反射后再进入所述聚焦部件，经所述聚焦部件在皮下聚焦；所述控制器包括处理单元，所述处理单元基于预设算法，对接收到所述波前传感器的反馈进行学习，计算优化波前，并依此控制电压信号调节所述可变形镜输出的反射光波前。2.根据权利要求1所述的一种皮下无创检测装置，其特征在于：所述聚焦部件还包括挡光部，所述聚焦透镜组设置在所述挡光部内，所述挡光部沿光路方向设置有孔径光阑，所述孔径光阑的大小与所述聚焦透镜组的数值孔径相匹配。3.根据权利要求1或2所述的一种皮下无创检测装置，其特征在于：所述波前调节部件还包括第一分束元件；所述第一分束元件设置在所述可变形镜与聚焦部件之间，将所述可变形镜输出的反射光分束，分别进入所述波前传感器和所述聚焦部件；所述波前传感器将接收到的皮肤内部光子的波前信息与所述反射光的当前波前信息进行比对后反馈给所述控制器。4.根据权利要求3所述的一种皮下无创检测装置，其特征在于：所述探测部件包括探测器、收集光纤束，沿第二光路设置有聚光镜和第二分束元件；所述第二分束元件具有二向色性，设置于所述第一分束元件与所述聚焦部件之间的第一光路中，用于透射所述激发光并反射所述信号光；所述聚光镜与所述聚焦部件成共轭光学系统，所述收集光纤束的入射端面即所述探测部件的接收面。5.根据权利要求1或2所述的一种皮下无创检测装置，其特征在于：所述可变形镜包含的可操控单元数量范围是20
‑
1000个。6.一种信号收集方法，其特征在于：采用权利要求1
‑
5任意一项所述的皮下无创检测装置，包括：步骤S1.在皮肤下方植入生物相容且可降解的荧光诱发物；步骤S2.激发光照射所述荧光诱发物，通过波前传感器检测荧光，解析...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海近观科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：