一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统及方法技术方案

本申请公开了一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统及方法，其中系统包括：数据采集模块、数据校正模块、数据处理模块、模型构建模块和血糖检测模块；数据采集模块用于采集样品的拉曼光谱数据；数据校正模块用于校正拉曼光谱数据，得到校正后光谱数据；数据处理模块用于对校正后光谱数据进行去噪和归一化处理，得到预处理后光谱数据，并基于预处理后光谱数据计算体内血糖信息；模型构建模块用于基于预处理后光谱数据和体内血糖信息构建分析模型，得到血糖分析模型；血糖检测模块用于基于血糖分析模型预测体内血糖含量。本申请具有精度高、无创、非侵入、无标记、光谱检测效率高等优点，可实现对动物模型和人体血糖的无创、实时检测。检测。检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统及方法


[0001]本申请属于生物医学检测
，具体涉及一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统及方法。

技术介绍

[0002]血液中的葡萄糖称为血糖。葡萄糖是人体的重要组成成分和能量的重要来源。正常人体血糖需要保持在一定水平才能维持体内各器官和组织运作。当人体胰腺无法正常产生胰岛素(胰岛素缺乏)或身体不能正常利用胰岛素(胰岛素抵抗)，导致血糖高于正常值时就会出现糖尿病症状。高血糖和血糖升高时糖尿病失控的后果常见，随着患病时间延长会对人体多组织系统产生严重损害，造成失明、肾衰竭、心脏病、中风和下肢截肢等严重后果。目前临床尚无能够治愈糖尿病的药物或方法，患者主要通过对血糖含量的频繁监测和注射胰岛素或口服药物治疗。
[0003]传统血糖监测方法通常采用静脉采血或手指采血的方式，实现即时血糖检测，但是，这些方法并不能实现连续监测，且频繁采血会给病人带来痛苦以及被感染的危险。此外，不同厂家、不同型号的便携式血糖仪及试纸无法通用，且其较低的准确度会导致检测结果误判，仅能用于监测患者对于血糖的控制效果，无法用于糖尿病的诊断筛查，更无法作为药物使用的临床依据。与传统血糖监测方法相比，无创血糖检测技术对人体不会造成痛苦和创伤，不具有潜在的感染风险，不需要试纸等耗材，且可长期用于体内血糖值的动态连续监测，有利于糖尿病的有效控制。因此，迫切需要一种无创体内血糖检测装置来实现血糖含量的无创、快速、高准确度检测。

技术实现思路

[0004]本申请旨在解决现有技术的不足，提出一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统及方法，可实现体内血糖的无创、实时、快速的高准确率、无需采血、无需额外耗材的基于拉曼光谱分析技术的无创体内血糖检测。
[0005]为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
[0006]一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统，包括：数据采集模块、数据校正模块、数据处理模块、模型构建模块和血糖检测模块；
[0007]所述数据采集模块用于采集样品的拉曼光谱数据；
[0008]所述数据校正模块用于校正所述拉曼光谱数据，得到校正后光谱数据；
[0009]所述数据处理模块用于对所述校正后光谱数据进行去噪和归一化处理，得到预处理后光谱数据，并基于所述预处理后光谱数据计算体内血糖信息；
[0010]所述模型构建模块用于基于所述预处理后光谱数据和所述体内血糖信息构建分析模型，得到血糖分析模型；
[0011]所述血糖检测模块用于基于所述血糖分析模型预测体内血糖含量。
[0012]优选的，所述数据采集模块包括：半导体激光器、光纤准直镜、带通滤光片、二向色
镜、平凸透镜、长通滤光片、光纤束、光谱仪、CCD探测器和计算机；
[0013]所述半导体激光器用于提供激光光源；
[0014]所述光纤准直镜用于准直所述激光光源，得到准直后光源；
[0015]所述带通滤光片用于过滤所述准直后光源的系统杂散光和边带光谱，得到选择性透过波长激光；
[0016]所述二向色镜用于将所述选择性透过波长激光反射至所述平凸透镜；
[0017]所述平凸透镜用将所述选择性透过波长激光聚焦于所述样品表面，使样品激发出样品拉曼光谱信息，所述样品拉曼光谱信息通过所述二向色镜发射至所述长通滤光片；
[0018]所述长通滤光片用于滤除所述样品拉曼光谱信息中的瑞利散色光，得到滤除后拉曼光谱信息；
[0019]所述平凸透镜还用于将所述滤除后拉曼光谱信息聚焦至所述光纤束中；
[0020]所述光纤束用于将所述滤除后拉曼光谱信息传输至所述光谱仪中；
[0021]所述光谱仪用于对所述滤除后拉曼光谱信息进行分光，得到分光后光谱信息；
[0022]所述CCD探测器用于记录所述分光后光谱信息；
[0023]所述计算机用于对所述分光后光谱信息进行分析，得到所述拉曼光谱数据。
[0024]优选的，所述光纤束的光谱采集端，光纤为圆形分布；
[0025]所述光纤束的光谱仪连接端，光纤为线性排布；
[0026]所述线性排布的宽度与所述光谱仪的入射狭缝宽度相等，所述线性排布的长度与所述CCD探测器的成像芯片宽度相等。
[0027]优选的，所述数据校正模块包括：光纤束散光效应识别装置、像素位移校准装置和像差校正装置；
[0028]所述光纤束散光效应识别装置用于识别所述光谱仪自身产生的光纤束在所述CCD探测器的像面上出现的像差；
[0029]所述像素位移校准装置用于计算由所述像差导致的所述像面所获光学信号在所述像面水平方向上产生的偏移量；
[0030]所述像差校正装置用于基于所述偏移量校正由散光现象引起的光纤束像差。
[0031]优选的，所述数据处理模块包括：第一预处理单元、第二预处理单元、第三预处理单元和线性回归分析单元；
[0032]所述第一预处理单元用于利用中值滤波法消除所述拉曼光谱数据中的噪点，得到第一预处理数据；
[0033]所述第二预处理单元用于利用扩展乘法信号矫正方法去除所述第一预处理数据中的荧光背景信息，完成所述拉曼光谱数据的基线校准，得到第二预处理数据；
[0034]所述第三预处理单元用于对所述第二预处理数据进行平滑和噪声处理，得到所述预处理后光谱数据；
[0035]所述线性回归分析单元用于对所述预处理后光谱数据进行线性回归分析，得到所述体内血糖信息。
[0036]优选的，所述线性回归分析的过程包括：
[0037]计算所述预处理后光谱数据的预设波数范围的光谱曲线下面积，基于所述光谱曲线下面积对所述预处理后光谱数据进行归一化处理，得到归一化后光谱结果；
[0038]计算所述归一化后光谱结果的预设峰强度和其他拉曼光谱峰强度的比值，将所述比值输入至线性回归模型，得到所述体内血糖信息。
[0039]优选的，所述模型构建模块包括：数据降维单元和神经网络单元；
[0040]所述数据降维单元用于对所述预处理后光谱数据进行降维，得到降维后数据；
[0041]所述神经网络单元用于基于所述降维后数据和所述体内血糖信息构建所述血糖分析模型。
[0042]本申请还提供了一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测方法，包括以下步骤：
[0043]采集样品的拉曼光谱数据；
[0044]校正所述拉曼光谱数据，得到校正后光谱数据；
[0045]对所述校正后光谱数据进行去噪和归一化处理，得到预处理后光谱数据，并基于所述预处理后光谱数据计算体内血糖信息；
[0046]基于所述预处理后光谱数据和所述体内血糖信息构建分析模型，得到血糖分析模型；
[0047]基于所述血糖分析模型预测体内血糖含量。
[0048]与现有技术相比，本申请的有益效果为：
[0049](1)本申请利用反射
‑
透射式光路结构，提高了血糖拉曼光谱检测装置的简易性、集成性和稳定性，使用多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统，其特征在于，包括：数据采集模块、数据校正模块、数据处理模块、模型构建模块和血糖检测模块；所述数据采集模块用于采集样品的拉曼光谱数据；所述数据校正模块用于校正所述拉曼光谱数据，得到校正后光谱数据；所述数据处理模块用于对所述校正后光谱数据进行去噪和归一化处理，得到预处理后光谱数据，并基于所述预处理后光谱数据计算体内血糖信息；所述模型构建模块用于基于所述预处理后光谱数据和所述体内血糖信息构建分析模型，得到血糖分析模型；所述血糖检测模块用于基于所述血糖分析模型预测体内血糖含量。2.根据权利要求1所述一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：半导体激光器、光纤准直镜、带通滤光片、二向色镜、平凸透镜、长通滤光片、光纤束、光谱仪、CCD探测器和计算机；所述半导体激光器用于提供激光光源；所述光纤准直镜用于准直所述激光光源，得到准直后光源；所述带通滤光片用于过滤所述准直后光源的系统杂散光和边带光谱，得到选择性透过波长激光；所述二向色镜用于将所述选择性透过波长激光反射至所述平凸透镜；所述平凸透镜用将所述选择性透过波长激光聚焦于所述样品表面，使样品激发出样品拉曼光谱信息，所述样品拉曼光谱信息通过所述二向色镜发射至所述长通滤光片；所述长通滤光片用于滤除所述样品拉曼光谱信息中的瑞利散色光，得到滤除后拉曼光谱信息；所述平凸透镜还用于将所述滤除后拉曼光谱信息聚焦至所述光纤束中；所述光纤束用于将所述滤除后拉曼光谱信息传输至所述光谱仪中；所述光谱仪用于对所述滤除后拉曼光谱信息进行分光，得到分光后光谱信息；所述CCD探测器用于记录所述分光后光谱信息；所述计算机用于对所述分光后光谱信息进行分析，得到所述拉曼光谱数据。3.根据权利要求2所述一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统，其特征在于，所述光纤束的光谱采集端，光纤为圆形分布；所述光纤束的光谱仪连接端，光纤为线性排布；所述线性排布的宽度与所述光谱仪的入射狭缝宽度相等，所述线性排布的长度与所述CCD探测器的成像芯片宽度相等。4.根据权利要求2所述一种基于拉曼光谱的无创体内血糖检测系统，其特征在于，所述数据校正模块包括：光纤束散光效应识别装置、像...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爽，邵凯舰，黄小军，王裕，张富荣，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：