CN103505221A - 一种利用拉曼光谱定量检测血糖的无损方法 - Google Patents

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姚辉璐
何碧娟
黎永青
绍敬伟
林漫漫
梁建平
李雪
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Abstract

一种利用拉曼光谱定量检测血糖的无损方法，包括以下步骤：半导体二级管发出的激光，利用透镜穿过皮肤，聚焦到血液的血管中去，获得血液的拉曼光谱，通过拉曼光谱所获得的葡萄糖的特征峰和血红蛋白的特征峰强度相除得到葡萄糖峰的相对强度，计算不同血糖浓度与葡萄糖峰相对强度的比值得到相对强-浓度的关系曲线，此曲线作为血糖浓度定量测量的依据；将未知浓度的血液拉曼光谱中的葡萄糖峰相对强度与血糖相对强度-浓度的关系曲线进行对照，以得到血液中的葡萄糖浓度。

Description

一种利用拉曼光谱定量检测血糖的无损方法
所属技术领域
本发明涉及一种无损定量检测血糖的方法，特别是利用拉曼光谱技术不需要采血定量测定皮肤血液中葡萄糖浓度的方法。属于拉曼光谱检测技术领域。
背景技术
目前血糖的检测方式一般是采用采血的方式来进行，简而言之抽取一定的血量，利用生物或物理的方法来检测血中葡萄糖的浓度，其中损伤最小的也要采几微升的血样，利用酶法反映来标定血糖的浓度。目前无损的检测方法在临床上还没有广泛应用。主要存在问题是：1.血糖浓度很低，用传统的物理手段无法准确达到临床的精度要求；2.目前无损的技术方法由于皮肤或其他干扰无法获得血液的直接单一信息，一般是通过数学的处理方式来抽取相关信息，从而导致受到的干扰大，不够稳定，测量不够准确；3.个体的皮肤差异大而导致光谱差异大，没有内部的标定参考指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用拉曼光谱无损检测血糖的方法，提供一种新的方法：利用激光穿透皮肤，聚焦到血管中，获取血液的拉曼光谱，利用葡萄糖的特征峰和血红蛋白的特征峰来判断血液中血糖的浓度。血红蛋白的特征峰被作为内部标定指标，以克服皮肤和其他因素对信号的干扰以及信号大小变化的问题。从而可以准确的得到血糖浓度的数据。
为实现以上目的，本发明采取以下技术方案：
本发明提供一种利用拉曼光谱无损测量皮肤中血糖的方法，包括以下步骤：
1)利用一束从半导体二极管出来的激光，透过干涉滤波片，引进到一个透镜，然后聚焦到皮肤下；
2)调整聚焦的高度使得焦点在血液中。高度的调整方式可以用压电陶瓷控制，也可以移动皮肤来实现，而合适焦点的判断可以通过拉曼光谱来实现。如果出现较为单一的血液光谱，则认为是位置合适；
3)焦点激发出的拉曼光谱信号，经过陷波滤光片或带通滤光片后被引入光谱仪中，光谱仪和CCD探测器相连接，通过CCD获取血液等拉曼光谱信息；
4)将光谱数据中的葡萄糖特征峰和血红蛋白特征峰抽取出来；
5)通过拉曼光谱所获得的葡萄糖的特征峰(1125cm-1)和血红蛋白的特征峰(1549cm-1)强度相除得到葡萄糖峰的相对强度；
6)计算不同血糖浓度与葡萄糖峰相对强度得到相对强-浓度的关系曲线，此曲线作为血糖浓度定量测量的依据；
7)将未知浓度的血液拉曼光谱中的葡萄糖峰相对强度与相对强度-浓度的关系曲线进行对照，以得到血液中的葡萄糖浓度。
本发明的优点在于：1.利用激光直接聚焦到皮肤下的血液中，获得较单纯的血液光谱，这样避免了原来通过采集皮肤的拉曼光谱所得到的光谱信息中成分复杂，很难区分光谱中的葡萄糖特征峰，而带来的信噪比低，测量误差大等缺点；2.利用光谱中的血红蛋白特征峰作为内标，这样可以克服不同皮肤组织和聚焦点带来的信号强度漂移问题。3.本方法检测到的葡萄糖相对强度与血糖值存在良好的线性关系，因此方法可以用于皮肤中的血糖浓度的定量检测。
本发明的有益效果是：可以无损的测量生命体中的血糖含量。
附图说明
为进一步说明本发明的内容以及特点，一下结合附图及实施例对本发明做一详细的描述，其中：
图1是本发明的系统光路结构图。
图1中1.半导体激光二极管，2.干涉滤波片，3.反射镜，4.双色镜，5.反射镜，6.透镜，7.载玻片，8.血管，9.带通或全息滤波片，10.光谱仪，11.CCD，12.计算机。
图2是从皮肤下的血管中所获得的不同血糖浓度的拉曼光谱图。
图3是葡糖糖相对强度-浓度的关系曲线。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施例子以及对比实施例可以进一步清楚地了解本发明，但是它们不是对本发明的限定：
具体实例
以下为采用本发明提供的方法来定量测量血糖浓度的实例。
从激光二极管1发出的激光经干涉滤波片2过滤后，经反射镜3反射到双色镜4，双色镜4的作用是把激光反射出去，而高于激光波长的拉曼光谱则可以透过。双色镜4将激光反射到反射镜5，反射镜5则把激光引导透镜6中，透镜6将激光后穿过载玻片7和皮肤聚焦到血管中。在激光焦点激发出的拉曼光谱经过载玻片7、透镜6，反射镜5和双色镜4后，透过带通(或陷波)滤光片9，进入光谱仪10，经光谱仪10分光后，在CCD11上成像。与CCD11相连接的计算机12把光谱数据读出。计算机12读出葡萄糖的光谱特征峰和血红蛋白的特征峰。通过拉曼光谱所获得的葡萄糖的特征峰(1125cm-1)与血红蛋白的特征峰(1549cm-1)强度相除得到葡萄糖峰的相对强度；计算不同血糖浓度与葡萄糖峰相对强度的比值得到相对强-浓度的关系曲线，此曲线作为血糖浓度定量测量的依据；将未知浓度的血液拉曼光谱中的葡萄糖峰相对强度与血糖相对强度-浓度的关系曲线进行对照，以得到血液中的葡萄糖浓度。
利用上述方法测试了3个老鼠在不同时间的血糖浓度，并在测量光谱的同时利用血糖仪测试了老鼠同一时刻的血糖浓度，图2：血管中不同血糖浓度血液的拉曼光谱图，图中可以观察到1125cm-1的峰高随血糖浓度的增加而增加。经分析，两者成线性关系。如图3所示。该实例的线性度达到0.91，平均误差为5.7％。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可以轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种利用拉曼光谱定量检测血糖的无损方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用一束从半导体二极管出来的激光，透过干涉滤波片，引进到一个透镜，然后聚焦到皮肤下；
2)调整聚焦的高度使得焦点在血液中，高度的调整方式可以用压电陶瓷控制，也可以移动皮肤来实现，而合适焦点的判断可以通过拉曼光谱来实现。如果出现较为单一的血液光谱，则认为是位置合适；
3)焦点激发出的拉曼光谱信号，经过陷波滤光片或带通滤光片后被引入光谱仪中，光谱仪和CCD探测器相连接，通过CCD获取血液的拉曼光谱信息；
4)将光谱数据中的葡萄糖特征峰和血红蛋白特征峰抽取出来；
5)通过拉曼光谱所获得的葡萄糖的特征峰(1125cm-1)和血红蛋白的特征峰(1549cm-1)强度比例得到葡萄糖峰的相对强度；
6)计算不同血糖浓度与葡萄糖峰相对强度的比值得到相对强-浓度的关系曲线，此曲线作为血糖浓度定量测量的依据；
7)将未知浓度的血液拉曼光谱中的葡萄糖峰相对强度与血糖相对强度-浓度的关系曲线进行对照，以得到血液中的葡萄糖浓度。
2.根据权利要求1所述的直接获取皮肤下血液的拉曼光谱，其特征在于，以步骤(2)所述的方法来获取血液的拉曼光谱。
3.根据权利要求1所述的葡萄糖峰相对强度的获取，其特征在于，以步骤(5)所述的方法来取得葡萄糖峰的相对强度。
4.根据权利要求1所述的定量测试血糖浓度的方法，其特征在于，以步骤(6)所述的相对强-浓度的关系曲线，该曲线为线性关系曲线。
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