CN105266822B - 基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪及检测方法，包括依次相连的血管寻的模块、激光聚焦投射模块和信号检测分析模块；所述血管寻的模块用于寻找并选定结膜或巩膜表面上的血管，并定位血管坐标；所述激光聚焦投射模块用于根据所定位的血管坐标将激光聚焦投射到所选定血管中的血液上；所述信号检测分析模块用于采集激光照射所选定血管中的血液产生的散射光，并根据检测到的散射光的拉曼散射光谱分析并显示出血糖值。本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪及检测方法无须对病人取血，亦不需任何试纸等耗材，在对人体无损情况下自动智能快速对血糖进行直接实时检测和显示；且可按需要多次反复进行，利于对血糖的监测。

Description

基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及一种血糖检测仪及检测方法，特别是涉及一种基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测及检测方法。

背景技术

血糖检测就是对血糖值的定期检查。实施血糖检测可以更好地掌握人体的血糖变化。这对于人们，尤其是对于糖尿病患者的生活规律、运动、饮食及合理用药都有重要的指导意义，并可以帮助糖尿病患者及时发现问题，以降低糖尿病并发症的风险。同时，血糖检测的结果被用来反映饮食控制、运动治疗和药物治疗的结果，从而可对治疗方案进行调整。

现有技术中的血糖检测主要包括以下几种方式：

(1)直接从人体抽取一定的血量，在体外利用生物或者物理的方法来检测血液中的葡萄糖浓度。然而，无论采取什么方法取血，都是在对人体有损情况下进行，会给被检测者带来一定的损伤和精神负担，并有感染的风险。

(2)将光穿过皮肤照射到皮下血管或毛细血管等，通过测量吸收光或散射光来判断血液中的葡萄糖浓度。然而，该方法虽然达到无损检测血糖的目的，但由于不同人的皮肤、皮下脂肪、肌肉等的厚度不同，以及对光的吸收能力不同，导致血糖检测的偏差较大。

(3)通过测定人的唾液、呼气或者人体血液外其它组织等进行达到血糖的无损检测。尽管唾液或呼气或其它组织等的有关分子成分可能与血糖值存在一定的函数关系，但在时相上却有差别，而且不同个体的函数关系与时相差异还很不相同，故检测偏差较大。因此，到目前为止该方法仍未能实际用于临床使用。

研究表明，人体眼部的结膜及巩膜上有好些血管是裸露在表面的。所以光可直接照射到这些血管的血液上，由此便可避免皮肤、皮下脂肪、肌肉等各部分的吸收干扰，从而直接、实时地获得血液中的血糖含量。因此，通过结膜或巩膜血管进行血糖的无损检测成为一个极有前景的研究课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪及检测方法，其将低功率激光照射在结膜或巩膜血管的血液中，通过检测和分析激光照射血管内血液产生的散射光来达到对血糖的实时无损检测。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，包括依次相连的血管寻的模块、激光聚焦投射模块和信号检测分析模块；所述血管寻的模块用于寻找并选定结膜或巩膜表面上的血管，并定位血管坐标；所述激光聚焦投射模块用于根据所定位的血管坐标将激光聚焦投射到所选定血管中的血液上；所述信号检测分析模块用于采集激光照射所选定血管中的血液产生的散射光，并根据检测到的散射光的拉曼散射光谱分析并显示出血糖值。

根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：所述血管寻的模块、所述激光聚焦投射模块和所述信号检测分析模块均置于箱体中，所述箱体一端开有一检测窗，所述检测窗在检测时对准眼珠。

进一步地，根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：所述检测窗上带有罩膜，用于进行检测时档住外部杂散光。

根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：所述血管寻的模块包括眼珠导引灯、照明灯、摄像头和血管识别与定位模块；

所述眼珠导引灯用于引导使用者的眼珠向鼻侧靠拢而使结膜及巩膜露出；

所述照明灯用于对结膜及巩膜的血管进行照明；

所述摄像头用于拍摄结膜及巩膜的血管图像；

所述血管识别与定位模块用于根据所拍摄的血管图像中各血管的大小与颜色选定某一位于结膜或巩膜的血管并定位其坐标。

进一步地，根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：选定血管的标准为：选择颜色最为鲜红且最粗的血管。

根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：所述激光聚焦投射模块包括激光器、两个扫描振镜和扫描振镜驱动器；所述扫描振镜驱动器在接收到选定的血管的坐标信息后，驱动所述两个扫描振镜，使所述激光器发射出的聚焦激光投射到所选定的血管上。

进一步地，根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：所述激光器采用半导体激光器，发射出波长为785nm，输出功率为1-5mW的半导体红外线激光；所述扫描振镜采用反射式扫描振镜。

根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：所述信号检测分析模块包括反射聚焦镜、聚焦透镜、滤光器、拉曼光谱仪和分析显示模块；

所述反射聚焦镜用于反射激光照射血管中的血液产生的散射光；

所述聚焦透镜用于聚焦反射聚焦镜反射的散射光；

所述滤光器用于将聚焦透镜聚焦过来的光中可能夹杂的入射光或其它杂散光滤除；

所述拉曼光谱仪用于检测聚焦后的散射光的拉曼散射光谱；

所述分析显示模块用于根据所述拉曼光谱仪的检测结果，比较拉曼散射光中对应血糖的谱峰与对应于血红素的谱峰的比值，从而根据预先获得的上述两个谱峰的比值与血糖关系的定标曲线确定血糖值，并将其显示出来。

进一步地，根据上述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其中：所述滤光器只通过波长大于入射光波长的光。

同时本发明还提供一种基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测方法，其包括以下步骤：

步骤S1、眼珠导引灯在眼睛靠近鼻侧发光，以引导使用者的眼珠转向鼻侧从而露出结膜及巩膜；

步骤S2、在照明灯的照明下，摄像头拍摄结膜与巩膜的血管图像，血管识别与定位模块根据血管图像中各血管的颜色与大小选定某一血管并定位其坐标；

步骤S3、扫描振镜驱动器接收到选定的血管的坐标信息后，控制两个扫描振镜将聚焦激光投射到所述选定的血管上；

步骤S4、反射聚焦器反射激光照射所选定血管中的血液所产生的散射光，聚焦透镜将反射来的散射光聚焦到滤光器中；

步骤S5、滤光器将聚焦过来的光中可能夹杂着的入射光或其它杂散光滤除后送入拉曼光谱仪；

步骤S6、拉曼光谱仪检测散射光的拉曼散射光谱；

步骤S7、分析显示模块分析比较拉曼散射光中对应血糖的谱峰与对应于血红素的谱峰两者的比值，再根据预先获得的两峰比值与血糖关系的定标曲线确定出血糖值，并将其显示出来。

如上所述，本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪及检测方法，具有以下有益效果：

(1)无须对病人取血，在对人体无损情况下对血糖进行直接、实时地检测；

(2)由于对血糖的检测是通过将激光直接照射在结膜或巩膜表面的血管，并从其血液的散射光获得血糖含量来实现的，故可排除皮肤、皮下脂肪与肌肉等的吸收干扰，使得血糖检测结果精确可靠；

(3)检测过程自动快捷，且照射的低功率激光对人体无害，不会引起超过0.5°C的温升，使用者在不会有任何不适的情况下即可完成检测；

(4)由于是无损测量，可按照需要多次反复进行血糖检测，更加有利于对血糖的监测；

(5)结构紧凑，使用方便，且不需要试纸等其他耗材，能够直接显示血糖值。

附图说明

图1显示为本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪的结构示意图；

图2显示为本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪的工作状态示意图；

图3显示为本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测方法的流程图。

元件标号说明

1 血管寻的模块

11 眼珠导引灯

12 照明灯

13 摄像头

14 血管识别与定位模块

2 激光聚焦投射模块

21 激光器

22 扫描振镜驱动器

23 两个扫描振镜

3 信号检测分析模块

31 反射聚焦镜

32 聚焦透镜

33 滤光器

34 拉曼光谱仪

34 分析显示模块

4 血管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参照图1，本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪包括依次相连的血管寻的模块1、激光聚焦投射模块2和信号检测分析模块3。其中，血管寻的模块1用于寻找并选定结膜或巩膜表面上的血管，并定位血管坐标；激光聚焦投射模块2用于根据所定位的血管坐标将激光聚焦投射到所选定血管中的血液上；信号检测分析模块3用于采集激光照射所选定血管中的血液产生的散射光，并根据检测到的散射光的拉曼散射光谱分析并显示出血糖值。

在本发明的一个优选实施例中，血管寻的模块1、激光聚焦投射模块2和信号检测分析模块3被封装在手持便携式箱体中。箱体一端开有一检测窗，检测窗比人眼稍大并带有软性罩膜，以便在进行检测时能对准眼球并档住外部杂散光。

具体地，血管寻的模块1包括眼珠导引灯11、照明灯12、摄像头13和血管识别与定位模块14。

其中，眼珠导引灯11用于引导使用者的眼珠向鼻侧靠拢而使结膜及巩膜露出。具体地，眼珠导引灯11设置在检测窗内。检测时，眼珠导引灯11在眼睛靠近鼻侧发出闪动的微光，以引导使用者的眼珠转向鼻侧，从而露出结膜及巩膜。

照明灯12用于对结膜及巩膜的血管进行照明，以便于摄像头能够清楚地拍摄图像。优选地，照明灯可采用LED灯，其通过发出漫射柔光，来照明结膜及巩膜血管。

摄像头13用于拍摄结膜及巩膜的血管图像，通常采用彩色数码摄像头。

血管识别与定位模块14用于根据所拍摄的血管图像中各血管的颜色与大小选定某一血管并定位其坐标，并将坐标信息传送至激光聚焦投射模块2。其中，选定血管的标准为：选择颜色最为鲜红且最粗的血管。

激光聚焦投射模块2包括激光器21、两个扫描振镜23和扫描振镜驱动器22。

其中，激光器21用于发射激光。优选地，可以采用半导体激光器。

扫描振镜驱动器22用于驱动扫描振镜。

两个扫描振镜23用于将激光器21所发射的激光在x和y方向上投射到所选定的血管上。

在实际使用时，扫描振镜驱动器在接收到定位后的血管坐标信息后，驱动两个扫描振镜，使激光器发射出的聚焦激光投射到所选定的血管上。优选地，本发明中采用波长为785nm，输出功率为1-5mW的半导体红外线激光。扫描振镜采用反射式扫描振镜。

信号检测分析模块3包括反射聚焦镜31、聚焦透镜32、滤光器33、拉曼光谱仪34和分析显示模块35。

反射聚焦镜31用于反射激光照射血管中血液所产生的散射光。

聚焦透镜32用于聚焦反射聚焦镜反射的散射光。

滤光器33用于将聚焦透镜聚焦过来的光中可能夹杂的入射光或其它杂散光滤除，而仅让散射光进入拉曼光谱仪。具体地，滤光器33只让波长大于入射光波长的光通过，而滤除掉所有其它的光。

拉曼光谱仪34用于检测聚焦后的散射光的拉曼散射光谱。

分析显示模块35用于根据拉曼光谱仪34的检测结果，比较拉曼散射光中对应血糖的谱峰与对应于血红素的谱峰的比值，从而根据预先获得的上述两个谱峰的比值与血糖关系的定标曲线确定血糖值，并将其显示出来。

在本发明的一个优选实施例中，反射聚焦镜上设置有三个小孔，分别用于通过眼珠导引灯、照明灯及摄像头和扫描振镜发出或接收的光。

参照图2和图3，本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测方法包括以下步骤：

步骤S1、眼珠导引灯在眼睛靠近鼻侧发光，以引导使用者的眼珠转向鼻侧从而露出结膜及巩膜。

具体地，将眼球对准检测窗后，眼珠导引灯11所发出的光引导使用者的眼珠向鼻侧靠拢使得结膜与巩膜露出。其中，检测窗比人眼稍大并带有软性罩膜，以便在进行检测时能对准眼球并档住外部杂散光。

步骤S2、在照明灯12照明下，摄像头13拍摄结膜与巩膜的血管4的图像，血管识别与定位模块14根据图像中各血管的颜色与大小选定某一血管并定位其坐标，并将坐标信息传送至激光聚焦投射模块2。

其中，照明灯发出漫射柔光，用于照明结膜及巩膜血管。血管识别与定位模块根据结膜及巩膜图像中各血管的颜色与大小，从血管图像中显示的血管中选定颜色最为鲜红且最粗的血管，并确定其二维坐标。即选定血管的标准为：选择颜色最为鲜红且最粗的血管。

步骤S3、扫描振镜驱动器22接收到血管的坐标信息后，控制两个扫描振镜23将聚焦激光投射到该血管上。

具体地，血管识别与定位模块在确定血管坐标后即启动激光器并通过驱动一对扫描振镜按所定位的坐标转动，将激光器发出的激光反射到选定的血管上。

步骤S4、反射聚焦器31反射激光照射所选定血管中的血液后所产生的散射光，聚焦透镜32将反射来的散射光聚焦到滤光器33中。

步骤S5、滤光器33将聚焦过来的光中可能夹杂着的入射光或其它杂散光滤除后送入拉曼光谱仪34。

具体地，滤光器只让波长大于入射光波长的光进入拉曼光谱仪，而滤除掉所有其它的光。

步骤S6、拉曼光谱仪34检测散射光的拉曼散射光谱。

步骤S7、分析显示模块35分析比较拉曼散射光中对应血糖的谱峰与对应于血红素的谱峰两者的比值，再根据预先获得的两谱峰比值与血糖关系的定标曲线确定出血糖值，并将其显示出来，即完成血糖检测任务。

综上所述，本发明的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪及检测方法无须对病人取血，亦不需任何试纸等耗材，在对人体无损情况下自动智能快速对血糖进行直接实时准确检测和显示；由于检测无损且不会有不适感觉，故使用者可按需要多次反复进行，更利于对血糖的监测，控制病情的发展。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：包括依次相连的血管寻的模块、激光聚焦投射模块和信号检测分析模块；

所述血管寻的模块用于寻找并选定结膜或巩膜表面上的血管，并定位血管坐标；

所述激光聚焦投射模块用于根据所定位的血管坐标将激光聚焦投射到所选定血管中的血液上；

所述信号检测分析模块用于采集激光照射所选定血管中的血液产生的散射光，并根据检测到的散射光的拉曼散射光谱分析并显示出血糖值；

所述信号检测分析模块包括反射聚焦镜、聚焦透镜、滤光器、拉曼光谱仪和分析显示模块；

所述反射聚焦镜用于反射激光照射血管中的血液产生的散射光；

所述聚焦透镜用于聚焦反射聚焦镜反射的散射光；

所述滤光器用于将聚焦透镜聚焦过来的光中可能夹杂的入射光或其它杂散光滤除；

所述拉曼光谱仪用于检测聚焦后的散射光的拉曼散射光谱；

所述分析显示模块用于根据所述拉曼光谱仪的检测结果，比较拉曼散射光中对应血糖的谱峰与对应于血红素的谱峰的比值，从而根据预先获得的上述两个谱峰的比值与血糖关系的定标曲线确定血糖值，并将其显示出来。

2.根据权利要求1所述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：所述血管寻的模块、所述激光聚焦投射模块和所述信号检测分析模块均置于箱体中，所述箱体一端开有一检测窗，所述检测窗在检测时对准眼珠。

3.根据权利要求2所述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：所述检测窗上带有罩膜，用于进行检测时档住外部杂散光。

4.根据权利要求1所述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：所述血管寻的模块包括眼珠导引灯、照明灯、摄像头和血管识别与定位模块；

所述眼珠导引灯用于引导使用者的眼珠向鼻侧靠拢而使结膜及巩膜露出；

所述照明灯用于对结膜及巩膜的血管进行照明；

所述摄像头用于拍摄结膜及巩膜的血管图像；

所述血管识别与定位模块用于根据所拍摄的血管图像中各血管的大小与颜色选定某一位于结膜或巩膜的血管并定位其坐标。

5.根据权利要求4所述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：选定血管的标准为：选择颜色最为鲜红且最粗的血管。

6.根据权利要求1所述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：所述激光聚焦投射模块包括激光器、两个扫描振镜和扫描振镜驱动器；所述扫描振镜驱动器在接收到选定的血管的坐标信息后，驱动所述两个扫描振镜，使所述激光器发射出的聚焦激光投射到所选定的血管上。

7.根据权利要求6所述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：所述激光器采用半导体激光器，发射出波长为785nm，输出功率为1-5mW的半导体红外线激光；所述扫描振镜采用反射式扫描振镜。

8.根据权利要求1所述的基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测仪，其特征在于：所述滤光器只通过波长大于入射光波长的光。

9.一种基于眼血管血液拉曼散射的无损血糖检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、眼珠导引灯在眼睛靠近鼻侧发光，以引导使用者的眼珠转向鼻侧从而露出结膜及巩膜；

步骤S2、在照明灯的照明下，摄像头拍摄结膜与巩膜的血管图像，血管识别与定位模块根据血管图像中各血管的颜色与大小选定某一血管并定位其坐标；

步骤S3、扫描振镜驱动器接收到选定的血管的坐标信息后，控制两个扫描振镜将聚焦激光投射到所述选定的血管上；

步骤S4、反射聚焦器反射激光照射所选定血管中的血液所产生的散射光，聚焦透镜将反射来的散射光聚焦到滤光器中；

步骤S5、滤光器将聚焦过来的光中可能夹杂着的入射光或其它杂散光滤除后送入拉曼光谱仪；

步骤S6、拉曼光谱仪检测散射光的拉曼散射光谱；

步骤S7、分析显示模块分析比较拉曼散射光中对应血糖的谱峰与对应于血红素的谱峰两者的比值，再根据预先获得的两谱峰比值与血糖关系的定标曲线确定出血糖值，并将其显示出来。