CN108742646A - 一种基于光折射角度测量眼睛房水葡萄糖浓度的方法 - Google Patents

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陈占坤
张建
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    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement

Abstract

本发明公开了一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法。包括光源模块、数据采集处理模块和显示模块。光源产生的光以一定角度入射人眼，经角膜和房水折射后，出射的折射光的角度包含房水葡萄糖浓度信息。将测量模块接收到的角度送入核心控制的单片机，将角度信息转换为房水的折射率，进步将折射率转换成葡萄糖浓度，并在LCD屏上显示。本发明介绍的房水葡萄糖浓度检测方法是无创的，且具有成本低、装置便于携带等优点。

Description

一种基于光折射角度测量眼睛房水葡萄糖浓度的方法
技术领域
本发明属于生物组织参数检测领域，特别涉及一种利用光折射角度测量眼睛房水葡萄糖浓度的方法。
背景技术
糖尿病是当前威胁全球人类健康的最重要的非传染性疾病之一，根据国际糖尿病联盟统计，2011年全球糖尿病患者人数已达3.7亿，其中80%在发展中国家，估计到2030年全球将有近5.5亿糖尿病患者。目前人体血液葡萄糖浓度的测量方法大多是静脉采血，比如通常在患者手指上直接采血，然后通过化学的方法，利用比色纸进行人体血液葡萄糖浓度测量。这种有创检测的方法并不适合对糖尿病患者的血糖水平进行及时有效的监测。
房水是由睫状体产生，经后房-瞳孔-前房角-排出进入血液的无色透明的液体，属于组织液的一种。血清中的糖称为血糖，绝大多数情况下都是葡萄糖。房水中葡萄糖的浓度大约为血浆中浓度的80%。
菲涅尔光折射定律指出，光从一个介质进入另一介质，入射角θ1的正弦值与折射角θ2的正弦值的比值为一定值，而此一定值等于入射介质折射率n1与折射介质折射率n2的反比，如公式sin(θ1) / sin(θ2) = n2 / n1所示。
研究表明，恒定温度下葡萄糖溶液的折射率n与浓度c是线性相关的，而人体是一个非常好的恒温体系，正常体温维持在37℃。基于此开发了一种利用折射光角度测量房水葡萄糖浓度的方法，该方法具有安全无创，成本低，结构简单，便携易操作，用其进行检测具有实时、准确、快速检验的优势。由于房水葡萄糖浓度与血糖有很高的相关性，本发明很有可能对于即时检验血糖水平具有重大意义。
发明内容
本发明拟提供一种利用折射光角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法。
本发明包括光源模块、数据采集处理模块和显示模块。
光源模块，采用低功率密度，体积较小的固体激光器，或其它类型的准直光源：所述光源的光斑要小，所述激光器用于提供检测房水葡萄糖浓度所需的光源。
数据采集处理模块，包括光角度测量电路及数据处理电路：所述光角度测量电路用于测量出射的折射光的角度，所述数据处理电路用于将折射光的角度信息转换为浓度信息并在显示模块上显示出来。
所述光角度测量电路包括线阵CCD和信号采集和信号滤波电路，所述CCD的单个检测单元大小与光斑尺寸相当，以便于测量折射光出射的角度。
所述数据处理电路采用单片机，或者FPGA、控制卡等具有程序控制功能的硬件，单片机连接光源模块、光角度测量电路和显示屏，实现对光源的控制，对光角度测量电路采集信号的控制，对角度信息的处理以及浓度信息的显示。
所述测量过程中入射激光的角度θ1始终保持不变，空气折射率 n1保持恒定，由于房水中葡萄糖浓度变化导致折射率 n2 改变，进而使得出射光线与线阵CCD的形成不同的夹角。
所述折射角度转换为浓度的具体过程如下：先将检测到的角度信息折算出折射率的大小，然后将折射率信息成葡萄糖浓度。
所述显示模块为LCD显示模块。
本发明所提供的利用折射光角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，具有以下优点：本发明利用折射光角度变化测量房水葡萄糖浓度，简单易行，成本低，便于携带；所采用的半导体激光器，具有效率高、体积小、重量轻且价格低的优点；所采用的线阵CCD，能够快速、准确的数据采集；对信号进行滤波，可以排除背景光的干扰，提高诊断的准确度；选用单片机实现数模信号转换及处理信息、传输信息至显示器，完成血糖水平的快速诊断。
附图说明
图1为本发明提供一种利用折射光角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法的检测示意图；入射角度θ1始终保持不变，空气折射率 n1保持恒定，由于房水中葡萄糖浓度变化导致折射率 n2 改变，进而使得出射光线与线阵CCD的形成不同的夹角θ2、θ3和θ4。
图2为本发明提供一种利用折射光角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法的整体组成框图。
图3为37℃时不同浓度葡萄糖的折射率的关系图。
图4为计算机仿真房水模型中葡萄糖浓度与激光出射角度关系图。
图2中：101-单片机核心控制 102-光源 103-测量模块 104-LCD显示模块
201-房水模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述, 以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明的技术方案，但本发明的使用范围不限于此。
图1为本发明提供一种利用折射光角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法的检测示意图；激光以角度θ1入射房水模型，经过房水之后出射，与角度检测用的线阵CCD形成的夹角，通过计算获取夹角数值；当入射角度θ1始终保持不变，空气折射率 n1保持恒定，由于房水中葡萄糖浓度变化导致折射率 n2 改变，进而使得出射光线与线阵CCD的形成不同的夹角θ2、θ3和θ4。
图2为本发明提供一种利用折射光角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法的整体组成框图。如图1所示：单片机控制101控制光源102发出的激光通过房水模型201之后，出射的折射光以一定角度打到测量模块103上，测量模块103将折射光的角度传输到单片机，单片机将角度信息折算成浓度信息，并在LCD显示模块104上显示浓度信息。
出射光与线阵CCD夹角转换为葡萄糖浓度的具体过程如下：先将检测到的角度信息对照图3折算出折射率的大小，然后对照图2将折射率信息成葡萄糖浓度。

Claims (10)

1.一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，需要用到光源模块、数据采集处理模块和显示模块，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，光源产生的光以一定角度穿过角膜，经房水折射后，再次穿过角膜射出；
步骤二，数据采集处理模块接收出射光并测量出射角度；
步骤三，数据采集处理模块将出射光的角度折算成房水的折射率；
步骤四，数据采集处理模块将折射率信息转换为房水的葡萄糖浓度，并在显示模块LCD显示。
2.如权利要求书1所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，步骤一所述光源发出的光具有较好的准直特性。
3.如权利要求书1所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，步骤一所述角度固定不变，且需要保证光能够穿过房水后出射。
4.如权利要求书1所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，步骤二所述的出射角度使用线阵CCD检测。
5.如权利要求书1所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，步骤三所述角度与折射率的换算方法是，利用实验测量的37℃时光折射角度与葡萄糖折射率关系图换算。
6.如权利要求书1所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，步骤四所述折射率与葡萄糖浓度换算方法是，利用实验测量的37℃时葡萄糖浓度与其折射率关系图换算。
7.如权利要求书2所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，所述光源的光斑要小，光斑直径与CCD的单个感光单元尺寸相当。
8.如权利要求书3所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，测量过程中入射激光的角度始终保持不变，空气折射率保持恒定，由于房水中葡萄糖浓度变化导致折射率改变，进而使得出射光线与线阵CCD的形成不同的夹角。
9.如权利要求书4所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，线阵CCD可以检测到出射光点位置，测量出射光的角度。
10.如权利要求书5所述的一种利用光折射角度变化测量房水葡萄糖浓度的方法，其特征在于，37℃为模拟人体正常体温。
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