CN110742622A - 一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置及其系统使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置及其系统使用方法。该装置由二氧化硅玻片、聚焦透镜、微型超声传感器、反射式物镜、光纤准直器、夹具、前置信号放大器、位移平台、定位检测单元、激光器、光纤构成；本发明还提供了利用上述装置进行血管成像定位及血糖无损检测的方法。本发明所采用的光学系统，使用反射式物镜，将光线整形，使整个光学系统成为后向式结构，在光束能量强度足够的基础上，将微型超声传感器置于反射式物镜中心正下方位置，可提高装置的实用性。与同类检测装置和方法相比，不仅可以实现光声无损血糖检测，还可实现血管成像定位，血糖数据处理和预测模型的建立，可极大提高血糖检测准确度和血糖浓度预警。

Description

一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置及其系统使 用方法
技术领域
本发明涉及光声无损检测装置，具体涉及一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置及其系统使用方法。
背景技术
光声无创血糖技术是一种基于光声效应的无创检测技术，利用血液吸收光能后产生超声波的强度(峰峰值、积分值)以及声速等建立血糖预测模型，兼备光的高分辨率和声的高对比度的特点。从原理上避开了组织光学强散射带来的干扰,为血糖无损检测提供了一种高灵敏度的测量手段。
糖尿病是世界上常见的疾病。目前，我国患病人数已达5％。因血糖浓度为特征的代谢功能长时间紊乱，会引起一系列的慢性并发症如糖尿病肾病、糖尿病眼部并发症和糖尿病心血管并发症等，严重危害了发病人群的身心健康甚至生命。
目前科学技术和医疗水平还无法根治糖尿病，只能通过检测血糖浓度，及时配合药物用量进行保守性治疗。血糖浓度是检测糖尿病的重要指标之一,为了避免并发症的发生,病人需要实时自我检测血糖。传统的血糖检测仪都是有创的且不能精准选择检测部位造成多次创伤,而糖尿病患者的免疫能力较差，使用后不仅会给患者带来痛苦还会二次感染。
光声无创血糖检测技术同时具有光的高分辨率和声的高对比度的特点，被广泛应用于生物医学。利用血糖所激发的不同超声速度和强度可探测血糖浓度信息；可依据光声成像定位最佳检测部位，提高检测的速度和精度。该技术可快速定位检测部位，高精度地无创检测血糖浓度，将是最好的血糖检测技术之一。
发明内容
为克服现有血糖检测精度的不足，本发明提供了一种基于后向模式的光声无损血糖定位及检测装置，该装置避免了不同位置血糖的特异性的缺点以及血糖检测浓度的缺点。本装置可以对于人体部位(如：手指，手臂等)中的血管进行光声成像定位以及血糖浓度检测，不仅可以实现血管定位，还可无损检测血糖浓度，实现生物医疗检测技术的精准性；反射式物镜将光线整形，使整个系统成为后向式结构，在光束能量强度足够的基础上，将微型超声传感器置于反射式物镜出光口正中间的遮光处，使得检测超声波的穿透深度更深，提高装置的实用性，检测的血糖信号更准确。该系统可检测待测部位的血糖浓度，实现血糖数据的处理，提高血糖检测的准确度。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于后向模式的光声无损血糖定位及检测装置，该装置包括二氧化硅玻片、聚焦透镜、微型超声传感器、反射式物镜、光纤准直器、夹具、前置信号放大器、位移平台、定位检测单元、激光器、光纤构成；所述的聚焦透镜、反射式物镜、光纤准直器由夹具夹持组成光学系统部分，位于二氧化硅玻片正下方。所述微型超声传感器位于反射式物镜出光口正中间的遮光处。所述微型超声传感器传输的数据由前置信号放大器放大，并传给定位检测单元处理。所述光源由激光器提供，并经光纤耦合到光纤准直器上。
所述光学系统部分光源从下到上依次是光纤准直器、反射式物镜、聚焦透镜；所述的光纤准直镜将光纤传输过来的光线进行准直；所述反射式物镜将准直光整形，与微型超声传感器两侧传输并聚焦于微型超声传感器的正下方；所述聚焦透镜对光束进行二次聚焦，聚焦于二氧化硅玻片正上方的待测皮肤表面。
进一步地，所述的激光器，用于产生光源，激励手指中血管产生光声信号。
进一步地，所述光纤用于传输激光器产生的光束，方便光束应用。
进一步地，所述光纤准直器将光纤传来的光束进行准直。
进一步地，所述反射式物镜用于调整准直光，使平行光分成左右两束并重叠聚焦于微型超声传感器正上方，经调整的光线均匀度优于90％，焦点光斑直径约为20um；所述反射式物镜数值孔径为0.5,遮光面为24％。
进一步地，所述聚焦透镜用于光线的二次聚焦，焦点光斑直径约为22um，提高系统分辨率和单位能量密度；所述聚焦透镜的焦距为1000mm。
进一步地，所述夹具置于位移平台上进行C-扫描。
进一步地，所述微型超声传感器与前置信号放大器相连；所述前置信号放大器通过带BGC接头的数据通信线(Bayonet Nut Connector，以下简称BNC线)与定位检测单元相连；所述微型超声传感器的尺寸为3.5mm×1.5mm。
进一步地，所述定位检测单元对光声信号进行处理，定位血管位置，检测血糖浓度，并进行预警。
本发明还提供一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测系统的使用方法，具体方法包括如下步骤：
S1：将被测人群的待测部位放置于二氧化硅玻片上，启动电源，打开激光器、位移平台、前置信号放大器和定位检测单元工作；
S2：将激光器产生的光束，通过光纤耦合到光纤准直镜，然后进入反射式物镜整形并聚焦，聚焦光经过聚焦透镜二级在人体待测部位表面进行二次聚焦；
S3：微型超声传感器将接收到的光声信号传送至前置信号放大器进行放大；
S4：放大后的信号传输至定位检测单元进行信号处理，处理过程根据信号的幅度与声速，综合人体部位的相关参数，归一化光声信号的强度，定位血管位置和检测血糖浓度；
S5：定位检测单元控制位移平台进行移动，完成待测区域的成像和血管中血糖信号的扫描；
S6：定位检测单元分析扫描点的超声信号强度和声速，解析扫描点的组织特性，提取检测区域的血管位置和血糖浓度的信息；
S7：根据血管位置和血糖浓度的信息进行血管定位，血糖浓度检测。
进一步地，所述S6及S7具体包括：将血管定位和血糖浓度检测的结果登记入库，建立确定位置的血糖浓度预测模型，提供预警。
进一步地，所述定位检测信息包括血管位置和血糖浓度的信息。
进一步地，所述血糖浓度用卷积神经网络进行训练，并采用回归预测方法、组合预测模型或BP神经网络预测模型对血糖浓度进行预测计算。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明将光声血糖技术融合人工智能识别技术，可以进行光声血糖无创定位检测；并且，本发明将光声定位和血糖无损检测两种技术融合，有效提高了血糖检测的准确性和精确度；与传统的方法相比，反射式物镜将光线整形，使整个光学系统成为后向式结构，在光束能量强度足够的基础上，将微型超声传感器置于反射式物镜遮光处，使得检测超声波的穿透深度更深，提高装置的实用性，检测的血糖信号更准确。该系统可检测待测部位的血糖浓度，实现血糖数据的处理，提高血糖检测的准确度。
附图说明
图1为本发明的光声无损血糖定位检测装置的结构示意图；
其中，1、二氧化硅玻片，2、聚焦透镜，3、微型超声传感器，4、反射式物镜，5、光纤准直器，6、夹具，7、前置信号放大器，8、位移平台，11、定位检测单元，9、激光器，10、光纤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，如图1所示，一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置，该装置包括二氧化硅玻片1、聚焦透镜2、微型超声传感器3、反射式物镜4、光纤准直器5、夹具6、前置信号放大器7、位移平台8、定位检测单元11、激光器9、光纤10构成；所述的聚焦透镜2、反射式物镜4、光纤准直器5由夹具6夹持组成光学系统部分，位于二氧化硅玻片1正下方。所述微型超声传感器3位于反射式物镜4出光口正中间的遮光处。所述微型超声传感器3传输的数据由前置信号放大器7放大，并传给定位检测单元11处理。所述光源由激光器9提供，并经光纤10耦合到光纤准直器上。
所述光学系统部分光源从下到上依次是光纤准直器5、反射式物镜4、聚焦透镜2；所述的光纤准直镜5将光纤10传输过来的光线进行准直；所述反射式物镜4将准直光整形，与微型超声传感器3两侧传输并聚焦于微型超声传感器3的正下方；所述聚焦透镜2对光束进行二次聚焦，聚焦于二氧化硅玻片1正上方的待测皮肤表面。
所述的激光器9，用于产生光源，激励手指中血管产生光声信号。
所述光纤10用于传输激光器产生的光束，方便光束应用。
所述光纤准直器5将光纤传来的光束进行准直。
所述反射式物镜4用于调整准直光，使平行光分成左右两束并重叠聚焦于微型超声传感器3正上方，经调整的光线均匀度优于90％，焦点光斑直径约为20um；所述反射式物镜数4值孔径为0.5,遮光面为24％；所述反射式物镜数4优选为THORLABS的LMM-40X-UVV。
所述聚焦透镜2用于光线的二次聚焦，焦点光斑直径约为22um，提高系统分辨率和单位能量密度；所述聚焦透镜2的焦距为1000mm；所述聚焦透镜2优选为THORLABS的LA1464；
所述夹具6置于位移平台8上进行C-扫描。
所述微型超声传感器3与前置信号放大器7相连；所述前置信号放大器7通过BNC线与定位检测单元11相连；所述微型超声传感器7优选为苏州医工所生成的超声探头，尺寸为3.5mm×1.5mm。
进一步地，所述定位检测单元11对光声信号进行处理，定位血管位置，检测血糖浓度，并进行预警。
本发明还提供一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测系统的使用方法，具体方法包括如下步骤：
S1：将被测人群的待测部位放置于二氧化硅玻片1上，启动电源，打开激光器9、位移平台8、前置信号放大器7和定位检测单元11工作；
S2：将激光器9产生的光束，通过光纤10耦合到光纤准直镜5，然后进入反射式物镜4整形并聚焦，聚焦光经过聚焦透镜2二级在人体待测部位表面进行二次聚焦；
S3：微型超声传感器3将接收到的光声信号传送至前置信号放大器7进行放大；
S4：放大后的信号传输至定位检测单元11进行信号处理，处理过程根据信号的幅度与声速，综合人体部位的相关参数，归一化光声信号的强度，定位血管位置和检测血糖浓度；
S5：定位检测单元11控制位移平台8进行移动，完成待测区域的成像和血管中血糖信号的扫描；
S6：定位检测单元11分析扫描点的超声信号强度和声速，解析扫描点的组织特性，提取检测区域的血管位置和血糖浓度的信息；
S7：根据血管位置和血糖浓度的信息进行血管定位，血糖浓度检测。
所述S6及S7具体包括：将血管定位和血糖浓度检测的结果登记入库，建立确定位置的血糖浓度预测模型，提供预警。
所述定位检测信息包括血管位置和血糖浓度的信息。
所述血糖浓度用卷积神经网络进行训练，并采用回归预测方法、组合预测模型或BP神经网络预测模型对血糖浓度进行预测计算。
本发明为光声成像定位融合超声波声速检测血糖浓度，可以进行人体部位的血糖无创定位检测，以及光声成像定位和血糖无创检测两种技术的融合，有效提高了血糖检测的准确性和精确度；本发明采用后向模式，将光线整形，使整个光学系统成为后向式结构，在光束能量强度足够的基础上，将微型超声传感器置于反射式物镜遮光处，提高装置的实用性，提高了生物医疗检测算法的准确性，使其能够广泛应用于生物识别等领域。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的基于后向模式的光声无创血糖检测装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于后向模式的光声无创血糖检测装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置，其特征在于,包括二氧化硅玻片、聚焦透镜、微型超声传感器、反射式物镜、光纤准直器、夹具、前置信号放大器、位移平台、定位检测单元、激光器、光纤；
所述的聚焦透镜、反射式物镜、光纤准直器通过夹具夹持组成光学系统部分，位于二氧化硅玻片正下方；
所述聚焦透镜用于光线的二次聚焦，焦点光斑直径为22um，提高系统分辨率和单位能量密度；
所述微型超声传感器位于反射式物镜出光口正中间的遮光处，微型超声传感器与前置信号放大器相连；
所述反射式物镜用于调整准直光，使平行光分成左右两束并重叠聚焦于微型超声传感器正上方，经调整的光线均匀度优于90％，焦点光斑直径为20um；
所述光纤准直器用于将光纤传来的光束进行准直；
所述夹具置于位移平台上进行C-扫描；
所述前置信号放大器通过BNC线与定位检测单元相连，所述微型超声传感器传输的数据由前置信号放大器放大，并传给定位检测单元处理；
所述定位检测单元对光声信号进行处理，定位血管位置，检测血糖浓度，并进行预警；
所述的激光器，用于产生光源，所述光源并经光纤耦合到光纤准直器上；激励血管产生光声信号；
所述光纤用于传输激光器产生的光束，方便光束应用。
2.根据权利要求1所述的一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置，其特征在于：所述光学系统部分中光源从下到上依次是光纤准直器、反射式物镜、聚焦透镜；所述的光纤准直器将光纤传输过来的光线进行准直；所述反射式物镜将准直光整形，与微型超声传感器两侧传输并聚焦于微型超声传感器的正下方；所述聚焦透镜对光束进行二次聚焦，聚焦于二氧化硅玻片正上方的待测皮肤表面。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置，其特征在于：所述聚焦透镜的焦距为1000mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置，其特征在于：所述微型超声传感器的尺寸为3.5mm×1.5mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测装置，其特征在于：所述反射式物镜数值孔径为0.5,遮光面为24％。
6.一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将被测人群的待测部位放置于二氧化硅玻片上，启动电源，打开激光器、位移平台、前置信号放大器和定位检测单元工作；
S2：将激光器产生的光束，通过光纤耦合到光纤准直镜，然后进入反射式物镜整形并聚焦，聚焦光经过聚焦透镜，在人体待测部位表面进行二次聚焦；
S3：微型超声传感器将接收到的光声信号传送至前置信号放大器进行放大；
S4：放大后的信号传输至定位检测单元进行信号处理，处理过程根据信号的幅度与声速，综合人体部位的相关参数，归一化光声信号的强度，定位血管位置和检测血糖浓度；
S5：定位检测单元控制位移平台进行移动，完成待测区域的成像和血管中血糖信号的扫描；
S6：定位检测单元分析扫描点的超声信号强度和声速，解析扫描点的组织特性，提取检测区域的定位检测信息；
S7：根据定位检测信息进行血管定位，血糖浓度检测。
7.根据权利要求6所述的一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测系统的使用方法，其特征在于：所述S6与S7中包括将血管定位和血糖浓度检测的结果登记入库，建立确定位置的血糖浓度预测模型，提供预警。
8.根据权利要求6所述的一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测系统的使用方法，其特征在于：所述定位检测信息包括血管位置和血糖浓度的信息。
9.根据权利要求7所述的一种基于后向模式的光声无损血糖定位检测系统的使用方法，其特征在于：所述血糖浓度用卷积神经网络进行训练，并采用回归预测方法、组合预测模型或BP神经网络预测模型对血糖浓度进行预测计算。
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