CN111956233A

CN111956233A - 一种血糖测量装置及血糖测量方法

Info

Publication number: CN111956233A
Application number: CN202010675203.6A
Authority: CN
Inventors: 王荃; 高驰; 冯玉涛; 范博昭; 胡炳樑
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: CN111956233B

Abstract

本发明公开了一种血糖测量装置及血糖测量方法，旨在解决现有技术中存在的血糖测量中拉曼光谱信号微弱、易受荧光以及杂光影响、测量灵敏度和准确度不高的技术问题，本发明的血糖测量装置包括光源单元和探测单元；光源单元包括激光光源、安装筒以及多根光源光纤；探测单元包括安装柱、探测光纤、光谱成像组件以及计算机。本发明的血糖测量装置既能实现对待测组织的非侵入式测量，又能实现对待测组织内部成分的微创侵入式测量，还可根据待测组织特性不同，选择不同的测量方式，即反射模式测量和透射模式测量，通过选择适合不同组织部位的测量方式，使得测量更加准确可靠。

Description

一种血糖测量装置及血糖测量方法

技术领域

本发明涉及血糖测量装置，具体涉及一种血糖测量装置及血糖测量方法。

背景技术

近年来，糖尿病作为一种高发疾病，严重影响着人类的健康与幸福，而血糖的检测成为了糖尿病预防和治疗的关键环节。现有通过采集血液的测量方式，主要聚焦于非侵入式血糖测量，借助于近红外光谱、光声光谱、以及拉曼光谱等光学手段。拉曼光谱由于可以通过分子丰富的振动光谱信息实现物质的非侵入式准确识别与检测，成为了血糖检测最具潜力的技术之一。但目前拉曼光谱仍存在一定的技术难题，如信号采集过程不够稳定、拉曼光谱信号较弱、易受荧光以及杂光影响、灵敏度和准确度不高等。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的血糖测量中拉曼光谱信号微弱、易受荧光以及杂光影响、测量灵敏度和准确度不高的技术问题，而提供一种血糖测量装置及血糖测量方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种血糖测量装置，其特殊之处在于：

包括光源单元和探测单元；

所述光源单元包括激光光源、安装筒以及多根光源光纤；

所述安装筒为锥台结构；

多根所述光源光纤均嵌入安装筒筒壁内，光源光纤的输出端漏出安装筒的小端，光源光纤的输入端伸出安装筒的大端，并通过第一光纤耦合器与所述激光光源连接；

所述探测单元包括安装柱、探测光纤、光谱成像组件以及计算机；

所述安装柱可套装于安装筒内；

所述探测光纤嵌入安装柱内，探测光纤的输入端漏出安装柱的端部，探测光纤的输出端伸出安装柱，并通过第二光纤耦合器与所述光谱成像组件的输入端连接；

所述光谱成像组件的输出端与计算机连接，用于接收光源测量信号经待测组织散射后的拉曼散射光信号，并将处理后得到的干涉图样数据输送至计算机；

所述计算机通过干涉图样数据计算血糖水平。

进一步地，多根所述光源光纤的输出端均向探测光纤的输入端靠拢，其端面为斜切面，该斜切面与安装筒的轴线夹角范围为30～60度；

所述探测光纤的输入端为锥形结构。

进一步地，所述斜切面与安装筒的轴线夹角为45度。

进一步地，所述光谱成像组件包括沿光路依次设置的准直透镜、滤波片、空间外差干涉仪、成像镜组以及探测器；

所述准直透镜设置于第二光纤耦合器的输出端，用于对探测信号光进行准直；准直后的探测信号经滤波片滤波后进入空间外差干涉仪的分束面上，产生透反比各为50％的两束光，从空间外差干涉仪出射的光束再经过成像镜组后被探测器接收；所述探测器与计算机连接。

进一步地，所述探测器为InP/InGaAsP近红外多通道探测器。

进一步地，所述激光光源为近红外激光光源。

进一步地，所述滤波片为带通滤波片。

进一步地，所述安装筒的内壁为圆柱形。

采用上述的一种血糖测量装置的血糖测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)根据待测组织特性选择探测模式：反射模式和透射模式；

若选择反射模式则进行步骤2)；

若选择透射模式则进行步骤3)；

2)反射模式：

将嵌入光源光纤的安装筒套装于嵌入探测光纤的安装柱外，使得光源光纤的输出端与探测光纤的输入端位于同一面；开启激光光源输出入射光线，入射光线通过光源光纤入射至待测组织，经待测组织散射后被探测光纤接收并依次传输至光谱成像组件、计算机，经处理计算得到待测组织处的血糖水平；

3)透射模式：

将嵌入光源光纤的安装筒设置于待测组织的一侧，将嵌入探测光纤的安装柱设置于待测组织的另一侧；使得光源光纤的输出端与探测光纤的输入端相对；开启激光光源输出入射光线，入射光线通过光源光纤入射至待测组织，经待测组织透射后被探测光纤接收并依次传输至光谱成像组件、计算机，经处理计算得到待测组织处的血糖水平。

进一步地，步骤1)中探测模式的选取方法为：

若入射光线能够透过待测组织，则选择透射模式；

若入射光线无法透过待测组织，则选择反射模式。

本发明的有益效果是：

1.本发明的血糖测量装置既能实现对待测组织的非侵入式测量，又能实现对待测组织内部成分的微创侵入式测量，从而准确获取相关组织成分的拉曼光谱信息，根据该信息计算出待测组织的血糖水平。

2.本发明可根据待测组织特性不同，选择不同的测量方式，即反射模式测量和透射模式测量，通过选择适合不同组织部位的测量方式，使得测量更加准确可靠。

3.本发明利用空间外差技术，获得具有高分辨率和高灵敏度的拉曼光谱信号，提高血糖测量的精准度。

4.本发明将光源单元和探测单元整合为一体，使得血糖测量更加灵敏、更加便捷。

5.本发明采用近红外激光光源，可以避免待测组织内部成分产生的荧光对拉曼光谱信号测量的干扰，进一步提高测量的准确度。

附图说明

图1是本发明一种血糖测量装置的实施例结构示意图(反射模式测量)；

图2是本实施例中光纤探头的结构示意图(微创侵入式状态)；

图3是本实施例中光纤探头的结构示意图(非侵入式状态)；

图4是本发明一种血糖测量装置的实施例结构示意图(透射模式测量)；

图5是图4中进行透射模式测量时的局部结构示意图。

附图说明：

1-激光光源，2-安装筒，3-光源光纤，4-安装柱，5-探测光纤，6-光谱成像组件，61-准直透镜，62-滤波片，63-空间外差干涉仪，64-成像镜组，65-探测器，7-待测组织,8-第一光纤耦合器，9-第二光纤耦合器。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种血糖测量装置及血糖测量方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

实施例：

本实施例一种血糖测量装置，如图1所示，包括光源单元和探测单元；

光源单元包括激光光源1、安装筒2以及多根光源光纤3；安装筒2为锥台结构；多根光源光纤3均嵌入安装筒2筒壁内且沿锥台母线方向设置，使得光源光纤3的输出端向安装筒2的轴线处靠拢，光源光纤3的输出端略微漏出安装筒2的小端，光源光纤3的输入端伸出安装筒2的大端，并通过第一光纤耦合器8与激光光源1连接；光源光纤3的输入端端面为斜切面，该斜切面与安装筒2的轴线夹角为45°，便于微创侵入待测组织7；激光光源1为近红外激光光源，用于输出近红外波段的入射光，近红外波段的入射光进入待测组织7之后能够避免荧光信号的干扰和影响。

探测单元包括安装柱4、探测光纤5、光谱成像组件6以及计算机；安装柱4可套装于安装筒2内；安装筒2的内壁为与安装柱4外壁适配的圆柱形；探测光纤5嵌入安装柱4内，探测光纤5的输入端漏出安装柱4的端部，探测光纤5的输出端伸出安装柱4，并通过第二光纤耦合器9与光谱成像组件6的输入端连接；探测光纤5的输入端为锥形结构，方便侵入待测组织。

光谱成像组件6包括沿光路依次设置的准直透镜61、滤波片62、空间外差干涉仪63、成像镜组64以及探测器65；准直透镜61设置于第二光纤耦合器9的输出端，用于对探测信号光进行准直；准直后的探测信号经滤波片62滤波后进入空间外差干涉仪63的分束面上，产生透反比各位50％的两束光，从空间外差干涉仪63出射的光束再经过成像镜组64后被探测器65接收；该探测器65为InP/InGaAsP近红外多通道探测器，滤波片62为带通滤波片；探测器65与计算机连接；光谱成像组件6用于接收光源测量信号经待测组织7散射后的拉曼散射光信号，并将经处理后得到的干涉图样数据输送至计算机。

计算机实现对干涉图样数据的反演、计算、以及处理分析，从而获得所测量的不同成分的拉曼光谱数据，经过进一步的计算与处理，获得准确的血糖浓度。

上述一种血糖测量装置的血糖测量方法如下：

步骤1)根据待测组织特性选择探测模式：反射模式和透射模式；

若来自激光光源的入射光线无法凭借光散射透过待测组织，且拉曼散射光信号只能通过待测组织表面进行探测时，则选择反射模式，并进行步骤2)；

若来自激光光源的入射光线能够凭借光散射透过待测组织，则选择透射模式，并进行步骤3)；

2)反射模式：

如图1所示，将嵌入光源光纤的安装筒套装于嵌入探测光纤的安装柱外，使得光源光纤的输出端与探测光纤的输入端位于同一面；此时，嵌入光源光纤的安装筒和嵌入探测光纤的安装柱整体形成一个微型光纤探头；测量时，可如图2所示，进行微创侵入式测量，即将光源光纤的输出端与探测光纤的输入端均侵入待测组织，也可如图3所示，进行非侵入式测量，即将光源光纤的输出端与探测光纤的输入端一起别进待测组织的表面；无论哪种方式，设置好之后均开启激光光源输出入射光线，入射光线通过光源光纤入射至待测组织，经待测组织散射后被探测光纤接收并依次传输至光谱成像组件、计算机，经处理计算得到待测组织处的血糖水平；

3)透射模式：

如图4所示，将嵌入光源光纤的安装筒设置于待测组织的一侧，将嵌入探测光纤的安装柱设置于待测组织的另一侧，同样的，即可侵入待测组织，也可如图5所示，仅贴近待测组织，测量时，需使得光源光纤的输出端与探测光纤的输入端相对；然后开启激光光源输出入射光线，入射光线通过光源光纤入射至待测组织，经待测组织透射后被探测光纤接收并依次传输至光谱成像组件、计算机，经处理计算得到待测组织处的血糖水平。

Claims

1.一种血糖测量装置，其特征在于：

包括光源单元和探测单元；

所述光源单元包括激光光源(1)、安装筒(2)以及多根光源光纤(3)；

所述安装筒(2)为锥台结构；

多根所述光源光纤(3)均嵌入安装筒(2)筒壁内，光源光纤(3)的输出端漏出安装筒(2)的小端，光源光纤(3)的输入端伸出安装筒(2)的大端，并通过第一光纤耦合器(8)与所述激光光源(1)连接；

所述探测单元包括安装柱(4)、探测光纤(5)、光谱成像组件(6)以及计算机；

所述安装柱(4)可套装于安装筒(2)内；

所述探测光纤(5)嵌入安装柱(4)内，探测光纤(5)的输入端漏出安装柱(4)的端部，探测光纤(5)的输出端伸出安装柱(4)，并通过第二光纤耦合器(9)与所述光谱成像组件(6)的输入端连接；

所述光谱成像组件(6)的输出端与计算机连接，用于接收光源测量信号经待测组织(7)散射后的拉曼散射光信号，并将处理后得到的干涉图样数据输送至计算机；

所述计算机通过干涉图样数据计算血糖水平。

2.根据权利要求1所述的一种血糖测量装置，其特征在于：

多根所述光源光纤(3)的输出端均向探测光纤(5)的输入端靠拢，其端面为斜切面，该斜切面与安装筒(2)的轴线夹角范围为30～60度；

所述探测光纤(5)的输入端为锥形结构。

3.根据权利要求2所述的一种血糖测量装置，其特征在于：所述斜切面与安装筒(2)的轴线夹角为45度。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种血糖测量装置，其特征在于：

所述光谱成像组件(6)包括沿光路依次设置的准直透镜(61)、滤波片(62)、空间外差干涉仪(63)、成像镜组(64)以及探测器(65)；

所述准直透镜(61)设置于第二光纤耦合器(9)的输出端，用于对探测信号光进行准直；准直后的探测信号经滤波片(62)滤波后进入空间外差干涉仪(63)的分束面上，产生透反比各为50％的两束光，从空间外差干涉仪(63)出射的光束再经过成像镜组(64)后被探测器(65)接收；所述探测器(65)与计算机连接。

5.根据权利要求4所述的一种血糖测量装置，其特征在于：所述探测器(65)为InP/InGaAsP近红外多通道探测器。

6.根据权利要求5所述的一种血糖测量装置，其特征在于：所述激光光源(1)为近红外激光光源。

7.根据权利要求6所述的一种血糖测量装置，其特征在于：

所述滤波片(62)为带通滤波片。

8.根据权利要求1所述的一种血糖测量装置，其特征在于：

所述安装筒(2)的内壁为圆柱形。

9.采用权利要求1所述的一种血糖测量装置的血糖测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据待测组织特性选择探测模式：反射模式和透射模式；

若选择反射模式则进行步骤2)；

若选择透射模式则进行步骤3)；

2)反射模式：

3)透射模式：

10.根据权利要求9所述的血糖测量方法，其特殊之处在于：

步骤1)中探测模式的选取方法为：

若入射光线能够透过待测组织，则选择透射模式；

若入射光线无法透过待测组织，则选择反射模式。