CN113876321A - 一种基于光声效应的无创血糖检测方法 - Google Patents

一种基于光声效应的无创血糖检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113876321A
CN113876321A CN202111321727.6A CN202111321727A CN113876321A CN 113876321 A CN113876321 A CN 113876321A CN 202111321727 A CN202111321727 A CN 202111321727A CN 113876321 A CN113876321 A CN 113876321A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
scanning
blood glucose
photoacoustic
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111321727.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113876321B (zh
Inventor
尹永刚
施钧辉
任丹阳
陈睿黾
李驰野
王少博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Lab
Original Assignee
Zhejiang Lab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Lab filed Critical Zhejiang Lab
Priority to CN202111321727.6A priority Critical patent/CN113876321B/zh
Publication of CN113876321A publication Critical patent/CN113876321A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113876321B publication Critical patent/CN113876321B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • 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
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • 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
    • A61B5/14532—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

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于光声效应的无创血糖检测方法，将中红外激光聚焦到待测皮肤下毛细血管所在深度，进行平面内的逐点扫描，记录每个扫描点的光声信号强度数据，根据不同扫描点之间光声信号强度数据的差异计算出血糖浓度。无创血糖检测装置主要包括激光控制模块、激光器、聚焦透镜、扫描振镜、声学谐振腔、声传感器、数据采集模块、计算机等。本发明提供的方法及装置可提升无创血糖测量的精度和重复性，抑制不同待测皮肤特性、不同环境条件对测量结果的影响。

Description

一种基于光声效应的无创血糖检测方法
技术领域
本发明涉及无创血糖检测领域，尤其涉及一种基于光声效应的无创血糖检测方法。
背景技术
糖尿病是世界第七大死亡原因，也是导致心脏病发作、中风、肾衰竭、失明和下肢截肢等代价高昂且令人衰弱的并发症的主要原因。目前，全球糖尿病患者超过4亿，中国糖尿病患者超过1亿，居全球第一，且数量仍然在快速增加。血糖的准确检测对糖尿病的早期诊断以及糖尿病患者的健康检测具有重要意义。
目前，血糖的检测主要采用有创的方式，通过抽取静脉或者毛细血管的血液，直接测量血液中葡萄糖含量。这种方法的血糖浓度测量结果较为准确，但是会消耗大量的生化试剂，检测时间较长，且采血的过程会给患者带来一定的痛苦，甚至有可能引发感染。对于糖尿病患者来说，长时间、高频率的有创血糖检测给生活带来了很多的痛苦和不便，因此无创血糖仪的市场需求极为迫切。严格意义上的无创血糖技术是建立在不用刺穿待测皮肤的基础之上的。目前市场上已经出现了一些无创血糖检测的技术，包括红外光谱和拉曼光谱等光学技术、透皮技术、热学技术等。红外光谱和拉曼光谱主要是利用人体组织的光谱信息分析其中的葡萄糖含量，透皮技术通过电流将葡萄糖从待测皮肤下提取出来进行检测，热学技术通过热量及多参数间接计算出血糖含量。
然而，由于不同人的待测皮肤组织特性不同，待测皮肤中的水、角质、脂肪等物质对血糖的影响也不同，当前的无创血糖检测技术存在测量精度不足、重复性差、可靠性差等缺点，难以在不同的测试条件下提供准确的测量结果。无创血糖检测的技术仍未成熟，中国还没有一款通过药监局认证的无创血糖仪。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于光声效应的无创血糖检测方法，以提升无创血糖检测的精度和重复性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于光声效应的无创血糖检测方法，所述方法在一种基于光声效应的无创血糖检测装置上实现，所述装置包括激光控制模块、激光器、聚焦透镜、扫描振镜、声学谐振腔、声传感器、数据采集模块、计算机；
所述激光器，用于发射强度可调节的激光；
所述激光控制模块，用于对激光器进行温度控制和强度调制；
所述聚焦透镜，用于聚焦激光；
所述扫描振镜，用于控制激光聚焦点的扫描，激光聚焦点打在待测皮肤部位，激发出声波；
所述声学谐振腔，用于对激发出的声波进行共振增强；
所述声传感器与声学谐振腔连通，用于将增强后的声波信号转换为电信号；
所述数据采集模块，用于将电信号转换为数字信号；
所述计算机，负责对所述激光控制模块和所述扫描振镜的动作进行时序控制，使所述扫描振镜转动到各扫描点对应的位置，转动完成后进行光声信号强度测量；所述计算机负责对光声信号强度数据进行处理，计算出血糖浓度；
所述方法具体包括如下步骤：
S1，将待测皮肤部位贴住声学谐振腔的激光出射端口；
S2，将激光聚焦点依次移动到每个预设的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录；
S3，根据不同扫描点的光声信号强度差异，提取血糖浓度值。
进一步地，所述待测皮肤部位为甲襞位置。
进一步地，所述步骤S2具体为：
计算机预设扫描点位置和扫描路径，从初始扫描位置开始，计算机控制扫描振镜转动一定的角度，使激光聚焦点按照扫描路线依次移动到每个设定的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录。
进一步地，所述步骤S3具体为：
找出所述光声信号强度最高和最低的两个扫描点，将其光声信号强度进行差减；根据差减后的信号强度，分析血糖浓度值。
进一步地，所述激光器的波长在9640nm～9680nm之间。
进一步地，所述激光控制模块的强度调制频率等于声学谐振腔的一阶共振频率。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：因为采用了扫描式的光声技术，本发明可以获取扫描范围内所有点的光声信号强度，通过分析不同扫描点数据的差异，本发明可以抑制待测皮肤中除葡萄糖外其他物质对血糖测量的影响，得到更加准确并且重复性更高的血糖浓度测量结果。
附图说明
图1为一种基于光声效应的无创血糖检测装置图；图中：1-激光控制模块，2-激光器，3-聚焦透镜，4-扫描振镜，5-声学谐振腔，6-声传感器，7-数据采集模块，8-计算机，9-激光，10-待测皮肤；
图2为一种基于光声效应的无创血糖检测方法流程图；
图3为平面扫描方法示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
参照图1，本发明提供的一种基于光声效应的无创血糖检测装置，该装置包括激光控制模块1、激光器2、聚焦透镜3、扫描振镜4、声学谐振腔5、声传感器6、数据采集模块7、计算机8；
所述光声效应是指，当待测物吸收激光能量，会转换成热能，再以声波的形式发射出去。待测物对不同波长激光的吸收系数不一样，吸收系数越大，激发出的声波强度越强。当激光波长等于血糖的吸收峰波长时，声波强度即可用于表征血糖浓度。
所述激光器2，用于发射强度可调节的激光9；所述激光器2的波长等于葡萄糖的吸收峰波长。优选地，所述激光器2的波长在9640nm～9680nm之间，该范围内血糖的吸收系数最大。所述激光9为准直后的激光光束。
所述激光控制模块1，用于对激光器2进行温度控制和强度调制。温度控制是为了保持激光器2温度的稳定性，使其波长固定在葡萄糖的吸收峰。强度调制是指周期性的改变激光强度，强度调制的频率f决定了激发声波的频率。
所述聚焦透镜3，用于聚焦激光9。
所述扫描振镜4，用于控制激光聚焦点的扫描，激光聚焦点打在待测皮肤10部位，激发出声波。所述扫描振镜4设置在激光光路上，并与激光光束方向呈一定的角度。
所述声学谐振腔5，用于对激发出的声波进行共振增强。
所述声传感器6与声学谐振腔5连通，用于将增强后的声波信号转换为电信号。
所述数据采集模块7，用于将电信号转换为数字信号。
所述计算机8，负责对所述激光控制模块和所述扫描振镜的动作进行时序控制，使所述扫描振镜转动到各扫描点对应的位置，转动完成后进行光声信号强度测量。所述计算机负责对光声信号强度数据进行处理，计算出血糖浓度。
该装置的工作过程如下：激光器2发出的激光9经过聚焦透镜3聚焦后，并被扫描振镜4反射，穿过声学谐振腔5，聚焦在待测皮肤10表面以下的某个特定深度。扫描振镜4的转动可以调节激光9在待测皮肤10上的聚焦点位置。待测皮肤10表面需贴在声学谐振腔5的激光出射端口，所述激光出射端口即为血糖检测装置的检测口。激光9的能量被待测皮肤10吸收后，可激发出声波。声学谐振腔5对激发出的声波进行共振增强，声学谐振腔5存在一阶共振频率为f0，若所述激发出的声波的频率等于f0，则声学谐振腔5对声波强度的放大倍数达到最大。声传感器6与声学谐振腔5连通，将增强后的声波信号转换为电信号，随后传递给数据采集模块7。数据采集模块7将电信号转换为数字信号，传递给计算机8。计算机8，负责对所述激光控制模块1和所述扫描振镜4的动作进行时序控制，使所述扫描振镜转动到各扫描点对应的位置，转动完成后进行光声信号强度测量。所述计算机负责对光声信号强度数据进行处理，计算出血糖浓度。
激光控制模块1的强度调制频率f等于声学谐振腔5的一阶共振频率f0。在本发明中，强度调制频率f＝f0,以使声波信号的信噪比达到最大。
如图2和图3所示，本发明提供的一种基于光声效应的无创血糖检测方法，所述方法是在一种基于光声效应的无创血糖检测上实现的，所述方法包含以下步骤：
S1，将待测皮肤10部位贴住声学谐振腔5的激光出射端口；
所述声学谐振腔5的激光出射端口为仪器检测口。优选地，所述待测皮肤10部位为甲襞位置，此处待测皮肤的表皮较薄，毛细血管分布在皮下较浅的位置，有利于血糖检测。用待测皮肤10贴住仪器检测口，可以保持声学谐振腔5的声波共振特性，使测量结果更加准确。
S2，将激光聚焦点依次移动到每个预设的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录；
计算机8预设扫描点位置和扫描路径。具体地，可参考图3，在预先设定的扫描范围内，均匀分布一定数量的扫描点。扫描路线可设置为依次穿过各扫描点的“S”形路线。所述扫描点的间距可根据激光分辨率和毛细血管尺寸进行设定；
将激光聚焦点依次移动到每个预设的扫描点位置，并记录每个扫描点的光声信号强度。具体地，从初始扫描位置开始，计算机8控制扫描振镜4转动一定的角度，使扫描振镜4反射的激光按照扫描路线依次移动到每个设定的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录。
S3，根据不同扫描点的光声信号强度差异，提取血糖浓度值；
具体地，找出所述光声信号强度最高和最低的两个扫描点，将其光声信号强度进行差减。根据差减后的信号强度，分析血糖浓度值。声波强度最高的扫描点一般为毛细血管或者靠近毛细血管的位置，其葡萄糖浓度较高；声波强度最低的扫描点一般为远离毛细血管的位置，其葡萄糖浓度较低，光声信号强度数据主要受水、脂肪、角质等其他物质主导。将声波强度最高点和最低点的光声信号强度进行差减后，可以抑制待测皮肤内其他物质对葡萄糖测量的干扰，获得更加准确的血糖浓度。

Claims (6)

1.一种基于光声效应的无创血糖检测方法，其特征在于，所述方法在一种基于光声效应的无创血糖检测装置上实现，所述装置包括激光控制模块(1)、激光器(2)、聚焦透镜(3)、扫描振镜(4)、声学谐振腔(5)、声传感器(6)、数据采集模块(7)、计算机(8)；
所述激光器(2)，用于发射强度可调节的激光(9)；
所述激光控制模块(1)，用于对激光器(2)进行温度控制和强度调制；
所述聚焦透镜(3)，用于聚焦激光(9)；
所述扫描振镜(4)，用于控制激光聚焦点的扫描，激光聚焦点打在待测皮肤(10)部位，激发出声波；
所述声学谐振腔(5)，用于对激发出的声波进行共振增强；
所述声传感器(6)与声学谐振腔(5)连通，用于将增强后的声波信号转换为电信号；
所述数据采集模块(7)，用于将电信号转换为数字信号；
所述计算机(8)，负责对所述激光控制模块(1)和所述扫描振镜(4)的动作进行时序控制，使所述扫描振镜(4)转动到各扫描点对应的位置，转动完成后进行光声信号强度测量；所述计算机负责对光声信号强度数据进行处理，计算出血糖浓度；
所述方法具体包括如下步骤：
S1，将待测皮肤(10)部位贴住声学谐振腔(5)的激光出射端口；
S2，将激光聚焦点依次移动到每个预设的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录；
S3，根据不同扫描点的光声信号强度差异，提取血糖浓度值。
2.根据权利要求1所述的一种基于光声效应的无创血糖检测方法，其特征在于，所述待测皮肤(10)部位为甲襞位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于光声效应的无创血糖检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
计算机(8)预设扫描点位置和扫描路径，从初始扫描位置开始，计算机(8)控制扫描振镜(4)转动一定的角度，使激光聚焦点按照扫描路线依次移动到每个设定的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录。
4.根据权利要求1所述的一种基于光声效应的无创血糖检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
找出所述光声信号强度最高和最低的两个扫描点，将其光声信号强度进行差减；根据差减后的信号强度，分析血糖浓度值。
5.根据权利要求1所述的一种基于光声效应的无创血糖检测方法，其特征在于，所述激光器(2)的波长在9640nm～9680nm之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于光声效应的无创血糖检测方法，其特征在于，所述激光控制模块(1)的强度调制频率等于声学谐振腔(5)的一阶共振频率。
CN202111321727.6A 2021-11-09 2021-11-09 一种基于光声效应的无创血糖检测方法 Active CN113876321B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111321727.6A CN113876321B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种基于光声效应的无创血糖检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111321727.6A CN113876321B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种基于光声效应的无创血糖检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113876321A true CN113876321A (zh) 2022-01-04
CN113876321B CN113876321B (zh) 2023-09-08

Family

ID=79017013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111321727.6A Active CN113876321B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 一种基于光声效应的无创血糖检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113876321B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115128011A (zh) * 2022-08-31 2022-09-30 之江实验室 基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6466806B1 (en) * 2000-05-17 2002-10-15 Card Guard Scientific Survival Ltd. Photoacoustic material analysis
CN1445526A (zh) * 2002-03-20 2003-10-01 三星电子株式会社 利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法
JP2009233284A (ja) * 2008-03-28 2009-10-15 Terumo Corp 血液成分測定装置
WO2013131637A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-12 Elte Sensoric Gmbh Photoakustische vorrichtung
CN203988073U (zh) * 2014-07-15 2014-12-10 江西科技师范大学 一种基于激光振镜扫描的实时光声血糖检测系统
CN105559794A (zh) * 2016-02-23 2016-05-11 杨立峰 一种基于光声谱特征的可佩带式无创伤动态血糖监测仪
CN111513728A (zh) * 2020-04-23 2020-08-11 中国科学院上海技术物理研究所 一种多技术融合的无创血糖检测装置及测量方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6466806B1 (en) * 2000-05-17 2002-10-15 Card Guard Scientific Survival Ltd. Photoacoustic material analysis
CN1445526A (zh) * 2002-03-20 2003-10-01 三星电子株式会社 利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法
JP2009233284A (ja) * 2008-03-28 2009-10-15 Terumo Corp 血液成分測定装置
WO2013131637A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-12 Elte Sensoric Gmbh Photoakustische vorrichtung
CN203988073U (zh) * 2014-07-15 2014-12-10 江西科技师范大学 一种基于激光振镜扫描的实时光声血糖检测系统
CN105559794A (zh) * 2016-02-23 2016-05-11 杨立峰 一种基于光声谱特征的可佩带式无创伤动态血糖监测仪
CN111513728A (zh) * 2020-04-23 2020-08-11 中国科学院上海技术物理研究所 一种多技术融合的无创血糖检测装置及测量方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115128011A (zh) * 2022-08-31 2022-09-30 之江实验室 基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置
CN115128011B (zh) * 2022-08-31 2022-12-20 之江实验室 基于声学超材料阻抗匹配的光声光谱固体/液体检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113876321B (zh) 2023-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9915608B2 (en) Optical sensor for determining the concentration of an analyte
CN107228904B (zh) 一种光致超声的血糖无创检测装置及方法
US8600466B2 (en) Living body information measuring apparatus
CN101467884B (zh) 无创血糖快速检测的方法和装置
US20090062632A1 (en) Non-Invasive System and Method for Measuring an Analyte in the Body
CN107157491B (zh) 一种血管自动定位的光声血糖检测装置及方法
WO2001039665A2 (en) Method and apparatus for noninvasive assessment of skin condition and diagnosis of skin abnormalities
JPH11235331A (ja) 光音響による血液中グルコースの非侵襲性測定のための方法と装置
Kulkarni et al. A feasibility study on noninvasive blood glucose measurement using photoacoustic method
CN101461712B (zh) 可佩戴式无创血糖快速检测仪
CN113876321A (zh) 一种基于光声效应的无创血糖检测方法
CN105249974A (zh) 一种基于压力调制光谱技术的无创葡萄糖检测系统与方法
US20190380630A1 (en) Noninvasive mid-infrared in vivo glucose sensor
CN206945622U (zh) 一种基于光声技术的血糖无创检测装置
JPH07136151A (ja) 血液成分の濃度を検出する方法及び装置並びにこの装置を較正するための装置
CN111631733B (zh) 一种动脉血液光谱检测方法及装置
Zeng et al. Design of a portable noninvasive photoacoustic glucose monitoring system integrated laser diode excitation with annular array detection
CN113925504B (zh) 一种基于脉搏波的动脉血液拉曼光谱检测装置及方法
CN211022696U (zh) 一种基于近红外光学的便携式无创血糖检测装置
JP2023029143A (ja) 無侵襲血糖値測定器
JP5041043B2 (ja) 近赤外分光分光法を用いた生体成分測定装置の校正方法
CN116369856A (zh) 一种多光谱光声人体组织液成分浓度无创检测装置及方法
GB2613032A (en) Calibration method and system
Irfani et al. Continuous and Non-Invasive Blood Glucose Measurements: A Narrative Review
Kang et al. Direct Observation of Glucose Raman Fingerprint from in vivo Skin

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant