CN1297232C

CN1297232C - 组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪及检测方法

Info

Publication number: CN1297232C
Application number: CNB2004100193195A
Authority: CN
Inventors: 李刚; 王焱; 林凌
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: CN1579326A

Abstract

本发明公开了一种测量准确、操作方便，并可同时测量多种组织成份的组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，包括宽带光源、分光装置及其光路、光敏传感器、模拟检测通道、A/D转换模块、挤压装置和CPU及其外围电路；所述宽带光源的带宽是600～1300nm，所述分光装置及其光路包括分光器件和与其相配套的光路器件；所述分光器件采用光栅；所述光路可输出一组包含光谱信息或高频信号的光电信号；所述挤压装置采用电磁装置，所述CPU控制所述挤压装置对被测人体组织施加压力以改变光路波长获得另外一组光谱；根据上述光路所输出的两组光谱的差分光谱，得到动脉血液中的主要成分的含量。本发明中还公开了上述光谱仪的检测方法。

Description

组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪及检测方法

技术领域

本发明涉及一种临床医学检验仪器及方法，特别涉及一种组织成份测量仪器及方法。

背景技术

组织成份的无创检测，对于疾病的诊断和治疗，其重要性和巨大价值是毫无疑问。不仅于此，实现组织成份的无创检测，在信号传感、检测与处理也有极大的学术意义和价值。

1977年美国科学家Jobsis首次报道了用近红外光观察成年猫脑内氧合血红蛋白、还原血红蛋白和细胞色素c的含量变化的实验结果，揭示了近红外光(700-1300nm)在生物组织内较低的衰减率和用近红外光谱法无创监测组织血氧浓度的可行性。鉴于这一新的无创伤测量方法的极其诱人的应用前景，研究者们做了大量的动物的和人体的实验，从多方面验证了用近红外光谱法监测组织血氧浓度的临床意义。随后，英国London大学的Delpy，美国Duke大学的Jobsis，日本Hokkaido大学的Tamura，Yamamoto，以及日本Omron公司的Shiga等从Lambert-Beer定律出发，通过模型、动物以及人体实验，提出来若干种由吸光度变化推算组织的血氧浓度变化量的演算公式。在测量装置的开发上出现了用普通发光管LED取代激光光源的便携式组织血氧计。然而，由于目前的方法只能给出血氧浓度的变化量或变化趋势，且缺乏通用性，所以都未能进入临床应用。

80年代，Dhne首次提出了应用近红外分光法进行人体血糖浓度的无创伤测量的方法。近15年以来，美国的Futrex公司、Bio-control公司、New-mexico大学、Iowa大学、西德的Medscience公司、日本的三井金属、日立制作所和松下电器等公司都在这方面进行了不懈的研究。研究方法大体可分为两类，一是利用糖的水溶液模型进行的研究，如美国的Iowa大学Gray W.Small的研究组；另一类是直接测量人体并与抽血测量的结果进行相关比对，如美国的IMI公司等。糖的水溶液模型研究虽在精确测试葡萄糖的分子吸收系数上取得重要进展，但因模型太简单，与人体间的差别太大而难以作为参考。而人体实验虽然可直接验证方法的有效性，但作为归纳定量方法基础的Lambert-Beer定律实际上并不适用于具有强散射特性的人体组织，因此测量的结果难以解释，且不具有通用性与重复性。从检测生物组织化学成份的角度来看，组织血氧浓度同血糖检测面临类似的问题。但是，由于血糖的吸收引起的吸光度变化信号比水分引起的吸光度变化信号要弱得多，目前，血糖的无创光检测技术的研究更多地集中于如何提高测量精度以捡出由血糖含量变化引起的光信号的变化来。所以，尽管由于潜在的巨大经济利益，一些世界上著名大公司在过去的20年间投入了大量的资金进行开发，血糖的无创检测距离实际应用还有一段更长的路要走。相对说来，血液其他成份的无创检测的经济价值要低一点，但难度却更大(由于相对含量低和吸收光谱重叠)，国外的相关研究很少，主要集中在血乳酸、激素等成份的测量。而国内就几乎没人进行研究)。由于个体的差异和光谱重叠、测量条件(测量位置、环境温度和压力)，即使是国际上已投入巨大人力和财力进行研究的组织血氧和血糖的测量仍然未进入临床实用(仅有脉搏血氧、即动脉血氧已普遍进入临床使用和发挥极其重要的作用)，更不用说血液其他成份的无创检测。

中国专利公开号1271562，公开日2000年11月1日，名称是《无创伤自测血糖仪》的中国发明专利申请文件中公开了一种无创伤自测血糖仪，主要由红外光发射管构成的红外光源，通光路部分、光电探测转换器、电通路部分及显示部分构成。显然，采用单一波长的光源是不可能实现在体的无创动脉血糖含量测量的。

中国专利公开号1222063，公开日1999年7月07日，名称为《确定血糖浓度的光学方法和装置》的中国发明专利申请中公开了一种用于测量受试者的血糖浓度的方法和装置，其方法包括：a)提供一个光图案，该图案对第一视网膜系统比第二视网膜系统具有更大的刺激量，导致第一：第二的刺激比大于1，其中所说的光图案刺激随第一：第二的刺激比变化的主观视觉特征，和其中所说的第一视网膜系统和第二视网膜系统对所说的光图案的灵敏度随所说的受试者的血糖浓度变化；b)使所说的受试者观察所说光图案的所说的主观视觉特征；和c)使所说的受试者的血糖浓度和所说的主观视觉特征相关。显然，该方法难以客观、定量地测量血糖含量。该专利申请文件中还公开了一种无创血糖测量仪。实现无创伤血糖测量有两种结构：(一)在现有血糖计连接一探头，探头内有氧电极、葡萄糖化酶，探头与气泵连接，将探头紧贴检测者手指，手指上渗出的组织液与葡萄糖化酶作用，血糖计即测得血糖浓度；(二)有一受控的激光器，红外光束经光栅、分光镜分成二束光，一束经手指到达斩波器，一束以参考池到达斩波器，斩波器分别将两束光送至红外接收器，红外接收器将信号送至微处理机，微处理机结合数据库进行运算，显示器显示测量结果。该发明专利申请通过皮肤渗出液的方法操作复杂、测量精度低、测量成份种类少、测量成本高。

显然，采用上述现有技术中检测装置操作复杂，测量精度低，测量成份种类少，测量成本高。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种测量准确、操作方便，并可同时测量多种组织成份的方法及仪器。本发明中所述的差分光谱法，其概念是指将两组在不同光路下测得的光谱幅值做差，所获得的已经在很大程度上消除了个体差异信息的光谱。另外，本发明中所述的空域分光法，是指在通过光栅，空间域上进行分光，可同时产生多组单色光。

为了解决上述的技术问题，本发明组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪采用的技术方案是，包括宽带光源、分光装置及其光路、光敏传感器、模拟检测通道、A/D转换模块、挤压装置、CPU及其外围电路；所述的宽带光源采用带宽在600～1300nm的可见光乃至近红外光；所述分光装置及其光路包括分光器件和与其相配套的光路器件；所述分光器件采用光栅；根据所述光路的结构有以下两种情形之一：所述光路包括宽带光源、第一聚光镜、被测人体组织、第二聚光镜、光栅和光敏器件阵列；所述宽带光源的出射光经过第一聚光镜成为平行光入射到被测人体组织，出射光经所述第二聚光镜送入所述光栅，所述光栅输出的一组单色光，是由光敏器件阵列分别进行光电变换后所输出的第一组包含光谱信息的光电信号；或在上述光路基础上，在所述宽带光源和所述第一聚光镜之间设置光调制挡板，则所述光路输出的第一组光电信号为高频信号；所述施压装置采用电磁装置，所述CPU控制所述施压装置对被测人体组织施加压力以改变光路波长获得另外一组光谱；根据所述光路输出的上述两组光谱的差分光谱，得到组织中的主要成分的含量。

所述光敏传感器采用下述装置之一：光敏管阵列和砷镓铟光敏器件阵列，其作用是进行光电转换。所述模拟检测通道的作用是将光敏传感器的输出信号转换成与A/D转换模块匹配的电压信号，所述模拟检测通道包括光敏器件阵列、I/V转换电路、滤波器、放大器、模拟开关和A/D转换电路；所述光敏器件阵列将所述光栅的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、滤波和放大后，输出对应于某一波长入射光，并已经去除了交流分量和高频交流干扰的光电信号；然后，经所述模拟开关切换到所述A/D转换电路，所述光电信号转换成数字信号；所述滤波器为低通滤波器。所述模拟检测通道包括光敏器件阵列、I/V变换电路、滤波器、相敏检波、模拟开关和A/D转换电路；所述光敏器件阵列将所述光栅的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、滤波和相敏检波后，输出对应于某一波长入射光的光信号瞬时幅值；然后，所述模拟开关切换到A/D转换电路，所述光电信号转换成数字信号。所述模拟检测通道包括光敏器件阵列、I/V变换电路、滤波电路-、相敏检波、模拟开关和A/D转换电路；将所述光调制挡板调制过的光信号经光栅分光后，是由光敏器件阵列将光栅的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、低通滤波和相敏检波后，输出对应于某一波长入射光的光谱幅值绝对值；然后，所述模拟开关切换到A/D转换电路，经光信号转换成数字信号，所述滤波器的通频带中心频率在20～2000Hz，与光调制挡板对光的调制频率一致，所述滤波器的通频带在20～200Hz。所述模拟开关的切换频率与A/D转换电路的切换频率一致。其作用是将不同通道的输出信号分时送入A/D转换电路。所述A/D转换模块的作用是将模拟电压信号转换成数字信号，并传递给所述的CPU；所述A/D转换模块包括A/D转换器件及其接口电路；或所述A/D转换模块集成在CPU电路中。所述CPU及其外围电路包括CPU芯片及其最小扩展系统、接口电路、输出电路及装置、人机对话模块、控制电路；所述CPU及其外围电路的作用是接受所述A/D转换模块传递来的数字信号，并进行后期处理和必要的输出，同时对系统进行总体控制和人机对话过程。

本发明组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪的检测方法包括以下步骤：第一步骤，连接好包括宽带光源、分光装置及其光路、光敏传感器、模拟检测通道、A/D转换模块、CPU及其外围电路所组成的组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪；所述宽带光源采用带宽在600～1300nm的可见光乃至近红外光；第二步骤，将被测人体组织以自由状态置于所述光路中；第三步骤，根据所述光路的结构不同，所述光路输出的信号有下述两种情形之一：若所述光路包括宽带光源、第一聚光镜、被测人体组织、第二聚光镜、光栅和光敏器件阵列；所述宽带光源的出射光经过聚光镜成为平行光入射到被测人体组织，出射光经所述第二聚光镜送入所述光栅，所述光栅输出的一组单色光，是由光敏器件阵列分别进行光电变换后所输出的一组包含光谱信息的光电信号；或在上述光路基础上，在所述宽带光源和所述第一聚光镜之间设置光调制挡板，则所述光路输出的一组光电信号为高频信号；第四步骤，采用相应的模拟检测通道实现信号变换，每个模拟检测通道的输出电压波形对应一个特征光；分时采集不同模拟检测通道的输出信号，进行A/D转换，并送入CPU模块；由CPU将来自于同一检测通道的A/D转换结果进行综合，生成对应于每一波长的描记数列；采用信号分析方法，提取每组数据的特征幅值作为对应每个入射光波长的光谱幅值；从而检测出被测人体组织的一组吸收光谱。其特征幅值由该波长瞬时幅值的平均值表示，或由该波长的脉搏波峰峰值表示，或由该波长的脉搏波的基波分量表示；第五步骤，应用电磁施压装置向被测人体组织施加压力，以改变光路长，然后，重复上述第二、三和四步骤过程，即可检测出被测人体组织另外一组吸收光谱；第六步骤，将上述两组光谱相减获得差分光谱；然后，通过化学计量方法，从差分光谱中计算得出被测人体组织中的主要成分的含量。

在上述检测方法的第四步骤中，所述模拟检测通道的作用是将光敏传感器的输出信号转换成与A/D转换模块匹配的电压信号，根据所述模拟检测通道的结构不同，每组信号的幅值表达方式为下述情形之一：若所述模拟检测通道包括光敏器件阵列、I/V转换电路、截止频率在1Hz以下的低通滤波器、放大器、模拟开关和A/D转换电路，则所述模拟检测通道所输出的信号是经I/V变化、滤波和放大后，输出对应于某一波长的光电信号幅值；或若所述模拟检测通道包括光敏器件阵列、I/V变换电路、滤波器的通频带中心频率在20～2000Hz，与光调制挡板对光的调制频率一致，所述滤波器的通频带带宽在20～200Hz、相敏检波、模拟开关和A/D转换电路，则所述模拟检测通道所输出的信号是经I/V变化、滤波器和相敏检波后，输出对应于某一波长的光电信号幅值。

与现有技术相比，本发明差分光谱测量方法及仪器的有益效果是：由于本发明所述的差分光谱仪采用差分光谱检测方法，并采用施压装置改变光路长，能够去除个体差异带来的误差。因此，其测量准确、操作方便，并可同时测量多种组织成份。

附图说明

图1是本发明差分光谱仪的结构框图；

图2是本发明差分光谱仪中采用无挡板时的光栅检测光路示意图；

图3是本发明差分光谱仪中采用光调制挡板与光栅配合时的光路示意图；

图4是本发明差分光谱仪实施例一中采用光栅时的电气原理图；

图5是本发明差分光谱仪实施例二、三中采用光栅时的电气原理图；

图6是用本发明差分光谱仪进行检测时的工作流程图。

下面是本发明说明书附图中主要附图标记的说明。

1——宽带光源 2——分光装置及其光路

3——光敏传感器 4——模拟检测通道

5——A/D转换模块 6——CPU

7——第一聚光镜 9——被测人体组织

10——第二聚光镜 12——光栅

14——光敏器件阵列 15——光调制挡板

16——I/V变换电路 17——模拟开关

19——波器 21——A/D转换器

22——压装置 25——相敏检波电路

具体实施方式

下面结合附图对本发明组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪及检测方法做进一步详细说明。

如图1至图5所示，本发明组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，包括宽带光源1、分光装置及其光路2、光敏传感器3、模拟检测通道4、A/D转换模块5、挤压装置22、CPU6及其外围电路；所述的宽带光源1采用带宽在600～1300nm的可见光乃至近红外光；所述分光装置及其光路2包括分光器件和与其相配套的光路器件；所述分光器件采用光栅12；根据所述光路的结构有以下两种情形之一：所述光路包括宽带光源1、第一聚光镜7、被测人体组织9、第二聚光镜10、光栅12和光敏器件阵列14；所述宽带光源1的出射光经过第一聚光镜7成为平行光入射到被测人体组织9，出射光经所述第二聚光镜10送入所述光栅12，所述光栅12输出的一组单色光，是由光敏器件阵列14分别进行光电变换后所输出的第一组包含光谱信息的光电信号；或在上述光路基础上，在所述宽带光源1和所述第一聚光镜7之间设置光调制挡板15，则所述光路输出的第一组光电信号为高频信号；所述施压装置22采用电磁装置，所述CPU6控制所述施压装置22对被测人体组织9施加压力以改变光路波长获得另外一组光谱；根据所述光路输出的上述两组光谱的差分光谱，得到组织中的主要成分的含量。

所述光敏器传感器3可以采用光敏管阵列，还可以采用砷镓铟光敏器件阵列，其作用是进行光电转换。

所述模拟检测通道4的作用是将光敏传感器3的输出信号转换成与A/D转换模块5匹配的电压信号。本发明差分光谱仪中的模拟检测通道4的结构有如下三种具体的实施方式：

如图4所示的实施例一中的模拟检测通道4包括光敏器件阵列14、I/V转换电路16、滤波器19、放大器20、模拟开关17和A/D转换电路21；所述光敏器件阵列14将所述光栅12的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、滤波和放大后，输出对应于该波长入射光，并已经去除了交流分量和高频交流干扰的光电信号；然后，经所述模拟开关17切换到所述A/D转换电路21，所述光电信号转换成数字信号；所述滤波器19为带通滤波器，其带通滤波器的通频带在0.1～30Hz。

如图5所示的实施例二中的模拟检测通道4包括光敏器件阵列14、I/V变换电路16、滤波器19、相敏检波25、抗混叠滤波器31、模拟开关17和A/D转换电路21；所述光敏器件阵列14将所述光栅12的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、滤波和相敏检波后，输出对应于该波长入射光的光信号瞬时幅值；然后，所述模拟开关17切换到A/D转换电路21，所述光信号转换成数字信号；所述滤波器19为低通滤波器，其截止频率为2000Hz

如图5所示的实施例三中的模拟检测通道4包括光敏器件阵列14、I/V变换电路16、滤波器19、相敏检波25、抗混叠滤波器31、模拟开关17和A/D转换电路21；将所述光调制挡板15调制过的光信号经光栅12分光后，由光敏器件阵列14将光栅12的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、低通滤波和相敏检波后，输出对应于该波长入射光的光谱幅值绝对值；然后，所述模拟开关17切换到A/D转换电路21，经光信号转换成数字信号，所述滤波器19的通频带中心频率在20～2000Hz，与光调制挡板15对光的调制频率一致，所述滤波器19为带通滤波器，采用的通频带带宽在20～200Hz。

所述模拟开关17的切换频率与A/D转换电路21的切换频率一致。其作用是将不同通道的输出信号分时送入A/D转换电路。所述A/D转换模块5的作用是将模拟电压信号转换成数字信号，并传递给所述的CPU6；所述A/D转换模块5包括A/D转换器件及其接口电路；或所述A/D转换模块集成在CPU电路中。所述CPU6及其外围电路包括CPU芯片及其最小扩展系统、接口电路、输出电路及装置、人机对话模块、控制电路；所述CPU及其外围电路的作用是接受所述A/D转换模块传递来的数字信号，并进行后期处理和必要的输出，同时对系统进行总体控制和人机对话过程。

如图1和图6所示，本发明组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪的工作流程是：由宽带光源1发出的光信号，经过由分光装置及其光路2、光敏传感器3、模拟检测通道4所组成的电路部分和光路部分转换；即，由宽带光源1发出的所需波长范围的光101，入射到第一聚光镜7，或经过光调制挡板15调制成高频信号后102，然后，入射到第一聚光镜7，光经第一聚光镜聚7焦后，入射到被测人体组织9如标记103处所示；其出射光经第二聚光镜10聚焦后，由光栅12进行分光，产生在空间分布的一组单色光104；由光敏传感器3接收光栅12输出的单色光，并进行光电转换，如标记105处所示；所述光敏传感器3的输出信号通过相应的模拟检测通道4实现信号变换，转换成适合于A/D转换模块5的电信号，如标记106处所示；将所述电信号送入A/D转换模块5，并由A/D转换模块5将其转换成数字信号，如标记107所示；所述A/D转换模块5的输出数据将由以CPU为核心的数据处理系统进行后期处理。即：首先，将对应不同波长信号的数据分离，组成脉搏波描记数列108；其次，提取每组数据的特征幅值作为对应于每个入射波长的光谱幅值，其中，若所述模拟检测通道4的结构如图4或图5所示，则其幅值由脉搏波峰峰值，或由脉搏波交流成份的基波分量表示；若模拟检测通道4的结构如图5所示，其幅值由光谱幅值，还可以由绝对幅值表示，由此，即可获得第一组光谱109；用电磁施压装置向被测人体组织施加压力，改变光路长后重复上述过程，即可获得另外一组光谱110；将上述两组光谱相减，获得差分光谱111，采用化学计量方法，从差分光谱中计算得到动脉血液中的主要成分的含量112。

本发明组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪的测量方法包括以下步骤：第一步骤，连接好包括宽带光源1、分光装置及其光路2、光敏传感器3、模拟检测通道4、A/D转换模块5、CPU 6所组成的组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪；所述宽带光源1采用带宽在600～1300nm的可见光乃至近红外光；第二步骤，将被测人体组织9以自由状态置于所述光路中；第三步骤，根据所述光路的结构不同，所述光路输出的信号有下述两种情形之一：若所述光路包括宽带光源1、第一聚光镜7、被测人体组织9、第二聚光镜10、光栅12和光敏器件阵列14；所述宽带光源1的出射光经过聚光镜7成为平行光入射到被测人体组织，出射光经所述第二聚光镜10送入所述光栅12，所述光栅12输出的一组单色光，是由光敏器件阵列14分别进行光电变换后所输出的一组包含光谱信息的光电信号；或在上述光路基础上，在所述宽带光源1和所述第一聚光镜7之间设置光调制挡板，则所述光路输出的一组光电信号为高频信号；第四步骤，采用相应的模拟检测通道4实现信号变换，每个模拟检测通道4的输出电压波形对应一个特征光；分时采集不同模拟检测通道4的输出信号，进行A/D转换，并送入CPU模块；由CPU6将来自于同一检测通道的A/D转换结果进行综合，生成对应于每一波长的描记数列；采用信号分析方法，提取每组数据的特征幅值作为对应每个入射光波长的光谱幅值；从而检测出被测人体组织9的一组吸收光谱。其特征幅值由该波长瞬时幅值的平均值表示，或由该波长的脉搏波峰峰值表示，或由该波长的脉搏波的基波分量表示；第五步骤，应用电磁施压装置22向被测人体组织9施加压力，以改变光路长，然后，重复上述第二、三和四步骤过程，即可检测出被测人体组织9另外一组吸收光谱；第六步骤，将上述两组光谱相减获得差分光谱；然后，通过化学计量方法，从差分光谱中计算得出被测人体组织中的主要成分的含量。

在所述第四步骤中，所述模拟检测通道4的作用是将光敏传感器3的输出信号转换成与A/D转换模块5匹配的电压信号，根据所述模拟检测通道4的结构不同，每组信号的幅值表达方式为下述情形之一：若所述模拟检测通道4包括光敏器件阵列14、I/V转换电路16、截止频率在1Hz以下的低通滤波器19、放大器20、模拟开关17和A/D转换电路21，则所述模拟检测通道4所输出的信号是经I/V变化、滤波和放大后，输出对应于该波长的光信号幅值；或若所述模拟检测通道4包括光敏器件阵列14、I/V变换电路16、滤波器19的通频带中心频率在20～2000Hz，与光调制挡板15对光的调制频率一致，所述滤波器19的通频带带宽在20～200Hz、相敏检波25、抗混叠滤波器31、模拟开关17和A/D转换电路21，则所述模拟检测通道4所输出的信号是经I/V变化、滤波和相敏检波后，输出对应于该波长的光电信号幅值。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于：包括宽带光源(1)、分光装置及其光路(2)、光敏传感器(3)、模拟检测通道(4)、A/D转换模块(5)、挤压装置(22)、CPU(6)及其外围电路；所述的宽带光源(1)采用带宽在600～1300nm的可见光乃至近红外光；所述分光装置及其光路(2)包括分光器件和与其相配套的光路器件；所述分光器件采用光栅(12)；根据所述光路的结构有以下两种情形之一：

所述光路包括宽带光源(1)、第一聚光镜(7)、被测人体组织(9)、第二聚光镜(10)、光栅(12)和光敏器件阵列(14)；所述宽带光源(1)的出射光经过第一聚光镜(7)成为平行光入射到被测人体组织(9)，出射光经所述第二聚光镜(10)送入所述光栅(12)，所述光栅(12)输出的一组单色光，是由光敏器件阵列(14)分别进行光电变换后所输出的第一组包含光谱信息的光电信号；或

在上述光路基础上，在所述宽带光源(1)和所述第一聚光镜(7)之间设置光调制挡板(15)，则所述光路输出的第一组光电信号为高频信号；

所述挤压装置(22)采用电磁装置，所述CPU(6)控制所述挤压装置(22)对被测人体组织(9)施加压力以改变光路波长获得另外一组光谱；根据所述光路输出的上述两组光谱的差分光谱，得到动脉血液中的主要成分的含量。

2.根据权利要求1所述的一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于，所述光敏传感器(3)采用下述装置之一：光敏管阵列和砷镓铟光敏器件阵列，其作用是进行光电转换。

3.根据权利要求1所述的一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于，所述模拟检测通道(4)的作用是将光敏传感器(3)的输出信号转换成与A/D转换模块(5)匹配的电压信号，所述模拟检测通道(4)包括光敏器件阵列(14)、I/V转换电路(16)、滤波器(19)、放大器(20)、模拟开关(17)和A/D转换电路(21)；所述光敏器件阵列(14)将所述光栅(12)的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、滤波和放大后，输出对应于该波长入射光，并已经去除了交流分量和高频交流干扰的光电信号；然后，经所述模拟开关(17)切换到所述A/D转换电路(21)，所述光电信号转换成数字信号；所述滤波器(19)为低通滤波器。

4.根据权利要求1所述的一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于，所述模拟检测通道(4)的作用是将光敏传感器(3)的输出信号转换成与A/D转换模块(5)匹配的电压信号，所述模拟检测通道(4)包括光敏器件阵列(14)、I/V变换电路(16)、滤波器(19)、相敏检波(25)、模拟开关(17)和A/D转换电路(21)；所述光敏器件阵列(14)将所述光栅(12)的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、滤波和相敏检波后，输出对应于该波长入射光的光信号瞬时幅值；然后，所述模拟开关(17)切换到A/D转换电路(21)，所述光信号转换成数字信号。

5.根据权利要求1所述的一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于，所述模拟检测通道(4)的作用是将光敏传感器(3)的输出信号转换成与A/D转换模块(5)匹配的电压信号，所述模拟检测通道(4)包括光敏器件阵列(14)、I/V变换电路(16)、滤波电路(19-1)、相敏检波(25)、模拟开关(17)和A/D转换电路(21)；将所述光调制挡板(15)调制过的光信号经光栅(12)分光后，由光敏器件阵列(14)将光栅(12)的一组在空间分布的单色光进行光电转换，每个光电器件响应一个单色光的变化，其输出信号经I/V变化、低通滤波和相敏检波后，输出对应于该波长入射光的光谱幅值绝对值；然后，所述模拟开关(17)切换到A/D转换电路(21)，经光信号转换成数字信号，所述滤波器(19)的通频带中心频率在20～2000Hz，与光调制挡板(15)对光的调制频率一致，所述滤波器(19)的通频带带宽在20～200Hz。

6.根据权利要求3或4或5所述的一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于，所述模拟开关(17)的切换频率与A/D转换电路(21)的切换频率一致，其作用是将不同通道的输出信号分时送入A/D转换电路。

7.根据权利要求1所述的一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于，所述A/D转换模块(5)的作用是将模拟电压信号转换成数字信号，并传递给所述的CPU(6)；所述A/D转换模块(5)包括A/D转换器件及其接口电路；或所述A/D转换模块集成在CPU电路中。

8.根据权利要求1所述的一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪，其特征在于，所述CPU(6)及其外围电路包括CPU芯片及其最小扩展系统、接口电路、输出电路及装置、人机对话模块、控制电路；所述CPU及其外围电路的作用是接受所述A/D转换模块传递来的数字信号，并进行后期处理和必要的输出，同时对系统进行总体控制和人机对话过程。

9.一种用于组织成份检测的变光路空域分光差分测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

第一步骤，连接好包括宽带光源(1)、分光装置及其光路(2)、光敏传感器(3)、模拟检测通道(4)、A/D转换模块(5)、CPU及其外围电路(6)所组成的用于组织成份检测的变光路空域分光差分光谱仪；所述宽带光源(1)采用带宽在600～1300nm的可见光乃至近红外光；

第二步骤，将被测人体组织(9)以自由状态置于所述光路中；

第三步骤，根据所述光路的结构不同，所述光路输出的信号有下述两种情形之一：

若所述光路包括宽带光源(1)、第一聚光镜(7)、被测人体组织(9)、第二聚光镜(10)、光栅(12)和光敏器件阵列(14)；所述宽带光源(1)的出射光经过聚光镜(7)成为平行光入射到被测人体组织，出射光经所述第二聚光镜(10)送入所述光栅(12)，所述光栅(12)输出的一组单色光，是由光敏器件阵列(14)分别进行光电变换后所输出的一组包含光谱信息的光电信号；或

在上述光路基础上，在所述聚光镜(10)和所述光栅(12)之间设置光调制挡板，则所述光路输出的一组光电信号为高频信号；

第四步骤，采用相应的模拟检测通道(4)实现信号变换，每个模拟检测通道(4)的输出电压波形对应一个特征光；分时采集不同模拟检测通道(4)的输出信号，进行A/D转换，并送入CPU模块；由CPU(6)将来自于同一检测通道的A/D转换结果进行综合，生成对应于每一波长的描记数列；采用信号分析方法，提取每组数据的特征幅值作为对应每个入射光波长的光谱幅值；从而检测出被测人体组织(9)的一组吸收光谱；每组信号的幅值由该波长瞬时幅值的平均值表示；

第五步骤，应用电磁挤压装置(22)向被测人体组织(9)施加压力，以改变光路长，然后，重复上述第二、三和四步骤过程，即可检测出被测人体组织(9)另外一组吸收光谱；

第六步骤，将上述两组光谱相减获得差分光谱；然后，通过化学计量方法，从差分光谱中计算得出被测人体动脉血液中的主要成分的含量。

10.根据权利要求9所述的用于组织成份检测的变光路空域分光差分测量方法，其特征在于，所述第四步骤中，所述模拟检测通道(4)的作用是将光敏传感器(3)的输出信号转换成与A/D转换模块(5)匹配的电压信号，根据所述模拟检测通道(4)的结构不同，每组信号的幅值表达方式为下述情形之一：

若所述模拟检测通道(4)包括光敏器件阵列(14)、I/V转换电路(16)、截止频率在1Hz以下的低通滤波器(19)、放大器(20)、模拟开关(17)和A/D转换电路(21)，则所述模拟检测通道(4)所输出的信号是经I/V变化、滤波和放大后，输出光电信号幅值；或

若所述模拟检测通道(4)包括光敏器件阵列(14)、I/V变换电路(16)、滤波器(19)的通频带中心频率在20～2000Hz，与光调制挡板(15)对光的调制频率一致，所述滤波器(19)的通频带带宽在20～200Hz、相敏检波(25)、模拟开关(17)和A/D转换电路(21)，则所述模拟检测通道(4)所输出的信号是经I/V变化、滤波器和相敏检波后，输出光电信号幅值。