CN1545394A - 非侵入式葡萄糖计 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量眼睛(13)中物质的浓度的设备，眼睛具有视网膜(17)，该设备包括测量光源(4)，测量光源(4)产生具有第一波长的测量光束，该物质在第一波长具有非零的第一吸收系数。该设备进一步包括基准光源(6)，基准光源(6)产生具有第二波长的基准光束，该物质在第二波长具有大致等于零的第二吸收系数。该设备进一步包括光组合器(1)，可以定位光组合器(1)，以便视网膜(17)至少回射部分测量光束，而且视网膜(17)至少回射部分基准光束。该设备进一步包括检测器(9)，可以定位检测器(9)，以接收回射测量光束和回射基准光束。通过产生测量信号，检测器(9)响应具有第一波长的光，而通过产生基准信号，检测器(9)响应具有第二波长的光。该设备进一步包括连接到该检测器的电路。该电路响应测量信号和基准信号测量眼睛(13)中物质的浓度。
Description
相关技术
为了解决非侵入式葡萄糖计的问题，在过去的几十年中，建议了许多系统。
所有这些系统的主要缺点均是信噪比非常差，这样就需要非常庞大的计算系统，从而产生不一致的而且不可重复的结果。
发明内容
根据本发明实施例的一个方面，一种方法可确定眼中物质的浓度。眼睛具有角膜、瞳孔、虹膜、晶状体、眼液以及视网膜。该方法包括提供具有第一波长的测量光束，所述物质在第一波长具有非零的第一吸收系数。该方法进一步包括提供具有第二波长的基准光束，所述物质在第二波长具有大致等于零的第二吸收系数。该方法进一步包括利用测量光束照射视网膜，从而使测量光束通过角膜、瞳孔、晶状体以及眼液。该方法进一步包括利用基准光束照射视网膜，从而使基准光束通过角膜、瞳孔、晶状体以及眼液。该方法进一步包括从视网膜至少反射部分测量光束，反射的测量光束通过眼液、晶状体、瞳孔以及角膜，从而产生具有所述第一波长的回射测量光束。该方法进一步包括从视网膜至少反射部分基准光束，反射的基准光束通过眼液、晶状体、瞳孔以及角膜，从而产生具有所述第二波长的回射基准光束。该方法进一步包括提供检测器，该检测器适于响应具有所述第一波长的光的照射，产生测量信号，而且适于响应具有所述第二波长的光的照射，产生基准信号。该方法进一步包括利用回射测量光束照射检测器。该方法进一步包括利用回射基准光束照射检测器。该方法进一步包括根据检测器输出的测量信号和基准信号，确定眼睛内物质的浓度。
根据本发明的另一个方面，一种设备可测量眼睛中物质的浓度，眼睛具有视网膜。该设备包括测量光源，用于产生具有第一波长的测量光束。所述物质对该第一波长的光束具有非零的第一吸收系数。该设备进一步包括基准光源，用于产生具有第二波长的基准光束。所述物质对该第二波长的光具有大致等于零的第二吸收系数。该设备进一步包括光组合器，该光组合器包括分色涂层。可以将该光组合器设置在使视网膜至少回射部分测量光束和使视网膜至少回射部分基准光束的位置。该设备进一步包括检测器，可以将该检测器设置在接收回射测量光束和回射基准光束的位置。通过产生测量信号，该检测器响应具有所述第一波长的光，而通过产生基准信号，该检测器响应具有所述第二波长的光。该设备进一步包括与该检测器相连的电路，该电路响应测量信号和基准信号测量眼睛中物质的浓度。
附图的简要说明
图1示出根据本发明优选实施例的非侵入式葡萄糖计的电气-光学结构的原理图；
图2示出根据另一个实施例的非侵入式葡萄糖计的电气-光学结构的原理图；
图3示出与优选实施例有关的电子电路的原理图。
优选实施例的详细说明
本发明实施例的一个目的是提供一种非侵入式葡萄糖计，它具有良好信噪比，从而使测量具有一致性、可重复性以及可靠性。
本发明实施例的另一个目的是提供这样一种进行非侵入式葡萄糖测量的设备，用户可以简单、容易地操作它，并且该设备体积小而且价格低廉。
本发明实施例的进一步目的是提供一种可以在室内、室外以及各种环境下使用的非侵入式葡萄糖计。
通过利用眼睛的特性来作为光学设备，可以实现本发明实施例的目的。装备了聚焦装置和焦面的各种光学设备均表现回射现象，即：在入射光束所来自方向的同一个方向上，向后反射该光束。本发明实施例建议了一种利用眼睛的回射特性，确定眼液(玻璃体)中的葡萄糖浓度或其他物质的浓度的电气-光学设备。
该设备的特定实施例至少具有两个红外(IR)发射机，以在眼睛方向发射两个不同波长带。其他实施例利用一个宽带发射体和两个窄带滤波器发射不同波长带。波段之一位于葡萄糖具有高吸收系数的波长上，另一个波长用作基准。利用基准光束补偿虹膜的变化，从而可以在各种光线条件下使用该系统。
IR检测器与发射体位于同一个光路上，并且利用分束器(光组合器)，因此，从眼睛回射的光束向前返回检测器。
回射光束两次通过眼睛，首先，通过角膜、晶状体以及眼液(玻璃体)，之后聚焦到视网膜上，随后，通过眼液、晶状体以及角膜反射到检测器。因为眼睛内的光路长，所以即使在低浓度的葡萄糖中，吸收信号仍非常显著，吸收信号与(αλx)的指数相关。
吸收的幅度与
成正比，其中x是通过吸收介质的光路的长度，而αλ是葡萄糖在波长λ处的吸收系数。
利用来自眼睛、穿过吸收介质内长光路的回射光，本发明的特定实施例可以克服所有先前建议的系统的主要缺陷，而且它本身具有良好信噪比。正如在优选实施例描述的那样，该光学系统简单，而且因为具有良好信噪比，所以对信号进行处理也简单、廉价。
图1示出根据本发明优选实施例的非侵入式葡萄糖计的电气-光学结构的原理图。光组合器1位于系统10的中心。光组合器1由4层构成：分色涂层2、光学玻璃25、全息分束器3以及护罩玻璃21。涂覆在光学玻璃25上的分色涂层2的中心波长对应于光源4的波长。光源4、6和11优选是激光二极管，或大功率红外发光二极管。分色涂层2使50-60％的IR光束通过，而以90°角使40-50％的IR光束反射到眼睛13。
在光组合器1的光学玻璃25的另一面，存在全息分束器3，该全息分束器3具有对应于光源6的波长的中心波长。该全息分束器使50-60％中心波长的光束通过，而以270°角使40-50％的光束反射到眼睛13。利用透镜5和7使两个光源的光束18接近平行光束。光束18在同一光路上，而且优选具有约2mm的直径。
光束18通过角膜14进入虹膜22、晶状体15和眼液16，然后大致聚焦到视网膜上的焦点23。部分光束被视网膜反射，而且因为它是来自同一个焦点23，所以它恰好来自位于光束18的光路上的眼睛，但是方向相反，并利用在光组合器1方向传播的光束19表示它。光束通过眼睛两次，因此吸收介质中的光路是长的，而且吸收信号与(αλx)的指数相关，它比已经建议的任何其他方法中的吸收信号都强得多。50-60％的光束19通过分束器3，通过透镜8聚焦到IR检测器9上。该检测器可以是硅检测器或PbS检测器，或本技术领域内已知的任何类型的IR检测器。
为了主要接收回射光束19，而不接收例如角膜反射的、被系统10看作噪声的其他反射光，系统10应该优选位于至少距离眼睛100mm的位置。
光组合器1的一种替代结构可以是仅具有分色涂层2的光组合器。在该方法中，利用马达12，两个光源4和11改变位置以断续反射光束。在该变换例中，分色涂层2是用于光源4和11的两个波长的宽带涂层。
图2示出根据本发明另一个实施例的非侵入式葡萄糖计的电气-光学结构的原理图。在该实施例中，仅使用一个宽带光源4，它可以是小型灯泡。马达11驱动的滤光轮(filter wheel)7用于选择要求的波长。在为了分析葡萄糖浓度或其他物质的浓度而需要两个以上的波长时，该实施例具有优势。
图3示出与本发明的优选实施例有关的电子电路的原理图。中央处理单元(CPU)1，例如日本的Epson公司生产的Epson 6200控制该系统的运行过程。
利用开关3接通该电路，从而将优选为锂电池的电源16连接到该电路。经过自检后，CPU使“准备就绪”显示在诸如液晶显示器(LCD)的显示单元2上。为了进行测量，启动开关4。然后，CPU开始测量过程。在一替代实施例中，它顺序地通过放大器10启动光源15、通过放大器11启动光源14以及通过放大器12启动马达13。IR检测器5将眼睛的回射光信号变换为电压信号，该电压信号被放大器6放大，然后被滤波器7滤波。模数(A/D)变换器8将该模拟信号变换为数字信号，并由CPU存储。在收到对应于这两个波长的测量数据后，利用存储在E2PROM 9内的校准参数，CPU根据吸收程度计算葡萄糖的浓度。
利用其他波长，同样的结构可以用于测量眼液中其他物质的浓度。
尽管根据特定优选实施例对本发明进行了描述，但是对于本技术领域内的普通技术人员，其他实施例也是显而易见的，包括不具有在此描述的全部特征和优点的实施例，它们也在本发明范围内。因此，应由所附权利要求来确定本发明范围。
Claims (21)
1.一种用于确定眼睛中物质的浓度的方法，所述眼睛具有角膜、瞳孔、虹膜、晶状体、眼液以及视网膜，该方法包括：
提供具有第一波长的测量光束，所述物质在所述第一波长具有非零的第一吸收系数；
提供具有第二波长的基准光束，所述物质在所述第二波长具有大致等于零的第二吸收系数；
利用测量光束照射所述视网膜，从而使所述测量光束通过所述角膜、瞳孔、晶状体以及眼液；
利用基准光束照射所述视网膜，从而使所述基准光束通过所述角膜、瞳孔、晶状体以及眼液；
所述视网膜至少反射部分测量光束，反射的测量光束通过眼液、晶状体、瞳孔以及角膜，从而产生具有第一波长的回射测量光束；
视网膜至少反射部分所述基准光束，反射的基准光束通过眼液、晶状体、瞳孔以及角膜，从而产生具有所述第二波长的回射基准光束；
提供检测器，该检测器适于响应具有所述第一波长的光的照射，产生测量信号，和适于响应具有所述第二波长的光的照射，产生基准信号；
利用所述回射测量光束照射所述检测器；
利用所述回射基准光束照射所述检测器；以及
根据所述检测器输出的测量信号和基准信号，确定所述眼睛内物质的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述物质包括葡萄糖。
3.根据权利要求1所述的方法，其中由第一红外光源提供所述测量光束，而由第二红外光源提供所述基准光束。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一红外光源包括激光二极管或红外发光二极管。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二红外光源包括激光二极管或红外发光二极管。
6.根据权利要求1所述的方法，其中由宽带光源提供所述测量光束，并且由该宽带光源提供所述基准光束。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过第一带通滤光器发射所述测量光束，而通过第二带通滤光器发射所述基准光束。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量光束与所述回射测量光束基本平行，而且所述基准光束与所述回射基准光束基本平行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述对物质的浓度的确定对虹膜的变化不敏感。
10.一种用于测量具有视网膜的眼睛中的物质浓度的设备，该设备包括：
测量光源，产生具有第一波长的测量光束，所述物质对所述第一波长的光束具有非零的第一吸收系数；
基准光源，产生具有第二波长的基准光束，所述物质对所述第二波长的光具有基本等于零的第二吸收系数；
光组合器，包括分色涂层，可以定位该光组合器，以便所述视网膜至少回射部分测量光束，并且所述视网膜至少回射部分基准光束；
检测器，可以定位该检测器，以接收所述回射测量光束和所述回射基准光束，通过产生测量信号，该检测器响应具有所述第一波长的光，而通过产生基准信号，该检测器响应具有所述第二波长的光；以及
电路，连接到所述检测器，该电路响应所述测量信号和所述基准信号来测量所述眼睛中物质的浓度。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述物质包括葡萄糖。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述光组合器进一步包括光学玻璃层、全息分束器层以及护罩玻璃层。
13.根据权利要求10所述的设备，该设备进一步包括与所述测量光源和基准光源相连的马达。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述测量光源包括第一红外光源，所述基准光源包括第二红外光源。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一红外光源包括激光二极管或红外发光二极管。
16.根据权利要求14所述的设备，其中所述第二红外光源包括激光二极管或红外发光二极管。
17.根据权利要求10所述的设备，其中所述测量光源包括宽带光源，所述基准光源包括宽带光源。
18.根据权利要求17所述的设备，其中通过所述第一带通滤光器发射所述测量光束，而通过所述第二带通滤光器发射所述基准光束。
19.根据权利要求10所述的设备，其中所述测量光束与所述回射测量光束基本平行，所述基准光束与所述回射基准光束基本平行。
20.根据权利要求10所述的设备，其中所述电路包括中央处理单元(CPU)、存储器和显示器。
21.根据权利要求10所述的设备，其中所述电路进一步连接到所述测量光源和所述基准光源。
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