一种人体代谢健康指数无创检测设备的制作方法

本发明涉及生物医疗检测设备领域，具体涉及一种无创检测设备。更具体而言，本发明提供一种利用紫外、可见或者近红外光进行皮肤荧光分析的一种无创检测设备，用于评价人体的代谢健康状况。

背景技术：

人体的代谢是所有生命维持生物化学和生物物理过程的总和。代谢因人而异，并且随着生命期而改变，另外它还取决于许多其他因素，诸如身体和精神压力或者疾病。通过利用代谢分析，可以实现对人类有机体的当前健康状况的全面了解。迄今为止，代谢分析仅仅使用不同的单个检查方法的结论，这些方法是昂贵和费时的。具体地，这些方法是器官活性、免疫系统、内分泌系统、脂代谢、矿物质代谢的实验室分析。

迄今为止，代谢分析仍然需要采集并分析血样，将血样送到分析实验室进行分析。除了费用之外，还有其他的缺点。由于运输和长的分析持续时间，血样可以发生变异(例如，氧化反应、凝固反应)，这会影响检查的结果。另外，对于患者来说采集血样很不方便，并且某些时候，甚至带有危险。另外，用于光学检查生物组织样本的荧光属性的各种光谱仪设备在现有技术中是已知的。各物种的生物物质的蛋白质具有固有的荧光性，例如，卟啉、芳族氨基酸、核黄素、nadh、色氨酸等。一个不利之处在于生物组织样本必须被从测试对象上取出，然后在进行光学检查之前，必须被放置在样本载体或球管内。

现有技术的检查方法发生在实验室内，并且不适合于在工作或者休养环境中的各个场合下对测试人员的立刻和快速的检查。另外、这些方法需要在身体的各个部分上进行的介入操作。

总之，现有的检测方法需要进行采血、化验分析时间较长，对检测的场所环境的要求较高，而且有样本失效的风险。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供了一种人体代谢健康指数的无创检测设备，不需要采血，工作环境要求不高，可以在很多环境下进行检测，几十秒就可以得到检测结果，检测简单快捷。

本发明采用的技术方案是：一种人体代谢健康指数的无创检测设备，包括：

多光谱激发光源，可以发出多种波长的激发光，由多个led或者激光二极管组成，而且光谱宽度很窄，主要用于激发皮肤的荧光物质；

校准光源，由紫光led和白光led组成，发出一个可以覆盖400-700nm波段的宽带光谱，用于校准人体皮肤的肤色对荧光的影响；

光谱采集设备，用于采集人体皮肤的荧光信号；

3叉光纤探头装置，用于连接多光谱激发光源，宽带光源，光谱采集设备，传输光信号。

4个不同波长的激发光源，激发人体内多种内源性荧光物质，荧光光谱的强弱反映人体的代谢健康状况；所述4个不同波长的激发光源分别为280nm、370nm、405nm和450nm激发光源。

其中，多光谱激发光源可以发出多种不同波长的激发光，每种激发光的光谱宽度很窄，强度很高，用于激发人体皮肤内的荧光物质，不同激发波长的光源可以激发人体皮肤内不同的荧光物质，得到不同的荧光光谱。校准光源，由紫光led和白光led组成，发出一个可以覆盖400—700nm波段的宽带光谱。由于人体的皮肤肤色都有差异，皮肤白的人荧光会强一些，皮肤黑的人荧光会弱一些。为了消除皮肤肤色的影响，测荧光之前，先用校准光源照射皮肤，得到一个宽带反射光谱，根据反射光谱来对荧光光谱进行修正。使测的荧光光谱能够真实反应人体皮肤内荧光物质的含量，能够真实反应人体的代谢健康状况。

所述多光谱激发光源中，每种激发光的光谱宽度在10nm以内，各种激发光照射在皮肤上，激发出皮肤内多种荧光物质的荧光，皮肤内的荧光物质包括nadh、核黄素、色氨酸；选择不同的激发光，激发出皮肤内的荧光物质的荧光光谱也不一样。

所述校准光源中，为了消除皮肤肤色对荧光强度的影响，在使用多光谱激发光源照射皮肤之前，先用校准光源照射皮肤，根据皮肤对校准光源的宽带反射光谱，来重新校准荧光光谱，使荧光光谱能够真实反应人体皮肤内的荧光物质的荧光强弱，真实反应人体的代谢健康状况。

所述3叉光纤探头装置，其中的一个探头用于接触皮肤，其他接头用于连接多光谱激发光源、校准光源和光谱采集设备，传输紫外、可见或者近红外波段。

所述280nm激发光源激发皮肤里的色氨酸，色氨酸参与人体内血浆蛋白质的更新，并促使核黄素发挥作用；当缺乏色氨酸时，会出现生长停滞，体重下降，脂肪积累降低。

所述370nm激发光源激发皮肤里的糖基化终产物，糖基化终产物的累积量反映一个人糖尿病及其并发症的风险程度。

所述405nm激发光源激发皮肤里的卟啉，卟啉是红细胞合成过程中的必须物质，缺乏卟啉会导致贫血，人体内卟啉积累过多会造成紫质症。

所述450nm激发光源激发皮肤里的核黄素，也就是维生素b2，核黄素是人体生长的必需因素，促进发育和细胞的再生，促使皮肤、指甲、毛发的正常生长。

本发明的工作过程如下：

(1)多光谱激发光源，可以发出280nm、370nm、405nm、450nm四种波长的激发光，照射在人体皮肤上可以激发皮肤内不同荧光物质的荧光；

(2)校准光源，可以发出400nm—700nm的宽带光谱，由紫外led和白光led组成，两颗灯珠同时工作发光。由于人体的皮肤有黑有白，皮肤白的人荧光强一些，皮肤黑的人荧光要弱一些。为了消除这种影响，在激发皮肤内荧光物质的荧光之前，先用校准光源照射皮肤，得到一个400nm—700nm的反射光谱，然后再用激发光源照射皮肤来激发荧光。这样，用荧光的信号值除以皮肤的反射光谱值，这个比值可以很客观的反映人体皮肤内的荧光物质的含量；

(3)人体皮肤内不同荧光物质的含量和人体的健康状况息息相关，根据荧光物质的荧光信号和皮肤反射光谱的比值，可以很好的反映人体皮肤内的荧光物质含量，从而得知人体的健康状况。

本发明的有益效果是：

(1)传统的代谢健康指数检测都需要采血，耗费的时间很长，而且在检测过程中，样本会有失效的风险，本发明所使用的装置的光源为led或者激光，光强都在安全范围内，照射皮肤不会给人带来任何感觉，属于无创检测，不需要采血，没有副作用。

(2)本发明所使用的装置只需要几十秒的时间就可以得到检测结果，简单快捷。而传统的方法需要化验分析，花费很多时间，这是传统代谢健康指数的采血检测所不具有的优势。

(3)传统的采血化验分析方法对工作场所和环境要求很高，而本发明可以在很多场所环境下操作检测。

附图说明

图1是整个人体代谢健康指数无创检测设备的结构示意图，其中，1为3叉光纤探头装置，2为多光谱激发光源，3为校准光源，4为光谱采集设备。

图2是多光谱激发光源的示意图，其中，21为280nm激发光源，22为370nm激发光源，23为405nm激发光源，24为450nm激发光源。

图3是3叉光纤探头装置的示意图，其中，11为接触人体皮肤的探头，12为连接多光谱激发光源的接头，13为连接校准光源的接头，14为连接光谱采集设备的接头。

图4是光纤探头的纤芯分布情况示意图，其中接触人体皮肤的探头11分布有7根纤芯，外围有6根芯径，其中5根是激发光纤芯，有1根是校准光源芯径，中间的纤芯收集荧光信号，传输到光谱采集设备4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的一种人体代谢健康指数无创检测设备，由3叉光纤探头装置1，多光谱激发光源2，校准光源3和光谱采集设备4组成。

如图2所示，多光谱激发光源2由多个波长的激发光源组成，包括280nm激发光源21、370nm激发光源22、405nm激发光源23、450nm激发光源24四个光源，280nm激发光源21可以激发皮肤里的色氨酸，色氨酸可参与人体内血浆蛋白质的更新，并可促使核黄素发挥作用。当缺乏色氨酸时，会出现生长停滞，体重下降，脂肪积累降低；370nm激发光源22可激发皮肤里的age(糖基化终产物)，age含量多少可以反映一个人糖尿病并发症的风险程度；405nm激发光源23可激发皮肤里的卟啉，卟啉是红细胞合成过程中的必须物质，缺乏卟啉会导致贫血，人体内卟啉积累过多会造成紫质症；450nm激发光源24可激发皮肤里的核黄素，也就是维生素b2，核黄素是人体生长的必需因素，可以促进发育和细胞的再生，可以促使皮肤、指甲、毛发的正常生长。每个光源可以是led或者激光二极管，每个光源发出的光谱宽度都非常窄，led光源可以通过加窄带滤光片来实现。人体皮肤内有多种荧光物质，比如nadh、卟啉或者色氨酸等等，每种荧光物质都可以由相对应的激发波长的激发光来激发出荧光，根据每种荧光物质的荧光强弱来判断人体的代谢健康状况。

如图3所示，多光谱激发光源2和3叉光纤探头装置1的连接多光谱激发光源的接头12相连接。3叉光纤探头装置1的连接校准光源的接头13和校准光源3相连接。校准光源3是由紫光led和白光led组成，覆盖了400—700nm的宽带光谱。由于人体的皮肤肤色都是有差异的，皮肤白的人激发出的荧光要强一些，皮肤黑的人激发出的荧光要弱一些。为了消除这种影响，在荧光检测之前，先打开校准光源3，400—700nm的宽带光照射在皮肤上会得到一个皮肤的反射光谱。皮肤白的人反射光谱就强，然后关闭校准光源，打开激发光源，激发皮肤荧光的时候就要考虑校准光源3的反射光谱的影响因素，校准得到一个合理的荧光光谱，使得检测得到的荧光光谱能够真实反应人体皮肤内的荧光物质的荧光强弱，能够真实反映人体的代谢健康状况。3叉光纤探头装置1的接触人体皮肤的探头11与人体的皮肤接触。多光谱激发光源2发出的激发光从3叉光纤探头装置1的连接多光谱激发光源的接头12进入光纤，经过传输从接触人体皮肤的探头11出来照射在皮肤上，光线照射到人体皮肤组织表面后，一部分光被皮肤表面漫反射，一部分光射入皮肤组织内。射入皮肤组织内的光线一部分被组织吸收并导致皮肤组织中的荧光物质产生荧光，一部分发生散射。散射的光传播方向将会发生改变，一部分光将会经过连续的方向改变从皮肤表面透射，然后又重新进入接触人体皮肤的探头11。

如图4所示，接触人体皮肤的探头11的端面分布有7根芯径，外围有6根芯径，中间有一根芯径，其中外围的6根芯径有5根用于接收激发光，另外一根芯径用于接收校准光源的光，中间的芯径用来收集荧光；连接多光谱激发光源的接头12用于接收激发光，有5根芯径可以传输光信号，另外2根为盲芯，不传输光信号，5根芯径和2根盲芯的位置如图3所示；激发光从外围的5根芯径入射，进入皮肤，激发出荧光后，荧光从皮肤表面透出，进入接触人体皮肤的探头11的中间那根芯径，然后通过接触人体皮肤的接头14进入光谱采集设备4，最后进行荧光信号的数据处理。校准光源3的400—700nm的宽带光从外围的单芯入射，进入皮肤，反射光谱被接触人体皮肤的探头11中间的芯径收集到，然后传输到光谱采集设备4，进行信号校准。3叉光纤探头装置1可以传输紫外、可见或者近红外波段的光信号。光谱采集设备4根据接收的荧光信号和校准信号，进行数据分析处理，得到人体皮肤内的荧光物质含量，来判断人体的代谢健康状况。

本发明检测设备不需要采血，是一种无创检测设备，而且检测后几十秒就可以出结果，操作简单快捷，避免了化验分析等过程，能够节省很多时间，能够早期发现细胞代谢的变化，适用于大规模人群的体检筛查，有利于慢病的早诊早治。