专利名称：人体血糖浓度无创检测方法及其系统的制作方法
人体血糖浓度无创检测方法及其系统
技术领域：
本发明涉及人体血糖浓度无创检测的技术，特别涉及一种采用扫频光学相干层析技术(Sw印t Source Optical Coherence Tomography，简称 SS-0CT)的血糖浓度无创检测的方法及其系统。
背景技术：
随着我国人民生活水平的不断提高，糖尿病的发病率正呈上升趋势，目前没有根治的有效方法，主要临床手段是通过对血糖浓度值的频繁检测和胰岛素注射来对血糖浓度紧密控制，配合相应的饮食和生活规律，来控制病情发展。现在所用的检测方法一般是有创的，即通过静脉取血后进行较精确的生化酶法检测，或针刺指尖采血后使用试纸进行比色测量。这种有创的检测方法检测时间长、采样次数多，给患者带来了极大的痛苦和不便，还存在采血而引发的交叉感染和环境污染的问题，不适合血糖的连续监测。迫切需要发展简便准确的无创伤血糖测量方法。近年来，光学式无创血糖测量以其独特优势，倍受研究者的青睐。光学式无创方法主要包括旋光法、光散射系数法、近红外光谱法、脉冲光声法。中国专利(申请号 200710092791. 5) “一种正交双偏振光无创连续血糖测量装置”是用调制的正交偏振光照射拇指后，用检偏器测量透射光的两个正交方向的光强差值，根据该差值计算血糖浓度；该方法采用透射光检测，偏振光要经过手指皮肤、皮下组织、血管、骨骼和指甲等诸多环节，仅靠测量透射光的两个正交方向的光强差值无法消除上述影响，其测量准确性难以保证；另该方法不光用到起偏器、正交式光电调制器，还需要法拉第旋光器、拇指厚度测量单元、聚焦凸镜、锁定放大器、方波发生器及若干反馈驱动单元，系统较为庞杂，该方法有待改进。近红外光谱法的主要障碍是由于生物组织中含有大量的水分，水对光的吸收导致光的衰减严重，葡萄糖在组织液和血液中的含量低并且变化范围小，葡萄糖的吸收系数也远远小于水的吸收系数，血糖浓度变化导致的有效信号非常微弱，人体组织的生理变化、血液流动、测量条件等导致的光强变化远大于因糖浓度变化引起的光强变化，如果没有稳定的测量条件或有效的消除测量噪声的方法，近红外光谱法精确地提取血糖浓度的信息是很难的(参见文献刘蓉、徐可欣等人，《光学无创血糖检测中的主要问题及研究进展》，中国科学，2007年，第37卷增刊124-131页)。光散射系数法的一般原理是检测人体组织的背向散射光，计算人体组织约化散射系数。由于该散射系数随体内成分含量变化而变化，因此通过追踪约化散射系数的变化即可得到体内成分含量的变化情况。如徐敏，李胜利撰文介绍的血糖浓度光散射测量系统 (参见文献徐敏，李胜利，《后向散射光法的血糖检测方法研究》，传感技术学报，2006年2 月，第9卷第一期，第100-103页)，该系统通过四个波长为805nm的激光光源和一个光电探测器测量散射光强，得到人体组织的散射系数，从而计算血糖浓度；由于该方法无法从散射光的强度信息分离肌肉、骨骼组织对测量结果的影响，因此，血糖浓度光散射系数法的测量效果也同样还有待进一步改进。
发明内容为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种不涉及肌肉、血管、骨骼和指甲等诸多部位的干扰，测量环节较少的人体血糖浓度无创检测技术。本发明提供了一种人体血糖浓度无创检测方法，其包括以下步骤步骤1 扫频激光光源输出红外光波，其波数用K表示，通过检测探头照射人体皮肤，由皮肤组织返回的背向散射光通过所述检测探头被送至干涉仪，所述背向散射光包括反射光和折射光；步骤2 该干涉仪使背向散射光与参考光发生干涉，并在参考光路引入相位调制器，加入频率为的余弦载波驱动电压，使参考光的相位附加变化外，采用光电探测器测量干涉光的总强度It(K)，It(K)包含参考光的自相关强度、皮肤各层组织的背向散射光的自相关强度、各背向散射光之间的互相关强度，各背向散射光与参考光的互相关强度四项内容，第四项称为皮肤各层组织的OCT信号；步骤3 用A/D转换器对以上的干涉光总强度信号It(K)，以采样周期为Ts，进行时间离散化抽样，得到其数字信号序列Idkt (K)，并保存在信号处理单元；步骤4 为了从干涉光总强度信号Idkt(K)中分离出皮肤各层组织的OCT信号，把以上数字信号序列Idkt(K)与频率2 ω。的数字本振信号NCOl = cos(2 cnTs)做数字混频， 经FIR数字低通滤波器后，得到OCT数字信号的同相分量Iijikot (K)，再将信号序列Idkt (K) 与频率ω。的数字本振信号NC02 = cos( cnTs)做数字混频，经FIR数字低通滤波器后，得到OCT数字信号的正交分量IqjiIct(K)，其中η为正整数；步骤5 取OCT信号的同相分量Iijikot⑷为复振幅实部，取OCT信号的正交分量 Iqj":⑷为复振幅虚部，重构与波数K相对应的OCT复振幅解析信号，即
权利要求
1. 一种人体血糖浓度无创检测方法，其特征在于，其包括以下步骤 步骤1 扫频激光光源输出红外光波，其波数用K表示，通过检测探头照射人体皮肤，由皮肤组织返回的背向散射光通过所述检测探头被送至干涉仪；步骤2 该干涉仪使背向散射光与参考光发生干涉，并在参考光路引入相位调制器，力口入频率为ω^的余弦载波驱动电压，使参考光的相位附加变化外，采用光电探测器测量干涉光的总强度IT(K)，It(K)包含参考光的自相关强度、皮肤各层组织的背向散射光的自相关强度、各背向散射光之间的互相关强度，各背向散射光与参考光的互相关强度四项内容，第四项称为皮肤各层组织的OCT信号；步骤3 用A/D转换器对以上的干涉光总强度信号It(K)，以采样周期为Ts，进行时间离散化抽样，得到其数字信号序列Idkt (K)，并保存在信号处理单元；步骤4 为了从干涉光总强度信号Idkt(K)中分离出皮肤各层组织的OCT信号，把以上数字信号序列Idkt(K)与频率2ω。的数字本振信号NCOl = cos(2 cnTs)做数字混频，经 FIR数字低通滤波器后，得到OCT数字信号的同相分量Iljnera(K)，再将信号序列Idkt(K)与频率ω。的数字本振信号NC02 = cos( cnTs)做数字混频，经FIR数字低通滤波器后，得到 OCT数字信号的正交分量Iqjikot(K)，其中η为正整数；步骤5 取OCT信号的同相分量Iljnera(K)为复振幅实部，取OCT信号的正交分量
2.根据权利要求1所述的人体血糖浓度无创检测方法，其特征在于步骤1中通过检测探头照射人体皮肤为垂直照射。
3.人体血糖浓度无创检测系统，其特征在于其包括扫频激光光源、光源同步跟踪器、干涉仪、检测探头、第一光电探测器、A/D转换器、信号处理单元、控制单元，所述的扫频激光光源设有光纤接口 A和电气接口 B，所述的光源同步跟踪器包括第二 1x2光纤耦合器和第二光电探测器，第二 1x2光纤耦合器的A、B、C臂依次与扫频激光光源、第二光电探测器、干涉仪相连，所述的干涉仪有三个光纤接口 A、B、C和电气接口 D，干涉仪的光纤接口 A、B、C依次与光源同步跟踪器、第一光电探测器、检测探头相连，干涉仪的电气接口 D与控制单元相连，第一光电探测器、第二光电探测器均与A/D转换器相连，所述的控制单元还与扫频激光光源、A/D转换器、信号处理单元相连。
4.根据权利要求3所述的人体血糖浓度无创检测系统，其特征在于所述的干涉仪包括光纤环形器、第一 1x2光纤耦合器、光纤相位调制器、光纤式法拉第反射镜，光纤环形器的三个光纤接口 1、2、3依次与光源同步跟踪器、第一 1x2光纤耦合器的A臂、第一光电探测器相连，第一光纤耦合器的B臂与检测探头相连、第一 1x2光纤耦合器的C臂与相位调制器的光纤接口 1相连，该相位调制器的光纤接口 2与光纤式法拉第反射镜相连，该相位调制器的电气接口3与控制单元相连。
5.根据权利要求3或4所述的人体血糖浓度无创检测系统，其特征在于所述检测探头包括光纤自聚焦透镜、凸透镜1、凸透镜2和凸透镜3，四者的中心位于同一光轴线上，其中自聚焦透镜通过光纤与干涉仪相连，自聚焦透镜的端面位于凸透镜1的前焦点处，凸透镜2的后焦点与凸透镜3的前焦点重合。
6.根据权利要求5所述的人体血糖浓度无创检测系统，其特征在于所述自聚焦透镜的长度L介于(1/2)P与(3/4)P之间，P为截距。
7.根据权利要求5所述的人体血糖浓度无创检测系统，其特征在于凸透镜1的焦距与凸透镜2同为Π，凸透镜3的焦距为f2，且f2大于Π。
8.根据权利要求3或4所述的人体血糖浓度无创检测系统，其特征在于所述的信号处理单元主要由微处理器或DSP或FPGA及内部算法软件组成。
9.根据权利要求8所述的人体血糖浓度无创检测系统，其特征在于该算法软件包括干涉信号采样、强度信号归一化处理、数字本振产生、数字混频、FIR数字低通滤波、解析信号重构、FFT、皮肤组织的空间坐标定位、真皮层的折射率反演算法模块。
全文摘要
本发明提供采用扫频光学相干层析技术的人体血糖浓度无创检测方法及其系统；该方法以扫频光源输出波数为K的红外光波，通过探头垂直照射皮肤，用干涉仪和光电探测器测量皮肤组织背向散射光的干涉信号，以数字混频方式从干涉信号中分离OCT信号的同相分量和正交分量，并重构出与波数K相对应的OCT复振幅解析信号；当扫频光源的波数K由K0到KN，以等间隔δK变化时，得到波数K空间的OCT复谱解析信号，对该OCT复谱解析信号做离散的傅里叶逆变换IDFT，得到坐标Z空间的OCT信号；根据坐标Z空间的OCT信号计算皮肤真皮层背向散射光的幅度和相位信息，计算真皮层的平均折射率，根据折射率与血糖浓度的相关性，计算血糖浓度，实现人体血糖的无创检测。
文档编号A61B5/1455GK102349834SQ20111016700
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者邹波 申请人:深圳职业技术学院