专利名称：一种自混合相干激光雷达无创血糖测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可以实现人体无创血糖测量的系统，尤其涉及一种利用调频连续波激光雷达和自混合相干过程无创测量人体血糖浓度的系统。
背景技术：
糖尿病是一种常见多发的疾病，随着人们生活水平的日益提高，糖尿病的发病率也在逐渐增加。近年来，糖尿病已经成为现代疾病中仅次于癌症和心血管疾病的第三大杀手，也被世界卫生组织列为三大疑难病之一。随着人们对糖尿病关注度的增高，如何实现准确、方便、连续、无创测量血糖也成为研究机构讨论的热点。在众多的方案中，光学方法备受瞩目。血糖浓度光学测量方法从检测对象上来说可以分为两种方式直接方式和间接方式。直接方式主要是通过对葡萄糖分子本身特性的检测获得血糖浓度，一般选择光谱分析的方法，包括近红外(NIR)光谱分析法、旋光偏振法及拉曼(RAMAN)光谱分析法等；而间接方式则是通过检测血糖对人体血液及组织特性的影响来推算血糖的浓度，一般选择散射分析的方法，检测对象包括组织对光的散射系数，组织液的折射率等。目前研究比较多的近红外光谱分析法主要是通过对葡萄糖分子的特征吸收峰强度来进行血糖监测。尽管三十多年来，人们在这一方面进行了大量研究，也取得了很大的进步，但是到目前为止还没有一个可信的工作系统。该方法存在的主要问题是葡萄糖分子在近红外光谱区没有一个确定的吸收形式；光谱中包含除了葡萄糖以外的其它物质的吸收光谱，这些信号会重叠在一起相互干扰；吸收信号会受到散射信号的极大干扰。另一种背景技术利用组织的散射特性来进行血糖分析。在近红外光波段，组织体对光的散射要远远强于吸收，通过对散射光谱的分析可以间接地得到组织体的折射率、散射系数等信息，用合适的理论对其进行处理后即可得到相应的血糖浓度。这种方法相对近红外光谱分析法的优势在于在近红外波段，皮肤对光的散射远大于吸收，从而可以获得较高的信噪比。因此可以考虑从散射分析入手找到一种能达到精度要求的无创血糖测量方法。—种利用光学相干层析成像方法来测量人体血糖值的背景技术如V. Larin, M. Motamedi, S. Eledrisi 等在他们的文章"Noninvasive Blood Glucose Monitoring With Optical Coherence Tomography", Diabetes Care，VOL. 25，pp. 2263 2267，2002 中所描述。 该系统采用一个1300nm波段的超辐射发光二极管(SLD)作为光源，系统核心为一个迈克尔逊干涉仪。光源发出的光经过分束镜，一部分照射在目标探测物上，一部分作为参考光束照射到一个平面反射镜上，反射回来的探测光和参考光同时进入光探测器发生干涉。系统通过机械臂对参考端的光程进行调制来获得探测物不同层次的信息，并建立起信号斜率与血糖浓度之间的关系。这种无创血糖测量的方法存在的问题是系统中需要引入一个可移动的机械臂，扫描速度较慢且不利于系统的小型化、便携化；系统信号的强度与探测物反射率有关，当被探测物反射率较小的时候，所得信号很微弱，因此很难实现对极微弱散射光的测量。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种自混合相干激光雷达无创血糖测量系统。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的一种利用调频连续波激光雷达实现无创血糖测量的系统，它包括可调谐半导体激光器、光探测器和信号处理电路等。所述光探测器置于激光器的后端面或与激光器并排放置，信号处理电路与光探测器相连；可调谐半导体激光器发出的光经被测皮下组织散射后返回被光探测器接收，所述光探测器探测光强变化信号并将其发送给信号处理电路；所述信号处理电路包括滤波模块和微处理器模块，两个模块并行独立运行，所述滤波模块包含两个不同频率的滤波器；信号处理电路分析光强变化信号的频谱信息，根据光强随频率变化的关系推算血糖浓度。本实用新型的有益效果是，本实用新型用一个无跳模可调谐半导体激光器取代可移动的机械臂，降低系统的机械精度要求，从而便于系统往小型、便携化发展；采用自混合相干的方法进一步简化系统，对信号进行放大，通过简单的元件和结构就能探测到微弱信号。
图1为本实用新型实施方式激光雷达调频连续波与自混合相干技术相结合实现无创血糖测量的结构示意图。图2为本实用新型的另一种实施方式激光雷达调频连续波技术实现无创血糖测量的结构示意图。探测器与扫频激光器并排放置，探测由皮肤表面反射光和被测皮下组织散射光相干引起的光强变化信号。图3为激光雷达调频连续波与自混合相干技术相结合实现无创血糖测量系统的运作流程示意图。图4为自混合相干技术的工作原理详细示意图。图5为调制信号和到达探测器的信号光束的频率变化波形简易示意图。图6为对探测器获得信号做快速傅里叶变换以后的频谱图。图7为信号处理部分软件流程图。图8为自混合相干激光雷达无创血糖测量系统对不同葡萄糖浓度下的人体组织液的信号的FFT变换图。图9为对FFT信号取对数的图。图10为仿真信号斜率与组织散射系数的对比图。
具体实施方式
本实用新型将激光雷达调频连续波技术和自混合相干技术应用到无创血糖测量上来，实现了以简单的系统完成无创血糖浓度检测。不失其通用性，下面将以锯齿波作为可调谐半导体激光器调制信号为例来说明系统的工作原理。[0023]图4为自混合相干干涉系统工作原理的详细示意图。激光器出射光波的频率可以表示为f (t) = α t+f0(1)上式中，α表示锯齿调制信号的斜率，&表示调制初始频率。如图4所示，假设经历光程为Li的光波，其背向散射光强为Ii，将ζ = Li处看作一个虚拟的反射面，则可以引入反射率概念
权利要求1. 一种自混合相干激光雷达无创血糖测量系统，其特征在于，它包括可调谐半导体激光器、光探测器和信号处理电路；所述光探测器置于激光器的后端面或与激光器并排放置，信号处理电路与光探测器相连；所述信号处理电路包括滤波模块和微处理器模块，两个模块并行独立运行，所述滤波模块由两个不同频率的滤波器组成。
专利摘要本实用新型公开了一种自混合相干激光雷达无创血糖测量系统；它包括可调谐半导体激光器、光探测器和信号处理电路等。所述光探测器置于激光器的后端面或与激光器并排放置，信号处理电路与光探测器相连；本实用新型用一个无跳模可调谐半导体激光器取代可移动的机械臂，降低系统的机械精度要求，从而便于系统往小型、便携化发展；采用自混合相干的方法进一步简化系统，对信号进行放大，通过简单的元件和结构就能探测到微弱信号。
文档编号A61B5/1455GK202051710SQ20112001751
公开日2011年11月30日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者何建军, 熊冰, 魏文雄 申请人:浙江大学