专利名称：一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置及方法
技术领域：
本发明属于光谱收集设计领域，尤其是一种近红外无创生化分析中对人体微弱光谱信号的收集装置及方法。
背景技术：
血液生化分析是健康诊断最基本的手段之一，近红外光谱技术以无损伤、快速、多组分分析等特点，具有应用于血液无创生化分析的潜力。然而，国内外学者在此领域研究了二十余年，仍未能实现人体血液生化指标无创检测的临床应用。其中一大问题在于光在人 体组织中的衰减程度大，而且血液生化成分含量较低，导致吸收光谱信号微弱，降低了测量精度，给无创检测带来了技术难点。若要精确检测血液生化成分信息，需要信噪比非常高的光谱仪器。目前有一款漫反射附件，采用离轴椭球镜对样品的漫反射光聚焦，主要用于分析粉末样品和难处理的固体样品，此方法只能将样品的四分之一漫反射光聚焦，漫反射光的收集效率低。因此，研制出大通量、高信噪比、高聚焦率的光谱收集装置和方法对近红外无创生化分析有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置及方法，将人体测量部位的全部漫反射光有效聚焦，从而高效收集人体血液微弱吸收光谱信号，可以有效解决在近红外无创生化分析中，仪器信噪比低、测量精度差、聚焦效率低的问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置包括发光组、探测器、吸收型遮光板A、吸收型遮光板B、中心孔和椭球反射镜，所述的发光组由带有抛物面反射器的LED、聚焦透镜及干涉滤光片组成，所述的椭球反射镜为在椭球的两个焦面处截断，选取椭球面的中间部分而成，所述的吸收型遮光板A和吸收型遮光板B分别位于椭球反射镜的两焦面处，所述的发光组中的干涉滤光片位于吸收型遮光板A上，发光组中的带有抛物面反射器的LED与聚焦透镜共轴且经过聚焦透镜的光线穿过干涉滤光片汇聚在椭球反射镜另一焦面的中心处，所述探测器位于吸收型遮光板A中心，吸收型遮光板B中心有中心孔。所述的发光组有n组，所述的n组发光组以椭球反射镜的长轴为旋转轴均匀分布，所述的n的取值为3彡n彡20的整数。所述的椭球反射镜内表面镀有反射膜。人体测量部位位于所述的中心孔处。所述的吸收型遮光板A按照探测器及n个干涉滤光片的位置开设孔。一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集方法，具体包括以下操作步骤 步骤一电学调制n组发光组中的n个带有抛物面反射器的LED，使n个带有抛物面反射器的LED以相同时间为间隔依次发出中心波长分别为A:、A2-.. Xn的光束；步骤二 步骤一中得到的光束经聚焦透镜汇聚并穿过干涉滤光片，经干涉滤光片分光后分别得到中心波长为λ P λ2··· λ η的红外光并入射到人体测量部位；步骤三椭球反射镜将携带人体血液成分光谱信息的漫反射光收集至探测器上得到携带人体血液成分光谱信息的中心波长为λ P λ2··· λ η的光谱信号。所述的η组发光组以椭球反射镜的长轴为旋转轴均匀分布，所述的η的取值为 3彡η彡20的整数。本发明工作原理本发明一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置及方法，通过电学调制η组发光组中的η个带有抛物面反射器的LED发出不同波长的红外光，然后经聚焦透镜汇聚及干涉滤光片分光后入射到人体测量部位，将携带人体血液成分光谱信息的漫反射光通过椭球反射镜聚焦收集至探测器上。本发明的有益效果是以椭球反射镜为收集装置的核心部分，将人体测量部位的全部漫反射光聚焦，达到高效收集人体血液微弱吸收光谱信号的目的，进而提高光谱仪器的信噪比和测量精度。
图I为本发明一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置的结构示意图。其中1、发光组，101、带有抛物面反射器的LED，102、聚焦透镜，103、干涉滤光片， 2、探测器，3、吸收型遮光板A，4、吸收型遮光板B，5、中心孔，6、椭球反射镜。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图I所示，本发明用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置包括发光组I、 探测器2、吸收型遮光板A3、吸收型遮光板B4、中心孔5和椭球反射镜6，所述的发光组I由带有抛物面反射器的LED101、聚焦透镜102及干涉滤光片103组成，所述的椭球反射镜6为在椭球的两个焦面处截断，选取椭球面的中间部分而成，所述的吸收型遮光板A3和吸收型遮光板B4分别位于椭球反射镜6的两焦面处，所述的发光组I中的干涉滤光片103位于吸收型遮光板A3上，发光组I中的带有抛物面反射器的LEDlOl与聚焦透镜102共轴且经过聚焦透镜102的光线穿过干涉滤光片103汇聚在椭球反射镜6另一焦面的中心处，所述探测器2位于吸收型遮光板A3中心，所述吸收型遮光板B4中心有中心孔5。发光组I有η组，所述的η组发光组I以椭球反射镜6的长轴为旋转轴均匀分布， 所述的η的取值为3彡η彡20的整数。所述的椭球反射镜6内表面镀有反射膜。人体测量部位位于所述的中心孔5处。所述的吸收型遮光板A3按照探测器2及η个干涉滤光片103的位置开设孔。本发明用于近红外无创生化分析的高效光谱收集方法，具体包括以下操作步骤步骤一电学调制η组发光组I中的η个带有抛物面反射器的LEDlOl，使η个带有抛物面反射器的LEDlOl以相同时间为间隔依次发出中心波长分别为λ” λ2···λη的光束；步骤二 步骤一中得到的光束经聚焦透镜102汇聚并穿过干涉滤光片103，经干涉滤光片103分光后分别得到中心波长为λ” λ 2··· λ η的红外光并入射到人体测量部位，所述经干涉滤光片103分光后得到的红外光的光谱范围变窄；步骤三椭球反射镜6将携带人体血液成分光谱信息的漫反射光收集至探测器2 上得到携带人体血液成分光谱信息的中心波长为λ i、λ2··· λ η的光谱信号。所述的η组发光组以椭球反射镜6的长轴为旋转轴均匀分布，所述的η的取值为 3彡η彡20的整数。所述的电学调制是指通过电路驱动的方法，控制光源的发光时间。
带有抛物面反射器的LEDlOl及聚焦透镜102的轴线与椭球反射镜6长轴成 10. 5°夹角，吸收型遮光板Β4上的中心孔5的直径为10mm，带有抛物面反射器的LEDlOl发光面尺寸为O. 3mmX O. 3mm,外径大小为15mm,探测器2接收面直径为3mm,椭球反射镜6长轴长2a= 150mm,两焦点间的距离2c = 110mm,根据以上各元件结构参数,可加工出一种近红外无创生化分析的高效光谱收集装置。以上为本发明的具体实施例，并非对本发明的限制。
权利要求
1.一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置，其特征在于，该装置包括发光组(I)、探測器(2)、吸收型遮光板A(3)、吸收型遮光板B(4)、中心孔(5)和椭球反射镜(6)，所述的发光组(I)由带有抛物面反射器的LED (101)、聚焦透镜(102)及干渉滤光片(103)组成，所述的椭球反射镜(6)为在椭球的两个焦面处截断，选取椭球面的中间部分而成，所述的吸收型遮光板A (3)和吸收型遮光板B (4)分别位于椭球反射镜(6)的两焦面处，所述的发光组(I)中的干渉滤光片(103)位于吸收型遮光板A (3)上，发光组(I)中的带有抛物面反射器的LED (101)与聚焦透镜(102)共轴且经过聚焦透镜(102)的光线穿过干涉滤光片(103)汇聚在椭球反射镜(6)另ー焦面的中心处，所述探测器(2)位于吸收型遮光板A(3)中心，所述中心孔(5)位于吸收型遮光板B (4)的中心。
2.根据权利要求I所述的ー种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置，其特征在于，所述的发光组(I)有η组，所述的η组发光组(I)以椭球反射镜(6)的长轴为旋转轴均匀分布，所述的η的取值为3 < η < 20的整数。
3.根据权利要求I所述的ー种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置，其特征在于，所述的椭球反射镜(6)内表面镀有反射膜。
4.根据权利要求I所述的ー种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置，其特征在于，人体測量部位位于所述的中心孔(5)处。
5.根据权利要求I所述的ー种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置，其特征在于，所述的吸收型遮光板A (3)按照探測器(2)及干渉滤光片(103)的位置开设孔。
6.一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集方法，具体包括以下操作步骤 步骤ー电学调制η组发光组(I)中的η个带有抛物面反射器的LED (101 )，使η个带有抛物面反射器的LED (101)以相同时间为间隔依次发出波长为λ” λ2··· λη的光束； 步骤ニ 步骤一中得到的光束经聚焦透镜(102)汇聚并穿过干涉滤光片(103)，经干涉滤光片(103)分光后分别得到中心波长为λいλ2··· λ η的红外光井入射到人体測量部位； 步骤三椭球反射镜(6)将携带人体血液成分光谱信息的漫反射光收集至探測器(2)上得到携帯人体血液成分光谱信息的中心波长为λいλ2··· λ η的光谱信号。
7.根据权利要求6所述的ー种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集方法，其特征在于，所述的η组发光组(I)以椭球反射镜(6)的长轴为旋转轴均匀分布，所述的η的取值为3彡η彡20的整数。
全文摘要
一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置及方法，属于光谱收集设计领域，目的在于将人体测量部位的全部漫反射光聚焦，高效收集人体血液微弱吸收光谱信号。一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集装置包括n组发光组、探测器、吸收型遮光板A、吸收型遮光板B、中心孔和椭球反射镜；一种用于近红外无创生化分析的高效光谱收集方法，通过电学调制n组发光组中的n个带有抛物面反射器的LED发出不同波长的红外光，经聚焦透镜汇聚及干涉滤光片分光后入射到人体测量部位，椭球反射镜将携带人体血液成分光谱信息的漫反射光聚焦收集至探测器上。本发明可以有效解决在近红外无创生化分析中，仪器信噪比低、测量精度差、聚焦效率低的问题。
文档编号A61B5/1455GK102697509SQ20121016932
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者丁海泉, 卢启鹏, 彭忠琦, 高洪智, 高静 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所