一种基于光声效应的无创血糖检测方法与流程

1.本发明涉及无创血糖检测领域，尤其涉及一种基于光声效应的无创血糖检测方法。


背景技术：

2.糖尿病是世界第七大死亡原因，也是导致心脏病发作、中风、肾衰竭、失明和下肢截肢等代价高昂且令人衰弱的并发症的主要原因。目前，全球糖尿病患者超过4亿，中国糖尿病患者超过1亿，居全球第一，且数量仍然在快速增加。血糖的准确检测对糖尿病的早期诊断以及糖尿病患者的健康检测具有重要意义。
3.目前，血糖的检测主要采用有创的方式，通过抽取静脉或者毛细血管的血液，直接测量血液中葡萄糖含量。这种方法的血糖浓度测量结果较为准确，但是会消耗大量的生化试剂，检测时间较长，且采血的过程会给患者带来一定的痛苦，甚至有可能引发感染。对于糖尿病患者来说，长时间、高频率的有创血糖检测给生活带来了很多的痛苦和不便，因此无创血糖仪的市场需求极为迫切。严格意义上的无创血糖技术是建立在不用刺穿待测皮肤的基础之上的。目前市场上已经出现了一些无创血糖检测的技术，包括红外光谱和拉曼光谱等光学技术、透皮技术、热学技术等。红外光谱和拉曼光谱主要是利用人体组织的光谱信息分析其中的葡萄糖含量，透皮技术通过电流将葡萄糖从待测皮肤下提取出来进行检测，热学技术通过热量及多参数间接计算出血糖含量。
4.然而，由于不同人的待测皮肤组织特性不同，待测皮肤中的水、角质、脂肪等物质对血糖的影响也不同，当前的无创血糖检测技术存在测量精度不足、重复性差、可靠性差等缺点，难以在不同的测试条件下提供准确的测量结果。无创血糖检测的技术仍未成熟，中国还没有一款通过药监局认证的无创血糖仪。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于光声效应的无创血糖检测方法，以提升无创血糖检测的精度和重复性。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于光声效应的无创血糖检测方法，所述方法在一种基于光声效应的无创血糖检测装置上实现，所述装置包括激光控制模块、激光器、聚焦透镜、扫描振镜、声学谐振腔、声传感器、数据采集模块、计算机；
7.所述激光器，用于发射强度可调节的激光；
8.所述激光控制模块，用于对激光器进行温度控制和强度调制；
9.所述聚焦透镜，用于聚焦激光；
10.所述扫描振镜，用于控制激光聚焦点的扫描，激光聚焦点打在待测皮肤部位，激发出声波；
11.所述声学谐振腔，用于对激发出的声波进行共振增强；
12.所述声传感器与声学谐振腔连通，用于将增强后的声波信号转换为电信号；
13.所述数据采集模块，用于将电信号转换为数字信号；
14.所述计算机，负责对所述激光控制模块和所述扫描振镜的动作进行时序控制，使所述扫描振镜转动到各扫描点对应的位置，转动完成后进行光声信号强度测量；所述计算机负责对光声信号强度数据进行处理，计算出血糖浓度；
15.所述方法具体包括如下步骤：
16.s1，将待测皮肤部位贴住声学谐振腔的激光出射端口；
17.s2，将激光聚焦点依次移动到每个预设的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录；
18.s3，根据不同扫描点的光声信号强度差异，提取血糖浓度值。
19.进一步地，所述待测皮肤部位为甲襞位置。
20.进一步地，所述步骤s2具体为：
21.计算机预设扫描点位置和扫描路径，从初始扫描位置开始，计算机控制扫描振镜转动一定的角度，使激光聚焦点按照扫描路线依次移动到每个设定的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录。
22.进一步地，所述步骤s3具体为：
23.找出所述光声信号强度最高和最低的两个扫描点，将其光声信号强度进行差减；根据差减后的信号强度，分析血糖浓度值。
24.进一步地，所述激光器的波长在9640nm～9680nm之间。
25.进一步地，所述激光控制模块的强度调制频率等于声学谐振腔的一阶共振频率。
26.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：因为采用了扫描式的光声技术，本发明可以获取扫描范围内所有点的光声信号强度，通过分析不同扫描点数据的差异，本发明可以抑制待测皮肤中除葡萄糖外其他物质对血糖测量的影响，得到更加准确并且重复性更高的血糖浓度测量结果。
附图说明
27.图1为一种基于光声效应的无创血糖检测装置图；图中：1
‑
激光控制模块，2
‑
激光器，3
‑
聚焦透镜，4
‑
扫描振镜，5
‑
声学谐振腔，6
‑
声传感器，7
‑
数据采集模块，8
‑
计算机，9
‑
激光，10
‑
待测皮肤；
28.图2为一种基于光声效应的无创血糖检测方法流程图；
29.图3为平面扫描方法示意图。
具体实施方式
30.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。
31.参照图1，本发明提供的一种基于光声效应的无创血糖检测装置，该装置包括激光控制模块1、激光器2、聚焦透镜3、扫描振镜4、声学谐振腔5、声传感器6、数据采集模块7、计算机8；
32.所述光声效应是指，当待测物吸收激光能量，会转换成热能，再以声波的形式发射出去。待测物对不同波长激光的吸收系数不一样，吸收系数越大，激发出的声波强度越强。当激光波长等于血糖的吸收峰波长时，声波强度即可用于表征血糖浓度。
33.所述激光器2，用于发射强度可调节的激光9；所述激光器2的波长等于葡萄糖的吸收峰波长。优选地，所述激光器2的波长在9640nm～9680nm之间，该范围内血糖的吸收系数最大。所述激光9为准直后的激光光束。
34.所述激光控制模块1，用于对激光器2进行温度控制和强度调制。温度控制是为了保持激光器2温度的稳定性，使其波长固定在葡萄糖的吸收峰。强度调制是指周期性的改变激光强度，强度调制的频率f决定了激发声波的频率。
35.所述聚焦透镜3，用于聚焦激光9。
36.所述扫描振镜4，用于控制激光聚焦点的扫描，激光聚焦点打在待测皮肤10部位，激发出声波。所述扫描振镜4设置在激光光路上，并与激光光束方向呈一定的角度。
37.所述声学谐振腔5，用于对激发出的声波进行共振增强。
38.所述声传感器6与声学谐振腔5连通，用于将增强后的声波信号转换为电信号。
39.所述数据采集模块7，用于将电信号转换为数字信号。
40.所述计算机8，负责对所述激光控制模块和所述扫描振镜的动作进行时序控制，使所述扫描振镜转动到各扫描点对应的位置，转动完成后进行光声信号强度测量。所述计算机负责对光声信号强度数据进行处理，计算出血糖浓度。
41.该装置的工作过程如下：激光器2发出的激光9经过聚焦透镜3聚焦后，并被扫描振镜4反射，穿过声学谐振腔5，聚焦在待测皮肤10表面以下的某个特定深度。扫描振镜4的转动可以调节激光9在待测皮肤10上的聚焦点位置。待测皮肤10表面需贴在声学谐振腔5的激光出射端口，所述激光出射端口即为血糖检测装置的检测口。激光9的能量被待测皮肤10吸收后，可激发出声波。声学谐振腔5对激发出的声波进行共振增强，声学谐振腔5存在一阶共振频率为f0，若所述激发出的声波的频率等于f0，则声学谐振腔5对声波强度的放大倍数达到最大。声传感器6与声学谐振腔5连通，将增强后的声波信号转换为电信号，随后传递给数据采集模块7。数据采集模块7将电信号转换为数字信号，传递给计算机8。计算机8，负责对所述激光控制模块1和所述扫描振镜4的动作进行时序控制，使所述扫描振镜转动到各扫描点对应的位置，转动完成后进行光声信号强度测量。所述计算机负责对光声信号强度数据进行处理，计算出血糖浓度。
42.激光控制模块1的强度调制频率f等于声学谐振腔5的一阶共振频率f0。在本发明中，强度调制频率f＝f0,以使声波信号的信噪比达到最大。
43.如图2和图3所示，本发明提供的一种基于光声效应的无创血糖检测方法，所述方法是在一种基于光声效应的无创血糖检测上实现的，所述方法包含以下步骤：
44.s1，将待测皮肤10部位贴住声学谐振腔5的激光出射端口；
45.所述声学谐振腔5的激光出射端口为仪器检测口。优选地，所述待测皮肤10部位为甲襞位置，此处待测皮肤的表皮较薄，毛细血管分布在皮下较浅的位置，有利于血糖检测。用待测皮肤10贴住仪器检测口，可以保持声学谐振腔5的声波共振特性，使测量结果更加准确。
46.s2，将激光聚焦点依次移动到每个预设的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信
号强度并记录；
47.计算机8预设扫描点位置和扫描路径。具体地，可参考图3，在预先设定的扫描范围内，均匀分布一定数量的扫描点。扫描路线可设置为依次穿过各扫描点的“s”形路线。所述扫描点的间距可根据激光分辨率和毛细血管尺寸进行设定；
48.将激光聚焦点依次移动到每个预设的扫描点位置，并记录每个扫描点的光声信号强度。具体地，从初始扫描位置开始，计算机8控制扫描振镜4转动一定的角度，使扫描振镜4反射的激光按照扫描路线依次移动到每个设定的扫描点位置，在每个扫描点测试光声信号强度并记录。
49.s3，根据不同扫描点的光声信号强度差异，提取血糖浓度值；
50.具体地，找出所述光声信号强度最高和最低的两个扫描点，将其光声信号强度进行差减。根据差减后的信号强度，分析血糖浓度值。声波强度最高的扫描点一般为毛细血管或者靠近毛细血管的位置，其葡萄糖浓度较高；声波强度最低的扫描点一般为远离毛细血管的位置，其葡萄糖浓度较低，光声信号强度数据主要受水、脂肪、角质等其他物质主导。将声波强度最高点和最低点的光声信号强度进行差减后，可以抑制待测皮肤内其他物质对葡萄糖测量的干扰，获得更加准确的血糖浓度。