專利名稱：動脈血液成分檢測的時域分光差分光譜儀及檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種臨床醫學檢驗儀器及方法，特別涉及一種動脈血液成份測量儀器及方法。
背景技術：
組織成份的無創檢測，對于疾病的診斷和治療，其重要性和巨大價值是毫無疑問。不僅于此，實現組織成份的無創檢測，在信號傳感、檢測與處理也有極大的學術意義和價值。
1977年美國科學家Jobsis首次報道了用近紅外光觀察成年貓腦內氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白和細胞色素c的含量變化的實驗結果，揭示了近紅外光(700-1300nm)在生物組織內較低的衰減率和用近紅外光譜法無創監測組織血氧濃度的可行性。鑒于這一新的無創傷測量方法的極其誘人的應用前景，研究者們做了大量的動物的和人體的實驗，從多方面驗證了用近紅外光譜法監測組織血氧濃度的臨床意義。隨后，英國London大學的Delpy，美國Duke大學的Jobsis，日本Hokkaido大學的Tamura，Yamamoto，以及日本Omron公司的Shiga等從Lambert-Beer定律出發，通過模型、動物以及人體實驗，提出來若干種由吸光度變化推算組織的血氧濃度變化量的演算公式。在測量裝置的開發上出現了用普通發光管LED取代激光光源的便攜式組織血氧計。然而，由于目前的方法只能給出血氧濃度的變化量或變化趨勢，且缺乏通用性，所以都未能進入臨床應用。
80年代，Dhne首次提出了應用近紅外分光法進行人體血糖濃度的無創傷測量的方法。近15年以來，美國的Futrex公司、Bio-control公司、New-mexico大學、Iowa大學、西德的Medscience公司、日本的三井金屬、日立制作所和松下電器等公司都在這方面進行了不懈的研究。研究方法大體可分為兩類，一是利用糖的水溶液模型進行的研究，如美國的Iowa大學Gray W.Small的研究組；另一類是直接測量人體并與抽血測量的結果進行相關比對，如美國的IMI公司等。糖的水溶液模型研究雖在精確測試葡萄糖的分子吸收系數上取得重要進展，但因模型太簡單，與人體間的差別太大而難以作為參考。而人體實驗雖然可直接驗證方法的有效性，但作為歸納定量方法基礎的Lambert-Beer定律實際上并不適用于具有強散射特性的人體組織，因此測量的結果難以解釋，且不具有通用性與重復性。從檢測生物組織化學成份的角度來看，組織血氧濃度同血糖檢測面臨類似的問題。但是，由于血糖的吸收引起的吸光度變化信號比水分引起的吸光度變化信號要弱得多，目前，血糖的無創光檢測技術的研究更多地集中于如何提高測量精度以撿出由血糖含量變化引起的光信號的變化來。所以，盡管由于潛在的巨大經濟利益，一些世界上著名大公司在過去的20年間投入了大量的資金進行開發，血糖的無創檢測距離實際應用還有一段更長的路要走。相對說來，血液其他成份的無創檢測的經濟價值要低一點，但難度卻更大(由于相對含量低和吸收光譜重疊)，國外的相關研究很少，主要集中在血乳酸、激素等成份的測量。而國內就幾乎沒人進行研究)。由于個體的差異和光譜重疊、測量條件(測量位置、環境溫度和壓力)，即使是國際上已投入巨大人力和財力進行研究的組織血氧和血糖的測量仍然未進入臨床實用(僅有脈搏血氧、即動脈血氧已普遍進入臨床使用和發揮極其重要的作用)，更不用說血液其他成份的無創檢測。
中國專利公開號1271562，
公開日2000年11月1日，名稱是《無創傷自測血糖儀》的中國發明專利申請文件中公開了一種無創傷自測血糖儀，主要由紅外光發射管構成的紅外光源，通光路部分、光電探測轉換器、電通路部分及顯示部分構成。顯然，采用單一波長的光源是不可能實現在體的無創動脈血糖含量測量的。
中國專利公開號1222063，
公開日1999年7月07日，名稱為《確定血糖濃度的光學方法和裝置》的中國發明專利申請中公開了一種用于測量受試者的血糖濃度的方法和裝置，其方法包括a)提供一個光圖案，該圖案對第一視網膜系統比第二視網膜系統具有更大的刺激量，導致第一第二的刺激比大于1，其中所說的光圖案刺激隨第一第二的刺激比變化的主觀視覺特征，和其中所說的第一視網膜系統和第二視網膜系統對所說的光圖案的靈敏度隨所說的受試者的血糖濃度變化；b)使所說的受試者觀察所說光圖案的所說的主觀視覺特征；和c)使所說的受試者的血糖濃度和所說的主觀視覺特征相關。顯然，該方法難以客觀、定量地測量血糖含量。該專利申請文件中還公開了一種無創血糖測量儀。實現無創傷血糖測量有兩種結構(一)在現有血糖計連接一探頭，探頭內有氧電極、葡萄糖化酶，探頭與氣泵連接，將探頭緊貼檢測者手指，手指上滲出的組織液與葡萄糖化酶作用，血糖計即測得血糖濃度；(二)有一受控的激光器，紅外光束經光柵、分光鏡分成二束光，一束經手指到達斬波器，一束以參考池到達斬波器，斬波器分別將兩束光送至紅外接收器，紅外接收器將信號送至微處理機，微處理機結合數據庫進行運算，顯示器顯示測量結果。該發明專利申請通過皮膚滲出液的方法操作復雜、測量精度低、測量成份種類少、測量成本高。
顯然，采用上述現有技術中檢測裝置操作復雜，測量精度低，測量成份種類少，測量成本高。
發明內容
為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了一種測量準確、操作方便，并可同時測量多種組織成份的方法及儀器。在本發明下述描述中涉及到的差分光譜法，其概念是將一組在不同單色光下測得的光電脈搏波中，包含有大量個體差異和系統誤差信息的直流分量去除，僅留存與脈動的血液有關的交流分量；以所述交流分量的特征幅值表達光譜幅值。本發明中涉及到的時域分光法，其概念是通過分光器件，在時間域上進行分光，在不同的時刻產生不同波長的單色光。
為了解決上述的技術問題，本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀所采用的技術方案是包括寬帶光源、分光裝置及其光路、光敏傳感器、模擬檢測通道、A/D轉換模塊、CPU及其外圍電路；所述的寬帶光源采用帶寬在600～1300nm的可見光乃至近紅外光；所述分光裝置及其光路包括分光器件和與其相配套的光路器件。所述分光器件采用AOTF、濾光片或傅立葉分光儀；若所述分光器采用AOTF，則光路包括寬帶光源、第一聚光鏡、AOTF分光器件、被測人體組織、第二聚光鏡和光敏傳感器；所述AOTF的作用是將所述寬帶光源的出射光進行聚焦和分光后入射到被測人體組織，并采集出射光，聚焦后輸出光束；即，所述寬帶光源的出射光經第一聚光鏡成為平行光入射到AOTF晶體，在CPU的控制下，AOTF晶體將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測人體組織后經第二聚光鏡將被測人體組織的出射光聚焦，由處于焦點處的光敏傳感器進行光電變換；或若所述分光器采用濾光片，則光路包括寬帶光源、第一聚光鏡、濾光片、被測人體組織、第二聚光鏡和光敏傳感器；所述濾光片的作用是將所述寬帶光源的出射光進行聚焦和分光后入射到被測人體組織，并采集出射光，聚焦后輸出光束；即，所述寬帶光源的出射光經第一聚光鏡成為平行光入射到濾光片，在CPU的控制下，濾光片將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測人體組織后經第二聚光鏡將被測人體組織的出射光聚焦，由處于焦點處的光敏傳感器進行光電變換；或若所述分光器采用傅立葉分光光譜儀，則光路包括寬帶光源、第一聚光鏡、被測人體組織、第二聚光鏡、傅立葉分光光譜儀和光敏傳感器；所述傅立葉分光儀的作用是將寬帶光源的出射光聚焦后入射到被測人體組織，并采集出射光，聚焦和分光后輸出多個單色光光束；即，所述寬帶光源的出射光經過第一聚光鏡成為平行光入射到被測人體組織，出射光經第二聚光鏡送入傅立葉分光光譜儀，其輸出的單色光由光敏傳感器進行光電變換。所述相配套的光路器件采用下述裝置之一聚光鏡、狹縫、小孔；所述寬帶光源發出的光信號經上述光路和電路轉換，由A/D轉換模塊將其轉換成數字信號，所述A/D轉換模塊轉換后的數字信號由以CPU為核心的數據處理系統進行后期處理，從而計算得到動脈血液中的主要成份的含量。
本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀中，所述光敏傳感器的作用是進行光電轉換，所述光敏器件采用下述裝置之一光敏管、光電倍增管和砷鎵銦光敏器件。所述模擬檢測通道的作用是將光敏器件的輸出信號轉換成與A/D轉換模塊匹配的電壓信號，根據采用的檢測方法不同，所述模擬檢測通道包括光敏器件、I/V變換電路、隔直電路、模擬開關、采樣保持電路、濾波器、相敏檢波電路、抗混疊濾波器和A/D轉換器；所述濾波器的中心頻率根據所述模擬開關的切換頻率設定，與AOTF的出射每一波長光波的出射頻率一致。所述A/D轉換模塊的作用是將模擬電壓信號轉換成數字信號，并傳遞給所述的CPU；所述A/D轉換模塊包括A/D轉換器件及其接口電路；或所述A/D轉換模塊集成在CPU電路中。所述CPU及其外圍電路包括CPU芯片及其最小擴展系統、接口電路、輸出電路及裝置、人機對話模塊、控制電路；所述CPU及其外圍電路的作用是接受所述A/D轉換模塊傳遞來的數字信號，并進行后期處理和必要的輸出，同時對系統進行總體控制和人機對話過程。
本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀的測量方法是第一步驟，連接好包括寬帶光源、分光裝置及其光路、光敏傳感器、模擬檢測通道、A/D轉換模塊、CPU及其外圍電路所組成的時域分光測量脈搏波的儀器；所述寬帶光源采用帶寬在600～1300nm的可見光乃至近紅外光。第二步驟，將被測人體組織置于所述光路中，根據光路中所采用的分光器件是AOTF，或濾光鏡，或傅立葉分光光譜儀不同，對入射光的處理過程是下述情形之一當光路中的分光器件采用AOTF時，寬帶光源的出射光經第一聚光鏡進行聚焦和分光后，成為平行光入射到AOTF晶體，在CPU的控制下，AOTF晶體將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測組織上，采集出射光經第二聚光鏡聚焦后輸出光束；或當光路中的分光器件采用濾光片時，首先，將寬帶光源的出射光經第一聚光鏡進行聚焦和分光后，將單色光分時入射到被測人體組織，采集出射光聚焦后輸出光束；或當光路中的分光器件采用傅立葉分光儀時，首先，將寬帶光源的出射光經第一聚光鏡聚焦后入射到被測人體組織，然后，傅立葉分光儀對出射光進行采集、聚焦和分光，并輸出多個單色光光束。所述光敏傳感器對上述輸出的光束進行光電變換。第三步驟，上述用光敏傳感器變換后的信號，由CPU控制采用相應的模擬檢測通道實現信號變換，每個模擬檢測通道的輸出電壓波形表征一個特征光電脈搏波的交流成份；分時采集不同模擬檢測通道的光電脈搏波進行A/D轉換，并送入CPU系統進行處理。第四步驟，CPU將來自同一模擬檢測通道的A/D轉換結果綜合成脈搏波描記數列；采用信號分析方法，提取每個波形的特征幅值作為對應于每個入射光波長的差分光譜幅值，此處所述的特征幅值可由基波分量幅值或峰峰值表示；采用分析化學方法，計算出所測成份的含量。
與現有技術相比，本發明差分光譜測量方法及儀器的有益效果是由于本發明的差分光譜儀采用差分光譜檢測方法及時域分光方法，能夠極大地消除個體差異的影響。因此，其測量準確、操作方便，并可同時測量多種組織成份。
圖1是本發明差分光譜測量儀器的結構框圖；圖2是本發明差分光譜測量儀器中采用AOTF時的光路示意圖；圖3是本發明差分光譜測量儀器中采用濾光片時的光路示意圖；圖4是本發明差分光譜測量儀器中采用傅立葉分光光譜儀時的光路示意圖；圖5是本發明差分光譜測量儀器的電氣框圖；圖6是用本發明差分光譜測量儀器進行測量時的工作流程圖。
下面是本發明說明書附圖中主要附圖標記的說明。
1——寬帶光源 2——分光裝置及其光路3——光敏傳感器 4——模擬檢測通道5——A/D轉換模塊 6——CPU7——第一聚光鏡 8——AOTF分光器件9——被測人體組織 10——第二聚光鏡11——傅立葉分光儀13——隔直電路15——濾光片 16——I/V變換電路17——模擬開關19——濾波器21——A/D轉換器 25——相敏檢波電路
31——抗混疊濾波器具體實施方式
下面結合附圖對本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀及檢測方法做進一步詳細說明。
如圖1至圖5所示，本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀，包括寬帶光源1、分光裝置及其光路2、光敏傳感器3、模擬檢測通道4、A/D轉換模塊5、CPU6及其外圍電路；所述的寬帶光源1采用帶寬在600～1300nm的可見光乃至近紅外光；所述分光裝置及其光路2包括分光器件和與其相配套的光路器件。
其中，所述分光器件采用AOTF8、濾光片15或傅立葉分光儀11；若所述分光器采用AOTF8，則光路包括寬帶光源1、第一聚光鏡7、AOTF分光器件8、被測人體組織9、第二聚光鏡10和光敏傳感器3；所述AOTF8的作用是將所述寬帶光源1的出射光進行聚焦和分光后入射到被測人體組織9，并采集出射光，聚焦后輸出光束；即，所述寬帶光源1的出射光經第一聚光鏡7成為平行光入射到AOTF晶體，在CPU6的控制下，AOTF晶體將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測人體組織9后經第二聚光鏡10將被測人體組織9的出射光聚焦，由處于焦點處的光敏傳感器3進行光電變換；或若所述分光器采用濾光片15，則光路包括寬帶光源1、第一聚光鏡7、濾光片15、被測人體組織9、第二聚光鏡10和光敏傳感器3；所述濾光片15的作用是將所述寬帶光源1的出射光進行聚焦和分光后入射到被測人體組織9，并采集出射光，聚焦后輸出光束；即，所述寬帶光源1的出射光經第一聚光鏡7成為平行光入射到濾光片15，在CPU6的控制下，濾光片15將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測人體組織9后經第二聚光鏡10將被測人體組織9的出射光聚焦，由處于焦點處的光敏傳感器3進行光電變換；或若所述分光器采用傅立葉分光光譜儀11，則光路包括寬帶光源1、第一聚光鏡7、被測人體組織9、第二聚光鏡10、傅立葉分光光譜儀11和光敏傳感器3；所述傅立葉分光儀11的作用是將寬帶光源1的出射光聚焦后入射到被測人體組織9，并采集出射光，聚焦和分光后輸出多個單色光光束；即，所述寬帶光源1的出射光經過第一聚光鏡7成為平行光入射到被測人體組織9，出射光經第二聚光鏡10送入傅立葉分光光譜儀11，其輸出的單色光由光敏傳感器3進行光電變換。另外，所述相配套的光路器件可以采用聚光鏡、狹縫或小孔。
所述寬帶光源1發出的光信號經上述光路和電路轉換，由A/D轉換模塊5將其轉換成數字信號，所述A/D轉換模塊5轉換后的數字信號由以CPU6為核心的數據處理系統進行后期處理，從而計算得到動脈血液中的主要成份的含量。
在本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀中，所述光敏傳感器3的作用是進行光電轉換，所述光敏器件3可以采用光敏管，還可以采用光電倍增管或砷鎵銦光敏器件。所述模擬檢測通道4的作用是將光敏器件3的輸出信號轉換成與A/D轉換模塊5匹配的電壓信號，根據采用的檢測方法不同，所述模擬檢測通道4包括光敏器件、I/V變換電路16、隔直電路30、模擬開關17、抗混疊濾波器31、濾波器19、相敏檢波電路25和A/D轉換器21；所述濾波器19的中心頻率根據所述模擬開關17的切換頻率設定，與AOTF的出射每一波長光波的出射頻率一致。所述A/D轉換模塊5的作用是將模擬電壓信號轉換成數字信號，并傳遞給所述的CPU6；所述A/D轉換模塊5包括A/D轉換器件及其接口電路；或所述A/D轉換模塊5集成在CPU電路中。所述CPU6及其外圍電路包括CPU芯片及其最小擴展系統、接口電路、輸出電路及裝置、人機對話模塊、控制電路；所述CPU6及其外圍電路的作用是接受所述A/D轉換模塊5傳遞來的數字信號，并進行后期處理和必要的輸出，同時對系統進行總體控制和人機對話過程。
本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光分光譜儀的工作流程如圖1和圖6所示，由寬帶光源1發出的光信號，經過由分光裝置及其光路2，即經過第一聚光鏡7聚焦102，由分光器件進行時域分光后入射到被測人體組織103，由所述光敏傳感器3接收出射光并轉換成電信號104，然后，經模擬檢測通道4中的電路部分進行轉換，即，經模擬開關送入相應的模擬檢測通道105，用相應的模擬檢測通道實現信號變換106；由A/D轉換模塊5對各模擬檢測通道的光電脈搏波進行A/D轉換，將其轉換成數字信號107。A/D轉換的結果將由以CPU為核心的數據處理系統進行后期處理。即，首先，將表征不同差分脈搏波的數據分離，產生脈搏波描記數列108，如果采用n個特征波長，則第mn+i(i＝1，2，……，n；m＝0，1，2，……)個數據共同表征第i個特征波長對應的差分光電脈搏波；其次，提取每一個差分光電脈搏波的特征幅值，組成差分光譜，其幅值可由每個差分脈搏波的基波分量表示；或由每一組光點脈搏波的峰峰值表示109。獲得差分光譜后，即可通過分析化學方法(也稱化學計量方法)，從差分光譜中計算得到動脈血液中的主要成分的含量110。
本發明用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀的測量方法是第一步驟，連接好包括寬帶光源1、分光裝置及其光路2、光敏傳感器3、模擬檢測通道4、A/D轉換模塊5、CPU6及其外圍電路所組成的時域分光測量脈搏波的儀器；所述寬帶光源1采用帶寬在600～1300nm的可見光乃至近紅外光；第二步驟，將被測人體組織9置于所述光路中，根據光路中所采用的分光器件是AOTF，或濾光鏡，或傅立葉分光光譜儀不同，對入射光的處理過程是下述情形之一當光路中的分光器件采用AOTF8時，寬帶光源1的出射光經第一聚光鏡7進行聚焦和分光后，成為平行光入射到AOTF晶體，在CPU6的控制下，AOTF晶體將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測組織9上，采集出射光經第二聚光鏡10聚焦后輸出光束；或當光路中的分光器件采用濾光片15時，首先，將寬帶光源1的出射光經第一聚光鏡7進行聚焦和分光后，將單色光分時入射到被測人體組織9，采集出射光聚焦后輸出光束；或當光路中的分光器件采用傅立葉分光儀11時，首先，將寬帶光源1的出射光經第一聚光鏡7聚焦后入射到被測人體組織9，然后，傅立葉分光儀11對出射光進行采集、聚焦和分光，并輸出多個單色光光束；所述光敏傳感器3對上述輸出的光束進行光電變換；第三步驟，上述用光敏傳感器3變換后的信號，由CPU6控制采用相應的模擬檢測通道4實現信號變換，每個模擬檢測通道4的輸出電壓波形表征一個特征光電脈搏波的交流成份；分時采集不同模擬檢測通道4的光電脈搏波進行A/D轉換，并送入CPU6系統進行處理；第四步驟，CPU6將來自同一模擬檢測通道4的A/D轉換結果綜合成N個脈搏波描記數列；采用信號分析方法，提取每個波形的特征幅值作為對應于每個入射光波長的差分光譜幅值，此處所述特征幅值可用每個波形的基波分量值；或每一組光電脈搏波的峰峰值表示；采用分析化學方法，計算出所測成份的含量。
盡管上面結合附圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。
權利要求
1.一種用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀，其特征在于，包括寬帶光源(1)、分光裝置及其光路(2)、光敏傳感器(3)、模擬檢測通道(4)、A/D轉換模塊(5)、CPU(6)及其外圍電路；所述的寬帶光源(1)采用帶寬在600～1300nm的可見光乃至近紅外光；所述分光裝置及其光路(2)包括分光器件和與其相配套的光路器件；所述分光器件采用AOTF(8)、濾光片(15)或傅立葉分光儀(11)；若所述分光器件采用AOTF(8)，則光路包括寬帶光源(1)、第一聚光鏡(7)、AOTF分光器件(8)、被測人體組織(9)、第二聚光鏡(10)和光敏傳感器(3)；所述AOTF(8)的作用是將所述寬帶光源(1)的出射光進行聚焦和分光后入射到被測人體組織(9)，并采集出射光，聚焦后輸出光束；即，所述寬帶光源(1)的出射光經第一聚光鏡(7)成為平行光入射到AOTF晶體，在CPU(6)的控制下，AOTF晶體將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測人體組織(9)后經第二聚光鏡(10)將被測人體組織(9)的出射光聚焦，由處于焦點處的光敏傳感器(3)進行光電變換；或若所述分光器件采用濾光片(15)，則光路包括寬帶光源(1)、第一聚光鏡(7)、濾光片(15)、被測人體組織(9)、第二聚光鏡(10)和光敏傳感器(3)；所述濾光片(15)的作用是將所述寬帶光源(1)的出射光進行聚焦和分光后入射到被測人體組織(9)，并采集出射光，聚焦后輸出光束；即，所述寬帶光源(1)的出射光經第一聚光鏡(7)成為平行光入射到濾光片(15)，在CPU(6)的控制下，濾光片(15)將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測人體組織(9)后經第二聚光鏡(10)將被測人體組織(9)的出射光聚焦，由處于焦點處的光敏傳感器(3)進行光電變換；或若所述分光器件采用傅立葉分光光譜儀(11)，則光路包括寬帶光源(1)、第一聚光鏡(7)、被測人體組織(9)、第二聚光鏡(10)、傅立葉分光光譜儀(11)和光敏傳感器(3)；所述傅立葉分光儀(11)的作用是將寬帶光源(1)的出射光聚焦后入射到被測人體組織(9)，并采集出射光，聚焦和分光后輸出多個單色光光束；即，所述寬帶光源(1)的出射光經過第一聚光鏡(7)成為平行光入射到被測人體組織(9)，出射光經第二聚光鏡(10)送入傅立葉分光光譜儀(11)，其輸出的單色光由光敏傳感器(3)進行光電變換；所述相配套的光路器件采用下述裝置之一聚光鏡、狹縫、小孔；所述寬帶光源(1)發出的光信號經上述光路和電路轉換，由A/D轉換模塊(5)將其轉換成數字信號，所述A/D轉換模塊(5)轉換后的數字信號由以CPU(6)為核心的數據處理系統進行后期處理，從而計算得到動脈血液中的主要成份的含量。
2.根據權利要求1所述的一種用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀，其特征在于，所述光敏傳感器(3)的作用是進行光電轉換，所述光敏傳感器(3)采用下述裝置之一光敏管、光電倍增管和砷鎵銦光敏器件。
3.根據權利要求1所述的一種用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀，其特征在于，所述模擬檢測通道(4)的作用是將光敏傳感器(3)的輸出信號轉換成與A/D轉換模塊(5)匹配的電壓信號，根據采用的檢測方法不同，所述模擬檢測通道(4)包括光敏傳感器、I/V變換電路(16)、隔直電路(13)、模擬開關(17)、濾波器(19)、相敏檢波電路(25)、抗混疊濾波器(31)和A/D轉換電路(21)；所述濾波器(19)的中心頻率根據所述模擬開關(17)的切換頻率設定，與AOTF的出射每一波長光波的出射頻率一致。
4.根據權利要求1所述的一種用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀，其特征在于，所述A/D轉換模塊(5)的作用是將模擬電壓信號轉換成數字信號，并傳遞給所述的CPU(6)；所述A/D轉換模塊(5)包括A/D轉換器件及其接口電路；或所述A/D轉換模塊(5)集成在CPU電路中。
5.根據權利要求1所述的一種用于動脈血液成份檢測的時域分光差分光譜儀，其特征在于，所述CPU(6)及其外圍電路包括CPU芯片及其最小擴展系統、接口電路、輸出電路及裝置、人機對話模塊、控制電路；所述CPU(6)及其外圍電路的作用是接受所述A/D轉換模塊(5)傳遞來的數字信號，并進行后期處理和必要的輸出，同時對系統進行總體控制和人機對話過程。
6.一種用于動脈血液成份檢測的時域分光差分檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括以下步驟第一步驟，連接好包括寬帶光源(1)、分光裝置及其光路(2)、光敏傳感器(3)、模擬檢測通道(4)、A/D轉換模塊(5)、CPU(6)及其外圍電路所組成的時域分光測量脈搏波的儀器；所述寬帶光源(1)采用帶寬在600～1300nm的可見光乃至近紅外光；第二步驟，將被測人體組織(9)置于所述光路中，根據光路中所采用的分光器件是AOTF，或濾光鏡，或傅立葉分光光譜儀不同，對入射光的處理過程是下述情形之一當光路中的分光器件采用AOTF(8)時，寬帶光源(1)的出射光經第一聚光鏡(7)進行聚焦和分光后，成為平行光入射到AOTF晶體，在CPU(6)的控制下，AOTF晶體將平行光分時調制成不同波長的單色光入射到被測組織(9)上，采集出射光經第二聚光鏡(10)聚焦后輸出光束；或當光路中的分光器件采用濾光片(15)時，首先，將寬帶光源(1)的出射光經第一聚光鏡(7)進行聚焦和分光后，將單色光分時入射到被測人體組織(9)，采集出射光聚焦后輸出光束；或當光路中的分光器件采用傅立葉分光儀(11)時，首先，將寬帶光源(1)的出射光經第一聚光鏡(7)聚焦后入射到被測人體組織(9)，然后，傅立葉分光儀(11)對出射光進行采集、聚焦和分光，并輸出多個單色光光束；所述光敏傳感器(3)對上述輸出的光束進行光電變換；第三步驟，上述用光敏傳感器(3)變換后的信號，由CPU(6)控制采用相應的模擬檢測通道(4)實現信號變換，每個模擬檢測通道(4)的輸出電壓波形表征一個特征光電脈搏波的交流成份；分時采集不同模擬檢測通道(4)的光電脈搏波進行A/D轉換，并送入CPU(6)系統進行處理；第四步驟，CPU(6)將來自同一模擬檢測通道(4)的A/D轉換結果綜合成N個脈搏波描記數列；采用信號分析方法，提取每個波形的基波分量值作為對應于每個入射光波長的差分光譜幅值；采用化學計量方法，計算出所測成份的含量。
全文摘要
本發明公開了一種測量準確、操作方便，并可同時測量多種組織成分的動脈血液成分檢測的時域分光差分光譜儀所采用的技術方案是包括帶寬為600～1300nm的寬帶光源、分光裝置及其光路、光敏傳感器、模擬檢測通道、A/D轉換模塊、CPU及其外圍電路；所述分光裝置及其光路包括分光器件和與其相配套的光路器件。所述分光器件采用AOTF、濾光片或傅立葉分光儀；所述寬帶光源發出的光信號經上述光路和電路轉換，由A/D轉換模塊將其轉換成數字信號，所述A/D轉換模塊轉換后的數字信號由以CPU為核心的數據處理系統進行后期處理，從而計算得到動脈血液中的主要成分的含量。本發明中還公開了上述光譜儀的檢測方法。
文檔編號A61B5/024GK1579322SQ20041001931
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月21日 優先權日2004年5月21日
發明者李剛, 林凌, 王焱 申請人:天津大學