專利名稱：人體血糖濃度無創檢測方法及其系統的制作方法
人體血糖濃度無創檢測方法及其系統
技術領域：
本發明涉及人體血糖濃度無創檢測的技術，特別涉及一種采用掃頻光學相干層析技術(Sw印t Source Optical Coherence Tomography，簡稱 SS-0CT)的血糖濃度無創檢測的方法及其系統。
背景技術：
隨著我國人民生活水平的不斷提高，糖尿病的發病率正呈上升趨勢，目前沒有根治的有效方法，主要臨床手段是通過對血糖濃度值的頻繁檢測和胰島素注射來對血糖濃度緊密控制，配合相應的飲食和生活規律，來控制病情發展。現在所用的檢測方法一般是有創的，即通過靜脈取血后進行較精確的生化酶法檢測，或針刺指尖采血后使用試紙進行比色測量。這種有創的檢測方法檢測時間長、采樣次數多，給患者帶來了極大的痛苦和不便，還存在采血而引發的交叉感染和環境污染的問題，不適合血糖的連續監測。迫切需要發展簡便準確的無創傷血糖測量方法。近年來，光學式無創血糖測量以其獨特優勢，倍受研究者的青睞。光學式無創方法主要包括旋光法、光散射系數法、近紅外光譜法、脈沖光聲法。中國專利(申請號 200710092791. 5) “一種正交雙偏振光無創連續血糖測量裝置”是用調制的正交偏振光照射拇指后，用檢偏器測量透射光的兩個正交方向的光強差值，根據該差值計算血糖濃度；該方法采用透射光檢測，偏振光要經過手指皮膚、皮下組織、血管、骨骼和指甲等諸多環節，僅靠測量透射光的兩個正交方向的光強差值無法消除上述影響，其測量準確性難以保證；另該方法不光用到起偏器、正交式光電調制器，還需要法拉第旋光器、拇指厚度測量單元、聚焦凸鏡、鎖定放大器、方波發生器及若干反饋驅動單元，系統較為龐雜，該方法有待改進。近紅外光譜法的主要障礙是由于生物組織中含有大量的水分，水對光的吸收導致光的衰減嚴重，葡萄糖在組織液和血液中的含量低并且變化范圍小，葡萄糖的吸收系數也遠遠小于水的吸收系數，血糖濃度變化導致的有效信號非常微弱，人體組織的生理變化、血液流動、測量條件等導致的光強變化遠大于因糖濃度變化引起的光強變化，如果沒有穩定的測量條件或有效的消除測量噪聲的方法，近紅外光譜法精確地提取血糖濃度的信息是很難的(參見文獻劉蓉、徐可欣等人，《光學無創血糖檢測中的主要問題及研究進展》，中國科學，2007年，第37卷增刊124-131頁)。光散射系數法的一般原理是檢測人體組織的背向散射光，計算人體組織約化散射系數。由于該散射系數隨體內成分含量變化而變化，因此通過追蹤約化散射系數的變化即可得到體內成分含量的變化情況。如徐敏，李勝利撰文介紹的血糖濃度光散射測量系統 (參見文獻徐敏，李勝利，《后向散射光法的血糖檢測方法研究》，傳感技術學報，2006年2 月，第9卷第一期，第100-103頁)，該系統通過四個波長為805nm的激光光源和一個光電探測器測量散射光強，得到人體組織的散射系數，從而計算血糖濃度；由于該方法無法從散射光的強度信息分離肌肉、骨骼組織對測量結果的影響，因此，血糖濃度光散射系數法的測量效果也同樣還有待進一步改進。
發明內容為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種不涉及肌肉、血管、骨骼和指甲等諸多部位的干擾，測量環節較少的人體血糖濃度無創檢測技術。本發明提供了一種人體血糖濃度無創檢測方法，其包括以下步驟步驟1 掃頻激光光源輸出紅外光波，其波數用K表示，通過檢測探頭照射人體皮膚，由皮膚組織返回的背向散射光通過所述檢測探頭被送至干涉儀，所述背向散射光包括反射光和折射光；步驟2 該干涉儀使背向散射光與參考光發生干涉，并在參考光路引入相位調制器，加入頻率為的余弦載波驅動電壓，使參考光的相位附加變化外，采用光電探測器測量干涉光的總強度It(K)，It(K)包含參考光的自相關強度、皮膚各層組織的背向散射光的自相關強度、各背向散射光之間的互相關強度，各背向散射光與參考光的互相關強度四項內容，第四項稱為皮膚各層組織的OCT信號；步驟3 用A/D轉換器對以上的干涉光總強度信號It(K)，以采樣周期為Ts，進行時間離散化抽樣，得到其數字信號序列Idkt (K)，并保存在信號處理單元；步驟4 為了從干涉光總強度信號Idkt(K)中分離出皮膚各層組織的OCT信號，把以上數字信號序列Idkt(K)與頻率2 ω。的數字本振信號NCOl = cos(2 cnTs)做數字混頻， 經FIR數字低通濾波器后，得到OCT數字信號的同相分量Iijikot (K)，再將信號序列Idkt (K) 與頻率ω。的數字本振信號NC02 = cos( cnTs)做數字混頻，經FIR數字低通濾波器后，得到OCT數字信號的正交分量IqjiIct(K)，其中η為正整數；步驟5 取OCT信號的同相分量Iijikot⑷為復振幅實部，取OCT信號的正交分量 Iqj":⑷為復振幅虛部，重構與波數K相對應的OCT復振幅解析信號，即
權利要求
1. 一種人體血糖濃度無創檢測方法，其特征在于，其包括以下步驟 步驟1 掃頻激光光源輸出紅外光波，其波數用K表示，通過檢測探頭照射人體皮膚，由皮膚組織返回的背向散射光通過所述檢測探頭被送至干涉儀；步驟2 該干涉儀使背向散射光與參考光發生干涉，并在參考光路引入相位調制器，力口入頻率為ω^的余弦載波驅動電壓，使參考光的相位附加變化外，采用光電探測器測量干涉光的總強度IT(K)，It(K)包含參考光的自相關強度、皮膚各層組織的背向散射光的自相關強度、各背向散射光之間的互相關強度，各背向散射光與參考光的互相關強度四項內容，第四項稱為皮膚各層組織的OCT信號；步驟3 用A/D轉換器對以上的干涉光總強度信號It(K)，以采樣周期為Ts，進行時間離散化抽樣，得到其數字信號序列Idkt (K)，并保存在信號處理單元；步驟4 為了從干涉光總強度信號Idkt(K)中分離出皮膚各層組織的OCT信號，把以上數字信號序列Idkt(K)與頻率2ω。的數字本振信號NCOl = cos(2 cnTs)做數字混頻，經 FIR數字低通濾波器后，得到OCT數字信號的同相分量Iljnera(K)，再將信號序列Idkt(K)與頻率ω。的數字本振信號NC02 = cos( cnTs)做數字混頻，經FIR數字低通濾波器后，得到 OCT數字信號的正交分量Iqjikot(K)，其中η為正整數；步驟5 取OCT信號的同相分量Iljnera(K)為復振幅實部，取OCT信號的正交分量
2.根據權利要求1所述的人體血糖濃度無創檢測方法，其特征在于步驟1中通過檢測探頭照射人體皮膚為垂直照射。
3.人體血糖濃度無創檢測系統，其特征在于其包括掃頻激光光源、光源同步跟蹤器、干涉儀、檢測探頭、第一光電探測器、A/D轉換器、信號處理單元、控制單元，所述的掃頻激光光源設有光纖接口 A和電氣接口 B，所述的光源同步跟蹤器包括第二 1x2光纖耦合器和第二光電探測器，第二 1x2光纖耦合器的A、B、C臂依次與掃頻激光光源、第二光電探測器、干涉儀相連，所述的干涉儀有三個光纖接口 A、B、C和電氣接口 D，干涉儀的光纖接口 A、B、C依次與光源同步跟蹤器、第一光電探測器、檢測探頭相連，干涉儀的電氣接口 D與控制單元相連，第一光電探測器、第二光電探測器均與A/D轉換器相連，所述的控制單元還與掃頻激光光源、A/D轉換器、信號處理單元相連。
4.根據權利要求3所述的人體血糖濃度無創檢測系統，其特征在于所述的干涉儀包括光纖環形器、第一 1x2光纖耦合器、光纖相位調制器、光纖式法拉第反射鏡，光纖環形器的三個光纖接口 1、2、3依次與光源同步跟蹤器、第一 1x2光纖耦合器的A臂、第一光電探測器相連，第一光纖耦合器的B臂與檢測探頭相連、第一 1x2光纖耦合器的C臂與相位調制器的光纖接口 1相連，該相位調制器的光纖接口 2與光纖式法拉第反射鏡相連，該相位調制器的電氣接口3與控制單元相連。
5.根據權利要求3或4所述的人體血糖濃度無創檢測系統，其特征在于所述檢測探頭包括光纖自聚焦透鏡、凸透鏡1、凸透鏡2和凸透鏡3，四者的中心位于同一光軸線上，其中自聚焦透鏡通過光纖與干涉儀相連，自聚焦透鏡的端面位于凸透鏡1的前焦點處，凸透鏡2的后焦點與凸透鏡3的前焦點重合。
6.根據權利要求5所述的人體血糖濃度無創檢測系統，其特征在于所述自聚焦透鏡的長度L介于(1/2)P與(3/4)P之間，P為截距。
7.根據權利要求5所述的人體血糖濃度無創檢測系統，其特征在于凸透鏡1的焦距與凸透鏡2同為Π，凸透鏡3的焦距為f2，且f2大于Π。
8.根據權利要求3或4所述的人體血糖濃度無創檢測系統，其特征在于所述的信號處理單元主要由微處理器或DSP或FPGA及內部算法軟件組成。
9.根據權利要求8所述的人體血糖濃度無創檢測系統，其特征在于該算法軟件包括干涉信號采樣、強度信號歸一化處理、數字本振產生、數字混頻、FIR數字低通濾波、解析信號重構、FFT、皮膚組織的空間坐標定位、真皮層的折射率反演算法模塊。
全文摘要
本發明提供采用掃頻光學相干層析技術的人體血糖濃度無創檢測方法及其系統；該方法以掃頻光源輸出波數為K的紅外光波，通過探頭垂直照射皮膚，用干涉儀和光電探測器測量皮膚組織背向散射光的干涉信號，以數字混頻方式從干涉信號中分離OCT信號的同相分量和正交分量，并重構出與波數K相對應的OCT復振幅解析信號；當掃頻光源的波數K由K0到KN，以等間隔δK變化時，得到波數K空間的OCT復譜解析信號，對該OCT復譜解析信號做離散的傅里葉逆變換IDFT，得到坐標Z空間的OCT信號；根據坐標Z空間的OCT信號計算皮膚真皮層背向散射光的幅度和相位信息，計算真皮層的平均折射率，根據折射率與血糖濃度的相關性，計算血糖濃度，實現人體血糖的無創檢測。
文檔編號A61B5/1455GK102349834SQ20111016700
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者鄒波 申請人:深圳職業技術學院