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人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法及其系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):1012178閱讀:288來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法及其系統(tǒng)的制作方法
人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法及其系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的技術(shù),特別涉及一種采用掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)(Sw印t Source Optical Coherence Tomography,簡(jiǎn)稱 SS-0CT)的血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)
隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高,糖尿病的發(fā)病率正呈上升趨勢(shì),目前沒(méi)有根治的有效方法,主要臨床手段是通過(guò)對(duì)血糖濃度值的頻繁檢測(cè)和胰島素注射來(lái)對(duì)血糖濃度緊密控制,配合相應(yīng)的飲食和生活規(guī)律,來(lái)控制病情發(fā)展。現(xiàn)在所用的檢測(cè)方法一般是有創(chuàng)的,即通過(guò)靜脈取血后進(jìn)行較精確的生化酶法檢測(cè),或針刺指尖采血后使用試紙進(jìn)行比色測(cè)量。這種有創(chuàng)的檢測(cè)方法檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、采樣次數(shù)多,給患者帶來(lái)了極大的痛苦和不便,還存在采血而引發(fā)的交叉感染和環(huán)境污染的問(wèn)題,不適合血糖的連續(xù)監(jiān)測(cè)。迫切需要發(fā)展簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的無(wú)創(chuàng)傷血糖測(cè)量方法。近年來(lái),光學(xué)式無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì),倍受研究者的青睞。光學(xué)式無(wú)創(chuàng)方法主要包括旋光法、光散射系數(shù)法、近紅外光譜法、脈沖光聲法。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?200710092791. 5) “一種正交雙偏振光無(wú)創(chuàng)連續(xù)血糖測(cè)量裝置”是用調(diào)制的正交偏振光照射拇指后,用檢偏器測(cè)量透射光的兩個(gè)正交方向的光強(qiáng)差值,根據(jù)該差值計(jì)算血糖濃度;該方法采用透射光檢測(cè),偏振光要經(jīng)過(guò)手指皮膚、皮下組織、血管、骨骼和指甲等諸多環(huán)節(jié),僅靠測(cè)量透射光的兩個(gè)正交方向的光強(qiáng)差值無(wú)法消除上述影響,其測(cè)量準(zhǔn)確性難以保證;另該方法不光用到起偏器、正交式光電調(diào)制器,還需要法拉第旋光器、拇指厚度測(cè)量單元、聚焦凸鏡、鎖定放大器、方波發(fā)生器及若干反饋驅(qū)動(dòng)單元,系統(tǒng)較為龐雜,該方法有待改進(jìn)。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(duì)光的吸收導(dǎo)致光的衰減嚴(yán)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(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水的吸收系數(shù),血糖濃度變化導(dǎo)致的有效信號(hào)非常微弱,人體組織的生理變化、血液流動(dòng)、測(cè)量條件等導(dǎo)致的光強(qiáng)變化遠(yuǎn)大于因糖濃度變化引起的光強(qiáng)變化,如果沒(méi)有穩(wěn)定的測(cè)量條件或有效的消除測(cè)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(jiàn)文獻(xiàn)劉蓉、徐可欣等人,《光學(xué)無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)中的主要問(wèn)題及研究進(jìn)展》,中國(guó)科學(xué),2007年,第37卷增刊124-131頁(yè))。光散射系數(shù)法的一般原理是檢測(cè)人體組織的背向散射光,計(jì)算人體組織約化散射系數(shù)。由于該散射系數(shù)隨體內(nèi)成分含量變化而變化,因此通過(guò)追蹤約化散射系數(shù)的變化即可得到體內(nèi)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(cè)量系統(tǒng) (參見(jiàn)文獻(xiàn)徐敏,李勝利,《后向散射光法的血糖檢測(cè)方法研究》,傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2006年2 月,第9卷第一期,第100-103頁(yè)),該系統(tǒng)通過(guò)四個(gè)波長(zhǎng)為805nm的激光光源和一個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量散射光強(qiáng),得到人體組織的散射系數(shù),從而計(jì)算血糖濃度;由于該方法無(wú)法從散射光的強(qiáng)度信息分離肌肉、骨骼組織對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,因此,血糖濃度光散射系數(shù)法的測(cè)量效果也同樣還有待進(jìn)一步改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題,本發(fā)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(cè)量環(huán)節(jié)較少的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)。本發(fā)明提供了一種人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)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(shù)用K表示,通過(guò)檢測(cè)探頭照射人體皮膚,由皮膚組織返回的背向散射光通過(guò)所述檢測(cè)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(fā)生干涉,并在參考光路引入相位調(diào)制器,加入頻率為的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓,使參考光的相位附加變化外,采用光電探測(cè)器測(cè)量干涉光的總強(qiáng)度It(K),It(K)包含參考光的自相關(guān)強(qiáng)度、皮膚各層組織的背向散射光的自相關(guān)強(qiáng)度、各背向散射光之間的互相關(guān)強(qiáng)度,各背向散射光與參考光的互相關(guān)強(qiáng)度四項(xiàng)內(nèi)容,第四項(xiàng)稱為皮膚各層組織的OCT信號(hào);步驟3 用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)以上的干涉光總強(qiáng)度信號(hào)It(K),以采樣周期為T(mén)s,進(jìn)行時(shí)間離散化抽樣,得到其數(shù)字信號(hào)序列Idkt (K),并保存在信號(hào)處理單元;步驟4 為了從干涉光總強(qiáng)度信號(hào)Idkt(K)中分離出皮膚各層組織的OCT信號(hào),把以上數(shù)字信號(hào)序列Idkt(K)與頻率2 ω。的數(shù)字本振信號(hào)NCOl = cos(2 cnTs)做數(shù)字混頻, 經(jīng)FIR數(shù)字低通濾波器后,得到OCT數(shù)字信號(hào)的同相分量Iijikot (K),再將信號(hào)序列Idkt (K) 與頻率ω。的數(shù)字本振信號(hào)NC02 = cos( cnTs)做數(shù)字混頻,經(jīng)FIR數(shù)字低通濾波器后,得到OCT數(shù)字信號(hào)的正交分量IqjiIct(K),其中η為正整數(shù);步驟5 取OCT信號(hào)的同相分量Iijikot⑷為復(fù)振幅實(shí)部,取OCT信號(hào)的正交分量 Iqj":⑷為復(fù)振幅虛部,重構(gòu)與波數(shù)K相對(duì)應(yīng)的OCT復(fù)振幅解析信號(hào),即
權(quán)利要求
1. 一種人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)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(shù)用K表示,通過(guò)檢測(cè)探頭照射人體皮膚,由皮膚組織返回的背向散射光通過(guò)所述檢測(cè)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(fā)生干涉,并在參考光路引入相位調(diào)制器,力口入頻率為ω^的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓,使參考光的相位附加變化外,采用光電探測(cè)器測(cè)量干涉光的總強(qiáng)度IT(K),It(K)包含參考光的自相關(guān)強(qiáng)度、皮膚各層組織的背向散射光的自相關(guān)強(qiáng)度、各背向散射光之間的互相關(guān)強(qiáng)度,各背向散射光與參考光的互相關(guān)強(qiáng)度四項(xiàng)內(nèi)容,第四項(xiàng)稱為皮膚各層組織的OCT信號(hào);步驟3 用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)以上的干涉光總強(qiáng)度信號(hào)It(K),以采樣周期為T(mén)s,進(jìn)行時(shí)間離散化抽樣,得到其數(shù)字信號(hào)序列Idkt (K),并保存在信號(hào)處理單元;步驟4 為了從干涉光總強(qiáng)度信號(hào)Idkt(K)中分離出皮膚各層組織的OCT信號(hào),把以上數(shù)字信號(hào)序列Idkt(K)與頻率2ω。的數(shù)字本振信號(hào)NCOl = cos(2 cnTs)做數(shù)字混頻,經(jīng) FIR數(shù)字低通濾波器后,得到OCT數(shù)字信號(hào)的同相分量Iljnera(K),再將信號(hào)序列Idkt(K)與頻率ω。的數(shù)字本振信號(hào)NC02 = cos( cnTs)做數(shù)字混頻,經(jīng)FIR數(shù)字低通濾波器后,得到 OCT數(shù)字信號(hào)的正交分量Iqjikot(K),其中η為正整數(shù);步驟5 取OCT信號(hào)的同相分量Iljnera(K)為復(fù)振幅實(shí)部,取OCT信號(hào)的正交分量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法,其特征在于步驟1中通過(guò)檢測(cè)探頭照射人體皮膚為垂直照射。
3.人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng),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(cè)探頭、第一光電探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理單元、控制單元,所述的掃頻激光光源設(shè)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(cè)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(cè)器、干涉儀相連,所述的干涉儀有三個(gè)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(cè)器、檢測(cè)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(cè)器、第二光電探測(cè)器均與A/D轉(zhuǎn)換器相連,所述的控制單元還與掃頻激光光源、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述的干涉儀包括光纖環(huán)形器、第一 1x2光纖耦合器、光纖相位調(diào)制器、光纖式法拉第反射鏡,光纖環(huán)形器的三個(gè)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(cè)器相連,第一光纖耦合器的B臂與檢測(cè)探頭相連、第一 1x2光纖耦合器的C臂與相位調(diào)制器的光纖接口 1相連,該相位調(diào)制器的光纖接口 2與光纖式法拉第反射鏡相連,該相位調(diào)制器的電氣接口3與控制單元相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述檢測(cè)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(guò)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(diǎn)處,凸透鏡2的后焦點(diǎn)與凸透鏡3的前焦點(diǎn)重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述自聚焦透鏡的長(zhǎng)度L介于(1/2)P與(3/4)P之間,P為截距。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng),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(jù)權(quán)利要求3或4所述的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述的信號(hào)處理單元主要由微處理器或DSP或FPGA及內(nèi)部算法軟件組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于該算法軟件包括干涉信號(hào)采樣、強(qiáng)度信號(hào)歸一化處理、數(shù)字本振產(chǎn)生、數(shù)字混頻、FIR數(shù)字低通濾波、解析信號(hào)重構(gòu)、FFT、皮膚組織的空間坐標(biāo)定位、真皮層的折射率反演算法模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供采用掃頻光學(xué)相干層析技術(shù)的人體血糖濃度無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法及其系統(tǒng);該方法以掃頻光源輸出波數(shù)為K的紅外光波,通過(guò)探頭垂直照射皮膚,用干涉儀和光電探測(cè)器測(cè)量皮膚組織背向散射光的干涉信號(hào),以數(shù)字混頻方式從干涉信號(hào)中分離OCT信號(hào)的同相分量和正交分量,并重構(gòu)出與波數(shù)K相對(duì)應(yīng)的OCT復(fù)振幅解析信號(hào);當(dāng)掃頻光源的波數(shù)K由K0到KN,以等間隔δK變化時(shí),得到波數(shù)K空間的OCT復(fù)譜解析信號(hào),對(duì)該OCT復(fù)譜解析信號(hào)做離散的傅里葉逆變換IDFT,得到坐標(biāo)Z空間的OCT信號(hào);根據(jù)坐標(biāo)Z空間的OCT信號(hào)計(jì)算皮膚真皮層背向散射光的幅度和相位信息,計(jì)算真皮層的平均折射率,根據(jù)折射率與血糖濃度的相關(guān)性,計(jì)算血糖濃度,實(shí)現(xiàn)人體血糖的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK102349834SQ20111016700
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者鄒波 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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