專利名稱：一種自混合相干激光雷達(dá)無創(chuàng)血糖測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可以實現(xiàn)人體無創(chuàng)血糖測量的系統(tǒng)，尤其涉及一種利用調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)和自混合相干過程無創(chuàng)測量人體血糖濃度的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
糖尿病是一種常見多發(fā)的疾病，隨著人們生活水平的日益提高，糖尿病的發(fā)病率也在逐漸增加。近年來，糖尿病已經(jīng)成為現(xiàn)代疾病中僅次于癌癥和心血管疾病的第三大殺手，也被世界衛(wèi)生組織列為三大疑難病之一。隨著人們對糖尿病關(guān)注度的增高，如何實現(xiàn)準(zhǔn)確、方便、連續(xù)、無創(chuàng)測量血糖也成為研究機構(gòu)討論的熱點。在眾多的方案中，光學(xué)方法備受矚目。血糖濃度光學(xué)測量方法從檢測對象上來說可以分為兩種方式直接方式和間接方式。直接方式主要是通過對葡萄糖分子本身特性的檢測獲得血糖濃度，一般選擇光譜分析的方法，包括近紅外(NIR)光譜分析法、旋光偏振法及拉曼(RAMAN)光譜分析法等；而間接方式則是通過檢測血糖對人體血液及組織特性的影響來推算血糖的濃度，一般選擇散射分析的方法，檢測對象包括組織對光的散射系數(shù)，組織液的折射率等。目前研究比較多的近紅外光譜分析法主要是通過對葡萄糖分子的特征吸收峰強度來進(jìn)行血糖監(jiān)測。盡管三十多年來，人們在這一方面進(jìn)行了大量研究，也取得了很大的進(jìn)步，但是到目前為止還沒有一個可信的工作系統(tǒng)。該方法存在的主要問題是葡萄糖分子在近紅外光譜區(qū)沒有一個確定的吸收形式；光譜中包含除了葡萄糖以外的其它物質(zhì)的吸收光譜，這些信號會重疊在一起相互干擾；吸收信號會受到散射信號的極大干擾。另一種背景技術(shù)利用組織的散射特性來進(jìn)行血糖分析。在近紅外光波段，組織體對光的散射要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于吸收，通過對散射光譜的分析可以間接地得到組織體的折射率、散射系數(shù)等信息，用合適的理論對其進(jìn)行處理后即可得到相應(yīng)的血糖濃度。這種方法相對近紅外光譜分析法的優(yōu)勢在于在近紅外波段，皮膚對光的散射遠(yuǎn)大于吸收，從而可以獲得較高的信噪比。因此可以考慮從散射分析入手找到一種能達(dá)到精度要求的無創(chuàng)血糖測量方法?！N利用光學(xué)相干層析成像方法來測量人體血糖值的背景技術(shù)如V. Larin, M. Motamedi, S. Eledrisi 等在他們的文章"Noninvasive Blood Glucose Monitoring With Optical Coherence Tomography", Diabetes Care，VOL. 25，pp. 2263 2267，2002 中所描述。 該系統(tǒng)采用一個1300nm波段的超輻射發(fā)光二極管(SLD)作為光源，系統(tǒng)核心為一個邁克爾遜干涉儀。光源發(fā)出的光經(jīng)過分束鏡，一部分照射在目標(biāo)探測物上，一部分作為參考光束照射到一個平面反射鏡上，反射回來的探測光和參考光同時進(jìn)入光探測器發(fā)生干涉。系統(tǒng)通過機械臂對參考端的光程進(jìn)行調(diào)制來獲得探測物不同層次的信息，并建立起信號斜率與血糖濃度之間的關(guān)系。這種無創(chuàng)血糖測量的方法存在的問題是系統(tǒng)中需要引入一個可移動的機械臂，掃描速度較慢且不利于系統(tǒng)的小型化、便攜化；系統(tǒng)信號的強度與探測物反射率有關(guān)，當(dāng)被探測物反射率較小的時候，所得信號很微弱，因此很難實現(xiàn)對極微弱散射光的測量。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種自混合相干激光雷達(dá)無創(chuàng)血糖測量系統(tǒng)。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種利用調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)實現(xiàn)無創(chuàng)血糖測量的系統(tǒng)，它包括可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、光探測器和信號處理電路等。所述光探測器置于激光器的后端面或與激光器并排放置，信號處理電路與光探測器相連；可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光經(jīng)被測皮下組織散射后返回被光探測器接收，所述光探測器探測光強變化信號并將其發(fā)送給信號處理電路；所述信號處理電路包括濾波模塊和微處理器模塊，兩個模塊并行獨立運行，所述濾波模塊包含兩個不同頻率的濾波器；信號處理電路分析光強變化信號的頻譜信息，根據(jù)光強隨頻率變化的關(guān)系推算血糖濃度。本實用新型的有益效果是，本實用新型用一個無跳?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器取代可移動的機械臂，降低系統(tǒng)的機械精度要求，從而便于系統(tǒng)往小型、便攜化發(fā)展；采用自混合相干的方法進(jìn)一步簡化系統(tǒng)，對信號進(jìn)行放大，通過簡單的元件和結(jié)構(gòu)就能探測到微弱信號。

圖1為本實用新型實施方式激光雷達(dá)調(diào)頻連續(xù)波與自混合相干技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)無創(chuàng)血糖測量的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的另一種實施方式激光雷達(dá)調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)實現(xiàn)無創(chuàng)血糖測量的結(jié)構(gòu)示意圖。探測器與掃頻激光器并排放置，探測由皮膚表面反射光和被測皮下組織散射光相干引起的光強變化信號。圖3為激光雷達(dá)調(diào)頻連續(xù)波與自混合相干技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)無創(chuàng)血糖測量系統(tǒng)的運作流程示意圖。圖4為自混合相干技術(shù)的工作原理詳細(xì)示意圖。圖5為調(diào)制信號和到達(dá)探測器的信號光束的頻率變化波形簡易示意圖。圖6為對探測器獲得信號做快速傅里葉變換以后的頻譜圖。圖7為信號處理部分軟件流程圖。圖8為自混合相干激光雷達(dá)無創(chuàng)血糖測量系統(tǒng)對不同葡萄糖濃度下的人體組織液的信號的FFT變換圖。圖9為對FFT信號取對數(shù)的圖。圖10為仿真信號斜率與組織散射系數(shù)的對比圖。
具體實施方式
本實用新型將激光雷達(dá)調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)和自混合相干技術(shù)應(yīng)用到無創(chuàng)血糖測量上來，實現(xiàn)了以簡單的系統(tǒng)完成無創(chuàng)血糖濃度檢測。不失其通用性，下面將以鋸齒波作為可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制信號為例來說明系統(tǒng)的工作原理。[0023]圖4為自混合相干干涉系統(tǒng)工作原理的詳細(xì)示意圖。激光器出射光波的頻率可以表示為f (t) = α t+f0(1)上式中，α表示鋸齒調(diào)制信號的斜率，&表示調(diào)制初始頻率。如圖4所示，假設(shè)經(jīng)歷光程為Li的光波，其背向散射光強為Ii，將ζ = Li處看作一個虛擬的反射面，則可以引入反射率概念
權(quán)利要求1. 一種自混合相干激光雷達(dá)無創(chuàng)血糖測量系統(tǒng)，其特征在于，它包括可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、光探測器和信號處理電路；所述光探測器置于激光器的后端面或與激光器并排放置，信號處理電路與光探測器相連；所述信號處理電路包括濾波模塊和微處理器模塊，兩個模塊并行獨立運行，所述濾波模塊由兩個不同頻率的濾波器組成。
專利摘要本實用新型公開了一種自混合相干激光雷達(dá)無創(chuàng)血糖測量系統(tǒng)；它包括可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、光探測器和信號處理電路等。所述光探測器置于激光器的后端面或與激光器并排放置，信號處理電路與光探測器相連；本實用新型用一個無跳模可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器取代可移動的機械臂，降低系統(tǒng)的機械精度要求，從而便于系統(tǒng)往小型、便攜化發(fā)展；采用自混合相干的方法進(jìn)一步簡化系統(tǒng)，對信號進(jìn)行放大，通過簡單的元件和結(jié)構(gòu)就能探測到微弱信號。
文檔編號A61B5/1455GK202051710SQ20112001751
公開日2011年11月30日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者何建軍, 熊冰, 魏文雄 申請人:浙江大學(xué)