專利名稱：一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜收集設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析中對(duì)人體微弱光譜信號(hào)的收集裝置及方法。
背景技術(shù)：
血液生化分析是健康診斷最基本的手段之一，近紅外光譜技術(shù)以無(wú)損傷、快速、多組分分析等特點(diǎn)，具有應(yīng)用于血液無(wú)創(chuàng)生化分析的潛力。然而，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在此領(lǐng)域研究了二十余年，仍未能實(shí)現(xiàn)人體血液生化指標(biāo)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的臨床應(yīng)用。其中一大問(wèn)題在于光在人 體組織中的衰減程度大，而且血液生化成分含量較低，導(dǎo)致吸收光譜信號(hào)微弱，降低了測(cè)量精度，給無(wú)創(chuàng)檢測(cè)帶來(lái)了技術(shù)難點(diǎn)。若要精確檢測(cè)血液生化成分信息，需要信噪比非常高的光譜儀器。目前有一款漫反射附件，采用離軸橢球鏡對(duì)樣品的漫反射光聚焦，主要用于分析粉末樣品和難處理的固體樣品，此方法只能將樣品的四分之一漫反射光聚焦，漫反射光的收集效率低。因此，研制出大通量、高信噪比、高聚焦率的光譜收集裝置和方法對(duì)近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置及方法，將人體測(cè)量部位的全部漫反射光有效聚焦，從而高效收集人體血液微弱吸收光譜信號(hào)，可以有效解決在近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析中，儀器信噪比低、測(cè)量精度差、聚焦效率低的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置包括發(fā)光組、探測(cè)器、吸收型遮光板A、吸收型遮光板B、中心孔和橢球反射鏡，所述的發(fā)光組由帶有拋物面反射器的LED、聚焦透鏡及干涉濾光片組成，所述的橢球反射鏡為在橢球的兩個(gè)焦面處截?cái)?，選取橢球面的中間部分而成，所述的吸收型遮光板A和吸收型遮光板B分別位于橢球反射鏡的兩焦面處，所述的發(fā)光組中的干涉濾光片位于吸收型遮光板A上，發(fā)光組中的帶有拋物面反射器的LED與聚焦透鏡共軸且經(jīng)過(guò)聚焦透鏡的光線穿過(guò)干涉濾光片匯聚在橢球反射鏡另一焦面的中心處，所述探測(cè)器位于吸收型遮光板A中心，吸收型遮光板B中心有中心孔。所述的發(fā)光組有n組，所述的n組發(fā)光組以橢球反射鏡的長(zhǎng)軸為旋轉(zhuǎn)軸均勻分布，所述的n的取值為3彡n彡20的整數(shù)。所述的橢球反射鏡內(nèi)表面鍍有反射膜。人體測(cè)量部位位于所述的中心孔處。所述的吸收型遮光板A按照探測(cè)器及n個(gè)干涉濾光片的位置開(kāi)設(shè)孔。一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集方法，具體包括以下操作步驟 步驟一電學(xué)調(diào)制n組發(fā)光組中的n個(gè)帶有拋物面反射器的LED，使n個(gè)帶有拋物面反射器的LED以相同時(shí)間為間隔依次發(fā)出中心波長(zhǎng)分別為A:、A2-.. Xn的光束；步驟二 步驟一中得到的光束經(jīng)聚焦透鏡匯聚并穿過(guò)干涉濾光片，經(jīng)干涉濾光片分光后分別得到中心波長(zhǎng)為λ P λ2··· λ η的紅外光并入射到人體測(cè)量部位；步驟三橢球反射鏡將攜帶人體血液成分光譜信息的漫反射光收集至探測(cè)器上得到攜帶人體血液成分光譜信息的中心波長(zhǎng)為λ P λ2··· λ η的光譜信號(hào)。所述的η組發(fā)光組以橢球反射鏡的長(zhǎng)軸為旋轉(zhuǎn)軸均勻分布，所述的η的取值為 3彡η彡20的整數(shù)。本發(fā)明工作原理本發(fā)明一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置及方法，通過(guò)電學(xué)調(diào)制η組發(fā)光組中的η個(gè)帶有拋物面反射器的LED發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外光，然后經(jīng)聚焦透鏡匯聚及干涉濾光片分光后入射到人體測(cè)量部位，將攜帶人體血液成分光譜信息的漫反射光通過(guò)橢球反射鏡聚焦收集至探測(cè)器上。本發(fā)明的有益效果是以橢球反射鏡為收集裝置的核心部分，將人體測(cè)量部位的全部漫反射光聚焦，達(dá)到高效收集人體血液微弱吸收光譜信號(hào)的目的，進(jìn)而提高光譜儀器的信噪比和測(cè)量精度。


圖I為本發(fā)明一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、發(fā)光組，101、帶有拋物面反射器的LED，102、聚焦透鏡，103、干涉濾光片， 2、探測(cè)器，3、吸收型遮光板A，4、吸收型遮光板B，5、中心孔，6、橢球反射鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置包括發(fā)光組I、 探測(cè)器2、吸收型遮光板A3、吸收型遮光板B4、中心孔5和橢球反射鏡6，所述的發(fā)光組I由帶有拋物面反射器的LED101、聚焦透鏡102及干涉濾光片103組成，所述的橢球反射鏡6為在橢球的兩個(gè)焦面處截?cái)?，選取橢球面的中間部分而成，所述的吸收型遮光板A3和吸收型遮光板B4分別位于橢球反射鏡6的兩焦面處，所述的發(fā)光組I中的干涉濾光片103位于吸收型遮光板A3上，發(fā)光組I中的帶有拋物面反射器的LEDlOl與聚焦透鏡102共軸且經(jīng)過(guò)聚焦透鏡102的光線穿過(guò)干涉濾光片103匯聚在橢球反射鏡6另一焦面的中心處，所述探測(cè)器2位于吸收型遮光板A3中心，所述吸收型遮光板B4中心有中心孔5。發(fā)光組I有η組，所述的η組發(fā)光組I以橢球反射鏡6的長(zhǎng)軸為旋轉(zhuǎn)軸均勻分布， 所述的η的取值為3彡η彡20的整數(shù)。所述的橢球反射鏡6內(nèi)表面鍍有反射膜。人體測(cè)量部位位于所述的中心孔5處。所述的吸收型遮光板A3按照探測(cè)器2及η個(gè)干涉濾光片103的位置開(kāi)設(shè)孔。本發(fā)明用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集方法，具體包括以下操作步驟步驟一電學(xué)調(diào)制η組發(fā)光組I中的η個(gè)帶有拋物面反射器的LEDlOl，使η個(gè)帶有拋物面反射器的LEDlOl以相同時(shí)間為間隔依次發(fā)出中心波長(zhǎng)分別為λ” λ2···λη的光束；步驟二 步驟一中得到的光束經(jīng)聚焦透鏡102匯聚并穿過(guò)干涉濾光片103，經(jīng)干涉濾光片103分光后分別得到中心波長(zhǎng)為λ” λ 2··· λ η的紅外光并入射到人體測(cè)量部位，所述經(jīng)干涉濾光片103分光后得到的紅外光的光譜范圍變窄；步驟三橢球反射鏡6將攜帶人體血液成分光譜信息的漫反射光收集至探測(cè)器2 上得到攜帶人體血液成分光譜信息的中心波長(zhǎng)為λ i、λ2··· λ η的光譜信號(hào)。所述的η組發(fā)光組以橢球反射鏡6的長(zhǎng)軸為旋轉(zhuǎn)軸均勻分布，所述的η的取值為 3彡η彡20的整數(shù)。所述的電學(xué)調(diào)制是指通過(guò)電路驅(qū)動(dòng)的方法，控制光源的發(fā)光時(shí)間。
帶有拋物面反射器的LEDlOl及聚焦透鏡102的軸線與橢球反射鏡6長(zhǎng)軸成 10. 5°夾角，吸收型遮光板Β4上的中心孔5的直徑為10mm，帶有拋物面反射器的LEDlOl發(fā)光面尺寸為O. 3mmX O. 3mm,外徑大小為15mm,探測(cè)器2接收面直徑為3mm,橢球反射鏡6長(zhǎng)軸長(zhǎng)2a= 150mm,兩焦點(diǎn)間的距離2c = 110mm,根據(jù)以上各元件結(jié)構(gòu)參數(shù),可加工出一種近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置。以上為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置，其特征在于，該裝置包括發(fā)光組(I)、探測(cè)器(2)、吸收型遮光板A(3)、吸收型遮光板B(4)、中心孔(5)和橢球反射鏡(6)，所述的發(fā)光組(I)由帶有拋物面反射器的LED (101)、聚焦透鏡(102)及干渉濾光片(103)組成，所述的橢球反射鏡(6)為在橢球的兩個(gè)焦面處截?cái)?，選取橢球面的中間部分而成，所述的吸收型遮光板A (3)和吸收型遮光板B (4)分別位于橢球反射鏡(6)的兩焦面處，所述的發(fā)光組(I)中的干渉濾光片(103)位于吸收型遮光板A (3)上，發(fā)光組(I)中的帶有拋物面反射器的LED (101)與聚焦透鏡(102)共軸且經(jīng)過(guò)聚焦透鏡(102)的光線穿過(guò)干涉濾光片(103)匯聚在橢球反射鏡(6)另ー焦面的中心處，所述探測(cè)器(2)位于吸收型遮光板A(3)中心，所述中心孔(5)位于吸收型遮光板B (4)的中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置，其特征在于，所述的發(fā)光組(I)有η組，所述的η組發(fā)光組(I)以橢球反射鏡(6)的長(zhǎng)軸為旋轉(zhuǎn)軸均勻分布，所述的η的取值為3 < η < 20的整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置，其特征在于，所述的橢球反射鏡(6)內(nèi)表面鍍有反射膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置，其特征在于，人體測(cè)量部位位于所述的中心孔(5)處。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置，其特征在于，所述的吸收型遮光板A (3)按照探測(cè)器(2)及干渉濾光片(103)的位置開(kāi)設(shè)孔。
6.一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集方法，具體包括以下操作步驟 步驟ー電學(xué)調(diào)制η組發(fā)光組(I)中的η個(gè)帶有拋物面反射器的LED (101 )，使η個(gè)帶有拋物面反射器的LED (101)以相同時(shí)間為間隔依次發(fā)出波長(zhǎng)為λ” λ2··· λη的光束； 步驟ニ 步驟一中得到的光束經(jīng)聚焦透鏡(102)匯聚并穿過(guò)干涉濾光片(103)，經(jīng)干涉濾光片(103)分光后分別得到中心波長(zhǎng)為λいλ2··· λ η的紅外光井入射到人體測(cè)量部位； 步驟三橢球反射鏡(6)將攜帶人體血液成分光譜信息的漫反射光收集至探測(cè)器(2)上得到攜帯人體血液成分光譜信息的中心波長(zhǎng)為λいλ2··· λ η的光譜信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集方法，其特征在于，所述的η組發(fā)光組(I)以橢球反射鏡(6)的長(zhǎng)軸為旋轉(zhuǎn)軸均勻分布，所述的η的取值為3彡η彡20的整數(shù)。
全文摘要
一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置及方法，屬于光譜收集設(shè)計(jì)領(lǐng)域，目的在于將人體測(cè)量部位的全部漫反射光聚焦，高效收集人體血液微弱吸收光譜信號(hào)。一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集裝置包括n組發(fā)光組、探測(cè)器、吸收型遮光板A、吸收型遮光板B、中心孔和橢球反射鏡；一種用于近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析的高效光譜收集方法，通過(guò)電學(xué)調(diào)制n組發(fā)光組中的n個(gè)帶有拋物面反射器的LED發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外光，經(jīng)聚焦透鏡匯聚及干涉濾光片分光后入射到人體測(cè)量部位，橢球反射鏡將攜帶人體血液成分光譜信息的漫反射光聚焦收集至探測(cè)器上。本發(fā)明可以有效解決在近紅外無(wú)創(chuàng)生化分析中，儀器信噪比低、測(cè)量精度差、聚焦效率低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK102697509SQ20121016932
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者丁海泉, 盧啟鵬, 彭忠琦, 高洪智, 高靜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所