本發(fā)明屬于光學(xué)工程及新型醫(yī)療檢測(cè)儀器領(lǐng)域，具體涉及一種人體無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

糖尿病是危害人類健康的四大疾病之一,是一種世界范圍內(nèi)的流行疾病，目前全世界約有10%的成年人身患此病。在我國(guó)，據(jù)2013年中華醫(yī)學(xué)會(huì)糖尿病學(xué)分會(huì)公布的糖尿病流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果，30歲以上人群糖尿病患病率達(dá)11.6%，估計(jì)全國(guó)有1.39億糖尿病患者。目前糖尿病治療與控制的基本手段是進(jìn)行經(jīng)常性的血糖測(cè)定，并以血糖濃度為依據(jù)，通過(guò)飲食、口服藥物或胰島素注射等方式進(jìn)行血糖控制。傳統(tǒng)的血糖測(cè)定方法大都采用生化測(cè)量方法，該方法需要通過(guò)頻繁的抽血或手指扎針取血，這給患者帶來(lái)很大的痛苦和不便，同時(shí)增加了感染的風(fēng)險(xiǎn)，而且這些方法不能進(jìn)行長(zhǎng)期的自我定期測(cè)量,更不適合血糖的連續(xù)監(jiān)測(cè)。此外，傳統(tǒng)的生化血糖測(cè)量?jī)x需要消耗大量的血糖試紙，這也給使用者帶來(lái)諸多不便和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，研究開(kāi)發(fā)無(wú)創(chuàng)的人體血糖檢測(cè)或監(jiān)測(cè)技術(shù)可望帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

本發(fā)明提出一種采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置，具有高度原創(chuàng)性。在此之前，國(guó)內(nèi)外曾出現(xiàn)為數(shù)眾多的基于光譜的無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量技術(shù)，其中包括：國(guó)內(nèi)發(fā)明cn201410519530.7涉及的一種基于單色儀的近紅外無(wú)創(chuàng)便攜醫(yī)療檢測(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體血糖、血紅素等各體征指標(biāo)的檢測(cè)；國(guó)內(nèi)發(fā)明cn201010143072.3涉及一種無(wú)創(chuàng)測(cè)量人體血糖的近紅外光譜透射方法，它通過(guò)透光光強(qiáng)差值來(lái)計(jì)算人體介質(zhì)衰減系數(shù)，從而推斷人體血糖值；可以看出紅外光譜分析法在人體血糖檢測(cè)應(yīng)用的成熟性。國(guó)內(nèi)發(fā)明200520078476.3涉及一種便攜式無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)儀，它采用一種紅外光纖光譜儀實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)血糖濃度監(jiān)測(cè)；國(guó)內(nèi)發(fā)明cn99105693.0涉及一種無(wú)創(chuàng)傷自測(cè)血糖儀，它采用紅外發(fā)射光源、半透半反分束器、紅外濾光片等實(shí)現(xiàn)雙通道無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)。上述方法都存在一些問(wèn)題，其中包括：大多數(shù)單光譜通道測(cè)量方法容易受到人體及環(huán)境因素的影響，其測(cè)量精度難以保證。而采用半透半反雙光譜通道的測(cè)量方式依然存在光路的不對(duì)稱的因素，其測(cè)量精度也受到影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有完全對(duì)稱分光結(jié)構(gòu)的雙光譜通道無(wú)創(chuàng)血糖測(cè)量技術(shù)。通過(guò)對(duì)人體手指指尖的測(cè)量即可獲得帶有人體血糖濃度的光譜信息。本無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置可以工作在近紅外（約1μm）至太赫茲（約100μm）光譜范圍內(nèi)，搭建不同譜段的無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)或檢測(cè)儀器，而且具有完全無(wú)創(chuàng)、無(wú)副作用、無(wú)需耗材、測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)快速等優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置，其基本組成結(jié)構(gòu)主要包括照射光源、光學(xué)積分球、測(cè)量孔、主波長(zhǎng)帶通濾光片、參考波長(zhǎng)帶通濾光片、光電傳感器、信號(hào)處理電路。其工作原理是：將人體手指指尖固定在積分球的測(cè)量孔內(nèi)；將照射光源的光束從積分球的入射孔引入積分球并照射人體手指指尖；入射光束被手指指尖反射和透射；被手指指尖反射和透射的光束在積分球內(nèi)壁經(jīng)過(guò)漫反射后再次照射手指指尖，如此循環(huán)往復(fù)，最后在手指指尖形成多次反射和透射，并在積分球內(nèi)壁形成均勻光照強(qiáng)度，此時(shí)該均勻光的光譜功率分布受到人體血糖濃度的調(diào)制。安裝在積分球外壁出射孔上的主波長(zhǎng)帶通濾光片及光電傳感器、參考波長(zhǎng)帶通濾光片及光電傳感器同時(shí)進(jìn)行光電響應(yīng)，并獲取兩個(gè)波長(zhǎng)的光譜強(qiáng)度信息，即產(chǎn)生兩組電壓（或電流）信號(hào)。將該兩組電壓信號(hào)引入數(shù)據(jù)處理電路中進(jìn)行分析和計(jì)算，最終得到血糖濃度信息。

所述照射光源，可以采用具有穩(wěn)定發(fā)射功率的寬譜帶光源，例如鹵素?zé)?，也可以采用其它類型的光源，例如脈沖式閃光光源；根據(jù)測(cè)量波段的需要，該測(cè)量光源的發(fā)射光譜能量可以均勻分布在近紅外（約1μm）至太赫茲（約100μm）的某一譜帶范圍內(nèi)。

所述光學(xué)積分球，其球壁上的固定位置包含了一個(gè)入射孔、一個(gè)測(cè)量孔、兩個(gè)出射孔；入射孔用于接收光源的光束能量；測(cè)量孔用于固定被測(cè)人體手指指尖；兩個(gè)出射孔都用于安裝濾光片和光電傳感器；積分球內(nèi)壁涂覆了具有高反射比的材料，可以對(duì)入射到積分球內(nèi)的光束進(jìn)行均勻漫反射，并在積分球內(nèi)壁形成均勻光照強(qiáng)度。

所述的主波長(zhǎng)帶通濾光片及光電傳感器、參考波長(zhǎng)帶通濾光片及光電傳感器，分別安裝在積分球外壁的出射孔上。兩組濾光片及光電傳感器的光譜響應(yīng)中心波長(zhǎng)分別與人體血糖吸收光譜的兩個(gè)特征波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，它們可以同時(shí)對(duì)積分球的出射光譜功率進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，最終形成包含了光譜功率分布信息的電壓或電流信號(hào)。

所述的信號(hào)處理電路，既可以采用一套模擬處理電路，也可以采用一套數(shù)字化處理電路，包括ad轉(zhuǎn)換器和微型計(jì)算機(jī)；它們用于接收兩組光電傳感器輸出的電壓或電流信號(hào)，然后對(duì)兩組信號(hào)的差異進(jìn)行分析計(jì)算，最終得到血糖濃度信息。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置的組成原理示意圖。

圖2是本發(fā)明一種采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中標(biāo)號(hào)：1為照射光源，2為光學(xué)積分球，3為測(cè)量孔，4為主波長(zhǎng)濾光片，5為主波長(zhǎng)光電傳感器，6為參考波長(zhǎng)濾光片，7為參考波長(zhǎng)光電傳感器，8為信號(hào)處理電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置，如圖1所示，其基本功能結(jié)構(gòu)包括照射光源1，光學(xué)積分球2，測(cè)量孔3，主波長(zhǎng)濾光片4，主波長(zhǎng)光電傳感器5，參考波長(zhǎng)濾光片6，參考波長(zhǎng)光電傳感器7，信號(hào)處理電路8。

本發(fā)明提供的一種采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置的工作過(guò)程為：照射光源1發(fā)出的具有連續(xù)光譜的光束從光學(xué)積分球2的入射孔進(jìn)入光學(xué)積分球2，并照射在測(cè)量孔3內(nèi)部待測(cè)人體手指指尖位置；所述測(cè)量孔3固定在光學(xué)積分球2內(nèi)部；該光束被手指指尖反射和透射后照射在光學(xué)積分球2的內(nèi)壁上，并經(jīng)過(guò)光學(xué)積分球2內(nèi)壁的多次反射，然后再次經(jīng)過(guò)手指指尖的反射和透射，如此循環(huán)往復(fù)，結(jié)果導(dǎo)致光束的能量受到手指血液內(nèi)包含的人體血糖的充分吸收，形成了與血糖濃度有關(guān)的光譜能量分布。被手指充分反射和透射的光束在光學(xué)積分球2的內(nèi)壁上形成均勻光照度，然后分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)出射孔進(jìn)入主波長(zhǎng)濾光片4和主波長(zhǎng)光電傳感器5、參考波長(zhǎng)濾光片6和參考波長(zhǎng)光電傳感器7，并分別由主波長(zhǎng)光電傳感器5和參考波長(zhǎng)光電傳感器7產(chǎn)生主波長(zhǎng)電壓信號(hào)（或電流）以及參考波長(zhǎng)電壓信號(hào)（或電流）；這兩組電壓信號(hào)分別反映了人體指尖血糖對(duì)不同波長(zhǎng)的光譜吸收程度；將該兩組電壓信號(hào)引入信號(hào)處理電路8中進(jìn)行分析和計(jì)算，最終得到血糖濃度信息。

實(shí)施例1：工作在短波紅外波段（1-2μm）的采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置，如圖2所示。

所述照射光源1采用鹵素鎢絲燈，其在1μm至2μm的紅外譜段內(nèi)具有連續(xù)的光譜分布；該光源發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)一個(gè)匯聚透鏡形成準(zhǔn)直光束，然后進(jìn)入積分球2中，并照射在測(cè)量孔3內(nèi)的人體指尖。

所述光學(xué)積分球2，其內(nèi)壁涂覆紅外反射材料；光學(xué)積分球2內(nèi)部直徑約等于測(cè)量孔3直徑的5-10倍。

所述的主波長(zhǎng)濾光片4和參考波長(zhǎng)濾光片6都采用一種窄帶濾光片，這兩種窄帶濾光片的中心波長(zhǎng)分別位于1-2μm光譜范圍內(nèi)的不同波長(zhǎng)位置。其半高寬度約40nm，或者根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

所述的主波長(zhǎng)光電傳感器5和參考波長(zhǎng)光電傳感器7都采用一種銦鎵砷紅外傳感器，該傳感器在1-2μm光譜范圍內(nèi)具有較高的靈敏度。

所述的信號(hào)處理電路8采用一種具有直流差分放大功能和顯示功能的模擬電路；該電路將主波長(zhǎng)電壓信號(hào)和參考波長(zhǎng)電壓信號(hào)分別引入直流差分放大器的正負(fù)輸入端，實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算，并得到血糖濃度值；血糖濃度結(jié)果由顯示模塊顯示。

實(shí)施例2：工作在熱紅外波段（7-14μm）的采用光學(xué)積分球均勻分光的雙光譜無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)裝置，如圖3所示。

所述照射光源1采用一種具有反射式聚光鏡的紅外光源，其在7μm至14μm的紅外譜段內(nèi)具有連續(xù)的光譜分布；該光源發(fā)出的準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)積分球2的入射孔進(jìn)入積分球中，并照射在測(cè)量孔3內(nèi)的人體指尖。

所述光學(xué)積分球2，其內(nèi)壁涂覆紅外反射材料；光學(xué)積分球2內(nèi)部直徑約等于測(cè)量孔3直徑的5-10倍。

所述的主波長(zhǎng)濾光片4和參考波長(zhǎng)濾光片6都采用一種窄帶濾光片，這兩種窄帶濾光片的中心波長(zhǎng)分別位于7-14μm光譜范圍內(nèi)的不同波長(zhǎng)位置，其半高寬度約50nm，或者根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

所述的主波長(zhǎng)光電傳感器5和參考波長(zhǎng)光電傳感器7都采用一種碲鎘汞紅外傳感器，該傳感器在7-14μm光譜范圍內(nèi)具有較高的靈敏度。

所述的信號(hào)處理電路8采用一套微型計(jì)算機(jī)并包括ad轉(zhuǎn)換模塊；該電路將主波長(zhǎng)電壓信號(hào)和參考波長(zhǎng)電壓信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，得到血糖濃度結(jié)果并由計(jì)算機(jī)的顯示器實(shí)時(shí)顯示。

以上所列舉的兩個(gè)實(shí)施例僅為本發(fā)明的較好實(shí)施例，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。