本發(fā)明涉及基于光強(qiáng)調(diào)制的FM/cw激光成像非采血式血糖檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

糖尿病是非常廣泛的一種常見的慢性疾病，對(duì)人體健康危害嚴(yán)重，糖尿病人需要對(duì)血糖進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)臨床治療以及用藥給出基礎(chǔ)性的血糖數(shù)據(jù)。然而傳統(tǒng)的血糖檢測(cè)手段往往需要采血，目前最先進(jìn)的檢測(cè)手段仍然需要手指末梢采血，因此對(duì)用戶造成相當(dāng)大的心理影響，無創(chuàng)血糖檢測(cè)可以消除病人的心理恐懼，對(duì)糖尿病的治療和控制至關(guān)重要。

目前的非采血式血糖檢測(cè)方法有光譜法，偏振法等，系統(tǒng)復(fù)雜、后續(xù)分析過程較繁瑣且誤差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有非采血式血糖檢測(cè)方法誤差較大的問題，而提出一種基于光強(qiáng)調(diào)制的FM/cw激光成像非采血式血糖檢測(cè)方法。

一種基于光強(qiáng)調(diào)制的FM/cw激光成像非采血式血糖檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟一：種子激光器產(chǎn)生近紅外光源，經(jīng)過鈮酸鋰光電調(diào)制器調(diào)制為光強(qiáng)隨頻率啁啾變化的調(diào)制光，調(diào)制光穿過人體表皮與組織細(xì)胞液發(fā)生米氏散射作用，根據(jù)調(diào)制光的功率和散射光光強(qiáng)，得到探測(cè)器接收到的回波功率；

步驟二：根據(jù)血糖濃度變化和組織液的折射率變化，得到血糖濃度與組織液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖；

步驟三：根據(jù)步驟一得到的探測(cè)器接收到的回波功率，得到外差后的數(shù)字中頻信號(hào)；

步驟四：利用步驟二得到的血糖濃度與組織液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖和步驟三得到的外差后的數(shù)字中頻信號(hào)，解算人體組織液中的血糖濃度。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明是利用光強(qiáng)調(diào)制的FM/cw激光成像方法，較波長(zhǎng)調(diào)制的FM/cw激光成像方法保證了光源波長(zhǎng)的單一性。使結(jié)果不隨因波長(zhǎng)不同產(chǎn)生的透過率變化的影響，保證了血糖檢測(cè)的準(zhǔn)確性。目前，其他的血糖檢測(cè)方法，血糖濃度的誤差一般都大于0.1mmol/L。本發(fā)明的血糖檢測(cè)方法誤差達(dá)到0.01mmol/L，同比誤差降低了約90％。

附圖說明

圖1為基于光強(qiáng)調(diào)制的FM/cw無創(chuàng)血糖檢測(cè)方法示意圖；

圖2為血糖濃度與組織細(xì)胞液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖；

圖3為接收光功率隨光程變化規(guī)律圖；

圖4為接收光功率對(duì)數(shù)隨血糖濃度變化規(guī)律曲線；

圖5為血糖模擬值與原血糖值對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖1所示，一種基于光強(qiáng)調(diào)制的FM/cw激光成像非采血式血糖檢測(cè)方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：種子激光器產(chǎn)生近紅外光源，經(jīng)過鈮酸鋰光電調(diào)制器調(diào)制為光強(qiáng)隨頻率啁啾變化的調(diào)制光，調(diào)制光穿過人體表皮與組織細(xì)胞液發(fā)生米氏散射作用，根據(jù)調(diào)制光的功率和散射光光強(qiáng)，得到探測(cè)器接收到的回波功率；

步驟二：根據(jù)血糖濃度變化和組織液的折射率變化，得到血糖濃度與組織液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖；

步驟三：根據(jù)步驟一得到的探測(cè)器接收到的回波功率，得到外差后的數(shù)字中頻信號(hào)；

步驟四：利用步驟二得到的血糖濃度與組織液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖和步驟三得到的外差后的數(shù)字中頻信號(hào)，解算人體組織液中的血糖濃度。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述步驟一中根據(jù)調(diào)制光的功率和散射光光強(qiáng)，得到探測(cè)器接收到的回波功率的具體過程為：

種子激光器產(chǎn)生近紅外光源，經(jīng)過鈮酸鋰光電調(diào)制器調(diào)制為光強(qiáng)隨頻率啁啾變化的調(diào)制光，在經(jīng)過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)照射人體皮膚組織上；近紅外調(diào)制光穿過人體表皮與組織細(xì)胞液發(fā)生“米散射”作用，其反射光光強(qiáng)受到組織液的血糖濃度的影響；

種子光功率為P₀，波長(zhǎng)為1330nm；經(jīng)過鈮酸鋰光電調(diào)制器后，得到調(diào)制光的功率為：

其中所述f₁為調(diào)制頻率；t為時(shí)間，ω₁為角頻率，為調(diào)制光相位；

波長(zhǎng)為1330nm的近紅外光，對(duì)人體表皮組織具有穿透作用。在不考慮表皮透過率的情況下，且在組織中滿足比爾-朗伯定律，即：

I₂＝I₁exp(-2μ_off·L) (2)其中所述I₂為接收到的散射光光強(qiáng)，I₁為入射光光強(qiáng)，μ_off為衰減系數(shù)，L為激光走過的光程；

在同等光照面積上，光強(qiáng)與光功率成正比；則式(2)變?yōu)椋?/p>

P₂＝P₁exp(-2μ_off·L) (3)

衰減系數(shù)主要由組織液的吸收和散射決定。在人體組織中對(duì)于1330nm波段的光的吸收系數(shù)遠(yuǎn)小于散射系數(shù)，因此可近似認(rèn)為衰減系數(shù)與散射系數(shù)成正比，即：

μ_off＝k₁μ_S (4)

其中所述μ_S為組織液散射系數(shù)；k₁為比例系數(shù)；

根據(jù)公式(1)、公式(3)和公式(4)，得到探測(cè)器接收到的回波功率為：

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：所述步驟二中得到血糖濃度與組織液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖的具體過程為：

由于米氏散射，散射系數(shù)可近似認(rèn)為隨血糖濃度線性變化。因此，可以通過解算組織液的散射系數(shù)來計(jì)算血糖濃度值。

如按文獻(xiàn)中普遍用到的以血糖濃度變化1mmol，組織液的折射率變化2.75×10^-5的變化規(guī)律，可通過計(jì)算機(jī)模擬，得到血糖濃度與組織液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系，如圖2所示。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述步驟三中根據(jù)步驟一得到的探測(cè)器接收到的回波功率，得到外差后的數(shù)字中頻信號(hào)的具體過程為：

光反射回波由接收光學(xué)系統(tǒng)接收，使反射光照射到叉指型“金屬-非金屬-金屬”焦平面陣列探測(cè)器上，發(fā)射光與本振信號(hào)外差得到中頻信號(hào)，再通過A/D采集以及FPGA處理，得到外差后的數(shù)字中頻信號(hào)。

當(dāng)回波光照射到叉指型金屬-非金屬-金屬焦平面陣列探測(cè)器表面上時(shí)，產(chǎn)生的光電流為：

i₁＝σP₂ (6)

其中σ為探測(cè)器的響應(yīng)度，其隨本振信號(hào)的電壓線性變化。

其中k₂為比例系數(shù)，A為本振信號(hào)振幅，ω₂為本振信號(hào)角頻率，f₂為本振信號(hào)頻率，為本振信號(hào)隨機(jī)相位；

根據(jù)公式(6)和公式(7)，得到：

經(jīng)過電外差過程和低通濾波器后，高頻和直流分量均被濾除，再經(jīng)過增益放大后，得到外差后的數(shù)字中頻信號(hào)為：

i₂＝Gk₂Asin(2π△ft)exp(-2k₁μ_S·L) (9)

其中Δf為差頻，也稱中頻；G為放大倍數(shù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：所述步驟四中利用步驟二得到的血糖濃度與組織液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖和步驟三得到的外差后的數(shù)字中頻信號(hào)，解算人體組織液中的血糖濃度的具體過程為：

將將測(cè)量血糖得到的外差信號(hào)(公式(9))，進(jìn)行傅里葉變換，得到中頻信號(hào)的頻譜曲線；

F(L)≈Gk₂Aexp(-2k₁μ_S·L) (10)

將頻譜信號(hào)取對(duì)數(shù)，可得：

ln[F(L)]＝-2k₁μ_S·L+ln(Gk₂A) (11)

根據(jù)式(11)求得k₁，根據(jù)步驟二得到的血糖濃度與組織細(xì)胞液散射系數(shù)的相對(duì)關(guān)系圖，得到血液血糖濃度值(通過k₁及公式確定μ_S后再根據(jù)關(guān)系圖得到血糖濃度值)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

實(shí)施例一：

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，參數(shù)如下：

可得，回波功率隨光程變化曲線如圖3所示。

圖3中，藍(lán)、綠、紅色曲線分別為血糖濃度為5mmol、10mmol和20mmol接收到光功率隨光程變化規(guī)律。

對(duì)光功率取對(duì)數(shù)，可得接收光功率對(duì)數(shù)隨血糖濃度變化規(guī)律曲線，如圖4所示。

圖4中，藍(lán)、綠、紅色曲線分別為血糖濃度為5mmol、10mmol和20mmol接收到光功率對(duì)數(shù)隨光程變化規(guī)律。

對(duì)圖4直線的斜率值(k₁)進(jìn)行計(jì)算，利用圖2血糖濃度與組織液散射系數(shù)變化規(guī)律，可測(cè)得血糖值，本發(fā)明計(jì)算的血糖值與實(shí)際血糖值的對(duì)比驗(yàn)證圖，如圖5所示。

本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。