[发明专利]一种结合吸收光谱与反射光谱的血液成分分析系统及其分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量血液成分的多光谱检测技术，尤其是一种结合吸收光谱与反射光谱的血液成分分析系统及其分析方法。

背景技术

血液成分的检测对于疾病的诊疗具有重要的意义，尤其是无创诊断，其医疗与社会价值尤为明显。由于从体外测得的血液各成分波动的信号非常微弱，因此无创血液成分分析需要更灵敏、更高信噪比的检测系统。也正因为无创检测存在各种环境因素干扰以及个体之间的差异，各种无创血液成分分析的方法的测量误差太大而无法进行精确的分析。因此无创血液成分分析虽然具有巨大的经济价值和医疗意义，却一直没有成型的产品和检测方法。

目前正在研究的无创检测主流方法为光学检测方法，包括光谱法、光反射测量技术、荧光检测技术等。其中光谱法由于其快速、高精度、低成本等特点，已经成为生物医学工程领域的研究热点之一。利用光谱法测定血液中的血氧、血糖、脂肪、蛋白及其他成分已经取得了一定的研究成果。

目前，国内外现有的光谱分析方法主要可归为两类：即透射光谱和反射光谱。反射光谱法基本原理是利用红外光谱仪采集人体皮肤表面或者舌面的漫反射光，利用分光装置或者光谱仪测量而得的光谱。而透射光谱则是检测透过待测样本的光强，分析被吸收的光谱成分，从而对血液成分进行定性研究。

美国科学家Jobsis在Science上首次报道了利用近红外光谱技术进行成年猫脑内氧合血红蛋白、还原血红蛋白和细胞色素c的含量变换的实验，实验结果表明近红外光在生物组织内较低的衰减率和用近红外光谱法无创监测组织血氧浓度的可行性。

1937年Hertzman就用光电方法记录了人体手指的血流容积脉搏波，此方法称为PPG。1974年，Mendelson基于PPG方法测量血氧含量，是目前临床上广泛使用的血氧测量方法。Yamakoshi等利用150W卤素灯和液氮制冷InGaAs阵列探测器测量了指血的透射光谱。1999年Burmester小组在第一倍频6500-5500cm^-1区域内采用透射方式对人体舌头进行了近红外光谱测量。2000年Samann等人利用糖尿病患者的皮肤漫反射近红外光谱对病人进行了长期的跟踪检测。2002年，Heise小组采用口腔内壁静脉作为样本，利用漫反射方式测量。预测血糖含量最低SEP为2.1mmol/L。Maruo、陈文亮、张洪艳等人均利用近红外漫反射光谱方法对人体OGTT实验过程进行了动态监测。

李刚等人提出了动态光谱的方法，利用超连续光谱，测量每个波长在单个脉搏波周期吸收的最值，进行差分后再计算其光谱特性，从原理上抑制了个体差异和测量条件引入的干扰。孙美秀等人提出了基于时间门的人体血液成分无创监测方法，结合透射光谱测量方法和拉普拉斯分析来测量人体血糖浓度。

综上所述，虽然世界各国的研究小组和科技公司投入了大量的研究精力和经费，研制出多种仪器，发表了大量论文与专利，但一直没有在临床应用上有实质性的突破。

临床意义上的无创近血液成分检测仍存在一些技术难题。首先，测量条件的变化对检测结果也具有显著的影响，例如，测量同一样本时，红外光的吸收量很可能随着两次测量的角度、位置以及不同个体的角质层构造、皮肤毛发等差异而变化，从而影响血液成分的浓度检测。其次，不同的生理背景因素，如皮肤的湿度、温度、不同人种或物种等，也会干扰近红外光谱的测量结果。

虽然有研究小组提出基于宽带光源的动态光谱测量方法，在一定谱范围内扫描单个波长下的最大值与最小值，进行差分之后可以在一定程度上可以消除测量条件和个体差异引起的误差，但由于血液成分非常复杂，各成分的红外吸收谱之间可能存在相互干扰和交叠，从而影响血液成分检测结果。

发明内容

本发明针对于现有技术中光谱分析法的抗干扰性差、分析结果偏差较大、缺乏特异性的缺点，提出一种结合吸收光谱与反射光谱的血液成分分析系统及其分析方法，以达到更准确的血液成分分析，更好的排除测量条件、环境和个体差异带来的干扰。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种结合吸收光谱与反射光谱的血液成分分析系统，其特征在于：包括宽带光源、光束扫描装置、被测样本、吸收光谱信息采集装置、反射光谱信息采集装置和计算机及显示系统；所述宽带光源发出的光通过所述光束扫描装置照射至被测样本的表面并发生透射和折射；透射光和折射光分别传输至所述吸收光谱信息采集装置和反射光谱信息采集装置；所述吸收光谱信息采集装置和反射光谱信息采集装置的光谱数据传输至所述计算机及显示系统。