[发明专利]一种多参量的血糖光声检测装置及方法

权利要求书

1.一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：包括光源单元、光路单元、被测组织、探测单元和数据分析处理单元，所述被测组织放置在所述探测单元内，所述光源单元激光的光束经过光路单元入射至被测组织上，所述探测单元将采集的信息传送至数据分析处理单元；所述光源单元包括光源、冷却组件和光源驱动模块，所述冷却组件对光源进行散热；所述光路单元沿光传播方向依次设置准直透镜和聚焦透镜，所述探测单元包括石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器、环形热膨胀系数探测器；所述数据分析处理单元沿信号传输方向依次设置多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机，所述多通道信号放大器、多通道数据采集器和计算机依次电气连接；所述光源驱动模块、光源和所述计算机电气连接；所述多通道信号放大器的入口端分别与环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器的输出端相连；所述多通道数据采集器的输入端与多通道信号放大器的输出端相连，将采集的数字信号传送至计算机中进行分析处理；

所述探测单元中石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器、环形热膨胀系数探测器的轴向中心轴与光路单元中的准直透镜、聚焦透镜以及光源的轴向中心轴在一条直线上；

所述被测组织与所述探测单元中的石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器紧密接触。

2.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述探测单元中石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器、环形热膨胀系数探测器依次叠加在一起形成中空圆筒状，所述环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器的排列位置可互换，所述光路单元和探测单元的横截面与光源的入射光光轴成90度。

3.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述探测单元的石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器为同心圆环平面结构方式排列，所述石英玻璃、环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器均在同一水平平面上，并且该平面与光路单元和光源的入射光光轴成90度；所述环形吸光度探测器、环形超声探测器、环形温度探测器和环形热膨胀系数探测器的排列位置可互换。

4.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置，其特征在于：所述多通道信号放大器和多通道数据采集器的通道数大于4个。

5.如权利要求1所述的一种多参量的血糖光声检测装置的检测方法，其特征在于： 包括以下步骤：

第一步：开启光源单元的电源开关，将光源进行预热，同时开启冷却组件，待光源预热约30分钟后，打开数据分析处理单元中的计算机，以及开启安装在计算机上的光源单元控制软件；

第二步：在光源单元控制软件中，初始化光源各参数，包括：输出波长、输出能量、调制频率；

第三步：对某一样本的被测组织，利用医用标准血糖检测仪对血糖浓度进行测定，并将血糖浓度值进行记录和保存；

第四步：在光源单元控制软件中点击光源激发按键，光源输出一定波长、能量和频率的光束，依次经过光路单元中的准直透镜准直和聚焦透镜聚焦后，穿过探测单元中的石英玻璃并入射至被测组织中；

第五步：入射光被被测组织吸收和反射后，有一部分光透射出被测组织，由探测单元中的环形吸光度探测器探测透射光，并转换为透射光强度对应的电压信号；利用环形超声探测器捕获被测组织中血糖的光声信号，并转换为相对应幅值的电压信号；利用环形温度探测器对被测组织的温度进行测定，得到相对应温度的电压信号；利用环形热膨胀系数探测器对被测组织的热膨胀系数进行测定，得到相对应热膨胀系数的电压信号；

第六步：上述4个探测器得到的对应血糖浓度的各个电压信号，依次由数据分析处理单元中的多通道信号放大器进行放大后，再由多通道数据采集器采集并转换为数字信号，最后输入到计算机中进行保存；

第七步：在计算机中，将该被测组织的透射光光谱、光声光谱、实时温度走势图和热膨胀系数走势图进行实时显示；然后，利用朗伯-比尔定律求得被测组织中对应血糖浓度的吸光系数，其中朗伯-比尔定律为：，式中，为吸光度，为入射光强度，为透射光强度，为吸光系数，为光程长度，为被测血糖浓度；得到对应血糖浓度的数字化的光声幅值，以及数字化的温度值和数字化的热膨胀系数；利用实时光声光谱的特征峰出现的时间和聚焦透镜焦点到环形超声探测器的距离得到被测组织中血糖的声速；

第八步：完成一个被测组织的吸光系数、光声幅值、温度值、热膨胀系数和声速后，更换另外一个被测组织，跳转至第三步，然后重复第三步到第七步；以此类推，得到n（n1）个被测组织对应血糖浓度矩阵的吸光系数矩阵、光声幅值矩阵、温度值矩阵、热膨胀系数矩阵和声速矩阵；

第九步：利用数理统计方法，建立血糖浓度矩阵与吸光系数矩阵、光声幅值矩阵、温度值矩阵、热膨胀系数矩阵和声速矩阵的关系模型，如：

，式中，，，和为关系模型的系数；

第十步：对未知血糖浓度的被测组织，完成第四步到第七步的操作，得到未知血糖浓度被测组织的吸光系数、光声幅值、温度值、热膨胀系数和声速；然后，将上述得到的未知血糖浓度被测组织的吸光系数、光声幅值、温度值、热膨胀系数和声速代入第九步关系模型中，就可以最终得到被测组织中血糖的浓度c。