專利名稱：物質(zhì)濃度無損檢測方法及其裝置的制作方法
物質(zhì)濃度無損檢測方法及其裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測方法，尤其是一種可準(zhǔn)確進(jìn)行物質(zhì)濃度檢測的無損檢測方法
及其裝置。背景技術(shù)：
糖尿病及其并發(fā)癥是對人類健康具有致命威脅的全球性疾病。目前醫(yī)學(xué)上使用的通過美國FDA認(rèn)證的血糖檢測方法，都是有損或者微損檢測方式，這些方法需要每次剌破皮膚采取靜脈或者指尖的血液樣本，通過試紙比色測量來測試人體的血液中葡萄糖濃度。這些方法不僅費(fèi)時(shí)、成本高、又造成局部感染的風(fēng)險(xiǎn)，而且采取血樣的麻煩和疼痛更使得大多數(shù)糖尿病人不可能按理論上的要求每天多次監(jiān)測其血糖水平，影響了糖尿病患者及時(shí)、快速的診斷治療。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國糖尿病患者的治療率僅為27.2%。在這種情況下，患者和社會(huì)都非常迫切的需要一種無痛、連續(xù)、方便的血糖監(jiān)測技術(shù)。 目前全世界有2. 46億糖尿病患者，并且還在每年快速增加，2002年僅美國的2000萬糖尿病患者的醫(yī)療費(fèi)用就高達(dá)1320億美元。鑒于全世界龐大的糖尿病人數(shù)，無損血糖檢測儀有著很大的市場空間，吸引了很多大公司和研究機(jī)構(gòu)都投入了大量的精力來研究人體血糖的無損檢測問題。近30年來，研究人員開發(fā)了一系列方法用于無損檢測血糖的濃度，最常見的有近紅外光譜法，旋光法，激光拉曼光譜法、光聲光譜法等。但是由于人體組織的差異性、血糖監(jiān)測信號過于微弱、背景噪聲強(qiáng)、以及個(gè)體的差異性等原因，目前在研的方法均止步于基礎(chǔ)研究階段，尚無一種無損血糖檢測儀器能夠通過美國FDA認(rèn)證用于臨床應(yīng)用。 紅外光譜法的理論依據(jù)是郎伯_比爾(Lambert-Beer)定律。當(dāng)吸光樣品厚度為d時(shí)，出射光與入射光的光強(qiáng)滿足I = e—aEdI。。式中，I。、I分別為入射和出射光強(qiáng)，a為樣品的吸光系數(shù)，c為被測組分濃度，ac (以下記為A， A = ac)為被測組分吸光度。由于組織中存在多種對紅外光有吸收作用的成分，而且它們的吸收譜段互相重疊，因而給其中單一成分糖濃度的定量分析帶來較大困難。 目前采用的一種方法為低相干干涉法(或低相干反射計(jì))，該方法利用例如超輻射發(fā)光二極管這樣的具有寬光譜的寬頻帶光源的低干涉性，并可對來自被測定物體的反射光和透射光的光強(qiáng)進(jìn)行檢測。中國專利CN19733769揭示了一種光學(xué)相干層析技術(shù)眼底成像的血糖無損檢測方法應(yīng)用光學(xué)相干層析技術(shù)對人眼視網(wǎng)膜的毛細(xì)血管層進(jìn)行層析成像，通過分析該層組織體的散射系數(shù)的變化來間接檢測人體血糖含量。然而，由于人體血液及組織中存在多種對紅外光有吸收作用的成分，而且它們的吸收譜段互相重疊，如圖2所示。因而采用單波長給其中單一成分糖濃度的定量分析帶來較大困難，難以獲得較高的測量精度。 專利文獻(xiàn)2 (2007101254645)采用雙波長的血糖濃度測測量裝置，采用兩個(gè)點(diǎn)探測器進(jìn)行探測。要使測量結(jié)果更準(zhǔn)確，則需利用該方法進(jìn)行多次測量。操作很繁瑣。若想測出多個(gè)組分的含量，減少忽略的組分，提高其他測量精確，這時(shí)需采用三波長系統(tǒng)或多波
4長系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種可準(zhǔn)確進(jìn)行物質(zhì)濃度檢測的無損檢測方法。 為解決該技術(shù)問題， 一種物質(zhì)濃度無損檢測方法，包括以下過程
測試步驟 a.入射光束射向分光器，入射光束的波長帶寬包括人眼房水會(huì)出現(xiàn)光吸收的波長區(qū)間[a，b]; b.分光器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經(jīng)過透鏡射向樣
PR C.從參考鏡和檢測樣品返回的光在所述分光器發(fā)生干涉；
d.步驟C產(chǎn)生的干涉信號由光譜儀接收；
標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程 與人眼虹膜有著相同的散射和吸收系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)樣品為樣品，按照測試步驟進(jìn)行
檢測，步驟d得到的干涉光的強(qiáng)度分別為Q『(^.....Qn。，在參考臂的反射光強(qiáng)不變下，
干涉光強(qiáng)的平方與樣品臂的反射光強(qiáng)成正比，則"0 = 4/，,乂!o必二 4/,,2/20、、
Q 20 = 4乙入/ 0 ，其中I10、 12。.....I(老In。是波長分別為V入2.....入n的入射光到達(dá)
標(biāo)準(zhǔn)樣品之前的光強(qiáng)，Q1Q、 Q2。.....Qn。分別是與波長為、、A2.....、的入射光對應(yīng)的
干涉光強(qiáng)；U、1《.....L是分別對應(yīng)于波長、.....An的參考臂的反射光的強(qiáng)度；
K p K 2. . . K n分別為不同波長下虹膜對光的反射系數(shù)。 人眼前房測試過程 按照測試步驟對人眼前房進(jìn)行檢測，其中的步驟b為分光器將入射光分為兩束，一束射向可移動(dòng)的參考反射鏡，另一束經(jīng)過透鏡射向人眼前房，透過角膜、房水后到達(dá)虹膜；步驟C為由虹膜產(chǎn)生的背向散射光和來自可移動(dòng)的參考反射鏡的反射光返回到分光
器處疊加發(fā)生干涉；步驟d得到的干涉光的強(qiáng)度分別為(^、92.....Qn，在參考臂的反射光強(qiáng)
不變下(與標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)參考臂的反射光強(qiáng)相等)，干涉光強(qiáng)的平方與樣品臂的反射光強(qiáng)成
正比，則"=4/,/，、這=4/s2r2/2-----a2 =44^,,4，其中l(wèi)"2.....l(n—"、ln是波長
分別為A" A2.....An的入射光經(jīng)過房水后的出射光達(dá)到虹膜之前的光強(qiáng)，QpQ2.....Qn
是與波長分別為、.....An的入射光對應(yīng)的干涉光的強(qiáng)度；Isl、Is2.....1^是分別對
應(yīng)于波長A2.....An的參考臂的反射光的強(qiáng)度。Kl、K2... Kn分別為不同波長入p
入2.....An下的虹膜對光的反射系數(shù)。 計(jì)算 選取房水中的m+l種組分，設(shè)第一種組分為水，濃度為c。，吸光系數(shù)為e 。(A)，是關(guān)于波長A的函數(shù)；第二種組分為葡萄糖，濃度為 吸光系數(shù)為、(A)，是關(guān)于波長入的函數(shù)；…;第m種組分濃度為Cm，吸光系數(shù)為e m(入)，是關(guān)于波長A的函數(shù)；d為光在房水中通過的光程；根據(jù)郎伯-比爾定律，吸光度A(A)為
5
<formula>formula see original document page 6</formula> .....……….①,
① 在選取的波長區(qū)間[a， b]，對①式關(guān)于波長A進(jìn)行積分，得 <formula>formula see original document page 6</formula> ……②
" o " 設(shè)，l豐)cM = 卩鵬(豐1 = 7 ，則②式寫成
》 j"』(2)iA:(cr'c。+#-5+ — + ......③......③ Jl.選取m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]，在這些波長區(qū)間中房水出現(xiàn)光吸 收； J2.②式中的e 。 ( A ) 、 e工(A ).....e m ( A )分別為房水中m+1種組分各自的吸光
系數(shù)，是關(guān)于波長A的函數(shù)，在所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上對e。(入)、
、(A).....、(A)關(guān)于波長A進(jìn)行積分，求得分別對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a，b]的
a 、 P 、. . . 、 Y的數(shù)值； J3.根據(jù)郎伯-比爾定律，In Io(入)-ln I ( A ) = A ( A )，而= §4 ，
,(義)=￡人，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程中Qn。與In。的關(guān)系以及人眼前房測試過程中Qn與In的
關(guān)系，有
<formula>formula see original document page 6</formula> A(A) = 2(lnQ。(A)-lnQ(A))...............④ 所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上不同波長A對應(yīng)的Q。( A )和Q(入) 的數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結(jié)合④式得到對應(yīng)于各個(gè)所選波 長區(qū)間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值； J4.綜合步驟J2和步驟J3的結(jié)果，得到基于所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間 [a，b]的③式，得到的m個(gè)或m個(gè)以上的③式的等號左邊均為已求出的數(shù)值結(jié)果、右邊為關(guān)
于m個(gè)未知數(shù)Cl、 c。.....cm的一次函數(shù)，進(jìn)一步求出m種組分各自的濃度Cl、 c。.....cm。 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地 步驟J3中的"所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a， b]上不同波長A對應(yīng)的 Q。(A)和Q(A)的數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結(jié)合④式得到對 應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"可以這樣實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn) 樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上不 同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值，擬合出每一個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]上lnQ。(入) 和lnQ(A)關(guān)于波長A的函數(shù)關(guān)系式，得到A(A)關(guān)于波長A的函數(shù)關(guān)系式，分別在所選 個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上對該函數(shù)關(guān)系式關(guān)于波長A進(jìn)行積分，求得分別 對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值。這樣做的基本思路是通過擬合得到A(A)關(guān)于波長A的函數(shù)關(guān)系式，然后求得3式中等號左邊的值。
步驟J3中的"所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a， b]上不同波長A對應(yīng) 的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結(jié)合④式得 到對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"也可以這樣實(shí)現(xiàn)通 過標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a， b]上不同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值；在每一個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]進(jìn)行如 下步驟將波長區(qū)間[a， b]均分成波長帶寬相等的次區(qū)間，在每一個(gè)次區(qū)間中取一個(gè)波長 值，通過所選波長值對應(yīng)的Q。 ( A )和Q( A )的數(shù)值求得所選波長值下lnQ。( A ) -lnQ(入) 的數(shù)值，所選波長值下lnQ。(A)-lnQ(A)的數(shù)值的兩倍再乘以次區(qū)間的寬度即為所選波長 值對應(yīng)的次區(qū)間內(nèi)的A(A)與次區(qū)間寬度的乘積，將各個(gè)次區(qū)間內(nèi)的A(A)與次區(qū)間寬度 的乘積相加即得到對應(yīng)于該波長區(qū)間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值。這樣做的 基本思路是將波長區(qū)間[a， b]均分成若干次區(qū)間，得到若干個(gè)高為lnQ。(A)-lnQ(入)、 底邊寬為次區(qū)間的寬度的近似長方形，每個(gè)長方形的面積近似等于長方形內(nèi)某波長值下 lnQ。(A)-lnQ(A)的數(shù)值的兩倍與次區(qū)間的寬度二者的乘積，各長方形面積的加和即為對 應(yīng)于該波長區(qū)間[a，b]的③式中等號左邊的值。次區(qū)間個(gè)數(shù)越多、次區(qū)間寬度越窄時(shí)，所得 結(jié)果的精度越高。 測試步驟的步驟a中，入射光束由一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出，當(dāng)采用多個(gè)光源時(shí)，入射 光束射向耦合器之前還依次經(jīng)過聚焦透鏡和波分復(fù)用器；步驟c和步驟d之間還進(jìn)行步驟 c+ :步驟c產(chǎn)生的干涉信號經(jīng)分光鏡分離。 步驟d為來自分光鏡的信號分別被一個(gè)或多個(gè)光譜儀接受。
步驟d中光譜儀的數(shù)據(jù)由分析單元(如計(jì)算機(jī))進(jìn)行處理。 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種可準(zhǔn)確進(jìn)行物質(zhì)濃度檢測的裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種物質(zhì)濃度檢測裝置，包括光源、耦合器、參 考鏡、成像透鏡和光譜儀；光源為可發(fā)出預(yù)定波長帶寬的光束的光源，或者為兩個(gè)或兩個(gè)以 上可發(fā)出不同預(yù)定波長帶寬光束的光源的耦合；裝置的光路為光源向耦合器發(fā)出入射光， 耦合器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經(jīng)過成像透鏡射向樣品，由參考 鏡和樣品產(chǎn)生的光再返回耦合器發(fā)生干涉，干涉光信號由光譜儀接收。 本發(fā)明檢測裝置中，光源可采用激光光源、發(fā)光二極管光源或超輻射發(fā)光二極管 光源，以及其他類型的光源；也可以是兩個(gè)或多個(gè)光源的耦合。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地 作為本發(fā)明的改進(jìn)，光源包括第一光源和第二光源，光源和耦合器之間依次設(shè)有 聚焦透鏡和波分復(fù)用器；耦合器和光譜儀之間設(shè)有分光鏡，光譜儀包括第一光譜儀和第二 光譜儀。 本發(fā)明檢測裝置還可以設(shè)置與光譜儀電性連接的分析單元(例如計(jì)算機(jī))，分析 單元可處理光譜儀的數(shù)據(jù)得到檢測樣品的濃度。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明方法可以在對人體不產(chǎn)生損傷的情況下精確地測得 血糖濃度，還可同時(shí)得到房水中其它成分的濃度；結(jié)果準(zhǔn)確，檢測過程快捷，實(shí)施方便。
下面通過具體實(shí)施方式
并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
圖1是本發(fā)明檢測裝置的一種具體實(shí)施方式
的光路示意圖；
圖2是血液在近紅外的吸收光譜； 圖3是按照本發(fā)明方法計(jì)算③式中等號左邊的積分式的值時(shí)的 2 (lnQ。 ( A ) -lnQ ( A ))與波長的關(guān)系圖，縱坐標(biāo)InQ中的Q是干涉光強(qiáng)；
圖4是本發(fā)明檢測裝置的另一種具體實(shí)施方式
的光路示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一 (檢測裝置) 圖1示出了本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
。該檢測裝置可用于檢測人體眼房水中的 葡萄糖濃度，應(yīng)用低相干干涉法探測人眼虹膜的反射光強(qiáng)信息，通過分析不同波長下光線 經(jīng)眼內(nèi)房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄糖濃度。 如圖1所示，該檢測裝置包括光源組件1、耦合器2、參考鏡3、成像透鏡4、樣品 5 (人眼眼前房)、光譜儀6和計(jì)算機(jī)9。 采用本實(shí)施例檢測裝置，得到人眼房水葡萄糖濃度的無損光學(xué)檢測方法是這樣實(shí) 現(xiàn)的采用光譜儀探測反射回來的參考光與人眼虹膜的背向散射光干涉的信號強(qiáng)度進(jìn)行探 測，通過分析不同波長下光線經(jīng)眼內(nèi)房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄 糖濃度，最終達(dá)到監(jiān)測人體血糖的目的。 [OOM] 實(shí)施例二 (檢測裝置) 圖4示出了本發(fā)明的另一種具體實(shí)施方式
。 該檢測裝置與實(shí)施例一的區(qū)別在于將兩個(gè)不同波長帶寬的光源la、lb發(fā)出的光 束經(jīng)透鏡聚焦射入光纖后匯入波分復(fù)用器7，然后經(jīng)過雙波長耦合器2后由光纖頭出射。一 束射向參考鏡3，另一束光線經(jīng)過成像透鏡4聚焦在虹膜上，其背向散射光與參考鏡的反射 光在耦合器2中發(fā)生干涉，干涉光經(jīng)分光鏡8，分別被光譜儀6a及6b接收，經(jīng)計(jì)算機(jī)9處理 得到葡萄糖的濃度。la及l(fā)b兩光源的中心波長為1250nm及1610nm。
實(shí)施例三(檢測方法) 采用本上述檢測裝置得到人眼房水葡萄糖濃度的檢測方法是這樣實(shí)現(xiàn)的采用光 譜儀探測反射回來的參考光和人眼虹膜的背向散射光干涉的信號強(qiáng)度進(jìn)行探測，通過分析 不同波長下光線經(jīng)眼內(nèi)房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄糖濃度，最終 達(dá)到監(jiān)測人體血糖的目的。 本實(shí)施例中血糖濃度無損檢測方法包括以下過程
測試步驟 a.入射光束射向分光器，入射光束的波長帶寬包括人眼房水會(huì)出現(xiàn)光吸收的波長 區(qū)間[a，b]; b.分光器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經(jīng)過透鏡射向樣
PR c.從參考鏡和檢測樣品返回的光在所述分光器發(fā)生干涉；
d.步驟C產(chǎn)生的干涉信號由光譜儀接收；
標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程 與人眼虹膜有著相同的散射和吸收系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)樣品為樣品，按照測試步驟進(jìn)行 檢測，步驟d得到的干涉光的強(qiáng)度分別為Q『(^.....Qn。，在參考臂的反射光強(qiáng)不變下，
干涉光強(qiáng)的平方與樣品臂的反射光強(qiáng)成正比，則Q; = 4/rfjr/1()、022Q = 4 、 /:,,.....
0 20 =化人,"0 ，其中I10、 I2。.....I(n—d。、 In。是波長分別為V入2.....入n的入射光到達(dá)
標(biāo)準(zhǔn)樣品之前的光強(qiáng)，Q1Q、 Q2。.....Qn。分別是與波長為、、A2.....、的入射光對應(yīng)的
干涉光強(qiáng)；U、U.....L是分別對應(yīng)于波長A2.....An的參考臂的反射光的強(qiáng)度。
Kl、 K2... Kn分別為不同波長下的虹膜對光的反射系數(shù)。 人眼前房測試過程 按照測試步驟對人眼前房進(jìn)行檢測，其中的步驟b為分光器將入射光分為兩束， 一束射向可移動(dòng)的參考反射鏡，另一束經(jīng)過成像透鏡射向人眼前房，透過角膜、房水后到達(dá) 虹膜；步驟C為由虹膜產(chǎn)生的背向散射光和來自可移動(dòng)的參考反射鏡的反射光返回到分
光器處疊加發(fā)生干涉；步驟d得到的干涉光的強(qiáng)度分別為(^、92.....Qn，在參考臂的反射光
強(qiáng)不變下(與標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)參考臂的反射光強(qiáng)相等)，干涉光強(qiáng)的平方與樣品臂的反射光強(qiáng)
成正比，則^2 = 44,A、込2 = 4frfr2/2、 、化2 = 4乙x;4 ，其中I" I2.....I(n—d、 in是波
長分別為A" 、.....An的入射光經(jīng)過房水后的出射光達(dá)到虹膜之前的光強(qiáng)，Qp(^.....
Qn是與波長分別為A" 、.....An的入射光對應(yīng)的干涉光的強(qiáng)度；U、1《.....L是分
別對應(yīng)于波長A" A2.....An的參考臂的反射光的強(qiáng)度。Kl、 K2... Kn分別為不同波長
入i、 、.....An下的虹膜對光的反射系數(shù)。
計(jì)算 選取房水中的m+l種組分，設(shè)第一種組分為水，濃度為c。，吸光系數(shù)為e 。(A)，是 關(guān)于波長A的函數(shù)；第二種組分為葡萄糖，濃度為q，吸光系數(shù)為、(A)，是關(guān)于波長入 的函數(shù)；…;第m種組分濃度為Cm，吸光系數(shù)為e m(入)，是關(guān)于波長A的函數(shù)；d為光在房 水中通過的光程；根據(jù)郎伯-比爾定律，吸光度A(A)為』(李ta^(A)-1n/(李f^'^(,d …,"………①........①
1=0 選取的波長區(qū)間[a， b]，對①式關(guān)于波長A進(jìn)行積分，得
i> ft *|*J(/l)rfA = ￡fc0 - j^o(A》rfA + rfq ' j"s,(A)iA +…+ ii^ ……②
……② 設(shè)f (2)rf義= , f￡ra(2)rfi = f ，則②式寫成
ftj*J(l)ii = (ff-c0+ — + ......③......③ Jl.選取m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]，在這些波長區(qū)間中房水出現(xiàn)光吸 收； J2.②式中的e。(A)、ei(A).....、(A)分別為房水中m+l種組分各自的吸光
系數(shù)，是關(guān)于波長A的函數(shù)，在所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上對e。(入)、
9、(A).....、(A)關(guān)于波長A進(jìn)行積分，求得分別對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a，b]的
a 、 P 、. . . 、 Y的數(shù)值； J3.根據(jù)郎伯_比爾定律，lnl。(A)-lnl(入)=A(入)，而/。")=》,。'
A義)=，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程中Qn0與In。的關(guān)系以及人眼前房測試過程中Qn與In的
關(guān)系，有:# =,，故， A(A) = 2(lnQ。(A)-lnQ(A))............... 通過標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波 長區(qū)間[a， b]上不同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值，擬合出每一個(gè)所選波長區(qū)間 [a，b]上lnQ。(A)和lnQ(A)關(guān)于波長A的函數(shù)關(guān)系式，得到A( A )關(guān)于波長A的函數(shù) 關(guān)系式，分別在所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上對該函數(shù)關(guān)系式關(guān)于波長入 進(jìn)行積分，求得分別對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值；
J4.綜合步驟J2和步驟J3的結(jié)果，得到基于所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間 [a，b]的③式，得到的m個(gè)或m個(gè)以上的③式的等號左邊均為已求出的數(shù)值結(jié)果、右邊為關(guān)
于m個(gè)未知數(shù)Cl、 c。.....cm的一次函數(shù)，進(jìn)一步求出m種組分各自的濃度Cl、 c。.....cm。 實(shí)施例四(檢測方法) 該實(shí)施例與實(shí)施例三的區(qū)別在于步驟J3的不同
附 J3.根據(jù)郎伯_比爾定律，lnl。(A)-lnl(入)=A(入)，而/0")=》.。，
;=0
/(j)=I; ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程中Qn。與in。的關(guān)系以及人眼前房測試過程中Qn與in的
關(guān)系，有u，故，
A (入)=2 (lnQ。(入)-lnQ (入))............ 通過標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波 長區(qū)間[a， b]上不同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值；在每一個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]進(jìn)行如下步驟將波長區(qū)間[a，b]均分成x個(gè)次區(qū)間，在每一個(gè)次區(qū)間中取一個(gè)波長值， 通過所選波長值對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值求得所選波長值下lnQ。(A)-lnQ(A)的數(shù) 值，所選波長值下2(lnQ。(A)-lnQ(入))的數(shù)值再乘以次區(qū)間的寬度(即(")/x)即為所 選波長值對應(yīng)的次區(qū)間內(nèi)的A(A)與次區(qū)間寬度的乘積，將各個(gè)次區(qū)間內(nèi)的A(A)與次區(qū) 間寬度的乘積相加即得到對應(yīng)于該波長區(qū)間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值。x取 值越大、次區(qū)間寬度越窄時(shí)，所得結(jié)果的精度越高。 人眼的檢測部位可以是虹膜、晶狀體前表面、晶狀體后表面、眼虹膜表面，也可以 是眼視網(wǎng)膜毛細(xì)血管層等其它部位，只要透過眼前房房水即可。
上述方法中的計(jì)算過程可以在計(jì)算機(jī)9中進(jìn)行。
本發(fā)明檢測檢測方法也可以用于其它物質(zhì)濃度的檢測。 本發(fā)明方法中，步驟J3中計(jì)算③式中等號左邊的積分式的值的過程，實(shí)際上就是
10計(jì)算圖3中在波長區(qū)間[a，b]上譜線21nQ。(A)與譜線21nQ(A)之間的面積，即圖3中陰 影部分的面積。圖3中上方的譜線是lnQ。(A)與波長A之間的關(guān)系曲線，下方的譜線是 21nQ(A)與波長A之間的關(guān)系曲線。實(shí)施例三中是通過得到2(lnQ。(A)-lnQ(A))關(guān)于 波長A的函數(shù)表達(dá)式來進(jìn)行積分計(jì)算來求得③式中等號左邊的積分式的值，實(shí)施例四是 將圖3中的陰影部分均分成x個(gè)次區(qū)間，每個(gè)次區(qū)間的面積之和即為③式中等號左邊的積 分式的值。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種物質(zhì)濃度無損檢測方法，其特征在于包括以下過程測試步驟a.入射光束射向分光器，入射光束的波長帶寬包括人眼房水會(huì)出現(xiàn)光吸收的波長區(qū)間[a，b]；b.分光器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經(jīng)過透鏡射向樣品；c.從參考鏡和檢測樣品返回的光在所述分光器發(fā)生干涉；d.步驟c產(chǎn)生的干涉光信號由光譜儀接收；標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程與人眼虹膜有著相同的散射和吸收系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)樣品為樣品，按照測試步驟進(jìn)行檢測，步驟d得到的與波長分別為λ1、λ2、...、λn的入射光對應(yīng)的干涉光的強(qiáng)度分別為Q10、Q20、...、Qn0；人眼前房測試過程按照測試步驟對人眼前房進(jìn)行檢測，其中的步驟b為分光器將入射光分為兩束，一束射向可移動(dòng)的參考反射鏡，另一束經(jīng)過透鏡射向人眼前房，透過角膜、房水后到達(dá)虹膜；步驟c為由虹膜產(chǎn)生的背向散射光和來自可移動(dòng)的參考反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發(fā)生干涉；步驟d得到的與波長分別為λ1、λ2、...、λn的入射光對應(yīng)的干涉光的強(qiáng)度分別為Q1、Q2、...、Qn；計(jì)算選取房水中的m+1種組分，設(shè)第一種組分為水，濃度為c0，吸光系數(shù)為ε0(λ)，是關(guān)于波長λ的函數(shù)；第二種組分為葡萄糖，濃度為c1，吸光系數(shù)為ε1(λ)，是關(guān)于波長λ的函數(shù)；...；第m種組分濃度為cm，吸光系數(shù)為εm(λ)，是關(guān)于波長λ的函數(shù)；d為光在房水中通過的光程， <mrow><munderover> <mo>∫</mo> <mi>a</mi> <mi>b</mi></munderover><mi>A</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>λ</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>dλ</mi><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>α</mi> <mo>·</mo> <msub><mi>c</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>β</mi> <mo>·</mo> <msub><mi>c</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>+</mo> <mi>γ</mi> <mo>·</mo> <msub><mi>c</mi><mi>m</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>d</mi> </mrow>......③③式中，ε0(λ)、ε1(λ)、...、εm(λ)分別為房水中m+1種組分各自的吸光系數(shù)，是關(guān)于波長λ的函數(shù)；J1.選取m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]，在這些波長區(qū)間中房水出現(xiàn)光吸收；J2.在所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上對ε0(λ)、ε1(λ)、...、εm(λ)關(guān)于波長λ進(jìn)行積分，求得分別對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a，b]的α、β、...、γ的數(shù)值；J3.A(λ)＝2(lnQ0(λ)-lnQ(λ))...............④所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上不同波長λ對應(yīng)的Q0(λ)和Q(λ)的數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結(jié)合④式得到對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值；J4.綜合步驟J2和步驟J3的結(jié)果，得到基于所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]的③式，得到的m個(gè)或m個(gè)以上的③式的等號左邊均為已求出的數(shù)值結(jié)果、右邊為關(guān)于m個(gè)未知數(shù)c1、c0、...、cm的一次函數(shù)，進(jìn)一步求出m種組分各自的濃度c1、c0、...、cm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)濃度無損檢測方法，其特征在于步驟J3中的"所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上不同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結(jié)合④式得到對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"這樣實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a， b]上不同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(入)的數(shù)值，擬合出每一個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]上lnQ。(A)和lnQ(A)關(guān)于波長A的函數(shù)關(guān)系式，得到A(A)關(guān)于波長A的函數(shù)關(guān)系式，分別在所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上對該函數(shù)關(guān)系式關(guān)于波長A進(jìn)行積分，求得分別對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的物質(zhì)濃度無損檢測方法，其特征在于步驟J3中的"所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上不同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結(jié)合④式得到對應(yīng)于各個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"這樣實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個(gè)或m個(gè)以上的不同波長區(qū)間[a，b]上不同波長A對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值；在每一個(gè)所選波長區(qū)間[a， b]進(jìn)行如下步驟將波長區(qū)間[a， b]均分成波長帶寬相等的次區(qū)間，在每一個(gè)次區(qū)間中取一個(gè)波長值，通過所選波長值對應(yīng)的Q。(A)和Q(A)的數(shù)值求得所選波長值下lnQ。 ( A ) -lnQ ( A )的數(shù)值，所選波長值下lnQ。 ( A ) —lnQ ( A )的數(shù)值再乘以次區(qū)間的寬度即為所選波長值對應(yīng)的次區(qū)間內(nèi)的A(A)與次區(qū)間寬度的乘積，將各個(gè)次區(qū)間內(nèi)的A(A)與次區(qū)間寬度的乘積相加即得到對應(yīng)于該波長區(qū)間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的物質(zhì)濃度無損檢測方法，其特征在于測試步驟的步驟a中，入射光束由一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出，入射光束射向耦合器之前還依次經(jīng)過聚焦透鏡和波分復(fù)用器；步驟c和步驟d之間還進(jìn)行步驟c+ :步驟c產(chǎn)生的干涉信號經(jīng)分光鏡分離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的物質(zhì)濃度無損檢測方法，其特征在于步驟d為來自分光鏡的信號分別被一個(gè)或多個(gè)光譜儀接收。
6. 采用權(quán)利要求5所述的物質(zhì)濃度無損檢測方法；其特征在于步驟d中光譜儀的數(shù)據(jù)由分析單元進(jìn)行處理。
7. —種物質(zhì)濃度檢測裝置，其特征在于包括光源、耦合器、參考鏡、成像透鏡和光譜儀；所述光源為可發(fā)出預(yù)定波長帶寬的光束的光源，或者為兩個(gè)或兩個(gè)以上可發(fā)出不同預(yù)定波長帶寬光束的光源的耦合；所述裝置的光路為所述光源向所述耦合器發(fā)出入射光，所述耦合器將入射光分為兩束，其中的一束射向所述參考鏡、另一束經(jīng)過所述透鏡射向樣品，由所述參考鏡和樣品產(chǎn)生的光再返回所述耦合器發(fā)生干涉，干涉光信號由所述光譜儀接收。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的物質(zhì)濃度檢測裝置，其特征在于所述光源包括第一光源和第二光源，所述光源和耦合器之間依次設(shè)有聚焦透鏡和波分復(fù)用器；所述耦合器和光譜儀之間設(shè)有分光鏡，所述光譜儀包括第一光譜儀和第二光譜儀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的物質(zhì)濃度檢測裝置，其特征在于包括與所述光譜儀電性連接的分析單元，所述分析單元可處理光譜儀的數(shù)據(jù)得到檢測樣品的濃度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用光學(xué)干涉來測量反射光強(qiáng)的光譜吸收法來無損測量物質(zhì)濃度的方法及裝置。應(yīng)用光學(xué)干涉法探測光線射入物質(zhì)載體后的反射信號，根據(jù)不同波長下光線經(jīng)眼內(nèi)房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄糖濃度。本發(fā)明方法可以在對人體不產(chǎn)生損傷的情況下精確地測得血糖濃度，還可同時(shí)得到房水中其它成分的濃度；結(jié)果準(zhǔn)確，檢測過程快捷，實(shí)施方便。
文檔編號G01N21/31GK101696931SQ20091011052
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者何永紅, 馬輝 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院;