本發(fā)明涉及溶液濃度檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著激光器的發(fā)明，光在人類世界的舞臺(tái)上發(fā)揮著重要作用，尤其在光與生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)相結(jié)合的領(lǐng)域，有很多光學(xué)技術(shù)為人類健康服務(wù)，比如光學(xué)醫(yī)療診斷、光學(xué)影像、人體成分的光譜檢測技術(shù)等。目前，血糖濃度的常規(guī)檢測是通過手指針刺和靜脈采血等，該方式給患者帶來一定的心理和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，甚至導(dǎo)致二次感染，因此血糖無損檢測技術(shù)倍受關(guān)注。目前最具代表性的血糖光學(xué)無損檢測技術(shù)有拉曼光譜法、旋光法、近紅外光譜法等，雖然取得了一定成效，但受到組織光散射和干擾因素眾多等技術(shù)瓶頸的制約。

拉曼光譜法是基于拉曼散射效應(yīng)的一種方法。其原理是人體組織中的葡萄糖被激光照射后，通過檢測激光從被測物質(zhì)出射后的散射光頻移變化，就可以推算出血糖濃度。但由于人體組織內(nèi)其他物質(zhì)的干擾作用，蛋白質(zhì)分子的熒光背景信號(hào)與拉曼信號(hào)接近，對(duì)拉曼信號(hào)的檢測比較困難。旋光法是一種使用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)血糖濃度檢測的方法。其原理是當(dāng)偏振光照射血糖溶液時(shí)，偏振光的旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化且其變化程度與被測溶液的葡萄糖濃度呈正相關(guān)，根據(jù)偏振光旋轉(zhuǎn)角度的變化就可以推算出血糖濃度。旋光法檢測的偏轉(zhuǎn)角較小、干擾多，測量偏差較大，需要做進(jìn)一步的研究。近紅外光譜法是目前世界上研究最多的無創(chuàng)測量血糖的方法，具有快速、實(shí)時(shí)、無污染等優(yōu)點(diǎn)，可以直接檢測人體血糖濃度，無需做特殊處理。近紅外光對(duì)體液及軟組織具有很好的穿透性，可以攜帶豐富的葡萄糖信息，是較為理想的檢測光譜段。其原理是人體局部組織被近紅外光照射后，會(huì)形成特定的吸收光譜，根據(jù)吸收光譜來推算人體組織中的血糖濃度。近紅外光譜法的理論基礎(chǔ)是朗伯-比爾定律，指出近紅外光經(jīng)過的介質(zhì)吸光度與被測物質(zhì)濃度呈正比。近幾年，對(duì)近紅外光譜法的研究較多，但這些方法的實(shí)用性比較差，存在一個(gè)共同的難點(diǎn)、人體組織水的背景吸收比較大，只有特定的部分波段可用來檢測。而且近紅外光譜法存在靈敏度低、準(zhǔn)確度低、重復(fù)標(biāo)定等問題，一直沒有很大的突破。

人體血糖濃度的無創(chuàng)測量是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及臨床醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)量化學(xué)、光譜學(xué)、儀器科學(xué)等多方面的綜合性問題，只有系統(tǒng)、全面、深入地研究各個(gè)部分，才能取得血糖濃度無創(chuàng)測量的突破。研究表明，血糖具有旋光特性，即當(dāng)一束線偏振光射到含有葡萄糖的溶液中時(shí)，其透射光也是線偏振光，且偏振方向與原入射光的偏振方向存在一個(gè)夾角。到目前為止，由于血糖產(chǎn)生的旋光偏轉(zhuǎn)角微小，很難進(jìn)行準(zhǔn)確測量，在精確度、靈敏度和穩(wěn)定性方面，尚未達(dá)到臨床應(yīng)用的條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過一種基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測方法及裝置，來解決以上背景技術(shù)部分提到的問題。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測方法，其包括如下步驟：

A、將氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡安裝在激光架板上，并將激光架板與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固連，通過三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器的空間位置；

B、將磁約束體裝入磁約束體支架內(nèi)，磁約束體支架安裝在導(dǎo)軌上；初始時(shí)，由磁約束體形成的磁腔內(nèi)不放入樣品試管；

C、通過導(dǎo)軌調(diào)整磁約束體和氦氖激光發(fā)生器之間的位置，找到對(duì)偏振光產(chǎn)生最佳效果的距離；

D、氦氖激光發(fā)生器射出的激光能通過起偏器形成偏振光，穿過磁腔的中心線最終照射到光強(qiáng)計(jì)上，由光強(qiáng)計(jì)記下此時(shí)的光強(qiáng)；

E、將盛裝不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)血糖溶液的樣品試管依次放入磁腔中，旋轉(zhuǎn)檢偏器使光強(qiáng)計(jì)檢測的光強(qiáng)與磁腔中未放入樣品試管時(shí)檢測到的光強(qiáng)相同；

F、由編碼器測量檢偏器偏轉(zhuǎn)的角度，通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采集并處理編碼器輸出的電信號(hào)，確定血糖濃度與檢偏器偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式，完成檢偏器偏轉(zhuǎn)角與血糖濃度之間的關(guān)系標(biāo)定；

G、將待測樣品試管放入磁腔中，根據(jù)編碼器測得的檢偏器偏轉(zhuǎn)角及所述血糖濃度與檢偏器偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式，確定待測樣品試管中的血糖溶液濃度。

特別地，所述磁約束體采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體，增強(qiáng)磁場。

特別地，所述編碼器采用絕對(duì)式編碼器。

特別地，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線同軸。

特別地，所述磁腔內(nèi)放入的樣品試管與磁腔同軸。

本發(fā)明還公開了一種基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測裝置，其包括激光發(fā)生裝置、起偏器、磁場發(fā)生裝置、檢偏裝置以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；所述激光發(fā)生裝置包括三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、激光架板、氦氖激光發(fā)生器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡；所述磁場發(fā)生裝置包括導(dǎo)軌、磁約束體支架、磁約束體；所述檢偏裝置包括檢偏器、編碼器、光強(qiáng)計(jì)；其中，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡安裝在激光架板上，所述激光架板與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固連，通過所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器的空間位置；所述磁約束體安裝在磁約束體支架內(nèi)，由磁約束體形成的磁腔，磁腔供樣品試管放入；所述磁約束體支架安裝在導(dǎo)軌上；所述檢偏器與編碼器固連，通過檢偏器的偏振光打在光強(qiáng)計(jì)上；所述編碼器連接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

特別地，所述磁約束體采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體。

特別地，與所述檢偏器固連的編碼器是中空的，偏振光穿過編碼器打在光強(qiáng)計(jì)上；所述編碼器采用絕對(duì)式編碼器。

特別地，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線同軸。

特別地，所述磁腔內(nèi)放入的樣品試管與磁腔同軸。

本發(fā)明提出的基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測方法及裝置在磁光偏轉(zhuǎn)效應(yīng)基礎(chǔ)上，將盛裝血糖溶液的樣品試管置于磁約束體形成的磁腔中，在磁約束體的作用下，增大血糖的旋光偏轉(zhuǎn)角，使用光強(qiáng)計(jì)檢測檢偏器之后的光強(qiáng)；通過旋轉(zhuǎn)檢偏器，使磁腔中帶有樣品試管時(shí)的光強(qiáng)與無樣品試管時(shí)的光強(qiáng)保持一致，通過絕對(duì)式編碼器測量檢偏器偏轉(zhuǎn)的角度，從而實(shí)現(xiàn)樣品試管中血糖濃度的檢測。本發(fā)明檢測速度快，檢測精度高，穩(wěn)定可靠，為我國生物醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供了技術(shù)基礎(chǔ)并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測方法流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，圖1為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測方法流程圖。

本實(shí)施例中基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測方法具體包括如下步驟：

A、將氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡安裝在激光架板上，并將激光架板與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固連，通過三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器的空間位置。在實(shí)際操作中，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線應(yīng)盡量同軸，在本實(shí)施例中調(diào)整所述氦氖激光發(fā)生器與準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線同軸。

B、將磁約束體裝入磁約束體支架內(nèi)，磁約束體支架安裝在導(dǎo)軌上；初始時(shí)，由磁約束體形成的磁腔內(nèi)不放入樣品試管。為了保證調(diào)整的精確度，在本實(shí)施例中所述導(dǎo)軌選用精密導(dǎo)軌，具體應(yīng)用時(shí)可根據(jù)調(diào)整精度的不同選擇對(duì)應(yīng)規(guī)格的精密導(dǎo)軌。所述磁約束體采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體，增強(qiáng)磁場。

C、通過導(dǎo)軌調(diào)整磁約束體和氦氖激光發(fā)生器之間的位置，找到對(duì)偏振光產(chǎn)生最佳效果的距離。

D、氦氖激光發(fā)生器射出的激光能通過起偏器形成偏振光，穿過磁腔的中心線最終照射到光強(qiáng)計(jì)上，由光強(qiáng)計(jì)記下此時(shí)的光強(qiáng)。

氦氖激光發(fā)生器射出的激光經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡通過起偏器后，形成偏振光。當(dāng)磁腔中無樣品試管時(shí)，偏振光在磁約束體產(chǎn)生的磁場作用下，會(huì)發(fā)生小角度偏轉(zhuǎn)，通過檢偏器后由光強(qiáng)計(jì)記下此時(shí)的光強(qiáng)。

E、將盛裝不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)血糖溶液的樣品試管依次放入磁腔中，旋轉(zhuǎn)檢偏器使光強(qiáng)計(jì)檢測的光強(qiáng)與磁腔中未放入樣品試管時(shí)檢測到的光強(qiáng)相同。需要說明的時(shí)，所述磁腔內(nèi)放入的樣品試管與磁腔同軸。

當(dāng)磁腔中有樣品試管時(shí)，偏振光不僅受磁場影響，其光強(qiáng)會(huì)受樣品試管中血糖溶液影響，通過檢偏器后光強(qiáng)比無樣品試管時(shí)小。通過旋轉(zhuǎn)檢偏器可使光強(qiáng)計(jì)檢測到的光強(qiáng)與磁腔中無樣品試管時(shí)相同。

F、由編碼器測量檢偏器偏轉(zhuǎn)的角度，通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采集并處理編碼器輸出的電信號(hào)，確定血糖濃度與檢偏器偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式，完成檢偏器偏轉(zhuǎn)角與血糖濃度之間的關(guān)系標(biāo)定。在本實(shí)施例中所述編碼器采用絕對(duì)式編碼器。

G、將待測樣品試管放入磁腔中，根據(jù)編碼器測得的檢偏器偏轉(zhuǎn)角及所述血糖濃度與檢偏器偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式，確定待測樣品試管中的血糖溶液濃度。

如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。

本實(shí)施例中基于偏振光磁光效應(yīng)的血糖濃度檢測裝置具體包括激光發(fā)生裝置、起偏器105、磁場發(fā)生裝置、檢偏裝置以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113；所述激光發(fā)生裝置包括三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101、激光架板102、氦氖激光發(fā)生器103、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104；所述磁場發(fā)生裝置包括導(dǎo)軌(圖中未示出)、磁約束體支架106、磁約束體109；所述檢偏裝置包括檢偏器110、編碼器112、光強(qiáng)計(jì)111；所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113包括數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)、軟件處理模塊。其中，所述氦氖激光發(fā)生器103和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104安裝在激光架板102上，所述激光架板102與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101固連，通過所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器103的空間位置；所述磁約束體109安裝在磁約束體支架106內(nèi)，由磁約束體109形成的磁腔107，磁腔107供樣品試管108放入；所述磁約束體支架106安裝在導(dǎo)軌上；所述檢偏器110與編碼器112固連，通過檢偏器110的偏振光打在光強(qiáng)計(jì)111上；所述編碼器112連接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113。

在本實(shí)施例中所述磁約束體109采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體，這樣可以增強(qiáng)磁場。在本實(shí)施例中，與所述檢偏器110固連的編碼器112是中空的，偏振光穿過編碼器112打在光強(qiáng)計(jì)111上。在本實(shí)施例中，所述編碼器112采用絕對(duì)式編碼器。在本實(shí)施例中，所述氦氖激光發(fā)生器103和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104的中心線同軸。所述磁腔107內(nèi)放入的樣品試管108與磁腔107同軸。所述導(dǎo)軌選用精密導(dǎo)軌，應(yīng)用時(shí)可根據(jù)調(diào)整精度的不同選擇對(duì)應(yīng)規(guī)格的精密導(dǎo)軌。

具體的，所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101用于調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器103的空間位置。所述激光架板102用于安裝氦氖激光發(fā)生器103和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104，使兩者同軸線。所述氦氖激光發(fā)生器103用于發(fā)射氦氖低功率激光；所述準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104用于改變激光光束的直徑和發(fā)散角；所述起偏器105用于產(chǎn)生線偏振光；所述導(dǎo)軌用于調(diào)整磁約束和氦氖激光發(fā)生器103之間的位置，找到對(duì)偏振光產(chǎn)生最佳效果的距離；所述磁約束體支架106用于裝夾磁約束體109，可容納多對(duì)永磁體以增大磁場強(qiáng)度；所述磁腔107由磁約束體109即永磁體或者電磁體形成的圓柱形磁場區(qū)域，變化參數(shù)包括磁腔107直徑、磁腔107長度兩個(gè)參數(shù)；所述樣品試管108中盛裝血糖溶液，其盡量與磁腔107保持同軸；所述磁約束體109由N-N或S-S構(gòu)成的互斥磁約束體109，使偏振光在磁場的作用下形成偏轉(zhuǎn)效應(yīng)；所述檢偏器110用于檢驗(yàn)?zāi)骋皇馐欠衿窆猓凰龉鈴?qiáng)計(jì)111用于檢測經(jīng)過檢偏器110后的光強(qiáng)，這是檢測血糖濃度的關(guān)鍵；所述絕對(duì)式編碼器112測量檢偏器110偏轉(zhuǎn)的角度，將角度信息傳遞給數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113。所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113采集并處理由編碼器112輸出的電信號(hào)，根據(jù)血糖濃度與檢偏器110偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式，由檢偏器110偏轉(zhuǎn)角確定待測血糖溶液的濃度。

需要說明的是，所述樣品試管108中盛裝的溶液不局限于血糖溶液，只要其溶液濃度對(duì)偏振光光強(qiáng)的影響與血糖溶液相同或相似，都可以通過本發(fā)明檢測其溶液濃度。

本發(fā)明的技術(shù)方案在磁光偏轉(zhuǎn)效應(yīng)基礎(chǔ)上，將盛裝血糖溶液的樣品試管108置于磁約束體109形成的磁腔107中，在磁約束體109的作用下，增大血糖的旋光偏轉(zhuǎn)角，使用光強(qiáng)計(jì)111檢測檢偏器110之后的光強(qiáng)；通過旋轉(zhuǎn)檢偏器110，使磁腔107中帶有樣品試管108時(shí)的光強(qiáng)與無樣品試管108時(shí)的光強(qiáng)保持一致，通過絕對(duì)式編碼器測量檢偏器110偏轉(zhuǎn)的角度，從而實(shí)現(xiàn)樣品試管108中血糖濃度的檢測。本發(fā)明檢測速度快，檢測精度高，穩(wěn)定可靠，為我國生物醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供了技術(shù)基礎(chǔ)并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random Access Memory，RAM)等。