[发明专利]基于差分拉曼光谱的微型无创血糖检测系统

说明书

本发明公开了一种基于差分拉曼光谱的微型无创血糖检测系统。本发明分别采用垂直腔表面发射激光器、窄带宽滤光片和雪崩光电二极管用于微型双波长光源、通过人体特定波段拉曼散射光和探测微弱拉曼信号。进一步对两组频率发生微移的特定小波段人体小臂内侧拉曼信号进行多重迭代解卷积拉曼差分还原算法完成预处理。特别地，1125cm^‑1该葡萄糖拉曼特征峰强度被验证不受人体热量代谢等因素影响，即使用1125cm^‑1和人体血糖进行单变量建模和预测，实现基于皮肤直接葡萄糖信号获取和稳健可靠的无创血糖浓度传感。该装置均使用微型设备，在大幅缩减体积基础上，可极大程度上提高血糖检测的便利性和宜用性，在便携式血糖无创检测领域有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种无创快速检测人体血糖浓度的新型便携式系统，尤其涉及一种基于近红外差分拉曼光谱技术实现血糖无创检测的装置及方法，属于血糖无创检测领域。

背景技术

糖尿病作为一种慢性疾病，其可能会引起癌症、心血管疾病、糖尿病肾病等各类并发症，目前还没有根治的办法。而随着人们生活质量的提高，糖尿病患者的数量及其治疗费用都与日俱增，全球糖尿病联盟报告指出，到2045年全球糖尿病卫生支出将达到8450亿美元，因此实现血糖精准检测非常重要。然而，通过扎手指采血的痛苦过程严重阻碍了人们监测血糖水平的积极性，多项研究报告称，尽管患者清楚控制血糖水平的重要性，但仍有超过50.1％的糖尿病患者不进行日常自我监测。鉴于缺乏依从性，亟待可靠的无创血糖检测技术为有需要的人提供无痛、方便、连续或频繁的血糖检测。

在过去的几十年里，人们一直在寻求各种无创血糖检测技术。在众多方法中，光谱学方法已经引起了相当多的关注。拉曼光谱作为一种散射光谱，其光子的能量变化通常起源于分子振动能量与入射光子能量的叠加，因此拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息，因此可作为分子识别的“指纹”光谱，包括葡萄糖分子。已经报道了使用各种生物样品(如血清、血液、组织和皮肤)进行诊断可行性的血糖定量分析。这些特性为拉曼光对血糖水平进行光谱定量分析成为可能，并被认为是最有希望实现人体血糖无创检测的技术之一。但现有拉曼光谱技术存在以下突出问题：

1)微弱的拉曼信号极易受到瑞利光及空间杂散光的影响，使获得的葡萄糖特征峰湮没在背景谱中；

2)现有拉曼光谱测试系统体积庞大，操作繁琐，对专业性要求较高，不适用于集成化和便携式系统；

3)现有拉曼测试系统仍使用价格高昂的光栅光谱仪和电荷耦合元件(CCD)进行散射光分光和光电信号转换，这对于常规的实验室难以实现。

基于此，本发明提出一种基于差分拉曼光谱的微型无创血糖检测系统，其创新在于：

1)提出利用移频激发拉曼差分光谱并结合多重迭代解卷积还原算法进行背景去除、噪声抑制和有效信号的等比例放大；

2)提出利用垂直腔表面激光发射器(Vcsel)作微型双波长光源；

3)提出利用超窄线宽滤光片，替代传统的光栅光谱仪，对人体特定波段以外的拉曼散射光进行滤除，只允许861nm(以785nm激发光为例)，对应1125cm^-1的血糖拉曼特征峰通过，截止深度为 4OD；

4)提出利用雪崩光电二极管代替传统CCD实现光电信号转换。

该发明提出的一种基于差分拉曼光谱的微型无创血糖检测系统，在保证准确预测人体血糖浓度水平的前提下，全部使用微型单元实现拉曼系统的激发、收集和数据处理等功能，可大幅减少系统体积，达到高度集成化、小型化的目的，为实现人体血糖无创检测的便携式设备提供一个全新的有效技术途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有基于拉曼光谱技术的无创血糖检测装置无法实现高准确度、高度小型化和集成化等的技术挑战，公开一种基于差分拉曼光谱系统的无创血糖检测系统以解决上述现有技术中存在的问题。