[发明专利]人体血糖浓度无创检测方法及其系统

摘要

本发明提供采用扫频光学相干层析技术的人体血糖浓度无创检测方法及其系统；该方法以扫频光源输出波数为K的红外光波，通过探头垂直照射皮肤，用干涉仪和光电探测器测量皮肤组织背向散射光的干涉信号，以数字混频方式从干涉信号中分离OCT信号的同相分量和正交分量，并重构出与波数K相对应的OCT复振幅解析信号；当扫频光源的波数K由K0到KN，以等间隔δK变化时，得到波数K空间的OCT复谱解析信号，对该OCT复谱解析信号做离散的傅里叶逆变换IDFT，得到坐标Z空间的OCT信号；根据坐标Z空间的OCT信号计算皮肤真皮层背向散射光的幅度和相位信息，计算真皮层的平均折射率，根据折射率与血糖浓度的相关性，计算血糖浓度，实现人体血糖的无创检测。

主权项

1.一种人体血糖浓度无创检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：扫频激光光源输出红外光波，其波数用K表示，通过检测探头照射人体皮肤，由皮肤组织返回的背向散射光通过所述检测探头被送至干涉仪；步骤2：该干涉仪使背向散射光与参考光发生干涉，并在参考光路引入相位调制器，加入频率为ω_C的余弦载波驱动电压，使参考光的相位附加变化采用光电探测器测量干涉光的总强度I_T(K)，I_T(K)包含参考光的自相关强度、皮肤各层组织的背向散射光的自相关强度、各背向散射光之间的互相关强度，各背向散射光与参考光的互相关强度四项内容，第四项称为皮肤各层组织的OCT信号；步骤3：用A/D转换器对以上的干涉光总强度信号I_T(K)，以采样周期为T_S，进行时间离散化抽样，得到其数字信号序列I^DIG_T(K)，并保存在信号处理单元；步骤4：为了从干涉光总强度信号I^DIG_T(K)中分离出皮肤各层组织的OCT信号，把以上数字信号序列I^DIG_T(K)与频率2ω_C的数字本振信号NCO1＝cos(2ω_CnT_S)做数字混频，经FIR数字低通滤波器后，得到OCT数字信号的同相分量I^I_DIG_OCT(K)，再将信号序列I^DIG_T(K)与频率ω_C的数字本振信号NCO2＝cos(ω_CnT_S)做数字混频，经FIR数字低通滤波器后，得到OCT数字信号的正交分量I^Q_DIG_OCT(K)，其中n为正整数；步骤5：取OCT信号的同相分量I^I_DIG_OCT(K)为复振幅实部，取OCT信号的正交分量I^Q_DIG_OCT(K)为复振幅虚部，重构与波数K相对应的OCT复振幅解析信号，即：IDIGOCT(K)=II_DIGOCT(K)J2(MC)-jIQ_DIGOCT(K)J1(MC),]]>J₁(M_C)，J₂(M_C)为1级和2级Bessel函数，M_C为参考光相位调制深度，其中j=-1;]]>步骤6：当扫频光源输出光波的波数K由K₀到K_N以等间隔δK变化时，即K＝K₀+nδK，OCT复振幅解析信号I^DIG_OCT(K)由I^DIG_OCT(K₀)变到I^DIG_OCT(K_N)，得到一组波数K空间中的OCT复谱解析信号，将I^DIG_OCT(K)写成序列信号形式I^DIG_OCT(nδK)，其中N为正整数，0≤n≤N；步骤7：当扫频光源输出光波的波数K由K₀到K_N以等间隔δK变化时，以同步监测的方式，得到与波数K＝K₀+nδK相对应的光源输出功率值P(nδK)，利用P(nδK)对以上OCT复谱解析信号I^DIG_OCT(nδK)做归一化处理，得到波数K空间中归一化的OCT复谱解析信号I^Norm_OCT(nδK)：INormOCT(nδK)=IDIGOCT(nδK)P(nδK);]]>步骤8：对以上归一化的OCT复谱解析信号I^Norm_OCT(nδK)作离散的傅里叶逆变换IDFT，得到坐标Z空间的OCT信号U(Z)，Z沿光波入射方向，并将U(Z)写成序列信号形式：U(nδZ)，Z＝Z₀+nδZ，U(nδZ)包含实部U_r(nδZ)和虚部U_i(nδZ)：U(nδZ)=Ur(nδZ)+jUi(nδZ)]]>=1N+1Σi=1NINomOCT(nδK)exp(2π*i*nN+1)]]>Ur(nδZ)=1N+1Σi=0NINomOCT(nδK)cos(2π*i*nN+1)]]>Ui(nδZ)=1N+1Σi=0NINomOCT(nδK)sin(2π*i*nN+1)]]>其中Z₀为皮肤表面处的空间坐标，Z_N为光波抵达皮肤最深处的空间坐标；步骤9：将坐标Z空间中的OCT信号U(nδZ)，按下式处理成指数形式：|U(nδZ)|=U2r(nδZ)+U2i(nδZ)]]>其中|U(nδZ)|和分别为OCT信号U(nδZ)的模和辐角，二者包含Z＝Z₀+nδZ对应的皮肤组织背向散射光的幅度和相位信息；步骤10：通过对模做坐标Z的差商计算，找到背向散射光幅度突变点的位置，从而确定皮肤真皮层的空间坐标范围，即确定真皮层的上界面、下界面的空间坐标；步骤11：如果确定真皮层的上界面、下界面的空间坐标分别为Z＝Z₀+lδZ、Z＝Z₀+mδZ，N≥m≥l，m、l均为正整数，则真皮层上、下界面背向散射光的相位差按下式计算：步骤12：由真皮层的上、下界面背向散射光的相位差，计算皮肤真皮层的平均折射率其中为扫频光源的平均波数，步骤13：最后根据皮肤真皮层的平均折射率与血糖浓度Cg的相关性公式，计算出人体血糖浓度C_g：n‾=1.348+1.17*10-6*Cg.]]>