專利名稱：手表式無創光聲血糖監測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學測量和醫療器械技術領域，具體涉及一種手表式無 創光聲血糖監測儀。
背景技術：
目前血糖檢測仍普遍采用有創或微創的介入型手段，這種方式需要微量的 末稍血液和相應的試紙，而未來的發展方向應該是非介入型的無創血糖檢測技 術，例如光聲分析法、光譜分析法、拉曼光譜分析法、光散射譜分析法以及光 偏振譜分析法等光學手段。當前光聲分析方法還存在很多困難，如由于需要做 到無損的檢測，入射激光的能量不能超過閥值，因此有效提高光聲的激發效率 是一個急切需要解決的問題。另外，光聲探測還多是釆用固體激光器作為激發 源，系統的一體化和小型化存在一定的困難。
2001 年 Z. Zhao and R. Myllyla， "Photoacoustic determination of glucose concentration in whole blood by a near—infrared laser diode" Proc. SPIE， 4256, 77-83， 2001.報道了基于近紅外激光二極管激發的光聲血 糖濃度的測量方法，但該前向模式的探測方法難以應用于臨床，而且未能實現 共焦結構，系統的靈敏度很低，采集到的光聲信號需要平均上千次。2003年A. A. Bednov, E. V. Savateeva, A. A. Oraevsky， "Glucose monitoring in whole blood by measuring laser—induced acoustic profiles" Proc. SPIE， 4960， 21-29， 2003.報道了基于側向探測模式的光聲血糖檢測方法，采用了高功率的 Nd: YAG激光器作為激發源，采集到的光聲信號幾乎不需要平均，但大體積的固 體激光器無法實現真正的小型化和實用性[非專利文獻2]。而且上述方法還都存 在一個問題，由于都是單個探測器作為傳感部分，光聲激發與傳感未能實現同 軸共焦結構，因此光聲激發與探測的效率不高，需要較大功率的固體激光器提 供光聲激勵能量，或是需要上千次信號的平均才提高信噪比，而大體積的固體 激光器無法實現激勵與傳感的一體化和小型化，多次的信號平均極大的降低了 系統的時間分辨率，前向和側向的探測模式都缺乏實際搡作的方便性，實際推 廣應用前景受到了很大的限制。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種結構小巧、便于攜帶、操作簡便的手 表式無創光聲血糖監測儀，能同時提供手腕深度方向多個位點的光聲血糖監測 結果。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是 一種手表式無創光聲血糖監
測儀，其特征在于在外殼的表面設有顯示屏及控制按鈕，外殼的底面為多層
粘結板，測量盒安置在多層粘結板上，在測量盒中設有中空的聲學絕緣層及吸
聲墊襯；在聲學絕緣層的頂部設有半導體激光管，在半導體激光管的下方設有
傅立葉透鏡，傅立葉透鏡的下方設有透光保護膜及安裝在多層粘結板上的中空
多環陣列傳感器；半導體激光管、傅立葉透鏡、透光保護膜和中空多環陣列傳 感器的中心都位于同一中軸線上， 一體化封裝于測量盒內，構成一體化的同軸 共焦結構，能有效降低激光能量要求的同時提高探測深度；在測量盒的側面設 有控制器及電池，中空多環陣列傳感器的各個環圈通過導線分別與控制器的接 線柱連接。所述的外殼為手表式，裝有佩戴于被檢測人員手腕上的表帶。所述 的半導體激光管為半導體脈沖激光二極管，工作在紫外至紅外范圍內的一個或 多個波長。所述的半導體激光管和傅立葉透鏡組成光聲激發源和光路透鏡系統 產生聚焦的激光束，穿過透光保護膜和中空多環陣列傳感器的中空內環，射向 手腕內的血管。所述的中空多環陣列傳感器為中空的平面陣或凹凸陣，采用壓 電材料，包括鈮酸鋰、復合材料、壓電陶瓷或PVDF薄膜制作；中空多環陣列傳 感器采用背向模式的串行或并行實時接收光聲信號，實現連續A型動態聚焦掃 描的光聲血糖探測，提供手腕深度方向多個位點的光聲血糖結果。
本發明的工作過程為在控制器觸發下，半導體激光管激勵產生脈沖激光， 其波長、脈寬和重復頻率可根據需要選擇，激光能量通過光路透鏡準直聚焦后， 透過保護膜輻射到手腕皮膚下的血管，血糖等功能團吸收光能激發產生光聲信 號；控制器同時觸發多環陣列傳感器背向模式探測光聲信號，實現光聲信號的 激發與傳感；通過一定的算法處理采集到的光聲數據，即可在深度方向實現光 聲血糖的連續A型動態聚焦掃描探測，得到手腕深度方向多個位點的光聲血糖 結果。
本發明的有益效果是
1)本發明方法將光聲的背向接收模式、激發與傳感一體化處理，有效的實 現了小型化和實用化的手表式系統結構，具有結構小巧、便于攜帶、操作簡便、能實現光聲血糖的實時監測、檢測時無創傷、不需提取血液和提供試紙、避免 交叉感染及環境的影響的優點。
2)本發明將光聲激發源、光路透鏡系統和多環陣列傳感器形成同軸共焦結 構，能夠極大提高光聲的激發和傳感效率，有效降低激光能量要求的同時提高 探測深度，實現光聲血糖的連續A型動態聚焦掃描探測，提供手腕深度方向多 個位點的光聲血糖結果。
3)本發明采用便宜的半導體激光管實現光聲血糖監測，各組件的造價較低， 所以整體裝置的造價亦相對較低，易于應用推廣。
圖1為本發明結構立體示意圖。
圖2為本發明結構(圖1的A-A剖面)示意圖。 圖3為多環陣列傳感器的接線示意圖。 圖4為本發明佩戴于手腕的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明的作進一步說明。
實施例 一種手表式無創光聲血糖監測儀，在手表式外殼13的表面設有 顯示屏11及控制按鈕18,外殼13的底面為多層粘結板12,測量盒7安置在多 層粘結板12上。在測量盒7中設有中空的聲學絕緣層6及吸聲墊襯5。在聲學 絕緣層6的頂部設有半導體脈沖激光二極管155G4S14X，Laser Components 1, 工作波長為1550nm,峰值功率為45W,脈寬為150ns,單脈沖能量約為6. 75uJ， 占空比DF為0.1% 。在半導體脈沖激光二極管1的下方設有傅立葉透鏡2，傅 立葉透鏡2的下方設有透光保護膜3及安裝在多層粘結板12上的中空多環陣列 傳感器4;半導體激光管l、傅立葉透鏡2、透光保護膜3和中空多環陣列傳感 器4的中心都位于同一中軸線15上， 一體化封裝于測量盒7內，構成一體化的 同軸共焦結構。中空多環陣列傳感器4為中空的平面陣或凹凸陣，釆用壓電陶 瓷制作，工作中心頻率為2. 5MHz,環的數目為6個，設計為中空的等面積等間 距的平面環陣結構，環間距不大于半波長，其中聲速定為1500m/s,每個環通過 導線19分別與控制器9的接線柱20連接，實現光聲信號的傳感與處理。透光 保護膜3具有透光和防水功能，可保護內部的光學器件；聲學絕緣層6用于防 止超聲能量傳至外殼13引起反射干擾信號。在測量盒7的側面設有控制器9及 電池10。手表式外殼13裝有佩戴于被檢測人員手腕8上的表帶17,半導體脈沖激光 二極管l和傅立葉透鏡2組成光聲激發源和光路透鏡系統產生聚焦的激光東14, 穿過透光保護膜3和中空多環陣列傳感器4的中空內環，射向手腕8內的血管 16;中空多環陣列傳感器4采用背向模式的串行或并行實時接收光聲信號，實 現連續A型動態聚焦掃描的光聲血糖探測，提供手腕深度方向多個位點的光聲 血糖結果。
權利要求
1.一種手表式無創光聲血糖監測儀，其特征在于在外殼(13)的表面設有顯示屏(11)及控制按鈕(18)，外殼(13)的底面為多層粘結板(12)，測量盒(7)安置在多層粘結板(12)上，在測量盒(7)中設有中空的聲學絕緣層(6)及吸聲墊襯(5)；在聲學絕緣層(6)的頂部設有半導體激光管(1)，在半導體激光管(1)的下方設有傅立葉透鏡(2)，傅立葉透鏡(2)的下方設有透光保護膜(3)及安裝在多層粘結板(12)上的中空多環陣列傳感器(4)；半導體激光管(1)、傅立葉透鏡(2)、透光保護膜(3)和中空多環陣列傳感器(4)的中心都位于同一中軸線(15)上，一體化封裝于測量盒(7)內，構成一體化的同軸共焦結構；在測量盒(7)的側面設有控制器(9)及電池(10)，中空多環陣列傳感器(4)的各個環圈通過導線(19)分別與控制器(9)的接線柱(20)連接；中空多環陣列傳感器(4)采用背向模式接收光聲信號，實現連續A型動態聚焦掃描的光聲血糖探測，提供手腕(8)深度方向多個位點的光聲血糖結果。
2. 根據權利要求1所述的手表式無創光聲血糖監測儀，其特征在于 所述的外殼(13)為手表式，裝有佩戴于被檢測人員手腕(8)上的表帶(17)。
3. 根據權利要求l所述的手表式無創光聲血糖監測儀，其特征在于 所述的半導體激光管(l)為半導體脈沖激光二極管，工作在紫外至紅外范 圍內的一個或多個波長。
4. 根據權利要求1所述的手表式無創光聲血糖監測儀，其特征在于 所述的中空多環陣列傳感器(4)為中空的平面陣或凹凸陣。
5. 根據權利要求l所述的手表式無創光聲血糖監測儀，其特征在于: 所述的半導體激光管(1)和傅立葉透鏡(2)組成光聲激發源和光路透鏡 系統產生聚焦的激光束(14),穿過透光保護膜(3)和中空多環陣列傳感 器(4)的中空內環，射向手腕(8)內的血管(16)。
全文摘要
本發明涉及一種手表式無創光聲血糖監測儀，在手表式外殼內設有顯示屏、控制按鈕、控制器、電池和測量盒，聲學絕緣層、吸聲墊襯、半導體激光管、傅立葉透鏡、透光保護膜和中空多環陣列傳感器一體化封裝于測量盒內，構成一體化的同軸共焦結構。手表式外殼裝有佩戴于被檢測人員手腕上的表帶，光聲激發源和光路透鏡系統產生聚焦的激光束，穿過中空多環陣列傳感器，射向手腕內的血管，實現連續A型動態聚焦掃描的光聲血糖探測，提供手腕深度方向多個位點的光聲血糖結果。本發明具有結構小巧、便于攜帶、操作簡便、能實現光聲血糖的實時監測、檢測時無創傷、不需提取血液和提供試紙、避免交叉感染及環境的影響的優點。
文檔編號A61B5/1455GK101301202SQ20081010697
公開日2008年11月12日 申請日期2008年7月3日 優先權日2008年7月3日
發明者劉國棟, 徐景坤, 曾呂明 申請人:江西科技師范學院