一種基于拉曼散射無創血液酒精含量的檢測方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及血液酒精含量檢測技術領域，尤其是涉及一種基于拉曼散射無創血液酒精含量的檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的高速發展，人民生活水平的迅速提高，私家車迅速普及，酒后駕車所引發的交通事故也頻繁發生。所以從安全角度上講，交警部門及時檢測汽車駕駛員體內酒精濃度，禁止酒后駕駛成為有效減少和預防酒后駕車發生交通事故的手段。目前，檢測人體血液酒精濃度常用的手段有兩種:抽血檢測法和呼氣檢測法。
[0003]抽血檢測法因為直接檢測抽取的血液樣本，檢測結果沒有其他因素影響，是最直接、最準確的方法。但是有些涉嫌酒后駕車人員故意拖延或者不配合抽血檢驗酒精濃度，使最后檢測結果可能出現偏差。還有可能在抽取血液樣本，送至醫院檢測出結果，中間經歷的時間較長，在此期間酒精濃度會變低，這樣會使一些原本醉酒駕車的駕駛員可能變成酒后駕駛或者無酒駕駛。特別是涉嫌酒駕的駕駛員血液酒精濃度處于臨界值左右的時候，結果都會出現誤差。另外，抽血檢測方法需要抽取血液樣本，屬于有創檢測，如果處理不當，有傷口感染的風險。
[0004]呼氣檢測法就是檢測口鼻呼出氣體中酒精的濃度，空氣中酒精濃度與血液中酒精濃度有一個對應的比例系數。而這個比例系數受被檢測對象個體生理結構、種族、環境及被檢測對象呼氣技巧的影響，變換很大。因此，針對被檢測對象個體時，誤差較大，精確度差，檢測數據只能作為參考，不能作為司法的有力證據。當被檢測對象口中含有酒精殘留時，會使得測量結果偏高，當被檢測對象打嗝或者嘔吐時，影響更加明顯。另外，還有為了逃避酒駕的懲罰，被查到的涉嫌酒駕的駕駛員在停車檢測前會飲酒干擾檢測，這肯定會使檢測結果嚴重失真，造成錯誤判斷。另外呼氣檢測是要求被檢測對象在一定時間段內持續向檢測儀呼氣，無法連續測量。
[0005]酒的主要成分酒精，進入人體的胃部后，要經過30-90分鐘內被胃和腸道完全吸收，融入血液。拉曼光譜比較適于測試生物樣品，生物樣品一般含水，拉曼光譜中水的吸收比較弱，因此是含水生物樣品的理想檢測手段。拉曼光譜樣品大小形狀可以多樣，不必粉碎、研磨，不必透明。而且樣品池或樣品杯也可以采用玻璃材料，因為玻璃是弱拉曼散射體。許多情況下，可以用拉曼光譜來檢測活體中的生物物質。只要樣品對激光能量吸收不強，測量時就不至造成樣品結構上的變化。所以可以考慮基于拉曼散射設計血液酒精含量的檢測方法。

【發明內容】

[0006]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種快速、實時、無創的基于拉曼散射無創血液酒精含量的檢測方法及系統。
[0007]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0008]一種基于拉曼散射無創血液酒精含量的檢測方法，包括以下步驟:
[0009]I)采用透反射方式采集一組已知濃度的酒精溶液血液樣品的拉曼散射光譜信息，建立血液酒精濃度與拉曼散射光譜的拉曼峰強度間的定量數學關系，形成校準模型；
[0010]2)對所述校準模型進行訓練并獲得相關度最優的血液酒精濃度與拉曼散射光譜的拉曼峰強度關聯模型，形成最優校準模型；
[0011]3)采用步驟I)所述透反射方式采集待檢測人體血液的拉曼散射光譜信息，建立待測樣本集；
[0012]4)通過小波分析法對獲得的待測樣本集進行去噪聲處理；
[0013]5)將步驟4)處理后的待測樣本集作為所述最優校準模型的輸入，獲得檢測人體血液的酒精濃度預測值。
[0014]所述步驟I)中，建立血液酒精濃度與拉曼散射光譜的拉曼峰強度間的定量數學關系前，對采集的拉曼散射光譜信息通過小波分析法進行去噪聲處理。
[0015]所述步驟2)中，對校準模型進行訓練具體為:
[0016]201)選取另一組已知濃度的酒精溶液血液樣品作為預測樣本集；
[0017]202)將預測樣本集的拉曼散射光譜信息代入校準模型得到預測樣本集中每個樣本的酒精濃度預測值；
[0018]203)采用偏最小二乘回歸法對校準模型進行優化，使每個酒精濃度預測值和已知濃度的差的平方和最小。
[0019]所述通過小波分析法進行去噪聲處理為:
[0020]401)信號分解:將待測樣本集中的拉曼散射光譜信息通過小波變換進行多尺度的分解，同時得到小波系數；
[0021]402)閾值處理:對小波系數作閾值處理，選擇缺省去噪策略的硬閾值去噪方法進行除噪；
[0022]403)信號重構:將反映噪聲頻率的尺度的小波變換去掉，再將剩余各尺度的小波變換結合起來作逆變換，對濾波后且只含有信號成分的小波系數進行重構。
[0023]一種基于拉曼散射無創血液酒精含量的檢測系統，包括依次連接的激光發射模塊、信號接收模塊、信號處理模塊和數字顯示模塊；
[0024]激光發射模塊將一定波長范圍的激光照射到人體皮膚上，信號接收模塊對由人體皮膚返回的散射光進行濾波并接收能夠表征血液內酒精的拉曼散射光譜，信號處理模塊根據接收到的拉曼散射光譜進行獲得血液酒精濃度。
[0025]所述激光發射模塊包括依次設置的光源、聚光透鏡、平面鏡和光學探頭。
[0026]所述信號接收模塊包括依次設置的濾光片、校準透鏡和拉曼光譜儀，所述拉曼光譜儀通過光纖與校準透鏡連接。
[0027]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0028](I)本發明采用樣品數據獲得血液酒精濃度與拉曼散射光譜間的校準模型，并采用偏最小二乘法對該模型進行訓練優化，采集人體血液光照后的拉曼散射光，即可根據優化后的校準模型對人體血液酒精含量進行檢測，既避免了人為的因素帶來的對檢測結果的影響，又不會對人體造成創傷。
[0029](2)本發明可更快速、更準確地檢測出真實的結果，更方便的幫助交警公平公正的執法。
[0030](3)本發明檢測系統結構簡單，易于實現，可靠性高，測試簡單方便。
[0031](4)本發明不受口鼻中酒精殘留的影響，可以無創、實時、快速的檢測出人體血液內酒精含量，可以達到接近抽血檢測法的精度。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的結構示意圖；
[0033]圖2為本發明拉曼散射檢測光路圖；
[0034]圖3為發明在具體實施的測試步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0036]如圖1-圖2所示，本實施例提供一種基于拉曼散射無創血液酒精含量的檢測系統，包括依次連接的激光發射模塊、信號接收模塊、信號處理模塊5和數字顯示模塊6。其中，激光發射模塊包括依次設置的光源1、聚光透鏡L、平面鏡M和光學探頭3，光學探頭3同時具有發射光源和接收散射光的作用。信號接收模塊包括依次設置的濾光片2、校準透鏡10和拉曼光譜儀4，拉曼光譜儀4通過光纖11與校準透鏡10連接。信號處理模塊5和數字顯示模塊6集成在一計算機7中。拉曼光譜儀4采用激發光波長為785nm的拉曼光譜儀。
[0037]上述檢測系統的工作原理是:如圖2所示，進行校準模型建立時，上述檢測系統照射在樣品9上。如圖1所示，進行實時檢測時，激光發射模塊將一定波長范圍的激光照射到人體皮膚8上，信號接收模塊對由人體皮膚返回的散射光進行濾波并接收能夠表征血液內酒精的拉曼散射光譜，信號處理模塊根據接收到的拉曼散射光譜進行獲得血液酒精濃度。
[0038]如圖3所示，本實施例還提供一種基于拉曼散射無創血液酒精含量的檢測方法，包括以下步驟:
[0039]I)采用透反射方式采集一組已知濃度的酒精溶液血液樣品的拉曼散射光譜信息，建立血液酒精濃度與拉曼散射光譜的拉曼峰強度間的定量數學關系，形成校準模型；
[0040]2)對校準模型進行訓練并獲得相關度最優的血液酒精濃度與拉曼散射光譜的拉曼峰強度關聯模型，形成最優校準模型；
[0041]3)采用步驟I)透反射方式采集待檢測人體血液的拉曼散射光譜信息，建立待測樣本集；
[0042]4)通過