[發明專利]基于人眼虹膜反射房水近紅外光譜的無創血糖檢測裝置

在審

• 申請號: 201510486516.6
• 申請日: 2015-08-11
• 公開（公告）號: CN106691459A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 高志山;朱丹;陳玥洋;袁群;竇健泰;楊忠明;王帥;成金龍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱沉雁

技術領域

本發明屬于生物組織參數檢測領域，涉及一種基于人眼虹膜反射房水近紅外光譜的無創血糖檢測裝置。

背景技術

糖尿病是一種由于胰島素分泌缺陷或生物學作用障礙引起的以高血糖為特征的代謝性疾病。它是當前威脅全球人類健康的最重要的慢性非傳染性疾病之一。目前，大多數自我監控血糖儀采用微創血糖檢測方法，該方法既給患者帶來了痛楚也增加了感染風險。

中國專利201519152.1公開了一種《無創血糖檢測系統》，包括光源模塊、光傳導模塊、光檢測模塊和數據處理模塊，該系統既可以采用透射的方式也可以采用反射的方式進行血糖檢測。現有的無創檢測儀器多選擇手指、耳垂、手掌等部位作為檢測對象，雖然該部位包含血糖成分信息，但由于其組織成分復雜，且受體溫、人體機能狀態等影響較大，因此測量精度很難保證。

德國Wurzburg大學的Wolfgang Schrader等在《Non-invasive glucose determination in the human eye 》一文中以房水作為檢測對象，建立了無創血糖檢測系統，其選擇從晶狀體表面反射回的光作為檢測光譜，但由于晶狀體反射率很低，因此獲取的光譜信號信噪比較低，檢測精度大受影響。

現有的無創血糖檢測裝置體積龐大，檢測精度較低，成本較為昂貴。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于人眼虹膜反射房水近紅外光譜的無創血糖檢測裝置，克服了傳統微創檢測對病人手指的損傷，在無創檢測的前提下，利用組織成分單純的房水作為檢測對象，提高了檢測的精度。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于人眼虹膜反射房水近紅外光譜的無創血糖檢測裝置，包括鹵鎢燈、帶通濾光片、注視目標、近紅外光譜儀、數據處理模塊、人眼房水葡萄糖含量近紅外光譜預測數學模型模塊和LED屏；帶通濾光片設置在鹵鎢燈的出光口，注視目標位于人眼正前方，鹵鎢燈和近紅外光譜儀均位于人眼斜前方，鹵鎢燈和近紅外光譜儀分別位于注視目標的兩側，近紅外光譜儀、數據處理模塊、人眼房水葡萄糖含量近紅外光譜預測數學模型模塊和LED屏依次連接；鹵鎢燈產生連續的近紅外光束，經帶通濾光片濾光后變為波長在1500~1800 nm范圍內的近紅外光，以傾斜方向入射到人眼，經人眼的角膜和房水透射后入射虹膜，再經人眼虹膜的反射，第二次通過房水區域，出射的近紅外光中包含房水內的葡萄糖含量信息；近紅外光譜儀對出射的近紅外光進行收集，并分析得到其光譜數據信息，再將其送入數據處理模塊；數據處理模塊對光譜數據信息進行預處理，將預處理后的數據送入人眼房水葡萄糖含量近紅外光譜預測數學模型模塊，得到準確的血糖值，并在LED屏上顯示。

所述的鹵鎢燈的波長范圍是600 ~2500 nm，帶通濾光片的中心波長為1650 nm，半峰寬為150 nm。

所述數據處理模塊對光譜數據信息進行預處理包括以下步驟：噪聲濾除、歸一化處理及光譜范圍的優化選擇。

所述人眼房水葡萄糖含量近紅外光譜預測數學模型模塊中人眼房水葡萄糖含量近紅外光譜預測數學模型的建立方法如下：

步驟1：建立人造前房模型，將人造房水溶液注入人造前房模型，以填充了人造房水溶液的人造前房模型作為校正集；

步驟2：應用近紅外光譜儀從校正集中采集人造前房模型中返回的包含人造房水溶液內葡萄糖含量信息的近紅外光譜數據；

步驟3：對測得的近紅外光譜數據進行預處理；

步驟4：對預處理后的近紅外光譜數據利用偏最小二乘法將人造房水溶液中實際葡萄糖含量與經光譜預處理后的人造房水溶液的近紅外光譜數據相關聯，運用完全交互檢驗驗證法對所建模型的擬合及預測能力進行評價，從而建立起基于近紅外光譜信息的人眼中葡萄糖含量的預測數學模型。

所述步驟1中人造前房模型包括有機玻璃接觸鏡和石英平板，有機玻璃接觸鏡模仿角膜，石英平板模仿虹膜，在有機玻璃接觸鏡和石英平板間填充調配好的人造房水溶液。

所述有機玻璃接觸鏡和石英平板間填充的人造房水溶液體積為50~80 μL，從石英平板的內表面到有機玻璃接觸鏡的內表面距離為3.00~3.35 mm。

所述步驟1中人造房水溶液以0.9%的生理鹽水為基底，人造房水溶液的pH值為8，葡萄糖濃度為1~30 mmol/L，濃度間隔為1 mmol/L，各組分物質濃度的協方差為0。

所述步驟2的近紅外光譜儀的采樣方式為反射，光譜掃描范圍為1500~1800 nm，分辨率為2 nm，對校正集中的每一個樣品重復掃描三次，取平均值作為樣品近紅外光譜。