專利名稱：物質濃度無損檢測方法及其裝置的制作方法
物質濃度無損檢測方法及其裝置
技術領域：
本發明涉及一種檢測方法，尤其是一種可準確進行物質濃度檢測的無損檢測方法
及其裝置。背景技術：
糖尿病及其并發癥是對人類健康具有致命威脅的全球性疾病。目前醫學上使用的通過美國FDA認證的血糖檢測方法，都是有損或者微損檢測方式，這些方法需要每次剌破皮膚采取靜脈或者指尖的血液樣本，通過試紙比色測量來測試人體的血液中葡萄糖濃度。這些方法不僅費時、成本高、又造成局部感染的風險，而且采取血樣的麻煩和疼痛更使得大多數糖尿病人不可能按理論上的要求每天多次監測其血糖水平，影響了糖尿病患者及時、快速的診斷治療。據統計，我國糖尿病患者的治療率僅為27.2%。在這種情況下，患者和社會都非常迫切的需要一種無痛、連續、方便的血糖監測技術。 目前全世界有2. 46億糖尿病患者，并且還在每年快速增加，2002年僅美國的2000萬糖尿病患者的醫療費用就高達1320億美元。鑒于全世界龐大的糖尿病人數，無損血糖檢測儀有著很大的市場空間，吸引了很多大公司和研究機構都投入了大量的精力來研究人體血糖的無損檢測問題。近30年來，研究人員開發了一系列方法用于無損檢測血糖的濃度，最常見的有近紅外光譜法，旋光法，激光拉曼光譜法、光聲光譜法等。但是由于人體組織的差異性、血糖監測信號過于微弱、背景噪聲強、以及個體的差異性等原因，目前在研的方法均止步于基礎研究階段，尚無一種無損血糖檢測儀器能夠通過美國FDA認證用于臨床應用。 紅外光譜法的理論依據是郎伯_比爾(Lambert-Beer)定律。當吸光樣品厚度為d時，出射光與入射光的光強滿足I = e—aEdI。。式中，I。、I分別為入射和出射光強，a為樣品的吸光系數，c為被測組分濃度，ac (以下記為A， A = ac)為被測組分吸光度。由于組織中存在多種對紅外光有吸收作用的成分，而且它們的吸收譜段互相重疊，因而給其中單一成分糖濃度的定量分析帶來較大困難。 目前采用的一種方法為低相干干涉法(或低相干反射計)，該方法利用例如超輻射發光二極管這樣的具有寬光譜的寬頻帶光源的低干涉性，并可對來自被測定物體的反射光和透射光的光強進行檢測。中國專利CN19733769揭示了一種光學相干層析技術眼底成像的血糖無損檢測方法應用光學相干層析技術對人眼視網膜的毛細血管層進行層析成像，通過分析該層組織體的散射系數的變化來間接檢測人體血糖含量。然而，由于人體血液及組織中存在多種對紅外光有吸收作用的成分，而且它們的吸收譜段互相重疊，如圖2所示。因而采用單波長給其中單一成分糖濃度的定量分析帶來較大困難，難以獲得較高的測量精度。 專利文獻2 (2007101254645)采用雙波長的血糖濃度測測量裝置，采用兩個點探測器進行探測。要使測量結果更準確，則需利用該方法進行多次測量。操作很繁瑣。若想測出多個組分的含量，減少忽略的組分，提高其他測量精確，這時需采用三波長系統或多波
4長系統。
發明內容
本發明所要解決的一個技術問題是提供一種可準確進行物質濃度檢測的無損檢測方法。 為解決該技術問題， 一種物質濃度無損檢測方法，包括以下過程
測試步驟 a.入射光束射向分光器，入射光束的波長帶寬包括人眼房水會出現光吸收的波長區間[a，b]; b.分光器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經過透鏡射向樣
PR C.從參考鏡和檢測樣品返回的光在所述分光器發生干涉；
d.步驟C產生的干涉信號由光譜儀接收；
標準樣品測試過程 與人眼虹膜有著相同的散射和吸收系數的標準樣品為樣品，按照測試步驟進行
檢測，步驟d得到的干涉光的強度分別為Q『(^.....Qn。，在參考臂的反射光強不變下，
干涉光強的平方與樣品臂的反射光強成正比，則"0 = 4/，,乂!o必二 4/,,2/20、、
Q 20 = 4乙入/ 0 ，其中I10、 12。.....I(老In。是波長分別為V入2.....入n的入射光到達
標準樣品之前的光強，Q1Q、 Q2。.....Qn。分別是與波長為、、A2.....、的入射光對應的
干涉光強；U、1《.....L是分別對應于波長、.....An的參考臂的反射光的強度；
K p K 2. . . K n分別為不同波長下虹膜對光的反射系數。 人眼前房測試過程 按照測試步驟對人眼前房進行檢測，其中的步驟b為分光器將入射光分為兩束，一束射向可移動的參考反射鏡，另一束經過透鏡射向人眼前房，透過角膜、房水后到達虹膜；步驟C為由虹膜產生的背向散射光和來自可移動的參考反射鏡的反射光返回到分光
器處疊加發生干涉；步驟d得到的干涉光的強度分別為(^、92.....Qn，在參考臂的反射光強
不變下(與標準樣品時參考臂的反射光強相等)，干涉光強的平方與樣品臂的反射光強成
正比，則"=4/,/，、這=4/s2r2/2-----a2 =44^,,4，其中l"2.....l(n—"、ln是波長
分別為A" A2.....An的入射光經過房水后的出射光達到虹膜之前的光強，QpQ2.....Qn
是與波長分別為、.....An的入射光對應的干涉光的強度；Isl、Is2.....1^是分別對
應于波長A2.....An的參考臂的反射光的強度。Kl、K2... Kn分別為不同波長入p
入2.....An下的虹膜對光的反射系數。 計算 選取房水中的m+l種組分，設第一種組分為水，濃度為c。，吸光系數為e 。(A)，是關于波長A的函數；第二種組分為葡萄糖，濃度為 吸光系數為、(A)，是關于波長入的函數；…;第m種組分濃度為Cm，吸光系數為e m(入)，是關于波長A的函數；d為光在房水中通過的光程；根據郎伯-比爾定律，吸光度A(A)為
5
<formula>formula see original document page 6</formula> .....……….①,
① 在選取的波長區間[a， b]，對①式關于波長A進行積分，得 <formula>formula see original document page 6</formula> ……②
" o " 設，l豐)cM = 卩鵬(豐1 = 7 ，則②式寫成
》 j"』(2)iA:(cr'c。+#-5+ — + ......③......③ Jl.選取m個或m個以上的不同波長區間[a，b]，在這些波長區間中房水出現光吸 收； J2.②式中的e 。 ( A ) 、 e工(A ).....e m ( A )分別為房水中m+1種組分各自的吸光
系數，是關于波長A的函數，在所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上對e。(入)、
、(A).....、(A)關于波長A進行積分，求得分別對應于各個所選波長區間[a，b]的
a 、 P 、. . . 、 Y的數值； J3.根據郎伯-比爾定律，In Io(入)-ln I ( A ) = A ( A )，而= §4 ，
,(義)=￡人，根據標準樣品測試過程中Qn。與In。的關系以及人眼前房測試過程中Qn與In的
關系，有
<formula>formula see original document page 6</formula> A(A) = 2(lnQ。(A)-lnQ(A))...............④ 所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上不同波長A對應的Q。( A )和Q(入) 的數值由標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結合④式得到對應于各個所選波 長區間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值； J4.綜合步驟J2和步驟J3的結果，得到基于所選m個或m個以上的不同波長區間 [a，b]的③式，得到的m個或m個以上的③式的等號左邊均為已求出的數值結果、右邊為關
于m個未知數Cl、 c。.....cm的一次函數，進一步求出m種組分各自的濃度Cl、 c。.....cm。 在此基礎上，進一步地 步驟J3中的"所選m個或m個以上的不同波長區間[a， b]上不同波長A對應的 Q。(A)和Q(A)的數值由標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結合④式得到對 應于各個所選波長區間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"可以這樣實現通過標準 樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上不 同波長A對應的Q。(A)和Q(A)的數值，擬合出每一個所選波長區間[a， b]上lnQ。(入) 和lnQ(A)關于波長A的函數關系式，得到A(A)關于波長A的函數關系式，分別在所選 個或m個以上的不同波長區間[a，b]上對該函數關系式關于波長A進行積分，求得分別 對應于各個所選波長區間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值。這樣做的基本思路是通過擬合得到A(A)關于波長A的函數關系式，然后求得3式中等號左邊的值。
步驟J3中的"所選m個或m個以上的不同波長區間[a， b]上不同波長A對應 的Q。(A)和Q(A)的數值由標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結合④式得 到對應于各個所選波長區間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"也可以這樣實現通 過標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個或m個以上的不同波長區間[a， b]上不同波長A對應的Q。(A)和Q(A)的數值；在每一個所選波長區間[a， b]進行如 下步驟將波長區間[a， b]均分成波長帶寬相等的次區間，在每一個次區間中取一個波長 值，通過所選波長值對應的Q。 ( A )和Q( A )的數值求得所選波長值下lnQ。( A ) -lnQ(入) 的數值，所選波長值下lnQ。(A)-lnQ(A)的數值的兩倍再乘以次區間的寬度即為所選波長 值對應的次區間內的A(A)與次區間寬度的乘積，將各個次區間內的A(A)與次區間寬度 的乘積相加即得到對應于該波長區間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值。這樣做的 基本思路是將波長區間[a， b]均分成若干次區間，得到若干個高為lnQ。(A)-lnQ(入)、 底邊寬為次區間的寬度的近似長方形，每個長方形的面積近似等于長方形內某波長值下 lnQ。(A)-lnQ(A)的數值的兩倍與次區間的寬度二者的乘積，各長方形面積的加和即為對 應于該波長區間[a，b]的③式中等號左邊的值。次區間個數越多、次區間寬度越窄時，所得 結果的精度越高。 測試步驟的步驟a中，入射光束由一個或多個光源發出，當采用多個光源時，入射 光束射向耦合器之前還依次經過聚焦透鏡和波分復用器；步驟c和步驟d之間還進行步驟 c+ :步驟c產生的干涉信號經分光鏡分離。 步驟d為來自分光鏡的信號分別被一個或多個光譜儀接受。
步驟d中光譜儀的數據由分析單元(如計算機)進行處理。 本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種可準確進行物質濃度檢測的裝置。
為解決上述技術問題，本發明提供一種物質濃度檢測裝置，包括光源、耦合器、參 考鏡、成像透鏡和光譜儀；光源為可發出預定波長帶寬的光束的光源，或者為兩個或兩個以 上可發出不同預定波長帶寬光束的光源的耦合；裝置的光路為光源向耦合器發出入射光， 耦合器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經過成像透鏡射向樣品，由參考 鏡和樣品產生的光再返回耦合器發生干涉，干涉光信號由光譜儀接收。 本發明檢測裝置中，光源可采用激光光源、發光二極管光源或超輻射發光二極管 光源，以及其他類型的光源；也可以是兩個或多個光源的耦合。
在此基礎上，進一步地 作為本發明的改進，光源包括第一光源和第二光源，光源和耦合器之間依次設有 聚焦透鏡和波分復用器；耦合器和光譜儀之間設有分光鏡，光譜儀包括第一光譜儀和第二 光譜儀。 本發明檢測裝置還可以設置與光譜儀電性連接的分析單元(例如計算機)，分析 單元可處理光譜儀的數據得到檢測樣品的濃度。 本發明的有益效果是本發明方法可以在對人體不產生損傷的情況下精確地測得 血糖濃度，還可同時得到房水中其它成分的濃度；結果準確，檢測過程快捷，實施方便。
下面通過具體實施方式
并結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明
圖1是本發明檢測裝置的一種具體實施方式
的光路示意圖；
圖2是血液在近紅外的吸收光譜； 圖3是按照本發明方法計算③式中等號左邊的積分式的值時的 2 (lnQ。 ( A ) -lnQ ( A ))與波長的關系圖，縱坐標InQ中的Q是干涉光強；
圖4是本發明檢測裝置的另一種具體實施方式
的光路示意圖。
具體實施方式
實施例一 (檢測裝置) 圖1示出了本發明的一種具體實施方式
。該檢測裝置可用于檢測人體眼房水中的 葡萄糖濃度，應用低相干干涉法探測人眼虹膜的反射光強信息，通過分析不同波長下光線 經眼內房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄糖濃度。 如圖1所示，該檢測裝置包括光源組件1、耦合器2、參考鏡3、成像透鏡4、樣品 5 (人眼眼前房)、光譜儀6和計算機9。 采用本實施例檢測裝置，得到人眼房水葡萄糖濃度的無損光學檢測方法是這樣實 現的采用光譜儀探測反射回來的參考光與人眼虹膜的背向散射光干涉的信號強度進行探 測，通過分析不同波長下光線經眼內房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄 糖濃度，最終達到監測人體血糖的目的。 [OOM] 實施例二 (檢測裝置) 圖4示出了本發明的另一種具體實施方式
。 該檢測裝置與實施例一的區別在于將兩個不同波長帶寬的光源la、lb發出的光 束經透鏡聚焦射入光纖后匯入波分復用器7，然后經過雙波長耦合器2后由光纖頭出射。一 束射向參考鏡3，另一束光線經過成像透鏡4聚焦在虹膜上，其背向散射光與參考鏡的反射 光在耦合器2中發生干涉，干涉光經分光鏡8，分別被光譜儀6a及6b接收，經計算機9處理 得到葡萄糖的濃度。la及lb兩光源的中心波長為1250nm及1610nm。
實施例三(檢測方法) 采用本上述檢測裝置得到人眼房水葡萄糖濃度的檢測方法是這樣實現的采用光 譜儀探測反射回來的參考光和人眼虹膜的背向散射光干涉的信號強度進行探測，通過分析 不同波長下光線經眼內房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄糖濃度，最終 達到監測人體血糖的目的。 本實施例中血糖濃度無損檢測方法包括以下過程
測試步驟 a.入射光束射向分光器，入射光束的波長帶寬包括人眼房水會出現光吸收的波長 區間[a，b]; b.分光器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經過透鏡射向樣
PR c.從參考鏡和檢測樣品返回的光在所述分光器發生干涉；
d.步驟C產生的干涉信號由光譜儀接收；
標準樣品測試過程 與人眼虹膜有著相同的散射和吸收系數的標準樣品為樣品，按照測試步驟進行 檢測，步驟d得到的干涉光的強度分別為Q『(^.....Qn。，在參考臂的反射光強不變下，
干涉光強的平方與樣品臂的反射光強成正比，則Q; = 4/rfjr/1()、022Q = 4 、 /:,,.....
0 20 =化人,"0 ，其中I10、 I2。.....I(n—d。、 In。是波長分別為V入2.....入n的入射光到達
標準樣品之前的光強，Q1Q、 Q2。.....Qn。分別是與波長為、、A2.....、的入射光對應的
干涉光強；U、U.....L是分別對應于波長A2.....An的參考臂的反射光的強度。
Kl、 K2... Kn分別為不同波長下的虹膜對光的反射系數。 人眼前房測試過程 按照測試步驟對人眼前房進行檢測，其中的步驟b為分光器將入射光分為兩束， 一束射向可移動的參考反射鏡，另一束經過成像透鏡射向人眼前房，透過角膜、房水后到達 虹膜；步驟C為由虹膜產生的背向散射光和來自可移動的參考反射鏡的反射光返回到分
光器處疊加發生干涉；步驟d得到的干涉光的強度分別為(^、92.....Qn，在參考臂的反射光
強不變下(與標準樣品時參考臂的反射光強相等)，干涉光強的平方與樣品臂的反射光強
成正比，則^2 = 44,A、込2 = 4frfr2/2、 、化2 = 4乙x;4 ，其中I" I2.....I(n—d、 in是波
長分別為A" 、.....An的入射光經過房水后的出射光達到虹膜之前的光強，Qp(^.....
Qn是與波長分別為A" 、.....An的入射光對應的干涉光的強度；U、1《.....L是分
別對應于波長A" A2.....An的參考臂的反射光的強度。Kl、 K2... Kn分別為不同波長
入i、 、.....An下的虹膜對光的反射系數。
計算 選取房水中的m+l種組分，設第一種組分為水，濃度為c。，吸光系數為e 。(A)，是 關于波長A的函數；第二種組分為葡萄糖，濃度為q，吸光系數為、(A)，是關于波長入 的函數；…;第m種組分濃度為Cm，吸光系數為e m(入)，是關于波長A的函數；d為光在房 水中通過的光程；根據郎伯-比爾定律，吸光度A(A)為』(李ta^(A)-1n/(李f^'^(,d …,"………①........①
1=0 選取的波長區間[a， b]，對①式關于波長A進行積分，得
i> ft *|*J(/l)rfA = ￡fc0 - j^o(A》rfA + rfq ' j"s,(A)iA +…+ ii^ ……②
……② 設f (2)rf義= , f￡ra(2)rfi = f ，則②式寫成
ftj*J(l)ii = (ff-c0+ — + ......③......③ Jl.選取m個或m個以上的不同波長區間[a，b]，在這些波長區間中房水出現光吸 收； J2.②式中的e。(A)、ei(A).....、(A)分別為房水中m+l種組分各自的吸光
系數，是關于波長A的函數，在所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上對e。(入)、
9、(A).....、(A)關于波長A進行積分，求得分別對應于各個所選波長區間[a，b]的
a 、 P 、. . . 、 Y的數值； J3.根據郎伯_比爾定律，lnl。(A)-lnl(入)=A(入)，而/。")=》,。'
A義)=，根據標準樣品測試過程中Qn0與In。的關系以及人眼前房測試過程中Qn與In的
關系，有:# =,，故， A(A) = 2(lnQ。(A)-lnQ(A))............... 通過標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個或m個以上的不同波 長區間[a， b]上不同波長A對應的Q。(A)和Q(A)的數值，擬合出每一個所選波長區間 [a，b]上lnQ。(A)和lnQ(A)關于波長A的函數關系式，得到A( A )關于波長A的函數 關系式，分別在所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上對該函數關系式關于波長入 進行積分，求得分別對應于各個所選波長區間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值；
J4.綜合步驟J2和步驟J3的結果，得到基于所選m個或m個以上的不同波長區間 [a，b]的③式，得到的m個或m個以上的③式的等號左邊均為已求出的數值結果、右邊為關
于m個未知數Cl、 c。.....cm的一次函數，進一步求出m種組分各自的濃度Cl、 c。.....cm。 實施例四(檢測方法) 該實施例與實施例三的區別在于步驟J3的不同
附 J3.根據郎伯_比爾定律，lnl。(A)-lnl(入)=A(入)，而/0")=》.。，
;=0
/(j)=I; ，根據標準樣品測試過程中Qn。與in。的關系以及人眼前房測試過程中Qn與in的
關系，有u，故，
A (入)=2 (lnQ。(入)-lnQ (入))............ 通過標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個或m個以上的不同波 長區間[a， b]上不同波長A對應的Q。(A)和Q(A)的數值；在每一個所選波長區間[a， b]進行如下步驟將波長區間[a，b]均分成x個次區間，在每一個次區間中取一個波長值， 通過所選波長值對應的Q。(A)和Q(A)的數值求得所選波長值下lnQ。(A)-lnQ(A)的數 值，所選波長值下2(lnQ。(A)-lnQ(入))的數值再乘以次區間的寬度(即(")/x)即為所 選波長值對應的次區間內的A(A)與次區間寬度的乘積，將各個次區間內的A(A)與次區 間寬度的乘積相加即得到對應于該波長區間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值。x取 值越大、次區間寬度越窄時，所得結果的精度越高。 人眼的檢測部位可以是虹膜、晶狀體前表面、晶狀體后表面、眼虹膜表面，也可以 是眼視網膜毛細血管層等其它部位，只要透過眼前房房水即可。
上述方法中的計算過程可以在計算機9中進行。
本發明檢測檢測方法也可以用于其它物質濃度的檢測。 本發明方法中，步驟J3中計算③式中等號左邊的積分式的值的過程，實際上就是
10計算圖3中在波長區間[a，b]上譜線21nQ。(A)與譜線21nQ(A)之間的面積，即圖3中陰 影部分的面積。圖3中上方的譜線是lnQ。(A)與波長A之間的關系曲線，下方的譜線是 21nQ(A)與波長A之間的關系曲線。實施例三中是通過得到2(lnQ。(A)-lnQ(A))關于 波長A的函數表達式來進行積分計算來求得③式中等號左邊的積分式的值，實施例四是 將圖3中的陰影部分均分成x個次區間，每個次區間的面積之和即為③式中等號左邊的積 分式的值。 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的 保護范圍。
權利要求
一種物質濃度無損檢測方法，其特征在于包括以下過程測試步驟a.入射光束射向分光器，入射光束的波長帶寬包括人眼房水會出現光吸收的波長區間[a，b]；b.分光器將入射光分為兩束，其中的一束射向參考鏡、另一束經過透鏡射向樣品；c.從參考鏡和檢測樣品返回的光在所述分光器發生干涉；d.步驟c產生的干涉光信號由光譜儀接收；標準樣品測試過程與人眼虹膜有著相同的散射和吸收系數的標準樣品為樣品，按照測試步驟進行檢測，步驟d得到的與波長分別為λ1、λ2、...、λn的入射光對應的干涉光的強度分別為Q10、Q20、...、Qn0；人眼前房測試過程按照測試步驟對人眼前房進行檢測，其中的步驟b為分光器將入射光分為兩束，一束射向可移動的參考反射鏡，另一束經過透鏡射向人眼前房，透過角膜、房水后到達虹膜；步驟c為由虹膜產生的背向散射光和來自可移動的參考反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發生干涉；步驟d得到的與波長分別為λ1、λ2、...、λn的入射光對應的干涉光的強度分別為Q1、Q2、...、Qn；計算選取房水中的m+1種組分，設第一種組分為水，濃度為c0，吸光系數為ε0(λ)，是關于波長λ的函數；第二種組分為葡萄糖，濃度為c1，吸光系數為ε1(λ)，是關于波長λ的函數；...；第m種組分濃度為cm，吸光系數為εm(λ)，是關于波長λ的函數；d為光在房水中通過的光程， <mrow><munderover> <mo>∫</mo> <mi>a</mi> <mi>b</mi></munderover><mi>A</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>λ</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>dλ</mi><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>α</mi> <mo>·</mo> <msub><mi>c</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>β</mi> <mo>·</mo> <msub><mi>c</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>+</mo> <mi>γ</mi> <mo>·</mo> <msub><mi>c</mi><mi>m</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>d</mi> </mrow>......③③式中，ε0(λ)、ε1(λ)、...、εm(λ)分別為房水中m+1種組分各自的吸光系數，是關于波長λ的函數；J1.選取m個或m個以上的不同波長區間[a，b]，在這些波長區間中房水出現光吸收；J2.在所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上對ε0(λ)、ε1(λ)、...、εm(λ)關于波長λ進行積分，求得分別對應于各個所選波長區間[a，b]的α、β、...、γ的數值；J3.A(λ)＝2(lnQ0(λ)-lnQ(λ))...............④所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上不同波長λ對應的Q0(λ)和Q(λ)的數值由標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結合④式得到對應于各個所選波長區間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值；J4.綜合步驟J2和步驟J3的結果，得到基于所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]的③式，得到的m個或m個以上的③式的等號左邊均為已求出的數值結果、右邊為關于m個未知數c1、c0、...、cm的一次函數，進一步求出m種組分各自的濃度c1、c0、...、cm。
2. 根據權利要求1所述的物質濃度無損檢測方法，其特征在于步驟J3中的"所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上不同波長A對應的Q。(A)和Q(A)的數值由標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結合④式得到對應于各個所選波長區間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"這樣實現通過標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個或m個以上的不同波長區間[a， b]上不同波長A對應的Q。(A)和Q(入)的數值，擬合出每一個所選波長區間[a， b]上lnQ。(A)和lnQ(A)關于波長A的函數關系式，得到A(A)關于波長A的函數關系式，分別在所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上對該函數關系式關于波長A進行積分，求得分別對應于各個所選波長區間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值。
3. 根據權利要求l所述的物質濃度無損檢測方法，其特征在于步驟J3中的"所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上不同波長A對應的Q。(A)和Q(A)的數值由標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到，再結合④式得到對應于各個所選波長區間[a， b]的③式中等號左邊的積分式的值"這樣實現通過標準樣品測試過程和人眼前房測試過程得到的所選m個或m個以上的不同波長區間[a，b]上不同波長A對應的Q。(A)和Q(A)的數值；在每一個所選波長區間[a， b]進行如下步驟將波長區間[a， b]均分成波長帶寬相等的次區間，在每一個次區間中取一個波長值，通過所選波長值對應的Q。(A)和Q(A)的數值求得所選波長值下lnQ。 ( A ) -lnQ ( A )的數值，所選波長值下lnQ。 ( A ) —lnQ ( A )的數值再乘以次區間的寬度即為所選波長值對應的次區間內的A(A)與次區間寬度的乘積，將各個次區間內的A(A)與次區間寬度的乘積相加即得到對應于該波長區間[a，b]的③式中等號左邊的積分式的值。
4. 根據權利要求1、2或3所述的物質濃度無損檢測方法，其特征在于測試步驟的步驟a中，入射光束由一個或多個光源發出，入射光束射向耦合器之前還依次經過聚焦透鏡和波分復用器；步驟c和步驟d之間還進行步驟c+ :步驟c產生的干涉信號經分光鏡分離。
5. 根據權利要求4所述的物質濃度無損檢測方法，其特征在于步驟d為來自分光鏡的信號分別被一個或多個光譜儀接收。
6. 采用權利要求5所述的物質濃度無損檢測方法；其特征在于步驟d中光譜儀的數據由分析單元進行處理。
7. —種物質濃度檢測裝置，其特征在于包括光源、耦合器、參考鏡、成像透鏡和光譜儀；所述光源為可發出預定波長帶寬的光束的光源，或者為兩個或兩個以上可發出不同預定波長帶寬光束的光源的耦合；所述裝置的光路為所述光源向所述耦合器發出入射光，所述耦合器將入射光分為兩束，其中的一束射向所述參考鏡、另一束經過所述透鏡射向樣品，由所述參考鏡和樣品產生的光再返回所述耦合器發生干涉，干涉光信號由所述光譜儀接收。
8. 根據權利要求7所述的物質濃度檢測裝置，其特征在于所述光源包括第一光源和第二光源，所述光源和耦合器之間依次設有聚焦透鏡和波分復用器；所述耦合器和光譜儀之間設有分光鏡，所述光譜儀包括第一光譜儀和第二光譜儀。
9. 根據權利要求7或8所述的物質濃度檢測裝置，其特征在于包括與所述光譜儀電性連接的分析單元，所述分析單元可處理光譜儀的數據得到檢測樣品的濃度。
全文摘要
本發明提供一種利用光學干涉來測量反射光強的光譜吸收法來無損測量物質濃度的方法及裝置。應用光學干涉法探測光線射入物質載體后的反射信號，根據不同波長下光線經眼內房水吸收后信號的變化來間接檢測人體眼房水的葡萄糖濃度。本發明方法可以在對人體不產生損傷的情況下精確地測得血糖濃度，還可同時得到房水中其它成分的濃度；結果準確，檢測過程快捷，實施方便。
文檔編號G01N21/31GK101696931SQ20091011052
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月15日 優先權日2009年10月15日
發明者何永紅, 馬輝 申請人:清華大學深圳研究生院;