本發明屬于生物醫療技術領域，具體涉及一種血管自動定位的光聲血糖檢測裝置及方法。

背景技術：

目前，全球患糖尿病人數已經超過4億人，而我國是全球糖尿病患者第一大國，糖尿病已經成為嚴重威脅人們生命健康和生存質量的三大殺手之一。由于到目前為止，醫學上治療糖尿病只能通過定期地跟蹤測量血糖值及變化，配以藥物調節胰島素的代謝功能，從而控制體內血糖濃度并趨于穩定。因此，血糖及其變化的測量準確與否對控制糖尿病病情具有十分重要的作用。傳統的血糖測量方法是針刺采血法，這種方法不僅給患者帶來身心和經濟負擔，而且頻繁地針刺采血會使給病患帶來二次感染的風險。因此，無損傷性的血糖檢測方法是未來血糖檢測的發展趨勢。

到目前為止已經有幾種無損傷的檢測方法應用于血糖檢測，其中光學方法最具代表性，如：近/中紅外光譜法、偏振光測量法、相干光測量法和光聲測量法等。其中，光聲技術具有光學高分辨率和超聲高對比度的優點，并且，光聲法是利用探測超聲信號來代替光譜法的探測光子信號的特點，從而從原理上避開了組織中散射光對有用信號帶來的強烈干擾，可以提高光聲信號的信噪比和測量準確度。由于測量血糖值及其變化最終是要應用于人體在體檢測，而對于光聲技術測量血糖來講，其入射光在人體內產生的光聲源位置，對于血糖值測量的合理性和準確性至關重要。有研究表明，血糖濃度在人體表皮、真皮、皮下組織和血管內的血液分布是存在很大差異性的，雖然也有利用皮膚組織液中的血糖值來間接反映血液中的血糖濃度，但是其相關性是否完全正確目前還沒有定論，依然處于研究階段。并且，其他人體組織部位中含有許多組分(如：脂肪、纖維組織和骨骼等)的干擾，使得測量的血糖特征光聲信號提取困難。另外，研究也表明，其他人體組織部位(如：皮膚中的組織間液)中的血糖濃度含量與血管中全血血糖濃度含量之間存在一定的時延效應，這些因素都會對人體真實血糖濃度含量和變化趨勢的精確測量造成一定的影響。而對血管或毛細血管中的血液直接進行光聲檢測，所測量的光聲信號最能表征人體血糖濃度的真實信息。因此，入射光在人體組織中的光聲源定位是血糖濃度測量準確與否的關鍵。

技術實現要素：

本發明為解決現有技術存在的不足，提供一種血管自動定位的光聲血糖檢測裝置及方法，可以大大提高血糖檢測的準確度和可靠性。

為了解決本發明的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種血管自動定位的光聲血糖檢測裝置，包括激發光源裝置1、樣品裝置2，探測裝置3和信號處理裝置4，所述激發光源裝置1沿光傳播方向由激光器11、光闌12、準直透鏡13和聚焦透鏡14構成，所述聚焦透鏡14為焦距可調式聚焦透鏡；所述樣品裝置2用于裝載和固定被測樣品，所述探測裝置3包括后向超聲探測器31、側向超聲探測器32、掃描移動平臺33、移動平臺控制器34和微型調焦控制器35，所述信號處理裝置4由信號放大器41、信號采集卡42和計算機43依次電氣連接構成；所述后向超聲探測器31環中心點與所述聚焦透鏡14中心點重合，所述后向超聲探測器31的前段面與所述聚焦透鏡14的徑向面在同一平面上，所述激光器11出口與光闌12、準直透鏡13和聚焦透鏡14的中心在一條軸線上，所述側向超聲探測器32固定在掃描移動平臺33上，隨掃描移動平臺33移動而移動；所述掃描移動平臺33與移動平臺控制器34電氣連接，所述移動平臺控制器34與計算機43連接；所述信號放大器41輸入端分別與所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32的信號輸出端相連；所述信號采集卡42與激光器11電氣連接，將激光器11的周期脈沖信號作為信號采集卡42進行信號采集操作的外部觸發條件。

優選地，所述后向超聲探測器31為一環形超聲探測器，所述后向超聲探測器31內環直徑等于所述聚焦透鏡14的外徑，所述聚焦透鏡14內嵌于后向探測器內環31中，與聚焦透鏡14構成一體化，所述后向超聲探測器31位置隨聚焦透鏡14焦距的變化而變化。

優選地，所述的樣品裝置2位于所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32之間，所述后向超聲探測器31的軸線方向與所述側向超聲探測器32的軸線方向互為90度。

優選地，所述側向超聲探測器32為單元或多元或環形超聲探測器，所述側向超聲探測器固定連接在所述掃描移動平臺33上，通過計算機43給移動平臺控制器34發送指定，來控制掃描移動平臺33的移動，進而控制側向超聲探測器32在垂直或水平方向上的平移動作。

優選地，所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32的前端面與樣品裝置上的被測組織的表面平行緊密接觸，所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32與被測組織之間均涂抹超聲耦合液。

優選地，所述計算機43和信號采集卡42之間通過圖形化編程軟件labview來實現數據的外部觸發采集和保存等功能。

一種血管自動定位的光聲血糖檢測裝置及方法，包括以下步驟：

第一步：通過掃描移動平臺33將側向超聲探測器32的前端面中心軸位置復位至后向超聲探測器31前端面水平位置，即：將后向超聲探測器31的前端面水平位置作為側向超聲探測器32掃描移動動作的空間零起始位置。

第二步：開啟激光器11的電源開關，激光器11預測約半小時后，在樣品裝置2上的被測組織測量區域的表面均勻涂抹超聲耦合液，將聚焦透鏡14連同后向超聲探測器31和側向超聲探測器32均與被測組織表面平行緊密接觸。

第三步：開啟信號放大器41、信號采集卡42和計算機43的電源開關，設置好激光器11的能量、頻率和波長等參數，點擊激光器11激發光束按鍵，脈沖激光光束從激光器11出口處射出。

第四步：激光器11發出的脈沖激光光束先經過光闌12除去部分雜散光，然后依次經過準直透鏡13準直和聚焦透鏡14聚焦后入射到樣品裝置2上的被測組織中，被測組織產生光聲信號。后向超聲探測器31和側向超聲探測器32同時捕獲被測組織產生的光聲信號。

第五步：由計算機43向移動平臺控制器34發送掃描移動指令，掃描移動平臺33開始運轉，驅動側向超聲探測器32對整個樣品裝置2中的被測組織進行z方向的平移掃描，側向超聲探測器32同步捕獲被測組織的實時光聲信號。

第六步：側向超聲探測器32捕獲的被測組織實時光聲信號，經過信號放大器41放大后，傳送至信號采集卡42進行同步采集，然后采集到的光聲信號數據在計算機43的圖形化編程軟件操作下，并記被測組織實時光聲信號的峰峰值，以及側向超聲探測器32與后向超聲探測器31探測器前端平面的距離h。

第七步：將第六步獲得的被測組織的實時光聲信號的峰峰值，通過計算機43的數據處理算法，得到側向超聲探測器32掃描獲得的最大光聲峰峰值和空間位置(即：血管23在z方向的位置)及其對應的側向超聲探測器32與后向超聲探測器31探測器前端平面的距離h。

第八步：計算機43根據第七步獲得的側向超聲探測器32與后向超聲探測器31探測器前端平面的距離h，向微型調焦控制器35發送指令，將聚集透鏡14的焦距自動調整長度為δl，即：δl＝l-h，其中l為聚焦透鏡14的焦距，即聚焦透鏡14到血管23的距離，使得聚集透鏡14的入射聚集光斑正好落入血管23中。

第九步：根據第八步確定好入射聚集光斑落入血管23后，由后向超聲探測器31捕獲血糖實時光聲信號，然后，依次經過信號放大器41放大和信號采集卡42同步采集，將光聲數據送入計算機43進行血管23中血糖光聲信號的存儲和分析處理。

第十步：完成一個被測對象的上述所有步驟后，將激光器11能量調至0，更換不同的檢測部位或被測對象，然后，重復第一步至第九步直至完成所有被測對象的血管定位的血糖光聲檢測，并得到了所有被測對象血管中血糖的光聲數據，構成一個不同檢測部位或被測對象的血糖光聲數據矩陣，然后建立光聲數據矩陣與血糖濃度矩陣的關系模型，并最終實現對未知血管中血糖濃度的預測。

與現有技術相比，本發明獲得的有益效果是：

本發明公開的一種血管自動定位的光聲血糖檢測裝置及方法，采用后向超聲探測器和側向超聲探測器不僅可以無損傷性的探測離體或在體的血糖濃度信息，而且還可以準確地獲取被測組織體內血管的具體位置，通過對聚焦透鏡焦點的自動調節，可以確保入射脈沖激光準確地落入到血管中去，從而實現對血管中血糖濃度的光聲檢測，大大提高血糖檢測的準確性。

附圖說明

圖1為本發明結構原理示意圖

圖2為后向超聲探測器、側向探測器與被測組織之間的位置關系示意圖。

附圖標記：1、激發光源裝置；11、激光器；12、光闌；13、準直透鏡；14、聚焦透鏡；2、樣品裝置；21、上皮組織；22、皮下組織；23、血管；24、肌肉組織；25、骨骼；3、探測裝置；31、后向超聲探測器；32、側向超聲探測器；33、掃描移動平臺；34、移動平臺控制器；35、微型調焦控制器；4、信號處理裝置；41、信號放大器；42、信號采集卡；43、計算機。

具體實施方式

下面結合附圖，對實施例進行詳細說明。

參見附圖1和附圖2，一種血管自動定位的光聲血糖檢測裝置，包括激發光源裝置1、樣品裝置2，探測裝置3和信號處理裝置4，所述激發光源裝置1沿光傳播方向由激光器11、光闌12、準直透鏡13和聚焦透鏡14構成；所述樣品裝置2用于裝載和固定被測樣品，被測樣品或組織器官由表及里可以依次包括上皮組織21、皮下組織22、血管23、肌肉組織24和骨骼25；所述探測裝置3包括后向超聲探測器31、側向超聲探測器32、掃描移動平臺33、移動平臺控制器34和微型調焦控制器35，所述信號處理裝置4由信號放大器41、信號采集卡42和計算機43依次電氣連接構成；所述激光器11出口與光闌12、準直透鏡13和聚焦透鏡14的中心在一條軸線上，所述側向超聲探測器32固定在掃描移動平臺33上，隨掃描移動平臺33移動而移動；所述掃描移動平臺33與移動平臺控制器34電氣連接，所述移動平臺控制器34與計算機43連接；所述信號放大器41輸入端分別與所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32的信號輸出端相連；所述信號采集卡42與激光器11電氣連接，將激光器11的周期脈沖信號作為信號采集卡42進行信號采集操作的外部觸發條件。

進一步地，所述聚焦透鏡14為焦距可調式聚焦透鏡。

進一步地，所述后向超聲探測器31為一環形超聲探測器，所述后向超聲探測器31內環直徑等于所述聚焦透鏡14的外徑，所述聚焦透鏡14內嵌于后向探測器內環31中，與聚焦透鏡14構成一體化，所述后向超聲探測器31位置隨聚焦透鏡14焦距的變化而變化。

進一步地，所述后向超聲探測器31環中心點與所述聚焦透鏡14中心點重合，所述后向超聲探測器31的前段面與所述聚焦透鏡14的徑向面在同一平面上。

進一步地，所述的樣品裝置2位于所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32之間，所述后向超聲探測器31的軸線方向與所述側向超聲探測器32的軸線方向互為90度。

進一步地，所述側向超聲探測器32為單元或多元或環形超聲探測器，所述側向超聲探測器固定連接在所述掃描移動平臺33上，通過計算機43給移動平臺控制器34發送指定，來控制掃描移動平臺33的移動，進而控制側向超聲探測器32在垂直或水平方向上的平移動作。

進一步地，所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32的前端面與樣品裝置上的被測組織的表面平行緊密接觸，所述后向超聲探測器31和側向超聲探測器32與被測組織之間均涂抹超聲耦合液。

進一步地，所述計算機43和信號采集卡42之間通過圖形化編程軟件labview來實現數據的外部觸發采集和保存等功能。

一種血管自動定位的光聲血糖檢測方法，包括如下步驟：

第一步，通過掃描移動平臺33將側向超聲探測器32的前端面中心軸位置復位至后向超聲探測器31前端面水平位置，即：將后向超聲探測器31的前端面水平位置作為側向超聲探測器32掃描移動動作的空間零起始位置。

第二步，開啟激光器11的電源開關，激光器11預測約半小時后，在樣品裝置2上的被測組織測量區域的表面均勻涂抹超聲耦合液，將聚焦透鏡14連同后向超聲探測器31和側向超聲探測器32均與被測組織表面平行緊密接觸。

第三步，開啟信號放大器41、信號采集卡42和計算機43的電源開關，設置好激光器11的能量、頻率和波長等參數，點擊激光器11激發光束按鍵，脈沖激光光束從激光器11出口處射出。

第四步，激光器11發出的脈沖激光光束先經過光闌12除去部分雜散光，然后依次經過準直透鏡13準直和聚焦透鏡14聚焦后入射到樣品裝置2上的被測組織中，被測組織產生光聲信號。后向超聲探測器31和側向超聲探測器32同時捕獲被測組織產生的光聲信號。

第五步，由計算機43向移動平臺控制器34發送掃描移動指令，掃描移動平臺33開始運轉，驅動側向超聲探測器32對整個樣品裝置2中的被測組織進行z方向的平移掃描，側向超聲探測器32同步捕獲被測組織的實時光聲信號。

第六步，側向超聲探測器32捕獲的被測組織實時光聲信號，經過信號放大器41放大后，傳送至信號采集卡42進行同步采集，然后采集到的光聲信號數據在計算機43的圖形化編程軟件操作下，并記被測組織實時光聲信號的峰峰值，以及側向超聲探測器32與后向超聲探測器31探測器前端平面的距離h。

第七步，將第六步獲得的被測組織的實時光聲信號的峰峰值，通過計算機43的數據處理算法，得到側向超聲探測器32掃描獲得的最大光聲峰峰值和空間位置(即：血管23在z方向的位置)及其對應的側向超聲探測器32與后向超聲探測器31探測器前端平面的距離h。

第八步，計算機43根據第七步獲得的側向超聲探測器32與后向超聲探測器31探測器前端平面的距離h，向微型調焦控制器35發送指令，將聚集透鏡14的焦距自動調整長度為δl，如附圖2所示，即：δl＝l-h，其中l為聚焦透鏡14的焦距，即聚焦透鏡14到血管23的距離，使得聚集透鏡14的入射聚集光斑正好落入血管23中。

第九步，根據第八步確定好入射聚集光斑落入血管23后，由后向超聲探測器31捕獲血糖實時光聲信號，然后，依次經過信號放大器41放大和信號采集卡42同步采集，將光聲數據送入計算機43進行血管23中血糖光聲信號的存儲和分析處理。

第十步，完成一個被測對象的上述所有步驟后，將激光器11能量調至0，更換不同的檢測部位或被測對象，然后，重復第一步至第九步直至完成所有被測對象的血管定位的血糖光聲檢測，并得到了所有被測對象血管中血糖的光聲數據，構成一個不同檢測部位或被測對象的血糖光聲數據矩陣，然后建立光聲數據矩陣與血糖濃度矩陣的關系模型，并最終實現對未知血管中血糖濃度的預測。

以上列舉的僅是本發明的具體實施例之一。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多類似的改形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明所要保護的范圍。