專利名稱：無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量物質(zhì)光譜的方法。特別是涉及一種不需抽血就可以測量血液光 譜與成分的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法。
通常，測量血液的光譜自然需要將血液從動物或人體抽出，然后才能進行血液光譜 的測量。但抽出血液必然就會產(chǎn)生創(chuàng)傷，帶來感染的危險和其他危害。因此，人們將血 液光譜的檢測一直作為夢想而己。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種不抽血而實現(xiàn)血液光譜的測量的無創(chuàng)測量 血液光譜與成分的方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，包括有如下步
驟
1)采用高速光譜儀連續(xù)測量被測體的透射光譜4:
,4 乂……，4 }， {々，4,《，……,4 }，……{《，《，4"，……,《} 其中t一一時間；入 一一波長； 2)將連續(xù)的多幅光譜按照時間對每一個波長的光強值排序，得到每個波長的脈搏波:
3) 對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅值最大的諧波《，并由各個波長的該
諧波幅值按時間順序重排構(gòu)成一幅光譜^/,fl"W,......該光譜即為脈動部分動脈血
液光譜，其中i——幅值最大的諧波；J'"一波長；
4) 對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，就可以無創(chuàng)檢測出血液成分。 所述的將連續(xù)的多幅光譜按照時間對每一個波長的光強值排序，是將得到連續(xù)光譜
圖中同一波長的光譜按照時間重新排列，從而得到各個波長的光電脈搏波。
所述的對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，是分別提取各波長下對數(shù)脈搏波頻譜 中第一個能量集中頻率點處的幅值替代脈搏波的峰峰值，計算該波長下的吸光度以組成
背景技術(shù)：
4: {4《4，……,4"}光譜。
所述的對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，是采用偏最小二乘法實現(xiàn)的。 所述的對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。 所述的對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，是采用支持向量機實現(xiàn)的。 本發(fā)明的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，不需要直接采集血液，不會給人體造成 任何損傷和感染，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測，不會造成二次污染。


圖1是本發(fā)明無創(chuàng)測量血液光譜與成分方法的測量示意圖2是光電脈搏波吸光度構(gòu)成示意圖3是光電脈搏波的三維顯示效果圖4是本發(fā)明方法所用的裝置的第一實例；
圖5是本發(fā)明方法所用的裝置的第二實例；
圖6是本發(fā)明方法所用的裝置的第三實例；
圖7是本發(fā)明方法所用的裝置的第四實例。
其中
1:光源2:準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)
3:被測體4:高速光譜儀
5:計算機或微控制器6:入射光
7:光敏檢測8:靜態(tài)組織
9:動態(tài)組織81:其它組織吸收
82:靜脈血液吸收83:非脈動動脈血液吸收
91:脈動動脈血液吸收8a:靜態(tài)部分
9a:動態(tài)部分I:出射光強
10:光棚12:信號采集
13:控制系統(tǒng)14:狹縫
15:LED陣列16:光敏傳感器
17:信號調(diào)理18:數(shù)據(jù)采集
19:聚光透鏡A0TF:聲光調(diào)制器
20:濾波片21:輸出控制
22:光電接收
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法做出詳細(xì)說明。
本發(fā)明的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，采用如圖1所示的方式，包括有如下步驟
41) 采用高速光譜儀連續(xù)測量被測體的透射光譜4 (其中t一一時間；A —一波長)
k ，々;，……，4 }， k, 42,4,……，4 },……{( ,……,《};
2) 將連續(xù)的多幅光譜按照時間對每一個波長的光強值排序，得到每個波長的脈搏波， 即，將得到連續(xù)光譜圖中同一波長的光譜按照時間重新排列，從而得到各個波長的光電 脈搏波
3) 對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅值最大命諧波《其中i一一幅值最
大的諧波；J一一波長，并由各個波長的該諧波幅值按時間順序重排構(gòu)成一幅光譜 ......該光譜即為脈動部分動脈血液光譜。具體是分別提取各波長下對數(shù)
脈搏波頻譜中第一個能量集中頻率點處的幅值替代脈搏波的峰峰值，計算該波長下的吸 光度以組成光譜。
4) 對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，如偏最小二乘法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機等 常用化學(xué)計量分析方法，就可以無創(chuàng)檢測出血液成分。
如圖2所示，本發(fā)明的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，對任一波長的光透過生物 組織后可以得到脈搏波(光電容積波)。所以，如圖3所示，而后將得到連續(xù)光譜圖中 同一波長的按照時間重新排列，可以得到各個波長的光電脈搏波。
每個波長的光電脈搏波的峰值(光強最大值力服)是動脈血液最薄時候的透射光強， 而光電脈搏波的谷值(光強最小值i"^)是動脈血液最厚時候的透射光強。換言之，可以 把動脈血液在每個心臟搏動周期中容積發(fā)生變化時，容積變化的那部分厚度"血層"的 入射光強對應(yīng)光電脈搏波的峰值(光強最大值)，出射光強對應(yīng)光電脈搏波的谷值(光 強最小值/—)，也就是光電脈搏波的峰峰值(力《—力^)是動脈血液容積變動部分的吸 收值。按照朗伯一比爾定律，對脈動動脈血液層，有
式中J"為脈動部分動脈血液在波長為A時的吸光度， < 為波長為A的單色光的消光
系數(shù)，W為最大充盈狀態(tài)下該單色光在脈動動脈血液的等效光程，C,則為組分濃度。
由于傅立葉變換具有線性特性，且理想情況下不同波長下脈搏波是幾何相似的，可 以用脈搏波的最大諧波分量替代峰峰值。艮P:
峰峰值(時域)仁^最大諧波幅值(頻域)
分別提取各波長下對數(shù)脈搏波頻譜中第一個能量集中頻率點處的幅值替代脈搏波的峰峰值，計算該波長下的吸光度以組成光譜。這樣就獲得了脈動部分動脈血液的光譜數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)了脈動部分動脈血液光譜的無創(chuàng)測量。
本發(fā)明的方法用于如圖4所示的裝置中時，寬帶光源1通過準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)2照射到 手指3或其他部位，透過手指3的光進入狹縫14，繼而投射到光柵IO，再反射到CCD檢 測系統(tǒng)11上，此時，CCD可以得到一系列光譜信號。計算機或微控制器5通過控制系統(tǒng) 13和信號采集(電路)12得到連續(xù)的多幅光譜。按照時間對每一個波長的光強值排序， 得到每個波長的脈搏波。再對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅值最大的諧波(各 個波長取同一諧波)，并由各個波長的該諧波幅值重排構(gòu)成一幅光譜。該光譜即為脈動 部分動脈血液光譜。對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，就可以無創(chuàng)檢測出血液成分。
本發(fā)明的方法用于如圖5所示的裝置中時，計算機或微控制器5通過控制電路13驅(qū) 動LED (半導(dǎo)體發(fā)光二極管)陣列15，通過頻域或時域調(diào)制方式發(fā)出不同波長的光照射 到手指3或其他部位，透過手指3的光被光敏傳感器16接收。計算機或微控制器5通過 控制數(shù)據(jù)采集電路18和信號調(diào)理電路17得到連續(xù)的多幅光譜。按照時間對每一個波長 的光強值排序，得到每個波長的脈搏波。再對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅 值最大的諧波(各個波長取同一諧波)，并由各個波長的該諧波幅值重排構(gòu)成一幅光譜。 該光譜即為脈動部分動脈血液光譜。對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，就可以無創(chuàng)檢 測出血液成分。
本發(fā)明的方法用于如圖6所示的裝置中時，計算機或微控制器5通過控制電路13驅(qū) 動A0TF (聲光調(diào)制器)，而A0TF可以對經(jīng)過聚光透鏡19的光進行選擇，某一瞬時只讓 一個波長的光通過AOTF，經(jīng)過選擇波長的光照射到手指3或其他部位，透過手指3的光 被光敏傳感器16接收。計算機或微控制器5通過控制數(shù)據(jù)采集電路18和信號調(diào)理電路 17同步釆集多個波長的透射光，從而得到連續(xù)的多幅光譜。按照時間對每一個波長的光 強值排序，得到每個波長的脈搏波。再對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅值最 大的諧波(各個波長取同一諧波)，并由各個波長的該諧波幅值重排構(gòu)成一幅光譜。該 光譜即為脈動部分動脈血液光譜。對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，就可以無創(chuàng)檢測 出血液成分。
本發(fā)明的方法用于如圖6所示的裝置中時，計算機或微控制器5通過輸出控制電路 21驅(qū)動濾光片20的轉(zhuǎn)輪，對經(jīng)過準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)2的光進行選擇，某一瞬時只讓一個波長 的光通過，經(jīng)過選擇波長的光照射到手指3或其他部位，透過手指3的光被光電接收電 路22所接收，計算機或微控制器5通過控制數(shù)據(jù)采集電路17和濾光片20的轉(zhuǎn)輪同步采 集多個波長的透射光，從而得到連續(xù)的多幅光譜。按照時間對每一個波長的光強值排序， 得到每個波長的脈搏波。再對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅值最大的諧波(各 個波長取同一諧波)，并由各個波長的該諧波幅值重排構(gòu)成一幅光譜。該光譜即為脈動 部分動脈血液光譜。對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，就可以無創(chuàng)檢測出血液成分。
權(quán)利要求
1. 一種無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，其特征在于，包括有如下步驟1)采用高速光譜儀連續(xù)測量被測體的透射光譜其中t——時間；λ——波長；2)將連續(xù)的多幅光譜按照時間對每一個波長的光強值排序，得到每個波長的脈搏波3)對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅值最大的諧波并由各個波長的該諧波幅值按時間順序重排構(gòu)成一幅光譜該光譜即為脈動部分動脈血液光譜，其中i——幅值最大的諧波；j——波長；4)對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，就可以無創(chuàng)檢測出血液成分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，其特征在于，所述的將 連續(xù)的多幅光譜按照時間對每一個波長的光強值排序，是將得到連續(xù)光譜圖中同一波長 的光譜按照時間重新排列，從而得到各個波長的光電脈搏波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，其特征在于，所述的對 每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，是分別提取各波長下對數(shù)脈搏波頻譜中第一個能量 集中頻率點處的幅值替代脈搏波的峰峰值，計算該波長下的吸光度以組成光譜。.
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，其特征在于，所述的對 動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，是采用偏最小二乘法實現(xiàn)的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，其特征在于，所述的對 動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，其特征在于，所述的對 動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，是采用支持向量機實現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無創(chuàng)測量血液光譜與成分的方法，包括有如下步驟1.采用高速光譜儀連續(xù)測量被測體的透射光譜A_λ^t{A₁¹，A₂¹，A₃¹，…，A_m¹}，{A₁²，A₂²，A₃²，…，A_m²}，…{A₁ⁿ，A₂ⁿ，A₃ⁿ，…，A_mⁿ}；2.將連續(xù)的多幅光譜按照時間對每一個波長的光強值排序，得到每個波長的脈搏波A₁^t{A₁¹，A₁²，A₁³，…A₁ⁿ}，A₂^t{A₂¹，A₂²，A₂³，…，A₂ⁿ}…A₁^t{A_m¹，A_m²，A_m³，…，A_mⁿ}；3.對每個波長的脈搏波進行傅立葉變換，取幅值最大的諧波a_jⁱ，并由各個波長的該諧波幅值按時間順序重排構(gòu)成一幅光譜{a₁^j，a₂^j，a₃^j，…，a_m^j}，該光譜即為脈動部分動脈血液光譜，其中i——幅值最大的諧波；j——波長；4.對動脈血液光譜進行化學(xué)計量分析，就可以無創(chuàng)檢測出血液成分。本發(fā)明不需要直接采集血液，不會給人體造成任何損傷和感染，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測，不會造成二次污染。
文檔編號A61B5/145GK101507607SQ20091006828
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者剛 李, 凌 林 申請人:天津大學(xué)