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CN104545812A - 探测深度可控的人体生化指标无创检测装置 - Google Patents

探测深度可控的人体生化指标无创检测装置 Download PDF

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CN104545812A
CN104545812A CN201410843412.1A CN201410843412A CN104545812A CN 104545812 A CN104545812 A CN 104545812A CN 201410843412 A CN201410843412 A CN 201410843412A CN 104545812 A CN104545812 A CN 104545812A
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卢启鹏
吴春阳
丁海泉
高洪智
于新洋
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Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
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Abstract

探测深度可控的人体生化指标无创检测装置，属于光学与传感技术领域，为了解决现有技术无法对特定深度的皮肤组织进行专门测量的问题，该装置光源发出的近红外光经由入射光纤传导到探测头中，探测头与人体皮肤表面接触，则入射光投射到人体皮肤表面，经过在皮肤表面的反射与散射后进入出射光纤，出射光纤具有三组不同芯距的光纤，三组光纤分别传导至探测器一、探测器二和探测器三中，各个探测器将光信号转化为电信号，实现检测的目的；本发明实现了探测深度可控的人体生化指标无创检测。

Description

探测深度可控的人体生化指标无创检测装置
技术领域
本发明涉及探测深度可控的人体生化指标无创检测装置，属于光学与传感技术领域。
背景技术
人体表皮生化成分在临床与研究领域都有着重要意义。其中水分、油脂等可作为评判人体皮肤肤质与健康程度的重要指标，而其表皮层、真皮层中的糖、脂质、血红蛋白等生理指标与血液中的相应指标存在着很大程度的相关性，可以通过表皮光学分析来得到血糖、血脂、血红蛋白等指标。
在人体表皮生化指标近红外无创检测中，近红外光由光源入射到与人体表皮组织，经过人体组织的吸收与散射，于出射光中得到相应的吸收光谱。通过对光谱的建模分析可以得到人体表皮中各生化指标的预测值，该预测值可应用于临床的检测与监控，有着极高的临床价值。
近红外无创检测过程中应用的普适探头并不能达到最佳的检测效果，其主要不足在于：
1、由于其入射光纤与出射光纤的距离并没有经过精密的计算与设计，普适光纤探头无法对特定深度的皮肤组织进行专门测量。
2、普适的探头往往难于与皮肤组织进行贴合，容易造成不适感，而对有些的部位又无法探测。
发明内容
为了解决现有技术无法对特定深度的皮肤组织进行专门测量的问题，本发明提出一种探测深度可控的人体生化指标无创检测装置。
本发明解决技术问题的技术方案是：
探测深度可控的人体生化指标无创检测装置，其特征是，光源发出的近红外光经由入射光纤传导到探测头中，探测头与人体皮肤表面接触，则入射光投射到人体皮肤表面，经过在皮肤表面的反射与散射后进入出射光纤，出射光纤具有三组不同芯距的光纤，三组光纤分别传导至探测器一、探测器二和探测器三中，各个探测器将光信号转化为电信号，实现检测的目的。
本发明的有益效果是：
本发明通过入射光纤和出射光纤的特殊结构设计实现了探测深度可控的人体生化指标无创检测。入射光纤由多层出射光纤围绕，由内至外光纤芯距逐层递增。这样的光纤芯距可以使探头具有探测特定深度下皮肤组织的能力。对于人体皮肤，较短芯距的光纤探测的光谱中角质层的信号最强；中等芯距的光纤探测的光谱中表皮层与真皮层上层的信号最强；较长芯距的光纤探测的光谱中真皮层的信号最强。由于探头表面要与人体的皮肤直接接触，为了避免污染与干扰并且减少清洗的困难，本发明在探头与皮肤接触面上添加了一层玻璃，使之更容易与皮肤贴合。同时在探头尖端用刚性金属材料对探头进行加固。
附图说明
图1为本发明探测深度可控的人体生化指标无创检测装置示意图。
图中：1、光纤，2、光源，3-1、探测器一，3-2、探测器二，3-3、探测器三，4、探测头，1-1、入射光纤，1-2、出射光纤。
图2为本发明各光纤结构示意图。
图中：A、入射光纤截面，B、探测头内光纤截面，C、0.2mm出射光纤截面，D、0.6mm出射光纤截面，E、1.0mm出射光纤截面。
1-4、入射光纤芯，1-5、较短芯距出射光纤芯，1-6、中等芯距出射光纤芯，1-7、较长芯距出射光纤芯，1-8、绝缘塑料，1-9、金属软管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，探测深度可控的人体生化指标无创检测装置，光源2发出的近红外光经由入射光纤1-1传导到探测头4中，探测头4与人体皮肤表面接触，则入射光投射到人体皮肤表面，经过在皮肤表面的反射与散射后进入出射光纤1-2，出射光纤1-2具有三组不同芯距的光纤纤芯，三组光纤纤芯分别传导至探测器一3-1、探测器二3-2和探测器三3-3中，由各个探测器将光信号转化为电信号，实现检测的目的。
如图2所示，在探测头4中心位置为入射光纤1-1，在入射光纤1-1周围芯距0.2mm处设置短芯距出射光纤芯1-5、芯距0.6mm处设置中芯距出射光纤芯1-6和芯距1.0mm处设置长芯距出射光纤芯1-7。在这三种距离下近红外光可以探测人体皮肤的角质层、表皮层和真皮层各层的光谱信号。由于距离中心的入射光纤芯1-4越远近红外光在人体组织中传播的距离就越长，其出射的信号越微弱，所以越靠近外层的出射光纤芯越密集，以增加信号的强度。其中，较短芯距出射光纤芯1-5共4根，中等芯距出射光纤芯1-6共12根，较长芯距出射光纤芯1-7共16根。
本发明中光纤1的材质是相同的，其内部的各个光纤纤芯的周围为有一定柔韧性的绝缘塑料1-8，起到固定光纤1并使其具有一定的强度与韧性；光纤1的外层为不锈钢软管1-9，使光纤1在具有良好的刚性的同时又有受限的弯曲半径，起到保护光纤1的作用。不锈钢软管1-9的弯曲半径在入射光纤1-1，出射光纤1-2中相对较小，出射光纤1-2中短芯距出射光纤芯1-5、中芯距出射光纤芯1-6和长芯距出射光纤芯1-7较多，弯曲半径较大。出射光纤1-2的三种排列方式，其都是中心对称的，也可以于中心密集排列，保证出射光的均匀性。
探测头4要与皮肤直接接触，其探头前端盖有琉璃保护层4-1，可以保护入射光纤芯1-4、短芯距出射光纤芯1-5、中芯距出射光纤芯1-6和长芯距出射光纤芯1-7免受外界的污染并且便于清洁。探测头4前部由刚性金属层4-2包覆，便于其它设备对其进行固定。

Claims (3)

1.探测深度可控的人体生化指标无创检测装置，其特征是，光源(2)发出的近红外光经由入射光纤(1-1)传导到探测头(4)中，探测头(4)与人体皮肤表面接触，则入射光投射到人体皮肤表面，经过在皮肤表面的反射与散射后进入出射光纤(1-2)，出射光纤(1-2)具有三组不同芯距的光纤，三组光纤分别传导至探测器一(3-1)、探测器二(3-2)和探测器三(3-3)中，各个探测器将光信号转化为电信号，实现检测的目的。
2.根据权利要求1所述的探测深度可控的人体生化指标无创检测装置，其特征在于，所述探测头(4)中心为入射光纤(1-1)，在入射光纤(1-1)周围不同距离处分别设置短芯距出射光纤(1-5)、中芯距出射光纤(1-6)和长芯距出射光纤(1-7)。
3.根据权利要求1所述的探测深度可控的人体生化指标无创检测装置，其特征在于，探测头(4)探头前端盖有琉璃保护层(4-1)；探测头(4)前部由刚性金属层(4-2)包覆。
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