[发明专利]用于无创血糖检测的单腔光声池及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无创血糖检测用光声池，具体地，是一种用于无创血糖检测用的非共振型单腔光声池以及利用该光声池进行无创血糖检测的方法。

背景技术

无创血糖检测方法由于病人痛苦少、感染几率低、可以连续监测血糖变化，因而成为血糖检测领域的发展趋势。目前主要的血糖无创检测方法主要有近红外光谱法、荧光光谱法、光声光谱法等。其中光声光谱法由于具有灵敏度高、特异性好，而成为最有希望成功用于临床诊疗的方法之一。

光声光谱是光谱学的一个重要分支，是一种综合了光、热、声、电等原理技术的光谱分析新方法。用一定频率调制的光源或脉冲光源照射物质，当物质受到光照射时，物质因吸收光能而受激发，然后通过非辐射消除激发的过程使吸收的光能(全部或部分)转变为热。周期的光照调制使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生应力(或压力)的周期性变化，因而产生声信号，此种信号称光声信号。光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。

光声光谱法主要由光源、斩波器、光声池、声敏元件(传声器)、放大器、信号处理系统和记录系统组成。其中光声信号的产生又依赖于光声池这个尤为重要的载体和转换环境，在利用光声谱研究无创血糖检测的领域中，光声池发挥着至关重要的作用，主要表现在如何提供一个优越的光声转换环境和增强光声信号的作用。

随着对激光和光声技术的深入研究，对于光声光谱仪的核心部件光声池的研究愈来愈引起人们的关注。不同的检测对象对光声池有不同的要求，而且光声池又直接影响其检测灵敏度。光声池从功能上可以分为气体光声池、固体光声池和液体光声池，对于血糖监测而言需要液体光声池。从结构上可以分为单腔和多腔。多腔中双腔较多见，其优势可以使用差分原理和利用亥姆霍兹共振理论来增强光声信号，例如“用于气体光声光谱监测的纵向共振光声池(201010251483.4)”等。

但是，已有的共振型光声池大多为气体光声池，而血糖监测需要固体(样品为葡萄糖粉末)或者液体(样品为葡萄糖水溶液)光声池。而且，亥姆霍兹共振频率由两个腔体的体积和连接腔体所决定，所以亥姆霍兹共振型光声池的一个很大的弊端，就是当调制频率变化时连通管的大小不能再调，即亥姆霍兹共振型光声池适用于单一的固定不变的调制频率。当调制频率变化时，其共振效果也就大打折扣，因而失去意义。另外，当调制频率较低时(血糖监测要求如此)，连通管的体积必须足够大，而且连接两个连通管的气体管道直径非常小，在加工工艺上有不太好实现。因此，传统的亥姆霍兹共振型光声池不太适合血糖监测的要求。

发明内容

本发明针对缺少针对无创血糖检测所需的光声池、传统共振型光声池的设计缺少足够的依据和参数设计准则的现状，提出一种可用于无创血糖检测的非共振单腔光声池以及利用该光声池进行无创血糖检测的方法，可同时用于固体葡萄糖粉末和葡萄糖水溶液浓度的检测，从而可以满足无创血糖监测的要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

所述的光声池，是以RG理论为基础，参考各种有关材料的物理性能，以空气作为载体，综合理论和实践两个方面的考虑设计而成的。

根据RG理论：信号依赖于样品-气体界面上声压扰动的产生和扰动通过气体到传声器的传输，表面压力扰动的产生又依赖于样品-气体界面上温度的周期性变化。气体中依赖于时间的温度分量随着离开固体表面距离的增加很快的衰减。由于边界层的周期性加热，这个气体层周期的膨胀和收缩，因而可以近似的看成一个活塞，这个活塞作用于其他气体部分，产生的声压信号通过整个气柱，并可以被微音器检测到。

本发明所述的单腔光声池由样品池、观察窗、加样器、激光器、微音器等组成。待测样品通过加样器加注到样品池内，其上表面直至观察窗的空间自然形成气体腔。观察窗安装于样品池的顶部，观察窗上安装有激光器，可向样品投射具有一定调制频率的激光束。在观察窗上安装有高性能的微音器，用以检测光声信号的强弱。

所述的样品池采用热扩散率比较大的材料制成，以减少可能产生的干扰信号。优先采用铝合金材料制作样品池，其次可以采用黄铜材料制作样品池，其他材料的热扩散率不应小于0.3cm²/s。

所述的样品池具有足够厚重的壳体，以形成良好的声屏蔽和隔声效果。其厚度的选择，应该保证对500Hz声信号的隔音量大于35dB。与此同时，为了避免光声池发生吻合效应，光声池的壁厚应该保证其吻合临界频率大于激光器调制频率的10倍以上。