[发明专利]基于锁模飞秒激光的人体健康监测方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及飞秒宽带吸收光谱技术，具体为一种基于锁模飞秒激光的人体健康监测方法与装置。

背景技术

到目前为止，科学家已经从人体所呼出的气体中分析得到数千种成份。这些气体分子可能来源于外界的环境或是人类自身，这些成份可以提供源于我们自身健康的一些生理学信息或是我们从环境中所吸收的一些有毒有害气体。一些特定分子的出现与一些特殊的疾病息息相关，通过测量人体呼出的气体来间接监测人的健康状况是一种快捷, 准确且经济的健康检测手段。在实际生活中，人们也开始将一些探测气体成份的方法应用到人体呼出气体的分析当中，进而分析人体的健康程度。其中就包括光学探测、质谱分析法和电子鼻技术。质谱分析法灵敏度极其高，可以探测含量少的一些分子，但是很难鉴别出混合物中的单一成份。为了解决这一问题，质谱分析法常常与色谱分析法相结合来区分混合物中的单个成份，这种探测系统所占体积大、复杂、需要的测量时间长。相反地，电子鼻价格低廉，反应速度快，只对挥发性的有机成份有效，很难区分并精确地测量分子浓缩物。而光学探测法相比于以上两种是一种比较折中的探测方法，可以探测多种分子。随着激光技术向着更廉价、更紧凑、更稳定的方向发展，各种各样的光学探测技术发展了起来。利用激光来检测人体呼出的气体成份，为健康检查开创了一条崭新的方向。

可调谐激光器出现后，人们在近红外区域探测碳元素同位素的比率来进一步确定螺旋菌幽门（这一成份可导致消化器官溃疡），探测甲胺的含量来诊断肝病和肾病。量子级联激光器在中红外区域可通过探测氨的含量来诊断是否肾衰竭。这些激光还可以通过探测氮氧化物的含量诊断气喘，探测乙烷的含量来诊断各种形式的癌症。这些探测系统提供了高灵敏的探测，但是都只是在很窄的光谱范围内进行探测。如果要对人体呼出的全部气体进行检测，不仅需要成百个激光器，而且在宽的光谱范围内实现高灵敏探测需要的很长时间，因此同时具备高灵敏度，且可以快速地对多组分气体探测的技术是极其稀缺的。

基于此，急需发明一种高灵敏且可以快速探测任何气体分子及其分子集团的探测装置。

发明内容

本发明为了解决现有探测技术灵敏度低、系统响应速度慢、对多种气体分子探测受限制的技术问题，提供一种基于锁模飞秒激光的人体健康监测方法与装置。

本发明所述的基于锁模飞秒激光的人体健康监测方法是采用以下技术方案实现的：一种基于锁模飞秒激光的人体健康监测方法，包括以下步骤：（a）将采集到的由人体呼出的待测气体输入至蒸气室中，同时向蒸气室中输入作为参考气体的氮气，同时使蒸气室内的气压保持为恒定值；所述蒸气室的入射、出射窗口为布儒斯特角窗口且其上镀高透膜；（b）引入一束宽带飞秒激光入射并穿过蒸气室，将从蒸气室透射出的携带有待测气体成分信息的宽带飞秒激光经过虚拟空间相位调制器和光栅，使不同频率的组分分开得到吸收谱线；（c）采集吸收谱线并将其转换成相应的电信号后输入至电脑，电脑将该吸收谱线与HITRAN分子光谱数据库相对比，从中获得各种分子的吸收线，并获得分子的成份；同时根据采用定标方法得到的多种待测气体浓度与吸收谱线强度的对应关系，结合采集到的待测气体的吸收谱线，就可获得各待测气体的浓度值。

本方法利用宽带飞秒激光具有宽的波长范围（0.3-1.7μm）和超短脉冲（小于100 fs）的特点，可以在0.3-1.7μm范围内研究各种气体分子的吸收光谱。这种方法可以测量人体呼出的几乎所有不同成份的气体。

通过测量人体呼出气体来诊断人体的健康情况，这种基于宽带锁模飞秒激光分析人体呼出气体成份进行健康监测的方法在人体健康检测方面具有很多优势：超高探测灵敏度、同时快速识别和区分各种气体、根据人体呼出的各种气体实时诊断。