论文部分内容阅读
摘要： 基于光声光谱的无创血糖监测方法具有灵敏度高、特异性好等突出优势，其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。现主要以RG理论为基础，分别对两种光声池进行设计和研究，给出光声池的设计方法及其结构参数计算过程，并通过具体实验来检验光声池结构参数设计的正确性、实用性和可行性。这两种光声池一种是非共振双腔差分光声池，适用于固体检测；另一种是非共振单腔光声池，适用于固液体样品检测。
关键词：
血糖检测； 光声池； 非共振； 双腔差分； 单腔
中图分类号： O 657 文献标识码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.02.011
引 言
糖尿病是一种常见病和多发病，预计到2025年，全球将有3.8亿人受到糖尿病的困扰。目前，我国已成为仅次于印度的糖尿病第二大国[1]。血糖无创检测是国际医学检测领域界尚未攻克的前沿课题之一，全球一百多个公司和研究机构在该领域展开了激烈的竞争，但迄今为止还没有任何一款无创血糖测量仪能满足临床检测的要求[2]。在人体组织中，血糖含量比较微弱，仅为0.1%，因此血糖变化导致的信号及其微弱[2]，所以对于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[3]。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。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，但亥姆霍兹共振频率由两个腔体的体积和连接腔体决定，即腔体一旦确定，共振频率也就确定，即亥姆霍兹共振适用于单一调制频率。当调制频率变化时其共振效果也就无意义了。另外低频时共振腔必须足够大，而且连接两个共振腔的气体管道直径非常小，在加工工艺上不易实现。
现在技术比较成熟的有MTEC100型光声池，是一种气体光声池（灵敏度50 mV/Pa）。主要的设计特点包括：通过气体控制（用氦气）提高灵敏度和减小二氧化碳等红外吸收气体的干扰；配有适用于红外光谱范围的溴化钾光窗和紫外可见光的石英光窗[4]。但是此光声池仅用于气体的检测。另外一种是差动式光声池，其差动式光声检测技术已用于国产WFJS型激光光声光谱仪上[3]。
文中介绍两种用于血糖无创检测的光声池：一种是非共振双腔差分光声池，用于固体葡萄糖粉末检测，差动原理就是采用两个性能基本一致的光声池放在同一池体和光路上进行检测，为了消除光声池的噪声信号，利用样品池信号减去参考池信号，通过调节电路的差动式方法，使两池信号差趋于零[5]。另一种是非共振单腔光声池，用于葡萄糖溶液检测。
1 光声信号基本原理
4 结 论
对两种光声池分别从理论公式上进行严谨推导，通过实验来验证其可行性和实用性。从实验数据可知，双腔体声信号虽小但是可以通过差分的形式来过滤大部分背景噪声，以提高信噪比。而单腔体光声池声信号较大，对葡萄糖浓度的变化比单腔灵敏，因此可以用在不同浓度的葡萄糖水溶液的试验中。实验可知，以上两种光声池其结构尺寸设计不但有理论分析支持，而且得到较好的光声信号，证明以上两种光声池均可以用在无创血糖检测中，所以以上两种光声池的设计是可行的。相信随着新材料技术和加工工艺的发展，光声池的设计和加工将会日益完善。
参考文献：
[1] 李明菊，沙宪政，王秀章.无创性血糖的光谱检测及临床研究状况[J].国外医学生物医学工程分册，2000，23（5）：291-292.
[2] 刘蓉，陈文亮.人体血糖无创检测中净信号的提取方法[J].纳米技术与精密工程，2008，6（3）：207-208.
[3] 明长江，刘耀田，陈传文，等.差动式光声检测及其应用[J].科学通报，1984，15：920-921.
[4] 苏庆德，杨跃涛，张 靖，等.MTEC100型光声池在FTIRPAS中的应用[J].分析仪器，1996（2）：62-63.
[5] 明长江，刘耀田，陈传文，等.差动式光声检测及其应用[J].激光杂志，1984，5（1）：31-32.
[6] 殷庆瑞，王通等，钱梦騄.光声光热技术及其应用[M].北京：科学出版社，1991：158-160.
[7] ROSENCWAIG A.光声学和光声谱学[M].王耀俊，译.北京：科学出版社，1986：96-104.
[8] 闰宏涛，邓延悼，曾云鹦.液体光声池的结构性能研究[J].分析实验室，1991，10（1）：47-48.
关键词：
血糖检测； 光声池； 非共振； 双腔差分； 单腔
中图分类号： O 657 文献标识码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.02.011
引 言
糖尿病是一种常见病和多发病，预计到2025年，全球将有3.8亿人受到糖尿病的困扰。目前，我国已成为仅次于印度的糖尿病第二大国[1]。血糖无创检测是国际医学检测领域界尚未攻克的前沿课题之一，全球一百多个公司和研究机构在该领域展开了激烈的竞争，但迄今为止还没有任何一款无创血糖测量仪能满足临床检测的要求[2]。在人体组织中，血糖含量比较微弱，仅为0.1%，因此血糖变化导致的信号及其微弱[2]，所以对于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[3]。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。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，但亥姆霍兹共振频率由两个腔体的体积和连接腔体决定，即腔体一旦确定，共振频率也就确定，即亥姆霍兹共振适用于单一调制频率。当调制频率变化时其共振效果也就无意义了。另外低频时共振腔必须足够大，而且连接两个共振腔的气体管道直径非常小，在加工工艺上不易实现。
现在技术比较成熟的有MTEC100型光声池，是一种气体光声池（灵敏度50 mV/Pa）。主要的设计特点包括：通过气体控制（用氦气）提高灵敏度和减小二氧化碳等红外吸收气体的干扰；配有适用于红外光谱范围的溴化钾光窗和紫外可见光的石英光窗[4]。但是此光声池仅用于气体的检测。另外一种是差动式光声池，其差动式光声检测技术已用于国产WFJS型激光光声光谱仪上[3]。
文中介绍两种用于血糖无创检测的光声池：一种是非共振双腔差分光声池，用于固体葡萄糖粉末检测，差动原理就是采用两个性能基本一致的光声池放在同一池体和光路上进行检测，为了消除光声池的噪声信号，利用样品池信号减去参考池信号，通过调节电路的差动式方法，使两池信号差趋于零[5]。另一种是非共振单腔光声池，用于葡萄糖溶液检测。
1 光声信号基本原理
4 结 论
对两种光声池分别从理论公式上进行严谨推导，通过实验来验证其可行性和实用性。从实验数据可知，双腔体声信号虽小但是可以通过差分的形式来过滤大部分背景噪声，以提高信噪比。而单腔体光声池声信号较大，对葡萄糖浓度的变化比单腔灵敏，因此可以用在不同浓度的葡萄糖水溶液的试验中。实验可知，以上两种光声池其结构尺寸设计不但有理论分析支持，而且得到较好的光声信号，证明以上两种光声池均可以用在无创血糖检测中，所以以上两种光声池的设计是可行的。相信随着新材料技术和加工工艺的发展，光声池的设计和加工将会日益完善。
参考文献：
[1] 李明菊，沙宪政，王秀章.无创性血糖的光谱检测及临床研究状况[J].国外医学生物医学工程分册，2000，23（5）：291-292.
[2] 刘蓉，陈文亮.人体血糖无创检测中净信号的提取方法[J].纳米技术与精密工程，2008，6（3）：207-208.
[3] 明长江，刘耀田，陈传文，等.差动式光声检测及其应用[J].科学通报，1984，15：920-921.
[4] 苏庆德，杨跃涛，张 靖，等.MTEC100型光声池在FTIRPAS中的应用[J].分析仪器，1996（2）：62-63.
[5] 明长江，刘耀田，陈传文，等.差动式光声检测及其应用[J].激光杂志，1984，5（1）：31-32.
[6] 殷庆瑞，王通等，钱梦騄.光声光热技术及其应用[M].北京：科学出版社，1991：158-160.
[7] ROSENCWAIG A.光声学和光声谱学[M].王耀俊，译.北京：科学出版社，1986：96-104.
[8] 闰宏涛，邓延悼，曾云鹦.液体光声池的结构性能研究[J].分析实验室，1991，10（1）：47-48.