陶曾++王敏

摘 要：糖尿病是一種多發(fā)常見病，不能根治卻能很好控制。如果能夠有精確、快速、無損的檢測方法，需要時就能監(jiān)測血糖濃度，這將為糖尿病的治療帶來革命性的進(jìn)步。超聲調(diào)制的光學(xué)檢測方法是新興的且很有發(fā)展前景的無損診斷技術(shù)，本文通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明，超聲調(diào)制的光學(xué)信號可以靈敏地測量出渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的微小變化，且在吸收介質(zhì)中比在散射介質(zhì)中，超聲調(diào)制光學(xué)信號對葡萄糖濃度的變化更靈敏。這為該方法應(yīng)用在血糖的無創(chuàng)檢測提供了可能性。

關(guān)鍵詞：糖尿病 超聲調(diào)制 光學(xué)成像 無創(chuàng)檢測 葡萄糖濃度

中圖分類號：R318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0020-02

國內(nèi)外的研究成果表明，通過經(jīng)常監(jiān)測患者血糖濃度，以此為根據(jù)來控制飲食及服用藥物，可大大延緩糖尿病的病情并減少并發(fā)癥的發(fā)病幾率[1]。

對比于其他生物組織成像方法，超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，該技術(shù)對生物組織有良好的無損性，再者，超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)的成本相對低很多。

現(xiàn)今，超聲調(diào)制光學(xué)成像術(shù)的發(fā)展還有許多技術(shù)性的問題需要解決，該技術(shù)從模擬實(shí)驗(yàn)到實(shí)踐臨床還有一些距離。例如，由于生物組織是高散射介質(zhì)，光的穿透深度依然較淺，這使得成像的深度和質(zhì)量在一定程度上受到了限制，因此，如何提高信噪比、提高探測精準(zhǔn)度及靈敏度是一個技術(shù)上的難題。一旦該技術(shù)走向?qū)嵱没?，將具有無損、方便、快捷、收費(fèi)便宜等優(yōu)點(diǎn)。

1 超聲調(diào)制的光學(xué)成像技術(shù)原理

生物組織是一種高散射介質(zhì)，光與生物組織的作用機(jī)理很復(fù)雜。成像空間分辨率差，遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)臨床診斷的要求。于是想到將光學(xué)技術(shù)和聲學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢[2]。超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)（Ultrasound-modulated optical tomography）利用超聲波對組織內(nèi)經(jīng)過局域（聚焦）超聲場的散射光進(jìn)行調(diào)制（標(biāo)記）；通過檢測散射光中的調(diào)制成分，可推斷超聲區(qū)域組織的光學(xué)和超聲（力學(xué)）性質(zhì)；完成超聲場對組織整體掃描并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析重建可得到生物組織光學(xué)和超聲響應(yīng)的成像圖[3]。

2 實(shí)驗(yàn)方案

本文將通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，為該方法在血糖無創(chuàng)檢測中的應(yīng)用提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖1）。

架設(shè)好實(shí)驗(yàn)平臺，調(diào)節(jié)光路準(zhǔn)直，使各儀器等高共軸以確保光路準(zhǔn)直；然后確定超聲轉(zhuǎn)化器處于光軸的正上方，始終保持與光軸垂直就可以將脈沖超聲發(fā)生接收器浸入水中，然后確保實(shí)驗(yàn)在暗室環(huán)境中進(jìn)行；打開各個開關(guān)，記錄下各種配比好的溶液相應(yīng)的數(shù)據(jù)，使用Origin軟件，將所記錄的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸上用圖形表示出來。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，用直流信號Id值代表了未被調(diào)制的背景光信號，而交流信號峰-峰值Ia值代表被超聲調(diào)制的光信號，調(diào)制深度M=Ia/Id。調(diào)制深度是超聲調(diào)制光學(xué)成像術(shù)的關(guān)鍵物理量[4～6]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以下四幅是四種溶液基底對應(yīng)的信號變化趨勢（見圖2～圖5）。

根據(jù)比爾定律，吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c和吸收池光程長b的乘積成正比。A= εbc，其中比例系數(shù)ε稱為摩爾吸收系數(shù)，ε值取決于入射光的波長和吸光物質(zhì)的吸光特性，測量時的溫度等因素[7]。

實(shí)驗(yàn)中，光源不變，溫度不變，吸收池光程長不變，因此，平均值的改變與吸光物質(zhì)的濃度及吸光物質(zhì)的吸光特性有關(guān)，從平均值、調(diào)制深度及峰值來看，只有葡萄糖時，隨著葡萄糖的加入，平均值基本不變，有雜質(zhì)參入后，隨著葡萄糖的加入，平均值有明顯的下降。這應(yīng)該是我們所加入的其他雜質(zhì)的吸光特性引起的，脂肪乳汁和墨汁的吸光特性明顯遠(yuǎn)大于葡萄糖。

4 結(jié)語

本文通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明，超聲調(diào)制的光學(xué)信號可以靈敏地測量出渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的微小變化，且在吸收介質(zhì)中比在散射介質(zhì)中，超聲調(diào)制光學(xué)信號對葡萄糖濃度的變化更靈敏。這為該方法應(yīng)用在血糖的無創(chuàng)檢測提供了可能性。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈耀春，王春，H.A.MacKenzie，等.一種新型的檢測血糖含量的方法[J].南京大學(xué)學(xué)報，2000，36（5）：1.

[2] 朱莉莉.散射介質(zhì)中光的超聲調(diào)制原理及數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)[D].福建師范大學(xué)，2005.

[3] Lili Zhu， Hui Li， Jiali Cai， Cuncheng Weng and Shusen Xie.Propagation of the diffused light modulated by a focused ultrasound in scattering media ， Photonics and Imaging in Biology and Medicine[J].Proc.SPIE，2005，6047：11.

[4] Lili Zhu，HuiLi，Shaofeng Yang，Liuhui Chen.Propagation of ultrasound modulation scattering signal in multi-layer scattering media：simulations and experiments[J].Photonics Asia，2007.

[5] 朱莉莉，李暉，謝文明.超聲調(diào)制的散射光在多層生物組織中的傳播[J].中國激光，2009，36（10）：2593-2597.

[6] http：//zhidao.baidu.com/question/39258326.html.endprint

摘 要：糖尿病是一種多發(fā)常見病，不能根治卻能很好控制。如果能夠有精確、快速、無損的檢測方法，需要時就能監(jiān)測血糖濃度，這將為糖尿病的治療帶來革命性的進(jìn)步。超聲調(diào)制的光學(xué)檢測方法是新興的且很有發(fā)展前景的無損診斷技術(shù)，本文通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明，超聲調(diào)制的光學(xué)信號可以靈敏地測量出渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的微小變化，且在吸收介質(zhì)中比在散射介質(zhì)中，超聲調(diào)制光學(xué)信號對葡萄糖濃度的變化更靈敏。這為該方法應(yīng)用在血糖的無創(chuàng)檢測提供了可能性。

關(guān)鍵詞：糖尿病 超聲調(diào)制 光學(xué)成像 無創(chuàng)檢測 葡萄糖濃度

中圖分類號：R318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0020-02

國內(nèi)外的研究成果表明，通過經(jīng)常監(jiān)測患者血糖濃度，以此為根據(jù)來控制飲食及服用藥物，可大大延緩糖尿病的病情并減少并發(fā)癥的發(fā)病幾率[1]。

對比于其他生物組織成像方法，超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，該技術(shù)對生物組織有良好的無損性，再者，超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)的成本相對低很多。

現(xiàn)今，超聲調(diào)制光學(xué)成像術(shù)的發(fā)展還有許多技術(shù)性的問題需要解決，該技術(shù)從模擬實(shí)驗(yàn)到實(shí)踐臨床還有一些距離。例如，由于生物組織是高散射介質(zhì)，光的穿透深度依然較淺，這使得成像的深度和質(zhì)量在一定程度上受到了限制，因此，如何提高信噪比、提高探測精準(zhǔn)度及靈敏度是一個技術(shù)上的難題。一旦該技術(shù)走向?qū)嵱没瑢⒕哂袩o損、方便、快捷、收費(fèi)便宜等優(yōu)點(diǎn)。

1 超聲調(diào)制的光學(xué)成像技術(shù)原理

生物組織是一種高散射介質(zhì)，光與生物組織的作用機(jī)理很復(fù)雜。成像空間分辨率差，遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)臨床診斷的要求。于是想到將光學(xué)技術(shù)和聲學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢[2]。超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)（Ultrasound-modulated optical tomography）利用超聲波對組織內(nèi)經(jīng)過局域（聚焦）超聲場的散射光進(jìn)行調(diào)制（標(biāo)記）；通過檢測散射光中的調(diào)制成分，可推斷超聲區(qū)域組織的光學(xué)和超聲（力學(xué)）性質(zhì)；完成超聲場對組織整體掃描并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析重建可得到生物組織光學(xué)和超聲響應(yīng)的成像圖[3]。

2 實(shí)驗(yàn)方案

本文將通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，為該方法在血糖無創(chuàng)檢測中的應(yīng)用提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖1）。

架設(shè)好實(shí)驗(yàn)平臺，調(diào)節(jié)光路準(zhǔn)直，使各儀器等高共軸以確保光路準(zhǔn)直；然后確定超聲轉(zhuǎn)化器處于光軸的正上方，始終保持與光軸垂直就可以將脈沖超聲發(fā)生接收器浸入水中，然后確保實(shí)驗(yàn)在暗室環(huán)境中進(jìn)行；打開各個開關(guān)，記錄下各種配比好的溶液相應(yīng)的數(shù)據(jù)，使用Origin軟件，將所記錄的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸上用圖形表示出來。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，用直流信號Id值代表了未被調(diào)制的背景光信號，而交流信號峰-峰值Ia值代表被超聲調(diào)制的光信號，調(diào)制深度M=Ia/Id。調(diào)制深度是超聲調(diào)制光學(xué)成像術(shù)的關(guān)鍵物理量[4～6]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以下四幅是四種溶液基底對應(yīng)的信號變化趨勢（見圖2～圖5）。

根據(jù)比爾定律，吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c和吸收池光程長b的乘積成正比。A= εbc，其中比例系數(shù)ε稱為摩爾吸收系數(shù)，ε值取決于入射光的波長和吸光物質(zhì)的吸光特性，測量時的溫度等因素[7]。

實(shí)驗(yàn)中，光源不變，溫度不變，吸收池光程長不變，因此，平均值的改變與吸光物質(zhì)的濃度及吸光物質(zhì)的吸光特性有關(guān)，從平均值、調(diào)制深度及峰值來看，只有葡萄糖時，隨著葡萄糖的加入，平均值基本不變，有雜質(zhì)參入后，隨著葡萄糖的加入，平均值有明顯的下降。這應(yīng)該是我們所加入的其他雜質(zhì)的吸光特性引起的，脂肪乳汁和墨汁的吸光特性明顯遠(yuǎn)大于葡萄糖。

4 結(jié)語

本文通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明，超聲調(diào)制的光學(xué)信號可以靈敏地測量出渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的微小變化，且在吸收介質(zhì)中比在散射介質(zhì)中，超聲調(diào)制光學(xué)信號對葡萄糖濃度的變化更靈敏。這為該方法應(yīng)用在血糖的無創(chuàng)檢測提供了可能性。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈耀春，王春，H.A.MacKenzie，等.一種新型的檢測血糖含量的方法[J].南京大學(xué)學(xué)報，2000，36（5）：1.

[2] 朱莉莉.散射介質(zhì)中光的超聲調(diào)制原理及數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)[D].福建師范大學(xué)，2005.

[3] Lili Zhu， Hui Li， Jiali Cai， Cuncheng Weng and Shusen Xie.Propagation of the diffused light modulated by a focused ultrasound in scattering media ， Photonics and Imaging in Biology and Medicine[J].Proc.SPIE，2005，6047：11.

[4] Lili Zhu，HuiLi，Shaofeng Yang，Liuhui Chen.Propagation of ultrasound modulation scattering signal in multi-layer scattering media：simulations and experiments[J].Photonics Asia，2007.

[5] 朱莉莉，李暉，謝文明.超聲調(diào)制的散射光在多層生物組織中的傳播[J].中國激光，2009，36（10）：2593-2597.

[6] http：//zhidao.baidu.com/question/39258326.html.endprint

摘 要：糖尿病是一種多發(fā)常見病，不能根治卻能很好控制。如果能夠有精確、快速、無損的檢測方法，需要時就能監(jiān)測血糖濃度，這將為糖尿病的治療帶來革命性的進(jìn)步。超聲調(diào)制的光學(xué)檢測方法是新興的且很有發(fā)展前景的無損診斷技術(shù)，本文通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明，超聲調(diào)制的光學(xué)信號可以靈敏地測量出渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的微小變化，且在吸收介質(zhì)中比在散射介質(zhì)中，超聲調(diào)制光學(xué)信號對葡萄糖濃度的變化更靈敏。這為該方法應(yīng)用在血糖的無創(chuàng)檢測提供了可能性。

關(guān)鍵詞：糖尿病 超聲調(diào)制 光學(xué)成像 無創(chuàng)檢測 葡萄糖濃度

中圖分類號：R318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0020-02

國內(nèi)外的研究成果表明，通過經(jīng)常監(jiān)測患者血糖濃度，以此為根據(jù)來控制飲食及服用藥物，可大大延緩糖尿病的病情并減少并發(fā)癥的發(fā)病幾率[1]。

對比于其他生物組織成像方法，超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，該技術(shù)對生物組織有良好的無損性，再者，超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)的成本相對低很多。

現(xiàn)今，超聲調(diào)制光學(xué)成像術(shù)的發(fā)展還有許多技術(shù)性的問題需要解決，該技術(shù)從模擬實(shí)驗(yàn)到實(shí)踐臨床還有一些距離。例如，由于生物組織是高散射介質(zhì)，光的穿透深度依然較淺，這使得成像的深度和質(zhì)量在一定程度上受到了限制，因此，如何提高信噪比、提高探測精準(zhǔn)度及靈敏度是一個技術(shù)上的難題。一旦該技術(shù)走向?qū)嵱没?，將具有無損、方便、快捷、收費(fèi)便宜等優(yōu)點(diǎn)。

1 超聲調(diào)制的光學(xué)成像技術(shù)原理

生物組織是一種高散射介質(zhì)，光與生物組織的作用機(jī)理很復(fù)雜。成像空間分辨率差，遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)臨床診斷的要求。于是想到將光學(xué)技術(shù)和聲學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢[2]。超聲調(diào)制光學(xué)成像技術(shù)（Ultrasound-modulated optical tomography）利用超聲波對組織內(nèi)經(jīng)過局域（聚焦）超聲場的散射光進(jìn)行調(diào)制（標(biāo)記）；通過檢測散射光中的調(diào)制成分，可推斷超聲區(qū)域組織的光學(xué)和超聲（力學(xué)）性質(zhì)；完成超聲場對組織整體掃描并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析重建可得到生物組織光學(xué)和超聲響應(yīng)的成像圖[3]。

2 實(shí)驗(yàn)方案

本文將通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，為該方法在血糖無創(chuàng)檢測中的應(yīng)用提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖1）。

架設(shè)好實(shí)驗(yàn)平臺，調(diào)節(jié)光路準(zhǔn)直，使各儀器等高共軸以確保光路準(zhǔn)直；然后確定超聲轉(zhuǎn)化器處于光軸的正上方，始終保持與光軸垂直就可以將脈沖超聲發(fā)生接收器浸入水中，然后確保實(shí)驗(yàn)在暗室環(huán)境中進(jìn)行；打開各個開關(guān)，記錄下各種配比好的溶液相應(yīng)的數(shù)據(jù)，使用Origin軟件，將所記錄的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸上用圖形表示出來。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，用直流信號Id值代表了未被調(diào)制的背景光信號，而交流信號峰-峰值Ia值代表被超聲調(diào)制的光信號，調(diào)制深度M=Ia/Id。調(diào)制深度是超聲調(diào)制光學(xué)成像術(shù)的關(guān)鍵物理量[4～6]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以下四幅是四種溶液基底對應(yīng)的信號變化趨勢（見圖2～圖5）。

根據(jù)比爾定律，吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c和吸收池光程長b的乘積成正比。A= εbc，其中比例系數(shù)ε稱為摩爾吸收系數(shù)，ε值取決于入射光的波長和吸光物質(zhì)的吸光特性，測量時的溫度等因素[7]。

實(shí)驗(yàn)中，光源不變，溫度不變，吸收池光程長不變，因此，平均值的改變與吸光物質(zhì)的濃度及吸光物質(zhì)的吸光特性有關(guān)，從平均值、調(diào)制深度及峰值來看，只有葡萄糖時，隨著葡萄糖的加入，平均值基本不變，有雜質(zhì)參入后，隨著葡萄糖的加入，平均值有明顯的下降。這應(yīng)該是我們所加入的其他雜質(zhì)的吸光特性引起的，脂肪乳汁和墨汁的吸光特性明顯遠(yuǎn)大于葡萄糖。

4 結(jié)語

本文通過實(shí)驗(yàn)研究超聲調(diào)制的光學(xué)信號與渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果表明，超聲調(diào)制的光學(xué)信號可以靈敏地測量出渾濁介質(zhì)中葡萄糖濃度的微小變化，且在吸收介質(zhì)中比在散射介質(zhì)中，超聲調(diào)制光學(xué)信號對葡萄糖濃度的變化更靈敏。這為該方法應(yīng)用在血糖的無創(chuàng)檢測提供了可能性。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈耀春，王春，H.A.MacKenzie，等.一種新型的檢測血糖含量的方法[J].南京大學(xué)學(xué)報，2000，36（5）：1.

[2] 朱莉莉.散射介質(zhì)中光的超聲調(diào)制原理及數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)[D].福建師范大學(xué)，2005.

[3] Lili Zhu， Hui Li， Jiali Cai， Cuncheng Weng and Shusen Xie.Propagation of the diffused light modulated by a focused ultrasound in scattering media ， Photonics and Imaging in Biology and Medicine[J].Proc.SPIE，2005，6047：11.

[4] Lili Zhu，HuiLi，Shaofeng Yang，Liuhui Chen.Propagation of ultrasound modulation scattering signal in multi-layer scattering media：simulations and experiments[J].Photonics Asia，2007.

[5] 朱莉莉，李暉，謝文明.超聲調(diào)制的散射光在多層生物組織中的傳播[J].中國激光，2009，36（10）：2593-2597.

[6] http：//zhidao.baidu.com/question/39258326.html.endprint