旋光法在无创血糖检测中的研究现状

旋光法在无创血糖检测中的研究现状

尹吉庆1王卫国1杜勇2(通讯作者)

尹吉庆1王卫国1杜勇2(通讯作者)

（1武警后勤学院物理教研室天津300309；2武警后勤学院数学教研室天津300309）

【摘要】本文对无创血糖探测技术中的旋光法原理和研究现状进行了综述。

【关键词】无创血糖旋光法房水

【中图分类号】R446.1【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2014）11-0050-02

TheResearchStatusofPolarimetryinNoninvasiveGlucoseOpticalMeasurements

YINJi-qing，WANGWei-guo，DUYong

(Departmentofphysics，LogisticsUniversityofChinesePeople’sArmedPoliceForce，Tianjin300309，China)

【Abstract】Inthispaper,theprinciplesandresearchstatusofpolarimetryinNoninvasiveGlucoseOpticalMeasurementsreviewed.

【Keywords】NoninvasiveglucosemonitoringPolarimetryAqueoushumor

糖尿病是一种世界范围的流行疾病。作为糖尿病大国，中国目前糖尿病发病率呈逐年上升趋势，患病率高达9.7％，患病总人数已经超过了9000万。糖尿病及其并发症不但给患者带来极大地痛苦，而且给患者及其家庭造成沉重的经济负担。提早预防和及时治疗糖尿病具有十分重要的现实意义。

1人体无创血糖检测的优势与意义

当前，受医学技术的限制，临床医学还不能彻底根治糖尿病。糖尿病患者的血糖浓度总是在高血糖和低血糖之间无规律地上下波动。治疗糖尿病常用的方法有控制饮食、口服降血糖药或人工注射胰岛素，这就要求患者经常要对血糖等指标进行检测。目前临床上常用的血糖检测大都需要从患者手指或其他部位抽出少量血液。有创检测存在检测周期长、成本高以及安全隐患等问题。

人们一直在寻找新的方法，来实现对人体血糖等生化指标的低成本无创检测。如果无创血糖检测研究得以在临床普遍使用，患者可免除频繁抽血的痛苦，还可随时对自身血糖进行检测，以便及时调整用药，并可大大减轻其经济负担。因此，研究无创血糖检测方法具有重要的应用价值。

无创血糖检测技术的研究已成为当前生物医学领域研究的热点课题。国内外许多学者和公司都开展了相关研究，根据不同原理。提出了各种不同的检测方法，主要有：阻抗法、电化学方法、微波技术和光学方法等。

其中，光学方法具有无创伤、迅速和信息多维化等优点，成为现在研究的热门手段之一。光学方法按实现原理不同，又可分为：近红外光谱法、中红外光谱法、光学相干断层成像、拉曼散射光谱法、声光技术和旋光法等。

旋光法简便易行，具有很好的应用前景。

2旋光法测量血糖浓度的基本原理

当光通过含有某物质的溶液时，使经过此物质的偏振光平面发生旋转的现象称为旋光现象。旋光现象可通过存在镜像形式的物质显示出来，这是由于物质内存在不对称碳原子或整个分子不对称的结果。由于这种不对称性，物质对偏振光平面有不同的折射率，因此表现出向左或向右的旋光性。旋光法正是利用旋光性来对物质(如某些糖类)进行定性或定量分析，用公式表达为式（1）

*

式中：[α]λ为特征偏转角，与入射光的波长、溶液温度、pH值有关；α为偏转角；C为葡萄糖溶液的浓度；L为试样光程长。

人体皮肤散射吸收能力很强，即使是厚度小于4mm的组织，要得到有效数据也要求偏振计精确到毫度。测量部位就要选择不含皮肤组织的部位，而房水正满足该要求。房水是充满眼前房和后房的透明液体，1982年，March第一次提出通过房水，运用旋光法检测血糖浓度。Reim用兔子做实验，测得其房水血糖含量ρg与血液血糖含量ρag比值为1.05，并且该比值比较稳定。Cameron等同样用白兔做实验，发现ρag比ρg滞后左右，此滞后可以不计。由此可见房水葡萄糖浓度可体现血液内血糖浓度，房水成为旋光法无创测血糖的首选部位。

假设角膜和房水光学性质相同，眼前房组织是均匀的，等方性的[1]。入射光沿着一次侧光路以一小角度通过角膜进入眼前房（避免了角膜反射的干扰和对视网膜的影响），又以直线形式通过前房室，最后穿过角膜射出，形成一小偏角。用探测器、信号处理器等检测装置检验携带葡萄糖浓度信息的出射信号即可[2]。

3旋光法研究现状

国外很多学者进行了大量研究，以提高测量灵敏度和精度。Wan等提出采用真相技术可以将测量灵敏度提高到毫度级。2004年，Ansari等用法拉第调制和法拉第反馈的方法测得毫度以下的旋光度。Fiedous和McNichols等在眼房左右取点测量，并结合多波长法和琼斯矩阵、米勒矩阵的方法改善了角膜双折射对测量结果的影响。2006年，Cameron等[3]用带有双折射补偿器的装置对用离体动物角膜做成的模型进行实验，实现了的血糖浓度测量。2009年，Malik等使用一种实时双波长闭环偏振测定系统探测眼睛前房来检测葡萄糖浓度，显示了一定的灵敏度和精度。2013年，Malik等[4]改进该系统，有效降低了角膜双折射带来的干扰。

当前我国科研工作者对旋光法的研究并不多。2006年，王洪等采用单个法拉第旋光器和数字闭环控制器，实现了人体血糖浓度水平的体外葡萄糖浓度的测量。2008年，福建师范大学谢树森等[5]究了手性介质中后向散射米勒矩阵特性及其在血糖无创检测中的应用，得出旋光程度与葡萄糖浓度近似成比例的结论。2012年，王洪等提出了一种偏振光无创血糖检测方法，利用血糖浓度与法拉第线圈电流的线性关系，计算获得血糖浓度[6]。

4总结

大量研究表明，旋光法利用房水的葡萄糖糖含量来表征血糖含量是可行的。旋光法具有灵敏度高和稳定性好的优点，能达到临床检测血糖浓度的要求，有很好的发展前景。

参考文献

[1]金海龙，葛琴，洪文学．基于旋光法的无创血糖测量方法的研究[J]．生物医学工程学杂志，2009，6(26)：1391-1394．

[2]WolfB．Currentdevelopmentinnon-invasiveglucosemonitoring[J]．MedicalEngineering&Physics，2008，30(5)：541-549．

[3]CameronBD，AnumulaH，Developmentofareal-timecornealbirefringencecompensatedglucosesensingpolarimeter[J]．DiabetesTechnology&Therapeutics，2006，8(2)：156-164．

[4]MalikBilalH，CaseyW.Pirnstill，GerardL.Coté.Dual-wavelengthpolarimetricglucosesensinginthepresenceofbirefringenceandmotionartifactusinganteriorchamberoftheeyephantoms[J].JournalofBiomedicalOptics，2013，18(1)：017007-017007．

[5]徐兰青，李晖，谢树森．手性介质中后向散射米勒矩阵特性及其在血糖无创检测中的应用初探[J]．物理学报，2008，57(9)：6024-6029．

[6]王洪，吴宝明．正弦调制偏振光无创血糖检测的研究[J]．应用激光，2012，32(2)：167-170．

[基金项目]武警后勤学院面上项目（WHM201206）