利用外接CO2激光源的中红外ATR光谱仪原位无创探测人体血糖浓度

第３　７卷，第１期　２　０　１　７年１月　光谱学与光谱分析　Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．１，ｐｐ８　５－８８　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｊａｎｕａｒｙ，２０１７　利用外接ＣＯ２激光源的中红外ＡＴＲ光谱仪原位无创探测人体血糖浓度　张芊茜ｈ，范玉玲　，何秀全　，孙渝明。　１．济南大学信息科学与工程学院，山东济南２．山东大学医学院，山东济南２５００１２　２５００２２　２５０１００　３．山东大学信息科学与工程学院，山东济南摘要糖尿病是一种严重威胁人类健康的疾病，取血检测人体血糖浓度造成病患痛苦甚至感染。因此人　体血糖浓度的无创检测技术在糖尿病的临床诊断、监测和治疗上具有重要的意义，也是一个具有挑战性的　热点研究课题。在目前报道的各种测试方法中，中红外光谱测试技术受到了广泛重视。利用常规光源的中红　外ＡＴＲ光谱仪进行无创血糖检测时，由于探测光在人体组织中穿透深度低，难以到达含有体液的问质层乃　至含有血液信息的真皮层，结果导致测试数据与人体实际血糖浓度的相关性差，限制了临床应用。考虑到高　强、高纯的中红外激光在人体组织中具有较深的穿透深度，且ｃ０２激光器的１　０３５　ａｍ　的发射光非常接近　葡萄糖在１　０２９　ｃｍ　处的基频特征吸收峰，因此本文使用外接Ｃ０２激光器作为中红外ＡＴＲ光谱仪的自定　义外接光源，组装了新型中红外测试系统。利用此设备，测试了人手指在１　０３５　ｃｍ　激光辐照下的吸光度，　同时利用普通光源扫描了人手指的中红外吸收光谱，记录其在１　４９２　ｃｍ　的吸光度。利用常规医学方法测　定了人体实际血糖值。结果显示，人手指处受１　０３５　ｅｍ　激光辐照的吸光度与常规光源的红外光谱中１　４９２　ｃｍ　处吸光度的相对强度与人体血糖浓度同步改变，两波数处吸光度的比值与人体实际血糖浓度具有一定　的正相关性（Ｒ一０．８１２　５）。测量结果可作为人体血糖值的一个新型指标，显示了外接ＣＯ　激光源的中红外　ＡＴＲ光谱仪在无创探测人体血糖浓度方面的临床诊断潜力。　关键词中红外光谱；自定义外接激光源；人体血糖；无创探测　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—０５９３（２０１７）０１—００８５—０４　中图分类号：０６５７．３　引　言　糖尿病是一种常见的内分泌代谢病，属慢性疾病，正严　重威胁着人类的健康ｌ１　］。我国也有很大的糖尿病患人群Ｅ　。　为了防止血糖水平长时间处于安全范围之外，重症糖尿病患　者需要频繁测量血糖水平＿４］。目前，常用的血糖测量方法需　要在静脉或手指处取血，这不仅加重了病患者的生活、诊疗　负担，同时给病人带来疼痛、流血等诸多痛苦，而且易感染，　并可能引发其他疾病［２］。因此，医生和病患都企盼能有一种　中，红外光谱法的相关研究最为广泛，也被认为是最有发展　潜力的方向Ｅ５３。与近红外光谱法相比ｌ＿６＿，中红外在人体无创　血糖值检测中的研究较少，主要是中红外对组织的穿透性较　弱ｌ７ｊ，也就是中红外波段对高含水生物样品的穿透深度很浅　（仅５～６　ｍ）＿８ｊ。然而，衰减全反射（ＡＴＲ）技术可以有效解　决样品厚度对中红外光谱测量的局限性　］。特别值得关注的　是，调谐范围在１　０８６～９３４　ｃｍ　的ＣＯ　激光器，可以发射　１　０８０，１　０３５和９９２　ｃｍ　高纯度、高能量的中红外光激光，　与葡萄糖基频特征吸收峰一致，这为血糖的高精度测量提供　了可能ｌ１　。因此，以ＣＯ。激光为外接光源，结合红外ＡＴＲ　快速、准确、特别是无创的临床检测方法，实现人体血糖水　平的测量，从而能有效地满足糖尿病人的便利需求。　目前广泛研究的无创血糖测量方法主要包括旋光法、拉　曼光谱法、光学相干层析法和红外光谱法等光学方法。这些　方法具有快速、无需试剂和可多组分同时测量等优点。其　收稿日期：２０１５—１２—２０。修订日期：２０１６—０４—０９　技术，开展无创探测人体血糖浓度监测研究，具有重要的应　用前景。　张兰等利用红外发射的激光器测试了人手指处的中红外　吸收光谱　］。Ｋａｉｓｅｒ也曾利用ＣＯｚ激光器作为红外光源结合　ＡＴＲ测量方式，开展了血液生化指标的测量研究口　。　基金项目：国家自然科学基金项目（５１２７３１０７），山东省自然科学基金重点项目（ＺＲ２０１２ＥＭＺ００１）ＮＩ济南大学科研基金项目（ＸＫＹ１２２３）￣ｌｌｔＪ　作者简介：张芊茜，１９７５年生，济南大学信息科学与工程学院讲师　＊通讯联系人　ｅ－ｍａｉｌ：ｉｓｅｚｈａｎｇｑｑ＠ｕｊｎ．ｅｄｕ．ｃｎ　ｅ－ｍａｉｌ：ｉｓｅｚｈａｎｇｑｑ＠ｕｊｎ．ｅｄｕ．ｃｎ　８６　光谱学与光谱分析　第３７卷　本研究在Ｎｉｃｏｌｅｔ　ｉＳ５０红外光谱仪的自定义外接光源入　口，引入了ＩＡＧ（２　ｗ）光栅可调型ＣＯ　连续激光器外光源，　可输出ｌ　０３５　ｃｍ　的中红外光，如图１所示，用于人体手指　血液影响，且与张兰等的发现基本一致　］。一般来说，中红　外光谱中１　３３３￣６５０　ｃｍ　称为指纹区，分子骨架振动及某　些单键伸缩振动和弯曲振动引起的谱带大都在此区，而葡萄　糖在１　２０Ｏ～１　０００　ｃｍ　区间有糖环Ｃ～（＞一Ｃ振动引起的特　的测试。同时利用中红外ＡＴＲ光谱仪测试人体手指处的中　红外光谱，与同步测定的人体的血糖值相比对。实验结果表　明，人体手指在１　０３５　ｃｍ　的吸光度与其在红外光谱中　征吸收。因此，选择１　０２９　ＣＩＩＩ　处的吸收峰作为信号峰是合　理的。从图２中同时可以看到，在１　４９２　ｃＩｎ　波数处，高糖　人血液与正常人血液的吸光度没有变化，即血液在该波数处　１　４９２　ｃｍ　处吸光度的比值，与人体血糖浓度实测值呈现较　好的线性正相关性。这一结果为无创探测人体血糖浓度的外　的吸光度不受血液中葡萄糖含量的影响。鉴于此波数远离葡　萄糖的特征吸收峰，可将其作为抵消其他影响因素的参比吸　光度。孙颖等曾选用１　４６５　ｃｍ　的Ｃ—Ｈ吸收峰作为参比，　用葡萄糖在１　１２３　ｃｍ　特征峰的峰高与参比峰高的比值度量　血糖浓度　Ｊ。　接ＣＯ。激光源的中红外ＡＴＲ光谱仪的研制和测试方法的建　立提供了科学依据。　１实验部分　１．１材料　葡萄糖粉末采用国家标准物质，纯度为９９．９　。在正常　人血液中加入葡萄糖粉末，充分溶解后得到１７　ｍｍｏｌ・Ｉ　的高糖人血液。正常人血液由齐鲁医院志愿者提供。　１．２仪器和样本　装有ＡＴＲ附件的Ｎｉｃｏｌｅｔ　ｉＳ５０傅里叶变换红外光谱仪，　用于测试各种浓度的葡萄糖水溶液、正常人体血液、高糖人　——爵０８呐ｏ《　体血液、以及人手指处的中红外吸收光谱。在装有ＡＴＲ附件　的Ｎｉｃｏｌｅｔ　ｉＳＳＯ傅里叶变换红外光谱仪的自定义外接光源入　口，引入ＩＡＧ光栅可调型连续激光器的１　０３５　ｃｍ　的辐照激　光（图１），构成自制装置，用于测试人手指处的吸光度。　０　—≈Ｄ　ｏｌｓｏ爵—＿０一　图２正常（红色）和高糖（黑色）人血液红外吸收光谱　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｌＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｏｒｍａｌ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ（ｒｅｄ　ｌｉｎｅ）ａｎｄ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｂｌｏｏｄ　ｓｕｇａｒ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　（ｂｌａｃｋ　ｌｉｎｅ）　鬟．．．［．　．￣巳Ｌ＝Ｔｈ三ｅｕｓｅｒ－ｄｅｆｎｉｅｄｌｉｇｈｔ　图ｌ装配使用者自定义光源的傅里叶变换红外光谱原理图　Ｆｉｇ．１　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｍａｐ　ｏｆ　ＦｒＩＲ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｓｅｒ－ｄｅｆｉｎｅｄ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　２。２信号峰与参比峰的吸光度比值与血糖浓度的关系　配置１－－４　ｍｏｌ・Ｉ　～　、浓度梯度为０．３　ｔｏｏｌ・Ｉ　的葡萄　／　糖水溶液，测得其中红外吸收光谱如图３所示。重点对１　０２９　和１　４９２　ｃｍ　处的吸光度开展分析。最终由Ａ　ｚ　Ａ　ｃｎｌ　１的计算方法所得的吸光度的比值与葡萄糖实际浓　度做比较，结果呈线性正相关，示于图４，ｒ一０．９８０　７，显示　相关性强。有显著统计学意义。同时将人手指处中红外光谱　（图５）中１　０２９和１　４９２　ｃｍ　两处吸光度的比值（Ａｌ。２。　／　Ａ　１．３志愿受试者　）与人体的实测血糖值进行比对，并没有获得较好的　于山东大学齐鲁医院募集志愿者５Ｏ名，测量受试者左　手中指指尖血糖浓度及右手中指中红外光谱，开始测试前洗　手，一次性擦手纸擦干，等待１　ｒａｉｎ手全干后，在受试者的　左右手同时测量血糖值与中红外光谱图。同时使用上述自制　装置测试了１７名志愿者手指处在１　０３５　ｃｍ　激光辐照下的　吸光度。　２结果与讨论　２．１信号吸收峰与参比吸收峰的选取　测试１广正常人血液的中红外吸收光谱，然后在其中溶入　高纯葡萄糖粉末再测试其中红外吸收光谱，结果如图２所　图３不同浓度的葡萄糖水溶液的红外吸收光谱　红色曲线：ｌ　ｍｏｌ・Ｉ　Ｉ；黑色曲线：４　ｍｏｌ・Ｉ　１　Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　Ｒｅｄ　ｌｉｎｅ：ｌ　ｔｏｏｌ・Ｉ　；Ｂｌａｃｋ　ｌｉｎｅ：４　ｔｏｏｌ・Ｉ　示。根据图２，高糖人血液在１　０２９　ｃｍ。处的吸光度明显高　于正常人血液。该波数应为葡萄糖的基频特征吸收，与文献　报道的ｌ　０３３　ｃｍ　的基频特征吸收的４　ｃｒＤ　位移应该是受　第１期　光谱学与光谱分析　８７　窘　２．０　１．５　１．０　１．５　２．０　２．５　３．０　３　５　４．０　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ／ｍｏｌ・Ｌ　图４不同波数处吸光度之比与葡萄　糖水溶液浓度梯度的相关性　Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌｅｖａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｖｅ　ｎｕｍｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｉｎ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ａ—　ｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｏ．０　４０００　３　５００　３　０００　２　５００　２　０００　１　５００　ｌ　０００　５００　Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ　图５不同血糖值的人手指的红外光谱　黑色曲线：低值；红色曲线：高值　Ｆｉｇ．５　Ｔｈｅ　ＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｆｉｎｇｅｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｂｌｏｏｄ　ｌｇｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　Ｂｌａｃｋ　ｌｉｎｅ：ｌｏｗ　ｌｅｖｅｌ，Ｒｅｄ　ｌｉｎｅ：ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ　自　鬈　自　雪　０　１　２　３　４　ｌｎ【Ｇｌｕ】　图６人手指在不同波数处吸光度之比与人血糖值的相关性　Ｆｉｇ．６　Ｒｅｌｅｖａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ　ｒａｔｉｏｓ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｖｅ　ｎｍｎｂｅｒｓ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｆｉｎｇｅｒ　ａｎｄ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｉｎ。　ｃｏｓｅｌｅｖｅｌｓ　８宜　ｑＢ　ｇ　罡ｚ鼍叠　１０Ｚ　相关性（图６），其ｒ一０．４８７１　Ｏ　０　０　　２。认为这是由于人体组织中角　Ｏ　Ｏ　８　６　４　２　质层阻挡了低能量的中红外光，与样品发生作用的倏逝波并　不能穿透角质层到达含有血液信息的真皮层。因此利用红外　光谱仪自身的普通光源进行ＡＴＲ－ＦＴＩＲ光谱的无创血糖测　量时，根据ＡＴＲ测量原理，得到的光谱只反映皮肤角质层　的信息　。　２．３利用激光光源的信号峰与参比峰的吸光度比值与血糖　浓度的关系　ＣＯ２激光器可以发射波数为１　０３５　ｃｍ１的高纯、高强激　光，有助于增强入射光在人体组织中的穿透深度，使探测光　能够到达含有体液的问质层乃至含有血液信息的真皮　层　。，　。　利用图１装置获取了人手指在１　０３５　ｃｍ　处的吸收度，　激光输出功率为２１０　ｍＷ。同时将其与中红外光谱中的１　４９２　ｃｍ　处吸光度的比值作为纵坐标，实测的人体血糖值作为横　坐标作图，得到图７。根据图７，发现两者有较好的相关性，　同时线性回归分析表明，其ｒ一０．８１２　５，显示二者呈线性正　相关，有显著统计学意义。　２．０　１．８　ｇ　１．６　Ｅ　１．４　２　１．２　１．０　０　Ｉ　２　３　４　ｈ［Ｇｌｕ】　图７激光激发下人手指在不同波数处　吸光度之比与人血糖值的相关性　Ｆｉｇ．７　Ｒｅｌｅｖａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ　ｒａｔｉｓｏ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｖｅ　ｎｕｍｂｅｒｓ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｆｉｇｎｅｒ　ｂｙ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｂｙ　ｌａｓｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｎａｄ　ｈｕｍａｎ　ｌｂｏｏｄ　ｌｇｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　３结论　利用ＡＴＲ－ＦＴＩＲ光谱进行无创血糖测量时，由于中红　外光谱仪的常规光源能量较低，造成倏逝波穿透能力差，不　能穿过角质层到达含有血液信息的真皮层，因此，人手指处　的ＡＴＲ－ＦＴＩＲ光谱数据与人体血糖水平之间的相关性较差。　为了改进测量精度，引入了ＣＯｚ激光光源，并将其作为中红　外光谱仪的自定义外接光源组装了测量装置。同时使用了非　常接近葡萄糖１　０２９　ｃｍ　特征基频吸收峰的１　０３５　ｃｍ　波数　处的激光光源。结果表明，在１　０３５　ｃｍ　波数激光的辐照下，　人手指处吸光度与中红外光谱１　４９２　ｃｍ１处吸光度的比值与　人体实际血糖浓度具有一定的正相关性。利用Ｃ０２激光器作　为红外光源结合中红外ＡＴＲ光谱的方法具有无创检测人体　血糖值的前景。　８８　光谱学与光谱分析　第３７卷　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　Ｍａｌｉｋ　Ｆ　Ｓ，Ｔａｐｌｉｎ　Ｃ　Ｅ．Ｐｅｄｉａｔｒｉｃ　Ｄｒｕｇｓ，２０１４，１６（２）：１４１．　Ｐｌｅｉｔｅｚ　Ｍ　Ａ，Ｌｉｅｂｌｅｉｎ　Ｔ，Ｂａｕｅｒ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１３，８５（２）：１０１３．　Ｐｅｌｌｅｔｔ　Ｍ　Ａ，Ｈａｄｇｒａｆｔ　Ｊ，Ｒｏｂｅｒｔｓ　Ｍ　Ｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａ１　ｏｆ　Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃｓ，１９９９，１９３（１２）：２７．　ＭｃＮｉｃｈｏｌｓ　Ｒ　Ｊ，Ｃｏｔ６　Ｇ　Ｌ．Ｊｏｕｍａ１　ｏｆ　Ｂｉｏｍｅｄｉｃａ１　Ｏｐｔｉｃｓ，２０００，５（１）：５．　ＳＵＮ　Ｙｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｚｈａｎ－ｌａｎ，ＺＨＯＵ　Ｙｏｎｇ，ｅｔ　ａｌ（孙颖，杨展澜，周（８）：８０６．　勇，等）．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ（自然科学进展），２００２，１２　［６］　ＹＡＮＧ　Ｘｉｎｇ，ＪＩ　Ｚｈｏｎｇ，ＹＮＡＧ　Ｌｉ，ｅｔ　ａｌ（杨术），２００８，６（２）：８１．　８　９　星，季忠，杨力，等）．Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．（生物医学工程杂志），２０１３，３０（１）；２０４．　群，等）．Ｏｐｔｉｃｓ＆Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（光学与光电技　［７］　ＺＨＡＮＧ　Ｌａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｑｉｎｇ－ｙｕｅ，ＮＡＮ　Ｑｕｎ，ｅｔ　ａｌ（张兰，张清悦，南Ｈｅｌｓｅ　Ｈ　Ｍ．Ｈｏｒｍｏｎｅ　ａｎｄ　Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９６，２８（１０）：５２７．　Ｈｅｉｓｅ　Ｈ　Ｍ，Ｍａｒｂａｃｈ　Ｒ，Ｊａｎａｔｓｃｈ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｔｉｃａ１　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９８９，６１（１８）：２００９．　１Ｏ　１１　１２　ＷＡＮＧ　Ｙａｎ，ＬＩ　Ｎｉｎｇ（汪嚷，李宁）．Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．（生物医学工程杂志），２００６，２３（３）：６８８．　Ｋａｉｓｅ　Ｈ　Ｍ．Ｕｎｉｔｅｄ　Ｓｔａｔｅｓ　Ｐａｔｅｎｔ　４　１６９　６７６，１９７９．　ＣＨＥＮ　Ｘｉｎｇ—ｄａｎ，ＷＡＮＧ　Ｄｏｎｇ－ｍｉｎ，ＬＵ　Ｑｉ—ｐｅｎｇ，ｅｔ　ａｌ（陈星旦，王动民，卢启鹏，等）．Ａｃｔａ　Ｏｐｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ（光学学报），２０１１，３１（９）：　０９００１０５—１．　Ｉｎ—Ｖｉｖｏ　Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｕｍａｎ　Ｂｌｏｏｄ　Ｇｌｕｃｏｓｅ　Ｌｅｖｅｌｓ　ｂｙ　Ｍｉｄ－Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｐｈ　ｗｉｔｈ　Ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ｃ０２　Ｌａｓｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｑｉａｎ－ｑｉａｎ　，ＦＡＮ　Ｙｕ－ｌｉｎｇ　，ＨＥ　Ｘｉｕ－ｑｕａｎｚ，ＳＵＮ　Ｙｕ－ｍｉｎｇ。　１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｊｉｎａｎ，Ｊｉ’ｎａｎ　２５００２２，Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｊｉ’ｎａｎ　２５００１２，Ｃｈｉｎａ　３．Ｓｃｈｏｏ１　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉ’ｎａｎ　２５０１００，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄｉａｂｅｔｅｓ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｄｉｓｅａｓｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｄｏｅｓ　ｈａｒｍ　ｔｏ　ｐｅｏｐｌｅ’ｓ　ｈｅａｌｔｈ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ｕｔｉ一　１ｉｚｉｎｇ　ｂｌｏｏｄ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｉｌｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｐａｉｎ　ｅｖｅｎ　ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐａｔｉｅｎｔｓ．Ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｉｎ－ｖｉｖｏ　ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕ—　ｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ｈａｓ　ｖｉｔａｌ　ｖａｌｕｅ　ｉｎ　ｃｌｉｎｉｃａｌ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅｒａｐｙ，ａｎｄ　ｉｔ　ａｌｓｏ　ｉｓ　ａ　ｖｅｒｙ　ｈｏｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｏｐｉｃ　ｗｉｔｈ　ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ．Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｓ　ｔｏ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ　ｗｉｔｈ　ＡＴＲ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｇａｉｎｉｎｇ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｅｎ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｏｕｔ　ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ　ｅｑｕｉｐｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｐｒｏｂｅ　ｌｉｇｈｔ　ｉｎ　ｈｕｍａｎ　ｔｉｓｓｕｅｓ　ｉｓ　ｌｏｗ　ａｎｄ　ｔｈｕｓ　ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｒｅａｃｈ　ｔｈｅ　ｓｔｒｏｍａｌ　ｌａｙｅｒ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｂｏｄｙ　ｆｌｕｉｄｓ　ａｎｄ　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｄｅｒｍｉｓ　ｌａｙｅｒ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｂｌｏｏｄ　ｆｏｒ　ｐｒｏｂｅ　ｌｉｇｈｔ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ｌｏｗ　ｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｒｅａｌ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｕｓ　ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｌｉｎｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ，ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｕｒｉｔｙ　ｃａｎ　ｄｅｅｐｅｒ　ｐｅｎｅｔｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ　ｔｉｓｓｕｅｓ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ　ａｔ　１　０３５　ｃｍ～ｏｆ　ＣＯ２　ｌａｓｅｒ　ｖｅｒｙ　ｃｏｉｎｃｉｄｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｔ　１　０２９　ｃｍ～ｏｆ　ｇｌｕｃｏｓｅ．Ｔｈｕｓ，ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ，ａ　ｎｏｖｅｌ　ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ａｓｓｅｍｂｌｅｄ，ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ａ　ＣＯｚ　ｌａｓｅｒ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ａ　ｓｅｌｆ－ｄｅｆｉｎｅｄ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ　ｗｉｔｈ　ＡＴＲ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｆｉｎｇｅｒｔｉｐ　ａｔ　１　０３５　ｃｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｗｈｅｎ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ＣＯ２　ｌａｓｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｐｒｏｂｅ　ｌｉｇｈｔ，ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｆｉｎｇｅｒｔｉｐ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｌｓｏ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｎｄ　ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ　ａｔ　１　４９２　ｃｍ～ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒｅｃｏｒｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒ—　ｍｉｎｅｄ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｉｎ　ｆｉｎｇｅｒｔｉｐ　ｂｅ—　ｔｗｅｅｎ　ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ　ａｔ　１　０３５　ｃｍ一１　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｌａｓｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　ｏｎｅ　ａｔ　１　４９２　ｃｍ一　ｆｒｏｍ　ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ　ｃｏｕｌｄ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ　ｃｈａｎｇｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌＵＣＯｓｅ　１ｅｖｅｌｓ（Ｒ—Ｏ．８１２　５）．Ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｄａｔａ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａ　ｎｅｗ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　１ｅｖｅｌ　ｉｎ　ｈｕ—　ｍａｎ　ｂｏｄｙ．ｗｈｉｃｈ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｉｎ　ｃｌｉｎｉｃａｌ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＴＲ　ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ　ｗｉｔｈ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ＣＯｚ　ｌａｓｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｎ　ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｌｅｖｅｌｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｍｉｄ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ；Ｕｓｅｒ－ｄｅｆｉｎｅｄ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ＣＯ２　１ａｓｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ；Ｈｕｍａｎ　ｂｌｏｏｄ　ｇｌｕｃｏｓｅ　１ｅｖｅｌｓ；Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ　ｍｅａｓｔｌｒｅｍｅｎｔ　＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ　（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｄｅｃ．２０，２０１５；ａｃｃｅｐｔｅｄ　Ａｐｒ．９，２０１６）