CN105232055A - 一种无创血糖仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于近红外光谱法进行无创血糖测试的血糖仪，包括固定装置、红外光源、传感器、检测电路和电源，所述固定装置被配置为将所述血糖仪固定在被测人体部位表面；所述红外光源被配置为发出红外光；所述传感器被配置为连接所述红外光源和所述检测电路，并完成光电转换；所述检测电路被配置为接收所述传感器的数据，计算并输出血糖值；所述传感器接收的是从真皮层扩散反射出的光谱。本发明所述无创血糖仪采用近红外光漫反射检测技术，通过红外光谱漫反射以及采集真皮层的扩散反射出的光谱信号，对不同人群的适应性强，设备体积小，检测结果准确可靠。

Description

一种无创血糖仪

技术领域

本发明涉及血糖检测领域，尤其涉及一种无创血糖仪。

背景技术

糖尿病已成为发病率极高的一种疾病。据调查，我国已有近一亿人患有糖尿病，而且这个数字还处在上升趋势。传统的血糖检测方法有一个突出的特点，必须得到患者血液，然而对于糖尿病患者来说，其针刺的伤口比非糖尿病人群的伤口难愈合，极易引发细菌感染，引起并发症。于是，本领域技术人员在无创血糖检测方面做了很多研究，典型的无创血糖检测方法包括近红外光谱、中远红外光谱、拉曼光谱、光声光谱、光散射、偏振光等光学方法，还包括射频阻抗法、代谢热组合法和皮下间质液等非直接方法，以及直接检测唾液、汗液或尿液等非血液体液的方法。但是，上述这些方法存在检测灵敏度低，设备或方法过于复杂，各类人群个体差异大等造成血糖检测数值误差很大，因此，本领域的技术人员致力于开发一种无创血糖仪，其血糖检测结果准确，对各类人群的差异适应性好，装置结构简单，体积小，随身携带。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过无创的方式准确地获得患者的血糖值。

为实现上述目的，本发明提供了一种无创血糖仪，包括固定装置、红外光源、传感器、检测电路和电源，所述固定装置被配置为将所述血糖仪固定在被测人体部位表面；所述红外光源被配置为发出红外光；所述传感器被配置为连接所述红外光源和所述检测电路，并完成光电转换；所述检测电路被配置为接收所述传感器的数据，计算并输出血糖值；所述传感器接收的是从真皮层扩散反射出的光谱。

进一步地，所述人体部位为耳垂。

进一步地，所述红外光源发出的光波波长为1610nm。

进一步地，所述传感器包括AOTF分光元件。

进一步地，所述传感器采用双光路进行光谱测量，其中一路为参考光，另一路为经所述人体部位扩散反射回来的测量光。

进一步地，所述传感器包括光电转换器和测量光探头，所述测量光探头的中心光纤束被用作发射入射光，与所述中心光纤束成同轴圆环状的另一路光纤束被用作接收光纤，把所述测量光传送到所述光电转换器。

进一步地，所述光电转换器为带半导体制冷器的InGaAs检测器。

进一步地，所述中心光纤束外径为0.5mm～2mm，其中每根细光纤的直径为5μm～20μm。

进一步地，所述检测电路包括信号调理电路、模拟滤波电路、信号放大电路和串口电路。

进一步地，所述电源来自智能手机的耳机插孔。

本发明所述的无创血糖仪采用的近红外光谱法进行葡萄糖浓度测试的理论依据是郎伯·比耳定律：

$A_{\mathrm{\λ}}=ln\left(\frac{I_0\left(\mathrm{\λ}\right)}{I\left(\mathrm{\λ}\right)}\right)={\mathrm{\Σ\ϵ}}_i\left(\mathrm{\λ}\right)\×{\mathrm{\ι}}_i\×C_i$

式中：A_λ为被测样品对特定波长光的吸光度，Ι₀与Ι分别为入射光强度和透射光强度，ε_i(λ)为第i种吸收物在相应波长光的吸光系数，ι_i为光在相应吸收物中的光程长，C_i为相应吸收物浓度。由定律可知，样品的吸光度与待测成分浓度之间具有很多的相关性，样品成分的浓度变化会引起光谱特征吸收的变化。首先通过对光谱数据A和样品的浓度C建立校正数学模型，具体可以分为定标和预测两个过程。定标过程是利用一定数量已知成分含量的样品组应用回归线方法求出光谱参数与样品成分浓度之间的关系，预测过程就是将未知样品成分浓度的光谱参数代入定标过程求得的公式，得出未知样品的成分含量。

检测过程中我们将耳垂作为检测部位，近红外光在耳垂组织中的传播特性如图(1)。由于表皮层内不含血管，皮肤组织中的血管都分布在真皮层中，因此在经皮测量血糖浓时，只需要分析经过真皮后扩散反射出来的光谱A3即可。

在用近红外光光谱测量血糖浓度中，波长的选择是最关键的，葡萄糖在倍频区的吸收主要集中在1530nm---1850nm之间，其主要吸收峰在1610nm,因此将信号波长选为1610nm，而1310nm处葡萄糖的吸收很小。

传感器探头中的分光元件为AOTF分光系统，分光范围为1100nm---1700nm。血糖仪采用双光路法进行光谱测量，光信号由两个带半导体制冷的InGaAs检测器检测，其中一路为参考光，另一路为经人体扩散反射回来的测量光，参考光和反射光的电压信号由多通道数据采集卡进行采集，探出头与被测者的皮肤接触，测头中心的光纤束被用作光发射光纤，把近红外光传输到人体组织内，与输入光纤成同轴圆环状的另一路光纤束被用作接收光纤，把人体组织中扩撒反射回来的光传输到测量路检测器。

检测电路包括信号调理电路，模拟滤波电路，信号放大电路，串口电路。电路中以数字信号处理器为核心，充分发挥了控制与数据处理的作用。传感器主要是把人体的生理量信息转换成模拟电压输出，这些信号通过排线连接到检测电路上，检测电路的主要功能是信号的采集，调理，滤波，放大，A/D变换。

本发明所述无创血糖仪采用近红外光漫反射检测技术，通过红外光谱漫反射以及采集真皮层的扩散反射出的光谱信号，对不同人群的适应性强，设备体积小，检测结果准确可靠。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是红外光在人体组织中的传播示意图；

图2是本发明一个较佳实施例的系统结构框图。

具体实施方式

如图2所示，本发明所述无创血糖仪包括固定装置、红外光源、传感器、检测电路和电源，所述固定装置被配置为将所述血糖仪固定在被测人体部位表面；所述红外光源被配置为发出红外光；所述传感器被配置为连接所述红外光源和所述检测电路，并完成光电转换；所述检测电路被配置为接收所述传感器的数据，计算并输出血糖值；所述传感器接收的是从真皮层扩散反射出的光谱。

本发明所述的无创血糖仪采用的近红外光谱法进行葡萄糖浓度测试的理论依据是郎伯·比耳定律：

$A_{\mathrm{\λ}}=ln\left(\frac{I_0\left(\mathrm{\λ}\right)}{I\left(\mathrm{\λ}\right)}\right)={\mathrm{\Σ\ϵ}}_i\left(\mathrm{\λ}\right)\×{\mathrm{\ι}}_i\×C_i$

式中：A_λ为被测样品对特定波长光的吸光度，Ι₀与Ι分别为入射光强度和透射光强度，ε_i(λ)为第i种吸收物在相应波长光的吸光系数，ι_i为光在相应吸收物中的光程长，C_i为相应吸收物浓度。由定律可知，样品的吸光度与待测成分浓度之间具有很多的相关性，样品成分的浓度变化会引起光谱特征吸收的变化。首先通过对光谱数据A和样品的浓度C建立校正数学模型，具体可以分为定标和预测两个过程。定标过程是利用一定数量已知成分含量的样品组应用回归线方法求出光谱参数与样品成分浓度之间的关系，预测过程就是将未知样品成分浓度的光谱参数代入定标过程求得的公式，得出未知样品的成分含量。

检测过程中我们将耳垂作为检测部位，近红外光在耳垂组织中的传播特性如图(1)。由于表皮层内不含血管，皮肤组织中的血管都分布在真皮层中，因此在经皮测量血糖浓时，只需要分析经过真皮后扩散反射出来的光谱A3即可。

在用近红外光光谱测量血糖浓度中，波长的选择是最关键的，葡萄糖在倍频区的吸收主要集中在1530nm---1850nm之间，其主要吸收峰在1610nm,因此将信号波长选为1610nm，而1310nm处葡萄糖的吸收很小。

传感器探头中的分光元件为AOTF分光系统，分光范围为1100nm---1700nm。血糖仪采用双光路法进行光谱测量，光信号由两个带半导体制冷的InGaAs检测器检测，其中一路为参考光，另一路为经人体扩散反射回来的测量光，参考光和反射光的电压信号由多通道数据采集卡进行采集，探出头与被测者的皮肤接触，测头中心的光纤束被用作光发射光纤，把近红外光传输到人体组织内，与输入光纤成同轴圆环状的另一路光纤束被用作接收光纤，把人体组织中扩撒反射回来的光传输到测量路检测器。

检测电路包括信号调理电路，模拟滤波电路，信号放大电路，串口电路。电路中以数字信号处理器为核心，充分发挥了控制与数据处理的作用。传感器主要是把人体的生理量信息转换成模拟电压输出，这些信号通过排线连接到检测电路上，检测电路的主要功能是信号的采集，调理，滤波，放大，A/D变换。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无创血糖仪，其特征在于，包括固定装置、红外光源、传感器、检测电路和电源，所述固定装置被配置为将所述血糖仪固定在被测人体部位表面；所述红外光源被配置为发出红外光；所述传感器被配置为连接所述红外光源和所述检测电路，并完成光电转换；所述检测电路被配置为接收所述传感器的数据，计算并输出血糖值；所述传感器接收的是从真皮层扩散反射出的光谱。

2.如权利要求1所述的无创血糖仪，其特征在于，所述人体部位为耳垂。

3.如权利要求1所述的无创血糖仪，其特征在于，所述红外光源发出的光波波长为1610nm。

4.如权利要求1所述的无创血糖仪，其特征在于，所述传感器包括AOTF分光元件。

5.如权利要求1所述的无创血糖仪，其特征在于，所述传感器采用双光路进行光谱测量，其中一路为参考光，另一路为经所述人体部位扩散反射回来的测量光。

6.如权利要求5所述的无创血糖仪，其特征在于，所述传感器包括光电转换器和测量光探头，所述测量光探头的中心光纤束被用作发射入射光，与所述中心光纤束成同轴圆环状的另一路光纤束被用作接收光纤，把所述测量光传送到所述光电转换器。

7.如权利要求6所述的无创血糖仪，其特征在于，所述光电转换器为带半导体制冷器的InGaAs检测器。

8.如权利要求6所述的无创血糖仪，其特征在于，所述中心光纤束外径为0.5mm～2mm，其中每根细光纤的直径为5μm～20μm。

9.如权利要求6所述的无创血糖仪，其特征在于，所述检测电路包括信号调理电路、模拟滤波电路、信号放大电路和串口电路。

10.如权利要求1所述的无创血糖仪，其特征在于，所述电源来自智能手机的耳机插孔。