CN101461712B - 可佩戴式无创血糖快速检测仪 - Google Patents

Abstract

一种可佩戴式无创血糖快速检测仪，涉及检测技术，包括检测仪表和可佩戴部件，检测仪表和可佩戴部件通过机械轴相连，可将仪表佩戴于手腕、手臂、脚踝等处。其中检测仪表包括光声电转换单元、信号预处理单元、中央处理单元、过热保护单元及电源模块，各部分按常规电连接，集成于一壳体内；其光声电转换单元包括三个激光二极管、三合一光纤和超声传感器，三合一光纤的三个入射头分别与各个激光二极管相耦合连接，出射头与超声传感器固接，三个激光二极管与模拟开关电连接，模拟开关与中央处理单元电连接；超声传感器外端凸出壳体一部分，使用时，同皮肤紧贴，探测皮肤内血液产生的超声波。本发明结构简单，数据精确，无创伤，可便携实时检测。

Description

可佩戴式无创血糖快速检测仪

技术领域

本发明公开了一种用于糖尿病患者的无创血糖快速检测仪，属于生物信息检测领域，涉及光学、声学、生物医学、信息科学和以电子技术为代表的各种现代工程技术，其基于光声检测原理，实现血糖的无创快速检测。

背景技术

随着现代人类劳动强度显著下降和饮食习惯的改变，及人口老龄化的加剧，糖尿病的发病率迅速上升，糖尿病及其并发症所造成的影响已成为世界各国均须面对的严重的公共卫生问题之一。而现市场上所售的血糖仪大多为有创的，需要扎针取血。有创的检测方式需要扎针取样，不仅给患者带来很大不便，使患者遭受痛苦，而且还有可能引起伤口感染，不利于血糖的频繁检测。血糖无创检测成为国内外血糖检测研究的热点。美国Cygnus公司所研制的GlucoWatch采用电化学的方法进行血糖无创检测，已经获得美国FDA认证。但是GlucoWatch采用反离子电渗技术抽取皮下的葡萄糖再进行电化学方法检测，抽取时会对皮肤造成一定的刺激。一些研究人员也开始致力于光学方法检测血糖的研究，光学方法分为透射法、漫反射法、后向散射法、拉曼光谱法等。光学方法主要是基于不同浓度的血糖对光的吸收或散射不同，从而可以在血糖浓度和光能之间建立对应关系来获取血糖值。但是，由于人体内干扰因素很多，血糖也没有单一、特异的吸收峰，使得光学方法检测准确度及灵敏度都不甚理想。光声效应原理将光学同超声学相结合，建立被检测物质浓度同超声能的对应关系来获取被检测物质浓度，超声的干扰相对光学方法的干扰小一些，可以获得较高的准确度和灵敏度，现已广泛应用于固体无损检测以及气体浓度检测，这也为液体浓度的检测提供了技术支持。因此，设计发明一种基于光声效应原理的无创血糖快速检测仪是非常必需的。本发明所采用的激光二极管功率较小，不会对皮肤造成刺激，根据不同浓度的血糖吸收光能而产生的超声能的不同，获取相应的血糖浓度值，具有较高的准确度和灵敏度。

发明内容

本发明的目的是公开一种可佩戴式无创血糖快速检测仪，以克服现有技术的缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种可佩戴式无创血糖快速检测仪，包括检测仪表和可佩戴部件，检测仪表和可佩戴部件通过机械轴相连；检测仪表包括光声电转换单元、信号预处理单元、中央处理单元、过热保护单元及电源模块，其中，中央处理单元同光声电转换单元、信号预处理单元、过热保护单元、电源模块等部分按常规的电连接方式集成于一壳体内；其中，

光声电转换单元包括三个激光二极管、三合一光纤和超声传感器，其中，三合一光纤的三个入射头分别与激光二极管相耦合连接，出射头与超声传感器固接，三个激光二极管与模拟开关电连接，模拟开关与中央处理单元电连接；

超声传感器外端凸出壳体一部分，使用时，同皮肤紧贴，探测皮肤内血液产生的超声波；

选取波长位于葡萄糖吸收峰处的激光二极管照射皮肤，血管中的葡萄糖将会产生幅值较大的超声波，由超声传感器探测，超声传感器通过电连接方式连接信号预处理单元，将超声信号输出至信号预处理单元，实现光声电转换单元同信号预处理单元的连接，信号预处理单元将处理后的信号传输给与之进行电连接的中央处理单元；

探测到的数据经后续中央处理单元处理，得出血糖浓度值，以中央处理单元的液晶显示器实时显示检测结果，并将检测结果全部存入到中央处理单元的存储器中。

所述的血糖快速检测仪，其还包括USB接口、无线通讯模块、过热保护单元，各部分按常规电连接，其中，USB接口同上位计算机通讯，方便患者将信息传入计算机进行数据记录存储；无线通讯模块，便于将患者的血糖检测结果实时传送给医生；过热保护单元的温度传感器在检测阶段检测仪表的温度，当温度超过阈值时，中央处理单元的微处理器发出控制信号，关闭光源，停止照射。

所述的血糖快速检测仪，其所述激光二极管为脉冲激光二极管。

所述的血糖快速检测仪，其所述三个激光二极管与模拟开关电连接，模拟开关有三个输出端，分别与三个激光二极管串接。

所述的血糖快速检测仪，其所述出射头与超声传感器固接，超声传感器为管状，内径与三合一光纤出射头外径相适配，即出射头插入固接在超声传感器内管中，以利于超声传感器探测到超声波。

所述的血糖快速检测仪，其所述可佩戴部件为塑料、金属或布质材料。

本发明的可佩戴式无创血糖快速检测仪，结构简单，数据精确，无创伤，使用快捷、方便，可便携实时检测。

附图说明

图1为可佩戴式无创血糖快速检测仪外观示意图；

图2为检测仪表的组成框图；

图3为检测仪表的光声电转换单元；

图4为检测仪表的驱动控制电路示意图。

具体实施方式

本发明提供一种可佩戴式无创血糖快速检测仪，采用无创的方法，无需取样可对血糖进行快速检测。特定调制频率及特定波长的激光照射皮肤，激光能被特异性的物质高效率吸收转换为一定频率的超声波。本检测仪即基于此光声效应原理，选取波长位于葡萄糖吸收峰处的激光二极管来照射皮肤。用此激光二极管照射皮肤，血管中的葡萄糖将会产生幅值较大的超声波，由超声传感器探测。由于其它物质在此种波长下吸收率很低，吸收的光能极少，产生的超声波也非常微弱，可以将其当作噪声滤除。采用三个脉冲激光二极管不同时刻照射皮肤，产生三套对应各自波长的数据，由DSP进行数据处理，融合三个数据，计算出血糖值。

可佩戴式无创血糖快速检测仪由检测仪表22和可佩戴部件21组成，如图1所示，22和21之间通过机械轴23相连，从而可以将可佩戴式无创血糖快速检测仪佩戴于脘部、手臂处或脚踝处。

检测仪表22主要包括五个部分，如图2所示，分别为：光声电转换单元A、信号预处理单元B、中央处理单元C、过热保护单元D以及电源模块E。各部分通过常规电连接集成于一体。

光声电转换单元A的具体结构如图3所示。光声电转换单元实现将光信号转换为声信号，然后将声信号转换成可检测的电信号。光声电转换单元主要包括三个激光二极管、三合一光纤和超声传感器。三个激光二极管采用三个脉冲激光二极管10、11、12，选取波长在近红外波段的脉冲激光二极管。采用三合一光纤作为光的传导部件传输激光。13、14、15为三合一光纤的入射头，16为三合一光纤的出射头。脉冲激光二极管10、11、12分别同入射头13、14、15正对，耦合相连。三个脉冲激光二极管10、11、12在一个检测周期内分时处于工作状态。三个入射头13、14、15将在不同时刻传输不同的波长的光到出射头16。出射头16在一个检测周期内分时段将三种不同波长的光照射至皮肤18，皮肤18内血管中的葡萄糖将产生超声波。

本发明超声传感器17漏出外壳19一部分同皮肤18紧贴，探测皮肤18内血液产生的超声波。17同19之间进行机械连接。超声传感器17设计为环柱体，内环的圆柱体空间正好容纳三合一光纤的出射头16，即将出射头16插入到超声传感器17中。出射头16同超声传感器17紧密固接。超声传感器17同三合一光纤的这种设计，使激光直接照射的皮肤18处于超声传感器17的底部中央。激光直接照射的皮肤18即为声源，所以可以将声源全部集中在超声传感器17底部中央，这样更利于超声传感器17探测到超声波。

三个脉冲激光二极管10、11、12在一个周期内分时处于工作状态，它们的通断由模拟开关20控制，如图4所示。直流电源提供能量给脉冲激光二极管，一定频率的TTL电平提供脉冲激光二极管的调制电压。所以，控制脉冲激光二极管的直流电源的通断就能控制脉冲激光二极管的开关。模拟开关为单刀三制的，模拟开关的切换由DSP微处理器控制。模拟开关初始处于断开状态。一个检测周期开始时，首先需要脉冲激光二极管10接通，DSP控制模拟开关20打到a端，接通二极管10，激光由入射头13传输到出射头16照射皮肤。一定时间之后，模拟开关20再打到b端，接通二极管11，激光由入射头14传输到出射头16照射皮肤，进行另一个波长的检测。相同时间之后，模拟开关打到c端，接通二极管12，激光由入射头15传输到出射头16，进行最后一个波长的检测。至此，一个检测周期结束。

预处理单元B包括前置滤波放大1和二级放大2。前置滤波放大电路主要由宽带小信号放大器组成。

中央处理单元C以DSP微处理器3为核心，还包括高速实时A/D采集4、液晶显示5、通讯6、键盘输入7、RAM数据存储8。A/D采集采用并行A/D采集转换，提高采集转换速率，满足高频信号的实时高速采集。液晶显示可以实时显示检测结果。键盘输入方便用户操作。检测结果也将全部存入到RAM存储器中。系统采用USB接口作为同上位计算机通讯的接口，方便患者将信息传入计算机进行数据记录存储。同时，系统还设有无线通讯模块，便于患者将血糖检测结果实时传送给医生。

过热保护单元D以温度传感器9为核心。温度传感器9在检测阶段检测仪表的温度，当温度超过阈值时，微处理器3将会发出控制信号，关闭脉冲激光二极管，停止照射。

本发明的中央处理器3采用计算能力强的DSP芯片，三个激光二极管分别采用三个近红外光波段的脉冲激光二极管，分别为850nm、905nm以及1550nm，采用三合一光纤作为激光的传输媒介。三个脉冲激光二极管分别对准三合一光纤的三个入射头。采用环柱体的超声传感器探测超声。脉冲激光二极管由驱动电路驱动和控制。

各部分集成在一壳体内，实时进行检测。

本发明进行血糖检测的具体检测步骤为：

a.打开电源模块E，系统启动。

b.进行血糖浓度校准。(仪表启动后只需校准一次。)

c.系统控制模拟开关20打到a端，启动脉冲激光二极管10，光束由入射头13进入三合一光纤，由出射头16射出，照射皮肤。

d.血糖吸收光能，产生超声波，实时检测的超声传感器17检测到超声信号。

e.将超声信号滤波放大，经A/D采集4转换后存储。

f.系统控制模拟开关20打到b端，关闭脉冲激光二极管10，启动脉冲激光二极管11，光束由入射头14进入三合一光纤，由出射头16射出，照射皮肤。重复d、e。

g.系统控制模拟开关20打到c端，关闭脉冲激光二极管11，启动脉冲激光二极管12，光束由入射头14进入三合一光纤，由出射头16射出，照射皮肤。重复d、e。

h.系统控制模拟开关20打到断开状态，三个激光二极管10、11、12都处于关闭状态。

i.至此，一个检测周期结束，由DSP微处理器3综合三种波长的数据进行数据处理，得出血糖浓度值，液晶5显示。

j.数据进行存储，方便患者查询。

若温度传感器检测的温度超过阈值，系统将立即关闭光源，充分冷却后重新检测。仪表的通讯接口设计两个，分别进行有线通讯和无线通讯。有线通讯采用通用的USB接口设计，简单、通用、方便；无线通讯采用广泛应用的蓝牙模块设计。

Claims (5)

1.一种可佩戴式无创血糖快速检测仪，包括检测仪表和可佩戴部件，检测仪表和可佩戴部件通过机械轴相连；检测仪表包括光声电转换单元、信号预处理单元、中央处理单元、过热保护单元及电源模块，其中，中央处理单元同光声电转换单元、信号预处理单元、过热保护单元、电源模块按常规的电连接方式集成于一壳体内；其特征在于，

光声电转换单元包括三个激光二极管、三合一光纤和超声传感器，其中，三合一光纤的三个入射头分别与各个激光二极管相耦合连接，出射头与超声传感器固接，三个激光二极管与模拟开关电连接，模拟开关与中央处理单元电连接；

所述出射头与超声传感器固接，超声传感器为管状，内径与三合一光纤出射头外径相适配，以利于超声传感器探测到超声波；

超声传感器外端凸出壳体一部分，使用时，同皮肤紧贴，探测皮肤内血液产生的超声波；

选取波长位于葡萄糖吸收峰处的激光二极管发出的激光照射皮肤，血管中的葡萄糖将会产生幅值较大的超声波，由超声传感器探测，超声传感器通过电连接方式连接信号预处理单元，将超声信号输出至信号预处理单元，实现光声电转换单元同信号预处理单元的连接，信号预处理单元将处理后的信号传输给与之进行电连接的中央处理单元；

探测到的数据经后续中央处理单元处理，得出血糖浓度值，以中央处理单元的液晶显示器实时显示检测结果，并将检测结果全部存入到中央处理单元的存储器中。

2.如权利要求1所述的血糖快速检测仪，其特征在于，还包括USB接口、无线通讯模块、过热保护单元，各部分按常规电连接，其中，USB接口同上位计算机通讯，方便患者将信息传入计算机进行数据记录存储；无线通讯模块，便于将患者的血糖检测结果实时传送给医生；过热保护单元的温度传感器在检测阶段检测仪表的温度，当温度超过阈值时，中央处理单元的微处理器发出控制信号，关闭光源，停止照射。

3.如权利要求1所述的血糖快速检测仪，其特征在于，所述激光二极管为脉冲激光二极管。

4.如权利要求1所述的血糖快速检测仪，其特征在于，所述三个激光二极管与模拟开关电连接，模拟开关有三个输出端，分别与三个激光二极管串接。

5.如权利要求1所述的血糖快速检测仪，其特征在于，所述可佩戴部件为塑料、金属或布质材料。

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