CN104000599B - 一种测量血糖浓度的方法及便携式设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量血糖浓度的方法，该方法包括：向被测量对象的体表皮肤发送至少一束测量光和至少一束校准光，血液中的葡萄糖对所述测量光有特异吸收；血液中除葡萄糖之外的其他一种血液成分对所述校准光有特异吸收；接收测量反射光x和校准反射光z；根据所述校准反射光z的光学参数对所述测量反射光x的光学参数进行综合计算，获得血糖浓度Y。相应的，本发明还提供一种用于测量血糖浓度的便携式设备。采用本发明提供的方法和便携式设备，可以实现实时准确的血糖浓度测量。

Description

一种测量血糖浓度的方法及便携式设备

技术领域

本发明属于生理参数测量领域，具体地说涉及一种测量血糖浓度的方法及便携式设备。

背景技术

血液中的糖分称为血糖，绝大多数情况下都是葡萄糖。体内各组织细胞活动所需的能量大部分来自葡萄糖，所以血糖浓度必须保持在一定的水平才能维持体内各器官和组织的需要。正常人在清晨空腹血糖浓度应在3.9mmol/L～6.0mmol/L之间。空腹血糖浓度超过6.0mmol/L，称为高血糖。血糖浓度低于3.9mmol/L，称为低血糖。由于血糖浓度会随着饮食、运动等日常活动发生变化，所以需要能够对血糖进行实时监测，以便能够有效预防低血糖的发生，提前发现糖尿病等疾病。

葡萄糖分子在远红外区间(8300nm～10000nm)内的约9600nm处因糖环振动而有特征吸收，且由于血糖的光谱吸收与血糖浓度有一定关系，因而可以在远红外区域通过测量皮肤表面的热能辐射得到血糖的热能吸收。

为了避免采血检测对人体所造成的损伤，现在主要采用对人体不会造成损伤的无创检测方法来检测血糖浓度。无创血糖浓度检测分为透射式和反射式两种方法。其中，透射式方法通过获取经过人体组织的透射光来分析血糖浓度，由于透射光信号较强，测量准确率高，因此该方法目前在临床上已获得广泛应用。但是透射式方法适合应用在皮肤较薄的地方，以便光的透射，因此对应用部位有所限制。反射式方法获取由人体组织反射的光强信号，因而其探头不受安放位置的限制，具有更广阔的应用前景。但是目前通过反射式测量血糖浓度的方法准确率不高，误差较大。

发明内容

为了解决现有反射式测量血糖浓度的方法精度低、有效率差的问题，本发明提供一种测量血糖浓度的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种测量血糖浓度的方法，所述方法包括步骤：

a)向被测量对象的体表皮肤发送至少一束测量光和至少一束校准光，血液中的葡萄糖对所述测量光有特异吸收；血液中除葡萄糖之外的其他一种血液成分对所述校准光有特异吸收；

b)接收测量反射光x和校准反射光z；

c)根据所述校准反射光z的光学参数对所述测量反射光x的光学参数进行综合计算，获得血糖浓度Y。

根据本发明的一个具体实施方式，所述步骤c)进一步为：

c1)分别计算所述测量反射光x的光强变化率以及所述校准反射光z的光强变化率；

c2)给所述测量反射光x的光强变化率添加第一系数，获得第一乘积；

给所述校准反射光z的光强变化率添加第二系数，获得第二乘积；

所述第一系数和第二系数均为0～100之间的常数；

c3)通过计算获取第一乘积之和与第二乘积之和之间的差值R，根据所述差值R，计算所述血糖浓度Y。

根据本发明的另一个具体实施方式，所述步骤c3)进一步为：根据差值R，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；

其中，0＜n＜100，0＜m＜100。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述其他血液成分包括：血红蛋白、水、血色素和/或脂肪。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述测量光的波长包括：2500nm，2000nm，1730nm，1670nm和/或1300nm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述校准光的波长包括：1440nm，1100nm，940nm，820nm和/或660nm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述体表皮肤是所述被测对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。

根据本发明的另一个方面，提供一种测量血糖浓度的便携式设备，其中，所述便携式设备包括：光发射和光接收模块，以及嵌入式系统；

所述光发射和接收模块，用于向被测量对象的体表皮肤发送至少一束测量光和至少一束校准光，血液中的葡萄糖对所述测量光有特异吸收；血液中除葡萄糖之外的其他一种血液成分对所述校准光有特异吸收；

并接收测量反射光x和校准反射光z；

嵌入式系统，用于根据所述校准反射光z的光学参数对所述测量反射光x的光学参数进行综合计算，获得血糖浓度Y。

根据本发明的一个具体实施方式，所述嵌入式系统进一步包括：

第一计算模块，用于分别计算所述测量反射光x的光强变化率以及所述校准反射光z的光强变化率；

第二计算模块，用于给所述测量反射光x的光强变化率添加第一系数，获得第一乘积；给所述校准反射光z的光强变化率添加第二系数，获得第二乘积；所述第一系数和第二系数均为0～100之间的常数；

第三计算模块，用于通过计算获取第一乘积之和与第二乘积之和之间的差值R，根据所述差值R，计算所述血糖浓度Y。

根据本发明的另一个具体实施方式，所述第三计算模块进一步用于根据差值R，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；

其中，0＜n＜100，0＜m＜100。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述其他血液成分包括：血红蛋白、水、血色素和/或脂肪。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述测量光的波长包括：2500nm，2000nm，1730nm，1670nm和/或1300nm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述校准光的波长包括：1440nm，1100nm，940nm，820nm和/或660nm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述体表皮肤是所述被测对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述便携式设备具有腕式佩戴结构。

根据本发明的又一个具体实施方式，该便携式设备还包括：

显示模块，用于显示所述血糖浓度。

本发明提供的方法同时向被测对象的体表皮肤发送测量光和校准光，并接收不同光的反射光，之后通过校准反射光对测量反射光进行校准，进行综合计算，以获得被测对象的血糖浓度。由于血液中除了葡萄糖以外的血液成分对校准光有特异吸收，因此通过校准光可以去除不同血液成分对于测量葡萄糖的影响，可以获得更准确的血糖浓度测量结果。本发明采用反射的方法进行血糖测量，光强信号强，测试探头不受安放位置的限制，与现有的透射式测量方法相比更加灵活。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示为根据本发明提供的一种测量血糖浓度的方法的一个具体实施方式的流程示意图；

图2所示为根据图1所示的方法的步骤S103的分解步骤图；

图3所示为根据本发明提供的一种测量血糖浓度的便携式设备的一个具体实施方式的结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

参考图1，图1所示为根据本发明提供的一种测量血糖浓度的方法的一个具体实施方式的流程示意图。

血糖浓度测量基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化。当透光区域动脉血管搏动时，动脉血液对光的吸收量将随之变化，而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收不变。具体地，本发明提供的测量血糖浓度的方法主要的适用对象是人类，因此所述被测量对象在本文中主要指的是需要进行血糖浓度测量的人类。本领域技术人员应当理解，本发明提供的测量血糖浓度的方法还可以应用于针对与人类具有相同或相似生理特性的哺乳动物的血糖浓度的测量。

步骤S101，向被测量对象的体表皮肤发送至少一束测量光和至少一束校准光。优选的，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。由于血液中的不同成分对光波有不同的吸收峰，所以对于测量光和校准光的波长选择很重要。由于葡萄糖是血糖的主要成分，因此选择葡萄糖特异吸收的光波作为测量血糖浓度的测量光。优选的，所述测量光的波长包括：2500nm，2000nm，1730nm，1670nm和/或1300nm。可以理解，当选择一束测量光时即可测量血糖浓度，但是为了提高测量精度，优选采用多束测量光同时进行测量。

为了消除血液中其他血液成分对于血糖浓度测量时产生的干扰，需要选取至少一束校准光。校准光的波长选择与测量光类似，选择其他血液成分有特异吸收的光波作为测量血糖浓度的校准光。这些对血糖浓度测量产生干扰的血液成分包括但不限于：血红蛋白、水、血色素和/或脂肪。因此优选选择这些血液成分有特异吸收的光波作为测量光。例如：血红蛋白对波长为940nm和660nm的光波有特异吸收；水对波长为1440nm的光波有特异吸收；血色素对波长为1100nm的光波有特异吸收；脂肪对波长为820nm的光波有特异吸收。因此，优选的，校准光的波长包括但不限于：1440nm，1100nm，940nm，820nm和/或660nm。在实际测量中，优选选择多束校准光对测量光进行校准，以便获得更为精确的测量结果。

测量光和校准光的发射可以根据波长的不同选择不同的激光器或者集成的激光器来实现，也可以采用光电传感器来实现。

步骤S102，接收测量反射光x和校准反射光z。本发明采用的反射法测量血糖浓度，具体原理是向人体组织发送光波，该光波经过人体组织反射后生成反射光，然后接收该反射光并分析该反射光所反映的人体的生理状况，从而达到测量人体血糖浓度的目的。因此接收到的测量反射光x和校准反射光z就非常重要。光的接收可以采用光接收器来实现。

为了简化设备，优选采用光电传感器来实现光的发射和接收。例如，采用NJL5501R芯片来发射和接收测量光和校准光，该芯片可以产生不同波长的红光和红外光。

步骤S103，根据所述校准反射光z的光学参数对所述测量反射光x的光学参数进行综合计算，获得血糖浓度Y。参考图2，所述步骤S103优选包括：

步骤S103-1，分别计算所述测量反射光x的光强变化率以及所述校准反射光z的光强变化率。测量光和校准光经过体表皮肤的反射，接收到的测量反射光x和校准反射光z的光强较之之前的测量光和校准光会有所变化，因此需要计算光强变化率。光强变化率通过以下方法计算：首先用发射光强度减去反射过程中接收到的最小反射光强度；之后用这一差值与发射光强度相比。

步骤S103-2，给所述测量反射光x的光强变化率添加第一系数，获得第一乘积；给所述校准反射光z的光强变化率添加第二系数，获得第二乘积；所述第一系数和第二系数均为为0～100之间的常数。

上述第一系数和第二系数均由由葡萄糖标准浓度溶液曲线拟合得到。

例如，当测量反射光x的光强变化率为x₁时，为其添加第一系数a₁，则第一乘积即为a₁x₁。同理，当有多束测量光时，则计算得到的测量反射光光强变化率为x₁，x₂，x₃，……，x_p，为每个光强变化率添加第一系数，则第一乘积为a₁x₁，a₂x₂，a₃x₃，……，a_px_p；其中，p为常数项，0＜a₁，a₂，x₃，……，x_p＜100。优选的p＝5，即有五束测量光。

当校准反射光z的光强变化率为z₁时，为其添加第一系数b₁，则第一乘积即为b₁z₁。同理，当有多束校准光时，则计算得到的校准反射光光强变化率为z₁，z₂，z₃，……，z_q，为每个光强变化率添加第一系数，则第一乘积为b₁z₁，b₂z₂，b₃z₃，……，b_qz_q；其中，q为常数项，0＜b₁，b₂，b₃，……，b_q＜100。优选的q＝5，即有五束校准光。

步骤S103-3，通过计算获取第一乘积之和与第二乘积之和之间的差值R，根据所述差值R，计算所述血糖浓度Y。

其中，差值R＝a₁x₁+a₂x₂+a₃x₃+……+a_px_p-b₁z₁-b₂z₂-b₃z₃-……-b_qz_q

优选的，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；其中，0＜n＜100，0＜m＜100。

根据差值R得到血糖浓度Y，可以采用单片机来实现。现有技术中，有多种单片机可以实现数字信号的计算，来生成生理参数，例如：MK20DN512VLK10芯片。可以理解，在本发明中，该生理参数即指血糖浓度Y，血糖浓度Y＝nR+m；其中，n＞0，例如，可以取值为1，3，5等等；0＜m＜100，例如，可以取值为2，40，57等等。

参考图3，图3所示为根据本发明提供的一种测量血糖浓度的便携式设备20的结构示意图。

所述便携式设备20包括：光发射和接收模块21和嵌入式系统22。

所述光发射和接收模块21，用于向被测量对象的体表皮肤10发送至少一束测量光和至少一束校准光。优选的，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。由于葡萄糖是血糖的主要成分，因此选择葡萄糖特异吸收的光波作为测量血糖浓度的测量光。优选的，所述测量光的波长包括：2500nm，2000nm，1730nm，1670nm和/或1300nm。可以理解，当选择一束测量光时即可测量血糖浓度，但是其精确度很低。因此优选采用多束测量光同时进行测量。

为了消除血液中其他血液成分对于血糖浓度测量时产生的干扰，需要选取至少一束校准光。校准光的波长选择与测量光类似，选择其他血液成分有特异吸收的光波作为测量血糖浓度的校准光。这些对血糖浓度测量产生干扰的血液成分包括但不限于：血红蛋白、水、血色素和/或脂肪。因此优选选择这些血液成分有特异吸收的光波作为测量光。例如：血红蛋白对波长为940nm和660nm的光波有特异吸收；水对波长为1440nm的光波有特异吸收；血色素对波长为1100nm的光波有特异吸收；脂肪对波长为820nm的光波有特异吸收。因此，优选的，校准光的波长包括但不限于：1440nm，1100nm，940nm，820nm和/或660nm。在实际测量中，优选选择多束校准光对测量光进行校准，以便获得更为精确的测量结果。

接收测量反射光x和校准反射光z。

光发射和接收模块21可以是能发多种波长激光的激光器也可以是光电感应器。优选的光发射和接收模块21采用光电传感器来实现光的发射和接收。例如，采用NJL5501R芯片来发射和接收测量光和校准光，该芯片可以产生不同波长的红光和红外光。

嵌入式系统22，用于根据所述校准反射光z的光学参数对所述测量反射光x的光学参数进行综合计算，获得血糖浓度Y。

优选的，所述嵌入式系统22进一步包括：

第一计算模块221，用于分别计算所述测量反射光x的光强变化率以及所述校准反射光z的光强变化率。测量光和校准光经过体表皮肤的反射，接收到的测量反射光x和校准反射光z的光强较之之前的测量光和校准光会有所变化，因此需要由第一计算模块221来计算光强变化率。

第二计算模块222，用于给所述测量反射光x的光强变化率添加第一系数，获得第一乘积；给所述校准反射光z的光强变化率添加第二系数，获得第二乘积；所述第一系数和第二系数均为为0～100之间的常数。

例如，当测量反射光x的光强变化率为x₁时，为其添加第一系数a₁，则第一乘积即为a₁x₁。同理，当有多束测量光时，则计算得到的测量反射光光强变化率为x₁，x₂，x₃，……，x_p，为每个光强变化率添加第一系数，则第一乘积为a₁x₁，a₂x₂，a₃x₃，……，a_px_p；其中，p为常数项，0＜a₁，a₂，x₃，……，x_p＜100。优选的p＝5，即有五束测量光。

当校准反射光z的光强变化率为z₁时，为其添加第一系数b₁，则第一乘积即为b₁z₁。同理，当有多束校准光时，则计算得到的校准反射光光强变化率为z₁，z₂，z₃，……，z_q，为每个光强变化率添加第一系数，则第一乘积为b₁z₁，b₂z₂，b₃z₃，……，b_qz_q；其中，q为常数项，0＜b₁，b₂，b₃，……，b_q＜100。优选的q＝5，即有五束校准光。

第三计算模块223，用于通过计算获取第一乘积之和与第二乘积之和之间的差值R，根据所述差值R，计算所述血糖浓度Y。

其中，差值R＝a₁x₁+a₂x₂+a₃x₃+……+a_px_p-b₁z₁-b₂z₂-b₃z₃-……-b_qz_q

优选的，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；其中，0＜n＜100，0＜m＜100。

根据差值R得到血糖浓度Y，可以采用单片机来实现。现有技术中，有多种单片机可以实现数字信号的计算，来生成生理参数，例如：MK20DN512VLK10芯片。可以理解，在本发明中，该生理参数即指血糖浓度Y，血糖浓度Y＝nR+m；其中，n＞0，例如，可以取值为1，3，5等等；0＜m＜100，例如，可以取值为2，40，57等等。

为了实时获得被测对象的血糖浓度，且不影响被测对象的日常活动，优选的，所述便携式设备20具有腕式佩戴结构。

优选的，为了方便用户实时观测测量结果，所述便携式设备20还包括：显示模块，用于显示所述血糖浓度。

采用本发明提供的测量血糖浓度的方法以及便携式设备可以实时准确地获得被测对象的血糖浓度，无创伤，精确度高。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (12)

1.一种测量血糖浓度的方法，其中，所述方法包括步骤：

a)向被测量对象的体表皮肤发送至少一束测量光和至少一束校准光，血液中的葡萄糖对所述测量光有特异吸收；血液中除葡萄糖之外的其他血液成分对所述校准光有特异吸收；

b)接收测量反射光x和校准反射光z；

c)根据所述校准反射光z的光学参数对所述测量反射光x的光学参数进行综合计算，获得血糖浓度Y；

所述步骤c)进一步为：

c1)分别计算所述测量反射光x的光强变化率以及所述校准反射光z的光强变化率；

c2)给所述测量反射光x的光强变化率添加第一系数，获得第一乘积；

给所述校准反射光z的光强变化率添加第二系数，获得第二乘积；

所述第一系数和第二系数均为大于0、小于100的常数；

c3)当具有一束测量光和一束校准光时，通过计算获取第一乘积与第二乘积之间的差值R，根据所述差值R，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；

其中，0＜n＜100，0＜m＜100；

当具有多束测量光和多束校准光时，通过计算获取第一乘积之和与第二乘积之和之间的差值R，根据所述差值R，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；

其中，0＜n＜100，0＜m＜100。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述其他血液成分包括：血红蛋白、水、血色素和/或脂肪。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量光的波长包括：2500nm，2000nm，1730nm，1670nm和/或1300nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校准光的波长包括：1440nm，1100nm，940nm，820nm和/或660nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。

6.一种测量血糖浓度的便携式设备，其中，所述便携式设备包括：光发射和光接收模块，以及嵌入式系统；

所述光发射和接收模块，用于向被测量对象的体表皮肤发送至少一束测量光和至少一束校准光，血液中的葡萄糖对所述测量光有特异吸收；血液中除葡萄糖之外的其他血液成分对所述校准光有特异吸收；

并接收测量反射光x和校准反射光z；

嵌入式系统，用于根据所述校准反射光z的光学参数对所述测量反射光x的光学参数进行综合计算，获得血糖浓度Y；

所述嵌入式系统进一步包括：

第一计算模块，用于分别计算所述测量反射光x的光强变化率以及所述校准反射光z的光强变化率；

第二计算模块，用于给所述测量反射光x的光强变化率添加第一系数，获得第一乘积；

给所述校准反射光z的光强变化率添加第二系数，获得第二乘积；所述第一系数和第二系数均为大于0、小于100的常数；

第三计算模块，当具有一束测量光和一束反射光时，用于通过计算获取第一乘积之和与第二乘积之和之间的差值R，根据所述差值R，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；

其中，0＜n＜100，0＜m＜100；

当具有多束测量光和多束校准光时，所述第三计算模块，用于通过计算获取第一乘积之和与第二乘积之和之间的差值R，根据所述差值R，利用公式Y＝nR+m，计算所述血糖浓度Y；

其中，0＜n＜100，0＜m＜100。

7.根据权利要求6所述的便携式设备，其中，所述其他血液成分包括：血红蛋白、水、血色素和/或脂肪。

8.根据权利要求6所述的便携式设备，其中，所述测量光的波长包括：2500nm，2000nm，1730nm，1670nm和/或1300nm。

9.根据权利要求6所述的便携式设备，其中，所述校准光的波长包括：1440nm，1100nm，940nm，820nm和/或660nm。

10.根据权利要求6所述的便携式设备，其中，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。

11.根据权利要求6所述的便携式设备，其中，所述便携式设备具有腕式佩戴结构。

12.根据权利要求6所述的便携式设备，其中，该便携式设备还包括：

显示模块，用于显示所述血糖浓度。