CN104997517B - 一种通过视频分析测量血糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过视频分析测量血糖的方法，包括以下步骤：1）、首先用常规方法测量血糖随时间的变化，记录每次抽血验得的血糖浓度；同时，记录人体的血液丰富的一些浅表动脉上皮肤或人体较透明部分皮肤的一段彩色视频；进行视频分析，得到与血液相关的两种颜色光（如红蓝光）散射（或透射）率比与血糖浓度的对应关系；2）、在完成步骤1）之后的一段时间内，在同一部位记录一段彩色视频，通过对此视频分析得到此时对应的血糖浓度。本发明进行测量血糖仅靠拍摄视频以及对拍摄视频进行分析即可得到，整个过程不需要去医院，不用抽血就可以完成血糖的测量，随时随地都可以测量血糖，简单快捷，并且可以实现血糖的连续测量。

Description

一种通过视频分析测量血糖的方法
技术领域
本发明属于血糖测量技术领域，尤其涉及一种通过视频分析无损测量血糖的方法。
背景技术
随着智能手机的普及，视频信息已很容易得到，而且是随时随地都可以方便地得到视频信息。利用视频信息感知人的生命体征参数已有初步的结果，如文献1（朱珍民、郭高安、马官慧、许晓莹，基于智能手机的生命参数检测方法研究， 集成技术，第3卷，第3集，2014 年5 月1-14页）公开了基于视频传感器采集皮肤颜色变化来估算心率 HR(HeartRate)、脉率 PR (Pulsatile Rate)、血氧饱和度 SpO2 (Oxygen Saturation)。
但是目前也没有利用视频信息测量血糖的研究报道。视频信息包含了很大可以利用的信息，如基本信息：位置，时间，光强及引生的图像，光谱（彩色的三基色的强度变化）及他们随时间的演变。若能利用这些视频信息来无损（不需抽血）测量血糖，将对人类有很大的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过视频分析测量血糖的方法，无需抽血，随时随地可以连续测量血糖，方便快捷。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通过视频分析测量血糖的方法，具体包括以下步骤：
1）、首先要得到个人的血糖与两种颜色光散射率比或透射率比的关系，具体如下所述：
11）、用常规方法测量血糖随时间的变化，记录每次抽血验得的血糖浓度；
12）、在步骤11）的过程中，记录人体的血液丰富的一些浅表动脉上皮肤或人体较透明部分皮肤的一段有红蓝绿像素的彩色视频；
13）、对步骤12）所拍摄的视频进行视频分析，得到人体此部位的两种颜色光散射率比或透射率比的时间谱线，进而得到两种颜色光散射率比或透射率比与血糖浓度的对应关系；
所述两种颜色光为红蓝光、红绿光或蓝绿光；
2）、其次是实际通过彩色视频测量血糖浓度，具体如下所述：
21）、在完成步骤1）之后的一段时间内，在与步骤12）所述的人体的同一部位记录一段彩色视频，通过对此视频分析得到与血液相关的两种颜色光散射率比或透射率比；
22）、由步骤13）得到的对应关系得到此时对应的血糖浓度。
23）、将各次测试的血糖值绘制成血糖的时间表进行存储。
在上述方法中所述的步骤13）具体如下所述：视频记录的拍摄部位的单独一种颜色的散射光的强度Tl1与视频记录当时这个颜色的照射光的强度Il1、拍摄部位在这个颜色的散射率Sl1成比例关系，如式（1）所示：
Tl1=Sl1* Il1 （1）
两种颜色散射光的强度的比值如式（2）所示：
Tl2/ Tl1=（Sl2/Sl1）* （Il2/ Il1） （2）
由于白纸的Sl2/Sl1=1，因此在拍摄视频时在被拍摄部位旁放置一个白纸，对白纸进行视频拍摄，由测量得到的白纸的散射光强度比Tl2/ Tl1推出此时照射光的两个颜色强度比Il2/ Il1，然后再对拍摄到的人体部位进行分析，得到人体部位的散射光强度比Tl2/Tl1，由公式（2）可以得到被拍摄人体部位的两种颜色的散射率比Sl2/Sl1，进而得到视频分析得到的散射率比Sl2/Sl1时间谱线，以及通过对两种颜色光散射率比时间谱线的分析，得到两种颜色光散射率比与血糖浓度的对应关系；
所述得到人体此部位的两种光透射率比的时间谱线，进而得到两种光透射率比与血糖浓度的对应关系的过程与上述相同。
所述的步骤12）中记录视频是记录步骤11）中各次抽血验血糖浓度的视频或记录步骤11）的连续视频。
所述的拍摄视频和分析视频通过智能手机完成的。
所述的智能手机的摄像头前设置有一光学放大镜。
所述的智能手机的摄像头前设置有用来照射人体的被测量部位的照射光源。
所述的照射光源波长在有红蓝绿的可见光区域或某一红外光波段区域。
所述的拍摄视频通过手腕式视频设备完成。
所述的手腕式视频设备连接有无线通讯模块或有线通讯模块。
本发明具有的优点是：
1.测量血糖仅靠拍摄视频以及对拍摄视频进行分析即可得到，整个过程不需要去医院，不用抽血就可以完成血糖的测量，简单快捷；
2.拍摄视频设备和视频分析设备可采用智能手机或手腕式设备等，方便携带，随时随地都可以进行血糖测量，并且可以实现连续监控；
3.视频分析也可以通过手机或电脑发到云计算中心进行处理及存储，便于长期保存，并可用于大数据分析，为高（低）血糖病症的防治与预防提供海量数据。
4.本方法所测得的血糖值可以通过通讯模块传送给医生、亲朋或其他设定的人，并及时报警，测量数据可以保存在测量设备中，还可以将测量数据传送给计算机或云计算中心等其它设备进行保存，方便人员进行查看历史记录，对血糖变化进行监控。
附图说明
图1是不同血糖含量的血液的光透明度随波长的变化关系图；
图2是本发明的方法流程图；
图3是用于拍摄视频的手指皮肤部位；
图4是脉动血液与静止血液的红蓝光散射率比随血糖浓度变化而变化的示意图。
图5是红蓝光的散射率比（或透射率比）与血糖浓度的曲线关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
目前有研究发现，人体血液的透明度随着血糖的上升而增加，来自文献2 (ElinaA. Genina, Alexey N. Bashkatov，Valery V. Tuchin，Glucose-Induced OpticalClearing Effects in Tissues and Blood, in: Handbook of Optical Sensing ofGlucose, p658-692, 2009 by Taylor & Francis Group, LLC)。由于皮肤内的血液的透明度随血糖上升，也导致皮肤随血糖的上升而透明度增加，如图1所示。由血糖改变导致的血液的红蓝绿三种光的透明度（透射率）的改变，同时也导致红蓝绿三种光的散射度（散射率）的改变。
如上述外，现有的视频可以清晰地记录人体的一些浅表动脉处皮肤的彩色视频，此彩色视频记录了皮肤表面与浅表处红蓝绿三种光的散射光（包括反射光）或透射光强度随时间的变化。为叙述简单起见，以下以红蓝光的散射光为例加以阐述。
基于如上所述，本发明公开了一种单利用彩色视频信息测量人体的血糖的方法，如图2所示，具体包括如下步骤：
1）、首先要得到个人的血糖与红蓝光散射率比（Sl2/Sl1）的关系，具体如下所述：
11）、用常规方法测量血糖随时间的变化，记录每次抽血验得的血糖浓度；可通过在医院做耐糖量测试得到；
12）、在步骤11）的过程中，记录人体的血液丰富的一些浅表动脉（如颈动脉，或常规诊脉用的手上桡动脉）上皮肤或人体较透明部分（如耳垂，或图3所示手指）皮肤的一段彩色视频；为便于视频分析，拍摄部位附近放置一小的对各种颜色散射率一样的白纸；
13）、对步骤12）所拍摄的视频进行视频分析，散射率是物体（如含血液的皮肤）的本征特征，视频记录的拍摄部位的单独一种颜色的散射光的强度（Tl1）与视频记录当时这个颜色的照射光的强度（Il1）、拍摄部位在这个颜色的散射率（Sl）（又称散射系数， 是物体的特征系数）成比例关系，如式（1）所示：
Tl1=Sl1* Il1 （1）
两种颜色散射光的强度的比值为:
Tl2/ Tl1= （Sl2/Sl1）* （Il2/ Il1） （2）
要单独得到某一颜色的照射光的绝对强度不是很容易。但对两种颜色的散射率一致的物质容易得到，如白纸：Sl2/Sl1=1 。从而我们可以通过利用公式（2），通过视频测量放置在人体被测量部位附近的白纸的两种颜色散射光强度比Tl2/ Tl1 来得到视频拍摄时照射光的两个颜色强度比Il2/ Il1。 也就是说，若被拍摄视频的皮肤附近放一个白纸（如图3所示），视频分析时就可以用此白纸测得两种（或各种）颜色的照射光的强度比（Il2/ Il1），从而可以由公式(2)得到拍摄人体部位的两种颜色的散射率比Sl2/Sl1，进而得到人体此部位的两种光散射率比的时间谱线，如图4所示。
由于人体比较透明部位的散射光以来自血液的红光为主，血液的透明度随血糖增加而增加，因此能够散射出人体皮肤的红光的强度也增加，因此人体比较透明部分的红蓝光散射率比一般是随血糖增加而增加的，由常规方法耐糖量测试的血糖与光散射率比关系的几个点可画出一曲线，若为了曲线更精确，可以记录连续视频，多测几个对应点，关系曲线如图5所示。
视频分析可以分析出在动脉与（或）毛细血管内脉动血液相关的红蓝光散射率比的脉动曲线与脉动振幅（可通过剔除噪声与不参与脉动的血液与其他不脉动的皮肤组织的红蓝光散射率比得到），视频分析还可以分析出不参与脉动的血液的红蓝光散射率比随血糖浓度的改变（通过假定其他机体组织的红蓝光散射光强度不随血糖浓度的改变而改变，只有血液的红蓝光散射光强度比随血糖浓度的改变而改变），如图4。以上两种信息都可以用来测血糖，通过找到个体的脉动血液相关的红蓝光散射率比或静止血液的红蓝光散射率比与血糖浓度的对应关系。两类红蓝光的散射率比都随血糖增加而增加，如图5所示。
用参与脉动部分的散射光信息，还可以得到脉搏信息，从此信息也可用于其他疾病的监测。
2）、其次是实际通过彩色视频测量血糖浓度，具体如下所述：
21）、在完成步骤1）之后的一段时间（几个月到一年）内，在与步骤12）所述的人体的同一部位记录一段彩色视频，通过对此视频分析得到红蓝光散射率比（Sl2/Sl1）；
22）、由步骤13）得到的对应关系（图5）得到此时对应的血糖浓度。
23）、将各次测试的血糖值绘制成血糖的时间表进行存储。
由于每个人及同一个人的不同部位的的血糖浓度与红蓝光散射率比（Sl2/Sl1）的对应关系是不尽相同的，因此每个人测量时都需要进行步骤1），从而得到个人某部位的血糖与红蓝光散射率比（Sl2/Sl1）的对应关系。
由于人体会长大、发胖、变瘦或动脉与毛细血管老化与病变，这些都会影响测量的精度。因此每个人的不同时段血糖与红蓝光散射率比（Sl2/Sl1）的对应关系也是不尽相同的，即同一个人使用此方法在短时间内精度比较准确，当人体有所变化时或长时间内则需要重新校准血糖与红蓝光散射率比（Sl2/Sl1）的对应关系，以确保测量精度。
上述介绍的是通过红蓝光散射率比得知血糖值。通过红蓝光透射率比，比照以上步骤1）与2）也可得知血糖值，得知红蓝光透射率比的公式也可参照式（2），只是此时Sl2/Sl1值为透射率比。
除上述外，也可以通过红绿光散射率比或蓝绿光散射率比得知血糖值，具体方法同步骤1）与2）。
还可以通过红绿光透射率比或蓝绿光透射率比得知血糖值，具体方法同步骤1）与2）。
本发明中所述的视频拍摄和视频分析过程可以采用智能手机完成，智能手机能够随时随地进行测量并进行显示，为了得到清晰的视频，也可能用到特殊的光线来照明，也可能在智能手机摄像头前面加光学放大镜头来得进行近距离摄像，也可能在摄像头前设置有照射光源用来照射人体的被测量部位，照射光源波长在有红蓝绿的可见光区域或某一红外光波段区域，从而得到两种颜色光的散射光或透射光。智能手机还能将所测量的数据进行存储或发送给计算机或云计算中心，或发送给医生、亲朋等设定的人；当然，视频拍摄设备也可以是摄像机，拍摄的视频可通过无线或有线模块传输至智能手机、计算机或云计算中心，从而进行分析存储，还可再通过通讯模块发送给医生、亲朋等设定的人，当超过设定值时进行相应报警。也可采用其它能够进行拍摄视频并进行视频分析的设备，还可以将其做成手腕式结构佩戴在手腕上，使用的时候方便。
本发明不仅可以作用于人体，还能作用于动物，测量其血糖。
上述实施例均仅为了解释说明而举例而已，并不是对发明的保护范围的限制。在不脱离本发明的精神的情况和范围下，所做出的变化均处于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、首先要得到个人的血糖与两种颜色光散射率比或透射率比的关系，具体如下所述：
11）、用常规方法测量血糖随时间的变化，记录每次抽血验得的血糖浓度；
12）、在步骤11）的过程中，记录人体的血液丰富的一些浅表动脉上皮肤或人体较透明部分皮肤的一段有红蓝绿像素的彩色视频；
13）、对步骤12）所拍摄的视频进行视频分析，得到人体此部位的两种颜色光散射率比或透射率比的时间谱线，进而得到两种颜色光散射率比或透射率比与血糖浓度的对应关系；
所述两种颜色光为红蓝光、红绿光或蓝绿光；
2）、其次是实际通过彩色视频测量血糖浓度，具体如下所述：
21）、在完成步骤1）之后的一段时间内，在与步骤12）所述的人体的同一部位记录一段彩色视频，通过对此视频分析得到与血液相关的两种颜色光散射率比或透射率比；
22）、由步骤13）得到的对应关系得到此时对应的血糖浓度；
23）、将各次测试的血糖值绘制成血糖的时间表进行存储。
2.如权利要求1所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的步骤13）具体如下所述：
视频记录的拍摄部位的单独一种颜色的散射光的强度Tl1与视频记录当时这个颜色的照射光的强度Il1、拍摄部位在这个颜色的散射率Sl1成比例关系，如式（1）所示：
Tl1=Sl1* Il1 （1）
两种颜色散射光的强度的比值如式（2）所示：
Tl2/ Tl1=（Sl2/Sl1）* （Il2/ Il1） （2）
由于白纸的Sl2/Sl1=1，因此在拍摄视频时在被拍摄部位旁放置一个白纸，对白纸进行视频拍摄，由测量得到的白纸的散射光强度比Tl2/ Tl1推出此时照射光的两个颜色强度比Il2/Il1，然后再对拍摄到的人体部位进行分析，得到人体部位的散射光强度比Tl2/ Tl1，由公式（2）可以得到被拍摄人体部位的两种颜色的散射率比Sl2/Sl1，进而得到视频分析得到的散射率比Sl2/Sl1时间谱线，以及通过对两种颜色光散射率比时间谱线的分析，得到两种颜色光散射率比与血糖浓度的对应关系；
得到人体此部位的两种光透射率比的时间谱线，进而得到两种光透射率比与血糖浓度的对应关系的过程与上述相同。
3.如权利要求2所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的步骤12）中记录视频是记录步骤11）中各次抽血验血糖浓度的视频或记录步骤11）的连续视频。
4.如权利要求1所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的拍摄视频和分析视频通过智能手机完成的。
5.如权利要求4所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的智能手机的摄像头前设置有一光学放大镜。
6.如权利要求4或5所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的智能手机的摄像头前设置有用来照射人体的被测量部位的照射光源。
7.如权利要求6所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的照射光源波长在有红蓝绿的可见光区域或某一红外光波段区域。
8.如权利要求1所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的拍摄视频通过手腕式视频设备完成。
9.如权利要求8所述的通过视频分析测量血糖的方法，其特征在于：所述的手腕式视频设备连接有无线通讯模块或有线通讯模块。
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