CN105486731B - 基于太赫兹增强的无创血糖检测探头 - Google Patents
基于太赫兹增强的无创血糖检测探头 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，涉及检测技术，包括两个相同的探测模块和一个DSP微处理器，并且通过高分子聚合物外壳将两个探测模块和DSP微处理器固定在一起。每一个探测模块包含一个电化学传感器和一个太赫兹反离子渗透增强阵列。本发明利用太赫兹发生阵列实现被探测组织液内葡萄糖浓度的增强，极大提高了电化学传感器对人体血糖的测量精度。此外，本发明中包含的两个探测模块之间的探测结果可相互对比矫正从而进一步提高血糖的探测精度。本发明可实现高灵敏度、高准确性、迅速、无创的人体血糖测量，不但提高了人体血糖测量的便捷性同时可避免采血检测方式所带来的感染风险。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学检测领域，是一种可实现快速、准确测量人体血糖的无创血糖检测探头。
背景技术
糖尿病是当前威胁全球人类健康的最重要的慢性非传染性疾病之一，根据国际糖尿病联盟的最新统计，全球糖尿病患者人数已达3.82亿，其中我国糖尿病患者人数高达1.14亿。糖尿病的危害巨大，除难以彻底根治外，糖尿病所引起的严重的并发症如糖尿病肾病、糖尿病性白内障、糖尿病足等严重的威胁着患者的健康和生命安全。对于糖尿病患者控制血糖是目前唯一有效的治疗手段，所以人体血糖的准确检测是十分有必要的，从而使得血糖测量仪成为每一个糖尿病患者必备的医疗产品，而血糖测量探头是血糖测量仪最核心的部件。
传统的血糖测量通常是采用入侵型测量法，即采集患者的血液并通过葡萄糖氧化酶试纸与血液的反应实现对血糖的测量。入侵式测量方法采集患者血样的过程不但给患者带来了麻烦和痛苦并且加大了患者的感染风险。另外，入侵式测量方法每次进行血糖测量均需消耗葡萄糖氧化酶试纸，这也大大提高了血糖测量的成本。为克服侵入式血糖测量技术的缺陷，无创血糖技术应运而生。目前，无创血糖测量技术可分为间接推测法和直接测量法两种。
间接测量法即利用人体的体征如温度等，利用能量守恒原理推测人体的代谢速度从而实现对人体血糖的间接推测。事实上，人体的代谢速度与人体的体质、外界的环境等诸多因素有关，从而极大提高了推算人体代谢速度的难度和准确性。所以间接推测法难以实现对人体血糖的准确推测。
间接测量法则是通过测量人体眼泪、口水、汗液或皮下组织液中的葡萄糖浓度，并利用人体体液或组织液中葡萄糖浓度与血液中葡萄糖浓度的相关关系实现对人体血糖的间接测量。由于相比于其他人体体液皮下组织液中的葡萄糖浓度与人体血糖相关性最高，所以目前主流的无创血糖测量方法均是基于人体皮下组织液葡萄糖含量的测量。
目前可实现皮下组织液中葡萄糖浓度测量的方法主要有两种：光谱法、电化学法。由于光谱法涉及到光谱分析，虽然这一方法的精度较高但是整个探测系统的复杂度十分高且价格昂贵，这对无创血糖测量设备的普及是非常不利的。而电化学方法由于结构简单、制作方便极大降低了无创血糖测量的成本。电化学方法的核心是提取人体皮下组织液并对皮下组织液中的葡萄糖浓度进行测量。但是通常皮下组织液中的葡萄糖浓度极低，仅为血糖浓度的千分之一，所以电化学法的测量精度受到了极大的限制。本发明利用人体中水分对太赫兹信号的强烈吸收作用，采用独特的太赫兹发生阵列设计实现了对提取后待测量的人体皮下组织液中的葡萄浓度的增强，从而有效提高了电化学法血糖测量的精度，实现了低成本的无创血糖测量。
发明内容
本发明的目的是以无创的方式，通过电化学传感器将人体的血糖信息转化为电流信号，进而通过本发明所述DSP微处理器将其转化为与人体血糖存在精确一一对应关系的电压信号。
为达到上述目的，本发明将太赫兹反离子渗透增强阵列集成在电化学传感器上以解决传统无创血糖探头可测量样本中葡萄糖浓度过低导致的信号微弱、无法精确测量的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，包含两个相同的探测模块和一个DSP微处理器。每个探测模块包含一个电化学传感器和一个太赫兹反粒子渗透增强阵列。另外，通过外壳将探测模块和DSP微处理器固定。
本发明所述两个探测模块之间的电压差可形成对皮下组织液中葡萄糖的反离子渗透抽取从而提供血糖测量所需的样本。另外，本发明所述两个探测模块中均包含有电化学传感器，从而使得所述两个探测模块所得到的测量结果可以进行相互对比矫正以提高探测精度。
本发明所述探测模块，包含一个探测端和一个信号端。
本发明所述探测端包含由工作电极、参比电极和对电极组成的电化学传感器，探测端与人体的皮肤接触并通过电化学传感器将人体皮下组织液中的葡萄糖浓度转化为电流信号。
本发明所述信号端包括太赫兹反离子渗透增强阵列、两个加压电极以及三个导出电极，其中太赫兹反离子渗透增强阵列所发生的太赫兹信号传导至人体皮下组织液中会被水分子强烈吸收，从而对反离子渗透抽取后的人体组织液中的葡萄糖浓度进行增强使其浓度升高便于探测，两个加压电极用于为本专利所述探测模块加载工作电压，三个导出电极用于导出电化学传感器所采集到的电信号。另外，本发明所述探测端和信号端通过高分子聚合物材料聚二甲基硅氧烷进行固定和连接。
本发明所述太赫兹反离子渗透增强阵列由3×3个太赫兹发生单元并联而成，所产生的太赫兹信号的波长在100微米到1毫米的范围内。
进一步的，本发明所述两个探测模块的探测端处于同一水平面上，这一水平面为本发明所述无创血糖检测探头的探测端。本发明所述两个探测模块的信号端处于同一水平面上，这一水平面为本发明所述无创血糖检测探头的信号端。
本发明所述无创血糖检测探头的信号端，由本发明所述两个探测模块各自的信号端和DSP 微处理器组成。
本发明所述无创血糖检测探头的探测端，由本发明所述两个探测模块各自的探测端组成。
本发明所述DSP微处理器与本发明所述两个探测模块信号端的加压电极和导出电极通过金属矩形波导相连，从而实现本专利所述两个探测模块之间的协同工作以及本发明所述电化学传感器与太赫兹反离子渗透增强阵列之间的协同工作。
本发明所述电化学传感器输出的电流信号被本发明所述DSP微处理器接收并处理后，将被以与人体血糖存在精确一一对应关系的电压信号输出。
此外，本发明所述DSP微处理器连接有两个加压电极和两个导出电极，分别用于对本发明所述无创血糖探头加载工作电压和输出本发明所述无创血糖检测探头的血糖测量结果。
附图说明
具体实施方式
本发明提供一种基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，采用太赫兹增强的方式可实现对反离子渗透抽取的人体组织液中的葡萄糖浓度的增强，从而实现对人体血糖的测量。
一种基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，由两个相同的探测模块：探测模块1、探测模块2以及DSP微处理器3组成，探测模块1包含太赫兹反离子渗透增强阵列5和电化学传感器7，探测模块2包含太赫兹反离子渗透增强阵列6和电化学传感器8，外壳4用于固定上述所有部件，如图1所示。
本发明所述无创血糖检测探头的探测端有三电极体系电化学传感器7和三电极体系电化学传感器8组成，三电极体系电化学传感器7包含如图2所示。
本发明所述无创血糖检测探头的探测端如图3所示。
为实现血糖的无创检测，需在本发明所述无创血糖检测探头开始工作时使其探测端9与人体皮肤接触，同时，对电极10加载正工作电压和电极11加载负工作电压从而驱动本发明所述无创血糖检测探头开始工作。
本发明所述无创血糖检测探头开始工作后，首先由DSP微处理器3发出时序控制信号，使本发明所述无创血糖检测探头中的各个部件按照既定的时序协同工作。
本发明所述无创血糖检测探头的工作机制可分为探测模式和读取模式，这两个模式同步进行。
进一步的，本发明所述无创血糖检测探头在其探测模式下各个部件的协同工作可以分为四个阶段：
a.第一阶段为工作开始的第一个15分钟，首先在电极27加载正工作电压，在电极30 上加载负工作电压，驱动对电极10和对电极13工作，进行反离子渗透透皮抽取组织液中的葡萄糖；同时，在电极21和电极22上加载交流信号从而驱动太赫兹发生阵列5工作，发出特定频率的太赫兹信号(例如：1THz)，并作用于皮肤表面，完成基于太赫兹增强的反离子渗透取样；
b.第二阶段在第一阶段结束后开始并持续5分钟，撤销在电极21和电极22上加载的电压使太赫兹发生阵列5停止工作，从而确保反离子渗透透皮取样的组织液中的葡萄糖浓度维持在一个稳定值；同时，撤销电极27和电极30上的正工作电压和负工作电压，电极27和电极30转接到电化学传感器工作电路，电化学传感器7开始读取透皮渗透取样的组织液中的葡萄糖浓度并转化为电流信号传输到DSP微处理器3；
c.第三阶段在第二阶段结束后开始并持续15分钟，首先在电极27加载负工作电压，在电极30上加载正工作电压，驱动对电极10和对电极13工作，进行反离子渗透透皮抽取组织液中的葡萄糖；同时，在电极23和电极24上加载交流信号从而驱动太赫兹发生阵列6工作，发出特定频率的太赫兹信号(例如：1THz)，并作用于皮肤表面，完成基于太赫兹增强的反离子渗透取样；
d.第四阶段在第三阶段结束后开始并持续5分钟，撤销在电极23和电极24上加载的电压使太赫兹发生阵列6停止工作，从而确保反离子渗透透皮取样的组织液中的葡萄糖浓度维持在一个稳定值；同时，撤销电极27和电极30上的正工作电压和负工作电压，电极27和电极30转接到电化学传感器工作电路，电化学传感器8开始读取透皮渗透取样的组织液中的葡萄糖浓度并转化为电流信号传输到DSP微处理器3；
上述四个阶段为一个周期，本发明所述无创血糖检测探头的探测模式即是上述四个阶段的周期性循环。在一个周期内各个部件的工作时序如图4 所示。
发明所述无创血糖检测探头的探测模式工作的同时，其读取模式会同时工作。在读取模式下，DSP微处理器3会对同一个周期内探测模式阶段二和阶段四中电化学传感器7和电化学传感器8发送的电信号进行对比矫正(例如：取两个电信号的算数平均)并对矫正后的电信号重新编码形成一定格式的电压信号输出到电极19和电极20上。电极19和导出电极20 上输出的电压信号与人体血糖之间存在精确的一一对应关系。
Claims (4)
1.一种基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，其特征在于：包含两个相同的探测模块、一个DSP微处理器以及用于固定探测模块和DSP微处理器的外壳，其中每个所述探测模块包含一个电化学传感器、一个太赫兹反离子渗透增强阵列以及一个金属太赫兹传导波导阵列；所述探测模块，包含一个探测端和一个信号端；所述探测模块的探测端包含由工作电极、参比电极和对电极组成的电化学传感器，探测端与人体的皮肤接触并通过电化学传感器将人体皮下组织液中的葡萄糖浓度转化为电流信号；所述探测模块的信号端包括太赫兹反离子渗透增强阵列、两个加压电极以及三个导出电极，其中太赫兹反离子渗透增强阵列所发生的太赫兹信号传导至人体皮下组织液中会被水分子强烈吸收，从而对反离子渗透抽取后的人体组织液中的葡萄糖浓度进行增强使其浓度升高便于探测；两个加压电极用于为所述探测模块加载工作电压；三个导出电极用于导出电化学传感器所采集到的电流信号。
2.如权利要求1所述的基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，其特征在于：所述用于固定探测模块和DSP微处理器的外壳为高分子聚合物材料聚二甲基硅氧烷外壳。
3.如权利要求1或2所述的基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，其特征在于：太赫兹反离子渗透增强阵列为3×3个太赫兹发生单元并联而成的阵列。
4.如权利要求3所述的基于太赫兹增强的无创血糖检测探头，其特征在于：所述太赫兹反离子渗透增强阵列所发生信号的波长在100微米到1毫米的范围内。
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