CN106645013B - 基于太赫兹光谱的血糖检测装置、检测系统和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于太赫兹光谱的血糖检测装置、检测系统和检测方法，检测装置包括太赫兹光谱模块和检测室，检测室内设置有太赫兹光谱发射端和太赫兹光谱接收端，太赫兹光谱发射端和太赫兹光谱接收端分别与太赫兹光谱模块连接，检测系统包括检测装置和控制计算模块，检测方法基于光谱特征吸收原理，对比发射信息和反射信息，计算得到血糖浓度。本发明的血糖检测系统结构设计合理，检测操作简单，无创快速，检测结果准确，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及血糖检测领域，更具体地，涉及一种基于太赫兹光谱的血糖检测装置、检测系统和检测方法。
背景技术
血液中的葡萄糖(即血糖)是人畜体内主要供能物质之一，适当的血糖浓度对维持机体正常生理活动，特别是维持脑及神经系统的功能十分重要。对于人类来讲，血糖浓度一直作为判断人体健康的重要指标之一；目前，对牲畜体内的血糖浓度关注较少，但随着畜产品质量安全标准的不断提升，牲畜体内的血糖浓度检测也将逐步得到重视。
目前，人体内的血糖浓度检测仍采用传统的微创式测量，即：测量血糖时，先将试纸插入血糖仪，然后有损伤性地采集血液并滴于试纸，血液中的葡萄糖会和试纸上的化学物质结合并导致阻抗发生变化，从而导致测试电路电压电流呈现相应的改变，根据这种改变与血糖值的关联特性，最终血糖值会显示出来。该方法较为成熟，具有高准确度、操作简单和速度较快等特点；然而，其缺点也是显而易见，即检测时须刺破神经密集的指尖进行采血。由于血糖检测每周都需要若干次，不仅给糖尿病患者带来刺痛，同时其伤口极易感染，因此，开展新型无创快速的血糖检测技术的研究具有十分重要的现实意义。
光谱技术是近年来发展起来的一种快速且无损的检测技术，为人畜体内血糖的无创检测提供了技术参考。太赫兹光谱是指频率介于0.1THz-10THz(1THz＝1012Hz)之间的电磁辐射，其波长为30nm-3mm，介于红外和微波之间，位置独特，但因受其产生和探测技术的限制，它是整个电磁波谱中最后一段尚未开展深入探索应用的波段，其应用研究值得深入探索，直到近几年激光技术的快速发展，才有了高效的太赫兹光谱的产生和探测技术。葡萄糖是一种非离子可溶性的大分子物质，实验研究结果表明，葡萄糖的分子键类振动和旋转指纹谱处于太赫兹的光谱范围内，如图1所示为不同浓度的葡萄糖的太赫兹光谱的特征吸收曲线。
综上所述，探索基于太赫兹光谱的人畜体内血糖含量的无创快速的检测方法，设计相应的检测仪器，具有重要的技术创新价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于太赫兹光谱的血糖检测装置、检测系统和监测方法。
根据本发明一方面提供了一种基于太赫兹光谱的血糖检测装置，包括太赫兹光谱模块和检测室，所述检测室内设置有太赫兹光谱发射端和太赫兹光谱接收端，所述太赫兹光谱发射端和太赫兹光谱接收端分别与太赫兹光谱模块连接。
在上述技术方案中，所述太赫兹光谱模块的产生频率为0.1-2.3THz。
在上述技术方案中，所述检测室还包括设置在检测室内部的湿度传感器，以及分别嵌设在检测室表面的湿度显示器、血糖显示器和检测端面；所述湿度传感器与湿度显示器连接，所述血糖显示器与太赫兹光谱模块连接。
在上述技术方案中，所述检测室还包括移动平台，所述移动平台可自由移动设置在检测室内部，所述太赫兹光谱发射端和太赫兹光谱接收端呈一定角度面向检测端面对称固定设置在移动平台上。
进一步地，在上述技术方案中，所述太赫兹光谱发射端和太赫兹光谱接收端呈45°角面向检测端面对称固定设置在移动平台上。
根据本发明另一方面提供了一种包括上述血糖检测装置的血糖检测系统，所述血糖检测系统还包括控制计算模块，所述控制计算模块与太赫兹光谱模块连接。
在上述技术方案中，所述血糖检测系统还包括氮气罐，所述氮气罐通过气管与检测室连接。
此外，本发明还提供了一种上述血糖检测装置的血糖检测方法，包括以下步骤：
S1：将检测部位紧贴在检测端面上；
S2：将太赫兹光谱射向检测部位，同时收集太赫兹光谱的反射信息；
S3：对比太赫兹光谱的发射信息和反射信息，通过预定算法计算吸光系数，得到血糖浓度。
进一步地，在步骤S3中，所述预定算法为XTHL算法，即：XTHL＝(M3-M2)/(M3-M1)，其中：M1、M2、M3由小到大依次为某一浓度血糖在太赫兹光谱的三个最相关吸收频率F1，F2，F3所对应的吸光系数。
进一步地，在步骤S1中，还包括检测并控制检测腔体内的湿度在特定范围内。
本发明的优点：
(1)本发明提出了一种利用葡萄糖分子键的类振动和旋转的指纹谱处于太赫兹光谱的人畜体内血糖的无损无创快速检测方法，有效避免了现有技术的检测方法给糖尿病患者带来的刺痛和伤口感染的风险，且检测过程操作简单，检测快捷，结果准确度高；
(2)本发明的检测方法所利用的太赫兹光谱与微波、X光等光谱相比，属非电离辐射，检测过程安全无辐射，对人畜无影响，可放心的多次检测；
(3)本发明的检测系统中内嵌专家系统模型，参数可移植和修改，检测过程全自动化作业，无需其他专业人员辅助，血糖的检测结果可直接显示，此外，本发明的检测系统的傻瓜式操作便于检测系统的自检工作；
(4)本发明的检测系统中的预定算法能删除对血糖检测结果无贡献的冗余信息，能有效节省计算时间，可准确计算血糖值，计算速度快，便于在线数据快速获取和便携式检测设备的研发；
(5)本发明的基于太赫兹光谱的血糖检测系统结构设计合理，具有完整性和系统性，在人畜血糖检测领域的应用前景广阔。
附图说明
图1为不同浓度的葡萄糖的太赫兹光谱的特征吸收曲线；
图2为本发明实施例1所提供的基于太赫兹光谱的血糖检测装置及检测系统的结构示意图；
图3为本发明实施例2所提供的基于太赫兹光谱的血糖检测装置及检测系统的结构示意图；
图4为本发明实施例2所提供的基于太赫兹光谱的血糖检测装置中的检测室的结构示意图；
图中：1-检测室，2-湿度显示器，3-血糖显示器，4-湿度传感器，5-检测端面，6-氮气罐，7-太赫兹光谱模块，9-控制计算模块，10-太赫兹光谱发射端，11-太赫兹光谱接收端，12-移动平台。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1所提供的基于太赫兹光谱的血糖检测装置包括太赫兹光谱模块7和检测室1，所述检测室1内设置有太赫兹光谱发射端10和太赫兹光谱接收端11，所述太赫兹光谱发射端10和太赫兹光谱接收端11分别与太赫兹光谱模块7连接；本发明实施例1所提供的基于太赫兹光谱的血糖检测系统还包括控制计算模块9，所述控制计算模块9与太赫兹光谱模块7连接。
本实施例所提供的血糖检测装置的检测过程如下：将待测部位放置于太赫兹光谱发射端10和太赫兹光谱接收端11之间，并适当调整待测部位的位置，以保证太赫兹光谱接收端11能接收到经待测部位反射后的太赫兹光谱；随后，通过太赫兹光谱发射端10向待测部位发射太赫兹光谱，同时太赫兹光谱接收端11接收反射后的太赫兹光谱，并同时将发射和反射的太赫兹光谱信息反馈到太赫兹光谱模块7；控制计算模块9通过对比太赫兹光谱的发射信息和反射信息，计算得到血糖浓度。
本发明实施例提供了一种血糖的无损无创快速检测方法，有效避免了现有技术的检测方法给糖尿病患者带来的刺痛和伤口感染的风险，且检测过程操作简单，检测快捷，结果准确度高；本发明实施例的检测方法所利用的太赫兹光谱属非电离辐射，检测过程安全无辐射，对人畜无影响，可放心的多次检测。
实施例2
本发明实施例2所提供的基于太赫兹光谱的血糖检测装置和血糖检测系统与实施例1中类似，不同之处在于，所述太赫兹光谱模块7所产生的太赫兹光谱的频率为0.1-2.3THz；所述检测室1内还设置有湿度传感器4和移动平台12，所述检测室1的表面设置有湿度显示器2、血糖显示器3和由高聚乙烯板材料制作的检测端面5，所述湿度传感器4与湿度显示器2连接，所述移动平台12在检测室1内可自由移动，所述太赫兹光谱发射端10和太赫兹光谱接收端11呈45°角面向检测端面5对称固定设置在移动平台12上，所述血糖显示器3与太赫兹光谱模块7连接；此外，所述血糖检测系统还包括氮气罐6，所述氮气罐6通过气管与检测室1连接。
本实施例所提供的血糖检测装置的检测过程与实施例1中类似，不同之处在于，在开始检测前，通过湿度传感器4和氮气罐6测定并控制检测室1内的湿度在4％以下，并将检测部位紧贴在由高聚乙烯板材料制作的检测端面5上；随后通过调整移动平台12的位置，使检测部位处于太赫兹光谱发射端10和太赫兹光谱接收端11之间的最佳测量位置。
本发明实施例通过检测并控制检测室湿度的方式，减小检测室内水分子对太赫兹光谱的发射和反射信息，从而提高了其检测精度；同时，检测端面采用对太赫兹光谱相对无影响的高聚乙烯板材料制作，进一步提高了太赫兹光谱吸收和反射的检测，进而提高了血糖检测的测量精度。
实施例3
本发明实施例3所提供的基于太赫兹光谱的血糖检测装置、血糖检测系统及检测方法与实施例2中类似，不同之处在于，所述控制计算模块9为PC机，所述PC机内植入的预定算法为XTHL算法，即：XTHL＝(M3-M2)/(M3-M1)，其中：M1、M2、M3由小到大依次为某一浓度血糖在太赫兹光谱的三个最相关吸收频率F1，F2，F3所对应的吸光系数。
本发明实施例的检测系统中内嵌专家系统模型，参数可移植和修改，检测过程全自动化作业，无需其他专业人员辅助，血糖的检测结果可直接显示，此外，本发明的检测系统的傻瓜式操作便于检测系统的自检工作；另一方面，通过本发明实施例的预定算法，能删除血糖检测结果中占比85％左右的对检测结果无贡献的冗余信息，可有效节省计算时间，计算速度快，同时，对比本发明实施例的检测结果和标准方法的检测结果，本发明实施例检测结果准确性好，其检测结果的准确度为96％，从而便于在线数据快速获取和便携式检测设备的研发；本发明实施例的检测系统结构设计合理，具有完整性和系统性，在人畜血糖检测领域的应用前景广阔。
最后，以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于血糖检测系统的血糖检测方法，其特征在于，
所述血糖检测系统包括血糖检测装置；所述血糖检测系统还包括控制计算模块(9)，所述控制计算模块(9)与太赫兹光谱模块(7)连接；
所述血糖检测装置为基于太赫兹光谱的血糖检测装置，所述血糖检测装置包括太赫兹光谱模块(7)和检测室(1)，所述检测室(1)内设置有太赫兹光谱发射端(10)和太赫兹光谱接收端(11)，所述太赫兹光谱发射端(10)和太赫兹光谱接收端(11)分别与太赫兹光谱模块(7)连接；
所述血糖检测系统还包括氮气罐(6)，所述氮气罐(6)通过气管与检测室(1)连接；
其中，所述血糖检测方法包括以下步骤：
S1：将检测部位紧贴在检测端面上；
S2：将太赫兹光谱射向检测部位，同时收集太赫兹光谱的反射信息；
S3：对比太赫兹光谱的发射信息和反射信息，通过预定算法计算吸光系数，得到血糖浓度；
在步骤S3中，所述预定算法为XTHL算法，即：XTHL＝(M3-M2)/(M3-M1)，其中：M1、M2、M3由小到大依次为某一浓度血糖在太赫兹光谱的三个最相关吸收频率F1，F2，F3所对应的吸光系数。
2.根据权利要求1所述的血糖检测方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括检测并控制检测腔体内的湿度在特定范围内。
3.根据权利要求1所述的血糖检测方法，其特征在于，所述太赫兹光谱模块(7)的产生频率为0.1-2.3THz。
4.根据权利要求1或3所述的血糖检测方法，其特征在于，所述检测室(1)还包括设置在检测室(1)内部的湿度传感器(4)，以及分别嵌设在检测室(1)表面的湿度显示器(2)、血糖显示器(3)和检测端面(5)；所述湿度传感器(4)与湿度显示器(2)连接，所述血糖显示器(3)与太赫兹光谱模块(7)连接。
5.根据权利要求4所述的血糖检测方法，其特征在于，所述检测室(1)还包括移动平台(12)，所述移动平台(12)可自由移动设置在检测室(1)内部，所述太赫兹光谱发射端(10)和太赫兹光谱接收端(11)呈一定角度面向检测端面(5)对称固定设置在移动平台(12)上。
6.根据权利要求5所述的血糖检测方法，其特征在于，所述太赫兹光谱发射端(10)和太赫兹光谱接收端(11)呈45°角面向检测端面(5)对称固定设置在移动平台(12)上。
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