CN107320113A - 可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪及方法，所述监测仪包括测量环和测量主机，测量环置于患者的某个被测部位，测量主机置于患者附近，二者通过缆线相连；测量环内置两个完全相同的探头，既可以向被测部位投射激励激光束，又可以捕获产生的光声信号；测量主机控制两个探头交替进行激光激励，并同时捕获光声信号，通过差动处理可以获得患者的血糖值，而且可以显著降低各种环境干扰与患者肢体振动等因素带来的影响。本发明采用两个对称探头形成差动结构，通过交替进行激励和双路同步采样光声信号，可以显著消除换进干扰和振动等因素的影响，提高测量精度和可靠性。

Description

可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪及方法

技术领域

本发明涉及一种血糖监测仪，具体地，涉及一种可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪及方法。

背景技术

对于绝大多数的糖尿病患者，在家庭条件下自主进行血糖的连续监测，是糖尿病患者的常规操作过程。现有的各种血糖仪通过针刺采指血，利用试纸和测量仪读取血糖值。这些血糖仪均为微创式测量仪器，患者需要承受一定的痛苦、耗材费用高、具有一定的感染危险几率，而且这些血糖仪不能实现血糖值的连续监测。

无创血糖检测方法由于具有病人痛苦少、感染几率低、可以连续监测血糖变化、无耗材费用支出等一系列突出的优势，成为血糖检测领域发展的主流趋势。

目前主要的血糖无创检测方法主要有近红外光谱法、荧光光谱法、光声光谱法、代谢法等。其中光声光谱法由于具有灵敏度高、特异性好，而成为最有希望成功用于临床诊疗的方法之一。

目前已有部分研究人员提出基于光声光谱法的无创血糖检测仪(例如，2007100865891一种基于光声技术的新型便携式无创连续实时血糖监测仪、2016110762015一种用于血糖监测的光声探测头、2008101069742手表式无创光声血糖监测仪、2008101069757基于多环阵列光声传感的便携式血糖检测仪及检测方法、2016100967254一种基于光声谱特征的可佩带式无创伤动态血糖监测仪、2015101245496一种复合型光声无损动态血糖检测仪等)。

但是，目前已有的这些无创血糖测量仪内部均为一个探头获取光声信号，这种测量方式极易受到环境电磁干扰、噪声以及患者肢体振动等诸多因素的影响，测量结果变化大、不稳定，与实际血糖值差异大、可靠性低，很难达到实用的效果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪及方法，可以显著降低各种环境干扰和振动的影响。

为实现以上目的，本发明通过以下方案实现：

根据本发明的第一方面，提供一种可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，包括：

测量环，置于患者的被测部位，

测量主机，置于患者附近，与所述测量环通过缆线相连；

所述测量环，其内置两个结构相同的探头，两个所述探头分别对应患者被测肢体相对的两个对称位置，两个所述探头用于向患者的被测部位投射激励激光束，同时捕获患者的被测部位产生的光声信号，并将捕获的光声信号转成电信号输出到所述测量主机；

所述测量主机，用于控制测量环的两个所述探头交替进行激光激励并捕获光声信号，通过差动处理两个探头输出的电信号来获得患者的血糖值，同时显著降低各种环境干扰与患者肢体振动因素带来的影响。

优选地，所述测量环进一步包括：环带、前置放大器，所述环带、探头、前置放大器组成一体化结构，其中：

所述环带为两段式，以便于患者佩戴；

两个所述探头分别固定于环带的两段上并呈对称布置，从而形成差动结构；

两个所述探头分别通过光缆与所述测量主机相连，用于接收来自所述测量主机的激励激光束，以对被测部位进行照射、实现激光激励；同时，两个所述探头分别通过电缆与前置放大器相连，所述前置放大器对两个所述探头输出的电信号进行前置放大，并将放大后的电信号送入所述测量主机。

优选地，所述测量环还包括护套，所述护套与所述一体化结构连接，用于对所述光缆和电缆进行保护。

更优选地，所述探头由外壳和设置于外壳内的激光头、光声传感器组成，其中：

所述外壳用于固定所述激光头与所述光声传感器，同时隔绝外部电磁干扰和噪声；所述激光头在所述外壳中居中设置，所述光声传感器为环形并置于所述激光头的外圈；

所述激光头通过光缆接受来自所述测量主机的激光束，以实现对被测部位的激光激励；

所述光声传感器用于获取激光激励后患者的被测部位产生的光声信号，并通过电缆输出到所述前置放大器。

优选地，所述的前置放大器为电荷放大器，以减少光声传感器输出电缆的寄生电容的影响，提高对干扰的抑制能力，克服环境干扰的影响。

优选地，所述测量主机包括：

激励单元，用于为测量环的两个探头分别提供多种波长的激励激光束；

处理单元，用于对激励单元进行控制，对来自所述测量环的两个探头输出的电信号进行处理，并将血糖测量结果显示于显示器上。

更优选地，所述激励单元由多个激光器、控制驱动电路和合束器组成，多个激光器通过控制驱动电路与所述测量主机连接，在所述测量主机的控制下，多个所述激光器通过所述合束器产生一种波长的激光束，作为激励激光束；

更优选地，所述处理单元由采集器、处理器、存储器和显示器组成，所述采集器的输出端连接所述处理器，所述处理器的输出端分别连接所述存储器、所述显示器、所述控制驱动电路、所述合束器；所述采集器同时采集两个所述探头的两路电信号并得到两个采样值，送入处理器进行处理；所述处理器将上述两路电信号的采样值相减，得到消除环境干扰和振动影响的差动采样值。

根据本发明的第二方面，提供一种适用于上述监测仪的采样控制与数据处理方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在测量主机的处理器控制下，激励单元产生一种波长的激光束，作为激励激光束；

(2)在处理器控制下，激励单元通过光缆将激励激光束传送到测量环的一个探头，对一侧的被测部位进行激励；

(3)测量环的两个探头输出的电信号经前置放大器放大后，输送到测量主机处理单元的采集器，采集器同时采集两个探头的两路电信号并得到两个采样值，送入处理单元的处理器进行处理；

(4)处理器将(3)的两路电信号的采样值相减，得到消除环境干扰和振动因素影响的差动采样值；

(5)连续进行上述(3)～(4)两个过程，得到一条完整的差动采样值的波形曲线，从而获取该电信号波形的特征值；

(6)在处理器的控制下，激励单元通过光缆将激励激光束传送到测量环的另一个探头，重复上述(3)～(5)过程，再次得到一个电信号波形的特征值；

(7)处理器将上述两次的光声信号波形的特征值取平均值，以此作为测量结果，以进一步提高测量的精度和准确性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用两个对称探头形成差动结构，通过交替进行激励和双路同步采样光声信号，可以显著消除换进干扰和振动等因素的影响，提高测量精度和可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图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为本发明一实施例的监测仪组成示意图；

图2为本发明一实施例的测量环组成示意图；

图3a、3b为本发明一实施例的探头结构示意图；

图4为本发明一实施例的激光头的组成示意图；

图5为本发明一实施例的测量主机的组成示意图；

图6为本发明一实施例的差动采样值波形及其特征值的示意图；

图中：1为测量环，2为测量主机，3为被测肢体，4为环带，5为探头，6为电缆， 7为光缆，8为前置放大器，9为护套，10为激光头，11为光声传感器，12为外壳，13 为光纤管，14为聚焦镜，15为激励单元，16为处理单元；

5-1、5-2为探头，6-1、6-2为电缆，7-1、7-2为光缆。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图5所示，为本发明一种可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪实施例示意图。

如图1所示，由测量环1和测量主机2两个分置的独立部件组成，其中：

所述测量环1置于患者的某个被测肢体3(例如手腕、上臂、手指、躯干、大腿、脚踝等)；所述测量主机2置于患者附近的某个固定位置，所述测量主机2与所述测量环1之间通过一根缆线相连。

所述的测量环1内置了两个完全相同的探头5，分别为探头5-1和探头5-2，探头5-1、5-2分别对应患者肢体被测肢体3相对的两个对称位置，既可以向被测肢体3投射激励激光束，又可以捕获激光激励后患者的被测部位产生的光声信号；测量主机2控制探头5-1、5-2交替进行激光激励，并同时捕获光声信号，通过差动处理探头输出的电信号可以获得患者的血糖值，而且可以显著降低各种环境干扰与患者肢体振动等因素带来的影响。

如图2所示，在本发明部分优选实施例中，所述的测量环1由环带4、探头5、电缆6、光缆7、前置放大器8、护套9组成一体化结构，其中：探头5包括探头5-1 和探头5-2，电缆6包括电缆6-1和电缆6-2，光缆7包括光缆7-1和光缆7-2；

所述环带4为两段式，便于患者佩戴；所述探头5-1、探头5-2分别固定于所述环带4的两段之上呈对称布置，以形成差动结构；所述探头5-1通过光缆7-1、探头5-2 通过光缆7-2与测量主机2相连，用于接收来自测量主机2的激励激光束，对被测肢体 3进行照射、实现激光激励；同时，所述探头5-1通过电缆6-1、探头5-2通过电缆6-2 与前置放大器8相连，用于分别对各自获得的电信号进行前置放大，并将电信号送入到测量主机2进行后续处理；所述护套9与所述测量环1一体化连接，并对光缆7和电缆 6进行保护。

如图3a、3b所示，在本发明部分优选实施例里，所述的探头5-1、探头5-2的结构完全相同，均由激光头10、光声传感器11、外壳12组成，其中：

所述激光头10居中设置，通过一根光缆7接受来自测量主机2的激光束，实现对被测肢体3的激光激励；

所述光声传感器11为环形并置于所述激光头10的外圈，用于获取激光头10发射激光后患者的被测部位产生的光声信号，并通过一根电缆6输出到前置放大器8；

所述外壳12用于固定所述激光头10与所述光声传感器11，同时隔绝外部电磁干扰和噪声。

进一步的，如图4所示，在部分实施例中，所述的激光头10由光纤管13和聚焦镜 14组成，为了减小整个测量环1的体积，所述光纤管13优先考虑采用直角型光纤管；为了保证激光束的直径足够小，同时尽可能减小测量环1的体积，所述聚焦镜14优先考虑采用尽可能短焦距的光纤聚焦镜。

进一步的，在部分优选实施例中，所述的光声传感器11采用中空的环形结构型式，以符合一体化测量环1的要求，所述光声传感器11的内孔直径大于所述激光头10的外径。

进一步的，在部分优选实施例中，所述的光声传感器11优先采用高灵敏度的压电陶瓷PZT-5，其具有高灵敏度、较好的时间稳定性的特点，且适合接收信号，符合光声检测系统的设计要求。由于压电陶瓷正面用于检测光声信号，因此输出电极应从侧面引出，从而便于安装和保障效能。

进一步的，在部分优选实施例中，所述的前置放大器8为电荷放大器，以减少光声传感器11输出电缆的寄生电容的影响，提高对干扰的抑制能力，克服环境干扰的影响。

如图5所示，在本发明部分优选实施例中，所述的测量主机2由激励单元15和处理单元16组成，其中：

所述激励单元15由多个激光器(激光器1、激光器2、激光器3)、控制驱动电路和合束器组成，用于分别为所述测量环1的探头5-1、探头5-2提供多种波长的激励激光；其中：多个激光器通过控制驱动电路与所述测量主机连接，在所述测量主机的控制下，多个所述激光器通过所述合束器产生一种波长的激光束，作为激励激光束；

所述处理单元16由采集器、处理器、存储器和显示器组成，其中所述采集器的输出端连接所述处理器，所述处理器的输出端分别连接所述存储器、所述显示器；所述采集器同时采集两个所述探头的两路电信号并得到两个采样值，送入处理器进行处理；所述处理器将上述两路电信号的采样值相减，得到消除环境干扰和振动影响的差动采样值。可见，所述处理单元16一方面对所述激励单元15进行控制，另一方面对来自所述测量环1的探头5-1、探头5-2输出的电信号进行处理，并将血糖测量结果显示于显示器上。

上述实施例中各个优选的技术特征可以择一使用，也可以任何组合使用。

在另一实施例中，对应于上述的监测仪，本发明进一步提供一种适于上述监测仪的采样与数据处理方法：

(1)在测量主机2的处理器控制下，测量主机2的激励单元15产生一种波长的激光束，作为激励激光束；

(2)在测量主机2的处理器控制下，通过光缆7-1将激励激光束传送到测量环1 的探头5-1，对这一侧的被测肢体进行激励；

(3)探头5-1、探头5-2输出的电信号经过前置放大器8放大之后输送到测量主机 2的采集器，采集器同时采集探头5-1、探头5-2的两路电信号并得到采样值V₁和V₂，送入处理器；

(4)处理器将上述(3)的两路电信号的采样值相减，得到消除环境干扰和振动因素影响的差动采样值V，而且有V＝V1-V2；

(5)连续进行上述(3)～(4)两个过程，得到一个差动采样值的波形曲线(如图6所示)，从而获取该电信号波形的特征值，例如图6中的峰值VP-P；

(6)在测量主机2的处理器控制下，通过光缆7-2将激励激光束传送到测量环1 的探头5-2，重复上述(3)～(5)过程，再次得到一个电信号波形的特征值V′P-P；

(7)处理器将上述两次的差动测量值取平均值，以此作为测量结果，从而进一步提高测量的精度和准确性，即V_Res＝(V_P-P+V′_P-P)/2。

本发明采用两个对称探头形成差动结构，通过交替进行激励和双路同步采样光声信号，可以显著消除换进干扰和振动等因素的影响，提高测量精度和可靠性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，包括：

测量环，置于患者的被测部位，

测量主机，置于患者附近，与所述测量环通过缆线相连；

所述测量环，其内置两个结构相同的探头，两个所述探头分别对应患者被测肢体相对的两个对称位置，两个所述探头用于向患者的被测部位投射激励激光束，同时捕获患者的被测部位产生的光声信号，并将捕获的光声信号转成电信号输出到所述测量主机；

所述测量主机，用于控制测量环的两个所述探头交替进行激光激励并捕获光声信号，通过差动处理两个所述探头输出的电信号来获得患者的血糖值。

2.根据权利要求1所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述测量环进一步包括：环带、前置放大器，所述环带、探头、前置放大器组成一体化结构，其中：

所述环带为两段式，以便于患者佩戴；

两个所述探头分别固定于环带的两段上并呈对称布置，从而形成差动结构；

两个所述探头分别通过光缆与所述测量主机相连，用于接收来自所述测量主机的激励激光束，以对被测部位进行照射、实现激光激励；同时，两个所述探头分别通过电缆与前置放大器相连，所述前置放大器对两个所述探头输出的电信号进行前置放大，并将放大后的电信号送入所述测量主机。

3.根据权利要求2所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述测量环还包括护套，所述护套与所述一体化结构连接，用于对所述光缆和电缆进行保护。

4.根据权利要求2所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述探头由外壳和设置于外壳内的激光头、光声传感器组成，其中：

所述外壳用于固定所述激光头与所述光声传感器，同时隔绝外部电磁干扰和噪声；所述激光头在所述外壳中居中设置，所述光声传感器为环形并置于所述激光头的外圈；

所述光声传感器用于获取激光激励后患者的被测部位产生的光声信号，并通过电缆输出到所述前置放大器。

5.根据权利要求4所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述激光头由光纤管和聚焦镜组成，所述光声传感器采用中空的环形结构。

6.根据权利要求5所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述光声传感器采用圆环形的压电陶瓷PZT-5制作，且所述光声传感器的输出电极从该光声传感器侧面的圆柱面引出；

所述光声传感器内孔直径大于所述激光头的外径。

7.根据权利要求2所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述前置放大器为电荷放大器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述测量主机包括：

激励单元，用于为测量环的两个探头分别提供多种波长的激励激光束；

处理单元，用于对激励单元进行控制，对来自所述测量环的两个探头输出的电信号进行处理，并显示血糖测量结果。

9.根据权利要求8所述的可抵抗环境干扰和振动的差动式无创血糖监测仪，其特征在于，所述激励单元由多个激光器、控制驱动电路和合束器组成，多个激光器通过控制驱动电路连接，多个所述激光器通过所述合束器产生一种波长的激光束，作为激励激光束；

所述处理单元由采集器、处理器、存储器和显示器组成，所述采集器的输出端连接所述处理器，所述处理器的输出端分别连接所述存储器、所述显示器、所述控制驱动电路、所述合束器；所述采集器同时采集两个所述探头的两路电信号并得到两个采样值，送入处理器进行处理；所述处理器将上述两路电信号的采样值相减，得到消除环境干扰和振动影响的差动采样值。

10.一种适用于权利要求1-9任一项所述监测仪的采样与数据处理方法，其特征在于，包括：

(1)在测量主机的处理器控制下，激励单元产生一种波长的激光束，作为激励激光束；

(2)在处理器控制下，激励单元通过光缆将激励激光束传送到测量环的一个探头，对一侧的被测部位进行激励；

(3)测量环的两个探头输出的电信号经前置放大器放大后，输送到测量主机处理单元的采集器，采集器同时采集两个探头的两路电信号并得到两个采样值，送入处理单元的处理器进行处理；

(4)处理器将(3)的两路电信号的采样值相减，得到消除环境干扰和振动因素影响的差动采样值；

(5)连续进行上述(3)～(4)两个过程，得到一条完整的差动采样值的波形曲线，从而获取该电信号波形的特征值；

(6)在处理器的控制下，激励单元通过光缆将激励激光束传送到测量环的另一个探头，重复上述(3)～(5)过程，再次得到一个电信号波形的特征值；

(7)处理器将上述两次的光声信号波形的特征值取平均值，以此作为测量结果，以进一步提高测量的精度和准确性。