CN108652641A - 一种基于阻抗法的无创血糖测试装置 - Google Patents

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薛晨
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Abstract

本发明涉及一种基于阻抗法的无创血糖测试装置，属于血糖检测装置技术领域。该无创血糖测试装置包括信号发生模块、测试电极模块、信号处理模块和附加模块。所述装置具有无创口检测血糖的特点。

Description

一种基于阻抗法的无创血糖测试装置
技术领域
本发明涉及一种基于阻抗法的无创血糖测试装置，属于血糖检测装置技术领域。
背景技术
糖尿病是一种以高血糖为特征的能引起多种并发症的慢性内分泌代谢性疾病。糖尿病患者需要定期检测血糖值，并根据血糖值调整药物用量。市面上现有的血糖检测设备多为有创或微创。有创或微创方法给患者带来了非常大的痛苦，还增加了感染的风险。并且，由于检测方法的限制，目前血糖仪只能对血糖实施定点检测，而不能进行持续的监测，这给为患者的血糖进行有效的监控带来了很大的不便。因此，无创微波血糖检测装置因其无痛、安全、可持续监测等优势受到了广泛关注。
发明内容
本发明为解决有创血糖仪的有创、易感染，难持续监测等缺点，提供了一种无创微波血糖测试装置，采用的技术方案如下：
一种基于阻抗法的无创血糖测试装置，所述装置包括信号发生模块A、测试电极模块B、信号处理模块C和附加模块D；所述信号发生模块A的测量信号输出端与所述测试电极模块B的测量信号输入端相连；所述信号发生模块A的的参考信号输出端与所述信号处理模块C的参考信号输入端相连；所述测试电极模块B的传感信号输出端与所述信号处理模块C的传感信号输入端相连；所述信号处理模块C的信号发生控制信号输出端与所述信号发生模块A的控制信号输入端相连。
进一步地，所述信号发生模块A包括信号发生器1、放大器2和隔离器3；所述信号发生器1包括直接频率合成器4、差分变压器5和输出级滤波器6；所述直接频率合成器4的控制信号输入端与所述信号处理模块C信号发生控制信号输出端相连；所述直接频率合成器4的控制信号输入端即为所述信号发生模块A的控制信号输入端；所述直接频率合成器4的差分信号输出端与所述差分变压器5的信号输入端相连；所述差分变压器5的滤波信号输出端与所述输出级滤波器6的信号输入端相连；所述输出级滤波器6的放大信号输出端与所述放大器2的放大信号输入端相连；所述放大器2的信号输出端与所述隔离器3的信号输入端相连；所述隔离器3的测量信号输出端与所述测试电极模块B的测量信号输入端相连；所述隔离器3的测量信号输出端即为所述信号发生模块A的测量信号输出端。
进一步地，所述直接频率合成器4为芯片AD9911；所述差分变压器5为芯片ADTT1-1。
进一步地，所述放大器2为芯片OPA691。
进一步地，所述隔离器3为芯片OPA2652。
进一步地，所述测试电极模块B包括测试电极7和温度传感器8；所述测量电极7的测量信号输入端与所述信号发生模块A的测量信号输出端相连；所述测量电极7的测量信号输入端即为所述测试电极模块B的测量信号输入端；所述测量电极7的信号输出端与所述温度传感器8的信号输入端相连；所述温度传感器8的传感信号输出端与所述信号处理模块C的传感信号输入端相连；所述温度传感器8的传感信号输出端即为所述测试电极模块B的传感信号输出端。
进一步地，所述信号处理模块C包括检波器9和控制器10；所述检波器9的传感信号输入端与所述信号处理模块C的传感信号输入端相连；所述检波器9的传感信号输入端即为所述测试电极模块B的传感信号输出端；所述检波器9的参考信号输入端与所述信号发生模块A的的参考信号输出端；所述波器9的参考信号输入端即为所述信号处理模块C的参考信号输入端；所述检波器9的检波信号输出端与所述控制器10的检波信号输入端相连；所述控制器10的信号发生控制信号输出端与所述信号发生模块A的控制信号输入端相连；所述控制器10的信号发生控制信号输出端即为所述信号处理模块C的信号发生控制信号输出端。
进一步地，所述附加模块D包括显示屏11和计算机；所述显示器的控制信号输入端与所述控制器10的显示信号输出端相连；所述计算机的数据信号交互端与所述控制器10的数据信号交互端相连。
进一步地，所述检波器9为芯片AD8302。
进一步地，所述控制器10为芯片STM32F411RE。
本发明有益效果：
本发明所述血糖测试装置利用人体阻抗与血糖浓度的相关性，将电压加在人体上，通过分压原理，记录电压的幅值和相位的变化，实现无创口血糖测试，即无需刺破检测者身体采取血液样本进行血糖检测。在30MHz和60MHz这两个频点测量并记录了电压的幅值和相位的变化趋势，将电压的幅值和相位随时间变化的趋势图分别与等比缩放、整体平移后的使用有创血糖仪测得的血糖浓度随时间变化的趋势图进行对比，发现二者的变化趋势基本一致。从而证明，利用人体阻抗和血糖浓度的关系，制造无创、连续检测的血糖测试装置能够在无创口以及血液样本的情况下，精确检测出血糖浓度。
本发明所述血糖测试装置找到了血糖浓度变化趋势与人体阻抗变化趋势的关系，并且发现在60MHz时，也就是接近谐振时，电压幅值数据与实际血糖浓度的相关性比其他三种数据与实际血糖浓度的相关性都大。在后续的改进实验中，本发明将专注于寻找谐振点，从而提高电压幅值数据与实际血糖浓度的相关性。具体实施方案是在图2所示的R0和ZX之间串联一个调谐电感LX，通过改变LX和工作频率，试图找到谐振点。并且在后续的改进实验中，本发明将通过将更多的数据点取平均值的方法(本发明目前采用的是30个点取平均值)作出测量数据的变化趋势线，然后采用一些平滑图像的算法平滑变化趋势线，以减弱变化趋势线中的跳变点。
附图说明
图1是本发明的一种基于阻抗法的无创血糖测试装置的测试结构示意图。
图2是本发明的一种基于阻抗法的无创血糖测试装置的测试原理示意图。
图3是本发明的一种基于阻抗法的无创血糖测试装置在30MHz下，电压幅值测量数据与实际血糖值的对比图。
图4是本发明的一种基于阻抗法的无创血糖测试装置在30MHz下，电压相位测量数据与实际血糖值的对比图。
图5是本发明的一种基于阻抗法的无创血糖测试装置在60MHz下，电压幅值测量数据与实际血糖值的对比图。
图6是本发明的一种基于阻抗法的无创血糖测试装置在60MHz下，电压相位测量数据与实际血糖值的对比图。
(A，信号发生模块；B，测试电极模块B；C，信号处理模块；D，附加模块；1，信号发生器；2，放大器；3，隔离器；4，直接频率合成器；5，差分变压器；6，输出级滤波器；7，环形电极；8，交指型表面湿度传感器；9，检波器；10，控制器；11，显示器。)
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
实施例1：
结合图1说明本实施方式的一种基于阻抗法的无创血糖测试装置。该无创血糖测试装置包括信号发生模块A、测试电极模块B、信号处理模块C和附加模块D，将各模块的芯片按图1所示的顺序连接，并接通电源。具体结构为：
一种基于阻抗法的无创血糖测试装置，所述装置包括信号发生模块A、测试电极模块B、信号处理模块C和附加模块D；所述信号发生模块A的测量信号输出端与所述测试电极模块B的测量信号输入端相连；所述信号发生模块A的的参考信号输出端与所述信号处理模块C的参考信号输入端相连；所述测试电极模块B的传感信号输出端与所述信号处理模块C的传感信号输入端相连；所述信号处理模块C的信号发生控制信号输出端与所述信号发生模块A的控制信号输入端相连。
其中，所述信号发生模块A包括信号发生器1、放大器2和隔离器3；所述信号发生器1包括直接频率合成器4、差分变压器5和输出级滤波器6；所述直接频率合成器4的控制信号输入端与所述信号处理模块C信号发生控制信号输出端相连；所述直接频率合成器4的控制信号输入端即为所述信号发生模块A的控制信号输入端；所述直接频率合成器4的差分信号输出端与所述差分变压器5的信号输入端相连；所述差分变压器5的滤波信号输出端与所述输出级滤波器6的信号输入端相连；所述输出级滤波器6的放大信号输出端与所述放大器2的放大信号输入端相连；所述放大器2的信号输出端与所述隔离器3的信号输入端相连；所述隔离器3的测量信号输出端与所述测试电极模块B的测量信号输入端相连；所述隔离器3的测量信号输出端即为所述信号发生模块A的测量信号输出端。其中，所述直接频率合成器4为芯片AD9911；所述差分变压器5采用芯片ADTT1-1，所述放大器2采用芯片OPA691，所述隔离器3采用芯片OPA2652。
所述测试电极模块B包括测试电极7和温度传感器8；所述测量电极7的测量信号输入端与所述信号发生模块A的测量信号输出端相连；所述测量电极7的测量信号输入端即为所述测试电极模块B的测量信号输入端；所述测量电极7的信号输出端与所述温度传感器8的信号输入端相连；所述温度传感器8的传感信号输出端与所述信号处理模块C的传感信号输入端相连；所述温度传感器8的传感信号输出端即为所述测试电极模块B的传感信号输出端。
所述信号处理模块C包括检波器9和控制器10；所述检波器9的传感信号输入端与所述信号处理模块C的传感信号输入端相连；所述检波器9的传感信号输入端即为所述测试电极模块B的传感信号输出端；所述检波器9的参考信号输入端与所述信号发生模块A的的参考信号输出端；所述波器9的参考信号输入端即为所述信号处理模块C的参考信号输入端；所述所述检波器9的检波信号输出端与所述控制器10的检波信号输入端相连；所述控制器10的信号发生控制信号输出端与所述信号发生模块A的控制信号输入端相连；所述控制器10的信号发生控制信号输出端即为所述信号处理模块C的信号发生控制信号输出端。述检波器9采用芯片AD8302。所述控制器10采用芯片STM32F411RE。
所述附加模块D包括显示屏11和计算机；所述显示器的控制信号输入端与所述控制器10的显示信号输出端相连；所述计算机的数据信号交互端与所述控制器10的数据信号交互端相连。
本实施例所述基于阻抗法的无创血糖测试装置的实验过程为：实验对象静坐并佩戴好测试电极。实验对象进食含糖量高的食物，每15-30分钟进行一次有创血糖检测并记录。持续采集约两小时的数据。实验结束后，将有创血糖仪的数据进行等比例缩放、整体平移，来和无创采集的数据进行对比。
结合图2说明本实施例所述基于阻抗法的无创血糖测试装置的工作原理具为：
生物电抗随频率的变化而变化。在β散射的范围内，也就是200MHz以下，生物电抗具有较易测量的值。如图2所示，输入信号的电压、测试点处的电压R0是已知的，根据分压原理，测试点处的电压根据人体电抗的变化而变化。因此，测试点处的电压的变化可以代表人体电抗的变化。
实验结果如图3，图4，图5，图6所示。在60MHz的频率下，无创采集的电压幅值数据和血糖值原始数据呈现了明显的相关性。而电压相位数据的相关性则不明显。在30MHz的频率下，无创采集的电压幅值数据数据与电压相位数据，均呈现了一定的相关性，但并没有60MHz时，电压幅值数据那么明显。产生此结果的原因，应该是在60MHz下，人体组成的测试电路接近于谐振频率，所以实验结果主要表现在电压幅值上。而在30MHz下，测试电路处于没有谐振的状态，所以实验结果在电压幅值和电压相位上都有体现。但本次实验证明了使用阻抗法进行无创血糖检测是可行的，并且使用现有的测量方法已经能够获得明显的相关性。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述装置包括信号发生模块(A)、测试电极模块(B)、信号处理模块(C)和附加模块(D)；所述信号发生模块(A)的测量信号输出端与所述测试电极模块(B)的测量信号输入端相连；所述信号发生模块(A)的的参考信号输出端与所述信号处理模块(C)的参考信号输入端相连；所述测试电极模块(B)的传感信号输出端与所述信号处理模块(C)的传感信号输入端相连；所述信号处理模块(C)的信号发生控制信号输出端与所述信号发生模块(A)的控制信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述信号发生模块(A)包括信号发生器(1)、放大器(2)和隔离器(3)；所述信号发生器(1)包括直接频率合成器(4)、差分变压器(5)和输出级滤波器(6)；所述直接频率合成器(4)的控制信号输入端与所述信号处理模块(C)信号发生控制信号输出端相连；所述直接频率合成器(4)的控制信号输入端即为所述信号发生模块(A)的控制信号输入端；所述直接频率合成器(4)的差分信号输出端与所述差分变压器(5)的信号输入端相连；所述差分变压器(5)的滤波信号输出端与所述输出级滤波器(6)的信号输入端相连；所述输出级滤波器(6)的放大信号输出端与所述放大器(2)的放大信号输入端相连；所述放大器(2)的信号输出端与所述隔离器(3)的信号输入端相连；所述隔离器(3)的测量信号输出端与所述测试电极模块(B)的测量信号输入端相连；所述隔离器(3)的测量信号输出端即为所述信号发生模块(A)的测量信号输出端。
3.根据权利要求2基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述直接频率合成器(4)为芯片AD9911；所述差分变压器(5)为芯片ADTT1-1。
4.根据权利要求2基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述放大器(2)为芯片OPA691。
5.根据权利要求2基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述隔离器(3)为芯片OPA2652。
6.根据权利要求1所述基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述测试电极模块(B)包括测试电极(7)和温度传感器(8)；所述测量电极(7)的测量信号输入端与所述信号发生模块(A)的测量信号输出端相连；所述测量电极(7)的测量信号输入端即为所述测试电极模块(B)的测量信号输入端；所述测量电极(7)的信号输出端与所述温度传感器(8)的信号输入端相连；所述温度传感器(8)的传感信号输出端与所述信号处理模块(C)的传感信号输入端相连；所述温度传感器(8)的传感信号输出端即为所述测试电极模块(B)的传感信号输出端。
7.根据权利要求1所述基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述信号处理模块(C)包括检波器(9)和控制器(10)；所述检波器(9)的传感信号输入端与所述信号处理模块(C)的传感信号输入端相连；所述检波器(9)的传感信号输入端即为所述测试电极模块(B)的传感信号输出端；所述检波器(9)的参考信号输入端与所述信号发生模块(A)的的参考信号输出端；所述波器(9)的参考信号输入端即为所述信号处理模块(C)的参考信号输入端；所述所述检波器(9)的检波信号输出端与所述控制器(10)的检波信号输入端相连；所述控制器(10)的信号发生控制信号输出端与所述信号发生模块(A)的控制信号输入端相连；所述控制器(10)的信号发生控制信号输出端即为所述信号处理模块(C)的信号发生控制信号输出端。
8.根据权利要求7所述基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述附加模块(D)包括显示屏(11)和计算机；所述显示器的控制信号输入端与所述控制器(10)的显示信号输出端相连；所述计算机的数据信号交互端与所述控制器(10)的数据信号交互端相连。
9.根据权利要求7基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述检波器(9)为芯片AD8302。
10.根据权利要求7基于阻抗法的无创血糖测试装置，其特征在于，所述控制器(10)为芯片STM32F411RE。
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