CN1420350A - 智能微损血糖仪测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗仪器领域，包括测试平台、血糖试纸、检测单元、信号处理单元，该检测单元包括；一光源、分别接收光源出射的光及光源射向血糖试纸后反射光的两个光检测器、分别与该两个光检测器输出端的两个运算放大器、通过一模拟开关与该两个运算放大器相连的电压频率转换器；该信号处理单元由一与该电压频率转换器相连的微控制器及与其相连的非易失存储器、显示器、通讯接口，以及预先存储在该微控制器中的光反射比率与血糖值的换算程序。其方法是采用单波长测量，得到反射强度与光源强度之反射比率，根据反射比率与血糖值的函数关系LN(C)＝a＊R+b，求出血糖值；本发明仪器结构简单、携带、使用方便，特别适合糖尿病人家用自测使用。

Description

智能微损血糖仪测量方法及其装置

技术领域

本发明属于医疗仪器领域，特别涉及家庭中人体微损血糖测量方法及其装置。

背景技术

目前血糖测量方法大致分为以下两类：

1、有创测量：美国加利福尼亚洲生命扫描有限公司(中国专利号1050930)采用双波长法测量血糖值，其原理是利用血糖与试纸中的底物反应，反射比率与血糖建立关系，本测量方法对应的装置如图1，装置包括由两个波长光源、一个光检测器、放大器、采样保持器、模数转换器组成的检测单元，以及与该检测单元相连的微处理器，该微处理器与独立的程序和数据存储器和显示装置相连接；该检测单元中的光检测器同时接收两个波长光源照射试纸中的底物后的反射光，其输出端与放大器输入连接，放大器输出与采样保持器输入相连，采样保持器输出连到模数转换器，模数转换器与微处理器相连。该装置采用固定的20秒(或30秒)选择定时，定时结束时两个光源对试条照射，反射光进入光检测器，经放大器处理电压信号被采样保持，电压信号直接由模数转换后被计算机处理得到血糖值并显示。就其方法和装置而言，两个波长中一个波长是为了测量携带血糖信息的反射光，使用另一个波长的反射光则是作为参比信号，求出两波长的反射光强的比值用于计算，但是设计中没有考虑检测两个光源光强变化，仍然会导致测量误差；而且在每次测量中均采用固定的20秒(或30秒)定时读取反射比，而实际上由于血糖浓度和温度的影响反应时间也会不同，这样测量必然带来较大的测量误差；此装置还须每次测量空白试纸条使测量步骤烦琐；由于测量装置图1中的微处理器用于通用微机结构中，测量采用了双波长并且其实施例中使用以6052为CPU的ROCKWELL的AIM计算机，因此血糖仪器的结构复杂而且体积很大，根本无法小型化，不适合家庭中病人进行血糖自测。

2、无创测量：梁元锡，金允玉在其专利中(中国专利号：1051297)公开的一种血糖测量方法是：使来自半导体二极管激光器的波长为1.3-1.9微米的电磁辐射线，通过皮肤传到血管。在那里光与血液中的不均匀成分相互作用，然后测量漫反射强度计算血糖值。尽管这种试图利用近红外方法无损检测血糖的思路已提出多年，但由于人体光学特性及生理状态及伴随的代谢产物差异很大，上述仪器无法标定和保证一致性。

发明内容

本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提出一种智能微损血糖测量方法及其装置，采用单波长测量，可以不受光源光强改变的影响，且仪器结构简单、携带、使用方便，特别适合糖尿病人家用自测使用。

本发明提出的一种智能微损血糖仪测量方法，包括以下步骤：

(1)取一滴人手指全血血样滴在空白试纸条上，使血糖试纸基体饱和并与之充分反应，将滴血后的试条在5-10秒内插入测试平台；

(2)将一光源照射所说的血糖试纸基体，反应过程中产物使试条颜色逐渐发生变化，试条的反射率随之发生变化，光源在微控制器中程序的控制下每隔3-5秒发光，由两个检测器分别检测光源的光强和试纸条的反射光强；

(3)由运算放大器分别将该两个检测器检测的反射光强放大，经电压/频率转换输入微控制器，得到反射强度与光源强度之反射比率；该反射比率与血糖值的函数关系为：LN(C)＝a*R+b，其中：R为反射比率，C为血糖浓度值，a、b为通过一元回归得到的参数；

(4)由固化在微控制器中的程序判断测量结果稳定时，保存并显示本次血糖值。

本发明采用上述方法的智能微损血糖仪测量装置，包括，测试平台、血糖试纸、检测单元、信号处理单元，其特征在于，所说的检测单元包括：一光源、分别接收该光源直接出射的光及该光源射向血糖试纸后的反射光的两个光检测器、分别与该两个光检测器输出端的两个运算放大器、通过一模拟开关与该两个运算放大器相连的电压频率转换器；所说的信号处理单元由一与该电压频率转换器相连的微控制器及与其相连的非易失存储器、显示器、通讯接口，以及预先存储在该微控制器中的光反射比率与血糖值的换算程序。

本发明上述方法及其智能微损血糖仪的特点在于：

其光电检测部分由单波长发光管和两个光电检测器组成，意在同时检测光源与反射光强度的变化，以光源的光强直接作为参比信号，求出反射光强与光源光强的比值得到反射率，类似于普通分光光度计中双光束法，这样反射率可以不受光源光强改变的影响。在测量中并不固定反射比的读取时间(如固定的20S或30S)，而是当测量过程中反射率的变异系数CV＜＝0.01(变异系数CV＝标准差/平均值)得到稳定的反射比率，通过公式计算血糖值，并将结果存入E²PROM。由与微控制器所连的串行E²PROM保存血糖测量数据，可以记录40个历史记录值；通讯单元含有RS232串行口、以WEBCHIP芯片连入INTERNET。其优点是体积很小、操作使用方便、稳定，适用于糖尿病人在家中进行血糖测量。

附图说明

图1为现有的一种双波长血糖测量装置示意图。

图2为本发明的智能微损血糖测量装置的实施例结构示意图。

图3为本实施例装置电路图。

图4为本实施例装置外观及面板布置示意图。

图5为本实施例软件主程序流程图。

图6为本实施例键盘中断服务程序流程图

图7通讯中断服务程序流程图

具体实施方式

本发明的智能微损血糖仪测量方法及其装置实施例结合各附图详细说明如下：

本实施例的智能微损血糖仪的结构如图2所示，包括光源LED 4、用于检测反射光强的光检测器硅光电池2、用于检测光源光强的光检测器硅光电池3、低温漂的放大器6、模拟开关7、电压频率转换器(V/F)8、微控制器9、串行E²PROM非易失存储器11、LCD显示器10、串行接口单元11、WEBCHIP网络芯片13、5V输出电源及测试平台和血糖试纸各组成部分，以及存储于微控制器中的软件程序。

本实施例的智能微损血糖仪的工作原理为：采用一个波长LED 4作为光源对滴血的试条1照射，反射光进入光检测器2，同时光源的光强变化由光检测器3监测，两路输出经放大器6变为电压信号，经模拟开关7切换将信号分别由V/F转换器8转换为频率信号被微控制器9测量转换为强度并计算出反射比及对应的血糖值，结果从液晶显示器LCD10上显示，并利用串行电可擦除只读存储器E²PROM11可保存40个血糖值，当希望与血糖仪通讯时，可通过串行通讯单元12与PC机串行口相连，本实施例选用网络芯片WEBCHIP13可以与INTERNET直接相连。其优点是体积很小、操作使用方便、稳定，使用于糖尿病人在家中进行血糖测量。

本智能微损血糖仪实施例对应的电路原理图如图3所示。图3中硅光电池检测光源与试纸条反射光强，分别经U6放大器TLC27L4(U6A、U6B)放大，放大器输出分别连U2模拟多路开关CD4051输入端，CD4051输出经U3 LM331进行V/F转换输出的频率信号由U1微控制器AT89C52检测处理，微控制器中的程序求出光源光强与反射光强的反射比，并根据信号稳定条件，利用在微控制器中存储的公式计算出血糖值，微控制器将血糖值存入非易失器件E²PROM U4 93C46中，并经J1送LCD显示，通讯单元包含直接与PC个人计算机相连的串行口、连入国际互连网络INTERNET两部分：①由三极管Q4、Q5、二极管D1、D2、D4、电阻R16~R18完成串行口的电平转换：②微控制器所发信息经U7 WEBCHIP，连至调制解调U9 MX644A，从连到INTERNET上；本装置的实施例中电源部分由U8、Q1、Q3和U6C。

本实施例的发光源为660±20nmLED发光二极管，其位置在测试平台的光孔正下方，其光强度变化由一面积为2mm*2mm的光电池检测；当插入滴血试纸条后，反射光强采用同一型号的光电池进行检测，并由运算放大器放大；由微控制器得到光源的光强值和试条反射的光强值，计算时分别先扣除两路光强的基线，再去计算反射比(光源光强与反射光强之比)；在实际的大批量生产中，元器件存在差异，为了实现各整机的一致性，可以制作散射系数一致，反射率在一定范围内的标定所用的标准片作为仪器定标使用。

本实施例的光检测器采用硅光电池，其检测方法采用短路电流测量方法，放大电路输出为电压，通过V/F转换，连到微控制器。采用V/F转换，有以下优点：①接口简单。占用微控制器资源少，V/F转换输出一路信号，占一路通道②由于V/F对输入信号不断积分，抗干扰能力强③信号频率可以灵活选择④比同等测量精度的A/D转换器有较高的性能价格比。

本实施例中V/F转换器为LM331。本实施例使用CD4051作为模拟开关，为了保证信号的稳定，通道切换后应延迟20ms。

本实施例的微控制器选择AT89C52，由其完成计算与存储的控制。通讯接口单元：

微控制器的串行口经Q4和Q5、电阻R14-R18、二极管D1、D2组成的电平转换电路，直接与PC机相连进行通讯；经WEBCHIP和嵌入式调制与解调器芯片，可以直接连入INTERNET，尽管仪器与INTERNET连接的解决方案有2种，一种是由微处理器、大容量存储器的TCP/IP网络协议转换器，这样使系统较为复杂，功耗和体积均会增加；而WEBCHIP将TCP/IP转换固化在芯片中，使仪器结构简单。

为了保证测试的准确性本仪器的设计中在提供了一个标准片，其反射率和对应的血糖读数已写入微控制器的FLASH ROM中，当仪器使用一段时间(2-3个月)，用仪器测试本标准片，如果显示值已不在对应的范围则提示使用者用镜头纸擦拭测量平台的测量窗。

本实施例电源部分设计带有低电压检测功能，由TLC27L4中的一个运算放大器完成比较功能，其输出进入微控制器，微控制器随时检测该引脚状态，确定是否欠压报警。

本实施例的电源部分关闭为程序控制的“软关机”形式，利用开关键产生中断，由中断服务程序通过微控制器的一根引脚发“0”，使PNP型三极管Q1截止从而实现关闭；另一种情况也可使本仪器关机，在开机一段时间后没有进行血糖测量，则相应的自动关机。

本实施例的上述各部件均安装在一机盒中，整机(105mm*70mm*19mm)14体积较小，其外观及面板布置如图4所示，其中，15为LCD液晶屏，16表示电源开关，17与1相同为试纸条，18为测试平台，19为串行口，20和21是键盘开关，22为INTERNET国际互连网络连接口。

本实施例仪器操作操作简单，只须在测试前取一滴血滴在试条上，将试条17插入测量平台18，单击开关16打开仪器，当测试完毕，则从LCD15显示结果；若要显示记录的40个数据则用MEMORY键20进行选择；由串口19可以连至PC机，而经22可以连至INTERNET国际互连网络。

本实施例的软件程序预选固化在AT89C52所带的Flash ROM中。其主程序的流程图如图5所示，主要包括以下步骤：

初始化：各参数及AT89C52特殊寄存器的设置；

开机显示：提示机器工作状态，当电源电压下降到一定值，出现“低电压”提示；

开中断：允许中断

代码选择：可根据试条类型选择测试代码

提示测量与测量范围判断：在未放入滴血的试条前，仪器提示用户插入试条，并检测所插试条是否在测量范围内，以便确定能否继续测量。

测量血糖值：测量试条的反射强度和光源强度，计算反射比；当前后记录到反射比的CV＜＝0.01时，进行血糖值计算。

显示：控制LCD显示血糖值

本实施例的键盘中断服务程序如图6所示，包括以下步骤：保护现场、去除抖动、用反转法确定键值、键的释放处理、中断返回。

本实施例的串行通讯中断服务程序如图7所示，包括以下步骤：保护现场、接收上位机的信息、发送信息给上位机、中断返回。

上述各程序的具体实现方法均可采用本领域的常规技术手段。

采用上述装置的智能微损血糖检测方法实施例，包括以下步骤：

(1)取一滴人手指全血血样(一滴血在7-10μl之间)滴在空白试纸条上(无须用仪器测量空白试纸)，使血糖试纸基体饱和并与之充分反应，将滴血后的试条在6-8秒左右插入测试平台；

(2)将一LED光源照射所说的血糖试纸基体，反应过程中产物使试条颜色逐渐发生变化，试条的反射率随之发生变化，光源在微控制器中程序的控制下每隔3-5秒发光，由两个检测器分别检测光源的光强和试纸条的反射光强；

(3)由运算放大器分别将该两个检测器检测的反射光强放大，经电压/频率转换由微控制器间隔5秒进行读取，得到反射强度与光源强度之比；该反射比率与血糖值的函数关系为：LN(C)＝a*R+b，其中：R为反射比率，C为血糖浓度值，反射比越低对应的血糖值越高；

(4)由固化在微控制器中的程序判断测量结果，每次结果以10次平均值记录，当前后记录值变异系数CV小于或等于0.01，显示血糖值；其中变异系数＝标准差/测量平均值，保存并显示本次血糖值。

Claims (2)

1、一种智能微损血糖仪测量方法，包括以下步骤：

(1)取一滴人手指全血血样滴在空白试纸条上，使血糖试纸基体饱和并与之充分反应，将滴血后的试条在5-10秒内插入测试平台；

(2)将一光源照射所说的血糖试纸基体，反应过程中产物使试条颜色逐渐发生变化，试条的反射率随之发生变化，光源在微控制器中程序的控制下每隔3-5秒发光，由两个检测器分别检测光源的光强和试纸条的反射光强；

(3)由运算放大器分别将该两个检测器检测的反射光强放大，经电压/频率转换输入微控制器，得到反射强度与光源强度之反射比率，该反射比率与血糖值的函数关系为：LN(C)＝a*R+b，其中：R为反射比率，C为血糖浓度值，a、b为通过一元回归得到的参数；

(4)由固化在微控制器中的程序判断测量结果稳定时，保存并显示本次血糖值。

2、一种采用如权利要求1所述方法的智能微损血糖仪测量装置，包括，测试平台、血糖试纸、检测单元、信号处理单元，其特征在于，所说的检测单元包括：一光源、分别接收该光源直接出射的光及该光源射向血糖试纸后的反射光的两个光检测器、分别与该两个光检测器输出端的两个运算放大器、通过一模拟开关与该两个运算放大器相连的电压频率转换器；所说的信号处理单元由一与该电压频率转换器相连的微控制器及与其相连的非易失存储器、显示器、通讯接口，以及预先存储在该微控制器中的光反射比率与血糖值的换算程序。

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