CN219538310U - 一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，血糖仪包括光谱发射装置、光谱接收装置、压力传感装置、温度传感器和信号处理装置，光谱发射装置用于向皮肤发射吸收光谱，吸收光谱能够被待测物质吸收，并被皮肤皮下细胞外液反射；光谱接收装置用于接收吸收光谱从皮肤皮下细胞外液反射回来的反射光谱；压力传感装置根据反射光谱形成相应的压力数值；温度传感器用于感应人体体温，并形成体温数值；信号处理装置用于接收压力数值和体温数值，并将压力数值和体温数值与血糖浓度对应，信号处理装置还用于绘制血糖浓度变化曲线。本实用新型的血糖仪能够降低皮肤、设备和环境因素对检测结果的影响，提升检测结果的准确性和稳定性。

Description

一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪

技术领域

本实用新型涉及血糖检测设备，具体涉及一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪。

背景技术

糖尿病是一种常见的非传染性却严重危害人类健康的慢性疾病，近年来随着居民生活水平的提高及人口老龄化的加剧，糖尿病的发病率迅速上升。目前糖尿病尚无有效根治的办法，控制血糖是唯一的治疗方案。及时进行血糖检测，对于控制糖尿病、防止并发症的发生具有十分重要的意义。

相关技术中，最直接、准确的血糖值检测方法是采集静脉血检测法，即对静脉血液样本使用生化分析仪进行分析，这是目前公认的衡量血糖浓度的“金标准”，但它不仅操作专业性强、费用昂贵，还给患者带来痛苦和不便。血糖浓度还可以通过血糖仪检测，但目前市场上的血糖仪大多为有创的，需要扎针取样，不仅给患者带来很大不便，使患者遭受痛苦，而且还有可能引起伤口感染，不利于血糖的频繁检测。

为了克服有创血糖检测存在的不足，血糖无创检测已成为国内外血糖检测研究的突破点。无创血糖检测主要采用对人体无创的方法，实现对人体的血糖进行无创伤测量，解决采用有创电化学法进行血糖测量时要进行有创采血，导致对人体产生的伤害和感染的机会的问题。典型的无创血糖检测方法包括近红外光谱、中远红外光谱、拉曼光谱、光声光谱、光散射、偏振光等光学检测方法；无创血糖检测方法还包括射频阴抗法、代谢热组合法和皮下间质液等非直接方法，以及直接检测唾液、泪液或尿液等非血液体液的方法。上述这些无创血糖检测方法存在检测灵敏度低、测量部位设置的准确性要求高、设备或方法过于复杂、各类人群个体差异大等造成血糖检测数值误差很大、以及血糖仪本身的便携程度和使用的方便程度等问题，都限制着其真正广泛投入运用。

公开号为CN101188968B的中国发明专利公开了一种微量热学测定组织局部代谢率、细胞间质水含量、血液生化成分的浓度和心血管系统张力的方法和装置，其通过外界的信号输入可以发现皮下组织中的化学成分和皮肤表面之间的特征参数(比如压强)成正比的关系。这样的正比关系为检测血糖提供了理论依据。根据物理原理，如果直接利用皮肤表面压力传感器几乎不能测得皮肤表面特征值和皮下组织液中化学物质的相关性。不能成功检测的原因如下：首先，皮肤表面的生理条件非常复杂，容易受到体表温度和体液成分，例如表皮汗液的影响，同时皮肤表皮下的化学物质状态复杂；其次，穿戴式设备容易受到外界因素的干扰，比如受环境因素影响及受人和检测界面之间的状况不稳定的影响；最后，检测设备存在检测误差和漂移，测量条件选取、测量部位选择影响。以上原因使得单独采用皮肤表面特征来直接换算血糖(或其他细胞液中生理参数)变得异常困难，皮肤表面特征值(例如压强)和皮下组织液中化学物质(葡萄糖)的相关性较弱，而且很难保证测量的稳定性。需要大量的标定操作，增加了测量的复杂度；除了需要更多的输入信息来降低总体信息的熵值以外，同时也需要冗余信息来抵抗设备自身误差和人机操作误差。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

本实用新型提供了一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，至少解决的技术问题是：如何无创检测血糖浓度，并提高检测的准确性和稳定性。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，用于检测皮肤皮下细胞外液中与糖尿病相关的待测物质，包括：

光谱发射装置，该光谱发射装置用于向皮肤发射吸收光谱，所述吸收光谱能够被待测物质吸收，并被皮肤皮下细胞外液反射；

光谱接收装置，该光谱接收装置用于接收所述吸收光谱从皮肤皮下细胞外液反射回来的反射光谱；

压力传感装置，该压力传感装置根据所述反射光谱形成相应的压力数值；

温度传感器，该温度传感器用于感应人体体温，并形成体温数值；

信号处理装置，用于接收所述压力数值和体温数值，并将所述压力数值和体温数值与血糖浓度对应，所述信号处理装置还用于绘制血糖浓度变化曲线。

在一些实施方案中，所述光谱接收装置包括光纤传感器，所述光纤传感器将反射光谱转化为电信号，并将所述电信号输出为电压信号；所述压力传感装置被配置为接收所述电压信号，并将该电压信号转化为所述压力数值。

在一些实施方案中，所述吸收光谱被配置为可以穿过所述皮肤皮下细胞外液，并被皮下细胞外液反射形成频率可以变化的所述反射光谱。

在一些实施方案中，所述光谱发射装置和光谱接收装置包括光学传感器。

在一些实施方案中，所述反射光谱处于持续变化状态，以使光谱信号和压力数值持续变化，所述信号处理装置还用于将持续变化的压力数值和体温数值建立血糖检测模型。

在一些实施方案中，所述压力传感装置包括薄膜压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号对薄膜压力传感器施加压力；

或所述压力传感装置包括电阻压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号改变电阻压力传感器的电阻；

或所述压力传感装置包括电容压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号改变电容压力传感器的电容；

或所述压力传感装置包括弹簧压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号对弹簧压力传感器施加压力。

在一些实施方案中，所述光谱发射装置、光谱接收装置、压力传感装置、温度传感器及信号处理装置形成检测单元，所述基于光学和压力传感检测技术的血糖仪包括若干个检测单元。

在一些实施方案中，所述待测物质包括血糖、尿酸、乳糖、酮、水分中的至少一种。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，具备以下有益效果：

该基于光学和压力传感检测技术的血糖仪工作时，光谱发射装置用于向皮肤发射特异性吸收光谱，吸收光谱能够被待测物质吸收；光谱接收装置接收吸收光谱从皮肤皮下细胞外液反射回来的反射光谱，并形成光谱信号；压力传感装置接收光谱信号，并形成光谱信号相应的压力数值；温度传感器感应人体体温，并形成体温数值；信号处理装置接收压力数值和体温数值，并将压力数值和体温数值与血糖浓度对应。可以看出，该血糖仪不直接测量皮肤表面组织压力，而是利用皮肤组织反射回来的反射光谱持续刺激压力传感装置，使压力传感装置形成连续变化压力数值，压力数值结合体温数值建立血糖浓度变化曲线模型，并拟合预测血糖浓度，实现血糖浓度的无创检测；其中，预测结果不会受皮肤表面复杂的生理条件及化学物质状态的影响，且无需严格的穿戴要求，不容易受到外界因素的干扰，同时，检测设备存在的检测误差和漂移小，测量条件和测量部位的选取对检测结果影响小。可以看出，本实用新型的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪能够降低皮肤、设备和环境因素对检测结果的影响，提升检测结果的准确性和稳定性。

附图说明

图1为实施例中基于光学和压力传感检测技术的血糖仪的示意图；

图2为实施例中基于光学和压力传感检测技术的血糖仪的结构框图；

图3为实施例中血糖监测模型的示意图。

附图标记：光谱发射装置1、光谱接收装置2、压力传感装置3、温度传感器4、信号处理装置5。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

相关技术中，血糖仪对血糖浓度的检测准确性和稳定性较低，亟待改善。

为解决上述技术问题，请参阅图1和图2所示，图1为实施例中基于光学和压力传感检测技术的血糖仪的示意图，图2为实施例中基于光学和压力传感检测技术的血糖仪的结构框图。

本实施例提供一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，用于检测皮肤皮下细胞外液中与糖尿病相关的待测物质，血糖仪包括：光谱发射装置1、光谱接收装置2、压力传感装置3、温度传感器4和信号处理装置5。

光谱发射装置1用于向皮肤发射吸收光谱，吸收光谱能够被待测物质吸收，并被皮肤皮下细胞外液反射。

上述光谱反射装置可以是激光器、光谱仪或光源，吸收光谱直接或间接照射在皮肤上，如光谱发射装置1的发射端在工作时朝向皮肤设置；吸收光谱一部分被待测物质吸收，另一部分被除待测物质外的皮肤皮下细胞外液反射。

光谱接收装置2用于接收吸收光谱从皮肤皮下细胞外液反射回来的反射光谱。

上述光谱接收装置2的接收端设置在反射光谱的反射区域，吸收光谱反射后被光谱接收装置2接收。

压力传感装置3根据反射光谱形成相应的压力数值。

上述压力传感装置3可以是压力传感器。通常，压力传感器可以通过光谱分析技术来实现压力数值的测量，具体来说，压力传感器内部通常包含一个或多个光纤，这些光纤会在受到外部压力的作用下发生形变，导致光纤长度或形状的微小变化，这些变化会引起光波的路径或频率发生微小的改变，这些改变可以通过光谱分析仪器来检测和分析。压力传感器可以将光纤中透过的光信号发送到光谱分析仪器中进行分析，光谱分析仪器会通过分析光波的频率或波长变化来计算出压力传感器所受到的压力大小。由于光谱接收装置2已经接收了反射光谱，压力传感装置3可以通过光谱分析仪器直接将反射光谱进行分析即可获得相应的压力数值。压力传感器3可以集成在该血糖仪内部。

温度传感器4用于感应人体体温，并形成体温数值。

上述温度传感器4可以贴附在人体皮肤表面相应的测温区域，如设置在腋下测温区域。

信号处理装置5用于接收压力数值和体温数值，并将压力数值和体温数值与血糖浓度对应，信号处理装置5还用于绘制血糖浓度变化曲线。

上述压力数值和体温数值与血糖浓度对应可以通过剪力模型实现，即可以通过收集大量的数据来建立一个模型，将血糖浓度、压力和体温之间的关系进行建模，以实现相应数值之间的转换；也可以通过数据分析实现，即可以使用统计学方法对收集到的血糖浓度、压力和体温数据进行分析，以确定压力数值和体温数值与血糖浓度之间存在的关联性和趋势，并在此基础上对相应数据进行转换。信号处理装置5可以集成在该血糖仪的内部或独立于血糖仪外部，并通过有线、无线或蓝牙等方式传输和接收信号。

其中，光谱发射装置1、光谱接收装置2、压力传感装置3和信号处理装置5可以集成或安装在壳体、机柜等安装载体上，也可以分体设置，

以上技术方案的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪工作时，光谱发射装置1用于向皮肤发射特异性吸收光谱，吸收光谱能够被待测物质吸收；光谱接收装置2接收吸收光谱从皮肤皮下细胞外液反射回来的反射光谱，并形成光谱信号；压力传感装置3接收光谱信号，并形成光谱信号相应的压力数值；温度传感器4感应人体体温，并形成体温数值；信号处理装置5接收压力数值和体温数值，并将压力数值和体温数值与血糖浓度对应。可以看出，血糖仪不直接测量皮肤表面组织压力，而是利用皮肤组织反射回来的反射光谱持续刺激压力传感装置3，使压力传感装置3形成连续变化压力数值，压力数值结合体温数值建立血糖浓度变化曲线模型，并拟合预测血糖浓度，实现血糖浓度的无创检测；其中，预测结果不会受皮肤表面复杂的生理条件及化学物质状态的影响，且无需严格的穿戴要求，不容易受到外界因素的干扰，同时，检测设备存在的检测误差和漂移小，测量条件和测量部位的选取对检测结果影响小。可以看出，本实用新型的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪和检测方法能够降低皮肤、设备和环境因素对检测结果的影响，提升检测结果的准确性和稳定性。

在压力传感装置3根据反射光谱形成相应的压力数值的一种实施方式中，光谱接收装置2包括光纤传感器，光纤传感器将反射光谱转化为电信号，并将电信号输出为电压信号；压力传感器被配置为接收电压信号，并将电压信号转化为压力数值。其中，光纤传感器将反射光谱转换为电信号可以通过光电转换器实现的。光电转换器将光纤传感器中的光信号转换为电信号，电信号可以是电流信号或电压信号，对于光纤传感器输出的电信号，通常需要进行一些信号处理和放大，以提高其精度和可靠性，对于电压信号，可以进行放大、滤波和数字转换等处理，输出信号的大小和形状通常可以通过仪器的调整和控制来进行优化和改善。

在被皮肤皮下细胞外液反射的一种实施方式中，吸收光谱被配置为可以穿过皮肤皮下细胞外液，并被皮下细胞外液反射形成频率可以变化的反射光谱。

在光谱发射装置1和光谱接收装置2的一种实施方式中，光谱发射装置1和光谱接收装置2包括光学传感器，光学传感器用于感应光谱并产生相应的光谱信号。

结合图3所示，图3为实施例中血糖监测模型的示意图，为了更为直观的反映压力数值和体温数值与血糖浓度之间的关系，光谱发射装置1产生的反射光谱处于持续变化状态，以使光谱信号和压力数值持续变化，信号处理装置5还用于将持续变化的压力数值和体温数值建立血糖检测模型，该血糖检测模型可以是时间作为X轴，血糖浓度作为Y轴。

上述压力传感装置3的类型可以根据需要选定，压力传感装置3可以包括薄膜压力传感器，压力传感装置3形成反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号对薄膜压力传感器施加压力，施加压力的方式可以是通过驱动机构接收由光谱信号转化的控制信号，并对薄膜压力传感器施加驱动力；

或压力传感装置3包括电阻压力传感器，压力传感装置3形成反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号改变电阻压力传感器的电阻；

或压力传感装置3包括电容压力传感器，压力传感装置3形成反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号改变电容压力传感器的电容；

或压力传感装置3包括弹簧压力传感器，压力传感装置3形成反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号对弹簧压力传感器施加压力，施加压力的方式可以是通过驱动机构接收由光谱信号转化的控制信号，并对弹簧压力传感器施加驱动力。

为了提高血糖浓度测试的准确性，光谱发射装置1、光谱接收装置2、压力传感装置3、温度传感器4及信号处理装置5形成检测单元，基于光学和压力传感检测技术的血糖仪包括若干个检测单元，各个检测单元分别检测身体不同部位的血糖浓度，人体血糖浓度可以综合各检测单元的检测结果，以此提高血糖浓度检测结果的准确性。

待测物质除血糖外，还可以根据需要选定，如尿酸、乳糖、酮、水分中的至少一种。

本实施例提供了一种血糖浓度检测方法，包括以下步骤：

光谱发射装置1用于向皮肤发射特异性吸收光谱，吸收光谱能够被待测物质吸收；

光谱接收装置2接收吸收光谱从皮肤皮下细胞外液反射回来的反射光谱，并形成光谱信号；

压力传感装置3接收光谱信号，并形成光谱信号相应的压力数值；

温度传感器4感应人体体温，并形成体温数值；

信号处理装置5接收压力数值和体温数值，并将压力数值和体温数值与血糖浓度对应。

其中，信号处理装置5还用于绘制血糖浓度变化曲线。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解为在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，用于检测皮肤皮下细胞外液中与糖尿病相关的待测物质，其特征在于，包括：

光谱发射装置，该光谱发射装置用于向皮肤发射吸收光谱，所述吸收光谱能够被待测物质吸收，并被皮肤皮下细胞外液反射；

光谱接收装置，该光谱接收装置用于接收所述吸收光谱从皮肤皮下细胞外液反射回来的反射光谱；

压力传感装置，该压力传感装置根据所述反射光谱形成相应的压力数值；

温度传感器，该温度传感器用于感应人体体温，并形成体温数值；

信号处理装置，用于接收所述压力数值和体温数值，并将所述压力数值和体温数值与血糖浓度对应，所述信号处理装置还用于绘制血糖浓度变化曲线。

2.根据权利要求1所述的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，其特征在于，所述光谱接收装置包括光纤传感器，所述光纤传感器将反射光谱转化为电信号，并将所述电信号输出为电压信号；所述压力传感装置被配置为接收所述电压信号，并将该电压信号转化为所述压力数值。

3.根据权利要求1所述的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，其特征在于，所述吸收光谱被配置为可以穿过所述皮肤皮下细胞外液，并被皮下细胞外液反射形成频率可以变化的所述反射光谱。

4.根据权利要求1所述的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，其特征在于，所述光谱发射装置和光谱接收装置包括光学传感器。

5.根据权利要求1所述的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，其特征在于，所述反射光谱处于持续变化状态，以使光谱信号和压力数值持续变化，所述信号处理装置还用于将持续变化的压力数值和体温数值建立血糖检测模型。

6.根据权利要求1所述的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，其特征在于，所述压力传感装置包括薄膜压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号对薄膜压力传感器施加压力；

或所述压力传感装置包括电阻压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号改变电阻压力传感器的电阻；

或所述压力传感装置包括电容压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号改变电容压力传感器的电容；

或所述压力传感装置包括弹簧压力传感器，所述压力传感装置形成所述反射光谱相应的压力数值的方式为根据光谱信号对弹簧压力传感器施加压力。

7.根据权利要求1所述的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，其特征在于，所述光谱发射装置、光谱接收装置、压力传感装置、温度传感器及信号处理装置形成检测单元，所述基于光学和压力传感检测技术的血糖仪包括若干个检测单元。

8.根据权利要求1所述的基于光学和压力传感检测技术的血糖仪，其特征在于，所述待测物质包括血糖、尿酸、乳糖、酮、水分中的至少一种。