CN220572189U - 一种用于检测人体血液循环系统的电容式检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于检测人体血液循环系统的电容式检测设备，包括测量电路、处理模块、第一致动器以及至少两个第一电极；所述测量电路耦合至少两个所述第一电极，用于获得第一电极的互电容；所述第一致动器与处理模块耦合，用于调整被测的人体组织与第一电极之间的相对距离；所述处理模块，与所述测量电路耦合。本实用新型能够检测人体血液循环系统多个指标(例如血糖、灌注指数、心率中的全部或部分)，并通过致动器的配合以及利用互电容本身达到精确测量。

Description

一种用于检测人体血液循环系统的电容式检测设备

技术领域

本实用新型涉及对人体血液循环系统的参数测量，尤其涉及一种电容式检测设备。

背景技术

人体血液循环系统的参数测量对于临床监护领域具有重要意义。

血糖作为人体血液循环系统的参数之一，如今市面存在血糖仪设备大部分为有创血糖仪，对患者或者检测人员造成一定的身体伤害得到血液样本，测得血糖含量。除此以外，大部分无创血糖仪是基于对红外光谱和热代谢的分析进行估算血糖值，限于葡萄糖无特征红外光谱，仅-OH、C-H等基团有红外吸收光谱。而且水分以及温度变化均会造成红外吸收变化。

市面上存在的无创血糖检测设备，基本分为光电式、电场提取葡萄糖式、阻抗式。其中光电式这一类型的技术，例如专利CN201610903160.6、US7054514、CN200980133281.5，主要问题在于检测手段(光)与血糖无直接相关性，因此基本通过光数据或者光配合温度等其他各类型数据进行函数拟合，而拟合的方式，受被测样本的影响非常大，拟合出来的曲线针对被测样本的群体可以测算到准确，但一扩大到整个社会群体就会产生比较大的误差(人的差异性导致)，从实验来看，市面上此类型产品一般测算误差大于20％。电场提取葡萄糖式此类型技术，例如CN201721663553.0、NMR等，因对人体有害基本无法获得实施许可，商业上难以推广。阻抗式此类型技术，例如US17430418、US10068603，同样由于两电极间组织的阻抗与血糖无直接相关性而是假定两电极间组织的电参数与血液中葡萄糖浓度之间存在联系(事实上两电极间组织的电参数不仅直接取决于葡萄糖)，因此测算结果同样存在较大误差。由于准确度问题，目前的无创血糖检测设备基本停留在参考范畴，在医疗范畴上使用是有创检测。

文献(“无创血糖检测中不同葡萄糖浓度的介电-频率响应特性研究”，李景振，曾宁，聂泽东，刘宇航，集成技术，第8卷第2期，2019年3月)通过以葡萄糖浓度的水溶液为研究对象，论证了介电常数与血糖的直接相关性，为利用介电常数无创测血糖提供了理论基础。

另一方面，灌注指数(PI)、心率、血氧饱和度(SpO2)等作为人体血液循环系统的重要参数，常见通过血氧仪进行检测。血氧仪依凭于Beer-Lambert定律，通过作为光源的发光管和作为感受器的接收管，测量人体指尖、耳垂等毛细血管波动期间对通过光线吸收率的变化，由于无血组织和静脉血对单色光的吸收是恒定的，动脉波动引起光程周期性改变，动脉血对光的吸收量也随之周期性变化，因此能够得到透射的光电容积信号曲线，如图1所示。利用光电容积信号曲线，临床专家根据曲线特征就能获得表征人体健康参数的信息，例如：(1)灌注指数(PI)，可以通过曲线上的交流分量与直流分量的幅值比(I_AC/I_DC)反映；(2)心率，可以通过曲线的波动反映；(3)血氧饱和度(SpO2)，临床上通常用双波长血氧饱和度计算法，利用波长分别为660nm的RD光和940nm的IR光照射人体指尖、耳垂等组织，得到两条光电容积信号曲线，利用两者的差异性即可进一步得到饱和度指标。光电式血氧仪作为市场较为常见的血液循环系统检测设备，一直存在的瑕疵是精度问题，光线干扰对血氧仪影响较为严重，例如强光将影响光线透过皮肤组织，此外指甲光泽、指甲油也会影响测量精度。

现有成熟技术的电容数字转换电路(CDC)，例如DAI7142、ADI7147，采用Δ-Σ调制方式通过多次对被测电容进行充放电并与参考电容比较的方法(参见：US Patent Number:5,134,401)，具有对杂散分布电容免疫的特长。此外，电容感应一直作为各种检测的主要实现手段之一，配合CDC能够将测量灵敏度提高到1ff级别，同时互电容相对来说难受环境等因素的干扰，具有精确检测能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够检测人体血液循环系统多个指标(例如血糖、灌注指数、心率中的全部或部分)的硬件检测结构，并通过致动器的配合以及利用互电容本身达到精确测量。

为此，本实用新型的一种用于检测人体血液循环系统的电容式检测设备，包括测量电路、处理模块、第一致动器以及至少两个第一电极；所述测量电路耦合至少两个所述第一电极，用于获得第一电极的互电容；所述第一致动器与处理模块耦合，用于调整被测的人体组织与第一电极之间的相对距离；所述处理模块，与所述测量电路耦合。

检测血糖时，人体可以视为一个导体，在人体组织例如指尖的指甲盖放置两个第一电极，此两电极形成互电容，一方面基于互电容特性尽量避免环境例如温湿度变动产生的干扰，另一方面基于介电常数与血糖的直接相关性反映出血糖含量信息。此外，还可以通过第一致动器调整人体组织与第一电极之间的相对距离进而实施对被测的人体组织的挤压或释放，通过对人体组织处血液的挤压前后分别采集互电容变化，其中，两个电极位于与人体组织接触的第一位置(第一位置被配置为使所述互电容的波动频率符合人体心跳周期)时基本未对组织施加挤压力(挤压前)，其互电容变化反映出随人体心跳周期性变动(血液潮汐)的信息，而通过施加机械挤压力，将组织处血液挤出，再忽然释放该机械挤压力，使组织处快速充血，即挤压后释放，所测的互电容变化能够反映出不同检测者的组织构造、血液循环系统、血液无机盐含量等人体组织和情绪、运动等状态的差异，如此，处理模块通过对这两条互电容变化的分析，例如依据第一电极位于与人体组织接触的第一位置时所获取的第一互电容变化，以及第一致动器挤压后释放人体组织过程中第一电极接触人体组织所获取的第二互电容变化，可以改善由于人体手指组织的差异性、人体血液循环系统的差异性(如：心脏供血能力、血管输送能力等)、人体血液无机盐含量差异性造成的指尖介电常数测量误差，以及减小由于情绪、运动状态等原因引起人体脉搏变动造成的指尖血液介电常数测量误差，进而，在基于介电常数与血糖的直接相关性实现准确的无创血糖检测的基础上，输出被测人体的更加准确的血糖含量信息达到高精度的无创血糖测量性能。另一方面的优势在于，相对于有创方式，本实用新型从检测原理方面未采用对光谱的分析估算血糖值，而是使用对电容变化值的监测推算出血糖含量，这样可以避开含有-OH、C-H等基团的有机物的影响。产品结果本身并不是测试的绝对值，而是根据电容值的变化量推算的估计值，在测试的时候，且在无外界干扰的情况下可以排除设备自身的差异因素。

而对于灌注指数、心率等指标的测量，借助于电容式检测，我们研究发现通过将两个电极放置在人体指尖例如指甲盖上，检测出的两个电极之间的互电容在人体指尖处形成的血液潮汐曲线(简称介电曲线，如图2所示)，与血氧仪通过光电方法所获取到的光电容积信号曲线非常接近，因此理论上介电曲线同样具备表征例如灌注指数、心率等指标的能力，可通过两个电极形成的互电容获取出介电曲线给到临床专家分析灌注指数、心率等指标。此外，电极以触觉方式接触人体组织，电极对人体组织的挤压会造成血液流通的阻碍，实验中我们发现挤压力过大将破坏血液的自然流动状态引入误差，挤压力太小则信息量太小甚至无法检测到血液流动引起的电容变化，为此，测量期间可通过第一致动器调整人体组织(例如指尖等血管末梢处组织)与第一电极之间的相对距离，使第一电极处于能够取得互电容信号的波动频率符合人体心跳周期的第一位置，处理模块在第一位置下获取人体组织处形成的电极之间互电容随心脏血流的变化曲线或者从曲线中提取例如心率、灌注指数等特征参数，可以基本避免因破坏血液自然流动状态而引入的误差，并兼顾有效信息量达到测量的进一步准确。

本实用新型中，处理模块用于依据第一电极的互电容驱动第一致动器从而调整所述相对距离，进而实现第一位置处的测量或者挤压前后的测量。本实用新型中，被测的人体组织应当被理解为带有血管的部位，考虑到人体组织上血管的丰富性，优选使用手指(动脉与静脉的结合处)端部指甲作为被测部位以获得更准确全面数据。

作为一种改进方案，电容式检测设备还设有血氧检测传感器，所述血氧检测传感器被配置为包括光电接收端和光电发射端(IR LED)，在测量期间所述光电接收端发出的光能够经所述人体组织返回至所述光电接收端；所述处理模块分别耦合所述光电接收端和光电发射端。此种方案中，IR LED发射信号穿过指尖部分，通过光电接收端接受信号，可以计算血氧饱和度。

作为该改进方案的进一步改进，可以设置第一致动器复用于调整所述人体组织相对于光电接收端或光电发射端之间的距离，例如，将第一电极与光电接收端或光电发射端毗邻，或第一电极设于光器件与指尖之间，此方案具有成本、结构优势，同时第一致动器能够调整人体组织相对于光电接收端或光电发射端之间的距离，适应手指粗细不同的人群(如高矮胖瘦不同导致)。作为该改进方案的另一种改进，电容式检测设备还可以设置第二致动器，用于调整所述人体组织相对于光电接收端或光电发射端之间的距离，此方案中，第一致动器调整电极位置，第二致动器调整IR LED位置，使得两者能同时处于合适测试位置达到同时测量(只有一个致动器的方案需采用分时测量)，所获得的介电曲线与血氧检测传感器测试得到的光容积曲线两者具有更强的映射、借鉴意义，为两条曲线的相互修正提供可能。

优选地，配置第一电极是透明电极；和/或第一电极与血氧检测传感器错位布置，例如在第一电极上开孔使IR LED发射光线穿过。通过电极透明或穿孔设置，在实现小空间的多传感器布置的同时，避免电极对光检测造成干扰，其中，错位方案更具优势之处在于进一步避免光线的折射误差。

作为另一种改进方案，测量电路可以是电容数字转换电路(CDC)或模拟电路。其中CDC能够满足测量系统在安全距离下对电容测量灵敏度的要求、抗干扰的需求，特别是，这些芯片的设计具有多个通道，使得电路设计简单方便，从而有效降低成本和安装难度。

作为另一种改进方案，第一致动器对人体组织进行挤压的方式可以配置为：第一致动器驱动第一电极朝人体组织方向移动，即利用电极主动接触；和/或，设备配置一用于承载所述人体组织的承载部件，第一致动器驱动承载部件移动至配合第一电极形成对人体组织的夹持。后者较之前者而言，电极固定不动可以避免改变测量基准，如电极移动发生微小倾斜、间距变化带来的干扰问题，取得较优测量效果。作为该改进方案的进一步改进，承载部件可以设置至少两个第二电极；测量电路耦合各个第二电极，用于获得第二电极的互电容；处理模块，与测量电路耦合，用于依据第一电极在第一位置接触人体组织时通过第二电极获取的互电容变化，输出被测人体的血液的介电曲线或特征数据。第二电极检测人体组织下方(如指肚)的互电容变化来反映人体组织内的血液情况，用于人体组织上方(如指甲盖)的互电容变化的参考，进行相互印证。因为上面的第一电极是隔着指甲盖去检测充血的情况，指甲盖的好处是有硬度同时存在指甲盖保护，所以第一电极的接触的稳定性优良，但是离血液比较远，中间隔了一层指甲盖，第二电极检测指肚，离血液更近，就隔着皮，但容易变形，两者各有优劣可以相互用于参考修正。作为该改进方案的另一种改进，承载部件可以设置至少一个第二电极；测量电路被配置为通过开关阵列耦合各个电极，用于将每个电极依次作为激励来获取该电极与其他电极之间的互电容，进而通过上部第一电极与下部第二电极的配合达到互电容断层扫描(ECT)，实现对断层截面的多相流速(例如血液流速)的测量。更优选地，承载部件顶面具有弹性弧形凹陷，例如设计成类似U形弹性结构，第二电极布置于弹性弧形凹陷上并在测量期间与第一电极形成包围人体组织两侧的环形分布结构，能够使得断层扫描结果更加准确。

作为另一种改进方案，电容式检测设备还包括通讯装置，通讯装置与处理模块耦合，用于通讯外部移动终端和/或云端。

作为另一种改进方案，第一致动器被配置为电动装置，处理模块用于随互电容斜率的减小而降低第一致动器的步进，以获得更加精确符合实际的峰峰值，达到测量曲线准确性的进一步提升，同时利于对力的平衡点的控制。或者，第一致动器被配置为手动装置，设备配置有耦合处理模块的提示装置，用于依据所述互电容的斜率变化发出提示，例如随斜率变缓使提示声音逐步尖锐或灯光更快频率的闪动，从而在快接近峰峰值时预先提醒，避免操作者过度转动或移动导致错过峰峰值点。对于后者方案，进一步的，配置手动装置具有用于接收操作者施加的机械动力而转动的齿轮，以及与所述齿轮传动连接的用于驱动调整所述相对距离的机械零件，并且，将所述齿轮的转动行程与所述机械零件的移动行程之比配置为0.01-0.1，目的通过移动行程比的配置，使得手动调整下也能够获取到精确峰峰值，提升手动方案的测量准确性。

作为另一种改进方案，设置第一电极具有至少三个并彼此绝缘，测量电路获取各个第一电极之间的互电容，例如设置第一电极1-1、1-2、1-3的方案中，1-1、1-2用于检测获取所述互电容变化，利用1-2、1-3之间的互电容和/或1-1、1-3之间的互电容，反映电极与人体组织的贴合程度，进而修正1-1、1-2采集的互电容变化，消除由贴合紧密程度造成的误差。

作为另一种改进方案，可以设置用于检测第一电极与人体组织之间的接触压力的压力检测装置，压力检测装置和处理模块耦合，并优选配置为在测量期间直接接触人体组织以获得直接性数据。在该改进方案中，处理模块可以依据压力检测装置测量的挤压力达到预设压力值开始扫描曲线。压力检测装置例如可以采用压力传感器或压力开关，但更优选地，压力检测装置可以配置为第一传感器单元，所述第一传感器单元设有柔性多功能层，所述柔性多功能层的内部设置有与多功能层电连接的曲面弹性电极作为上层电极，所述上层电极下方设置有下层电极，所述上层电极与下层电极之间设置绝缘层且上层电极向下的投影至少覆盖下层电极的部分面积，所述柔性多功能层受外力形变带动上层电极改变与绝缘层的接触面积，所述测量电路例如CDC通过开关阵列耦合各个电极，用于获取第一传感器单元中上层电极与下层电极之间形成的电容。检测时，柔性多功能层的形变以及上层电极与下层电极之间的形成的电容反映力在法向上的分量，通过对各电极进行电容值采集,可以达到非常高的力的分辨(媲美人手对力的分辨程度)，适用于此种要能识别非常细微的力的变化的场景(尤其是指尖或耳垂等血管末梢处的变化更为微弱)，并且，由于采用触觉方式直接测量，对于力能够达到准确测量。

在此基础上，处理模块还可以配置为用于依据压力检测装置位于与人体组织接触的第一位置时获取的压力变化，输出被测人体的血液的波动压力曲线或特征数据，所述第一位置被配置为使所述压力的波动频率符合人体心跳周期。其中，波动压力曲线属于是力的性质，反映随心跳每次充血造成的人体组织处的抖动幅度；介电曲线则是反映随心跳每次充血的体量。在获取所述压力的过程中，第一位置进一步被配置为在致动器停止驱动人体组织与压力检测装置的相对运动的情况下，使压力检测装置与人体组织之间的接触压力在其波动频率符合人体心跳周期前提下的压力峰峰值处于最大值。作为进一步改进，同样的，第一致动器也可以复用于调整人体组织相对于压力检测装置之间的距离，例如通过将传感器集中设置实现，此种方案中，介电曲线与波动压力曲线分时检测。或者，进一步配置第三致动器独立调整人体组织相对于压力检测装置之间的距离，介电曲线与波动压力曲线同时检测。

作为另一种改进方案，设备上安装固定有限位机构，限位机构用于在人体组织受检测时限制人体组织在垂直于挤压方向的第一方向和/或第二方向上的位置。以挤压方向为Z向，第一方向可以配置为X向，通过设置在X向上的供人体组织(如手指或脚指端部)抵接的挡件实现，第二方向可以配置为Y向，例如可以将弹性绝缘层的承载部件做成U型结构，人体组织凹陷于U型槽内达到Y向的限位。进一步的，在人体组织被配置为手指或脚指时，第一电极被配置为用于接触手指或脚指的指甲；设备设置位置调整机构(如气缸、电机或手动调整的丝杠等等)，限位机构安装于位置调整机构上，位置调整机构用于调整限位机构在第一方向和/或第二方向上的位置从而改变对人体组织的限位。

作为另一种改进方案，设备设置有用于人机交互的显示装置，显示装置和处理模块耦合，用于显示检测结果、提供信息或供检测者输入指令。和/或设备设置有对准被测人体组织的红外测温传感器以及设于第一电极周边的环境传感器，所述环境传感器包括环境温度传感器和/或环境湿度传感器，红外测温传感器、环境传感器分别和处理模块耦合，用于检测用于反映环境参数的环境特征，对曲线或特征参数进行修正，其中环境特征至少包含第一电极周边的环境温度测量值、第一电极周边的环境湿度测量值、手指温度的测量值中的一者或多者。引入环境特征的目的在于，补偿例如电极周边的环境温湿度不同引入的误差(环境温度或湿度均能够对两第一电极之间的互电容产生影响)、被测组织如手指的温度不同引入的误差(血液介电与被测组织的温度相关)，进而提高测量精度。对于第一致动器为电动装置的方案，还可以依据第一致动器的运动步数，计算指尖与第一电极或光器件的距离作为补偿信息，对曲线或特征参数进行修正。

作为另一种改进方案，还设置有风力驱动设备，例如风机，用于驱动外部空气流经人体组织，可以采用对流或抽风等方式，目的在于改善检测过程中人体组织如手指出汗造成的电极周边的环境湿度发生变化。

本实用新型中，第一电极的材料被配置为柔性导电材料进一步提高舒适度。

为更加充分的说明本实用新型技术，以下对更具体细节进行说明：

在测量血糖获取第一互电容变化或测量灌注指数、心率等指标获取互电容变化的过程中，电极与人体组织之间的过近或过远，测出的互电容曲线均呈不规律变化，例如过远时互电容出现高频毛刺或噪声，过近时电极过度挤压血管严重破坏其自然状态导致波动失去规律，因此，通过致动器调整人体组织与电极之间的相对距离，使电极处于能够取得互电容信号的波动频率符合人体心跳周期的第一位置，可以基本避免因破坏血液自然流动状态而引入的误差，并兼顾有效信息量达到测量的进一步准确。作为另一种改进方案，第一位置进一步被配置为在致动器停止驱动人体组织与第一电极的相对运动的情况下，使第一电极获得的互电容峰峰值处于最大值。上文提及到第一电极与人体组织之间过近或过远，测出的互电容曲线均呈不规律变化，因此致动器调整人体组织与电极之间的相对距离时，第一步可以粗调使互电容波动频率符合人体心跳周期，例如可以通过观测互电容的变化完成粗调工作，或者，通过大量实验测算出人体组织与电极之间的接触压力达到多少时，获取的互电容基本符合人体心跳周期，在实际中驱动致动器调整相对距离至使得人体组织与电极之间的接触压力达到设定阈值时结束粗调。粗调后需要进行第二步的细调，细调阶段，致动器进一步微调相对距离至互电容波动频率符合人体心跳周期前提下的互电容峰峰值处于最大值，在此节点前，电极未充分接触人体组织，信号的峰峰值未达最大，此后随致动器进一步缩小相对距离，峰峰值逐步增大，直至达到此节点后，致动器若进一步驱动移动将会对组织处的血管挤压影响其中血液流动，导致互电容峰峰值减小，因此，在采集到符合人体心跳周期的互电容峰峰值处于最大值时采集互电容变化，能够得到更准确全面数据，提高最终结果准确度。上述的互电容波动频率符合人体心跳周期，其中一种方式可以采集检测者心率数据，在互电容波动频率与心率数据一致时认为达到所述符合，或者，为简便目的认为互电容波动频率符合人体正常心跳次数(如一分钟60-100次/分)则达到所述符合，其中，舍去互电容波动频率不符合人体心跳周期的互电容变化曲线的目的是避免不达标曲线带来的干扰。

在测量血糖获取第二互电容变化的过程中，第一致动器对人体组织的挤压程度进一步被配置为下述方式(1)或(2)：(1)挤压至第一电极所获得的互电容波形变为直线。挤压至第一电极获得互电容峰峰值处于最大值之后，如前述，再进一步移动则开始挤出血液，随挤压程度逐步加大互电容波形幅度逐步减弱，至血液被基本挤出时互电容波形变为直线，此时可以认为挤压到位，已经使血液排出，此后忽然释放该挤压力，可以使挤压组织出的血管最大幅度的快速回血从而采集到更多数据，同样利于提高最终结果准确度。(2)为节省算力提高灵敏度，可以通过统计(1)中在致动器停止驱动人体组织与第一电极相对运动的情况下达到挤压标准时人体组织所受的挤压力，直接配置测量电极对人体组织的挤压力达到15-20N达到挤压标准。

第一致动器对人体组织进行挤压和/或进行释放的时刻，进一步的可以被配置为与人体心跳的时间同步，避免因不同步带来的测量误差。具体地，第一致动器对人体组织进行挤压的时刻，被配置为互电容随人体心跳在人体组织形成的血液潮汐曲线中的取得最大值的时刻；第一致动器对人体组织进行释放的时刻，被配置为互电容随人体心跳在人体组织形成的血液潮汐曲线中的开始上升的时刻。换言之，在心脏开始泵血(曲线开始上升)时进行释放，在泵血达到峰值时开始挤压，降低误差的引入如挤压排血时心脏泵血的干扰，反之亦然。

基于上述，对于灌注指数、心率等指标的测量，处理模块依据互电容变化输出被测人体的介电曲线，可以进一步被配置为在第一电极在第一位置时，获取波动频率符合人体心跳周期的互电容在所述人体组织形成的血液潮汐曲线作为所述介电曲线；输出被测人体的特征数据则进一步被配置为通过处理模块从介电曲线中提取用于反映血液潮汐的特征值如心率，或反映动脉血流情况的特征值如灌注指数进行输出。指尖处于动脉和静脉的结合部，所获取的介电曲线或特征数据同步反映动脉和静脉的信息。

而对于血糖的测量，处理模块则可以采用神经网络或拟合方式进行计算。例如，处理模块对互电容变化的分析可以采取提取特征进行分析的方式执行，具体地，处理模块依据第一互电容变化、第二互电容变化输出被测人体的血糖含量信息的过程进一步被配置为：在第一电极刚接触人体组织时，获取波动频率符合人体心跳周期的互电容在人体组织形成的血液潮汐曲线作为第一曲线，从第一曲线中提取用于反映血液潮汐的第一特征值；以第一致动器挤压后释放人体组织过程中第一电极获取的互电容变化曲线作为第二曲线，从第二曲线中提取用于反映人体组织和状态差异的第二特征值；处理模块依据第一特征值、第二特征值输出被测人体的血糖含量信息。其中，第一特征值至少包含潮汐电容的最大值和最小值的差值、波动上升时间和下降时间、波动频率中的一者或多者；和/或，第二特征值至少包含挤压前后电容最大值和最小值的平均差值、平均上升时间、平均下降时间中的一者或多者。

在此基础上，拟合的方式可以是基于第一特征值、第二特征值为自变量构建以血糖含量为从变量的拟合函数；将检测被测人体所获得的第一特征值、第二特征值输入拟合函数，用函数计算输出对应的血糖含量。在拟合的基础上，进一步的，获取有用于反映环境参数的第三特征值，其中第三特征值至少包含第一电极周边的环境温度测量值、第一电极周边的环境湿度测量值、手指温度的测量值中的一者或多者。处理模块依据第三特征值，对用函数计算出的血糖含量进行修正；或者，拟合函数的构建中还加入有第三特征值作为自变量进行拟合，并检测时将测量获得到的第一特征值、第二特征值、第三特征值输入拟合函数进而计算血糖含量。引入第三特征值的目的在于，补偿例如电极周边的环境温湿度不同引入的误差(环境温度或湿度均能够对两第一电极之间的互电容产生影响)、被测组织如手指的温度不同引入的误差(血液介电与被测组织的温度相关)，进而提高测量精度。

机器学习作为较之拟合更优选的方案，能够弥补电容介电常数拟合函数计算精度不足的缺陷，其方式可以配置为：构建神经网络模型的理论模型；以第一特征值、第二特征值和血糖含量作为神经网络模型的训练样本，其中以第一特征值、第二特征值作为输入，以血糖含量作为输出，利用机器学习的方式对理论模型进行训练；将检测被测人体所获得的第一特征值、第二特征值输入神经网络模型，用神经网络模型计算输出对应的血糖含量。同样的，在机器学习方案中，进一步的可以引入第三特征值进行补偿，例如获取上述第三特征值(第一电极周边的环境温度测量值、第一电极周边的环境湿度测量值、手指温度的测量值中的一者或多者)，然后配置神经网络模型还以第三特征值作为输入进行训练，并在检测时将测量获得到的第一特征值、第二特征值、第三特征值输入模型中进而计算血糖含量，进而在机器学习方案下同样实现提高精度、降低误差目的。作为更进一步改进，可以定期或不定期获取抽血或有创血糖仪测量得到的血糖含量作为用于标定的标准值；当训练好的神经网络模型输出的血糖含量与标准值之间的差异大于设定阈值时，例如在将抽血或有创血糖仪获得到的标准值输入产品后，再利用神经模型分析挤压前后互电容变化测算出血糖含量，若发现两者差异较大，可以认为出现变动导致当前神经模型已不再匹配检测者，则控制神经网络模型进行重新学习以修正模型中的每个神经元的权重系数，进而修正变动所产生差异，使模型输出结果更加匹配、准确。

附图说明

图1示出了透射光电容积信号曲线示意图；

图2示出了动脉脉动引起电容变化的介电曲线示意图；

图3示出了电容式检测设备整体结构示意图；

图4-1示出了致动器与血氧检测传感器结构示意图；

图4-2示出了致动器被配置为手动装置的结构示意图；

图5示出了第一电极分布结构示意图；

图6示出了第一电极互电容电场线分布示意图；

图7示出了第一电极与第二电极形成互电容分布式示意图；

图8示出了压力检测装置结构示意图；

图9示出了压力检测装置第一传感单元结构示意图；

图10示出了环境特征监测结构示意图；

图11示出了人体组织限位结构示意图；

图12示出了限位挡块调整机构示意图；

图13示出了显示装置和风力驱动设备结构示意图。

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。

如图3所示，人体血液循环系统电容式检测设备主要由第一电极100、致动器200、处理模块300、承载部件400、血氧检测传感器600、环境监测模块700、限位挡块调整结构800组成。

如图4-1所示，致动器200主要包含第一致动器201，第二致动器202，第三致动器203组成，血氧检测传感器600主要包含光电发射端601，光电接收端602，导光器件603组成。第一致动器201驱动承载部件400带动人体组织向第一电极靠近，达到贴合状态，第一电极100电容值发生变化，第一电极100电容值变化信息反馈至处理模块300，处理模块300控制制动器201的运动或停止，调整人体组织500与第一电极100的贴合程度。致动器202与第一电极100的安装载体固定连接，致动器202可带动光电发射端601相对于第一电极100产生位移，进而调整光电发射端601与光电接收端602相对于人体组织的距离关系，这样可以使得光电检测模块与电容检测模块相对独立，同时测量，当仅存在一个致动器201时，需要进行分时测量以获取精确数据。第三致动器203可配置为与压力检测传感器支架302固定连接，使得压力检测装置与第一电极100相对独立向人体组织运动，获得更优的介电曲线示意图。血氧检测传感器600中的光电发射端601被配置为IR-LED，受第二致动器202驱动向人体组织运动，第一电极100的分布与光电发射端601错位布置，如图5所示，电极之间进行开孔避让光线，电极载体柔性材料选用透光率高的材料将电极制作成透明电极，避免光能损失。

如图4-2所示为致动器200为手动调节装置的结构，主要由支架定位弹性体211，支架导向柱212，可移动支架213，调节旋钮214，锁紧按钮215，锁紧装置216，传动系统217组成。旋转调节旋钮214，通过传动系统217带动滑块移动，向上顶起可移动支架213，传动系统217传动比为旋钮固定的同步带轮行程与带动滑块的同步带轮行程比为10:1，可加大传动比提高调节精度。手动调整粗调时可旋转调节旋钮214，当压力呈现如心跳频率的规律变化时，处理模块300的蜂鸣器发出声音提示，提示操作人员缓慢转动调节旋钮214，压力差值达到极大值时，蜂鸣器发出声音，不同于第一次蜂鸣器的声音，频率或者音量差异，同时显示装置901给出提示，操作人员停止动作并记录当前信息。

如图5所示第一电极100可被配置为至少三个电极，电极之间设置避让孔110，通过处理模块300对电极进行控制，不同电极组合形成多组互电容，如图6所示，电极1-1与1-2形成一组互电容C1，电极1-2与1-3形成一组互电容C2，电极1-1与电极1-3可形成一组互电容C3，各测量电极之间相互绝缘，对测得的互电容信息进行修正，如C1与C2可获取第一互电容与第二互电容信息，C3表征电极与人体贴合程度，消除贴合紧密程度带来的误差影响。

如图7所示，承载部件400包含至少一个第二电极110，通过处理模块的开关阵列耦合不同电极，将每个电极依次作为激励，与其他电极行程互电容，通过第一电极100与第二电极110的配合达到互电容断层扫描(ECT)，实现对断层截面的多相流速的测量。

如图8所示压力检测装置结构示意图，主要包含压力检测传感器301，传感器支架302，移动支架303，传感器压板304组成，压力检测传感器301放置在在传感器支架302的凹槽内，通过传感器压板304压紧，待测组织与检测电极100接触并压紧的过程中，力通过移动支架303传递到压力检测传感器301，压力检测传感器获得压力信息传力给处理模块300，当测量的介电信息峰峰值达到极值位置时，该位置压力值作为第一位置参考信息，保证每次测量的位置相同。

压力检测传感器301可配置为第一传感器单元，设置有柔性多功能层，如图9所示，第一传感器单元主要由柔性上层电极305(由底部的柔性多功能层与位于多功能层内中部的向上凸出形成曲面半球的上层电极一体成型)、绝缘层306、下层电极307组成。柔性上层电极305由导电硅胶制成，柔性上层电极305与下层电极307接触，半球面积受力变形导致接触面积变化引起不同的电容值变化，从而判断受力方向与大小。

如图10所示，环境监测模块700主要包含指尖温度传感器结构701，指肚温度传感器结构702，环境温度传感器结构703，将测得的手指温度，环境温度等信息作为第三特征信息通过通讯模块传递给神经网络模型，作为输出信息的参考，降低由于环境因素带来的测量误差。

如图11所示，人体组织在检测设备中的限位结构主要由限位挡块308组成，限位挡块308可限制人体组织在与致动器200运动方向垂直的平面内的移动，主要可表现为限制其处于检测设备内的X向移动，人体组织被限制在平面A位置，限位挡块308通过对称平面B或曲面C限制人体组织在Y向的移动。

如图12所示，限位挡块308调整机构主要由调整螺母801，调整丝杠802，调整导柱803，压紧弹簧804，调整旋钮805组成，调整螺母801固定在限位挡块308上，通过调整丝杠802的旋转带动限位挡块308进行X向移动，调整旋钮805与调整丝杠802刚性固定，不能发生相对转动，使用者可通过转动调整旋钮805调节限位挡块308的X向位置，调整导柱803均布于限位挡块上，至少2个，调整导柱可使得限位挡块在进行X向移动时不发生其他方向位移或转动，压紧弹簧804确保每次调整位置后，限位挡块308所处位置稳定无松动。动力源可由操作人员提供，或者电机、气缸提供，将调整旋钮805替换成电机，或者将调整螺母801、调整丝杠802与调整旋钮805去除，替换成伸缩气缸、通过对电机或者伸缩气缸的精确控制，可实现对人体组织X方向的位置限制。

如图13所示，挤压式电容血糖检测设备包含显示装置901，风力驱动设备902，显示装置901可在测试过程中显示当前测试状态，测试温度以及测试压力等相关信息，测试结束可显示血糖含量信息。风力驱动设备902被配置为风扇，测试前可对检测设备内部物理降温，同时加快测试设备内部残留汗液等含水组分的蒸发，避免测量误差。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (19)

1.一种用于检测人体血液循环系统的电容式检测设备，其特征在于：

包括测量电路、处理模块、第一致动器以及至少两个第一电极；

所述测量电路耦合至少两个所述第一电极，用于获得第一电极的互电容；

所述第一致动器与处理模块耦合，用于调整带血管的被测人体组织与第一电极之间的相对距离；

所述处理模块，与所述测量电路耦合。

2.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述电容式检测设备还设有血氧检测传感器，所述血氧检测传感器被配置为包括光电接收端和光电发射端，在测量期间所述光电接收端发出的光能够经所述人体组织返回至所述光电接收端；

所述处理模块分别耦合所述光电接收端和光电发射端。

3.根据权利要求2所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述第一致动器复用于调整所述人体组织相对于光电接收端或光电发射端之间的距离。

4.根据权利要求2所述的电容式检测设备，其特征在于：

电容式检测设备还设置有第二致动器，用于调整所述人体组织相对于光电接收端或光电发射端之间的距离。

5.根据权利要求2所述的电容式检测设备，其特征在于：

第一电极是透明电极；和/或

第一电极与血氧检测传感器错位布置。

6.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：所述测量电路被配置为电容数字转换电路。

7.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述第一致动器驱动所述第一电极朝所述人体组织方向移动。

8.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述电容式检测设备配置有用于承载所述人体组织的承载部件，所述第一致动器驱动承载部件移动至配合所述第一电极形成对所述人体组织的夹持。

9.根据权利要求8所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述承载部件设置有至少两个第二电极；

所述测量电路耦合各个第二电极，用于获得第二电极的互电容。

10.根据权利要求8所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述承载部件设置有至少一个第二电极；

所述测量电路被配置为通过开关阵列耦合各个电极，用于将每个电极依次作为激励来获取该电极与其他电极之间的互电容。

11.根据权利要求10所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述承载部件顶面具有弹性弧形凹陷，所述第二电极布置于所述弹性弧形凹陷上并在测量期间与所述第一电极形成包围人体组织两侧的环形分布结构。

12.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述电容式检测设备还包括通讯装置，通讯装置与处理模块耦合，用于通讯外部移动终端和/或云端。

13.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：所述第一电极具有至少三个并彼此绝缘。

14.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：还设置有用于检测第一电极与人体组织之间的接触压力的压力检测装置，压力检测装置和所述处理模块耦合。

15.根据权利要求14所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述压力检测装置被配置为第一传感器单元，所述第一传感器单元设有柔性多功能层，所述柔性多功能层的内部设置有与多功能层电连接的曲面弹性电极作为上层电极，所述上层电极下方设置有下层电极，所述上层电极与下层电极之间设置绝缘层且上层电极向下的投影至少覆盖下层电极的部分面积，所述柔性多功能层受外力形变带动上层电极改变与绝缘层的接触面积；

所述测量电路通过开关阵列耦合各个电极，用于获取第一传感器单元中上层电极与下层电极之间形成的电容。

16.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述电容式检测设备上安装固定有限位机构，所述限位机构用于在所述人体组织受检测时限制人体组织在垂直于挤压方向的第一方向和/或第二方向上的位置。

17.根据权利要求16所述的电容式检测设备，其特征在于：

所述人体组织被配置为手指或脚指，所述第一电极被配置为用于接触手指或脚指的指甲；

所述电容式检测设备设置有位置调整机构，所述限位机构安装于位置调整机构上，所述位置调整机构用于调整所述限位机构在第一方向和/或第二方向上的位置从而改变对人体组织的限位。

18.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：

还设置有用于人机交互的显示装置，显示装置和所述处理模块耦合；和/或

还设置有对准被测人体组织的红外测温传感器以及设于第一电极周边的环境温度传感器，红外测温传感器、环境温度传感器分别和所述处理模块耦合。

19.根据权利要求1所述的电容式检测设备，其特征在于：还设置有风力驱动设备，用于驱动外部空气流经所述人体组织。