TWI597690B - 影像式血糖濃度檢測裝置及其方法 - Google Patents

影像式血糖濃度檢測裝置及其方法 Download PDF

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Description

影像式血糖濃度檢測裝置及其方法
本發明是有關於一種血糖濃度檢測裝置及其方法，尤指一種非侵入、影像式的血糖濃度檢測裝置及其方法。
現今的文明病中，以糖尿病最為廣泛，糖尿病的併發症相當的多，如低血糖症、酮症酸中毒、非酮高滲性昏迷、心血管疾病、慢性腎衰竭、視網膜病變、神經病變及微血管病變等等。由於初期的糖尿病患者大多沒有明顯症狀，若能早期發現並給予適當的治療，不但可減少上述的併發症，也能省下大筆的醫療費用。因此，持續檢測並控制患者的血糖濃度便顯得十分重要。
目前市售的血糖儀多為侵入式檢測，例如使用採血針與試紙取得病人血液後，以電化學或光化學法進行血糖濃度判定。然而，此方法除了容易受到其他光訊號干擾或是血液取得時操作不當而影響訊號的判斷之外，也容易造成病人手指之傷口感染及對扎針疼痛之恐懼，且使用拋棄式耗材亦不環保。
有鑑於此，本發明之一目的在於提供一種影像式血糖濃度檢 測裝置，藉由紅光與紅外光照射皮膚影像所計算出之血氧濃度，經由公式換算得到血糖濃度，以提供大範圍之血糖分布情形，可作為判斷糖尿病末梢循環不良前兆之參考。
檢測裝置包含光照單元、影像擷取單元、熱影像單元及運算裝置。光照單元包含第一波段光源及第二波段光源，用以照射皮膚。影像擷取單元對應設置於光照單元上方，用以擷取第一波段光源及第二波段光源照射至皮膚上對應產生之第一影像及第二影像。熱影像單元用以偵測皮膚之溫度。運算裝置耦接於光照單元、影像擷取單元與熱影像單元。
其中，運算裝置依據第一影像、第二影像及溫度計算出血糖濃度。
本發明之一目的在於提供一種影像式血糖濃度檢測方法，藉由紅光與紅外光照射皮膚影像所計算出之血氧濃度，經由公式換算得到血糖濃度，以提供大範圍之血糖分布情形，可作為判斷糖尿病末梢循環不良前兆之參考。
檢測方法包含下列步驟：(A1)對皮膚照射不同波段之光源；(A2)擷取光源照射至皮膚所對應產生之皮膚影像；(A3)偵測皮膚之溫度；(A4)根據皮膚影像計算出血氧濃度；(A5)將血氧濃度轉換為血氧分壓及血氧溶解度；以及(A6)計算血糖濃度。
相較於先前技術，本發明之影像式血糖濃度檢測裝置及其方法可提供非侵入式血糖影像資訊以增進醫生診斷的正確性，除了更迅速與精準之外，也可廣泛適用於不同膚色人種。
1‧‧‧影像式血糖濃度檢測裝置
11‧‧‧光照單元
12‧‧‧影像擷取單元
13‧‧‧熱影像單元
14‧‧‧運算裝置
111‧‧‧第一波段光源
112‧‧‧第二波段光源
141‧‧‧控制單元
142‧‧‧運算單元
2‧‧‧皮膚
圖1係為本發明檢測裝置之實施例方塊圖。
圖2係為本發明之血糖濃度分佈影像示意圖。
圖3係為本發明之血糖濃度變化曲線圖。
圖4係為本發明檢測方法之實施例流程圖。
以下將以圖式配合文字敘述揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些習知的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪出。
請參閱圖1，影像式血糖濃度檢測裝置1較佳包含光照單元11、影像擷取單元12、熱影像單元13及運算裝置14。運算裝置14分別與光照單元11、影像擷取單元12及熱影像單元13耦接。光照單元11較佳包含第一波段光源111及第二波段光源112，可以是LED光源或其他類似的發光單元。其中，兩光源較佳為不同波段的光源，於本實施例中，第一波段光源111採用紅光，其波段約為660nm±20nm，第二波段光源112採用紅外光，其波段約為890nm±20nm。光照單元11較佳為環形之態樣，但不以此為限。於其他實施例中，也可以矩形或其他形狀，只要影像擷取單元12所對應的區域不被擋住，方便拍攝即可。兩光源較佳可相互交錯排列，但不以此為限，主要目的係使所發射出來的光線更加均勻。
本實施例中的影像擷取單元12必須是能夠拍到第一波段光源111及第二波段光源112的裝置，目的在避免將光照單元11所發射出來的兩 個波段濾除。舉例來說，若第一波段光源111及第二波段光源112分別為紅光及紅外光時，則影像擷取單元12必須能夠拍到紅光及紅外光。於其他實施例中，影像擷取單元12也可以是照相機、攝影機或其他類似的裝置，但亦不能將相關波段濾除。
需說明的是，為使所擷取之影像不受其它外界環境光的影響，本實施例之影像式血糖濃度檢測裝置1較佳係設置於暗室或其他類似的地方。
運算裝置14可以是電腦或其他具有計算、儲存能力的類似裝置，較佳包含控制單元141及運算單元142。控制單元141用以控制(切換)光照單元11輪流對人體皮膚2照射紅光及紅外光，亦即，控制(切換)第一波段光源111及第二波段光源112輪流對人體皮膚2照射紅光及紅外光。影像擷取單元12較佳對應設置於光照單元11上方，當第一波段光源111對皮膚照射紅光時，影像擷取單元12擷取皮膚2被照射到紅光的區域，將此次擷取到的影像定義為第一影像。當第二波段光源112對皮膚2照射外紅光時，影像擷取單元12擷取皮膚2被照射到紅外光的區域，將此次擷取到的影像定義為第二影像。
熱影像單元13用以偵測皮膚2之溫度，需說明的是，偵測皮膚溫度可於擷取影像之前或之後均可，並無特定之優先順序，此溫度係用作於之後計算公式之校正。本實施例之熱影像單元13可以是紅外線熱影像儀，但不以此限制。運算裝置14的運算單元142將第一影像及第二影像進行比對/分析，詳細來說，主要係比對/分析兩張影像中同一個位置的光強度資訊。需說明的是，運算單元142於比對時，會透過白色目標物作為參考標準， 此目標物可利用一般白色膠帶或其他類似的物品貼附於皮膚上。其原因在於運算單元142在計算血氧濃度時，主要係利用入射光與反射光的比值來運算，然而，於此情況下我們無法得知入射光之光強度，因此，透過已知的白色目標物之反射率與其反射光強度來推算入射光的強度，進而得知所需的入射光光強度資訊與皮膚反射光光強度以計算出血氧濃度。
運算單元142比對/分析兩張影像中同一個位置的光強度資訊，藉由影像中每個位置之光強度資訊所計算出的血氧濃度，再透過數學關係式將其轉換為血氧分壓，關係式如下： 其中，S(p)為血氧濃度，p為血氧分壓。
並且，再將血氧分壓p轉換為血氧溶解度C gas ，其關係式如下：C gas =α×P其中，p為血氧分壓，C gas 為血氧溶解度，α為係數。係數α可透過熱影像單元13所偵測到的溫度來進行換算，其關係式如下：ln α=1.9685-0.018638T其中，T為絕對溫度。於此實施例中，係以人體皮膚為攝氏33度作計算，由此可推知α=7.753。
接著，再透過公式將血氧溶解度轉換以計算出血糖濃度，其關係式如下：Cg=α-βCgas 其中，C g 為血糖濃度，α、β為係數。於此關係式中，α=7.753，β=52.642。須說明的是，人體的正常血氧濃度為90~99%，並計算其對應的氧氣溶解度，對應血糖為4-6mmol/L，即可以建構一線性方程式，並依上述數值可得係數β。
於此實施例中，上述的數學關係式可以被包裝/建立成一套數學分析模型，並以軟體或韌體的方式寫入至運算裝置14的儲存裝置(圖未示)中，例如記憶體或其他類似的裝置，當運算裝置14接收到影像、溫度等所需資訊時，即可透過數學分析模型進行分析運算。
據此設計，本實施例之檢測裝置以非侵入的方式，利用紅光與紅外光取得人體皮膚影像換算得知人體血氧濃度，進而計算得到人體血糖濃度。
於另一實施例中，更可透過影像式血糖濃度檢測裝置1建立血糖濃度分佈影像。如圖2所示，血糖濃度分佈影像可清楚表示出血管及組織處的血糖濃度指數落差，圖中不同顏色分別表示不同的血糖濃度。
此外，如圖3所示，亦可快速提供飲食前後血糖濃度值的變化。如圖所示，顯示飯前1小時~飯後3小時的血糖濃度變化。
本發明之另一目的在於提供一種影像式血糖濃度檢測方法，本實施例之方法較佳係適用於前述影像式血糖濃度檢測裝置1。檢測方法較佳須於暗室中進行，如圖4所示，包含下列步驟：(A1)對皮膚照射不同波段之光源；(A2)擷取光源照射至皮膚所對應產生之皮膚影像；(A3)偵測皮膚之溫度；(A4)根據皮膚影像計算出血氧濃度；(A5)將血氧濃度轉換為血氧分壓及血氧溶解度；以及(A6)計算血糖濃度。
步驟(A1)對皮膚照射不同波段之光源及步驟(A2)擷取光源照射至皮膚所對應產生之皮膚影像：控制單元141控制(切換)光照單元11輪流對人體皮膚2照射第一波段光源111(例如紅光)及第二波段光源112(例如紅外光)。當第一波段光源111對皮膚2照射紅光時，影像擷取單元12擷取皮膚2被照射到紅光的區域，將此次擷取到的影像定義為第一影像。當第二波段光源112對皮膚2照射外紅光時，影像擷取單元12擷取皮膚2被照射到紅外光的區域，將此次擷取到的影像定義為第二影像。
步驟(A3)偵測皮膚之溫度：透過熱影像單元13偵測皮膚2之溫度。需說明的是，步驟(A3)可於擷取影像之前或之後執行均可，並無特定之先後順序，此溫度係用作於之後計算公式之校正。
步驟(A4)根據皮膚影像計算出血氧濃度：運算裝置14的運算單元142將第一影像及第二影像進行比對/分析，詳細來說，主要係比對/分析兩張影像中同一個位置的光強度資訊並計算出血氧濃度。
步驟(A5)將血氧濃度轉換為血氧分壓及血氧溶解度：利用血氧濃度轉換而求得血氧分壓及血氧溶解度。
步驟(A6)計算血糖濃度：將血氧溶解度轉換為血糖濃度。
類似地，本實施例亦可執行步驟(A7)建立血糖濃度分佈影像。
本實施例之檢測方法包含血氧濃度轉換血糖濃度之過程、血糖濃度分佈影像及血糖濃度變化建立等程序。其中，檢測所需使用的硬體裝置之連接關係及其詳細執行、運算(轉換)過程已說明於前述實施例中，在此不另行贅述。
相較於先前技術，本發明之影像式血糖濃度檢測裝置及其方法可提供非侵入式血糖影像資訊以增進醫生診斷的正確性，除了更迅速與精準之外，也可廣泛適用於不同膚色人種。
1‧‧‧影像式血糖濃度檢測裝置
11‧‧‧光照單元
12‧‧‧影像擷取單元
13‧‧‧熱影像單元
14‧‧‧運算裝置
111‧‧‧第一波段光源
112‧‧‧第二波段光源
141‧‧‧控制單元
142‧‧‧運算單元
2‧‧‧皮膚

Claims (10)

  1. 一種影像式血糖濃度檢測裝置，包含：一光照單元，包含一第一波段光源及一第二波段光源，用以照射皮膚；一影像擷取單元，對應設置於該光照單元上方，用以擷取該第一波段光源及該第二波段光源照射至該皮膚上對應產生之一第一影像及一第二影像；一熱影像單元，用以偵測該皮膚之溫度；以及一運算裝置，耦接於該光照單元、該影像擷取單元與該熱影像單元，其中，該運算裝置係依據該第一影像、該第二影像及該溫度計算出血糖濃度。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該第一波段光源為紅光，該第二波段光源為紅外光。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該運算裝置至少包含一控制單元及一運算單元。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中該運算裝置更包含一數學分析模型，具有下列數學關係式： ,C gas =α×P， 以及C g =α-βC gas ，其中，S(p)為血氧濃度，p為血氧分壓，C gas 為血氧溶解度，C g 為血糖濃度，α、β為係數。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中該運算裝置係依據該第一影像、該第二影 像及該溫度建立一血糖濃度分佈影像。
  6. 如請求項2所述之裝置，其中該第一波段光源之波長為660nm±20nm，該第二波段光源之波長為890nm±20nm。
  7. 一種影像式血糖濃度檢測方法，適用於請求項1~6中任一項之影像式血糖濃度檢測裝置，包含下列步驟：(A1)對皮膚照射不同波段之光源；(A2)擷取光源照射至皮膚所對應產生之皮膚影像；(A3)偵測皮膚之溫度；(A4)根據皮膚影像計算出血氧濃度；(A5)將血氧濃度轉換為血氧分壓及血氧溶解度；以及(A6)計算血糖濃度。
  8. 如請求項7所述之方法，更包含下列步驟：(A7)建立血糖濃度分佈影像。
  9. 如請求項7所述之方法，其中於該步驟(A5)中，藉由下列關係式計算出血氧分壓及血氧溶解度：以及C gas =α×P，其中S(p)為血氧濃度，p為血氧分壓，C gas 為血氧溶解度，α為係數。
  10. 如請求項9所述之方法，其中於該步驟(A6)中，藉由下列關係式計算出血糖濃度：C g =α-βC gas ，其中C g 為血糖濃度，α、β為係數。
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