專利名稱：無創(chuàng)測量血糖濃度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量血糖濃度的方法和裝置，具體涉及使用近紅外輻射漫反射激光光譜測定法來測量血糖濃度的無創(chuàng)技術(shù)。
一般地說，糖尿病患者每天要使用便攜式測量裝置測量血糖濃度2至8次，該裝置包括一個(gè)注射器(取血樣)和試紙(測試血內(nèi)葡萄糖量)。這就是眾所周知的“酶”測法。
血糖濃度的酶測法因需抽血和費(fèi)用高而不受歡迎。雖然現(xiàn)已引用基于試紙的、花費(fèi)較少的方法，但是它們的精度較差并且仍然需要抽血。因此，業(yè)已進(jìn)行研究以致力于解決這些問題。
人們希望提供一種準(zhǔn)確而不需抽血的、測量血糖濃度的方法。
為此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種無創(chuàng)測量血糖濃度的技術(shù)，亦即為進(jìn)行這項(xiàng)測量而無需抽血。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方便而價(jià)廉、便攜和容易使用的測量血糖濃度的裝置。
本發(fā)明基于近紅外照射漫反射激光光譜學(xué)，借助用無害電磁射線輻照血管來測量血糖濃度。本發(fā)明利用具有能穿過皮膚到達(dá)測量部位(例如血管)的波長的電磁波的輻照。由于皮膚主要是由水組成的，水幾乎在整個(gè)紅外光譜范圍內(nèi)吸收紅外射線，因此在稱為“水傳輸窗口”的紅外光譜范圍中只有某一窄小部分的射線能穿透皮膚。
直到最近，水傳輸窗口被認(rèn)為只包含3-5μm之間的波長。然而，根據(jù)本發(fā)明人的調(diào)查研究，能夠通過水傳輸窗口到達(dá)血管的波長包括1.3-1.9微米之間的波長。
據(jù)此，本發(fā)明使用了來自一個(gè)半導(dǎo)體二極管激光器的1.3-1.9微米波長射線的電磁波進(jìn)行照射。當(dāng)這些波長的電磁波照射皮膚時(shí)，光穿過皮膚到達(dá)血管，在那里光與血液的不均勻成分(heterogeneons componmt)相互作用。到達(dá)血液的光經(jīng)由血液漫反射。被反射的光將為血液主要組分的分子的特性振動(dòng)所調(diào)制。
在本發(fā)明中，上述被漫反射的光由一個(gè)匯集球(integrating sphere)來匯集。如上所述被匯集的光子(hν)由一個(gè)檢測器轉(zhuǎn)換為電測值并將該值提供給一個(gè)處理裝置(例如一個(gè)單片微計(jì)算機(jī))。該單片微計(jì)算機(jī)利用精確的標(biāo)定方法來計(jì)算血糖濃度。在本發(fā)明中近紅外線輻照規(guī)定如下(根據(jù)國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的規(guī)定)頻率約為1013-3.75×1014赫茲，能量約為0.951-35.8(千卡/克分子)，0.0412-1.55電子伏特;波長約為0.8-30微米。本發(fā)明基于有關(guān)描述用近紅外輻射漫反射激光光譜測定法測量血糖分子振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的物理和化學(xué)原理。這種振動(dòng)運(yùn)動(dòng)既包括轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)也包括平移運(yùn)動(dòng)，還包括諧波振動(dòng)和組合振動(dòng)。在這些振動(dòng)之中，諧波振動(dòng)是主要的。
在本發(fā)明中包含的分析方法包括一個(gè)數(shù)學(xué)模型，該模型基于本發(fā)明人為了確定血糖濃度而改善的多線性回歸分析和多變量分析。
本發(fā)明提供用以測量血糖濃度的一種方法和裝置，它具有患者容易使用和化費(fèi)最低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明沒有耗能部件并且是便攜式的，能方便地在戶外進(jìn)行測試。本發(fā)明要比先有技術(shù)方便得多。此外，本發(fā)明不存在由長期使用注射器可能造成對身體的傷害等弊病。
本發(fā)明的測量裝置可在短時(shí)間內(nèi)不被人注意地測量血糖濃度。因而將使先有技術(shù)因其不便和昂貴終被廢棄。
本發(fā)明的上述目的和其它目的通過采用無創(chuàng)技術(shù)測量血糖濃度而得以實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)在于一個(gè)能源，例如電池，它通過電源開關(guān)給單片微計(jì)算機(jī)、數(shù)字顯示器、激光二極管電源、檢測器(如果需要的話)，以及光學(xué)單元(如果需要的話)供電。該單片微計(jì)算機(jī)控制所述激光二極管電源，以使它以穩(wěn)定的電壓和溫度逐步地給激光二極管供以電流。該激光二極管通過起動(dòng)/復(fù)位開關(guān)發(fā)出所需波長的輻射。該單片微計(jì)算機(jī)操作時(shí)使由其控制的并驅(qū)動(dòng)所述激光二極管電源的數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為模擬控制信號。
于是，激光二極管電源使激光二極管發(fā)出適合于測量所需波長的光。來自激光二極管的光要經(jīng)平行校準(zhǔn)，或受光學(xué)上的控制、分開或組合。利用受光學(xué)控制的光照射鄰近血管處的皮膚，穿過皮膚由血液吸收，分散和漫反射返回的光由一個(gè)匯集球進(jìn)行匯集。由該匯集球收集的光子由檢測器轉(zhuǎn)換為模擬電信號。該模擬電信號被傳送到一個(gè)前置放大器，在那里它被放大。將這個(gè)放大了的模擬電信號送到模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，并將這個(gè)數(shù)字信號輸出給單片微計(jì)算機(jī)。該單片微計(jì)算機(jī)根據(jù)該數(shù)字信號參照儲(chǔ)存在該單片微計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)的標(biāo)定曲線來推算和計(jì)算血糖濃度，并將其顯示在一個(gè)數(shù)字顯示器上。
本發(fā)明采用無創(chuàng)技術(shù)測量血糖濃度的裝置包括單片微計(jì)算機(jī)，用以控制激光二極管電源，以便逐步地以穩(wěn)定電壓和溫度給激光二極管供以電流。單片微計(jì)算機(jī)通過將一被檢測值與儲(chǔ)存在該微計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)一標(biāo)定曲線相比較來推算和計(jì)算血糖濃度;一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，將來自所述單片微計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為模擬控制信號，以控制給激光二極管供電的激光二極管電源，該激光二極管是進(jìn)行血糖濃度測量的光源，它可包括多個(gè)激光二極管，用以根據(jù)激光二極管電源提供的電流發(fā)射不同波長的光，或相同波長的光;一個(gè)溫度控制器，用以控制激光二極管的溫度，它連接在激光二極管電源和激光二極管之間;一個(gè)光學(xué)單元，它平行校正激光二極管發(fā)出的光，或從光學(xué)上控制、分開或組合激光二極管的光;一個(gè)匯集球，用以在光學(xué)單元來的光穿過皮膚照射血液時(shí)對由血液分散和漫反射的光進(jìn)行匯集;一個(gè)檢測器，用以將匯集球收集的光子轉(zhuǎn)換為一個(gè)電的模擬值，然后該值在前置放大器內(nèi)被放大;一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電的模擬測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值;一個(gè)數(shù)字顯示器，用以顯示單片微計(jì)算機(jī)算出的血糖濃度。
本發(fā)明的這些目的和特點(diǎn)以及其它的目的和特點(diǎn)將通過閱讀下面參照附圖的實(shí)施例就會(huì)明了附圖中;


圖1 示出本發(fā)明的血糖濃度測量裝置的方框圖;
圖2 是圖1所示裝置的詳細(xì)電路圖。
下面，參照附圖來描述本發(fā)明測量裝置的最佳實(shí)施例。
參照圖1，當(dāng)電源開關(guān)1被接通時(shí)，電池(通常是4.5-9伏，尤其適合為6伏充電電池)給單片微計(jì)算機(jī)2供電，同時(shí)，該電源向數(shù)字顯示器3、激光二極管電源4，以及光學(xué)單元6(需要時(shí))供電。
當(dāng)起動(dòng)/復(fù)位開關(guān)8接通時(shí)，激光二極管電源4根據(jù)單片微計(jì)算機(jī)2提供的控制信號向激光二極管5供電，其結(jié)果是，當(dāng)電流超過閾值電流時(shí)(約20毫安)，激光二極管電流逐步增加。于是，激光二極管5就開始發(fā)射光線。
激光二極管5發(fā)出血糖濃度測量所需波長的光(例如具有1.3-1.9微米波長的光，尤其是具有1.4-1.8微米波長的光或其它)。這個(gè)波長的取得是通過逐步增加這樣的電流來實(shí)現(xiàn)的，該電流是根據(jù)激光二極管的特性以穩(wěn)定的電壓和溫度在約為20-200毫安范圍內(nèi)提供的。在本發(fā)明中，激光二極管5包含1-30個(gè)二極管，每個(gè)二極管都能發(fā)射不同波長的光或相同波長的光。
來自激光二極管5中收集二極管(collective diodes)發(fā)射的光可由這些二極管同時(shí)發(fā)射，或各二極管依次順序發(fā)射。在同時(shí)工作的情況下，長度就要被選定，例如用傅里葉變換來選取。
從激光二極管5的收集二極管輸出的光施加到光學(xué)單元6并且被校正，或者使該光受光學(xué)控制、分開或組合。然后讓該光經(jīng)過一個(gè)匯集球9，再在一個(gè)或多個(gè)方向上分光。
經(jīng)過匯集球9的光連續(xù)地照射對象的皮膚，或者連續(xù)照射到在這種情況下事先準(zhǔn)備好的一個(gè)參考部件上，在這里，該參考部件并不是必不可少的。
由血液吸收、分散或漫反射的光在由匯集球9匯集之后由檢測器7進(jìn)行檢測。該匯集球呈球狀或類似形狀。在這里，匯集球9長、寬、高的尺寸小于2.56厘米，合適的大小是小于1.28厘米，特別是小于0.64厘米。該匯集球匯集由血液分散和反射的光。
如上所述檢測的電模擬測量值由連接到該檢測器7上的一個(gè)前置放大器進(jìn)行放大。然后這個(gè)電模擬測量值由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器11轉(zhuǎn)換為數(shù)字測量值。
接著，單片微計(jì)算機(jī)2通過將這個(gè)由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器11轉(zhuǎn)換為數(shù)字測量值的信號與儲(chǔ)存在該單片微計(jì)算機(jī)2的存儲(chǔ)器內(nèi)的一個(gè)標(biāo)定曲線相比較，來計(jì)算該被測值。將該計(jì)算得出的數(shù)值顯示在數(shù)字顯示器3上。
上述測量裝置的尺寸可以是寬×長×高小于170毫米×80毫米×25毫米，合適的是小于150毫米×75毫米×22毫米，特別是小于130毫米×70毫米×20毫米。
光敏二極管適合作為檢測器7，并且可以是鍺檢測器，更具體地說，可以是與一個(gè)前置放大器相連接的鍺檢測器。另外，光學(xué)單元6包括形成光的元件，它的尺寸小于0.5-5毫米(尤其小于2毫米)，以便平行地聚光和漫射光。
再者，本發(fā)明并非局限于具有球狀或類似形狀的匯集球9，而它還可以是橢圓形或半橢圓形或其它的形狀。
在本發(fā)明中，該部件可與上述的測量裝置分開。在這種情況下，激光二極管5發(fā)射的光可通過光纖傳送給該部件，該部件與所述測量裝置之間的距離是100-1000毫米，其中，包括合適的是500毫米，更具體地說，可以是300毫米。當(dāng)然，該部件不能與所述測量裝置分開。
本發(fā)明不限于單片微計(jì)算機(jī)2與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器10和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器11分離，它也可以是包含在數(shù)/模轉(zhuǎn)換器10和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器11之內(nèi)的一個(gè)單片微計(jì)算機(jī)2。
此外，在本發(fā)明中，它可與輔助電路12一起使用，該輔助電路包括隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM121和可擦可編程序只讀存儲(chǔ)器122，用以輔助單片微計(jì)算機(jī)2的一個(gè)操作。
本發(fā)明并不局限于血糖濃度的測量，例如，還可以用于膽甾醇濃度或酒精濃度的測量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種經(jīng)濟(jì)的無創(chuàng)方式測量血糖濃度的方法和裝置，只要將該裝置的端口放在人體的看得見血管的某一部位上便可容易地測出血糖濃度，而無需用諸如常規(guī)的注射器那樣的器械。
權(quán)利要求
1.一種測量血糖濃度的方法，包括以下步驟通過電源開關(guān)讓電池給處理裝置、數(shù)字顯示器、激光二極管電源、檢測器以及光學(xué)單元供電；控制所述處理裝置以使所述激光二極管電源通過起動(dòng)1復(fù)位開關(guān)以穩(wěn)定的電壓和溫度逐漸地給所述激光二極管提供電流；控制所述處理裝置以使連接在所述處理裝置與所述激光二極管電源之間的一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為電控制信號；借助于所述激光二極管電源，在所述激光二極管內(nèi)發(fā)射有足以滿足測量要求的波長的光；校正由激光二極管發(fā)射的光，使之平行于相應(yīng)的目標(biāo)，或者光學(xué)控制、分開或組合所述激光二極管發(fā)出的光；通過一個(gè)匯集球使所述光學(xué)控制的光照射到一條血管上，以測量血糖濃度；在光穿過皮膚到達(dá)血液之后，借助于上述泄集球?qū)τ稍撗何?、散射和漫反射的光進(jìn)行匯集；在將上述匯集球匯集的并由所述檢測器檢測的光子轉(zhuǎn)換為電的模擬測量值以后，將連接在所述檢測器的一個(gè)前置放大器所放大的信號傳送給一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；在由所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述電模擬測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字測量值以后，將該信號傳送到所述處理裝置；通過將儲(chǔ)存在所述處理裝置的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的一條標(biāo)定曲線與由所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字測量值相比較，推測和計(jì)算血糖濃度；在所述數(shù)字顯示器上顯示計(jì)算出的血糖濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量血糖濃度的方法，其中所述測量方法是基于利用諧波振動(dòng)和其它類型振動(dòng)的組合以及由于振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)而引起在近紅外輻射漫反射激光光譜學(xué)中血糖分子振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的物理原理和化學(xué)原理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量血糖濃度的方法，其中，通過將儲(chǔ)存在所述處理裝置的存儲(chǔ)器內(nèi)一標(biāo)定曲線與由所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字測量值相比較來推測和計(jì)算血糖濃度的步驟是使用了諸如多線性回歸分析和多變量分析的數(shù)學(xué)方法。
4.一種測量血糖濃度的裝置，它包括處理裝置，用以控制激光二極管電源提供給激光二極管的電流的流動(dòng)以使電流以穩(wěn)定的電壓和溫度等級逐步地施加，所述處理裝置通過將檢測器檢測和轉(zhuǎn)換一個(gè)電的模擬測量值與儲(chǔ)存在所述處理裝置的存儲(chǔ)器內(nèi)的標(biāo)定曲線相比較而推算和計(jì)算血糖濃度;一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，通過將一個(gè)數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為模擬控制信號來控制激光二極管電源，其中所述激光二極管電源作為血糖濃度測量的一個(gè)光源作為血糖濃度測量的一個(gè)光源對所述激光二極管供以電源，所述激光二極管包括多個(gè)二極管，它們根據(jù)所述激光二極管電源提供的電流發(fā)出不同波長的發(fā)射光或者相同波長的發(fā)射光;一個(gè)溫度控制器，用以控制所述激光二極管的溫度，所述溫度控制器連接在所述激光二極管電源與所述激光二極管之間;一個(gè)光學(xué)單元，用以校正所述激光二極管所發(fā)射的光使之平行于相應(yīng)的目標(biāo)，并且光學(xué)地控制、分開或組合所述激光二極管所發(fā)射的光;一個(gè)匯集球，通過將由所述光學(xué)單元控制的光照射到一位糖尿病患者的作為測量部位的皮膚上，該匯集球則匯集由血液散射和漫反射的光;一個(gè)檢測器，在將上述匯集球匯集的光子轉(zhuǎn)換為電模擬測量值以后，借助于與其連接的前置放大器放大一個(gè)信號;一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用以將所述電的模擬測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字測量值;以及一個(gè)數(shù)字顯示器，用以顯示所述推算和計(jì)算的血糖濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量血糖濃度的裝置，其中由所述激光二極管發(fā)射的電磁輻射的波長是在近紅外線區(qū)域內(nèi)，尤其是1.3至1.9微米，更具體地說是1.4至1.8微米;以及由所述激光二極管發(fā)射的光同時(shí)通過皮膚照射血液，或者順序地通過皮膚照射血液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量血糖濃度的裝置，其中所述的匯集球呈球狀、橢圓形或半橢圓形或其它形狀;以及所述測量裝置的寬×長×高小于130毫米×70毫米×20毫米，尤其適合于小于150毫米×75毫米×22毫米，更具體地說，適合于小于130毫米×70毫米×20毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量血糖濃度的裝置，其中所述端口可借助于光纖與該測量裝置分開，而且端口與測量裝置之間的距離是100-1000毫米，尤其適合于500毫米，具體地說，適合于300毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量血糖濃度的裝置，其中使用一個(gè)光敏二極管作為所述檢測器用以檢測由所述匯集球匯集的光子，并且使用一個(gè)鍺檢測器，更具體地說，使用一個(gè)連接到一前置放大器的鍺檢測器;所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是與所述處理裝置分離的，或者包括在所述處理裝置之內(nèi);以及用作為電源的所述電池是4.5至9伏的，尤其適合于6V的充電電池。
全文摘要
無創(chuàng)測量血糖濃度的方法和裝置。本發(fā)明使來自半導(dǎo)體二極管激光器的濾長為1.3-1.9微米的電磁輻射線，通過皮膚傳到血管。在那里光與血液中的不均勻成分相互作用，然后由血液漫反射。被反射的光將為血液主要成分的分子的特性振動(dòng)所調(diào)制。該反射光被檢測并以數(shù)字信號提供給單片微計(jì)算機(jī)。該單片微計(jì)算機(jī)根據(jù)該數(shù)字信號并參照儲(chǔ)存在其存儲(chǔ)器中的一條標(biāo)定曲線算出血糖濃度。然后將該濃度值顯示在數(shù)字顯示器上。
文檔編號G01N21/35GK1051297SQ9010877
公開日1991年5月15日 申請日期1990年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月28日
發(fā)明者梁元錫, 金允玉 申請人:梁元錫, 金允玉