專利名稱：無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種生理參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)，尤其是涉及一種無創(chuàng)的血糖檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
糖尿病是典型的需要長(zhǎng)期頻繁地監(jiān)控的慢性疾病，是現(xiàn)代疾病中的第二殺手，它 可引起一系列的代謝性紊亂。目前監(jiān)控糖尿病的主要手段是通過頻繁地監(jiān)測(cè)血糖濃度并精 確、及時(shí)地以此為依據(jù)調(diào)整體口服降糖藥物和胰島素的用量，有效控制血糖濃度。 現(xiàn)有的血糖濃度檢測(cè)手段，平均每天要抽血檢測(cè)兩次，給患者帶來極大的痛苦和 不便。尋找一種能夠便捷、連續(xù)、有效、準(zhǔn)確、無創(chuàng)地檢測(cè)血液成分的方法，是長(zhǎng)期以來人類 對(duì)抗疾病的過程中夢(mèng)寐以求的理想。目前正在研究的可行的無創(chuàng)血液成分檢測(cè)方法中主要 包括光學(xué)方法和非光學(xué)方法，大量的實(shí)驗(yàn)研究表明近紅外光譜技術(shù)是光學(xué)方法中比較可行 的一種，因而該技術(shù)也相對(duì)比較成熟。但是不同個(gè)體間的差異(個(gè)體差異)以及不同時(shí)刻 溫度變化、代謝產(chǎn)物濃度、其他物質(zhì)的光譜重疊、檢測(cè)位置的重復(fù)性、接觸壓力等因素均可 在檢測(cè)結(jié)果中引入誤差，成為無創(chuàng)血糖濃度檢測(cè)過程中的一大難題，因而是否能夠成功去 除個(gè)體差異和測(cè)量條件的影響是近紅外光譜無創(chuàng)檢測(cè)血液成分能否成功實(shí)施的關(guān)鍵。如何 提高光譜信號(hào)的信噪比，也是準(zhǔn)確檢測(cè)血糖濃度的一個(gè)重要因素。 另外，在傳統(tǒng)的無創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)或方法中，往往需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路和光路，給測(cè)量 帶來諸多不便。

實(shí)用新型內(nèi)容
鑒于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有血糖檢測(cè)中因個(gè)體之間存在差異以及測(cè)量條件影響而使 檢測(cè)結(jié)果存在較大誤差的問題，提供一種消除個(gè)體差異及測(cè)量條件影響的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系 統(tǒng)。 —種無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射兩個(gè)通道的近紅外光的光源模塊、與所述光源模塊 相連的光傳導(dǎo)模塊、與所述光傳導(dǎo)模塊相連檢測(cè)近紅外光并處理的光檢測(cè)模塊、以及與所 述光檢測(cè)模塊相連對(duì)所述光檢測(cè)模塊的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到血糖濃度的數(shù)據(jù)處理模塊， 所述光傳導(dǎo)模塊將其中一個(gè)通道的近紅外光與人體作用后得到信號(hào)光，另一個(gè)通道的近紅 外光作為參考光，所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述信號(hào)光和參考光利用光譜相減法獲得用于檢 測(cè)血糖濃度的光信號(hào)。 光譜相減的方法通過分別測(cè)量動(dòng)脈血液充盈與動(dòng)脈血液收縮時(shí)的透射光強(qiáng)，并使 二者做差，來消除測(cè)量中由于皮膚組織、肌肉組織、溫度、測(cè)量條件等影響而產(chǎn)生的差異，從 而得到純凈的動(dòng)脈血液光譜，提高血糖檢測(cè)準(zhǔn)確度。 優(yōu)選地，所述光傳導(dǎo)模塊包括入射探頭、載物暗盒以及出射探頭，所述入射探頭和 出射探頭均設(shè)于載物暗盒上，近紅外光由入射探頭進(jìn)入載物暗盒并由出射探頭導(dǎo)向光檢測(cè) 模塊。 優(yōu)選地，所述出射探頭包括反射式測(cè)量探頭和透射式測(cè)量探頭中的至少一種，所述反射式測(cè)量探頭與入射探頭緊貼設(shè)于載物暗盒的一側(cè)，所述透射式探頭與入射探頭相對(duì) 地設(shè)于載物暗盒的另一側(cè)，且所述透射式測(cè)量探頭前設(shè)有匯聚透鏡。。 優(yōu)選地，所述光源模塊與入射探頭通過光纖連接，將紅外光傳導(dǎo)至載物暗盒，所述 光檢測(cè)模塊與出射探頭通過光纖連接，將出射的近紅外光經(jīng)過匯聚透鏡匯聚后的由出射探 頭傳導(dǎo)至光檢測(cè)模塊。 光纖作為光傳導(dǎo)器件可以簡(jiǎn)化光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少分析儀器的光學(xué)零部件，減少 關(guān)學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整難度，便于裝置的小型化；同時(shí)降低光能量損耗，提高光能量利用率；便于 安裝和維修，使用靈活方便，光傳導(dǎo)方向性靈活。 優(yōu)選地，所述光纖為環(huán)形光纖束。 環(huán)形光纖束的出射信號(hào)為環(huán)形光源，相對(duì)于點(diǎn)狀光源，增加了照射面積，有利于提 高入射信號(hào)強(qiáng)度。 優(yōu)選地，所述載物暗盒內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)裝置。 調(diào)節(jié)裝置可以上下左右前后對(duì)放于其上面的被測(cè)量物體位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到適 合不同被測(cè)物體的測(cè)量要求，達(dá)到更加準(zhǔn)確更加精確的測(cè)量目的。 優(yōu)選地，所述光檢測(cè)模塊包括接收紅外光并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換模塊、
與所述光電轉(zhuǎn)換模塊相連處理所述電信號(hào)的模擬信號(hào)處理模塊以及與所述模擬信號(hào)處理
模塊相連將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。 優(yōu)選地，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括銦鎵砷光電二極管。 優(yōu)選地，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括溫度冷卻裝置。 利用溫度冷卻裝置可以有效抑制噪聲。 優(yōu)選地，所述模擬信號(hào)處理模塊包括16通道的模擬信號(hào)處理單元，所述模擬信號(hào) 處理單元包括依次相連的溫度補(bǔ)償電路、極低偏置電流運(yùn)算放大器、低通濾波電路、陷波電 路、二級(jí)放大電路以及低通濾波；極低偏置電流運(yùn)算放大器還與噪聲抑制電路、調(diào)零電路以 及電源相連，其中電源經(jīng)過低壓降穩(wěn)壓器后為放大器提供電源。 模擬信號(hào)處理單元對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、消除噪聲干擾后，將有用信號(hào) 提出，并使之達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求。 優(yōu)選地，所述模擬信號(hào)處理單元外部設(shè)有金屬屏蔽罩。 金屬屏蔽罩可消除近場(chǎng)50Hz工頻的干擾對(duì)信號(hào)提取的影響。


圖1為實(shí)施例中無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2為光傳導(dǎo)模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3光檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)及模塊圖； 圖4為模擬信號(hào)處理單元的機(jī)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖l所示，為本實(shí)施例的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)包括 光源模塊100、光傳導(dǎo)模塊200、光檢測(cè)模塊300、數(shù)據(jù)處理模塊400以及電源500。光源模 塊100發(fā)射兩束近紅外光，光傳導(dǎo)模塊200使其中一束近紅外光與待測(cè)人體作用后得到信號(hào)光，另一束近紅外光作為參考光。光檢測(cè)模塊300檢測(cè)上述的信號(hào)光和參考光并處理得 到輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊400根據(jù)對(duì)信號(hào)光和參考光處理后的輸出數(shù)據(jù)利用光譜相減法 消除背景噪聲，進(jìn)而獲得純凈的含有血糖濃度信息的光信號(hào)。電源500為光源模塊100、光 檢測(cè)模塊300以及數(shù)據(jù)處理模塊400供電。 光源模塊100中采用鹵鎢燈作為近紅外光源，因其具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格
便宜、通用性強(qiáng)、光輸出穩(wěn)定、易于光纖連接、燈泡使用壽命長(zhǎng)、體積小重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。
另外，光源模塊100還自帶高效的穩(wěn)壓電源，為該檢測(cè)系統(tǒng)提供了穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的近紅外光源。 如圖2所示，為光傳導(dǎo)模塊200的結(jié)構(gòu)示意圖。光傳導(dǎo)模塊200包括入射探頭210、
載物暗盒220以及出射探頭230。入射探頭210和出射探頭230均設(shè)于載物暗盒220上，近
紅外光由入射探頭210進(jìn)入載物暗盒并由出射探頭230導(dǎo)向光檢測(cè)模塊300。 本實(shí)施例中，以手指為被測(cè)的人體對(duì)象來進(jìn)行血糖檢測(cè)。載物暗盒220的一面設(shè)
有進(jìn)物孔221，手指可從進(jìn)物孔221進(jìn)入載物暗盒220內(nèi)部并處于近紅外光可以照射到的位置。 出射探頭230可包括反射式測(cè)量探頭和透射式測(cè)量探頭，反射式測(cè)量探頭與入射 探頭210緊貼設(shè)于載物暗盒220的一側(cè)，透射式探頭與入射探頭210相對(duì)地設(shè)于載物暗盒 的另一側(cè)，并且使入射探頭210與反射式測(cè)量探頭和透射式測(cè)量探頭處于同一水平線上。 為增加光檢測(cè)的效率，在透射式測(cè)量探頭前設(shè)有匯聚透鏡。在選擇透射式測(cè)量或反射式測(cè) 量時(shí)，既可以單獨(dú)使用反射式測(cè)量，也可以單獨(dú)使用透射式測(cè)量，還可以應(yīng)用二者同時(shí)進(jìn)行 測(cè)量。根據(jù)不同的波長(zhǎng)、不同的被測(cè)物、不同的探測(cè)器可以選擇不同的測(cè)量方式。在光源的 波長(zhǎng)較短，被測(cè)物的厚度較小時(shí)可以選擇透射式測(cè)量；當(dāng)光源波長(zhǎng)較長(zhǎng)，被測(cè)物的厚度較大 時(shí)，可以考慮反射式測(cè)量；當(dāng)選擇適合的光源，適合的光程，配合適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)器也可以反射 式與透射式同時(shí)測(cè)量，集合兩種測(cè)量方式的優(yōu)點(diǎn)，有利于采集到更多的光譜信息，得到更優(yōu) 的結(jié)果。 本實(shí)施例采用光纖將光源模塊100與入射探頭210連接，將近紅外光傳導(dǎo)至載物 暗盒220。光檢測(cè)模塊300與出射探頭230也通過光纖連接，將近紅外光由載物暗盒220傳 導(dǎo)至光檢測(cè)模塊300。光纖作為光傳導(dǎo)器件可以簡(jiǎn)化光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少分析儀器的光學(xué)零 部件，降低光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整難度，便于裝置的小型化；同時(shí)降低光能量損耗，提高光能量利 用率；便于安裝和維修，使用靈活方便，光傳導(dǎo)方向性靈活。 另外，還可對(duì)光纖進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，如使用環(huán)形光纖束，并配合環(huán)形光纖束使用 相應(yīng)的入射探頭210，環(huán)形光纖束的出射信號(hào)為環(huán)形光源，相對(duì)于點(diǎn)狀光源，增加了照射面 積，有利于提高入射信號(hào)強(qiáng)度。 本實(shí)施例的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)可進(jìn)一步包括設(shè)于載物暗盒220內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)裝置 240。該調(diào)節(jié)裝置240包括載物平臺(tái)和調(diào)節(jié)架，載物平臺(tái)位于調(diào)節(jié)架上，調(diào)節(jié)架可以上下左 右前后對(duì)放于其上面的被測(cè)量物體位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到適合不同被測(cè)物體的測(cè)量要求， 達(dá)到更加準(zhǔn)確更加精確的測(cè)量目的。 如圖3所示，為光檢測(cè)模塊300的結(jié)構(gòu)及模塊圖。光檢測(cè)模塊300包括接收紅外 光并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換模塊310、處理所述電信號(hào)的模擬信號(hào)處理模塊320以 及將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊330。 光電轉(zhuǎn)換模塊310包括銦鎵砷光電二極管，即光電探測(cè)器，用于將近紅外光的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。為提高檢測(cè)系統(tǒng)的信噪比，在該光電探測(cè)器還帶有溫度冷卻裝置，用于 抑制噪聲。 模擬信號(hào)處理模塊320包括16通道的模擬信號(hào)處理單元，如圖4所示，為模擬信
號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)圖。每一通道的模擬信號(hào)處理單元包括依次相連的溫度補(bǔ)償電路、極低
偏置電流運(yùn)算放大器、低通濾波電路、陷波電路、二級(jí)放大電路以及低通濾波。另外極低偏
置電流運(yùn)算放大器還與噪聲抑制電路、調(diào)零電路以及電源相連，其中電源可經(jīng)過低壓降穩(wěn)
壓器后為放大器提供電源。模擬信號(hào)處理單元將光電轉(zhuǎn)換模塊310輸送的電信號(hào)進(jìn)行放
大、濾波、消除噪聲干擾后，將有用信號(hào)提出，并使之達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求。 另外，由于近紅外光源光強(qiáng)較弱，入射光與生物組織相互作用后的出射光強(qiáng)比較
弱，在信號(hào)提取的過程中容易受到近場(chǎng)50Hz工頻的干擾。因此可進(jìn)一步在模擬信號(hào)處理單
元上加裝金屬屏蔽罩，用以消除工頻干擾對(duì)信號(hào)提取的影響，提高信噪比。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊330將模擬信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于后續(xù)的處理。 光檢測(cè)模塊300同時(shí)檢測(cè)信號(hào)光和參考光，數(shù)據(jù)處理模塊400主要利用光譜相減
法獲得用于檢測(cè)血糖濃度的光信號(hào)。 本實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)利用了近紅外光譜分析技術(shù)。由于血液是一種高散射、強(qiáng)吸 收的物質(zhì)，當(dāng)光與血液相互作用后，根據(jù)光與生物組織的相互關(guān)系，其出射光必然含有血液 的相關(guān)信息，通過分析其光譜，建立分析模型，從而對(duì)未知血液進(jìn)行定性或者定量的分析。 主要包括如下步驟 使入射探頭210發(fā)出雙通道的近紅外光，且使其中一個(gè)通道的近紅外光作為參考 光； 得到另一個(gè)通道的近紅外光與人體組織相互作用后的光譜，并使兩個(gè)通道的光譜 做差，再次利用光譜相減法得到純凈的經(jīng)過動(dòng)脈血液的光譜信息，根據(jù)光譜信息計(jì)算吸光 度； 利用常規(guī)的有創(chuàng)或者微創(chuàng)的方法得到人體的真實(shí)的血糖值； 利用得到的血糖濃度數(shù)據(jù)與光譜信息，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立相關(guān)的血糖濃度 校正模型； 測(cè)量未知血糖濃度的近紅外光譜，根據(jù)校正模型對(duì)未知的血糖濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)。 以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬 于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)射兩個(gè)通道的近紅外光的光源模塊、與所述光源模塊相連的光傳導(dǎo)模塊、與所述光傳導(dǎo)模塊相連檢測(cè)近紅外光并處理的光檢測(cè)模塊、以及與所述光檢測(cè)模塊相連對(duì)所述光檢測(cè)模塊的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到血糖濃度的數(shù)據(jù)處理模塊，所述光傳導(dǎo)模塊將其中一個(gè)通道的近紅外光與人體作用后得到信號(hào)光，另一個(gè)通道的近紅外光作為參考光，所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述信號(hào)光和參考光利用光譜相減法獲得用于檢測(cè)血糖濃度的光信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光傳導(dǎo)模塊包括入射探 頭、載物暗盒以及出射探頭，所述入射探頭和出射探頭均設(shè)于載物暗盒上，近紅外光由入射 探頭進(jìn)入載物暗盒并由出射探頭導(dǎo)向光檢測(cè)模塊。
3. 如權(quán)利要求2所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述出射探頭包括反射式測(cè) 量探頭和透射式測(cè)量探頭中的至少一種，所述反射式測(cè)量探頭與入射探頭緊貼設(shè)于載物暗 盒的一側(cè)，所述透射式測(cè)量探頭與入射探頭相對(duì)地設(shè)于載物暗盒的另一側(cè)，且所述透射式 測(cè)量探頭前設(shè)有匯聚透鏡。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源模塊與入射探頭 通過傳導(dǎo)光纖連接，將近紅外光傳導(dǎo)至載物暗盒，所述光檢測(cè)模塊與出射探頭通過傳導(dǎo)光 纖連接，將近紅外光由載物暗盒傳導(dǎo)至光檢測(cè)模塊。
5. 如權(quán)利要求4所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳導(dǎo)光纖為環(huán)形光纖束。
6. 如權(quán)利要求2或3所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述載物暗盒內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié) 裝置。
7. 如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光檢測(cè)模塊包括接收近 紅外光并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換模塊、與所述光電轉(zhuǎn)換模塊相連處理所述電信號(hào)的 模擬信號(hào)處理模塊以及與所述模擬信號(hào)處理模塊相連將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊。
8. 如權(quán)利要求7所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括銦鎵 砷光電二極管。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括溫 度冷卻裝置。
10. 如權(quán)利要求7或8所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬信號(hào)處理模塊 包括16通道的模擬信號(hào)處理單元，所述模擬信號(hào)處理單元包括依次相連的溫度補(bǔ)償電路、 極低偏置電流運(yùn)算放大器、低通濾波電路、陷波電路、二級(jí)放大電路以及低通濾波；極低偏 置電流運(yùn)算放大器還與噪聲抑制電路、調(diào)零電路以及電源相連，其中電源經(jīng)過低壓降穩(wěn)壓 器后為放大器提供電源。
11. 如權(quán)利要求7或8所述的無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬信號(hào)處理單元 外部設(shè)有金屬屏蔽罩。
專利摘要一種無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)，屬于生理參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)領(lǐng)域。該無創(chuàng)血糖檢測(cè)系統(tǒng)包括發(fā)射兩個(gè)通道的近紅外光的光源模塊、與所述光源模塊相連的光傳導(dǎo)模塊、與所述光傳導(dǎo)模塊相連檢測(cè)近紅外光并處理的光檢測(cè)模塊、以及與所述光檢測(cè)模塊相連對(duì)所述光檢測(cè)模塊的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到血糖濃度的數(shù)據(jù)處理模塊，所述光傳導(dǎo)模塊將其中一個(gè)通道的近紅外光與人體作用后得到信號(hào)光，另一個(gè)通道的近紅外光作為參考光，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)信號(hào)光和參考光利用光譜相減法獲得血糖濃度信息。光譜相減的方法是通過測(cè)量透過動(dòng)脈(血液)充盈與動(dòng)脈(血液)收縮時(shí)的光強(qiáng)差，來消除測(cè)量中由于皮膚組織、肌肉組織、溫度、測(cè)量條件等影響而產(chǎn)生的差異，得到純凈的動(dòng)脈血液光譜，提高血糖檢測(cè)準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK201519152SQ20092020545
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者張騰, 王磊, 陳玲玲, 黃邦宇 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院