專利名稱：無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機電行業(yè)醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置。
背景技術(shù)：
血液成分的濃度能夠反映人體的生理狀態(tài)，是診斷、治療某些疾病的重要依據(jù)。例如，嚴重威脅人類健康、患病率逐年上升的糖尿病的治療，主要通過頻繁監(jiān)測血糖濃度，調(diào)整降糖藥物的用量。現(xiàn)行的血液成分濃度測量方式需要采取血樣，并通過生化方法來實現(xiàn)， 不但成本高、頻繁給患者造成疼痛，而且有感染其它疾病的危險。相比之下，近紅外血液成分檢測技術(shù)通過人體組織對近紅外光的吸收情況，間接獲取血液成分的濃度，因而具有速度快，成本低，無創(chuàng)傷等優(yōu)點，是一種具有極大應(yīng)用前景的檢測技術(shù)。然而，臨床意義上的無創(chuàng)近紅外血液成分濃度檢測仍存在一些技術(shù)難題。首先，由于血液成分復(fù)雜，各成分對近紅外光譜的吸收存在交疊，相互間存在干擾。其次，測量條件的變化對檢測結(jié)果也具有顯著的影響，例如，同一個體由于兩次測量的位置、角度不同，以及不同個體的皮膚毛發(fā)、角質(zhì)層構(gòu)造差異等，均會改變近紅外光的吸收量，從而影響到血液成分的濃度監(jiān)測。最后，皮膚的生理背景因素，如溫度、濕度等，也給近紅外檢測帶來干擾。針對上述問題，目前主要有以下幾種解決途徑第一，依據(jù)不同血液成分對近紅外光的吸收峰值差異，使用多光路差分的方式提高測量儀器的信噪比，降低其它血液成分帶來的干擾噪聲；第二，對被測部分的溫度、濕度等因素建模，并使用相應(yīng)傳感部件獲取相關(guān)參數(shù)，從而消除此類因素的干擾；第三，基于近紅外漫反射光的浮動基準測量法，選擇組織中漫反射光強對葡萄糖的靈敏度最大位置，從而降低生理因素帶來的噪聲。然而，這將導(dǎo)致檢測裝置結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不易使用。此外，由于無創(chuàng)方式血液成分檢測易于受到外界干擾， 導(dǎo)致測量結(jié)果不可靠，目前的檢測裝置尚缺乏對測量結(jié)果進行評估的功能。申請人:意識到現(xiàn)有技術(shù)中的無創(chuàng)近紅外血液成分檢測裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢測方法繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題為解決上述缺陷，本發(fā)明提供了一種無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，以提供一種結(jié)構(gòu)簡單的檢測裝置，降低測量方法的復(fù)雜度。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置。該裝置包括支架；動力控制部件；固定于支架上部的上夾持部；與上夾持部相對設(shè)置的下夾持部；位于下夾持部的下方，固定于支架側(cè)面的動力部件，用于在動力控制部件的指令下，通過傳動部件推動下夾持部沿支架側(cè)面的軌道向上滑動，以使上夾持部和下夾持部共同夾緊被測部位； 固定于上夾持部的下表面或下夾持部上表面的近紅外光源；與近紅外光源相對設(shè)置的，固定于下夾持部上表面或上夾持部下表面的光信號傳感部件；總控制模塊，與近紅外光源和光信號傳感部件相連接，用于指令近紅外光源發(fā)送近紅外光，并利用光信號傳感模塊收集的近紅外光通過被測部位后的吸收情況。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，總控制模塊還與動力控制部件相連接；總控制模塊向動力控制部件發(fā)送測量指令；動力控制部件根據(jù)測量指令向動力部件發(fā)送測量驅(qū)動信號；動力部件根據(jù)測量驅(qū)動信號運轉(zhuǎn)，通過傳動部件推動下夾持部在預(yù)設(shè)的起點和終點之間沿支架側(cè)面的軌道上下周期性振動；光信號傳感部件測量下夾持部位于不同位置時近紅外光通過被測部位后的吸收情況。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，下夾持部按照簡諧振動的序列上下周期性振動；光信號傳感部件采集各振動周期內(nèi)的光信號幅度數(shù)據(jù)，并將光信號幅度數(shù)據(jù)發(fā)送至總控制模塊；總控制模塊分別計算在振動位移最大處、振動位移最小處的光信號幅度的各周期內(nèi)的平均值，取兩個平均值的差值作為血液成分的參考值。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，簡諧振動的頻率為0. 25Hz ；在一個測量周期內(nèi)，下夾持部的簡諧振動周期數(shù)大于等于50。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，測量指令和測量控制信號中均包含預(yù)設(shè)的下夾持部的起點和終點信息；該裝置還包括固定于上夾持部的下表面或下夾持部上表面的壓力傳感部件；總控制模塊向動力控制部件發(fā)送測試指令；動力控制部件根據(jù)測試指令向動力部件發(fā)送測試驅(qū)動信號；動力部件根據(jù)測試驅(qū)動信號運轉(zhuǎn)，通過傳動部件推動下夾持部沿支架側(cè)面的軌道向上滑動，以逐漸夾緊被測部位；壓力傳感部件測試被測部位的壓力值，并將壓力值反饋至總控制模塊；總控制模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的上壓力閾值和下壓力閾值，預(yù)設(shè)下夾持部的起點和終點信息。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，上壓力閾值為3. 0牛頓，下壓力閾值為0.6牛頓。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，還包括位移傳感部件，用于測試下夾持部的當(dāng)前位移量；總控制模塊，與光信號傳感部件、位移傳感部件和壓力傳感部件相連接，包括數(shù)據(jù)采集子模塊，用于按照簡諧振動的倍頻采集一個測量周期內(nèi)的光信號傳感器部件、壓力傳感器部件和位移傳感器部件中的數(shù)據(jù)，形成測量周期內(nèi)的光信號幅度序列、 壓力序列和位移序列；數(shù)據(jù)分析子模塊，評估從數(shù)據(jù)采集模塊采集的一個測量周期的光信號序列、位移序列和壓力序列的穩(wěn)定性，并據(jù)此判斷本次測量是否有效，并在測量有效的情況下，計算參考血液成分值。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，動力控制部件為脈沖輸入伺服電機驅(qū)動器；動力部件為伺服電機；傳動部件為滾珠絲杠，下夾持部為滑動夾。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，支架與上夾持部一體設(shè)置。優(yōu)選地，本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，近紅外光源包括近紅外發(fā)光二極管，該近紅外發(fā)光二極管的波長對應(yīng)于被測血液成分的吸收峰值波長；光信號傳感部件包括與近紅外發(fā)光二極管波長對應(yīng)的光電管。(三)有益效果本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置具有下列有益效果①裝置結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、易于操作、測量方便；
②通過下夾持部的周期性運動，使得該部位血管出現(xiàn)周期性地充盈-壓縮，相比之下，而皮膚毛發(fā)、角質(zhì)層等構(gòu)造相對保持不變。因此，光信號采樣值的周期性變換能夠較好的排除個體間和部位間皮膚構(gòu)造方面的差異，更好的反映凈血液成分對近紅外光的吸收情況；③通過對比位移、壓力、光信號的采樣序列和預(yù)測值，能夠評估檢測的穩(wěn)定性，從而為判斷結(jié)果是否可信提供依據(jù)。


圖1為本發(fā)明實施例無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置的檢測流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，公開了一種無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置。圖1 為本發(fā)明實施例無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該裝置包括支架Iio ；動力控制部件150 ；固定于支架上部的上夾持部；與上夾持部相對設(shè)置的下夾持部 120(圖中設(shè)置為滑動夾)；位于下夾持部的下方，固定于支架側(cè)面的動力部件130，用于在動力控制部件的指令下，通過傳動部件140推動下夾持部120沿支架側(cè)面的軌道向上滑動，以使上夾持部和下夾持部共同夾緊被測部位；固定于上夾持部的下表面的近紅外光源 170 ；與近紅外光源相對設(shè)置的，固定于下夾持部上表面的光信號傳感部件180 ；總控制模塊200，與近紅外光源170和光信號傳感部件180相連接，用于指令近紅外光源170發(fā)送近紅外光，并利用光信號傳感模塊180收集的近紅外光通過被測部位后的吸收情況，提供被測部位的血液成分信息。為了排除個體間和部位間皮膚構(gòu)造方面的差異，更好的反映凈血液成分對近紅外光的吸收情況，總控制模塊還與動力控制部件相連接。總控制模塊200向動力控制部件150 發(fā)送測量指令；動力控制部件150根據(jù)測量指令向動力部件130發(fā)送測量驅(qū)動信號，動力部件130根據(jù)測量驅(qū)動信號通過傳動部件140推動下夾持部120在預(yù)設(shè)的起點和終點之間沿支架側(cè)面的軌道周期性上下振動，光信號傳感部件180測量下夾持部120位于不同位置時近紅外光通過被測部位后的吸收情況。優(yōu)選地，下夾持部120按照簡諧振動的序列上下周期性振動。本實施例中，通過下夾持部120的周期性運動，使得該部位血管出現(xiàn)周期性地充盈-壓縮，相比之下，而皮膚毛發(fā)、角質(zhì)層等構(gòu)造相對保持不變。因此，光信號采樣值的周期性變換能夠較好的排除個體間和部位間皮膚構(gòu)造方面的差異，更好的反映凈血液成分對近紅外光的吸收情況為了獲取上述預(yù)設(shè)的起點和終點，如圖1所示，本發(fā)明中無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置還包括固定于上夾持部的下表面或下夾持部上表面的壓力傳感部件190 ；用于測試所述下夾持部的當(dāng)前位移量的位移傳感部件160。壓力傳感部件190，使用電流輸出型壓力傳感器，并通過信號放大電路和16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片獲得數(shù)字化的采樣量。位移傳感部件 160，由安裝于所述動力部件130上的光電編碼器實現(xiàn)光電編碼器通過將動力部件的機械位移量轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖量，從而間接獲得滑動夾120的當(dāng)前位移量，要求位移檢測精度5微米以內(nèi)。在實際檢測中，總控制模塊200向動力控制部件150發(fā)送測試指令；動力控制部件 150根據(jù)測試指令向動力部件130發(fā)送測試驅(qū)動信號；動力部件130根據(jù)測試驅(qū)動信號通過傳動部件推動下夾持部120沿支架側(cè)面的軌道向上滑動，以逐漸夾緊被測部位；壓力傳感部件190測試被測部位的壓力值，并將壓力值反饋至總控制模塊200 ；總控制部件200根據(jù)預(yù)設(shè)的上壓力閾值和下壓力閾值，預(yù)設(shè)下夾持部的起點和終點信息。此外，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，也可以不通過壓力傳感部件，直接設(shè)定下夾持部的起點和終點值，這樣的方法尤其適用于對于不同的被測試對象(如小孩)其被測試部位差別不大的情況。本發(fā)明中，總控制模塊200由嵌入式電路系統(tǒng)實現(xiàn)，包括2路控制電路，3路數(shù)據(jù)采集電路，以及數(shù)據(jù)采集子模塊、數(shù)據(jù)分析子模塊；2路控制電路分別連接到動力控制部件 150、近紅外光源170 ；3路采集電路分別連接到位移傳感部件160、近紅外光源170、光信號傳感部件180。數(shù)據(jù)采集子模塊，用于按照簡諧振動的倍頻采集一個測量周期內(nèi)的光信號傳感器部件、壓力傳感器部件和位移傳感器部件中的數(shù)據(jù)，形成所述測量周期內(nèi)的光信號幅度序列、壓力序列和位移序列。數(shù)據(jù)分析子模塊，評估從所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的一個測量周期的光信號序列、位移序列和壓力序列的穩(wěn)定性，并據(jù)此判斷本次測量是否有效，并在測量有效的情況下，計算參考血液成分值。如圖1所示的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置中，需要說明的是1)近紅外光源和光信號傳感部件的位置是相對的，即在本發(fā)明的另外一種實現(xiàn)方式中，近紅外光源170也可以位于下夾持部120上表面，而光信號傳感部件180位于上夾持部下表面；幻如圖1所示， 支架110與上支撐部連接為一體，而在實際裝置中，兩者也可以分離設(shè)置?？梢?，本實施例無創(chuàng)近紅外血液成分動態(tài)近側(cè)裝置與現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)裝置相比，構(gòu)造簡單，操作靈活、易于調(diào)試與維修。本實施例中，動力控制部件150采用脈沖輸入伺服電機驅(qū)動器，控制動力部件130 的運行速度或者旋轉(zhuǎn)角度。動力部件130可采用微型伺服電機，傳動部件140采用精密滾珠絲杠，動力部件130通過傳動部件140控制滑動夾120的上下移動，要求下夾持部(滑動夾)控制精度在5微米以內(nèi)。近紅外光源170采用近紅外單色發(fā)光二極管，二極管的波長依據(jù)被測血液成分的吸收峰值波長進行選擇。光信號傳感部件180，使用二極管波長相應(yīng)的光電管，例如硅(Si)光電管或者銦鎵砷(InGaAs)光電管，并通過光電流放大電路和16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片獲得數(shù)字化的采樣量。圖2為本發(fā)明實施例無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置的檢測流程圖。如圖2所示，檢測流程的具體實施步驟如下步驟S202，將被測部位固定于檢測裝置滑動夾內(nèi)，同時被測人員盡量保持放松、靜息狀態(tài)。被測部位要求具有較好的透光性和較好彈性，例如虎口或耳垂位置。固定被測部位時，被測部位置于支架和滑動夾之間，自然接觸壓力傳感部件即可； 讀取壓力傳感部件的數(shù)值，要求該數(shù)值不能超過給定閾值PO = 0. 5牛頓。步驟S204，依據(jù)被測部位的彈性情況，設(shè)定滑動夾的起點和終點。首先，通過電機調(diào)節(jié)滑動夾位移，直到壓力傳感部件的數(shù)值達到給定閾值Pl = 0. 6牛頓，并將滑動夾此處的位移設(shè)為起點Ll ；然后，再次通過電機調(diào)節(jié)滑動夾位移，直到壓力傳感部件的數(shù)值達到給定閾值P2=3. 0牛頓，并將滑動夾此處的位移設(shè)為終點L2。步驟S206，使用穩(wěn)壓電源給發(fā)光二級管通電，產(chǎn)生近紅外光。步驟S208，通過電機驅(qū)動，使滑動夾在起點Ll和終點L2之間周期性地移動滑動夾，使得被測部位的血管出現(xiàn)不同于脈搏的、周期性的充盈-壓縮。本實施例中，控制滑動夾按照簡諧運動的速度序列振動，頻率= 0. 25Hz，設(shè)定一次測量周期為200秒，則振動的周期數(shù)M = 50。步驟S210，滑動夾周期性振動的同時，對各傳感部件進行采樣，獲取位移、壓力、光信號幅度的采樣序列。對各信號的采樣頻率均設(shè)定為f2 = 25Hz，一次測量周期內(nèi)的總采樣次數(shù)N = 5000，其中每個振動周期的采樣次數(shù)L = 100。步驟S212，為便于分析，首先將位移、壓力、光信號三個采樣序列的數(shù)值分別歸一到W，l]區(qū)間；依據(jù)簡諧運動過程中位移穩(wěn)定性、壓力穩(wěn)定性和光信號穩(wěn)定性三個方面對檢測的穩(wěn)定性進行評估。其中，位移穩(wěn)定性Wl通過以下公式計算
權(quán)利要求
1.一種無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于，包括支架；動力控制部件；固定于所述支架上部的上夾持部；與所述上夾持部相對設(shè)置的下夾持部；位于所述下夾持部的下方，固定于所述支架側(cè)面的動力部件，該動力部件用于在所述動力控制部件的指令下，通過傳動部件推動所述下夾持部沿所述支架側(cè)面的軌道向上滑動，以使所述上夾持部和所述下夾持部共同夾緊被測部位；固定于所述上夾持部的下表面或所述下夾持部上表面的近紅外光源；與所述近紅外光源相對設(shè)置的，固定于所述下夾持部上表面或上夾持部下表面的光信號傳感部件；與所述近紅外光源和所述光信號傳感部件相連接的總控制模塊，該總控制模塊用于指令所述近紅外光源發(fā)送近紅外光，并利用所述光信號傳感模塊收集的所述近紅外光通過所述被測部位后的吸收情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述總控制模塊還與所述動力控制部件相連接；所述總控制模塊向所述動力控制部件發(fā)送測量指令； 所述動力控制部件根據(jù)所述測量指令向所述動力部件發(fā)送測量驅(qū)動信號； 所述動力部件根據(jù)所述測量驅(qū)動信號運轉(zhuǎn)，通過傳動部件推動所述下夾持部在預(yù)設(shè)的起點和終點之間沿所述支架側(cè)面的軌道上下周期性振動；所述光信號傳感部件測量所述下夾持部位于不同位置時所述近紅外光通過所述被測部位后的吸收情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于， 所述下夾持部按照簡諧振動的序列上下周期性振動；所述光信號傳感部件采集各振動周期內(nèi)的光信號幅度數(shù)據(jù)，并將所述光信號幅度數(shù)據(jù)發(fā)送至所述總控制模塊；所述總控制模塊分別計算在振動位移最大處、振動位移最小處的光信號幅度的各周期內(nèi)的平均值，取兩平均值的差值作為血液成分的參考值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述簡諧振動的頻率為0. 25Hz ；在一個測量周期內(nèi)，所述下夾持部的簡諧振動周期數(shù)大于等于50。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述測量指令和所述測量控制信號中均包含預(yù)設(shè)的所述下夾持部的起點和終點信息；該裝置還包括固定于所述上夾持部的下表面或所述下夾持部上表面的壓力傳感部件；所述總控制模塊向所述動力控制部件發(fā)送測試指令； 所述動力控制部件根據(jù)所述測試指令向所述動力部件發(fā)送測試驅(qū)動信號； 所述動力部件根據(jù)所述測試驅(qū)動信號運轉(zhuǎn)，通過傳動部件推動所述下夾持部沿所述支架側(cè)面的軌道向上滑動，以逐漸夾緊被測部位；所述壓力傳感部件測試所述被測部位的壓力值，并將所述壓力值反饋至所述總控制模塊；所述總控制模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的上壓力閾值和下壓力閾值，預(yù)設(shè)所述下夾持部的起點和終點fn息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述上壓力閾值為3. 0牛頓，所述下壓力閾值為0. 6牛頓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于，還包括位移傳感部件，用于測試所述下夾持部的當(dāng)前位移量；所述總控制模塊，與所述光信號傳感部件、位移傳感部件和壓力傳感部件相連接，包括數(shù)據(jù)采集子模塊，用于按照簡諧振動的倍頻采集一個測量周期內(nèi)的光信號傳感器部件、壓力傳感器部件和位移傳感器部件中的數(shù)據(jù)，形成所述測量周期內(nèi)的光信號幅度序列、 壓力序列和位移序列；數(shù)據(jù)分析子模塊，評估從所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的一個測量周期的光信號序列、位移序列和壓力序列的穩(wěn)定性，并據(jù)此判斷本次測量是否有效，并在測量有效的情況下，計算參考血液成分值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述動力控制部件為脈沖輸入伺服電機驅(qū)動器；所述動力部件為伺服電機；所述傳動部件為滾珠絲杠，所述下夾持部為滑動夾。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于所述支架與所述上夾持部一體設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置，其特征在于 所述近紅外光源包括近紅外發(fā)光二極管，該近紅外發(fā)光二極管的波長對應(yīng)于被測血液成分的吸收峰值波長；所述光信號傳感部件包括與所述近紅外發(fā)光二極管波長對應(yīng)的光電管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置。該裝置包括支架；動力控制部件；上夾持部；下夾持部；位于下夾持部的下方，固定于支架側(cè)面的動力部件，用于在動力控制部件的指令下，通過傳動部件推動下夾持部沿支架側(cè)面的軌道向上滑動，以使上夾持部和下夾持部共同夾緊被測部位；固定于上夾持部的下表面的近紅外光源；與近紅外光源相對設(shè)置的，固定于下夾持部上表面的光信號傳感部件；總控制模塊，與近紅外光源和光信號傳感部件相連接，用于指令近紅外光源發(fā)送近紅外光，并利用光信號傳感模塊收集的近紅外光通過被測部位后的吸收情況，提供被測部位的血液成分信息。本發(fā)明無創(chuàng)血液成分動態(tài)檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、易于操作、測量方便。
文檔編號A61B5/1455GK102349835SQ201110219220
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者張文生, 王虎 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所