本發(fā)明涉及一種血糖濃度檢測裝置，尤其涉及一種基于陣列CCD的無創(chuàng)便攜式血糖儀。

背景技術(shù)：

根據(jù)2015年統(tǒng)計(jì)，我國目前有糖尿病患者約為1.14億人，糖尿病成為嚴(yán)重影響我國公民健康的主要問題之一。糖尿病危害巨大，主要是其嚴(yán)重的并發(fā)癥，如心血管疾病、腎臟、眼病、神經(jīng)病變及糖尿病足等。目前糖尿病沒有有效根治的辦法，控制血糖濃度是唯一的治療方案。及時(shí)進(jìn)行血糖濃度檢測，對于控制糖尿病、防止并發(fā)癥的發(fā)生，提高糖尿病患者的生活質(zhì)量具有十分重要的意義。目前，在血糖濃度的檢測領(lǐng)域，絕大多數(shù)都是通過有創(chuàng)血糖儀進(jìn)行檢測，在檢測過程中需要采血，會(huì)給人們帶來創(chuàng)傷和疼痛感，以及傷口被感染的風(fēng)險(xiǎn)。目前市面上的無創(chuàng)血糖儀價(jià)格昂貴，例如以色列盈通格利有限公司研制的糖無忌(GlucoTrack)無創(chuàng)血糖儀，在市面上的售價(jià)為17500元。

目前對無創(chuàng)血糖濃度的測量方案有很多，主要是通過掃描人體皮膚、皮下組織液、血液或者唾液。例如申請?zhí)枮?01110234694.1的專利涉及一種便攜式無創(chuàng)血糖監(jiān)測儀，采取人的唾液進(jìn)行血糖濃度的測量，這種測量方法受測試者測試前是否進(jìn)食的影響較大。又例如申請?zhí)枮?01210390767.0的專利涉及到一種便攜式拉曼光譜無創(chuàng)傷血糖儀，測量光斑照射到手臂上產(chǎn)生的拉曼散射光，然后采用拉曼光譜分析方法計(jì)算得到血糖濃度。這種方法的缺點(diǎn)是拉曼光譜信號非常微弱，儀器成本高昂，在實(shí)際使用中受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于陣列CCD的無創(chuàng)便攜式血糖儀，該血糖儀具有無創(chuàng)、便攜、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種基于陣列CCD的無創(chuàng)便攜式血糖儀，由LED光源(1)，透鏡(2)，光纖距離傳感器(3)，手指槽(4)，驅(qū)動(dòng)電路(5)，陣列CCD傳感器(6)，ARM芯片(7)，存儲器(8)，藍(lán)牙芯片(9)，電源模塊(10)構(gòu)成；其特征在于，所述的LED光源(1)安裝在血糖儀的頂部，透鏡(2)安裝在LED光源(1)的正下方，光纖距離傳感器(3)安裝在手指槽(4)的上表面，手指槽(4)安裝在透鏡(2)的正下方，驅(qū)動(dòng)電路(5)與各電路部件相連，陣列CCD傳感器(6)安裝在手指槽(4)正下方，陣列CCD傳感器(6)與ARM芯片(7)相連，ARM芯片(7)安裝在血糖儀的底端，存儲器(8)與ARM芯片(7)相連，藍(lán)牙芯片(9)與存儲器(8)相連，藍(lán)牙芯片(9)與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行無線傳輸連接，電源模塊(10)安裝在血糖儀的邊緣并與整個(gè)電路相連。

所述的LED光源(1)包括白光光源(101)用于發(fā)射白光，測試光源(102)用于發(fā)射1610nm的近紅外光，參考光源(103)用于發(fā)射1310nm的近紅外光，三個(gè)光源并排安裝。

所述的透鏡(2)安裝在LED光源(1)下方，使測試光源(102)和參考光源(103)發(fā)出的光通過透鏡(2)后形成光強(qiáng)相同，寬度相等的兩束平行光。

所述的光纖距離傳感器(3)包括光纖(301)、Y型光纖探頭(302)、光纖(303)、探測器(304)，其中光纖(301)與白光光源(101)和Y型光纖探頭(302)的輸入端相連，Y型光釬探頭(302)安裝在手指槽(4)的上表面，光纖(303)與Y型光纖探頭(302)的輸出端和探測器(304)相連，探測器(304)和陣列CCD傳感器(6)相連；所述的光纖距離傳感器(3)用于測量光程長度的大小。

所述的手指槽(4)的大小為深度2cm，寬度2cm，高度2cm的方槽，手指槽(4)的材料為亞克力板，具有良好的透光性。

所述的驅(qū)動(dòng)電路(5)與LED光源(1)、光纖距離傳感器(3)、陣列CCD傳感器(6)、APM芯片(7)、存儲器(8)、藍(lán)牙芯片(9)、電源模塊(10)相連，用于驅(qū)動(dòng)各部分電路工作。

所述的陣列CCD傳感器(6)型號為TCD-1304，3648像素，最小單元為8um，安裝在手指槽(4)正下方，用于獲取平行光經(jīng)過手指吸收后的透射光的圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給APM芯片(7)。

所述的ARM芯片(7)與陣列CCD傳感器(6)相連，用于驅(qū)動(dòng)陣列CCD傳感器(6)工作，獲取透射光的圖像數(shù)據(jù)和光纖距離傳感器(3)獲得的光程長度的數(shù)據(jù)，并對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

所述的存儲器(8)與ARM芯片(7)相連，用于存儲處理后的血糖濃度數(shù)據(jù)。

所述的藍(lán)牙芯片(9)與存儲器(8)相連，通過藍(lán)牙無線傳輸，將處理后的血糖濃度數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)設(shè)備，并通過移動(dòng)設(shè)備顯示出來，將血糖濃度數(shù)據(jù)保存在移動(dòng)設(shè)備中。

所述的電源模塊(10)為整個(gè)裝置供電。

所述的血糖儀的尺寸為長8cm，寬6cm，高5cm。

本發(fā)明的有益之處在于：

1.利用陣列CCD傳感器記錄透射光強(qiáng)，測量范圍大，避免了單點(diǎn)測量帶來的誤差。

2.利用光纖距離傳感器測量光程長度大小，自動(dòng)補(bǔ)償由于手指厚度不同導(dǎo)致的誤差，提高了測量準(zhǔn)確度。

3.血糖儀的體積小，通過藍(lán)牙芯片與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行無線連接，并在移動(dòng)設(shè)備中顯示血糖濃度，使用方便，便于攜帶。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及其具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的示意圖；

圖2為本發(fā)明的白光光源工作示意圖；

圖3為本發(fā)明的測試光源工作示意圖；

圖4為本發(fā)明的參考光源工作示意圖。

1為LED光源，101為白光光源，102為測試光源，103為參考光源，2為透鏡，3為光纖距離傳感器，301為光纖，302為Y型光纖探頭，303為光纖，304為探測器，4為手指槽，5為驅(qū)動(dòng)電路，6為陣列CCD傳感器，7為ARM芯片，8為存儲器，9為藍(lán)牙芯片，10為電源模塊。

具體實(shí)施方法

如圖1所示的一種基于陣列CCD的無創(chuàng)便攜式血糖儀，由LED光源1，透鏡2，光纖距離傳感器3，手指槽4，驅(qū)動(dòng)電路5，陣列CCD傳感器6，ARM芯片7，存儲器8，藍(lán)牙芯片9，電源模塊10構(gòu)成。所述的LED光源1安裝在血糖儀的頂部，透鏡2安裝在LED光源1的正下方，光纖距離傳感器3安裝在手指槽4的上表面，手指槽4安裝在透鏡2的正下方，驅(qū)動(dòng)電路5與各電路部件相連，陣列CCD傳感器6安裝在手指槽4正下方，陣列CCD傳感器6與ARM芯片7相連，ARM芯片7安裝在血糖儀的底端，存儲器8與ARM芯片7相連，藍(lán)牙芯片9與存儲器8相連，藍(lán)牙芯片9與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行無線傳輸連接，電源模塊10安裝在血糖儀的邊緣并與整個(gè)電路相連。

近紅外光譜進(jìn)行葡萄糖濃度測量的理論依據(jù)為Beer-Lambert定律，血液中的葡萄糖在倍頻區(qū)的主要吸收峰為1613nm，在1310nm處葡萄糖的吸收很小，而血液中的血紅蛋白、血漿、血細(xì)胞以及其他成分在這兩種波長下的吸收均很小，因此我們選用波長為1610nm的LED光源作為測試光源，波長為1310nm的LED光源作為參考光源。

根據(jù)Beer-Lambert定律：

其中A是吸光度，I是透射光強(qiáng)，I₀是入射光強(qiáng)，T是透過率，ε是摩爾吸光系數(shù)，b是光程長度，C是溶液的摩爾濃度。對于1610nm吸收波長，葡萄糖的摩爾吸光系數(shù)ε為常數(shù)。

如圖2所示，白光光源101發(fā)射白光，通過光纖301將光傳輸?shù)結(jié)型光纖探頭302，光從Y型光纖探頭302傳輸?shù)绞种覆?下表面后發(fā)生反射，反射光通過光纖303傳輸?shù)教綔y器304，探測器304將電壓信號通過導(dǎo)線傳輸?shù)紸RM芯片7中，ARM芯片7對獲得的電壓信號進(jìn)行處理，得到Y(jié)型光纖探頭302到手指槽4下表面的距離b₁。當(dāng)測試者手指放入手指槽4中時(shí)，光從Y型光纖探頭302傳輸?shù)绞种干媳砻婧蟀l(fā)生反射，光纖距離傳感器3測得此時(shí)Y型光纖探頭302到手指上表面的距離b₂，然后通過ARM芯片7進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到葡萄糖的吸收光程長度b＝b₁-b₂。

如圖3所示，測試光源102發(fā)出1610nm的近紅外光，通過透鏡2形成一束光強(qiáng)為I₀的平行光，經(jīng)過手指吸收后產(chǎn)生透射光I₁，陣列CCD傳感器6獲取手指透射光的圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給ARM芯片7，完成一次透射光I₁的圖像數(shù)據(jù)的采集。

如圖4所示，參考光源103發(fā)出1310nm的近紅外光，通過透鏡2形成一束光強(qiáng)為I₀的平行光，經(jīng)過手指吸收后產(chǎn)生透射光I₂，陣列CCD傳感器6獲取手指透射光的圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給ARM芯片7，完成一次透射光I₂的圖像數(shù)據(jù)的采集，利用ARM芯片7計(jì)算I₂與I₁的比值得到吸光度A的大小。

采用上述方法，利用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的無創(chuàng)血糖儀對一組已知血糖濃度C的測試者進(jìn)行測試，測得每個(gè)測試者對應(yīng)的吸光度A和光程長度b的數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)通過曲線擬合，可以得到血糖濃度C與吸光度A、光程長度b之間的表達(dá)式，通過多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次擬合，減少誤差，得到最終的表達(dá)式并保存到ARM芯片7中。利用該表達(dá)式即可根據(jù)吸光度A和光程長度b的數(shù)據(jù)計(jì)算得到被測者的血糖濃度，將計(jì)算得到的血糖濃度的數(shù)據(jù)存儲到存儲器8中，通過藍(lán)牙芯片9將數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)設(shè)備，并在移動(dòng)設(shè)備中顯示出來，完成血糖濃度的測量。

一種基于陣列CCD的無創(chuàng)便攜式血糖儀，其工作方式為：

第一步，血糖儀打開后，電源10工作，在驅(qū)動(dòng)電路5的驅(qū)動(dòng)下，白光光源101發(fā)射白光，通過光纖301將光傳輸?shù)結(jié)型光纖探頭302，光從Y型光纖探頭302傳輸?shù)绞种覆?下表面后發(fā)生反射，反射光通過光纖303傳輸?shù)教綔y器304，探測器304將電壓信號通過導(dǎo)線傳輸?shù)紸RM芯片7中，ARM芯片7對獲得的電壓信號進(jìn)行處理，得到Y(jié)型光纖探頭302到手指槽4下表面的距離b₁。

第二步，當(dāng)測試者手指放入手指槽4中時(shí)，光從Y型光纖探頭302傳輸?shù)绞种干媳砻婧蟀l(fā)生反射，光纖距離傳感器3測得此時(shí)Y型光纖探頭302到手指上表面的距離b₂，然后通過ARM芯片7進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到葡萄糖的吸收光程長度b＝b₁-b₂。此時(shí)b＞0，1秒延遲后產(chǎn)生電信號驅(qū)動(dòng)測試光源102工作，測試光源102發(fā)出1610nm的近紅外光，通過其下方的透鏡2形成一束光強(qiáng)為I₀的平行光，經(jīng)過手指吸收后產(chǎn)生透射光I₁，陣列CCD傳感器6獲取手指透射光的圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給ARM芯片7，完成一次透射光I₁的圖像數(shù)據(jù)的采集。

第三步，產(chǎn)生電信號使得測試光源102關(guān)閉，參考光源103開始工作，參考光源103發(fā)出1310nm的近紅外光，通過透鏡2形成一束光強(qiáng)為I₀的平行光，經(jīng)過手指吸收后產(chǎn)生透射光I₂，陣列CCD傳感器6獲取手指透射光的圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給ARM芯片7，完成一次透射光I₂的圖像數(shù)據(jù)的采集，利用ARM芯片7進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到吸光度A。

第四步，根據(jù)預(yù)先擬合得到的血糖濃度C與吸光度A、光程長度b間的表達(dá)式，利用該表達(dá)式即可根據(jù)測得的吸光度A和光程長度b的數(shù)據(jù)計(jì)算得到被測者的血糖濃度C，將計(jì)算得到的血糖濃度的數(shù)據(jù)存儲到存儲器8中，通過藍(lán)牙芯片9將數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)設(shè)備，并通過移動(dòng)設(shè)備顯示出來，完成血糖濃度的測量。