專利名稱：無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種生理參數(shù)檢測系統(tǒng)，尤其是涉及一種無創(chuàng)的血糖檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
糖尿病是典型的需要長期頻繁地監(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)測血糖濃度并精 確、及時地以此為依據(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)有的血糖濃度檢測手段，平均每天要抽血檢測兩次，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)地檢測血液成分的方法，是長期以來人類 對抗疾病的過程中夢寐以求的理想。目前正在研究的可行的無創(chuàng)血液成分檢測方法中主要 包括光學(xué)方法和非光學(xué)方法，大量的實驗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)也相對比較成熟。但是不同個體間的差異(個體差異)以及不同時刻 溫度變化、代謝產(chǎn)物濃度、其他物質(zhì)的光譜重疊、檢測位置的重復(fù)性、接觸壓力等因素均可 在檢測結(jié)果中引入誤差，成為無創(chuàng)血糖濃度檢測過程中的一大難題，因而是否能夠成功去 除個體差異和測量條件的影響是近紅外光譜無創(chuàng)檢測血液成分能否成功實施的關(guān)鍵。如何 提高光譜信號的信噪比，也是準(zhǔn)確檢測血糖濃度的一個重要因素。 另外，在傳統(tǒng)的無創(chuàng)檢測系統(tǒng)或方法中，往往需要設(shè)計復(fù)雜的電路和光路，給測量 帶來諸多不便。

實用新型內(nèi)容
鑒于此，有必要針對現(xiàn)有血糖檢測中因個體之間存在差異以及測量條件影響而使 檢測結(jié)果存在較大誤差的問題，提供一種消除個體差異及測量條件影響的無創(chuàng)血糖檢測系 統(tǒng)。 —種無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)，發(fā)射兩個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)模塊相連檢測近紅外光并處理的光檢測模塊、以及與所 述光檢測模塊相連對所述光檢測模塊的輸出數(shù)據(jù)進行處理得到血糖濃度的數(shù)據(jù)處理模塊， 所述光傳導(dǎo)模塊將其中一個通道的近紅外光與人體作用后得到信號光，另一個通道的近紅 外光作為參考光，所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述信號光和參考光利用光譜相減法獲得用于檢 測血糖濃度的光信號。 光譜相減的方法通過分別測量動脈血液充盈與動脈血液收縮時的透射光強，并使 二者做差，來消除測量中由于皮膚組織、肌肉組織、溫度、測量條件等影響而產(chǎn)生的差異，從 而得到純凈的動脈血液光譜，提高血糖檢測準(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入載物暗盒并由出射探頭導(dǎo)向光檢測 模塊。 優(yōu)選地，所述出射探頭包括反射式測量探頭和透射式測量探頭中的至少一種，所述反射式測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 地設(shè)于載物暗盒的另一側(cè)，且所述透射式測量探頭前設(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)至光檢測模塊。 光纖作為光傳導(dǎo)器件可以簡化光路系統(tǒng)設(shè)計，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為環(huán)形光源，相對于點狀光源，增加了照射面積，有利于提 高入射信號強度。 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放于其上面的被測量物體位置進行調(diào)節(jié)，以達(dá)到適 合不同被測物體的測量要求，達(dá)到更加準(zhǔn)確更加精確的測量目的。 優(yōu)選地，所述光檢測模塊包括接收紅外光并將其轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換模塊、
與所述光電轉(zhuǎn)換模塊相連處理所述電信號的模擬信號處理模塊以及與所述模擬信號處理
模塊相連將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(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，所述模擬信號處理模塊包括16通道的模擬信號處理單元，所述模擬信號 處理單元包括依次相連的溫度補償電路、極低偏置電流運算放大器、低通濾波電路、陷波電 路、二級放大電路以及低通濾波；極低偏置電流運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。 模擬信號處理單元對微弱的電信號進行放大、濾波、消除噪聲干擾后，將有用信號 提出，并使之達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求。 優(yōu)選地，所述模擬信號處理單元外部設(shè)有金屬屏蔽罩。 金屬屏蔽罩可消除近場50Hz工頻的干擾對信號提取的影響。


圖1為實施例中無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2為光傳導(dǎo)模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3光檢測模塊結(jié)構(gòu)及模塊圖； 圖4為模擬信號處理單元的機構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖l所示，為本實施例的無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)包括 光源模塊100、光傳導(dǎo)模塊200、光檢測模塊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人體作用后得到信號光，另一束近紅外光作為參考光。光檢測模塊300檢測上述的信號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)對信號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，進而獲得純凈的含有血糖濃度信息的光信號。電源500為光源模塊100、光 檢測模塊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、價格
便宜、通用性強、光輸出穩(wěn)定、易于光纖連接、燈泡使用壽命長、體積小重量輕等諸多優(yōu)點。
另外，光源模塊100還自帶高效的穩(wěn)壓電源，為該檢測系統(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進入載物暗盒并由出射探頭230導(dǎo)向光檢測模塊300。 本實施例中，以手指為被測的人體對象來進行血糖檢測。載物暗盒220的一面設(shè)
有進物孔221，手指可從進物孔221進入載物暗盒220內(nèi)部并處于近紅外光可以照射到的位置。 出射探頭230可包括反射式測量探頭和透射式測量探頭，反射式測量探頭與入射 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與反射式測量探頭和透射式測量探頭處于同一水平線上。 為增加光檢測的效率，在透射式測量探頭前設(shè)有匯聚透鏡。在選擇透射式測量或反射式測 量時，既可以單獨使用反射式測量，也可以單獨使用透射式測量，還可以應(yīng)用二者同時進行 測量。根據(jù)不同的波長、不同的被測物、不同的探測器可以選擇不同的測量方式。在光源的 波長較短，被測物的厚度較小時可以選擇透射式測量；當(dāng)光源波長較長，被測物的厚度較大 時，可以考慮反射式測量；當(dāng)選擇適合的光源，適合的光程，配合適當(dāng)?shù)奶綔y器也可以反射 式與透射式同時測量，集合兩種測量方式的優(yōu)點，有利于采集到更多的光譜信息，得到更優(yōu) 的結(jié)果。 本實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)至光檢測模塊300。光纖作為光傳導(dǎo)器件可以簡化光路系統(tǒng)設(shè)計，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，還可對光纖進行進一步的優(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為環(huán)形光源，相對于點狀光源，增加了照射面 積，有利于提高入射信號強度。 本實施例的無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)可進一步包括設(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包括載物平臺和調(diào)節(jié)架，載物平臺位于調(diào)節(jié)架上，調(diào)節(jié)架可以上下左 右前后對放于其上面的被測量物體位置進行調(diào)節(jié)，以達(dá)到適合不同被測物體的測量要求， 達(dá)到更加準(zhǔn)確更加精確的測量目的。 如圖3所示，為光檢測模塊300的結(jié)構(gòu)及模塊圖。光檢測模塊300包括接收紅外 光并將其轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換模塊310、處理所述電信號的模擬信號處理模塊320以 及將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(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，即光電探測器，用于將近紅外光的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。為提高檢測系統(tǒng)的信噪比，在該光電探測器還帶有溫度冷卻裝置，用于 抑制噪聲。 模擬信號處理模塊320包括16通道的模擬信號處理單元，如圖4所示，為模擬信
號處理單元的結(jié)構(gòu)圖。每一通道的模擬信號處理單元包括依次相連的溫度補償電路、極低
偏置電流運算放大器、低通濾波電路、陷波電路、二級放大電路以及低通濾波。另外極低偏
置電流運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。模擬信號處理單元將光電轉(zhuǎn)換模塊310輸送的電信號進行放
大、濾波、消除噪聲干擾后，將有用信號提出，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較弱，入射光與生物組織相互作用后的出射光強比較
弱，在信號提取的過程中容易受到近場50Hz工頻的干擾。因此可進一步在模擬信號處理單
元上加裝金屬屏蔽罩，用以消除工頻干擾對信號提取的影響，提高信噪比。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊330將模擬信號信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于后續(xù)的處理。 光檢測模塊300同時檢測信號光和參考光，數(shù)據(jù)處理模塊400主要利用光譜相減
法獲得用于檢測血糖濃度的光信號。 本實施例的檢測系統(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，從而對未知血液進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，且使其中一個通道的近紅外光作為參考 光； 得到另一個通道的近紅外光與人體組織相互作用后的光譜，并使兩個通道的光譜 做差，再次利用光譜相減法得到純凈的經(jīng)過動脈血液的光譜信息，根據(jù)光譜信息計算吸光 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)計量學(xué)方法建立相關(guān)的血糖濃度 校正模型； 測量未知血糖濃度的近紅外光譜，根據(jù)校正模型對未知的血糖濃度進行預(yù)測。 以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬 于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)射兩個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)模塊相連檢測近紅外光并處理的光檢測模塊、以及與所述光檢測模塊相連對所述光檢測模塊的輸出數(shù)據(jù)進行處理得到血糖濃度的數(shù)據(jù)處理模塊，所述光傳導(dǎo)模塊將其中一個通道的近紅外光與人體作用后得到信號光，另一個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)所述信號光和參考光利用光譜相減法獲得用于檢測血糖濃度的光信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)血糖檢測系統(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 探頭進入載物暗盒并由出射探頭導(dǎo)向光檢測模塊。
3. 如權(quán)利要求2所述的無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述出射探頭包括反射式測 量探頭和透射式測量探頭中的至少一種，所述反射式測量探頭與入射探頭緊貼設(shè)于載物暗 盒的一側(cè)，所述透射式測量探頭與入射探頭相對地設(shè)于載物暗盒的另一側(cè)，且所述透射式 測量探頭前設(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)至光檢測模塊。
5. 如權(quán)利要求4所述的無創(chuàng)血糖檢測系統(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)血糖檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光檢測模塊包括接收近 紅外光并將其轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換模塊、與所述光電轉(zhuǎn)換模塊相連處理所述電信號的 模擬信號處理模塊以及與所述模擬信號處理模塊相連將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(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)血糖檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬信號處理模塊 包括16通道的模擬信號處理單元，所述模擬信號處理單元包括依次相連的溫度補償電路、 極低偏置電流運算放大器、低通濾波電路、陷波電路、二級放大電路以及低通濾波；極低偏 置電流運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)血糖檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬信號處理單元 外部設(shè)有金屬屏蔽罩。
專利摘要一種無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)，屬于生理參數(shù)檢測系統(tǒng)領(lǐng)域。該無創(chuàng)血糖檢測系統(tǒng)包括發(fā)射兩個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)模塊相連檢測近紅外光并處理的光檢測模塊、以及與所述光檢測模塊相連對所述光檢測模塊的輸出數(shù)據(jù)進行處理得到血糖濃度的數(shù)據(jù)處理模塊，所述光傳導(dǎo)模塊將其中一個通道的近紅外光與人體作用后得到信號光，另一個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量透過動脈(血液)充盈與動脈(血液)收縮時的光強差，來消除測量中由于皮膚組織、肌肉組織、溫度、測量條件等影響而產(chǎn)生的差異，得到純凈的動脈血液光譜，提高血糖檢測準(zhǔn)確度。
文檔編號A61B5/1455GK201519152SQ20092020545
公開日2010年7月7日 申請日期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 申請人:深圳先進技術(shù)研究院