專利名稱：無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種近紅外漫反射技術(shù)的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀。
背景技術(shù)：
糖尿病是一種世界范圍內(nèi)的流行疾病。據(jù)世界衛(wèi)生組織(World Health Organization, WHO)估計(jì)，目前全世界有1. 8億人患有糖尿病，并且這一數(shù)字到2030年將 增加一倍以上。因此預(yù)防和治療糖尿病具有十分積極的意義。目前最簡(jiǎn)便的家用血糖檢測(cè) 方法是在受檢者指尖取血樣檢測(cè)，這種血糖的自我檢測(cè)方法雖然極大地提高了對(duì)糖尿病人 的護(hù)理水平，但是這種檢測(cè)方法也存在一些缺點(diǎn)，比如其操作繁瑣，給患者造成疼痛；指尖 取血有感染其它疾病的危險(xiǎn)，給患者造成心理上的壓力；不利于血糖的頻繁檢測(cè)，并且檢測(cè) 的成本較高等。同時(shí)這種頻率不高的離散時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)漏掉一些血糖高于或低 于正常水平的情況，從而對(duì)糖尿病的護(hù)理不利。因此，迫切需要使用新方法開(kāi)發(fā)新的無(wú)創(chuàng)血 糖檢測(cè)儀器，來(lái)適應(yīng)糖尿病患者檢測(cè)頻度的需要。目前，無(wú)創(chuàng)血糖的檢測(cè)方法主要有電化學(xué)法和光學(xué)法兩大類。其中，電化學(xué)法有時(shí) 也被劃為微創(chuàng)的范圍，但它對(duì)皮膚經(jīng)常會(huì)有比較強(qiáng)烈的刺激作用。光學(xué)方法中，近紅外無(wú)創(chuàng) 血糖檢測(cè)技術(shù)由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種最有應(yīng)用前途的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)技術(shù)之一； 故目前，如何設(shè)計(jì)一種采用近紅外無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)適于實(shí)際操作的檢測(cè)設(shè)備，成為 本技術(shù)領(lǐng)域有待解決的問(wèn)題.

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)目前有創(chuàng)檢測(cè)血糖存在的上述不足，以及無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析的研究現(xiàn)狀，本 實(shí)用新型的目的在于提供一種低成本的無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、快速測(cè)量人體血糖的分析儀器，它主要 是基于近紅外漫反射光譜分析的原理，并與家庭計(jì)算機(jī)連接利用虛擬儀器技術(shù)提高儀器的 性價(jià)比以及人機(jī)交互性能。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀，包括機(jī)體，其特點(diǎn)在 于所述機(jī)體上設(shè)置有光源模塊、皮膚接觸模塊、采集模塊；所述光源模塊包括安裝座子、設(shè) 置于安裝座子上的發(fā)光二極管、依次對(duì)應(yīng)設(shè)置于發(fā)光二極管前方的雙凸透鏡和分束鏡；所 述皮膚接觸模塊包括接收端光纖頭、探頭、發(fā)射端光纖頭，探頭通過(guò)兩根多模光纖分別與接 收端光纖頭和發(fā)射端光纖頭連接，所述接收端光纖頭與分束鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于將分束鏡分 出的一束光耦合入多模光纖，光經(jīng)多模光纖達(dá)到探頭，經(jīng)探頭照射皮膚表面，皮膚表面漫反 射光經(jīng)探頭和另一多模光纖達(dá)到發(fā)射端光纖頭；所述采集模塊包括參考信號(hào)采集線路、信 息信號(hào)采集線路和PCI數(shù)據(jù)采集卡，參考信號(hào)采集線路和信息信號(hào)采集線路均由依次連接 的硅光電二極管探測(cè)器和前置放大器構(gòu)成，參考信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器與分 束鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置，分束鏡分出的另一束光被參考信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器采集并 經(jīng)前置放大器放大后到PCI數(shù)據(jù)采集卡，信息信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器與發(fā)射端光纖頭對(duì)應(yīng)設(shè)置，皮膚表面漫反射光經(jīng)發(fā)射端光纖頭到達(dá)信息信號(hào)采集線路的硅光電二 極管探測(cè)器并經(jīng)前置放大器放大后到PCI數(shù)據(jù)采集卡；還包括有分析顯示模塊，分析顯示 模塊與PCI數(shù)據(jù)采集卡連接，用于接收PCI數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出的兩組數(shù)據(jù)并完成對(duì)比處理以 及顯示處理結(jié)果。更加具體地說(shuō)，本實(shí)用新型所涉及的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀，由光源模塊、皮膚接觸 模塊、信號(hào)采集模塊、分析顯示模塊組成。該系統(tǒng)使用固定在發(fā)光二極管座子上的定波長(zhǎng)發(fā) 光二極管(LED)作為光源。發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過(guò)雙凸鏡的匯聚作用，照射到分束鏡上， 光被分成兩束一束作為參考光路，由硅光電二極管探測(cè)器檢測(cè)其光強(qiáng)，經(jīng)過(guò)前置放大器放 大后，到PCI數(shù)據(jù)采集卡，作為后續(xù)光強(qiáng)分析的參考信號(hào)；另一束光通過(guò)接收端光纖頭耦合 入多模光纖中，經(jīng)過(guò)探頭照射皮膚表面，然后由另一根多模光纖收集漫反射的光經(jīng)發(fā)射端 光纖頭到另一硅光電二極管探測(cè)器，同樣經(jīng)過(guò)前置放大器放大，到PCI數(shù)據(jù)采集卡，作為后 續(xù)分析的信息信號(hào)。最后兩路信號(hào)通過(guò)PCI連接電纜進(jìn)入計(jì)算機(jī)，由設(shè)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)的分 析顯示模塊進(jìn)行處理。在分析儀中，光源部分采用的是四個(gè)定波長(zhǎng)的LED，其波長(zhǎng)所在的波 段為500 lOOOnm，并且采用恒流源電源驅(qū)動(dòng)以保證光源的穩(wěn)定性。由于上述光源及檢測(cè) 的光學(xué)系統(tǒng)的要求，所有的光學(xué)元件在這個(gè)特定的波段要求有很好的光學(xué)性能。本實(shí)用新型是基于近紅外漫反射光譜法。近紅外漫反射光譜法測(cè)量血糖濃度以 朗伯_比爾定律和光散射理論為基礎(chǔ)，利用葡萄糖光吸收系數(shù)的特異性來(lái)進(jìn)行。通過(guò)檢測(cè) 近紅外區(qū)分布的葡萄糖合頻和倍頻段的漫反射光譜信號(hào)，然后對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)建 模，根據(jù)建立的近紅外漫反射血糖檢測(cè)模型，最終得到使用者的血糖濃度。其中，本實(shí)用新 型所采用的定點(diǎn)波長(zhǎng)所在的波段在500 lOOOnm，由光學(xué)探測(cè)器得到的電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放 大器放大后分別通過(guò)PCI通信電纜RC68-68、數(shù)據(jù)采集卡PCI-6221和PCI總線與計(jì)算機(jī)進(jìn) 行通訊。在Windows平臺(tái)上，通過(guò)VC++6.0編制的軟件，根據(jù)信息光路以及參考光路兩路光 強(qiáng)信號(hào)的比值轉(zhuǎn)換成漫反射吸光度，然后通過(guò)人體檢測(cè)到的血糖濃度信息建立數(shù)學(xué)模型， 最終根據(jù)這個(gè)模型通過(guò)檢測(cè)光強(qiáng)完成對(duì)血糖的分析檢測(cè)功能。本實(shí)用新型所涉及的血糖無(wú)創(chuàng)檢測(cè)分析儀，具有下述優(yōu)點(diǎn)(1)血糖檢測(cè)的無(wú)創(chuàng)性，可實(shí)現(xiàn)血糖的頻繁檢測(cè)和長(zhǎng)時(shí)監(jiān)護(hù)；(2)體積小巧，方便 攜帶，適合糖尿病患者日常的監(jiān)護(hù)；(3)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需耗材，檢測(cè)成本較低；(4)檢測(cè)速度 較快，避免其他無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)方法可能出現(xiàn)的嚴(yán)重檢測(cè)延遲；(5)軟件與硬件分離，方便系 統(tǒng)的升級(jí)；(6)目前家庭計(jì)算機(jī)日益普及，選擇家庭計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的信號(hào)處理、信息顯示 以及信息管理的平臺(tái)，并且利用虛擬儀器技術(shù)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)更多的硬件功能，降低了系統(tǒng) 的成本，增加了系統(tǒng)的靈活性；(7)軟件可作為獨(dú)立程序使用，用于病歷管理、病人信息查 詢；(8)硬件光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本更低，同時(shí)增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(9)利用多功能數(shù)據(jù) 采集設(shè)備PCI-6221，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更好的校準(zhǔn)，從而達(dá)到更高的精度。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具體實(shí)施時(shí)將機(jī)體做成機(jī)箱狀并將光源模塊、皮膚接觸模塊、采集模塊集成于機(jī)箱內(nèi)部后的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。其中4為分析顯示模塊，5為安裝座子，6為發(fā)光二極管，7為雙凸鏡，8為分束鏡，9和15為硅光電二極管探測(cè)器，10和16為前置放大器，11為接收端光纖頭，14為發(fā)射端光纖頭，12為多模光纖，13為探頭，17為PCI數(shù)據(jù)采集卡，18為PCI連接電纜，19為計(jì)算機(jī)，20 為機(jī)體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明如下具體實(shí)施時(shí)，如圖1所示，一種無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀，包括機(jī)體20，所述機(jī)體20上 設(shè)置有光源模塊、皮膚接觸模塊、采集模塊；所述光源模塊包括安裝座子5、設(shè)置于安裝座 子5上的發(fā)光二極管6、依次對(duì)應(yīng)設(shè)置于發(fā)光二極管6前方的雙凸透鏡7和分束鏡8 ；所述 皮膚接觸模塊包括接收端光纖頭11、探頭13、發(fā)射端光纖頭14，探頭13通過(guò)兩根多模光纖 12分別與接收端光纖頭11和發(fā)射端光纖頭14連接，所述接收端光纖頭11與分束鏡8對(duì)應(yīng) 設(shè)置，用于將分束鏡8分出的一束光耦合入多模光纖，光經(jīng)多模光纖達(dá)到探頭13，經(jīng)探頭13 照射皮膚表面，皮膚表面漫反射光經(jīng)探頭13和另一多模光纖達(dá)到發(fā)射端光纖頭14 ；所述采 集模塊包括參考信號(hào)采集線路、信息信號(hào)采集線路和PCI數(shù)據(jù)采集卡17，參考信號(hào)采集線 路和信息信號(hào)采集線路均由依次連接的硅光電二極管探測(cè)器9、15和前置放大器10、16構(gòu) 成，參考信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器9與分束鏡8對(duì)應(yīng)設(shè)置，分束鏡8分出的另一 束光被參考信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器9采集并經(jīng)前置放大器10放大后到PCI 數(shù)據(jù)采集卡17，信息信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器15與發(fā)射端光纖頭14對(duì)應(yīng)設(shè)置， 皮膚表面漫反射光經(jīng)發(fā)射端光纖頭14到達(dá)信息信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器15并 經(jīng)前置放大器16放大后到PCI數(shù)據(jù)采集卡17 ；還包括有分析顯示模塊4，該分析顯示模塊 單獨(dú)設(shè)置于計(jì)算機(jī)19內(nèi)，計(jì)算機(jī)19通過(guò)PCI連接電纜18與PCI數(shù)據(jù)采集卡17連接，用于 接收PCI數(shù)據(jù)采集卡17發(fā)出的兩組數(shù)據(jù)并完成對(duì)比處理以及顯示處理結(jié)果。更加具體地說(shuō)，本實(shí)用新型的整體功能由以下幾個(gè)模塊組成光源模塊，包括發(fā)光 二極管(LED) 6及其安裝座子5，完成匯聚光功能的雙凸透鏡7，完成分光功能的分束鏡8 ； 皮膚接觸模塊，主要包括光源導(dǎo)出及收集漫反射光強(qiáng)的兩根多模光纖12，探頭13 ；信號(hào)采 集模塊3，包括參考信號(hào)和信息信號(hào)兩路信號(hào)的采集，結(jié)構(gòu)基本相似，由具有光電傳感功能 的硅光電二極管探測(cè)器9和15，放大功能的前置放大器10和16，以及信號(hào)采集功能的PCI 數(shù)據(jù)采集卡17組成；分析顯示模塊4，主要是在計(jì)算機(jī)上完成信號(hào)數(shù)據(jù)的處理以及最后結(jié) 果的顯示功能。整個(gè)系統(tǒng)分塊進(jìn)行組合，各個(gè)模塊可以進(jìn)行單模塊的安裝和調(diào)試，提高了系 統(tǒng)搭建的效率以及方便后續(xù)系統(tǒng)故障的排除。實(shí)施時(shí)發(fā)光二極管(LED) 6采用波段在500 IOOOnm的發(fā)光二極管作為光源，光在分束鏡8分束之前通過(guò)雙凸鏡7進(jìn)行匯聚；在參考信 號(hào)通路上由硅光電二極管探測(cè)器9檢測(cè)其光強(qiáng)，經(jīng)過(guò)前置放大器10放大后，到PCI數(shù)據(jù)采 集卡17，得到所需的參考信號(hào)；在檢測(cè)信號(hào)路上，光纖頭將光耦合入多模光纖12，通過(guò)多模 光纖到達(dá)探頭13，另一根多模光纖收集攜帶了血糖濃度信息的漫反射光強(qiáng)信號(hào)到硅光電二 極管探測(cè)器15，同樣把電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器16放大，到PCI數(shù)據(jù)采集卡17，得到所需 的攜帶血糖濃度特征的信息信號(hào)；最后采集卡上采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI通信電纜18，經(jīng)由 PCI總線與計(jì)算機(jī)19進(jìn)行通訊。如圖2所示，本實(shí)用新型在實(shí)施時(shí)可以是將光源模塊、皮膚接觸模塊、信號(hào)采集模 塊全部整合到機(jī)體20上，機(jī)體20可作為機(jī)箱形，使光源模塊、皮膚接觸模塊、信號(hào)采集模塊均集成到機(jī)箱內(nèi)部，將分析顯示模塊單獨(dú)設(shè)置在計(jì)算機(jī)19上，這樣可使其便于攜帶。在機(jī)箱的表面只留幾個(gè)與外界聯(lián)系的窗口，包括電源開(kāi)關(guān)、探頭窗口以及與計(jì)算機(jī)連接的通信 電纜。通過(guò)通信電纜將采集到的信號(hào)傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理顯示，完成血糖檢測(cè)功能。當(dāng)然， 具體實(shí)施時(shí)也可以是將分析顯示模塊一起集成在機(jī)體上并設(shè)置一顯示屏對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行顯不。使用時(shí)，將該機(jī)體接通電源，把PCI通信電纜18接到計(jì)算機(jī)19上，并打開(kāi)機(jī)體上 的電源開(kāi)關(guān)，需要預(yù)熱2 3min。將人體的前臂放在機(jī)體的探頭窗口(機(jī)體上可設(shè)置手臂 放置位置的凹槽)，近紅外發(fā)光二極管輪流發(fā)光。在兩條光路上，有光學(xué)信號(hào)經(jīng)過(guò)硅光電二 極管探測(cè)器9、15將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過(guò)前置放大器10、16的放大，使得微弱信 號(hào)可以更好地檢測(cè)出來(lái)，PCI采集卡17采用雙通道采集兩路數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)通信電纜18與計(jì)算 機(jī)19進(jìn)行通信，最后無(wú)創(chuàng)血糖分析軟件利用近紅外分析數(shù)學(xué)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)血 糖濃度的顯示，患者相關(guān)信息的保存以及重現(xiàn)等功能。本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)軟件部分工作于微軟公司的Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)，采用 VisualC++6.0編程語(yǔ)言編程，可在Windows 2000/XP/NT, Windows Vista及后續(xù)版本的操 作系統(tǒng)平臺(tái)下工作。作為本實(shí)用新型的軟件部分，允許其脫離本實(shí)用新型的硬件部分獨(dú)立 運(yùn)行。
權(quán)利要求一種無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀，包括機(jī)體，其特征在于所述機(jī)體上設(shè)置有光源模塊、皮膚接觸模塊和采集模塊；所述光源模塊包括安裝座子、設(shè)置于安裝座子上的發(fā)光二極管、依次對(duì)應(yīng)設(shè)置于發(fā)光二極管前方的雙凸透鏡和分束鏡；所述皮膚接觸模塊包括接收端光纖頭、探頭和發(fā)射端光纖頭，探頭通過(guò)兩根多模光纖分別與接收端光纖頭和發(fā)射端光纖頭連接；所述接收端光纖頭與光源模塊的分束鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于將分束鏡分出的一束光耦合入多模光纖，光經(jīng)多模光纖達(dá)到探頭，經(jīng)探頭照射皮膚表面，皮膚表面漫反射光經(jīng)探頭和另一多模光纖達(dá)到發(fā)射端光纖頭；所述采集模塊包括參考信號(hào)采集線路、信息信號(hào)采集線路和PCI數(shù)據(jù)采集卡，參考信號(hào)采集線路和信息信號(hào)采集線路均由依次連接的硅光電二極管探測(cè)器和前置放大器構(gòu)成，參考信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器與光源模塊的分束鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置，分束鏡分出的另一束光被參考信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器采集，并經(jīng)前置放大器放大后到PCI數(shù)據(jù)采集卡；信息信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器與發(fā)射端光纖頭對(duì)應(yīng)設(shè)置，皮膚表面漫反射光經(jīng)發(fā)射端光纖頭到達(dá)信息信號(hào)采集線路的硅光電二極管探測(cè)器并經(jīng)前置放大器放大后到PCI數(shù)據(jù)采集卡；還包括有分析顯示模塊，分析顯示模塊與PCI數(shù)據(jù)采集卡連接，用于接收PCI數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出的兩組數(shù)據(jù)并完成對(duì)比處理以及顯示處理結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀，其特征在于發(fā)光二極管采用波長(zhǎng)為 500 IOOOnm的發(fā)光二極管。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析儀。它使用定波長(zhǎng)發(fā)光二極管(LED)作為光源，經(jīng)過(guò)雙凸鏡對(duì)發(fā)光二極管發(fā)出的光的匯聚，照射到分束鏡上，光被分成兩束一束作為參考光路，由硅光電二極管探測(cè)器檢測(cè)其光強(qiáng)，經(jīng)過(guò)前置放大器放大后，到數(shù)據(jù)采集卡，作為后續(xù)分析光強(qiáng)的參考信號(hào)；另一束光耦合入多模光纖中，經(jīng)過(guò)探頭照射皮膚表面，然后由另一根光纖收集漫反射的光到硅光二極管探測(cè)器，同樣經(jīng)過(guò)前置放大器放大，到數(shù)據(jù)采集卡，作為后續(xù)分析的信息信號(hào)。最后得到的數(shù)據(jù)由無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)分析軟件進(jìn)行處理，完成血糖的檢測(cè)與顯示。它具有體積小巧，方便攜帶；無(wú)創(chuàng)檢測(cè)，便于日常檢測(cè)和長(zhǎng)時(shí)監(jiān)護(hù)；檢測(cè)系統(tǒng)靈活，方便升級(jí)；成本低，適合家庭使用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK201564481SQ200920294298
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者季忠, 秦子輝 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)