無創(chuàng)血糖測定方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無創(chuàng)血糖測定方法，該方法包括：測定所述預設部位對波長為λ1的紅外光的當前吸收率B1，然后測定該預設部位對波長為λ2的紅外光的當前吸收率B2；根據(jù)B1、B2以及預存的初始血糖濃度值A0、預設部位對波長為λ1的紅外光的初始吸收率A1、預設部位對波長為λ2的紅外光的初始吸收率A2計算出當前血糖濃度值D0＝A0×(B1-B2)/(A1-A2)+k；其中，k為常數(shù)，且0≤k≤0.5。本發(fā)明還公開了一種無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)。本發(fā)明在測量人體血糖濃度時剔除了水的干擾以及人體自身的干擾，使測定結果準確可信、重復性好、靈敏度高，并且針對特定的測試人體具有較好的測定結果特異性。
【專利說明】無創(chuàng)血糖測定方法及系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及血糖測定【技術領域】，尤其涉及一種無創(chuàng)血糖測定方法及系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 糖尿病患者為了避免糖尿病的并發(fā)癥，需要頻繁地測量和控制血糖濃度，目前在 我國，糖尿病患者測量血糖濃度的方法大部分是采用有創(chuàng)的血糖計。頻繁的采血進行血液 葡萄糖濃度的測量一方面給糖尿病患者帶來了巨大的經(jīng)濟負擔和醫(yī)療費用，另一方面也給 糖尿病患者帶來了巨大的身體和心理痛苦和感染疾病的風險。為了應對上述形勢，迫切需 要一種針對糖尿病患者的無創(chuàng)性血液葡萄糖濃度的快速測量系統(tǒng)。
[0003] 目前，利用無創(chuàng)紅外光測量血糖已有相關的報道，但是，利用紅外光測定人體血糖 濃度的技術還有許多的不完善之處。一方面，血糖的特征光難以確定，到目前為止還沒有 尋找到一個較佳的特征光；二方面，水和葡萄糖的吸收峰有重疊，水的干擾難以剔除；三方 面，雖然葡萄糖對其特征光有很強的吸收率，但是人體其它組織對葡萄糖的特征光也有強 的吸收收性，如，葡萄糖的特征光就不能穿透人體的骨骼；四方面，不同人的同一個身體部 位對葡萄糖的特征光的吸收率存在很大的差異，該差異主要因測試者的身體組織、細胞的 成分和組成或尺寸存在較大的差異，所以要想利用一個數(shù)學模型進行所有人群的血糖測量 是不現(xiàn)實的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有的無創(chuàng)血糖方法對血糖的測定精度差、靈敏度低 的問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種無創(chuàng)血糖測定方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一，測定所述預設部位對波長為A1的紅外光的當前吸收率&，然后測 定該預設部位對波長為λ 2的紅外光的當前吸收率B2 ;其中，IeOOnnKA1彡2300nm， 1400nm ^ λ 2 ^ 1600nm ；
[0007] 步驟二，根據(jù)B2以及預存的初始血糖濃度值Atl、預設部位對波長為λ i的紅外 光的初始吸收率A1、預設部位對波長為λ 2的紅外光的初始吸收率A2計算出當前血糖濃度 值D0。
[0008] 優(yōu)選地,采用以下公式計算步驟二中當前血糖濃度值Dtl :
[0009] D。= A0X (B1-B2)AA1-A2Kk ;其中，k 為常數(shù)，且 0 彡 k 彡 0· 5。
[0010] 優(yōu)選地，所述步驟一之前還包括步驟三：
[0011] 通過微創(chuàng)血糖測定方法獲取待測用戶的初始血糖濃度值Atl，并測定用戶的預設部 位對波長為A1的紅外光的初始吸收率A1，以及該預設部位對波長為λ 2的紅外光的初始吸 收率A2 ;
[0012] 測定預設部位對波長為λ 3的紅外光的初始吸收率Etl，將該值存儲并以該值對應 的位置為標定位置；其中IOOOnm彡λ 3彡1200nm。
[0013] 優(yōu)選地，步驟一之前還包括步驟四：
[0014] 以波長為λ 3的紅外光照射預設部位的當前測定部位，測定所述當前測定部位對 波長為λ 3的紅外光的當前吸收率E1 ;
[0015] 當E1與Etl的偏差小于3%，判定當前測定部位與所述標定位置相同，當E 1與Etl 的偏差不小于3%，在預設部位中改變當前測定部位的位置，直至E1與Etl之間的偏差小于 3%。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟四中，照射所述預設部位的波長為λ 3的紅外光至少為兩束。
[0017] 優(yōu)選地，所述預設部位為手部虎口、鼻腔壁、耳邊、耳垂、頸部動脈或腕部動脈。
[0018] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還包括一種無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)，包括以下模塊：
[0019] 紅外光發(fā)射模塊，用于實時發(fā)射預設波長的紅外光；
[0020] 紅外光接收模塊，用于實時接收一定波長范圍的紅外光信號，并且將接收的紅外 光信號轉換成模擬電信號；
[0021] 信號轉換模塊，所述信號轉換模塊連接所述紅外光接收模塊，該信號轉換模塊將 所述該模擬電信號轉換成數(shù)字信號；
[0022] 數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊連接所述信號轉換模塊，該數(shù)據(jù)處理模塊將所 述數(shù)字信號進行分析計算，得到所測定的人體血糖濃度的測定結果；
[0023] 人機交互模塊，所述人機交互模塊連接所述數(shù)據(jù)處理模塊，所述人機交互模塊用 于接收用戶輸入的指令，并顯示所述人體血糖濃度的測定結果或者通過語音播報該人體血 糖濃度的測定結果。
[0024] 優(yōu)選地，所述紅外光發(fā)射模塊包括至少三個不同波長的紅外光發(fā)射管。
[0025] 優(yōu)選地，所述紅外光發(fā)射模塊所發(fā)射的紅外光以及所述紅外光接收模塊接收的紅 外光的波長范圍為800nm至3800nm。
[0026] 優(yōu)選地，所述紅外光發(fā)射模塊的驅動信號是脈沖信號，該脈沖信號的占空比的范 圍為 1:20 至 1:1. 5。
[0027] 本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定方法在測量人體血糖濃度時剔除了水的干擾以及人體自身 的干擾，使測定結果更加準確可信、測量結果的重復性更好、靈敏度高，并且針對特定的測 試人體具有較好的測定結果特異性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定方法一實施例流程圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定方法另一實施例流程圖；
[0030] 圖3為是本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)一實施例的硬件結構框圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)另一實施例的硬件結構框圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)一實施例的工作流程圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)的電源的電路圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)中通訊模塊及相關輔助模塊的電路圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)中微處理器的接口電路圖；
[0036] 圖9為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)中128X64的LCM模組的接口電路圖；
[0037] 圖10為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)中微處理器電路圖；
[0038] 圖11為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)中轟鳴器驅動電路圖及信號輸入電路圖；
[0039] 圖12為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)中紅外光接收電路和信號轉換電路圖；
[0040] 圖13為本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)中紅外光發(fā)射驅動電路圖。
[0041] 本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

【具體實施方式】
[0042] 應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0043] 本發(fā)明提供一種無創(chuàng)血糖測定方法，參照圖1，該方法包括以下步驟：
[0044] 步驟一 S10,測定所述預設部位對波長為A1的紅外光的當前吸收率&，然后測 定該預設部位對波長為入 2的紅外光的當前吸收率B2;其中，1600nm彡A1SZSOOnm, HOOnm^ λ2<1600ηπι；
[0045] 步驟二S20,根據(jù)B2以及預存的初始血糖濃度值Atl、預設部位對波長為λ 1的 紅外光的初始吸收率A1、預設部位對波長為λ 2的紅外光的初始吸收率A2計算出當前血糖 濃度值％。
[0046] D。= A0X (B1-B2)AA1-A2Kk ;其中，k 為常數(shù)，且 0 彡 k 彡 0· 5。
[0047] 在實時測定用戶血糖濃度之前，需要獲取該用戶的血糖濃度的真實值，同時以紅 外光譜法測定當前用戶預設部位的血糖濃度內(nèi)碼值。具體的，獲取待測用戶的真實血糖濃 度值A tl的同時以波長λ i的紅外光照射預設部位，獲取該部位當前對該波長的紅外光的吸 收率A1;然后以波長為λ2的紅外光照射所述預設部位，得出該預設部位對波長為λ 2的紅 外光的吸收率A2。當前測得的紅外光吸收率A1是對預設部位血糖濃度值的初步測定。在人 體內(nèi)，由于其他成分（主要是水）對葡萄糖的紅外特征光譜也有吸收，所以要想得到準確的 葡萄糖對其特征光譜的吸收值，還需要剔除水的干擾。葡萄糖對波長為1600nm至2300nm的 紅外光均有吸收，而水對波長在該范圍的紅外光也有吸收，所以在此，通過水的特征光譜， 波長為λ 2的紅外光照射預設部位，得出該預設部位對波長為λ 2的紅外光的吸收率A2，葡 萄糖對波長為λ2的紅外光吸收較少，于是可以以該預設部位的水對波長為λ 2的紅外光的 吸收率A2替換該預設部位的水對波長為λ i的紅外光的吸收率，以A1減去A2，即得該預設 部位的葡萄糖對波長為A1的紅外光的吸收率。這樣真實血糖值A tl就與紅外光測定葡萄糖 濃度的內(nèi)碼值（A1-A2)相對應。
[0048] 得到用戶真實的血糖值Atl和紅外光測定葡萄糖濃度的內(nèi)碼值（A1-A 2)之后的在一 段時間（一個月或一周的時間內(nèi)）內(nèi)，當需要實時監(jiān)測用戶的血糖濃度時，不需要再用微創(chuàng) 的方法，只需以波長為A 1的紅外光照射所述預設部位，得出該部位對該波長的紅外光吸收 率B1，以波長為λ 2的紅外光照射所述預設部位，得出該預設部位對波長為λ 2的紅外光的 吸收率B2，這樣，紅外光測定的葡萄糖的內(nèi)碼值即為（B1-B 2)，此次葡萄糖真實濃度值Dtl與紅 外光測定葡萄糖的內(nèi)碼值（B1-B 2)也是對應的。用公式=AcZ(A1-A2) =DcZ(B1-B2),計算出用 戶的血糖濃度值，即D tl = AtlX (B1-B2V(A1-A2)。
[0049] 由于，用戶的皮膚會因膚色的差異對測量造成一定的誤差，皮膚顏色越深，造成的 誤差越大，因此為了排除用戶膚色的影響，在以上公式中加入調(diào)整參數(shù)k，公式調(diào)整為：? = AtlX (B1-B2)AA1-A2Hk ;具體的，這里k是常數(shù)，其范圍為0彡k彡0. 5 ;黃種人群的k值約 為〇. 3,白種人群的k值約為0. 1，黑種人群的k值約為0. 5。
[0050] 本發(fā)明無創(chuàng)血糖測定方法及系統(tǒng)在測量人體血糖濃度時剔除了水的干擾以及人 體自身的干擾，使測定結果更加準確可信、測量結果的重復性更好、靈敏度高，并且針對特 定的測試人體具有較好的測定結果特異性。
[0051] 進一步地，獲取待測用戶的真實血糖濃度值AO的方式有多種，在本實施例中，本 方法在步驟一 SlO之前還包括步驟三S30 :通過微創(chuàng)血糖測定方法獲取待測用戶的初始血 糖濃度值Atl，并測定用戶的預設部位對波長為λ i的紅外光的初始吸收率A1，以及該預設部 位對波長為λ 2的紅外光的初始吸收率A2 ;
[0052] 并測定預設部位對波長為λ 3的紅外光的初始吸收率Etl，將該值存儲并以該值對 應的位置為標定位置；其中IOOOnm彡λ 3彡1200nm。
[0053] 進一步地，參照圖1和圖2,步驟一 SlO之前還包括步驟四S40 :
[0054] 以波長為λ 3的紅外光照射預設部位的當前測定部位，測定所述當前測定部位對 波長為λ 3的紅外光的當前吸收率Ep
[0055] 當E1與Etl的偏差小于3%，判定當前測定部位與所述標定位置相同，當E 1與Etl 的偏差不小于3%，在預設部位中改變當前測定部位的位置，直至E1與Eci之間的偏差小于 3%。
[0056] 紅外光照射預設部位的時候，由于紅外光的吸收率隨人體組織的厚度成正比例關 系，所以在實際的應用測定中，需要預先對用戶預設部位的測量點位置進行標定，以保證每 次測量時，紅外光的照射在用戶的預設部位的同一個特定位置。具體的，以波長為λ 3的紅 外光照射所述預設部位得出該預設部位對波長為λ 3的紅外光吸收率Etl，待Etl穩(wěn)定后，將該 值存儲，并以該位置為標定位置。以后每次測定的時候，以波長為λ 3的紅外光照射所述預 設部位，得出該預設部位對波長為λ 3的紅外光的吸收率E1，當E1與Etl的偏差小于3%，即 認為，當前測定部位與先前標定位置相同，當E 1與E(I的偏差不小于3%，挪動所述預設部位， 直至E1與E tl之間的偏差小于3 %。
[0057] 進一步地，所述步驟四S40中，照射所述預設部位的波長為λ 3的紅外光至少為兩 束。
[0058] 具體的，在實際的設計工作中，以波長為λ 3的紅外光照射所述預設部位所得到的 該預設部位對波長為λ 3的紅外光吸收率E1很難與標定的內(nèi)碼值Etl相同。為了使帶測定 位置與標定位置更接近，在本實施例中，位置標定之后，照射所述預設部位的波長為λ 3的 紅外光至少為兩束。這樣，兩束波長為λ 3的紅外光照射到預設部位的時候，可以得到兩個 紅外光吸收值，該兩個紅外光吸收值與Etl的偏差均小于3%，即可認為當前測定部位與先前 標定位置相同。
[0059] 進一步地，所述 λ 3 = 1200nm。
[0060] 具體的，波長為1200nm的紅外光照射可以實現(xiàn)位置的標定，1200nm的紅外光可以 穿透人體的骨骼組織，對位置較為敏感，位置不同，測得的數(shù)據(jù)也不同，因此在本實施例中， 選取λ 3 = 1200nm，以這種方法進行測量身體位置定位。
[0061] 進一步地，所述預設部位為手部虎口、鼻腔壁、耳邊、耳垂、頸部動脈或腕部動脈。 [0062] 血糖的特征光譜，它對葡萄糖有優(yōu)秀的吸收率，但人體的其它組織對它也有很強 的吸收性，例如：葡萄糖的特征光譜就不能穿透人體的骨骼，這就要進行測量的身體部位的 有效選擇。針對以上的問題，血糖的特征光譜不能穿透人體的骨骼，所以本發(fā)明選擇紅外光 譜測量血糖時照射的身體部位是：手部虎口，鼻腔壁，耳邊或耳垂，頸部動脈，腕部動脈等位 置，這些測量位置沒有骨骼，含有大量豐富的血液，且容易實現(xiàn)測量的部位。
[0063] 下表為六位糖尿病患者使用本方法測定其血糖濃度值的數(shù)據(jù)表；其中采用的紅外 光波長為X1 = 1650nm、λ2 = 1400nm、λ 3 = 1200nm。從表中可以看出，采用本方法測定 患者血糖濃度值微創(chuàng)值相比其偏差在±0. lmmol/L之內(nèi)，可見本發(fā)明的方法測定用戶血糖 值非常準確。

【權利要求】
1. 一種無創(chuàng)血糖測定方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，測定所述預設部位對波長為λi的紅外光的當前吸收率&，然后測定 該預設部位對波長為λ 2的紅外光的當前吸收率B2 ;其中，1600nm〈 λ 1彡2300nm， 1400nm ^ λ 2 ^ 1600nm ； 步驟二，根據(jù)&、B2以及預存的初始血糖濃度值&、預設部位對波長為λ i的紅外光的 初始吸收率Ai、預設部位對波長為λ 2的紅外光的初始吸收率A2計算出當前血糖濃度值％。
2. 如權利要求1所述的無創(chuàng)測定方法，其特征在于，采用以下公式計算步驟二中當前 血糖濃度值D。： D0 = AQX (B^BjAAfAj+k ;其中，k 為常數(shù)，且 0 彡 k 彡 0· 5。
3. 如權利要求2所述的無創(chuàng)測定方法，其特征在于，所述步驟一之前還包括步驟三： 通過微創(chuàng)血糖測定方法獲取待測用戶的初始血糖濃度值\，并測定用戶的預設部位對 波長為λ i的紅外光的初始吸收率&，以及該預設部位對波長為λ 2的紅外光的初始吸收率 Α2 ; 測定預設部位對波長為λ 3的紅外光的初始吸收率&，將該值存儲并以該值對應的位 置為標定位置；其中l(wèi)OOOnm彡λ 3彡1200nm。
4. 如權利要求3所述的無創(chuàng)血糖測定方法，其特征在于，步驟一之前還包括步驟四： 以波長為λ 3的紅外光照射預設部位的當前測定部位，測定所述當前測定部位對波長 為λ 3的紅外光的當前吸收率Ei ; 當Ei與^的偏差小于3%，判定當前測定部位與所述標定位置相同，當Ei與^的偏差 不小于3%，在預設部位中改變當前測定部位的位置，直至Ei與^之間的偏差小于3%。
5. 如權利要求4所述的無創(chuàng)血糖測定方法，其特征在于，所述步驟四中，照射所述預設 部位的波長為λ 3的紅外光至少為兩束。
6. 如權利要求1至5任一項所述的無創(chuàng)血糖測定方法，其特征在于，所述預設部位為手 部虎口、鼻腔壁、耳邊、耳垂、頸部動脈或腕部動脈。
7. -種無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊： 紅外光發(fā)射模塊，用于實時發(fā)射預設波長的紅外光； 紅外光接收模塊，用于實時接收一定波長范圍的紅外光信號，并且將接收的紅外光信 號轉換成模擬電信號； 信號轉換模塊，所述信號轉換模塊連接所述紅外光接收模塊，該信號轉換模塊將所述 該模擬電信號轉換成數(shù)字信號； 數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊連接所述信號轉換模塊，該數(shù)據(jù)處理模塊將所述數(shù) 字信號進行分析計算，得到所測定的人體血糖濃度的測定結果； 人機交互模塊，所述人機交互模塊連接所述數(shù)據(jù)處理模塊，所述人機交互模塊用于接 收用戶輸入的指令，并顯示所述人體血糖濃度的測定結果或者通過語音播報該人體血糖濃 度的測定結果。
8. 如權利要求7所述的無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外光發(fā)射模塊包括至 少三個不同波長的紅外光發(fā)射管。
9. 如權利要求7所述的無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外光發(fā)射模塊所發(fā)射 的紅外光以及所述紅外光接收模塊接收的紅外光的波長范圍為800nm至3800nm。
10.如權利要求7至9任一項所述的無創(chuàng)血糖測定系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外光發(fā)射 模塊的驅動信號是脈沖信號，該脈沖信號的占空比的范圍為1:20至1:1. 5。
【文檔編號】A61B5/1455GK104257390SQ201410449764
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權日:2014年9月4日
【發(fā)明者】張貫京, 陳興明, 葛新科, 王海榮, 劉國勇, 張少鵬, 樊智輝, 方靜芳, 徐之艷, 周亮, 程金兢, 徐菊紅, 蔣興菊, 楊青藍, 劉義, 肖應芬, 何曉霞, 吳彬霞, 鄭慧華, 唐小浪, 張世導, 李瀟云, 侯云超, 趙學明, 趙雪竹, 梁艷妮 申請人:深圳市前海安測信息技術有限公司