一种基于阵列CCD的无创便携式血糖仪的制作方法

本发明涉及一种血糖浓度检测装置，尤其涉及一种基于阵列ccd的无创便携式血糖仪。

背景技术：

根据2015年统计，我国目前有糖尿病患者约为1.14亿人，糖尿病成为严重影响我国公民健康的主要问题之一。糖尿病危害巨大，主要是其严重的并发症，如心血管疾病、肾脏、眼病、神经病变及糖尿病足等。目前糖尿病没有有效根治的办法，控制血糖浓度是唯一的治疗方案。及时进行血糖浓度检测，对于控制糖尿病、防止并发症的发生，提高糖尿病患者的生活质量具有十分重要的意义。目前，在血糖浓度的检测领域，绝大多数都是通过有创血糖仪进行检测，在检测过程中需要采血，会给人们带来创伤和疼痛感，以及伤口被感染的风险。目前市面上的无创血糖仪价格昂贵，例如以色列盈通格利有限公司研制的糖无忌(glucotrack)无创血糖仪，在市面上的售价为17500元。

目前对无创血糖浓度的测量方案有很多，主要是通过扫描人体皮肤、皮下组织液、血液或者唾液。例如申请号为201110234694.1的专利涉及一种便携式无创血糖监测仪，采取人的唾液进行血糖浓度的测量，这种测量方法受测试者测试前是否进食的影响较大。又例如申请号为201210390767.0的专利涉及到一种便携式拉曼光谱无创伤血糖仪，测量光斑照射到手臂上产生的拉曼散射光，然后采用拉曼光谱分析方法计算得到血糖浓度。这种方法的缺点是拉曼光谱信号非常微弱，仪器成本高昂，在实际使用中受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于阵列ccd的无创便携式血糖仪，该血糖仪具有无创、便携、成本低的优点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于阵列ccd的无创便携式血糖仪，由led光源(1)，透镜(2)，光纤距离传感器(3)，手指槽(4)，驱动电路(5)，阵列ccd传感器(6)，arm芯片(7)，存储器(8)，蓝牙芯片(9)，电源模块(10)构成；其特征在于，所述的led光源(1)安装在血糖仪的顶部，透镜(2)安装在led光源(1)的正下方，光纤距离传感器(3)安装在手指槽(4)的上表面，手指槽(4)安装在透镜(2)的正下方，驱动电路(5)与各电路部件相连，阵列ccd传感器(6)安装在手指槽(4)正下方，阵列ccd传感器(6)与arm芯片(7)相连，arm芯片(7)安装在血糖仪的底端，存储器(8)与arm芯片(7)相连，蓝牙芯片(9)与存储器(8)相连，蓝牙芯片(9)与移动设备进行无线传输连接，电源模块(10)安装在血糖仪的边缘并与整个电路相连。

所述的led光源(1)包括白光光源(101)用于发射白光，测试光源(102)用于发射1610nm的近红外光，参考光源(103)用于发射1310nm的近红外光，三个光源并排安装。

所述的透镜(2)安装在led光源(1)下方，使测试光源(102)和参考光源(103)发出的光通过透镜(2)后形成光强相同，宽度相等的两束平行光。

所述的光纤距离传感器(3)包括光纤(301)、y型光纤探头(302)、光纤(303)、探测器(304)，其中光纤(301)与白光光源(101)和y型光纤探头(302)的输入端相连，y型光钎探头(302)安装在手指槽(4)的上表面，光纤(303)与y型光纤探头(302)的输出端和探测器(304)相连，探测器(304)和阵列ccd传感器(6)相连；所述的光纤距离传感器(3)用于测量光程长度的大小。

所述的手指槽(4)的大小为深度2cm，宽度2cm，高度2cm的方槽，手指槽(4)的材料为亚克力板，具有良好的透光性。

所述的驱动电路(5)与led光源(1)、光纤距离传感器(3)、阵列ccd传感器(6)、arm芯片(7)、存储器(8)、蓝牙芯片(9)、电源模块(10)相连，用于驱动各部分电路工作。

所述的阵列ccd传感器(6)型号为tcd-1304，3648像素，最小单元为8um，安装在手指槽(4)正下方，用于获取平行光经过手指吸收后的透射光的图像数据，并将数据传输给arm芯片(7)。

所述的arm芯片(7)与阵列ccd传感器(6)相连，用于驱动阵列ccd传感器(6)工作，获取透射光的图像数据和光纤距离传感器(3)获得的光程长度的数据，并对获得的数据进行处理。

所述的存储器(8)与arm芯片(7)相连，用于存储处理后的血糖浓度数据。

所述的蓝牙芯片(9)与存储器(8)相连，通过蓝牙无线传输，将处理后的血糖浓度数据传输给移动设备，并通过移动设备显示出来，将血糖浓度数据保存在移动设备中。

所述的电源模块(10)为整个装置供电。

所述的血糖仪的尺寸为长8cm，宽6cm，高5cm。

本发明的有益之处在于：

1.利用阵列ccd传感器记录透射光强，测量范围大，避免了单点测量带来的误差。

2.利用光纤距离传感器测量光程长度大小，自动补偿由于手指厚度不同导致的误差，提高了测量准确度。

3.血糖仪的体积小，通过蓝牙芯片与移动设备进行无线连接，并在移动设备中显示血糖浓度，使用方便，便于携带。

附图说明

下面结合附图及其具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的白光光源工作示意图；

图3为本发明的测试光源工作示意图；

图4为本发明的参考光源工作示意图。

1为led光源，101为白光光源，102为测试光源，103为参考光源，2为透镜，3为光纤距离传感器，301为光纤，302为y型光纤探头，303为光纤，304为探测器，4为手指槽，5为驱动电路，6为阵列ccd传感器，7为arm芯片，8为存储器，9为蓝牙芯片，10为电源模块。

具体实施方法

如图1所示的一种基于阵列ccd的无创便携式血糖仪，由led光源1，透镜2，光纤距离传感器3，手指槽4，驱动电路5，阵列ccd传感器6，arm芯片7，存储器8，蓝牙芯片9，电源模块10构成。所述的led光源1安装在血糖仪的顶部，透镜2安装在led光源1的正下方，光纤距离传感器3安装在手指槽4的上表面，手指槽4安装在透镜2的正下方，驱动电路5与各电路部件相连，阵列ccd传感器6安装在手指槽4正下方，阵列ccd传感器6与arm芯片7相连，arm芯片7安装在血糖仪的底端，存储器8与arm芯片7相连，蓝牙芯片9与存储器8相连，蓝牙芯片9与移动设备进行无线传输连接，电源模块10安装在血糖仪的边缘并与整个电路相连。

近红外光谱进行葡萄糖浓度测量的理论依据为beer-lambert定律，血液中的葡萄糖在倍频区的主要吸收峰为1613nm，在1310nm处葡萄糖的吸收很小，而血液中的血红蛋白、血浆、血细胞以及其他成分在这两种波长下的吸收均很小，因此我们选用波长为1610nm的led光源作为测试光源，波长为1310nm的led光源作为参考光源。

根据beer-lambert定律：

其中a是吸光度，i是透射光强，i0是入射光强，t是透过率，ε是摩尔吸光系数，b是光程长度，c是溶液的摩尔浓度。对于1610nm吸收波长，葡萄糖的摩尔吸光系数ε为常数。

如图2所示，白光光源101发射白光，通过光纤301将光传输到y型光纤探头302，光从y型光纤探头302传输到手指槽4下表面后发生反射，反射光通过光纤303传输到探测器304，探测器304将电压信号通过导线传输到arm芯片7中，arm芯片7对获得的电压信号进行处理，得到y型光纤探头302到手指槽4下表面的距离b1。当测试者手指放入手指槽4中时，光从y型光纤探头302传输到手指上表面后发生反射，光纤距离传感器3测得此时y型光纤探头302到手指上表面的距离b2，然后通过arm芯片7进行数据处理，得到葡萄糖的吸收光程长度b＝b1-b2。

如图3所示，测试光源102发出1610nm的近红外光，通过透镜2形成一束光强为i0的平行光，经过手指吸收后产生透射光i1，阵列ccd传感器6获取手指透射光的图像数据，并将数据传输给arm芯片7，完成一次透射光i1的图像数据的采集。

如图4所示，参考光源103发出1310nm的近红外光，通过透镜2形成一束光强为i0的平行光，经过手指吸收后产生透射光i2，阵列ccd传感器6获取手指透射光的图像数据，并将数据传输给arm芯片7，完成一次透射光i2的图像数据的采集，利用arm芯片7计算i2与i1的比值得到吸光度a的大小。

采用上述方法，利用本发明所设计的无创血糖仪对一组已知血糖浓度c的测试者进行测试，测得每个测试者对应的吸光度a和光程长度b的数据，利用这些数据通过曲线拟合，可以得到血糖浓度c与吸光度a、光程长度b之间的表达式，通过多组实验数据进行多次拟合，减少误差，得到最终的表达式并保存到arm芯片7中。利用该表达式即可根据吸光度a和光程长度b的数据计算得到被测者的血糖浓度，将计算得到的血糖浓度的数据存储到存储器8中，通过蓝牙芯片9将数据传输给移动设备，并在移动设备中显示出来，完成血糖浓度的测量。

一种基于阵列ccd的无创便携式血糖仪，其工作方式为：

第一步，血糖仪打开后，电源10工作，在驱动电路5的驱动下，白光光源101发射白光，通过光纤301将光传输到y型光纤探头302，光从y型光纤探头302传输到手指槽4下表面后发生反射，反射光通过光纤303传输到探测器304，探测器304将电压信号通过导线传输到arm芯片7中，arm芯片7对获得的电压信号进行处理，得到y型光纤探头302到手指槽4下表面的距离b1。

第二步，当测试者手指放入手指槽4中时，光从y型光纤探头302传输到手指上表面后发生反射，光纤距离传感器3测得此时y型光纤探头302到手指上表面的距离b2，然后通过arm芯片7进行数据处理，得到葡萄糖的吸收光程长度b＝b1-b2。此时b＞0，1秒延迟后产生电信号驱动测试光源102工作，测试光源102发出1610nm的近红外光，通过其下方的透镜2形成一束光强为i0的平行光，经过手指吸收后产生透射光i1，阵列ccd传感器6获取手指透射光的图像数据，并将数据传输给arm芯片7，完成一次透射光i1的图像数据的采集。

第三步，产生电信号使得测试光源102关闭，参考光源103开始工作，参考光源103发出1310nm的近红外光，通过透镜2形成一束光强为i0的平行光，经过手指吸收后产生透射光i2，阵列ccd传感器6获取手指透射光的图像数据，并将数据传输给arm芯片7，完成一次透射光i2的图像数据的采集，利用arm芯片7进行数据处理得到吸光度a。

第四步，根据预先拟合得到的血糖浓度c与吸光度a、光程长度b间的表达式，利用该表达式即可根据测得的吸光度a和光程长度b的数据计算得到被测者的血糖浓度c，将计算得到的血糖浓度的数据存储到存储器8中，通过蓝牙芯片9将数据传输给移动设备，并通过移动设备显示出来，完成血糖浓度的测量。