一种基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法以及信号采集装置的制造方法
【专利摘要】本发明还提供一种信号采集装置，采集人体手指处的生理参数，其特征在于，包括：采集夹子，用于夹持人体手指；传感器电路单元，设置在采集夹子的内侧，具有红外光发射模块以及血氧浓度值检测模块、人体热红外辐射检测模块、环境温度检测模块、人体体表温度检测模块和心率检测模块，在红外光发射模块发射近红外光透过人体手指而被对应的模块接收后分别检测得到人体的血氧浓度值、人体热红外辐射值、环境温度值、人体体表温度值以及心率值；以及模数转换器，和上述五个模块相连，用于将上述检测得到的模拟值转化为数字量。对应的还提供利用该装置检测的参数信号进行得到血糖浓度值的方法。
【专利说明】
一种基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法以及信号 采集装置
技术领域
[0001] 本发明属于医疗电子技术领域，具体涉及一种基于能量守恒法的无创血糖计算方 法以及对应的信号采集装置。
【背景技术】
[0002] 血清中的糖称为血糖，绝大多数情况下都是葡萄糖。体内各组织细胞活动所需的 能量大部分来自葡萄糖，所以血糖必须保持一定的水平才能维持体内各器官和组织的需 要。正常情况下，人体能够通过激素调节和神经调节这两大调节系统确保血糖的来源与去 路保持平衡，使血糖维持在一定水平。若一个人的血糖值不处于正常标准，会对人的身体健 康造成极大的伤害。因此，对血糖值定时有效的检测对预防血糖疾病有十分重要的作用。
[0003] 目前，国内外无创血糖方法主要有以下几类:光学和辐射方法、液体提取法、代谢 热整合法、阻抗谱法。其中光学和辐射方法中的近红外技术是目前研究比较多的一种方法， 但现有技术单纯使用近红外技术来检测血糖值，由于数据单一，同时测量环境对近红外线 的干扰较大，导致单纯的近红外无法准确稳定的检测血糖值。
【发明内容】
[0004] 本发明是为解决上述问题而提出的，基于近红外光能量守恒法，获得人体的多项 生理参数来进行无创血糖检测，测量结果干扰小。
[0005] -种基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法，对信号采集装置发送来的参 数信号进行计算得到血糖值与参数信号的对应血糖方程式，其特征在于，具有以下步骤：
[0006] 步骤一，将人的手指放入信号采集装置中，经由近红外光透过，根据能量守恒算法 得到所需的人体的各个生理参数后经外围信号调理电路和模数转换器转换为数字量的参 数信号，参数信号包括血氧浓度值、人体热红外辐射值、环境温度值、人体体表温度值、心率 值；
[0007]步骤二，将步骤一采集到的数字量的参数信号血氧浓度值、人体热红外辐射值、环 境温度值、人体体表温度值、心率值对应分别标记为A(n)，B(n)，C(n)，D(n)，E(n)，进行中值 滤波处理，处理后标记为Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，Di(n)，Ει(η);
[0008] 步骤三，将步骤二得到的中值滤波后的各个输出数列A1(II) ,B1(II)，(Μη) ,D1(II) ,E1 (η)与标准血糖值F(n)以多元线性回归分析建立数学模型，则血糖值关于血氧浓度Α(η)，人 体热红外辐射值Β(η)，环境温度值C(n)、人体体表温度值D(n)、心率值Ε(η)的线性方程为：
[0009] F(n) =β〇Α(η)+βιΒ(η)+β2〇(η)+β3〇(η)+β4Ε(η),
[0010] 其中，β〇, β3，β4通过多元线性回归分析建立的数学模型计算得到，多元线性 回归分析建立的数学模型为：
[0011] Υ? = β〇+β?Χ??+β2Χ2?+. . .+PkXki+yi ? = 1,2,...,η
[0012] 用矩阵形式表示为:歹=卜又3
[0013] 本发明提供的基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法，还可以具有这样的 特征:其中，中值滤波处理的过程为：
[0014] Sl，定义一个长度为奇数的L长窗口，L = 2N+1，N为正整数，
[0015] S2,设在某一个时刻，窗口内的信号样本为
[0016] x(i_N)，…，x(i)，···，x(i+N)，
[0017]其中x(i)为位于窗口中心的信号样本值，
[0018] S3,对这L个信号样本值按从小到大的顺序排列后将在i处的样本值定义为中值滤 波的输出值并分别再次标号SA1(Ii) ,B1(Ii) ,(Mn) ,D1(Ii) ,E1(Ii)。
[0019] 本发明还提供一种信号采集装置，采集人体手指处的生理参数，其特征在于，包 括：
[0020] 采集夹子，用于夹持人体手指；
[0021] 传感器电路单元，设置在采集夹子的内侧，具有红外光发射模块以及血氧浓度值 检测模块、人体热红外辐射检测模块、环境温度检测模块、人体体表温度检测模块以及心率 检测模块，
[0022] 在红外光发射模块发射近红外光透过人体手指而被对应的模块接收后分别检测 得到人体的血氧浓度值、人体热红外辐射值、环境温度值、人体体表温度值以及心率值；以 及
[0023] 模数转换器，和血氧浓度值检测模块、人体热红外辐射检测模块、环境温度检测模 块、人体体表温度检测模块以及心率检测模块相连，用于将上述检测得到的模拟值转化为 数字量。
[0024]本发明提供的信号采集装置，还具有这样的特征，还包括:外围信号调理电路，设 置在传感器电路单元和模数转换器之间，用于对传感器电路单元检测得到的参数信号进行 处理。
[0025]发明作用与效果
[0026] 根据本发明提供的基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法，由于基于近红 外光能量守恒法，过程中获得人体的多项生理参数:血氧浓度值、人体热红外辐射值、环境 温度值、人体体表温度值以及心率值，这些参数即有表征环境变量的环境温度值，也有与受 测者相关的血氧浓度值、人体热红外辐射值、人体体表温度值以及心率值，相互结合来进行 无创血糖检测，测量结果准确，外界干扰小。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明实施例的信号采集装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实 施例结合附图对本发明的环式固结金刚石线锯切割装置的结构和使用方法作具体阐述。 [0029]实施例
[0030] 图1为本实施例的信号采集装置的结构示意图。
[0031] 如图1所示，信号采集装置100包括采集夹子10、传感器电路单元20、外围信号调理 电路30以及模数转换器40。
[0032] 采集夹子10,用于夹持人体手指，同指甲式血氧仪的用于夹持手指的夹子类似，有 第一夹子11和第二夹子12以及将两组组装起来的扭转弹簧13,相互配合组成采集夹子。
[0033] 传感器电路单元20，设置在采集夹子中的第一夹子或第二夹子的内侧，具有红外 光发射模块21、血氧浓度值检测模块22、人体热红外辐射检测模块23、环境温度检测模块 24、人体体表温度检测模块25以及心率检测模块26,本实施例中红外光发射模块21设置在 第一夹子11的内侧上，人体热红外辐射检测模块23、环境温度检测模块24、人体体表温度检 测模块25以及心率检测模块26设置在第二夹子12的内侧上。
[0034]外围信号调理电路30,输入端口和传感器电路单元对应的血氧浓度值检测模块 22、人体热红外辐射检测模块23、环境温度检测模块24、人体体表温度检测模块25以及心率 检测模块26连接，而输出端同模数转换器40的输入端连接，用于对传感器电路单元检测得 到的参数信号进行处理。
[0035]模数转换器40,输入端同外围信号调理电路30的输出端相连，用于将上述检测得 到的模拟值转化为数字量后输出。
[0036] 使用上述的信号采集装置进行手指的信号采集后得到对应的数字量，有该数字量 进行无创血糖计算的方法如下：
[0037] 步骤一，将人的手指放入上述信号采集装置的采集夹子中，经由近红外光透过，根 据能量守恒算法得到所需的人体的各个生理参数后经外围信号调理电路和模数转换器转 换为数字量的参数信号，参数信号包括血氧浓度值、人体热红外辐射值、环境温度值、人体 体表温度值、心率值。
[0038] 步骤二，将步骤一采集到的数字量的参数信号血氧浓度值、人体热红外辐射值、环 境温度值、人体体表温度值、心率值对应分别标记为A(n)，B(n)，C(n)，D(n)，E(n)，进行中值 滤波处理，处理后标记为Mn) ,B1(Ii)，&(η) ,D1(Ii) ,E1(Ii)。中值滤波可以有效地过滤尖峰脉 冲，排除在测量过程中因外界偶然因素带来的干扰。
[0039]其中，中值滤波处理的过程为：
[0040] S1，定义一个长度为奇数的L长窗口，L=2N+1，N为正整数，
[0041] S2,设在某一个时刻，窗口内的信号样本为
[0042] x(i_N)，...，x(i)，···，x(i+N)，
[0043]其中x(i)为位于窗口中心的信号样本值，
[0044] S3,对上述的L个信号样本值按从小到大的顺序排列后将在i处的样本值定义为中 值滤波的输出值并分别再次标号为Mn) ,B1(Ii) ,(Mn) ,D1(Ii) ,E1(Ii)。
[0045]步骤三，将步骤二得到的中值滤波后的各个输出数列A1(Ii) ,B1(Ii)，&(η) ,D1(Ii) ,E1 (η)与标准血糖值F(n)以多元线性回归分析建立数学模型，则血糖值F(n)关于血氧浓度A (η)，人体热红外辐射值B(η)，环境温度值C(n)、人体体表温度值D(η)、心率值E(η)的线性方 程为：
[0046] F(n) =β〇Α(η)+βιΒ(η)+β2〇(η)+β3〇(η)+β4Ε(η),
[0047] 其中，0〇，仇，02，&，说通过多元线性回归分析建立的数学模型计算得到，多元线性 回归分析建立的数学模型为：
[0048] Υ? = β〇+βιΧη+β2Χ2?+. . .+PkXki+yi i = l,2, . . . ,n
[0049] 用矩阵形式表示为孑=万χ? :。：
[0050] 步骤三中通过多元线性回归分析建立数学模型是采用最小二乘法，即通过最小误 差的平方和来寻找数据的最佳匹配函数。
[0051] 综上，本发明建立的血糖值F(n)关于血氧浓度Α(η)，人体热红外辐射值Β(η)，环境 温度值C(n)、人体体表温度值D(n)、心率值Ε(η)的线性方程：
[0052] F(n) =β〇Α(η)+βιΒ(η)+β2〇(η)+β3〇(η)+β4Ε(η),
[0053] 可用于无创血糖仪的研究开发过程中血糖值的计算。
[0054] 实施例的有益作用和效果
[0055] 根据本实施例提供的基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法，由于基于近 红外光能量守恒法，过程中获得人体的多项生理参数:血氧浓度值、人体热红外辐射值、环 境温度值、人体体表温度值以及心率值，这些参数即有表征环境变量的环境温度值，也有与 受测者相关的血氧浓度值、人体热红外辐射值、人体体表温度值以及心率值，相互结合来进 行无创血糖检测，测量结果准确，外界干扰小。
[0056]另外，用于步骤二中对参数信号进行了中值滤波处理，从而可以有效地过滤尖峰 脉冲，排除在测量过程中因外界偶然因素带来的干扰。
【主权项】
1. 一种基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法，对信号采集装置发送来的参数 信号进行计算得到血糖值与所述参数信号的对应血糖方程式，其特征在于，具有W下步骤： 步骤一，将人的手指放入所述信号采集装置中，经由近红外光透过，根据能量守恒算法 得到所需的人体的各个生理参数后经外围信号调理电路和模数转换器转换为数字量的所 述参数信号，所述参数信号包括血氧浓度值、人体热红外福射值、环境溫度值、人体体表溫 度值、屯、率值； 步骤二，将步骤一采集到的数字量的所述参数信号血氧浓度值、人体热红外福射值、环 境溫度值、人体体表溫度值、屯、率值对应分别标记为A(n)，B(n)，C(n)，D(n)，E(n)，进行中值 滤波处理，处理后标记为Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，Di(n)，Ei(n); 步骤Ξ，将步骤二得到的中值滤波后的各个输出数列Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，化(n)，Ei(n) 与标准血糖值F(n)W多元线性回归分析建立数学模型，则血糖值关于血氧浓度A(n)，人体 热红外福射值B(n)，环境溫度值C(n)、人体体表溫度值D(n)、屯、率值E(n)的线性方程为： F(n) =β〇Α(η)+&Β(η)+02(Χη)+β姐(n)+04E(n)， 其中，0〇，&，02，03，抗通过所述多元线性回归分析建立的数学模型计算得到，所述多元 线性回归分析建立的数学模型为： Υ?=β〇+执Xii+&拉i+.. .+&Xki+yi 1 = 1，2,...，n 用矩阵形式表示为古=易X丞。2. 根据权利要求1所述的基于近红外光能量守恒法的无创血糖计算方法，其特征在于： 其中，所述中值滤波处理的过程为： S1，定义一个长度为奇数的L长窗口，L=2N+1，N为正整数， S2，设在某一个时刻，窗口内的信号样本为 x(i-N)，...，x(i)，...，x(i+N)， 其中x(i)为位于窗口中屯、的信号样本值， S3,对上述的L个信号样本值按从小到大的顺序排列后将在i处的样本值定义为中值滤 波的输出值并分别再次标号为Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，Di(n)，Ei(n)。3. -种信号采集装置，采集人体手指处的生理参数，其特征在于，包括： 采集夹子，用于夹持人体手指； 传感器电路单元，设置在所述采集夹子的内侧，具有红外光发射模块W及血氧浓度值 检测模块、人体热红外福射检测模块、环境溫度检测模块、人体体表溫度检测模块W及屯、率 检测模块， 在所述红外光发射模块发射近红外光透过人体手指而被对应的模块接收后分别检测 得到人体的血氧浓度值、人体热红外福射值、环境溫度值、人体体表溫度值W及屯、率值；W 及 模数转换器，和所述血氧浓度值检测模块、人体热红外福射检测模块、环境溫度检测模 块、人体体表溫度检测模块W及屯、率检测模块相连，用于将上述检测得到的模拟值转化为 数字量。4. 根据权利要求3的信号采集装置，其特征在于，还包括： 外围信号调理电路，设置在所述传感器电路单元和所述模数转换器之间，用于对所述 传感器电路单元检测得到的所述参数信号进行处理。
【文档编号】A61B5/01GK105962949SQ201610414675
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】洪瑞金
【申请人】上海理工大学