无创血糖测定方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无创血糖测定方法，该方法包括：测定所述预设部位对波长为λ1的红外光的当前吸收率B1，然后测定该预设部位对波长为λ2的红外光的当前吸收率B2；根据B1、B2以及预存的初始血糖浓度值A0、预设部位对波长为λ1的红外光的初始吸收率A1、预设部位对波长为λ2的红外光的初始吸收率A2计算出当前血糖浓度值D0＝A0×(B1-B2)/(A1-A2)+k；其中，k为常数，且0≤k≤0.5。本发明还公开了一种无创血糖测定系统。本发明在测量人体血糖浓度时剔除了水的干扰以及人体自身的干扰，使测定结果准确可信、重复性好、灵敏度高，并且针对特定的测试人体具有较好的测定结果特异性。
【专利说明】无创血糖测定方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及血糖测定【技术领域】，尤其涉及一种无创血糖测定方法及系统。
【背景技术】
[0002] 糖尿病患者为了避免糖尿病的并发症，需要频繁地测量和控制血糖浓度，目前在 我国，糖尿病患者测量血糖浓度的方法大部分是采用有创的血糖计。频繁的采血进行血液 葡萄糖浓度的测量一方面给糖尿病患者带来了巨大的经济负担和医疗费用，另一方面也给 糖尿病患者带来了巨大的身体和心理痛苦和感染疾病的风险。为了应对上述形势，迫切需 要一种针对糖尿病患者的无创性血液葡萄糖浓度的快速测量系统。
[0003] 目前，利用无创红外光测量血糖已有相关的报道，但是，利用红外光测定人体血糖 浓度的技术还有许多的不完善之处。一方面，血糖的特征光难以确定，到目前为止还没有 寻找到一个较佳的特征光；二方面，水和葡萄糖的吸收峰有重叠，水的干扰难以剔除；三方 面，虽然葡萄糖对其特征光有很强的吸收率，但是人体其它组织对葡萄糖的特征光也有强 的吸收收性，如，葡萄糖的特征光就不能穿透人体的骨骼；四方面，不同人的同一个身体部 位对葡萄糖的特征光的吸收率存在很大的差异，该差异主要因测试者的身体组织、细胞的 成分和组成或尺寸存在较大的差异，所以要想利用一个数学模型进行所有人群的血糖测量 是不现实的。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于解决现有的无创血糖方法对血糖的测定精度差、灵敏度低 的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种无创血糖测定方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤一，测定所述预设部位对波长为A1的红外光的当前吸收率&，然后测 定该预设部位对波长为λ 2的红外光的当前吸收率B2 ;其中，IeOOnnKA1彡2300nm， 1400nm ^ λ 2 ^ 1600nm ；
[0007] 步骤二，根据B2以及预存的初始血糖浓度值Atl、预设部位对波长为λ i的红外 光的初始吸收率A1、预设部位对波长为λ 2的红外光的初始吸收率A2计算出当前血糖浓度 值D0。
[0008] 优选地,采用以下公式计算步骤二中当前血糖浓度值Dtl :
[0009] D。= A0X (B1-B2)AA1-A2Kk ;其中，k 为常数，且 0 彡 k 彡 0· 5。
[0010] 优选地，所述步骤一之前还包括步骤三：
[0011] 通过微创血糖测定方法获取待测用户的初始血糖浓度值Atl，并测定用户的预设部 位对波长为A1的红外光的初始吸收率A1，以及该预设部位对波长为λ 2的红外光的初始吸 收率A2 ;
[0012] 测定预设部位对波长为λ 3的红外光的初始吸收率Etl，将该值存储并以该值对应 的位置为标定位置；其中IOOOnm彡λ 3彡1200nm。
[0013] 优选地，步骤一之前还包括步骤四：
[0014] 以波长为λ 3的红外光照射预设部位的当前测定部位，测定所述当前测定部位对 波长为λ 3的红外光的当前吸收率E1 ;
[0015] 当E1与Etl的偏差小于3%，判定当前测定部位与所述标定位置相同，当E 1与Etl 的偏差不小于3%，在预设部位中改变当前测定部位的位置，直至E1与Etl之间的偏差小于 3%。
[0016] 优选地，所述步骤四中，照射所述预设部位的波长为λ 3的红外光至少为两束。
[0017] 优选地，所述预设部位为手部虎口、鼻腔壁、耳边、耳垂、颈部动脉或腕部动脉。
[0018] 为实现上述目的，本发明还包括一种无创血糖测定系统，包括以下模块：
[0019] 红外光发射模块，用于实时发射预设波长的红外光；
[0020] 红外光接收模块，用于实时接收一定波长范围的红外光信号，并且将接收的红外 光信号转换成模拟电信号；
[0021] 信号转换模块，所述信号转换模块连接所述红外光接收模块，该信号转换模块将 所述该模拟电信号转换成数字信号；
[0022] 数据处理模块，所述数据处理模块连接所述信号转换模块，该数据处理模块将所 述数字信号进行分析计算，得到所测定的人体血糖浓度的测定结果；
[0023] 人机交互模块，所述人机交互模块连接所述数据处理模块，所述人机交互模块用 于接收用户输入的指令，并显示所述人体血糖浓度的测定结果或者通过语音播报该人体血 糖浓度的测定结果。
[0024] 优选地，所述红外光发射模块包括至少三个不同波长的红外光发射管。
[0025] 优选地，所述红外光发射模块所发射的红外光以及所述红外光接收模块接收的红 外光的波长范围为800nm至3800nm。
[0026] 优选地，所述红外光发射模块的驱动信号是脉冲信号，该脉冲信号的占空比的范 围为 1:20 至 1:1. 5。
[0027] 本发明无创血糖测定方法在测量人体血糖浓度时剔除了水的干扰以及人体自身 的干扰，使测定结果更加准确可信、测量结果的重复性更好、灵敏度高，并且针对特定的测 试人体具有较好的测定结果特异性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为本发明无创血糖测定方法一实施例流程图；
[0029] 图2为本发明无创血糖测定方法另一实施例流程图；
[0030] 图3为是本发明无创血糖测定系统一实施例的硬件结构框图；
[0031] 图4为本发明无创血糖测定系统另一实施例的硬件结构框图；
[0032] 图5为本发明无创血糖测定系统一实施例的工作流程图；
[0033] 图6为本发明无创血糖测定系统的电源的电路图；
[0034] 图7为本发明无创血糖测定系统中通讯模块及相关辅助模块的电路图；
[0035] 图8为本发明无创血糖测定系统中微处理器的接口电路图；
[0036] 图9为本发明无创血糖测定系统中128X64的LCM模组的接口电路图；
[0037] 图10为本发明无创血糖测定系统中微处理器电路图；
[0038] 图11为本发明无创血糖测定系统中轰鸣器驱动电路图及信号输入电路图；
[0039] 图12为本发明无创血糖测定系统中红外光接收电路和信号转换电路图；
[0040] 图13为本发明无创血糖测定系统中红外光发射驱动电路图。
[0041] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0042] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043] 本发明提供一种无创血糖测定方法，参照图1，该方法包括以下步骤：
[0044] 步骤一 S10,测定所述预设部位对波长为A1的红外光的当前吸收率&，然后测 定该预设部位对波长为入 2的红外光的当前吸收率B2;其中，1600nm彡A1SZSOOnm, HOOnm^ λ2<1600ηπι；
[0045] 步骤二S20,根据B2以及预存的初始血糖浓度值Atl、预设部位对波长为λ 1的 红外光的初始吸收率A1、预设部位对波长为λ 2的红外光的初始吸收率A2计算出当前血糖 浓度值％。
[0046] D。= A0X (B1-B2)AA1-A2Kk ;其中，k 为常数，且 0 彡 k 彡 0· 5。
[0047] 在实时测定用户血糖浓度之前，需要获取该用户的血糖浓度的真实值，同时以红 外光谱法测定当前用户预设部位的血糖浓度内码值。具体的，获取待测用户的真实血糖浓 度值A tl的同时以波长λ i的红外光照射预设部位，获取该部位当前对该波长的红外光的吸 收率A1;然后以波长为λ2的红外光照射所述预设部位，得出该预设部位对波长为λ 2的红 外光的吸收率A2。当前测得的红外光吸收率A1是对预设部位血糖浓度值的初步测定。在人 体内，由于其他成分（主要是水）对葡萄糖的红外特征光谱也有吸收，所以要想得到准确的 葡萄糖对其特征光谱的吸收值，还需要剔除水的干扰。葡萄糖对波长为1600nm至2300nm的 红外光均有吸收，而水对波长在该范围的红外光也有吸收，所以在此，通过水的特征光谱， 波长为λ 2的红外光照射预设部位，得出该预设部位对波长为λ 2的红外光的吸收率A2，葡 萄糖对波长为λ2的红外光吸收较少，于是可以以该预设部位的水对波长为λ 2的红外光的 吸收率A2替换该预设部位的水对波长为λ i的红外光的吸收率，以A1减去A2，即得该预设 部位的葡萄糖对波长为A1的红外光的吸收率。这样真实血糖值A tl就与红外光测定葡萄糖 浓度的内码值（A1-A2)相对应。
[0048] 得到用户真实的血糖值Atl和红外光测定葡萄糖浓度的内码值（A1-A 2)之后的在一 段时间（一个月或一周的时间内）内，当需要实时监测用户的血糖浓度时，不需要再用微创 的方法，只需以波长为A 1的红外光照射所述预设部位，得出该部位对该波长的红外光吸收 率B1，以波长为λ 2的红外光照射所述预设部位，得出该预设部位对波长为λ 2的红外光的 吸收率B2，这样，红外光测定的葡萄糖的内码值即为（B1-B 2)，此次葡萄糖真实浓度值Dtl与红 外光测定葡萄糖的内码值（B1-B 2)也是对应的。用公式=AcZ(A1-A2) =DcZ(B1-B2),计算出用 户的血糖浓度值，即D tl = AtlX (B1-B2V(A1-A2)。
[0049] 由于，用户的皮肤会因肤色的差异对测量造成一定的误差，皮肤颜色越深，造成的 误差越大，因此为了排除用户肤色的影响，在以上公式中加入调整参数k，公式调整为：? = AtlX (B1-B2)AA1-A2Hk ;具体的，这里k是常数，其范围为0彡k彡0. 5 ;黄种人群的k值约 为〇. 3,白种人群的k值约为0. 1，黑种人群的k值约为0. 5。
[0050] 本发明无创血糖测定方法及系统在测量人体血糖浓度时剔除了水的干扰以及人 体自身的干扰，使测定结果更加准确可信、测量结果的重复性更好、灵敏度高，并且针对特 定的测试人体具有较好的测定结果特异性。
[0051] 进一步地，获取待测用户的真实血糖浓度值AO的方式有多种，在本实施例中，本 方法在步骤一 SlO之前还包括步骤三S30 :通过微创血糖测定方法获取待测用户的初始血 糖浓度值Atl，并测定用户的预设部位对波长为λ i的红外光的初始吸收率A1，以及该预设部 位对波长为λ 2的红外光的初始吸收率A2 ;
[0052] 并测定预设部位对波长为λ 3的红外光的初始吸收率Etl，将该值存储并以该值对 应的位置为标定位置；其中IOOOnm彡λ 3彡1200nm。
[0053] 进一步地，参照图1和图2,步骤一 SlO之前还包括步骤四S40 :
[0054] 以波长为λ 3的红外光照射预设部位的当前测定部位，测定所述当前测定部位对 波长为λ 3的红外光的当前吸收率Ep
[0055] 当E1与Etl的偏差小于3%，判定当前测定部位与所述标定位置相同，当E 1与Etl 的偏差不小于3%，在预设部位中改变当前测定部位的位置，直至E1与Eci之间的偏差小于 3%。
[0056] 红外光照射预设部位的时候，由于红外光的吸收率随人体组织的厚度成正比例关 系，所以在实际的应用测定中，需要预先对用户预设部位的测量点位置进行标定，以保证每 次测量时，红外光的照射在用户的预设部位的同一个特定位置。具体的，以波长为λ 3的红 外光照射所述预设部位得出该预设部位对波长为λ 3的红外光吸收率Etl，待Etl稳定后，将该 值存储，并以该位置为标定位置。以后每次测定的时候，以波长为λ 3的红外光照射所述预 设部位，得出该预设部位对波长为λ 3的红外光的吸收率E1，当E1与Etl的偏差小于3%，即 认为，当前测定部位与先前标定位置相同，当E 1与E(I的偏差不小于3%，挪动所述预设部位， 直至E1与E tl之间的偏差小于3 %。
[0057] 进一步地，所述步骤四S40中，照射所述预设部位的波长为λ 3的红外光至少为两 束。
[0058] 具体的，在实际的设计工作中，以波长为λ 3的红外光照射所述预设部位所得到的 该预设部位对波长为λ 3的红外光吸收率E1很难与标定的内码值Etl相同。为了使带测定 位置与标定位置更接近，在本实施例中，位置标定之后，照射所述预设部位的波长为λ 3的 红外光至少为两束。这样，两束波长为λ 3的红外光照射到预设部位的时候，可以得到两个 红外光吸收值，该两个红外光吸收值与Etl的偏差均小于3%，即可认为当前测定部位与先前 标定位置相同。
[0059] 进一步地，所述 λ 3 = 1200nm。
[0060] 具体的，波长为1200nm的红外光照射可以实现位置的标定，1200nm的红外光可以 穿透人体的骨骼组织，对位置较为敏感，位置不同，测得的数据也不同，因此在本实施例中， 选取λ 3 = 1200nm，以这种方法进行测量身体位置定位。
[0061] 进一步地，所述预设部位为手部虎口、鼻腔壁、耳边、耳垂、颈部动脉或腕部动脉。 [0062] 血糖的特征光谱，它对葡萄糖有优秀的吸收率，但人体的其它组织对它也有很强 的吸收性，例如：葡萄糖的特征光谱就不能穿透人体的骨骼，这就要进行测量的身体部位的 有效选择。针对以上的问题，血糖的特征光谱不能穿透人体的骨骼，所以本发明选择红外光 谱测量血糖时照射的身体部位是：手部虎口，鼻腔壁，耳边或耳垂，颈部动脉，腕部动脉等位 置，这些测量位置没有骨骼，含有大量丰富的血液，且容易实现测量的部位。
[0063] 下表为六位糖尿病患者使用本方法测定其血糖浓度值的数据表；其中采用的红外 光波长为X1 = 1650nm、λ2 = 1400nm、λ 3 = 1200nm。从表中可以看出，采用本方法测定 患者血糖浓度值微创值相比其偏差在±0. lmmol/L之内，可见本发明的方法测定用户血糖 值非常准确。
【权利要求】
1. 一种无创血糖测定方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一，测定所述预设部位对波长为λi的红外光的当前吸收率&，然后测定 该预设部位对波长为λ 2的红外光的当前吸收率B2 ;其中，1600nm〈 λ 1彡2300nm， 1400nm ^ λ 2 ^ 1600nm ； 步骤二，根据&、B2以及预存的初始血糖浓度值&、预设部位对波长为λ i的红外光的 初始吸收率Ai、预设部位对波长为λ 2的红外光的初始吸收率A2计算出当前血糖浓度值％。
2. 如权利要求1所述的无创测定方法，其特征在于，采用以下公式计算步骤二中当前 血糖浓度值D。： D0 = AQX (B^BjAAfAj+k ;其中，k 为常数，且 0 彡 k 彡 0· 5。
3. 如权利要求2所述的无创测定方法，其特征在于，所述步骤一之前还包括步骤三： 通过微创血糖测定方法获取待测用户的初始血糖浓度值\，并测定用户的预设部位对 波长为λ i的红外光的初始吸收率&，以及该预设部位对波长为λ 2的红外光的初始吸收率 Α2 ; 测定预设部位对波长为λ 3的红外光的初始吸收率&，将该值存储并以该值对应的位 置为标定位置；其中lOOOnm彡λ 3彡1200nm。
4. 如权利要求3所述的无创血糖测定方法，其特征在于，步骤一之前还包括步骤四： 以波长为λ 3的红外光照射预设部位的当前测定部位，测定所述当前测定部位对波长 为λ 3的红外光的当前吸收率Ei ; 当Ei与^的偏差小于3%，判定当前测定部位与所述标定位置相同，当Ei与^的偏差 不小于3%，在预设部位中改变当前测定部位的位置，直至Ei与^之间的偏差小于3%。
5. 如权利要求4所述的无创血糖测定方法，其特征在于，所述步骤四中，照射所述预设 部位的波长为λ 3的红外光至少为两束。
6. 如权利要求1至5任一项所述的无创血糖测定方法，其特征在于，所述预设部位为手 部虎口、鼻腔壁、耳边、耳垂、颈部动脉或腕部动脉。
7. -种无创血糖测定系统，其特征在于，包括以下模块： 红外光发射模块，用于实时发射预设波长的红外光； 红外光接收模块，用于实时接收一定波长范围的红外光信号，并且将接收的红外光信 号转换成模拟电信号； 信号转换模块，所述信号转换模块连接所述红外光接收模块，该信号转换模块将所述 该模拟电信号转换成数字信号； 数据处理模块，所述数据处理模块连接所述信号转换模块，该数据处理模块将所述数 字信号进行分析计算，得到所测定的人体血糖浓度的测定结果； 人机交互模块，所述人机交互模块连接所述数据处理模块，所述人机交互模块用于接 收用户输入的指令，并显示所述人体血糖浓度的测定结果或者通过语音播报该人体血糖浓 度的测定结果。
8. 如权利要求7所述的无创血糖测定系统，其特征在于，所述红外光发射模块包括至 少三个不同波长的红外光发射管。
9. 如权利要求7所述的无创血糖测定系统，其特征在于，所述红外光发射模块所发射 的红外光以及所述红外光接收模块接收的红外光的波长范围为800nm至3800nm。
10.如权利要求7至9任一项所述的无创血糖测定系统，其特征在于，所述红外光发射 模块的驱动信号是脉冲信号，该脉冲信号的占空比的范围为1:20至1:1. 5。
【文档编号】A61B5/1455GK104257390SQ201410449764
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】张贯京, 陈兴明, 葛新科, 王海荣, 刘国勇, 张少鹏, 樊智辉, 方静芳, 徐之艳, 周亮, 程金兢, 徐菊红, 蒋兴菊, 杨青蓝, 刘义, 肖应芬, 何晓霞, 吴彬霞, 郑慧华, 唐小浪, 张世导, 李潇云, 侯云超, 赵学明, 赵雪竹, 梁艳妮 申请人:深圳市前海安测信息技术有限公司