无创血糖测定系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无创血糖测定系统，包括用于实时发射预设波长的红外光发射模块；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的红外光接收模块；用于将所述模拟电信号转换成数字信号；用于将所述数字信号进行分析计算，最后得到人体血糖浓度的测定结果的数据处理模块；用于输入指令，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的人机交互模块。本实用新型无创血糖测定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，该系统具有较好的测定结果特异性。
【专利说明】无创血糖测定系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种无创血糖测定系统。
【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。
实用新型内容
[0004]本实用新型的主要目的在于解决现有的无创血糖仪对血糖的测定精度差、灵敏度低的问题。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供的无创血糖系统，包括以下模块:
[0006]红外光发射模块，用于实时发射预设波长的红外光；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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，最后得到所测定的人体血糖浓度的测定结果；
[0010]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输入指令，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。
[0011]优选地，该无创血糖测定系统还包括数据通信模块，所述数据通讯模块连接所述数据处理模块，该数据通信模块用于将所述人体血糖浓度的测定结果进行远程数据传输。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]优选地，所述无创血糖测定系统还包括用于驱动所述红外光发射模块和红外光接收模块驱动电源，所述驱动电源的纹波小于10mv。
[0015]优选地，所述信号转换模块的输入端信号电压差小于50mv。
[0016]优选地，所述信号转换模块的信号转换速率为1HZ至1000HZ。
[0017]优选地，所述红外光发射模块包括红外光发射电路及电源电路；所述红外光接收模块包括红外光接收电路及电源电路；所述信号转换模块包括滤波电路、信号放大电路、信号选择电路及信号转换电路；所述数据处理器模块包括微处理器电路及电源电路；所述人机交互模块包括微处理器电路、信息输入电路及显示电路，所述数据通讯模块包括微处理器电路及数据通讯电路。
[0018]本实用新型无创血糖测定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，该系统具有较好的测定结果特异性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为是本实用新型无创血糖测定系统一实施例的硬件结构框图；
[0020]图2为本实用新型无创血糖测定系统另一实施例的硬件结构框图；
[0021]图3为本实用新型无创血糖测定系统的电源的电路图；
[0022]图4为本实用新型无创血糖测定系统中通讯模块及相关辅助模块的电路图；
[0023]图5为本实用新型无创血糖测定系统中微处理器的接口电路图；
[0024]图6为本实用新型无创血糖测定系统中128X64的LCM模组的接口电路图；
[0025]图7为本实用新型无创血糖测定系统中微处理器电路图；
[0026]图8为本实用新型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；
[0027]图9为本实用新型无创血糖测定系统中红外光接收电路和信号转换电路图；
[0028]图10为本实用新型无创血糖测定系统中红外光发射驱动电路图。
[0029]本实用新型目的的实现、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】
[0030]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0031]本实用新型提供了一种无创血糖测定系统参照图1，该系统包括以下模块
[0032]红外光发射模10,用于实时发射预设波长的红外光；
[0033]红外光接收模块11，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；
[0034]信号转换模块12，所述信号转换模块12连接所述红外光接收模块11，该信号转换模块将所述该模拟电信号转换成数字信号；
[0035]数据处理模块13，所述数据处理模块13连接所述信号转换模块12，该数据处理模块13将所述数字信号进行分析计算，最后得到所测定的人体血糖浓度的测定结果；
[0036]人机交互模块14，所述人机交互模块14连接所述数据处理模块13，所述人机交互模块14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。
[0037]具体的，红外光发射模块10实时的发射一特定波长的红外光，该特定波长的红外光照射在待测量者身体的预设部位，例如耳垂、耳边、颈部动脉位置、腕部动脉位置、手掌虎口或鼻孔位置，特定波长(如1650nm)的红外光经过测量者的预设部位后，有一定程度的衰减，红外光接收模块接收该衰减的红外光信号后，将该信号转换成模拟电信号，该模拟电信号的大小与人体血糖浓度呈现一定的数学模型关系(具体的，在测定过程中，水对葡萄糖的测定有干扰，即水对葡萄糖的特征波长的红外光也有吸收，于是在此就需要测定水对葡萄糖的特征波长的红外光的吸收量，然后在原始葡萄糖对其特征光的吸收量的基础上将水吸收的部分葡萄糖特征光的量去除，以得到葡萄糖对其特征光吸收的绝对总量)。衰减的红外光信号转换成模拟电信号后，信号转换模块12将反映人体血糖葡萄糖浓度的模拟电信号进行滤波、放大后将其转换成微处理器模块可以接受的数字信号；数据处理器模块13接收到该数字信号后，对该数字信号进行分析并计算，然后得到所测定的人体血糖浓度。最后微处理器模块通过人机交互模块把测量的结果显示或通过语音播报。
[0038]进一步地，参照图2，该无创血糖测定系统还包括数据通信模块15，所述数据通讯模块15连接所述数据处理模块13，该数据通信模块15用于将所述人体血糖浓度的测定结果进行远程数据传输。
[0039]具体的，该无创血糖测定系统不限于其测定结果通过显示模块显示或通过语音播报，该系统还可以设置数据通信模块，能够实现远程信息通讯功能，能够将本系统的测量结果进行远程数据传输等信息化服务功能。
[0040]系统开始启动后要进彳丁系统初始化，包括从存储器中读取初始血糖浓度值初始红外光吸收率和人体血糖常数值，包括初始化一些参数和数据(数据采集之初，需要进行使用微创的血糖测量方法，得到该特定测量人员血糖值，该血糖值可以手动输入到本系统品中，同时进行红外光法对血糖测量，得到红外光血糖内码值)。初始化完成后系统即进行检测有无检测信号接入，既检查有没有测试者进行血糖的测量，如有检测信号输入，就对该信号进行一些处理和分析，如对信号数据进行去抖、去刺等数字滤波处理，和对数据进行一些动态数据分析和判断，判断数据的走向和趋势，直到该测量数据趋于稳定后读取该稳定数据，再将该数据进行数学模型计算，从而计算得到待测量者的血液葡萄糖的浓度测量值；最后将得到的测定结果输出。
[0041]进一步地，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。
[0042]具体的，由于本系统进行血糖含量测定的时候，首先需要一个葡萄糖的特征光谱(例如1650nm)，以初步测定葡萄糖对其特征光的吸收量，为了使葡萄糖对其特征光的吸收量更准确，还需要排出在该测定过程中水的影响。在测定过程中，水对葡萄糖的测定有干扰，即水对葡萄糖的特征波长的红外光也有吸收，于是在此就需要测定水对葡萄糖的特征波长的红外光的吸收量，然后在原始葡萄糖对其特征光的吸收量的基础上将水吸收的部分葡萄糖特征光的量去除，以得到葡萄糖对其特征光吸收的绝对总量。具体的，葡萄糖对1400nm的红外光吸收较少，而水对该波长的红外光有较强的吸收，于是可以通过测定水对1400nm的红外光的吸收量替代水对葡萄糖的特征光的吸收量(例如1650nm)，以此剔除水对葡萄糖含量测定的干扰。此外，由于本系统在实际的应用测量中，需要预先进行被测量者的测量点位置标定，以保证每次测量时，红外光的照射在测量者身体的同一个特定部位。首先，通过选取1200nm的红外光(该1200nm的红外光能够穿透人体骨骼，且红外光的吸收率随人体组织的厚度成正比例关系)照射人体测量部位附近的2个位置后，对红外光的吸收率进行测量，得到该2个红外光测量内码值，将该内码值进行存储。测量过程开始时既对1200nm的红外光测量值与标定的内码值进行比较，当值超过3%时，既该2个红外光不是照射在同一个位置上(与标定时相比)，就需要不断的挪动照射或测量位置，直到测量位置定位符合要求后再进行本实用新型无创血糖的测量。
[0043]上述过程中，至少需要三个不同的波长的红外光，因此红外光发射模块包括至少三个不同波长的红外光发射管。
[0044]进一步地，所述红外光发射模块10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。
[0045]具体的，为了解决红外发射光光强度的波动问题和增加红外光的穿透能力，脉冲波的占空比是从1:1.5到1:20，这样就较好的解决了红外光驱动波动的问题。当占空比小于1:20的时候，所发射特征光的光强和光通量太小，穿透效果不佳，达不到测量要求；当占空比大于1:1.5时，所发射特征光的光强和光通量出现较大的波动，测定结果的误差较大，也达不到测量需要。
[0046]进一步地，所述无创血糖测定系统还包括用于驱动所述红外光发射模块和红外光接收模块驱动电源，所述驱动电源的纹波小于10mv。
[0047]具体的，由于在相同的电源驱动下，红外光发射管所发射的红外光是不相同的，它总是会有波动，这个会对测量造成较大的误差。在本实施例中为了减小这种误差，所述红外光发射模块10和红外光接收模块11的驱动电源相同，该电源电压的纹波较小的情况下，可以使红外光的光通量变化率减小，红外光发射管所发射的红外光的波动也较小，具体的，该电源的纹波小于10mv。
[0048]进一步地，所述信号转换模块的输入端信号小于50mv。
[0049]具体的，传感器的输出信号属于小信号，一般在1mv以下,信号输入端电压差小于50mv，因放大器的放大倍数可以到100倍，超出这个电压会导致放大器的输出电压的范围和放大器的失效。
[0050]进一步地，所述信号转换模块的信号转换速率为1HZ至1000HZ。
[0051]具体的，选择1HZ至1000HZ的原因是:如果小于10HZ，则数据采样和分析的速度太慢，不能够较好的实现实时测量的目的；同时如果大于1000HZ，采样速率太快，会导致许多数据没有进行分析就会丢弃，同时太高的采样速率，也会导致采样的数据不稳定。
[0052]进一步地，所述红外光发射模块10包括红外光发射电路及电源电路；所述红外光接收模块11包括红外光接收电路及电源电路；所述信号转换模块12包括滤波电路、信号放大电路、信号选择电路及信号转换电路；所述数据处理器模块13包括微处理器电路及电源电路；所述人机交互模块14包括微处理器电路、信息输入电路及显示电路，所述数据通讯模块15包括微处理器电路及数据通讯电路。
[0053]具体的，该系统包括多路红外光发射电路、电源电路、红外光接收电路、滤波电路、信号放大电路、信号选择电路、信号转换电路、信息输入电路、显示器电路、数据通讯电路和微处理器电路，所述多路红外光发射电路、电源电路、红外光接收电路、滤波电路、信号放大电路、信号选择电路、信号转换电路、信息输入电路、显示器电路、数据通讯电路和微处理器电路依次电连接，微处理器电路分别与信息输入电路、显示器电路和数据通讯电路电连接；红外光发射电路和电源电路构成红外光发射模块,红外光接收电路和电源电路构成红外光接收模块、滤波电路、小信号放大、信号选择电路、信号转换电路构成信号转换模块、微处理器电路和电源电路构成数据处理器模块、微处理器电路、键盘输入电路和显示器电路构成人机交互模块。
[0054]以下结合附图介绍电路硬件及工作原理，参照图3，POWER是电源部分，它分别由2级DC-DC电路及其相应滤波电路组成。
[0055]参照图4，MAX232是数据通讯模块及辅助电路，它通过通讯芯片及相应的电容构成通讯电路，USART RX和USART TX是与微处理器的接口。
[0056]参照图5，I/O电路是微处理器的I/O的接口电路。
[0057]参照图6，IXD电路是普通的128X64的LCM模组的接口电路。
[0058]参照图7，MCU是微处理器模块，该8RF3421微处理器是8位微处理器，它是flashROM结构的微处理器，它的指令系统有43条指令，内部有I路UART的通信结构，内带16MHZ的晶振电路，工作电压2.3V到5.5V，它有3种工作模式。
[0059]参照图8，BUZZER是轰鸣器驱动电路，它通过一个8050的三极管进行驱动，KEY是信号输入电路(也称按键电路)，接4.7k欧姆电阻的目的是消除按键抖动时对I/O 口的冲击瞬间大电流。
[0060]参照图9，SENS0R_A是红外光接收电路和信号转换电路，它通过Dl-红外接收管接收经过人体特定部位后信号强度衰减的红外光，然后转换成电流信号，电流信号经过电阻R6、R12后在R6上的信号既作为采样信号，该采样信号经由R4、R9、C11、C12和C15组成的滤波电路后进入信号转换模块一CS1，该信号转换模块内部含有:运算放大、多路选择、模数转换(ADC)电路，该模数转换(ADC)模块是一个24位的ADC模块，它有可编程的运算放大电路和多路选择电路，信号转换后经SCLK和DOUT接口输出到MCU微处理器，该信号经MCU进行滤波处理、信号状态分析和数学模型计算，最后由MCU将测量结果输出。
[0061]参照图10，SENS0R_B、SENS0R_C、SENS0R_D SENS0R_E、SENS0R_F 是 5 个红外光发射驱动电路，它分别通过一个S8050的三极管进行驱动。
[0062]以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一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，最后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输入指令，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。
2.如权利要求1所述的无创血糖测定系统，其特征在于，该无创血糖测定系统还包括数据通信模块，所述数据通讯模块连接所述数据处理模块，该数据通信模块用于将所述人体血糖浓度的测定结果进行远程数据传输。
3.如权利要求1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。
4.如权利要求1、2或3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。
5.如权利要求1、2或3所述的无创血糖测定系统，其特征在于，所述无创血糖测定系统还包括用于驱动所述红外光发射模块和红外光接收模块驱动电源，所述驱动电源的纹波小于 lOOmv。
6.如权利要求1、2或3所述的无创血糖测定系统，其特征在于，所述信号转换模块的输入端信号电压差小于50mv。
7.如权利要求1、2或3所述的无创血糖测定系统，其特征在于，所述信号转换模块的信号转换速率为10HZ至1000HZ。
8.如权利要求2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红外光发射电路及电源电路；所述红外光接收模块包括红外光接收电路及电源电路；所述信号转换模块包括滤波电路、信号放大电路、信号选择电路及信号转换电路；所述数据处理器模块包括微处理器电路及电源电路；所述人机交互模块包括微处理器电路、信息输入电路及显示电路，所述数据通讯模块包括微处理器电路及数据通讯电路。
【文档编号】A61B5/1455GK204147036SQ201420508757
【公开日】2015年2月11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