一种中红外无创血糖检测设备的制作方法

本申请涉及血糖检测技术领域，更具体地说，涉及一种中红外无创血糖检测设备。

背景技术：

糖尿病是世界上最为常见的内分泌代谢病。《中国居民营养与慢性病状况报告(2015)》显示，18岁以上成人糖尿病患病率为9.7％。我国成为无可争议的糖尿病第一大国，且有逐年上升的趋势。

在糖尿病人中，使用传统有创血糖仪的人数已超过5000万人，血糖仪试纸的人均年化使用量约180条，每年需要消耗的血糖仪试纸约为90亿条。目前由于社会生活压力大，吃得好运动少，经常熬夜，过量的吸烟饮酒以及生态环境的污染，致使国人中存在大量的糖尿病潜在患者。因此，正确诊断和治疗糖尿病具有十分重要的意义。

糖尿病病人在诊疗期间经常要进行血糖浓度化验,以便医务人员及时清楚地了解治疗的效果。但频繁地抽血有很多弊端，既增加了感染的危险,又给病人造成痛苦,还给医务人员带来一定压力。

因此，如何实现无创血糖检测成为研究人员为之努力的方向。为了改变这一局面,近年来国外正在积极研究血糖浓度的非损伤性测定方法，包括使用近红外光谱以及拉曼光谱技术进行血糖监测。该些方法光谱信噪比低，因而利用上述方法测定血糖值的准确性低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种中红外无创血糖检测设备，以实现提高无创血糖检测准确性的目的。

为实现上述技术目的，本实用新型实施例提供了如下技术方案：

一种中红外无创血糖检测设备，包括：光源部、探测部、接收部及计算部；其中，

所述光源部用于向所述探测部发送中红外探测光线；

所述探测部具有探测面，所述探测面用于与待测对象接触，所述中红外探测光线经过所述探测部后成为携带有待测对象信息的出射光线；

所述接收部用于接收所述出射光线并向所述计算部传输；

所述计算部用于根据所述出射光线计算待测对象的血糖值。

优选的，所述中红外探测光线为宽谱中红外光或分离波长中红外光。

优选的，所述分离波长中红外光包括至少一束波长为葡萄糖中红外特征吸收峰波长的检测光以及至少一束不被葡萄糖特异吸收波段中的波长的参考光。

优选的，所述葡萄糖中红外特征吸收峰的波数的取值范围分别为1155±5cm-¹、1080±5cm-¹、1035±5cm-¹、1110±5cm-¹和990±5cm-¹。

优选的，所述特征吸收峰中关联度最高的吸收峰为1155cm-¹吸收峰。

优选的，所述光源部为傅里叶变换中红外光谱仪或量子级联激光器或中红外激光器或宽谱中红外光源。

优选的，所述宽谱中红外光包含波数范围为400cm-¹-4000cm-¹波段或波数范围为400cm-¹-4000cm-¹波段的任意子波段内的中红外光。

优选的，所述待测对象信息为待测对象对所述宽谱中红外光的吸收谱或待测对象对所述分离波长中红外光的吸光度。

优选的，所述待测对象为人体表面。

优选的，所述待测对象为人体内唇粘膜或耳垂表面。

优选的，所述计算部用于根据所述待测对象信息，利用葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值或利用偏最小二乘法回归分析获得待测对象的血糖值。

优选的，所述计算部用于根据所述待测对象信息，通过与参考浓度血糖样本进行差分处理并利用葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值或通过与参考浓度血糖样本进行差分处理并利用偏最小二乘法回归分析获得待测对象的血糖值；采用差分处理的方法是为了使除葡萄糖之外的物质对信号处理的影响最小。

优选的，所述计算部用于根据所述待测对象信息，通过分析葡萄糖的特征吸收峰，选取所述特征吸收峰中的任意一个或任意多个的组合通过与参考浓度血糖样本进行差分处理并利用葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值。

优选的，所述接收部为中红外光谱仪或光电探头。

优选的，所述接收部为傅里叶变换中红外光谱仪或碲镉汞光电探头。

优选的，所述探测部的所有使经过的中红外探测光线发生全反射的表面之一或这些表面的任意组合为所述探测面；

所述中红外探测光线经过所述探测面至少一次全反射，获得待测对象信息。

优选的，所述中红外探测光线经过所述探测面全反射次数的取值范围为1-19，包括端点值。

优选的，所述探测部为梯形棱镜。

优选的，所述梯形棱镜为硫化锌棱镜或金刚石棱镜或硅棱镜或锗棱镜。

优选的，所述血糖检测设备还包括压力检测模块，用于检测所述探测部施加在所述待测对象上的压力，并保持所述压力稳定以使血糖检测稳定可靠地进行。

从上述技术方案可以看出，本实用新型实施例提供了一种中红外无创血糖检测设备。所述中红外无创血糖检测设备利用所述光源部向所述探测部发送中红外探测光线；所述中红外探测光线经过所述探测部后成为携带有待测对象信息的出射光线；所述出射光线被所述接收部接收传输给所述计算部；所述计算部根据所述出射光线计算待测对象的血糖值。通过上述工作流程可以发现，所述血糖检测设备只需要与待测对象接触即可进行待测对象血糖值的检测，而不需要进行血液的采样操作，实现了无创血糖测试的目的。

另外，所述血糖检测设备采用中红外探测光线进行测试，所述中红外探测光线产生的中红外光谱有效地避免了近红外光谱及拉曼光谱的高阶谐振，并且中红外光谱与近红外光谱相比具有较低的散射效应与较高的吸收系数。进一步的，利用中红外探测光线可以检测到的葡萄糖的基本振动比葡萄糖在近红外波段的泛音更强，更锐利且具有较好的孤立性，因此利用中红外探测光线进行血糖检测有效地提高了检测过程的信噪比，从而可以实现更精确的血糖检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请第1实施例提供的一种中红外无创血糖检测设备的结构示意图；

图2为本申请第1实施例提供的一种探测部的结构示意图；

图3为人体表面中红外吸收谱示意图；

图4为人体表面中红外吸收谱图的局部放大示意图；

图5为一种使用光谱差分方法得到的不同浓度血糖值所对应的差分光谱示意图(图中以1155cm-¹吸收峰为例)；

图6为耐糖受试者分别采用传统采血生化仪血糖测试以及采用所述中红外无创血糖检测设备进行血糖测试的测试结果示意图；

图7为耐糖受试者分别采用传统采血生化仪血糖测试以及采用中红外无创血糖检测设备进行血糖测试的测试结果的克拉克分析示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

1.第1实施例

所述中红外无创血糖检测设备包括，如图1所示：光源部100、探测部200、接收部300及计算部400；其中，

所述光源部100用于向所述探测部200发送中红外探测光线；

所述探测部200具有探测面，所述探测面用于与待测对象接触，所述中红外探测光线经过所述探测部200后成为携带有待测对象信息的出射光线；

所述接收部300用于接收所述出射光线并向所述计算部400传输；

所述计算部400用于根据所述出射光线计算待测对象的血糖值。

本实施例中，所述光源部100为傅里叶变换中红外光谱仪，如图2所示，所述探测部200为硫化锌梯形棱镜。所述接收部300为碲镉汞探头。

光源部100依次发射400cm-¹到4000cm-¹波段内各波长的中红外探测光线，相邻两次发射的中红外探测光线之间波数间隔为傅里叶变换中红外光谱仪的分辨率。

所述光源部100发出的中红外探测光线经过抛物面反射镜500聚焦到中红外空心光纤600的一端，由所述中红外空心光纤600收集并传送给所述探测部200。所述探测部200与所述接收部300之间通过中红外空心光纤600连接。上述中红外探测光线在所述探测部200的全反射过程中在所述探测面产生倏逝波，待测对象(本实施例中，待测对象为人体内唇粘膜表面)对所述倏逝波的不同波长选择性吸收，通过所述探测部200出射的携带有待测对象信息的出射光线经过所述中红外空心光纤600的传输后进入所述接收部300，获得待测对象的中红外吸收谱，所述吸收谱被传输到所述计算部400进行血糖浓度分析。但在本申请的其他实施例中，所述光源部100发出的中红外探测光线也可以不经过所述抛物面反射镜500的聚集直接进入探测部200；并且所述中红外空心光纤600还可以为其他种类的光纤或者光线传送器件。

所述计算部400使用差分吸收谱的方法通过对葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值。本实施例中，所述计算部400通过对比波数为1155cm^-1的差分吸光度得到血糖值。所述计算部400中存储有参考吸收谱，记为AR₍v)，所述参考吸收谱分别为待测对象参考浓度血糖值时测量得到的中红外吸收谱。在计算部400中，通过对接收部300获得所有波长中红外探测光线功率的总和进行监控，保证其为常量，从而对测量得到的吸收谱进行标准化。在下文中所讨论的吸收谱均已经过标准化处理。所述待测对象信息为测量吸收谱，记为A_S(v)。如图3所示，为典型的人体表面中红外吸收谱图，图4为图3的局部放大图。将对应波长的测量吸收谱与参考吸收谱相减，获得差分吸收谱，记为A_D(v)，A_D(v)＝A_S(v)-A_R(v)。采用差分吸收谱的方法是为了使除葡萄糖之外的物质对信号处理的影响最小。如图5所示，展示了使用光谱差分方法得到的不同浓度血糖值所对应的差分光谱示意图(图中以1155cm^-1峰为例)。

根据朗伯-比尔定律A(v)＝lo_g(T₀/T₁)＝abc，式中，A(v)即为测得的中红外吸收谱中，波数为v的中红外光的吸光度。T₀为所述探测部200与待测对象接触之前的透射光强，T₁为所述探测部200与待测对象接触之后的透射光强，a为待测物质的吸收系数，b为光程，c为待测物质的浓度。选取1155cm^-1峰处的差分吸光度A_D(1155)作为血糖浓度的度量。通过公式G＝g+k×A_D(1155)得到血糖值。式中G为血糖值，g和k为校准系数，校准系数为所述中红外无创血糖检测设备内置系数，是由前期实验得到的。

在血糖检测的过程中，压力模块700用于检测探测部200施加在待测对象800上的压力，并保持所述压力稳定以使血糖检测稳定可靠地进行。

需要说明的是：

本实施例提供了一种通过利用葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值的方法。当所述中红外探测光线为宽谱中红外光或其他波数的分离波长中红外光时，只需要对上述方法进行相应改变即可，但本申请对利用葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值的具体方法可以视实际情况而定，并不限于上述方法。

本申请所述的中红外无创血糖检测设备所选的检测以及分析光，是建立在人体表面吸收谱分析的基础上的。如图3所示，为典型的人体表面中红外吸收谱图，图4为图3的局部放大图。从图3及图4中可以看出，所述葡萄糖中红外特征吸收峰的波数主要为葡萄糖中C-O键作用形成的1080cm^-1和1035cm^-1，以及C-C键和C-O键共同作用形成的1155cm^-1、1100cm^-1及990cm^-1这五个吸收峰。由于吸收峰具有一定宽度，因此在本申请的其他实施例中，所述葡萄糖中红外特征吸收峰的波数的取值范围分别为1155±5cm^-1、1080±5cm^-1、1035±5cm^-1、1110±5cm^-1和990±5cm^-1。本申请对所述葡萄糖中红外特征吸收峰的波数的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。通过测试可以得出，其中关联度较高的吸收峰为1080cm^-1和1155cm^-1这两个吸收峰。其中源于葡萄糖环状结构的1155cm^-1峰关联度最高。所述关联度表示吸收峰值随待测对象中血糖浓度变化的程度，吸收峰值随待测对象中血糖浓度变化越大，则说明该吸收峰的关联度越高。在所述血糖检测设备的实际应用过程中，优选波长为关联度高的吸收峰所在波长的中红外探测光线作为所述检测光以及计算部400着重分析的波长。

在光源部100的选择上，本实施例的所述光源部100采用了傅里叶变换中红外光谱仪。所述红外光谱仪可以发送波数范围为400cm^-1到4000cm^-1的波段内任意单波长中红外光，也可以发送波数范围为400cm^-1到4000cm^-1的波段或其子波段的中红外光。在本申请的其它实施例中，光源还可以选用中红外量子级联激光器或宽谱中红外光源。

在探测部200的选择上，所述梯形棱镜可以为硫化锌棱镜或金刚石棱镜或硅棱镜或锗棱镜。所述梯形棱镜所有可以使中红外探测光线发生全反射的表面之一均可作为所述探测面，例如图2所示的表面S2或S3；另外所有可以使中红外探测光线发生全反射的表面的任意组合也可以作为所述探测面，例如图2所示的表面S2和S3的组合。本申请所使用的梯形棱镜使检测光经由棱镜多次全反射，可在很大程度上提高信噪比。所述中红外探测光线经过所述探测面全反射次数的取值范围为1-19，包括端点值。所述中红外探测光线经过所述探测面全反射次数越多，其获得的待测对象的信息就越多，但是所述中红外探测光线经过所述探测面全反射次数越多，所述中红外探测光线的强度衰减就越多。因此在上述血糖检测设备使用前需要对其进行测试，获得最优的中红外探测光线经过所述探测面的全反射次数。但是由于对光源部100、探测部200、梯形棱镜材质以及接收部300组合的选择不同，灵敏度的不同，导致最优的中红外探测光线经过所述探测面的全反射次数有所不同。本申请对所述中红外探测光线经过所述探测面全反射次数的具体取值和取值范围并不做限定，具体视实际情况而定。

本申请实施例提供的所述中红外无创血糖检测设备的设计测量部位为人体皮肤表面，优选为人体内唇粘膜表面或耳垂表面。这是因为中红外光的穿透深度很小，人体内唇粘膜或耳垂皮肤的角质层较薄，对中红外探测光线的阻碍程度较小，因此优选将人体内唇粘膜表面或耳垂表面与所述探测部200接触测试，以获得更好的血糖测试效果。但本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。

在接收部300的选择上，所述接收部可以使用碲镉汞光电探头或其它光电探头，也可以使用傅里叶变换中红外光谱仪或其它中红外光谱仪。

2.第2实施例

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述光源部100为量子级联激光器，发射分立波长的中红外探测光线，包括波数为1155cm^-1的检测光和波数为1500cm^-1的参比光。所述计算部400使用差分吸收谱的方法通过对葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值。本实施例中，所述计算部400通过对比波数为1155cm^-1的差分吸光度得到血糖值。所述计算部400中存储有参考吸收谱，记为[A_R(1155),A_R(1500)],所述参考吸收谱分别为待测对象参考浓度血糖值时测量得到的中红外吸收谱。利用参比光吸光度对原始测量吸收谱进行标准化，用标准化系数乘以原始测量吸收谱，使标准化后的测量吸收谱的参比光吸光度与参考吸收谱的参比光吸光度相等。以后讨论的测量吸收谱均为标准化后的吸收谱。所述待测对象信息为测量吸收谱，记为[A_S(1155)，A_S(1500)]。将对应波长的测量吸收谱与参考吸收谱相减，获得差分吸收谱，记为[A_D(1155),0]。所述计算部400通过公式G＝g+k×A_D(1155)得到血糖值G。

需要说明的是，在上述各实施例中，所述光源部100所发出的检测光至少包含一个所述葡萄糖特异吸收峰所在波长。所述光源部100所发出的参考光至少包含一个不被葡萄糖特异吸收波段中的波长，如图2所示，例如1200cm^-1-1800cm^-1和2000cm^-1-2700cm^-1等波段中的波长。但本申请对所述检测光及参考光的具体波长取值并不做限定，具体视实际情况而定。

3.第3实施例

在上述实施例的基础上，本实施例中，光源部100为傅里叶变换中红外光谱仪。所述计算部400使用差分吸收谱的方法通过对葡萄糖对不同波长的中红外探测光线的吸光度进行对比分析获得待测对象的血糖值。本实施例中，所述计算部400通过对比波数为1155cm^-1的差分吸光度以及波数为1080cm^-1的差分吸光度得到血糖值。

4.第4实施例

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述光源部100为宽谱中红外光源。发射光宽谱中红外光(400cm^-1到4000cm^-1波段，即2.5微米到25微米波段)。所述接收部300为傅里叶变换中红外光谱仪。所述计算部400利用差分吸收谱的方法，通过偏最小二乘回归(PLS)对吸收谱建模，整体分析，得到血糖值。

需要说明的是，宽谱中红外光源可以发射包含400cm^-1到4000cm^-1波段或其子波段的光。此处光源部100的宽谱中红外光源可替换为傅里叶变换中红外光谱仪，接收部300的傅里叶变换中红外光谱仪可替换为光电探头。

本申请中所述中红外无创血糖检测设备对一个耐糖受试者血糖检测的结果如图6所示，附图6的横坐标为耐糖受试者接受耐糖测试的时间，纵坐标为血糖值。其中的数据点分别为耐糖受试者在接受耐糖测试一段时间内血糖的参考值和预言值。其中参考值为对耐糖受试者进行采血后生化测试的血糖值，可认为其代表了耐糖受试者该时间点的准确血糖数据；预言值利用所述中红外无创血糖检测设备提供的血糖检测设备在相同时间点对耐糖受试者进行血糖测试的血糖数据。可以发现所述预言值与所述参考值的误差很小，可以较为准确的反应耐糖受试者的血糖值。

图7为利用图6中的所述预言值和参考值进行克拉克网格分析的示意图，横坐标为所述参考值，纵坐标为所述预言值。图7中的A区域表示临床准确区域。通过图7可以发现，利用所述血糖检测设备检测的血糖参考值全部在临床准确区域，说明利用所述血糖检测设备可以较为准确的检测待测对象的血糖值。

综上所述，本申请实施例提供了一种中红外无创血糖检测设备。所述中红外无创血糖检测设备利用所述光源部向所述探测部发送中红外探测光线；所述中红外探测光线经过所述探测部后成为携带有待测对象信息的出射光线；所述出射光线被所述接收部接收传输给所述计算部；所述计算部根据所述出射光线计算待测对象的血糖值。通过上述工作流程可以发现，所述血糖检测设备只需要与待测对象接触即可进行待测对象血糖值的检测，而不需要进行血液的采样操作，实现了无创血糖测试的目的。

另外，所述血糖检测设备采用中红外探测光线进行测试，所述中红外探测光线产生的中红外光谱有效地避免了近红外光谱及拉曼光谱的高阶谐振，并且中红外光谱与近红外光谱相比具有较低的散射效应与较高的吸收系数。进一步的，利用中红外探测光线可以检测到的葡萄糖的基本振动比葡萄糖在近红外波段的泛音更强，更锐利且具有较好的孤立性，因此利用中红外探测光线进行血糖检测有效地提高了检测过程的信噪比，从而可以实现更精确的血糖检测。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。