一种基于毫米波的非入侵式血糖浓度测量装置及其测量方法与流程

本发明涉及一种血糖浓度测量装置，尤其涉及一种基于毫米波的非入侵式血糖浓度测量装置及其测量方法。

背景技术：

因为缺乏体育锻炼和饮食习惯发生了变化，所以糖尿病人的数量出现了急剧增加。在2001年，韩国因糖尿病死亡的人员数量为十万分之二十三点八，且糖尿病目前在韩国是第四大死亡原因。这一数字自1990年以来增长了一倍多。因为病人数量的增加，个体糖尿病患者必须亲自测量血糖，也就是需要进行自身血糖监督。自身血糖监督是现代糖尿病疗法的一个重要组成部分，能够在多个时间点提供关于血糖水平的详细信息，从而在日常生活中保持一致的血糖水平。一般情况下，建议1个糖尿病患者每天测量三到四次血糖。但是，根据报告，只有18％的糖尿病患者能够定期测量血糖，即便是在美国这样具有良好医疗福利的国家也是这样。这种对自我监督血糖的忽视主要是因为目前使用的主要是入侵式血糖测量仪，这种装置需要直接从病人身上提取血样。用入侵式方法进行测试不仅会在采集血样的时候给病人带来痛苦和不适，而且还会给病人造成精神和经济上的负担。

非入侵式血糖测量装置已经开发出来，用来解决采集血样时产生的痛苦和不适，并顺利地进行血糖的自我监督。作为血糖的非入侵式测量方法，已经研究了在红外区中使用对吸收光谱进行分析的方法以及在几十到数百MHz的频带中使用全电阻光谱的方法。已经根据上述方法研究开发了一些原型和产品。为了保证在毫米波段对血糖的非入侵性测量的有效性，使用开放式同轴线方法和传送系数测量方法研究了血糖为0.9％的NaCl溶液的介电特性，依据的是在30GHz到40GHz的频带的血糖浓度。

为了使用非入侵式方法在毫米波段中具有高介电损耗的介电材料的介电常数和介电损耗，通常会使用矢量网络分析仪根据开放式同轴线方法来测量介电质反射电磁波的反射系数的模数和相。但是，据我们所知，使用矢量网络分析仪测量的介电常数的准确性为±5％。固体的主要问题是同轴探针和被测试的材料会一直接触，这会造成测量不准确和低可再现性。根据在30GHz和40GHz频段中进行的实验的结果，介电常数为20到30的血糖盐溶液的介电常数的变化为0.3到0.6。但是，鉴于矢量网络分析仪的测量准确性，这样准确的测量是不可能实现的。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于毫米波的非入侵式血糖浓度测量装置及其测量方法，该测量装置和方法可使用毫米波对血糖浓度进行高频率的自我定期测量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于毫米波的非入侵式血糖浓度测量装置，

包括毫米波发生器，用于在规定的频段内生成电磁波；

矩形波导，用于传送毫米波发生器生成的毫米波；

平面平行板，其安装在矩形波导的一端，从而定位到接受测试的介电质的前端；

功率探测器，功率探测器用于探测毫米波发生器生成的入射波的功率和介电质通过平面平行板产生的反射波；

温度传感器，用来测量介电质的温度；

一个读取装置，用来读取功率探测器探测的入射波和反射波的功率的最低功率反射系数和反射波的相应功率。

作为优选，还包括测量电介质，用于接收来自毫米波发生器发生的毫米波；还包括显示器和计算机或者控制装置。

作为优选，所述平面平行板的折射率厚度是为了能够获得规定频段中电磁波的最低功率反射系数。

作为优选，所述平面平行板的折射率是通过以下计算公式确定的：

其中：n₂是平面平行板的折射率、n₃是介电质的折射率且k₃是介电质的吸收率。

作为优选，所述平面平行板的厚度是通过以下计算公式确定的：

其中：h₂是平面平行板的厚度、s是任意整数、c是自由空间中的光速、n₂是平面平行板的折射率、f_m是最低反射条件产生的频率且k₃是介电质的吸收率。

同时，本发明还公开了一种基于毫米波的非入侵式血糖浓度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)将用于传送位于接受测试的介电质前端的毫米波的矩形波导一端安装一个平面平行板，该平行板的折射率和厚度能够获得在规定频段中获得电磁波的最低功率反射系数；

(2)功率探测器用于测量通过矩形波导和平面平行板入射和反射的毫米波的最低功率反射系数和相应频率；

(3)读取装置通过读取步骤(2)中数据后经温度传感器测量介电质的温度；

(4)计算机根据最低功率反射系数、相应频率和介电质温度确定介电质的血糖浓度。

本发明的有益效果：本发明通过毫米波对血糖浓度进行测量，该测量装置不需与人体皮肤或者血液直接接触，大大减轻了病人的痛苦和不适，便于病人克服心理障碍，定期、高频率的自我测量。该装置能够使用毫米波对血糖浓度进行非入侵式测量，其中包括一个毫米波发生器，能够在规定的频段中生成电磁波；矩形波导，可以传送毫米波发生器生成的毫米波；一个平面平行板，该平行板的折射率和厚度能够产生反射毫米波在规定频段中的功率反射系数的最低点，而且安装在波导端和接受测试的介电质之间，如人体皮肤或血液；功率探测器，用来探测通过波导和平面平行板产生的介电质的入射波和反射波的频率；温度传感器，用来测量目标的温度，来补充目标温度变化所造成的输出差异；以及一个读取装置，用来读取功率反射系数的最低点以及在规定频段中的相对应的频率，使用十分方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为血糖浓度测量曲线；

图4为血糖浓度测量曲线；

其中：1.毫米波发生器，2.矩形波导，3.平面平行板，4.功率探测器，5.温度传感器，6.读取装置，7.测量电介质，8.显示器，9.计算机或者控制装置。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，一种基于毫米波的非入侵式血糖浓度测量装置，包括毫米波发生器1，用于在规定的频段内生成电磁波；矩形波导2，用于传送毫米波发生器生成的毫米波；平面平行板3，其安装在矩形波导2的一端，从而定位到接受测试的测量介电质7的前端；功率探测器4，功率探测器4用于探测毫米波发生器1生成的入射波的功率和介电质通过平面平行板3产生的反射波；温度传感器5，用来测量介电质的温度；一个读取装置6，用来读取功率探测器探测的入射波和反射波的功率的最低功率反射系数和反射波的相应功率。

进一步的，还包括测量电介质7，用于接收来自毫米波发生器1发生的毫米波；还包括显示器8和计算机或者控制装置9。所述平面平行板3的折射率厚是为了能够获得规定频段中电磁波的最低功率反射系数。其计算方法分别为：

所述平面平行板的折射率是通过以下计算公式确定的：

其中：n₂是平面平行板的折射率、n₃是介电质的折射率且k₃是介电质的吸收率。

所述平面平行板的厚度是通过以下计算公式确定的：

其中：h₂是平面平行板的厚度、s是任意整数、c是自由空间中的光速、n₂是平面平行板的折射率、f_m是最低反射条件产生的频率且k₃是介电质的吸收率。

同时，本发明还公开了一种基于毫米波的非入侵式血糖浓度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)将用于传送位于接受测试的介电质前端的毫米波的矩形波导一端安装一个平面平行板，该平行板的折射率和厚度能够获得在规定频段中获得电磁波的最低功率反射系数；

(2)功率探测器用于测量通过矩形波导和平面平行板入射和反射的毫米波的最低功率反射系数和相应频率；

(3)读取装置通过读取步骤(2)中数据后经温度传感器测量介电质的温度；

(4)计算机根据最低功率反射系数、相应频率和介电质温度确定介电质的血糖浓度。

在实际应用中，矩形波导2为TE10型，其包括多个部件，如波导定向耦合器、型材和弯头等。