一种无创检测血糖的系统和方法与流程

本发明涉及医疗检测领域，具体涉及一种采用超声波来分离血液与组织液成分并进行无创血糖检测的系统和方法。

背景技术：

根据世界卫生组织2018年报告，糖尿病患者人数在全世界已超过4.2亿。糖尿病人如不能有效管理其血糖水平，将引发多种严重并发症，如肾衰竭、失明等。定期检测血糖水平是糖尿病人进行血糖管理、提高健康水平的必要手段。目前常用的血糖检测设备主要通过采集患者血液样本，进行生化分析来确定患者的血糖水平。这种方法需要刺破患者皮肤，为患者带来疼痛和不便，并不能满足在一天内多次监测血糖的需求，而只能提供某一时刻点的血糖信息。近年来，植入式血糖传感器开始应用，如美国雅培公司和dexcom公司的连续血糖监测仪。这种血糖仪通过在患者皮下植入生化传感器来测量皮肤组织液中的葡萄糖水平。虽然这种血糖仪能够提供连续检测，但是仍然需要定期替换植入的传感器、定期校准、并且测试结果与血液中的血糖浓度有时间滞后，且价格昂贵，为患者带来不便和负担。基于尚未满足的医疗需求，无创血糖检测技术一直被医学界广泛研究，如采用拉曼光谱分析技术、声光检测技术、红外光谱分析、阻抗分析、微波吸收，光学相干层析等。并且，各种被测样品和部位也被尝试用来获得血糖浓度信息，如眼泪、唾液、耳垂等。这些检测技术和测试的方式都能获得特定条件下的血糖浓度信息，但是由于这些技术和方式的信噪比低，在实际应用中，往往受到各种噪声源的干扰，并不能为糖尿病患者提供可靠的检测结果，仍然不能满足糖尿病患者的需求。

技术实现要素：

针对以上现有血糖检测技术中存在的问题，本发明提出了一种采用超声波来无创分离血液和组织液成分的装置，以及用该装置和相应的检测装置进行无创血糖检测的系统和方法。

本发明的原理如下：当两束频率和振幅相同的超声波相向传播时，两束超声波叠加产生驻波场。驻波场的压力分布具有固定的波腹和波节，位于驻波场中的微小粒子，根据它们的物理特性，将被声场压力推挤到邻近波腹或波节，从而在人体内分离。相对于无驻波场时的检测，通过驻波场引入的分离效果将改变被测信号的强度。用具有位置分辨的探测装置记录驻波场关闭和开启情况下的检测信号，分析两种情况下的信号差异，可以计算出被测成分浓度信息。

本发明的目的在于提出一种基于超声波无创分离血液与组织液成分来进行无创血糖检测的系统和方法，弥补当前无创血糖检测领域并无实用技术的空白。

本发明的一种基于超声波分离血液与组织液成分进行无创血糖检测的系统和方法包括采用超声波进行无创分离的装置、具有位置分辨的检测装置、控制装置和采用两步比较提取被测物浓度信息的方法。

对于本发明中采用超声波进行无创分离血液和组织液成分的装置，该装置包括两个相对或倾斜角度放置的超声波发射器、驱动器；其中，驱动器提供连续正弦波信号来驱动超声波发射器；两个超声波发射器产生频率相同、振幅相近的声波并生成驻波场；被测人员的手指或其它身体部位放置于两个超声波发射器所产生的声场之中，以致于使驻波场从手指或其它身体部位的两侧通过；测试时，两个超声波发射器的间隔被调整到跟被测人员的手指或其它身体部位大小匹配。

上述无创分离装置还具有下列特征：两个超声波发射器间的角度在135^o与225^o之间；超声波发射器之间的间距不小于3毫米，并且可调整；超声波发射器的发射面形状是方形、长方形、圆形或椭圆形；超声波发射器的发射面是平面或曲面，超声波发射器的发射面直径不小于5毫米，并且两个超声波发射器发射的声波的振幅差异不大于二者振幅平均值的35%。

对于本发明中具有位置分辨的检测装置，可以是电阻抗检测、光学检测、微波检测中的一种或多种。其中，具有位置分辨的光学检测装置包括至少一个波长的光源、探测器阵列。光学检测系统安装在上述无创分离装置的垂直或略倾斜方向，以致于使光源发出的光从无创分离装置产生的超声波驻波场中经过；探测器阵列在驻波场的另一侧接收经过处于驻波场中手指或其它身体部位的光；探测器阵列的探测单元沿驻波场的方向放置，以致于探测器阵列各单元接收的光曾从驻波场传播方向上和手指或其它被测身体部位上经过。

上述光学检测装置还有如下特征：采用的光源的波长范围为450nm～1800nm，光源波长可采用所述波长范围中的一个或多个；探测器阵列至少有两个探测单元，探测器阵列单元的间隔不大于前述的超声波在人体组织中的波长。

本发明中的控制装置连接无创分离装置、检测装置，控制检测步骤，采集检测装置的输出信号并根据本发明的检测方法处理检测信号、校准系统，并储存检测结果。此外，控制装置还可以与个人设备和数据服务器连接，提供上传或健康咨询服务。

本发明中的超声波无创分离装置和具有位置分辨的检测装置共同使用，检测装置检测到由超声波声场造成的血液或组织液成分浓度的变化情况，并且，本发明中采用两步比较提取被测成分浓度信息的方法进一步提高了检测信噪比，该方法包括以下步骤：

1）在前述分离装置的超声波关闭时，用前述检测装置记录一组信号，其中x表示第x位置的探测器阵列单元；

2）在前述分离装置的超声波开启时，用前述检测装置记录另一组信号，其中x表示第x位置的探测器阵列单元；

3）计算各探测器阵列单元所检测信号的相对衰减度，其中是所述步骤1）中第x位置的探测器阵列单元接收到的信号值，是所述步骤2）中第x位置的探测器阵列单元接收到的信号值；

4）在系统需要校准时，用指尖取血式血糖仪来检测血糖的浓度，将所测相对衰减度与指尖取血式血糖仪的测量值进行校准，并存储校准参数；

5）在用系统进行检测时，根据存储的校准参数和所测相对衰减度计算被测成分的浓度，并显示和存储；

6）当检测装置或方式数量超过一个时，分别用余下的检测装置或方式重复上述步骤1）到5），用各检测装置或方式所测校准参数的平均值作为存储的校准参数值，用各检测装置或方式所测血糖浓度的平均值作为血糖浓度的检测值。

在上述检测方法中，用超声波开启条件下和关闭条件下检测到的两组信号的差异来计算或校准血糖的浓度，该差异的计算方式是相对衰减度或，还可以是两组信号的差或。

本发明用于血液和组织液中血糖的无创检测和连续监测，还可以用于血液和组织液中的其它成分，如酒精、血细胞、脂肪、矿物质和药物的无创检测和连续监测。

本发明的优点：用本发明采用超声波来对血液和组织液进行无创分离，改变血液或组织液成分的浓度，从而改变检测中来自于这些成分的信号强度，并且使用具有位置分辨的光学检测装置来记录驻波场分离前后的信号，分析分离前后的两组信号来计算血糖的浓度信息。本发明用来进行如血糖、酒精、血细胞、脂肪、药物、矿物质等人体成分的无创检测和监测。本发明具有无创、实时、检测精度高、抗干扰的优点，适合用于对如血糖等血液成分的检测和连续监测。

附图说明

图1为本发明的无创血糖检测系统的分离装置和光学检测装置的一个实施例示意图。

图2为本发明的无创血糖检测系统的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实例采用一个光源，本发明的无创血糖检测系统中包括一个超声波分离装置和一个具有位置分辨信息的光学检测装置。超声波分离装置包括两个相对放置的超声波发射器120和122，超声波发射器120和122的发射面121和123的大小为10mm×5mm。两个超声波发射器由同一个驱动器驱动。工作时，驱动器向超声波发射器提供频率为1.5mhz、vpp为60v的正弦波信号来产生频率为1.5mhz的超声波，两束超声波在被测物体内生成驻波；具有位置分辨信息的光学检测装置包括一个光源装置100，光源装置的光源101的波长为970nm，其发出的光经过超声波分离装置产生的驻波场中心。光源101发出的光经过被测身体部位后，被探测器装置102的探测器阵列103接收。探测器阵列103有4个探测单元，相邻单元间的距离是0.8mm。探测器阵列的方向沿两个超声波发射器120和122定义的方向放置。这样，探测器阵列103能检测到沿驻波场方向、从被测身体部位出射的光。检测时，被测人员的手指或其它身体部位放置于所述两个超声波发射器120和122，以及光源装置100和探测器装置102所定义的腔体内。如图示，被测人员的手指150可按图中箭头所指的方向放入腔体内。两个超声波发射器120和122的间隔，以及光源装置100和探测器装置102的间隔可调整到跟被测人员的手指或其它身体部位大小匹配，必要时，可以在两个超声波发射器120和122与手指或其它身体部位间使用耦合剂。

图2展示了使用本发明的无创血糖检测系统进行血糖浓度检测的方法的流程图，包括以下步骤：

1）启动无创血糖检测系统；

2）关闭图1所述的超声波发射器；

3）进行光学检测，用图1所述的光学检测装置记录一组信号，x表示在第x位置的探测器阵列单元；

4）开启图1所述的超声波发射器；

5）进行光学检测，用图1所述的光学检测装置记录第二组信号，x表示在第x位置的探测器阵列单元；

6）用探测器阵列单元所检测到的两组信号计算相对衰减度a；

7）在系统需要校准时，用指尖取血式血糖仪来检测血糖浓度，用信号处理器将计算的相对衰减度与指尖取血式血糖仪的测量值进行校准，并存储校准参数；

8）在用系统进行检测时，用信号处理器根据存储的校准参数计算血糖浓度，并显示和存储。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。