成都华西华科研究所分析无创血糖检测系统与糖尿病早期无创检测诊断方法

[0001]       本实用新型涉及一种生理参数检测系统，尤其是涉及一种无创的血糖检测系统。 【背景技术】

[0002]       糖尿病是典型的需要长期频繁地监控的慢性疾病，是现代疾病中的第二杀手，它 可引起一系列的代谢性紊乱。目前监控糖尿病的主要手段是通过频繁地监测血糖浓度并精 确、及时地以此为依据调整体口服降糖药物和胰岛素的用量，有效控制血糖浓度。

[0003]       现有的血糖浓度检测手段，平均每天要抽血检测两次，给患者带来极大的痛苦和 不便。寻找一种能够便捷、连续、有效、准确、无创地检测血液成分的方法，是长期以来人类 对抗疾病的过程中梦寐以求的理想。目前正在研究的可行的无创血液成分检测方法中主要 包括光学方法和非光学方法，大量的实验研究表明近红外光谱技术是光学方法中比较可行 的一种，因而该技术也相对比较成熟。但是不同个体间的差异（个体差异）以及不同时刻 温度变化、代谢产物浓度、其他物质的光谱重叠、检测位置的重复性、接触压力等因素均可 在检测结果中引入误差，成为无创血糖浓度检测过程中的一大难题，因而是否能够成功去 除个体差异和测量条件的影响是近红外光谱无创检测血液成分能否成功实施的关键。如何 提高光谱信号的信噪比，也是准确检测血糖浓度的一个重要因素。

[0004]       另外，在传统的无创检测系统或方法中，往往需要设计复杂的电路和光路，给测量 带来诸多不便。

【实用新型内容】

[0005]       鉴于此，有必要针对现有血糖检测中因个体之间存在差异以及测量条件影响而使 检测结果存在较大误差的问题，提供一种消除个体差异及测量条件影响的无创血糖检测系 统。

[0006]       一种无创血糖检测系统，发射两个通道的近红外光的光源模块、与所述光源模块 相连的光传导模块、与所述光传导模块相连检测近红外光并处理的光检测模块、以及与所 述光检测模块相连对所述光检测模块的输出数据进行处理得到血糖浓度的数据处理模块， 所述光传导模块将其中一个通道的近红外光与人体作用后得到信号光，另一个通道的近红 外光作为参考光，所述数据处理模块根据所述信号光和参考光利用光谱相减法获得用于检 测血糖浓度的光信号。

[0007]       光谱相减的方法通过分别测量动脉血液充盈与动脉血液收缩时的透射光强，并使 二者做差，来消除测量中由于皮肤组织、肌肉组织、温度、测量条件等影响而产生的差异，从 而得到纯净的动脉血液光谱，提高血糖检测准确度。

[0008]       优选地，所述光传导模块包括入射探头、载物暗盒以及出射探头，所述入射探头和 出射探头均设于载物暗盒上，近红外光由入射探头进入载物暗盒并由出射探头导向光检测 模块。

[〇〇〇9] 优选地，所述出射探头包括反射式测量探头和透射式测量探头中的至少一种，所

述反射式测量探头与入射探头紧贴设于载物暗盒的一侧，所述透射式探头与入射探头相对 地设于载物暗盒的另一侧，且所述透射式测量探头前设有汇聚透镜。。

[0010] 优选地，所述光源模块与入射探头通过光纤连接，将红外光传导至载物暗盒，所述 光检测模块与出射探头通过光纤连接，将出射的近红外光经过汇聚透镜汇聚后的由出射探 头传导至光检测模块。

[0011] 光纤作为光传导器件可以简化光路系统设计，减少分析仪器的光学零部件，减少 关学系统的调整难度，便于装置的小型化；同时降低光能量损耗，提高光能量利用率；便于 安装和维修，使用灵活方便，光传导方向性灵活。

[0012] 优选地，所述光纤为环形光纤束。

[0013] 环形光纤束的出射信号为环形光源，相对于点状光源，增加了照射面积，有利于提 高入射信号强度。

[0014] 优选地，所述载物暗盒内设有调节装置。

[0015] 调节装置可以上下左右前后对放于其上面的被测量物体位置进行调节，以达到适 合不同被测物体的测量要求，达到更加准确更加精确的测量目的。

[0016] 优选地，所述光检测模块包括接收红外光并将其转换为电信号的光电转换模块、 与所述光电转换模块相连处理所述电信号的模拟信号处理模块以及与所述模拟信号处理 模块相连将模拟信号转换为数字信号的模数转换模块。

[0017] 优选地，所述光电转换模块包括铟镓砷光电二极管。

[0018] 优选地，所述光电转换模块包括温度冷却装置。

[0019] 利用温度冷却装置可以有效抑制噪声。

[0020] 优选地，所述模拟信号处理模块包括16通道的模拟信号处理单元，所述模拟信号 处理单元包括依次相连的温度补偿电路、极低偏置电流运算放大器、低通滤波电路、陷波电 路、二级放大电路以及低通滤波；极低偏置电流运算放大器还与噪声抑制电路、调零电路以 及电源相连，其中电源经过低压降稳压器后为放大器提供电源。

[0021] 模拟信号处理单元对微弱的电信号进行放大、滤波、消除噪声干扰后，将有用信号 提出，并使之达到模数转换的要求。

[0022] 优选地，所述模拟信号处理单元外部设有金属屏蔽罩。

[0023]       金属屏蔽罩可消除近场50Hz工频的干扰对信号提取的影响。

【附图说明】

[0024]       图1为实施例中无创血糖检测系统结构图；

[0025]       图2为光传导模块结构示意图；

[0026]       图3光检测模块结构及模块图；

[0027]       图4为模拟信号处理单元的机构图。

【具体实施方式】

[0028]       如图1所示，为本实施例的无创血糖检测系统结构图。该无创血糖检测系统包括 光源模块100、光传导模块200、光检测模块300、数据处理模块400以及电源500。光源模 块1〇〇发射两束近红外光，光传导模块200使其中一束近红外光与待测人体作用后得到信

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号光，另一束近红外光作为参考光。光检测模块300检测上述的信号光和参考光并处理得 到输出数据，数据处理模块400根据对信号光和参考光处理后的输出数据利用光谱相减法 消除背景噪声，进而获得纯净的含有血糖浓度信息的光信号。电源500为光源模块100、光 检测模块300以及数据处理模块400供电。

[0029] 光源模块100中采用卤钨灯作为近红外光源，因其具有性能稳定、结构紧凑、价格 便宜、通用性强、光输出稳定、易于光纤连接、灯泡使用寿命长、体积小重量轻等诸多优点。 另外，光源模块1〇〇还自带高效的稳压电源，为该检测系统提供了稳定优质的近红外光源。

[0030]       如图2所示，为光传导模块200的结构示意图。光传导模块200包括入射探头210、 载物暗盒220以及出射探头230。入射探头210和出射探头230均设于载物暗盒220上，近 红外光由入射探头210进入载物暗盒并由出射探头230导向光检测模块300。

[0031] 本实施例中，以手指为被测的人体对象来进行血糖检测。载物暗盒220的一面设 有进物孔221，手指可从进物孔221进入载物暗盒220内部并处于近红外光可以照射到的位 置。

[0032]       出射探头230可包括反射式测量探头和透射式测量探头，反射式测量探头与入射 探头210紧贴设于载物暗盒220的一侧，透射式探头与入射探头210相对地设于载物暗盒 的另一侧，并且使入射探头210与反射式测量探头和透射式测量探头处于同一水平线上。 为增加光检测的效率，在透射式测量探头前设有汇聚透镜。在选择透射式测量或反射式测 量时，既可以单独使用反射式测量，也可以单独使用透射式测量，还可以应用二者同时进行 测量。根据不同的波长、不同的被测物、不同的探测器可以选择不同的测量方式。在光源的 波长较短，被测物的厚度较小时可以选择透射式测量；当光源波长较长，被测物的厚度较大 时，可以考虑反射式测量；当选择适合的光源，适合的光程，配合适当的探测器也可以反射 式与透射式同时测量，集合两种测量方式的优点，有利于采集到更多的光谱信息，得到更优 的结果。

[0033] 本实施例采用光纤将光源模块100与入射探头210连接，将近红外光传导至载物 暗盒220。光检测模块300与出射探头230也通过光纤连接，将近红外光由载物暗盒220传 导至光检测模块300。光纤作为光传导器件可以简化光路系统设计，减少分析仪器的光学零 部件，降低光学系统的调整难度，便于装置的小型化；同时降低光能量损耗，提高光能量利 用率；便于安装和维修，使用灵活方便，光传导方向性灵活。

[〇〇34]   另外，还可对光纤进行进一步的优化，如使用环形光纤束，并配合环形光纤束使用

相应的入射探头210,环形光纤束的出射信号为环形光源，相对于点状光源，增加了照射面 积，有利于提高入射信号强度。

[0035] 本实施例的无创血糖检测系统可进一步包括设于载物暗盒220内设有调节装置 240。该调节装置240包括载物平台和调节架，载物平台位于调节架上，调节架可以上下左 右前后对放于其上面的被测量物体位置进行调节，以达到适合不同被测物体的测量要求， 达到更加准确更加精确的测量目的。

[0036]       如图3所示，为光检测模块300的结构及模块图。光检测模块300包括接收红外 光并将其转换为电信号的光电转换模块310、处理所述电信号的模拟信号处理模块320以 及将模拟信号转换为数字信号的模数转换模块330。

[0037]       光电转换模块310包括铟镓砷光电二极管，即光电探测器，用于将近红外光的光

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说明书

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信号转换为电信号。为提高检测系统的信噪比，在该光电探测器还带有温度冷却装置，用于 抑制噪声。

[0038]       模拟信号处理模块320包括16通道的模拟信号处理单元，如图4所示，为模拟信 号处理单元的结构图。每一通道的模拟信号处理单元包括依次相连的温度补偿电路、极低 偏置电流运算放大器、低通滤波电路、陷波电路、二级放大电路以及低通滤波。另外极低偏 置电流运算放大器还与噪声抑制电路、调零电路以及电源相连，其中电源可经过低压降稳 压器后为放大器提供电源。模拟信号处理单元将光电转换模块310输送的电信号进行放 大、滤波、消除噪声干扰后，将有用信号提出，并使之达到模数转换的要求。

[0039]       另外，由于近红外光源光强较弱，入射光与生物组织相互作用后的出射光强比较 弱，在信号提取的过程中容易受到近场50Hz工频的干扰。因此可进一步在模拟信号处理单 元上加装金属屏蔽罩，用以消除工频干扰对信号提取的影响，提高信噪比。

[0040]       模数转换模块330将模拟信号信号转换为数字信号，便于后续的处理。

[0041]       光检测模块300同时检测信号光和参考光，数据处理模块400主要利用光谱相减 法获得用于检测血糖浓度的光信号。

[〇〇42]   本实施例的检测系统利用了近红外光谱分析技术。由于血液是一种高散射、强吸

收的物质，当光与血液相互作用后，根据光与生物组织的相互关系，其出射光必然含有血液 的相关信息，通过分析其光谱，建立分析模型，从而对未知血液进行定性或者定量的分析。 主要包括如下步骤：

[0043]       使入射探头210发出双通道的近红外光，且使其中一个通道的近红外光作为参考 光；

[0044]       得到另一个通道的近红外光与人体组织相互作用后的光谱，并使两个通道的光谱 做差，再次利用光谱相减法得到纯净的经过动脉血液的光谱信息，根据光谱信息计算吸光 度；

[〇〇45]   利用常规的有创或者微创的方法得到人体的真实的血糖值；

[0046]       利用得到的血糖浓度数据与光谱信息，通过化学计量学方法建立相关的血糖浓度 校正模型；

[0047]       测量未知血糖浓度的近红外光谱，根据校正模型对未知的血糖浓度进行预测。

[〇〇48]   以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，

但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属 于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

成都华西华科研究所研发生产多种糖尿病及并发症早期无创检测诊断系统

研发生产无创糖尿病及并发症早期检测诊断仪

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