CN114397334B - 一种无创血糖分析*** - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种无创血糖分析***，所述***包括：数据采集设备、移动终端和服务器；数据采集设备包括主控模块、信号灯模块、数据采集模块、蓝牙通讯模块和电池管理模块；主控模块用于对各个模块进行设备自检处理，通过电池管理模块进行设备电量管理，通过蓝牙通讯模块进行主动蓝牙连接处理、被动蓝牙连接处理，通过数据采集模块对检测对象和检测环境进行数据采集生成采集数据集合向移动终端发送；移动终端用于进行PPG信号显示处理，将采集数据集合向服务器发送并接收回发的血糖分析数据进行显示；服务器用于进行血糖分析生成血糖分析数据向移动终端发送。通过本发明***可以降低用户检测难度、提高用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种无创血糖分析***。
背景技术
在健康监护领域，血糖值是一项非常重要的健康评判参数。若血糖长期不稳定，则可能会导致各器官、组织出现不同程度的病变。当前常见的血糖值分析手段主要是基于有创方式提取人体血液，并对提取血液进行化学分析从而得到血糖分析值。因为这种观测手段是会给人体造成创伤的，若使用这种观测手段对人体进行长期血糖观测，无疑会给用户带来很多不便，例如创口疼痛、创口感染等不良体验。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术的缺陷，提供一种无创血糖分析***，该***包括：数据采集设备、移动终端和服务器；数据采集设备用于采集检测对象的光电容积描记法(Photoplethysmography，PPG)信号、接触热传导信号、体表热辐射信号、体表温湿度数据，以及检测环境的环境光信号、环境热辐射信号和环境温湿度数据；移动终端用于对PPG信号进行显示并同步将采集数据传送到服务器进行与血糖有关的数据分析，并对分析结果进行显示。通过本发明***，可以为用户提供一种便捷的无创血糖分析方式，从而达到降低用户检测难度、提高用户体验的目的。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种无创血糖分析***，所述***包括：数据采集设备、移动终端和服务器；
所述数据采集设备与所述移动终端连接；所述数据采集设备包括主控模块、信号灯模块、数据采集模块、蓝牙通讯模块和电池管理模块；所述主控模块分别与所述信号灯模块、所述数据采集模块、所述蓝牙通讯模块和所述电池管理模块连接；所述主控模块用于在设备开机时，对各个模块进行设备自检处理；所述主控模块还用于在预设的设备状态为正常工作状态时，通过所述电池管理模块进行设备电量管理；所述主控模块还用于在所述设备状态为正常工作状态时，通过所述蓝牙通讯模块进行主动蓝牙连接处理；所述主控模块还用于在所述设备状态为正常工作状态并接收到所述移动终端发送的连接请求时，通过所述蓝牙通讯模块进行被动蓝牙连接处理；所述主控模块还用于在预设的检测激活状态为已激活状态时，通过所述数据采集模块对检测对象和检测环境进行数据采集生成采集数据集合，并通过所述蓝牙通讯模块将所述采集数据集合向所述移动终端发送；其中，所述采集数据集合包括三组PPG信号采集数据、环境光信号采集数据、体表热辐射采集数据、环境热辐射采集数据、体表温度采集数据、体表湿度采集数据、环境温度采集数据、环境湿度采集数据和接触热传导采集数据；
所述移动终端与所述服务器连接；所述移动终端用于对所述三组PPG信号采集数据进行PPG信号显示处理；所述移动终端还用于将所述采集数据集合向所述服务器发送，并接收所述服务器回发的血糖分析数据，并对所述血糖分析数据进行数据显示处理；
所述服务器用于根据所述采集数据集合进行血糖分析生成所述血糖分析数据，并将所述血糖分析数据向所述移动终端发送。
优选的，所述主控模块具体用于在所述对各个模块进行设备自检处理时，将预设的设备状态设为启动状态；并对所述主控模块内部存储的预设***参数进行***参数自检处理生成第一自检状态；并对所述信号灯模块进行信号灯功能自检处理生成第二自检状态；并对所述数据采集模块进行子单元器件自检处理生成第三自检状态；并对所述蓝牙通讯模块进行蓝牙模块自检处理生成第四自检状态；并对所述第一自检状态、所述第二自检状态、所述第三自检状态和所述第四自检状态是否全为自检成功进行判断；若全为自检成功则设置所述设备状态为正常工作状态；若不全为自检成功则设置所述设备状态为故障状态；并当所述设备状态为正常工作状态时，将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第一颜色；并当所述设备状态为设备自检失败时，将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第二颜色。
优选的，所述主控模块具体用于在所述通过所述电池管理模块进行设备电量管理时，按预设的电量检查频率定期从所述电池管理模块获取剩余电池电量；并在所述剩余电池电量不低于预设的正常工作电量阈值时，将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第一颜色；并在所述剩余电池电量低于所述正常工作电量阈值时，将所述设备状态设为电量不足状态。
优选的，所述主控模块具体用于在所述通过所述蓝牙通讯模块进行主动蓝牙连接处理时，将与预设的蓝牙配对终端信息对应的所述移动终端记为目标终端，并对所述目标终端进行扫描；若扫描发现所述目标终端则与所述目标终端进行第一蓝牙配对处理；若所述第一蓝牙配对处理成功，则创建与所述目标终端对应的第一收发数据蓝牙通道，并将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色。
优选的，所述数据采集设备具体用于在所述通过所述蓝牙通讯模块进行被动蓝牙连接处理时，与所述移动终端进行第二蓝牙配对处理；若所述第二蓝牙配对处理成功，则创建与所述移动终端对应的第二收发数据蓝牙通道，并将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色。
优选的，所述数据采集模块包括三波段PPG信号采集单元、环境光信号采集单元、体表热辐射采集单元、环境热辐射采集单元、体表温湿度采集单元、环境温湿度采集单元和接触传导热采集单元；所述数据采集模块的各个采集单元分别与所述主控模块连接；
所述三波段PPG信号采集单元的器件具体包括三波段发光二极管阵列、第一透镜和第一光电探测器；所述三波段发光二极管阵列的器件包括三个波段的发光二极管；
所述环境光信号采集单元的器件具体包括第二透镜和第二光电探测器；
所述体表热辐射采集单元的器件具体为第一红外辐射温度传感器；
所述环境热辐射采集单元的器件具体为第二红外辐射温度传感器；
所述体表温湿度采集单元的器件具体为第一温湿度传感器；
所述环境温湿度采集单元的器件具体为第二温湿度传感器；
所述接触传导热采集单元的器件具体为热敏电阻传感器。
优选的，所述主控模块具体用于在所述通过所述数据采集模块对检测对象和检测环境进行数据采集时，分别向所述三波段PPG信号采集单元、所述环境光信号采集单元、所述体表热辐射采集单元、所述环境热辐射采集单元、所述体表温湿度采集单元、所述环境温湿度采集单元和所述接触传导热采集单元发送对应的数据采集指令；并接收由各个采集单元返回的采集数据组成所述采集数据集合。
进一步的，所述三波段PPG信号采集单元用于在接收到第一数据采集指令时，调用所述三波段发光二极管阵列的三个发光二极管，依次使用三个波段的光线对所述检测对象的手指顶部进行发光照射；并在每次照射过程中，通过位于所述检测对象的手指腹部的所述第一透镜对手指腹部透射光线进行汇聚，并通过所述第一透镜另一侧的所述第一光电探测器对汇聚光线进行光电转换生成对应波段的一组PPG信号采集数据；并将与所述三个波段对应的所述PPG信号采集数据组成所述三组PPG信号采集数据向所述主控模块发送；
所述环境光信号采集单元用于在接收到第二数据采集指令时，调用所述第二光电探测器对经由所述第二透镜汇聚的自然光进行光电转换处理，生成所述环境光信号采集数据向所述主控模块发送；
所述体表热辐射采集单元用于在接收到第三数据采集指令时，调用与所述检测对象体表存在第一间隔距离的所述第一红外辐射温度传感器，对所述检测对象体表热辐射信号进行采集，生成所述体表热辐射采集数据向所述主控模块发送；
所述环境热辐射采集单元用于在接收到第四数据采集指令时，调用与所述检测对象体表存在第二间隔距离的所述第二红外辐射温度传感器，对所述检测环境的热辐射信号进行采集，生成所述环境热辐射采集数据向所述主控模块发送；所述第二间隔距离大于所述第一间隔距离；
所述体表温湿度采集单元用于在接收到第五数据采集指令时，调用与所述检测对象体表距离小于设定近距离阈值的所述第一温湿度传感器，对所述检测对象的体表温湿度变化信号进行采集，生成对应的所述体表温度采集数据和所述体表湿度采集数据向所述主控模块发送；
所述环境温湿度采集单元用于在接收到第六数据采集指令时，调用与所述检测对象体表距离大于设定近距离阈值的所述第二温湿度传感器，对所述检测环境的温湿度变化信号进行采集，生成对应的所述环境温度采集数据和所述环境湿度采集数据向所述主控模块发送；
所述接触传导热采集单元用于在接收到第七数据采集指令时，调用与所述检测对象体表接触的所述热敏电阻传感器，对所述检测对象的接触热传导信号进行采集，生成对应的所述接触热传导采集数据向所述主控模块发送。
进一步的，所述三个波段具体为650nm红外波段、940nm近红外波段和1050nm近红外波段。
本发明实施例提供了一种无创血糖分析***，该***包括：数据采集设备、移动终端和服务器；数据采集设备用于采集检测对象的三波段PPG信号、接触热传导信号、体表热辐射信号、体表温湿度数据，以及检测环境的环境光信号、环境热辐射信号和环境温湿度数据；移动终端用于对PPG信号进行显示并同步将采集数据传送到服务器进行与血糖有关的数据分析，并对分析结果进行显示。通过本发明***，为用户提供了一种便捷的无创血糖分析方式，降低了用户检测难度、提高了用户体验。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种无创血糖分析***的模块结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种无创血糖分析***，如图1为本发明实施例一提供的一种无创血糖分析***的模块结构图所示，本***主要包括：数据采集设备11、移动终端12和服务器13。
(一)数据采集设备11
数据采集设备11与移动终端12连接；
数据采集设备11包括主控模块111、信号灯模块112、数据采集模块113、蓝牙通讯模块114和电池管理模块115；
主控模块111分别与信号灯模块112、数据采集模块113、蓝牙通讯模块114和电池管理模块115连接；主控模块111用于在设备开机时，对各个模块进行设备自检处理；主控模块111还用于在预设的设备状态为正常工作状态时，通过电池管理模块115进行设备电量管理；主控模块111还用于在设备状态为正常工作状态时，通过蓝牙通讯模块114进行主动蓝牙连接处理；主控模块111还用于在设备状态为正常工作状态并接收到移动终端12发送的连接请求时，通过蓝牙通讯模块114进行被动蓝牙连接处理；主控模块111还用于在预设的检测激活状态为已激活状态时，通过数据采集模块113对检测对象和检测环境进行数据采集生成采集数据集合，并通过蓝牙通讯模块114将采集数据集合向移动终端12发送；其中，采集数据集合包括三组PPG信号采集数据、环境光信号采集数据、体表热辐射采集数据、环境热辐射采集数据、体表温度采集数据、体表湿度采集数据、环境温度采集数据、环境湿度采集数据和接触热传导采集数据；
数据采集模块113包括三波段PPG信号采集单元1131、环境光信号采集单元1132、体表热辐射采集单元1133、环境热辐射采集单元1134、体表温湿度采集单元1135、环境温湿度采集单元1136和接触传导热采集单元1137；数据采集模块113的各个采集单元分别与主控模块111连接；其中，三波段PPG信号采集单元1131的器件具体包括三波段发光二极管阵列、第一透镜和第一光电探测器，三波段发光二极管阵列的器件包括三个波段的发光二极管；环境光信号采集单元1132的器件具体包括第二透镜和第二光电探测器；体表热辐射采集单元1133的器件具体为第一红外辐射温度传感器；环境热辐射采集单元1134的器件具体为第二红外辐射温度传感器；体表温湿度采集单元1135的器件具体为第一温湿度传感器；环境温湿度采集单元1136的器件具体为第二温湿度传感器；接触传导热采集单元1137的器件具体为热敏电阻传感器。
此处，三个波段具体为650nm红外波段、940nm近红外波段和1050nm近红外波段。
这里，主控模块111内部带有存储介质，可用于存储与设备管理相关的***参数，其中至少包括反映数据采集设备11是否处于正常工作状态的设备状态参数；该设备状态包括启动状态、正常工作状态、电量不足状态和故障状态四种状态信息。
在本实施例提供的一个具体实现方式中，主控模块111具体用于在对各个模块进行设备自检处理时，将预设的设备状态设为启动状态；并对主控模块111内部存储的预设***参数进行***参数自检处理生成第一自检状态；并对信号灯模块112进行信号灯功能自检处理生成第二自检状态；并对数据采集模块113进行子单元器件自检处理生成第三自检状态；并对蓝牙通讯模块114进行蓝牙模块自检处理生成第四自检状态；并对第一自检状态、第二自检状态、第三自检状态和第四自检状态是否全为自检成功进行判断；若全为自检成功则设置设备状态为正常工作状态；若不全为自检成功则设置设备状态为故障状态；并当设备状态为正常工作状态时，将信号灯模块112的信号灯显示颜色设为预设的第一颜色；并当设备状态为设备自检失败时，将信号灯模块112的信号灯显示颜色设为预设的第二颜色。
此处，第一颜色默认为绿色，第二颜色默认为红色，自然也可以采用其他不同颜色对二者进行设定。
这里，当数据采集设备11开机时首先进行设备自检处理，在设备自检处理过程中将设备状态设为启动状态，设备自检处理成功则设备状态为正常工作状态，设备自检处理失败则设备状态为故障状态；在自检过程中，主控模块111会对自身以及信号灯模块112、数据采集模块113、蓝牙通讯模块114分别进行自检；主控模块111对自身进行的***参数自检处理实际就是对内部存储介质保存的***参数的数据格式与取值进行正确性识别，若发现数据格式或取值错误则自检失败反之则自检成功，对应的输出状态为第一自检状态；主控模块111对信号灯模块112进行的信号灯功能自检处理实际就是对信号灯模块112的信号灯关断/闭合控制功能、信号灯颜色切换功能、信号灯发光元器件是否处于正常工作状态进行检查，都正常则自检成功反之自检失败，对应的输出状态为第二自检状态；主控模块111对数据采集模块113进行的子单元器件自检处理，实际就是对数据采集模块113的各个数据单元的正常工作状态进行检查，都正常则自检成功反之自检失败，对应的输出状态为第三自检状态；主控模块111对蓝牙通讯模块114进行的蓝牙模块自检处理，实际就是对通讯模块114的开启/关闭等基础功能进行检查，都正常则自检成功反之自检失败，对应的输出状态为第四自检状态。
可选的，主控模块111在设备状态为故障状态时重新进行设备自检处理，并对连续自检失败的次数进行统计生成连续失败次数；若连续失败次数超过设定失败次数阈值，则停止继续自检并保持信号灯模块112的信号灯长亮并以第二颜色作为信号灯颜色。
这里，设定失败次数阈值可设为0次、1次或3次，若设定失败次数阈值为0次说明设备状态为故障状态时不做自检，若设定失败次数阈值为1次说明设备状态为故障状态时可做一次自检，若设定失败次数阈值为3次说明设备状态为故障状态时连续自检的最大次数为3，自然还可以根据具体实施要求另行设定。
可选的，在数据采集设备11自检成功后的工作过程中若发生由其他原因导致的设备不可继续正常工作的故障，也可将设备状态变为故障状态，并由主控模块111重新进行设备自检处理。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，主控模块111具体用于在通过电池管理模块115进行设备电量管理时，按预设的电量检查频率定期从电池管理模块115获取剩余电池电量；并在剩余电池电量不低于预设的正常工作电量阈值时，将信号灯模块112的信号灯显示颜色设为预设的第一颜色；并在剩余电池电量低于正常工作电量阈值时，将设备状态设为电量不足状态。
这里，当数据采集设备11在设备自检成功后也即是设备状态为正常工作状态时会进行设备电量管理，实际就是对设备实时的剩余电池电量进行循环识别，循环频率就是电量检查频率；若当前实时的剩余电池电量足够支持设备进行正常工作则信号灯模块112的信号灯颜色保持第一颜色不变，若剩余电池电量不能支持设备进行正常工作则将设备状态设为电量不足状态。
可选的，主控模块111还可用于在设备状态设为电量不足状态时，将信号灯模块112的信号灯颜色切换为黄色或橙色，并在数据采集设备11已经与移动终端12建立连接的状态下向移动终端12发送电量不足信息。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，主控模块111具体用于在通过蓝牙通讯模块114进行主动蓝牙连接处理时，将与预设的蓝牙配对终端信息对应的移动终端12记为目标终端，并对目标终端进行扫描；若扫描发现目标终端则与目标终端进行第一蓝牙配对处理；若第一蓝牙配对处理成功，则创建与目标终端对应的第一收发数据蓝牙通道，并将信号灯模块112的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，数据采集设备11具体用于在通过蓝牙通讯模块114进行被动蓝牙连接处理时，与移动终端12进行第二蓝牙配对处理；若第二蓝牙配对处理成功，则创建与移动终端12对应的第二收发数据蓝牙通道，并将信号灯模块112的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色。
此处，第三颜色默认为蓝色，自然也可选择其他颜色进行设置。
这里，在数据采集设备11上会预设绑定与之匹配的移动终端12的蓝牙配对终端信息，该蓝牙配对终端信息包括移动终端12的设备标识和对应的蓝牙对码编码；数据采集设备11与移动终端12的无线连接方式具体为蓝牙连接方式；本发明实施例在处理具体的蓝牙连接过程时提供两种连接模式：主动连接模式和被动连接模式。
对于主动连接模式，实际是指在数据采集设备11在开机自检成功且剩余电池电量足够支持设备进行正常工作时也就是设备状态保持在正常工作状态时，由数据采集设备11自动对周边的蓝牙设备进行扫描轮询；若扫描到与蓝牙配对终端信息的设备标识对应的移动终端12则将其作为目标终端，并使用蓝牙配对终端信息的蓝牙对码编码按公知的蓝牙匹配设备对码处理流程进行对码操作也就是第一蓝牙配对处理；若第一蓝牙配对处理成功则在数据采集设备11本地创建一个对应的数据通道作为第一收发数据蓝牙通道用于负责数据采集设备11与移动终端12之间的数据发送与接收操作；同时，还会将信号灯模块112的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色，以此向使用者也就是检测对象显示与移动终端的连接已经建立；信号灯模块112的信号灯显示颜色设为第三颜色后，默认在蓝牙连接未中断时该信号灯处于长亮状态。
对于被动连接模式，实际是数据采集设备11在开机自检成功后的首次主动连接处理过程中若没有找到与蓝牙配对终端信息匹配的移动终端12，则不会再继续进行主动扫描连接操作，而是将设备本身标识设为周围设备可见状态，并在接收到其他蓝牙设备发送的连接请求时进行对应的被动蓝牙连接处理；在被动蓝牙连接处理过程中，数据采集设备11首先与移动终端12进行第二蓝牙配对处理，具体为使用蓝牙配对终端信息的蓝牙对码编码对移动终端12发送的连接指令中的对码参数进行比对，若二者匹配则第二蓝牙配对处理成功，反之则失败；若第二蓝牙配对处理成功，则在数据采集设备11本地创建一个对应的数据通道作为第二收发数据蓝牙通道用于负责数据采集设备11与移动终端12之间的数据发送与接收操作；同时，还会将信号灯模块112的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色，以此向使用者也就是检测对象显示与移动终端的连接已经建立；信号灯模块112的信号灯显示颜色设为第三颜色后，默认在蓝牙连接未中断时该信号灯处于长亮状态。
主控模块111内部存储的设备管理相关的***参数，还包括反映设备检测阶段工作状态的检测激活状态参数；该检测激活状态包括断开连接状态、未激活状态和已激活状态三种状态信息。
主控模块111还用于对检测激活状态进行切换管理。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，主控模块111具体用于对检测激活状态进行切换管理时，在尚未与移动终端12建立连接时将检测激活状态设为断开连接状态；在与移动终端12建立连接时将检测激活状态设为未激活状态；在接收到移动终端12发送的检测指令时，将检测激活状态设为已激活状态；在检测激活状态为已激活状态时，立即启动对检测对象和检测环境的数据采集处理流程得到包括了三组PPG信号采集数据、环境光信号采集数据、体表热辐射采集数据、环境热辐射采集数据、体表温度采集数据、体表湿度采集数据、环境温度采集数据、环境湿度采集数据和接触热传导采集数据的采集数据集合，并将采集数据集合向移动终端12发送；在接收到移动终端12发送的检测中止指令时，停止正在进行的数据采集处理并将检测激活状态修改为未激活状态。
可选的，主控模块111在检测激活状态为已激活状态时，还可在确认检测对象已经将手指送入设备指定机械部位之后才启动数据采集处理。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，主控模块111具体用于在确认检测对象是否已经将手指送入设备指定机械部位时，将三波段PPG信号采集单元1131输出的采集数据记为第一采集数据；并按预设的时间间隔对第一采集数据进行连续分段得到多个第一分段数据；并对每个第一分段数据进行平均光强计算生成对应的第一分段光强数据；并对相邻的第一分段光强数据进行差值计算生成对应的第一光强差值＝前一个第一分段光强数据-后一个第一分段光强数据；若第一光强差值为正数且大于第一设定光强阈值则确认检测对象已经将手指送入设备指定机械部位。
这里，检测对象将手指送入设备指定机械部位之前得到的第一分段光强数据，肯定大于将手指送入设备指定机械部位之后得到的第一分段光强数据；对第一采集数据的各个分段进行持续比较，一旦发现前后分段的光强差值有明显变化，且变化趋势为减小趋势，则认为可能是由检测对象将手指送入设备指定机械部位造成的；这时若第一光强差值大于第一设定光强阈值则确定检测对象已经将手指送入设备指定机械部位。
可选的，主控模块111在检测激活状态为已激活状态时，还可在确认检测对象已经将手指从设备指定机械部位移开之后，停止正在进行的数据采集处理，并将检测激活状态修改为未激活状态，并向移动终端12发送采集错误信息。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，主控模块111具体用于在确认检测对象是否已经将手指从设备指定机械部位移开时，将三波段PPG信号采集单元1131输出的采集数据记为第二采集数据；并按预设的时间间隔对第二采集数据进行连续分段得到多个第二分段数据；并对每个第二分段数据进行平均光强计算生成对应的第二分段光强数据；并对相邻的第二分段光强数据进行差值计算生成对应的第二光强差值＝前一个第二分段光强数据-后一个第二分段光强数据；若第二光强差值为负数且小于第二设定光强阈值则确认检测对象已经将手指从设备指定机械部位移开。
这里，检测对象将手指设备从设备指定机械部位移开之前得到的第二分段光强数据，肯定小于将手指设备从设备指定机械部位移开之后得到的第二分段光强数据；对第二采集数据的各个分段进行持续比较，一旦发现前后分段的光强差值有明显变化，且变化趋势为增大趋势，则认为可能是由手指设备从设备指定机械部位移开造成的；这时若第二光强差值小于第二设定光强阈值则确定检测对象已经将手指设备从设备指定机械部位移开。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，主控模块111具体用于在通过数据采集模块113对检测对象和检测环境进行数据采集时，分别向三波段PPG信号采集单元1131、环境光信号采集单元1132、体表热辐射采集单元1133、环境热辐射采集单元1134、体表温湿度采集单元1135、环境温湿度采集单元1136和接触传导热采集单元1137发送对应的数据采集指令；并接收由各个采集单元返回的采集数据组成采集数据集合。
这里，主控模块111在检测激活状态为激活状态时会启动对检测对象和检测环境的数据采集处理流程，具体的就是通过数据采集模块113对检测对象和检测环境进行数据采集；在进行数据采集时，主控模块111会向数据采集模块113的各个采集单元(三波段PPG信号采集单元1131、环境光信号采集单元1132、体表热辐射采集单元1133、环境热辐射采集单元1134、体表温湿度采集单元1135、环境温湿度采集单元1136和接触传导热采集单元1137)分别发送对应的数据采集指令(下文中的第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七数据采集指令)，从而激发各个采集单元进行对应的数据采集操作生成对应的采集数据(三组PPG信号采集数据、环境光信号采集数据、体表热辐射采集数据、环境热辐射采集数据、体表温度采集数据、体表湿度采集数据、环境温度采集数据、环境湿度采集数据和接触热传导采集数据)向主控模块111回发；主控模块111将接收到的所有采集数据按指定格式进行整合从而得到采集数据集合，并将采集数据集合向移动终端12发送。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，三波段PPG信号采集单元1131用于在接收到第一数据采集指令时，调用三波段发光二极管阵列的三个发光二极管，依次使用三个波段的光线对检测对象的手指顶部进行发光照射；并在每次照射过程中，通过位于检测对象的手指腹部的第一透镜对手指腹部透射光线进行汇聚，并通过第一透镜另一侧的第一光电探测器对汇聚光线进行光电转换生成对应波段的一组PPG信号采集数据；并将与三个波段对应的PPG信号采集数据组成三组PPG信号采集数据向主控模块111发送。
这里，三波段PPG信号采集单元1131中三波段发光二极管阵列的三个发光二极管分别为发光波段为650nm红外波段、940nm近红外波段和1050nm近红外波段的三个红外发光二极管，采集三组不同波段的PPG信号是为了提高PPG信号的分析准确度。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，环境光信号采集单元1132用于在接收到第二数据采集指令时，调用第二光电探测器对经由第二透镜汇聚的自然光进行光电转换处理，生成环境光信号采集数据向主控模块111发送。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，体表热辐射采集单元1133用于在接收到第三数据采集指令时，调用与检测对象体表存在第一间隔距离的第一红外辐射温度传感器，对检测对象体表热辐射信号进行采集，生成体表热辐射采集数据向主控模块111发送。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，环境热辐射采集单元1134用于在接收到第四数据采集指令时，调用与检测对象体表存在第二间隔距离的第二红外辐射温度传感器，对检测环境的热辐射信号进行采集，生成环境热辐射采集数据向主控模块111发送；第二间隔距离大于第一间隔距离。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，体表温湿度采集单元1135用于在接收到第五数据采集指令时，调用与检测对象体表距离小于设定近距离阈值的第一温湿度传感器，对检测对象的体表温湿度变化信号进行采集，生成对应的体表温度采集数据和体表湿度采集数据向主控模块111发送。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，环境温湿度采集单元1136用于在接收到第六数据采集指令时，调用与检测对象体表距离大于设定近距离阈值的第二温湿度传感器，对检测环境的温湿度变化信号进行采集，生成对应的环境温度采集数据和环境湿度采集数据向主控模块111发送。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，接触传导热采集单元1137用于在接收到第七数据采集指令时，调用与检测对象体表接触的热敏电阻传感器，对检测对象的接触热传导信号进行采集，生成对应的接触热传导采集数据向主控模块111发送。
(二)移动终端12
移动终端12与服务器13连接；
移动终端12用于对三组PPG信号采集数据进行PPG信号显示处理；移动终端12还用于将采集数据集合向服务器13发送，并接收服务器13回发的血糖分析数据，并对血糖分析数据进行数据显示处理。
这里，移动终端12包括蓝牙通讯模组和无线通讯模组，无线通讯模组包括WIFI通讯子模组和4G/5G通讯子模组；移动终端12通过蓝牙通讯模组与数据采集设备11连接，通过无线通讯模组与服务器13连接。
移动终端12还用于向检测对象提供血糖检测应用程序，并通过血糖检测应用程序获得检测对象输入的数据采集设备连接指令；并在接收到数据采集设备连接指令时，通过蓝牙通讯模组向数据采集设备11发送连接指令；并在与数据采集设备11连接成功后，在本地创建一个对应的数据通道作为第三收发数据蓝牙通道用于负责与数据采集设备11之间的数据发送与接收操作。
移动终端12还用于通过血糖检测应用程序获得检测对象输入的启动检测指令；并在接收到启动检测指令时，通过第三收发数据蓝牙通道向数据采集设备11发送检测指令；指令发送成功后，经由第三收发数据蓝牙通道接收数据采集设备11发送的采集数据集合。
移动终端12还用于通过血糖检测应用程序获得检测对象输入的停止检测指令；并在接收到停止检测指令时，通过第三收发数据蓝牙通道向数据采集设备11发送检测中止指令。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，移动终端12具体用于在PPG信号显示处理时，从采集数据集合中提取出三组PPG信号采集数据生成对应的第一、第二和第三PPG信号数据，提取出环境光信号采集数据生成对应的第一自然光信号数据；并根据第一自然光信号数据分别对第一、第二和第三PPG信号数据进行信号差分计算，生成对应的第一、第二和第三差分信号数据；并对第一、第二和第三差分信号数据进行降采样和滤波处理，生成对应的第一、第二和第三滤波信号数据；并在终端显示界面上，划分出对应的显示区域对第一、第二和第三滤波信号数据进行连续波形显示。
可选的，移动终端12还用于在对第一、第二和第三滤波信号数据进行连续波形显示时，对第一、第二和第三滤波信号数据的信噪比进行统计生成对应的第一、第二和第三信噪比；当其中任一信噪比不满足设定的正常信噪比范围时，停止正在进行的连续波形显示，并向数据采集设备11发送检测中止指令。
可选的，移动终端12还用于在接收到数据采集设备11发送的电量不足信息时，向检测对象进行设备电量不足的信息提示。
可选的，移动终端12在接收到数据采集设备11发送的采集错误信息时，向检测对象进行采集错误中止采集的信息提示。
可选的，移动终端12还用于接收服务器13回发的血氧饱和度分析数据和脉率分析数据，并对血氧饱和度分析数据和脉率分析数据进行数据显示处理。
(三)服务器13
服务器13用于根据采集数据集合进行血糖分析生成血糖分析数据，并将血糖分析数据向移动终端12发送。
在本实施例提供的另一个具体实现方式中，服务器13具体用于在根据采集数据集合进行血糖分析时，从采集数据集合中提取出三组PPG信号采集数据、环境光信号采集数据、体表热辐射采集数据、环境热辐射采集数据、体表温度采集数据、体表湿度采集数据、环境温度采集数据、环境湿度采集数据和接触热传导采集数据；
并对三组PPG信号采集数据的直流信号特征与交流信号特征分别进行提取，并对提取特征进行归一化处理，从而得到三组PPG特征数据，每组PPG特征数据包括一对直流特征数据和交流特征数据；
并对环境光信号采集数据、体表热辐射采集数据、环境热辐射采集数据、体表温度采集数据、体表湿度采集数据、环境温度采集数据、环境湿度采集数据和接触热传导采集数据，分别作对应的特征片段提取，并计算各个特征片段的信号或数据平均值，并对各个信号或数据平均值进行归一化处理，并将处理结果作为对应的环境光特征数据、体表热辐射特征数据、环境热辐射特征数据、体表温度特征数据、体表湿度特征数据、环境温度特征数据、环境湿度特征数据和接触热传导特征数据；并按预设的人工智能血糖分析模型的输入向量结构，将上述所有特征数据融合为一个特征向量；
并将该特征向量输入人工智能血糖分析模型进行血糖分析，从而得到对应的血糖分析数据。
这里，基于公知的比尔-朗伯定律我们可知溶液对透射光的吸收度与溶质浓度有关，进而可知血液中葡萄糖浓度越高则透过人体组织的光强就越小，那么通过分析PPG特征数据就能对血糖变化进行观测；基于代谢热构象(Metabolic Heat Conformation,MHC)理论我们可知人体不同时段的能量节律与人体代谢之后释放的能量有一定相关性，而葡萄糖氧化与产生的能量可以热能形式从人体散发到环境中，因此人体代谢热与葡萄糖水平和供氧量相关，也即是说在供氧保证的情况下，基于代谢热构象理论可以人体代谢热为参考对血糖变化进行观测。而人工智能血糖分析模型就是基于比尔-朗伯定律和代谢热构象理论实现的，模型的神经网络结构类似多层感知神经网络(Multilayer Perceptron，MLP)，模型的输出实际为一个预测的血糖波动值。服务器13在得到预测出的血糖波动值之后，从预设的标定数据库中获取与检测对象对应的标定血糖值，并按标定血糖值+血糖波动值＝血糖分析数据的计算方式得到最后的血糖分析数据。这里的标定数据库中存储的标定血糖值，是使用常规血糖测量方法获得的检测对象的测量血糖值。
可选的，服务器13还用于根据采集数据集合中的三组PPG信号采集数据和环境光信号采集数据，进行血氧饱和度分析得到对应的血氧饱和度分析数据，进行脉搏波的频率分析得到对应的脉率分析数据，并将血氧饱和度分析数据和脉率分析数据向移动终端12发送。
需要说明的是，应理解以上***的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，获取模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述***的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述***的存储器中，由上述***的某一个处理元件调用并执行以上确定模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所描述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述***的各理步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上***处理步骤的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上***(System-on-a-chip，SOC)的形式实现。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行该计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所描述的流程或功能。上述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。上述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，上述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线路(Digital Subscriber Line，DSL))或无线(例如红外、无线、蓝牙、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。上述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。上述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
本发明实施例提供了一种无创血糖分析***，该***包括：数据采集设备、移动终端和服务器；数据采集设备用于采集检测对象的三波段PPG信号、接触热传导信号、体表热辐射信号、体表温湿度数据，以及检测环境的环境光信号、环境热辐射信号和环境温湿度数据；移动终端用于对PPG信号进行显示并同步将采集数据传送到服务器进行与血糖有关的数据分析，并对分析结果进行显示。通过本发明***，为用户提供了一种便捷的无创血糖分析方式，降低了用户检测难度、提高了用户体验。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种无创血糖分析***，其特征在于，所述***包括：数据采集设备、移动终端和服务器；
所述数据采集设备与所述移动终端连接；所述数据采集设备包括主控模块、信号灯模块、数据采集模块、蓝牙通讯模块和电池管理模块；所述主控模块分别与所述信号灯模块、所述数据采集模块、所述蓝牙通讯模块和所述电池管理模块连接；所述主控模块用于在设备开机时，对各个模块进行设备自检处理；所述主控模块还用于在预设的设备状态为正常工作状态时，通过所述电池管理模块进行设备电量管理；所述主控模块还用于在所述设备状态为正常工作状态时，通过所述蓝牙通讯模块进行主动蓝牙连接处理；所述主控模块还用于在所述设备状态为正常工作状态并接收到所述移动终端发送的连接请求时，通过所述蓝牙通讯模块进行被动蓝牙连接处理；所述主控模块还用于在预设的检测激活状态为已激活状态时，通过所述数据采集模块对检测对象和检测环境进行数据采集生成采集数据集合，并通过所述蓝牙通讯模块将所述采集数据集合向所述移动终端发送；其中，所述采集数据集合包括三组PPG信号采集数据、环境光信号采集数据、体表热辐射采集数据、环境热辐射采集数据、体表温度采集数据、体表湿度采集数据、环境温度采集数据、环境湿度采集数据和接触热传导采集数据；
所述移动终端与所述服务器连接；所述移动终端用于对所述三组PPG信号采集数据进行PPG信号显示处理；所述移动终端还用于将所述采集数据集合向所述服务器发送，并接收所述服务器回发的血糖分析数据，并对所述血糖分析数据进行数据显示处理；
所述服务器用于根据所述采集数据集合进行血糖分析生成所述血糖分析数据，并将所述血糖分析数据向所述移动终端发送；
其中，所述主控模块具体用于在所述对各个模块进行设备自检处理时，将预设的设备状态设为启动状态；并对所述主控模块内部存储的预设***参数进行***参数自检处理生成第一自检状态；并对所述信号灯模块进行信号灯功能自检处理生成第二自检状态；并对所述数据采集模块进行子单元器件自检处理生成第三自检状态；并对所述蓝牙通讯模块进行蓝牙模块自检处理生成第四自检状态；并对所述第一自检状态、所述第二自检状态、所述第三自检状态和所述第四自检状态是否全为自检成功进行判断；若全为自检成功则设置所述设备状态为正常工作状态；若不全为自检成功则设置所述设备状态为故障状态；并当所述设备状态为正常工作状态时，将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第一颜色；并当所述设备状态为设备自检失败时，将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第二颜色；
所述主控模块具体用于在所述通过所述电池管理模块进行设备电量管理时，按预设的电量检查频率定期从所述电池管理模块获取剩余电池电量；并在所述剩余电池电量不低于预设的正常工作电量阈值时，将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第一颜色；并在所述剩余电池电量低于所述正常工作电量阈值时，将所述设备状态设为电量不足状态；
所述主控模块具体用于在所述通过所述蓝牙通讯模块进行主动蓝牙连接处理时，将与预设的蓝牙配对终端信息对应的所述移动终端记为目标终端，并对所述目标终端进行扫描；若扫描发现所述目标终端则与所述目标终端进行第一蓝牙配对处理；若所述第一蓝牙配对处理成功，则创建与所述目标终端对应的第一收发数据蓝牙通道，并将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色；
所述数据采集设备具体用于在所述通过所述蓝牙通讯模块进行被动蓝牙连接处理时，与所述移动终端进行第二蓝牙配对处理；若所述第二蓝牙配对处理成功，则创建与所述移动终端对应的第二收发数据蓝牙通道，并将所述信号灯模块的信号灯显示颜色设为预设的第三颜色；
所述数据采集模块包括三波段PPG信号采集单元、环境光信号采集单元、体表热辐射采集单元、环境热辐射采集单元、体表温湿度采集单元、环境温湿度采集单元和接触传导热采集单元；所述数据采集模块的各个采集单元分别与所述主控模块连接；
所述三波段PPG信号采集单元的器件具体包括三波段发光二极管阵列、第一透镜和第一光电探测器；所述三波段发光二极管阵列的器件包括三个波段的发光二极管；
所述环境光信号采集单元的器件具体包括第二透镜和第二光电探测器；
所述体表热辐射采集单元的器件具体为第一红外辐射温度传感器；
所述环境热辐射采集单元的器件具体为第二红外辐射温度传感器；
所述体表温湿度采集单元的器件具体为第一温湿度传感器；
所述环境温湿度采集单元的器件具体为第二温湿度传感器；
所述接触传导热采集单元的器件具体为热敏电阻传感器；
所述主控模块还用于对所述检测激活状态进行切换管理，具体为：在尚未与所述移动终端建立连接时将所述检测激活状态设为断开连接状态；在与所述移动终端建立连接时将所述检测激活状态设为未激活状态；在接收到所述移动终端发送的检测指令时，将所述检测激活状态设为已激活状态；在所述检测激活状态为已激活状态时，立即启动对检测对象和检测环境的数据采集处理流程得到包括了所述三组PPG信号采集数据、所述环境光信号采集数据、所述体表热辐射采集数据、所述环境热辐射采集数据、所述体表温度采集数据、所述体表湿度采集数据、所述环境温度采集数据、所述环境湿度采集数据和所述接触热传导采集数据的所述采集数据集合，并将所述采集数据集合向所述移动终端发送；在接收到所述移动终端发送的检测中止指令时，停止正在进行的数据采集处理并将所述检测激活状态修改为未激活状态；
所述主控模块还用于在所述检测激活状态为已激活状态时，在确认检测对象已经将手指送入设备指定机械部位之后才启动数据采集处理；其中，所述主控模块具体用于在确认检测对象是否已经将手指送入设备指定机械部位时，将所述三波段PPG信号采集单元输出的采集数据记为第一采集数据；并按预设的时间间隔对所述第一采集数据进行连续分段得到多个第一分段数据；并对每个所述第一分段数据进行平均光强计算生成对应的第一分段光强数据；并对相邻的所述第一分段光强数据进行差值计算生成对应的第一光强差值＝前一个第一分段光强数据-后一个第一分段光强数据；若所述第一光强差值为正数且大于第一设定光强阈值则确认检测对象已经将手指送入设备指定机械部位；
所述主控模块还用于在所述检测激活状态为已激活状态时，在确认检测对象已经将手指从设备指定机械部位移开之后，停止正在进行的数据采集处理，并将所述检测激活状态修改为未激活状态，并向所述移动终端发送采集错误信息；其中，所述主控模块具体用于在确认检测对象是否已经将手指从设备指定机械部位移开时，将所述三波段PPG信号采集单元输出的采集数据记为第二采集数据；并按预设的时间间隔对所述第二采集数据进行连续分段得到多个第二分段数据；并对每个所述第二分段数据进行平均光强计算生成对应的第二分段光强数据；并对相邻的所述第二分段光强数据进行差值计算生成对应的第二光强差值＝前一个第二分段光强数据-后一个第二分段光强数据；若所述第二光强差值为负数且小于第二设定光强阈值则确认检测对象已经将手指从设备指定机械部位移开。
2.根据权利要求1所述的无创血糖分析***，其特征在于，
所述主控模块具体用于在所述通过所述数据采集模块对检测对象和检测环境进行数据采集时，分别向所述三波段PPG信号采集单元、所述环境光信号采集单元、所述体表热辐射采集单元、所述环境热辐射采集单元、所述体表温湿度采集单元、所述环境温湿度采集单元和所述接触传导热采集单元发送对应的数据采集指令；并接收由各个采集单元返回的采集数据组成所述采集数据集合。
3.根据权利要求2所述的无创血糖分析***，其特征在于，
所述三波段PPG信号采集单元用于在接收到第一数据采集指令时，调用所述三波段发光二极管阵列的三个发光二极管，依次使用所述三个波段的光线对所述检测对象的手指顶部进行发光照射；并在每次照射过程中，通过位于所述检测对象的手指腹部的所述第一透镜对手指腹部透射光线进行汇聚，并通过所述第一透镜另一侧的所述第一光电探测器对汇聚光线进行光电转换生成对应波段的一组PPG信号采集数据；并将与所述三个波段对应的所述PPG信号采集数据组成所述三组PPG信号采集数据向所述主控模块发送；
所述环境光信号采集单元用于在接收到第二数据采集指令时，调用所述第二光电探测器对经由所述第二透镜汇聚的自然光进行光电转换处理，生成所述环境光信号采集数据向所述主控模块发送；
所述体表热辐射采集单元用于在接收到第三数据采集指令时，调用与所述检测对象体表存在第一间隔距离的所述第一红外辐射温度传感器，对所述检测对象体表热辐射信号进行采集，生成所述体表热辐射采集数据向所述主控模块发送；
所述环境热辐射采集单元用于在接收到第四数据采集指令时，调用与所述检测对象体表存在第二间隔距离的所述第二红外辐射温度传感器，对所述检测环境的热辐射信号进行采集，生成所述环境热辐射采集数据向所述主控模块发送；所述第二间隔距离大于所述第一间隔距离；
所述体表温湿度采集单元用于在接收到第五数据采集指令时，调用与所述检测对象体表距离小于设定近距离阈值的所述第一温湿度传感器，对所述检测对象的体表温湿度变化信号进行采集，生成对应的所述体表温度采集数据和所述体表湿度采集数据向所述主控模块发送；
所述环境温湿度采集单元用于在接收到第六数据采集指令时，调用与所述检测对象体表距离大于设定近距离阈值的所述第二温湿度传感器，对所述检测环境的温湿度变化信号进行采集，生成对应的所述环境温度采集数据和所述环境湿度采集数据向所述主控模块发送；
所述接触传导热采集单元用于在接收到第七数据采集指令时，调用与所述检测对象体表接触的所述热敏电阻传感器，对所述检测对象的接触热传导信号进行采集，生成对应的所述接触热传导采集数据向所述主控模块发送。
4.根据权利要求1所述的无创血糖分析***，其特征在于，
所述三个波段具体为650nm红外波段、940nm近红外波段和1050nm近红外波段。
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