CN115670449A - 一种具有心电、血压监测功能的指夹式无创血糖仪 - Google Patents
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Abstract
一种具有心电、血压监测功能的指夹式无创血糖仪，包括，探头上壳部分、探头下壳部分、第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极、导线、下硅胶垫，以及主PCB板，其中，所述第一测试电极、所述第二测试电极分别固定在所述探头下壳部分的左右侧面上；所述下硅胶垫位于所述探头下壳部分的凹槽内部；所述第三测试电极固定在所述下硅胶垫上；所述导线，其一端分别连接所述第一测试电极、所述第二测试电极和所述第三测试电极，另一端连接主PCB板；所述主PCB板安装在所述探头下壳部分的壳体上。本发明在无创血糖检测的基础上，增加了血压检测和心电检测，更好的为糖尿病患者及相关高风险人群提供便捷的日常健康检测。
Description
技术领域
本发明涉及无创生理参数检测设备技术领域，尤其涉及一种具有心电、血压监测功能的指夹式无创血糖仪。
背景技术
据国际糖尿病联盟(IDF)糖尿病患者患上心血管疾病(CVD)的风险会上升。糖尿病患者患上心血管疾病(CVD)的概率要比非糖尿病患者高出二到三倍。高血糖水平会使血液凝固***更加活跃，从而增加出现血栓的风险。糖尿病也会引起高血压和高胆固醇水平，从而导致出现心血管并发症，如心绞痛、冠状动脉疾病(CAD)、心肌梗塞、中风、外周动脉疾病(PAD)和充血性心力衰竭的风险增加。因此，对于糖尿病的患者而言，及时地检测血糖、血压和心电的变化是有必要的。
目前的血糖测量方法主要为生化血糖测量法和微创血糖检测法。无创检测方法较少，且无创检测产品不具有心电监护、血压检测功能。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有心电、血压监测功能的指夹式无创血糖仪，在无创血糖检测的基础上增加血压检测和心电检测，更好的为糖尿病患者及相关高风险人群提供便捷的日常健康检测。
为实现上述目的，本发明提供的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，包括，探头上壳部分、探头下壳部分、第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极、导线、下硅胶垫，以及主PCB板，其中，
所述第一测试电极、所述第二测试电极分别固定在所述探头下壳部分的左右侧面上；
所述下硅胶垫位于所述探头下壳部分的凹槽内部；
所述第三测试电极固定在所述下硅胶垫上；
所述导线，其一端分别连接所述第一测试电极、所述第二测试电极和所述第三测试电极，另一端连接主PCB板；
所述主PCB板安装在所述探头下壳部分的壳体上。
进一步地，所述探头上壳部分，还包括：上壳体、PCB板固定件、上PCB板、显示屏、LED光源，
所述上PCB板与所述PCB板固定件连接；所述显示屏位于所述PCB板固定件凹槽内并与所述上PCB板电连接；所述LED光源位于所述上PCB板的下部，并与所述PCB板电连接；所述PCB板固定件通过卡扣与所述上壳体卡合；
所述探头下壳部分，还包括：下壳体、导热棒组件、温湿度传感器、辐射温度传感器、光接收器，所述温湿度传感器、辐射温度传感器、导热棒组件、光接收器在所述下壳体内部依次排列并与所述主PCB板相连接。
进一步地，所述第一测试电极、所述第二测试电极分别采用电路板覆铜方式，将导线的屏蔽线和信号线芯进行分割；
所述第三测试电极采用铜电极，其表面镀氯化银增加导电性能。
进一步地，所述导线采用屏蔽线，防止外界电磁干扰；其与主PCB板采用端子端座插接方式。
进一步地，所述第一测试电极、所述第二测试电极、所述第三测试电极上分别设置有与导线相连接的接插端座。
进一步地，
所述主PCB板，包括：心电检测电路、血氧检测电路、辐射温度检测电路、导热棒检测电路、温湿度检测电路以及主芯片，其中，
所述心电检测电路，对测试电极获取的心电信号进行调整处理后，发送给主芯片；
所述血氧检测电路，将获取的光信号值发送给主芯片；
所述辐射温度检测电路，将获取当前的手指温度值发送给主芯片；
所述导热棒检测电路，将获取当前温度的变化值发送给主芯片；
所述温湿度检测电路，获取当前环境的温湿度发送给主芯片；
所述主芯片，分别接收所述心电信号、所述光信号值、所述手指温度值、所述当前温度的变化值，以及所述环境温湿度值，输出心电图、血压值和血糖值。
进一步地，所述心电检测电路，包括：第一心电接口、第二心电接口、第三心电接口，分别接收所述心电信号；
心电信号调整电路，其输入端分别连接所述第一心电接口、所述第二心电接口、所述第三心电接口，输出端连接心电信号采集电路；
心电信号采集电路，其输入端连接所述心电信号采集电路，输出端连接所述主芯片。
进一步地，所述心电信号调整电路，是对心电信号进行滤波放大处理，包括：高通滤波器、低通滤波器和50Hz陷波器。
进一步地，所述心电信号采集电路，是将心电信号值的模拟信号转换成数字信号然后传递给主芯片。
进一步地，所述血氧检测电路，包括：
4波段光信号发射电路，用于发送光信号；
光信号接收电路，用于接收所述4波段光信号发射电路发送的光信号；
光信号调整电路，用于对所述光信号接收电路接收的光信号进行滤波放大调整处理；
光信号采集电路，用于将调整处理后的光信号值的模拟信号转换成数字信号发送给所述主芯片。
更进一步地，所述主芯片，采用小波变换、加权平均优化心电波形数据，得到所述心电图；采用基于脉搏波传导时间的血压算法得到所述血压值，所述血压算法为：
P＝a+b×ln(PWTT)
其中，P为血压，a、b分别为血压计算模型的系数，PWTT为脉搏波传导时间。本发明的指夹式无创血糖仪，与现有技术相比具有以下有益效果：
在无创血糖检测的基础上，增加了心电检测和血压检测，可用于早搏、房颤和心律不齐的测量，更好的为糖尿病患者及相关高风险人群提供便捷的日常健康检测。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪立体示意图；
图2为根据本发明的又一立体示意图；
图3为根据本发明的又一立体示意图；
图4为根据本发明的结构示意图；
图5为根据本发明的内部结构示意图；
图6为根据本发明的测试电极连接示意图；
图7为根据本发明的电路板覆铜方式示意图；
图8为根据本发明的典型心电图；
图9为根据本发明的低通滤波电路结构图；
图10为根据本发明的高通滤波电路结构图；
图11为根据本发明的50Hz陷波电路结构图；
图12为根据本发明的选取脉搏波信号的波峰作为提取脉搏波传导时间示意图；
图13为根据本发明的心电检测结果示意图；
图14为根据本发明的血压检测结果示意图；
图15为根据本发明的心电、血压监测电路原理框图；
图16为根据本发明的综合检测结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、组件或部件进行区分，并非用于限定这些装置、组件或部件所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。“多个”应理解为两个或以上。
下面，将参考附图详细地说明本发明的实施例。
图1为根据本发明的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪立体示意图，图2为根据本发明的又一立体示意图，图3为根据本发明的又一立体示意图，图4为根据本发明的结构示意图，图5为根据本发明的内部结构示意图，图6为根据本发明的测试电极连接示意图，如图1-6所示，本发明提供的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，包括，探头下壳部分1，测试电极2，测试电极3，下硅胶垫4，测试电极5，导线6，导线7，导线8，接插端座9，主PCB板10，其中，
测试电极2和测试电极3分别通过背胶或者点胶固定在探头下壳部分1的左右两侧平面上；测试电极5通过背胶或者点胶固定在下硅胶垫4上，下硅胶垫4位于探头下壳部分1的凹槽内部。
测试电极2、测试电极3、测试电极5分别通过导线7、导线8、导线6连接到主PCB板10上的心电检测模块上，其中，测试电极2、测试电极3、测试电极5与导线(6-8)分别通过接插端座连接，导线(6-8)与主PCB板10采用端子端座插接方式连接。
测试电极1、测试电极2采用电路板覆铜方式，通过覆铜方式的改变，将导线的屏蔽线和信号线芯进行分割，避免外界电磁干扰的影响；测试电极3采用铜电极，其表面镀氯化银增加导电性能。图7为电路板覆铜方式示意图。
本实施例中，导线都采用屏蔽线，防止外界电磁干扰。因导线有接地屏蔽，与测试电极连接需要将信号与接地点导通阻断。
主PCB板10，包括：心电检测电路、血氧检测电路、辐射温度检测电路、导热棒检测电路、温湿度检测电路以及主芯片，其中，
心电检测电路，对测试电极2、测试电极3、测试电极5获取的心电信号进行滤波放大调整处理后发送给主芯片；
血氧检测电路，由四波段发光电路、光信号(血氧)接收电路、光信号(血氧)调整电路和光信号(血氧)采集电路组成，获取光信号值发送给主芯片；
辐射温度检测电路，获取当前的手指温度；
导热棒检测电路，获取当前温度的变化值发送给主芯片，得到血流速；
温湿度检测电路，获取当前环境的温湿度；
主芯片，分别接收心电检测电路的心电信号、血氧检测电路发送的光信号值、辐射温度检测电路发送的手指温度值、导热棒检测电路发送的当前温度的变化值、温湿度检测电路得到的环境温湿度值，分别输出心电图、血压值和血糖值。
本发明实施例中，心电检测电路，包括：第一心电接口、第二心电接口、第三心电接口、心电信号调整电路、心电信号采集电路，其中，
第一心电接口、第二心电接口、第三心电接口分别接收测试电极2、测试电极3、测试电极5获取的心电信号，并将心电信号传输到心电信号调整电路输入端；心电信号调整电路的输出端连接心电信号采集电路，心电信号经过心电信号采集电路，输入主芯片。
本实施例中，心电检测采用单导方式进行测量(测量左右手电位差)。心电信号采集电路需要重点设计滤波器除去该段频率以外的噪声频率，滤波电路主要由高通滤波、低通滤波和50Hz陷波器组成，这样心电信号采集模块可以有效提取出微弱的心电信号的同时将对各种噪声起到最大的抑制；为实现最佳共模抑制性能，需要驱动第三个电极；并且心电信号软件上经过小波变换、加权平均算法优化波形数据。
图8为根据本发明的典型心电图，如图8所示，在一个心动周期内，ECG波形主要由三部分构成，分别为P波、QRS波群与T波；
心电信号的频率范围为0.5～100Hz，幅度范围为0～4mV，属于低频微弱小信号；其中蕴含主要生理信息的R波分布在3-40Hz，P与T波主要分布在0.7-10Hz。
高频的噪声干扰一般大于50Hz，需要通过截止频率为150Hz有源低通滤波电路，图9为根据本发明的低通滤波电路结构图；
基线漂移噪声的频率范围一般为0.15-0.3Hz的低频干扰，需要通过截止频率为0.3Hz高通滤波电路，图10为根据本发明的高通滤波器电路结构图；
在心电信号采集中，容易受50Hz工频干扰的影响，为此设计了50Hz陷波电路，图11为根据本发明的50Hz陷波电路结构图；
本实施例中，通过心电信号ECG和血氧检测电路采集的脉搏信号PPG结合的方法进行血压的测量。
在提取血压参数的研究上，基于脉搏波传导时间(PWTT)来计算收缩压和舒张压。PWTT是指血液从心脏到人体各处传输过程的时间差，人体血压增高，则该时间差减小；而当人体血压降低时，则该时间差增长，可见PWTT与血压之间具有正比例的特点。提出基于脉搏波传导时间的血压算法，根据提取的脉搏波传导时间构建血压线性方程P＝a+b×ln(PWTT)，其中，P为血压，a、b分别为血压计算模型的系数，a、b值需要采集大数据，通过数据计算拟合得到，PWTT为脉搏波传导时间；结合实验数据对构建的方程进行精度分析并调整血压检测算法得到数值。
为了减小误差，采用1000Hz的采用频率对脉搏波信号与心电信号采集20S的数据，每1ms的时间间隔内两种信号同时进行采集，进行滤波后，确定10个心电信号(ECG)中的R波峰顶的时间点，再确定与之相邻的PPG信号中的P波峰时间点，计算出10组脉搏波信号与心电信号的时间间隔数据，选取中间值的5组数据进行平均计算得到脉搏波传导时间。图12为选取脉搏波信号的波峰作为提取脉搏波传导时间示意图，如图12所示，选取脉搏波信号的波峰作为提取脉搏波传导时间的终点，图中Δt为PWTT。
本实施例中，测试电极的布局要重点考虑测试的稳定性和准确性。测试电极1和测试电极2分布在探头下壳部分的两侧，检测的时候需要人的同一只手的大拇指和食指保持向内捏紧状态，这样可以同时按住测试电极1和测试电极2，保证良好的接触。且测试电极的尺寸要和手指头面积差不多大小，太小的话接触面积小，影响测试的准确性。另外一只手需要伸入到探头里面，并且电极布置在手指尖的位置，形状要仿照指尖的弧形来进行设计，这样同时也对这只手进行血糖的测量。
在无创测试血糖的过程，同时对人体左右手电位差(即导联)变化进行采集，并将其在时间轴上描记出来就构成心电图。通过同时测量心电图和脉搏波信号得到脉搏波的传播时间，从而计算出人体的血压值。最终通过一次短时间测量，可在APP查看血糖值以及心电、血压检测结果。
心电检测结果如图13所示，血压检测结果如图14所示。
图15为根据本发明的心电、血压监测电路原理框图，，如图15所示，本发明的心电、血压监测电路，包括：
显示模块110，用于显示心电、血压以及血糖的检测结果；
蓝牙模块120，用于与移动终端连接；
LED恒流驱动电路130，在主芯片的控制下驱动波段光信号发射电路140，使4波段LED发光；
光信号(血氧)接收模块150，接收光信号(血氧)，输入到光信号(血氧)调整电路170；光信号(血氧)调整电路170对血氧信号进行处理后，输出到光信号(血氧)采集电路190进行处理；处理后的血氧信号经过光信号(血氧)采集电路190输入到主芯片中；
心电信号调整电路160，用于对来自心电接口的心电信号进行处理，并将处理后的心电信号输出到心电信号采集电路180的输入端，由心电采集电路180将调整处理后的心电信号输入到主芯片中。
主芯片，分别接收心电检测电路的心电信号、血氧检测电路发送的光信号值、辐射温度检测电路发送的手指温度值、导热棒检测电路发送的当前温度的变化值、温湿度检测电路得到的环境温湿度值，分别输出心电图、血压值和血糖值。
本发明实施例中，主芯片根据提取的脉搏波传导时间构建血压线性方程P＝a+b×ln(PWTT)，其中，P为血压，a、b分别为血压计算模型的系数，a、b值需要采集大数据，通过数据计算拟合得到，PWTT为脉搏波传导时间；结合实验数据对构建的方程进行精度分析并调整血压检测算法得到数值。
上述血压计算算法的具体步骤，包括：
1)心电波形的R波识别；
2)光电容积脉搏信号的峰值识别并计算与R波的时间差，得到PWTT；
3)个人标定：使用者在静息状态和中等强度运动后分别使用加压式电子血压计和具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪进行测量；将加压式电子血压计测量得到的收缩压和舒张压输入手机APP中；
4)根据步骤3)中的测量数据和输入的血压值，得到舒张压的计算系数ad、bd和收缩压的计算系数as、bs；
5)步骤4结束后可以使用无创血糖仪的血压测量功能，每次测量时根据心电检测电路得到的心电波形和血氧检测电路得到的光电容积脉搏信号计算出PWTT，根据步骤4)得到的计算系数分别计算出舒张压Pd＝ad+bd×ln(PWTT)和收缩压Ps＝as+bs×ln(PWTT)。
上述步骤1)中的R波识别采用互相关的方法求解，利用心电信号模板与具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪得到的心电信号进行互相关操作，互相关函数的峰值为R波的位置。
上述步骤2)中的光电容积脉搏信号的峰值识别采用窗口最大值法求得。两个相邻R波作为时间筛选窗口，寻找筛选窗口内的光电容积脉搏信号的最大值，作为光电容积脉搏信号的峰值。
上述步骤3)中的中等强度运动是指运动后心率达到(220-年龄)×60％至(220-年龄)×70％之间。
本实施例中，设备开机后，通过蓝牙连接手机，并设定好测试者信息；进入测试页面后，将左手食指伸入探头，按压测试电极5，右手大拇指和食指分别按压测试电极2和测试电极3，保持接触良好的状态；主芯片会控制LED恒流驱动电路来驱动4波段LED发光，并且以1kHz的采集频率同时采集心电信号与光信号(血氧信号)30s，选取中间的10s数据作为计算数据，数据滤波得到心电波形与血氧波形，根据公式P＝a+b×ln(PWTT)计算出血压值，最后显示当前的心电信号与血压值，并且通过蓝牙将数据上传至手机。
本发明的综合检测结果如图16所示。
本发明提供的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪样机经过验证，血糖、心电和血压均可测试出准确数据，且测试过程操作稳定，不会造成误差。
本发明通过测试电极结构布局接触人手指头关键位置，保证心电检测测量准确性；同时避免测试电极与电路板之间电信号的传输受到外界电磁干扰，保证测量波形的稳定性。
本发明在无创血糖检测的基础上，在无创血糖检测的基础上，增加了心电检测和血压检测，可用于早搏、房颤和心律不齐的测量，更好的为糖尿病患者及相关高风险人群提供便捷的日常健康检测。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有心电、血压监测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，包括，探头上壳部分、探头下壳部分、第一测试电极、第二测试电极、第三测试电极、导线、下硅胶垫，以及主PCB板，其中，
所述第一测试电极、所述第二测试电极分别固定在所述探头下壳部分的左右侧面上；
所述下硅胶垫位于所述探头下壳部分的凹槽内部；
所述第三测试电极固定在所述下硅胶垫上；
所述导线，其一端分别连接所述第一测试电极、所述第二测试电极和所述第三测试电极，另一端连接主PCB板；
所述主PCB板安装在所述探头下壳部分的壳体上。
2.根据权利要求1所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述探头上壳部分，还包括：上壳体、PCB板固定件、上PCB板、显示屏、4波段LED光源，
所述上PCB板与所述PCB板固定件连接；所述显示屏位于所述PCB板固定件凹槽内并与所述上PCB板电连接；所述4波段LED光源位于所述上PCB板的下部，并与所述PCB板电连接；所述 PCB板固定件通过卡扣与所述上壳体卡合；
所述探头下壳部分，还包括：下壳体、导热棒组件、温湿度传感器、辐射温度传感器、光接收器，所述温湿度传感器、辐射温度传感器、导热棒组件、光接收器在所述下壳体内部依次排列并与所述主PCB板相连接。
3.根据权利要求1所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述第一测试电极、所述第二测试电极分别采用电路板覆铜方式，将导线的屏蔽线和信号线芯进行分割；
所述第三测试电极采用铜电极，其表面镀氯化银增加导电性能。
4.根据权利要求1所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述导线采用屏蔽线，防止外界电磁干扰；其与主PCB板采用端子端座插接方式连接。
5.根据权利要求1所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述第一测试电极、所述第二测试电极、所述第三测试电极上分别设置有与导线相连接的接插端座。
6.根据权利要求5所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述主PCB板，包括：心电检测电路、血氧检测电路、辐射温度检测电路、导热棒检测电路、温湿度检测电路以及主芯片，其中，
所述心电检测电路，对测试电极获取的心电信号进行调整处理后，发送给主芯片；
所述血氧检测电路，将获取的光信号值进行调整处理后发送给主芯片；
所述辐射温度检测电路，将获取当前的手指温度值发送给主芯片；
所述导热棒检测电路，将获取当前温度的变化值发送给主芯片；
所述温湿度检测电路，获取当前环境的温湿度发送给主芯片；
所述主芯片，分别接收所述心电信号、所述光信号值、所述手指温度值、所述当前温度的变化值，以及所述环境温湿度值，输出心电图、血压值和血糖值。
7.根据权利要求6所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述心电检测电路，包括，
第一心电接口、第二心电接口、第三心电接口，分别接收所述心电信号；
心电信号调整电路，其输入端分别连接所述第一心电接口、所述第二心电接口、所述第三心电接口，输出端连接心电信号采集电路；
心电信号采集电路，其输入端连接所述心电信号调整电路，输出端连接所述主芯片。
8.根据权利要求7所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述心电信号调整电路，包括：高通滤波器、低通滤波器和50Hz陷波器；所述心电信号采集电路，是将心电信号值的模拟信号转换成数字信号然后传递给主芯片。
9.根据权利要求6所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述血氧检测电路，包括：
4波段光信号发射电路，用于发送光信号；
光信号接收电路，用于接收所述4波段光信号发射电路发送的光信号；
光信号调整电路，用于对所述光信号接收电路接收的光信号进行滤波放大调整处理；
光信号采集电路，用于将调整处理后的光信号值转换换为数字信号发送给所述主芯片。
10.根据权利要求6所述的具有心电、血压检测功能的指夹式无创血糖仪，其特征在于，所述主芯片，采用小波变换、加权平均优化心电波形数据，得到所述心电图；
采用基于脉搏波传导时间的血压算法得到所述血压值，所述血压算法为：
P=a+b´ln(PWTT)
其中，P为血压，a、b分别为血压计算模型的系数，PWTT为脉搏波传导时间。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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