CN204336925U - 可穿戴式无创血糖测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可穿戴式无创血糖测量设备，包括：红外光发射模块，用于向测量部位发射预设波长的红外光；聚光模块，用于聚集红外光发射模块发出的预设波长的红外光；红外光接收模块，用于接收预设波长的红外光经衰减后的红外光谱信号，并将接收的红外光谱信号转换成模拟电信号；信号转换和处理模块，用于将模拟电信号转换成数字信号后进行分析计算，得到人体血糖浓度的测量结果；第一驱动模块，用于对红外光发射模块和红外光接收模块的位置进行调节，以确定对预设波长的红外光吸收率最大的位置作为测量部位；压力调节模块，用于检测并调节测量部位受到的压力至预置的压力范围。本方案解决了测量精度差、分辨率低，以及测量重复性低的问题。

Description

可穿戴式无创血糖测量设备

技术领域

本实用新型涉及血糖测量技术领域，尤其涉及一种可穿戴式无创血糖测量设备。

背景技术

糖尿病患者为了避免糖尿病的并发症，需要频繁地测量和控制血糖浓度，目前在我国，糖尿病患者测量血糖浓度的方法大部分是采用有创的血糖计。频繁的采血进行血液葡萄糖浓度的测量一方面给糖尿病患者带来了巨大的经济负担和医疗费用，另一方面也给糖尿病患者带来了巨大的身体和心理痛苦和感染疾病的风险。目前，利用无创红外光测量血糖已有相关的报道，但是，目前所采用的红外光测量人体血糖浓度的技术，有如下不完善之处：

一、测量分辨率不足：使用红外光测量血糖浓度，从实际的过程来看，由于末稍血的血液量很小，所以血糖所吸收的红外光的量较小，导致测量的分辨能力很小。

二、测量的重复性不佳：现有的方案不能调节测量点位的受力和松紧程度，不能解决不同身体类型人群的测量精确度问题，导致测量的重复性不佳。

三、测量的准确性问题：由于现有方案采用的是末稍血，测量部位末稍血的红外光吸收量较人体其它组织的红外吸收量的占比小，因而存在较大的测量误差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于解决现有的无创血糖测量方法对血糖的测量精度差、分辨率低，以及测量重复性低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种可穿戴式无创血糖测量设备，所述可穿戴式无创血糖测量设备包括：

红外光发射模块，用于向测量部位发射预设波长的红外光；

聚光模块，设置在所述红外光发射模块的红外发射部位前端，用于聚集所述红外光发射模块发出的所述预设波长的红外光；

红外光接收模块，用于接收所述预设波长的红外光经衰减后的红外光谱信号，并将接收的所述红外光谱信号转换成模拟电信号；

信号转换和处理模块，连接所述红外光接收模块，用于将所述模拟电信号转换成数字信号后进行分析计算，得到人体血糖浓度的测量结果；

第一驱动模块，与所述红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于对所述红外光发射模块和红外光接收模块的位置进行调节，以确定对预设波长的红外光吸收率最大的位置作为测量部位；

压力调节模块，与所述红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于检测并调节所述测量部位受到的压力至预置的压力范围。

优选地，所述压力调节模块包括：

压力传感器，设置在所述红外光发射模块和/或红外光接收模块靠近测量部位的一侧，用于检测所述测量部位受到的压力；

第二驱动模块，与所述红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于将测量部位受到的压力调节至预置的压力范围。

优选地，所述可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

数据通讯模块，与所述信号转换和处理模块连接，用于将所述人体血糖浓度的测量结果进行远程传输。

优选地，所述可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

人机交互模块，连接所述信号转换和处理模块，用于接收用户输入的指令，并显示所述人体血糖浓度的测量结果或者通过语音播报该人体血糖浓度的测量结果。

优选地，所述测量部位为颈部动脉。

优选地，所述可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

微处理器，与所述第一驱动模块和第二驱动模块连接；用于控制第一驱动模块调节所述红外光发射模块和红外光接收模块的位置，以及控制第二驱动模块调节测量部位受到的压力至预置的压力范围。

优选地，所述聚光模块为聚光镜、凹凸透镜或LED灯杯。

优选地，所述红外光发射模块所发射的红外光以及所述红外光接收模块接收的红外光的波长范围为800nm至3800nm。

本实用新型通过红外光发射模块向测量部位发射预设波长的红外光，聚光模块对该预设波长的红外光进行聚拢，通过红外光接收模块接收经衰减后的红外光谱信号并将其转换成模拟电信号，信号转换和处理模块将模拟电信号转换成数字信号后进行分析计算，得到人体血糖浓度的测量结果，从而提高了血糖测量的精度和分辨率；此外，通过第一驱动模块调节红外光发射模块和红外光接收模块的位置，以确定对预设波长的红外光吸收率最大的位置作为测量部位，并通过压力调节模块调节测量部位受到的压力至合适的压力范围内，提高了测量的重复性。

附图说明

图1为本实用新型可穿戴式无创血糖测量设备第一实施例的结构示意图；

图2为图1中压力调节模块的结构示意图；

图3为本实用新型可穿戴式无创血糖测量设备第二实施例的结构示意图；

图4为本实用新型可穿戴式无创血糖测量设备第三实施例的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种可穿戴式无创血糖测量设备。

参照图1，图1为本实用新型可穿戴式无创血糖测量设备第一实施例的结构示意图。

在第一实施例中，可穿戴式无创血糖测量设备包括：

红外光发射模块10，用于向测量部位发射预设波长的红外光；在测量时实时向测量部位发射红外光；

聚光模块20，设置在红外光发射模块的红外发射部位前端，用于聚集红外光发射模块发出的预设波长的红外光；将红外光发射模块10发出的散射的红外光进行聚拢；

红外光接收模块30，用于接收预设波长的红外光经衰减后的红外光谱信号，并将接收的红外光谱信号转换成模拟电信号；

信号转换和处理模块40，连接红外光接收模块，用于将模拟电信号转换成数字信号后进行分析计算，得到人体血糖浓度的测量结果；

第一驱动模块50，与红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于对红外光发射模块和红外光接收模块的位置进行调节，以确定对预设波长的红外光吸收率最大的位置作为测量部位；

压力调节模块60，与红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于检测并调节测量部位受到的压力至预置的压力范围。

***开始启动后要进行***初始化，包括从存储器中读取初始血糖浓度值初始红外光吸收率和人体血糖常数值，包括初始化一些参数和数据(数据采集之初，需要进行使用微创的血糖测量方法，得到该特定测量人员血糖值，该血糖值可以手动输入到该***中，同时进行红外光谱法对血糖的测量，得到红外光血糖内码值)。初始化完成后***即进行检测有无检测信号接入，既检查有没有测试者进行血糖的测量，如有检测信号输入，就对该信号进行一些处理和分析，如对信号数据进行去抖、去刺等数字滤波处理，和对数据进行一些动态数据分析和判断，判断数据的走向和趋势，直到该测量数据趋于稳定后读取该稳定数据，再将该数据进行数学模型计算，从而计算得到待测量者的血液葡萄糖的浓度测量值；最后将得到的测量结果输出。

本实施例中所选择的测量部位可以为测量者的颈部动脉位置，因为颈部动脉位于身体表面位置较浅，血流量较大，测量信号的信噪比高，测量精度高；红外光发射模块10可以发射至少三个不同的波长的红外光，即包括至少三个不同波长的红外光发射管。在测量时，红外光发射模块10实时发射波长范围在800nm至3800nm之间的红外光；通过设置在红外光发射模块10的红外发射部位前端的聚光模块20对红外光发射模块10所发出的红外光进行聚集，使得散射的红外光聚拢，以克服红外光的光线散射和干涉等问题，使测量的红外光最大量的通过待测量组织，提高测量***的分辨率和重复性，该聚光模块20可以采用聚光镜、凹凸透镜和LED灯杯等具有聚光作用的装置；在确定测量部位时，通过MCU微处理器控制第一驱动模块50对红外光发射模块10和红外光接收模块30的位置进行微调，选择对预设波长的红外光吸收率最大的位置作为测量部位，该对预设波长的红外光吸收率最大的位置通常为红外光所透过的血管面积最大的位置；通过压力调节模块60实时检测测量部位所受到的红外光发射模块10和红外光接收模块30的压力，并调节测量部位受到的压力至预置的压力范围，保证合适的松紧度，满足不同身体类型人群的测量精确度。

本***进行血糖含量测量的时候，首先需要一个葡萄糖的特征光谱(例如1650nm)，以初步测量葡萄糖对其特征光的吸收量，为了使葡萄糖对其特征光的吸收量更准确，还需要排除在该测量过程中水的影响。在测量过程中，水对葡萄糖的测量有干扰，即水对葡萄糖的特征波长的红外光也有吸收，于是在此就需要测量水对葡萄糖的特征波长的红外光的吸收量，然后在原始葡萄糖对其特征光的吸收量的基础上将水吸收的部分葡萄糖特征光的量去除，以得到葡萄糖对其特征光吸收的绝对总量。具体的，葡萄糖对1400nm的红外光吸收较少，而水对该波长的红外光有较强的吸收，于是可以通过测量水对1400nm的红外光的吸收量替代水对葡萄糖的特征光的吸收量(例如1650nm)，以此剔除水对葡萄糖含量测量的干扰。

由于红外光经照射人体后有一定程度的衰减，红外光接收模块30接收衰减后的光谱信号，并将该光谱信号转换成模拟电信号，该模拟电信号的大小与人体血糖浓度呈现一定的数学模型关系(具体的，在测量过程中，水对葡萄糖的测量有干扰，即水对葡萄糖的特征波长的红外光也有吸收，于是在此就需要测量水对葡萄糖的特征波长的红外光的吸收量，然后在原始葡萄糖对其特征光的吸收量的基础上将水吸收的部分葡萄糖特征光的量去除，以得到葡萄糖对其特征光吸收的绝对总量)。衰减的红外光信号转换成模拟电信号后，信号转换和处理模块40将反映人体血糖葡萄糖浓度的模拟电信号进行滤波、放大后将其转换成微处理器模块可以接受的数字信号，然后进行分析计算，得到人体血糖浓度的测量结果。

本实施例通过红外光发射模块10向测量部位发射预设波长的红外光，聚光模块20对该预设波长的红外光进行聚拢，通过红外光接收模块30接收经衰减后的红外光谱信号并将其转换成模拟电信号，信号转换和处理模块40将模拟电信号转换成数字信号后进行分析计算，得到人体血糖浓度的测量结果，从而提高了血糖测量的精度和分辨率；此外，通过第一驱动模块50调节红外光发射模块和红外光接收模块的位置，以确定对预设波长的红外光吸收率最大的位置作为测量部位，并通过压力调节模块60调节测量部位受到的压力至合适的压力范围内，提高了测量的重复性。

进一步地，红外光发射模块10的驱动信号是脉冲信号，该脉冲信号的占空比的范围为1:20至1:1.5。为了解决红外发射光光强度的波动问题和增加红外光的穿透能力，脉冲波的占空比是从1:1.5到1:20，这样就较好的解决了红外光驱动波动的问题。当占空比小于1:20的时候，所发射特征光的光强和光通量太小，穿透效果不佳，达不到测量要求；当占空比大于1:1.5时，所发射特征光的光强和光通量出现较大的波动，测量结果的误差较大，也达不到测量需要。

进一步地，可穿戴式无创血糖测量设备还包括用于驱动红外光发射模块10和红外光接收模块30的驱动电源，驱动电源的纹波小于100mv。由于在相同的电源驱动下，红外光发射管所发射的红外光是不相同的，它总是会有波动，这个会对测量造成较大的误差。在本实施例中为了减小这种误差，红外光发射模块10和红外光接收模块30的驱动电源相同，该电源电压的纹波较小的情况下，可以使红外光的光通量变化率减小，红外光发射管所发射的红外光的波动也较小，具体的，该电源的纹波小于100mv。

进一步地，信号转换和处理模块40的输入端信号电压差小于50mv，信号转换和处理模块40的信号转换速率为10HZ至1000HZ。传感器的输出信号属于小信号，一般在10mv以下，信号输入端电压差小于50mv，因放大器的放大倍数可以到100倍，超出这个电压会导致放大器的输出电压的范围和放大器的失效。选择10HZ至1000HZ的原因是：如果小于10HZ，则数据采样和分析的速度太慢，不能够较好的实现实时测量的目的；同时如果大于1000HZ，采样速率太快，会导致许多数据没有进行分析就会丢弃，同时太高的采样速率，也会导致采样的数据不稳定。

进一步地，红外光发射模块10包括红外光发射电路及电源电路；红外光接收模块30包括红外光接收电路及电源电路；信号转换和处理模块40包括滤波电路、信号放大电路、信号选择电路、信号转换电路、微处理器电路及电源电路。

参照图2，图2为图1中压力调节模块的结构示意图。

在上述实施例中，压力调节模块60包括：

压力传感器61，设置在红外光发射模块和/或红外光接收模块靠近测量部位的一侧，用于检测测量部位受到的压力；

第二驱动模块62，与红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于将测量部位受到的压力调节至预置的压力范围。

在红外光发射模块10和/或红外光接收模块30靠近测量部位的一侧设置压力传感器61，实时检测人体的测量部位所受到的红外光发射模块10和红外光接收模块30的压力，并将检测到的压力值发送至MCU微处理器，MCU微处理器根据预置的压力范围控制第二驱动模块62工作，以调节红外光发射模块10和红外光接收模块30接触人体的测量部位的松紧度，以将测量部位受到的压力调节至预置的压力范围内。

通过压力传感器61检测测量部位的压力，并根据压力的大小调节测量点位的受力和松紧程度在预置的压力范围内，从而解决了不同身体类型人群的测量精确度问题，提高了测量重复性。

参照图3，图3为本实用新型可穿戴式无创血糖测量设备第二实施例的结构示意图。

在上述可穿戴式无创血糖测量设备第一实施例的基础上，第二实施例中，可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

数据通讯模块70，与数据处理模块连接，用于将人体血糖浓度的测量结果进行远程传输；该数据通讯模块70包括微处理器电路及数据通讯电路。

数据通讯模块70与信号转换和处理模块40连接，在信号转换和处理模块40测得人体血糖浓度的测量结果后，通过数据通讯模块70将测量结果传输至健康管理平台等用于提供健康服务的平台，也可以传输至用户的手机等终端设备中，供用户进行自我管理或监督管理，从而实现可穿戴式无创血糖测量设备的远程数据传输等信息化服务功能。

参照图4，图4为本实用新型可穿戴式无创血糖测量设备第三实施例的结构示意图。

在上述可穿戴式无创血糖测量设备第一实施例的基础上，第三实施例中，可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

人机交互模块80，连接信号转换和处理模块40，用于接收用户输入的指令，并显示人体血糖浓度的测量结果或者通过语音播报该人体血糖浓度的测量结果；人机交互模块80包括微处理器电路、信息输入电路及显示电路。

人机交互模块80可提供供用户控制***开启和关闭的控制按键或控制界面，供用户输入开启指令或关闭指令；并且，在信号转换和处理模块40计算出人体血糖浓度的测量结果后，人机交互模块80将人体血糖浓度的测量结果进行显示，或通过语音播报的方式播报出人体血糖浓度的测量结果。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述可穿戴式无创血糖测量设备包括：

红外光发射模块，用于向测量部位发射预设波长的红外光；

聚光模块，设置在所述红外光发射模块的红外发射部位前端，用于聚集所述红外光发射模块发出的所述预设波长的红外光；

红外光接收模块，用于接收所述预设波长的红外光经衰减后的红外光谱信号，并将接收的所述红外光谱信号转换成模拟电信号；

信号转换和处理模块，连接所述红外光接收模块，用于将所述模拟电信号转换成数字信号后进行分析计算，得到人体血糖浓度的测量结果；

第一驱动模块，与所述红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于对所述红外光发射模块和红外光接收模块的位置进行调节，以确定对预设波长的红外光吸收率最大的位置作为测量部位；

压力调节模块，与所述红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于检测并调节所述测量部位受到的压力至预置的压力范围。

2.如权利要求1所述的可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述压力调节模块包括：

压力传感器，设置在所述红外光发射模块和/或红外光接收模块靠近测量部位的一侧，用于检测所述测量部位受到的压力；

第二驱动模块，与所述红外光发射模块和红外光接收模块连接，用于将测量部位受到的压力调节至预置的压力范围。

3.如权利要求1或2所述的可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

数据通讯模块，与所述信号转换和处理模块连接，用于将所述人体血糖浓度的测量结果进行远程传输。

4.如权利要求1所述的可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

人机交互模块，连接所述信号转换和处理模块，用于接收用户输入的指令，并显示所述人体血糖浓度的测量结果或者通过语音播报该人体血糖浓度的测量结果。

5.如权利要求1所述的可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述测量部位为颈部动脉。

6.如权利要求2所述的可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述可穿戴式无创血糖测量设备还包括：

微处理器，与所述第一驱动模块和第二驱动模块连接；用于控制第一驱动模块调节所述红外光发射模块和红外光接收模块的位置，以及控制第二驱动模块调节测量部位受到的压力至预置的压力范围。

7.如权利要求1所述的可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述聚光模块为聚光镜、凹凸透镜或LED灯杯。

8.如权利要求1所述的可穿戴式无创血糖测量设备，其特征在于，所述红外光发射模块所发射的红外光以及所述红外光接收模块接收的红外光的波长范围为800nm至3800nm。