一種人體熱蒸發(fā)測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人體熱蒸發(fā)測量裝置及方法，可應用于無創(chuàng)血糖檢測領域，實時獲取指表濕度、指表溫度及環(huán)境溫、濕度，便于快速而準確的計算出人體代謝率，進而計算出血糖濃度值。發(fā)明所用器材輕巧方便，便于嵌入血糖檢測儀實現(xiàn)整合，適合推廣應用。
【專利說明】一種人體熱蒸發(fā)測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)學智能儀器【技術領域】，涉及一種人體熱蒸發(fā)測量裝置及方法，適合應用于無創(chuàng)血糖檢測代謝率計算方法。
【背景技術】
[0002]糖尿病(diabeticmellitus, DM)是一種體內(nèi)胰島素相對或絕對不足及祀細胞對胰島素敏感性降低，或胰島素本身存在結構上的缺陷而引起的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂的一種慢性疾病。目前，糖尿病較為有效的控制治療手段是通過頻繁的檢測和胰島素注射來對血糖濃度進行嚴格控制，從而減少或減輕由糖尿病導致的長期并發(fā)癥。因此定期的血糖檢測對糖尿病患者意義重大。
[0003]目前血糖的檢測方法可分為有創(chuàng)、微創(chuàng)和無創(chuàng)法。有創(chuàng)和微創(chuàng)血糖的檢測方法都具有不同程度的組織侵入性，而目前短期內(nèi)連續(xù)測量血糖成為一個普通的治療糖尿病的手段，因此給病人帶來痛苦，有感染的可能，病人會有懼怕心理，并且檢測費用比較昂貴，因此使用有限。
[0004]基于能量守恒法的無創(chuàng)血糖檢測技術理論假設人體是熱能量的平衡體，人體產(chǎn)熱等于人體散熱。人體的散熱主要通過皮膚進行，而皮膚散熱的方式主要有四種，依次為輻射散熱、傳導散熱、對流散熱、蒸發(fā)散熱，其中輻射散熱占整體散熱比重為60%，傳導散熱為3%，對流散熱為15%，蒸發(fā)散熱為22%?？梢?，蒸發(fā)散熱的比重僅次于輻射散熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有零點跟蹤技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種無創(chuàng)、便捷、準確可靠的人體熱蒸發(fā)測量裝置及方法，該方法所需測量變量少，測量變量與分析結果的關系穩(wěn)定，便于實現(xiàn)。其技術方案如下:
[0006]一種人體熱蒸發(fā)測量裝置，其頂部中央部位為根據(jù)指形設計的圓弧形凹槽，凹槽直徑1.5cm，長6cm，凹槽內(nèi)設有指表溫度傳感器、第二濕度傳感器，其中溫度傳感器與凹槽表面等高，濕度傳感器低于凹槽表面1.5mm ;裝置側面底部設有環(huán)境溫度傳感器、第一濕度傳感器，且兩傳感器在同一軸線上，在裝置頂部的凹槽內(nèi)，開通與指表溫度傳感器規(guī)格相適應的指表溫度傳感器固定槽，與指表濕度傳感器規(guī)格相適應的指表濕度傳感器固定槽，并分別與電路連接區(qū)相通；在裝置的左側壁底部，開通與環(huán)境溫度傳感器規(guī)格相適應的環(huán)境溫度傳感器固定槽，其稍下位置開通與環(huán)境濕度傳感器規(guī)格相適應的環(huán)境濕度傳感器固定槽，并分別與電路連接區(qū)相通；在裝置的右側壁，有電源供電、開關按鈕和信號輸入輸出串口，與電路連接區(qū)相通；在裝置的中部設有用于信號輸入輸出連接、傳感器焊接及PCB安裝的電路連接區(qū)。
[0007]進一步優(yōu)選，所述裝置選用白色PVC材料，高5cm，寬3cm，便于受測手指安放；選擇具有透氣、疏松、彈性特性的綠色硅膠作為主體頂部圓弧表面手指受力緩沖曲面板的材料。
[0008]一種人體熱蒸發(fā)測量方法，包括以下步驟:[0009]I)待測對象處于靜息狀態(tài)；
[0010]2)待測對象將手指輕輕置入裝置中圓弧形凹槽內(nèi)，保證手指處于自然安放狀態(tài)，不擠壓；
[0011]3)使用裝置中的兩個溫度傳感器分別測得人體指表濕度、環(huán)境濕度；采用兩個溫度傳感器分別測量人體指表溫度、環(huán)境溫度；
[0012]4)取指表溫度值、濕度值，代入公式得到指表水蒸氣分壓；
[0013]5)取環(huán)境溫度值、濕度值，代入公式得到環(huán)境水蒸氣分壓；
[0014]6)根據(jù)指表溫度值和環(huán)境溫度值查表得到蒸發(fā)換熱系數(shù)；
[0015]7)將指表水蒸氣分壓、環(huán)境水蒸氣、蒸發(fā)換熱系數(shù)代入公式即可得到蒸發(fā)散熱量，
[0016]數(shù)據(jù)處理過程中，當前溫度和濕度下空氣中的水蒸氣分壓Pa，直接通過當前空氣的相對濕度Rh和tw獲得Pa，經(jīng)實驗得其補償系數(shù)為4.02，其相對誤差小于2.5。
[0017]進一步優(yōu)選，在室內(nèi) 環(huán)境進行，關閉風扇等人工送風裝置，保持環(huán)境處于自然對流狀態(tài)。
[0018]進一步優(yōu)選，環(huán)境溫度控制在20°C — 26°C，盡量保持在較為恒定的狀態(tài)，保證人體處于靜息狀態(tài)。
[0019]進一步優(yōu)選，測量之前，每一位待檢測的被試對象在進行環(huán)境中處于靜息狀態(tài)，著裝與環(huán)境溫度匹配，盡量避免出汗的情況，保證檢測時人體處于熱平衡狀態(tài)。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:
[0021]與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0022]1.本發(fā)明可實現(xiàn)多參數(shù)測量，利用發(fā)明可一次性檢測出人體指表溫度、環(huán)境溫度、指表相對濕度、環(huán)境相對濕度。
[0023]2.本發(fā)明采用兩個溫度傳感器，分別檢測人體指表溫度、環(huán)境溫度，對于建立人體代謝熱平衡方程作用極大。
[0024]3.本發(fā)明采用兩個濕度傳感器，進而可知相對濕度，對于建立人體蒸發(fā)熱平衡方程作用極大。
[0025]4.本發(fā)明采用絕緣PVC材料制作而成，可提高傳感器抗干擾能力。
[0026]5.本發(fā)明所用器材輕巧方便，便于嵌入血糖檢測儀實現(xiàn)整合。
[0027]6.本發(fā)明實現(xiàn)了無創(chuàng)指表熱蒸發(fā)檢測，無需采取血樣，安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明人體熱蒸發(fā)測量裝置的左視圖；
[0029]圖2為本發(fā)明人體熱蒸發(fā)測量裝置的主視圖；
[0030]圖3為本發(fā)明人體熱蒸發(fā)測量裝置的俯視圖；
[0031]圖4為本發(fā)明人體熱蒸發(fā)測量裝置的右視圖；
[0032]圖5為本發(fā)明人體熱蒸發(fā)測量裝置的立體圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細地說明。[0034]如圖1所示，一種人體熱蒸發(fā)測量裝置，其頂部中央部位為根據(jù)指形設計的圓弧形凹槽5，凹槽直徑1.5cm,長6cm，凹槽內(nèi)設有指表溫度傳感器7、第二濕度傳感器9，其中溫度傳感器與凹槽表面等高，濕度傳感器低于凹槽表面1.5mm ;裝置側面底部設有環(huán)境溫度傳感器4、第一濕度傳感器2，且兩傳感器在同一軸線上，在裝置頂部的凹槽內(nèi)，開通與指表溫度傳感器規(guī)格相適應的指表溫度傳感器固定槽6，與指表濕度傳感器規(guī)格相適應的指表濕度傳感器固定槽8，并分別與電路連接區(qū)相通；在裝置的左側壁底部，開通與環(huán)境溫度傳感器規(guī)格相適應的環(huán)境溫度傳感器固定槽3，其稍下位置開通與環(huán)境濕度傳感器規(guī)格相適應的環(huán)境濕度傳感器固定槽1，并分別與電路連接區(qū)相通；在裝置的右側壁，有電源供電12、開關按鈕11和信號輸入輸出串口 10，與電路連接區(qū)相通；在裝置的中部設有用于信號輸入輸出連接、傳感器焊接及PCB安裝的電路連接區(qū)。
[0035]進一步優(yōu)選，所述裝置選用白色PVC材料，高5cm，寬3cm，便于受測手指安放；選擇具有透氣、疏松、彈性特性的綠色硅膠作為主體頂部圓弧表面手指受力緩沖曲面板的材料。
[0036]一種人體熱蒸發(fā)測量方法，包括以下步驟:
[0037]I)待測對象處于靜息狀態(tài)；
[0038]2)待測對象將手指輕輕置入裝置中圓弧形凹槽內(nèi)，保證手指處于自然安放狀態(tài)，不擠壓；
[0039]3)使用裝置中的兩個溫度傳感器分別測得人體指表濕度、環(huán)境濕度；采用兩個溫度傳感器分別測量人體指表溫度、環(huán)境溫度；
[0040]4)取指表溫度值、濕度值，代入公式得到指表水蒸氣分壓；
[0041]5)取環(huán)境溫度值、濕度值，代入公式得到環(huán)境水蒸氣分壓；
[0042]6)根據(jù)指表溫度值和環(huán)境溫度值查表得到蒸發(fā)換熱系數(shù)；
[0043]7)將指表水蒸氣分壓、環(huán)境水蒸氣、蒸發(fā)換熱系數(shù)代入公式即可得到蒸發(fā)散熱量，
[0044]數(shù)據(jù)處理過程中，當前溫度和濕度下空氣中的水蒸氣分壓，直接通過當前空氣的相對濕度和獲得，經(jīng)實驗得其補償系數(shù)為4.02，其相對誤差小于2.5。
[0045]進一步優(yōu)選，在室內(nèi)環(huán)境進行，關閉風扇等人工送風裝置，保持環(huán)境處于自然對流狀態(tài)。
[0046]進一步優(yōu)選，環(huán)境溫度控制在20°C — 26°C，盡量保持在較為恒定的狀態(tài)，保證人體處于靜息狀態(tài)。
[0047]進一步優(yōu)選，測量之前，每一位待檢測的被試對象在進行環(huán)境中處于靜息狀態(tài)，著裝與環(huán)境溫度匹配，盡量避免出汗的情況，保證檢測時人體處于熱平衡狀態(tài)。
[0048]在短時間內(nèi)可以認為手指的熱負荷為0，即代謝產(chǎn)生的能量完全消耗，沒有積蓄在人體內(nèi)部。人體處于靜息狀態(tài)時可以認為對外做功為0，此外，供給其他生化反應所需的能量也相當少，可以忽略。因此代謝產(chǎn)生能量的主要去向是與外界發(fā)生熱交換，這種熱交換有4種形式:I)熱傳導；2)熱對流；3)熱輻射；4)蒸發(fā)。只要檢測出這4部分散熱量和血液中氧的供給水平就能計算出血糖濃度。
[0049]由人體蒸發(fā)散熱方程和相關方程組可獲得人體蒸發(fā)散熱量E。針對檢測對象人體指表來選擇相關參數(shù)，建立以下數(shù)學模型。
【權利要求】
1.一種人體熱蒸發(fā)測量裝置，其特征在于，其頂部中央部位為根據(jù)指形設計的圓弧形凹槽(5)，凹槽直徑1.5cm，長6cm，凹槽內(nèi)設有指表溫度傳感器(7)、第二濕度傳感器(9)，其中溫度傳感器與凹槽表面等高，濕度傳感器低于凹槽表面1.5mm;裝置側面底部設有環(huán)境溫度傳感器(4)、第一濕度傳感器(2)，且兩傳感器在同一軸線上，在裝置頂部的凹槽內(nèi)，開通與指表溫度傳感器規(guī)格相適應的指表溫度傳感器固定槽(6)，與指表濕度傳感器規(guī)格相適應的指表濕度傳感器固定槽(8)，并分別與電路連接區(qū)相通；在裝置的左側壁底部，開通與環(huán)境溫度傳感器規(guī)格相適應的環(huán)境溫度傳感器固定槽(3)，其稍下位置開通與環(huán)境濕度傳感器規(guī)格相適應的環(huán)境濕度傳感器固定槽(I)，并分別與電路連接區(qū)相通；在裝置的右側壁，有電源供電(12)、開關按鈕(11)和信號輸入輸出串口(10)，與電路連接區(qū)相通；在裝置的中部設有用于信號輸入輸出連接、傳感器焊接及PCB安裝的電路連接區(qū)。
2.根據(jù)權利要求1所述的人體熱蒸發(fā)測量裝置，其特征在于，所述裝置選用白色PVC材料，高5cm，寬3cm，便于受測手指安放；選擇具有透氣、疏松、彈性特性的綠色硅膠作為主體頂部圓弧表面手指受力緩沖曲面板的材料。
3.一種人體熱蒸發(fā)測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 3.1待測對象處于靜息狀態(tài)； 3.2待測對象將手指輕輕置入裝置中圓弧形凹槽內(nèi)，保證手指處于自然安放狀態(tài)，不擠壓； 3.3使用裝置中的兩個溫度傳感器分別測得人體指表濕度、環(huán)境濕度；采用兩個溫度傳感器分別測量人體指表溫度、環(huán)境溫度； 3.4取指表溫度值、濕度值，代入公式得到指表水蒸氣分壓； 3.5取環(huán)境溫度值、濕度值，代入公式得到環(huán)境水蒸氣分壓； 3.6根據(jù)指表溫度值和環(huán)境溫度值查表得到蒸發(fā)換熱系數(shù)； 3.7將指表水蒸氣分壓、環(huán)境水蒸氣、蒸發(fā)換熱系數(shù)代入公式即可得到蒸發(fā)散熱量， 數(shù)據(jù)處理過程中，當前溫度和濕度下空氣中的水蒸氣分壓Pa，直接通過當前空氣的相對濕度Rh和tw獲得Pa，經(jīng)實驗得其補償系數(shù)為4.02，其相對誤差小于2.5。
4.根據(jù)權利要求3所述的人體熱蒸發(fā)測量方法，其特征在于，在室內(nèi)環(huán)境進行，關閉人工送風裝置，保持環(huán)境處于自然對流狀態(tài)。
5.根據(jù)權利要求3所述的人體熱蒸發(fā)測量方法，其特征在于，環(huán)境溫度控制在20°C—26 0C，盡量保 持在較為恒定的狀態(tài)，保證人體處于靜息狀態(tài)。
6.根據(jù)權利要求3所述的人體熱蒸發(fā)測量方法，其特征在于，測量之前，每一位待檢測的被試對象在進行環(huán)境中處于靜息狀態(tài)，著裝與環(huán)境溫度匹配，盡量避免出汗的情況，保證檢測時人體處于熱平衡狀態(tài)。
【文檔編號】G01D21/02GK103976713SQ201410200589
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權日:2014年5月13日
【發(fā)明者】陳真誠, 馬進姿, 朱健銘, 梁永波, 陳洪波, 殷世民, 李華 申請人:桂林電子科技大學