個(gè)體化血糖濃度檢測(cè)裝置及其數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在體血糖濃度檢測(cè)裝置方法，具體地說(shuō)，是一種個(gè)體化血糖濃度 檢測(cè)裝置及其數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 血糖濃度是人體重要指標(biāo)之一，血糖濃度的大小對(duì)糖尿病的診斷、治療、預(yù)后有重 要意義。
[0003] 目前主要的便攜式血糖檢測(cè)裝置的檢測(cè)原理主要有兩種：一種基于電化學(xué)的方 法，另外一種是基于光學(xué)的方法。電化學(xué)的血糖檢測(cè)方法是施加一定電壓于經(jīng)酶反應(yīng)后的 血液會(huì)產(chǎn)生電流，而電流的大小會(huì)隨著血液中的血糖濃度的增加而增加。通過精確測(cè)量出 這些微弱電流，并根據(jù)電流值和血糖濃度的關(guān)系，測(cè)得血糖濃度。雖然這種方法已得到了廣 泛的應(yīng)用，并被大眾所接受。但這種方法由于每測(cè)一次血糖濃度需從指尖取一次血，若需要 長(zhǎng)期檢測(cè)血糖濃度，會(huì)對(duì)指尖造成損傷，也可能會(huì)出現(xiàn)感染，然而對(duì)于糖尿病人又不得不每 天測(cè)量。因而人們提出了光學(xué)方法測(cè)量血糖濃度，基于光學(xué)方法對(duì)血糖進(jìn)行檢測(cè)是一種無(wú) 創(chuàng)檢測(cè)，但由于個(gè)體差異太大，光學(xué)方法檢測(cè)的血糖濃度存在測(cè)量個(gè)體誤差大，測(cè)量精度不 尚等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種個(gè)體化血糖濃度檢測(cè)裝置及其數(shù)據(jù)處理方 法，針對(duì)不同的個(gè)體，結(jié)合電化學(xué)和光學(xué)測(cè)量方法，采用偏最小二乘法進(jìn)行擬合，并根據(jù)體 溫、環(huán)境溫度等外界測(cè)量的參數(shù)，準(zhǔn)確的計(jì)算出血糖濃度，減小了對(duì)用戶的創(chuàng)傷，降低了傷 口感染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)克服了光學(xué)測(cè)量個(gè)體誤差大、測(cè)量精度不高等問題。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：
[0006] -種個(gè)體化血糖濃度檢測(cè)裝置，其特征在于，包括電化學(xué)血糖采集模塊和光學(xué)血 糖采集模塊，所述電化學(xué)血糖采集模塊包括基準(zhǔn)電壓輸出單元、電流電壓轉(zhuǎn)換單元、第一數(shù) 控放大單元和第一濾波處理單元，所述光學(xué)血糖采集模塊包括微處理器控制單元、第二濾 波處理單元、模擬選擇器單元、LED驅(qū)動(dòng)單元、LED發(fā)光模塊、光敏傳感器、前級(jí)放大單元、第 三濾波處理單元以及第二數(shù)控放大單元；
[0007] 所述基準(zhǔn)電壓輸出單元用于向血糖試紙條提供測(cè)試所需的基準(zhǔn)電壓，經(jīng)三電極測(cè) 試，其輸出的電流信號(hào)經(jīng)過所述電流電壓轉(zhuǎn)換單元送入所述第一數(shù)控放大單元中，所述第 一數(shù)控放大單元輸出放大后的信號(hào)經(jīng)過所述第一濾波處理單元送入所述微處理器控制單 元的第一 A/D采樣端，所述微處理器控制單元的第一控制端還與所述第一數(shù)控放大單元的 控制引腳相連，用于控制所述第一數(shù)控放大單元的信號(hào)放大倍數(shù)；
[0008] 所述微處理器控制單元的D/A輸出端口還與所述第二濾波處理單元的輸入端相 連，該第二濾波處理單元的輸出端連接所述模擬選擇器單元，在所述模擬選擇器單元的每 一路輸出端上分別連接有LED驅(qū)動(dòng)單元和不同波段的LED發(fā)光模塊，通過所述模擬選擇器 單元選擇不同波段的LED發(fā)光模塊點(diǎn)亮，所述光敏傳感器用于接收透射光信號(hào)，該透射光 信號(hào)依次經(jīng)過所述前級(jí)放大單元、第三濾波處理單元以及第二數(shù)控放大單元后送入所述微 處理器控制單元的第二A/D采樣端，所述微處理器控制單元的第二控制端還與所述模擬選 擇器單元的控制引腳相連，用于控制所述模擬選擇器單元選擇不同波段的LED發(fā)光模塊點(diǎn) 亮，所述微處理器控制單元的第三控制端還與所述第二數(shù)控放大單元的控制引腳相連，用 于控制所述第二數(shù)控放大單元的信號(hào)放大倍數(shù)；
[0009] 在所述微處理器控制單元上還連接有溫度傳感器單元和參考電壓?jiǎn)卧?br>[0010] 進(jìn)一步的描述，為了實(shí)現(xiàn)二者的連接與分離，所述電化學(xué)血糖采集模塊和所述光 學(xué)血糖采集模塊之間設(shè)置有接口單元。
[0011] 再進(jìn)一步的描述，為了實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的通訊，在所述微處理器控制單元上連接 有藍(lán)牙無(wú)線收發(fā)單元；為了能讓各種信息顯示，在所述微處理器控制單元上連接有和觸摸 式IXD液晶顯示單元。
[0012] 再進(jìn)一步的描述，所述微處理器控制單元由32位微處理器STM32F415RG和相應(yīng)的 外圍元件構(gòu)成。
[0013] 再進(jìn)一步的描述，所述第二數(shù)控放大單元由可編程增益放大器PGA112及外圍元 件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)1、2、4、8、16、64和128幾種放大倍數(shù)的控制，以達(dá)到最大測(cè)量的精度。
[0014] 結(jié)合上述個(gè)體化血糖濃度檢測(cè)裝置，本發(fā)明還提出了一種個(gè)體化血糖濃度檢測(cè)裝 置的數(shù)據(jù)處理方法，按照以下步驟進(jìn)行：
[0015] Sl :控制光學(xué)血糖采集模塊進(jìn)行光學(xué)血糖檢測(cè)，其中LED發(fā)光模塊使用紫外-可 見-近紅外分光光度計(jì)在200nm-2500nm范圍內(nèi)掃描，通過光敏傳感器得到一系列吸收光強(qiáng) 隨血糖濃度變化大于90%的波長(zhǎng)和吸收光強(qiáng)隨血糖濃度變化小于5%的波長(zhǎng)；
[0016] S2 :根據(jù)Sl得到的數(shù)據(jù)，分別從吸收光強(qiáng)隨血糖濃度變化大于90%的波長(zhǎng)中選出 1-3種波長(zhǎng)，以及從吸收光強(qiáng)隨血糖濃度變化小于5%的波長(zhǎng)中選擇1-3種波長(zhǎng)；
[0017] S3 :利用S2得到的2-6種不同波長(zhǎng)的光作為光學(xué)血糖檢測(cè)的測(cè)試光，獲取透射光 強(qiáng)與入射光強(qiáng)的比值以及對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的脈搏波信號(hào)，使用溫度傳感器獲取體溫和環(huán)境溫度；
[0018] S4 :控制電化學(xué)血糖采集模塊進(jìn)行電學(xué)血糖檢測(cè)，測(cè)量出其相應(yīng)的血糖濃度；
[0019] S5:使用偏最小二乘法，通過多次電化學(xué)血糖檢測(cè)和光學(xué)血糖檢測(cè)所得的數(shù)據(jù)，按 照下式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合：
[0020]
[0021] 其中：y*為擬合出的血糖濃度值，M為2-6種波長(zhǎng)獲取的脈搏波的特征參數(shù)總個(gè) 數(shù)，P1為第i個(gè)特征參數(shù)的值，N為測(cè)試光的總個(gè)數(shù)，Rniaxl為第i個(gè)入射光和透射光比值在 3-50個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)每次搏動(dòng)最大值的平均值的常用對(duì)數(shù)值，Rniini為第i個(gè)入射光和透射光 比值在3-50個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)每次搏動(dòng)最小值的平均值的常用對(duì)數(shù)值，T b為體溫，T。為環(huán)境溫 度，c。、C21 r c2l、k2l p k2l、I21 r 121、cTb、cTb'、cT。、Ct。'分別為各個(gè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)，通 過調(diào)整各個(gè)擬合系數(shù)使得擬合出的血糖濃度值等于電化學(xué)血糖檢測(cè)出的血糖濃度值；
[0022] S6 :利用S5所得的擬合系數(shù)，直接利用S2得到的2-6種不同波長(zhǎng)的光作為光學(xué)血 糖檢測(cè)的測(cè)試光，通過提取步驟S5中所對(duì)應(yīng)的參數(shù)，直接計(jì)算血糖濃度值。
[0023] 再進(jìn)一步描述，所述脈搏波的特征參數(shù)包括時(shí)域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)。
[0024] 本發(fā)明的顯著效果是：針對(duì)不同的個(gè)體，結(jié)合電化學(xué)和光學(xué)測(cè)量方法，采用偏最小 二乘法進(jìn)行擬合，并根據(jù)體溫、環(huán)境溫度等外界測(cè)量的參數(shù)，準(zhǔn)確的計(jì)算出血糖濃度，大大 減小指尖取血次數(shù)，減小了對(duì)用戶的創(chuàng)傷，降低了傷口感染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)克服了光學(xué)測(cè)量個(gè) 體誤差大、測(cè)量精度不高等問題。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以及工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 如圖1可以看出，一種個(gè)體化血糖濃度檢測(cè)裝置，包括電化學(xué)血糖采集模塊和光 學(xué)血糖采集模塊，電化學(xué)血糖采集模塊包括基準(zhǔn)電壓輸出單元、電流電壓轉(zhuǎn)換單元、第一數(shù) 控放大單元和第一濾波處理單元，光學(xué)血糖采集模塊包括微處理器控制單元、第二濾波處 理單元、模擬選擇器單元、LED驅(qū)動(dòng)單元、LED發(fā)光模塊、光敏傳感器、前級(jí)放大單元、第三濾 波處理單元以及第二數(shù)控放大單元；
[0029] 基準(zhǔn)電壓輸出單元用于向血糖試紙條提供測(cè)試所需的基準(zhǔn)電壓，經(jīng)三電極測(cè)試， 其輸出的電流信號(hào)經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換單元送入第一數(shù)控放大單元中，第一數(shù)控放大單元輸 出放大后的信號(hào)經(jīng)過第一濾波處理單元送入微處理器控制單元的第一 A/D采樣端，微處理 器控制單元的第一控制端還與第一數(shù)控放大單元的控制引腳相連，用于控制第一數(shù)控放大 單元的信號(hào)放大倍數(shù)；
[0030] 微處理器控制單元的D/A輸出端口還與第二濾波處理單元的輸入端相連，該第二 濾波處理單元的輸出端連接模擬選擇器單元，在模擬選擇器單元的每一路輸出端上分別連 接有LED驅(qū)動(dòng)單元和不同波段的LED發(fā)光模塊，通過模擬選擇器單元選擇不同波段的LED 發(fā)光模塊點(diǎn)亮，光敏傳感器用于接收透射光信號(hào)，該透射光信號(hào)依次經(jīng)過前級(jí)放大單元、第 三濾波處理單元以及第二數(shù)控放大單元后送入微處理器控制單元的第二A/D采樣端，微處 理器控制單元的第二控制端還與模擬選擇器單元的控制引腳相連，用于控制模擬選擇器單 元選擇不同波段的LED發(fā)光模塊點(diǎn)亮，微處理器控制單元的第三控制端還與第二數(shù)控放大 單元的控制引腳相連，用于控制第二數(shù)控放大單元的信號(hào)放大倍數(shù)；
[0031] 在微處理器控制單元上還連接有溫度傳感器單元和參考電壓?jiǎn)卧?br>[0032] 從圖1還可以看出，為了實(shí)現(xiàn)電化學(xué)血糖采集模塊和光學(xué)血糖采集模塊之間的連 接與分離，從而實(shí)現(xiàn)電化學(xué)血糖采集模塊在測(cè)量過程中起到修正的作用，在電化學(xué)血糖采 集模塊和光學(xué)血糖采集模塊之間設(shè)置有接口單元。
[0033] 從圖1還可以看出，為了實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的通訊和數(shù)據(jù)傳輸，在微處理器控制單 元上連接有藍(lán)牙無(wú)線收發(fā)單元；為了能讓各種信息顯示，在微處理器控制單元上連接有和 觸摸式IXD液晶顯示單元。
[0034] 在實(shí)施過程中，微處理器控制單元選擇的是32位微處理器STM32F415RG，并在該 微處理器上連接有相應(yīng)的外圍元件。
[0035] 在本實(shí)施例中，第一數(shù)控放大單元與第二數(shù)控放大單元均采用可編程增益放大器 PGAl 12及外圍元件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)1、2、4、8、16、64和128幾種放大倍數(shù)的控制，以達(dá)到最大測(cè)量 的精度。
[0036] 上述個(gè)體化血糖濃度檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)處理方法，按照以下步驟進(jìn)行：
[0037] Sl :控制光學(xué)血糖采集模塊進(jìn)行光學(xué)血糖檢測(cè)，其中LED發(fā)光模塊使用紫外-可 見-近紅外分光光度計(jì)在200nm-2500nm范圍內(nèi)掃描，通過光敏傳感器得到一系列吸收光強(qiáng) 隨血糖濃度變化大于90%的波長(zhǎng)和吸收光強(qiáng)隨血糖濃度變化小于5%的波長(zhǎng)；
[0038] S2 :根據(jù)Sl得到的數(shù)據(jù)，分別從吸收光強(qiáng)隨血糖濃度變化大于90%的波長(zhǎng)中選出 1-3種波長(zhǎng)，以及從吸收光強(qiáng)隨血糖濃度變化小于5%的波長(zhǎng)中選擇1-3種波長(zhǎng)；
[0039] S3 :利用S2得到的2-6種不同波長(zhǎng)的光作為光學(xué)血糖檢測(cè)的測(cè)試光，獲取透射光 強(qiáng)與入射光強(qiáng)的比值以及對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的脈搏波信號(hào)，使用溫度傳感器獲取體溫和環(huán)境溫度；
[0040] S4 :控制電化學(xué)血糖采集模塊進(jìn)行電學(xué)血糖檢測(cè)，測(cè)量出其相應(yīng)的血糖濃度；
[0041] S5 :使用偏最小二乘法，通過多次電化學(xué)血糖檢測(cè)和光學(xué)血糖檢測(cè)所