一种基于双波长光源的无创血糖仪

技术领域

本发明涉及一种血糖浓度检测装置，尤其涉及一种基于双波长光源的无创血糖仪。

背景技术

据统计，2017年我国糖尿病患者人数达到1.14亿，居于世界首位。根据目前的发展趋势，成人糖尿病的患病率已经高达11.6％。而糖尿病最大的特点就是其治愈率低，只有25.8％。控制血糖浓度是唯一的治疗方案。及时进行血糖浓度检测，对于控制糖尿病、防止并发症的发生，提高糖尿病患者的生活质量都占据十分重要的地位。目前，在我国血糖浓度的检测领域，绝大多数都是采用有创的血糖仪进行检测，在检测的过程中需要指腹采血，会给人带来疼痛、创伤和感染的风险。目前市面上可见的无创血糖仪主要有两款，一款为“ESER宇朔无创血糖仪”，每次使用前要有30分钟对环境的预热才能测试，并不方便使用。另一款“Gluco Track糖无忌无创血糖仪”，进口于以色列，需要每6个月校准一次，定期更换探头，并且价格昂贵。

目前对无创血糖仪浓度的测量方案有很多，主要是通过扫描人体皮肤或者测试人体的射频阻抗。例如公开号为CN102359984A的专利公开了一种便携式血糖监测仪，通过核黄素腺嘌呤核苷酸络合葡萄糖脱氢酶与唾液中葡萄糖发生电化学反应从而测定血糖浓度，但这种测量方法受唾液中其他物质干扰因素较大，使测量结果误差偏大，并且试剂使用有效期限很短，不方便日常生活中使用。又例如公开号为CN104983428A的专利公开了一种无创式的血糖测试仪，通过测量两个不同皮肤位置之间的电容值来计算血糖值，这种测量方法受测试者皮肤位置的影响较大，误差偏大，在实际使用中均受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双波长光源的无创血糖仪，该血糖仪具有无创、便携、准确的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于双波长光源的无创血糖仪，由第一光源(1)，第二光源(2)，光纤耦合器(3)，第一光纤(301)，第二光纤(302)，第三光纤(303)，光纤接头(4)，光纤准直器(5)，耳垂夹(6)，探测器(7)，信号处理模块(8)，Wi-Fi芯片(9)，光信号发射电路(10)构成。其中第一光源(1)和第二光源(2)焊接在光信号发射电路(10)上，第一光源(1)连接第一光纤(301)，第二光源(2) 连接第二光纤(302)，再通过光纤耦合器(3)传输到第三光纤(303)，第三光纤(303) 末端有光纤接头(4)，光纤准直器(5)与光纤接头(4)相连，光纤准直器(5)安装在耳垂夹(6)的上方，探测器(7)安装在耳垂夹(6)的下方，探测器(7)与信号处理模块(8) 连接，信号处理模块(8)连接Wi-Fi芯片(9)。

所述的第一光源(1)发射波长为1310nm的激光，为参考光源。

所述的第二光源(2)发射波长为1610nm的激光，为信号光源。

所述的光纤耦合器(3)为1×2光纤耦合器，分光比为50：50。

所述的光纤接头(4)为标准FC型接头。

所述的光纤准直器(5)用于准直光束，使第一光源(1)和第二光源(2)发出的光能够穿过耳垂夹(6)到达探测器(7)中心。

所述的耳垂夹(6)的大小为夹长3cm，宽度为2cm，长度为5cm的夹子，耳垂夹(6) 上下都有开孔，孔径为8mm，使光可以透过耳垂，耳垂夹(6)的材料为塑料，具有良好的遮光性。

所述的探测器(7)为InGaAs近红外探测器，光敏面直径为3mm，用于获取激光经过手指吸收后的透射光强，并将信号传输给信号处理模块(8)。

所述信号处理模块(8)主要由单片机STM32F407构成，对接收光信号进行放大和滤波，对所得信息进行储存和分析及算法运算，最终得到血糖浓度。

所述的Wi-Fi芯片(9)从信号处理模块(8)接受测量值后，与移动设备进行无线连接，并传输最终数据信息。

所述光信号发射电路(10)由多路开关芯片和单片机组成，用于调节第一光源(1)和第二光源(2)的激光发射时序。

本发明的有益之处在于：

1.利用InGaAs大感光面探测器记录透射光强，测量范围大，减少了测量误差，提高了测量准确度。

2.采用光纤耦合器将两个光源合为一束光，避免了两个光源分别照射手指不同部位引起的误差，提高了测量的准确度。

3.血糖仪的体积小，通过Wi-Fi芯片与移动设备进行无线连接，并在移动设备中显示血糖浓度，使用方便，便于携带。

附图说明

下面结合附图及其具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为本发明的原理图；

图2为根据实施例进行实际的制备而得到的吸光度

图中：1为第一光源，2为第二光源，3为光纤耦合器，301为第一光纤，302为第二光纤，303为第三光纤，4为光纤接头，5为光纤准直器，6为耳垂夹，7为探测器，8为信号处理模块，9为Wi-Fi芯片，10为光信号发射电路。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明具体实施方式进一步阐述所涉及到的各构件之间的关系、相对位置，各部分的作用和工作原理。

如图1所示的一种基于双波长光源的无创血糖仪，由第一光源1，第二光源2，光纤耦合器3，第一光纤301，第二光纤302，第三光纤303，光纤接头4，光纤准直器5，耳垂夹6，探测器7，信号处理模块8，Wi-Fi芯片9，光信号发射电路10构成。其中第一光源1和第二光源2焊接在光信号发射电路10上，第一光源1连接第一光纤301，第二光源2连接第二光纤302，再通过光纤耦合器3传输到第三光纤303，第三光纤303末端有光纤接头4，光纤准直器5与光纤接头4相连，光纤准直器5安装在耳垂夹6的上方，探测器7安装在耳垂夹6 的下方，探测器7与信号处理模块8连接，信号处理模块8连接Wi-Fi芯片9。

所述的第一光源1发出1310nm的激光，经过第一光纤301连接到光纤耦合器3，经过第三光纤303连接到光纤接头4，然后通过光纤准直器5形成一束光强为I

所述的第二光源2发出1610nm的激光，经过第二光纤302连接到光纤耦合器3，经过第三光纤303连接到光纤接头4，然后通过光纤准直器5形成一束光强为I

所述的光信号发射电路10是由多路开关芯片和单片机组成，用于调节第一光源(1)和第二光源(2)的激光发射时序。通过控制多路开关芯片的特定引脚，使第一路开关引脚呈现高阻抗，得到高电平信号，处于通路状态，点亮第一光源1并发射1310nm的参考光。通过控制多路开关芯片的特定引脚，使第二路开关引脚呈现高阻抗，得到高电平信号，处于通路状态，点亮第二光源2并发射1610nm的信号光。

所述信号处理模块8主要由STM32F407单片机构成，对信息进行存储和分析、算法运算。对接收光信号所得透射光I

本发明对血糖浓度的测量的理论依据为朗伯比尔定律，对于血糖浓度的测量，一般利用葡萄糖的倍频吸收区，葡萄糖在倍频区的主要吸收峰为1610nm，而在1310nm处葡萄糖的吸收很小，且避开了体内组织和水的吸收波峰。因此我们选用1610nm波长的激光作为信号光源，1310nm波长的激光作为参考光源。

根据朗伯比尔定律

当激光信号的波长为1310nm(参考波长)时：

其中A0是除葡萄糖以外的背景吸收。

当激光信号的波长为1610nm时：

②式减①式得到：

对同一使用者来讲，K、b值不变，于是吸光度

本发明的工作原理如下：在测试者需要测量血糖值时，将耳垂夹6夹在耳垂上，启动本装置。此时通过控制光信号发射电路10中的特定引脚，使第一路开关引脚呈现高阻抗，得到高电平信号，处于通路状态，点亮第一光源1并发射1310nm的参考光。通过第一光纤301传输至光纤耦合器3，通过第三光纤303传输到光纤接头4发出，由光纤准直器5反射到达耳垂夹6。再由探测器7接收透过耳垂的透射光强，并传到信号处理模块8中，通过对信号放大、滤波处理，得到第一次透射光光强值，同时将所得信息保存。完成第一次透射光光强采集。然后，通过控制光信号发射电路10中的特定引脚，使第二路开关引脚呈现高阻抗，得到高电平信号，处于通路状态，点亮第二光源2并发射1610nm的信号光。通过第二光纤302 传输至光纤耦合器3，通过第三光纤303传输到光纤接头4发出，由光纤准直器5形成一束光线到达耳垂夹6。经过耳垂吸收后，再由探测器7接收透过耳垂的透射光的光强信息并传输到信号处理模块8中，通过对信号放大、滤波处理，得到第二次透射光光强值，同时将所得信息保存。完成第二次透射光光强采集。信号处理模块8根据两次采集的透射光光强值计算出吸光度，然后依据预先得到的血糖浓度与吸光度

以下具体通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例在室内进行实验，室内温度23℃，室内湿度64％，为了保证K、b值不变，测试者为同一人并保证受试前未进行剧烈运动、未进食，测试前保证耳垂清洁。本装置开启时，通过控制光信号发射电路10中的特定引脚，点亮第一光源1并发射1310nm的参考光源，通过第一光纤301传输至光纤耦合器3，通过第三光纤303传输到光纤接头4发出，由光纤准直器5反射到达耳垂夹6。再由探测器7接收透过耳垂的透射光并传输到信号处理模块8中，通过对信号放大、滤波处理，得到第一次透射光光强值，同时将所得信息保存，记为T

图2为根据实施例进行实际的制备而得到的吸光度