成都华西华科研究所分析无创血糖检测与糖尿病早期无创检测诊断方法

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，已成为我国的常见病、多发病，目前我国约有糖尿病患者 1亿人。

通常应对糖尿病患者的治疗方法是不断地检测血糖浓度变化，以调整口服降糖药物和胰岛素的用量，或 调整饮食和运动量来控制血糖的水平，以预防或减轻由高血糖引起的伤害与并发症。近日，中国科学院深圳 先进技术研究院生物医学与健康工程研究所在无创连续动态血糖检测方面已有了新突破，提出_种基于血 液容积阻抗差的血糖检测方法，通过数值仿真、体外实验和在体实验的评估。该方法有望减小因人体心理活 动而引起的无创血糖测量的误差，具有重要实用价值。      （本刊讯）

 本实用新型公开一种无创血糖检测分析仪。 它使用定波长发光二极管（LED)作为光源，经过 双凸镜对发光二极管发出的光的汇聚，照射到分 束镜上，光被分成两束：一束作为参考光路，由硅 光电二极管探测器检测其光强，经过前置放大器 放大后，到数据采集卡，作为后续分析光强的参考 信号；另一束光耦合入多模光纤中，经过探头照 射皮肤表面，然后由另一根光纤收集漫反射的光 到硅光二极管探测器，同样经过前置放大器放大， 到数据采集卡，作为后续分析的信息信号。最后 得到的数据由无创血糖检测分析软件进行处理， 完成血糖的检测与显示。它具有体积小巧，方便 携带；无创检测，便于日常检测和长时监护；检测 系统灵活，方便升级；成本低，适合家庭使用等优 点。

1.      一种无创血糖检测分析仪，包括机体，其特征在于：所述机体上设置有光源模块、皮 肤接触模块和采集模块；

所述光源模块包括安装座子、设置于安装座子上的发光二极管、依次对应设置于发光 二极管前方的双凸透镜和分束镜；

所述皮肤接触模块包括接收端光纤头、探头和发射端光纤头，探头通过两根多模光纤 分别与接收端光纤头和发射端光纤头连接；所述接收端光纤头与光源模块的分束镜对应设 置，用于将分束镜分出的一束光耦合入多模光纤，光经多模光纤达到探头，经探头照射皮肤 表面，皮肤表面漫反射光经探头和另一多模光纤达到发射端光纤头；

所述采集模块包括参考信号采集线路、信息信号采集线路和PCI数据采集卡，参考信 号采集线路和信息信号采集线路均由依次连接的硅光电二极管探测器和前置放大器构成， 参考信号采集线路的硅光电二极管探测器与光源模块的分束镜对应设置，分束镜分出的另 一束光被参考信号采集线路的硅光电二极管探测器采集，并经前置放大器放大后到PCI数 据采集卡；信息信号采集线路的硅光电二极管探测器与发射端光纤头对应设置，皮肤表面 漫反射光经发射端光纤头到达信息信号采集线路的硅光电二极管探测器并经前置放大器 放大后到PCI数据采集卡；

还包括有分析显示模块，分析显示模块与PCI数据采集卡连接，用于接收PCI数据采集 卡发出的两组数据并完成对比处理以及显示处理结果。

2.      根据权利要求1所述的无创血糖检测分析仪，其特征在于：发光二极管采用波长为 500〜lOOOnm的发光二极管。

无创血糖检测分析仪

技术领域

[0001]       本实用新型属于医疗设备技术领域，特别涉及一种近红外漫反射技术的无创血糖 检测分析仪。

背景技术

[0002]       糖尿病是一种世界范围内的流行疾病。据世界卫生组织（World Health Organization，WHO)估计，目前全世界有1. 8亿人患有糖尿病，并且这一数字到2030年将 增加一倍以上。因此预防和治疗糖尿病具有十分积极的意义。目前最简便的家用血糖检测 方法是在受检者指尖取血样检测，这种血糖的自我检测方法虽然极大地提高了对糖尿病人 的护理水平，但是这种检测方法也存在一些缺点，比如其操作繁琐，给患者造成疼痛；指尖 取血有感染其它疾病的危险，给患者造成心理上的压力；不利于血糖的频繁检测，并且检测 的成本较高等。同时这种频率不高的离散时间点的检测可能会出现漏掉一些血糖高于或低 于正常水平的情况，从而对糖尿病的护理不利。因此，迫切需要使用新方法开发新的无创血 糖检测仪器，来适应糖尿病患者检测频度的需要。

[0003]       目前，无创血糖的检测方法主要有电化学法和光学法两大类。其中，电化学法有时 也被划为微创的范围，但它对皮肤经常会有比较强烈的刺激作用。光学方法中，近红外无创 血糖检测技术由于其自身的优点，被认为是一种最有应用前途的无创血糖检测技术之一； 故目前，如何设计一种采用近红外无创血糖检测技术，同时适于实际操作的检测设备，成为 本技术领域有待解决的问题.

实用新型内容

[0004]       针对目前有创检测血糖存在的上述不足，以及无创血糖检测分析的研究现状，本 实用新型的目的在于提供一种低成本的无创、实时、快速测量人体血糖的分析仪器，它主要 是基于近红外漫反射光谱分析的原理，并与家庭计算机连接利用虚拟仪器技术提高仪器的 性价比以及人机交互性能。

[0005]       本实用新型的目的是这样实现的：一种无创血糖检测分析仪，包括机体，其特点在 于所述机体上设置有光源模块、皮肤接触模块、采集模块；所述光源模块包括安装座子、设 置于安装座子上的发光二极管、依次对应设置于发光二极管前方的双凸透镜和分束镜；所 述皮肤接触模块包括接收端光纤头、探头、发射端光纤头，探头通过两根多模光纤分别与接 收端光纤头和发射端光纤头连接，所述接收端光纤头与分束镜对应设置，用于将分束镜分 出的一束光稱合入多模光纤，光经多模光纤达到探头，经探头照射皮肤表面，皮肤表面漫反 射光经探头和另一多模光纤达到发射端光纤头；所述采集模块包括参考信号采集线路、信 息信号采集线路和PCI数据采集卡，参考信号采集线路和信息信号采集线路均由依次连接 的硅光电二极管探测器和前置放大器构成，参考信号采集线路的硅光电二极管探测器与分 束镜对应设置，分束镜分出的另一束光被参考信号采集线路的硅光电二极管探测器采集并 经前置放大器放大后到PCI数据采集卡，信息信号采集线路的硅光电二极管探测器与发射

端光纤头对应设置，皮肤表面漫反射光经发射端光纤头到达信息信号采集线路的硅光电二 极管探测器并经前置放大器放大后到PCI数据采集卡；还包括有分析显示模块，分析显示 模块与PCI数据采集卡连接，用于接收PCI数据采集卡发出的两组数据并完成对比处理以 及显示处理结果。

[0006]       更加具体地说，本实用新型所涉及的无创血糖检测分析仪，由光源模块、皮肤接触 模块、信号采集模块、分析显示模块组成。该系统使用固定在发光二极管座子上的定波长发 光二极管（LED)作为光源。发光二极管发出的光经过双凸镜的汇聚作用，照射到分束镜上， 光被分成两束：一束作为参考光路，由硅光电二极管探测器检测其光强，经过前置放大器放 大后，到PCI数据采集卡，作为后续光强分析的参考信号；另一束光通过接收端光纤头耦合 入多模光纤中，经过探头照射皮肤表面，然后由另一根多模光纤收集漫反射的光经发射端 光纤头到另一硅光电二极管探测器，同样经过前置放大器放大，到PCI数据采集卡，作为后 续分析的信息信号。最后两路信号通过PCI连接电缆进入计算机，由设置于计算机内的分 析显示模块进行处理。在分析仪中，光源部分采用的是四个定波长的LED，其波长所在的波 段为500〜lOOOnm，并且采用恒流源电源驱动以保证光源的稳定性。由于上述光源及检测 的光学系统的要求，所有的光学元件在这个特定的波段要求有很好的光学性能。

[0007]       本实用新型是基于近红外漫反射光谱法。近红外漫反射光谱法测量血糖浓度以 朗伯-比尔定律和光散射理论为基础，利用葡萄糖光吸收系数的特异性来进行。通过检测 近红外区分布的葡萄糖合频和倍频段的漫反射光谱信号，然后对采集到的信号进行数学建 模，根据建立的近红外漫反射血糖检测模型，最终得到使用者的血糖浓度。其中，本实用新 型所采用的定点波长所在的波段在500〜lOOOnm，由光学探测器得到的电信号经过前置放 大器放大后分别通过PCI通信电缆RC68-68、数据采集卡PCI-6221和PCI总线与计算机进 行通讯。在Windows平台上，通过VC++6. 0编制的软件，根据信息光路以及参考光路两路光 强信号的比值转换成漫反射吸光度，然后通过人体检测到的血糖浓度信息建立数学模型， 最终根据这个模型通过检测光强完成对血糖的分析检测功能。

[0008]       本实用新型所涉及的血糖无创检测分析仪，具有下述优点：

[0009]       (1)血糖检测的无创性，可实现血糖的频繁检测和长时监护；（2)体积小巧，方便 携带，适合糖尿病患者日常的监护；（3)操作简单，无需耗材，检测成本较低；(4)检测速度 较快，避免其他无创血糖检测方法可能出现的严重检测延迟；（5)软件与硬件分离，方便系 统的升级；(6)目前家庭计算机日益普及，选择家庭计算机作为系统的信号处理、信息显示 以及信息管理的平台，并且利用虚拟仪器技术，通过软件实现更多的硬件功能，降低了系统 的成本，增加了系统的灵活性；（7)软件可作为独立程序使用，用于病历管理、病人信息查 询；(8)硬件光路系统结构简单，成本更低，同时增加了系统的稳定性；(9)利用多功能数据 采集设备PCI-6221，使系统实现更好的校准，从而达到更高的精度。

附图说明

[0010]       图1是本实用新型结构示意图；

[0011]       图2是具体实施时将机体做成机箱状并将光源模块、皮肤接触模块、采集模块集 成于机箱内部后的外观结构示意图。

[0012]       其中：4为分析显示模块，5为安装座子，6为发光二极管，7为双凸镜，8为分束镜，

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说明书

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9和15为娃光电二极管探测器，10和16为前置放大器，11为接收端光纤头，14为发射端光 纤头，12为多模光纤，13为探头，17为PCI数据采集卡，18为PCI连接电缆，19为计算机，20 为机体。

具体实施方式

[0013]       下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进一步说明如下：

[0014]       具体实施时，如图1所示，一种无创血糖检测分析仪，包括机体20,所述机体20上 设置有光源模块、皮肤接触模块、采集模块；所述光源模块包括安装座子5、设置于安装座 子5上的发光二极管6、依次对应设置于发光二极管6前方的双凸透镜7和分束镜8 ;所述 皮肤接触模块包括接收端光纤头11、探头13、发射端光纤头14,探头13通过两根多模光纤 12分别与接收端光纤头11和发射端光纤头14连接，所述接收端光纤头11与分束镜8对应 设置，用于将分束镜8分出的一束光耦合入多模光纤，光经多模光纤达到探头13,经探头13 照射皮肤表面，皮肤表面漫反射光经探头13和另一多模光纤达到发射端光纤头14 ;所述采 集模块包括参考信号采集线路、信息信号采集线路和PCI数据采集卡17,参考信号采集线 路和信息信号采集线路均由依次连接的硅光电二极管探测器9、15和前置放大器10、16构 成，参考信号采集线路的硅光电二极管探测器9与分束镜8对应设置，分束镜8分出的另一 束光被参考信号采集线路的硅光电二极管探测器9采集并经前置放大器10放大后到PCI 数据采集卡17,信息信号采集线路的硅光电二极管探测器15与发射端光纤头14对应设置， 皮肤表面漫反射光经发射端光纤头14到达信息信号采集线路的硅光电二极管探测器15并 经前置放大器16放大后到PCI数据采集卡17 ;还包括有分析显示模块4,该分析显示模块 单独设置于计算机19内，计算机19通过PCI连接电缆18与PCI数据采集卡17连接，用于 接收PCI数据采集卡17发出的两组数据并完成对比处理以及显示处理结果。

[0015]       更加具体地说，本实用新型的整体功能由以下几个模块组成：光源模块，包括发光 二极管（LED) 6及其安装座子5,完成汇聚光功能的双凸透镜7,完成分光功能的分束镜8 ; 皮肤接触模块，主要包括光源导出及收集漫反射光强的两根多模光纤12,探头13 ;信号采 集模块3,包括参考信号和信息信号两路信号的采集，结构基本相似，由具有光电传感功能 的硅光电二极管探测器9和15,放大功能的前置放大器10和16,以及信号采集功能的PCI 数据采集卡17组成；分析显示模块4,主要是在计算机上完成信号数据的处理以及最后结 果的显示功能。整个系统分块进行组合，各个模块可以进行单模块的安装和调试，提高了系 统搭建的效率以及方便后续系统故障的排除。实施时发光二极管（LED) 6采用波段在500〜 lOOOnm的发光二极管作为光源，光在分束镜8分束之前通过双凸镜7进行汇聚；在参考信 号通路上由硅光电二极管探测器9检测其光强，经过前置放大器10放大后，到PCI数据采 集卡17,得到所需的参考信号；在检测信号路上，光纤头将光耦合入多模光纤12,通过多模 光纤到达探头13,另一根多模光纤收集携带了血糖浓度信息的漫反射光强信号到硅光电二 极管探测器15,同样把电压信号经过前置放大器16放大，到PCI数据采集卡17,得到所需 的携带血糖浓度特征的信息信号；最后采集卡上采集到的数据通过PCI通信电缆18,经由 PCI总线与计算机19进行通讯。

[0016]       如图2所示，本实用新型在实施时可以是将光源模块、皮肤接触模块、信号采集模 块全部整合到机体20上，机体20可作为机箱形，使光源模块、皮肤接触模块、信号采集模块

均集成到机箱内部，将分析显示模块单独设置在计算机19上，这样可使其便于携带。在机 箱的表面只留几个与外界联系的窗口，包括电源开关、探头窗口以及与计算机连接的通信 电缆。通过通信电缆将采集到的信号传到计算机进行处理显示，完成血糖检测功能。当然， 具体实施时也可以是将分析显示模块一起集成在机体上并设置一显示屏对分析结果进行 显不。

[0017]       使用时，将该机体接通电源，把PCI通信电缆18接到计算机19上，并打开机体上 的电源开关，需要预热2〜3min。将人体的前臂放在机体的探头窗口（机体上可设置手臂 放置位置的凹槽），近红外发光二极管轮流发光。在两条光路上，有光学信号经过硅光电二 极管探测器9、15将光学信号转换成电信号，再通过前置放大器10、16的放大，使得微弱信 号可以更好地检测出来，PCI采集卡17采用双通道采集两路数据，经过通信电缆18与计算 机19进行通信，最后无创血糖分析软件利用近红外分析数学模型对数据进行处理，实现血 糖浓度的显示，患者相关信息的保存以及重现等功能。

[0018] 本实用新型的计算机软件部分工作于微软公司的Windows操作系统平台，采用 VisualC++6.0编程语言编程，可在Windows 2000/XP/NT，Windows Vista及后续版本的操 作系统平台下工作。作为本实用新型的软件部分，允许其脱离本实用新型的硬件部分

成都华西华科研究所研发生产多种糖尿病及并发症早期无创检测诊断系统

研发生产无创糖尿病及并发症早期检测诊断仪

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