一种基于阻抗谱‑光学方法的多传感器无创血糖检测设备技术

一种基于阻抗谱‑光学方法的多传感器无创血糖检测设备，属于人体血糖测量装置。该血糖检测设备包括检测探头、微处理器、显示单元和存储单元。检测探头包括温湿度传感器、发光二极管阵列、光电传感器、低频电极和高频电极。高频电极采用平行电极，电极的正极或负极上直接焊接匹配的电感，并设有屏蔽电极。低频电极的距离在1cm—2m，能稳定测试组织低频阻抗。温湿度传感器与人体被测部位形成密闭空间，在该密闭空间壁上开狭缝或小孔形成平衡储热储湿结构。该无创血糖检测设备采用阻抗谱法与光学方法相结合的原理，通过改进传感器的设计，得到的血糖值准确度更高。

A multi sensor based on optical impedance spectroscopy method for noninvasive blood glucose detection equipment

A non-invasive blood glucose detection equipment based on multi sensor impedance spectroscopy optical method, belonging to the human blood glucose measurement device. The blood sugar detecting device comprises a detection probe, a microprocessor, a display unit and a storage unit. The detection probe comprises a temperature and humidity sensor, a light emitting diode array, a photoelectric sensor, a low-frequency electrode and a high-frequency electrode. A parallel electrode is used for the high frequency electrode, and the matched inductor is directly welded on the positive electrode or the negative electrode of the electrode, and a shielding electrode is provided. The distance between the low frequency electrodes is 1cm - 2m, and the low frequency impedance of the tissue can be stably tested. The temperature and humidity sensor forms a closed space with the measured part of the human body, and a slit or a small hole is formed on the closed space wall to form a balance heat storage and moisture storage structure. The non-invasive blood glucose monitoring device combines the impedance spectroscopy with the optical method. By improving the design of the sensor, the accuracy of the blood sugar is higher.

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻抗谱-光学方法的多传感器无创血糖检测设备
本专利技术涉及对人体进行无创血糖检测，具体为一种阻抗谱-光学方法相结合的多传感器无创血糖检测设备，属于医疗器械

技术介绍
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，目前还没有根治糖尿病的方法。糖尿病的治疗以频繁地监测、控制血糖水平为主。传统的有创取血测量血糖的方法存在明显缺陷，在测量过程中给患者带来创伤和痛觉，不便于实现连续性的检测。无创血糖检测技术克服了传统检测方法的缺点，能有效地满足糖尿病人实时、频繁监测血糖浓度的需求,是血糖检测技术发展的方向。无创血糖检测方法主要集中在光学检测领域，由于干扰成分多、个体差异大，大部分检测方法仍然处在实验室研究阶段。自1985年Lukaski提出用生物电阻抗(bioelectricalimpedanceanalysis,BIA)测定人体的体成分以来，国内外学者基于脂肪和非脂肪物质对于电流的传导性能不同导致组织器官具有不同的阻抗特性的原理，用生物电阻抗的方法区分脂肪、肌肉、矿物质、含水物质等人体组成成分。韩国上市公司研制的Inbody系列人体成分分析仪采用各节段多频率生物电阻抗法测量人体各成分的均衡情况具有高的精密度。以生物阻抗技术为基础，阻抗谱法(impedancespectroscopy，IS)无创血糖的研究也取得了一定进展。阻抗谱研究大部分都集中在0-50kHz、10MHz以内。美国HarryRichardsonElden等人(WO1999039627A1)通过测试特定频率点(20kHz,500kHz)的人体皮肤阻抗幅值和相位，利用阻抗和相位的线性组合来预测血唐；韩国的KiseokSong研究组综合阻抗谱法与红外光谱法进行无创血糖测试，他们研究的频率范围在10kHz-76kHz。较低频状态下的研究因没有射频传输和高频噪声干扰、电极极化等问题的影响而相对较为容易，但低频下电流绕过细胞流经细胞外液，影响了无创血糖的监测效果。瑞士的CaduffA(US2013/0211204A1,US7693561B2)研究组发现在较高频率段，血糖浓度与阻抗值之间存在较为明显的关系。他们设计了30-60MHz范围的阻抗测量系统，研究得到的阻抗信息与血糖之间的相关性。但是由于不同个体间的皮肤厚度和组织差异太大，高频方法对组织特性稳定性要求很高，单独使用很难取得令人满意的结果。该研究组在之后的研究里开始采用多传感器多参数测量的方法提高测量准确度，使用高频、中频、低频三个频段的电极，并加入温度、湿度和光传感器进行测量。其电极由一个直条状的电极和直条状电极四周的环形电极组成，直条状电极与周围环形电极的间距分别为0.3mm、1.5mm和4mm；其光传感器所用波长为550/660/880nm。该研究组使用的电极为一端长条，一端环形，不同频率的电极距离较近，且被同样的地线包围，相互之间会有干扰；同一频率的两个电极距离较近，穿透组织深度较浅；温度和湿度传感器直接贴合皮肤，容易造成湿度的饱和,影响温湿度的测试。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种基于阻抗谱-光学方法的多传感器无创血糖检测设备,以进一步提高血糖的测量准确度。本专利技术的技术方案如下：一种基于阻抗谱-光学方法的多传感器无创血糖检测设备，包括检测探头、微处理器、显示单元和存储单元；检测探头包括高频电极、低频电极、温湿度传感器、发光二极管阵列、光电传感器和接触板；微处理器通过控制激励信号发生电路产生高频和低频激励信号，高频和低频电极的反馈信号经幅相检测电路后输入到微处理器，计算得到高频和低频阻抗；所述的温湿度传感器所测得的被测部位温度信号和湿度信号，经过信号调理后输入到微处理器中；所述的发光二极管阵列由发射器控制电路进行控制，所述的光电传感器所测得的光强信号经过放大滤波后输入到微处理器中得到组织光学特性；微处理器处理结果输入到显示系统进行显示，同时存储单元保存测试数据；其特征在于：所述高频电极采用平行电极，电极正极或负极上直接焊接匹配的电感L；低频电极正极与负极之间的距离在1cm～2m之间；温湿度传感器底部距离接触板底部的垂直距离为0.1～20mm；温湿度传感器与人体被测部位形成密闭空间，在该密闭空间壁上开狭缝或小孔形成平衡储热储湿结构。上述技术方案中，其特征还在于：所述高频电极周围设有一屏蔽电极，该屏蔽电极与高频电极的正极或负极通过电感L相连。所述高频电极优选采用柔性电极。本专利技术的另一技术特征是：温湿度传感器与人体被测部位形成的密闭空间是由传感器安装板和带有空腔结构的底板构成，底板安装在接触板的正上方。本专利技术的又一技术特征是：所述的发光二极管阵列和光电传感器沿人体血流方向布置，两者之间的中心距在1mm至200mm之间。本专利技术所述的发光二极管阵列包含4个发光二极管，波长分别为660nm、760nm、850nm和940nm。本专利技术所述的检测探头通过腕带固定在人体被测部位。所述的接触板采用橡胶板。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本专利技术对阻抗谱高频电极的距离进行优化，并直接将匹配电感焊接在高频电极上，在电极周围有一导电矩形框与其中一个电极相连，采用柔性电极，使电极和皮肤贴合紧密，减少噪声干扰；②本专利技术阻抗谱低频电极之间的距离较大，测得的信号更稳定，提取的特征参数与血糖相关性更高；③本专利技术利用温湿度传感器测量皮肤表面的温度和湿度，修正阻抗谱和光电通道的测量结果，温湿度传感器与人体皮肤保持一定距离，并通过狭缝或者小孔形成非密闭空间，形成一个平衡储热储湿的结构，尽量消除体温变化及出汗对测量的影响，使得温湿度的测试更加准确。附图说明：图1是本专利技术中大探头从底板方向的俯视图示意图。图2是图1的B-B方向剖视图。图3是图1的C-C方向剖视图。图4是无创血糖检测设备电路原理框图。图中：1-低频电极；2-温湿度传感器；3-高频电极；4-光电二极管阵列；5-光电传感器；6-接触板；7-底板；8-顶盖；9-温湿度传感器安装板；10-屏蔽电极；11-温湿度传感器安装板上开的小孔；L为高频电极的匹配电感。具体实施方式下面结合附图对该种基于阻抗谱-光学方法的多传感器无创血糖检测设备具体结构、工作原理和工作过程做进一步的说明。图1、图2和图3是该种基于阻抗谱-光学方法的多传感器无创血糖检测设备的检测探头结构示意图。检测探头包括温湿度传感器2、发光二极管阵列4、光电传感器5、低频电极1、高频电极3和接触板6。为方便仪器的使用，使结构更加紧凑，本专利技术所述的检测探头还可以包括壳体，该壳体包括底板7和顶盖8；顶盖8上的结构用于使用腕带将壳体固定在人体被测部位(如手腕、大臂等)，腕带材质可以使用弹性材料，腕带上可以有魔术贴；为了提高仪器使用的舒适度，接触板6采用橡胶材质。根据测量需要，本专利技术所述高频电极3采用平行电极，电极正极或负极上直接焊接匹配的电感L，周围设有一屏蔽电极10，该屏蔽电极与高频电极的正极或负极通过电感L相连。为了提高高频电极和人体皮肤的接触质量，高频电极可以采用柔性电极。所述低频电极1的两极之间的空间位置要求有一定距离(1cm～2m)。低频电极可以采用分体式设计，低频电极的一极单独布置，另一极和其余传感器布置在一起，如图1。本专利技术所述低频电极1、温湿度传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阻抗谱‑光学方法的多传感器无创血糖检测设备，包括检测探头、微处理器、显示单元和存储单元；检测探头包括高频电极(3)、低频电极(1)、温湿度传感器(2)、发光二极管阵列(4)、光电传感器(5)和接触板(6)；微处理器通过控制激励信号发生电路产生高频和低频激励信号，高频和低频电极的反馈信号经幅相检测电路后输入到微处理器，计算得到高频和低频阻抗；所述的温湿度传感器所测得的被测部位温度信号和湿度信号，经过信号调理后输入到微处理器中；所述的发光二极管阵列由发射器控制电路进行控制；所述的光电传感器所测得的光强信号经过放大滤波后输入到微处理器中得到组织光学特性；其特征在于：所述高频电极(3)采用一对平行电极，电极上直接焊接匹配的电感L；低频电极正极与负极之间的距离在1cm～2m之间；温湿度传感器(2)底部距离接触板(6)底部的垂直距离为0.1～20mm；温湿度传感器(2)与人体被测部位形成密闭空间，在该密闭空间壁上开狭缝或小孔形成平衡储热储湿结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗谱-光学方法的多传感器无创血糖检测设备，包括检测探头、微处理器、显示单元和存储单元；检测探头包括高频电极(3)、低频电极(1)、温湿度传感器(2)、发光二极管阵列(4)、光电传感器(5)和接触板(6)；微处理器通过控制激励信号发生电路产生高频和低频激励信号，高频和低频电极的反馈信号经幅相检测电路后输入到微处理器，计算得到高频和低频阻抗；所述的温湿度传感器所测得的被测部位温度信号和湿度信号，经过信号调理后输入到微处理器中；所述的发光二极管阵列由发射器控制电路进行控制；所述的光电传感器所测得的光强信号经过放大滤波后输入到微处理器中得到组织光学特性；其特征在于：所述高频电极(3)采用一对平行电极，电极上直接焊接匹配的电感L；低频电极正极与负极之间的距离在1cm～2m之间；温湿度传感器(2)底部距离接触板(6)底部的垂直距离为0.1～20mm；温湿度传感器(2)与人体被测部位形成密闭空间，在该密闭空间壁上开狭缝或小孔形成平衡储热储湿结构。2.按照权利要求1所述的一种基于阻抗谱-光学方法的多传感器无创血糖检测设备，其特征在于：所述高频电极(3)周围设有一屏蔽电极(10)，该屏蔽电极与高频电极的正极或负极通过电感L相连。3.按照权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞，耿占潇，王晓浩，范志伟，
申请(专利权)人：清华大学，北京三联永汇医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11