一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，解决了现有技术中可检测到的血糖吸收光谱范围覆盖面较窄，对实际人体血糖值的计算不够准确的技术问题。包括S1：在手腕位置的可穿戴设备设有近红外LED光源，在LED光源位置同侧设有光电传感器；S2：多波长近红外LED光源发射近红外光进入手腕，反射回光电传感器；S3：采集光电传感器输出的PPG信号；S4：对PPG信号进行处理，去除噪声；S5：进行信号特征提取；S6：根据S5提取的特征信号，识别出人体血糖浓度；S7：重复上述步骤，进行人体血糖浓度的动态实时检测。本发明专利技术操作简单方便，安全性较高，既能适应不同人群，同时能够提升无创血糖测试准确性。血糖测试准确性。血糖测试准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法


[0001]本专利技术涉及一种血糖浓度检测方法，具体涉及一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法。

技术介绍

[0002]糖尿病是世界三大慢性疾病之一，国际糖尿病联盟发布的数据显示，2021年全球在20岁到79岁的人群中糖尿病患者人数达到5.37亿，其中中国糖尿病患者数排名第一，总人数已达1.41亿，且糖尿病逐渐呈现年轻化趋势。当人体无法将血糖浓度调节到正常范围内时，可能会在体内引起一系列的问题，如心血管疾病、肾衰竭、失明等。血糖监测对糖尿病的预防与治疗起着至关重要的作用，及时检测血糖浓度有利于控制血糖、防止并发症的发生。目前临床领域中多采用有创的血糖检测方法，先进行指腹采血，再利用血糖仪测定，测试者有疼痛感且易出现创口感染，同时糖尿病患者长期监测血糖的需求会大大增加检测成本。因此，可实现连续时间监测的无创血糖检测技术备受关注，无创无痛、安全性更高是未来血糖检测的发展趋势。
[0003]目前，无创血糖检测领域已有较多方法，包括近红外光谱法、拉曼光谱法、射频阻抗法和唾液检测等方法。其中，近红外光谱法被认为是一种最有应用前景的无创血糖检测技术之一，但要实现血糖浓度的精确检测仍存在一定阻碍：人体组织中水、肌肉、骨骼和蛋白质等对近红外光都有较强的吸收特性，检测光谱将携带大量与血糖无关的干扰信息，且这些组织的近红外光谱与血糖的近红外吸收光谱有一定的重叠，可用于分析的有效信息容易被淹没在背景干扰中，将在一定程度上增加从测量光谱中提取血糖成分的难度，降低计算血糖模型的精度。现阶段采用近红外光谱进行无创血糖检测方法中多选择2至3波长近红外光，可检测到的血糖吸收光谱范围覆盖面较窄，对实际人体血糖值的计算不够准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，以解决现有技术中可检测到的血糖吸收光谱范围覆盖面较窄，对实际人体血糖值的计算不够准确的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供的一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，包括如下步骤：
[0007]S1：在手腕位置的可穿戴设备设有近红外LED光源，在LED光源位置同侧设有光电传感器；
[0008]S2：多波长近红外LED光源发射近红外光进入手腕，反射回光电传感器；
[0009]S3：采集光电传感器输出的PPG信号；
[0010]S4：对PPG信号进行处理，使用带通滤波器去除噪声；
[0011]S5：根据S4滤波后的信号，进行PPG信号的时频特征提取；
[0012]S6：根据S5提取的特征信号，识别出人体血糖浓度；
[0013]S7：重复S1
‑
S6步骤，进行人体血糖浓度的动态实时检测。
[0014]进一步的，所述多波长近红外LED光源为6个波长。
[0015]进一步的，所述多波长近红外LED光源发出的第一波长至第六波长范围为760nm～1900nm。
[0016]进一步的，所述多波长近红外LED光源发出的第一波长范围为760nm～860nm；第二波长范围为820nm～1020nm；第三波长范围为900nm～1100nm；第四波长范围为1510nm～1710nm；第五波长范围为1590nm～1790nm；第六波长范围为1630nm～1830nm。
[0017]进一步的，所述步骤S4中，去除噪声所用的滤波器为RLC带通滤波器，下截止频率为0.75Hz，上截止频率为3.75Hz。
[0018]进一步的，所述步骤S5中，提取的信号特征有PPG平均幅值、最大峰值、最小峰值、波峰间期及频谱能量。
[0019]进一步的，所述步骤S6中，识别人体血糖浓度采用标定的最小二乘拟合模型进行计算。
[0020]进一步的，所述的无创血糖检测采用的近红外光谱法采集的PPG信号为人体组织中的血液容积变化，其理论依据为朗伯
‑
比尔定律：
[0021][0022]式中，A为吸光度，ε为吸光系数，c为物质浓度，d为物质厚度，I0为入射光强，I
t
为透射光强，T为透射比。近红外光谱分析中，物质在一定波长处的吸光度与它的浓度呈相关性，通过测定物质对一定波长入射光的吸光度，可求得溶液中物质浓度和含量。
[0023]本专利技术所述的近红外光谱法是利用光电透射原理使用特定波长的LED光源与光电传感器实现无创血糖测量。采用特定波长的近红外光照射手腕，经手腕组织吸收反射后，得到不同光强度的反射光，反射光通过光电传感器转换成电信号，便可得到携带血糖信号的脉搏波。血液中葡萄糖对近红外光有较强的吸收特性，近红外短波区域范围为780nm～1100nm，近红外长波区域范围为1100nm～2526nm。葡萄糖在倍频区对光的吸收波长主要集中在1530nm～1800nm之间，在1610nm附近吸收较强，在近红外短波区域吸收较弱。为较全面覆盖血糖对近红外光的吸收波长，将LED光源的波长范围选为760nm～1900nm。为尽可能从有光谱混叠的组织中区分血糖光谱，本专利技术增加近红外光个数，采用6个波长的近红外光，即短波区域选择3个波长的近红外光，长波区域选择3个波长的近红外光。第一波长至第六波长范围分别为760nm～860nm、820nm～1020nm、900nm～1100nm、1510nm～1710nm、1590nm～1790nm和1630nm～1830nm。
[0024]对血糖浓度和光谱数据特征建立数学模型对未知血糖进行计算，主要步骤有：利用有医疗器械许可证的有创血糖仪测试出使用者的血糖数值作为参考值；同时段采用多波长近红外光谱法测量PPG信号并滤波降噪，提取时频特征；将参考值与特征信号共同提供给最小二乘拟合模型进行定标；检测未知血糖浓度时对近红外光谱法采集PPG信号特征调用数学模型，通过计算即可得出血糖值。
[0025]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少可以产生如下技术效果：
[0026]本专利技术提供的基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，选用波长范围为760nm～1900nm的6个近红外波长，照射腕部组织并采集反射的脉搏波，对信号进行滤波降
噪并提取特征信息，得到不同血糖浓度下的特征，经过标定的最小二乘拟合模型，获得血糖值。该方法只需对测试者进行人体的近红外光谱数据采集，即可得到无创血糖检测结果，操作简单方便，安全性较高，既能适应不同人群，同时能够提升无创血糖测试准确性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术方法的流程示意图。
具体实施方式
[0029]下面将对本专利技术实施例中的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在手腕位置的可穿戴设备设有近红外LED光源，在LED光源位置同侧设有光电传感器；S2：多波长近红外LED光源发射近红外光进入手腕，反射回光电传感器；S3：采集光电传感器输出的PPG信号；S4：对PPG信号进行处理，使用带通滤波器去除噪声；S5：根据S4滤波后的信号，进行PPG信号的时频特征提取；S6：根据S5提取的特征信号，识别出人体血糖浓度；S7：重复S1
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S6步骤，进行人体血糖浓度的动态实时检测。2.根据权利要求1所述的一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，其特征在于：所述多波长近红外LED光源为6个波长。3.根据权利要求2所述的一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，其特征在于：所述多波长近红外LED光源发出的第一波长至第六波长范围为760nm～1900nm。4.根据权利要求3所述的一种基于多波长近红外光谱的无创血糖检测方法，其特征在于：所述多波长近红外LED光源发出的第一波长范围为760nm～860nm；第二波长范围为820nm～1020nm；第三波长范围为900nm～1100nm；第四波长范围为1510nm～1710nm；第五波...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔予红，周婷，
申请(专利权)人：成都维客昕微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：