一種基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法以及信號(hào)采集裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明還提供一種信號(hào)采集裝置，采集人體手指處的生理參數(shù)，其特征在于，包括：采集夾子，用于夾持人體手指；傳感器電路單元，設(shè)置在采集夾子的內(nèi)側(cè)，具有紅外光發(fā)射模塊以及血氧濃度值檢測(cè)模塊、人體熱紅外輻射檢測(cè)模塊、環(huán)境溫度檢測(cè)模塊、人體體表溫度檢測(cè)模塊和心率檢測(cè)模塊，在紅外光發(fā)射模塊發(fā)射近紅外光透過人體手指而被對(duì)應(yīng)的模塊接收后分別檢測(cè)得到人體的血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán)境溫度值、人體體表溫度值以及心率值；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，和上述五個(gè)模塊相連，用于將上述檢測(cè)得到的模擬值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。對(duì)應(yīng)的還提供利用該裝置檢測(cè)的參數(shù)信號(hào)進(jìn)行得到血糖濃度值的方法。
【專利說明】
一種基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法以及信號(hào) 采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方 法以及對(duì)應(yīng)的信號(hào)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 血清中的糖稱為血糖，絕大多數(shù)情況下都是葡萄糖。體內(nèi)各組織細(xì)胞活動(dòng)所需的 能量大部分來自葡萄糖，所以血糖必須保持一定的水平才能維持體內(nèi)各器官和組織的需 要。正常情況下，人體能夠通過激素調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)這兩大調(diào)節(jié)系統(tǒng)確保血糖的來源與去 路保持平衡，使血糖維持在一定水平。若一個(gè)人的血糖值不處于正常標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)對(duì)人的身體健 康造成極大的傷害。因此，對(duì)血糖值定時(shí)有效的檢測(cè)對(duì)預(yù)防血糖疾病有十分重要的作用。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外無創(chuàng)血糖方法主要有以下幾類:光學(xué)和輻射方法、液體提取法、代謝 熱整合法、阻抗譜法。其中光學(xué)和輻射方法中的近紅外技術(shù)是目前研究比較多的一種方法， 但現(xiàn)有技術(shù)單純使用近紅外技術(shù)來檢測(cè)血糖值，由于數(shù)據(jù)單一，同時(shí)測(cè)量環(huán)境對(duì)近紅外線 的干擾較大，導(dǎo)致單純的近紅外無法準(zhǔn)確穩(wěn)定的檢測(cè)血糖值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，基于近紅外光能量守恒法，獲得人體的多項(xiàng) 生理參數(shù)來進(jìn)行無創(chuàng)血糖檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果干擾小。
[0005] -種基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法，對(duì)信號(hào)采集裝置發(fā)送來的參 數(shù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到血糖值與參數(shù)信號(hào)的對(duì)應(yīng)血糖方程式，其特征在于，具有以下步驟：
[0006] 步驟一，將人的手指放入信號(hào)采集裝置中，經(jīng)由近紅外光透過，根據(jù)能量守恒算法 得到所需的人體的各個(gè)生理參數(shù)后經(jīng)外圍信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的參 數(shù)信號(hào)，參數(shù)信號(hào)包括血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán)境溫度值、人體體表溫度值、心率 值；
[0007]步驟二，將步驟一采集到的數(shù)字量的參數(shù)信號(hào)血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán) 境溫度值、人體體表溫度值、心率值對(duì)應(yīng)分別標(biāo)記為A(n)，B(n)，C(n)，D(n)，E(n)，進(jìn)行中值 濾波處理，處理后標(biāo)記為Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，Di(n)，Ει(η);
[0008] 步驟三，將步驟二得到的中值濾波后的各個(gè)輸出數(shù)列A1(II) ,B1(II)，(Μη) ,D1(II) ,E1 (η)與標(biāo)準(zhǔn)血糖值F(n)以多元線性回歸分析建立數(shù)學(xué)模型，則血糖值關(guān)于血氧濃度Α(η)，人 體熱紅外輻射值Β(η)，環(huán)境溫度值C(n)、人體體表溫度值D(n)、心率值Ε(η)的線性方程為：
[0009] F(n) =β〇Α(η)+βιΒ(η)+β2〇(η)+β3〇(η)+β4Ε(η),
[0010] 其中，β〇, β3，β4通過多元線性回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到，多元線性 回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型為：
[0011] Υ? = β〇+β?Χ??+β2Χ2?+. . .+PkXki+yi ? = 1,2,...,η
[0012] 用矩陣形式表示為:歹=卜又3
[0013] 本發(fā)明提供的基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法，還可以具有這樣的 特征:其中，中值濾波處理的過程為：
[0014] Sl，定義一個(gè)長(zhǎng)度為奇數(shù)的L長(zhǎng)窗口，L = 2N+1，N為正整數(shù)，
[0015] S2,設(shè)在某一個(gè)時(shí)刻，窗口內(nèi)的信號(hào)樣本為
[0016] x(i_N)，…，x(i)，···，x(i+N)，
[0017]其中x(i)為位于窗口中心的信號(hào)樣本值，
[0018] S3,對(duì)這L個(gè)信號(hào)樣本值按從小到大的順序排列后將在i處的樣本值定義為中值濾 波的輸出值并分別再次標(biāo)號(hào)SA1(Ii) ,B1(Ii) ,(Mn) ,D1(Ii) ,E1(Ii)。
[0019] 本發(fā)明還提供一種信號(hào)采集裝置，采集人體手指處的生理參數(shù)，其特征在于，包 括：
[0020] 采集夾子，用于夾持人體手指；
[0021] 傳感器電路單元，設(shè)置在采集夾子的內(nèi)側(cè)，具有紅外光發(fā)射模塊以及血氧濃度值 檢測(cè)模塊、人體熱紅外輻射檢測(cè)模塊、環(huán)境溫度檢測(cè)模塊、人體體表溫度檢測(cè)模塊以及心率 檢測(cè)模塊，
[0022] 在紅外光發(fā)射模塊發(fā)射近紅外光透過人體手指而被對(duì)應(yīng)的模塊接收后分別檢測(cè) 得到人體的血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán)境溫度值、人體體表溫度值以及心率值；以 及
[0023] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，和血氧濃度值檢測(cè)模塊、人體熱紅外輻射檢測(cè)模塊、環(huán)境溫度檢測(cè)模 塊、人體體表溫度檢測(cè)模塊以及心率檢測(cè)模塊相連，用于將上述檢測(cè)得到的模擬值轉(zhuǎn)化為 數(shù)字量。
[0024]本發(fā)明提供的信號(hào)采集裝置，還具有這樣的特征，還包括:外圍信號(hào)調(diào)理電路，設(shè) 置在傳感器電路單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間，用于對(duì)傳感器電路單元檢測(cè)得到的參數(shù)信號(hào)進(jìn)行 處理。
[0025]發(fā)明作用與效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明提供的基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法，由于基于近紅 外光能量守恒法，過程中獲得人體的多項(xiàng)生理參數(shù):血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán)境 溫度值、人體體表溫度值以及心率值，這些參數(shù)即有表征環(huán)境變量的環(huán)境溫度值，也有與受 測(cè)者相關(guān)的血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、人體體表溫度值以及心率值，相互結(jié)合來進(jìn)行 無創(chuàng)血糖檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，外界干擾小。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí) 施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置的結(jié)構(gòu)和使用方法作具體闡述。 [0029]實(shí)施例
[0030] 圖1為本實(shí)施例的信號(hào)采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 如圖1所示，信號(hào)采集裝置100包括采集夾子10、傳感器電路單元20、外圍信號(hào)調(diào)理 電路30以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器40。
[0032] 采集夾子10,用于夾持人體手指，同指甲式血氧儀的用于夾持手指的夾子類似，有 第一夾子11和第二夾子12以及將兩組組裝起來的扭轉(zhuǎn)彈簧13,相互配合組成采集夾子。
[0033] 傳感器電路單元20，設(shè)置在采集夾子中的第一夾子或第二夾子的內(nèi)側(cè)，具有紅外 光發(fā)射模塊21、血氧濃度值檢測(cè)模塊22、人體熱紅外輻射檢測(cè)模塊23、環(huán)境溫度檢測(cè)模塊 24、人體體表溫度檢測(cè)模塊25以及心率檢測(cè)模塊26,本實(shí)施例中紅外光發(fā)射模塊21設(shè)置在 第一夾子11的內(nèi)側(cè)上，人體熱紅外輻射檢測(cè)模塊23、環(huán)境溫度檢測(cè)模塊24、人體體表溫度檢 測(cè)模塊25以及心率檢測(cè)模塊26設(shè)置在第二夾子12的內(nèi)側(cè)上。
[0034]外圍信號(hào)調(diào)理電路30,輸入端口和傳感器電路單元對(duì)應(yīng)的血氧濃度值檢測(cè)模塊 22、人體熱紅外輻射檢測(cè)模塊23、環(huán)境溫度檢測(cè)模塊24、人體體表溫度檢測(cè)模塊25以及心率 檢測(cè)模塊26連接，而輸出端同模數(shù)轉(zhuǎn)換器40的輸入端連接，用于對(duì)傳感器電路單元檢測(cè)得 到的參數(shù)信號(hào)進(jìn)行處理。
[0035]模數(shù)轉(zhuǎn)換器40,輸入端同外圍信號(hào)調(diào)理電路30的輸出端相連，用于將上述檢測(cè)得 到的模擬值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后輸出。
[0036] 使用上述的信號(hào)采集裝置進(jìn)行手指的信號(hào)采集后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，有該數(shù)字量 進(jìn)行無創(chuàng)血糖計(jì)算的方法如下：
[0037] 步驟一，將人的手指放入上述信號(hào)采集裝置的采集夾子中，經(jīng)由近紅外光透過，根 據(jù)能量守恒算法得到所需的人體的各個(gè)生理參數(shù)后經(jīng)外圍信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量的參數(shù)信號(hào)，參數(shù)信號(hào)包括血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán)境溫度值、人體 體表溫度值、心率值。
[0038] 步驟二，將步驟一采集到的數(shù)字量的參數(shù)信號(hào)血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán) 境溫度值、人體體表溫度值、心率值對(duì)應(yīng)分別標(biāo)記為A(n)，B(n)，C(n)，D(n)，E(n)，進(jìn)行中值 濾波處理，處理后標(biāo)記為Mn) ,B1(Ii)，&(η) ,D1(Ii) ,E1(Ii)。中值濾波可以有效地過濾尖峰脈 沖，排除在測(cè)量過程中因外界偶然因素帶來的干擾。
[0039]其中，中值濾波處理的過程為：
[0040] S1，定義一個(gè)長(zhǎng)度為奇數(shù)的L長(zhǎng)窗口，L=2N+1，N為正整數(shù)，
[0041] S2,設(shè)在某一個(gè)時(shí)刻，窗口內(nèi)的信號(hào)樣本為
[0042] x(i_N)，...，x(i)，···，x(i+N)，
[0043]其中x(i)為位于窗口中心的信號(hào)樣本值，
[0044] S3,對(duì)上述的L個(gè)信號(hào)樣本值按從小到大的順序排列后將在i處的樣本值定義為中 值濾波的輸出值并分別再次標(biāo)號(hào)為Mn) ,B1(Ii) ,(Mn) ,D1(Ii) ,E1(Ii)。
[0045]步驟三，將步驟二得到的中值濾波后的各個(gè)輸出數(shù)列A1(Ii) ,B1(Ii)，&(η) ,D1(Ii) ,E1 (η)與標(biāo)準(zhǔn)血糖值F(n)以多元線性回歸分析建立數(shù)學(xué)模型，則血糖值F(n)關(guān)于血氧濃度A (η)，人體熱紅外輻射值B(η)，環(huán)境溫度值C(n)、人體體表溫度值D(η)、心率值E(η)的線性方 程為：
[0046] F(n) =β〇Α(η)+βιΒ(η)+β2〇(η)+β3〇(η)+β4Ε(η),
[0047] 其中，0〇，仇，02，&，說通過多元線性回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到，多元線性 回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型為：
[0048] Υ? = β〇+βιΧη+β2Χ2?+. . .+PkXki+yi i = l,2, . . . ,n
[0049] 用矩陣形式表示為孑=萬(wàn)χ? :。：
[0050] 步驟三中通過多元線性回歸分析建立數(shù)學(xué)模型是采用最小二乘法，即通過最小誤 差的平方和來尋找數(shù)據(jù)的最佳匹配函數(shù)。
[0051] 綜上，本發(fā)明建立的血糖值F(n)關(guān)于血氧濃度Α(η)，人體熱紅外輻射值Β(η)，環(huán)境 溫度值C(n)、人體體表溫度值D(n)、心率值Ε(η)的線性方程：
[0052] F(n) =β〇Α(η)+βιΒ(η)+β2〇(η)+β3〇(η)+β4Ε(η),
[0053] 可用于無創(chuàng)血糖儀的研究開發(fā)過程中血糖值的計(jì)算。
[0054] 實(shí)施例的有益作用和效果
[0055] 根據(jù)本實(shí)施例提供的基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法，由于基于近 紅外光能量守恒法，過程中獲得人體的多項(xiàng)生理參數(shù):血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、環(huán) 境溫度值、人體體表溫度值以及心率值，這些參數(shù)即有表征環(huán)境變量的環(huán)境溫度值，也有與 受測(cè)者相關(guān)的血氧濃度值、人體熱紅外輻射值、人體體表溫度值以及心率值，相互結(jié)合來進(jìn) 行無創(chuàng)血糖檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，外界干擾小。
[0056]另外，用于步驟二中對(duì)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行了中值濾波處理，從而可以有效地過濾尖峰 脈沖，排除在測(cè)量過程中因外界偶然因素帶來的干擾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法，對(duì)信號(hào)采集裝置發(fā)送來的參數(shù) 信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到血糖值與所述參數(shù)信號(hào)的對(duì)應(yīng)血糖方程式，其特征在于，具有W下步驟： 步驟一，將人的手指放入所述信號(hào)采集裝置中，經(jīng)由近紅外光透過，根據(jù)能量守恒算法 得到所需的人體的各個(gè)生理參數(shù)后經(jīng)外圍信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的所 述參數(shù)信號(hào)，所述參數(shù)信號(hào)包括血氧濃度值、人體熱紅外福射值、環(huán)境溫度值、人體體表溫 度值、屯、率值； 步驟二，將步驟一采集到的數(shù)字量的所述參數(shù)信號(hào)血氧濃度值、人體熱紅外福射值、環(huán) 境溫度值、人體體表溫度值、屯、率值對(duì)應(yīng)分別標(biāo)記為A(n)，B(n)，C(n)，D(n)，E(n)，進(jìn)行中值 濾波處理，處理后標(biāo)記為Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，Di(n)，Ei(n); 步驟Ξ，將步驟二得到的中值濾波后的各個(gè)輸出數(shù)列Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，化(n)，Ei(n) 與標(biāo)準(zhǔn)血糖值F(n)W多元線性回歸分析建立數(shù)學(xué)模型，則血糖值關(guān)于血氧濃度A(n)，人體 熱紅外福射值B(n)，環(huán)境溫度值C(n)、人體體表溫度值D(n)、屯、率值E(n)的線性方程為： F(n) =β〇Α(η)+&Β(η)+02(Χη)+β姐(n)+04E(n)， 其中，0〇，&，02，03，抗通過所述多元線性回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到，所述多元 線性回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型為： Υ?=β〇+執(zhí)Xii+&拉i+.. .+&Xki+yi 1 = 1，2,...，n 用矩陣形式表示為古=易X丞。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近紅外光能量守恒法的無創(chuàng)血糖計(jì)算方法，其特征在于： 其中，所述中值濾波處理的過程為： S1，定義一個(gè)長(zhǎng)度為奇數(shù)的L長(zhǎng)窗口，L=2N+1，N為正整數(shù)， S2，設(shè)在某一個(gè)時(shí)刻，窗口內(nèi)的信號(hào)樣本為 x(i-N)，...，x(i)，...，x(i+N)， 其中x(i)為位于窗口中屯、的信號(hào)樣本值， S3,對(duì)上述的L個(gè)信號(hào)樣本值按從小到大的順序排列后將在i處的樣本值定義為中值濾 波的輸出值并分別再次標(biāo)號(hào)為Ai(n)，Bi(n)，Ci(n)，Di(n)，Ei(n)。3. -種信號(hào)采集裝置，采集人體手指處的生理參數(shù)，其特征在于，包括： 采集夾子，用于夾持人體手指； 傳感器電路單元，設(shè)置在所述采集夾子的內(nèi)側(cè)，具有紅外光發(fā)射模塊W及血氧濃度值 檢測(cè)模塊、人體熱紅外福射檢測(cè)模塊、環(huán)境溫度檢測(cè)模塊、人體體表溫度檢測(cè)模塊W及屯、率 檢測(cè)模塊， 在所述紅外光發(fā)射模塊發(fā)射近紅外光透過人體手指而被對(duì)應(yīng)的模塊接收后分別檢測(cè) 得到人體的血氧濃度值、人體熱紅外福射值、環(huán)境溫度值、人體體表溫度值W及屯、率值；W 及 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，和所述血氧濃度值檢測(cè)模塊、人體熱紅外福射檢測(cè)模塊、環(huán)境溫度檢測(cè)模 塊、人體體表溫度檢測(cè)模塊W及屯、率檢測(cè)模塊相連，用于將上述檢測(cè)得到的模擬值轉(zhuǎn)化為 數(shù)字量。4. 根據(jù)權(quán)利要求3的信號(hào)采集裝置，其特征在于，還包括： 外圍信號(hào)調(diào)理電路，設(shè)置在所述傳感器電路單元和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間，用于對(duì)所述 傳感器電路單元檢測(cè)得到的所述參數(shù)信號(hào)進(jìn)行處理。
【文檔編號(hào)】A61B5/01GK105962949SQ201610414675
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】洪瑞金
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)