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利用近红外光谱法实现非侵入式血糖监测
发布时间:2022-06-17 00:14
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本文摘要:血糖监测仪用作测量患者血液中的葡萄糖量,特别是在是经常出现了糖尿病症状或有血糖过低或过低史的患者。一般来说,血糖监测仪可协助糖尿病患者掌控适合的胰岛素剂量。家用血糖仪的经常出现(非临床用设备)早已大大提高了患者的生活质量。 然而,每次用这种监测仪展开测量时,不仅必须收集指血,导致疼痛和不便,而且要用于新的测试纸,从而减少了设备的用于成本。 要确认合适的胰岛素剂量必须常常或持续监测血糖,但目前的血糖仪无法符合这一拒绝。

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血糖监测仪用作测量患者血液中的葡萄糖量,特别是在是经常出现了糖尿病症状或有血糖过低或过低史的患者。一般来说,血糖监测仪可协助糖尿病患者掌控适合的胰岛素剂量。家用血糖仪的经常出现(非临床用设备)早已大大提高了患者的生活质量。

然而,每次用这种监测仪展开测量时,不仅必须收集指血,导致疼痛和不便,而且要用于新的测试纸,从而减少了设备的用于成本。  要确认合适的胰岛素剂量必须常常或持续监测血糖,但目前的血糖仪无法符合这一拒绝。倒数监测仪显然不存在,但必须植入皮下,植入后不会导致后遗症,而且每周都要替换。另外还有一种非入侵式血糖监测仪。

本文将讲解一种用于近红外(NIR)光谱技术的架构,根据耳垂部分的入射光谱来确认血糖水平。由于要中用的组织厚度和血氧饱和度等各种人体参数以及基于线性重返分析的校准系统,因此建议使用一种准确的动态架构。本文还得出了使用赛普拉斯可编程片上系统PSoC-5LP控制器的全仿真、数字和混合信号功能构建的示例方案。

  高血糖与低血糖  高血糖和低血糖所指的是血糖水平高达或高于正常值的身体状况。糖尿病是体内胰腺暂停黏液掌控血糖水平的胰岛素而经常出现的一种身体状况。

糖尿病的成因目前仍未几乎被人们所理解,但普遍认为糖尿病有可能由遗传因素和日常饮食摄取糖分过多所造成[1]。一旦被临床为糖尿病,就要大大监测血糖水平以便主动摄取药用胰岛素。

高血糖患者不会展现出出有持续的高血糖水平,必须展开持续的血糖监测[1]。由于目前的测量设备都是通过入侵方式来监测血糖水平,因此必须常常萃取患者血样,有时不会造成发炎、出血和过敏等其它并发症。非入侵式技术能解决问题采血问题。

本文将探究并构建一种非入侵式血糖监测方案。  由于近红外光谱技术灵敏度低、选择性强劲、成本低而且更容易装载,所以我们搭配了该技术[1]。

同时我们搭配的波长为1550nm,以为该波长下葡萄糖信号信噪比(SNR)较高。  工作原理/系统设计  使用近红外入射光谱技术在耳垂两侧测量血糖,在耳垂两侧分别摆放光源和光检测器。利用耳垂的将近红外光总量各不相同该区域的血糖量。

自由选择耳垂展开测量是因为耳垂方位没骨组织而且比较较为厚[1]。同时必须将近红外(NIR)光照射耳垂的一侧,而另一侧摆放的接收器用来接管波动光,然后对波动光信号展开取样和处置。

  搭配两个ThorlabsLED(LED1550E)作为光源[2]。由于传统硅光电二极管的光谱比特率受限,无法用作接管将近红外光,因此必需用于其他类型的光电二极管。

在本案例中我们搭配了波长1550nm的高灵敏度Marktech铟镓砷光电二极管[3]。将RC低通滤波器相连到光电二极管的输入以减少高频噪声。与具备完全相同或更高葡萄糖号召能力的其他波长比起,波长为1550nm的光发射器和接收器的成本比较较低。  除了血液中的葡萄糖含量外,将近红外光的透光率还各不相同光路中的血液量。

也就是在完全相同葡萄糖含量下,血液量较小不会造成透光率较低,反之亦然。因此必须根据测量时耳垂中的血液量调节葡萄糖的值。血液量可通过血液含氧量来估计[1]。而血液氧含量可用于脉搏血氧仪测量。

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脉搏血氧仪利用红光和红外光来区分血液中的血红蛋白和水解血红蛋白,并以此为基础取得氧饱和度[4]。  另外一个影响葡萄糖测量的物理参数是耳垂的组织厚度。当多个人用于一台设备时就不会经常出现这个问题,因为这种情况下有所不同人的耳垂厚度有可能有所不同。的组织厚度要求将近红外光的路径长度,路径就越宽,透光率就越较低。

耳垂的组织厚度可使用皮肤衰减率较高的绿光来测量。  用来感应器近红外光谱信号的铟镓砷光电二极管也可用作感应器其他波长(例如绿光、红光和红外光),因为这种二极管的光谱号召范围涵括以上所用波长。

  所有这些变量都在PSoC5LP中展开缩放、取样和处置,随后通过蓝牙传输到一个安卓应用于中。图1为整个系统流程方框图。  图1.系统结构图  感应器和预处理  将铟镓砷光电二极管信号送到放大器,以缩放黯淡的近红外光谱信号。

红光、红外光和绿光信号的波动会导致影响,因此需要缩放。我们可利用内部可编程增益放大器(PGA)来缩放近红外光谱信号。从葡萄糖变化中记录几毫伏的电压变化,再行利用1.024V参照电压和增益为50的可编程放大器对其展开缩放。

利用单个Delta;sum;模数转换器连同一个仿真多路转换器对感应器信号展开取样。用18位分辨率取样近红外和绿光信号,用16位分辨率取样红光和红外信号,以便提升比特率,防止心率变化引发信号误解(闻图2)。   图2.。


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