血液成分無創檢測裝置的制造方法
【專利摘要】一種血液成分無創檢測裝置，其包括探頭單元、驅動控制電路、信號放大電路、信號濾波電路、模數轉換單元、控制處理單元；所述探頭單元集成多波長光源、光電探測器、溫度傳感器、濕度傳感器、閃光燈、超聲換能器、金屬電極片陣列以及金屬導體于一體，實現血流容積、組織代謝情況的檢測。
【專利說明】
血液成分無創檢測裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種血液成分檢測裝置，尤其涉及一種血液成分無創檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 傳統地，血液成分檢測需要對患者進行取血采樣，存在著種種不便及危害，例如術 中為監測患者血紅蛋白（血色素、含氧血紅蛋白、去氧血紅蛋白、高鐵血紅蛋白等）變化情 況、糖尿病人群日常血糖水平的變化情況、高血脂人群日常血脂水平變化情況等，這就需要 進行多次采樣，給患者造成了不必要的傷害，且不能實時監測。研究一種無創傷、實時的血 液成分檢測裝置具有重要的意義。
【發明內容】
[0003] 本發明旨在提出一種用于檢測血液成分的裝置，其能夠無創、實時地檢測血液成 分含量。
[0004] 為了達成上述目的，本發明提出一種血液成分無創檢測裝置，其包括探頭單元、驅 動控制電路、信號放大電路、信號濾波電路、模數轉換單元、控制處理單元;探頭單元集成多 波長光源、光電探測器、溫度傳感器(熱輻射溫度和熱電偶）、濕度傳感器、閃光燈、超聲換能 器、金屬電極片陣列以及金屬導體于一體，實現血液成分的無創檢測;溫度傳感器采集組織 表面溫度、環境溫度、人體組織輻射溫度以及組織傳導溫度信息;濕度傳感器采集待測組織 濕度、環境濕度信息；閃光燈用于對人體組織進行連續或瞬間加熱;超聲換能器對側分布， 一方面用于檢測血液成分的聲速信息，另一方面用于檢測光聲信號；多波長光源對組織輪 流發射不同波長的光;光電探測器接收組織出射光，并將光信號轉換成電信號;金屬電極片 可以作為組織表面溫度采集點，附加地也可以作為電阻抗信號采集電極;金屬導體傳導組 織熱量，用于測量組織熱傳導；多波長驅動控制電路接收來自控制處理單元的信號來控制 光源的亮滅以及發光強度;信號放大電路對光電信號、溫度信號、濕度信號、超聲信號以及 電阻抗信號進行初步的放大；信號濾波電路連接至放大電路輸出端，對光電信號、超聲信 號、溫度信號、濕度信號、電阻抗信號進行初步的抗混疊濾波;模數轉換單元連接至信號濾 波電路輸出端，將各路模擬信號轉換成數字信號輸入至控制處理單元;控制處理單元實現 各路信號的處理、計算、顯示等功能，并能控制整個系統的工作狀況以及多波長光源、閃光 燈的發光情況。
[0005] 優選地，所述探頭為指夾形式，指夾一側帶有腔體，腔體內分布著溫度、濕度傳感 器用于檢測人體組織輻射溫度以及濕度。
[0006] 優選地，所述溫度傳感器為多個，采集組織表面溫度、組織輻射溫度、組織傳導溫 度以及環境溫度。
[0007] 優選地，所述濕度傳感器為多個，采集組織濕度以及環境濕度。
[0008] 優選地，所述探頭與皮膚接觸部分排布金屬電極片陣列。
[0009] 優選地，所述探頭溫度傳感器采用熱電偶串聯方式檢測組織表面溫度。
[0010] 優選地，所述環境溫度傳感器采用紅外熱電堆傳感器。
[0011]優選地，所述光源采用多個波長。
[0012] 優選地，所述光電探測器采用0PT101。
[0013] 優選地，所述驅動控制電路能夠驅動各波長光輪流發光，且驅動電流是可變的。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明的血液成分無創檢測裝置的原理框圖；
[0015] 圖2為本發明的血液成分無創檢測裝置的探頭指夾頂側與皮膚接觸面的側視示意 圖；
[0016] 圖3為本發明的血液成分無創檢測裝置的探頭指夾底側與皮膚接觸面的側視示意 圖；
[0017] 圖4為圖3中電極的連接方式示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面，結合附圖對本發明的血液成分無創檢測裝置進行詳細說明。
[0019] 如圖1至圖4所示為本發明的血液成分無創檢測裝置，其主要包括探頭單元1、信號 放大電路1 〇、信號濾波電路11、A/D轉換單元12、微控制與處理器13、驅動控制電路14;探頭 單元包括熱輻射溫度傳感器4、熱電偶溫度傳感器5、IC溫度傳感器8、濕度傳感器6、光電傳 感器7、多波長光源9、金屬電極片17、金屬導體16、閃光燈21、超聲換能器22。
[0020] 探頭單元1優選為指夾形式，由指夾底側載體2與指夾頂側載體3組成;測量時，探 頭單元1夾在手指上，指夾底側載體2與指肚一側接觸，指夾頂側載體3與指蓋一側接觸。
[0021] 如圖2所示，指夾頂側載體3包含多波長光源9、超聲換能器22;多波長光源9可以采 用二極管，實例選用8個波長，工作時采用輪流發光方式依次點亮發光二極管。超聲換能器 22用于檢測血液中聲波傳播速度信息以及光聲信號。
[0022] 如圖3所示，指夾底側載體2包含熱輻射溫度傳感器4、濕度傳感器6、熱電偶傳感器 5、金屬導體16、光電探測器7、金屬電極片17、盲孔15;盲孔15頂側(與皮膚接觸面)敞開，底 側封閉，熱輻射溫度傳感器4、濕度傳感器6與1C溫度傳感器8安置在盲孔15內，用于檢測皮 膚組織熱輻射溫度與濕度。另一組濕度傳感器6與溫度傳感器8安置在指夾底側載體2的外 底側，用于測量環境的溫度與濕度。金屬電極片17為多個成陣列排布，可以作為電阻抗測量 傳感器或者熱電偶溫度傳感器采集點。金屬導體16用于傳導人體熱能量，安置于金屬導體 16上的熱電偶溫度傳感器5用于檢測熱傳導溫度，熱電偶溫度傳感器5為多個，等間距分布 在金屬導體16上，且位置連線與皮膚表面成垂直關系，通過金屬導體16上的熱電偶溫度傳 感器5所檢測到的溫度可以得出人體溫度通過金屬導體16傳導的溫度梯度，進而得出人體 組織的熱傳導信息。光電探測器7接收多波長光源9透射過手指血管的光信號，并將光信號 轉換為電信號(光電容積脈搏波），利用此多路光電容積脈搏波實現血流量的檢測（灌注指 數PI )、血紅蛋白濃度檢測以及血氧飽和度的檢測。
[0023] 通過公另
可以求出組織代謝所產生的熱量qmet，其 中，P，c和k分別為人體組織的密度、比熱容以及熱導系數，均為常數，T是組織表面溫度，通 過熱電偶溫度傳感器5測得，qperf為血液灌注帶來的熱量，可以通過血流量間接反映出，qext 為人體組織與外界的熱交換能量。人體組織與外界熱能量交換形式包括:熱福射Qrad，Qrad = 〇e(Ts+Ta)3/2,其中Ts為組織表面溫度，T a為環境溫度可以通過溫度傳感器8采集得到；蒸發 能量 ^^，0^=9.66\10-8(1'31￡)(10()'2651' 3-1^\10()'26%)，其中1￡為流體溫度，可以近似環 境溫度T a，RH為相對濕度，通過濕度傳感器6可測得。求出組織代謝所產生的熱量qmet后，結 合血氧飽和度情況，可以校正出血糖濃度。
[0024]超聲換能器22安置在組織對側，一方面用來測量聲波在血液中傳播的速度，通過 聲速進行血糖濃度校正。另一方面用來測量閃光燈引起的光聲信號。
[0025]閃光燈21分關閉與工作兩種狀態，首先閃光燈關閉狀態下對上述參數進行測量， 然后在工作狀態下再進行測量。其中工作模式有兩種:連續照射與快速瞬間照射。連續照射 下，溫度及濕度等傳感器監測組織達到熱平衡情況;快速瞬間照射下，監測組織表面溫度、 輻射溫度等的變化情況。通過測量得到的各參量數據實現血液成分濃度的校正。
[0026] 如圖4所示，各金屬電極片17采用熱電偶絲5串聯方式連接來測量皮膚表面溫度， 實例中熱電偶采用T型熱電偶。
[0027] 附加地，金屬電極片17可以作為電阻抗電極使用，用以測量組織電阻抗。
【主權項】
1. 一種血液成分無創檢測裝置，其包括探頭單元、驅動控制電路、信號放大電路、信號 濾波電路、模數轉換單元、控制處理單元； 探頭單元包括多波長光源、光電探測器、溫度傳感器(熱輻射溫度、熱電偶）、濕度傳感 器、閃光燈、超聲換能器、金屬電極片陣列以及金屬導體;多波長光源由驅動控制電路控制， 對組織輪流發射不同波長的光;光電探測器接收組織的出射光信號并轉換成電信號;溫度 傳感器采集組織表面溫度、組織輻射溫度、組織熱傳導溫度以及環境溫度信息;濕度傳感器 采集組織濕度與環境濕度信息；閃光燈分連續照射與瞬間照射兩種情況，通過聯合檢測連 續照射下到達熱平衡情況以及瞬間照射表面溫度、輻射溫度等的變化情況實現血液成分的 無創檢測;超聲換能器倆對側分布，檢測血液中的聲速，還可檢測由閃光燈加熱所產生的光 聲信號;金屬電極片陣列可以作為組織表面溫度采集點，采用熱電偶串聯方式增大溫度感 應靈敏度;金屬電極片附加可以作為電阻抗采集電極;金屬導體用于傳導組織熱能量，金屬 導體一側與皮膚接觸，熱電偶溫度傳感器在另一側實現組織熱傳導溫度測量； 信號放大電路實現對各路信號的放大，并輸出到信號濾波電路進行濾波預處理;模數 轉換單元將預處理后的模擬信號轉換成數字信號;控制處理單元對模數轉換后的數字信號 進行處理、計算和血液成分分析等，并能夠控制整個系統的工作情況。2. 如權利要求1所述的血液成分無創檢測裝置，其特征在于:探頭單元為指夾形式。3. 如權利要求2所述的血液成分無創檢測裝置，其特征在于：所述指夾一側為腔體形 式。4. 如權利要求2所述的血液成分無創檢測裝置，其特征在于:所述腔體帶有通孔，腔體 內分布著溫度、濕度傳感器用于檢測環境溫度與濕度。5. 如權利要求2所述的血液成分無創檢測裝置，其特征在于：所述腔體還帶有兩個盲 孔，分別安置熱輻射溫度傳感器和濕度傳感器，用于檢測組織熱輻射溫度與組織濕度。6. 如權利要求1所述的血液成分無創檢測裝置，其特征在于:所述金屬電極片陣列通過 熱電偶串聯形式連接，檢測組織表面溫度。7. 如權利要求1所述的血液成分無創檢測裝置，其特征在于:所述金屬電極片還可作為 電阻抗采集電極。
【文檔編號】A61B5/00GK105852879SQ201610191501
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】王衛東, 劉洪運, 彭福來, 胡敏露
【申請人】王衛東