一种新型差相检测技术的测量糖尿病相关物质的方法及仪器和应用与流程

1.本发明属于医疗检测设备的技术领域，尤其涉及一种新型差相检测技术的测量糖尿病相关物质的方法及仪器和应用。


背景技术：

2.糖尿病是一种常见的非传染性却严重危害人类健康的慢性疾病，今年来随着居民生活水平的提高及人口老龄化的加剧，糖尿病的发病率迅速上升。目前，糖尿病尚无有效根治的方法，控制血糖是唯一的治疗方法——及时进行血糖检测，对于控制糖尿病、防止并发症的发生具有十分重要的意义。公认的测量血糖浓度的“金标准”是静脉血检测法，静脉血检测法通过对采集得到的静脉血样品及时用生化分析仪进行分析，所得的检测结果精确；但是，静脉血检测法操作专业性强，而且费用昂贵，还给患者带来痛苦和不便，而且还有可能采样留下的伤口处理不当可能会发生感染，不利于血糖的频繁检测。
3.为了克服有创血糖检测存在的不足，血糖无创检测已成为国内外血糖检测研究的突破点。无创血糖检测技术可解决采用有创电化学法进行血糖测量时要进行有创采血，导致对人体产生的伤害和感染的机会的问题，主要采用的检测方法包括近红外光谱、中远红外光谱、拉曼光谱、光声光谱、光散射、偏振光等光学方法，还包括射频阴抗法、代谢热组合法和皮下间质液等非直接方法，也包括直接检测唾液、泪液或尿液等以非血液体液作为检测对象的方法。
4.但是，上述无创血糖检测的方法存在着检测灵敏度低、测量部位设置、设备或方法过于复杂、各类人群个体差异大等因素造成血糖检测数值误差很大以及血糖仪本身的便携程度和使用的方便程度，都限制着无创血糖检测技术的实际应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了实现对糖尿病相关物质稳定、连续以及高准确的无创检测，提供了一种新型差相检测技术的测量糖尿病相关物质的方法及仪器和应用。
6.第一方面，本发明提供的一种糖尿病相关物质浓度的检测方法采用以下的技术方案：
7.一种糖尿病相关物质浓度的检测方法，该方法采用差相检测技术对人体内糖尿病相关物质的浓度进行无创检测，具体为：
8.(1)获取无体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号弱y；获取体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号强x；
9.(2)根据信号强x和信号弱y计算得到糖尿病相关物质浓度变化r，r的计算公式如式(一)所示：
10.r＝k*(x-y)式(一)，
11.其中，k为个体校准常数，通过数据模型计算生成；
12.(3)对所述糖尿病相关物质浓度变化r进行拟合分析得到糖尿病相关物质浓度c。
13.在一些具体实施方式中，所述体外能量的形式为电磁波和/或机械力。
14.在一些具体的实施方式中，所述皮肤表面组织状态变化为表面温度变化、表面压力变化和表面波动变化中的至少一种。
15.在一些具体的实施方式中，所述数据模型如式(二)所示
[0016][0017]
其中，为i次糖尿病相关物质浓度的采血测试值的平均数，且i≥3；σλ为皮肤表面接收光谱的吸收度λ之和。
[0018]
在一些具体的实施方式中，所述糖尿病相关物质为血糖、尿酸、乳糖、酮和水分中的至少一种。
[0019]
在一些具体的实施方式中，所述糖尿病相关物质为血糖时，所述血糖浓度c的拟合关系式如(式三)所示：
[0020][0021]
其中，b为表面温度传感器的热敏系数，t0为检测开始时的皮肤表面温度，t为测试结束时的皮肤表面温度。
[0022]
第二方面，本发明提供的一种测量糖尿病相关物质浓度的仪器采用以下的技术方案：
[0023]
一种测量糖尿病相关物质浓度的仪器，该仪器包括测试检测单元和参比检测单元；
[0024]
所述测试检测单元用以检测输入体外能量致使皮肤表面组织状态变化产生的信号强，具体包括体外能量输入装置、体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器；
[0025]
所述参比检测单元用以检测受到外界环境、检测位置和检测操作的因素影响致使皮肤表面组织状态变化产生的信号弱，具体包括体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器。
[0026]
在一些具体的实施方式中，所述体外能量输入装置为产生特定频率的电磁波发射装置、产生特定波长的光波发射装置和产生特定作用力的压力发生装置中的至少一种。
[0027]
在一些具体的实施方式中，所述体表皮肤特征感知传感器为表面压力传感器和/或表面波动传感器。
[0028]
第三方面，本发明还提供了上述糖尿病相关物质浓度的测量方法和/或测量糖尿病相关物质浓度的仪器在非诊断性目的的糖尿病相关物质浓度检测中的应用。
[0029]
有益效果：
[0030]
(1)本发明中基于差相检测技术对糖尿病相关物质浓度进行检测，首先向细胞外液输送能量，检测因局部组织状态发生改变引起的表面温度、表面压力以及表面波动等皮肤表面组织状态变化的信号强x，同时消除输入体外能量前或后的皮肤表面组织状态变化的信号弱，接着根据公式计算得到糖尿病相关物质浓度变化r，糖尿病相关物质浓度变化r
经拟合分析转化成糖尿病相关物质浓度c，通过以上方法可实现对糖尿病相关物质浓度的稳定、连续以及准确的无创检测；
[0031]
(2)本发明基于上述检测方法还提供一种检测糖尿病相关物质浓度的仪器，该仪器具体包括测试检测单元和参比检测单元；仪器处于检测状态时，通过体外能量输入装置外部激励向人体皮肤表面输送能量，检测皮肤表面组织变化的信号强；进行参比测试时，关闭体外能量输入装置，检测皮肤表面组织变化的信号弱，以检测信号强消除参比信号弱，即可稳定、连续、准确地检测出皮肤表面组织状态变化，并通过计算可准确得到糖尿病相关物质浓度c；该仪器的结构简单，将其应用于糖尿病相关物质浓度的检测中时，检测结果受测试环境和操作以及检测部位的影响较小，结果准确性良好且便携、易使用，具有良好的实际应用前景。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例提供的血糖测量仪的结构示意图。
具体实施方式
[0033]
由于皮肤表面的生理条件复杂、皮下化学物质状态复杂以及测试容易受到外界环境干扰，因此对于糖尿病相关物质的无创检测结果具有较大的误差，且现有的无创检测仪器在存在着检测结果误差较大的问题的同时，也存在着不便携以及使用方法复杂的问题。基于上述的缺陷，发明人经过广泛且深入的研究，发明设计出以下的方案。
[0034]
在本发明提供的技术方案中，发明人基于传感器新型差相检测技术来对糖尿病相关物质浓度进行检测：以体外输入能量的外部激励形式，向皮下细胞外液输送能量，使得皮肤局部组织状态发生变化，进而引起皮肤表面组织状态的改变，并以无体外能量输入时皮肤表面组织状态的改变作为参比，通过检测体外能量输送和无体外能量输送的差相检测技术，通过皮肤表面组织状态变化的信号强x和信号弱y得到被检测皮肤区域皮下细胞外液和糖尿病相关物质浓度变化r，并经过拟合分析，最终可准确地得到建立皮肤表面组织状态变化的信号强x和信号弱y和糖尿病相关物质浓度c之间的联系。
[0035]
糖尿病相关物质浓度的检测方法具体包括以下的步骤：
[0036]
(1)获取无体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号弱y；获取体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号强x；
[0037]
(2)根据信号强x和信号弱y计算得到糖尿病相关物质浓度变化r，r的计算公式如式(一)所示：
[0038]
r＝k*(x-y)式(一)，
[0039]
其中，k为个体校准常数，通过数据模型计算生成；
[0040]
(3)对所述糖尿病相关物质浓度变化r和测得的体温数据进行拟合分析，得到糖尿病相关物质浓度c。
[0041]
本发明中，糖尿病相关物质对于输入的体外能量形式具有一定的选择性，通过对能量形式的选择，实现对血糖、尿酸、乳糖、酮和水分等特定糖尿病相关物质浓度变化的测定；其中，体外能量的形式具体为电磁波和/或机械力。
[0042]
在一些具体的实施方式中，电磁波可以是但不限制于分米波、厘米波、毫米波、亚
毫米波、红外线、可见光、紫外线、x射线和υ射线中的至少一种。
[0043]
在一些具体的实施方式中，机械力可以是但不限定于挤压力、敲击力、拍打力和拉扯力中的至少一种。
[0044]
本发明中，体外能量输入后，皮下细胞外液和糖尿病相关相关物质分子吸收能量以后发热使得温度发生改变，而局部温度发生改变会引起皮肤表面组织状态发生改变，通过测试皮肤表面组织状态改变的信号强x，并抵消以参比信号弱y，便可得到被测皮肤区域皮下细胞外液和糖尿病相关物质浓度的变化r。
[0045]
建立表面温度变化、表面压力变化和表面波动变化中至少一种的皮肤表面组织状态改变x与糖尿病相关物质浓度的变化之间的联系，要计算得到准确的糖尿病相关物质浓度变化r关键之处在于：以无输入体外能量时的皮肤表面组织状态变化y作为参比，同时引入个体校准常数k，以消除皮肤表面生理条件和化学物质、外界环境以及个体差异对于测试结果的影响。
[0046]
本发明中，个体校准常数k通过数据模型计算生成，该数据模型具体如下所示：
[0047][0048]
其中，为i次糖尿病相关物质浓度的采血测试值的平均数，且i≥3；σλ为光学检测传感器接收的光谱吸收度之和。
[0049]
本发明中，在受试者进行糖尿病相关物质浓度检测前，需间隔进行3次及以上的采血测试，得到个体的糖尿病相关物质浓度的采血测试值c1、c2、c2、c4、
…
、ci，取平均数得到根据计算个体校准常数k，以消除个体差异给糖尿病相关物质浓度测试结果带来的误差。需要说明的是，每个受试者一次测试获得的针对该个体是通用的，即该受试者在后续的糖尿病相关物质浓度检测的计算过程中代入的是相同的。
[0050]
在一些具体的实施方式中，i的值具体可以是3、4、5、6、7、100、200直至无穷大；从便捷、快速的角度考虑，当i＝3时，即间隔进行3次采血测试得到的糖尿病相关物质浓度获得的代入糖尿病相关物质浓度c的计算中，便能够得到较为准确的结果。
[0051]
在一些具体的实施方式中，皮肤表面组织状态改变等于表面温度改变、表面压力改变、表面波动改变、表面温度改变和表面压力改变相加、表面温度改变和表面压力改变相加、表面压力改变和表面波动改变相加或表面温度改变和表面压力改变和体表面波动改变三者相加。
[0052]
根据具体情况，在实际测试中具体所使用到的糖尿病相关物质浓度变化r的计算公式可以使用但不局限于表1中所示的公式。
[0053]
表1.
[0054][0055][0056]
在一些具体的实施方式中，采用上述的检测方法对血糖浓度进行测试时，血糖浓度变化r和血糖浓度c进行拟合分析时的拟合关系式如下所示：
[0057][0058]
其中，b为表面温度传感器的热敏系数，t0为检测开始时的皮肤表面温度，t为测试结束时的皮肤表面温度。
[0059]
基于上述糖尿病相关物质浓度的检测方法，本发明中还提供了一种测量糖尿病相关物质浓度的仪器，该仪器根据测量数据的类型可划分为两个部分——测试检测单元和参比检测单元，测试检测单元用以获取输入体外能量时皮肤表面组织状态变化的信号强x，参比检测单元用以获取无体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号弱y。
[0060]
本发明提供的测量糖尿病相关物质浓度的仪器中，测试检测单元和参比检测单元均包括有体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器，且测试检测单元中还包括有体外能量输入装置。在该仪器中，通过体外能量输入装置向皮下细胞外液输送能量，通过体表皮肤特征感知传感器检测皮肤表面组织状态变化的信号，通过光学检测传感器检测皮肤表面反射、散射和吸收光的信号，通过表面温度传感器检测受试者皮肤表面的温度。
[0061]
在测量糖尿病相关物质浓度的仪器中，测试检测单元和参比检测单元可分别包含一套或多套体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器，也可共用一套体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器。
[0062]
出于简化设备结构、提高检测结果准确性的考虑，在一些优选的实施方式中，测试检测单元和参比检测单元共用一套表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器，通过调整体外能量输入装置的开启和关闭，可将仪器切换至测试检测单元或参比检测单元，实现对同一区域皮肤表面组织状态在体外能量输入时和无体外能量输入时皮肤
表面组织状态变化的检测。
[0063]
在一些具体的实施方式中，体外能量输入装置可向皮下细胞外液施加以分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波、红外线、可见光、紫外线、x射线和υ射线等电磁波中的一种或多种，亦可施加挤压力、敲击力、拍打力和拉扯力等机械作用力；体外能量输入装置具体可以是但不限制于产生特定频率的微波发射装置、产生特定波长的光波发射装置和产生特定作用力的机械力发生装置中的至少一种。
[0064]
在一些具体的实施方式中，光学检测传感器可检测每次测试时皮肤表面接收光谱的吸收度λ，作为推算个体校准常数k的参数之一。
[0065]
以上，本发明所公开的体外能量输入装置、体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器为现有常规的检测装置，并不限定于某种特定具体的检测装置，可根据实际检测需求进行选择；但是，这并不意味着本发明公开的测量糖尿病相关物质浓度的仪器不需要经过创造性的劳动即可获得。
[0066]
本发明中，发明人在该测量糖尿病相关物质浓度的仪器中，采用体外输送能量和无体外输送能量的差相检测技术，通过检测皮肤表面组织状态变化之差得到皮下细胞外液中糖尿病相关物质浓度的变化，消除皮肤表面生理条件和化学物质、外界环境以及个体差异对于测试结果的影响，并以糖尿病相关物质浓度的变化建立检测模型，拟合得到糖尿病相关物质浓度；通过糖尿病相关物质浓度的变化巧妙地建立皮肤表面组织状态变化与糖尿病相关物质浓度之间的联系，克服了现有技术中单独采用皮肤表面特征直接换算血糖需要大量的标定操作且测试结果不稳定的缺陷。
[0067]
本发明中还提供了上述糖尿病相关物质浓度的测量方法和/或测量血糖浓度的仪器在非诊断性目的的糖尿病相关物质浓度检测中的应用。
[0068]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0069]
实施例
[0070]
本实施例用以说明血糖测量仪的结构以及血糖浓度的检测方法。如图1所示，血糖测量仪包括表面温度传感器、光学检测传感器、表面压力传感器和红外光谱传感器。当红外光谱传感器处于关闭状态时血糖测量仪中参比检测单元开启，可获取无体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号弱y；当红外光谱传感器处于开启状态时测试检测单元开启，可获取体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号强x。
[0071]
本实施例提供的血糖浓度的检测方法中使用上述血糖检测仪，具体为：
[0072]
1、预测试：
[0073]
进行3次指尖采血，获取受试者3次血糖浓度的采血测试值c1、c2和c3，根据下式求得且针对同一受试者获得的可在后续的所有血糖浓度测试中使用。
[0074][0075]
2、测试数据的获取：
[0076]
(1)开表面温度传感器获取检测开始时受试者皮肤表面温度t0；
[0077]
开红外光谱传感器，向皮肤表面施加红外辐射，通过表面压力传感器获取皮肤组织表面压力变化的信号强p1；
[0078]
通过光学检测传感器获取皮肤表面接收光谱的吸收度λ1。
[0079]
(2)关闭红外光谱传感器，通过表面压力传感器获取皮肤组织表面压力变化的信号弱p2；
[0080]
通过光学检测传感器获取皮肤表面接收光谱的吸收度λ2；
[0081]
通过表面温度传感器获取检测结束时受试者皮肤表面温度t。
[0082]
2、数据处理
[0083]
(1)根据预测试中获得的以及测试数据的获取中得到的皮肤表面接收光谱的吸收度λ1和λ2，根据下式计算得到个体校准常数k：
[0084][0085]
(2)将获得的信号强p1和信号弱p2以及个体校准常数k带入，并根据下式计算得到血糖浓度变化r：
[0086]
r＝k
×
δp＝k
×
(p
1-p2)。
[0087]
(3)将血糖浓度变化r、测得的表面体温数据t0和t以及表面温度传感器热敏系数b代入血糖检测模型，进行拟合计算得到血糖浓度c，血糖检测模型如下式所示：
[0088][0089]
测试例.
[0090]
本测试例中使用实施例提供的血糖测量仪以及血糖浓度的检测方法对两名健康受试者进行了连续20天的血糖测试，每天餐后2小时，每天1次，并同时采用采血检测法作为对照，结果如表2所示。
[0091]
表2.
[0092]
[0093][0094][0095]
由测试结果可知，通过实施例提供的血糖测量仪和血糖浓度的检测方法的对血糖
浓度进行检测，最后换算得到的血糖浓度与采血检测法所得结果相一致，即采用本发明提供的仪器和测试方法对血糖浓度进行测量时受测试环境和操作以及检测部位的影响小，具有良好的检测准确度。
[0096]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种糖尿病相关物质浓度的检测方法，其特征在于，该方法采用差相检测技术对人体内糖尿病相关物质浓度进行无创检测，具体为：(1)获取无体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号弱y；获取体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号强x；(2)根据信号强x和信号弱y计算得到糖尿病相关物质浓度变化r，r的计算公式如式(一)所示：r＝k*(x-y)式(一)，其中，k为个体校准常数，通过数据模型计算生成；(3)对所述糖尿病相关物质浓度变化r和测得的体温数据进行拟合分析，得到糖尿病相关物质浓度c。2.根据权利要求1所述的糖尿病相关物质浓度的检测方法，其特征在于，所述体外能量的形式为电磁波和/或机械力。3.根据权利要求1所述的糖尿病相关物质浓度的检测方法，其特征在于，所述皮肤表面组织状态变化为表面温度变化、表面压力变化和表面波动变化中的至少一种。4.根据权利要求1所述的糖尿病相关物质浓度的检测方法，其特征在于，所述数据模型如式(二)所示：其中，为i次糖尿病相关物质浓度的采血测试值的平均数，且i≥3；σλ为皮肤表面接收光谱的吸收度λ之和。5.根据权利要求1所述的糖尿病相关物质浓度的检测方法，其特征在于，所述糖尿病相关物质为血糖、尿酸、乳糖、酮和水分中的至少一种。6.根据权利要求1所述的糖尿病相关物质浓度的检测方法，其特征在于，所述糖尿病相关物质为血糖时，所述血糖浓度c的拟合关系式如(式三)所示：其中，b为表面温度传感器的热敏系数，t0为检测开始时的皮肤表面温度，t为测试结束时的皮肤表面温度。7.一种测量糖尿病相关物质浓度的仪器，其特征在于，该仪器包括测试检测单元和参比检测单元；所述测试检测单元用以检测输入体外能量致使皮肤表面组织状态变化产生的信号强，具体包括体外能量输入装置、体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器；所述参比检测单元用以检测受到外界环境、检测位置和检测操作的因素影响致使皮肤表面组织状态变化产生的信号弱，具体包括体表皮肤特征感知传感器、光学检测传感器以及表面温度传感器。8.根据权利要求7所述的测量糖尿病相关物质浓度的仪器，其特征在于，所述体外能量输入装置为产生特定频率的微波发射装置、产生特定波长的光波发射装置和产生特定作用
力的机械力发生装置中的至少一种。9.根据权利要求7所述的测量糖尿病相关物质浓度的仪器，其特征在于，所述体表皮肤特征感知传感器为表面压力传感器和/或表面波动传感器。10.权利要求1～6任一所述的糖尿病相关物质浓度的检测方法和/或权利要求7～9任一所述的测量糖尿病相关物质浓度的仪器在非诊断性目的的糖尿病相关物质浓度检测中的应用。

技术总结
本发明属于医疗检测设备的技术领域，公开了一种新型差相检测技术的测量糖尿病相关物质的方法及仪器和应用。糖尿病相关物质浓度的检测方法中，采用差相检测技术对人体内糖尿病相关物质浓度进行无创检测，具体为：获取无体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号弱Y；获取体外能量输入时皮肤表面组织状态变化的信号强X；根据信号强X和信号弱Y计算得到糖尿病相关物质浓度变化R，计算公式为R＝K*(X-Y)，K为个体校准常数，通过数据模型计算生成；对糖尿病相关物质浓度变化R和体温数据进行拟合分析，得到糖尿病相关物质浓度C。本发明提供的检测方法及仪器可实现对糖尿病相关物质浓度的稳定、连续以及准确的无创检测，具有良好的实际应用前景。的实际应用前景。的实际应用前景。


技术研发人员：顾世海 揭从能 吉小岑
受保护的技术使用者：厦门一先药业有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/24