Разработка структурной схемы неинвазивного глюкометра

При тяжелой стадии заболевания инсулинозависимые пациенты сдают кровь до 9 раз в день. Существующие на данный момент инвазивные методы для определения уровня глюкозы в крови являются достаточно болезненнымии неоперативными. Они не позволяют пациентам с тяжелой формой течения болезни заниматься спортом и в целом вести полноценный образ жизни. Поэтому разрабатываемое устройство основано на неинвазивном методе измерения, то есть без забора крови.

Из проведенного патентного поиска можно сделать вывод, что наиболее точным и эффективным неинвазивным методом измерения глюкозы является оптический метод, основанный на расчёте коэффициентов ослабления инфракрасного (ИК) излучения, прошедшего через ткань.

Спектр оптического поглощения глюкозы в крови человека сложный: он имеет ряд полос поглощения в видимой и инфракрасной областях спектра, по интенсивности которых можно измерять концентрацию глюкозы.

В оптическом диапазоне спектра поглощения глюкозы характерны три максимума: 840; 940 и 1045нм. В то же время максимум в спектре поглощенияводы составляет 960нм. Следовательно, наиболее приемлемый максимум поглощения глюкозы 940нм, так как ему не мешает поглощения кожи человека, поглощение воды в различных слоях кожи и наличие других компонентов, входящих в её состав.

Длина волны, нм

Рисунок 1 - Спектры поглощения глюкозы, меланина и воды в красном и инфракрасном диапазонах

В разрабатываемом устройстве в качестве источника ИК излучения используется ИК диод с мощностью излучения 20мВт, работающий на длине волны поглощения глюкозы или близкой к ней. Микроконтроллер задает мощность диода с помощью схемы управления излучателем. В качестве детектора светового потока используется фототранзистор, который регистрирует прошедшее через ткань излучение. Сигнал после фототранзистора проходит через цепочку усилитель-полосовой фильтр- программируемый усилитель. Полосовой фильтр убирает из сигнала гармоники, которые не связаны с измеряемым сигналом и предотвращает алиасинг при оцифровывании аналогового сигнала, путем среза частот выше половины частоты дискретизации. Выходной усилитель с программируемым коэффициентом усиления предназначен для калибровки устройства, так как по мере работы устройства у диода будут изменяться параметры излучения.

Сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в МК преобразуется в цифровой код. МК обрабатывает сигнал и с учетом коэффициента ослабления тканью ИК излучения рассчитывает уровень глюкозы в крови. С целью визуализации КГК, калибровочных параметров системы и аварийных сигналов, используется сенсорный дисплей.

Рисунок 2 – Структурная схема устройства

С целью компенсации нелинейного изменения интенсивности лазерного диода, связанного с температурным дрейфом и нагревом лазера во время работы устройства, в схему добавлен блок температуры и влажности.

Тензодатчик предназначен для защиты от случайного включения лазера. Излучатель включается лишь при наличии усилия БО на тензодатчик расположенный в измерительном отсеке.

Схема контроля заряда батареи позволяет, контролировать уровень заряда батареи устройства и не производить ложных измерения при пониженном заряде.