MSP430光電微損法血糖監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案

　WHO在2007年報(bào)告中指出，目前全世界有糖尿?。―M）患者1.7億，預(yù)測(cè)到2025年將劇增至2.99億，糖尿病已成為世界第五位死亡原因［1］。我國(guó)DM患者占3.3%。胰島素療法是所有胰島素依賴型糖尿病人的主要治療方法。而胰島素劑量確定的基礎(chǔ)是嚴(yán)密監(jiān)察血糖的控制情況。在常用的評(píng)估病情的手段中，靜脈血糖與毛細(xì)血管血糖測(cè)定是目前最直接的評(píng)估血糖控制的方法，后者更是適合家庭和病人自我血糖監(jiān)護(hù)的方法。研究證明，長(zhǎng)期嚴(yán)格的血糖監(jiān)測(cè)，可預(yù)防或延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展［2］。因此，本文設(shè)計(jì)了適合糖尿病患者在家庭中實(shí)現(xiàn)血糖自我監(jiān)護(hù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
　　1 設(shè)計(jì)原理
　　1.1 測(cè)量原理
　　將血樣滴在含有氧化葡萄糖的氧化酶（GOD）的試紙上，血樣中的葡萄糖被GOD氧化為葡萄糖酸內(nèi)脂（Gluconic acid），此物質(zhì)與試劑中的另一種酶——過(guò)氧化酶（Peroxidase）發(fā)生反應(yīng)，生成一種吸光物質(zhì)，測(cè)試時(shí)將試紙放置在反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的光路中，如圖1所示。整個(gè)傳感器系統(tǒng)包括光源、發(fā)射光纖、接收光纖和光電探測(cè)器［3］。光源發(fā)出的光經(jīng)濾波、發(fā)射光纖至被測(cè)血樣表面，由于吸光物質(zhì)的調(diào)制，帶有血糖濃度信息的反射光由接收光纖接收，最后由光電接收器將接收到的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)光源功率以及光纖探頭和反射面之間的距離保持不變時(shí)，接收光纖接收到的一定波長(zhǎng)的光強(qiáng)和該波長(zhǎng)的入射光強(qiáng)的比值與血糖濃度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)，便可計(jì)算出血糖濃度。但這種光纖傳感器的主要缺點(diǎn)是當(dāng)光源激勵(lì)不穩(wěn)定時(shí)，會(huì)使光源光功率發(fā)生變化，造成測(cè)量誤差。另外，反射體表面反射率的不同以及光在光纖中的傳輸損耗，都會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)誤差。因此，本文提出三探頭光纖傳感器補(bǔ)償測(cè)量法，以消除測(cè)量環(huán)境中各種不穩(wěn)定因素的影響。
　　
　　1.2 三探頭光纖束傳感器補(bǔ)償測(cè)量法原理
　　由于傳統(tǒng)的反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器使用單根光纖發(fā)送和接收的光能量非常的微弱，為此本設(shè)計(jì)采用由數(shù)千根光纖組成的光纖束來(lái)發(fā)送和接收光，并增加一路參考光路，組成三探頭的光纖束傳感器，如圖2所示。為使參考光對(duì)測(cè)量光起到參考意義，要求參考和測(cè)量光照射到待測(cè)樣品上的光斑一致，因此整個(gè)光纖傳感探頭采用了同心圓的結(jié)構(gòu)，兩路發(fā)射光纖束為內(nèi)圓，并對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)均勻分布排列，而外環(huán)為接收光纖束。在測(cè)量光纖和參考光纖足夠多的情況下，兩種波長(zhǎng)的光照射到物體上的光斑面積近似相等，實(shí)際制作過(guò)程中測(cè)量和參考光纖束都各使用了4 000根玻璃光纖原絲，因此可近似認(rèn)為測(cè)量光和參考光為同光路，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)光譜分析理論，波長(zhǎng)為635nm的光不能被血樣中的吸光物質(zhì)有效地吸收，只跟血樣中除了該吸光物質(zhì)的因素有關(guān)，因此可作為參考波長(zhǎng)。而波長(zhǎng)為700nm的光既同吸光物質(zhì)濃度有關(guān)，又與除該吸光物質(zhì)以外的因素有關(guān)，因此可作為測(cè)量波長(zhǎng)。在圖2中，由發(fā)光二極管D1、D2分別發(fā)出強(qiáng)度相同，波長(zhǎng)分別為635nm、700nm的光入射到光纖，反射后由D3導(dǎo)出，再通過(guò)分光元件和濾波片分離出不同波長(zhǎng)的光，其光強(qiáng)比值反映了血糖濃度的大小。這種光纖探頭無(wú)間隙緊密排列，光纖尺寸、光路相同，易于做成帶狀，能自動(dòng)補(bǔ)償光源強(qiáng)度和反射率以及環(huán)境等因素變化對(duì)測(cè)量精度的影響。