基于MSP430的光電微損法血糖監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以MSP430處理器為核心，結(jié)合光電微損法血糖監(jiān)測技術(shù)，采用三探頭光纖束傳感器，設(shè)計(jì)了新型的血糖監(jiān)測系統(tǒng)。
　　關(guān)鍵詞： MSP430； 微損； 血糖； 光纖傳感器

　　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。在常用的評估病情的手段中，靜脈血糖與毛細(xì)血管血糖測定是目前最直接的評估血糖控制的方法，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，長期嚴(yán)格的血糖監(jiān)測，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)測系統(tǒng)。
1 設(shè)計(jì)原理
1.1 測量原理
??? 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——過氧化酶（Peroxidase）發(fā)生反應(yīng)，生成一種吸光物質(zhì)，測試時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。整個傳感器系統(tǒng)包括光源、發(fā)射光纖、接收光纖和光電探測器[3]。光源發(fā)出的光經(jīng)濾波、發(fā)射光纖至被測血樣表面，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。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，接收光纖接收到的一定波長的光強(qiáng)和該波長的入射光強(qiáng)的比值與血糖濃度存在對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)檢測到的光強(qiáng)信號，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)光源激勵不穩(wěn)定時，會使光源光功率發(fā)生變化，造成測量誤差。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，都會對測量帶來誤差。因此,本文提出三探頭光纖傳感器補(bǔ)償測量法，以消除測量環(huán)境中各種不穩(wěn)定因素的影響。

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1.2 三探頭光纖束傳感器補(bǔ)償測量法原理
　　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。為使參考光對測量光起到參考意義，要求參考和測量光照射到待測樣品上的光斑一致，因此整個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。在測量光纖和參考光纖足夠多的情況下，兩種波長的光照射到物體上的光斑面積近似相等，實(shí)際制作過程中測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。而波長為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)，因此可作為測量波長。在圖2中，由發(fā)光二極管D1、D2分別發(fā)出強(qiáng)度相同，波長分別為635nm、700nm的光入射到光纖，反射后由D3導(dǎo)出，再通過分光元件和濾波片分離出不同波長的光，其光強(qiáng)比值反映了血糖濃度的大小。這種光纖探頭無間隙緊密排列，光纖尺寸、光路相同，易于做成帶狀，能自動補(bǔ)償光源強(qiáng)度和反射率以及環(huán)境等因素變化對測量精度的影響。

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2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　監(jiān)測裝置由CPU、三探頭光纖束傳感器、放大電路、LCD、鍵盤、Y型分光器、報(bào)警部分、濾波片等部分組成，如圖4所示。其工作過程是：固化在CPU中的程序使其I/O口控制LED驅(qū)動電路產(chǎn)生10kHz的參考波長和測量波長，經(jīng)三探頭光纖束傳感器分別把測量光、參考光照射到被測血樣上，反射光導(dǎo)入Y型分光器，通過濾波片后，兩束不同波長的光分別進(jìn)入對數(shù)、差動放大轉(zhuǎn)換成電信號，再輸入CPU進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)分析，并將結(jié)果顯示在LCD上。

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參考文獻(xiàn)
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