monitorización de la glucosa sanguínea no invasiva …

monitorización de la glucosa sanguínea no invasiva ...

dosis óptima de insulina, sin embargo, requiere una monitorización frecuente / continuo de glucosa en la sangre, y en la actualidad glucómetros disponibles no abordan este requisito. monitores continuos existen, pero que necesitan para ser implantado debajo de la piel, causando un trauma al ser implantado, y necesitan ser reemplazados cada semana. existe una alternativa en monitores de glucosa en la sangre no invasivos. Este artículo presenta una arquitectura que utiliza la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) para determinar los niveles de glucosa en sangre basado en la espectroscopia de transmitancia en el lóbulo de la oreja. El uso de diversos parámetros del cuerpo, como el espesor del tejido, la saturación de oxígeno en sangre, y un sistema de calibración basada regresión lineal-análisis, se propone una arquitectura en tiempo real exacta y. Un ejemplo de implementación utilizando analógico completo, digital, y las capacidades de señal mixta de un sistema-en-chip programable, el controlador PSoC-5LP de Cypress, se da también.

La hipoglucemia y la hiperglucemia

Espectroscopia de infrarrojo cercano se elige debido a su sensibilidad, selectividad, bajo costo y portabilidad [1]. Una longitud de onda de 1550 nm se elige debido a su alta relación de señal a ruido (SNR) para señales de glucosa.

Principio de funcionamiento / Diseño de Sistemas

Cerca de la espectroscopia infrarroja de transmisión se utiliza en todo el lóbulo de la oreja para medir la glucosa. espectroscopia de Transmitancia involucra una fuente de luz y un detector de luz situada a cada lado del lóbulo de la oreja. La cantidad de luz de infrarrojo cercano que pasa por el lóbulo de la oreja depende de la cantidad de glucosa en la sangre en la región. El lóbulo de la oreja fue elegido debido a la ausencia de los tejidos óseos y también debido a su espesor relativamente pequeño [1]. Infrarrojo Cercano (NIR) la luz se aplica sobre un lado del lóbulo de la oreja, mientras que un receptor en el otro lado recibe la luz atenuada. Esta señal atenuada es entonces muestreada y procesada. Dos LEDs de Thor Labs (LED 1550E) se utilizaron como fuente de luz. Desde fotodiodos de silicio convencionales han limitado ancho de banda espectral, que no se pueden utilizar para la recepción de cerca de la luz infrarroja; por lo tanto, deben ser considerados otros tipos de fotodiodos. Se utilizó un fotodiodo indio, galio y arseniuro (InGaAs) de Marktech con una alta respuesta en torno a una longitud de onda de 1550 nm. Un filtro de paso bajo RC también se conecta a la salida del fotodiodo para reducir el ruido de alta frecuencia. Los transmisores de luz y receptores de alrededor de una longitud de onda de 1550 nm son un costo relativamente bajo en comparación con otras longitudes de onda con una respuesta igual o superior a la glucosa.

El fotodiodo mismos InGaAs utilizado para detectar las señales NIR también se utilizó para detectar las otras longitudes de onda (verde, rojo, e IR), como su respuesta espectral también contiene estas longitudes de onda.

Todas estas variables se amplifican, muestras, y se procesan dentro de la PSoC5LP, después de lo cual se comunican a través de Bluetooth a una aplicación Android. Figura 1 muestra un diagrama de sistema de alto nivel de todo el proceso.


Figura 1 Diagrama del sistema de alto nivel

Detección y pre-tratamiento

Las señales de fotodiodos de InGaAs se alimentaron a un amplificador para amplificar las señales NIR débiles. La amplificación no era necesario para las señales de luz roja, IR, y verde, como su atenuación no impuso un problema. Por tanto, una ganancia programable amplificador interno (PGA) se utilizó para este propósito. variaciones de tensión en el orden de unos pocos milivoltios se registraron a partir de variaciones de la glucosa. Estos fueron amplificados utilizando la PGA con una ganancia de 50, con una tensión de referencia de 1.024V. Una sola Delta-Sigma conversión analógica-digital en conjunción con un multiplexor analógico se utiliza para el muestreo de las señales detectadas. Una resolución de 18 bits se utilizó para probar la NIR y las señales verdes, mientras que se utiliza una resolución de 16 bits para las señales rojas e IR a fin de aumentar la velocidad de muestreo para evitar el aliasing debido a la variación de la frecuencia cardíaca (Figura 2 ).


Figura 2 PSoC Periféricos y Esquemas

La potencia transmitida de LEDs puede ser controlado con el uso de modulación de ancho de pulso (PWM). Como cinco LED se están utilizando (2 NIR, IR 1, 1 rojo y 1 verde), se llevaron a cabo cinco módulos PWM de 8 bits. En el caso de los LEDs NIR, la longitud de onda transmitida también cambia basa en la tensión media de CC a través de ella. Los LED NIR se realizaron a 3 ciclos de trabajo diferentes para variar la longitud de onda óptica alrededor de 1550 nm. Esto se utilizó para reducir el ruido entre los valores de glucosa primas.

Una vez que todas las variables han sido almacenados, se inicia el procesamiento. El flujo de algoritmo se da en figura 3.


figura 3 No invasiva de flujo del algoritmo glucómetro

Nivel de azúcar en sangre

Nivel bajo de azúcar en sangre (hipoglucemia) = 0-70 mg / dl

Normales de glucemia = 70-135 mg / dl

Azúcar en la sangre (hiperglucemia) = 135 a 450 mg / dl

Nivel de oxígeno en la sangre

Baja saturación de oxígeno = 0-90%

Normal Saturación de Oxígeno = 90-99%

La intoxicación por monóxido de carbono = 100%

Aunque el valor final de glucosa se puede visualizar en una pantalla LCD sencilla, en este diseño también se muestra en un teléfono Android usando la conectividad Bluetooth. El transmisor universal asynchronous receiver (UART) de la PSoC está conectado al dispositivo de Bluetooth. Un protocolo de comunicación simple se llevó a cabo en el interior del PSoC y el dispositivo móvil. Cuando un usuario solicita un valor de glucosa, la plataforma Android envía un ‘mensaje’ a la PSoC, que espera para el cálculo de la glucosa después de lo cual se envía el valor de glucosa y un reconocimiento. El dispositivo Android muestra el valor de glucosa después de recibirla. Todo el proceso dura unos 2 seg.


Figura 4 Instantáneas del dispositivo Android


Figura 5 Configuración completa


Figura 6 Clarkson cuadrícula de errores para el basadas glucómetro no invasivo PSoC

En este artículo hemos presentado un medidor de glucosa en la sangre no invasivo que puede proporcionar mediciones de glucosa sin dolor, sin una muestra de sangre del dedo o pinchazos, dentro de unos pocos segundos. El dispositivo se puede adaptar fácilmente para proporcionar la supervisión y oxígeno en la sangre nivel de glucosa en sangre continuo y mantener una historia de estas mediciones. El algoritmo dispositivo también puede ser modificado para proporcionar otras funciones tales como la frecuencia cardíaca utilizando los mismos dispositivos y sensores.

[1] V. A. Saptari, “Un sistema espectroscópico de infrarrojo cercano de medición de la glucosa,” Tesis doctoral, el MIT. 2004.

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