基于MSP430的光電微損法血糖監測系統設計

以MSP430處理器為核心，結合光電微損法血糖監測技術，采用三探頭光纖束傳感器，設計了新型的血糖監測系統。
　　關鍵詞： MSP430； 微損； 血糖； 光纖傳感器

　　WHO在2007年報告中指出，目前全世界有糖尿病（DM）患者1.7億，預測到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是嚴密監察血糖的控制情況。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護的方法。研究證明，長期嚴格的血糖監測，可預防或延緩糖尿病并發癥的發生和發展^[2]。因此，本文設計了適合糖尿病患者在家庭中實現血糖自我監護的監測系統。
1 設計原理
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氧化為葡萄糖酸內脂（Gluconic acid），此物質與試劑中的另一種酶——過氧化酶（Peroxidase）發生反應，生成一種吸光物質，測試時將試紙放置在反射式強度調制型光纖傳感器的光路中，如圖1所示。整個傳感器系統包括光源、發射光纖、接收光纖和光電探測器[3]。光源發出的光經濾波、發射光纖至被測血樣表面，由于吸光物質的調制，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換成電信號。當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和該波長的入射光強的比值與血糖濃度存在對應關系。根據檢測到的光強信號，便可計算出血糖濃度。但這種光纖傳感器的主要缺點是當光源激勵不穩定時，會使光源光功率發生變化，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償測量法，以消除測量環境中各種不穩定因素的影響。

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1.2 三探頭光纖束傳感器補償測量法原理
　　由于傳統的反射式強度調制型光纖傳感器使用單根光纖發送和接收的光能量非常的微弱，為此本設計采用由數千根光纖組成的光纖束來發送和接收光，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構，兩路發射光纖束為內圓，并對其進行隨機均勻分布排列，而外環為接收光纖束。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，因此可近似認為測量光和參考光為同光路，其結構如圖3所示。根據光譜分析理論，波長為635nm的光不能被血樣中的吸光物質有效地吸收，只跟血樣中除了該吸光物質的因素有關，因此可作為參考波長。而波長為700nm的光既同吸光物質濃度有關，又與除該吸光物質以外的因素有關，因此可作為測量波長。在圖2中，由發光二極管D1、D2分別發出強度相同，波長分別為635nm、700nm的光入射到光纖，反射后由D3導出，再通過分光元件和濾波片分離出不同波長的光，其光強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，能自動補償光源強度和反射率以及環境等因素變化對測量精度的影響。

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2 硬件設計
2.1 系統設計
　　監測裝置由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驅動電路產生10kHz的參考波長和測量波長，經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，反射光導入Y型分光器，通過濾波片后，兩束不同波長的光分別進入對數、差動放大轉換成電信號，再輸入CPU進行A/D轉換及數據分析，并將結果顯示在LCD上。

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參考文獻
[1] ?李珍珠，張迎春.高血糖、糖尿及糖尿病[J].生物學教學，2005，30(4)：64-65.
[2] ?肖洋，徐國恒. 關于胰島素和胰高血糖素參與血糖調節作用[J]. 生物學通報，2006，41(11)：24-25.
[3] ?金遠強， 周巖. 光強調制式光纖傳感器測量精度的研究[J]. 傳感器與微系統，2007，26(6)：48-50.
[4] ?呂志剛. 基于MSP430單片機的多功能、高精度數據采集系統[J]. 電子技術應用，2007，33(7)：70-72.