СОДЕРЖАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ

ОПИСАНИЕ

Изобретение относится к медицине и технике, конкретно - к неинвазивному определению изменения содержания глюкозы в крови человека и может найти применение при создании диагностических систем в медицине и технике, а также для создания социально-ориентированных систем ранней диагностики диабета и сопутствующих заболеваний в виде наручных устройств.

Предшествующий уровень техники.

Известен аналог - устройство для определения уровня глюкозы в крови, реализуемый неинвазивным датчиком на основе инфракрасного света с функцией телетрансляции (CN205031270U, опубл. 17.02.2016). Аналог раскрывает конструкцию неинвазивного датчика уровня глюкозы в крови инфракрасного света с функцией телетрансляции. Датчик включает излучатель и приемник отраженного от тканей человека излучения, и микропроцессор STM32, модуль регулировки давления с датчиком давления и приводным модулем.

Признаки аналога, совпадающие с признаками изобретения: наручное устройство для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека, содержащее корпус, модуль управления и отображения, расположенный в корпусе, излучатель и приемник отраженного от тканей человека излучения.

Недостатком аналога является относительно большое время подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека.

Аналогом также может быть прибор для неинвазивного детектора уровня глюкозы в крови отражающего типа (CN104771181A, опубл. 15.07.2015). Неинвазивный детектор глюкозы в крови отражающего типа относится к детектору для определения концентрации глюкозы в крови на основе оптического метода, различных физиологических параметров, включая сатурацию кислорода в организме человека, частоту пульса, и т.п.

Признаки аналога, совпадающие с признаками изобретения: устройство для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека, содержащее корпус, излучатель и приемник отраженного от тканей человека излучения. Недостатком аналога является относительно большое время подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека.

Прототипом изобретения является наручное устройство для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека (CN104188636A, опубл. 10.12.2014).

В прототипе описаны наручные часы для мониторинга сигнала пульсовой волны, определения содержания сахара в крови и других параметров крови с функцией ручного определения местоположения лучевой артерии. Наручные часы для мониторинга сигнала пульсовой волны содержат модуль управления и отображения, левую и правую секции ремешка. В хвостовом конце левой секции ремешка для часов выполнено установочное отверстие, а мобильный блок для установки инфракрасного датчика неподвижно расположен в установочном отверстии.

Мобильный блок с инфракрасным датчиком соединен с модулем управления и отображения через гибкую печатную плату.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками изобретения: наручное устройство для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека, содержащее корпус с устройствами крепления ремешка, ремешок для крепления устройства на руке человека, модуль управления и отображения, расположенный в корпусе; излучатель и приемник отраженного от тканей человека излучения, расположенные в мобильном блоке, который выполнен с возможностью перемещения по ремешку и, кроме того, в процессе работы устройства излучатель направляют на лучевую артерию у основания большого пальца кисти руки человека; и модуль управления и отображения содержит источник питания, блок управления, блок обработки данных и панель отображения данных; при этом, излучатель и приемник отраженного от тканей человека соединен с модулем управления и отображения, расположенным в корпусе посредством проводной или беспроводной линией связи.

Недостатком прототипа является невозможность сокращения времени подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека. Не предотвращается движение мобильного блока вместе с ремешком по кисти руки относительно лучевой артерии у основания большого пальца кисти руки человека при его ходьбе и работе руками. В частности, не предотвращается вращательное движение мобильного блока с ремешком относительно запястья руки человека.

Сущность изобретения.

Цель изобретения: повышение оперативности работы наручного устройства для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека.

Под оперативностью понимают быстродействие, способность быстро приводить в рабочее состояние.

Цель достигается тем, что наручное устройство для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека содержит корпус с устройствами крепления ремешка, ремешок для крепления устройства на руке человека, модуль управления и отображения, расположенный в корпусе; излучатель и приемник отраженного от тканей человека излучения, расположенные в мобильном блоке, который выполнен с возможностью перемещения по ремешку и, кроме того, в процессе работы устройства излучатель направляют на лучевую артерию у основания большого пальца кисти руки человека; и модуль управления и отображения содержит источник питания, блок управления и обработки данных и панель отображения данных; при этом, излучатель и приемник отраженного от тканей человека соединен с модулем управления и отображения, расположенным в корпусе, посредством проводной или беспроводной линией связи; и от прототипа отличается тем, что ремешок выполнен с переменной твердостью внутренней поверхности ремешка по длине ремешка, при этом отношение максимальной твердости Ттах к минимальной твердости Tmin определяют по зависимости:

Tmin / Ттах = к, где к - эмпирический коэффициент, принимающий значение от 0.35 до 0.95. Ремешок может быть выполнен односекционным или двухсекционным.

Устройство выполнено с функцией ручного определения местоположения лучевой артерии и наведение на неё излучателя.

Технический результат изобретения: сокращение времени подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека за счет предотвращения движения мобильного блока вместе с ремешком по кисти руки относительно лучевой артерии у основания большого пальца кисти руки человека при его ходьбе и. работе руками. В частности, в первую очередь, за счет предотвращения вращательного движения мобильного блока с ремешком относительно запястья руки человека.

Устройство посредством ремешка плотно закрепляют на запястье левой (или правой) руки таким образом, чтобы мобильный блок был против лучевой артерии в этом месте руки. Излучатель, расположенный в мобильном блоке, направлен на лучевую артерию.

Человек сидит неподвижно в течение 3 минут, после чего включает устройство. Для этого включает питание и включает модуль управления нажатием кнопок на сенсорном экране дисплея. Модуль управления осуществляет проверку правильности нахождения мобильного блока (излучателя) относительно лучевой артерии. Время проверки - до 3 минут. Если расположение мобильного блока не верно, то на дисплее высвечивается сообщение о необходимости повторного установления мобильного блока. Устройство отключают. Ремешок ослабляют, повторно выставляют мобильный блок над лучевой артерией, затем ремешок затягивают, плотно прижимая мобильный блок к запястью. Человек сидит неподвижно в течение 3 минут, после чего включает устройство. Работы по установлению мобильного блока продолжаются до появления на дисплее сообщения, что устройство готово к работе.

При испытаниях устройства-прототипа установлено, что первоначальная настройка устройства для работы требует не менее 3-х попыток. Каждая попытка занимает по времени до 6 минут. После чего устройство находится на руке человека в готовности осуществления замера уровня сахара в крови. Таким образом, время осуществления первого замера занимает 18 минут.

Однако у прототипа есть недостаток - в течение дня во время ходьбы и работы человека руками мобильный блок смещается с установленного первоначального места. В этом случае для осуществления замера необходимо повторно осуществить операции по выставлению мобильного блока в исходное для замеров положение. Как правило, человек в течение дня интенсивно работает руками. Устройство, при этом, смещается с первоначального места. За день диабетику приходится многократно - до 10 раз и более (до 20 раз) осуществлять замеры содержания сахара в крови. При этом, приходится столько же раз устанавливать мобильный блок в исходное положение и настраивать устройство к работе. Это - до 3 часов на замеры в день при 10 замерах. Причина - поворот устройства с ремешком относительно запястья и лучевой артерии.

По изобретению предлагается на ремешке, - на его внутренней поверхности - выполнить области с повышенной и пониженной твердостью. При разработке изобретения в гибком пластиковом ремешке выполнялись углубления в плане имеющие формы окружности и прямоугольника. В эти углубления помещали вставки из мягкой резины и более твердой пластмассы. Как вариант изготавливали вставки из резины с различной твердостью.

Другие варианты изготовления ремешка приведены ниже в разделе осуществление изобретения.

При затягивании ремешка на запястье более мягкие места на внутренней поверхности ремешка, прилегающей к запястью, продавливаются запястьем (тканями руки человека). Более твердые места на внутренней поверхности ремешка, прилегающей к запястью, продавливают запястье (ткани руки человека). Тем самым создается надежное, с повышенной стойкостью к повороту относительно запястья, сцепление запястья с ремешком. Эксперименты показали, что данное изобретательское решение полностью исключает повторную настройку устройства и мобильного блока в течение дня. Достигается технический результат - сокращение времени подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека за счет предотвращения движения мобильного блока вместе с ремешком по кисти руки относительно лучевой артерии у основания большого пальца кисти руки человека при его ходьбе и работе руками.

В экспериментах достигнуто сокращение времени замеров уровня глюкозы в крови в 2.3 раза (при десяти замерах) и в 2.6 раза (при двадцати замерах).

Перечень фигур.

На Фиг. 1 представлено устройство для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека.

На Фиг. 2 представлено поперечное сечение руки человека с указанием лучевой артерии, а также излучателя и приемника отраженного от тканей человека излучения.

На Фиг. 3 представлена схема работы излучателя и приемника отраженного от тканей человека излучения. Излучение направлено на лучевую артерию.

На Фиг. 4 представлена схема работы излучателя и приемника отраженного от тканей человека излучения. Излучение направлено мимо лучевой артерии.

На Фиг. 5 представлено поперечное сечение руки человека с ремешком устройства. Показаны области повышенной и пониженной твердости. На Фиг. 6 представлено поперечное сечение руки человека с ремешком устройства. Ремешок выполнен с переменной твердостью внутренней поверхности по длине ремешка. Показаны области повышенной и пониженной твердости.

На Фиг. 7 представлено устройство с ремешком. Ремешок выполнен с переменной твердостью внутренней поверхности по длине ремешка. Показаны области повышенной и пониженной твердости на ремешке.

На Фиг. 8 представлено устройство с ремешком. Мобильный блок расположен на левой секции ремешка.

На Фиг. 9 представлено устройство с ремешком. Мобильный блок расположен на правой секции ремешка. На Фиг. 10 представлена зависимость изменения твердости по длине ремешка. Показаны две области с повышенной и пониженной твердостью.

На Фиг. 11 представлена зависимость изменения твердости по длине ремешка. Показаны семь областей с повышенной и пониженной твердостью.

На Фиг. 12 представлена зависимость изменения твердости по длине ремешка. Показаны четыре области с повышенной и пониженной твердостью.

На Фиг. 13 представлена схема устройства с ремешком, на котором обозначены области с различными твердостями.

На Фиг. 14 представлена схема устройства с ремешком, на котором обозначены области с различными твердостями.

Раскрытие изобретения.

Наручное устройство для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека представлено на Фиг. 1.

На фигурах позициями обозначены:

1 - корпус с устройствами крепления ремешка;

2 и 3 - правая и левая секции ремешка для крепления устройства на руке человека;

4 - модуль управления (блок управления и обработки данных), расположенный в корпусе;

5 - панелью отображения данных (дисплей с сенсорами);

6 и 7 - излучатель и приемник отраженного от тканей человека излучения, расположенные в мобильном блоке 8, который выполнен с возможностью перемещения по ремешку 3. Как вариант, мобильный блок может быть закреплен и на правом ремешке 2;

В процессе работы устройства излучатель 6 направляют на лучевую артерию 9 у основания большого пальца кисти руки человека;

Модуль управления и отображения 1 содержит источник питания 10, блок управления и обработки данных 4 и панель отображения данных (дисплей) 5; Излучатель 6 и приемник 7 отраженного от тканей человека 12 соединен с модулем управления 4 и отображения 5, расположенным в корпусе 1 посредством проводной или беспроводной линией связи. Ремешок выполнен с переменной твердостью внутренней поверхности ремешка по длине ремешка, при этом отношение максимальной твердости Тшах к минимальной твердости Train определяют по зависимости:

Train / Тшах = к, где к - эмпирический коэффициент, принимающий значение от 0.35 до 0.95. внутренняя поверхность ремешка - это поверхность ремешка, прилегающая к руке человека.

Выполнение ремешка с переменной твердостью внутренней поверхности осуществляют посредством выполнения на внутренней поверхности ремешка областей с повышенной и пониженной твердостью.

В общем виде устройство ремешка можно описать следующим образом: ремешок выполнен таким образом, что на внутренней поверхности содержит, по меньшей мере, две области 13 и 14 по длине ремешка с различными твердостями, и отношение максимальной твердости Тшах к минимальной твердости Train определяют по зависимости:

Train / Тшах = к, где к - эмпирический коэффициент, принимающий значение от 0.35 до 0.95, Позициями 15, 16, 17 и 18 также обозначены области с различными твердостями. Ремешок может быть выполнен односекционным и двухсекционным, как показано на фигурах.

Позицией 20 обозначена лучевая кость.

Позицией 21 обозначена локтевая кость.

Позицией 19 обозначена область с повышенной твердостью.

Позицией 22 обозначена область с пониженной твердостью.

Позицией 23 обозначена область с повышенной твердостью.

Позицией 24 обозначена ось твердости на графике зависимости твердости по длине ремешка.

Позицией 25 обозначена ось длины ремешка на графике зависимости твердости по длине ремешка.

Позициями 26, 28, 30, 32, 34 обозначены повышенные значения твердости. Эти твердости максимальные. Позициями 27, 29, 31, 33 обозначены пониженные значения твердости. Эти твердости минимальны.

Позициями 35, 36 и 38 обозначены повышенные значения твердости. Причем твердость 35 - максимальная твердость.

Позицией 37 обозначена пониженная твердость. Причем твердость 37 - минимальная твердость.

Позициями 39 - 70 обозначены области на внутренней поверхности ремешка. Области различаются между собой величинами твердости.

Конструктивно ремешок может быть выполнен односекционным или двухсекционным.

На фигурах показана предпочтительная конструкция ремешка, а именно двухсекционная конструкция ремешка.

Позицией 11 обозначено устройство беспроводной линией связи блока управления и обработки данных 4 с мобильным блоком 8.

В частных случаях реализации изобретения эмпирический коэффициент принимает значение от 0.35 до 0.4.

В частных случаях реализации изобретения эмпирический коэффициент принимает значение от 0.401 до 0.5.

В частных случаях реализации изобретения эмпирический коэффициент принимает значение от 0.501 до 0.6.

В частных случаях реализации изобретения эмпирический коэффициент принимает значение от 0.601 до 0.7.

В частных случаях реализации изобретения эмпирический коэффициент принимает значение от 0.701 до 0.8.

В частных случаях реализации изобретения эмпирический коэффициент принимает значение от 0.801 до 0.95.

Устройство работает следующим образом.

Устройство посредством ремешка плотно закрепляют на запястье левой (или правой) руки человека таким образом, чтобы мобильный блок был против лучевой артерии в этом месте руки. Для этого необходимо нащупать пульс артерии и к этому месту необходимо прижать мобильный блок, а затем затянуть ремешок. В этом случае излучатель, расположенный в мобильном блоке, направлен на лучевую артерию.

Дальнейшие действия. Человек сидит неподвижно в течение 3 минут (или 5 минут если до этого интенсивно работал), после чего включает устройство: включает питание и включает модуль управления нажатием кнопок на сенсорном экране дисплея.

После этого модуль управления осуществляет проверку правильности нахождения мобильного блока (излучателя) относительно лучевой артерии. Время проверки - до 3 минут. Если расположение мобильного блока не верно, то на дисплее высвечивается сообщение о необходимости повторного установления мобильного блока.

Для повторного установления мобильного блока устройство отключают. Ремешок ослабляют, повторно выставляют мобильный блок над лучевой артерией, затем ремешок затягивают, плотно прижимая мобильный блок к запястью. Человек сидит неподвижно в течение 3 минут, после чего включает устройство. Работы по установлению мобильного блока продолжаются до появления на дисплее сообщения, что устройство готово к работе. При испытаниях устройства- прототипа установлено, что первоначальная настройка устройства для работы происходит до 3 попыток. Каждая попытка занимает по времени до 6 минут - это среднее арифметическое значение времени из 100 попыток, осуществленных 10 испытателями. После чего устройство находится на руке человека в готовности осуществления замера уровня сахара в крови. Таким образом, время осуществления первого замера занимает до 18 минут (также среднее арифметическое значение времени из 100 попыток).

Однако у прототипа есть недостаток - в течение дня во время ходьбы человека и работы его руками мобильный блок смещается с установленного первоначального места. В этом случае для осуществления замера необходимо осуществить операции по выставлению мобильного блока в исходное для замеров положение.

Как правили, человек в течение дня интенсивно работает руками. Устройство, при этом, смещается с первоначального места - проворачивается на руке. За день диабетику приходится многократно - до 10 раз и более осуществлять замеры содержания сахара в крови. При этом, приходится столько же раз устанавливать мобильный блок в исходное положение и настраивать устройство к работе. А это - до 3 часов на замеры в день. Эти данные получены по результатам экспериментов при разработке настоящего изобретения. Главная причина - это поворот устройства с ремешком относительно запястья и артерии.

Казалось бы, проблему можно решить более плотной затяжкой ремешка. Но в этом случае человек себя чувствует крайне некомфортно. Также можно применить клей - приклеивать каждый день устройство с ремешком к запястью. Однако такое решение проблемы вносит дискомфорт в течение дня. Отрицательно влияет на кожу человека. При разработке настоящего изобретения проверили выше описанные способы крепления устройства на практике.

По изобретению предлагается на ремешке - на его внутренней поверхности, выполнить области с повышенной и пониженной твердостью, то есть выполнить ремешок с переменной твердостью внутренней поверхности по длине ремешка.

При разработке изобретения области с переменной твердостью выполняли двумя способами - посредством вставок из материалов с различной твердостью и посредством термической обработки участков на внутренней поверхности ремешка.

Например, в гибком пластиковом или резиновом ремешке выполнялись углубления в плане имеющие формы окружности или прямоугольника. В эти углубления помещали вставки из мягкой резины и более твердой пластмассы.

Также изготавливали вставки из резины с различной твердостью.

При затягивании ремешка на запястье более мягкие места на внутренней поверхности ремешка, прилегающей к запястью, продавливаются запястьем (продавливаются тканями запястья). Более твердые места на внутренней поверхности ремешка, прилегающей к запястью, продавливают запястье (продавливают ткани запястья). Тем самым создается надежное (с повышенной стойкостью к повороту относительно запястья) сцепление запястья с ремешком. При разработке изобретения изготовлены ремешки пластмассовые, резиновые и кожаные. В ремешках фрезой выполняли углубления под вставки.

Предпочтительно изготавливать резиновые и пластмассовые ремешки. Изготавливали вставки с пониженной твердостью из различной марка резины. Вставки с повышенной твердостью из различных пластмасс или твердой резины. Кроме того, апробирован вариант изготовления пластмассовых и резиновых ремешков путем термообработки областей на их внутренних поверхностях. Термическая обработка пластмассовых и резиновых изделий или их элементов широко применяется в наше время.

Так, при разработке изобретения, для создания областей с минимальными твердостями использовали известные способы закалки пластмасс. Требуемых твердостных характеристик областей добивались уровнем температуры нагрева, скоростью нагрева, временем выдержки и временем охлаждения (быстрым охлаждением).

Добивались местного повышения твердости ремешка на 200% от исходной твердости внутренней поверхности ремешка. Для создания областей с максимальными твердостями использовали известные способы отжига пластмасс. Требуемых твердостных характеристик областей добивались уровнем температуры нагрева, скоростью нагрева и временем охлаждения (очень медленным охлаждением).

Эксперименты показали, что данное решение полностью исключает повторную настройку устройства и мобильного блока в течение дня. Достигается технический результат - сокращение времени подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека за счет предотвращения движения мобильного блока по кисти руки относительно лучевую артерию у основания большого пальца кисти руки человека.

В экспериментах (участвовало 10 испытателей) достигнуто сокращение времени замеров уровня глюкозы в крови в 2.3 раза (при десяти замерах) и в 2.6 раза (при двадцати замерах).

В Таблице 1 представлены значения твердости в единицах Шора областей, расположенных на внутренней поверхности ремешка по длине ремешка. Представлены экспериментальные ремешки под №№ 1 - 5. См. Фиг. 13.

Ремешок №1 - это традиционный ремешок с постоянной твердостью внутренней поверхности ремешка по длине ремешка. Его твердость равна 54 ед. Шора. Материал ремешка - резина. В ремешках под номерами 2 - 3 максимальное значение твердости - 91 ед. Шора. Минимальное значение - 32 ед. Шора. Коэффициент «к» равен 0.35.

В ремешке под номерами 4 максимальное значение твердости - 91 ед. Шора. Минимальное значение - 62 ед. Шора. Коэффициент «к» равен 0.68.

В ремешке под номерами 5 максимальное значение твердости - 88 ед. Шора. Минимальное значение - 32 ед. Шора. Коэффициент «к» равен 0.36.

В Таблице 2 представлены значения твердости в единицах Шора областей, расположенных на внутренней поверхности ремешка по длине ремешка. Представлены экспериментальные ремешки под №№ 6 - 10. См. Фиг. 14. Ремешок №6 - это традиционный ремешок с постоянной твердостью внутренней поверхности ремешка по длине ремешка. Его твердость равна 68 ед. Шора. Материал ремешка - пластмасса.

В ремешке №7 максимальное значение твердости - 146 ед. Шора. Минимальное значение - 51 ед. Шора. Коэффициент «к» равен 0.35.

В ремешке №8 максимальное значение твердости - 146 ед. Шора. Минимальное значение - 68 ед. Шора. Коэффициент «к» равен 0.46.

В ремешке №9 максимальное значение твердости - 154 ед. Шора. Минимальное значение - 68 ед. Шора. Коэффициент «к» равен 0.44.

В ремешке №10 максимальное значение твердости - 105 ед. Шора. Минимальное значение - 55 ед. Шора. Коэффициент «к» равен 0.52.

В экспериментах дополнительно апробировали рифление поверхности корпуса устройства для повышения эффекта в целях усиления технического результата. На поверхности корпуса, прилегающего к поверхности руки у основания большого пальца кисти руки человека в поперечном направлении выполнены чередующиеся выступы и углубления или рифли, а также на поверхности корпуса, прилегающего к поверхности руки у основания большого пальца кисти руки человека в продольном направлении выполнены чередующиеся выступы и углубления или рифли.

Это усиливает сцепление корпуса с запястьем, способствует предотвращению движения корпуса устройства, мобильного блока вместе с ремешком по кисти руки относительно лучевой артерии у основания большого пальца кисти руки человека. При этом обеспечивается сокращение времени подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека. Это техническое решение может дополнительно применяться для усиления технического результата. Кроме того, это решение одновременно способствует теплообмену между корпусом и запястьем.

Из выше сказанного следует, что цель изобретения достигается. Обеспечивается повышение оперативности работы наручного устройства для неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека.

Технический результат изобретения также достигается. Достигается сокращение времени подготовки и осуществления неинвазивного контроля содержания глюкозы в крови человека за счет предотвращения движения мобильного блока вместе с ремешком по кисти руки относительно лучевой артерии у основания большого пальца кисти руки человека.

Таблица 1

Значения твердости в единицах Шора областей, расположенных на внутренней поверхности ремешка по длине ремешка. Представлены ремешки под №№ 1-5. Ремешок №1 - это традиционный ремешок с постоянной твердостью внутренней поверхности ремешка по длине ремешка.

Материал ремешка - резина.

Таблица 2

Значения твердости в единицах Шора областей, расположенных на внутренней поверхности ремешка по длине ремешка. Представлены ремешки под №№ 6-10. Ремешок №6 - это традиционный ремешок с постоянной твердостью внутренней поверхности ремешка по длине ремешка.

Материал ремешка - пластмасса.