Устройство для определения содержания глюкозы в крови

Устройство для определения содержания глюкозы в крови

Реферат

Изобретение относится к области медицины, в частности к эндокринологии, и может быть использовано для контроля уровня глюкозы в крови при диагностике нарушений углеводного обмена, для проведения дифференциальной диагностики инсулинозависимого и инсулиннезависимого диабета, определения состояния их компенсации.

Сахарный диабет - это хроническое заболевание, которое возникает в результате недостаточной выработки инсулина поджелудочной железой или неэффективной восприимчивости клетками организма выработанного инсулина.

Сахарный диабет - очень распространенное заболевание; количество людей, подверженных этому недугу, растет год от года. Уже сегодня сахарным диабетом болеет более 60 миллионов человек на земле.

Сахарный диабет требует постоянного контроля уровня глюкозы в крови, иначе болезнь может привести к серьезным осложнениям. Только при поддержании концентрации глюкозы в крови в пределах нормы (3,5-6,0 ммоль/л) возможно добиться приостановления развития осложнений. Правильный режим питания и физической активности, поддержание нормального или близкого к нормальному уровня глюкозы в крови, позволит предупредить развитие диабетических осложнений.

Широко распространены анализы крови на сахар, при которых необходимо получить образец крови в виде капли. Для этого пользуются специальными автоматическими устройствами для прокола кожи. Определение уровня сахара осуществляют в лаборатории. Известные способы анализа на содержание сахара в крови пациента основаны на свойстве сахара восстанавливать определенные соли в процессе сложных химических реакций; такие анализы имеют биохимический характер.

Кровь для исследования на содержание в ней глюкозы берется различными способами - из вены, путем прокола кожи кончиков пальцев, мочки уха. В первом случае исследуется венозная кровь, во втором - капиллярная. Такой способ диагностики очень информативен для лечащего врача и отличается высоким уровнем достоверности. Однако сделать его можно только в специально оборудованных медицинских центрах при наличии квалифицированного персонала.

В настоящее время созданы портативные приборы для определения сахара в крови, которыми могут пользоваться больные дома и сами определять уровень сахара. Это необходимо для правильного подбора доз лекарств больным сахарным диабетом, что значительно повышает эффективность лечения. На рынке сегодня можно обнаружить большое количество разнообразных глюкометров.

Недостаток таких устройств состоит в том, что они являются дорогостоящими, для них необходимо приобретать расходные материалы (тест-полоски), и главное - они требуют обязательного забора крови. При этом возможно травмирование и инфицирование человека.

Известно, что ученые из Израиля и США разработали метод ранней диагностики паркинсонизма, основанный на оценке тончайших изменений голоса человека, сообщает The Daily Telegraph. В настоящее время диагностика паркинсонизма происходит, как правило, лишь тогда, когда число погибших двигательных нейронов достаточно велико, чтобы вызвать такие симптомы, как мышечная скованность, тремор и нарушения равновесия.

Лечение, начатое на этой стадии, может замедлить прогрессирование болезни, но не восстановить двигательные функции. Своевременная диагностика, как утверждают исследователи, может предотвратить разрушение до 60 процентов нервных клеток соответствующих областей мозга.

Известно, кроме того, что при паркинсонизме нарушаются функции мышц гортани, что рано или поздно приводит к осиплости голоса.

Основанные на этом факте попытки ранней диагностики заболевания по изменениям голоса уже проводились, однако были безуспешны. Профессору Университета Хайфы Шимону Сапиру (Shimon Sapir) удалось это сделать, применив альтернативный подход к анализу голоса и разработав программное обеспечение, выявляющее его характерные изменения из-за болезни до того, как они становятся различимы на слух.

Необходимо отметить, что сам голос независимо от того, какие слова произносятся, несет колоссальный объем информации; по голосу можно определить характер человека и многое другое.

Объясняется это тем, что голос напрямую связан с анатомией и физиологией: он зависит от строения тела в общем и органов голосообразования в частности. Звуки рождаются при колебаниях голосовых складок, которые подобно струнам натянуты в гортани. Они могут совершать от 80 до 10000 и более колебаний в секунду, причем колебаться как всей своей массой, так и отдельными участками. Установлено, что под влиянием нервных импульсов, поступающих из центральной нервной системы, голосовые складки изменяют свою длину, толщину, степень напряжения. Сокращение их, также как и нажатие различными пальцами на гитарные струны в разных местах, дает различное звучание.

Как уже отмечалось, голос связан с анатомией и физиологией, поэтому практически любое заболевание, так или иначе, влияет на звучание голоса. Меняется голос при различных бронхитах, тонзиллитах, синуситах...

Сложная электроакустическая обработка голоса, произносящего фразы, выражающие разные эмоции - радость, горе, гнев, страх, показала, что каждое состояние человека имеет свой набор отличительных акустических признаков. Например, для состояния горя - это наибольшая длительность слога, характерные "подъемы" и "съезды" в высоте звуков, для страха - отличительными оказались резкие перепады силы голоса, нарушение темпоритма, увеличение пауз…

Так, голос достаточно точно сообщает окружающим о текущем состоянии человека. Эти реакции обычно плохо поддаются контролю самим человеком, и потому они весьма информативны.

При изменении эмоционального состояния человека у него неконтролируемо меняется большое число характеристик речи.

В настоящее время известны устройства для определения психофизиологического состояния человека, основанные на связи протекающих психических процессов с динамикой физиологических процессов, что используется, например, в «детекторах лжи».

При этом параметры состояния человека возможно регистрировать с помощью внешних устройств, не подключаемых непосредственно к человеку.

Однако параметры звуковых колебаний голоса человека могут изменяться не только при изменении эмоционального состояния, но и за счет физиологических изменений гортани и голосовых связок при изменении различных биохимических характеристик крови человека, например, при изменении уровня глюкозы в крови.

Таким образом, было бы интересно воспользоваться выявленной зависимостью изменения спектра звуковых колебаний голоса человека от изменения биохимических показателей его крови.

Технической задачей изобретения является создание блок-схемы устройства для определения биохимических показателей крови, в частности глюкозы в крови, по голосу человека.

Для решения этой задачи предложена блок-схема устройства для определения содержания глюкозы в крови, включающая линию для измерения уровня глюкозы по голосу человека и линию для инвазивного измерения уровня глюкозы в крови.

При этом линия для измерения уровня глюкозы по голосу человека содержит последовательно установленные микрофон 1, блок звукозаписывающего устройства 2, блок аналого-цифрового преобразователя голоса 3, блок звукового спектроанализатора 4, блок аналого-цифрового преобразователя спектра голоса 5, блок выбора частотных диапазонов в спектре 6, блок определения интенсивности пиков на выбранных частотах 7, блок определения отношений между интенсивностями пиков на выбранных частотах 8, переключатель 9, блок сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы 10, блок вывода уровня глюкозы на экран 11.

Линия для инвазивного измерения уровня глюкозы в крови подсоединена через переключатель 12 к блоку определения отношений между интенсивностями пиков на выбранных частотах 8 и содержит блок инвазивного глюкометра 13, блок аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра 14, блок сопоставления баз данных отношений интенсивностей пиков и уровней глюкозы 15, блок усреднения баз данных по уровню глюкозы 16, блок сопоставления усредненных баз данных по уровню глюкозы и отношений интенсивности пиков на выбранных частотах 17. Блок 17 через переключатель 18 соединен с блоком сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы 10.

При этом блок-схема дополнительно снабжена блоком для определения индивидуальной зависимости изменения отношений интенсивности пиков спектра от уровней глюкозы 20, который через переключатель 19 соединен с блоком аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра 14.

Схематично предлагаемая блок-схема показана на чертеже.

Согласно фиг.1 линия для измерения уровня глюкозы по голосу человека содержит последовательно установленные микрофон 1, блок звукозаписывающего устройства 2, блок аналого-цифрового преобразователя голоса 3, блок звукового спектроанализатора 4, блок аналого-цифрового преобразователя спектра голоса 5, блок выбора частотных диапазонов в спектре 6, блок определения интенсивности пиков на выбранных частотах 7, блок определения отношений между интенсивностями пиков на выбранных частотах 8, переключатель 9, блок сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы 10, блок вывода уровня глюкозы на экран 11.

Линия для инвазивного измерения уровня глюкозы в крови подсоединена через переключатель 12 к блоку определения отношений между интенсивностями пиков на выбранных частотах 8 и содержит блок инвазивного глюкометра 13, блок аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра 14, блок сопоставления баз данных отношений интенсивностей пиков и уровня глюкозы 15, блок усреднения баз данных по уровню глюкозы 16, блок сопоставления усредненных баз данных по уровню глюкозы и отношений интенсивности пиков на выбранных частотах 17. Последний через переключатель 18 соединен с блоком сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы 10.

Эта линия позволяет определить обобщенную функциональную зависимость изменения интенсивности выбранных пиков в спектре от уровней глюкозы с помощью типового глюкометра.

При необходимости, для повышения точности полученных данных путем адаптации устройства к конкретному человеку и определения индивидуальной функциональной зависимости изменения отношений интенсивности пиков спектра от уровня глюкозы, блок-схема дополнительно снабжена блоком для определения индивидуальной зависимости изменения отношений интенсивности пиков спектра от уровня глюкозы 20, который через переключатель 19 соединен с блоком аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра 14 и через переключатель 21 с блоком сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы 10.

Работает предлагаемое устройство следующим образом:

В выбранном диапазоне низких частот от 100 Гц до 1500 Гц и высоких частот от 7000 Гц до 10000 Гц с помощью микрофона 1 осуществляют регистрацию голоса человека. Электрический сигнал поступает в блок звукозаписывающего устройства 2, из которого аудиозапись поступает в блок аналого-цифрового преобразователя голоса 3 для оцифровки голоса. Оцифрованный голос человека поступает на вход блока звукового спектроанализатора 4, из которого полученный сигнал поступает на вход блока аналого-цифрового преобразователя спектра голоса 5. Затем сигнал поступает на вход блока выбора частотных диапазонов в спектре 6. Определение интенсивности пиков на выбранных частотах в отобранных частотных диапазонах спектра осуществляют в блоке 7; полученные величины интенсивностей пиков поступают на вход блока определения отношений между интенсивностями пиков на выбранных частотах 8. Далее сигнал, с одной стороны, через переключатель 9 может подаваться на вход блока сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы 10 и в блок вывода уровня глюкозы на экран 11, а с другой стороны, через переключатель 12 - на вход блока сопоставления баз данных отношений интенсивностей пиков и уровня глюкозы 15.

Первоначально, для определения обобщенной функциональной зависимости изменения интенсивности выбранных пиков в спектре от уровня глюкозы используют типовой инвазивный глюкометр 13 и, соответственно, линию для инвазивного измерения уровня глюкозы в крови. Для получения зависимости измеряют и сопоставляют показания уровня глюкозы и соответствующих изменений голоса множества людей. При этом работает как линия для измерения уровня глюкозы по голосу человека, так и линия для инвазивного измерения уровня глюкозы в крови. От глюкометра 13 сигнал поступает на вход блока аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра 14 для оцифровки данных по уровню глюкозы в крови; после чего оцифрованные данные поступают на вход блока сопоставления баз данных отношений интенсивностей пиков и уровня глюкозы 15, и в блок усреднения баз данных по уровню глюкозы 16, и последовательно на вход блока сопоставления усредненных баз данных по уровню глюкозы и отношений интенсивности пиков на выбранных частотах 17.

Таким образом, получают функциональную зависимость изменения уровня глюкозы от изменения звукового спектра голоса человека в цифровом виде, которую используют для измерения уровня глюкозы в крови любого человека. Для этого в дальнейшем работает только линия для измерения уровня глюкозы по голосу человека. Устройство в этом случае возможно использовать как прибор общего пользования. Данные, полученные авторами, показывают высокую точность измерений.

Однако, несмотря на общие закономерности, имеются индивидуальные особенности изменения голоса человека от уровня глюкозы. Для перевода устройства в режим индивидуального пользования используют блок для определения индивидуальной зависимости изменения отношений интенсивности пиков спектра от уровня глюкозы 20.

Для этого измеряют уровень глюкозы в крови отдельного человека с помощью инвазивного глюкометра 13, а через блок аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра 14 и переключатель 19 сигнал поступает в блок 20. Одновременно, на второй вход блока 20 из блока сопоставления усредненных баз данных по уровню глюкозы и отношений интенсивности пиков на выбранных частотах 17 поступает информация об обобщенной функциональной зависимости изменения интенсивности пиков спектра от уровня глюкозы. В результате сопоставления данных, поступающих в блок 20 из блоков 14 и 17, получают индивидуальную функциональную зависимость изменения интенсивности пиков спектра голоса от уровня глюкозы. Сигнал из блока 20 через переключатель 21 поступает на вход блока сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы 10 и в блок вывода уровня глюкозы на экран 11. В дальнейшем, также как и в первом случае работает только линия для измерения уровня глюкозы по голосу человека. Устройство при этом используют как прибор индивидуального пользования. Таким образом, предложенная блок-схема может быть использована в отдельных приборах общего и индивидуального использования, встроена в телефон или компьютер или предназначена для дистанционного измерения уровня глюкозы в крови человека по его голосу.

1. Устройство для определения содержания глюкозы в крови, характеризующееся тем, что включает линию для измерения уровня глюкозы по голосу человека и линию для инвазивного измерения уровня глюкозы в крови.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия для измерения уровня глюкозы по голосу человека содержит последовательно установленные микрофон, блок звукозаписывающего устройства, блок аналого-цифрового преобразователя голоса, блок звукового спектроанализатора, блок аналого-цифрового преобразователя спектра голоса, блок выбора частотных диапазонов в спектре, блок определения интенсивности пиков на выбранных частотах, блок определения отношений между интенсивностями пиков на выбранных частотах, переключатель, блок сопоставления отношений интенсивностей пиков спектра с отношениями интенсивности пиков от уровня глюкозы, блок вывода уровня глюкозы на экран.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия для инвазивного измерения уровня глюкозы в крови подсоединена через переключатель к блоку определения отношений между интенсивностями пиков на выбранных частотах и содержит блок инвазивного глюкометра, блок аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра, блок сопоставления баз данных отношений интенсивностей пиков и уровня глюкозы, блок усреднения баз данных по уровню глюкозы, блок сопоставления усредненных баз данных по уровню глюкозы и отношений интенсивности пиков на выбранных частотах.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено блоком для определения индивидуальной зависимости изменения отношений интенсивности пиков спектра от уровня глюкозы, который через переключатель соединен с блоком аналого-цифрового преобразователя данных от глюкометра.