Our journals
Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

THE DEVICE FOR NON-INVASIVE GLUCOSE MONITORING

Research article
Ismagilov V.A.
Urazbakhtina Y. O.
Issue: № 3 (34), 2015
Published:
2015/04/13
PDF

Исмагилов В.А.1, Уразбахтина Ю.О.2

1Магистрант; 2Кандидат технических наук,

Уфимский государственный авиационный технический университет

 УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО МОНИТОРИНГА ГЛИКЕМИИ

Аннотация

В статье рассмотрено понятие сахарного диабета, его виды, симптомы; предложена структура устройства для неинвазивного мониторинга уровня глюкозы в крови, указаны основные преимущества разрабатываемого устройства.

Ключевые слова: неинвазивный метод, мониторинг, глюкоза.

Ismagilov V.A.1, Urazbakhtina Y. O.2

1Postgraduate student, 2Candidate of Technical Sciences,

Ufa State Aviation Technical University

 THE DEVICE FOR NON-INVASIVE GLUCOSE MONITORING

Abstract

The article deals with the concept of diabetes, its types, symptoms; the article considers structure of the device for non-invasive monitoring of blood glucose levels, identifies the main advantages of the developed device.

Keywords: non-invasive method, monitoring, glucose.

Сахарный диабет – это хроническое заболевание, которое развивается вследствие абсолютной или относительной недостаточности гормона поджелудочной железы инсулина. Он необходим, чтобы доносить до клеток организма глюкозу, которая поступает в кровь из пищи и обеспечивает ткани энергией. При нехватке инсулина или нечувствительности к нему тканей организма уровень глюкозы в крови повышается – это состояние называется гипергликемия, а понижение содержания глюкозы – гипогликемия. Связанные с этим нарушения обмена веществ в организме могут нанести серьезный ущерб практически  всем системам организма, особенно нервной и кровеносной системам [3].

По информации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 2014 году уровень заболеваемости диабетом составил 9% среди взрослого населения 18 лет и старше. По оценкам, в 2012 году 1,5 миллиона смертельных случаев произошло по причине диабета. Более 80% случаев смерти от диабета происходит в странах с низким и средним уровнем дохода. По прогнозам ВОЗ, в 2030 году диабет станет седьмой по значимости причиной смерти [2].

Существуют 2 основные формы диабета:

- диабет 1 типа – организм людей с таким типом диабета вырабатывает недостаточное количество инсулина, в связи с этим им требуется ежедневное введение инсулина.

- диабет 2 типа характерен для людей, организм которых неэффективно использует инсулин. Диабет 2 типа, которым больны 90% людей с диабетом в мире, в значительной мере является результатом излишнего веса и физической инертности.

Кроме этого, существует ещё третий тип диабета – гестационный - является гипергликемией, которая развивается или впервые выявляется во время беременности и диагностируется чаще всего во время пренатального скрининга, а не на основе сообщаемых симптомов.

ВОЗ определила следующие основные мероприятия, которые направлены на диагностирование и лечение сахарного диабета:

  • контроль за умеренным содержанием глюкозы в крови;
  • контроль кровяного давления;
  • контроль за содержанием липидов в крови;
  • скрининг с целью выявления ранних признаков болезней почек, связанных с диабетом [1].

На данный момент существует 3 основных способа мониторинга уровня глюкозы в крови:

  1. инвазивный;
  2. минимально инвазивный;
  3. неинвазивный.

В настоящее время создано много средств, позволяющих производить инвазивный мониторинг уровня глюкозы, однако вопрос неинвазивного мониторинга остаётся всё же актуальным, и один из путей решения будет представлен в данной работе.

В результате исследования рынка имеющихся технических средств для инвазивного мониторинга уровня глюкозы в крови и перспективных разработок в области неинвазивного мониторинга, была разработана структурная схема устройства, предназначенная для неинвазивного мониторинга гликемии, представленная на рисунке 1.

18-05-2018 12-01-22

Рис. 1 - Структурная схема устройства неинвазивного мониторинга гликемии:

1 – комбинированный датчик; 2 – часы реального времени; 3 – микроконтроллер; 4 – клавиатура; 5 – дисплей; 6 – схема управления источником питания; 7 – источник питания

Работа  устройства, представленного на рисунке 1, основана на методе интерпретации метаболического тепловыделения. Суть данного метода в следующем: кислород и глюкоза поступают к клеткам организма с помощью системы кровообращения. После окисления глюкозы кислородом высвобождается энергия в виде тепла в окружающую среду, таким образом, существует взаимосвязь между количеством окисленной глюкозы и количеством кислорода в крови. Также необходимо учесть, что объём поступающего кислорода зависит от скорости кровотока и степени насыщения крови кислородом, а потому количество выделяемого тепла можно выразить следующей зависимостью: H=f (G,BF,O),где H – это количество рассеиваемого тепла, G – уровень глюкозы в крови, BF – скорость кровотока, O – степень сатурации крови кислородом [4].

Таким образом, при известных параметрах H, BF,  и O можно вычислить концентрацию глюкозы.

Разрабатываемое устройство работает следующим образом: после подачи напряжения от источника питания (7) на схему управления источником питания (6) происходит распределение энергии с помощью микроконтроллера (3) на комбинированный датчик (1), часы (2), клавиатуру (4) и дисплей (5). Клавиатура необходима для ввода параметров пациента. Комбинированный датчик позволяет измерять температуру окружающей среды, температуру около кожи, температуру ближнего и дальнего конца металлической пластины, относительную влажность около поверхности кожи пальца. Информация, измеренная датчиком, поступает в микроконтроллер и после соответствующей обработки отображается на дисплее интересующая нас информация.

Преимуществами разрабатываемого устройства, в первую очередь, является его неинвазивность измерений, также необходимо отметить простоту реализации конструкции и лёгкость в управлении и снятии информации.

Литература

  1. Всемирная организация здравоохранения. [Электронный ресурс]. URL: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs312/ru/ (дата обращения 18.03.2015).
  2. Гусев В.Г. Получение информации о параметрах и характеристиках организма и физические методы воздействия на него: Учебное пособие/В.Г.Гусев.- М.: Машиностроение, 2004.- 759с.
  3. Портал о здоровье. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ayzdorov.ru/lechenie_diabeta_chtotakoe.php (дата обращения 18.03.2015).
  4. Fei Tang, Xiaohao Wang, Dongsheng Wang and Junfeng Li. Non-invasive glucose measurement by use of metabolic heat conformation method. Sensors, 2008.

References

  1. Vsemirnaja organizacija zdravoohranenija. [Jelektronnyj resurs]. URL: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs312/ru/ (data obrashhenija 18.03.2015).
  2. Gusev V.G. Poluchenie informacii o parametrah i harakteristikah organizma i fizicheskie metody vozdejstvija na nego: Uchebnoe posobie/V.G.Gusev.- : Mashinostroenie, 2004.- 759s.
  3. Portal o zdorov'e. [Jelektronnyj resurs]. URL: http://www.ayzdorov.ru/lechenie_diabeta_chtotakoe.php (data obrashhenija 18.03.2015).
  4. Fei Tang, Xiaohao Wang, Dongsheng Wang and Junfeng Li. Non-invasive glucose measurement by use of metabolic heat conformation method. Sensors, 2008.