Kızılötesi ışık ile invaziv olmayan kan şekeri ölçüm sisteminin geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, kan şekeri seviyesini ölçmek için alternatif olarak invaziv olmayan bir yöntem elde etmek için yakın kızılötesi (NIR) tabanlı bir LED sensör devresi geliştirilmiştir. Sistem 940 nm dalga boyundaki NIR LED'leri kullandı. Analog sinyal, bir filtre ve bir amplifikatör devresi aracılığıyla iletildi. Daha sonra çıkış voltajının ölçüldüğü dijital bir sinyale dönüştürülmüş ve bir Arduino UNO kullanılarak glikoz seviyesi hesaplanmıştır. İn vitro testte, glikoz çözeltisinin değişen konsantrasyonları ile çıkış voltajının değiştiği ve iki değişken arasında iyi bir korelasyon olduğu gözlendi ve bu, in vivo testi motive etti. Deneyimizi üç senaryoya göre gerçekleştirdik: (i) Belli bir miktar glikoz suda çözülür ve ekipmanımızla glikoz konsantrasyonu ölçülür, (ii) katılımcılardan 5 cm3 kan alınır ve kan şekeri seviyesi ölçülür. Cihazımız tarafından bir test tüpünde ve daha sonra bu numune altın standart ekipmana taşınır ve kan şekeri seviyesinin gerçek değeri ölçülür. Tasarladığımız optik ekipmanımızda ölçülen voltaja karşı kan şekeri seviyesi, aralarında oldukça doğrusal bir ilişki olduğunu gösterir. (iii) kan şekeri seviyesi parmak ucu üzerinden ölçülür ve altın standart değer ile karşılaştırılır. Bu durumda ölçüm hatası %25'i geçmez ve kan şekeri düzeyine göre voltaj değişimi doğrusal olmayan bir davranış gösterir. Tasarlanan sistemin maliyetinin düşük olması ve kabul edilebilir bir hata sağlaması, diyabetik hastalar için ticarileştirilmeye uygun hale getirmektedir.

In this thesis, a near-infrared (NIR) based LED sensor circuit has been developed to achieve a non-invasive method as an alternative for measuring blood glucose level. The system used 940 nm wavelength NIR LEDs. The analog signal was transmitted through a filter and an amplifier circuit. Then, it was converted to a digital signal where the output voltage was measured, and the glucose level was calculated using an Arduino UNO. In the in vitro test, it was observed that the output voltage changes with changing concentrations of glucose solution, and there was a good correlation between the two variables, and this motivated the in vivo test. We have executed our experiment according to three scenarios: (i) Certain amount of glucose is dissolved in water and the glucose concentration is measured by our equipment, (ii) 5-cm3 blood sample of participants is taken and the blood glucose level is measured in a test tube by our apparatus and then this sample is moved to the gold-standard equipment and the actual value of blood glucose level is measured. The measured voltage versus blood glucose level in our designed optical equipment indicates a fairly linear relation between them. (iii) blood glucose level is measured over the fingertip and compared to the gold-standard value. In this case, the measurement error does not exceed 25% and the voltage change with respect to the blood glucose level shows a nonlinear behavior. The designed system has a low cost and provides an acceptable error, making it suitable to be commercialized for diabetic patients.