專利名稱：一種無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種元?jiǎng)?chuàng)傷的血糖監(jiān)測(cè)方法及其裝置，尤其涉及一種采用反離子電滲技術(shù)的無創(chuàng)傷血糖監(jiān)測(cè)方法及其裝置背景技術(shù)近年來在美國(guó)與加拿大所進(jìn)行的「糖尿病控制與并發(fā)癥試驗(yàn)」(DCCT)及英國(guó)的前瞻性糖尿病研究(UKPDS)顯示不論是第一型或第二型糖尿病，良好的血糖控制可以減少糖尿病視網(wǎng)膜、腎臟及神經(jīng)病變的發(fā)生；同時(shí)在大血管疾病，如心肌梗塞、心絞痛、中風(fēng)或周邊血管疾病，也有減少的趨勢(shì)。在美國(guó)，因血糖控制不良而產(chǎn)生的并發(fā)癥，每年要花費(fèi)約一千億的醫(yī)療支出，因此美國(guó)糖尿病學(xué)會(huì)(ADA)建議，血糖餐前控制在80-120mg/dl，睡前100-140mg/dl，而糖化血色素(HbA1c)＜7.0％。然而嚴(yán)格的血糖控制會(huì)增加3倍低血糖的機(jī)率，因此透過自我血糖監(jiān)測(cè)(SMBG)來追蹤、評(píng)估糖尿病的控制是很重要的。在現(xiàn)有技術(shù)中，檢測(cè)血糖的方式主要是有創(chuàng)的，因此，病人常因疼痛而減少檢驗(yàn)的意愿與頻率，故人們一直在研究、開發(fā)無創(chuàng)的血糖監(jiān)測(cè)裝置。目前的無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)裝置實(shí)際上是一種光譜分析儀利用近紅外線測(cè)定血糖，而不需要采血。但它易受身體因素，如水份、脂肪、皮膚、肌肉、骨骼、藥物、血色素濃度、體溫、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)等因素的影響，需經(jīng)常校正，重復(fù)差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種無創(chuàng)的檢測(cè)血糖的方法和裝置，這種方法和裝置有很好的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種全自動(dòng)的血糖監(jiān)測(cè)方法和裝置。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是研發(fā)一種高精度的數(shù)字式血糖監(jiān)測(cè)方法和裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種血糖監(jiān)測(cè)方法和裝置。該裝置將非常小的電流通過完整皮膚，葡萄糖標(biāo)本被收集到凝膠盤上，進(jìn)行測(cè)定。凝膠盤含葡萄糖氧化酶，可將葡萄糖轉(zhuǎn)化為過氧化氫；生物傳感器測(cè)定生成的過氧化氫，產(chǎn)生電信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度與病人的血糖濃度成正比。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一個(gè)單片機(jī)的微電子裝置，每隔20分鐘監(jiān)測(cè)血糖一次，可連續(xù)監(jiān)測(cè)12小時(shí)，可以設(shè)定警戒血糖值，如血糖測(cè)定值太高或太低，即可自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。血糖測(cè)定值下降太快，測(cè)定儀也會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。病人還可以用其設(shè)定注射胰島素、進(jìn)餐、運(yùn)動(dòng)、睡覺和起床時(shí)間。
本發(fā)明與己往自我監(jiān)測(cè)血糖的裝置比較的優(yōu)點(diǎn)無創(chuàng)、無血、無痛，可反復(fù)使用。自動(dòng)化、準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單，可自我服務(wù)。


圖1是本發(fā)明的無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)儀的原理圖；圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施方式的無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)儀的方框圖；圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施方式的無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)儀的反離子電滲凝膠盤結(jié)構(gòu)圖；以及圖4是本發(fā)明的一種實(shí)施方式的無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)儀的單片機(jī)的微電子裝置方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)儀的方框圖。如圖1所示，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)儀包括一個(gè)電源1-4，電源有兩個(gè)電極A和B，通過給皮膚1-9用電源1-4施加電壓來實(shí)現(xiàn)反離子電滲，其基本原理是給皮膚施加一定的電壓并產(chǎn)生一定的電流后皮膚表面會(huì)有離子滲透出來，滲透出來的離子中的葡萄糖分子被凝膠盤吸收，凝膠盤含有葡萄糖氧化酶，葡萄糖分子在葡葡糖氧化酶(glucose oxidase)氧化下，變成葡萄糖酸(glucose acid)和過氧化氫，即在這7分鐘期間，使鉑相對(duì)于Ag-Agcl電極為(-0.3)---(-0.8)V，鉑傳感器被激活，過氧化氫分解成一個(gè)氧分子，兩個(gè)氫離子和兩個(gè)自由電子，即這個(gè)過程稱之為“傳感器激活”過程。
這樣，通過反應(yīng)式可以看出，可以通過測(cè)量氧氣，氫離子或電子中的任何一個(gè)來間接測(cè)量葡萄糖分子的數(shù)量。在本發(fā)明中，這是通過對(duì)電子(電流)的測(cè)量來完成的。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，為了進(jìn)一步增加測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，電源1-4給皮膚施加電壓是交替進(jìn)行的，這樣可以避免皮膚在電滲中的適應(yīng)而導(dǎo)致的葡萄糖分子外溢的減少。
下面參照?qǐng)D2來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。如圖2所示，電源1-44的輸出端輸入到一個(gè)穩(wěn)壓電路，優(yōu)選情況下，穩(wěn)壓電路受控制/處理模塊1-7的控制。在其他情況下，如果電源1-44本身的輸出足夠穩(wěn)定，則可以不需要穩(wěn)壓電路1-3。穩(wěn)壓電路的輸出端輸入到一個(gè)極性變換電路1-2，從而可以變換電極A和B的極性。優(yōu)選情況下，該極性變換電路是一個(gè)H橋開關(guān)電路，通過對(duì)H橋開關(guān)電路的四個(gè)開關(guān)的控制不但可以變換極性還可以產(chǎn)生零輸出(相當(dāng)于關(guān)斷電源)。在控制/處理電路的控制下，極性轉(zhuǎn)換器1-2可以用來改變兩個(gè)電極的極性或關(guān)斷。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，電源1-44是鋰電池電源。在工作過程中，例如零時(shí)刻A電極為正極，B電極為負(fù)極，3分鐘后，關(guān)斷電源并激活傳感器進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量7分鐘后使A電極為負(fù)極，B電極為正極再次進(jìn)行反離子電滲；反離子電滲3分鐘后關(guān)斷電源激活傳感器進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量7分鐘后又可以進(jìn)行一個(gè)新的循環(huán)或結(jié)束。如此每10分鐘為一個(gè)測(cè)量周期。電源1-44通過A、B電極施加給皮膚1-9的是直流電，電流約0.3mA，電壓為0.3-0.8V，當(dāng)皮膚表面PH中性時(shí)，CI-、尿酸、抗壞血酸的分子向正極移動(dòng)，葡萄糖分子1-10，隨Na+出來向負(fù)極移動(dòng)，稱之為反離子電滲。在離子誘導(dǎo)電極附近裝有凝膠盤1-6，在一種實(shí)施方式中，凝膠盤式裝在電極和皮膚之間。凝膠盤1-6中含有葡萄糖氧化酶，反離子電滲出來的葡萄糖分子被裝在離子誘導(dǎo)電極與皮膚之間的凝膠盤1-6吸收，并在葡葡糖氧化酶(glucose oxidase)氧化下，變成葡萄糖酸(glucose acid)和過氧化氫，反應(yīng)過程如上面的反應(yīng)式所描述。
通過上面的反應(yīng)式也可以清楚知道，如果測(cè)量出過氧化氫(或電子)的數(shù)量就可以推算出葡萄糖的分子數(shù)，也就可以很容易知道血糖的相對(duì)濃度。因?yàn)榭梢酝ㄟ^對(duì)大量人的統(tǒng)計(jì)來獲取過氧化氫(電子)和血糖濃度的關(guān)系，從而只要測(cè)量出過氧化氫(電子)的數(shù)量就可以知道血糖的濃度。
控制/處理電路1-7與傳感器裝置1-5、凝膠盤1-6電連接、物理連接。凝膠盤1-6，通過在鉑電極(-)和Ag-AgCl(+)之間加一個(gè)電壓，電子就會(huì)移動(dòng)從而產(chǎn)生電流，這個(gè)電流經(jīng)放大、處理后在顯示器1-8上顯示出來。在優(yōu)選實(shí)施方式中，可以在7分鐘的測(cè)量時(shí)間內(nèi)不停地測(cè)量，將測(cè)量的結(jié)果積分。如果必要，可以測(cè)量2個(gè)或多個(gè)周期，從而提高準(zhǔn)確度。在優(yōu)選實(shí)施方式中，是測(cè)量2個(gè)周期，約需要20分鐘的時(shí)間。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的血糖監(jiān)測(cè)儀的反離子電滲所用的電極和凝膠盤的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，如圖3所示，該盤含有瓊脂、葡萄糖氧化酶和NaCl，PH中性。A離子誘導(dǎo)電極2-1、B離子誘導(dǎo)電極2-4都為Ag-AgCl電極，寬1毫米，圓形，凝膠盤1-6覆蓋其上。應(yīng)該確保在使用過程中凝膠盤1-6與皮膚1-9有良好的接觸。所以優(yōu)選情況下，凝膠盤1-6覆蓋在電極朝皮膚的一面，這樣也便于更換凝膠盤。如圖所示，優(yōu)選情況下，A凝膠盤2-2、B凝膠盤2-3，是兩個(gè)分開的、獨(dú)立的互相絕緣的圓形凝膠盤。兩個(gè)Ag-AgCl電極之間的距離為1-4厘米，優(yōu)選為2-3厘米。A凝膠盤2-2、B凝膠盤2-3，是兩個(gè)互相絕緣的圓形凝膠盤。將圍繞在其周圓的離子誘導(dǎo)電極2-1、2-4裝在同一基座上，其引線焊接在基座上?；?-5是由玻璃纖維印刷電路板制成，稱之為葡萄糖分子收集層。A傳感器2-7的鉑電極插入2-2凝膠層中，B傳感器2-8的鉑電極插入2-3凝膠層中，參考電極為Ag-AgCl(注意在反離子電滲過程中參考電極是作為反離子電滲電極用的)。
在反離子電滲過程中，在兩個(gè)Ag-AgCl電極之間加一個(gè)電壓，從而使這兩個(gè)電極，電極下面的凝膠盤1-6和皮膚1-9串連形成一個(gè)通路，通路中有一個(gè)小電流流過。反離子電滲出來的葡萄糖被收集在電極下面的凝膠盤中。
測(cè)量過程中可以給鉑電極和Ag-AgCl電極之間施加一個(gè)電位，使鉑電極相對(duì)Ag-AgCl電極的電位差為負(fù)0.3V到負(fù)0.8V。從而在鉑的催化作用下，在葡萄糖氧化酶的氧化作用下，葡萄糖分子被氧化成過氧化氫并進(jìn)而產(chǎn)生氫離子和電子。
具體測(cè)量過程如下A離子電滲通電時(shí)間3分鐘，A傳感器激活7分鐘，B離子電滲通電時(shí)間3分鐘，B傳感器激活7分鐘。兩次或多次采集電子的結(jié)果相加，經(jīng)控制/處理裝置顯示在顯示器上。反離子電滲和傳感器的激活時(shí)間顯然是可以調(diào)節(jié)的，只要能確保反離子電滲出足夠的葡萄糖分子以及確保葡萄糖分子被充分氧化。
某一時(shí)刻A為正極，B為負(fù)極。下一時(shí)刻A為負(fù)極，B為正極，相隔10分鐘換一次極性。電極作用在相距2-3厘米的皮膚1-9上，在此間的皮膚上覆蓋著凝膠盤1-6，被負(fù)極吸引出的葡萄糖分子1-10被凝膠盤1-6氧化，產(chǎn)生的電子被傳感器的鉑電極探測(cè)，傳感器的輸出端接到控制/處理裝置1-7，經(jīng)放大、數(shù)字化、計(jì)算后將血糖顯示在顯示器1-8上，控制/處理裝置1-7與顯示器1-8相連。
也可以進(jìn)行其他方式的測(cè)量，例如可以先在一個(gè)電容中充上預(yù)定的電量，然后將該充電的電容連接在鉑電極和Ag-AgCl電極之間，經(jīng)過一定時(shí)間后測(cè)量電容上的剩余電量，這樣就可以測(cè)量出凝膠盤中的電量，這種方式的測(cè)量精度實(shí)驗(yàn)表明是最高的。
還有一種測(cè)量方式就是在鉑電極和參考電極之間加一個(gè)電壓并串連一個(gè)電阻，通過測(cè)量電阻上的電壓可以得知電流的大小并推算出血糖的濃度。
總之，測(cè)量凝膠盤中的電量(離子的濃度)還可以采用各種現(xiàn)有技術(shù)的方法，并且都不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種血糖監(jiān)測(cè)儀的單片機(jī)微電子裝置。如圖4所示，它包括有傳感器3-1，放大器3-2、單片機(jī)3-3、鎖存器3-4、實(shí)時(shí)時(shí)鐘3-5、程序存貯器3-6、數(shù)據(jù)存貯器3-7、復(fù)位電路3-8、按鍵3-9、顯示器3-10。其中單片機(jī)3-3中含有A/D轉(zhuǎn)換器和CPU傳感器包括鉑電極和Ag-AgCl電極以及相連的采集電路，放大器是低噪聲、高靈敏度放大器。
傳感器3-1連接到放大器3-2，后者將模擬信號(hào)送到單片機(jī)3-3中的A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)3-3與鎖存器相連，后者又與程序存貯器3-6相連，程序存貯器3-6又與鎖存器3-4、單片機(jī)3-3、數(shù)據(jù)存貯器3-7相連，數(shù)據(jù)存貯器3-7還與鎖存器3-4、單片機(jī)3-3相連。復(fù)位電路3-8、按鍵3-9、顯示器3-10、電源控制部分3-11分別與單片機(jī)3-3相連。在工作過程中電源控制部分3-11在單片機(jī)的統(tǒng)一控制下控制電源的通斷和極性的改變，以及在必要時(shí)變換電源電壓，從而提供有效的反離子電滲。反離子電滲后，被氧化的自由電子經(jīng)傳感器、放大器、單片機(jī)(CPU、A/D)、鎖存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、復(fù)位電路、按鍵、顯示器組成的微電腦采集并顯示出來。
在安裝完成的裝置中，反離子電滲電極和傳感器安裝在玻璃纖維印刷電路板的一側(cè)，單片機(jī)電路安裝在單片機(jī)微電子層2-5的玻璃纖維印刷電路板的另一面上，顯示器2-6與之相貼。
在反離子電滲的過程中最好斷開測(cè)量電路，以避免反離子電滲過程干擾傳感器激活過程。
本發(fā)明的測(cè)量準(zhǔn)確度為95％平均絕對(duì)誤差為13％與指尖采血血糖儀的相關(guān)性0.9機(jī)器間相關(guān)性0.94
若每天用指尖采血血糖儀測(cè)2次，則低血糖敏感度14％若每天用指尖采血血糖儀測(cè)4次低血糖敏感度為39％用本發(fā)明每小時(shí)測(cè)3次，每天測(cè)72次血糖，則低血糖敏感度75％.
以上根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可以根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式的教導(dǎo)在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)作各種改進(jìn)、改變和替換。例如，反離子電滲時(shí)間、測(cè)量時(shí)間可調(diào)，反離子電滲電壓可調(diào)等。而且，兩個(gè)傳感電路的放大部分可以時(shí)分復(fù)用同一套電路，當(dāng)然也可以是兩套獨(dú)立的電路。在兩套電路的情況下應(yīng)該確保兩套電路的獨(dú)立。當(dāng)然，本發(fā)明也可以只采用一個(gè)傳感器，并且采用多次測(cè)量，然后在兩次測(cè)量之間間隔一定的時(shí)間，這樣也可以達(dá)到較好的效果。
權(quán)利要求
1.一種無創(chuàng)的血糖測(cè)量方法，包括步驟進(jìn)行反離子電滲從而通過皮膚電滲出葡萄糖；對(duì)電滲出的葡萄糖進(jìn)行氧化生成自由電子；測(cè)量生成的自由電子量；以及通過自由電子量推算血糖的濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述反離子電滲的步驟包括交替施加電壓的步驟。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述測(cè)量步驟包括分別用鉑電極和Ag-AgCl電極作為測(cè)量電極，并且將Ag-AgCl電極作為基準(zhǔn)電極。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的反離子電滲步驟和測(cè)量步驟是分開進(jìn)行的。
5.一種無創(chuàng)的血糖監(jiān)測(cè)儀，包括控制/處理裝置，受控制/處理裝置控制的電源，收集葡萄糖分子用的凝膠盤，分別與凝膠盤和控制/處理電路相連的傳感器電路以及和控制/處理裝置相連的顯示器電路，其中電源有兩個(gè)輸出電極可以給皮膚施加電壓進(jìn)行反離子電滲，傳感器電路包括兩個(gè)插入凝膠盤中的電極。
6.如權(quán)利要求5所述的血糖監(jiān)測(cè)儀，其特征在于還包括一個(gè)極性變換電路，并且控制/處理裝置通過該極性變換電路變換電源的兩個(gè)輸出電極的極性。
7.如權(quán)利要求5或6所述的血糖監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述的凝膠盤有兩個(gè)，分別位于兩個(gè)反離子電滲電極的周圍，并且所述的傳感電路也有兩個(gè)，他們交替工作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個(gè)反離子電滲裝置。該裝置將非常小的電流通過完整皮膚，葡萄糖標(biāo)本被收集到膠盤上，進(jìn)行測(cè)定。凝膠盤含葡萄糖氧化酶，可將葡萄糖轉(zhuǎn)化為過氧化氫；生物傳感器測(cè)定生成的過氧化氫，產(chǎn)生電信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度與病人的血糖濃度成正比。本發(fā)明提供了一個(gè)單片機(jī)的微電子裝置，每隔20分鐘監(jiān)測(cè)血糖一次，可連續(xù)監(jiān)測(cè)12小時(shí)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)無創(chuàng)、無血、無痛，可反復(fù)使用。自動(dòng)化、準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單，可自我服務(wù)。
文檔編號(hào)G01N33/66GK1497256SQ0315814
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者王湘生 申請(qǐng)人:王湘生