專利名稱：一種無創(chuàng)血糖監(jiān)測的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無創(chuàng)傷的血糖監(jiān)測裝置，尤其涉及一種采用反離子電滲技術的無創(chuàng)傷血糖監(jiān)測裝置。
背景技術：
近年來在美國與加拿大所進行的「糖尿病控制與并發(fā)癥試驗」(DCCT)及英國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膜、腎臟及神經病變的發(fā)生；同時在大血管疾病，如心肌梗塞、心絞痛、中風或周邊血管疾病，也有減少的趨勢。在美國，因血糖控制不良而產生的并發(fā)癥，每年要花費約一千億的醫(yī)療支出，因此美國糖尿病學會(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％。然而嚴格的血糖控制會增加3倍低血糖的機率，因此透過自我血糖監(jiān)測(SMBG)來追蹤、評估糖尿病的控制是很重要的。在現有技術中，檢測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)測裝置。目前的無創(chuàng)血糖監(jiān)測裝置實際上是一種光譜分析儀利用近紅外線測定血糖，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、營養(yǎng)狀態(tài)等因素的影響，需經常校正，重復差。
實用新型內容因此，本實用新型的第一個目的是提供一種無創(chuàng)的檢測血糖的方法和裝置，這種方法和裝置有很好的穩(wěn)定性。
本實用新型的第二個目的是提供一種全自動的血糖監(jiān)測方法和裝置。
本實用新型的第三個目的是研發(fā)一種高精度的數字式血糖監(jiān)測方法和裝置。
為實現上述目的，本實用新型提供了一種血糖監(jiān)測方法和裝置。該裝置將非常小的電流通過完整皮膚，葡萄糖標本被收集到凝膠盤上，進行測定。凝膠盤含葡萄糖氧化酶，可將葡萄糖轉化為過氧化氫；生物傳感器測定生成的過氧化氫，產生電信號，信號強度與病人的血糖濃度成正比。
為實現上述目的，本實用新型提供了一個單片機的微電子裝置，每隔20分鐘監(jiān)測血糖一次，可連續(xù)監(jiān)測12小時，可以設定警戒血糖值，如血糖測定值太高或太低，即可自動發(fā)出警報。血糖測定值下降太快，測定儀也會自動發(fā)出警報。病人還可以用其設定注射胰島素、進餐、運動、睡覺和起床時間。
本實用新型與已往自我監(jiān)測血糖的裝置比較的優(yōu)點無創(chuàng)、無血、無痛，可反復使用。自動化、準確、操作簡單，可自我服務。


圖1是本實用新型的無創(chuàng)血糖監(jiān)測儀的原理圖；圖2是本實用新型的一種實施方式的無創(chuàng)血糖監(jiān)測儀的方框圖；圖3是本實用新型的一種實施方式的無創(chuàng)血糖監(jiān)測儀的反離子電滲凝膠盤結構圖；以及圖4是本實用新型的一種實施方式的無創(chuàng)血糖監(jiān)測儀的單片機的微電子裝置方框圖。
具體實施方式
圖1是本實用新型的無創(chuàng)血糖監(jiān)測儀的方框圖。如圖1所示，本實用新型的監(jiān)測儀包括一個電源1-4，電源有兩個電極A和B，通過給皮膚1-9用電源1-4施加電壓來實現反離子電滲，其基本原理是給皮膚施加一定的電壓并產生一定的電流后皮膚表面會有離子滲透出來，滲透出來的離子中的葡萄糖分子被凝膠盤上吸收，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氧分子，兩個氫離子和兩個自由電子，即這個過程稱之為“傳感器激活”過程。
這樣，通過反應式可以看出，可以通過測量氧氣，氫離子或電子中的任何一個來間接測量葡萄糖分子的數量。在本實用新型中，這是通過對電子(電流)的測量來完成的。
在本實用新型的進一步的優(yōu)選實施方式中，為了進一步增加測量的穩(wěn)定性和準確性，電源1-4給皮膚施加電壓是交替進行的，這樣可以避免電滲引起的皮膚適應導致的葡萄糖分子外溢的減少。
下面參照圖2來描述本實用新型的優(yōu)選實施方式。如圖2所示，電源1-44的輸出端輸入到一個穩(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極性變換電路，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H橋開關電路，通過對H橋開關電路的四個開關的控制不但可以變換極性還可以產生零輸出(相當于關斷電源)。在控制/處理電路的控制下，極性轉換器1-2可以用來改變兩個電極的極性或關斷。在本實用新型的一種實施方式中，電源1-44是鋰電池電源。在工作過程中，例如零時刻A電極為正極，B電極為負極，3分鐘后，關斷電源并激活傳感器進行測量；測量7分鐘后使A電極為負極，B電極為正極再次進行反離子電滲；反離子電滲3分鐘后關斷電源激活傳感器進行測量；測量7分鐘后又可以進行一個新的循環(huán)或結束。如此每10分鐘為一個測量周期。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，當皮膚表面PH中性時，CI-、尿酸、抗壞血酸的分子向正極移動，葡萄糖分子1-10，隨Na+出來向負極移動，稱之為反離子電滲。在離子誘導電極附近裝有凝膠盤1-6，在一種實施方式中，凝膠盤1-6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，反應過程如上面的反應式所描述。
通過上面的反應式也可以清楚知道，如果測量出過氧化氫(或電子)的數量就可以推算出葡萄糖的分子數，也就可以很容易知道血糖的相對濃度。因為可以通過對大量人的統(tǒng)計來獲取過氧化氫(電子)和血糖濃度的關系，從而只要測量出過氧化氫(電子)的數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中的電子通過在鉑電極(-)和Ag-AgCl(+)之間加一個電壓，電子就會移動從而產生電流，這個電流可以被傳感器裝置采集，并經放大、處理后在顯示器1-8顯示出來。在優(yōu)選實施方式中，可以在7分鐘的測量時間內不停地測量，將測量的結果積分。如果必要，可以測量2個或多個周期，從而提高準確度。在優(yōu)選實施方式中，是測量2個周期，約需要20分鐘的時間。
圖3是根據本實用新型的優(yōu)選實施方式的血糖監(jiān)測儀的反離子電滲所用的電極和凝膠盤1-6的結構關系。在本實用新型的一種實施方式中，如圖3所示，該盤含有瓊脂、葡萄糖氧化酶和NaCl，PH中性。A離子誘導電極2-1、B離子誘導電極2-4都為Ag-AgCl電極，寬1毫米，圓形，凝膠盤1-6覆蓋其上。凝膠盤1-6的位置應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1-9的一面，這樣也便于更換凝膠盤1-6。如圖所示，優(yōu)選情況下，A凝膠盤2-2、B凝膠盤2-3，是兩個分開的、獨立的互相絕緣的圓形凝膠盤。兩個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，是兩個互相絕緣的圓形凝膠盤。將圍繞在其周圓的離子誘導電極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Ag-AgCl電極之間加一個電壓，從而使這兩個電極，電極下面的凝膠盤1-6和皮膚1-9串連形成一個通路，通路中有一個小電流流過。反離子電滲出來的葡萄糖被收集在電極下面的凝膠盤中。
測量過程中可以給鉑電極和Ag-AgCl電極之間施加一個電位，使鉑電極相對Ag-AgCl電極的電位差為負0.3V到負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而產生氫離子和電子。
具體測量過程如下A離子電滲通電時間3分鐘，A傳感器激活7分鐘，B離子電滲通電時間3分鐘，B傳感器激活7分鐘。兩次或多次采集電子的結果相加，經控制/處理裝置顯示在顯示器上。反離子電滲和傳感器的激活時間顯然是可以調節(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。
某一時刻A為正極，B為負極。下一時刻A為負極，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，被負極吸引出的葡萄糖分子1-10被凝膠盤1-6氧化，產生的電子被傳感器的鉑電極探測，傳感器的輸出端接到控制/處理裝置1-7，經放大、數字化、計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。
也可以進行其他方式的測量，例如可以先在一個電容中充上預定的電量，然后將該充電的電容連接在鉑電極和Ag-AgCl電極之間，經過一定時間后測量電容上的剩余電量，這樣就可以測量出凝膠盤中的電量，這種方式的測量精度實驗表明是最高的。
還有一種測量方式就是在鉑電極和參考電極之間加一個電壓并串連一個電阻，通過測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，測量凝膠盤中的電量(離子的濃度)還可以采用各種現有技術的方法，并且都不會脫離本實用新型的范圍。
圖4是根據本實用新型實現的一種血糖監(jiān)測儀的單片機微電子裝置。如圖4所示，它包括有傳感器3-1，放大器3-2、單片機3-3、鎖存器3-4、實時時鐘3-5、程序存貯器3-6、數據存貯器3-7、復位電路3-8、按鍵3-9、顯示器3-10。其中單片機3-3中含有A/D轉換器和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，后者將模擬信號送到單片機3-3中的A/D轉換器，單片機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3-3、數據存貯器3-7相連，數據存貯器3-7還與鎖存器3-4、單片機3-3相連。復位電路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3-3相連。在工作過程中電源控制部分3-11在單片機的統(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傳感器、放大器、單片機(CPU、A/D)、鎖存器、實時時鐘、程序存貯器、數據存貯器、復位電路、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，反離子電滲和傳感器電極安裝在玻璃纖維印刷電路板的一側，單片機電路安裝在單片機微電子層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應該斷開測量電路，以避免反離子電滲過程干擾傳感器激活過程本實用新型的測量準確度為95％平均絕對誤差為13％與指尖采血血糖儀的相關性0.9
機器間相關性0.94若每天用指尖采血血糖儀測2次，則低血糖敏感度14％若每天用指尖采血血糖儀測4次低血糖敏感度為39％用本實用新型每小時測3次，每天測72次血糖，則低血糖敏感度75％。
以上根據本實用新型的優(yōu)選實施方式描述了本實用新型，但本領域的普通技術人員顯然可以根據優(yōu)選實施方式的教導在本實用新型的實質范圍內作各種改進、改變和替換。例如，反離子電滲時間、測量時間可調，反離子電滲電壓可調等。而且，兩個傳感電路的放大部分可以時分復用同一套電路，當然也可以是兩套獨立的電路。在兩套電路的情況下應該確保兩套電路的獨立。當然，本實用新型也可以只采用一個傳感器，并且采用多次測量，然后在兩次測量之間間隔一定的時間，這樣也可以達到較好的效果。
權利要求1.一種無創(chuàng)的血糖監(jiān)測儀，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，其中電源有兩個輸出電極可以給皮膚施加電壓進行反離子電滲，傳感器電路包括兩個插入凝膠盤中的電極。
2.如權利要求1所述的血糖監(jiān)測儀，其特征在于還包括一個極性變換電路，并且控制/處理裝置通過該極性變換電路變換電源的兩個輸出電極的極性。
3.如權利要求1或2所述的血糖監(jiān)測儀，其特征在于所述的凝膠盤有兩個，分別位于兩個反離子電滲電極的周圍，并且所述的傳感電路也有兩個，他們交替工作。
4.如權利要求3所述的血糖監(jiān)測儀，其特征在于所述的傳感器電路包括一個模擬數字變換器。
專利摘要本實用新型提供了一個反離子電滲裝置。該裝置將非常小的電流通過完整皮膚，葡萄糖標本被收集到膠盤上，進行測定。凝膠盤含葡萄糖氧化酶，可將葡萄糖轉化為過氧化氫；生物傳感器測定生成的過氧化氫，產生電信號，信號強度與病人的血糖濃度成正比。本實用新型提供了一個單片機的微電子裝置，每隔20分鐘監(jiān)測血糖一次，可連續(xù)監(jiān)測12小時。本實用新型的優(yōu)點無創(chuàng)、無血、無痛，可反復使用。自動化、準確、操作簡單，可自我服務。
文檔編號G01N33/66GK2783321SQ0320789
公開日2006年5月24日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權日2002年9月19日
發(fā)明者王湘生 申請人:王湘生