CN102458249B - 使用提高重复性的算法来测量生物数据的装置和测量生物数据的方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了使用提高重复性的算法来测量生物数据的装置和测量生物数据的方法。根据本发明的一个实施方案，用于测量生物数据的方法包括：根据测量早期中预定阶段内的平均变化比率来确定反应是否稳定，从而确定反应终止时间；以及将校正值与在所确定的反应终止时间时测得的值相加以获得最终测量值，从而减小测量误差并提高重复性和数据可靠性。

Description

使用提高重复性的算法来测量生物数据的装置和测量生物数据的方法

发明背景

1.发明领域

本发明涉及生物医学数据的测量。

2.相关技术描述

干性化学涉及使用浸渍有干酶的试条，将样品添加到所述试条上。该评估方法集中于通过计算机分析仪定量分析化学反应。

除了化学和生物因素之外，由于环境因素(如样品量、样品注入方法和温度)，该评估方法导致用相同样品获得的测量结果之间存在差异。特别地，用于在家里而不是在实验室测量生物医学数据的装置有很强的可能性造成很大差异。由于测量结果之间的差使测量结果的精确性受到怀疑，因而需要能够确保测量结果的重复性的方法。

发明概述

因此，本发明是在考虑到了现有技术中存在的上述问题的情况下作出的，并且本发明的一个目的是提供一种使用提高重复性的算法来测量生物数据的装置和方法，该算法通过减少测量结果之间的差提高重复性，从而确保测量结果的可靠性。

根据本发明的一个方面，提供一种利用生物化学反应在测量生物医学数据的装置中测量生物医学数据的方法，其包括基于在测量早期的预定时间段内的平均变化确定生物化学反应已经稳定化的反应终止时间；以及通过将校正值和在所确定的反应终止时间时测量的值相加获得最终测量值。

根据本发明的另一方面，提供一种用于接收测试条并且使用该测试条来测量生物医学数据的装置，所述装置包括设置在试条接收区内在一个平面上的一个或更多个检测单元；基于检测单元所检测的数据用于产生校正数据的校正数据产生单元；基于检测单元所检测的数据用于确定反应终止时间的反应终止时间确定单元；和基于在所确定的反应终止时间由检测单元所检测的数据和产生的校正数据用于测量生物医学数据的生物医学数据测量单元。

附图简述

从以下详细描述并结合附图，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和优势。

图1是示出用于测量生物医学数据的装置和测试条的示意图。

图2是示出根据本发明的一个实施方案的总胆固醇反应的图。

图3是示出根据本发明的一个实施方案的在反应早期的特定时间段内相同血液的平均变化和数据误差率之间相关性的图。

图4是示出根据本发明的一个实施方案的用于测量生物医学数据的装置的示意性框图。

优选实施方案描述

下文中将参照附图详细描述本发明的优选实施方案，以使本领域技术人员可以容易地理解它们。

图1是示出根据本发明的一个实施方案的用于测量生物医学数据的装置和测试条的示意图。在图1中，测试条300包括支持部330，所述支持部330包括能够测量生物医学数据(例如血液的中性脂质和胆固醇量)的多个反应部(例如331-1、331-2和331-3)。包括反应部在内的支持部330具有根据位置而变的目标数据。在测试条300的顶部上形成突出部，从而使得测试条300可以被插入试条接收区130，其中测试条300的突出部与试条接收区130的凹陷部接合并且测试条300容易地固定在试条接收区130之中。用于测量生物医学数据的装置100包括电源按钮、试条接收区130和显示单元180。用于测量生物医学数据的装置100具有这样的结构，其中在试条接收区130的外围形成凹陷部，使得测试条300可以被容易地插入并固定于其中。试条接收区130包括多个检测单元110(例如110-1、110-2和110-3)，所述多个检测单元110沿着试条接收区130的中心部分形成并且彼此间隔开。多个检测单元110分别对应测试条300的反应部。根据测量类型的不同，开启部分或全部检测单元，并检测包括相应反应部的反应区331-1、331-2和331-3。

根据本发明的实施方案，基于测试条的反应部的反射率(其由多个检测单元110检测)来测量生物医学数据，所述测试条插入用于测量生物医学数据的装置100中。更具体而言，当从包含试条反应部的区域上方提供血液时，反应部的酶和所提供的血液之间发生化学反应。此时，开始时为白色的反应部颜色改变成不同于白色的颜色，使用多个检测单元110检测变色反应部的反射率，而后使用生物医学数据测量单元基于反射率产生生物医学数据。

图2是示出根据本发明的一个实施方案的总胆固醇和酶之间的化学反应特性随时间变化的图。在图2中，图的横轴表示反应时间，其纵轴表示通过测量反应部的反射率所获得的值(下文中表示为“K/S值”)。从图2中可以看到，总胆固醇和酶之间的化学反应在最初50秒内活跃进行(即活跃时间段)，之后化学反应几乎不发生。

在本文中，将在反应第一阶段中预定时间段内的平均K/S变化称为“A值”。获得A值的时间段的起点和终点可以根据测量类型而变。根据一个实施方案，当测量总胆固醇时，A值是15秒至30秒的时间段内的平均K/S变化，并利用以下等式1确定：

A值＝(K/S_30秒-K/S_15秒)/(30-15)                (1)

根据本发明的一个实施方案，反应终止时间用A值确定。反应终止时间利用以下等式2确定：

{(A值)＊0.3}≥(K/S_(a+5)秒-K/S_a秒)/5           (2)

根据等式2，当从任意秒“a”开始的5秒中的平均变化等于或小于{(A值)＊0.3}时，认为反应终止，并且因而确定“a”秒为反应终止时间。A值所乘的0.3是用于确定测量终止时间的测定常数。测定常数根据测量类型确定。根据一个实施方案，确定的测定常数在0.001至0.5之间。在测量总胆固醇的情况下，测定常数在实验上确定为0.3。此外，在测量中性脂质的情况下，测定常数在实验上确定为0.1。

通常，温度显著影响反应速率。当温度升高时，酶反应被激活，使得反应速率提高。当温度降低时，酶反应失活，使得反应速率降低。当反应速率快时，快速达到反应终止时间。相反，当反应速率慢时，缓慢达到反应终止时间。由于A值是反应早期的平均变化，因而它是指示酶在特定条件下的反应速率的指数。因此，用等式2的A值确定反应终止时间是测量时间的合理的确定方法，其考虑到了反应条件如温度。一般而言，反应终止时间根据待测量的生物医学样品的浓度而不同，并且在测量胆固醇时，应理解反应通常在2分钟内终止。

图3是示出根据本发明的一个实施方案的在反应早期的特定时间段内相同血液的平均变化和数据误差率之间相关性的图。根据一个实施方案，重复进行用相同血液测量总胆固醇的实验，并对A值相对于测量数据平均值和测量值之间的差作图。从该图中可以看到，在反应终止时间时产生的差异与A值有正相关性。这表明可以校正测量结果值，并且用反应早期的结果值进行校正是有效的。根据一个实施方案，可以使用以下等式3确定最终测量值：

最终测量值＝反应终止时间时的K/S-(K/S_(30秒)-K/S_(15秒))

根据等式3，最终测量值是通过将校正数据与反应终止时间时的K/S值相加而获得的值。该校正数据对应于等式1的分子的负值，并根据测量类型来确定。例如，当测量总胆固醇时，如等式3所指示的，校正数据对应于15秒至30秒的K/S值差异。如上所述反应条件如温度和注入样品的量影响反应速率，并且这种影响以反应早期K/S值的变化的形式来显示。此外，反应早期的K/S值的变化显著影响整体反应。因此，当利用该事实计算最终测量值时，可以有效减少与相同样品相关的差异，并且可以确保重复性。

图4是示出根据本发明的一个实施方案的用于测量生物医学数据的装置的示意性框图。参照图4，用于测量生物医学数据200的装置包括一个或更多个检测单元410、数据处理单元420和输出单元480。数据处理单元420包括生物医学数据测量单元440、反应终止时间确定单元460和生物医学数据校正单元470。

更具体而言，所述一个或更多个检测单元410检测试条与检测单元对应的相应区域。采用一个或更多个检测单元410以测量测试条对应于检测单元的反应区的反射率。每个检测单元410可以被配置为包括光发射单元和光接收单元。每个检测单元的光发射单元可以包括用于产生光的发光二极管(LED)和驱动电路，而检测单元的光接收单元可以包括用于吸收光的光电二极管和模数转换器。检测单元接收从测试条的相应反应区反射的光，将所接收光的量转化成K/S值，并且将所得的值发送到生物医学数据测量单元440、校正数据产生单元470和反应终止时间确定单元460。

反应终止时间确定单元460基于检测单元所检测的结果确定反应终止时间。根据一个实施方案，由检测单元所检测的K/S值被相继输入反应终止时间确定单元，并且反应终止时间确定单元460将反应早期从15秒至30秒时间段内的平均变化确定为A值。此外，反应终止时间确定单元460使用上述等式2确定反应终止时间。当从任意秒“a”开始的5秒内的平均变化等于或小于(A值＊0.3)时，认为反应终止，于是“a”秒被确定为反应终止时间。A值所乘的0.3是用于确定测量终止时间的测定常数。测定常数根据测量类型来确定。举例来说，在测量总胆固醇的情况下，测定常数在实验上确定为0.3。

校正数据产生单元470基于检测单元所获得的检测结果产生校正数据。根据一个实施方案，校正数据产生单元470产生上述等式1的分子的负值作为校正数据。根据测量类型确定产生校正数据的时间段。例如，当测量总胆固醇时，如等式3所指示的，校正数据对应于15秒至30秒的时间段内的K/S值的差异。

生物医学数据测量单元440基于检测单元在反应终止时间所检测的数据和校正数据测量生物医学数据。根据一个实施方案，生物医学数据测量单元440利用等式3确定最终测量值。具体而言，通过将检测单元在平均变化等于或小于(A值＊0.3)时的时间检测的K/S值与校正数据(即，通过校正数据确定单元470产生的在15秒至30秒的时间段内K/S值的差异的负值)相加来确定最终测量值。如上所述，校正数据可根据测量类型而不同。最终测量值被转化为与测量类型相符合的生物医学数据。

所测量的生物医学数据通过输出单元480输出到外部。根据一个实施方案，输出单元480可以是液晶显示器或7段显示器。根据另一实施方案，输出单元480可以是声音合成和输出单元，其以声音形式输出测量值。根据又一实施方案，输出单元480可以是接口，例如通用串行总线(USB)，其向外部装置如手机输出测量值。

根据本发明的用于测量生物医学数据的方法被配置为基于反应速率来确定合理的反应终止时间和校正值，从而通过减少测量结果之间的差异来提高重复性和数据可靠性。

尽管为说明性目的公开了本发明的优选实施方案，但本领域技术人员应理解可以进行多种修改、添加和替换，而不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神。

Claims (16)

1.一种利用生物化学反应在用于测量生物医学数据的装置中测量生物医学数据的方法，包括：

基于在测量早期的预定时间段内通过测量反应部的反射率所获得的值的平均变化确定所述生物化学反应已经稳定化的反应终止时间；以及

通过将校正值和在所确定的反应终止时间时测量的值相加获得最终测量值，

其中所述反应终止时间是这样的时间点，即此时的当前平均变化值等于或小于通过使在所述测量早期的预定时间段内的平均变化乘以测定常数所获得的值，以及

其中所述校正值是在所述测量早期的预定时间段开始时的测量值与所述测量早期的预定时间段结束时的测量值之间的差异。

2.权利要求1的方法，其中所述生物化学反应是酶反应。

3.权利要求1的方法，其中所述测定常数为0.001至0.5。

4.权利要求1的方法，其中所述测量早期的预定时间段根据所述测量的类型确定。

5.权利要求1的方法，其中待测量的所述生物医学数据是总胆固醇，并且所述测定常数是0.3。

6.权利要求1的方法，其中待测量的所述生物医学数据是中性脂质，并且所述测定常数是0.1。

7.权利要求4的方法，其中待测量的所述生物医学数据是总胆固醇或中性脂质，并且所述测量早期的预定时间段是在所述生物医学反应起始后15至30秒之间的时间段。

8.权利要求1的方法，其中所述测定常数根据测量类型确定。

9.一种用于接收测试条并且使用所述测试条测量生物医学数据的装置，包括：

设置在试条接收区内在一个平面上的一个或更多个检测单元；

反应终止时间确定单元，其用于基于由所述检测单元所检测的数据来计算在测量早期的预定时间段内通过测量反应部的反射率所获得的值的平均变化，并基于计算出的所述值的平均变化来确定所述生物化学反应已经稳定化的反应终止时间；

基于由所述检测单元所检测的数据用于产生校正数据的校正数据产生单元；和

基于由所述检测单元在所确定的反应终止时间时所检测的数据和所产生的校正数据用于获得最终生物医学数据的生物医学数据测量单元，

其中所述反应终止时间确定单元确定的所述反应终止时间是这样的时间点，即此时的当前平均变化值等于或小于通过使在所述测量早期的预定时间段内的平均变化乘以测定常数所获得的值，以及

其中所述校正数据产生单元确定的所述校正值是在所述测量早期的预定时间段开始时的测量值与所述测量早期的预定时间段结束时的测量值之间的差。

10.权利要求9的装置，其中所述用于测量生物医学数据的装置是用于测量胆固醇的装置。

11.权利要求9的装置，其中所述测量早期的预定时间段根据所述测量类型确定。

12.权利要求9的装置，其中所述测量早期的预定时间段是在所述生物医学反应起始后15至30秒的时间段。

13.权利要求9的装置，还包括用于将所述生物医学数据输出到外部的输出单元。

14.权利要求9的装置，其中待测量的所述生物医学数据是总胆固醇，并且所述测定常数是0.3。

15.权利要求9的装置，其中待测量的所述生物医学数据是中性脂质，并且所述测定常数是0.1。

16.权利要求9的装置，其中所述测定常数根据测量类型确定。