CN102841118A

CN102841118A - 一种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪

Info

Publication number: CN102841118A
Application number: CN2012102915434A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: JIANGSU XUEFU MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU XUEFU MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明“一种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪”，其技术领域医疗属于测量高精度智能电子医疗测量仪器。在符合国家规定的前提下，在保证自主研发便携式系列血糖仪具有携带方便、使用简洁，测量算法精确等特点的基础上，着重引入了通过智能温度传感芯片获得温度值、并根据实时温度值进行温度补偿的技术，较大程度消除了环境温度对血糖试纸测量的影响，获得了更好的血糖值稳定度和准确性的测量算法。

Description

一种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪

技术领域

医疗测量仪器→高精度智能电子医疗测量仪器。

背景技术

据调查，我国目前糖尿病患者已逾9240万人，占全球总数的四分之一，且快速增长势头迅猛，糖尿病成为严重影响我国公共卫生的主要问题之一。而在血糖的检测领域，我国仅有1.5％的糖尿病患者有自己的便携式血糖检测仪，而欧美国家90％以上的糖尿病患者都有自己的便携式血糖检测仪。当前，我国血糖仪产品市场主要由美国强生、德国罗氏等国外品牌所占领，国产品牌仅仅占有不到10%左右的市场份额，且大多数国产品牌的配套血糖试纸和对应血糖仪都存在不同程度上的配合问题。其中重要的配合影响因数之一就是每次测量时的实时温度对血糖检测结果产生了很大的影响。因为血糖试纸的反应酶是有活性的，一般情况下，反应酶在20度以上，活性变化不大，在20度以下，温度越低，活性越差；活性变差就会在与血液葡萄糖反应时，产生电流变小，从而导致测量结果变低，严重影响血糖值检测结果的准确度，所以为了提高检测的准确性，需要使用稳定高效的温度补偿技术来修正这种误差，从而使的相同血糖值的血液在不同的温度下测量的结果更接近、更一致，达到更加准确的获得患者血糖值的目的。

在电子医疗测量产品领域，一方面，我国人口老龄化加剧，老年血糖患者越来越多，子女、医生对老年患者测量次数和测量准确性需求不断加强。另一方面，随着电子技术，特别是电子测量传感技术的不断发展，为实现便携式血糖仪等电子医疗器械更加准确测量的要求提供了有利条件。目前，医院采用最精确的血糖测量的仪器是血糖生化仪，主要测量方法是通过抽静脉血后用离心机分离血液得到血浆，血浆通过与葡萄糖氧化酶反应后产生过氧化氢，通过测定过氧化氢的多少，得出血糖含量值。这类生化仪的优点是测量非常精确。缺点是测量时间慢，通常第二天才能得到测量结果；用血量多，通常要3000～5000微升；操作复杂，只有受过专业培训的人才能操作；机器价格昂贵，只有部分医院才有配备。

上世纪发明的袖珍便携式快速血糖仪，可以用一滴血来测定血糖数值，病人可以自测血糖，并快速得出血糖值结果，因而被认为是糖尿病治疗史上的里程碑。由于快速便携式血糖仪可由病人自行操作等优点，故不但可以用于病人家居自带自测，而且可以作为住院病人床边检查之用，尤其在急诊室、手术室、社区小型医院等场所更为适用。目前，国内外医药行业要求推广快速便携血糖仪来自测血糖，而使用血糖生化仪获得的测定值用于诊断、校正便携式血糖仪的测量结果。

目前强生、罗氏等国际医疗器械厂商，三诺、怡成等国内医疗器械厂商所出品的便携式血糖仪的测量方法都主要是葡萄糖氧化酶电极测量法。其基本测量原理为：通过测量血液中葡萄糖与血糖试纸中的葡萄糖氧化酶反应产生的电流量测量血糖。具体为：在滴血后5-10秒内，血液中葡萄糖与试纸中葡萄糖氧化酶会产生反应，在反应的过程中，一般取5秒到10秒内的某个时间点，实测对应的反应电流，并通过便携式血糖仪的嵌入式系统的电压放大器电路，获得实时放大的电压值，经过嵌入式单片机（8051、ARM或DSP等系列单片机）的实现模数转换和通过转换函数计算获得血糖的测量值，最后在血糖仪显示屏上实现快速数值显示或语音提示。

在上述国内外便携式血糖仪的氧化酶电极测量法的测量过程中，实际上，大部分普通血糖仪通常不考虑温度对测量值的影响，更不考虑通过测量温度，运用温度补偿算法提高血糖测量的准确度；少部分高端便携式电子血糖仪，在提高电路设计成本的基础上，选择使用热敏电阻加入到血糖仪硬件电路中，一方面，感知当前测量的试纸外部温度，作为附加显示测量温度所用；另一方面，通过热敏电阻，在不同温度下，自动调整阻值，作为由于温度影响试纸酶活性产生的血糖值测量偏差的补偿。但血糖仪只通过热敏电阻进行电路改进补偿血糖温度误差的方法，会导致测量电路输出的放大电压波动性较大，无法很好的控制温度调整系数，进而导致测量血糖值的稳定度和一致性呈现较大程度的下降，血糖值测量准确性也无法获得大幅度的改善。

上世纪90年代以来，电子测量传感业务和相应电子传感器技术发展迅猛，以温度传感器为例，目前已经不需要专门的外部温度测量器件，来提供给血糖仪参考温度值。当前的电子温度传感器产品已经达到了芯片级的要求，实际应用中不需要任何外部元器件即可实现测温。比如在市面上各类电子元器件中，使用较多的达拉斯电子公司的数字温度传感芯片DS18B20D，该温度测量芯片具有测温准确、测量温度范围大、芯片线路简单等特点，测温范围在－55^。C到＋125^。C之间，能将输出表示温度的数字信号直接连接到便携式血糖仪的内部总线上，并且该芯片能方便的嵌入到血糖仪电子电路中。血糖仪核心运算芯片通过总线采集这样的实时测量温度值，通过自动的温度补偿算法的运算，就可以对每次血糖测量过程进行实时的智能化温度补偿工作。

本发明专利“一种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪”，在满足国家质检总局发布的国家标准GB/T 19634-2005【自测用血糖监测系统通用技术条件】规定的前提下，在保证本公司自主研发便携式系列血糖仪具有携带方便、使用简洁，测量算法精确等特点的基础上，着重引入了通过智能温度传感芯片获得温度值、并根据实时温度值进行温度补偿的技术，较大程度消除了环境温度对血糖试纸测量的影响，获得了更好的血糖值稳定度和准确性的测量算法。本专利的创新点主要为：1）在便携式智能算法血糖仪的硬件电路中加入数字温度传感芯片，如数字温度传感芯片DS18B20D，通过血糖仪内部数据总线，将温度传感芯片实时测量的外部温度值，送达到负责运算管理的血糖仪核心单片机对应数据接口中。2）在本新型血糖仪的上述创新基础上，通过海量的实验数据测量，根据不同批次的试纸在不同温度情况下引起的测量数据偏差，调整相应的温度补偿系数，在负责运算管理的核心单片机内存中，建立不同温度值对试纸测量引起误差的温度补偿系数表，便于在患者实际测量血糖过程中，能便捷的根据不同实测温度调整补偿系数，并输出补偿了温度对测量结果产生影响的更准确的血糖值。

通过对相关血糖仪专利文献的查阅，并未发现直接用温度传感器芯片采集温度数据，并直接通过血糖仪进行温度补偿调整的相关专利文献。所以，本发明专利“一种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪”，在血糖值便携式精确检测领域，创新了补偿温度影响并准确获得血糖值的思想方法和实现技术，完成了不同学科技术的良好融合。开发、生产和推广的这种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪，在对血糖仪硬件电路简单改进，保证血糖测量的稳定度和一致性不受影响的基础上，减弱了温度差异产生的血糖值测量误差，提高了血糖值测量的准确度。并且，本专利的实现和推广，也有利于将该技术的思想方法延伸推广到其他遭受实时测量温度影响的电子诊疗设备中。

发明内容

1、要解决的技术问题（即原“发明目的”）

本专利发明目的主要有以下两个部分：

1）在便携式智能算法血糖仪的硬件电路中加入数字温度传感芯片，如较有代表性的数字温度传感芯片DS18B20D，通过血糖仪内部数据总线，将温度传感芯片实时测量的外部温度值，送达到负责运算管理的血糖仪核心单片机对应数据接口中，完成新型的带温度补偿算法的智能血糖仪的产品硬件设计。

2）在本新型血糖仪的上述硬件电路创新基础上，通过海量的实验数据测量，根据不同批次的试纸在不同温度情况下引起的测量数据偏差，调整相应的温度补偿系数A _i(Adjustment)，在负责运算管理的核心单片机内存中，建立不同温度值对试纸测量引起误差的温度补偿系数表，便于在患者实际测量血糖过程中，便捷的根据不同实测温度调整补偿系数，输出补偿了温度对测量结果产生影响的更准确的血糖值。

早期的嵌入式运算单片机，处理能力有限，计算位数和计算速度都较低，不具备强大的高速内存存储和数据调用能力，在血糖测试过程中，不能在实测温度的采集的基础上，进行调用内存大容量数据和进行快速函数运算。随着电子诊疗仪器嵌入式单片机技术和功能的强大，目前，无论是使用8051F330等新型带扩展内存的51系列CPU核心控制单片机，还是使用功能更强大的ARM9或DSP系列，都能支持温度调整系数表的存储，也能支持根据实测温度值的调用和函数计算。本申请专利所阐述的使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪，可以基于海量的实验数据测量，根据不同批次的试纸在不同温度情况下引起的测量数据偏差，调整相应的温度补偿系数，在负责运算管理的核心单片机内存中，建立不同温度值对试纸测量引起误差的温度补偿系数表，便在患者实际测量血糖过程中，根据不同实测温度调整补偿系数，输出更准确的血糖值。

本申请专利 “一种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪”的研发和生产，在满足中华人民质检总局发布的国家标准GB/T 19634-2005 【自测用血糖监测系统通用技术条件】规定的前提下，在血糖值便携式精确检测领域，创新了补偿温度影响并准确获得血糖值的思想方法和实现技术，获得了更为准确稳定的实时血糖值。对糖尿病患者来说，本专利申请的新型血糖仪能成为生活中不可缺少的“帮手”。

2、技术方案（方法发明）

附图1为本申请专利的新型便携式血糖仪各主要组成部分的技术方案总图，图中，1为CPU核心控制单片机；2为具备USB有线通信、GSM等短信发送和蓝牙无线发送功能的通信模块，也包括USB外部供电模块；3为可以提供实时测量温度的芯片级温度传感器；本申请专利的新型血糖仪采用的是市面上常用的数字温度传感芯片DS18B20D；4为血糖测量模块，具有与匹配试纸对接的接口和血糖值采集功能；5是控制血糖仪自带电池的电源管理模块。所有上述模块通过血糖仪内部总线连接和通信，受CPU核心控制单片机控制和管理。

附图2是本专利的新型便携式血糖测试仪电路设计实物的完成图。所采用的技术设计方案在实现过程中，主要分为两个部分：

部分一）电路上增加实时测量温度的芯片级温度传感器，并在每次测量开始时，将实时测量环境温度通过内部总线发送到CPU核心控制单片机数据口中：

在新型血糖仪中增加了芯片级温度传感器DS18B20D，其附图3为其硬件结构。新型血糖仪的CPU核心单片机启动和读写该温度传感器，以获得实时测量温度值，需要进行嵌入式程序设计。

由于DS18B20D采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对51CPU核心控制单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，必须采用嵌入式程序来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的控制和读取，并且对读写的数据位有着严格的时序要求。

DS18B20D在写时序的前15us总线需要被CPU核心控制单片机拉置低电平，而采样时间在15~60us，采样时间内，如果控制器将总线拉高则表示写“1”，如果控制器将总线拉低则表示写“0”。每一位的发送都应该有一个至少15us的低电平起始位，随后的数据“0”或“1”应该在45us内完成。整个位的发送时间应该保持在60~120us。

读时序时也是必须先由主机产生至少1us的低电平，表示读时间的起始。随后在总线被释放后的15us中，DS18B20会发送代表测量温度值的数据位，这时控制如果发现总线为高电平表示读出“1”，如果总线为低电平则表示读出数据“0”。每一位的读取之前都由控制器加一个起始信号。在51系列CPU核心控制单片上，核心温度传感器的温度数字信息的控制和读取主要嵌入式程序为：

//启动温度读取函数 void get_temp() { int i; DQ_HIGH(); reset(); //复位等待从机应答 write_byte(0XCC); //忽略ROM匹配 write_byte(0X44); //发送温度转化命令 for(i=50;i>0;i--) {display(); //调用多次显示函数，确保温度转换完成所需要的时间 } reset(); //再次复位，等待从机应答 write_byte(0XCC); //忽略ROM匹配 write_byte(0XBE); //发送读温度命令 TLV=read_byte(); //读出温度低8 THV=read_byte(); //读出温度高8位 DQ_HIGH(); //释放总线 TZ=(TLV>>4)|(THV<<4)&0X3f; //温度整数部分 TX=TLV<<4; //温度小数部分 if(TZ>100) TZ/100; //不显示百位 ge=TZ%10;//个位 //整数部分个位 shi=TZ/10;//十位 //整数十位 wd=0; if (TX & 0x80) wd=wd+5000; if (TX & 0x40) wd=wd+2500; if (TX & 0x20) wd=wd+1250; if (TX & 0x10) wd=wd+625; //以上4条指令把小数部分转换为BCD码形式 shifen=wd/1000; //十分位 baifen=(wd%1000)/100; //百分位 qianfen=(wd%100)/10; //千分位 wanfen=wd%10; //万分位 }//-------------------------------------------------- //主函数 void main() { init(); //调用系统初始化函数 while(1) { get_temp(); //调用温度转换函数 // delay(5,50); display(); //调用结果显示函数 } }

部分二）在本新型血糖仪的上述硬件电路创新基础上，通过海量的医学实验数据测量，根据不同批次的试纸在不同温度情况下引起的测量数据偏差，调整相应的温度补偿系数A _i(Adjustment)，在负责运算管理的CPU核心单片机内存中，建立不同温度值对试纸测量引起误差的温度补偿系数表，在患者实际测量血糖过程中，根据不同实测温度调整补偿系数，输出补偿了温度对测量结果产生影响的更准确的血糖值。

附图4为带温度补偿算法的血糖仪测量程序流程图，在保证传统血糖仪测量程序正常运行的基础上，建立不同温度值对试纸测量引起误差的温度补偿系数表，加入了通过CPU核心单片机获取的芯片级温度传感器提供的温度补偿系数A _i，并获得更为准确的温度调整后的放大电压U _j =A _i U _i，进而获得并显示对应的实际患者血糖测量值。

3、有益效果

基于本申请专利 “一种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪”研发和生产的便携式智能血糖仪，在满足中华人民质检总局发布的国家标准GB/T 19634-2005 【自测用血糖监测系统通用技术条件】规定的前提下，在血糖值便携式精确检测领域，创新了补偿温度影响并准确获得血糖值的思想方法和实现技术，完成了不同学科技术的良好融合。开发、生产和推广的这种使用温度传感器调控的便携式智能血糖仪，在对血糖仪硬件电路简单改进，保证血糖测量的稳定度和一致性不受影响的基础上，减弱了温度差异产生的血糖值测量误差，提高了血糖值测量的准确度。并且，本专利的实现和推广，也有利于将该技术的思想方法延伸推广到其他遭受实时测量温度影响的电子诊疗设备中。

基于本发明专利的发明方法，得到创新改进后的新型便携式智能血糖仪的准确度和稳定性指标优于国际标准化组织ISO和国内行业标准指标，具体有益效果可以体现下面医学测量指标参数的改进和人性化智能化医疗的提升：

当血糖溶度低于4.2mmol/L，检测结果误差在正负0.2mmol/L的范围内；当血糖溶度大于4.2mmol/L ，检测结果误差在正负2%范围内；

医学测量准确度指标为：STDEV标准差小于0.1；医学测量稳定度度指标为：CV（%）小于1%。

在提高了用户实时血糖值准确性的基础上，保证在对关键的血糖区间进行区分时，高血糖/正常血糖/低血糖的区分错误率，降低到0.2%（千分之五）以下。

附图和附表说明

图1本申请专利的技术设计方案总图

图2血糖测试仪电路设计完成图

图3芯片级温度传感器DS18B20D硬件结构

图4带温度补偿算法的血糖仪主测量程序流程图

具体实施方式

在第四部分发明内容中的技术方案和有益效果中，已作具体说明。

Claims

1.在便携式智能算法血糖仪的硬件电路中加入数字温度传感芯片，通过血糖仪内部数据总线，将温度传感芯片实时测量的外部温度值，送达到血糖仪核心单片机对应数据接口中。

2.在新型血糖仪的创新基础上，通过实验数据测量，根据不同批次的试纸在不同温度情况下引起的测量数据偏差，调整相应的温度补偿系数，在单片机内存中，建立不同温度值对试纸测量引起误差的温度补偿系数表，能便捷的根据不同实测温度调整补偿系数，并输出补偿了温度对测量结果产生影响的更准确的血糖值，减弱了温度差异产生的血糖值测量误差，提高了血糖值测量的准确度。