CN105849543A - 具有集成测试条样品检测的手持式测试仪恒流驱动器 - Google Patents

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CN105849543A CN201480070722.2A CN201480070722A CN105849543A CN 105849543 A CN105849543 A CN 105849543A CN 201480070722 A CN201480070722 A CN 201480070722A CN 105849543 A CN105849543 A CN 105849543A
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Abstract

本发明提供了一种用于使用分析测试条测定体液样品中的分析物的手持式测试仪，其包括：微处理器块(MB)、条端口连接器(SPC)、操作地连接到MB和SPC的电压驱动器块(VDB)、操作地连接到SPC和MB的电流测量块(CMB)，以及操作地联接到MB并且存储集成测试条检测和恒定电流驱动器指令的存储器块。此外，存储器块、MB、VDB和CMB被配置成使得当集成测试条检测和恒定电流驱动器指令由MB执行时，在算法上检测向插入SPC中的测试条的样品施加，并且基于来自CMB的信号通过VDB改变施加到SPC的电压而在算法上驱动恒定电流通过插入的条。

Description

具有集成测试条样品检测的手持式测试仪恒流驱动器
背景技术
生理流体(例如血液或血液衍生产品)中的分析物检测对于当今社会的重要性日益增加。分析物检测分析法可适于多种应用，包括临床实验室测试、家庭测试等，此类测试结果在对多种疾病病症的诊断和管理中扮演着十分重要的角色。所关注的分析物包括用于糖尿病管理的葡萄糖、胆固醇等等。响应于分析物检测的此重要性日益增加，已开发了多种应用于临床和家庭的分析物检测方案和装置。
用于分析物检测的一种方法是电化学方法。在此类方法中，含水液体样品被放入电化学室中的样品容纳室中，该电化学室包括两个电极，例如反电极和工作电极。允许分析物与氧化还原试剂反应以形成其量对应于分析物浓度的可氧化(或可还原)的物质。然后，以电化学方式估计存在的可氧化(或可还原)物质的量并且该可氧化(或可还原)物质的量与初始样品中存在的分析物的量相关。
此类系统易受各种模式的无效或错误的影响。
附图说明
并入本文中并且构成本说明书的部分的附图示出本发明目前优选的实施方案，并且连同与以上给定的一般说明和以下给出的具体说明一起，用于解释本发明的特征(其中相同数字符号表示相同的元件)。
图1A示出示例性葡萄糖测量系统。
图1B示出在图1A的测试仪中设置的各种部件。
图1C示出适用于本文所公开的系统和方法的组装测试条的透视图。
图1D示出适用于本文所公开的系统和方法的未组装测试条的分解透视图；
图1E示出适用于本文所公开的系统和方法的测试条的近侧部分的扩展透视图；
图2为本文所公开的测试条的一个实施方案的底部平面视图；
图3为图2中测试条的侧平面视图；
图4A为图3中测试条的顶部平面图；
图4B为图4A中测试条的近侧部分的部分侧视图；
图5为示出与本文所公开的测试条的部分电连接的测试仪的简化示意图；
图6A示出对于规定时间间隔通过图5的测试条而施加到的工作电极和反电极的三脉冲电势波形的示例；
图6B示出由生理样品产生的电流瞬态CT；
图7为根据本发明的实施方案的手持式测试仪的简化框图；
图8为对于如可在本发明的实施方案中采用的具有集成测试条样品检测的恒定电流驱动器的一系列步骤的简化流程图(带有注释)。
图9为示出与使用常规仅硬件驱动的技术施加到SPC的电压(标记为驱动VH/W)相比，如可在本发明的实施方案中采用的通过算法施加到SPC的电压的图；并且
图10为示出在用于可例如利用图8的流程图来操作根据本发明的实施方案的手持式测试仪的方法中的流程图。
具体实施方式
应结合附图来阅读下面的具体实施方式，其中不同附图中相同元件的编号相同。附图(未必按比例绘制)示出所选择的实施方案，且并不旨在限制本发明的范围。以下的详细说明以举例的方式而非限制方式例示了本发明的原理。此描述将明确地使得本领域的技术人员能够制备和使用本发明，并且描述了本发明的若干实施方案、适应型式、变型形式、替代形式和用途，包括目前据信是实施本发明的最佳方式。
如本文所用，针对任何数值或范围的术语“约”或“大约”表示允许零件或多个部件的集合执行如本文所述的其指定用途的适合的尺寸公差。另外，如本文所用，术语“患者”、“宿主”、“用户”和“受检者”是指任何人或动物受检者，并不旨在将系统或方法局限于人使用，但本主题发明在人类患者中的使用代表优选的实施方案。还如本文所用，短语“电信号”或“信号”旨在包括直流信号、交流信号或电磁谱内的任何信号。术语“处理器”、“微处理器”或“微控制器”旨在具有相同的含义并且旨在可互换使用。如本文所用，术语“通告”及其根源术语的变型指示可经由文本、音频、视频或者所有通信模式或通信介质的组合向用户提供通告。
图1A示出了糖尿病管理系统，该系统包括仪表10和葡萄糖测试条62形式的生物传感器。需注意，测试仪(或测试仪单元)可被称为分析物测量和管理单元、葡糖糖测试仪、测试仪和分析物测量装置。在实施方案中，测试仪单元可与胰岛素递送装置、附加分析物测试装置和药物递送装置结合。测试仪单元可经由线缆或合适的无线技术(如，例如，GSM、CDMA、蓝牙、WiFi等)被连接至远程计算机或远程服务器。
重现参见图1A，葡萄糖仪或测试仪单元10可包括外壳11、用户界面按钮(16、18和20)、显示器14和条端口开口22以接收生物传感器或条62。用户界面按钮(16、18和20)可被配置成允许数据进入、菜单导航和命令执行。用户界面按钮18可以是双向来回切换开关的形式。或者，按钮可以被用于显示器14的触摸屏界面替换。数据可包括代表分析物浓度的值或与个体的日常生活方式相关的信息。此类信息可包括食物吸收、药物使用、健康检查的发生，以及个体的常规健康状况和运动水平。
图1B示出了(以简化示意图形式)设置在电路板34的顶部表面上的电子部件，电路板34被设置在外壳11(图1A)中。在顶部表面上，电子部件包括条端口连接器22、运算放大器电路35、微控制器38、显示器连接器14a、非易失性存储器40、时钟42和第一无线模块46。在底部表面上，电子部件可包括电池连接器(未示出)和数据端口13。微控制器38可连接到条端口连接器22、运算放大器电路35、第一无线模块46、显示器14、非易失性存储器40、时钟42、电池、数据端口13和用户界面按钮(16、18和20)。
运算放大器电路35可包括两个或更多个运算放大器，其能够提供稳压器功能和电流测量功能的一部分。稳压器功能可指将测试电压施加在测试条的至少两个电极之间。电流功能可指测量由施加的测试电压所得的测试电流。可以用电流-电压转换器进行电流测量。微控制器38可为混合信号微处理器(MSP)的形式，例如为德州仪器(Texas Instrument)MSP 430。TIMSP430可被配置成也进行稳压器功能和电流测量功能的一部分。此外，MSP 430也可包括易失性和非易失性存储器。在另一个实施方案中，可将许多电子部件以专用集成电路(ASIC)的形式与微控制器集成。
条端口连接器22可被配置成与测试条形成电连接。显示器连接器14a可被配置成用于附接到显示器14。显示器14可为液晶显示器的形式，以用于报告测量的葡萄糖含量，并便于输入与生活方式相关的信息。显示器14还可包括背光源。数据端口13可接纳附接于连接引线上的合适的连接器，从而使血糖仪10能够被连接到外部设备(例如个人计算机)。数据端口13可为任何允许数据传输的端口，例如为串行端口、USB端口或并行端口。或者，无线模块46也可用于取代数据端口和转化器以传递数据到另一装置。时钟42可被配置成保持与用户所在地理区域相关的当前时间并且也用于测量时间。仪表单元可被配置成电连接到电源诸如电池。
图1C-1E、图2、图3和图4B示出了适用于本文所述的方法和系统的示例性测试条62的各种视图。在示例性实施方案中，提供了测试条62，其包括从远端80延伸到近端82并具有侧边56、58的细长主体，如图1C所示。如图1D所示，测试条62也包括第一电极层66、第二电极层64，以及夹在两个电极层64和66之间的隔件60。第一电极层66可包括第一电极66、第一连接轨道76和第一接触垫67，其中第一连接轨道76将第一电极66电连接到第一接触垫67，如图1D和4B所示。注意，第一电极66为第一电极层66的一部分，其紧接试剂层72的下面，如图1D和4B所示。相似地，第二电极层64可包括第二电极64、第二连接轨道78和第二接触垫63，其中第二连接轨道78将第二电极64与第二接触垫63电连接，如图1D、图2和图4B所示。注意，第二电极64为第二电极层64的一部分，其在试剂层72上方，如图4B所示。
如图1D和图4B所示，样品容纳室61由第一电极66、第二电极64，以及在测试条62的远端80附近的隔件60来限定。第一电极66和第二电极64可分别限定样品容纳室61的底部和顶部，如图4B所示。如图4B A所示，隔件60的切口区域68可限定样品容纳室61的侧壁。在一个方面，样品容纳室61可包括提供样品入口或排气口的端口70，如图1C至1E所示。例如，端口中的一个端口可允许流体样品进入，并且另一个端口可允许空气流出。
在示例性实施方案中，样品容纳室61(也称为“测试单元”或“测试室”)可以具有小的容积。例如，室61的容积可以在约0.1微升至约5微升、约0.2微升至约3微升或优选地约0.3微升至约1微升的范围内。要提供较小的样品体积，切口68的面积可以在约0.01cm2至约0.2cm2、约0.02cm2至约0.15cm2或优选地约0.03cm2至约0.08cm2的范围内。此外，第一电极66和第二电极64的间隔距离可以在约1微米至约500微米，优选地在约10微米和约400微米之间，并且更优选地在约40微米和约200微米之间的范围内。相对接近的电极间距可以实现氧化还原循环的形成，其中在第一电极66处生成的氧化介体可扩散到第二电极64，在第二电极处被还原，随后扩散回到第一电极66，再次被氧化。
在一个实施方案中，第一电极层66和第二电极层64可为由下列材料形成的导电材料，诸如金、钯、碳、银、铂、氧化锡、铱、铟或它们的组合(例如，铟掺杂的氧化锡)。此外，可以通过溅射、无电镀或丝网印刷工艺将导电材料设置到绝缘片(未示出)上，从而形成电极。在一个示例性实施方案中，第一电极层66和第二电极层64可以分别由溅射钯和溅射金制成。可用作隔件60的合适的材料包括各种绝缘材料，诸如例如，塑料(例如PET、PETG、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯)、硅、陶瓷、玻璃、粘合剂，以及它们的组合。在一个实施方案中，隔件60可具有涂布在聚酯片的相对侧上的双面粘合剂的形式，其中粘合剂可以是压敏或热活化的。用于第一电极层66、第二电极层64或隔件60的各种其它材料在本公开的实质和范围内。
第一电极66或第二电极64的任一者均可执行工作电极的功能，这取决于施加的测试电压的大小或极性。工作电极可测量与还原介体浓度成比例的极限测试电流。例如，如果电流限制物质为还原介体(如亚铁氰化物)，则其可以在第一电极66处被氧化，只要相对于第二电极64，测试电压足够大于氧化还原介体电势。在这样的情况下，第一电极66执行工作电极的功能，而第二电极64执行反电极/参考电极的功能。申请人指出，可以将反电极/参考电极简称为参考电极或反电极。当工作电极表面处的所有还原介体都已消耗，使得测量的氧化电流与从本体溶液朝工作电极表面扩散的还原介体的通量成比例时，发生限制氧化。术语“本体溶液”是指当还原介体不位于消耗区内时足够远离工作电极的溶液的部分。应该指出的是，除非另外说明，否则对于测试条62，由测试仪10施加的所有电势在下文中将相对于第二电极64而言。
相似地，如果测试电压足够小于氧化还原介体电势，则还原介体可以在第二电极64处被氧化为极限电流。在这样的情况下，第二电极64执行工作电极的功能，而第一电极66执行反电极/参考电极的功能。
首先，分析可包括经由端口70(图1C)向样品容纳室61中引入一定量的流体样品(例如，生理流体样品或校准流体)。在一个方面，端口70或样品容纳室61可被配置成使得毛细管作用引起流体样品充满样品容纳室61。第一电极66或第二电极64可用亲水性试剂涂覆，以促进样品容纳室61的毛细管作用。例如，可将具有亲水性部分的硫醇衍生试剂如2-巯基乙磺酸涂覆到第一电极或第二电极上以提供此类活性。
在上述条62中，试剂层72可包含基于PQQ辅因子和铁氰化物的葡萄糖脱氢酶(GDH)。在另一个实施方案中，基于PQQ辅因子的酶GDH可用基于FAD辅因子的酶GDH替代。当包含葡萄糖的生理流体(例如，血液或对照溶液)被剂量分配到样品反应室61中时，葡萄糖被GDH(氧化)氧化，并在此过程中将GDH(氧化)转化成GDH(还原)，如以下化学反应或转化T.1所示。注意，GDH(氧化)是指GDH的氧化态，而GDH(还原)是指GDH的还原态。
T.1D-葡萄糖+GDH(氧化)→葡糖酸+GDH(还原)
然后，GDH(还原)通过铁氰化物(即氧化介体或Fe(CN)6 3-)再生回到其活性氧化态，如以下化学反应T.2所示。在再生GDH(氧化)的过程中，由如T.2所示的反应生成亚铁氰化物(即还原介体或Fe(CN)6 4-)：
T.2GDH(还原)+2Fe(CN)6 3-→GDH(氧化)+2Fe(CN)6 4-
由转化T2产生的铁氰化物致使电流流经在生物传感器上的电极。在流体样品中的葡萄糖越多，在转化T1中产生的葡糖酸越多，从而增加了在转化T2中由铁氰化物产生的电流。
图5提供了与第一接触垫67a、67b和第二接触垫63交接的测量模块100的形式的测试仪10的简化示意图。第二接触垫63可用于通过U形凹口65建立与测试仪的电连接，如图2所示。在一个实施方案中，测量模块100可包括第一电极连接器(102a、102b)和第二电极连接器101，具有测试电压单元106、电流测量单元107、处理器212、存储器单元210以及可视显示器202，如图5所示。第一接触垫67可包括两个指示为67a和67b的尖头。在一个示例性实施方案中，第一电极连接器102a和第一电极连接器102b分别独立地连接到尖头67a和尖头67b。第二电极连接器101可连接到第二接触垫63。测量模块100可测量尖头67a和尖头67b之间的电阻或电连续性以确定测试条62是否电连接到测试仪10。
测试仪10(图1A、图1B)可包括电子电路，该电子电路可用于对测试条62施加多个电压并且测量从测试条62的测试室中的电化学反应所得的电流瞬态输出。测试仪10还可包括一组指令，其被编程到微处理器中以如本文所公开的确定流体样品中的分析物浓度。
在使用中，用户将测试条插入到测试仪10的条端口连接器中，以将测试条的至少两个电极连接至条测量电路。这接通测试仪10并且测试仪10(经由模块100)可在第一接触垫67和第二接触垫63之间施加测试电压或电流(图5)。一旦测量模块100识别到测试条62已被插入，测量模块100就启动流体检测模式。流体检测模式引起测量模块100在第一电极66和第二电极64之间施加约1微安的恒定电流。因为测试条62最初是干燥的，所以测试仪10测得相对大的电压。当流体样品沉积到测试室上时，样品桥接第一电极66和第二电极64之间的间隙，并且测量模块100将测量低于预先确定的阈值的所测量的电压的减小。这引起测试仪10通过应用第一电势E1(图6A)自动引发葡萄糖测试。
在图6A(其具有与图6B的时间轴对齐的时间轴)中，由于由通过测试顺序计时器在T＝0处开始测试而起始的在测试室中的电化学反应，将在样品中的分析物从一种形式(例如，葡萄糖)转化为另一种形式(例如，葡糖酸)，该定时器通过检测条填充和设置在第一持续时间t1的在E1处的电势来设置。系统通过在第二持续时间t2将第一电势从E1转换成不同于第一电势E1的第二电势E2(图6A)继续进行测试序列，然后系统进一步在第三持续时间t3将第二电势E2改变成不同于第二电势E2的第三电势E3(图6A)。相对于第二电势E2，第三电势E3在电动势的大小、极性或者这两者的组合方面可能有所不同。在优选的实施方案中，E3可与E2大小相同，但极性相反。
此外，如图6A所示，第二电势E2可包括直流(DC)测试电压分量和叠加的交流(AC)测试电压分量，或另选地振荡测试电压分量。叠加的交流或振荡测试电压分量可在由tcap所示的时间间隔被施加。该叠加交流电压被利用以确定条是否具有在其中进行测试的足够的流体样品体积。测定用于电化学测试的足够体积的此类技术的细节在美国专利号7,195,704；6,872,298、6,856,125、6,797,150中示出和描述，他们的文档以引用方式全文并入本文中。
在任何时间间隔期间测量的多个测试电流值可以在约1次测量/毫秒至约1次测量/100毫秒范围内的取样频率执行，并且优选的是约1次测量/约10至50毫秒。虽然描述了以连续方式使用三个电势的实施方案，但葡萄糖测试可包括不同数量的开路和测试电压。例如，作为另选的实施方案，葡萄糖测试可包括在第一时间间隔的开路、在第二时间间隔的第二测试电压，以及在第三时间间隔的第三电势。应该指出的是，“第一”、“第二”和“第三”的引用是为方便起见而选择，并不一定反映测试电压被施加的次序。例如，实施方案可具有电势波形，其中可在施加第一测试电压和第二测试电压之前施加第三电势。
在此示例性系统中，用于系统10的过程可在第一时间间隔t1(例如，图6A中的1秒)在第一电极66和第二电极64之间施加第一电势E1(例如，图6A中的约20mV)。第一时间间隔t1可在约0.1秒至约3秒的范围内，并且优选地在约0.2秒至约2秒的范围内，并且最优选地在约0.3秒至约1.1秒的范围内。
第一时间间隔t1可为足够长的，以使得样品容纳或测试室61可被样品完全填充，并且也使得试剂层72可至少部分被溶解或溶剂化。在一个方面，第一电势E1可为与介体的氧化还原电势相对接近的值，使得测得相对较小量的还原或氧化电流。图6B显示，与图6A的第二时间间隔t2和第三时间间隔t3相比，在第一时间间隔t1期间观察到相对较小量的电流。例如，当使用铁氰化物或亚铁氰化物作为介体时，图6A中的第一电势E1可在约1mV至约100mV的范围内，优选地在约5mV至约50mV的范围内，并且最优选地在约10mV至约30mV的范围内。虽然在优选的实施方案中给出的施加电压为正值，但是也可利用负域中的相同电压实现本实施方案的预期目的。
重新参见图6A，在施加第一电势E1之后，测试仪10在第二时间间隔t2(例如，在图6A中约3秒)在第一电极66和第二电极64之间施加第二电势E2(例如，在图6A中大约300mV)。第二电势E2可具有不同于第一电势E1的值，并且可为介体氧化还原电势的足够负的值，使得在第二电极64处测量极限氧化电流。例如，当使用铁氰化物或亚铁氰化物作为介体时，第二电势E2可在约0mV至约600mV的范围内，优选地在约100mV至约600mV的范围内，并且更优选地为约300mV。
第二时间间隔t2应为足够长的，以使得可根据极限氧化电流的大小监测还原介体(如亚铁氰化物)的生成速率。通过与试剂层72的酶促反应生成还原介体。在第二时间间隔t2期间，限制量的还原介体在第二电极64处被氧化，而非限制量的氧化介体在第一电极66处被还原，从而在第一电极66和第二电极64之间形成浓度梯度。
在示例性实施方案中，第二时间间隔t2还应当为足够长的，使得足够量的铁氰化物可扩散到第二电极64或者可从试剂扩散到第一电极上。在第二电极64处需要足量的铁氰化物，以使得在第三电势压E3期间，可测量第一电极66处氧化亚铁氰化物的极限电流。第二时间间隔t2可小于约60秒，并且优选地可在约1.1秒至约10秒的范围内，并且更优选地在约2秒至约5秒的范围内。同样，如图6A中的tcap所示的时间间隔也可持续一段时间，但在一个示例性实施方案中，其持续时间为约20毫秒。在一个示例性实施方案中，在施加第二电势E2后约0.3秒至约0.4秒之后，施加叠加的交流测试电压分量，并引入频率为约109Hz、振幅为约+/-50mV的正弦波。
图6B示出了在第二时间间隔t2开始后相对较小的峰ipb，随后在第二时间间隔t2内氧化电流的绝对值逐渐增大。在从第一电势E1转换成第二电势E2之后，由于内源性或外源性还原剂(例如，尿酸)的氧化，产生小峰ipb。然后，在小峰ipb之后存在氧化电流的逐渐绝对减小。此峰由通过试剂层72生成铁氰化物而引起，然后试剂层72扩散到第二电极64。在第二时间间隔t2期间，电流ipp可从在氧化电流中的电流瞬态CT测量。
在施加第二电势E2之后，测试仪10在第三时间间隔t3(例如在图6A中1秒)在第一电极66和第二电极64之间施加第三电势E3(例如在图6A中约-300mV)。第三电势E3可为足够正的介体氧化还原电势值，以使得在第一电极66处测量极限氧化电流。例如，当使用铁氰化物或亚铁氰化物作为介体时，第三电势E3可在约0mV至约-600mV的范围内，优选地在约-100mV至约-600mV的范围内，并且更优选地为约-300mV。
第三时间间隔t3可为足够长的，以基于氧化电流的大小监测第一电极66附近还原介体(例如亚铁氰化物)的扩散。在第三时间间隔t3期间，限制量的还原介体在第一电极66处被氧化，而非限制量的氧化介体在第二电极64被还原。第三时间间隔t3可在约0.1秒至约5秒的范围内，并且优选地在约0.3秒至约3秒的范围内，并且更优选地在约0.5秒至约2秒的范围内。
图6B示出了在第三时间间隔t3开始时相对较大的峰ipc，其随后减小至稳态电流iss值。所测量的电流输出ipb、ipc、ipp和iss可用于从公式1确定样品的葡萄糖浓度：
公式1：
其中，G为葡萄糖浓度；
iss是作为约4秒至约5秒的电流瞬态的总和的所测量的信号的量值(以安培数计)
ipp是作为约1秒至约4秒的电流瞬态的总和的所测量的信号的量值(以安培数计)
ipb为在约1秒的电流瞬态处所测量的信号的量值(以安培数计)；
ipc为在约4秒的电流瞬态处所测量的信号的量值(以安培数计)；
a为约0.2；
b为约0.7
p为约0.5；并且
Z为约4。
关于生物传感器系统的附加细节可在2012年4月24日获得专利的美国专利号8,163,162中发现，该文献全文以引用方式并入本专利申请中。
一般来讲，一种用于使用分析测试条(例如，基于电化学的分析测试条)测定在体液样品(例如，全血样品)中的分析物(例如葡萄糖)的手持式测试仪，包括：微处理器块、条端口连接器(SPC)、操作地连接到微处理器块和SPC的电压驱动器块、操作地连接到SPC和微处理器块的电流测量块，以及操作地联接到微处理器块并且存储集成测试条检测和恒定电流驱动器指令的存储器块。此外，存储器块、微处理器块、电压驱动器块和电流测量块被配置成使得当集成测试条检测和恒定电流驱动器指令由微处理器块执行时，在算法上检测向插入SPC中的测试条的样品施加，并且基于来自电流测量块的信号通过电压驱动器块改变施加到SPC的电压而在算法上驱动恒定电流通过插入的条。
根据本发明的手持式测试仪是有利的，在于例如它们使用基于算法的软件(即包括算法的指令集)以与基于算法的测试条样品检测一起集成的方式驱动跨插入的分析测试条(例如，基于电化学的分析测试条)的恒定电流。此集成可包括例如使用来自恒定电流驱动器指令的算法的电压输出(或从其衍生的电压)作为对测试条检测指令的算法的输入。由于手持式测试仪不采用基于硬件的恒定电流电子电路，其有利地简单并且相对便宜。
图7是根据本发明的实施方案的用于测定体液样本中的分析物的手持式测试仪700的简化框图。图8为用于如可在本发明的实施方案中采用的具有集成测试条样品检测的恒定电流驱动器的一系列步骤的简化流程图。图9为示出与使用常规仅硬件驱动的技术施加到SPC的电压(标记为驱动VH/W)相比，如可在本发明的实施方案中采用的通过算法施加到SPC的电压的图。
参考图7、图8和图9，手持式测试仪700包括微控制器块702、存储器块704、条端口连接器706、电压驱动器块708和电流测量块710以及其它电子部件(未示出)，用于向基于电化学的分析测试条施加电偏压(例如，交流电(AC)和/或直流电(DC)偏压)并且也用于测量电化学响应(例如，多个测试电流值、相位和/或量值)和基于电化学响应测定分析物或特性。
为了简化电流描述，图7未示出手持式测试仪700的所有电子电路和机构块。然而，一旦了解本公开，本领域的技术人员将认识到手持式测试仪700也包括对于使用例如基于电化学的分析测试条(在图7中未示出但位于注释“条”在图7中定位处)确定在体液样品(例如，全血样品)中的分析物(诸如葡萄糖)所需要或预期的其它块和电路。此外，本领域的技术人员将认识到在图7中所述的各种独立块可以以任何合适的方式被集成。
一旦本领域的技术人员了解本公开，他或她将认识到，可被容易地改进成根据本发明的手持式测试仪的手持式测试仪示例为可从LifeScan公司(LifeScan Inc.)(加利福尼亚州米尔皮塔斯(Milpitas,California))商购获得的葡萄糖仪表。也可被改进的手持式测试仪的另外示例存在于美国专利申请公开号2007/0084734(2007年4月19日公开)和2007/0087397(2007年4月19日公开)和国际公开号WO2010/049669(2010年5月6日公开)以及于2013年2月28日提交的英国专利申请号1303616.5中，它们中的每一者据此全文以引用方式并入本文中。
微处理器块702可为本领域的技术人员已知的任何合适的微处理器块，包括但不限于微控制器。合适的微控制器包括但不限于可以MSP 430系列部件号从德州仪器(TexasInstruments)(美国德克萨斯州达拉斯(Dallas,Texas,USA))商购获得的微控制器；以STM32F和STM32L系列部件号从ST微电子(ST MicroElectronics)(瑞士日内瓦(Geneva,Switzerland))商购获得的微控制器；以及以SAM4L系列部件号从爱特梅尔公司(AtmelCorporation)(美国加利福尼亚州圣何塞(San Jose,California,USA))商购获得的微控制器。微处理器702被示为包括集成模拟-数字(ADC)和数字-模拟(DAC)电子电路以及被配置成执行包括算法指令的指令的电路。
电压驱动器块708可为任何合适的电压驱动器块，包括例如运算放大器电压驱动器块。可包括在电压驱动器块中或用作电压驱动器块的合适的运算放大器的非限制性示例为来自美国德克萨斯州达拉斯的德州仪器(Texas Instruments,Dallas,Texas,USA)的以部件号OPA348获得的运算放大器。
电流测量块710可为任何合适的电流测量块，包括基于运算放大器的电流测量块。可包括在电流测量块中或用作电流测量块的合适的运算放大器的非限制性示例为来自美国德克萨斯州达拉斯的德州仪器(Texas Instruments,Dallas,Texas,USA)的以部件号OPA330获得的运算放大器。
在图7中，电压驱动器块708和电流测量块710二者使用三角形示出。此形状通常表示放大器。然而，本领域的技术人员一旦了解本公开，将认识到此类放大器可与各种无源器件结合以使用本领域的技术人员已知的技术操作电压驱动器块或电流测量块。
存储器块704被联接到微处理器块702，并且存储如例如关于图8和以下算法1和算法2所述的集成测试条样品检测和恒定电流驱动器指令。存储器块704、微处理器块702、电压驱动器块708和电流测量块710被配置成使得当集成测试条样品检测和恒定电流驱动器指令由微处理器块执行时，在算法上检测向插入SPC中的测试条的样品施加，并且基于来自电流测量块的信号通过电压驱动器块改变施加到SPC的电压而在算法上驱动恒定电流通过插入的条。
恒定电流驱动器指令可例如基于反馈回路，诸如PID算法反馈回路。在指令中采用的此PID算法的非限制性示例如下：
Vout＝(Ierr*Gp)+(Iint*Gi)+(Idiff*Gd) (算法1)
其中：
Ierr＝测量的电流和预先确定的目标电流(例如，300nA)之间的差值，当测量的电流等于目标电流时Ierr等于0；
Gp＝比例增益常数，例如800
Iint＝先前Ierr值的总和，然而如果电流大于预先确定的超限电流(例如>432nA)，则Iint＝0；
Gi＝积分增益常数，例如4000
Idiff＝Ierr与Ierr的紧接先前值之间的差值；
Gd＝差分增益常数，例如-300；并且
Vout＝用于保持预先确定的稳定目标电流(例如，300nA)的输出电压。
算法1和手持式测试仪700的前述块基本上提供基于软件算法的反馈回路，其用作用于插入手持式测试仪中的测试条的恒定电流驱动器。这种基于软件算法的反馈回路采用测试条测量的电流作为输入，并且(与电压驱动器块708一起)产生所施加的测试条电压作为输出。所施加的测试条电压通过基于软件算法的反馈回路调节以保持恒定电流通过分析测试条。在这种情况下，微处理器块702根据提供作为存储在存储器块704中的软件或固件的指令起作用。
测试条样品检测指令可采用任何合适的平均化算法，诸如以下：
U平均’＝((N-1)U平均+Ut)/N (算法2)
其中：
N＝预先确定的平均常数整数(N可为例如等于12)；
当t＝1时U平均＝1.024V(或其它合适的预先确定的值)，并且然后U平均＝先前在N-1处计算的U平均’；
Ut＝在时间t处跨测试条测量的电压
算法2的计算可例如每5毫秒执行，其中U平均’反馈回到U平均。当U平均’等于或小于预先确定的阈值(例如，243mV)时，样品检测触发器被激活并且分析物(例如，葡萄糖)测量(测定)过程开始(参见图8的步骤840和步骤850)。算法2基本上为平均化算法。符合样品检测触发器花费的时间的最小量取决于预先确定的阈值、对于t＝1；N，的U平均、测量的电压(即Ut)，以及执行算法2的频率(例如，每5毫秒对应于200Hz的频率)的值。然而，在典型但非限制性使用情况下，一旦Ut低于预先确定的阈值，并且保持低于预先确定的阈值，则样品检测触发器在约15次测量内被检测。
在Ut物理地被限于例如350mV，并且这不比例如243mV的分析测试条反应阈值高得多的情况下，补偿可通过使算法1提供最大Vout(例如，1.024V)来提供，最大Vout随后(通过硬件或软件)被限于例如前述350mV。另外，在根据本发明的手持式测试仪的简单具体实施中，Ut等于Vout，并且每当算法1计算Vout的新值时算法2运行。
可发生在指令执行期间的步骤的代表性但非限制性序列在图8中描述。例如通过激活(即接通)手持式测试仪700并向其中插入分析测试条来激活图8(块810)的序列的起始。图8的步骤820可例如采用以上算法1，而步骤830采用以上算法2。在图8中实施的流程中，算法1输出电压(基于输入电流)，所述电压驱动通过测试条的电流并且为至算法2的电压输入。在图8的步骤的序列中采用的指令可完全或部分在手持式测试仪中实施为软件，所述软件包括例如使用本领域的技术人员已知的并且包括例如面向对象语言、C语言、C++语言或微处理器代码诸如汇编语言的任何合适的程序语言开发的软件(也被称为计算机程序)。此外，所需的软件可例如被存储在独立存储器块中或在微处理器块内集成的存储器块中。
图9示出相比于基于恒定电流电路块(标记驱动VH/W)的更昂贵和复杂的硬件，在由算法1产生的施加的电压(标记驱动V S/W)之间的可接受的匹配。
图10为示出根据本发明实施方案的方法900中的各阶段的流程图，该方法用于操作用于测定体液样品(例如全血样品)中的分析物(例如葡萄糖)的手持式测试仪。方法900包括在步骤910处使用手持式测试仪的存储器块和微处理器块检索存储在存储器块中的集成测试条样品检测和恒定电流驱动器指令。
在步骤920处，经由执行集成测试条检测和恒定电流驱动器指令，通过设置在手持式测试仪的条端口连接器(SPC)上的施加的电压，恒定电流在算法上被驱动通过插入到手持式检测仪的条端口连接器(SPC)中的分析测试条。方法900也包括基于所计算的电压以算法方式检测向插入手持式测试仪的SPC中的分析测试条的样品施加(参见图10的步骤930)。
在步骤940处，将所计算的电压与样品检测电压阈值进行比较，并且如果小于此阈值，则进行分析物测定测试。如果样品检测电压大于阈值，则方法900返回到步骤920用于所施加的电压的电势调节，并且因此电流驱动通过分析测试条。
一旦了解本公开，本领域的技术人员将认识到，易于通过结合根据本发明的实施方案和本文所述的手持式测试仪的任何技术、有益效果和特性来改进包括方法900在内的根据本发明的实施方案的方法。
虽然已经根据特定的变型和例示性附图描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将认识到本发明不限于所描述的变型或附图。此外，在上述的方法和步骤指示以一定的次序发生某些事件的情况下，本领域的普通技术人员将认识到某些步骤的次序可被修改，并且此类修改是根据本发明的变型。另外，某些步骤除了可以如上所述按顺序执行以外，在可能的情况下也可以在并行过程中同时执行。因此，本专利旨在涵盖本发明的变型，只要这些变型处于在权利要求中出现的本公开的实质内或与本发明等同。

Claims (20)

1.一种用于使用分析测试条测定体液样品中的分析物的手持式测试仪，所述手持式测试仪包括：
微处理器块；
条端口连接器(SPC)；
操作地连接到所述微处理器块和所述SPC的电压驱动器块；
操作地连接到所述SPC和所述微处理器块的电流测量块；以及
操作地联接到所述微处理器块并且存储集成测试条样品检测和恒定电流驱动器指令的存储器块，
其中所述存储器块、微处理器块、电压驱动器块和电流测量块被配置成使得当所述集成测试条样品检测和恒定电流驱动器指令由所述微处理器块执行时，在算法上检测向插入所述SPC中的测试条的样品施加，并且基于来自所述电流测量块的信号通过所述电压驱动器块改变施加到所述SPC的电压而在算法上驱动恒定电流通过所述插入的条。
2.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述恒定电流驱动器指令为基于环回控制的指令。
3.根据权利要求2所述的手持式测试仪，其中所述恒定电流驱动器指令为基于PID环回控制的指令。
4.根据权利要求3所述的手持式测试仪，其中所述恒定电流驱动器指令为以下形式的基于PID环回控制的指令：
Vout＝(Ierr*Gp)+(Iint*Gi)+(Idiff*Gd)
其中：
Ierr＝测量的电流与预先确定的目标电流之间的差值；
Gp＝比例增益常数
Iint＝先前Ierr值的总和，然而如果所述测量的电流大于预先确定的超限电流，则Iint＝0；
Gi＝积分增益常数，
Idiff＝Ierr与Ierr的紧接先前值之间的差值；
Gd＝差分增益常数；并且
Vout＝用于保持预先确定的稳定电流的输出电压。
5.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中测试条样品检测触发分析物测定。
6.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述测试条样品检测指令包括平均化算法。
7.根据权利要求6所述的手持式测试仪，其中所述平均化算法为以下形式：
U平均’＝((N-1)U平均+Ut)/N
其中：
N＝预先确定的整数；
Ut＝在时间t处跨测试条测量的电压；
U平均＝先前的N个电压读数的平均电压值，
U平均’＝引入Ut的重新计算的平均电压。
8.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述分析物为葡萄糖，并且所述体液样品为全血样品。
9.根据权利要求1所述的手持式测试仪，其中所述存储器块、微处理器块、电压驱动器块和电流测量块被配置成使得所述集成测试条样品检测和恒定电流驱动器指令基于来自所述电流测量块的信号通过所述电压驱动器块输出施加到所述SPC的电压而在算法上驱动恒定电流通过所述插入的条，并且
其中所述存储器块、微处理器块、电压驱动器块和电流测量块被配置成使得当所述集成测试条样品检测和恒定电流驱动器指令由所述微处理器块执行时，基于施加到所述SPC的所述输出电压在算法上检测向插入所述SPC中的测试条的样品施加。
10.根据权利要求9所述的手持式测试仪，其中所述恒定电流驱动器指令为基于环回控制的指令，并且
其中所述测试条样品检测指令包括平均化算法。
11.一种用于操作使用分析测试条测定体液样品中的分析物的手持式测试仪的方法，所述方法包括：
使用所述手持式测试仪的存储器块和微处理器块检索存储在所述存储器块中的集成测试条检测和恒定电流驱动器指令；
通过执行所述集成测试条检测和恒定电流驱动器指令，通过设置在所述手持式测试仪的条端口连接器(SPC)上的施加的电压，在算法上驱动恒定电流通过插入所述手持式检测仪的所述条端口连接器(SPC)中的分析测试条；以及
基于所述施加的电压以算法方式检测向插入所述SPC中的测试条的样品施加。
12.根据权利要求11所述的方法，其中样品施加的所述检测包括：
计算每个所述集成测试条检测和恒定电流驱动器指令的算法指令的样品检测电压；以及
将所述计算的样品检测电压与预先确定的阈值进行比较。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述恒定电流驱动器指令为基于环回控制的指令。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述恒定电流驱动器指令为基于PID环回控制的指令。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述恒定电流驱动器指令为以下形式的基于PID环回控制的指令：
Vout＝(Ierr*Gp)+(Iint*Gi)+(Idiff*Gd)
其中：
Ierr＝测量的电流与预先确定的目标电流之间的差值；
Gp＝比例增益常数
Iint＝先前Ierr值的总和，然而如果所述测量的电流大于预先确定的超限电流，则Iint＝0；
Gi＝积分增益常数
Idiff＝Ierr与Ierr的紧接先前值之间的差值；
Gd＝差分增益常数；并且
Vout＝用于保持稳定电流的输出电压。
16.根据权利要求12所述的方法，其中测试条样品检测触发分析物测定。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述测试条样品检测指令包括平均化算法。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述平均化算法为以下形式：
U平均’＝((N-1)U平均+Ut)/N
其中：
N＝预先确定的整数；
Ut＝在时间t处跨测试条测量的电压；
U平均＝先前的N个电压读数的平均电压值，
U平均’＝引入Ut的重新计算的平均电压。
19.根据权利要求9所述的方法，其中所述分析物为葡萄糖，并且所述体液样品为全血样品。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述恒定电流驱动器指令为基于环回控制的指令，并且
其中所述测试条样品检测指令包括平均化算法。
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