CN114748065A - 一种自供电型植入式血糖监测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自供电型植入式血糖监测设备及方法，该自供电型植入式血糖监测设备包括：主控模块、电池管理模块、蓄电池以及葡萄糖传感器，葡萄糖传感器分别与电池管理模块以及主控模块连接，葡萄糖传感器通过电池管理模块驱动具有在监测血糖时为主控模块获取AD值而采集检测电流的第一状态，以及具有在休眠时为蓄电池充电的第二状态。本发明通过葡萄糖传感器与电池管理模块连接，使其在监测血糖时作为传感器使用，在休眠时作为生物燃料电池给蓄电池供电，即在原装电池的基础容量上加上在休眠期获得电量，从而有效延长设备的使用寿命，且不影响设备的体积。
Description
技术领域
本发明涉及血糖仪设备技术领域，更具体地说，是涉及一种自供电型植入式血糖监测设备及方法。
背景技术
对于糖尿病患者而言，测血糖是每天必不可少的事情，目前最普遍的血糖测试设备是指血糖仪，但是存在很大的局限性，，因为它只能检测患者某个单个时点的血糖值，不能连续监测血糖水平，因此，连续血糖监测设备应运而生。
连续血糖监测设备是一种基于葡萄糖传感器的植入式医疗器械。目前，现有技术的连续血糖监测设备使用锂电池供电，使用寿命为3~14天。在微型化监测设备的趋势下，连续血糖监测设备的体积要求进一步缩小，则电池的容量将被进一步压缩，如何通过在缩小设备体积的情况下，使其使用寿命延长成为一个新的研究方向。
因此，现有技术有待改进。
发明内容
现有技术的连续血糖监测设备使用锂电池供电，使用寿命短，在微型化监测设备的趋势下，连续血糖监测设备的体积要求进一步缩小，如何通过在缩小设备体积的情况下，使其使用寿命延长的问题。
本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。本发明提出了一种自供电型植入式血糖监测设备，其中，包括：
主控模块；
电池管理模块，所述电池管理模块与所述主控模块连接；
蓄电池，所述蓄电池与所述电池管理模块连接，用于在监测血糖时为所述主控模块供电；
葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器分别与所述电池管理模块以及所述主控模块连接，所述葡萄糖传感器通过所述电池管理模块驱动具有在监测血糖时为所述主控模块获取AD值而采集检测电流的第一状态，以及具有在休眠时为所述蓄电池充电的第二状态。
在一种实施方式中，所述主控模块上连接设置有ADC，所述ADC用于所述主控模块获取AD值。
在一种实施方式中，所述ADC通过电化学传感器调理电路与所述葡萄糖传感器连接，所述电化学传感器调理电路用于将所述葡萄糖传感器检测到的电流转换为电压，用以所述主控模块通过所述ADC获取AD值。
在一种实施方式中，当在第一状态时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池断开；当在第二状态时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池连接形成充电回路，所述充电回路用于为所述蓄电池充电。
在一种实施方式中，还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块与所述主控模块连接。
在一种实施方式中，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块将所述AD值发送至上位机。
在一种实施方式中，所述葡萄糖传感器包括三电极体系传感器，所述三电极体系传感器包括工作电极WE、参比电极RE以及对电极CE，所述参比电极RE用于确定工作电极电位，所述对电极CE与所述工作电极WE构成测量回路，所述工作电极WE与所述参比电极RE构成极化回路。
本发明还提供了一种自供电型植入式血糖监测方法，其中，所述方法包括：
预先设置主控模块的第一功耗阀值；
获取主控模块的实时功耗阀值；
判断主控模块的实时功耗阀值是否大于第一功耗阀值，若是，通过电池管理模块控制蓄电池供电；若否，通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电。
在一种实施方式中，所述判断主控模块的实时功耗阀值是否大于第一功耗阀值，若是，通过电池管理模块控制蓄电池供电；若否，通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电的步骤中，当通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池连接形成充电回路，所述充电回路用于为所述蓄电池充电。
在一种实施方式中，所述葡萄糖传感器包括三电极体系传感器，所述三电极体系传感器包括工作电极WE、参比电极RE以及对电极CE，所述参比电极RE用于确定工作电极电位，所述对电极CE与所述工作电极WE构成测量回路，所述工作电极WE与所述参比电极RE构成极化回路。
本发明提供的自供电型植入式血糖监测设备及方法的有益效果至少在于：
本发明提供了一种自供电型植入式血糖监测设备及方法，该自供电型植入式血糖监测设备包括：主控模块、电池管理模块、蓄电池以及葡萄糖传感器，葡萄糖传感器分别与电池管理模块以及主控模块连接，葡萄糖传感器通过电池管理模块驱动具有在监测血糖时为主控模块获取AD值而采集检测电流的第一状态，以及具有在休眠时为蓄电池充电的第二状态。本发明通过葡萄糖传感器与电池管理模块连接，使其在监测血糖时作为传感器使用，在休眠时作为生物燃料电池给蓄电池供电，即在原装电池的基础容量上加上在休眠期获得电量，从而有效延长设备的使用寿命，且不影响设备的体积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自供电型植入式血糖监测设备的较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明自供电型植入式血糖监测设备中电池管理模块的较佳实施例的电路结构示意图。
图3为本发明自供电型植入式血糖监测设备中电化学传感器调理电路的较佳实施例的电路结构示意图。
图4为本发明自供电型植入式血糖监测方法的流程示意图。
图5为本发明自供电型植入式血糖监测方法的较佳实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术的连续血糖监测设备使用锂电池供电，使用寿命短，在微型化监测设备的趋势下，连续血糖监测设备的体积要求进一步缩小，如何通过在缩小设备体积的情况下，使其使用寿命延长的问题。
请参阅图1。本发明提出了一种自供电型植入式血糖监测设备，其中，包括：主控模块、电池管理模块、蓄电池以及葡萄糖传感器（又叫生物燃料电池），所述电池管理模块与所述主控模块连接，所述蓄电池与所述电池管理模块连接，用于在监测血糖时为所述主控模块供电，所述葡萄糖传感器分别与所述电池管理模块以及所述主控模块连接，所述葡萄糖传感器通过所述电池管理模块驱动具有在监测血糖时为所述主控模块获取AD值而采集检测电流的第一状态，以及具有在休眠时为所述蓄电池充电的第二状态。
具体的，当在第一状态时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池断开；当在第二状态时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池连接形成充电回路，所述充电回路用于为所述蓄电池充电。
葡萄糖传感器又叫生物燃料电池，所述葡萄糖传感器包括三电极体系传感器，所述三电极体系传感器包括工作电极WE、参比电极RE以及对电极CE，所述参比电极RE用于确定工作电极电位，所述对电极CE与所述工作电极WE构成测量回路，所述工作电极WE与所述参比电极RE构成极化回路。
具体的，该自供电型植入式血糖监测设备包括主控模块、电池管理模块、蓄电池、葡萄糖传感器、地端、温度补偿模块以及蓝牙模块，其中所述主控模块上连接设置有ADC（模数转换器），所述ADC用于所述主控模块获取AD值，所述ADC通过电化学传感器调理电路与所述葡萄糖传感器连接，所述电化学传感器调理电路用于将所述葡萄糖传感器检测到的电流转换为电压，用以所述主控模块通过所述ADC获取AD值。
在本实施例中，所述温度补偿模块与所述主控模块连接。温度补偿模块由温敏电阻构成，温敏电阻随温度变化改变阻值，则加在其上的电压出现变化，与主控模块的ADC端口连接采集电压，通过公式可得温度，在由上位机通过温度补偿算法以及血糖算法结合温度补偿的AD值和葡萄糖传感器的AD值计算当前血糖。
在本实施例中，AD值转化为施加于定值电阻的电压，则可以得到温敏电阻的实时电流值，根据电流值得到实时阻值，对应阻值表可以得到实时温度，所述温度补偿模块由温敏电阻和一固定阻值电阻串联构成，对串联的温敏电阻和定值电阻施加相同的电压，温度变化时分配至定值电阻的电压改变，使用主控模块的ADC端口测量定值电阻上的电压，通过计算可得定值电阻的电流，由于温敏电阻与定值电阻串联则两者的电流一致，施加于电阻上的电压除以电流值，得到总阻值，总阻值减去定值电阻，得到温敏电阻的实时阻值，通过阻值表，得到对应温度。
在本实施例中，所述蓝牙模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块将所述AD值发送至上位机。
在一种实施例中，主控模块可以采用芯片STM32RCT6，通过芯片STM32RCT6上的IO口输出控制电池管理模块，且可以读取电池电压对应的AD值。芯片STM32RCT6与蓝牙模块相连，作为从机，可以通过蓝牙模块广播发送数据到上位机，可以接收上位机的蓝牙广播传输的指令，并执行相应的操作。
在本实施例中，葡萄糖传感器与电化学传感器调理电路连接，把检测到的电流通过电化学传感器调理电路转换为电压，由主控模块的ADC采集获得AD值并由蓝牙通讯发送至上位机。
在本实施例中，请参阅图2，电池管理模块可以采用TIDA-00041模块，该TIDA-00041模块使用BQ25504芯片其不仅具有低能耗和低工作电流的优点，同时也能实时对电池的运行模式进行检测，且工作时的电压不小于 80mV，能对比较小的电能进行收集，葡萄糖传感器的工作电极WE连接至J1的VIN接线端，对电极CE连接至J1的GND接线端，经过BQ25504升压转换器输出为3V的电压输出。
在本实施例中，电池管理模块分别与葡萄糖传感器以及蓄电池连接，在高功耗模式下，使用蓄电池供电系统，保证蓝牙模块通讯的正常运行；在低功耗模式下，即主控模块处于休眠模式时，由于需要的电流较小，此时可以通过葡萄糖传感器在工作电极上发生氧化反应，生成电流，电池管理模块调节开关，形成葡萄糖传感器和蓄电池之间的充电电路，使用葡萄糖传感器为蓄电池充电。
其中，葡萄糖传感器又叫生物燃料电池，由一种柔性电极制造而来，葡萄糖传感器的制备方法包括如下步骤：
S1、使用等离子体清洗丝印电极的表面；
S2、在工作电极上滴加葡萄糖氧化酶交联锇电子介体的内酶层；
S3、使用提拉机在电极尖端处提拉外膜，外膜材料为亲水性易提拉的水凝胶溶液，呈现一种多孔结构，可以有效阻挡电化学干扰物接触电极，有效控制葡萄糖分子的进出电极表面发生氧化还原反应生成电流。
葡萄糖分子只在工作电极WE表面发生反应，参比电极RE的作用为确定工作电极电位，对电极CE与工作电极WE构成测量回路，工作电极WE和参比电极RE构成极化回路。
柔性电极为两面结构，工作电极WE和参比电极RE在同一面，对电极CE在另一面，工作电极WE和参比电极RE通过绝缘层连接，防止工作电极WE和参比电极RE连接导致传感器失效。其中，参比电极RE可以为AgCl/Ag涂层，工作电极WE和对电极CE的基底可以为丝印碳层。
该葡萄糖燃料电池采用人体内组织液为电解质溶液，通过氧化组织液中葡萄糖产生电流，经由电池管理模块，为蓄电池充能，达到电池循环使用，变相延长植入式血糖检测设备的寿命。
请参阅图3，电化学传感器调理电路与葡萄糖传感器连接，葡萄糖传感器即为传感器S1，具体的，电化学传感器调理电路包括：恒电位仪电路、采集电路、跨阻放大器电路、负反馈电路以及低通滤波电路，传感器S1包括工作电极WE、参考电极RE以及对电极CE，恒电位仪电路与第一偏置电压 Vref1连接，用于保证所述参考电极RE和所述对电极CE的电位恒定，所述采集电路与所述工作电极WE连接，用于采集电流信号，所述跨阻放大器电路与第二偏置电压 Vref2连接，用于将电流转换为电压输出，负反馈电路用于电流转换为后被放大的倍数以及电流输出值的稳定效果，低通滤波电路用于滤除高频信号和杂波信号，得到干净的电压信号Vout。
具体的，所述恒电位仪电路包括：第一运算放大器U1A、第一电容C1、第四电容C4、第一电阻R1、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8；
所述第一运算放大器U1A的正输入端通过所述第一电阻R1与所述第一偏置电压Vref1连接；
所述第一运算放大器U1A的负输入端依次连接所述第六电阻R6、所述第五电阻R5以及参考电极RE；
所述第一运算放大器U1A的输出端通过所述第八电阻R8与所述对电极CE连接。
所述第一运算放大器U1A的正电源VCC通过第五电容C5与所述第一运算放大器U1A的负电源连接。
所述采集电路包括：第三电阻R3、第二运算放大器U1B；
所述工作电极WE通过所述第三电阻R3与所述第二运算放大器U1B的负输入端连接，所述第三电阻R3用于采集电流信号。
所述跨阻放大器电路包括：第二电阻R2，所述第二运算放大器U1B的正输入端通过所述第二电阻R2与所述第二偏置电压 Vref2连接。
所述负反馈电路包括：第四电阻R4以及第二电容C2,，所述第二运算放大器U1B的负输入端分别与所述第四电阻R4的一端以及所述第二电容C2的一端连接，所述第四电阻R4的另一端以及所述第二电容C2的另一端均与所述第二运算放大器U1B的输出端连接。第四电阻R4的阻值大小和第二电容C2的容值大小决定了放大倍数及电路输出值的稳定效果，第四电阻R4的阻值决定电流转换为后被放大的倍数，第二电容C2用于滤除电流信号中的交流部分。
所述电化学传感器调理电路还包括第一场效应管Q1以及第六电容C6；
所述第一场效应管Q1的源极S与所述工作电极WE连接；
所述第一场效应管Q1的漏极D与所述参考电极RE连接；
所述第一场效应管Q1的栅极G与所述第六电容C6的一端连接。
所述低通滤波电路包括第七电阻R7以及第三电容C3，用于滤除高频信号和杂波信号，得到干净的电压信号Vout；
所述第二运算放大器U1B的输出端通过所述第七电阻R7与输出电压信号端Vout连接。
所述第六电容C6的另一端通过所述第三电容C3与所述输出电压信号端Vout连接。
在本实施例中，当在第一状态时，葡萄糖传感器与蓄电池断开，葡萄糖传感器用于电化学传感器调理电路的工作。
请参阅图4，本发明还提供了一种自供电型植入式血糖监测方法，其中，所述方法包括：
S100、预先设置主控模块的第一功耗阀值；
S200、获取主控模块的实时功耗阀值；
S300、判断主控模块的实时功耗阀值是否大于第一功耗阀值，若是，通过电池管理模块控制蓄电池供电；若否，通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电。
其中，步骤S300中，当通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池连接形成充电回路，所述充电回路用于为所述蓄电池充电。
在本实施例中，所述葡萄糖传感器包括三电极体系传感器，所述三电极体系传感器包括工作电极WE、参比电极RE以及对电极CE，所述参比电极RE用于确定工作电极电位，所述对电极CE与所述工作电极WE构成测量回路，所述工作电极WE与所述参比电极RE构成极化回路。
请参阅图5，葡萄糖传感器又叫生物燃料电池，广播模式指的是主控模块的功耗模式，判断是否需要广播模式，若是，指的是主控模块的实时功耗阀值大于第一功耗阀值，之后通过电池管理模块控制蓄电池供电，若否，指的是主控模块的实时功耗阀值不大于第一功耗阀值，之后通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电。
综上所述，本发明提供了一种自供电型植入式血糖监测设备及方法，该自供电型植入式血糖监测设备包括：主控模块、电池管理模块、蓄电池以及葡萄糖传感器，葡萄糖传感器分别与电池管理模块以及主控模块连接，葡萄糖传感器通过电池管理模块驱动具有在监测血糖时为主控模块获取AD值而采集检测电流的第一状态，以及具有在休眠时为蓄电池充电的第二状态。本发明通过葡萄糖传感器与电池管理模块连接，使其在监测血糖时作为传感器使用，在休眠时作为生物燃料电池给蓄电池供电，即在原装电池的基础容量上加上在休眠期获得电量，从而有效延长设备的使用寿命，且不影响设备的体积。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自供电型植入式血糖监测设备，其特征在于，包括：
主控模块；
电池管理模块，所述电池管理模块与所述主控模块连接；
蓄电池，所述蓄电池与所述电池管理模块连接，用于在监测血糖时为所述主控模块供电；
葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器分别与所述电池管理模块以及所述主控模块连接，所述葡萄糖传感器通过所述电池管理模块驱动具有在监测血糖时为所述主控模块获取AD值而采集检测电流的第一状态，以及具有在休眠时为所述蓄电池充电的第二状态。
2.如权利要求1所述的自供电型植入式血糖监测设备，其特征在于，所述主控模块上连接设置有ADC，所述ADC用于所述主控模块获取AD值。
3.如权利要求2所述的自供电型植入式血糖监测设备，其特征在于，所述ADC通过电化学传感器调理电路与所述葡萄糖传感器连接，所述电化学传感器调理电路用于将所述葡萄糖传感器检测到的电流转换为电压，用以所述主控模块通过所述ADC获取AD值。
4.如权利要求1所述的自供电型植入式血糖监测设备，其特征在于，当在第一状态时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池断开；当在第二状态时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池连接形成充电回路，所述充电回路用于为所述蓄电池充电。
5.如权利要求1所述的自供电型植入式血糖监测设备，其特征在于，还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块与所述主控模块连接。
6.如权利要求1所述的自供电型植入式血糖监测设备，其特征在于，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块将所述AD值发送至上位机。
7.如权利要求1所述的自供电型植入式血糖监测设备，其特征在于，所述葡萄糖传感器包括三电极体系传感器，所述三电极体系传感器包括工作电极WE、参比电极RE以及对电极CE，所述参比电极RE用于确定工作电极电位，所述对电极CE与所述工作电极WE构成测量回路，所述工作电极WE与所述参比电极RE构成极化回路。
8.一种自供电型植入式血糖监测方法，其特征在于，所述方法包括：
预先设置主控模块的第一功耗阀值；
获取主控模块的实时功耗阀值；
判断主控模块的实时功耗阀值是否大于第一功耗阀值，若是，通过电池管理模块控制蓄电池供电；若否，通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电。
9.如权利要求8所述的自供电型植入式血糖监测方法，其特征在于，所述判断主控模块的实时功耗阀值是否大于第一功耗阀值，若是，通过电池管理模块控制蓄电池供电；若否，通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电的步骤中，当通过电池管理模块控制葡萄糖传感器为蓄电池充电时，所述葡萄糖传感器与所述蓄电池连接形成充电回路，所述充电回路用于为所述蓄电池充电。
10.如权利要求8所述的自供电型植入式血糖监测方法，其特征在于，所述葡萄糖传感器包括三电极体系传感器，所述三电极体系传感器包括工作电极WE、参比电极RE以及对电极CE，所述参比电极RE用于确定工作电极电位，所述对电极CE与所述工作电极WE构成测量回路，所述工作电极WE与所述参比电极RE构成极化回路。
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- 2022-04-28 CN CN202210456217.8A patent/CN114748065A/zh active Pending
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