CN116113367A - 用于检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于检测连续分析物监测系统(110)的至少一个部件(122)的故障的方法。所述连续分析物监测系统(110)包括所述部件(122)和至少一个故障检测电阻器(124)。所述连续分析物监测系统(110)包括至少一个分析物传感器(112)，所述至少一个分析物传感器包括至少两个测量电极(114)。所述方法包括以下步骤：i)在所述分析物传感器(114)的所述至少两个测量电极(112)之间施加恒定电压并且测量第一响应信号，ii)将在频率和/或高度上与所述恒定电压和/或所述第一响应信号可区分的故障检测信号施加至所述连续分析物监测系统，并且使用所述故障检测电阻器(124)测量针对所述故障检测信号的第二响应信号；iii)通过评估所述第一响应信号和所述第二响应信号来确定取决于所述部件的至少一种实际属性的信息，其中如果所述信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差，则检测到故障。
Description
技术领域
本发明公开一种用于检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法、一种使用至少一个连续分析物监测系统确定体液中至少一种分析物的浓度的方法和一种连续分析物监测系统。连续分析物监测系统包括至少一个分析物传感器，该分析物传感器可为或可包括配置为用于插入至使用者的身体组织中的电化学传感器，具体地用于监测身体组织中和/或身体组织内的体液中的至少一种分析物的可插入或可植入电化学传感器。根据本发明的方法和装置可用于检测存在于身体组织或体液中的一者或两者中的至少一种分析物，特别地该方法和这些装置应用于以下领域：体液中的分析物检测领域，诸如血液或间质液或其他体液中的一种或多种分析物，诸如葡萄糖、酮、乳酸、甘油三酯、胆固醇或其他分析物；专业诊断领域；医院定点护理领域；个人护理领域；以及家庭监测领域。然而，其他应用领域也是可行的。
背景技术
在医疗技术和诊断领域，已知大量用于检测体液中的至少一种分析物的监测装置和方法。该方法和这些监测装置可用于检测存在于身体组织或体液中的一者或两者中的至少一种分析物，特别是体液，诸如血液或间质液或其他体液中的一种或多种分析物，优选地为代谢物，诸如葡萄糖、乳酸、酮、甘油三酯、胆固醇或其他分析物。在不限制本发明的范围的情况下，以下主要参考通过电化学生物传感器确定葡萄糖作为例示性和优选的分析物。
典型电化学生物传感器包括生物识别元件，其可为抗体、DNA串、蛋白质或更特别地为酶。这些分子与分析物分子特异性结合或反应。生物识别元件，此处以酶为示例，与转换器接触，转换器为将生物识别元件的变化转换为可测量信号的元件。典型电化学生物传感器使用工作电极作为转换器。在酶电极的情况下，由酶产生的电荷(电子)必须由转换器有效和/或定量收集。取决于使用的酶和传感器结构，电荷转移可直接从酶至传感器，即工作电极，或由例如天然氧、氧化还原活性聚合物或其他氧化还原活性物质介导的氧化还原。此处例示性呈现的电化学传感器使用来自氧化还原酶类别的酶，称为葡萄糖氧化酶(GOx)。GOx可使用氧气作为电子受体，将其还原为过氧化氢。后者向工作电极表面扩散，该表面在足以有效氧化过氧化氢的电位下极化。因此，氧气/过氧化氢充当氧化还原介质，用于将电子自酶活性中心转移至工作电极的表面。此类方案对应于第一代酶生物传感器。在第二代中，设想了其他氧化还原试剂来替代氧气。此类介质可为自由扩散物质，或以聚合物基质或其他方式结合。氧化还原活性物质的一些实例为二茂铁和吩嗪衍生物、醌、钌或锇络合物。
常用的为基于电位测量原理的电化学生物传感器。因此，电化学生物传感器需要通过对电极与工作电极之间的电位永久极化。在此情况下，与体液中的葡萄糖水平成比例的电流流入工作电极并且流出对电极。调节电压和测量电流的电子装置称为“恒电位器”。通常，使用模拟电子装置来调节电压。这可使用几个运算放大器和至少一个参考电压来完成。
需要提供电化学生物传感器及其部件的功能安全性。特别地，需要提供检测一个部件是否有问题的方法，以避免给出错误的分析物值。例如，如果测量电阻器的值因短路、部件开裂、老化等因素而改变，则可能导致测量的分析物值出现错误。通常，此检测是通过在两个电极触点上使用模拟开关来完成。
WO 2017/153506A1描述了一种分析物测量贴片，用于侵入性测量分析物，特别是葡萄糖的浓度。分析物测量贴片包括带有工作电极、对电极和参考电极的传感器。该贴片进一步包括具有微控制器和电流测量单元的电子单元。微控制器包括控制输出、第一模拟输入和第二模拟输入。控制输出与控制电极可操作地耦合，控制电极为工作电极或对电极。第一模拟输入经由电流测量单元与测量电极可操作地耦合，测量电极为工作电极或对电极中的任一者。第二模拟输入与参考电极可操作地耦合。微控制器配置为用于通过向控制输出提供控制电压来控制工作电极与对电极之间的电位差以等于预定义的极化电压。
US2020/209179A1描述了使用分析物传感器阻抗值检测分析物传感器的损坏的系统和方法。分析物传感器的膜完整性状态可基于阻抗参数。
US2020/178868A1公开一种用于检测生物传感器的体内属性的方法。在该方法中，提供了灵敏度-导纳关系并且测量了生物传感器中的原始电流。还在第一和第二操作点测量体内电流响应。通过使用在第一和第二操作点测量的体内电流响应来监测生物传感器的故障安全操作。
US2010/169035A1描述了用于观测传感器状态的方法和材料。诸如电压脉冲的电压被施加至传感器以请求电流响应，例如可从中导出阻抗值。然后，该阻抗值可用作传感器状态的指示器。
US8，594，760B2描述了一种用于体内监测分析物浓度的具有故障检测的测量系统，其包括电极系统、恒电位器和评估单元。电极系统具有工作电极、参考电极和对电极。恒电位器用于将工作电极的电位与参考电极的电位之间的电位差调整为特定值，并且用于测量在工作电极与对电极之间流动的电流。恒电位器包括用于连接至工作电极的工作电极端子、用于连接至参考电极的参考电极端子以及用于连接至对电极的对电极端子。评估单元监测对电极的电位并且在该电位超出规定参考范围时产生故障信号。
然而，此类已知装置和方法为昂贵的并且在监测装置的板上占据有价值的位置。特别地，具有用于此应用的所有良好属性的模拟开关价格昂贵，并且在板上占据一些有价值的位置。
待解决的问题
因此，本发明的一个目的为提供一种用于检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法、一种使用至少一种连续分析物监测系统来确定体液中至少一种分析物的浓度的方法及一种连续分析物监测系统，其至少部分地避免了此类已知装置和方法的缺点并且至少部分地解决了上述挑战。特别地，应以降低的成本以及在连续分析物监测系统的电子单元内的极少附加部件来确保功能安全。
发明内容
此问题通过具有独立技术方案的特征的一种用于检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法、一种使用至少一种连续分析物监测系统来确定体液中至少一种分析物的浓度的方法以及一种连续分析物监测系统来解决。可用单独方式或以任何随意组合方式实现的有利实施例列于从属权利要求以及整个说明书中。
如下文所使用的，术语“具有”、“包括”或“包含”或其任意语法变化形式以非排他性方式使用。因此，这些术语既可指除了由这些术语引入的特征之外，在此上下文中描述的实体中不存在其他特征的情况，也可指存在一个或多个其他特征的情况。作为示例，表述“A具有B”、“A包括B”和“A包含B”都可指除B之外，A中不存在其他任何元素的情况(即，A仅由B组成的情况)，以及除B之外，实体A中还存在一个或多个其他元素诸如元素C、元素C和D或甚至其他元素的情况。
此外，应注意，指示特征或元素可存在一次或多次的术语“至少一个”、“一个或多个”或类似表述通常在引入相应特征或元素时仅使用一次。在下文中，在大多数情况下，当提及相应的特征或元素时，尽管相应的特征或元素可能只存在一次或多次，但不会重复使用表述“至少一个”或“一个或多个”。
此外，如下所用，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似的术语与可选特征结合使用，而不限制替代可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选特征，并且无意以任何方式限制权利要求的范围。如技术人员将认识到的，本发明可通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本发明的实施例中”引入的特征或类似表述意图成为可选特征，而对本发明的替代实施例没有任何限制，对本发明的范围没有任何限制，并且对将以这种方式引入的特征与本发明的其他可选或非可选特征相结合的可能性也没有任何限制。
在本发明的第一方面，公开一种用于检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法。
如本文所使用，术语“系统”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于可相互作用以实现至少一种共同功能的至少两个元件的组。至少两个部件可经独立处理或可耦合、可连接或可集成以形成共同部件。因此，系统通常是指至少两个元件或部件的组，这些元件或部件能够相互作用以执行至少一种共同功能，诸如为了对体液中的至少一种分析物完成至少一次检测和/或为了有助于检测体液中的至少一种分析物。该系统通常也可称为组件。术语“部件可指系统的子系统、元件或组成部分。
如本文所使用，术语“监测”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于连续获取数据并且从中导出所需信息的过程。具体地，监测可包括检测体液中的至少一种分析物。如本文所使用，术语“检测”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于确定体液中至少一种分析物的存在和/或数量和/或浓度的过程。因此，检测可为或可包括定性检测，即简单地确定至少一种分析物的存在或至少一种分析物的不存在，和/或可为或可包括定量检测，其确定至少一种分析物的数量和/或浓度。分析物的监测可包括产生和评估多个测量信号，由此确定所需信息。本文中，多个测量信号可在固定或可变的时间间隔内记录，或替代地或附加地，在至少一个预先指定的事件发生时记录。特别地，连续分析物监测系统可尤其适于用于连续监测一种或多种分析物，特别是葡萄糖，诸如用于管理、监测和控制糖尿病状态。
如本文所使用，术语“分析物监测系统”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于配置为用于监测使用者体液中的至少一种分析物的任意系统。如本文所使用，术语“连续分析物监测系统”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于配置为用于连续监测使用者体液中的分析物的分析物监测系统。连续分析物监测系统或连续分析物监测系统的至少一部分可在使用者的身体组织中停留预定的时间段，诸如几小时，具体地一天或多天，更具体地长达一周，甚至更具体地长达两周甚至更长时间。
如本文中所使用的术语“分析物”，是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于可存在于体液中且使用者可能关注其浓度的任意元素、组分或化合物。具体地，分析物可为或可包括可参与使用者代谢的任意化学物质或化合物，诸如至少一种代谢物。例如，至少一种分析物可选自由葡萄糖、酮、胆固醇、甘油三酯、乳酸组成的组。然而，附加地或替代地，可确定其他类型的分析物和/或可确定分析物的任何组合。
如本文进一步所用，术语“体液”通常可指流体，特别是液体，其通常可存在于使用者的身体或身体组织中和/或可由使用者的身体产生。优选地，体液可选自由血液和间质液组成的组。然而，附加地或替代地，可使用一种或多种其他类型的体液，诸如唾液、泪液、尿液或其他体液。在检测至少一种分析物期间，体液可存在于身体或身体组织内。因此，连续分析物监测系统可具体地配置为用于检测身体组织内的至少一种分析物。
如在本发明中一般所用，术语“使用者”可指人类或动物，与人类或动物分别可能处于健康状态或可能患有一种或多种疾病的事实无关。例如，使用者可为患有糖尿病的人或动物。然而，附加地或替代地，本发明可应用于其他类型的使用者或患者或疾病。
连续分析物监测系统包括至少一个分析物传感器。如本文所使用，术语“传感器”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于配置为用于检测至少一种状况或测量至少一种测量变量的任意元件或装置。如本文所使用，术语“分析物传感器”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于配置为用于定量或定性检测至少一种分析物的传感器。分析物传感器可为或可包括至少一个电化学传感器。术语“电化学传感器”具体可指基于电化学测量原理，诸如通过使用安培、库仑或电位测量原理中的一种或多种。具体地，电化学传感器可包括至少一种酶，该至少一种酶配置为用于在待检测的分析物存在下完成至少一种氧化还原反应，其中氧化还原反应可通过电手段来检测。如本文所用，术语“电化学检测”是指通过电化学手段，诸如电化学检测反应，对分析物的电化学可检测属性的检测。因此，例如，电化学检测反应可通过比较一个或多个电极电位(诸如工作电极的电位)与一个或多个另外的电极(诸如对电极或参考电极)的电位来检测。检测可为分析物特异性的。检测可为定性和/或定量检测。
分析物传感器可为体内传感器。如本文所使用，术语“体内传感器”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于配置为用于至少部分地植入至使用者的身体组织中的传感器。分析物传感器可为皮下分析物传感器。分析物传感器可配置为用于植入至使用者的身体组织中。更具体地，分析物传感器可配置为用于分析物的连续监测。分析物传感器可为完全可植入的或部分可植入的。根据本发明的方法可在体内完成。
分析物传感器包括至少两个测量电极。分析物传感器可为包括两个测量电极，特别地是精确地两个测量电极的双电极传感器，或为包括三个测量电极，特别地为正好三个测量电极的三电极传感器。如本文所使用，术语“测量电极”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于与电解质，特别地与体液接触或可使其与电解质接触的电极。至少两个测量电极可经设计以使得电化学反应可在一个或多个电极处发生。因此，测量电极可经实施以使得氧化反应和/或还原反应可在一个或多个电极处发生。
测量电极中的一者可设计为工作电极。如本文所使用，术语“工作电极”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于分析物传感器的电极，其配置为用于测量信号，诸如电压、电流、电荷或电/电化学电位，取决于在工作电极处发生的用于检测至少一种分析物的电化学检测反应的程度。工作电极可包括至少一种测试化学品。工作电极可完全或部分地覆盖有至少一种测试化学品，具体地包括用于检测至少一种分析物的至少一种酶的至少一种测试化学品。例如，可使用葡萄糖氧化酶(GOx)或葡萄糖脱氢酶(GDH)。此外，测试化学品可包括额外材料，诸如粘合剂材料、电极颗粒、介质等。因此，例如，测试化学品可包括至少一种酶、碳粒子、聚合物粘合剂和MnO2粒子。在另一优选实施例中，测试化学品可包含酶和介质聚合物，该介质聚合物包含聚合材料和含金属络合物，例如负载有经由双齿键联共价偶联的聚(双亚氨基)Os络合物的经修饰的聚(乙烯基吡啶)主链。此外，至少一种测试化学品可包含在单个层中，或测试化学品可包含多个层，诸如具有至少一种酶的一个层和具有一种或多种额外功能的一个或多个额外层，例如一个或多个扩散阻挡层和/或一个或多个生物相容性层。
测量电极中的另一者可设计为对电极或辅助电极。如本文所使用，术语“对电极”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于适于完成至少一种电化学相对反应和/或配置为用于平衡由于工作电极处的检测反应而产生的电流的电极。对电极可为植入或部分植入的分析物传感器的一部分，或可为个别电极，其被植入或部分植入或置于身体上的其他地方，例如皮肤表面上。在分析物传感器含有包括正好两个测量电极的双电极系统的情况下，对电极可完成电路，使得电荷可流过由工作电极、对电极及诸如体液的电解质提供的电化学电池，也称为电化学系统，并且可保持恒定的对电极电位，也亦称为恒定参考电位，无论电流如何。与也称为对电极的测量电极中的另一者相比，工作电极可具有更高电位。
此外，分析物传感器可包括至少一个参考电极。术语“参考电极”，也称为“伪参考电极”，具体可指但不限于配置为用于提供电化学参考电位的分析物传感器的电极，该参考电位至少广泛地独立于分析物的存在或不存在或浓度。参考电极可配置为用于作为用于测量和/或控制工作电极的电位的参考。参考电极可具有稳定且众所周知的电极电位。参考电极的电极电位可优选为高度稳定的。测量电极中的一者可具有多种功能，例如，组合参考电极及对电极，也称为组合相对-参考电极，其具有参考电极和对电极的功能，这意味着其提供参考电位且平衡来自工作电极的电流。
连续分析物监测系统包括至少一个部件和至少一个故障检测电阻器。该部件可为以下中的一者或多者：配置为用于测量连续分析物监测系统的传感器电流的至少一个测量电阻或至少一个测量电极所包括的至少一个膜元件。如本文所使用，术语“故障检测电阻器”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于至少一个可用于故障检测的电阻器。具体地，故障检测电阻器可为除了进行故障检测的部件以外的连续分析物监测系统的元件。故障检测电阻器可具有已知的，例如预先确定的或预先知晓的电阻值。电阻值可为从多个参考测量值所确定的平均值，具体地为预先确定的平均值。电阻值可经选择为适合于确定各个部件的故障，诸如测量电阻或膜元件的故障。
如本文所使用，术语“故障”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于与目标值和/或目标行为的偏差。故障具体可指功能故障。故障可能由于短路、部件破裂、老化等而发生，且可能导致分析物的错误或不正确检测。
该方法包括如在对应独立权利要求中给出且如下所列的方法步骤。方法步骤可以给定次序执行。此外，可存在未列出的额外方法步骤。该方法包括以下步骤：
i)在分析物传感器的至少两个测量电极之间施加恒定电压并且测量第一响应信号，
ii)将在频率和/或高度上与该恒定电压和/或该第一响应信号可区分的故障检测信号施加至该连续分析物监测系统，并且使用该故障检测电阻器测量针对该故障检测信号的第二响应信号；
iii)通过评估该第一响应信号和及该第二响应信号来确定取决于该部件的至少一种实际属性的信息，其中如果该信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差，则检测到故障。
如本文所使用，术语“恒定电压”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于两个测量电极之间的恒定电位差或任意高度的极化电位。术语“恒定”可指至少在故障检测程序期间电压的及时的基本不变高度。术语“基本不变的高度”可指在例如±1％或甚至更小、优选±0.1％或更小的容差内的不变高度。如本文所使用，术语“施加恒定电压”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语特定可指但不限于极化测量电极。例如，对电极可处于基态并且恒定电压可向工作电极施加。例如，恒定电压可为约50mV。其他恒定电压值可为可能的。恒定电压可取决于测量电极处的化学性质。取决于测量电极处的化学性质选择适合的恒定电压为本领域技术人员已知的。
如本文所使用，术语“响应信号”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语特定可指但不限于响应连续分析物监测系统的电压或电流的施加而产生的可测量信号。如本文所使用，术语“第一响应信号”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语特定可指但不限于在至少两个测量电极之间的恒定电压的情况下由分析物传感器产生的至少一个电流信号或至少一个电压信号。
分析物传感器可包括和/或可连接至至少一个测量装置和/或可为至少一个测量装置的一部分，特别是至少一个恒电位器或恒电流仪，配置为用于检测至少一种分析物。恒电位器和恒电流仪的工作原理为本领域技术人员公知的。恒电位器可配置为用于产生和/或施加恒定电压。通过施加恒定电压，可实现测量电极之间的恒定电位差。恒定电位差也可称为分析物传感器的极化电压。在测量电极之间的电位差恒定的情况下，与存在于使用者体内的葡萄糖含量成比例的电流可流入工作电极且流出对电极。恒定电压可为使分析物传感器的电化学电池极化的连续直流(DC)信号，并且充当用于对经GOx氧化的分析物进行电流测量的“马达”。可不时地或连续地调整恒定电压以给予分析物传感器其极化电压，优选地，以便在分析物传感器处保持预定义极化电压。
特别地，恒电位器可配置为用于监测和维持施加于工作电极上的电位。恒电位器可配置为用于监测和维持参考电极与工作电极之间的电位。如上所概述，测量电极中的一者可具有若干功能并且可设计为组合的相对参考电极。恒电位器可配置为用于监测和维持组合的相对参考电极与工作电极之间的电位。恒电位器可配置为用于在参考电极与工作电极之间或在工作电极与组合的相对参考电极之间维持期望的极化电压，例如50mV。可在工作电极或对电极或组合的相对参考电极处测量在工作电极与对电极或组合的相对参考电极之间流动的电流。参考电极可用于监测工作电极的电位。
连续分析物监测系统可包括至少一个控制单元，特别地为数字控制单元，诸如至少一个微控制器单元(MCU)。MCU可配置为用于调节测量电极之间的电压。分析物传感器可包括MCU和/或可直接连接至MCU。例如，分析物传感器可包括传感器触点，分析物传感器特别地测量电极可经由这些传感器触点连接至MCU。MCU的使用具有若干优点。特别地，仅需要极少模拟部件。此外，不需要任何电压调节器或额外电压参考。MCU可包括数字到模拟转换器(DAC)或至少一个脉宽调制器(PWM)，其配置为用于将恒定电压施加至测量电极，特别地为工作电极。MCU可包括多个模拟到数字转换器(ADC)通道。MCU可包括至少一个ADC通道，用于确定对电极处的电压输出。可测量对电极处的电位并且因此从MCU获知。MCU配置为用于经由ADC通道测量对电极处的电位并且调节DAC或PWM以获得测量电极的预定义极化。
如下文将更详细地概述，连续分析物监测系统可包括至少一个测量电阻，用于测量在对电极外部流动的电流。连续分析物监测系统可包括至少一个第一测量电阻，其可配置为用于将流出对电极的电流转换为与电流成比例的电压。MCU可进一步包括至少一个放大器，诸如运算放大器。附加地或替代地，放大器可为可连接至MCU的外部放大器。放大器可配置为用于在ADC通道处进行测量之前放大电压，诸如通过恒定增益因子。MCU可进一步包括至少一个输出，为了检测分析物，其可处于基态，即逻辑0。连续分析物监测系统可包括与第一测量电阻并联并且在逻辑0的情况下连接至输出的至少一个第二测量电阻。第二测量电阻可具有比第一测量电阻高得多的电阻。因此，来自对电极的电流可流入第一测量电阻和第二测量电阻。如果该两个测量电阻具有已知且不变的值，则可能通过使用欧姆定律使用ADC通道计算流出对电极的电流。
如本文所使用，术语“故障检测信号”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语特定可指但不限于在可用于检测部件故障的至少一种属性上与恒定电压和/或第一响应信号可区分的电流或电压信号。故障检测信号在频率和/或高度上与恒定电压和/或第一响应信号不同。例如，故障检测信号可显著小于恒定电压和/或第一响应信号。例如，故障检测信号可能比恒定电压显著更短，诸如脉冲。
如本文所使用，术语“第二响应信号”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于响应于施加至故障检测信号而使用故障检测电阻器确定的至少一个电流信号或至少一个电压信号。特别地，可通过使用故障检测电阻器来测量第二响应信号。
本文所使用的术语“部件的属性”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于影响分析物检测的部件的至少一种任意属性。例如，部件可为测量电阻并且属性可为电阻值。例如，该部件可为至少一个测量电极所包括的膜元件，并且该属性可为至少一种膜属性。如本文所使用，术语“实际属性”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于部件的当前属性，其可取决于部件的状态或状况。部件的状态或状况可随时间推移而改变，诸如由于老化、机械影响、温度影响等。取决于实际属性的信息可为指示部件的状态或状况的任意信息。如本文所使用，术语“预期值”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于部件的目标值。
如本文所使用，术语“评估”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于自各别响应信号导出至少一个代表性结果。
步骤iii)尤其可包括根据实际属性和预期值比较信息。如果信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差，则检测到故障。例如，如果信息偏离至少一个预期值超过±10％，优选地±5％，更优选地±2％，则可检测到故障。
例如，部件可为连续分析物监测系统的测量电阻中的至少一者。如本文所使用，术语“测量电阻”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于可用于确定流出对电极的电流的电阻器。测量电阻可用于测量连续分析物监测系统的传感器电流。如上所概述，连续分析物监测系统可包括测量电阻，其可连接至对电极并且可配置为用于将流出对电极的电流转换为与电流成比例的电压。如上所概述，MCU可进一步包括至少一个输出，为了检测分析物，其可处于基态，即逻辑0。连续分析物监测系统可包括与第一测量电阻并联并且在逻辑0的情况下连接至输出的至少一个第二测量电阻。第二测量电阻可具有比第一测量电阻高得多的电阻。因此，流出对电极的电流可流入第一和第二测量电阻。可测量与流出对电极的电流成比例的电压，诸如经由MCU的最后一个ADC通道。如果第一测量电阻和第二测量电阻的值为已知且不变，则可使用欧姆定律自测量的电压确定流入第一测量电阻的电流。
该方法可包括确定测量电阻是否正常工作。具体地，该方法可包括确定连续分析物监测系统的测量链是否正常工作。测量链可包括测量电阻和其他元件，诸如至少一个放大器。如果测量链的一个元件工作不正常，则可能导致分析物浓度的测量结果错误。该方法可包括检测在至少一个测量电阻中是否存在故障。故障可为第一测量电阻和/或第二测量电阻的故障。例如，可使用第二测量电阻来检测至少一个测量电阻中的故障。因此，第二测量电阻可用作故障检测电阻器。
步骤i)可包括在测量电极之间施加恒定电压并且使用测量电阻确定作为第一响应信号的第一电流I1。步骤ii)可包括将第二电流I2作为故障检测信号施加至连续分析物监测系统并且使用故障检测电阻器测量作为第二响应信号的所得总电流Itot。第二测量电阻可为与第一测量电阻并联布置的电阻器。故障检测电阻器的电阻值可高于第一测量电阻的电阻值。例如，故障检测电阻器的电阻值可高出大约100倍。通过使用故障检测电阻，可将小的附加电流注入第一测量电阻。如上所概述，为了检测至少一种分析物，输出通常可处于基态，即逻辑0。为了检测故障，可将逻辑1置于输出上，其导致将流过故障检测电阻器的小电流添加至第一测量电阻中。该电流可取决于已自分析物传感器流出的电流以及故障检测电阻器和第一测量电阻的值。第二电流I2可显著小于第一电流I1。例如，第二电流I2可为大约5nA或更小，诸如3nA。
在步骤iii)中，如果所得总电流Itot偏离第一电流I1和第二电流I2的和超过预定容差，则可检测到故障。例如，预定容差可为±5％，优选地为±2％。具体地，由于所有值(电流值I1、I2和Itot以及第一测量电阻和故障检测电阻器的目标值)均为已知的，因此可检查是否存在故障。因此，通过在施加附加电流之前首先进行测量且响应于附加电流，可检查测量电阻器是否正常工作。建议的技术允许测试整个I-U转换器，包括放大器及其周围的电阻器。
例如，该部件可为至少一个测量电极所包括的膜元件。例如，膜元件可施加至工作电极。如本文中所使用的术语“膜元件”，是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于配置为用于控制和/或限制分析物向膜元件所施加的电极扩散的至少一种元件。因此，膜元件可配置为扩散限制膜。然而，膜元件可具有更多功能，诸如提供生物相容性。膜元件可具有进一步的功能，诸如封闭膜元件下方的组分，诸如酶或包括于至少两个测量电极中的任一者中的其他组分以防止泄漏。膜元件也可配置为封闭膜。如本文所用，术语“封闭”可指防止工作电极的敏感层的内部组分泄漏，但非分析物。膜元件可配置为用于保持传感器完整性，例如通过防止酶或氧化还原介质浸出，从而使整个传感器分级。独立于膜元件的作用，其改变可被补偿。
膜元件可包括至少一种聚合物。膜元件可作为聚合物膜施加至工作电极上。例如，膜元件可为或可包括聚-(4-(N-(3-磺酰基丙基)吡啶鎓)-共-(4乙烯基-吡啶)-共-苯乙烯(5％/90％/5％)或亲水性聚氨酯，诸如可获自
的HP60D20。例如，膜元件可包括以下聚合物类别和/或其共聚物中的至少一者：聚(4乙烯基吡啶)、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇。
膜元件可具有至少一种膜特性，该特性可取决于不同参数，诸如温度、间质液的组成、膜元件的厚度、老化、溶胀度、机械应力等。膜特性的变化可导致错误的测量结果。如本文所使用，术语“膜特性”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于影响分析物确定的膜元件的任意物理特性。具体地，膜特性可为膜元件的渗透性。如本文所使用，术语“渗透性”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于表征膜元件的透射属性的材料参数，具体地物质穿过膜元件的特性。更具体地，渗透性可指特定分析物的渗透性，因为分析物的分子和离子可具有不同尺寸、形状和电荷。在一个实施例中，渗透性是指膜对葡萄糖的渗透性。膜元件的渗透性可通过确定膜元件的电阻来测量，表示为膜电阻。膜元件对特定分析物的渗透性pAnalyt可由pAnalyt＝f*p确定，其中p为经由膜元件的电阻确定的渗透性，并且f为转换因子。可在使用已知葡萄糖值的校准实验中确定转换因子。
膜元件对某些化合物的渗透性可与膜的溶胀度成比例。溶胀度可对应于吸水度。膜的溶胀度可取决于其亲水性。膜的溶胀度可直接影响量和/或迁移率，并且因此影响膜对某些化合物的渗透性。电解质(诸如水)或体液(诸如间质液)的电导率与所谓的总溶解固体直接相关，其中离子，诸如H+、OH-、Na+、K+、Cl-和其他离子的贡献最大。因此，吸收水或体液(诸如组织间质液)的膜的电导率也与总溶解固体直接相关。在另外恒定的条件(诸如例如电池几何形状)下，存在的电荷载流子愈多且其移动性愈强，则测量的电阻愈低。因此，膜元件的电阻或相反的电导率可取决于膜中存在的离子的数量和迁移率。
连续分析物监测系统可包括与膜电阻串联的至少两个串联故障检测电阻器R3、R4。两个串联故障检测电阻器每一个可具有已知和/或预定电阻值。步骤i)可包括测量作为连续分析物监测系统的第一响应信号的基本电压。由于施加恒定电压，基本电压可为分析物传感器的极化。具体地，基本电压对应于恒定电压。
步骤ii)可包括产生至少一个快速瞬态电压信号并且将该快速瞬态电压信号作为故障检测信号施加至测量电极。如本文所使用，术语“快速瞬态电压”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于两个测量电极之间的至少一个任意电压变化。任意电压变化可具有快速瞬态信号边缘，特别地两个非常陡峭的边缘。快速瞬态电压可包括方波形式和/或正弦波形式。快速瞬态电压可包括非连续信号，诸如脉冲。具体地，快速瞬态电压可包括快速转变方波。
如本文所使用，术语“脉冲”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于信号幅度自第一值(也称为基线值)至第二值瞬态变化，接着返回至基线值或至少大约至基线值的信号。第二值可为高于或低于基线值的值。脉冲持续时间可为≤50μs，优选地为≤20μs，更优选地为≤10μs。单个脉冲的持续时间必须足够长，以便能够记录其传播。单个脉冲的持续时间必须优先较短，以免电化学地激发系统。可在至少一个测试序列，例如时间序列期间施加快速瞬态电压信号。快速瞬态电压信号可重复施加，特别是周期性地施加。循环之间的时间距离必须足够长，以保持系统处于稳态。快速瞬态电压信号可包括可重复周期，其中可重复周期包括至少一个信号侧翼。脉冲可包括两个边缘：前缘(leading edge/front edge)，其为脉冲的第一边缘，以及后缘(trailing edge/back edge)，其为脉冲的第二边缘。
术语第一和第二“值”可指快速瞬态电压的区域或点，特别是其幅度。第一值可为基线值。第一值可为快速瞬态电压信号的局部和/或整体最小值。第一值可为快速瞬态电压信号的第一平台。第一值可指无电压施加至测量电极的时间点。第一值可为分析物传感器的DC极化电压。第二值可为快速瞬态电压信号的局部和/或整体极值。第二值可为快速瞬态电压信号的第二平台，其可在快速瞬态电压的施加期间达到。第二值可为快速瞬态电压信号的极值。
如本文所使用，术语“信号侧翼”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于信号幅度自低信号值至高信号值或自高信号值至低信号值的转变。信号侧翼可为上升信号侧翼或下降信号侧翼。快速瞬态电压信号的信号侧翼可在微秒至纳秒范围内具有从信号侧翼的第一值至信号侧翼的第二值的信号变化。快速瞬态电压信号的信号侧翼可在微秒至纳秒范围内具有自信号侧翼的第二值至信号侧翼的第一值的信号变化。信号侧翼也可称为边缘。
快速瞬态电压可具有信号幅度从低至高的转变，其相当于上升信号侧翼或正信号侧翼，或信号幅度从高至低的转变，相当于下降信号侧翼或负信号侧翼。快速瞬态电压可具有陡峭边缘。快速瞬态电压的信号侧翼，特别是边缘，可在微秒至纳秒范围内具有从第一值至第二值的变化。快速瞬态电压的信号侧翼可在微秒至纳秒范围内具有从第二值至第一值的变化。具体地，快速转变方波可具有低于或等于50ns、优选地低于或等于20ns的从第一值至第二值的电压变化。从第一值至第二值的电压变化可甚至更快，且可仅受电子装置，诸如快速瞬态电压发生器(DAC、DO或其他)或读出单元(电压放大器、ADC或其他)限制。电压变化愈快(压摆率愈高)并且转变至平台愈急剧，则膜特性的确定可愈精确。
如本文所使用，术语“快速瞬态”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于信号侧翼的第一与第二值之间的时间范围。快速瞬态电压信号可具有上升信号侧翼和下降信号侧翼。快速瞬态电压信号可具有陡峭边缘。具体地，快速转变方波可具有低于或等于50ns、优选低于或等于20ns的从信号侧翼的第一值至信号侧翼的第二值的信号变化。从信号侧翼线的第一值至信号侧翼线的第二值的信号变化可甚至更快，并且可仅受诸如模拟数字转换器等电子装置限制。侧翼愈快且转变至平台愈急剧，则系统电阻的欧姆部分与系统电容的电容部分之间的解析度愈高。
恒定电压可与快速瞬态电压信号不同。具体地，与快速瞬态电压信号相比，恒定电压可更长。恒定电压可为永久信号，而非脉冲信号。快速瞬态电压信号可为仅表征电化学电池的电容部分和欧姆部分的高频电压脉冲。因此，恒定电压和快速瞬态电压信号可能不会相互影响，因为其具有完全不同的时域。
单个快速瞬态电压的持续时间必须足够长以记录回应电压。单个快速瞬态电压的持续时间必须足够短，以避免如上所述的系统扰动。
不希望受理论束缚，快速瞬态电压或电压脉冲如此短，特别地超短，以致不会产生法拉第电流并且分析物传感器的电化学系统不会受到干扰及失去平衡。用于确定膜特性的快速瞬态电压的超短电压可允许用于确定分析物浓度的测量信号可不受干扰地确定。超短电压信号可防止副反应发生。此外，根据本发明的方法可允许停留在所谓的时域中，从而不需要变换到所谓的频域。
快速瞬态电压的幅度可在广泛范围内变化，且必须针对给定设置进行优化。通常，下限可受读出技术限制，读出技术必须记录回应电压，主要受其输入范围和解析度限制，且可能需要额外足够快的电压放大器。
快速瞬态电压可包括可重复周期，其中可重复周期包括至少一个信号侧翼。可在至少一个测试序列，例如时间序列期间施加快速瞬态电压。快速瞬态电压信号可重复施加，特别是周期性地施加。循环之间的间隔可足够长，以使得双层电容和并联电容器重新充电至其先前的稳态电压。如上所述，在停止施加快速瞬态电压之后这些电容的放电意味着与第一响应信号相反的电流流动并且因此信号失真。
快速瞬态电压可重复地施加至测量电极，特别地在几分钟至几秒钟的时间间隔内。例如，可以5分钟间隔重复施加快速瞬态电压信号。
快速瞬态电压信号可由至少一个信号发生器装置产生，特别地由诸如MCU的控制单元产生。术语“信号发生器装置”通常是指配置为用于产生电压信号的装置，例如电压源。“信号发生器装置”也可称为“电压发生装置”。信号发生器装置可包括至少一个电压源。信号发生器装置可包括选自由至少一个方波发生器和至少一个正弦波发生器组成的组的至少一个函数发生器。信号发生器装置也可生成可能不对称的单个脉冲。在此上下文中，“不对称”意味着第一脉冲可不同于第二脉冲和/或第三脉冲和/或任何其他后续脉冲。信号发生器装置可为分析物传感器的测量电子装置的一部分和/或可连接至分析物传感器且可设计为独立装置。信号发生器装置可配置为用于将快速瞬态电压信号施加至测量电极。可在至少一个信号施加步骤中将快速瞬态电压信号施加至至少两个测量电极。
本文所使用的术语“将快速瞬态电压信号施加至测量电极”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于将快速瞬态电压信号施加至测量电极中的一者，特别是工作电极。
步骤ii)进一步可包括用串联电阻器R3、R4两者作为参考来测量第一膜响应信号且用串联电阻器R3、R4中的一者作为参考来测量串联电阻器R3、R4之间的至少一个第二膜响应信号。如本文所使用，术语“膜响应信号”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于所施加的快速瞬态电压信号的测量传播。术语“膜响应信号”和“传播”在本文中用作同义词。膜响应信号可为施加的快速瞬态电压信号的变化。膜响应信号可直接或间接指分析物传感器的等效串联电阻。膜响应信号可为分析物传感器在其体内环境中的欧姆和电容特性。特别地，膜响应信号与电流响应无关。
在双电极传感器中，恒定电压和快速瞬态电压可施加至相同或不同测量电极。在三电极系统中，可确定和控制工作电极与参考电极之间的恒定电位差。为实现此目的，恒电位器可调节参考电极与对电极之间的电压。因此，可相对于参考电极确定工作电极的电位，但可经由工作电极-对电极电压来调节工作电极的电位。快速瞬态电压信号可施加在对电极与工作电极之间或工作电极与参考电极之间或对电极与参考电极之间。
可选择适合于确定待测量的值，诸如膜元件的电阻的故障检测电阻器。故障检测电阻器必须反映膜元件的测量范围。故障检测电阻器可反映所需的测量容差，必须保持这些测量容差以获得正确的膜元件电阻。
快速瞬态电压幅度可通过使用故障检测电阻器来确定。在施加快速瞬态电压之前，恒电位器仅确定基本电压。在施加快速瞬态电压期间，恒电位器确定基本电压信号和快速瞬态电压信号的和。恒电位器可配置为用于确定施加至工作电极的快速瞬态电压信号的传播。恒电位器可配置为用于在施加快速瞬态电压信号之前以及施加快速瞬态电压信号期间确定工作电极处的测量电压信号的变化或差值ΔVex。恒电位器可配置为用于在施加快速瞬态电压信号之前以及施加快速瞬态电压信号期间确定故障检测电阻器处的电压的变化或差值ΔVprop。
串联电阻器R3、R4可如下布置。串联电阻中的第一个，例如R3可连接至信号发生器装置和另一串联电阻器，诸如R4。另一串联电阻器可连接至工作电极并且因此连接至膜元件。如上所概述，步骤ii)进一步可包括用串联电阻器R3、R4两者作为参考来测量第一膜响应信号并且用串联电阻器R3、R4中的一者作为参考来测量串联电阻器R3、R4之间的至少一个第二膜响应信号。如上所概述，可通过使用信号发生器装置来产生快速瞬态电压。连续分析物监测系统可包括经连接以向DAC或PWM发信号的另一电阻，该电阻配置为用于防止快速瞬态电压被DAC或PWM的输出短路。连续分析物监测系统可包括至少一个电容器，其与脉冲的上升边缘的短路类似地起作用。因此刚好在脉冲的上升边缘之后，信号发生器装置所见的等效电路可被视为由三个串联电阻，即R3、R4和Rmem构成。连续分析物监测系统，特别地MCU可包括布置在工作电极与串联电阻器R4的输入端之间的至少一个第二ADC通道(ADC2)。连续分析物监测系统，特别地MCU可包括布置在串联电阻器R3与R4之间的至少一个第三ADC通道(ADC3)。连续分析物监测系统，特别是MCU可包括布置在信号发生器装置与串联电阻器R3的输入端之间的至少一个第四ADC通道(ADC4)。通过用ADC2和ADC4且因此在脉冲的上升边缘之前以及之后用串联电阻器R3、R4两者作为参考来测量电压，有可能计算第一膜电阻Rmem，1的值，例如通过
Rmem，1＝(R3+R4)·[(ADC2a-ADC2b)/((ADC4a-ADC4b)-(ADC2a-ADC2b))]，
其中ADC2b为在脉冲的上升边缘之前由ADC2转换的电压，ADC2a为在脉冲的上升边缘之后由ADC2转换的电压，ADC4b为在脉冲的上升边缘之前由ADC4转换的电压，ADC4a为在在脉冲的上升边缘之后由ADC4转换的电压。
通过用ADC3和ADC4且因此在脉冲的上升边缘之前以及之后用串联电阻器R3作为参考来测量电压，有可能计算Rmem+R4的值，并且由此计算第二膜电阻Rmem，2，例如通过
Rmem，2＝(R3·[(ADC3a-ADC3b)/((ADC4a-ADC4b)-(ADC3a-ADC3b))])-R4，
其中ADC3b为在脉冲的上升边缘之前由ADC3转换的电压，ADC3a为在脉冲的上升边缘之后由ADC3转换的电压，ADC4b为在脉冲的上升边缘之前由ADC4转换的电压，ADC4a为在在脉冲的上升边缘之后由ADC4转换的电压。
步骤iii)可包括通过评估基本电压和第一膜响应信号来确定第一膜电阻Rmem，1且通过评估基本电压和第二膜响应信号来确定第二膜电阻Rmem，2。
步骤iii)可进一步包括比较第一膜电阻Rmem，1和第二膜电阻Rmem，2。如果第一膜电阻Rmem，1和第二膜电阻Rmem，2彼此偏离超过预定容差，则可检测到故障。例如，预定容差可为±5％，优选地为±2％。因此，如果膜电阻的两个值在公差内相同，则膜元件为功能性的。
关于确定膜电阻，进一步参考2020年3月10日申请的欧洲专利申请案第20 162098.6号，其内容以引用的方式并入本文中。
该方法可包括检测连续分析物监测系统的其他部件的故障，例如信号发生器装置、DAC或PWM和/或至少一个ADC通道的故障。例如，可使用ADC2、ADC3和ADC4通道来测试DAC或PWM。如果未检测到故障，则电子装置功能齐全。
在另一方面，公开使用至少一个连续分析物监测系统确定体液中至少一种分析物的浓度的方法。该方法包括根据本发明及根据如上文所公开或下文进一步详细公开的方法的一个或多个实施例检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障。该方法包括至少一个分析物测量步骤。在测量步骤中，确定分析物的浓度。
关于该方法的特征的定义以及用于确定分析物的浓度的方法的任选的细节，可参考如上文所公开或下文进一步详细公开的检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法的一个或多个实施例。
术语“确定至少一种分析物的浓度”通常是指对至少一种分析物的定量检测。作为该确定的结果，可产生和/或提供表征该确定的结果的至少一个信号，诸如至少一个测量信号，和/或至少一个测量值。该信号具体可为或可包括至少一个电信号，诸如至少一个电压和/或至少一个电流。至少一个信号可为或可包括至少一个模拟信号和/或可为或可包括至少一个数字信号。
如上所概述，该方法包括至少一个分析物测量步骤。在分析物测量步骤中，可向工作电极施加恒定电压，使得可在工作电极与对电极之间施加恒定电位，使得在工作电极处产生的电流流向对电极。可使用I/U转换器和模拟数字转换器(ADC)通道在对电极处测量电流。该方法另外可包括至少一个评估步骤，其中评估了电流。至少一个评估装置可用于评估所测量的电流并且由此确定分析物的浓度。如本文所用，术语“评估装置”通常是指配置为用于从数据导出至少一项信息的任意装置。评估装置可配置为用于从电流导出关于体液中分析物的存在和/或浓度的至少一项信息。例如，评估装置可为或可包括一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机，优选一个或多个微型计算机和/或微控制器。评估装置可包括一个或多个集成电路，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)。可包括额外部件，诸如一个或多个预处理装置和/或数据获取装置，诸如一个或多个用于接收和/或预处理电极信号的装置，诸如一个或多个转换器和/或一个或多个滤波器。此外，评估装置可包括一个或多个数据存储装置。此外，如上所概述，评估装置可包括一个或多个接口，诸如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。评估装置可为连续分析物监测系统的传感器电子装置的一部分。连续分析物监测系统可配置为用于与另一装置通信，诸如用于提供和/或呈现至少一个故障检测通知和/或测量结果。该另一装置可为或包括微处理器、移动电话、智能手机、个人数字助理、个人电脑或电脑服务器。
本发明进一步公开且提出一种计算机程序，该计算机程序包括计算机可执行指令，用于当在计算机或计算机网络上执行该程序时，执行本文所附的一个或多个实施例中根据本发明的确定至少一种分析物的浓度的方法和/或检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法。具体地，计算机程序可存储于计算机可读数据载体上。因此，具体地，上文所指出的方法步骤中的一个、多于一个或甚至全部可通过使用计算机或计算机网络，优选地通过使用计算机程序来执行。
本发明进一步公开且提出一种具有程序代码装置的计算机程序产品，以便当在计算机或计算机网络上执行该程序时，执行本文所附的一个或多个实施例中根据本发明的确定至少一种分析物的浓度的方法和/或检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法。具体地，程序代码装置可存储于计算机可读数据载体上。
此外，本发明公开且提出一种具有存储于其上的数据结构的数据载体，该数据载体在加载至计算机或计算机网络，诸如计算机或计算机网络的工作存储器或主存储器之后，可执行根据本文公开的一个或多个实施例的方法。
本发明进一步提出且公开一种具有存储于机器可读载体上的程序代码装置的计算机程序产品，以便当在计算机或计算机网络上执行该程序时，执行根据本文公开的一个或多个实施例的至少一种方法。如本文中所使用，计算机程序产品是指作为可交易产品的程序。该产品通常可以任意形式存在，例如以纸张形式存在，或存在于电脑可读数据载体上。具体地，计算机程序产品可以分布在数据网络上。
最后，本发明提出且公开一种调制数据信号，其含有计算机系统或计算机网络可读的指令，用于执行根据本文公开的一个或多个实施例的方法。
优选地，参考本发明的电脑实施态样，根据本文公开的一个或多个实施例的至少一种方法的一个或多个方法步骤或甚至所有方法步骤可通过使用计算机或计算机网络来执行。因此，通常，可通过使用计算机或计算机网络来执行包括数据的提供和/或操纵的任何方法步骤。通常，这些方法步骤可包括任何方法步骤，通常除了需要手动操作的方法步骤，诸如提供样品和/或执行实际测量的某些方面。
具体地，本发明进一步公开：
-一种包括至少一个处理器的计算机或计算机网络，其中该处理器适于执行根据本说明书中所述的一个实施例的至少～种方法，
-一种计算机可加载数据结构，其适于当在电脑上执行该数据结构时执行根据本说明书中所述的一个实施例的至少一种方法，
-一种计算机程序，其中该计算机程序适于当在计算机上执行该程序时执行根据本说明书中所述的一个实施例的至少一种方法，
-一种包括程序装置的计算机程序，用于当在计算机或计算机网络上执行该计算机程序时执行根据本说明书中所述的一个实施例的至少一种方法，
-根据前一实施例的包括程序装置的计算机程序，其中该程序装置存储于计算机可读存储介质上，
-一种存储介质，其中数据结构存储于该存储介质上，且其中该数据结构适于在已加载至计算机或计算机网络的主存储器和/或工作存储器中之后执行根据本说明书中所述的一个实施例的至少一种方法，以及
-一种具有程序代码装置的计算机程序产品，其中程序代码装置可存储或被存储在存储介质上，用于当在计算机或计算机网络上执行程序代码装置时执行根据本说明书中所述的一个实施例的至少一种方法。
在本发明的另一方面，公开一种确定体液中至少一种分析物的浓度的连续分析物监测系统。连续分析物监测系统包括具有至少两个测量电极的至少一个分析物传感器。连续分析物监测系统包括至少一个部件和至少一个故障检测电阻器。连续分析物监测系统包括至少一个控制单元。控制单元配置为用于在测量电极之间施加恒定电压并且用于测量至少一个第一响应信号。控制单元配置为用于向连续分析物监测系统施加与恒定电压和/或第一响应信号在频率和/或高度上可区分的故障检测信号，并且用于使用故障检测电阻器测量针对故障检测信号的响应信号。控制单元配置为通过评估响应信号来确定取决于部件的至少一种实际属性的信息。控制单元配置为在信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差时检测到故障。
分析物传感器可为双电极传感器或三电极传感器。测量电极可布置于分析物传感器的相对侧上。
控制单元可为或可包括至少一个微控制器单元。术语“控制单元”是一个广义术语且被赋予对本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于连续分析物监测系统的至少一个单元，其配置为用于控制连续分析物监测系统的至少一种功能，诸如调节电位、测量电流、提供快速瞬态电压或评估。
连续分析物监测系统可配置为用于执行根据本发明的方法。关于连续分析物监测系统的特征的定义和连续分析物监测系统的任选的细节，可参考如上文公开或如下文进一步详细公开的方法的一个或多个实施例。
总结并在不排除进一步可能实施例的情况下，可设想下列实施例：
实施例1.一种用于检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法，其中该连续分析物监测系统包括该部件和至少一个故障检测电阻器，其中该连续分析物监测系统包括至少一个分析物传感器，其包括至少两个测量电极，该方法包括以下步骤：
i)在分析物传感器的至少两个测量电极之间施加恒定电压并且测量第一响应信号，
ii)将在频率和/或高度上与该恒定电压和/或该第一响应信号可区分的故障检测信号施加至该连续分析物监测系统，并且使用该故障检测电阻器测量针对该故障检测信号的第二响应信号；
iii)通过评估该第一响应信号和及该第二响应信号来确定取决于该部件的至少一种实际属性的信息，其中如果该信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差，则检测到故障。
实施例2.根据实施例1所述的方法，其中该部件为以下中的一者或多者：该连续分析物监测系统的至少一个测量电阻和/或这些测量电极中的至少一者所包括的至少一个膜元件。
实施例3.根据实施例1或2中任一项所述的方法，其中该恒定电压为约50mV。
实施例4.根据实施例1至3中任一项所述的方法，其中该分析物传感器为包括两个测量电极的双电极传感器或包括三个测量电极的三电极传感器。
实施例5.根据实施例1或4中任一项所述的方法，其中该分析物传感器为体内传感器。
实施例6.根据实施例1至5中任一项所述的方法，其中该方法在体内完成。
实施例7.根据实施例2所述的方法，其中该部件为该至少一个测量电阻R1，其中步骤i)包括在这些测量电极之间施加该恒定电压并且使用该测量电阻R1确定作为第一响应信号的第一电流I1，其中步骤ii)包括将作为故障检测信号的第二电流I2施加至该连续分析物监测系统并且使用该故障检测电阻器R2测量作为第二响应信号的所得总电流Itot，其中该第二电流I2显著小于该第一电流I1，其中在步骤iii)中，如果该所得总电流Itot偏离该第一电流I1和该第二电流I2的和超过该预定容差，则检测到故障。
实施例8.根据实施例1至3所述的方法，其中该第二电流I2为约5nA或更小。
实施例9.根据实施例2所述的方法，其中该部件为膜元件，其中该膜元件具有膜电阻，其中该连续分析物监测系统包括与该膜电阻串联的至少两个串联故障检测电阻器R3、R4，
其中步骤i)包括测量基本电压作为连续分析物监测系统的第一响应信号，
其中步骤ii)包括产生至少一个快速瞬态电压信号并且将该快速瞬态电压信号作为故障检测信号施加至这些测量电极，其中步骤ii)进一步包括用这些串联电阻器R3、R4测量第一膜响应信号作为参考并且用这些串联电阻器R3、R4中的一者测量这些串联电阻器R3、R4之间的至少一个第二膜响应信号作为参考，
其中步骤iii)包括通过评估该基本电压和该第一膜响应信号确定第一膜电阻Rmem，1并且通过评估该基本电压和该第二膜响应信号来确定第二膜电阻Rmem，2，其中步骤iii)进一步包括比较该第一膜电阻Rmem，1和该第二膜电阻Rmem，2，其中如果该第一膜电阻Rmem，1和该第二膜电阻Rmem，2彼此偏离超过该预定容差，则检测到故障。
实施例10.根据实施例9所述的方法，其中该快速瞬态电压信号具有方波形式或正弦波信号形式。
实施例11.根据实施例9或10中任一项所述的方法，其中该快速瞬态电压信号包括诸如脉冲的非连续信号，其中脉冲持续时间为≤20μs，优选≤10μs。
实施例12.一种使用至少一个连续分析物监测系统确定体液中至少一种分析物的浓度的方法，其中该方法包括根据实施例1至11中任一项的检测该连续分析物监测系统的至少一个部件的故障，其中该方法包括至少一个分析物测量步骤，其中在该测量步骤中确定该分析物的浓度。
实施例13.一种包括程序装置的计算机程序，用于当在计算机或计算机网络上执行该计算机程序时执行根据实施例1至11中任一项所述的方法和/或根据实施例12的方法。
实施例14.一种确定体液中至少一种分析物的浓度的连续分析物监测系统，其中该连续分析物监测系统包括至少一个分析物传感器，其具有至少两个测量电极，其中该连续分析物监测系统包括至少一个部件和至少一个故障检测电阻器，其中该连续分析物监测系统包括至少一个控制单元，其中该控制单元配置为用于在这些测量电极之间施加恒定电压并且用于测量至少一个第一响应信号，其中该控制单元配置为用于将在频率和/或高度上与该恒定电压和/或该第一响应信号可区分的故障检测信号施加至该连续分析物监测系统并且使用该故障检测电阻器测量针对该故障检测信号的响应信号，其中该控制单元配置为用于通过评估该响应信号来确定取决于该部件的至少一种实际属性的信息，其中该控制单元配置为用于在该信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差时检测到故障。
实施例15.根据实施例14所述的连续分析物监测系统，其中该分析物传感器为双电极传感器或三电极传感器。
实施例16.根据实施例14或15中任一项所述的连续分析物监测系统，其中这些测量电极布置在该分析物传感器的相对侧上。
实施例17.根据实施例14至16中任一项所述的连续分析物监测系统，其中该连续分析物监测系统配置为用于执行根据实施例1至11中任一项所述的方法和/或根据实施例12的方法。
附图说明
进一步的可选特征和实施例将在后续实施例的详细信息中公开，优选地是结合从属权利要求。其中，如本领域技术人员将认识到的，各个可选特征可以以隔离的方式以及以任何任意可行的组合来实现。本发明的范围不限于优选实施例。在附图中示意性地描绘了实施例。其中，这些图中相同的附图标记指相同或功能上可比较的元件。
在这些附图中：
图1示出根据本发明用于双电极分析物传感器的连续分析物监测系统的等效电路的实施例；
图2示出以下的实施例的流程图：检测连续分析物监测系统的至少一个部件的故障的方法以及用于使用至少一个连续分析物监测系统确定体液中至少一种分析物的浓度的方法；以及
图3示出根据本发明用于三电极分析物传感器的连续分析物监测系统的等效电路的另一实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明用于包括两个测量电极114的双电极传感器112的连续分析物监测系统110的等效电路的实施例。连续分析物监测系统配置为用于确定体液中至少一种分析物的浓度。分析物可为可存在于体液中并且使用者可能关注其浓度的任意元素、组分或化合物。具体地，分析物可为或可包括可参与使用者代谢的任意化学物质或化合物，诸如至少一种代谢物。例如，至少一种分析物可选自由葡萄糖、胆固醇、甘油三酯、乳酸组成的组。然而，附加地或替代地，可确定其他类型的分析物和/或可确定分析物的任何组合。体液可为流体，特别地为液体，其通常可存在于使用者的身体或身体组织中和/或可由使用者的身体产生。优选地，体液可选自由血液和间质液组成的组。然而，附加地或替代地，可使用一种或多种其他类型的体液，诸如唾液、泪液、尿液或其他体液。在检测至少一种分析物期间，体液可存在于身体或身体组织内。因此，连续分析物监测系统110可具体地配置为用于检测身体组织内的至少一种分析物。连续分析物监测系统110可配置为用于连续监测使用者的体液中的分析物。连续分析物监测系统110或连续分析物监测系统110的至少一部分可在使用者的身体组织中停留一段预定时间，诸如几小时，具体地一天或多天，更具体地长达一周，甚至更具体地长达两周甚至更长时间。
连续分析物监测系统110包括具有至少两个测量电极114的至少一个分析物传感器112。在图中，传感器触点用附图标记114表示以便可视化。如本领域技术人员立即注意到的，这些触点连接至测量电极114。分析物传感器112可为配置为用于定量或定性检测至少一种分析物的传感器。分析物传感器112可为或可包括至少一个电化学传感器。电化学传感器可基于电化学测量原理，诸如通过使用安培、库仑或电位测量原理中的一者或多者。具体地，电化学传感器可包括至少一种酶，该至少一种酶配置为用于在待检测的分析物存在下完成至少一种氧化还原反应，其中氧化还原反应可通过电手段来检测。分析物的检测可包括通过电化学手段，诸如电化学检测反应，对分析物的电化学可检测属性的电化学检测。因此，例如，电化学检测反应可通过比较一个或多个电极电位(诸如工作电极116的电位)与一个或多个另外的电极(诸如对电极118或参考电极120)的电位来检测。检测可为分析物特异性的。检测可为定性和/或定量检测。
分析物传感器112可为体内传感器。分析物传感器112可配置为用于至少部分地植入至使用者的身体组织中。分析物传感器112可为皮下分析物传感器。分析物传感器112可配置为用于植入至使用者的身体组织中。更特别地，分析物传感器112可配置为用于分析物的连续监测。分析物传感器112可为完全可植入的或部分可植入的。
分析物传感器112可为包括两个测量电极114的双电极传感器，参见图1，或包括三个测量电极114的三电极传感器，参见图3。测量电极114可为可接触电解质，特别地体液或可使其接触电解质的电极。至少两个测量电极114可经设计以使得电化学反应可在一个或多个电极114处发生。因此，测量电极114可经实施以使得氧化反应和/或还原反应可在一个或多个电极114处发生。
测量电极114中的一者可设计为工作电极116。工作电极116可为分析物传感器112的电极，其配置为用于测量信号，诸如电压、电流、电荷或电/电化学电位，取决于在工作电极116处发生的用于检测至少一种分析物的电化学检测反应的程度。工作电极116可包括至少一种测试化学品。工作电极116可完全或部分地覆盖有至少一种测试化学品，具体地包括用于检测至少一种分析物的至少一种酶的至少一种测试化学品。例如，可使用葡萄糖氧化酶(GOx)或葡萄糖脱氢酶(GDH)。此外，测试化学品可包括额外材料，诸如粘合剂材料、电极颗粒、介质等。因此，例如，测试化学品可包括至少一种酶、碳粒子、聚合物粘合剂和MnO2粒子。在另一优选实施例中，测试化学品可包含酶和介质聚合物，该介质聚合物包含聚合材料和含金属络合物，例如负载有经由双齿键联共价偶联的聚(双亚氨基)Os络合物的经修饰的聚(乙烯基吡啶)主链。此外，至少一种测试化学品可包含在单个层中，或测试化学品可包含多个层，诸如具有至少一种酶的一个层和具有一种或多种额外功能的一个或多个额外层，例如一个或多个扩散阻挡层和/或一个或多个生物相容性层。
测量电极114中的另一者可设计为对电极118或辅助电极。对电极118可为适于完成至少一种电化学相对反应和/或配置为用于平衡由于工作电极116处的检测反应而产生的电流的电极。对电极118可为植入或部分植入的分析物传感器112的一部分，或可为个别电极，其被植入或部分植入或置于身体上的其他地方，例如皮肤表面上。在分析物传感器112包括双电极系统，如包括正好两个测量电极114的情况下，对电极118可完成电路，使得电荷可流过由工作电极116、对电极118和诸如体液的电解质提供的电化学电池，并且可保持恒定的对电极电位，也称为恒定参考电位，无论电流如何。与分析物传感器112的另一个测量电极(也称为对电极118)相比，工作电极116可具有更高电位。
此外，如图3所示，分析物传感器112可包括至少一个参考电极120。参考电极120可为配置为用于提供电化学参考电位的分析物传感器的电极，该参考电位至少广泛地独立于分析物的存在或不存在或浓度。参考电极120可配置为用于作为用于测量和/或控制工作电极116的电位的参考。参考电极120可具有稳定且众所周知的电极电位。参考电极120的电极电位可优选为高度稳定的。测量电极114中的一者可具有若干功能，例如，组合参考电极和对电极，其具有参考电极和对电极的功能，这意味着其提供参考电位且平衡来自工作电极116的电流。
连续分析物监测系统110包括至少一个部件122和至少一个故障检测电阻器124。部件122可为以下中的一者或多者：配置为用于测量连续分析物监测系统110的传感器电流的至少一个测量电阻126和/或至少一个测量电极114所包括的至少一个膜元件128(在图1和3中示出为等效电阻)。故障检测电阻器124可为至少一个可用于故障检测的电阻。故障检测电阻器124可具有已知的，例如预先确定的或预先知晓的电阻值。电阻值可为从多个参考测量值所确定的平均值，具体地为预先确定的平均值。电阻值可经选择为适合于确定各个部件的故障，诸如测量电阻或膜元件的故障。故障可为与目标值和/或目标行为的偏差。故障具体可指功能故障。故障可能由于短路、部件破裂、老化等而发生，且可能导致分析物的错误或不正确检测。
连续分析物监测系统110包括至少一个控制单元130。控制单元130可为或可包括至少一个微控制器单元。控制单元130可为连续分析物监测系统110的至少一个单元，配置为用于控制连续分析物监测系统的至少一种功能，诸如调节电位、测量电流、提供快速瞬态电压或评估。
控制单元130配置为用于在测量电极114之间施加恒定电压并且用于测量至少一个第一响应信号。恒定电压可为两个测量电极114之间的任意高度的恒定电位差或极化电位。例如，对电极118可处于基态并且恒定电压可向工作电极116施加。例如，恒定电压可为约50mV。在至少两个测量电极114之间的恒定电压的情况下，第一响应信号可为由分析物传感器112产生的至少一个电流信号或至少一个电压信号。其他恒定电压值可为可能的。恒定电压可取决于测量电极处的化学性质。取决于测量电极处的化学性质选择适合的恒定电压为本领域技术人员已知的。
分析物传感器112可包括和/或可连接至至少一个测量装置和/或可为至少一个测量装置的一部分，特别地为至少一个恒电位器132或恒电流仪，配置为用于检测至少一种分析物。恒电位器和恒电流仪的工作原理为本领域技术人员公知的。恒电位器132可配置为用于产生和/或施加恒定电压。通过施加恒定电压，可实现测量电极114之间的恒定电位差。恒定电位差也可称为分析物传感器112的极化电压。在测量电极114之间的电位差恒定的情况下，与存在于使用者体内的葡萄糖水平成比例的电流可流入工作电极116并且流出对电极118。恒定电压可为使分析物传感器112的电化学电池极化的连续直流(DC)信号，并且充当用于对经GOx氧化的分析物进行电流测量的“马达”。可不时地或连续地调整恒定电压以给予分析物传感器112其极化电压，优选地，以便在分析物传感器112处保持预定义极化电压。
特别地，恒电位器132可配置为用于监测和维持施加于工作电极116上的电位。恒电位器132可配置为用于监测和维持参考电极120与工作电极116之间的电位。在图3中，恒电位器132可配置为用于监测和维持组合的相对参考电极118、120与工作电极116之间的电位。恒电位器132可配置为用于在对电极118与工作电极116之间或在工作电极116与组合的相对参考电极118、120之间维持期望的极化电压，例如50mV。可在工作电极116或对电极118或组合的相对参考电极118、120处测量在工作电极116与对电极118或组合的相对参考电极118、120之间流动的电流。参考电极120可用于监测工作电极116的电位。
控制单元130可为数字控制单元，诸如至少一个微控制器单元(MCU)134。MCU 134可配置为用于调节测量电极114之间的电压。分析物传感器112可包括MCU 134和/或可直接连接至MCU 134。例如，分析物传感器112可包括传感器触点136，分析物传感器112，特别地测量电极可经由该传感器触点连接至MCU 134。MCU 134的使用具有若干优点。特别地，仅需要极少模拟部件。此外，不需要任何电压调节器或额外电压参考。MCU 134可包括数字模拟转换器(DAC)或至少一个脉宽调制器(PWM)138，其配置为用于向测量电极114施加恒定电压。MCU 134可包括多个模拟数字通道(ADC)140。MCU 134可包括至少一个第一ADC通道(ADC1)142，用于确定对电极118处的电压输出。可测量对电极118处的电位并且因此从MCU134获知。MCU 134配置为用于经由第一ADC通道142测量对电极118处的电位并且调节DAC或PWM 138以获得测量电极114的预定义极化。
连续分析物监测系统110可包括至少一个测量电阻126，用于测量流出对电极118的电流。连续分析物监测系统110可包括至少一个第一测量电阻144，其可配置为用于将流出对电极118的电流转换为与电流成比例的电压。MCU 134可连接至至少一个放大器146，诸如运算放大器。放大器可配置为用于在第一ADC通道142处进行测量之前放大电压，诸如通过恒定增益因子。例如，恒定增益可为45。MCU 134可进一步包括至少一个输出(O1)148，为了检测分析物，其可处于基态，即逻辑0。连续分析物监测系统110可包括与第一测量电阻144并联并且在逻辑0的情况下连接至输出的至少一个第二测量电阻150。第二测量电阻150可具有比第一测量电阻144高得多的电阻。因此，来自对电极118的电流可流入第一测量电阻144和第二测量电阻150。如果该两个测量电阻144、150具有已知且不变的值，则可能通过使用欧姆定律(Ohm’s law)使用ADC1142通道计算流出对电极118的电流。
控制单元130配置为用于向连续分析物监测系统110施加与恒定电压和/或第一响应信号在频率和/或高度上可区分的故障检测信号，并且用于使用故障检测电阻器124测量针对故障检测信号的响应信号。故障检测信号可为在可用于检测部件故障的至少一种属性上与恒定电压和/或第一响应信号可区分的电流或电压信号。故障检测信号在频率和/或高度上与恒定电压和/或第一响应信号不同。例如，故障检测信号可显著小于恒定电压和/或第一响应信号。例如，故障检测信号可能比恒定电压显著更短，诸如脉冲。第二响应信号可为响应于施加至故障检测信号而使用故障检测电阻器124确定的至少一个电流信号或至少一个电压信号。特别地，可通过使用故障检测电阻器124来测量第二响应信号。
控制单元130配置为通过评估响应信号来确定取决于部件122的至少一种实际属性的信息。部件122的属性可为影响分析物检测的部件122的至少一种任意属性。例如，部件122可为测量电阻126并且属性可为电阻值。例如，该部件可为至少一个测量电极114所包括的膜元件128，并且该属性可为至少一种膜属性。实际属性可为部件122的当前属性，其可取决于部件122的状态或状况。部件122的状态或状况可随时间推移而改变，诸如由于老化、机械影响、温度影响等。取决于实际属性的信息可为指示部件122的状态或状况的任意信息。
控制单元130配置为在信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差时检测到故障。预期值可为部件122的目标值。例如，如果信息偏离至少一个预期值超过±10％，优选地±5％，更优选地±2％，则可检测到故障。
图2示出以下的实施例的流程图：用于检测连续分析物监测系统110的至少一个部件122的故障的方法以及用于使用至少一个连续分析物监测系统110确定体液中至少一种分析物的浓度的方法。
这些方法包括以下方法步骤：
i)(用附图标记152表示)在分析物传感器112的至少两个测量电极114之间施加恒定电压并且测量第一响应信号，
ii)(用附图标记154表示)将在频率和/或高度上与恒定电压和/或第一响应信号可区分的故障检测信号施加至连续分析物监测系统110，并且使用故障检测电阻器124测量针对故障检测信号的第二响应信号；
iii)(用附图标记156表示)通过评估第一响应信号和第二响应信号来确定取决于部件的至少一种实际属性的信息，其中如果该信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差，则检测到故障。
此外，用于确定分析物浓度的方法包括至少一个分析物测量步骤158。在测量步骤中，确定分析物的浓度。
方法步骤i)至iii)的实例将在下文中关于图1和3进一步描述。
例如，部件122可为连续分析物监测系统110的测量电阻126中的至少一者。测量电阻126可为可用于确定流出对电极118的电流的电阻器。测量电阻126可用于测量连续分析物监测系统的传感器电流。如上所概述，连续分析物监测系统110可包括测量电阻126，其可连接至对电极118并且可配置为用于将流出对电极118的电流转换为与电流成比例的电压。如上文进一步概述，MCU 134可进一步包括至少一个输出148，为了检测分析物，其可处于基态，即逻辑0。连续分析物监测系统110可包括与第一测量电阻144并联并且在逻辑0的情况下连接至输出148的至少一个第二测量电阻150。第二测量电阻150可具有比第一测量电阻144高得多的电阻。因此，流出对电极118的电流可流入第一测量电阻144和第二测量电阻150。可测量与流出对电极118的电流成比例的电压，诸如经由MCU 134的最后一个ADC1142通道。如果第一测量电阻144和第二测量电阻150的值为已知且不变的，则可使用欧姆定律自测量的电压确定流入第一测量电阻144的电流。
这些方法可包括确定测量电阻126是否正常工作。这些方法可包括检测至少一个测量电阻126中，例如第一测量电阻中是否存在故障。例如，可使用第二测量电阻150来检测至少一个测量电阻126中的故障。因此，第二测量电阻150可用作故障检测电阻器124。
步骤i)可包括在测量电极114之间施加恒定电压并且使用测量电阻126(在该实例中为第一测量电阻144)确定作为第一响应信号的第一电流I1。步骤ii)可包括将第二电流I2作为故障检测信号施加至连续分析物监测系统110并且使用故障检测电阻器124测量作为第二响应信号的所得总电流Itot。第二测量电阻150可为与第一测量电阻144并联布置的电阻器。故障检测电阻器124的电阻值可高于第一测量电阻144的电阻值。例如，故障检测电阻器124的电阻值可高出大约100倍。通过使用故障检测电阻124，可将小的附加电流注入第一测量电阻144。如上所概述，为了检测至少一种分析物，输出148通常可处于基态，即逻辑0。为了检测故障，可将逻辑1置于输出148上，其导致将流过故障检测电阻器126的小电流添加至第一测量电阻144中。此电流可取决于已自分析物传感器112流出的电流以及故障检测电阻器124和第一测量电阻144的值。第二电流I2可显著小于第一电流I1。例如，第二电流I2可为大约5nA或更小，诸如3nA。
在步骤iii)中，如果所得总电流Itot偏离第一电流I1和第二电流I2的和超过预定容差，则可检测到故障。例如，预定容差可为±5％，优选地为±2％。具体地，由于所有值(电流值I1、I2和Itot以及第一测量电阻144和故障检测电阻器124的目标值)均为已知的，因此可检查是否存在故障。因此，通过在施加附加电流之前首先进行测量且响应于附加电流，可检查测量电阻器126是否正常工作。建议的技术允许测试整个I-U转换器，包括放大器及其周围的电阻器。
例如，部件122可为至少一个测量电极114所包括的膜元件128。例如，膜元件128可施加至工作电极116。膜元件128可具有至少一种膜特性。具体地，膜元件128可具有膜电阻。膜元件128可包括至少一种聚合物。膜元件128可作为薄聚合物膜施加至工作电极116上。例如，膜元件128可为或可包括聚-(4-(N-(3-磺酰基丙基)吡啶鎓)-共-(4乙烯基-吡啶)-共-苯乙烯(5％/90％/5％)或亲水性聚氨酯，诸如可获自
的HP60D20。例如，膜元件128可包括以下聚合物类别和/或其共聚物中的至少一者：聚(4乙烯基吡啶)、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇。膜属性可为膜元件128的渗透性。渗透性可为表征膜元件的透射属性的材料参数，具体地物质穿过膜元件128的属性。更具体地，渗透性可指特定分析物的渗透性，因为分析物的分子和离子可具有不同尺寸、形状和电荷。在一个实施例中，渗透性是指膜对葡萄糖的渗透性。
连续分析物监测系统110可包括与膜电阻串联的至少两个串联故障检测电阻器124R3、R4。两个串联故障检测电阻器124每一个可具有已知和/或预定电阻值。步骤i)可包括测量作为连续分析物监测系统110的第一响应信号的基本电压。由于施加恒定电压，基本电压可为分析物传感器的极化。具体地，基本电压对应于恒定电压。
步骤ii)可包括产生至少一个快速瞬态电压信号并且将该快速瞬态电压信号作为故障检测信号施加至测量电极114。快速瞬态电压可为两个测量电极114之间的至少一个任意电压变化。任意电压变化可具有快速瞬态信号边缘，特别地两个非常陡峭的边缘。快速瞬态电压可包括方波形式和/或正弦波形式。快速瞬态电压可包括非连续信号，诸如脉冲。具体地，快速瞬态电压可包括快速转变方波。脉冲可为信号幅度从第一值(也称为基线值)至第二值瞬态变化，接着返回至基线值或至少大约至基线值的信号。第二值可为高于或低于基线值的值。脉冲持续时间可为≤50μs，优选地为≤20μ s，更优选地为≤10μs。单个脉冲的持续时间必须足够长，以便能够记录其传播。单个脉冲的持续时间必须优先较短，以免电化学地激发系统。快速瞬态电压信号可具有上升信号侧翼和下降信号侧翼。快速瞬态电压信号可具有陡峭边缘。具体地，快速转变方波可具有低于或等于50ns、优选低于或等于20ns的从信号侧翼的第一值至信号侧翼的第二值的信号变化。从信号侧翼线的第一值至信号侧翼线的第二值的信号变化可甚至更快，并且可仅受诸如模拟数字转换器等电子装置限制。侧翼愈快且转变至平台愈急剧，则系统电阻的欧姆部分与系统电容的电容部分之间的解析度愈高。
恒定电压可与快速瞬态电压信号不同。具体地，与快速瞬态电压信号相比，恒定电压可更长。恒定电压可为永久信号，而非脉冲信号。快速瞬态电压信号可为仅表征电化学电池的电容部分和欧姆部分的高频电压脉冲。因此，恒定电压和快速瞬态电压信号可能不会相互影响，因为其具有完全不同的时域。
快速瞬态电压信号可由特别地MCU 134的至少一个信号发生器装置(脉冲)160产生。信号发生器装置160可为配置为用于产生电压信号的电压源。信号发生器装置160可包括至少一个电压源。信号发生器装置160可包括选自由至少一个方波发生器和至少一个正弦波发生器组成的组的至少一个函数发生器。信号发生器装置也可生成可能不对称的单个脉冲。信号发生器装置160可为分析物传感器的测量电子装置的一部分和/或可连接至分析物传感器112并且可设计为独立装置。信号发生器装置160可配置为用于将快速瞬态电压信号施加至测量电极114。可在至少一个信号施加步骤中将快速瞬态电压信号施加至至少两个测量电极114。将快速瞬态电压信号施加至测量电极114可包括将快速瞬态电压信号施加至测量电极114中的一者，特别地工作电极116。
步骤ii)进一步可包括用串联电阻器R3、R4两者作为参考来测量第一膜响应信号且用串联电阻器R3、R4中的一者作为参考来测量串联电阻器R3、R4之间的至少一个第二膜响应信号。膜响应信号可为施加的快速瞬态电压信号的测量传播。膜响应信号可为施加的快速瞬态电压信号的变化。膜响应信号可直接或间接指分析物传感器112的等效串联电阻。膜响应信号可为分析物传感器112在其体内环境中的欧姆和电容特性。特别地，膜响应信号与电流响应无关。
在双电极系统(图1)中，恒定电压和快速瞬态电压可施加至相同或不同测量电极114。在三电极系统(图3)中，可确定和控制工作电极116与参考电极120之间的恒定电位差。为实现此目的，恒电位器可调节参考电极120与对电极118之间的电压。因此，可相对于参考电极120确定工作电极116的电位，但可经由工作电极-对电极电压来调节工作电极116的电位。快速瞬态电压信号可施加在对电极118与工作电极116之间或工作电极116与参考电极120之间或对电极118与参考电极120之间。
可选择适合于确定待测量的值，诸如膜元件128的电阻的故障检测电阻器124。故障检测电阻器124必须反映膜元件的测量范围。故障检测电阻器124可反映所需的测量容差，必须保持这些测量容差以获得正确的膜元件电阻。
快速瞬态电压幅度可通过使用故障检测电阻器124来确定。在施加快速瞬态电压之前，恒电位器仅确定基本电压。在施加快速瞬态电压期间，恒电位器132确定基本电压信号和快速瞬态电压信号的和。恒电位器132可配置为用于确定施加至工作电极的快速瞬态电压信号的116传播。恒电位器132可配置为用于在施加快速瞬态电压信号之前以及施加快速瞬态电压信号期间确定工作电极116处的测量电压信号的变化或差值ΔVex。恒电位器132可配置为用于在施加快速瞬态电压信号之前以及施加快速瞬态电压信号期间确定故障检测电阻器124处的电压的变化或差值ΔVprop。
串联电阻器R3、R4可如下布置。串联电阻中的第一个，例如R3可连接至信号发生器装置160和另一串联电阻器，诸如R4。另一个串联电阻器R4可连接至工作电极115并且因此连接至膜元件128。如上所概述，步骤ii)进一步可包括用串联电阻器R3、R4两者作为参考来测量第一膜响应信号并且用串联电阻器R3、R4中的一者作为参考来测量串联电阻器R3、R4之间的至少一个第二膜响应信号。如上所概述，可通过使用信号发生器装置160来产生快速瞬态电压。连续分析物监测系统110可包括经连接以向DAC或PWM 138发信号的另一个电阻R5，该电阻配置为用于防止快速瞬态电压被DAC或PWM138的输出短路。对于脉冲的上升边缘，电容器C1、C2和Cdl可与短路类似地起作用。因此刚好在脉冲的上升边缘之后，信号发生器装置160所见的等效电路可被视为由三个串联电阻，即R3、R4和Rmem构成。连续分析物监测系统110，特别是MCU 134可包括布置在工作电极116与串联电阻器R4的输入端之间的至少一个第二ADC通道(ADC2)162。连续分析物监测系统110，特别是MCU 134可包括布置在串联电阻器R3与R4之间的至少一个第三ADC通道(ADC3)164。连续分析物监测系统110，特别是MCU 134可包括布置在信号发生器装置160与串联电阻器R3的输入端之间的至少一个第四ADC通道(ADC4)166。通过用ADC2 162和ADC4 166且因此在脉冲的上升边缘之前以及之后用串联电阻器R3、R4两者作为参考来测量电压，有可能计算第一膜电阻Rmem，1的值，例如通过
Rmem，1＝(R3+R4)·[(ADC2a-ADC2b)/((ADC4a-ADC4b)-(ADC2a-ADC2b))]
其中ADC2b为在脉冲的上升边缘之前由ADC2转换的电压，ADC2a为在脉冲的上升边缘之后由ADC2转换的电压，ADC4b为在脉冲的上升边缘之前由ADC4转换的电压，ADC4a为在在脉冲的上升边缘之后由ADC4转换的电压。通过用ADC3164和ADC4166并且因此在脉冲的上升边缘之前以及之后用串联电阻器R3作为参考来测量电压，有可能计算Rmem+R4的值，且由此计算第二膜电阻Rmem，2，例如通过
Rmem，2＝(R3·[(ADC3a-ADC3b)/((ADC4a-ADC4b)-(ADC3a-ADC3b))])-R4
其中ADC3b为在脉冲的上升边缘之前由ADC3转换的电压，ADC3a为在脉冲的上升边缘之后由ADC3转换的电压，ADC4b为在脉冲的上升边缘之前由ADC4转换的电压，ADC4a为在在脉冲的上升边缘之后由ADC4转换的电压。
步骤iii)可包括通过评估基本电压和第一膜响应信号来确定第一膜电阻Rmem，1且通过评估基本电压和第二膜响应信号来确定第二膜电阻Rmem，2。步骤iii)可进一步包括比较第一膜电阻Rmem，1和第二膜电阻Rmem，2。如果第一膜电阻Rmem，1和第二膜电阻Rmem，2彼此偏离超过预定容差，则可检测到故障。例如，预定容差可为±5％，优选地为±2％。因此，如果膜电阻的两个值在公差内相同，则膜元件为功能性的。
关于确定膜电阻，进一步参考2020年3月10日申请的欧洲专利申请案第20162098.6号，其内容以引用的方式并入本文中。
该方法可包括检测连续分析物监测系统110的其他部件122的故障，诸如信号发生器装置160、DAC或PWM 138和/或至少一个ADC通道140的故障。例如，可使用ADC2、ADC3和ADC4140通道来测试DAC或PWM 138。如果未检测到故障，则电子装置功能齐全。
图3示出用于三电极分析物传感器112的根据本发明的连续分析物监测系统110的等效电路的另一实施例。关于连续分析物监测系统110的元件的描述，参考图1的描述，不同之处在于在图3中使用第三电极，参考电极130。另一放大器(Amp2)168连接至参考电极120。取代将工作电极116置于比对电极118的电位高50毫伏，在图3中，将工作电极116置于比参考电极120的电压高50毫伏。此外，连续分析物监测系统110包括另一输出O2 170，其通常可处于三种状态。因此，此线为浮动的，如同其不连接至任何物件一般。由于无电流流入R6和R7，因此Amp2为电压跟随器，这意味着输出与负输入具有相同电压。
检测连续分析物监测系统110的部件122的故障可与检测双电极传感器112完全相同。然而，对于三电极系统，可能还需要测试放大器Amp2 168。Amp2 168的故障将导致在分析物传感器112上施加错误的极化电压，并且电流以及因此分析物检测将为不正确的。为了测试Amp2 168，输出O2 170可处于基态。在此情况下，Amp2 168可用作电压放大器并且不再用作电压跟随器。放大因子可为1+R6/R7。例如，R7可为56kΩ，并且R6可为5.6kΩ。放大器168可连接至第五ADC通道(ADC5)172。例如，当O2 170处于三种状态并且放大器Amp2 168仅为电压跟随器时，ADC5 172可测量为300mV。当O2 170处于基态时，放大器Amp2 168变成因子为1.1的放大器。因此，如果当O2 170处于基态时ADC5 172测量为330mV，这意味着放大器Amp2正常工作。
附图标记列表
110 连续分析物监测系统，
112 分析物传感器
114 测量电极
116 工作电极
118 对电极
120 参考电极
122 部件
124 故障检测电阻器
126 测量电阻
128 膜元件
130 控制单元
132 恒电位器
134 微控制器单元
136 传感器触点
138 数字到模拟转换器(DAC)或至少一个脉宽调制器(PWM)
140 模拟数字通道
142 第一ADC通道
144 第一测量电阻
146 放大器
148 输出O1
150 第二测量电阻
152 步骤i)
154 步骤ii)
156 步骤iii)
158 分析物测量步骤
160 信号发生器装置
162 第二ADC通道
164 第三ADC通道
166 第四ADC通道
168 放大器Amp2
170 输出O2
172 第五ADC通道。
Claims (14)
1.一种用于检测连续分析物监测系统(110)的至少一个部件(122)的故障的方法，其中所述连续分析物监测系统(110)包括所述部件(122)和至少一个故障检测电阻器(124)，其中所述连续分析物监测系统(110)包括至少一个分析物传感器(112)，所述至少一个分析物传感器包括至少两个测量电极(114)，所述方法包括以下步骤：
i)在所述分析物传感器(114)的所述至少两个测量电极(112)之间施加恒定电压并且测量第一响应信号，
ii)将在频率和/或高度上与所述恒定电压和/或所述第一响应信号可区分的故障检测信号施加至所述连续分析物监测系统(110)，并且使用所述故障检测电阻器(124)测量针对所述故障检测信号的第二响应信号；
iii)通过评估所述第一响应信号和所述第二响应信号来确定取决于所述部件(122)的至少一种实际属性的信息，其中如果所述信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差，则检测到故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述部件(122)为以下中的一者或多者：所述连续分析物监测系统(110)的至少一个测量电阻(126)和/或所述测量电极(114)中的至少一个所包括的至少一个膜元件(128)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述恒定电压为约50mV。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述分析物传感器(112)为包括两个测量电极(114)的双电极传感器或包括三个测量电极(114)的三电极传感器。
5.根据权利要求1或4中任一项所述的方法，其中所述分析物传感器(112)为体内传感器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述方法在体内执行。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述部件(122)为所述至少一个测量电阻R1(126)，其中步骤i)包括：在所述测量电极(114)之间施加所述恒定电压并且使用所述测量电阻R1(126)确定作为第一响应信号的第一电流I1，其中步骤ii)包括：将作为故障检测信号的第二电流I2施加至所述连续分析物监测系统(110)并且使用所述故障检测电阻器R2(124)测量作为第二响应信号的所得总电流Itot，其中所述第二电流I2显著小于所述第一电流I1，其中在步骤iii)中，如果所述所得总电流Itot偏离所述第一电流I1和所述第二电流I2的和超过所述预定容差，则检测到故障。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二电流I2为约5nA或更小。
9.根据权利要求2所述的方法，其中所述部件(122)为所述膜元件(128)，其中所述膜元件(128)具有膜电阻，其中所述连续分析物监测系统(110)包括与所述膜电阻(110)串联的至少两个串联故障检测电阻器R3、R4，其中步骤i)包括：测量基本电压作为所述连续分析物监测系统(110)的第一响应信号，其中步骤ii)包括：产生至少一个快速瞬态电压信号并且将所述快速瞬态电压信号作为故障检测信号施加至所述测量电极(114)，其中步骤ii)进一步包括：用串联电阻器R3、R4两者测量第一膜响应信号作为参考并且用所述串联电阻器R3、R4中的一者测量所述串联电阻器R3、R4之间的至少一个第二膜响应信号作为参考，其中步骤iii)包括：通过评估所述基本电压和所述第一膜响应信号确定第一膜电阻Rmem，1并且通过评估所述基本电压和所述第二膜响应信号确定第二膜电阻Rmem，2，其中步骤iii)进一步包括：比较所述第一膜电阻Rmem，1和所述第二膜电阻Rmem，2，其中如果所述第一膜电阻Rmem，1和所述第二膜电阻Rmem，2彼此偏离超过所述预定容差，则检测到故障。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述快速瞬态电压信号具有方波形式或正弦波信号形式。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，其中所述快速瞬态电压信号包括诸如脉冲的非连续信号，其中脉冲持续时间为≤20μs，优选地≤10μs。
12.一种使用至少一个连续分析物监测系统(110)确定体液中至少一种分析物的浓度的方法，其中所述方法包括根据权利要求1至11中任一项检测所述连续分析物监测系统(110)的至少一个部件(122)的故障，其中所述方法包括至少一个分析物测量步骤，其中在所述测量步骤中确定所述至少一种分析物的浓度。
13.一种用于确定体液中至少一种分析物的浓度的连续分析物监测系统(110)，其中所述连续分析物监测系统(110)包括至少一个分析物传感器(112)，所述至少一个分析物传感器(112)具有至少两个测量电极(114)，其中所述连续分析物监测系统(110)包括至少一个部件(122)和至少一个故障检测电阻器(124)，其中所述连续分析物监测系统(110)包括至少一个控制单元(130)，其中所述控制单元(130)配置为在所述测量电极(114)之间施加恒定电压并且测量至少一个第一响应信号，其中所述控制单元(130)配置为将在频率和/或高度上与所述恒定电压和/或所述第一响应信号可区分的故障检测信号施加至所述连续分析物监测系统(110)并且使用所述故障检测电阻器(124)测量针对所述故障检测信号的响应信号，其中所述控制单元(130)配置为通过评估所述响应信号来确定取决于所述部件的至少一种实际属性的信息，其中所述控制单元(130)配置为：如果所述信息偏离至少一个预期值超过至少一个预定容差，则检测到故障。
14.根据权利要求13所述的连续分析物监测系统(110)，其中所述连续分析物监测系统(110)配置为执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法和/或根据权利要求12所述的方法。
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