CN1769880A - 多参数家用血液检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开的多参数家用血液检测仪，主要包括与血液取样试条连接的试条插槽J1；信号滤波放大电路U1；储存有主程序、初始化及检测血糖、尿酸、胆固醇子程序和清屏、读、写、数据显示、延时、转换等子程序的MCU中央控制器U3和存储器U4；驱动电路U8和LCD液晶屏U9；电源电路U7；还包括有测量参数选择电路U2和多功能按键开关S2；时钟电路U5和时钟按键开关S3和通信接口电路U6。还公开了与之配套使用的三种独立试条，有利于降低生产成本和使用成本。该仪器具有使用范围宽、测量迅速方便、精度高、对血液中的血糖、尿酸、胆固醇含量均可检测等优点，特别适合中老年人使用。

Description

多参数家用血液检测仪

技术领域

本发明涉及一种适合家庭及旅途使用的对人体血液中葡萄糖、尿酸、胆固醇进行检测的仪器，属于医疗电子仪器领域和生物医学传感器领域。

背景技术

糖尿病是一种慢性糖代谢紊乱疾病，我国的糖尿病患者已超过四千万人，未确诊的糖尿病患者和糖耐量异常者更远远大于这个数字。目前，医学上还没有根治糖尿病的方法，因此，糖尿病患者需定期、定时检测血糖，以便于合理用药，达到更好地控制病情、自我保健的目的。对于肥胖及糖耐量异常者则更需要定期自行监测血糖、控制饮食、加强运动，以避免引发糖尿病。

尿酸是嘌呤代谢的终末产物，嘌呤是由人体细胞内蛋白质分解代谢产生的。如果人体对嘌呤代谢紊乱，体内尿酸产生过多或肾脏对尿酸的排泄减少，可导致高尿酸血症。高尿酸血症是痛风的前奏，痛风会引发痛风性关节炎和痛风性肾病。除遗传缺陷外，长期过多地摄入高嘌呤的食物，是引发痛风的主要原因。由于高尿酸血症无任何临床症状，对营养过剩、肥胖及不爱运动人群，应定期检测血尿酸含量，以控制饮食，避免罹患痛风。

胆固醇是人类血脂的主要成分之一，血清中胆固醇含量增加会导致高脂血症。高血脂会导致动脉粥样硬化，产生冠心病、心肌梗死、脑梗死、脑溢血等重要疾病。据统计，我国成人血脂升高者占10％～20％，每年因心脑血管疾病造成死亡的人数约260万，居各类死亡原因之首，动脉硬化已成为人类第一杀手。高血脂还促发高血压、糖耐量异常、糖尿病，导致脂肪肝、肝硬化、胆石症、胰腺炎、眼底出血、失明、高尿酸血症等疾病。

随着生活水平的提高，人们的保健意识不断加强，人们越来越希望能定期自行检测血液中葡萄糖、尿酸、胆固醇的含量。目前，就家用血液检测仪而言，国内市场常见的是家用血糖仪，只能测量血糖含量，对尿酸和胆固醇的含量不能检测，不能满足大多数中老年人的需要，同时不存在其普遍存在准确性较差、操作过程复杂、检测成本较高等不足之处。

发明内容

本发明的目的是为了填补了国内家用尿酸、胆固醇检测仪器的空白，克服现有家用血糖仪只能检测血糖一种参数的不足之处，满足广大中老年人自行检测血液中葡萄糖、尿酸、胆固醇含量的需要，设计一种快速方便、测量精度高的多参数家用血液检测仪。

本发明的另一个目的是为该多参数家用血液检测仪设计了与其配套的三种试条，即：葡萄糖试条、尿酸试条、胆固醇试条。

本发明的多参数家用血液检测仪，主要是在家用血糖仪的基础上，增设了测量参数选择电路和多本发明的功能按键开关。其结构包括与试条连接的试条插槽J1；信号拾取放大电路U1；储存有主程序、初始化及检测血糖、尿酸、胆固醇子程序和清屏、读、写、数据显示、延时、转换等子程序的MCU中央控制器U3、存储器U4；显示驱动电路U8和LCD液晶屏U9；电源电路U6；其特征在于还包括有测量参数选择电路U2和多功能按键开关S2、S3；其相关电路的连接关系是：按键开关S2连接在中央控制器U3的P0.4口与地之间，按键开关S3连接在中央控制器U3的P0.5口与地之间，中央控制器U3的P0.1和P0.2口分别与测量参数选择电路U2的第10脚和第11脚连接，测量参数选择电路U2的第6、7、8脚均与信号拾取放大电路U1的第11、12脚和试条插槽J1的第2脚及U3的第6脚连接，测量参数选择电路U2第3脚与信号拾取放大电路U1第1、5脚连接，测量参数选择电路U2的第1、2、4、5脚分别与电阻R2、R3、R4、R5连接，电阻R2、R3、R4、R5的另一端均与信号拾取放大电路U1第2脚和试条插槽J1第1脚连接，试条插槽J1第3脚与中央控制器U3的P0.6口连接，信号拾取放大电路U1第6、7脚为输出端经电阻R1和电容C1滤波后与中央控制器U3的P1.0口连接，信号拾取放大电路U1第10脚与输出0.4V电压的U3的第9脚连接；所述仪器的信号连接关系是：试条插槽J1第1脚为信号输出端与U1第2脚连接并经U2的测量参数选择和U1的放大后接U3的P1.0口进行A/D转换和按设定程序对数据进行运算处理，处理后的数据由U3的P2.5、P2.6、P2.7、和第47脚分别输出到显示驱动电路U8的第11、9、12和13脚并经U8处理后由液晶屏U9显示测量结果和提示操作步骤，存储器U4的第1、2、3、4脚分别与U3的第31、30、29、28脚连接，电源电路U6为仪器提供稳定的工作电源。

为了便于记录、对照测量结果，可增设计日历时钟电路U5，所述日历时钟电路U5的第5、6、7脚分别与中央控制器U3的第24、26、27脚连接。首次开机使用可通过多功能按键开关S2、S3完成日历、时钟的设定。

为了便于与医疗中心的PC机进行通信，完成程序下载和数据上传，还增设有通信接口电路U7，所述通信接口电路U7的第12、11脚分别与中央控制器U3的第17、18脚连接，通信接口电路U7的第15、14、13脚经插座J2与医疗中心的PC机连接。

由于葡萄糖、尿酸和胆固醇需要使用不同的氧化酶进行氧化反应和电化学反应，如将其设计在同一个试条上会使结构复杂、使用成本高，对于主要需检测其中1项或2项含量的人来讲也是一种浪费，所以，与本发明的多参数家用血液检测仪配套使用的试条由三种独立的血糖试条、尿酸试条和胆固醇试条组成，任其选择，也有利于降低使用成本。每种试条的结构均由基底、导电层、载酶层、氧化酶层、绝缘保护层、粘贴层、和覆盖层组成，所述基底由厚约0.5mm的聚丙烯片材制成，导电层由银浆在基底上印刷而成，载酶层由碳浆在导电层上印刷而成，氧化酶层装在载酶层上，绝缘保护层由绝缘漆印刷在载酶层外的导电层上，粘贴层为双面不干胶横向粘贴在载酶层两端外的绝缘保护层上，覆盖层为聚乙烯醇薄膜覆盖在粘贴层上，在覆盖层与基底之间形成一个能快速吸入血液样本的血样吸入腔，所述氧化酶层选用葡萄糖氧化酶即为血糖试条，氧化酶层选用尿酸氧化酶即为尿酸试条，氧化酶层选用胆固醇氧化酶即为胆固醇试条。

本发明具有以下优点和特点：

1、测量精度高，MCU采集的数据为12位；测量时间短，血糖、尿酸为12S，胆固醇为192S。

2、多参数监测，且可以根据需要任意选择血糖、尿酸、胆固醇三个参数中的一个、两个或三个。提高了仪器的性价比。

3、仪器具有日历、时钟显示，便于使用者记录、对照测量结果。仪器自动存储最后30次测量值，并通过上传接口输入PC显示、打印、存储。

4、仪器自动显示操作步骤引领用户操作，提示“误操作”和“超量程”使得测量更加方便可靠，液晶屏采用大字符显示，更适合老年人使用。

5、仪器采用两节AAA型(7#)电池供电，便于居家、旅行使用；仪器自动监测电池电量，当电池电量不足的时点亮“电量不足提示符”，提醒用户及时更换电池。

附图说明

图1为本发明的一种电路原理框图；

图2为本发明的一种电路结构示意图；

图3为试条结构及其分解示意图；

图4是图3的侧视图：

图5为本发明的液晶显示屏显示内容及其位置示意图；

图6为本发明的主程序流程图；

图7为初始化子程序流程图；

图8为血糖检测子程序流程图；

图9为尿酸检测子程序流程图；

图10为胆固醇检测子程序流程图。

具体实施方式

参见附图1，本发明的多参数家用血液检测仪，主要是在家用血糖仪的基础上，增设了测量参数选择电路和多功能按键开关。其结构主要包括与试条连接的试条插槽J1；信号拾取放大电路U1；储存有主程序、初始化及检测血糖、尿酸、胆固醇子程序和清屏、读、写、数据显示、延时、转换等子程序的MCU中央控制器U3、存储器U4；显示驱动电路U8和LCD液晶屏U9；电源电路U6；测量参数选择电路U2；日历时钟电路U5；通信接口电路U7；以及电源开关S1、多功能按键开关S2、S3。

附图2是将附图1具体化的一种电路结构示意图，图中主要相关电路的连接关系是：按键开关S2连接在中央控制器U3的P0.4口与地之间，按键开关S3连接在中央控制器U3的P0.5口与地之间，中央控制器U3的P0.1和P0.2口分别与测量参数选择电路U2的第10脚和第11脚连接，测量参数选择电路U2的第6、7、8脚均与信号拾取放大电路U1的第11、12脚和试条插槽J1的第2脚及U3的第6脚连接，测量参数选择电路U2第3脚与信号拾取放大电路U1第1、5脚连接，测量参数选择电路U2的第1、2、4、5脚分别与电阻R2、R3、R4、R5连接，电阻R2、R3、R4、R5的另一端均与信号拾取放大电路U1第2脚和试条插槽J1第1脚连接，试条插槽J1第3脚与中央控制器U3的P0.6口连接，信号拾取放大电路U1第6、7脚为输出端经电阻R1和电容C1滤波后与中央控制器U3的P1.0口连接，信号拾取放大电路U1第10脚与输出0.4V电压的U3的第9脚连接；所述仪器的信号连接关系是：试条插槽J1第1脚为信号输出端与U1第2脚连接并经U2的测量参数选择和U1的放大后接U3的P1.0口进行A/D转换和按设定程序对数据进行运算处理，处理后的数据由U3的P2.5、P2.6、P2.7、和第47脚分别输出到显示驱动电路U8的第11、9、12和13脚并经U8处理后由液晶屏U9显示测量结果和提示操作步骤，存储器U4的第1、2、3、4脚分别与U3的第31、30、29、28脚连接，电源电路U6为仪器提供稳定的工作电源。为了便于记录、对照测量结果，可增设计日历时钟电路U5，所述日历时钟电路U5的第5、6、7脚分别与中央控制器U3的第24、26、27脚连接。首次开机使用通过多功能按键开关S2、S3完成日历、时钟的设定。为了便于与医疗中心的PC机进行通信，完成程序下载和数据上传，还增设有通信接口电路U7，所述通信接口电路U7的第12、11脚分别与中央控制器U3的第17、18脚连接，通信接口电路U7的第15、14、13脚经插座J2与医疗中心的PC机连接。其余电路及其连接关系与常规电路相同。

本电路中所述的信号拾取放大电路U1选用LM324或AD824的运算放大器，测量参数选择电路U2选用CD4051或CC4051模拟开关，中央控制器U3选用ADuC812型中央控制器，存储器U4选用24LC16或93LC86型EEPROM存储器，日历、时钟电路U5选用ISL1208型时钟电路，电源电路U6选用LM2621型电压提升模块，通信接口电路U7选用ICL3221型RS-232接口，显示驱动电路U8选用HT1621型驱动电路，液晶屏U9选用36Pin LCD型液晶显示屏。

图3是试条结构示意图及其分解图，图4是图3的侧视结构示意图，图中的试条结构由基底7、导电层6、载酶层5、氧化酶层4、绝缘保护层3、粘贴层2、和覆盖层1组成，所述基底7由厚约0.5mm的聚丙烯片材制成，导电层6由银浆在基底7上印刷而成，载酶层5由碳浆在导电层6上印刷而成，氧化酶层4装在载酶层5上，绝缘保护层3由绝缘漆印刷在载酶层5外的导电层6上，粘贴层2为双面不干胶横向粘贴在载酶层5两端外的绝缘保护层3上，覆盖层1为聚乙烯醇薄膜覆盖在粘贴层2上，在覆盖层1与基底7之间形成一个能快速吸入血液样本的血样吸入腔。上述氧化酶层4选用葡萄糖氧化酶即为血糖试条，氧化酶层4选用尿酸氧化酶即为尿酸试条，氧化酶层4选用胆固醇氧化酶即为胆固醇试条。

本发明中的试条是根据生物酶的电化学检测原理，选用相应的氧化酶催化被检测的葡萄糖、尿酸、胆固醇发生氧化反应。通过多参数家用血液检测仪在试条上施加0.4V的恒电位，在该恒电位作用下电化学反应中发生转移的电子形成微电流。试条输出的微电流跟被测物的浓度成正比，通过检测试条输出的电流的大小完成对被测物浓度的检测。本发明采用丝网印刷技术，制成的试条测量精度高，一致性好。还将试条做成由三种独立的血糖试条、尿酸试条和胆固醇试条组成，可任其选择，也有利于降低使用成本。主要适合本发明中的多参数家用血液分析仪使用。

图5为本发明中的液晶显示屏显示内容及其位置关系，由图中可见，能实时显示日历时钟、显示测量参数、以两种单位(mmol/L、mg/dL)交替显示测量结果、提示测量步骤、提示误操作、提示异常测量结果、提示电池电量不足等。使用非常方便。

本发明中采用2节7#电池供电，整机工作在DC3.3V，因此，选用NS公司的DC-DC电压提升模块LM2621作为电压变换电路，在输入为1.2～14V的范围内，LM2621都能提供稳定的3.3V 0.5A输出。本发明中，当2节干电池的串联电压≤1.5V时，开机后液晶屏显示电池电量不足的提示符。

本发明的多参数家用血液检测仪操作过程如下：

操作者按下电源开关S1(3秒)后，V1导通，电池串联电压E被加到U6的输入端，U6输出稳定的3.3V电压，为整机供电。按下S1的同时，U3的P3.2口(INTO)接地，U3的P3.2接地，其P3.7输出高电平使V2导通以维持V1导通，松开S1后，U3通过检测P3.2的电位来监控电源E，当E≤1.5V时，U3输出相应的指令，家用血液检测仪不能进行任何操作，液晶屏显示电池电量低的符号，提醒用户更换电池。其程序流程关系参见附图6。当E≥1.5V时，家用血液检测仪进行自检，满屏显示3秒钟后，仪器实时显示日期及时钟，并显示最后一次测量结果，仪器进入等待状态。其程序流程关系参见附图7。

操作者做好测量前的准备工作后，通过按动S2选择测量参数，如按第1次测血糖，仪器自动进入血糖检测子程序，其流程关系如图8所示：按第2次为测尿酸，仪器自动进入尿酸检测子程序，其流程关系如图9所示：按第3次为测胆固醇，仪器自动进入胆固醇检测子程序，其流程关系如图10所示：并依此往复循环。S2与U3的P0.4口相连，U3通过检测P0.4口的状态，确定操作者选择的参数，同时被选定的参数将在液晶屏上显示出来。选择测量参数后，仪器自动提示操作者“插试条”，当需要测血糖时，应插入血糖试条；当需要测尿酸时，应插入尿酸试条；当需要测胆固醇时，应插入胆固醇试条。对于需要检测三种参数的人，则可进行三次测量。在插入试条过程中，通过试条上的银层将试条插座的2、3脚瞬间短接，U3的P0.6口将得到一个低电平的触发信号，U3据此判定试条已可靠插入。在得知试条已可靠插入后，仪器提示操作者“送样”，即要求操作者采集指血并挤出5μL，将挤出的血滴轻轻靠在试条侧面的血样吸入腔位置，血样就被吸入到试条的有效反应区域。血糖和尿酸的测量时间为12秒，胆固醇的测量时间为192秒，测量结束后，液晶屏以两个单位(mmol/L，mg/dL)交替显示测量结果。若操作过程中操作者进行了误操作，如仪器没有提示送样就进行滴血或滴血偏离有效反应区域，仪器显示“错误”。如果测量结果超出仪器的测量范围，则显示“超量程”。

对于需要调整日历和时钟时，可按动开关S3进入日历和时钟程序，其程序流程关系参见图7，再按动开关S2与开关S3配合即可进行调整。以利于向医疗中心的上位机传输各次测量参数的测量时间，更有利医生诊断。使用结束三分钟后仪器自动关机，也可按电源开关S1三秒钟后松开即可关机。

Claims (5)

1、一种多参数家用血液检测仪，包括与试条连接的试条插槽J1；信号拾取放大电路U1；储存有主程序、初始化及检测血糖、尿酸、胆固醇子程序和清屏、读、写、数据显示、延时、转换等子程序的MCU中央控制器U3、存储器U4；显示驱动电路U8和LCD液晶屏U9；电源电路U6；其特征在于还包括有测量参数选择电路U2和多功能按键开关S2、S3；其相关电路的连接关系是：按键开关S2连接在中央控制器U3的P0.4口与地之间，按键开关S3连接在中央控制器U3的P0.5口与地之间，中央控制器U3的P0.1和P0.2口分别与测量参数选择电路U2的第10脚和第11脚连接，测量参数选择电路U2的第6、7、8脚均与信号拾取放大电路U1的第11、12脚和试条插槽J1的第2脚及U3的第6脚连接，测量参数选择电路U2第3脚与信号拾取放大电路U1第1、5脚连接，测量参数选择电路U2的第1、2、4、5脚分别与电阻R2、R3、R4、R5连接，电阻R2、R3、R4、R5的另一端均与信号拾取放大电路U1第2脚和试条插槽J1第1脚连接，试条插槽J1第3脚与中央控制器U3的P0.6口连接，信号拾取放大电路U1第6、7脚为输出端经电阻R1和电容C1滤波后与中央控制器U3的P1.0口连接，信号拾取放大电路U1第10脚与输出0.4V电压的U3的第9脚连接；所述仪器的信号连接关系是：试条插槽J1第1脚为信号输出端与U1第2脚连接并经U2的测量参数选择和U1的放大后接U3的P1.0口进行A/D转换和按设定程序对数据进行运算处理，处理后的数据由U3的P2.5、P2.6、P2.7、和第47脚分别输出到显示驱动电路U8的第11、9、12和13脚并经U8处理后由液晶屏U9显示测量结果和提示操作步骤，存储器U4的第1、2、3、4脚分别与U3的第31、30、29、28脚连接，电源电路U6为仪器提供稳定的工作电源。

2、如权利要求1所述的多参数家用血液检测仪，其特征在于还包括有日历、时钟电路U5，所述日历、时钟电路U5的第5、6、7脚分别与中央控制器U3的第24、26、27脚连接。

3、如权利要求2所述的多参数家用血液检测仪，其特征在于还包括有通信接口电路U7，所述通信接口电路U7的第12、11脚分别与中央控制器U3的第17、18脚连接，通信接口电路U7的第15、14、13脚经插座J2与医疗中心的PC机连接。

4、如权利要求3所述的多参数家用血液检测仪，其特征在于所述信号拾取放大电路U1选用LM324或AD824的运算放大器，测量参数选择电路U2选用CD4051或CC4051模拟开关，中央控制器U3选用ADuC812型中央控制器，存储器U4选用24LC16或93LC86型EEPROM存储器，日历、时钟电路U5选用ISL1208型时钟电路，电源电路U6选用LM2621型电压提升模块，通信接口电路U7选用ICL3221型RS-232接口，显示驱动电路U8选用HT1621型驱动电路，液晶屏U9选用36Pin LCD型液晶显示屏。

5、如权利要求1或2或3或4所述的多参数家用血液检测仪，其特征在于与之配套的三种试条包括：血糖试条、尿酸试条和胆固醇试条，每种试条的结构均由基底、导电层、载酶层、氧化酶层、绝缘保护层、粘贴层、和覆盖层组成，所述基底由厚约0.5mm的聚丙烯片材制成，导电层由银浆在基底上印刷而成，载酶层由碳浆在导电层上印刷而成，氧化酶层装在载酶层上，绝缘保护层由绝缘漆印刷在载酶层外的导电层上，粘贴层为双面不干胶横向粘贴在载酶层两端外的绝缘保护层上，覆盖层为聚乙烯醇薄膜覆盖在粘贴层上，在覆盖层与基底之间形成一个能快速吸入血液样本的血样吸入腔，所述氧化酶层选用葡萄糖氧化酶即为血糖试条，氧化酶层选用尿酸氧化酶即为尿酸试条，氧化酶层选用胆固醇氧化酶即为胆固醇试条。

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