DE69434042T2

DE69434042T2 - Steckbarer speicherbaustein

Info

Publication number: DE69434042T2
Application number: DE69434042T
Authority: DE
Inventors: E. Bradley WHITE; A. Robert PARKS; G. Paul RITCHIE; A. Terry BEATY
Original assignee: Roche Diagnostics Operations Inc
Current assignee: Roche Diagnostics Operations Inc
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2014-05-14
Also published as: WO1994029703A1; ES2153336T5; ES2153336T1; EP0746762B1; US5366609A; EP0746762A1; CA2153884A1; EP0746762A4; ES2153336T3; JPH08502590A; CA2153884C; DE69434042T3; EP1491882A2; DE69434042D1; EP0746762B2; AU7093694A; DE746762T1; EP1491882A3; JP2702286B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Biosensor-Meßgerät zur Bestimmung der Gegenwart eines Analyten in einer biologischen Probe, insbesondere ein Biosensor-Meßgerät, dessen Betrieb durch Daten gesteuert wird, die es von einem abnehmbaren steckbaren Speichermodul übernimmt.
Biosensor-Meßgeräte, die zur Detektion der Konzentration eines Analyten (wie beispielsweise Glucose oder Cholesterin) im Blut verwendet werden, arbeiten vielfach mit disposiblen Teststreifen, die einen Aufnahmebereich oder eine Reaktionszone zur Aufnahme einer Blutprobe aufweisen. Eine Kombination aus einem Mikroprozessor und einem ROM-Speicher (Read Only Memory, ROM) steuert den Betrieb des Biosensor-Meßgeräts, so daß es in der Lage ist, verschiedene Prozeduren auszuführen, um die gewünschten Analyseergebnisse zu ermitteln. Wenn allerdings der Algorithmus/die Prozedur zur Bestimmung der Analytkonzentration verbessert, ersetzt oder in anderer Weise geändert wird und deswegen ein Update des Meßgeräts zur Verwendung der verbesserten Prozedur notwendig ist, führt dies im allgemeinen zu einer Neuentwicklung des Meßgeräts. Außerdem werden die zuvor an Kunden verkauften Meßgeräte nutzlos, obwohl die verbesserte Prozedur es möglicherweise nur erfordert, einen Speicherchip durch einen anderen Speicherchip zu ersetzen.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Biosensor-Meßgeräten sind sowohl Strom-Meßtechniken als auch Reflexions-Meßtechniken zur Detektion der Analytkonzentration in Blutproben verwendet worden. Bei Geräten des Reflexions- Typs wurden Variationen der Teststreifen-Chemie dadurch berücksichtigt, daß ein entfernbarer Speicherchip verwendet wurde, der Informationen bezüglich einer spezifischen Charge der Teststreifen enthielt. In dem US-Patent 5,053,199 (Keiser et al.), dessen Inhaber mit dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung übereinstimmt, ist ein Biosensor-Meßgerät des Reflexions-Typs beschrieben, bei dem ein steckbarer, programmierbarer ROM-Baustein Informationen enthält, die sich auf die optischen Charakteristika einer bestimmten Charge der chemischen Komponenten von Teststreifen beziehen. Durch diese Information wird erreicht, daß der Benutzer eine Analyse durchführen kann, ohne eine Kalibrationsinformation (die zuvor mit den jeweiligen unterschiedlichen Teststreifenpackungen geliefert worden war) manuell eingeben zu müssen. Die Kalibrationsinformation umfaßt eine Tabelle oder einen Tabellensatz zur Umrechnung eines von einem optischen Sensor übernommenen Meßwerts in einen analytischen Konzentrationswert. Gemäß Keiser et al. ist es möglich, diese Kalibrationsinformation direkt von dem ROM in das Meßgerät zu laden.
Gemäß dem US-Patent 4,975,647 (Downer et al.) ist ein Analysegerät (beispielsweise ein Chromatograph), das mit sich verbrauchenden Flüssigkeiten arbeitet, so ausgestattet, daß es ein steckbares Speichermodul aufnehmen kann. Dieses Speichermodul enthält Informationen bezüglich des zeitlichen Ablaufs von Kalibrationsprozeduren, Informationen zur Identifikation des Flüssigkeitsbehälters, Informationen zur Identifikation einer Klasse von Analysegeräten, für die der Flüssigkeitsbehälter verwendet werden kann, und Informationen, die die Konzentration der Flüssigkeiten identifizieren. Diese Informationen werden benutzt, um Häufigkeit und Zeitpunkte der Kalibration des Geräts zu verwalten und außerdem sicherzustellen, daß für das Gerät eine Flüssigkeitspackung verwendet wird, mit der es ordnungsgemäß arbeiten kann. In einem Beispiel beschreiben Downer et al. ein Blutanalysegerät mit einem steckbaren Speichermodul, das folgende Daten enthält: Identifikation des Blutanalysegerättyps, für den die Flüssigkeitspackung bestimmt ist; Herstellungscharge der Flüssigkeitspackung; eine Seriennummer, die die Flüssigkeitspackung eindeutig identifiziert; Konzentrationswerte einer Elektrolytflüssigkeit in der Flüssigkeitspackung; Kalibrationszeiten; "Schlupf"-Variablen und ein konventionelles 2-Bit CRC (Cyclic Redundancy Check)-Wort.
Aus dem Stand der Technik sind weitere Beschreibungen von Biosensor-Meßgeräten bekannt, bei denen disposible Teststreifen verwendet werden. In dem US-Patent 5,108,564 (Szuminsky et al.) wird ein Biosensor-Meßgerät beschrieben, das zur Messung von Glucose-Konzentrationen im Blut dient. Das Gerät basiert auf einer Reaktion, bei der Glucose in Gegenwart eines Enzyms eine Reaktion von Kaliumferricyanid zu Kaliumferrocyanid katalysiert. Nach Abschluß der Reaktion wird an eine Reaktionszone eine Spannung angelegt, die zu einer Umkehrung der Reaktion führt, wobei ein kleiner, aber meßbarer Stromfluß erzeugt wird. Dieser Strom wird als Cottrell-Strom bezeichnet. In Abhängigkeit von der Konzentration der Glucose in der Reaktionszone folgt er während der Rückreaktion einer vorbestimmten Kurve. Der Meßwert des Cottrell-Stroms wird in ein Maß für die Glucosekonzentration umgewandelt. Das Meßgerät mißt auch die Impedanz in der Reaktionszone und bestimmt, wann eine Blutprobe hineinplaziert wurde, indem es eine plötzliche Änderung des Stromflusses erfaßt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Inkubationszeit, nach deren Ablauf ein Potential an die Reaktionszone angelegt und der Cottrell-Strom gemessen wird.
In der europäischen Patentanmeldung 0471986 A2 von Tsutsumi et al. ist ein Blutglucose-Meßsystem beschrieben, bei dem disposible Teststreifen verwendet werden. Dabei wird die Gegenwart einer Blutprobe dadurch festgestellt, daß der Widerstand zwischen einem Paar von Elektroden gemessen wird. Außerdem wird eine Mehrzahl von probenähnlichen Streifen verwendet, von denen jeder einen spezifizierten Widerstandswert hat, der ihn von anderen Streifen unterscheidet. Jeder dieser Streifen hat einen bestimmten Anwendungszweck, d. h. er wird zur Justierung des Gerätes, zur Kompensation eines Meßfehlers, zur Kalibration usw. verwendet.
Das US-Patent 4,999,582 (Parks et al.), dessen Inhaber auch der Inhaber der vorliegenden Anmeldung ist, beschreibt eine Biosensorelektroden-Anregungsschaltung, die feststellt, ob ein Teststreifen sachgemäß in das Meßgerät eingesetzt wurde und für zumindest eine Elektrode auf dem Teststreifen feststellt, ob der Kontaktwiderstand akzeptabel ist.
In dem US-Patent 5,243,516 (White), dessen Inhaber mit dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung übereinstimmt, ist ein Biosensor-Meßgerät beschrieben, bei dem die "Cottrell"-Kurve verwendet wird, um die Glucosekonzentration zu ermitteln. Bei diesem Meßgerät ist der Stromfluß proportional zu der Konzentration eines Analyten in der Testzelle. Ist jedoch irgendetwas nicht in Ordnung mit der Testzelle, so ist es möglich, daß der resultierende Strom keinerlei Beziehung zu der Konzentration des Analyten hat. White zufolge gibt es eine Beziehung, mittels der bestimmt werden kann, ob der Stromfluß durch eine Reaktionszone tatsächlich der Cottrell-Beziehung entspricht. Insbesondere habe sich herausgestellt, daß für die Meßkurven aller Analysekonzentrationen das Verhältnis der Quadratwurzeln von aufeinanderfolgenden Meßzeitpunkten annähernd reziprok zu dem Verhältnis der Cottrell-Strom-Meßwerte zu den gleichen Meßzeitpunkten ist. Wenn die Verhältnisse (innerhalb gewisser Grenzen) für mehrere aufeinanderfolgende Meßperioden übereinstimmen, folgt das Meßsystem der Cottrell-Beziehung. Stimmen die Verhältnisse nicht überein, wird die Messung nicht berücksichtigt.
Das US-Patent 4,940,945 (Littlejohn et al.) beschreibt eine Schnittstellenschaltung zur Verwendung bei Biosensor-Meßgeräten. Dabei wird ein disposibles Element eingesetzt, das ein Elektrodenpaar einschließt, zwischen dem der Widerstand gemessen wird. Die Schaltung erfaßt die Gegenwart einer flüssigen Probe durch Messung des Anfangswiderstands und ermittelt auch die Flüssigkeitsmenge in dem Element.
In dem US-Patent 4,420,564 (Tsuji et al.) ist ein Blutzucker-Analysegerät beschrieben, bei dem eine Reaktionszelle verwendet wird, die einen Sensor mit einer fixierten Enzymmembran und eine Meßelektrode aufweist. Das System von Tsuji et al. verwendet eine Mehrzahl von Fehler-schutzprozeduren. Hierzu gehört die Feststellung, ob die Reaktion innerhalb spezifischer definierter Temperaturgrenzen stattfindet. Gemäß einer zweiten Prozedur wird bestimmt, ob ein Reaktionsstrom innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Die zuvor angegebenen Zitate zum Stand der Technik zeigen, daß es bekannt ist, steckbare ROM-Speicher dazu zu verwenden, Daten über Charakteristika disposibler Teststreifen und/oder Flüssigkeitspackungen zur Verfügung zu stellen. Keine dieser Literaturstellen befaßt sich jedoch mit dem Problem, ein Biosensor-Meßgerät in die Lage zu versetzen, daß es an substantiell geänderte Testprotokolle und -prozeduren angepaßt werden kann, ohne daß eine Neuentwicklung der Elektronik oder des Meßgeräts notwendig ist.
Demgemäß besteht eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Biosensor-Meßgerät zur Verfügung zu stellen, das eine substantielle Neukonfigurierung der Testprozeduren und -parameter, die in dem Meßgerät verwendet werden, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Biosensor-Meßgerät nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.
In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt ein Biosensor-Meßgerät einen Teststreifen auf, der eine Probenaufnahme mit einem darin befindlichen Analysereaktanten und in Kontakt zu diesem stehende Elektroden aufweist. Das Biosensor-Meßgerät umfaßt eine Anregungsspannungsquelle zum Anlegen von Potentialen an eine Elektrode auf dem Teststreifen. Ein Meßverstärker ist mit einer anderen Elektrode eines eingesetzten Teststreifens verbunden und erzeugt ein Ausgangssignal, das kennzeichnend für die ermittelten Strommeßwerte ist, wenn eine einen Analyten enthaltende Flüssigkeit in der Probenaufnahme des Teststreifens vorhanden ist. In das Meßgerät kann ein steckbarer Speicherbaustein eingesetzt werden, der eine Mehrzahl von gespeicherten Parameter-Werten und Prozedurroutinen zur Steuerung des Betrieb des Meßgeräts enthält. Ein Mikroprozessor reagiert auf eine Prozedurroutine und auf aus dem steckbaren Speicherbaustein übernommene Parameter-Werte und bewirkt, daß die Anregungsspannungsquelle eine Mehrzahl von Potentialen für vorbestimmte Perioden anlegt, wobei sowohl die Potentialwerte als auch die Dauer des Anlegens der Potentiale durch Parameter-Werte bestimmt werden, die aus dem Speicherbaustein übernommen werden. Der Mikroprozessor steuert den Meßverstärker derart, daß dieser eine Mehrzahl von Ausgangssignalen für eine vorbestimmte Dauer erzeugt. Dabei wird der Betrieb des Meßverstärkers durch spezifische Parameter-Werte gesteuert, die aus dem steckbaren Speicherbaustein übernommen werden. Wenn der steckbare Speicherbaustein durch einen Speicherbaustein mit anderen Prozeduren und Parametern ersetzt wird, ist das Biosensor-Meßgerät in der Lage, substantiell modifizierte Testprozeduren ausführen, ohne daß die Struktur des Meßgeräts geändert werden müßte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Biosensor-Meßgerät mit einem steckbaren Speichermodul ausgerüstet, das es ermöglicht, Potentialgrenzwerte, Testzeitpunkte, Verzögerungszeiten und andere benötigte Testprozeduren und Konstanten in das Gerät einzugeben und/oder zu ändern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Biosensor-Meßgerät mit einem steckbaren ROM-Speicher ausgestattet, bei dem festgestellt werden kann, ob der ROM-Speicher während einer Testprozedur ausgewechselt wurde, indem zu wiederholten Zeitpunkten während der Benutzung des Meßgeräts Daten von dem ROM-Speicher ausgelesen werden.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Biosensor-Meßgeräts;
2 zeigt eine Draufsicht eines steckbaren ROM-Speicherbausteins, der den Betrieb des Biosensor-Meßgeräts nach 1 steuert;
3 zeigt ein Blockdiagramm der in dem Biosensor-Meßgerät nach 1 enthaltenen Schaltung;
4 zeigt ein Kurvendiagramm sowohl von einer an eine Anregungselektrode des in dem Biosensor-Meßgerät nach 1 verwendeten Teststreifens angelegten Spannung als auch des resultierenden Meßstroms, der an einer Meßelektrode des Teststreifens gemessen wird;
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Kurvenform des Meßstroms, die am Anfang der Detektion eines Tropfens eines Analyten entsteht;
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Mehrzahl von während der Meßperiode ermittelten Strommeßwerten, die einer vorbekannten Cottrell-Beziehung folgen;
7 zeigt ein Schaltbild eines Meßverstärkers, dessen Verstärkungsfaktor gemäß aus dem steckbaren ROM-Speicherbaustein nach 2 ausgelesenen Daten gesteuert wird;
8 zeigt ein Flußdiagramm auf hoher Abstraktionsebene zur Darstellung einer Prozedur, bei der ermittelt wird, ob der steckbare Speicherbaustein im Laufe einer Testprozedur ausgewechselt wurde.
Das Biosensor-Meßgerät 10 nach 1 weist ein Display 12, Bedienungsknöpfe 14 und einen Schlitz 16 zur Aufnahme eines disposiblen Teststreifens 18 auf. Der Teststreifen 18 hat eine Probenaufnahme (d. h. eine Reaktionszone) 20, die ein Paar leitende Elektroden 24 und 26 umfaßt. Eine (nicht dargestellte) Schicht enzymatischer Reaktanten liegt über den Elektroden 24 und 26 in der Probenaufnahme 20 und bildet ein Substrat zur Aufnahme einer einen Ana lyten enthaltenden Flüssigkeit. Der disposible Teststreifen 18 hat an seinem distalen Ende eine Öffnung 28, die die Elektroden 24 und 26 freilegt, um eine elektrische Verbindung mit dem Biosensor-Meßgerät 10 zu ermöglichen. Ein steckbarer ROM-Speicherbaustein 30 kann in eine elektrische Kupplung in dem Meßgerät 10 eingesetzt werden, wodurch er mit dem internen Steuerstromkreis des Meßgeräts elektrisch verbunden ist.
Der in 2 dargestellte ROM-Baustein 30 enthält einen programmierbaren ROM-Chip 32, der auf einer tragenden Fläche 34 befestigt ist. Von dem ROM-Chip 32 gehen eine Mehrzahl von Leitern 36 und 38 aus, die in Nuten 40 und 42 enden. Das Substrat 34 isoliert elektrisch und bildet einen Träger für den Chip 32. Die Nuten 40 und 42 bilden eine isolierende Führung, durch die sichergestellt wird, daß in dem Meßgerät 10 vorgesehene elektrische Kontakte so geführt werden, daß sie mit den Leitern 36 und 38 Kontakt machen, und kein elektrischer Kurzschluß auftritt.
Wenn der ROM-Baustein 30 in das Meßgerät 10 eingesetzt wird, wird durch eine Mehrzahl von flexiblen Kontakten in dem Meßgerät 10 eine elektrische Verbindung mit den Leitern 36 und 38 hergestellt, die es ermöglicht, daß der in dem Meßgerät 10 vorhandene Mikroprozessor auf in dem ROM-Chip 32 gespeicherte Daten zugreift.
3 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung in dem Biosensor-Meßgerät 10, wobei ein disposibler Teststreifen 18 in den Schlitz 16 eingesetzt ist. Eine Anregungsspannungsquelle 44 liefert eine variable Spannung an einen Anschlußkontakt 46, der eine Verbindung mit der Elektrode 24 auf dem disposiblen Teststreifen 18 herstellt. Über einen Anschlußkontakt 48 kann ein an der Elektrode 26 anstehendes Potential an einen Meßverstärker 50 angelegt werden, dessen Ausgangssignal seinerseits an einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 52 angelegt ist. Ein in dem Meßgerät 10 angeordneter Temperatursensor 54 übermittelt sein Ausgangssignal an einen A/D-Wandler 56. Die Ausgangssignale der A/D-Wandler 52 und 56 liegen an einem Bus 58 an, der eine Kommunikation zwischen den in dem Meßgerät 10 enthaltenen Modulen herstellt.
Ein Mikroprozessor 59 mit einer Displayeinheit 12 steuert den gesamten Betrieb des Biosensor-Meßgeräts 10 auf der Basis von Daten, die aus dem ROM-Speicherbaustein 30 ausgelesen werden. Der ROM-Speicherbaustein 30 kann in das Biosensor-Meßgerät 10 eingesteckt werden. Er enthält einen nichtflüchtigen Speicher, in dem Konstanten und andere Daten gespeichert sind, die für die Ausführung der Prozeduren zur analytischen Bestimmung erforderlich sind. In der Regel ist jeder Charge disposibler Teststreifen 18 ein ROM-Speicherbaustein 30 beigefügt, der Konstanten und Prozedurcode enthält, durch die die Meßparameter des Meßgeräts 10 so eingestellt werden können, daß sie den spezifischen Charakteristika der jeweiligen Charge der disposiblen Teststreifen 18 entsprechen. Ferner enthält der ROM-Speicherbaustein 30 eine große Anzahl zusätzlicher Variablen, die den Betrieb des Mikroprozessors 59 bei der Ausführung der Tests zur Bestimmung des jeweiligen Analyten steuern. Diese Variablen werden nachfolgend näher erläutert.
Die Anregungsspannungsquelle 44 und der Meßverstärker 50 erhalten ihre Befehle von dem Mikroprozessor 59 über den Bus 58. Die Anregungsspannungsquelle 44 reagiert auf diese Befehle, indem sie verschiedene Anregungsspannungswerte an die Elektrode 24 des Teststreifens 18 anlegt. Der Meßverstärker 50 wird mit zwei unterschiedlichen Ver stärkungsfaktoren gesteuert, um zu vermeiden, daß er beim erstmaligen Anlegen einer Anregungsspannung an den Teststreifen 18 in den Sättigungsbereich kommt.
Geht man davon aus, daß die den Analyten enthaltende Probe ein Blutstropfen ist, in dem die Glucosekonzentration zu ermitteln ist, so enthält ein disposibler Teststreifen in der Probenaufnahme 20 folgende Reaktanten: ein Enzym, einen Elektrolyten, einen Mediator, einen Filmbildner und einen Puffer. Das Enzym kann beispielsweise Glucoseoxidase oder Glucosedehydrogenase sein; der Puffer kann organisch oder anorganisch sein; der Elektrolyt kann Kaliumchlorid oder Natriumchlorid sein; der Mediator ist vorzugsweise Kaliumferricyanid, und als Filmbildner kommen Gelatine und Propiofin in Betracht. (Falls der Teststreifen zur Bestimmung der Konzentration von Cholesterin dienen soll, ist das Enzym vorzugsweise Cholesterinoxidase mit oder ohne Zusatz einer Cholesterinesterase. Der Puffer ist vorzugsweise anorganisch und enthält einen Elektrolyten wie beispielsweise Kaliumchlorid oder Natriumchlorid. In diesem Fall kommen zwei Mediatoren zur Anwendung, nämlich Ferricyanid und Chinone, die, wie zuvor erwähnt, in einen Gelatinefilm integriert werden).
Da die bei einer Prozedur zur Bestimmung eines solchen Analyten verwendete Chemie in der Fachwelt bekannt ist, wird sie hier nicht im einzelnen beschrieben. Es genügt zu erwähnen, daß eine Glucosebestimmung durchgeführt wird, indem man zuerst eine Blutprobe in der Probenaufnahme 20 plaziert. Die in der Probe enthaltene Glucose verursacht eine Vorwärtsreaktion von Kaliumferricyanid zu Kaliumferrocyanid. Innerhalb einer Inkubationszeit läuft die Vorwärtsreaktion vollständig ab. Das nachfolgende Anlegen einer Anregungsspannung an die Anregungselektrode 24 auf dem disposiblen Teststreifen 18 führt dazu, daß durch die Meßelektrode 26 ein kleiner Strom fließt, der aus der Rückreaktion von Kaliumferrocyanid zu Kaliumferricyanid resultiert. Der Elektronenstrom während der Rückreaktion wird erfaßt und an mehreren Punkten gemessen, zum einen um festzustellen, daß die Reaktion der Cottrell-Kurve folgt, zum anderen um die Lage der Cottrell-Kurve zu ermitteln. Diese Lage ist ein Maß für die Glucosekonzentration. Der resultierende Glucosewert muß anschließend korrigiert werden, um die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen.
Wie bereits erwähnt, wird der Betrieb des Biosensor-Meßgeräts 10 im wesentlichen durch Daten gesteuert, die in dem ROM-Speicherbaustein 30 gespeichert sind. Der ROM-Speicherbaustein 30 enthält verschiedene Datenwerte, die für den ordnungsgemäßen Betrieb des Meßgeräts 10 kritisch sind. Zu diesen Werten können gehören: Meß-Verzögerungszeiten, eine Inkubationszeit, die Anzahl der Messungen, die während einer Meßperiode durchgeführt werden, verschiedene Grenzwerte, mit denen die Spannungswerte verglichen werden, Werte der Anregungsspannung, die während einer Testprozedur an den Teststreifen 18 angelegt wird, Umrechnungsfaktoren für den Glucosewert sowie mehrere Fehlerschutz-Funktionen. Darüber hinaus kann der ROM-Speicherbaustein 30 teilweise oder vollständig den Steuercode enthalten, der die Prozeduren des Meßgeräts 10 steuert, so daß durch Austausch gegen einen neuen ROM-Speicherbaustein die durch das Meßgerät 10 ausgeführten Testprozeduren entsprechend angepaßt werden können.
Wegen der begrenzten Kapazität des RAM (Random Access Memory)-Speichers in dem Mikroprozessor 59 werden die Daten aus dem ROM-Speicherbaustein 30 von dem Mikroprozessor 59 nur in dem jeweils benötigten Umfang in den RAM- Speicher geladen und danach entfernt und durch neue Daten ersetzt. In der nachfolgenden Beschreibung der Betriebsweise des Meßgeräts 10 werden die aus dem ROM-Speicherbaustein 30 übernommenen Werte durch die unmittelbar folgende Einfügung "(ROM)" bezeichnet.
Unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 wird nun die Betriebsweise des Meßgeräts 10 bei der Bestimmung des Glucosegehalts beschrieben. Zunächst stellt der Mikroprozessor 59 fest, ob ein Teststreifen richtig eingesetzt wurde und ob die Anregungselektrode 24 und die Meßelektrode 26 die erforderliche kontinuierliche Verbindung haben. Dieser Schritt wird in dem gleichzeitig anhängigen US-Patent Nr. 5,438,271 von Bradley White et al. und in der entsprechenden internationalen Patentanmeldung WO 94/29705, eingereicht am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung (Aktenzeichen des Anwalts 058-924262-NA), detailliert beschrieben.
Als Nächstes (bevor ein Blutstropfen auf die Probenaufnahme 20 aufgegeben wird) bewirkt der Mikroprozessor 59, daß die Anregungsspannungsquelle 44 einen Anregungspotentialwert 62 (ROM) (4) an die Anregungselektrode 24 anlegt. Der anfängliche Potentialwert 62 (ROM) ermöglicht die Messung des Leckstroms zwischen der Anregungselektrode 24 und der Meßelektrode 26. Stellt sich dabei heraus, daß der (von dem Meßverstärker 50 ermittelte und über den A/D-Wandler 52 an den Mikroprozessor 59 geleitete) Leckstrom unter einem Grenzwert (ROM) liegt, so zeigt der Mikroprozessor 59 auf dem Display 12 an, daß der Benutzer einen Blutstropfen auf die Probenaufnahme 20 aufgeben kann. Beim Aufgeben des Blutstropfens wird durch den Meßverstärker 50 eine sofortige Abnahme des Widerstands (d. h. eine Zunahme des Stroms) zwischen den Elektroden 24 und 26 gemessen. Das resultierende Ausgangs signal des Meßverstärkers 50 ist als Impuls 64 der Signalkurve 66 in 4 dargestellt. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Impulses 64.
Wenn der Impuls 64 einen ersten Grenzwert 68 überschreitet, stellt der Mikroprozessor 59 fest, daß ein Blutstropfen detektiert wurde. Der Grenzwert 68 ist niedrig festgelegt, um schnell ermitteln zu können, daß eine Blutprobe auf den Teststreifen 18 aufgegeben wurde, und dadurch eindeutig festzustellen, daß eine Inkubationszeit t_i begonnen hat (4). Der Grenzwert 68 wird von dem Mikroprozessor 59 berechnet, indem ein Tropfendetektions-Grenzwert (ROM) zu dem jeweils aktuellen Wert des Leckstroms des Teststreifens hinzuaddiert wird.
Wenn der Impuls 64 den Grenzwert 68 überschreitet, beginnt eine Verzögerungszeit d (ROM), an deren Ende (zum Zeitpunkt 70) eine zweite Messung der Kurve 64 durchgeführt wird. Die Verzögerungszeit d ist darauf abgestimmt, daß der Blutstropfen die enzymatische Schicht in der Probenaufnahme 20 vollständig benetzen kann. Wenn der zu dem Zeitpunkt 70 ermittelte Strommeßwert unterhalb eines Probenmenge-Grenzwerts 72 (ROM) liegt, wird der Test abgebrochen, da dann die Menge des Blutstropfens nicht ausreicht, um eine vollständige Hydratation der enzymatischen Reaktanten innerhalb der Probenaufnahme 20 sicherzustellen. Überschreitet der zum Zeitpunkt 70 ermittelte Strommeßwert jedoch den Probenmenge-Grenzwert 72 (ROM), so wird der Test fortgesetzt.
Danach bewirkt der Mikroprozessor 59, daß das Anregungspotential der Anregungsspannungsquelle 44 abgetrennt wird. Der Kurvenabschnitt 74 stellt die Inkubationszeit t_i (ROM) dar. Sie erstreckt sich über eine ausreichend lange Zeitspanne, um eine enzymatische Reaktion zwischen dem Blutstropfen und den Enzymen in der Probenaufnahme 20 zu bewirken.
Nach Ablauf der Inkubationszeit t_i wird erneut ein Anregungspotential (Kurvenabschnitt 76 in 4) (ROM) an die Anregungselektrode 24 angelegt, wodurch eine Rückreaktion in der Probenaufnahme 20 ausgelöst wird. Der Meßverstärker 50 mißt einen durch die Meßelektrode 26 fließenden exponentiell abnehmenden Strom (Kurvenabschnitt 78 in 4).
6, in der die Kurve 78 (Meßstrom gegen die verstrichene Zeit) vergrößert dargestellt ist, zeigt eine klassische Cottrell-Beziehung, wie sie von dem Stromfluß während der Rückreaktion durchlaufen wird. Die in 6 dargestellte Kurve 78 verschiebt sich in Abhängigkeit von der Glucosekonzentration entweder nach oben oder nach unten. Während des Kurvenabschnitts 78 bewirkt der Mikroprozessor 59, daß eine Mehrzahl von Strommeßwerten ermittelt wird, die jeweils mit einem bestimmten zeitlichen Abstand k (ROM) gemessen werden. Die Gesamtzahl der Meßintervalle (zum Beispiel vierzehn) ist ebenfalls ein Wert, der aus dem ROM-Speicherbaustein 30 übernommen wird.
Die ermittelten Strommeßwerte ermöglichen eine Glucosebestimmung und werden auch benutzt, um sicherzustellen, daß die Kurve 78 der Cottrell-Beziehung folgt. Um sicherzustellen, daß die Kurve 78 den richtigen Verlauf aufweist, werden mehrere Fehlerschutz-Operationen auf Basis der Strommeßwerte (zum Beispiel 82, 84, 86, 88 usw.) durchgeführt. Dabei werden jeweils Grenzwerte (ROM) eingesetzt, um festzustellen, ob die einzelnen Strommeßwerte der Kurve 78 innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen. Einzelheiten zu den jeweiligen Fehlerschutzberechnungen fin den sich in dem gleichzeitig anhängigen US-Patent Nr. 5,352,351.
In 6 sind vierzehn Meßintervalle abgebildet, die durch eine Meßintervall-Zahl und eine Intervalldauer definiert sind, wobei beide Werte aus dem ROM-Speicherbaustein 30 übernommen werden. Ein Meßintervall-Verzögerungswert wird ebenfalls aus dem ROM-Speicherbaustein 30 übernommen und definiert eine Anzahl von Meßintervallen, während der die Strommessungen verzögert werden, nachdem das Anregungspotential 76 wieder an die Anregungselektrode 24 angelegt ist.
7 zeigt ein Schaltbild des Meßverstärkers 50, wobei ein Eingang eines Operationsverstärkers 100 über den Anschlußkontakt 48 mit der Meßelektrode 26 verbunden ist. Ein Feedback-Widerstand 102 stellt eine normale Verstärkung zur Steuerung des Operationsverstärkers 100 ein. Er ist mit einem viel niedrigeren Widerstand 104 und einem Schalter 106 parallel geschaltet. Während der Verzögerungszeit (ROM) bewirkt der Mikroprozessor 59, daß der Schalter 106 geschlossen wird, so daß der Widerstand 104 den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 100 bestimmt. Dadurch wird eine Sättigung des Verstärkers 100 während der Zeitspanne, in der der Cottrell-Strom einen maximal meßbaren Wert (ROM) überschreitet, verhindert. Nach der Verzögerungszeit veranlaßt der Mikroprozessor 59 das Öffnen des Schalters 106, so daß der Operationsverstärker 100 sein normales Verstärkungsverhalten hat und die Meßwerte 82, 84 usw. gemessen werden können.
Nach der Aufzeichnung und Speicherung der Cottrell-Strommeßwerte geht das Meßgerät 10 zur Bestimmung der Glucosekonzentration über, wobei es auf der Basis einer durch Werte in dem ROM-Speicherbaustein 30 definierten Kalibra tionskurve die Strommeßwerte in Glucosewerte umwandelt und anschließend eine Temperaturausgleichsprozedur (ROM) auf Basis einer Temperaturabschätzungsprozedur (ROM) durchführt.
Bei der Durchführung eines Glucosetests ist es wichtig, daß das Meßgerät 10 dem Benutzer keine falschen Meßergebnisse anzeigt, weil diese zu einer Fehlmedikation führen könnten. Wenn ein Benutzer vor der Durchführung eines Glucosetests einen ROM-Baustein 30 einsetzt und irgendwann während des Tests den ROM-Baustein entfernt und einen anderen ROM-Baustein 30 einsetzt, könnte dies zu fehlerhaften Ergebnissen führen.
8 zeigt eine Prozedur, durch die ein solcher Wechsel von ROM-Bausteinen verhindert wird. Die in dem ROM-Baustein 30 gespeicherten Daten schließen eine CRC (Cyclic Redundancy Check)-Prüfsumme ein, die sich auf alle darin gespeicherten Daten bezieht. Gemäß der in 8 dargestellten Prozedur überwacht das Meßgerät 10, nachdem es eingeschaltet ist, ob ein ROM-Baustein 30 eingesetzt wurde (Entscheidungssymbol 110). Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Überwachung fortgesetzt. Falls das Ergebnis positiv ist, werden alle Daten aus dem ROM-Baustein 30 ausgelesen und daraus wird in bekannter Weise eine CRC-Prüfsumme berechnet (Feld 112). Die berechnete CRC-Prüfsumme wird anschließend mit einem aus dem ROM-Baustein 30 ausgelesenen CRC-Wert verglichen. Falls die Werte nicht übereinstimmen, wird der Test abgebrochen, weil ein Datenfehler vorliegt. Falls die Werte übereinstimmen, wird die CRC-Prüfsumme in einem RAM des Mikroprozessors 59 abgespeichert und der Test fortgesetzt, bis ein Glucosewert berechnet ist (Feld 118). An dieser Stelle werden nochmals alle Daten aus dem ROM-Baustein 30 ausgelesen, und es wird wiederum eine CRC-Prüfsumme be rechnet (Feld 120). Diese berechnete CRC-Prüfsumme wird dann mit einem aus dem ROM-Baustein 30 ausgelesenen CRC-Wert verglichen. Falls die Werte nicht gleich sind, erfolgt ein Abbruch (Entscheidungssymbol 122). Falls eine Übereinstimmung der Werte festgestellt wird, wird die zuletzt von dem ROM-Baustein 30 übernommene CRC-Prüfsumme mit der gespeicherten CRC-Prüfsumme verglichen (Entscheidungssymbol 124), um festzustellen, ob ihre Werte gleich sind. Bei einem positiven Ergebnis wird der Glucosewert angezeigt. Bei einem negativen Vergleichsergebnis wird der Test abgebrochen, weil davon auszugehen ist, daß ein Austausch von ROM-Bausteinen stattgefunden hat.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die vorausgehende Beschreibung lediglich eine beispielhafte Darstellung der Erfindung ist. Dem Fachmann sind zahlreiche Alternativen und Modifikationen zugänglich, ohne daß er die Erfindung verläßt. Beispielsweise wurde die Erfindung anhand eines Meßgerätes mit einem steckbaren Baustein beschrieben, das im Bereich der Probenaufnahme meßbare elektrische Signale zur Bestimmung der Analysereaktion verwendet. Der vorstehend beschriebene steckbare Baustein kann jedoch auch in Verbindung mit einem Meßgerät verwendet werden, das auf anderen Typen der Erfassung von Reaktionsergebnissen basiert, beispielsweise auf der Erfassung mit optischen Mitteln. Demgemäß umfaßt die Erfindung alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Varianten, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Biosensor-Meßgerät (10) zur Aufnahme eines Teststreifens (18), der eine Reaktionszone (20) mit einem darin befindlichen Analysereaktanten aufweist, umfassend: eine Sensoreinrichtung zur Ausgabe von Signalen, die für Manifestationen einer in der Reaktionszone (20) stattfindenden Reaktion zwischen einer einen Analyten enthaltenden Flüssigkeit und dem Analysereaktanten kennzeichnend sind; einen steckbaren Speicherbaustein (30) zum Einsetzen in eine elektrische Kupplung des Meßgeräts; und eine Prozessoreinrichtung (59), die mit dem Speicherbaustein (30) verbunden ist und dazu dient, aus Ausgangssignalen der Sensoreinrichtung einen Konzentrationswert eines Analyten in der einen Analyten enthaltenden Flüssigkeit in der Reaktionszone (20) zu bestimmen; wobei der steckbare Speicherbaustein (30) eine Mehrzahl von gespeicherten Parameter-Werten und Prozedurroutinen-Spezifikationen enthält, die zur Steuerung eines von dem Meßgerät ausgeführten Algorithmus verwendet werden, der die Bestimmung eines Analysekonzentrationwerts ermöglicht, wobei die Prozedurroutinen-Spezifikationen gespeicherte Werte einschließen, aus denen Zeit-Werte zur Steuerung der Sensoreinrichtung bei der Ausführung des Algorithmus abgeleitet werden können und die Prozessoreinrichtung auf die Parameter-Werte und Prozedurroutinen-Spezifikationen, die von dem steckbaren Speicherbaustein (30) übernommen wurden, zur Steuerung des Betriebs der Sensoreinrichtung (24, 26) gemäß dem Algorithmus reagiert.
Biosensor-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steckbare Speicherbaustein (30) weiterhin eine Prozedurroutine enthält, die, wenn sie von der Prozessoreinrichtung ausgeführt wird, die Abarbeitung des Algorithmus ermöglicht.
Biosensor-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steckbare Speicherbaustein einen CRC (Cyclic Redundancy Check)-Prüfwert speichert, wobei die Prozessoreinrichtung (59) einen ersten Test durchführt, bei dem Daten aus dem steckbaren Baustein (30) ausgelesen werden, ein CRC-Wert für diese Daten berechnet wird, der berechnete CRC-Wert mit einem aus dem steckbaren Baustein (30) ausgelesenen CRC-Wert verglichen wird, um die Identität der Werte zu überprüfen, und wobei im Falle einer solchen Identität der CRC-Wert abgespeichert und die Durchführung eines analytischen Tests freigegeben wird, und wobei weiterhin am Ende des analytischen Tests bestimmt wird, ob der gespeicherte CRC-Wert mit einem CRC-Wert übereinstimmt, der zu diesem Zeitpunkt am Ende des Tests aus dem steckbaren Baustein (30) ausgelesen wird, wodurch sichergestellt ist, daß während der Testprozedur der Speicherbaustein (30) nicht ausgewechselt wurde.
Biosensor-Meßgerät nach Anspruch 3, wobei die Prozessoreinrichtung (59) bei Beendigung eines analytischen Tests den ersten Test durchführt, um sicherzustellen, daß ein CRC-Wert, der aufgrund von aus dem Speicherbaustein (30) ausgelesenen Daten zu diesem Zeitpunkt berechnet wurde, mit einem CRC-Wert übereinstimmt, der aus dem Speicherbaustein (30) ausgelesen wurde, und auch mit dem gespeicherten CRC-Wert übereinstimmt.
Biosensor-Meßgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Aufnahme eines Teststreifens (18), der in Kontakt mit der Reaktionszone stehende Elektroden (24, 26) aufweist, umfassend: eine Anregungsspannungsquelle (44) zum Anlegen eines Potentials an eine Anregungselektrode (24) auf dem Teststreifen (18), wenn er in das Meßgerät (10) eingesetzt ist; einen Meßverstärker zur Verbindung mit einer Meßelektrode (26), wenn der Teststreifen (18) in das Meßgerät (10) eingesetzt ist, und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das dem zwischen den Elektroden (24, 26) bei Gegenwart einer einen Analyten enthaltenden Flüssigkeit in der Reaktionszone (20) fließenden Strom entspricht; wobei die Prozessoreinrichtung (59) mit der Anregungsspannungsquelle (44), dem Meßverstärker (50) und dem Speicherbaustein (30) verbunden ist, um auf Basis von Parameter-Werten, die sie von dem steckbaren Speicherbaustein (30) übernimmt, die Anregungsspannungsquelle (44) so zu steuern, daß sie eine Mehrzahl von Spannungen an die Anregungselektrode (24) anlegt, wobei die Potentialwerte und die Dauer des Anliegens auf Basis der aus dem steckbaren Speicherbaustein (30) übernommenen Parameter-Werte von der Prozessoreinrichtung (59) bestimmt werden, und um weiterhin den Meßverstärker (50) so zu steuern, daß er für eine vorbestimmte Dauer eine Mehrzahl von Ausgangssignalen erzeugt und um aus den Ausgangssignalen einen Wert zu berechnen, der dem Konzentrationswert eines Analyten in der den Analyten enthaltenden Flüssigkeit in der Reaktionszone (20) entspricht, wobei die die jeweiligen Operationen steuernden Parameter-Werte aus dem Speicherbaustein (30) übernommen werden.
Biosensor-Meßgerät (10) nach Anspruch 5, wobei die Prozessoreinrichtung (59) mit der Anregungsspannungsquelle (44), dem Meßverstärker (50) und dem Speicherbaustein (30) verbunden ist, um die Anregungsspannungsquelle (44) so zu steuern, daß sie für je eine erste und zweite Periode, die voneinander durch eine Inkubationsperiode getrennt sind, ein erstes bzw. ein zweites Anregungspotential (62, 76) an die Anregungselektrode (46) anlegt, und um weiterhin den Meßverstärker (50) zu veranlassen, daß er während der zweiten Periode eine Anzahl von Ausgangssignalen, die den gemessenen Strömen entsprechen, erzeugt, wobei die Werte des ersten und des zweiten Anregungspotentials (62, 76) und die Anzahl der von dem Meßverstärker (50) erzeugten Ausgangssignale durch Parameter-Werte gesteuert werden, die von dem Speicherbaustein (30) übernommen wurden.
Biosensor-Meßgerät nach Anspruch 6, wobei der steckbare Speicherbaustein (30) weiterhin Spannungsgrenzwerte enthält, durch die die Prozessoreinrichtung (59) in die Lage versetzt wird festzustellen, daß eine ausreichende Menge der den Analyten enthaltenden Flüssigkeit in der Reaktionszone (20) vorhanden ist und daß ein Leckstrom zwischen der Anregungselektrode (24) und der Meßelektrode (26) einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Biosensor-Meßgerät nach Anspruch 7, wobei der steckbare Speicherbaustein (30) weiterhin einen Zeitablauf-Wert enthält, den die Prozessoreinrichtung (59) übernimmt und dazu verwendet, die Dauer der Inkubationsperiode zu steuern.
Biosensor-Meßgerät nach Anspruch 5, wobei Feedback-Mittel zur Steuerung des Verstärkungsfaktors des Meßverstärkers (50) vorgesehen sind; und die Prozessoreinrichtung (59) mit der Anregungsspannungsquelle (44), dem Meßverstärker (50), den Feedback-Mitteln und dem Speicherbaustein (30) verbunden ist, um die Anregungsspannungsquelle (44) so zu steuern, daß sie während einer ersten Periode und einer zweiten Periode, die voneinander durch eine Inkubationsperiode getrennt sind, ein erstes bzw. ein zweites Anregungspotential (62, 76) an die Anregungselektrode (24) anlegt, und um den Meßverstärker zu veranlassen, innerhalb von N Intervallen Ausgangssignale zu erzeugen, die während der zweiten Periode gemessenen Strommeßwerten entsprechen, und um die Feedback-Mittel so zu steuern, daß sie den Verstärkungsfaktor des Meßverstärkers erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zahl von N Intervallen von einem niedrigeren Wert auf einen höheren Wert ändert, wobei der Wert von N und die vorbestimmte Anzahl von Meßwerten aus dem Speicherbaustein (30) übernommen werden.