JPH07107531B2 - Signal processing device in biosensor - Google Patents
Signal processing device in biosensorInfo
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- JPH07107531B2 JPH07107531B2 JP62153113A JP15311387A JPH07107531B2 JP H07107531 B2 JPH07107531 B2 JP H07107531B2 JP 62153113 A JP62153113 A JP 62153113A JP 15311387 A JP15311387 A JP 15311387A JP H07107531 B2 JPH07107531 B2 JP H07107531B2
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- unit data
- unit
- predetermined number
- data
- maximum value
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- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明はバイオセンサにおける信号処理装置に関し、
さらに詳細にいえば、生化学反応に対応して生成される
電気信号を微分し、一次微分の最大値に基いて対象物質
の測定を行なうバイオセンサにおける信号処理装置に関
する。The present invention relates to a signal processing device in a biosensor,
More specifically, the present invention relates to a signal processing device in a biosensor for differentiating an electric signal generated corresponding to a biochemical reaction and measuring the target substance based on the maximum value of the first derivative.
＜従来の技術、および発明が解決しようとする問題点＞ 従来から非常に複雑な有機化合物、蛋白質等を極めて高
感度に、かつ選択的に検知することができるという特質
に着目して、下地電極の表面に生理活性物質を固定して
なる酵素電極により上記有機化合物、蛋白質等の測定を
行なうための研究開発が行なわれている。<Prior Art and Problems to be Solved by the Invention> Focusing on the characteristic that an extremely complicated organic compound, protein, or the like can be detected with extremely high sensitivity from the past, the base electrode Research and development have been carried out for measuring the above-mentioned organic compounds, proteins and the like by means of an enzyme electrode having a physiologically active substance immobilized on the surface thereof.
そして、上記酵素電極を使用して対象物質の測定を行な
う場合には、通常測定対象物質の酸化、還元等を上記生
理活性物質の存在下において行なわせ、生成物質、或は
消失物質の量を測定することにより測定対象物質の濃度
を測定するのであるから、測定可能な濃度の上限が、酸
化、還元等を行なわせる物質、例えば酸素等の存在量に
より制限されることになってしまい、高濃度の測定対象
物質の濃度については、到底正確な測定結果を得ること
ができないことになってしまうという問題がある。When the target substance is measured using the enzyme electrode, normally, the target substance to be measured is oxidized or reduced in the presence of the physiologically active substance, and the amount of the produced substance or the lost substance is measured. Since the concentration of the substance to be measured is measured by measuring, the upper limit of the measurable concentration is limited by the amount of the substance that causes oxidation, reduction, etc., such as oxygen, which is high. Regarding the concentration of the substance to be measured, there is a problem that it is impossible to obtain an accurate measurement result.
このような問題を解消させるために、本件特許出願人
は、酵素電極から取出された電気信号を微分し、酸化、
還元等の反応速度を検出することにより、高濃度の対象
物質の濃度測定を行なうことができるようにしたバイオ
センサについて特許出願を行なっているが、信号処理系
におけるノイズの影響等を排除する目的で酵素電極から
取出される電気信号を先ずディジタルデータに変換し、
その後、必要な演算、処理を行なうようにしている。具
体的には、取込みデータをディジタルデータに変換する
A/Dコンバータからの出力信号を時系列データとしてメ
モリに格納しておき、時間tn〜tn＋１（但、tn＋１＝tn
＋Δｔ、ｎは自然数）における出力信号の平均値vn（但
し、積分値でもよい）、および時間tn＋１〜tn＋２（但
し、tn＋２＝tn＋１＋Δｔ）における出力信号の平均値
vn＋１（但し、積分値でもよい）を算出した後、両平均
値の差分Δvn＝vn＋１−vnを算出し、得られた差分Δvn
の最大値Δｖmaxを選択する。そして、上記最大値Δｖm
axに基いて必要な演算を行なうことにより、対象物質の
濃度を算出する したがって、上記A/Dコンバータからの出力信号の精度
が十分に高ければ、最大値Δｖmaxを正確に算出するこ
とができ、ひいては、対象物質の濃度を正確に算出する
ことができるのであるが、上記A/Dコンバータからの出
力信号の精度は、A/Dコンバータのビット数に基いて定
まるのであり、しかも、上記差分ΔvnがA/Dコンバータ
からの出力信号レベルと比較して著しく低いのであるか
ら、対象物質の濃度の測定精度を余り高めることができ
ないという問題がある。即ち、A/Dコンバータのビット
数を増加させることにより分解能が高めれば、分解能が
高くなった分だけ対象物質の濃度測定精度を高めること
ができるのであるが、ビット数が多いA/Dコンバータは
単体として高価であるとともに、A/Dコンバータを組込
んだシングルチップマイクロコンピュータにおいては、
一般的にビット数が８程度以下のA/Dコンバータしか組
込まれていないのであるから、ビット数が多いA/Dコン
バータを採用しようとすれば、濃度測定装置全体として
高価になってしまうという不都合があるとともに、シン
グルチップマイクロコンピュータが使用できないことに
伴なう構成の複雑化を招いてしまうという不都合もあ
る。In order to solve such a problem, the applicant of the present application differentiates the electric signal taken out from the enzyme electrode, oxidizes,
A patent application has been filed for a biosensor capable of measuring the concentration of a high-concentration target substance by detecting the reaction rate of reduction, but the purpose of eliminating the effects of noise in the signal processing system, etc. First, convert the electrical signal extracted from the enzyme electrode into digital data,
After that, necessary calculations and processing are performed. Specifically, it converts the captured data into digital data
The output signal from the A / D converter is stored in the memory as time series data, and the time tn to tn + 1 (where tn + 1 = tn
The average value vn (however, an integral value) of the output signal at + Δt, n is a natural number, and the average value of the output signal at times tn + 1 to tn + 2 (however, tn + 2 = tn + 1 + Δt)
After calculating vn + 1 (however, the integrated value may be used), the difference Δvn = vn + 1−vn between both average values is calculated, and the obtained difference Δvn
The maximum value Δvmax of is selected. Then, the maximum value Δvm
The concentration of the target substance is calculated by performing the necessary calculation based on ax. Therefore, if the accuracy of the output signal from the A / D converter is sufficiently high, the maximum value Δvmax can be calculated accurately. As a result, the concentration of the target substance can be calculated accurately, but the accuracy of the output signal from the A / D converter is determined based on the number of bits of the A / D converter, and the difference Δvn Is significantly lower than the output signal level from the A / D converter, so that there is a problem in that the measurement accuracy of the concentration of the target substance cannot be increased so much. That is, if the resolution is increased by increasing the number of bits of the A / D converter, the accuracy of concentration measurement of the target substance can be increased by the amount of higher resolution. In addition to being expensive as a single unit, in a single-chip microcomputer incorporating an A / D converter,
Generally, only an A / D converter with a bit number of about 8 or less is incorporated, so if an A / D converter with a large number of bits is adopted, the concentration measuring device as a whole becomes expensive. In addition, there is a disadvantage that the configuration becomes complicated due to the inability to use the single-chip microcomputer.
また、ノイズ等に起因する誤差、即ち、濃度測定精度の
低下を抑制するために、平均値を算出するための信号
数、或は積分値を得るための信号数を増加させることが
考えられるが、信号数を増加させると、差分の最大値が
鈍ってしまい、かえって濃度測定精度を低下させてしま
うことになるという不都合がある。Further, in order to suppress an error caused by noise or the like, that is, a decrease in concentration measurement accuracy, it is conceivable to increase the number of signals for calculating an average value or the number of signals for obtaining an integrated value. However, when the number of signals is increased, the maximum value of the difference becomes dull, which rather reduces the accuracy of concentration measurement.
＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
A/Dコンバータのビット数を増加させることなく、高い
濃度測定精度を達成することができる、バイオセンサに
おける信号処理装置を提供することを目的としている。<Objects of the Invention> The present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a signal processing device in a biosensor, which can achieve high concentration measurement accuracy without increasing the number of bits of the A / D converter.
＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための、この発明の信号処理装置
は、生化学反応に対応して生成される電気信号を所定の
時間間隔毎にディジタルデータに変換して取込むA/D変
換手段と、時系列的に連続する所定回数のディジタルデ
ータを加算して単位データを生成する単位データ生成手
段と、時系列的に連続する所定数の単位データを加算す
る加算手段と、加算手段により順次得られる単位データ
加算結果のうち、１つの単位データ加算結果と、この１
つの単位データ加算結果を得るための時系列的に連続す
る所定数の単位データのそれぞれに対して所定個数の単
位データだけずれた単位データを加算して得られた単位
データ加算結果との差を算出する差分算出手段と、算出
された差の最大値を選択して一次微分値として出力する
最大値検出手段とを具備するものである。<Means for Solving Problems> In order to achieve the above object, the signal processing device of the present invention converts an electric signal generated corresponding to a biochemical reaction into digital data at predetermined time intervals. A / D conversion means for taking in the data, a unit data generation means for generating unit data by adding a predetermined number of time-series continuous digital data, and a predetermined number of time-series continuous unit data And a unit data addition result among the unit data addition results sequentially obtained by the addition unit.
The difference between the unit data addition result obtained by adding the unit data deviated by the predetermined number of unit data to each of the predetermined number of unit data consecutive in time series to obtain one unit data addition result is calculated. It is provided with a difference calculating means for calculating and a maximum value detecting means for selecting the maximum value of the calculated difference and outputting it as a primary differential value.
但し、上記単位データ生成手段としては、ノイズの周波
数に対応する回数の連続データを加算することにより単
位データを生成するものであることが好ましい。However, it is preferable that the unit data generating means generates unit data by adding continuous data of the number of times corresponding to the frequency of noise.
また、１つの単位データ加算結果と、この１つの単位デ
ータ加算結果を得るための時系列的に連続する所定数の
単位データのそれぞれに対して１つの単位データだけず
れた単位データを加算して得られた単位データ加算結果
との差を算出するものであることが好ましい。Further, one unit data addition result and unit data deviated by one unit data are added to each of a predetermined number of unit data consecutive in time series for obtaining this one unit data addition result. It is preferable to calculate the difference from the obtained unit data addition result.
他の発明の信号処理装置は、生化学反応に対応して生成
される電気信号を所定の時間間隔毎にディジタルデータ
に変換して取込むA/D変換手段と、時系列的に連続する
所定回数のディジタルデータを加算して単位データを生
成する単位データ生成手段と、時系列的に連続する所定
数の単位データを加算する加算手段と、加算手段により
順次得られる単位データ加算結果のうち、１つの単位デ
ータ加算結果と、この１つの単位データ加算結果を得る
ための時系列的に連続する所定数の単位データのそれぞ
れに対して１つの単位データだけずれた単位データを加
算して得られた単位データ加算結果との差を算出する差
分算出手段と、算出された差を所定数加算する加算手段
と、加算された値の最大値を選択して一次微分値に対応
する値として出力する最大値検出手段とを具備するもの
である。A signal processing device according to another invention is an A / D conversion means for converting an electric signal generated corresponding to a biochemical reaction into digital data at a predetermined time interval and taking in the digital signal, and a predetermined time-series continuous signal processing device. Unit data generation means for adding the number of times of digital data to generate unit data, addition means for adding a predetermined number of unit data consecutive in time series, and unit data addition results sequentially obtained by the addition means, It is obtained by adding one unit data addition result and unit data deviated by one unit data with respect to each of a predetermined number of unit data consecutive in time series for obtaining this one unit data addition result. Difference calculation means for calculating the difference with the unit data addition result, addition means for adding a predetermined number of the calculated differences, and the maximum value of the added values is selected and output as a value corresponding to the primary differential value. It is intended to and a maximum value detecting means.
＜作用＞ 以上の構成の信号処理装置であれば、生化学反応に対応
して生成される電気信号を微分し、一次微分の最大値に
基いて対象物質の測定を行なう場合において、生化学反
応に対応して生成される電気信号をA/D変換手段によ
り、所定の時間間隔毎にディジタルデータに変換して取
込み、連続する所定回数のディジタルデータを単位デー
タ生成手段により加算して単位データを生成する。そし
て、加算手段により順次得られる単位データ加算結果の
うち、１つの単位データ加算結果と、この１つの単位デ
ータ加算結果を得るための時系列的に連続する所定数の
単位データのそれぞれに対して所定個数の単位データだ
けずれた単位データを加算して得られた単位データ加算
結果との差を差分算出手段により算出し、算出された差
の最大値を最大値検出手段により選択して一次微分の最
大値として出力することができる。<Operation> With the signal processing device having the above configuration, when the electrical signal generated corresponding to the biochemical reaction is differentiated and the target substance is measured based on the maximum value of the first derivative, the biochemical reaction The electric signal generated corresponding to the above is converted into digital data by the A / D conversion means at every predetermined time interval and taken in, and the unit data generation means adds the continuous predetermined number of digital data to obtain the unit data. To generate. Of the unit data addition results sequentially obtained by the adding means, one unit data addition result and a predetermined number of unit data consecutive in time series for obtaining the one unit data addition result are respectively added. The difference from the unit data addition result obtained by adding the unit data deviated by a predetermined number of unit data is calculated by the difference calculating means, and the maximum value of the calculated difference is selected by the maximum value detecting means to perform the first derivative. Can be output as the maximum value of.
したがって、出力された一次部分の最大値に基いて対象
物質に関する測定結果を得ることができる。Therefore, the measurement result regarding the target substance can be obtained based on the maximum value of the output primary portion.
さらに詳細に説明すると、連続する所定回数のディジタ
ルデータを単位データ生成手段により加算して単位デー
タを生成するようにしているので、単位データとしての
分解能をA/D変換手段の分解能よりも高くすることがで
きる。そして、連続的に得られる単位データ加算結果の
うち、少なくとも１つの単位データ加算結果同士の差を
算出し、算出された差の最大値を一次微分の最大値とし
て出力するのであるから、分解能をA/D変換手段の分解
能よりも高くし、しかもピークの鈍りを抑制して高精度
の一次微分最大値を得ることができる。即ち、取込まれ
たディジタルデータをそのまま保持しておくとともに、
所定数の加算を行なうことにより単位データを得てお
き、この単位データに基いて一次微分最大値を算出する
のであるから、ピークを確実に保存し、しかも算出精度
を高めることができるのである。More specifically, since the unit data generating means adds the continuous predetermined number of digital data to generate the unit data, the resolution as the unit data is made higher than the resolution of the A / D converting means. be able to. Then, the difference between at least one unit data addition result among the continuously obtained unit data addition results is calculated, and the maximum value of the calculated differences is output as the maximum value of the first derivative. The resolution can be made higher than that of the A / D conversion means, and the blunting of the peak can be suppressed to obtain a highly accurate first derivative maximum value. That is, while holding the captured digital data as it is,
Since a predetermined number of additions are performed to obtain the unit data and the first-order differential maximum value is calculated based on this unit data, it is possible to reliably store the peak and to improve the calculation accuracy.
そして、上記単位データ生成手段が、ノイズの周波数に
対応する回数の連続データを加算することにより単位デ
ータを生成するものである場合には、ノイズの影響を完
全に排除した単位データを生成することができ、一次微
分最大値の精度を一層高めることができる。Then, when the unit data generating means generates the unit data by adding the continuous data of the number of times corresponding to the frequency of noise, the unit data generating unit generates the unit data in which the influence of noise is completely eliminated. Therefore, the accuracy of the maximum value of the first derivative can be further improved.
また、上記差分算出手段が、１つの単位データ加算結果
と、この１つの単位データ加算結果を得るための時系列
的に連続する所定数の単位データのそれぞれに対して１
つの単位データだけずれた単位データを加算して得られ
た単位データ加算結果との差を算出するものである場合
には、単位データに含まれるノイズの影響を著しく抑制
することができ、一次微分最大値の精度を一層高めるこ
とができる。Further, the difference calculating means outputs 1 for each unit data addition result and a predetermined number of unit data consecutive in time series for obtaining this one unit data addition result.
When calculating the difference from the unit data addition result obtained by adding unit data that is shifted by one unit data, the influence of noise included in the unit data can be significantly suppressed, and the first derivative The accuracy of the maximum value can be further increased.
他の発明の信号処理装置であれば、生化学反応に対応し
て生成される電気信号を微分し、一次微分の最大値に基
いて対象物質の測定を行なう場合において、生化学反応
に対応して生成される電気信号をA/D変換手段により、
所定の時間間隔毎にディジタルデータに変換して取込
み、時系列的に連続する所定回数のディジタルデータを
単位データ生成手段により加算して単位データを生成す
る。そして、時系列的に連続する所定数の単位データを
加算手段により加算し、加算手段により順次得られる単
位データ加算結果のうち、１つの単位データ加算結果
と、この１つの単位データ加算結果を得るための時系列
的に連続する所定数の単位データのそれぞれに対して１
つの単位データだけずれた単位データを加算して得られ
た単位データ加算結果との差を差分算出手段により算出
し、算出された差を加算手段により所定数加算し、加算
された値の最大値を最大値検出手段により選択して一次
微分値に対応する値として出力することができる。した
がって、出力された一次微分値に対応する値の最大値に
基いて対象物質に関する測定結果を得ることができ、し
かも単位データに含まれるノイズの影響を著しく抑制す
ることができ、正確な測定対象物質濃度の検出を行なう
ことができる。With the signal processing device of another invention, when the electric signal generated corresponding to the biochemical reaction is differentiated and the target substance is measured based on the maximum value of the first derivative, it corresponds to the biochemical reaction. The electrical signal generated by the A / D conversion means,
The unit data is converted into digital data at every predetermined time interval and fetched, and a predetermined number of time-series consecutive digital data is added by the unit data generating means to generate unit data. Then, a predetermined number of unit data that are continuous in time series are added by the adding unit, and one unit data addition result and one unit data addition result are obtained from the unit data addition results sequentially obtained by the adding unit. 1 for each of a predetermined number of unit data that are consecutive in time series for
The difference from the unit data addition result obtained by adding the unit data deviated by one unit data is calculated by the difference calculation means, the calculated difference is added by the predetermined number by the addition means, and the maximum value of the added values Can be selected by the maximum value detecting means and output as a value corresponding to the primary differential value. Therefore, it is possible to obtain the measurement result for the target substance based on the maximum value of the output first-order differential values, and it is possible to significantly suppress the influence of noise included in the unit data, and to obtain an accurate measurement target. The substance concentration can be detected.
＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Hereinafter, detailed description will be given with reference to the accompanying drawings illustrating an example.
第４図は酵素電極の構成を示す縦断面図であり、酵素電
極本体（１）の一側を凸面としているとともに、凸面に
おいて外部に露呈する状態でPtからなる中心電極
（２）、およびAgからなる対向電極（３）を設けてい
る。そして、上記凸面を蔽う状態でグルコースオキシダ
ーゼ（以下、GODと略称する）を固定して固定化酵素膜
（４）、およびセロハン等からなる拡散制限膜（５）を
設けている。尚、上記酵素電極本体（１）の他側所定位
置には、上記中心電極（２）、および対向電極（３）に
対してそれぞれ接続された信号取出し端子（６）を設け
ている。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the structure of the enzyme electrode. One side of the enzyme electrode body (1) is a convex surface, and the central electrode (2) made of Pt and Ag are exposed to the outside on the convex surface. Is provided with a counter electrode (3). Glucose oxidase (hereinafter abbreviated as GOD) is fixed so as to cover the convex surface, and an immobilized enzyme membrane (4) and a diffusion limiting membrane (5) made of cellophane or the like are provided. A signal output terminal (6) connected to the center electrode (2) and the counter electrode (3) is provided at a predetermined position on the other side of the enzyme electrode body (1).
したがって、固定化酵素膜（４）において の酵素反応が行なわれ、生成されるH2O2の量に対応する
電流が中心電極（２）と対向電極（３）との間に生成さ
れ、信号取出し端子（６）（６）を通して外部に取出さ
れることになる。Therefore, in the immobilized enzyme membrane (4) The enzyme reaction is performed, and a current corresponding to the amount of H 2 O 2 generated is generated between the central electrode (2) and the counter electrode (3), and externally transmitted through the signal output terminals (6) and (6). Will be taken out.
第１図はこの発明の信号処理装置の一実施例を示すブロ
ック図であり、信号取出し端子（６）（６）から出力さ
れる電流信号を電圧信号に変換するI/V変換部（７）
と、I/V変換部（７）からの出力信号を入力として、所
定の時間間隔t1毎に電圧信号をディジタルデータに変換
するA/Dコンバータ（８）と、A/Dコンバータ（８）から
時系列的に出力されるデータを所定数ｌだけ加算して単
位データＸを生成する第１の加算部（９）と、第１の加
算部（９）から出力される単位データＸを時系列的に保
持する単位データ保持部（10）と、単位データ保持部
（10）に保持されている単位データX1,X2,…,Xmのう
ち、連続するｎ個の単位データを加算する第２の加算部
（11）、および第３の加算部（12）と、両加算部（11）
（12）に対して互に１単位データだけずれた連続するｎ
個の単位データを供給するとともに、加算動作毎に１単
位データだけずれた連続するｎ個の単位データを供給す
る加算制御部（13）と、第２の加算部（11）から出力さ
れる加算結果、および第３の加算部（12）から出力され
る加算結果を入力として両者の差、即ち、一次微分値を
算出する差算出部（14）と、差算出部（14）から出力さ
れる差データ、即ち、一次微分値の最大値を抽出する最
大値抽出部（15）と、最大値抽出部（15）における値が
更新されたタイミングで所定時間の計時動作を開始し、
所定時間が経過した場合に最大値抽出部（15）の内容を
そのまま出力する計時部（16）と、計時部（16）から出
力される値を所定の閾値と比較し、出力値が大きい場合
に出力値をそのまま出力させ、出力値が大きくない場合
に出力を停止するとともに、計時部（16）に対する初期
設定を行なう比較部（17）と、比較部（17）から出力さ
れた値、即ち、一次微分最大値を入力としてグルコース
濃度信号を生成する濃度信号生成部（18）とを有してい
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the signal processing device of the present invention, and an I / V converter (7) for converting a current signal output from the signal output terminals (6) (6) into a voltage signal.
From the A / D converter (8), which receives the output signal from the I / V converter (7) and converts the voltage signal into digital data at every predetermined time interval t1, A first addition unit (9) that adds unit data X that is output in time series by a predetermined number l and unit data X that is output from the first addition unit (9) is time series. Of the unit data holding unit (10) that holds the unit data and the unit data X1, X2 ,. Adder (11), third adder (12), and both adders (11)
Consecutive n shifted by 1 unit data from each other with respect to (12)
The addition control unit (13) that supplies n unit data and supplies continuous n unit data that is shifted by one unit data for each addition operation, and the addition output from the second addition unit (11). The result and the addition result output from the third addition unit (12) are input, and output from the difference calculation unit (14) that calculates the difference between the two, that is, the primary differential value, and the difference calculation unit (14). Difference data, that is, the maximum value extraction unit (15) for extracting the maximum value of the first-order differential value, and the timing operation for a predetermined time is started at the timing when the value in the maximum value extraction unit (15) is updated,
When a predetermined time has elapsed, the content of the maximum value extraction unit (15) is output as is, and the value output from the time counting unit (16) is compared with a predetermined threshold value, and if the output value is large To output the output value as it is, stop the output when the output value is not large, and compare the value output from the comparison unit (17) and the comparison unit (17) that initializes the time counting unit (16). , And a concentration signal generation unit (18) that generates a glucose concentration signal by inputting the first-order differential maximum value.
第２図はグルコース濃度検出動作を説明するフローチャ
ートであり、ステップにおいて初期設定を行なう。具
体的には、最大値抽出部（15）の内容DImaxを０にする
とともに、計時部（16）における計時時間Mcntを設定し
（具体的には、計時部（16）としてカウンタを使用し、
計時時間Mcntとしてカウント値を設定する）、比較部
（17）における閾値DIthを設定する。尚、上記閾値DIth
を設定する。尚、上記閾値DIthについては、ドリフト等
を考慮し、測定動作毎に適正値を設定することが好まし
い。FIG. 2 is a flow chart for explaining the glucose concentration detection operation, and initial setting is performed in step. Specifically, the content DImax of the maximum value extraction unit (15) is set to 0, and the time count Mcnt in the time measurement unit (16) is set (specifically, a counter is used as the time measurement unit (16),
A count value is set as the clocking time Mcnt), and a threshold value DIth in the comparison unit (17) is set. The above threshold DIth
To set. The threshold value DIth is preferably set to an appropriate value for each measurement operation in consideration of drift and the like.
そして、ステップにおいてデータが確定するまで待
つ。具体的には、第１の加算部（９）において、A/Dコ
ンバータ（８）から時系列的に出力されるデータを所定
数ｌだけ加算して単位データＸが生成されるまで待つ。Then, it waits until the data is determined in the step. Specifically, the first adder (9) waits until unit data X is generated by adding a predetermined number l of data output from the A / D converter (8) in time series.
その後、ステップにおいて生成された単位データＸを
単位データ保持部（10）に保持させ、ステップにおい
て、第２の加算部（11）から出力される加算結果、およ
び第３の加算部（12）から出力される加算結果に基い
て、差算出部（14）により差分値DIを算出し、ステップ
において、比較部（17）により差分最大値DImaxと算
出された差分値DIとの比較を行なう。After that, the unit data X generated in the step is held in the unit data holding unit (10), and in the step, the addition result output from the second adding unit (11) and the third adding unit (12) are output. A difference calculation unit (14) calculates a difference value DI based on the output addition result, and in a step, a comparison unit (17) compares the difference maximum value DImax with the calculated difference value DI.
そして、差分最大値DImaxの方が大きくないと判別され
た場合には、ステップにおいて差分値DIを新たな差分
最大値DImaxとし、ステップにおいて計時時間Mcnt
を、ステップにおいて設定した初期値にリセットし
て、再びステップにおいてデータが確定するまで待
つ。If it is determined that the difference maximum value DImax is not larger, the difference value DI is set to a new difference maximum value DImax in step, and the time count Mcnt is set in step.
Is reset to the initial value set in the step, and waits again until the data is fixed in the step.
逆に、上記ステップにおいて差分最大値DImaxの方が
大きいと判別された場合には、ステップにおいて計時
時間Mcntを単位時間（具体的には、カウント値１）だけ
減少させ、ステップにおいて計時時間Mcntが０である
か否かを判別し、０でなければ、再びステップにおい
てデータが確定するまで待つ。逆に、上記ステップに
おいて計時時間Mcntが０であると判別された場合には、
ステップにおいて差分最大値DImaxと閾値DIthとの比
較を行ない、差分最大値DImaxの方が大きければ、ステ
ップにおいて差分最大値DImaxに基くグルコース濃度
の算出を行なう。逆に、上記ステップにおいて差分最
大値DImaxの方が大きくないと判別された場合には、ス
テップにおいて計時時間Mcntを、ステップにおいて
設定した初期値にリセットして、再びステップにおい
てデータが確定するまで待つ。On the contrary, when it is determined in the above step that the maximum difference value DImax is larger, the time count Mcnt is decreased by the unit time (specifically, the count value 1) in the step, and the time count Mcnt is decreased in the step. It is determined whether or not it is 0, and if it is not 0, it waits again until the data is determined in step. On the contrary, when it is determined in the above step that the time count Mcnt is 0,
In step, the maximum difference value DImax is compared with the threshold value DIth. If the maximum difference value DImax is larger, the glucose concentration is calculated based on the maximum difference value DImax in step. On the contrary, if it is determined in the above step that the maximum difference value DImax is not larger, the clocking time Mcnt is reset to the initial value set in the step and waits until the data is fixed in the step again. .
以上要約すれば、酵素電極の信号取出し端子（６）
（６）から出力される電流信号を電圧信号に変換した場
合における波形が第３図Ａ中実線で示すように、時間経
過に伴なって徐々に増加し、最終的に飽和するのである
から、A/D変換を施し、かつｌ個のディジタルデータを
加算することにより得られた単位データは、第３図Ａ中
破線で示すように、ｌ個のディジタルデータの積分値
（平均値に比例する値）になる。そして、このデータ
は、A/D変換が施されたデータを単に加算することによ
り得られたものであり、A/D変換の分解能よりも高い分
解能を有する状態になっている。In summary, the signal output terminal of the enzyme electrode (6)
Since the waveform when the current signal output from (6) is converted into a voltage signal gradually increases with time as shown by the solid line in FIG. 3A, and finally saturates. The unit data obtained by performing A / D conversion and adding 1 digital data is the integral value (proportional to the average value) of 1 digital data as shown by the broken line in FIG. 3A. Value). Then, this data is obtained by simply adding the A / D converted data, and has a higher resolution than that of the A / D conversion.
そして、上記のようにして得られた単位データに基いて
差分値を算出すれば、第３図Ｂ中破線で示す状態にな
り、第３図Ｂ中実線で示す理想的な一次微分値と高精度
で一致させることができる。即ち、一次微分値を算出し
ておいて、平均値を算出する場合と比較して微分ピーク
の鈍りの発生を防止することができる。そして、このよ
うに微分ピークの鈍りの発生を防止したままで、ノイズ
による影響の除去をも効果的に達成することができる。If the difference value is calculated based on the unit data obtained as described above, the state shown by the broken line in FIG. 3B is obtained, and the ideal primary differential value and the high value shown by the solid line in FIG. Can be matched with accuracy. That is, it is possible to prevent the occurrence of the blunting of the differential peak as compared with the case where the primary differential value is calculated and the average value is calculated. Then, the influence of noise can be effectively removed while the occurrence of the blunting of the differential peak is prevented.
尚、上記時間間隔t1、および所定数ｌについては、測定
条件、ノイズ条件等に対応して適宜設定することが可能
であるが、例えば、上記時間間隔t1を4msec、所定数ｌ
を25に設定しておけば、0.1sec毎の単位データを得るこ
とになるので、10HZの整数倍の周期を有するランダムノ
イズについては、単位データを得た時点で排除できるこ
とになる。The time interval t1 and the predetermined number l can be set as appropriate according to the measurement conditions, noise conditions, etc., for example, the time interval t1 is 4 msec and the predetermined number l.
If 25 is set to 25, unit data is obtained every 0.1 sec, so random noise having a cycle of an integral multiple of 10 HZ can be eliminated when the unit data is obtained.
また、上記差算出部（14）においては、時系列的に隣合
う単位データ同士の差分を算出しているのではなく、１
単位データだけずれた連続するｎ個の単位データの和同
士の差分を算出しているのであるから、一次微分値が大
巾に変化している領域において、真の一次微分値からず
れた値になってしまうのであるが、一次微分最大値の近
傍においては、著しく正確な値となるのであるから、不
都合はなく、かえって平均化することによりノイズの影
響を除去することができ好ましいのである。Further, the difference calculation unit (14) does not calculate the difference between the unit data adjacent to each other in time series, but
Since the difference between the sums of the consecutive n unit data deviated by the unit data is calculated, a value deviated from the true first derivative value is obtained in the region where the first derivative value changes drastically. However, since it becomes a remarkably accurate value in the vicinity of the first-order differential maximum value, there is no inconvenience, and it is preferable that the influence of noise can be removed by averaging.
尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば上記各構成要素を各種電子回路部品の組合せ
により構成することが可能である他、マイクロコンピュ
ータ等により同様の動作を行なわせることが可能であ
り、さらに、差分値を複数個加算し、加算結果の最大値
に基いてグルコース濃度を検出することが可能である
他、グルコース以外の対象物質の濃度を測定するバイオ
センサに適用することが可能であり、その他、この発明
の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更を施
すことが可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, each of the above-described constituent elements can be configured by combining various electronic circuit parts, and the same operation can be performed by a microcomputer or the like. It is possible to further add a plurality of difference values, and it is possible to detect the glucose concentration based on the maximum value of the addition result, and it is applied to a biosensor for measuring the concentration of a target substance other than glucose. In addition, various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
＜発明の効果＞ 以上のようにこの発明は、A/D変換されたデータを所定
数加算して得た単位データに基いて差分値を算出し、差
分値の最大値に基いて対象物質の濃度を測定するように
しているのであるから、A/D変換の分解能よりも高い分
解能を達成することができ、しかも、差分値の最大値の
抽出を確実に行なわせて、正確な対象物質濃度の検出を
行なうことができるという特有の効果を奏する。<Effects of the Invention> As described above, the present invention calculates the difference value based on the unit data obtained by adding a predetermined number of A / D converted data, and based on the maximum value of the difference values, the target substance Since the concentration is measured, the resolution higher than that of A / D conversion can be achieved, and moreover, the maximum value of the difference value can be surely extracted, and the accurate target substance concentration can be obtained. Has the unique effect of being able to detect.
第２の発明は、A/D変換されたデータを所定数加算して
得た単位データに基いて差分値を算出し、差分値を複数
個加算し、加算結果の最大値に基いて対象物質の濃度を
測定するようにしているものであるから、A/D変換の分
解能よりも高い分解能を達成することができ、しかも単
位データに含まれるノイズの影響を著しく抑制して正確
な対象物質濃度の検出を行なうことができるという特有
の効果を奏する。A second invention is to calculate a difference value based on unit data obtained by adding a predetermined number of A / D converted data, add a plurality of difference values, and then based on the maximum value of the addition results, the target substance. Since the concentration of the target substance is measured, it is possible to achieve a resolution higher than that of the A / D conversion, and the influence of noise contained in the unit data is significantly suppressed, and the concentration of the target substance can be accurately measured. Has the unique effect of being able to detect.
第１図はこの発明の信号処理装置の一実施例を示すブロ
ック図、 第２図は信号処理動作を説明するフローチャート、 第３図は信号波形を示す図、 第４図は酵素電極の構成を示す縦断面図。 （８）……A/Dコンバータ、 （９）……単位データ生成手段としての第１の加算部、 （11）（12）……加算手段としての加算部、 （14）……差分算出手段としての差算出部、 （15）……最大値検出手段としての最大値抽出部FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a signal processing device of the present invention, FIG. 2 is a flow chart for explaining a signal processing operation, FIG. 3 is a diagram showing a signal waveform, and FIG. 4 is a constitution of an enzyme electrode. FIG. (8) ... A / D converter, (9) ... first addition section as unit data generation means, (11) (12) ... addition section as addition means, (14) ... difference calculation means (15) ... Maximum value extraction unit as maximum value detection means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 ３６６ Ｚ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location 366 Z
Claims (4)
を微分し、一次微分の最大値に基いて対象物質の測定を
行なうバイオセンサにおいて、生化学反応に対応して生
成される電気信号を所定の時間間隔毎にディジタルデー
タに変換して取込むA/D変換手段と、時系列的に連続す
る所定回数のディジタルデータを加算して単位データを
生成する単位データ生成手段と、時系列的に連続する所
定数の単位データを加算する加算手段と、加算手段によ
り順次得られる単位データ加算結果のうち、１つの単位
データ加算結果と、この１つの単位データ加算結果を得
るための時系列的に連続する所定数の単位データのそれ
ぞれに対して所定個数の単位データだけずれた単位デー
タを加算して得られた単位データ加算結果との差を算出
する差分算出手段と、算出された差の最大値を選択して
一次微分値として出力する最大値検出手段とを具備する
ことを特徴とするバイオセンサにおける信号処理装置。1. A biosensor for differentiating an electrical signal generated in response to a biochemical reaction and measuring a target substance based on the maximum value of the first derivative, the electricity generated in response to the biochemical reaction. A / D conversion means for converting the signal into digital data at predetermined time intervals and taking it in, unit data generation means for generating a unit data by adding a predetermined number of time-sequentially continuous digital data, An addition unit that adds a predetermined number of unit data that are consecutive in series, one unit data addition result among the unit data addition results sequentially obtained by the addition unit, and a time for obtaining this one unit data addition result. A difference calculation means for calculating a difference from a unit data addition result obtained by adding unit data deviated by a predetermined number of unit data to each of a predetermined number of unit data that are serially continuous; The signal processing apparatus in a biosensor, characterized by comprising a maximum value detecting means to select the maximum value of the calculated difference is output as a differential value.
対応する回数の連続データを加算することにより単位デ
ータを生成するものである上記特許請求の範囲第１項記
載のバイオセンサにおける信号処理装置。2. A signal processing device in a biosensor according to claim 1, wherein the unit data generating means generates unit data by adding continuous data of the number of times corresponding to the frequency of noise. .
果と、この１つの単位データ加算結果を得るための時系
列的に連続する所定数の単位データのそれぞれに対して
１つの単位データだけずれた単位データを加算して得ら
れた単位データ加算結果との差を算出するものである上
記特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサにおける信
号処理装置。3. The difference calculating means has only one unit data for each one unit data addition result and a predetermined number of unit data consecutive in time series for obtaining this one unit data addition result. The signal processing device in the biosensor according to claim 1, wherein a difference from a unit data addition result obtained by adding displaced unit data is calculated.
を微分し、一次微分の最大値に基いて対象物質の測定を
行なうバイオセンサにおいて、生化学反応に対応して生
成される電気信号を所定の時間間隔毎にディジタルデー
タに変換して取込むA/D変換手段と、時系列的に連続す
る所定回数のディジタルデータを加算して単位データを
生成する単位データ生成手段と、時系列的に連続する所
定数の単位データを加算する加算手段と、加算手段によ
り順次得られる単位データ加算結果のうち、１つの単位
データ加算結果と、この１つの単位データ加算結果を得
るための時系列的に連続する所定数の単位データのそれ
ぞれに対して１つの単位データだけずれた単位データを
加算して得られた単位データ加算結果との差を算出する
差分算出手段と、算出された差を所定数加算する加算手
段と、加算された値の最大値を選択して一次微分値に対
応する値として出力する最大値検出手段とを具備するこ
とを特徴とするバイオセンサにおける信号処理装置。4. A biosensor for differentiating an electric signal generated in response to a biochemical reaction, and measuring a target substance based on the maximum value of the first derivative, electricity generated in response to the biochemical reaction. A / D conversion means for converting the signal into digital data at predetermined time intervals and taking it in, unit data generation means for generating a unit data by adding a predetermined number of time-sequentially continuous digital data, An addition unit that adds a predetermined number of unit data that are consecutive in series, one unit data addition result among the unit data addition results sequentially obtained by the addition unit, and a time for obtaining this one unit data addition result. Difference calculating means for calculating a difference from a unit data addition result obtained by adding unit data deviated by one unit data with respect to each of a predetermined number of unit data consecutively in series, A signal in a biosensor, comprising: an addition means for adding a predetermined number of the obtained differences, and a maximum value detection means for selecting the maximum value of the added values and outputting the maximum value as a value corresponding to the primary differential value. Processing equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62153113A JPH07107531B2 (en) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | Signal processing device in biosensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62153113A JPH07107531B2 (en) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | Signal processing device in biosensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63315942A JPS63315942A (en) | 1988-12-23 |
| JPH07107531B2 true JPH07107531B2 (en) | 1995-11-15 |
Family
ID=15555256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62153113A Expired - Lifetime JPH07107531B2 (en) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | Signal processing device in biosensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107531B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7468125B2 (en) * | 2005-10-17 | 2008-12-23 | Lifescan, Inc. | System and method of processing a current sample for calculating a glucose concentration |
| US8486245B2 (en) | 2005-10-17 | 2013-07-16 | Lifescan, Inc. | Methods for measuring physiological fluids |
-
1987
- 1987-06-18 JP JP62153113A patent/JPH07107531B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7468125B2 (en) * | 2005-10-17 | 2008-12-23 | Lifescan, Inc. | System and method of processing a current sample for calculating a glucose concentration |
| US8486245B2 (en) | 2005-10-17 | 2013-07-16 | Lifescan, Inc. | Methods for measuring physiological fluids |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63315942A (en) | 1988-12-23 |
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