TW201514490A - 具時間多工相位測定之手持式測試計 - Google Patents

具時間多工相位測定之手持式測試計 Download PDF

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David Elder
Rossano Massari
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Abstract

一種手持式測試計，其係與一分析測試條一起使用於測定一流體試樣中之一分析物，該手持式測試計包括一外殼，該外殼內設有(retaining)一微控制器區塊及一相移量測區塊。該量測區塊包括：一訊號產生子區塊，其提供一激發電壓訊號；一介面子區塊，其接收該分析測試條，並允許施加該電壓激發訊號至該測試條，以提供一生成電流訊號；一轉阻轉換子區塊，其接收該生成電流訊號，並提供一生成電壓訊號；以及一相位檢測器，其回應於該生成電壓訊號及一參考訊號。該微控制器區塊連續地提供0°及90°相位參考訊號給該相位檢測器作為參考，以量測同相及正交分量，且測定對應於已接收的該分析測試條中的一流體試樣之一相移。

Description

具時間多工相位測定之手持式測試計
一般而言，本發明係關於醫療裝置，特別是關於測試計及相關方法。
流體試樣中之分析物的測定(例如，檢測或濃度量測)在醫療領域中特別受到關注。例如，會希望測定體液(如尿液、血液、血漿或間質液)試樣中之葡萄糖、酮體、膽固醇、脂蛋白、三酸甘油脂、乙醯胺苯酚或HbA1c濃度。可以使用手持式測試計搭配分析測試條(如基於電化學的分析測試條)來實現該種測定。
手持式和其他可攜式測試計(例如用於量測血糖者)旨在供全天反覆使用。因此，希望這些測試計是小而輕的，使得使用者在攜帶測試計時不會覺得有負擔。手持式測試計為了攜帶性通常以電池電力運作，因此也希望該等測試計具有長電池壽命。由於測試計係被用來做出與醫療病況有關之照護決定，因此希望它們具有盡可能高的量測正確性及精準性。
本發明係關於一種手持式測試計，其係與一分析測試條一起使用於測定一流體試樣中之一分析物，該手持式測試計包括一外殼，該外殼內設有(retaining)一微控制器區塊及一相移量測區塊。該量測區塊包括：一訊號產生子區塊，其提供一激發電壓訊號；一介面子區塊，其接收該分析測試條，並允許施加該電壓激發訊號至該測試條，以提供一生成電流訊號；一轉阻轉換子區塊，其接收該生成電流訊號，並提供一生成電壓訊號；以及一相位檢測器，其回應於該生 成電壓訊號及一參考訊號。該微控制器區塊連續地提供0°及90°相位參考訊號給該相位檢測器作為參考，以量測同相及正交分量，且測定對應於已接收的該分析測試條中的一流體試樣之一相移。
100‧‧‧手持式測試計
102‧‧‧顯示器
104‧‧‧使用者介面按鈕
106‧‧‧條埠連接器
108‧‧‧USB介面
110‧‧‧外殼
112‧‧‧微控制器區塊
114‧‧‧相移量測區塊
116‧‧‧顯示器控制區塊
118‧‧‧記憶體區塊
120‧‧‧訊號產生子區塊
122‧‧‧低通濾波器子區塊
124‧‧‧介面子區塊
126‧‧‧校正負載子區塊
128‧‧‧轉阻轉換子區塊
130‧‧‧相位檢測器
218‧‧‧碼記憶體
219‧‧‧磁碟
601‧‧‧第一電極
602‧‧‧第二電極
626‧‧‧控制輸入
631‧‧‧相位檢測器
632‧‧‧相位檢測器
639‧‧‧多工器
640‧‧‧相位檢測單元
641‧‧‧導體
700‧‧‧方法
710‧‧‧步驟
720‧‧‧步驟
730‧‧‧步驟
740‧‧‧步驟
750‧‧‧步驟
760‧‧‧步驟
810‧‧‧步驟
820‧‧‧步驟
830‧‧‧步驟
910‧‧‧步驟
920‧‧‧步驟
930‧‧‧步驟
1000‧‧‧0°相位訊號
1020‧‧‧激發電壓訊號
1030‧‧‧相移
1040‧‧‧生成電壓訊號
1050‧‧‧多工器
1060‧‧‧乘法
1070‧‧‧低通濾波器
1090‧‧‧90°相位訊號
本發明之各種新穎特徵在隨附的申請專利範圍中闡明其特殊性。對本發明之特徵與優點的較佳了解將藉由參照下文提出說明實施例的詳細敘述與附圖而獲得，在說明實施例中利用本發明的原理，且在附圖中相似數字指示相似元件，其中：圖1為依據本發明之實施例的手持式測試計之簡化繪示；圖2為圖1的手持式測試計的各種區塊之簡化方塊圖；圖3為可被運用於本發明之實施例的相移量測區塊及相關組件之簡化方塊圖；圖4為可被運用於本發明之實施例的雙低通濾波器子區塊之簡化註解示意圖；圖5為可被運用於本發明之實施例的包括轉阻放大器(TIA)之轉阻轉換子區塊的簡化註解示意圖；圖6A至圖6C顯示之簡化註解示意方塊圖繪示可被運用於本發明之實施例的相移量測區塊中之雙低通濾波器子區塊、校正負載子區塊、分析測試條試樣槽介面子區塊、轉阻轉換子區塊、XOR相位檢測器以及Quadrature DEMUX相位檢測器；圖7至圖9為流程圖，其繪示依據本發明之不同實施例運用手持式測試計之方法的各階段；以及圖10為可被運用於本發明之實施例的同步解調之資料流圖。
必須參考圖式來閱讀以下的詳細說明，其中不同圖式中的類似元件係以相同方式編號。不必然按照比例繪製的圖式僅就解釋目的來繪示例示性實施例，並且不意欲限制本發明的範疇。此詳細說明是以範例方式而非以限制方式來說明本發明的理論。此說明能使熟悉此項技術者得以製造並使用本發明，且其敘述本發明之若干實 施例、改變、變異、替代與使用，包括當前咸信為實行本發明之最佳模式者。如本文中所使用，用於任何數值或範圍之用語「約」或「約略」係指合適的尺度容差，以允許部分或組件之集合能夠針對其所欲之目的(本文中所述者)發揮作用。
一般而言，依據本發明之實施例，與分析測試條一起使用於測定體液試樣(例如，全血試樣)中之分析物(如葡萄糖)之可攜式測試計(例如手持式測試計)包括外殼、設置於該外殼中的微控制器區塊、及相移量測區塊(亦稱為相移量測電路)。
在這樣的手持式測試計中，相移量測區塊包括訊號產生子區塊，其經組態以提供激發電壓訊號。相移量測區塊亦包括介面子區塊，其係用以例如介接分析測試條內之試樣槽(在本文中亦稱為「分析物室」)。介面子區塊係經組態以接收分析測試條並電氣連接至訊號產生子區塊，使得電壓激發訊號被施加於已接收的分析測試條，以提供生成電流訊號。相移量測區塊亦包括轉阻轉換子區塊，其接收生成電流訊號並提供生成電壓訊號。相移量測區塊亦包括相位檢測器，其回應於生成電壓訊號及參考訊號。
此外，微控制器區塊係經組態以連續地(以任一次序)提供0°相位參考訊號及90°相位參考訊號作為相位檢測器之參考訊號，以量測對應於在已接收的分析測試條內(例如，在被插入手持式測試計內的分析測試條的試樣槽內)的流體試樣之相移。相移量測區塊連續地提供對應於0°相位參考訊號及90°相位參考訊號的同相及正交分量，且微控制器區塊使用同相及正交分量測定相移。在各種實施例中，流體試樣為全血試樣，且微控制器區塊係經進一步組態以根據測定的相移來計算流體試樣之血容比位準。
依據本發明之實施例的手持式測試計是有利的，因為其使用較簡單的硬體架構而提供了改良的全血試樣分析物測定(例如葡萄糖或血容比測定)正確性。各種實施例可量測全血試樣的血容比，然後在分析物測定(例如葡萄糖測定)過程中運用經量測的血容比。
各種實施例所解決的問題為藉由連續地提供0°及90°參考訊號以正確地量測流體試樣的相位。各種實施例使用這些參考訊號，以使用單一相位檢測單元連續地量測生成電壓訊號的同相及正交分量。相反地，一些先前技術的測試計使用一個以上的相位檢測單元。雖然可使用這類先前技術的測試計，但是以相同的相位檢測單元量測二種訊號分量，可消除因為多重相位檢測單元之間電氣失配所導致的誤差。相較於使用多重相位檢測單元的某些先前技術的測試計，使用單一相位檢測單元也可以減少測試計中電子器件封裝的實體尺寸及重量。使用單一相位檢測單元還可以減少電子器件的功率消耗，提高電池壽命。本發明並不限於解決這些問題。
熟悉此項技術者一旦得知本發明後，他或她將會理解到可被輕易修改成如本發明所述之手持式測試計的手持式測試計之實例，為市售之OneTouch® Ultra® 2血糖計(LifeScan Inc.,Milpitas,California)。亦可被修改的手持式測試計的其他實例可見於美國專利申請案公開號2007/0084734(於2007年4月19日公開)及2007/0087397(於2007年4月19日公開)，以及國際公開號WO2010/049669(於2010年5月6日公開)，上述各者皆以參照方式將全文納入於本文。
圖1為依據本發明之實施例的手持式測試計100的簡化繪示。圖2為手持式測試計100的各種區塊之簡化方塊圖。圖3為手持式測試計100之相移量測區塊之簡化結合方塊圖及相關組件。圖4為手持式測試計100之雙低通濾波器子區塊之簡化註解示意圖。圖5為手持式測試計100之轉阻轉換子區塊之簡化註解示意圖。圖6A至圖6C為手持式測試計100之相移量測區塊的各個部分之簡化註解示意方塊圖。
參照圖1至圖6C，手持式測試計100包含顯示器102、複數個使用者介面按鈕104、條埠連接器106、USB介面108、及外殼110(參見圖1)。特別參照圖2，手持式測試計100亦包含微控制器(「μC」)區塊112、相移量測區塊114、顯示器控制區塊116、記憶體區塊118及其他用於施加測試電壓至分析測試條(於圖1標示 TS者)還有用於量測電化學反應(例如，複數個測試電流值)及根據電化學反應測定分析物的電子組件(圖未示)。為了簡化目前的說明，圖中並未繪示所有此類電子電路系統。
顯示器102可為，例如，經組態用以顯示螢幕影像之液晶顯示器或雙穩態顯示器。螢幕影像的實例可包括葡萄糖濃度、日期與時間、錯誤訊息、及指示使用者如何施行測試之使用者介面。
條埠連接器106係經組態以可操作地介接分析測試條TS，諸如基於電化學之分析測試條，其經組態用於測定全血試樣中之葡萄糖。因此，分析測試條係組態成可操作地插入條埠連接器106，並經由例如合適的電接點與相移量測區塊114可操作地介接。
USB介面108可為熟悉此項技術者習知的任何合適的介面。USB介面108經組態用以供電並提供資料線路至手持式測試計100。
一旦分析測試條與手持式測試計100相介接，或在這之前，將體液試樣(例如，全血試樣)引入分析測試條的試樣槽中。分析測試條可包括酶試劑，其選擇性地並定量地轉變分析物成為另一預定的化學形式。例如，分析測試條可為一種基於電化學之分析測試條，其經組態用以測定全血試樣中的葡萄糖。這樣的測試條可包括具有鐵氰化物及葡萄糖氧化酶之酶試劑，使得葡萄糖可以實際轉變成氧化形式。
手持式測試計100之記憶體區塊118包括一或多種儲存裝置，例如，碼記憶體218(例如隨機存取記憶體RAM)或磁碟219(例如硬碟)。用以執行合適的演算法之電腦程式指令被儲存在這些裝置中之一者。記憶體區塊118也可被納入微控制器區塊112之中。記憶體區塊118或微控制器區塊112可包括含有韌體程式之快閃記憶體，或用於暫時變數儲存的RAM)。記憶體區塊118也可包括獨立於微控制器區塊112的快閃記憶體，其含有例如要顯示在顯示器102的圖形，或是要顯示給使用者的文字訊息。記憶體區塊118或微控制器區塊112也可以包括EEPROM或其他非揮發性記憶體，其包含校正數據、使用者設定及演算法參數。
記憶體區塊118可與微處理器區塊112一起被組態為根據分析測試條之電化學反應以及被引入試樣之血容比來測定分析物。例如，在測定分析物血糖時，該血容比可被用來補償血容比對於以電化學方式測定之血糖濃度的影響。
微控制器區塊112被設置於外殼110中並可包括熟悉此項技術者習知之任何合適的微控制器或微處理器。一此等合適的微控制器為可從美國德州達拉斯的德州儀器公司購得之零件編號MSP430F5138的微控制器。此微控制器可產生頻率範圍25至250kHz之方波以及相同頻率的90度相移波，並藉此作為進一步如下所述之訊號產生子區塊。MSP430F5138也具有類比轉數位(A/D)處理能力，適用於量測由本發明之實施例使用之相位檢測器所產生的電壓。
在本說明全文中，某些實施例是以一般被實現為軟體程式的用語來說明。熟悉此項技術者很輕易就可明白亦可用硬體(硬連線或可程式化)、韌體、或微碼來建構此軟體的均等物。考慮到本文中所述的系統或方法，可用於實施任一實施例但在此未經具體展示、建議或說明的軟體或韌體，其為習知並且在一般熟諳此項技術的範圍內。微控制器區塊112可以包括，例如，場可程式化閘陣列(field-programmable gate array,FPGA)，像是Altera公司的CYCLONE FPGA；數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)，像是德州儀器TMS320C6747 DSP，或用以執行如本文中所述的演算法之其他處理裝置。
特別參照圖3，相移量測區塊114包含訊號產生子區塊120、選擇性低通濾波器子區塊122、介面子區塊124、選擇性校正負載子區塊126(位於圖3中虛線內)、轉阻轉換子區塊128、以及相位檢測器130。
如下進一步說明者，相移量測區塊114和微控制器區塊112經組態以量測對應於插入手持式測試計100的分析測試條的試樣槽中之流體試樣的相位位移。在一實例中，相移量測區塊114及微控制器區塊112係經組態以量測經驅動通過流體試樣(例如，體液試樣)的一或多種高頻電氣訊號的相移。在各種實施例中，微控制器 區塊112進一步經組態以根據所量測的相移計算體液的血容比。微控制器區塊112可藉由例如使用類比/數位轉換器來量測接收自相位檢測器之電壓，轉換該電壓成相移，然後使用合適之演算法或檢查表來轉換該相移成血容比值，以計算血容比。當被告知本揭露內容時，熟悉此項技術者將瞭解到該演算法或檢查表將經組態以考量到各種因素，像是測試條幾何形狀(包括電極區域以及試樣槽容量)以及訊號頻率。
已確定全血試樣之電抗與該試樣之血容比之間存在有一關係。作為並聯電容與電阻組件的體液試樣(即全血試樣)之電學模型指出，當迫使交流電(AC)訊號通過體液試樣時，該交流電訊號之相移將取決於該交流電電壓之頻率與該試樣之血容比兩者。再者，模型指出當訊號之頻率在約10kHz至25kHz範圍時，血容比對相移之影響相對較弱，而當訊號之頻率在約250kHz至500kHz範圍時，對相移有相對顯著的影響。因此可以利用例如驅動已知頻率之交流電訊號通過體液試樣並檢測該些訊號之相移的方式來量測體液試樣之血容比。例如，相移量測區塊114及微控制器區塊112可經組態以使用第一頻率的激發電壓訊號及第二頻率的第二激發電壓訊號來量測相移。頻率在10kHz至25kHz範圍中的訊號之相移可在例如全血試樣之該血容比量測中作為參考讀值，而頻率在250kHz至500kHz範圍中的訊號之相移可用來作為主要量測。頻率約75kHz或更高、或頻率約75kHz至約500kHz的訊號的相移也可被用來作為主要量測。
特別參照圖3至圖6C，訊號產生子區塊120可為任何合適的訊號產生區塊，且經組態以產生激發電壓訊號(F-DRV)。激發電壓訊號可為，例如方波(例如，在0V和參考電壓Vref之間擺動)，或者具有期望頻率的正弦波。若需要，該訊號產生子區塊可被整合進微控制器區塊112內。
由訊號產生子區塊120所產生的激發電壓訊號可直接傳達到介面子區塊124，或到選擇性的雙低通濾波器(LPF)子區塊122，其經組態以轉換方波激發電壓訊號為預定頻率的正弦波訊號。 低通濾波器子區塊122可過濾掉方波中的奇數諧波，而留下基諧波。若有需要，低通濾波器子區塊122可被整合進訊號產生子區塊120內。
圖4顯示例示性雙低通濾波器子區塊122，其經組態以提供具第一頻率(例如範圍在10kHz至25kHz的頻率)及具第二頻率(例如範圍在250kHz至500kHz的頻率)之兩種訊號至分析測試條試樣槽介面子區塊以及分析測試條之試樣槽(亦稱為HCT量測槽)。第一以及第二頻率的選擇係使用圖4中的IC7開關來完成。 圖4中的雙LPF包括使用兩個合適的運算放大器(IC4及IC5)，例如可從美國德州達拉斯的德州儀器公司(Texas Instruments,Dallas,Texas,USA)購得之運算放大器，其為高速、電壓回授式、CMOS運算放大器，零件編號為OPA354。
參照圖4，F-DRV代表低頻率或高頻率(例如25kHz或250kHz)之輸入方波且係與IC4及IC5兩者連接。訊號FI-HIGH/LOW(來自微控制器區塊112)透過開關IC7來選擇雙低通濾波器子區塊122之輸出。圖4之C5係經組態以阻隔來自HCT量測槽的雙低通濾波器子區塊122之操作電壓。這些訊號也可被用來控制如圖6A所示的低通濾波器。
雖然圖4中繪示一特定的雙LPF，但雙低通濾波器子區塊122可為熟悉此項技藝者習知之任何合適的低通濾波器子區塊，例如任何合適的多重回授低通濾波器或Sallen-Key型低通濾波器。
再參照圖3，由低通濾波器子區塊122所產生的正弦波(或由訊號產生子區塊120所產生的其它激發電壓訊號)被傳達到介面子區塊124，其電氣連接到訊號產生子區塊120。在介面子區塊124內，激發電壓訊號被施加到已接收的分析測試條，例如，經驅動跨越分析測試條的試樣槽(也被稱為HCT量測槽)。生成電流訊號被產生，如下面所討論。
圖6A也繪示校正負載子區塊126，其包括開關(IC16)及虛擬負載R7及C6。校正負載子區塊126被組態為用於針對由電阻器R7產生之已知的零度相移進行相位偏移之動態量測，以提供相位偏移供校正使用。C6係經組態以強制預定的輕微相移來用以，例如 補償由至試樣槽的訊號跡線中的寄生電容所造成之相位延遲。微控制器區塊112藉由設定控制輸入626(「DUMMY」)之值來測定激發電壓是被施加到分析測試條或是施加到校正負載子區塊126。
介面子區塊124可為任何合適的介面區塊，包括例如經組態以透過分析測試條之至少部分設置於該分析測試條之試樣槽中的第一電極及第二電極來可操作地介接分析測試條之試樣槽之條埠連接器(strip port connector,SPC)。在這樣的組態中，訊號可(自低通濾波器子區塊122或訊號產生子區塊120)經由第一電極601被驅動到試樣槽並從試樣槽(藉由轉阻轉換子區塊128)經由第二電極602被拾取，如圖6A所繪示(在「至HCT量測槽」處)。
藉由驅動訊號跨越試樣槽所產生之生成電流被轉阻轉換子區塊128拾取，且被轉換為生成電壓訊號以傳達至相位檢測器130。相位檢測器130回應於生成電壓訊號及參考訊號。
轉阻轉換子區塊128可為熟悉此項技術者習知之任何合適的轉阻子區塊。圖5為包括轉阻放大器(TIA)之轉阻轉換子區塊128的簡化註解示意方塊圖。所示的實例是根據兩個OPA354運算放大器，IC3和IC9。輸入(「TIA輸入」)為生成電流訊號。TIA子區塊128之第一階段是以例如400mV來操作，其限制該輸出AC振幅至+/-400mV。TIA子區塊128之第二階段是以Vref/2來操作，其組態為允許微控制器A/D輸入之全跨距(full span)輸出的產生。TIA子區塊128之C9係作為阻隔組件，其只容許AC(例如正弦波)訊號通過。轉阻轉換子區塊128之輸出是訊號TIA-OUT，其為生成電壓訊號。
相位檢測器130可為任何合適的相位檢測器，其產生能被微控制器區塊112使用擷取功能來回讀之數位頻率，或能被微控制器區塊112使用類比/數位轉換器來回讀之類比電壓。圖6A至圖6C繪示之示意圖包括兩個該相位檢測器，亦即XOR相位檢測器631(在圖6C之上半部且包含IC22及IC23)以及Quadrature DEMUX相位檢測器632(在圖6C之下半部且包含IC12及IC13)。再參照圖3，相位檢測器130回應於來自轉阻轉換子區塊128的生成電壓訊號TIA-OUT與來自微控制器區塊112的參考訊號REF。
相位檢測器130產生電壓輸出訊號VOUT，其相對於REF對應於TIA-OUT之相位。在一實例中，微控制器區塊112係經組態以提供方波作為REF上的兩個連續訊號：0°相位參考訊號及90°相位參考訊號。相位檢測器130可以包括或在其後接連緩衝器或抽樣與保持單元(sample-and-hold units)，以保持對應於0°相位參考訊號及90°相位參考訊號之連續產生的VOUT訊號。相位檢測器130的實例顯示於圖6C。
圖6C顯示Quadrature DEMUX相位檢測器632，其包括開關(IC121)、濾波器(R13和C10)以及緩衝器(IC131)。這些組件被用來連續量測來自轉阻轉換子區塊128的AC訊號的電阻成分及電抗成分。量測電阻及電抗成分兩者可有利地提供涵蓋0度至360度的相位量測範圍。圖6C的Quadrature DEMUX相位檢測器632產生輸出電壓，其對應於TIA-OUT(生成電壓訊號)與REF(參考訊號)之間的相位差異。
術語「正交(quadrature)」指的是Quadrature DEMUX相位檢測器632可根據兩個正交的參考頻率(例如，0°和90°)而解調訊號的事實。在此實例中，一個訊號處理路徑被交替地用於兩個參考頻率。Quadrature DEMUX電路也被稱為「同步解調器」或「鎖相放大器」。鎖相放大器的進一步細節提供於由Bentham儀器有限公司所發布的「鎖相放大器」文件225.02(2010)，其揭示內容以引用方式併入本文以供參照。此文件的第7及8頁顯示Quadrature DEMUX(鎖相放大器)之一實例，以及它如何運作為一個乘法器。Quadrature DEMUX相位檢測器632是同步解調相位檢測單元的一個實例。
F-DRV為電壓激發訊號；如圖6A所示。當REF實質上與F-DRV同相，即0°相位參考訊號被提供為REF時，輸出電壓VOUT代表「同相量測」並且與AC訊號的「電阻」成分成正比。當REF實質上為90°異相於F-DRV時，輸出電壓VOUT代表「正交量測」並且與訊號的「電抗」成分成正比。該相移係由下式計算：Φ=tan-1(VQUAD-PHASE/VIN-PHASE) 或Φ=atan2(VIN-PHASE,VQUAD-PHASE)
其中atan2(x,y)為y/x的四象限反正切值。應注意的是90°相位訊號可超前或滯後0°相位訊號，且0°相位訊號也可以180°異相於電壓激發訊號。如下面討論的，圖10顯示正交解調器(DEMUX)的例示性資料流。
該Quadrature DEMUX相位檢測器電路亦可用來量測試樣槽中之體液試樣之阻抗。吾人假定(但不受其束縛)阻抗可與相移一起被用來(或單獨被用來)測定體液試樣的血容比。被迫穿過試樣槽之訊號的振幅(幅度)可用Quadrature DEMUX電路之兩個電壓輸出來計算，如下式：振幅=((VQUAD-PHASE)2+(VIN-PHASE)2)0.5
此振幅可接著與為校正負載子區塊126之已知電阻所量測之振幅比較，以測定阻抗。
XOR相位檢測器631之量測範圍為0°至180°，或者量測範圍為-90°至+90°，取決於來自微控制器區塊112的REF輸入(例如方波)為與F-DRV正弦波同相或是被設定為90°相移。不論工作週期如何改變，XOR相位檢測器產生的輸出頻率總是輸入頻率的兩倍。若兩輸入完全同相，則輸出為LOW，若兩輸入為180°位移則該輸出總是為HIGH。藉由結合輸出訊號(例如經由簡單RC元件)，可產生直接成正比於兩輸入之間相移的電壓。
微控制器區塊112和相移量測區塊114經組態以合作執行輸入訊號的實部(同相)和虛部(正交)分量的連續量測。在各種實施例中，微控制器區塊112經組態以連續地提供0°相位參考訊號REF和90°相位參考訊號REF作為到相位檢測器130(例如，到相位檢測器631或相位檢測器632)的參考訊號。相移量測區塊114因此連續地量測生成電壓訊號的同相及正交分量。微控制器區塊112經由例如多工器639(其係由微控制器區塊112控制)接收來自一個相 位檢測器的對應輸出電壓VOUT。微控制器區塊112係經進一步組態以如上所述之運用所量測的VQUAD-PHASE及VIN-PHASE訊號以測定已接收的分析測試條中的流體試樣之相移(例如使用atan2)，且其可經組態以如上所述之運用這些訊號以測定流體試樣之生成電壓訊號幅度。
微控制器區塊112可經組態以使得在開始提供各參考訊號後，微控制器區塊112在讀取VOUT前仍繼續提供該參考訊號一段選定時間。這可讓相位檢測器130之組件有時間穩定。例如，可提供參考訊號10ms，以允許10KΩ/100nF低通濾波器(時間常數~1ms)穩定。在各種實施例中，A/D轉換器需時1至10μs以讀取VOUT並提供對應的數位訊號。微控制器區塊112在那段時間中繼續提供適當的參考訊號。
手持式測試計100可僅包括一個相位檢測器130，例如，Quadrature DEMUX相位檢測器632。在各種實施例中，相位檢測器130包括單一相位檢測單元640，其經組態以檢測生成電壓訊號(TIA-OUT)相對於參考訊號(REF)之相位。只使用一個而非兩個相位檢測單元可有利地允許建造一個更小、更輕的手持式測試計100，並增加手持式測試計100的電池壽命。在Quadrature DEMUX相位檢測器632中，相位檢測單元640是開關。相位檢測單元640也可以是場效電晶體(FET)，其可被加偏壓以執行開關功能。在相位檢測器631中，相位檢測單元為互斥或閘(XOR gate)IC23。相位檢測單元也可以是邊緣檢測器。
參照圖6C，在各種實施例中，相位檢測單元640是開關，其具有控制輸入(IN)、共同端子(COM)、常閉合端子(NC)及常斷開端子(NO)。TIA-OUT連接到NC端子而低通濾波器(R13及C10)連接到COM端子。在另一實例中，COM連接到R99而NO連接到R13。R13可以是0歐姆的分流。在一實例中，R99是0歐姆的分流而R13和C10形成低通濾波器。在另一實例中，R13是0歐姆的分流，而R99和C10形成低通濾波器。
在各種實施例中，導體641連接NC端子至R13和C10之間的節點。在其他實施例中，導體641連接NC端子到COM 端子。導體641將NC端子的寄生電容引入到緩衝器IC131的輸入，從而引入到Quadrature DEMUX相位檢測器632的輸出。因此，在COM端子(開關輸出)所見的電容不論開關(相位檢測單元640)是斷開或閉合皆保持相對恆定。如果沒有導體641，TIA-OUT必須取決於開關是斷開還是閉合來充電不同的電容值。這樣可能引入誤差，特別是在TIA-OUT為AC耦合的實例中(例如，阻隔電容器被串聯置放在圖6B的IC9及圖6C的R99之間)。導體641可降低因為這個誤差所造成的量測不正確之可能性或嚴重性。
在本發明的不同實施例中，相位檢測單元640為開關，其具有共同端子、直通端子(例如，圖6C中的NO)及斷路端子(例如NC)。開關選擇地傳送在附接到共同端子(例如，R13或C10)的電子器件與附接到直通端子(如R99)的電子器件之間的訊號。導體641電氣連接斷路端子和共同端子。術語「斷路」用在此上下文中僅為識別未參與傳送電子器件間的訊號的端子。導體641或寄生電容可能造成「斷路端子」不與手持式測試計中的所有其他電子組件電氣不連接。
一旦被告知本揭露內容，熟悉此項技術者將瞭解到本發明之實施例中使用的相位檢測器子區塊可為任何合適的形式，且包括例如使用上升邊緣擷取技術、雙邊緣擷取技術、XOR技術以及同步解調技術之形式。
由於低通濾波器子區塊122、轉阻轉換子區塊128以及相位檢測器130可引進殘餘相移至相移量測區塊114，相移量測區塊中可選擇性地納入校正負載子區塊126。校正負載子區塊126係經組態為性質基本上為電阻性(例如33k歐姆之負載)，因此不會在激發電壓與產生的電流之間誘導相移。校正負載子區塊126係經組態為跨整個電路接通(switched in)以給予「零」之校正讀值。一旦校正後，手持測試計可量測體液試樣之相移，減去「零」讀值以計算經修正的相移，接著根據該修正的相移來計算體液試樣之血容比。
圖7為流程圖，繪示使用手持測試計及分析測試條(例如基於電化學之分析測試條)之方法700中的各階段。提及上述 之各種組件以供例示之用。本文中所述的方法並不限於僅由所識別之組件執行。
方法700(在步驟710)包括引入流體試樣，例如，全血試樣到分析測試條(例如，進入分析測試條的試樣槽內)。
在步驟720，跨越測試條(例如，跨越試樣槽)施加電壓訊號。量測生成電流訊號。
在步驟730，使用量測的生成電流訊號連續地產生同相和正交訊號。該等訊號可由手持式測試計的相移量測區塊產生。這可如上所述方式進行。在一實例中，微控制器區塊112驅動具有0°參考訊號的REF，然後量測VOUT(VIN-PHASE)，然後驅動具有90°參考訊號的REF，然後再次量測VOUT(VQUAD-PHASE)。正交訊號可在同相訊號之前或之後產生。這個步驟的例示性資料流參照圖10於下討論。
在步驟740，對應於施加到測試條的流體試樣之相移係利用手持式測試計的微控制器區塊自動測定。這可以如同上述說明使用atan2函數實現。在不同實施例中，施加到測試條的流體試樣之阻抗幅度亦在步驟740利用手持式測試計的相移量測區塊根據同相和正交訊號自動測定。這可以運用上述說明的幅度計算進行。
在步驟740，在其中流體試樣為全血試樣的實施例中，方法700可進一步包括計算全血試樣的血容比，其係根據使用微控制器區塊所測定的相移。
一旦獲悉本揭露內容，熟悉此項技術者將了解根據本發明之實施例的方法(包含方法700)可被輕易修改以併入本文中所述之依據本發明之實施例之手持測試計的任何技術、優點與特性。例如，若有需要，該引入的體液試樣中之分析物可利用該分析測試條、手持測試計及經計算的血容比加以測定。例如，在步驟760，利用微控制器區塊回應於所測定的血容比加以自動測定葡萄糖。步驟760可以包括測定葡萄糖估計值，然後運用計算的血容比調整該葡萄糖估計值以測定更精確的葡萄糖值。在此實例中，分析測試條係為基於電化學的分析測試條，其經組態用以測定全血試樣中的葡萄糖。
圖8之流程圖繪示方法700之階段，以及特別是在步驟730產生同相及正交訊號之階段。在步驟810，對應於生成電流訊號的生成電壓訊號經提供至手持式測試計之相位檢測器(例如，提供至圖3之相位檢測器130)。相位檢測器可包括單一相位檢測單元，其經組態以檢測生成電壓訊號相對於所提供的參考訊號之相位。相位檢測單元可為，例如，上升邊緣擷取相位檢測單元、同步解調相位檢測單元、雙邊緣擷取相位檢測單元、或基於XOR的相位檢測單元。
在步驟820，提供具有第一相位之第一參考訊號至相位檢測器。例如，第一相位可為0°。
在步驟830，其在步驟820之後，提供第二參考訊號至相位檢測器。第二訊號具有與第一相位相差90°的第二相位。例如，第二相位可為90°。如果第一相位為90°，第二相位可為0°。第一及第二參考訊號可為方波，並且可運用微控制器區塊加以提供。
圖9之流程圖繪示方法700之階段，以及特別是步驟720施加電壓訊號之階段。在步驟910，在第一頻率施加電壓訊號。在步驟920，在第二頻率跨越測試條施加第二電壓訊號並量測第二生成電流訊號，該第二頻率與第一頻率不同。在步驟930，使用量測的第二生成電流訊號連續地產生第二同相及第二正交訊號。在這些實施例中，圖7之測定相移步驟740包括根據同相、正交、第二同相、及第二正交訊號測定相移。第一頻率之範圍可為，例如，約10kHz至約25kHz，且第二頻率之範圍可為約250kHz至約500kHz。
圖10顯示同步解調(例如圖6C中的quadrature DEMUX相位檢測器632所用者)之實例之資料流圖。激發電壓訊號1020(F-DRV)之形式為sin(ωt)。相移1030(△Φ)代表通過校正負載子區塊126或通過分析測試條的試樣槽的相位位移。生成電壓訊號1040(TIA-OUT)為乘法1060的一個運算元(operand)，且其形式為sin(ωt+Φ)。如同多工器1050所指出，0°相位訊號1000(REF0)或90°相位訊號1090(REF90)為乘法1060的另一個運算元。
在其中TIA-OUT乘以REF0的實例中，乘法1060的乘積為中間訊號 0.5 cos(Φ)-0.5 cos(2ωt+Φ)。
這個訊號由低通濾波器1070濾波以實質上僅保留DC分量。也就是說，從中間訊號除去項目cos(2ωt+Φ)，只留下DC訊號(VOUT)，其值為0.5 cos(Φ)。
這是DC(實質上為非時變)值，因為它不取決於t的值。這個DC分量是同相(或者「實部」)分量I。同樣地，在其中TIA-OUT乘以REF90的實例中，在進行低通濾波後得到的DC分量是正交(或「虛部」)分量Q。在兩例中，TIA-OUT較佳的皆是實質上僅具有一個正弦頻率分量的訊號。這減少其它頻率被引入到DC分量的機率。
圖1至10的部件列表
100 手持式測試計
102 顯示器
104 使用者介面按鈕
106 條埠連接器
108 USB介面
110 外殼
112 微控制器區塊
114 相移量測區塊
116 顯示器控制區塊
118 記憶體區塊
120 訊號產生子區塊
122 低通濾波器子區塊
124 介面子區塊
126 校正負載子區塊
128 轉阻轉換子區塊
130 相位檢測器
218 碼記憶體
219 磁碟
601 第一電極
602 第二電極
626 控制輸入
631,632 相位檢測器
639 多工器
640 相位檢測單元
641 導體
700 方法
710、720、730 步驟
740、750、760 步驟
810、820、830 步驟
910、920、930 步驟
1000 0°相位訊號
1020 激發電壓訊號
1030 相移
1040 生成電壓訊號
1050 多工器
1060 乘法
1070 低通濾波器
1090 90°相位訊號
雖然已在本文顯示及說明之本發明的較佳實施例，但是熟悉此項技術者當明白所提供之此類實施例僅為舉例說明。在不偏離本發明的情況下，熟悉此項技術者現將發想眾多變異、改變及置換物。須瞭解本文中所述之本發明的實施例之不同替代例也可用於實行本發明。提及「特定實施例」與類似用語係指存在本發明之至少一個實施例中的特徵。分開提及「實施例」或「特定實施例」或類似用語，不一定指同樣的一或多個實施例；不過，該等實施例並不互相排斥，除非如此說明或為熟悉此項技術者所顯而易見。在本揭示內容 中，「或」這個字不具排他意義，除非另行明確說明。下列申請專利範圍意欲界定本發明之範疇，並藉此涵蓋在該等專利申請範圍及其均等物之範疇內的裝置及方法。
100‧‧‧手持式測試計
102‧‧‧顯示器
112‧‧‧微控制器區塊
114‧‧‧相移量測區塊
116‧‧‧顯示器控制區塊
118‧‧‧記憶體區塊
218‧‧‧碼記憶體
219‧‧‧磁碟

Claims (23)

  1. 一種手持式測試計，其係與一分析測試條一起使用於一流體試樣中之一分析物的測定，該測試計包含：一外殼；一微控制器區塊，設置於該外殼中；一相移量測區塊，其包括：一訊號產生子區塊，經組態以提供一激發電壓訊號；一介面子區塊，經組態以接收該分析測試條，該介面子區塊電氣連接至該訊號產生子區塊，使得該電壓激發訊號被施加於已接收的該分析測試條，以提供一生成電流訊號；一轉阻轉換子區塊，其接收該生成電流訊號，並提供一生成電壓訊號；以及一相位檢測器，其回應於該生成電壓訊號及一參考訊號；其中該微控制器區塊經組態以連續地提供一0°相位參考訊號及一90°相位參考訊號作為該相位檢測器之該參考訊號，以使該相移量測區塊連續地量測該生成電壓訊號的同相及正交分量，且該微控制器區塊使用該些量測的同相及正交分量測定對應於已接收的該分析測試條中的該流體試樣之一相移。
  2. 如申請專利範圍第1項之測試計，其中該流體試樣為一全血試樣，且該微控制器區塊係經進一步組態以根據該測定的相移來計算該流體試樣之一血容比位準。
  3. 如申請專利範圍第1項之測試計，其中該相位檢測器包括一單一相位檢測單元，其經組態以檢測該生成電壓訊號相對於該參考訊號之一相位。
  4. 如申請專利範圍第3項之測試計，其中該相位檢測單元為一開關。
  5. 如申請專利範圍第4項之測試計，其中該相位檢測器進一步包括一導體，其連接該開關之一共同端子至該開關之一斷路端子。
  6. 如申請專利範圍第4項之測試計，其中該相位檢測單元為一互斥或閘及一邊緣檢測器中之一者。
  7. 如申請專利範圍第1項之測試計，其中該微控制器區塊經組態以提供方波做為該0°相位參考訊號及該90°相位參考訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項之測試計，其中該相移量測區塊及該微控制器區塊係經組態以使用一第一頻率之該激發電壓訊號及一第二頻率之一第二激發電壓訊號測定該相移。
  9. 如申請專利範圍第8項之測試計，其中該流體試樣是一全血試樣，且其中該第一頻率之範圍為約10kHz至約25kHz，且該第二頻率之範圍為約75kHz至約500kHz。
  10. 如申請專利範圍第1項之測試計，其中該介面子區塊經組態以經由已接收的該分析測試條之一第一電極及一第二電極而與已接收的該分析測試條可操作地介接，該第一電極及該第二電極至少部分設置於已接收的該分析測試條之一試樣槽中。
  11. 如申請專利範圍第1項之測試計，其中該分析測試條為一基於電化學之分析測試條，其經組態以用於測定一全血試樣中的葡萄糖。
  12. 一種運用一手持式測試計及一分析測試條之方法，該方法包含：將一流體試樣引入該分析測試條；跨越該測試條施加一電壓訊號及量測一生成電流訊號；使用該量測的生成電流訊號連續地產生同相及正交訊號；以及根據該些同相及正交訊號，使用該手持式測試計之一相移量測區塊而自動地測定對應於施加於該測試條的該流體試樣之一相移。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該流體試樣為一全血試樣，該方法進一步包括：根據該測定的相移，使用該測試計之一微控制器區塊而自動地計算該全血試樣之一血容比值。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該分析測試條為一基於電化學之分析測試條，其經組態以用於測定一全血試樣中的葡萄糖。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中產生該些同相及正交訊號之該步驟包括： 提供對應於該生成電流訊號之一生成電壓訊號至該手持式測試計之一相位檢測器；提供具有一第一相位的一第一參考訊號至該相位檢測器；以及隨後提供具有與該第一相位相差90°的一第二相位之一第二參考訊號至該相位檢測器。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該等提供參考訊號之步驟包括：使用該手持式測試計之一微控制器區塊來提供各別方波做為0°相位參考訊號及90°相位參考訊號。
  17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該相位檢測器包括一單一相位檢測單元，其經組態以檢測該生成電壓訊號相對於該提供的參考訊號之一相位。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該相位檢測單元為一上升邊緣擷取(rising-edge-capture)相位檢測單元。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該相位檢測單元為一同步解調相位檢測單元。
  20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該相位檢測單元為一雙邊緣擷取(dual-edge-capture)相位檢測單元及一基於XOR之相位檢測單元中之一者。
  21. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該施加電壓步驟包括在一第一頻率施加該電壓訊號，該方法進一步包括：在一與該第一頻率不同之第二頻率跨越該測試條施加一第二電壓訊號並量測一第二生成電流訊號，以及使用該量測的第二生成電流訊號連續地產生第二同相及第二正交訊號，其中該測定相移步驟包括根據該些同相、正交、第二同相、及第二正交訊號來測定該相移。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該第一頻率之範圍為約10kHz至約25kHz，且該第二頻率之範圍為約75kHz至約500kHz。
  23. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包括：根據該些同相及正交訊號，使用該手持式測試計之該相移量測區塊而自動地測定施加於該測試條的該流體試樣之一阻抗幅度。
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