分析測(cè)試儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)整體涉及用于測(cè)量諸如血糖或血細(xì)胞比容等患者樣品分析物的醫(yī)療裝置 及相關(guān)方法的領(lǐng)域，并且尤其涉及分析測(cè)試儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中特別關(guān)注流體樣品中分析物的測(cè)定（如，檢測(cè)或濃度測(cè)量）。例如， 可期望測(cè)定諸如尿液、血液、血漿或間質(zhì)液等身體流體樣品中的葡萄糖、酮體、膽固醇、脂蛋 白、甘油三酯、對(duì)乙酰氨基酚或血紅蛋白（HbAlc)的濃度。此類(lèi)測(cè)定可使用分析測(cè)試條和測(cè) 試儀的組合實(shí)現(xiàn)。例如，常規(guī)上使用分析測(cè)試儀和一次性測(cè)試條測(cè)試糖尿病患者的血糖。 使用者將一次性測(cè)試條插入分析測(cè)試儀中，然后在測(cè)試條上的樣品接收室中滴一滴自己的 血。分析測(cè)試儀經(jīng)由測(cè)試條上的電極和導(dǎo)體將測(cè)試電信號(hào)施加到樣品接收室中的血液，并 監(jiān)測(cè)所得的電信號(hào)。然后，分析測(cè)試儀中的處理器可使用所得的電信號(hào)測(cè)定使用者的血糖 (例如，每分升血液中的葡萄糖毫克數(shù)，或每升血液中的葡萄糖毫克分子數(shù)）。
[0003] 然而，各種因素可能會(huì)混雜或干擾此類(lèi)測(cè)定。例如，授予Burke等人的美國(guó)專(zhuān)利 7, 390, 667中描述了樣品接收室中的試劑用于提供不會(huì)另外存在于血液中的電荷載體。因 此，在給定信號(hào)的存在下，血液的電化學(xué)響應(yīng)旨在主要取決于血糖的濃度。其次，血液對(duì)于 給定信號(hào)的電化學(xué)響應(yīng)卻取決于其他因素，包括體溫和血細(xì)胞比容（HCT)、血液中紅血球的 體積百分比。
[0004] 授予Choi的美國(guó)專(zhuān)利8, 343, 331描述了一種校正生物傳感器中的錯(cuò)誤測(cè)量結(jié)果 的方法。向測(cè)試條上的血液樣品施加第一電壓，并使用測(cè)量電流值計(jì)算血液樣品的血細(xì)胞 比容值。然后，施加第二電壓，并使用第二測(cè)量電流值計(jì)算葡萄糖水平。使用計(jì)算的血細(xì)胞 比容值校正葡萄糖水平。但是，這要求精確測(cè)量血細(xì)胞比容，以提供具有所需精確度的結(jié) 果。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 當(dāng)結(jié)合下列說(shuō)明和附圖使用時(shí)，本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中 在可能的情況下，已使用相同的附圖標(biāo)號(hào)命名對(duì)附圖而言是共同的相同特征，并且其中：
[0006]圖1是示例性分析測(cè)試系統(tǒng)部件的示意圖，包括分析測(cè)試儀和測(cè)試條；
[0007] 圖2示出了在圖1的示例性分析測(cè)試系統(tǒng)中使用的激勵(lì)源和解調(diào)器的示意圖；
[0008] 圖3示出了流程圖，其中圖解了用于校準(zhǔn)與分析測(cè)試條一起使用的分析測(cè)試儀的 示例性方法；
[0009] 圖4A和4B示出了流程圖，其中圖解了測(cè)定流體樣品中分析物的示例性方法；
[0010] 圖5是示例性測(cè)試條的平面圖；
[0011] 圖6是同步解調(diào)示例的數(shù)據(jù)流程圖；并且
[0012] 圖7是示出了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)部件的高級(jí)圖表。
[0013] 附圖只用于例證，且未必按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 即使在測(cè)量血細(xì)胞比容（HCT)以更準(zhǔn)確地測(cè)定血糖的分析試驗(yàn)儀中，血細(xì)胞比容 水平測(cè)量仍會(huì)受到分析測(cè)試儀或測(cè)試條中印刷電路板上的寄生電容等寄生電特性的影響。 本文介紹了對(duì)各種流體中的各種分析物所用的各種測(cè)試儀中的一些此類(lèi)寄生特性進(jìn)行檢 測(cè)和校正的各種方法。
[0015] 圖1是根據(jù)各個(gè)方面的分析測(cè)試系統(tǒng)部件的示意圖。"測(cè)試組"或"測(cè)試對(duì)"是如 下系統(tǒng)，其包括測(cè)試條1〇〇和分析測(cè)試儀180例如便攜式分析測(cè)試儀。分析測(cè)試儀180可 以是手持式測(cè)試儀等，并且可包含外殼。分析測(cè)試儀180還可以?shī)A持或以其他方式緊固到 皮帶或綁帶等上，以便放置在使用者的腰部或肩膀上。
[0016] 分析測(cè)試儀適用于測(cè)定流體樣品例如身體流體樣品中的分析物。分析測(cè)試儀180 包括測(cè)試條接收模塊115,在本文中也稱(chēng)為"條端口連接器"或SPC。測(cè)試條接收模塊115 可包含適于接收或保持測(cè)試條100的電結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)示例性變型，測(cè)試條接收模 塊115至少具有第一電連接器引腳111和第二電連接器引腳112。為了本文所述的用途， 術(shù)語(yǔ)"引腳"不限定形狀因數(shù)；即引腳11U112可以是剛性引腳、彈簧觸點(diǎn)、彈簧針、壓力觸 點(diǎn)、焊料凸塊或其他導(dǎo)電接觸裝置。
[0017] 處理器186控制分析測(cè)試系統(tǒng)的操作。如本文所述，處理器186可包含微控制器、 微處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA)、可編程邏輯陣列或裝置（PLA或PLD)、可編程陣列邏 輯（PAL)裝置、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)或適于執(zhí)行本文所述功能或任意組合中多個(gè)功能的 其他邏輯或處理部件。
[0018] 示例性測(cè)試條100具有第一電極110和第二電極120,相對(duì)于在文中也稱(chēng)作分析物 室的樣品接收室130可操作地布置。第一電觸點(diǎn)焊盤(pán)101電連接至第一電極110。第一電 觸點(diǎn)焊盤(pán)101被構(gòu)造成在與第一觸點(diǎn)焊盤(pán)101電連通時(shí)將第一電極110的電響應(yīng)傳送至分 析測(cè)試儀180,例如當(dāng)測(cè)試條100適當(dāng)插入到測(cè)試條接收模塊115的范圍之內(nèi)時(shí)通過(guò)接觸傳 送。測(cè)試條100可包含適于電連接至分析測(cè)試儀180的各種各樣的電接觸配置。例如，美 國(guó)專(zhuān)利6, 379, 513公開(kāi)了一種電化學(xué)電池連接，并且其全部?jī)?nèi)容據(jù)此以引用方式并入。
[0019] 第二電觸點(diǎn)焊盤(pán)102電連接至第二電極120,并且被構(gòu)成用于當(dāng)分析測(cè)試儀180與 第二電觸點(diǎn)焊盤(pán)102電連通時(shí)將第二電極120的電響應(yīng)傳送至分析測(cè)試儀180。測(cè)試條接 收模塊115被布置成使得當(dāng)測(cè)試條100插入到測(cè)試條接收模塊115中時(shí)，第一電連接器引 腳111和第二電連接器引腳112分別與第一電觸點(diǎn)焊盤(pán)101和第二電觸點(diǎn)焊盤(pán)102電連接。 處理器186或相關(guān)部件電連接至導(dǎo)體116、117,導(dǎo)體分別電連接至引腳111、112。
[0020] 處理器186可通過(guò)感應(yīng)第一電接觸器引腳111和第二電接觸器引腳112之間的電 特性，檢測(cè)已插入測(cè)試條100的存在性。例如，當(dāng)測(cè)試條100被插入時(shí)，處理器186可以檢測(cè) 連接器引腳111、112之間的電容變化。測(cè)試條100可以包含電連接至第一電觸點(diǎn)焊盤(pán)101 或第二電觸點(diǎn)焊盤(pán)102的第三電觸點(diǎn)焊盤(pán)（未示出）。測(cè)試條接收模塊115可以包含第三 電引腳，并且處理器186可以檢測(cè)測(cè)試條接收模塊115的兩個(gè)引腳之間的連續(xù)性，表明測(cè)試 條100的插入。分析測(cè)試儀180還可包含機(jī)械、光學(xué)或機(jī)電元件，例如簧片開(kāi)關(guān)或光遮斷器， 以測(cè)定測(cè)試條100適當(dāng)插入的時(shí)間。在檢測(cè)到測(cè)試條100之前，處理器186可等待測(cè)試條、 提示測(cè)試條或采取其他措施，例如執(zhí)行校準(zhǔn)步驟。處理器186還可以進(jìn)入低功耗模式，例如 睡眠模式，直至第一次檢測(cè)到測(cè)試條100的存在。在示例中，使用者在插入測(cè)試條后按下 按鈕。當(dāng)按鈕被按下時(shí)，處理器186檢測(cè)到測(cè)試條的插入。該示例和本節(jié)中的其他示例可 用于文中所述的任何測(cè)試條檢測(cè)。
[0021] 檢測(cè)到測(cè)試條100時(shí)，處理器186使用激勵(lì)源181在第一電引腳112和第二電引 腳112上施加所選擇的電信號(hào)。激勵(lì)源181可以是電壓源、電流源、任意波形源或適于產(chǎn)生 電信號(hào)的其他裝置。然后，處理器186使用解調(diào)器182測(cè)量引腳11U112上所得的電信號(hào)。 解調(diào)器182可包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)、取樣保持單元、混合單元或適于測(cè)量電信號(hào)的其他裝 置。在示例中，在連接器引腳111和112之間施加電壓，并測(cè)量了通過(guò)這些引腳的所得電流。
[0022] 激勵(lì)源181和解調(diào)器182可通過(guò)相應(yīng)耦合器183、184連接至導(dǎo)體116、117,耦合器 可包含晶體管、射頻耦合器或柵極，或允許激勵(lì)源181向電導(dǎo)體116、117施加信號(hào)且允許解 調(diào)器182同時(shí)或非同時(shí)測(cè)量導(dǎo)體116、117或其上所載信號(hào)的電特性的其他裝置。根據(jù)本示 例性實(shí)施例，耦合器183、184可包含電短路，因此激勵(lì)源181的輸出直接連接至解調(diào)器182 的輸入，并且處理器186或解調(diào)器182可包含回波抑制或回波消除電路、邏輯或代碼（未示 出），以從接收的信號(hào)移除激勵(lì)源181的輸出。在圖1中，耦合器183、184以圖形方式表示 為正方形。為清楚起見(jiàn)，與解調(diào)器182的連接以虛線示出。
[0023] 處理器186處理所得的電信號(hào)以檢測(cè)流體樣品，并且如果流體樣品存在，處理器 測(cè)定分析物，例如測(cè)定分析物的濃度或同一性。下文討論了該測(cè)定。在各種實(shí)施例中，處理 器186使用輸出單元169傳達(dá)被測(cè)定分析物的指示或其他狀態(tài)信息（例如，"無(wú)測(cè)試條存 在"或"無(wú)樣品存在"）。輸出單元169可以呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于被測(cè)定分析物的指示的各種視覺(jué)或 聽(tīng)覺(jué)指示器。例如，輸出單元169可以包含發(fā)亮或閃爍的燈光、鈴鐘、發(fā)出聲響的報(bào)警器或 蜂鳴器、吹響的喇叭、激活的聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)再生系統(tǒng)（例如，顯示彈出式錯(cuò)誤對(duì)話框的計(jì)算機(jī) 屏幕）或?qū)?duì)應(yīng)于指示的信息傳輸至人機(jī)界面（HMI)、服務(wù)器、終端、智能手機(jī)、尋呼機(jī)或其 他計(jì)算或通信裝置的網(wǎng)絡(luò)接口。這些裝置中的任何一個(gè)均可以運(yùn)行以傳達(dá)指示（例如，燈 光可通過(guò)與分析物的測(cè)定濃度成比例的照明度限定）。
[0024] 仍參見(jiàn)圖1，測(cè)量流體樣品例如身體流體樣品或含水樣品中分析物濃度的電化學(xué) (測(cè)量電流）方法涉及將樣品放入具有兩個(gè)電極（例如，電極110、120)的電化學(xué)電池（例 如，樣品接收室130)的反應(yīng)區(qū)中，其中電極的阻抗適用于電流測(cè)量。分析物能夠與電極（例 如，電極110、120中的一個(gè)）或氧化還原試劑直接反應(yīng)，以形成數(shù)量對(duì)應(yīng)于分析物濃度的可 氧化（或可還原）物質(zhì)。然后，以電化學(xué)方式測(cè)定可氧化（或可還原）物質(zhì)的數(shù)量。各個(gè) 方面準(zhǔn)確測(cè)定檢測(cè)到反應(yīng)區(qū)中樣品的時(shí)間點(diǎn)。該測(cè)定允許在施加樣品后立即應(yīng)用電化學(xué)波 形（例如，電壓）并準(zhǔn)確限定潛伏期或反應(yīng)時(shí)間。繼而，測(cè)定的準(zhǔn)確度和精確度提升。
[0025] 正如下文中所述，樣品接收室130中可能存在或不存在酶。如果存在，酶可以幫助 將流體樣品中的分析物轉(zhuǎn)換成能夠以電方式測(cè)量的電流、電勢(shì)或其他數(shù)量。來(lái)自激勵(lì)單元 181的信號(hào)的頻率和幅度可根據(jù)各種因素選擇，例如流體樣品的性質(zhì)、分析物的性質(zhì)或要使 用的電極是否可操作性地相對(duì)于酶布置。
[0026] 在示例性實(shí)施例中，兩個(gè)以上的電極對(duì)可操作性地相對(duì)于樣品接收室130布置。 在示出的示例中，電極150和155被布置成與樣品接收室130中的流體樣品反應(yīng)。電極150 和155通過(guò)相應(yīng)導(dǎo)體和引腳分別連接至測(cè)試條接收模塊115上的導(dǎo)體151、156。正如從導(dǎo) 體151、156延伸至假負(fù)載校準(zhǔn)電路塊189的箭頭所表示的，電極150、155可以電連接至激 勵(lì)源181、解調(diào)器182、開(kāi)關(guān)單元191或處理器186。在各個(gè)方面，電極150、155上面未涂覆 有酶或以其他方式可操作性地相對(duì)其彼此布置。在示例中，電極150、155用于HCT測(cè)量，并 且通過(guò)開(kāi)關(guān)單元191連接至激勵(lì)源181和解調(diào)器182。
[0027] 在各個(gè)變型中，首先在電化學(xué)診斷條的電極110、120上施加小的恒定電流源，并 監(jiān)測(cè)電極110、120之間的電勢(shì)差。在將樣品施加到測(cè)試條100的樣品接收室130前，電極 110、120之間存在干間隙。因此，電極110、120之間忽略不計(jì)的電流和電壓差增加。當(dāng)將 樣品施加到測(cè)試條100并填充間隙（樣品接收室130)時(shí)，測(cè)量電壓快速下降，導(dǎo)致測(cè)試時(shí) 間啟動(dòng)。處理器186將電壓的下降識(shí)別為樣品的表征，并自動(dòng)停止向所選引腳（例如，引腳 111和112)施加恒定流量的電信號(hào)。然后，處理器186向所選引腳施加恒定電壓的電信 號(hào)。當(dāng)施加恒定電壓時(shí)，可以將電流或電荷測(cè)量為時(shí)間函數(shù)，以允許計(jì)算分析物的濃度。
[0028] 在其他實(shí)施例中，一旦將測(cè)試條插入并檢測(cè)到插入后，將在電極110、120上施加 偏壓（例如，400mV)。測(cè)量電極110、120之間的電流。當(dāng)電流超出所選閾值（例如，150nA) 時(shí)，檢測(cè)到流體樣品（例如，血液樣品）。檢測(cè)到樣品時(shí)的時(shí)間被用作與已插入測(cè)試條相關(guān) 的校準(zhǔn)和測(cè)量的參考時(shí)間（T= 0)。
[0029] 使用具有已知分析物濃度的樣品校準(zhǔn)系統(tǒng)后，在恒定電壓施加之后的預(yù)定時(shí)間測(cè) 量的電流可作為分析物濃度的量度。預(yù)定時(shí)間的長(zhǎng)