专利名称：：具有多通道及多增益电路的血液量测方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种具有多通道及多增益电路的血液量测方法及装置，特别是一种使用具有不同增益的多个通道电路来进行血液量测，使血液量测值能经由判断来选择一适当的增益通道，并输出该通道的量测值。
背景技术：
：由于现代医药科技的进步，使得人类的平均寿命不断地延长。然而，却也因为生活条件的改善，使得慢性病已取代各种急性传染�。晌拿魃缁嶂兄饕乃酪蛑�。这些慢性病中，尤以糖尿病(diabetes)及其并发症(complication)为最。糖尿病是因为人体内的胰脏所分泌的胰岛素(Insulin)不足或作用不良，使得糖份无法被人体所利用(即将糖份转化成热能)，而导致血液中的糖份(即血糖)浓度升高所形成的一种新陈代谢(metabolism)疾�。比颂宓难�(bloodglucose)浓度超过正常值60～115mg/dl并达到180mg/dl时，糖份便会经由膀胱随着尿液排出人体，因此称为糖尿病。糖尿病的病因是多元性的，可能是由自体免疫系统(auto-immunization)受滤过性病毒(filtrablevirus)的感染，使得胰脏β-细胞被破坏，导致胰岛素的分泌量骤减而发病。另外，也可能是由于肌肉或脂肪细胞对胰岛素的阻抗力(insulinresistance)增加，导致胰岛素功能不良，使得β-细胞枯死而致病。或是由于人体内的他种具有抗胰岛素的荷尔蒙增加，而导致血糖升高。甚或是胰脏坏死而造成无法分泌胰岛素而致病等。而糖尿病的并发症则包括低血糖症(hypoglycemiadisease)、酮酸中毒(Diabeticketoacidosis；DKA)、高血压高渗透压非酮酸性昏迷(Nonketotichyperosmolarsyndrome；NKHS)及乳酸血症(lacticemia)等等。虽然由糖尿病或其并发症所引起的疾病很多也很难避免，但却可经由血糖的控制，来减少或延缓并发症的发生。因此，当前述的一些症状出现时，即须立刻进行血糖测试并进行治疗，否则，若不实时处理，则可能因为血糖过低，而导致昏迷(coma)甚至于死亡。近几年来，利用特定酵素催化反应(enzymecatalyticreaction)的各种生物传感器(biosensor)已经被发展出来，并已使用于医疗用途上。此种生物传感器的用途是专用于糖尿病的治疗上，以帮助糖尿病患者控制本身的血糖含量在正常的范围内。对于住院糖尿病患者而言，其可在医生的监督下控制本身的血糖含量在正常范围内。但对于非住院糖尿病患者而言，在缺乏医生直接监督的情况下，病患本身能自我控制血糖含量则变得非常重要。因此，一个快速、简易及准确的血糖量测装置，对于糖尿病患者来说，就显得相当的重要。现行市面上可供患者自行检测血糖含量的血糖计，一般包括有主测试单元及一供测量血糖含量的生物芯片，其中生物芯片使用一对应电极并在电极部上方覆盖一反应层，而反应层上含有铁氰化钾(potassiumferricyanide)及氧化酵素(oxidase)，例如葡萄糖氧化酵素(glucoseoxidase)。使用血糖计量测时，先将生物芯片插入主测试单元。然后，患者可以刺胳针扎刺自己的皮肤以渗出血滴，再将渗出的血滴直接滴在已插进主测试单元的生物芯片。当血滴被吸入位于电极部上方的反应层后，会将反应层溶解。经过一段预定时间后，加上一参考电压到生物芯片上，以电化学反应(electrochemistryreaction)来氧化亚铁氰化钾(potassiumferrocyanide)，以释出电子，而产生一相应的反应电流并通过电极。此反应电流正比于酵素催化反应产生的亚铁氰化钾浓度或正比于血液样品中的葡萄糖浓度。由于在生物芯片上产生的反应电流，会随时间变化而逐渐衰减，故利用此特性，将每一时间点的反应电流经由一电流/电压转换器(Current/VoltageConverter)转换成一输出电压，以获得一条电压-时间放电曲线。接着再将每一时间点对应的一电压经一模拟数字转换器(Analog/DigitalConverter；ADC)转换成数字信号并送到一微处理器(microprocessor)中进行处理，求得血液样品中的一血糖浓度值，最后将血糖浓度值经由一液晶显示器显示出来，供患者参考。另外，更有些生物传感器为了能快速且准确的获得血糖浓度的量测值，将相应产生的输出电压与一内建于微处理器中的标准输出电压-时间放电曲线对映表(mappingtable)来对映。再根据所对映到的标准放电曲线，来决定其相应的放电终点时间。最后，再由微处器根据所选择的标准的放电曲线及其放电终点时间决定检体中的血糖含量。由于每个血液检体中所含有的血糖浓度不相同，当使用传统的固定增益(Gain)的血糖计来进行血液量测时，其在量测过程中所获得的电压放电曲线会随着血糖浓度的不同而改变。例如，当血液检体中含有高血糖浓度时，其所测得的放电电压的峰值(peakvalue)会升高而且整条放电曲线也会随着向上升，因此再经过一放大电路将放电曲线再放大后，可能会使电压的峰值超过电路的频宽而产生饱和(saturation)或遭到截止(cutoff)，造成放电曲线失真(distortion)。由于无法确切的获得峰值的电压，因此其相应的放电终点时间就有误差，而最后所得的量测结果也一定是错误的。另外，当血液检体中含有低血糖浓度时，其所测得的放电电压的峰值(peakvalue)会下降而且整条放电曲线也会随着向下，因此当一放大电路的增益不够大时，会使得放电曲线过于集中，因此在进行数字转换的取样过程中，会造成较大的取样误差，也因此最后所得的量测结果也一定是错误的。为了解决血糖浓度的不同而导致固定增益的血糖计所测得的血糖浓度不准确的问题，已经有些血糖计使用可变电阻来作为一开关，当执行血液量测后，由特定人员来判断所测得的放电曲线是否适当，然后再来调整开关，以获得一较佳的曲线，使得血液量测的准确度得以提高。由于这种方法需要医护人员来判断及调整，故并不适合一般的居家用者，同时也需花费较长的时间才能获得量测的结果。因此，一个能满足实时(realtime)、准确(precise)且方便(convenient)的血液量测装置或血糖计是有急迫性的。
发明内容为解决前述问题，本发明提出一种使用多通道电路所形成的多增益的血液量测装置，其主要目的在改善血液量测结果受血糖浓度的高低而导致输出电压曲线产生失真或无法辨识的问题。本发明的另一目的，是利用一设定值来判断及选择一适当的增益电路，以自动产生一适当的电压放电曲线。本发明的再一目的，是利用一设定值来判断及选择一适当的增益电路，并依据所获得的电压放电曲线来得到一准确的量测结果。本发明还有一目的，是利用一设定值来判断及选择一适当的增益电路，可实时且迅速地自动选择一适当的电压放电曲线及准确的量测结果。根据以上的目的，本发明提供一种使用多通道及多增益电路的血液量测方法，包括首先，采集血液样本。接着执行血液量测，将该血液样本滴落于生物传感器的电极部，并由该生物传感器提供一电压值进行量测。然后，将不同通道电路所测得的电压放电曲线转换成数字信号，然后选择一数字电压值作为量测值，并输出该数字量测值至一微控制单元。再接着，比较一预设增益通道的数字量测值与一临界值，并由该微控制单元决定一特定增益的通道并接收该通道的量测值。最后，处理该通道的数字化量测值，并由该微控制单元进行该血液量测结果的处理。本发明提供另一种具有多通道及多增益电路的血液量测装置，包括一电极部，由两个电极所组成，其中该电极部的一第一电极与一第二电极的一端与一生物芯片电性地连接，其中该第二电极的另一端接地；数个通道电路，由数个电路元件所组成，该数个通道电路的一端与该第一电极的另一端电性地连接；一微处理控制单元，其一端与该数个通道电路的另一端电性地连接，而另一端则连接至一输出单元。而该数个通道电路更包括一放大电路，其一端与该第一电极的另一端电性地连接；一模拟/数字转换电路，其一端与该放大电路的另一端电性地连接，而另一端则与该微处理控制单元电性地连接。图1为本发明的流程图；图2为根据本发明的功能方块示意图；图3为根据本发明的电路布局示意图。图中符号说明10电极部11第一电极12第二电极20通道电路21放大电路22模拟/数字转换电路201低增益通的道电路202正常增益的通道电路203高增益通的道电路30微控制单元Vout通道输出电压OP通道运算放大器电路具体实施例方式由于本发明中所利用到的一些生物传感器(Bio-sensor)的组成元件与其利用特定酵素反应的原理及量测结果的处理，已于
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中详细说明，故在下述的说明中，并不包括生物传感器的完整量测过程，而仅作重点式的引用，其目的在协助本发明特征的阐述。而且下述内文中的功能方块图，亦并未依据实际的相关位置及完整的连接图来绘制，其作用仅在表达与本发明特征有关的示意图。另外，本发明的一些实施例均以血糖计为例来说明并详细描述如下，然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以权利要求书的范围为准。本发明首先提供一种使用多通道及多增益电路的血液量测方法，包括首先，采集血液样本。接着执行血液量测，将该血液样本滴落于生物传感器的电极部，并由该生物传感器提供一电压值进行量测。然后，将不同通道电路所测得的电压放电曲线转换成数字信号，然后选择一数字电压值作为量测值，并输出该数字量测值至一微控制单元。再接着，比较一预设增益通道的数字量测值与一临界值，并由该微控制单元决定一特定增益的通道并接收该通道的量测值。最后，处理该通道的数字化量测值，并由该微控制单元进行该血液量测结果的处理。本发明接着提供一种具有多通道及多增益电路的血液量测装置，包括一电极部，由两个电极所组成，其中该电极部的一第一电极与一第二电极的一端与一生物芯片电性地连接，其中该第二电极的另一端接地；数个通道电路，由数个电路元件所组成，该数个通道电路的一端与该第一电极的另一端电性地连接；一微处理控制单元，其一端与该数个通道电路的另一端电性地连接，而另一端则连接至一输出单元。而该数个通道电路更包括一放大电路，其一端与该第一电极的另一端电性地连接；一模拟/数字转换电路，其一端与该放大电路的另一端电性地连接，而另一端则与该微处理控制单元电性地连接。接下来，将通过图1至图3来详细说明本发明具体实施的方法及其装置。图1用来说明本发明使用多通道及多增益电路的血液量测方法的流程图。首先，从步骤110开始，其可由患者以针扎刺自己的皮肤，以便采集渗出血滴作为一检体的血液样本。接着，再将渗出的血滴(也可称为检体)直接滴在已插进测试单元的生物芯片，当血滴被吸入位于电极部上方的反应层后，会将反应层溶解。经过一段预定时间后，由生物传感器施加一参考电压到生物芯片上，以便执行血液量测，如步骤120所示。当参考电压加到生物芯片上后，即会引起一电化学反应来氧化反应层，例如以电化学反应来氧化亚铁氰化钾，然后释出电子，以产生一相应的反应电流并通过电极，然后由不同的通道电路将反应电流放大并转换成一电压的放电曲线图，然后读取一设定点的电压值，例如，读取电压放电曲线图的最大值。再将此电压值数字化，以取得不同通道电路的数字化量测值，如步骤130所示。接着，将不同通道电路的数字化量测值输入至一微控制单元中存储，此时微控制单元会读取其中一个预先设定(default)的通道上的量测值，并将此一读取到的量测值再与一预先设定的临界值(threshold)进行比较。当预设临界值小于预先设定的通道上的量测值时，表示为高血糖浓度的检体，因此其所量测到的电压放电曲线的最大值会偏高，为避免该最大量测值经过电压放大器放大而产生失真的情形，故此时微控制单元会经由步骤150，读取一低增益通道电路的量测值，然后，由步骤170依此量测值进行处理并显示血糖浓度。例如，将最大量测值与一内建于微处理器中的标准输出电压-时间放电曲线对映表来对映，以决定检体中的血糖含量。当预设临界值大于预先设定的通道上的量测值时，表示为低血糖浓度的检体，因此其所量测到的电压放电曲线的最大值会因电压放大器的增益不够大，而使电压放电曲线过于集中，故在最大值取样时会产生误差的情形，故此时微控制单元会经由步骤160，读取一高增益通道电路的量测值，然后，由步骤170依此量测值进行处理并显示血糖浓度。当预设临界值趋近于预先设定的通道上的量测值时，表示为正常血糖浓度的检体，因此其所量测到的电压放电曲线可取样一适当的最大值，因此时微控制单元会经由步骤140，直接将该最大值交由步骤170进行处理并显示血糖浓度。上述的预先设定的临界值，是以一固定增益的血糖计对不同血糖浓度的检体进行一连串的量测，并将这些量测结果进行统计及分析后，订定出高血糖浓度范围、低血糖浓度范围以及正常血糖浓度值范围，然后以正常血糖浓度值作为此一临界值。因此，此一临界值可随着统计数量的累积来调整，可使量测结果愈来愈趋近准确。当然，也可经由量测结果的统计及分析来设计不同通道电路的增益值。图2为本发明的具有多通道及多增益电路的血液量测装置，包括电极部10，由两个电极所组成，其中该电极部10的第一电极11与第二电极12的一端与一生物芯片连接，其中第二电极102的另一端接地。数个通道电路20，其由数个放大电路21及数个模拟/数字转换电路22所组成，同时放大电路21的一端与第一电极11的另一端连接，而模拟/数字转换电路22的一端与放大电路21的另一端连接。微处理控制单元30，其一端与数个通道电路中的模拟/数字转换电路22的另一端连接，而另一端则连接至一输出单元。当血滴被吸入位于电极部10后，血液会分布在第一电极11及第二电极12上的反应层上。当生物传感器将一参考电压加到生物芯片上后，即会引起电化学反应来氧化亚铁氰化钾，然后释出电子，以产生一相应的反应电流(reactioncurrent)并通过第一电极11及第二电极12。然后，由不同的通道电路20中的电流/电压转换电路(CurrenttoVoltageConverter)21将反应电流放大，并将反应电流转换成一电压值后，输出到模拟/数字转换电路(AnalogtoDigitalConverter；ADC)22，以取得一数字化的电压值，并将此数字化的电压值作为不同通道电路20的量测值。接着，将不同通道电路20上所获得的经过数字化的量测电压值送到一微控单元(Micro-processingControlUnit；MCU)30中，经由微控单元30处理后，取得一预先设定的通道电路的电压量测值，例如，选择正常血糖浓度的通道作为预先设定的通道电路。再将此预先设定的通道电路的电压量测值与一预设的临界值进行比较。当预设临界值小于预先设定的通道上的量测值时，表示为高血糖浓度的检体，因此其所量测到的电压放电曲线的最大值会偏高，因此选择一低增益通道电路，并读取该通道的量测值，并依此量测值进行处理并显示血糖浓度。当预设临界值大于预先设定的通道上的量测值时，表示为低血糖浓度的检体，因此其所量测到的电压放电曲线的最大值会因电压放大器的增益不够大，而使电压放电曲线过于集中，故选择一高增益通道电路，以便能取样到适当的量测值，并依此量测值进行处理并显示血糖浓度。当预设临界值趋近于预先设定的通道上的量测值时，表示为正常血糖浓度的检体，因此其所量测到的电压放电曲线可取样一适当的最大值，因此直接将该最大值与一内建于微处理器中的标准输出电压-时间放电曲线对映表来对映，以决定检体中的血糖含量。为具体说明本发明的多通道电路的操作过程，以图3所示的实际电路布局示意图来说明，为便于说明，图中只显示三个不同增益的通道电路，其中通道201为一低增益的通道电路，通道203为一高增益的通道电路，而通道202为一正常增益的通道电路且为预设的通道。当血滴被吸入位于电极部10后，血液会分布在第一电极11及第二电极12上的反应层上。接着，生物传感器会提供一参考电压Vref(未显示于图中)，并将参考电压加到生物芯片上后，使得反应层产生一相应的反应电流(reactioncurrent)并通过第一电极11及第二电极12上的反应层上。然后，反应电流分别流经一由运算放大器电路1(OperationAmplifier；OP1)、运算放大器电路2(OP2)及运算放大器电路3(OP3)所形成的通道电路201、202及203，以便将反应电流转换成一电压值，以获得各通道电路的电压放电曲线图，而各通道电路的增益值(Gain)定义为GainOP1＝(1+R2/R1)GainOP2＝(1+R4/R3)GainOP3＝(1+R6/R5)举例来说，假设R2/R1＝5、R4/R3＝10及R6/R5＝15时，则通道电路201、202及203的实际增益分别为6、11及16。当OP1所读取的最大电压值为200mv，则在OP1所得到的输出电压值为Vout1＝1200mv＝1.2V(即200mv×6)；同理，则另外一个通道电路的上的运算放大器电路OP2所形成的电流/电压转换电路，其所读取到的输出电压差值为Vout2＝2200mv，即Vout2＝2.2。再接着，在OP3所得到的输出电压值为Vout3＝3200mv，即Vout3＝3.2V。然后将通道电路201、202及203所获得的电压值分别送至模拟/数字转换电路(ADC)22，以取得一数字化的电压值。接着，将通道电路201、202及203所获得的数字化的量测电压值送到一微控单元(MCU)30中处理。此时，微控单元(MCU)30会先读取预先设定为正常增益的通道电路所输入的电压值，例如，微控单元(MCU)30设定202为正常增益的通道电路，即读取该通道电路的电压值，即Vout2＝2.2V。接着，微控单元(MCU)30再将Vout2与一预先设定的临界值进行比较，其中此一临界值系一正常血糖浓度的电压量测值。例如，当临界值为1.8V时，此时，预设临界值小于正常增益的通道电路的量测值Vout2＝2.2V，表示为高血糖浓度的检体，因此选择低增益通道电路的输出电压值，即选择通道电路201的输出电压Vout1＝1.2V，并依此量测值进行处理并显示血糖浓度。同理，当预设临界值大于预先设定的通道上的量测值时，例如，当临界值为2.5V时，表示为低血糖浓度的检体，因此选择高增益通道电路的输出电压值，即选择通道电路203的输出电压Vout3＝3.2V，并依此量测值进行处理并显示血糖浓度。当临界值趋近于预先设定的通道上的量测值时，例如，当临界值为2.1V时，表示为正常血糖浓度的检体，因此即将正常增益的通道电路202的输出电压值，即读取该通道电路的电压值Vout2＝2.2V直接将该电压值与一内建于微处理器中的标准输出电压-时间放电曲线对映表来对映，以决定检体中的血糖含量。在前述图3的说明中，并非限制本发明只使用三个通道电路。在实际的应用上如图2所示，可选则数个高增益通道电路及数个低增益通道电路来组合，其中数个高、低之间的增益值可依实验的统计结果来设计或调整，以便能获得更精准的量测结果。另外，内建于微处理器中的标准输出电压-时间放电曲线对映表，可将其制作成一连续电压的对映表，当然也可将其分成数个对应到电路组合的对映表来得到正确的血糖浓度值。综合以上的所述的内容，其仅为本发明的较佳实施例，其所有已揭露的内容并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。权利要求1.一种使用多通道及多增益电路的血液量测方法，其特征在于，包括采集血液样本；执行血液量测，将该血液样本滴落于生物传感器的电极部，并由该生物传感器提供一电压值进行量测；数字化量测值，将不同通道电路所测得的一电压放电曲线转换成数字信号，并选择一数字化电压值作为该数字化量测值及输出至一微控制单元；比较一预设增益通道的数字化量测值与一临界值，并由该微控制单元决定一特定增益的通道并接收该通道的数字化量测值；处理该通道的数字化量测值，由该微控制单元进行该血液量测结果的处理。2.如权利要求1所述的使用多通道及多增益电路的血液量测方法，其特征在于，该数字化量测值为该电压放电曲线的最大电压值。3.如权利要求1所述的使用多通道及多增益电路的血液量测方法，其特征在于，该临界值为一可调整的统计值。4.如权利要求1所述的使用多通道及多增益电路的血液量测方法，其特征在于，该预设增益通道的数字量测值与该临界值是以比较大小的方式来选择一特定增益值的通道。5.一种具有多通道及多增益电路的血液量测装置，其特征在于，包括一电极部，由两个电极所组成，其中该电极部的一第一电极与一第二电极的一端与一生物芯片电性地连接，其中该第二电极的另一端接地；数个通道电路，由数个电路元件所组成，该数个通道电路的一端与该第一电极的另一端电性地连接；一微处理控制单元，其一端与该数个通道电路的另一端电性地连接，而另一端则连接至一输出单元。6.如权利要求5所述的一种具有多通道及多增益电路的血液量测装置，其特征在于，该第一电极及该第二电极上镀有一反应层，且该反应层由具有与血液起反应的材料所形成。7.如权利要求6所述的一种具有多通道及多增益电路的血糖计，其特征在于，该第一电极及该第二电极上所镀的反应材料为铁氰化钾或氧化酵素。8.如权利要求5所述的一种具有多通道及多增益电路的血液量测装置，其特征在于，该数个通道电路由数个不同电子电路元件所形成的通道来组成，其中该每一通道的电子电路元件更包括一放大电路，其一端与该第一电极的另一端电性地连接；一模拟/数字转换电路，其一端与该放大电路的另一端电性地连接，而另一端则与该微处理控制单元电性地连接。9.如权利要求8所述的一种具有多通道及多增益电路的血液量测装置，其特征在于，该微处理控制单元同时接收该不同通道电路的数字电压值，并将其中一通道设定为一预定通道并将该预设通道的数字量测值与预先设定于该微处理控制单元内的一临界值进行比较处理，并输出一相应的控制信号。10.如权利要求9所述的使用多通道及多增益电路的血液量测方法，其特征在于，该临界值为一可调整的统计值。全文摘要本发明涉及一种使用多通道及多增益电路的血液量测方法，包括首先，采集血液样本，接着，将血液样本滴落于生物传感器的电极部，并由生物传感器提供一电压值进行血液量测，然后，将不同通道电路所测得的电压放电曲线转换成数字信号，然后选择一电压值作为量测值并输出至一微控制单元，再接着，比较一预设增益通道的数字量测值与一临界值，并由微控制单元决定一特定增益的通道并接收该通道的量测值，用以改善血液量测结果受血糖浓度的高低而导致输出电压曲线产生失真或无法辨识的问题。文档编号G01N33/66GK1548950SQ0312386公开日2004年11月24日申请日期2003年5月21日优先权日2003年5月21日发明者王国任,陈俊仁申请人:力捷电脑股份有限公司
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