基于msp32f3413的血糖儀的設(shè)計(jì)

基于msp32f3413的血糖儀的設(shè)計(jì)

糖尿病并發(fā)癥的預(yù)防1997年，世界上有1.25億糖尿病患者，預(yù)計(jì)2025年將增長(zhǎng)到2.9億。糖尿病是世界上第五位死亡的原因。我國(guó)DM的患病率為3.21%。胰島素療法是所有胰島素依賴型糖尿病人(IDDM)以及部分非胰島素依賴型糖尿病人(NIDDM)的主要治療方法。目前的醫(yī)學(xué)學(xué)說(shuō),指導(dǎo)糖尿病患者按各自的病情的性質(zhì)和嚴(yán)重程度進(jìn)行治療,注射不同劑量的胰島素。而胰島素劑量調(diào)整的基礎(chǔ)是嚴(yán)密監(jiān)察血糖的控制情況。在常用的評(píng)估病情的手段中,靜脈血糖與毛細(xì)血管血糖測(cè)定是目前最直接的評(píng)估血糖控制的方法,后者更是適合家庭和病人自我血糖監(jiān)護(hù)的方法。研究證明,長(zhǎng)期嚴(yán)格的血糖監(jiān)測(cè),可預(yù)防或延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展。因此,糖尿病病人實(shí)現(xiàn)血糖自我監(jiān)測(cè)是糖尿病防治中的重大進(jìn)展。1葡萄糖的測(cè)定本文介紹的光電式微損血糖儀是一種用于檢測(cè)全血中葡萄糖含量的數(shù)字式儀器。從患者手指的毛細(xì)血管抽取血樣,經(jīng)過(guò)處理之后,便可以數(shù)字形式顯示血糖含量的精確數(shù)值。1.1光電式血糖儀法目前,實(shí)驗(yàn)室測(cè)定全血或血清(血漿)葡萄糖濃度的方法主要有3種:無(wú)機(jī)化學(xué)法(又稱干化學(xué)法),有機(jī)化學(xué)法(又稱濕化學(xué)法),葡萄糖氧化酶(GlucoseOxidase,簡(jiǎn)稱GOD)法。其中,GOD法測(cè)定血糖濃度的準(zhǔn)確性、精密度已被公認(rèn)是較好的,以這種方法為原理制成的血糖儀用血量少,檢測(cè)速度快,尤其是糖尿病患者可隨身攜帶自我檢測(cè)血糖濃度,是我國(guó)衛(wèi)生部推薦的血糖測(cè)定的常規(guī)方法。本文介紹的光電式血糖儀操作方法如下:先將被測(cè)試者的血樣滴在含有GOD試劑的試紙條上,然后放入儀器的測(cè)試平臺(tái)內(nèi),通過(guò)測(cè)量試紙條的反射光的變化,來(lái)計(jì)算血樣中的血糖含量。其原理如下:試紙條的試劑中含有可以氧化葡萄糖的氧化酶,即葡萄糖氧化酶(GOD)。血樣中的葡萄糖被葡萄糖氧化酶(GOD)氧化為葡萄糖酸內(nèi)酯(Gluconicacid),此物質(zhì)與試劑中的另一種酶——過(guò)氧化物酶(Peroxidase)等物質(zhì)發(fā)生作用,產(chǎn)生一種吸光產(chǎn)物,該吸光產(chǎn)物可以改變反射光信號(hào)。基于上述機(jī)理,反射光信號(hào)的強(qiáng)弱與樣品中的血糖含量相關(guān)聯(lián)。1.2引入監(jiān)測(cè)光電池的研究方法在光源部分,本系統(tǒng)采用了單波長(zhǎng)(660nm)測(cè)量的方案,并且引入監(jiān)測(cè)光電池的概念,見(jiàn)圖1。一般情況下,血糖儀采取雙波長(zhǎng)(635和700nm)測(cè)量方法,目的是為了用一個(gè)波長(zhǎng)上的讀數(shù)來(lái)扣除血細(xì)胞比容、血液氧合作用以及會(huì)影響結(jié)果的其他可變因素所引起的背景干擾。但是實(shí)際上,只要選取的測(cè)量波長(zhǎng)合適,上述諸如血細(xì)胞比容等誤差是可以不考慮的。引入監(jiān)測(cè)光電池,意在同時(shí)監(jiān)測(cè)光源與反射光強(qiáng)度的變化,類似于普通分光光度計(jì)中雙光束法。將監(jiān)測(cè)光電池測(cè)到的光功率作為I0,將光源發(fā)出的光經(jīng)試劑條反射得到的光功率作為IF,二者相除I0/IF得到的數(shù)值作為反射率,它的高低只與血糖的含量相關(guān)聯(lián),而不受光源光強(qiáng)波動(dòng)的影響。因此,單波長(zhǎng)(660nm)雙光電池的測(cè)量方案完全可以滿足要求。1.3反應(yīng)終止和反射率變化在實(shí)驗(yàn)中,把一定量的指血滴在試劑條的窗口內(nèi),試劑條的反射率即開(kāi)始下降。這種反射率的下降一部分是由于涂在試劑墊上的血液遷移到測(cè)量反射率的表面,有一個(gè)隨時(shí)間變化的過(guò)程。同時(shí),血液中的葡萄糖與試劑中的葡萄糖氧化酶(GOD)等成分發(fā)生反應(yīng),也會(huì)改變反射率。圖2是實(shí)測(cè)的反射率在90s內(nèi)的變化曲線,圓點(diǎn)代表每隔3s采集的數(shù)據(jù)。由圖中可以看到,反射率的變化趨于平穩(wěn),即反應(yīng)終止需要一定時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)中作者發(fā)現(xiàn),反應(yīng)終止的時(shí)間并不是固定的。這是因?yàn)?隨著酶的活性的高低不同,反應(yīng)的速度也會(huì)受到影響,而酶的活性受溫度影響變化。也就是說(shuō),在不同的溫度下,反應(yīng)的終止(即反射率變化達(dá)到平穩(wěn))時(shí)間是不同的。所以,籠統(tǒng)的規(guī)定統(tǒng)一的反應(yīng)時(shí)間,讀取此時(shí)反射光的變化,將其作為最終的反射率,計(jì)算血糖含量,必然會(huì)引入很大的誤差。因此,本工作的微損血糖儀在測(cè)量中并不固定反射率的讀取時(shí)間,而是改為在測(cè)量中自動(dòng)探測(cè)反應(yīng)終止時(shí)間。即以一定時(shí)間間隔(通常為0.5s),不斷采集歸一化的反射率(即反射功率與光電池對(duì)光源監(jiān)測(cè)功率之比值),取3點(diǎn)相鄰的反射率下x1,x2,x3,計(jì)算其平均值xˉxˉ及標(biāo)準(zhǔn)差S(見(jiàn)下式(1),(2)),得到變異系數(shù)CV(見(jiàn)下式(3))xˉ=∑i=13xi3(1)S=∑i=13(xi?xˉ)22???????√(2)CV=Sxˉ(3)xˉ=∑i=13xi3(1)S=∑i=13(xi-xˉ)22(2)CV=Sxˉ(3)當(dāng)反射率的變異系數(shù)CV≤0.004時(shí),得到穩(wěn)定的反射率,認(rèn)為此時(shí)反應(yīng)終止。將此時(shí)的反射作為反應(yīng)終止的最后結(jié)果,再代入公式計(jì)算血糖含量。這樣做的結(jié)果是,避免了由于酶的活性受溫度的影響而帶來(lái)的測(cè)量誤差。2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)微損血糖儀主要由三部分組成:光電檢測(cè)部分,完成信號(hào)采集、計(jì)算、存儲(chǔ)等任務(wù)的微處理器部分和顯示控制部分。系統(tǒng)硬件框圖見(jiàn)圖1。光電檢測(cè)部分完成光信號(hào)的采集,放大等作用,包括一個(gè)發(fā)光二極管LED和兩個(gè)分別監(jiān)測(cè)光電池工作狀態(tài)和測(cè)量反射光強(qiáng)的光電池,如圖1虛框中所示。微損血糖儀具有可切換濃度顯示單位(mg·dL-1或mmol·L-1),自動(dòng)存儲(chǔ)50個(gè)測(cè)量結(jié)果,低電壓報(bào)警等功能。儀器用2節(jié)5#電池作為電源,外觀小巧輕便。3標(biāo)準(zhǔn)medl-1me15.2.2方法的比對(duì)為了驗(yàn)證儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性,采集測(cè)量?jī)纱芜M(jìn)餐之間的血樣,并將測(cè)量結(jié)果與Prestige公司的血糖儀的檢測(cè)結(jié)果(單位:mg·dL-1)進(jìn)行比對(duì),得到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。對(duì)上述11例數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到兩種儀器測(cè)定結(jié)果的相關(guān)系數(shù)r=0.978825,二者相關(guān)性密切。相關(guān)系數(shù)線性回歸公式為y=0.993992x+0.078022,斜率接近45°,截距接近于0。由測(cè)量結(jié)果的散點(diǎn)圖(圖3)中可見(jiàn),兩種血糖儀的測(cè)量結(jié)果符合較好,基本分布在線性回歸直線周圍,偏差