基于msp32f3413的血糖仪的设计

基于msp32f3413的血糖仪的设计

糖尿病并发症的预防1997年，世界上有1.25亿糖尿病患者，预计2025年将增长到2.9亿。糖尿病是世界上第五位死亡的原因。我国DM的患病率为3.21%。胰岛素疗法是所有胰岛素依赖型糖尿病人(IDDM)以及部分非胰岛素依赖型糖尿病人(NIDDM)的主要治疗方法。目前的医学学说,指导糖尿病患者按各自的病情的性质和严重程度进行治疗,注射不同剂量的胰岛素。而胰岛素剂量调整的基础是严密监察血糖的控制情况。在常用的评估病情的手段中,静脉血糖与毛细血管血糖测定是目前最直接的评估血糖控制的方法,后者更是适合家庭和病人自我血糖监护的方法。研究证明,长期严格的血糖监测,可预防或延缓糖尿病并发症的发生和发展。因此,糖尿病病人实现血糖自我监测是糖尿病防治中的重大进展。1葡萄糖的测定本文介绍的光电式微损血糖仪是一种用于检测全血中葡萄糖含量的数字式仪器。从患者手指的毛细血管抽取血样,经过处理之后,便可以数字形式显示血糖含量的精确数值。1.1光电式血糖仪法目前,实验室测定全血或血清(血浆)葡萄糖浓度的方法主要有3种:无机化学法(又称干化学法),有机化学法(又称湿化学法),葡萄糖氧化酶(GlucoseOxidase,简称GOD)法。其中,GOD法测定血糖浓度的准确性、精密度已被公认是较好的,以这种方法为原理制成的血糖仪用血量少,检测速度快,尤其是糖尿病患者可随身携带自我检测血糖浓度,是我国卫生部推荐的血糖测定的常规方法。本文介绍的光电式血糖仪操作方法如下:先将被测试者的血样滴在含有GOD试剂的试纸条上,然后放入仪器的测试平台内,通过测量试纸条的反射光的变化,来计算血样中的血糖含量。其原理如下:试纸条的试剂中含有可以氧化葡萄糖的氧化酶,即葡萄糖氧化酶(GOD)。血样中的葡萄糖被葡萄糖氧化酶(GOD)氧化为葡萄糖酸内酯(Gluconicacid),此物质与试剂中的另一种酶——过氧化物酶(Peroxidase)等物质发生作用,产生一种吸光产物,该吸光产物可以改变反射光信号。基于上述机理,反射光信号的强弱与样品中的血糖含量相关联。1.2引入监测光电池的研究方法在光源部分,本系统采用了单波长(660nm)测量的方案,并且引入监测光电池的概念,见图1。一般情况下,血糖仪采取双波长(635和700nm)测量方法,目的是为了用一个波长上的读数来扣除血细胞比容、血液氧合作用以及会影响结果的其他可变因素所引起的背景干扰。但是实际上,只要选取的测量波长合适,上述诸如血细胞比容等误差是可以不考虑的。引入监测光电池,意在同时监测光源与反射光强度的变化,类似于普通分光光度计中双光束法。将监测光电池测到的光功率作为I0,将光源发出的光经试剂条反射得到的光功率作为IF,二者相除I0/IF得到的数值作为反射率,它的高低只与血糖的含量相关联,而不受光源光强波动的影响。因此,单波长(660nm)双光电池的测量方案完全可以满足要求。1.3反应终止和反射率变化在实验中,把一定量的指血滴在试剂条的窗口内,试剂条的反射率即开始下降。这种反射率的下降一部分是由于涂在试剂垫上的血液迁移到测量反射率的表面,有一个随时间变化的过程。同时,血液中的葡萄糖与试剂中的葡萄糖氧化酶(GOD)等成分发生反应,也会改变反射率。图2是实测的反射率在90s内的变化曲线,圆点代表每隔3s采集的数据。由图中可以看到,反射率的变化趋于平稳,即反应终止需要一定时间。在实验中作者发现,反应终止的时间并不是固定的。这是因为,随着酶的活性的高低不同,反应的速度也会受到影响,而酶的活性受温度影响变化。也就是说,在不同的温度下,反应的终止(即反射率变化达到平稳)时间是不同的。所以,笼统的规定统一的反应时间,读取此时反射光的变化,将其作为最终的反射率,计算血糖含量,必然会引入很大的误差。因此,本工作的微损血糖仪在测量中并不固定反射率的读取时间,而是改为在测量中自动探测反应终止时间。即以一定时间间隔(通常为0.5s),不断采集归一化的反射率(即反射功率与光电池对光源监测功率之比值),取3点相邻的反射率下x1,x2,x3,计算其平均值x¯x¯及标准差S(见下式(1),(2)),得到变异系数CV(见下式(3))x¯=∑i=13xi3(1)S=∑i=13(xi−x¯)22−−−−−−−√(2)CV=Sx¯(3)x¯=∑i=13xi3(1)S=∑i=13(xi-x¯)22(2)CV=Sx¯(3)当反射率的变异系数CV≤0.004时,得到稳定的反射率,认为此时反应终止。将此时的反射作为反应终止的最后结果,再代入公式计算血糖含量。这样做的结果是,避免了由于酶的活性受温度的影响而带来的测量误差。2系统的硬件设计微损血糖仪主要由三部分组成:光电检测部分,完成信号采集、计算、存储等任务的微处理器部分和显示控制部分。系统硬件框图见图1。光电检测部分完成光信号的采集,放大等作用,包括一个发光二极管LED和两个分别监测光电池工作状态和测量反射光强的光电池,如图1虚框中所示。微损血糖仪具有可切换浓度显示单位(mg·dL-1或mmol·L-1),自动存储50个测量结果,低电压报警等功能。仪器用2节5#电池作为电源,外观小巧轻便。3标准medl-1me15.2.2方法的比对为了验证仪器测量的准确性,采集测量两次进餐之间的血样,并将测量结果与Prestige公司的血糖仪的检测结果(单位:mg·dL-1)进行比对,得到的数据见表1。对上述11例数据进行处理,得到两种仪器测定结果的相关系数r=0.978825,二者相关性密切。相关系数线性回归公式为y=0.993992x+0.078022,斜率接近45°,截距接近于0。由测量结果的散点图(图3)中可见,两种血糖仪的测量结果符合较好,基本分布在线性回归直线周围,偏差