一种面向医疗物联网的便携式动态连续血糖监测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能传感技术领域，具体涉及一种针对糖尿病治疗的可随身携带的动态连续血糖监测仪，主要克服现有监测技术中存在的患者依从性差、数据单一与携带不便等问题，有望广泛应用于血糖检测等领域。
【背景技术】
[0002]糖尿病作为健康的一个隐形杀手，是目前世界上患者最多的疾病之一。我国糖尿病的患病率上世纪80年代是0.84%，到2007年发展到9.7%，而2010年的调查是11.6%，在20多年间增加了 12.8倍。由此推测中国糖尿病患病人数约9千余万人，这一数字与2007年相比短短3年中国就增加了2200万名糖尿病人。如不控制，十年后患病率将达到20%左右。糖尿病是继肿瘤、心脑血管后致死率排名第三的非传染性疾病，并且是引起肾功能衰竭的首要原因。因此，糖尿病人的防治也作为未来卫生部的工作重点。血糖检测作为检测与诊疗糖尿病的重要手段，在全球有着巨大的市场，每年的销售额超过100亿美金，并且逐年增长。
[0003]目前，糖尿病患者主要是采用第二代手持式血糖仪进行检测，这种检测方式相对方便和便宜，但有以下几个缺点:每天采用取血针在手指上采集末梢血样会给患者带来生理和心理上的负担;不能提供持续葡萄糖数据，特别是运动后以及饭后葡萄糖浓度变化的规律无法掌控;如果胰岛素注射过量，低血糖昏迷带来的患者死亡是不可预测的。通过携带动态血糖监测设备对糖尿病患者进行连续监测被国际学术界普遍认为是最佳诊疗方式。动态血糖监测(CGMS)可识别无症状性低血糖，约2%的糖尿病患者的死因为低血糖。老年糖尿病患者发生低血糖症状较隐匿，且无症状性低血糖发生率较高，因此，CGMS提供的动态血糖谱，对临床糖尿病治疗及教育尤其重要。
[0004]目前，国际上主要有三款由美国食品与药监局认证的动态血糖监测仪，其中美敦力公司研发的新一代的连续血糖监测设备在国内销售，主要由两部份组成:扁平薄膜铂金电极与数据采集收集器。这种设计将数据采集与数据存储显示结合为一体，但体积、功耗都比较大，而且历史数据存储能力有限。另外，由于电极的扁平结构使葡萄糖氧化酶的含量有限，从而限制了电极寿命，因此该设备主要用于监测患者72h以内的血糖浓度数据。该设备体积大、费用昂贵，给患者日常使用带来不便，多用于医院的ICU病房。在国内，浙江湖州圣美迪诺研制出第I款可植入式雷兰皮下动态葡萄糖监测系统，它的工作寿命也不超过72h。中国科学院电子学研究所蔡新霞课题组设计了一款基于MSP430F1611芯片的低功耗血糖仪，在葡萄糖浓度5-200ymol/L范围内具有线性度。到目前为止，还没有I款可以长期工作(>60天)的传感器实现产业化，这是因为传统的设计为了减少器件植入后的机体防御/排斥，大多采用针式电极，因而葡萄糖氧化酶的担载量少，导致工作寿命不超过3天。
【发明内容】
[0005]本发明的目的开发一种面向物联网的便携式动态连续血糖仪，以实现对人体血糖浓度的长期动态连续监测。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种面向医疗物联网的便携式动态连续血糖监测仪，该监测仪包含:螺旋型铂-铱传感电极、血糖信息采集器与网络手持终端；
所述的螺旋型铂-铱传感电极包含:
包覆有涂层的Pt-1r丝；
环绕设置在Pt-1r丝上的辅助电极;及由Pt-1r丝端部形成的螺旋型工作电极；
所述的血糖信息采集器包含:主处理器、电流/电压检测电路、Zigbee模块、电源控制电路、输出电压控制电路以及电源模块；
所述的网络手持终端包含:主处理器、EEPROM电路、显示屏、Zigbee模块、电源模块、电源控制电路以及串口模块；
所述的血糖信息采集器与螺旋型铂-铱传感电极串联，所述的网络手持终端与血糖信息采集器通过物联网连接。
[0007]所述的工作电极包含:
由包覆有涂层的Pt-1r丝端部去除涂层的Pt-1r丝形成的Pt-1r线圈，其具有螺旋腔体； 嵌入设置在Pt-1r线圈内的GOD载体；
滴涂负载在GOD载体及Pt-1r线圈上的G0D;
涂覆在Pt-1r线圈外部的Epoxy-PU半透膜，及设置在螺旋型工作电极两端的封装膜。
[0008]所述的辅助电极为Ag/AgCl丝电极，所述的GOD载体选用医用棉花、丝绸、多孔碳纤维中的任意一种或几种的组合;所述的Epoxy-PU半透膜由四氢呋喃、聚氨酯、十二烷基聚四氧乙烯醚、及双组份环氧胶粘剂构成;所述涂层为聚四氟乙烯涂层或氟化乙烯丙烯涂层。
[0009]所述的血糖信息采集器的输出电压控制电路由DA输出电路、电压跟随电路和AD反馈电路组成，该输出电压控制电路在主处理器的控制下给螺旋铂-铱工作电极施加一个工作电压。
[0010]所述的血糖信息采集器的电流/电压检测电路包含电流/电压电路、滤波电路、电压保持电路及微处理器;该电流/电压检测电路与辅助电极串联，将电流信号转换成电压信号，并对电压信号进行硬件滤波处理;所述微处理器将电压信号通过模/数转换及公式换算，再通过软件滤波处理，得出当前血糖浓度数据，血糖信息采集器的主处理器将包含血糖信息的数据帧通过Zigbee无线传输模块发送给手持终端。
[0011]所述的血糖信息采集器处于休眠状态或工作状态，休眠状态时间大于工作状态时间(大部分时间处于休眠状态，需要时唤醒，处于工作状态)，其休眠状态通过物联网无线接收外部终端(如，网络手持终端)的唤醒。
[0012]所述的血糖信息采集器处于休眠状态时，主处理器通过对电源模块的控制来关断电流检测电路的电源供应，使得电流/电压检测电路不工作，且主处理器和Zigbee模块均处于低功耗外部唤醒模式。
[0013]所述的网络手持终端通过Zigbee模块接收由血糖信息采集器通过物联网发送回来的数据并存储在EEPROM中，
所述的网络手持终端还包含按键及显示屏，所述的网络手持终端处于休眠状态或工作状态(大部分时间处于休眠状态，需要时唤醒，处于工作状态)，当其处于休眠状态时，用户通过按键唤醒休眠中的网络手持终端，并控制将当前血糖值和实时血糖变化曲线或者历史变化曲线显示显示屏上。
[0014]所述的网络手持终端的主处理器还分别设置了高血糖阈值和低血糖阈值，当主处理器收集到的血糖浓度高于所述高血糖阈值，会发出高血糖报警信息；当主处理器收集到的血糖浓度低于所述低血糖阈值，会发出低血糖报警信息。
[0015]本发明设计了一种新型的螺旋型铂-铱电极作为敏感元件，及与该电极相配套的血糖信息采集器(其具有无线发射功能的小型电化学工作站)与网络手持终端。本发明的新型电极结构能提高葡萄糖氧化酶的担载量，减少植入后的酶失活比例，从而获得1-2个月的使用寿命;且本发明的采集器具有体积小、低功耗与便捷数据传输等特点，将便于患者长期携带。采集器与手持终端之前采用物联网传输，具有低功耗与随节点位置移动自动搜网、加入、更新路由的特点。网络手持终端无需考虑功耗与体积问题，使整个系统具有多功能显示、大容量存储与多传输接口等特点，具有较好的实用性与拓展性。
[0016]本发明的有益效果:
1.本发明中的螺旋型铂-铱电极与现有的扁平电极相对，具有更大的葡萄糖氧化酶的担载量，使得电极具有更长的使用寿命。
[0017]2.本发明中设计的血糖信息采集器集成了电化学工作站的部分功能，从而使电化学工作站小型化，在保障测量精度的同时，采用低功耗和无线传输等策略设计，使采集器具有长期便携动态采集数据的能力。
[0018]3.本发明中的手持终端设计提供良好的血糖数据反馈界面，使患者和医生能方便地了解当前和一段时间内患者的血糖波动信息，尤其可以提供可靠的无症状血糖信息，以便作为患者的治疗和预防的依据。
[0019]4.本发明中的小型化电化学工作站除了测量血糖以外，通过修改算法，并配合不同的离子选择电极可以应用到化学、生物和环境监测等领域，从而进一步实现这类仪器的手持化。
[0020]5.本发明中的采集器和