Способ и система для определения ошибочных измерительных сигналов во время последовательности тестового измерения

Способ и система для определения ошибочных измерительных сигналов во время последовательности тестового измерения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Тестовые полоски для электрохимического измерения уровня глюкозы, такие как используемые в поставляемом компанией LifeScan, Inc. наборе OneTouch® Ultra® для тестирования цельной крови, выполнены с возможностью измерения концентрации глюкозы в пробе крови пациента, страдающего сахарным диабетом. Измерение уровня глюкозы может основываться на селективном окислении глюкозы ферментом глюкооксидазой (GO). Реакции, которые могут происходить в тест-полоске для измерения уровня глюкозы, обобщены ниже в уравнениях 1 и 2.

Ур. 1 Глюкоза+GO_(ox) → глюконовая кислота+GO_(red)

Ур. 2 GO_(red)+2 Fe(CN)₆^3- → GO_(ox)+2 Fe(CN)₆^4-

Как показано в уравнении 1, глюкоза окисляется до глюконовой кислоты окисленной формой глюкооксидазы (GO_(ox)). Следует отметить, что GO_(ox) также можно обозначить как «окисленный фермент». В процессе реакции, показанной в уравнении 1, окисленный фермент GO_(ox) преобразуется в восстановленное состояние, которое обозначено как GO_(red) (т.е. «восстановленный фермент»). Далее восстановленный фермент GO_(red) снова окисляется, возвращаясь в состояние GO_(ox) в результате реакции с Fe(CN)₆^3- (который обозначается как «окисленный медиатор» или как «феррицианид»), как показано в уравнении 2. В ходе восстановления GO_(red) (с возвращением в окисленное состояние GO_(ox)) Fe(CN)₆^3- восстанавливается до Fe(CN)₆^4- (который обозначается или как «восстановленный медиатор», или как «ферроцианид»).

Когда вышеописанные реакции протекают в условиях тестового напряжения, приложенного между двумя электродами, тестовый выходной сигнал может создаваться путем повторного электрохимического окисления восстановленного медиатора на поверхности электрода. Таким образом, поскольку в идеальных условиях количество ферроцианида, образовавшееся в результате вышеописанной химической реакции, прямо пропорционально количеству глюкозы в пробе, расположенной между электродами, возникающий тестовый выходной сигнал будет пропорционален содержанию глюкозы в пробе. Медиатор, такой как феррицианид, представляет собой соединение, которое принимает электроны от фермента, такого как глюкооксидаза, а затем отдает электроны электроду. По мере увеличения концентрации глюкозы в пробе количество образовавшегося восстановленного медиатора также возрастает; следовательно, существует прямая связь между тестовым выходным сигналом, образующимся при повторном окислении восстановленного медиатора, и концентрацией глюкозы. В частности, передача электронов по электрическому интерфейсу генерирует тестовый выходной сигнал (2 моль электронов на каждый моль окисленной глюкозы). Тестовый выходной сигнал, полученный в результате введения глюкозы, можно, таким образом, называть выходным сигналом глюкозы.

Поскольку может быть очень важно знать концентрацию глюкозы в крови, особенно у людей с сахарным диабетом, на основе описанных выше принципов были разработаны контрольно-измерительные устройства, позволяющие обычному человеку в любое время самостоятельно взять у себя пробу крови и выполнить анализ определения концентрации глюкозы. Создаваемый выходной сигнал глюкозы определяют контрольно-измерительным устройством и преобразуют в значение концентрации глюкозы с использованием алгоритма, который связывает тестовый выходной сигнал с концентрацией глюкозы посредством простой математической формулы. В целом такие контрольно-измерительные устройства работают в сочетании с одноразовыми тестовыми полосками, которые в дополнение к ферменту (например, глюкооксидазе) и медиатору (например, феррицианиду) могут включать в себя камеру для размещения пробы и, по меньшей мере, два электрода, расположенных внутри камеры для размещения пробы. При использовании пользователь выполняет прокол на своем пальце или другом удобном месте, вызывая кровотечение, и вносит пробу крови в камеру для размещения пробы, тем самым запуская химическую реакцию, описанную выше.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте заявители разработали систему для измерения концентрации глюкозы, которая включает в себя биодатчик и измерительное устройство. Биодатчик имеет множество электродов, включая, по меньшей мере, два электрода с нанесенным на них ферментом. Измеритель включает в себя микроконтроллер, соединенный с источником питания, запоминающим устройством и множеством электродов биодатчика. Микроконтроллер выполнен с возможностью: подавать сигнал, по меньшей мере, в два электрода, при размещении пробы текучей среды, содержащей глюкозу, вблизи, по меньшей мере, двух электродов, для начала последовательности тестового измерения электрохимической реакции глюкозы в пробе текучей среды с ферментом; измерять выходной сигнал (I(t)) от, по меньшей мере, одного электрода во время электрохимической реакции в течение последовательных моментов времени для получения амплитуды выходного сигнала для каждого момента времени (t); определять дифференциал выходного сигнала как разность соответствующих амплитуд выходного сигнала для, по меньшей мере, двух последовательных моментов времени (t и t+1) в предварительно заданном временном окне (от c до d) во время последовательности тестового измерения; если дифференциал выходного сигнала больше нуля, то (1) увеличивать первый индекс (x) на единицу и (2) устанавливать значение второго индекса (y) равным сумме предыдущего значения второго индекса (y) и дифференциала выходного сигнала, и если первый индекс (x) превышает первое пороговое значение (a) или равен ему, и второй индекс (y) превышает второе пороговое значение (b), то оповещать об ошибке, в ином случае рассчитывать значение глюкозы по выходному сигналу и оповещать о значении глюкозы.

В еще одном дополнительном аспекте заявители также разработали способ определения значения глюкозы в пробе текучей среды при помощи биодатчика и глюкометра. Биодатчик имеет, по меньшей мере, два электрода и нанесенный на них реагент. Глюкометр имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью подключения к биодатчику и запоминающему устройству, и источник питания. Способ может быть выполнен посредством этапов, на которых: инициируют начало последовательности тестового измерения после размещения пробы текучей среды вблизи, по меньшей мере, двух электродов биодатчика; прикладывают входной сигнал к пробе текучей среды для осуществления трансформации глюкозы в ферментативный сопутствующий продукт; измеряют переходный процесс выходного сигнала от пробы текучей среды в течение предварительно заданного временного окна с начала последовательности тестирования, при этом измерение включает получение выборки выходного сигнала от, по меньшей мере, одного электрода во время электрохимической реакции в течение последовательности моментов времени (I(t)) для получения амплитуды выходного сигнала для каждого момента времени (t); определяют дифференциал выходного сигнала как разность соответствующих амплитуд выходного сигнала для, по меньшей мере, двух последовательных моментов времени (t и t+1) в предварительно заданном временном окне (от c до d) во время последовательности тестового измерения; если дифференциал выходного сигнала больше нуля, то: (1) увеличивают первый индекс (x) на единицу и (2) устанавливают значение второго индекса (y) равным сумме предыдущего значения второго индекса (y) и дифференциала выходного сигнала (ΔI); и если первый индекс (x) превышает первое пороговое значение (a) или равен ему и второй индекс (y) превышает второе пороговое значение (b), то оповещают об ошибке, в ином случае рассчитывают значение глюкозы в пробе текучей среды и оповещают о значении глюкозы.

И для данных аспектов можно также использовать следующие элементы в различных комбинациях с данными описанными выше аспектами: предварительно заданное временное окно может включать в себя от около 1 секунды после начала последовательности тестирования до около 8 секунд после начала последовательности тестирования; причем первое пороговое значение (a) может составлять около 5, а второе пороговое значение (b) может составлять около 300; предварительно заданное временное окно может включать в себя от около 2 секунд после начала последовательности тестирования до около 8 секунд после начала последовательности тестирования; первое пороговое значение (a) может составлять около 5, а второе пороговое значение (b) может составлять около 150; предварительно заданное временное окно может включать в себя от около 1 секунды после начала последовательности тестирования до около 8 секунд после начала последовательности тестирования; и расчет значения глюкозы может включать в себя измерение амплитуды выходного сигнала вблизи предварительно заданного момента времени от начала последовательности тестирования и вычисление значения глюкозы по первому калибровочному значению и второму калибровочному значению; вычисление может включать в себя использование уравнения в виде:

G=[I – интерсепт]/наклон,

где

G включает в себя значение глюкозы;

I включает в себя суммирование амплитуды сигналов, измеренных на каждом из электродов вблизи предварительно заданного момента времени;

наклон включает в себя значение, полученное в ходе калибровочного тестирования партии тест-полосок, из которой взяли данную конкретную полоску;

интерсепт включает в себя значение, полученное в ходе калибровочного тестирования партии тест-полосок, из которой взяли данную конкретную полоску.

Эти и другие варианты осуществления, элементы и преимущества станут очевидны специалистам в данной области после изучения представленного ниже более подробного описания примеров осуществления изобретения в сочетании с сопроводительными рисунками, которые кратко описаны в начале заявки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Прилагаемые рисунки, включенные в настоящий документ и составляющие неотъемлемую часть настоящего описания, иллюстрируют считающиеся в настоящий момент предпочтительными варианты осуществления изобретения и, в сочетании с приведенным выше общим описанием и приведенным ниже подробным описанием, призваны разъяснить особенности изобретения (одинаковыми номерами обозначаются одинаковые элементы).

На Фиг. 1 показана система измерения концентрации глюкозы.

На Фиг. 2 показана упрощенная схема компонентов измерителя 200.

На Фиг. 3А показана тест-полоска 100 системы, изображенной на Фиг. 1.

На Фиг. 3B показан вид в перспективе альтернативной тест-полоски 100’ для системы, изображенной на Фиг. 1.

На Фиг. 4A показан график временной зависимости приложенного напряжения для тест-полоски, изображенной на Фиг. 1.

На Фиг. 4В показан график временной зависимости выходного тока тест-полоски, изображенной на Фиг. 1.

На Фиг. 5 показана еще одна альтернативная система измерения.

На Фиг. 6 показана упрощенная схема компонентов измерителя, изображенного на Фиг. 5.

На Фиг. 7 показана упрощенная блок-схема различных блоков портативного контрольно-измерительного устройства, изображенного на Фиг. 6.

На Фиг. 8 показана упрощенная блок-схема блока измерения импеданса измерителя, изображенного на Фиг. 5.

На Фиг. 9 показана упрощенная, снабженная комментариями принципиальная схема подблока сдвоенного фильтра нижних частот, который можно использовать в вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 5.

На Фиг. 10 показана упрощенная, снабженная комментариями принципиальная схема подблока трансимпедансного усилителя (ТИУ), который можно использовать в вариантах осуществления настоящего описания.

На Фиг. 11 показана упрощенная, снабженная комментариями блок-схема, на которой изображен подблок сдвоенного фильтра нижних частот, подблок калибровочной нагрузки, подблок взаимодействия отсека для пробы биодатчика, подблок трансимпедансного усилителя, подблок измерения фазового сдвига XOR и подблок измерения фазового сдвига с квадратурным демультиплексированием (Quadratur DEMUX), которые можно использовать в блоке измерения импеданса для системы, изображенной на Фиг. 5.

На Фиг. 12 показана полоска 100” биодатчика с электродами для измерения импеданса для использования с системой, изображенной на Фиг. 5.

На Фиг. 13 представлен вид в горизонтальной проекции полоски, изображенной на Фиг. 12.

На Фиг. 14А показана амплитуда сигнала, прилагаемого к одному электроду во время последовательности тестирования.

На Фиг. 14В показана амплитуда выходного сигнала от электродов вследствие электрохимической реакции во время последовательности тестового измерения.

На Фиг. 15А показаны некоторые ошибочные переходные процессы выходных сигналов, выявленные посредством методики, предложенной авторами настоящего изобретения и обладающей признаками изобретения.

На Фиг. 15В графически показаны эффекты ошибочных переходных процессов выходных сигналов на конечное измерение глюкозы, нанесенные на график в зависимости от пределов ISO.

На Фиг. 16 показана логическая схема определения того, является ли выходной сигнал во время последовательности тестового измерения непригодным к использованию или ошибочным, как часть измерительной методики, применяемой для системы, изображенной на Фиг. 1–4 или Фиг. 5–14.

ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное ниже подробное описание следует толковать со ссылкой на рисунки, на которых аналогичные элементы на разных рисунках пронумерованы идентично. Рисунки, не обязательно выполненные в масштабе, показывают выбранные варианты осуществления и не призваны ограничить объем настоящего изобретения. В подробном описании принципы изобретения показаны с помощью примеров, которые не имеют ограничительного характера. Это описание несомненно позволит специалистам в данной области реализовать и применить изобретение и описывает несколько вариантов осуществления, адаптаций, вариаций, альтернатив и применений изобретения, включая те, которые в настоящее время считаются наилучшими вариантами реализации изобретения.

В настоящем документе термины «около» или «приблизительно» в отношении любых числовых значений или диапазонов указывают на подходящий допуск на размер, который позволяет части или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем документе. Более конкретно, «около» или «приблизительно» может означать диапазон значений, составляющий ±10% от приведенного значения, т. е. «около 90%» может означать диапазон значений от 81% до 99%. Кроме того, в настоящем документе термины «пациент», «хозяин», «пользователь» и «субъект» относятся к любому субъекту-человеку или субъекту-животному и не предполагают ограничения применения систем или способов только у человека, хотя применение предмета изобретения у пациента-человека представляет собой предпочтительный вариант осуществления. При использовании в настоящем документе термин «осциллирующий сигнал» включает в себя сигнал (-ы) напряжения или сигнал (-ы) тока, которые, соответственно, меняют полярность или изменяют направление тока, или являются разнонаправленными. Также для целей настоящего документа термины «электрический сигнал» или «сигнал» предполагают включение сигнала постоянного тока, сигнала переменного тока или любого сигнала в пределах электромагнитного спектра. Подразумевается, что термины «процессор», «микропроцессор» или «микроконтроллер» имеют одинаковое значение и используются взаимозаменяемо.

На Фиг. 1 показана система измерения глюкозы, имеющая тестовую полоску 100 и контрольно-измерительное устройство 200 для тестирования уровней глюкозы в крови субъекта при помощи способов и методик, проиллюстрированных и описанных в данном документе. Контрольно-измерительное устройство 200 может включать в себя устройства ввода пользовательского интерфейса (206, 210, 214), которые могут быть выполнены в форме кнопок для ввода данных, навигации по меню и выполнения команд. Данные могут включать в себя величины, представляющие концентрацию аналита и/или информацию, относящуюся к повседневному образу жизни субъекта. Информация, относящаяся к повседневному образу жизни, может включать в себя данные о приеме пищи, применении лекарственных средств, проведении контрольных осмотров состояния здоровья, а также общем состоянии здоровья и уровне физической нагрузки субъекта. Контрольно-измерительное устройство 200 может также включать в себя дисплей 204, который можно использовать для отображения измеренных уровней глюкозы и для облегчения ввода информации, относящейся к повседневному образу жизни.

Контрольно-измерительное устройство 200 может включать в себя первое устройство 206 ввода интерфейса пользователя, второе устройство 210 ввода интерфейса пользователя и третье устройство 214 ввода интерфейса пользователя. Устройства 206, 210 и 214 ввода интерфейса пользователя облегчают ввод и анализ данных, которые хранятся в измерительном устройстве, позволяя пользователю перемещаться в интерфейсе пользователя, который отражается на дисплее 204. Устройства 206, 210 и 214 ввода интерфейса пользователя включают в себя первую маркировку 208, вторую маркировку 212 и третью маркировку 216, которые помогают приводить в соответствие данные, введенные через интерфейс пользователя, со знаками на дисплее 204.

Контрольно-измерительное устройство 200 может быть включено посредством вставки тест-полоски 100 в разъем 220 порта для установки полоски, нажатием и удерживанием в течение короткого промежутка времени первого устройства 206 ввода интерфейса пользователя или при обнаружении обмена данными через порт 218 данных. Контрольно-измерительное устройство 200 может быть выключено посредством удаления тест-полоски 100, нажатием и удерживанием в течение короткого промежутка времени первого устройства 206 ввода интерфейса пользователя, нахождением и выбором опции выключения измерителя на экране главного меню или посредством воздержания от нажатия каких-либо кнопок в течение предварительно заданного промежутка времени. Дисплей 204 может необязательно включать в себя фоновую подсветку.

В одном варианте осуществления контрольно-измерительное устройство 200 может быть выполнено с возможностью не принимать входные калибровочные данные от любого внешнего источника, например, при переходе от одной партии тест-полосок на другую партию тест-полосок. Таким образом, в одном примере осуществления измеритель может быть выполнен с возможностью не принимать входные калибровочные данные от внешних источников, таких как интерфейс пользователя (например, устройства 206, 210, 214 ввода), вставленная тест-полоска, отдельная кодирующая клавиша или кодирующая полоска, порт 218 данных. Необходимость в таких входных калибровочных данных отсутствует тогда, когда все партии тест-полосок обладают по существу одинаковыми калибровочными характеристиками. Входные калибровочные данные могут представлять собой набор значений, приписанных конкретной партии тест-полосок. Например, входные калибровочные данные могут включать в себя значение наклона партии и интерсепта партии для конкретной партии тест-полосок. Входные калибровочные данные, такие как значения наклона и интерсепт партии, могут быть предварительно заданы в измерителе, как описано ниже.

На Фиг. 2 показан пример внутренней компоновки контрольно-измерительного устройства 200. Контрольно-измерительное устройство 200 может включать в себя процессор 300, который в некоторых описанных и проиллюстрированных в настоящем документе вариантах осуществления представляет собой 32-битный RISC-микроконтроллер. В предпочтительных описанных и проиллюстрированных в настоящем документе вариантах осуществления процессор 300 предпочтительно выбирают из семейства микроконтроллеров со сверхнизким энергопотреблением типа MSP 430 производства компании Texas Instruments, г. Даллас, штат Техас, США. Процессор может быть двусторонне подключен с помощью портов 314 ввода/вывода к запоминающему устройству 302, которое в некоторых описанных и проиллюстрированных в настоящем документе вариантах осуществления представляет собой ЭСППЗУ. Порт 218 данных, устройства 206, 210 и 214 ввода пользовательского интерфейса, а также драйвер 320 дисплея также подключены к процессору 300 посредством портов 214 ввода/вывода. Порт 218 данных может подключаться к процессору 300, позволяя таким образом передавать данные между запоминающим устройством 302 и внешним устройством, таким как персональный компьютер. Устройства 206, 210 и 214 ввода пользовательского интерфейса непосредственно подключены к процессору 300. Процессор 300 управляет дисплеем 204 посредством драйвера 320 дисплея. При изготовлении контрольно-измерительного устройства 200 в запоминающее устройство 302 может быть предварительно загружена калибровочная информация, такая как значения наклона партии и интерсепта партии. Данная предварительно загруженная калибровочная информация может быть доступна для процессора 300 и использована им после получения подходящего сигнала (например, тока) от полоски через разъем 220 порта для установки полоски так, чтобы рассчитать соответствующий уровень аналита (например, концентрацию глюкозы в крови), используя сигнал и калибровочную информацию без получения входных калибровочных данных от любого внешнего источника.

В описанных и проиллюстрированных в настоящем документе вариантах осуществления контрольно-измерительное устройство 200 может включать в себя специализированную интегральную микросхему (ASIC) 304, чтобы обеспечить электронную схему, используемую в измерении уровня глюкозы в крови, которая применяется для тест-полоски 100, вставленной в разъем 220 порта для установки полоски. Аналоговые напряжения могут подаваться к ASIC 304 или от нее посредством аналогового интерфейса 306. Аналоговые сигналы от аналогового интерфейса 306 могут быть преобразованы в цифровые сигналы аналого-цифровым преобразователем 316. Процессор 300 дополнительно включает в себя ядро 308, ПЗУ 310 (содержащее машинный код), ОЗУ 312 и часы 318. В одном варианте осуществления процессор 300 выполнен (или запрограммирован) с возможностью отключения всех устройств ввода пользовательского интерфейса, за исключением разового ввода по результатам отображения значения аналита блоком дисплея, как, например, в течение периода после измерения аналита. В альтернативном варианте осуществления процессор 300 выполнен (или запрограммирован) с возможностью игнорирования любого ввода информации от всех устройств ввода пользовательского интерфейса, за исключением разового ввода по результатам отображения значения аналита блоком дисплея.

На Фиг. 3А представлен иллюстративный вид в перспективе с пространственным разделением компонентов тест-полоски 100, которая может включать в себя семь слоев, нанесенных на подложку 5. Семь слоев, нанесенных на подложку 5, могут представлять собой токопроводящий слой 50 (который может также называться электродным слоем 50), изолирующий слой 16, два накладывающихся слоя 22a и 22b реагента, адгезивный слой 60, который включает в себя адгезивные участки 24, 26 и 28, гидрофильный слой 70 и верхний слой 80. Тест-полоску 100 можно изготавливать в несколько этапов с последовательным нанесением на подложку 5 токопроводящего слоя 50, изолирующего слоя 16, слоев 22 реагентов и адгезивного слоя 60 с использованием, например, способа трафаретной печати. Гидрофильный слой 70 и верхний слой 80 можно нанести из рулона путем ламинирования на подложку 5 с образованием цельного многослойного материала или отдельных слоев. Тест-полоска 100 имеет дистальную часть 3 и проксимальную часть 4, как показано на Фиг. 3А.

Тест-полоска 100 может включать в себя камеру 92 для размещения пробы, через которую можно вводить пробу крови. Камера 92 для размещения пробы может включать в себя входное отверстие на проксимальном конце и выходное отверстие на боковых краях тест-полоски 100, как показано на Фиг. 3А. Пробу 94 крови можно нанести на входное отверстие, чтобы заполнить камеру 92 для размещения пробы так, чтобы можно было измерить концентрацию глюкозы. Каждый из боковых краев первой адгезивной площадки 24 и второй адгезивной площадки 26, расположенных смежно со слоем 22 реагента, формирует стенку камеры 92 для размещения пробы, как показано на Фиг. 3А. Нижняя часть (или «дно») камеры 92 для размещения пробы может включать в себя часть подложки 5, токопроводящего слоя 50 и изолирующего слоя 16, как показано на Фиг. 3А. Верхняя часть (или «крыша») камеры 92 для размещения пробы может включать в себя дистальную гидрофильную часть 32, как показано на Фиг. 3А.

В тест-полоске 100, как показано на Фиг. 3A, подложку 5 можно использовать в качестве основы для поддержки последовательно нанесенных слоев. Подложка 5 может быть выполнена в виде листа полиэфира, такого как материал полиэтилентетрафталат (ПЭТФ) (Hostaphan PET, поставляемый компанией Mitsubishi). Подложка 5 может быть представлена в виде рулона номинальной толщиной 350 мкм, шириной 370 миллиметров и длиной приблизительно 60 метров.

Токопроводящий слой необходим для формирования электродов, которые можно использовать для электрохимического измерения концентрации глюкозы. Токопроводящий слой 50 может быть изготовлен из графитовой краски, нанесенной на подложку 5 способом трафаретной печати. В способе трафаретной печати графитовую краску наносят на трафарет и впоследствии переносят ее через трафарет, используя накатывание валиком. Нанесенную графитовую краску можно высушить с использованием горячего воздуха при температуре около 140ºC. Графитовая краска может включать в себя смолу VAGH, углеродную сажу, графит (KS15) и один или более растворителей для смеси смолы, углеродной сажи и графита. Более конкретно, в составе графитовой краски соотношение углеродной сажи: смолы VAGH может составлять около 2,90: 1, а соотношение графита: углеродной сажи в графитовой краске составляет около 2,62: 1.

В тест-полоске 100, как показано на Фиг. 3A, токопроводящий слой 50 может включать в себя электрод 10 сравнения, первый рабочий электрод 12, второй рабочий электрод 14, первую контактную площадку 13, вторую контактную площадку 15, контактную площадку 11 электрода сравнения, дорожку 8 первого рабочего электрода, дорожку 9 второго рабочего электрода, дорожку 7 электрода сравнения и детекторную полоску 17. Токопроводящий слой может быть образован из графитовой краски. Первая контактная площадка 13, вторая контактная площадка 15 и контактная площадка 11 электрода сравнения могут быть выполнены с возможностью электрического подключения к контрольно-измерительному устройству. Дорожка 8 первого рабочего электрода обеспечивает электрически непрерывный путь от первого рабочего электрода 12 к первой контактной площадке 13. Аналогичным образом дорожка 9 второго рабочего электрода обеспечивает электрически непрерывный путь от второго рабочего электрода 14 ко второй контактной площадке 15. Аналогичным образом дорожка 7 электрода сравнения обеспечивает электрически непрерывный путь от электрода 10 сравнения к контактной площадке 11 электрода сравнения. Детекторная полоска 17 имеет электрическое подключение к контактной площадке 11 электрода сравнения. Контрольно-измерительное устройство может обнаруживать правильность установки тест-полоски 100 посредством измерения непрерывности между контактной площадкой 11 электрода сравнения и детекторной полоской 17, как показано на Фиг. 3А.

Альтернативная версия тест-полоски 100 представлена на Фиг. 3B как полоска 100’. В этом варианте верхний слой 38’, слой 34’ гидрофильной пленки и разделитель 29 объединены вместе с образованием единого узла для крепления к подложке 5 со слоем 22’ реагента, нанесенным вблизи изолирующего слоя 16’.

На Фиг. 4A представлен пример графика тестового напряжения, подаваемого на тест-полоску 100. Перед нанесением пробы текучей среды на тест-полоску 100 контрольно-измерительное устройство 200 находится в режиме обнаружения текучей среды, в котором первое тестовое напряжение, составляющее около 400 милливольт, прикладывается между вторым рабочим электродом 14 и электродом 10 сравнения. Предпочтительно одновременно приложить второе тестовое напряжение, составляющее около 400 милливольт, между первым рабочим электродом 12 и электродом 10 сравнения. В альтернативном варианте осуществления второе тестовое напряжение также можно прикладывать одновременно так, чтобы интервал времени приложения первого тестового напряжения перекрывался с интервалом времени приложения второго тестового напряжения. Контрольно-измерительное устройство может находиться в режиме обнаружения текучей среды в течение интервала времени обнаружения текучей среды t_FD перед обнаружением физиологической текучей среды в начальный момент времени, равный нулю. В режиме обнаружения текучей среды контрольно-измерительное устройство 200 определяет, когда текучую среду наносят на тест-полоску 100 так, что текучая среда смачивает второй рабочий электрод 14 и электрод 10 сравнения. После того как контрольно-измерительное устройство 200 распознает нанесение физиологической текучей среды, например, по достаточному увеличению измеренного тестового выходного сигнала на втором рабочем электроде 14, контрольно-измерительное устройство 200 присваивает маркер «ноль секунд» в нулевой (0) момент времени и начинает отсчет тестового временного интервала T₁. После завершения тестового временного интервала T₁ тестовое напряжение отключается. Для удобства на Фиг. 4А показано только первое тестовое напряжение, приложенное к тест-полоске 100.

Ниже последует описание того, как определяется концентрация глюкозы при известных переходных процессах выходных сигналов (т. е. ответ измеренного электрического выходного сигнала в наноамперах в зависимости от времени), которые измеряются при приложении тестовых напряжений, показанных на Фиг. 4А, к известной тест-полоске 100.

На Фиг. 4А первое и второе тестовые напряжения, приложенные к тест-полоске 100, составляют по существу от около +100 милливольт до около +600 милливольт. В одном варианте осуществления, в котором электроды включают в себя графитовую краску и медиатор представляет собой феррицианид, тестовое напряжение составляет около +400 милливольт. Для других комбинаций медиатора и материала электрода потребуются другие тестовые напряжения. Продолжительность приложения тестовых напряжений по существу составляет от около 2 до около 4 секунд после периода реакции, как правило, около 3 секунд после периода реакции. Как правило, время T₁ отсчитывают относительно времени t₀. При поддержании напряжения 400, как показано на Фиг. 4А, в течение промежутка времени T1, начиная с нулевого момента времени, генерируется переходный процесс выходного сигнала 402 для первого рабочего электрода, и таким же образом относительно нулевого времени генерируется переходный процесс выходного сигнала 404 для второго рабочего электрода, как показано на Фиг. 4B. Выходные сигналы 402 и 404 (от соответствующих рабочих электродов) измеряют или получают выборку в течение моментов времени t так, что для предпочтительных вариантов осуществления проводят приблизительно 200 измерений (или интервалов выборки). Переходные процессы выходного сигнала нарастают до максимума вблизи максимального момента времени, после чего выходной сигнал начинает медленно опускаться до приблизительно 5 секунд после «нулевого времени». В точке 406 измеряют амплитуду выходного сигнала для каждого из рабочих электродов и измеренные значения суммируют. Зная значения смещения и наклона калибровочного кода для конкретной тест-полоски 100, можно рассчитать концентрацию глюкозы. «Интерсепт» и «наклон» представляют собой значения, получаемые измерением калибровочных данных для партии тест-полосок. Как правило, из серии или партии случайным образом отбирают около 1500 полосок. Для получения различных концентраций аналита, обычно - шести различных концентраций глюкозы, добавляют биологическую текучею среду от доноров. Как правило, кровь от 12 различных доноров добавляют для получения каждого из шести уровней. На восемь полосок наносят кровь одних и тех же доноров с одними и теми же уровнями таким образом, что для этой партии проводят 12×6×8=576 тестов. Эти тесты являются эталонными для сравнения фактического уровня аналита (например, концентрации глюкозы в крови) посредством измерения с использованием стандартного лабораторного анализатора, такого как Yellow Springs Instrument (YSI). Строят график зависимости измеренной концентрации глюкозы от фактической концентрации глюкозы (или измеренного тока от тока YSI) и по способу наименьших квадратов проводят подгонку графика по формуле y=mx+c, чтобы получить значение m наклона для партии и значение интерсепта c для партии для остальных полосок из этой серии или партии.

В приведенном в качестве примера расчете концентрации аналита (например, глюкозы) для полоски 100 (Фиг. 3A), представленном на Фиг. 4В, принято, что значение выходного сигнала выборки в точке 406 для первого рабочего электрода составляет 1600 наноампер, а значение силы тока в точке 406 для второго рабочего электрода составляет 1300 наноампер, и для калибровочного кода тест-полоски интерсепт составляет 500 наноампер, а наклон составляет 18 наноампер/мг/дл. После этого из уравнения 3 можно определить концентрацию глюкозы G так:

G=[(I_we1+I_we2) – интерсепт]/наклон, Ур. 3

где

I_we1 представляет собой силу тока, измеренную на первом рабочем электроде в конце T1;

I_we2 представляет собой силу тока, измеренную на втором рабочем электроде в конце T1;

наклон представляет собой значение, полученное в ходе калибровочного тестирования партии тест-полосок, из которой взяли данную конкретную полоску;

интерсепт представляет собой значение, полученное в ходе калибровочного тестирования партии тест-полосок, из которой взяли данную конкретную полоску.

Из Ур. 3 G=[(1600+1300) – 500]/18, а значит G=133,33 наноампер ~ 133 мг/дл.

Следует отметить, что для значений силы тока Iwe1 и Iwe2 могут быть предоставлены определенные сдвиги для учета погрешностей или времени задержки в электрической цепи измерителя 200. Также можно применить температурную компенсацию для того, чтобы гарантировать, что результаты калиброваны в соответствии с эталонной температурой, такой как, например, комнатная температура, составляющая около 20 градусов Цельсия.

На Фиг. 5 приведено упрощенное изображение альтернативного портативного контрольно-измерительного устройства 200’, а на Фиг. 6 приведена упрощенная принципиальная схема компонентов этого альтернативного контрольно-измерительного устройства 200’. Электрическое моделирование пробы биологической текучей среды (т.е. пробы цельной крови) параллельно включенными емкостными и резистивными компонентами показывает, что при пропускании переменного сигнала через пробу биологической текучей среды фазовый сдвиг сигнала переменного тока будет зависеть как от частоты напряжения переменного тока, так и, помимо других физических характеристик пробы, от уровня гематокрита. Кроме того, моделирование указывает на то, что гематокрит оказывает относительно меньшее влияние на фазовый сдвиг, когда частота сигнала находится в диапазоне приблизительно от 10 кГц до 25 кГц, и наибольшее влияние, когда частота сигнала оказывается в диапазоне от приблизительно 250 кГц до 500 кГц. Таким образом, гематокрит в пробе биологической текучей среды можно рассчитать, например, посредством передачи сигналов переменного тока известной частоты, пропускаемых через пробу биологической текучей среды, и обнаружения их фазового сдвига. Например, фазовый сдвиг сигнала с частотой в диапазоне от 10 кГц до 25 кГц можно использовать как эталонное значение при измерении гематокрита, в то время как фазовый сдвиг сигнала с частотой в диапазоне от 250 кГц до 500 кГц можно использовать в качестве основного измерения.

Как показано на Фиг. 6, детали предпочтительного варианта осуществления измерителя 200’ с одними и теми же цифровыми обозначениями на Фиг. 2 и 6 имеют общее описание. На Фиг. 6 разъем 220 порта для установки полоски подключен к аналоговому интерфейсу 306 посредством пяти линий, включая линию определения импеданса схемы определения/компенсации импеданса (EIC) д