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一種新型血糖儀的軟件設計

毛坤劍①許新建①*許海樹①李達義①湯棟生①

目的：設計一種新型血糖儀軟件，以滿足其各功能模塊的運用，保證血糖監(jiān)測的精度和重復性，實現(xiàn)在血糖測量過程中對采血量、測量時間及測量范圍等參數(shù)的監(jiān)測。方法：采用C語言進行程序設計，包括主程序、工作模式子程序、查詢顯示子程序以及血糖測量子程序等，并運用V3編譯器進行編譯與測試。結(jié)果：新型血糖儀軟件系統(tǒng)采用血漿校正法進行軟件校正，經(jīng)測試能夠在不同的環(huán)境溫度下精確測量患者的血糖值，且能夠查詢512組血糖測量值，計算每5 d、10 d及15 d的血糖平均值。結(jié)論：新型血糖儀軟件系統(tǒng)適合于血糖儀的運用，可提高血糖監(jiān)測的精度和重復性，便于監(jiān)測和分析患者的血糖波動。

電化學方法；血糖測量軟件校正；血糖波動；血糖儀

[First-author’s address]] Department of Medical Engineering Section, (Chenggong Hospital, Xiamen University) the 174 Hospital of PLA, Xiamen, 361003, China.

糖尿病患者血糖的自我監(jiān)測有利于調(diào)整糖尿病患者的服藥劑量、品種和用藥時間，以及時調(diào)整治療方案，減少因并發(fā)癥給患者帶來的健康損失和醫(yī)療費用[1]。血糖的實時監(jiān)測能夠更好的了解糖尿病患者的血糖變化，對其生活規(guī)律和合理用藥都具有重要的指導意義[2]。目前多數(shù)血糖監(jiān)測產(chǎn)品需配套血糖試紙采集微量指尖全血，通過發(fā)生化學反應，以電化學方法實現(xiàn)血糖溶度的監(jiān)測，然而由于血糖試紙的反應酶受溫度影響較大，在不同的溫度下反應酶的活性不同，因而負溫度系數(shù)(negative temperature coefficien，NTC)傳感器測溫的精度也會影響血糖溶度監(jiān)測的精度，因此必須通過軟件的校正和補償。為此，本研究所設計的新型血糖儀采用血漿校正法進行校正，以提高血糖監(jiān)測的精度和重復性[3]。

1 電化學法血糖儀的工作原理

電化學方法是將血糖試紙接入到血糖儀，被測血樣以吸虹方式吸入到血糖反應區(qū)，給試紙血糖濃度的檢測電極施加一固定激勵電壓，使反應區(qū)內(nèi)的葡萄糖氧化酶與血樣中的葡萄糖發(fā)生氧化還原反應并進行電子傳遞[4]。經(jīng)過快速的生化反應數(shù)秒后，在激動電壓作用下，試紙酶電極產(chǎn)生定向的反應電流(0.6～10 μA)，與被測血樣中的葡萄糖溶度大致呈線性關(guān)系，微控制器單元(micro control unit，MCU)通過檢測反應電流的大小，計算出準確的血糖溶度並在液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)上顯示出來[5]。

新型血糖儀的血糖試紙采用歐姆龍STP-30的1～200號試紙，采樣標本的反應電流經(jīng)放大處理后的采樣結(jié)果與血糖濃度的數(shù)學關(guān)系采用電阻反推法來測算。電阻反推法是采用電阻模擬試紙反應完成后血糖檢測電極之間的阻抗，當阻值改變時，LCD上顯示的血糖濃度也會跟隨變化[6]。血糖試紙經(jīng)過快速的生化反應后酶電極的反應電流約在0.6～10 μA之間，且與被測血樣中的葡萄糖溶度大致呈線性關(guān)系。將反應電流設置為1～10 μA，則電阻值范圍為30～300 kΩ(300 mV/10μA至300 mV/1μA)。因此，為了在不同環(huán)境溫度下精確得到采用結(jié)果對應的血糖溶度，軟件設計中，在5～40℃之間每1℃建立一個模擬數(shù)字(analog digital，AD)采樣結(jié)果對應血糖溶度的表格[7]。

2 新型血糖儀系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)采用的主控MCU為HT45F67，其軟件程序主要包括主程序、工作模式子程序、查詢顯示子程序以及血糖測量子程序等。采用C語言進行編程，運用V3編譯器進行編譯，并對血糖儀進行模塊功能測試[8]。

2.1主程序設計

新型血糖儀在測量血糖或者數(shù)據(jù)查詢時，主控MCU頻率為4 MHz，當儀器無動作3 min后，MCU進入休眠模式。在待機模式中，4 MHz系統(tǒng)時間關(guān)閉，外部32.768 kHz晶振仍然正常工作，并定時喚醒MCU，用于時鐘計時[9]。當插入試紙或者按下按鍵時，系統(tǒng)自動喚醒，其主程序流程如圖1所示。

圖1 新型血糖儀主程序流程圖

2.2工作模式子程序設計

在工作模式中，進行電池電量監(jiān)測后進入正常的開機模式和查詢模式。當檢測到有試紙時進入血糖檢測模式；當監(jiān)測到溫度不正常時進入溫度錯誤顯示模式；當檢測到電池供電異常時進入電池錯誤顯示模式，其流程如圖2所示[10]。

圖2 新型血糖儀工作模式子程序流程圖

2.3查詢顯示子程序設計

新型血糖儀的查詢功能可以對以往檢測的血糖值進行查詢，系統(tǒng)最大可以存儲512組數(shù)據(jù)。在查詢顯示子程序中可直接對歷史血糖值單個查詢，也可在查詢模式下根據(jù)患者自身的特殊要求進行血糖平均值查詢模式、溫度查詢模式以及日期查詢模式等[11]。在平均值查詢模式中，系統(tǒng)設定每5 d、10 d及15 d的血糖平均值，可以更加精確地了解血糖波動情況，其流程如圖3所示。

圖3 新型血糖儀查詢顯示子程序流程圖

2.4血糖測量子程序設計

在血糖監(jiān)測子程序中，首先判斷是否接入血糖試紙，當確定有接入血糖試紙后根據(jù)血糖試紙進行調(diào)碼，當調(diào)碼調(diào)好后下一次血糖試紙進入時可不用再調(diào)。在血糖測量進行采血時需等到電流穩(wěn)定，因此會耗時5 s，并根據(jù)環(huán)境溫度選擇相應的AD采用結(jié)果的血糖溶度值，并進行相應的校正和補償[12-13]。當血糖試紙有異常或者采血異常時會出現(xiàn)報錯信息，其流程如圖4所示。

圖4 新型血糖儀血糖測量子程序流程圖

3 新型血糖儀功能參數(shù)設計

新型血糖儀的軟件設計主要滿足血糖儀各功能模塊的運用，實現(xiàn)在血糖測量過程中對采血量、測量時間及測量范圍等參數(shù)進行監(jiān)測[14]。在臨床測試中可根據(jù)試紙進行調(diào)碼，根據(jù)患者要求選擇各種查詢方式，使新型血糖儀操作簡單、功能齊全且穩(wěn)定性好，其參數(shù)見表1。

表1 新型血糖儀參數(shù)表

4 結(jié)語

本研究對新型血糖儀進行各種功能運用的軟件設計，針對患者在測量血糖過程中對測量時間、測量外界溫度等因素影響的情況下，通過血漿校正法進行校正，根據(jù)環(huán)境溫度進行補償，對血糖溶度檢測精度和重復性有較大的提高[15]。本研究根據(jù)患者的要求設定各種查詢方式，還可以根據(jù)需求計算每5 d、10 d及15 d的平均血糖值，使患者及時了解自身血糖的波動趨勢，為其治療提供較明確的數(shù)據(jù)，為醫(yī)務人員制定治療方案提供參考依據(jù)[16]。

新型血糖儀軟件系統(tǒng)性能穩(wěn)定，使用簡單，適合各類糖尿病患者的血糖測試。

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Software design aim at a new glucose meter

/MAO Kun-jian, XU Xin-jian, XU Haishu, et al//China Medical Equipment,2017,14(1):2-4.

Objective: To design a new kind of glucose meter to satisfy the application for different function module, and to achieve the monitor on blood volume, measurement time, measurement range and other parameters during glucose detection. Methods: C language was adopted to design program, including the main program, work mode subroutine, query display subroutine, glucose measurement subroutine, and so on. And V3 compiler was used to compile and test. Results: The new glucose meter software system applied the plasma calibration method to correct software. It can accurate measurement the glucose values in different environmental temperature, and it can inquire 512 groups glucose values. Besides, it can calculate the average glucose values in 5 days, 10 days, 15 days. Conclusion: This new glucose meter software system is very suitable for the application of glucose meter. And it increase the precision and repeatability on glucose monitoring. Therefore, it is more convenient to monitor and analysis the glucose fluctuation situation on patients.

Electrochemical method; Glucose measurement software calibration; Glucose fluctuation; Glucose meter

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.01.001

1672-8270(2017)01-0002-03

R197.324

A

2016-08-01

①解放軍第174醫(yī)院(廈門大學附屬成功醫(yī)院)醫(yī)學工程科 福建 廈門 361003

*通訊作者：329716820@qq.com

毛坤劍,男,(1981- ),本科學歷，工程師。解放軍第174醫(yī)院(廈門大學附屬成功醫(yī)院)醫(yī)學工程科，從事醫(yī)療設備的維修和質(zhì)量控制方面的研究工作。