TWI481869B - 血球容積比測量方法、血糖濃度測量方法及使用前述方法的電化學量測裝置 - Google Patents

Description

血球容積比測量方法、血糖濃度測量方法及使用前述方法的電化學量測裝置

本發明係關於一種測量血球容積比及血糖濃度的方法；以及使用前述測量方法的電化學量測裝置，尤其關於一種利用電化學方式來測量血球容積比及血糖濃度的方法；以及使用前述測量方法的電化學量測裝置。

電化學式感測試片(Electrochemical Sensor Strip)已成熟地被應用於檢測流體中的各種物質，而其基本原理為利用一化學試劑(Reagent)，使其與一待測流體中之一待分析物產生一電化學作用，以產生一電輸出信號，此電輸出信號與待測流體之待分析物有關。當待測流體為人的血液，而待分析物為血醣時，即可利用一葡萄糖氧化酵素及其他複合物來作為化學試劑。

血球容積比(hematocrit，HCT)是指在一定量的血液中含有多少比例的紅血球。一般男性之血液的血球容積比大約為36～50%，而女性之血液的血球容積比大約為34～47%。根據血液中的血球容積比能夠讓人們了解血液的品質。此外，要測量血液之血糖濃度時，血糖濃度的測量值亦會隨著血球容積比而有所變化。

圖1顯示在不同血球容積比下，習知血糖機所測得之血糖濃度的測量值以及血糖濃度的實際值，兩者間的關係圖。圖1之縱軸為血糖機所測得之血糖濃度的測量值，圖1之橫軸為血糖濃度的實際值。如圖1所示，以血球容積比為41%為基準，當血球容積比(例如60%)大於41%時，血糖濃度的測量值(300 mg/dL)會低於血糖濃度的實際值(400 mg/dL)。反之，當血球容積比(例如20%)小於41%時，血糖濃度的測量值(500 mg/dL)會高於血糖濃度的實際值(400 mg/dL)。因此，為了求得較正確的血糖濃度的實際值時，需要預先測量血球容積比，並依據血球容積比對血糖濃度的測量值進行補償。

測量血球容積比的方法有很多種，例如可以利用測量血液阻抗的方式；利用光學方式；利用氧化還原反應；以及利用電化學方式，來求得血球容積比。於公開號第EP1707953A1號之歐盟專利申請案，揭示一種利用氧化還原反應方式來求得血球容積比的方法。依據其測量方法，是於電化學式感測試片中，必須在計數電極(counter electrode)上設有一氧化還原反應物質(redox substance)，來產生明顯的氧化還原電流，以測量相關之血球容積比。

然而，依據習知技術之血球容積比測量方法尚存在有更一步改善的空間。

本發明一實施例之目的在於提供一種測量血球容積比及血糖濃度的方法；以及使用前述測量方法的電化學量測裝置。本發明一實施例之目的在於提供一種利用電化學方式來測量血球容積比及血糖濃度的方法；以及使用前述測量方法的電化學量測裝置。

依據本發明一實施例，提供一種血球容積比測量方法，其利用包含多個電極的一感測試片及耦接該感測試片的一電化學量測裝置，其中該些電極間無需氧化還原反應物質即可來測量位於該些電極間之一血液中的一血球容積比。血球容積比測量方法包含：透過該些電極供給一第一預定電壓至該血液，並於一第一測量期間測得一第一電流值；及依據第一電流值及一關係式計算出該血球容積比，其中該關係式是利用具有相異且已知的血球容積比的多個樣本血液所求得。

依據本發明一實施例，提供一種血糖濃度測量方法，其利用包含多個電極的一感測試片及耦接感測試片的一電化學量測裝置，來測量位於該些電極間之一血液中的一血糖濃度。血糖濃度測量方法包含：透過該些電極供給一第一預定電壓至該血液，並於一第一測量期間測得一第一電流值；及依據該第一電流值及一關係式計算出一血球容積比，其中該關係式是利用具有相異且已知的血球容積比的多個樣本血液所求得；透過該些電極供給一第二預定電壓至該血液，並於一第二測量期間測得一第二電流值，依據該第二電流值求得該血糖濃度的一測量值；依據該血球容積比來補償該血糖濃度的測量值，以求得該血糖濃度的一實際值。

於一實施例中，該關係式為利用分別供給一第三預定電壓至該些樣本血液，並於一第三測量期間測得多個樣本電流值，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得。較佳的情況是，該關係式為y=ax+b，且y代表該第一電流值，x代表該血球容積比，且a及b分別代表一常數，且常數a及b是依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得。

於一實施例中，第一預定電壓的絕對值大於0.5V即可實際應用於血球容積比檢測，較佳的情況是第一預定電壓的絕對值大於0.7v和小於等於3V。

依據本發明一實施例，提供一種電化學量測裝置，其適於耦接於包含多個電極的一感測試片。電化學量測裝置包含兩個連接部及一處理器。兩個連接部分別耦接感測試片的該些電極。處理器耦接於該些連接部，並且處理器透過該些連接部及該些電極，供給一第一預定電壓至位於該些電極的一血液，並於一第一測量期間測得一第一電流值；及依據該第一電流值及一關係式計算出一血球容積比，其中該關係式是利用具有相異且已知的血球容積比的多個樣本血液所求得。

於一實施例中，處理器更透過該些電極供給一第二預定電壓至該血液，並於一第二測量期間測得一第二電流值，依據該第二電流值求得該血糖濃度的一測量值；並且依據該血球容積比來補償該血糖濃度的測量值，以求得該血糖濃度的一實際值。

於一實施例中，電化學量測裝置更包含一記憶裝置，記憶裝置儲存有該關係式，且該關係式為一線性關係式，該線性關係式是利用分別供給一第三預定電壓至該些樣本血液，並於一第三測量期間測得多個樣本電流值，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得，該關係式為y=ax+b，且y代表該第一電流值，x代表該血球容積比，且a及b分別代表一常數。

於一實施例中，記憶裝置更儲存有另一線性關係式，且處理器更利用該另一線性關係式來補償該血糖濃度的測量值，該另一線性關係式為Glu_acu =m*Glu_mea +n，且Glu_acu 代表該血糖濃度的實際值，Glu_mea 代表該血糖濃度的測量值，m及n分別代表一常數。

依據本發明一實施例，可以於無需將氧化還原反應物質點佈於該些電極下，單純使用電化學量測裝置來求得血球容積比，相較於習知技術，使用上更具有方便性且能夠求得血球容積比，及補償後之血糖濃度。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2顯示依本發明一實施例電化學量測裝置之功能方塊圖。如圖2所示，感測試片200包含一兩個工作電極211及212。電化學量測裝置100包含一兩個連接部(connector)111及112、一參考電壓源120、一電流電壓轉換電路130、一類比數位轉換電路140、一處理器150及一顯示器160。於一實施例中，還可以更包含一記憶體170。連接部111及112適於分別電連接工作電極211及212。參考電壓源120可以為接地端。工作電極211透過連接部111電連接參考電壓源120，工作電極212透過連接部112電連接類比數位轉換電路140、電流電壓轉換電路130及處理器150。顯示器160電連接處理器150。記憶體170中可以儲存有多個線性關係式或資料，用以供處理器150使用該些線性關係式資料，以計算出血球容積比及較準確的血糖濃度(將於後述)。

於操作時，感測試片200***於電化學量測裝置100中，使血液流至工作電極211及212間，依據處理器150的指示，從電流電壓轉換電路130及參考電壓源120提供一固定的電壓於工作電極211及212間，藉以於工作電極211及212間產生一電流，前述電流對應血液中的血球容積比。隨後，電流電壓轉換電路130將前述電流轉換成一電壓，類比數位轉換電路140將前述電壓的類比值轉換成數位值後，將前述電壓的數位值輸出至處理器150。處理器150依據前述電壓的數位值計算出一血球容積比，最後透過顯示器150顯示該血球容積比。

此外，雖然於圖2中，顯示感測試片200具有兩個工作電極211的實施例，然而工作電極的數量並非本發明所限定者，於一實施例中亦可以採用兩個以上的工作電極。例如感測試片200可以更包含有第一工作電極、第二工作電極及第三工作電極(未圖示)。第一工作電極及第二工作電極耦接於連接部112，而第三工作電極耦接於連接部111。如此，即可藉由第二工作電極及第三工作電極測量血球容積比，並藉由第一工作電極及第三工作電極測量血糖。此外，於一較佳的實施例中該些工作電極是以血液流經第二工作電極、第三工作電極及第一工作電極的方式來配置。於本實施例中，第二工作電極及第三工作電極上皆設有酵素，但於另一實施例中於量測HCT的電極(第二工作電極)亦可以不設有酵素。當然應了解的是本發明不限定第一工作電極、第二工作電極及第三工作電極的配置位置，依據不同的目的，該些工作電極是以血液流經第三工作電極、第二工作電極及第一工作電極的方式來配置。

圖3顯示依本發明一實施例之血液中血球容積比、電壓及電流間的關係圖。為了解血液中血球容積比、電壓及電流間的關係，發明人準備具有相異且已知的血球容積比的多組樣本血液進行實驗，例如分別為60%、40%及20%的血球容積比。在+3V至-3V的電壓區間，以0.1V/s的掃描速度改變電壓，並隨時間改變供給該些樣本血液不同的電壓，以量測不同電壓下的電流，實驗結果顯示於圖3。如圖3所示，當電壓大於+0.5V且小於-0.5V(電壓的絕對值大於0.5V)時，具有60%、40%及20%之血球容積比的血液，所產生的電流值即有明顯隨電壓改變的現象。因此若要測量血液中的血球容積比，所提供的電壓的絕對值應可以採用大於0.5V的電壓。請留意，圖3中，當電壓的絕對值大於0.7V和小於等於3V，隨電壓改變之電流值的變化量更為明顯。因此若要測量血液中的血球容積比，較佳的情況是所提供的電壓的絕對值可以採用其絕對值大於0.7V和小於等於3V。

圖4顯示依本發明一實施例，在固定電壓下，血液中血球容積比、時間及電流間的關係圖。如圖4所示，當電壓設為絕對值大於0.7V和小於等於3V時，具有60%、40%及20%之血球容積比的血液，在10秒內的任一時間下所產生的電流皆相異，因此可選擇一適當的固定測量時間用來量測血球容積比。

圖5顯示依本發明一實施例，在固定電壓及固定測量時間下，血液中血球容積比及電流間的關係圖。如圖5所示，當電壓設為絕對值大於0.7V和小於等於3V且固定測量時間時，血液中的血球容積比與電流，具有一線性關係。發明人進行過多次的實驗，皆發現於特定之固定電壓及測量時間下，血液中的血球容積比與電流間能夠具有一相關性線性關係。因此，要求得血糖濃度的實際值時，可預先求得血球容積比與電流間的一相關性線性關係式，再對電化學量測裝置100所測得之血糖濃度的測量值，利用內插或外插的方式進行補償，即可求得血糖濃度的實際值。

於本發明一實施例中，求得前述線性關係式包含以下步驟。步驟S02：準備多個樣本血液，且該些樣本血液具有相異且已知的血球容積比。步驟S04：分別供給一預定電壓至該些樣本血液，並於一測量期間測得多個樣本電流值。步驟S06：依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比，利用線性迴歸(linear regression)來求得前述線性關係式。於本實施例中前述預定電壓可以設為絕對值大於0.7V和小於等於3V且固定測量時間可以設為小於10秒。於一實施例中，是利用最小平方誤差線性迴歸(Least Squares Linear Regression Analysis)法，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比求得常數a及b。

圖6顯示依本發明一實施例，量測血糖濃度時之電化學量測裝置中電壓及時間的關係圖。於本發明一實施例中，量測血液中的血球容積比的方法包含以下步驟。步驟S12：透過工作電極211及212供給一第一預定電壓V1至血液，並於一第一測量期間測得一第一電流值。於本實施例中，第一預定電壓V1的絕對值大於0.7V和小於等於3V，而第一測量期間可以為小於10秒。步驟S14：依據該第一電流值及前述線性關係式，計算出一血球容積比。

於本發明一實施例中，量測血液中的血糖濃度的方法可以更包含以下步驟。步驟S16：於一預定期間內停止供給電壓至血液。於本實施例中，預定期間可以為1秒。步驟S17：供給一第二預定電壓V2至血液，並於一第二測量期間測得一第二電流值，並依據該第二電流值求得血糖濃度的測量值。於本實施例中，第二預定電壓V2可以為小於第一預定電壓V1，而第二測量期間可以為小於10秒。步驟S08：依據該血球容積比對該血糖濃度的測量值進行補償，計算出該血糖濃度的實際值。

於本發明中，不限定前述步驟S08中的補償方法，於本發明領域具有通常知識者，可以利用目前已知及未來發展之補償關係，來求得血糖濃度。

於一實施例中，可以採用各種血球容積比的血液進行實驗，以求得血糖濃度的測量值以及血糖濃度的實際值的關係，並建立各種血球容積比之血糖濃度測量值及血糖濃度實際值間關係的表格，並儲存於電化學量測裝置100的記憶體170中。在求得該血球容積比後，取出該血球容積比之血糖濃度測量值及血糖濃度實際值間關係的表格，依據該表格及血糖濃度測量值來求得血糖濃度實際值。

於一實施例中，亦可以預先在第二預定電壓V2及第二測量期間的情況下，對多組已知血糖濃度的樣本血液進行測量求得多組血糖濃度的測量值，再利用線性迴歸方式找出血糖濃度的測量值與血糖濃度的實際值間的一線性關係，例如Glu_acu =m*Glu_mea +n，並依據該血糖濃度的測量值及該線性關係來求得血糖濃度的實際值。

依據本發明一實施例，可以單純使用電化學量測裝置來求得血球容積比，相對於習知使用測量血液阻抗的方式及利用光學方式等的技術，而不需要額外之阻抗量測設備及光學設備，更適合於使用於一般家庭。且相對於需利用氧化還原物質方可檢測血球容積比的技術，可以不需要設計額外的電化學式感測試片，能夠減少製造成本。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100．．．電化學量測裝置

111．．．連接部

112．．．連接部

120．．．參考電壓源

130．．．電流電壓轉換電路

140．．．類比數位轉換電路

150．．．處理器

160．．．顯示器

170．．．記憶體

200．．．感測試片

211．．．工作電極

212．．．工作電極

圖1顯示在不同血球容積比下，習知血糖機所測得之血糖濃度的測量值以及血糖濃度的實際值，兩者間的關係圖。

圖2顯示依本發明一實施例電化學量測裝置之功能方塊圖。

圖3顯示依本發明一實施例之血液中血球容積比、電壓及電流間的關係圖。

圖4顯示依本發明一實施例，在固定電壓下，血液中血球容積比、時間及電流間的關係圖。

圖5顯示依本發明一實施例，在固定電壓及固定測量時間下，血液中血球容積比及電流間的關係圖。

圖6顯示依本發明一實施例，量測血糖濃度時之電化學量測裝置中電壓及時間的關係圖。

100．．．電化學量測裝置

111．．．連接部

112．．．連接部

120．．．參考電壓源

130．．．電流電壓轉換電路

140．．．類比數位轉換電路

150．．．處理器

160．．．顯示器

170．．．記憶體

200．．．感測試片

211．．．工作電極

212．．．工作電極

Claims (17)

1. 一種血球容積比測量方法，其利用包含多個電極的一感測試片及耦接該感測試片的一電化學量測裝置，來測量位於該些電極間之一血液中的一血球容積比，該測量方法包含：透過該些電極供給一第一預定電壓至該血液，並於一第一測量期間測得一第一電流值；及依據該第一電流值及一關係式計算出該血球容積比，其中該關係式是利用具有相異且已知的血球容積比的多個樣本血液所求得，其中該關係式為一線性關係式，且該線性關係式是利用分別供給一第二預定電壓至該些樣本血液，並於一第二測量期間測得多個樣本電流值，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得，該第一預定電壓及該第二預定電壓的絕對值大於0.5V和小於等於3V，而且該第一測量期間及該第二測量期間小於10秒。
2. 如申請專利範圍第1項所述之血球容積比測量方法，其中該些相異且已知的血球容積比包含60%、40%及20%的血球容積比。
3. 如申請專利範圍第1項所述之血球容積比測量方法，其中該第一預定電壓等於該第二預定電壓，且該第一測量期間等於該第二測量期間。
4. 如申請專利範圍第2項所述之血球容積比測量方法，其中，該線性關係式為y=ax+b，且y代表該第一電流值，x代表該血球容積比，且a及b分別代表一常數，且該些常數a及b是利用線性迴歸，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得。
5. 如申請專利範圍第1項所述之血球容積比測量方法，其中該第一預定電壓的絕對值大於0.7V。
6. 如申請專利範圍第5項所述之血球容積比測量方法，其中，該線性關係式為y=ax+b，且y代表該第一電流值，x代表該血球容積比，且a及b分別代表一常數，且該些常數a及b是利用線性迴歸，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得。
7. 一種血糖濃度測量方法，其利用包含多個電極的一感測試片及耦接該感測試片的一電化學量測裝置，來測量位於該些電極間之一血液中的一血糖濃度，該測量方法包含： 透過該些電極供給一第一預定電壓至該血液，並於一第一測量期間測得一第一電流值；及依據該第一電流值及一關係式計算出一血球容積比，其中該關係式是利用具有相異且已知的血球容積比的多個樣本血液所求得，而且該關係式為一線性關係式，該線性關係式是利用分別供給一第三預定電壓至該些樣本血液，並於一第三測量期間測得多個樣本電流值，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得，該第一預定電壓及該第三預定電壓的絕對值大於0.5v和小於等於3V，而且該第一測量期間及該第三測量期間小於10秒；透過該些電極供給一第二預定電壓至該血液，並於一第二測量期間測得一第二電流值，依據該第二電流值求得該血糖濃度的一測量值；依據該血球容積比來補償該血糖濃度的該測量值，以求得該血糖濃度的一實際值。
8. 如申請專利範圍第7項所述之血糖濃度測量方法，其中，該些相異且已知的血球容積比包含60%、40%及20%的血球容積比。
9. 如申請專利範圍第8項所述之血糖濃度測量方法，其中該線性關係式為y=ax+b，且y代表該第一電流值，x代 表該血球容積比，且a及b分別代表一常數，且該些常數a及b是利用線性迴歸，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得。
10. 如申請專利範圍第7項所述之血糖濃度測量方法，其中該依據該血球容積比來補償該血糖濃度的該測量值的步驟，包含利用另一線性關係式來補償該血糖濃度的該測量值，該另一線性關係式為Glu_acu =m * Glu_mea +n，且Glu_acu 代表該血糖濃度的該實際值，Glu_mea 代表該血糖濃度的該測量值，m及n分別代表一常數。
11. 如申請專利範圍第7項所述之血糖濃度測量方法，其中該依據該第一預定電壓大於該第二預定電壓，且該第一測量期間小於該第二測量期間。
12. 如申請專利範圍第7項所述之血糖濃度測量方法，其中該第一預定電壓及該第三預定電壓的絕對值大於0.7V。
13. 一種電化學量測裝置，適於耦接於一感測試片，該感測試片包含多個電極，該電化學量測裝置包含：兩個連接部，分別耦接該感測試片的該些電極；一處理器，耦接於該些連接部，並且透過該些連接部及該些電極，供給一第一預定電壓至位於該些電極的一血液，並於一第一測量期間測得一第一電流值；及 依據該第一電流值及一關係式計算出一血球容積比，其中該關係式是利用具有相異且已知的血球容積比的多個樣本血液所求得，而且該關係式為一線性關係式，該線性關係式是利用分別供給一第三預定電壓至該些樣本血液，並於一第三測量期間測得多個樣本電流值，依據該些樣本電流值及該些已知的血球容積比來加以求得，該第一預定電壓及該第三預定電壓的絕對值大於0.5v和小於等於3V，而且該第一測量期間及該第三測量期間小於10秒；該些電極供給一第二預定電壓至該血液，並於一第二測量期間測得一第二電流值，依據該第二電流值求得該血糖濃度的一測量值；並且依據該血球容積比來補償該血糖濃度的該測量值，以求得該血糖濃度的一實際值。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電化學量測裝置，其中，該線性關係式為y=ax+b，且y代表該第一電流值，x代表該血球容積比，且a及b分別代表一常數。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電化學量測裝置，更包含一記憶裝置，儲存有該關係式。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電化學量測裝置，其中， 該記憶裝置更儲存有另一線性關係式，且該處理器更利用該另一線性關係式來補償該血糖濃度的該測量值，該另一線性關係式為Glu_acu =m * Glu_mea +n，且Glu_acu 代表該血糖濃度的該實際值，Glu_mea 代表該血糖濃度的該測量值，m及n分別代表一常數。
17. 如申請專利範圍第14項所述之電化學量測裝置，其中該依據該第一預定電壓大於該第二預定電壓，且該第一測量期間小於該第二測量期間。