TWI504889B - 血容比量測系統及利用其量測的方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種血容比量測系統及利用其量測的方法,特別有關於一種具有容抗特性調整器之血容比量測系統及利用容抗特性調整器提高血液血容比的容抗特性,有效增進量測精準度的方法。
鑒於生活飲食的富足,因不當飲食習慣所造成的疾病日益增加,具高度可信賴性之電化學生化量測系統對需要長時間監控身體狀態(如血糖、血脂等)的人們來說已成為生活中所不可或缺的工具。
傳統的電化學生化量測系統對測量結果存在顯著誤差,主要因為血液組成中含有干擾測量結果之成分,其中最具代表之干擾成分即紅血球於血液中所佔比例的血容比(Hematocrit,於下文中簡稱HCT)。血液的HCT係導致測量結果發生誤差的重要參數,例如,在進行血糖、膽固醇、凝血速度或尿酸等測量時,紅血球會阻礙血液與酵素進行反應,使得呈現高HCT者其測量結果較實際值低,而呈現低HCT者其測量結果較實際值高。
目前習知技藝中,已存在多種技術方案解決HCT所造成之問題,例如美國專利US 5,628,890號已揭露一種電化學系統測量試片,在
試片上設置有一過濾層,將紅血球從待測血液中分離,然而此專利揭露仍有試片製程困難、成本高、測量時間長及需要大測量血液等實用上的缺點。
美國專利US 7,407,811號揭露一種檢測HCT並校正待測物濃度的方法,透過提供1Hz~20KHz之AC訊號至待測血液,並測量該血液反應之相位角(phase angle)及導納強度(admittance magnitude)而計算出血液中的HCT值。然而此專利所揭露之技術方案仍需要反覆提供二至五個不同頻率的訊號到測量血液中,並藉由該不同頻率訊號來測量HCT,導致整體存在反應時間長、增加運算困難及耗電等實用上的缺點。
此外,美國專利US 8,480,869號係關於一種以氧化還原方應測量HCT的方法,其揭露於電化學試片電極上設置鐵氰化鉀或亞鐵氰化鉀,在與紅血球進行反應後,藉此測量HCT。然而美國專利US 8,480,869所揭露的氧化還原藥劑會干擾電化學試片上其他酵素,導致測量結果失真。再者,雖然美國專利US 7,407,811與US 8,480,869所揭露之量測方法皆可測量血液中HCT值,然而若血液中尚有其他成分同時存在,該其他成分亦對HCT測量準確度造成威脅。更有甚者,雖然美國專利US 5,628,890可將紅血球從待測血液中分離,卻未能完全濾除HCT的存在。基於上述習知技術的缺點,使得業界目前亟需具高精準度及可靠度的HCT量測系統。
為克服上述習知技術的缺點,本發明實施例提供一種血容比量測系統,其包含一電化學試片及一測量儀,藉由具有血液容抗特性調整器的測量儀可有效地提高血液HCT容抗特性,並提高測量精準度。
所述測量儀包含:一連接器,將該電化學試片上的血液樣品產生一相應的反應訊號傳送到該測量儀;一容抗特性調整器,設置於該測
量儀與該電化學試片的連接處,該容抗特性調整器包含一負載電阻及一調整電容所組成的一電路;一計算單元,用以換算該電化學試片上的血液樣品的濃度值及HCT值;一類比數位轉換器,將該相應的反應訊號轉換成一數位化反應訊號;及一訊號處理器,處理該數位化反應訊號並將測量結果顯示於一顯示器;其中所述計算單元採用分壓原理而測得該血液樣品的HCT值,以避免訊號波形電壓產生飽和或遭到截止而導致測量訊號曲線失真。
根據一實施例,所述容抗特性調整器調整電容與血液容抗特性而呈現一並聯關係,其中該訊號處理器之整體電路容抗Ceq
滿足以下關係式:Ceq
=Cb
+Cac
其中Ceq
為整體電路容抗,Cb
為血液容抗,Cac
為調整電容,藉此可獲致將量測訊號放大,減少測量所需之血液量之功效。
根據另一實施例,所述容抗特性調整器調整電容與血液容抗特性而呈現一串聯關係,其中該訊號處理器之整體電路容抗Ceq
滿足以下關係式:1/Ceq
=1/Cb
+1/Cac
其中Ceq
為整體電路容抗,Cb
為血液容抗,Cac
為調整電容,藉此可獲致將干擾訊號有效地濾除。
再者,藉由採用分壓原理而實施的所述計算單元,可得知血液HCT值,具有防止因訊號波形電壓產生飽和或遭到截止造成測量訊號曲線失真之功效。
根據另一實施例,一種使用血容比量測系統測量血液血容比
的方法,包含:提供測量用的一電化學試片;將該電化學試片置入血容比量測系統中;由電源單元透過連接器及容抗特性調整器提供一波形訊號至該電化學試片上;透過該測量儀測量一分壓阻抗得到一測量訊號;透過該訊號處理器分析該測量訊號;以及透過該處理器顯示測量血液的HCT值於該顯示器上或利用該HCT值演算其他生化濃度。
100‧‧‧電化學試片
102‧‧‧絕緣基板
104‧‧‧電極系統
106‧‧‧絕緣層
108‧‧‧下隔片
109‧‧‧開口
110‧‧‧親水性隔片
112‧‧‧上隔片
114‧‧‧辨識單元
310‧‧‧測量儀
311‧‧‧連接器
312‧‧‧計算單元
312a、312b‧‧‧計算單元
313‧‧‧類比數位轉換器
314‧‧‧處理器
315‧‧‧顯示器
316‧‧‧電源單元
320‧‧‧電化學試片
322‧‧‧血液樣品
410‧‧‧分壓阻抗
412‧‧‧訊號處理器
420‧‧‧電容特性調整器
420a~420p‧‧‧電容特性調整器
S810~S860‧‧‧測量步驟
I‧‧‧血液樣品入口
C‧‧‧參考電極
W‧‧‧工作電極
H1、H2‧‧‧HCT電極
O‧‧‧其他電極組
前揭以及本發明的進一步有益的特徵係圖解於下文所詳細揭露之範例實施例中並根據本發明所伴隨的示意的圖式,其中:圖1顯示根據本發明一實施例所繪示一電化學試片的結構分解示意圖;圖2a~圖2d係根據本發明之一實施例而繪示電極系統的佈置示意圖;圖3係顯示根據本發明之實施例而繪示的一測量儀之系統方塊示意圖;圖4係顯示根據本發明之實施例而繪示的一計算單元的等效電路圖;圖5係顯示根據本發明另一實施例而繪示另一計算單元的等效電路圖;圖6a至6p顯示根據本發明實施例而繪示的容抗特性調整器的等效電路圖,其中圖6a~6f中所示容抗特性調整器之調整電容與血液容抗呈現一並聯關係,圖6g至圖6k中所示該容抗特性調整器之調整電容與血液容抗呈現一串聯關係,圖6l至6p中所示將兩調整電容對血液進行串聯與並聯狀態;
圖7為一根據本發明之一並聯調整電容之實施例與無容抗特性調整器之測量儀,針對10%、30%及50%輸出訊號進行對比的結果。
圖8顯示針對各測量儀輸出訊號差異係數進行對比的結果;以及圖9顯示使用本發明血容比量測系統之量測HCT方法的流程說明圖。
以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例,做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中,相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中,實施例之形狀或是厚度可擴大,並以簡化或是方便標示。再者,圖式中各元件之部分將以分別描述說明之,值得注意的是,圖中未繪示或描述之元件,為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式,另外,特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式,其並非用以限定本發明。
本發明實施例主要提供一種藉由生化量測系統量測血液HCT的方法。該生化量測系統包括一測量儀及一電化學試片,其中該電化學試片尚包括有至少一對電極。當進行測量時,使用者需先行將該電化學試片***該測量儀,然後利用採血針扎刺自己的皮膚以滲出微量血液,並將此血液直接滴在電化學試片上。當血滴被吸入到位於電極上方的反應層時,因血液中的紅血球在結構上具有電容及電阻特性,利用該電抗及容抗特性與HCT濃度有直接關係,故透過測量血液中阻抗及容抗即可得知HCT濃度。
圖1顯示根據本發明一實施例所繪示一電化學試片的結構
分解示意圖。於圖1中,一電化學試片100包含一絕緣基板102、一電極系統104、一絕緣層106、一下隔片108、一親水性隔片110及一上隔片112。絕緣基板102為具有電絕緣性之基材,其材料可包含但不限於:聚氯乙烯(PVC)、玻璃纖維、聚酯、電木、聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、陶瓷或上述材料之任意組合。
電極系統104的材料可為任何導電物質,例如碳膠、銀膠、銅膠、金銀混合膠、碳銀混合膠、或上述導電材料之任意組合。在一實施例中,電極系統係由一導電碳粉層所構成。在另一實施例中,電極系統係由一金屬層所構成。又一實施例中,電極系統係由一導電銀膠層及位於其上的一導電碳粉層所組成,其中該導電碳粉層的阻抗一般遠大於導電銀膠層或其他金屬膠層。再者,根據本發明實施例,因應實際測量需求電極系統可由彼此間相互絕緣的複數個電極所任意組成的一電極組,此電極組可包含彼此間相互絕緣的複數個電極。在本實施例中,電極系統包含濃度電極組及HCT電極組,而濃度電極組包含彼此相互絕緣之一工作電極、一參考電極;HCT電極組包含一第一HCT電極及一第二HCT電極。於測量時,該等工作電極、參考電極、第一HCT電極及第二HCT電極的兩端以分別與一測量儀及一血液樣品電性連接。值得注意的是,本發明並不限制電極之構型,只要能與測量儀間形成一電性迴路即可。一般來說,只要在電極組中配置如上述作用的各電極,且各電極之間在未與血液樣品連接前,彼此絕緣即已足夠實施,本發明的實施並不限制各電極之間的安排方式,亦不限制電極的數量,可根據實際應用所需而增加其他電極。
絕緣層106覆蓋部分的電極系統104,使得未被覆蓋的電極系統104之一端形成用以容納血液樣品的一反應區,另一端則形成用以與測量儀相接的連接區,其中反應區具有一入口,供血液樣品注入。絕緣層
106的材料包含但不限於PVC絕緣膠帶、PET絕緣膠帶、熱乾燥型絕緣漆或紫外光乾燥型絕緣漆。根據本發明實施例之電化學試片100可於反應區中設置至少一反應層,此反應層包含至少一氧化還原酶,用以與血液樣品產生化學反應,其中該氧化還原酶的種類隨血液樣品的性質而決定。再者,該反應層至少覆蓋於反應區中的電極系統。
下隔片108係置於絕緣層106之上,且下隔片108包含一開口109,以暴露電極系統104之一部分。一般而言,開口109只要能夠暴露出電極系統部份電極即足以實施,本發明之範疇並不欲限制開口的形狀。此外,下隔片108係暴露出絕緣基板102的連接區,以使位於連接區中的電極系統的一端可與一測量儀電性相接。下隔片108的材料可包含但不限於PVC絕緣膠帶、PET絕緣膠帶、熱乾燥型絕緣漆或紫外光固化型絕緣漆。此外,在製造下隔片108的過程中,可將已裁切出開口的下隔片放置於絕緣基板與電極系統上,另可選擇避開開口109及絕緣基板之連接區的位置,直接以印刷的方式形成下隔片於部分的絕緣基板與電極系統之上。
上隔片112的材質可選用但不限於透明或半透明的材料,以方便觀察反應區是否已填入樣品,避免在血液樣品未填入的情況下即進行檢測,而導致錯誤的量測結果。上隔片112在接近反應區的下表面可塗佈一親水性隔片110,以加強反應區內部壁面的毛細作用,更迅速且有效地將樣品導入反應區中。上隔片112更包含相應於開口的一通氣孔(圖未示),加強毛細作用,用以排出反應區內的氣體。一般而言,通氣孔係靠近閉口內側末端。本發明的實施並不限制通氣孔的形狀,舉例來說,通氣孔可為圓形、橢圓形、長方形、菱形等。
在一實施例中,電化學試片100可設置一辨識單元114,該辨識單元114可形成於上隔片112的上表面電極系統104與測量儀相接的
連接一側。該辨識單元114包含複數個電性元件。該電性元件可為各種具有導電性的電性元件,例如為具有被動元件之電性特徵的電性元件。在一實施例中,電性元件可為一電阻,其材料與電極系統104相同,其形成方法可例如為網印(screen printing)、壓印(imprinting)、熱轉印法(thermal transfer printing)、旋轉塗佈法(spin coating)、噴墨印刷(ink-jet printing)、雷射剝鍍(laser ablation)、沈積(deposition)、電鍍(electrodeposition)、網印(screen-printing)等技術。然在另一實施例中,辨識單元114所包含的電性元件可為電阻、電容、電感、及/或其結合。當電化學試片100置入一測量儀時,測量儀可偵測出辨識單元114上之各電性元件的位置及數量,藉此而辨別電化學試片100的種類,進而採行相對應校正參數或模式進行量測。換言之,此複數個電性元件之數量及位置決定電化學試片100之一辨識碼,使測量議可據此而辨別電化學試片100。本發明並不限制辨識單元114所包含之電性元件的數量、形狀及配置方式。另本發明並不限制辨識單元114之設置位置及工作方式,該辨識單元114僅需能讓測量儀讀取辨識碼即可,有關其他可能實施之辨識單元,另揭露於同一申請人所申請之台灣專利申請號096146711、097202289、097208206、097207619、097133258、098202095、098131024、098215494及099144438中,上述申請案所揭露之全部技術內容在此協同一致併入本發明說明引為參考。
圖2a~圖2d係根據本發明之一實施例而繪示電極系統的佈置示意圖。如圖2a~圖2d中所示,為配合測量需求,在單一電化學試片上佈置有多個電極組所組成電極系統。在本發明實施例中,電極系統包含但不限於有濃度電極組及HCT電極組,該濃度電極組具有至少一個工作電極W及參考電極C。HCT測量因無氧化還原反應,而是透過測量儀提供一波形訊號到血液中並測量HCT的反應訊號,故測量HCT的HCT電極組經由
第一HCT電極H1及第二HCT電極H2組成。
本發明之各電極組之佈置並無特別限制,當血液樣品自反應區的入口I注入,依序會接觸到電極系統中的HCT電極組及濃度電極組。應注意的是,本發明並不限制血液樣品進入反應區後接觸電極之順序,可根據實際測量需求調整該電極組位置,只要該電極組能與血液樣品構成迴路並完成測量即已足夠實施本發明之實施。在一實施例中,電化學試片電極組之佈置可如圖2a,濃度電極組之工作電極W及參考電極C設置相較於HCT電極組近血液樣品入口I。在另一實施例中,電化學試片電極組之佈置可如圖2b,HCT電極組之第一HCT電極H1及第二HCT電極H2設置相較於濃度電極組近血液樣品入口I。又一實施例中,電化學試片電極組之佈置可如圖2c,濃度電極組之工作電極W及參考電極C設置於HCT電極之第一HCT電極H1及第二HCT電極H2之間。然而本發明電化學試片電極系統亦可如圖2d,除濃度電極組及HCT電極組外,尚有其他電極組O之佈置。應注意的是,本發明並不限制各電極組間之佈置及量測關係,可根據實際測量需求調整其電性連接關係,各電極組間可分別單獨進行單一測量工作,亦可於同一電極組上進行一種以上測量,如同一電極組上進行HCT及濃度測量。另電極系統亦可設置一ㄇ字型電極,其與各測量用之電極組呈現電性絕緣狀態,該ㄇ字型電極與測量儀間進行電性連接。當電化學試片置入測量儀後,ㄇ字型電極將測量儀間形成一迴路,進而啟動測量儀。
為簡化說明,以下說明內容僅針對HCT測量作說明,然本領域具有通常知識者均可輕易將本發明說明所揭露之HCT測量與其他生理參數測量結合,例如透過本發明HCT量測方法得知血液樣品HCT值,並利用該HCT值演算生化濃度值,該生化濃度值包含但不限於血糖、膽固醇、尿酸、乳酸、血紅素。
當血液樣品進入電化學試片後,透過測量儀施加一波形訊號到反應層,血液樣品與該波形訊號進行反應後會釋放出電訊號,產生相應的一反應訊號,測量該反應訊號即可得知測量時使用者的HCT狀況。
於本發明說明中,定義「波形訊號」為隨時間進行穩定及循環電流或電壓起伏的訊號,該訊號可以是100%的交流訊號,或者是交流與直流訊號之疊合,較佳者是直流波形訊號。本發明說明所稱「直流波形訊號」係指透過當測量儀提供訊號至電化學試片反應區時,單一訊號即呈現有波形特性,且該波形特性訊號不包含負週訊號。該直流波形訊號可以是但不限於脈波、方波、三角波或鋸齒波。於本實施例中,較佳的該波形訊號為方波訊號,其頻率為1KHz~22KHz;電壓為50mV~5V,較佳的該電壓為300mV~800mV。
圖3係顯示根據本發明之實施例而繪示的一測量儀之系統方塊示意圖,此系統包含本發明之一電化學試片320以及一測量儀310。電化學試片320包含用於測進行濃度測量的濃度電極組,具有工作電極W及參考電極C,用於測量HCT的HCT電極組,具有第一HCT電極H1及第二HCT電極H2。測量儀310包含用以對外連接的連接器311、用於換算濃度或/和HCT值的計算單元312、一類比數位轉換器313、一處理器314及一顯示器315。當血液樣品進入電化學試片反應區後,血液樣品分佈在濃度電極組及HCT電極組上。當電源單元316將一波形訊號施加到HCT電極組後,血液中的紅血球與該電訊號會產生相應的一反應訊號並通過連接器311傳送到測量儀310的計算單元312。然後,藉由計算單元312將該反應訊號進行轉換,輸出到類比數位轉換電路(analog to digital converter,簡稱ADC)313,以取得一數位化的反應訊號,此數位化的反應訊號經由處理器314進行進一步處理及/或經由顯示器315將顯示測量結果。
圖4係顯示根據本發明之實施例而繪示的一計算單元312a的等效電路圖。有別於傳統電路直接利用訊號增益(gain)之量測方法,於本實施例中,計算單元312a是採用分壓原理而得知血液HCT值,故具有防止因訊號波形電壓產生飽和(saturation)及/或遭到截止(cut off)所造成測量訊號曲線失真(distortion)之功效。計算單元312a設置有一分壓電阻410及訊號處理器412,當電源單元316透過連接器提供波形訊號至血液樣品322,該波形訊號會先經過分壓阻抗410,此時分壓阻抗410與血液樣品322呈現一串連狀態,串聯電路中,根據歐姆定律得知,各阻抗元件上的電流相等,故分壓阻抗與帶血電化學試片之電流相同,測量分壓阻抗之電流即可得知血液樣品上之電流值。另根據克希荷夫電壓定律及歐姆定律,各阻抗元件兩端電壓總和等於電路上所有阻抗元件上之電壓加總,故該訊號輸出端之電壓Vo滿足以下關係式:Vo=〔RSR
/(RSR
+RBR
)〕Vs (1)
其中RSR
為樣品阻抗,RBR
為分壓阻抗,Vs為電源端的電壓。
根據本發明實施例,分壓阻抗之阻抗值並無任何限制,然而卻以該分壓阻抗之阻抗值以不影響計算單元測量血液訊號為限,較佳的該阻抗值為200Ω~2MΩ,再佳的該阻抗值為2KΩ~700KΩ,更佳的該阻抗值為20KΩ~200KΩ。另該測量訊號再經由訊號處理器412進行處理,該訊號處理器412可以但不限於為運算放大器、加法器、積分器之單一或組成電路,然較佳的該訊號處理器為一減法器。
因紅血球細胞中的細胞膜脂質(Lipid Bilayer)構成了一絕緣層,該絕緣層把細胞之內液及細胞外液可區分開,進而形成類似電容器結構狀態,故而紅血球細胞具有似電容之特性,在居家應用上,量測系統所需求的血液樣品為15μL~0.1μL甚至更低,然經實驗實證0.5μL血液樣品中
所含容抗值為150pF~1.5nF,對傳統電化學系統而言,因血液中尚有其他成份,故干擾訊號相當明顯,導致測量結果之變異係數極大。
另紅血球細胞膜上含有一離子匣式跨膜ATP酶(Na+/K+-ATPase),當外部施加一電訊號到血液後,離子匣式跨膜ATP酶會因為細胞內外的電位差而釋放帶電訊號的鈉或鉀,以達到細胞內外電位平衡。而於HCT測量時,測量儀係提供一波形訊號進行量測,故該施加電位為正電與零電位交替時,血液內電位改變,離子匣式跨膜ATP酶因細胞內外電位反覆差異而不斷導入及導出鈉或鉀,以使細胞內外達到電位平衡,然此作用所產生之電位訊號差卻係為HCT測量之干擾雜訊,而影響測量準確度。
圖5係顯示根據本發明另一實施例而繪示另一計算單元312b的等效電路圖。為使測量儀能明確且精準檢測到血液中的電容特性,進而增加HCT測量精準度,特於本實施例中的測量儀與電化學試片連接處增加一血液容抗特性調整器420。該容抗特性調整器420與用於使血液中紅血球呈現電性連接關係,進而提高測量儀所測量到的容抗值精準度,除此之外,藉由容抗特性調整器420可將血液HCT濃度值放大,故可減少測量所需之血液樣品量。
圖6a至6p顯示根據本發明實施例而繪示的容抗特性調整器的等效電路圖,該容抗特性調整器的等效電路包含但不限於一負載電阻及一調整電容,接點a設置於分壓電阻與訊號處理器電性連接處,該調整電容可由單一電容元件或多個電容元件所組成。在一實施例中,因電化學試片電極上已有一定值阻抗,故如圖6a、6g及6l中所顯示的該負載電阻可由電化學試片電極上之阻抗取代。
然而電化學試片電極在製造過程中,因每批次原料存在有不
可避免的差異,導致每批次生產之電極阻抗值有所差異。如上所述,本發明容抗特性調整器之負載電阻與血液樣品呈現電性連接狀態,故該電極阻抗直接影響測量儀所偵測到的電訊號,因此該批次電極阻抗差導致不同批次電化學試片進行測量時帶有誤差,故發明人特利用電化學試片上的辨識單元記載該批次電極阻抗差校正值,當電化學試片***測量儀後,測量儀透過辨識單元得知批次電極阻抗差校正值,並將該校正值帶入測量結果進行校正,以避免批次電極阻抗差所帶來的測量誤差。
基於血液中紅血球具有電容特性,圖6a~6f中所示容抗特性調整器之調整電容與血液樣品容抗呈現一並聯關係,使得整體電路容抗Ceq
滿足以下簡化關係式:Ceq
=Cb
+Cac
(2)
其中Ceq
為整體電路容抗,Cb
為血液樣品容抗,Cac
為調整電容。
調整電容與血液樣品並聯之目的在於增加整體電路之儲存容抗特性能量,增加整體電路之電容值,進而增強HCT特性訊號的敏感性,另並聯該調整電容亦具有穩壓及慮波功能,可濾除離子匣式跨膜ATP酶及血液其他成分所造成的測量雜訊,提高測量精準,使計算電路能精準計算血液中之容抗特性。除此之外,藉由並聯該調整電容將反應訊號放大,故可減少測量所需之血液樣品量,達到檢測微小化之目的。
圖7為一根據本發明之一並聯調整電容之實施例與無容抗特性調整器之測量儀,針對10%、30%及50%HCT濃度輸出訊號進行對比的結果。如圖7所示,比較例在輸入測量訊號後,血液樣品開始進行反應,其訊號逐漸爬升,待訊號穩定需要至少0.8秒,而本發明實施例中因調整電容與血液樣品呈現並聯狀態,當使用者將電化學試片***並啟動測量儀時,該調整電容已進行能量儲存,當血液樣品進入電化學試片反應區後,
該調整電容開始釋放能量,待血液樣品開始釋放反應訊號時則即可疊加在電容所釋放的能量上即可。故可減少血液樣品反應訊號爬升時間,在0.4秒時訊號已呈現穩定狀態,具有減少測量時間之功效。
在圖6g至圖6k中,該容抗特性調整器之調整電容與血液樣品容抗呈現一串聯關係,使得整體電路容抗Ceq
滿足以下簡化關係式:1/Ceq
=1/Cb
+1/Cac
(3)
電容串聯相當於電容電極的距離變大,因此整體電容值減小。意外的是,整體電路容抗雖然減小,測量儀所偵測到的電訊號亦減小,但同時亦將離子匣式跨膜ATP酶及血液其他成分造成的測量雜訊降低,使得計算單元可輕易分析出HCT濃度,進而有效地降低血液中其他成分對於HCT測量值影響。
於圖6l至6p中,將兩調整電容對血液樣品進行串聯與並聯狀態,使得整體電路容抗為:Ceq
=〔(CC1
*Cb
)/(CC1
+Cb
)〕+CC2
(4)
當電容同時與血液樣品呈現串聯及/或並聯時,血液樣品與CC1
呈現串聯狀態,將離子匣式跨膜ATP酶及血液其他成分造成的雜訊減小,再透過CC2
將整體電路容抗值提升,以利計算單元訊號之擷取。
根據本發明實施例,容抗特性調整器之調整電容值並無任何限制,然而卻以該調整電容之容抗值以不影響血液樣品電容特性為限,較佳的該容抗值為1pF~150uF,更佳的該容抗值為50pF~20uF。
於以下比較例中,利用市售的生物複阻抗測量儀電路,搭配碳電極及金屬電極電化學試片與本發明分別進行HCT測量比較。其實施步驟如下:
1.將兩生物複阻抗測量儀電路分別連接上碳電極電化學試片及金
屬電極電化學試片,並將本發明測量電路連接上同一型號及批次的碳電極電化學試片。
2.分別於碳電極電化學試片及金屬電極電化學試片上放置預先調配好各種濃度的HCT濃度血液樣品分別滴入電化學試片。
3.測量各電路在30秒內之測量訊號。
4.重複步驟5次。
透過上述實施步驟,即可得知各測量儀在HCT測量上之訊號反應曲線,該反應曲線透過後端運算電路可轉換為電流訊號,然而各測量儀會因血液中其他成分對電訊號之反應而導致HCT測量訊號含有干擾訊號之存在。
圖8顯示針對各測量儀輸出訊號變異係數(coefficient of variation,CV)進行對比的結果。本領域具有通常知識者已知所述變異係數代表測量結果之誤差值,如8圖所示,比較例1係為生物複阻抗測量儀電路搭配碳電極電化學試片之誤差平均為2.6%。而比較例2係為生物複阻抗測量儀電路搭配金屬電極電化學試片,因金屬電極導電良好,可避免電極阻抗之影響,故其變異係數較碳電極較小,其變異係數為0.6%。實施例1因設置有容抗特性調整器,故可有效的降低血液其他成分對HCT測量之干擾,本發明搭配碳電極電化學試片之量測值誤差平均僅有0.12%,且在10%~60%濃度測量上更可保持在0.1%水平,誤差值趨近於0。
圖9顯示使用本發明血容比量測系統之量測HCT方法的流程說明圖。首先,提供測量用之電化學試片(步驟S810)。此電化學試片可以包含但不限於互相絕緣的4個電極:工作電極、參考電極、第一及第二HCT測量電極,其中該第一及第二HCT測量電極與測量儀連接器及容抗特性調整器進行電性連接。如前述,該容抗特性調整器之調整電容與血液樣品呈現串聯及/或並聯狀態。接著,將電化學試片置入一測量儀中(步驟
S820),測量儀可藉此置入動作啟動此測量儀或由使用者進行手動啟動。測量儀啟動後,由電源單元透過連接器及容抗特性調整器提供一波形訊號至電化學試片上(步驟S830)。接著,透過一計算單元得到一測量訊號(步驟S840),例如測量儀量測分壓阻抗之訊號,計算單元之訊號處理器將擷取分壓阻抗上之訊號。之後,訊號處理器分析該測量訊號(步驟S850),將該訊號透過類比數位轉換器將訊號數位化並傳送到處理器。處理器透過顯示器顯示測量結果或利用HCT值演算其他生化濃度測量(步驟S860),處理器接收到該數位化後的訊號可直接透過顯示器顯示測量結果,或透過該HCT值演算其他生化值濃度的測量。
本發明雖以各種實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明的範圍,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾。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。
312b‧‧‧計算單元
316‧‧‧電源單元
320‧‧‧電化學試片
322‧‧‧血液樣品
410‧‧‧分壓阻抗
412‧‧‧訊號處理器
420‧‧‧電容特性調整器
Claims (16)
- 一種血容比量測系統,包含:一電化學試片;及一測量儀,包含:一電源單元,提供一訊號;一連接器,接收該電源單元所提供的該訊號並將該訊號傳送到該電化學試片上,且將電化學試片上的血液樣品與該訊號所產生一相應的反應訊號傳送到該測量儀;一容抗特性調整器,設置於該測量儀與該電化學試片的連接處;一計算單元,用以換算該電化學試片上的血液樣品的濃度值及HCT值;一類比數位轉換器,將該相應的反應訊號轉換成一數位化反應訊號;及一訊號處理器,處理該數位化反應訊號。
- 根據申請專利範圍第1項所述之血容比量測系統,其中所述計算單元測量一分壓阻抗訊號而測得該血液樣品的HCT值。
- 根據申請專利範圍第2項所述之血容比量測系統,其中該分壓阻抗值的範圍為200Ω~2MΩ。
- 根據申請專利範圍第1項所述之血容比量測系統,其中該訊號為直流方波訊號,其頻率為1KHz~22KHz,電壓為50mV~5V。
- 根據申請專利範圍第1項所述之血容比量測系統,其中該訊號處理器包含一運算放大器、一加法器、一減法器、一積分器、或由上述元件任意 組成之電路。
- 根據申請專利範圍第1項所述之血容比量測系統,其中該容抗特性調整器包含一負載電阻及一調整電容所組成的一電路。
- 根據申請專利範圍第6項所述之血容比量測系統,其中該調整電容之容抗值為1pF~150uF。
- 根據申請專利範圍第7項所述之血容比量測系統,其中該容抗特性調整器之該調整電容與一血液樣品容抗呈現一並聯關係。
- 根據申請專利範圍第8項所述之血容比量測系統,其中該容抗特性調整器之整體電路容抗Ceq 滿足以下關係式:Ceq =Cb +Cac 其中Ceq 為整體電路容抗,Cb 為血液樣品容抗,Cac 為調整電容。
- 根據申請專利範圍第7項所述之血容比量測系統,其中該容抗特性調整器之該調整電容與一血液樣品容抗呈現一串聯關係。
- 根據申請專利範圍第10項所述之血容比量測系統,其中該容抗特性調整器之整體電路容抗Ceq 滿足以下關係式:1/Ceq =1/Cb +1/Cac 其中Ceq 為整體電路容抗,Cb 為血液樣品容抗,Cac 為調整電容。
- 根據申請專利範圍第7項所述之血容比量測系統,其中該容抗特性調整器之該調整電容與一血液樣品容抗呈現一串聯與一並聯並存關係。
- 根據申請專利範圍第12項所述之血容比量測系統,其中該容抗特性調 整器之整體電路容抗Ceq 滿足以下關係式:Ceq =〔(CC1 *Cb )/(CC1 +Cb )〕+CC2 其中Ceq 為整體電路容抗,Cb 為血液樣品容抗,CC1 為串聯調整電容,CC2 為並聯調整電容。
- 根據申請專利範圍第1項所述之血容比量測系統,其中該電化學試片設置一辨識單元。
- 一種使用血容比量測系統測量血液血容比的方法,包含:提供測量用的一電化學試片;將該電化學試片置入如申請專利範圍第1項所述血容比量測系統中;由一電源單元透過該連接器及該容抗特性調整器提供一波形訊號至該電化學試片上;透過一計算單元得到一測量訊號;透過該訊號處理器分析該測量訊號;以及透過該處理器顯示測量血液的HCT值於一顯示器上或利用該HCT值演算其他生化濃度。
- 根據申請專利範圍第15項所述之測量血液血容比的方法,其中透過一計算單元得到一測量訊號係以量測儀器測量一分壓阻抗而得到該測量訊號。
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US9891209B2 (en) * | 2015-05-29 | 2018-02-13 | C A Casyso Gmbh | Electrode assembly for measurement of platelet function in whole blood |
US10386324B2 (en) * | 2016-02-22 | 2019-08-20 | Analog Devices Global | Susceptance measurement for identifying biochemical sensors |
US11237125B2 (en) | 2017-07-17 | 2022-02-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Determining hematocrit level of a blood sample |
CN109142489A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 贵州拉雅科技有限公司 | 一种带标识阻抗的电化学试纸及使用方法 |
CN109142488A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 贵州拉雅科技有限公司 | 一种带阻抗识别的电化学试纸及其使用方法 |
CN111707589A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-09-25 | 基蛋生物科技股份有限公司 | 一种hct测量装置及方法以及装有该装置的化学发光仪器 |
CN112485301B (zh) * | 2020-11-25 | 2023-07-14 | 三诺生物传感股份有限公司 | 一种电化学测试装置的测试方法、***、设备及介质 |
CN113063833B (zh) * | 2021-03-12 | 2023-09-08 | 三诺生物传感股份有限公司 | 一种血细胞压积的测量方法 |
CN113588935A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-11-02 | 成都云芯医联科技有限公司 | 一种电化学免条码血糖试纸及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW201116821A (en) * | 2009-11-03 | 2011-05-16 | Hmd Biomedical Inc | Detecting test-piece with double-faced structure and its detecting apparatus |
TW201132975A (en) * | 2009-12-18 | 2011-10-01 | Apex Biotechnology Corp | Electrochemical test strip, electrochemical test system, and measurement method using the same |
US20110309846A1 (en) * | 2010-02-25 | 2011-12-22 | Lifescan Scotland Limited | Capacitance detection in electrochemical assay with improved response |
TW201202705A (en) * | 2010-06-09 | 2012-01-16 | Apex Biotechnology Corp | Device and method for measuring prothrombin time and hematocrit by analyzing change in reactance in a sample |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2665806B2 (ja) | 1989-09-13 | 1997-10-22 | 株式会社豊田中央研究所 | ヘマトクリット測定装置 |
US5628890A (en) | 1995-09-27 | 1997-05-13 | Medisense, Inc. | Electrochemical sensor |
US7407811B2 (en) | 1997-12-22 | 2008-08-05 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | System and method for analyte measurement using AC excitation |
US6774643B2 (en) | 2001-03-21 | 2004-08-10 | Signature Control Systems | Non-bridged single electrode impedance measurement system for determining a condition of a dielectric according to impedance related changes over a range of frequencies |
CN100432663C (zh) | 2003-12-04 | 2008-11-12 | 松下电器产业株式会社 | 血细胞比容(Hct)的测定方法及该方法中使用的传感器和测定装置 |
GB0427659D0 (en) | 2004-12-17 | 2005-01-19 | Delta T Devices Ltd | Moisture content sensor and related methods |
BRPI0806378A2 (pt) * | 2007-01-24 | 2011-09-13 | Vestas Wind Sys As | método para mover um componenete de turbina eólica, tal como cubo de turbina eólica de uma posição de transporte a uma posição de montagem de turbina eólica, cubo de turbina eólica, unidade de manipulação e seu uso |
TWM346003U (en) | 2008-05-12 | 2008-12-01 | Apex Biotechnology Corp | Biochemical test system, measurement device, and biochemical test strip |
TWM343160U (en) | 2008-02-01 | 2008-10-21 | Apex Biotechnology Corp | Biochemical test system, measurement device, and biochemical test strip |
TW200925594A (en) | 2007-12-07 | 2009-06-16 | Apex Biotechnology Corp | Biochemical test system, measurement device, biochemical test strip and method of making the same |
JP4944083B2 (ja) | 2007-12-12 | 2012-05-30 | パナソニック株式会社 | 生体試料測定用試験片および生体試料測定装置 |
TWM362992U (en) | 2008-05-02 | 2009-08-11 | Apex Biotechnology Corp | Biochemical test system |
TWI412740B (zh) | 2008-08-29 | 2013-10-21 | Apex Biotechnology Corp | 檢測試片、生化感測系統、及量測裝置 |
TWM359696U (en) | 2009-02-13 | 2009-06-21 | Apex Biotechnology Corp | Biochemical test system, measurement device, and biochemical test strip |
TWM375871U (en) | 2009-08-21 | 2010-03-11 | Apex Biotechnology Corp | Biochemical test strip, measurement device, and biochemical test system |
TWI425209B (zh) | 2009-09-15 | 2014-02-01 | Apex Biotechnology Corp | 生化感測系統、量測裝置、生化感測試片及其製造方法 |
ES2456899T3 (es) * | 2010-02-25 | 2014-04-23 | Lifescan Scotland Limited | Detección de capacitancia en ensayo electroquímico |
CN102818822B (zh) * | 2011-06-09 | 2015-08-12 | 五鼎生物技术股份有限公司 | 利用分析样本中电抗变化以测量凝血酶原时间及血球容积比(hct%)的诊断装置及方法 |
US8623660B2 (en) * | 2011-09-30 | 2014-01-07 | Lifescan Scotland Limited | Hand-held test meter with phase-shift-based hematocrit measurement circuit |
-
2013
- 2013-11-19 TW TW102142018A patent/TWI504889B/zh active
-
2014
- 2014-09-12 CN CN201410465097.3A patent/CN104655694B/zh active Active
- 2014-09-15 US US14/486,869 patent/US9719955B2/en active Active
- 2014-09-17 EP EP14003223.6A patent/EP2873969B1/en active Active
- 2014-09-17 ES ES14003223T patent/ES2879914T3/es active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW201116821A (en) * | 2009-11-03 | 2011-05-16 | Hmd Biomedical Inc | Detecting test-piece with double-faced structure and its detecting apparatus |
TW201132975A (en) * | 2009-12-18 | 2011-10-01 | Apex Biotechnology Corp | Electrochemical test strip, electrochemical test system, and measurement method using the same |
US20110309846A1 (en) * | 2010-02-25 | 2011-12-22 | Lifescan Scotland Limited | Capacitance detection in electrochemical assay with improved response |
TW201202705A (en) * | 2010-06-09 | 2012-01-16 | Apex Biotechnology Corp | Device and method for measuring prothrombin time and hematocrit by analyzing change in reactance in a sample |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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