ПОРТАТИВНОЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СО СХЕМНЫМ БЛОКОМ ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛОВ С НИЗКИМ УРОВНЕМ ИСКАЖЕНИЙ Российский патент 2019 года по МПК G01N27/327 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область применения изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к медицинским устройствам и в частности к контрольно-измерительным устройствам и соответствующим способам.

Описание предшествующего уровня техники

В медицинской области особый интерес представляет вопрос определения (например, обнаружения и/или измерения концентрации) аналита в пробе биологической жидкости или характеристики пробы. Например, может быть необходимо определить концентрацию глюкозы, кетоновых тел, холестерина, липопротеинов, триглицеридов, ацетаминофена, гематокрита и/или гликированного гемоглобина (HbA1c) в пробе биологической жидкости, такой как моча, кровь, плазма крови или межклеточная жидкость. Такие определения могут выполняться с помощью портативного контрольно-измерительного устройства в комбинации с аналитическими тест-полосками (например, электрохимическими аналитическими тест-полосками).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Новые элементы изобретения подробно описаны в приложенной формуле изобретения. Элементы и преимущества настоящего изобретения будут лучше поняты со ссылкой на приведенное ниже подробное описание, в котором представлены иллюстративные варианты осуществления с использованием принципов изобретения, а также сопроводительные рисунки, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами, причем:

на ФИГ. 1 представлено упрощенное изображение портативного контрольно-измерительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на ФИГ. 2 представлена упрощенная блок-схема различных блоков портативного контрольно-измерительного устройства, показанного на ФИГ. 1;

на ФИГ. 3 представлена упрощенная принципиальная схема схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, который можно применять в вариантах осуществления настоящего изобретения;

на ФИГ. 4 представлено более упрощенное (т. е. сведенное к одному активному компоненту) изображение схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, показанного на ФИГ. 3;

на ФИГ. 5 представлено упрощенное многоуровневое изображение двух прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и результирующего суммарного сигнала, для которого используется многоуровневый формат по оси y;

на ФИГ. 6 представлена упрощенная принципиальная электрическая схема электрического схемного блока для различных вариантов моделирования, включая моделирование (i) схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, который можно применять в вариантах осуществления настоящего изобретения, и (ii) альтернативного схемного блока генерации сигналов;

на ФИГ. 7 представлен упрощенный график амплитудных значений результатов моделирования 1-й гармоники в зависимости от фазового разделения с помощью электрического схемного блока, показанного на ФИГ. 6;

на ФИГ. 8 представлен упрощенный график амплитудных значений результатов моделирования 2-й, 3-й, 4-й и 5-й гармоник в зависимости от фазового разделения с помощью электрического схемного блока, показанного на ФИГ. 6;

на ФИГ. 9 представлен упрощенный график результатов общего гармонического искажения (ОГИ) в зависимости от фазового разделения с помощью электрического схемного блока, показанного на ФИГ. 6;

на ФИГ. 10 представлена гистограмма (с осью y, которая представляет относительную силу), сравнивающая амплитудные значения результатов моделирования гармоник для блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, в котором применяется фильтрация 2-го порядка и фазовое разделение прямоугольных сигналов на +/- 60 градусов, который можно применять в вариантах осуществления настоящего изобретения, и альтернативного блока генерации сигналов, в котором применяется фильтрация 4-го порядка; и

на ФИГ. 11 представлена структурная схема, на которой показаны стадии способа применения портативного контрольно-измерительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Приведенное ниже подробное описание следует толковать с учетом рисунков, причем одинаковые элементы на разных рисунках представлены под одинаковыми номерами. Подразумевается, что рисунки, необязательно выполненные в масштабе, показывают примеры осуществления исключительно для целей пояснения и не ограничивают объем изобретения. В подробном описании принципы изобретения показаны с помощью не имеющих ограничительного характера примеров. Это описание явно позволит специалисту в данной области реализовать и применять изобретение, и в нем описано несколько вариантов осуществления, адаптаций, вариаций, альтернативных версий и вариантов применения изобретения, включая те, которые в настоящее время считаются наилучшими вариантами осуществления изобретения.

В настоящем документе термин «около» в отношении любых числовых значений или диапазонов указывает на приемлемый допуск на размер, который позволяет детали или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем документе.

В целом портативные контрольно-измерительные устройства для применения с аналитической тест-полоской при определении аналита в пробе биологической жидкости и/или характеристики пробы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включают корпус, расположенный в корпусе модуль тактового генератора, расположенный в корпусе микроконтроллер, расположенный в корпусе схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений и разъем порта для тест-полоски, выполненный с возможностью функционального приема аналитической тест-полоски. Схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений включает схемный подблок суммирования сигналов, резистивно-емкостный (RC) фильтр и одиночный операционный усилитель.

Модуль тактового генератора и микроконтроллер выполнены с возможностью генерации множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и выдачи множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе в схему суммирования сигналов. Схема суммирования сигналов выполнена с возможностью суммирования прямоугольных импульсных сигналов по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и выдачи результирующего суммарного сигнала на RC-фильтр. Кроме того, RC-фильтр выполнен с возможностью отфильтровывания гармоник из результирующего суммарного сигнала для создания посредством этого сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями. Одиночный операционный усилитель выполнен с возможностью усиления сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями для получения усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями, который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски.

Преимущество портативных контрольно-измерительных устройств вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что они обеспечивают повышенную точность определения с помощью недорогого схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений. Кроме того, поскольку схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений включает лишь одиночный операционный усилитель, он занимает относительно мало места в корпусе портативного контрольно-измерительного устройства. Схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений имеет низкую стоимость, поскольку он, например, включает только один активный компонент, а именно - одиночный операционный усилитель, при этом оставшаяся часть схемы состоит из пассивных компонентов, таких как аккумуляторы (или другой приемлемый источник питания шины), резисторы и конденсаторы. Несмотря на наличие лишь одиночного операционного усилителя, схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений генерирует сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями, преимущество которого заключается в малом уровне искажений (например, общем гармоническом искажении (ОГИ) менее чем 1,1% и 0,8% для гармоник 2-го и 4-го порядка соответственно), и, следовательно, особенно подходит для применения при измерениях с высокой точностью.

После ознакомления с настоящим описанием специалист в данной области распознает, что примером портативного контрольно-измерительного устройства, которое можно легко модифицировать в портативное контрольно-измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением, является доступный в продаже глюкометр OneTouch^® Ultra^® 2 компании LifeScan Inc. (г. Милпитас, штат Калифорния). Дополнительные примеры портативных контрольно-измерительных устройств, которые также можно модифицировать, представлены в публикациях заявок на патент США № 2007/0084734 (опубликована 19 апреля 2007 г.) и № 2007/0087397 (опубликована 19 апреля 2007 г.) и в публикации международной заявки № WO2010/049669 (опубликована 6 мая 2010 г.), содержание каждой из которых полностью включено в настоящий документ путем ссылки. Кроме того, применение других схемных конфигураций для определения гематокрита описано в заявке на патент США № 13/008405, содержание которой также полностью включено в настоящий документ путем ссылки.

На ФИГ. 1 представлено упрощенное изображение портативного измерительного устройства 100 для определения аналита в пробе биологической жидкости в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 2 представлена упрощенная блок-схема различных блоков портативного контрольно-измерительного устройства 100. На ФИГ. 3 представлена упрощенная принципиальная схема схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, который можно применять в вариантах осуществления настоящего изобретения, включая портативное контрольно-измерительное устройство 100. На ФИГ. 4 представлено более упрощенное (т. е. сведенное к одному активному компоненту) изображение схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, показанного на ФИГ. 3. На ФИГ. 5 представлено упрощенное многоуровневое изображение двух прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и результирующего суммарного сигнала.

На ФИГ. 6 представлена упрощенная принципиальная электрическая схема электрического схемного блока 200 для различных видов моделирования, включая моделирование (i) схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, который можно применять в вариантах осуществления настоящего изобретения, и (ii) альтернативного схемного блока генерации сигналов. На ФИГ. 7 представлен упрощенный график амплитудных значений результатов моделирования 1-й гармоники в зависимости от фазового разделения, создаваемого с помощью электрического схемного блока 200. На ФИГ. 8 представлен упрощенный график амплитудных значений результатов моделирования 2-й, 3-й, 4-й и 5-й гармоник в зависимости от фазового разделения, создаваемого с помощью электрического схемного блока 200. На ФИГ. 9 представлен упрощенный график результатов общего гармонического искажения (ОГИ) в зависимости от фазового разделения с помощью электрического схемного блока 200. На ФИГ. 10 представлена гистограмма, сравнивающая амплитудные значения результатов моделирования гармоник для блока генерации сигналов с низким уровнем искажений, в котором применяется фильтрация 2-го порядка и фазовое разделение прямоугольных сигналов на +/- 60 градусов, который можно применять в вариантах осуществления настоящего изобретения, и альтернативного блока генерации сигналов, в котором применяется фильтрация 4-го порядка.

На ФИГ. 3, 4 и 6 A представляет первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе, B представляет второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе, а C представляет усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями (например, усиленный синусоидальный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями), который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски. Сигнал A может представлять собой, например, цифровой прямоугольный сигнал частотой 250 кГц с полным размахом 1 В и сдвигом по фазе на +30 градусов. Сигнал B может представлять собой, например, цифровой прямоугольный сигнал частотой 250 кГц с полным размахом 1 В и сдвигом по фазе на -30 градусов. Сигнал C может представлять собой, например, цифровой синусоидальный сигнал частотой 250 кГц с полным размахом 10 мВ.

Как показано на ФИГ. 1-10, портативное контрольно-измерительное устройство 100 включает дисплей 102, множество кнопок 104 интерфейса пользователя, разъем 106 порта для тест-полоски, USB-интерфейс 108 и корпус 110 (см. ФИГ. 1). Как, в частности, показано на ФИГ. 2, портативное контрольно-измерительное устройство 100 также включает модуль 112 тактового генератора, микроконтроллер 114, схемный блок 116 генерации сигналов с низким уровнем искажений, блок 118 измерения гематокрита методом фазового сдвига и другие электронные компоненты (не показаны) для приложения испытательного напряжения к аналитической тест-полоске (обозначенной как TS на ФИГ. 1 и 2), а также для измерения электрохимического отклика (например, множества значений испытательного тока) и определения аналита или характеристики на основе электрохимического отклика. Для упрощения настоящего описания на фигурах показаны не все такие электронные схемы.

Схемный блок 116 генерации сигнала с низким уровнем искажений включает схемный подблок 119 суммирования сигналов; резистивно-емкостный (RC) фильтр 120; и одиночный операционный усилитель 122 (см., в частности, ФИГ. 3). Схемный подблок 119 суммирования сигналов включает резисторы R10 и R7 на ФИГ. 3. RC-фильтр 120 включает первую ступень (т. е. конденсатор C6 и резистор R9 на ФИГ. 3) и вторую ступень (т. е. конденсатор C7 и резистор R8 на ФИГ. 3). На ФИГ. 3 одиночный операционный усилитель 122 обозначен как U3.

Модуль 112 тактового генератора и микроконтроллер 114 выполнены с возможностью генерации множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе (таких как сигналы A и B, показанные на ФИГ. 4) и выдачи множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе на схемный подблок 119 суммирования сигналов (см. ФИГ. 3). Схемный подблок 119 суммирования сигналов выполнен с возможностью суммирования множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и выдачи результирующего суммарного сигнала на RC-фильтр 120. RC-фильтр 120 выполнен с возможностью отфильтровывания гармоник из результирующего суммарного сигнала для создания посредством этого сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями. Одиночный операционный усилитель 122 выполнен с возможностью усиления сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями для получения усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями (например, сигнала C), который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски TS, принимаемой в разъем 106 порта для тест-полоски.

Чтобы проиллюстрировать работу модуля 112 тактового генератора, микроконтроллера 114 и схемного подблока 119 суммирования сигналов, на ФИГ. 5 показаны первый и второй прямоугольные импульсные сигналы со сдвигом по фазе и результирующий суммарный сигнал. На ФИГ. 5 верхний сигнал представляет собой прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе на -30 градусов, тогда как сигнал, расположенный в центре, представляет собой прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе на +30 градусов. Таким образом, два прямоугольных импульсных сигнала в общей сложности сдвинуты по фазе на 60 градусов. Нижний сигнал представляет собой результирующий суммарный сигнал, который является лучшим приближением синусоидального сигнала, чем любой из первого и второго прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе. Было установлено, что применение двух прямоугольных импульсных сигналов, которые сдвинуты по фазе на 60 градусов, для создания результирующего суммарного сигнала по существу полностью отсеивает любые гармоники 3-го порядка. Однако другие фазовые сдвиги, такие как фазовые сдвиги в диапазоне от 45 градусов до 75 градусов, могут также существенно уменьшать гармоники 3-го порядка.

Воздействие фазового разделения на гармоники с 1-го по 5-го порядков было изучено с помощью схемы моделирования, показанной на ФИГ. 6. Полученные результаты представлены на ФИГ. 7, 8, 9 и 10. При этом следует отметить, что верхняя часть схемы моделирования на ФИГ. 6 представляет собой фильтр 4-го порядка, в котором применяются два операционных усилителя, тогда как нижняя часть по существу эквивалентна схеме на ФИГ. 3.

На ФИГ. 7, 8, 9 и 10 показано, что гармоники 1-го порядка находятся в максимуме при фазовом разделении, составляющем нуль градусов, и в минимуме при фазовом разделении, составляющем 180 градусов. На ФИГ. 8 показано, что гармоники 2-го и 4-го порядков минимальны вследствие того, что входные прямоугольные сигналы состоят только из нечетных гармоник. Гармоника 3-го порядка вносит наибольший вклад в общее гармоническое искажение (ОГИ) и имеет минимум при фазовых разделениях 60, 180 и 300 градусов (см. ФИГ. 8). Наименьшее ОГИ имеет место при 60 градусах и 300 градусах (см. ФИГ. 9). На ФИГ. 10 показано, что ОГИ гармоник 2-го, 3-го и 4-го порядка для схемного блока 116 генерации сигналов с низким уровнем искажений задает аналогичные характеристики RC-фильтра 4-го порядка с двумя операционными усилителями в случае двух прямоугольных сигналов, сдвинутых на 60 градусов.

Было установлено, что в портативных контрольно-измерительных устройствах в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения прослеживается зависимость между частотой «излома» RC-фильтра и результирующим синусоидальным сигналом, которая заключается в том, что при изменении частоты излома изменяется ослабление 1-й гармоники и, таким образом, осуществляется управление амплитудой результирующего синусоидального сигнала. Например, для RC-фильтра второго порядка уменьшение амплитуды генерируемого прямоугольного сигнала с полного размаха 2 В до полного размаха 20 мВ требует ослабления на 40 дБ. Для этого необходимо задать частоту излома на уровне одной декады (т. е. одного порядка величины) ниже требуемой частоты. Таким образом, для приведенной в качестве не имеющего ограничительного характера примера необходимой частоты 250 кГц требуется RC-фильтр с частотой излома 25 кГц.

Дисплей 102 может представлять собой, например, жидкокристаллический дисплей или бистабильный дисплей, выполненный с возможностью отображения экранного изображения. Пример экранного изображения может включать концентрацию глюкозы, дату и время, сообщение об ошибке, а также пользовательский интерфейс с инструкциями по выполнению теста для конечного пользователя.

Разъем 106 порта для тест-полоски выполнен с возможностью функционального взаимодействия с аналитической тест-полоской TS, такой как электрохимическая аналитическая тест-полоска, выполненная с возможностью определения гематокрита и/или глюкозы в пробе цельной крови. Таким образом, аналитическая тест-полоска выполнена с возможностью функциональной вставки в разъем 106 порта для полоски и функционального взаимодействия со схемным блоком 116 генерации сигналов с низким уровнем искажений и блоком 118 измерения гематокрита методом фазового сдвига посредством, например, приемлемых электрических контактов.

USB-интерфейс 108 может представлять собой любой приемлемый интерфейс, известный специалисту в данной области. USB-интерфейс 108 представляет собой по существу пассивный компонент, выполненный с возможностью подачи питания и использования в качестве линии передачи данных на портативное контрольно-измерительное устройство 100.

После взаимодействия аналитической тест-полоски с портативным контрольно-измерительным устройством 100 или перед этим в камеру для пробы аналитической тест-полоски вводится проба биологической жидкости (например, проба цельной крови). Аналитическая тест-полоска может включать ферментативные реагенты, которые избирательно и количественно преобразуют аналит в другую заданную химическую форму. Например, аналитическая тест-полоска может включать ферментативный реагент с феррицианидом и глюкозооксидазой таким образом, чтобы можно были физически преобразовать глюкозу в окисленную форму.

Микроконтроллер 114 также включает подблок памяти, в котором хранятся приемлемые алгоритмы для определения аналита на основании электрохимического отклика аналитической тест-полоски, а также для определения гематокрита введенной пробы. Микроконтроллер 114 расположен внутри корпуса 110 и может включать любой приемлемый микроконтроллер и/или микропроцессор, известный специалистам в данной области. Приемлемые микроконтроллеры включают, без ограничений, доступный в продаже микроконтроллер от компании Texas Instruments (г. Даллас, штат Техас, США) под серийным номером MSP430F5636 и доступный в продаже микроконтроллер от компании STMicroelectronics (г. Женева, Швейцария) под серийным номером STM8L152. При необходимости микроконтроллер 114 может включать в себя блок таймера, который применяется при создании множества прямоугольных сигналов со сдвигом по фазе.

Как описано выше, блок 118 измерения гематокрита методом фазового сдвига и микроконтроллер 114 предназначены для измерения фазового сдвига в пробе биологической жидкости в измерительной ячейке аналитической тест-полоски, вставленной в диагностическое контрольно-измерительное устройство, с помощью, например, измерения фазового сдвига одного или более высокочастотных электрических сигналов, проводимых через пробу биологической жидкости. Кроме того, микроконтроллер 114 выполнен с возможностью расчета гематокрита в биологической жидкости на основе измеренного фазового сдвига.

Усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями, формируемый схемным блоком 116 генерации сигналов с низким уровнем искажений, передается на разъем 106 порта для тест-полоски, где он проводится через измерительную ячейку аналитической тест-полоски TS, а результирующий сигнал обнаруживается блоком 118 измерения гематокрита методом фазового сдвига. Подробная информация о применении синусоидальных сигналов для определения гематокрита в пробах биологической жидкости представлена в заявке на патент США № 13/008405, содержание которой полностью включено в настоящий документ путем ссылки.

В варианте осуществления, описанном со ссылкой на ФИГ. 1-11, усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями представляет собой синусоидальный сигнал. Однако портативные контрольно-измерительные устройства в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения могут применяться для генерирования других усиленных сигналов с низким уровнем искажений из множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе, включая, например, усиленный трапецеидальный сигнал с низким уровнем искажений и усиленный треугольный сигнал с низким уровнем искажений. Такие трапецеидальные и треугольные сигналы могут создаваться без использования RC-фильтра, и искажение усиленного сигнала уменьшается по мере увеличения числа суммарных прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе.

Таким образом, в большинстве случаев альтернативные варианты осуществления портативного контрольно-измерительного устройства для применения с аналитической тест-полоской при определении аналита в пробе биологической жидкости и/или характеристики пробы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включают корпус, расположенный в корпусе модуль тактового генератора, расположенный в корпусе микроконтроллер, расположенный в корпусе схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений и разъем порта для тест-полоски, выполненный с возможностью функционального приема аналитической тест-полоски. Схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений включает схемный подблок суммирования сигналов и одиночный операционный усилитель.

Модуль тактового генератора и микроконтроллер выполнены с возможностью генерации множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и выдачи множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе в схему суммирования сигналов. Схема суммирования сигналов выполнена с возможностью суммирования прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и выдачи результирующего суммарного сигнала на одиночный операционный усилитель. Одиночный операционный усилитель выполнен с возможностью усиления результирующего суммарного сигнала для получения усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями (такого как усиленный треугольный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями или усиленный трапецеидальный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями), который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски.

На ФИГ. 11 представлена структурная схема, на которой показаны стадии способа 300 применения портативного контрольно-измерительного устройства (например, портативного контрольно-измерительного устройства 100, показанного на ФИГ. 1) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Способ 300 включает вставку аналитической тест-полоски в разъем для порта тест-полоски портативного контрольно-измерительного устройства (см. этап 310 на ФИГ. 11). Аналитическая тест-полоска может представлять собой любую приемлемую аналитическую тест-полоску, включая, например, электрохимическую аналитическую тест-полоску, выполненную с возможностью определения глюкозы и/или гематокрита в пробе цельной крови.

На этапе 320 способа 300 модуль тактового генератора и микроконтроллер портативного контрольно-измерительного устройства выполнены с возможностью генерации множества прямоугольных импульсных сигналов с сдвигом по фазе и выдачи множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе на схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений портативного контрольно-измерительного устройства. Множество прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе могут быть сдвинуты по фазе в диапазоне, например, от 45 градусов до 75 градусов.

Как показано на этапе 330 на ФИГ. 11, схемный подблок суммирования сигналов, резистивно-емкостный (RC) фильтр и одиночный операционный усилитель схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений применяют для (i) суммирования множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала, (ii) отфильтровывания гармоник из результирующего суммарного сигнала для создания посредством этого сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями и (iii) усиления сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями для получения усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями, который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски. В альтернативном варианте осуществления, когда необходимо получить усиленный треугольный или трапецеидальный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями, нет необходимости в использовании RC-фильтра, и результирующий суммарный сигнал можно усилить для создания усиленного сигнала с низким уровнем искажений.

На этапе 340 способа 300, по меньшей мере, одно из аналита (такого как глюкоза) в пробе биологической жидкости и характеристики (например, гематокрита) пробы, нанесенной на аналитическую тест-полоску, определяют с использованием усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями или в альтернативном варианте осуществления усиленного сигнала с низким уровнем искажений.

После ознакомления с настоящим описанием специалист в данной области распознает, что способы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, включая способ 300, можно легко модифицировать для включения любых из методик, преимуществ и характеристик портативных контрольно-измерительных устройств в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, описанными в настоящем документе. Например, при необходимости аналит во введенной пробе биологической жидкости можно определить с помощью аналитической тест-полоски, портативного контрольно-измерительного устройства и расчета гематокрита.

Использование: для применения с аналитической тест-полоской при определении аналита в пробе биологической жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что портативное контрольно-измерительное устройство содержит: корпус; расположенный в корпусе модуль тактового генератора; расположенный в корпусе микроконтроллер; расположенный в корпусе схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений, который включает: схемный подблок суммирования сигналов; резистивно-емкостный (RC) фильтр; одиночный операционный усилитель и разъем порта для тест-полоски, выполненный с возможностью функционального приема аналитической тест-полоски; и при этом модуль тактового генератора и микроконтроллер выполнены с возможностью генерации множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и выдачи множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе в схему суммирования сигналов; и при этом схема суммирования сигналов выполнена с возможностью суммирования множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и выдачи результирующего суммарного сигнала на RC-фильтр; и при этом RC-фильтр выполнен с возможностью отфильтровывания гармоник из результирующего суммарного сигнала для создания посредством этого сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями; и при этом одиночный операционный усилитель выполнен с возможностью усиления сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями для получения усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями, который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности определения аналита в пробе биологической жидкости. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Портативное контрольно-измерительное устройство, предназначенное для применения с аналитической тест-полоской при определении аналита в пробе биологической жидкости, причем портативное контрольно-измерительное устройство содержит:

корпус;

расположенный в корпусе модуль тактового генератора;

расположенный в корпусе микроконтроллер;

расположенный в корпусе схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений, который включает:

схемный подблок суммирования сигналов;

резистивно-емкостный (RC) фильтр;

одиночный операционный усилитель; и

разъем порта для тест-полоски, выполненный с возможностью функционального приема аналитической тест-полоски; и

при этом модуль тактового генератора и микроконтроллер выполнены с возможностью генерации множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и выдачи множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе в схему суммирования сигналов; и

при этом схема суммирования сигналов выполнена с возможностью суммирования множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и выдачи результирующего суммарного сигнала на RC-фильтр; и

при этом RC-фильтр выполнен с возможностью отфильтровывания гармоник из результирующего суммарного сигнала для создания посредством этого сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями; и

при этом одиночный операционный усилитель выполнен с возможностью усиления сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями для получения усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями, который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски.

2. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, дополнительно включающее схему измерения величины и фазы сигнала.

3. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, в котором множество прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе включает первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе и второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе.

4. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 3, в котором первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе и второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе имеют разность фаз в диапазоне от 45 до 75 градусов.

5. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 4, в котором первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе и второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе имеют разность фаз 60 градусов.

6. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, в котором микроконтроллер включает в себя:

блок таймера; и

причем блок таймера применяется для создания множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе.

7. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, в котором результирующий суммарный сигнал приближается к синусоидальному сигналу и по существу не содержит гармоник 3-го порядка.

8. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, в котором усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями имеет общее гармоническое искажение менее чем 1,1%.

9. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, в котором аналитическая тест-полоска представляет собой электрохимическую аналитическую тест-полоску, выполненную с возможностью определения глюкозы и гематокрита в пробе биологической жидкости.

10. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, в котором модуль тактового генератора, микроконтроллер и схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений выполнены с возможностью измерения фазового сдвига в пробе биологической жидкости в измерительной ячейке аналитической тест-полоски, вставленной в портативное контрольно-измерительное устройство, путем пропускания усиленного сигнала с низким уровнем искажений через пробу биологической жидкости.

11. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 1, в котором усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями представляет собой усиленный синусоидальный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями.

12. Способ применения портативного контрольно-измерительного устройства и аналитической тест-полоски, содержащий этапы, на которых:

аналитическую тест-полоску вставляют в разъем порта для тест-полоски портативного контрольно-измерительного устройства;

с помощью модуля тактового генератора и микроконтроллера портативного контрольно-измерительного устройства генерируют множество прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и обеспечивают выдачу множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе на схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений портативного контрольно-измерительного устройства;

схемный подблок суммирования сигналов, резистивно-емкостный (RC) фильтр и одиночный операционный усилитель схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений применяют для суммирования множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и отфильтровывания гармоник из результирующего суммарного сигнала для создания посредством этого сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями; сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями усиливают для получения усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями, который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски; и

определяют по меньшей мере одно из аналита в пробе биологической жидкости и характеристики пробы биологической жидкости, нанесенной на аналитическую тест-полоску, с использованием усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями.

13. Способ по п. 12, в котором применение включает применение усиленного сигнала с уменьшенными гармоническими искажениями для определения гематокрита в пробе цельной крови, нанесенной на аналитическую тест-полоску.

14. Способ по п. 12, в котором множество прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе включает первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе и второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе.

15. Способ по п. 14, в котором усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями представляет собой синусоидальный сигнал.

16. Способ по п. 14, в котором первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе и второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе имеют разность фаз в диапазоне от 45 до 60 градусов.

17. Способ по п. 16, в котором первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе и второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе имеют разность фаз 60 градусов.

18. Способ по п. 14, в котором первый прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе и второй прямоугольный импульсный сигнал со сдвигом по фазе представляют собой цифровые сигналы.

19. Способ по п. 12, в котором усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями представляет собой синусоидальный сигнал.

20. Способ по п. 19, в котором усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями представляет собой синусоидальный сигнал с общим гармоническим искажением менее чем 1,1%.

21. Способ по п. 19, в котором усиленный сигнал с уменьшенными гармоническими искажениями представляет собой синусоидальный сигнал, по существу не содержащий гармоник 3-го порядка.

22. Портативное контрольно-измерительное устройство, предназначенное для применения с аналитической тест-полоской при определении аналита в пробе биологической жидкости, причем портативное контрольно-измерительное устройство содержит:

корпус;

расположенный в корпусе модуль тактового генератора;

расположенный в корпусе микроконтроллер;

расположенный в корпусе схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений, который включает:

схемный подблок суммирования сигналов;

одиночный операционный усилитель; и

разъем порта для тест-полоски, выполненный с возможностью функционального приема аналитической тест-полоски; и

при этом модуль тактового генератора и микроконтроллер выполнены с возможностью генерации множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и выдачи множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе в схему суммирования сигналов; и

при этом схема суммирования сигналов выполнена с возможностью суммирования множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и выдачи результирующего суммарного сигнала на одиночный операционный усилитель; и

при этом одиночный операционный усилитель выполнен с возможностью усиления результирующего суммарного сигнала для получения усиленного сигнала с низким уровнем искажений, который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски.

23. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 22, в котором усиленный сигнал с низким уровнем искажений представляет собой усиленный треугольный сигнал с низким уровнем искажений.

24. Портативное контрольно-измерительное устройство по п. 22, в котором усиленный сигнал с низким уровнем искажений представляет собой усиленный трапецеидальный сигнал с низким уровнем искажений.

25. Способ применения портативного контрольно-измерительного устройства и аналитической тест-полоски, содержащий этапы, на которых:

аналитическую тест-полоску вставляют в разъем порта для тест-полоски портативного контрольно-измерительного устройства;

с помощью модуля тактового генератора и микроконтроллера портативного контрольно-измерительного устройства генерируют множество прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе и обеспечивают выдачу множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе на схемный блок генерации сигналов с низким уровнем искажений портативного контрольно-измерительного устройства;

схемный подблок суммирования сигналов и одиночный операционный усилитель схемного блока генерации сигналов с низким уровнем искажений применяют для суммирования множества прямоугольных импульсных сигналов со сдвигом по фазе для генерации результирующего суммарного сигнала и усиления результирующего суммарного сигнала для получения усиленного сигнала с низким уровнем искажений, который представляет собой выходной сигнал для аналитической тест-полоски, принимаемой в разъем порта для тест-полоски; и

определяют по меньшей мере одно из аналита в пробе биологической жидкости и характеристики пробы биологической жидкости, нанесенной на аналитическую тест-полоску, с использованием усиленного сигнала с низким уровнем искажений.

26. Способ по п. 25, в котором усиленный сигнал с низким уровнем искажений представляет собой усиленный треугольный сигнал с низким уровнем искажений.

27. Способ по п. 25, в котором усиленный сигнал с низким уровнем искажений представляет собой усиленный трапецеидальный сигнал с низким уровнем искажений.