專利名稱：測量分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于測量分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備。
背景技術(shù)：
定期或連續(xù)地測量分析物濃度是控制或治療多種疾病(如糖尿病)所必須的。例如，糖尿病患者可能需要一日數(shù)次測量他們的血糖水平以便于相應(yīng)地改變胰島素管理。血糖水平測量的頻率越高越有利于更有效地制定調(diào)節(jié)糖尿病患者血糖水平的藥物給藥方案， 即，血糖水平的波動可以被控制在生理范圍內(nèi)。因此，獲得準確、及時和持續(xù)的有關(guān)血糖水平的信息是成功治療糖尿病患者的關(guān)鍵所在。現(xiàn)在已經(jīng)有許多不同的醫(yī)療設(shè)備被用于監(jiān)測血糖水平。最常用的血糖儀需要使用試紙條，采用的是電化學原理，患者每次測量都要通過不舒服的指尖針刺方法采一滴血。為了避免指尖針刺導(dǎo)致的疼痛以及更頻繁地或更持續(xù)地控制糖血癥，人們開發(fā)出了各種各樣的可植入傳感器，其中包括經(jīng)皮傳感器或皮下傳感器，用于持續(xù)地檢測和/或量化血糖值。 用于頻繁地或持續(xù)地基于電化學、親和性或光學傳感器進行葡萄糖監(jiān)測的葡萄糖傳感器已進行了廣泛的研究。一種類型的親和性傳感器利用了親和性粘度測量法，使用的是一種敏感的聚合物溶液，該溶液在分析物的濃度發(fā)生改變時也會改變其粘度(BallerstUdt R，Ehwald R.葡聚糖和伴刀豆球蛋白A水性分散劑在不同種類的親和性傳感器中用于葡萄糖測量的iS 用 生(Suitability of aqueous dispersions of dextran and concanavalin A for glucose sensing in different variants of the affinity sensor), Biosens. Bioelectron. 9，557-567，1994)。敏感溶液可包含由伴刀豆球蛋白A交聯(lián)的高分子葡聚糖分子，這是一種四價親和性受體，與葡聚糖分子的葡萄糖末端基團和分析物葡萄糖有親和性。隨著游離分析物的濃度升高，溶液的粘度劇烈下降(參見Etwald R,BaIlerstadt R, DautzenbergH.粘度測量親和性試驗，《分析化學》(Viscometric affinity assay. Analytical Biochemistry) 234,1-8,1996)。這樣可以非常精確地測量分析物的濃度，因為與親和性結(jié)合是高度分析物特異性的。另外，與電化學傳感器一樣，不消耗分析物。現(xiàn)有技術(shù)已知的粘度測量親和性傳感器中，有兩類是比較著名的可植入傳感器和侵入性或微侵入性傳感器。德國專利申請DE 195 01 159 Al描述了一種可植入分析物傳感器的實施例，該傳感器利用了親和性粘度測量法來測量分析物的濃度。其中所公開的是一種可植入傳感器， 包括一個透析室，其中填充有葡萄糖敏感聚合物溶液和另一種流體(如硅油)，兩種流體彼此相鄰形成一個穩(wěn)定界面層。可植入傳感器還包括一個用于振動硅油的金屬膜、由同軸傳輸線連接到通信單元的電極、以及電線圈。在裝置體外面設(shè)置有顯示和評估單元，也配備有用于與可植入傳感器通信的電線圈。US 2001 045 122 Al公開了一種可植入傳感器，包括電子元件、葡萄糖敏感聚合物溶液和透析室。粘度的測量是通過在透析室內(nèi)使柔性部件相對于剛性部件運動并測量柔性部件返回到其初始位置的回歸行為而完成的。另外，信號評估電路位于裝置體外面，與可植入傳感器的電子元件保持通信。PCT申請WO 2004 037 079 Al公開了另一個利用親和性粘度測量法測量葡萄糖濃度的可植入葡萄糖傳感器的例子。這種可植入傳感器用于長期植入到患者體內(nèi)，該傳感器包括一個填充有葡萄糖敏感聚合物溶液的透析室和一個位于溶液內(nèi)的旋轉(zhuǎn)或振動測量元件。被激勵的測量元件的衰減行為被用于確定葡萄糖敏感聚合物溶液的粘度。位于裝置體外面的用戶設(shè)備控制和評估該測量行為。WO 2008/102001公開了一種粘度測量親和性傳感器，包括裝有葡萄糖透性膜且含有葡萄糖敏感液體的透析室，傳感器的室內(nèi)還包括限制性通道，室的一端被一個膜封閉。室內(nèi)可產(chǎn)生壓力的致動器可使敏感液體流過限制性通道，其流動與敏感液體的粘度有關(guān)，因此與葡萄糖的濃度有關(guān)，影響外部膜的位移。因而測量外部膜的位移提供了敏感液體的粘度的測量，進而測量葡萄糖的濃度?，F(xiàn)有技術(shù)所公開的某些可植入粘度測量親和性傳感器有一個缺點，那就是它們測量液體粘度絕對值的變化，這種變化嚴重依賴于溫度和其他因素。為了精確地測量葡萄糖的絕對值，確立一個參考值來補償由于干擾因素導(dǎo)致的粘度的變化看來是十分重要的。在WO 2008/102001中，提出設(shè)置包含敏感液體的第二室來確定參考測量以校準因溫度或其他因素所引起的粘度的變化。但是，它需要第二可植入膜，因而增加了侵入性和復(fù)雜性。另外，在單獨室內(nèi)的敏感液體可能會發(fā)生變化，導(dǎo)致未考慮到的偏移出現(xiàn)。US6267002, US6477891和US20030M560A1公開了用于確定葡萄糖濃度的親和性傳感器，該傳感器利用參考測量來計算相對流動性以減少測量對溫度變化的依賴性。基于這種原理的傳感器已被用于臨床試驗來測量皮下組織內(nèi)的葡萄糖(Beyer U, Schafer D, Thomas A, Aulich H, Haueter U, Reihl B, Ehwald R.利用粘度測量親和性傳感器記錄皮下葡萄糖動力學(Recording of subcutaneous glucose dynamics by a viscometric affinity sensor), Diabetologia 44,416-423,2001 ;Diem P, KaIt L, Haueter U，Krinelke L，F(xiàn)ajfr R，Reihl B, Beyer U.用于葡萄糖的持續(xù)粘度測量親和性 1 專感器白勺 1^51 (Clinical performance of a continuous viscometric affinity sensor for glucose), Diabetes Technol Ther 6:790-799,2004)。系統(tǒng)及其一次性組件的復(fù)雜性是這些傳感器的缺點。長效可植入傳感器面臨多種挑戰(zhàn)。在長期植入的情況下難以避免傳感器被體組織包裹，在傳感器植入期間必須保證葡萄糖敏感材料的長期穩(wěn)定性。確保透析膜的穩(wěn)定性并防止體液內(nèi)的粒子堵塞膜也是非常重要的。另外還要確保可植入傳感器與外部控制裝置之間的可靠的通信，以及在傳感器植入期間必須為傳感器提供電力。在德國專利申請DE 197 14 087 Al中公開了一種微創(chuàng)性粘度測量親和性傳感器。 這種傳感器包括一個帶有透析室部分和測量室部分的流動通路，透析室部分包含在一個針頭內(nèi)，測量室部分位于針頭的下游。相應(yīng)的，新的分析物敏感液體從儲存池持續(xù)地流過透析室部分，然后通過測量室部分，在此處可以確定粘度。上面所提到的系統(tǒng)需要流體泵、具有分析物敏感液體的儲存池、復(fù)雜并且可能體量較大的透析針、傳感室部分、和用于放置分析物敏感液體廢物的廢液儲存池，因此，這種系統(tǒng)的小型化會受制于上述元件的尺寸。相應(yīng)的，包含上述所有元件的貼片狀裝置也不便于貼著患者的皮膚放置以便日常使用。目前依然需要便于患者使用并且能確保用戶在數(shù)天的時段內(nèi)連續(xù)測量分析物濃度的用于測量分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種便于使用并且能夠頻繁、精確而可靠地測量分析物濃度的分析物濃度測量系統(tǒng)。優(yōu)選的是，提供一種易于植入的分析物濃度測量系統(tǒng)。優(yōu)選的是，提供一種能快速測量分析物的分析物濃度測量系統(tǒng)。優(yōu)選的是，提供一種緊湊、重量輕、制造成本低的分析物濃度測量系統(tǒng)。優(yōu)選的是，提供一種長期治療成本低廉的分析物濃度測量系統(tǒng)。優(yōu)選的是，提供一種佩戴和操作方便容易的分析物濃度測量系統(tǒng)。優(yōu)選的是，提供一種被完全包裹并且防水的分析物濃度測量系統(tǒng)。通過提供權(quán)利要求1所述的分析物濃度測量系統(tǒng)、權(quán)利要求11所述的裝置的操作方法和權(quán)利要求19或21所述的分析物濃度測量方法，已經(jīng)達到了本發(fā)明的目的。本文所公開的是一種分析物測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括體接入單元，體接入單元包括 經(jīng)皮或可植入透析部件，包括分析物多孔膜和腔，所述腔具有至少所述分析物多孔膜限定的分析物交換段；連接到透析部件的腔的流體池；包含在流體池內(nèi)的分析物敏感液體；以及適于以預(yù)定義的方式進行位移的位移部件，位移部件的位移導(dǎo)致流體池內(nèi)的分析物敏感液體發(fā)生流動。位移部件包含一個可插入到分析物交換段中的延伸部，并且該延伸部被構(gòu)造為使分析物敏感液體排出以及進入分析物交換段。流體池內(nèi)的分析物敏感液體具有參考分析物濃度。位移部件被構(gòu)造為使分析物敏感液體在流體池和透析部件的分析物交換段之間發(fā)生位移，此處的位移行為至少部分取決于流動特性，例如，在透析部件和插入其中的位移部件的延伸部之間的空隙內(nèi)流動的敏感液體的粘度。分析物測量系統(tǒng)還包括處理單元，由此體接入單元和處理單元可以在物理上彼此獨立，但是被構(gòu)造為在測量分析物濃度時被放置為彼此緊密接觸。體接入單元和處理單元上可設(shè)置耦合裝置，用于在使用狀態(tài)下將處理單元機械地固定在體接入單元上。處理單元包括激勵裝置，所述激勵裝置被構(gòu)造為作用于體接入單元的位移部件，從而使流體池內(nèi)的分析物敏感液體產(chǎn)生流動。處理單元還包括適于測量體接入單元中的位移部件的位移行為的位移傳感器。對由圍繞位移部件的分析物敏感流體所產(chǎn)生的位移部件的移動的阻力取決于流體的粘度等因素。因此位移部件的位移行為至少部分地受透析部件的腔內(nèi)的分析物敏感流體的粘度和圍繞插入到腔內(nèi)的位移部件延伸部的分析物敏感流體的粘度的影響。本發(fā)明的分析物濃度測量裝置的操作方法包括如下步驟致動激勵裝置使位移部件產(chǎn)生位移，從而使分析物敏感液體流動以進出帶有位移部件延伸部的透析部件的分析物交換段的腔；以及根據(jù)位移部件的位移行為測量分析物敏感液體的流體性質(zhì)(如粘度)。本發(fā)明的測量分析物濃度的方法包括如下步驟i)提供一種醫(yī)療設(shè)備，該醫(yī)療設(shè)備包括體接入單元和處理單元，體接入單元包括經(jīng)皮透析部件、含有分析物敏感液體的流體池、以及位移部件，所述經(jīng)皮透析部件具有帶分析物多孔膜的葡萄糖交換段，所述位移部件包括至少部分插入到經(jīng)皮透析部件的腔內(nèi)的延伸部，處理單元包括被構(gòu)造為使位移裝置產(chǎn)生位移的激勵裝置；ii)通過激勵裝置使位移部件產(chǎn)生位移，從而使分析物敏感液體進出帶有位移部件延伸部的透析部件的腔；iii)測量位移部件的位移行為；以及iv)確定與位移部件的位移行為相關(guān)聯(lián)的分析物濃度。在下文中將更詳細地考慮分析物測量過程。位移部件的移動可包括直線運動，使得延伸部更進一步地插入到經(jīng)皮透析部件的腔內(nèi)，從而使分析物敏感液體流出所述的腔并進入到流體池內(nèi)，返回直線運動使延伸部回撤以使分析物敏感液體從流體池進入腔內(nèi)。這種變形例內(nèi)的位移部件的動作是振動或振動位移。應(yīng)當注意的是，術(shù)語“振動”或“振動位移”在本文中意味著包括不止一個循環(huán)的位移，或者少于一個完整振動循環(huán)的位移，例如， 位移部件只在一個方向上被驅(qū)動，然后釋放，從而測量位移部件回歸到其初始位置的返回位移行為。位移部件的振動行為一方面取決于部件的尺寸，另一方面也取決于流體池和經(jīng)皮透析部件的腔內(nèi)的分析物敏感液體產(chǎn)生的阻尼。分析物敏感液體的阻尼效應(yīng)取決于分析物敏感液體的粘度等因素，在透皮透析部件內(nèi)，分析物敏感液體的粘度隨分析物濃度而變化。在另一個變形例中，位移部件的延伸部包含葉片或螺線，或者等價的流體泵浦裝置，位移部件的移動包括旋轉(zhuǎn)運動，使得當延伸部在經(jīng)皮透析部件的腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，分析物敏感液體可循環(huán)離開所述腔并進入流體池，以及從流體池進入腔內(nèi)。在另一實施方式中，至少在透析部件的腔和流體池之間的連接附近，位移部件被構(gòu)造為在直線移動和旋轉(zhuǎn)運動二者中運動，從而將液體泵出，分別進入透析部件的腔內(nèi)以及混合流體池內(nèi)的液體。在位移部件的延伸部開始位移進入透析部件的腔內(nèi)時，從腔內(nèi)排出的分析物敏感流體的粘度與腔的交換段內(nèi)的分析物濃度相關(guān)(以下被稱為分析物注入敏感流體)，考慮到分析物分子透過分析物多孔膜發(fā)生交換，后者取決于圍繞透析部件的外部液體(例如， 間隙體液或血液)內(nèi)的分析物濃度。從透析部件腔內(nèi)排出的分析物敏感流體的流動受限于作用到插入到腔內(nèi)的透析部件延伸部的阻力，這種阻力又與流體粘度以及腔和位移部件延伸部之間的幾何形狀有關(guān)。在不同測量循環(huán)之間的透析時間內(nèi)，透析腔內(nèi)外的分析物濃度達成平衡以后，位移部件的位移行為就取決于作用于位移部件上的流體流動阻力，后者至少與進出透析部件腔的分析物敏感液體的粘度部分相關(guān)。在位移部件的這個初始移動過程中，透析部件腔的交換段內(nèi)的流體液體所具有的分析物濃度與多孔膜外側(cè)的分析物濃度相對應(yīng)，因此其粘度與外部分析物濃度相關(guān)聯(lián)。在初始移動把流體從透析部件的腔中排出以后，隨后用來自流體池的新鮮流體重新填充腔部分，可能在數(shù)秒內(nèi)數(shù)次重復(fù)這個重新填充過程，透析部件的腔部分內(nèi)的液體所具有的粘度與流體池內(nèi)的分析物敏感流體的粘度基本一致，而流體池內(nèi)的分析物敏感流體的粘度與外部分析物濃度不相關(guān)，因此可作為參考。在初始移動中或者移動循環(huán)中，位移部件的位移行為可以與隨后的一個或多個移動或移動循環(huán)中的位移部件的位移行為相比較，由此用流體池內(nèi)的參考敏感流體的粘度校準分析物注入敏感流體的粘度。本發(fā)明的一個具有優(yōu)勢的方面是在位移部件位移期間，管狀透析部件的內(nèi)徑與位移部件的縱向延伸部之間的間隙一次被來自于流體池分析物敏感液體所填充，一次被來自于透析部件的腔的分析物敏感液體所填充，液體具體來自于何處取決于方向。位移部件的位移行為取決于這個間隙內(nèi)的液體的粘度。因為透析而產(chǎn)生的圍繞透析部件的介質(zhì)內(nèi)的分析物濃度與分析物交換段內(nèi)的分析物注入敏感液體的濃度基本相同。位移部件的位移行為表征了分析物注入敏感液體的粘度，因此所測得的數(shù)值代表了周圍介質(zhì)內(nèi)的分析物濃度。已知分析物濃度的流體池內(nèi)的敏感液體可作為內(nèi)部參照，該已知分析物濃度在位移部件的延伸部移出透析部件期間測得，這也是非常重要的。由于在位移部件每一個行程中都會將廢棄的敏感液體從透析部件中排出并進入到流體池內(nèi)，因此在測量期間流體池內(nèi)的分析物濃度和流體性質(zhì)的變化是最小的。例如，為了確保流體池內(nèi)的參考分析物濃度在傳感器使用時間超過三天、各個測量間隔為15分鐘時的變化不會超過5 %，流體池內(nèi)的體積要比透析部件內(nèi)的位移部件延伸部的行程所排出的體積大3000倍以上。在一個變形例中，根據(jù)本發(fā)明的利用由體接入單元和處理單元組成的設(shè)備操作測量循環(huán)的方法可包括(i)由激勵裝置使位移部件產(chǎn)生位移從而將位移部件延伸部拉出透析部件的腔，從而使已知分析物濃度的分析物敏感液體從流體池流出，進入管狀透析部件的內(nèi)徑和位移部件縱向延伸部之間的間隙，以及測量出參考值；(ii)等待一段時間使透析部件的腔內(nèi)的敏感液體與周圍介質(zhì)之間發(fā)生透析作用直到分析物的濃度達到平衡；(iii) 通過激勵裝置使位移部件產(chǎn)生位移從而使位移部件延伸部進入透析部件的腔，從而使分析物注入敏感液體充滿管狀透析部件的內(nèi)徑和位移部件縱向延伸部之間的間隙，以及測量出分析物的濃度值；(iv)等待一段時間直到下一個測量循環(huán)開始；(ν)根據(jù)測得的分析物數(shù)值和參考值計算分析物的濃度。在一個優(yōu)選變形例中，一個測量循環(huán)中各個步驟的順序可以改變在上一個測量循環(huán)的等待時間之后，從測量分析物注入敏感液體開始。然后立即測量參考值，因為無需額外時間來完成透析。如(Beyer U，Ehwald R0通過粘度測量親和性分析測量葡萄糖時溫度和刀豆蛋白 A 效應(yīng)的補償(Compensation of temperature and Concanavalin A concentration effects for glucose determination by the viscometric affinity assay), Biotechnology Progress 16，1119—1123，2000)所述，相對粘度(相對流動性為各自的倒數(shù)值)可以補償敏感液體的溫度和老化的影響。因此發(fā)現(xiàn)相對流動性是與分析物葡萄糖的濃度成正比的。與基于測量絕對粘度的系統(tǒng)相比，通過外部校準方式對醫(yī)學設(shè)備的測量參數(shù)進行常規(guī)校準的要求可大大減少甚至消除。本發(fā)明用于測量分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備的模塊化設(shè)置允許體接入單元是一次性使用的，而處理單元則可以反復(fù)使用?！耙淮涡缘摹笔侵高@個部件通常在使用一次后(即，使用后從患者身體取出體接入單元之后)被廢棄。一般來說，體接入單元包含無菌部件，體接入單元的使用期限可達數(shù)小時到數(shù)周?！翱煞磸?fù)使用的”是指該部件可與幾個一次性單元一起重復(fù)使用?？煞磸?fù)使用的單元不含無菌部件，通?？芍貜?fù)使用數(shù)周到數(shù)年。優(yōu)選的是，可反復(fù)使用的單元包含貴重元件，如電子元件、傳感器或無線通信模塊，而一次性單元可包含較便宜的元件，如針頭、少量的分析物敏感溶液以及膜。因此，本發(fā)明用于測量分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備具有經(jīng)濟和生態(tài)方面的有益效果，因為最優(yōu)選的消耗性部件不含電子元件，可以定期廢棄，而貴重的或可反復(fù)使用的部件可以在較長的一段時間內(nèi)重復(fù)使用。本發(fā)明提供了一種方法，按照該方法，一個處理單元至少可以和兩個體接入單元配合，重復(fù)使用。一個處理單元大約可以使用2到4年，而一個體接入單元大約可以使用3 到10天。體接入單元和處理單元之間的功能接口可以是處理單元內(nèi)的激勵裝置和體接入單元內(nèi)的位移部件之間的無線電磁連接。優(yōu)選的是，這種接口能夠使處理單元與體接入單元反復(fù)接合和分離，以便于在日常生活中使用這個系統(tǒng)時提供足夠的靈活性和自由度。術(shù)語“體接入單元”意味著包括可以佩戴到測量分析物濃度的患者體內(nèi)或佩戴到測量分析物濃度的患者身上的進入或透過皮膚的任何類型的醫(yī)療設(shè)備或其部件，包括皮下、真皮內(nèi)、腹腔內(nèi)、靜脈內(nèi)、脊柱、關(guān)節(jié)內(nèi)、侵入性的、半侵入性的、微創(chuàng)性的以及真皮內(nèi)。體接入單元適于經(jīng)皮膚應(yīng)用?？梢酝ㄟ^提供一個鋼性針頭來達到這一目的，或者在將經(jīng)皮透析部件插入到患者體內(nèi)時使用剛性支撐結(jié)構(gòu)來完成。體接入單元還適于附著在患者的皮膚上，采用貼片或其它合適的附著方式的形式的支撐部件。在正確附著在皮膚上以后，體接入單元的經(jīng)皮透析部件對患者造成損傷的可能性較小。另外，體接入單元可以留在患者身體上，而將處理單元拆卸下來。這提供了使用的靈活性，有利于患者在淋浴、沐浴或有可能使醫(yī)療設(shè)備受到外部損害的其它情況下保護好處理單元。對于與處理單元的物理連接，在體接入單元上可設(shè)置耦連裝置。為達到此目的，可以提供機械的或磁性的耦連裝置，在兩個單元上分別安裝上公部件和母部件。優(yōu)選的是，耦連裝置被構(gòu)造為使兩個單元重復(fù)結(jié)合和拆卸。有利的是，體接入單元和處理單元之間無需電耦連裝置，這歸功于無線電磁連接。這樣就有可能完全封閉處理單元，使其具有防水特性。透析部件的多孔膜的孔的直徑優(yōu)選能使分析物如葡萄糖透過，同時又能阻止大分子如分析物敏感液體或體液內(nèi)的蛋白質(zhì)透過多孔膜。分析物敏感液體優(yōu)選由聚合物溶液組成。在被測量的分析物是葡萄糖的情況下， 優(yōu)選使用包含刀豆蛋白A和高分子葡聚糖或苯硼酸的溶液(Li S,Davis E N, Anderson J， Lin Q和Wang Q，用于持續(xù)監(jiān)測葡萄糖的硼酸植入隨機共聚物傳感液的開發(fā)(Development of Boronic Acid Grafted Random Copolymer Sensing Fluid for Continuous Glucose Monitoring), Biomacromo1ecu1es,10,113-118,2009)。術(shù)語“處理單元”意欲包括適于執(zhí)行分析物濃度測量過程的至少一個步驟的、用于測量分析物濃度的任何類型的醫(yī)療設(shè)備或其部件。例如，處理單元可由單個部件組成，也可以包含多個子單元(例如，獨立的用戶界面)。優(yōu)選的是，處理單元包括適于將能量從處理單元轉(zhuǎn)移到體接入單元的位移部件上以使位移部件移動的激勵裝置。例如，激勵裝置可包含磁體或線圈形成的電磁鐵，其產(chǎn)生作用于體接入單元的位移部件的磁體上的磁場。在一個變形例中，通過從處理單元到體接入單元的機械界面來提供該激勵。處理單元包括適于測量位移部件位移行為的位移傳感器，經(jīng)皮透析部件內(nèi)所含的分析物敏感液體流的阻尼會影響位移行為，阻尼作用至少部分取決于分析物敏感液體的粘度。位移傳感器可以是適于直接或間接檢測體接入單元內(nèi)的位移部件的位移的任何種類的傳感器，例如，Hall傳感器、電容傳感器或光學傳感器如激光傳感器。傳感器也可以整合到處理單元的激勵裝置的控制回路上。例如，位移傳感器可包括壓力傳感功能，其被整合到激勵裝置的電磁啟動器的控制電路上。有利的是，處理單元還包括適于跟用戶界面裝置進行通信的通信部件。處理單元與用戶界面裝置之間的通信優(yōu)選通過無線通信方式完成，但是也可以包括電纜通信。用戶界面裝置可以是一個獨立裝置。另外，蜂窩電話、手表、PDA或其它電子用戶裝置也可以使用。用戶界面裝置優(yōu)選適于顯示測量分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備所獲得的信息。另外，用戶界面裝置也可以作為與個人計算機連接的接口，或者用于管理測量分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備。在另一個實施例中，處理單元自身就能與個人計算機相連，并且能管理分析物濃度的測量。處理單元可以包括用戶輸入組件，如按鈕，和/或用戶輸出組件，用于顯示與分析物濃度的測量相關(guān)的信息。處理單元還可以包括警報單元，該警報單元適于在分析物濃度的測量值超出預(yù)定范圍時警告用戶。這樣做的優(yōu)點在于，例如，在糖尿病患者的治療中，如果測得的葡萄糖濃度不在健康生理范圍內(nèi)，患者可以得到警告。除了發(fā)出警報以外，測得的分析物濃度也可以通過控制單元傳送到給藥裝置上，以便于以閉環(huán)方式調(diào)節(jié)患者的分析物濃度，例如，用于糖尿病患者的胰島素給藥裝置。


本發(fā)明的其他目的和優(yōu)勢通過閱讀下文本發(fā)明的權(quán)利要求和優(yōu)選實施方式的詳細描述并結(jié)合附圖可以清楚地了解，其中附圖1顯示了本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)一個實施方式的截面圖；附圖2顯示了本發(fā)明的具有獨立的體接入單元和處理單元的分析物濃度測量系統(tǒng)一個實施方式的截面圖；附圖3a顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的經(jīng)皮透析部件的第一實施方式的細節(jié)圖；附圖北顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的經(jīng)皮透析部件的第二實施方式的細節(jié)圖；附圖3c顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的經(jīng)皮透析部件的第三實施方式的細節(jié)圖；附圖如顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的經(jīng)皮透析部件的分析物交換段和分析物測量段的細節(jié)圖；附圖4b顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的經(jīng)皮透析部件的分析物交換段和分析物測量段的另一實施方式的細節(jié)圖；附圖如顯示的是插入到本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的透析部件腔內(nèi)的位移部件延伸部的上部的細節(jié)圖；附圖恥顯示的是插入到本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的透析部件腔內(nèi)的位移部件延伸部的上部的另一實施方式的細節(jié)圖；附圖6a顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的體接入單元的一個實施例的簡化截面圖，其中位移部件處于回縮位置；附圖6b顯示的是與附圖6a相似的圖，只是位移部件處于完全插入的位置；
附圖6c顯示的是與附圖6a和6b相似的圖，只是位移部件處于中間位置；附圖7a顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的體接入單元的另一個實施方式的簡化截面圖，其中位移部件處于部分插入的位置；附圖7b顯示的是與附圖7a相似的圖，只是位移部件處于部分回縮位置；附圖8a_8d顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的體接入單元的簡化示意圖， 例示了按照第一測量方法的實施方式進行系統(tǒng)操作的步驟；附圖9a_9d顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的體接入單元的簡化示意圖， 例示了按照第二測量方法的實施方式進行系統(tǒng)操作的步驟；附圖IOa-IOd顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的體接入單元的簡化示意圖，例示了按照第三測量方法的實施方式進行系統(tǒng)操作的步驟；附圖11顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的體接入單元的另一實施方式的簡化截面圖；附圖12顯示的是本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的體接入單元的另一實施方式的簡化截面圖；附圖13和14顯示的是說明試驗設(shè)置的位移部件響應(yīng)的曲線圖。
具體實施例方式參照附圖1和2，例示了本發(fā)明的分析物濃度測量系統(tǒng)的一個實施例。分析物濃度測量系統(tǒng)1包含體接入單元3、處理單元2和可選的獨立用戶界面40。附圖1顯示的是連接到體接入單元3上的處理單元2。附圖2顯示的與體接入單元3分開的處理單元2。在一個優(yōu)選實施方式中，在由系統(tǒng)測量分析物的濃度時，兩個單元2和3以可拆卸的方式彼此相連，或者一個單元可分離地安裝在另一個單元上。在一個優(yōu)選實施方式中，體接入單元3是一次性的，而處理單元2是可反復(fù)使用的。這種設(shè)置可改善系統(tǒng)的成本效率并且有利于生態(tài)，因為處理單元2所包含的較貴重元件能使用的時間比體接入單元3所包含的消耗元件長。然而，體接入單元3和處理單元2也可以整合在一起形成施加到患者的單個不可分離單元。用戶界面裝置的功能可以整合到處理單元2上，或者以獨立的用戶界面40的方式提供。參見附圖1和2，處理單元2包含外殼對、激勵裝置14、電源20和包含微處理器 18的信號處理部分。處理單元還可以包含用戶界面17，其中包括輸入和/或輸出裝置，如顯示器、按鈕、指示發(fā)光或聲學裝置。信號處理部分還可以包含存儲器19和通信模塊21，用于跟獨立的用戶界面40或外部計算裝置進行有線或無線通信。處理單元的外殼M為處理單元的電學元件和電子元件提供了一個密封的或防水的外殼。處理單元外殼M優(yōu)選用輕質(zhì)材料設(shè)計以便于獲得最大程度的穿戴舒適度，因為該醫(yī)療設(shè)備是適于在日常生活中被用戶戴在衣服里面的。體接入單元3包含支持部件5，如輸液裝置或基板、外殼8、位于外殼內(nèi)并且盛有分析物敏感液體的流體池6、經(jīng)皮透析部件4和可移動的位移部件13。位移部件包含驅(qū)動部分7和至少部分摻入到透析部件4的腔四內(nèi)的延伸部11。因此，流體池6從外殼8延伸進入到透析部件4的腔四內(nèi)。透析部件包含分析物多孔膜12，這種膜允許分析物分子在敏感液體與透析部件周圍的體組織和體液之間進行交換，這一點將在下文作更詳細的解釋。支持部件5被固定在經(jīng)皮透析部件4和外殼8的組件上，例如，可以形成貼片形狀用于安裝到患者皮膚上。支持部件5優(yōu)選包含支持部件下表面9，其適于粘附到患者皮膚上。支持部件可以以貼片的形式提供，如附圖1和2所示。在一個優(yōu)選實施方式中，如附圖1和2所示，貼片形式的支持部件5覆蓋的表面積與處理單元2基本相同，這將增加佩戴舒適度，處理單元沒有任何部分與用戶的皮膚直接接觸，這樣在長期使用處理單元時就不會受到衛(wèi)生條件的限制。另外，如果處理單元的安裝表面23的面積大于支持部件5的表面積，那么就可以通過在用戶皮膚與處理單元的安裝表面之間使用一次性粘附貼片(未顯示)的方式來防止出現(xiàn)衛(wèi)生問題。作為一個整體來講，體接入單元3是一次性的，其部件優(yōu)選以不可拆卸的方式彼此固定以確保用戶操作方便。在體接入單元3和處理單元2可分離的實施方式中，處理單元的外殼M優(yōu)選在其一側(cè)提供界面對接空腔22，以使激勵裝置能夠緊靠并圍繞體接入單元3的外殼8和位移部件13放置。該實施方式在使用磁性激勵裝置以降低能量需求時特別適用。處理單元2和體接入單元3之間的功能連接優(yōu)選通過磁場或電磁場實現(xiàn)以避免兩個單元之間發(fā)生直接的電連接。為了在分析物濃度測量期間使處理單元2連接到體接入單元3上，可以采用耦連方式(未顯示)。例如，處理單元的外殼底面23可以設(shè)有磁體(未顯示)或磁性材料，以便于和處理單元的支持部件5或外殼8上的磁性材料或相應(yīng)磁體(未顯示)吸附。另外，在處理單元2和體接入單元3上也可設(shè)置機械耦連方式(未顯示)，以確保在使用狀態(tài)下兩個單元能結(jié)合在一起。優(yōu)選的是，固定機構(gòu)允許兩個單元重復(fù)附著和拆卸，以確保在使用該系統(tǒng)時有最大程度的靈活性和自由度。處理單元2可以設(shè)置有位移傳感器36，以測量位移部件13的位移行為，這種位移傳感器36可以采用電容傳感器的形式，或者其他任何合適的傳感器，如Hall傳感器或光學傳感器(如激光傳感器)。在另一變形例中，傳感器被整合到處理單元的激勵裝置的調(diào)節(jié)電路上。例如，位移行為傳感器可包含一個整合到形成激勵裝置的電磁驅(qū)動器的調(diào)節(jié)電路中的壓力或位置感測功能，電磁驅(qū)動器(例如，線圈)作用位移部件13的永磁體。換言之，處理單元2中的驅(qū)動器和體接入單元的位移部件上的永磁體形成一個馬達，該馬達受控制電路的控制，從而由控制電路能確定永磁體的位置和/或作用于其上的電動力，例如，通過測量流經(jīng)電磁線圈的電流。包含微處理器18和存儲器19的信號處理電路用于處理測量信號，特別是位移部件的位移行為，將測量信號轉(zhuǎn)化為代表分析物濃度的數(shù)值。所述的數(shù)值可顯示或記錄在處理單元2上，或者發(fā)送到遠端用戶界面裝置40上?？稍谔幚韱卧耐鈿上提供通信模塊21，用于發(fā)送和/或接受測量數(shù)據(jù)和/或指令。電源20優(yōu)選設(shè)置在可反復(fù)使用的處理單元2內(nèi)。體接入單元3也可包含獨立的電源。在另一實施方式中(未顯示)，電源與電觸點可一起包含在體接入單元3內(nèi)，其中所述電觸點把電源連接到處理單元的電子元件。后一個變形例的優(yōu)點在于處理單元2無需電源，因為每一個新的體接入單元3都能提供充滿電的電力單元，因而無需更換處理單元的電源或為其充電。處理單元2還可以包含一個警報單元(未顯示)，以便于在測得的分析物濃度超過預(yù)設(shè)范圍，或者醫(yī)療設(shè)備出現(xiàn)故障，或者體接入單元3沒有與處理單元2正確連接時通知用戶。警報可以包括能吸引患者注意的視覺、聽覺、震動或其它任何合適的方式。經(jīng)皮透析部件4可以插進患者皮膚內(nèi)，這樣透析部件4至少可以部分位于到用戶的體液(優(yōu)選間隙液或血液)內(nèi)。處理單元2所包含的通信模塊21以無線方式與用戶界面裝置40通信，后者可以腕表的方式佩戴。在附圖2中，處理單元2可以跟體接入單元3 分開。在這種狀態(tài)下，分析物濃度測量系統(tǒng)未保持功能性連接，因而不能進行分析物濃度的測量。但是，例如，如果用戶在淋浴或其它可使醫(yī)療設(shè)備暴露于有害環(huán)境的情況下，可以很容易地將處理單元2從體接入單元3上拆卸下來以便于保護較貴重的處理單元2。一旦需要測量分析物的濃度，就可以將處理單元2重新附著在體接入單元3上。另外，處理單元2可以是完全密封的，以起到防水的效果，這樣用戶就無需分開處理單元2和體接入單元3 了。參照附圖3a到4b，透析部件4包含支持管25，支持管25上有沿著其分析物交換段觀的孔口 43，分析物多孔膜12可使透析部件腔四內(nèi)的敏感液體與圍繞透析部件4的患者體液之間發(fā)生分子的選擇性交換。優(yōu)選的是，經(jīng)皮透析部件以實質(zhì)剛性的形式提供，例如，以針頭的形式，這種形式還可以執(zhí)行穿刺的功能并插入到患者組織內(nèi)。在后一種實施方式中，例如，支持管25可用鋼管制成，與注射針頭使用的醫(yī)療用管相同。但是，經(jīng)皮透析部件也可以采用其他的形狀和形式，可以是彈性的或柔軟的，另外還可以通過單獨穿孔的方式穿過皮膚。在這種情況下，例如，支持管可以用具有理想剛性或柔性的聚合材料制備。支持管25可以為多孔膜12提供機械支撐，還可以包含穿刺尖端27’、27”(圖3b、 圖3c)以便于透析部件穿過用戶的皮膚。支持管的尖可以用具有適宜生物相容性的樹脂、 膠或其他材料制成的塞子42、42’、42”封閉。如圖3c所示的穿刺尖端27”可以通過使支持管的末端變形(例如，緊縮)而形成，或者如附圖北(尖端27’)所示，通過常規(guī)的針頭斜尖端形成技術(shù)制成。分析物交換段觀在操作期間位于皮下，被間隙液包圍。由于間隙液在皮膚表面以下，分析物交換段的優(yōu)選位置靠近透析部件尖端7、27’、27”。分析物多孔膜12所具有的孔徑可以允許分析物分子(如葡萄糖)穿過，但是分析物敏感液體內(nèi)的聚合物和體液內(nèi)的大分子(如蛋白質(zhì))則不能通過。在一個實施方式中，多孔膜包含由再生纖維素或纖維素酯纖維制成的中空纖維。這種膜的斯托克斯流體孔徑(Stokes hydrodynamic pore radius) 優(yōu)選在1-lOnm的范圍內(nèi)，最優(yōu)選的是在之間。位移部件延伸部11的直徑Dl稍小于分析物多孔膜12的內(nèi)徑D2，形成流體流動間隙G。當位移部件延伸部11在測量期間發(fā)生位移時，分析物敏感液體被迫流過流體流動間隙G。當分析物敏感液體的粘度因分析物濃度而改變時，作用于位移部件13上的液體流動力可以作為存在于分析物敏感液體內(nèi)的分析物的濃度的度量。如附圖4b所示，分析物測量段48可包含一個收縮部。收縮部可以由安裝在分析物測量段中的透析部件的腔四之中的管34或環(huán)狀突出部形成，位于分析物交換段28之上。收縮部34可以使延伸部11和腔的內(nèi)部直徑之間的間隙G’達到最優(yōu)化，從而優(yōu)化流動阻力，同時可以提供充足體積的分析物注入敏感液體，從而在延伸部11的位移行程時有效地測量粘度。這種設(shè)置為本發(fā)明的測量過程提供了一種優(yōu)選變形例。測量分析物注入敏感液體的粘度值包括(i)通過使位移部件的延伸部向透析部件的腔移動執(zhí)行填充行程，從而將體積為V1的分析物注入敏感液體排出所述腔，這一體積優(yōu)選比vgap(測量段M中的管狀收縮部的內(nèi)徑與位移部件柱狀延伸部之間的間隙G’的容積)大0. 5到2倍；(ii)執(zhí)行振動測量運動，行程體積為V2，優(yōu)選等于V1的一半。然后測量參考粘度值，包括(iii)通過使位移部件的延伸部移出透析部件的腔來執(zhí)行填充行程，將體積為V1的分析物敏感液體從流體池排出，以及(iv)執(zhí)行振動測量運動，該行程的體積為V2。步驟(ii)和(iv)中測量運動優(yōu)選在0.5到5秒的期間內(nèi)進行1到10次振動。然后根據(jù)單獨第1到第10次振動的平均值或中間值計算代表分析物濃度或參考濃度的粘度值。后一過程有兩個優(yōu)點。填充行程(i)或(iii)分別為隨后的測量步驟創(chuàng)造了確定好的條件。另外，由振動引起的重復(fù)測量可明顯改善信號的質(zhì)量。為了使患者達到最佳的舒適度并且使裝置達到最佳的可制造性，經(jīng)皮透析部件4 的外徑可在0. 1到0. 5mm之間，優(yōu)選在0. 25到0. 35mm之間。刺入患者皮膚的經(jīng)皮透析部件的長度可在2到12mm之間，最優(yōu)選的是3到6mm之間。優(yōu)選的是，流體池6所含的敏感液體的體積要遠遠大于透析腔四中的體積，優(yōu)選的是比經(jīng)皮透析部件4中所含的體積高出至少500倍，但是優(yōu)選比單次測量循環(huán)期間位移部件延伸部位的行程所產(chǎn)生的位移體積分別高1000倍或3000倍。流體池6的體積可作為新分析物敏感液體的儲存池，這樣對于每一次新的測量來說，都有新分析物敏感液體從外殼流體池6流入到透析腔四內(nèi)。在一次性體接入單元的3天的使用期內(nèi)，每15分鐘重復(fù)進行測量循環(huán)，池中分析物的濃度因為流體從透析部件4的腔四中排出而產(chǎn)生的相對體積變化要低于5%。通過使流體池6中敏感流體所含的分析物濃度維持在體內(nèi)分析物的平均生理濃度水平上，那么就可以進一步降低流體池6內(nèi)分析物濃度的變化，這樣從透析腔四到流體池6內(nèi)的流體循環(huán)就不會使流體池6內(nèi)的分析物濃度發(fā)生任何可測量的或明顯的改變。換言之，在一個變形例中，分析物敏感液體所含的待測分析物的濃度與平均生理濃度處的分析物濃度基本一致，這樣體內(nèi)分析物濃度的偏差就會基本在分析物敏感液體的平均分析物濃度附近。參照附圖如和恥，位移部件13的延伸部11可包含一個停止堿44、44’，在位移部件插入行程的末端與腔四的入口 47鄰接。停止件44、44’朝向插入行程的末端放射性地向外排出流體以使排出的流體與流體池6內(nèi)的流體混合。這有利于避免流體池6內(nèi)靠近入口 47的地方形成分析物濃度梯度，為位移部件的回返行程做好準備從而將新流體吸回到腔四內(nèi)?？梢愿鶕?jù)各種參數(shù)(如流體粘度、流體流量和腔的尺寸)優(yōu)化停止件44、44’的形狀(例如，附圖fe所示的平面或如附圖恥所示的凸面)，從而更有效地排出液體并有利于混合。可以選擇分析物敏感液體以適應(yīng)待測分析物，例如，分析物敏感液體中可包含能選擇性結(jié)合分析物的受體蛋白質(zhì)，而粘度取決于蛋白質(zhì)所結(jié)合的分析物分子的濃度。在分析物是葡萄糖的情況下，分析物敏感液體可以是葡萄糖敏感流體，如包含刀豆蛋白A和葡聚糖或苯硼酸的混合物。這種葡萄糖敏感流體本身就是本領(lǐng)域所熟知的，無需進一步討論。參照附圖1、2，在一個優(yōu)選實施方式中，激勵裝置14包含一個含有一個或多個線圈16的電磁定子以及可能的一個或多個永磁體(未顯示)，用于以直線方式或直線和旋轉(zhuǎn)方式(根據(jù)實施方式的不同)驅(qū)動體接入單元3的位移部件13。優(yōu)選使用永磁體，因為這是本領(lǐng)域所熟知的能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的和可重復(fù)的磁場，這是使位移部件產(chǎn)生可靠而精確的位移行為所必須的。因此借助位移部件13上的線圈16施加電磁力以僅在一個方向上位移以例如回縮(或插入)是優(yōu)選的，而借助永磁體施加的磁力使位移部件返回到其平衡插入(或回縮)位置是優(yōu)選的。位移部件13在一個實施方式中包含驅(qū)動部分7，或者包含永磁體7， 由電磁定子的一個或多個線圈16產(chǎn)生的電動勢驅(qū)動。驅(qū)動部分7可包含一個或多個磁體， 或者帶有一個或多個磁性片段的一個磁體，磁性片段由相反磁極的N-S對形成。另外，驅(qū)動部分可包含軟鐵支持結(jié)構(gòu)或支持體，在馬達的移動組件和靜態(tài)組件之間構(gòu)成磁路。磁體和軟鐵磁芯可能有各種各樣的構(gòu)造，如常規(guī)線性或旋轉(zhuǎn)電磁馬達中所見到的。位移部件的驅(qū)動部分7可整體地或不可移動地固定到延伸部，如附圖6a到6c所示，或者可移動地安裝7’到延伸部11上，如附圖7a、7b所示。在后一個實施方式中，驅(qū)動部分7’包含一個磁體，這個磁體以可滑動的方式以及可選的可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在延伸部 11上，從而能夠在直線方向T上移動，可選的是在旋轉(zhuǎn)方向R上移動，這樣做的目的是為了使流體池中的流體混合得更好，特別是在流體池和腔四之間的連接區(qū)域47內(nèi)從透析部件的腔四中排出的流體。如附圖12所示，可以通過在位移部件和外殼8之間放置彈簧裝置50使位移部件 13偏置到穩(wěn)定回縮的位置或者插入的位置。偏置裝置可確保位移部件在缺少動力的情況下處于穩(wěn)定的位置以便于進行測量循環(huán)，而在測量循環(huán)期間位移部件的致動對抗偏置裝置的動作可以使部件13發(fā)生位移。偏置功能還可以通過在外殼上安裝永磁體的方式提供，以使位移部件吸引到穩(wěn)定位置。如附圖11所示，在一個變形例中，位移部件13可與外殼8以機械致動部件51 (如橫梁)耦連在一起，所述橫梁為例如彈性懸臂或其它物理耦連部件，該物理耦連部件可以被致動以使位移部件產(chǎn)生位移。例如，機械致動部件可由壓電元件、電容元件或其它作用于懸臂51或位移部件13’上的力發(fā)生器致動。致動部件還可包含一個位移傳感器以測量位移部件13’的位移行為。機械致動部件51還可以執(zhí)行在缺少電力的情況下將位移部件13’ 維持在穩(wěn)定位置以便于進行測量循環(huán)的功能。參照附圖6a到7b，現(xiàn)在描述測量過程的實施方式。在一個優(yōu)選實施方式中，位移部件13的移動包括從如附圖6a所示的回縮位置開始到達如附圖6b所示的插入位置的直線運動T，這樣延伸部11被進一步插入到經(jīng)皮透析部件的腔四內(nèi)，從而使分析物敏感液體從所述腔排出并進入到流體池6內(nèi)。然后位移部件 13執(zhí)行一個回返直線運動，使延伸部11縮回，這樣分析物敏感液體就從流體池6中流出并進入到腔四內(nèi)。在這個變形例中，位移部件的致動是一種線性振動或振動位移。應(yīng)當注意的是，術(shù)語“振動”或“振動位移”在本文中意味著包括多于一個循環(huán)或者少于一個完整振動循環(huán)的位移，例如，位移部件可以只在一個方向上被驅(qū)動，例如，優(yōu)選通過電磁線圈16的方式，然后釋放，由此可以測得位移部件13回到其初始位置的回返位移行為，例如，優(yōu)選在處理單元3的永磁體(未顯示)的作用下。位移部件的振動行為一方面與部件的尺寸有關(guān)， 另外也取決于流體池6和經(jīng)皮透析部件4的腔四內(nèi)的分析物敏感液體所產(chǎn)生的阻力。分析物敏感液體對振動產(chǎn)生的阻尼作用主要取決于分析物敏感液體的粘度，在經(jīng)皮透析部件的交換段觀內(nèi)，粘度隨分析物濃度的變化而變化。利用位移部件13的位移的流體計算，可以確定間隙G、G’，因此，與延伸部11所產(chǎn)生的貢獻相比，位移部件13的驅(qū)動部分7對位移阻力的貢獻就可以小到忽略不計。在另一實施方式中，位移部件13的延伸部11可包含沿著該延伸部11的葉片或螺線(未示出)或者類似的流體泵裝置，位移部件13的移動包括旋轉(zhuǎn)運動，這樣在延伸部11 在經(jīng)皮透析部件4的腔四內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，分析物敏感液體可循環(huán)排出所述腔四并進入流體池 6，或者從流體池6進入腔四內(nèi)。在另一實施方式中，至少在透析部件4的腔四和流體池6之間的連接附近，位移部件13被構(gòu)造為既可以直線運動T方式進行運動，又能以旋轉(zhuǎn)運動R方式進行運動，從而將液體泵出，分別進入透析部件4的腔四內(nèi)，以及液體在流體池6內(nèi)混合。在位移部件13開始位移時，從透析部件腔四排出的分析物敏感液體的粘度取決于腔四的交換段觀中的流體中分析物濃度，考慮到分析物分子透過分析物多孔膜12發(fā)生交換，腔四的交換段觀中的流體中分析物濃度取決于圍繞透析部件4的外部流體(即，體液)中的分析物濃度。從透析部件腔四排出流向流體池的分析物敏感流體的流動受限于作用在插入到腔四內(nèi)的透析部件延伸部11的阻力，這種阻力取決于液體的粘度。因此，位移部件的位移行為取決于作用于位移部件上的流體流動阻力，后者至少與進出透析部件腔 29的分析物敏感液體的粘度部分相關(guān)。在位移部件13的這個初始移動過程中，透析部件腔 29的交換段觀內(nèi)的液體所具有的分析物濃度與多孔膜12外側(cè)的分析物濃度相對應(yīng)，因此其粘度與外部分析物濃度相關(guān)。液體從透析部件4的腔四中排出以及隨后從流體池來的新鮮液體重新填充腔部分之后，液體的粘度發(fā)生改變，由此在位移部件13的位移進行幾個循環(huán)以后，透析部件4的腔四內(nèi)的流體大部分得以更新，所具有的粘度與流體池6內(nèi)的分析物敏感液體的粘度基本一致，但是與外部分析物濃度不相關(guān)，因此可作為參考。在初始移動或者移動循環(huán)中的位移部件13的位移行為可以與一個或多個隨后的移動或移動循環(huán)中的位移部件13的位移行為相比較，由此就可以用流體池6內(nèi)的參考敏感液體的粘度來校準分析物注入敏感液體的粘度。有益的是，與基于測量絕對粘度的系統(tǒng)相比，這種相對粘度測量方法可以消除或減少對醫(yī)學裝置的測量參數(shù)的常規(guī)外部校準的需求。粘度的相對增加與分析物注入敏感液體內(nèi)的絕對分析物濃度良好地相關(guān)，基本不受溫度或敏感液體老化的影響。但是，依據(jù)上述測量原理的測量過程的具體步驟根據(jù)各種實施方式的不同可有所改變，其示例如下。本發(fā)明的測量過程變形例的示例I.實施例#1(如圖8a_8d所示)通過位移部件向下移動測量粘度(測量分析物注入敏感液體和來自流體池的參照液體二者)。步驟1 (圖8a)分析物_交換模式
位移部件13完全回縮步驟2(圖8b)測量模式·位移部件13插入到透析部件4的腔四內(nèi)·液體通過粘度測量段48從交換段觀排出·測量段48內(nèi)的液體的取決于粘度的對流動的阻力與體內(nèi)的分析物濃度相關(guān)步驟3 (圖8c)均化模式 位移部件13插入、回縮數(shù)次，直到透析部件4中的分析物濃度與流體池6中的分析物濃度基本相同步驟4(圖8d)校準模式·位移部件13插入到透析部件4的腔四中·液體從交換段觀排出·測量段48中的液體的取決于粘度的對流動的阻力與流體池中的參考分析物濃
度相關(guān)。實施例#1的益處1.系統(tǒng)總是在同一位移部件方向上測量。利用處理單元2中的永磁體，可以很好地控制位移部件的移動。因此利用永磁體來實現(xiàn)位移部件13的插入、測量、位移，同時利用電磁線圈16實現(xiàn)位移部件13的回縮、測量、位移。2.位移部件總是向下移動以進行測量，因此是在過壓下完成的。通過電磁線圈的方式可以使向上的移動更加緩慢以防止氣泡形成。II.實施例#2 (如圖9a-9d所示)通過位移部件13向下移動來測量分析物注入敏感液體的粘度，然后立刻通過位移部件13的向上移動進行校準步驟1 (圖9a):分析物-交換模式 位移部件13完全回縮步驟2(圖9b)測量模式·位移部件13插入到透析部件4的腔四內(nèi)·液體通過粘度測量段48從交換段觀排出·測量段48內(nèi)的液體的對流動的阻力/粘度與體內(nèi)的分析物濃度相關(guān)步驟3 (圖9c)均化模式 位移部件完全插入·底部磁性停止件44被設(shè)計為有效地從腔四排出(F)液體進入到流體池6·(可選的)磁體振動均化流體池6內(nèi)的液體，例如，通過電磁線圈的方式產(chǎn)生交替磁力·幾個循環(huán)以后，停止件44附件的敏感液體與流體池6內(nèi)的分析物濃度變得一致步驟4(圖9d)校準模式 位移部件I3回縮·來自流體池6的液體被推入到測量段48和交換段28內(nèi)·測量段48內(nèi)的液體的取決于粘度的對流動的阻力與流體池內(nèi)的參考分析物濃度相關(guān)
實施例#2的益處1.參考測量值與來自流體池的液體的粘度直接相關(guān)，而不是針頭中的液體。因此不會受均化步驟中通過多孔膜12擴散的分析物的干擾。2.均化是在流體池中進行的，在此步驟中針頭保持靜止。III.實施例 #3 (如圖 IOa-IOd 所示)通過位移部件的旋轉(zhuǎn)運動測量分析物濃度粘度，隨后通過直線移動進行混合以及進行下一次振動測量步驟1 (圖10a):分析物-交換模式 位移部件13完全回縮步驟2(圖10b)測量模式·位移部件13插入到透析部件4的腔四內(nèi) 液體從交換段觀排出·測量段48和交換段觀內(nèi)的液體的粘度與間隙液分析物濃度相關(guān)·通過位移部件13旋轉(zhuǎn)運動的方式測量粘度步驟3 (圖IOc)均化模式 位移部件完全插入·底部磁性停止件44被設(shè)計為有效地從透析部件腔四排出(F)液體到流體池6·(可選的)磁體振動均化流體池6內(nèi)的液體，例如，通過電磁線圈的方式產(chǎn)生交替磁力·幾個循環(huán)以后，停止件44附近的敏感液體被均化到流體池6內(nèi)的分析物濃度注也可以采用實施例#1的均化模式。步驟4(圖IOd)校準模式 位移部件I3回縮·液體從流體池6中被推入到測量段48和交換段28內(nèi)·測量段48內(nèi)的液體的取決于粘度的對流動的阻力與流體池內(nèi)的參考分析物濃度相關(guān)·通過位移部件13的旋轉(zhuǎn)運動的方式測量粘度實施例#3的益處1.參考測量值與來自流體池的液體的粘度直接相關(guān)，而不是針頭內(nèi)的液體。因此不會受均化步驟中通過多孔膜12擴散的分析物的干擾。2.位移部件的直線運動不具有任何計量功能，這放松了直線驅(qū)動的規(guī)范。測量和校準都依賴于相同的位移部件運動和驅(qū)動(旋轉(zhuǎn))來執(zhí)行，同時可降低混合步驟中分析物擴散產(chǎn)生干擾的風險。參照圖13和圖14，在一個實驗性裝置中，透析部件的腔是由一個內(nèi)徑為0. 17mm的鋼管形成的。直徑為0.15mm的活塞在外部懸臂的推動下在這個管內(nèi)運動?；钊迦氲角恢械钠骄疃葹?3mm。腔中充滿校準的油，利用激光通過光學系統(tǒng)測量活塞的位移。圖13 顯示的是在不同的粘度條件下在時間0點處位移部件(活塞)對壓電致動器驅(qū)動的懸臂移動的典型階躍響應(yīng)的平滑后的曲線?；钊灰频臅r間常數(shù)T以及90%響應(yīng)t9(l的時段取決于腔內(nèi)液體的粘度。圖14中顯示了四種粘度的同一試驗的階躍響應(yīng)的時間常數(shù)以及5次重復(fù)之間的標準差(誤差棒)。在這種情況下，響應(yīng)是線性相關(guān)的。但是，粘度與響應(yīng)參數(shù)之間的曲線形狀可能受到一些因素的影響，如行程、間隙寬度和懸臂的彈性。
權(quán)利要求
1.一種分析物濃度測量系統(tǒng)，包括體接入單元(3)，其中所述體接入單元包括經(jīng)皮或可植入透析部件G)，包括至少沿著所述透析部件的分析物交換段08)布置的分析物多孔膜(12)，流體池(6)，所述流體池(6)延伸連接到透析部件的腔( )，所述腔至少部分由所述分析物多孔膜限制，包含在流體池和透析部件的腔內(nèi)的分析物敏感液體，以及位移部件(1 ，所述位移部件被構(gòu)造為以預(yù)定義的方式進行位移，所述位移部件的位移導(dǎo)致所述透析部件的腔內(nèi)的分析物敏感液體的流動，其中所述位移部件包括延伸部(11)，所述延伸部(11)插入到所述透析部件的腔內(nèi)并且被構(gòu)造為使分析物敏感液體被排出分析物交換段08)，以及其中所述流體池中的分析物敏感液體被用作參考分析物濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述透析部件被構(gòu)造為用于經(jīng)皮植入患者體內(nèi)以及用于將分析物交換段插入到體液中，而流體池(6)被構(gòu)造為用于體外放置。
3.如權(quán)利要求2所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述透析部件是剛性的并且具有被構(gòu)造為在組織上穿孔的穿孔尖端07’，27”)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述透析部件包含穿孔的或多孔的支持管(25)，所述支持管0 周圍或內(nèi)部安裝有分析物多孔膜(12)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述體接入單元包括被構(gòu)造為粘貼到用戶皮膚上的貼片形式的支持部件(5)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述位移部件包括位于所述流體池(6)中的驅(qū)動部分(7)，所述驅(qū)動部分包括永磁體。
7.如權(quán)利要求6所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動部分(7’)被可移動地安裝在位移部件延伸部(11)上。
8.如前一權(quán)利要求所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動部分被構(gòu)造為放置到體外，并且所述位移部件延伸部(11)被構(gòu)造為在使用時一部分置于體外、一部分置于體內(nèi)。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述分析物是葡萄糖，以及所述分析物多孔膜包括纖維素纖維。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，還包括體外處理單元0)， 所述體外處理單元( 包括激勵裝置(14)，被構(gòu)造為驅(qū)動位移部件移動，從而使透析部件(4)中含有的分析物敏感液體產(chǎn)生流動，測量位移部件的位移行為的裝置，以及信號處理單元，被構(gòu)造為將位移部件的位移行為信號處理成表示透析部件內(nèi)的分析物敏感液體中的分析物濃度的值。
11.如權(quán)利要求10所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述激勵裝置包括電磁定子驅(qū)動器。
12.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述位移部件延伸部(11)包括針狀體，所述位移部件的腔09)包括長管狀部，所述長管狀部的直徑(D2) 大于所述延伸部的直徑(Dl)，使得在二者之間形成一個流體流動間隙(G)，用于基于所述延伸部的位移行為來測量流體粘度。
13.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述位移部件延伸部(11)和所述透析部件的腔09)被構(gòu)造為用于在所述腔內(nèi)直線位移(T)所述延伸部。
14.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述位移部件被構(gòu)造為按照直線運動(T)和旋轉(zhuǎn)運動(R) 二者進行運動，從而將流體泵出，而后分別進入透析部件的腔，以及至少在所述透析部件的腔和流體池之間的連接G7)附近混合流體池內(nèi)的流體。
15.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述分析物敏感液體所含有的分析物濃度基本上與平均生理濃度相一致，使得體內(nèi)的分析物濃度的偏離出現(xiàn)在分析物敏感液體的平均分析物濃度附近。
16.如上述權(quán)利要求中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述流體池的體積是所述透析部件的腔的體積的至少500倍。
17.一種操作如上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備的方法，該方法包括步驟致動所述激勵裝置以使所述位移部件運動，從而利用位移部件延伸部把分析物敏感液體排出透析部件的分析物交換段的腔；基于位移部件的位移行為測量分析物敏感液體的粘度。
18.如權(quán)利要求17所述的操作設(shè)備的方法，其特征在于，所述位移部件(13)的運動包括從回縮位置到插入位置的直線運動(T)，其中所述延伸部(11)進一步插入到透析部件 (4)的腔09)內(nèi)，從而將分析物敏感液體排出所述腔，而后進入到流體池(6)內(nèi)，以及縮回所述延伸部(11)的回返直線運動，使得分析物敏感流體從流體池(6)進入到腔 (29)。
19.一種測量分析物濃度的方法，該方法包括步驟提供一種包括體接入單元和處理單元的醫(yī)療設(shè)備，其中所述體接入單元包括經(jīng)皮透析部件、含有分析物敏感液體的流體池和包括插入到所述經(jīng)皮透析部件的腔內(nèi)的延伸部的位移部件，所述經(jīng)皮透析部件具有帶分析物多孔膜的分析物交換段，所述處理單元包括被構(gòu)造為使位移裝置位移的激勵裝置；通過所述激勵裝置使所述位移部件位移，從而使用所述位移部件的延伸部將所述分析物敏感液體排出透析部件的分析物交換段的腔；測量所述位移部件的位移行為并確定與所述位移部件的位移行為相關(guān)的分析物濃度。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述回返直線運動用于提供參考測量。
21.一種利用醫(yī)療設(shè)備測量分析物濃度的方法，其中所述醫(yī)療設(shè)備包括體接入單元，所述體接入單元包括經(jīng)皮透析部件、含有分析物敏感液體的流體池和包括插入到所述經(jīng)皮透析部件的腔內(nèi)的延伸部的位移部件，所述經(jīng)皮透析部件具有帶分析物多孔膜的分析物交換段，該方法包括測量所述位移部件在所述分析物敏感液體內(nèi)的位移行為，作為在管狀透析部件的內(nèi)徑與位移部件縱向延伸部之間的間隙內(nèi)的所述敏感液體的粘度的度量，在透析后的分析物注入敏感液體內(nèi)，以及在用于參考測量的從所述流體池新流出到所述透析部件中的已知分析物濃度的敏感液體中，執(zhí)行所述位移測量，根據(jù)分析物注入敏感液體和參考敏感液體的位移測量來計算相關(guān)粘度值或流動度值， 其是分析物濃度的函數(shù)，用于補償敏感液體的溫度或老化的影響，以及根據(jù)相關(guān)粘度值或流動度值來計算分析物濃度。
22.如權(quán)利要求21所述的測量分析物濃度的方法，其特征在于，所述測量所述分析物的相關(guān)粘度值包括(i)填充行程將第一體積V1的分析物注入敏感液體轉(zhuǎn)移到測量段04) 內(nèi)，所述第一體積V1大于測量段內(nèi)徑與位移部件的圓柱狀延伸部(11)之間的間隙的體積 Vgap，以及(ii)用體積為V2的行程執(zhí)行1到10次振動測量運動，所述體積V2小于第一體積力。
23.如權(quán)利要求19-22中任一項所述的方法，其特征在于，所述分析物濃度測量系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1-15中任一項所述的分析物濃度測量系統(tǒng)的任何其它特征。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測量患者皮下組織內(nèi)分析物濃度的醫(yī)療設(shè)備，該醫(yī)療設(shè)備包含體接入單元和處理單元。體接入單元和處理單元在測量分析物濃度時保持功能性的連接。體接入單元包含經(jīng)皮透析部件用于接觸患者的身體。流體池至少部分位于經(jīng)皮透析部件內(nèi)，流體池至少部分由多孔膜限定。流體池包含分析物敏感液體。處理單元包含激勵裝置，用于作用于體接入單元的位移組件以使流體池內(nèi)的分析物敏感液體產(chǎn)生流動。處理單元還包含位移傳感器，用于測量位移裝置的位移行為以及至少由流體池內(nèi)所含的分析物敏感液體的粘度所產(chǎn)生的對位移行為的阻尼。
文檔編號A61B5/00GK102378595SQ201080015260
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者F·羅賓, S·施特雷斯勒, U·貝耶爾 申請人:森西勒Pat股份公司