基于反离子电渗技术的无创血糖监测仪研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨庆德 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院电子学研究所 |
| 授予地点 | 电子学研究所 |
| 导师 | 蔡新霞 |
| 关键词 | 葡萄糖生物传感器 无创血糖监测 嵌入式系统 反离子电渗 闭环胰岛素注射 临床应用 |
| 其他题名 | Research on noninvasive blood glucose monitor based on reverse iontophoresis |
| 中文摘要 | 作为一种慢性进行性疾病，糖尿病是很难治愈的，患者和医生能做的只是对血糖的严格控制。无痛的血糖水平控制能够提高糖尿病患者的生活质量，对高低血糖进行及时调整，防止并发症的发生。本论文综合运用电化学检测技术、智能仪器仪表技术、生物传感技术和计算机技术，开展基于反离子电渗技术的无创血糖监测仪研究。结合高灵敏度的葡萄糖生物传感器，通过离体鼠皮实验和动物在体实验验证了该监测仪的可行性，并开展了无创监测人体血糖的临床应用研究。 论文工作包括以下几个方面： 首先，分析了基于反离子电渗技术的无创血糖监测技术的可行性，提出了这一技术的仪表实现方法，并基于电化学和酶动力学的基本原理分析并解决了无创血糖监测技术中的关键问题。从取样、检测和电极复用三个方面论述了仪表实现方法。鉴于所采用的高灵敏度葡萄糖传感器的线性范围比较窄，提出了修正的校正方程，新的校正方程使监测仪的线性范围扩大到原来的20倍以上；建立了透皮无创血糖监测过程中的葡萄糖“有限空间”扩散模型，从而确立了新的电化学电流采样时刻，提高了仪表的灵敏度，缩短了检测时间；针对长时间监测中电化学电极损耗问题提出了新的掩膜形状，解决了无创血糖监测过程中电极“熔断”问题，提高了长时间无创血糖监测的稳定性。 第二，研制了可用于闭环胰岛素注射的腕式高精度无创血糖监测仪。该监测仪主要包括微控制器模块、反离子电渗取样模块、电化学检测模块、多路切换模块和无线模块等。该监测仪能够提供在0.1~10 mA范围内的可调电流源，驱动电极进行反离子电渗取样；监测仪对电化学电流的检测精度优于0.1 nA，可以检测反离子电渗获得的μM级低浓度葡萄糖，并有三档可程序控制的量程；经过小型化设计后，监测仪做成腕表式，适合长时间佩戴；该监测仪具有无线通信功能，可用于构成闭环胰岛素注射系统；监测仪软件基于分层菜单结构设计，人机交互界面友好。 第三，研制了一种低功耗的无创血糖监测仪以延长连续监测时间，并设计了一种基于ARM微处理器的高性能无创血糖监测仪。利用超低功耗的微控制器并采取了多种低功耗方法，使监测仪的电流消耗从28 mA降到3.5 mA，使电池使用寿命延长了8倍以上；使用电量为300 mAh的电池供电，按保守估计监测仪可连续工作60小时以上，这一指标要优于采用类似原理的GlucoWatch®；采用ARM核的监测仪可用于远程数据传输、大容量血糖历史数据的存储和复杂数据处理算法等扩展应用。为提高系统的实时性，将嵌入式的实时操作系统移植到监测仪上。 为了验证无创血糖监测仪的性能，结合无创血糖传感器成功开展了离体鼠皮实验和动物在体实验。离体实验在实验室条件下进行，结果表明监测仪的电流响应与皮下葡萄糖在0.6~16.9 mM的浓度范围内存在着相关性，相关系数R达到0.993；重复性实验显示，监测仪对5 mM皮下葡萄糖电流响应的变异系数为5.19%（样本数为5）。在体无创血糖实验在北京大学动物实验中心开展，使用Clarke图评价有效实验的79个数据点，有88.6%的数据点落在A区，11.4%的数据点落在B区，没有数据点落在C、D、E三个区域，表明动物实验中的数据基本都是临床准确或临床相对准确的。 完成上述研究的基础上，在中国人民解放军总医院和海军总医院开展了临床应用研究。提出了修正的口服糖耐量实验方案验证监测仪和无创血糖传感器的临床应用效果，构建了一个综合的无创血糖监测评估体系；在单次实验中，最好的数据结果变异系数可达7.59%，监测仪结果能够较好的反映实际血糖变化趋势；采用Clarke图对83人次临床应用实验获得的619个数据结果进行评价，落在A~E区的数据点分别为60.10%、33.93%、3.23%、2.26%、0.48% ，即有94.03%的结果属于临床准确的A区和临床可接受的B区，表明监测仪的无创血糖监测结果对临床治疗有重要的参考意义。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-07-19 |
| 页码 | 219 |
| 源URL | [http://159.226.65.12/handle/80137/8747]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨庆德. 基于反离子电渗技术的无创血糖监测仪研究[D]. 电子学研究所. 中国科学院电子学研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：电子学研究所
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