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血糖仪

形势分析

糖尿病成为在世界范围内威胁人类健康的多发慢性病。全球糖尿病患者超过3.8亿，患病率8.3%，到2035年这患者达到5.9亿，患病率上升到10.1%。据统计，我国20岁以上的糖尿患病率从1986年的1%上升到2013年的10.3%，现有患者接近1亿。在老龄化和生活习惯改变的双重夹击下，糖尿病患病率持续攀升。根据IDF预测，到2035年我国糖尿病患者上升到1.43亿，中国将长期占据世界糖尿病患者第一大国的位置。

人口老龄化加速是我国糖尿病患病率持续升高的主要因素之一

老年人群（60以上）糖尿病患病率在18%以上，是20-30岁年龄段患病率的8-10倍。2013年，我国60岁以上的老年人口超过2亿，老年糖尿病患者保守估计就有3600万人。中国人口老龄化蓝皮书调查显示，2013-2020年中国老龄化水平从14.9%上升到17.5%，平均每年增长老年人口多大700万人。由于糖尿病的无法治愈性和随着年龄的增加患病率的提高，保守估计老龄化带来的年均新增老年糖尿病患者就多达30-40万人。

糖尿病是危害人类健康的四大疾病之一,其症状表现为血液和尿液中葡萄糖含量异常。目前全世界已有一亿两千万糖尿病患者,国内该病群体规模也已超过4000万人,并以每年10%的速度增长。近代医学研究发现,不论是第一型糖尿病还是第二型糖尿病,对血糖进行良好地控制可以减少糖尿病并发症的发生。

血糖仪

血糖仪又称血糖计，是一种测量血糖水平的电子仪器。

工作原理

现在，市场上存在连续和离散（单次）测试两种仪器，植入式和无创式仪器正在推进。连续测试血糖仪只能凭处方使用，利用皮下电化学传感器设置测试间隔。单次测试血糖仪使用电化学或光学反射法测量血糖水平，单位为mg/dL或mmol/L。绝大多数血糖仪为电化学仪器。电化学测试试纸具有电极，在数/模转换器（DAC）提供精确偏压，利用试纸的电化学反应测量与血糖成正比的电流。可能存在一路或多路通道，通常互阻放大器（TIA）将电流转换为电压，然后利用模/数转换器（ADC）进行测量。试纸的满幅电流测量值为10μA至50μA，分辨率小于10nA。由于试纸对温度敏感，所以需要测量环境温度。

光学反射试纸利用颜色确定血液的血糖浓度。经过校准的电流通常流过两个发光二极管（LED），该发光二极管交替照射彩色试纸。一个光电二极管监测反射光强度，由试纸颜色确定，而试纸的颜色取决于血液的血糖含量。光电二极管电流通过TIA转换为电压，以利用ADC进行测量。光电二极管的满量程电流范围为1μA至5μA，分辨率低于5nA。此方法需要测量环境温度。

采血方式

血糖仪从采血方式上有两种，一是抹血式，一是吸血式。

抹血的机器一般采血量比较大，患者比较痛苦。如果采血偏多，还会影响测试结果，血量不足，操作就会失败，浪费试纸，这种血糖仪多为光电式的。

吸血式的血糖仪，试纸自己控制血样计量，不会因为血量的问题出现结果偏差，操作方便，用试纸点一下血滴就可以了。

血糖检测原理

血糖值的检测方法是生物电化学方法,即用生物传感器葡萄糖氧化酶电极进行血糖测试。其中酶电极由酶膜和电极结合而成,血糖试纸如图所示。在血糖试纸的葡萄糖氧化酶电极两端施加恒定电压,然后向电极间滴入血液,固定在电极上的葡萄糖氧化酶与血液中的葡萄糖发生氧化还原反应,由化学反应所产生的自由电子在电场的作用下将发生定向移动,从而形成响应电流。这就是血糖仪测试的基本原理。

系统设计

电路设计：

血糖测量通常采用电化学分析中的三电极体系。三电极体系是相对于传统两电极体系而言，包括，工作电极(WE)，参比电极(RE)和对电极(CE)。参比电极用来定点位零点，电流流经工作电极和对电极工作电极和参比电极构成一个不通或基本少通电的体系，利用参比电极电位的稳定性来测量工作电极的电极电势。工作电极和辅助电极构成一个通电的体系，用来测量工作电极通过的电流。利用三电极测量体系，来同时研究工作电极的点位和电流的关系。

准确度和精度

光学反射法和电化学血糖仪需要解析几纳安范围的电流。如果血糖仪要求在生产过程中校准，为了满足血糖仪的误差指标，器件必须具有极低的漏电流和电源电压、温度以及时间漂移。运算放大器的主要技术指标为连接电容式电化学试纸时应具有极低的输入偏置电流（《1nA）、高线性度和稳定性。对于两种类型的血糖仪，运算放大器通常均配置为TIA。电压基准的主要技术指标包括：温度系数低于50ppm/°C、低时间漂移和良好的线性、负载调节。10位或12位DAC用于设置电化