血糖儀教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

周天綺 朱超挺 石峰

摘 要：結(jié)合我校《互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智慧醫(yī)療》課程中血糖儀的教學(xué)實(shí)踐，從血糖儀的工作原理入手，圍繞便攜式血糖儀、無創(chuàng)血糖檢測(cè)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)血糖儀有一個(gè)整體的認(rèn)知，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：血糖儀;原理;組成;無創(chuàng)

0 引言

糖尿病是危害人類健康的四大疾病之一，其癥狀表現(xiàn)為血液和尿液中葡萄糖含量異常。目前全世界已有一億兩千萬糖尿病患者，國內(nèi)該病群體規(guī)模也已超過 4000萬人，并以每年 10%的速度增長。近代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，不論是第一型糖尿病還是第二型糖尿病，對(duì)血糖進(jìn)行良好地控制可以減少糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生。

血糖儀又稱血糖計(jì)，是一種測(cè)量血糖水平的電子儀器。作為高職高專醫(yī)療器械專業(yè)的教育工作者，應(yīng)將血糖儀的使用等內(nèi)容盡快融入相關(guān)課程的教學(xué)中，下面結(jié)合我?！痘ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代的智慧醫(yī)療》課程中血糖儀的教學(xué)，從血糖檢測(cè)原理入手，介紹便攜式血糖儀的組成以及無創(chuàng)血糖檢測(cè)的常用方法。

1 血糖檢測(cè)原理

現(xiàn)在，市場(chǎng)上存在連續(xù)和離散測(cè)試兩種儀器，植入式和無創(chuàng)式儀器正在推進(jìn)。連續(xù)測(cè)試血糖儀只能憑處方使用，利用皮下電化學(xué)傳感器設(shè)置測(cè)試間隔。單次測(cè)試血糖儀使用電化學(xué)或光學(xué)反射法測(cè)量血糖水平，單位為mg/dL或mmol/L。絕大多數(shù)血糖儀為電化學(xué)儀器。電化學(xué)測(cè)試試紙具有電極，在數(shù)/模轉(zhuǎn)換器提供精確偏壓，利用試紙的電化學(xué)反應(yīng)測(cè)量與血糖成正比的電流?？赡艽嬖谝宦坊蚨嗦吠ǖ?，通常互阻放大器（TIA）將電流轉(zhuǎn)換為電壓，然后利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量。試紙的滿幅電流測(cè)量值為10μA至50μA，分辨率小于10nA。由于試紙對(duì)溫度敏感，所以需要測(cè)量環(huán)境溫度。

光學(xué)反射試紙利用顏色確定血液的血糖濃度。經(jīng)過校準(zhǔn)的電流通常流過兩個(gè)發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管交替照射彩色試紙。一個(gè)光電二極管監(jiān)測(cè)反射光強(qiáng)度，由試紙顏色確定，而試紙的顏色取決于血液的血糖含量。光電二極管電流通過TIA轉(zhuǎn)換為電壓，以利用ADC進(jìn)行測(cè)量。光電二極管的滿量程電流范圍為1μA至5μA，分辨率低于5nA。此方法需要測(cè)量環(huán)境溫度。

血糖值最常用的檢測(cè)方法是生物電化學(xué)方法，即用生物傳感器葡萄糖氧化酶電極進(jìn)行血糖測(cè)試。其中酶電極由酶膜和電極結(jié)合而成。在血糖試紙的葡萄糖氧化酶電極兩端施加恒定電壓，然后向電極間滴入血液，固定在電極上的葡萄糖氧化酶與血液中的葡萄糖發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的自由電子在電場(chǎng)的作用下將發(fā)生定向移動(dòng)，從而形成響應(yīng)電流。這就是血糖儀測(cè)試的基本原理。

電化學(xué)法使用方便，檢測(cè)速度快，能夠快速出結(jié)果。POCT，個(gè)人檢測(cè)。

2 便攜式血糖檢測(cè)

便攜式血糖檢測(cè)系統(tǒng)血糖儀和血糖試紙組成。

（1）血糖儀主要完成以下功能：

●電壓施加;

●信號(hào)放大;

●AD轉(zhuǎn)換;

●數(shù)值顯示;

（2）血糖試紙

與葡萄糖起反映產(chǎn)生電流信號(hào)。

當(dāng)試紙條與血樣相接觸時(shí)，由于虹吸作用，將血樣吸入試紙檢測(cè)區(qū)。葡萄糖+葡萄糖氧化酶+鐵氰化鉀→亞鐵氰化鉀+微電壓→微電流→放大→AD轉(zhuǎn)換→計(jì)算顯示。

3 無創(chuàng)血糖檢測(cè)

目前，大多數(shù)自我監(jiān)控血糖儀采用微創(chuàng)血糖檢測(cè)方法。雖然微創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它們的不便之處也是顯而易見的，即檢測(cè)時(shí)采血必須刺破神經(jīng)密集的指尖，加之針刺的傷口對(duì)糖尿病來說極為不利的，因?yàn)樘悄虿』颊叩膫跇O易感染，極難痊愈。因此，許多公司和科研團(tuán)體都在進(jìn)行無創(chuàng)血糖測(cè)量儀器的研究。

3.1 微波無創(chuàng)血糖檢測(cè)法

首先發(fā)射一定頻率的微波，根據(jù)微波的特性在含有葡萄糖的溶液中，如果遇到了溶液中的離子特別是鈉離子會(huì)影響微波的傳播路徑。這些離子會(huì)對(duì)微波產(chǎn)生一定的干擾，例如削弱其振幅并使微波的頻譜發(fā)生相移。這種影響因?yàn)槊糠N葡萄糖溶液的濃度不同產(chǎn)生不同的變化。因此，選用數(shù)個(gè)適當(dāng)頻率的微波使其從不同方位通過人體組織，然后根據(jù)檢測(cè)到的微波的頻率和相位以及振幅的變化即可分析人體的血液中葡萄糖濃度從而達(dá)到測(cè)量血糖值的目的。

3.2 人體的射頻阻抗無創(chuàng)測(cè)量血糖值

根據(jù)射頻阻抗的理論，當(dāng)施加波長比紅外線更長的電磁波對(duì)人體進(jìn)行輻射時(shí)，因?yàn)槠咸烟鞘且环N非離子可溶性的物質(zhì)，它將吸收一定頻率的電磁波，提取被吸收的頻率的電磁波的特征值，進(jìn)行定量的分析在理論上是可以由此得出血液的葡萄糖含量的。雖然在理論上這種測(cè)量方法是成熟可行的，但是在實(shí)際操作中，因?yàn)轶w液中還含有其他多種非離子可溶性物質(zhì)，它們也會(huì)吸收電磁波，因此如何對(duì)應(yīng)頻率的葡萄糖吸收特征值分離及提取，得到確定的譜線分析是這種方法能否實(shí)際操作的關(guān)鍵。

其它的諸如：利用能量守恒原理進(jìn)行無創(chuàng)血糖測(cè)量;利用唾液進(jìn)行無創(chuàng)血糖檢測(cè)等。以上這些方法都是間接測(cè)量。從測(cè)量學(xué)上，間接測(cè)量和直接測(cè)量在準(zhǔn)確性上有很大的區(qū)別，通常直接測(cè)量來得準(zhǔn)確，且干擾因素比較少。

結(jié)束語

通過以上內(nèi)容的教學(xué)，學(xué)生對(duì)血糖儀的原理、組成及其發(fā)展有了比較深入的理解，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。同時(shí)通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，在提高理論知識(shí)水平的同時(shí)，提高學(xué)生的技術(shù)技能。

參考文獻(xiàn)

[1]無創(chuàng)血糖儀的發(fā)展歷程[EB/OL].https：//blog.csdn.net/chehec2010/article/details/99679989.2019-08-16.

作者簡介：周天綺（1976-），男，碩士，浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校副教授，研究方向：大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、醫(yī)療電子信息技術(shù)。