基于ARM的动态血糖监测仪的设计

　　0　引言

　　目前对糖尿病(DM)的治疗方式主要是通过监测装置对病人体内的葡萄糖代谢进行追踪、评估。常见的微创血糖监测仪[1],以单次间歇方式或7段血糖监测法工作,不能24小时连续监测血糖,还受到如情绪、血液末梢循环情况、操作者的熟练程度及环境温度等众多因素的影响,不能全面评价糖尿病治疗和控制的效果。同时反复多次指尖取血、测试时间及要求的复杂性给病人带来不便[2]。己有的血糖动态监测装置,其血糖数据与波形的显示大部分依靠PC机平台,体积笨重,价格昂贵,不便于携带。

　　为方便家庭和社区医疗机构使用,本文以ARM处理器LPC2103为核心芯片,设计和开发一种小型轻便的动态血糖监测仪,能够完成对动态血糖采集信号的处理、实时清晰血糖波形显示和血糖参数分析处理等功能[3],最后上传到PC机上通过数据分析软件,将数据转化成直观的葡萄糖浓度图像,也可以直观地观察各种因素对体内葡萄糖的影响。

　　1　硬件设计

　　组织间液中的葡萄糖同动态血糖监测仪传感器探针上固定的葡萄糖氧化酶发生氧化还原反应,产生葡萄糖酸并放出电子,电子由转换器接收,形成微弱的氧化电流,如图1所示。此交流电信号极其微弱,电压范围为0~0·6mV,而处理器进行AD转换的电压范围是0~3·3V,故探针采集到的信号要经放大电路传给处理器进行血糖信号的处理与显示。

　　1·1　传感器的酶电极探针结构[7]

　　图2是连续血糖测试的葡萄糖氧化酶电极探针样品[7],它由铂金正极和银/氯化银负极组成,两极分别被固定在绝缘体封管内外两侧。探针顶部涂有氧化酶层并由一层透析膜包裹,整个探针的直径只有0·1~0·3 mm。探针外部还有一个空心的针型金属注射器,以便于帮助探针插入皮下。当金属注射器连同探针一起进入人体表皮下后,金属注射器退出,而探针则留在皮下工作。

　　1·2　动态血糖监测装置的硬件框图

　　由于动态血糖监测仪是一个精度高、使用简单、微型化的智能设备[5],故处理器系统低功耗问题尤显突出,在进行处理器的选择时,选用集成度高、能够进行功率管理的LPC2103处理器。

　　动态血糖监测装置的硬件框图见图3,它以LPC2103为控制核心,外接信号放大、键盘输入、液晶显示模组、数据存储芯片、串口电平转换芯片等,能够完成生理参数的输入,动态血糖信号的处理、动态血糖波信号的显示以及动态血糖波数据的串行通信等功能。

1·3　芯片的选择

　　选择处理器时,要考虑到动态血糖监测装置的低功耗问题。LPC2103处理器在不采血的间歇期进入休眠状态,在深度休眠时振荡器不振荡,电流为7μA,与工作时毫安级的电流相比,大大地降低了功耗。LPC2103集成了32KB的FLASH、8KB的静态RAM、片内AD转换器、丰富的接口控制器如I2C, SPI,UART等以及电源管理模块,在深度休眠时可以完全切断这些外设的电源,便于进行低功耗设计。探针采样时处理器LPC2103使放大电路工作,探针的微弱电信号,经过一定放大电路放大送到LPC2103处理器。在间歇状态, LPC2103断开放大电路工作,使其进入省电状态,降低功耗。同时,显示器的背光状态受LPC2103控制,有按键操作时才恢复背光。