CN118415630B - 一种发射检测一体化的连续血糖检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发射检测一体化的连续血糖检测仪；该连续血糖检测仪包括壳体、蝶形双金属片、检测针和生物敷贴。蝶形双金属片和检测针均安装在壳体内部；所述的生物敷贴固定在壳体底面。所述壳体的底面上开设有穿过生物敷贴的让位孔。所述的检测针的尖端与让位孔对齐。检测针包括蛋白针体，以及附着在蛋白针体外侧的CGM传感器。本发明在连续血糖检测仪中引入蝶形双金属片，利用蝶形双金属片升温至临界温度时瞬间形变将检测针植入人体，使得本发明提供的连续血糖检测仪不需要单独配备发射装置，降低了设备成本，且简化了操作流程，节省了工序，提高了系统的集成度。

Description

一种发射检测一体化的连续血糖检测仪

技术领域

本发明属于血糖检测设备技术领域，具体涉及一种发射检测一体化的连续血糖检测仪。

背景技术

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，目前全球约有5亿糖尿病患者。血糖水平的定期检测对于糖尿病的诊断和控制至关重要。然而，现有的血糖检测技术存在一些明显的不足，限制了其在实际应用中的效率和接受度。现有的连续血糖检测设备大多存在以下缺陷：

1.分为相互独立的传感器部分和发射器部分；需要使用发射器部分将传感器部分中的检测针植入人体，这增加了使用的复杂性，同时也增加了成本和维护难度，限制了血糖监测技术的普及和应用。

2.通常使用发射器来发射包含微针的整个传感器部分；为了保证微针能够快速刺入皮肤，导致发射器部分需要提供更大的弹射力，导致发射器部分结构复杂度高。

3.需要利用弹簧推动钢针刺入人体的方式实现CGM传感器的植入，且在植入后需要再拔出钢针；该过程中，钢针刺入和拔出过程的力均较大，用户痛感强烈。

4.金属结构的电极与人体组织直接接触，容易引起皮肤过敏、红肿等不良反应，这不仅影响了用户的舒适度，也可能对监测结果的准确性造成影响。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术问题，提供一种发射检测一体化的连续血糖检测仪。

本发明提供的一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，包括壳体、蝶形双金属片、检测针和生物敷贴。蝶形双金属片和检测针均安装在壳体内部；所述的生物敷贴固定在壳体底面。所述壳体的底面上开设有穿过生物敷贴的让位孔。所述的检测针的尖端与让位孔对齐。

所述的检测针包括蛋白针体，以及附着在蛋白针体外侧的CGM传感器。所述的蛋白针体的材质为丝素蛋白；丝素蛋白初始状态下呈刚性，在刺入人体后，与组织液接触后能够快速软化。

所述的蝶形双金属片能够加热。蝶形双金属片的边缘处与壳体的内侧壁固定。蝶形双金属片包括层叠设置的第一金属层和第二金属层；第一金属层位于第二金属层背离压电振子的一侧；第一金属层的热膨胀系数小于第二金属层的热膨胀系数，使得蝶形双金属片在温度跨越临界温度时发生快速变形。初始状态下，蝶形双金属片凸向背离检测针的一侧。蝶形双金属片升温至临界温度时，蝶形双金属片由凸向背离检测针的一侧突变为凸向靠近检测针的一侧，推动检测针从让位孔射出。

作为优选，还包括压电振子和压电陶瓷。所述的压电陶瓷和压电振子设置在蝶形双金属片与检测针之间，用于带动检测针进行轴向振动。高频的振动能够使得蛋白针体能在较小推力下轻松刺入皮肤。

作为优选，检测针的长度等于共振的压电陶瓷内传播的机械波的波长的整数倍。

作为优选，所述的压电振子位于蝶形双金属片与检测针之间；其包括边缘固定部、弹性连接件和中心振动部。边缘固定部的中心孔与中心振动部的外边缘之间通过弹性连接件连接。压电陶瓷固定在中心振动部上。壳体的内侧壁上设置有振子轨道。边缘固定部与振子轨道滑动连接。检测针的内端与压电陶瓷或中心振动部固定。振子轨道最远离让位孔的端部设有锁定段。初始状态下，边缘固定部处于振子轨道的锁定段并保持静止；蝶形双金属片变形时能够推动压电振子脱离锁定段。

作为优选，所述中心振动部的中部与蝶形双金属片的中心位置对齐；中心振动部的中部靠近蝶形双金属片的侧面设置垫块。初始状态下，蝶形双金属片的中心位置与垫块存在间隙，该间隙的宽度l满足以下条件：l＞s；s为压电振子的振动幅值；振动幅值s的很小，约为020μm。

使用过程中，压电振子和压电陶瓷带动检测针进行轴向往复振动；蝶形双金属片加热至高于临界温度，蝶形双金属片发生形状突变，通过推动压电振子推动检测针穿过让位孔，刺入人体。

中心振动部、压电陶瓷、检测针组成的振动结构的固有频率取值为20kHz～30kHz；工作过程中，输入压电陶瓷的电信号频率等于中心振动部、压电陶瓷、检测针组成的振动结构的固有频率。

作为优选，所述的压电陶瓷固定在压电振子的中心振动部背离蝶形双金属片的侧面；

作为优选，所述蝶形双金属片上设有两个接线接口。工作过程中，通过向蝶形双金属片通电，使得蝶形双金属片升温。

作为优选，还包括电源模块和PCB板。PCB板固定在壳体内，且位于蝶形双金属片背离的检测针的一侧。电源模块安装在PCB板上。PCB板上设有控制器、驱动模块和双极性驱动电路。驱动模块用于接收检测针测得的信号，生成检测数据，并发送至控制器；控制器与上位机无线通信。双极性驱动电路用于生成驱动压电陶瓷振动的交流信号。

作为优选，所述的CGM传感器的外侧包裹有生物相容膜。

作为优选，所述的CGM传感器包括柔性的工作电极、参比电极、对电极和绝缘层。工作电极、参比电极和对电极均设置在蛋白针体外侧，并沿着检测针的长度方向间隔排列。相邻两个电极之间设置有绝缘层。

作为优选，还包括安装在壳体的侧面上的触发按钮。

作为优选，所述的电源模块采用纽扣电池。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明实现了发射与检测一体化：本发明在连续血糖检测仪中引入蝶形双金属片，利用蝶形双金属片升温至临界温度时瞬间形变将检测针植入人体，使得本发明提供的连续血糖检测仪不需要单独配备发射装置，降低了设备成本，且简化了操作流程，节省了工序，提高了系统的集成度。

2.本发明减少了对人体组织的损害：本发明将柔性的CGM传感器搭载在材质为丝素蛋白的针体上；检测针刺入人体后，针体的自动软化，不需要通过刚性针刺入并马上拔出的方式植入CGM传感器，从而减小了使用者的痛感；此外，本发明在CGM传感器表面包裹生物相容性膜，有效隔离了金属与人体组织的直接接触，减小了皮肤红肿和过敏现象的发生概率，降低了对人体的损害，提高了生物相容性。

3.本发明提高了扎针效率与舒适度：本发明采用压电驱动技术，通过压电陶瓷振动带动检测针进行轴向振动；该振动能够帮助检测针更轻易、顺畅地刺入人体；减少了使用者的痛感，提升了血糖监测的便捷性和用户体验。

4.本发明减小了压电振动导致的针尖摆动：本发明将检测针长度设计为振子共振波长的整数倍，使得针尖位于驻波的波节部位，从而减小了压电振动导致的针尖摆动，使得检测针能够平稳地刺入人体，进一步减小使用者的痛感。

附图说明

图1为本发明实施例1的爆炸示意图。

图2为本发明实施例1中内部结构示意图。

图3为本发明实施例1中检测针的结构示意图。

图4为本发明实施例1中检测针的驻波传播过程示意图。

图5为本发明实施例1中使用三个弹性连接件的压电振子的结构示意图。

图6为本发明实施例1中使用五个弹性连接件的压电振子的结构示意图。

图7为本发明实施例1的工作过程示意图。

图8为本发明实施例2的爆炸示意图。

附图标记：1、壳体；1-1、让位孔；1-2、盖体；1-3、振子轨道；2、电源模块；3、PCB板；4、蝶形双金属片；5、压电振子；5-1、边缘固定部；5-2、弹性连接件；5-3、中心振动部；5-4、垫块；6、压电陶瓷；7、检测针；7-1、蛋白针体；7-2、工作电极；7-3、参比电极；7-4、对电极；7-5、绝缘层；8、生物敷贴；9、触发按钮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，包括壳体1，安装在壳体1内部的电源模块2、PCB板3、蝶形双金属片4、压电振子5、压电陶瓷6、检测针7，贴设在壳体1底面的生物敷贴8，以及安装在壳体1的侧面上的触发按钮9。生物敷贴8背离壳体1的一侧具有粘性，用于将壳体1粘接在皮肤上，能够起到对覆盖区域生物防水的作用。

本实施例中，壳体1的外形及内腔均呈长方体状；生物敷贴8和PCB板3均呈矩形。蝶形双金属片4、压电振子5的外轮廓成圆形。

壳体1的底面上开设有让位孔1-1。壳体1的顶部开口上安装有盖体1-2。壳体1的顶部开口用于方便元器件的安装。检测针7、压电陶瓷6、压电振子5、蝶形双金属片4、PCB板3在壳体1内部沿着远离让位孔1-1的方向依次排列。PCB板3固定在壳体1中。PCB板3上集成支持蓝牙通信的控制器、驱动模块和双极性驱动电路。电源模块2采用纽扣电池。驱动模块用于接收检测针7测得的信号，进而生成检测数据，并发送至控制器；控制器通过蓝牙将检测数据向外发送至上位机。双极性驱动电路包括boost升压电路和H桥电路，用于生成驱动压电陶瓷6振动的交流信号。压电陶瓷6和压电振子5用于带动检测针7进行轴向的高频振动，以便于检测针7更加顺畅地刺入人体，并减小对人体组织的伤害。

如图3和4所示，检测针7包括蛋白针体7-1，以及附着在蛋白针体7-1外侧的CGM传感器。CGM传感器包括柔性的工作电极7-2、参比电极7-3、对电极7-4和绝缘层7-5。工作电极7-2、参比电极7-3和对电极7-4均环形或螺旋形缠绕在蛋白针体7-1上，并沿着检测针7的长度方向依次间隔排列，且相邻两个电极之间设置有绝缘层7-5。

蛋白针体7-1的材质为丝素蛋白；丝素蛋白初始状态下呈刚性，在刺入人体后，与血液接触后能够快速软化，从而避免持续疼痛。CGM传感器的外侧包裹有生物相容膜；生物相容膜用于将金属电极与人体组织隔离，减小对人体组织的损害和刺激。

如图4所示，由于针体在共振状态下高频振动时，微观上形成驻波。由于波节之外的部位水平运动幅度大；本实施例中设定检测针7的长度等于压电陶瓷6、检测针7和压电振子5中的中心振动部5-3所成振动结构的共振波长的整数倍，使针尖位于波节部位，从而最大限度地减小检测针7针尖的横向摆动，使得检测针7可平稳刺入人体，减小用户痛感。满足该长度条件能够最大限度的抑制检测针7的尖端在振动中发生沿径向的摆动，而使得检测针7只进行轴向的振动，由此能够最大限度地减小振动的检测针7对人体组织的损伤。

蝶形双金属片4的边缘处与壳体1的内侧壁固定。压电振子5包括边缘固定部5-1、弹性连接件5-2和中心振动部5-3。边缘固定部5-1的中心孔边缘与中心振动部5-3的外边缘之间通过弹性连接件5-2连接。弹性连接件5-2包括第一连接部、第二连接部和弹性段。第一连接部的一端与中心振动部5-3连接，第一连接部的另一端与弹性段的一端连接。第二连接部的一端与弹性段的另一端连接，第二连接部的另一端与边缘固定部5-1连接。弹性连接件5-2为具有弹性且非直线的金属条，中心振动部5-3通过四个弹性连接件5-2被弹性支撑在边缘固定部5-1中心孔的四个连接点；因此允许中心振动部5-3相对于边缘固定部5-1上下振动。

在一些其他的实施例中，弹性连接件5-2的数量可以设置为四以外的数值；例如：如图5所示的压电振子5设置三个均布的弹性连接件5-2；如图6所示的压电振子5设置五个均布的弹性连接件5-2。

壳体1的内侧壁上设置有多个振子轨道1-3。固定在边缘固定部5-1外边缘不同位置的滑块与壳体1中的各振子轨道1-3分别滑动连接。压电陶瓷6固定在压电振子5的中心振动部5-3背离蝶形双金属片4的侧面；检测针7的内端与压电陶瓷6固定。检测针7的外端呈尖锐状，并与壳体1上的让位孔1-1对齐。

初始状态下，振子轨道1-3最远离让位孔1-1的端部设有锁定段。边缘固定部5-1上的滑块位于振子轨道1-3的锁定段并保持静止；在压电振子5整体受到蝶形双金属片4推动时，滑块能够在推力作用下脱离锁定段。

在一些实施例中，滑块振子轨道1-3的锁定段与滑块的连接结构为：滑块与振子轨道1-3的锁定段通过可剥离的粘接结构连接。该粘接结构较为薄弱，在压电振子5整体受到向下的推力时，能够破坏该粘接结构，进而使得滑块脱离锁定段，沿着振子轨道1-3继续向下滑动。

在另外的一些实施例中，滑块振子轨道1-3的锁定段与滑块的连接结构为：滑块振子轨道1-3的锁止段设有弹性块；弹性块抵住锁止滑块，从而通过摩擦力锁止滑块。在压电振子5整体受到向下的推力时，滑块能够克服摩擦力滑动，从而脱离锁定段，沿着振子轨道1-3继续向下滑动。

在另外的一些实施例中，外壳中设有托住压电振子5的边缘固定部5-1的弹性片。在压电振子5整体受到向下的推力时，能够边缘固定部5-1推动弹性片发生变形，使得弹性片不足以承托住边缘固定部5-1，进而使得滑块脱离锁定段，沿着振子轨道1-3继续向下滑动。

中心振动部5-3的中部与蝶形双金属片4的中心位置对齐；中心振动部5-3的中部靠近蝶形双金属片4的侧面设置垫块5-4。垫块5-4既可以是一体成型在中心振动部5-3上的凸台，也可以是粘接固定在中心振动部5-3的独立结构。

蝶形双金属片4包括层叠设置的第一金属层和第二金属层；第一金属层位于第二金属层背离压电振子5的一侧；第一金属层的热膨胀系数小于第二金属层的热膨胀系数。初始状态下，蝶形双金属片4凸向背离中心振动部5-3的一侧。蝶形双金属片4的中心位置与垫块5-4存在间隙，该间隙的宽度l满足以下条件：l＞s；s为压电振子5的振动幅值；从而避免垫块5-4在压电振子5振动过程中碰撞到蝶形双金属片4。l的优选区间为1.1s～1.2s；既能够避免压电振子5的振动受到蝶形双金属片4的影响，又能够尽可能减小蝶形双金属片4的空行程。

蝶形双金属片4的两侧边缘上设有两个接线接口。接线接口通过继电器连接至电源。继电器由控制器控制通断。蝶形双金属片4通电后能够升温。当蝶形双金属片4因通电升温至临界温度时，蝶形双金属片4由凸向背离中心振动部5-3一侧，骤变为凸向靠近中心振动部5-3一侧；该快速变形能推动压电振子5、压电陶瓷6和检测针7快速向外滑动，使得检测针7穿过让位孔1-1，刺入人体被测位置。

如图7所示，该发射检测一体化的连续血糖检测仪的工作方法，包括以下步骤：

步骤一、撕开生物敷贴8上的保护层；将生物敷贴8抵住人体皮肤，使得连续血糖检测仪贴附在人体上，且让位孔1-1与目标检测位置对齐。

步骤二、按下触发按钮，压电陶瓷6通入交流电，压电振子5带动检测针7进行往复振动；同时，蝶形双金属片4开始通电加热。压电陶瓷的振动频率与中心振动部5-3、压电陶瓷、检测针7组成的振动结构的固有频率一致，该振动频率的取值为20kHz～30kHz，从而使得检测针7能够共振条件下实现满足减小痛感要求的高频振动。

步骤三、当蝶形双金属片4达到临界温度时，蝶形双金属片4快速发生变形，通过推动压电振子5，进而带动检测针7穿过让位孔1-1，刺入人体。检测针7在刺入人体的过程中维持高频振动；高频振动能够使得检测针7更为顺畅的刺入人体，减少人体感受到的疼痛。

步骤四、检测针7的蛋白针体7-1进入人体后快速软化；因蛋白针体7-1的软化，检测针7与压电陶瓷6分离；检测针7上的CGM传感器持续采集反映人体血糖值的信号，并输出至驱动模块。驱动模块根据CGM传感器测得的信号生成人体血糖值并传输至控制器。控制器将测得血糖值发送至上位机。

实施例2

如图8所示，一种发射检测一体化的连续血糖检测仪；本实施例与实施例1的区别在于：壳体1、生物敷贴8和PCB板3的形状不同；

本实施例中，壳体1的外形及内腔均呈圆柱体状；生物敷贴8和PCB板3均呈圆形。

Claims (8)

1.一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，包括壳体（1）、检测针（7）和生物敷贴（8）；其特征在于：还包括蝶形双金属片（4）、压电振子（5）和压电陶瓷（6）；蝶形双金属片（4）和检测针（7）均安装在壳体（1）内部；所述的生物敷贴（8）固定在壳体（1）底面；所述壳体（1）的底面上开设有穿过生物敷贴（8）的让位孔（1-1）；所述的检测针（7）的尖端与让位孔（1-1）对齐；所述的压电陶瓷（6）和压电振子（5）设置在蝶形双金属片（4）与检测针（7）之间，用于带动检测针（7）进行轴向振动；检测针（7）的长度等于共振的压电陶瓷（6）内传播的机械波的波长的整数倍；

所述的检测针（7）包括蛋白针体（7-1），以及附着在蛋白针体（7-1）外侧的CGM传感器；所述的蛋白针体（7-1）的材质为丝素蛋白；所述的蝶形双金属片（4）能够加热；蝶形双金属片（4）的边缘处与壳体（1）的内侧壁固定；初始状态下，蝶形双金属片（4）凸向背离检测针（7）的一侧；蝶形双金属片（4）升温至临界温度时，蝶形双金属片（4）由凸向背离检测针（7）的一侧突变为凸向靠近检测针（7）的一侧，推动检测针（7）从让位孔（1-1）射出。

2.根据权利要求1所述的一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，其特征在于：所述的压电振子（5）位于蝶形双金属片（4）与检测针（7）之间；其包括边缘固定部（5-1）、弹性连接件（5-2）和中心振动部（5-3）；边缘固定部（5-1）的中心孔与中心振动部（5-3）的外边缘之间通过弹性连接件（5-2）连接；压电陶瓷（6）固定在中心振动部（5-3）上；壳体（1）的内侧壁上设置有振子轨道（1-3）；边缘固定部（5-1）与振子轨道（1-3）滑动连接；检测针（7）的内端与压电陶瓷（6）或中心振动部（5-3）固定；振子轨道（1-3）最远离让位孔（1-1）的端部设有锁定段；初始状态下，边缘固定部（5-1）处于振子轨道（1-3）的锁定段并保持静止；蝶形双金属片（4）变形时能够推动压电振子（5）脱离锁定段。

3.根据权利要求2所述的一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，其特征在于：所述中心振动部（5-3）的中部与蝶形双金属片（4）的中心位置对齐；中心振动部（5-3）的中部靠近蝶形双金属片（4）的侧面设置垫块（5-4）；中心振动部（5-3）、压电陶瓷、检测针（7）组成的振动结构的固有频率取值为20kHz～30kHz；工作过程中，输入压电陶瓷的电信号频率等于中心振动部（5-3）、压电陶瓷、检测针（7）组成的振动结构的固有频率。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，其特征在于：使用过程中，压电振子（5）和压电陶瓷（6）带动检测针（7）进行轴向往复振动；蝶形双金属片（4）加热至高于临界温度，蝶形双金属片（4）发生形状突变，通过推动压电振子（5）推动检测针（7）穿过让位孔（1-1），刺入人体。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，其特征在于：还包括电源模块（2）和PCB板（3）；PCB板（3）固定在壳体（1）内，且位于蝶形双金属片（4）背离的检测针（7）的一侧；电源模块（2）安装在PCB板（3）上；PCB板（3）上设有控制器、驱动模块和双极性驱动电路；驱动模块用于接收检测针（7）测得的信号，生成检测数据，并发送至控制器；控制器与上位机无线通信；双极性驱动电路用于生成驱动压电陶瓷（6）振动的交流信号。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，其特征在于：所述的CGM传感器的外侧包裹有生物相容膜。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，其特征在于：所述的CGM传感器包括柔性的工作电极（7-2）、参比电极（7-3）、对电极（7-4）和绝缘层（7-5）；工作电极（7-2）、参比电极（7-3）和对电极（7-4）均设置在蛋白针体（7-1）外侧，并沿着检测针（7）的长度方向间隔排列；相邻两个电极之间设置有绝缘层（7-5）。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种发射检测一体化的连续血糖检测仪，其特征在于：还包括安装在壳体（1）的侧面上的触发按钮（9）。