电化学阻抗谱在传感器系统、设备以及相关方法中的应用技术方案

诊断性电化学阻抗谱(EIS)程序用于测量一个或多于一个检测电极的阻抗相关参数的数值。所述参数可包括实阻抗、虚阻抗、阻抗幅值和/或相位角。所述阻抗相关参数的测量值随后用于进行传感器诊断，基于来自多个冗余检测电极的信号计算高可靠性的融合传感器葡萄糖值，校正传感器，检测一个或多于一个检测电极的附近的干扰物，以及测试电镀电极的表面特性。有利地是，阻抗相关参数可被定义成在特定的频率范围内基本独立于葡萄糖。专用集成电路(ASIC)能够执行基于EIS的诊断、融合算法和其他基于EIS参数的测量值的过程。

Application of electrochemical impedance spectroscopy in sensor system, equipment and related methods

The diagnostic electrochemical impedance spectroscopy (EIS) program is used to measure the impedance related parameters of one or more electrodes. The parameters can include real impedance, virtual impedance, impedance amplitude and / or phase angle. The measured values of the impedance related parameters are then used for sensor diagnosis. Based on signals from multiple redundant detection electrodes, high reliability fusion sensor glucose values are calculated, sensors are corrected, interferences near one or more detection electrodes are detected, and the surface characteristics of electroplated electrodes are tested. Advantageously, the impedance correlation parameters can be defined to be basically independent of glucose in a specific frequency range. ASIC is able to perform EIS based diagnosis, fusion algorithm and other measurement processes based on EIS parameters.

【技术实现步骤摘要】
电化学阻抗谱在传感器系统、设备以及相关方法中的应用本申请是申请日为2013年5月24日、申请号为201380042072.6、专利技术名称为“电化学阻抗谱在传感器系统、设备以及相关方法中的应用”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请信息本申请要求下列美国临时申请的权益：2013年1月23日提交的美国临时申请第61/755,811号、2013年1月18日提交的美国临时申请第61/754,475号、2013年1月18日提交的美国临时申请第61/754,479号、2013年1月18日提交的美国临时申请第61/754,483号、2013年1月18日提交的美国临时申请第61/754,485号以及2012年6月8日提交的美国临时申请第61/657,517号，上述这些美国临时申请的全部内容在此通过引用并入本文。
本专利技术的实施方式总体上涉及联合使用连续葡萄糖监测器和电化学阻抗谱(EIS)的方法和系统，并且，更加具体而言，本专利技术的实施方式涉及EIS在传感器诊断以及故障检测、传感器校正、通过一个或多于一个融合算法优化传感器信号、污染物/干扰物检测以及电极表面特性方面的应用，并且，本专利技术的实施方式涉及用于向单电极传感器和多电极(冗余)传感器实施上述EIS的应用的专用集成电路(ASIC)。
技术介绍
受治者和医务人员想要监测受治者体内的生理情况的读数。举例而言，受治者想要持续监测受治者体内的血糖水平。目前，患者可使用血糖(BG)测量设备(即，血糖仪)测量他/她的血糖(BG)，所述血糖测量设备例如试纸条测量计、连续血糖测量系统(或连续血糖监测器)或医院用hemacue。BG测量设备使用各种不同的方法测量患者的BG水平，例如，患者血液样本，与体液接触的传感器，光学传感器，酶传感器或荧光传感器。当BG测量设备已产生BG测量值时，所述测量值显示在BG测量设备上。目前的连续葡萄糖测量系统包括皮下(或短期)传感器和植入(或长期)传感器。对于短期传感器和长期传感器中的每一种而言，患者需要等待一定的时间以使连续葡萄糖传感器稳定并提供精确的读数。在许多连续葡萄糖传感器中，在使用任何葡萄糖测量值之前，受治者必须等待三个小时以使连续葡萄糖传感器稳定。这对于患者而言非常不方便，并且在一些情况下会使患者不想使用连续葡萄糖测量系统。进一步而言，当葡萄糖传感器首次插入患者皮肤或皮下层时，葡萄糖传感器并未在稳定状态下运行。来自传感器的代表患者血糖水平的电子读数在很大的读数范围内发生变动。过去，需要花费数小时来稳定传感器。用于稳定传感器的技术申请号为09/465,715的在1999年12月19日提交、2004年10月26日授权、Mann等人的已转让于MedtronicMinimed,Inc.的美国专利第6,809,653号(‘653专利)，中详细描述，该美国专利通过引用并入本文。在‘653专利中，稳定传感器的起始过程可减少至约1小时。高电压(例如，1.0-1.2伏特)可施加1分钟至2分钟，以使传感器稳定并且随后可施加低电压(例如，0.5-0.6伏)，用于起始过程的剩余部分(例如，58分钟，等等)。因此，即使采用这个过程，传感器的稳定也需要很长时间。理想的是，在使用传感器的电极之前使传感器的电极充分“润湿”或水合。如果传感器的电极没有充分水合，那么可能会导致患者的生理情况读数不准确。现有的血糖传感器的使用者被指示不要立即接通传感器电源。如果太早使用传感器，那么现有的血糖传感器不会以最优的或有效的方式运行。非自动过程或测量技术用于测定何时接通传感器电源。这种人工过程很不方便并且给患者带来了过多的负担，患者可能会忘记应用或接通电源。除了在传感器的使用寿命的起始阶段过程中的稳定和润湿问题之外，在传感器的使用寿命过程中还存在其他问题。例如，所有传感器均预设特定的运行寿命。例如，在目前市售的短期传感器中，传感器通常工作三天至五天。虽然传感器可在预设的传感器运行寿命之后继续工作和递送信号，但是，在超过传感器的预设运行寿命之后，传感器读数最终会变得不太稳定并且因此不太可靠。每个传感器的实际传感器寿命均不相同，但是所有传感器均已被批准具有至少预设的传感器运行寿命。因此，厂商要求传感器的使用者在超过预设运行寿命之后更换传感器。虽然连续葡萄糖测试系统可监测自传感器插入之后的时间并且显示传感器的运行寿命的终点，以警示使用者更换传感器，但是这并不足以保证避免超过运行寿命使用传感器。即使一旦达到传感器的运行寿命特征监测器就可简单地停止工作，但是患者可通过简单地分离和重新连接相同的传感器而绕开这些防护措施。因此，在使用者可维持传感器工作超过推荐的时间并且因此会损害由葡萄糖监测器反馈的血糖值的精确度的系统中存在缺陷。而且，在传感器的使用寿命中，传感器经常吸收污染物质，例如，肽和小的蛋白质分子。这些污染物会减小电极表面积或减少使分析物的扩散路径和/反应副产物，由此降低传感器的精确度。确认这些污染物何时会影响传感器信号以及如何补救这种情况在传感器运行过程中非常重要。本领域在连续葡萄糖监测(CGM)方面目前的状态在很大程度上是辅助性的，这意味着由CGM设备(包括，例如，植入或皮下传感器)提供的读数在没有参比值的条件下无法使用于进行临床决策。进而，参比值必须使用例如BG仪刺穿指尖获得。因为传感器/检测组件提供的信息的量很有限，所以需要参比值。具体而言，通常由检测组件提供的用于进行处理的信息仅是原始传感器值(即，传感器电流或Isig)和对电压。因此，在分析过程中，如果原始传感器信号看起来异常(例如，如果信号减弱)，那么本领域技术人员可辨别传感器故障和使用者/患者体内生理情况变化(即，体内葡萄糖水平变化)的唯一方式就是通过刺穿指尖获取参比葡萄糖值。如本领域已知的，刺穿指尖获取的参比值还用于校正传感器。本领域已寻找多种消除或至少最小化校正和评估传感器状态所必需的刺穿指尖的次数的方式。然而，考虑到大多数传感器故障模式的次数和复杂性水平，没有找到令人满意的解决方案。最多是研发基于直接评估Isig或比较两个Isig的诊断方法。在任何一种情况下，因为根据定义Isig遵循体内葡萄糖水平，因此，Isig并不是独立于分析物的。这样，Isig自身并不是用于传感器诊断的可靠的信息来源，也不是传感器持续运行的可靠的预测指示。本领域中还存在另一限制，因此，迄今为止本领域中仍然缺乏在监控传感器电源供给时不仅仅运行传感器而且还进行实时传感器和电极诊断并同样适用于冗余电极的传感器电子元件。电极冗余的概念确实已经产生了相当长的时间。然而，迄今为止，在使用电极冗余不仅用于一次获得超过一个读数而且还用于评估冗余电极的相关状态、传感器的整体稳定性以及需要校正参比值的频率(如果需要的话)的方面几乎没有获得成功。此外，甚至当已经使用冗余检测电极时，这种冗余检测电极的数目通常限制在两个。同样，这部分归咎于缺乏同时运行、评估和监测多个独立的工作电极(例如，高达五个或多于五个)的先进的电子元件。然而，另一原因是由于如下限制性观点：使用冗余电极是为了获得“独立的”传感器信号，为了这一目的，两个冗余电极足够了。如上所述，虽然获得“独立的”传感器信号是利用冗余电极的一个功能，但是冗余电极的功能不仅仅在于此。本领域还已尝试检测传感器环境中的干扰物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对传感器的工作电极的灵敏度损失进行实时检测的方法，所述方法包括：定期执行电化学阻抗谱EIS程序以产生关于所述工作电极的多组阻抗相关数据；基于所述多组阻抗相关数据计算一个或多于一个阻抗相关参数的值；随时间监测所述值；以及基于所述值，确定所述工作电极是否正在经历灵敏度损失。

【技术特征摘要】
2012.06.08 US 61/657,517;2013.01.18 US 61/754,479;1.一种对传感器的工作电极的灵敏度损失进行实时检测的方法，所述方法包括：定期执行电化学阻抗谱EIS程序以产生关于所述工作电极的多组阻抗相关数据；基于所述多组阻抗相关数据计算一个或多于一个阻抗相关参数的值；随时间监测所述值；以及基于所述值，确定所述工作电极是否正在经历灵敏度损失。2.如权利要求1所述的方法，其中，每个定期EIS程序在预定的频率范围内执行。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多组阻抗相关数据中的每一组包括基本独立于葡萄糖的至少一个阻抗相关参数的数据。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个阻抗相关参数或多于一个阻抗相关参数包括虚阻抗、实阻抗和相位角。5.如权利要求4所述的方法，其中，计算所述电极的1kHz虚阻抗的值、0.1Hz实阻抗的值以及相对较高的频率相位角的值。6.如权利要求5所述的方法，其中，基于计算的1kHz虚阻抗的值，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宁，拉加万得赫尔·戈特姆，布拉德利·C·良，拉吉夫·什哈，凯瑟琳·M·希曼，迈克尔·E·米勒，王振汉，李亦文，韦恩·A·摩根，帕里斯·郑，罗伯特·C·穆契奇，热尼瓦尔·D·德巴罗斯，卡洛斯·A·卡利乔斯，曼朱纳斯·斯里吉里，约瑟夫·保罗·布林森，
申请(专利权)人：美敦力迷你迈德公司，
类型：发明
国别省市：美国,US