DE69433476T2

DE69433476T2 - Biosensor-Meßgerät mit einem Verfahren und System zur Berücksichtigung der Umgebungstemperatur

Info

Publication number: DE69433476T2
Application number: DE69433476T
Authority: DE
Inventors: E. Bradley WHITE; L. Michael BROWN; G. Paul RITCHIE; Vladimir Svetnik; Anthony Robert PARKS; Stefan Weinert
Original assignee: Roche Diagnostics Corp
Current assignee: Roche Diagnostics Operations Inc
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2014-05-14
Also published as: EP0702787B1; EP0702787A4; DE69433476D1; AU6832494A; ES2153333T1; WO1994029704A2; CA2153878C; EP0702787A1; JPH08503304A; CA2153878A1; US5405511A; JP2634699B2; DE702787T1; ES2153333T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Biosensor-Meßgerät zur Bestimmung der Gegenwart eines Analyten in einer biologischen Probe, wobei die Bestimmung von der Umgebungstemperatur abhängt, insbesondere auf ein Verfahren und ein System zur Abschätzung der Umgebungstemperatur.
Biosensor-Meßgeräte werden vielfach eingesetzt, um die Konzentration verschiedener Analyten (z. B. Glucose und Cholesterin) im Blut zu ermitteln. Dabei werden zur einmaligen Verwendung vorgesehene (disposible) Teststreifen verwendet, die einen Aufnahmebereich oder eine Reaktionszone zur Aufnahme einer Blutprobe aufweisen. Die mit derartigen Instrumenten ermittelten Analyseergebnisse hängen von der Umgebungstemperatur ab, die in der Umgebung der Probenaufnahme bzw. der Reaktionszone herrscht. Bei verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Geräten werden externe Temperaturfühler verwendet oder es wird versucht, die Temperatur in der Reaktionszone zu regeln. Externe Temperaturfühler reagieren rasch auf Änderungen der Temperatur. Unter bestimmten Umständen ist dies jedoch eher ein Nachteil als ein Vorteil. Bei einem Biosensor-Meßgerät, das klein genug ist, um in der Hand des Benutzers gehalten zu werden, tritt beispielsweise eine rasche Temperaturänderung auf, wenn das Gerät auf eine Tischfläche abgelegt wird. Dadurch werden nachfolgende biochemische Messungen unbrauchbar, bis die Umgebungstemperatur stabilisiert ist. Bei batteriebetriebenen Biosensor-Meßgeräten ist eine Kontrolle (Regelung) der Temperatur der Reaktionszone nicht praktikabel, weil sie einen nicht akzeptablen Verbrauch an elektrischer Energie aus der Batterie erfordert.
Aus dem Stand der Technik ist eine Anzahl von Beschreibungen von Biosensor-Meßgeräten bekannt, bei denen eine Temperaturkorrektur verwendet wird. In dem US-Patent 5,108,564 (Szuminsky et al.) wird ein Biosensor-Meßgerät beschrieben, das zur Messung von Glucose-Konzentrationen im Blut dient. Das Gerät basiert auf einer Reaktion, bei der Glucose in der Gegenwart eines Enzyms eine Reaktion von Kaliumferricyanid zu Kaliumferrocyanid katalysiert. Nach Abschluß der Reaktion wird an eine Reaktionszone eine Spannung angelegt, die zu einer Umkehrung der Reaktion führt, wobei ein kleiner, aber meßbarer Stromfluß erzeugt wird. Dieser Strom wird als Cottrell-Strom bezeichnet. In Abhängigkeit von der Konzentration der Glucose in der Reaktionszone folgt er während der Rückreaktion einer vorbestimmten Kurve. Durch Bestimmung der Position der Kurve kann ein Maß für die Glucosekonzentration ermittelt werden.
Auch in EP 0242644 A2 werden Probleme, bedingt durch Temperaturschwankungen, die sich auf die Genauigkeit von analytischen Meßgeräten auswirken, erörtert. Das Dokument bezieht sich auf die Analyse von Blutkomponenten während einer Bluttransfusion. Da das Blut mit einer physiologisch verträglichen, auf Zimmertemperatur befindlichen Lösung gemischt wird, verursacht das Verfahren relativ große und rasche Temperaturänderungen. Diese Änderungen werden von einem Temperatursensor überwacht, der, zusammen mit elektrochemischen Sensoren, direkt im Blutstrom angeordnet ist. Um die Änderungen der Temperatur der Probeflüssigkeit während des Meßverfahrens auszugleichen, wird für jeden einzelnen Sensor eine repräsentative Temperatur zu einem Zeitpunkt gewählt, an dem der Beitrag zu der Amplitude der Reaktionskurve des Sensors maximal ist. Dabei werden Faktoren wie die Eintauchtiefe des Sensors in das Blut und der Umfang des Gasaustausches zwischen einer Membran des Sensors und dem fließenden Blut berücksichtigt.
In der europäischen Patentanmeldung 0471986 von Tsutsumi et al. ist ein Blutglucose-Meßsystem beschrieben, bei dem disposible Teststreifen verwendet werden. Dabei wird die Gegenwart einer Blutprobe dadurch festgestellt, daß der Widerstand zwischen einem Paar von Elektroden gemessen wird. Außerdem wird eine Mehrzahl von probenähnlichen Streifen verwendet, von denen jeder einen spezifizierten Widerstandswert hat, der ihn von anderen Streifen unterscheidet. Jeder dieser Streifen hat einen bestimmten Anwendungszweck, d. h. er wird zur Justierung des Gerätes, zur Kompensation eines Meßfehlers, zur Kalibration usw. verwendet.
US-Patent 5,243,516 (White) offenbart ein Biosensor-Meßgerät, bei dem die Cottrell-Kurve verwendet wird, um die Glucosekonzentration zu ermitteln. In diesem Patent wird ein Verhältnis zwischen Strom-Messungen und Zeitpunkten, zu denen die Strom-Messungen durchgeführt werden, verwendet, um zu bestimmen, ob der Stromfluß durch die Reaktionszone eines Teststreifens tatsächlich der Cottrell-Beziehung entspricht.
In dem US-Patent 4,420,564 (Tsuji et al.) ist ein Blutzucker-Analysegerät beschrieben, bei dem eine Reaktionszelle verwendet wird, die einen Sensor mit einer fixierten Enzymmembran und eine Meßelektrode aufweist. Das System von Tsuji et al. verwendet eine Mehrzahl von Fehler-schutzroutinen. Hierzu gehört die Feststellung, ob die Reaktion innerhalb spezifischer definierter Temperaturgrenzen stattfindet. Gemäß einem zweiten Verfahren wird bestimmt, ob ein Reaktionsstrom innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Soweit in den vorstehend genannten Literaturstellen die Notwendigkeit einer Temperaturbestimmung angesprochen wird, werden Temperaturmeßwerte mittels Temperatursensoren gewonnen und diese Meßwerte unmittelbar verwendet. Schwankungen der gemessenen Temperatur können erhebliche Variationen der biochemischen Meßwerte verursachen und zu fehlerhaften Analyseergebnissen führen. Es ist jedoch von zentraler Bedeutung, daß fehlerhafte Analyseergebnisse vermieden werden, weil die Analyseergebnisse für den Benutzer vitale Bedeutung haben und im Falle von Fehlern zu einer fehlerhaften Medikation führen können. Deswegen sollten Biosensor-Meßgeräte Einrichtungen aufweisen, durch die von fehlerhaft ermittelten Umgebungstemperatur-Meßwerten verursachte fehlerhafte Resultate vermieden werden.
Deshalb besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Biosensor-Gerät zur Verfügung zu stellen, in dem ein Verfahren und Mittel realisiert sind, durch die Temperaturwerte hinreichend genau ermittelt werden, um die Bestimmung richtiger Analyseresultate zu gewährleisten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Biosensor-Meßgerät mit einem Temperaturfühler zur Verfügung zu stellen, der gegen rasche Temperaturschwankungen infolge der Änderung der Umgebungsbedingungen resistent ist und dennoch die Ermittlung genauer Temperaturwerte zur Ermittlung von Analyseresultaten ermöglicht.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 12 gelöst.
Es wird ein Biosensor-Meßgerät vorgeschlagen, das zur Bestimmung eines Analysewertes in einer biologischen Probe dient. In dem Meßgerät ist ein Algorithmus zur Bestimmung des Analyseresultates implementiert, wobei das Analyseresultat von der Umgebungstemperatur der in einer Reaktionszone befindlichen biologischen Probe abhängt. Das Biosensor-Meßgerät weist einen Prozessor und einen Temperaturfühler auf. Der Temperaturfühler ist innerhalb der Gerätekonstruktion positioniert. Dadurch ergibt sich eine verzögerte Reaktion des Temperaturfühlers auf Änderungen der Umgebungstemperatur. Das Meßgerät führt ein Verfahren zur Abschätzung der Umgebungstemperatur durch, um die verzögerte Temperatur-Reaktion auszugleichen. Das Verfahren beginnt damit, daß das Meßgerät sowohl im eingeschalteten Zustand als auch im ausgeschalteten Zustand wiederholt periodisch Temperaturmeßwerte mit Hilfe des Temperaturfühlers ermittelt. Bei eingeschaltetem Meßgerät verwendet der Algorithmus zur Abschätzung der Umgebungstemperatur mindestens zwei der jüngsten Temperaturmeßwerte und extrapoliert auf dieser Basis, um einen Schätzwert der Umgebungstemperatur zu ermitteln. Im ausgeschalteten Zustand werden Temperaturmeßwerte von dem Meßgerät in ersten Intervallen bestimmt, während sie bei eingeschaltetem Meßgerät in zweiten, kürzeren Intervallen ermittelt werden und die Temperatur-Extrapolationen nur bei eingeschaltetem Meßgerät stattfinden.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Biosensor-Meßgerätes;
2 zeigt ein Blockdiagramm der in dem Biosensor-Meßgerät nach 1 enthaltenen elektrischen Schaltung;
3 zeigt ein Kurvendiagramm sowohl von einer an eine Anregungselektrode eines für das Meßgerät nach 1 verwendeten disposiblen Teststreifens angelegten Anregungsspannung als auch von dem resultierenden Meßstrom, der an einer Meßelektrode des disposiblen Teststreifens gemessen wird;
4 zeigt eine Darstellung einer Änderung der Umgebungstemperatur und einer resultierenden Änderung der mit einem Temperaturfühler des Meßgerätes nach 1 gemessenen Temperatur;
5 zeigt ein Flußdiagramm auf hoher Abstraktionsebene zur Darstellung des bei der Erfindung verwendeten Verfahrens.
Das in 1 dargestellte Biosensor-Meßgerät 10 hat eine LCD-Anzeige 12, Bedienungsknöpfe 14 und einen Schlitz 16 zur Aufnahme eines disposiblen Teststreifens 18. Der Teststreifen 18 hat eine Aufnahmezone 20 (d. h. eine Reaktionszone), die ein Paar leitende Elektroden 24 und 26 aufweist. Eine (nicht dargestellte) Schicht enzymatischer Reagenzien liegt über den Elektroden 24 und 26 in der Aufnahmezone 20 und bildet ein Substrat zur Aufnahme einer den Analyten enthaltenden Flüssigkeit.
Der disposible Teststreifen 18 hat eine Öffnung 28, durch die die distalen Enden der Elektroden 24 und 26 zugänglich. sind, um eine elektrische Verbindung mit (in 1 nicht dargestellten) Anschlußkontakten des Biosensor-Meßgerätes 10 zu ermöglichen.
In dem Gehäuse des Biosensor-Meßgerätes 10 ist ein Temperaturfühler 30 (gestrichelt dargestellt) positioniert. Er liefert kontinuierlich Temperatur-Eingangssignale an einen in dem Biosensor-Meßgerät 10 enthaltenen Mikroprozessor. Die Anordnung des Temperaturfühlers 30 innerhalb des Biosensor-Meßgerätes 10 führt dazu, daß er von unmittelbaren Temperaturänderungen, die in der Umgebung der Außenseite des Meßgerätes stattfinden, isoliert ist. Deswegen reagiert der Temperaturfühler 30 zwar auf Änderungen der Umgebungstemperatur, jedoch geschieht dies mit einer Verzögerung, die einem Mehrfachen einer thermischen Zeitkonstanten entspricht, wobei die Länge der Zeitkonstanten vom Grad der Isolation des Temperaturfühlers 30 von der Umgebung abhängt.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltung in einem Biosensor-Meßgerät 10, wobei ein disposibler Teststreifen 18 in den Schlitz 16 eingesetzt ist. Eine Anregungsspannungsquelle 32 liefert eine variable Spannung an einen Anschlußkontakt 34, der eine Verbindung mit der Elektrode 24 herstellt, wenn der disposible Teststreifen 18 in das Meßgerät 10 eingesteckt ist. Über einen Anschlußkontakt 36 kann ein Strom von der Elektrode 26 an einen Meßverstärker 38 geleitet werden, dessen Ausgangssignal (eine Spannung) seinerseits an einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 40 angelegt ist. Auch der Temperaturfühler 30 übermittelt sein Ausgangssignal an einen A/D-Wandler 42. Die Ausgangssignale der A/D-Wandler 40 und 42 liegen an einem Bus 44 an, der die Kommunikation zwischen den in dem Biosensor-Meßgerät 10 enthaltenen Modulen ermöglicht. Ein Mikroprozessor 46 mit einer zugehörigen Display-Einheit 12 dient der Kontrolle des Betriebs des Biosensor-Meßgerätes 10. Der Mikroprozessor 46 erfüllt mit Hilfe eines Timers 50 auch unter schiedliche Timing-Funktionen, deren Verwendung in der nachfolgenden Beschreibung verdeutlicht wird.
Die Anregungsspannungsquelle 32 erhält ihre Befehle von dem Mikroprozessor 46 über den Bus 44 und legt aufgrund dieser Befehle unterschiedlich hohe Werte eines Anregungspotentials an die Elektrode 24 an. In das Biosensor-Meßgerät 10 kann ein ROM-Speicherbaustein 52 eingesteckt werden. Er enthält einen nichtflüchtigen Speicher, in dem Konstanten und andere Daten gespeichert sind, die erforderlich sind, damit das Meßgerät 10 die zur Bestimmung eines Analyten erforderlichen Verfahren ausführen kann. Der ROM-Speicherbaustein 52 ist am Oberteil des Meßgerätes 10 einsteckbar, wie in 1 dargestellt. Im allgemeinen wird mit jeder Charge disposibler Teststreifen 18 ein ROM-Speicherbaustein 52 geliefert, der verschiedene Konstanten enthält, durch die die Meßparameter des Meßgerätes 10 so eingestellt werden, daß sie den spezifischen Charakteristika der jeweiligen Charge des disposiblen Teststreifens 18 entsprechen.
Bei dem hier beschriebenen Beispiel wird davon ausgegangen, daß die Probe, die den Analyten enthält, ein Blutstropfen ist, in dem der Glucosegehalt bestimmt werden soll. Ein disposibler Teststreifen zur Bestimmung von Glucose enthält in der Aufnahmezone 20 folgende Reaktanten: ein Enzym, einen Elektrolyten, einen Mediator, einen Filmbildner und einen Puffer. Das Enzym kann beispielsweise Glucoseoxidase oder Glucosedehydrogenase sein; der Puffer kann organisch oder anorganisch sein; der Elektrolyt kann Kaliumchlorid oder Natriumchlorid sein; der Mediator ist vorzugsweise Kaliumferricyanid und als Filmbildner kommen Gelatine und Propiofin in Betracht. (Falls der Teststreifen zur Bestimmung von Cholesterin dienen soll, ist das Enzym vorzugsweise Cholesterinoxidase mit oder ohne Zusatz einer Cholesterinesterase. Der Puffer ist vorzugsweise anorganisch und enthält einen Elektrolyten wie beispielsweise Kaliumchlorid oder Natriumchlorid. In diesem Fall kommen zwei Mediatoren zur Anwendung, d. h. Ferricyanid und Chinone, die, wie zuvor erwähnt, in einen Gelatinefilm integriert werden.)
Da die Chemie für solche analytischen Bestimmungen in der Fachwelt bekannt ist, wird sie hier nicht im einzelnen beschrieben. Es genügt zu erwähnen, daß eine Glucosebestimmung durchgeführt wird, indem man zuerst eine Blutprobe in der Probenaufnahme 20 plaziert. Die in der Probe enthaltene Glucose verursacht eine Vorwärtsreaktion von Kaliumferricyanid zu Kaliumferrocyanid. Innerhalb einer Inkubationszeit läuft die Vorwärtsreaktion vollständig ab. Das nachfolgende Anlegen einer Anregungsspannung an eine Elektrode des disposiblen Teststreifens 18 führt dazu, daß durch die gegenüberliegende Elektrode ein kleiner Strom fließt, der aus der Rückreaktion von Kaliumferrocyanid zu Kaliumferricyanid resultiert. Der Elektronenstrom während der Rückreaktion wird erfaßt und an mehreren Punkten gemessen, um einerseits festzustellen, daß die Reaktion der Cottrell-Kurve folgt und andererseits um den Wert der Cottrell-Kurve zu ermitteln. Dieser Wert ist ein Maß für die Glucosekonzentration. Der resultierende Glucosewert muß jedoch korrigiert werden, um die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen.
In 3 sind die Anregungspotentiale, die von der Anregungsspannungsquelle 32 an die Elektrode 24 angelegt werden, als Kurve 60 dargestellt. Der dabei resultierende Meßstrom, der von dem Meßverstärker 38 bestimmt wird, ist als Kurve 62 dargestellt. Anfangs liefert die Anregungsspannungsquelle 32 einen Potentialwert 64 an die Elektrode 24. Wenn in der Probenaufnahme 20 eine Blutprobe plaziert wird, resultiert daraus ein Strompuls 66, der dem Mikroprozessor 46 anzeigt, daß eine Inkubationsperiode begonnen werden soll. Zu diesem Zeitpunkt wird das Anregungspotential 64 von der Elektrode 24 abgenommen (Potentialwert 68), um eine Reaktion zwischen dem Blutstropfen und den Reaktanten zu ermöglichen. Am Ende der Inkubationsperiode liefert die Anregungsspannungsquelle 32 einen Spannungswert 70 an die Elektrode 24. Infolgedessen detektiert und mißt der Meßverstärker 38 eine Anzahl von Meßwerten des zu der Elektrode 26 fließenden Stromes (dargestellt als Kurve 72).
Wenn man davon ausgeht, daß der durch die Aufnahmezone 20 fließende Strom der Cottrell-Beziehung folgt, werden die Stromwerte der Kurve 72 in Abhängigkeit von der in der Blutprobe enthaltenen Glucosekonzentration nach oben oder nach unten verschoben. Der Mikroprozessor 46 verwendet in Verbindung mit dem ROM-Speicherbaustein 52 die auf der Kurve 72 gewonnenen Meßwerte, um die Position der Kurve 72 zu bestimmen, und leitet daraus den Glucosewert ab. Um den so bestimmten Glucosewert zu berichtigen, muß die Umgebungstemperatur bestimmt und eine Korrektur durchgeführt werden. Erst nach dieser Korrektur wird der Glucosewert auf dem Display 12 dem Benutzer angezeigt.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 wird das in dem Biosensor-Meßgerät 10 ablaufende Verfahren zur Temperaturabschätzung beschrieben. Da es wünschenswert ist, den Temperaturfühler 30 von raschen Temperaturänderungen zu isolieren, ist er innerhalb des Biosensor-Meßgeräts 10 befestigt, so daß er bis zu einem gewissen Grad von der Umgebungstemperatur isoliert ist. Folglich beginnt bei einer Änderung der Umgebungstemperatur der Temperaturfühler 30 sein Ausgangssignal entsprechend zu ändern, er erreicht die tatsächliche Umgebungstemperatur jedoch erst nach Ablauf eines Zeitraums, der mehreren thermischen Zeitkonstanten entspricht. Eine thermische Zeitkonstante des Biosensor-Meßgerätes 10 ist die Zeit, die der Temperaturfühler 30 für eine Signaländerung benötigt, die etwa 60% der Temperaturdifferenz zwischen der Anfangstemperatur des Temperaturfühlers 30 und der tatsächlichen Umgebungstemperatur entspricht.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß konstruierten Meßgerätes beträgt die thermische Zeitkonstante ungefähr zehn Minuten. Damit der Temperaturfühler 30 eine Signaländerung macht, die 98% der Temperaturdifferenz zwischen der Anfangstemperatur des Temperaturfühlers 30 und der Umgebungstemperatur entspricht, ist es nötig, einen Zeitraum entsprechend der vierfachen Zeitkonstanten oder vierzig Minuten abzuwarten – falls das Biosensor-Meßgerät 10 auf das Eintreten dieses Zustandes warten soll.
Selbstverständlich ist es nicht vorteilhaft, wenn der Benutzer vierzig Minuten warten muß, um einen genauen Glucosemeßwert zu erhalten. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß genaue Glucose-Meßwerte erhalten werden können, wenn man die Umgebungstemperatur auf Basis weniger Temperaturmeßwerte des Temperaturfühlers 30 abschätzt. Diese Meßwerte werden in einem kurzen Zeitraum gewonnen, typischerweise z. B, in weniger als einer Minute. Um eine derartige Abschätzung der Temperatur zu ermöglichen, müssen mindestens zwei Temperaturmeßwerte für die Berechnung mittels des Mikroprozessors 46 zur Verfügung stehen. Ein derartiger Temperaturmeßwert wird nachfolgend als T_alt und ein späterer Temperaturmeßwert als T_neu bezeichnet.
Um zu vermeiden, daß der Benutzer abwarten muß, bis zwei Temperaturmeßwerte gewonnen wurden, wird das Biosensor-Meßgerät 10 in der Weise betrieben, daß es in periodischen Intervallen auch dann Temperaturmeßwerte ermittelt, wenn es ausgeschaltet ist. In einem derartigen ausgeschalteten Zustand wird der Mikroprozessor 46 ausreichend mit elektrischer Leistung versorgt, um so alle drei Minuten einen Temperaturmeßwert von dem Temperaturfühler 30 übernehmen zu können. Dieser Temperaturmeßwert wird als T_neu gespeichert, wobei der vorausgehende T_neu-Wert den vorhergehenden, im RAM des Mikroprozessors 46 gespeicherten T_alt-Wert ersetzt. Für Fachleute ist selbstverständlich geläufig, daß die Zeit von drei Minuten nicht kritisch ist und in Abhängigkeit von den Erfordernissen des Meßgerätes variiert werden kann.
Wenn das Meßgerät 10 anschließend eingeschaltet wird, übernimmt der Mikroprozessor 46 alle dreißig Sekunden Meßwerte von dem Temperaturfühler 30, um T_neu-Werte zu erhalten. Der erste derartige T_neu-Meßwert nach dem Einschalten wird mit dem bereits in dem RAM des Mikroprozessors 46 gespeicherten T_alt-Meßwert kombiniert. Auf Basis dieser beiden Meßwerte wird eine erste Extrapolation zur Bestimmung von T_Umgebung durchgeführt. Danach werden weitere Temperaturmessungen T_neu durchgeführt, wobei jeweils ein T_alt-Meßwert durch den vorhergehenden T_neu-Meßwert ersetzt wird, der zum T_alt-Meßwert wird. Auf diese Weise kann das Meßgerät 10 sehr schnell nach dem Einschalten T_Umgebung-Meßwerte gewinnen, auf deren Basis zutreffende Korrekturen der Glucose-Meßwerte durchgeführt werden können.
Die Darstellung in 4 geht davon aus, daß T_Umgebung sich von dem Wert 80 auf den Wert 82 ändert. Weiter wird angenommen, daß sich das Meßgerät 10 für zehn Minuten im ausgeschalteten Zustand befindet und dann eingeschaltet wird. Bis zu dem Zeitpunkt t = 10 wird (im ausgeschalteten Zustand) alle drei Minuten ein Temperaturmeßwert gewonnen und gespeichert. Ab dem Zeitpunkt, zu dem das Meßgerät eingeschaltet wird, wird alle dreißig Sekunden ein Temperaturmeßwert ermittelt und jeweils danach eine Temperaturextrapolation durchgeführt. Wenn sich T_Umgebung von dem Wert 80 auf den Wert 82 ändert, beginnt das Ausgangssignal 84 des Temperaturfühlers 30 sich der neuen Umgebungstemperatur (Wert 82) exponentiell anzunähern. Die während dieser Zeit von dem Temperaturfühler 30 übernommenen Temperaturmeßwerte versetzen den Mikroprozessor 46 in die Lage, eine Abschätzung von T_Umgebung gemäß der nachfolgenden Gleichung durchzuführen:
wobei: m = inverse thermische Zeitkonstante des Meßgerätes (in Sekunden);
Δt = Zeit in Sekunden zwischen der Ermittlung von T_neu und T_alt.
Unter Bezugnahme auf 5 wird das mittels des Mikroprozessors 46 ablaufende Verfahren zur Abschätzung der Umgebungstemperatur beschrieben. Wenn das Meßgerät 10 ausgeschaltet ist, wird, wie durch das Entscheidungssymbol 100 dargestellt, festgestellt, ob seit der letzten Temperaturmessung drei Minuten vergangen sind (Entscheidungssymbol 102). Wenn die drei Minuten noch nicht abgelaufen sind, wird die Routine wiederholt. Nach Ablauf von drei Minuten wird ein neuer Meßwert T_neu ermittelt (Feld 104). Der alte Temperaturmeßwert T_alt wird durch den vorausgehenden T_neu-Meßwert ersetzt (Feld 106). Die Routine wird dann wiederholt, um erneut zu bestimmen, ob das Meßgerät 10 ein- oder ausgeschaltet ist.
Sobald das Meßgerät 10 eingeschaltet ist, wird die seit der letzten Temperaturmessung vergangene Zeit Δt bestimmt und mit einem Grenzwert verglichen, der aus dem Speicher abgerufen wurde. Wenn Δt größer als der Grenzwert (z. B. dreißig Sekunden) ist, wird ein neuer Meßwert T_neu ermittelt und mit dem T_alt-Meßwert abgespeichert (Feld 110). Wenn der Zeitunterschied Δt kleiner als der Grenzwert ist, wird die Routine wiederholt, bis ein entsprechendes Zeitintervall abgelaufen ist.
Der erläuterte Vergleichsgrenzwert Δt dient dazu, zu verhindern, daß der Mikroprozessor 46 Extrapolationen auf Basis von Temperaturmeßwerten durchführt, die in einem zu dichten zeitlichen Abstand ermittelt wurden. Derartige Messungen könnten zu erheblichen Fehlern führen und damit die Temperaturabschätzung verderben. Wie aus Gleichung A zu entnehmen ist, nähert sich der Wert von e^Δt mit abnehmenden Wert von Δt dem Wert Eins. Demzufolge wird bei sehr kleinem Δt der Faktor 1/(e^mΔt – 1) groß. Durch diesen Faktor werden kleine Fehler der Meßwerte von T_neu und T_alt vervielfacht. Dies führt zu einer fehlerhaften Abweichung bei dem letztlich bestimmten Wert von T_Umgebung.
Nachdem ein neuer Temperaturmeßwert T_neu ermittelt wurde, wird ein Teil der Gleichung A wie folgt berechnet (Feld 112)
Sobald die Gleichung B berechnet wurde, wird ermittelt, ob die Differenz zwischen der neu gemessenen Temperatur T_neu und der alten Temperatur T_alt kleiner als ein Tempera turgrenzwert ΔT ist (Entscheidungssymbol 114). Der Grenzwert ΔT wird aus dem ROM-Speicherbaustein 52 übernommen. Falls die Werte von T_neu und T_alt sehr dicht beieinander liegen, könnte der Abschätzungsalgorithmus eine erhebliche Temperaturänderung ermitteln, obwohl in Wahrheit der Unterschied möglicherweise nur auf Rauschen zurückzuführen ist. Deshalb wird die Differenz zwischen T_neu und T_alt mit einem Temperaturgrenzwert ΔT, der aus dem ROM-Speicherbaustein 52 übernommen wurde, verglichen. Wenn die Temperaturdifferenz größer als der ΔT-Grenzwert ist, ist die Durchführung der vollständigen Temperaturabschätzung angezeigt. Wenn hingegen die Differenz zwischen den Temperaturmeßwerten kleiner als der aus dem ROM-Speicherbaustein 52 übernommene ΔT-Wert ist, wird unterstellt, daß die Temperaturmessungen im wesentlichen übereinstimmen und während des gesamten Zeitraums et keine Temperaturänderung stattgefunden hat (ein Anzeichen dafür, daß sich das Meßgerät 10 wahrscheinlich im Gleichgewichtszustand befindet). Deshalb ist die Durchführung einer Abschätzung nicht erforderlich und der T_neu-Meßwert kann als neuer Wert für die Umgebungstemperatur verwendet werden.
Wenn hingegen die Temperaturdifferenz zwischen T_neu und T_alt gleich oder größer als der ΔT-Grenzwert ist, wird, wie in Feld 118 dargestellt, die Gleichung (C) berechnet: TUmgebung = Tneu + [(Tneu – Talt)X1] (C)
Die Gleichung (C) ermöglicht es, einen neuen Schätzwert für T_Umgebung zu ermitteln. Der zuvor gespeicherte Wert von T_Umgebung wird dann durch den neuen Wert ersetzt (Feld 120). Der neue T_Umgebung-Wert wird anschließend mit Betriebstemperaturgrenzen verglichen, die aus dem ROM-Speicherbaustein 52 übernommen wurden (Entscheidungssymbol 122). Wenn T_Umgebung nicht innerhalb geeigneter Betriebstempe raturgrenzen liegt, wird die Analyse abgebrochen (Feld 124). Wenn T_Umgebung innerhalb geeigneter Betriebstemperaturgrenzen liegt, wird der T_Umgebung-Wert zur Temperaturkompensation des Glucose-Meßwertes verwendet (Feld 126). Die Grenzwerte der Betriebstemperatur sind die Grenzen des Temperaturkorrekturalgorithmus (z. B. zwischen 18°C und 32°C).
Es sollte klar sein, daß die vorausgehende Beschreibung nur ein Beispiel der Erfindung betrifft. Dem Fachmann sind zahlreiche Alternativen und Modifikationen zugänglich, ohne von der Erfindung abzuweichen. Während beispielsweise in 2 zwei A/D-Wandler 40 und 42 dargestellt sind, funktioniert ein einziger A/D-Wandler für beide Eingänge ebensogut. Demzufolge richtet sich die Erfindung auf alle Alternativen, Modifikationen und Varianten, die im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Gegenwart eines Analyten in einer biologischen Probe mittels eines Biosensor-Meßgeräts, wobei der ermittelte Analysewert von der Umgebungstemperatur in der Nähe der biologischen Probe abhängt, das Biosensor-Meßgerät einen Prozessor und einen Temperaturfühler aufweist, der in dem Meßgerät angeordnet ist und dadurch auf Änderungen der Umgebungstemperatur verzögert reagiert, wobei das Verfahren unter Kontrolle des Prozessors eine Temperaturabschätzung und eine Temperaturkompensation zum Ausgleich der verzögerten Reaktion einschließt und folgende Schritte umfaßt: (a) periodisches Ermitteln von Temperaturmeßwerten des Temperaturfühlers sowohl im eingeschalteten als auch im ausgeschalteten Zustand des Biosensor-Meßgerätes; (b) Abschätzen der Umgebungstemperatur unter Verwendung von mindestens zwei der jüngsten Temperaturmeßwerte, wenn sich das Biosensor-Meßgerät im eingeschalteten Zustand befindet; und (c) Verwendung der im Schritt (b) abgeschätzten Umgebungstemperatur zur Kompensation eines ermittelten Analysewertes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt (b) die Umgebungstemperatur unter Verwendung der zwei jüngsten Temperaturmeßwerte und durch von diesen ausgehende Extrapolation abgeschätzt wird, um den Schätzwert der Umgebungstemperatur zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 2, das nach Einschalten des Meßgeräts folgende zusätzliche Schritte umfaßt: Ermitteln der seit der letzten Temperaturmessung vergangenen Zeit, um ein Zeitintervall-Signal zu erzeugen; Vergleichen des Zeitintervalls mit einem Zeit-Grenzwert; Wiederholen der Prozedur, wenn das Zeitintervall geringer als der Zeit-Grenzwert ist, bis eine angemessene Zeitspanne verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperaturmeßwerte bei ausgeschaltetem Biosensor-Meßgerät in ersten Intervallen und bei eingeschaltetem Meßgerät in zweiten, kürzeren Intervallen bestimmt werden, und das Biosensor-Meßgerät zur Temperaturabschätzung einen Temperaturmeßwert, der bei ausgeschaltetem Meßgerät, und einen Temperaturmeßwert, der bei eingeschaltetem Gerät gewonnen wurde, verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abschätzungsschritt nur durchgeführt wird, wenn die Differenz zwischen den beiden jüngsten Temperaturmeßwerten einen Temperaturfdifferenz-Grenzwert übersteigt, wobei ein jüngster Temperaturmeßwert als Umgebungstemperatur verwendet wird, wenn der Grenzwert nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abschätzungsschritt eine Extrapolation auf Basis der beiden jüngsten Temperaturmeßwerte T_alt und T_neu zur Ermittlung von T_Umgebung einschließt, bei der folgende Formel verwendet wird:
wobei: m = inverse thermische Zeitkonstante des Meßgerätes; Δt = Zeit zwischen der Ermittlung von T_neu Und T_alt
Verfahren nach Anspruch 6, wobei T_alt ermittelt wird, wenn sich das Meßgerät in ausgeschaltetem Zustand befindet, und ein T_neu-Wert ermittelt wird, nachdem das Meßgerät in den eingeschalteten Zustand gebracht wurde, umfassend folgende zusätzliche Schritte: Bestimmung des Zeitintervalls zwischen der Ermittlung der Werte von T_alt und T_neu; Vergleichen des bestimmten Zeitintervalls mit einem Zeit-Grenzwert; und Vernachlässigen des T_neu-Meßwertes, wenn das Zeitintervall nicht mindestens ebenso groß wie der Zeit-Grenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend die folgenden zusätzlichen Schritte: Ermittlung eines Temperaturdifferenzwertes zwischen T_neu und T_alt; Vergleichen des Temperaturdifferenzwertes mit einem Temperaturdifferenz-Grenzwert; und Verwenden des T_neu-Meßwertes als neuer T_Umgebung-Wert, wenn der Temperaturdifferenzwert geringer als der Temperaturdifferenz-Grenzwert ist, ausgehend von der Annahme, daß sich das Biosensor-Meßgerät bei einer stabilen Temperatur befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 8, wobei das Biosensor-Meßgerät einen einsteckbaren ROM-Baustein aufweist und der Temperaturdifferenz-Grenzwert von dem einsteckbaren ROM-Baustein übernommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Biosensor-Meßgerät arbeitet, wenn T_Umgebung innerhalb zuvor festgelegter Betriebstemperaturgrenzen liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Biosensor-Meßgerät einen einsteckbaren ROM-Baustein aufweist und die Betriebstemperaturgrenzen von dem einsteckbaren ROM-Baustein übernommen werden.
System zur Bestimmung der Gegenwart eines Analyten in einer biologischen Probe, umfassend Einweg-Teststreifen; ein Biosensor-Meßgerät, das einen Prozessor und einen Temperaturfühler aufweist, der in dem Meßgerät angeordnet ist und auf Änderungen der Umgebungstemperatur verzögert reagiert; und einen in das Biosensor-Meßgerät einsteckbaren ROM-Baustein, wobei der Prozessor des Biosensor-Meßgeräts so programmiert ist, daß er ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt.
System nach Anspruch 12, wobei der Prozessor so programmiert ist, daß er ein Verfahren nach Anspruch 9 durchführt, und der einsteckbare ROM-Baustein den Temperaturdifferenz-Grenzwert enthält.
System nach Anspruch 12, wobei der Prozessor so programmiert ist, daß er ein Verfahren nach Anspruch 11 durchführt, und der einsteckbare ROM-Baustein die Betriebstemperaturgrenzen enthält.