用于減小來自生物傳感器儀表的電擊危險的裝置和方法
【專利摘要】提供了一種用于確定諸如血糖等流體中的分析物濃度的生物傳感器儀表(10a)。所述生物傳感器儀表包括具有第一數據信號端口端子(32d')的USB端口(14a)以及包括第一輸入端子和輸出端子的檢測電路(50a)。所述檢測電路(50a)的所述第一輸入端子與所述第一數據信號端口端子(32d')連接。當所述第一輸入端子處感測到的電流大于或等于第一預定量時，所述檢測電路(50a)在所述輸出端子處提供第一輸出信號，且當所述第一輸入端子處感測到的所述電流小于所述第一預定量時，所述檢測電路(50a)在所述輸出端子處提供第二輸出信號。所述檢測電路構造成檢測所述生物傳感器儀表(10a)的所述USB端口(14a)是否與諸如電腦(12)等另一電子裝置的USB端口(14b)連接，并提醒儀表的用戶不要執行測量以便減小電擊危險。
【專利說明】用于減小來自生物傳感器儀表的電擊危險的裝置和方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年7月26日提交的名稱為"APPARATUS AND METHODS FOR REDUCING ELECTRICAL SHOCK HAZARD FROM BIOSENSOR METERS" 的美國臨時專利申請 No. 61/675953的權益，在此為了所有目的將其全部內容以引用的方式并入本文。
【技術領域】
[0003] 本發明涉及用于檢測或監測諸如血液等流體試樣中的諸如葡萄糖等分析物的諸 如血糖監測儀等生物傳感器儀表。具體地，本發明涉及用于減小來自生物傳感器儀表的電 擊危險的裝置和方法。
【發明內容】
[0004] 在本發明的第一方面中，提供了一種用于確定流體中的分析物濃度的生物傳感器 儀表。所述生物傳感器儀表包括具有第一數據信號端口端子的USB端口以及包括第一輸入 端子和輸出端子的檢測電路。所述檢測電路的所述第一輸入端子與所述第一數據信號端口 端子連接。當所述第一輸入端子處感測到的電流大于或等于第一預定量時，所述檢測電路 在所述輸出端子處提供第一輸出信號，且當所述第一輸入端子處感測到的所述電流小于所 述第一預定量時，所述檢測電路在所述輸出端子處提供第二輸出信號。
[0005] 在本發明的第二方面中，提供了一種使用用于確定流體中的分析物濃度的生物傳 感器儀表的方法。所述生物傳感器儀表包括具有第一數據信號端口端子的USB端口。所述 方法包括：提供檢測電路，所述檢測電路包括第一輸入端子和輸出端子，且所述第一輸入端 子與所述第一數據信號端口端子連接。所述方法還包括：當所述第一輸入端子處感測到的 電流大于或等于第一預定量時，在所述輸出端子處提供第一輸出信號，且當所述第一輸入 端子處感測到的所述電流小于所述第一預定量時，在所述輸出端子處提供第二輸出信號。
[0006] 根據下面的詳細說明、附加的權利要求以及附圖，本發明的其他特征和方面將變 得更充分地顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 根據下列詳細說明并結合下列附圖，可以更清楚地理解本發明的特征，且貫穿全 文，相同的附圖標記表示相同的部件，其中：
[0008] 圖1圖示了經由USB端口與個人電腦連接的先前已知的生物傳感器儀表；
[0009] 圖2A圖示了與個人電腦連接的根據本發明的示例性生物傳感器儀表；
[0010] 圖2B圖示了與個人電腦連接的根據本發明的另一示例性生物傳感器儀表；
[0011] 圖3是根據本發明的示例性方法的流程圖；以及
[0012] 圖4A?4B圖示了根據本發明的示例性生物傳感器儀表。
【具體實施方式】
[0013] 根據本發明的裝置和方法確定生物傳感器儀表是否與電腦裝置的USB端口（例 如，個人電腦的USB端口）連接，且如果檢測到USB端口連接，則使流體試樣分析無法進行。 具體地，無論電腦裝置是打開還是關閉且無論電腦裝置是否正常運行，根據本發明的生物 傳感器儀表確定USB生物傳感器儀表是否與電腦裝置的USB端口連接。如下更詳細地說明， 如果生物傳感器儀表確定儀表與電腦裝置的USB端口連接，那么生物傳感器儀表就使流體 試樣分析無法進行。
[0014] 生物傳感器儀表通常用于檢測或監測諸如血液和尿液等體液或其他體液中的分 析物。許多生物傳感器儀表配置成與分析測試條一起使用，這些分析測試條用于收集用戶 的體液的試樣。具體地，用戶在測試條上收集流體試樣，并然后將該測試條插入到生物傳感 器儀表的端口中。儀表對流體試樣進行分析并然后報告分析結果。
[0015] 例如，血糖儀（BGM)是用于測量用戶的血液試樣中的血糖水平的生物傳感器儀 表。對于一些BGM裝置，用戶將測試條插入到BGM中，且BGM顯示邀請用戶將血液施加至測 試條的消息。在用戶施加血液試樣之后，BGM對血液試樣進行分析以確定試樣中的血糖水 平，并將結果報告給用戶（例如，經由顯示器和/或揚聲器）。
[0016] 為增強數據存儲和分析，許多生物傳感器儀表包括用于將儀表連接至個人電腦 (PC)的接口。實際上，一些生物傳感器儀表包括可插入到PC上的USB端口中的USB端口， 其中PC可包括對來自生物傳感器儀表的數據進行提取、存儲和分析的軟件。例如，由位于 紐約柏油村（Tarrytown)的拜耳醫藥保健公司（Bayer Healthcare)生產的CONTOURw USB血糖儀可被插入到PC中以獲取歷史血糖數據并趨于幫助最優化糖尿病管理。包括USB 端口的生物傳感器儀表將被稱為"USB生物傳感器儀表"。
[0017] 生物傳感器儀表通常是靠電池供電、輕量和手持型的裝置。由于電池提供的電源 電壓較低，所以生物傳感器儀表通常沒有電擊危險。然而，當裝置與個人電腦連接時，USB生 物傳感器儀表則具有引起電擊危險的可能。
[0018] 例如，圖1圖示了與PC 12連接的USB生物傳感器儀表（例如，BGM) 10。具體地， USB生物傳感器儀表10包括與PC 12的USB端口 14b連接的USB端口 14a。PC 12包括電 源16,該電源16與外部交流電壓源18(例如，包括線路（火線）和中性電壓的電插座）連 接，并向個人電腦12中的內部電路提供直流輸出20 (例如，+3. 3V)和22 (例如，底座地線）， 其中個人電腦12在USB端口 14b中包括電導體。
[0019] 如果電源16發生故障（例如，發生內部短路）且線路信號變成與底座地線連接， 那么PC 12中的內部電路不再與線路電壓隔離。即使PC 12是關閉的，這種情況也會發生。 如果個人PC 12是臺式PC，那么這種情況就不太可能成為問題，這是因為臺式PC通常經由 三芯電插頭接地。在這種情況下，如果電源16發生故障，那么PC 12中的內部保險絲將會 熔斷，且線路電壓將與內部電路斷開。
[0020] 然而，如果PC 12是沒有適當地接地的臺式PC，或PC 12是通過外部電源適配器經 由未接地的兩芯插頭與電插座連接的膝上型電腦，那么在內部電路沒有外部接地保護的情 況下，電源16的故障可能導致PC 12的內部電路與線路信號連接。
[0021] 因此，如果USB生物傳感器儀表10與具有故障電源16的PC 12連接，那么USB生 物傳感器儀表10中的電導體可經由USB端口 14a與線路電壓連接。如果用戶24將測試條 26插入到USB生物傳感器儀表10中，并觸摸測試條26來提供流體試樣，那么可形成如圖1 所示的電擊電流路徑。
[0022] USB生物傳感器儀表通常包括警告用戶不要在儀表經由USB端口與PC連接時進行 測試的指令。然而，并不是所有的用戶都閱讀文件，且即使那些閱讀過文件的用戶也可能會 在經過一段時間之后忘記警告。另外，因為USB生物傳感器儀表通常是較小的裝置，所以與 電氣或機械電路隔離相關的常規保護方法幾乎是不可能的。因此，現有的USB生物傳感器 儀表會對用戶造成潛在的電擊風險。
[0023] 根據本發明的裝置和方法確定USB生物傳感器儀表是否與PC的USB端口連接，且 如果檢測到USB端口連接，則使流體試樣分析無法進行。具體地，無論PC是開啟還是關閉 且無論PC是否正常運行，根據本發明的USB生物傳感器儀表確定USB生物傳感器儀表是否 與PC的USB端口連接。如下面更詳細地說明，如果USB生物傳感器儀表確定儀表與PC的 USB端口連接，那么根據本發明的USB生物傳感器儀表使流體試樣分析無法進行。
[0024] 例如，根據本發明的USB生物傳感器儀表可包括用于顯示警告用戶不要將流體試 樣施加至測試條和/或從儀表移除測試條的消息的顯示器。在這點上，用戶從不接收將液 體施加至測試條的邀請，并因此降低了用戶被電擊的風險。
[0025] 另外或可替代地，根據本發明的USB生物傳感器儀表可包括揚聲器，該揚聲器可 發出用于警告用戶不要將流體試樣施加至測試條的音響警報、嘟嘟聲或語音消息。另外或 可替代地，根據本發明的USB生物傳感器儀表可進行振動來警告用戶不要將流體試樣施加 至測試條和/或可使測試條從儀表中彈出以防止用戶將流體試樣施加至測試條。
[0026] 現參考圖2A，對根據本發明的包括第一示例性USB生物傳感器儀表IOa的系統進 行說明。在此示例性實施例中，USB生物傳感器儀表IOa包括與PC 12的USB主端口 14b連 接的USB從端口 14a。PC 12可以是臺式電腦、主機、計算機服務器、膝上型電腦、平板電腦、 無線電話、智能手機或其他類似電腦裝置。在下述的圖示示例性中，假定供電電壓為+3. 3V。 本領域普通技術人員將理解，根據本發明的方法和裝置還可使用其他供電電壓。
[0027] USB主端口 14b是常規USB主端口，其包括USB主端口電阻器RpJPR P2以及USB驅 動器30,并在端口端子32a、32b、32c和32d處分別提供電源總線信號（V bus和接地）和數據 信號（D+和D-)。根據USB標準，USB主端口電阻器RpJPR !>2均可具有14. 25k Ω與24. 8k Ω 之間的值，并分別連接在端口端子32c (D+)和32d(D_)與端口端子32b (接地）之間。而且 根據USB標準，數據線D+和D-是無源的，直到外圍裝置經由具有900 Ω?1575 Ω的值的 電阻器將+3. OV?+3. 3V的電壓提供至數據信號D+或D-來啟動USB操作為止。
[0028] USB生物傳感器儀表IOa包括USB從端口 14a、微控制器40a、受控開關42、運算放 大器（opamp) 44、比較器46、第一電阻器R1、第二電阻器R2、反饋電阻器Rfb、電壓基準V kef和 閥值電壓VTH。USB從端口 14a包括與USB主端口 14b的端口端子32a、32b、32c和32d分別 對應的端口端子32a'、32b'、32c'和32d'。本領域普通技術人員將理解，根據本發明的USB 生物傳感器儀表可包括除圖2A所示部件之外或包括圖2A所示部件在內的部件。
[0029] 微控制器40a可以是諸如由位于英國劍橋的安謀國際科技股份有限公司（ARM Holdings)生產的ARM CortexTM-M3處理器等常規微控制器，或其他類似的微控制器。微 控制器40a包括經由第一電阻器R 1與端口端子32a'（Vbus)連接的中斷輸入端、與端口端子 32c'（D+)和32d'（D-)連接的USB從控制器52、經由第二電阻器R 2與端口端子32c'（D+)連 接的USB使能輸出端、與受控開關42的控制輸入端連接的開關控制輸出端以及與比較器46 的輸出端νω連接的USB檢測輸入端。本領域普通技術人員將理解，微控制器40a通常可包 括包含圖2A所描述的輸入端和輸出端或不同于圖2A所描述的輸入端和輸出端的輸入端和 輸出端。
[0030] 盡管也可以使用其他電阻值，第一電阻器R1可以是10k± 1-5%電阻器，且第二電 阻器R2可具有900 Ω?1575 Ω的值。本領域普通技術人員將理解，USB使能輸出端或者也 可經由第二電阻器R2與端口端子32d'（D-)連接。
[0031] 受控開關42具有與運算放大器44的反相輸入端連接的第一端子以及與端口端子 32d'（D-)連接的第二端子，并基于來自微控制器40a的開關控制信號的值進行操作以使運 算放大器44的反相輸入端與端口端子32d'（D-)連接或斷開。例如，如果開關控制信號具 有第一值（例如，"關斷"或0V)，那么運算放大器44的反相輸入端可與端口端子32d'（D-) 斷開。或者，如果開關控制信號具有第二值（例如，"接通"或+3. 3V)，那么運算放大器44 的反相輸入端可與端口端子32d'（D-)連接。
[0032] 受控開關42可以是諸如由位于荷蘭埃因霍溫的恩智浦半導體公司（NXP Semiconductors)生產的NX3LIT66低電阻單刀單擲模擬開關等通用IC開關，或其他類似的 開關。本領域普通技術人員將理解可以顛倒上述的切換慣例，并也將理解運算放大器44的 反相輸入端或者也可以與端口端子32c'（D+)可切換地連接。
[0033] 運算放大器44具有與電壓基準信號Vkef連接的非反相輸入端、與反饋電阻器M勺 第一端子連接的反相輸入端以及與反饋電阻器R fb的第二端子連接的輸出端Vtot。運算放大 器44可以是諸如由位于美國亞利桑那州錢德勒市（Chandler)的微芯科技公司（Microchip Technology Inc.)生產的MCP6001T運算放大器等通用運算放大器，或其他類似的運算放 大器。
[0034] 反饋電阻器Rfb可以是140k Ω電阻器。電壓基準Vkef可具有+0. 25V的值，且閥值 電壓Vth可具有+1. 3V的值。然而，如下面更詳細地說明，反饋電阻器R FB、電壓基準Vkef和 閥值電壓Vth也可使用其他值。
[0035] 比較器46具有與運算放大器44的輸出端Vqut連接的第一輸入端、與閥值電壓V TH 連接的第二輸入端以及與微控制器40a的USB檢測輸入端連接的輸出端V。。。比較器46 可以是諸如由位于美國加利福尼亞州米爾皮塔斯市（Milpitas)的凌力爾特公司（Linear Technology Corporation)生產的LT1713CMS8比較器等通用比較器，或其他類似的比較 器。
[0036] 根據本發明，無論PC 12是打開還是關閉且無論PC 12是否正常運行，USB生物傳 感器儀表IOa能夠確定USB從端口 14a是否與PC 12的USB主端口 14b連接。
[0037] 現參考圖2A和圖3,對USB生物傳感器儀表IOa的示例性操作進行說明。在步驟 60中，打開USB生物傳感器儀表10a。例如，用戶可激活USB生物傳感器儀表IOa上的開關 (圖中未示出）來打開儀表，或者用戶可將測試條插入到儀表中，這可使USB生物傳感器儀 表IOa被打開。本領域普通技術人員將理解，可以使用其他技術來打開USB生物傳感器儀 表 10a〇
[0038] 在步驟62中，微控制器40a的開關控制信號接通受控開關42。在步驟64中，微 控制器40a確定是否發生了 USB電源總線中斷。具體地，如果PC12被打開并正常地運行， 那么USB電源總線信號Vbus具有非零值（例如，用于使用3. 3V供電的系統的+3. 3V)。如果 USB從端口 14a與PC 12的USB主端口 14b連接，那么USB電源總線信號Vbus經由端口端子 32a和32a'以及第一電阻器48與微控制器40a的中斷輸入端連接。USB電源總線信號Vbus 的大于微控制器40a的中斷閥值的非零值（例如，用于使用3. 3V供電的系統的Vbus>2. 64V) 將因此引起微控制器40a中斷。
[0039] 接收到此中斷的結果是，微控制器40a確定USB從端口 14a與PC 12的USB主端 口 14b連接。因此，在步驟66中，為了防止潛在的電擊對用戶造成傷害，USB生物傳感器儀 表IOa使流體試樣測量無法進行。
[0040] 例如，如圖4A所示，USB生物傳感器儀表IOa可包括顯示器100 (例如，液晶顯示 器或其他類似的顯示器），該顯示器100用于顯示諸如"不要進行測試！移除條帶"等警告 消息，或顯示其他類似的可警告用戶不要將流體試樣施加至測試條26的消息。
[0041] 本領域普通技術人員將理解，USB生物傳感器儀表IOa可使用其他技術來使流體 試樣測量無法進行。例如，USB生物傳感器儀表IOa可包括揚聲器110,該揚聲器110可發 出用于警告用戶不要將流體試樣施加至測試條26的音響警報、嘟嘟聲或語音消息。USB生 物傳感器儀表IOa也可進行振動來警告用戶不要將流體試樣施加至測試條26。另外或可替 代地，USB生物傳感器儀表可彈出測試條26來防止用戶將流體試樣施加至測試條26。本領 域普通技術人員將理解，可以使用其他技術來使流體試樣測量無法進行，且可對這些技術 中的一個或多個進行結合。
[0042] 再次參考圖3,在步驟68中，微控制器40a接通USB使能信號（例如，在USB使能 輸出端處提供+3. OV?+3. 3V信號）來激活數據線D+和D-。另外，微控制器40a可斷開開 關控制信號（例如，在開關控制輸出端處提供OV信號）來關斷受控開關42,并使運算放大 器44的反相輸入端與端口端子32d'（D-)斷開。在步驟70中，USB生物傳感器儀表IOa與 PC 12執行正常的USB操作（例如與PC 12交換數據和/或其他類似的操作）。
[0043] 如上所述，即使PC是關閉的或沒有正常運行，根據本發明的USB生物傳感器儀表 也能夠確定儀表是否與PC 12的USB端口連接。再次參考圖2A，如果PC 12被關閉或沒有 正常運行，USB電源總線信號Vbus的狀態則可能無法可靠地指示USB從端口 14a是否與PC 12的USB主端口 14b連接。
[0044] 例如，如果PC 12被關閉或沒有正常運行，USB電源總線信號Vbus可具有低于微控 制器40a的中斷閥值的一些值（例如，OV或噪音）。在這種情況下，再次參考圖3,在步驟 64中，微控制器40a沒有接收到USB電源總線中斷，且該方法進行到步驟72,以確定微控制 器40a的USB檢測輸入是否為HIGH。
[0045] 如上所述，再次參考圖2A，當USB生物傳感器儀表IOa打開時，開關控制信號接通 受控開關42。因此，受控開關42將運算放大器44的反相輸入端連接至端口端子32d'（D-)。 如果USB從端口 14a與USB主端口 14b連接，那么電流Isens將從運算放大器44的反相輸 入端流至USB主端口電阻器Rp2。
[0046] 在此構造中，運算放大器44的輸出端Vqu^ :
[0047]
【權利要求】
1. 一種用于確定流體中的分析物濃度的生物傳感器儀表，所述生物傳感器儀表包括： USB端口，其包括第一數據信號端口端子； 檢測電路，其包括與所述第一數據信號端口端子連接的第一輸入端子，并包括輸出端 子， 其中，當所述第一輸入端子處感測到的電流大于或等于第一預定量時，所述檢測電路 在所述輸出端子處提供第一輸出信號，且當所述第一輸入端子處感測到的所述電流小于所 述第一預定量時，所述檢測電路在所述輸出端子處提供第二輸出信號。
2. 如權利要求1所述生物傳感器儀表，其中，所述檢測電路包括運算放大器，所述運算 放大器包括與所述第一輸入端子連接的反相輸入端W及與電壓基準連接的非反相輸入端。
3. 如權利要求2所述的生物傳感器儀表，其中，所述檢測電路還包括反饋電阻器，所述 反饋電阻器連接在所述運算放大器的所述反相輸入端與輸出端之間。
4. 如權利要求1所述的生物傳感器儀表，其還包括受控開關，所述受控開關連接在所 述第一輸入端子與所述導體之間。
5. 如權利要求1所述的生物傳感器儀表，其還包括微控制器，所述微控制器具有與所 述檢測電路的所述輸出端子連接的輸入端子。
6. 如權利要求1所述的生物傳感器儀表，其中，當所述檢測電路在所述輸出端子處提 供所述第一輸出信號時，所述生物傳感器儀表使所述流體中的所述分析物濃度的確定無法 進行。
7. 如權利要求6所述的生物傳感器儀表，其中，所述生物傳感器儀表通過提供不要將 流體試樣施加至所述生物傳感器儀表的警告來使所述流體中的所述分析物濃度的確定無 法進行。
8. 如權利要求7所述的生物傳感器儀表，其中，所述警告包括顯示消息和音頻聲音中 的一種或多種。
9. 如權利要求1所述的生物傳感器儀表，其中，所述生物傳感器儀表包括血糖監測儀。
10. 如權利要求1所述的生物傳感器儀表，當所述生物傳感器儀表的USB端口與電腦裝 置的USB端口連接時，所述檢測電路在所述輸出端子處提供所述第一輸出信號。
11. 一種使用用于確定流體中的分析物濃度的生物傳感器儀表的方法，所述生物傳感 器儀表包括USB端口，所述USB端口包括第一數據信號端口端子，所述方法包括： 提供檢測電路，所述檢測電路包括與所述第一數據信號端口端子連接的第一輸入端 子，并包括輸出端子； 當所述第一輸入端子處感測到的電流大于或等于第一預定量時，在所述輸出端子處提 供第一輸出信號；W及 當所述第一輸入端子處感測到的所述電流小于所述第一預定量時，在所述輸出端子處 提供第二輸出信號。
12. 如權利要求11所述的方法，其還包括；提供檢測電路，所述檢測電路包括運算放大 器，且所述運算放大器包括與所述第一數據信號端口端子連接的反相輸入端、與電壓基準 連接的非反相輸入端W及用于提供所述第一輸出信號和所述第二輸出信號的輸出端。
13. 如權利要求12所述的方法，其還包括；提供反饋電阻器，所述反饋電阻器連接在所 述運算放大器的所述反相輸入端與所述輸出端之間。
14. 如權利要求12所述的方法，其還包括；將所述運算放大器的所述反相輸入端可控 制地切換至所述第一數據信號端口端子。
15. 如權利要求12所述的方法，其還包括；提供微控制器，所述微控制器具有與所述運 算放大器的所述輸出端連接的輸入端子。
16. 如權利要求11所述的方法，其還包括；當所述第一輸入端子處感測到的所述電流 大于或等于所述第一預定量時，使所述流體中的所述分析物濃度的確定無法進行。
17. 如權利要求16所述的方法，其中，使所述流體中的所述分析物濃度的確定無法進 行的方式包括提供不要將流體試樣施加至所述生物傳感器儀表的警告。
18. 如權利要求17所述的方法，其中，所述警告包括顯示消息和音頻聲音中的一種或 多種。
19. 如權利要求11所述的方法，其中，所述生物傳感器儀表包括血糖監測儀。
20. 如權利要求11所述的方法，其還包括；當所述生物傳感器儀表的USB端口與電腦 裝置的USB端口連接時，提供所述第一輸出信號。
【文檔編號】G01N33/487GK104471390SQ201380038446
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年3月5日 優先權日:2012年7月26日
【發明者】伊戈爾·戈夫曼爾 申請人:拜爾健康護理有限責任公司