GLUCOMETRUL GRIGORAȘ CARMINA-LAVINIA FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ SPECIALIZAREA INGINERIE MEDICALĂ, GRUPA 1641/2 UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ-NAPOCA 1 CUPRINS GLUCOMETRUL ȘI SCOPUL ACESTUIA.............................................................................................3 PRINCIPIUL DE FUNȚIONARE AL GLUCOMETRULUI..................................................................4 IMPLEMENTAREA DIGITALĂ..................................................................................................5 DESIGN HARDWARE...................................................................................................................7 CARACTERISTICI FIRMWARE................................................................................................7 REALIZAREA TESTULUI DE GLUCOZĂ CU AJUTORUL GLUCOMETRULUI.........................8 ALEGEREA POTRIVITĂ A GLUCOMETRULUI...................................................................9 AVANTAJELE FOLOSIRII UNUI GLUCOMETRU................................................................9 CONCLUZII................................................................................................................................................10 BIBLIOGRAFIE.........................................................................................................................................10 2 GLUCOMETRUL ȘI SCOPUL ACESTUIA Glucometrul (glucotestul) este un sistem test de asistență pentru investigarea concentrației de glucoză în sânge. Este utilizat în special de pacienții cu diabet zaharat la domiciliu, dar și în condiții de spital sau în urgențe pentru determinarea rapidă a glicemiei. Diabetul nu este o boală vindecabilă, dar pacienții au nevoie de tratament pentru a menține nivelul glicemiei în parametrii normali și pentru a reduce riscul de apariție a complicațiilor. Valorile ideale ale glicemiei măsurate pe stomacul gol (fără ca persoana să fi mâncat timp de cel puțin opt ore) sunt între 72 mg/dl și 108 mg/dl, caz care nu prezintă riscuri medicale. La femeile gravide, valorile considerate normale ale glicemie în repaus alimentar trebuie sa se situeze între și 74-106 mg/dl.Pentru copiii, glicemia normala în repaus alimentar este cuprinsa între 60100 mg/dl. Tabelul cu valorile glicemiei la adulti Valori normale glicemie pe nemancate 74–106 mg/dl Glicemia normală pentru persoanele fără diabet 80-130 mg/dl Glicemia normală pentru persoanele cu diabet Valori glicemie la 1 - 2 ore după masă Valori normale pentru persoanele fără diabet Valori normale pentru persoanele cu Mai puțin de 140 mg/dl Mai puțin de 180 mg/dl diabet 3 PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE AL GLUCOMETRULUI Glucometrul are la bază o tehnologie avansată care permite monitorizarea glicemiei simplu și precis, întrun timp foarte scurt. Concentraţia de glucoză este măsurată în unităţi de miligram pe decilitru (mg/dl) sau millimol pe litru (mmol/l). Glucometrele au devenit elemente cheie, dispozitive casnice de monitorizare a glicemiei utilizate de persoane cu diabet zaharat. Măsurarea poate fi realizată de mai multe ori pe parcursul unei zile. Majoritatea dispozitivelor de măsurat glicemia se bazează pe o tehnologie electrochimică. Ele utilizează benzi de testare electrochimică pentru realizarea măsurării. Pentru măsurare, pe banda de test de unică folosinţă trebuie plasată o mică picătură de soluţie ce trebuie testată. Cele mai cunoscute două metode utilizate în măsurarea electrochimică a glicemiei sunt metodele colorimetrică şi amperometrică. În cazul metodei colorimetrice, senzori precum LED-uri sau senzori foto formează o interfaţă analogică. Pentru măsurarea concentraţiei de glucoză se utilizează un amplificator trans-impedanţă. Principiul reflexiei de culoare este utilizat pentru a determina intensitatea culorii în stratul de reacţie al benzii de testare prin fotometrie. Figura 1: Principiul de lucru al benzii de testare a glucometrului 4 Aparatul generează o valoare numerică corespunzătoare concentraţiei de glucoză. În cazul metodei amperometrice, un capilar este folosit pentru a prelua soluția plasată la un capăt al benzii de testare. Banda de testare dispune de asemenea de un electrod enzimă, care conține un reactiv, cum ar fi glucoză oxidază. Glucoza suferă o reacție chimică în prezența enzimelor, iar în timpul reacţiei chimice se produc electroni. Încărcarea ce trece prin electrod este măsurată, iar aceasta este proporțională cu concentrația de glucoză în soluţie. Pentru compensarea efectului temperaturii asupra vitezei de reacţie, trebuie realizată şi o măsurare a temperaturii ambientale. Majoritatea glucometrelor utilizează această metodă, iar figura 2 prezintă principiul de lucru al benzii de testare. Banda de testare formează senzorul biochimic principal unde este plasată soluţia eşantion. Banda conţine trei electrozi. Electronii sunt produşi în electrodul de lucru pe durata reacţiei chimice. Acest electrod este conectat la un amplificator curent – tensiune. Electrodul de referinţă este păstrat la o tensiune de referinţă constantă, faţă de electrodul de lucru pentru a forţa reacţia chimică. Al treilea electrod este electrodul de numărare, ce furnizează curent electrodului de lucru. Majoritatea proiectelor de glucometre utilizează numai electrozii de referinţă şi de lucru. O tensiune de referinţă precisă (Vref) ar trebui aplicată electrodului de referinţă, iar amplificatorului operaţional o tensiune de polarizare (Vbias). În acest mod între electrozii de referinţă şi de lucru se menţine o diferenţă de potenţial precisă. Această tensiune este stimulul care comandă curentul de ieşire al benzii, curent a cărui mărime este apoi utilizată pentru a calcula numărul de electroni produşi. Eşantionul de soluţie este plasat pe banda de testare, având loc reacţia chimică dintre glucoză şi enzime. Electronii sunt generaţi pe durata reacţiei chimice. Fluxul de electroni va corespunde curentului prin electrozii de lucru şi de referinţă. Acest curent va varia în acord cu concentraţia de glucoză. Curentul este măsurat prin utilizarea unui amplificator trans-impedanţă (convertor curent – tensiune) şi a unui convertor analog/digital (CAD). Ieşirea amplificatorului trans-impedanţă va fi văzută ca variaţie de tensiune cu concentraţia de glucoză din soluţie. IMPLEMENTAREA DIGITALĂ După cum se poate observa în figura 2, o implementare digitală a glucometrului poate fi obţinută prin utilizarea unui microcontroler PIC16LF178x pe 8 biţi de la Microchip. Acest circuit este recunoscut pentru consumul său energetic extrem de redus. El conţine două amplificatoare operaţionale, două convertoare D/A pe 8 biţi, un convertor analog/digital cu până la 11 canale, EEPROM intern, I2C şi temporizator pe 16 biţi. Atunci când eşantionul de soluţie este plasat pe banda de testare, glucoza generează o reacţie chimică, producându-se electroni. Fluxul de electroni (curentul ce străbate electrodul de lucru) poate fi măsurat. Acest curent se va schimba în acord cu concentraţia de glucoză. Curentul poate fi măsurat cu ajutorul unei conversii curent – tensiune, prin utilizarea unuia dintre amplificatoarele operaţionale ale dispozitivului PIC şi prin 5 filtrarea semnalelor de frecvenţă ridicată. Semnalul filtrat este apoi trimis către modulul de conversie analog/digital pe 12 biţi. Figura 2 : Diagramă bloc a glucometrului Microcontrolerul PIC trebuie să înceapă detectarea tensiunii pe canalul convertorului analog/digital după aproximativ 1,5s de la plasarea eşantionului de soluţie. Se achiziţionează 2048 de citiri. Valoarea medie a acestora este înlocuită în ecuaţia de regresie Y = mX + C, unde Y este concentraţia de glucoză în mg/dl, m este panta, X este valoarea medie a citirilor CAD de la ieşirea amplificatorului operaţional, iar C este o constantă. Concentraţia de glucoză poate fi determinată utilizând această ecuaţie de regresie, iar valoarea este afişată pe LCD în unităţi de mg/dl sau mmol/l. Memoria internă EEPROM poate stoca până la 32 de citiri de valori, acestea putând fi vizualizate ulterior pe LCD. Energia necesară alimentării plăcii demonstrative a 6 glucometrului poate fi furnizată de bateria cu litiu de pe placă (3V, 225mAH, CR2032). Durata de timp după care se începe captarea valorilor de la convertorul A/D (de la 1 la 1,5 s) şi numărul de citiri efectuate trebuie modificat pentru a se potrivi cu tipul şi caracteristicile benzii de test utilizate. DESIGN HARDWARE Specificaţiile de proiectare pentru acest glucometru necesită un domeniu de măsurare de la 20 la 600mg/dl, echivalent de la 1 la 33mmol/l. Rezultatele testării trebuie să fie afişate în 5 secunde. Cele mai recente 32 de citiri sunt înregistrate automat cu data şi momentul determinării. Nu este nevoie de codificarea benzii de testare, deoarece ecuaţia generică de regresie va fi implementată şi modificată pe baza caracteristicilor benzii de testare utilizate. Placa single utilizează dispozitivul cu 28 de pini PIC16LF178x. Pentru depanare şi programare este utilizată conexiunea serială de programare în circuit. Pe lângă afişarea măsurătorilor în mg/dl şi mmol/l, LCD-ul prezintă de asemenea mesaje de ghidare precum “Introduceţi banda de testare”, “Bandă introdusă, plasaţi eşantionul” şi “Bandă de testare defectă”. Sunt de asemenea necesari senzori pentru a detecta banda de testare care a fost introdusă, pentru a măsura temperatura şi pentru a verifica starea bateriei. Există prevăzute două butoane cu apăsare, unul pentru a citi datele anterior memorate şi unul pentru a stabili data şi ora. CARACTERISTICI FIRMWARE Firmware-ul trebuie să detecteze curentul prin banda de testare utilizând amplificatorul operaţional intern, CDA şi CAD ale dispozitivului PIC. Citirile CAD trebuie să fie capturate după inserarea benzii de testare şi după verificarea unei creşteri de peste 450mV. Înregistrarea citirilor CAD trebuie să înceapă la 1,5s după ce eşantionul este plasat pe banda de testare, iar apoi trebuie calculată valoarea medie. Concentraţia de glucoză poate fi calculată utilizând ecuaţia de regresie şi valoarea medie determinată. Modulele firmware sunt disponibile pentru interfaţa LCD şi rutine de afişare, configurarea amplificatorului operaţional, configurarea CDA, memorarea citirilor în memoria internă EEPROM, citirea canalului CAD, calcularea concentraţie de glucoză şi implementarea RTCC (ceas de timp real şi calendar) utilizând temporizatorul pentru baza de timp. 7 REALIZAREA TESTULUI DE GLUCOZĂ CU AJUTORUL GLUCOMETRULUI Testarea glicemiei din deget este încă cea mai precisă metoda ce poate fi utilizata acasă pentru a verifica nivelul de zahăr din sânge. Organizația Mondială a Sănătății recomandă ca înțeparea să se facă în degetul mijlociu sau în cel inelar și să se evite degetul mic, deoarece acesta are pielea mai subtire și mai sensibilă, deci procedeul poate fi mai dureros. Tehnica de recoltare a sângelui pentru glucotest: Spălarea mâinilor pacientului cu apă și săpun, ștergerea lor după spălare; nu se folosesc soluții antiseptice, deoarece influențează negativ măsurătoarea Se scoată o bandeletă de test din folie, după prealabila verificare a etalonării cu bandeleta-martor Se introduce capătul cu 3 liniuțe negre ale bandeletei de test în fantă Se împinge bandeleta înăuntru până când se oprește Glucometrul pornește automat, afișând ora, luna și ziua, urmate de mesajul “Aplicați proba de sânge” Se folosește dispozitivul de înțepare pentru a obține o picătură de sânge Nu se stoarce locul înțepării Se aplică imediat proba prelevată pe bandeleta de test Pe ecranul de afișaj începe numărătoarea inversă; în caz contrar, înțeparea trebuie repetată, deoarece cantitatea de sânge a fost insuficientă ( este necesară o cantitate de sânge cuprinsă între 0.3 și 1.5 microlitri) Rezultatul testării glicemiei apare pe ecran și este stocat în memoria glucometrului. Figura 3 : Realizarea unui glucotest 8 Alegerea potrivită a glucometrului Persoanele care suferă de diabet trebuie să își măsoare glicemia de mai multe ori pe zi, pentru a ține boala sub control, așa că au nevoie de un glucometru bun, pe care se pot baza, cu care să-și măsoare cât mai exact și mai simplu nivelul glicemiei, la orice oră și în orice loc. Unele modele de glucometre sunt mai facil de folosit decât altele. Dacă persoana nu este foarte îndemânatică, se poate alege un glucometru care are dozator de teste integrat, care va face toată treaba singur. Un alt aspect esențial este lizibilitatea rezultatelor de pe ecranul dispozitivului. Unele modele au cifrele afișajului mai mari, altele un contrast mai mare sau lumină integată pentru a fi ușor de utilizat în întuneric. Mai mult, pentru utilizatorii cu probleme de vedere, anumite glucometre vin cu un ajutor practic, rezultatele fiind citite cu voce tare. În general, glucometrele au o viteză de citire situată între 5 și 15 secunde. Cum o persoană cu diabet poate suferi complicații grave la schimbarea glicemiei, câteva secunde pot face diferența în asemenea cazuri. Avantajele folosirii unui glucometru Tehnologia din prezent a adus îmbunătățiri remarcabile majorității dispozitivelor medicale și electronice, așa că nici glucometrele nu fac excepție. Spre exemplu, unele modele sunt wireless și se sincronizează cu diverse aplicații sau website-uri, iar altele au nevoie de o cantitate foarte mică de sânge și au o viteză superioară. Avantajele folosirii unui glucometru sunt multiple si ajută la îngrijirea diabetului sau chiar prevenirea acestuia. -Permite ținerea sub control a diabetului, iar in cazuri de urgență, utilizarea imediată a unui glucometru poate salva viața unei persoane -ușurează comunicarea cu medicul; cu jutorul anumitor glucometre, se pot trimite către medic în timp real date despre valoarea glucozei din sânge, cât și alte date medicale -oferă o imagine de ansamblu a sănătății : cele mai multe dintre glucometre le permit utilizatorilor să memoreze valorile glicemice de-a lungul săptămânii sau lunii întregi, astfel fiind posibilă urmărirea stării de sănătate, evoluția bolii. În cazul persoanelor cu diabet zaharat, un rezultat crescut al glucotestului reprezintă o creștere a nivelului glicemiei în sânge, fiind vorba despre hiperglicemie. Pacienții trebuie să îsi administreze medicamente orale, sau medicamente injectabile, și anume, insulina. 9 CONCLUZII 1. Măsurările de concentraţie a glucozei sunt afectate de factori externi precum temperatură, umiditate, altitudine şi aşa mai departe, deoarece viteza de reacţie a enzimei depinde de aceşti factori. Suplimentar, benzile de testare cu diferite chimii, vor necesita variaţii în ecuaţia de regresie (calculată cu Matlab sau Microsoft Excel). Aceşti factori trebuie luaţi în considerare la proiectarea unui glucometru pentru utilizarea cu o anumită bandă de testare. 2. Microcontrolerul PIC16LF178X este echipat cu amplificator operaţional, CAD pe 12 biţi, CDA şi EEPROM, ce realizează o combinaţie potrivită pentru acest tip de aplicaţie cu alimentare de la baterie, ce necesită precizie de măsurare şi consum redus de curent. Acest lucru însemnă că dispozitivul PIC poate fi utilizat pentru implementarea unui proiect de glucometru flexibil şi economic. 3. Indiferent de complexitatea funcțiilor sale, de capacitatea de stocare a datelor sau de viteza de citire, glucometrele sunt esențiale în viața unei persoane bolnave de diabet. 4. Glucometrele pot fi utile și persoanelor sănătoase, care doresc să-și monitorizeze cu atenție nivelul glicemiei. BIBLIOGRAFIE https://doc.ro/diabet/ce-este-un-glucometru-si-cum-se-foloseste https://www.electronica-azi.ro/2016/03/05/proiectarea-unui-aparat-de-masurat-glicemia/ https://www.referat.ro/seminarii/Masurarea_glicemiei_cu_glucometrul_fa788.html https://www.electroclub.ro/cel-mai-bun-glucometru-ghid-de-achizitie/ https://www.eva.ro/sanatate/endocrinologie/glucometrul-care-masoara-glicemia-fara-inteparea-degetuluiarticol-28292.html https://www.sanamed.ro/marja-de-eroare-acceptata-a-glucometrelor/ https://paginadenursing.ro/masurarea-glicemiei-cu-glucotestul/ 10 https://www.electrocity.ro/cum-alegi-cel-mai-bun-glucometru-pentru-acasa/ https://www.efamilia.ro/sanatate/cele-mai-bune-glucometre/ https://doc.ro/diabet/hiperglicemia-glicemie-mare-cauze-simptome-tratament 11