技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明整體涉及電子裝置，具體地，涉及手持式測(cè)試儀以及相關(guān)方法。

相關(guān)領(lǐng)域的描述

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中特別關(guān)注對(duì)流體樣本中的分析物或流體樣本的特性的測(cè)定(例如，檢測(cè)和/或濃度測(cè)量)。例如，可期望測(cè)定體液諸如尿液、血液、血漿或間質(zhì)液的樣本中的葡萄糖、酮體、膽固醇、脂蛋白、三甘油酯、對(duì)乙酰氨基酚、血細(xì)胞比容和/或HbA1c的濃度?？墒褂貌捎美缫曈X、光度或電化學(xué)測(cè)定技術(shù)的手持式測(cè)試儀以及相關(guān)分析測(cè)試條來實(shí)現(xiàn)此類測(cè)定。此類手持式測(cè)試儀包括各種電氣部件，諸如溫度傳感器和微控制器。

附圖說明

并入本文中并且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的目前優(yōu)選實(shí)施方案，并且與上面給出的一般描述和下面給出的詳細(xì)描述一起用于說明本發(fā)明的特征，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的手持式測(cè)試儀的簡(jiǎn)化頂視圖；

圖2為圖1的手持式測(cè)試儀的簡(jiǎn)化側(cè)視圖；

圖3為沿圖1的線A-A截取的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化剖面圖；

圖4為圖1的手持式測(cè)試儀的簡(jiǎn)化剖面(也沿著圖1的線A-A)透視圖；

圖5A為圖1的手持式測(cè)試儀的簡(jiǎn)化頂視圖，該手持式測(cè)試儀經(jīng)過拆卸，清楚地示出了手持式測(cè)試儀外殼內(nèi)的印刷電路板(PCB)；

圖5B為圖5A的簡(jiǎn)化頂視圖的一部分；

圖5C為如圖5A和圖5B中所拆卸的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化透視圖；

圖6A為缺少集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的簡(jiǎn)化頂視圖；

圖6B為缺少集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化頂視圖；

圖6C為缺少集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化透視圖；

圖7A為包括其集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化頂視圖；

圖7B為包括其集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化透視圖；

圖8為圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化剖面圖，該手持式測(cè)試儀包括集成熱通道、電子部件(即，熱傳感器)，該電子部件與例示性熱傳遞電氣示意模型一起設(shè)置在印刷電路板(PCB)上；

圖9為溫度Δ(dT)與時(shí)間(單位：秒)的對(duì)比曲線圖，該圖示出了本發(fā)明實(shí)施方案中所采用的熱通道的有利方面；并且

圖10為示出了采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的手持式測(cè)試儀的方法中各階段的流程圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)參考附圖來閱讀下面的詳細(xì)說明，其中不同附圖中類似的要素相同編號(hào)。未必按比例繪制的附圖僅出于說明的目的描繪示例性實(shí)施方案，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。具體實(shí)施方式以舉例的方式而不是限制性方式示出本發(fā)明的原理。此具體實(shí)施方式將明確地使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制備和使用本發(fā)明，并且描述了本發(fā)明的若干實(shí)施方案、適應(yīng)型式、變型形式、替代形式和用途，包括目前據(jù)信是實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。

如本文所用，針對(duì)任何數(shù)值或范圍的術(shù)語“約”或“大約”表示允許某部件零件或多個(gè)部件的集合執(zhí)行如本文所述的其指定用途的適合的尺寸公差。如本文所用，術(shù)語“箱體”和“外殼”是指外部覆蓋物或殼體。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的手持式測(cè)試儀(諸如被構(gòu)造用于測(cè)定體液樣本中的分析物的手持式測(cè)試儀)包括具有向外表面的電熱絕緣箱、具有設(shè)置在電熱絕緣箱內(nèi)的熱接觸部分的測(cè)試儀電氣部件(例如，溫度傳感器或微控制器)、和至少一條熱通道。

熱通道包括具有近側(cè)接觸表面的近側(cè)接觸部分、具有遠(yuǎn)側(cè)表面的遠(yuǎn)側(cè)接觸部分、以及連接近側(cè)接觸部分和遠(yuǎn)側(cè)接觸部分的通道部分。熱通道與電熱絕緣箱集成在一起，使得熱通道從向外表面延伸穿過電熱絕緣箱，到達(dá)測(cè)試儀電氣部件的熱接觸部分。該延伸使得熱通道的近側(cè)接觸表面在電熱絕緣塑料箱的外部，并且熱通道的遠(yuǎn)側(cè)表面與測(cè)試儀電氣部件的熱接觸部分接觸。另外，熱通道為導(dǎo)熱性電絕緣通道。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的測(cè)試儀在以下方面是有力的：例如熱通道可被構(gòu)造成直接將環(huán)境熱量傳遞到電熱絕緣箱內(nèi)的溫度傳感器。此類手持式測(cè)試儀中的熱傳感器的精確度與響應(yīng)時(shí)間均有所提升。例如，如果手持式測(cè)試儀的常規(guī)熱響應(yīng)時(shí)間(即，將以可操作方式與給定變化環(huán)境溫度保持平衡的手持式測(cè)試儀內(nèi)的熱傳感器的響應(yīng)時(shí)間)為30分鐘，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的手持式測(cè)試儀的響應(yīng)時(shí)間顯著縮短，例如，小于15分鐘。熱通道也可被構(gòu)造成直接將設(shè)置在電熱絕緣箱內(nèi)的功率相對(duì)高的一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱電氣部件(例如，微控制器、液晶顯示器(LCD)和USB部件)的熱量傳遞到環(huán)境中，從而防止箱體內(nèi)出現(xiàn)熱量過度堆積。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的手持式測(cè)試儀100的簡(jiǎn)化頂視圖。圖2為手持式測(cè)試儀100的簡(jiǎn)化側(cè)視圖。圖3為沿圖1的線A-A截取的手持式測(cè)試儀100的一部分的簡(jiǎn)化剖面圖。圖4為手持式測(cè)試儀100的簡(jiǎn)化剖面(沿著圖1的線A-A)透視圖。

圖5A為手持式測(cè)試儀100的簡(jiǎn)化頂視圖，該手持式測(cè)試儀處于拆卸狀態(tài)(即，一些部件沒有示出)，清楚地示出了手持式測(cè)試儀100的外殼內(nèi)的印刷電路板(PCB)。圖5B為圖5A的手持式測(cè)試儀100的簡(jiǎn)化頂視圖的一部分。圖5C為如圖5A和圖5B中所拆卸的手持式測(cè)試儀100的一部分的簡(jiǎn)化透視圖。圖6A為缺少集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的簡(jiǎn)化頂視圖。圖6B為缺少集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化頂視圖。圖6C為缺少集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化透視圖。

圖7A為包括其集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化頂視圖。圖7B為包括其集成熱通道的圖1的手持式測(cè)試儀的一部分的簡(jiǎn)化透視圖。

圖8為手持式測(cè)試儀100的一部分的簡(jiǎn)化剖面圖，該手持式測(cè)試儀包括集成熱通道、電子部件(即，熱傳感器)，該電子部件與剖面圖的例示性熱傳遞電氣示意模型并肩設(shè)置在其印刷電路板(PCB)上。圖9為溫度Δ(dT)與時(shí)間(t，單位：秒)的對(duì)比曲線圖，該圖示出了本發(fā)明實(shí)施方案中所采用的熱通道的有利方面。

參考圖1至圖7B，用于測(cè)定體液樣本(即，全血樣本)中的分析物(即，葡萄糖)的手持式測(cè)試儀100包括具有向外表面104的電熱絕緣箱102、具有設(shè)置在電熱絕緣箱102內(nèi)的熱接觸部分108的測(cè)試儀電氣部件106(即，溫度傳感器)、和熱通道110。手持式測(cè)試儀100還包括顯示器103和用戶操作按鈕105。在多個(gè)附圖(諸如，圖2、圖6B和圖7C)中，電熱絕緣箱102的側(cè)部作為透明側(cè)部示出，以暴露出原本無法在附圖中看見的特征結(jié)構(gòu)和部件。然而，電熱絕緣箱102的側(cè)部通常而且不一定為非透明側(cè)部。

在手持式測(cè)試儀100的實(shí)施方案中，熱接觸部分108被構(gòu)造成印刷電路板111(也稱作PCB 111)的表面上的焊盤，該表面上組裝了多種電氣部件，包括溫度傳感器106(也稱作熱傳感器)。為了便于清楚描述，唯一附有標(biāo)注的電氣部件為溫度傳感器106。此類焊盤被構(gòu)造成用作熱通道110與電氣部件之間的熱界面以及傳統(tǒng)的電氣界面。將焊盤用作熱界面從以下方面講是有利的：此類焊盤基本上是溫度傳感器的內(nèi)部溫度的直接熱熔體。此外，采用焊盤有效地將以另外方式存在的電氣通路用于實(shí)現(xiàn)另外的且有利的有效熱傳遞目的。一旦獲悉本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員就將認(rèn)識(shí)到，熱接觸點(diǎn)可以采用除了焊盤以外的其它合適形式，包括但不限于，PCB 111上的鍍銅觸點(diǎn)或其它銅層。

參考圖3，具體地，熱通道110包括具有近側(cè)接觸表面114的近側(cè)接觸部分112、具有遠(yuǎn)側(cè)表面118的遠(yuǎn)側(cè)接觸部分116、以及連接近側(cè)接觸部分112和遠(yuǎn)側(cè)接觸部分116的基本上為圓柱形的通道部分120。一旦獲悉本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員就將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明實(shí)施方案中所采用的熱通道的形狀可以是任何合適的提供合適且有效的熱傳遞功能的形狀。此類形狀包括但不限于合適的規(guī)則幾何圖形，諸如三角形、正方形、五角形等。此外，遠(yuǎn)側(cè)接觸部分116和/或遠(yuǎn)側(cè)表面118可相對(duì)于具有例如蘑菇狀(即，半球狀)形狀的熱通道110的其余部分進(jìn)行放大。熱通道110的尺寸(包括剖面面積)可使用任何合適的熱分析方法根據(jù)例如熱通道材料的熱導(dǎo)率、任何熱接觸電阻、待傳遞的熱量、以及此類熱傳遞時(shí)間進(jìn)行預(yù)先確定。圖8的左手側(cè)示出了例示性簡(jiǎn)化熱通道電氣示意模型，可采用該模型來分析熱通道的熱性能。

熱通道110與電熱絕緣箱102集成在一起，使得熱通道110從向外表面104延伸穿過電熱絕緣箱102，到達(dá)測(cè)試儀電氣部件106的熱接觸部分108，使得近側(cè)接觸表面114在電熱絕緣箱102的外部，并且遠(yuǎn)側(cè)表面118以可操作方式與測(cè)試儀電氣部件106的熱接觸部分108發(fā)生熱接觸。

熱通道110為導(dǎo)熱性電絕緣通道，因此，可直接將電熱絕緣箱102外部的周圍環(huán)境中的熱通過及時(shí)有利的方式傳遞到測(cè)試儀電氣部件106的熱接觸部分。熱通道110可具有，例如，1.0Wm/°K至20Wm/°K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率、以及1兆歐米以上的電阻率。電氣部件106可以是，例如，從Texas Instruments,Dallas Texas,USA以產(chǎn)品編號(hào)TMP112和LM61CIM3商購(gòu)獲得的熱傳感器。

電熱絕緣箱102可以由任何合適的材料(包括，例如，塑料材料)形成。合適的塑料材料包括，例如，聚丙烯、聚苯乙烯與聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚甲醛(POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、玻璃增強(qiáng)型液晶聚合物(LCP)、以及它們的組合。選擇電絕緣外殼的塑料材料，使得該材料與熱通道110相容，例如，具有可操作性附著力。電熱絕緣箱102可以具有，例如，小于0.1Wm/°K的熱導(dǎo)率。

熱通道110可以作為單獨(dú)模塑的用夾子或卡扣固定到位的部件、或者通過共注塑工藝結(jié)合到標(biāo)準(zhǔn)塑料外殼中的部件進(jìn)行制造。也可通過螺絲接合或熱鉚接以機(jī)械方式將熱通道固定到PCB。熱通道110設(shè)置在手持式測(cè)試儀100的上表面，并且以足夠的距離與用戶可能抓持手持式測(cè)試儀100的位置間隔開來，使用戶身體無意間向熱通道以及隨后向熱傳感器傳遞的潛在熱能最小化，從而避免感測(cè)溫度的過度增加。

熱通道110可以，例如，為摻雜了導(dǎo)熱性(以及電絕緣性)微米粒子和/或納米粒子的剛性熱塑性塑料。合適的微米粒子和納米粒子的示例為由導(dǎo)熱性材料形成的微米粒子和納米粒子，包括氧化鈹、氧化鋁、氧化鋅、氮化鋁、二氧化硅、玻璃、硅石、和石英。各種用以解釋與預(yù)測(cè)通過摻雜具有導(dǎo)熱性粒子的非導(dǎo)熱性材料所獲得的熱特性的理論已經(jīng)提出來。參見，例如，Zhang,G(2009)在Journal of Composite Materials期刊上的“A Percolation Model of Thermal Conductivity for Filled Polymer Composites”。

適用于熱通道的一種示例性但非限制性材料可從Ovation Polymers以商品名稱Nemcon H購(gòu)得。據(jù)報(bào)道，該材料具有至多20W/mK的面內(nèi)傳導(dǎo)率和至多3.5W/mK的貫通面?zhèn)鲗?dǎo)率。考慮到手持式測(cè)試儀的外殼所使用的標(biāo)準(zhǔn)熱塑性塑料的熱導(dǎo)率處于0.1W/mK級(jí)別，此類材料的熱傳遞能力顯著提高。

一旦獲悉本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員就將認(rèn)識(shí)到，手持式測(cè)試儀100可容易地被構(gòu)造成作為使用測(cè)試條(例如，基于電化學(xué)的分析測(cè)試條)測(cè)定體液樣本(例如，全血樣本)中的分析物(例如，葡萄糖)的手持式測(cè)試儀進(jìn)行操作。

可采用本發(fā)明實(shí)施方案所采用的熱通道，例如，用以(i)將環(huán)境中的熱量傳遞到手持式測(cè)試儀的電氣部件，或者(ii)將手持式測(cè)試儀的電氣部件的熱量傳遞到環(huán)境中。后者的例示性示例是將手持式測(cè)試儀內(nèi)的一部分PCB的熱量(即，熱能)通過熱通道傳遞到外部環(huán)境中?？赏ㄟ^簡(jiǎn)化但例示性的方式如下模擬此類熱傳遞的執(zhí)行過程。

假設(shè)含有熱能的可適用PCB部分具有30mm的直徑和1mm的厚度。此外，假設(shè)PCB由銅組成(具有可忽略的熱容量以及FR4材料)。假設(shè)外部環(huán)境為具有可忽略的熱容量的空氣。也假設(shè)熱通道的遠(yuǎn)側(cè)表面由于強(qiáng)制對(duì)流處于周圍環(huán)境溫度下。

然后PCB部分的體積可計(jì)算為：

r＝0.015

h＝0.001

體積＝π.r².h＝7.06×10^-7(m³)

假設(shè)FR4材料的質(zhì)量為0.001307kg，溫度升高到周圍環(huán)境溫度20℃以上，F(xiàn)R4熱容量(忽略銅的熱容量)為600J kg^-1K^-1。

FR4材料的質(zhì)量(假設(shè)密度為1850kgm^-3)＝0.001307(kg)為：

E＝c.m.ΔT＝15.6J

如下計(jì)算熱通道的例示性的導(dǎo)熱性塑料的能量傳遞量。假設(shè)熱通道為基本上中空的圓柱體，由導(dǎo)熱性塑料形成，具有6mm的外徑，4mm的內(nèi)徑，5mm的高度，與PCB接觸的面積(假設(shè)為完整界面)為：

假設(shè)傳導(dǎo)性熱傳遞的傅立葉定律(q)為：

k＝塑料的熱導(dǎo)率(假設(shè)為5W/mK)

s＝厚度＝0.00

q＝kAdT/s5m

并且能量傳遞時(shí)間(t)為：

然后接下來依次降低1℃(注意，隨著溫差下降而降低的熱導(dǎo)率可使用基本上零碎的集成算法進(jìn)行計(jì)算)。此處設(shè)想RF4將其熱量完整地傳導(dǎo)至熱通道。所得的電氣部件之間的溫差(比環(huán)境更高的溫度)在圖9中示出。

圖10為示出了用于操作手持式測(cè)試儀(諸如，本文所述的手持式測(cè)試儀100以及根據(jù)本發(fā)明的其它手持式測(cè)試儀)的方法200中各階段的流程圖。

方法200在圖10中的步驟210包括：將手持式測(cè)試儀暴露于環(huán)境中，使得手持式測(cè)試儀的電絕緣導(dǎo)熱性熱通道暴露于周圍環(huán)境溫度下，熱通道與手持式測(cè)試儀的電熱絕緣箱集成在一起，使得熱通道延伸穿過電熱絕緣箱，到達(dá)測(cè)試儀電氣部件的熱接觸部分。

方法200也包括操作手持式測(cè)試儀，同時(shí)熱通道在測(cè)試儀電氣部件與環(huán)境之間傳遞熱量(參見圖10的步驟220)。

一旦獲悉本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員就將認(rèn)識(shí)到，可容易地對(duì)方法200進(jìn)行改進(jìn)，以結(jié)合根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案和本文所述的具有集成熱通道的手持式測(cè)試儀的任何技術(shù)、有益效果、特征和特性。

雖然本文已示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，此類實(shí)施方案僅作為舉例提供。在不脫離本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)想出各種變型、更改和替代形式。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的本發(fā)明實(shí)施方案的多種另選形式可用于實(shí)施本發(fā)明。希望的是，以下權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍，并覆蓋在這些權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)的裝置和方法。