一、血糖仪的结构与工作原理

 

1.血糖仪的结构

血糖仪按其工作原理分为电化学式和光化学式两类产品，一般由检测模块、信号放大模块、AD采集模块、数据处理模块、显示模块、嵌入式软件、信号输出部分（如适用）、电源电路以及按键控制电路等组成。

 

2.血糖仪的工作原理

 

血糖仪主要分为电化学法和光化学法两大类。

 

电化学法采用检测酶反应过程中产生的电流信号的原理来反应血糖值，酶与葡萄糖反应产生的电子通过电流记数设施，读取电子的数量，再转化成葡萄糖浓度读数。根据电化学法血糖测试条中所采用的酶不同又分为葡萄糖氧化酶(GOD)法和葡萄糖脱氢酶（GDH）法两种类型。葡萄糖脱氢酶（GDH）在反应中还需联用不同辅酶，分别为吡咯喹啉醌葡萄糖脱氢酶（PQQ-GDH）、黄素腺嘌呤二核苷酸葡萄糖脱氢酶（FAD-GDH）及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸葡萄糖脱氢酶（NAD-GDH）三种。

 

葡萄糖氧化酶(GOD)法血糖测试反应原理示例如图1所示，葡萄糖脱氢酶（GDH）法血糖测试反应原理示例如图2所示。

 

图1 葡萄糖氧化酶(GOD)血糖测试反应原理图

 

图2 葡萄糖脱氢酶(GDH)血糖测试反应原理图

 

光化学法是检测反应过程中试条的颜色变化来反应血糖值，血糖测试条中所采用的酶一般为葡萄糖氧化酶（GOD），通过酶与葡萄糖的反应产生的中间物（带颜色物质），反应后试纸颜色发生改变，运用检测器检测试纸反射面的吸光度，根据朗伯-比尔定律即可求出血糖浓度，测试示意图（见图3）。

图3 光化学法血糖仪的测试原理图

 

二、血糖仪的研发实验要求

 

1.产品性能研究

 

1.1 在开展产品性能研究时，应对产品技术要求中所涉及的功能性、安全性及质量控制指标研究。研究资料应从产品设计角度出发详细说明指标确定的依据，如：注册申请人设定血糖仪测试时间5s，则应给出酶反应时间和准确度之间的研究及验证资料。

 

1.2 可用于检测静脉、动脉和新生儿血样的产品至少应参照GB/T 19634—2005《体外诊断检验系统自测用血糖监测系统通用技术条件》中的要求，按照不同血样验证产品的准确度和重复性。可对动脉和新生儿血样进行测试的产品还应出具参考值及红细胞压积规定范围的确定依据和验证资料。葡萄糖氧化酶法血糖测试产品至少还应对产品适用的海拔高度进行研究，并出具理论依据及相关验证资料，附录B中给出了海拔高度和空气中氧含量的关系；葡萄糖脱氢酶法血糖测试产品至少还应对其他糖类干扰（详见附录A）进行要求，并出具产品特异性验证资料。

 

对于红细胞压积和干扰物质的影响，ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中从红细胞压积和干扰物限制方面做出了相应规定，见表1 “ ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中红细胞压积及干扰物质限值”。建议注册申请人在设计研发时参照ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》的相关要求，开展研究及验证工作。鉴于不同人群红细胞压积值不一致的问题（通常男性红细胞压积正常范围高于女性正常范围，新生儿红细胞压积范围高于普通人正常范围），本指导原则中规定：用于新生儿血糖测试的产品，注册申请人应对红细胞压积开展研究；同时鼓励注册申请人对成人用产品开展研究，但不做强制要求；用于血浆/血清检测的产品应给出对血清/血浆（包含红细胞压积0%的样本）检测准确性和重复性的研究资料。

 

表1  ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中红细胞压积及干扰物质限值

指标	葡萄糖浓度	应符合要求
红细胞压积	＜5.55mmol/L	每个红细胞压积水平与中等红细胞压积水平平均测得值差值不超过0.55mmol/L。
	≥5.55mmol/L	每个红细胞压积水平与中等红细胞压积水平平均测得值差值不超过10%。
干扰物质	＜5.55mmol/L	测试样品与对照样品的平均差值不超过0.55mmol/L。
	≥5.55mmol/L	测试样品与对照样品的平均差值不超过10%。

 

1.3 共识误差网络（Consensus Error Grid）

 

共识误差网络（CEG）以网格图的形式直观的反映出血糖监测系统中误差造成检验结果偏差。ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》标准中对CEG做出了详细描述，并对数据结果提出了相应的限定（详见图4和表2）。ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中基于调查参与者共识，将CEG分为A-E等5个区域，其中A和B区的葡萄糖结果无效应或对临床结局略有效应，C-E区的结果会导致风险增加。标准要求1型糖尿病99%的结果应位于A和B区，从而降低准确度误差95%以外的值，对测试结果的影响。建议注册申请人参照ISO15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中的相关规定，进行研究。

X：血糖监测参考方法或者可溯源至参考方法的方法

Y：待评价血糖监测系统方法

图4 共识误差网络网格图

表2  误差网格区定义

风险水平（CEG区）	糖尿病患者的风险
A	对临床操作无效应。
B	临床操作改变-对临床结局略有效应或无效应。
C	临床操作改变-可能影响临床结局。
D	临床操作改变-可能有明显的临床风险。
E	临床操作改变-可能有危险效果。

 

1.4 安全性指标的验证包括电气安全指标和电磁兼容指标两大类。电气安全指标应当包括GB 4793.1—2007《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求》及其他适用的国家标准和行业标准中的所有指标，电磁兼容指标应当包括GB/T 18268.1—2010《测量、控制和实验室用的电气设备 电磁兼容性要求 第一部分：通用要求》及其他适用的国家标准和行业标准中的所有指标。

 

具备能力的注册申请人可对上述项目自行研究，并给出详细的验证资料，不具备能力的注册申请人可通过注册检验对上述项目进行验证，以注册检验报告作为该部分的验证资料。

 

1.5 研究资料中应详细写明通过研究验证确定的血糖仪产品的结构组成及主要元器件信息。

 

2.软件研究

 

参见《医疗器械软件注册申报资料指导原则》的相关要求。

 

血糖仪产品的软件属于产品中的一个组成部分，属于嵌入软件，具备显示、数据处理等功能，本指导原则中所述软件不包含安装在计算机、移动电子设备中的上位机软件（如：APP软件等）。在出具软件研究资料时应包含基本信息、实现过程和基本算法三个部分。

 

2.1 基本信息中至少应包含如下内容：

 

产品标识：应给出血糖仪软件的内部标识。

 

安全性级别：血糖仪软件按其损害严重程度分级，一般属于对健康可能有不严重的伤害的等级（B级）

 

结构功能：注册申请人应依据软件设计规格（SDS）给出体系结构图，图示血糖仪软件组成模块之间、组成模块与外部接口之间的关系。依据体系结构图描述组成模块的功能、模块关系、模块与外部接口关系以及用户界面。注：本指导原则中对于外部接口的考虑仅指用于输出血糖仪中数据的接口。

 

硬件关系：依据软件设计规格（SDS）给出物理拓扑图，图示血糖仪软件、通用计算机（含移动设备）、硬件相互之间的物理连接关系。依据物理拓扑图描述血糖仪的软件（或组成模块）与通用计算机（含移动设备）、硬件的物理连接关系。注：本指导原则中仅考虑了将血糖仪中的数据输出到通用计算机（含移动设备）的传输问题，未考虑数据传输到通用计算机（含移动设备）后的显示、储存、分析等问题。

 

2.2 实现过程至少应包含如下内容：

 

开发综述：注册申请人应描述软件开发过程所用的语言、工具、方法，其中工具应描述支持软件（含开源软件）和应用软件（第三方软件）的名称、版本号和制造商。同时应说明开发人员数量、开发时间、工作量（人月数）、代码行总数和控制文档总数。

 

风险管理：血糖仪产品的嵌入式软件属于软件组件的一种，注册申请人可将其风险分析资料并入整机风险管理报告中。

 

需求规格：血糖仪中软件的需求规格可与血糖仪的需求规格合并，需求规格中至少应包含硬件、功能、性能、输入输出、接口界面、警示信息、文档和法规的要求等内容。

 

 验证与确认：应给出系统测试、用户测试的测试计划和报告摘要，描述测试的条件、工具、方法、通过准则和结果、概要介绍开发各阶段的验证活动，描述相应的工具、方法、内容和结果，其中单元测试应描述覆盖率要求，集成测试应描述集成策略。

 

 缺陷管理：注册申请人应描述软件的缺陷管理的工具、流程和要求，列明开发阶段所发现的缺陷总数和剩余缺陷数，剩余缺陷的严重度、处理措施和处理时间。

 

修订历史：注册申请人应描述软件版本号的命名规则。

 

2.3 核心算法

 

血糖仪产品的核心算法一般采用人工智能算法。根据血糖仪软件的安全性级别和类型，应描述核心算法的原理和用途，给出换算公式，电化学法应说明微电流与葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶及各种原材料选择之间的关系，光化学法应说明光电信号与葡萄糖氧化酶及各种原材料选择之间的关系，并出具安全性与有效性的验证资料（验证资料可与血糖仪成品验证合并），出于保密原则的考虑注册申请人可仅对原理进行说明，无需给出具体设计参数及配比。

 

3.产品使用期限和包装研究

 

产品使用期限研究：注册申请人应根据自身产品临床应用和产品设计情况，确定出产品的关键部件和可更换部件。注册申请人应明确在预期使用条件下关键部件的使用期限，及可更换部件的定期保养维护时间和更换频次，且应给出确定使用寿命和更换频次的理论依据。若关键部件也可更换时，也应说明其定期保养维护时间和更换频次。电化学法血糖仪产品的关键部件至少包括主芯片和内部存储器（如适用）；光化学法血糖仪的关键部件至少应包括光学读头、主芯片和内部存储器（如适用）。

 

包装研究：注册申请人应明确产品包装材料；给出在宣称的运输条件下，符合GB/T 14710—2009《医用电器环境要求及试验方法》中运输试验要求的验证资料；并给出在宣称贮存条件下，保持包装完整性的依据。

 

4.主要性能指标

 

4.1.性能指标

 

4.1.1 外观

血糖仪外观应整洁，文字和标示清晰;

 

4.1.2 血糖仪和配套血糖试条系统测量重复性

血糖仪和配套血糖试条系统重复测量结果的精密度应符合表3的要求。

 

表3  血糖仪和血糖试条测量重复性

测试范围	精密度
＜5.5mmol/L (＜100mg/dL）	SD＜0.42 mmol/L (＜7.7mg/dL）
≥5.5mmol/L (≥100mg/dL）	CV＜7.5%

 

4.1.3 血糖仪和配套血糖试条系统的准确度

 

血糖仪和配套血糖试条的系统准确度应符合下列要求之一：

 

（1） 血糖仪和配套血糖试条测量结果偏差的95%应符合表5的要求；

（2） 血糖仪和配套血糖试条对葡萄糖的回收率为80%～120%。

 

表4 准确度要求

测试范围	允许偏差
≤4.2mmol/L (≤75mg/dL)	不超过±0.83mmol/L (±15mg/dL)
＞4.2mmol/L (＞75mg/dL)	不超过±20%

 

（3） ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中对血糖仪准确度要求进行了调整，鼓励注册申请人参照执行，但不做强制性要求（详见表5）。若能够出具符合ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中准确度要求的第三方检测报告（CNAS认证）则可在说明书中明确准确度符合ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中的规定。

 

表5  ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中的准确度要求

测试范围	允许偏差
≤5.55mmol/L (≤100mg/dL)	不超过±0.83mmol/L (±15mg/dL)
＞5.55mmol/L (＞100mg/dL)	不超过±15%

 

（4） 数据传输可靠性要求（如适用）

（5） 血糖仪测量时间

（6） 血糖仪的校正和显示功能

 

2.血糖仪安全要求

 

血糖仪的安全要求建议参照ISO 15197:2013《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》中的规定，执行GB 4793.1—2007《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求》、GB 4793.9—2013《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第9部分:实验室用分析和其他目的自动和半自动设备的特殊要求》和YY 0648—2008《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第2-101部分：体外诊断（IVD）医用设备的专用要求》中的相关要求。

 

3.电磁兼容性

 

设备应满足GB/T 18268.1—2010《测量、控制和实验室用的电气设备 电磁兼容性要求 第一部分：通用要求》和GB/T 18268.26—2010《测量、控制和实验室用的电设备 电磁兼容性要求 第26部分:特殊要求 体外诊断(IVD)医疗设备》中规定的要求。

 

4.血糖仪环境试验

 

应符合GB/T 14710—2009《医用电器环境要求及试验方法》中适用条款的要求。

 

注：在进行重复性和准确性试验时，应根据血糖仪实际使用情况，选择血样（毛细血管全血、静脉全血、动脉全血等）。采用静脉和毛细血管血样时，应按照GB/T 19634—2005《体外诊断检验系统自测用血糖监测系统通用技术条件》中的要求制备血样；采用动脉血样时，注册申请人应参考GB/T 19634—2005《体外诊断检验系统自测用血糖监测系统通用技术条件》中的试验方法，制定测试血样制备方法（制备方法的确定依据应在研究资料中予以说明）。

 

三、相关标准

 

表6 相关产品标准

GB/T 191—2008	《包装储运图示标志》
GB 4793.1—2007	《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求》
GB 4793.9—2013	《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第9部分:实验室用分析和其他目的自动和半自动设备的特殊要求》
GB/T 14710—2009	《医用电器环境要求及试验方法》
GB/T 19634—2005	《体外诊断检验系统自测用血糖监测系统通用技术条件》
GB/T 8268.1—2010	《测量、控制和实验室用的电气设备 电磁兼容性要求 第一部分：通用要求》
GB/T 18268.26—2010	《测量、控制和实验室用的电设备 电磁兼容性要求 第26部分：特殊要求 体外诊断(IVD)医疗设备》
YY/T 0316—2008	《医疗器械 风险管理对医疗器械的应用》
YY/T 0466.1—2009	《医疗器械 用于医疗器械标签、标记和提供信息的符号 第1部分：通用要求》
YY 0648—2008	《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第2-101部分：体外诊断（IVD）医用设备的专用要求》
ISO 15197:2013	《体外诊断检测系统-用于糖尿病管理的自测用血糖监测系统通用技术要求》

 

四、主要风险

 

血糖仪产品的风险管理报告应符合YY/T 0316—2008《医疗器械 风险管理对医疗器械的应用》的有关要求。

 

表7  初始事件和环境示例

	通用类别	初始事件和环境示例
	不完整的要求	性能不符合要求； 测量重复性、系统准确性等不符合要求； 说明书未对设备及附件维护保养的方式、方法、频次进行说明； 未对校准间期进行说明。
	制造过程	控制程序（包括软件）修改未经验证，导致产品的测量误差不符合要求； 生产过程关键工序控制点未进行监测，导致各部件配合不符合要求等； 外购、外协件供方选择不当，外购、外协件未进行有效进货检验，导致不合格外购、外协件投入生产等。
	运输和贮藏	产品防护不当导致设备运输过程中损坏等； 在超出设备规定的贮藏环境（温度、湿度、压力）贮藏设备，导致设备不能正常工作等。
	环境因素	温度、湿度、海拔如超出给定范围后可能造成测量结果不准确； 过热、过冷的环境可能导致设备不能正常工作等； 强酸强碱导致损害等； 抗电磁干扰能力差，特定环境设备工作不正常等； 设备的供电电压不稳定，导致设备不能正常工作或损坏等。
	清洁、消毒和灭菌	使用说明书中推荐的清洗、消毒方法未经确认； 使用者未按要求进行防护、清洗、消毒（如：使用错误的消毒剂）。
	处置和废弃	未在使用说明书中对血糖仪或其他部件的处置（特别是使用后的处置）和废弃方法进行说明，或信息不充分；未对设备废弃的处置进行提示性说明等。
	人为因素	设计缺陷引发的使用错误； 易混淆的或缺少使用说明书： —图示符号说明不规范 —操作使用方法不清楚 —技术说明不清楚 —重要的警告性说明或注意事项不明确 —不适当的操作说明等 不正确的测量和计量。
失效模式		由于老化、磨损和重复使用而导致功能退化/疲劳失效（特别是医院等公共场所中使用时）。

 

表8  危害、可预见的事件序列、危害处境和可发生的损害之间的关系

危害	可预见的事件序列	危害处境	损害
电磁能量	在强电磁辐射源边使用血糖仪测量。	电磁干扰程序运行。	测量错误、测量结果误差过大。
	静电放电。	干扰程序运行。	导致测量结果误差过大、或数据擦除。
机械能	产品意外坠落。	机械部件松动，液晶板接触不良。	无法测量或测量误差过大，数据无法读取，严重时延误治疗。
化学	长时间不使用的电池未经取出，造成电池漏液。	电路腐蚀。	设备故障，无法工作。
操作错误	血糖仪的测试条插入口有异物。	获得不准确的结果。	根据测量结果采用不准确的治疗方法。
	使用者的操作有误（使用者插入已使用过的血糖试纸条、在滴血标记出现以前进行测试、测试环境温度过低或过高、血样不足、电池电量不足）。	得不到结果或者获得不准确的结果。	根据测量结果采用不准确的治疗方法。
不完整的说明书	未对错误操作进行说明。	错误操作、不正确的测量。	测量值误差过大，测量失败，严重时延误治疗。
	不正确的消毒方法。	使用有腐蚀性的清洁剂、消毒剂。	产品部件腐蚀、防护性能降低。
	不正确的产品贮存条件。	器件老化、部件寿命降低。	产品寿命降低、导致测量值误差过大。
	未规定校验周期。	未对设备进行校准。	测量值误差过大，测量失败，严重时延误治疗。