專利名稱：血糖水平測(cè)定設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在不進(jìn)行血液取樣的條件下對(duì)生物活體內(nèi)的葡萄糖濃度進(jìn)行非入侵式測(cè)定的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
Hilson等人曾報(bào)道在對(duì)糖尿病患者進(jìn)行靜脈葡萄糖注射后會(huì)引起其面部及舌下溫度發(fā)生改變(非專利文獻(xiàn)1)。Scott等人也討論過(guò)糖尿病及體溫調(diào)節(jié)這樣的問(wèn)題(非專利文獻(xiàn)2)。根據(jù)這些研究，Cho等人建議了相應(yīng)的方法及設(shè)備，用于僅通過(guò)對(duì)溫度的測(cè)量而不需要收集血液樣品就可以確定血液中葡萄糖濃度(專利文獻(xiàn)1和2)。
此外，對(duì)在不進(jìn)行血液取樣的條件下測(cè)定葡萄糖濃度進(jìn)行過(guò)各種嘗試。例如，有一種方法(專利文獻(xiàn)3)建議用三個(gè)波長(zhǎng)的近紅外光對(duì)測(cè)量部位進(jìn)行照射，并且探測(cè)透過(guò)光的強(qiáng)度以及生物活體的溫度。然后，計(jì)算得到吸光率的二次微分值的代表值，并且根據(jù)測(cè)得的生物體的溫度以及在先確定的參考溫度之間的差值對(duì)上述的代表值進(jìn)行校正。從而可確定與校正后的代表值相對(duì)應(yīng)的血糖濃度。同時(shí)還提供了相應(yīng)的設(shè)備(專利文獻(xiàn)4)，利用該設(shè)備在監(jiān)視生物體的溫度時(shí)升高或降低測(cè)量部位的溫度。在溫度發(fā)生改變時(shí)測(cè)定得到的基于光照射的光衰減程度，從而就可以測(cè)得葡萄糖的濃度，其中葡萄糖的濃度導(dǎo)致溫度依賴于光衰減的程度。此外，還報(bào)道有這樣一種設(shè)備(專利文獻(xiàn)5)，通過(guò)該設(shè)備可得到參照光和被照射樣品的透過(guò)光之間的輸出比率，然后可通過(guò)輸出比率的對(duì)數(shù)和生物體溫度之間的線性關(guān)系計(jì)算得到葡萄糖的濃度。
(非專利文獻(xiàn)1)R.M Hilson和T.D.R Hockaday，“Facial and sublingual temperaturechanges following intravenous glucose injection in diabetics，”Diabete &Metabolisme，8，pp.15-191982(非專利文獻(xiàn)2)
A.R Scott，T.Bennett，I.A MacDonald，“Diabetes mellitus andthermoregulation，”Can.J.Physiol.Pharmacol.，65，pp.1365-13761787(專利文獻(xiàn)1)美國(guó)專利號(hào)5,924,996(專利文獻(xiàn)2)美國(guó)專利號(hào)5,795,305(專利文獻(xiàn)3)日本專利公開(kāi)號(hào)2000-258343A(專利文獻(xiàn)4)日本專利公開(kāi)號(hào)10-33512A(1998)(專利文獻(xiàn)5)日本專利公開(kāi)號(hào)10-108857A(1998)血液中的葡萄糖(血糖)用于細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的葡萄糖氧化反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生維持生物體所必需的能量。尤其在基礎(chǔ)代謝狀態(tài)下，所產(chǎn)生的大部分能量被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苡糜诰S持生物體的溫度。因此，可推斷在血液葡萄糖濃度和體溫之間存在某種聯(lián)系。然而，當(dāng)生病引起發(fā)熱時(shí)，很明顯體溫也會(huì)因除血液葡萄糖濃度以外的其它因素的影響而發(fā)生變化。
盡管已有在不進(jìn)行血液取樣時(shí)通過(guò)溫度測(cè)定來(lái)確定血糖濃度的方法，但它們?nèi)匀狈ψ銐虻木_性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種方法和裝置，使得在不進(jìn)行血液取樣的條件下根據(jù)受檢者的溫度數(shù)據(jù)非常精確地確定其血糖濃度。
血糖通過(guò)血管系統(tǒng)，尤其是毛細(xì)血管被輸送到整個(gè)人體中的細(xì)胞中。在人體中，存在復(fù)雜的代謝途徑。葡萄糖氧化是一種反應(yīng)，在該反應(yīng)中血糖與氧反應(yīng)產(chǎn)生水、二氧化碳和能量。這里的氧是指通過(guò)血液輸送到細(xì)胞中的氧。氧供應(yīng)的體積通過(guò)血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度以及血液流動(dòng)的體積來(lái)確定。在另一方面，體內(nèi)由葡萄糖氧化產(chǎn)生熱量通過(guò)對(duì)流、熱輻射、傳導(dǎo)等方式從體內(nèi)耗散。假設(shè)體溫由體內(nèi)葡萄糖燃燒產(chǎn)生的能量，即熱產(chǎn)出和上面所述的熱耗散之間的平衡來(lái)確定，我們建立了下面的模型(1)熱產(chǎn)出的量和熱耗散的量被認(rèn)為是相等的。
(2)熱產(chǎn)出的量是血糖濃度和氧供給體積的函數(shù)。
(3)氧供給體積由血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度以及毛細(xì)血管中流動(dòng)的血液體積來(lái)確定。
(4)熱耗散的量主要通過(guò)熱對(duì)流和熱輻射來(lái)確定。
根據(jù)該模型，在根據(jù)測(cè)定身體表面溫度、測(cè)定與血氧濃度相關(guān)的參數(shù)和測(cè)定與血液流動(dòng)體積相關(guān)的參數(shù)的結(jié)果精確地確定了血糖濃度后，我們完成了本發(fā)明。這些參數(shù)可以從人體的一部位測(cè)得，例如指尖。與對(duì)流和輻射相關(guān)的參數(shù)可通過(guò)對(duì)指尖的熱測(cè)量確定。與血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度相關(guān)的參數(shù)可通過(guò)光譜法測(cè)得血紅蛋白并且找出攜氧的血紅蛋白和不攜氧的血紅蛋白之間的比例后確定。與血液流動(dòng)體積相關(guān)的參數(shù)可通過(guò)測(cè)得從皮膚傳遞的熱量來(lái)確定。
熱量的測(cè)量通常受到多種因素如周圍環(huán)境的溫度的影響，因此為了保持足夠的測(cè)量準(zhǔn)確性，就需要消除這些因素所帶來(lái)的影響。
此外，用于熱測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)因與熱源相接觸溫度會(huì)發(fā)生變化，其需滿足以下條件該測(cè)量點(diǎn)由物質(zhì)所形成，必須清楚該物質(zhì)的物理性質(zhì)如熱容；其周邊的形狀應(yīng)利于被抓緊；并且該測(cè)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置成盡可能地消除除熱源以外的其它的熱影響。換句話說(shuō)，用于熱測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)要求與周圍的環(huán)境熱絕緣，從而不會(huì)受到非測(cè)量熱源的熱影響。
一方面，本發(fā)明提供一種血糖水平測(cè)量設(shè)備，其包括一熱量測(cè)量裝置，用于測(cè)量多個(gè)體表溫度，以獲得用于與計(jì)算從體表耗散的熱量有關(guān)的對(duì)流熱傳遞的熱量和輻射熱傳遞的熱量的信息；一氧體積測(cè)量裝置，用于獲得關(guān)于血氧體積的信息；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)血糖水平和與多個(gè)溫度、血氧體積相對(duì)應(yīng)的個(gè)體參數(shù)之間的關(guān)系；一計(jì)算裝置，用于將熱量測(cè)量裝置和氧體積測(cè)量裝置提供的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為參數(shù)，并且將這些參數(shù)應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的關(guān)系，從而計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算設(shè)備計(jì)算得到的血糖水平。
其中，氧體積測(cè)量裝置包括血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置，其用于獲得關(guān)于血液流動(dòng)體積的信息，以及一熱量傳遞防止裝置，其用于防止熱量從周圍環(huán)境傳遞到血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置。
另一方面，本發(fā)明提供一種血糖水平測(cè)量設(shè)備，其包括一溫度測(cè)量裝置，用于測(cè)量多個(gè)體表溫度；一血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置，用于根據(jù)溫度測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果來(lái)獲得關(guān)于血液流動(dòng)體積的信息；一氧體積測(cè)量裝置，用于根據(jù)血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定血液中的氧體積；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)血糖水平和與多個(gè)溫度、血氧體積及血液流動(dòng)體積相對(duì)應(yīng)的個(gè)體參數(shù)之間的關(guān)系；一計(jì)算裝置，用于將溫度測(cè)量裝置、血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置和氧體積測(cè)量裝置提供的測(cè)量值轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)，并且將這些參數(shù)應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的關(guān)系，從而計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算裝置計(jì)算得到的血糖濃度，其中，血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置具有一熱量傳遞防止裝置，其用于防止熱量從周圍環(huán)境傳遞到血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置。
在又一方面，本發(fā)明提供一種血糖水平測(cè)量裝置，其包括一環(huán)境溫度測(cè)量裝置，用于測(cè)量周圍環(huán)境的溫度；一體表接觸裝置，用于與身體表面相接觸；一輻射熱探測(cè)器，用于測(cè)量來(lái)自于體表的輻射熱；一導(dǎo)熱元件，其被配置成與體表接觸裝置相接觸；一熱絕緣體，其被配置成與導(dǎo)熱元件相鄰；一接觸部分，其在與體表接觸裝置接觸時(shí)用于覆蓋導(dǎo)熱元件的開(kāi)口端；一鄰近溫度探測(cè)器，用于探測(cè)接觸部分的溫度；一間接溫度探測(cè)器，用于測(cè)量與體表接觸裝置相距一定距離處的溫度，其被設(shè)置成與導(dǎo)熱元件相鄰近，而與體表接觸裝置相距一定距離；
一光源，其使用至少兩種不同波長(zhǎng)的光來(lái)照射體表接觸裝置；一光探測(cè)器，用于探測(cè)照射體表的光；一變換裝置，用于將鄰近溫度探測(cè)器、間接溫度探測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)量裝置、輻射熱探測(cè)器和光探測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)體參數(shù)；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)參數(shù)和血糖水平之間的關(guān)系；一計(jì)算裝置，通過(guò)將各個(gè)體輸出應(yīng)用到存儲(chǔ)裝置所存儲(chǔ)的關(guān)系中，用于計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算裝置計(jì)算得到的血糖水平，其中，血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置具有一熱量傳遞防止裝置，其用于防止熱量從周圍環(huán)境傳遞到血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置。
在這些裝置中，熱量傳遞防止裝置為一絕緣配置或一降低導(dǎo)熱性的配置，例如絕緣體或用于安裝血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置的支撐柱元件的末端部分。
另一方面，本發(fā)明提供一種血糖水平測(cè)量設(shè)備，其包括一環(huán)境溫度測(cè)量裝置，用于測(cè)量周圍環(huán)境的溫度；一體表接觸裝置，用于與身體表面相接觸；一輻射熱探測(cè)器，用于測(cè)量來(lái)自于體表的輻射熱；一導(dǎo)熱元件，被設(shè)置成與體表接觸裝置相接觸；一支撐柱元件，其用于支撐導(dǎo)熱元件，并且在與導(dǎo)熱元件鄰近位置的直徑要小于支撐柱元件的最大直徑；一接觸部分，用于覆蓋與體表接觸裝置相鄰近的導(dǎo)熱元件的開(kāi)口端；一鄰近溫度探測(cè)器，用于探測(cè)接觸部分的溫度；一間接溫度探測(cè)器，用于測(cè)量與體表接觸裝置相距一定距離處的溫度，其被設(shè)置成與導(dǎo)熱元件相鄰近并且與體表接觸設(shè)備相距一定距離；一光源，其使用至少兩種不同波長(zhǎng)的光來(lái)照射體表接觸裝置；一光探測(cè)器，用于探測(cè)照射體表的光；一變換裝置，用于將鄰近溫度探測(cè)器、間接溫度探測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)量裝置、輻射熱探測(cè)器和光探測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)體參數(shù)；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)參數(shù)和血糖水平之間的關(guān)系；
一計(jì)算裝置，通過(guò)將各個(gè)輸出應(yīng)用到存儲(chǔ)裝置所存儲(chǔ)的關(guān)系中，用于計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算裝置計(jì)算得到的血糖水平。
另一方面，本發(fā)明提供一種含有熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的血糖水平測(cè)量設(shè)備，該熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置包括一接觸部分，用于與身體表面相接觸；一導(dǎo)熱元件，被設(shè)置成與接觸部分相接觸；以及一間接溫度探測(cè)器，用于測(cè)量與體表接觸裝置相距一定距離處的溫度，其被設(shè)置成與導(dǎo)熱元件相鄰近并且與體表接觸裝置相距一定距離，其中，熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置被配置成與血糖水平測(cè)量設(shè)備的其它部分之間是熱絕緣的或者相互間的導(dǎo)熱性是非常低的。
根據(jù)本發(fā)明，使用非侵入式方法測(cè)得的血糖濃度與先前的使用侵入式法測(cè)得的血糖濃度在精確性上相似。


圖1顯示了熱量從體表傳遞到某塊體的模型。
圖2標(biāo)繪了溫度T1和T2的測(cè)量值隨時(shí)間變化關(guān)系。
圖3顯示了測(cè)量溫度T3隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子。
圖4顯示了由各種傳感器提供的測(cè)量值與從中得到的參數(shù)之間的關(guān)系。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的非侵入式血糖濃度測(cè)量裝置的俯視圖。
圖6顯示了設(shè)備的操作過(guò)程。
圖7詳細(xì)顯示了測(cè)量設(shè)備。
圖8顯示了描述設(shè)備中的數(shù)據(jù)處理流程的概念圖。
圖9標(biāo)繪了通過(guò)本發(fā)明計(jì)算得到的葡萄糖濃度值和通過(guò)酶電極方法測(cè)得的葡萄糖濃度值。
圖10顯示了熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
圖11顯示了具有熱絕緣構(gòu)造的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
圖12顯示了具有熱絕緣構(gòu)造的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
圖13顯示的視圖用于描述本發(fā)明的一種實(shí)施方式的效果。
圖14顯示的視圖用于描述本發(fā)明的一種實(shí)施方式的效果。
圖15顯示的視圖用于描述本發(fā)明的一種實(shí)施方式的效果。
圖16顯示的視圖用于描述本發(fā)明的一種實(shí)施方式的效果。
圖17顯示的視圖用于描述本發(fā)明的一種實(shí)施方式的效果。
圖18顯示了具有熱絕緣構(gòu)造的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
圖19顯示了具有熱絕緣構(gòu)造的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
圖20顯示了具有熱絕緣構(gòu)造的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
圖21顯示了具有熱絕緣構(gòu)造的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
圖22顯示了具有熱絕緣構(gòu)造的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的詳細(xì)配置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述。
首先，對(duì)上述的模型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。對(duì)于熱耗散來(lái)講，其最主要的原因之一是對(duì)流熱傳輸，其與周圍環(huán)境(室內(nèi))溫度和體表溫度之間的溫度差相關(guān)。根據(jù)Stefan-Boltzmann法則，由另一種引起消耗的主要原因的輻射而導(dǎo)致的消耗的熱量與體表溫度的四次方成正比。由此可知，人體熱耗散的量與室溫和體表溫度有關(guān)。與熱產(chǎn)量、供氧量相關(guān)的另一個(gè)主要因素可表示為血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度以及血液流動(dòng)體積的乘積。
血紅蛋白濃度可通過(guò)在某一波長(zhǎng)處的吸光率來(lái)測(cè)定，其中在該波長(zhǎng)處，攜氧血紅蛋白與不攜氧血紅蛋白的摩爾吸收系數(shù)相等(相等的吸收波長(zhǎng))。血紅蛋白氧飽和度可通過(guò)測(cè)量在相同吸收波長(zhǎng)處的吸光率，以及在至少一種不同波長(zhǎng)處的吸光率來(lái)測(cè)定，其中在至少一種不同的波長(zhǎng)處，攜氧血紅蛋白與不攜氧血紅蛋白的摩爾吸收系數(shù)的比率是已知的，然后求解聯(lián)立方程。即血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度可通過(guò)測(cè)量至少二個(gè)以上的波長(zhǎng)處的吸光率來(lái)測(cè)定。
另外的就是血液流動(dòng)體積，其可通過(guò)各種方法測(cè)得。下面將對(duì)一個(gè)例子進(jìn)行描述。
圖1顯示了熱量從體表傳遞到具有一定熱容的某固體塊體的模型，該塊體先與體表接觸一定的時(shí)間后分離。該塊體由樹(shù)脂制成，如塑料或氯乙烯(更具體地，有必要提及的生物相容性材料，如醫(yī)用的ABS。醫(yī)療設(shè)備中通常需要使用這樣的材料)。
在描述的例子中，注意力主要集中在與體表接觸的那部分塊體的溫度T1隨時(shí)間的變化，以及沒(méi)有與體表接觸的部分上的點(diǎn)的溫度T2隨時(shí)間的變化。血液流動(dòng)體積可以主要通過(guò)監(jiān)控(在空間隔離的塊體的一點(diǎn)的)溫度T2隨時(shí)間的變化來(lái)進(jìn)行估計(jì)。具體的將在后面進(jìn)行描述。
在塊體與體表進(jìn)行接觸之前，在塊體的兩點(diǎn)上的溫度T1和T2與室溫Tr是相等的。當(dāng)體表溫度Ts高于室溫Tr時(shí)，由于塊體與體表接觸導(dǎo)致熱量從體表傳向塊體，從而溫度T1快速上升并接近體表溫度Ts。在另一方面，由于在塊體中傳導(dǎo)的熱量從塊體表面散失從而溫度T2低于溫度T1，并且比溫度T1的上升更為緩和。溫度T1和溫度T2隨時(shí)間的變化取決于從體表向塊體傳遞的熱量，其反過(guò)來(lái)又取決于皮膚下的毛細(xì)血管的血液流動(dòng)體積。如果毛細(xì)血管被認(rèn)為是熱交換器，那么從毛細(xì)血管向周圍的細(xì)胞組織的導(dǎo)熱系數(shù)就是血液流動(dòng)體積的函數(shù)。因此，通過(guò)監(jiān)控溫度T1和溫度T2隨時(shí)間的變化來(lái)測(cè)得從體表向塊體傳遞的熱量，從而就可以估算血液流動(dòng)體積。相應(yīng)地，通過(guò)監(jiān)控溫度T1和T2隨時(shí)間的改變，以及測(cè)得從體表向塊體傳遞的熱量，從而就可以估算出從毛細(xì)血管向細(xì)胞組織傳遞的熱量，因此血液流動(dòng)體積也可以得到估算。
在溫度分布和熱量之間的關(guān)系可以通過(guò)Fourier法則由下面的等式表示q＝-λ(δT/δn)在這里，q(單位W/m2)表示熱流量，即單位時(shí)間通過(guò)單位橫截面積的熱量。λ(W/mK)表示物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，T(K)表示物質(zhì)外部或內(nèi)部的溫度，n表示熱流量的方向坐標(biāo)。
上述等式中的Fourier法則表示當(dāng)物質(zhì)的內(nèi)部存在溫度分布時(shí)，沿著溫度分布方向?qū)l(fā)生熱量流動(dòng)，即垂直于物質(zhì)內(nèi)部的等溫線，從高溫到低溫發(fā)生熱流動(dòng)。其也能表示發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部的兩點(diǎn)之間的熱流量正比于該兩點(diǎn)之間的溫度差。該比例系數(shù)被定義為導(dǎo)熱系數(shù)。
因此，當(dāng)搞清楚物質(zhì)的物理性質(zhì)如導(dǎo)熱系數(shù)或尺寸如體積V(m3)或表面積F(m2)并且獲得物質(zhì)內(nèi)部(表面)的溫度分布時(shí)，就可以從溫度的測(cè)量結(jié)果和物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算出熱流量。
此外，當(dāng)熱傳導(dǎo)方向上的橫截面積為已知時(shí)，將計(jì)算得到的熱流量與物質(zhì)的橫截面積相乘，就可以得到單位時(shí)間內(nèi)流入或流出物質(zhì)的熱量。此外，當(dāng)物質(zhì)與熱源相接觸時(shí)，可以通過(guò)將物質(zhì)與熱源接觸的時(shí)間與熱流量相乘而得到從熱源向物質(zhì)所傳遞的熱量。
然而，在接觸期間熱源提供給物質(zhì)的熱量中，除了一部分在物質(zhì)內(nèi)部通過(guò)熱傳導(dǎo)形成溫度分布的熱量以外，有一部分會(huì)由于物質(zhì)表面的熱釋放(輻射)而流失。這在估計(jì)熱源所提供的總熱量時(shí)是不可忽略的因素。
通過(guò)輻射而流失的熱量的熱流量(輻射熱流量qr(W/m2))可以通過(guò)下面的等式計(jì)算得到，在導(dǎo)熱系數(shù)、物質(zhì)的密度ρ(kg/m3)、比熱c(J/KgK)、體積V(m3)、表面積F(m2)等參數(shù)是已知的情況下，需要獲得與熱源相接觸的物質(zhì)的溫度隨時(shí)間的變化情況以及在進(jìn)行熱傳導(dǎo)時(shí)的環(huán)境溫度(Tr表示室溫)。在這里，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將使用一維坐標(biāo)。
將與熱源接觸的一點(diǎn)作為原點(diǎn)，與原點(diǎn)距離為“x”處的一點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn)。在測(cè)量點(diǎn)測(cè)得的值表示為T(mén)(K)。與測(cè)量點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的物質(zhì)表面的輻射熱量(W/m2)通過(guò)下面的Stefan-Boltzmann等式表示qr＝εσ(T4-Tr4)＝α(δ2T/δx2)ρcV/F-(δT/δt)ρcV/F字符“ε”和“σ”分別表示發(fā)射系數(shù)和Stefan-Boltzmann常量。字符“T”、“t”和“x”表示一維坐標(biāo)系統(tǒng)中的測(cè)量溫度、時(shí)間和坐標(biāo)。等式右端的字符“α”表示導(dǎo)熱系數(shù)(m2/s)。導(dǎo)熱系數(shù)(物理性質(zhì))乘以測(cè)量溫度對(duì)位置的二次微分的值所得到的乘積(等式右邊的第一項(xiàng))表示熱流量，前題是假設(shè)通過(guò)熱傳導(dǎo)進(jìn)入物質(zhì)內(nèi)部的所有熱量都到達(dá)測(cè)量點(diǎn)“x”并且出現(xiàn)了溫度上的分布。與此相反，等式右邊的第二項(xiàng)表示根據(jù)實(shí)際的溫度隨時(shí)間的變化(測(cè)量溫度對(duì)時(shí)間的微分)所得到的熱流量。這些熱流量之間的差值就表示物質(zhì)以熱輻射的方式流失到外部的熱流量。
如上所述，從熱源傳遞到與之相接觸的物質(zhì)的熱量Qtotal(W)可以通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的溫度分布而得到，其中已知該物質(zhì)的物理性質(zhì)和溫度隨時(shí)間的變化。即，從熱源傳遞的熱量Qtotal(W)可將通過(guò)上述Fourier和Stefan-Boltzmann等式得到的熱流量的和與物質(zhì)的橫截面積(與熱源相接觸的面積)相乘而得到，如下式所示Qtotal＝{q+qr}F在下文中，將通過(guò)溫度測(cè)量波形圖對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行概述。
圖2顯示了在塊體上的與體表接觸的那部分的溫度T1隨時(shí)間的變化，以及在塊體上的沒(méi)有與體表接觸處的溫度T2隨時(shí)間的變化。當(dāng)在塊體與體表相接觸時(shí)，T1的測(cè)量值迅速增加，并且在塊體與體表分離后逐漸下降。
圖3顯示了通過(guò)輻射溫度探測(cè)器測(cè)得的溫度T3隨時(shí)間的變化。因?yàn)樵撎綔y(cè)器探測(cè)由于體表輻射所產(chǎn)生的溫度，所以要比其它的傳感器對(duì)溫度的變化更加敏感。因?yàn)檩椛錈崾亲鳛殡姶挪ㄟM(jìn)行傳播，從而能夠即時(shí)地傳導(dǎo)溫度的改變。因此，通過(guò)將輻射溫度探測(cè)器放置在靠近塊體與體表接觸的位置，如后面將要描述的圖7(a)到7(c)所示，在塊體和體表之間接觸開(kāi)始時(shí)間tstart和接觸結(jié)束時(shí)間tend可以通過(guò)溫度T3的改變而測(cè)得。例如，如圖3中所示，設(shè)置一個(gè)溫度閾值。接觸開(kāi)始時(shí)間tstart為T(mén)3超過(guò)溫度閾值時(shí)的時(shí)間。接觸結(jié)束時(shí)間tend為T(mén)3低于溫度閾值時(shí)的時(shí)間。例如溫度閾值設(shè)置在32℃。
然后，在tstart和tend之間的T1測(cè)量值用S型曲線，例如對(duì)數(shù)曲線進(jìn)行逼近。對(duì)數(shù)曲線可通過(guò)下面的方程式來(lái)表達(dá)T=b1+c×exp(-a×t)+d]]>其中，T是溫度，t是時(shí)間。
測(cè)量值可通過(guò)非線性最小二乘法確定因子a、b、c和d來(lái)逼近。對(duì)于所得到的逼近表達(dá)式，將T在tstart和tend之間進(jìn)行積分得到值S1。
相似地，從T2的測(cè)量值計(jì)算得到積分值S2。(S1-S2)越小，從手指表面到T2位置傳遞的熱量越大。(S1-S2)隨著與手指的接觸時(shí)間tcont(＝tend-tstart)的增大而增大。因此，以a5/(tCONT×(S1-S2))作為參數(shù)X5用于指示血液流動(dòng)體積，這里a5為比例系數(shù)。
因此，可以看出通過(guò)上述模型測(cè)得的用于確定血液葡萄糖濃度所必需的數(shù)據(jù)為室溫(環(huán)境溫度)、體表溫度變化、與體表接觸的塊體的溫度變化、由體表輻射產(chǎn)生的溫度以及在至少二個(gè)波長(zhǎng)處的吸光率。
圖4顯示了由各種傳感器提供的測(cè)量值以及從中得到的參數(shù)之間的關(guān)系。將塊體與體表進(jìn)行接觸，并且在塊體上的兩個(gè)位置處通過(guò)兩個(gè)溫度傳感器測(cè)得兩種類型的溫度T1和T2。單獨(dú)測(cè)得體表輻射溫度T3和室溫T4。吸光率A1和A2在與血紅蛋白相關(guān)的至少兩個(gè)波長(zhǎng)處測(cè)得。溫度T1、T2、T3和T4提供與血液流動(dòng)體積相關(guān)的參數(shù)。溫度T3提供與通過(guò)輻射傳遞的熱量相關(guān)的參數(shù)。溫度T3和T4提供與通過(guò)對(duì)流傳遞的熱量相關(guān)的參數(shù)。吸光率A1提供與血紅蛋白濃度相關(guān)的參數(shù)。吸光率A1和A2提供與血紅蛋白氧飽和度相關(guān)的參數(shù)。
在下文中，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明原則設(shè)計(jì)的非侵入式測(cè)量血糖濃度的設(shè)備實(shí)施方式進(jìn)行描述。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的非侵入式血糖濃度測(cè)量設(shè)備的俯視圖。盡管在本實(shí)施方式中使用球狀指尖的皮膚作為體表，但也可以使用身體的其它部位來(lái)作為體表。
在設(shè)備的上表面具有一操作裝置11、一用于放置要測(cè)量指尖的測(cè)量裝置12以及一用于顯示設(shè)備狀態(tài)、測(cè)量值等狀態(tài)的顯示裝置13。操作裝置11包括從11a到11d的四個(gè)按鈕用于操作裝置。測(cè)量裝置12含有一個(gè)蓋子，當(dāng)打開(kāi)(如圖所示)時(shí)，露出具有橢圓形外圍的手指支架15。手指支架15裝有輻射溫度傳感器的開(kāi)口端16、接觸式溫度傳感器17和光傳感器18。
圖6顯示了操作設(shè)備的過(guò)程。當(dāng)按下操作設(shè)備的一個(gè)按鈕時(shí)，可打開(kāi)設(shè)備并在電路進(jìn)行預(yù)熱時(shí)在LCD顯示“預(yù)熱”。同時(shí)，檢查程序被激活自動(dòng)對(duì)電路進(jìn)行檢查。當(dāng)預(yù)熱階段結(jié)束時(shí)，在LCD上提示“放上您的手指”。當(dāng)用戶將他的或她的手指放在手指支架上時(shí)，在LCD上顯示倒計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)完成后，在LCD上提示“移開(kāi)手指”。當(dāng)用戶按照提示移開(kāi)手指后，LCD顯示“處理數(shù)據(jù)”。隨后，顯示器顯示血糖濃度，并將其與日期和時(shí)間一起存儲(chǔ)在IC卡中。當(dāng)用戶看到顯示的血糖濃度后，他或她按下設(shè)備上的另一個(gè)按鈕。大約1分鐘后，設(shè)備在LCD上提示“放上您的手指”，因此表示設(shè)備已準(zhǔn)備好進(jìn)行下一輪的測(cè)試。
圖7中詳細(xì)顯示了測(cè)量設(shè)備。圖7(a)是俯視圖，圖7(b)是沿圖7(a)中的X-X軸的截面圖，圖7(c)是沿圖7(a)中的Y-Y軸的截面圖。
首先，對(duì)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的非侵入式測(cè)量血糖濃度的設(shè)備進(jìn)行溫度測(cè)量的過(guò)程進(jìn)行描述。在測(cè)量裝置中，與測(cè)試體(手指球)接觸的部分放在一具有高導(dǎo)熱性的材料薄板21上，例如金。由導(dǎo)熱性低于板21的材料，例如聚氯乙烯制成的棒狀導(dǎo)熱部件22被熱連接到板21上并伸入設(shè)備中。溫度傳感器包括一用于測(cè)量板21溫度并且充當(dāng)測(cè)量物體的鄰近溫度探測(cè)器的熱敏電阻23。還有一個(gè)用于測(cè)量與板21分開(kāi)一段距離的導(dǎo)熱部件溫度，并且充當(dāng)測(cè)量物體間接的溫度探測(cè)器的熱敏電阻24。板21、導(dǎo)熱部件22、以及熱敏電阻23和24構(gòu)成了熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法進(jìn)行熱量的計(jì)算過(guò)程中，重要的是要確定接觸部分的物理性質(zhì)，接觸部分的周邊構(gòu)造等因素，其中接觸部分作為測(cè)量設(shè)備中進(jìn)行溫度測(cè)量的對(duì)象，在該測(cè)量設(shè)備中，手指被放入其中作為測(cè)量對(duì)象。此外，熱源，例如手指所提供的熱量除了在接觸部分(尤其是板21)內(nèi)部形成溫度分布，以及從接觸部分以輻射熱的形式流失掉以外，一部分熱量還被從表面釋放和消耗掉。另外，除熱源，即被測(cè)量的對(duì)象外的其它的源，也可能進(jìn)行供熱。在這種情況下，原本需要被測(cè)量的熱可能沒(méi)有被測(cè)量，或者原本不需要被測(cè)量的熱被測(cè)量了。因此，容易引起測(cè)量誤差，并且在計(jì)算最終的血糖濃度時(shí)出現(xiàn)誤差。
出于這種原因，應(yīng)使熱交換通過(guò)與熱源接觸而進(jìn)行，并且將用于測(cè)量熱源溫度的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置與組成血糖濃度測(cè)量設(shè)備的其它部分熱絕緣開(kāi)來(lái)。可采取的另一種方式是，阻止熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置和組成血糖濃度測(cè)量設(shè)備的其它組成部分之間的熱傳導(dǎo)，從而形成具有低導(dǎo)熱性的構(gòu)造。使用這種構(gòu)造，可以減小測(cè)量誤差，從而可以減小可能出現(xiàn)的血糖水平測(cè)量誤差。除了使用這種構(gòu)造以外，還可通過(guò)以下的構(gòu)造對(duì)該設(shè)備進(jìn)行配置來(lái)增強(qiáng)熱連接，這些構(gòu)造如由金或具有與金相同的高的導(dǎo)熱性的金屬制成的板21；以及使用高的導(dǎo)熱性的粘合劑將熱敏電阻23和24連接到導(dǎo)熱元件22，或者插入導(dǎo)熱元件22。
圖10(a)顯示了測(cè)量裝置的詳細(xì)視圖，圖10(b)顯示了熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的周邊機(jī)構(gòu)37的放大視圖。如圖10(b)中所示，熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的構(gòu)造使得板21、熱敏電阻23和24被安裝在棒狀的(在這里，如圓形的棒)導(dǎo)熱部件22上，并且導(dǎo)熱部件22被安裝成與構(gòu)成血糖水平測(cè)量設(shè)備的支撐柱部分36相接觸。
圖11顯示了另一實(shí)施方式，其中熱絕緣構(gòu)造或用于減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造被用于圖10(b)中所描述的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置。在該實(shí)施方式中，熱絕緣體38安裝在中心位置，從而可以使得圓形棒狀的導(dǎo)熱部件22通過(guò)熱絕緣體被安裝在支撐柱部分36上。作為這里使用的熱絕緣體，可以使用纖維材料或內(nèi)部有孔的泡沫材料，或具有微粉末層的材料?？梢允褂玫睦w維材料有石棉、玻璃絨或具有相似的纖維性質(zhì)的材料，并且它們的導(dǎo)熱系數(shù)可以從約0.0005W/mK～約0.002W/mK。可使用泡沫材料有聚氨酯、聚苯乙烯或具有與其相似性質(zhì)的材料，并且它們的導(dǎo)熱系數(shù)可以從約0.005W/mK～約0.02W/mK。此外，還可以使用具有微粉末層的材料，如珠光體、硅氣凝膠，或具有與其相似性質(zhì)的材料，并且它們的導(dǎo)熱系數(shù)可以從約0.0005W/mK～約0.009W/mK。即，理想的熱絕緣體材料具有約0.0005W/mK～約0.02W/mK的導(dǎo)熱系數(shù)。使用這種熱絕緣體部分的熱傳導(dǎo)可以充分地被減小的原因在于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.025W/mK時(shí)，而當(dāng)樹(shù)脂材料如塑料被用作除用熱絕緣體以及各種探測(cè)器替換的部分以外的裝置的主要部分的材料時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為約幾百mW/mK。因此，基本上可以減少導(dǎo)熱部件22和支撐柱部分36之間的熱交換。當(dāng)熱絕緣體與導(dǎo)熱部件22和支撐柱部分36發(fā)生實(shí)際接觸時(shí)，這里使用的熱絕緣體的導(dǎo)熱系數(shù)比其中任何一個(gè)的導(dǎo)熱系數(shù)都要低。
上面描述了熱絕緣體插入到一部分裝置中的構(gòu)造。然而，可以使用圖18中所示的形狀，其中由絕緣材料所構(gòu)成的上支撐柱元件43或下支撐柱元件44的至少一部分圍繞著支撐柱元件36和導(dǎo)熱元件22進(jìn)行配置，并且導(dǎo)熱元件22被安裝在這些元件上。圖18(a)顯示了測(cè)量單元的詳細(xì)視圖；圖18(b)顯示了熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置及其周邊部分42的一個(gè)例子的詳細(xì)的、放大視圖；圖18(c)顯示了熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置及其周邊部分42的另一個(gè)例子的詳細(xì)的、放大視圖。在圖中，由絕緣材料形成的部分被標(biāo)記成黑色。這里的絕緣材料性質(zhì)與上述絕緣材料的性質(zhì)相同。當(dāng)圖18(b)中的上支撐柱元件43、支撐柱元件36和下支撐柱元件44全部由絕緣材料形成時(shí)，圖18(c)中的上支撐柱元件43、支撐柱元件36全部由絕緣材料形成。此外，導(dǎo)熱部件22的側(cè)面部分也可以由絕緣材料來(lái)覆蓋。這種構(gòu)造可以通過(guò)與圖11構(gòu)造相同的絕緣材料大大減少導(dǎo)熱部件22和與其相鄰的裝置的其它組成部分的熱交換。
如上所述，在物質(zhì)之間或物質(zhì)內(nèi)部傳遞的總熱量可以通過(guò)將由溫度差和導(dǎo)熱系數(shù)定義的熱流量(W/m2)和接觸面積F(m2)相乘而得到。如圖所示，當(dāng)使用絕緣體時(shí)，可以降低從導(dǎo)熱部件到其它組成部分的導(dǎo)熱系數(shù)，從而可以降低熱流量。因此，有可能降低從導(dǎo)熱部件到其它組成部分的總的導(dǎo)熱量。
圖12顯示了一實(shí)施方式，其中，顯示在圖10(b)中的支撐柱部分36的接觸部分與導(dǎo)熱部件22的橫截面為三角形，從而使支撐柱部分36與導(dǎo)熱部件22的接觸為線接觸。從而支撐柱部分36與導(dǎo)熱部件22接觸的部分為線狀。圖12(a)為熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置及其周邊構(gòu)造37的詳細(xì)的、放大的視圖，圖12(b)為圖12(a)的沿線B-C的橫截面的詳細(xì)的、放大的視圖。圖12(b)顯示了從圖12(a)中的A點(diǎn)所看到的視圖。如上所述，在物質(zhì)之間或物質(zhì)內(nèi)部傳輸?shù)目偀崃靠梢酝ㄟ^(guò)將由溫度差和導(dǎo)熱系數(shù)定義的熱流量(W/m2)和接觸面積F(m2)相乘而得到。根據(jù)本方法，熱流量沒(méi)有降低，但是接觸面積降低了，從而導(dǎo)致被傳遞的熱量的降低。
除了圖12中所示的橫截面的形狀外，任何通過(guò)點(diǎn)接觸形成接觸形狀的點(diǎn)接觸、通過(guò)線接觸形成接觸形狀的的軸向線接觸或使用不對(duì)稱接觸形成的其它形狀都可以減小接觸面積。這些接觸形狀可以產(chǎn)生與圖12中的顯示相同的結(jié)果。圖19顯示了一種實(shí)施方式，其中支撐柱部分36與導(dǎo)熱部件22的接觸部分為點(diǎn)接觸的凸出部分。圖19(a)為熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置及其周邊部分37的詳細(xì)的、放大的視圖；圖19(b)為沿線B-C的橫截面的詳細(xì)的、放大的視圖。圖19(b)顯示了從圖19(a)中的A點(diǎn)所看到的視圖。圖20顯示了一種實(shí)施方式，其中支撐柱部分36與導(dǎo)熱部件22的接觸部分為導(dǎo)熱部件軸向線接觸的凸出部分。圖20(a)為熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置及其周邊部分37的詳細(xì)的、放大的視圖以及圖20(b)為沿線B-C的橫截面的詳細(xì)的、放大的視圖。圖20(b)顯示了從圖20(a)中的A點(diǎn)所看到的視圖。圖21顯示了一種實(shí)施方式，其中支撐柱部分36與導(dǎo)熱部件22的接觸部分為用于點(diǎn)接觸的凸出部分，并且該凸出部分固定在導(dǎo)熱部件22和粘合劑的粘結(jié)位置45。圖21(a)為熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的周邊部分37和沿圖(b)的B-C線的詳細(xì)的、放大的視圖。圖21(b)顯示了從圖21(a)中的A點(diǎn)所看到的視圖。圖22顯示了一種實(shí)施方式，其中支撐柱部分36與導(dǎo)熱部件22的接觸部分形成并從支撐柱部分36凸出并具有一連接部分46，并且形成支撐部分47對(duì)導(dǎo)熱部件的周圍表明進(jìn)行覆蓋并對(duì)其提供支撐。圖22(a)為熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的周邊部分37的詳細(xì)的、放大的視圖以及圖22(b)的沿線B-C的橫截面的詳細(xì)的、放大的視圖。圖22(b)顯示了從圖22(a)中的A點(diǎn)所看到的視圖。在圖19、20和21的每種情況中，形成了支撐柱部分36與導(dǎo)熱部件22的接觸部分，即邊緣部分，使得與導(dǎo)熱部件相鄰近位置的直徑小于支撐柱部分36其它部分的直徑，或至少小于其最大直徑。在圖22的情況中，形成連接和支撐部分的材料具有比支撐柱部分更低的導(dǎo)熱系數(shù)。
參考圖13～17，對(duì)使用的絕緣構(gòu)造的絕緣效果進(jìn)行描述。在這里，作為熱源的手指與如上所示的熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置進(jìn)行接觸，組成熱轉(zhuǎn)遞量測(cè)量裝置的導(dǎo)熱部件22或支撐柱部分36所產(chǎn)生的溫度分布使用溫度測(cè)量手段如溫度記錄儀進(jìn)行測(cè)量。圖13、14和16顯示了使用等溫線得到的溫度分布測(cè)量的結(jié)果，導(dǎo)熱部件22或支撐柱部分36的位置通過(guò)虛線來(lái)表示。作為熱源的手指與用參考數(shù)字39表示的位置進(jìn)行接觸。此外，在圖15和17中，左邊的縱軸表示測(cè)量溫度，右邊的縱軸表示溫度差。此外，在每個(gè)圖中，用于讀點(diǎn)的軸通過(guò)箭頭來(lái)表示。
圖13顯示了被放置在空氣中、不與任何物質(zhì)進(jìn)行接觸，并且與支撐柱部分36具有一定距離時(shí)的導(dǎo)熱部件22內(nèi)部及其周圍空間的溫度分布，其中導(dǎo)熱部件22的溫度分布通過(guò)虛線來(lái)進(jìn)行表示。右邊和左邊的熱源點(diǎn)40和41被放置在與支撐柱部分36相對(duì)應(yīng)的位置，并且該圖顯示出支撐柱的溫度比周圍空氣(環(huán)境)的溫度要高。熱量通過(guò)手指與導(dǎo)熱部件22上部的接觸點(diǎn)即熱源與導(dǎo)熱部件22的內(nèi)部接觸點(diǎn)進(jìn)行傳導(dǎo)，并且溫度幾乎是等距離分布的。通過(guò)避免與支撐柱相接觸，并在作為熱源的手指在不斷提供熱流量的條件下，發(fā)現(xiàn)熱量會(huì)均勻地流過(guò)導(dǎo)熱部件22的內(nèi)部。
與此相對(duì)比，圖14顯示了在沒(méi)有使用本發(fā)明的條件下，導(dǎo)熱部件22內(nèi)部、支撐柱部分36以及導(dǎo)熱部件22的周圍空間的溫度分布，其中導(dǎo)熱部件22以及支撐柱和導(dǎo)熱部件接觸部分的溫度分布通過(guò)虛線來(lái)進(jìn)行表示。發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱部件22和支撐柱部分36之間的上、下連接部分之間的等溫線的間隔是大不相同的。這表明來(lái)自于作為熱源的手指的熱流量是不同的。換句話說(shuō)，這表明由熱源提供的熱流量受到與其接觸的支撐柱部分36和流向支撐柱的熱流的影響。
圖15顯示了圖13中的從X軸方向上的導(dǎo)熱部件22的中心沿Y軸方向上的溫度分布與圖14中的導(dǎo)熱部件22與支撐柱部分36進(jìn)行相互接觸時(shí)的狀態(tài)的對(duì)比，在圖14中沒(méi)有使用本發(fā)明所提供的方法。在圖13和圖14中測(cè)得的溫度以及它們各自狀態(tài)之間的溫度差分別通過(guò)正方形點(diǎn)、菱形點(diǎn)和三角形的點(diǎn)來(lái)表示。如圖所示，發(fā)現(xiàn)對(duì)于圖13的狀態(tài)，在圖14中的溫度測(cè)量誤差達(dá)到1.8℃。
圖16顯示了在導(dǎo)熱部件22和支撐柱部分36之間提供了絕緣體38的情況下，導(dǎo)熱部件22內(nèi)部、支撐柱部分36以及導(dǎo)熱部件22的周圍空間的溫度分布，其中導(dǎo)熱部件22、支撐柱部分36和絕緣體38通過(guò)虛線表示。此外，圖17顯示了圖13中的從X軸方向上的導(dǎo)熱部件22的中心沿Y軸方向上的溫度分布與圖16中的狀態(tài)的對(duì)比。在圖13和圖16中測(cè)得的溫度以及它們各自狀態(tài)之間的溫度差分別通過(guò)正方形點(diǎn)、菱形點(diǎn)和三角形的點(diǎn)來(lái)表示。
根據(jù)圖16可以發(fā)現(xiàn)，在不失去熱流量的條件下，導(dǎo)熱部件22內(nèi)部的溫度是等間距分布的。此外，根據(jù)圖17，當(dāng)將圖13的溫度分布與圖16的溫度分布進(jìn)行對(duì)比時(shí)，它們之間的最大溫度測(cè)量差減小到0.2℃，而在沒(méi)有使用絕緣體的圖14的情況下，最大測(cè)量差達(dá)到1.8℃。根據(jù)這些結(jié)果，可以確定在作為熱源的手指在不斷提供熱流量的條件下，熱量會(huì)均勻地通過(guò)導(dǎo)熱部件22的內(nèi)部。還可以確定通過(guò)在導(dǎo)熱部件和支撐柱之間使用絕緣體以避免直接接觸，從而可以避免由于從手指流向支撐柱的熱量流動(dòng)而帶來(lái)的溫度測(cè)量誤差。
紅外透鏡25被放置在設(shè)備中使得可以通過(guò)透鏡看到置于手指支架15上的測(cè)量物體(手指球)。在紅外透鏡25下面通過(guò)紅外輻射傳遞窗口26放置了一個(gè)熱電探測(cè)器27。另一個(gè)熱敏電阻28被放置在靠近熱電探測(cè)器27的位置。
因此，測(cè)量裝置的溫度傳感部分具有4個(gè)溫度傳感器，并且它們測(cè)量如下的四種溫度(1)手指表面的溫度(熱敏電阻23)T1(2)導(dǎo)熱部件的溫度(熱敏電阻24)T2(3)由手指輻射的溫度(熱電探測(cè)器27)T3(4)室溫(熱敏電阻28) T4光傳感器裝置18測(cè)量確定供氧體積所必需的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度。為了測(cè)量血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度，必須測(cè)量至少在兩個(gè)波長(zhǎng)處的吸光率。圖7(c)中顯示了使用二個(gè)光源33和34和一個(gè)探測(cè)器35進(jìn)行二波長(zhǎng)測(cè)量的配置。
光傳感器裝置18包括二個(gè)光纖31和32的末端。光纖31用于光輻射，光纖32用于接收光。如圖7(c)所示，光纖31連接到端點(diǎn)分別帶有發(fā)光二極管33和34的支光纖31a和31b。接收光的光纖32的另一端裝有光電二極管35。發(fā)光二極管33發(fā)射波長(zhǎng)為810nm的光，而發(fā)光二極管34發(fā)射波長(zhǎng)為950nm的光。波長(zhǎng)810nm為等吸收波長(zhǎng)，在該波長(zhǎng)下攜氧的血紅蛋白和不攜氧的血紅蛋白的摩爾吸收系數(shù)相等。在波長(zhǎng)為950nm下攜氧的血紅蛋白和不攜氧的血紅蛋白的摩爾吸收系數(shù)之間有較大差值。
兩個(gè)發(fā)光二極管33和34以分時(shí)的方式發(fā)射光使得通過(guò)光纖31用發(fā)光二極管33和34發(fā)出的光來(lái)照射手指。照射在手指上的光被皮膚反射，進(jìn)入接收光的光纖32，并且最終被光電二極管35探測(cè)到。被手指皮膚反射的部分光穿透皮膚并進(jìn)入細(xì)胞組織中，然后被毛細(xì)血管中流動(dòng)的血液中的血紅蛋白所吸收。由光電二極管35提供的測(cè)量數(shù)據(jù)具有反射系數(shù)R，并且可通過(guò)log(1/R)近似計(jì)算得到吸光率。因此用波長(zhǎng)為810nm和950nm的光照射手指，并且測(cè)得每種光的R并計(jì)算得到log(1/R)。因此，可分別測(cè)得波長(zhǎng)為810nm和950nm的吸光率A1和A2。
當(dāng)不攜氧血紅蛋白的濃度為[Hb]并且攜氧血紅蛋白的濃度為[HbO2]時(shí)，吸光率A1和A2可通過(guò)下面的方程式來(lái)表達(dá)A1=a×([Hb]×AHb(810nm)+[HbO2]×AHbO2(810nm))]]>=a×([Hb]+[HbO2]×AHbO2(810nm))]]>A2=a×([Hb]×AHb(950nm)+[HbO2]×AHbO2(950nm))]]>=a×([Hb]+[HbO2])×((1-[HbO2][Hb]+[HbO2])×AHb(950nm)+[HbO2][Hb]+[HbO2]×AHbO2(950nm))]]>AHb(810nm)和AHb(950nm)、以及AHbO2(810nm)和AHbO2(950nm)分別為不攜氧的血紅蛋白和攜氧的血紅蛋白在各波長(zhǎng)下的摩爾吸收系數(shù)。a為比例系數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)下面的公式確定血紅蛋白濃度[Hb]+[HbO2]和血紅蛋白氧飽和度[HbO2]/([Hb]+[HbO2])[Hb]+[HbO2]=A1a×AHbO2(810nm)]]>[HbO2][Hb]+[HbO2]=A2×AHbO2(810nm)-A1×AHb(950nm)A1×(AHbO2(950nm)-AHb(950nm))]]>在此例中，可通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)波長(zhǎng)下的吸光率，測(cè)得血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度。然而，優(yōu)選使用超過(guò)在兩個(gè)以上的波長(zhǎng)下測(cè)定吸光率，從而減小干擾成分的影響并且提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
主要的干擾組份的具體例子包括決定皮膚顏色的黑色素、引起黃疸癥狀的膽紅素、以及引起高血脂的血液濁物。如在一種實(shí)施方式中，有可能通過(guò)加入波長(zhǎng)為535nm、470nm和660nm的光來(lái)減少干涉組份的影響并且增強(qiáng)測(cè)量的準(zhǔn)確性，其中上述每一種光可以分別用于觀察黑色素、膽紅素、以及濁物的摩爾吸收系數(shù)。值得一提的是在本說(shuō)明書(shū)中描述的波長(zhǎng)值最適合用于獲得各個(gè)感興趣的吸光率，例如在摩爾吸收系數(shù)相同的波長(zhǎng)下獲得吸光率或獲得最大的吸光率，其中所描述的波長(zhǎng)值包括上面描述的810nm和950nm的波長(zhǎng)，其用于攜氧血紅蛋白和不攜氧血紅蛋白。因此，與本說(shuō)明書(shū)中所描述的波長(zhǎng)相差大致不超過(guò)20nm的波長(zhǎng)可以被用于類似的測(cè)量。
圖8是描述設(shè)備數(shù)據(jù)處理流程的概念圖。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的設(shè)備配有五個(gè)傳感器，即熱敏電阻23、熱敏電阻24、熱電探測(cè)器27、熱敏電阻28以及光電二極管35。光電二極管35測(cè)量在波長(zhǎng)為810nm和950nm時(shí)的吸光率。因此，該設(shè)備共提供六種類型的測(cè)量值。
五種類型的模擬信號(hào)通過(guò)各自的放大器A1～A5供給模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD1～AD5轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。根據(jù)這些數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)值，可計(jì)算參數(shù)xi(i＝1、2、3、4、5)。下面為xi(其中a1～a5是比例系數(shù))的具體描述與熱輻射成正比的參數(shù)x1＝a1×(T3)4與熱對(duì)流成正比的參數(shù)x2＝a2×(T4-T3)與血紅蛋白濃度成正比的參數(shù)x3=a3×(A1a×AHbO2(810nm))]]>與血紅蛋白氧飽和度成正比的參數(shù)x4=a4×(A2×AHbO2(810nm)-A1×AHb(950nm))A1×(AHbO2(950nm)-AHb(950nm)))]]>與血液流動(dòng)體積成正比的參數(shù)
x5=a5×(1tCONT×(S1-S2))]]>將參數(shù)S1和S2用于計(jì)算與血液流動(dòng)體積成正比的參數(shù)x5，可以確知使用上述絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造可以將圖13中測(cè)量值的測(cè)量誤差由常規(guī)的約10％減小到約0.1％，其中在圖13中導(dǎo)熱元件與支撐柱之間沒(méi)有直接接觸。盡管通過(guò)測(cè)量的溫度和時(shí)間可以確定S1和S2的值，通過(guò)在導(dǎo)熱元件和支撐柱之間使用絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造，可以改變測(cè)量溫度的絕對(duì)值。如上所述，在使用上述構(gòu)造的情況和不使用上述構(gòu)造的情況之間，所得到的測(cè)量值之間的差值約為2℃。此外，這種溫度上的差值是由于沒(méi)有使用上述構(gòu)造，從而導(dǎo)致部分本應(yīng)受到測(cè)量的熱量發(fā)生散失而引起的。因此，這應(yīng)當(dāng)被視為溫度測(cè)量誤差。
例如，當(dāng)用于確定S1的溫度T1為37℃時(shí)，在使用上述配置條件下在24℃時(shí)測(cè)定用于確定S2的溫度T2，在沒(méi)有使用上述配置條件下在22℃時(shí)測(cè)定用于確定S2的溫度T2。
當(dāng)測(cè)量的時(shí)間(與熱源接觸的時(shí)間)相等時(shí)，S1和S2的值基本上與測(cè)得的溫度成正比，盡管它們的獲得是通過(guò)對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分。代入這些值來(lái)計(jì)算與血液流動(dòng)體積成正比的參數(shù)x5，并且比例系數(shù)a5為常量。然后，將上述情況作為一實(shí)施方式，其中T1為37℃，T2在使用絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造時(shí)為24℃，在沒(méi)有使用絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造時(shí)為22℃。在該實(shí)施方式中，對(duì)x5的計(jì)算和比較如下。在這里，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，S1和S2的值為各自的測(cè)量溫度和測(cè)量時(shí)間的乘積。
S1＝T1×tcountS2＝T2×tcountX5＝a5/(tcount×(S1-S2))(X5的定義) X5applied＝a5/(tcount×(37-24)×tcount)[當(dāng)沒(méi)有使用絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造時(shí)，X5被表示為X5not-applied]X5not-applied(application)＝a5/(tcount×(37-22)×tcount)[在X5applied和X5not-applied之間的比]X5applied∶X5not-applied＝1/13∶1/15＝0.077∶0.066＝1∶0.85使用絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造時(shí)得到的x5的值(＝X5applied)與沒(méi)有使用上述構(gòu)造時(shí)得到的x5的值(＝X5not-applied)相差15％。該差值意味著在準(zhǔn)確性上有所提高。在使用上述構(gòu)造和不使用上述構(gòu)造的情況之間，所得到的2℃的測(cè)量溫度差值被作為測(cè)量誤差，因?yàn)楦鶕?jù)上述的溫度分布來(lái)看，當(dāng)使用構(gòu)造時(shí)，可以確定此時(shí)的測(cè)量條件即為所期望的測(cè)量條件。
然后，通過(guò)平均值以及xi的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，其中標(biāo)準(zhǔn)偏差xi是從大量的有勞動(dòng)能力的人群和糖尿病患者中獲得的實(shí)際數(shù)據(jù)。根據(jù)下面的方程式可從每個(gè)參數(shù)xi計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)Xi(i＝1、2、3、4、5)Xi=xi-x‾iSD(xi)]]>這里xi參數(shù)xi參數(shù)的平均值SD(xi)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差使用上面的五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算可轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜谧罱K顯示的葡萄糖濃度。用于進(jìn)行處理計(jì)算所必需的程序存儲(chǔ)在設(shè)備自帶的微處理器的ROM中。用于處理計(jì)算的內(nèi)存區(qū)域也同樣建在設(shè)備內(nèi)的RAM中。計(jì)算得到的結(jié)果被顯示在LCD上。
作為進(jìn)行處理計(jì)算的程序所必需的組成元件，ROM存儲(chǔ)用于專門(mén)確定葡萄糖濃度C的函數(shù)。該函數(shù)定義如下。C通過(guò)下面的方程式(1)來(lái)表示，其中ai(i＝0，1，2，3，4，5)事先根據(jù)下面的步驟從多組測(cè)量數(shù)據(jù)中確定(1)建立用于表示標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)和葡萄糖濃度C之間關(guān)系的多重回歸方程式。
(2)由最小二乘法得到的方程式中得到與標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方程式(聯(lián)立方程)。
(3)從標(biāo)準(zhǔn)化方程式中確定系數(shù)ai(i＝1、2、3、4、5)的值，然后代入多重回歸方程式。
首先，將表示葡萄糖濃度C和標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1、X2、X3、X4和X5的回歸方程式(1)公式化。
C＝f(X1，X2，X3，X4，X5)＝a0+a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5……(1)然后，使用最小二乘法來(lái)獲得多重回歸方程式，該方程式可將根據(jù)酶電極方法得到的葡萄糖濃度的測(cè)量值Ci的誤差最小化。當(dāng)殘差的平方和為D時(shí)，D可通過(guò)下面的方程式(2)來(lái)表示D=Σi=1ndi2]]>=Σi=1n(Ci-f(Xi1,Xi2,Xi3,Xi4,Xi5))2]]>=Σi=1n{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}2......(2)]]>
當(dāng)a0、a2、…、a5為0，對(duì)方程式(2)使用偏微分法時(shí)得到的殘差的平方和D就為最小。因此，我們就得到下面的方程式∂D∂a0=-2Σi=1n{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}=0]]>∂D∂a1=-2Σi=1nXi1{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}=0]]>∂D∂a2=-2Σi=1nXi2{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}=0]]>∂D∂a3=-2Σi=1nXi3{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}=0]]>∂D∂a4=-2Σi=1nXi4{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}=0]]>∂D∂a5=-2Σi=1nXi5{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}=0......(3)]]>當(dāng)C和X1到X5的均值分別為Cmean和X1mean～X5mean時(shí)，因?yàn)閄imean＝0(i＝1～5)，因此就可以從方程式(1)得到方程式(4)a0＝Cmean-a1X1mean-a2X2mean-a3X3mean-a4X4mean-a5X5mean＝Cmean……(4)在標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)之間的偏差和共變通過(guò)方程式(5)來(lái)表示。在標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)Xi(i＝1～5)之間的共變通過(guò)等式(6)來(lái)表示。
Sij=Σk=1n(Xki-Ximean)(Xkj-Xjmean)=Σk=1nXkiXkj(i,j=1,2,..5)......(5)]]>SiC=Σk=1n(Xki-Ximean)(Ck-Cmean)=Σk=1nXki(Ck-Cmean)(i=1,2,..5)......(6)]]>將方程式(4)、(5)和(6)代入方程式(3)中并且重新整理聯(lián)立方程(標(biāo)準(zhǔn)化方程式)(7)。對(duì)方程式(7)求解得到a1到a5。
a1S11+a2S12+a3S13+a4S14+a5S15＝S1Ca1S21+a2S22+a3S23+a4S24+a5S25＝S2Ca1S31+a2S32+a3S33+a4S34+a5S35＝S3Ca1S41+a2S42+a3S43+a4S44+a5S45＝S4Ca1S51+a2S52+a3S53+a4S54+a5S55＝S5C……(7)通過(guò)方程式(4)可獲得常數(shù)a0。因此得到的ai(i＝0、1、2、3、4、5)在生產(chǎn)設(shè)備時(shí)就被存儲(chǔ)在ROM中。在使用這些設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，從測(cè)量值獲得的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1～X5被代入回歸方程式(1)中用于計(jì)算葡萄糖濃度C。
在下文中，將對(duì)計(jì)算葡萄糖濃度的過(guò)程的實(shí)施方式進(jìn)行描述。方程式(1)中的系數(shù)事先從大量的有勞動(dòng)能力的人群和糖尿病患者中獲得的大量數(shù)據(jù)中確定。微處理器中的ROM存儲(chǔ)用于計(jì)算葡萄糖濃度的下列方程式C＝99.4+18.3×X1-20.2×X2-23.7×X3-22.0×X4-25.9×X5將參數(shù)x1～x5標(biāo)準(zhǔn)化后得到X1～X5。假設(shè)參數(shù)的分布是正態(tài)的，那么95％的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)的值分布在-2～+2之間。在對(duì)有勞動(dòng)能力的人群的測(cè)試中，在上述方程式中替換典型測(cè)量值如X1＝-0.06、X2＝+0.04、X3＝+0.05、X4＝-0.12和X5＝+0.10計(jì)算得到C＝96.4mg/dl。在對(duì)糖尿病患者的測(cè)試中，在上述方程式中替換典型測(cè)量值如X1＝+1.15、X2＝-1.02、X3＝-0.83、X4＝-0.91和X5＝-1.24計(jì)算得到C＝212.8mg/dl。同時(shí)，當(dāng)使用帶有上述的絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造的裝置時(shí)，如上所述，當(dāng)參數(shù)x5的測(cè)量誤差減少15％時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X5也發(fā)生改變。標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)的改變使得用于回歸方程式的參數(shù)X5的系數(shù)也發(fā)生改變，其中該回歸方程式表示葡萄糖濃度C和標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)之間的關(guān)系。因此，參數(shù)X5的系數(shù)從25.9變?yōu)?9.8。微處理器中的ROM存儲(chǔ)用于計(jì)算葡萄糖濃度的下列方程式
C＝99.4+18.3×X1-20.2×X2-23.7×X3-22.0×X4-29.8×X5在對(duì)有勞動(dòng)能力的人群的測(cè)試中，在上述方程式中替換典型測(cè)量值如X1＝-0.06、X2＝+0.04、X3＝+0.05、X4＝-0.12和X5＝+0.10計(jì)算得到C＝95.9mg/dl。在對(duì)糖尿病患者的測(cè)試中，在上述方程式中替換典型測(cè)量值如X1＝+1.15、X2＝-1.02、X3＝-0.83、X4＝-0.91和X5＝-1.24計(jì)算得到C＝217.7mg/dl。
在進(jìn)行上述實(shí)施方式時(shí)，還使用酶電極方法對(duì)葡萄糖濃度值進(jìn)行測(cè)量。在酶電極方法中，將血樣與試劑進(jìn)行反應(yīng)并且測(cè)定產(chǎn)生的電子數(shù)量從而確定葡萄糖濃度。使用酶電極方法在對(duì)有勞動(dòng)能力的人群進(jìn)行測(cè)試得到的葡萄糖濃度值為89mg/dl，與此同時(shí)使用帶有上述的絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造的裝置時(shí)測(cè)得的葡萄糖濃度值為96.4mg/dl，而使用不帶有上述配置的裝置時(shí)測(cè)得的葡萄糖濃度值為95.9mg/dl。因此可以確定使用該配置測(cè)得的值與使用血樣測(cè)得的值更為接近，并且為高準(zhǔn)確性的測(cè)量。此外，當(dāng)在與上述實(shí)施方式相同的時(shí)間和相同的方式中使用酶電極方法在對(duì)糖尿病患者進(jìn)行測(cè)試得到的葡萄糖濃度值為238mg/dl。如上所述，使用不帶有絕緣構(gòu)造或減少導(dǎo)熱性的構(gòu)造的裝置時(shí)對(duì)葡萄糖濃度值進(jìn)行測(cè)定，得到C＝212.8mg/dl，而使用帶有上述配置的裝置時(shí)測(cè)得的葡萄糖濃度值C＝217.7mg/dl。因此可以確定當(dāng)使用帶有這種構(gòu)造的裝置對(duì)糖尿病患者進(jìn)行測(cè)試時(shí)所測(cè)得的葡萄糖濃度值與使用血樣測(cè)得的值更為接近，并且獲得與對(duì)有勞動(dòng)能力的人群測(cè)試時(shí)使用的方式相同的高準(zhǔn)確性的測(cè)量。這些結(jié)果表明使用本發(fā)明中的方法可以對(duì)葡萄糖濃度進(jìn)行高精確度的測(cè)量。圖9標(biāo)繪了多個(gè)病人的葡萄糖濃度值。根據(jù)本發(fā)明計(jì)算得到的葡萄糖濃度值顯示在縱軸上，通過(guò)酶電極方法測(cè)得的葡萄糖濃度值顯示在橫軸上。使用本發(fā)明中的方法，可以看出通過(guò)測(cè)量供氧體積和血液流動(dòng)體積可以獲得較好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)＝0.9524)。
因此，本發(fā)明可提供對(duì)血糖濃度進(jìn)行非侵入式精確測(cè)量的設(shè)備和方法。
權(quán)利要求
1.一種血糖水平測(cè)量設(shè)備，包括一熱量測(cè)量裝置，用于測(cè)量多個(gè)體表溫度，以獲得用于與計(jì)算從體表耗散的熱量有關(guān)的對(duì)流熱傳遞的熱量和輻射熱傳遞的熱量的信息；一氧體積測(cè)量裝置，用于獲得關(guān)于血氧體積的信息；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)血糖水平和與多個(gè)溫度和血氧體積相對(duì)應(yīng)的個(gè)體參數(shù)之間的關(guān)系；一計(jì)算裝置，用于將熱量測(cè)量裝置和氧體積測(cè)量裝置提供的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為參數(shù)，并且將這些參數(shù)應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的關(guān)系，從而計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算裝置計(jì)算得到的血糖水平，其中，氧體積測(cè)量裝置包括血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置，其用于獲得關(guān)于血液流動(dòng)體積的信息，以及一熱量傳遞防止裝置，其用于防止熱量從周圍環(huán)境傳遞到血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置包括一體表接觸裝置；一鄰近溫度探測(cè)器，其與體表接觸裝置相鄰近；一間接溫度探測(cè)器，用于測(cè)量與體表接觸裝置相距一定距離處的溫度；以及一導(dǎo)熱元件，其連接體表接觸裝置和間接溫度探測(cè)器，其中，熱量傳遞防止裝置防止熱量傳遞到導(dǎo)熱元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，進(jìn)一步包括至少一個(gè)支撐柱元件，其用于安裝血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置，其中，熱量傳遞防止裝置為設(shè)置在導(dǎo)熱元件和支撐柱元件之間的一熱絕緣體，并且該熱絕緣體比支撐柱元件具有更小的導(dǎo)熱性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，熱絕緣體由具有纖維材料、泡沫材料或微粉末層的材料特征的任何一種材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，熱絕緣體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0005W/mK～0.02W/mK。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，進(jìn)一步包括至少一個(gè)支撐柱元件，用于安裝血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置，其中，熱量傳遞防止裝置為與導(dǎo)熱元件相鄰近的支撐柱的末端，并且與導(dǎo)熱元件相鄰近部位的直徑要小于支撐柱元件的最大直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，末端部與導(dǎo)熱元件的接觸為點(diǎn)接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，末端部與導(dǎo)熱元件的接觸為線性接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，進(jìn)一步包括至少一個(gè)支撐柱元件，用于安裝血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置，其中，熱量傳遞防止裝置包括一連接部件，其從支撐柱元件凸出，以及一固定部件，其連接到連接部件并且固定導(dǎo)熱元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，氧體積測(cè)量裝置進(jìn)一步包括光測(cè)量裝置，用于獲得血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，光測(cè)量裝置包括一光源，用于產(chǎn)生至少兩種不同波長(zhǎng)的光；一光學(xué)系統(tǒng)，使用由光源發(fā)出的光來(lái)照射體表；以及一光探測(cè)器，用于探測(cè)體表所受到輻射的光。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，熱量測(cè)量裝置包括一環(huán)境溫度測(cè)量器，用于測(cè)量周圍環(huán)境的溫度；一輻射溫度探測(cè)器，用于測(cè)量來(lái)自于體表的輻射熱。
13.一種非侵入式血糖水平測(cè)量設(shè)備，包括一溫度測(cè)量裝置，用于測(cè)量多個(gè)體表溫度；一血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置，用于根據(jù)溫度測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果來(lái)獲得關(guān)于血液流動(dòng)體積的信息；一氧體積測(cè)量裝置，用于根據(jù)血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定血液中的氧體積；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)血糖水平和與多個(gè)溫度、血氧體積及血液流動(dòng)體積相對(duì)應(yīng)的個(gè)體參數(shù)之間的關(guān)系；一計(jì)算裝置，用于將溫度測(cè)量裝置、血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置和氧體積測(cè)量裝置提供的測(cè)量值轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)，并且將這些參數(shù)應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的關(guān)系，從而計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算裝置計(jì)算得到的血糖水平，其中，血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置包括一熱量傳遞防止裝置，防止熱量從附近傳遞到血液流動(dòng)體積測(cè)量裝置。
14.一種血糖水平測(cè)量設(shè)備，包括一環(huán)境溫度測(cè)量裝置，用于測(cè)量周圍環(huán)境的溫度；一體表接觸裝置，用于與身體表面相接觸；一輻射熱探測(cè)器，用于測(cè)量來(lái)自于體表的輻射熱；一導(dǎo)熱元件，其被設(shè)置成與體表接觸裝置相接觸；一熱絕緣體，其被設(shè)置成與導(dǎo)熱元件相接觸；一接觸部分，其在與體表接觸裝置接觸時(shí)用于覆蓋導(dǎo)熱元件的開(kāi)口端；一鄰近溫度探測(cè)器，用于探測(cè)接觸部分的溫度；一間接溫度探測(cè)器，用于測(cè)量與體表接觸裝置相距一定距離處的溫度，其被設(shè)置成與導(dǎo)熱元件相鄰近并且與體表接觸裝置相距一定距離；一光源，其使用至少兩種不同波長(zhǎng)的光來(lái)照射體表接觸裝置；一光探測(cè)器，用于探測(cè)照射體表的光；一變換裝置，用于將鄰近溫度探測(cè)器、間接溫度探測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)量裝置、輻射熱探測(cè)器和光探測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)楦髯缘膮?shù)；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)參數(shù)和血糖水平之間的關(guān)系；一計(jì)算裝置，通過(guò)將各個(gè)體輸出應(yīng)用到存儲(chǔ)裝置所存儲(chǔ)的關(guān)系中，用于計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算裝置計(jì)算得到的血糖水平。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，進(jìn)一步包括至少一個(gè)支撐柱元件，用于安裝導(dǎo)熱元件，其中，熱絕緣體的導(dǎo)熱系數(shù)比支撐柱元件的導(dǎo)熱系數(shù)低。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，進(jìn)一步包括至少一個(gè)支撐柱元件，用于安裝導(dǎo)熱元件，其中，熱絕緣體被設(shè)置在導(dǎo)熱元件和支撐柱元件之間。
17.一種血糖水平測(cè)量設(shè)備，包括一環(huán)境溫度測(cè)量裝置，用于測(cè)量周圍環(huán)境的溫度；一體表接觸裝置，用于與身體表面相接觸；一輻射熱探測(cè)器，用于測(cè)量來(lái)自于體表的輻射熱；一導(dǎo)熱元件，被設(shè)置成與體表接觸裝置相接觸；一支撐柱元件，其用于支撐導(dǎo)熱元件，并且其在與導(dǎo)熱元件鄰近位置的直徑要小于支撐柱元件的最大直徑；一接觸部分，用于覆蓋與體表接觸裝置相鄰近的導(dǎo)熱元件的開(kāi)口端；一鄰近溫度探測(cè)器，用于探測(cè)接觸部分的溫度；一間接溫度探測(cè)器，用于測(cè)量與體表接觸裝置相距一定距離處的溫度，其被設(shè)置成與導(dǎo)熱元件相鄰近并且與體表接觸設(shè)備相距一定距離；一光源，其使用至少兩種不同波長(zhǎng)的光來(lái)照射體表接觸裝置；一光探測(cè)器，用于探測(cè)照射體表的光；一變換裝置，用于將鄰近溫度探測(cè)器、間接溫度探測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)量裝置、 輻射熱探測(cè)器和光探測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)體參數(shù)；一存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)參數(shù)和血糖水平之間的關(guān)系；一計(jì)算裝置，通過(guò)將各個(gè)輸出應(yīng)用到存儲(chǔ)裝置所存儲(chǔ)的關(guān)系中，用于計(jì)算血糖水平；以及一顯示裝置，用于顯示由計(jì)算裝置計(jì)算得到的血糖水平。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，與導(dǎo)熱元件相鄰近的末端部分的直徑要小于支撐柱元件其它部分的直徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，末端部分通過(guò)線接觸的方式與導(dǎo)熱元件接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的血糖水平測(cè)量設(shè)備，其特征在于，末端部分通過(guò)點(diǎn)接觸的方式與導(dǎo)熱元件相接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及在不進(jìn)行血液取樣的條件下根據(jù)溫度測(cè)量對(duì)生物活體內(nèi)的葡萄糖濃度進(jìn)行非入侵式測(cè)定的方法和設(shè)備。在溫度測(cè)量部分使用絕緣構(gòu)造來(lái)進(jìn)行熱量的測(cè)量，并且通過(guò)非侵入式測(cè)量獲得的血糖濃度經(jīng)血氧飽和度和血液流動(dòng)體積進(jìn)行校正從而得到穩(wěn)定的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)A61B5/145GK1576846SQ0315630
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者趙玉京, 金允玉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所