專利名稱：血糖值測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不需取血測(cè)定生物體中葡萄糖濃度的無侵襲血糖值測(cè)定方法及裝置。
背景技術(shù)：
Hilson等人報(bào)道了向糖尿病患者靜脈注射葡萄糖后，臉和舌頭下面的溫度變化(非專利文獻(xiàn)1)。Scott等人對(duì)糖尿病患者和體溫調(diào)節(jié)的問題進(jìn)行了論述(非專利文獻(xiàn)2)。根據(jù)這些研究結(jié)果，Cho等人提出了不用取血，通過溫度測(cè)定求出血液中葡萄糖濃度的方法及裝置(專利文獻(xiàn)1，2)。
另外，對(duì)于不用取血算出葡萄糖濃度正在進(jìn)一步進(jìn)行各種嘗試。例如，提出如下方法，用3個(gè)波長的近紅外光照射測(cè)定部位，檢測(cè)出透過光強(qiáng)度，同時(shí)檢測(cè)出生物體的溫度，求出吸光度的2次微分值的代表值，修正相對(duì)于預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)溫度產(chǎn)生的生物體溫度偏移的上述代表值，求出與被修正的代表值相當(dāng)?shù)难菨舛?專利文獻(xiàn)3)。還提供了在測(cè)定部位監(jiān)視生物體溫度的同時(shí)進(jìn)行加熱或冷卻，測(cè)定基于溫度變化瞬間的光照射的減光度，而后測(cè)定形成減光度溫度依賴性原因的葡萄糖濃度裝置(專利文獻(xiàn)4)。另外報(bào)道了取參照光和照射試樣后透過光的輸出比，從輸出比的對(duì)數(shù)和生物體溫度的1次式計(jì)算出葡萄糖濃度的裝置(專利文獻(xiàn)5)。
Diabete & Metabolisme，“Facial and sublingualtemperature changes following intravenous gloucose injection indiabetics”by R.M.Hilson and T.D.R.Hockaday，1982，8，15-19[非專利文獻(xiàn)2]Can.J.Physiol.Pharmacol.，“Diabetes mellitus andthermoregulation”，by A.R.Scott，T.Bennett，I.A.MacDonald，1987，65，1365-1376[專利文獻(xiàn)1]美國專利第5,924,996號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]美國專利第5,795,305號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開2000-258343號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]特開平10-33512號(hào)公報(bào) 特開平10-108857號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容血液中的葡萄糖(血糖)在細(xì)胞內(nèi)葡萄糖氧化反應(yīng)時(shí)被使用，產(chǎn)生維持生物體必需的能量。特別是在基礎(chǔ)代謝的狀態(tài)，由于產(chǎn)生的能量大部分作為維持體溫的熱量，可以預(yù)測(cè)血液中的葡萄糖濃度和體溫之間存在何種關(guān)系。但是，考慮到生病發(fā)燒，很明顯體溫也會(huì)由于葡萄糖濃度以外的主要因素產(chǎn)生變動(dòng)。以往、提出了不用取血通過溫度測(cè)定求出血液中葡萄糖濃度的方法，但很難說具有足夠的精度。
本發(fā)明的目的是根據(jù)被檢測(cè)者的溫度數(shù)據(jù)，不用取血，準(zhǔn)確高精度地求出血液中的葡萄糖濃度的方法和裝置。
血糖通過血管系統(tǒng)特別是毛細(xì)血管提供給全身的細(xì)胞。在人體內(nèi)存在復(fù)雜的代謝路徑，但是葡萄糖氧化實(shí)質(zhì)上是血糖和氧反應(yīng)，生成水、二氧化碳和能量的反應(yīng)。這里所說的氧是由血液供給細(xì)胞的氧，氧供給量由血液中的血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度和血流量決定。另一方面，由于葡萄糖氧化在體內(nèi)產(chǎn)生的熱通過對(duì)流、熱輻射、傳導(dǎo)等方式被身體吸收。我們認(rèn)為體溫是由在體內(nèi)的葡萄糖燃燒的能量生成量，即生熱和散熱的平衡決定的，認(rèn)為如下面的模型(1)生熱量和散熱量視為相等。
(2)生熱量是血液中葡萄糖濃度和氧供給量的函數(shù)。
(3)氧供給量由毛細(xì)血管中的血流量決定的。
(4)散熱量主要是由熱對(duì)流和熱輻射決定的。
發(fā)現(xiàn)依據(jù)該模型對(duì)體表進(jìn)行熱測(cè)定，同時(shí)測(cè)定和血液中的血流量有關(guān)的參數(shù)，采用這些測(cè)定結(jié)果可以高精度地求出血糖值，從而完成本發(fā)明。作為實(shí)例之一，可以把人身體的一部分例如指尖作為測(cè)定對(duì)象進(jìn)行為求出上述參數(shù)的測(cè)定。與對(duì)流和輻射有關(guān)的參數(shù)可以通過對(duì)指尖進(jìn)行熱測(cè)定求得。與血流量有關(guān)的參數(shù)可以通過測(cè)定來自皮膚的熱傳遞量求出。
作為一個(gè)例子，本發(fā)明中的血糖值測(cè)定裝置具有測(cè)定來自體表的多個(gè)溫度，并得到用于算出與來自體表的散熱有關(guān)的對(duì)流傳熱量和輻射傳熱量的信息的熱量測(cè)定部；得到與血流量有關(guān)的信息的血流量測(cè)定部；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；存儲(chǔ)分別與由前述多個(gè)溫度及前述血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度、前述血流量求出的氧供應(yīng)量對(duì)應(yīng)的參數(shù)和血糖值的關(guān)系的第2存儲(chǔ)部；把由熱量測(cè)定部及血流量測(cè)定部輸入的多個(gè)測(cè)定值分別轉(zhuǎn)換成前述參數(shù)，計(jì)算適用于存儲(chǔ)在第2存儲(chǔ)部中的參數(shù)的血糖值的運(yùn)算部；和顯示通過運(yùn)算部算出的血糖值的顯示部。血流量測(cè)定部具有體表接觸部，檢測(cè)出離開體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器，及連接體表接觸部和間接溫度檢測(cè)器的熱傳導(dǎo)部件。血流量測(cè)定部也可以具有和體表接觸部鄰接的鄰接溫度檢測(cè)器。另外，熱量測(cè)定部也可以具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度檢測(cè)器和測(cè)定來自體表的輻射熱的輻射溫度檢測(cè)器。
第1存儲(chǔ)部可以分別存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息，也可以存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度的積有關(guān)的信息。另外，與血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息是安靜時(shí)的血液中的血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度。
本發(fā)明中的血糖值測(cè)定裝置的另一結(jié)構(gòu)例具有測(cè)定來自體表溫度的溫度測(cè)定部；采用通過溫度測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果得到與血流量有關(guān)的信息的血流量測(cè)定部；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；存儲(chǔ)分別和采用與前述多個(gè)溫度、通過血流量測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果及存儲(chǔ)在第1存儲(chǔ)部的血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息求得的氧供應(yīng)量對(duì)應(yīng)的參數(shù)和血糖值的關(guān)系的第2存儲(chǔ)部；把由溫度測(cè)定部及血流量測(cè)定部輸入的測(cè)定值轉(zhuǎn)換成前述參數(shù)，計(jì)算適用于存儲(chǔ)在第2存儲(chǔ)部中的參數(shù)的血糖值的運(yùn)算部，和顯示通過運(yùn)算部算出的血糖值的顯示部。
本發(fā)明中的血糖值測(cè)定裝置的另一結(jié)構(gòu)例具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；體表接觸的體表接觸部；測(cè)定來自體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器；靠近體表接觸部設(shè)有的熱傳導(dǎo)部件；鄰接熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)在離開體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；把間接溫度檢測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)定器、輻射熱檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為多個(gè)參數(shù)的轉(zhuǎn)換部；具有預(yù)先存儲(chǔ)了前述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、算出將前述參數(shù)適用于前述關(guān)系中的血糖值的處理部的運(yùn)算部；顯示由運(yùn)算部輸出的血糖值的顯示部。還具有覆蓋靠近體表接觸部的熱傳導(dǎo)部件的開口端的金屬板，檢測(cè)出金屬板溫度的鄰接溫度檢測(cè)器，也可以用轉(zhuǎn)換部把鄰接溫度檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換成前述參數(shù)。金屬板的熱傳導(dǎo)率比熱傳導(dǎo)部件的熱傳導(dǎo)率高。
作為本發(fā)明中的血糖值測(cè)定裝置的另一結(jié)構(gòu)例具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；體表接觸的體表接觸部；靠近體表接觸部的第1區(qū)域設(shè)有的熱傳導(dǎo)部件；鄰接熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)在離開體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器；靠近體表接觸部的第2區(qū)域并且一端開口的筒狀部件；設(shè)在筒狀部件的另一端附近、測(cè)定來自體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；把間接溫度檢測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)定器、輻射熱檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換成多個(gè)參數(shù)的轉(zhuǎn)換部；具有預(yù)先存儲(chǔ)了前述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、算出將前述參數(shù)適用于前述關(guān)系中的血糖值的處理部的運(yùn)算部，顯示由運(yùn)算部輸出的血糖值的顯示部。第1區(qū)域和第2區(qū)域可以鄰接設(shè)置。
通過本發(fā)明即可以無侵襲測(cè)定又可以和以往的侵襲法不變的精度求出血糖值。


圖1是說明從體表到塊的熱傳遞的模型圖。
圖2是表示溫度T1及溫度T2的測(cè)定值的時(shí)間變化的圖。
圖3表示溫度T3的時(shí)間變化的測(cè)定例。
圖4是圖示各種傳感器的測(cè)定值和由此導(dǎo)出的參數(shù)的關(guān)系的說明圖。
圖5是本發(fā)明的無侵襲血糖值測(cè)定裝置的上面圖。
圖6是表示裝置的操作順序的圖。
圖7是表示測(cè)定部的詳細(xì)圖。
圖8是表示裝置中的數(shù)據(jù)處理流程的概念圖。
圖9是表示裝置中的數(shù)據(jù)保存場(chǎng)所的概念10是本發(fā)明的葡萄糖濃度計(jì)算值和酶電極法的葡萄糖濃度測(cè)定值的繪制圖。
符號(hào)說明
11…操作部 12…測(cè)定部 13…顯示部 15…手指放置部 16…輻射溫度傳感器部的開口端 17…接觸溫度傳感器部 21…金屬板 22…熱傳導(dǎo)部件 23…熱敏電阻 24…熱敏電阻 25…紅外線透鏡 26…紅外線透過窗 27…熱電檢測(cè)器 28…熱敏電阻具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
首先對(duì)前述模型進(jìn)行的具體化說明。考慮散熱量問題時(shí)，作為其主要因素的對(duì)流傳熱與環(huán)境溫度(室溫)和體表溫度之間的溫度差有關(guān)，由另一主要因素輻射來的散熱量按照斯蒂芬-玻耳茲曼定律同體表溫度的4次方成比例。因而知道來自人體的散熱量與室溫和體表溫度有關(guān)。另一方面、作為與生熱量有關(guān)的一個(gè)主要因素的氧供給量用血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和濃度和血流量的乘積來表示。
這里血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度可以用利用近紅外線的脈沖測(cè)氧計(jì)等以光學(xué)方式來測(cè)定。可以就照原樣編入實(shí)現(xiàn)這些測(cè)定原理的結(jié)構(gòu)，但需要在裝置中加入光測(cè)定功能。
因此，對(duì)于血紅蛋白濃度沒有貧血、出血及紅血球增加癥等癥狀的人穩(wěn)定，另外，血紅蛋白濃度男性13～18g/dL、女性12～17g/dL為正常值，來自血紅蛋白濃度正常值的變化幅度的范圍具有5～6％的分布，由于在下述的血糖值計(jì)算式中與血流量有關(guān)項(xiàng)的分量比其他項(xiàng)少，所以作為常數(shù)處理。將采用上述的脈沖測(cè)氧計(jì)等的光學(xué)裝置檢測(cè)的血紅蛋白濃度值輸入裝置中，使與血紅蛋白濃度有關(guān)的常數(shù)更合理化，可以提高測(cè)定精度。另外，對(duì)于血紅蛋白氧飽和度，在大氣壓下進(jìn)行空氣呼吸，安靜時(shí)在放松狀態(tài)下因?yàn)榉€(wěn)定在97～98％，所以作為常數(shù)處理。因此，血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度可以作為常數(shù)處理，氧供給量可以從血紅蛋白濃度常數(shù)、血紅蛋白氧飽和度常數(shù)和血流量的積求出。
通過把血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度作為常數(shù)處理，取下光學(xué)傳感器等可以簡化用于血糖值測(cè)定的傳感器結(jié)構(gòu)。另外，通過縮短光學(xué)的測(cè)定時(shí)間及光學(xué)的測(cè)定結(jié)果處理的時(shí)間，可以謀求血糖值測(cè)定的一系列加速化。
另外，從血紅蛋白氧飽和度特別是在安靜時(shí)為穩(wěn)定的值考慮，如果把血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度作為常數(shù)處理，特別是在安靜時(shí)的血糖值測(cè)定中，可以提高測(cè)定精度，并且謀求血糖值測(cè)定的一系列加速化。這里、安靜時(shí)是指坐在椅子上或躺著，身體幾乎不動(dòng)的狀態(tài)下經(jīng)過大約5分鐘。
剩下的是血流量。血流量可以通過各種方法測(cè)定，下面對(duì)其測(cè)定方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。
圖1是說明在具有某程度熱容量的固體塊接觸體表一定時(shí)間后離開時(shí)，從體表到塊的熱傳遞的模型圖。塊的材質(zhì)可以做成塑料等的樹脂例如氯乙烯。這里，著眼于和塊的體表接觸部分的溫度T1的時(shí)間變化，及離開塊體表位置的溫度T2的時(shí)間變化。血流量可以主要通過追蹤溫度T2(離開塊空間的點(diǎn)的溫度)的時(shí)間變化來推定。下面詳細(xì)地說明。
塊和體表接觸前，塊的2個(gè)點(diǎn)的溫度T1、T2和室溫Tr相等。當(dāng)體表溫度Ts比室溫Tr高時(shí)，如果塊和體表接觸，溫度T1由于從皮膚的熱傳遞迅速上升，使得溫度T1接近體表溫度Ts。另一方面，由于傳導(dǎo)到塊內(nèi)的熱從塊表面放熱，溫度T2比T1減弱，并且穩(wěn)定上升。溫度T1、T2的時(shí)間變化依賴于從體表到塊的熱傳遞量。從體表到塊的熱傳遞量取決于流到皮膚下的毛細(xì)血管中的血流量。要是把毛細(xì)血管看作熱交換器，從毛細(xì)血管到周圍的細(xì)胞組織的熱傳遞系數(shù)可以作為血流量的函數(shù)被給出。因而，通過追蹤溫度T1、T2的時(shí)間變化，如果測(cè)定了從體表到塊的熱傳遞量，就可以推定從毛細(xì)血管到細(xì)胞組織的熱傳遞量，并可以由此推定血流量。
圖2是表示在塊中和體表接觸部分的溫度T1及離開體表接觸位置的塊位置的溫度T2的測(cè)定值的時(shí)間變化的圖。要是使塊和體表接觸，T1測(cè)定值迅速上升，分離時(shí)緩慢下降。
圖3表示通過輻射溫度檢測(cè)器測(cè)定的溫度T3的測(cè)定值時(shí)間變化。作為溫度T3由于測(cè)定來自體表輻射的溫度，因此要比其他傳感器對(duì)溫度變化反應(yīng)敏感。輻射熱由于以電磁波傳播，可以在瞬間傳達(dá)溫度變化。在這里例如，如下述圖7所示，要是把輻射溫度檢測(cè)器設(shè)定在檢測(cè)出來自體表的輻射熱的塊和體表接觸位置附近，可以檢測(cè)出由溫度T3變化的塊和體表接觸開始時(shí)刻tstart及接觸終止時(shí)刻tend。例如，如圖3所示，設(shè)定溫度閾值，把超過溫度閾值的時(shí)刻作為接觸開始時(shí)刻tstart，由閾值下降的時(shí)刻作為接觸終止時(shí)刻tend。溫度閾值例如設(shè)定為32℃等的溫度。
接著，通過S字曲線例如邏輯曲線使時(shí)刻tstart和時(shí)刻tend之間的T1測(cè)定值近似。邏輯曲線采用溫度為T、時(shí)刻為t的下式表示。
T=b1+c×exp(-a×t)+d]]>可以通過采用非線性最小二乘法求得系數(shù)a，b，c，d使測(cè)定值近似。對(duì)求得的近似式，把T從時(shí)刻tstart到時(shí)刻tend積分的值作為S1。
同樣，由T2測(cè)定值算出積分值S2。這時(shí)，(S1-S2)越小，意味著從手指表面到T2位置的熱傳遞量大。另外，手指接觸時(shí)間tCONT(＝tend-tstart)越長，(S1-S2)越大。這里，把a(bǔ)3作為比例系數(shù)，把a(bǔ)3/(tCONT×(S1-S2))作為表示血流量的參數(shù)X3。
基于以上說明，為通過前述模型求出血液中葡萄糖濃度，需要知道必要的測(cè)定量是室溫(環(huán)境溫度)、體表溫度、和體表接觸的塊的溫度變化、來自體表輻射的溫度等。
圖4是圖示各種傳感器的測(cè)定值和由此導(dǎo)出的參數(shù)的關(guān)系的說明圖。準(zhǔn)備和體表接觸的塊，通過在其2處設(shè)置的2個(gè)溫度傳感器測(cè)定2種溫度T1和T2的時(shí)間變化。另外，測(cè)定體表的輻射溫度T3和室溫T4。得到來自溫度T1、T2、T3、T4的與血流量有關(guān)的參數(shù)。得到來自溫度T3的與輻射傳熱量有關(guān)的參數(shù)，得到來自T3和T4的與對(duì)流傳熱量有關(guān)的參數(shù)。與血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的常數(shù)各自作為和氧供給量有關(guān)的常數(shù)保存起來。這是由于考慮到對(duì)于血紅蛋白濃度范圍因男女有若干差異及女性有貧血等病癥等，根據(jù)需要對(duì)每個(gè)裝置調(diào)整血紅蛋白濃度。
接著，依據(jù)本發(fā)明的原理對(duì)實(shí)現(xiàn)無侵襲血糖值的具體裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖5是本發(fā)明的無侵襲血糖值測(cè)定裝置的上面圖。該裝置中作為體表使用指尖肚的皮膚，但也可以使用其它體表。
在裝置上面設(shè)有操作部11，放置作為測(cè)定對(duì)象手指的測(cè)定部12，顯示測(cè)定結(jié)果、裝置狀態(tài)和測(cè)定值等的顯示部13。在操作部11中配置有為進(jìn)行裝置操作的4個(gè)按鈕11a～11b。在測(cè)定部12中設(shè)有套14，如果打開套14(圖表示打開套的狀態(tài))，存在具有橢圓形周邊的手指放置部15。在手指放置部15中有輻射溫度傳感器的開口端16和接觸溫度傳感器部17。
在圖6中表示裝置的操作順序。當(dāng)按操作部的按鈕，插入裝置電源時(shí)，在液晶顯示器上顯示“加熱”，裝置內(nèi)的電子電路被加熱。同時(shí)，起動(dòng)檢測(cè)程序，自動(dòng)檢測(cè)電子電路。如果“加熱”終止，在液晶顯示部會(huì)顯示“請(qǐng)放置手指”。要是把手指放在手指放置部，在液晶顯示部顯示脈沖分頻。要是脈沖分頻終止了，在液晶顯示部顯示“請(qǐng)離開手指”。要是從手指放置部離開手指，在液晶顯示部顯示“數(shù)據(jù)處理中”。隨后，在液晶顯示部顯示血糖值。這時(shí)，顯示的血糖值和日期、時(shí)間同時(shí)被儲(chǔ)存在集成電路(IC)板中。要是讀取了顯示的血糖值，按操作部的按鈕。裝置在大約1分鐘后進(jìn)入在液晶顯示部顯示等待下次測(cè)定的“請(qǐng)放置手指”的狀態(tài)。
圖7是表示測(cè)定部詳細(xì)情況的圖，(a)是上面圖，(b)是其XX截面圖。
首先，對(duì)本發(fā)明的無侵襲血糖值測(cè)定裝置的溫度測(cè)定進(jìn)行說明。在被檢測(cè)部(指尖肚)接觸的部分設(shè)置有熱傳導(dǎo)率高的材料例如用金做的薄金屬板21，以加熱方式連接到該金屬板21上的比金屬板21熱傳導(dǎo)率低的材料，例如由聚氯乙烯形成的棒狀的熱傳導(dǎo)部件22伸到裝置內(nèi)部。作為溫度傳感器，設(shè)有測(cè)定金屬板21的溫度并且同被檢測(cè)部鄰接的溫度檢測(cè)器的熱敏電阻23，及測(cè)定僅僅距離金屬板21一定距離的熱傳導(dǎo)部件部分的溫度并且同被檢測(cè)部間接的溫度檢測(cè)器的熱敏電阻24。在可以看透放置在手指放置部15的被檢測(cè)部(指尖肚)的裝置內(nèi)部的位置設(shè)置有紅外線透鏡25，在紅外線透鏡25的下方通過紅外線透過窗26設(shè)置有熱電檢測(cè)器27。另外，靠近熱電檢測(cè)器27設(shè)置有另一熱敏電阻28。
這樣測(cè)定部的溫度傳感器部具有4個(gè)溫度傳感器，測(cè)定下面的4種溫度。
(1)手指表面的溫度(熱敏電阻23)T1(2)熱傳導(dǎo)部件的溫度(熱敏電阻24)T2(3)手指的輻射溫度(熱電檢測(cè)器27)T3(4)室溫(熱敏電阻28)T4圖8是表示裝置中的數(shù)據(jù)處理的流程的概念圖。在該例子的裝置中存在由熱敏電阻23、熱敏電阻24、熱電檢測(cè)器27和熱敏電阻28組成的4個(gè)傳感器。
4種模擬信號(hào)各自經(jīng)過A1～A4的放大器，通過AD1～AD4的模擬·數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。由數(shù)字轉(zhuǎn)換后的值計(jì)算參數(shù)xi(i＝1，2，3)。具體地xi表示如下(a1～a3是比例系數(shù))。
與血流量成比例的參數(shù)和與氧供給量有關(guān)的參數(shù)相同。與氧供給量成比例的參數(shù)的系數(shù)a3是血紅蛋白濃度c1和各個(gè)血紅蛋白氧飽和度c2及比例系數(shù)a3’的乘積的值。
與熱輻射成比例的參數(shù)x1＝a1×(T3)4與熱對(duì)流成比例的參數(shù)x2＝a2×(T4-T3)與氧供給量成比例的參數(shù)x3=a3×(1tCONT×(S1-S2))]]>接著，根據(jù)由實(shí)際的多數(shù)健康者及糖尿病患者的數(shù)據(jù)得到的參數(shù)xi的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。通過下面的公式由各參數(shù)xi計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)Xi(i＝1，2，3)。
Xi=xi-x‾iSD(xi)]]>xi參數(shù)xi參數(shù)的平均值SD(xi)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差取前述的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，進(jìn)行為進(jìn)行最終顯示的葡萄糖濃度的轉(zhuǎn)換計(jì)算。圖9表示裝置的功能塊的圖。本裝置由電池41來驅(qū)動(dòng)。通過由溫度傳感器構(gòu)成的傳感器部43測(cè)定的信號(hào)，輸入與各信號(hào)對(duì)應(yīng)設(shè)置的模擬·數(shù)字轉(zhuǎn)換器44(模擬·數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD1～AD4)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。作為微處理器45的外圍電路，具有模擬·數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD1～AD4、液晶顯示器13、隨機(jī)存取儲(chǔ)存器(RAM)42，它們各自通過總線46同微處理器45相接。另外，按鈕11a～11b各自和微處理器45連接。微處理器45內(nèi)部裝有存儲(chǔ)了軟件的固定儲(chǔ)存器(ROM)。另外，微處理器45可以通過按按鈕11a～11b接受來自外部的指令。
內(nèi)藏在微處理器45的ROM47存儲(chǔ)了計(jì)算處理中必要的程序。即，具有運(yùn)算部的功能。微處理器45內(nèi)部還裝有存儲(chǔ)血紅蛋白濃度的常數(shù)的血紅蛋白濃度常數(shù)存儲(chǔ)部48、存儲(chǔ)血紅蛋白氧飽和度的常數(shù)的血紅蛋白氧飽和度常數(shù)存儲(chǔ)部49。計(jì)算程序在手指的測(cè)定終止后，從血紅蛋白濃度常數(shù)存儲(chǔ)部48和血紅蛋白氧飽和度常數(shù)存儲(chǔ)部49找出最適宜常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。另外，在計(jì)算處理中必要的存儲(chǔ)區(qū)域同樣由編入在裝置中的RAM42確保。計(jì)算處理的結(jié)果顯示在液晶顯示部。
在ROM中作為處理計(jì)算時(shí)必要的程序組成要素存入了特別是為求出葡萄糖濃度C的函數(shù)。該函數(shù)定義如下。首先，C用下面的式(1)表示。ai(i＝0，1，2，3)預(yù)先由多個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)決定。求ai的順序如下。
(1)形成表示標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)和葡萄糖濃度C的關(guān)系的多重回歸式。
(2)由通過最小二乘法得到的式子求出和標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方程式(聯(lián)立方程式)。
(3)由標(biāo)準(zhǔn)方程式求出的系數(shù)ai(i＝0，1，2，3)的值，代入多重回歸式中。
首先，做出表示葡萄糖濃度C和標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1，X2，X3關(guān)系的下面的回歸式(1)。
C＝f(X1，X2，X3)＝a0+a1X1+a2X2+a3X3……(1)接著，為了求出和酶電極法的葡萄糖濃度測(cè)定值Ci的誤差最小的多重回歸式，采用最小二乘法。假設(shè)誤差的平方和為D，D用下式(2)表示。
D=Σi=1ndi2]]>=Σi=1n(Ci-f(Xi1,Xi2,Xi3))2]]>=Σi=1n{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3)}2···(2)]]>的平方和D最小，從而得到下式。
∂D∂a0=-2Σi=1n{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3)}=0]]>∂D∂a1=-2Σi=1nXi1{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3)}=0]]>∂D∂a2=-2Σi=1nXi2{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3)}=0]]>∂D∂a3=-2Σi=1nXi3{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3)}=0···(3)]]>假設(shè)C，X1～X3的平均值各自為Cmean，X1mean～X3mean，由于Ximean＝0(i＝1～3)，由式(1)得到式(4)。
a0＝Cmean-a1X1mean-a2X2mean-a3X3mean＝Cmean……(4)另外，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)之間的變動(dòng)·共同變動(dòng)用式(5)表示，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)Xi(i＝1～3)和C的共同變動(dòng)用式(6)表示。
Sij=Σk=1n(Xki-Ximean)(Xkj-Xjmean)=Σk=1nXkiXkj(i,j=1,2,3)···(5)]]>SiC=Σk=1n(Xki-Ximean)(Ck-Cmean)=Σk=1nXki(Ck-Cmean)(i=1,2,3)···(6)]]>把式(4)(5)(6)代入式(3)進(jìn)行整理，得到聯(lián)立方程式(標(biāo)準(zhǔn)方程式)(7)，通過解該方程求出a1～a3。
a1S11+a2S12+a3S13＝S1Ca1S21+a2S22+a3S23＝S2Ca1S31+a2S32+a3S33＝S3C……(7)
用式(4)求出常數(shù)項(xiàng)a0。以上求得的ai(i＝0，1，2，3)在裝置制造時(shí)被儲(chǔ)存在ROM中。在裝置的實(shí)際測(cè)定中，通過把由測(cè)定值求出的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1～X3代入回歸式(1)中，計(jì)算出葡萄糖濃度C。
下面表示葡萄糖濃度計(jì)算過程的具體例。預(yù)先由對(duì)健康者及糖尿病患者測(cè)定的多個(gè)數(shù)據(jù)確定回歸式(1)的系數(shù)，把下面的葡萄糖濃度的計(jì)算式儲(chǔ)存在微處理器的ROM中。
C＝101.7+25.8×X1-23.2×X2-12.9×X3X1～X3是對(duì)參數(shù)x1～x3標(biāo)準(zhǔn)化后的參數(shù)。假定參數(shù)的分布是標(biāo)準(zhǔn)分布，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)的95％取從-2到+2之間的值。
以健康者的測(cè)定值作為一個(gè)例子，把標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1＝-0.06、X2＝+0.04、X3＝+0.10代入上述的式子中，得到C＝101mg/dl。另外，以糖尿病患者的測(cè)定值作為一個(gè)例子，把標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1＝+1.35、X2＝-1.22、X3＝-1.24代入上述的式子中，得到C＝181mg/dl。另外，在上式中血紅蛋白濃度常數(shù)化為15g/dl，血紅蛋白氧飽和度常數(shù)化為97％。
下面對(duì)在以往的測(cè)定方法中，使通過取血得到的血液和試劑反應(yīng)，由該反應(yīng)測(cè)定產(chǎn)生的電子量，從而測(cè)定血糖值的酶電極法的測(cè)定結(jié)果和本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行陳述。以健康者的測(cè)定值為一個(gè)例子，在酶電極法的葡萄糖濃度為93mg/dl時(shí)，把同時(shí)刻通過本發(fā)明方法的測(cè)定得到的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1＝-0.06、X2＝+0.04、X3＝+0.10代入上述的式子中，得到C＝101mg/dl。另外，以糖尿病患者的測(cè)定值作為一個(gè)例子，在酶電極法的葡萄糖濃度為208mg/dl時(shí)，把同時(shí)刻通過本發(fā)明方法的測(cè)定得到的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1＝+1.35、X2＝-1.22、X3＝-1.24代入上述的式子中，得到C＝181mg/dl。該計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)出約13％的誤差，但由于一般為血糖測(cè)定的裝置被制作成通常容許15～20％的誤差，因此該水平的精度被認(rèn)為具有足夠的精度。由上述的結(jié)果，通過本發(fā)明方法可以高精度地求出葡萄糖濃度的事實(shí)得到證實(shí)。
圖10是以縱軸為本發(fā)明方法的葡萄糖濃度的計(jì)算值，橫軸為酶電極法的葡萄糖濃度的測(cè)定值，針對(duì)多個(gè)患者繪制各自的測(cè)定值的圖。通過本發(fā)明方法的測(cè)定可以得到良好的相互關(guān)系(相關(guān)系數(shù)＝0.8932)。
權(quán)利要求
1.一種血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，具有測(cè)定來自體表的多個(gè)溫度，并得到用于算出與來自前述體表的散熱有關(guān)的對(duì)流傳熱量和輻射傳熱量的信息的熱量測(cè)定部；得到與血流量有關(guān)的信息的血流量測(cè)定部；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；存儲(chǔ)分別與由前述多個(gè)溫度及前述血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度、前述血流量求出的氧供應(yīng)量對(duì)應(yīng)的參數(shù)和血糖值的關(guān)系的第2存儲(chǔ)部；把由前述熱量測(cè)定部及前述血流量測(cè)定部輸入的多個(gè)測(cè)定值分別轉(zhuǎn)換成前述參數(shù)，計(jì)算適用于存儲(chǔ)在前述第2存儲(chǔ)部中的前述參數(shù)的前述血糖值的運(yùn)算部和顯示通過運(yùn)算部算出的血糖值的顯示部。前述血流量測(cè)定部具有體表接觸部，檢測(cè)出離開前述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器，和連接前述體表接觸部及前述間接溫度檢測(cè)器的熱傳導(dǎo)部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述血流量測(cè)定部具有和前述體表接觸部鄰接的鄰接溫度檢測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述熱量測(cè)定部具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度檢測(cè)器和測(cè)定來自體表的輻射熱的輻射溫度檢測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述第1存儲(chǔ)部分別存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述第1存儲(chǔ)部存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度的積有關(guān)的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，與前述血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與前述血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息是安靜時(shí)的血液中的血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度。
7.一種血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，具有測(cè)定來自體表的多個(gè)溫度的溫度測(cè)定部；采用通過前述溫度測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果得到與血流量有關(guān)的信息的血流量測(cè)定部；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；存儲(chǔ)分別和采用與前述多個(gè)溫度、通過前述血流量測(cè)定部的測(cè)定結(jié)果及存儲(chǔ)在前述第1存儲(chǔ)部的血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息求得的氧供應(yīng)量對(duì)應(yīng)的參數(shù)和血糖值的關(guān)系的第2存儲(chǔ)部；把由前述溫度測(cè)定部及前述血流量測(cè)定部輸入的測(cè)定值轉(zhuǎn)換成前述參數(shù)，計(jì)算適用于存儲(chǔ)在前述第2存儲(chǔ)部中的前述參數(shù)的血糖值的運(yùn)算部和顯示通過前述運(yùn)算部算出的血糖值的顯示部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述血流量測(cè)定部具有體表接觸部，前述體表接觸部鄰接的鄰接溫度檢測(cè)器，檢測(cè)出離開前述體表接觸部的位置的濃度的間接溫度檢測(cè)器，和連接前述體表接觸部和前述間接溫度檢測(cè)器的熱傳導(dǎo)部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述第1存儲(chǔ)部分別存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述第1存儲(chǔ)部存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度的積有關(guān)的信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，與前述血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與前述血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息是安靜時(shí)的血液中的血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度。
12.一種血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；體表接觸的體表接觸部；測(cè)定來自前述體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器；靠近前述體表接觸部設(shè)有的熱傳導(dǎo)部件；鄰接前述熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)在離開前述體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開前述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；具有把前述間接溫度檢測(cè)器、前述環(huán)境溫度測(cè)定器、前述輻射熱檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為多個(gè)參數(shù)的轉(zhuǎn)換部和預(yù)先存儲(chǔ)了前述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、算出將前述參數(shù)適用于前述關(guān)系的血糖值的處理部的運(yùn)算部；顯示由前述運(yùn)算部輸出的血糖值的顯示部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，還具有覆蓋靠近前述體表接觸部的前述熱傳導(dǎo)部件的開口端的金屬板，檢測(cè)出前述金屬板溫度的鄰接溫度檢測(cè)器，并用前述轉(zhuǎn)換部把前述鄰接溫度檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換成前述參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述金屬板的熱傳導(dǎo)率比前述熱傳導(dǎo)部件的熱傳導(dǎo)率高。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，與前述血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與前述血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息是安靜時(shí)的血液中的血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度。
16.一種血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；體表接觸的體表接觸部；靠近前述體表接觸部的第1區(qū)域設(shè)有的熱傳導(dǎo)部件；鄰接前述熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)在離開前述體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開前述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器；靠近前述體表接觸部的第2區(qū)域并且一端開口的筒狀部件；設(shè)在前述筒狀部件的另一端附近、測(cè)定來自體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器；存儲(chǔ)與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的第1存儲(chǔ)部；具有把前述間接溫度檢測(cè)器、前述環(huán)境溫度測(cè)定器、前述輻射熱檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換成多個(gè)參數(shù)的轉(zhuǎn)換部和預(yù)先存儲(chǔ)了前述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、算出將前述參數(shù)適用于前述關(guān)系的血糖值的處理部的運(yùn)算部；顯示由前述運(yùn)算部輸出的血糖值的顯示部。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，前述第1區(qū)域和前述第2區(qū)域鄰接設(shè)置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，與前述血液中的血紅蛋白濃度有關(guān)的信息和與前述血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息是安靜時(shí)的血液中的血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度。
全文摘要
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是基于測(cè)定溫度進(jìn)行無侵襲血糖值測(cè)定。所采用的技術(shù)方案是為得到與來自體表散熱有關(guān)的信息和與血流量有關(guān)的信息對(duì)體表進(jìn)行溫度測(cè)定。計(jì)算出與測(cè)定的溫度·血流量·血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的常數(shù)確定的參數(shù)，將其適用于預(yù)先求得的參數(shù)和血糖值的關(guān)系中得到血糖值。
文檔編號(hào)A61B5/026GK1623508SQ20041000046
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3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