專利名稱：血糖值測定裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及不需采血測定生物體中葡萄糖濃度的無侵入血糖值測定方法及裝置。
背景技術：
Hilson等人報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發(fā)生變化(非專利文獻1)。Scott等人對糖尿病患者和體溫調(diào)節(jié)的問題進行了論述(非專利文獻2)。根據(jù)這些研究結果，Cho等人提出了不用采血，通過測定溫度求出血液中葡萄糖濃度的方法及裝置(專利文獻1，2)。
另外，對于不用采血算出葡萄糖濃度正在進一步進行各種嘗試。例如，提出如下方法，用3個波長的近紅外光照射測定部位，在檢測出透過光強度的同時檢測出體溫，求出吸光率的2次微分值的代表值，對應于預先設定的基準溫度產(chǎn)生的體溫偏移修正上述代表值，求出與修正后的代表值相當?shù)难菨舛?專利文獻3)。還提供了如下裝置，在測定部位一邊檢測體溫一邊進行預熱或冷卻，基于溫度變化瞬間的光照射測定減光度，而測定形成減光度的溫度賴以變化的原因的葡萄糖濃度裝置(專利文獻4)。另外報道了如下裝置，取參照光和照射試樣后透過光的輸出，由輸出的對數(shù)和體溫的1次式計算出葡萄糖濃度的裝置(專利文獻5)。
Diabete & Metabolisme，“Facial and sublingualtemperature changes following intravenous glucose injection in diabetics”by R.M.Hilson and T.D.R.Hockaday，1982，8，15-19[非專利文獻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1]美國專利第5,924,996號公報[專利文獻2]美國專利第5,795,305號公報 特開2000-258343號公報[專利文獻4]特開平10-33512號公報[專利文獻5]特開平10-108857號公報發(fā)明內(nèi)容血液中的葡萄糖(血糖)被用于細胞內(nèi)的葡萄糖氧化反應中，產(chǎn)生維持生物體所必需的能量。特別是在基礎代謝的狀態(tài)，由于產(chǎn)生的能量大部分作為用于維持體溫的熱能，故血液中的葡萄糖濃度和體溫之間存在某種關系是通常所想到的。但是，如果考慮到生病引起的發(fā)熱，則顯然體溫也會由血液中葡萄糖濃度以外的主要因素引起變動。以往，盡管提出了不用采血通過測定溫度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)明的目的是提供可以根據(jù)被檢測者的溫度數(shù)據(jù)、不用采血高精度地求出血液中葡萄糖濃度的方法及裝置。
血糖通過血管系統(tǒng)特別是毛細血管提供給全身的細胞。在人體內(nèi)存在復雜的代謝路徑，葡萄糖氧化實質(zhì)上是血糖和氧反應，生成水、二氧化碳和能量的反應。這里所說的氧是由血液供給細胞的氧，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，由葡萄糖氧化在體內(nèi)產(chǎn)生的熱通過對流、熱輻射、傳導等方式被身體奪走。本發(fā)明人認為體溫取決于體內(nèi)的葡萄糖燃燒產(chǎn)生的能量生成量即生熱和散熱的平衡，而構思了如下模型(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)氧供給量由血液中血紅蛋白濃度、血液中血紅蛋白氧飽和度和毛細血管中的血流量決定。
(4)散熱量主要由熱對流和熱輻射決定。
依據(jù)該模型，發(fā)現(xiàn)對體表進行熱測定，同時測定與血液中氧濃度有關的參數(shù)及與血流量有關的參數(shù)，采用這些測定結果可以高精度地求出血糖值，從而完成了本發(fā)明。作為實例之一，可以把人體的一部分例如指尖作為測定對象進行為求出上述參數(shù)的測定。與對流和輻射有關的參數(shù)可以通過對指尖進行熱測定求得。與血液中血紅蛋白濃度及血液中血紅蛋白氧飽和度有關的參數(shù)，可以以分光學方式測定血液中的血紅蛋白，通過結合氧的血紅蛋白和不結合氧的血紅蛋白比率求出。另外，對于和血液中血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度有關的參數(shù)，特別是即使不進行測定，采用預先存儲的常數(shù)也不會對測定精度有太大損害。與血流量有關的參數(shù)，可以通過測定來自皮膚的熱轉移量求出。
本發(fā)明的血糖值測定裝置，作為的實例之一，其具有測定來自體表的多個溫度、得到用于計算出與來自上述體表的散熱有關的對流傳熱量和輻射傳熱量的信息的熱量測定部，得到與血液中氧量有關的信息的氧量測定部，存儲與多個溫度及血液中氧量各自對應的參數(shù)和血糖值的關系的存儲部，將由熱量測定部及氧量測定部輸入的多個測定值各自轉換成上述參數(shù)、并將上述參數(shù)適用于存儲在存儲部的上述關系而計算血糖值的計算部，和顯示由計算部計算出的血糖值的顯示部。氧量測定部，具有得到與血流量有關的信息的血流量測定部，和得到血液中的血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度的光學測定部。血流量測定部，具有體表接觸部，鄰接體表接觸部而設置的鄰接溫度檢測器，連接體表接觸部而設置的熱傳導部件，和檢測熱傳導部件距離自體表接觸部大于等于3.6mm的位置的溫度的間接溫度檢測器。
本發(fā)明的血糖值測定裝置的另一例，其具有測定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測定器，接觸體表的體表接觸部，鄰接體表接觸部設置的鄰接溫度檢測器，測定來自體表的輻射熱的輻射熱檢測器，連接體表接觸部而設置的熱傳導部件，鄰接熱傳導部件并且設置在距離體表接觸部大于等于3.6mm的位置而檢測出離開體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測器，向體表接觸部照射至少2個不同波長的光的光源，檢測出光在上述體表反射產(chǎn)生的反射光的光檢測器，具有將鄰接溫度檢測器、間接溫度檢測器、環(huán)境溫度測定器、輻射熱檢測器及光檢測器各自的輸出分別轉換成參數(shù)的轉換部，具有預先存儲上述參數(shù)和血糖值的關系、并將上述參數(shù)適用于上述關系計算出血糖值的處理部的計算部，和顯示由計算部輸出的血糖值的顯示部。
本發(fā)明的血糖值測定裝置，作為另一例，其具有測定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測定器，接觸體表的體表接觸部，鄰接體表接觸部而設置的鄰接溫度檢測器，測定來自體表的輻射熱的輻射熱檢測器，連接體表接觸部而設置的熱傳導部件，鄰接熱傳導部件并且設置在距離體表接觸部大于等于3.6mm的位置、檢測離開體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測器，存儲與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關的信息的存儲部，具有將鄰接溫度檢測器、間接溫度檢測器、環(huán)境溫度測定器及輻射熱檢測器的輸出轉換成多個參數(shù)的轉換部，具有預先存儲上述參數(shù)和血糖值的關系、并將上述參數(shù)適用于上述關系計算出血糖值的處理部的計算部，和顯示由計算部輸出的血糖值的顯示部。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供高精度的無侵入血糖值測定裝置及測定方法。


圖1是說明從體表到模塊的熱轉移的模型圖；圖2是表示溫度T1及溫度T2的測定值的時間變化的圖；圖3表示溫度T3的時間變化的測定例；圖4是圖示各種傳感器的測定值和由此導出的參數(shù)的關系的說明圖；圖5是說明尺寸等的圖；圖6是表示皮膚溫度和血流量的關系的圖；圖7是說明血流量和皮膚熱傳導率的關系的圖；圖8是說明熱傳導情況的圖；圖9是說明時間和溫度浸透厚度的關系的圖；圖10是說明溫度浸透厚度的時間變化率的圖；圖11是本發(fā)明的無侵入血糖值測定裝置的俯視圖；圖12是表示裝置的操作步驟的圖；圖13是測定部的詳細圖；圖14是表示在裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)處理流程的概念圖；圖15是本發(fā)明的葡萄糖濃度計算值和酶電極法的葡萄糖濃度測定值的繪制圖；圖16是表示測定部的其他例的詳細圖；圖17是表示在裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)保管場所的概念圖；圖18是本發(fā)明的葡萄糖濃度計算值和酶電極法的葡萄糖濃度測定值的繪制圖。
附圖標記說明11…操作部，12…測定部，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，18…光學傳感器部，21…金屬板，22…熱傳導部件，23…熱敏電阻，24…熱敏電阻，25…紅外線透鏡，26…紅外線透過窗，27…熱電檢測器，28…熱敏電阻，31，32…光纖維，33，34…光源，35…光電二極管具體實施方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
首先，對具體的前述模型進行說明。考慮散熱量問題時，作為其主要因素的對流傳熱與環(huán)境溫度(室溫)和體表溫度之間的溫度差有關。作為另一主要因素輻射引起的散熱量，根據(jù)斯蒂芬-玻耳茲曼定律，與體表溫度的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。另一方面，作為與生熱量有關的一個主要因素的氧供給量可表示為血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度和血流量的乘積。
此處，血紅蛋白濃度可以通過氧合血紅蛋白和還原(脫氧)血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)相等的波長(等吸光波長)的吸光率來測定。血紅蛋白氧飽和度可通過測定，上述等吸光波長的吸光率、以及氧合血紅蛋白與還原(脫氧)血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)的比率已知的至少另外一個波長的吸光率，求解聯(lián)立方程來測定。即，血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度可以通過測定最少2個波長的吸光率得到。
剩下的是血流量測定。血流量可以通過各種方法測定，下面對其測定方法的一個例子進行說明。
圖1是說明在具有某程度熱容量的固體模塊接觸體表一定時間后離開時，從體表到塊的熱轉移的模型圖。模塊材質(zhì)可以用塑料等樹脂，例如氯乙烯。此處，著眼于模塊和體表接觸部分的溫度T1隨時間的變化，及在模塊上部離開體表的位置的溫度T2隨時間的變化。血流量可以主要通過追蹤溫度T2(在模塊上的離開體表一定空間的點的溫度)的時間變化來推定。下面詳細地說明。
模塊和體表接觸前，模塊的2個點的溫度T1、T2和室溫Tr相等。當體表溫度Ts比室溫Tr高時，如果模塊和體表接觸，溫度T1由于從皮膚的熱轉移而迅速上升，并接近體表溫度Ts。另一方面，由于傳導到模塊內(nèi)的熱量從固體模塊表面放熱，溫度T2比T1衰減，并且穩(wěn)定上升。溫度T1、T2隨時間的變化依賴于從體表到模塊的熱轉移量。從體表到模塊的熱轉移量取決于流過皮膚下的毛細血管中的血流量。要是把毛細血管看作熱交換器，從毛細血管到周圍的細胞組織的傳熱系數(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隨時間的變化，如果測定了從體表到模塊的熱轉移量，就可以推定從毛細血管到細胞組織的熱傳導量，并由此可以推定血流量。因此，通過隨時間變化追蹤T1、T2的溫度變化，如果測定了從體表到模塊的熱轉移量，就可以推定從毛細血管到細胞組織的熱傳導量，并由此可以推定血流量。
圖2是表示在模塊中和體表接觸部分的溫度T1，以及離開體表接觸位置后的模塊上的位置的溫度T2的測定值隨時間變化的圖。模塊和體表接觸時T1測定值迅速上升，分離時緩慢下降。
圖3表示通過輻射溫度檢測器測定的溫度T3測定值隨時間的變化。由于作為溫度T3測定來自體表的輻射的溫度，因此要比其他傳感器對溫度變化反應敏感。由于輻射熱以電磁波傳播，所以可以在瞬間傳遞溫度變化。因此，例如，如下面圖13所示，如果將輻射溫度檢測器設置在應該檢測來自體表的輻射熱的模塊與體表接觸位置的附近的話，就能夠從溫度T3的變化檢測出模塊和體表的接觸開始時刻tstart及接觸結束時刻tend。例如，如圖3所示設定溫度閾值，將超過閾值時設定為接觸開始時刻tstart，將從閾值開始下降時設定為接觸結束時刻tend。溫度閾值例如設定為32℃等。
接著，通過S型曲線例如數(shù)理邏輯曲線使時刻tstart和時刻tend之間的T1測定值近似。數(shù)理邏輯曲線采用溫度為T、時刻為t的下式表示。
T=b1+c×exp(-a×i)+d]]>可以通過采用非線性最小二乘法求得系數(shù)a，b，c，d而使測定值近似。對求得的近似式，把T從時刻tstart到時刻tend積分的值作為S1。
同樣，由T2測定值算出積分值S2。此時，(S1-S2)越小，意味著從手指表面到T2位置的熱轉移量越大。另外，手指接觸時間tCONT(＝tend-tstart)越長，(S1-S2)越大。由此，把a5作為比例系數(shù)，把a5/(tCONT×(S1-S2))作為表示血流量的參數(shù)X5。
基于以上說明，為通過前述模型求出血液中葡萄糖濃度，必要的測定量室溫(環(huán)境溫度)、體表溫度、和體表接觸的模塊的溫度變化、來自體表的輻射的溫度及最少2個波長的吸光率等是需要知道的。
圖4是圖示各種傳感器的測定值和由此導出的參數(shù)的關系的說明圖。準備和體表接觸的模塊，通過在其2處設置有2個溫度傳感器測定2種溫度T1和T2隨時間的變化。另外，測定體表的輻射溫度T3和室溫T4。測定與血紅蛋白的吸收有關的至少兩種波長的吸光率A1、A2。由溫度T1、T2、T3、T4得到與血流量有關的參數(shù)。由溫度T3得到與輻射傳熱量有關的參數(shù)，由溫度T3和溫度T4得到與對流傳熱量有關的參數(shù)。另外，由吸光率A1得到與血紅蛋白濃度有關的參數(shù)，由吸光率A1和A2得到與血紅蛋白氧飽和度有關的參數(shù)。
圖5是本發(fā)明中使用的模塊的概略圖。在此，考慮直徑為R、長度為L的圓柱模塊作為模塊。基于上述說明可以清楚地知道，為推定圖1中所示的血流量的大小而設置的模塊的大小(長度L(m)、直徑R(m))和熱特性例如熱傳導率λ(J/s·m·K)、熱容量U(J/K比熱容量cv(J/K·kg)×模塊密度ρ(kg/m3)×模塊體積V(m3))是決定測定精度的重要因素。此處，熱傳導率λ是構成模塊的材質(zhì)的物質(zhì)固有的值，表示熱量的傳輸容易程度。而且，熱容量U表示由于供給到模塊的熱量引起模塊的溫度如何變化。進而，在距離模塊和熱源的接觸點多少的位置x(m)進行測定也是和上述模塊的熱特性同樣決定精度的主要因素。
圖6表示手指的血流量和手指的皮膚溫度的關系。另外，圖7表示手指皮膚的血流量和手指皮膚的熱傳導率的關系。如兩個圖所示的，手指的血流量可以通過測量手指皮膚溫度或手指皮膚的熱傳導率知道。其中，手指血流量和手指皮膚的熱傳導率是直接關聯(lián)的。手指皮膚溫度由通過手指血流量決定的手指皮膚的熱傳導率、手指內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度的結果決定。也就是說，由于手指等的末端體部的內(nèi)部溫度根據(jù)環(huán)境變化，因此即使手指的皮膚溫度相同，有時手指內(nèi)部的溫度也會不同、而有不同的血流量。因此，為了正確測定手指皮膚的血流量就必須測定手指皮膚的熱傳導率。
在人體處于安靜狀態(tài)時，由生熱產(chǎn)生的熱流量M(J/s·m2)、由皮膚的熱傳導而散熱的熱流量C(J/s·m2)和由輻射而散熱的熱流量R(J/s·m2)滿足下面的關系，處于熱平衡狀態(tài)。
M＝C+R實際上也存在與在體表產(chǎn)生的水分蒸發(fā)伴隨的散熱等，在此忽略。
另外，在上述關系成立的熱平衡狀態(tài)，從皮膚內(nèi)部至皮膚表面的熱傳導處于正常的熱傳導狀態(tài)，滿足下面的關系。
M＝λ0((T0-Ts)/L)此處，λ0是手指皮膚的熱傳導率，T0是手指的內(nèi)部溫度，Ts是手指的皮膚表面溫度，L是手指的皮膚厚度。一般地皮膚的厚度是一定的，在此假定為已知的值。通過測定由皮膚熱傳導而散熱的熱流量C(J/s·m2)和由輻射而散熱的熱流量R(J/s·m2)可以知道由生熱產(chǎn)生的熱流量M。但是，實際上為了確定由熱傳導散熱的熱流量C(J/s·m2)所必需的參數(shù)即空氣的傳熱率h(J/s·m2·K)在空氣流動狀態(tài)下差別很大。具體來說，在由自然對流到接近強制對流的空氣流動范圍內(nèi)，滿足下式1＜h(J/s·m2·K)＜300從而，正確測定由熱傳導而散熱的熱流量是困難的。因此，如圖1所示，通過使模塊接觸手指的皮膚表面測定由生熱產(chǎn)生的熱流量M。
接著，說明通過接觸模塊測定由生熱產(chǎn)生的熱流量M的測定方法的一例。在此，模塊的大小和熱特性在使模塊接觸手指表面時并沒有明顯破壞從皮膚內(nèi)部至皮膚表面的穩(wěn)定熱傳導的狀態(tài)。也就是說，從手指的皮膚表面向所接觸的模塊流動的熱流量q需要滿足qM。為了滿足該條件，必須滿足下面的關系。
在使某物體A接觸某溫度的另一物體B時，通過兩物體的接觸面流過的熱流量夾在界面而被保存。而且，該熱流量，在接觸物體A可當作半無限物體處理的短時間內(nèi)，表示如下。
q＝λ1(Ts-Tr)/(παt)
在此，Ts是物體B的表面溫度，Tr是在環(huán)境溫度下物體A的初期溫度、且和接觸面相反端的溫度，λ1是物體A的熱傳導率，α是物體A的溫度傳導率，t是時間。
因此，上述說明的條件表示如下M＝C+R＝q＝λ1(Ts-Tr)/(παt)在來自人體的散熱中，由皮膚的熱傳導而散熱的熱流量C(J/s·m2)的量和由輻射而散熱的熱流量R(J/s·m2)的量大致相同，為20～30J/s·m2左右。由此，通過使由模塊的接觸產(chǎn)生的熱傳導為由人體向空氣的熱傳導的量的2倍左右來規(guī)定模塊的熱特性，大致可以滿足上述的在使模塊接觸手指表面時不會明顯破壞從皮膚內(nèi)部至皮膚表面的穩(wěn)定熱傳導的狀態(tài)這樣的條件。因此，對模塊的特性、熱傳導率λ(J/s·m·K)、比熱容量cv(JK·kg)、模塊密度ρ(kg/m3)的規(guī)定，采用將測定用的接觸時間假定為t(s)、使其間通過單位面積所轉移的熱量相等的關系即h·t＝2λ(t/π/α)例如，在t＝10s時，得到3＜(λ·cv·ρ)＜900。 條件1(測定時間10s時)作為滿足條件1的物質(zhì)，可舉出樹脂材料中最一般的樹脂，例如聚氯乙烯和ABS樹脂(由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)構成的樹脂)。對于ABS的特性，一般的值為熱傳導率λ＝0.2(J/s·m·K)、比熱容量cv＝1600(J/K·kg)、模塊密度ρ＝1060(kg/m3)。從而，例如測定時間t＝10s時，得到(λ·cv·ρ)＝582，其滿足條件1。另外，對于聚氯乙烯的特性，一般的值為熱傳導率λ＝0.17(J/s·m·K)、比熱容量cv＝1640(J/K·kg)、模塊密度ρ＝1390(kg/m3)。從而，例如測定時間t＝10s時，得到(λ·cv·ρ)＝622，滿足條件1。再者，作為滿足條件1的物質(zhì)一般考慮樹脂。而且，優(yōu)選傳導率為0.1J/s·m·K左右至0.3J/s·m·K左右的物質(zhì)。
另外，在上面公開的血糖值的測定方法中，要使模塊接觸手指的皮膚表面、并且進行2點的溫度測定。這樣的由溫度分布求熱的臨界條件的問題做為逆問題而一般化。作為該逆問題的近似解法一般采用輪廓法。采用輪廓法，可將作為計算對象的物體當作半無限物體處理是必要條件。某物體可以作為半無限物體處理是在因短時間內(nèi)的熱傳導產(chǎn)生的溫度分布范圍內(nèi)，其被定義為溫度浸透厚度(δ(m))。也就是說，如果在規(guī)定的測定時間內(nèi)擴大的溫度浸透厚度的到達點設置測定點，則通過獲得其測定值算出逆問題的解，可以求出熱的臨界條件。溫度浸透厚度一般是從接觸表面至發(fā)生其表面溫度的1％的溫度變化的點的距離。測定對象是人體的本發(fā)明的情況，由于接觸部分的溫度是30℃左右，因此與1％相當?shù)氖羌s0.3℃。該溫度浸透厚度可以由不穩(wěn)定熱傳導的嚴格解如下給出。
δ＝3.6((t·λ)/(cv·ρ))圖8表示使模塊和熱源接觸后的溫度分布變化的模式圖。隨著時間變化，溫度分布從接觸位置逐漸擴大，最終整個模塊產(chǎn)生溫度分布。對于圖中的時刻t1的分布，溫度浸透厚度與模塊長度相比非常短。在該狀態(tài)溫度分布不受模塊的長度的影響，可以將模塊作為半無限物體處理。另外，即使在時刻t2，溫度浸透厚度與模塊長度相比依然非常短，因此，溫度分布不受模塊的長度的影響，可以考慮可將模塊作為半無限物體處理。但是，在時刻t3，由于溫度浸透厚度已經(jīng)比模塊長度長，因此溫度分布成為受模塊的長度影響的形狀。在這種情況，使用模塊的測定方法會不成立。因而，在使用模塊的測定方法中必須使用具有大于等于溫度浸透厚度的長度的模塊。
如上所述，溫度浸透厚度依賴于模塊的物性、以及和熱源的接觸時間(測定時間)。因此，如果決定了形成模塊的材質(zhì)，則以該材質(zhì)用作模塊的測定成立的時間和模塊的必要長度就會被規(guī)定。圖9表示以聚氯乙烯和ABS樹脂作為材料時的測定時間t和溫度浸透厚度δ的關系。在圖9中，表示了使用聚氯乙烯和ABS樹脂時，在測定時間t內(nèi)為采用模塊的測定成立所必須的最小的模塊長度L的關系。
另外，圖10是圖9中表示的溫度浸透厚度的時間變化率，是依賴于溫度傳導率(m2/s)的值。
如該圖所知，測定時間小于等于10s時溫度浸透厚度的時間變化率大，表明溫度發(fā)生急劇變化。與之相反，如果測定時間大于等于10s，溫度浸透厚度的時間變化率大致一定。這表明測定時間的偏差(這是由于被檢測者確認測定器發(fā)出的信號，并隨之做出動作這樣的測定過程)的影響以測定時間10s為界限會發(fā)生很大變化。因而，如圖10、圖9所示，由于上述測定時間的偏差產(chǎn)生的T2溫度測定誤差可以定義大的范圍和小的范圍。這樣，為抑制由測定時間的偏差產(chǎn)生的測定精度劣化，優(yōu)選使測定時間大于等于10s。
如上所述，表明由于測定精度方面的要求優(yōu)選大于等于10s的測定時間，從而為了通過使用模塊的測定得到高精度的測定結果而規(guī)定模塊的最低長度。由圖9，該模塊的最低長度可以作為測定時間(和熱源的接觸時間)為10s時的熱浸透厚度而得到。因而，模塊的長度L必須滿足下述條件2。
L’＞δ 條件2另外，對于測定點x，在上述熱浸透厚度的式子中，在規(guī)定了測定時間后會將測定模塊溫度的點設置在與可以求得溫度浸透厚度大致相等的自接觸點的距離處。因而，測定位置x必須滿足下述條件3。
x＞δ 條件3條件2、3應當同時滿足上述條件1。使測定時間下限值為10s，對于條件1的值，要是使用ABS樹脂的物性(熱傳導率λ＝0.2(J/s·m·K)、比熱容量cv＝1600(J/K·kg)、模塊密度ρ＝1060(kg/m3))，則溫度浸透厚度(δ(m))約為3.6mm。在聚氯乙烯的情況下也為同程度的值。也就是說，求出模塊的長度L的條件(條件2)為L＞3.6mm，另外，求出溫度測定點的條件(條件3)為x＞3.6mm。
通過以上的說明，規(guī)定了測定原理對接觸模塊要求的熱特性和長度、進而規(guī)定了溫度測定位置。除此以外，對模塊和手指的接觸面積也做了同樣的規(guī)定。該模塊和手指的接觸面積相當于模塊的截面積。規(guī)定模塊截面積的最基本的要求是手指的大小。由于手指的大小(寬度)為10mm至15mm左右，所以作為對所述手指經(jīng)常再現(xiàn)性良好地接觸的條件，要求模塊的接觸部分的直徑(R(m))為小于等于手指的寬度的1/2。
因而，模塊的接觸部分的直徑必須滿足下面的條件(條件4)。
R＜7.5mm 條件4使用以上述條件規(guī)定的范圍內(nèi)的模塊并使模塊接觸皮膚，在2點測定溫度變化，通過解逆問題可以計算出實際上逐漸流過模塊的熱流量qx。由該測定得到下式的關系。
M＝λ0((T0-Ts)/L)＝qx通過將所述值，和含有將模塊作為集中熱容量考慮、并用電路模擬模型化時得到的λ0和T0的式子作為聯(lián)立方程式而求解計算出應當求得的皮膚的熱傳導率λ0。由所述值使用圖7所示的關系可以得到與血流量有關的信息。
接著，依據(jù)本發(fā)明的原理對實現(xiàn)無侵入血糖值的具體裝置結構進行說明。
圖11是本發(fā)明的無侵入血糖值測定裝置的俯視圖。該裝置中作為體表使用指尖肚的皮膚，也可以使用其它體表。
在裝置上面，設有操作部11，放置測定對象手指的測定部12，顯示測定結果、裝置狀態(tài)和測定值等的顯示部13。在操作部11中，配置有為進行裝置操作的4個按鈕11a～11d。在測定部12中，設有蓋14，打開蓋14(圖表示開蓋的狀態(tài))時，存在具有橢圓形圓周的手指放置部15。在手指放置部15中，有輻射溫度傳感器部的開口端16、接觸溫度傳感器部17和光學傳感器部18。
圖12表示裝置的操作步驟。如果按操作部的按鈕接通裝置電源，則在液晶顯示器上顯示“預熱”，裝置內(nèi)的電子電路被預熱。同時，檢測程序運作，自動檢測電子電路。如果“預熱”結束，則在液晶顯示部顯示“請放置手指”。要是將手指放置在手指放置部，在液晶顯示部顯示倒計時。當?shù)褂嫊r結束時，在液晶顯示部顯示“請移開手指”。如果將手指離開手指放置部，則在液晶顯示部顯示“數(shù)據(jù)處理中”。然后，在液晶顯示部顯示血糖值。這時，顯示的血糖值連同日期·時間存儲在IC卡(集成電路板)中。要是讀取顯示的血糖值，按操作部的按鈕。裝置在約1分鐘后進入等待下次測定、在液晶顯示部顯示“請放置手指”的狀態(tài)。
圖13是表示測定部詳細例的圖，(a)是俯視圖，(b)是其XX截面圖，(c)是其YY截面圖。
首先，對本發(fā)明的無侵入血糖值測定裝置的溫度測定進行說明。在被檢測部(指尖肚)接觸的部分設置有熱傳導率高的材料例如用金做的薄金屬板21，熱連接到該金屬板21上的比金屬板21熱傳導率低的材料，例如由聚氯乙烯構成的棒狀的熱傳導部件22伸到裝置內(nèi)部。作為溫度傳感器，設有作為測定金屬板21的溫度、對被檢測部鄰接的溫度檢測器的熱敏電阻23，以及作為測定僅僅離開金屬板21一定距離的熱傳導部件部分的溫度、對被檢測部間接連接的溫度檢測器的熱敏電阻24。在可以看透放置在手指放置部15的被檢測部(指尖肚)的裝置內(nèi)部位置設置有紅外線透鏡25，在紅外線透鏡25的下方經(jīng)由紅外線透過窗26設置有熱電檢測器27。另外，靠近熱電檢測器27設置有另一熱敏電阻28。
熱傳導部件只要使用熱傳導率在0.1J/s·m·K～0.3J/s·m·K的范圍內(nèi)的材料即可。在所述例子中，作為熱傳導部件使用熱傳導率為0.2J/s·m·K的ABS樹脂。也可以使用聚氯乙烯代替ABS樹脂。熱傳導部件的形狀可以是長度大于等于3.6mm、直徑為7.5mm。在所述例子中，作成直徑為2mm、長度為8mm的圓柱形。另外，熱敏電阻24只要檢測出距離金屬板21大于等于3.6mm的位置的溫度即可。在所述例子中，為測定僅距離金屬板5mm的熱傳導部件的部分的溫度而設置了熱敏電阻24。
這樣測定部的溫度傳感器部具有4個溫度傳感器，測定下面的4種溫度。
(1)手指表面的溫度(熱敏電阻23)T1(2)熱傳導部件的溫度(熱敏電阻24)T2(3)手指的輻射溫度(熱電檢測器27)T3(4)室溫(熱敏電阻28)T4接著，對光學傳感器部18進行說明。光學傳感器部是為了測定求出氧供給量用的必要的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度。要測定血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度，需要測定最少2個波長下的吸光率，圖13(c)表示通過2個光源33，34和1個檢測器35而進行2個波長測定所用的結構例子。
2個光纖維31，32的端部位于光學傳感器部18中。光纖維31是光照射用的光纖維，光纖維32是接受光用的光纖維。如圖13(c)所示，光纖維31和形成分支的纖維31a，31b相連，在其末端設置有2個波長的發(fā)光二極管33，34。在接受光用的光纖維32的末端設置有光電二極管35。發(fā)光二極管33發(fā)射出波長810nm的光，發(fā)光二極管34發(fā)射出波長950nm的光。波長810nm是氧合血紅蛋白和還原(脫氧)血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)相等時的等吸光波長，波長950nm是氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)的差值大時的波長。
2個發(fā)光二極管33，34分時地發(fā)光，由發(fā)光二極管33，34發(fā)出的光通過光照射用光纖維31照射到被檢測者的手指上。照射到手指的光，通過手指的皮膚反射，射入接受光用光纖維32中通過光電二極管35被檢測。照射到手指的光通過手指的皮膚反射時，一部分光透過皮膚侵入組織內(nèi)部，由流過毛細血管的血液中的血紅蛋白所吸收。光電二極管35的測定數(shù)據(jù)為反射率R，吸光率用log(1/R)來近似地計算。通過波長810nm和波長950nm的光各自進行照射，各自測定R值，并且求出log(1/R)，由此測定波長810nm的吸光率A1和波長950nm的吸光率A2。
假設還原血紅蛋白濃度為[Hb]，氧合血紅蛋白濃度為[HbO2]，用下式表示吸光率A1和吸光率A2。
A1＝a×([Hb]×AHb(810nm)+[HbO2]×4HbO2(810nm))＝a×([Hb]+[HbO2])×AHbO2(810nm)A2＝a×([Hb]×AHb(950nm)+[HbO2]×AHbO2(950nm))=a×([Hb]+[HbO2])×(I-[HbO2][Hb]+[HbO2]×AHb(950nm)+[HbO2][Hb]+[HbO2]×AHbO2(950nm))]]>AHb(810nm)和AHb(950nm)、AHbO2(810nm)和AHbO2(950nm)分別為還原血紅蛋白、氧合血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)，在各波長下為已知。a為比例系數(shù)?？梢詮纳鲜角蟪鲅t蛋白濃度([Hb]+[HbO2])、血紅蛋白氧飽和度{[HbO2]/[Hb]+[HbO2]}如下。
[Hb]+[HbO2]=A1a×AHbO2(810nm)]]>[HbO2][Hb]+[HbO2]=A2×AHbO2(810nm)-A1×AHb(950))A1×(AHbO2(950nm)-AHb(950nm))]]>
另外，此處詳細說明了通過2個波長的吸光率的測定而測定血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度的例子明，但也可通過用3個或其以上波長測定吸光率，而降低阻礙因素的影響，提高測定精度。
圖14是表示裝置中的數(shù)據(jù)處理流程的概念圖。在該例子的裝置中，存在由熱敏電阻23、熱敏電阻24、熱電檢測器27、熱敏電阻28和光電二極管35組成的5個傳感器。由于通過光電二極管35測定波長810nm的吸光率和波長950nm的吸光率，故在裝置中輸入6種測定值。
5種模擬信號各自經(jīng)過A1～A5的放大器，通過AD1～AD5的模數(shù)轉換器進行數(shù)字轉換。由數(shù)字轉換后的值計算參數(shù)xi(i＝1，2，3，4，5)。具體地xi表示如下(a1～a5是比例系數(shù))。
和熱輻射成比例的參數(shù)x1＝a1×(T3)4和熱對流成比例的參數(shù)x2＝a2×(T4-T3)和血紅蛋白濃度成比例的參數(shù)x3=a3×(A1a×AHbO2(810nm))]]>和血紅蛋白氧飽和度成比例的參數(shù)x4=a4×(A2×AHbO2(810nm)-A1×AHb(950))A1×(AHbO2(950nm)-AHb(950nm)))]]>和血流量成比例的參數(shù)x5=a5×(1tCONT×(S1-S2))]]>
接著，根據(jù)由實際的多數(shù)健康者及糖尿病患者的數(shù)據(jù)得到的參數(shù)xi的平均值和標準偏差計算出標準化參數(shù)。通過下面的公式由各參數(shù)xi計算標準化參數(shù)Xi(i＝1，2，3，4，5)。
Xi=xi-x‾iSD(xi)]]>xi參數(shù)xi參數(shù)的平均值SD(Xi)參數(shù)的標準偏差取前述的5個標準化參數(shù)，進行為最終顯示的葡萄糖濃度的轉換計算。在處理計算中必要的程序存儲在ROM中，該ROM內(nèi)置于裝在裝置里的微處理器中。另外，在處理計算中必要的存儲區(qū)同樣地由安裝在裝置中的RAM來保證。計算處理的結果顯示在液晶顯示器上。
在ROM中存入了作為處理計算時必要的程序組成要素，特別是用于求出葡萄糖濃度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＝0，1，2，3，4，5)預先由多個測定數(shù)據(jù)決定。求ai的步驟如下。
(1)形成表示標準化參數(shù)和葡萄糖濃度C的關系的多重回歸式。
(2)由通過最小二乘法得到的式子求出關聯(lián)標準化參數(shù)的標準方程式(聯(lián)立方程式)。
(3)由標準方程式求出系數(shù)ai(i＝0，1，2，3，4，5)的值，代入多重回歸式中。
首先，形成表示葡萄糖濃度C和標準化參數(shù)X1，X2，X3，X4，X5關系的下面的回歸式(1)。
C＝f(X1，X2，X3，X4，X5)＝a0+a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5……(1)接著，為了使和酶電極法的葡萄糖濃度值Ci的誤差最小求解多重回歸式，采用最小二乘法。假設殘差的平方和為D，則D用下式(2)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)]]>殘差平方和D最小是在a0，a1，…，a5對式(2)偏微分等于零時，由此得到下式。
∂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)]]>假設C，X1～X5的平均值各自為Cmean，X1mean～X5mean時，Ximean＝0(i＝1～5)，由此根據(jù)式(1)得到式(4)。
a0＝Cmean-a1X1mean-a2X2mean-a3X3mean-a4X4mean-a5X5mean＝Cmean……(4)另外，標準化參數(shù)之間的變動·共變，用式(5)表示，標準化參數(shù)Xi(i＝1～5)和C的共變，用式(6)表示。
Sij=Σk=1n(Xki-Ximean)(Xkj-Xjmean)=Σk=1nXkiXkj(i,j=1,2,..5)···(5)]]>(標準方程式SiC=Σk=1n(Xki-Ximean)(Ck-Cmean)=Σk=1nXki(Ck-Cmean)(i,j=1,2,..5)···(6)]]>
把式(4)(5)(6)代入式(3)進行整理，得到聯(lián)立方程式(標準方程式)(7)，通過解該方程求出a1～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)用式(4)求出常數(shù)項a0。以上求得的ai(i＝0，1，2，3，4，5)在制造裝置時被存儲在ROM中。在利用裝置作實際測定中，通過把由測定值求出的標準化參數(shù)X1～X5代入回歸式(1)中，計算出葡萄糖濃度C。
下面給出葡萄糖濃度計算過程的具體例子。預先由對健康者及糖尿病患者測定的多個數(shù)據(jù)確定回歸式(1)的系數(shù)，把下面的葡萄糖濃度的計算式存儲在微處理器的ROM中。
C＝99.4+18.3×X1-20.2×X2-23.7×X3-22.0×X4-25.9×X5X1～X5是對參數(shù)x1～x5標準化后的參數(shù)。假定參數(shù)的分布是標準分布，則標準化參數(shù)的95％取從-2到+2之間的值。
以健康者的測定值作為一個例子，把標準化參數(shù)X1＝-0.06、X2＝+0.04、X3＝+0.05、X4＝-0.12、X5＝+0.10代入上述的式子中，得到C＝96mg/dl。另外，以糖尿病患者的測定值作為一個例子，把標準化參數(shù)X1＝+1.15、X2＝-1.02、X3＝-0.83、X4＝-0.91、X5＝-1.24代入上述的式子中，得到C＝213mg/dl。
以往的測定方法即酶電極法中，使通過采血得到的血液和試劑反應，測定由該反應產(chǎn)生的電量，測定血糖值。下面對酶電極法的測定結果和本發(fā)明的一個實施例的測定結果進行陳述。以健康者的測定值為一個例子，酶電極法的葡萄糖濃度為89mg/dl時，把同時刻通過本發(fā)明方法測定得到的標準化參數(shù)X1＝-0.06、X2＝+0.04、X3＝+0.05、X4＝-0.12、X5＝+0.10代入上述的式子中，得到C＝96mg/dl。另外，以糖尿病患者的測定值作為一個例子，酶電極法的葡萄糖濃度為238mg/dl時，把同時刻通過本發(fā)明方法測定得到的標準化參數(shù)X1＝+1.15、X2＝-1.02、X3＝-0.83、X4＝-0.91、X5＝-1.24代入上述的式子中，得到C＝213mg/dl。由上述的結果，通過本發(fā)明方法可以高精度地求出葡萄糖濃度得到證實。
圖15是以縱軸為本發(fā)明方法的葡萄糖濃度的計算值、橫軸為酶電極法的葡萄糖濃度的測定值，針對多個患者繪制成各自的測定值的圖。通過按照本發(fā)明方法測定氧供給量·血流量可以得到良好的相關性(相關系數(shù)＝0.9324)。
在上述的實施例中，與血液中血紅蛋白濃度及血液中血紅蛋白氧飽和度有關的參數(shù)是通過以分光學方式測定血液中的血紅蛋白求得的?？墒?，由于血紅蛋白濃度對于無貧血、出血及紅血球增加癥等癥狀的人是穩(wěn)定的，而且，血紅蛋白濃度對于男性為13～18g/dL、女性為12～17g/dL是正常值，血紅蛋白濃度正常值的變化幅度范圍為5～6％，在上述的血糖值計算式中與血流量有關的項的加權比其他項小，因此，即使作為常數(shù)處理也不會太大地損害精度。同樣，關于血紅蛋白氧飽和度，若在大氣壓下呼吸空氣、處于安靜、輕松的狀態(tài)下，其穩(wěn)定在97～98％，因此，也可以作為常數(shù)處理。因而，血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度可以作為常數(shù)處理，氧供給量可以由血紅蛋白濃度常數(shù)、血紅蛋白氧飽和度常數(shù)和血流量的積求出。
通過將血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度可以作為常數(shù)處理，對于用于血糖值測定的傳感器結構上，可以去除光學傳感器等而加以簡化。另外，通過省略光學測定的時間及光學測定結果處理的時間，可以實現(xiàn)血糖值測定的一系列快速化。
另外，由于血紅蛋白氧飽和度特別是安靜時是穩(wěn)定的值，因此如果把血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度作為常數(shù)處理，則特別是在安靜時的血糖值測定中可以提高測定精度，并且可以實現(xiàn)血糖值測定的一系列快速化。在此，所謂安靜時是指因在坐在椅子上或躺著身體而使身體幾乎不活動的狀態(tài)經(jīng)過了5分鐘左右的時候。
下面，對將血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度作為常數(shù)處理的實施例進行說明。本實施例除了將血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度作為常數(shù)處理以外，由于和上述實施例相同，在此，主要對和上述實施例不同的地方進行說明。
本實施例不測定圖4說明圖中血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度，而作為常數(shù)處理。因而，本實施例的測定部如圖16所示，做成從圖13所示的上述實施例的測定部中去除光源33，34、光電二極管35及光纖維31，32的結構。熱傳導部件22的材質(zhì)、尺寸以及熱敏電阻24和熱傳導部件22接觸的位置與上述實施例相同。在本實施例中使用的參數(shù)是與熱輻射成比例的參數(shù)x1、與熱對流成比例的參數(shù)x2及與氧供給量成比例的參數(shù)x3(以下，與氧供給量成比例的參數(shù)表示為x3)，由這些參數(shù)如上述處理計算出標準化參數(shù)，根據(jù)該3個標準化參數(shù)Xi(i＝1，2，3)計算葡萄糖濃度。在數(shù)據(jù)處理中，可以省略上述實施例中必需的“由光學計測量數(shù)據(jù)向標準化參數(shù)的轉換處理”(參照圖14)。
圖17是表示本實施例裝置的功能模塊圖。該裝置由電池41驅(qū)動。通過由溫度傳感器構成的傳感器部43測定的信號進入和各信號對應設置的模數(shù)轉換器44(模數(shù)轉換器AD1～AD4)轉換成數(shù)字信號。作為微處理器45的外圍電路，具有模數(shù)轉換器AD1～AD4、液晶顯示器13、RAM42，它們各自通過總線46被微處理器45訪問。另外，按鈕11a～11d各自和微處理器45連接。微處理器45內(nèi)部裝有存儲軟件的ROM。另外，微處理器45通過按按鈕11a～11d可以接受外部發(fā)出的指令。
被裝在微處理器45內(nèi)的ROM 47存儲計算處理中必要的程序。即，具有計算部的功能。微處理器45內(nèi)部還裝有存儲血紅蛋白濃度的常數(shù)的血紅蛋白濃度常數(shù)存儲部48、存儲血紅蛋白氧飽和度的常數(shù)的血紅蛋白氧飽和度常數(shù)存儲部49。計算程序在手指的測定結束后，從血紅蛋白濃度常數(shù)存儲部48和血紅蛋白氧飽和度常數(shù)存儲部49找出最佳常數(shù)進行計算。另外，在處理計算中必要的存儲區(qū)同樣由安裝在裝置中的RAM 42保證。計算處理的結果顯示在液晶顯示部。
在ROM中存入了作為處理計算時必要的程序組成要素，特別是求出葡萄糖濃度C用的函數(shù)。該函數(shù)定義如下。首先，C用下面的式(8)表示。ai(i＝0，1，2，3)預先由多個測定數(shù)據(jù)決定。求ai的步驟如下。
(1)形成表示標準化參數(shù)和葡萄糖濃度C的關系的多重回歸式。
(2)由通過最小二乘法得到的式子求出聯(lián)立標準化參數(shù)的標準方程式(聯(lián)立方程式)。
(3)由標準方程式求出系數(shù)ai(i＝0，1，2，3)的值，代入多重回歸式中。
首先，作出表示葡萄糖濃度C和標準化參數(shù)X1，X2，X3的關系的下面的回歸式(8)。
C＝f(X1，X2，X3)＝a0+a1X1+a2X2+a3X3……(8)接著，為了使和酶電極法的葡萄糖濃度測定值Ci的誤差最小求解多重回歸式，采用最小二乘法。假設殘差平方和為D，則D用下式(9)表示。
D=Σi=1ndi2]]>=Σi=1n(Ci-f(Xi1,Xi2,Xi3))2]]>=Σi=1n{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3)}2···(9)]]>由于在a0～a3對式(9)偏微分等于零時，殘差平方和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...(10)]]>
假設C，X1～X3的平均值各自為Cmean，X1mean～X3mean時，Ximean＝0(i＝1～3)，由此，由式(8)得到式(11)。
a0＝Cmean-a1X1mean-a2X2mean-a3X3mean＝Cmean……(11)另外，標準化參數(shù)之間的變動·共變，用式(12)表示，標準化參數(shù)Xi(i＝1～3)和C的共變，用式(13)表示。
Sij=Σk=1n(Xki-Ximean)(Xkj-Xjmean)=Σk=1nXkiXkj(i,j=1,2,3)···(12)]]>SiC=Σk=1n(Xki-Ximean)(Ck-Cmean)=Σk=1nXki(Ck-Cmean)(i,j=1,2,3)···(13)]]>把式(11)(12)(13)代入式(10)進行整理，得到聯(lián)立方程式(標準方程式)(14)，通過解該方程求出a1～a3。
a1S11+a2S12+a3S13＝S1Ca1S21+a2S22+a3S23＝S2Ca1S31+a2S32+a3S33＝S3C……(14)用式(11)求出常數(shù)項a0。以上求得的ai(i＝0，1，2，3)在制造裝置時被存儲在ROM中。在利用裝置作實際測定中，通過把由測定值求出的標準化參數(shù)X1～X3代入回歸式(8)中，計算出葡萄糖濃度C。
下面表示葡萄糖濃度計算過程的具體例。預先由對健康者及糖尿病患者測定的多個數(shù)據(jù)確定回歸式(8)的系數(shù)，把下面的葡萄糖濃度的計算式存儲在微處理器ROM中。
C＝101.7+25.8×X1-23.2×X2-12.9×X3X1～X3是將參數(shù)x1～x3標準化后的參數(shù)。假定參數(shù)的分布是標準分布，標準化參數(shù)的95％取從-2到+2之間的值。
以健康者的測定值作為一個例子，把標準化參數(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，以糖尿病患者的測定值作為一個例子，把標準化參數(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定為常數(shù)15g/dl，血紅蛋白氧飽和度定為常數(shù)97％。
在以往的測定方法即酶電極法中，使通過采血得到的血液和試劑反應，測定由該反應產(chǎn)生的電量，測定血糖值。下面對酶電極法的測定結果和本發(fā)明的一個實施例的測定結果進行陳述。以健康者的測定值為一個例子，在酶電極法的葡萄糖濃度為93mg/dl時，把同時刻通過本發(fā)明方法測定得到的標準化參數(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，以糖尿病患者的測定值作為一個例子，在酶電極法的葡萄糖濃度為208mg/dl時，把同時刻通過本發(fā)明方法測定得到的標準化參數(shù)X1＝+1.35、X2＝-1.22、X3＝-1.24代入上述的式子中，得到C＝181mg/dl。該計算結果表現(xiàn)出約13％的誤差，但由于一般地血糖測定用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為是足夠的精度。由上述的結果，通過本發(fā)明方法可以高精度地求出葡萄糖濃度得到證實。
圖18是以縱軸為本發(fā)明方法的葡萄糖濃度的計算值、橫軸為酶電極法的葡萄糖濃度的測定值，針對多個患者繪制各自的測定值而成的圖。通過按照本發(fā)明方法測定可以得到良好的相關性(相關系數(shù)＝0.8932)。
權利要求
1.一種血糖值測定裝置，其特征在于，具備測定來自體表的多個溫度、得到用于計算出與上述體表的散熱有關的對流傳熱量和輻射傳熱量的信息的熱量測定部，得到與血液中氧量有關的信息的氧量測定部，存儲有與上述多個溫度及上述血液中氧量各自對應的參數(shù)和血糖值的關系的存儲部，將由上述熱量測定部及上述氧量測定部輸入的多個測定值各自轉換成上述參數(shù)、并將上述參數(shù)適用于存儲在上述存儲部的上述關系而計算血糖值的計算部，和顯示由上述計算部計算出的結果的顯示部；其中，上述氧量測定部具有得到與血流量有關的信息的血流量測定部，和得到血液中的血紅蛋白濃度、血紅蛋白氧飽和度的光學測定部；上述血流量測定部具有體表接觸部、鄰接上述體表接觸部而設置的第一溫度檢測器、連接上述體表接觸部而設置的熱傳導部件、和檢測上述熱傳導部件距離上述體表接觸部大于等于3.6mm的位置的溫度的第2溫度檢測器。
2.根據(jù)權利要求1所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件具有大于等于3.6mm的長度。
3.根據(jù)權利要求1所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件具有0.1J/s·m·K～0.3J/s·m·K范圍的熱傳導率。
4.根據(jù)權利要求1所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件由聚氯乙烯或者ABS樹脂構成。
5.一種血糖值測定裝置，其特征在于，具備測定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測定器；接觸體表的體表接觸部；鄰接上述體表接觸部而設置的鄰接溫度檢測器；測定來自上述體表的輻射熱的輻射熱檢測器；連接上述體表接觸部而設置的熱傳導部件；鄰接上述熱傳導部件并且設置在距離上述體表接觸部大于等于3.6mm的位置、檢測離開上述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測器；向上述體表接觸部照射至少2個不同波長的光的光源；檢測上述光在上述體表反射產(chǎn)生的反射光的光檢測器；具有將上述鄰接溫度檢測器、上述間接溫度檢測器、上述環(huán)境溫度測定器、上述輻射熱檢測器及上述光檢測器各自的輸出轉換成各自參數(shù)的轉換部和，預先存儲上述參數(shù)和血糖值的關系、并將上述參數(shù)適用于上述關系計算出血糖值的處理部的計算部；和顯示上述計算部輸出的結果的顯示部。
6.根據(jù)權利要求5所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件具有大于等于3.6mm的長度。
7.根據(jù)權利要求5所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件具有0.1J/s·m·K～0.3J/s·m·K范圍的熱傳導率。
8.根據(jù)權利要求5所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件由聚氯乙烯或者ABS樹脂構成。
9.一種血糖值測定裝置，其特征在于，具有和體表接觸的金屬板；檢測上述金屬板的溫度的第一溫度傳感器；連接上述金屬板而設置的部件；在上述部件距離上述金屬板大于等于3.6mm的位置鄰接的的第二溫度傳感器；測定來自上述體表的輻射熱的熱檢測器；向上述金屬板照射光的光源；檢測照射上述體表后的光的光檢測器；和基于上述第一溫度傳感器、上述第二溫度傳感器、上述熱檢測器、以及上述光檢測器各自的輸出計算血糖值的計算部。
10.根據(jù)權利要求9所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述部件具有大于等于3.6mm的長度。
11.根據(jù)權利要求9所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述部件具有0.1J/s·m·K～0.3J/s·m·K范圍的熱傳導率。
12.根據(jù)權利要求9所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述部件由聚氯乙烯或者ABS樹脂構成。
13.一種血糖值測定裝置，其特征在于，具備測定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測定器；接觸體表的體表接觸部；鄰接上述體表接觸部而設置的鄰接溫度檢測器；測定來自上述體表的輻射熱的輻射熱檢測器；連接上述體表接觸部而設置的熱傳導部件；鄰接上述熱傳導部件并且設置在距離上述體表接觸部大于等于3.6mm的位置、檢測離開上述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測器；存儲與血液中的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關的信息的存儲部；具有將上述鄰接溫度檢測器、上述間接溫度檢測器、上述環(huán)境溫度測定器及上述輻射熱檢測器的輸出轉換成多個參數(shù)的轉換部和，預先存儲上述參數(shù)和血糖值的關系、并將上述參數(shù)適用于上述關系計算血糖值的處理部的計算部；和顯示由上述計算部輸出的結果的顯示部。
14.根據(jù)權利要求13所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件具有大于等于3.6mm的長度。
15.根據(jù)權利要求13所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件具有0.1J/s·m·K～0.3J/s·m·K范圍的熱傳導率。
16.根據(jù)權利要求13所述的血糖值測定裝置，其特征在于，上述熱傳導部件由聚氯乙烯或者ABS樹脂構成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于溫度測定進行無侵入血糖值測定的血糖值測定裝置。本發(fā)明采用血液中氧飽和度和血流量修正通過溫度測定方式得到的無侵入血糖值測定值，實現(xiàn)測定數(shù)據(jù)的穩(wěn)定化。
文檔編號A61B5/026GK1695553SQ20041009852
公開日2005年11月16日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權日2004年5月10日
發(fā)明者趙玉京, 金允玉, 永田浩司, 三卷弘 申請人:株式會社日立制作所