專(zhuān)利名稱(chēng)：代謝量測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不采血地測(cè)定活體中的多個(gè)生理參數(shù)，并從多個(gè)生理參數(shù)算出代謝量的代謝量測(cè)定裝置。
背景技術(shù)：
代謝的測(cè)定有多種方法。其中，間接熱量測(cè)定是不直接測(cè)定代謝量而測(cè)定為產(chǎn)生該代謝量所消耗的氧量的方法。在間接熱量測(cè)定中，有在人的臉上覆蓋面罩以提取呼吸的空氣并測(cè)定氧及二氧化碳的消耗量的開(kāi)放線(xiàn)路系統(tǒng)的間接熱量測(cè)定方法。雖然該方法在測(cè)定運(yùn)動(dòng)時(shí)和安靜時(shí)的代謝量變化等的情況下使用，但由于難以長(zhǎng)時(shí)間戴面罩，所以?xún)H限于短時(shí)間的代謝量測(cè)定。為了測(cè)定更長(zhǎng)時(shí)間的代謝量，具有進(jìn)入密封的室內(nèi)并測(cè)定在那里消耗的氧及二氧化碳產(chǎn)生量的閉合線(xiàn)路系統(tǒng)的間接熱量測(cè)定方法。該方法可測(cè)定安靜時(shí)和睡眠時(shí)等的代謝量，由于對(duì)人的負(fù)擔(dān)小所以可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間測(cè)定。另外，還有下述方法通過(guò)飲下含對(duì)人體無(wú)害的氫和氧的穩(wěn)定同位素的水并測(cè)定穩(wěn)定同位素排泄到尿中的經(jīng)過(guò)，從而測(cè)定其間的能量消耗量。在該測(cè)定中，將測(cè)定人的日常生活中的平均能量消耗量。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1-日本特開(kāi)2004-329542號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了利用與來(lái)自體表的多個(gè)溫度和血氧量相對(duì)應(yīng)的參數(shù)和血糖值之間的關(guān)系來(lái)算出血糖值的方法。
在代謝量的測(cè)定時(shí)，過(guò)去，只有大規(guī)模的裝置，而沒(méi)有個(gè)人在日常生活中能簡(jiǎn)單地進(jìn)行測(cè)定的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供個(gè)人能在家中簡(jiǎn)便地進(jìn)行代謝量測(cè)定的方法及裝置。
由代謝所產(chǎn)生的熱量的大部分消耗于維持體溫，剩余的熱量散發(fā)到體外。即，由代謝所產(chǎn)生的熱量(產(chǎn)生熱量)等于儲(chǔ)存到體內(nèi)的熱量(蓄熱量)和散發(fā)到體外的熱量(散熱量)之和。從這種人體的熱控制機(jī)理，可根據(jù)蓄熱量和散熱量來(lái)算出代謝量。
本發(fā)明的代謝量測(cè)定裝置其具備測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；測(cè)定來(lái)自被測(cè)定體體表上的第一部位的溫度的第一部位溫度測(cè)定器；攝取與上述被測(cè)定體的上述第一部位不同位置的第二部位的溫度的第二部位溫度攝取部；取得與上述第一部位的血流量相關(guān)的信息的血流量取得部；存儲(chǔ)上述環(huán)境溫度、來(lái)自上述第一部位的溫度、上述第二部位的溫度及上述血流量與代謝量之間的關(guān)系的存儲(chǔ)部；運(yùn)算部，其將由上述環(huán)境溫度測(cè)定器測(cè)定到的環(huán)境溫度、由上述第一部位溫度測(cè)定器測(cè)定到的第一部位溫度、由上述第二部位溫度攝取部攝取到的第二部位溫度和由上述血流量取得部取得的血流量運(yùn)用于存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)部中的上述關(guān)系中來(lái)運(yùn)算代謝量；顯示由上述運(yùn)算部運(yùn)算得到的結(jié)果的顯示部。
另外，本發(fā)明的代謝量測(cè)定裝置具備測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；與體表第一部位接觸的體表接觸部；與上述體表接觸部接觸且一端開(kāi)口的筒狀部件；設(shè)于上述筒狀部件的另一端的附近，測(cè)定來(lái)自上述第一部位的輻射熱的輻射溫度計(jì)；取得與上述第一部位的血流量相關(guān)的信息的血流量取得部；朝向上述筒狀部件的上述一端，且照射至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光的光源；檢測(cè)與上述體表相互作用的光的光檢測(cè)器；攝取與上述體表的上述第一部位不同部位的第二部位的溫度的第二部位溫度攝取部；運(yùn)算部，其將由上述環(huán)境溫度測(cè)定器測(cè)定到的環(huán)境溫度、由上述輻射溫度計(jì)測(cè)定到的第一部位溫度、由上述第二部位溫度攝取部攝取到的第二部位溫度、由上述血流量取得部取得的血流量及由上述光檢測(cè)器測(cè)定得到的光檢測(cè)結(jié)果運(yùn)用于與預(yù)先存儲(chǔ)的與代謝量之間的關(guān)系中來(lái)運(yùn)算代謝量；顯示從上述運(yùn)算部輸出的結(jié)果的顯示部。
第二部位溫度攝取部可為體溫計(jì)，且將體溫計(jì)的輸出供給運(yùn)算部。另外，第二部位溫度攝取部可以具有用于將體溫?cái)?shù)值輸入的操作部。第一部位溫度測(cè)定器可具有手指放置部、測(cè)定來(lái)源于放置于手指放置部的手指的第一部位的確溫度的溫度傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，可得到簡(jiǎn)易的代謝量測(cè)定裝置。


圖1是表示各種傳感器的測(cè)定值與從其導(dǎo)出的參數(shù)之間關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖2是本發(fā)明的代謝計(jì)量器的俯視圖。
圖3是本發(fā)明的代謝計(jì)量器的俯視圖。
圖4是表示數(shù)值的輸入操作圖。
圖5是表示裝置的操作順序圖。
圖6是測(cè)定部的詳情圖。
圖7是表示裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)處理流程的概念圖。
圖8是表示裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)保存位置的概念圖。
圖9是本發(fā)明的代謝量計(jì)算值和用現(xiàn)有方法測(cè)定的代謝量的曲線(xiàn)圖。
圖10是本發(fā)明的葡萄糖濃度的計(jì)算值和用酶電極法的葡萄糖濃度的測(cè)定值的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)人體的熱控制機(jī)理的原理，因?yàn)橛纱x所產(chǎn)生的熱量(產(chǎn)生熱量)等于蓄積在體內(nèi)的熱量(蓄熱量)和散發(fā)到體外的熱量(散熱量)之和，所以下式成立。
(整個(gè)身體的代謝量[產(chǎn)生熱量])＝(整個(gè)身體的蓄熱量)+(整個(gè)身體的散熱量)(1)若設(shè)身體的部位ri處的體內(nèi)溫度為T(mén)、身體的部位ri處的組織溫度為T(mén)T、身體的部位ri處的熱容量為αi，則整個(gè)身體的蓄熱量為身體各部位的蓄熱量的總和，且可由下式表示。
數(shù)學(xué)式1整個(gè)身體的蓄熱量＝∑iαi{T(ri)-TT(ri)}(2)雖然式(2)處理了各身體部位的量，但使用身體深部的動(dòng)脈血溫度Ta作為代表身體內(nèi)部溫度的有效值，且使用體溫Tc作為代表身體組織溫度的有效值。此外，對(duì)于熱容量，用α作為代表整個(gè)身體熱容量的有效值。該α為由各個(gè)人的身體組成、密度及體重等所確定的值。由以上整個(gè)身體的蓄熱量可由下式表示。
整個(gè)身體的蓄熱量＝α(Ta-Tc)(3)而且，雖然散熱通常由傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流及蒸發(fā)幾種方式，但是傳導(dǎo)和輻射在人穿著衣服的狀態(tài)下所散發(fā)的熱量很小而可以忽略。如果假定為對(duì)室內(nèi)狀態(tài)進(jìn)行控制使其為不出汗的溫度時(shí)，則蒸發(fā)也可忽略。因此，如果只考慮體表和空氣間的對(duì)流所產(chǎn)生的散熱，且如果設(shè)身體的表面部位rj處的皮膚溫度為T(mén)s、與身體的表面部位rj接觸的外部溫度為T(mén)OUT、身體的表面部位rj處的對(duì)流導(dǎo)熱率為βj，則整個(gè)身體的散熱量為從身體表面部位的散熱量的總和，且可由下式表示。
數(shù)學(xué)式2整個(gè)身體的散熱量＝∑jβj{TS(rj)-TOUT(rj)} (4)雖然式(4)為處理了各身體部位的量，但使用手指的皮膚溫度TFS作為代表身體的體表溫度的有效值，而使用室溫TR作為代表外部溫度的有效值。此外，對(duì)于對(duì)流導(dǎo)熱率，用β作為代表整個(gè)身體表面部位的對(duì)流導(dǎo)熱率的有效值。該β為由各個(gè)人的表面積及服裝等等所確定的值。根據(jù)以上，整個(gè)身體的散熱量可由下式表示。
整個(gè)身體的散熱量＝β(TFS-TR)(5)在本實(shí)施例中，之所以使用手指作為代表整個(gè)身體的散熱的部位，是因?yàn)槭种笇?duì)外部溫度的變化敏感，皮膚溫度和散熱量呈現(xiàn)較大的變化，以及由于肌肉少而使局部產(chǎn)生的熱量小，能較好地反映整個(gè)身體的現(xiàn)象。
根據(jù)式(1)、(3)、(5)，整個(gè)身體的代謝量可由下式表示。
(整個(gè)身體的代謝量[產(chǎn)生熱量])＝α(Ta-Tc)+β(TFS-TR) (6)根據(jù)手指的熱流保存法則可知，進(jìn)入手指的熱量和從手指散發(fā)的熱量可認(rèn)為是平衡的。對(duì)于手指的組織，如果設(shè)手指深部的動(dòng)脈溫度為T(mén)Fa、手指組織的導(dǎo)熱率為λ、手指組織中的血流量為ωb、血液的比熱為cb、手指表面的對(duì)流導(dǎo)熱率為κ，則手指的熱流保存法則可由下式表示。在該式中，χ為比例系數(shù)。
λ(χωbcbTFa-TFS)＝κ(TFS-TR)(7)左邊表示從動(dòng)脈向手指表面的組織的熱轉(zhuǎn)移，根據(jù)Penn的活體熱轉(zhuǎn)移方程式(Pennes，H.H.，“Analysis of tissue and arterial blood temperatures in theresting human forearm”，J.Applied Physiology，1，.93-122，1984)。
這里，手指深部的動(dòng)脈溫度TFa和身體深部的動(dòng)脈血溫度Ta成比例，如果假設(shè)TFa＝σTa+τ，則式(7)變成如下式(8)。
數(shù)學(xué)式3Ta=1σχcb{κλ(TFS-TR)/ωb+TFS/ωb}-τσ---(8)]]>若將該式(8)代入式(6)中，得到式(9)。
數(shù)學(xué)式4 =ασχcb{κλ(TFS-TR)/ωb+TFS/ωb}+β(TFS-TR)-αTc-ατσ]]>=a(TFS-TR)/ωb+bTFS/ωb+c(TFS-TR)+dTc+e---(9)]]>a=ασχcbκλ,]]>b=ασχcb,]]>c＝β、d＝-α、e=-ατσ]]>為使用式(9)，需要確定因人而異的比例系數(shù)a-e。因此，可采用測(cè)定人的代謝量，并根據(jù)式(9)和代謝量測(cè)定值利用重回歸分析來(lái)求各個(gè)人的系數(shù)的方法。
根據(jù)上述模式，通過(guò)測(cè)定作為代表身體體表溫度的有效值的手指表面溫度TFS、室溫TR、作為代表身體組織溫度的有效值的體溫Tc、血流量ωb，并使用另外測(cè)定的比例系數(shù)，便可測(cè)定代謝量。雖然這里以指尖作為身體的代表測(cè)定點(diǎn)，但也可使用其它的體表。身體的組織溫度的代表點(diǎn)為舌下、腋下、直腸等，通過(guò)測(cè)定與作為代表身體體表溫度的有效值的溫度測(cè)定部位不同部位的溫度，可得到與身體內(nèi)部的組織溫度相當(dāng)?shù)臏囟?。再有，作為代表身體體表溫度的有效值的溫度測(cè)定部位，除手指表面外，也可使用四肢的部位。
另外，由于測(cè)定代謝量需要大規(guī)模的裝置，所以通過(guò)使用作為人的能量源的血糖濃度和代謝量的關(guān)系，也可求出對(duì)應(yīng)于葡萄糖濃度的代謝量。如果設(shè)在身體的部位rk處由葡萄糖產(chǎn)生熱所產(chǎn)生的熱量為QG(rj)、由脂肪及氨基酸等葡萄糖以外的物質(zhì)產(chǎn)生熱所產(chǎn)生的熱量為QП(rj)，則整個(gè)身體的代謝量為身體各部位所產(chǎn)生的熱量的總和，從而整個(gè)身體的代謝量和葡萄糖濃度的關(guān)系可由下式表示。
數(shù)學(xué)式5(整個(gè)身體的代謝量[產(chǎn)生熱量])＝∑k{QG(rk)+QП(rk)}(10)雖然式(10)處理了身體各部位的熱量，但如果假設(shè)整個(gè)身體的平均細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度Gc與細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖的代謝量成比例，及整個(gè)身體的葡萄糖以外的物質(zhì)的平均細(xì)胞內(nèi)濃度П與細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖以外的代謝量成比例，且設(shè)比例系數(shù)為A、B，則整個(gè)身體的代謝量可由下式表示。
整個(gè)身體的代謝量＝AGc+BП(11)通過(guò)式(9)和式(11)，下式成立。
數(shù)學(xué)式6AGc＝a(TFS-TR)/ωb+bTFS/ωb+c(TFS-TR)+dTc+e-BП(12)根據(jù)上述模式，通過(guò)測(cè)定作為代表身體的體表溫度的有效值的手指表面溫度TFS、室溫TR、作為代表身體組織溫度的有效值的體溫Tc、血流量ωb，并使用另外測(cè)定的比例系數(shù)，便可測(cè)定對(duì)應(yīng)于血糖的代謝量AGc。
而且，在要進(jìn)一步提高精度的情況下，可考慮組織氧飽和度。由于整個(gè)身體的散熱量與所使用的氧量成比例，所以Gc+П∞[O2消耗量]的關(guān)系成立。因?yàn)榻M織氧飽和度StO2與O2消耗量的意義相同，所以可用下式表示。
StO2＝a’Gc+b’П(13)通過(guò)式(12)和式(13)可得式(14)。
數(shù)學(xué)式7(Ab′-a′Bb′)Gc=a(TFS-TR)/ωb+bTFS/ωb+c(TFS-TR)+dTc+e-Bb′StO2---(14)]]>根據(jù)上述模式，通過(guò)測(cè)定作為代表身體的體表溫度的有效值的手指表面溫度TFS、室溫TR、作為代表身體組織溫度的有效值的體溫Tc、血流量ωb、組織氧飽和度StO2，并使用另外測(cè)定的比例系數(shù)，可測(cè)定作為對(duì)應(yīng)于血糖的代謝量的((ab’-a’b)/b’)Gc。
而且，如果整理式(14)的系數(shù)，則成為式(15)，并可算出葡萄糖濃度。
數(shù)學(xué)式8Gc＝a(TFS-TR)/ωb+bTFS/ωb+c(TFS-TR)+dTc+eStO2+f(15)a=(b′ab′-a′b)ασχcbκλ,b=(b′ab′-a′b)ασχcb]]>c=(b′ab′-a′b)β,d=(b′ab′-a′b)α]]>e=-(b′ab′-a′b)bb′,f=-(b′ab′-a′b)ατσ]]>下面將參照

本發(fā)明的實(shí)施例。
首先，對(duì)于手指表面溫度及室溫，如果作為一個(gè)實(shí)例使用測(cè)溫電阻和測(cè)定輻射熱的輻射溫度計(jì)，則可較容易地進(jìn)行測(cè)定。而且，對(duì)于體溫，可以用使用了測(cè)溫電阻的電子體溫計(jì)和使用了輻射溫度計(jì)的耳式體溫計(jì)等來(lái)比較容易地測(cè)定舌下溫度、腋下溫度、直腸溫度及鼓膜溫度。血流量作為一個(gè)實(shí)例，可用利用了多普勒效應(yīng)的激光血流計(jì)來(lái)測(cè)量，另外，用對(duì)手指施加微小熱量并測(cè)定其溫度變化的方式也可測(cè)定。組織氧飽和度可用具有求出光學(xué)式的氧飽和度功能的脈沖光電血氧計(jì)和組織氧飽和度計(jì)來(lái)無(wú)介入地測(cè)定。
圖1是表示各種傳感器的測(cè)定值和從其導(dǎo)出的參數(shù)之間關(guān)系的說(shuō)明圖。使用輻射溫度計(jì)來(lái)測(cè)定手指表面溫度TFS，并使用熱敏電阻來(lái)測(cè)定室溫TR。使用與主體連接的或市售的體溫計(jì)來(lái)測(cè)定體溫Tc。而且，用與血紅蛋白的吸收有關(guān)的波長(zhǎng)來(lái)測(cè)定光強(qiáng)I并算出血流量ωb。由手指表面溫度TFS和血流量ωb來(lái)算出與動(dòng)脈血溫度有關(guān)的參數(shù)。此外，用與血紅蛋白的吸收有關(guān)的至少兩個(gè)波長(zhǎng)來(lái)測(cè)定吸光度A1、A2，并算出與血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的參數(shù)。
圖2是本發(fā)明的代謝計(jì)量器的俯視圖。在該裝置中，雖然使用指肚的皮膚作為體表，但從測(cè)量原理上來(lái)說(shuō)也可使用其它體表。
裝置分為測(cè)定體溫的體溫測(cè)定部1和測(cè)定室溫、手指表面溫度、血流量及組織氧飽和度的主體部2，且體溫測(cè)定部1和主體部2由配線(xiàn)部3連接。在本實(shí)施例中，雖然做成連接體溫測(cè)定部1和主體部2，將由體溫測(cè)定部1所測(cè)定的體溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到主體部2，但也可做成使用通常銷(xiāo)售的體溫計(jì)進(jìn)行測(cè)定，并使用主體部2的操作部10來(lái)輸入該體溫?cái)?shù)據(jù)。而且，也可使用通常銷(xiāo)售的裝置測(cè)量血流量和組織氧飽和度，并使用主體部2的操作部10來(lái)輸入該血流量和組織氧飽和度數(shù)據(jù)。圖3表示使用一般裝置測(cè)定體溫及血流量的情況下的本發(fā)明代謝計(jì)量器的俯視圖。
體溫?cái)?shù)據(jù)等的輸入作為一個(gè)實(shí)例可在圖4所示的畫(huà)面中進(jìn)行。在該實(shí)例中，顯示為規(guī)定值36.5℃，在個(gè)位用下劃線(xiàn)表示以顯示為輸入對(duì)象。這里，使用操作鍵10b、10c來(lái)改變數(shù)值。即，在增加所顯示的數(shù)值的情況下，按操作鍵10b，而在減小的情況下按操作鍵10c以輸入測(cè)定的體溫；然后，按操作鍵10d來(lái)確定體溫的個(gè)位。接著，用同樣的操作來(lái)輸入小數(shù)點(diǎn)第一位及第二位以輸入體溫?cái)?shù)據(jù)。如果誤按操作鍵10d，則通過(guò)按操作鍵10a可重新輸入。
在裝置上面設(shè)有操作部10、放置作為測(cè)定對(duì)象的手指的測(cè)定部12、顯示測(cè)定結(jié)果、顯示裝置狀態(tài)及測(cè)定值等的顯示部11。操作部10上配置有用于進(jìn)行裝置操作的四個(gè)按鍵10a-10d。測(cè)定部12上設(shè)有外罩14，如果打開(kāi)外罩14(圖中表示已打開(kāi)外罩的狀態(tài))，則有具備橢圓形邊緣的手指放置部13。在手指放置部13中具有輻射溫度傳感器部的開(kāi)口端22和光學(xué)傳感器部30、溫度傳感器部20。
圖5表示裝置的操作順序。按操作部10的鍵，當(dāng)裝置的電源接通時(shí)，則在顯示部11上顯示“預(yù)熱”，裝置內(nèi)的電子電路進(jìn)行預(yù)熱。同時(shí)，檢查程序啟動(dòng)并自動(dòng)檢查電子電路。當(dāng)“預(yù)熱”結(jié)束時(shí)，則在顯示部11上顯示“請(qǐng)放置手指”。若將手指放置于手指放置部13上，則在顯示部11上顯示遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)遞減計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，則在顯示部11上顯示請(qǐng)拿開(kāi)手指。當(dāng)手指從手指放置部13離開(kāi)時(shí)，則在顯示部11上顯示“數(shù)據(jù)處理中”。然后，顯示部11上便顯示與血糖濃度相當(dāng)?shù)拇x量。這時(shí)，所顯示的血糖值與日期和時(shí)間一起存儲(chǔ)于IC卡中。如果讀取所顯示的代謝量，則按操作部的鍵。裝置在約一分鐘后便處于在顯示部11上顯示等待下次測(cè)定的“請(qǐng)放置手指”的狀態(tài)。
圖6是表示了測(cè)定部詳情的圖，圖6(a)是俯視圖，圖6(b)是其沿XX線(xiàn)的剖視圖，圖6(c)是其沿YY線(xiàn)的剖視圖。
首先，說(shuō)明本發(fā)明的代謝計(jì)量器所進(jìn)行的溫度測(cè)定。將紅外線(xiàn)鏡頭25配置在使紅外線(xiàn)穿透手指放置部13上所放置的被測(cè)部(手指肚)的裝置內(nèi)部的位置上，在紅外線(xiàn)鏡頭25下方通過(guò)紅外線(xiàn)透過(guò)窗26配置有熱電檢測(cè)器27。此外，熱敏電阻23用于測(cè)定室溫并將放置手指前的溫度作為室溫。
這樣，本實(shí)施例的溫度傳感器部有三個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)定下面的三種溫度。(1)手指輻射溫度(熱電檢測(cè)器27)TFS，(2)室溫(熱敏電阻23)TR，(3)體溫(體溫測(cè)定部1)Tc。
其次，說(shuō)明光學(xué)傳感器部30。光學(xué)傳感器部用于測(cè)定為求組織氧飽和度所必需的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度。為了測(cè)定血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度，需要最少兩波長(zhǎng)下的吸光度測(cè)定，圖6(c)表示了用兩個(gè)光源33、34和一個(gè)檢測(cè)器35來(lái)進(jìn)行兩波長(zhǎng)測(cè)定的構(gòu)成例子。
兩個(gè)光纖31、32的端部位于光學(xué)傳感器部30上。光纖31是光照射用的光纖，光纖32是接收光用的光纖。如圖6(c)所示，光纖31連有成為支線(xiàn)的光纖31a、31b，并將兩個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)光二極管33、34配置在它們的末端。在接收光用光纖32的末端配有光電二極管35。發(fā)光二極管33射出波長(zhǎng)830nm的光，光電二極管34射出波長(zhǎng)780nm的光。使用這兩個(gè)近紅外光來(lái)測(cè)量氧化及還原血紅蛋白的濃度變化，并測(cè)量與作為其總和的血液量相對(duì)應(yīng)的總血紅蛋白濃度變化。
兩個(gè)發(fā)光二極管33、34分時(shí)地發(fā)光，將從發(fā)光二極管33、34發(fā)射的光從光照射用光纖31照射到被檢者的手指上。照射到手指上的光由手指的皮膚漫反射，且入射到接收光用光纖32并由光電二極管35檢測(cè)。當(dāng)照射到手指上的光由皮膚漫反射時(shí)，光通過(guò)皮膚進(jìn)入到組織內(nèi)部，且被在毛細(xì)血管中流動(dòng)的血液中的血紅蛋白吸收。由光電二極管35所測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)為反射率R，吸光度可近似地由log(1/R)計(jì)算。通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)830nm和波長(zhǎng)780nm的光分別進(jìn)行照射并分別測(cè)定其反射率R，且求出log(1/R)，便可測(cè)定波長(zhǎng)830nm的吸光度A1和波長(zhǎng)780nm的吸光度A2。
若設(shè)還原型血紅蛋白濃度為[Hb]，氧結(jié)合型血紅蛋白濃度為[HbO2]，則吸光度A1和吸光度A2由下式表示。
數(shù)學(xué)式9A1=a×([Hb]×AHb(830nm)+[HbO2]×AHbO2(830nm))]]>=a×([Hb]+[HbO2])×AHbO2(830nm)]]>A1=a×([Hb]×AHb(780nm)+[HbO2]×AHbO2(780nm))]]>=a×([Hb]+[HbO2])×((1-[HbO2][Hb]+[HbO2])×AHb(780nm)+[HbO2][Hb]+[HbO2]AHbO2(780nm))]]>…(16)AHb(830nm)和AHb(780nm)、AHbO2(830nm)和AHbO2(780nm)分別是已知的作為還原型血紅蛋白和氧結(jié)合型血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)的各波長(zhǎng)。a為比例系數(shù)。血紅蛋白濃度[Hb]+[HbO2]、血紅蛋白氧飽和度[HbO2]/([Hb]+[HbO2])可從上式如下求出。
數(shù)學(xué)式10[Hb]+[HbO2]=A1a×AHbO2(830nm)]]>[HbO2][Hb]+[HbO2]=A2×AHbO2(830nm)-A1×AHb(780nm)A1×(AHbO2(780nm)-AHb(780nm))---(17)]]>再有，雖然這里說(shuō)明了通過(guò)兩波長(zhǎng)的吸光度測(cè)定來(lái)測(cè)定血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度的實(shí)例，但通過(guò)用三波長(zhǎng)以上來(lái)測(cè)定吸光度還可降低有害成分的影響，提高測(cè)定精度。
對(duì)于血流量，在同樣地由手指所漫反射的光中，可以從發(fā)光二極管34的780nm的光的頻譜用下式求得。
數(shù)學(xué)式11組織血流量k1∫ωP(ω)dω/I2(18)這里，k1為比例常數(shù)、ω為角頻率、P(ω)為信號(hào)的能譜、I為波長(zhǎng)780nm的受光量。
圖7是表示裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)處理流程的概念圖。在本實(shí)例的裝置中，具有由體溫測(cè)定部1、熱敏電阻23、熱電檢測(cè)器27和光電二極管35構(gòu)成的四個(gè)傳感器。用光電二極管35測(cè)定波長(zhǎng)830nm的吸光度和波長(zhǎng)780nm的吸光度，并將五種測(cè)定值輸入到裝置中。
五種模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)A1-A4的放大器，由AD1-AD4的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。從進(jìn)行了數(shù)字轉(zhuǎn)換的值計(jì)算五個(gè)生理參數(shù)(體溫、室溫、手指表面溫度、血流量、組織氧飽和度)。
用這五個(gè)生理參數(shù)可進(jìn)行向用于進(jìn)行最終顯示的代謝量的轉(zhuǎn)換計(jì)算。圖8表示裝置的功能方框圖。本裝置用電池41驅(qū)動(dòng)。由溫度傳感器及光學(xué)傳感器構(gòu)成的傳感器部43所測(cè)定的信號(hào)分別進(jìn)入與各信號(hào)對(duì)應(yīng)地設(shè)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器44(模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1-AD4)并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。作為微處理器45的周?chē)娐酚心?shù)轉(zhuǎn)換器AD1-AD4、液晶顯示器11、RAM42，它們通過(guò)各總線(xiàn)46從微處理器45進(jìn)行存取。而且，按鍵10a-10d分別與微處理器45連接。微處理器45內(nèi)裝有儲(chǔ)存有軟件的ROM47。此外，微處理器45可通過(guò)按下鍵10a-10d接收來(lái)自外部的指令。
裝于微處理器45內(nèi)的ROM47存儲(chǔ)有處理計(jì)算所必需的程序。微處理器45內(nèi)還裝有儲(chǔ)存血紅蛋白氧飽和度的常數(shù)的血紅蛋白氧飽和度常數(shù)儲(chǔ)存部48和儲(chǔ)存血流量常數(shù)的血流量常數(shù)儲(chǔ)存部29。計(jì)算程序在手指的測(cè)定結(jié)束后，從Hb/O2常數(shù)儲(chǔ)存部及血流量常數(shù)儲(chǔ)存部調(diào)用最佳常數(shù)并進(jìn)行計(jì)算。此外，處理計(jì)算所需的內(nèi)存區(qū)域由同樣組裝到裝置中的RAM42確保。計(jì)算處理的結(jié)果顯示在液晶顯示部11。
而且，在本實(shí)施例中，雖然在裝置內(nèi)進(jìn)行代謝量的計(jì)算，但也可在IC卡中保存生理參數(shù)并用例如其它PC讀取IC卡數(shù)據(jù)以計(jì)算代謝量。
在ROM中，作為處理計(jì)算所必需的程序構(gòu)成要素，特別存有用于求代謝量的函數(shù)。該函數(shù)如下般確定。首先，代謝量由式(9)表示。式(9)中的數(shù)a-e根據(jù)多個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)事先確定。求a-e(ai(i＝0，1，2，3，4))的順序如下(1)構(gòu)成表示生理參數(shù)和另外測(cè)定的代謝量的關(guān)系的重回歸式。
(2)從由最小平方法所得到的式子求與生理參數(shù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方程式(聯(lián)立方程式)。
(3)從標(biāo)準(zhǔn)方程式求系數(shù)ai(i＝1，2，3，4，5)的值，并代入重回歸式。
而且，葡萄糖濃度由式(15)表示。式(15)中的數(shù)a-f根據(jù)多個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)事先確定。求a-f(ai(i＝0，1，2，3，4，5))的順序可與上述代謝量同樣地進(jìn)行。這里，表示了葡萄糖濃度的實(shí)例。
首先，構(gòu)成表示血糖濃度Gc和生理參數(shù)X1＝(TFS-TR)/ωb、X2＝TFS/ωb、X3＝(TFS-TR)、X4＝Tc、X5＝StO2的關(guān)系的以下回歸式(19)。
數(shù)學(xué)式12C＝f(X1，X2，X3，X4，X5)＝a0+a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5(19)接著，使用最小平方法來(lái)求與由酶電極法所得的血糖濃度測(cè)定值Gc間的誤差為最小的重回歸式。如果設(shè)殘差的平方和為D，則D由下式(20)表示。
數(shù)學(xué)式13D=Σi=1ndi2]]>=Σi=1n(Ci-f(Xi1,Xi2,Xi3,Xi4,Xi5))2]]>=Σi=1n{Ci-(a0+a1Xi1+a2Xi2+a3Xi3+a4Xi4+a5Xi5)}2---(20)]]>由于在將式(20)對(duì)a0，a1，......，a5進(jìn)行偏微分且為0時(shí)殘差的平方和D為最小，所以可得下式。
數(shù)學(xué)式14
∂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---(21)]]>若設(shè)C、X1-X5的平均值為Cmean、X1mean-X5mean，由于Ximean＝0(i＝1-5)，所以可從式(19)得到式(22)。
數(shù)學(xué)式15a0＝Cmean-a1X1mean-a2X2mean-a3X3mean-a4X4mean-a5X5mean＝Cmean(22)而且，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)間的變動(dòng)及共變由式(23)表示，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)Xi(i＝1-5)和C的共變由式(24)表示。
數(shù)學(xué)式16Sij=Σk=1n(Xki-Ximean)(Xkj-Xjmean)=Σk=1nXkiXkj,(i,j=1,2,...5)---(23)]]>SiC=Σk=1n(Xki-Ximean)(Ck-Cmean)=Σk=1nXki(Ck-Cmean),(i,j=1,2,...5)---(24)]]>如果將式(22)、(23)、(24)代入式(21)并整理，可得下面的聯(lián)立方程式(標(biāo)準(zhǔn)方程式)(25)，對(duì)其進(jìn)行求解以求a1-a5。
數(shù)學(xué)式17a1S11+a2S12+a3S13+a4S14+a5S15＝S1Ca1S21+a2S22+a3S23+a4S24+a5S25＝S2Ca1S31+a2S32+a3S33+a4S34+a5S35＝S3C
a1S41+a2S42+a3S43+a4S44+a5S45＝S4Ca1S51+a2S52+a3S53+a4S54+a5S55＝S5C(25)常數(shù)項(xiàng)a0用式(22)求出。由以上求得的ai(i＝0，1，2，3，4，5)在裝置制造時(shí)儲(chǔ)存到ROM中。在由裝置所進(jìn)行的實(shí)際測(cè)定中，通過(guò)將從測(cè)定值求得的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1-X5代入到回歸式(19)中，便可算出葡萄糖濃度。另外，ai(i＝0，1，2，3，4，5)也可以不是在裝置制造時(shí)，而是儲(chǔ)存在銷(xiāo)售后使用的每個(gè)人所購(gòu)得的IC卡中。
下面，表示代謝量的算出過(guò)程的具體例子。根據(jù)預(yù)先對(duì)多人進(jìn)行測(cè)定的多個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)確定式(9)的系數(shù)，將下述的代謝量的計(jì)算式儲(chǔ)存在微處理器的ROM中。
數(shù)學(xué)式18代謝量＝13415-308Tc-31(TFS-TR)+38(TFS-TR)/ωb-6.4TFS/ωb作為測(cè)定值的一個(gè)實(shí)例，將測(cè)定數(shù)據(jù)Tc＝36.45、TFS-TR＝7.80、(TFS-TR)/ωb＝13.11、TFS/ωb＝54.03代入上式時(shí)，則為8.8kJ。這時(shí)的由閉合電路系統(tǒng)的間接熱量測(cè)定法所得的代謝量為8.7kJ。另外，將由閉合電路系統(tǒng)的間接熱量測(cè)定法所得的代謝量為8.2kJ時(shí)的測(cè)定數(shù)據(jù)Tc＝36.99、TFS-TR＝6.76、(TFS-TR)/ωb＝7.68、TFS/ωb＝35.41代入上式，則為7.9kJ。
圖9是將縱軸作為由本發(fā)明方法所得的代謝量算出值，將橫軸作為由閉合電路系統(tǒng)的間接熱量測(cè)定法所得的代謝量的測(cè)定值，對(duì)多個(gè)被測(cè)者描繪各自的測(cè)定值的圖。通過(guò)按照本法測(cè)定人的體溫、手指溫度、血流量并算出代謝量，便可得到良好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)＝0.82)。
下面表示葡萄糖濃度的算出過(guò)程的具體例子。根據(jù)預(yù)先對(duì)多人測(cè)定的多個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)確定式(15)的系數(shù)，并將下述葡萄糖濃度的計(jì)算式儲(chǔ)存在微處理器的ROM中。
數(shù)學(xué)式19Gc＝2256.8-54.4Tc+8.7(TFS-TR)-4.95(TFS-TR)/ωb-0.7TFS/ωb-182.3StO2
作為測(cè)定值的一個(gè)實(shí)例，將測(cè)定數(shù)據(jù)Tc＝36.45、TFS-TR＝7.80、(TFS-TR)/ωb＝13.11、TFS/ωb＝54.03、StO2＝0.72代入上式，則為148.1mg/dl。這時(shí)血糖濃度為178.6mg/dl。另外，將血糖濃度為203.4mg/dl時(shí)的測(cè)定數(shù)據(jù)Tc＝36.52、TFS-TR＝7.81、(TFS-TR)/ωb＝11.30、TFS/ωb＝46.51、StO2＝0.49代入上式，則為201.5mg/dl。
圖10是將縱軸作為由本發(fā)明方法所得的葡萄糖濃度的算出值，將橫軸作為由酶電極法所得的葡萄糖濃度的測(cè)定值并對(duì)多個(gè)被測(cè)者描繪各自的測(cè)定值的圖。通過(guò)按照本法測(cè)定人的體溫、手指溫度、供氧量及血流量并算出葡萄糖濃度，便可得到良好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)＝0.84)。
而且，若將算出的葡萄糖濃度乘以式(11)的系數(shù)A，則可算出對(duì)應(yīng)于血糖濃度的代謝量。
雖然在實(shí)施例中求出了對(duì)應(yīng)于葡萄糖濃度的代謝量，但是作為葡萄糖以外的物質(zhì)的代謝量有中性脂肪和/或膽固醇的代謝量，根據(jù)這些血中濃度和測(cè)定值構(gòu)成計(jì)算式，也可求出對(duì)應(yīng)于中性脂肪及膽固醇濃度的代謝量。
另外，由于與算出的代謝量或葡萄糖濃度或血糖濃度等相對(duì)應(yīng)的代謝量積累的測(cè)定值的傾向?qū)】嫡吆突加袆?dòng)脈硬化或心臟病、耐糖能力異常等代謝病疾病的患者不同，所以這些算出的值還是可用作把握病情的指標(biāo)。通過(guò)將積累的代謝量按時(shí)間序列表示，則可容易地判斷其傾向。
權(quán)利要求
1.一種代謝量測(cè)定裝置，其特征在于，具備測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；測(cè)定來(lái)自被測(cè)定體體表上的第一部位的溫度的第一部位溫度測(cè)定器；攝取與上述被測(cè)定體的上述第一部位不同位置的第二部位的溫度的第二部位溫度攝取部；取得與上述第一部位的血流量相關(guān)的信息的血流量取得部；存儲(chǔ)上述環(huán)境溫度、來(lái)自上述第一部位的溫度、上述第二部位的溫度及上述血流量與代謝量之間的關(guān)系的存儲(chǔ)部；運(yùn)算部，其將由上述環(huán)境溫度測(cè)定器測(cè)定到的環(huán)境溫度、由上述第一部位溫度測(cè)定器測(cè)定到的第一部位溫度、由上述第二部位溫度攝取部攝取到的第二部位溫度和由上述血流量取得部取得的血流量運(yùn)用于存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)部中的上述關(guān)系中來(lái)運(yùn)算代謝量；顯示由上述運(yùn)算部運(yùn)算得到的結(jié)果的顯示部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述第二部位溫度攝取部由體溫計(jì)構(gòu)成，上述體溫計(jì)的輸出供給上述運(yùn)算部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述第二部位溫度攝取部具有用于以數(shù)值方式輸入體溫的操作部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述血流量取得部具有對(duì)上述第一部位照射光的光源和測(cè)定從上述第一部位漫反射的光的頻譜的光測(cè)定器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述血流量取得部具有用于以數(shù)值方式輸入血流量的操作部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于其還具有取得與上述第一部位的氧飽和度有關(guān)的信息的氧飽和度攝取部；上述存儲(chǔ)部存儲(chǔ)來(lái)自上述第一部位的溫度、上述第二部位的溫度及上述血流量和上述氧飽和度與代謝量之間的關(guān)系；上述運(yùn)算部將由上述環(huán)境溫度測(cè)定器測(cè)定到的環(huán)境溫度、由上述第一部位溫度測(cè)定器測(cè)定到的第一部位溫度、由上述第二部位溫度攝取部攝取到的第二部位溫度、由上述血流量取得部取得的血流量和由上述氧飽和度攝取部取得的氧飽和度運(yùn)用于存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)部中的上述關(guān)系中來(lái)運(yùn)算代謝量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述氧飽和度攝取部具有照射至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光的光源部，檢測(cè)來(lái)自在上述體表散射的上述光源部的光的檢測(cè)器，根據(jù)上述檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果運(yùn)算血紅蛋白氧飽和度的運(yùn)算單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述氧飽和度攝取部具有用于以數(shù)值方式輸入氧飽和度的操作部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述第一部位溫度測(cè)定器具有手指放置部和測(cè)定來(lái)自放置于上述手指放置部上的手指的上述第一部位的溫度的溫度傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述溫度傳感器測(cè)定來(lái)自上述第一部位的輻射溫度。
11.一種代謝量測(cè)定裝置，其特征在于，具備測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器；與體表第一部位接觸的體表接觸部；與上述體表接觸部連接且一端開(kāi)口的筒狀部件；設(shè)于上述筒狀部件的另一端的附近，測(cè)定來(lái)自上述第一部位的輻射熱的輻射溫度計(jì)；取得與上述第一部位的血流量相關(guān)的信息的血流量取得部；朝向上述筒狀部件的上述一端，且照射至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光的光源；檢測(cè)與上述體表相互作用的光的光檢測(cè)器；攝取與上述體表的上述第一部位不同部位的第二部位的溫度的第二部位溫度攝取部；運(yùn)算部，其將由上述環(huán)境溫度測(cè)定器測(cè)定到的環(huán)境溫度、由上述輻射溫度計(jì)測(cè)定到的第一部位溫度、由上述第二部位溫度攝取部攝取到的第二部位溫度、由上述血流量取得部取得的血流量及由上述光檢測(cè)器測(cè)定得到的光檢測(cè)結(jié)果運(yùn)用于與預(yù)先存儲(chǔ)的與代謝量之間的關(guān)系中來(lái)運(yùn)算代謝量；顯示從上述運(yùn)算部輸出的結(jié)果的顯示部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述第二部位溫度攝取部是體溫計(jì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述第二部位溫度攝取部是用于以數(shù)值方式輸入體溫的操作部。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述第一部位是被測(cè)定體的四肢部位，上述輻射溫度計(jì)測(cè)定來(lái)自上述四肢部位的輻射熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于具有累積從上述運(yùn)算部輸出的結(jié)果的累積部，在上述顯示部按時(shí)間序列顯示上述累積部中所累積的數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述代謝量是葡萄糖的代謝量。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的代謝量測(cè)定裝置，其特征在于上述代謝量是中性脂肪和/或膽固醇的代謝量。
全文摘要
本發(fā)明根據(jù)生理參數(shù)測(cè)定來(lái)進(jìn)行代謝量測(cè)定。通過(guò)測(cè)定生理參數(shù)并使用考慮了身體熱平衡的代謝量計(jì)算式來(lái)簡(jiǎn)便地算出代謝量。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK1947653SQ20051009751
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者內(nèi)田剛, 三卷弘, 木口雅史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所