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)明涉及不需采血測(cè)定生物活體中葡萄糖濃度的非入侵式血糖值測(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(wèn)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等人提出了不用采血，通過(guò)測(cè)定溫度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)于不用采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(zhǎng)的近紅外光照射測(cè)定部位，檢測(cè)出透過(guò)光強(qiáng)度，同時(shí)檢測(cè)出體溫，求出吸光率的2次微分值的代表值，對(duì)應(yīng)基于預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)溫度產(chǎn)生的體溫偏移修正上述代表值，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)定部位檢測(cè)體溫的同時(shí)進(jìn)行加熱或冷卻，基于溫度變化瞬間的光照射測(cè)定減光度，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(guò)光的輸出比，從輸出比的對(duì)數(shù)和體溫的1次式計(jì)算出葡萄糖濃度的裝置(專利文獻(xiàn)5)。
Diabe&METABOLISME，“FACIAL AND SUBLINGUALTEMPERATURE CHANGES FOLLOWING INTRAVENOUS GLUCOSEINJECTION IN DIABETICS”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(guó)專利第5,924,996號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]美國(guó)專利第5,795,305號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開(kāi)平2000-258343號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]特開(kāi)平10-33512號(hào)公報(bào) 特開(kāi)平10-108857號(hào)公報(bào)血液中的葡萄糖(血糖)在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生葡萄糖氧化反應(yīng)，產(chǎn)生維持活體必需的能量。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能，故可以預(yù)想到血液中的葡萄糖濃度和體溫之間存在某種關(guān)系。但是，考慮到生病發(fā)燒，很明顯體溫也會(huì)由于血液中葡萄糖濃度以外的主要因素產(chǎn)生變動(dòng)。以往，提出了不用采血通過(guò)測(cè)定溫度求出血液中葡萄糖濃度的方法，但很難說(shuō)具有足夠的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可以根據(jù)被檢測(cè)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(guò)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，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(shuō)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)生的熱量通過(guò)對(duì)流、熱輻射、傳導(dǎo)等方式被從身體奪走。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，構(gòu)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(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。
依據(jù)該模型，發(fā)現(xiàn)對(duì)體表進(jìn)行熱測(cè)定，同時(shí)測(cè)定和血液中氧濃度有關(guān)的參數(shù)及和血流量有關(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(guò)對(duì)指尖進(jìn)行熱測(cè)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(guān)的參數(shù)，可以依分光學(xué)方式測(cè)定血液中的血紅蛋白，通過(guò)攜氧血紅蛋白和非攜氧血紅蛋白比率求出。另外，特別是對(duì)于和血液中血紅蛋白濃度及血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的參數(shù)，即使不進(jìn)行測(cè)定，采用預(yù)先存儲(chǔ)的常數(shù)也不會(huì)對(duì)測(cè)定精度有太大損害。與血流量有關(guān)的參數(shù)可以通過(guò)測(cè)定來(lái)自皮膚的熱移動(dòng)量求出。
作為本發(fā)明的血糖值測(cè)定裝置的一個(gè)例子，具有測(cè)定來(lái)自體表的多個(gè)溫度、得到用于計(jì)算出與來(lái)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，得到與血液中氧量有關(guān)的信息的氧量測(cè)定部，存儲(chǔ)與多個(gè)溫度及血液中氧量各自對(duì)應(yīng)的參數(shù)和血糖值的關(guān)系的存儲(chǔ)部，將由熱量測(cè)定部及氧量測(cè)定部輸入的多個(gè)測(cè)定值各自轉(zhuǎn)換成上述參數(shù)、并將上述參數(shù)適用于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部的上述關(guān)系中計(jì)算血糖值的計(jì)算部，顯示由計(jì)算部計(jì)算出的血糖值的顯示部。氧量測(cè)定部具有得到與血流量有關(guān)的信息的血流量測(cè)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(xué)測(cè)定部，血流量測(cè)定部具有體表接觸部、引導(dǎo)被檢測(cè)體到體表接觸部的導(dǎo)件、與體表接觸部鄰接設(shè)置的鄰接溫度檢測(cè)器、檢測(cè)出離開(kāi)體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器、連接體表接觸部和上述間接溫度檢測(cè)器的熱傳導(dǎo)部件。
本發(fā)明的血糖值測(cè)定裝置的另一例，具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器，接觸體表的體表接觸部，引導(dǎo)被檢測(cè)體到體表接觸部的導(dǎo)件，鄰接體表接觸部設(shè)置的鄰接溫度檢測(cè)器，測(cè)定來(lái)自體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器，連接體表接觸部設(shè)置的熱傳導(dǎo)部件，鄰接熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)置在離開(kāi)體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開(kāi)體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器，向體表接觸部照射至少2個(gè)不同波長(zhǎng)的光的光源，檢測(cè)出光在上述體表反射產(chǎn)生的反射光的光檢測(cè)器，具有將鄰接溫度檢測(cè)器、間接溫度檢測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)定器、輻射熱檢測(cè)器及光檢測(cè)器各自的輸出各自轉(zhuǎn)換成參數(shù)的轉(zhuǎn)換部和預(yù)先存儲(chǔ)上述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、并將上述參數(shù)適用于上述關(guān)系計(jì)算出血糖值的處理部的計(jì)算部，顯示由計(jì)算部輸出的血糖值的顯示部。
本發(fā)明的血糖值測(cè)定裝置的另一例，具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器，接觸體表的體表接觸部，引導(dǎo)被檢測(cè)體到體表接觸部的導(dǎo)件，鄰接體表接觸部設(shè)置的鄰接溫度檢測(cè)器，測(cè)定來(lái)自體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器，連接體表接觸部設(shè)置的熱傳導(dǎo)部件，鄰接熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)置在離開(kāi)體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開(kāi)體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器，存儲(chǔ)與血液中血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的存儲(chǔ)部，具有將鄰接溫度檢測(cè)器、間接溫度檢測(cè)器、環(huán)境溫度測(cè)定器及輻射熱檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換成參數(shù)的轉(zhuǎn)換部和預(yù)先存儲(chǔ)上述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、并將上述參數(shù)適用于上述關(guān)系計(jì)算出血糖值的處理部的計(jì)算部，顯示由計(jì)算部輸出的血糖值的顯示部。
上述導(dǎo)件可以設(shè)成包圍著體表接觸部。另外，導(dǎo)件可以具有決定被檢測(cè)體位置的止動(dòng)件，止動(dòng)件可以由確定被檢測(cè)體的前端位置的第1止動(dòng)件和確定被檢測(cè)體的寬度方向位置的第2及第3止動(dòng)件構(gòu)成。止動(dòng)件位置可以是可調(diào)的。止動(dòng)件最好是具有小于等于0.1W/m·k的熱傳導(dǎo)率。另外，導(dǎo)件還可以具有仿照被檢測(cè)體形狀的凹槽。
根據(jù)本發(fā)明，不僅可以進(jìn)行非入侵式測(cè)定而且還能以和以往的侵入式方法相同的精度求出血糖值。


圖1是說(shuō)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)定例之圖；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(shuō)明圖；圖5是本發(fā)明的非入侵式血糖值測(cè)定裝置的俯視圖；圖6是表示裝置的操作步驟的圖；圖7是測(cè)定部的詳細(xì)圖；圖8是詳細(xì)表示手指放置部和手指放置導(dǎo)件的圖；圖9是表示手指接觸型手指放置導(dǎo)件的例子的圖；圖10是表示手指接觸型手指放置導(dǎo)件的其他例的圖；圖11是表示在裝置內(nèi)數(shù)據(jù)處理的流程的概念圖；圖12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；圖13是測(cè)定部的其他例的詳細(xì)圖；圖14是表示在裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)保管場(chǎng)所的概念圖；圖15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。
具體實(shí)施例方式
下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。為了容易理解，在下面的圖中對(duì)于同樣的功能部分標(biāo)注同一符號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。
首先，對(duì)具體的前述模型進(jìn)行說(shuō)明?？紤]散熱量問(wèn)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)，依斯蒂芬-玻耳茲曼定律，作為另一主要因素的輻射的散熱量，同體表溫度的4次方成比例。因而，知道來(lái)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。
這里，血紅蛋白濃度可以通過(guò)攜氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)相等時(shí)的波長(zhǎng)(等吸光波長(zhǎng))處的吸光率來(lái)測(cè)定。血紅蛋白氧飽和度可通過(guò)測(cè)量在等吸光波長(zhǎng)處的吸光率，以及在至少一種不同波長(zhǎng)處的吸光率后，通過(guò)求解聯(lián)立方程來(lái)測(cè)定。其中在至少一種不同的波長(zhǎng)處，攜氧血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)的比率是已知的。即，血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度可以通過(guò)測(cè)定最少2個(gè)波長(zhǎng)的吸光率得到。
剩下的是血流量。血流量可以通過(guò)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(shuō)明。
圖1是說(shuō)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(kāi)時(shí)，從體表到塊的熱傳遞的模型圖。塊材質(zhì)可以用塑料等的樹(shù)脂例如氯乙烯。這里，著眼于塊和體表接觸部分的溫度T1的時(shí)間變化，及在塊上部離開(kāi)體表的位置的溫度T2的時(shí)間變化。血流量可以主要通過(guò)追蹤溫度T2(在塊上的空間上離開(kāi)體表的點(diǎn)的溫度)的時(shí)間變化來(lái)推定。下面詳細(xì)地說(shuō)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，并接近體表溫度Ts。另一方面，由于傳導(dǎo)到塊內(nèi)的熱量從固體塊表面放熱，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在皮膚下的毛細(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(guò)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移動(dòng)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。因此，通過(guò)時(shí)間方式追蹤T1、T2的溫度變化，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，并由此可以推定血流量。
圖2是表示在塊中和體表接觸部分的溫度T1及離開(kāi)體表接觸位置的塊上的位置的溫度T2的測(cè)定值的時(shí)間變化的圖。塊和體表接觸時(shí)T1測(cè)定值迅速上升，分離時(shí)緩慢下降。
圖3表示通過(guò)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。由于作為溫度T3測(cè)定來(lái)自體表的輻射的溫度，因此要比其他傳感器對(duì)溫度變化反應(yīng)敏感。由于輻射熱以電磁波傳播，可以在瞬間傳達(dá)溫度變化。因此，例如，如下面圖7所示，如果將輻射溫度檢測(cè)器放置在靠近應(yīng)檢測(cè)來(lái)自體表的輻射熱的塊與體表接觸的位置的話，就能夠從溫度T3的變化可以檢測(cè)出塊和體表的接觸開(kāi)始時(shí)刻tstart及接觸結(jié)束時(shí)刻tend。例如，如圖3所示設(shè)定溫度閾值，將超過(guò)閾值時(shí)設(shè)定為接觸開(kāi)始時(shí)刻tstart，將從閾值開(kāi)始下降時(shí)設(shè)定為接觸結(jié)束時(shí)刻tend。溫度閾值例如設(shè)定為32℃等。
接著，通過(guò)S型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×i)+d]]>可以通過(guò)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位置的熱移動(dòng)量越大。另外，手指接觸時(shí)間tCONT(＝tend-tstart)越長(zhǎng)，(S1-S2)越大。由此，把a(bǔ)5作為比例系數(shù)，把a(bǔ)5/(tCONT×(S1-S2))作為表示血流量的參數(shù)X5。
基于以上說(shuō)明，為通過(guò)前述模型求出血液中葡萄糖濃度，需要知道室溫(環(huán)境溫度)、體表溫度、和體表接觸的塊的溫度變化、來(lái)自體表的輻射的溫度及最少2個(gè)波長(zhǎng)的吸光率等必要的測(cè)定量。
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(shuō)明圖。準(zhǔn)備和體表接觸的塊，通過(guò)在其2處設(shè)置有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。以與血紅蛋白的吸收有關(guān)的至少兩種波長(zhǎng)測(cè)定吸光率A1、A2。由溫度T1、T2、T3、T4得到與血流量有關(guān)的參數(shù)。由溫度T3得到與輻射傳熱量有關(guān)的參數(shù)，由T3和T4得到與對(duì)流傳熱量有關(guān)的參數(shù)。另外，由吸光率A1得到與血紅蛋白濃度有關(guān)的參數(shù)，由吸光率A1和A2得到與血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的參數(shù)。
接著，依據(jù)本發(fā)明的原理對(duì)實(shí)現(xiàn)非入侵式血糖值的具體裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
圖5是本發(fā)明的非入侵式血糖值測(cè)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(shè)有操作部11，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、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～11d。在測(cè)定部12中，設(shè)有蓋14，打開(kāi)蓋14(圖表示開(kāi)蓋的狀態(tài))，在手指放置導(dǎo)件36中存在具有橢圓形圓周的手指放置部15。在手指放置部15中，有輻射溫度傳感器的開(kāi)口端16、接觸溫度傳感器部17和光學(xué)傳感器部18。
圖6表示裝置的操作步驟。如果按操作部的按鈕接通裝置電源，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)，檢測(cè)程序運(yùn)作，自動(dòng)檢測(cè)電子電路。如果“加熱”結(jié)束，在液晶顯示部顯示“請(qǐng)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(jì)時(shí)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，在液晶顯示部顯示“請(qǐng)移開(kāi)手指”。如果將手指離開(kāi)手指放置部，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(shí)，顯示的血糖值連同日期·時(shí)間存儲(chǔ)在集成電路板(IC卡)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(jìn)入等待下次測(cè)定、在液晶顯示部顯示“請(qǐng)放置手指”的狀態(tài)。
圖7是表示測(cè)定部詳細(xì)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(duì)本發(fā)明的非入侵式血糖值測(cè)定裝置的溫度測(cè)定進(jìn)行說(shuō)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，以傳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)有作為測(cè)定金屬板21的溫度并且構(gòu)成同被檢測(cè)部鄰接的溫度檢測(cè)器的熱敏電阻23，及作為測(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構(gòu)成間接檢測(cè)同被檢測(cè)部的溫度檢測(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)部位置設(shè)置有紅外線透鏡25，在紅外線透鏡25的下方通過(guò)紅外線透過(guò)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是詳細(xì)表示手指放置部和手指放置導(dǎo)件的圖。(a)是俯視圖，(b)是其XX截面圖。如按照上述裝置操作步驟，在測(cè)定時(shí)將手指37放置在手指放置部15上進(jìn)行測(cè)定。對(duì)該動(dòng)作稍加詳細(xì)地描述，在如圖5所示的方向?qū)⒀b置放在被檢測(cè)者的前面，手指大概保持在手指放置部15的高度同時(shí)使其水平移動(dòng)，放置在手指放置部15進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)該動(dòng)作，如圖中所示，手指37接觸手指放置部15及接觸溫度傳感器部的金屬板21而設(shè)置。
由于手指放置導(dǎo)件36在放置手指的動(dòng)作時(shí)起以視覺(jué)方式引導(dǎo)手指的作用，為了可以每次都在指肚部的大致相同位置進(jìn)行測(cè)定，在手指放置部15的周圍設(shè)置為接近手指輪廓的橢圓形狀，尺寸比手指稍大，并且，如圖8(b)所示，手指放置導(dǎo)件36設(shè)置在放置手指時(shí)不會(huì)接觸手指的位置。手指放置導(dǎo)件36通過(guò)不接觸手指，可以手指的熱量不向其傳遞地引導(dǎo)手指到手指放置部15。因此，本例的手指放置導(dǎo)件36的材料沒(méi)有特別地限制，例如可以采用氯乙烯、ABS樹(shù)脂等，插入裝置本體的外裝盒·傳感器部或一體成型都可以。手指放置導(dǎo)件36的大小對(duì)應(yīng)手指在橫向的外徑尺寸可以是20～30mm左右，在前后方向的外徑尺寸可以是40～60mm左右。在手指放置導(dǎo)件36和手指放置部15之間，可以設(shè)有深度為3～5mm左右的溝。
在手指放置導(dǎo)件36和空氣具有同程度的熱傳導(dǎo)率時(shí)，可以使手指37和手指放置導(dǎo)件36接觸，可以做成物理意義上的手指定位結(jié)構(gòu)。和手指接觸的手指放置導(dǎo)件36的熱傳導(dǎo)率可以和空氣實(shí)質(zhì)上相同或比空氣小，最好是具有空氣熱傳導(dǎo)率±15％范圍內(nèi)的低熱傳導(dǎo)率的材料。這是由于期望在和空氣中放置手指的狀態(tài)盡可能相同的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)定。作為具有接近空氣的熱傳導(dǎo)率的材料，例如有聚乙烯泡沫塑料(0.027W/m·k)。但是，即使采用具有小于等于0.1W/m·k的熱傳導(dǎo)率的材料也不會(huì)對(duì)測(cè)定精度產(chǎn)生大的影響。采用和空氣具有同程度的熱傳導(dǎo)率的部件的手指放置導(dǎo)件36的例子如圖9和圖10所示。
圖9是表示手指接觸型手指放置導(dǎo)件的例子的圖，(a)是俯視圖，(b)是其XX截面圖。如圖9所示的手指放置導(dǎo)件，除了包圍手指放置部15并朝向指肚側(cè)的部分36以外，還具有采用低熱傳導(dǎo)部件的屏風(fēng)狀手指放置導(dǎo)件36a。在手指放置到手指放置部15上時(shí)，屏風(fēng)狀手指放置導(dǎo)件36a接觸指尖決定前后方向的位置。還可以附加決定手指左右方向的位置的屏風(fēng)狀手指放置導(dǎo)件36b或36c。這些屏風(fēng)狀手指放置導(dǎo)件做成左右或前后可動(dòng)，可以做成能調(diào)整到適合被檢測(cè)者個(gè)人指肚的位置的結(jié)構(gòu)。屏風(fēng)狀手指放置導(dǎo)件36a，36b，36c和手指的接觸面積越大其越大，最好是采用具有接近空氣的熱傳導(dǎo)率的材料。
在圖9所示的可動(dòng)結(jié)構(gòu)的例子中，可動(dòng)結(jié)構(gòu)具有為使手指放置導(dǎo)件36a，36b，36c左右或前后移動(dòng)的溝38，該溝在可動(dòng)區(qū)域內(nèi)決定手指放置導(dǎo)件位置，并且設(shè)有多個(gè)用于固定的楔狀的凹槽。通過(guò)固定在手指放置導(dǎo)件上或一體成型的擋體39嵌入該凹槽中決定手指放置導(dǎo)件位置和對(duì)其進(jìn)行固定。
圖10是表示手指接觸型手指放置導(dǎo)件的其他例的圖，(a)是俯視圖，(b)是其XX截面圖，(c)是側(cè)面圖。手指放置導(dǎo)件36使用與上述同樣的具有和空氣同程度的熱傳導(dǎo)率的低熱傳導(dǎo)部件，手指放置導(dǎo)件36本身形成大致呈手指形狀的凹槽。通過(guò)使手指吻合該凹槽可以將指肚定位于手指放置部而放置。
即使圖9、圖10所示形狀以外的形狀，只要手指放置導(dǎo)件的材料具有和空氣同等的熱傳導(dǎo)率，就可以用作手指放置導(dǎo)件。這些手指放置導(dǎo)件36在將手指放置在手指放置部15時(shí)，改善了手指放置部15被指尖遮擋從而很難正確地放置指肚的狀況，具有使手指放置動(dòng)作容易的效果。
接著，對(duì)光學(xué)傳感器部18進(jìn)行說(shuō)明。光學(xué)傳感器部是為了求出氧供給量而測(cè)定必要的血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度。要測(cè)定血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度，需要測(cè)定最少2個(gè)波長(zhǎng)下的吸光率，圖7(c)表示通過(guò)2個(gè)光源33，34和1個(gè)檢測(cè)器35進(jìn)行2個(gè)波長(zhǎng)測(cè)定的結(jié)構(gòu)例子。
2個(gè)光纖維31，32的端部位于光學(xué)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7(c)所示，光纖維31和形成支線的纖維31a，31b連接，在其末端設(shè)置有2個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)光二極管33，34。在接受光用的光纖維32的末端設(shè)置有光電二極管35。發(fā)光二極管33發(fā)射出波長(zhǎng)810nm的光，發(fā)光二極管34發(fā)射出波長(zhǎng)950nm的光。波長(zhǎng)810nm是攜氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)相等時(shí)的等吸光波長(zhǎng)，波長(zhǎng)950nm是攜氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)的差值大時(shí)的波長(zhǎng)。
2個(gè)發(fā)光二極管33，34分時(shí)地發(fā)光，由發(fā)光二極管33，34發(fā)出的光通過(guò)光照射用光纖維31照射到被檢測(cè)者的手指上。照射到手指的光在手指的皮膚反射，射入接受光用光纖維32中通過(guò)光電二極管35被檢測(cè)出。照射到手指的光在手指的皮膚反射時(shí)，一部分光通過(guò)皮膚侵入組織內(nèi)部，由毛細(xì)血管中流著的血液中的血紅蛋白所吸收。光電二極管35的測(cè)定數(shù)據(jù)為反射率R，吸光率用log(1/R)來(lái)近似地計(jì)算。通過(guò)波長(zhǎng)810nm和波長(zhǎng)950nm的光各自進(jìn)行照射，各自測(cè)定R值，并且求出log(1/R)，來(lái)測(cè)定波長(zhǎng)810nm的吸光率A1和波長(zhǎng)950nm的吸光率A2。
假設(shè)脫氧血紅蛋白濃度為[Hb]，攜氧血紅蛋白濃度為[HbO2]，用下式表示吸光率A1和吸光率A2。
A1=a×([Hb]×AHb(810nm)+[HbO2]×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)、AHbO2(810nm)和AHbO2(950nm)分別為脫氧血紅蛋白、攜氧血紅蛋白的摩爾吸光系數(shù)，在各波長(zhǎng)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。
+[HbO2]=A1a×AHbO2(810nm)]]>[HbO2][Hb]+[HbO2]=A2×AHbO2(810nm)-A1×AHb(950nm))A1×(AHbO2(950nm)-AHb(950nm))]]>另外，這里對(duì)通過(guò)2個(gè)波長(zhǎng)下的吸光率測(cè)定對(duì)測(cè)定血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但也可通過(guò)用3個(gè)以上波長(zhǎng)測(cè)定吸光率，來(lái)降低阻礙成分的影響，提高測(cè)定精度。
圖11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、熱敏電阻28和光電二極管35組成的5個(gè)傳感器。由于以光電二極管35測(cè)定波長(zhǎng)810nm的吸光率和波長(zhǎng)950nm的吸光率，故在裝置中輸入6種測(cè)定值。
5種模擬信號(hào)各自經(jīng)過(guò)A1～A5的放大器，通過(guò)AD1～AD5的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。由進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換后的值計(jì)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(duì)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(950nm)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(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(guò)下面的公式由各參數(shù)xi計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)Xi(i＝1，2，3，4，5)。
Xi=xi-x‾iSD(xi)]]>xi參數(shù) 參數(shù)的平均值SD(xi)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差取前述的5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變換計(jì)算。在處理計(jì)算中必要的程序儲(chǔ)存在ROM中，該ROM安裝于裝在裝置里的微處理器中。另外，在處理計(jì)算中必要的儲(chǔ)存區(qū)同樣地由安裝在裝置中的RAM(隨機(jī)存取儲(chǔ)存器)來(lái)保證。計(jì)算處理的結(jié)果顯示在液晶顯示器上。
在ROM中存入了作為處理計(jì)算時(shí)必要的程序組成要素，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＝0，1，2，3，4，5)預(yù)先由多個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)決定。求ai的步驟如下。
(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(guò)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)方程式求出系數(shù)ai(i＝0，1，2，3，4，5)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，X4，X5關(guān)系的下面的回歸式(1)。
C＝∫(X1，X2，X3，X4，X5)＝a0+a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5……(1)接著，為了求出和酶電極法的葡萄糖濃度值Ci的誤差最小的多重回歸式，采用最小二乘法。假設(shè)殘差的平方和為D，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)]]>
由于在以a0，a1，…，a5對(duì)式(2)偏微分等于零時(shí)，殘差的平方和D最小，從而得到下式。
∂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(shè)C，X1～X5的平均值各自為Cmean，X1mean～X5mean，由于Ximean＝0(i＝1～5)，由式(1)得到式(4)。
a0＝Cmean-a1X1mean-a2X2mean-a3X3mean-a4X4mean-a5X5mean＝Cmean……(4)另外，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)之間的變動(dòng)·共變用式(5)表示，標(biāo)準(zhǔn)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)]]>SiC=Σk=1n(Xki-Ximean)(Ck-Cmean)=Σk=1nXki(Ck-Cmean)(i=1,2,..5)......(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(guò)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+a2S32+a3S53+a4S34+a5S35＝S5C……(7)
用式(4)求出常數(shù)項(xiàng)a0。以上求得的ai(i＝0，1，2，3，4，5)在裝置制造時(shí)被儲(chǔ)存在ROM中。在利用裝置作實(shí)際測(cè)定中，通過(guò)把由測(cè)定值求出的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1～X5代入回歸式(1)中，計(jì)算出葡萄糖濃度C。
下面給出葡萄糖濃度計(jì)算過(guò)程的具體例子。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＝99.4+18.3×X1-20.2×X2-23.7×X3-22.0×X4-25.9×X5X1～X5是對(duì)參數(shù)x1～x5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＝+0.05、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(cè)定值作為一個(gè)例子，把標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定方法即酶電極法中，使通過(guò)采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，測(cè)定血糖值。下面對(duì)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89mg/dl時(shí)，把同時(shí)刻通過(guò)本發(fā)明方法測(cè)定得到的標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定值作為一個(gè)例子，在酶電極法的葡萄糖濃度為238mg/dl時(shí)，把同時(shí)刻通過(guò)本發(fā)明方法測(cè)定得到的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果，通過(guò)本發(fā)明方法可以高精度地求出葡萄糖濃度得到證實(shí)。
圖12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(guò)按照本發(fā)明方法測(cè)定氧供給量·血流量可以得到良好的相關(guān)(相關(guān)系數(shù)＝0.9324)。
在上述的實(shí)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(guān)的參數(shù)通過(guò)以分光學(xué)方式測(cè)定血液中的血紅蛋白求得?？墒牵捎谘t蛋白濃度對(duì)于無(wú)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(duì)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(jì)算式中與血流量有關(guān)的項(xiàng)的加權(quán)比其他項(xiàng)小，因此，即使作為常數(shù)處理也不會(huì)太大地?fù)p害精度。同樣，關(guān)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(guò)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(duì)于用于血糖值測(cè)定的傳感器結(jié)構(gòu)上，可以去除光學(xué)傳感器等而加以簡(jiǎn)化。另外，通過(guò)省略光學(xué)測(cè)定的時(shí)間及光學(xué)測(cè)定結(jié)果處理的時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)血糖值測(cè)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(shí)形成穩(wěn)定的值，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，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，并且可以實(shí)現(xiàn)血糖值測(cè)定的一系列快速化。在此，所謂安靜時(shí)是指在坐在椅子上或躺著身體幾乎不活動(dòng)的狀態(tài)經(jīng)過(guò)了5分鐘左右的時(shí)候。
下面，對(duì)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(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)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(shí)施例同樣，在此，主要對(duì)和上述實(shí)施例不同的地方進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施例不測(cè)定圖4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(shí)施例的測(cè)定部如圖13所示，做成從圖7所示的上述實(shí)施例的測(cè)定部去除光源33，34、光電二極管35及光纖維31，32的結(jié)構(gòu)。另外，作為使手指正確地放置在手指放置部15上的手指放置導(dǎo)件36，在測(cè)定部中具有和采用圖8、圖9、圖10說(shuō)明的上述實(shí)施例相同結(jié)構(gòu)的手指放置導(dǎo)件。在本實(shí)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(duì)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)如上述計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，根據(jù)該3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)Xi(i＝1，2，3)計(jì)算葡萄糖濃度。在數(shù)據(jù)處理中，可以省略上述實(shí)施例中必需的“由光學(xué)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)到標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)的轉(zhuǎn)換處理”(參照?qǐng)D11)。
圖14是表示本實(shí)施例裝置的功能塊圖的圖。該裝置由電池41驅(qū)動(dòng)。通過(guò)由溫度傳感器構(gòu)成的傳感器部43測(cè)定的信號(hào)進(jìn)入和各信號(hào)對(duì)應(yīng)設(shè)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器44(模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1～AD4)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。作為微處理器45的外圍電路，具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1～AD4、液晶顯示器13、RAM42，它們各自通過(guò)總線46被微處理器45所訪問(wèn)。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(chǔ)了軟件的ROM。另外，微處理器45可以通過(guò)按按鈕11a～11d接受來(lái)自外部的指令。
裝在微處理器45內(nèi)的ROM47存儲(chǔ)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)定結(jié)束后，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找出最佳常數(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中存入了作為處理計(jì)算時(shí)必要的程序組成要素，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(8)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的步驟如下。
(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(guò)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之關(guān)系的下面的回歸式(8)。
C＝f(X1，X2，X3)＝a0+a1X1+a2X2+a3X3……(8)接著，為了求出和酶電極法的葡萄糖濃度值Ci的誤差最小的多重回歸式，采用最小二乘法。假設(shè)殘差的平方和為D，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)]]>由于在以a0～a3對(duì)式(9)偏微分等于零時(shí)，殘差的平方和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......(10)]]>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(8)得到式(11)。
a0＝Cmean-a1X1mean-a2X2mean-a3X3mean＝Cmean……(11)另外，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)之間的變動(dòng)·共變用式(12)表示，標(biāo)準(zhǔn)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=1,2,3)......(13)]]>
把式(11)(12)(13)代入式(10)進(jìn)行整理，得到聯(lián)立方程式(標(biāo)準(zhǔn)方程式)(14)，通過(guò)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(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。在利用裝置作實(shí)際測(cè)定中，通過(guò)把由測(cè)定值求出的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)X1～X3代入回歸式(8)中，計(jì)算出葡萄糖濃度C。
下面表示葡萄糖濃度計(jì)算過(guò)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(8)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(cè)定方法即酶電極法中，使通過(guò)采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，測(cè)定血糖值。下面對(duì)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(guò)本發(fā)明方法測(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(guò)本發(fā)明方法測(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，但由于一般地為血糖測(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)為是足夠的精度。由上述的結(jié)果，通過(guò)本發(fā)明方法可以高精度地求出葡萄糖濃度得到證實(shí)。
圖15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(guò)按照本發(fā)明方法測(cè)定可以得到良好的相關(guān)(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(lái)自體表的多個(gè)溫度、得到用于計(jì)算出與來(lái)自上述體表的散熱有關(guān)的對(duì)流傳熱量和輻射傳熱量的信息的熱量測(cè)定部，得到與血液中氧量有關(guān)的信息的氧量測(cè)定部，存儲(chǔ)與上述多個(gè)溫度及上述血液中氧量各自對(duì)應(yīng)的參數(shù)和血糖值的關(guān)系的存儲(chǔ)部，將由上述熱量測(cè)定部及上述氧量測(cè)定部輸入的多個(gè)測(cè)定值各自轉(zhuǎn)換成上述參數(shù)、并將上述參數(shù)適用于存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)部的上述關(guān)系中計(jì)算上述血糖值的計(jì)算部，顯示由上述計(jì)算部計(jì)算出的血糖值的顯示部；上述氧量測(cè)定部具有得到與血流量有關(guān)的信息的血流量測(cè)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(xué)測(cè)定部，上述血流量測(cè)定部具有體表接觸部、引導(dǎo)被檢測(cè)體到上述體表接觸部的導(dǎo)件、與上述體表接觸部鄰接設(shè)置的鄰接溫度檢測(cè)器、檢測(cè)出離開(kāi)上述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器、連接上述體表接觸部和上述間接溫度檢測(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，上述導(dǎo)件設(shè)成包圍著上述體表接觸部。
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，上述導(dǎo)件具有決定被檢測(cè)體位置的止動(dòng)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述止動(dòng)件具有確定被檢測(cè)體的前端位置的第1止動(dòng)件和確定被檢測(cè)體的寬度方向位置的第2及第3止動(dòng)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述止動(dòng)件位置可調(diào)。
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，上述導(dǎo)件具有仿照被檢測(cè)體形狀的凹槽。
7.一種血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，其具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器，接觸體表的體表接觸部，引導(dǎo)被檢測(cè)體到上述體表接觸部的導(dǎo)件，鄰接上述體表接觸部設(shè)置的鄰接溫度檢測(cè)器，測(cè)定來(lái)自上述體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器，連接上述體表接觸部設(shè)置的熱傳導(dǎo)部件，鄰接上述熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)置在離開(kāi)上述體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開(kāi)上述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器，向上述體表接觸部照射至少2個(gè)不同波長(zhǎng)的光的光源，檢測(cè)出上述光在上述體表反射產(chǎn)生的反射光的光檢測(cè)器，具有將上述鄰接溫度檢測(cè)器、上述間接溫度檢測(cè)器、上述環(huán)境溫度測(cè)定器、上述輻射熱檢測(cè)器及上述光檢測(cè)器各自的輸出各自轉(zhuǎn)換成參數(shù)的轉(zhuǎn)換部和預(yù)先存儲(chǔ)上述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、并將上述參數(shù)適用于上述關(guān)系計(jì)算出血糖值的處理部的計(jì)算部，顯示由上述計(jì)算部輸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，上述導(dǎo)件設(shè)成包圍著上述體表接觸部。
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，上述導(dǎo)件具有決定被檢測(cè)體位置的止動(dòng)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述止動(dòng)件具有確定被檢測(cè)體的前端位置的第1止動(dòng)件和確定被檢測(cè)體的寬度方向位置的第2及第3止動(dòng)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述止動(dòng)件位置可調(diào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述止動(dòng)件具有小于等于0.1W/m·k的熱傳導(dǎo)率。
13.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，上述導(dǎo)件具有仿照被檢測(cè)體形狀的凹槽。
14.一種血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，其具有測(cè)定環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定器，接觸體表的體表接觸部，引導(dǎo)被檢測(cè)體到上述體表接觸部的導(dǎo)件，鄰接上述體表接觸部設(shè)置的鄰接溫度檢測(cè)器，測(cè)定來(lái)自上述體表的輻射熱的輻射熱檢測(cè)器，連接上述體表接觸部設(shè)置的熱傳導(dǎo)部件，鄰接上述熱傳導(dǎo)部件并且設(shè)置在離開(kāi)上述體表接觸部的位置、檢測(cè)出離開(kāi)上述體表接觸部的位置的溫度的間接溫度檢測(cè)器，存儲(chǔ)與血液中血紅蛋白濃度和血紅蛋白氧飽和度有關(guān)的信息的存儲(chǔ)部，具有將上述鄰接溫度檢測(cè)器、上述間接溫度檢測(cè)器、上述環(huán)境溫度測(cè)定器及上述輻射熱檢測(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)上述參數(shù)和血糖值的關(guān)系、并將上述參數(shù)適用于上述關(guān)系計(jì)算出血糖值的處理部的計(jì)算部，顯示由上述計(jì)算部輸出的血糖值的顯示部。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述導(dǎo)件設(shè)成包圍著上述體表接觸部。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述導(dǎo)件具有決定被檢測(cè)體位置的止動(dòng)件。
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，上述止動(dòng)件具有確定被檢測(cè)體的前端位置的第1止動(dòng)件和確定被檢測(cè)體的寬度方向位置的第2及第3止動(dòng)件。
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，上述止動(dòng)件位置可調(diào)。
19.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，上述止動(dòng)件具有小于等于0.1W/m·k的熱傳導(dǎo)率。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的血糖值測(cè)定裝置，其特征在于，上述導(dǎo)件具有仿照被檢測(cè)體形狀的凹槽。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于溫度測(cè)定進(jìn)行非入侵式血糖值測(cè)定的血糖值測(cè)定裝置。本發(fā)明采用的解決方案是通過(guò)用血液中氧飽和度和血流量修正溫度測(cè)定方式的非入侵式血糖值測(cè)定值，謀求測(cè)定數(shù)據(jù)的穩(wěn)定化。并設(shè)置有為引導(dǎo)被檢測(cè)部到測(cè)定部的導(dǎo)件。
文檔編號(hào)G01N33/66GK1657006SQ20041003165
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者趙玉京, 金允玉, 佐藤信彥, 三卷弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所