专利名称：血糖值测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无侵袭地测定血液中的血糖值的血糖值测定装置。
背景技术：
糖尿病患者为了进行适当的胰岛素注射，需要每天准确地测定血液中的血糖值。作为血糖值的测定方法，有如下所述的侵袭法从患者采集少量的血液，对包含在 该血液中的葡萄糖浓度进行测定。但是，在该侵袭法中，由于需要从患者采集血液，所以不 仅带来身体上的苦痛，而且采血用针等的消耗成本增多，进而还伴随经由针的感染症的危险。因此，为了不对患者带来身体上的苦痛，并且消除消耗品成本、感染症的危险，有 基于无侵袭法的血糖值测定装置。例如，作为专利文献1示出的日本专利第3767449号公报中，提出了对生物体照射 规定波长的光，并检测其反射光来测定血液中的葡萄糖浓度的血糖测定装置。专利文献1第3767449号公报
发明内容
本发明为了比专利文献1的以往技术提高血糖的测定精度，作为与血流量相关的 参数，着眼于从体表向体表外的热流量(每单位时间流过的热量)。S卩，是如下方法对由于体表接触到具有一定的热电阻的部件而在部件内产生的 温度梯度进行测定来检测出部件中流过的热流量，根据该热流量得到与血流量相关的参 数。但是，在该情况下，需要直到得到平衡温度为止的时间，所以在短的测定时间内预 测平衡温度变得重要。本发明的目的在于提供一种血糖值测定装置，为了测定与血流量相关的参数，通 过在短时间内测定来自人体的热流量，可以高精度地测定血糖值。上述目的可以通过具备如下部件达成热传导部件，其一端具有体表面接触部； 第1温度检测器，与该热传导部件的上述体表面接触部邻接地设置；热流束测量单元，由第 2温度检测器构成，该第2温度检测器与上述热传导部件的另一端邻接地设置；环境温度检 测器，对环境温度进行测定；辐射热检测器，对来自上述体表面的辐射热进行测定；光源， 朝向上述体表面接触部照射至少2个不同波长的光；光检测器，对上述光在上述体表面上 反射而产生的反射光进行检测；运算部，具有变换部和处理部，该变换部将上述第1温度检 测器、上述第2温度检测器、上述环境温度检测器、上述辐射热检测器以及上述光检测器各 自的输出分别变换为参数，该处理部预先存储上述参数与血糖值的关系，将上述参数应用 于上述关系而计算出血糖值；以及显示部，显示从上述运算部输出的结果。另外上述目的可以通过如下来达成在设置于上述热流束测量单元的上述第1温 度检测器、上述第二温度检测器中，在温度测定开始后，按照规定的时间间隔根据由上述第1温度检测器与上述第2温度检测器得到的温度上升曲线使用最小2乘法求出回归直线，预 先将上述回归直线的斜率与上述第1温度检测器、上述第2温度检测器的平衡温度的关系 分别作成数据库，根据上述数据库推算出任意的被试验者的上述平衡温度。另外上述目的可以通过如下来达成上述体表面采用手指。另外上述目的可以通过如下来达成上述热流束测量单元通过天窗或者风扇进行 冷却。另外上述目的可以通过如下来达成上述数据库是以针对室温、性别、年龄、以及 以往历史等项目分别进行分组的方式制作的。根据本发明，可以提供如下血糖值测定装置，即为了测定与血流量相关的参数，通 过在短时间内测定来自人体的热流量，由此可以短时间且高精度地测定血糖值的血糖值测
定装置。
图1是示出本装置中的血流量的测定原理的热回路网。图2是图示出利用各种传感器得到的测定值与从其导出的参数的关系的说明图。图3是无侵袭血糖值测定装置的俯视图。图4是示出本发明的第一实施例的测定部的剖面图。图5是示出本发明的第二实施例的测定部的剖面图。图6是示出本发明的第三实施例的测定部的剖面图。图7是被试验者A、B的温度上升曲线。图8是平衡温度上升与回归直线的斜率的关系。图9是数据库的一个例子。图10是光学传感器部的剖面图。图11是示出装置内的数据处理的流程的概念图。图12是基于本发明的葡萄糖浓度计算值以及基于酶电极法的葡萄糖浓度测定值 的标绘图。图13是示出装置的操作步骤的图。(符号说明)11 操作部；12 测定部；13 显示部；14 盖子；15 手指放置部；16 辐射温度传 感器部的开口端；17 热流束传感器部；18 光学传感器部；20 热传导部件；21 手指；22、 23、26、32 热敏电阻；24 框体；25 空洞部；27 外框；29 红外线透镜；30 红外线透射窗； 31 热电检测器；40 天窗；50 风扇；51 冷却风；60,61 光纤；62,63 光源；64 检测器。
具体实施例方式以下，根据附图，说明本发明的一个实施例。实施例1首先，考虑来自人体的热放射量。作为热放射量的主要原因的对流热传递与环境 温度(室温)和体表温度之间的温度差相关，作为其他主要因素的由于辐射引起的热放射 量根据斯蒂芬·玻耳兹曼定律与体表面的绝对温度的4次方成比例。因此，可知来自人体
4的热放射量与室温和体表温相关。另一方面，作为与热产生量相关的另一个主要因素的氧供给量被表示为血红蛋白 浓度、血红蛋白氧饱和度以及血流量之积。在此，可以通过氧结合型血红蛋白与还原(脱氧)型血红蛋白的摩尔吸光系数相 等的波长(等吸光波长)的吸光度，来测定血红蛋白浓度。可以通过对上述等吸光波长的吸光度、和氧结合型血红蛋白与还原(脱氧)型血 红蛋白的摩尔吸光系数之比已知的最低限度其他1个波长的吸光度进行测定，并求解联立 方程式，来测定血红蛋白氧饱和度。S卩，最低可以通过2个波长的吸光度测定，来得到血红蛋白浓度与血红蛋白氧饱 和度。剩下的是血液的流量。血流量可以通过各种方法来测定，但下面使用附图来说明其测定方法的一个例子。图1是示出本装置中的血流量的测定原理的热回路网图。在图1中，人体与人体外界进行热交换，以使其深部温度恒定地保持为37°C。因 此，如果对在人体的深部温度Tc与体表面温度T1之间流过的热流量Q进行测定，则得到Tc 与T1之间的热电阻队。由于该热电阻R1,即人体组织的热传导率与血流量相关，所以可以 推测血流量。为了测定该热流量Q，准备具有某一定的热电阻R2的模块(block)，对体表面 与接触到体表面的模块的两端的温度(T1以及T2)进行测定即可(Q = R2Z(T2-T1))。通过模 块的热从T2经由热电阻R3向室温T4散热。按照下式来求出R1。R1 = (Tc-T1) R2/ (T1-T2)...式(1)在此，Tc如上所述恒定为37°C，如果固定R2来测定T1与T2,则得到R1，可以推测 与R1相关的血流量。另外，通过利用辐射温度计还测定体表面温度T3，由此还可以推测来自体表面的 辐射传热量。由R1作为暗示血流量的参数X5。从以上说明可知，为了根据上述模型求出血中葡萄糖浓度而所需的测定量是室温 (环境温度)、接触到体表面的模块内的温度梯度、由于来自体表面的辐射产生的温度以及 最低限度2个波长的吸光度。图2是图示出利用本装置中的各种传感器得到的测定值与从其导出的参数的关 系的说明图。在图2中，如图1中所描述那样，准备与体表面接触的模块，通过设置在其2个部 位的2个温度传感器来测定2种温度T1与T2。另外，对体表面的辐射温度T3与室温T4进行 测定。另外，用与血红蛋白的吸收相关的至少2种波长来测定吸光度Ai、A2。根据温度T1 T4可得到与“血流量”相关的参数，根据温度T3可得到与“辐射传热量”相关的参数，根据温 度T3与温度T4可得到与“对流传热量”相关的参数。另外，根据吸光度A1可得到与“血红 蛋白浓度”相关的参数，根据吸光度A1与A2可得到与“血红蛋白氧饱和度”相关的参数。图3是具备本发明的一个实施例的无侵袭血糖值测定装置的俯视图。在图3中，在无侵袭血糖值测定装置100上表面，设置有操作部11、放置作为测定 对象的手指的测定部12、以及显示测定结果、装置的状态或测定值等的显示部13。在操作
5部11中配置有用于进行无侵袭血糖值测定装置100上表面的操作的4个按压按钮Ila lid。在测定部12中设置有盖子14，打开该盖子14 (在图中示出将盖子打开的状态)，则存 在具有椭圆型的周边的手指放置部15。在手指放置部15内，设置有辐射温度传感器部的开 口端16、热流束传感器部17、以及光学传感器部18。另外，在本实施例的无侵袭血糖值测定装置100中，作为体表面而使用了手指尖 的指肚的皮肤，但还可以使用其他体表面。但是，为了求出上述热电阻R1,需要平衡温度 \、T2,但在实际测定中存在下述问 题。(1)如果从手指向模块以外流出的泄漏热流量大，则测定误差变大。(2)在达到平衡温度为止而所需的测定会花费时间。图4是示出测定部12的详情的剖面图(省略光学传感器部)。在图4中，图3所示的热流束传感器部17包括热传导部件20 ；与手指21接触热 传导部件20的部分邻接地设置的热敏电阻22 (T1)；以及设置在热传导部件20的下端的热 敏电阻23(T2)。为了防止来自作为测定部位的手指21的热经由热传导部件20大量泄漏到 框体24，热传导部件20的周围的框体24优选为隔热结构(例如，使框体24的热传导率小 于热传导部件20的热传导率、或者将框体24设为真空隔热结构等)。空洞部25是用于在体温测定结束后经由外框27自然空气冷却至室温的空间。另 外，在看通手指21的指肚的装置内部的位置，设置有用于光学测定的红外线透镜29。在该 红外线透镜29的下方隔着红外线透射窗30配置有热电检测器31。另外，靠近热电检测器 31而设置有其它热敏电阻32。该红外线透镜29对来自手指21的电磁波进行会聚。用红外线透镜29将从手指 21发出的电磁波会聚到热电检测器31，用靠近热电检测器31的热敏电阻32检测出手指21 的表面温度。另外，在图10的说明栏中叙述该光学测定。实施例2图5是示出具备其他实施例的测定部的详情的剖面图。在图5中示出了如下情况为了促进上述空洞部25的冷却，在外框27上设置了天 窗40。由此，促进空洞部25的冷却，可以缩短达到室温的冷却时间。实施例3图6是示出具备其他实施例的测定部的详情的剖面图。在图6中示出了如下情况为了进一步促进上述空洞部25的冷却，在外框27上设 置了风扇50。由此，通过冷却风51促进空洞部25的冷却，可以大幅缩短达到室温的冷却时 间。接下来，说明推算平衡温度的方法。图7是示出由热敏电阻22测定出的被试验者A、B (都是男性且年龄差小)的从初 始的温度上升值(以后，称为温度上升)的图。在图7中，在此测定部位是右食指。在图中，纵轴表示温度上升θ，横轴表示时间 t，细实线表示被试验者A的温度上升，细虚线表示被试验者B的温度上升，粗实线表示被试 验者A的平衡温度上升θ max，粗虚线表示被试验者B的平衡温度上升θ max。在此，θ、θ max如下式所述。θ 三 T-Ti...式(2)θ max = Tmax-Ti…式(3)在此，温度T (°C )，下标i 初始状态，max 平衡。如果对将手指以一定的按压压力接触到温度传感器后的温度上升曲线的特征进 行分类，则认为最初的部分反映手指的表面温度、温度传感器的初始温度的影响，还反映从 手指向温度传感器的传热，另一方面，认为在经过了某种程度时间后，由于手指的深部处的 生物体反应，反映从手指深部向表面的传热。因此，在本发明中，设计了如下方法对于最 初的部分，由于偏差较多，所以在将其排除之后，着眼于经过某种程度时间而偏差变小的区 间，使用该区间的温度上升曲线来预测平衡温度。如果具体说明，则首先在图7中，排除最初的t = 0 15s，使用t = 15 30s区 间的数据(用白圆图示)，通过最小2乘法求出回归直线(覆盖在白圆上的是回归直线)， 计算出其斜率a。然后，如图8所示，在纵轴上用平衡温度上升emax标出，在横轴上用回 归直线的斜率α标出，划出通过原点的直线(α = 0时，θ max = 0)，决定其斜率Α。在此， α、A如下式所述。θ = at+β…式(4)θω3χ = Αα…式(5)式(4)的β是回归直线的截距(在本发明的推算中不使用)。在图8中示出了 如下情况用同类的被试验者Α(用黑四角图示)、Β(用黑三角图示)、以及原点(用黑圆图 示)这3点划出直线，并确认了被试验者A、B都位于直线上，但通过使用原点，只要至少有 一个同类的被试验者的数据，斜率A就被唯一地确定。如果使用在图8中决定的式(5)，针对与被试验者Α、Β同样的其他被试验者，在相 同的室温(初始温度)下测定体温，则可以用约40s左右的测定时间推算出准确的平衡温 度Tmax。即，在本发明中，在各种初始条件下，预先实验性地求出温度上升曲线与平衡温度， 并对它们进行数据库化，从而针对同类的被试验者，短时间且高精度地推算平衡温度，换言 之，数据库的配备变得重要。图9示出数据库例。其是按照室温、性别、以及年龄，收集了式(5)的斜率A而得到 的(在图9中，如A1 A176这176个)。在图9中，对于室温，以20 30°C的每隔0. 99°C， 对于年龄构成，以11 90岁的每隔10岁，而且在区分性别的条件下，收集了斜率A，但也 可以根据需要附加各个项目的范围或间隔的变更或以往历史等条件，来制作数据库。另外， 上述平衡温度推算法还可以适用于热敏电阻23，最终可以根据式(1)推测与血流量相关的 R1 ο图10是示出用于通过2个光源62、63与1个检测器64进行2个波长测定的结构 例的图。在图10中，如果叙述通过图3所示的光学传感器部18进行的光学测定，则如下所 述光学传感器部18是用于测定为了求出氧供给量而所需的血红蛋白浓度与血红蛋白氧 饱和度的部件。为了测定血红蛋白浓度与血红蛋白氧饱和度，最低需要2个波长下的吸光 度测定，图10示出了用于通过2个光源62、63与1个检测器64进行2个波长测定的结构 例。
2个受光用光纤60、61的端部位于光学传感器部18中。光纤60是光照射用的光 纤，光纤61是受光用的光纤。光纤60与成为支线的光纤60a、60b连接，在它们的末端配置 有2个波长的光源62、63。在受光用光纤61的末端，配置有检测器64。光源62发出波长 SlOnm的光，发光二极管63发出波长950nm的光。波长SlOnm是氧结合型血红蛋白与还原 型(脱氧)型血红蛋白的摩尔吸光系数相等的等吸光波长，波长950nm是氧结合型血红蛋 白与还原型血红蛋白的摩尔吸光系数之差大的波长。2个光源62、63以时分方式发光，从光源62、63产生的光从光照射用光纤60照射 到被试验者的手指21。照射到手指的光在手指21的皮肤上反射，入射到受光用光纤61并 由检测器64检测出。在照射到手指的光在手指的皮肤上反射时，一部分光通过皮肤而侵入 到组织内部，被在毛细血管内流动的血液中的血红蛋白所吸收。由检测器64得到的测定数 据是反射率R，近似地用log(l/R)来计算出吸光度。针对波长SlOnm与波长950nm的光，分 别进行照射，针对各光测定R，并求出log(l/R)，从而测定出波长810m的吸光度A1与波长 950m的吸光度A2。如果将还原型血红蛋白浓度设为[Hb]，将氧结合型血红蛋白浓度设为[HbO2]，则 用下式来表示吸光度A1以及吸光度A2。
权利要求
一种血糖值测定装置，其特征在于，具备热传导部件，该热传导部件的一端具有与体表面接触的体表面接触部；第1温度检测器，与该热传导部件的上述体表面接触部邻接地设置；热流束测量单元，由第2温度检测器构成，该第2温度检测器与上述热传导部件的另一端邻接地设置；环境温度检测器，对环境温度进行测定；辐射热检测器，对来自上述体表面的辐射热进行测定；光源，朝向上述体表面接触部照射至少2个不同波长的光；光检测器，对上述光在上述体表面上反射而产生的反射光进行检测；运算部，具有变换部和处理部，该变换部将上述第1温度检测器、上述第2温度检测器、上述环境温度检测器、上述辐射热检测器以及上述光检测器各自的输出分别变换为参数，该处理部预先存储上述参数与血糖值的关系，将上述参数应用于上述关系而计算出血糖值；以及显示部，显示从上述运算部输出的结果。
2.根据权利要求1所述的血糖值测定装置，其特征在于，在温度测定开始后，按照规定的时间间隔，根据由上述第1温度检测器与上述第2温度 检测器得到的温度上升曲线，使用最小2乘法求出回归直线，预先将上述回归直线的斜率 与上述第1温度检测器、上述第2温度检测器的平衡温度的关系分别作成数据库，根据上述 数据库推算出任意的被试验者的上述平衡温度。
3.根据权利要求1所述的血糖值测定装置，其特征在于， 上述体表面采用手指。
4.根据权利要求1所述的血糖值测定装置，其特征在于， 上述热流束测量单元通过天窗或者风扇进行冷却。
5.根据权利要求1所述的血糖值测定装置，其特征在于，上述数据库是以针对包含室温、性别、年龄、以及以往历史的项目分别进行分组的方式 制作的。
全文摘要
本发明公开了血糖值测定装置，在血糖值测定装置中，短时间并且高精度地推算平衡温度。排除最初的t＝0～15s，使用t＝15～30s的区间的数据，通过最小2乘法求出回归直线，计算出其斜率α。然后，决定平衡温度上升θmax与α的一次函数的斜率A。然后，针对室温、性别、以及年龄等项目，制作关于A的数据库，使用该数据库推算出任意的被试验者的平衡温度。根据该平衡温度测定血糖值。
文档编号A61B5/145GK101961243SQ201010230008
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月14日 优先权日2009年7月23日
发明者佐藤正一, 横山真吾, 菅生浩美, 阿部忠幸, 高桥恭一 申请人:株式会社日立媒介电子