DE60314388T2

DE60314388T2 - Vorrichtung zur Messung des Blutzuckerspiegels

Info

Publication number: DE60314388T2
Application number: DE2003614388
Authority: DE
Inventors: Ok-Kyung Cho; Yoon-Ok Kim
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: EP1495714A1; US20050010094A1; CN1576846A; EP1495714B1; DE60314388D1; JP2005027821A; US7120478B2; JP3566278B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur nichtinvasiven Messung der Glucosekonzentration in einem lebenden Organismus ohne Blutentnahme.
Stand der Technik
Hilson et al. berichten über Änderungen der Gesichts- und Sublingualtemperatur bei Diabetikern nach intravenöser Glucose-Injektion (Nicht-Patentliteratur 1). Scott et al. diskutieren das Thema Diabetes und Thermoregulation (Nicht-Patentliteratur 2). Auf der Grundlage solcher Untersuchungen schlagen Cho et al. ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Blutglucosekonzentration durch Temperaturmessung vor, ohne dass die Entnahme einer Blutprobe erforderlich ist (Patentliteratur 1 und 2).
Verschiedene andere Versuche sind unternommen worden, um die Glucosekonzentration ohne Blutentnahme zu bestimmen. So ist zum Beispiel ein Verfahren vorgeschlagen worden (Patentliteratur 3), bei dem eine Messstelle mit nahem Infrarotlicht dreier Wellenlangen bestrahlt wird und die Intensität des durchgelassenen Lichts sowie die Körpertemperatur des lebenden Organismus erfasst werden. Danach werden repräsentative Werte für die differenzierten Absorptionswerte zweiter Ordnung berechnet, und die repräsentativen Werte werden entsprechend der Differenz zwischen der Körpertemperatur und einer vorbestimmten Referenztemperatur korrigiert. Der den so korrigierten repräsentativen Werten entsprechende Blutzuckerspiegel wird anschließend bestimmt. Außerdem wird eine Vorrichtung beschrieben (Patentliteratur 4), bei der eine Messstelle erwärmt oder gekühlt wird, während die Körpertemperatur überwacht wird. Der Grad der Lichtschwächung auf der Grundlage der Bestrahlung mit Licht wird zum Zeitpunkt der Temperaturänderung gemessen, so dass die für die Temperaturabhängigkeit des Grads der Lichtschwächung verantwortliche Glucosekonzentration gemessen werden kann. Weiter wird eine Vorrichtung beschrieben (Patentliteratur 5), bei der ein Ausgabeverhältnis zwischen dem Referenzlicht und dem von einer bestrahlten Probe durchgelassenen Licht ermittelt und dann die Glucosekonzentration anhand eines linearen Ausdrucks des Logarithmus des Ausgabeverhältnisses und der Körpertemperatur berechnet wird.
Nicht-Patentliteratur 1

R.M. Hilson und T.D.R. Hockaday, „Facial and sublingual temperature changes following intravenous glucose injection in diabetics", Diabete & Metabolisme, 8, S. 15-19: 1982

Nicht-Patentliteratur 2

A.R. Scott, T. Bennett, I.A. MacDonald, „Diabetes mellitus and thermoregulation", Can. J. Physiol. Pharmacol., 65, S. 1365-1376: 1987

Patentliteratur 1

US-Patent 5.924.996

Patentliteratur 2

US-Patent 5.795.305

Patentliteratur 3

Japanische Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) 200A0-258343 A

Patentliteratur 4

Japanische Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) 10-33512 A (1998)

Patentliteratur 5

Japanische Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) 10-108857 A (1998)

Glucose (Blutzucker) im Blut wird für die Glucoseoxidationsreaktion in Zellen verwendet, um die nötige Energie für die Erhaltung lebender Organismen zu produzieren. Insbesondere im Grundstoffwechselzustand wird der größte Teil der erzeugten Energie in Wärmeenergie umgesetzt, um die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Daher kann angenommen werden, dass eine gewisse Beziehung zwischen der Blutglucosekonzentration und der Körpertemperatur besteht. Wie jedoch daran ersichtlich ist, wie Krankheiten Fieber verursachen, variiert die Körpertemperatur auch aufgrund anderer Faktoren als der Blutglucosekonzentration.
WO 01/28414 A beschreibt ein Verfahren und ein Gerät zur nichtinvasiven Bestimmung der Konzentration bestimmter Blutbestandteile. Der anliegende Anspruch 1 ist in Anbetracht dieses Dokuments in zweiteiliger Form abgefasst.
Ein weiteres Verfahren zur Durchführung von Blutstrommessungen ist in US-A-4 802 489 beschrieben.
Auch wenn bereits Verfahren zur Bestimmung der Blutglucosekonzentration durch Temperaturmessung ohne Blutentnahme vorgeschlagen worden sind, mangelt es ihnen an ausreichender Genauigkeit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Geräts zur Bestimmung der Blutglucosekonzentration mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage von Temperaturdaten eines Patienten ohne Blutentnahme.
Blutzucker wird den Zellen im gesamten menschlichen Körper durch das System der Blutgefäße, insbesondere die kapillaren Blutgefäße, zugeführt. Im menschlichen Körper existieren komplexe Stoffwechselwege. Die Glucoseoxidation ist eine Reaktion, bei der im Wesentlichen Blutzucker mit Sauerstoff reagiert, um Wasser, Kohlendioxid und Energie zu erzeugen. Sauerstoff bezieht sich hierbei auf den Sauerstoff, der den Zellen über das Blut zugeführt wird. Der Umfang der Sauerstoffzufuhr wird durch die Hämoglobin-Konzentration im Blut, die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung im Blut und den Umfang der Durchblutung bestimmt. Andererseits wird die im Körper durch Glucoseoxidation erzeugte Wärme durch Konvektion, Wärmestrahlung, Wärmeleitung usw. aus dem Körper abgeleitet. Unter der Annahme, dass die Körpertemperatur durch das Gleichgewicht zwischen der Menge der im Körper durch Verbrennung von Glucose erzeugten Energie, das heißt der Wärmeerzeugung, und der vorstehend erwähnten Wärmeableitung bestimmt wird, haben wir das folgende Modell aufgestellt:

(1) Der Umfang der Wärmeerzeugung und der Umfang der Wärmeableitung werden als gleich angesetzt.
(2) Der Umfang der Wärmeerzeugung ist abhängig von der Blutglucosekonzentration und dem Umfang der Sauerstoffzufuhr.
(3) Der Umfang der Sauerstoffzufuhr wird bestimmt durch die Hämoglobin-Konzentration im Blut, die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung im Blut und den Umfang der Durchblutung in den kapillaren Blutgefäßen.
(4) Der Umfang der Wärmeableitung wird hauptsächlich durch die Wärmekonvektion und die Wärmestrahlung bestimmt.

Nach diesem Modell haben wir die vorliegende Erfindung entwickelt, nachdem wir erkannt hatten, dass die Blutzuckerspiegel auf der Grundlage der Ergebnisse einer Messung der Temperatur der Körperoberfläche und einer Messung von Parameter im Hinblick auf die Sauerstoff-Konzentration im Blut sowie das Durchblutungsvolumen exakt bestimmt werden können. Die Parameter können an einem Teil des menschlichen Körpers gemessen werden, zum Beispiel an der Fingerspitze. Die Parameter bezüglich der Konvektion und Strahlung können durch Temperaturmessungen an der Fingerspitze bestimmt werden. Die Parameter im Hinblick auf die Hämoglobin-Konzentration im Blut und die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung im Blut können spektroskopisch durch Messen des Hämoglobins im Blut und anschließendes Ermitteln des Verhältnisses zwischen dem mit Sauerstoff gebundenem Hämoglobin und dem nicht mit Sauerstoff gebundenem Hämoglobin bestimmt werden. Der Parameter für den Umfang der Durchblutung kann durch Messen des Umfangs der Wärmeübertragung von der Haut bestimmt werden.
Es wird angenommen, dass die Wärmemessung durch verschiedene Faktoren wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur beeinflusst wird, und daher müssen diese Faktoren überwunden werden, um eine hinreichende Genauigkeit aufrechtzuerhalten.
Darüber hinaus sollte eine Messstelle für die Wärmemessung, deren Temperatur durch Kontakt mit der Wärmequelle geändert wird, die folgenden Bedingungen erfüllen: Die Messstelle ist aus einer Substanz gebildet, deren physikalische Eigenschaften, etwa die Wärmekapazität, bekannt sind, die Form ihres umgebenden Aufbaus ist bewusst festgelegt und die Stelle weist eine solche Konfiguration auf, dass sie den Wärmeeinfluss außer für die Wärmequelle möglichst weitgehend ausschließen kann. Mit anderen Worten, die Messstelle für die Wärmemessung muss von dem sie umgebenden Aufbau thermisch isoliert sein, so dass sie keinem thermischen Einfluss von diesem ausgesetzt ist.
Der Umfang der Erfindung ist im anliegenden Anspruch 1 festgelegt. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Nach der Erfindung können Blutzuckerspiegel nichtinvasiv mit einer Genauigkeit bestimmt werden, die der herkömmlicher invasiver Verfahren gleichwertig ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Modell der Wärmeübertragung von der Körperoberfläche auf einen Block.
2 zeigt die zeitliche Veränderung der Messwerte der Temperaturen T₁ und T₂.
3 zeigt ein Beispiel für die Messung der aufeinanderfolgenden Änderungen der Temperatur T₃.
4 zeigt die Beziehungen zwischen den von den verschiedenen Sensoren gelieferten Messwerten und den daraus abgeleiteten Parametern.
5 zeigt eine Draufsicht eines nichtinvasiven Blutzuckerspiegel-Messgeräts nach der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt den Ablauf des Betriebsverfahrens für das Gerät.
7 zeigt die Messeinheit im Detail.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Datenverarbeitung in dem Gerät.
9 zeigt die Kurven für die nach der vorliegenden Erfindung berechneten Werte der Glucosekonzentration und die nach dem Enzymelektrodenverfahren gemessenen Werte der Glucosekonzentration.
10 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit.
11 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit mit einer Wärmeisolierungsstruktur.
12 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit mit einer Wärmeisolierungsstruktur.
13 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Wirkungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Wirkungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Wirkungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Wirkungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Wirkungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit mit einer Wärmeisolierungsstruktur.
19 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit mit einer Wärmeisolierungsstruktur.
20 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit mit einer Wärmeisolierungsstruktur.
21 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit mit einer Wärmeisolierungsstruktur.
22 zeigt den Detailaufbau einer Wärmeübertragungs-Messeinheit mit einer Wärmeisolierungsstruktur.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird das vorstehend erwähnte Modell ausführlich beschrieben. Hinsichtlich des Umfangs der Wärmeableitung steht die konvektive Wärmeübertragung, die eine der Hauptursachen für die Wärmeableitung ist, mit der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) und der Körperoberflächentemperatur in Beziehung. Der Umfang der Wärmeableitung aufgrund von Strahlung, einer weiteren Hauptursache für die Wärmeableitung, ist nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz proportional zur vierten Potenz der Körperoberflächentemperatur. Somit ist zu erkennen, dass der Umfang der Wärmeableitung aus dem menschlichen Körper mit der Raumtemperatur und der Körperoberflächentemperatur in Beziehung steht. Die Sauerstoffzufuhr, ein weiterer wichtiger Faktor in Zusammenhang mit dem Umfang der Wärmeerzeugung, wird als das Produkt von Hämoglobin-Konzentration, Hämoglobin-Sauerstoffsättigung im Blut und Durchblutungsvolumen ausgedrückt.
Die Hämoglobin-Konzentration kann anhand der Absorption bei einer Wellenlänge gemessen werden, bei der der molare Absorptionskoeffizient von Oxy-Hämoglobin gleich dem von Desoxy-Hämoglobin ist (Wellenlänge gleicher Absorption). Die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung im Blut kann durch Messen der Absorption bei der Wellenlänge gleicher Absorption und der Absorption bei mindestens einer anderen Wellenlänge, für die das Verhältnis zwischen dem molaren Absorptionskoeffizienten von Oxy-Hämoglobin und dem von Desoxy-Hämoglobin bekannt ist, und anschließendes Lösen der simultanen Gleichungen bestimmt werden. Im Einzelnen können die Hämoglobin- Konzentration und die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung durch Messen der Absorption bei mindestens zwei Wellenlängen erhalten werden.
Der Rest ist das Durchblutungsvolumen, das mit verschiedenen Verfahren gemessen werden kann. Ein Beispiel ist nachstehend beschrieben.
1 zeigt ein Modell zur Beschreibung der Wärmeübertragung von der Körperoberfläche auf einen massiven Block mit einer bestimmten Wärmekapazität, wenn der Block für eine bestimmte Zeit mit der Körperoberfläche in Kontakt gebracht und dann wieder getrennt wird. Der Block besteht aus einem Harz wie zum Beispiel Kunststoff oder Vinylchlorid. (Als weiteres Detail muss darauf hingewiesen werden, dass für medizintechnische Geräte allgemein ein bioverträgliches Material wie zum Beispiel ABS mit Zulassung für den Einsatz in der Medizin verwendet werden muss.)
Bei dem gezeigten Beispiel richtet sich die Aufmerksamkeit auf die aufeinanderfolgenden Änderungen einer Temperatur T₁ in einem Abschnitt des Blocks, der mit der Körperoberfläche in Kontakt ist, und die aufeinanderfolgenden Änderungen einer Temperatur T₂ an einem von der Körperoberfläche entfernten Punkt auf dem Block. Das Durchblutungsvolumen kann abgeschätzt werden, indem hauptsächlich die aufeinanderfolgenden Änderungen der Temperatur T₂ (an dem räumlich entfernten Punkt auf dem Block) beobachtet werden. Die Einzelheiten werden später beschrieben.
Bevor der Block mit der Körperoberfläche in Kontakt gebracht wird, sind die Temperaturen T₁ und T₂ an den beiden Punkten auf dem Block gleich der Raumtemperatur T_r. Ist eine Körperoberflächentemperatur T_s höher als die Raumtemperatur T_r, steigt die Temperatur T₁ aufgrund der Wärmeübertragung von der Haut rasch an, wenn der Block die Körperoberfläche berührt, und nähert sich der Körperoberflächentemperatur T_s. Andererseits wird die Temperatur T₂ kleiner als die Temperatur T₁, wenn die durch den Block geleitete Wärme von der Blockoberfläche abgeleitet wird, und steigt langsamer als die Temperatur T₁. Die aufeinanderfolgenden Änderungen der Temperaturen T₁ und T₂ richten sich nach dem Umfang der Wärmeübertragung von der Körperoberfläche auf den Block, der wiederum abhängig ist von dem Durchblutungsvolumen in den kapillaren Blutgefäßen unter der Haut. Betrachtet man die kapillaren Blutgefäße als einen Wärmeaustauscher, ist der Wärmeübertragungskoeffizient von den kapillaren Blutgefäßen auf das umgebende Zellgewebe als eine Funktion des Durchblutungsvolumens gegeben. Daher kann durch Messen des Umfangs der Wärmeübertragung von der Körperoberfläche auf den Block durch Beobachten der aufeinanderfolgenden Änderun gen der Temperaturen T₁ und T₂ der Umfang der von den kapillaren Blutgefäßen auf das Zellgewebe übertragenen Wärme abgeschätzt werden, so dass das Durchblutungsvolumen abgeschätzt werden kann.
Die Beziehung zwischen der Temperaturverteilung und der Wärmemenge ist durch die folgende Gleichung nach dem Fourierschen Gesetz gegeben: q = –λ(δT/δn) Hierbei gibt q (Einheit: W/m²) den Wärmefluss an, ausgedrückt als die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine Einheit der Querschnittsfläche geleitet wird. λ (W/mK) gibt die Wärmeleitfähigkeit der Substanz an, T (K) gibt die Temperatur auf der Oberfläche oder im Inneren der Substanz an und n gibt die Richtungskoordinate an, für die der Wärmefluss gesucht wird.
Das durch die vorstehende Gleichung angegebene Fouriersche Gesetz besagt, dass bei einer Temperaturverteilung im Inneren einer Substanz der Wärmestrom entlang der Richtung der Temperaturverteilung erfolgt, das heißt von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur senkrecht zu einer Isotherme im Inneren der Substanz. Es besagt auch, dass der Umfang des Wärmeflusses zwischen zwei Punkten im Inneren einer Substanz proportional zur Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Punkten ist. Dieser Proportionalitätskoeffizient ist definiert als die Wärmeleitfähigkeit (W/mK).
Wenn daher die physikalischen Eigenschaften wie zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit einer Substanz oder die Dimensionsgröße wie zum Beispiel das Volumen V (m³) oder die Fläche F (m²) klar sind und die Temperaturverteilung im Inneren (oder auf der Oberfläche) der Substanz erhalten wird, ist bekannt, dass der Wärmefluss aus den Ergebnissen der Temperaturmessung und der Wärmeleitfähigkeit der Substanz berechnet werden kann.
Wenn die Querschnittsfläche im Hinblick auf die Strömungsrichtung bekannt ist, ist es außerdem möglich, den Umfang der Wärme, die pro Zeiteinheit in die Substanz bzw. aus der Substanz strömt, durch Multiplizieren des berechneten Wärmestroms mit der Querschnittsfläche der Substanz zu erhalten. Darüber hinaus kann der Gesamtumfang der Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf die Substanz, während diese mit der Wärmequelle in Kontakt ist, durch Multiplizieren der Wärmemenge mit Zeit, während der die Substanz und die Wärmequelle miteinander in Kontakt sind, berechnet werden.
Die Wärme, die von der Wärmequelle einer mit ihr in Kontakt befindlichen Substanz zugeführt wird, weist jedoch eine Komponente auf, die aufgrund der Wärmeabgabe (Strahlung) von der Oberfläche der Substanz verloren geht, zusätzlich zu einer Komponente, die die Temperaturverteilung durch Wärmeleitung im Inneren der Substanz erzeugt. Dies ist ein nicht zu vernachlässigender Faktor bei der Abschätzung der Gesamtwärmezufuhr von der Wärmequelle.
Der Wärmefluss der durch Strahlung verlorenen Wärmemenge (Wärmefluss der Strahlung: q_r (W/m²)) kann berechnet werden, wie durch die nachstehende Gleichung angegeben, indem die aufeinanderfolgenden Temperaturänderungen der mit der Wärmequelle in Kontakt befindlichen Substanz ermittelt werden, zusammen mit der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur, angegeben durch T_r), wenn die Wärmeleitfähigkeit, die Dichte ρ (kg/m³), die spezifische Wärme c (J/kgK), das Volumen V (m³), die Fläche F (m²) und dergleichen einer Substanz bekannt sind. Hier wird zur leichteren Erklärung ein eindimensionales Koordinatensystem verwendet.
Mit einem Punkt, der mit der Wärmequelle in Kontakt ist, als Nullpunkt wird ein Messpunkt an einer Position in einer Entfernung „x" vom Nullpunkt festgelegt. Der an dem Messpunkt gemessene Wert wird als T (K) angegeben. Die durch Strahlung von der dem Messpunkt entsprechenden Oberfläche der Substanz abgegebene Wärmemenge (W/m²) ist durch die nachstehende Stefan-Boltzmann-Gleichung gegeben. qr = εσ(T4 – Tr 4) = α(δ2T/δx2)ρcV/F – (δT/δt)ρcV/F
Die Buchstaben „ε" und „σ" geben das Emissionsvermögen bzw. die Stefan-Boltzmann-Konstante an. Die Buchstaben „T" „t" und „x" geben die gemessene Temperatur, die Zeit und eine Koordinate in dem eindimensionalen Koordinatensystem an. Der Buchstabe „α" auf der rechten Seite der Gleichung gibt die Wärmeleitfähigkeit (m²/s) an. Das Produkt (erster Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung) aus der Wärmeleitfähigkeit (physikalische Eigenschaft) und dem durch Differenzierung zweiter Ordnung der gemessenen Temperatur erhaltenen Wert im Hinblick auf die Position gibt den Wärmefluss unter der Annahme an, dass die Gesamtwärmezufuhr durch Wärmeleitung im Inneren der Substanz den Messpunkt „x" erreicht und die Temperaturverteilung eintritt. Im Gegensatz dazu gibt der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung den Wärmefluss an, der aus den tatsächlichen aufeinanderfolgend gemessenen Änderungen (zeitliche Differenzierung der gemessenen Temperatur) erhalten wird. Die Diffe renz zwischen diesen Wärmeströmen ist der in Form von Strahlung an die Außenseite der Substanz abgegebene Wärmefluss.
Wie vorstehend beschrieben, kann die von der Wärmequelle, die sich in Kontakt mit der Substanz befindet, übertragene Wärmemenge Q_ges (W) durch Messung der Temperaturverteilung der Substanz mit bekannten physikalischen Eigenschaften und der aufeinanderfolgenden Temperaturänderungen berechnet werden. Im Einzelnen wird die von der Wärmequelle übertragene Wärmemenge Q_ges (W) durch Multiplizieren der Summe der nach dem vorstehenden Fourierschen Gesetz und der Stefan-Boltzmann-Gleichung erhaltenen Wärmeströme mit der Querschnittsfläche der Substanz (Kontaktfläche mit der Wärmequelle) erhalten, wie durch die folgende Gleichung angegeben. Qges = {q + qr}F
Nachstehend wird das Berechnungsverfahren anhand von Temperaturmessungs-Wellenformen kurz beschrieben.
2 zeigt die aufeinanderfolgenden Änderungen der Messwerte der Temperatur T₁ an dem Abschnitt des Blocks, der mit der Körperoberfläche in Kontakt ist, und der Temperatur T₂ an der von der Körperoberflächen-Kontaktstelle entfernten Position auf dem Block. Wenn der Block mit der Körperoberfläche in Kontakt kommt, steigt der Messwert für T₁ schnell an und sinkt allmählich, wenn der Kontakt wieder gelöst wird.
3 zeigt die aufeinanderfolgenden Änderungen der mit einem Strahlungstemperaturdetektor gemessenen Messwerte der Temperatur T₃. Da der Detektor die Temperatur aufgrund der Strahlung von der Körperoberfläche erfasst, ist er empfindlicher für Temperaturänderungen als andere Sensoren. Weil die Strahlungswärme sich als eine elektromagnetische Welle ausbreitet, kann sie Temperaturänderungen sofort weiterleiten. Durch Anordnen des Strahlungstemperaturdetektors nahe der Stelle, wo der Block die Körperoberfläche berührt, wie in 7 gezeigt, die später beschrieben wird, können daher die Kontakt-Startzeit t_start zwischen dem Block und der Körperoberfläche und die Kontakt-Endezeit t_end durch Änderungen der Temperatur T₃ erfasst werden. Ein Temperaturschwellenwert ist zum Beispiel wie in 3 gezeigt eingestellt. Die Kontakt-Startzeit t_start ist der Zeitpunkt, an dem der Temperaturschwellenwert überschritten wird. Die Kontakt-Endezeit t_end ist der Zeitpunkt, an dem die Temperatur T₃ unter den Schwellenwert fällt. Der Temperaturschwellenwert ist zum Beispiel auf 32°C eingestellt.
Danach wird der zwischen t_start und t_end gemessene Wert T₁ mit einer S-Kurve wie zum Beispiel einer logistischen Kurve näherungsweise bestimmt. Eine logistische Kurve ist durch die folgende Gleichung gegeben,
wobei T die Temperatur und t die Zeit ist.
Der gemessene Wert kann durch die bestimmenden Faktoren a, b, c und d anhand der nichtlinearen Methode der kleinsten Quadrate näherungsweise bestimmt werden. Für die resultierende Näherungsgleichung wird T zwischen der Zeit t_start und der Zeit t_end integriert, um einen Wert S₁ zu erhalten.
In gleicher Weise wird ein integrierter Wert S₂ aus dem Messwert für T₂ berechnet. Je kleiner (S₁ – S₂) ist, desto größer ist der Umfang der Wärmeübertragung von der Fingeroberfläche auf die Position von T₂. Mit zunehmender Fingerkontaktzeit t_cont (= t_end – t_start) wird (S₁ – S₂) größer. Daher wird a₅/(t_cont × (S₁ – S₂)) als ein Parameter X₅ bezeichnet, der den Umfang der Durchblutung angibt, wobei a₅ ein Proportionalitätskoeffizient ist.
Somit ist zu erkennen, dass die nötigen Messgrößen für die Bestimmung der Blutglucosekonzentration nach dem vorstehend beschriebenen Modell die Raumtemperatur (Umgebungstemperatur), die Körperoberflächentemperatur, die Temperaturänderungen in dem mit der Körperoberfläche in Kontakt stehenden Block, die Temperatur aufgrund der Strahlung von der Körperoberfläche und die Absorption bei mindestens zwei Wellenlängen sind.
4 zeigt die Beziehungen zwischen den von verschiedenen Sensoren gelieferten Messwerten und den daraus abgeleiteten Parametern. Ein Block wird mit der Körperoberfläche in Kontakt gebracht, und aufeinanderfolgende Änderungen bei zwei Arten von Temperaturen T₁ und T₂ werden mit zwei Temperatursensoren gemessen, die an zwei Stellen auf dem Block vorgesehen sind. Eine Strahlungstemperatur T₃ auf der Körperoberfläche und die Raumtemperatur T₄ werden getrennt gemessen. Die Absorptionen A_l und A₂ werden bei mindestens zwei Wellenlängen in Zusammenhang mit der Absorption von Hämoglobin gemessen. Die Temperaturen T₁, T₂, T₃ und T₄ liefern Parameter in Zusammenhang mit dem Umfang der Durchblutung. Die Temperatur T₃ liefert einen Parameter in Zusammenhang mit dem Umfang der Wärmeübertragung durch Strahlung. Die Temperaturen T₃ und T₄ liefern Parameter in Zusammenhang mit dem Umfang der Wärmeübertragung durch Konvektion. Die Absorption A₁ liefert einen Parameter in Zusammenhang mit der Hämoglobin-Konzentration. Die Absorptionen A₁ und A₂ liefern Parameter in Zusammenhang mit der Hämoglobin-Sauerstoffsättigung im Blut.
Nachstehend wird ein Beispiel für ein Gerät zur nichtinvasiven Messung der Blutzuckerspiegel nach dem Prinzip der Erfindung beschrieben.
5 zeigt eine Draufsicht des nichtinvasiven Blutzuckerspiegel-Messgeräts nach der Erfindung. Während bei diesem Beispiel die Haut an der Fingerkuppe als die Körperoberfläche benutzt wird, können auch andere Teile der Körperoberfläche verwendet werden.
An der Oberseite des Geräts befinden sich eine Bedieneinheit 11, eine Messeinheit 12, auf die der Finger für die Messung aufgelegt wird, und eine Anzeigeeinheit 13 zum Anzeigen des Zustands des Geräts, der Messwerte usw. Die Bedieneinheit 11 umfasst vier Drucktasten 11a bis 11d zum Bedienen des Geräts. Die Messeinheit 12 weist eine Abdeckung 14 auf, die im geöffneten Zustand (wie gezeigt) eine Fingerauflage 15 mit einem ovalen Umriss freigibt. Die Fingerauflage 15 weist ein Öffnungsende 16 eines Strahlungstemperatursensors, einen Kontakttemperatursensor 17 und eine optische Sensoreinheit 18 auf.
6 zeigt den Ablauf des Betriebsverfahrens für das Gerät. Wenn eine der Tasten auf der Bedieneinheit gedrückt und das Gerät eingeschaltet wird, wird ein Hinweis „Aufwärmen" auf der LCD-Anzeige angezeigt, während die elektronischen Schaltungen im Gerät aufgewärmt werden. Gleichzeitig wird ein Prüfprogramm aktiviert, um die elektrischen Schaltungen automatisch zu prüfen. Nach Abschluss der Aufwärmphase erscheint ein Hinweis „Finger auflegen" auf der LCD-Anzeige. Wenn der Benutzer seinen Finger auf die Fingerauflage legt, beginnt die LCD-Anzeige mit einem Rückwärtszählen oder Countdown. Nach Ende des Countdowns erscheint ein Hinweis „Finger vom Sensor nehmen" auf der LCD-Anzeige. Wenn der Benutzer die Anweisung befolgt, wird auf der LCD-Anzeige „Daten werden verarbeitet" angezeigt. Danach wird der Blutzuckerspiegel auf der LCD-Anzeige angezeigt, der sodann in einer IC-Karte gespeichert wird, zusammen mit Datum und Uhrzeit. Wenn der Benutzer den angezeigten Blutzuckerspiegel gelesen hat, drückt er eine weitere Taste auf der Bedieneinheit. Etwa eine Minute später zeigt das Gerät auf der LCD-Anzeige eine Meldung „Finger auflegen" an, was anzeigt, dass das Gerät für den nächsten Messzyklus bereit ist.
7 zeigt die Messeinheit im Detail. 7(a) zeigt eine Draufsicht, 7(b) einen Querschnitt entlang der Linie X-X in 7(a) und 7(c) einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y in 7(a).
Zunächst wird das Verfahren zur Temperaturmessung mit dem nichtinvasiven Blutzuckerspiegel-Messgerät nach der Erfindung beschrieben. In dem Abschnitt der Messeinheit, den das Messobjekt (Fingerkuppe) berühren soll, ist eine dünne Platte 21 aus einem hoch wärmeleitfähigen Material wie zum Beispiel Gold angeordnet. Ein stabförmiges wärmeleitfähiges Element 22 aus einem Material wie zum Beispiel Polyvinylchlorid, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer als die der Platte 21 ist, ist thermisch mit der Platte 21 verbunden und verläuft in das Gerät hinein. Die Temperatursensoren umfassen einen Thermistor 23 zum Messen der Temperatur der Platte 21, der als Umgebungstemperaturdetektor im Hinblick auf das Messobjekt dient. Außerdem ist ein Thermistor 24 zum Messen der Temperatur des Wärmeleitelements in einer bestimmten Entfernung von der Platte 21 vorgesehen, der als indirekter Temperaturdetektor im Hinblick auf das Messobjekt dient. Die Platte 21, das Wärmeleitelement 22 und die Thermistoren 23 und 24 bilden eine Wärmeübertragungs-Messeinheit.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dem Berechnungsverfahren für die Wärmemenge mit dem Messverfahren nach der vorliegenden Erfindung wichtig, dass die physikalischen Eigenschaften der Kontakteinheit als ein Objekt der Temperaturmessung in einer Messeinheit, auf die ein Finger als Messobjekt gelegt wird, die Form der umgebenden Struktur der Kontakteinheit und dergleichen festgelegt sind. Weiter wird eine bestimmte Menge der von einer Wärmequelle wie zum Beispiel einem Finger zugeführten Wärme nach außen abgegeben und verbraucht, zusätzlich zu der Wärme für die Erzeugung der Temperaturverteilung im Inneren der Kontakteinheit (insbesondere der Platte 21) und des Wärmeleitelements 22 und des Wärmeverlusts aus der Kontakteinheit als Strahlungswärme. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass Wärme von einer anderen Quelle als der Wärmequelle zugeführt wird, das heißt vom Messobjekt. In diesen Fällen wird die zu messende Wärme nicht gemessen oder es wird Wärme gemessen, die nicht gemessen werden soll. Als Folge entstehen Messfehler, und daher besteht die Möglichkeit, dass bei der Berechnung der eigentlichen Blutglucosekonzentrationen ein Fehler auftritt.
Aus diesem Grund erfolgt der Wärmeaustausch durch Kontakt mit der Wärmequelle, und die Wärmeübertragungs-Messeinheit zur Messung der Temperatur der Wärmequelle ist thermisch von den übrigen Bestandteilen isoliert, die das Blutzuckerspiegel-Messgerät bilden. Alternativ wird die Wärmeleitung zwischen der Wärmeübertragungs-Messeinheit und den übrigen Bestandteilen des Blutzuckerspiegel-Messgeräts unterbunden, wodurch sich eine Struktur mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit ergibt. Als Ergebnis werden mögliche Messfehler verringert, so dass die Blutglucosekonzentration mit höherer Genauigkeit ermittelt wird. Zusätzlich zu dieser Struktur ist das Gerät so aufgebaut, dass die thermische Verbindung verstärkt wird, indem ein Aufbau verwendet wird, bei dem die Platte 21 aus Gold oder einem Metall mit einer gleich hohen Wärmeleitfähigkeit wie Gold gebildet ist, und die Thermistoren 23 und 24 durch einen Klebstoff mit einer hoher Wärmeleitfähigkeit mit dem Wärmeleitelement 22 verbunden oder in das Wärmeleitelement 22 eingesetzt sind.
10 zeigt eine detaillierte Ansicht (a) der Messeinheit und eine detaillierte vergrößerte Ansicht (b) der umgebenden Struktur 37 von deren Wärmeübertragungs-Messeinheit. Wie in 10(b) gezeigt, weist die Wärmeübertragungs-Messeinheit einen Aufbau auf, bei dem die Platte 21 und die Thermistoren 23 und 24 auf dem stabförmigen Wärmeleitelement 22 (hier zum Beispiel einem Rundstab) angeordnet sind und das Wärmeleitelement 22 in Kontakt mit einem Stützsäulenabschnitt 36 angebracht ist, der das Blutzuckerspiegel-Messgerät bildet.
11 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Wärmeisolierungsstruktur oder eine Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit auf die in 10(b) gezeigte Wärmeübertragungs-Messeinheit angewendet wird. Bei dieser Ausführungsform ist ein Wärmeisolator 38 konzentrisch bezogen auf das runde stabförmige Wärmeleitelement 22 vorgesehen, das mit Hilfe des Wärmeisolators auf dem Stützsäulenabschnitt 36 befestigt wird. Als Wärmeisolator können hierbei Fasermaterialien oder Schaummaterialien mit darin gebildeten Poren oder Mikrostaubschichtmaterialien verwendet werden. Im Falle von Fasermaterialien können Asbest, Glaswolle oder Materialien mit ähnlichen Fasereigenschaften verwendet werden, und deren Wärmeleitfähigkeit kann zwischen etwa 0,0005 W/mK und etwa 0,002 W/mK liegen. Im Falle von Schaummaterialien können Polyurethan, Polystyrol oder Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie Schaummaterial verwendet werden, und deren Wärmeleitfähigkeit kann zwischen etwa 0,005 W/mK und etwa 0,02 W/mK betragen. Außerdem können im Falle von Mikrostaubschichtmaterialien Perlit, Silica-Aerogel oder Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie Mikrostaubschichtmaterial verwendet werden, und deren Wärmeleitfähig keit kann zwischen etwa 0,0005 W/mK und etwa 0,009 W/mK liegen. Die als Wärmeisolator verwendeten Materialien weisen vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,0005 W/mK bis etwa 0,02 W/mK auf. Die Wärmeleitfähigkeit des Abschnitts, wo dieser Wärmeisolator verwendet wird, kann deutlich geringer sein, angesichts der Tatsache, dass die Wärmeleitfähigkeit von Luft etwa 0,025 W/mK beträgt und dass die Wärmeleitfähigkeit mehrere Hundert mW/mK beträgt, wenn ein Harzmaterial wie zum Beispiel ein Kunststoff als Material für die Hauptbestandteile des Geräts verwendet wird, außer für die Abschnitte, die durch einen Wärmeisolator und verschiedene Detektoren ersetzt werden können. Als Ergebnis kann der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeleitelement 22 und dem Stützsäulenabschnitt 36 deutlich verringert werden. Während der Wärmeisolator praktisch in Kontakt mit dem Wärmeleitelement 22 und dem Stützsäulenabschnitt 36 ist, weist der hier verwendete Wärmeisolator eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als jedes dieser beiden Elemente auf.
Die Struktur, in die der Wärmeisolator in einen Abschnitt des Geräts eingesteckt wird, ist vorstehend beschrieben. Die in 18 gezeigte Form ist jedoch denkbar, wobei mindestens ein Teil eines oberen Stützsäulenelements 43 oder eines unteren Stützsäulenelements 44, die den Stützsäulenabschnitt 36 und das Wärmeleitelement 22 umgebend angeordnet sind, aus einem isolierenden Material gebildet ist und das Wärmeleitelement 22 auf diesen Elementen befestigt ist. 18 zeigt eine detaillierte Ansicht (a) der Messeinheit, eine detaillierte vergrößerte Ansicht (b) einer Ausführungsform der Wärmeübertragungs-Messeinheit und eines umgebenden Abschnitts 42 derselben und eine detaillierte vergrößerte Ansicht (c) einer weiteren Ausführungsform der Wärmeübertragungs-Messeinheit und des umgebenden Abschnitts 42 derselben. In der Abbildung sind die aus dem isolierenden Material gebildeten Teile schwarz dargestellt. Hierbei sind die Eigenschaften des isolierenden Materials dieselben wie vorstehend angegeben. Während in 18(b) das obere Stützsäulenelement 43, der Stützsäulenabschnitt 36 und das untere Stützsäulenelement 44 alle aus dem isolierenden Material gebildet sind, sind in 18(c) das obere Stützsäulenelement 43 und der Stützsäulenabschnitt 36 aus dem isolierenden Material gebildet. Zusätzlich kann der Seitenabschnitt des Wärmeleitelements 22 mit dem isolierenden Material bedeckt sein. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine stärkere Verringerung des Wärmeaustauschs von dem Wärmeleitelement 22 auf die übrigen Bestandteile des Geräts in der Umgebung des Wärmeleitelements 22 durch den Abschnitt aus isolierendem Material in derselben Weise wie der Aufbau in 11.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Gesamtmenge der zwischen Substanzen oder in einer Substanz übertragenen Wärme ein Wert, der durch Multiplizieren des durch die Temperaturdifferenz und die Wärmeleitfähigkeit definierten Wärmeflusses (W/m²) mit der Kontaktfläche F (m²) erhalten wird. Wird ein Isolator verwendet, wie in der Abbildung gezeigt, wird die Wärmeleitfähigkeit von dem Wärmeleitelement auf die übrigen Bestandteile verringert, um den Wärmefluss zu verringern. Als Ergebnis ist es möglich, die Gesamtmenge der von dem Wärmeleitelement auf die übrigen Bestandteile übertragenen Wärme zu verringern.
12 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Querschnitt eines Kontaktabschnitts des in 10(b) gezeigten Stützsäulenabschnitts 36 mit dem Wärmeleitelement 22 eine Dreiecksform aufweist, so dass der Stützsäulenabschnitt 36 linearen Kontakt mit dem Wärmeleitelement 22 hat. 12(a) zeigt eine detaillierte vergrößerte Ansicht einer umgebenden Struktur 37 der Wärmeübertragungs-Messeinheit und einen Querschnitt entlang der Linie B-C in 12(b). 12(b) zeigt eine Ansicht von Punkt A in 12(a). Wie vorstehend beschrieben, wird die Gesamtmenge der zwischen Substanzen oder in einer Substanz übertragenen Wärme durch Multiplizieren des durch die Temperaturdifferenz und die Wärmeleitfähigkeit definierten Wärmeflusses (W/m²) mit der Kontaktfläche F (m²) erhalten. Nach dem vorliegenden Verfahren wird nicht der Wärmefluss verringert, sondern die Kontaktfläche wird verkleinert, wodurch die zu übertragende Wärme verringert wird.
Zusätzlich zu der in 12 gezeigten Querschnittsform können jeder Punktkontakt, linearer Längskontakt in Längsrichtung, das heißt eine durch linearen Kontakt gebildete Kontaktform, oder anderen Formen, die einen asymmetrischen Kontakt bewirken, angewendet werden, um die Kontaktfläche zu verkleinern. Diese Kontaktformen können dieselbe Wirkung wie in 12 haben. 19 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Kontaktabschnitt des Stützsäulenabschnitts 36 mit dem Wärmeleitelement 22 als ein hervorragender Abschnitt mit Punktkontakt gebildet ist. 19(a) zeigt eine detaillierte vergrößerte Ansicht der umgebenden Struktur 37 der Wärmeübertragungs-Messeinheit und einen Querschnitt entlang der Linie B-C in 19(b). 19(b) zeigt eine Ansicht von Punkt A in 19(a). 20 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Kontaktabschnitt des Stützsäulenabschnitts 36 mit dem Wärmeleitelement 22 als ein hervor ragender Abschnitt mit linearem Kontakt in Längsrichtung des Wärmeleitelements gebildet ist. 20(a) zeigt eine detaillierte vergrößerte Ansicht der umgebenden Struktur 37 der Wärmeübertragungs-Messeinheit und einen Querschnitt entlang der Linie B-C in 20(b). 20(b) zeigt eine Ansicht von Punkt A in 20(a). 21 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Kontaktabschnitt des Stützsäulenabschnitts 36 mit dem Wärmeleitelement 22 als ein hervorragender Abschnitt mit Punktkontakt gebildet ist und der hervorragende Abschnitt mit einem Klebstoff an einer Klebestelle 45 des Wärmeleitelements 22 befestigt ist. 21(a) zeigt eine detaillierte vergrößerte Ansicht der umgebenden Struktur 37 der Wärmeübertragungs-Messeinheit und einen Querschnitt entlang der Linie B-C in 21(b). 21(b) zeigt eine Ansicht von Punkt A in 21(a). 22 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Kontaktabschnitt des Stützsäulenabschnitts 36 mit dem Wärmeleitelement 22 so gebildet ist, dass er von dem Stützsäulenabschnitt 36 hervorsteht und einen Verbindungsabschnitt 46 aufweist, und ein Halteabschnitt 47 gebildet ist, der eine Umfangsfläche des Wärmeleitelements bedeckt und dieses trägt. 22(a) zeigt eine detaillierte vergrößerte Ansicht der umgebenden Struktur 37 der Wärmeübertragungs-Messeinheit und einen Querschnitt entlang der Linie B-C in 22(b). 22(b) zeigt eine Ansicht von Punkt A in 22(a). In jedem der in 19, 20 und 21 gezeigten Fälle ist der Kontaktabschnitt des Stützsäulenabschnitts 36 mit dem Wärmeleitelement 22, das heißt der Endabschnitt, so gebildet, dass er an einer an das Wärmeleitelement angrenzenden Position einen kleineren Durchmesser als die Durchmesser der übrigen Abschnitte des Stützsäulenabschnitts 36 oder wenigstens als dessen maximaler Durchmesser aufweist. In 22 sind der Verbindungs- und der Halteabschnitt aus einem Material mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit als der Stützsäulenabschnitt gebildet.
Die Isolierwirkung bei Verwendung der Isolierstruktur wird anhand von 13 bis 17 beschrieben. Hierbei werden, während ein Finger als Wärmequelle mit der Wärmeübertragungs-Messeinheit in Kontakt ist, wie vorstehend gezeigt, die erzeugten Temperaturverteilungen des Wärmeleitelements 22 oder des Stützsäulenabschnitts 36 mit einer Temperaturmesseinrichtung wie zum Beispiel einem Thermographen gemessen. 13, 14 und 16 zeigen die Ergebnisse der Temperaturverteilungsmessung mit einer Isotherme, wobei die Position des Wärmeleitelements 22 oder des Stützsäulenabschnitts 36 durch eine gepunktete Linie angegeben ist. Der Finger als Wärmequelle ist in Kontakt mit einer Stelle, die mit dem Bezugszeichen 39 versehen ist. Au ßerdem geben in 15 und 17 senkrechte Achsen auf der linken Seite die gemessenen Temperaturen an, während senkrechte Achsen auf der rechten Seite die Temperaturdifferenzen angeben. Darüber hinaus ist in jeder Abbildung eine Achse zum Lesen der Kurven durch einen Pfeil angegeben.
13 zeigt eine Temperaturverteilung in dem Wärmeleitelement 22 und in der Umgebung desselben, wenn sich das Wärmeleitelement in Luft befindet, nicht in Kontakt mit irgendeiner Substanz, und in einer erheblichen Entfernung von dem Stützsäulenabschnitt 36 angeordnet ist, wobei das Wärmeleitelement 22 durch die gepunktete Linie angegeben ist. Wärmequellenartige Punkte 40 und 41 an der rechten und der linken Seite sind entsprechend der Position des Stützsäulenabschnitts 36 angeordnet, und die Abbildung zeigt, dass der Stützsäulenabschnitt eine höhere Temperatur als die umgebende Luft (Umgebung) aufweist. Wärme wird von einer Fingerkontaktstelle an der Oberseite des Wärmeleitelements 22, nämlich der Kontaktstelle der Wärmequelle, zum Inneren der Wärmeleitelements 22 geleitet, und die Temperatur ist nahezu abstandsgleich verteilt. Es zeigt sich, dass durch Vermeidung von Kontakt mit dem Stützsäulenelement die Wärme gleichmäßig durch das Innere des Wärmeleitelements 22 strömt, ohne Verlust an Wärmefluss aus dem Finger als Wärmequelle.
Im Gegensatz dazu zeigt 14 eine Temperaturverteilung in dem Wärmeleitelement 22 und dem Stützsäulenabschnitt 36 sowie der Umgebung des Wärmeleitelements 22 ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung, wobei das Wärmeleitelement 22 und der Kontaktabschnitt des Stützsäulenabschnitts 36 mit dem Wärmeleitelement durch gepunktete Linien angegeben sind. Es zeigt sich, dass die Abstände der Isotherme zwischen dem oberen und dem unteren Verbindungsabschnitt zwischen dem Wärmeleitelement 22 und dem Stützsäulenabschnitt 36 recht unterschiedlich sind. Dies zeigt, dass der aus dem Finger als Wärmequelle gewonnene Wärmefluss variiert. Mit anderen Worten, es zeigt, dass der von der Wärmequelle zugeführte Wärmefluss an dem damit in Kontakt befindlichen Stützsäulenabschnitt 36 beeinflusst wird und dass die Wärme zum Stützsäulenabschnitt fließt.
15 zeigt einen Vergleich zwischen den Temperaturverteilungen in Richtung der Y-Achse von der Mitte des Wärmeleitelements 22 in Richtung der X-Achse in dem in 13 gezeigten Zustand und dem Zustand, bei dem das Wärmeleitelement 22 ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung mit dem Stützsäulenabschnitt 36 in Kontakt kommt, wie in 14 gezeigt. Die in dem Zustand in 13 und dem Zustand in 14 gemessenen Temperaturen sowie die gemessene Temperaturdifferenz zwischen deren jeweiligen Zuständen sind durch quadratische, rautenförmige und dreieckige Punkte angegeben. Wie in der Abbildung gezeigt, werden Temperaturmessfehler von bis zu 1,8°C bei Vergleich des Zustands in 14 mit dem in 13 festgestellt.
16 zeigt eine Temperaturverteilung im Inneren des Wärmeleitelements 22 und des Stützsäulenabschnitts 36 sowie der Umgebung des Wärmeleitelements 22, wenn ein Isolator 38 zwischen dem Wärmeleitelement 22 und dem Stützsäulenabschnitt 36 vorgesehen ist, wobei das Wärmeleitelement 22, der Stützsäulenabschnitt 36 und der Isolator 38 durch gepunktete Linien angegeben sind. Weiter zeigt 17 den Vergleich zwischen den Temperaturverteilungen in Richtung der Y-Achse von der Mitte des Wärmeleitelements 22 in Richtung der X-Achse in dem Zustand in 13 und dem Zustand in 16. Die in dem Zustand in 13 und dem Zustand in 16 gemessenen Temperaturen sowie die gemessene Temperaturdifferenz zwischen deren jeweiligen Zuständen sind durch quadratische, rautenförmige und dreieckige Punkte angegeben.
Nach 16 wird festgestellt, dass die Temperatur im Inneren des Wärmeleitelements 22 ohne Verlust an Wärmefluss abstandsgleich verteilt ist. Außerdem zeigt sich nach 17, wenn die Temperaturverteilung für den Zustand in 13 mit der in 16 verglichen wird, dass die Temperaturmessdifferenzen dazwischen auf maximal 0,2°C verringert sind, im Vergleich zu 1,8°C im Falle von 14 ohne Verwendung des Isolators. Nach diesen Ergebnissen kann bestätigt werden, dass die Wärme in dem Wärmeleitelement 22 nahezu gleichmäßig fließt, ohne Verlust an Wärmefluss aus dem Finger als Wärmequelle. Es kann auch bestätigt werden, dass das Auftreten von Temperaturmessfehlern aufgrund des Fließens der aus dem Finger gewonnenen Wärme zum Stützsäulenabschnitt durch Verwendung von Isolatoren zur Vermeidung von direktem Kontakt zwischen dem Stützsäulenelement und dem Wärmeleitelement verhindert wird.
Eine Infrarotlinse 25 ist im Inneren des Geräts so an einer Position angeordnet, dass das auf der Fingerauflage 15 liegende Messobjekt (Fingerkuppe) durch die Linse zu sehen ist. Unter der Infrarotlinse 25 ist hinter einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Fenster 26 ein pyroelektrischer Detektor 27 angeordnet. Ein weiterer Thermistor 28 ist nahe dem pyroelektrischen Detektor 27 angeordnet.
Damit weist der Temperatursensorabschnitt der Messeinheit vier Temperatursensoren auf, die die folgenden vier Temperaturen messen:

(1) Temperatur an der Fingeroberfläche (Thermistor 23): T₁
(2) Temperatur des Wärmeleitelements (Thermistor 24): T₂
(3) Temperatur der Strahlung von dem Finger (pyroelektrischer Detektor 27): T₃
(4) Raumtemperatur (Thermistor 28): T₄

Die optische Sensoreinheit 18 misst die Hämoglobin-Konzentration und die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung, die zur Bestimmung des Sauerstoffzufuhrvolumens nötig sind. Um die Hämoglobin-Konzentration und die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung zu messen, muss die Absorption bei mindestens zwei Wellenlängen gemessen werden. 7(c) zeigt eine Konfiguration für die Durchführung einer Messung bei zwei Wellenlängen mit zwei Lichtquellen 33 und 34 und einem Detektor 35.
Die optische Sensoreinheit 18 umfasst die Enden von zwei optischen Fasern 31 und 32. Die optische Faser 31 dient zum Bestrahlen mit Licht, während die optische Faser 32 zum Aufnehmen von Licht dient. Wie in 7(c) gezeigt, ist die optische Faser 31 mit Zweigfasern 31a und 31b verbunden, die mit Leuchtdioden 33 und 34 an ihren jeweiligen Enden versehen sind. Das andere Ende der Licht aufnehmenden optischen Faser 32 ist mit einer Fotodiode 35 versehen. Die Leuchtdiode 33 emittiert Licht mit einer Wellenlänge von 810 nm, während die Leuchtdiode 34 Licht mit einer Wellenlänge von 950 nm emittiert. Die Wellenlänge von 810 nm ist die Wellenlänge gleicher Absorption, bei der der molare Absorptionskoeffizient von Oxy-Hämoglobin gleich dem von Desoxy-Hämoglobin ist. Die Wellenlänge von 950 nm ist die Wellenlänge, bei der die Differenz zwischen dem molaren Absorptionskoeffizienten von Oxy-Hämoglobin und dem von Desoxy-Hämoglobin groß ist.
Die beiden Leuchtdioden 33 und 34 emittieren Licht in einem Zeitteilverfahren, so dass der Finger des Patienten über die optische Faser 31 mit dem von den Leuchtdioden 33 und 34 emittierten Licht bestrahlt wird. Das auf den Finger fallende Licht wird von der Haut reflektiert, gelangt in die Licht aufnehmende optische Faser 32 und wird schließlich von der Fotodiode 35 erfasst. Ein Teil des von der Haut des Fingers reflektierten Lichts dringt durch die Haut und tritt in das Gewebe ein, wo es von dem Hämoglobin in dem in den kapillaren Blutgefäßen fließenden Blut absorbiert wird. Die von der Fotodiode 35 gelieferten Messdaten haben einen Reflexionsgrad R, und der Absorptionsgrad kann näherungsweise durch log(1/R) berechnet werden. Der Finger wird daher mit Licht mit den Wellenlängen von 810 nm und 950 nm bestrahlt, und R wird für beide Wellenlängen gemessen und auch log(1/R) wird für beide berechnet. Daher werden die Absorption A₁ und A₂ für die Wellenlängen von 810 nm bzw. 950 nm gemessen.
Wenn die Desoxy-Hämoglobin-Konzentration [Hb] und die Oxy-Hämoglobin-Konzentration [HbO₂] ist, werden die Absorption A₁ und A₂ durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt:
A_Hb(810 nm) und A_Hb(950 nm) und A_HbO2(810 nm) und A_HbO2(950 nm) sind die molaren Absorptionskoeffizienten von Desoxy-Hämoglobin bzw. Oxy-Hämoglobin und sind bei den jeweiligen Wellenlangen bekannt. Der Ausdruck ist ein Proportionalitätskoeffizient. Die Hämoglobin-Konzentration [Hb] + [HbO₂] und die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung [HbO₂]/([Hb] + [HbO₂]) können aus den vorstehenden Gleichungen wie folgt bestimmt werden:
In dem vorstehenden Beispiel werden die Hämoglobin-Konzentration und die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung durch Messen der Absorption bei zwei Wellenlangen gemessen. Vorzugsweise wird die Absorption jedoch bei mehr als zwei Wellenlangen gemessen, damit der Einfluss von Störanteilen verringert und die Messgenauigkeit verbessert werden kann.
Spezifische Beispiele für wichtige Störanteile sind unter anderem Melaninpigment zur Bestimmung der Hautfarbe, Bilirubin als Verursachersubstanz für Gelbsuchtsymptome und Bluttrübung als Ursache von Hyperlipämie. Als ein Beispiel ist es möglich, den Einfluss von Störanteilen zu verringern und die Messgenauigkeit zu erhöhen, indem Licht mit Wellenlangen von 535 nm, 470 nm und 660 nm hinzugefügt wird, das jeweils zur Beobachtung großer molarer Absorptionskoeffizienten von Melaninpigment, Bilirubin bzw. Bluttrübung verwendet werden kann. Dabei ist zu beachten, dass die in dieser Spezifikation angegebenen Wellenlängenwerte, einschließlich der vorstehend beschriebenen Wellenlängen von 810 nm und 950 nm zur Verwendung für Oxy-Hämoglobin und Desoxy-Hämoglobin, die Werte sind, die am besten zur Erzielung einzelner Ab sorptionen von Interesse geeignet sind, zum Beispiel zur Erzielung einer Absorption bei einer Wellenlänge, bei der die molaren Absorptionskoeffizienten gleich sind, oder zur Gewinnung von Absorptions-Peaks. Daher können Wellenlängen, die ungefähr denen entsprechen, die in der vorliegenden Spezifikation beschrieben sind, das heißt Wellenlängen von etwa 20 nm über oder unter den angegebenen Wellenlängen in gleicher Weise für die Messung verwendet werden.
8 zeigt das Konzept der Verarbeitung der Daten in dem Gerät. Das Gerät nach dem vorliegenden Beispiel ist mit fünf Sensoren ausgerüstet, nämlich Thermistor 23, Thermistor 24, pyroelektrischer Detektor 27, Thermistor 28 und Fotodiode 35. Die Fotodiode 35 misst die Absorption bei den Wellenlängen von 810 nm und 950 nm. Dadurch werden dem Gerät sechs Arten von Messwerten zugeführt.
Die fünf Arten analoger Signale werden über getrennte Verstärker A₁ bis A₅ den Analog-Digital-Wandlern AD₁ bis AD₅ zugeführt, wo sie in digitale Signale umgewandelt werden. Auf der Grundlage der digital umgewandelten Werte werden die Parameter x_i (i = 1, 2, 3, 4, 5) berechnet. Nachstehend sind spezifische Beschreibungen von x_i angegeben (wobei a₁ bis a₅ Proportionalitätskoeffizienten sind):

Parameter proportional zur Wärmestrahlung x1 = α1 × (T3)4
Parameter proportional zur Wärmekonvektion x2 = α2 × (T4 – T3)
Parameter proportional zur Hämoglobin-Konzentration
Parameter proportional zur Hämoglobin-Sauerstoffsättigung

Parameter proportional zum Durchblutungsvolumen

Für S₁ und S₂, die bei der Berechnung des Parameters x₅ proportional zum Durchblutungsvolumen verwendet werden, ist bestätigt worden, dass die Anwendung der vorstehend beschriebenen Isolierungsstruktur oder Struktur zur Verringerung der Wärme leitfähigkeit Messfehler von üblicherweise etwa 10 % auf etwa 0,1 % bezogen auf den Messwert in dem Zustand in 13 verringern kann, bei dem das Wärmeleitelement nicht in Kontakt mit dem Stützsäulenabschnitt ist. Obwohl die Werte von S₁ und S₂ durch die gemessene Temperatur und die Messzeit bestimmt werden, ändert sich der Absolutwert der gemessenen Temperatur durch Anwendung der Isolierungsstruktur oder der Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Wärmeleitelement und dem Stützsäulenabschnitt. Wie vorstehend beschrieben, besteht eine Messwertdifferenz von fast 2°C zwischen den Fällen mit und ohne Anwendung der vorstehenden Strukturen. Außerdem ist die Temperaturdifferenz durch den Verlust eines Teils der Wärme verursacht, die normalerweise aufgrund eines Fehlens der Anwendung der vorstehenden Strukturen gemessen werden sollte. Daher sollte dies als ein Temperaturmessfehler angesehen werden.
Wenn zum Beispiel mit Anwendung der vorstehenden Strukturen die Temperatur T₁ bei der Bestimmung von S₁ 37°C und die Temperatur T₂ bei der Bestimmung von S₂ 24°C betragen, kann die Temperatur T₂ ohne Anwendung der vorstehenden Strukturen mit etwa 22°C gemessen werden.
Wenn die Messzeiten (Kontaktzeit mit der Wärmequelle) gleich sind, sind die Werte S₁ und S₂ im Wesentlichen proportional zu der gemessenen Temperatur, auch wenn sie durch Integration bezüglich der Zeit erhalten werden. Diese Werte werden in den Parameter x₅ proportional zum Durchblutungsvolumen eingesetzt, und der Proportionalitätskoeffizient a₅ wird konstant gehalten. Danach wird der vorstehende Fall als Beispiel verwendet, wobei, wenn T₁ 37°C beträgt, T₂ bei Anwendung der Isolierungsstruktur oder der Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit 24°C und ohne Anwendung der Struktur 22°C beträgt. In dem Beispiel wird x₅ berechnet und verglichen, wie nachstehend beschrieben. Hier sind die Werte S₁ und S₂ der Einfachheit halber Produkte von gemessenen Einzeltemperaturen und Messzeiten (t_count). S1 = T1 × tcount S2 = T2 × tcount X5 = a5/(tcount × (S1 – S2))(Definition von X5)[wenn die Isolierungsstruktur oder die Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit angewendet ist, wird X₅ ausgedrückt als X_{5 applied}] X5 applied = a5/(tcount x (37 – 24) × tcount) [wenn die Isolierungsstruktur oder die Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit nicht angewendet ist, wird X₅ ausgedrückt als X_{5
not-applied}] X5 not-applied(Anwendung) = a5/(tcount × (37 – 22) × tcount)[Verhältnis zwischen X_{5 applied} und X_{5 not-applied}] X5 applied:X5 not-applied = 1/13:1/15 = 0.077:0.066 = 1:0.85
Der Wert x₅ (=X_{5 applied}) bei Anwendung der Isolierungsstruktur oder der Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit weicht um 15 % von x₅ (= X_{5
not-applied}) ohne Anwendung der Strukturen ab. Diese Differenz bedeutet, dass eine Verbesserung der Genauigkeit vorliegt. Die gemessene Temperaturdifferenz von 2°C zwischen den Fällen mit und ohne Anwendung der Strukturen wird als Messfehler angesehen, weil bei Anwendung der Struktur bestätigt wird, dass die Messbedingungen auf der Grundlage der Prüfung der vorstehenden Temperaturverteilung gewünscht sind.
Danach werden die normalisierten Parameter aus den Mittelwerten und Standardabweichungen von x_i berechnet, die anhand tatsächlicher Daten für große Zahlen gesunder Menschen und Diabetiker erhalten werden. Ein normalisierter Parameter X_i (wobei i = 1, 2, 3, 4, 5) wird aus jedem Parameter x_i nach der folgenden Gleichung berechnet:
wobei

x_i:: Parameter
x _i:: Mittelwert des Parameters
SD(x_i):: Standardabweichung des Parameters

Mit den vorstehenden fünf normalisierten Parametern werden die Berechnungen zur Umwandlung in die letztlich anzuzeigende Glucosekonzentration durchgeführt. Ein für die Verarbeitungsberechnungen nötiges Programm ist in einem ROM in dem im Gerät eingebauten Mikroprozessor gespeichert. Der für die Verarbeitungsberechnungen erforderliche Speicherbereich ist in einem RAM vorgesehen, der in gleicher Weise im Gerät eingebaut ist. Die Ergebnisse der Berechnung werden auf der LCD-Anzeige angezeigt.
Als Bestandteil des für die Verarbeitungsberechnungen nötigen Programms enthält der ROM eine Funktion, um insbesondere die Glucosekonzentration C zu bestimmen. Die Funktion ist wie folgt definiert. C ist durch die nachstehende Gleichung (1) gegeben, wobei a_i (i = 0, 1, 2, 3, 4, 5) im Voraus nach dem folgenden Verfahren aus mehreren Elementen von Messdaten bestimmt wird:

(1) Eine multiple Regressionsgleichung wird aufgestellt, die die Beziehung zwischen dem normalisierten Parameter und der Glucosekonzentration C angibt.
(2) Eine normalisierte Gleichung (simultane Gleichung) für den normalisierten Parameter wird aus einer nach der Methode der kleinsten Quadrate erhaltenen Gleichung erhalten.
(3) Die Werte des Koeffizienten a_i (i = 0, 1, 2, 3, 4, 5) werden aus der normalisierten Gleichung ermittelt und dann in die multiple Regressionsgleichung eingesetzt.

Zunächst wird die Regressionsgleichung (1) formuliert, die die Beziehung zwischen der Glucosekonzentration C und den normalisierten Parametern X₁, X₂, X₃, X₄ und X₅ angibt. C = f(X1, X2, X3, X4, X5) = α0 + α1X1 + α2X2 + α3X3 + α4X4 + α5X5 (1)
Danach wird die Methode der kleinsten Quadrate angewendet, um eine multiple Regressionsgleichung zu erhalten, die den Fehler im Hinblick auf einen nach einem Enzymelektrodenverfahren gemessenen Wert C_i für die Glucosekonzentration minimiert. Wenn die Summe der Quadrate des Rests D ist, wird D durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt:
Weil die Summe der Quadrate des Rests D minimal wird, wenn die partielle Differenzierung der Gleichung (2) bezogen auf a₀, a₂, ..., a₅ null ergibt, erhalten wir die folgenden Gleichungen:
Wenn die Mittelwerte von C und X₁ bis X₅ C_mean bzw. X_1mean bis X_5mean sind, kann die Gleichung (4) aus der Gleichung (1) erhalten werden, da X_imean = 0 (i = 1 bis 5): α0 = Cmean – α1X1mean – α2X2mean – a3X3mean – α4X4mean – α5X5mean = Cmean (4)
Die Variation und Covariation zwischen den normalisierten Parametern sind durch die Gleichung (5) ausgedrückt. Die Covariation zwischen dem normalisierten Parameter X_i (i = 1 bis 5) und C ist durch die Gleichung (6) ausgedrückt.
Durch Einsetzen der Gleichungen (4), (5) und (6) in die Gleichung (3) und Umstellen erhält man die simultane Gleichung (normalisierte Gleichung) (7). Das Lösen der Gleichung (7) liefert die Werte a₁ bis a₅. α1S11 + α2S12 + α3S13 + α4S14 + α3S13 = S1C α1S21 + α2S22 + α3S23 + α4S24 + α5S25 = S2C α1S31 + α2S32 + α3S33 + α4S34 + α5S35 = S3C α1S41 + α2S42 + α3S43 + α4S44 + α5S45 = S4C α1S51 + α2S52 + α3S53 + α4S54 + α5S55 = S5C (7)
Das konstante Glied a₀ wird mit Hilfe von Gleichung (4) erhalten. Der so erhaltene Wert a_i (i = 0, 1, 2, 3, 4, 5) wird bei der Herstellung des Geräts im ROM gespeichert. Bei der tatsächlichen Messung mit dem Gerät werden die aus den Messwerten erhaltenen normalisierten Parameter X₁ bis X₅ in die Regressionsgleichung (1) eingesetzt, um die Glucosekonzentration C zu berechnen.
Nachstehend wird ein Beispiel für die Berechnung der Glucosekonzentration beschrieben. Zunächst werden die Koeffizienten in Gleichung (1) im Voraus auf der Grundlage einer großen Menge von Daten für gesunde Menschen und Diabetiker bestimmt, die mit dem Gerät ohne Anwendung der vorstehenden Isolierungsstruktur oder der Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit erhalten werden. Der ROM im Mikroprozessor enthält die folgenden Formel für die Berechnung der Glucosekonzentration: C = 99,4 + 18,3 × X1 – 20,2 × X2 – 23,7 × X3 – 22,0 × X4 – 25,9 × X5
X₁ bis X₅ sind die Ergebnisse der Normalisierung der Parameter x₁ bis x₅. Ausgehend von einer normalen Verteilung der Parameter nehmen 95 % der normalisierten Parameter Werte zwischen –2 und +2 an. Bei einem gesunden Menschen ergibt das Einsetzen beispielhafter Messwerte wie der normalisierten Parameter X₁ = –0,06, X₂ = +0,04, X₃ = +0,05, X₄ = –0,12 und X₅ = +0,10 in die vorstehende Gleichung C = 96,4 mg/dl. Bei einem Diabetiker ergibt das Einsetzen beispielhafter Messwerte wie der normalisierten Parameter X₁ = +1,15, X₂ = –1,02, X₃ = –0,83, X₄ = –0,91 und X₅ = –1,24 in die Gleichung C = 212,8 mg/dl. Bei Verwendung des Geräts mit der vorstehenden Isolierungsstruktur oder der Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit ändert sich der normalisierte Parameter X₅, da der Messfehler für den Parameter x₅ um etwa 15 % reduziert ist, wie vorstehend beschrieben. Die Änderung des normalisierten Parameters ändert den Koeffizienten für den Parameter X₅ in der Regressionsgleichung zur Angabe der Beziehung zwischen der Glucosekonzentration C und den normalisierten Parameter. Daher wird der Koeffizient für den Parameter X₅ wie folgt von 25,9 auf 29,8 geändert. Der ROM im Mikroprozessor enthält die folgenden Formel für die Berechnung der Glucosekonzentration: C = 99,4 + 18,3 × X1 – 20,2 × X2 – 23,7 × X3 – 22,0 × X4 – 29,8 × X5
Bei einem gesunden Menschen ergibt das Einsetzen beispielhafter Messwerte wie der normalisierten Parameter X₁ = –0,06, X₂ = +0,04, X₃ = +0,05, X₄ = –0,12 und X₅ = +0,10 in die vorstehende Gleichung C = 95,9 mg/dl. Bei einem Diabetiker ergibt das Einsetzen beispielhafter Messwerte wie der normalisierten Parameter X₁ = +1,15, X₂ = –1,02, X₃ = –0,83, X₄ = –0,91 und X₅ = –1,24 in die Gleichung C = 217,7 mg/dl.
Die Messung nach dem Enzymelektrodenverfahren wurde gleichzeitig mit den vorstehenden Beispielen durchgeführt. Bei dem Enzymelektrodenverfahren reagiert eine Blutprobe mit einem Reagens, und die Menge der resultierenden Elektronen wird gemessen, um die Glucosekonzentration zu bestimmen. Nach dem Enzymelektrodenverfahren betrug die Glucosekonzentration für einen gesunden Menschen 89 mg/dl. Wie vorstehend beschrieben, betrug die gleichzeitig mit den vorstehenden Beispielen mit dem Gerät ohne Anwendung der Isolierungsstruktur oder der Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit gemessene Glucosekonzentration C = 96,4 mg/dl, während die mit dem Gerät mit Anwendung der vorstehenden Struktur gemessene Glucosekonzentration C = 95,9 mg/dl betrug. Damit wird bestätigt, dass das Gerät mit der Anwendung der Struktur einen Wert näher an dem durch Blutentnahme und sehr genaue Messung gemessenen Wert liefern kann. Außerdem wurde die Glucosekonzentration für einen Diabetiker nach dem Enzymelektrodenverfahren in der gleichen Weise gleichzeitig mit dem vorstehenden Beispiel gemessen und betrug 238 mg/dl. Wie vorstehend beschrieben, betrug die mit dem Gerät ohne Anwendung der Isolierungsstruktur oder der Struktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit gemessene Glucosekonzentration C = 212,8 mg/dl, während die mit dem Gerät mit Anwendung der vorstehenden Struktur gemessene Glucosekonzentration C = 217,7 mg/dl betrug. Damit wird bestätigt, dass das Gerät mit der Anwendung der Struktur für einen Diabetiker in gleicher Weise wie im Falle von gesunden Menschen einen Wert näher an dem durch Blutentnahme und sehr genaue Messung gemessenen Wert liefern kann. Die Ergebnisse zeigen damit, dass das Verfahren nach der Erfindung eine sehr genaue Messung der Glucosekonzentration liefern kann. 9 zeigt die Kurve der Glucosekonzentration für mehrere Patienten. Die nach der Erfindung berechneten Werte für die Glucosekonzentration sind auf der senkrechten Achse aufgetragen, und die nach dem Enzymelektrodenverfahren gemessenen Werte für die Glucosekonzentration sind auf der waagerechten Achse aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass durch Messen des Sauerstoffzufuhrvolumens und des Durchblutungsvolumens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gute Korrelation (Korrelationskoeffizient = 0,9524) erzielt werden kann.
Damit kann die Erfindung ein sehr genaues nichtinvasives Blutzuckerspiegel-Messgerät und -Messverfahren bereitstellen.

Claims

Blutzuckerspiegel-Messgerät mit: einer Umgebungstemperatur-Messeinheit (28) zum Messen der Umgebungstemperatur; einer Körperflächenkontakteinheit (21) zum Kontaktieren einer Körperfläche; einem Strahlungswärmedetektor (27) zum Messen der von der Körperfläche ausgesendeten Strahlungswärme; einem ersten Temperaturdetektor (23); einem zweiten Temperaturdetektor (24); einer Lichtquelle (33, 34) zum Bestrahlen der Körperflächenkontakteinheit (21) mit Licht wenigstens zweier verschiedener Wellenlängen; einem Photodetektor (35) zum Erfassen des Lichts, mit dem die Körperfläche bestrahlt wurde; einer Konvertierungseinheit zum Konvertieren der Ausgabesignale von dem ersten Temperaturdetektor (23), dem zweiten Temperaturdetektor (24), der Umgebungstemperatur-Messeinheit (28), dem Strahlungswärmedetektor (27) und dem Photodetektor (35) in einzelne Parameter; einer Speichereinheit zum Speichern der Beziehungen zwischen den Parametern und Blutzuckerspiegeln; einer Berechnungseinheit zum Berechnen eines Blutzuckerspiegels durch Anwenden der einzelnen Ausgabesignale auf die in der Speichereinheit gespeicherten Beziehungen; und einer Anzeigeeinheit (13) zum Anzeigen des von der Berechnungseinheit erzeugten Blutzuckerspiegels, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitungselement (22) in Kontakt mit der Körperflächenkontakteinheit (21) angeordnet ist, eine Wärmeübertragungs-Schutzeinrichtung (38; 46, 47) in Kontakt mit dem Wärmeleitungselement (22) angeordnet und aus einem Material gebildet ist, das die Eigenschaften eines Fasermaterials, eines Schaummaterials oder eines Mikrostaubschichtmaterials aufweist, ein Kontaktabschnitt zum Bedecken eines offenen Endes des Wärmeleitungselements (22) in Kontakt mit der Körperflächenkontakteinheit (21) vorgesehen ist, der erste Temperaturdetektor ein Umgebungstemperaturdetektor (23) zum Erfassen der Temperatur des Kontaktabschnitts ist, und der zweite Temperaturdetektor ein indirekter Temperaturdetektor (24) ist, der neben dem Wärmeleitungselement (22) und entfernt von der Körperflächenkontakteinheit (21) zum Erfassen der Temperatur an einer von der Körperflächenkontakteinheit entfernten Position angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 1, ferner mit wenigstens einem Stützsäulenelement (36, 43, 44) zum Anbringen des Wärmeleitungselements (22).
Gerät nach Anspruch 2, wobei die Wärmeübertragungs-Schutzeinrichtung (38; 46, 47) zwischen dem Wärmeleitungselement und dem Stützsäulenelement (36, 43, 44) angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Wärmeübertragungs-Schutzeinrichtung (38; 46, 47) ein Wärmeisolator ist, und der Wärmeisolator eine kleinere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Stützsäulenelement (36, 43, 44).
Gerät nach Anspruch 4, wobei der Wärmeisolator (38; 46, 47) eine Wärmeleitähigkeit von 0,0005 W/mK bis 0,02 W/mK aufweist.
Gerät nach Anspruch 2, wobei die Wärmeübertragungs-Schutzeinrichtung (38; 46, 47) in einem Endabschnitt des Stützsäulenelements (36, 43, 44) besteht, das an das Wärmeleitungselement (22) angrenzt und an einer Position neben dem Wärmeleitungselement einen kleineren Durchmesser als der maximale Durchmesser des Stützsäulenelements aufweist.
Gerät nach Anspruch 6, wobei der Endabschnitt Punktkontakt mit dem Wärmeleitungselement (22) hat.
Gerät nach Anspruch 6, wobei der Endabschnitt linearen Kontakt mit dem Wärmeleitungselement (22) hat.
Gerät nach Anspruch 2, wobei die Wärmeübertragungs-Schutzeinrichtung (38; 46, 47) einen von dem Stützsäulenelement (36) hervorragenden Verbindungsabschnitt (46) und einen Halteabschnitt (47) aufweist, der an den Verbindungsabschnitt anschließt und das Wärmeleitungselement (22) hält.