JPH09509584A

JPH09509584A - 人体部分におけるグルコース濃度の非侵襲的測定のための方法及び装置

Info

Publication number: JPH09509584A
Application number: JP7515885A
Authority: JP
Inventors: オク−キョングチョウ，; ヴィルギットゥホルツグレーヴェ，
Original assignee: オク−キョングチョウ，
Priority date: 1993-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1997-09-30
Also published as: DE4342105A1; EP0734222A1; US5795305A; WO1995015711A1; KR960706314A

Abstract

(57)【要約】人体の温度（表面温度、表面に隣接する層の温度、体腔内の温度、身体の内部に向けての温度勾配）を非常に正確かつ精密に測定することと人体の熱を検出することの両方に適した装置である。この装置は少なくとも１個のセンサーヘッドとそれに組み合わされる電子制御装置、測定装置、評価装置及び出力装置を有する。本装置の正確度及び精密度は従来の温度及び熱測定装置のそれよりも高い。さらに、本装置は高い空間的及び時間的分解能による温度測定と熱検出を可能にする。また、人間の血液中のグルコース濃度と身体の一定の部位で測定された体温ならびに熱との間には高度な相関関係が見出されることから、本装置は人体部分中の、特に人間の血液中のグルコース濃度を非侵襲的に、しかも接触することさえなしに測定するのにきわめて適している。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称人体部分におけるグルコース濃度の非侵襲的測定のための方法及び装置技術分野本発明は、人体の温度を正確かつ精密に測定すると同時に人体の熱を検出するための電子装置で、人体の部分、特に人間の血液中のグルコース濃度の非侵襲的測定を可能にする電子装置に関する。従来の技術１．物理学的背景以前から絶対温度と呼ばれている熱力学的温度は、熱力学第二法則から導き出された状態変数間の関係の中で生じる熱力学全体を特徴づける値である。この第二法則に基づく熱力学的温度は本質として定義された零点を有する正のみの値である。それゆえ、温度単位は明瞭に測定された熱力学的温度の特殊な部分として定義すれば足りる。この目的には1954年の第10回国際度量衡総会の決定に従い水の三重点が用いられ、水の三重点は定義により熱力学的温度T_tr = 273.16 Kとされている。かくして、温度単位であるケルビンの定義は、１ K = Ttr / 273.16 となる。しばしばTの代わりに用いられるのは、セルシウス温度ｔと呼ばれる、熱力学的温度間の特別な差異であり、ｔ = T - T₀ = T - 273.15 K である。セルシウス温度の単位はセルシウス度（℃）で、ケルビンと同じ値を持つ。セルシウス温度の零点は熱力学的温度 T₀ = 273.15 Kに等しく、水の三重点の温度より正確に0.01 K低い。２．温度の測定無数の温度測定装置のうちで今日最も広く利用されている原理、すなわち最も良く知られている従来の温度計としては、以下のものが挙げられる。 2.1 膨張温度計は接触温度計で、測定対象に機械的に接触させなければならない。この種の温度計では、温度を測定するのに流体（気体もしくは液体）又は固体物質の熱膨張が利用される。 2.1.1 ガラス液体温度計の中で最もよく知られ、かつ最も広く使用されている測定装置は水銀温度計である。この温度計は扱いが簡単で、補助装置を必要としない。水銀温度計を用いれば、39℃から630℃までの測定精度が達成できる。全般的にみて測定精度がこれより高いのは抵抗温度計だけだが、この温度計は多くの費用と労力を要する。良質のガラス水銀温度計を使うと、10℃から110℃までの温度範囲では５mKの測定不確定度が達成できる。水銀温度計の利点は、製造する際の公差が小さい点にある(DIN 12 771)。欠点は、温度計の容積が大きいために表示の遅れも大きくなることである。ガラス液体温度計は温度の急激な変化に即応できないし、空間的に不均質な温度場を測定するのにも適していない。また、厳密な設計が必要なために基本型からの変形がごく僅かしか許されず、したがって装置の届きにくい場所での使用がきわめて制限される。膨張温度計にはほかに、 −スプリング型液体温度計 −スプリング型ガス温度計 −金属膨張温度計がある。これらの温度計の測定不確定度は、測定範囲の１％から３％である。 2.2 抵抗温度計では、温度による電気抵抗の変化が温度測定の尺度として利用される。好ましいのは、抵抗の変化が大きく、しかも再現可能な金属及び半導体である。白金、第二鉄−ロジウム及びゲルマニウム抵抗温度計を用いて、１ Kから1340 Kの温度範囲で、断面方向に(sectionwise)最大の温度計測精度を得ることが可能である。 2.2.1 10 Kから1340 Kの適用領域での測定安定度が高いことから、白金抵抗温度計は最も広く利用されている温度測定装置の一つになっている。そうした中で、測定不確かさが0.01 Kの金点にある白金抵抗温度計も開発された。 2.2.2 抵抗温度計の測定抵抗体として、半導体も一層利用されるようになってきた。半導体は温度に応じた抵抗の変化が金属よりもかなり大きい。ほとんどの半導体において、電気抵抗の温度係数は負である（サーミスター、“NTC抵抗器 ”又は短く“NTC”（負の温度係数）とも呼ばれる）。ポジスターは限られた領域で正の温度係数を持つ。 2.3 熱電対は１ Kから3000 Kの温度範囲の測定に最も広く使用されている電気温度計である。熱電対温度計は、測定不確定度が抵抗温度計に比して大きいが、製造がはるかに容易なうえに、空間膨張度が小さく、応答時間が短いので、温度差を測定するのに特に適している。熱電圧の測定には電圧補償器か高インピーダンス電圧計が使われる。 2.4 蒸気圧が容易に測定できる狭い温度範囲の測定には、沸点の低い流体、例えばヘリウム、水素、酸素及び窒素などが蒸気圧温度計に適した気体として利用される。こういった蒸気圧温度計がしばしばクリオテクノロジーで用いられる。極低温の温度範囲（0.5 K〜5.2K）では、ヘリウム蒸気圧温度計が再現精度のきわめて高い温度計である。 2.5 基本的には、物質特性と温度間の公知の関係はいかなるものでも温度測定法の土台になりうる。前述の方法以外にも、例えば、非常に高い温度の測定には固体内の音速度の温度依存性が、T 〈 80 mKの温度範囲の測定にはγ線の放射の異方性が、又300 K 〉 T 〉20 Kの温度範囲用には４重極核共鳴が利用されている。３．生理学的背景 3.1 血液中のグルコースの生体リズム正常な人々と病気の人々の血中グルコースの昼夜の変化を短時間刻みで調べた結果によると、年齢、食べ物、病気等の外的要因の違いにもかかわらず、濃度が夕に上がり、夜に下がり、早朝に再び上昇するという共通の特徴がある。この共通の特徴は内因的及び栄養による周期性を反映している。こうした周期的な変動は概日リズムとして知られている。このリズムは、約24時間の周期を持つ生体リズムと理解される。この生体リズムは、光及び周囲温度という２つの重要な環境上の周期性が一定に保たれているときでも続く。多細胞生物においては、生物体全体の機能と個々の器官及び細胞の機能は、互いに特定の位相関係にある複数のリズムと環境の周期性に支配されいて、「概日性組織」と呼ばれている。例えば、グリコーゲン、グリコーゲンシンセターゼ及びホスホリラーゼとそれに対応する血液中のグルコース濃度は明確な平行リズムを示す。ヒトの場合には、脈拍、血圧、血液循環、呼吸、体温などの栄養による機能も概日周期に従っている。それらの活動の位相は個別の変動を伴いながら、例えば 8:00〜12:00時及び16:00〜19:00時に継続する。この間、物質代謝は異化的である。例えば、体温、血圧、ならびに血液中のグルコース濃度が上昇する。ヒトの活動する条件が整うのである。それに対して、13:00〜15:00時と22:00〜6:00時の時間帯には、迷走神経緊張による回復位相にある。上述のパラメーターは低く、ヒトの眠る条件が整う。これらの位相は時間的な偏移の影響を受け、これらの偏移は、早起きや朝寝坊として分類される。発明の説明本発明の目的は、人体の温度（例えば、表面温度、表面に近い層の温度、体腔内の温度及び温度勾配等）の測定ならびに人体の熱の検出を目的とし、温度測定／熱検出用の従来の装置より測定正確度及び精密度の高い装置を製造することにある。さらに、本発明の目的は、中でも、高度の空間的及び時間的分解能を用いて温度の測定と熱の検出を可能にすることにある。また、本発明は、人間の血液中のグルコース濃度の概日変動と特定の適切な部位で測定される体温及び検出される熱の概日周期性との間には大きな相関関係があるという驚くべき発見に基づいている。血液中のグルコースの測定に体温及び体熱を利用するのは自明のことである。したがって、本発明は、きわめて精密な体温測定と体熱の検出により、しかも非侵襲的に、すなわち人体を傷つけないばかりか接触すらしない形で人体の血液中のグルコース濃度を正確に測定することのできる方法を説明する。これにより、従来の方法では必要だった、血液中のグルコースを測定するための指先や耳たぶの毛細血管からの採血が避けられる。本発明に基づく数学的評価のための適切なアルゴリズムは、測定され、検出され、処理された温度及び熱のデータをグルコース濃度の測定に割り当てるものでなければならない。好ましい実施例の説明本発明の一要素は、前述した公知の小型サーミスター（NTC抵抗器）が温度測定のために少なくとも一個は用いられることである。このNTC抵抗器は、可能な限り低い熱伝導性を有する物質から成る保持手段であり、NTC抵抗器とともにセンサーヘッドと呼ばれる１ユニットを形成する適切な保持手段の中に配置される。該保持手段としては、多様な幾何学的形状のものが可能である。ただし保持手段は測定対象から放射する熱の非接触測定ができるようにNTCを中空の空間に収容するか、あるいは測定対象から出る熱を熱伝導性により（接触）測定するために適切な場所でNTC支持を与えなければならない。又、保持手段の目的は、中でも、NTCを破損あるいは汚損から保護することでもある。測定原理は、例えば単一のNTCを用いた２回連続の測定（逐次法）か、例えば２個のNTCを用いて行われる同時測定（同時法）のいずれかを必要とする。したがって、好ましい形態の構成では、NTCが少なくとも２個用いられ、本発明の装置における特に好ましい形態の構成ではNTCが少なくとも３個用いられる。後者の場合には、熱の放射を測定するのに最上部が開いている中空の空間にずらして配置された２個のNTCが用いられ、保持手段の表面もしくは壁の中に配置された３個目のNTCが熱伝導を測定するのに使用されるか、あるいは熱の放射を測定するのに最上部が開いている中空の空間に配置された１個のNTCが用いられ、保持手段の表面もしくは壁の中にずらして配置された２個のNTCが熱伝導を測定するのに使用される。センサーヘッドの設計の好ましい形態については、木もしくはそれに似た材料が使用されるのが好ましい。特に好ましい設計の形態では、センサーヘッドが、測定対象に接するかもしくは測定対象が空洞内に挿入されることにより密閉される中空体から成っている。このような装置を使うと、測定は大気圧中かあるいは保護ガス中で行うことができるうえに、上述の内部空間を真空排気することも可能になる。したがって、接触及び非接触測定のためのNTC（ほぼ質量ゼロのリードを有する）が真空中に配置される。かくして、外乱の影響を最小化できる。特殊な電子回路が24ビットの分解能を有するアナログ測定値を、温度測定を可能にする〈 10^-4 Kの分解能を有するデジタルデータに変換する。評価のためのアルゴリズムを内蔵しているマイクロコンピューター（ワンチップ）は測定データを記憶された較正機能で比較し、特定の温度値を濃度値に当てはめる。デジタル／アナログコンバーターは処理済みデータを適切なディスプレイ装置（液晶ディスプレイ装置やモニターなど）に伝送し、該装置が測定されたグルコース濃度を数値（選択的にmg/dlあるいはmol/lで表示）として示す。数学的評価のアルゴリズムの基本的説明はじめに、本発明に基づく装置及びその各部分が較正される。次に、検出された測定値とグルコース濃度との関係が較正関数すなわち分析関数として確立される。つまり、測定原理に応じた測定法（前述の逐次法又は同時法）は２つの測定値X_1iとX_2iを与える。さらに、血液中のグルコース濃度が公知の従来の方法（侵襲的方法）で測定される。したがって、測定過程は２つの測定値X_niとｎ個のグルコース濃度Cnを与える。グルコース濃度C_nとそれぞれ処理済みの値であるX_1i及びX_2iとの間にはきわめて相関性の高い関係が確定される。次に、２つの較正関数が与えられる。さらに、例えば、人体の生化学的、生物学的プロセスを考慮しつつ測定値X₁及びX₂の相互の関係を確証することにより、一つ、ないしは複数の補助関数が設定される。補助関数は、特にマトリックス効果に依存しない分析法、中でも患者に依存しない分析法の開発にとって絶対的に必要であることが判明している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年２月１日【補正内容】明細書発明の名称人体部分におけるグルコース濃度の非侵襲的測定のための方法及び装置技術分野本発明は、人体の温度を正確かつ精密に測定すると同時に人体の熱を検出するための電子装置で、人体の部分、特に人間の血液中のグルコース濃度の非侵襲的測定を可能にする電子装置に関する。従来の技術１．物理学的背景以前から絶対温度と呼ばれている熱力学的温度は、熱力学第二法則から導き出された状態変数間の関係の中で生じる熱力学全体を特徴づける値である。この第二法則に基づく熱力学的温度は本質として定義された零点を有する正のみの値である。それゆえ、温度単位は明瞭に測定された熱力学的温度の特殊な部分として定義すれば足りる。この目的には1954年の第10回国際度量衡総会の決定に従い水の三重点が用いられ、水の三重点は定義により熱力学的温度T_tr = 273.16 Kとされている。かくして、温度単位であるケルビンの定義は、１ K = T_tr / 273.16 となる。しばしばTの代わりに用いられるのは、セルシウス温度ｔと呼ばれる、熱力学的温度間の特別な差異であり、ｔ = T - T₀ = T - 273.15 K である。セルシウス温度の単位はセルシウス度（℃）で、ケルビンと同じ値を持つ。セルシウス温度の零点は熱力学的温度T₀ = 273.15 Kに等しく、水の三重点の温度より正確に0.01 K低い。２．温度の測定無数の温度測定装置のうちで今日最も広く利用されている原理、すなわち最も良く知られている従来の温度計としては、以下のものが挙げられる。 2.1 膨張温度計は接触温度計で、測定対象に機械的に接触させなければならない。この種の温度計では、温度を測定するのに流体（気体もしくは液体）又は固体物質の熱膨張が利用される。 2.1.1 ガラス液体温度計の中で最もよく知られ、かつ最も広く使用されている測定装置は水銀温度計である。この温度計は扱いが簡単で、補助装置を必要としない。水銀温度計を用いれば、-39℃から630℃までの測定精度が達成できる。全般的にみて測定精度がこれより高いのは抵抗温度計だけだが、この温度計は多くの費用と労力を要する。良質のガラス水銀温度計を使うと、10℃から110℃までの温度範囲では５mKの測定不確定度が達成できる。水銀温度計の利点は、製造する際の公差が小さい点にある(DIN 12 771)。欠点は、温度計の容積が大きいために表示の遅れも大きくなることである。ガラス液体温度計は温度の急激な変化に即応できないし、空間的に不均質な温度場を測定するのにも適していない。また、厳密な設計が必要なために基本型からの変形がごく僅かしか許されず、したがって装置の届きにくい場所での使用がきわめて制限される。膨張温度計にはほかに、 −スプリング型液体温度計 −スプリング型ガス温度計 −金属膨張温度計がある。これらの温度計の測定不確定度は、測定範囲の１％から３％である。 2.2 抵抗温度計では、温度による電気抵抗の変化が温度測定の尺度として利用される。好ましいのは、抵抗の変化が大きく、しかも再現可能な金属及び半導体である。白金、第二鉄−ロジウム及びゲルマニウム抵抗温度計を用いて、１ Kから1340 Kの温度範囲で、断面方向に(sectionwise)最大の温度計測精度を得ることが可能である。 2.2.1 10 Kから1340 Kの適用領域での測定安定度が高いことから、白金抵抗温度計は最も広く利用されている温度測定装置の一つになっている。そうした中で、測定不確かさが0.01 Kの金点にある白金抵抗温度計も開発された。 2.2.2 抵抗温度計の測定抵抗体として、半導体も一層利用されるようになってきた。半導体は温度に応じた抵抗の変化が金属よりもかなり大きい。ほとんどの半導体において、電気抵抗の温度係数は負である（サーミスター、“NTC抵抗器 ”又は短く“NTC”（負の温度係数）とも呼ばれる）。ポジスターは限られた領域で正の温度係数を持つ。 2.3 熱電対は１ Kから3000 Kの温度範囲の測定に最も広く使用されている電気温度計である。熱電対温度計は、測定不確定度が抵抗温度計に比して大きいが、製造がはるかに容易なうえに、空間膨張度が小さく、応答時間が短いので、温度差を測定するのに特に適している。熱電圧の測定には電圧補償器か高インピーダンス電圧計が使われる。 2.4 蒸気圧が容易に測定できる狭い温度範囲の測定には、沸点の低い流体、例えばヘリウム、水素、酸素及び窒素などが蒸気圧温度計に適した気体として利用される。こういった蒸気圧温度計がしばしばクリオテクノロジーで用いられる。極低温の温度範囲（0.5 K〜5.2K）では、ヘリウム蒸気圧温度計が再現精度のきわめて高い温度計である。 2.5 基本的には、物質特性と温度間の公知の関係はいかなるものでも温度測定法の土台になりうる。前述の方法以外にも、例えば、非常に高い温度の測定には固体内の音速度の温度依存性が、T 〈 80 mKの温度範囲の測定にはγ線の放射の異方性が、又300 K 〉 T 〉20 Kの温度範囲用には４重極核共鳴が利用されている。３．生理学的背景 3.1 血液中のグルコースの生体リズム正常な人々と病気の人々の血中グルコースの昼夜の変化を短時間刻みで調べた結果によると、年齢、食べ物、病気等の外的要因の違いにもかかわらず、濃度が夕に上がり、夜に下がり、早朝に再び上昇するという共通の特徴がある。この共通の特徴は内因的及び栄養による周期性を反映している。こうした周期的な変動は概日リズムとして知られている。このリズムは、約24時間の周期を持つ生体リズムと理解される。この生体リズムは、光及び周囲温度という２つの重要な環境上の周期性が一定に保たれているときでも続く。多細胞生物においては、生物体全体の機能と個々の器官及び細胞の機能は、互いに特定の位相関係にある複数のリズムと環境の周期性に支配されいて、「概日性組織」と呼ばれている。例えば、グリコーゲン、グリコーゲンシンセターゼ及びホスホリラーゼとそれに対応する血液中のグルコース濃度は明確な平行リズムを示す。ヒトの場合には、脈拍、血圧、血液循環、呼吸、体温などの栄養による機能も概日周期に従っている。それらの活動の位相は個別の変動を伴いながら、例えば 8:00〜12:00時及び16:00〜19.00時に継続する。この間、物質代謝は異化的である。例えば、体温、血圧、ならびに血液中のグルコース濃度が上昇する。ヒトの活動する条件が整うのである。それに対して、13:00〜15.00時と22:00〜6:00時の時間帯には、迷走神経緊張による回復位相にある。上述のパラメーターは低く、ヒトの眠る条件が整う。これらの位相は時間的な偏移の影響を受け、これらの偏移は、早起きや朝寝坊として分類される。 R.M．Hillson等による論文“Facial and Sublinqualtemperature changes fol lowing intravenousglucose injection in diabetics”，pp．15-19，Diabete & Metabolisme，vol．8，1992 Parisには、ある量のグルコースを注射された６１人の糖尿病患者で行った実験が記述されている。注射後２分以内に、ある変化、例えば、頬の紅潮、発熱の自覚、等が被験者間に観察された。測定された温度は、舌の下（舌下）又は頬上であった。注射直後に観察されたのは、頬温度の上昇と舌下温度の同時的な低下であった。さらに、DE 2 105 820 A1は、赤外線放射に反応する診断器具を記載している。該装置の目的は、皮膚下の静脈の位置を知ることである。該測定器具は、血液が流れる静脈とその周囲の組織の間には、温度差があるという事実を利用している。様々な設計の非冷却ボロメーターが検出器として用いられている。発明の説明本発明の目的は、人体の温度（例えば、表面温度、表面に近い層の温度、体腔内の温度及び温度勾配等）の測定ならびに人体の熱の検出を目的とし、温度測定／熱検出用の従来の装置より測定正確度及び精密度の高い装置を製造することにある。さらに、本発明の目的は、中でも、高度の空間的及び時間的分解能を用いて温度の測定と熱の検出を可能にすることにある。また、本発明は、人間の血液中のグルコース濃度の概日変動と特定の適切な部位で測定される体温及び検出される熱の概日周期性との間には大きな相関関係があるという驚くべき発見に基づいている。血液中のグルコースの測定に体温及び体熱を利用するのは自明のことである。したがって、本発明は、きわめて精密な体温測定と体熱の検出により、しかも非侵襲的に、すなわち人体を傷つけないばかりか接触すらしない形で人体の血液中のグルコース濃度を正確に測定することのできる方法を説明する。これにより、従来の方法では必要だった、血液中のグルコースを測定するための指先や耳たぶの毛細血管からの採血が避けられる。本発明に基づく数学的評価のための適切なアルゴリズムは、測定され、検出され、処理された温度及び熱のデータをグルコース濃度の測定に割り当てるものでなければならない。環境条件（周囲温度、湿度、大気圧、等）、栄養摂取（質、時間）、健康ならびに物理学的及び心理学的状態による影響又は外乱は、本発明の評価アルゴリズムにおいて適切な補助関数により個別的に補償される。好ましい実施例の説明本発明の一要素は、前述した公知の小型サーミスター（NTC抵抗器）が温度測定のために少なくとも一個は用いられることである。このNTC抵抗器は、可能な限り低い熱伝導性を有する物質から成る保持手段であり、NTC抵抗器とともにセンサーヘッドと呼ばれる１ユニットを形成する適切な保持手段の中に配置される。該保持手段としては、多様な幾何学的形状のものが可能である。ただし保持手段は測定対象から放射する熱の非接触測定ができるようにNTCを中空の空間に収容するか、あるいは測定対象から出る熱を熱伝導性により（接触）測定するために適切な場所でNTC支持を与えなければならない。又、保持手段の目的は、中でも、NTCを破損あるいは汚損から保護することでもある。測定原理は、例えば単一のNTCを用いた２回連続の測定（逐次法）か、例えば２個のNTCを用いて行われる同時測定（同時法）のいずれかを必要とする。したがって、好ましい形態の構成では、NTCが少なくとも２個用いられ、本発明の装置における特に好ましい形態の構成ではNTCが少なくとも３個用いられる。後者の場合には、熱の放射を測定するのに最上部が開いている中空の空間にずらして配置された２個のNTCが用いられ、保持手段の表面もしくは壁の中に配置された３個目のNTCが熱伝導を測定するのに使用されるか、あるいは熱の放射を測定するのに最上部が開いている中空の空間に配置された１個のNTCが用いられ、保持手段の表面もしくは壁の中にずらして配置された２個のNTCが熱伝導を測定するのに使用される。センサーヘッドの設計の好ましい形態については、木もしくはそれに似た材料が使用されるのが好ましい。特に好ましい設計の形態では、センサーヘッドが、測定対象に接するかもしくは測定対象が空洞内に挿入されることにより密閉される中空体から成っている。別の好ましい設計においては、中空体は、冷却のために少なくとも１つの開口部を含む。このような装置を使うと、測定は大気圧中かあるいは保護ガス中で行うことができるうえに、上述の内部空間を真空排気することも可能になる。したがって、接触及び非接触測定のためのNTC（ほぼ質量ゼロのリードを有する）が真空中に配置される。かくして、外乱の影響を最小化できる。特殊な電子回路が24ビットの分解能を有するアナログ測定値を、温度測定を可能にする〈 10^-4 Kの分解能を有するデジタルデータに変換する。人体から発される又は放射される熱は、熱分析的に検出され、又は適切な波長もしくは適切な周波数が選択される。評価のためのアルゴリズムを内蔵しているマイクロコンピューター（ワンチップ）は測定データを記憶された較正機能で比較し、特定の温度値を濃度値に当てはめる。デジタル／アナログコンバーターは処理済みデータを適切なディスプレイ装置（液晶ディスプレイ装置やモニターなど）に伝送し、該装置が測定されたグルコース濃度を数値（選択的にmg/dlあるいはmol/lで表示）として示す。数学的評価のアルゴリズムの基本的説明はじめに、本発明に基づく装置及びその各部分が較正される。次に、検出された測定値とグルコース濃度との関係が較正関数すなわち分析関数として確立される。つまり、測定原理に応じた測定法（前述の逐次法又は同時法）は２つの測定値X_1iとX_2iを与える。さらに、血液中のグルコース濃度が公知の従来の方法（侵襲的方法）で測定される。したがって、測定過程は２つの測定値X_niとｎ個のグルコース濃度C_nを与える。グルコース濃度C_nとそれぞれ処理済みの値であるX_1i及びX_2iとの間にはきわめて相関性の高い関係が確定される。次に、２つの較正関数が与えられる。さらに、例えば、人体の生化学的、生物学的プロセスを考慮しつつ測定値X₁及びX₂の相互の関係を確証することにより、一つ、ないしは複数の補助関数が設定される。補助関数は、特にマトリックス効果に依存しない分析法、中でも患者に依存しない分析法の開発にとって絶対的に必要であることが判明している。請求の範囲１．人体部分におけるグルコース濃度の非侵襲的測定のための方法において、きわめて正確な接触及び／又は非接触温度測定法を用いて、身体の表面及び身体からの熱出力について測定され、空間的及び時間的に分解されたある温度が、その関数関係を用いて、数学的アルゴリズムにより、あるグルコース濃度に明確に割り当てられることを特徴とする方法。２．人間の血液中のグルコース濃度が測定されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。３．前記数学的アルゴリズムが患者に依存する形か、あるいは患者に依存しない形で選択的に制御されることを特徴とする請求の範囲第１項及び第２項に記載の方法。４．患者から独立した制御の場合には、分析結果をマトリックス効果に依存せずに、少なくとも１つの原理関数又は１つもしくは数個の補助関数を用いて判定できることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の方法。５．患者に依存しない評価方法のために、少なくとも２つ又は数個の測定温度と検出熱出力との間の数学的関係を確定することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。６．数学的アルゴリズム、好ましくは独立変数か又は測定温度と検出熱出力から導き出される１次もしくはさらに高次の独立変数を有する１次回帰法に基づくことを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。７．数学的アルゴリズム、好ましくは２個以上の独立変数か又は測定温度と検出熱から導き出される１次もしくはさらに高次の独立変数を２個以上有する１次回帰法に基づくことを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項に記載の方法。８．それぞれの患者及びその健康状態の差異に応じて、独立に、同時的にもしくは時間的にずらして、空間的及び／又は時間的に分解して、測定された２つの測定温度と検出熱間の温度差及び熱の差を少なくとも１つの補助関数によって測定し、個別の補償要素として利用することを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載の方法。９．人体から発する又は放出される熱のさまざまな源が熱分析的に、あるいは波長に応じて又は周波数に応じて、分離されることを特徴とする請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の方法。１０．非常に正確な温度測定と熱検出により人体部分のグルコース濃度を非侵襲的に測定するための装置において、それぞれ身体から伝導される又は放射される熱を検出するための少なくとも１個のNTC抵抗をそれぞれ有する少なくとも１個のセンサーヘッドとそれに組み合わされる電子制御装置、測定装置、評価装置及び出力装置が設けられていることを特徴とする装置。１１．人体内で生化学的プロセス又は化学的プロセスによって発生する熱出力又は熱出力の差が記録可能であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。１２．グルコースや脂肪酸などの燃焼すなわち酸化により発生した熱が発生源に応じて個別に測定されるか、あるいは個別に測定可能でないことを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項に記載の装置。１３．前記センサーヘッドが人体から放出される熱出力を検出する温度測定手段を少なくとも１つ含んでいることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１２項のいずれか１項に記載の装置。１４．前記温度測定手段が小型化されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１３項のいずれか１項に記載の装置。１５．前記温度測定手段が少なくとも１個の小型NTC抵抗器を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１４項のいずれか１項に記載の装置。１６．前記温度測定手段が少なくとも１個の小型熱電対か、あるいは数個の熱電対が一体になったユニットを含むことを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１５項のいずれか１項に記載の装置。１７．前記温度測定手段が熱放射と熱伝導のいずれか、又は両者を検出することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１６項のいずれか１項に記載の装置。１８．前記センサーヘッドが１個もしくは複数の温度測定手段を含み、それらが前記センサーヘッドの中に、前記温度測定手段が身体から発する熱を熱放射、熱伝導及び対流を利用して非接触測定もしくは接触測定によって検出するように幾何学的に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１７項のいずれか１項に記載の装置。１９．選択的に温度又は熱出力が測定されることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１８項のいずれか１項に記載の装置。２０．３個以上の温度測定手段が設けられ、そのうちの第１の温度測定手段が熱放射を測定するために設けられ、第２の温度測定手段が接触熱の検出のために設けられ、第３の温度測定手段が前記第１の温度測定手段の非常に近くに、ただし熱放射の影響を受けないように配置されることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１９項のいずれか１項に記載の装置。２１．１個もしくは複数の温度測定手段が１個もしくは複数のセンサーヘッド内にランダムに収容されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２０項のいずれか１項に記載の装置。２２．前記センサーヘッドが熱を熱放射の形で非接触的に測定すること、及び／又は接触的に、つまり測定対象に接触する形で測定することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２１項のいずれか１項に記載の装置。２３．電子装置全体が小型化されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２２項のいずれか１項に記載の装置。２４．前記センサーヘッドが人体の表面の限定された部分から放出される熱を繰り返し検出することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２３項のいずれか１項に記載の装置。２５．前記センサーヘッドが開口部を持ち、そこを所定の公差内で再現可能なように身体の限定された部分に当てることができることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２４項のいずれか１項に記載の装置。２６．前記センサーヘッドが適切な熱伝導値を有する材料又は材料の組み合わせで製造されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２５項のいずれか１項に記載の装置。２７．前記センサーヘッドが適切な熱伝導値を有する木材から製造されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２６項のいずれか１項に記載の装置。２８．前記センサーヘッドが熱放射積分用の中空体、例えばウルブリヒト球の形状を成すように設計されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２６項のいずれか１項に記載の装置。２９．前記センサーヘッドが装置の他の部分から空間的に分離していることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２８項のいずれか１項に記載の装置。３０．前記センサーヘッドの前記中空体が冷却用の開口部を少なくとも１つ有していることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２９項のいずれか１項に記載の装置。３１．前記センサーヘッドの前記中空体において不活性ガスの流入又は排出が可能であることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３０項のいずれか１項に記載の装置。３２．熱測定のための装置が前記開口部の隣に配置されることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３１項のいずれか１項に記載の装置。３３．様々な物質から成る接触測定用の前記装置が、前記開口部の周囲に環状又は不規則な形状に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３２項のいずれか１項に記載の装置。３４．前記温度測定手段が同間隔、異なる間隔で、ずらして又は互いに角度を成して、あるいはいかなる不規則な幾何学的形状でも配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３３項のいずれか１項に記載の装置。３５．少なくとも１個のフィルター、１個のステップフィルター又は一組の特定のサイズのフィルターが人体と前記温度測定手段との間に設けられることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３４項のいずれか１項に記載の装置。３６．前記フィルター、ステップフィルター又は一組のフィルターが特定の波長範囲内で吸収したり、反射したりするか、あるいは不浸透性であることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３５項のいずれか１項に記載の装置。３７．前記温度測定手段が人体の表面から０〜５０cmの間の一定の距離に位置することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３６項のいずれか１項に記載の装置。

Claims

【特許請求の範囲】１．人体部分におけるグルコース濃度の非侵襲的測定のための方法において、きわめて正確な接触及び／又は非接触温度測定法を用いて、特定の温度が身体の表面、前記表面に近い層、体腔内において、又は深度分解的に前記表面の下の幾つかの深部において（深部プロフィール分析）測定され、及び／又は空間的及び／又は時間的に分解されることと、検出された熱ならびにその関数関係が数学的アルゴリズムによってあるグルコース濃度に明確に割り当てられることを特徴とする方法。２．人間の血液中のグルコース濃度が測定されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。３．分析アルゴリズムが患者に依存する形か、あるいは患者に依存しない形で選択的に制御されることを特徴とする請求の範囲第１項及び第２項に記載の方法。４．マトリックス効果に依存せず、つまり患者から独立して、分析結果を少なくとも１つの原理関数又は１つもしくは数個の補助関数を用いて判定できることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の方法。５．患者に依存しない評価方法のために、少なくとも２つ又は数個の測定温度と検出熱との間の数学的関係を確定することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。６．数学的アルゴリズム、好ましくは独立変数か又は測定温度と検出熱から導き出される１次もしくはさらに高次の独立変数を有する１次回帰法に基づくことを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。７．数学的アルゴリズム、好ましくは２個以上の独立変数か又は測定温度と検出熱から導き出される１次もしくはさらに高次の独立変数を２個以上有する１次回帰法に基づくことを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項に記載の方法。８．それぞれの患者及びその健康状態の差異に応じて、独立に、同時的にもしくは時間的にずらして、空間的及び／又は時間的に分解して、測定された２つの測定温度と検出熱間の温度差及び熱の差を少なくとも１つの補助関数によって測定し、個別の補償要素として利用することを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載の方法。９．人体から発する又は放出される熱のさまざまな源が熱分析的に、あるいは波長に応じて又は周波数に応じて、分離されることを特徴とする請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の方法。１０．非常に正確な温度測定と熱検出により人体部分のグルコース濃度を非侵襲的に測定するための装置において、少なくとも１個のセンサーヘッドとそれに組み合わされる電子制御装置、測定装置、評価装置及び出力装置が設けられていることを特徴とする装置。１１．人体内で生化学的プロセス又は化学的プロセスによって発生する熱又は熱の差が記録可能であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。１２．グルコースや脂肪酸などの燃焼すなわち酸化により発生した熱が発生源に応じて個別に測定されるか、あるいは個別に測定可能でないことを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項に記載の装置。１３．前記センサーヘッドが人体から放出される熱を検出する温度測定手段を少なくとも１つ含んでいることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１２項のいずれか１項に記載の装置。１４．前記温度測定手段が小型化されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１３項のいずれか１項に記載の装置。１５．前記温度測定手段が少なくとも１個の小型NTC抵抗器を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１４項のいずれか１項に記載の装置。１６．前記温度測定手段が少なくとも１個の小型熱電対か、あるいは数個の熱電対が一体になったユニットを含むことを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１５項のいずれか１項に記載の装置。１７．前記温度測定手段が熱放射と熱伝導のいずれか、又は両者を検出することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１６項のいずれか１項に記載の装置。１８．前記センサーヘッドが１個もしくは複数の温度測定手段を含み、それらが前記センサーヘッドの中に、前記温度測定手段が身体から放射する熱を熱伝導と対流を利用して非接触測定もしくは接触測定によって検出するように幾何学的に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１７項のいずれか１項に記載の装置。１９．温度の代わりに熱量が測定されることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１８項のいずれか１項に記載の装置。２０．３個以上の温度測定手段が設けられ、そのうちの第１の温度測定手段が熱放射を測定するために設けられ、第２の温度測定手段と第３の温度測定手段が接触熱を検出するために設けられ、該第３の温度測定手段が前記第１の温度測定手段の近くに、ただし熱放射の影響を受けないように配置されることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第１９項のいずれか１項に記載の装置。２１．もう１個の温度測定手段が前記熱放射測定用温度測定手段のすぐ隣に熱放射に晒されないように配置されることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２０項のいずれか１項に記載の装置。２２．１個もしくは複数の温度測定手段が１個もしくは複数のセンサーヘッド内にランダムに収容されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２１項のいずれか１項に記載の装置。２３．前記センサーヘッドが熱を熱放射の形で非接触的に測定すること、及び／又は接触的に、つまり測定対象に接触する形で測定することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２２項のいずれか１項に記載の装置。２４．電気装置全体が小型化されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２３項のいずれか１項に記載の装置。２５．前記センサーヘッドが人体の表面の限定された部分から放射される熱を繰り返し検出することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２４項のいずれか１項に記載の装置。２６．前記センサーヘッドが開口部を持ち、そこを所定の公差内で再現可能なように身体の限定された部分に当てることができることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２５項のいずれか１項に記載の装置。２７．前記センサーヘッドが適切な熱伝導値を有する材料で製造されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２６項のいずれか１項に記載の装置。２８．前記センサーヘッドが適切な熱伝導値を有する木材から製造されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２７項のいずれか１項に記載の装置。２９．前記センサーヘッドが熱放射積分用の中空体、例えばウルブリヒト球の形状を成すように設計されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２７項のいずれか１項に記載の装置。３０．前記センサーヘッドが装置の他の部分から空間的に分離していることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第２９項のいずれか１項に記載の装置。３１．前記センサーヘッドの前記中空体が冷却用の開口部を少なくとも１つ有していることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３０項のいずれか１項に記載の装置。３２．前記センサーヘッドの前記中空体において不活性ガスの流入又は排出が可能であることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３１項のいずれか１項に記載の装置。３３．熱測定のための装置が前記開口部の隣に配置されることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３２項のいずれか１項に記載の装置。３４．接触測定用の装置が異なる物質から成る開口部の周囲に環状もしくは不規則な形状に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３３項のいずれか１項に記載の装置。３５．前記温度測定手段が同間隔、異なる間隔で、ずらして又は互いに角度を成して、あるいはいかなる不規則な幾何学的形状でも配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３４項のいずれか１項に記載の装置。３６．少なくとも１個のフィルター、１個のステップフィルター又は一組の特定のサイズのフィルターが人体と前記温度測定手段との間に設けられることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３５項のいずれか１項に記載の装置。３７．前記フィルター、ステップフィルター又は一組のフィルターが特定の波長範囲内で吸収したり、反射したりするか、あるいは不浸透性であることを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３６項のいずれか１項に記載の装置。３８．前記温度測定手段が人体の表面から０〜５０cmの間の一定の距離に位置することを特徴とする請求の範囲第１０項〜第３７項のいずれか１項に記載の装置。