RU2230485C2 - Method for determination of blood glucose concentration in humans - Google Patents
Method for determination of blood glucose concentration in humans Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230485C2 RU2230485C2 RU2001115028/14A RU2001115028A RU2230485C2 RU 2230485 C2 RU2230485 C2 RU 2230485C2 RU 2001115028/14 A RU2001115028/14 A RU 2001115028/14A RU 2001115028 A RU2001115028 A RU 2001115028A RU 2230485 C2 RU2230485 C2 RU 2230485C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glucose
- concentration
- blood
- skin
- values
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам медицинского обследования человека нехирургическими методами, а именно к определению концентрации глюкозы в крови живого организма на основе измерения электрического сопротивления части тела.The invention relates to methods for medical examination of a person by non-surgical methods, namely to determining the concentration of glucose in the blood of a living organism based on measuring the electrical resistance of a part of the body.
Известны неинвазивные методы измерения концентрации глюкозы в крови человека, основанные на измерении полного электрического сопротивления (импеданса) части тела человека или составляющих импеданса.Non-invasive methods for measuring glucose concentration in human blood are known, based on measuring the total electrical resistance (impedance) of a part of the human body or impedance components.
Например, известен способ индикации содержания сахара в крови [1], при котором об уровне содержания сахара в крови пациента судят по изменению диэлектрической проницаемости пальца, помещенного в электрическое поле преобразователя.For example, there is a known method for indicating blood sugar [1], in which the patient’s blood sugar level is judged by the change in dielectric constant of a finger placed in the electric field of the transducer.
Известен также способ контроля количества сахара в крови человека [2], при котором измерение производят посредством изменения реактивного сопротивления колебательных контуров, включенных во вторичные цепи высокочастотного генератора, путем непосредственного воздействия человеком на элементы колебательных контуров. При этом количество сахара в крови контролируют по изменению тока во вторичных цепях высокочастотного генератора.There is also a method of controlling the amount of sugar in human blood [2], in which the measurement is carried out by changing the reactance of the oscillatory circuits included in the secondary circuits of the high-frequency generator, by direct human exposure to the elements of the oscillatory circuits. In this case, the amount of sugar in the blood is controlled by the change in current in the secondary circuits of the high-frequency generator.
Известен способ [3], при котором осуществляют спектральный анализ отраженного от тела человека или проходящего через него высокочастотного излучения. Измеряемым параметром является фазовый сдвиг между падающей и отраженной или прошедшей волнами, который характеризует реактивную составляющую сопротивления тела. По измеренным параметрам фазового спектра судят о концентрации находящихся в крови веществ, в частности о концентрации глюкозы.The known method [3], in which they carry out a spectral analysis of the high-frequency radiation reflected from the human body or passing through it. The measured parameter is the phase shift between the incident and reflected or transmitted waves, which characterizes the reactive component of the resistance of the body. The measured parameters of the phase spectrum judge the concentration of substances in the blood, in particular the concentration of glucose.
Известен также способ, реализуемый устройством, описанным в [4]. В данном устройстве измерение концентрации глюкозы в крови основано на измерении полного сопротивления участка тела человека на двух частотах, определении емкостной составляющей сопротивления тела человека и преобразовании полученного значения емкостной составляющей в значение концентрации глюкозы в крови больного.Also known is a method implemented by the device described in [4]. In this device, the measurement of glucose concentration in the blood is based on measuring the impedance of a portion of the human body at two frequencies, determining the capacitive component of the resistance of the human body and converting the obtained value of the capacitive component to the value of the glucose concentration in the patient’s blood.
Все рассмотренные способы обладают общим недостатком: точность измерения концентрации глюкозы в крови человека значительно уступает точности измерений, проведенных прямыми (инвазивными) методами. В то же время инвазивные методы, которые требуют взятие пробы крови, явно уступают неинвазивным с точки зрения удобства и безопасности.All the considered methods have a common drawback: the accuracy of measuring glucose concentration in human blood is significantly inferior to the accuracy of measurements performed by direct (invasive) methods. At the same time, invasive methods that require a blood sample are clearly inferior to non-invasive methods in terms of convenience and safety.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание простого и точного неинвазивного метода определения концентрации глюкозы, на основе которого могли бы быть разработаны приборы для индивидуального использования.The technical problem to which the claimed invention is directed is to create a simple and accurate non-invasive method for determining glucose concentration, on the basis of which devices for individual use could be developed.
Рассмотренные выше способы, основанные на определении полного или реактивного сопротивления участка тела человека, или составляющих полного сопротивления, не могут дать приемлемую точность определения концентрации глюкозы в крови по следующими причинами.The methods discussed above, based on the determination of the total or reactive resistance of a part of the human body, or components of the impedance, cannot give acceptable accuracy in determining the concentration of glucose in the blood for the following reasons.
Как выяснено авторами заявляемого изобретения, как полное электрическое сопротивление (импеданс) тела человека, так и составляющие полного электрического сопротивления зависят не только от действительного значения концентрации глюкозы в крови, но и от скорости изменения концентрации глюкозы в крови во времени. При этом скорость изменения концентрации глюкозы в крови у каждого человека варьируется в определенных пределах в зависимости от разных причин, в частности внешних воздействий, психофизиологических факторов, особенностей питания и обменных процессов организма.As found by the authors of the claimed invention, both the total electrical resistance (impedance) of the human body and the components of the total electrical resistance depend not only on the actual value of the concentration of glucose in the blood, but also on the rate of change in the concentration of glucose in the blood over time. At the same time, the rate of change in the concentration of glucose in the blood of each person varies within certain limits, depending on various reasons, in particular external influences, psychophysiological factors, nutritional characteristics and metabolic processes of the body.
Кроме того, как показали исследования, скорость изменения концентрации глюкозы во времени даже у одного человека имеет разные значения в зависимости от того, превышает ли концентрация глюкозы в крови так называемый "почечный порог" или не превышает. Это связано с тем, что, когда концентрация глюкозы в крови человека превышает определенное значение (для детей - от 7 до 9 ммоль/л, а для взрослых - от 8 до 11 ммоль/л), почки начинают активно выделять глюкозу и она уходит из организма с мочой. Именно эти значения концентрации глюкозы, в данных пределах индивидуальные для конкретного человека, называются почечным порогом.In addition, studies have shown that the rate of change in glucose concentration over time even in one person has different values depending on whether the concentration of glucose in the blood exceeds the so-called "renal threshold" or does not exceed. This is due to the fact that when the concentration of glucose in human blood exceeds a certain value (for children - from 7 to 9 mmol / l, and for adults - from 8 to 11 mmol / l), the kidneys begin to actively release glucose and it leaves body with urine. It is these values of glucose concentration, within these limits that are individual for a particular person, that are called the renal threshold.
Заявляются два варианта способа, один из которых основан на непрерывных измерениях, а другой - дискретных измерениях.Two variants of the method are claimed, one of which is based on continuous measurements, and the other on discrete measurements.
По первому варианту способ определения концентрации глюкозы в крови человека характеризуется тем, что измеряют полное электрическое сопротивление кожи или одну из составляющих полного электрического сопротивления кожи, а концентрацию глюкозы в крови определяют по выражениюAccording to the first embodiment, the method for determining the concentration of glucose in human blood is characterized in that they measure the total electrical resistance of the skin or one of the components of the total electrical resistance of the skin, and the concentration of glucose in the blood is determined by the expression
где G(t) - определяемое значение концентрации глюкозы в крови в момент времени t;where G (t) is the determined value of the concentration of glucose in the blood at time t;
G0 - значение концентрации глюкозы в крови в начальный момент времени процесса измерения;G 0 - the value of the concentration of glucose in the blood at the initial time of the measurement process;
q - величина, характеризующая способность организма человека к поддержанию гомеостаза по отношению к концентрации глюкозы в крови;q is a value characterizing the ability of the human body to maintain homeostasis in relation to the concentration of glucose in the blood;
G1=G0-q;G 1 = G 0 -q;
a0 - коэффициент, характеризующий связь между значениями полного электрического сопротивления или значениями составляющих полного электрического сопротивления кожи и концентрацией глюкозы конкретного человека;a 0 is a coefficient characterizing the relationship between the values of the total electrical resistance or the values of the components of the total electrical resistance of the skin and the glucose concentration of a particular person;
а1 - коэффициент, учитывающий изменчивость внешних факторов и особенностей организма конкретного человека;and 1 is a coefficient that takes into account the variability of external factors and the characteristics of the organism of a particular person;
N(x) - нормированные измеренные значения полного электрического сопротивления кожи или составляющих полного электрического сопротивления кожи.N (x) - normalized measured values of the total electrical resistance of the skin or components of the total electrical resistance of the skin.
При этом упомянутые величины q, а0 и а1 определяют на подготовительном этапе, при котором в течение времени Т одновременно измеряют полное электрическое сопротивление кожи или составляющие полного электрического сопротивления кожи и концентрацию глюкозы инвазивным методом, а упомянутые величины q, a0 и а1 определяют путем аппроксимации зависимости концентрации глюкозы в крови, полученной инвазивным методом, на упомянутую зависимость G(t), при этом время Т выбирают достаточным для того, чтобы можно было зафиксировать изменения концентрации глюкозы в крови, связанные с естественным суточным циклом ее изменения, или вызванные искусственно, например, питанием, физической нагрузкой, инъекцией препаратов глюкозы или инсулина.Moreover, the mentioned values of q, a 0 and a 1 are determined at the preparatory stage, in which during the time T, the total electrical resistance of the skin or components of the total electrical resistance of the skin and glucose concentration are measured by the invasive method, while the mentioned values are q, a 0 and a 1 determined by approximating the dependence of the concentration of glucose in the blood obtained by the invasive method on the aforementioned dependence G (t), while the time T is chosen sufficient so that changes in the concentration can be recorded and glucose in the blood associated with the natural daily cycle of change, or the artificially induced, e.g., diet, exercise, glucose injection preparations or insulin.
Для повышения точности аппроксимации упомянутые измерения на подготовительном этапе проводят при возрастании и при убывании концентрации глюкозы в крови. В частности, упомянутые величины q, а0 и a1 определяют для значений концентрации глюкозы в крови, не превышающих почечный порог, превышающих почечный порог, а также для значений, соответствующих почечному порогу.To increase the accuracy of the approximation, the above measurements at the preparatory stage are carried out with increasing and decreasing concentrations of glucose in the blood. In particular, the mentioned q, a 0 and a 1 values are determined for blood glucose concentrations not exceeding the renal threshold, exceeding the renal threshold, and also for values corresponding to the renal threshold.
В качестве составляющих полного электрического сопротивления кожи измеряют активную составляющую сопротивления кожи, или реактивную составляющую сопротивления кожи, или фазовый угол между активной и реактивной составляющими полного электрического сопротивления кожи.As components of the total electrical resistance of the skin, the active component of the resistance of the skin, or the reactive component of the resistance of the skin, or the phase angle between the active and reactive components of the total electrical resistance of the skin, is measured.
В частном случае для инсулинозависимого человека значение q выбирают равным нулю.In the particular case of an insulin-dependent person, the q value is chosen equal to zero.
Обычно, при осуществлении способа подготовительный этап проводят за период Т=(4-12) часов.Usually, when implementing the method, the preparatory stage is carried out for a period of T = (4-12) hours.
По второму варианту заявляемый способ характеризуется тем, что дискретно измеряют значения полного электрического сопротивления кожи или составляющих полного электрического сопротивления кожи, а концентрацию глюкозы в крови определяют по выражениюIn the second embodiment, the inventive method is characterized in that the values of the total electrical resistance of the skin or components of the total electrical resistance of the skin are discretely measured, and the concentration of glucose in the blood is determined by the expression
где G(tm) - определяемое значение концентрации глюкозы в крови в момент времени tm;where G (t m ) is the determined value of the concentration of glucose in the blood at time t m ;
G0 - значение концентрации глюкозы в крови в начальный момент времени процесса измерения;G 0 - the value of the concentration of glucose in the blood at the initial time of the measurement process;
q - величина, характеризующая способность организма человека к поддержанию гомеостаза по отношению к концентрации глюкозы в крови;q is a value characterizing the ability of the human body to maintain homeostasis in relation to the concentration of glucose in the blood;
G1=G0-q;G 1 = G 0 -q;
a0 - коэффициент, характеризующий связь между значениями полного электрического сопротивления кожи или значениями составляющих полного электрического сопротивления кожи и концентрацией глюкозы конкретного человека;a 0 - coefficient characterizing the relationship between the values of the total electrical resistance of the skin or the values of the components of the total electrical resistance of the skin and the glucose concentration of a particular person;
a1 - коэффициент, учитывающий изменчивость внешних факторов и особенностей организма конкретного человека;a 1 - coefficient taking into account the variability of external factors and characteristics of the organism of a particular person;
N(tk) - нормированные измеренные значения полного электрического сопротивления кожи или составляющие полного электрического сопротивления кожи, где tk-1 и tk - моменты времени снятия дискретных отсчетов, начиная с нулевого при t0=0, при этом k - действительное целое число (k=1,2,...m). При этом так же, как и в первом варианте, упомянутые величины q, a0 и а1 определяют на подготовительном этапе, при котором в течение времени Т одновременно измеряют полное электрическое сопротивление кожи или составляющие полного электрического сопротивления кожи и концентрацию глюкозы инвазивным методом, а упомянутые величины q, а0 и а1 определяют путем аппроксимации зависимости концентрации глюкозы в крови, полученной инвазивным методом, на упомянутую зависимость G(t). Время Т, соответственно, выбирают достаточным для того, чтобы можно было зафиксировать изменения концентрации глюкозы в крови, связанные с естественным суточным циклом ее изменения, или вызванные искусственно, например, питанием, физической нагрузкой, инъекцией препаратов глюкозы или инсулина.N (t k ) are the normalized measured values of the total electrical resistance of the skin or the components of the total electrical resistance of the skin, where t k-1 and t k are the time points for taking discrete samples, starting from zero at t 0 = 0, while k is the real integer number (k = 1,2, ... m). In this case, as in the first embodiment, the mentioned values q, a 0 and a 1 are determined at the preparatory stage, in which during the time T, the total electrical resistance of the skin or the components of the total electrical resistance of the skin and glucose concentration are measured by the invasive method, and the mentioned values of q, a 0 and a 1 are determined by approximating the dependence of the concentration of glucose in the blood obtained by the invasive method on the mentioned dependence G (t). Time T, respectively, is chosen sufficient so that it is possible to record changes in the concentration of glucose in the blood associated with the natural daily cycle of its change, or artificially caused, for example, by nutrition, physical activity, injection of glucose or insulin preparations.
Так же, как и при осуществлении способа по первому варианту, для повышения точности аппроксимации упомянутые измерения на подготовительном этапе проводят при возрастании и при убывании концентрации глюкозы в крови. В частности, упомянутые величины q, а0 и а1 определяют для значений концентрации глюкозы в крови, не превышающих почечный порог, превышающих почечный порог, а также для значений, соответствующих почечному порогу.As well as when implementing the method according to the first embodiment, to increase the accuracy of the approximation, the above measurements at the preparatory stage are carried out with increasing and decreasing concentrations of glucose in the blood. In particular, the aforementioned q, a 0 and a 1 values are determined for blood glucose concentrations not exceeding the renal threshold, exceeding the renal threshold, and also for values corresponding to the renal threshold.
В качестве составляющих полного электрического сопротивления кожи измеряют активную составляющую сопротивления кожи, или реактивную составляющую сопротивления кожи, или фазовый угол между активной и реактивной составляющими полного электрического сопротивления кожи.As components of the total electrical resistance of the skin, the active component of the resistance of the skin, or the reactive component of the resistance of the skin, or the phase angle between the active and reactive components of the total electrical resistance of the skin, is measured.
В частном случае для инсулинозависимого человека значение q выбирают равным нулю.In the particular case of an insulin-dependent person, the q value is chosen equal to zero.
Обычно подготовительный этап проводят за период Т=(4-12) часов.Usually, the preparatory phase is carried out for a period of T = (4-12) hours.
В качестве составляющих полного электрического сопротивления кожи измеряют активную составляющую сопротивления кожи, или реактивную составляющую сопротивления кожи, или фазовый угол между активной и реактивной составляющими полного электрического сопротивления кожи.As components of the total electrical resistance of the skin, the active component of the resistance of the skin, or the reactive component of the resistance of the skin, or the phase angle between the active and reactive components of the total electrical resistance of the skin, is measured.
Заявляемый способ, основанный на измерении полного электрического сопротивления (или его составляющих) тела человека, в частности кожи и прилегающий тканей, позволяет значительно точнее определять концентрацию глюкозы в крови человека.The inventive method, based on measuring the total electrical resistance (or its components) of the human body, in particular the skin and adjacent tissues, allows a much more accurate determination of the concentration of glucose in human blood.
Изобретение поясняется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.
На фиг.1 показана временная зависимость инвазивно измеренной концентрации глюкозы Ginv(t), значений полного электрического сопротивления N(t) и определенных по заявляемому способу значений концентрации G(t) у больного "А" на подготовительном этапе.Figure 1 shows the temporal dependence of the invasively measured glucose concentration G inv (t), the values of the total electrical resistance N (t) and the values of the concentration G (t) of the patient "A" determined by the present method at the preparatory stage.
На фиг.2 - 5 приведены результаты, полученные для упомянутого больного "А" в течение одного из дней испытаний.Figure 2-5 shows the results obtained for the said patient "A" during one of the test days.
На фиг.6 - 8 приведены отдельные результаты измерений и расчетов для больного "В" (фиг.6) и больного "С" (фиг.7 и 8).In Fig.6 - 8 shows the individual results of measurements and calculations for patient "B" (Fig.6) and patient "C" (Fig.7 and 8).
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.
На подготовительном этапе осуществления способа одновременно измеряют полное электрическое сопротивление кожи и концентрацию глюкозы в крови инвазивным методом, причем указанные измерения выполняют как при возрастании, так и при снижении концентрации глюкозы.At the preparatory stage of the method, the total electrical resistance of the skin and the concentration of glucose in the blood are simultaneously measured by the invasive method, and these measurements are performed both with increasing and decreasing glucose concentration.
Измерение полного электрического сопротивления или составляющих полного электрического сопротивления кожи человека может производится одним из известных способов, в частности с помощью излучения высокочастотных колебаний и измерения сопротивления с помощью емкостных датчиков. Для этого может быть использовано упомянутое выше устройство, описанное в [4].The measurement of the total electrical resistance or the components of the total electrical resistance of human skin can be carried out using one of the known methods, in particular by using high-frequency oscillations and measuring the resistance with capacitive sensors. For this, the aforementioned device described in [4] can be used.
В описании способа будет использоваться термин "полное электрическое сопротивление", под которым будем понимать не только значение электрического сопротивления, включающее активную и реактивную составляющие сопротивления, но и отдельно эти составляющие электрического сопротивления кожи и прилегающих тканей, а также комбинации или производные величины от этих составляющих, например отношение активного сопротивления к реактивному.In the description of the method, the term "total electrical resistance" will be used, which means not only the value of electrical resistance, including the active and reactive components of the resistance, but also separately these components of the electrical resistance of the skin and adjacent tissues, as well as combinations or derivatives of these components , for example, the ratio of resistance to reactance.
Для повышения точности аппроксимации указанные измерения на подготовительном этапе выполняют минимум для двух значений концентрации глюкозы, не превышающих почечный порог, непосредственно при переходе через почечный порог и минимум для двух значений концентрации глюкозы, превышающих почечный порог. Эти измерения выполняют как при возрастании, так и при снижении концентрации глюкозы. Таким образом, измерения полного электрического сопротивления и концентрации глюкозы в крови инвазивным методом проводят в шести диапазонах значений концентрации глюкозы:To increase the accuracy of approximation, these measurements at the preparatory stage are performed for at least two values of glucose concentration not exceeding the renal threshold, directly when crossing the renal threshold and at least for two values of glucose concentration exceeding the renal threshold. These measurements are performed both with increasing and decreasing glucose concentration. Thus, the measurement of the total electrical resistance and the concentration of glucose in the blood by an invasive method is carried out in six ranges of glucose concentrations:
для значений, не превышающих почечный порог, при возрастании концентрации глюкозы;for values not exceeding the renal threshold, with increasing glucose concentration;
для значений в зоне почечного порога при переходе через него и при возрастании концентрации глюкозы;for values in the zone of the renal threshold when passing through it and with an increase in glucose concentration;
для значений, превышающих почечный порог, при возрастании концентрации глюкозы;for values exceeding the renal threshold, with increasing glucose concentration;
для значений, превышающих почечный порог, при снижении концентрации глюкозы;for values exceeding the renal threshold, with a decrease in glucose concentration;
для значений в зоне почечного порога при переходе через него и при снижении концентрации глюкозы;for values in the zone of the renal threshold when passing through it and with a decrease in glucose concentration;
для значений, не превышающих почечный порог, при снижении концентрации глюкозы.for values not exceeding the renal threshold, with a decrease in glucose concentration.
Полученные на подготовительном этапе значения полного электрического сопротивления кожи и одновременно измеренные значения концентрации глюкозы инвазивным методом в дальнейшем служат для определения упомянутых величин q, а0 и a1, связывающих измеряемое полное электрическое сопротивление кожи и концентрацию глюкозы в крови, и которые являются индивидуальными для каждого человека. Описание этих параметров и процедуры их определения даны ниже. Принципиально, для последующего осуществления способа достаточно одного цикла указанных измерений подготовительного этапа. Однако случайная погрешность определения концентрации глюкозы может быть снижена, если указанные измерения на подготовительном этапе будут проведены в несколько циклов.The values of the total electrical resistance of the skin obtained at the preparatory stage and simultaneously measured values of the glucose concentration by the invasive method subsequently serve to determine the aforementioned q values, and 0 and a 1 , linking the measured total electrical resistance of the skin and the concentration of glucose in the blood, and which are individual for each person. A description of these parameters and procedures for their determination are given below. Fundamentally, for the subsequent implementation of the method, one cycle of these measurements of the preparatory stage is sufficient. However, the random error in determining glucose concentration can be reduced if these measurements at the preparatory stage are carried out in several cycles.
Чтобы учесть систематическую погрешность, которая при длительном осуществлении способа может накапливаться за счет изменений, происходящих в организме человека, целесообразно периодически (например, один раз в несколько месяцев) повторять процедуры описанного подготовительного этапа. Однако учесть эти изменения, как будет показано ниже, можно, используя только результаты измерений полного электрического сопротивления в характерных областях, например, при переходе значения концентрации глюкозы в крови через почечный порог.In order to take into account the systematic error, which during the long-term implementation of the method can accumulate due to changes occurring in the human body, it is advisable to periodically (for example, once every several months) repeat the procedures described in the preparatory stage. However, these changes can be taken into account, as will be shown below, using only the results of measurements of the total electrical resistance in characteristic areas, for example, when the concentration of glucose in the blood passes through the renal threshold.
В общем виде зависимость полного электрического сопротивления Z(t) от изменяющихся во времени значений концентрации глюкозы G(t) может быть выражена полиномом видаIn general, the dependence of the total electrical resistance Z (t) on the time-varying glucose concentration G (t) can be expressed by a polynomial of the form
где М - степень полинома (или порядок аппроксимации используемой модели), при этом М∈[1, ∞);where M is the degree of the polynomial (or the approximation order of the model used), with M∈ [1, ∞);
i - показатель степени значения концентрации глюкозы G(t);i is a measure of the degree of glucose concentration G (t);
j - показатель степени производной по времени значения скорости изменения концентрации глюкозы dG/dt;j is the exponent of the time derivative of the rate of change in glucose concentration dG / dt;
bij - числовые коэффициенты разложения.b ij are the numerical expansion coefficients.
Выражение (1) описывает обобщенную модель взаимосвязи между концентрацией глюкозы в крови и полным электрическим сопротивлением. Это выражение дает возможность построить различные частные модели указанной взаимосвязи и использовать соответствующие алгоритмы определения расчетных значений концентрации глюкозы по измеренному полному электрическому сопротивлению. Точность описания этой взаимосвязи увеличивается по мере увеличения порядка аппроксимации М, однако при этом возрастает сложность процедуры определения концентрации глюкозы.Expression (1) describes a generalized model of the relationship between the concentration of glucose in the blood and the total electrical resistance. This expression makes it possible to construct various particular models of this relationship and use the appropriate algorithms for determining the calculated values of glucose concentration from the measured total electrical resistance. The accuracy of the description of this relationship increases as the approximation order M increases, however, the complexity of the procedure for determining glucose concentration increases.
Экспериментальная проверка показала, что для определения концентрации глюкозы в крови с основной относительной погрешностью порядка 10-15% достаточно использовать модель (1) с аппроксимацией первого порядка (М=1).An experimental check showed that to determine the concentration of glucose in the blood with a basic relative error of the order of 10-15%, it is sufficient to use model (1) with a first-order approximation (M = 1).
Обычно используемая для расчетов линейная модель взаимосвязи между концентрацией глюкозы и измеряемым полным электрическим сопротивлением, например, как это показано в [5], имеет видThe linear model of the relationship between the glucose concentration and the measured total electric resistance, usually used for calculations, for example, as shown in [5], has the form
и является неполным частным случаем модели первого порядка. Как видно, например, из работы [6], и что подтверждено исследованиями, выполненными авторами, такая модель приводит к неудовлетворительной точности аппроксимации.and is an incomplete particular case of a first-order model. As can be seen, for example, from [6], and as confirmed by studies performed by the authors, such a model leads to unsatisfactory approximation accuracy.
Полная линейная модель первого порядка взаимосвязи между концентрацией глюкозы и измеряемым полным электрическим сопротивлением соответствует соотношениюThe full linear first-order model of the relationship between glucose concentration and measured total electrical resistance corresponds to
Ее удобно представить дифференциальным уравнением первого порядка в видеIt can be conveniently represented by a first-order differential equation in the form
используя при этом следующие замены:using the following replacements:
a0=b10/b01;a 0 = b 10 / b 01 ;
a1=kr/b01;a 1 = k r / b 01 ;
q=-b00/b01.q = -b 00 / b 01 .
Здесь: N(t) - нормированные измеренные значения полного электрического сопротивления кожи человека, которые нормируются к значению Gr концентрации глюкозы в момент времени tr перехода через почечный порог, при этомHere: N (t) - normalized measured values of the total electrical resistance of human skin, which are normalized to the value of G r glucose concentration at time t r the transition through the renal threshold, while
где kr - коэффициент нормировки;where k r is the normalization coefficient;
a0 - коэффициент, характеризующий связь между значениями полного электрического сопротивления и концентрацией глюкозы конкретного человека и являющийся для него достаточно стабильным на протяжении значительного времени;a 0 - coefficient characterizing the relationship between the values of total electrical resistance and the glucose concentration of a particular person and is quite stable for him for a considerable time;
q - величина, характеризующая способность организма человека к поддержанию гомеостаза по отношению к концентрации глюкозы в крови (для здоровых людей q≠0, а для инсулинозависимых диабетиков значение q близко к нулю);q is a value characterizing the ability of the human body to maintain homeostasis with respect to the concentration of glucose in the blood (for healthy people, q ≠ 0, and for insulin-dependent diabetics, the value of q is close to zero);
а1 - коэффициент, учитывающий изменчивость внешних факторов и особенностей организма человека. Его значение зависит также от направления изменения концентрации глюкозы в крови и слабо зависит от скорости ее изменения.and 1 - coefficient taking into account the variability of external factors and characteristics of the human body. Its value also depends on the direction of change in the concentration of glucose in the blood and weakly depends on the rate of its change.
В вышеуказанных пределах погрешности определения концентрации глюкозы в крови коэффициент а1 можно принять за постоянную величину на промежутках монотонности изменения концентрации глюкозы.In the above error limits for determining the concentration of glucose in the blood, coefficient a 1 can be taken as a constant value at intervals of monotony of changes in glucose concentration.
Процедура нахождения всех этих величин, индивидуальных для каждого человека, будет описана ниже.The procedure for finding all of these values, individual for each person, will be described below.
Модель, описываемая выражением (4), позволяет проиллюстрировать следующие предельные случаи, характеризующие две группы людей.The model described by expression (4) allows us to illustrate the following limiting cases characterizing two groups of people.
Значения коэффициентов а1>>1 и |a1/a0|≈1 соответствуют случаю, когда полное электрическое сопротивление кожи человека пропорционально концентрации глюкозы в крови, то есть N(t)~G(t). Среди диабетиков людей с такой прямо пропорциональной зависимостью в процентном отношении не очень много, но все рассмотренные выше известные способы измерения используют именно такую модель.The values of the coefficients a 1 >> 1 and | a 1 / a 0 | ≈1 correspond to the case when the total electrical resistance of human skin is proportional to the concentration of glucose in the blood, that is, N (t) ~ G (t). Among diabetics, there are not very many people with such a directly proportional dependence in percentage terms, but all the known measurement methods discussed above use just such a model.
Другой предельный случай при |a0/a1|→0 и |a0|→0 соответствует ситуации, когда полное электрическое сопротивление кожи пропорционально скорости изменения концентрации глюкозы в крови, то есть N(t)~dG(t)/dt). В этом случае измеряемое полное электрическое сопротивление во времени будет иметь многочисленные максимумы и минимумы, отражающие поведение скорости изменения концентрации глюкозы.Another limiting case when | a 0 / a 1 | → 0 and | a 0 | → 0 corresponds to the situation when the total electrical resistance of the skin is proportional to the rate of change in the concentration of glucose in the blood, that is, N (t) ~ dG (t) / dt) . In this case, the measured total electrical resistance over time will have numerous highs and lows, reflecting the behavior of the rate of change in glucose concentration.
Описанные предельные случаи встречаются не часто. В практике, обычно, наблюдаются промежуточные случаи.The described extreme cases are not common. In practice, intermediate cases are usually observed.
В результате решения дифференциального уравнения (4) индивидуальная зависимость значения глюкозы в крови от нормированных измеренных значений полного электрического сопротивления может быть записана в видеAs a result of solving differential equation (4), the individual dependence of the blood glucose value on the normalized measured values of the total electrical resistance can be written as
при этом G1=G0-q, где G0 - значение концентрации глюкозы в крови в начальный момент времени процесса измерения, a N(x) – нормированные измеренные значения полного электрического сопротивления кожи или составляющих полного электрического сопротивления кожи.wherein G 1 = G 0 -q, where G 0 is the value of glucose concentration in the blood at the initial time of the measurement process, and N (x) are the normalized measured values of the total electrical resistance of the skin or components of the total electrical resistance of the skin.
Для дискретных нормированных значений отсчетов полного электрического сопротивления формула (6) преобразуется в следующий вид:For discrete normalized values of samples of the total electrical resistance, formula (6) is converted into the following form:
где tk-1 и tk - моменты времени снятия дискретных отсчетов, начиная с нулевого при t0=0, ak - действительное целое число (k=1,2,...m);where t k-1 and t k are time points for taking discrete samples, starting from zero at t 0 = 0, ak is a real integer (k = 1,2, ... m);
Выражения (6) и (7) служат рабочими формулами для определения значений концентрации глюкозы G(t) по нормированным измеренным значениям полного электрического сопротивления кожи человека N(t) при непрерывных и дискретных измерениях соответственно. Для каждого человека необходимо определить индивидуальные коэффициенты q, а0 и а1 отдельно для следующих упомянутых диапазонов концентрации глюкозы: до почечного порога и после почечного порога, при убывающей, а также при возрастающей концентрации глюкозы.Expressions (6) and (7) serve as working formulas for determining the values of glucose concentration G (t) from normalized measured values of the total electrical resistance of human skin N (t) for continuous and discrete measurements, respectively. For each person, it is necessary to determine the individual coefficients q, and 0 and a 1 separately for the following mentioned ranges of glucose concentration: to the renal threshold and after the renal threshold, with decreasing, as well as increasing glucose concentration.
Определение коэффициентов q, а0 и а1 производится стандартной математической обработкой, например, методами минимизации нелинейного функционала. Задачей этой математической обработки является подбор таких значений q, a0 и а1, чтобы зависимость (6) (или зависимость (7)) была максимально приближена к зависимости концентрации глюкозы, измеренной инвазивным методом на подготовительном этапе. Зависимость G(t), найденную инвазивным методом, принимают за аппроксимируемую. Зависимость, которая вычисляется по формуле (6) или формуле (7), будем называть корректируемой (аппроксимирующей). Сближение этих зависимостей можно выполнить, воспользовавшись, например, широко распространенным программным продуктом MATLAB. Для этого аппроксимируемую и корректируемую зависимости необходимо ввести в подпрограмму "curvefit" MATLAB, выделить участок аппроксимируемой зависимости с положительным наклоном и соответствующий ему по времени участок корректируемой зависимости, найти такие значения коэффициентов q, а0 и а1, при подстановке которых в корректируемую зависимость несовпадение между обеими зависимостями на этих участках минимально, после чего выделить участок аппроксимируемой зависимости с отрицательным наклоном и соответствующий ему по времени участок корректируемой зависимости, задать найденное значение коэффициентов а0, q и найти второе значение коэффициента а1, при подстановке которого в корректируемую зависимость несовпадение между обеими зависимостями на этих участках минимально.The determination of the coefficients q, and 0 and a 1 is carried out by standard mathematical processing, for example, by methods of minimizing the nonlinear functional. The task of this mathematical processing is to select q, a 0 and a 1 such that dependence (6) (or dependence (7)) is as close as possible to the dependence of glucose concentration measured by the invasive method at the preparatory stage. The dependence G (t) found by the invasive method is taken as the approximated one. The dependence, which is calculated by formula (6) or formula (7), will be called correctable (approximating). You can approximate these dependencies using, for example, the widely used software product MATLAB. To do this, the approximated and corrected dependencies must be entered into the MATLAB curvefit subroutine, select the approximated dependence plot with a positive slope, and the correlated dependence plot corresponding to it in time, find the values of the coefficients q, and 0 and a 1 , when substituting into the corrected dependence the mismatch between both dependencies in these sections is minimal, and then select the plot of the approximated dependence with a negative slope and the time section corresponding to it rektiruemoy dependency set value found for the coefficients a 0, q and to find a second value of coefficient a 1, which is substituted in an adjustable relationship mismatch between the two dependencies on these sites is minimal.
Для вычисления нормировочного коэффициента kr на аппроксимируемой зависимости выделяют все моменты времени, соответствующие значению Gr, то есть пересечению почечного порога, на корректируемой зависимости находят соответствующие указанным моментам времени значения измеренного полного электрического сопротивления, по ним определяют среднее арифметическое значение и принимают его за уровень Z(tr), соответствующий почечному порогу, после чего вычисляют kr=Gr/Z(tr).To calculate the normalization coefficient k r on the approximated dependence, all time moments corresponding to the value of G r , that is, the intersection of the renal threshold, are selected, on the corrected dependence, the values of the measured total electrical resistance corresponding to the indicated moments are determined, the arithmetic mean value is determined from them and taken as the level Z (t r ) corresponding to the renal threshold, after which k r = G r / Z (t r ) is calculated.
На этапе непосредственно осуществления способа, после определения коэффициентов а0, q, а1, kr и начального значения концентрации глюкозы G0, определяются только нормированные значения полного электрического сопротивления N(t) по формуле N(t)=krZ(t). Если измерения производятся непрерывно, для получения расчетных значений концентрации глюкозы в крови G(t) используется зависимость (6), вытекающая из общего выражения (1). В случае дискретных измерений используют зависимость (7), вытекающую из общей формулы (1) и выбранного метода дискретизации (например, метода трапеций). Для повышения надежности определения концентрации глюкозы в крови необходимо знать, увеличивается или уменьшается в данный период времени концентрация глюкозы. Эту качественную информацию о знаке dG(t)/dt можно получить путем оценки и прогноза значения концентрации глюкозы на основании предыдущих измерений, или путем статистической обработки результатов текущих измерений, или, например, по изменению формы электрокардиосигнала, которая связана с изменением уровня глюкозы в крови, о чем указано в [7].At the stage of directly implementing the method, after determining the coefficients a 0 , q, a 1 , k r and the initial value of glucose concentration G 0 , only normalized values of the total electrical resistance N (t) are determined by the formula N (t) = k r Z (t ) If the measurements are performed continuously, to obtain the calculated values of the blood glucose concentration G (t), dependence (6) arising from the general expression (1) is used. In the case of discrete measurements, dependence (7) is used, which follows from the general formula (1) and the selected discretization method (for example, the trapezoid method). To increase the reliability of determining the concentration of glucose in the blood, it is necessary to know whether the concentration of glucose increases or decreases in a given period of time. This qualitative information about the sign of dG (t) / dt can be obtained by estimating and predicting the value of glucose concentration based on previous measurements, or by statistical processing of the results of current measurements, or, for example, by changing the shape of the electrocardiogram, which is associated with a change in blood glucose level , as indicated in [7].
Важно, что при осуществлении способа возможно уточнение значений G(t) без дополнительного инвазивного измерения концентрации глюкозы в крови. Было замечено, что полное электрическое сопротивление кожи человека при прохождении почечного порога обычно характеризуется резкими изменениями значений сопротивления, в частности в виде скачков значений полного электрического сопротивления за короткий отрезок времени. Это позволяет по виду зависимости Z(t) определить момент прохождения почечного порога. С учетом того, что значение Gr для данного человека определено заранее на подготовительном этапе, можно значение N(t), полученное для момента времени, соответствующего переходу через почечный порог, заменить на значение N(tr)=Gr. Таким образом можно в процессе измерений корректировать получаемые расчетные значения G(t), не прибегая к дополнительному повторению операций подготовительного этапа, связанных с отбором крови и измерением концентрации глюкозы инвазивным методом. Эту корректировку можно производить неоднократно, опираясь только на данные измерений полного электрического сопротивления, а именно используя информацию о том, что для данного человека почечный порог соответствует определенному значению концентрации глюкозы, полученному на подготовительном этапе.It is important that when implementing the method, it is possible to refine the values of G (t) without additional invasive measurement of the concentration of glucose in the blood. It was noted that the total electrical resistance of human skin when passing the renal threshold is usually characterized by sharp changes in resistance values, in particular in the form of jumps in the values of total electrical resistance in a short period of time. This allows us to determine the moment of passage of the renal threshold by the form of the dependence Z (t). Given the fact that the value of G r for a given person is determined in advance at the preparatory stage, the value of N (t) obtained for the point in time corresponding to the transition through the renal threshold can be replaced by the value N (t r ) = G r . Thus, it is possible to correct the obtained calculated values of G (t) during the measurements without resorting to an additional repetition of the preparatory stage operations related to blood sampling and glucose concentration measurement by the invasive method. This adjustment can be made repeatedly, relying only on the measurement data of the total electrical resistance, namely, using information that for a given person the renal threshold corresponds to a certain value of glucose concentration obtained at the preparatory stage.
Момент прохождения почечного порога для корректировки значения концентрации глюкозы в крови, получаемого заявляемым способом, может быть определен также на основе измерения других параметров человека, например контроля сердечной деятельности, биопотенциалов в акупунктурных точках и так далее.The moment of passage of the renal threshold to adjust the blood glucose concentration obtained by the claimed method can also be determined based on the measurement of other parameters of a person, for example, monitoring of cardiac activity, biopotentials at acupuncture points and so on.
Заявляемый способ позволяет также определять необходимую дозу инъекций, например, инсулина для больного сахарным диабетом в конкретный момент времени. Необходимая доза может быть определена исходя из уровня и скорости изменения концентрации глюкозы в крови в данный момент времени с учетом характеристик, полученных на подготовительном этапе. После введения этой конкретной дозы лекарства можно ввести дополнительную корректировку текущих значений G(t), используя для этого информацию о вариабельности коэффициента а1, полученную на подготовительном этапе.The inventive method also allows you to determine the necessary dose of injection, for example, insulin for a patient with diabetes at a particular time. The necessary dose can be determined based on the level and rate of change in the concentration of glucose in the blood at a given time taking into account the characteristics obtained at the preparatory stage. After the introduction of this specific dose of the drug, you can introduce an additional adjustment of the current values of G (t), using for this information on the variability of the coefficient a 1 obtained at the preparatory stage.
Кратко зафиксируем последовательность выполнения заявляемого способа. На подготовительном этапе измеряют полное электрическое сопротивление кожи конкретного человека. При каждом измерении полного электрического сопротивления измеряют также содержание глюкозы в крови одним из известных инвазивных методов, например, с помощью глюкозиметров типа "ONE TOUCH" или "GLUCOTREND". Измерения производят как при возрастающем содержании глюкозы в крови, так и при убывающем содержании глюкозы в крови. Эти изменения концентрации глюкозы в крови обеспечиваются благодаря естественному суточному циклу ее изменений либо искусственно стимулируются с помощью питания, физической нагрузки, препаратов глюкозы и инсулина. Необходимо, чтобы было произведено, по меньшей мере, по два отсчета полного электрического сопротивления и концентрации глюкозы как при возрастании, так и при убывании концентрации глюкозы в крови. Для повышения точности аппроксимации зависимости концентрации глюкозы от измеряемого сопротивления указанные отсчеты получают как при значениях концентрации глюкозы, не превышающих почечный порог, так и при значениях концентрации глюкозы выше почечного порога, а также непосредственно при прохождении почечного порога. Соответственно, общее время измерений подготовительного этапа должно быть достаточным, чтобы зафиксировать достоверные изменения концентрации глюкозы в крови.Briefly fix the sequence of the proposed method. At the preparatory stage, the total electrical resistance of the skin of a particular person is measured. Each measurement of the total electrical resistance also measures the glucose level in the blood using one of the known invasive methods, for example, using glucose meters such as “ONE TOUCH” or “GLUCOTREND”. Measurements are made both with increasing blood glucose and with decreasing blood glucose. These changes in the concentration of glucose in the blood are provided due to the natural daily cycle of its changes or are artificially stimulated using nutrition, exercise, glucose and insulin preparations. It is necessary that at least two readings of the total electrical resistance and glucose concentration be made both with increasing and decreasing concentrations of glucose in the blood. To increase the accuracy of approximation of the dependence of glucose concentration on the measured resistance, these readings are obtained both at glucose concentrations not exceeding the renal threshold, and at glucose concentrations above the renal threshold, as well as directly when passing the renal threshold. Accordingly, the total measurement time of the preparatory phase should be sufficient to record significant changes in the concentration of glucose in the blood.
Подготовительный этап способа позволяет получить как функциональную зависимость концентрации глюкозы в крови от полного электрического сопротивления кожи человека, так и значения концентрации глюкозы в крови в те же моменты времени при ее убывании и возрастании, принимаемые за "истинные" (соответствующие аппроксимируемой зависимости) с погрешностью используемого инвазивного метода.The preparatory step of the method allows to obtain both the functional dependence of the concentration of glucose in the blood on the total electrical resistance of human skin, and the values of the concentration of glucose in the blood at the same time when it decreases and increases, taken as "true" (corresponding to the approximated dependence) with the error used invasive method.
Кроме того, для уменьшения погрешности последующего определения концентрации глюкозы целесообразно на подготовительном этапе получить подробные временные зависимости полного электрического сопротивления и концентрации глюкозы в крови, особенно в области прохождения почечного порога. Последнее условие позволяет найти нормировочный коэффициент kr по формуле (5).In addition, to reduce the error of the subsequent determination of glucose concentration, it is advisable at the preparatory stage to obtain detailed time dependences of the total electrical resistance and concentration of glucose in the blood, especially in the region of the renal threshold. The last condition allows us to find the normalization coefficient k r according to the formula (5).
Далее по результатам измерений предварительного этапа определяют индивидуальные коэффициенты a0, q и a1 для двух областей значений концентрации глюкозы: не превышающих почечный порог и превышающих почечный порог, при убывающей, а также при возрастающей концентрации глюкозы. Для дискретных или непрерывных измерений коэффициенты a0, q и а1 определяются на основе обработки зависимостей, полученных на подготовительном этапе, как это описано выше.Further, according to the results of the preliminary stage measurements, individual coefficients a 0 , q and a 1 are determined for two areas of glucose concentration values: not exceeding the renal threshold and exceeding the renal threshold, with decreasing, as well as increasing glucose concentration. For discrete or continuous measurements, the coefficients a 0 , q, and a 1 are determined based on the processing of the dependencies obtained at the preparatory stage, as described above.
Перед началом определения концентрации глюкозы по электрическому сопротивлению определяется также значение g0 - начальной точки привязки величины полного электрического сопротивления к концентрации глюкозы в крови.Before starting to determine the concentration of glucose by electrical resistance, the value of g 0 is also determined - the initial point of attachment of the total electrical resistance to the concentration of glucose in the blood.
Далее производят непрерывные или дискретные измерения полного электрического сопротивления кожи человека и путем вычислений по формуле (6) или (7) определяют значения концентрации глюкозы в крови.Next, continuous or discrete measurements of the total electrical resistance of the human skin are made and, by calculation using the formula (6) or (7), the blood glucose concentration is determined.
В процессе измерения полного электрического сопротивления по характеру изменения этого сопротивления определяют (фиксируют) момент перехода почечного порога и корректируют текущее расчетное значение G(t), приравнивая его к значению Gr.In the process of measuring the total electrical resistance, the moment of transition of the renal threshold is determined (fixed) by the nature of the change in this resistance and the current calculated value of G (t) is adjusted, equating it to the value of G r .
При необходимости корректируют значения G(t) путем учета данных о количестве введенного лекарства.If necessary, adjust the values of G (t) by taking into account data on the amount of drug administered.
Экспериментальные исследования заявляемого способа проводились на 12 больных сахарным диабетом и 6 здоровых людях. Группу больных составили инсулино-зависимые мужчины и женщины в возрасте от 17 до 60 лет с диабетическим стажем от 9 до 33 лет. Для всех диабетиков по вышеупомянутой причине при определении концентрации глюкозы по формуле (7) использовалось значение q=0.Experimental studies of the proposed method were carried out on 12 patients with diabetes mellitus and 6 healthy people. The group of patients consisted of insulin-dependent men and women aged 17 to 60 years with a diabetes experience of 9 to 33 years. For all diabetics for the aforementioned reason, when determining the glucose concentration according to formula (7), the value q = 0 was used.
В первый день проводился подготовительный этап, во время которого измеряли концентрацию глюкозы в крови испытуемого инвазивным методом и полное электрическое сопротивление кожи пальца. По результатам этих измерений определялись индивидуальные коэффициенты а0 и а1 - для двух областей концентрации глюкозы: до почечного порога и после почечного порога, при убывающей, а также при возрастающей концентрации глюкозы. Также находилось значение kr.On the first day, a preparatory stage was carried out, during which the concentration of glucose in the blood of the subject was measured by the invasive method and the total electrical resistance of the skin of the finger. Based on the results of these measurements, the individual coefficients a 0 and a 1 were determined for two regions of glucose concentration: before the renal threshold and after the renal threshold, with decreasing, as well as with increasing glucose concentration. Also found was the value of k r .
На фиг.1 показана временная зависимость инвазивно измеренной концентрации глюкозы Ginv(t) у больного "А" в первый день, т.е. на подготовительном этапе. Здесь же приведен график нормированных значений N(t) полного электрического сопротивления при коэффициенте нормировки kr=9/400 (корректируемая зависимость), где числитель, равный 9 ммоль/л, соответствовал значению концентрации глюкозы при переходе через почечный порог для данного больного, а знаменатель, равный 400 Ом, значению соответствующего полного электрического сопротивления - модулю импеданса. Найденные в процессе аппроксимации коэффициенты составили: a0=0,005; a1 ≈ -0,0018 (для всего участка спада концентрации глюкозы); а1 ≈ +0,0215 (для всего участка подъема концентрации глюкозы). График расчетных значений концентрации глюкозы G(t), полученных путем подстановки этих коэффициентов в формулу (7), также показан на фиг.1 и демонстрирует типовое для предварительного этапа качество корректировки. Как видно из графиков, относительные отклонения расчетной зависимости от аппроксимируемой не превышают 20% при среднем по модулю отклонении не более 10%.Figure 1 shows the time dependence of the invasively measured glucose concentration G inv (t) in patient "A" on the first day, i.e. at the preparatory stage. Here is a graph of the normalized values of N (t) of the total electrical resistance with a normalization coefficient k r = 9/400 (adjusted dependence), where the numerator equal to 9 mmol / L corresponded to the value of glucose concentration at the transition through the renal threshold for this patient, and the denominator is 400 Ohms, the value of the corresponding total electrical resistance - the impedance module. The coefficients found in the approximation process were: a 0 = 0.005; a 1 ≈ -0.0018 (for the entire portion of the decline in glucose concentration); and 1 ≈ +0.0215 (for the entire portion of the increase in glucose concentration). The graph of the calculated values of glucose concentration G (t) obtained by substituting these coefficients in formula (7) is also shown in Fig. 1 and shows the quality of adjustment typical for the preliminary stage. As can be seen from the graphs, the relative deviations of the calculated dependence on the approximated one do not exceed 20% with an average absolute deviation of not more than 10%.
В последующие дни, с интервалом от 2 суток до 3 месяцев значение концентрации глюкозы G(t) определялось путем дискретного во времени измерения полного сопротивления кожи пальца и вычисления G(t) по формуле (7) с использованием коэффициентов kr, а0 и а1, полученных в первый день, а также начальных значений концентрации глюкозы G0, определенных в эти дни. Чтобы установить погрешность заявляемого способа, определялись также значения концентрации глюкозы инвазивным способом Ginv(t).In the following days, with an interval of 2 days to 3 months, the glucose concentration G (t) was determined by measuring the finger impedance of a finger skin discrete in time and calculating G (t) using formula (7) using the coefficients k r , and 0 and a 1 obtained on the first day, as well as the initial values of glucose concentration G 0 determined on these days. To establish the error of the proposed method, the values of glucose concentration were also determined in an invasive way G inv (t).
Погрешность определения концентрации глюкозы в крови заявляемым способом в лучшем случае составила 8%, в худшем - 17% (для разных больных), а в среднем - 11%.The error in determining the concentration of glucose in the blood of the claimed method in the best case was 8%, in the worst - 17% (for different patients), and on average - 11%.
Производились также сопоставительные испытания заявляемого способа с известным способом, описанным в свидетельстве РФ на полезную модель №9703, при котором концентрация глюкозы определяется путем умножения измеренных значений полного электрического сопротивления на постоянный коэффициент. Погрешность определения концентрации глюкозы этим способом составляет, по данным авторов, в среднем 32%. Как уже отмечалось, по мнению авторов, это связано с тем, что известный способ не учитывает влияние на импеданс скорости изменения концентрации глюкозы в крови человека.Comparative tests of the proposed method were also performed with the known method described in the certificate of the Russian Federation for utility model No. 9703, in which the glucose concentration is determined by multiplying the measured values of the total electrical resistance by a constant coefficient. The error in determining glucose concentration by this method is, according to the authors, an average of 32%. As already noted, according to the authors, this is due to the fact that the known method does not take into account the influence on the impedance of the rate of change in glucose concentration in human blood.
На фиг.2 - 5 приведены результаты, полученные для упомянутого больного "А" в течение одного из дней испытаний.Figure 2-5 shows the results obtained for the said patient "A" during one of the test days.
На фиг.2 даны графики значений Ginv(t) и N(t) для этого дня.Figure 2 gives graphs of the values of G inv (t) and N (t) for this day.
На фиг.3 показаны расчетные значения G'(t), найденные известным способом, описанным в [4], а на фиг.4 - значения G(t), определенные заявляемым способом. Для сравнения на фиг.3 и 4 также показаны зависимости концентрации глюкозы, измеренной инвазивным методом Ginv(t).Figure 3 shows the calculated values of G '(t) found in a known manner described in [4], and figure 4 shows the values of G (t) determined by the claimed method. For comparison, Figures 3 and 4 also show the dependences of the glucose concentration measured by the invasive method G inv (t).
Как видно из графиков, зависимость полного электрического сопротивления кожи пальца не совпадает с кривой концентрации глюкозы в крови, полученной инвазивным методом (см. фиг.2), поэтому и определение концентрации глюкозы в крови G'(t) известным способом (см. фиг.3) дает заметно большую погрешность.As can be seen from the graphs, the dependence of the total electrical resistance of the skin of the finger does not coincide with the curve of the concentration of glucose in the blood obtained by the invasive method (see figure 2), therefore, the determination of the concentration of glucose in the blood G '(t) in a known manner (see Fig. 3) gives a noticeably large error.
В то же время определение концентрации глюкозы в крови G(t) заявляемым способом (см. фиг.4) дает хорошее совпадение со значениями концентрации глюкозы Ginv(t), полученными инвазивным способом.At the same time, the determination of the concentration of glucose in the blood G (t) by the claimed method (see figure 4) gives a good agreement with the values of glucose concentration G inv (t) obtained by the invasive method.
На фиг.5 показан пример корректировки по почечному порогу расчетных значений концентрации глюкозы G(t) заявляемым способом. Как видно из графика, такая корректировка позволяет дополнительно повысить точность определения концентрации глюкозы в крови.Figure 5 shows an example of a correction by the renal threshold of the calculated values of glucose concentration G (t) of the claimed method. As can be seen from the graph, such an adjustment allows you to further increase the accuracy of determining the concentration of glucose in the blood.
На фиг.6 - 8 приведены отдельные результаты измерений полного электрического сопротивления N(t) и расчетов значения концентрации глюкозы G(t) для больного "В" (см. фиг.6) и больного "С" (см. фиг.7 и 8). На каждом из графиков приведены нормированные значения полного электрического сопротивления N(t), значения концентрации глюкозы G(t), определенные заявляемым методом, и значения Ginv(t) концентрации глюкозы, определенные инвазивным методом.Figure 6 - 8 shows the individual results of measuring the total electrical resistance N (t) and calculating the value of glucose concentration G (t) for patient "B" (see Fig.6) and patient "C" (see Fig.7 and 8). Each of the graphs shows the normalized values of the total electrical resistance N (t), glucose concentration values G (t) determined by the claimed method, and G inv (t) glucose concentrations determined by the invasive method.
Зависимости, представленные на фиг.7 и 8, иллюстрируют различия в скорости снижения концентрации глюкозы у одного и того же больного в обычной ситуации без приема инсулина (см. фиг.7) и с приемом большой дозы быстродействующего инсулина (см. фиг.8). Введение инсулина сопровождалось корректировкой в выражении (7) значения коэффициента а1 с учетом его вариабельности, выявленной на предварительном этапе. Как видно из приведенного графика, это позволило повысить точность определения концентрации глюкозы на участке спада.The dependences presented in Figs. 7 and 8 illustrate the differences in the rate of decrease in glucose concentration in the same patient in a normal situation without taking insulin (see Fig. 7) and with a large dose of fast-acting insulin (see Fig. 8) . The introduction of insulin was accompanied by a correction in the expression (7) of the value of the coefficient a 1 taking into account its variability identified at the preliminary stage. As can be seen from the graph, this allowed to increase the accuracy of determining the concentration of glucose in the area of decline.
Таким образом, приведенные примеры показывают порядок осуществления заявляемого способа, а также демонстрируют его адаптивные возможности и типовой уровень погрешности определения концентрации глюкозы в крови.Thus, the above examples show the implementation of the proposed method, and also demonstrate its adaptive capabilities and the typical level of error in determining the concentration of glucose in the blood.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION
1. Патент РФ №2073242, МПК G 01 N 33/48, 1997.1. RF patent No. 2073242, IPC G 01 N 33/48, 1997.
2. Патент РФ №2088927, МПК G 01 N 33/49, 1997.2. RF patent No. 2088927, IPC G 01 N 33/49, 1997.
3. Патент США №5792668, МПК G 01 N 27/00, 1998.3. US patent No. 5792668, IPC G 01 N 27/00, 1998.
4. Свидетельство на полезную модель РФ №9703, МПК А 61 В 5/00, 1999.4. Certificate for utility model of the Russian Federation No. 9703, IPC A 61 B 5/00, 1999.
5. Патент США №5890489, МПК А 61 В 19/00, 1999.5. US Patent No. 5890489, IPC A 61 B 19/00, 1999.
6. Use of bioelectrical impedance analysis measurements in patients with diabetes //Am. J. Clin. Nutr. 1996; 64(supply): 515S-8S. Printed in USA. 1996 American Society for Clinical Nutrition.6. Use of bioelectrical impedance analysis measurements in patients with diabetes // Am. J. Clin. Nutr. 1996; 64 (supply): 515S-8S. Printed in USA. 1996 American Society for Clinical Nutrition.
7. Патент США №5741211, МПК А 61 В 5/00, 1998.7. US patent No. 5741211, IPC A 61 5/00, 1998.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001115028/14A RU2230485C2 (en) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | Method for determination of blood glucose concentration in humans |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001115028/14A RU2230485C2 (en) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | Method for determination of blood glucose concentration in humans |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001115028A RU2001115028A (en) | 2003-05-20 |
| RU2230485C2 true RU2230485C2 (en) | 2004-06-20 |
Family
ID=32845303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001115028/14A RU2230485C2 (en) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | Method for determination of blood glucose concentration in humans |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2230485C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008094077A2 (en) * | 2007-01-29 | 2008-08-07 | Novikov Igor | Method for determining the glucose concentration in the human blood |
| EP2158838A1 (en) | 2008-08-29 | 2010-03-03 | Gerinova AG | Non-invasive method for estimating of the variation of the clucose level in the blood of a person and apparatur for carrying out the method |
| WO2014049438A2 (en) | 2012-09-25 | 2014-04-03 | Scienmet La, Inc. | Method of non-invasive determination of glucose concentration in blood and device for the implementation thereof |
| RU2548778C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-04-20 | Виталий Юрьевич Мишланов | Diagnostic technique for blood serum glucose, total protein and electrolytes by multi-frequency impedance analysis |
| RU2644501C2 (en) * | 2016-02-09 | 2018-02-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО ТГТУ) | Method for non-invasive determination of blood glucose concentration in glucogram |
-
2001
- 2001-05-29 RU RU2001115028/14A patent/RU2230485C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008094077A2 (en) * | 2007-01-29 | 2008-08-07 | Novikov Igor | Method for determining the glucose concentration in the human blood |
| WO2008094077A3 (en) * | 2007-01-29 | 2008-10-09 | Igor Alekseevich Novikov | Method for determining the glucose concentration in the human blood |
| EP2158838A1 (en) | 2008-08-29 | 2010-03-03 | Gerinova AG | Non-invasive method for estimating of the variation of the clucose level in the blood of a person and apparatur for carrying out the method |
| RU2477074C2 (en) * | 2008-08-29 | 2013-03-10 | Геринова Аг | Non-invasive method of estimating changes of glucose level in human blood and device for method realisation |
| US8886274B2 (en) | 2008-08-29 | 2014-11-11 | Gerinova Ag | Non-invasive method for estimating of the variation of the glucose level in the blood of a person and apparatus for carrying out the method |
| WO2014049438A2 (en) | 2012-09-25 | 2014-04-03 | Scienmet La, Inc. | Method of non-invasive determination of glucose concentration in blood and device for the implementation thereof |
| RU2548778C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-04-20 | Виталий Юрьевич Мишланов | Diagnostic technique for blood serum glucose, total protein and electrolytes by multi-frequency impedance analysis |
| RU2644501C2 (en) * | 2016-02-09 | 2018-02-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО ТГТУ) | Method for non-invasive determination of blood glucose concentration in glucogram |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6841389B2 (en) | Method of determining concentration of glucose in blood | |
| Joshi et al. | iGLU 2.0: A new wearable for accurate non-invasive continuous serum glucose measurement in IoMT framework | |
| CN100546535C (en) | The method of utilizing computer that relevant parameter in the blood is handled | |
| US20090240440A1 (en) | Non-Invasive Glucose Monitoring | |
| US20190295729A1 (en) | Universal non-invasive blood glucose estimation method based on time series analysis | |
| US9176141B2 (en) | Physiological monitor calibration system | |
| EP0818175B1 (en) | Living body condition measuring apparatus | |
| Chen et al. | Continuous and noninvasive measurement of systolic and diastolic blood pressure by one mathematical model with the same model parameters and two separate pulse wave velocities | |
| US6064896A (en) | Non-invasive measurement of blood glucose using instruments that have less precise detection capability | |
| US6949070B2 (en) | Non-invasive blood glucose monitoring system | |
| CN113063753B (en) | Blood glucose prediction model self-correction method based on near-infrared light | |
| RU2230485C2 (en) | Method for determination of blood glucose concentration in humans | |
| Mitchell | Incorporating the gas analyzer response time in gas exchange computations | |
| EP2281504A1 (en) | Apparatus and method for determining a physiological parameter | |
| JP5031762B2 (en) | Analysis method and survey system | |
| KR102035731B1 (en) | Method and apparatus for measuring pain depth using photoplethysmograph | |
| KR20120021098A (en) | Method for evaluting vascular aging using frequency domain analysis of pulse waves | |
| CN114886421A (en) | Near-infrared-based high-precision noninvasive blood glucose concentration detection system and method | |
| Yoon et al. | Development of a compact home health monitor for telemedicine | |
| Choudhury et al. | A novel modular tonometry-based device to measure pulse pressure waveforms in radial artery | |
| Balestrieri et al. | Calibration of automated non invasive blood pressure measurement devices | |
| Oguri et al. | Effect of moderate altitude on peripheral muscle oxygenation during leg resistance exercise in young males | |
| Khairunnisa et al. | Classification of finger pulse oximeter based on their response time using quantitative analysis | |
| Cervigón et al. | Estimation of Interstitial Glucose from physical activity measures using Grammatical Evolution | |
| RU2807562C1 (en) | Method of determining daily energy expenditure in children with morbid obesity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090530 |