RU2525507C2 - Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы крови - Google Patents
Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы крови Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525507C2 RU2525507C2 RU2011150407/14A RU2011150407A RU2525507C2 RU 2525507 C2 RU2525507 C2 RU 2525507C2 RU 2011150407/14 A RU2011150407/14 A RU 2011150407/14A RU 2011150407 A RU2011150407 A RU 2011150407A RU 2525507 C2 RU2525507 C2 RU 2525507C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- blood
- glucose
- invasive
- concentration
- Prior art date
Links
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 title claims abstract description 67
- 239000008103 glucose Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 24
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims description 4
- 210000003128 head Anatomy 0.000 claims 2
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 claims 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 15
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000004153 glucose metabolism Effects 0.000 description 7
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 6
- 210000003169 central nervous system Anatomy 0.000 description 6
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 5
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000002641 glycemic effect Effects 0.000 description 4
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 241001516614 Exema Species 0.000 description 3
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 3
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 3
- 238000010241 blood sampling Methods 0.000 description 3
- 230000023852 carbohydrate metabolic process Effects 0.000 description 3
- 235000021256 carbohydrate metabolism Nutrition 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 3
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 description 2
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 206010071368 Psychological trauma Diseases 0.000 description 1
- 241001122767 Theaceae Species 0.000 description 1
- 206010067584 Type 1 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000454 anti-cipatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 210000000133 brain stem Anatomy 0.000 description 1
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 230000003090 exacerbative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 125000002791 glucosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005237 high-frequency sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000005238 low-frequency sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и эндокринологии, и может быть использовано для мониторинга уровня гликемии. О показателях гликемии косвенно судят по измеренным показателям температуры и/или тепловых потоков с помощью датчиков измерительного устройства в области поверхностных вен головы. При этом, предварительно производят калибровку данных концентрации глюкозы крови, полученных инвазивным путем, и измеренных показателей, с помощью математической формулы: Xg *=X1 *+Х2 *, где X1 *=KTПWТП(s)ХТ *, Х2 *=KПWТП(s)XП *, где XT * - безразмерное отклонение температуры от установившегося значения, ХП * - безразмерное отклонение теплового потока от установившегося значения, WТП(s)=е-τs - передаточная функция концентрации глюкозы в крови по температуре и тепловому потоку, τ - запаздывание изменения глюкозы крови относительно отклонения температуры, КТП, КП - калибровочные коэффициенты, s=d/dt - оператор дифференцирования. Настройку калибровочных коэффициентов и времени запаздывания производят в автоматическом режиме по периодически поступающим в вычислительный блок устройства данных, полученных инвазивным путем. Способ позволяет с высокой точностью осуществлять мониторинг гликемии, в том числе за счет систематической настройки калибровочных коэффициентов и времени запаздывания. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области медицины, а именно, к неинвазивному мониторингу концентрации глюкозы в крови человека.
В процессе течения хронического заболевания сахарного диабета в особо сложное положение попадают больные, страдающие лабильным (изменчивым) диабетом 1-го типа со значительной длительностью этого заболевания (более 10-20 лет). К этому времени больным утрачиваются все ранние индивидуальные признаки приближения высокого или низкого сахара крови (гликемии). При высокой гликемии (>8 ммоль) она изменяется очень медленно и требуется несколько часов для ее снижения. За это время высокая гликемия может нанести значительный вред здоровью пациента, обостряя сопутствующие диабету заболевания. При низкой гликемии (<4 ммоль) ее величина изменяется очень быстро. Через считанные минуты после начала падения ниже указанного значения пациент, который до этого не чувствовал опасного снижения гликемии, внезапно может ощущать помутнение сознания и плохо понимать, что ему надо делать, чтобы повысить гликемию и выйти из этого состояния. Если пациент в этот момент находится вне дома, он может потерять равновесие и получить травму при падении. Не успев принять нужные меры, он зачастую впадает в коматозное состояние, из которого самостоятельно выйти не может, что может привести к летальному исходу.
Кроме того, использование неинвазивного метода измерения гликемии может также помочь существенно уменьшить тяжелые психологические травмы у маленьких детей, больных сахарным диабетом, связанные с частыми заборами крови.
В настоящее время с целью диагностики сахарного диабета определяют концентрацию глюкозы в крови человека либо путем проведения биохимического анализа некоторого количества взятой у пациента крови в условиях клинической лаборатории, либо с помощью прибора глюкометра, снабженного чувствительной к глюкозе крови тест-полоской с помещенной на ней каплей крови пациента (инвазивный метод) (Л.Г. Мазовецкий, В.К. Беликов. Сахарный диабет. М.: Медицина, 1987). На основании результатов определения концентрации глюкозы в крови упомянутым методом диагностируют сахарный диабет.
Этот метод основан на необходимости забора крови у пациента при каждом определении гликемии.
Известен способ для неинвазивного определения глюкозы в частях человеческого тела (патент США 5.795.305 от 18.08.98 US Class 60/549; 600/316). Способ основан на определении с помощью измерительного устройства температуры и теплоизлучения человеческого тела (на поверхности и в полостях тела) и наличии корреляции между концентрацией глюкозы в крови и температурой тела. Соответствующий алгоритм позволяет преобразовать данные, полученные при измерении температуры, в значения концентрации глюкозы в частях человеческого тела и в крови.
Недостатком этого способа является недостоверность определения текущей концентрации глюкозы в крови человека. В первую очередь это связано с использованием феноменологически необоснованного алгоритма связи динамических параметров измерения - температуры, теплоизлучения и концентрации глюкозы - основанного на установлении корреляционных зависимостей переменных на базе линейного регрессионного анализа. Этот алгоритм не опирается на математическую модель углеводного обмена, не учитывает влияния индивидуальных факторов на изменение температуры. Алгоритм связывает только текущую концентрацию глюкозы в крови с текущей температурой и не позволяет осуществлять упреждающую сигнализацию об опасных концентрациях глюкозы в крови. Кроме того, в указанном способе и алгоритме вычислений не измеряется и не используется кондуктивный поток тепла от тела человека.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ неинвазивного измерения концентрации глюкозы в крови, предусматривающий облучение кровеносных сосудов коллимированным излучением полупроводникового лазера, в котором регистрируют поглощенное, рассеянное и диффузионно отраженное кровью излучение измерительным устройством, включающим блок интеграции, детектор, подключенный к аналого-цифровому преобразователю, дисплей и др. (RU 2122208 С1, кл. G01N 33/49, А61В 5/00, п. 20.11.98).
Указанный способ - прототип позволяет осуществлять неинвазивное измерение концентрации глюкозы крови, что является несомненным достоинством, но имеет ряд недостатков:
1. отличается сложностью конструкции используемого устройства и сложностью его применения;
2. не позволяет достичь желаемой точности при измерении концентрации глюкозы в крови;
3. не позволяет осуществлять упреждающую сигнализацию об опасных нарушениях углеводного обмена - пороговых повышении и понижении концентрации глюкозы в крови;
4. не позволяет осуществлять непрерывный мониторинг концентрации глюкозы в крови.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка неинвазивного способа определения концентрации глюкозы в крови, который позволяет повысить точность определения, осуществлять непрерывный мониторинг концентрации глюкозы в крови и осуществлять упреждающую сигнализацию об опасных нарушениях углеводного обмена - пороговых повышении или понижении концентрации глюкозы в крови, и будет отличаться простотой и надежностью.
Определяют концентрацию глюкозы в крови с помощью устройства измерения температуры и/или тепловых потоков в области мембранной перепонки уха или поверхностных вен головы.
Измерение температуры/теплового потока производится датчиком устройства, а концентрацию глюкозы (Xg *) определяют по формуле Xg *=X1 *+Х2 *,
где X1 *=KTПWТП(s)ХТ *, Х2 *=KПWТП(s)XП *,
где XT * - безразмерное отклонение температуры от установившегося значения,
ХП * - безразмерное отклонение теплового потока от установившегося значения,
WТП(s)=е-τ s - передаточная функция концентрации глюкозы в крови по температуре и тепловому потоку,
τ - экспериментально определяемое чистое запаздывание изменения глюкозы крови относительно отклонения температуры,
КП, КТП - экспериментально определяемые безразмерные коэффициенты,
s=d/dt - оператор дифференцирования.
Для повышения точности измерений используется адаптивный алгоритм фильтрации измеряемых параметров.
В качестве датчиков используют бесконтактные датчики температуры и/или теплового потока или контактные Z-термисторы. Последние прижимают к поверхности головы с помощью упругого элемента и изолируют от внешней среды тепловой изоляцией.
Сигнализацию о приближении порогового значения концентрации гликемии осуществляют с помощью тонального или прерывистого звукового сигнала и дисплея.
Способ обеспечивает достаточную точность определения концентрации глюкозы, имеет преимущества в неинвазивности, способности упреждать о приближении опасных значений гликемии и прост в использовании. Однако здесь требуется провести процедуру калибровки прибора с использованием инвазивных измерений гликемии.
Современные приборы для определения гликемии с тест-полосками достигли высокой степени совершенства и могут с достаточной точностью определять гликемию в данный момент времени. Такие приборы выпускают, например, фирмы «Roche» (прибор «Акку - Чек») и «Джонсон & Джонсон» (прибор «One Touch»). Однако они не могут упреждающе известить пациента о надвигающейся опасности и оценить, насколько скоро это произойдет.
Решение состоит в совмещении инвазивного и неинвазивного методов определения гликемии. Для обеспечения такой возможности необходимо придать инвазивным приборам дополнительные функции: непрерывного или частого прерывистого (например, каждые 2-5 минут) неинвазивного мониторинга гликемии и оценку скорости ее изменения, а также снабдить их системой упреждающей (за 10-30 мин) сигнализации о наступлении через это время низкой или высокой гликемии.
Заявленный способ обеспечивает эти функции. Указанные функции могут быть реализованы либо за счет снабжения основного инвазивного прибора дополнительной приставкой, либо за счет расширения возможностей самого основного прибора. При этом инвазивный метод определения гликемии будет использован для калибровки системы неинвазивного метода, оценки достоверности калибровки и ее коррекции при необходимости, а также подтверждения результатов неинвазивного мониторинга перед проведением инсулинотерапии.
Использование прибора с тест-полосками с дополнительными неинвазивными функциями или неинвазивной приставкой состоит в следующем.
При первом использования прибора проводятся инвазивные измерения с параллельной первоначальной калибровкой неинвазивной системы.
Первоначальная калибровка неинвазивной части системы состоит в следующем.
Утром перед первым принятием пищи прибором с тест-полосками определяется гликемия. Одновременно производится измерение температуры и/или теплового потока температурным/тепловым датчиком неинвазивной части прибора. Затем производятся инвазивные измерения гликемии прибором с тест-полосками несколько раз (5-7) в течение дня, для чего используется контроль гликемии перед основными приемами пищи, а также перед сном. Параллельно непрерывно или часто прерывисто (каждые 2-5 минут) измеряются отклонения температуры в упомянутой области головы от ее ранее полученного базового значения. Затем по специальному алгоритму в автоматическом режиме рассчитываются значения калибровочных параметров: времени смещения значений гликемии τ (мин) относительно изменений температуры/теплового потока и экспериментальных коэффициентов КП, КТП в зависимости гликемии от отклонения температуры.
Первоначальная калибровка для конкретного пациента проводится однократно. Она не требует пребывания пациента в стационаре, человек может заниматься своей повседневной деятельностью. То же относится и к дальнейшему использованию такого прибора.
Если прибор имеет бесконтактный датчик температуры, то первое измерение производится сразу после включения прибора, если же датчик контактный, то после его прогрева.
При каждодневном использовании прибора автоматически проводится проверка достоверности калибровки. Перед каждым принятием пищи производится одновременное определение гликемии инвазивным и неинвазивным методами. При пересчете значений измеренной температуры/теплового потока в значения гликемии по калибровочной формуле используются значения ранее полученных калибровочных параметров τ, КП, КТП. При отличии значений гликемии, полученных инвазивным и неинвазивным методом более, чем на допустимую величину (например, 0,5-ммоль) автоматически корректируются коэффициенты КП и КТП. Такое изменение коэффициентов КП и КТП будем называть корректировкой калибровки.
После проверки достоверности калибровки или после ее корректировки, если таковая была, осуществляется неинвазивный мониторинг гликемии. Он представляет собой непрерывный или часто прерывистый процесс измерений (каждые 2-5 минут) температуры/теплового потока в области мембранной перепонки уха или поверхностных вен головы с алгоритмическим пересчетом измерений в значения гликемии по скорректированной формуле. При этом оценивается возможность приближения опасных высоких или же низких значений гликемии. В процессе неинвазивного мониторинга гликемии определяются ситуации, когда через время упреждения т гликемия достигнет критического высокого или низкого уровня. В этих случаях подается тональный или прерывистый упреждающий звуковой сигнал и высвечивается сигнал тревоги на дисплее прибора.
Перед инъекциями инсулина, которые пациент проводит перед приемами пищи, он определяет гликемию инвазивным способом. При этом автоматически проводится контроль калибровки и при необходимости ее корректировка.
Все упомянутые процедуры выполняются автоматически без какого-либо участия пациента в соответствии с алгоритмом обработки после поступления на вход неинвазивной части прибора необходимых исходных данных.
Предлагаемый способ был разработан на основе теоретических и экспериментальных исследований процесса биохимического превращения глюкозы в крови человека с помощью измерений температуры и тепловых потоков вблизи головного мозга в области поверхностных вен головы, то есть в областях, максимально приближенных к энергетическому источнику интенсивного биохимического превращения глюкозы - головному мозгу. В основу этих исследований были положены известные феноменологические представления об определяющей роли центральной нервной системы, обеспечивающей необходимый уровень активности обменных процессов в управлении метаболизмом клеточных объемов внутренних органов тела посредством регулирования интенсивности глюкозного обмена и температуры протекания биохимических превращений глюкозы в организме человека и, в частности, в его головном мозгу. (Г. Ульмер, Ф. Вальдек, О. Гарт, Г. Тевс. Физиология человека. - М., Мир, 1986, т.4, 312 с.). Связи этих процессов можно представить в виде упрощенной функциональной схемы (см. фиг.1). Система терморегуляции получает из центральной нервной системы сигнал управления терморегуляцией UT, а в результате своей работы возвращает в центральную нервную систему и клеточные объемы головного мозга значение температуры Т. Система глюкозного обмена получает из центральной нервной системы сигнал управления глюкозным обменом Uy, а в результате своей работы выдает с временем задержки τ значение концентрации глюкозы в крови G в клеточные объемы головного мозга и центральную нервную систему. Метаболизм в клеточных объемах головного мозга М зависит, в свою очередь, от значений Т и G. При этом предполагалось, что заданное центральной нервной системой значение концентрации глюкозы в крови устанавливается по окончании свойственного большинству динамических характеристик организма человека переходного процесса (Ю.Г. Антомонов, С.И. Кефоренко, И.А. Микульская, И.К. Пароконная. Математическая теория системы сахара крови. - Киев: Наукова думка, 1971, гл.2. Элементы теории, с.15-26). При проведении исследований проведена компьютерная обработка получаемых экспериментальных данных для нахождения взаимосвязи таких параметров процесса, как значения температуры, теплового потока, их производных и временного смещения динамических значений температуры относительно концентрации глюкозы в крови при переходных процессах.
Принципиальным результатом проведенных исследований является обнаружение функциональной связи гликемии крови G с температурой Т, тепловым потоком F при выраженном проявлении принципа упреждающего управления, результатом которого является опережающее изменение термических параметров при соответствующем изменении уровня гликемии крови:
G(t)=ψ(T(t-τ),F(t-τ)),
где τ - время опережения отклонения температуры по отношению к отклонению гликемии.
На основе экспериментального обследования пациентов установлено, что величина т составляет порядка 10-30 минут, и это означает, что предлагаемый способ позволяет прогнозировать изменение гликемии крови и сигнализировать о приближении опасных состояний глюкозного обмена с опережением, достаточным для принятия мер стабилизации гликемии.
Было установлено, что измерение термических параметров в области головного мозга (в области вен головы), в отличие от измерений в других частях человеческого тела, дает более достоверную информацию, так как при этом устраняется дополнительное влияние на результаты измерений сложных биохимических процессов преобразований белков и жиров.
В результате применения способа было обнаружено влияние на измеряемые термические параметры некоторых индивидуальных факторов пациента. Для учета подобных факторов при вычислении гликемии крови проводилась предварительная персональная калибровка устройства для конкретного пациента с целью установления соответствующих параметров алгоритма, учитывающих индивидуальное влияние указанных факторов на результаты определения гликемии крови.
Для достоверного преобразования величин температуры и теплового потока в значения гликемии крови человека разработан функциональный алгоритм G=ψ(Т, F, W), построенный на основе функциональных связей, определяемых в результате решения системы дифференциальных уравнений, описывающих динамику рассматриваемого процесса с учетом индивидуальных факторов (W), влияние которых определяют на основе персональной калибровки системы измерения для конкретного пациента с использованием инвазивных методов и приборов, проводимой с целью определения зависимостей от времени температуры, теплового потока и гликемии крови, необходимых для построения функционального алгоритма.
Система дифференциальных уравнений динамики процессов изменения температуры, теплового потока и концентрации глюкозы в крови в общем виде может быть представлена как
Xg *=X1 *+X2 *,
где Xg *=∆Xg/Xg0 - безразмерное отклонение концентрации глюкозы в крови от установившегося значения;
X1 *=KТПWТП(s)XT *;
X2 *=KПWТП(s)XП *;
XT *=∆XT/XT0 - безразмерное отклонение температуры от установившегося значения;
ХП *=∆ХП/ХП0 - безразмерное отклонение теплового потока от установившегося значения;
Xg0, ХТ0, ХП0 - установившиеся базовые значения концентрации глюкозы крови, температуры и теплового потока тела соответственно;
∆Xg=Xg-Xg0;
∆XT=XT-XT0;
∆XП=XП-XП0;
Xg, XT, ХП - текущие значения концентрации глюкозы крови, температуры и теплового потока;
WТП(s)=е-τs - передаточная функция концентрации глюкозы в крови по температуре и тепловому потоку;
КП, КТП - экспериментально определяемые безразмерные коэффициенты;
s=d/dt - оператор дифференцирования;
τ - экспериментально определяемое чистое запаздывание измерения глюкозы крови относительно отклонения температуры.
Предложенный способ подтвержден примерами.
Пример 1. Проводились измерения температуры над поверхностной веной головы v. jugularis exema, и с использованием функционального алгоритма вычислялась концентрация глюкозы в крови у больного А, страдающего диабетом. Параллельно проводились измерения концентрации глюкозы крови у этого больного инвазивным прибором ONE TOUCH. В начале сеанса измерений испытуемый пообедал. Результаты измерений и расчета приведены в таблице 1.
Полученное время опережения изменения температуры и изменения гликемии т равнялось 10 минутам. Из сравнения результатов измерений концентрации глюкозы крови, определенных предложенным способом и инвазивным методом видно, что они отличаются не более чем на 10%.
Пример 2. Проводились измерения температуры и теплового потока над поверхностной веной головы v. jugularis exema, и с использованием функционального алгоритма вычислялась концентрация глюкозы в крови у пациента Б, не страдающего диабетом. Параллельно проводились измерения концентрации глюкозы крови у этого испытуемого инвазивным прибором ONE TOUCH. В начале испытания испытуемый выпил стакан сладкого чая. Результаты измерений и расчета приведены в таблице 2.
Время опережения т равнялось 14 минутам. Из сравнения результатов измерений концентрации глюкозы крови, определенных предложенным способом и инвазивным методом видно, что они отличаются не более чем на 10%.
Полученные нами экспериментальные данные позволили предложить способ упреждающей сигнализации об опасных состояниях глюкозного обмена, принципиально отличающийся от известных по локализации зон измерения и алгоритму пересчета измеряемых температуры и теплового потока в концентрацию глюкозы в крови, по конструкции устройства и достигаемому результату.
На фиг.2 представлена схема устройства для реализации предложенного способа.
Устройство содержит пружинный наголовник 1, бесконтактный или контактный датчик температуры и теплового потока 2 на основе, например, алмазных термисторов ТА-1 с тепловой изоляцией, из эластичного материала пенополиуретана на упругом элементе 3, компьютерный модуль 4, измерительного устройства на базе ноутбука с дисплеем 5 и устройством звуковой сигнализации 6.
Пружинный наголовник 1 фиксирует датчик 2 над поверхностью вены головы, например v. jugularis exema, который прижимается и фиксируется с точностью 0,5-1,5 мм упругим элементом 3. Датчик измеряет температуру и тепловой поток и передает результаты измерений в компьютерный модуль 4, который записывает результаты измерений как функции времени, регистрирует их в памяти и преобразует в значение текущей и прогнозируемой концентрации глюкозы крови, а также вводит время опережения τ, посредством использования функционального алгоритма и на основе результатов предварительной калибровки, отображает данные на дисплее 5 и формирует звуковой упреждающий тональный или прерывистый сигнал об опасных состояниях глюкозного обмена с помощью модуля звуковой сигнализации 6. Тепловая изоляция из эластичного материала защищает датчик от воздействия внешней среды и увеличивает точность измерения. Устройство требует периодической оценки достоверности и (при необходимости) корректировки калибровки персонально для конкретного пациента, в результате чего определяются эмпирические поправочные коэффициенты, которые вводятся в компьютерный модуль 4 и уточняют настройку устройства упреждающей сигнализации на требуемые уровни ее срабатывания, соответствующие, например, значениям концентрации глюкозы в крови 4 ммоль/л (нижний уровень) и 8 ммоль/л (верхний уровень). Оценку достоверности калибровки проводят путем измерения концентрации глюкозы в крови пациента каким-либо инвазивным глюкометром через время от момента срабатывания сигнализации, равное определенному при первоначальной калибровке времени упреждения т, свойственному организму этого пациента, и сравнения показанного на дисплее устройства значения концентрации глюкозы в крови с показанием инвазивного глюкометра. Корректировку калибровки и настройки сигнализации проводят в том случае, когда различия показаний устройства и инвазивного глюкометра превысят допустимую величину (например, 0,5 ммоль/л).
Все функции оценки достоверности и корректировки калибровки выполняются автоматически без участия пациента.
В качестве измерительного элемента температуры и теплового потока в устройстве, реализующем предлагаемый способ может быть применен бесконтактный датчик температуры и теплового потока или контактный Z-термистор, который в отличие от NTC - термистора обладает более высокой чувствительностью и способностью фиксации некоторой заранее выбранной температуры резким изменением своих параметров, что дает возможность получить информацию о достижении концентрацией глюкозы в крови определенного заранее выставляемого порогового уровня, за пределами которого наступает угроза здоровью данного пациента. Применение Z-термистора обеспечивает также возможность непосредственного преобразования изменения температуры в изменения частоты и амплитуды выходного напряжения (В.Д. Зотов. Z-термисторы, CHIP News, T.1 (34), с.37, 1999). Это существенно упрощает электронную схему и позволяет значительно снизить стоимость носимого пациентом устройства. В наиболее простом и дешевом варианте возможна выдача информации о достижении различных уровней концентрации глюкозы с помощью звуковых сигналов различной частоты или длительности. Например, при достижении концентрацией глюкозы крови верхнего допустимого предела ее значений выдается высокочастотный звуковой сигнал, а при достижении нижнего предела - низкочастотный звуковой сигнал. Это существенно упрощает конструкцию устройства и дает возможность пациенту получать текущую упреждающую информацию о достижении концентрацией глюкозы крови того или иного фиксированного уровня с целью принятия мер для его изменения.
Применение в устройстве Z-термистора позволяет с помощью простейшей схемы реализовать его работу в частотно-амплитудном режиме, то есть с изменением температуры и теплового потока пропорционально изменяется частота и амплитуда электрических импульсов. Чувствительность датчика при этом существенно выше по сравнению с датчиком, использующим NTC-термистор. Работа в амплитудно-частотном режиме позволяет использовать усилитель переменного тока, что дает возможность достигнуть лучшего соотношения сигнал/шум и повысить стабильность работы устройства, а также упрощает интерфейс передачи данных в компьютерный модуль устройства.
При применении современной интенсивной инсулинотерапии больного сахарным диабетом применение предлагаемого способа и упомянутого устройства в сочетании с изложенной методикой персональной калибровки, ее оценки и корректировки позволит осуществить непрерывное слежение за состоянием глюкозного обмена в организме больного сахарным диабетом, с упреждением по времени сигнализировать об опасных отклонениях его от нормы, а также существенно сократить у маленьких детей, больных сахарным диабетом, вызывающие у них тяжелые психологические стрессы, связанные с ежедневными многократными заборами крови из пальца с использованием тест - полосок.
Использование реализующего заявленный способ устройства позволяет осуществить непрерывный неинвазивный мониторинг состояния глюкозного обмена больного сахарным диабетом, упреждающий сигнал об опасных состояниях этого обмена при простоте конструкции устройства, низкой стоимости его производства и эксплуатации, в носимом пациентом исполнении и высоких технико-эксплуатационных свойствах такого устройства.
| Таблица 1 | |||||||
| Измеренная температура, С | 36.650 | 36.920 | 37.235 | 37.395 | 37.430 | 37.401 | 37.440 |
| Рассчитанные величины концентрации глюкозы, Моль/л | 2.4 | 5.6 | 9.0 | 10.5 | 10.9 | 10.7 | 11.0 |
| Измеренные величины концентрации глюкозы, Моль/л | 2.6 | 5.7 | 8.2 | 10.9 | 10.8 | 11.7 | 10.7 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Измеренная температура, С | 36.747 | 36.756 | 37.756 | 37.750 | 37.765 | 37.776 | 37.826 | |
| Рассчитанные величины концентрации глюкозы, Моль/л |
4.2 | 4.3 | 4.3 | 4.3 | 4.4 | 4.6 | 5.2 | |
| Измеренные величины концентрации глюкозы, Моль/л | 4.4 | 4.5 | 4.5 | 4.7 | 4.9 | 4.9 | 5.2 | |
| Таблица 2 - окончание | ||||||||
| Измеренная температура, С | 36.874 | 36.921 | 36.918 | 36.891 | 36.783 | 36.705 | 36.668 | |
| Рассчитанные величины концентрации глюкозы, Моль/л | 5.8 | 6.4 | 6.4 | 6.0 | 4.7 | 3.5 | 3.1 | |
| Измеренные величины концентрации глюкозы, Моль/л | 5.4 | 5.8 | 5.7. | 5.4 | 4.7 | 3.5 | 3.1 | |
Claims (3)
1. Способ непрерывного или часто-прерывистого мониторинга концентрации глюкозы в крови, включающий неинвазивное измерение с помощью датчиков измерительного устройства температуры и/или тепловых потоков в области поверхностных вен головы и косвенного определения концентрации глюкозы в крови, отличающийся тем, что такое определение проводят по формуле: Xg *=X1 *+Х2 *,
где X1 *=KTПWТП(s)ХТ *, Х2 *=KПWТП(s)XП *,
где XT * - безразмерное отклонение температуры от установившегося значения,
ХП * - безразмерное отклонение теплового потока от установившегося значения,
WТП(s)=е-τ s - передаточная функция концентрации глюкозы в крови по температуре и тепловому потоку,
τ - запаздывание изменения глюкозы крови относительно отклонения температуры,
КТП, КП - калибровочные коэффициенты,
s=d/dt - оператор дифференцирования, при этом настройку калибровочных коэффициентов и времени запаздывания производят в автоматическом режиме по периодически поступающим в вычислительный блок устройства неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови данных полученных инвазивным путем, для чего вычислительный блок неинвазивного измерительного устройства соединяют с инвазивным глюкометром.
где X1 *=KTПWТП(s)ХТ *, Х2 *=KПWТП(s)XП *,
где XT * - безразмерное отклонение температуры от установившегося значения,
ХП * - безразмерное отклонение теплового потока от установившегося значения,
WТП(s)=е-τ s - передаточная функция концентрации глюкозы в крови по температуре и тепловому потоку,
τ - запаздывание изменения глюкозы крови относительно отклонения температуры,
КТП, КП - калибровочные коэффициенты,
s=d/dt - оператор дифференцирования, при этом настройку калибровочных коэффициентов и времени запаздывания производят в автоматическом режиме по периодически поступающим в вычислительный блок устройства неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови данных полученных инвазивным путем, для чего вычислительный блок неинвазивного измерительного устройства соединяют с инвазивным глюкометром.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчиков используют бесконтактные датчики температуры и теплового потока или контактные Z-термисторы, которые фиксируют на голове с помощью упругого элемента, либо приклеивают к коже головы и изолируют от внешней среды тепловой изоляцией.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнализацию о пороговых значениях концентрации глюкозы крови осуществляют с помощью тонального или прерывистого звукового сигнала и индикации на дисплее.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011150407/14A RU2525507C2 (ru) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы крови |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011150407/14A RU2525507C2 (ru) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы крови |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011150407A RU2011150407A (ru) | 2013-06-20 |
| RU2525507C2 true RU2525507C2 (ru) | 2014-08-20 |
Family
ID=48785066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011150407/14A RU2525507C2 (ru) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы крови |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2525507C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2607494C1 (ru) * | 2015-07-15 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет"(ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Неинвазивный способ определения концентрации глюкозы в крови |
| RU2631414C1 (ru) * | 2016-06-21 | 2017-09-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ определения артериального давления по температуре дистальных фаланг пальцев |
| RU2712034C2 (ru) * | 2015-02-17 | 2020-01-24 | Биосеренити | Неинвазивный способ измерения физиологического параметра с помощью конфокального спектроскопического измерительного устройства |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2017118347A (ru) | 2014-10-29 | 2018-11-29 | Конинклейке Филипс Н.В. | Система и способ регулировки температуры |
| RU2644298C1 (ru) * | 2016-10-24 | 2018-02-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Неинвазивный экспресс-анализ концентрации глюкозы в крови |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5028787A (en) * | 1989-01-19 | 1991-07-02 | Futrex, Inc. | Non-invasive measurement of blood glucose |
| RU2180514C1 (ru) * | 2001-01-15 | 2002-03-20 | ШМЕЛЕВ Владимир Михайлович | Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы |
| UA78817C2 (en) * | 2005-01-31 | 2007-04-25 | Glushkov Inst Of Cybernetics O | Method for noninvasive measurement of glucose blood content and device for its realization |
| RU2317008C1 (ru) * | 2006-05-31 | 2008-02-20 | Артур Джагафарович Эльбаев | Устройство для неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови |
-
2011
- 2011-12-12 RU RU2011150407/14A patent/RU2525507C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5028787A (en) * | 1989-01-19 | 1991-07-02 | Futrex, Inc. | Non-invasive measurement of blood glucose |
| RU2180514C1 (ru) * | 2001-01-15 | 2002-03-20 | ШМЕЛЕВ Владимир Михайлович | Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы |
| UA78817C2 (en) * | 2005-01-31 | 2007-04-25 | Glushkov Inst Of Cybernetics O | Method for noninvasive measurement of glucose blood content and device for its realization |
| RU2317008C1 (ru) * | 2006-05-31 | 2008-02-20 | Артур Джагафарович Эльбаев | Устройство для неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КРИВЕНКО С.С. и др., Термоспектроскопический неинвазивный измеритель концентрации глюкозы в цельной крови, 2010, найдено из интернет: http://biopromin.info/doc/termogluko.pdf. CHUAH ZHENG MING et al., A comparison analysis betweenpartial least squares and Neural Network in non-invasive blood glucose concentrationmonitoring system. Biomedical and Pharmaceutical Engineering, ICBPE '09 , 2009, p. 1-4 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2712034C2 (ru) * | 2015-02-17 | 2020-01-24 | Биосеренити | Неинвазивный способ измерения физиологического параметра с помощью конфокального спектроскопического измерительного устройства |
| RU2607494C1 (ru) * | 2015-07-15 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет"(ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Неинвазивный способ определения концентрации глюкозы в крови |
| RU2631414C1 (ru) * | 2016-06-21 | 2017-09-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ определения артериального давления по температуре дистальных фаланг пальцев |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011150407A (ru) | 2013-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2180514C1 (ru) | Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы | |
| JP3242346U (ja) | 生理学的測定値の非侵襲的監視のための装置、およびシステム | |
| US11963793B2 (en) | Real-time tracking of cerebral hemodynamic response (RTCHR) of a subject based on hemodynamic parameters | |
| JP6063487B2 (ja) | ヒト血液中におけるグルコース濃度を決定するための方法 | |
| RU2525507C2 (ru) | Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы крови | |
| Budidha et al. | Photoplethysmography for quantitative assessment of sympathetic nerve activity (SNA) during cold stress | |
| US6958039B2 (en) | Method and instruments for non-invasive analyte measurement | |
| JP4744976B2 (ja) | 生体情報計測装置及びその方法 | |
| US6968222B2 (en) | Methods and device for non-invasive analyte measurement | |
| US20110263956A1 (en) | Device for non-invasively measuring glucose | |
| WO2016080911A1 (en) | Server apparatus and wearable device for blood glucose monitoring and associated methods | |
| CN101827554A (zh) | 用于生物电阻抗测量的医学测量装置 | |
| Rahmat et al. | GluQo: IoT-based non-invasive blood glucose monitoring | |
| US6975892B2 (en) | Methods for non-invasive analyte measurement from the conjunctiva | |
| US20200113455A1 (en) | Baroreflex vascular sympathetic nervous activity detection device, baroreflex vascular sympathetic nervous activity detection program, and baroreflex vascular sympathetic nervous activity detection method | |
| US20200352482A1 (en) | Device for non-invasively measuring glucose concentration | |
| WO2014164717A1 (en) | Real-time tracking of cerebral hemodynamic response (rtchr) of a subject based on hemodynamic parameters | |
| WO2013141734A1 (ru) | Способ и устройство неинвазивного контроля уровня глюкозы в крови | |
| WO2022114010A1 (ja) | 情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラム | |
| WO2004099824A2 (en) | Methods and device for non-invasive analyte measurement | |
| Tesselaar et al. | Polarized light spectroscopy for measurement of the microvascular response to local heating at multiple skin sites | |
| JP2022130159A (ja) | 成分濃度推定装置、成分濃度推定装置の制御方法及び成分濃度推定装置の制御プログラム | |
| Ramírez Mena et al. | Mechanical Pain Assessment Through Parameters Derived from Photoplethysmographic (PPG) Signals: A Pilot Study | |
| WO2023132178A1 (ja) | 糖代謝能力推定方法 | |
| WO2022020734A1 (en) | Device for non-invasively measuring glucose concentration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181213 |