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JPH10503944A - 人体と検出器の間の熱交換ならびに人血中のグルコーゼ濃度とのその相関を検知する方法と装置 - Google Patents

人体と検出器の間の熱交換ならびに人血中のグルコーゼ濃度とのその相関を検知する方法と装置

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JPH10503944A
JPH10503944A JP8503625A JP50362596A JPH10503944A JP H10503944 A JPH10503944 A JP H10503944A JP 8503625 A JP8503625 A JP 8503625A JP 50362596 A JP50362596 A JP 50362596A JP H10503944 A JPH10503944 A JP H10503944A
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thermal
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チョー.オーカー.キョング
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Abstract

(57)【要約】 開示されているのはヒトの身体と検出器の間に発生する熱相互作用を検出する方法とそれぞれの装置であり、その測定データを適する方法で物理的、電気的にヒトの血液中の成分、例えばコレステロール、トリグリセリドなど、しかし詳述すればグルコーゼの比濃度に明確に割り振ることができる。本装置は各々の場合、少くとも1つの測定ユニット、電気制御、調節、求値ならびに読出しからなる。更に、本発明の装置は高空間的ならびに時間的分解能を備える温度測定を可能にする。方法は無侵襲性である:それはヒトの身体のところどころ、詳しくはヒトの血液中のグルコーゼ濃度の無接触測定に極めて適している。

Description

【発明の詳細な説明】 人体と検出器の間の熱交換ならびに人血中のグル コーゼ濃度とのその相関を検知する方法と装置 技術の分野 本発明はヒトの身体と、ヒトの身体のところどころ、詳述すればヒトの血液中 のグルコーゼの濃度の無侵襲性測定を可能にする検出器との間の相互作用を検出 する電子装置に関するものである。 技術の状態 1.1 物理的背景 1.1.1 熱と温度 熱、それよりは熱エネルギーというべきか、それは物質の成分の個々の運動エ ネルギーの和である。この平均エネルギーはその質量と無関係であるが、すべて の粒子にとって同一である: 〈W〉=1/2m〈V2〉 温度は分子の前記平均運動エネルギーにとってもう1つ別の尺度に過ぎない。 移行エネルギーだけを考える場合、その平均値は次のように示される: 〈W移行〉=1/2m〈V2〉=3/2kT この温度の一般定義において、mは前記質量を表わし、〈V2〉は分子の2乗 平均速度を表わす。ボルツマン定数kは次の値をもつ: k=1.381 × 10-23 JK-1 1.1.2 温度測定 基本的には、温度測定手順は物質特性と温度の間のあらゆる周知の再現性のあ る関係に基くことができる。実際問題として、例えば流体の膨脹、電気抵抗の変 化、固体での音速の変化などを温度の測定に利用する。 1.1.2.1 サーミスターと熱電素子 特定のサーミスターと熱電素子とが、その機械的寸法が小さいため、本発明の 範囲内の温度測定に適している。 大抵の半導体では、電気抵抗の温度係数は負である(高温導体、すなわち“N TC抵抗体”または要するに“NTC”(負の温度係数))。 熱電素子は1K乃至3000Kの温度範囲で最も頻繁に用いられる電気温度計 である。測定の不確実性は前記抵抗体のそれよりも大きいが、熱電素子はずっと 容易に生産できることと、立体寸法が小さいことと、応答時間が短いことと、そ して温度差の測定に特に適していることが特徴である。電圧補償器もしくは高オ ーム電圧計は熱電圧の測定に用いられる。 1.1.3 熱輸送のメカニズム 熱エネルギーは基本的には輻射、熱伝導もしくは流れ(対流)のいずれかによ り輸送される。 1.1.3.1 温度放射 温度放射は光のような電磁性質をもつ。それは真空中でさえも発熱させる。こ の発熱はただ輻射体の温度によるだけである。温度放射は温度輻射あるいは熱輻 射ともいわれる。 1.1.3.2 熱流 熱流は液体もしくは気体中の熱含有量をこの方法で他の部位に輸送する肉眼的 移動を前提とする。 1.1.3.3 熱伝導 熱伝導は物質にのみ起こるが、しかし、その肉眼的移動には関係なく、むしろ 分子間の衝撃のためのエネルギーの移動に関係する。それは温度が低下する分子 エネルギーの局部差を前提とする。しばしば、それは一般に温度分布の時間的変 化に帰着するこの温度低下を相殺する輸熱である。 1.1.3.3.1 絶縁体中の熱伝導 金属中では、電流のような熱は主として伝導電子を介して輸送されるが、しか しながら絶縁体中ではフォノンを介してなされる。フォノンはそれから発生させ る波場の弾性格子振動それぞれの量子(エネルギーの最小量)である。固体の熱 含有量がそのフォノンガスのエネルギーと考えられるのと全く同様に、その中の 熱伝導は前記フォノンガス中の輸送現象として起こる。熱エネルギーはガス中で は次の2つの方法で輸送される: a)熱交換器中のような環境よりも高温のガス流の補助エネルギーとして、 b)温度勾配を保っている間、その環境とあらゆる部位においても熱平衡にあ る休止ガス中のエネルギーの拡散として、 第2の手順(b)だけが熱伝導であって、熱伝導性は熱流とT−勾配の間の比 例定数である。 1.2 生理学的背景 1.2.1 血液グルコーゼの生物学的リズム 健康人と不健康人の細いメッシュの血液グルコーゼの終日分布は極めて異なる 外部要因、例えば年齢、栄養、疾患などにかかわらず夕刻における上昇、夜間に おける下降、早朝におけるもう1つの上昇のような類似性を示す。これらの類似 性は内因的かつ栄養的周期性を反映するようである。このような周期的変動を称 して「概日リズム」という。これは約24時間の期長を有する生物学的リズムに 関連する。この生物学的リズムは、たとえ2つの重要な環境的周期、例えば光や 周囲温度を定常に保つ場合でも継続するものである。 多細胞組織体では、全組織体の機能に限らず個々の組織体ならびに細胞の機能 も同様に互いに、かつ環境の周期性に対する特定の関係にあるリズムを必要とす るので、「概日組織」と呼ばれる。グリコーゲン、グリコーゲンシンターゼとグ リコーゲンホスホリラーゼならびに相当する血液グルコーゼ濃度がはっきり異な る平行リズムを検出する。 ヒトにあっては、成長機能、例えば脈拍、血圧、呼吸、体温なども概日周期を 受け易い。活動相は、例えば個々の機能と8時から12時、また16時から19 時の間持続する。この時間中の代謝作用は退行変化的である。上昇するのは、例 えば体温、血圧ならびに血液グルコーゼ濃度である。その人は働くことができる 。対照的に迷走神経緊張の回復相は13時乃至15時ならびに22時乃至6時の 時刻である。前述のパラメータは低く、この人はいつでも眠れる状態である。こ れらの相は時間のずれを受け易く、概ね朝型人間あるいは夜型人間に分類できる 。 1.2.2 体温の生理学ならびに調節 大勢的化学熱生成法と物理的熱損失法は、制御回路構成システムに関係がある 。 前記熱損失法(物理的熱調節)は熱伝導、熱放射、熱流、蒸発、呼吸と分泌に 分割された。熱生成法には1)a)必須エネルギー生産と、b)義務的熱生産の ための最小熱生産、ならびに2)栄養誘導性熱生産、3)a)増加筋肉活動を伴 う調節熱生産と、b)筋肉活動を伴わない調節熱生産が属する。 身体は周囲温度を変化させて、定常中心温度を常に維持しようとしているので 、熱生産と熱吸収を前記熱損失との平衡に持込む必要がある。 皮膚表面の温度測定ができるためには、皮膚表面を通過する熱の量を確めるこ とが先ず必要である。熱の最も大きい部分を皮膚を介して環境に除去する。伝熱 の4つの必須形態をここでも簡単に述べよう。 熱伝導は隣接部位固定粒子の間の熱交換をいう。 熱対流は移動する粒子(血液、空気)の熱輸送を意味する。熱放射はあらゆる 電磁放射、この場合は物質熱キャリヤーの中継なしに熱放射の特徴となっている 。これに反して、蒸発は液相から気相への転移中の熱輸送の尺度である。 室温と静止条件で、熱量の最大部分は輻射により開放される。食事の後の熱生 産の上昇は栄養誘導性発熱によりもたらされる。これは摂取された栄養分の人体 特有の物質への転化に起因するATP損失で説明がつく。熱調節に及ぼす温度の 影響を考慮に入れる必要がある。 内部から外部への熱流は2つの部分で構成される。第1の部分は中心から皮膚 への転移を、また第2の部分は皮膚から環境への転移を意味する。 熱が輸送される中膜の厚さと熱伝導性に限らず熱転移条件も熱輸送に影響する 。皮膚温度は従って内部と外部の熱輸送と転移条件の関数である。 伝導性熱輸送は表皮の上層で起こるだけである。血液との対流的輸送は全残余 組織できわだって多い。四肢は特別の位置を取る。中心と表面の間の熱抵抗は最 大限に大きいか、あるいは最小限に小さいかである。これらは向流熱交換器の原 理により作用する。 皮膚温度と皮膚血液循環 代謝中性域における中心温度を熱損失の制御により調節する。皮膚温度はここ では他の領域によりさらに急激に変化する。 温度20℃以下では、血液の循環は最小であり、従って皮膚温度から室温への 温度降下と熱損失はゼロである。室温が上昇する場合、血液循環が増大すると皮 膚温度の上昇に繋がる。 定常状態にあっては、中心と表面面積は毎日のリズムに変動を受け易い。四肢 の温度値は午前6時から正午までに約4乃至5°だけ低下する。しかしながら、 その後、それはこのレベルで止る。夕刻には、四肢の温度は再び上昇する。これ に反して、中心温度は午後6時まで再度上昇し、その後、再び下降する。頭部と 咽頭部の表面温度は中心温度の経過をたどる。温度変動は皮膚の血液循環の変化 に基く。足の血液循環は、例えば午後では、夜間よりも少ない。前頭部の血液循 環は中心温度に平行する。 発明の開示 本発明はヒトの血液のグルコーゼ濃度の概日変動と特定の適所で測定された身 体温度の概日周期性の間に大きい相関があるという印象的な開示に基くものであ る。これは体温をとって血液中のグルコーゼを測定することを示唆する。 従って、本発明の目的は、ヒトの体温(表面温度)の測定を目的とし、その検 出器の正確度と精度は温度測定用の従来の検出器の精度にまさるものである。更 に、本発明は、特に高い空間的かつ時間的分解能を有する温度測定を可能にする ことを目的とする。 従って、本発明は、ヒトの身体内の血液グルコーゼの濃度を極めて精度の高い 温度測定により正確な測定を、特に無侵襲性すなわち身体に無害で、そのうえ特 定の条件の下で、身体に接触することのない方法で同時に可能にする検出器だけ でなく同様に方法も説明している。血液グルコーゼ測定の従来の方法に通常必要 とされる指先もしくは耳たぶからの毛細血管血液の取出しは従って不必要になる 。 更に、本発明は化学的あるいは物理化学的性質の様々な発熱法がヒトの体内で 行われている。これらはその「原点」と「原点の部位」により異なる「熱源」と して考えることができる。これらの熱源の各々は“熱スペクトル”すなわちその 特徴をなす特定の周波数範囲をもつ熱放射を放出する。 本発明の概念と目的は、従って、特に上述の熱スペクトルをそれぞれ同定かつ 局在させて身体内に輻射された熱放射の周波数を選択させる検出器を組入れるこ とができる方法をさらに提供することである。 グルコーゼをなんらかの方法で変換するヒトの身体内でのプロセスには特定の 熱の生成/消費プロセスが伴う。適当な本発明の数理的求値の計算法は測定され 、選択された熱/温度のデータをグルコーゼ濃度への割り振りを可能にする。 本発明の検出器は一般に熱放射によるか、あるいは熱伝導によるかのいずれか により選択的に測定されるべき対象物から輻射する熱エネルギーを測定できるか 、あるいは測定のために伝熱の前記2つのメカニズムの組合わせを引出すような 方法で組入れる。 熱源と別々に熱伝送体はヒトの身体の一部、例えば指である。本発明の検出器 はレシーバーとして役立つ。熱伝導による熱流を測定しようとする場合、指を検 出器の上に置いて検出器と接触させる。指から輻射する熱を測定しようとする場 合、指を検出器の表面の上にそれに接触させない決められた距離をとって位置決 めする。最低の熱伝導性の金属(例えばスチロポル(styropor)製のス ペーサを検出器表面と指の間に置き、必要に応じて輻射線源と輻射線レシーバー の間の規定の距離が再現できることを確かめる。前記検出器の表面に置くことが できる適したスペーサも使い捨てできる仕方、例えば「使い捨てスペーサ」とし て設計できる。 熱伝導と熱放射の双方とも記録の必要がある場合、検出器を、一方ではその表 面の部分を指と接触させ、他方では、例えば表面に凹みをつくって、輻射線が特 定のはっきりした距離を介して自由空間を通過して、その後対応して設計された 検出器の部位に衝突するような方法で設計する。 検出器、総合実施例 前記検出器はその最も一般的実施例に次のように考えられる:すなわち完全な 検出器の構成は極めて不同である。検出器本体と別々に検出器ヘッドと呼ばれる ケーシングは次に述べられる個々の部品を保持し、特別の配列にして互いに結合 させて、分解ならびに汚損しないよう保護させる役目がある。 いわゆる検出器領域は熱伝導を測定する少くとも1つのいわゆるフィーラー( で別々にできている)を備える。この検出器は、規定の長さと規定の断面を有し 、公知の物性、但しこの目的に適した熱伝導性を有する電気的絶縁材料で構成さ れた円筒状の形状をもつロッドである。通常、同じ断面と同じ材料であるが長さ の異なる多数のフィーラーと、同じ断面と同じ長さであっても異なる材料と異 なる熱伝導性をもつフィーラーを適切な方法で組合わせる。 本発明の検出器は、例えば1つもしくは多数のNTC抵抗器、電熱素子、焦電 検出器もしくは前述素子の所望の数だけ組合わせて含めることができる。 各々のフィーラーの下(すなわち、前記円筒形状ロッドの指から離れて面する 円形面)に少くとも1つの温度検出器、例えば前述のNTC抵抗器がある。 検出器の上(すなわち指の面する側面上)に必要の場合、特に熱伝導性の高い 材料、例えば金製の円盤を、指と検出器の間の伝熱の結合を最適化するため配置 する。 前記フィーラーの領域では、障害もなく指から来る輻射線により照射され得る 空間を適切な装置で作る。輻射線源と輻射線検出器(例えばNTC)の間には通 常適切な材料、例えばGeもしくはSi製のフィルターとレンズならびにシャッ ターもしくは他の光学部品も同様に所望の数と組合わせにしてある。 前記輻射線源と窓のフィルター、シャッターなどとの間、また前記輻射線源と 輻射線検出器との間の距離も同様に規定される。適切なスペーサがこれらの距離 の再現性を確実にする。前述のフィーラーはそれ自体、スペーサの機能の役目を 引受けることができる。同様に、弛い着脱できるスペーサも使い捨てワンウエイ スペーサとして設計できる。 好適な実施例の説明 接触測定用の検出器(図1参照)の構成部品を熱抵抗の大きい(材料はポリ塩 化ビニル)、また熱伝導性が良好で酸化しない接触部を備える円筒形状ロッドで 構成する。熱信号を電気信号に変換させる検出器をこの接触部の下に取付ける。 前記円筒形状のロッドは、一方では前記接触部の機械的保持ユニットとして働き 、他方では温度記録法にとっては重要な素子である。注意されるべきことは、前 記検出器の接続ワイヤを前記円筒状ロッドを通して誘電させることである。個々 の部品は最新の接着剤により接合される。 前記接触部と前記円筒状ロッドの間の接着接続を液体もしくは他の材料のいず れもが上の方から前記検出器部品に侵入できないような方法で行う。前記円筒状 ロッドの下部開口部を接着剤で選択的に閉止できる。 図2において、前記測定装置の断面を目で見ることができる。ケーシング壁体 の上に、接触測定に必要な検出器部品を備える検出器本体がある。前記検出器部 品の上部を図1で既にわかるように次の通り構成する。前記円筒状ロッドの円形 域の下に温度検出器、すなわち、例えばNTC抵抗器を配置する。前記円形領域 の上にプラスチック製の熱流を改良するための円盤を取付ける。前記検出器本体 の下部領域に、弱化された熱エネルギーを記録するもう1つのNTC抵抗器もし くは検出器を前記円筒状ロッドの上に置く。熱クロマトグラフィーとして、例え ば1つもしくは多数の検出器を接触測定の部品である前記円筒形ロッド上に配置 する。 凹みをつけることで、指から輻射する熱放射により障害もなく照射できる空間 がつくられる。記録に役立つ検出器(NTC抵抗器)をゲルマニウムもしくは珪 素製のフィルターとレンズによるばかりでなく同様にシャッターによっても輻射 線源から遮蔽する。第2の検出器は空気の記録に役立つ(参考)。 前記保持ユニットの構成も不同になり得る。前記NTCをこのキャビティに測 定予定の対象物から熱輻射線の無接触測定が可能になるような方法で保持する。 適切な部位で、被測定物から照射する熱は、熱伝導により測定できる。 そのうえ、前記ケーシングは前記NTCを汚損と分解から保護する。 特殊電子回路は測定アナログ値を24ビットの分解能でディジタルデータに変 換する。これは温度測定を10-4以下の分解能で可能にする。評価アルゴリズム を組込んだ1チップのマイクロコンピュータが測定データを記憶較正機能と比較 し、濃度値を特定の温度値に割り振る。 前記マイクロコンピュータは、ディジタル形式で提供された処理ずみデータを 適する表示装置(液晶表示装置、モニターなど)に伝達し、測定ずみグルコーゼ 濃度を数値(mg/dlもしくはmol/lのいずれか任意に)に示す。 数理的評価計算法の原理の説明: 先ず本発明の装置を較正する。これを行うため、測定ずみ決定値とグルコーゼ 濃度との間の関係を較正に別々に解析関数の形にして確かめる。先ず、評価予定 の測定範囲と別々に前記評価に関連した信号部分を関数により自動的に検出させ る。この信号部分は異なる値で構成されている。これらの値の最大と最小値を決 め、また評価に必要な統計値を減法により確かめる。この方法で、弱化した熱エ ネルギーに限らず熱伝導と熱放射も同様に確め、そしてこの方法で計算されたデ ータを数学的関数により結びつけ、そしてグルコーゼ濃度との相関関係を算定す る。基準温度(空気)だけでなく室温も同様にこの手続きでは考慮に入れる。 要約すれば、次のように進める(極めて簡略化された): 測定の原理によれば、測定手順(逐次もしくは同時に;上記参照)は少くとも 1つ、なるべくなら2つまたは3つの測定値T1i、T2iとT3iを出す。更に、各 々の手順を用いて、血液中のグルコーゼの濃度を従来の方法(侵襲的に)で測定 する必要がある。測定手順は従って、3つの測定値Tniとnのグルコーゼ濃度Cn を出す。濃度CnをT1i、T2iとT3iに対してプロットする。この方法で3つの 較正関数を測定する。更に、1つもしくは多数の補助関数を例えば前記3つの測 定値T1、T2とT3を互いに関係させる点で測定する。前記補助関数は、マトリ ックス効果のない、従って一単位とは関係のない解析手順を展開させるため特に 有用であることを立証する。 熱分析法 −サーモグラフィー− 熱分析法は金属検査で最も重要な技術の1つである。測定は発熱ならびに吸熱 の両法が構造変化の場合に起こる環境に対して行う。プローブを熱不活性標準液 と共に加熱する場合、特定の温度推移をプロットする。1組の熱電対により正も しくは負のピークを記録する。ダイアグラムの前記ピークの位置は対応する鉱物 質の特徴である。同様に、例えば脱水による減量も同様の原理に基く熱重量測定 法により測定することができる。熱的方法をX線回析検査と、あるいはIR分光 学と組合わせる。 サーモグラフィー診断の1つの手順を温度記録法で見出すことができる。それ は人類の熱節約が個別のものであり、環境に向けられているという事実に基いて いる。熱損失/吸収は前記した1.2.2項に既に述べたように同一条件の下で 再現できる。サーモグラフィーを治療の管理に適応させて扱う紙の数はそれでも 少かった。サーモグラフィーの妨げとなる要因は例えば室温である。 次のことは物の熱放射の確認に注目されるべきことである。身体の表面から輻 射するIRパルスは特定の電子増幅した検出器により記録され、その後、一方で は直接読出しでき、また他方では熱画像として記録される。動脈循環血液量の減 少した領域では輻射は減少する。現在まで液晶を用いた接触温度計が用いられて きた。 赤外線サーモグラフィー(IRサーモグラフィー)と同様、マイクロ波サーモ グラフィーは放射高温法に属す。皮膚温度を記録するだけのIRサーモグラフィ ーと対照的に、マイクロ波サーモグラフィーもより深部の組織層の輻射を外部か ら測定する。 IRサーモグラフィーはIRサーモグラフィーに通常二次元の温度分布を付与 する空間の温度分布の測定を言う。最小の幾何学寸法をもつ単一量子検出器を測 定検出器として利用する。IRサーモグラフィーで主として利用される検出材料 であるアンチモン化インジウムとテルル化カドミウム水銀を用いて、量子を最大 限に活用して固定された規定の極限感応度に小波長間隔でほとんど達し、液体窒 素を用いて冷却する。測定平面のあらゆる部位で温度Tiに対し同一部位におけ る特定の輻射流密度を明確に割り振る物理的関係を知る必要がある。このように して、熱力学的状態値温度を輻射値に明確に関連づける。 この関係の存在と知識は物の温度の輻射線検出器を用いる測定に対する基本的 前提条件である。 本発明の装置の光学的部品は通常赤外線透過性材料、例えばゲルマニウムまた は珪素で二次加工する。表面に反射防止コーティングを施す。前記コーティング は前記検出器のIR−透過性をほぼ100%まで上げる。更に、統計的測定装置 特性も重要である。IRサーモグラフィーは被測定物体のあらゆる部位から放射 する輻射線の完全な検出を確実にする必要がある。プレート式サーモグラフィー と赤外線サーモグラフィーの両法の利点は輻射線暴露がないことと処置が無侵襲 性であることである。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1996年8月30日 【補正内容】 明細書 人体と検出器の間の熱交換ならびに人血中のグル コーゼ濃度とのその相関を検知する方法と装置 技術の分野 本発明はヒトの身体と、ヒトの身体のところどころ、詳述すればヒトの血液中 のグルコーゼの濃度の無侵襲性測定を可能にする検出器との間の相互作用を検出 する電子装置に関するものである。 技術の状態 1.1 物理的背景 1.1.1 熱と温度 熱、それよりは熱エネルギーというべきか、それは物質の成分の個々の運動エ ネルギーの和である。この平均エネルギーはその質量と無関係であるが、すべて の粒子にとって同一である: 〈W〉=1/2m〈V2〉 温度は分子の前記平均運動エネルギーにとってもう1つ別の尺度に過ぎない。 移行エネルギーだけを考える場合、その平均値は次のように示される: 〈W移行〉=1/2m〈V2〉=3/2kT この温度の一般定義において、mは前記質量を表わし、〈V2〉は分子の2乗 平均速度を表わす。ボルツマン定数kは次の値をもつ: k=1.381 × 10-23 JK-1 1.1.2 温度測定 基本的には、温度測定手順は物質特性と温度の間のあらゆる周知の再現性のあ る関係に基くことができる。実際問題として、例えば流体の膨脹、電気抵抗の変 化、固体での音速の変化などを温度の測定に利用する。 1.1.2.1 サーミスターと熱電素子 特定のサーミスターと熱電素子とが、その機械的寸法が小さいため、本発明の 範囲内の温度測定に適している。 大抵の半導体では、電気抵抗の温度係数は負である(高温導体、すなわち“N TC抵抗体”または要するに“NTC”(負の温度係数))。 熱電素子は1K乃至3000Kの温度範囲で最も頻繁に用いられる電気温度計 である。測定の不確実性は前記抵抗体のそれよりも大きいが、熱電素子はずっと 容易に生産できることと、立体寸法が小さいことと、応答時間が短いことと、そ して温度差の測定に特に適していることが特徴である。電圧補償器もしくは高オ ーム電圧計は熱電圧の測定に用いられる。 1.1.3 熱輸送のメカニズム 熱エネルギーは基本的には輻射、熱伝導もしくは流れ(対流)のいずれかによ り輸送される。 1.1.3.1 温度放射 温度放射は光のような電磁性質をもつ。それは真空中でさえも発熱させる。こ の発熱はただ輻射体の温度によるだけである。温度放射は温度輻射あるいは熱輻 射ともいわれる。 1.1.3.2 熱流 熱流は液体もしくは気体中の熱含有量をこの方法で他の部位に輸送する肉眼的 移動を前提とする。 1.1.3.3 熱伝導 熱伝導は物質にのみ起こるが、しかし、その肉眼的移動には関係なく、むしろ 分子間の衝撃のためのエネルギーの移動に関係する。それは温度が低下する分子 エネルギーの局部差を前提とする。しばしば、それは一般に温度分布の時間的変 化に帰着するこの温度低下を相殺する輸熱である。 1.1.3.3.1 絶縁体中の熱伝導 金属中では、電流のような熱は主として伝導電子を介して輸送されるが、しか しながら絶縁体中ではフォノンを介してなされる。フォノンはそれから発生させ る波場の弾性格子振動それぞれの量子(エネルギーの最小量)である。固体の熱 含有量がそのフォノンガスのエネルギーと考えられるのと全く同様に、その中の 熱伝導は前記フォノンガス中の輸送現象として起こる。熱エネルギーはガス中で は次の2つの方法で輸送される: a)熱交換器中のような環境よりも高温のガス流の補助エネルギーとして、 b)温度勾配を保っている間、その環境とあらゆる部位においても熱平衡にあ る休止ガス中のエネルギーの拡散として、 第2の手順(b)だけが熱伝導であって、熱伝導性は熱流とT−勾配の間の比 例定数である。 1.2 生理学的背景 1.2.1 血液グルコーゼの生物学的リズム 健康人と不健康人の細いメッシュの血液グルコーゼの終日分布は極めて異なる 外部要因、例えば年齢、栄養、疾患などにかかわらず夕刻における上昇、夜間に おける下降、早朝におけるもう1つの上昇のような類似性を示す。これらの類似 性は内因的かつ栄養的周期性を反映するようである。このような周期的変動を称 して「概日リズム」という。これは約24時間の期長を有する生物学的リズムに 関連する。この生物学的リズムは、たとえ2つの重要な環境的周期、例えば光や 周囲温度を定常に保つ場合でも継続するものである。 多細胞組織体では、全組織体の機能に限らず個々の組織体ならびに細胞の機能 も同様に互いに、かつ環境の周期性に対する特定の関係にあるリズムを必要とす るので、「概日組織」と呼ばれる。グリコーゲン、グリコーゲンシンターゼとグ リコーゲンホスホリラーゼならびに相当する血液グルコーゼ濃度がはっきり異な る平行リズムを検出する。 ヒトにあっては、成長機能、例えば脈拍、血圧、呼吸、体温なども概日周期を 受け易い。活動相は、例えば個々の機能と8時から12時、また16時から19 時の間持続する。この時間中の代謝作用は退行変化的である。上昇するのは、例 えば体温、血圧ならびに血液グルコーゼ濃度である。その人は働くことができる 。対照的に迷走神経緊張の回復相は13時乃至15時ならびに22時乃至6時の 時刻である。前述のパラメータは低く、この人はいつでも眠れる状態である。こ れらの相は時間のずれを受け易く、概ね朝型人間あるいは夜型人間に分類できる 。 1.2.2 体温の生理学ならびに調節 大勢的化学熱生成法と物理的熱損失法は、制御回路構成システムに関係がある 。 前記熱損失法(物理的熱調節)は熱伝導、熱放射、熱流、蒸発、呼吸と分泌に 分割された。熱生成法には1)a)必須エネルギー生産と、b)義務的熱生産の ための最小熱生産、ならびに2)栄養誘導性熱生産、3)a)増加筋肉活動を伴 う調節熱生産と、b)筋肉活動を伴わない調節熱生産が属する。 身体は周囲温度を変化させて、定常中心温度を常に維持しようとしているので 、熱生産と熱吸収を前記熱損失との平衡に持込む必要がある。 皮膚表面の温度測定ができるためには、皮膚表面を通過する熱の量を確めるこ とが先ず必要である。熱の最も大きい部分を皮膚を介して環境に除去する。伝熱 の4つの必須形態をここでも簡単に述べよう。 熱伝導は隣接部位固定粒子の間の熱交換をいう。 熱対流は移動する粒子(血液、空気)の熱輸送を意味する。熱放射はあらゆる 電磁放射、この場合は物質熱キャリヤーの中継なしに熱放射の特徴となっている 。これに反して、蒸発は液相から気相への転移中の熱輸送の尺度である。 室温と静止条件で、熱量の最大部分は輻射により開放される。食事の後の熱生 産の上昇は栄養誘導性発熱によりもたらされる。これは摂取された栄養分の人体 特有の物質への転化に起因するATP損失で説明がつく。熱調節に及ぼす温度の 影響を考慮に入れる必要がある。 内部から外部への熱流は2つの部分で構成される。第1の部分は中心から皮膚 への転移を、また第2の部分は皮膚から環境への転移を意味する。 熱が輸送される中膜の厚さと熱伝導性に限らず熱転移条件も熱輸送に影響する 。皮膚温度は従って内部と外部の熱輸送と転移条件の関数である。 伝導性熱輸送は表皮の上層で起こるだけである。血液との対流的輸送は全残余 組織できわだって多い。四肢は特別の位置を取る。中心と表面の間の熱抵抗は最 大限に大きいか、あるいは最小限に小さいかである。これらは向流熱交換器の原 理により作用する。 皮膚温度と皮膚血液循環 代謝中性域における中心温度を熱損失の制御により調節する。皮膚温度はここ では他の領域によりさらに急激に変化する。 温度20℃以下では、血液の循環は最小であり、従って皮膚温度から室温への 温度降下と熱損失はゼロである。室温が上昇する場合、血液循環が増大すると皮 膚温度の上昇に繋がる。 定常状態にあっては、中心と表面面積は毎日のリズムに変動を受け易い。四肢 の温度値は午前6時から正午までに約4乃至5°だけ低下する。しかしながら、 その後、それはこのレベルで止る。夕刻には、四肢の温度は再び上昇する。これ に反して、中心温度は午後6時まで再度上昇し、その後、再び下降する。頭部と 咽頭部の表面温度は中心温度の経過をたどる。温度変動は皮膚の血液循環の変化 に基く。足の血液循環は、例えば午後では、夜間よりも少ない。前頭部の血液循 環は中心温度に平行する。 1982年刊ダイヤビーティ.アンド.メタボリズム(Diabete & Metabolism)第8巻第15乃至19頁のR.M.ヒルソン(Hill son)他による論文「フェーシャル アンド サブリンガル テンパラチャー チエンジズ フォローイング イントラヴィーナス グルコーズ インジェク ション イン ダイアベティックス(Facial and sublinga l temperature changes following intr avenous glucose injection in diabeti cs)」で、ヒトの身体の皮膚の特定の部分がグルコーゼの静脈内注射の後、ど のようにして温かくなるかを全体的に説明している。この論文は問題の検査が前 記グルコーゼ濃度と、本著者が測定した体温のうちの1つとの間の関連性を指摘 する何ものも明らかにしていないことを説明している。 1993年11月12日刊オプティカル、エンジニアリング(Optical Engineering)第33巻第9号第2953乃至2956頁でメア、ニ ッツァン(Meir Nitzan)他による「インフレアレッド レディオメ トリー オブ サーマリー インシュレーテッド スキン フォア ザ アセッ スメント オブ スキン ブラッド フロー(Infrared radiom etry of thermally insulated skin for the assessment of skin blood flow)」 は、波長が2乃至20μmの範囲のIR−輻射温度計により行う測定についての み述べている。この論文に述べられている測定の目的は皮膚温度の絶体測定であ る。この刊行物には絶対皮膚温度と血液中のグルコーゼ濃度との間の相関性を示 唆する指摘は何らなされていない。 赤外線に反応する診断器具を述べているドイツ連邦共和国特許第A−21 0 5 820号も血液中のグルコーゼ濃度測定に対してなにも反していない。この 刊行物に述べられた方法は病巣感染を示す温組織部位の位置確認だけに関連して いる。これは波長が4乃至15μmの範囲で敏感なIR検出器により可能となる 。この形式の検出器には0.003℃の温度感応性がある。 イギリス国特許第2,203,835号も赤外線感温温度計により伝導される 循環障害を測定する装置と方法を述べている。この刊行物は熱伝導性と対流の検 出の可能性を示唆してもいないし、血液中のグルコーゼ濃度の測定の可能性につ いても述べていない。 発明の開示 本発明はヒトの血液のグルコーゼ濃度の概日変動と特定の適所で測定された体 温の概日周期性の間に大きい相関関係があるという印象的な開示に基くものであ る。しかしながら、この相関関係は身体の関連部位の熱放出(とその時間的変化 )が極端な精度でわかるまで明らかにならない。これは体温をとって血液中のグ ルコーゼを測定することを示唆する。 従って、本発明は、ヒトの身体内の血液グルコーゼの濃度を極めて精度の高い 温度測定により正確な測定を、特に無侵襲性すなわち身体に無害で、そのうえ特 定の条件の下で、身体に接触することのない方法で同時に可能にする検出器だけ でなく同様に方法も説明している。血液グルコーゼ測定の従来の方法に通常必要 とされる指先もしくは耳たぶからの毛細血管血液の取出しは従って不必要になる 。 更に、本発明は化学的あるいは物理化学的性質の様々な発熱法がヒトの体内で 行われている。これらはその「原点」と「原点の部位」により異なる「熱源」と して考えることができる。これらの熱源の各々は“熱スペクトル”すなわちその 特徴をなす特定の周波数範囲をもつ熱放射を放出する。 本発明の概念と目的は、従って、特に上述の熱スペクトルをそれぞれ同定かつ 局在させて身体内に輻射された熱放射の周波数を選択させる検出器を組入れるこ とができる方法をさらに提供することである。 グルコーゼをなんらかの方法で変換するヒトの身体内でのプロセスには特定の 熱の生成/消費プロセスが伴う。適当な本発明の数理的求値の計算法は測定され 、選択された熱/温度のデータをグルコーゼ濃度への割り振りを可能にする。 説明された目的の習熱のためには、熱放出とその時間的変化をきわだった正確 さと精度で測定する必要がある。異なる検出器の適切な組合わせが、必要に応じ てそれぞれの求値法(例えばFFT)と組合わせて、所望の精度を提供する。時 間的高分解能は対応する読取り速度により対応して高速の検出器を用いて確実に できる。前記高速時間的分解能は前記用いられた光学部材と検出器の特別な組合 わせと配置により達成でき、本発明の目的にとってまさに十分に適切な点を空間 的に局在させることを可能にする。 本発明の検出器は一般に熱放射によるか、あるいは熱伝導によるかのいずれか により選択的に測定されるべき対象物から輻射する熱エネルギーを測定できるか 、あるいは測定のために伝熱の前記2つのメカニズムの組合わせを引出すような 方法で組入れる。 熱源と別々に熱伝送体はヒトの身体の一部、例えば指である。本発明の検出器 はレシーバーとして役立つ。熱伝導による熱流を測定しようとする場合、指を検 出器の上に置いて検出器と接触させる。指から輻射する熱を測定しようとする場 合、指を検出器の表面の上にそれに接触させない決められた距離をとって位置決 めする。最低の熱伝導性の金属(例えばスチロポル(styropor))製の スペーサを検出器表面と指の間に置き、必要に応じて輻射線源と輻射線レシーバ ーの間の規定の距離が再現できることを確かめる。前記検出器の表面に置くこと ができる適したスペーサも使い捨てできる仕方、例えば「使い捨てスペーサ」と して設計できる。 熱伝導と熱放射の双方とも記録の必要がある場合、検出器を、一方ではその表 面の部分を指と接触させ、他方では、例えば表面に凹みをつくって、輻射線が特 定のはっきりした距離を介して自由空間を通過して、その後対応して設計された 検出器の部位に衝突するような方法で設計する。 検出器、総合実施例 前記検出器はその最も一般的実施例に次のように考えられる:すなわち完全な 検出器の構成は極めて不同である。検出器本体と別々に検出器ヘッドと呼ばれる ケーシングは次に述べられる個々の部品を保持し、特別の配列にして互いに結合 させて、分解ならびに汚損しないよう保護させる役目がある。 いわゆる検出器領域は熱伝導を測定する少くとも1つのいわゆるフィーラー( で別々にできている)を備える。この検出器は、規定の長さと規定の断面を有し 、公知の物性、但しこの目的に適した熱伝導性を有する電気的絶縁材料で構成さ れた円筒状の形状をもつロッドである。通常、同じ断面と同じ材料であるが長さ の異なる多数のフィーラーと、同じ断面と同じ長さであっても異なる材料と異な る熱伝導性をもつフィーラーを適切な方法で組合わせる。 本発明の検出器は、例えば1つもしくは多数のNTC抵抗器、電熱素子、焦電 検出器もしくは前述素子の所望の数だけ組合わせて含めることができる。 各々のフィーラーの下(すなわち、前記円筒形状ロッドの指から離れて面する 円形面)に少くとも1つの温度検出器、例えば前述のNTC抵抗器がある。 検出器の上(すなわち指の面する側面上)に必要の場合、特に熱伝導性の高い 材料、例えば金製の円盤を、指と検出器の間の伝熱の結合を最適化するため配置 する。 前記フィーラーの領域では、障害もなく指から来る輻射線により照射され得る 空間を適切な装置で作る。輻射線源と輻射線検出器(例えばNTC)の間には通 常適切な材料、例えばGeもしくはSi製のフィルターとレンズならびにシャッ ターもしくは他の光学部品も同様に所望の数と組合わせにしてある。 前記輻射線源と窓のフィルター、シャッターなどとの間、また前記輻射線源と 輻射線検出器との間の距離も同様に規定される。適切なスペーサがこれらの距離 の再現性を確実にする。前述のフィーラーはそれ自体、スペーサの機能の役目を 引受けることができる。同様に、弛い着脱できるスペーサも使い捨てワンウエイ スペーサとして設計できる。 好適な実施例の説明 接触測定用の検出器(図1参照)の構成部品を熱抵抗の大きい(材料はポリ塩 化ビニル)、また熱伝導性が良好で酸化しない接触部を備える円筒形状ロッドで 構成する。熱信号を電気信号に変換させる検出器をこの接触部の下に取付ける。 前記円筒形状のロッドは、一方では前記接触部の機械的保持ユニットとして働き 、 他方では温度記録法にとっては重要な素子である。注意されるべきことは、前記 検出器の接続ワイヤを前記円筒状ロッドを通して誘電させることである。個々の 部品は最新の接着剤により接合される。 前記接触部と前記円筒状ロッドの間の接着接続を液体もしくは他の材料のいず れもが上の方から前記検出器部品に侵入できないような方法で行う。前記円筒状 ロッドの下部開口部を接着剤で選択的に閉止できる。 図2において、前記測定装置の断面を目で見ることができる。ケーシング壁体 の上に、接触測定に必要な検出器部品を備える検出器本体がある。前記検出器部 品の上部を図1で既にわかるように次の通り構成する。前記円筒状ロッドの円形 域の下に温度検出器、すなわち、例えばNTC抵抗器を配置する。前記円形領域 の上にプラスチック製の熱流を改良するための円盤を取付ける。前記検出器本体 の下部領域に、弱化された熱エネルギーを記録するもう1つのNTC抵抗器もし くは検出器を前記円筒状ロッドの上に置く。熱クロマトグラフィーとして、例え ば1つもしくは多数の検出器を接触測定の部品である前記円筒形ロッド上に配置 する。 凹みをつけることで、指から輻射する熱放射により障害もなく照射できる空間 がつくられる。記録に役立つ検出器(NTC抵抗器)をゲルマニウムもしくは珪 素製のフィルターとレンズによるばかりでなく同様にシャッターによっても輻射 線源から遮蔽する。第2の検出器は空気の記録に役立つ(参考)。 前記保持ユニットの構成も不同になり得る。前記NTCをこのキャビティに測 定予定の対象物から熱輻射線の無接触測定が可能になるような方法で保持する。 適切な部位で、被測定物から照射する熱は、熱伝導により測定できる。 そのうえ、前記ケーシングは前記NTCを汚損と分解から保護する。 特殊電子回路は測定アナログ値を24ビットの分解能でディジタルデータに変 換する。これは温度測定を10-4以下の分解能で可能にする。評価アルゴリズム を組込んだ1チップのマイクロコンピュータが測定データを記憶較正機能と比較 し、濃度値を特定の温度値に割り振る。 前記マイクロコンピュータは、ディジタル形式で提供された処理ずみデータを 適する表示装置(液晶表示装置、モニターなど)に伝達し、測定ずみグルコーゼ 濃度を数値(mg/dlもしくはmol/lのいずれか任意に)に示す。 数理的評価計算法の原理の説明: 先ず本発明の装置を較正する。これを行うため、測定ずみ決定値とグルコーゼ 濃度との間の関係を較正に別々に解析関数の形にして確かめる。先ず、評価予定 の測定範囲と別々に前記評価に関連した信号部分を関数により自動的に検出させ る。この信号部分は異なる値で構成されている。これらの値の最大と最小値を決 め、また評価に必要な統計値を減法により確かめる。この方法で、弱化した熱エ ネルギーに限らず熱伝導と熱放射も同様に確め、そしてこの方法で計算されたデ ータを数学的関数により結びつけ、そしてグルコーゼ濃度との相関関係を算定す る。基準温度(空気)だけでなく室温も同様にこの手続きでは考慮に入れる。 要約すれば、次のように進める(極めて簡略化された): 測定の原理によれば、測定手順(逐次もしくは同時に;上記参照)は少くとも 1つ、なるべくなら2つまたは3つの測定値T1i、T2iとT3iを出す。更に、各 々の手順を用いて、血液中のグルコーゼの濃度を従来の方法(侵襲的に)で測定 する必要がある。測定手順は従って、3つの測定値Tniとnのグルコーゼ濃度Cn を出す。濃度CnをT1i、T2iとT3iに対してプロットする。この方法で3つの 較正関数を測定する。更に、1つもしくは多数の補助関数を例えば前記3つの測 定値T1、T2とT3を互いに関係させる点で測定する。前記補助関数は、マトリ ックス効果のない、従って一単位とは関係のない解析手順を展開させるため特に 有用であることを立証する。 熱分析法 −サーモグラフィー− 熱分析法は金属検査で最も重要な技術の1つである。測定は発熱ならびに吸熱 の両法が構造変化の場合に起こる環境に対して行う。プローブを熱不活性標準液 と共に加熱する場合、特定の温度推移をプロットする。1組の熱電対により正も しくは負のピークを記録する。ダイアグラムの前記ピークの位置は対応する鉱物 質の特徴である。同様に、例えば脱水による減量も同様の原理に基く熱重量測定 法により測定することができる。熱的方法をX線回析検査と、あるいはIR分光 学と組合わせる。 サーモグラフィー診断の1つの手順を温度記録法で見出すことができる。それ は人類の熱節約が個別のものであり、環境に向けられているという事実に基いて いる。熱損失/吸収は前記した1.2.2項に既に述べたように同一条件の下で 再現できる。サーモグラフィーを治療の管理に適応させて扱う紙の数はそれでも 少かった。サーモグラフィーの妨げとなる要因は例えば室温である。 次のことは物の熱放射の確認に注目されるべきことである。身体の表面から輻 射するIRパルスは特定の電子増幅した検出器により記録され、その後、一方で は直接読出しでき、また他方では熱画像として記録される。動脈循環血液量の減 少した領域では輻射は減少する。現在まで液晶を用いた接触温度計が用いられて きた。 赤外線サーモグラフィー(IRサーモグラフィー)と同様、マイクロ波サーモ グラフィーは放射高温法に属す。皮膚温度を記録するだけのIRサーモグラフィ ーと対照的に、マイクロ波サーモグラフィーもより深部の組織層の輻射を外部か ら測定する。 IRサーモグラフィーはIRサーモグラフィーに通常二次元の温度分布を付与 する空間の温度分布の測定を言う。最小の幾何学寸法をもつ単一量子検出器を測 定検出器として利用する。IRサーモグラフィーで主として利用される検出材料 であるアンチモン化インジウムとテルル化カドミウム水銀を用いて、量子を最大 限に活用して固定された規定の極限感応度に小波長間隔でほとんど達し、液体窒 素を用いて冷却する。測定平面のあらゆる部位で温度Tiに対し同一部位におけ る特定の輻射流密度を明確に割り振る物理的関係を知る必要がある。このように して、熱力学的状態値温度を輻射値に明確に関連づける。 この関係の存在と知識は物の温度の輻射線検出器を用いる測定に対する基本的 前提条件である。 本発明の装置の光学的部品は通常赤外線透過性材料、例えばゲルマニウムまた は珪素で二次加工する。表面に反射防止コーティングを施す。前記コーティング は前記検出器のIR−透過性をほぼ100%まで上げる。更に、統計的測定装置 特性も重要である。IRサーモグラフィーは被測定物体のあらゆる部位から放射 する輻射線の完全な検出を確実にする必要がある。プレート式サーモグラフィー と赤外線サーモグラフィーの両法の利点は輻射線暴露がないことと処置が無侵襲 性であることである。 請求の範囲 1.現生体と検出器の間の熱伝送を温度と別々に、エンタルピーと別々にエン タルピー変化を含む温度変化を放射線源と検出器の双方を無接触測定用にも接触 測定用にも用いて測定する測定法による定性ならびに定量検出の方法において、 前記検出器とヒトの身体と、必要に応じてその間の空間からなる熱力学装置内の 熱相互作用を、利用された測定方法の組合わせにより高精度で物理的に検出し、 電子的、数値的に変化し、求値し、算定し、そして明確にヒトの血液中のグルコ ーゼ濃度に数学的アルゴリズムにより割り振ることを特徴とする方法。 2.身体の表面から輻射される熱を、前記表面に接近した層でより深い分解方 法、すなわち身体内部の身体表面下から輻射し、前記検出器に伝達、輻射される 比熱で検出することと、前記測定ずみデータを前記グルコーゼ濃度に明確に相関 させることを特徴とする請求項1記載の方法。 3.前記ヒトの身体と前記検出器の間の熱相互作用を処理した前記データを少 くとも1つの標準値を用いて相対的に計算できることを特徴とする請求項1また は2記載の方法。 4.前記熱相互作用も温度差と温度商に限らずその数学的転換、微分ならびに 積分からも同様にデータ処理を用いて計算し、それを数学的計算法によりヒトの 血液の特定のグルコーゼ濃度に明確に割り振ることを特徴とする請求項1乃至3 のいずれか1項記載の方法。 5.前記温度差と温度指数を得る一方、それらをできるだけ精密に前記温度測 定法に接触および/または接触させることなく適用することを特徴とする請求項 4記載の方法。 6.得られた測定値を用いる前後に温度差および/または温度指数の形成の較 正ならびに解析の空値として、またデータとして直接にでも測定することを特徴 とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の方法。 7.前記グルコーゼ濃度に割り振られた温度差と別々に温度指数が、標準温度 として役立つ検出器ケーシング内および/またはケーシング上で測定された温度 の±33Kの量を超えないことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載 の方法。 8.前記検出器ケーシング内およびケーシング上の1つもしくはいくつかの特 定の別々の無作為部位において測定された前記温度を温度差および/または指数 と別々に前記量の形成のための前記標準温度として利用することを特徴とする請 求項1乃至7のいずれか1項記載の方法。 9.前記検出器ケーシング内乃至ケーシング上でバックグラウンド温度として 測定されその一部を前記標準温度として利用できる空気、気体もしくは真空温度 を用いることができることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の方 法。 10.前記別々のバックグラウンド温度をあらゆる検出器ヘッドによる測定に先 立ち、またそれに続き前記測定された値により得ることを特徴とする請求項1乃 至9のいずれか1項記載の方法。 11.前記室温の干渉作用は温度を数学的求値計算法で積分するに従い補正され ることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項記載の方法。 12.前記補正が全自動、半自動もしくは半動で起こることを特徴とする請求項 11記載の方法。 13.被検査個人の瞬間温度を前記算定と求値法で確定した値として積分するこ とを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項記載の方法。 14.前記解析アルゴリズムは個人に基くか、あるいはそれとは無関係に選択的 に制御されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項記載の方法。 15.前記解析結果を個人とは無関係に少くとも1つの主関数と別々に少くとも 1つ乃至多数の補助関数によりマトリックス効果なしに決めることを特徴とする 請求項1乃至14のいずれか1項記載の方法。 16.数学的アルゴリズム、好ましくはリニア回帰手順は基礎を形成する第1も しくはそれ以上の位数にある1つの独立変数を有することを特徴とする請求項1 乃至15のいずれか1項記載の方法。 17.数学的計算法、好ましくはリニア回帰手順は基礎を形成する第1もしくは それ以上の位数にある2つ以上の独立変数を有することを特徴とする請求項1乃 至16のいずれか1項記載の方法。 18.それぞれの個人とその健康状態によりもたらされ、また左右される温度差 /商を独立的、あるいは同時にまたは時差をつけて、空間的および/または時間 分解して測定され、そして個々の補正要素として適用された2つの温度から補助 関数により測定することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項記載の方 法。 19.単に求値のため、熱伝導によるか、あるいは弱化された熱伝導によるか、 あるいは熱輻射もしくは測定された熱処理すべての組合わせによりもたらされた 温度差および/または温度商を利用することを特徴とする請求項1乃至18のい ずれか1項記載の方法。 20.前記測定ピークを関数により自動的に検出することを特徴とする請求項1 乃至19のいずれか1項記載の方法。 21.測定信号の適切な部分を用いて求値することを特徴とする請求項1乃至2 0のいずれか1項記載の方法。 22.前記適切な測定信号部分の最小ならびに最大値を検出し、また両値の温度 差および/または温度商を前記熱輻射に限らず前記熱伝導にもまた前記弱化熱伝 導にも同様に決定することを特徴とする請求項1乃至21のいずれか1項記載の 方法。 23.前記温度差および/または温度商の形成のため、ヒトの身体から輻射し、 前記検出器の接触面を介して伝達される熱を、前記検出器ケーシング内とケーシ ング上で前記温度輻射、前記熱伝導および前記弱化熱伝導のため完全に、特定的 にあるいは選択的に測定し、そして記録することを特徴とする請求項1乃至22 のいずれか1項記載の方法。 24.ヒトの身体から輻射し、また別々に放射する熱をその異なる性質により、 波長によるかあるいは周波数により選別することを特徴とする請求項1乃至23 のいずれか1項記載の方法。 25.フーリエ変換法を数学的求値に利用することを特徴とする請求項1乃至2 4のいずれか1項記載の方法。 26.前記請求項10記載の熱輻射と、積分される1つもしくは1つ以上の特定 周波数間隔と互いに関係なく、また別々に互いに従属して、数学的に適した方法 で別々に事前処理、例えば時間により微分するかあるいは積分するかした求値の ため連結することを特徴とする請求項1乃至25のいずれか1項記載の方法。 27.波長が3乃至30μmの範囲にある前記熱輻射を測定することを特徴とす る請求項1乃至26のいずれか1項記載の方法。 28.感応度を固定化手順を用い改善することを特徴とする請求項1乃至27の いずれか1項記載の方法。 29.信号振幅が1μV乃至19mVの範囲内にあることを特徴とする請求項2 8記載の方法。 30.信号対雑音比を1000の係数だけ上げることを特徴とする請求項28記 載の方法。 31.熱輻射と熱伝導の検出器としてゲルマニウムもしくは珪素のような半導体 材料を用いることを特徴とする請求項1乃至30のいずれか1項記載の方法。 32.前記検出器として焦電検出器を熱輻射と熱伝導に対し用いることを特徴と する請求項1乃至30のいずれか1項記載の方法。 33.熱伝導性の値がゼロより大きいすべての固状液体およびガスを熱輻射と熱 伝導のレシーバーとして用いることを特徴とする請求項1乃至30のいずれか1 項記載の方法。 34.ヒトの身体とマイクロ波輻射の間の相互作用を活用することを特徴とする 請求項1乃至33のいずれか1項記載の方法。 35.生存するヒトの身体からの熱伝送の無侵襲性測定用の検出器において、前 記相互の熱伝送が、温度と温度変化を測定するに限らずエンタルピーとエンタル ピー変化も同様に検出する測定方法により物理的に測定し、電子的数値的に変換 され、前記測定方法が、その組合わせ形式のため、同時に数学的、物理的また機 械的処置により精度が極めて高く、また時間、空間的に極めて分解度が高く、か つ少くとも1つの温度測定素子と、それぞれの電子制御装置の傍らに測定、求値 ならびに読出しユニットとが配設されることを特徴とする装置。 36.少くとも1つの検出器を設けて、ヒトの身体の決められた部分と別々に全 身体からの熱輻射の測定をすることを特徴とする請求項35記載の装置。 37.少くとも1つもしくは多数の温度測定素子を設けて、それを前記身体から 熱輻射により放射される熱の量を無接触方法で測定することと別々に、身体から 熱伝導と対流により輻射される熱の量を接触測定により測定をするような方法で 幾何学的に配置することを特徴とする請求項35または36記載の装置。 38.熱輻射、熱伝導もしくは弱化熱伝導のいずれか、もしくはその2つと別々 に、3つの測定値を選択的に検出する少くとも1つの前記温度測定素子をサーモ グラフィーに用いることを特徴とする請求項35乃至37のいずれか1項記載の 装置。 39.規定の長さと規定の断面をもち、公知の物性、詳しくは前記弱化熱伝導検 出の目的に役立つ適する熱係数を備える電気絶縁材料で構成された円筒形状のロ ッドを有すること特徴とする請求項35乃至38のいずれか1項記載の装置。 40.前記弱化熱伝導検出の目的に役立つ適した変化する熱係数の材料で構成さ れた無作為の不規則な形状の1つもしくは多数の部品を特徴とする請求項35乃 至39のいずれか1項記載の装置。 41.少くとも1つの接触面と別々に接触点をヒトの身体と検出器から輻射する 熱の往復伝送に設けることを特徴とする請求項35乃至40のいずれか1項記載 の装置。 42.少くとも2つの検出器を保持ユニット内で相対する開口方向に前記同一の 被検個人の2つの部分、例えば手の2指を逐次もしくは同時に同期に検出するよ うな方法で配置することを特徴とする請求項35乃至41のいずれか1項記載の 装置。 43.2つ以上の温度測定素子に、熱輻射検出用に配置された第1の素子と、熱 伝導検出用に配置された第2の素子とを配設し、前記第1の素子に極めて接近し ても前記熱輻射の届かない空間的に配置することを特徴とする請求項35乃至4 2のいずれか1項記載の装置。 44.熱輻射測定用に配設された前記温度測定素子に隣接して、もう1つの温度 測定素子を熱線に直線暴露させない方法で配置することを特徴とする請求項35 乃至43の装置。 45.前記温度測定素子に無作為の不規則な形状の積分ユニットを備えて熱輻射 用に配設することを特徴とする請求項35乃至44のいずれか1項記載の装置。 46.接触測定用の1つもしくは1つ以上の温度測定素子を不規則な無作為に付 形した装置、例えば高熱抵抗をもつ材料製の円筒形状に形成されたロッドに取付 け、また前記検出器ヘッドを高熱係数をもつ材料で構成することを特徴とする請 求項35乃至45のいずれか1項記載の装置。 47.円形、長方形もしくは無作為の不規則の形状をもつ開口部を備えて、規定 の身体表面に予見される許容差内に再現自在に配置できることを特徴とする請求 項35乃至46のいずれか1項記載の装置。 48.前記検出器ヘッドを熱輻射積分中空体、例えばウルブリヒトプローブの形 状に設計できることを特徴とする請求項35乃至47のいずれか1項記載の装置 。 49.前記熱輻射積分中空体を無作為に不規則にできる形状の保持ユニットに取 付けることを特徴とする請求項48記載の装置。 50.少くとも1つの温度測定素子と別々に検出器を前記積分ユニットの内側も しくはその上、あるいは外部に取付けることを特徴とする請求項35乃至49の いずれか1項記載の装置。 51.規定の大きさの少くとも1つのフィルターをヒトの身体と前記温度測定素 子の間に配設することを特徴とする請求項35乃至50のいずれか1項記載の装 置。 52.前記フィルターが特定の波長内で吸収性、反射性もしくは透過性があるこ とを特徴とする請求項35乃至51のいずれか1項記載の装置。 53.前記装置が熱輻射の熱電検出用の1つもしくは多数の光学レンズで構成さ れた結像系を備えることを特徴とする請求項35乃至51のいずれか1項記載の 装置。 54.前記結像系を規定の周波数窓と反射防止コーティングを備えるレンズで構 成することを特徴とする請求項53記載の装置。 55.前記結像系を、異なる熱特性、例えば熱係数と熱容量をもつ適する他の材 料製の部品の組合わせからなる保持ユニットに配置することを特徴とする請求項 53記載の装置。 56.前記結像系の前記保持ユニットの様々な部品の寸法と配置を、ヒトの身体 から前記結像系の部材へ、また前記検出器それ自体への対流による熱伝達を極小 化し、また均質温度分布が前記結像系内に定着するような方法で必要な大きさに することを特徴とする請求項53記載の装置。 57.電気および/または電磁レンズの系を配置することを特徴とする請求項3 5乃至56のいずれか1項記載の装置。 58.光学部材、例えば珪素円盤もしくはゲルマニウム円盤に反射防止手段を施 すことを特徴とする請求項35乃至58のいずれか1項記載の装置。 59.熱電検出器、例えば好温菌をヒトの身体と前記検出器との間の熱相互作用 の測定に用いることを特徴とする請求項35乃至58のいずれか1項記載の装置 。 60.前記検出器をマイクロ波輻射に限らずマイクロ波と赤外線輻射との複合検 出用にも同様に設計することを特徴とする請求項35乃至59のいずれか1項記 載の装置。 61.磁気システムも前記検出器に選択的に組込むことを特徴とする請求項35 乃至60のいずれか1項記載の装置 62.前記検出器ケーシングに真空と別々に前記検出器ケーシングを通って流れ る空気もしくは不活性ガスが入っていることを特徴とする請求項35乃至61の いずれか1項記載の装置。 63.前記システムに被検個人の脈拍もしくは心拍数の測定装置を設けることを 特徴とする請求項35乃至52のいずれか1項記載の装置。 64.前記検出器を医療用途に用いることと、前記検出器が医療用装置の規制に 一致することを特徴とする請求項35乃至64のいずれか1項記載の装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ヒトの身体と検出器との間の熱相互作用の数値的、物理的、電子的検出、 算定ならびに評価の方法であって、このようにして数学的計算法により多義的に 得られた測定データをヒトの身体内の特定のグルコーゼ濃度に明確に割り振るこ とを特徴とする方法。 2.身体の表面から輻射される熱を、前記表面に接近した層でより深い分解方 法、すなわち身体内部の身体表面下から輻射し、前記検出器に伝達、輻射される 比熱で検出することと、前記測定ずみデータを前記グルコーゼ濃度に明確に相関 させることを特徴とする請求項1記載の方法。 3.前記ヒトの身体と前記検出器の間の熱相互作用を処理した前記データを少 くとも1つの標準値を用いて相対的に計算できることを特徴とする請求項1また は2記載の方法。 4.前記熱相互作用も温度差と温度商に限らずその数学的転換、微分ならびに 積分からも同様にデータ処理を用いて計算し、それを数学的計算法によりヒトの 血液の特定のグルコーゼ濃度に明確に割り振ることを特徴とする請求項1乃至3 のいずれか1項記載の方法。 5.前記温度差と温度指数を得る一方、それらをできるだけ精密に前記温度測 定法に接触および/または接触させることなく適用することを特徴とする請求項 4記載の方法。 6.得られた測定値を用いる前後に温度差および/または温度指数の形成の較 正ならびに解析の空値として、またデータとして直接にでも測定することを特徴 とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の方法。 7.前記グルコーゼ濃度に割り振られた温度差と別々に温度指数が、標準温度 として役立つ検出器ケーシング内および/またはケーシング上で測定された温度 の±33Kの量を超えないことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載 の方法。 8.前記検出器ケーシング内およびケーシング上の1つもしくはいくつかの特 定の別々の無作為部位において測定された前記温度を温度差および/または指数 と別々に前記量の形成のための前記標準温度として利用することを特徴とする請 求項1乃至7のいずれか1項記載の方法。 9.前記検出器ケーシング内乃至ケーシング上でバックグラウンド温度として 測定されその一部を前記標準温度として利用できる空気、気体もしくは真空温度 を用いることができることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の方 法。 10.前記別々のバックグラウンド温度をあらゆる検出器ヘッドによる測定に先 立ち、またそれに続き前記測定された値により得ることを特徴とする請求項1乃 至9のいずれか1項記載の方法。 11.前記室温の干渉作用は温度を数学的求値計算法で積分するに従い補正され ることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項記載の方法。 12.前記補正が全自動、半自動もしくは半動で起こることを特徴とする請求項 11記載の方法。 13.被検査個人の瞬間温度を前記算定と求値法で確定した値として積分するこ とを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項記載の方法。 14.前記解析アルゴリズムは個人に基くか、あるいはそれとは無関係に選択的 に制御されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項記載の方法。 15.前記解析結果を個人とは無関係に少くとも1つの主関数と別々に少くとも 1つ乃至多数の補助関数によりマトリックス効果なしに決めることを特徴とする 請求項1乃至14のいずれか1項記載の方法。 16.数学的アルゴリズム、好ましくはリニア回帰手順は基礎を形成する第1も しくはそれ以上の位数にある1つの独立変数を有することを特徴とする請求項1 乃至15のいずれか1項記載の方法。 17.数学的計算法、好ましくはリニア回帰手順は基礎を形成する第1もしくは それ以上の位数にある2つ以上の独立変数を有することを特徴とする請求項1乃 至16のいずれか1項記載の方法。 18.それぞれの個人とその健康状態によりもたらされ、また左右される温度差 /商を独立的、あるいは同時にまたは時差をつけて、空間的および/または時間 分解して測定され、そして個々の補正要素として適用された2つの温度から補助 関数により測定することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項記載の方 法。 19.単に求値のため、熱伝導によるか、あるいは弱化された熱伝導によるか、 あるいは熱輻射もしくは測定された熱処理すべての組合わせによりもたらされた 温度差および/または温度商を利用することを特徴とする請求項1乃至18のい ずれか1項記載の方法。 20.前記測定ピークを関数により自動的に検出することを特徴とする請求項1 乃至19のいずれか1項記載の方法。 21.測定信号の適切な部分を用いて求値することを特徴とする請求項1乃至2 0のいずれか1項記載の方法。 22.前記適切な測定信号部分の最小ならびに最大値を検出し、また両値の温度 差および/または温度商を前記熱輻射に限らず前記熱伝導にもまた前記弱化熱伝 導にも同様に決定することを特徴とする請求項1乃至21のいずれか1項記載の 方法。 23.前記温度差および/または温度商の形成のため、ヒトの身体から輻射し、 前記検出器の接触面を介して伝達される熱を、前記検出器ケーシング内とケーシ ング上で前記温度輻射、前記熱伝導および前記弱化熱伝導のため完全に、特定的 にあるいは選択的に測定し、そして記録することを特徴とする請求項1乃至22 のいずれか1項記載の方法。 24.ヒトの身体から輻射し、また別々に放射する熱をその異なる性質により、 波長によるかあるいは周波数により選別することを特徴とする請求項1乃至23 のいずれか1項記載の方法。 25.フーリエ変換法を数学的求値に利用することを特徴とする請求項1乃至2 4のいずれか1項記載の方法。 26.前記請求項10記載の熱輻射と、積分される1つもしくは1つ以上の特定 周波数間隔と互いに関係なく、また別々に互いに従属して、数学的に適した方法 で別々に事前処理、例えば時間により微分するかあるいは積分するかした求値の ため連結することを特徴とする請求項1乃至25のいずれか1項記載の方法。 27.波長が3乃至30μmの範囲にある前記熱輻射を測定することを特徴とす る請求項1乃至26のいずれか1項記載の方法。 28.感応度を固定化手順を用い改善することを特徴とする請求項1乃至27の いずれか1項記載の方法。 29.信号振幅が1μV乃至19mVの範囲内にあることを特徴とする請求項2 8記載の方法。 30.信号対雑音比を1000の係数だけ上げることを特徴とする請求項28記 載の方法。 31.熱輻射と熱伝導の検出器としてゲルマニウムもしくは珪素のような半導体 材料を用いることを特徴とする請求項1乃至30のいずれか1項記載の方法。 32.前記検出器として焦電検出器を熱輻射と熱伝導に対し用いることを特徴と する請求項1乃至30のいずれか1項記載の方法。 33.熱伝導性の値がゼロより大きいすべての固状液体およびガスを熱輻射と熱 伝導のレシーバーとして用いることを特徴とする請求項1乃至30のいずれか1 項記載の方法。 34.ヒトの身体とマイクロ波輻射の間の相互作用を活用することを特徴とする 請求項1乃至33のいずれか1項記載の方法。 35.ヒトの身体との間の熱相互作用を無侵襲性、物理的、電子的に決定するた めの検出器において、少くとも1つの温度測定素子と、それぞれの電子制御、測 定、求値ならびに読出しユニットとを設けることを特徴とする装置。 36.少くとも1つの検出器を設けて、ヒトの身体の決められた部分と別々に全 身体からの熱輻射の測定をすることを特徴とする請求項35記載の装置。 37.少くとも1つもしくは多数の温度測定素子を設けて、それを前記身体から 熱輻射により放射される熱の量を無接触方法で測定することと別々に、身体から 熱伝導と対流により輻射される熱の量を接触測定により測定をするような方法で 幾何学的に配置することを特徴とする請求項35または36記載の装置。 38.熱輻射、熱伝導もしくは弱化熱伝導のいずれか、もしくはその2つと別々 に、3つの測定値を選択的に検出する少くとも1つの前記温度測定素子をサーモ グラフィーに用いることを特徴とする請求項35乃至37のいずれか1項記載の 装置。 39.規定の長さと規定の断面をもち、公知の物性、詳しくは前記弱化熱伝導検 出の目的に役立つ適する熱係数を備える電気絶縁材料で構成された円筒形状のロ ッドを有すること特徴とする請求項35乃至38のいずれか1項記載の装置。 40.前記弱化熱伝導検出の目的に役立つ適した変化する熱係数の材料で構成さ れた無作為の不規則な形状の1つもしくは多数の部品を特徴とする請求項35乃 至39のいずれか1項記載の装置。 41.少くとも1つの接触面と別々に接触点をヒトの身体と検出器から輻射する 熱の往復伝送に設けることを特徴とする請求項35乃至40のいずれか1項記載 の装置。 42.少くとも2つの検出器を保持ユニット内で相対する開口方向に前記同一の 被検個人の2つの部分、例えば手の2指を逐次もしくは同時に同期に検出するよ うな方法で配置することを特徴とする請求項35乃至41のいずれか1項記載の 装置。 43.2つ以上の温度測定素子に、熱輻射検出用に配置された第1の素子と、熱 伝導検出用に配置された第2の素子とを配設し、前記第1の素子に極めて接近し ても前記熱輻射の届かない空間的に配置することを特徴とする請求項35乃至4 2のいずれか1項記載の装置。 44.熱輻射測定用に配設された前記温度測定素子に隣接して、もう1つの温度 測定素子を熱線に直線暴露させない方法で配置することを特徴とする請求項35 乃至43の装置。 45.前記温度測定素子に無作為の不規則な形状の積分ユニットを備えて熱輻射 用に配設することを特徴とする請求項35乃至44のいずれか1項記載の装置。 46.接触測定用の1つもしくは1つ以上の温度測定素子を不規則な無作為に付 形した装置、例えば高熱抵抗をもつ材料製の円筒形状に形成されたロッドに取付 け、また前記検出器ヘッドを高熱係数をもつ材料で構成することを特徴とする請 求項35乃至45のいずれか1項記載の装置。 47.円形、長方形もしくは無作為の不規則の形状をもつ開口部を備えて、規定 の身体表面に予見される許容差内に再現自在に配置できることを特徴とする請求 項35乃至46のいずれか1項記載の装置。 48.前記検出器ヘッドを熱輻射積分中空体、例えばウルブリヒトプローブの形 状に設計できることを特徴とする請求項35乃至47のいずれか1項記載の装置 。 49.前記熱輻射積分中空体を無作為に不規則にできる形状の保持ユニットに取 付けることを特徴とする請求項48記載の装置。 50.少くとも1つの温度測定素子と別々に検出器を前記積分ユニットの内側も しくはその上、あるいは外部に取付けることを特徴とする請求項35乃至49の いずれか1項記載の装置。 51.規定の大きさの少くとも1つのフィルターをヒトの身体と前記温度測定素 子の間に配設することを特徴とする請求項35乃至50のいずれか1項記載の装 置。 52.前記フィルターが特定の波長内で吸収性、反射性もしくは透過性があるこ とを特徴とする請求項35乃至51のいずれか1項記載の装置。 53.前記装置が熱輻射の熱電検出用の1つもしくは多数の光学レンズで構成さ れた結像系を備えることを特徴とする請求項35乃至51のいずれか1項記載の 装置。 54.前記結像系を規定の周波数窓と反射防止コーティングを備えるレンズで構 成することを特徴とする請求項53記載の装置。 55.前記結像系を、異なる熱特性、例えば熱係数と熱容量をもつ適する他の材 料製の部品の組合わせからなる保持ユニットに配置することを特徴とする請求項 53記載の装置。 56.前記結像系の前記保持ユニットの様々な部品の寸法と配置を、ヒトの身体 から前記結像系の部材へ、また前記検出器それ自体への対流による熱伝達を極小 化し、また均質温度分布が前記結像系内に定着するような方法で必要な大きさに することを特徴とする請求項53記載の装置。 57.電気および/または電磁レンズの系を配置することを特徴とする請求項3 5乃至56のいずれか1項記載の装置。 58.光学部材、例えば珪素円盤もしくはゲルマニウム円盤に反射防止手段を施 すことを特徴とする請求項35乃至58のいずれか1項記載の装置。 59.熱電検出器、例えば好温菌をヒトの身体と前記検出器との間の熱相互作用 の測定に用いることを特徴とする請求項35乃至58のいずれか1項記載の装置 。 60.前記検出器をマイクロ波輻射に限らずマイクロ波と赤外線輻射との複合検 出用にも同様に設計することを特徴とする請求項35乃至59のいずれか1項記 載の装置。 61.磁気システムも前記検出器に選択的に組込むことを特徴とする請求項35 乃至60のいずれか1項記載の装置 62.前記検出器ケーシングに真空と別々に前記検出器ケーシングを通って流れ る空気もしくは不活性ガスが入っていることを特徴とする請求項35乃至61の いずれか1項記載の装置。 63.前記システムに被検個人の脈拍もしくは心拍数の測定装置を設けることを 特徴とする請求項35乃至52のいずれか1項記載の装置。 64.前記検出器を医療用途に用いることと、前記検出器が医療用装置の規制に 一致することを特徴とする請求項35乃至64のいずれか1項記載の装置。
JP8503625A 1994-07-06 1995-07-06 人体と検出器の間の熱交換ならびに人血中のグルコーゼ濃度とのその相関を検知する方法と装置 Pending JPH10503944A (ja)

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