CN1947653A - 代谢量测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明根据生理参数测定来进行代谢量测定。通过测定生理参数并使用考虑了身体热平衡的代谢量计算式来简便地算出代谢量。

Description

代谢量测定装置

技术领域

本发明涉及不采血地测定活体中的多个生理参数，并从多个生理参数算出代谢量的代谢量测定装置。

背景技术

代谢的测定有多种方法。其中，间接热量测定是不直接测定代谢量而测定为产生该代谢量所消耗的氧量的方法。在间接热量测定中，有在人的脸上覆盖面罩以提取呼吸的空气并测定氧及二氧化碳的消耗量的开放线路系统的间接热量测定方法。虽然该方法在测定运动时和安静时的代谢量变化等的情况下使用，但由于难以长时间戴面罩，所以仅限于短时间的代谢量测定。为了测定更长时间的代谢量，具有进入密封的室内并测定在那里消耗的氧及二氧化碳产生量的闭合线路系统的间接热量测定方法。该方法可测定安静时和睡眠时等的代谢量，由于对人的负担小所以可进行长时间测定。另外，还有下述方法：通过饮下含对人体无害的氢和氧的稳定同位素的水并测定稳定同位素排泄到尿中的经过，从而测定其间的能量消耗量。在该测定中，将测定人的日常生活中的平均能量消耗量。此外，在专利文献1-日本特开2004-329542号公报中公开了利用与来自体表的多个温度和血氧量相对应的参数和血糖值之间的关系来算出血糖值的方法。

在代谢量的测定时，过去，只有大规模的装置，而没有个人在日常生活中能简单地进行测定的装置。

发明内容

本发明的目的是提供个人能在家中简便地进行代谢量测定的方法及装置。

由代谢所产生的热量的大部分消耗于维持体温，剩余的热量散发到体外。即，由代谢所产生的热量(产生热量)等于储存到体内的热量(蓄热量)和散发到体外的热量(散热量)之和。从这种人体的热控制机理，可根据蓄热量和散热量来算出代谢量。

本发明的代谢量测定装置其具备：测定环境温度的环境温度测定器；测定来自被测定体体表上的第一部位的温度的第一部位温度测定器；摄取与上述被测定体的上述第一部位不同位置的第二部位的温度的第二部位温度摄取部；取得与上述第一部位的血流量相关的信息的血流量取得部；存储上述环境温度、来自上述第一部位的温度、上述第二部位的温度及上述血流量与代谢量之间的关系的存储部；运算部，其将由上述环境温度测定器测定到的环境温度、由上述第一部位温度测定器测定到的第一部位温度、由上述第二部位温度摄取部摄取到的第二部位温度和由上述血流量取得部取得的血流量运用于存储在上述存储部中的上述关系中来运算代谢量；显示由上述运算部运算得到的结果的显示部。

另外，本发明的代谢量测定装置具备：测定环境温度的环境温度测定器；与体表第一部位接触的体表接触部；与上述体表接触部接触且一端开口的筒状部件；设于上述筒状部件的另一端的附近，测定来自上述第一部位的辐射热的辐射温度计；取得与上述第一部位的血流量相关的信息的血流量取得部；朝向上述筒状部件的上述一端，且照射至少两个不同波长的光的光源；检测与上述体表相互作用的光的光检测器；摄取与上述体表的上述第一部位不同部位的第二部位的温度的第二部位温度摄取部；运算部，其将由上述环境温度测定器测定到的环境温度、由上述辐射温度计测定到的第一部位温度、由上述第二部位温度摄取部摄取到的第二部位温度、由上述血流量取得部取得的血流量及由上述光检测器测定得到的光检测结果运用于与预先存储的与代谢量之间的关系中来运算代谢量；显示从上述运算部输出的结果的显示部。

第二部位温度摄取部可为体温计，且将体温计的输出供给运算部。另外，第二部位温度摄取部可以具有用于将体温数值输入的操作部。第一部位温度测定器可具有手指放置部、测定来源于放置于手指放置部的手指的第一部位的确温度的温度传感器。

根据本发明，可得到简易的代谢量测定装置。

附图说明

图1是表示各种传感器的测定值与从其导出的参数之间关系的说明图。

图2是本发明的代谢计量器的俯视图。

图3是本发明的代谢计量器的俯视图。

图4是表示数值的输入操作图。

图5是表示装置的操作顺序图。

图6是测定部的详情图。

图7是表示装置内的数据处理流程的概念图。

图8是表示装置内的数据保存位置的概念图。

图9是本发明的代谢量计算值和用现有方法测定的代谢量的曲线图。

图10是本发明的葡萄糖浓度的计算值和用酶电极法的葡萄糖浓度的测定值的曲线图。

具体实施方式

根据人体的热控制机理的原理，因为由代谢所产生的热量(产生热量)等于蓄积在体内的热量(蓄热量)和散发到体外的热量(散热量)之和，所以下式成立。

(整个身体的代谢量[产生热量])＝(整个身体的蓄热量)+(整个身体的散热量)                            (1)

若设身体的部位r_i处的体内温度为T、身体的部位r_i处的组织温度为T_T、身体的部位r_i处的热容量为α_i，则整个身体的蓄热量为身体各部位的蓄热量的总和，且可由下式表示。

数学式1

整个身体的蓄热量＝∑_iα_i{T(r_i)-T_T(r_i)}                (2)

虽然式(2)处理了各身体部位的量，但使用身体深部的动脉血温度T_a作为代表身体内部温度的有效值，且使用体温T_c作为代表身体组织温度的有效值。此外，对于热容量，用α作为代表整个身体热容量的有效值。该α为由各个人的身体组成、密度及体重等所确定的值。由以上整个身体的蓄热量可由下式表示。

整个身体的蓄热量＝α(T_a-T_c)                        (3)

而且，虽然散热通常由传导、辐射、对流及蒸发几种方式，但是传导和辐射在人穿着衣服的状态下所散发的热量很小而可以忽略。如果假定为对室内状态进行控制使其为不出汗的温度时，则蒸发也可忽略。因此，如果只考虑体表和空气间的对流所产生的散热，且如果设身体的表面部位r_j处的皮肤温度为T_s、与身体的表面部位r_j接触的外部温度为T_OUT、身体的表面部位r_j处的对流导热率为β_j，则整个身体的散热量为从身体表面部位的散热量的总和，且可由下式表示。

数学式2

整个身体的散热量＝∑_jβ_j{T_S(r_j)-T_OUT(r_j)}           (4)

虽然式(4)为处理了各身体部位的量，但使用手指的皮肤温度T_FS作为代表身体的体表温度的有效值，而使用室温T_R作为代表外部温度的有效值。此外，对于对流导热率，用β作为代表整个身体表面部位的对流导热率的有效值。该β为由各个人的表面积及服装等等所确定的值。根据以上，整个身体的散热量可由下式表示。

整个身体的散热量＝β(T_FS-T_R)                        (5)

在本实施例中，之所以使用手指作为代表整个身体的散热的部位，是因为手指对外部温度的变化敏感，皮肤温度和散热量呈现较大的变化，以及由于肌肉少而使局部产生的热量小，能较好地反映整个身体的现象。

根据式(1)、(3)、(5)，整个身体的代谢量可由下式表示。

(整个身体的代谢量[产生热量])＝α(T_a-T_c)+β(T_FS-T_R)   (6)

根据手指的热流保存法则可知，进入手指的热量和从手指散发的热量可认为是平衡的。对于手指的组织，如果设手指深部的动脉温度为T_Fa、手指组织的导热率为λ、手指组织中的血流量为ω_b、血液的比热为c_b、手指表面的对流导热率为κ，则手指的热流保存法则可由下式表示。在该式中，χ为比例系数。

λ(χω_bc_bT_Fa-T_FS)＝κ(T_FS-T_R)                (7)

左边表示从动脉向手指表面的组织的热转移，根据Penn的活体热转移方程式(Pennes，H.H.，“Analysis of tissue and arterial blood temperatures in theresting human forearm”，J.Applied Physiology，1，.93-122，1984)。

这里，手指深部的动脉温度T_Fa和身体深部的动脉血温度T_a成比例，如果假设T_Fa＝σT_a+τ，则式(7)变成如下式(8)。

数学式3

$T_a=\frac{1}{\mathrm{\σ\χ}{c}_b}\{\frac{\mathrm{\κ}}{\mathrm{\λ}}(T_{\mathrm{FS}}-T_R)/{\mathrm{\ω}}_b+T_{\mathrm{FS}}/{\mathrm{\ω}}_b\}-\frac{\mathrm{\τ}}{\mathrm{\σ}}---\left(8\right)$

若将该式(8)代入式(6)中，得到式(9)。

数学式4

$=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\σ\χ}{c}_b}\{\frac{\mathrm{\κ}}{\mathrm{\λ}}(T_{\mathrm{FS}}-T_R)/{\mathrm{\ω}}_b+T_{\mathrm{FS}}/{\mathrm{\ω}}_b\}+\mathrm{\β}(T_{\mathrm{FS}}-T_R)-\mathrm{\α}{T}_c-\frac{\mathrm{\α\τ}}{\mathrm{\σ}}$

$=a(T_{\mathrm{FS}}-T_R)/{\mathrm{\ω}}_b+b{T}_{\mathrm{FS}}/{\mathrm{\ω}}_b+c(T_{\mathrm{FS}}-T_R)+d{T}_c+e---\left(9\right)$

$a=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\σ\χ}{c}_b}\frac{\mathrm{\κ}}{\mathrm{\λ}},$ $b=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\σ\χ}{c}_b},$ c＝β、d＝-α、 $e=-\frac{\mathrm{\α\τ}}{\mathrm{\σ}}$

为使用式(9)，需要确定因人而异的比例系数a-e。因此，可采用测定人的代谢量，并根据式(9)和代谢量测定值利用重回归分析来求各个人的系数的方法。

根据上述模式，通过测定作为代表身体体表温度的有效值的手指表面温度T_FS、室温T_R、作为代表身体组织温度的有效值的体温T_c、血流量ω_b，并使用另外测定的比例系数，便可测定代谢量。虽然这里以指尖作为身体的代表测定点，但也可使用其它的体表。身体的组织温度的代表点为舌下、腋下、直肠等，通过测定与作为代表身体体表温度的有效值的温度测定部位不同部位的温度，可得到与身体内部的组织温度相当的温度。再有，作为代表身体体表温度的有效值的温度测定部位，除手指表面外，也可使用四肢的部位。

另外，由于测定代谢量需要大规模的装置，所以通过使用作为人的能量源的血糖浓度和代谢量的关系，也可求出对应于葡萄糖浓度的代谢量。如果设在身体的部位r_k处由葡萄糖产生热所产生的热量为QG(r_j)、由脂肪及氨基酸等葡萄糖以外的物质产生热所产生的热量为QП(r_j)，则整个身体的代谢量为身体各部位所产生的热量的总和，从而整个身体的代谢量和葡萄糖浓度的关系可由下式表示。

数学式5

(整个身体的代谢量[产生热量])＝∑_k{QG(r_k)+QП(r_k)}        (10)

虽然式(10)处理了身体各部位的热量，但如果假设整个身体的平均细胞内葡萄糖浓度G_c与细胞内的葡萄糖的代谢量成比例，及整个身体的葡萄糖以外的物质的平均细胞内浓度П与细胞内的葡萄糖以外的代谢量成比例，且设比例系数为A、B，则整个身体的代谢量可由下式表示。

整个身体的代谢量＝AG_c+BП            (11)

通过式(9)和式(11)，下式成立。

数学式6

AG_c＝a(T_FS-T_R)/ω_b+bT_FS/ω_b+c(T_FS-T_R)+dT_c+e-BП        (12)

根据上述模式，通过测定作为代表身体的体表温度的有效值的手指表面温度T_FS、室温T_R、作为代表身体组织温度的有效值的体温T_c、血流量ω_b，并使用另外测定的比例系数，便可测定对应于血糖的代谢量AG_c。

而且，在要进一步提高精度的情况下，可考虑组织氧饱和度。由于整个身体的散热量与所使用的氧量成比例，所以G_c+П∞[O₂消耗量]的关系成立。因为组织氧饱和度StO₂与O₂消耗量的意义相同，所以可用下式表示。

StO₂＝a’G_c+b’П            (13)

通过式(12)和式(13)可得式(14)。

数学式7

$\left(\frac{{\mathrm{Ab}}^{\′}-a^{\′}B}{b^{\′}}\right)G_c=a(T_{\mathrm{FS}}-T_R)/{\mathrm{\ω}}_b+b{T}_{\mathrm{FS}}/{\mathrm{\ω}}_b+c(T_{\mathrm{FS}}-T_R)+d{T}_c+e-\frac{B}{b^{\′}}{\mathrm{StO}}_2---\left(14\right)$

根据上述模式，通过测定作为代表身体的体表温度的有效值的手指表面温度T_FS、室温T_R、作为代表身体组织温度的有效值的体温T_c、血流量ω_b、组织氧饱和度StO₂，并使用另外测定的比例系数，可测定作为对应于血糖的代谢量的((ab’-a’b)/b’)G_c。

而且，如果整理式(14)的系数，则成为式(15)，并可算出葡萄糖浓度。

数学式8

G_c＝a(T_FS-T_R)/ω_b+bT_FS/ω_b+c(T_FS-T_R)+dT_c+eStO₂+f    (15)

$a=\left(\frac{b^{\′}}{{\mathrm{ab}}^{\′}-a^{\′}b}\right)\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\σ\χ}{c}_b}\frac{\mathrm{\κ}}{\mathrm{\λ}},b=\left(\frac{b^{\′}}{{\mathrm{ab}}^{\′}-a^{\′}b}\right)\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\σ\χ}{c}_b}$

$c=\left(\frac{b^{\′}}{{\mathrm{ab}}^{\′}-a^{\′}b}\right)\mathrm{\β},d=\left(\frac{b^{\′}}{{\mathrm{ab}}^{\′}-a^{\′}b}\right)\mathrm{\α}$

$e=-\left(\frac{b^{\′}}{{\mathrm{ab}}^{\′}-a^{\′}b}\right)\frac{b}{b^{\′}},f=-\left(\frac{b^{\′}}{{\mathrm{ab}}^{\′}-a^{\′}b}\right)\frac{\mathrm{\α\τ}}{\mathrm{\σ}}$

下面将参照附图说明本发明的实施例。

首先，对于手指表面温度及室温，如果作为一个实例使用测温电阻和测定辐射热的辐射温度计，则可较容易地进行测定。而且，对于体温，可以用使用了测温电阻的电子体温计和使用了辐射温度计的耳式体温计等来比较容易地测定舌下温度、腋下温度、直肠温度及鼓膜温度。血流量作为一个实例，可用利用了多普勒效应的激光血流计来测量，另外，用对手指施加微小热量并测定其温度变化的方式也可测定。组织氧饱和度可用具有求出光学式的氧饱和度功能的脉冲光电血氧计和组织氧饱和度计来无介入地测定。

图1是表示各种传感器的测定值和从其导出的参数之间关系的说明图。使用辐射温度计来测定手指表面温度T_FS，并使用热敏电阻来测定室温T_R。使用与主体连接的或市售的体温计来测定体温T_c。而且，用与血红蛋白的吸收有关的波长来测定光强I并算出血流量ω_b。由手指表面温度T_FS和血流量ω_b来算出与动脉血温度有关的参数。此外，用与血红蛋白的吸收有关的至少两个波长来测定吸光度A₁、A₂，并算出与血红蛋白氧饱和度有关的参数。

图2是本发明的代谢计量器的俯视图。在该装置中，虽然使用指肚的皮肤作为体表，但从测量原理上来说也可使用其它体表。

装置分为测定体温的体温测定部1和测定室温、手指表面温度、血流量及组织氧饱和度的主体部2，且体温测定部1和主体部2由配线部3连接。在本实施例中，虽然做成连接体温测定部1和主体部2，将由体温测定部1所测定的体温数据发送到主体部2，但也可做成使用通常销售的体温计进行测定，并使用主体部2的操作部10来输入该体温数据。而且，也可使用通常销售的装置测量血流量和组织氧饱和度，并使用主体部2的操作部10来输入该血流量和组织氧饱和度数据。图3表示使用一般装置测定体温及血流量的情况下的本发明代谢计量器的俯视图。

体温数据等的输入作为一个实例可在图4所示的画面中进行。在该实例中，显示为规定值36.5℃，在个位用下划线表示以显示为输入对象。这里，使用操作键10b、10c来改变数值。即，在增加所显示的数值的情况下，按操作键10b，而在减小的情况下按操作键10c以输入测定的体温；然后，按操作键10d来确定体温的个位。接着，用同样的操作来输入小数点第一位及第二位以输入体温数据。如果误按操作键10d，则通过按操作键10a可重新输入。

在装置上面设有操作部10、放置作为测定对象的手指的测定部12、显示测定结果、显示装置状态及测定值等的显示部11。操作部10上配置有用于进行装置操作的四个按键10a-10d。测定部12上设有外罩14，如果打开外罩14(图中表示已打开外罩的状态)，则有具备椭圆形边缘的手指放置部13。在手指放置部13中具有辐射温度传感器部的开口端22和光学传感器部30、温度传感器部20。

图5表示装置的操作顺序。按操作部10的键，当装置的电源接通时，则在显示部11上显示“预热”，装置内的电子电路进行预热。同时，检查程序启动并自动检查电子电路。当“预热”结束时，则在显示部11上显示“请放置手指”。若将手指放置于手指放置部13上，则在显示部11上显示递减计数。当递减计数结束时，则在显示部11上显示请拿开手指。当手指从手指放置部13离开时，则在显示部11上显示“数据处理中”。然后，显示部11上便显示与血糖浓度相当的代谢量。这时，所显示的血糖值与日期和时间一起存储于IC卡中。如果读取所显示的代谢量，则按操作部的键。装置在约一分钟后便处于在显示部11上显示等待下次测定的“请放置手指”的状态。

图6是表示了测定部详情的图，图6(a)是俯视图，图6(b)是其沿XX线的剖视图，图6(c)是其沿YY线的剖视图。

首先，说明本发明的代谢计量器所进行的温度测定。将红外线镜头25配置在使红外线穿透手指放置部13上所放置的被测部(手指肚)的装置内部的位置上，在红外线镜头25下方通过红外线透过窗26配置有热电检测器27。此外，热敏电阻23用于测定室温并将放置手指前的温度作为室温。

这样，本实施例的温度传感器部有三个温度传感器，用于测定下面的三种温度。(1)手指辐射温度(热电检测器27)：T_FS，(2)室温(热敏电阻23)：T_R，(3)体温(体温测定部1)：T_c。

其次，说明光学传感器部30。光学传感器部用于测定为求组织氧饱和度所必需的血红蛋白浓度和血红蛋白氧饱和度。为了测定血红蛋白浓度和血红蛋白氧饱和度，需要最少两波长下的吸光度测定，图6(c)表示了用两个光源33、34和一个检测器35来进行两波长测定的构成例子。

两个光纤31、32的端部位于光学传感器部30上。光纤31是光照射用的光纤，光纤32是接收光用的光纤。如图6(c)所示，光纤31连有成为支线的光纤31a、31b，并将两个波长的发光二极管33、34配置在它们的末端。在接收光用光纤32的末端配有光电二极管35。发光二极管33射出波长830nm的光，光电二极管34射出波长780nm的光。使用这两个近红外光来测量氧化及还原血红蛋白的浓度变化，并测量与作为其总和的血液量相对应的总血红蛋白浓度变化。

两个发光二极管33、34分时地发光，将从发光二极管33、34发射的光从光照射用光纤31照射到被检者的手指上。照射到手指上的光由手指的皮肤漫反射，且入射到接收光用光纤32并由光电二极管35检测。当照射到手指上的光由皮肤漫反射时，光通过皮肤进入到组织内部，且被在毛细血管中流动的血液中的血红蛋白吸收。由光电二极管35所测定的测定数据为反射率R，吸光度可近似地由log(1/R)计算。通过对波长830nm和波长780nm的光分别进行照射并分别测定其反射率R，且求出log(1/R)，便可测定波长830nm的吸光度A₁和波长780nm的吸光度A₂。

若设还原型血红蛋白浓度为[Hb]，氧结合型血红蛋白浓度为[HbO₂]，则吸光度A₁和吸光度A₂由下式表示。

数学式9

$A_1=a\×\left(\right[\mathrm{Hb}]\×A_{\mathrm{Hb}}\left(830\mathrm{nm}\right)+[\mathrm{Hb}{O}_2]\×A_{\mathrm{Hb}{O}_2}\left(830\mathrm{nm}\right))$

$=a\×\left(\right[\mathrm{Hb}]+[\mathrm{Hb}{O}_2\left]\right)\×A_{\mathrm{Hb}{O}_2}\left(830\mathrm{nm}\right)$

$A_1=a\×\left(\right[\mathrm{Hb}]\×A_{\mathrm{Hb}}\left(780\mathrm{nm}\right)+[\mathrm{Hb}{O}_2]\×A_{\mathrm{Hb}{O}_2}\left(780\mathrm{nm}\right))$

$=a\×\left(\right[\mathrm{Hb}]+[\mathrm{Hb}{O}_2\left]\right)\×((1-\frac{\left[\mathrm{Hb}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{Hb}\right]+\left[\mathrm{Hb}{O}_2\right]})\×A_{\mathrm{Hb}}\left(780\mathrm{nm}\right)+\frac{\left[\mathrm{Hb}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{Hb}\right]+\left[\mathrm{Hb}{O}_2\right]}{A}_{\mathrm{Hb}{O}_2}\left(780\mathrm{nm}\right))$

                                    …(16)

A_Hb(830nm)和A_Hb(780nm)、A_HbO2(830nm)和A_HbO2(780nm)分别是已知的作为还原型血红蛋白和氧结合型血红蛋白的摩尔吸光系数的各波长。a为比例系数。血红蛋白浓度[Hb]+[HbO₂]、血红蛋白氧饱和度[HbO₂]/([Hb]+[HbO₂])可从上式如下求出。

数学式10

$\left[\mathrm{Hb}\right]+\left[\mathrm{Hb}{O}_2\right]=\frac{A_1}{a\×A_{\mathrm{Hb}{O}_2}\left(830\mathrm{nm}\right)}$

$\frac{\left[\mathrm{Hb}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{Hb}\right]+\left[\mathrm{Hb}{O}_2\right]}=\frac{A_2\×A_{\mathrm{Hb}{O}_2}\left(830\mathrm{nm}\right)-A_1\×A_{\mathrm{Hb}}\left(780\mathrm{nm}\right)}{A_1\×(A_{\mathrm{Hb}{O}_2}\left(780\mathrm{nm}\right)-A_{\mathrm{Hb}}\left(780\mathrm{nm}\right))}---\left(17\right)$

再有，虽然这里说明了通过两波长的吸光度测定来测定血红蛋白浓度和血红蛋白氧饱和度的实例，但通过用三波长以上来测定吸光度还可降低有害成分的影响，提高测定精度。

对于血流量，在同样地由手指所漫反射的光中，可以从发光二极管34的780nm的光的频谱用下式求得。

数学式11

组织血流量k₁∫ωP(ω)dω/I²

                                             (18)

这里，k₁为比例常数、ω为角频率、P(ω)为信号的能谱、I为波长780nm的受光量。

图7是表示装置内的数据处理流程的概念图。在本实例的装置中，具有由体温测定部1、热敏电阻23、热电检测器27和光电二极管35构成的四个传感器。用光电二极管35测定波长830nm的吸光度和波长780nm的吸光度，并将五种测定值输入到装置中。

五种模拟信号分别经过A₁-A₄的放大器，由AD₁-AD₄的模数转换器进行数字转换。从进行了数字转换的值计算五个生理参数(体温、室温、手指表面温度、血流量、组织氧饱和度)。

用这五个生理参数可进行向用于进行最终显示的代谢量的转换计算。图8表示装置的功能方框图。本装置用电池41驱动。由温度传感器及光学传感器构成的传感器部43所测定的信号分别进入与各信号对应地设置的模数转换器44(模数转换器AD₁-AD₄)并被转换成数字信号。作为微处理器45的周围电路有模数转换器AD₁-AD₄、液晶显示器11、RAM42，它们通过各总线46从微处理器45进行存取。而且，按键10a-10d分别与微处理器45连接。微处理器45内装有储存有软件的ROM47。此外，微处理器45可通过按下键10a-10d接收来自外部的指令。

装于微处理器45内的ROM47存储有处理计算所必需的程序。微处理器45内还装有储存血红蛋白氧饱和度的常数的血红蛋白氧饱和度常数储存部48和储存血流量常数的血流量常数储存部29。计算程序在手指的测定结束后，从Hb/O₂常数储存部及血流量常数储存部调用最佳常数并进行计算。此外，处理计算所需的内存区域由同样组装到装置中的RAM42确保。计算处理的结果显示在液晶显示部11。

而且，在本实施例中，虽然在装置内进行代谢量的计算，但也可在IC卡中保存生理参数并用例如其它PC读取IC卡数据以计算代谢量。

在ROM中，作为处理计算所必需的程序构成要素，特别存有用于求代谢量的函数。该函数如下般确定。首先，代谢量由式(9)表示。式(9)中的数a-e根据多个测定数据事先确定。求a-e(a_i(i＝0，1，2，3，4))的顺序如下：

(1)构成表示生理参数和另外测定的代谢量的关系的重回归式。

(2)从由最小平方法所得到的式子求与生理参数相关的标准方程式(联立方程式)。

(3)从标准方程式求系数a_i(i＝1，2，3，4，5)的值，并代入重回归式。

而且，葡萄糖浓度由式(15)表示。式(15)中的数a-f根据多个测定数据事先确定。求a-f(a_i(i＝0，1，2，3，4，5))的顺序可与上述代谢量同样地进行。这里，表示了葡萄糖浓度的实例。

首先，构成表示血糖浓度G_c和生理参数X₁＝(T_FS-T_R)/ω_b、X₂＝T_FS/ω_b、X₃＝(T_FS-T_R)、X₄＝T_c、X₅＝StO₂的关系的以下回归式(19)。

数学式12

C＝f(X₁，X₂，X₃，X₄，X₅)

＝a₀+a₁X₁+a₂X₂+a₃X₃+a₄X₄+a₅X₅          (19)

接着，使用最小平方法来求与由酶电极法所得的血糖浓度测定值G_c间的误差为最小的重回归式。如果设残差的平方和为D，则D由下式(20)表示。

数学式13

$D=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i^2$

$=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(C_i-f(X_{i1},X_{i2},X_{i3},X_{i4},X_{i5}))}^2$

$=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\{C_i-(a_0+a_1{X}_{i1}+a_2{X}_{i2}+a_3{X}_{i3}+a_4{X}_{i4}+a_5{X}_{i5})\}}^2---\left(20\right)$

由于在将式(20)对a₀，a₁，......，a5进行偏微分且为0时残差的平方和D为最小，所以可得下式。

数学式14

$\frac{\∂D}{\∂a_0}=-2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\{C_i-(a_0+a_1{X}_{i1}+a_2{X}_{i2}+a_3{X}_{i3}+a_4{X}_{i4}+a_5{X}_{i5})\}=0$

$\frac{\∂D}{\∂a_1}=-2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{i1}\{C_i-(a_0+a_1{X}_{i1}+a_2{X}_{i2}+a_3{X}_{i3}+a_4{X}_{i4}+a_5{X}_{i5})\}=0$

$\frac{\∂D}{\∂a_2}=-2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{i2}\{C_i-(a_0+a_1{X}_{i1}+a_2{X}_{i2}+a_3{X}_{i3}+a_4{X}_{i4}+a_5{X}_{i5})\}=0$

$\frac{\∂D}{\∂a_3}=-2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{i3}\{C_i-(a_0+a_1{X}_{i1}+a_2{X}_{i2}+a_3{X}_{i3}+a_4{X}_{i4}+a_5{X}_{i5})\}=0$

$\frac{\∂D}{\∂a_4}=-2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{i4}\{C_i-(a_0+a_1{X}_{i1}+a_2{X}_{i2}+a_3{X}_{i3}+a_4{X}_{i4}+a_5{X}_{i5})\}=0$

$\frac{\∂D}{\∂a_5}=-2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{i5}\{C_i-(a_0+a_1{X}_{i1}+a_2{X}_{i2}+a_3{X}_{i3}+a_4{X}_{i4}+a_5{X}_{i5})\}=0---\left(21\right)$

若设C、X₁-X₅的平均值为C_mean、X_1mean-X_5mean，由于X_imean＝0(i＝1-5)，所以可从式(19)得到式(22)。

数学式15

a₀＝C_mean-a₁X_1mean-a₂X_2mean-a₃X_3mean-a₄X_4mean-a₅X_5mean

  ＝C_mean                                                (22)

而且，标准化参数间的变动及共变由式(23)表示，标准化参数X_i(i＝1-5)和C的共变由式(24)表示。

数学式16

$S_{\mathrm{ij}}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(X_{\mathrm{ki}}-X_{\mathrm{imean}})(X_{\mathrm{kj}}-X_{\mathrm{jmean}})=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{\mathrm{ki}}{X}_{\mathrm{kj}},(i,j=\mathrm{1,2},...5)---\left(23\right)$

$S_{\mathrm{iC}}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(X_{\mathrm{ki}}-X_{\mathrm{imean}})(C_k-C_{\mathrm{mean}})=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{\mathrm{ki}}(C_k-C_{\mathrm{mean}}),(i,j=\mathrm{1,2},...5)---\left(24\right)$

如果将式(22)、(23)、(24)代入式(21)并整理，可得下面的联立方程式(标准方程式)(25)，对其进行求解以求a₁-a₅。

数学式17

a₁S₁₁+a₂S₁₂+a₃S₁₃+a₄S₁₄+a₅S₁₅＝S_1C

a₁S₂₁+a₂S₂₂+a₃S₂₃+a₄S₂₄+a₅S₂₅＝S_2C

a₁S₃₁+a₂S₃₂+a₃S₃₃+a₄S₃₄+a₅S₃₅＝S_3C

a₁S₄₁+a₂S₄₂+a₃S₄₃+a₄S₄₄+a₅S₄₅＝S_4C

a₁S₅₁+a₂S₅₂+a₃S₅₃+a₄S₅₄+a₅S₅₅＝S_5C                (25)

常数项a₀用式(22)求出。由以上求得的a_i(i＝0，1，2，3，4，5)在装置制造时储存到ROM中。在由装置所进行的实际测定中，通过将从测定值求得的标准化参数X₁-X₅代入到回归式(19)中，便可算出葡萄糖浓度。另外，a_i(i＝0，1，2，3，4，5)也可以不是在装置制造时，而是储存在销售后使用的每个人所购得的IC卡中。

下面，表示代谢量的算出过程的具体例子。根据预先对多人进行测定的多个数据来确定式(9)的系数，将下述的代谢量的计算式储存在微处理器的ROM中。

数学式18

代谢量＝13415-308T_c-31(T_FS-T_R)+38(T_FS-T_R)/ω_b-6.4T_FS/ω_b

作为测定值的一个实例，将测定数据T_c＝36.45、T_FS-T_R＝7.80、(T_FS-T_R)/ω_b＝13.11、T_FS/ω_b＝54.03代入上式时，则为8.8kJ。这时的由闭合电路系统的间接热量测定法所得的代谢量为8.7kJ。另外，将由闭合电路系统的间接热量测定法所得的代谢量为8.2kJ时的测定数据T_c＝36.99、T_FS-T_R＝6.76、(T_FS-T_R)/ω_b＝7.68、T_FS/ω_b＝35.41代入上式，则为7.9kJ。

图9是将纵轴作为由本发明方法所得的代谢量算出值，将横轴作为由闭合电路系统的间接热量测定法所得的代谢量的测定值，对多个被测者描绘各自的测定值的图。通过按照本法测定人的体温、手指温度、血流量并算出代谢量，便可得到良好的相关性(相关系数＝0.82)。

下面表示葡萄糖浓度的算出过程的具体例子。根据预先对多人测定的多个数据来确定式(15)的系数，并将下述葡萄糖浓度的计算式储存在微处理器的ROM中。

数学式19

G_c＝2256.8-54.4T_c+8.7(T_FS-T_R)-4.95(T_FS-T_R)/ω_b-0.7T_FS/ω_b-182.3StO₂

作为测定值的一个实例，将测定数据T_c＝36.45、T_FS-T_R＝7.80、(T_FS-T_R)/ω_b＝13.11、T_FS/ω_b＝54.03、StO₂＝0.72代入上式，则为148.1mg/dl。这时血糖浓度为178.6mg/dl。另外，将血糖浓度为203.4mg/dl时的测定数据T_c＝36.52、T_FS-T_R＝7.81、(T_FS-T_R)/ω_b＝11.30、T_FS/ω_b＝46.51、StO₂＝0.49代入上式，则为201.5mg/dl。

图10是将纵轴作为由本发明方法所得的葡萄糖浓度的算出值，将横轴作为由酶电极法所得的葡萄糖浓度的测定值并对多个被测者描绘各自的测定值的图。通过按照本法测定人的体温、手指温度、供氧量及血流量并算出葡萄糖浓度，便可得到良好的相关性(相关系数＝0.84)。

而且，若将算出的葡萄糖浓度乘以式(11)的系数A，则可算出对应于血糖浓度的代谢量。

虽然在实施例中求出了对应于葡萄糖浓度的代谢量，但是作为葡萄糖以外的物质的代谢量有中性脂肪和/或胆固醇的代谢量，根据这些血中浓度和测定值构成计算式，也可求出对应于中性脂肪及胆固醇浓度的代谢量。

另外，由于与算出的代谢量或葡萄糖浓度或血糖浓度等相对应的代谢量积累的测定值的倾向对健康者和患有动脉硬化或心脏病、耐糖能力异常等代谢病疾病的患者不同，所以这些算出的值还是可用作把握病情的指标。通过将积累的代谢量按时间序列表示，则可容易地判断其倾向。

Claims (17)

1.一种代谢量测定装置，其特征在于，具备：

测定环境温度的环境温度测定器；

测定来自被测定体体表上的第一部位的温度的第一部位温度测定器；

摄取与上述被测定体的上述第一部位不同位置的第二部位的温度的第二部位温度摄取部；

取得与上述第一部位的血流量相关的信息的血流量取得部；

存储上述环境温度、来自上述第一部位的温度、上述第二部位的温度及上述血流量与代谢量之间的关系的存储部；

运算部，其将由上述环境温度测定器测定到的环境温度、由上述第一部位温度测定器测定到的第一部位温度、由上述第二部位温度摄取部摄取到的第二部位温度和由上述血流量取得部取得的血流量运用于存储在上述存储部中的上述关系中来运算代谢量；

显示由上述运算部运算得到的结果的显示部。

2.根据权利要求1所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述第二部位温度摄取部由体温计构成，上述体温计的输出供给上述运算部。

3.根据权利要求1所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述第二部位温度摄取部具有用于以数值方式输入体温的操作部。

4.根据权利要求1所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述血流量取得部具有对上述第一部位照射光的光源和测定从上述第一部位漫反射的光的频谱的光测定器。

5.根据权利要求1所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述血流量取得部具有用于以数值方式输入血流量的操作部。

6.根据权利要求1所述的代谢量测定装置，其特征在于：

其还具有取得与上述第一部位的氧饱和度有关的信息的氧饱和度摄取部；上述存储部存储来自上述第一部位的温度、上述第二部位的温度及上述血流量和上述氧饱和度与代谢量之间的关系；上述运算部将由上述环境温度测定器测定到的环境温度、由上述第一部位温度测定器测定到的第一部位温度、由上述第二部位温度摄取部摄取到的第二部位温度、由上述血流量取得部取得的血流量和由上述氧饱和度摄取部取得的氧饱和度运用于存储在上述存储部中的上述关系中来运算代谢量。

7.根据权利要求6所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述氧饱和度摄取部具有：照射至少两个不同波长的光的光源部，检测来自在上述体表散射的上述光源部的光的检测器，根据上述检测器的检测结果运算血红蛋白氧饱和度的运算单元。

8.根据权利要求6所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述氧饱和度摄取部具有用于以数值方式输入氧饱和度的操作部。

9.根据权利要求1所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述第一部位温度测定器具有手指放置部和测定来自放置于上述手指放置部上的手指的上述第一部位的温度的温度传感器。

10.根据权利要求9所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述温度传感器测定来自上述第一部位的辐射温度。

11.一种代谢量测定装置，其特征在于，具备：

测定环境温度的环境温度测定器；

与体表第一部位接触的体表接触部；

与上述体表接触部连接且一端开口的筒状部件；

设于上述筒状部件的另一端的附近，测定来自上述第一部位的辐射热的辐射温度计；

取得与上述第一部位的血流量相关的信息的血流量取得部；

朝向上述筒状部件的上述一端，且照射至少两个不同波长的光的光源；

检测与上述体表相互作用的光的光检测器；

摄取与上述体表的上述第一部位不同部位的第二部位的温度的第二部位温度摄取部；

运算部，其将由上述环境温度测定器测定到的环境温度、由上述辐射温度计测定到的第一部位温度、由上述第二部位温度摄取部摄取到的第二部位温度、由上述血流量取得部取得的血流量及由上述光检测器测定得到的光检测结果运用于与预先存储的与代谢量之间的关系中来运算代谢量；

显示从上述运算部输出的结果的显示部。

12.根据权利要求11所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述第二部位温度摄取部是体温计。

13.根据权利要求11所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述第二部位温度摄取部是用于以数值方式输入体温的操作部。

14.根据权利要求11所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述第一部位是被测定体的四肢部位，上述辐射温度计测定来自上述四肢部位的辐射热。

15.根据权利要求11所述的代谢量测定装置，其特征在于：

具有累积从上述运算部输出的结果的累积部，在上述显示部按时间序列显示上述累积部中所累积的数据。

16.根据权利要求11所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述代谢量是葡萄糖的代谢量。

17.根据权利要求11所述的代谢量测定装置，其特征在于：

上述代谢量是中性脂肪和/或胆固醇的代谢量。

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