(57)【要約】      （修正有）【課題】採血を必要とせず人体の温度変化から血糖値を測定する非侵襲型血糖値計測装置を提供する。【解決手段】健常者が生活中に気軽に使えるよう、小形な血糖値計測装置を実現する。人体が血糖値を消費する際、体表面上で熱放散を起こす事象を使った、独自の非侵襲型血糖値計測装置を提案する。従来は、血中酸素濃度や血中酸素供給量のパラメータなどが必要であったが、本提案技術では、事前にそれらの差異を吸収できるよう、事前に調整パラメータのテーブルを用意し、センサ側に各種パラメータの記憶部を用意することで、小型・簡易化に成功した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体表面に由来する温度を測定し、前記体表面からの熱放散に関する対流熱量と放射熱量の算出に用いる情報を得る熱量測定部と、既存血液検査キット・機器で別途採取したユーザの起床時血糖値と生活中血糖値を記憶した記憶部と、前記熱量測定部及び前記記憶部に入力・記憶された複数のパラメータからＭＨＣ理論をベースにした線形回帰分析から求められた式を元にユーザの血糖値を推定する血糖値推定部を持った機能を持つ、血糖値計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の血糖値測定装置において、前記熱量測定部は、環境温度及び周囲の気温を測定する環境温度測定部と、身体の一部を接触させることで人体表面から発せられている温度を測定する２つの独立した温度測定センサを備えた血糖値測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の血糖値測定装置において、前記熱量測定部の二つのセンサはそれぞれ物理的に一定の距離を保って配置され、互いの計測時に影響を及ぼし合わないように調整された血糖値計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３記載の血糖値測定装置で前記測定された熱量を、事前に用意した年齢ごとの血糖値と熱量の関係式にあてはめ、血糖値を推定する機能に対応した熱量測定部と血糖値推定部を持つ、血糖値計測装置。
【請求項５】
請求項１〜３記載の血糖値測定装置で前記測定された熱量を、事前に用意した性別ごとの血糖値と熱量の関係式にあてはめ、血糖値を推定する機能に対応した熱量測定部と血糖値推定部を持つ、血糖値計測装置。
【請求項６】
請求項５記載の血糖値測定装置で前記測定された熱量を、事前に用意した年齢・性別ごとの血糖値と熱量の関係式にあてはめ、血糖値を推定する機能に対応し、これらの関係式を記憶部に入力・保存された血液検査結果の値を元に補正する機能に対応した熱量測定部と血糖値推定部と記憶部を持つ、血糖値計測装置。
【請求項７】
請求項６記載の血糖値測定器において、前記推定された血糖値は現在提案される手法と違い（代謝熱・血中酸素濃度・血流量利用型及びレーザによる赤外線分光技術利用型）、酸素供給量・血中酸素濃度のパラメータを必要とせず、熱量測定のみにより推定された血糖値であることを特徴とする血糖値計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、採血を必要とせず人体の血糖値を測定する非侵襲型血糖値計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の指穿（しせん）刺法を用いた血糖値測定方法は痛いだけでなく、針とチップが再利用できないため糖尿病患者の負担となっている。非侵襲的に人体の血糖を測定する血糖測定装置として、人体に可視光や赤外線の光を当て、その透過または反射光のスペクトルを解析するという分光分析装置が知られている。例えば、特開平３−１７３５３５号公報や特開平５−１７６９１７号公報では、近赤外線光を人体に照射し、その透過光の強度を測定することによって人体の血糖値を推定する。また、特開平２−２８６１３２号公報や特開平４−１４４５４５号公報では、低侵襲的に人体の血糖値を測定する方式として、人体から体液をしみ出させて、この体液中の血糖値を測定する方式を利用している。これらは一部の例であり、他にも非侵襲的または低侵襲的に血糖値を測定する装置は各種発明されているが、実際に実用化に至った例は、未だ存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１７３５３５号公報
【特許文献２】特開平５−１７６９１７号公報
【特許文献３】特開平２−２８６１３２号公報
【特許文献４】特開平４−１４４５４５号公報
【特許文献５】特許第３８８４０３６号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｄｉａｂｅｔｅ＆Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｅ，”Ｆａｃｉａｌ  ａｎｄ  ｓｕｂｌｉｎｇｕａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｈａｎｇｅｓ  ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ  ｉｎｔｒａｖｅｎｏｕｓ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｄｉａｂｅｔｉｃｓ”ｂｙ  Ｒ．Ｍ．Ｈｉｌｓｏｎ  ａｎｄ  Ｔ．Ｄ．Ｒ  Ｈｏｃｋａｄａｙ，１９８２．８．１５−１９
【非特許文献２】Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｂｌｏｏｄ  Ｇｌｕｃｏｓｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｚｈａｎｇ，Ｘ．，＆  Ｙｅｏ，Ｊ．Ｈ．，ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．８０４２８１，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  血液中のグルコース（これの値を血糖値という。）は細胞内でグルコース酸化反応に利用され、身体の維持に必要なエネルギーを生産する。特に、生産されたエネルギーの大部分は体温を維持するための熱エネルギーであるため、血糖値と体温との間には関係がある。
実際、Ｈｉｌｓｏｎらによって行われた研究「Ｆａｃｉａｌ  ａｎｄ  Ｓｕｂｌｉｎｇｕａｌ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｈａｎｇｅｓ  Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ  Ｉｎｔｒａｖｅｎｏｕｓ  Ｇｌｕｃｏｓｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｄｉａｂｅｔｅｓ」では、人体にブドウ糖を注射して２分以内に皮膚（頬）の温度変化を確認している。しかし、現在これらの研究（Ｈｉｌｓｏｎら・Ｚｈａｎｇらの研究）で証明されているのは、皮膚の温度変化を加味することで近赤外分光法による血糖値推定の精度が向上するということだけである。現状のままでは、非侵襲型血糖値計測装置がレーザ光と温度センサを必要とし、計測装置の簡単化が難しく、生活利用にハードルが残る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  この発明の血糖値計測装置は、非侵襲の血糖値を計測するものであり、起床時血糖値と生活中血糖値やユーザの性別や年齢などを記憶する記憶部と、身体の熱放散を捉える熱量測定部、熱量測定部から入力された情報をもとに血糖値を算出し、記憶部に記憶されたパラメータから算出された血糖値を補正する機能を持つ測定装置である。
血糖は血管系、特に毛細血管によって全身の細胞に供給されている。人体には複雑かつ多様な代謝伝達経路を内包しているが、グルコース（血糖）の酸化とは、すなわち血糖と酸素が反応し、水と二酸化炭素がエネルギーを生産することである。この酸素とは、血液から細胞へ供給される酸素である。また、一方でグルコース酸化によって人体が発した熱は、人体の熱熱放散と表せる。熱放散は一般的に、対流熱量と放射熱量のみで表すことが可能である。【０００７】  実際に特許第３８８４０３６号の提案では、以下のモデルが提案されている。
（１）熱放散量は血糖値と血中内の酸素供給量の関数で表せる。
（２）酸素供給量は血中ヘモグロビン濃度と血中ヘモグロビン酸素飽和度と、毛細血管内の血流量によって決まる。
（３）熱放散量は、主に対流熱と放射熱によって定まる。
このモデルに従い、体表を熱測定し、同時に血液中の酸素濃度に関するパラメータを測定し、これらの測定結果を用いて血糖値を高精度に求めることができることが証明されている。この一例として、上記パラメータを求めるための測定は、人体の一部、指先が挙げられている。対流・放射熱に関しては熱測定で求められる。血中ヘモグロビン濃度及び血中ヘモグロビン酸素飽和度は血液中のヘモグロビンを分光学的に測定し、酸素と結合しているヘモグロビンの濃度比率を求めることで分かる。【０００８】  しかし、特許第３８８４０３６号の手法では構成上、必ず２波長以上の光を用いる光学測定部が必要となり、ハードウェアの小型化が難しくなる。我々は血糖値計測を、温度センサなどの簡易な物のみで実現できないかを考えた。そこで、以下のような実験をし、結果を解析した。
□  実験概要
１．被験者に室内に入ってもらう
２．室内の気温を測定
３．皮膚温・体温の測定
４．熱放散量（放射熱・対流熱）などの算出を行う
５．既存の侵襲型自己血糖測定器で血糖値を測定する
４について、放射熱はステファンボルツマンの理論より表面温度の４乗に比例すること、対流熱は熱伝達係数（人体皮膚の場合４〜５）と表面温度と気温の差分の積となることが分かっているので、数１と数２の式で導出できる。【０００９】
【数１】
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【数２】
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【００１０】  今回、１人の被験者に対して８回の実験を行い、結果をまとめた。表１は実験時に取れた血糖値の一覧を表している。部屋の気温はエアコンを利用し、２８度に保ち、赤外線温度計で皮膚温度を測定した。取得できた血糖値を目的変数、対流熱・放射熱を説明変数として線形回帰分析を行うことで数３の式を得た。
【表１】
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【００１１】
【数３】
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【００１２】  数３の式を対象に、血糖値計測精度を調べるためＥＧＡ解析を行うと、図４の結果を得た。表２は実際の血糖値と数３の式から推定した血糖値の一覧を、図２はＥＧＡ解析の結果をそれぞれ表したものである。ＥＧＡ解析とは、開発した血糖値測定装置の精度を調べるための国際的手法である。図３のゾーンＡは臨床用途でも利用可能、ゾーンＢは許容誤差内となっている。このため、数３の式を使えば血中酸素飽和度・酸素供給量を必要とせず、高精度で血糖値が求められる。
【表２】
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【００１３】  また、数３の式から推定された血糖値は、ユーザが定期的に血液検査等を行い、その結果を使うことで補正を行うことができる。例として、数３の式を使い起床時の血糖値が「９５」と出て、血液検査の結果で血糖値が「９２」とする。その際の温度と皮膚温・及び結果の値から計測値に対して「＋３」の誤差があることが分かる。以降の計測ではそれを加味することでより高い精度を実現できる。【００１４】  加えて、人体の熱放散は年齢や性別ごとに差が出る。そのため、熱放散のモデルを年齢及び性別ごとに立て、線形回帰分析をして数式を別々に算出しておく。これらを記憶し、ユーザに合わせて利用する式を切り替えることで常に最良の結果を得ることができる。【００１５】  さらに、前記の血液検査の結果や年齢・性別による補正手段は両方同時に利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の理論を用いた非侵襲型血糖値測定装置の構成図
【図２】ＥＧＡ分析の結果
【図３】血糖値測定のＰＡＤ図
【図４】処理結果表示方法
【発明を実施するための形態】
【００１７】  次に、本発明の原理にしたがって非侵襲血糖値測定を実現する具体的な装置構成について説明する。
【００１８】  図１は本発明で提案する非侵襲型血糖値計測装置の構成図を示している。装置には気温や指先からの熱放散を測定する熱量測定部（気温を測定するセンサと熱放散を測定するセンサは別）とユーザの起床時血糖値や性別・年齢を記憶する情報記憶部が存在する。
【００１９】  本発明で提案する実施形態（図１参照）では、記憶部・血糖値推定部と熱量測定部がそれぞれ２つのハードウェアに分割して実現している。本形態では、前記記憶部・血糖値推定部をスマートフォンに、熱量測定部を小形マイコンボードに実装して実現している。
また、小形マイコンボード側には、熱量測定部で測定した情報やスマートフォンからの通信を無線通信で送受信できる情報通信部を備えている。
【００２０】  前記熱量測定部は、気温を測定するセンサとユーザの熱放散を捉えるセンサも別々になっている。ユーザには熱放散を取得するセンサ（図１，Ｓ１参照）に指先を接触してもらうことで血糖値測定を行う。
【００２１】  図３に本提案の血糖値計測における、小形マイコンボード／スマートフォン側での処理フローを示す。
【００２２】  ユーザは最初、血糖値を測定する前に年齢・性別、普段の血糖値等をスマートフォンから入力を行う。後、気温計測の間（１〜１０秒程度）待機してもらう。気温計測が完了した後、指先を熱放散取得センサに置いてもらって３０秒ほどで人体の熱放散を取得する。
取得した気温・熱放散を本発明で提案した数１〜３の式に代入し、血糖値を推定する。その際には情報記憶部に入力・記憶されている情報を使って、推定された血糖値の補正処理を行う。
【００２３】  また、前記の各処理ごとに、情報通信部は通信を行い、スマートフォン側に通知を行う。スマートフォンでは通知の内容に合わせて、画面・音声を行いユーザに処理の結果を表示する。
【００２４】  熱放散の測定には、指先以外の体表面も利用可能である。温度安定性が高く、計測に適した箇所として耳たぶ・前腕部・手首などの皮膚が例として上げられる。
【符号の説明】
【００２５】  以下、図２内の符号を説明する。
Ａ：推定された血糖値は、実際の値から±２０％（高精度）
Ｂ：推定された血糖値は、２０％〜３０％程度の差を持つ（許容誤差範囲内）
Ｃ：推定された血糖値は問題のある精度と判断される
Ｄ：検査に失敗している、もしくは実際にはありえない値（７０以下など）
Ｅ：血糖値管理に重大な問題を起こしかねない【００２６】  以下、図３内の符号を説明する。
Ｄ１：初期プログラムの起動
Ｄ２：回路の動作試験プログラム
Ｄ３：温度センサによる、周囲の気温測定を行う
Ｄ４：通信部を利用し、指を置く指示をスマートフォンにさせるよう指示を行う
Ｄ５：指先の温度を３０〜６０秒測定し続ける
Ｄ６：温度センサの測定値などを通信部でスマートフォンに送信する【００２７】  以下、図４内の符号を説明する。
Ｓ１：初期プログラムの起動
Ｓ２：小形マイコンボードと通信中なら処理を継続する
Ｓ３，４：受信データが数値なら、記録を行う。違うならば、ユーザに画面通知を
Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７：記録した値から熱放散・血糖値を求め、その後画面通知を。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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