特許 6161144 体温調節装置及び体温調節方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6161144

(24)【登録日】2017年6月23日

(45)【発行日】2017年7月12日

(54)【発明の名称】体温調節装置及び体温調節方法

(51)【国際特許分類】

   A61F 7/00 20060101AFI20170703BHJP

【ＦＩ】

   A61F7/00 300

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-126590(P2012-126590)

(22)【出願日】2012年6月1日

(65)【公開番号】特開2013-248293(P2013-248293A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2015年6月1日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度〜平成２４年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「省エネルギー革新技術開発事業／先導研究（事前研究一体型）／快適・省エネヒューマンファクターに基づく個別適合型冷暖房システムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】501257118

【氏名又は名称】特定非営利活動法人ウェアラブル環境情報ネット推進機構

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100113608

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100123319

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 武彦

(72)【発明者】

【氏名】板生 清

【審査官】 今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９９９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９８８２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｆ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体の状態として、心臓の動作に伴う電気信号を検出する状態検出部と、
前記生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整する体温調整動作部と、
前記電気信号の周波数分布を求め、当該周波数分布のうちＶＬＦ（Very low-frequency）の帯域に基づいて体温調整指数を求め、当該体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させる制御部とを備えていることを特徴とする体温調節装置。

【請求項2】

前記ＶＬＦの帯域が、０．０４Ｈｚ未満の帯域であることを特徴とする請求項１に記載の体温調節装置。

【請求項3】

前記体温調整動作部は、前記生体に対して加温および冷却の両方の動作を実行可能であり、外気温に基づいて加熱又は冷却の動作を前記体温調整動作部に実行させることを特徴とする請求項１又は２に記載の体温調節装置。

【請求項4】

生体の状態を検出する状態検出部と、
前記生体の周囲の温度である外気温を測定する温度計と、
前記生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整する体温調整動作部と、
前記状態検出部による前記生体の状態の検出値に基づいて体温調整指数を決定し、体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させる制御部と、
前記体温の調整を行った際の体温調整指数、外気温、及び当該調整によって体温の調整が成功したか否かの判定結果を時刻と共に動作履歴として記憶する記憶部とを備え、
前記制御部が、前記温度計で測定した外気温と一致する前記動作履歴に含まれる外気温と共に記憶された前記体温調整指数であって、所定時間以内に体温の調整が成功した判定結果と共に記憶されている体温調整指数を前記記憶部から読み出し、当該体温調整指数を前記体温調整指数の決定に反映させることを特徴とする体温調節装置。

【請求項5】

生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整する体温調整動作部と、
生体の状態として、前記生体による前記体温調整動作部のオン若しくはオフ又は加熱若
しくは冷却の強度を調整する操作を検出する状態検出部と、
外気温を検出する温度計と、
前記操作を外気温と共に記憶した操作履歴から、前記温度計で検出した外気温と対応する操作を読み出し、当該操作に基づいて体温調整指数を求め、当該体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させる制御部とを備えていることを特徴とする体温調節装置。

【請求項6】

状態検出部が生体の状態として、心臓の動作に伴う電気信号を検出し、
体温調整動作部が、前記生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整し、
制御部が、前記電気信号の周波数分布を求め、当該周波数分布のうちＶＬＦ（Very low-frequency）の帯域に基づいて体温調整指数を求め、当該体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させることを特徴とする体温調節方法。

【請求項7】

状態検出部が生体の状態を検出し、
温度計が前記生体の周囲の温度である外気温を測定し、
体温調整動作部が、前記生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整し、
制御部が、前記状態検出部による前記生体の状態の検出値に基づいて体温調整指数を決定し、体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させ、
記憶部が、前記体温の調整を行った際の体温調整指数、外気温、及び当該調整によって体温の調整が成功したか否かの判定結果を時刻と共に動作履歴として記憶し、
前記制御部が、前記温度計で測定した外気温と一致する前記動作履歴に含まれる外気温と共に記憶された前記体温調整指数であって、所定時間以内に体温の調整が成功した判定結果と共に記憶されている体温調整指数を前記記憶部から読み出し、当該体温調整指数を前記体温調整指数の決定に反映させることを特徴とする体温調節方法。

【請求項8】

体温調整動作部が、生体の状態に基づいて前記生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整し、
状態検出部が生体の状態として、前記生体による前記体温調整動作部のオン若しくはオフ又は加熱若しくは冷却の強度を調整する操作を検出し、
温度計が、外気温を検出し、
制御部が、前記操作を外気温と共に記憶した操作履歴から、前記温度計で検出した外気温と対応する操作を読み出し、当該操作に基づいて体温調整指数を求め、当該体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させることを特徴とする体温調節方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、利用者の体温を調節する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、利用者の体温を調節するシステムとして、利用者の体温を検出する温度センサと、利用者の身体を冷暖する温調部と、温度センサによって検出される利用者の体温に基づいて温調部に利用者の身体を冷暖させる制御部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１０２０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

人の身体は、自律的に恒常性を保つ機能を有している。このため特許文献１等に示される従来の装置で利用者の体温をフィードバック制御しようとすると、利用者が本来持つ恒常性機能と競合してしまい精度良く体温調整を行うことができない。

【0005】

そこで、本発明は、生体の状態に基づいて体温調整指数を求め、この体温調整指数に応じた体温調整を実行することで、適切に体温調整を実行する技術の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採用した。
本発明の体温調節装置は、
生体の状態を検出する状態検出部と、
前記状態検出部で検出した前記生体の状態に基づいて前記生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整する体温調整動作部と、
前記状態検出部による前記生体の状態の検出値に基づいて体温調整指数を求め、体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させる制御部とを備えた。
また、本発明の体温調節方法は、
状態検出部が生体の状態を検出するステップと、
体温調整動作部が、前記状態検出部で検出した前記生体の状態に基づいて前記生体に対して加熱および冷却の少なくとも一方の動作を実行して前記生体の体温を調整するステップと、
制御部が、前記状態検出部による前記生体の状態の検出値に基づいて体温調整指数を求め、体温調整指数に基づいて前記体温調整動作部を動作させるステップとを実行する。
ことを特徴とする体温調節方法。

【0007】

前記生体の状態は、交感神経の活性を示す所定周波数以下の電気信号であっても良い。

【0008】

前記体温調整動作部は、前記利用者に対して加温および冷却の両方の動作を実行可能であり、外気温に基づいて加熱又は冷却の動作を前記体温調整動作部に実行させても良い。

【0009】

前記制御部は、少なくとも前記体温調整動作部の動作を含む動作履歴に基づいて前記体温調整指数を求めても良い。

【0010】

前記制御部は、利用者による操作履歴に基づいて前記体温調整指数を求めても良い。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、生体の状態に基づいて体温調整指数を求め、この体温調整指数に応じた体温調整を実行することで、適切に体温調整を実行する技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１に係る体温調節装置の構成を示す図である。

【図2】センサ装置の外観斜視図である。

【図3】センサ装置の構成を示すブロック図である。

【図4A】本体装置の外観斜視図である。

【図4B】本体装置の外観斜視図である。

【図4C】本体装置の外観斜視図である。

【図5】本体装置の構成を示すブロック図である。

【図6】体温調節装置を用いて利用者の体温を調節する制御の説明図である。

【図7】体温調節装置によるフィードフォワード制御と従来装置によるフィードバック制御の比較例を示す図である。

【図8】フィードフォワード制御に用いる生体信号の説明図である。

【図9】体温調節装置が実行する体温調節方法のフローチャートである。

【図10】生体信号を取得するステップの詳細を示すフローチャートである。

【図11】発汗センサの説明図である。

【図12】生体信号として脳波を測定する場合の説明図である。

【図13】体温調整指数の導出手順の説明図である。

【図14】実施形態２に係る体温調節方法のフローチャートである。

【図15】実施形態３に係る本体装置の概略構成図である。

【図16】実施形態３に係る体温調節方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る体温調節装置について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本体温調節装置は実施形態の構成には限定されない。
〈実施形態１〉
《装置構成》
図１は、本実施形態１に係る体温調節装置の構成を示す図である。図１に示すように、体温調節装置１０は、生体としての利用者（以下単に利用者とも称す）９０の胸部９１に取り付けられるセンサ装置２０と、センサ装置２０と無線で通信可能な本体装置３０とを備えている。

【0014】

図２は、センサ装置２０の外観斜視図である。図２に示すように、センサ装置２０は、裏面２１ａで利用者９０（図１参照。）の胸部９１（図１参照。）に貼り付けられる粘着シート２１と、粘着シート２１の表面２１ｂ側に着脱可能に取り付けられる筐体２２とを備えている。粘着シート２１は、利用者９０の心臓から発せられる起電力を読み取るための図示していない２つの電極が設けられている。これらの電極は、粘着シート２１の表面２１ｂ側に図示していない突起部を有しており、この突起部が筐体２２に形成された図示していない２つの穴にそれぞれ挿し込まれることによって筐体２２と電気的に接続されるとともに筐体２２を粘着シート２１に固定するようになっている。また、これらの電極のうち粘着シート２１の裏面２１ａ側の部分は、利用者９０の胸部９１に貼り付けられる粘着剤であって上述した突起部と電気的に接続された導電性の粘着剤によって形成されていても良いし、上述した突起部の根本が粘着シート２１の裏面２１ａ側に貫通することによって形成されていても良いし、その他の構成によって形成されていても良い。センサ装置２０は、利用者９０に取り付けられるので、小型で軽量のものが望ましい。

【0015】

図３は、センサ装置２０の構成を示すブロック図である。図３に示すように、センサ装置２０は、装置全体を制御するための制御部２２ａと、制御部２２ａによって実行されるプログラムなどが記憶された記憶部２２ｂと、利用者９０（図１参照。）の心臓から発せられる起電力によって生体の異なる部位に生じる電位差を測定する心電計２２ｃと、心電計２２ｃによって測定されたデータを本体装置３０（図１参照。）に無線で送信する送信部２２ｄとを備えている。制御部２２ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ Ｕｎｉｔ）などによって構成されている。記憶部２２ｂは、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などによって構成されている。心電計２２ｃは、利用者９０の心臓
から発せられる起電力によって生体の異なる部位に生じる電位差を、粘着シート２１の上述した電極を介して測定するようになっている。制御部２２ａ、記憶部２２ｂ、心電計２２ｃおよび送信部２２ｄは、筐体２２（図２参照。）の内部に収納されている。また、筐体２２の内部には、制御部２２ａなどに電力を供給するための図示していない電池も収納されている。

【0016】

図４Ａは、本体装置３０の外観斜視図である。図４Ａに示すように、本体装置３０は、内側の面３１ａで利用者９０（図１参照。）の頸部９２（図１参照。）に接触する体温調整動作部としての頸部冷暖部３１を備えている。頸部冷暖部３１は、利用者９０の頸部９２に取り付けられるために略Ｕ字型に形成されており内側に面３１ａを有するＵ字部３１ｂと、Ｕ字部３１ｂの外側の面に複数個取り付けられた四角形のブロックであるペルチェ素子３１ｃと、Ｕ字部３１ｂの内側の面に設けられ利用者９０の頸部９２の温度、即ち利用者９０の体温を測定する頸部温度計３１ｄとを備えている。また、本体装置３０は、一部が頸部冷暖部３１のペルチェ素子３１ｃのうちＵ字部３１ｂ側とは反対側の面に密接して取り付けられて内部に水を循環させるチューブ３２と、頸部冷暖部３１のペルチェ素子３１ｃに接続された電力供給用のケーブル３３と、チューブ３２およびケーブル３３が接続された筐体３４と、筐体３４に接続された電力供給用のケーブル３５と、ケーブル３５が接続された筐体３６とを備えている。頸部冷暖部３１は、利用者９０の体温のうち深部体温を調節するための動作として、利用者９０に対して加温および冷却を実行するようになっている。ペルチェ素子３１ｃは、Ｕ字部３１ｂに接する面と、チューブ３２に接する面とのうち一方が発熱して、他方が吸熱するように、頸部冷暖部３１に配置されている。ペルチェ素子３１ｃのうちＵ字部３１ｂに接する面が発熱するとき、Ｕ字部３１ｂは、ペルチェ素子３１ｃで発生した熱を利用者９０の頸部９２の全周に伝達することによって、利用者９０に対して加温を実行するようになっている。また、ペルチェ素子３１ｃのうちＵ字部３１ｂに接する面が吸熱するとき、Ｕ字部３１ｂは、利用者９０の頸部９２の全周の熱をペルチェ素子３１ｃに伝達することによって、利用者９０に対して冷却を実行するようになっている。筐体３４および筐体３６は、利用者９０が身に付けているベルト９３（図１参照。）に取り付けられるようになっている。筐体３４の内部には、チューブ３２の内部の水を冷却するための図示していないラジエータが収納されている。

【0017】

本体装置３０の構成は、図１，図４Ａの構成に限らず、図４Ｂ，図４Ｃの構成としても良い。図４Ｂ，図４Ｃの例では、頸部冷暖部３１を略Ｃ字型とし、このＣ字型とした開口部を拡げ、利用者９０の頸部９２前方から頸部冷暖部３１を装着する構成とした。即ち、頸部冷暖部３１の開口部が利用者９０の後頭部側に位置し、利用者９０の頸部９２前方にも頸部冷暖部３１のＣ字部３１ｂが位置する。図４Ｂ，図４Ｃの例では、利用者９０の頸部９２前方にもペルチェ素子３１ｃを設けたことにより、利用者９０の頸部９２前方を加温及び冷却でき、頸部９２前方付近を通る顎動脈を介して効果的に深部体温を調節することができる。

【0018】

図５は、本体装置３０の構成を示すブロック図である。図５に示すように、本体装置３０は、頸部冷暖部３１（図４Ａ，図４Ｃ参照。）を構成する上述したペルチェ素子３１ｃ
と、上述したラジエータを冷却するファン３４ａと、チューブ３２（図４参照。）の内部の水を循環させるためのポンプ３４ｂと、装置全体を制御するための制御部３６ａと、制御部３６ａによって実行されるプログラムなどが記憶された記憶部３６ｂと、センサ装置２０（図１参照。）の送信部２２ｄ（図３参照。）によって送信されたデータを無線で受信する受信部３６ｃと、頸部温度計３１ｄと、利用者９０の周囲の環境温度を測定する環境温度計３６ｄと、利用者９０の生理信号を検出する生理信号検出部３６ｅと、体温調節装置１０の暴走を止める稼動状態監視部３６ｆとを備えている。ファン３４ａおよびポンプ３４ｂは、筐体３４（図４参照。）の内部に収納されている。制御部３６ａは、ＣＰＵなどによって構成されている。記憶部３６ｂは、ＲＯＭなどによって構成されている。制御部３６ａ、記憶部３６ｂおよび受信部３６ｃは、筐体３６（図４参照。）の内部に収納されている。また、筐体３６の内部には、制御部３６ａなどに電力を供給するための図示していない電池も収納されている。

【0019】

なお、頸部冷暖部３１の内側の面３１ａの温度がペルチェ素子３１ｃによって下げられるとき、ペルチェ素子３１ｃのうちチューブ３２に接する面の温度は上がる。ここで、制御部３６ａは、頸部冷暖部３１の内側の面３１ａの温度を下げるときに、ファン３４ａおよびポンプ３４ｂにも電圧を供給するようになっている。これによって、チューブ３２の内部の水は、ペルチェ素子３１ｃのうちチューブ３２に接する面と、上述したラジエータとの間をポンプ３４ｂによって循環させられる。その結果、ペルチェ素子３１ｃのうちチューブ３２に接する面に発生した熱は、ペルチェ素子３１ｃのうちチューブ３２に接する面からチューブ３２の内部の水に吸収された後、チューブ３２の内部の水からラジエータを介してファン３４ａによって外気に放出される。したがって、頸部冷暖部３１は、内側の面３１ａによって利用者９０（図１参照。）の頸部９２（図１参照。）を効率的に冷却することができる。

【0020】

また、頸部冷暖部３１の内側の面３１ａの温度がペルチェ素子３１ｃによって上げられるとき、ペルチェ素子３１ｃのうちチューブ３２に接する面の温度は下がる。ここで、制御部３６ａは、頸部冷暖部３１の内側の面３１ａの温度を上げるときに、ファン３４ａおよびポンプ３４ｂにも電圧を供給するようになっている。これによって、チューブ３２の内部の水は、ペルチェ素子３１ｃのうちチューブ３２に接する面と、上述したラジエータとの間をポンプ３４ｂによって循環させられる。その結果、外気の熱は、ファン３４ａによってラジエータを介してチューブ３２の内部の水に吸収された後、チューブ３２の内部の水からペルチェ素子３１ｃのうちチューブ３２に接する面に放出される。したがって、頸部冷暖部３１は、内側の面３１ａによって利用者９０の頸部９２を効率的に加温することができる。

【0021】

生理信号検出部３６ｅは、心臓、肺、血管、汗腺、褐色脂肪細胞などの体温調節に係る効果器の状態を生体信号として検出する。例えば、皮膚表面の湿度や皮膚の電気伝導度を測定して発汗の状態を検出する。センサ装置２０と生理信号検出部３６ｅは、状態検出部の一形態である。

【0022】

稼動状態監視部３６ｆは、頸部冷暖部３１の状態、例えば頸部温度計３１ｄによる計測地やペルチェ素子３１ｃへの電流を監視し、加熱温度や加熱時間、冷却温度、冷却時間等が所定値を超える場合に体温調節装置１０の暴走と判断し、頸部冷暖部３１への電力供給を停止する保護回路である。

【0023】

次に、体温調節装置１０（図１参照）の動作について説明する。センサ装置２０（図３参照。）の制御部２２ａ（図３参照）は、センサ装置２０の電源が入っている間、心電計２２ｃ（図３参照）によって測定されたデータを送信部２２ｄ（図３参照。）によって本体装置３０（図５参照。）に無線で送信し続けている。そして、本体装置３０の制御部３
６ａ（図５参照。）は、本体装置３０の電源が入っている間、センサ装置２０の送信部２２ｄによって送信されたデータを受信部３６ｃ（図５参照。）によって無線で受信し続けている。なお、これらの通信は、間欠的に行われるようになっていても良く、どの程度の期間を置いて繰り返されるかは設計次第である。

【0024】

図６は、体温調節装置１０を用いて利用者９０の体温を調節する制御の説明図である。

【0025】

図６においては、利用者９０を点線の矩形で表し、この矩形内に利用者の身体（生体システム）が体温を保つ機能を模式的に示した。例えば、利用者の身体各部における温度受容体が温度刺激（熱刺激や冷刺激）を受容し、この温度刺激が各部毎の閾値（図６ではセットポイント）を超えた場合に、温度受容体が活性化され、温度刺激に応じた電気信号（刺激信号）を温度制御中枢に伝達する。例えば熱刺激の感受性を持つ温度受容体が、閾値以上の熱刺激を受容することで活性化し、刺激信号を温度制御中枢に送ることで、暑いことが知覚される。また、冷刺激の感受性を持つ温度受容体が、閾値以下の冷刺激を受容することで活性化し、刺激信号を温度制御中枢に送ることで、寒いことが知覚される。

【0026】

温度制御中枢は、この刺激信号に基づいて内分泌系を司る自律神経系を制御する。例えば、暑い場合に血管を司る交感神経を減退させる。或いは寒い場合に血管を司る交感神経を亢進させる。この交感神経の亢進或いは減退といった自律神経の制御に伴う効果器の機能により、熱の放出量や流入量を変えて、体温を調整する。例えば、汗腺の交感神経が亢進することで、発汗し、気化熱によって熱の放出量が増加する。また、血管の交感神経が減退することで、血管が収縮し、熱の放出量が減少する。

【0027】

そして、効果器による体温調整後の温度刺激を温度受容体で受容し、上記制御を繰り返すことで、利用者９０の身体は適切な体温に調整する恒常性機能（ホメオスタシス）を備える。即ち、利用者９０の生体システムは、体温を検出して適切な体温に調節するようにフィードバック制御を行う。

【0028】

このため特許文献１等に示される従来の装置で利用者９０の体温をフィードバック制御しようとすると、利用者９０が本来持つ恒常性機能と競合してしまい精度良く体温調整を行うことができない。

【0029】

そこで、本例の体温調節装置１０は、体温調節を行う自律神経や効果器の状態をセンサ装置２０や生理信号検出部３６ｅで生体信号（バイタルシグナル）として検出し、制御部３６ａが当該生体信号に基づいて体温の調整方向（昇温又は降温）及び調整量を体温調整指数として求め、この体温調整指数に応じて加温又は冷却を行い利用者９０の体温をフィードフォワード制御する。このように本例の体温調節装置１０は、利用者９０の恒常性機能の状態に基づいて体温の調節を行うので、利用者９０の恒常性機能と競合せず、適切に体温調節を行うことができる。

【0030】

図７は、本実施形態１に係る体温調節装置１０によるフィードフォワード制御と従来装置によるフィードバック制御の比較例を示す図である。

【0031】

図７では、縦軸に体温、横軸に時間をとり、従来装置でフィードバック制御を行った場合の利用者の体温の推移が一点鎖線で示されている。このようにフィードバック制御で利用者９０を加熱した場合、加熱の結果が体温として現れ、体温が目標値に達したことを検知するまで加熱が続くので、利用者の体温が一旦目標値をオーバーシュートし、体温を目標値に戻すようフィードバックがかかり、体温が目標値よりも低下すると再度加熱するといった処理を繰り返すので、利用者９０の体温が目標値に収束するまでに時間がかかる。

【0032】

これに対し、本実施形態１に係る体温調節装置１０では、生体信号に基づいて体温調整指数を決め、必要且つ十分な熱を加えるようにフィードフォワード制御を行うので、図７の実線で示すように、体温がオーバーシュートすることなく、速やかに目標温度に収束する。

【0033】

なお、フィードバック制御でループ利得を高めて、破線で示すようにフィードフォワード制御と同様に体温を立ち上げることも考えられるが、この場合、オーバーシュートも大きくなるため、例えば生理的限界値を超えることが考えられるため、フィードバック制御でフィードフォワード制御と同様に体温を収束させることはできない。

【0034】

図８は、フィードフォワード制御に用いる生体信号の説明図である。図８に示すように、外気温が中立領域から外れて寒くなると、生体の自律神経や効果器などが耐寒反応を示す。例えば、血管交換神経の亢進により、血管を収縮させて熱の放出を防ぐ。一方、外気温が中立領域から外れて暑くなると、生体の自律神経や効果器などが耐暑反応を示す。例えば、血管交換神経の減退により、血管を拡張させて熱の発散を促進する。また、汗腺の交感神経の亢進により、発汗して体温を低下させる。

【0035】

図９は、上記生体信号に基づき体温調節装置１０が実行する体温調節方法のフローチャートである。

【0036】

まず、体温調節装置１０は、環境温度計３６ｄにより、利用者９０の周囲の環境温度（外気温）を測定する（ステップＳ１０）。

【0037】

次に体温調節装置１０は、センサ装置２０や生理信号検出部３６ｅ等の状態検出部から生体信号を取得する（ステップＳ２０）。

【0038】

制御部３６ａは、生体信号に基づいて体温調整指数を算出する（ステップＳ３０）。なお、体温調整指数の算出については、後述する。

【0039】

制御部３６ａは、体温調整指数に基づいて頸部冷暖部３１のペルチェ素子３１ｃに電力を供給して利用者９０に対する加熱や冷却を行い（ステップＳ４０）、これらのステップＳ１０〜４０を適宜繰り返して体温調節を実行する。

【0040】

図１０は、センサ装置２０による生体信号取得（ステップＳ２０）の詳細を示すフローチャートである。

【0041】

まず、センサ装置（心電計）２０は、心臓の動作に伴う電気信号（所謂心電図）を取得する（ステップＳ２１０）。

【0042】

制御部３６ａは、センサ装置２０で取得した電気信号（データ）から心拍数の時系列データ、即ち心拍数の変化を求める。なお、心拍数は、心拍毎に求まる離散的な値となるため、単位時間（等時間）間隔で心拍数の値を補完しても良い（ステップＳ２２０）。

【0043】

また、制御部３６ａは、所定区間（例えば２００秒）の電気信号（データ）をフーリエ変換して周波数分布を求め（ステップＳ２３０）、帯域毎のパワー（積分値）を計算する（ステップＳ２４０）。この帯域は、例えば、０．２Ｈｚより高い周波数帯を副交感神経の帯域ＨＦ、０．０４〜０．２Ｈｚを交感神経の帯域ＬＦ、０．０４未満の周波数帯を体温調節に係る交換神経の帯域ＶＬＦとする。なお、この帯域の値は、これに限らず、他の値を用いても良い。

【0044】

更に制御部３６ａは、所定周波数（例えば０．１Ｈｚ）のローパスフィルタを用いて、電気信号（データ）から緩やかな変動成分を抽出する（ステップＳ２５０）。

【0045】

そして、制御部３６ａは、帯域毎のパワーから自律神経活動指標（例えばHF/LFやLF/(HF+LF)）を求め、この自律神経活動指標や心拍数の時系列データ、緩やかな変動成分、帯
域ＶＬＦのパワー（積分値）を生体信号とする（ステップＳ２６０）。

【0046】

また、生体信号としては、図１１（Ａ）に示す発汗センサを用いて、皮下の電気伝導度（ＧＳＲ）を測定しても良い。例えば、皮下に発汗がある場合には電気伝導度が高くなり、発汗が無い場合には電気伝導度が低くなるため、この電気伝導度によって発汗の状態を検出できる。図１１（Ｂ）は、皮下の電気伝導度を測定した場合の時系列データを示す。

【0047】

なお、発汗の状態は、ＧＳＲに限らず、皮膚表面に湿度計（不図示）を装着し、皮膚表面の湿度を測定することにより検出しても良い。

【0048】

図１２は、生体信号として脳波を測定する場合の説明図である。

【0049】

生理信号検出部３６ｅとして脳波計（不図示）を用い、利用者９０の脳波を測定する（ステップＳ）２７０。

【0050】

制御部３６ａは、脳波計３６ｅで測定した脳波信号からα波とβ波を抽出する（ステップＳ２８０）。

【0051】

そして制御部３６ａは、α波とβ波の所定期間（例えば２秒）の時系列パワー（積分値）を求め（ステップＳ２９０）、この比（α／β）を生体信号（交換神経活性化指標）とする（ステップＳ２９５）。この生体信号（交換神経活性化指標）は、高いほど交感神経が減退し、低いほど交感神経が亢進していることを示す。

【0052】

図１３は、体温調整指数の導出手順の説明図である。

【0053】

制御部３６ａは、センサ装置２０のデータに基づく自律神経活動指標（例えばHF/LFやLF/(HF+LF)）や脳波による交換神経活性化指標（α／β）が所定の閾値以上か否かによっ
て交感神経が優位か否かを判定する（ステップＳ３１０）。

【0054】

次に制御部３６ａは、センサ装置２０によるデータの緩やかな変動成分に基づいて、前記交感神経が優位な状態が一時的なもの、例えば圧反射によるものか否かを判定する。例えば、利用者９０が、急に立ち上がった際に交感神経が優位となり血管が収縮するような場合は、圧反射による一時的なもので、温度調節とは関係が無いので、このようなノイズか否かを判定する。

【0055】

一時的なものでなければ、制御部３６ａは、環境温度計３６ｄによって求めた外気温に応じて温調の方向、即ち加熱か冷却かを決定する。例えば外気温が所定値より高ければ冷却、外気温が所定値より低ければ加熱する。

【0056】

また、制御部３６ａは、体温調節に係る生体信号、例えばＶＬＦや発汗量に応じて加熱或は冷却の制御量を決定する。このＶＬＦや発汗量が高ければ制御量を大きくし、低ければ制御量を小さくする。そして、前記温調方向と制御量を体温調整指数とする（ステップＳ３４０）。

【0057】

以上のように本実施形態１によれば、利用者（生体）９０の状態に基づいて体温調整指
数を求め、体温調整指数に応じた温調を行うことで、適切に利用者９０の体温を調節できる。
〈実施形態２〉
次に本発明の実施形態２に係る体温調節装置１０について説明する。本実施形態２は、前述の実施形態１と比べて、過去の動作履歴に基づいて体温調整指数を求める構成が異なっており、その他の構成は同じである。このため、同一の要素には同符号を付すなどして再度の説明を省力する。

【0058】

図１４は、本実施形態２に係る体温調節方法のフローチャートである。図１４に示すように本実施形態２では、前述の図９の処理に加えて動作履歴の記録を行う（ステップＳ５０）。

【0059】

例えば、体温調整指数や外気温、ステップＳ３１０の判定結果等を時刻と共に順次記憶部３６ｂに記録し、この時系列データを動作履歴とする。

【0060】

これにより例えば、外気温が何度の時に、どれ位の体温調整指数で温調を実行した場合に快適になったか（例えばステップＳ３１０で交換神経が優位で無いと判定されたか）、即ち温調が成功したパターンを動作履歴から抽出できる。

【0061】

そこで、ステップＳ３０で体温調整指数を決定する際に、動作履歴を参照し、外気温や生体信号が一致或は近似し、所定時間以内に温調が成功した（快適な状態となった）場合の体温調整指数を読み出し、これを体温調整指数として決定する或は体温調整指数の決定に反映させる。

【0062】

本実施形態によれば、動作履歴を記録していくことで、利用者固有の条件を蓄積でき、更に適切に体温調節を行うことができる。
〈実施形態３〉
次に本発明の実施形態３に係る体温調節装置１０について説明する。本実施形態３は、前述の実施形態１と比べて、利用者による操作履歴に基づいて体温調整指数を求める構成が異なっており、その他の構成は同じである。このため、同一の要素には同符号を付すなどして再度の説明を省力する。

【0063】

図１５は、本実施形態３に係る本体装置３０の概略構成図である。図１５に示すように、本実施形態３の本体装置３０は、利用者９０により加熱或は冷却のＯＮ／ＯＦＦなどの操作を行う操作部を備えた。操作部３０ｇは、利用者９０が手動で切り換えるスイッチ等に限らず、音声認識によりＯＮ／ＯＦＦ等の操作を行うものでも良い。なお、ＯＮ／ＯＦＦに限らず、加熱或は冷却の強度（制御量）を調整する操作を行うものであっても良い。

【0064】

利用者９０は、暑いと感じた場合には冷却するように操作し、寒いと感じた場合には加熱するように操作するので、この操作の履歴は、生体の状態を反映させたものになる。そこで、本実施形態３の本体装置３０は、利用者９０による操作を外気温や時刻と共に順次記憶部３６ｂに記録し、この時系列データを操作履歴とする。そして、制御部３６ａは、この操作履歴に基づいて体温調整指数を決定する。このとき制御部３６ａは、操作履歴と合わせて、前述の実施形態１，２で用いた自律神経や効果器の状態に基づいて体温調整指数を求めても良いが、本実施形態３では、操作履歴のみから体温調整指数を求めている。このため、変実施形態３では、センサ装置２０や本体装置３０の受信部３６ｃ、生理信号検出部３６ｅを省略している。

【0065】

図１６は、本実施形態３に係る体温調節方法のフローチャートである。

【0066】

まず、体温調節装置１０は、環境温度計３６ｄにより、利用者９０の周囲の環境温度（外気温）を測定する（ステップＳ１０）。

【0067】

次に体温調節装置１０は、操作履歴を参照し、外気温や時刻が一致或は近似した場合の操作を読み出し、これに基づいて体温調整指数を決定する。

【0068】

制御部３６ａは、体温調整指数に基づいて頸部冷暖部３１のペルチェ素子３１ｃに電力を供給して利用者９０に対する加熱や冷却を実行する（ステップＳ４０）。

【0069】

そして、実行した制御や利用者による操作の履歴を操作履歴として記録し（ステップＳ５５）これらのステップＳ１０〜５５を適宜繰り返して体温調節を実行する。

【0070】

以上のように本実施形態３によれば、心電図の測定や発汗の測定といった利用者への負荷が無く、簡素な構成で体温調節を行うことができる。

【0071】

なお、以上の実施形態では、加熱或は冷却する手段としてペルチェ素子を用いたが、これに限らず、電熱ヒータによる加熱やファンにより冷却する手段であっても良い。

【0072】

また、生体の一例として人の例を示したが、これに限らず、生体とは、犬や馬等の動物であっても良い。

【符号の説明】

【0073】

１０ 体温調節装置
２０ センサ装置
３０ 本体装置
３１ 頸部冷暖部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】