特開 2024-147181 発汗分析装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147181

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】発汗分析装置および方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/00 20060101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

A61B5/00 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023060035

(22)【出願日】2023-04-03

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304027279

【氏名又は名称】国立大学法人 新潟大学

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121669

【弁理士】

【氏名又は名称】本山 泰

(72)【発明者】

【氏名】橋本 優生

(72)【発明者】

【氏名】石原 隆子

(72)【発明者】

【氏名】高河原 和彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 涼葉

(72)【発明者】

【氏名】天野 達郎

【テーマコード（参考）】

4C117

【Ｆターム（参考）】

4C117XC11

4C117XC26

4C117XD05

4C117XE03

4C117XE06

4C117XE20

4C117XE27

4C117XE30

4C117XJ13

(57)【要約】

【課題】着用者の汗に関する物理量の計測に際し、皮膚の圧迫による発汗抑制の影響を避けた計測を実現する。
【解決手段】発汗分析装置は、着用者の皮膚と接触するように配置され、着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号を出力するセンサ１と、センサ１による着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号を出力するセンサ２と、センサ２から出力された電気信号に基づいて、着用者の皮膚の圧迫状態が正常かどうかを判定し、センサ１から出力された電気信号に基づいて、着用者の汗に関する物理量を算出するＭＣＵ部６とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

着用者の皮膚と接触するように配置され、前記着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号を出力するように構成された第１のセンサと、
前記第１のセンサによる前記着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号を出力するように構成された第２のセンサと、
前記第１のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の汗に関する物理量を算出するように構成された物理量算出部と、
前記第２のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の皮膚の圧迫状態が正常かどうかを判定するように構成された圧迫状態判定部とを備えることを特徴とする発汗分析装置。

【請求項2】

請求項１記載の発汗分析装置において、
前記圧迫状態判定部は、前記第２のセンサから出力された電気信号が示す物理量の値があらかじめ設定された上下限値の範囲内の場合に前記圧迫状態が正常と判定し、前記第２のセンサから出力された電気信号が示す物理量の値が前記上下限値の範囲外の場合に前記圧迫状態が異常と判定することを特徴とする発汗分析装置。

【請求項3】

請求項１記載の発汗分析装置において、
前記第１のセンサは、前記圧迫状態が異常と判定されたときに電気信号の出力を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常と判定されたときに電気信号の出力を再開し、
前記物理量算出部は、前記圧迫状態が異常と判定されたときに物理量の算出処理を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常と判定されたときに物理量の算出処理を再開することを特徴とする発汗分析装置。

【請求項4】

請求項１記載の発汗分析装置において、
前記圧迫状態が異常と判定された場合に前記圧迫状態が異常な状態の継続時間を計測し、前記圧迫状態が正常と判定され、かつ前記第１のセンサの電気信号の出力と前記物理量算出部による物理量の算出処理とが停止している状態の場合に、前記圧迫状態が正常な状態の継続時間を計測するように構成された時間計測部をさらに備え、
前記第１のセンサは、前記圧迫状態が異常な状態の継続時間があらかじめ設定された第１の閾値を超えたときに電気信号の出力を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常な状態の継続時間があらかじめ設定された第２の閾値を超えたときに電気信号の出力を再開し、
前記物理量算出部は、前記圧迫状態が異常な状態の継続時間が前記第１の閾値を超えたときに物理量の算出処理を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常な状態の継続時間が前記第２の閾値を超えたときに物理量の算出処理を再開することを特徴とする発汗分析装置。

【請求項5】

請求項１記載の発汗分析装置において、
前記物理量算出部の算出結果と前記圧迫状態判定部の判定結果とを外部装置に送信するように構成された通信部をさらに備えることを特徴とする発汗分析装置。

【請求項6】

請求項１記載の発汗分析装置において、
前記第２のセンサは、前記着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号として、圧力、ひずみ、接触インピーダンス、皮膚電位のうち少なくとも１つを示す電気信号を出力することを特徴とする発汗分析装置。

【請求項7】

請求項１記載の発汗分析装置において、
前記物理量算出部は、前記着用者の汗に関する物理量として、前記着用者の発汗量と前記着用者の汗中の電解質濃度のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする発汗分析装置。

【請求項8】

着用者の皮膚と接触するように配置された第１のセンサが、前記着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号を出力する第１のステップと、
第２のセンサが、前記第１のセンサによる前記着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号を出力する第２のステップと、
前記第２のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の皮膚の圧迫状態が正常かどうかを判定する第３のステップと、
前記第１のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の汗に関する物理量を算出する第４のステップとを含むことを特徴とする発汗分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人体に装着して、着用者の汗に関する物理量を計測する発汗分析装置および方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化に伴い、世界的に熱波の発生が増加している。日本においても同様で、猛暑の頻度の増加に伴い、熱中症の発生件数が増加傾向にあり、社会問題となっている（非特許文献１）。

【0003】

熱中症とは、高温下や激しい運動下で引き起こされる多臓器不全の状態を表している。一般的に、人の体温は、視床下部前葉による体温調節のプロセスを経て、約３７℃に維持されている。気化、熱放射、対流、熱伝導といった発汗に関連した物理現象は、体表面を冷却するために機能している。

【0004】

体温が上昇すると、皮膚血管拡張により、皮膚血流が増加し、温熱性発汗が開始される。皮膚血管拡張は、血管内容積の相対的な減少を引き起こし、熱失神の原因となる。汗による塩分と水分の損失は、脱水と塩分枯渇を引き起こし、熱疲労と痙攣を伴う。塩分と水分がさらに失われると、体温調節機能が低下し、続いて中枢循環から皮膚や筋肉へのシャントにより内臓の血流が低下し、臓器不全に陥り、いわゆる熱中症と呼ばれる状態となる（非特許文献２）。

【0005】

上記のように、人の体内の水分と塩分は、体温調節に重要な役割を果たしている。熱疲労の原因となる脱水症状を防ぐには、適切な量の水分と塩分を補給することが重要である。汗に含まれる塩分濃度は、発汗量の増加と共に線形に増加することが多くの文献で報告されている。ただし、塩分濃度の増加率は、人の発汗能力や汗腺での塩分再吸収能力によって変化するため、個人差がある。また、個人の発汗能力、塩分再吸収能力は、人の暑熱順化の影響を受けて変化することも知られている。そのため、水分と塩分の損失を監視するには、人の発汗量と汗に含まれる塩分濃度の両方を連続的に監視することが有効と考えられる。
この監視を実現する先行技術として、発汗量と電解質濃度を同時計測するウェアラブルセンサが提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。

【0006】

図１２は特許文献１に開示されたウェアラブルセンサの断面図である。ウェアラブルセンサは、液体の流路となる貫通孔１１と貫通孔１１の出口側の端部と連通する凹部１２とを有する基材１０と、貫通孔１１の入口側の端部が開口する基材１０の面に配置された電極１４と、貫通孔１１の出口側の開口から凹部１２に流出した液体と接触するように基材１０の出口側の面（上面）に配置された吸水構造体１５と、吸水構造体１５の基材１０と向かい合う面に、貫通孔１１の出口側の開口と向かい合うように配置された吸水性の電極１６とを備えている。図１２の１３は基材１０の下面に形成された凹部、１００はウェアラブルセンサの着用者の皮膚、１０１は着用者の汗腺、１０２は着用者の皮膚表面から分泌される汗である。

【0007】

ウェアラブルセンサを利用すれば、ウェアラブルセンサと着用者の皮膚とを密着させた状態で貫通孔１１から凹部１２に流出した汗による電極１４と１６間の通電特性に基づいて、着用者の汗の流量（発汗量）、および汗中の塩分濃度など、汗中に含有される諸成分の濃度を計測することができる。
しかしながら、特許文献１に開示されたウェアラブルセンサでは、着用者の皮膚との十分な密着状態が維持されていないと、発汗量や汗中の成分濃度といった物理量を正常に計測することができないという課題があった。

【0008】

また、人の生理現象には、体の一部を圧迫すると、圧迫側で発汗が抑制され、その反対側の発汗が増えるという発汗反射現象があることが知られている。特許文献１に開示されたウェアラブルセンサでは、皮膚圧迫による、局所的な発汗抑制の影響といった生理現象を考慮していないので、例えば測定データが変動したときに、その変動が着用者の生理現象が原因か、運動負荷や暑熱負荷等が原因か、といった判別ができず、暑熱下や運動下での着用者の脱水状態を監視するといった用途への利用が難しいという課題があった。
以上の課題は、特許文献２、特許文献３に開示されたウェアラブルセンサにおいても、同様に発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２０２１／０３８７４２号

【特許文献2】国際公開ＷＯ２０２１／０３８７５８号

【特許文献3】特許第７１１１２５４号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】A. Hirata，T. Miyazawa，R. Uematsu，S. Kodera，Y. Hashimoto，K. Takagahara，Y. Higuchi，H. Togo，T. Kawahara，H. Tanaka，“Body Core Temperature Estimation Using New Compartment Model With Vital Data From Wearable Devices”，IEEE Access 2021，9，124452-124462.(DOI:10.1109/ACCESS.2021.3110252)

【非特許文献2】T. Hifumi，Y. Kondo，K. Shimizu，Y. Miyake，“Heat stroke”，Journal of Intensive Care，2018，6，1-8，＜https://doi.org/10.1186/s40560-018-0298-4＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、着用者の汗に関する物理量の計測に際し、皮膚の圧迫による発汗抑制の影響を避けた計測を実現することができる発汗分析装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の発汗分析装置は、着用者の皮膚と接触するように配置され、前記着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号を出力するように構成された第１のセンサと、前記第１のセンサによる前記着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号を出力するように構成された第２のセンサと、前記第１のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の汗に関する物理量を算出するように構成された物理量算出部と、前記第２のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の皮膚の圧迫状態が正常かどうかを判定するように構成された圧迫状態判定部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の発汗分析装置の１構成例において、前記圧迫状態判定部は、前記第２のセンサから出力された電気信号が示す物理量の値があらかじめ設定された上下限値の範囲内の場合に前記圧迫状態が正常と判定し、前記第２のセンサから出力された電気信号が示す物理量の値が前記上下限値の範囲外の場合に前記圧迫状態が異常と判定することを特徴とするものである。

【0013】

また、本発明の発汗分析装置の１構成例において、前記第１のセンサは、前記圧迫状態が異常と判定されたときに電気信号の出力を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常と判定されたときに電気信号の出力を再開し、前記物理量算出部は、前記圧迫状態が異常と判定されたときに物理量の算出処理を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常と判定されたときに物理量の算出処理を再開することを特徴とするものである。
また、本発明の発汗分析装置の１構成例は、前記圧迫状態が異常と判定された場合に前記圧迫状態が異常な状態の継続時間を計測し、前記圧迫状態が正常と判定され、かつ前記第１のセンサの電気信号の出力と前記物理量算出部による物理量の算出処理とが停止している状態の場合に、前記圧迫状態が正常な状態の継続時間を計測するように構成された時間計測部をさらに備え、前記第１のセンサは、前記圧迫状態が異常な状態の継続時間があらかじめ設定された第１の閾値を超えたときに電気信号の出力を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常な状態の継続時間があらかじめ設定された第２の閾値を超えたときに電気信号の出力を再開し、前記物理量算出部は、前記圧迫状態が異常な状態の継続時間が前記第１の閾値を超えたときに物理量の算出処理を停止し、この停止の後に前記圧迫状態が正常な状態の継続時間が前記第２の閾値を超えたときに物理量の算出処理を再開することを特徴とするものである。

【0014】

また、本発明の発汗分析装置の１構成例は、前記物理量算出部の算出結果と前記圧迫状態判定部の判定結果とを外部装置に送信するように構成された通信部をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の発汗分析装置の１構成例において、前記第２のセンサは、前記着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号として、圧力、ひずみ、接触インピーダンス、皮膚電位のうち少なくとも１つを示す電気信号を出力することを特徴とするものである。
また、本発明の発汗分析装置の１構成例において、前記物理量算出部は、前記着用者の汗に関する物理量として、前記着用者の発汗量と前記着用者の汗中の電解質濃度のうち少なくとも一方を算出することを特徴とするものである。

【0015】

また、本発明の発汗分析方法は、着用者の皮膚と接触するように配置された第１のセンサが、前記着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号を出力する第１のステップと、第２のセンサが、前記第１のセンサによる前記着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号を出力する第２のステップと、前記第２のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の皮膚の圧迫状態が正常かどうかを判定する第３のステップと、前記第１のセンサから出力された電気信号に基づいて、前記着用者の汗に関する物理量を算出する第４のステップとを含むことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、第２のセンサと圧迫状態判定部とを設けることにより、着用者の汗に関する物理量の計測に際し、第１のセンサによる着用者の皮膚の圧迫状態を監視することができ、皮膚の圧迫による発汗抑制の影響を避けた計測が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の第１の実施例に係る発汗分析装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施例に係るセンサの断面図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施例に係るセンサの拡大断面図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施例に係る発汗分析装置のＭＣＵ部の機能ブロック図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施例に係る発汗分析装置の動作を説明するフローチャートである。

【図6】図６は、本発明の第１の実施例に係るセンサで計測される、電極間に流れる電流値の変化の１例を示す図である。

【図7】図７は、本発明の第２の実施例に係る発汗分析装置のＭＣＵ部の機能ブロック図である。

【図8】図８は、本発明の第２の実施例に係る発汗分析装置の動作を説明するフローチャートである。

【図9】図９は、本発明の第３の実施例に係る発汗分析装置のＭＣＵ部の機能ブロック図である。

【図10】図１０は、本発明の第３の実施例に係る発汗分析装置の動作を説明するフローチャートである。

【図11】図１１は、本発明の第１～第３の実施例に係る発汗分析装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

【図12】図１２は、従来のウェアラブルセンサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る発汗分析装置の構成を示すブロック図である。発汗分析装置は、センサ１，２と、ＡＦＥ（Analog Front End）部３と、データ記録部４と、記憶部５と、ＭＣＵ（Micro Control Unit）部６と、通信部７と、電源部８とを備えている。

【0019】

センサ１は、着用者の皮膚と接触するように配置され、着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号を出力する。
センサ２は、センサ１による着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号を出力する。皮膚の圧迫状態を示す物理量としては、皮膚にかかる圧力、皮膚のひずみ、センサ２と皮膚との接触インピーダンス、皮膚電位等が挙げられる。

【0020】

ＡＦＥ部３は、アナログフロントエンドを備えており、センサ１，２から出力された微弱な電気信号を増幅する。
データ記録部４は、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）を備えており、ＡＦＥ部３によって増幅されたアナログ信号を所定のサンプリング周波数でデジタルデータに変換して記憶部５に格納する。

【0021】

記憶部５は、データ記録部４から出力されたデジタルデータを記憶する。記憶部５は、フラッシュメモリに代表される不揮発性メモリや、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のような揮発性メモリ等で実現される。
ＭＣＵ部６は、記憶部５に格納されているデジタルデータに基づいて汗に関する物理量を算出する信号処理と、着用者の皮膚の圧迫状態を監視する信号処理と、電源制御とを担う回路である。

【0022】

通信部７は、ＭＣＵ部６によって得られた計測結果および分析結果を、スマートフォン等の外部装置（不図示）に無線または有線により送信する回路を含む。無線通信の規格としては、例えばＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）などがある。また、有線通信の規格としては、例えばイーサネット（登録商標）などがある。
電源部８は、発汗分析装置への電源供給の役割を担う回路である。

【0023】

図２はセンサ１の断面図、図３は図２の拡大図である。センサ１は、貫通孔１１と貫通孔１１の出口側の端部と連通する凹部１２とを有する基材１０と、貫通孔１１の入口側の端部が開口する基材１０の面に配置された電極１４と、貫通孔１１の出口側の開口から凹部１２に流出した液体と接触するように基材１０の出口側の面（上面）に配置された吸水構造体１５と、吸水構造体１５の基材１０と向かい合う面に、貫通孔１１の出口側の開口と向かい合うように配置された吸水性の電極１６とを備えている。

【0024】

基材１０としては、例えば親水性のガラス材料または樹脂材料からなるものがある。また、撥水性の材料の表面および貫通孔１１の内面に親水性を付与する表面処理が施されたものを基材１０としてもよい。基材１０の上面には、上面を窪ませた形状の凹部１２が貫通孔１１と連通するように形成されている。反対に、基材１０の下面には、下面を窪ませた形状の凹部１３が貫通孔１１と連通するように形成されている。

【0025】

電極１４は、例えば貫通孔１１の入口側の端部が開口する基材１０の面（下面）に形成された金属薄膜からなる。吸水構造体１５の例としては、綿、絹等の繊維や、多孔質セラミック基板等を挙げることができる。電極１６の例としては、吸水構造体１５の表面に例えばめっき技術によって形成した多孔質金属薄膜や、導電性高分子を吸水構造体１５の繊維に含浸させたもの、導電繊維を編みこんだもの等を挙げることができる。

【0026】

センサ１は、図２に示すように基材１０の下面が着用者の皮膚１００と向かい合うように着用者の身体に装着される。図２の１０１は着用者の汗腺である。
着用者が発汗すると、汗１０２は、毛細管現象により基材１０の凹部１３内から貫通孔１１内に導入されていく。さらに、発汗量の増加により、汗１０２は、貫通孔１１内を上昇して凹部１２に到達する。

【0027】

図３の拡大図で示すように、凹部１２の内面には撥水部１７が設けられている。基材１０に親水性の材料を用いる場合には、凹部１２の内面に撥水性の表面処理を施すようにして、撥水部１７を形成すればよい。基材１０に撥水性の材料を用いる場合には、凹部１２の内面のみ撥水性の材料のままとすることにより、撥水部１７を設けることができる。

【0028】

汗１０２は、センサ１の内部空間である凹部１２に到達すると、図３に示すように球状の液滴１０２ａとなる。さらに、発汗量が増加すると、液滴１０２ａは、その直径が増して、遂には電極１６と吸水構造体１５とに到達する。電極１６と吸水構造体１５とに到達した液滴１０２ａは、毛細管現象により電極１６の多数の孔および吸水構造体１５の多数の孔を通って、吸水構造体１５内を移動しながら蒸発する。これにより、液滴１０２ａが消失する。こうして、液滴１０２ａの形成と消失により、センサ１の電極１４と１６間の通電が繰り返し発生する。

【0029】

図２、図３に示した基材１０は、特許文献１に開示されたものと同様であるが、着用者の皮膚１００と接触する下面に、センサ２の一部を構成するセンサ素子２０が形成されている点が特許文献１に開示されたものと異なる。

【0030】

センサ２が着用者の皮膚にかかる圧力を計測する場合、センサ素子２０としては例えば圧電素子が使用される。圧電素子は、周知のとおり圧電体を１対の電極で挟んだ構造をしている。１対の電極のうち一方の電極が着用者の皮膚１００と接触するようにセンサ素子２０を配置すればよい。圧力によって圧電素子に歪みが生じるので、センサ２は、電極間の電位差を計測し、この計測結果を圧力を示す電気信号として出力する。

【0031】

センサ２が着用者の皮膚のひずみを計測する場合、センサ素子２０としては例えばひずみゲージが使用される。センサ２は、圧力によるひずみゲージの電気抵抗の変化を計測し、この計測結果をひずみを示す電気信号として出力する。

【0032】

センサ２が着用者の皮膚との接触インピーダンスや皮膚電位を計測する場合、センサ素子２０は一対の電極からなる。１対の電極が着用者の皮膚１００と接触するようにセンサ素子２０を配置すればよい。センサ２は、センサ素子２０の一対の電極間に微弱な電流を流し、接触インピーダンスを計測する。あるいは、センサ２は、電極間の電位差を計測する。

【0033】

センサ２は、圧力、ひずみ、接触インピーダンス、皮膚電位に限らず、着用者の皮膚の圧迫状態を監視できる他の物理量を計測してもよい。また、センサ２は、１種類の物理量に限らず、複数の物理量を計測するようにしてもよい。
センサ１と着用者の皮膚１００との密着状態を監視するため、センサ素子２０は、センサ１の電極１４，１６の近傍に設けられることが望ましい。

【0034】

なお、本実施例では、センサ１の構造として、特許文献１に開示されたウェアラブルセンサの構造を例に挙げて説明しているが、これに限るものではない。例えば特許文献２、特許文献３に開示されたウェアラブルセンサの構造を用いてもよいし、汗に由来する電気信号を取得できるものであれば、他の構造のウェアラブルセンサを用いてもよい。

【0035】

図４は本実施例のＭＣＵ部６の機能ブロック図である。ＭＣＵ部６は、物理量算出部６０と、圧迫状態判定部６１として機能する。

【0036】

図５は本実施例の発汗分析装置の動作を説明するフローチャートである。センサ１は、着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号（本実施例では電極１４と１６間に流れる電流）を検出する（図５ステップＳ１００）。
センサ２は、着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号（本実施例では、圧力、ひずみ、接触インピーダンス、皮膚電位）を検出する（図５ステップＳ１０１）。

【0037】

ＡＦＥ部３は、センサ１とセンサ２から出力された電気信号をそれぞれ増幅する（図５ステップＳ１０２）。
データ記録部４は、ＡＦＥ部３によって増幅された信号を所定のサンプリングレートでデジタルデータに変換して（図５ステップＳ１０３）、記憶部５に格納する（図５ステップＳ１０４）。このとき、データ記録部４は、デジタルデータにサンプリング時刻の情報を付加して記憶部５に格納する。こうして、記憶部５には、汗に由来する電気信号と皮膚の圧迫状態を示す電気信号のそれぞれの時系列データが記憶される。

【0038】

物理量算出部６０は、記憶部５に格納された、着用者の汗に由来するデジタルデータに基づいて、着用者の汗に関する物理量を算出する（図５ステップＳ１０５）。センサ１で計測される、電極間に流れる電流値の変化の１例を図６に示す。図２、図３に示した構造では、電極１４と１６間に汗の液滴１０２ａが存在する期間、電流が流れ続けることになり、センサ１に流入する汗の流量、つまり発汗量の多寡に応じて通電する周期が変化し、電解質濃度の多寡に応じて通電時のピーク電流が変化する。

【0039】

物理量算出部６０は、汗に関する物理量として発汗量を算出する（ステップＳ１０５）。物理量算出部６０は、汗の液滴１０２ａの体積を、直前の電流ピークから最新の電流ピークまでの周期で除することにより、発汗量を算出することができる。特許文献１に記載されているとおり、ウェアラブルセンサ１の電極１４と１６間に生じる汗の液滴１０２ａの体積は、実際に即した値を予め求めておくことが可能である。

【0040】

また、物理量算出部６０は、着用者の汗中の電解質濃度により変化する汗の電気抵抗率を算出し、この電気抵抗率から汗中の電解質濃度を算出する（ステップＳ１０５）。具体的には、物理量算出部６０は、ＡＦＥ部３が電極１４と１６間に印加する既知の電圧の値を、記憶部５に格納されたデジタルデータが示す最新の通電時の電流ピーク値で除することにより、抵抗を算出する。そして、物理量算出部６０は、抵抗の値と、電極１４と１６間の既知の距離と、電極１４と１６間の汗の断面積とに基づいて電気抵抗率を算出する。汗の断面積については、電極１４と１６間の汗の断面積を一定とみなしたときの規定値を使用すればよい。

【0041】

汗の電気抵抗率と汗中の電解質濃度（主としてＮａＣｌの濃度）との間には直線的な関係があることが知られている。物理量算出部６０は、電気抵抗率と電解質濃度との既知の関係に基づいて、電気抵抗率から電解質濃度を算出する。
本実施例では、物理量算出部６０は、着用者の汗に関する物理量として、着用者の発汗量と汗中の電解質濃度の両方を算出しているが、これらのうち少なくとも一方を算出すればよい。

【0042】

次に、圧迫状態判定部６１は、記憶部５に格納された、着用者の皮膚の圧迫状態を示すデジタルデータに基づいて、着用者の皮膚の圧迫状態が正常かどうかを判定する（図５ステップＳ１０６）。圧迫状態判定部６１は、例えば圧迫状態を示す物理量の値（圧力、ひずみ、接触インピーダンス、皮膚電位）があらかじめ設定された上下限値の範囲内の場合、圧迫状態が正常と判定し、物理量算出部６０によって算出された物理量を有効と判定する。また、圧迫状態判定部６１は、圧迫状態を示す物理量の値が上下限値の範囲外の場合、圧迫状態が異常と判定し、物理量算出部６０によって算出された物理量を無効と判定する。

【0043】

上述のように、人の生理現象には発汗反射現象があることが知られている。そこで、発汗抑制が生じていない状態から発汗抑制が生じる状態に変わる物理量（圧力、ひずみ）の閾値を、物理量（圧力、ひずみ）の上限値として設定してもよい。また、センサ１が汗に由来する電気信号を取得できない状態から正常に取得できる状態に変わる物理量（圧力、ひずみ）の閾値を、物理量（圧力、ひずみ）の下限値として設定してもよい。このような上下限値は、別途実験的に求めることができる。

【0044】

ただし、接触インピーダンスの場合は、発汗抑制が生じていない状態から発汗抑制が生じる状態に変わる接触インピーダンスの閾値を、下限値として設定し、センサ１が汗に由来する電気信号を取得できない状態から正常に取得できる状態に変わる接触インピーダンスの閾値を、上限値として設定すればよい。同様に、皮膚電位の場合は、発汗抑制が生じていない状態から発汗抑制が生じる状態に変わる皮膚電位の閾値を、下限値として設定し、センサ１が汗に由来する電気信号を取得できない状態から正常に取得できる状態に変わる皮膚電位の閾値を、上限値として設定すればよい。

【0045】

また、着用者の皮膚の圧迫状態を示す物理量として、圧力、ひずみ、接触インピーダンス、皮膚電位等のうち複数の物理量を計測する場合には、これら複数の物理量がそれぞれ対応する上下限値の範囲内の場合、圧迫状態が正常と判定し、複数の物理量のうち少なくとも１つが対応する上下限値の範囲外の場合、圧迫状態が異常と判定すればよい。

【0046】

通信部７は、着用者の皮膚の圧迫状態が正常と判定された場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、物理量算出部６０の算出結果をスマートフォン等の外部装置に送信する（図５ステップＳ１０７）。通信部７は、圧迫状態が異常と判定された場合には、物理量算出部６０の算出結果を送信しない。
発汗分析装置は、例えば着用者から測定終了の指示があるまで（図５ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、ステップＳ１００～Ｓ１０７の処理を繰り返し実行する。

【0047】

以上のように、本実施例では、着用者の汗に関する物理量の計測に際し、センサ１による着用者の皮膚の圧迫状態を監視することができ、皮膚の圧迫による発汗抑制の影響を避けた計測が可能になる。
なお、通信部７は、圧迫状態の正否の如何にかかわらず、圧迫状態判定部６１の判定結果を外部装置に送信するようにしてもよい。

【0048】

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例においても、発汗分析装置の構成は第１の実施例と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
本実施例のＭＣＵ部６は、図７に示すように物理量算出部６０と、圧迫状態判定部６１と、電源制御部６２として機能する。

【0049】

図８は本実施例の発汗分析装置の動作を説明するフローチャートである。第１の実施例と同様に、センサ２は、着用者の皮膚の圧迫状態を示す電気信号を検出する（図８ステップＳ２００）。
ＡＦＥ部３は、センサ２から出力された電気信号を増幅する（図８ステップＳ２０１）。

【0050】

データ記録部４は、ＡＦＥ部３によって増幅された信号を所定のサンプリングレートでデジタルデータに変換して（図８ステップＳ２０２）、記憶部５に格納する（図８ステップＳ２０３）。圧迫状態判定部６１の動作（図８ステップＳ２０４）は、第１の実施例で説明したとおりである。

【0051】

本実施例では、着用者の皮膚の圧迫状態が正常と判定された場合（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、電源制御部６２の制御によって、電源部８からセンサ１と通信部７に電源が供給されるようになっている。

【0052】

センサ１は、電源が供給された状態において、着用者の皮膚から分泌される汗に由来する電気信号を検出する（図８ステップＳ２０５）。ＡＦＥ部３は、センサ１から出力された電気信号を増幅する（図８ステップＳ２０６）。

【0053】

データ記録部４は、ＡＦＥ部３によって増幅された信号を所定のサンプリングレートでデジタルデータに変換して（図８ステップＳ２０７）、記憶部５に格納する（図８ステップＳ２０８）。
物理量算出部６０の動作（図８ステップＳ２０９）は、第１の実施例で説明したとおりである。通信部７は、物理量算出部６０の算出結果をスマートフォン等の外部装置に送信する（図８ステップＳ２１０）。

【0054】

一方、電源制御部６２は、着用者の皮膚の圧迫状態が異常と判定された場合（図８ステップＳ２０４においてＮＯ）、電源部８からセンサ１と通信部７への電源供給を停止させる。これにより、センサ１による計測処理と通信部７による送信処理とが停止する。物理量算出部６０は、計測処理の停止に伴って、物理量の算出処理を停止する（図８ステップＳ２１１）。

【0055】

また、電源制御部６２は、着用者の皮膚の圧迫状態が正常と判定され、かつセンサ１による計測処理と物理量算出部６０による算出処理と通信部７による送信処理とが停止している状態（センサ１と通信部７への電源供給が停止している状態）の場合（図８ステップＳ２１２においてＹＥＳ）、電源部８からセンサ１と通信部７への電源供給を再開させる。これにより、センサ１による計測処理と通信部７による送信処理とが再開する。物理量算出部６０は、計測処理の再開に伴って、物理量の算出処理を再開する（図８ステップＳ２１３）。

【0056】

以上のように本実施例では、着用者の皮膚の圧迫状態が異常と判定された場合に、センサ１による計測処理と物理量算出部６０による算出処理とを停止し、圧迫状態が正常と判定された場合に、センサ１による計測処理と物理量算出部６０による算出処理とを行う。

【0057】

なお、本実施例では、圧迫状態が異常と判定された場合に通信部７への電源供給も停止しているが、電源供給を継続し、第１の実施例と同様に、通信部７が圧迫状態判定部６１の判定結果を外部装置に送信するようにしてもよい。

【0058】

［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例においても、発汗分析装置の構成は第１の実施例と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
本実施例のＭＣＵ部６は、図９に示すように物理量算出部６０と、圧迫状態判定部６１と、電源制御部６２と、時間計測部６３として機能する。

【0059】

図１０は本実施例の発汗分析装置の動作を説明するフローチャートである。図１０のステップＳ３００～Ｓ３１０の処理は、図８のステップＳ２００～Ｓ２１０の処理と同じなので、説明は省略する。

【0060】

時間計測部６３は、着用者の皮膚の圧迫状態が異常と判定された場合に（図１０ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、圧迫状態が異常な状態の継続時間を計測する（図１０ステップＳ３１１）。

【0061】

電源制御部６２は、時間計測部６３によって計測中の異常状態の継続時間があらかじめ設定された異常状態継続時間閾値を超えたときに（図１０ステップＳ３１２においてＹＥＳ）、電源部８からセンサ１と通信部７への電源供給を停止させる。これにより、センサ１による計測処理と通信部７による送信処理とが停止する。物理量算出部６０は、計測処理の停止に伴って、物理量の算出処理を停止する（図１０ステップＳ３１３）。
例えば着用者の皮膚圧迫開始から発汗抑制が起きるまでの時間を別途実験的に求め、この時間を異常状態継続時間閾値として設定すればよい。

【0062】

また、時間計測部６３は、着用者の皮膚の圧迫状態が正常と判定され、かつセンサ１による計測処理と物理量算出部６０による算出処理と通信部７による送信処理とが停止している状態（センサ１と通信部７への電源供給が停止している状態）の場合（図１０ステップＳ３１４においてＹＥＳ）、圧迫状態が正常な状態の継続時間を計測する（図１０ステップＳ３１５）。

【0063】

電源制御部６２は、時間計測部６３によって計測中の正常状態の継続時間があらかじめ設定された正常状態継続時間閾値を超えたときに（図１０ステップＳ３１６においてＹＥＳ）、電源部８からセンサ１と通信部７への電源供給を再開させる。これにより、センサ１による計測処理と通信部７による送信処理とが再開する。物理量算出部６０は、計測処理の再開に伴って、物理量の算出処理を再開する（図１０ステップＳ３１７）。
例えば皮膚圧迫が解除された時点から発汗抑制が起きなくなるまでの時間を別途実験的に求め、この時間を正常状態継続時間閾値として設定すればよい。

【0064】

本実施例では、異常状態の継続時間が閾値を超えたときに通信部７への電源供給も停止しているが、電源供給を継続し、第１の実施例と同様に、通信部７が圧迫状態判定部６１の判定結果を外部装置に送信するようにしてもよい。

【0065】

第１～第３の実施例で説明したデータ記録部４と記憶部５とＭＣＵ部６と通信部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１１に示す。

【0066】

コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）２０２とを備えている。Ｉ／Ｆ２０２には、データ記録部４のＡＤＣ等のハードウェアと、通信部７のハードウェア等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の発汗分析方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って第１～第３の実施例で説明した処理を実行する。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明は、人の汗に関する物理量を分析する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0068】

１，２…センサ、３…ＡＦＥ部、４…データ記録部、５…記憶部、６…ＭＣＵ部、７…通信部、８…電源部、１０…基材、１１…貫通孔、１２，１３…凹部、１４，１６…電極、１５…吸水構造体、１７…撥水部、２０…センサ素子、６０…物理量算出部、６１…圧迫状態判定部、６２…電源制御部、６３…時間計測部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】