特許 7392837 温度測定装置および温度測定方法

(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】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】温度測定装置および温度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 13/20 20210101AFI20231129BHJP

   A61B 5/01 20060101ALI20231129BHJP

   G01K 7/00 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

G01K13/20 341Z

A61B5/01 100

G01K13/20 341G

G01K7/00 381Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022518483

(86)(22)【出願日】2020-04-28

(86)【国際出願番号】 JP2020018096

(87)【国際公開番号】W WO2021220396

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-08-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(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】松永 大地

(72)【発明者】

【氏名】田中 雄次郎

(72)【発明者】

【氏名】瀬山 倫子

【審査官】菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２１８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２３０３９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２２３５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１１２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－３２９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｋ １３／２０

Ｇ０１Ｋ ７／００

Ａ６１Ｂ ５／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体の皮膚表面付近の血流量を計測するように構成された血流計と、
前記被検体の皮膚表面の温度と熱流束とを計測するように構成されたセンサと、
前記血流量の初期値を予め記憶するように構成された記憶部と、
前記血流計によって計測された血流量の前記初期値に対する変化量に基づいて前記被検体の熱抵抗を導出するように構成された熱抵抗導出部と、
前記温度と前記熱流束と前記熱抵抗とに基づいて前記被検体の内部温度を算出するように構成された温度算出部とを備えることを特徴とする温度測定装置。

【請求項2】

請求項１記載の温度測定装置において、
前記記憶部は、前記血流量の変化量毎に前記熱抵抗が登録された変換テーブルを予め記憶し、
前記熱抵抗導出部は、前記血流計によって計測された血流量の前記初期値に対する変化量に対応する熱抵抗の値を前記変換テーブルから取得することにより、前記熱抵抗を導出することを特徴とする温度測定装置。

【請求項3】

被検体の皮膚表面付近の血流量を計測する第１のステップと、
前記血流量の、予め記憶された初期値に対する変化量に基づいて前記被検体の熱抵抗を導出する第２のステップと、
前記被検体の皮膚表面の温度と熱流束とを計測する第３のステップと、
前記第３のステップの計測結果と前記第２のステップで導出した熱抵抗とに基づいて前記被検体の内部温度を算出する第４のステップとを含むことを特徴とする温度測定方法。

【請求項4】

請求項３記載の温度測定方法において、
前記第２のステップは、前記第１のステップで計測した血流量の前記初期値に対する変化量に対応する熱抵抗の値を予め記憶された変換テーブルから取得することにより、前記熱抵抗を導出するステップを含むことを特徴とする温度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体等の被検体の内部温度を測定する温度測定装置および温度測定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

物質、例えば生体において、表皮から深部に向かってある一定の深さを超えると、外気温の変化等に左右されない温度領域が存在し、その部分の温度は、深部体温、あるいは核心部温度と呼ばれる。一方、外気温の変化を受けやすい生体の表層の温度は体表面温度と呼ばれる。体表面温度は、従来から経皮的な体温計により計測されることがある。このような従来の経皮的な体温計により計測された体温は、深部体温を反映していない場合がある。そのため、生体の深部の領域の温度である深部体温は、体表面温度のように直接的に計測することは困難である。

【0003】

そこで、発明者は、皮膚表面に設置したセンサによって皮膚表面熱流束Ｈ_Skinと皮膚表面温度Ｔ_Skinとを計測し、これらの計測値と初期校正により与えられる生体熱抵抗Ｒ_Bodyとを用いて、深部体温Ｔ_Coreを推定する非侵襲深部体温計測技術を提案した（非特許文献１、非特許文献２参照）。深部体温Ｔ_Coreを推定する式は、次式のようになる。
Ｔ_Core＝Ｔ_Skin＋Ｒ_BodyＨ_Skin ・・・（１）

【0004】

生体熱抵抗Ｒ_Bodyは、センサ設置部位における皮膚表面から深部体温領域までの厚みにより決定されるため、定数としてモデル化されている。しかしながら、温浴や運動などで毛細血管や動静脈吻合の血流量が変化すると、生体の実際の熱抵抗が初期校正で与えられた値から変化してしまい、深部体温Ｔ_Coreの推定値に誤差が生じるという課題があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】松永大地，田中雄次郎，瀬山倫子，“対流変化を考慮した非侵襲深部体温センサの小型化に向けた検討”，２０２０年電子情報通信学会総合大会 通信講演論文集１，Ｂ－１９－９，２０２０年

【文献】松永大地，田中雄次郎，瀬山倫子，“外気の対流変化に対する非侵襲深部体温推定手法の検討”，２０１９年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会 通信講演論文集１，Ｂ－１９－１５，２０１９年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、血流量の変化によって生じる被検体の内部温度の推定値の誤差を低減することができる温度測定装置および温度測定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】

【0007】

本発明の温度測定装置は、被検体の皮膚表面付近の血流量を計測するように構成された血流計と、前記被検体の皮膚表面の温度と熱流束とを計測するように構成されたセンサと、前記血流量の初期値を予め記憶するように構成された記憶部と、前記血流計によって計測された血流量の前記初期値に対する変化量に基づいて前記被検体の熱抵抗を導出するように構成された熱抵抗導出部と、前記温度と前記熱流束と前記熱抵抗とに基づいて前記被検体の内部温度を算出するように構成された温度算出部とを備えることを特徴とするものである。

【0008】

また、本発明の温度測定方法は、被検体の皮膚表面付近の血流量を計測する第１のステップと、前記血流量の、予め記憶された初期値に対する変化量に基づいて前記被検体の熱抵抗を導出する第２のステップと、前記被検体の皮膚表面の温度と熱流束とを計測する第３のステップと、前記第３のステップの計測結果と前記第２のステップで導出した熱抵抗とに基づいて前記被検体の内部温度を算出する第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】

【0009】

本発明によれば、血流計によって計測された血流量の変化量に基づいて被検体の熱抵抗を導出することにより、血流量の変化によって生じる被検体の内部温度の推定値の誤差を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施例に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である

【図2】図２は、本発明の実施例に係るセンサと生体の熱等価回路モデルを示す図である。

【図3】図３は、本発明の実施例に係る温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の実施例に係る温度測定装置の動作を説明する図である。

【図5】図５は、本発明の実施例に係る温度測定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。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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は本発明の実施例に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である。温度測定装置は、生体１０（被検体）の皮膚表面の温度Ｔ_Skinと皮膚表面の熱流束Ｈ_Skinとを計測するセンサ１と、生体１０の皮膚表面付近の血流量ｖ_Bloodを計測するレーザードップラー血流計２と、血流量ｖ_Bloodの初期値ｖ_Blood（０）を予め記憶する記憶部３と、血流量ｖ_Bloodの初期値ｖ_Blood（０）に対する変化量Δｖ_Bloodに基づいて生体１０の熱抵抗Ｒ_Combinedを導出する熱抵抗導出部４と、温度Ｔ_Skinと熱流束Ｈ_Skinと熱抵抗Ｒ_Combinedとに基づいて生体１０の深部体温Ｔ_Core（内部温度）を算出する温度算出部５と、深部体温Ｔ_Coreの算出結果を出力する算出結果出力部６とを備えている。

【0012】

センサ１は、断熱部材１００と、生体１０の皮膚と接する断熱部材１００の面に配置された温度センサ１０１と、皮膚と接する面と反対側の断熱部材１００の面に配置された温度センサ１０２とを含む。温度センサ１０１によって生体１０の皮膚表面の温度Ｔ_Skinを計測することが可能である。また、皮膚表面の温度Ｔ_Skinと温度センサ１０２によって計測された温度Ｔ_Upperとの差に基づいて皮膚表面の熱流束Ｈ_Skinを導出することが可能である。センサ１は、例えば熱伝導性両面テープによって生体１０の皮膚表面に貼り付けられる。なお、図１に示した構成は１例であって、センサ１は図１と異なる構成であっても構わない。

【0013】

レーザードップラー血流計２は、センサプローブ２００と、血流量算出部２０３とから構成される。センサプローブ２００には、生体１０にレーザ光を照射する半導体レーザ２０１と、生体１０からの反射光を受光するフォトダイオード２０２とが設けられている血流量算出部２０３は、フォトダイオード２０２から出力された電気信号に基づいて生体１０の血流量ｖ_Bloodを算出する。レーザードップラー血流計２は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。

【0014】

図２はセンサ１と生体１０の熱等価回路モデルを示す図である。本発明では、生体１０の熱抵抗Ｒ_Bodyをモデル化するだけでなく、血流により移動する熱エネルギーもモデル化する。図２において、１１は血管、Ｔ_Upperは生体１０の皮膚と接する面と反対側のセンサ１の上面の温度、Ｒ_Sensorはセンサ１の熱抵抗、Ｒ_Bloodは血流による熱抵抗、Ｈ_Bloodは血流による熱流束である。

【0015】

初期校正で与えられる熱抵抗は、生体１０の血液以外の組織（皮膚、脂肪、筋肉、神経、内臓、骨など）の熱抵抗Ｒ_Bodyと生体１０の血流による熱抵抗Ｒ_Bloodの合成抵抗Ｒ_combinedとなる。
Ｔ_Core＝Ｔ_Skin＋Ｒ_CombinedＨ_Skin ・・・（２）

【0016】

初期校正では、深部体温Ｔ_Coreの計測対象の生体１０について、センサ１の周囲の部位の深部体温Ｔ_Coreの初期値を例えば熱流補償法や鼓膜温度計によって計測すると同時に、皮膚表面温度Ｔ_Skinと皮膚表面熱流束Ｈ_Skinとをセンサ１によって計測すれば、式（２）により合成抵抗Ｒ_Combinedの初期値Ｒ_Combined（０）を求めることができる。
熱抵抗Ｒ_Bodyは定数であり、熱抵抗Ｒ_Bloodは血流量ｖ_Bloodの関数で表される。したがって、合成抵抗Ｒ_Combinedは、次式に示すように血流量ｖ_Bloodの関数となる。

【0017】

【数1】

【0018】

そこで、予め合成抵抗Ｒ_Combinedと血流量ｖ_Bloodの変化量の変換テーブルを用意しておき、レーザードップラー血流計などで測定した血流量ｖ_Bloodの変化量から、次式に示すように合成抵抗Ｒ_Combinedの初期値Ｒ_Combined（０）を更新する。

【0019】

【数2】

【0020】

こうして、本実施例では、血流変化時に生じる深部体温Ｔ_Coreの推定値の誤差を低減可能である。
図３は本実施例の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。温度測定装置の記憶部３には、血流量ｖ_Bloodの変化量Δｖ_Blood毎に生体１０の合成抵抗Ｒ_combinedが登録された変換テーブルと、初期校正時にレーザードップラー血流計２によって計測された血流量ｖ_Bloodの初期値ｖ_Blood（０）とが予め記憶されている。

【0021】

変換テーブルを作成するには、深部体温Ｔ_Coreの計測対象の生体１０について、センサ１の周囲の部位の血流量ｖ_Bloodをレーザードップラー血流計２によってモニタリングしつつ、センサ１の周囲の部位の深部体温Ｔ_Coreを例えば熱流補償法や鼓膜温度計によって計測し、皮膚表面温度Ｔ_Skinと皮膚表面熱流束Ｈ_Skinとをセンサ１によって計測する。そして、血流量ｖ_Bloodが変化したときに、血流量ｖ_Bloodが非定常状態から定常状態になった時点の深部体温Ｔ_Coreと皮膚表面温度Ｔ_Skinと皮膚表面熱流束Ｈ_Skinとから式（２）により合成抵抗Ｒ_combinedを算出すれば、血流量ｖ_Bloodの変化量Δｖ_Bloodに対応する合成抵抗Ｒ_combinedの値を求めることが可能である。このような測定を変化量Δｖ_Blood毎に実施すればよい。なお、血流量ｖ_Bloodの変化量Δｖ_Bloodが０のときの合成抵抗Ｒ_combinedとしては、上記のＲ_Combined（０）が変換テーブルに登録されている。

【0022】

温度測定装置のレーザードップラー血流計２は、センサ１の周囲の部位の生体１０の血流量ｖ_Bloodを常時計測している（図３ステップＳ１００）。
温度測定装置の熱抵抗導出部４は、レーザードップラー血流計２によって計測された血流量ｖ_Bloodの変化量Δｖ_Blood（＝ｖ_Blood－ｖ_Blood（０））に対応する合成抵抗Ｒ_combinedの値を記憶部３の変換テーブルから取得することにより、合成抵抗Ｒ_Combinedを導出する（図３ステップＳ１０１）。

【0023】

なお、熱抵抗導出部４は、血流量ｖ_Bloodが初期値ｖ_Blood（０）を中心とする所定の閾値範囲内の場合には、血流量ｖ_Bloodが変化していないと判定し（変化量Δｖ_Bloodが０）、血流量ｖ_Bloodが閾値範囲外の場合には、血流量ｖ_Bloodが変化したと判定する（変化量Δｖ_Bloodの絶対値が０より大）。

【0024】

温度測定装置の温度算出部５は、センサ１による皮膚表面温度Ｔ_Skinと皮膚表面熱流束Ｈ_Skinの計測（図３ステップＳ１０２）の結果と、熱抵抗導出部４によって導出された合成抵抗Ｒ_Combinedとに基づいて、生体１０の深部体温Ｔ_Coreを式（２）により算出する（図３ステップＳ１０３）。

【0025】

温度測定装置の算出結果出力部６は、温度算出部５の算出結果を出力する（図３ステップＳ１０４）。出力方法の例としては、例えば算出結果の表示、外部への算出結果の送信などがある。

【0026】

図４は本実施例の温度測定装置の動作を説明する図である。図４の例では、時刻ｔ＝０の時点で初期校正が行われ、時刻ｔ＝ｔ１の時点でセンサ１とセンサプローブ２００とを身に付けた人（生体１０）が温浴を開始した例を示している。図４の４００は深部体温Ｔ_Coreの真値を示し、４０１は従来技術の方法で算出した深部体温Ｔ_Coreを示し、４０２は本実施例の温度測定装置が算出した深部体温Ｔ_Coreを示している。

【0027】

図４によれば、血流量ｖ_Bloodが変化したときに、本実施例の熱抵抗導出部４によって合成抵抗Ｒ_Combinedが、初期値Ｒ_Combined（０）から血流量ｖ_Bloodの変化量Δｖ_Bloodに対応した値に更新されることが分かる。一方、従来技術で用いる熱抵抗Ｒ_Bodyは一定値のままである。したがって、従来技術では、深部体温Ｔ_Coreの推定値に誤差が生じているのに対し、本実施例では、真値とほぼ等しい深部体温Ｔ_Coreを推定できていることが分かる。

【0028】

以上のように、本実施例では、血流量ｖ_Bloodの変化量Δｖ_Bloodに基づいて生体１０の合成抵抗Ｒ_combinedを導出するので、血流量ｖ_Bloodの変化によって生じる深部体温Ｔ_Coreの推定値の誤差を低減することができる。
なお、本実施例では、血流計として、レーザードップラー血流計２を使用しているが、他の血流計を使用しても構わない。

【0029】

本実施例で説明した記憶部３と熱抵抗導出部４と温度算出部５と算出結果出力部６とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインター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５に示す。

【0030】

コンピュータは、ＣＰＵ５００と、記憶装置５０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）５０２とを備えている。Ｉ／Ｆ５０２には、センサ１やレーザードップラー血流計２、表示装置、通信装置などが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の温度測定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置５０１に格納される。ＣＰＵ５００は、記憶装置５０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

【産業上の利用可能性】

【0031】

本発明は、生体等の被検体の内部温度を測定する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0032】

１…センサ、２…レーザードップラー血流計、３…記憶部、４…熱抵抗導出部、５…温度算出部、６…算出結果出力部、１０…生体、１００…断熱部材、１０１，１０２…温度センサ、２００…センサプローブ、２０１…半導体レーザ、２０２…フォトダイオード、２０３…血流量算出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】