特許 7563610 温度測定装置

(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】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】温度測定装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/01 20060101AFI20241001BHJP

   G01K 13/20 20210101ALI20241001BHJP

   G01K 17/00 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

A61B5/01 100

A61B5/01 250

G01K13/20 361C

G01K17/00 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023541183

(86)(22)【出願日】2021-08-12

(86)【国際出願番号】 JP2021029723

(87)【国際公開番号】W WO2023017599

(87)【国際公開日】2023-02-16

【審査請求日】2024-01-30

(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】田島 卓郎

(72)【発明者】

【氏名】瀬山 倫子

【審査官】外山 未琴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－４４６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５１３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１４４６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／００－５／０１

Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体から伝わる熱流の大きさを測定するように構成された検出部と、
前記検出部を覆って前記検出部との間に空間を形成する中空構造の筐体と、
前記筐体の内部の空間に前記検出部を覆うように配置され、前記検出部の外側における前記生体からの熱流束を前記検出部の上部に輸送するように構成された中空構造の熱流補償機構と、
前記熱流補償機構の上に搭載された回路基板とを備え、
前記回路基板は、前記検出部によって測定された熱流の大きさに基づいて前記生体の内部温度を算出するように構成された電子回路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、
前記熱流補償機構は、前記生体から離れた天面の面積が前記生体側の底面の面積よりも小さい錐台の形状であることを特徴とする温度測定装置。

【請求項3】

請求項２記載の温度測定装置において、
前記検出部は、前記熱流補償機構の天面の内壁と接するように配置されることを特徴とする温度測定装置。

【請求項4】

請求項２または３記載の温度測定装置において、
前記検出部は、前記熱流補償機構の錐台の中心線付近の位置に配置されることを特徴とする温度測定装置。

【請求項5】

請求項２乃至４のいずれか１項に記載の温度測定装置において、
前記電子回路は、前記回路基板上の、前記熱流補償機構の錐台の中心線が通る位置から離れて配置されることを特徴とする温度測定装置。

【請求項6】

請求項２乃至５のいずれか１項に記載の温度測定装置において、
前記電子回路に電源電圧を供給するように構成された電池をさらに備え、
前記電池は、前記回路基板上の、前記熱流補償機構の錐台の中心線が通る位置付近に配置されることを特徴とする温度測定装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度測定装置において、
前記検出部は、
前記生体の皮膚表面の第１の温度を測定するように構成された第１の温度センサと、
前記生体から離れた位置の第２の温度を測定するように構成された第２の温度センサと、
前記第１、第２の温度センサを保持する固定部材とを備え、
前記第１の温度と前記第２の温度との差を前記生体から伝わる熱流の大きさとして測定することを特徴とする温度測定装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の温度測定装置において、
前記熱流補償機構の直径ΦＤと前記筐体内の前記回路基板の上に存在する空間の高さＨ２との比Ｈ２／ΦＤは、０．２未満であることを特徴とする温度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体等の内部温度を測定する温度測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

生体の内部温度（深部体温）を非侵襲に測定する装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、図８に示すように生体１００と温度測定装置１０１の熱等価回路モデルを用いて、生体１００の深部体温Ｔ_CBTを推定する。図８の１０２は外気を示している。深部体温Ｔ_CBTは、以下の式で算出される。
Ｔ_CBT＝Ｔ₁＋Ａ×Ｈ ・・・（１）

【0003】

Ｔ₁は生体１００の皮膚表面の温度、Ａは比例係数、Ｈは測定される熱流の大きさである。熱流の大きさＨは、次式のように温度Ｔ₁とＴ₂の差で表される。
Ｈ＝Ｔ₁－Ｔ₂ ・・・（２）

【0004】

Ｔ₂は温度測定装置１０１の、生体１００と接する面と反対側の上面の温度である。比例係数Ａは、測定開始時や測定途中に鼓膜温度計によって測定した鼓膜温度や直腸温度計によって測定した直腸温度をＴ_CBTとして式（１）に代入することにより、次式のように求めることができる。
Ａ＝Ｒ_Body／Ｒ_Sensor＝（Ｔ_CBT－Ｔ₁）／Ｈ ・・・（３）

【0005】

Ｒ_Bodyは生体１００の熱抵抗、Ｒ_Sensorは温度測定装置１０１の熱抵抗である。特許文献１に開示された技術では、外気の対流が強くなった場合に、温度測定装置１０１の感温部に流入すべき熱が例えば図９の１０３で示すように外気へ流出し、本来測定されるべき熱流の大きさがＨからＨ’に減少する（Ｈ’＜Ｈ）。このため、深部体温Ｔ_CBTの推定に誤差が生じるという問題があった。

【0006】

深部体温Ｔ_CBTの推定誤差を少なくするために、温度測定装置１０１の内部に熱伝導率が高い材料からなるカバーを設ける方法が考えられる。以下、このようなカバーを熱流補償機構と呼ぶ。温度測定装置１０１の内部に熱流補償機構１０４を設けることにより、熱の流れが図９に示した１０３から図１０に示す１０５へと変わると考えられる。これにより、測定される熱流の大きさＨ’と真値Ｈとの差を小さくすることができ、深部体温Ｔ_CBTの推定誤差を低減することができる。

【0007】

しかしながら、実際の温度測定装置１０１では、温度Ｔ₁，Ｔ₂を測定する感温部の他に、処理用電子回路と電池などを搭載するための回路基板が必要になる。処理用電子回路は、温度Ｔ₁，Ｔ₂から深部体温Ｔ_CBTの値を算出して外部へ送信する。温度測定装置１０１に回路基板を組み込む場合、処理用電子回路の発熱が感温部への熱流に影響を与えないようにするために、感温部と熱流補償機構とを収容する筐体と回路基板を収容する筐体とを別にする必要がある。このように筐体を分けた場合、生体に装着するウェアラブルデバイスとして温度測定装置１０１を使用する場合に、生体への装着面積が増加することになる。また、筐体間を配線を介して電気的に接続する形態となるので、扱いにくくなり、利便性が低下する結果となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０２０－００３２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、外気の対流状態が変化する場合でも生体の内部温度を精度良く測定することができる小型で取り扱いのし易い温度測定装置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】

【0010】

本発明の温度測定装置は、生体から伝わる熱流の大きさを測定するように構成された検出部と、前記検出部を覆って前記検出部との間に空間を形成する中空構造の筐体と、前記筐体の内部の空間に前記検出部を覆うように配置され、前記検出部の外側における前記生体からの熱流束を前記検出部の上部に輸送するように構成された中空構造の熱流補償機構と、前記熱流補償機構の上に搭載された回路基板とを備え、前記回路基板は、前記検出部によって測定された熱流の大きさに基づいて前記生体の内部温度を算出するように構成された電子回路を備えることを特徴とするものである。

【0011】

また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記熱流補償機構は、前記生体から離れた天面の面積が前記生体側の底面の面積よりも小さい錐台の形状である。
また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記検出部は、前記熱流補償機構の天面の内壁と接するように配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記検出部は、前記熱流補償機構の錐台の中心線付近の位置に配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記電子回路は、前記回路基板上の、前記熱流補償機構の錐台の中心線が通る位置から離れて配置されることを特徴とするものである。
また、本発明の温度測定装置の１構成例は、前記電子回路に電源電圧を供給するように構成された電池をさらに備え、前記電池は、前記回路基板上の、前記熱流補償機構の錐台の中心線が通る位置付近に配置されることを特徴とするものである。

【0012】

また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記検出部は、前記生体の皮膚表面の第１の温度を測定するように構成された第１の温度センサと、前記生体から離れた位置の第２の温度を測定するように構成された第２の温度センサと、前記第１、第２の温度センサを保持する固定部材とを備え、前記第１の温度と前記第２の温度との差を前記生体から伝わる熱流の大きさとして測定することを特徴とするものである。
また、本発明の温度測定装置の１構成例において、前記熱流補償機構の直径ΦＤと前記筐体内の前記回路基板の上に存在する空間の高さＨ２との比Ｈ２／ΦＤは、０．２未満である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、熱流補償機構を設けることにより、外気の対流状態が変化する場合でも、測定される熱流の大きさとその真値との差を小さくすることができ、生体の内部温度の推定誤差を低減することができる。また、本発明では、検出部と回路基板を同一の筐体に組み込み、熱流補償機構の上に回路基板を搭載することにより、筐体を分ける構成と比較して、温度測定装置の生体への装着面積を低減することができる。本発明では、筐体が１つになるため、小型で取り扱いのし易い温度測定装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施例に係る温度測定装置の断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施例に係る熱流補償機構の一部切り欠き斜視断面図である。

【図3】図３は、本発明の実施例に係る温度測定装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、本発明の実施例に係る温度測定装置の効果を説明する図である。

【図5】図５は、感温部と熱流補償機構を収容する筐体と回路基板を収容する筐体とを別にした温度測定装置の平面図である。

【図6】図６は、本発明の実施例に係る温度測定装置の平面図である。

【図7】図７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。

【図8】図８は、生体と温度測定装置の熱等価回路モデルを示す図である。

【図9】図９は、関連する温度測定装置の問題点を説明する図である。

【図10】図１０は、温度測定装置の内部に熱流補償機構を設けた構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［発明の原理］
本発明では、熱流補償機構の機能を妨げないようにして感温部と回路基板とを同じ筐体に組み込み一体化することで、温度測定装置の面積を低減する。感温部を囲むように熱流補償機構を設けるために、感温部と同一面に回路基板を集積することはできないので、感温部の上部に新たに空間を設けて回路基板を集積する。

【0016】

［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は本発明の実施例に係る温度測定装置の断面図である。温度測定装置は、生体１００から伝わる熱流の大きさを測定する検出部となる感温部１と、感温部１を覆うように配置され、感温部１の外側における生体１００からの熱流束を感温部１の上部に輸送する中空構造の熱流補償機構２と、熱流補償機構２の上に搭載された回路基板３と、感温部１と熱流補償機構２と回路基板３とを収容する筐体４とから構成される。

【0017】

筐体４は、中空構造を有し、その内部は熱抵抗の大きな材料、具体的には空気で満たされている。筐体４の材料としては、熱抵抗が小さく、厚さを薄くできる材料が望ましく、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などを用いることができる。

【0018】

本実施例の温度測定装置は、筐体４の表面に露出する感温部１が生体１００の皮膚と接触するように装着される。生体適合性に優れた両面テープやシリコンラバーを用いて温度測定装置を生体１００に装着することが望ましい。

【0019】

感温部１は、生体１００の皮膚と接触して皮膚表面の温度Ｔ₁を測定する温度センサ１０と、生体１００から遠ざかる位置の温度Ｔ₂を測定する温度センサ１１と、温度センサ１０，１１を保持する例えば円柱状の固定部材１２とから構成される。温度センサ１０，１１としては、例えば、サーミスタ、熱電対、白金抵抗体、ＩＣ（Integrated Circuit）温度センサなどを用いることができる。

【0020】

温度センサ１１は、温度センサ１０の直上に配置される。２つの温度センサ１０，１１の間隔が大きいほど、温度測定装置の感度が高くなる。２つの温度センサ１０，１１の相対誤差（同じ温度について温度センサ１０，１１が出力する値の差）が１／１００℃以下のとき、温度センサ１０，１１の間隔は１．５～４．５ｍｍであることが望ましい。

【0021】

温度センサ１０，１１の間隔が測定中に変化すると、比例係数Ａが変化し、生体１００の深部体温Ｔ_CBTの推定に誤差が生じるため、温度センサ１０，１１を固定部材１２を用いて保持する。固定部材１２は、例えば硬質樹脂などの変形し難い材料からなるものが望ましい。固定部材１２の熱伝導率が低いほど、温度測定装置の感度が高くなる。ただし、熱流補償機構２内の空気層への熱の漏れを考慮し、固定部材１２の材料として、熱伝導率が０．１～１．０［Ｗ／ｍＫ］の材料を使用することが望ましい。

【0022】

感温部１は、外形が円錐台形状の中空構造の熱流補償機構２によって外気から遮断される。図２は熱流補償機構２の一部切り欠き斜視断面図である。熱流補償機構２は、生体１００から離れた天面の面積が生体１００側の底面の面積よりも小さい錐台の形状である。熱流補償機構２は、生体１００側の底面が筐体４に固定される。熱流補償機構２を構成する材料としては、熱流束を効率良く輸送するために熱伝導率が高いものが望ましい。例えば、熱流補償機構２は、アルミニウムなどの薄膜を用いて構成することができる。図１、図２で例示したように、熱流補償機構２の天面に貫通孔２０を形成してもよい。

【0023】

感温部１は、固定部材１２の上面が熱流補償機構２の天面の内壁と接するように設けられる。上記のように温度センサ１０，１１の間隔を１．５～４．５ｍｍとした場合、熱流補償機構２の高さＨ１は例えば２～５ｍｍである。熱流補償機構２の天面に貫通孔２０を設ける場合には、感温部１は貫通孔２０の周辺部分において熱流補償機構２と接触することになる。固定部材１２の上面は、熱流補償機構２との接触熱抵抗を低減するために、表面が研磨されていることが望ましい。固定部材１２の上面と熱流補償機構２との間に熱伝導性シートを挟むようにしてもよい。

【0024】

熱流補償機構２が感温部１に対して十分に大きい場合、熱流補償機構２の底面が感温部１から十分に離れた位置に配置されるので、感温部１の外側において生体１００からの熱流束が熱流補償機構２によって集められ、感温部１の上部に輸送される。このように、熱流補償機構２は、感温部１の外側において生体１００からの熱流束を上方に輸送することで、感温部１の上部の温度を上昇させるものであり、感温部１から逸れて外気へ流出する熱流束を抑制する機能を果たす。

【0025】

熱流補償機構２は、感温部１から逸れて外気へ流出する熱流束を抑制する効果が、中心線（図２のＬ）の付近の位置で最も高くなる。したがって、感温部１を熱流補償機構２の中心線Ｌの近くに配置することが望ましい。具体的には、中心線Ｌからの感温部１（温度センサ１０，１１）の位置ずれを例えば２ｍｍ以下とすることが望ましい。

【0026】

本実施例では、外形が円柱状の中空構造の筐体４に対応して、熱流補償機構２を円錐台形状としている。ただし、熱流補償機構２としては、上記の機能を発揮できる形状であれば、円錐台形状に限らず、様々な形状の構成を採用することができる。例えば外形が直方体形状の中空構造の筐体４の場合には、熱流補償機構２を角錐台形状とすることができる。熱流補償機構２を円錐台形状または角錐台形状とすることにより、感温部１の上部に対してより多くの熱流束を輸送し、感温部１の上部の温度上昇の効果を高めることができる。

【0027】

上記のとおり、熱流補償機構２の天面に貫通孔２０を形成してもよい。この貫通孔２０の大きさを適宜調整することにより、生体１００の深部体温Ｔ_CBTを測定する場合において測定する深さを調整することが可能となる。ただし、熱流補償機構２に貫通孔２０を設けることは本発明において必須の構成要件ではない。

【0028】

次に、本実施例では、熱流補償機構２の上に回路基板３を搭載する。熱流補償機構２の天面に貫通孔２０を設ける場合には、回路基板３は貫通孔２０の周辺部分において熱流補償機構２と接触することになる。熱流補償機構２と回路基板３との接触熱抵抗を低減するために、熱流補償機構２と接する回路基板３の下面の領域には回路部品を配置しないことが望ましい。熱流補償機構２と接する回路基板３の下面の領域に配線が存在する場合には、配線にシルク印刷を施して保護することが望ましい。熱流補償機構２の上面と回路基板３の下面との間に熱伝導性シートを挟むようにしてもよい。
なお、熱流補償機構２のみで回路基板３を支える必要はなく、回路基板３を筐体４に適宜固定してもよいことは言うまでもない。

【0029】

上記のとおり、熱流補償機構２は、感温部１の外側における生体１００からの熱流束を感温部１の上部に輸送することで、感温部１に流入すべき熱が外気へ流出してしまうことを防ぐ役割を果たす。ただし、本実施例のように熱流補償機構２が外気と直接触れず、熱流補償機構２の上に回路基板３などを配置する空間が存在する場合、熱流補償機構２から外気への放熱が減る。このため、生体１００からの熱流束を感温部１の上部に輸送して外気へ流す熱流補償機構２の機能が妨げられ、結果として生体周囲へ熱の流出が生じてしまい、外気の対流変化時の深部体温Ｔ_CBTの推定に誤差が生じる。このような理由により、深部体温Ｔ_CBTの推定誤差は、熱流補償機構２の直径ΦＤと筐体４内の回路基板３の上に存在する空間７の高さＨ２との比Ｈ２／ΦＤによって左右される。

【0030】

深部体温Ｔ_CBTの推定誤差を０．１℃以下としたい場合には、Ｈ２／ΦＤ＜０．２とする必要がある。推定誤差を０．２℃以下としたい場合には、Ｈ２／ΦＤ＜０．５とする必要がある。推定誤差を０．３℃以下としたい場合には、Ｈ２／ΦＤ＜０．８とする必要がある。推定誤差を０．４℃以下としたい場合には、Ｈ２／ΦＤ＜１．３とする必要がある。推定誤差を０．５℃以下としたい場合には、Ｈ２／ΦＤ＜２．０とする必要がある。熱流補償機構２の直径ΦＤが３０ｍｍの場合、例えば推定誤差を０．１℃以下としたい場合には、空間７の高さＨ２を６ｍｍ以下とすることが望ましい。

【0031】

熱流補償機構２への影響を低減するために、発熱量が大きい処理用電子回路５を、回路基板３上の、熱流補償機構２の中心線Ｌが通る位置から離して配置することが望ましい。一方、熱伝導率の高い部品である電池６を、回路基板３上の、熱流補償機構２の中心線Ｌが通る位置付近に配置することが望ましい。

【0032】

図３は本実施例の温度測定装置の電気的構成を示すブロック図である。処理用電子回路５は、ＡＤ変換器５０と、温度算出部５１と、データ保存部５２と、データ通信部５３と、電源制御部５４とを含む。

【0033】

ＡＤ変換器５０は、温度センサ１０，１１によって測定された温度Ｔ₁，Ｔ₂をデジタルデータに変換する。
温度算出部５１は、温度Ｔ₁，Ｔ₂と既知の比例係数Ａとに基づいて生体１００の深部体温Ｔ_CBT（内部温度）を式（１）、式（２）により算出する。

【0034】

データ保存部５２は、温度算出部５１によって算出された深部体温Ｔ_CBTのデータを一時的に記憶する。
データ通信部５３は、温度算出部５１によって算出された深部体温Ｔ_CBTのデータを外部端末に無線送信または有線送信する。
電源制御部５４は、電池６から処理用電子回路５への電源電圧供給を担う回路である。

【0035】

以上のように本実施例によれば、感温部１の外側における生体１００からの熱流束を感温部１の上部に輸送する熱流補償機構２を設けることにより、外気の対流状態が変化する場合でも、測定される熱流の大きさ（Ｔ₁－Ｔ₂）と真値Ｈとの差を小さくすることができ、深部体温Ｔ_CBTの推定誤差を低減することができる。

【0036】

図４は本実施例の効果を説明する図である。図４の４０は、処理用電子回路５の発熱が感温部１への熱流に影響を与えないようにするために、感温部１と熱流補償機構２を収容する筐体と回路基板３を収容する筐体とを別にした温度測定装置による深部体温Ｔ_CBTの推定誤差を示している。図４の４１は本実施例の温度測定装置による深部体温Ｔ_CBTの推定誤差を示している。図４の例では、Ｈ２／ΦＤ＜０．２としている。
図４によれば、筐体を分ける構成と同等の推定誤差（±０．１℃）を本実施例において実現できることが分かる。

【0037】

また、本実施例では、感温部１と回路基板３を同一の筐体４に組み込み、熱流補償機構２の上に回路基板３を搭載することにより、筐体を分ける構成と比較して、温度測定装置の、生体１００への装着面積を低減することができる。例えば、筐体を分ける構成の面積１９．７ｃｍ²に対して、本実施例では面積を８．６ｃｍ²に低減できる。

【0038】

図５は筐体を分けた場合の温度測定装置を上から見た平面図、図６は本実施例の温度測定装置の平面図である。図５の例では、感温部と熱流補償機構を収容する筐体１０６と回路基板を収容する筐体１０７間を配線１０８を介して電気的に接続する。この構成では、生体１００への装着面積が増加する。また、筐体が分かれることで扱いにくくなり、利便性が低下する。一方、本実施例によれば、筐体が１つになるため、小型で取り扱いのし易い温度測定装置を実現することができる。

【0039】

本実施例で説明した温度算出部５１とデータ保存部５２とデータ通信部５３とは、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７に示す。

【0040】

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、温度センサ１０，１１とデータ通信部５３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、本発明の温度推定方法を実現させるための温度推定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】

【0041】

本発明は、生体の内部温度を非侵襲に測定する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0042】

１…感温部、２…熱流補償機構、３…回路基板、４…筐体、５…処理用電子回路、６…電池、１０，１１…温度センサ、１２…固定部材、２０…貫通孔、５０…ＡＤ変換器、５１…温度算出部、５２…データ保存部、５３…データ通信部、５４…電源制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】