JP7586341B2

JP7586341B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP7586341B2
Application number: JP2023554172A
Authority: JP
Inventors: 雄次郎田中; 大地松永
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2024-11-19
Anticipated expiration: 2041-10-21
Also published as: JPWO2023067754A1; WO2023067754A1; US20240389862A1

Description

本発明は、深部体温を測定する測定装置に関する。

人間の持つ概日リズム、いわゆる体内時計は、睡眠、運動、仕事の質だけではなく、投薬の効果や疾患の発症など、我々の体に関する様々な状態と密接に関連していることが近年の時間生物学の研究からわかってきた。概日リズムは、ほぼ一定に刻まれているが、生活の中で暴露される光、運動、食生活、また、年齢や性別によっても大きく変化することが知られている。

概日リズムを測るための指標としては、深部体温が知られている。しかし、一般に深部体温の測定は、直腸に温度計を挿入したり、耳を密閉した状態で鼓膜の温度を測定したりする。このため、日常生活の中や睡眠中に実施することに、非常にストレスがかかるものとなる。

この問題を解消するために、２つのセンサを用いた熱流束センサーにより、深部体温を推定する技術が提案されている（非特許文献１）。この技術では、図１０に示すように１次元の熱等価回路を仮定し、生体核心部から皮膚表面へ流れる熱から深部体温を推定する。センサ（Sensor）で測定される皮膚温度Ｔ_skinと、熱抵抗体からなるセンサ（Sensor）の上部の温度Ｔ_topより、「深部温度Ｔ_cbt＝Ｔ_skin＋α（Ｔ_skin―Ｔ_top）」となる。また、皮膚表面での熱流束Ｈ_Bodyより「Ｔ_cbt＝Ｔ_skin＋αＨ_Body」となる。比例係数αは、鼓膜温度や直腸温度などを測定する他の測定装置の測定結果により、求めておくことができる。

しかし、この技術は、外気温の変化や周囲の風があると、熱の流れは１次元的ではなく、周囲への流れが生じるため、上述した技術では、深部体温の推定できないという問題があった。この技術による深部体温の推定は、病院内の限られた環境での利用に制限され、日常生活の深部体温モニタへの応用は困難であった。

この問題を解消するために、皮膚温度を測定するセンサの外側における測定対象からの熱流束を、センサが内蔵されるプローブの上部に輸送する構成とすることで、周囲の環境変化があっても１次元的な熱の流れとし、センサと外気との間の熱抵抗の変化を抑制する測定装置が提案されている（非特許文献２）。

H.-C. Gunga et al., "The Double Sensor-A non-invasive device to continuously monitor coretemperature in humans on earth and in space", Respiratory Physiology & Neurobiology, 169S, pp. S63-S68, 2009. Y. Tanaka et al., "Robust Skin Attachable Sensor for Core Body Temperature Monitoring", IEEE Sensors Journal, vol. 21, no. 14, pp. 16118-16123, 2021.

しかしながら、上述した技術では、センサが肌に接するため、不特定多数に対して使いまわすことは好ましくなく、感染症などの観点から衛生的に問題があり、使い切りとした方が望ましい。しかしながら、この種の測定装置は、外部のコンピュータ機器との通信、深部体温を推定するために必要な演算回路や記憶装置を備えており、使い切りとすることは、コストや環境の点から問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、コストや環境に対する問題を発生することなく、より衛生的に深部体温の測定を実施することを目的とする。

本発明に係る測定装置は、深部体温を測定するための測定対象の温度情報を得るためのセンサを内蔵して熱抵抗体から構成され、一端が測定対象に向けて配置されるプローブを備える測定ユニットと、測定ユニットに着脱可能に取り付けられた接触ユニットとを備え、接触ユニットは、錐形状の筒とされた熱伝導材からなる熱伝導構造と、プローブが挿抜可能な貫通孔を備えて熱伝導構造の内側に形成された、断熱材からなる第１スペーサと、熱伝導構造の外側を覆って形成された断熱材からなる第２スペーサとを備え、熱伝導構造は、面積の広い底面側が、測定対象の側に配置され、上面側が、貫通孔に挿入されたプローブの他端の側に接して配置され、プローブの外側における測定対象からの熱流束をプローブの他端に輸送する。

以上説明したように、本発明によれば、測定ユニットに取り付けられる接触ユニットを、着脱可能としたので、コストや環境に対する問題を発生することなく、より衛生的に深部体温の測定が実施できる。

図１Ａは、本発明の実施の形態に係る測定装置の構成を示す構成図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る測定装置の構成を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る他の測定装置の構成を示す構成図である。図３は、本発明の実施の形態に係る他の測定装置の一部構成を示す構成図である。図４は、本発明の実施の形態に係る他の測定装置の構成を示す構成図である。図５は、本発明の実施の形態に係る他の測定装置の一部構成を示す構成図である。図６Ａは、本発明の実施の形態に係る他の測定装置の構成を示す構成図である。図６Ｂは、本発明の実施の形態に係る他の測定装置の構成を示す構成図である。図７は、本発明の実施の形態に係る他の測定装置の構成を示す構成図である。図８は、実施の形態に係る測定装置で測定して推定した深部体温（横軸）と、鼓膜温度計によって計測した深部温度（鼓膜温：縦軸）との比較結果を示す特性図である。図９は、実施の形態に係る測定装置で測定して推定した深部体温（実線）と、鼓膜温度計によって計測した深部温度（鼓膜温：破線）との、時系列の変化の比較を示す特性図である。図１０は、生体伝熱の１次元の熱等価回路によるモデルを示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態に係る測定装置について図１Ａ，図１Ｂを参照して説明する。この測定装置は、測定ユニット１００と、測定ユニット１００に着脱可能に取り付けられた接触ユニット１２０とを備える。図１Ａは、測定ユニット１００に接触ユニット１２０を組み合わせて測定の状態とした場合を示し、図１Ｂは、測定ユニット１００から接触ユニット１２０を分離した状態を示している。なお、図１Ａ、図１Ｂにおいて、接触ユニット１２０は、断面を模式的に示している。

測定ユニット１００は、一端が測定対象に向けて配置され、熱抵抗体から構成されたプローブ１０１を備える。例えば、測定においては、プローブ１０１の一端が、測定対象の皮膚に接触する。図１Ａ、図１Ｂの紙面において、プローブ１０１の下端が一端となる。プローブ１０１は、深部体温を測定するための測定対象の温度情報を得るためのセンサを内蔵している。この例では、センサとして、第１温度センサ１０２ａ、第２温度センサ１０２ｂが、プローブ１０１に内蔵されている。第１温度センサ１０２ａは、プローブ１０１の一端に配置されている。第２温度センサ１０２ｂは、プローブ１０１の一端側から離れる方向に第１温度センサ１０２ａから離間して配置されている。

接触ユニット１２０は、熱伝導構造１２１、第１スペーサ１２２、第２スペーサ１２３を備える。熱伝導構造１２１は、錐形状の筒とされた熱伝導材（高熱伝導材）から構成されている。熱伝導構造１２１は、開口面積の広い底面側が、測定対象の側に配置され、開口面積の小さい上面側が、貫通孔１２２ａに挿入されたプローブ１０１の他端の側に接して配置され、プローブ１０１の外側における測定対象からの熱流束をプローブ１０１の他端に輸送する。図１Ａ、図１Ｂの紙面において、プローブ１０１の上端が他端となる。プローブ１０１は、例えば、外形が円柱形状とされ、貫通孔１２２ａは、例えば、円筒形状とされている。

熱伝導構造１２１は、例えば、アルミニウムなどの金属から構成することができる。また、熱伝導構造１２１は、例えば、高分子中に多層に金属薄膜を積層したフィルム材や、高分子中にグラファイトなどの分子結合方向に非常に高い熱伝導率を有する分子を高い割合で配向したフィルム材から構成することができる。

第１スペーサ１２２は、プローブ１０１が挿抜可能な貫通孔１２２ａを備えて熱伝導構造１２１の内側に形成されている。第１スペーサ１２２は、断熱材から構成されている。第２スペーサ１２３は、熱伝導構造１２１の外側を覆って形成されている。第２スペーサ１２３は、断熱材から構成されている。貫通孔１２２ａは、挿入されたプローブ１０１を、適度な力で保持できるように、上面から下面にかけて開口径が徐々に大きくなるように、断面視テーパ状にすることができる。

また、測定ユニット１００は、演算回路１０３、メモリ１０４、外部とのＩ／Ｆ回路として機能する通信回路１０５、演算回路１０３や通信回路１０５などに電力を供給する電池１０６を備える。また、測定ユニット１００は、演算回路１０３、メモリ１０４、通信回路１０５、電池１０６を内蔵する筐体１０７を備える。プローブ１０１は、他端の側が筐体１０７の外側底面に固定されている。また、第２スペーサ１２３は、貫通孔１２２ａに挿入されたプローブ１０１の他端の側の周囲で、筐体１０７の外側底面に接して配置される。

演算回路１０３は、第１温度センサ１０２ａ、第２温度センサ１０２ｂにより計測された計測値から、所定の式を用いて測定対象の深部体温を推定する。メモリ１０４は、例えば、上述した式に基づく一次元の生体伝熱モデルに関する情報や、深部体温の推定結果を記憶する。メモリ１０４は、書き換え可能な不揮発性の記憶装置（例えば、フラッシュメモリなど）から構成することができる。演算回路１０３は、通信回路１０５を介して接続する外部のスマートフォンなどのコンピュータ機器と連携し、深部体温の推定し、推定した深部体温を、設定された通知先に通知する。

また、測定装置は、図２に示すように、熱伝導材からなる板状の熱伝導部１０８を備えることができる。この場合、プローブ１０１は、他端の側が、熱伝導部１０８を介して筐体１０７の外側底面に固定される。また、熱伝導構造１２１の上面側は、貫通孔１２２ａに挿入されたプローブ１０１の他端の側で、熱伝導部１０８に接触して配置される。なお、図２において、接触ユニット１２０は、断面を模式的に示している。

この測定装置を用いることで、以下に示すことにより深部体温を推定することができる。まず、第１温度センサ１０２ａで測定される温度を、測定対象の皮膚温度Ｔ_skinとする。また、第２温度センサ１０２ｂで測定される温度を、熱抵抗体からなるプローブ１０１の上部温度Ｔ_topとする。これらの測定結果より、比例係数αを用い、「深部温度＝Ｔ_skin＋α（Ｔ_skin―Ｔ_top）」により、深部体温を推定することができる（非特許文献２参照）。比例係数αは、鼓膜温度や直腸温度などを測定する他の測定装置の測定結果により、求めておくことができる。上述した演算が、演算回路１０３で実施される。

この測定装置では、接触ユニット１２０が、測定ユニット１００に着脱可能に取り付けられているため、深部体温の測定を一度実施した後、接触ユニット１２０を新たな接触ユニット１２０に交換することが容易に実施できる。このように、実施の形態によれば、測定において肌に接する接触ユニット１２０を、使い切りとしているので、深部体温を推定するために必要な演算回路や記憶装置を交換する必要がない。この結果、実施の形態によれば、コストや環境に対する問題を発生することなく、より衛生的に深部体温の測定が実施できる。

また、図３に示すように、第２スペーサ１２３は、中空部１２５を備える中空構造とすることができる。第２スペーサ１２３は、貫通孔１２２ａに挿入されたプローブ１０１を保持する適切な力が得られる範囲で、中空部１２５を備えることができる。中空部１２５の配置は、熱輸送が１次元的になるように、平面視で回転対称にすることが望ましい。

また、図４に示すように、深部体温を測定するための測定対象の温度情報を得るためのセンサとして、温度センサおよび熱流束センサを含むセンサ１０２ｃを、プローブ１０１の一端に配置（内蔵）する構成とすることができる。なお、図４において、接触ユニット１２０は、断面を模式的に示している。

この測定装置を用いることで、以下に示すことにより深部体温を推定することができる。まず、センサ１０２ｃで測定される温度を、測定対象の皮膚温度Ｔ_skinとする。また、センサ１０２ｃで測定される熱流束を、測定対象の皮膚表面での熱流束Ｈ_Bodyとする。これらの測定結果より、比例係数βを用い、「深部温度＝Ｔ_skin＋αＨ_Body」により、深部体温を推定することができる（非特許文献２参照）。比例係数βは、鼓膜温度や直腸温度などを測定する他の測定装置の測定結果により、求めておくことができる。上述した演算が、演算回路１０３で実施される。

また、図５に示すように、第１スペーサ１２２の測定対象との接触面に、伝熱シート１２６を形成することができる。伝熱シート１２６は、第１スペーサ１２２の測定対象と接触する側の面の全域に、貫通孔１２２ａを覆って（塞いで）形成することができる。伝熱シート１２６は、例えば、熱伝導構造１２１と同様の材料から構成することができる。熱伝導構造１２１を設けることで、プローブ１０１と生体とが直接接触することなく、衛生的により望ましい。

また、図６Ａ、図６Ｂに示すように、接触ユニット１２０は、プローブ１０１の周囲の筐体１０７の外側底面に形成された緩衝部材１０９をさらに備えることができる。この場合、測定ユニット１００の側に向く面が球面の一部のような３次元凸状の曲面とされた第２スペーサ１２３ａを用いることができる。図６Ａは、測定ユニット１００に接触ユニット１２０を組み合わせて測定の状態とした場合を示し、図６Ｂは、測定ユニット１００から接触ユニット１２０を分離した状態を示している。

緩衝部材１０９は、高分子弾性繊維などから構成することができる。接触ユニット１２０を、フレキシブルな材料から構成する場合、測定において、接触ユニット１２０は、測定対象の生体の複雑な局面に合わせて変形する。このような場合、接触ユニット１２０の変形に合わせ、緩衝部材１０９が変形する。また、図７に示すように、中空部１１０を備える中空構造とした緩衝部材１０９ａを用いることもできる。なお、図６Ａ、図６Ｂ、図７において、接触ユニット１２０、緩衝部材１０９、緩衝部材１０９ａは、断面を模式的に示している。

図８に、上述した実施の形態に係る測定装置で測定して推定した深部体温（横軸）と、鼓膜温度計によって計測した深部温度（鼓膜温：縦軸）との比較結果を示す。また、図９に、上述した実施の形態に係る測定装置で測定して推定した深部体温（実線）と、鼓膜温度計によって計測した深部温度（鼓膜温：破線）との、時系列の変化の比較を示す。
図８、図９に示すように、鼓膜温度計によって計測した結果に近い結果が、実施の形態に係る測定装置により得られていることがわかる。

以上に説明したように、本発明によれば、測定ユニットに取り付けられる接触ユニットを、着脱可能としたので、コストや環境に対する問題を発生することなく、より衛生的に深部体温の測定が実施できる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…測定ユニット、１０１…プローブ、１０２ａ…第１温度センサ、１０２ｂ…第２温度センサ、１０３…演算回路、１０４…メモリ、１０５…通信回路、１０６…電池、１０７…筐体、１２０…接触ユニット、１２１…熱伝導構造、１２２…第１スペーサ、１２２ａ…貫通孔、１２３…第２スペーサ。

Claims

深部体温を測定するための測定対象の温度情報を得るためのセンサを内蔵して熱抵抗体から構成され、一端が測定対象に向けて配置されるプローブを備える測定ユニットと、
前記測定ユニットに着脱可能に取り付けられた接触ユニットとを備え、
前記接触ユニットは、
錐形状の筒とされた熱伝導材からなる熱伝導構造と、
前記プローブが挿抜可能な貫通孔を備えて前記熱伝導構造の内側に形成された、断熱材からなる第１スペーサと、
前記熱伝導構造の外側を覆って形成された断熱材からなる第２スペーサと
を備え、
前記熱伝導構造は、面積の広い底面側が、前記測定対象の側に配置され、上面側が、前記貫通孔に挿入された前記プローブの他端の側に接して配置され、前記プローブの外側における前記測定対象からの熱流束を前記プローブの他端に輸送する
ことを特徴とする測定装置。
請求項１記載の測定装置において、
前記測定ユニットは、
前記センサで計測した計測値から前記測定対象の深部体温を推定する演算回路と、
前記演算回路を内蔵する筐体と
を備え、
前記プローブは、他端の側が前記筐体の外側底面に固定されていることを特徴とする測定装置。
請求項２記載の測定装置において、
前記プローブは、他端の側が、熱伝導材からなる板状の熱伝導部を介して前記筐体の外側底面に固定され、
前記貫通孔に挿入された前記プローブの他端の側で、前記熱伝導構造の上面側は、前記熱伝導部に接触して配置される
ことを特徴とする測定装置。
請求項２または３記載の測定装置において、
前記貫通孔に挿入された前記プローブの他端の側の周囲で、前記第２スペーサは、前記筐体の外側底面に接して配置されることを特徴とする測定装置。
請求項２～４のいずれか１項に記載の測定装置において、
前記接触ユニットは、
前記プローブの周囲の前記筐体の外側底面に形成された緩衝部材をさらに備えることを特徴とする測定装置。
請求項５記載の測定装置において、
前記緩衝部材は、中空構造とされていることを特徴とする測定装置。
請求項１～６のいずれか１項に記載の測定装置において、
前記第２スペーサは、中空構造とされていることを特徴とする測定装置。
請求項１～７のいずれか１項に記載の測定装置において、
前記第１スペーサの前記測定対象との接触面に形成された伝熱シートをさらに備えることを特徴とする測定装置。