JP2005185797A - 温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 中心部に熱が伝わりにくい、たとえば人体などに対して、伝熱状態を微細にかつ常時掌握し、加温効率を最適にコントロールして、中枢温度を広範囲にわたって上昇させ、かつ一定範囲に温度を保持する方法を提供する。
【解決手段】 人体の首から下の全体を覆うように発熱手段１ａ〜ｅを設け、内部を換気できるよう所々にファン２ａ〜ｆをいくつか設け、体温をＦＦＴ解析して、同じ周期で発熱手段をＯＮ−ＯＦＦして発熱量を周期的に変化させて加温することを特徴とする温度制御方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度を上昇または維持させるための制御方法であって、特に人体などを加温するときの制御に関するものである

従来から、癌は熱に弱いとされることから、遠赤外線の輻射加温によって体温全体、特に人体深部を示す直腸温度を上昇させる全身加温装置が癌治療用に医療現場で用いられてきた。また特許公開２００１−３１４５１９のように生体を加温する装置が発明されている。さらに、特開２００３−１０２７５９や特願２００２−３０７６５０のような加温制御方法が発明されている。

人体を加温する際、生体の恒常性維持機能を考慮する必要がある。皮膚表面を加温しても発汗や呼吸促進などの自律的な体温調節によって、深部は一定温度に維持される。そのため、皮膚の加温は容易だが深部まで加温することは容易でない。特許公開２００１−３１４５１９のような装置は体温を上昇させられたとしても、熱傷の危険や心肺機能への負担が懸念される。直腸温度の変化は非常に微細なので、特開２００３−１０２７５９のような温度そのものを制御対象とする方法では精密に制御できない。特願２００２−３０７６５０はストレス低減を目的として、発熱手段の温度を周期的に変化させて加温する方法が示されているが、人体には個人差があるので加温に適した周期を求めることは容易ではない。安全かつ簡便に人体深部まで上昇および制御し、かつ万人の体温を上昇させる方法を標準化することはきわめて難しいのが現状であった。

人体の首から下の全体を覆うように発熱手段を設け、ＦＲＰなどでその周囲を密閉する。所々にファンをいくつか設け、内部を排気できるようにする。温度計測手段によって、胸部や鼠径部などの皮膚温と直腸や鼓膜などの深部温を検出し、発熱手段の表面温度と体表近傍の気温を検出する。同時に心拍数、血圧、血中酸素濃度、呼吸数などの生体情報をモニタする。加温の前に、皮膚温と深部温をＦＦＴ処理によって解析し、人体の恒常性維持機能による自律的な体温調節の特異的な周期を求める。次に、同じ周期で発熱手段の温度をＯＮ−ＯＦＦさせて周期的な変動を作り出して加温を開始する。発熱手段の諸元は特願２００２−３０７６５０で良いが、輻射伝熱の計算式と実験値から表面温度が１００℃〜１２０℃で加温効率と安全性のバランスが最適になる。また、発熱手段ＯＦＦのフェーズでは、ファンによって内部の熱気を排出して積極的に温度を下げると、より周期を作り出しやすい。

最適な熱量で効率よく、しかも個人差にあわせて生体へのストレスを抑制させつつ、人体深部を加温できる。体温を温度そのもので評価するのでなくＦＦＴ解析によって周期的な変動を読み取るので、千分の一度レベルで調節される体温の微細な変化を定量的に評価できる。そのことで体温調節に共振する周期的な加温変動を定めることができ、自律的な体温調節である発汗や筋肉の震戦を最低限に抑え、かつ心肺機能などへのストレスを低減させた加温ができる。また、個人差によって体内の熱伝導度合いが異なるが、個人個人に対する固有の周期を同定して、最適な加温プロトコルを標準化できる。

以下、本発明の実施例を示す。
（イ）人体の周囲に発熱手段１ａ〜１ｄを設け、チャンバー７周囲を囲んで、ＦＦＴ解析処理が可能な機能を付した制御ボード３を通して電源８につなぐ。チャンバー７の外壁にはファン２ａ〜２ｅを設け、さらに人体が出入りできる扉を設けておく。また、人体頭部に風があたる用ファン２ｆを設け、ファン２ａ〜ｆは制御ボード３を通じて電源８につなぐ。
（ロ）人体直腸、鼓膜、皮膚の各部に温度センサ５ａ〜５ｅを設け、温度計測手段４ｂで計測する。また、指先には心拍用センサ６ａを設けて呼吸数、心拍数、血中酸素濃度を検出し、腕には血圧計測手段６ｂを設けて血圧を検出し、生体情報モニタ４ａによって計測される。
本発明は以上の様な構造で、使用する際は次のようにする。

人体をチャンバーに寝かせて安静にさせ、加温しないときの体温を温度計測手段４ｂで計測する。計測された体温は制御ボード３に取り込んでＦＦＴ解析し、周期を特定する。通常、体温は恒常性維持機能によって３６〜３７℃に保たれるが、その自律的な調節は一定周期で維持している。環境温度が変化したときも体温の周期が変化し、体温調節の状態が示される。

次に、直腸温度と同じ周期で同じ発熱手段１ａ〜１ｄの発熱量をＯＮ−ＯＦＦさせ、加温する。同期していれば皮膚温度についで直腸温度が速やかに上昇し始める。そのとき皮膚温度と深部温度をそれぞれ入力波形と出力波形とし、体内の熱伝導に対する伝達関数を求めておくと、体内の固有の熱伝導条件を定められる。直腸温度が目標値に達した後、一定時間保持する際にもＦＦＴ解析によって体温周期のスペクトルを特定し、それに沿って、大幅な差分なしに精密に維持できる。
一般に、皮膚温度は発熱手段の温度変化に鋭敏に反応するので、皮膚温度に対する発熱手段の最適周期は求めやすい。また、深部である直腸温度そのものは中々変化しないが、その自律調整の周期は比較的変化の動向を読み取りやすい。直腸温度が上昇しやすい共振周期を求めることで、皮膚温度引いては発熱手段の最適周期を求めることが出来る。

「本発明の接続を示した図である。」

符号の説明

１ 発熱手段
２ａ〜ｅ ファン
２ｆ 頭部用ファン
３ 制御ボード
４ａ 生体情報モニタ
４ｂ 温度計測手段
５ａ〜ｅ 温度センサ
６ａ 心拍用センサ
６ｂ 血圧計測手段
７ チャンバー
８ 電源

Claims (7)

1. 加温対象を発熱手段によって直接的または媒体を介して間接的に加温して、中心部位を所定の温度に上昇または一定維持させる方法において、加温するための発熱手段と、温度を検出する計測手段と、計測された温度をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理する解析手段と、発熱手段に電力などのエネルギを与える出力手段と、ＦＦＴ処理された解析結果を受けて出力手段の出力量を調節する制御手段からなる温度制御方法。
2. 請求項１において、発熱手段が任意の温度と時間の周期で変動しながら加温するよう、出力手段の出力を調節する温度制御方法。
3. 請求項２において、加温対象が自律的に温度を調節する対象であって、そのＦＦＴ処理で得られた加温対象の温度挙動の周期や振幅に対して、発熱手段の加温周期やその振幅である温度を制御する温度制御方法。
4. 請求項３において、加温対象が生体または人体の全身または一部などであって、計測手段は体温、心拍数、血中溶存酸素濃度などの生体情報を検出し、加温前の体温を常時ＦＦＴ処理して自律的な体温調節の周期を解析し、発熱手段の発熱量の周期が体温の周期と同じまたは逆の位相になるよう、発熱手段を制御する温度制御方法。
5. 請求項４において、発熱手段の周期を任意に変化させ、体温をＦＦＴ処理して、体温の温度変動が実際に共振するときの発熱手段の周期を定め、その周期と同じまたは逆の位相になるよう発熱手段を制御する温度制御方法。
6. 請求項５において、体温は体表である皮膚温度と深部である直腸温度とし、直腸温度の周期が共振する皮膚温度の周期を定め、皮膚温度の周期と同じまたは逆の位相になるよう、発熱手段の周期を調節する温度制御方法。
7. 請求項６において、生体情報があらかじめ定めた許容値を逸脱しそうになったら出力手段の出力量を減少させ、または逆の位相の周期に調節し、あるいは皮膚温度挙動と発熱量の周期が共振しないよう調節する温度制御方法。

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