JP2012154859A - 体温計 - Google Patents

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Abstract

【課題】 非加熱型の体温計において、測定精度の向上を図る。
【解決手段】 被検体の体表面に接触させることで、深部体温を測定する体温計300であって、前記体表面に接触する側に第1の温度センサ111、121が配され、前記体表面に接触する側の面と対向する側に第2の温度センサ112、122がそれぞれ配された、第1及び第2の熱抵抗体113、123と、前記第1及び第2の熱抵抗体113、123の、前記体表面に接触する側の面に対向する側の面のみを覆うように構成される均一化部材130と、前記第1及び第2の熱抵抗体113、123の側面を取り囲むように配された断熱部材301と、周縁部分が断熱部材301の前記体表面に接触する側の面と対向する側の面によって固定され、中央部分が均一化部材130との間に所定の空間をもって配された保護部材302とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図3

Description

本発明は、体温計に関するものである。
被検体の体表面に貼り付け、被検体の深部の体温を測定する体温計として、従来より、非加熱型の体温計が知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。
一般に、非加熱型の体温計には、被検体の体表面に貼り付けた際に、体表面に接触する第1の温度センサと、該第1の温度センサに断熱材を介して対向して配される第2の温度センサとから構成される温度センサのペアが少なくとも2組備えられている。そして、各温度センサのペアが配されたそれぞれの断熱材の厚さが互いに異なっており、各温度センサのペアにおける第1の温度センサと第2の温度センサとの温度差をそれぞれ検出することにより、深部からの熱流量を求めることで、深部の体温を算出する構成となっている。
特開2007−212407号公報 特開2009−222543号公報
しかしながら、非加熱型の体温計は測定誤差が大きく、深部の体温を高精度に測定することは困難である。このため、実用化においては測定精度に影響を及ぼす要因を個別に調べ、それらの要因を排除する対策を講じていくことが不可欠である。特に、外部(体表面に接触する側と反対側)の急激な温度変化(外乱)の影響を受けやすいことから、このような外乱を排除する対策を講じていくことが重要となっている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、被検体の体表面に貼り付け、被検体の深部の体温を測定する非加熱型の体温計において、外乱の影響を低減させることで、測定精度の向上を図ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る体温計は以下のような構成を備える。即ち、
被検体の体表面に接触させることで、深部体温を測定する体温計であって、
前記体表面に接触する側に第1の温度センサが配され、前記体表面に接触する側の面と対向する側に第2の温度センサがそれぞれ配された、第1及び第2の熱抵抗体と、
前記第1及び第2の熱抵抗体の、前記体表面に接触する側の面に対向する側の面を覆うように構成される均一化部材と、
前記第1及び第2の熱抵抗体の側面を取り囲むように配された断熱部材と、
周縁部分が前記断熱部材の前記体表面に接触する側の面と対向する側の面によって固定され、中央部分が前記均一化部材に対して所定の空間をもって配された保護部材とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、被検体の体表面に貼り付け、被検体の深部の体温を測定する非加熱型の体温計において、外乱の影響を低減させ、測定精度の向上させることが可能となる。
非加熱型の体温計の測定原理を説明するために、非加熱型の体温計における熱流を、電気回路相似法を用いて電気回路として表現した図である。 均一化部材に対する外乱の影響を説明するための図である。 非加熱型の体温計の断面構成を示す図である。 外乱に対する保護部材の効果を説明するための図である。 非加熱型の体温計の平面構成を示す図である。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
1.非加熱型の体温計による深部体温の測定原理
はじめに、非加熱型の体温計(被検体の体表面に貼り付け、被検体の深部の体温を測定する体温計であって、加熱機能を有していないタイプの体温計)における、深部体温の測定原理について簡単に説明する。
図1は、非加熱型の体温計の測定原理を説明するために、非加熱型の体温計における熱流を、電気回路相似法を用いて電気回路として表現した図である。
図1に示すように、熱流を電流I、温度を電圧T、熱抵抗を電気抵抗Rとすることで、非加熱型の体温計における熱流は、等価回路100により表現することができる。
図1において、Tbは深部体温を、Rtは被検体の皮下組織の熱抵抗を、Tt1は第1の温度センサ111において検出された温度を、Ta1は第2の温度センサ112において検出された温度を、Ra1は熱抵抗体113の熱抵抗値をそれぞれ示している。また、Tt2は第1の温度センサ121において検出された温度を、Ta2は第2の温度センサ122において検出された温度を、Ra2は熱抵抗体123の熱抵抗値をそれぞれ示している。更に、Tcは外部温度を、Rcは、外気側の測定温度を均一化させるための均一化部材130と外界との間の熱抵抗値をそれぞれ示している。
等価回路100では、電圧(Tb−Tc)が印加されているものと置き換えることができることから、等価回路100内にはその電圧に応じて電流Iが流れると仮定することができる。
このうち、熱抵抗体113における熱流を電流I1、熱抵抗体123における熱流を電流I2とすると、電流I1及び電流I2は下式(1)、(2)のように表すことができる。
Figure 2012154859
そして、それぞれの式を変形すると、下式(3)、(4)のようになる。
Figure 2012154859
ここで、皮下組織の熱抵抗Rtは、個人ごと及び部位ごとに異なり、一定ではない。そこで、上式(3)、(4)からRtを削除すべく、Rtについて求めると、下式(5)のようになる。
Figure 2012154859
そして、上式(5)を上式(4)に代入することで、下式(6)が求められる。
Figure 2012154859
ここで、Ra1及びRa2は既知であるため、4つの温度(Tt1、Tt2、Ta1、Ta2)を検出すれば、一義的に深部体温Tbを求めることができる。
2.体温計における外乱の原因とその影響についての説明
次に、上述した測定原理により深部体温を測定する非加熱型の体温計において、外部(体表面に接触する側と反対側)の急激な温度変化(外乱)の原因とその影響について検討する。なお、非加熱型の体温計が受ける外乱の影響には、様々なものが考えられるが、本願では、特に、均一化部材130が受ける外乱の影響に着目して検討する。
一般に、非加熱型の体温計は、被検者の体表面に、長時間にわたって直接貼り付けることを前提としている。このため、例えば、貼り付け位置が衣服の内側であった場合には、外乱の原因として、当該衣服の一部が均一化部材130と接触することが考えられ、それによって接触面の温度が急激に変化し、測定結果に影響を及ぼすことが考えられる。
一方、貼り付け位置が、衣服等に覆われておらず、外気に露出した位置であった場合には、外乱の原因として被検者自身の指等の人体の一部が、均一化部材130に直接接触することが考えられ、それによって接触面の温度が急激に変化し、測定結果に影響を及ぼすことが考えられる。更に、他の外乱の原因として風等が直接あたることが考えられ、それによって均一化部材全体の温度が急激に変化し、測定結果に影響を及ぼすことが考えられる。
そこで、本願出願人は、上述のような、実際の貼り付け位置を想定した場合に列挙されうる様々な外乱の原因について、それぞれの影響の度合いを実験した。
図2は、非加熱型の体温計において、均一化部材に対して、1)(衣服の代わりに)紙を接触させた場合、2)指を接触させた場合、3)風をあてた場合、の3通りについて、それぞれの影響の度合いを示した図である。
図2において、横軸は経過時間であり、201、202はそれぞれ紙を接触させたタイミングを、203、204はそれぞれ指を接触させたタイミングを、205、206はそれぞれ風をあてたタイミングを示している。また、縦軸は測定温度であり、200は測定結果を、210は測定対象の温度をそれぞれ示している。
図2に示すように、1)〜3)のいずれについても、測定結果に影響を及ぼすことが分かる(測定対象の温度210の変化と無関係に、1)〜3)のタイミングで測定結果が変化している)。
3.均一化部材が受ける外乱の影響を除去するための要件
上記実験結果を踏まえ、均一化部材130が受ける外乱の影響を除去するための要件について検討する。図2に示したように、実際の貼り付け位置を想定した場合に考えられるいずれの外乱に対しても、非加熱型の体温計は影響を受ける。このため、非加熱型の体温計では、これらの外乱の影響を除去するために、以下のような構成を備えることが不可欠である。
(1)衣服や指等が均一化部材に直接接触することを回避できる構成。
(2)均一化部材にあたる風を遮断できるか、少なくとも、その量、速度を低減できる構成。
一方で、非加熱型の体温計の場合、上記「1.」において説明したとおり、熱抵抗体113及び熱抵抗体123における熱流を4つの温度センサ(第1の温度センサ111、121、第2の温度センサ112、122)により検出することにより、深部体温Tbを算出する構成となっている。このため、測定精度を維持するためには、熱抵抗体113及び熱抵抗体123における熱流を妨げないように構成することが重要である。
つまり、非加熱型の体温計において均一化部材130が受ける外乱の影響を除去するための要件は、内部から外部への熱流を妨げず、かつ外部から均一化部材への外乱を遮断する構成であるということができる。
4.非加熱型の体温計の断面構成
上記のような要件を満たす構成を有する本実施形態の非加熱型の体温計について、図3を用いて説明する。図3は、外乱の影響を除去するための対策を施した、本実施形態に係る非加熱型の体温計300の断面構成を示す図である。図3において、111、121は、被検体の体表面に貼り付けた際に、体表面に接触する側に位置する第1の温度センサであり、112、122は第1の温度センサ111及び121に対向する側に配された第2の温度センサである。なお、第1及び第2の温度センサ(111、121、112、122)は、例えば、熱電対により構成されているものとする。
113は第1の温度センサ111と第2の温度センサ112との間に配され、被検体の体表面からの熱流を通過させる熱抵抗体である。同様に、123は第1の温度センサ121と第2の温度センサ122との間に配され、被検体の体表面からの熱流を通過させる熱抵抗体である。
なお、熱抵抗体113及び熱抵抗体123は、それぞれ、熱伝導率が0.25W/mKのポリアセタールにより構成されているものとする。また、熱抵抗体113は、厚さ1mmで直径が10mmの平板形状を有しており、熱抵抗体123は、厚さ2mmで直径が10mmの平板形状を有しているものとする。そして、第1の温度センサ111、121及び第2の温度センサ112、122はそれぞれ、熱抵抗体113及び熱抵抗体123内の中央位置に配置されているものとする。
このような形状・配置を有することにより、本実施形態に係る非加熱型の体温計300では、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の側面からの熱流の放散自体を抑えることが可能となる。また、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の周囲の体表面から熱流が放散したことによる、第1の温度センサ111、112及び第2の温度センサ121、122への影響を極力抑えることが可能となる。
また、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の側面には、熱抵抗体113及び熱抵抗体123よりも熱伝導率が低く柔軟性の高い断熱部材301(例えば、発泡ゴムやポリウレタン等)が配されている。これにより、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の周囲の体表面からの熱流の放散を直接的に抑えることができる。また、当該断熱部材301は体表面の形状に沿って変形させることができるため、非加熱型の体温計300を体表面に密着して貼り付けるのに適している。
なお、断熱部材301は、隣接する熱抵抗体113、123よりも厚みがあり、熱抵抗体113、123は、それぞれ、断熱部材301の中央に設けられた開口穴に嵌めこまれているものとする。これにより、熱抵抗体113、123の側面は、断熱部材301により取り囲まれることとなる。
このような形状・配置を有することにより、本実施形態に係る非加熱型の体温計300では、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の側面からの熱流の放散自体を抑えることが可能となる。また、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の周囲の体表面から熱流が放散したことによる、第1の温度センサ111、112及び第2の温度センサ121、122への影響を極力抑えることが可能となる。
また、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の上面には、熱伝導率236W/mKのアルミニウムからなる均一化部材130が配されており、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の上面全体を覆っている。これにより、熱抵抗体123の上面及び熱抵抗体123の上面(つまり、熱流が放散される外気側)の温度が均一化されるとともに、(熱抵抗体113、123を通過する熱流の方向を、体表面に対して略垂直方向に向けることにより、)熱抵抗体113及び熱抵抗体123の側面からの熱流の放散を間接的に抑えることができる。
なお、図3に示すように、熱抵抗体113及び熱抵抗体123とは、1mm〜10mm程度(好ましくは2mm〜6mm)の間隔をもって断熱部材301を介して並置されており、熱抵抗体113を通過する熱流と熱抵抗体123を通過する熱流とが混ざり合うことがないよう構成されているものとする。
更に、均一化部材130の上方には、保護部材302が取り付けられている。保護部材302は、その周縁部分が断熱部材301の体表面に接触する側の面と対向する側の面に固定されており、均一化部材130に対して所定量の空間をもって配されている。なお、保護部材302は、例えば、紙等の非可塑性の部材であってもよいし、プラスチック等の可塑性の部材であってもよい。また、保護部材302は、均質に形成されていてもよいし、所定の大きさの通気孔(衣服や指等が均一化部材130に直接接触することがない程度の径からなる通気孔)が複数設けられていてもよい。
いずれにしても、均一化部材130が直接露出しない構成とすることで、衣類や指等が直接均一化部材130に接触することを回避させることが可能となる。また、均一化部材に対して外側からあたる風を遮断する(または風量、風速を低減させる)ことが可能となる。
なお、保護部材302と均一化部材130との間には、空間(空気層)が設けられているため、均一化部材130から放散される熱流が保護部材302によって妨げられることもない。
つまり、保護部材302は、非加熱型の体温計300において均一化部材130が受ける外乱の影響を除去するための要件である、内部から外部への熱流を妨げず、かつ外部から均一化部材への外乱を遮断する構成を具備しているということができる。
一方、図3の体表面に接触する側の面において、熱抵抗体113及び熱抵抗体123及び断熱部材301はそれぞれの底面が同一平面を形成するように配置され固定されている。この結果、被検体の体表面に貼り付けた際に、熱抵抗体113の底面及び熱抵抗体123の底面及び断熱部材301がそれぞれ、被検体の体表面に対して隙間なく貼り付けられることとなる。
また、熱抵抗体113及び熱抵抗体123の底面は、それぞれ、アルミテープ等の熱伝導性のよい熱伝導部材303、304により覆われており、更に、非加熱型の体温計300の体表面側全体は、貼り付けテープ(粘着層)305及び貼り付けテープ(剥離紙)306により覆われている。これにより、非加熱型の体温計300を被検体の体表面に容易に装着することができる。
5.測定誤差の低減対策を施した非加熱型の体温計の平面構成
次に、非加熱型の体温計300の平面構成について説明する。図4は、本実施形態に係る非加熱型の体温計300の種々の平面構成を示した図であり、それぞれ、被検体の体表面に貼り付けた際に、体表面に接触する側の面と対向する側(つまり、背面側)から見た場合の平面図と、体表面に接触する側からみた場合の平面図と、その中間位置で切断した場合の平面図とを示している。
図4に示すように、背面側の中央部分には均一化部材130が露出しないよう保護部材302が配されている。このため、均一化部材130が外乱の影響を受けることもない。
6.保護部材302の効果
次に、保護部材302が配された非加熱型の体温計300における、当該保護部材302の効果について説明する。
図5は、保護部材302が配された非加熱型の体温計300において、図2と同様に、1)紙を接触させた場合、2)指を接触させた場合、3)風をあてた場合、の3通りについて、実験した結果を示す図である。
図5において、横軸は経過時間であり、501、502はそれぞれ紙を接触させたタイミングを、503、504はそれぞれ指を接触させたタイミングを、505、506はそれぞれ風をあてたタイミングを示している。また、縦軸は温度であり、500は測定結果を、510は測定対象の温度をそれぞれ示している。
図5に示すように、1)〜3)のいずれについても、図2と対比して、外乱の測定結果への影響を回避できていることが分かる(測定対象の温度510の変化に沿って測定結果500が変化しており、501〜505のタイミングで測定結果が影響を受けていない)。
7.非加熱型の体温計が備えるその他の構成
非加熱型の体温計300は、第1の温度センサ111、121、第2の温度センサ112、122において検出した温度を、無線等により外部の表示装置に送信することで、被検者の深部温度を表示する。つまり、非加熱型の体温計300には、外部の表示装置に送信するための送信部が配されている。なお、送信部による送信方法は、特定の方法に限定されるものでなく、任意の送信方法が適用されるものとする。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る非加熱型の体温計300では、均一化部材130が受ける外乱の影響を除去すべく、内部から外部への熱流は妨げず、かつ外部から均一化部材130への外乱を遮断する構成とした。この結果、測定精度を向上させることが可能となった。
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、保護部材302と均一化部材130との間の空間として空気層を設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。保護部材302と均一化部材130との間には空間が設けられていればよく、当該空間に空気以外の物質、例えば、ジェル状の物質等、他の物質の層が設けられていてもよい。
また、上記第1の実施形態では、保護部材302が、断熱部材301の体表面に接触する側の面と対向する側の面と、略同一平面を形成するように固定する構成としたが本発明はこれに限定されず、均一化部材130との間の空間をより大きくとるために、中央部分が膨らんだ形状により構成してもよい。
また、上記第1の実施形態では、保護部材302の材質及び厚さについて特に言及しなかったが、保護部材302は、0.025mm〜3mmの厚さであることが好ましく、更に、0.05mm〜1mmの厚さであることが好ましい。本実施形態では、好適と考えられる、例えば、厚さ0.2mmのPEフィルムを用いるようにしてもよい。
なお、保護部材302の材質及び厚さは、指等により外側から押圧した場合であっても、当該保護部材302が均一化部材130に接触することのない強度を確保できることが望ましい。保護部材302と均一化部材130との接触を回避することで、外乱の影響をより低減させることが可能となるからである。
例えば、厚さ0.2mmのPEフィルムを用いれば、均一化部材130と保護部材302との間の垂直方向の距離を2mm程度確保することで、垂直方向に500gfの力で保護部材302を押圧した場合であっても、保護部材302が均一化部材130に接触することはない。なお、保護部材302の厚みが増せば、均一化部材130と保護部材302との間の垂直方向の距離を縮めることができることは言うまでもない。
[その他の実施形態]
上記第1の実施形態では、温度センサ(111、121、112、122)として、例えば、熱電対により構成されているとしたが、サーミスタなど他の温度センサであってもよい。
上記第1の実施形態では、熱抵抗体113及び123の形状(厚さ及び直径)として、それぞれ、厚さ1mm、直径20mm、厚さ2mm、直径20mmとしたが、本発明はこれに限定されない。
熱抵抗体113の厚さは、0.5mm〜10mmの範囲、直径は、5mm〜20mmの範囲内であればよい。また、熱抵抗体123の厚さは、1mm〜20mmの範囲、直径は、5mm〜20mmの範囲内であればよい。ただし、熱抵抗体113と熱抵抗体123の厚さの比は、予め決められた値であればどのような比であってもよいが、深部温度算出精度や製造の容易さを考慮すると、1:2程度であることが望ましい。また、熱抵抗体113と熱抵抗体123に対しては、それぞれ異なる熱伝導率を有する部材を用いるようにしてもよい。
また、上記第1の実施形態では、熱抵抗体113及び123の材質として、ポリアセタールを用いることとしたが、本発明はこれに限定されず、熱伝導率が同程度またはそれ以下の材質であれば、他の材質を用いてもよい。また、上記第1の実施形態では、均一化部材130の材質として、アルミニウムを用いることとしたが、本発明はこれに限定されず、熱伝導率が熱抵抗体113、123よりも大きい材質であれば、他の材質を用いてもよい。
また、上記第1の実施形態では、断熱部材301の厚みが、隣接する熱抵抗体113、123の厚みよりも厚くなるように構成したが、本発明はこれに限定されない。また、上記第1の実施形態では、断熱部材301の材質として、発泡ゴムやポリウレタン等を用いることとしたが、本発明はこれに限定されず、熱抵抗体113及び熱抵抗体123よりも熱伝導率が低く柔軟性の高い他の材質を用いるようにしてもよい。
また、上記第1の実施形態では、熱抵抗体113及び123を、断熱部材301に対して隙間なく配置することとしたが、本発明はこれに限定されず、熱抵抗体113及び123と断熱部材301との間には、隙間を設けるように構成してもよい。
100・・・等価回路、111・・・第1の温度センサ、112・・・第2の温度センサ、113・・・熱抵抗体、121・・・第1の温度センサ、122・・・第2の温度センサ、123・・・熱抵抗体、300・・・体温計、130・・・均一化部材、301・・・断熱部材、302・・・保護部材、303・・・熱伝導部材、304・・・熱伝導部材、305・・・貼り付けテープ(粘着層)、306・・・貼り付けテープ(剥離紙)

Claims (9)

  1. 被検体の体表面に接触させることで、深部体温を測定する体温計であって、
    前記体表面に接触する側に第1の温度センサが配され、前記体表面に接触する側の面と対向する側に第2の温度センサがそれぞれ配された、第1及び第2の熱抵抗体と、
    前記第1及び第2の熱抵抗体の、前記体表面に接触する側の面に対向する側の面を覆うように構成される均一化部材と、
    前記第1及び第2の熱抵抗体の側面を取り囲むように配された断熱部材と、
    周縁部分が前記断熱部材の前記体表面に接触する側の面と対向する側の面によって固定され、中央部分が前記均一化部材に対して所定の空間をもって配された保護部材と
    を備えることを特徴とする体温計。
  2. 前記第1の熱抵抗体は、厚さが0.5mm〜10mmで、前記第2の熱抵抗体は、厚さが1mm〜20mmであることを特徴とする請求項1に記載の体温計。
  3. 前記均一化部材は、前記第1及び第2の熱抵抗体よりも、熱伝導率が高い材質により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の体温計。
  4. 前記第1及び第2の熱抵抗体は、熱伝導率が0.5W/mK以下であることを特徴とする請求項1に記載の体温計。
  5. 前記第1の熱抵抗体の前記体表面に接触する側の面と、前記第2の熱抵抗体の前記体表面に接触する側の面とが、同一平面を形成するように、前記第1及び第2の熱抵抗体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の体温計。
  6. 前記第1の熱抵抗体の側面と前記第2の熱抵抗体の側面との間に隙間が生じるように、前記第1及び第2の熱抵抗体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の体温計。
  7. 前記第1及び前記第2の熱抵抗体の側面と、前記断熱部材との間に隙間が生じるように、前記第1及び第2の熱抵抗体が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の体温計。
  8. 前記断熱部材は、前記第1及び第2の熱抵抗体よりも熱伝導率が低く、柔軟性の高い材質により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の体温計。
  9. 前記保護部材は、通気孔を有することを特徴とする請求項1に記載の体温計。
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