JP2022111550A - Deep part body temperature estimation device, deep part body temperature estimation method, and deep part body temperature estimation program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象者の深部体温を推定する深部体温推定装置、深部体温推定方法および深部体温推定プログラムに関するものである。 The present invention relates to a core body temperature estimation device, a core body temperature estimation method, and a core body temperature estimation program for estimating the core body temperature of a person to be measured.
近年、熱中症により多くの人が救急搬送されており、2019年5月から9月の全国における熱中症による救急搬送者数の累計は、71317人であった(非特許文献1参照)。熱中症の診療や熱中症のリスク軽減のために、深部体温の測定が有効であるといわれている(非特許文献2参照)。 In recent years, many people have been transported by ambulance due to heat stroke, and the total number of people transported by ambulance due to heat stroke nationwide from May to September 2019 was 71,317 (see Non-Patent Document 1). It is said that measurement of core body temperature is effective for diagnosis of heat stroke and reduction of the risk of heat stroke (see Non-Patent Document 2).
深部体温を監視するためには、直腸温、膀胱温、食道温などを測定する必要があり、日常生活のなかでこれらの測定を実施することは難しい。そこで、深部体温を推定する方法として、測定対象者の心拍数、雰囲気の気温から深部温度を簡易的に推定する方法が提案されている(特許文献1参照)。 In order to monitor core body temperature, it is necessary to measure rectal temperature, bladder temperature, esophageal temperature, etc., and it is difficult to carry out these measurements in daily life. Therefore, as a method of estimating the core body temperature, a method of simply estimating the core body temperature from the heart rate of the person to be measured and the air temperature of the atmosphere has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、深部体温の推定精度が低いという課題があった。 However, the method disclosed in Patent Literature 1 has a problem that the accuracy of estimating core body temperature is low.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、測定対象者の深部体温を従来よりも高精度に推定することができる深部体温推定装置、深部体温推定方法および深部体温推定プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a core body temperature estimation device, a core body temperature estimation method, and a core body temperature estimation program capable of estimating the core body temperature of a person to be measured with higher accuracy than ever before. intended to
本発明の深部体温推定装置は、測定対象者の心拍数または脈拍数を測定するように構成された第1測定部と、前記測定対象者の近傍の温度を測定するように構成された第2測定部と、前記測定対象者の近傍の湿度を測定するように構成された第3測定部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と前記測定対象者の近傍の温度と前記測定対象者の近傍の湿度とに基づいて、前記測定対象者の第1部位と第2部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出するように構成された熱量算出部と、前記熱量に基づいて、前記測定対象者の皮膚温度および深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。 A core body temperature estimating device of the present invention includes a first measuring unit configured to measure the heart rate or pulse rate of a measurement subject, and a second measurement unit configured to measure the temperature in the vicinity of the measurement subject. a measurement unit, a third measurement unit configured to measure the humidity near the measurement subject, the heart rate or pulse rate of the measurement subject, the temperature near the measurement subject, and the measurement subject a heat amount calculation unit configured to calculate the amount of heat flowing into and out of the deep part and skin of the first and second parts of the measurement subject based on the humidity in the vicinity of the measurement subject, and based on the heat amount, and a temperature calculator configured to calculate the skin temperature and the deep temperature of the person to be measured.
また、本発明の深部体温推定装置の1構成例において、前記第1部位は、前記測定対象者の体幹部であり、前記第2部位は、前記測定対象者の四肢部であり、前記熱量算出部は、前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出するように構成された発熱量算出部と、前記測定対象者の近傍の温度と前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚と外気間の第1熱交換量を算出するように構成された第1熱交換量算出部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第2熱交換量を算出するように構成された第2熱交換量算出部と、前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第3熱交換量を算出するように構成された第3熱交換量算出部とを含むことを特徴とするものである。 Further, in one configuration example of the core body temperature estimating device of the present invention, the first part is the trunk of the measurement subject, the second part is the extremities of the measurement subject, and the calorie calculation is performed. a calorific value calculation unit configured to calculate calorific value of each of the trunk and extremities due to exercise of the measurement subject based on the heart rate or pulse rate of the measurement subject; First heat exchange between the skin and the outside air in each of the trunk and extremities of the measurement subject based on the temperature in the vicinity of the measurement subject and the skin temperature calculated immediately before by the temperature calculation unit a first heat exchange amount calculation unit configured to calculate the amount of A second heat exchange amount calculation unit configured to calculate a second heat exchange amount between the deep part and the skin in each of the trunk and extremities of the measurement subject, and the temperature calculated immediately before by the temperature calculation unit. a third heat exchange amount calculation unit configured to calculate a third heat exchange amount between the trunk and the extremities in the deep part of the person to be measured based on the skin temperature and the deep temperature obtained from the measurement. It is characterized by
また、本発明の深部体温推定装置の1構成例において、前記第1熱交換量算出部は、前記測定対象者の皮膚が衣服で覆われている割合を考慮して、前記第1熱交換量を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の深部体温推定装置の1構成例において、前記熱量算出部は、前記測定対象者の近傍の温度と前記測定対象者の近傍の湿度と前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚蒸散量を算出するように構成された皮膚蒸散量算出部をさらに含むことを特徴とするものである。
また、本発明の深部体温推定装置の1構成例において、前記熱量算出部は、外気と前記測定対象者の深部間の第4熱交換量を設定するように構成された第4熱交換量設定部と、前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の体幹部皮膚層の代謝量と体幹部深部層の代謝量と四肢部皮膚層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出するように構成された代謝量算出部とをさらに含むことを特徴とするものである。
Further, in one configuration example of the core body temperature estimating device of the present invention, the first heat exchange amount calculation unit calculates the first heat exchange amount in consideration of the ratio of the skin of the measurement subject covered with clothes. is characterized by calculating
In one configuration example of the core body temperature estimating apparatus of the present invention, the heat amount calculation unit calculates the temperature near the measurement subject, the humidity near the measurement subject, and the skin temperature calculated immediately before by the temperature calculation unit. The method further includes a skin transpiration amount calculation unit configured to calculate a skin transpiration amount in each of the trunk and the extremities of the measurement subject based on the temperature and the deep temperature. be.
Further, in one configuration example of the core body temperature estimating device of the present invention, the heat amount calculation unit is configured to set a fourth heat exchange amount between outside air and the deep part of the measurement subject. and the skin temperature and deep temperature calculated immediately before by the temperature calculating unit, the metabolic rate of the trunk skin layer, the metabolic rate of the trunk deep layer, and the metabolism of the extremities skin layer of the measurement subject. and a metabolic rate calculation unit configured to calculate the metabolic rate of the deep layers of the extremities.
また、本発明の深部体温推定装置の1構成例において、前記温度算出部は、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部の発熱量Q1,U,Q1,L、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚と外気間の第1熱交換量Q3,U,Q3,L、 前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第2熱交換量Q6,U,Q6,L、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第3熱交換量Q7、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚蒸散量Q4,U,Q4,L、外気と前記測定対象者の深部間の第4熱交換量Q5、前記測定対象者の体幹部皮膚層の代謝量Q2,US、体幹部深部層の代謝量Q2,UC、四肢部皮膚層の代謝量Q2,LS、四肢部深部層の代謝量Q2,LC、前記測定対象者の体幹部皮膚層の熱容量WCUS、体幹部深部層の熱容量WCUC、四肢部皮膚層の熱容量WCLS、四肢部深部層の熱容量WCLC、直前に算出した体幹部皮膚層の温度の推定値TUS[t]、体幹部深部層の温度の推定値TUC[t]、四肢部皮膚層の温度の推定値TLS[t]、四肢部深部層の温度の推定値TLC[t]に基づいて、時刻(t+Δt)における体幹部皮膚層の温度の推定値TUS[t+Δt]、体幹部深部層の温度の推定値TUC[t+Δt]、四肢部皮膚層の温度の推定値TLS[t+Δt]、四肢部深部層の温度の推定値TLC[t+Δt]を算出することを特徴とするものである。 In one configuration example of the apparatus for estimating core body temperature according to the present invention, the temperature calculator may calculate heat generation amounts Q 1,U and Q 1,L of the trunk and extremities of the measurement subject, First heat exchange amounts Q 3,U , Q 3,L between the skin and the outside air in the trunk and extremities, respectively, and between the deep part and the skin in the trunk and extremities, respectively, of the measurement subject the second heat exchange amounts Q 6,U and Q 6 ,L , the third heat exchange amount Q between the trunk and the extremities in the deep part of the measurement subject, the trunk of the measurement subject and the Skin transpiration amounts Q 4,U , Q 4,L in each of the extremities, fourth heat exchange amount Q 5 between the outside air and the deep part of the measurement subject, metabolism amount Q 2 of the trunk skin layer of the measurement subject ,US , the metabolic rate in the deep layers of the trunk Q 2,UC , the metabolic rate in the skin layers of the extremities Q 2,LS , the metabolic rate in the deep layers of the extremities Q 2,LC , and the heat capacity of the trunk skin layers of the measurement subject. WC US , heat capacity of the core deep layer WC UC , heat capacity of the extremity skin layer WC LS , heat capacity of the extremity deep layer WC LC , estimated value T US [t] of the temperature of the trunk skin layer calculated immediately before, body Time ( t + Δt ), estimated trunk skin layer temperature T US [t+Δt], trunk deep layer temperature T UC [t+Δt], extremity skin layer temperature estimate T LS [t+Δt], extremity deep It is characterized by calculating an estimated layer temperature value T LC [t+Δt].
また、本発明の深部体温推定方法は、測定対象者の心拍数または脈拍数を測定する第1ステップと、前記測定対象者の近傍の温度を測定する第2ステップと、前記測定対象者の近傍の湿度を測定する第3ステップと、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と前記測定対象者の近傍の温度と前記測定対象者の近傍の湿度とに基づいて、前記測定対象者の第1部位と第2部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する第4ステップと、前記熱量に基づいて、前記測定対象者の皮膚温度および深部温度を算出する第5ステップとを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の深部体温推定プログラムは、前記の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
Further, the core body temperature estimation method of the present invention includes a first step of measuring a heart rate or a pulse rate of a measurement subject, a second step of measuring a temperature near the measurement subject, and a temperature near the measurement subject. and a third step of measuring the humidity of the measurement subject, based on the heart rate or pulse rate of the measurement subject, the temperature near the measurement subject, and the humidity near the measurement subject, the first a fourth step of calculating the amount of heat that flows into and out of the site, the deep part of the second part, and the skin; and a fifth step of calculating the skin temperature and the deep temperature of the person to be measured based on the amount of heat. It is characterized.
Further, a core body temperature estimating program of the present invention is characterized by causing a computer to execute each of the steps described above.
本発明によれば、測定対象者の心拍数と測定対象者近傍の温度だけでなく、測定対象者近傍の湿度を測定して、測定対象者の第1部位と第2部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出し、算出した熱量から測定対象者の深部体温を推定するので、従来よりも高精度に深部体温を推定することができる。 According to the present invention, not only the heart rate of the person to be measured and the temperature in the vicinity of the person to be measured but also the humidity in the vicinity of the person to be measured are measured, and Since the amount of heat flowing into and out of the device is calculated, and the core body temperature of the measurement subject is estimated from the calculated body temperature, the core body temperature can be estimated with higher accuracy than in the past.
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深部体温推定装置の構成を示すブロック図である。深部体温推定装置は、第1測定部1と、第2測定部2と、第3測定部3と、発熱量算出部4と、代謝量算出部5と、熱伝達・熱放射量算出部6(第1熱交換量算出部)と、皮膚蒸散量算出部7と、呼気蒸散量設定部8(第4熱交換量設定部)と、熱交換量算出部9(第2熱交換量算出部)と、熱交換量算出部10(第3熱交換量算出部)と、温度算出部11とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a core body temperature estimation device according to an embodiment of the present invention. The core body temperature estimating device includes a first measuring unit 1, a
発熱量算出部4と代謝量算出部5と熱伝達・熱放射量算出部6と皮膚蒸散量算出部7と呼気蒸散量設定部8と熱交換量算出部9と熱交換量算出部10とは、熱量算出部12を構成している。
A
第1測定部1は、測定対象者の心拍数または脈拍数を測定する。第1測定部1は、例えば、測定対象者の心電位を計測するウエア型あるいはベルト型の心電計と、心電計が計測した心電位から心拍数を算出する算出部とから構成される。あるいは、第1測定部1は、測定対象者の脈波を計測する腕時計型あるいはイヤホン型の脈波計と、脈波計が計測した脈波から心拍数(脈拍数)を算出する算出部とから構成される。 The first measurement unit 1 measures the heart rate or pulse rate of the person to be measured. The first measurement unit 1 is composed of, for example, a wear-type or belt-type electrocardiograph that measures the electrocardiogram of the person to be measured, and a calculation unit that calculates the heart rate from the electrocardiogram measured by the electrocardiograph. . Alternatively, the first measurement unit 1 includes a wristwatch-type or earphone-type pulse wave meter that measures the pulse wave of the person to be measured, and a calculation unit that calculates the heart rate (pulse rate) from the pulse wave measured by the pulse wave meter. consists of
第2測定部2は、測定対象者近傍の温度(測定対象者の雰囲気の気温)を測定する。第2測定部2は、例えば、温度計から構成される。あるいは、第2測定部2は、外部の気象システムから測定対象者の近傍の気象データを取得するようにしてもよい。
The
第3測定部3は、測定対象者近傍の湿度(測定対象者の雰囲気の湿度)を測定する。第3測定部3は、例えば、湿度計から構成される。あるいは、第3測定部3は、第2測定部2と同様に、外部の気象システムから測定対象者の近傍の気象データを取得するようにしてもよい。
The
第1測定部1と第2測定部2と第3測定部3とは、一体型の測定器でもよいし、個別の測定器でもよい。
The first measurement unit 1, the
熱量算出部12は、測定対象者の心拍数と測定対象者近傍の温度と測定対象者近傍の湿度とに基づいて、測定対象者の体幹部(第1部位)と四肢部(第2部位)の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する。
温度算出部11は、熱量算出部12によって算出された熱量に基づいて、測定対象者の皮膚温度および深部温度を算出する。
Based on the heart rate of the measurement subject, the temperature in the vicinity of the measurement subject, and the humidity in the vicinity of the measurement subject, the
The
[深部体温推定方法:時間ステップごとの深部体温変化の計算方法]
本発明は、図2に示すように、測定対象者の身体が体幹部Uと四肢部Lの2部位で構成され、体幹部Uと四肢部Lの2部位がそれぞれ深部層Cと皮膚層Sの2層を有するものとみなす。すなわち、測定対象者の身体は、体幹部深部層UCと、体幹部皮膚層USと、四肢部深部層LCと、四肢部皮膚層LSとからなる。本発明は、取得する温湿度と心拍数情報とを基に、測定対象者の各部・各層に流入出する、時々刻々と変化する熱量を算出し、熱量の変化から、測定対象者の各部位・各層の温度変化を推定する。
[Method for Estimating Core Body Temperature: Method for Calculating Changes in Core Body Temperature at Each Time Step]
In the present invention, as shown in FIG. 2, the body of the person to be measured is composed of two parts, the trunk U and the extremities L, and the two parts of the trunk U and the extremities L are the deep layer C and the skin layer S, respectively. is considered to have two layers of That is, the body of the measurement subject is composed of a trunk deep layer UC, a trunk skin layer US, a limb deep layer LC, and a limb skin layer LS. The present invention calculates the amount of heat that flows into and out of each part and layer of the person to be measured, based on the obtained temperature, humidity and heart rate information, and calculates the amount of heat that changes from time to time.・Estimate the temperature change in each layer.
本実施例では、センサデータを取得する時間ステップごとの深部体温変化の計算方法を説明する。本実施例では、上述のとおり、測定対象者の身体を体幹部と四肢部の2部位で構成されるものとみなした場合の計算例を記載しているが、体幹部を上半身に置き替え、四肢部を下半身に置き替えてもよい。つまり、測定対象者の身体を第1部位と第2部位の任意の2部位で構成されるものとしてよい。 In this embodiment, a method for calculating changes in core body temperature for each time step of acquiring sensor data will be described. In this embodiment, as described above, a calculation example is described in which the body of the person to be measured is considered to be composed of two parts, the trunk and the limbs, but the trunk is replaced with the upper body, The limbs may be replaced with the lower body. That is, the body of the person to be measured may be composed of arbitrary two parts, the first part and the second part.
式(1)~式(4)に、それぞれ測定対象者の体幹部皮膚層USの温度変化、体幹部深部層UCの温度変化、四肢部皮膚層LSの温度変化、四肢部深部層LCの温度変化を推定する式の例を示す。TUS[t]は時刻tにおける体幹部皮膚層USの温度[℃]、TUC[t]は時刻tにおける体幹部深部層UCの温度[℃]、TLS[t]は時刻tにおける四肢部皮膚層LSの温度[℃]、TLC[t]は時刻tにおける四肢部深部層LCの温度[℃]である。 Equations (1) to (4) show the temperature change in the trunk skin layer US, the temperature change in the trunk deep layer UC, the temperature change in the limb skin layer LS, and the temperature in the limb deep layer LC, respectively. Examples of formulas for estimating change are shown. T US [t] is the temperature [°C] of the trunk skin layer US at time t, T UC [t] is the temperature [°C] of the deep trunk layer UC at time t, and T LS [t] is the extremities at time t. The temperature [° C.] of the skin layer LS, and T LC [t] is the temperature [° C.] of the deep extremity layer LC at time t.
Q1,Uは測定対象者の運動による体幹部Uの発熱量[W]、Q1,Lは運動による四肢部Lの発熱量[W]である。Q2,USは測定対象者の体幹部皮膚層USの代謝量[W]、Q2,UCは体幹部深部層UCの代謝量[W]、Q2,LSは四肢部皮膚層LSの代謝量[W]、Q2,LCは四肢部深部層LCの代謝量[W]である。Q3,U(第1熱交換量)は測定対象者の体幹部Uにおける皮膚と外気間の熱伝達・熱放射量[W]、Q3,L(第1熱交換量)は四肢部Lにおける皮膚と外気間の熱伝達・熱放射量[W]である。 Q 1,U is the calorific value [W] of the trunk U due to the exercise of the measurement subject, and Q 1,L is the calorific value [W] of the extremities L due to the exercise. Q2 ,US is the metabolic rate of the trunk skin layer US [W] of the measurement subject, Q2 ,UC is the metabolic rate of the deep trunk layer UC [W], and Q2 ,LS is the metabolism of the extremity skin layer LS Amount [W], Q 2,LC is the metabolic amount [W] of the limb deep layer LC. Q 3,U (first heat exchange amount) is the amount of heat transfer/heat radiation [W] between the skin and the outside air in the trunk U of the person to be measured, and Q 3,L (first heat exchange amount) is the extremities L is the amount of heat transfer/heat radiation [W] between the skin and the outside air in .
Q4,Uは測定対象者の体幹部Uにおける皮膚蒸散量、Q4,Lは四肢部Lにおける皮膚蒸散量である。Q5(第4熱交換量)は測定対象者の呼気蒸散量[W]である。Q6,U(第2熱交換量)は測定対象者の体幹部Uにおける深部と皮膚間の熱交換量[W]、Q6,L(第2熱交換量)は四肢部Lにおける深部と皮膚間の熱交換量[W]である。Q7(第3熱交換量)は測定対象者の深部における体幹と四肢間の熱交換量[W]である。 Q 4,U is the amount of skin transpiration in the trunk U of the measurement subject, and Q 4,L is the amount of skin transpiration in the extremities L. Q 5 (fourth heat exchange amount) is the expiratory transpiration amount [W] of the person to be measured. Q 6,U (second heat exchange amount) is the heat exchange amount [W] between the deep part of the trunk U of the measurement subject and the skin, and Q 6,L (second heat exchange amount) is the deep part and It is the amount of heat exchange [W] between skins. Q 7 (third heat exchange amount) is the heat exchange amount [W] between the trunk and limbs in the deep part of the person to be measured.
WCUSは測定対象者の体幹部皮膚層USの熱容量[J/℃]、WCUCは体幹部深部層UCの熱容量[J/℃]、WCLSは四肢部皮膚層LSの熱容量[J/℃]、WCLCは四肢部深部層LCの熱容量[J/℃]である。Δtは計算ステップ時間であり、例えば1[s]以下とする。
また、時刻t+Δtにおける平均皮膚温Tsk[t+Δt]、深部体温T[t+Δt]は式(5)、式(6)のようになる。
WC US is the heat capacity of the body trunk skin layer US [J/°C], WC UC is the heat capacity of the deep trunk layer UC [J/°C], and WC LS is the heat capacity of the extremity skin layer LS [J/°C]. ], WC LC is the heat capacity of the extremity deep layer LC [J/°C]. Δt is a calculation step time, and is set to 1 [s] or less, for example.
Also, the average skin temperature T sk [t+Δt] and core body temperature T[t+Δt] at time t+Δt are given by equations (5) and (6).
sf_conf_USは測定対象者の体表面全体に対する体幹部Uの表面積の割合[%]、sf_conf_LSは体表面全体に対する四肢部Lの表面積の割合[%]である。熱容量WCUS,WCUC,WCLS,WCLC、割合sf_conf_US,sf_conf_LSは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。 sf_conf_US is the ratio [%] of the surface area of the trunk U to the entire body surface of the subject, and sf_conf_LS is the ratio [%] of the surface area of the extremities L to the entire body surface. The heat capacities WC US , WC UC , WC LS , WC LC and the ratios sf_conf_US, sf_conf_LS are known values, and may be set to values that are practically applicable, and may be appropriately set in the execution of calculations.
図3は本実施例の深部体温推定装置の動作を説明するフローチャートである。第1測定部1は、測定対象者の心拍数を測定する(図3ステップS100)。第2測定部2は、測定対象者近傍の温度(測定対象者の雰囲気の気温)を測定する(図3ステップS101)。第3測定部3は、測定対象者近傍の湿度(測定対象者の雰囲気の湿度)を測定する(図3ステップS102)。
FIG. 3 is a flow chart for explaining the operation of the core body temperature estimating device of this embodiment. The first measurement unit 1 measures the heart rate of the person to be measured (step S100 in FIG. 3). The
[運動による発熱量Q1の算出]
次に、発熱量算出部4は、第1測定部1によって測定された心拍数に基づいて、測定対象者の運動による体幹部Uの深部層における発熱量Q1,U[W]、運動による四肢部Lの深部層における発熱量Q1,L[W]をそれぞれ式(7)、式(8)のように算出する(図3ステップS103)。
[Calculation of calorific value Q 1 due to exercise]
Next, based on the heart rate measured by the first measuring unit 1, the calorific
式(7)、式(8)は、文献「“健康づくりのための運動指針2006 ~生活習慣病予防のために~”,厚生労働省,2006年,<https://www.mhlw.go.jp/shingi/2006/07/dl/s0719-3c.pdf>」に開示されている。weightは測定対象者の重量[kg]、ex_conf_Uは測定対象者の全身に対する体幹部Uの筋肉量の割合[%]、ex_conf_Lは全身に対する四肢部Lの筋肉量の割合[%]である。重量weight、割合ex_conf_U,ex_conf_Lは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。 Equations (7) and (8) are derived from the document ““Exercise guidelines for health promotion 2006-For prevention of lifestyle-related diseases-”, Ministry of Health, Labor and Welfare, 2006, <https://www.mhlw.go. jp/shingi/2006/07/dl/s0719-3c.pdf>”. weight is the weight [kg] of the person to be measured, ex_conf_U is the ratio [%] of the muscle mass of the trunk U to the whole body of the person to be measured, and ex_conf_L is the ratio [%] of the muscle mass of the extremities L to the whole body. The weight weight and the ratios ex_conf_U and ex_conf_L are known values, and may be set according to the actual situation, and may be appropriately set in the execution of the calculation.
また、METs[t]はメッツ数を表している。発熱量算出部4は、第1測定部1が取得した時刻tにおける心拍数HR[t][bpm]、安静時心拍数HRrest、最大心拍数HRmaxを用いて、式(9)または式(10)のいずれか一方の式によりMETs[t]を算出すればよい。
METs[t] represents the number of METs. The calorific
式(10)は、文献「J.R.Wicks,et al.,“HR Index-A Simple Method for the Prediction of Oxygen Uptake”,Medicine and Science in Sports and Exercise,2011」に開示されている。
安静時心拍数HRrest、最大心拍数HRmaxは、それぞれ過去の測定で得られた既知の値として、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。また、式(7)、式(8)で用いるMETs[t]に関しては、瞬時値だけでなく、時間平均値(例えば、6分間の平均値)を用いてもよい。
Equation (10) is disclosed in the document JR Wicks, et al., “HR Index-A Simple Method for the Prediction of Oxygen Uptake,” Medicine and Science in Sports and Exercise, 2011.
The resting heart rate HR rest and the maximum heart rate HR max may each be known values obtained from past measurements, and may be set as appropriate for actual calculations. Also, for METs[t] used in equations (7) and (8), not only the instantaneous value but also the time average value (for example, the average value for 6 minutes) may be used.
[代謝量Q2の算出]
次に、代謝量算出部5は、温度算出部11がΔt前に算出した、時刻tにおける測定対象者の平均皮膚温の推定値Tsk[t][℃]と深部体温の推定値T[t][℃]とに基づいて、測定対象者の体幹部皮膚層USの代謝量Q2,US[W]、体幹部深部層UCの代謝量Q2,UC[W]、四肢部皮膚層LSの代謝量Q2,LS[W]、四肢部深部層LCの代謝量Q2,LC[W]をそれぞれ式(11)~式(14)のように算出する(図3ステップS104)。
[Calculation of metabolic rate Q2 ]
Next, the metabolic
式(11)~式(14)は、文献「Ronald J Spiegel,“A Review of Numerical Models for Predicting the Energy Deposition and Resultant Thermal Response of Humans Exposed to Electromagnetic Fields”,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,Volume32,Issue8,1984」に開示されている。Askinは代謝に関する定数、volume_USは測定対象者の体幹部皮膚層USの体積[m3]、volume_LSは四肢部皮膚層LSの体積[m3]、weight_Uは測定対象者の体幹部Uの重量[kg]、weight_Lは四肢部Lの重量[kg]である。定数Askin、体積volume_US,volume_LS、重量weight_U,weight_Lは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。
Equations (11) to (14) are based on the document “Ronald J Spiegel, “A Review of Numerical Models for Predicting the Energy Deposition and Resultant Thermal Response of Humans Exposed to Electromagnetic Fields”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Volume 32,
Tsk[0]は平均皮膚温Tsk[t]の演算時の初期値、T[0]は深部体温T[t]の演算時の初期値である。本実施例では、体幹部皮膚層USの温度の初期値TUS[0]、体幹部深部層UCの温度の初期値TUC[0]、四肢部皮膚層LSの温度の初期値TLS[0]、四肢部深部層LCの温度の初期値TLC[0]として、別の温度測定装置によって測定した実測値または一般的な安静時の既知の値などの実際に即した値を用いる。したがって、時刻t=0の初回の代謝量Q2の算出では、Tsk[t]=Tsk[0]である。 T sk [0] is the initial value when calculating the average skin temperature T sk [t], and T[0] is the initial value when calculating the core body temperature T[t]. In this embodiment, the initial value T US [0] of the temperature of the trunk skin layer US, the initial value T UC [0] of the temperature of the deep trunk layer UC, and the initial value T LS [0] of the temperature of the extremity skin layer LS are used. 0], and as the initial value T LC [0] of the temperature of the extremity deep layers LC, a realistic value such as an actual value measured by another thermometer or a known value at general rest is used. Therefore, in the initial calculation of the metabolic rate Q 2 at time t=0, T sk [t]=T sk [0].
同様に、深部体温T[t]の初期値T[0]としては、別の温度測定装置によって測定した実測値または一般的な安静時の既知の値などの実際に即した値を用いる。したがって、時刻t=0の初回の代謝量Q2の算出では、T[t]=T[0]である。
また、代謝量算出部5は、式(12)、式(14)のMを式(15)のように算出する。
Similarly, as the initial value T[0] of the core body temperature T[t], a realistic value such as an actual value measured by another temperature measuring device or a known value at general rest is used. Therefore, in the initial calculation of the metabolic rate Q 2 at time t=0, T[t]=T[0].
Also, the
式(15)は、文献「AA Ganpule,et al.,“Interindividual variability in sleeping metabolic rate in Japanese subjects”,European Journal of Clinical Nutrition,volume 61,2007」に開示されている。weight_Cは測定対象者の深部の重量[kg]、heightは測定対象者の身長[cm]、ageは測定対象者の年齢である。sexcoefは測定対象者が男性の場合に0.5473、測定対象者が女性の場合に0.5473×2となる定数である。activity_levelは身体活動レベル、Acoefは代謝調整用のパラメータである。重量weight_C、身長height、年齢age、定数sexcoef、activity_level、パラメータAcoefは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。 Formula (15) is disclosed in the document "AA Ganpule, et al., "Interindividual variability in sleeping metabolic rate in Japanese subjects", European Journal of Clinical Nutrition, volume 61, 2007". weight_C is the deep weight [kg] of the measurement subject, height is the height [cm] of the measurement subject, and age is the age of the measurement subject. sexcoef is a constant that is 0.5473 when the measurement subject is male and 0.5473×2 when the measurement subject is female. activity_level is a physical activity level, and A coef is a parameter for metabolic adjustment. The weight weight_C, height height, age age, constant sexcoef, activity_level, and parameter A coef are known values, and may be set appropriately in the execution of the calculation, using values that match the actual situation.
activity_levelの設定例としては、測定対象者の生活の大部分が座位で、静的な活動が中心の場合は1.5程度とすればよい。測定対象者が座位中心の仕事をしているが、職場内での移動や立位での作業、接客等を含む場合、あるいは通勤、買物、家事、軽いスポーツ等のいずれかを含む場合は、activity_levelを1.75程度とすればよい。測定対象者が移動や立位の多い仕事への従事者である場合、あるいはスポーツなど余暇における活発な運動習慣を持っている場合は、activity_levelを2.0程度とすればよい。このように、測定対象者の運動状況に応じてactivity_levelを適宜設定すればよい。 As an example of setting activity_level, if the person to be measured spends most of his/her life in a sitting position and mainly engages in static activities, the activity_level may be set to about 1.5. If the person to be measured works mainly in a sitting position, but includes movement within the workplace, work in a standing position, customer service, etc., or includes any of commuting, shopping, housework, light sports, etc., Activity_level should be about 1.75. If the person to be measured is engaged in a job that requires a lot of movement or standing, or if he/she has a habit of active exercise in leisure such as sports, activity_level should be set to about 2.0. Thus, the activity_level may be appropriately set according to the exercise status of the person to be measured.
[皮膚と外気間の熱伝達・熱放射量Q3の算出]
次に、熱伝達・熱放射量算出部6は、第2測定部2によって測定された測定対象者近傍の温度Ta[t][℃]と、温度算出部11がΔt前に算出した、時刻tにおける時刻tにおける測定対象者の平均皮膚温の推定値Tsk[t][℃]と体幹部皮膚層USの温度の推定値TUS[t][℃]と四肢部皮膚層LSの温度の推定値TLS[t][℃]とに基づいて、測定対象者の体幹部Uにおける皮膚と外気間の熱伝達・熱放射量Q3,U[W]、四肢部Lにおける皮膚と外気間の熱伝達・熱放射量Q3,L[W]を算出する(図3ステップS105)。第2測定部2が測定対象者の衣服外の気温Ta[t][℃]を測定する場合、熱伝達・熱放射量Q3,U,Q3,Lは式(16)、式(17)のようになる。
[Calculation of heat transfer/thermal radiation Q3 between skin and outside air]
Next, the heat transfer/heat radiation
割合sf_conf_US,sf_conf_LSについては上記のとおりである。fcl_USは体幹部Uの衣服による伝熱効率を表す定数、fcl_LSは四肢部Lの衣服による伝熱効率を表す定数、coverageは四肢部Lを衣服が覆う割合[%]である。割合sf_conf_US,sf_conf_LS、定数fcl_US,fcl_LS、割合coverageは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよい。定数fcl_US,fcl_LS、割合coverageについては、測定対象者の服装に応じて適宜設定すればよい。 The ratios sf_conf_US and sf_conf_LS are as described above. fcl_US is a constant representing the efficiency of heat transfer by clothes on the trunk U, fcl_LS is a constant representing the efficiency of heat transfer by clothes on the extremities L, and coverage is the proportion [%] of the extremities L covered by the clothes. The ratios sf_conf_US, sf_conf_LS, the constants fcl_US, fcl_LS, and the ratio coverage are known values, and values that are practical may be used. The constants fcl_US, fcl_LS, and the ratio coverage may be appropriately set according to the clothes of the person to be measured.
HSは測定対象者の空気との熱交換係数[W/℃]である。熱伝達・熱放射量算出部6は、熱交換係数HS[W/℃]を式(18)により算出する。
HS is the heat exchange coefficient [W/°C] with the air of the person to be measured. The heat transfer/heat
sfは測定対象者の体表面積[m2]である。熱伝達・熱放射量算出部6は、体表面積sf[m2]を測定対象者の重量weight[kg]と身長height[m]とから算出することができる。体表面積sf[m2]の算出式としては、DuBoisの式や藤本の式等の推定式がある。
sf is the body surface area [m 2 ] of the subject. The heat transfer/heat
Hcmは対流熱伝達係数[W/℃/m2]、Hrは放射熱伝達係数[W/℃/m2]である。熱伝達・熱放射量算出部6は、対流熱伝達係数Hcm[W/℃/m2]、放射熱伝達係数Hr[W/℃/m2]を、それぞれ式(19)、式(20)により算出する。
H cm is the convective heat transfer coefficient [W/°C/m 2 ], and H r is the radiant heat transfer coefficient [W/°C/m 2 ]. The heat transfer/heat
式(19)、式(20)は、文献「D.Fiala,et al.,“A computer model of human thermoregulation for a wide range of environmental conditions:the passive system”,Journal of Applied Physiology,1985」に開示されている。Vairは風速[m/s]である。熱伝達・熱放射量算出部6は、風速Vair[m/s]として、風速計等で測定された実測値を用いてもよいし、文献等で開示されている衣服内の風速の既知の値を用いてもよい。
Formulas (19) and (20) are disclosed in the document "D. Fiala, et al., "A computer model of human thermoregulation for a wide range of environmental conditions: the passive system", Journal of Applied Physiology, 1985". It is V air is wind velocity [m/s]. The heat transfer/heat radiation
熱伝達・熱放射量算出部6は、第2測定部2が測定対象者の衣服内の温度Ta[t][℃]を測定する場合、熱伝達・熱放射量Q3,U,Q3,Lを式(21)、式(22)により算出する。
When the
[皮膚蒸散量Q4の算出]
次に、皮膚蒸散量算出部7は、第2測定部2によって測定された測定対象者近傍の温度Ta[t][℃]と、第3測定部3によって測定された測定対象者近傍の相対湿度humidity[t]と、温度算出部11がΔt前に算出した、時刻tにおける平均皮膚温の推定値Tsk[t][℃]と深部体温の推定値T[t][℃]とに基づいて、測定対象者の体幹部Uにおける皮膚蒸散量Q4,U[W]、四肢部Lにおける皮膚蒸散量Q4,L[W]をそれぞれ式(23)、式(24)により算出する(図3ステップS106)。
[Calculation of skin transpiration Q 4 ]
Next, the skin
sw_conf_USは測定対象者の体表面全体に対する体幹部Uの発汗量の割合[%]、sw_conf_LSは体表面全体に対する四肢部Lの発汗量の割合[%]である。割合sw_conf_US,sw_conf_LSは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。swは全身の皮膚蒸散量[W]である。皮膚蒸散量算出部7は、皮膚蒸散量sw[W]を式(25)により算出することができる。
sw_conf_US is the ratio [%] of the amount of perspiration of the trunk U to the entire body surface of the subject, and sw_conf_LS is the ratio [%] of the amount of perspiration of the extremities L to the entire body surface. Each of the ratios sw_conf_US and sw_conf_LS is a known value, and a practical value may be used, and may be appropriately set in the execution of the calculation. sw is the skin transpiration amount [W] of the whole body. The skin transpiration
min(E,Emax)はEとEmaxのうちいずれか小さい方を採用することを意味する。Eは、測定対象者の皮膚における不感蒸散と有感蒸散の和[W]である。皮膚蒸散量算出部7は、不感蒸散と有感蒸散の和E[W]を式(26)により算出することができる。
min(E, E max ) means to adopt the smaller one of E and E max . E is the sum [W] of insensible transpiration and sensible transpiration in the skin of the person to be measured. The skin
PIは測定対象者の皮膚における不感蒸散[W]、Qevは水の蒸発熱[J/g]である。不感蒸散PI[W]、蒸発熱Qev[J/g]は、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。swrateは有感蒸散[g/min]である。皮膚蒸散量算出部7は、有感蒸散swrate[g/min]を式(27)により算出することができる。
PI is the insensible transpiration [W] in the skin of the subject to be measured, and Q ev is the heat of evaporation of water [J/g]. The insensible evaporation PI [W] and the heat of evaporation Q ev [J/g] are known values. swrate is sensible transpiration [g/min]. The skin
式(27)は、文献「D.Fiala,et al.,“Computer prediction of human thermoregulatory and temperature responses to a wide range of environmental conditions”,International Journal of Biometeorology,volume 45,2001」に開示されている。aij,bij(i=1,2,j=0,1)は、発汗係数である。発汗係数aij,bijは、それぞれ既知の値であり、測定対象者の汗のかき易さに応じて実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。具体的には、low(汗をかき難い)、normal(普通)、high(汗をかき易い)の3水準に応じて、式(28)に示すように発汗係数aij,bijを設定すればよい。 Equation (27) is disclosed in the document “D. Fiala, et al., “Computer prediction of human thermoregulatory and temperature responses to a wide range of environmental conditions”, International Journal of Biometeorology, volume 45, 2001”. aij,bij (i = 1, 2, j = 0, 1) are perspiration coefficients. The perspiration coefficients aij and bij are known values, and actual values may be used according to the ease of perspiration of the person to be measured, and may be appropriately set in the execution of the calculation. Specifically, perspiration coefficients aij and bij may be set as shown in equation (28) according to three levels of low (hard to perspire), normal (normal), and high (easy to perspire). .
一方、Emaxは最大蒸発熱[W]である。皮膚蒸散量算出部7は、第2測定部2が測定対象者の衣服外の気温Ta[t][℃]を測定し、第3測定部3が測定対象者の衣服外の相対湿度humidity[t]を測定する場合、最大蒸発熱Emax[W]を式(29)により算出することができる。
On the other hand, E max is the maximum heat of vaporization [W]. In the skin
また、皮膚蒸散量算出部7は、第2測定部2が測定対象者の衣服内の温度Ta[t][℃]を測定し、第3測定部3が測定対象者の衣服内の相対湿度humidity[t]を測定する場合、最大蒸発熱Emax[W]を式(30)により算出することができる。
In the skin
割合sw_conf_US,sw_conf_LS,coverageについては上記のとおりである。fpcl_USは測定対象者の体幹部Uにおける衣服による伝熱効率を表す定数、fpcl_LSは四肢部Lにおける衣服による伝熱効率を表す定数、Emax_coefは最大蒸発熱に関する定数である。定数fpcl_US,fpcl_LS,Emax_coefは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。 The ratios sw_conf_US, sw_conf_LS and coverage are as described above. fpcl_US is a constant representing the efficiency of heat transfer by clothes on the trunk U of the measurement subject, fpcl_LS is a constant representing the efficiency of heat transfer by clothes on the extremities L, and Emax_coef is a constant relating to the maximum heat of vaporization. The constants fpcl_US, fpcl_LS , and Emax_coef are known values, and may be set as appropriate in actual calculations.
Hcは空気の風速に依存した対流による熱移動[W・m2/℃]である。皮膚蒸散量算出部7は、熱移動Hc[W・m2/℃]を式(31)により算出することができる。
H c is heat transfer [W·m 2 /° C.] due to convection that depends on air velocity. The skin
式(29)~式(31)は、文献「I.Laakso,et al.,“Dominant factors affecting temperature rise in simulations of human thermoregulation during RF exposure”,Physics in Medicine and Biology,Volume 56,2011」に開示されている。Psは測定対象者の皮膚層での飽和水蒸気圧[kPa]である。皮膚蒸散量算出部7は、飽和水蒸気圧Ps[kPa]を式(32)により算出することができる。
Equations (29) to (31) are disclosed in the document “I.Laakso, et al., “Dominant factors affecting temperature rise in simulations of human thermoregulation during RF exposure”, Physics in Medicine and Biology, Volume 56, 2011”. It is P s is the saturated water vapor pressure [kPa] in the skin layer of the person to be measured. The skin
Paは湿度を計測している雰囲気中での飽和水蒸気圧[kPa]である。皮膚蒸散量算出部7は、飽和水蒸気圧Pa[kPa]を式(33)により算出することができる。
Pa is the saturated water vapor pressure [kPa] in the atmosphere whose humidity is being measured. The skin transpiration
[呼気蒸散量Q5の決定]
次に、呼気蒸散量設定部8は、測定対象者の呼気による蒸散量Q5[W]を式(34)のように設定する(図3ステップS107)。呼気蒸散量Q5[W]は、外気と測定対象者の深部間の熱交換量に相当する。
[Determination of expiratory transpiration Q5 ]
Next, the exhaled transpiration
[深部と皮膚間の熱交換量Q6の算出]
次に、熱交換量算出部9は、第1測定部1によって測定された心拍数HR[t][bpm]と、温度算出部11がΔt前に算出した、時刻tにおける体幹部皮膚層USの温度の推定値TUS[t][℃]と体幹部深部層UCの温度の推定値TUC[t][℃]と四肢部皮膚層LSの温度の推定値TLS[t][℃]と四肢部深部層LCの温度の推定値TLC[t][℃]と平均皮膚温の推定値Tsk[t][℃]と深部体温の推定値T[t][℃]とに基づいて、測定対象者の体幹部Uにおける深部と皮膚間の熱交換量Q6,U[W]、四肢部Lにおける深部と皮膚間の熱交換量Q6,L[W]をそれぞれ式(35)、式(36)により算出する(図3ステップS108)。
[Calculation of heat exchange amount Q 6 between deep part and skin]
Next, the heat exchange
割合sf_conf_US,sf_conf_LSについては上記のとおりである。hxは測定対象者の皮膚と深部間の熱交換係数である。熱交換量算出部9は、熱交換係数hxを式(37)により算出することができる。
The ratios sf_conf_US and sf_conf_LS are as described above. hx is the heat exchange coefficient between the skin of the person to be measured and the deep part. The heat exchange
METs[t]については上記のとおりである。a,b,e,hx0,hx1,hx_maxは熱交換係数に関わるパラメータである。パラメータa,b,e,hx0,hx1,hx_maxは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、実験を通じて適宜設定すればよい。 METs[t] is as described above. a, b, e, hx0, hx1, and hx_max are parameters related to heat exchange coefficients. The parameters a, b, e, hx0, hx1, and hx_max are known values, and may be set appropriately through experiments.
[体幹部と四肢部間の熱交換量Q7の算出]
次に、熱交換量算出部10は、温度算出部11がΔt前に算出した、時刻tにおける体幹部深部層UCの温度の推定値TUC[t][℃]と四肢部深部層LCの温度TLC[t][℃]と平均皮膚温の推定値Tsk[t][℃]と深部体温の推定値T[t][℃]とに基づいて、測定対象者の深部における体幹部Uと四肢部L間の熱交換量Q7[W]を式(38)により算出する(図3ステップS109)。
[Calculation of heat exchange amount Q7 between trunk and extremities]
Next, the heat exchange
hccは測定対象者の深部における体幹部Uと四肢部Lの熱交換係数である。熱交換量算出部10は、熱交換係数hccを式(39)により算出することができる。
hcc is the heat exchange coefficient between the trunk U and the extremities L in the deep part of the person to be measured. The heat exchange
f,hcc0は熱交換係数に関わるパラメータである。パラメータf,hcc0は、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、実験を通じて適宜設定すればよい。hcc_Tは熱交換係数hccの温度寄与分、hcc_Mは熱交換係数hccのMETs寄与分である。熱交換量算出部10は、熱交換係数hccの温度寄与分hcc_Tを式(40)により算出することができる。
f and hcc0 are parameters related to the heat exchange coefficient. The parameters f and hcc0 are known values, and may be set appropriately through experiments. hcc_T is the temperature contribution of the heat exchange coefficient hcc, and hcc_M is the METs contribution of the heat exchange coefficient hcc. The heat exchange
hcc_Tmaxはhcc_Tの規定の上限値である。また、熱交換量算出部10は、熱交換係数hccのMETs寄与分hcc_Mを式(41)により算出することができる。
hcc_Tmax is the specified upper limit of hcc_T. Also, the heat exchange
hcc_Mmaxはhcc_Mの規定の上限値である。hcc1は熱交換係数に関わるパラメータである。上限値hcc_Tmax,hcc_Mmax、パラメータhcc1は、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、実験を通じて適宜設定すればよい。aveMETs[t]は、メッツ数の時間平均値(例えば、6分間の平均値)である。パラメータa,bについては上記のとおりである。 hcc_Mmax is the specified upper limit of hcc_M. hcc1 is a parameter related to the heat exchange coefficient. The upper limit values hcc_Tmax, hcc_Mmax, and the parameter hcc1 are known values, and may be set appropriately through experiments. aveMETs[t] is the time average value of the METs number (for example, the average value for 6 minutes). Parameters a and b are as described above.
こうして、発熱量算出部4と代謝量算出部5と熱伝達・熱放射量算出部6と皮膚蒸散量算出部7と呼気蒸散量設定部8と熱交換量算出部9と熱交換量算出部10とにより、各熱量Q1,U,Q1,L,Q2,US,Q2,UC,Q2,LS,Q2,LC,Q3,U,Q3,L,Q4,U,Q4,L,Q5,Q6,U,Q6,L,Q7を算出することができる。
In this way, the
温度算出部11は、時刻tにおける測定対象者の体幹部皮膚層USの温度の推定値TUS[t][℃]と、体幹部皮膚層USの代謝量Q2,US[W]と、体幹部Uにおける皮膚と外気間の熱伝達・熱放射量Q3,U[W]と、体幹部Uにおける皮膚蒸散量Q4,U[W]と、体幹部Uにおける深部と皮膚間の熱交換量Q6,U[W]とに基づいて、Δt後の体幹部皮膚層USの温度の推定値TUS[t+Δt][℃]を式(1)により算出する(図3ステップS110)。
The
温度算出部11は、時刻tにおける測定対象者の体幹部深部層UCの温度の推定値TUC[t][℃]と、体幹部Uの深部層における発熱量Q1,U[W]と、体幹部深部層UCの代謝量Q2,UC[W]と、呼気蒸散量Q5[W]と、体幹部Uにおける深部と皮膚間の熱交換量Q6,U[W]と、深部における体幹部Uと四肢部L間の熱交換量Q7[W]とに基づいて、Δt後の体幹部深部層UCの温度の推定値TUC[t+Δt][℃]を式(2)により算出する(図3ステップS111)。
The
温度算出部11は、時刻tにおける測定対象者の四肢部皮膚層LSの温度の推定値TLS[t][℃]と、四肢部皮膚層LSの代謝量Q2,LS[W]と、四肢部Lにおける皮膚と外気間の熱伝達・熱放射量Q3,L[W]と、四肢部Lにおける皮膚蒸散量Q4,L[W]と、四肢部Lにおける深部と皮膚間の熱交換量Q6,L[W]とに基づいて、Δt後の四肢部皮膚層LSの温度の推定値TLS[t+Δt][℃]を式(3)により算出する(図3ステップS112)。
The
温度算出部11は、時刻tにおける測定対象者の四肢部深部層LCの温度の推定値TLC[t][℃]と、四肢部Lの深部層における発熱量Q1,L[W]と、四肢部深部層LCの代謝量Q2,LC[W]と、四肢部Lにおける深部と皮膚間の熱交換量Q6,L[W]と、深部における体幹部Uと四肢部L間の熱交換量Q7[W]とに基づいて、Δt後の四肢部深部層LCの温度の推定値TLC[t+Δt][℃]を式(4)により算出する(図3ステップS113)。
The
こうして、温度の推定値TUS[t+Δt],TUC[t+Δt],TLS[t+Δt],TLC[t+Δt]をそれぞれ逐次計算することができる。
そして、温度算出部11は、Δt後の平均皮膚温の推定値Tsk[t+Δt][℃]を式(5)により算出する(図3ステップS114)。また、温度算出部11は、Δt後の深部体温の推定値T[t+Δt][℃]を式(6)により算出する(図3ステップS115)。
Thus, temperature estimates T US [t+Δt], T UC [t+Δt], T LS [t+Δt], and T LC [t+Δt] can be calculated sequentially.
Then, the
深部体温推定装置は、以上のステップS100~S115の処理を周期Δt毎に行う。Δt後の次の計算では、直前の回で算出したTUS[t+Δt],TUC[t+Δt],TLS[t+Δt],TLC[t+Δt],Tsk[t+Δt],T[t+Δt]を、それぞれTUS[t],TUC[t],TLS[t],TLC[t],Tsk[t],T[t]として、ステップS100~S115の処理を行うようにすればよい。 The core body temperature estimating apparatus performs the above steps S100 to S115 every cycle Δt. In the next calculation after Δt, T US [t + Δt], T UC [t + Δt], T LS [t + Δt], T LC [t + Δt], T sk [t + Δt], T [t + Δt] calculated in the previous calculation are T US [t], T UC [t], T LS [t], T LC [t], T sk [t], and T [t], respectively, and steps S100 to S115 may be performed. .
本実施例では、測定対象者の心拍数と測定対象者近傍の温度だけでなく、測定対象者近傍の湿度を測定して、測定対象者の各部位・各層に流入出する熱量を算出し、算出した熱量から測定対象者の深部体温を推定するので、従来よりも高精度に深部体温を推定することができる。 In this embodiment, not only the heart rate of the person to be measured and the temperature in the vicinity of the person to be measured, but also the humidity in the vicinity of the person to be measured is measured, and the amount of heat flowing into and out of each part and each layer of the person to be measured is calculated. Since the deep body temperature of the measurement subject is estimated from the calculated amount of heat, the deep body temperature can be estimated with higher accuracy than in the past.
なお、本実施例では、測定対象者の心拍数を用いる場合について説明しているが、心拍数の代わりに脈拍数を用いてもよい。 In addition, although the present embodiment describes the case of using the heart rate of the person to be measured, the pulse rate may be used instead of the heart rate.
本実施例の発熱量算出部4と代謝量算出部5と熱伝達・熱放射量算出部6と皮膚蒸散量算出部7と呼気蒸散量設定部8と熱交換量算出部9と熱交換量算出部10と温度算出部11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4に示す。
The
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、第1測定部1と第2測定部2と第3測定部3などが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の深部体温推定方法を実現させるための深部体温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。プログラムをネットワークを通して提供することも可能である。
The computer comprises a
また、発熱量算出部4と代謝量算出部5と熱伝達・熱放射量算出部6と皮膚蒸散量算出部7と呼気蒸散量設定部8と熱交換量算出部9と熱交換量算出部10と温度算出部11とを、複数のコンピュータ機器に分散させるようにしてもよい。
In addition, a
本発明は、人体の深部体温を推定する技術に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to techniques for estimating core body temperature of the human body.
1… 第1測定部、2…第2測定部、3…第3測定部、4…発熱量算出部、5…代謝量算出部、6…熱伝達・熱放射量算出部、7…皮膚蒸散量算出部、8…呼気蒸散量設定部、9…熱交換量算出部、10…熱交換量算出部、11…温度算出部、12…熱量算出部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... 1st measurement part, 2... 2nd measurement part, 3... 3rd measurement part, 4... Calorific value calculation part, 5... Metabolic amount calculation part, 6... Heat transfer and heat radiation amount calculation part, 7... Skin transpiration Quantity calculation unit 8: Evaporation amount setting unit 9: Heat exchange amount calculation unit 10: Heat exchange amount calculation unit 11: Temperature calculation unit 12: Heat amount calculation unit.
Claims (8)
前記測定対象者の近傍の温度を測定するように構成された第2測定部と、
前記測定対象者の近傍の湿度を測定するように構成された第3測定部と、
前記測定対象者の心拍数または脈拍数と前記測定対象者の近傍の温度と前記測定対象者の近傍の湿度とに基づいて、前記測定対象者の第1部位と第2部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出するように構成された熱量算出部と、
前記熱量に基づいて、前記測定対象者の皮膚温度および深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深部体温推定装置。 a first measuring unit configured to measure the heart rate or pulse rate of the person to be measured;
a second measuring unit configured to measure the temperature in the vicinity of the person to be measured;
a third measuring unit configured to measure the humidity in the vicinity of the person to be measured;
based on the heart rate or pulse rate of the measurement subject, the temperature near the measurement subject, and the humidity near the measurement subject; a heat amount calculation unit configured to calculate the amount of heat flowing into and out of the
A core body temperature estimating device, comprising: a temperature calculator configured to calculate a skin temperature and a core temperature of the person to be measured based on the amount of heat.
前記第1部位は、前記測定対象者の体幹部であり、
前記第2部位は、前記測定対象者の四肢部であり、
前記熱量算出部は、
前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出するように構成された発熱量算出部と、
前記測定対象者の近傍の温度と前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚と外気間の第1熱交換量を算出するように構成された第1熱交換量算出部と、
前記測定対象者の心拍数または脈拍数と前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第2熱交換量を算出するように構成された第2熱交換量算出部と、
前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第3熱交換量を算出するように構成された第3熱交換量算出部とを含むことを特徴とする深部体温推定装置。 The core body temperature estimating device according to claim 1,
The first part is the trunk of the measurement subject,
The second part is the extremities of the measurement subject,
The heat quantity calculation unit
a calorific value calculation unit configured to calculate calorific value of each of the trunk and extremities due to exercise of the measurement subject based on the heart rate or pulse rate of the measurement subject;
First heat exchange between the skin and the outside air in each of the trunk and extremities of the measurement subject based on the temperature in the vicinity of the measurement subject and the skin temperature calculated immediately before by the temperature calculation unit a first heat exchange amount calculation unit configured to calculate the amount of
Based on the heart rate or pulse rate of the measurement subject and the skin temperature and deep temperature calculated immediately before by the temperature calculation unit, A second heat exchange amount calculation unit configured to calculate a second heat exchange amount of
A third heat exchange amount between the trunk and the extremities in the deep part of the measurement subject is calculated based on the skin temperature and the deep temperature calculated immediately before by the temperature calculation unit. 3. A core body temperature estimating device, comprising: a heat exchange amount calculating unit;
前記第1熱交換量算出部は、前記測定対象者の皮膚が衣服で覆われている割合を考慮して、前記第1熱交換量を算出することを特徴とする深部体温推定装置。 The core body temperature estimating device according to claim 2,
The deep body temperature estimating device, wherein the first heat exchange amount calculation unit calculates the first heat exchange amount in consideration of a ratio of clothing covering the skin of the person to be measured.
前記熱量算出部は、前記測定対象者の近傍の温度と前記測定対象者の近傍の湿度と前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚蒸散量を算出するように構成された皮膚蒸散量算出部をさらに含むことを特徴とする深部体温推定装置。 The core body temperature estimating device according to claim 2 or 3,
The calorie calculation unit calculates the above-described A core body temperature estimating device, further comprising a skin transpiration amount calculator configured to calculate a skin transpiration amount in each of the trunk and the extremities.
前記熱量算出部は、外気と前記測定対象者の深部間の第4熱交換量を設定するように構成された第4熱交換量設定部と、
前記温度算出部によって直前に算出された皮膚温度と深部温度とに基づいて、前記測定対象者の体幹部皮膚層の代謝量と体幹部深部層の代謝量と四肢部皮膚層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出するように構成された代謝量算出部とをさらに含むことを特徴とする深部体温推定装置。 The core body temperature estimating device according to claim 4,
The heat amount calculation unit includes a fourth heat exchange amount setting unit configured to set a fourth heat exchange amount between the outside air and the deep part of the person to be measured;
Based on the skin temperature and the deep temperature calculated immediately before by the temperature calculating unit, the metabolic rate of the trunk skin layer, the metabolic rate of the trunk deep layer, the metabolic rate of the extremity skin layer, and the extremities of the measurement subject. A core body temperature estimating device, further comprising: a metabolic rate calculation unit configured to calculate a metabolic rate in a deep layer.
前記温度算出部は、
前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部の発熱量Q1,U,Q1,L、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚と外気間の第1熱交換量Q3,U,Q3,L、 前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第2熱交換量Q6,U,Q6,L、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第3熱交換量Q7、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける皮膚蒸散量Q4,U,Q4,L、外気と前記測定対象者の深部間の第4熱交換量Q5、前記測定対象者の体幹部皮膚層の代謝量Q2,US、体幹部深部層の代謝量Q2,UC、四肢部皮膚層の代謝量Q2,LS、四肢部深部層の代謝量Q2,LC、前記測定対象者の体幹部皮膚層の熱容量WCUS、体幹部深部層の熱容量WCUC、四肢部皮膚層の熱容量WCLS、四肢部深部層の熱容量WCLC、直前に算出した体幹部皮膚層の温度の推定値TUS[t]、体幹部深部層の温度の推定値TUC[t]、四肢部皮膚層の温度の推定値TLS[t]、四肢部深部層の温度の推定値TLC[t]に基づいて、
The temperature calculation unit
Heat generation amounts Q 1,U , Q 1,L of the trunk and extremities of the measurement subject, and first heat exchange amounts between the skin and the outside air of the trunk and extremities of the measurement subject, respectively Q 3,U , Q 3,L , second heat exchange amounts Q 6,U , Q 6,L between deep parts and skin in the trunk and extremities of the subject, respectively; A third heat exchange amount Q 7 between the trunk and the extremities in the deep part, skin transpiration amounts Q 4,U , Q 4,L in the trunk and the extremities of the measurement subject, respectively, outside air and the above Fourth deep heat exchange amount Q 5 of the measurement subject, metabolic rate Q 2,US of the trunk skin layer of the measurement subject, metabolic rate Q 2,UC of the deep trunk layer of the measurement subject, metabolism of the extremity skin layer amount Q 2,LS , metabolic rate Q 2,LC in the deep layers of the extremities, heat capacity WC US of the trunk skin layers of the measurement subject, heat capacity WC UC of the deep trunk layers, heat capacity WC LS of the skin layers of the extremities, The heat capacity of the limb deep layer WC LC , the estimated value T US [t] of the temperature of the trunk skin layer calculated immediately before, the estimated value of the temperature of the trunk deep layer T UC [t], and the temperature of the limb skin layer Based on the estimated value T LS [t] and the estimated value T LC [t] of the temperature of the limb deep layer,
前記測定対象者の近傍の温度を測定する第2ステップと、
前記測定対象者の近傍の湿度を測定する第3ステップと、
前記測定対象者の心拍数または脈拍数と前記測定対象者の近傍の温度と前記測定対象者の近傍の湿度とに基づいて、前記測定対象者の第1部位と第2部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する第4ステップと、
前記熱量に基づいて、前記測定対象者の皮膚温度および深部温度を算出する第5ステップとを含むことを特徴とする深部体温推定方法。 a first step of measuring the heart rate or pulse rate of the person to be measured;
a second step of measuring the temperature in the vicinity of the person to be measured;
a third step of measuring the humidity in the vicinity of the person to be measured;
based on the heart rate or pulse rate of the measurement subject, the temperature near the measurement subject, and the humidity near the measurement subject; A fourth step of calculating the amount of heat flowing into and out of
and a fifth step of calculating the skin temperature and the core temperature of the subject based on the amount of heat.
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