JP6376531B2 - 発汗監視装置及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、人の体温、脈拍数、及び累積発汗量を検出して、人の異常発汗状態を監視する発汗監視装置及びその作動方法に関するものである。

近年、地球温暖化の影響等により、異常高温の発生頻度が多くなり、これに伴って作業中に熱中症を発症して医療機関に搬送される事例が急増している。その発生は年間数万件を超えて、年々増加傾向を示している。このため、熱中症の発生を事前に察知して、未然に防止できるような装置が望まれている。

発汗（特に精神性発汗）を検知する装置として、掌や指先に電気センサーを設置する、いわゆる嘘発見器が知られている。また、掌の血管や発汗状況を画像として捉え、精神性発汗状況を検知する装置も開発されている（特許文献１）。特許文献１のものは、光干渉画像解析に基づいて、エクリン汗腺内部に存在する水分の信号強度の積算値を求め、特定のエクリン発汗量を測定するものである。特許文献２には、発汗を発色表示するパッチ式の発汗センサーが記載されている。

特許第５２９８７０３号公報 特許第５２８１８４８号公報

特許文献１で提案されている技術は、装置が大掛かりで高価である。このため、ある一定の作業範囲を移動する作業員が現場で適用できるものではない。また、特許文献２の発汗を発色表示するパッチ式の発汗センサーはデータ管理が煩雑になるため、監視用センサーとして採用されるには至っていない。

ところで熱中症を予防するためには、発汗量に加えて、その他の生体値の変化も管理する必要がある。すなわち、深部体温計（内耳または直腸内で計測）や接触型体温計、熱画像型体温計などによる体温変化の管理や、脈拍数の管理などが、さらに必要となる。この場合、周期的に作業員の生体値変化を確認するか、一部の生体値のみを無線通信で監視する方法が考えられる。しかしながら、作業員の生体値変化を連続的にモニターしながら、個々の作業員の熱中症予防を管理するものは存在しない。

仮に、作業員が多くの生体値モニターを装着すると、高温環境下での工事現場等で働く作業員にとって、身体的な負担が大きい。特に、熱中症による体温の上昇管理を行うために、例えば内耳体温計を作業行動中の作業員が装着（挿入）すると、ヘルメットや防音耳栓などを装着することが日常的な作業員にとって、不快感や挿入位置のばらつき、及び作業行動による挿入位置のずれなどがあり、信頼度の高いデータが得られにくいという問題がある。このため、熱中症の発生に関係する生体値を見極めて、装着する測定器数を削減し、軽量化することが求められる。

また、皮膚からの水分蒸発の種類には、ストレス等の精神的な刺激により、交感神経の働きによって手の平や足の裏から精神性の汗が分泌されることが知られている。この精神性発汗は運動による汗である温熱性発汗と異なり、極めて微量で数ｍｇ／ｃｍ2／ｈｒから数１０ｍｇ／ｃｍ2／ｈｒの範囲である。この発汗により、経皮水分蒸発量（Trance Epidermal Water Loss、以下ＴＥＷＬ値と称す）は増加する。この現象から、ＴＥＷＬ値を測定することによって、ストレス等を調べることができる。

本発明は、上記課題に鑑みて、あらゆる状況下での人の異常発汗状態を簡単に監視することができる発汗監視装置及びその作動方法を提供する。

本発明の発汗監視装置は、人の体温を検知する体温検知手段と、人の脈拍数を検知する脈拍数検知手段と、汗を吸着する吸着層と、この吸着層に設けられた電極とを有する発汗量検知手段とを備え、前記吸着層における電極間の電気抵抗または電流値を測定することにより人の累積発汗量を推定し、検知された体温、脈拍数、及び累積発汗量に基づいて、人の発汗状態を監視するものである。

本発明の発汗監視装置によれば、体温、脈拍数、及び累積発汗量を検知することにより、これらの変化に基づいて人の異常な発汗状態を監視することができる。この場合、累積発汗量は、吸着層の電気抵抗または電流値に基づいて推定することができる。ここで、異常な発汗状態とは、通常状態とは異なる諸症状に起因するような発汗をいい、例えば、熱中症に起因する発汗や、ストレス・緊張・不安といった精神的・心理的な問題に起因する精神性発汗などである。

前記体温検知手段及び脈拍数検知手段は、装着可能なバンド部に設けることができる。これにより、バンド部を、例えば手首や足首など、作業に邪魔にならない位置に装着することができる。

前記発汗量検知手段は、汗の量に応じて発色する発色層を備えることができる。これにより、累積発汗量を視覚的に確認することができる。

前記構成において、電気抵抗または電流値から累積発汗量を演算する演算手段を備えることができる。これにより自動的に累積発汗量を演算することができる。また、体温と脈拍数と累積発汗量とが所定の値または所定の傾向を示したことを演算し、通報する警報手段を備えることもできる。これにより、異常な発汗状態となったときには自動的に通報し、迅速に対応することができる。この演算手段は、前記発汗量検知手段と一体に設けてもよい。

前記発汗量検知手段は、人の掌から累積発汗量を検知するものであってもよい。

本発明の発汗監視装置の作動方法は、人の体温を検知するステップと、人の脈拍数を検知するステップと、人の汗が吸着された吸着層の電気抵抗または電流値を測定することにより、人の累積発汗量を推定するステップとを備え、検知した体温、脈拍数、及び累積発汗量に基づいて、人の異常な発汗状態を監視するものである。

本発明の発汗監視装置の作動方法によれば、体温、脈拍数、及び累積発汗量を検出することにより、これらの変化に基づいて人の異常な発汗状態を監視することができる。この場合、累積発汗量は、吸着層における電気抵抗または電流値に基づいて検知することができる。

前記構成において、肘から手首までの前腕部で、体温、脈拍数、及び累積発汗量を検知することができる。これにより、監視負担を少なくすることができ、外部環境の影響を受けにくくすることができる。また、人の掌から累積発汗量を検知するものであってもよい。

本発明の発汗監視装置及び発汗監視装置の作動方法では、体温、脈拍数、及び累積発汗量の変化に基づいて人の発汗状態を監視することができるため、多くの生体値変化の検出が必要な症例（例えば熱中症）でも、事前に発生を察知することができる。また、累積発汗量は、吸着層における電気抵抗または電流値に基づいて検知することができるため、簡単に累積発汗量を検知することができる。これにより、動作中の人の生体値変化でも連続的に累積発汗量を監視することができ、行動に制約をかけることなく、あらゆる状況下での人の発汗状態を簡単に監視することができる。しかも、小型化、軽量化が可能であり、適用範囲を広範囲なものとすることができる。

本発明の第１実施形態の発汗監視装置を前腕部に装着した状態の図である。 前記図１の発汗監視装置を構成する発汗量検知手段の断面図である。 前記図１の発汗監視装置を構成する発汗量検知手段の平面図である。 前記図１の発汗監視装置のブロック図である。 発汗量と電気抵抗との関係を示すグラフ図である。 前記図１の発汗監視装置を構成する表示手段を示す図である。 本発明の第２実施形態の発汗監視装置であり、（ａ）は前腕部に装着した状態の図であり、（ｂ）は発汗量検知手段を分解した図であり、（ｃ）は装着状態における断面図である。 本発明の第３実施形態の発汗監視装置であり、（ａ）は掌に装着した状態の図であり、（ｂ）は本発明の第３実施形態の発汗監視装置を構成する発汗量検知手段の断面図であり、（ｃ）は本発明の第３実施形態の発汗監視装置のブロック図であり、（ｄ）は本発明の第３実施形態の発汗監視装置の構成を示す簡略断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。

図１に本発明の第１実施形態の発汗監視装置を人が装着した状態の図を示す。

この発汗監視装置は、図１に示すように、センサ部１と、接続部１０と、バンド部２０とから構成されている。バンド部２０は装着可能なものであり、本実施形態では人の手首に巻回されている。接続部１０は、例えばコイルスプリングなどの接続部材からなるもので、伸縮したり屈曲したりすることができる。センサ部１は、接続部１０を介してバンド部２０に取り付けられている。これにより、手首が折れ曲がっても、接続部１０が屈曲してセンサ部１は腕に沿うものとなる。

センサ部１は発汗量検知手段２にて構成されている。発汗量検知手段２は、図２に示すように、不織布からなる透過層３と、この透過層３に密着する吸着層４と、吸着層４を覆う発色層５と、発色層５の上面を覆う非透過層６ｂと、吸着層４の下面を覆う非透過層６ａと、吸着層４に挿入される一対の電極７ａ、７ｂ（図３参照）とからなる。透過層３と非透過層６ａとが、人に接触する側となる。

透過層３は、汗を透過させる材質で構成されており、非透過層６ａ、６ｂは汗を透過させない材質で構成されている。発色層５は、汗を吸着することにより発色する。人が発汗すると、汗は透過層３を透過して吸着層４に吸着される。吸着層４に汗が吸着することにより発色層５が発色する。

電極７ａ、７ｂは後述するように、バンド部２０に設けられた演算手段２３（図４参照）に電気的に接続される。

バンド部２０は、図１に示すように、体温検知手段２１と、脈拍数検知手段２２と、演算手段２３と、警報手段２４と、電池２５と、表示手段２６（図４および図６参照）とを備えている。

体温検知手段２１は、公知公用のサーミスタ型体温計からなり、温度によって抵抗の値が変化する半導体素子を用いて体温を表示する。脈拍数検知手段２２は、公知公用の光学式脈拍センサーからなり、光学センサーで脈拍数を読み取るものである。

演算手段２３は、図４に示すように、発汗量検知手段２に電気的に接続されており、発汗量検知手段２と、演算手段２３と、電池２５とで電気回路が構成される。演算手段２３は、電池２５と電極７ａ、７ｂとで構成される回路に流れる電流値を計測する図示省略の電流計と、電流計で示した電流値から、吸着層４における電極間の電気抵抗を演算する図示省略の演算部とで構成されている。

図５に示すように、汗が透過層３から吸着層４に進展し、吸着層４で吸着した汗の量が増加すると、吸着層４における電気抵抗が低下する。なお、図５において、実線が時間と発汗量の累積値との関係を示し、二点鎖線が時間と電気抵抗との関係を示している。この関係から、演算手段２３は、電池２５と電極７ａ、７ｂとで構成される回路に流れる電流値を計測して吸着層４の電気抵抗または電流値を演算し、この電気抵抗または電流値から、吸着層４に吸着される汗（つまり、人の発汗量）の累積値を演算推定する。

図４に示すように、体温検知手段２１、演算手段２３、脈拍数検知手段２２は、警報手段２４に電気的に接続されている。警報手段２４には、異常な発汗状態を通報するための体温と、脈拍数と、累積発汗量との値、またはこれらの傾向が予め設定される。そして、体温検知手段２１により検知した体温と、演算手段２３により推定した累積発汗量と、脈拍数検知手段２２により検知した脈拍数とが、設定された所定の値または所定の傾向を示したことを演算し、警報手段２４はアラーム音を発生したり、アラーム光を発光したりする等して、異常な発汗状態であることの警報告知を行う。

表示手段２６は、バンド部２０に設けられており、図６に示すように、累積発汗量と、体温と、脈拍とを表示する。

この実施形態では、本発明の発汗監視装置は熱中症の予防を目的として装着される。熱中症の発生メカニズムは、まず、人が運動すると、発熱（カロリー消費）により体温（主に筋肉）の温度が上昇する。体温がさらに上昇すると血管が拡張し、皮膚への血液循環量を増やし、体温上昇を抑制する。それでも体温が上昇すると汗腺が開き、汗の蒸散によって体温上昇の抑制を図る。さらに体温が上昇すると、皮膚の血液循環量を増加させるために脈拍数を高める。脈拍数が最大脈拍数に至ると、発汗による体温調節機能が失われ、一気に体温が上昇する。このようにして熱中症が発生する。

本発明の発汗監視装置は、体温、累積発汗量、及び脈拍数を同時に検知できるため、これらの変化に基づいて人の異常な発汗状態（本実施形態では、熱中症に起因する発汗）を検知することができる。ここで、異常な発汗状態とは、通常状態とは異なる諸症状に起因するような発汗をいい、本実施形態では、熱中症に起因する発汗である。

次に、この発汗監視装置の作動方法を説明する。まず、異常な発汗状態（本実施形態では熱中症に起因する発汗）と判断するための体温、累積発汗量、脈拍数の条件（所定の値または所定の傾向）を予め警報手段２４に設定する。例えば、体温が３８℃以上、発汗量の増加が減少するか停止する傾向、脈拍数の上昇が上限で停止する傾向、の３つの条件を満たしたときに異常な発汗状態を通報するように警報手段２４に条件設定する。

被監視者は、本発明の発汗監視装置のバンド部２０を装着する。具体的には、バンド部２０を手首に装着するとともに、センサ部１を腕の内側に沿わせる。この場合、図１に示すように、センサ部１は手首から前腕部に向かって延びる。このように装着すれば、体温検知手段２１と脈拍数検知手段２２とは手首に対応し、手首の体温と脈拍数とを計測することができる。発汗量検知手段２は腕の内側に対応し、腕の内側の累積発汗量を計測することができる。このように、肘から手首までの前腕部で、体温、脈拍数、及び累積発汗量を検知することができて、被監視者への監視負担を少なくすることができ、外部環境の影響を受けにくくすることができる。

被監視者が発汗すると、汗は透過層３を透過し、吸着層４にて吸着される。このとき、演算手段２３は、電池２５と電極７ａ、７ｂとで構成される回路に流れる電流値を計測することにより、被監視者の発汗量の累積値を演算推定する。このとき、発色層５は発色し、被監視者も視覚的に累積発汗量を確認することができる。発汗量の累積値の推定と同時に、体温検知手段２１は、被監視者の体温を検知するとともに、脈拍数検知手段２２は、被監視者の脈拍数を検知する。

被監視者の体温が例えば３８℃を検知し、かつ脈拍数の上昇が上限で停止すると、警報手段２４が警報音を発するとともに、表示手段２６は体温と脈拍の数値を点滅させる。さらに、発汗量の増加が一定時間停止すると、警報手段２４はさらに長い警報音を発するとともに、表示手段２６は体温と脈拍と発汗量の数値を点滅させて、ユーザに休憩等による生体値の回復を促す。

本発明の第１実施形態に係る発汗監視装置では、体温、脈拍数、及び累積発汗量の変化に基づいて人の異常な発汗状態（例えば熱中症に起因する発汗）を監視することができるため、多くの生体値変化の検出が必要な症例（例えば熱中症）でも、事前に発生を察知することができる。また、発汗量の累積値は、吸着層における電気抵抗または電流値に基づいて検知することができるため、簡単に累積発汗量を検知することができる。これにより、動作中の人の生体値変化でも連続的に累積発汗量を監視することができ、行動に制約をかけることなく、あらゆる状況下での人の異常な発汗状態を簡単に監視することができる。

しかも、小型化、軽量化が可能であり、適用範囲を広範囲なものとすることができる。例えば、工事現場の作業員や高温環境下での運転員や保守作業員の熱中症予防管理などの温熱性発汗の状態管理や、被介護者のストレス管理（睡眠状態）などの精神性発汗の状態管理を容易に行うことができる。

図７は、本発明の第２実施形態に係る発汗監視装置を示す。第２実施形態の発汗監視装置は、図７（ａ）に示すように、発汗量検知手段２がバンド部２０から突出しておらず、バンド部２０に沿って設けられている。

すなわち、図７（ｂ）や図７（ｃ）に示すように、電池２５と表示部２６と演算手段２３が一体的に設けられており、そこから一対の接続端子２７ａ、２７ｂがバンド部２０内に延びる。この接続端子２７ａ、２７ｂに、発汗量検知手段２の電極７ａ、７ｂが夫々接続されている。これにより、発汗量検知手段２は、バンド部２０に沿って設けられ、装着した状態では、図７（ｃ）に示すようにバンド部２０の内側に重なる。さらに、発汗量検知手段２には、図７（ｃ）に示すように、人の皮膚に貼着された状態で固定されるように粘着層２８を設けている。

バンド部２０の一部は透明の部材であり、発汗量検知手段２にバンド部２０が重なっていても、発汗量検知手段２による発色を視認することができる。また、バンド部２０の一部が透明でない場合は、バンド部２０の一部に図示省略の窓を設け、この窓に発汗量検知手段２を対応させると、発汗量検知手段２による発色を視認することができる。

このようにして第２実施形態の発汗監視装置を装着すれば、前記第１実施形態の発汗監視装置と同様の作用効果を奏する。特に、発汗量検知手段２をバンド部２０に沿って設けているので、被監視者の作業の邪魔にならず、使い勝手の良いものとなる。しかも、発汗量検知手段２は視認できるものとしているため、第１実施形態の発汗監視装置と同様の性能を維持することができる。

図８は、本発明の第３実施形態に係る発汗監視装置を示す。第３実施形態の発汗監視装置は、図８（ａ）に示すように、バンド部を省略し、図示省略の粘着層を介して掌に粘着させるものである。さらに、この発汗監視装置は、発汗量検知手段３０の構成を、前記第１及び２実施形態の発汗監視装置と異なるものとしている。本実施形態の発汗量検知手段３０は、図８（ｂ）に示すように、不織布からなる透過層３１と、この透過層３１に密着する吸着発色層３２と、吸着発色層３２の上面を覆う非透過層３３ａと、吸着発色層３２の下面を覆う非透過層３３ｂと、吸着発色層３２に挿入される一対の電極３４ａ、３４ｂとからなる。

この発汗量検知手段３０は、図８（ｃ）に示すように、演算手段２３に電気的に接続され、さらに演算手段２３が表示手段２６に接続されている。さらに図８（ｄ）に、これらの配置関係を示す。すなわち、演算手段２３と電池２５が接続されており、その上に表示手段２６が積層されている。このまとまりに対して横並びになるように、発汗量検知手段３０が、接続部１０を介して演算手段２３に接続されている。

吸着発色層３２は、汗を吸収し、かつ、汗を吸収することにより発色するものである。これにより、第３実施形態の発汗量検知手段３０は、前記第１及び第２実施形態の発汗量検知手段２よりも薄くすることができる。この第３実施形態の発汗量検知手段３０は、発汗量の少ない異常な発汗状態を監視するのに適している。例えば、精神的発汗は、熱中症等の温熱性発汗量と比べて発汗量が１／１０程度と少なく、汗の中の塩分量も少ないため、この第３実施形態の発汗量検知手段３０を使用するのがより適している。

この発汗監視装置を装着する際は、手の平の汗や手洗い等で濡れた水分を予め拭き取り、透過層３１と非透過層３３ｂとを、図示省略の粘着層を介して掌に粘着させ、所定時間放置する。貼付時間は、数分〜２４時間であり、例えば３分間でもよい。このようにして第３実施形態の発汗監視装置を装着すれば、前記第１、第２実施形態の発汗監視装置と同様の作用効果を奏する。特に、発汗量検知手段３０は吸着層と発色層とが一体化した吸着発色層３２を備えているので、発汗量検知手段３０を全体的に薄くすることができ、発汗量の少ない異常発汗状態でも監視することができる。

図８（ｄ）では、発汗量検知手段３０が、演算手段２３等に対して横並びとなる配置としたが、発汗量検知手段３０の上に、演算手段２３と電池２５とを積層し、さらにその上に表示手段２６を積層する構造としてもよい。このようにすると、コンパクトなものとなって、人に接触する範囲を小さくすることができ、掌等に収まりやすいものとなる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、バンド部２０を装着する場所は、発汗する場所であれば他の場所であってもよく、足首等に装着してもよい。発汗量検知手段２を、体温検知手段２１や脈拍数検知手段２２をセンサ部１に設けてもよい。異常な発汗状態として予め設定する体温、累積発汗量、脈拍数は、それぞれ具体的な値を設定しておき、体温、累積発汗量、脈拍数が、その値に到達したときに警報するものであってもよいし、それぞれ所定の傾向を設定しておき、体温、累積発汗量、脈拍数が、その傾向を示したときに警報するものであってもよい。警報手段２４は、異常な発汗状態を報知する信号を監視センター等に送信することにより、監視センターに通報するものであってもよい。本発明により監視する異常な発汗状態は、熱中症に起因する発汗や精神性発汗に限られず、あらゆる諸症状に起因する発汗である。

２，３０
発汗量検知手段
４
吸着層
５
発色層
７
電極
２０
バンド部
２１
体温検知手段
２２
脈拍数検知手段
２３
演算手段
２４
警報手段

Claims (10)

1. 人の体温を検知する体温検知手段と、
   人の脈拍数を検知する脈拍数検知手段と、
   汗を吸着する吸着層と、この吸着層に設けられた電極とを有する発汗量検知手段とを備え、
   前記吸着層における電極間の電気抵抗または電流値を測定することにより人の累積発汗量を推定し、
   検知された体温、脈拍数、及び累積発汗量に基づいて、人の発汗状態を監視することを特徴とする発汗監視装置。
2. 前記体温検知手段及び脈拍数検知手段は装着可能なバンド部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の発汗監視装置。
3. 前記発汗量検知手段は、汗の量に応じて発色する発色層を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発汗監視装置。
4. 電気抵抗または電流値から累積発汗量を演算する演算手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発汗監視装置。
5. 前記演算手段は、前記発汗量検知手段と一体に設けたことを特徴とする請求項４に記載の発汗監視装置。
6. 体温と脈拍数と累積発汗量とが所定の値または所定の傾向を示したことを演算し、通報する警報手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発汗監視装置。
7. 前記発汗量検知手段は、人の掌からの累積発汗量を検知することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発汗監視装置。
8. 人の体温を検知するステップと、
   人の脈拍数を検知するステップと、
   人の汗が吸着された吸着層における電気抵抗または電流値を測定することにより、人の累積発汗量を推定するステップとを備え、
   検知した体温、脈拍数、及び累積発汗量に基づいて、人の発汗状態を監視することを特徴とする発汗監視装置の作動方法。
9. 肘から手首までの前腕部で、体温、脈拍数、及び累積発汗量を検知することを特徴とする請求項８に記載の発汗監視装置の作動方法。
10. 人の掌からの累積発汗量を検知することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の発汗監視装置の作動方法。

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