JP6497097B2 - 気化熱量測定装置、生体情報測定装置、及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、気化熱量を測定する気化熱量測定装置等に関する。
人体の体温は、人体から放出される熱により維持されている。この体温を維持するための代謝を基礎代謝という。すなわち、人体からの放熱を測定すれば、代謝量を知ることができる。放熱は、人体の生理機能である発汗機能によって生じる。具体的には、人体は、皮膚の汗腺から発汗を行い、皮膚面から水分を気化（蒸発）させることで熱を気化熱として体外へ放出している（蒸発性熱損失）。
ここで、特許文献１には、着用者の身体から生理学的情報又はコンテキスト情報を求める技術が開示されている。例えば、心拍数や脈搏数、呼吸数、熱流、酸素消費量等を取得し、カロリー消費や基礎代謝率を求める方法が開示されている。
特開２０１１−１２０９１７号公報
特許文献１には、皮膚電気抵抗を測定することで発汗量を検知する構成は開示されているが、蒸発性熱損失すなわち発汗による気化熱量を求める技術については開示されていない。発汗した水分のうちのどれだけが蒸発したかは外環境の湿度や水蒸気圧によっても変動することから、例えば発汗が多い運動時や暑熱環境時等においては、発汗量だけでは気化熱量を正確に測定できない場合があった。
なお、こうした問題は、被測定物が人体の場合に限らず、他の生物の発汗による気化熱量測定の他、気化熱が生じる物体における気化熱量測定においても同様のことがいえる。
本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、被測定物からの気化熱量を測定することを目的とする。
上記課題を解決するための第１の発明は、被測定物の表面に接して当該表面の接触温度を測定する接触温度計と、前記被測定物の表面の放射温度を測定する放射温度計と、前記接触温度と前記放射温度とを用いて気化熱量を算出する演算部と、を備える気化熱量測定装置である。
被測定物の表面において水分が蒸発すると、気化熱が奪われることで当該表面の温度が低下するが、接触温度計の接触箇所は外環境に露出していないため温度低下が生じ難い。そのため、被測定物の表面を測定した放射温度は、当該表面に接して測定した接触温度よりも低くなる。第１の発明によれば、この被測定物の表面の接触温度と放射温度とを用いて、被測定物からの気化熱量を測定することができる。
第２の発明は、前記演算部は、前記接触温度と前記放射温度とを変数とする所定の気化熱量演算処理を実行して前記気化熱量を算出する、第１の発明の気化熱量測定装置である。
第２の発明によれば、接触温度と放射温度とを用いた演算処理によって気化熱量を算出することができる。
第３の発明は、前記演算部は、前記接触温度と前記放射温度との線形和に基づいて前記気化熱量を算出する演算処理を前記気化熱量演算処理として実行する、第２の発明の気化熱量測定装置である。
第３の発明によれば、接触温度と放射温度との線形和から気化熱量を算出することができる。
第４の発明は、前記演算部は、前記接触温度と前記放射温度との二乗和に基づいて前記気化熱量を算出する演算処理を前記気化熱量演算処理として実行する、第２の発明の気化熱量測定装置である。
第４の発明によれば、接触温度と放射温度との二乗和から気化熱量を算出することができる。
第５の発明は、前記被測定物を生体として当該生体の異なる部位の気化熱量を測定する第１〜第４の何れかの発明の複数の気化熱量測定装置を備え、前記部位毎に測定された気化熱量を用いて、前記生体の代謝量を少なくとも含む生体情報を測定する生体情報測定装置である。
第５の発明によれば、生体の複数の部位で気化熱量を測定し、部位毎の気化熱量から生体の代謝量を測定することができる。
第６の発明は、前記被測定物を生体として当該生体の気化熱量を測定する第１〜第４の何れかの発明の気化熱量測定装置と、前記生体の表面に生じる熱流を測定する熱流計とを備え、前記気化熱量測定装置によって測定された気化熱量と前記熱流計によって測定された熱流とを用いて前記生体の代謝量を少なくとも含む生体情報を測定する生体情報測定装置である。
第６の発明によれば、生体の気化熱量と、生体の表面に生じる熱流とから生体の代謝量を測定することができる。
第７の発明は、バンドを巻き付けることでユーザーの所定部位の皮膚面に装着される電子機器であって、前記皮膚面に接して当該皮膚面の接触温度を測定する接触温度計と、前記皮膚面の放射温度を測定する放射温度計と、前記接触温度と前記放射温度とを用いて気化熱量を算出する演算部と、を備えた電子機器である。
この第７の発明によれば、第１の発明と同様の作用効果を奏する電子機器を実現することができる。
第１実施形態における電子機器の全体構成例を示す外観図。 接触温度計、放射温度計、及び反射ミラーの位置関係を示す模式図。 第１実施形態における電子機器の主要な機能構成例を示すブロック図。 温度計ユニットの内部構成例を模式的に示すブロック図。 第１実施形態における気化熱量測定処理の流れを示すフローチャート。 変形例における温度計ユニットの内部構成例を模式的に示すブロック図。 実験結果を示す図。 第２実施形態における電子機器の主要な機能構成例を示すブロック図。 第２実施形態における代謝量算出処理の流れを示すフローチャート。 第３実施形態における電子機器の主要な機能構成例を示すブロック図。 第３実施形態における代謝量算出処理の流れを示すフローチャート。 第４実施形態における電子機器の主要な機能構成例を示すブロック図。 第４実施形態における代謝量算出処理の流れを示すフローチャート。
以下、本発明の気化熱量測定装置等を実施するための一形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。
（第１実施形態）
先ず、第１実施形態として、ユーザーに装着されて発汗による気化熱量（以下「発汗気化熱量」ともいう）を測定する電子機器について説明する。発汗気化熱量がわかれば、発汗により体外へ放出された放熱を把握することができる。人体からの放熱は、例えば体温調節等、人体の恒常性維持に関与しており、これを知ることは健康科学・医学上重要である。
図１は、第１実施形態における電子機器１の全体構成例を示す外観図である。この電子機器１は、腕時計型のウェアラブル機器として構成され、使用時には、本体ケース１０に設けられたバンド２０をユーザー１００の手首に巻き付けることで皮膚面に装着・固定される。なお、手首の皮膚面に装着する構成に限らず、頸部、上腕部、足首、胸回り、胴回り等の別の部位の皮膚面に装着する構成としてもよい。
この電子機器１は、操作入力手段として、本体ケース１０の側面に操作スイッチ１１を備え、本体ケース１０の表面（ユーザー１００に装着した時に外向きになる面）に、画像表示手段を兼ねるタッチパネル１２を備える。ユーザー１００は、これらを用いて測定開始操作等の各種操作入力をすることができる。
本体ケース１０の側面には、外部装置と通信するための有線ケーブルを着脱できる通信装置１３と、メモリーカード１５へのデータの読み書きを実現するリーダーライター１４とが設けられている。また、本体ケース１０は、充電式の内蔵バッテリー１６と、制御基板１７と、温度計ユニット３０と、熱流計６０とを内蔵している。
通信装置１３は、外部装置との通信を無線で行う構成ならば、無線通信モジュール及びアンテナにより実現される。また、メモリーカード１５は、データの書き換えが可能な着脱式の不揮発性メモリーである。このメモリーカード１５としては、フラッシュメモリーの他、強誘導体メモリー（ＦｅＲＡＭ：Ferroelectric Random Access Memory）や、磁気抵抗メモリー（ＭＲＡＭ：Magnetoresistive Random Access Memory）等、書き換え可能な不揮発性メモリーを用いることができる。
内蔵バッテリー１６への充電方式は適宜設定できる。例えば、本体ケース１０の背面側に電気接点を別途設け、家庭用電源に接続されたクレードルにセットし、電気接点を介してクレードル経由で通電・充電される構成でもよいし、非接触式の無線式充電でもよい。
制御基板１７には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７１と、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーやハードディスク等の記憶媒体１７３とが搭載されている。その他にも、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、各種集積回路等の必要な電子部品を適宜搭載することができる。電子機器１は、ＣＰＵ１７１が記憶媒体１７３に格納されているプログラムを実行することによって、気化熱量測定等の各種機能を実現する。
温度計ユニット３０は、接触温度計４０と、放射温度計５０とで構成される。接触温度計４０は、皮膚面に接して接触温度を測定するものであり、本体ケース１０の裏面（ユーザー１００に装着した時に皮膚面に接する面）にセンサー面４０１が露出するように配設される。一方、放射温度計５０は、皮膚面との間に外気を介在させて皮膚面の放射温度を測定するものであり、本体ケース１０の内部において適所に配設される。
ここで、本体ケース１０は、放射温度計５０の配設位置の近傍において上下に貫通し、外環境に開放された貫通孔１８を有しており、この貫通孔１８に配設された反射ミラー１９を備える。反射ミラー１９は、貫通孔１８の側壁に付設された支持体１９１によって貫通孔１８の内側で支持される。
図２は、電子機器１の装着時におけるユーザー１００の皮膚面１０１に対する接触温度計４０、放射温度計５０、及び反射ミラー１９の位置関係を示す模式図であり、併せて本体ケース１０の図１に示すＡ−Ａ矢視断面の外形を破線で示している。図２に示すように、接触温度計４０は、電子機器１を装着することで皮膚面１０１に接して設置される。また、放射温度計５０は、電子機器１の装着時において皮膚面１０１からの高さが反射ミラー１９の高さと合うように配設される。反射ミラー１９は、一点鎖線の矢印で示すように、皮膚面１０１から放射される赤外線を放射温度計５０に導く。
図１に戻り、熱流計６０は、ユーザー１００の皮膚面１０１に生じる熱流を測定するものである。この熱流計６０は、本体ケース１０の裏面側（皮膚面１０１側）の温度と、本体ケース１０の表面側（外環境側）の温度との温度差を検出し、検出した温度差に基づき熱流を測定する。なお、第１実施形態において熱流計６０は必須の構成ではないが、熱流計６０を備えた構成の電子機器１によれば、電子機器１の装着部位である測定部位（例えば手首）において接触温度及び放射温度の測定と併せて熱流の測定が行える。
ここで、接触温度計４０が測定した接触温度と、放射温度計５０が測定した放射温度とを用いた発汗気化熱量の測定原理について説明する。被測定物であるユーザー１００の皮膚面１０１から発汗により水分が蒸発するときには、気化熱が奪われることで皮膚面１０１の温度は低下する。ただし、皮膚面１０１の接触温度計４０の接触箇所に限っては、外気と接触しないことから水分が蒸発せず、気化熱が奪われないため、皮膚面１０１の温度は低下しない。つまり、接触温度計４０が測定した接触温度をＴｓ、放射温度計５０が測定した放射温度をＴｒとすると、接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとには次式（１）の関係が成り立つ。
Ｔｓ＞Ｔｒ ・・・（１）
また、接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとの温度差は、皮膚面１０１から水分が蒸発し、気化熱が奪われることで生じた温度差であることから、発汗気化熱量に比例する。この温度差と発汗気化熱量との関係は、単位時間当たりの発汗気化熱量をＱ［Ｗ］とすると、次式（２）で表すことができる。次式（２）において、Ｋは所定の比例定数である。
Ｑ＝Ｋ（Ｔｓ−Ｔｒ） ・・・（２）
よって、発汗気化熱量は、例えば、上記式（２）に従って接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとから発汗気化熱量Ｑを算出すること、すなわち測定することができる。
なお、発汗気化熱量の測定方法はこれに限定されるものではない。例えば、熱分析装置等で発汗気化熱量の真値を実測し、同時に接触温度と放射温度とを測定することによって、気化熱量と接触温度及び放射温度との関係を事前に取得しておく。そして、電子機器１の使用時は、接触温度計４０が測定した接触温度Ｔｓと、放射温度計５０が測定した放射温度Ｔｒとから回帰分析によって発汗気化熱量Ｑを算出することとしてもよい。この場合には、次式（３）に従い、接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとの線形和に基づいて発汗気化熱量Ｑを算出する。次式（３）において、Ｓ，Ｒは所定の比例定数であり、Ｄ１は所定の定数である。
Ｑ＝Ｓ・Ｔｓ＋Ｒ・Ｔｒ＋Ｄ１ ・・・（３）
あるいは、接触温度計４０が測定した接触温度Ｔｓと、放射温度計５０が測定した放射温度Ｔｒとから重回帰分析によって発汗気化熱量Ｑを算出することとしてもよい。この場合には、次式（４）に従い、接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとの二乗和に基づいて発汗気化熱量Ｑを算出する。次式（４）において、Ｓ１，Ｓ２，Ｒ１，Ｒ２は所定の比例定数であり、Ｄ２は所定の定数である。
Ｑ＝Ｓ１・Ｔｓ＋Ｓ２・Ｔｓ ２＋Ｒ１・Ｔｒ＋Ｒ２・Ｔｒ ２＋Ｄ２ ・・・（４）
図３は、第１実施形態における電子機器１の主要な機能構成例を示すブロック図である。また、図４は、温度計ユニット３０の内部構成例を模式的に示すブロック図である。図３に示すように、電子機器１は、温度計ユニット３０と、操作部７１と、表示部７３と、通信部７５と、処理部７７と、記憶部７９とを備える。
温度計ユニット３０は、図４に示すように、接触温度計４０の構成として、接触式温度測定素子４１と、増幅器４３と、ＡＤ変換器４５とを備える。接触式温度測定素子４１は、例えばサーミスター、熱電対等を用いて構成される。この接触式温度測定素子４１からの出力信号は、増幅器４３で増幅され、ＡＤ変換器４５でＡＤ変換されて接触温度Ｔｓとして随時処理部７７に出力される。
また、温度計ユニット３０は、放射温度計５０の構成として、赤外線集光レンズ５１と、放射温度測定素子５３と、増幅器５５と、ＡＤ変換器５７とを備える。赤外線集光レンズ５１は、皮膚面１０１からの赤外線を集光して放射温度測定素子５３に入射させる。なお、図４では図示していないが、この赤外線集光レンズ５１と皮膚面１０１との間には、図１等に示した反射ミラー１９が適宜配設される。この場合は、赤外線集光レンズ５１は、反射ミラー１９によって曲げられた赤外線の光路上に配設される。放射温度測定素子５３は、例えばサーモパイルを用いて構成され、赤外線集光レンズ５１を経て入射した赤外線の強度を検出する。この放射温度測定素子５３からの出力信号は、増幅器５５で増幅され、ＡＤ変換器５７でＡＤ変換されて放射温度Ｔｒとして随時処理部７７に出力される。
操作部７１は、ボタンスイッチ、レバースイッチ、ダイヤルスイッチ等の各種スイッチやタッチパネル等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作信号を処理部７７に出力する。例えば、図１の操作スイッチ１１やタッチパネル１２がこれに該当する。
表示部７３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬディスプレイ（Electroluminescence display）等の表示装置によって実現されるものであり、処理部７７から入力される表示信号をもとに各種画面を表示する。図１では、タッチパネル１２がこれに該当する。この表示部７３には、発汗気化熱量の測定結果等が表示される。例えば、発汗気化熱量の測定結果は、操作部７１に対する表示モードの切替操作に応じて、現在の気化熱量表示画面や、過去のロギングデータに基づき気化熱量変化をグラフ化した気化熱量変化表示画面等として表示されるようになっている。
通信部７５は、処理部７７の制御のもと、装置内部で利用される情報を外部の情報処理装置との間で送受するための通信装置である。図１の通信装置１３がこれに該当する。通信部７５の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレードルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。
処理部７７は、電子機器１の各部を統括的に制御する制御装置及び演算装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphic Processing Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリー等で実現される。図１では、制御基板１７のＣＰＵ１７１がこれに該当する。この処理部７７は、接触温度計４０から入力される接触温度Ｔｓと、放射温度計５０から入力される放射温度Ｔｒとを用いて発汗気化熱量を算出する気化熱量算出部７７１を含む。
記憶部７９は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種ＩＣメモリーやハードディスク等の記憶媒体により実現され、データを読み書きする装置を適宜含む。図１では、制御基板１７の記憶媒体１７３、メモリーカード１５やリーダーライター１４がこれに該当する。この記憶部７９には、電子機器１を動作させ、この電子機器１が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に格納され、あるいは処理の都度一時的に格納される。また、記憶部７９には、処理部７７を気化熱量算出部７７１として機能させ、気化熱量測定処理を実行するための第１の測定プログラム７９１が格納されている。
図５は、第１実施形態における気化熱量測定処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、処理部７７が記憶部７９から第１の測定プログラム７９１を読み出して実行することで実現できる。
この気化熱量測定処理では、気化熱量算出部７７１は先ず、接触温度計４０からの接触温度Ｔｓを取得し（ステップＳ１１）、放射温度計５０からの放射温度Ｔｒを取得する（ステップＳ１３）。
そして、気化熱量算出部７７１は、ステップＳ１１で取得した接触温度Ｔｓと、ステップＳ１３で取得した放射温度Ｔｒとを上記式（２）に代入して発汗気化熱量Ｑを算出する演算処理を気化熱量演算処理として実行する（ステップＳ１５）。なお、上記式（３）や上記式（４）を用いる等して発汗気化熱量Ｑを算出する演算処理を気化熱量演算処理として実行することとしてもよい。ここで算出した発汗気化熱量Ｑは、適宜表示部７３に表示される。
以上説明したように、第１実施形態によれば、ユーザー１００の皮膚面の温度として測定した接触温度と放射温度とを用いて発汗気化熱量を算出することができ、ユーザー１００の発汗気化熱量を測定できる。これによれば、例えば運動時や暑熱環境等の発汗を伴う環境下であっても、発汗気化熱量を正確に測定することができる。
なお、第１実施形態では、被測定物を人体とし、発汗気化熱量を測定する場合について説明した。これに対し、人以外の動物等を被測定物としてその発汗による気化熱量を測定したり、気化熱が生じる物体（例えば野菜や果物）を被測定物とし、当該物体において気化熱量を測定する場合にも同様に適用が可能である。
また、温度計ユニット３０の内部構成は、図４に示した構成に限定されない。図６は、変形例における温度計ユニット３０ａの内部構成例を模式的に示すブロック図である。なお、図６において、図４と同様の構成には、同一の符号を付している。図６に示す温度計ユニット３０ａは、増幅器４３，５５の後段に接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとを差動増幅する差動増幅器３１ａとＡＤ変換器３３ａとを備えており、接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとの温度差が随時処理部７７に出力される。本変形例の温度計ユニット３０ａの構成を採用する場合には、処理部７７の気化熱量算出部７７１は、例えば、温度計ユニット３０ａから入力される接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとの温度差に上記式（２）の比例定数Ｋを乗じる演算処理を気化熱量演算処理として行い、発汗気化熱量Ｑを算出する。
ところで、上記した第１実施形態での発汗気化熱量の測定は、発汗に伴い皮膚面の接触温度と放射温度とに温度差が生じること（より詳しくは、放射温度が接触温度よりも低くなること）を前提としている。この前提を確認するため、被測定物の表面で気化熱が奪われることに起因して接触温度と放射温度とに温度差が生じることを証明するための実験を行った。実験は、熱源として恒温槽を用意し、水分を含ませた不織布を被測定物として用いて行った。具体的には、恒温槽の温度を制御することで３７．０［℃］〜４５．０［℃］の間で不織布を段階的に（例えば２［℃］ずつ）加温しながら、不織布の一部に接触温度計を接触させて接触温度を測定するとともに、サーモグラフィーを用いて不織布の表面温度を放射温度として離隔測定した。
図７は、実験結果を示す図である。図７では、恒温槽の各温度で測定された接触温度の変化と放射温度の変化とを示すとともに、併せて恒温槽の各温度で測定された接触温度と放射温度との温度差（接触温度−放射温度）の変化を示している。図７の実験結果が示すように、本実験によって、被測定物の表面からの水分の蒸発により接触温度と放射温度とに温度差が生じ、接触温度よりも放射温度が低くなることを確認できた。なお、図示しないが、サーモグラフィーで得られた不織布の表面の放射温度の分布においても、接触温度計の接触箇所がその他の領域と比べて高温の領域となっていることが確認できた。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態で求めた発汗気化熱量を用い、ユーザー１００の発汗による代謝量を測定する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付す。
次式（５）に示すように、発汗による代謝量Ｃｓｗは、発汗気化熱量をＱｓｗとすると、発汗気化熱量Ｑｓｗに所定の比例定数Ｋａを乗じることで求めることができる。
Ｃｓｗ＝Ｋａ・Ｑｓｗ ・・・（５）
比例定数Ｋａは、発汗気化熱量の測定部位やその表面積の他、ユーザー１００の体重や身長、年齢、性別等の測定条件によって異なる。発汗の程度（発汗量）は全身の各部位で異なり、また、ユーザー１００の体重等によっても変動するためである。そこで、例えば、上記体重等の測定条件の異なる母集団を選別する。そして、例えば、第１実施形態の方法で発汗気化熱量を測定するとともに、同時に呼気ガス分析装置で代謝量の真値を実測し、その統計値から母集団毎に比例定数Ｋａを求めることで測定条件に応じた比例定数Ｋａを事前に設定しておく。そして、電子機器１ｂ（図８を参照）の使用時は、初めにユーザー１００による体重等の各測定条件項目の入力操作を受け付け、入力された各測定条件項目の値に基づき発汗による代謝量Ｃｓｗの算出に用いる比例定数Ｋａを決定し、その上で測定を行う。
図８は、第２実施形態における電子機器１ｂの主要な機能構成例を示すブロック図である。図８に示すように、電子機器１ｂは、温度計ユニット３０と、操作部７１と、表示部７３と、通信部７５と、処理部７７ｂと、記憶部７９ｂとを備える。
第２実施形態では、処理部７７ｂは、気化熱量算出部７７１と、発汗気化熱量を用いて発汗による代謝量を算出する代謝量算出部７７２ｂとを含む。また、記憶部７９ｂには、処理部７７ｂを気化熱量算出部７７１及び代謝量算出部７７２ｂとして機能させ、代謝量測定処理を実行するための第２の測定プログラム７９１ｂが格納されている。
図９は、第２実施形態における代謝量測定処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、処理部７７ｂが記憶部７９ｂから第２の測定プログラム７９１ｂを読み出して実行することで実現できる。また、図９において、第１実施形態と同様のステップには同一の符号を付す。
この代謝量測定処理では、ステップＳ１５に続き、代謝量算出部７７２ｂが、ステップＳ１５で算出した発汗気化熱量ＱをＱｓｗとして上記式（５）に代入し、発汗による代謝量Ｃｓｗを算出する（ステップＳ１７）。ここで算出した発汗による代謝量Ｃｓｗは、適宜発汗気化熱量Ｑ（Ｑｓｗ）と併せて表示部７３に表示処理される。
以上説明したように、第２実施形態によれば、ユーザー１００の皮膚面の接触温度と放射温度とを測定して求めた発汗気化熱量を用いて、ユーザー１００の発汗による代謝量を測定することができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第２実施形態と同様の構成には、同一の符号を付する。
第２実施形態では、１つの測定部位で測定した発汗気化熱量から発汗による代謝量を求めることとした。これに対し、ユーザー１００の異なる測定部位で発汗気化熱量を測定すれば、より高い精度で発汗による代謝量を測定できる。この場合の発汗による代謝量Ｃｓｗは、次式（６）で表される。
Ｃｓｗ＝Ｋｂ１・Ｑｓｗ１＋Ｋｂ２・Ｑｓｗ２＋・・・＋Ｋｂｎ・Ｑｓｗｎ ・・・（６）
ここで、上記式（６）において、Ｑｓｗ１，Ｑｓｗ２，・・・，Ｑｓｗｎは、その添え字の数字１，２，・・・，ｎで識別される測定部位の発汗気化熱量Ｑｓｗを表す。また、Ｋｂ１，Ｋｂ２，・・・，Ｋｂｎは、その添え字の数字１，２，・・・，ｎで識別される測定部位毎に事前に設定される所定の比例定数である。比例定数Ｋｂ１，Ｋｂ２，・・・，Ｋｂｎを測定部位毎に設定しておくのは、発汗の程度が全身の各部位で異なり、また、測定部位の表面積等によっても変動するためである。例えば、第１実施形態の方法で各測定部位の発汗気化熱量を測定するとともに、同時に呼気ガス分析装置で代謝量の真値を実測し、重回帰分析等の多変量解析を行うことで比例定数Ｋｂ１，Ｋｂ２，・・・，Ｋｂｎを求めて設定しておく。
図１０は、第３実施形態における電子機器１ｃの主要な機能構成例を示すブロック図である。図１０に示すように、電子機器１ｃは、複数の温度計ユニット３０（３０−１，２，・・・，ｎ）と、操作部７１と、表示部７３と、通信部７５と、処理部７７ｃと、記憶部７９ｃとを備える。
複数の温度計ユニット３０（３０−１，２，・・・，ｎ）は、ユーザー１００の異なる測定部位に装着されてその皮膚面の接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとを測定する。個々の温度計ユニット３０の構成自体は第１実施形態で説明したものと同様に構成できる。具体的な実現方法としては、例えば、図１に示したのと同じように温度計ユニット３０を１つ備えた電子機器１ｃとは別に、温度計ユニット３０や反射ミラー１９、通信装置１３、リーダーライター１４等を同様に配設した本体ケースにバンドを設けた測定機器を１つ又は複数用意し、それらを対象の測定部位に接触温度計４０が皮膚面に接する向きで装着・固定する。この場合、複数の温度計ユニット３０は、各々が気化熱量算出部７７１ｃとともに気化熱量測定装置を構成する。各機器間での測定結果の受け渡しは、通信装置１３やリーダーライター１４を介して行えばよい。
処理部７７ｃは、気化熱量算出部７７１ｃと、代謝量算出部７７２ｃとを含む。また、記憶部７９ｃには、第３の測定プログラム７９１ｃが格納されている。
図１１は、第３実施形態における代謝量測定処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、処理部７７ｃが記憶部７９ｃから第３の測定プログラム７９１ｃを読み出して実行することで実現できる。
第３実施形態における代謝量測定処理では先ず、気化熱量算出部７７１ｃが、各測定部位において各接触温度計４０が測定した接触温度Ｔｓを取得するとともに（ステップＳ２０１）、各測定部位において各放射温度計５０が測定した放射温度Ｔｒを取得する（ステップＳ２０３）。
続いて、気化熱量算出部７７１ｃは、温度計ユニット３０の各々が設置された測定部位を順次処理対象部位として、ループＢの処理を実行する（ステップＳ２０５〜ステップＳ２０９）。すなわち、ループＢでは、気化熱量算出部７７１ｃは、ステップＳ２０１及びステップＳ２０３において処理対象部位の接触温度計４０及び放射温度計５０から取得した接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとを用い、例えば上記式（２）に従って処理対象部位の発汗気化熱量Ｑを算出する（ステップＳ２０７）。
そして、全ての測定部位の発汗気化熱量Ｑを算出したならば、代謝量算出部７７２ｃが、ステップＳ２０７で算出した各測定部位の発汗気化熱量ＱをＱｓｗ１，Ｑｓｗ２，・・・，Ｑｓｗｎとして上記式（６）に代入し、発汗による代謝量Ｃｓｗを算出する（ステップＳ２１１）。ここで算出した発汗による代謝量Ｃｓｗは、適宜各測定部位の発汗気化熱量Ｑ（Ｑｓｗ１，Ｑｓｗ２，・・・，Ｑｓｗｎ）と併せて表示部７３に表示される。
以上説明したように、第３実施形態によれば、ユーザー１００の異なる測定部位で発汗気化熱量を測定し、測定部位毎の発汗気化熱量から発汗による代謝量を算出することができるので、ユーザー１００の発汗による代謝量の測定精度の向上が図れる。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、発汗による代謝量とは別に熱流による代謝量を算出し、ユーザー１００の全代謝量を測定する。なお、以下の説明において、第３実施形態と同様の構成には、同一の符号を付す。
人体からの放熱には、発汗機能によって生じるもの（蒸発性熱損失）の他にも、熱伝達（対流）や電磁波の放射等による放熱がある（非蒸発性熱損失）。そのため、これらの両方を考慮すれば、より高い精度で代謝量を測定できる。
熱伝達等による人体からの放熱は、ユーザー１００の皮膚面に生じた熱流として測定することができる。例えば、複数の測定部位で熱流を測定する場合、熱流による代謝量Ｃｃは、次式（７）で求めることができる。
Ｃｃ＝Ｌ１・Ｑｃ１＋Ｌ２・Ｑｃ２＋・・・＋Ｌｎ・Ｑｃｎ ・・・（７）
ここで、上記式（７）において、Ｑｃ１，Ｑｃ２，・・・，Ｑｃｎは、その添え字の数字１，２，・・・，ｎで識別される測定部位の熱流Ｑｃを表す。また、Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎは、その添え字１，２，・・・，ｎで識別される測定部位毎に事前に設定される所定の比例定数である。比例定数Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎを測定部位毎に設定しておくのは、上記熱伝達等による人体からの放熱が全身の各部位で一様ではなく、また、測定部位の面積等によっても変動するためである。例えば、代謝量の真値を呼気ガス分析装置により実測するとともに、同時に各測定部位の熱流を測定し、重回帰分析等の多変量解析を行うことで比例定数Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎを求めて設定しておく。
また、全代謝量Ｃは、発汗による代謝量Ｃｓｗと熱流による代謝量Ｃｃとから次式（８）で求めることができる。次式（８）において、Ａｓｗ，Ａｃは、所定の比例定数である。
Ｃ＝ＡｓｗＣｓｗ＋ＡｃＣｃ ・・・（８）
図１２は、第４実施形態における電子機器１ｄの主要な機能構成例を示すブロック図である。図１２に示すように、電子機器１ｄは、複数の温度計ユニット３０（３０−１，２，・・・，ｎ）と、複数の熱流計６０（６０−１，２，・・・，ｎ）と、操作部７１と、表示部７３と、通信部７５と、処理部７７ｄと、記憶部７９ｄとを備える。
複数の温度計ユニット３０（３０−１，２，・・・，ｎ）は、ユーザー１００の異なる測定部位においてその皮膚面の接触温度Ｔｓと放射温度Ｔｒとを測定する。一方、複数の熱流計６０（６０−１，２，・・・，ｎ）は、ユーザー１００の異なる測定部位においてその皮膚面に生じる熱流Ｑｃ１，Ｑｃ２，・・・，Ｑｃｎを測定する。具体的な実現方法としては、例えば、図１に示したのと同じように温度計ユニット３０と熱流計６０とを１つずつ備えた電子機器１ｄと、第３実施形態で説明した測定機器であって、さらに熱流計６０を備えた１つ又は複数の測定機器とを用意し、それらを対象の測定部位に接触温度計４０が皮膚面に接する向きで装着・固定する。ただし、これに限定されず、例えば、温度計ユニット３０と熱流計６０とは別体であっても構わない。
処理部７７ｄは、気化熱量算出部７７１ｃと、代謝量算出部７７２ｄとを含む。代謝量算出部７７２ｄは、発汗による代謝量を算出する第１の代謝量算出部７７３ｄと、各測定部位の熱流計６０から入力される熱流Ｑｃ１，Ｑｃ２，・・・，Ｑｃｎを用いて熱流による代謝量を算出する第２の代謝量算出部７７４ｄとを含み、発汗による代謝量と熱流による代謝量とから全代謝量を算出する。また、記憶部７９ｄには、第４の測定プログラム７９１ｄが格納されている。
図１３は、第４実施形態における代謝量算出処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、処理部７７ｄが記憶部７９ｄから第４の測定プログラム７９１ｄを読み出して実行することで実現できる。また、図１３において、第３実施形態と同様のステップには同一の符号を付す。
第４実施形態における代謝量測定処理では、ステップＳ２０３の後、代謝量算出部７７２ｄが、複数の熱流計６０からの熱流Ｑｃ１，Ｑｃ２，・・・，Ｑｃｎを取得する（ステップＳ２０４）。
また、ループＢの処理の後、第１の代謝量算出部７７３ｄが、上記式（６）に従って発汗による代謝量Ｃｓｗを算出する（ステップＳ２１１）。続いて、第２の代謝量算出部７７４ｄが、ステップＳ２０４で取得した各測定部位の熱流Ｑｃ１，Ｑｃ２，・・・，Ｑｃｎを上記式（７）に代入して熱流による代謝量Ｃｃを算出する（ステップＳ２１３）。そして、代謝量算出部７７２ｄは、ステップＳ２１１で算出した発汗による代謝量Ｃｓｗと、ステップＳ２１３で算出した熱流による代謝量Ｃｃとを上記式（８）に代入して全代謝量Ｃを算出する（ステップＳ２１５）。ここで算出した全代謝量Ｃは、適宜ステップＳ２０７で算出した各測定部位の発汗気化熱量Ｑ（Ｑｓｗ１，Ｑｓｗ２，・・・，Ｑｓｗｎ）や発汗による代謝量Ｃｓｗ、熱流による代謝量Ｃｃと併せて表示部７３に表示される。
以上説明したように、第４実施形態によれば、ユーザー１００の異なる測定部位で皮膚面に生じた熱流を測定し、ユーザー１００の熱流による代謝量を算出することができる。そして、発汗による代謝量と熱流による代謝量とから全代謝量を算出することができる。これによれば、発汗に伴い皮膚面から気化熱として放出される熱だけでなく、熱伝達等によって皮膚面から放出される熱を考慮して全代謝量を求めることができるので、より高精度にユーザー１００の代謝量を測定できる。
なお、第４実施形態では、複数の測定部位で発汗気化熱量と熱流とを測定する場合を説明したが、測定部位は１つであってもよい。すなわち、１つの測定部位で測定した発汗気化熱量から発汗による代謝量を求め、１つの測定部位で測定した熱流から熱流による代謝量を求めて全代謝量を算出してもよい。
また、上記した各実施形態では、発汗気化熱量の測定と、発汗気化熱量や熱流を用いた代謝量の測定とについて説明した。これに対し、発汗気化熱量や熱流を用いて例えば消費カロリーを求めたり、人体の自律神経の機能を測定する等、代謝量とは別の生体情報を測定することも可能である。
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ 電子機器、３０（３０−１，２，・・・，ｎ），３０ａ 温度計ユニット、４０ 接触温度計、５０ 放射温度計、６０（６０−１，２，・・・，ｎ） 熱流計、７１ 操作部、７３ 表示部、７５ 通信部、７７，７７ｂ，７７ｃ，７７ｄ 処理部、７７１，７７１ｃ 気化熱量算出部、７７２ｂ，７７２ｃ，７７２ｄ 代謝量算出部、７９，７９ｂ，７９ｃ，７９ｄ 記憶部、７９１，７９１ｂ，７９１ｃ，７９１ｄ 第１〜第４の測定プログラム

Claims (7)

  1. ヒトの皮膚面に接して当該皮膚面の接触温度を測定する接触温度計と、
    前記ヒトの皮膚面の放射温度を測定する放射温度計と、
    前記接触温度と前記放射温度とを用いて気化熱量を算出する演算部と、
    を備える気化熱量測定装置。
  2. 前記演算部は、前記接触温度と前記放射温度とを変数とする所定の気化熱量演算処理を実行して前記気化熱量を算出する、
    請求項１に記載の気化熱量測定装置。
  3. 前記演算部は、前記接触温度と前記放射温度との線形和に基づいて前記気化熱量を算出する演算処理を前記気化熱量演算処理として実行する、
    請求項２に記載の気化熱量測定装置。
  4. 前記演算部は、前記接触温度と前記放射温度との二乗和に基づいて前記気化熱量を算出する演算処理を前記気化熱量演算処理として実行する、
    請求項２に記載の気化熱量測定装置。
  5. 前記ヒトの異なる部位の気化熱量を測定する請求項１〜４の何れか一項に記載の複数の気化熱量測定装置を備え、
    前記部位毎に測定された気化熱量を用いて、前記ヒトの代謝量を少なくとも含む生体情報を測定する生体情報測定装置。
  6. 前記ヒトの気化熱量を測定する請求項１〜４の何れか一項に記載の気化熱量測定装置と、前記ヒトの皮膚面に生じる熱流を測定する熱流計とを備え、前記気化熱量測定装置によって測定された気化熱量と前記熱流計によって測定された熱流とを用いて前記ヒトの代謝量を少なくとも含む生体情報を測定する生体情報測定装置。
  7. バンドを巻き付けることでユーザーの所定部位の皮膚面に装着される電子機器であって、
    前記皮膚面に接して当該皮膚面の接触温度を測定する接触温度計と、
    前記皮膚面の放射温度を測定する放射温度計と、
    前記接触温度と前記放射温度とを用いて気化熱量を算出する演算部と、
    を備えた電子機器。
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