JP7375933B2

JP7375933B2 - 温度測定装置、方法およびプログラム

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Publication number: JP7375933B2
Application number: JP2022531309A
Authority: JP
Inventors: 雄次郎田中; 大地松永
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2023-11-08
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: WO2021260834A1; JPWO2021260834A1

Description

本発明は、生体内部の温度を非侵襲に精度良く測定する温度測定装置、方法およびプログラムに関する。

従来、生体の内部（深部を含む）体温を非侵襲に測定する技術が知られている。例えば、特許文献１（特開２０２０－００３２９１号公報）は、生体と、複数の温度計素子からなる熱流束センサを備える温度測定センサ（以下、「センサ」という。）と、外気とにおける疑似的な一次元モデルを仮定して、生体の深部体温を推定する技術を開示している。

図９に、生体９１内部の温度測定における疑似的な一次元モデルの模式図を示す。被測定物（生体）９１の内部の温度Ｔｃｂｔは、被測定物（生体）９１の表面に熱抵抗Ｒｓを有する物体（センサ）を置いたとき、センサ９２の表面（その物体と接する面）側の温度Ｔｓ、センサの９２裏面（外気と接する面）側の温度Ｔｔから式（１）を用いて推定できる。

Ｔｃｂｔ＝Ｔｓ＋Ｒｂ×Ｈｓｏ（１）

ここで、Ｈｓｏは熱流束であり、Ｈｓｏ＝（Ｔｓ－Ｔｔ）／Ｒｓで表される。また、Ｒｂは生体の熱抵抗、Ｒｓはセンサの熱抵抗である。

特開２０２０－００３２９１号公報

しかしながら、この推定方法では、外気への熱の輸送形態を一定と仮定するため、扇風機などで風を当てる場合や、被測定物がランニングなどにより動く場合には推定温度に誤差が生じる。

図１０に、扇風機で風を当てたた時の真の内部温度１０１と推定温度１０２との比較を示す。この真の内部温度１０１と推定温度１０２の差（誤差）は、風がある閾値を超えて当てられると、熱の輸送形態が熱伝導から対流熱伝達に変化し、熱が外に伝わる量が大きく変化することに起因する。

また、対流が生じることにより熱流束Ｈｓｏはセンサの外部へも流れるため、対流時のＲｂが変化し、誤差が生じる。

このように、生体内部の温度の測定において、推定温度に誤差が生じることが問題となっている。また、推定温度の誤差において、誤差が長い時間継続すること、誤差の原因となる熱の対流時に生体の熱抵抗Ｒｂが変化することが問題となる。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る温度測定方法は、生体の内部の温度を、センサにより検出された温度を基に測定する温度測定方法であって、前記センサにおいて、前記生体に接触する面近傍に配置される第１の温度計素子により第１の温度を測定し、前記第１の温度計素子から離れた位置に配置される第２の温度計素子により第２の温度を測定するステップと、前記第１の温度と、前記第２の温度と、前記生体の熱抵抗と、前記センサの熱抵抗とを用いて、第１の推定温度を算出するステップと、前記第１の温度と前記第２の温度の差を基に熱流束を算出するステップと、前記熱流束の時間微分により対流期間を検出するステップと、前記センサの熱容量に依存する時定数と、前記生体の熱容量に依存する時定数とを用いて、前記第１の推定温度を補正して、第２の推定温度を算出するステップとを備える。

また、本発明に係る温度測定装置は、生体の内部の温度を、センサにより検出された温度を基に測定する温度測定装置であって、前記生体に接触する面近傍に配置される第１の温度計素子と、第１の温度計素子から離れた位置に配置される第２の温度計素子とを備え、前記第１の温度計素子により第１の温度を検出し、前記第２の温度計素子により第２の温度を検出する前記センサと、前記第１の温度と、前記第２の温度と、測定時刻とを記憶する記憶部と、前記第１の温度と、前記第２の温度と、前記生体の熱抵抗と、前記センサの熱抵抗を用いて第１の推定温度を算出し、前記第１の温度と前記第２の温度の差を基に熱流束を算出し、前記熱流束の時間微分により対流期間を検出し、前記センサの熱容量に依存する時定数と、前記生体の熱容量に依存する時定数とを用いて、前記第１の推定温度を補正して、第２の推定温度を算出する演算部とを備える。

また、本発明に係る温度測定プログラムは、生体の内部の温度を、センサにより検出された温度を基に測定する温度測定装置に対し、前記センサにおいて、前記生体に接触する面近傍に配置される第１の温度計素子により第１の温度を測定し、前記第１の温度計素子から離れた位置に配置される第２の温度計素子により第２の温度を測定するステップと、前記第１の温度と、前記第２の温度と、前記生体の熱抵抗と、前記センサの熱抵抗とを用いて、第１の推定温度を算出するステップと、前記第１の温度と前記第２の温度の差を基に熱流束を算出するステップと、前記熱流束の時間微分により対流期間を検出するステップと、前記センサの熱容量に依存する時定数と、前記生体の熱容量に依存する時定数とを用いて、前記第１の推定温度を補正して、第２の推定温度を算出するステップとを備える処理を実行させることを特徴とし、温度測定装置を機能させる。

本発明によれば、生体内部の温度を非侵襲に精度良く測定する温度測定装置、方法およびプログラムを提供できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定方法を説明するための温度の経時変化の概要図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定方法を説明するための熱流束の時間微分の経時変化を示す図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定方法のフローチャート図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定装置および方法により測定される深部温度の経時変化を示す図である。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定装置および方法により測定される深部温度の経時変化を示す図である。図７は、本発明の第１の実施の形態に係る温度測定装置および方法により測定される深部温度の経時変化を示す図である。図８は、本発明の実施の形態におけるコンピュータの構成例を示す図である。図９は、従来の生体内部の温度測定における疑似的な一次元モデルの模式図である。図１０は、従来法により測定される深部温度の経時変化を示す図である。

図１は、本実施の形態に係る方法を説明するための温度の経時変化の概要図である。図１は、前述の図１０に基づくものであり、風を当てた時の温度変化を示す。実線１１は真の内部温度、点線１２は推定温度を示す。

風を当てて対流の開始にともなう熱輸送形態の変化が生じると、推定温度１２には正のピーク（上に凸）が発現する。また、風を停止して対流の終了にともなう熱輸送形態の変化が生じると、推定温度１２には負のピーク（上に凸）が発現する。

詳細には、初めに、ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１で熱輸送形態が変化して、推定温度１２はｔ＿ｐｅａｋ１で最大値を示す（領域１３）。領域１３では、推定温度１２の温度変化は、センサの熱容量に起因する。

次に、ｔ＿ｐｅａｋ１以降、推定温度１２は減少する（領域１４）。領域１４では、推定温度１２の温度変化は、生体の熱容量に起因する。

次に、ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２で、風の停止を起因として、熱輸送形態が変化して、推定温度１２はｔ＿ｐｅａｋ２で最小値を示す（領域１５）。領域１５では、推定温度１２の温度変化は、センサの熱容量に起因する。

最後に、ｔ＿ｐｅａｋ２以降、推定温度１２は上昇する（領域１６）。領域１６では、推定温度１２の温度変化は、生体の熱容量に起因する。

図１に示すように、生体やセンサの熱容量に依存するため、推定温度１２は緩やかな変化かつその大きさは小さく、この変化より熱輸送形態を検出して、推定温度１２を補正することは難しい。そこで、本実施の形態においては、熱流束Ｈｓの時間微分ｄＨｓを用いて熱輸送形態の変化を検出して、推定温度１２における誤差を補正する。

図２に、図１に示す温度の経時変化における熱流束Ｈｓの時間微分ｄＨｓを示す。推定温度の変化と異なり、時間微分ｄＨｓは熱輸送形態が変化すると鋭敏に変化し急峻なピーク２１、２２を発現するので、その時刻を特定することが容易になる。

本発明では、この時間微分ｄＨｓが所定の基準値（閾値）を超えた時に、熱輸送形態が変化したことを検出して、推定温度の誤差を補正する。基準値（閾値）は、センサに用いる物体の大きさや材質等により異なるため測定環境に応じて校正する必要がある。

また、熱の輸送形態が変化したときの誤差温度Ｔｅｒｒｏｒは、時刻tに対して、領域１４、１６では式（２）、領域１３、１５では式（３）で変化する。

式（２）に示す誤差温度Ｔｅｒｒｏｒは、生体の熱容量に起因するものであり、τ１は生体の温度変化の時定数である。式（３）に示す誤差温度Ｔｅｒｒｏｒは、センサの熱容量に起因するものであり、τ２はセンサの温度変化の時定数である。

また、温度補正量Ｔｇａｐは、誤差温度がピークとなる時刻ｔ＿ｐｅａｋでの温度Ｔｅｓｔ＿ｐｅａｋと、熱輸送形態が変化する直前の時刻ｔ＿ｂｏｔｔｏｍでの温度Ｔｅｓｔ＿ｂｏｔｔｏｍとの差である。

式（２）、（３）で表される過渡的に生じた誤差温度を、式（１）で算出される推定温度（第１の推定温度）から差し引くことで、補正後の推定温度（第２の推定温度）を算出して、推定温度における測定誤差を低減できる。

また、対流が生じている時間は、熱の流れＨｓがセンサだけでなく、センサ外部にも流れるため、生体の熱抵抗Ｒｂが変化することになる。そこで、対流時の熱抵抗Ｒｂの変化に応じてＲｂを校正することにより、対流状態での推定温度の誤差をさらに低減できる。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態について図１～図７を参照して説明する。

＜温度測定装置の構成＞
図３に、本実施の形態に係る温度測定装置３０の構成のブロック図を示す。温度測定装置３０は、測定部（センサ）３１と、記憶部３２と、演算部３３と、出力部３４とを備える。

測定部（センサ）３１は、被測定物（例えば、生体）の表面と接触する面近傍に配置され、測定部（センサ）３１の表面近傍での温度Ｔｓ（第１の温度）を測定する第１の温度計素子と、測定部３１の裏面（例えば、外気と接する面）での温度Ｔｔ（第２の温度）を測定する第２の温度計素子を備える。

ここで、温度Ｔｔを測定する箇所は、測定部３１の裏面に限らず、温度Ｔｓを測定する位置すなわち第１の温度計素子から離れた位置であればよい。第２の温度計素子は、第１の温度と第２の温度から正確に熱流束を算出できる程度離れた位置に配置されればよい。

また、本実施の形態では、２個の温度計素子を用いるが、２個に限らず複数であればよい。複数の温度計素子を用いた方が精度よく熱流束を測定できる。

記憶部３２は、測定部３１で測定される測定時刻と測定温度を記憶する。

演算部３３は、測定部３１で測定される測定時刻と測定温度と、記憶部３２から読み出される測定時刻と測定温度とを用いて、推定温度を算出するとともに、誤差温度を算出して、推定温度を補正する。

出力部３４は、推定温度または補正された推定温度を出力（表示）する。正確な温度を出力できない場合には、ブランク（何も表示しない状態）や正確な温度を測定できないことを出力（表示）することもできる。

＜温度測定方法＞
本実施の形態に係る方法の概要を、図４を参照して説明する。図４に、本実施の形態に係る温度測定方法のフローチャート図を示す。

初めに、推定温度Ｔｅｓｔ（第１の推定温度）の算出について説明する。式（１）に示すように、生体表面に接するセンサにより温度を測定する場合の生体内部の推定温度Ｔｅｓｔは、以下の式で表される。

Ｔｅｓｔ＝Ｔｓ＋Ｒｂ×Ｈｓｏ

ここで、Ｔｓはセンサの表面温度（生体と接する部分の温度、第１の温度）、Ｒｂは生体の熱抵抗である。また、Ｈｓｏは熱流束であり、以下の式で表される。

Ｈｓｏ＝（Ｔｓ－Ｔｔ）／Ｒｓ
ここで、Ｔｔはセンサの裏面温度（外気と接する部分の温度、第２の温度）、Ｒｓはセンサの熱抵抗である。

したがって、生体内部の推定温度Ｔｅｓｔは、Ｈｓ＝Ｔｓ－Ｔｔ、Ａ＝Ｒｂ／Ｒｓとして、式（４）で表すことができる。

Ｔｅｓｔ＝Ｔｓ＋（Ｒｂ／Ｒｓ）×（Ｔｓ－Ｔｔ）＝Ｔｓ＋Ａ×Ｈｓ（４）

ここで、Ａは温度推定比例係数パラメータである。

次に、推定温度Ｔｅｓｔに対する補正温度Ｔｅｒｒｏｒの算出について説明する。

図１に示すように、風を当てた時当初に温度は急激に上昇し誤差ピークを有し、その後、緩やかに低下する。風を停止すると、温度は急激に低下し誤差ピークを有し、その後、上昇する。

この温度の経時変化に対する補正において、初めに、センサによりＴｓとＴｔを測定する（ステップ４０１）。

次に、式（４）に基づき推定温度Ｔｅｓｔ（第１の推定温度）を算出する（ステップ４０２）。

次に、図３に示すように温度変化の時間微分ｄＨｓを算出して（ステップ４０３）、ｄＨｓのピークより対流開始にともなう熱輸送形態の変化を検出する（ステップ４０４）。

次に、式（２）、（３）に基づき、以下の通り、推定温度を補正する。ここで、生体時定数パラメータτ１とセンサの時定数パラメータτ２は補正の応答速度を決め、生体とセンサの熱容量やサイズに依存する。

ここで、生体表面に置く物体（測定部）が、プラスチックや発泡スチロール等を材料として、内部に大きな空洞を有する形状、例えば、直径３０ｍｍ程度、高さ５ｍｍ程度の円筒と仮定する場合には、τ１は１～１０分、τ２は１０秒～３分程度の範囲が有効である。

推定温度の補正において、まず、式（２）、（３）におけるＴｇａｐを算出する。

次に、温度変化が増加から減少するときを誤差ピーク最大値として、誤差ピーク検出時刻ｔ＿ｐｅａｋ１、誤差ピーク温度Ｔ＿ｐｅａｋ１を検出する（ステップ４０５）。

次に、正確な対流開始にともなう熱輸送形態の変化の時すなわち誤差ピークにおける温度上昇時を検出するために、ｄＨｓの変化検出時からピーク探索時間ｔ＿ｓｐａｎ遡って、温度上昇時刻ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１を検出する（ステップ４０６）。換言すれば、このときが誤差ピークの最小値であり、このときの温度をＴ＿ｂｏｔｔｏｍ１とする。

ここで、ピーク探索時間ｔ＿ｓｐａｎは、センサの時定数パラメータ程度が望ましく、例えば１０秒間程度とする。

そこで、Ｔｇａｐ１＝Ｔ＿ｐｅａｋ１－Ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１とする。

この時刻ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１からｔ＿ｐｅａｋ１までは、誤差ピークが立ち上がる時であり、センサの熱容量の応答に起因する。この時間帯の誤差温度は、式（５）で算出される（ステップ４０７）。

次に、風により、温度が誤差ピーク温度から減少するときの対流による誤差温度を算出する。このときの誤差温度は、生体の熱容量による応答に起因する。そこで、この時間帯の誤差温度は、式（６）で算出される（ステップ４０８）。

上述のＴｅｒｒｏｒ１を用いて、ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１から、ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２（後述の）までの推定温度（第１の推定温度）Ｔｅｓｔを、式（７）で補正して、補正後の推定温度（第２の推定温度）Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔを算出する（ステップ４０９）。

Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔ＝Ｔｅｓｔ ― Ｔｅｒｒｏｒ１（７）

次に、風を停止すると、対流終了にともなう熱輸送形態の変化により温度は急激に低下し、誤差ピーク２が生じる。上述の誤差ピーク１の補正と同様に、まず、ｄＨｓのピークより対流終了にともなう熱輸送形態の変化の時を検出する（ステップ４１０）。

次に、温度変化が増加から減少するときを誤差ピーク最小値として、誤差ピーク検出時刻ｔ＿ｐｅａｋ２、誤差ピーク温度Ｔ＿ｐｅａｋ２を検出する（ステップ４１１）。

次に、正確な対流開始にともなう熱輸送形態の変化の時すなわち誤差ピークにおける温度低下時を検出するために、ｄＨｓの変化検出時からピーク探索時間ｔ＿ｓｐａｎ遡って、温度上昇時刻ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２を検出する。換言すれば、このときが誤差ピーク２の最大値であり、このときの温度をＴ＿ｂｏｔｔｏｍ２とする（ステップ４１２）。

そこで、Ｔｇａｐ２＝Ｔ＿ｐｅａｋ２－Ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２とする。

この時刻ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２からｔ＿ｐｅａｋ２までは、誤差ピークが立ち下がる時であり、センサの熱容量の応答に起因する。そこで、この時間帯の誤差温度は、式（８）で算出される（ステップ４１３）。

次に、温度が誤差ピーク温度から上昇するときの対流による誤差温度を算出する。このときの誤差温度は、生体の熱容量による応答に起因する。そこで、この時間帯の誤差温度は、式（９）で算出される（ステップ４１４）。

上述のＴｅｒｒｏｒ２を用いて、ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２以降の推定温度（第１の推定温度）Ｔｅｓｔを、式（１０）で補正して、補正後の推定温度（第２の推定温度）Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔを算出する（ステップ４１５）。

Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔ＝Ｔｅｓｔ ― Ｔｅｒｒｏｒ２（１０）

最後に、生体の熱抵抗Ｒｂの変化を考慮して、推定温度を補正するために、温度推定比例係数パラメータＡ（＝Ｒｂ／Ｒｓ）を校正する（ステップ４１６）

以下に、本実施の形態に係る方法の詳細な過程を説明する。

まず、センサにより温度ＴｓとＴｔを測定する（ステップ４０１）。ここで、測定時刻をｔ［ｉ］とする。

次に、温度差Ｈｓ＝Ｔｓ－Ｔｔを算出して、式（４）に基づく式（４）’により、推定温度Ｔｅｓｔを算出する（ステップ４０２）。

Ｔｅｓｔ＝Ｔｓ＋（Ａ＋ΔＡ）×Ｈｓ（４）’

ここで、Ａは温度推定比例係数パラメータであり、温度を推定する際に熱流束Ｈｓの影響を補正する係数で初期値は０でもよい。

また、ΔＡは補温度推定比例係数パラメータであり、対流が生じている間（以下、「対流期間」という。）に温度推定に用いる係数である。これはセンサのサイズや形状によって変わるため事前に既知の深部温度を参照に対流がある状態での係数を求めておく。例えば、ΔＡは、熱源（ホットプレート等）の上に置いた、熱伝導が既知の物体の温度を計測することにより求めることができる。本実施の形態では、前述の寸法と形状に対して０．０２程度とする。また、対流がなければΔＡ＝０とする。

ここで、補正前（対流開始前）には、この推定温度Ｔｅｓｔが出力（表示）される。

また、以下に示す補正ステップの実行時において、正確な温度が測定されていないときには、ブランク（何も表示しない状態）が表示される。または、直前の正確な温度を出力（表示）してもよいし、正確な温度が測定されていないことを出力（表示）してもよい。

次に、温度変化の時間微分ｄＨｓ［ｉ］を、ｄＨｓ［ｉ］＝Ｈｓ［ｉ］－Ｈｓ［ｉ－１］により算出する（ステップ４０３）。

次に、算出したｄＨｓ［ｉ］を、対流検出閾値ｄＨｓ＿ｔｈｒｅｓと比較して、対流によって熱伝達の形態が変化したか否かを判定する（ステップ４０４）。

ｄＨｓ［ｉ］が対流検出閾値ｄＨｓ＿ｔｈｒｅｓを上回る場合には、（｜ｄＨｓ［ｉ］｜＞ｄＨｓ＿ｔｈｒｅｓ）対流によって熱伝達の形態が変化したと判定する。ここで、対流検出閾値ｄＨｓ＿ｔｈｒｅｓは、例えば、０．０２℃／ｓｅｃとする。

一方、ステップ４０４の判定の条件を満たさない場合には、対流によって熱伝達の形態が変化していないと判定して、補正を行わず、上述のＴｅｓｔを時刻ｔ［ｉ］での推定温度と決定して、引き続き、次の時刻で測定を実行する。

ステップ４０４で熱伝達の形態が変化したと判定された場合、以下の通り、補正温度Ｔｅｒｒｏｒを算出する（ステップ４０５～５０７）。

補正温度を算出するために、まず、式（２）、（３）におけるＴｇａｐを算出する。Ｔｇａｐは、誤差がピークとなる時刻ｔ＿ｐｅａｋでの温度Ｔｅｓｔ＿ｐｅａｋと熱輸送形態が変化する直前の時刻ｔ＿ｂｏｔｔｏｍでの温度Ｔｅｓｔ＿ｂｏｔｔｏｍの差である。

次に、温度変化の誤差ピークを検出する（ステップ４０５）。図２に示すように、対流開始にともなう熱輸送形態の変化の時には、上向きに凸のピークを示す。

そこで、現在時刻ｔ［ｉ］での推定温度Ｔｅｓｔ［ｉ］と時刻ｔ［ｉ－１］での推定温度Ｔｅｓｔ［ｉ－１］を比較して、温度上昇から温度下降に転じるときを基準に温度変化の誤差ピークを検出する。このように、隣接する時刻間における第１の推定温度の差を算出して、誤差ピークの温度を検出する。

具体的には、Ｔｅｓｔ［ｉ］がＴｅｓｔ［ｉ－１］以上のときは、引き続き、測定を実行する。

Ｔｅｓｔ［ｉ］＜Ｔｅｓｔ［ｉ－１］のときに、時刻ｔ［ｉ－１］を誤差ピーク検出時刻ｔ＿ｐｅａｋ１、同時刻の温度Ｔｅｓｔ［ｉ－１］を誤差ピーク温度Ｔｅｓｔ＿ｐｅａｋ１とする。

次に、誤差ピーク検出時刻ｔ＿ｐｅａｋ１からピーク探索時間ｔ＿ｓｐａｎ遡った時間範囲（ｔ＿ｐｅａｋ１－ｔ＿ｓｐａｎ～ｔ＿ｐｅａｋ１）で、Ｔｅｓｔが最小値を示すとき、すなわち誤差ピークの基底部を示すときの時刻をｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１、温度をＴｅｓｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１とする（ステップ４０６）。

次に、温度補正量Ｔｇａｐ１＝Ｔｅｓｔ＿ｐｅａｋ１－Ｔｅｓｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１により算出する。

次に、算出されたＴｇａｐ１を用いて、ｔ＿ｐｅａｋ１以前の（ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１からｔ＿ｐｅａｋ１までの）推定温度の補正に用いる誤差温度Ｔｅｒｒｏｒ１を、式（５）で算出する（ステップ４０７）。

また、ｔ＿ｐｅａｋ１より後の推定温度の補正に用いる誤差温度Ｔｅｒｒｏｒ１を、式（６）で算出する（ステップ４０８）。

上述のＴｅｒｒｏｒ１を用いて、ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ１からｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２までの推定温度を、式（７）で補正して、補正後の推定温度（第２の推定温度）Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔを算出する（ステップ４０９）。

次に、ｄＨｓ［ｉ］により熱伝達の形態が変化したと判定された場合には（ステップ４１０）、以下の通り、補正温度Ｔｅｒｒｏｒを算出する（ステップ４１１～４１３）。

まず、温度変化の誤差ピークを検出する（ステップ４１１）。図２に示すように、対流終了にともなう熱輸送形態の変化の時には、下向きに凸のピークを示す。

そこで、現在時刻ｔ［ｉ］での推定温度Ｔｅｓｔ［ｉ］と時刻ｔ［ｉ－１］での推定温度Ｔｅｓｔ［ｉ－１］を比較して、温度下降から温度上昇に転じるときを基準に温度変化の誤差ピークを検出する。このように、隣接する時刻間における第１の推定温度の差を算出して、誤差ピークの温度を検出する。

具体的には、Ｔｅｓｔ［ｉ］がＴｅｓｔ［ｉ－１］以下のときは、引き続き、測定を実行する。

Ｔｅｓｔ［ｉ］＞Ｔｅｓｔ［ｉ－１］のときに、時刻ｔ［ｉ－１］を誤差ピーク検出時刻ｔ＿ｐｅａｋ２、同時刻の温度Ｔｅｓｔ［ｉ－１］を誤差ピーク温度Ｔｅｓｔ＿ｐｅａｋ２とする。

次に、誤差ピーク検出時刻ｔ＿ｐｅａｋ２からピーク探索時間ｔ＿ｓｐａｎ遡った時間範囲（ｔ＿ｐｅａｋ２－ｔ＿ｓｐａｎ～ｔ＿ｐｅａｋ２）で、Ｔｅｓｔが最大値を示すとき、すなわち誤差ピークの基底部を示すときの時刻をｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２、温度をＴｅｓｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２とする（ステップ４１２）。

次に、温度補正量Ｔｇａｐ２を、Ｔｇａｐ２＝Ｔｅｓｔ＿ｐｅａｋ２－Ｔｅｓｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２により算出する。

次に、算出されたＴｇａｐ２を用いて、ｔ＿ｐｅａｋ２以前（ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２からｔ＿ｐｅａｋ２まで）の推定温度の補正に用いる誤差温度を、式（８）で算出する（ステップ４１３）。

また、ｔ＿ｐｅａｋ２より後の推定温度の補正に用いる誤差温度Ｔｅｒｒｏｒ２を、式（９）で算出する（ステップ４１４）。

上述のＴｅｒｒｏｒ２を用いて、ｔ＿ｂｏｔｔｏｍ２以降の推定温度Ｔｅｒｒｏｒ２を、式（１０）で補正して、補正後の推定温度（第２の推定温度）Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔを算出する（ステップ４１５）。

次に、生体の熱抵抗Ｒｂの変化を考慮して、推定温度を補正するために、温度推定比例係数パラメータＡ（＝Ｒｂ／Ｒｓ）を校正する（ステップ４１６）。

まず、温度推定比例係数パラメータＡを校正する条件を満たすか否かを判定する。測定データ（測定回数ｉ）が少なく、かつ、補正後の推定温度（第２の補正温度）が正確でない可能性がある場合には、条件を満たさないと判定する。

具体的には、測定データ（測定回数ｉ）が初期校正データ数Ｃａｌｉｂ＿ｎｕｍより少ない（ｉ＜Ｃａｌｉｂ＿ｎｕｍ）場合には、参照温度ＴｃｂｔとＴｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔとの差と、校正の有無判定閾値Ｔｈｒｅｓ＿ｃａｌｉｂと比較して、｜Ｔｃｂｔ－Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔ｜＞Ｔｈｒｅｓ＿ｃａｌｉｂのときには、引き続き、測定から補正までの過程を実行する。

ここで、初期校正データ数Ｃａｌｉｂ＿ｎｕｍは、センサ動作が安定するまでの測定回数であり、例えば、２０回とする。

また、参照温度Ｔｃｂｔは、例えば、予め、利用者（被測定者）の鼓膜温度等を測定して用いる。

また、校正の有無判定閾値Ｔｈｒｅｓ＿ｃａｌｉｂは、目標とする測定精度程度とすることが望ましく、例えば、深部体温の場合は０．１℃程度とすればよい。

一方、ｉ＞Ｃａｌｉｂ＿ｎｕｍ、または｜Ｔｃｂｔ－Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔ｜＜Ｔｈｒｅｓ＿ｃａｌｉｂのときには、補正後の推定温度（第２の補正温度）を正確な温度として出力（表示する）。

次に、式（１１）で温度推定比例係数パラメータＡを校正して、引き続き、測定から補正までの過程を実行する。

Ａ＝（Ｔｅｓｔ＿ｃｏｒｒｅｃｔ－Ｔｓ）／Ｈｓ（１１）

最後に、Ｔｅｒｒｏｒが所定温度、例えば０．０１℃以下に達するときに補正を終了し、以降は補正をしない推定温度を出力（表示）する。

本実施の形態では、ｄＨｓの変化を絶対値として測定して、熱伝導の形態の変化を検出した順序で、対流開始と対流終了すなわち対流期間を検出する例を示した。例えば、測定開始時に対流が生じていない場合に、測定開始後、初めに、対流開始にともなう熱伝導の形態の変化が検出され、次に対流終了にともなう熱伝導の形態の変化が検出されるものとして、対流期間を検出する例を示した。

対流期間の検出はこれに限らず、ｄＨｓの変化を正負で測定することにより、対流期間を検出できる。例えば、ｄＨｓの変化が０以上の時に、対流開始にともなう熱伝導の形態の変化を検出して、ｄＨｓの変化が０未満の時に、対流終了にともなう熱伝導の形態の変化を検出することにより、対流期間を検出できる。

本発明に係る実施の形態では、補正がされない場合には、測定部（センサ）３１で測定された温度を基に、順次演算部３３で算出される推定温度が、出力部３４に出力される。

一方、補正がされる場合には、測定部（センサ）３１で測定された後に、記憶部３２で記憶された温度データを、演算部３３で読み出して（読み込んで）推定温度が補正されて第２の推定温度が算出され、出力部３４に出力される。その結果、測定から第２の推定温度の出力まで、例えば、２０分間程度要する。

また、測定部（センサ）で測定された温度をまとめて記憶部に記憶してから、温度データを読み出して（読み込んで）推定温度を算出してもよい。

＜効果＞
以下に、本実施の形態に係る温度測定装置および方法の効果を図５～図７を参照して説明する。

図５～図７に、扇風機（ファン）の風を直接センサ部に当てながら深部体温を測定したときの体温の変化を示す。それぞれにおいて、深部温度、補正無しの推定温度（第１の推定温度）、本実施の形態に係る温度測定方法の補正をした推定温度（補正後の推定温度）の比較を示す。ここで、生体内部の正確な温度を示す深部温度として、鼓膜の温度を測定した。

図５に、５分おきに風を断続的に当てた場合の体温の変化を示す。

深部温度５１は、時間の経過とともに増加する。補正無しの推定温度（第１の推定温度）５２では、断続的な風にともない温度の増減を示すピークが観測される。

一方、補正後の推定温度（第２の推定温度）５３は深部温度５１とほぼ同様に増加し、断続的な風にともない温度の増減を示すピークが観測されない。

図６と図７に、1時間程度持続して風を当てた場合の体温の変化を示す。

深部温度６１、７１は、風を当てる（開始）時と風の停止にともない温度が増減する。

補正無しの推定温度（第１の推定温度）６２、７２では、風を当てる（開始）時と風の停止時にピークが観測される。

一方、補正後の推定温度（第２の推定温度）６３、７３では、の風を当てる（開始）時と風の停止時にピークが観測されず、深部温度６１、７１とほぼ同様に変化する。

ここで、補正後の推定温度（第２の推定温度）における誤差（深部温度との差）は±０．１℃以下に低減されることがわかった。これは、対流が発生・終了したことによる過渡的な誤差と、対流が生じていることにより生じる誤差とが低減されたことによる。

このように、補正後の推定温度（第２の推定温度）が深部温度５１とほぼ同様であることは、本実施の形態に係る温度測定方法により高精度で生体内部の温度を測定できることを示している。

以上のように、本実施の形態に係る温度測定装置および方法によれば、高精度で生体内部の温度を測定できる。

本実施の形態に係る温度測定装置は、ウェアラブルデバイス一体としてユーザの身体に装着されてもよい。

または、本発明に係る実施の形態に係る温度測定装置は、測定部（センサ）３１をウェアラブルデバイスとしてユーザの身体に装着して、ウェアラブルデバイス外部のスマートフォンやサーバ等に記憶部３２、演算部３３を備えてもよい。この場合、温度測定装置はウェアラブルデバイスと外部のサーバ等それぞれに送受信部を備え、ウェアラブルデバイスで測定される測定温度をサーバ等に送信し、サーバ等で記憶、計算を行う。最後に、推定温度等（深部温度は測定されないことの表示等を含む）はサーバ等に出力されてもよいし、ウェアラブルデバイス等に送信されて出力されてもよい。

＜コンピュータの構成例＞
図８に、本発明の実施の形態に係る温度測定装置におけるコンピュータの構成例を示す。温度測定装置は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、記憶装置（記憶部）およびインタフェース装置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。ここで、インタフェース装置に、測定部と、出力部が接続される。ＣＰＵは、記憶装置に格納された温度測定プログラムに従って本発明の実施の形態における処理を実行する。このように、温度測定プログラムは温度測定装置を機能させる。

本発明の実施の形態に係る温度測定装置では、コンピュータを装置内部に備えてもよいし、コンピュータの機能の少なくとも１部を外部コンピュータを用いて実現してもよい。また、記憶部も装置外部の記憶媒体を用いてもよく、記憶媒体に格納された温度測定プログラムを読み出して実行してもよい。記憶媒体には、各種磁気記録媒体、光磁気記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、各種メモリを含む。また、温度測定プログラムはインターネットなどの通信回線を介してコンピュータに供給されてもよい。

本発明の実施の形態では、温度測定装置の構成および温度測定方法等において、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。温度測定装置の構成および温度測定方法等の機能を発揮し効果を奏するものであればよい。

本発明は、作業者、競技者等の体温管理に用いる深部温度計に適用することができる。

３０温度測定装置
３１測定部（センサ）
３２記憶部
３３演算部
３４出力部

Claims

生体の内部の温度を、センサにより検出された温度を基に測定する温度測定方法であって、
前記センサにおいて、前記生体に接触する面近傍に配置される第１の温度計素子により第１の温度を測定し、前記第１の温度計素子から離れた位置に配置される第２の温度計素子により第２の温度を測定するステップと、
前記第１の温度と、前記第２の温度と、前記生体の熱抵抗と、前記センサの熱抵抗とを用いて、第１の推定温度を算出するステップと、
前記第１の温度と前記第２の温度の差を基に熱流束を算出するステップと、
前記熱流束の時間微分により対流期間を検出するステップと、
前記センサの熱容量に依存する時定数と、前記生体の熱容量に依存する時定数とを用いて、前記第１の推定温度を補正して、第２の推定温度を算出するステップと
を備える温度測定方法。
前記第１の推定温度の経時変化における誤差ピーク検出時刻以前の誤差温度を、前記センサの熱容量に依存する時定数を用いて算出するステップと、
前記第１の推定温度の経時変化における誤差ピーク検出時刻より後の誤差温度を、前記生体の熱容量に依存する時定数を用いて算出するステップと、
前記第１の推定温度と前記誤差温度とを用いて第２の推定温度を算出するステップと
を備える請求項１に記載の温度測定方法。
前記生体の熱抵抗を校正するステップを備える請求項１又は請求項２に記載の温度測定方法。
前記第２の推定温度が正確か否かを判定し、
前記第２の推定温度が正確であると判定される場合に、前記第２の推定温度を用いて前記生体の熱抵抗を校正することを特徴とする請求項３に記載の温度測定方法。
隣接する時刻間における前記第１の推定温度の差を算出して、誤差ピークの温度を検出するステップと、
前記誤差ピークの時刻から所定の時間遡って、前記誤差ピークの基底部の温度を検出するステップと、
前記誤差ピークの温度と、前記誤差ピークの基底部の温度との差から温度補正量を算出するステップと、
前記温度補正量と、前記センサの熱容量に依存する時定数と、前記生体の熱容量に依存する時定数とを用いて、前記第１の推定温度を補正して、第２の推定温度を算出するステップと
を備える請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の温度測定方法。
前記熱流束の時間微分が０以上のときに対流の開始にともなう熱輸送形態の変化を判定し、前記熱流束の時間微分が０より小さいときに前記対流の終了にともなう熱輸送形態の変化を判定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の温度測定方法。
生体の内部の温度を、センサにより検出された温度を基に測定する温度測定装置であって、
前記生体に接触する面近傍に配置される第１の温度計素子と、第１の温度計素子から離れた位置に配置される第２の温度計素子とを備え、前記第１の温度計素子により第１の温度を検出し、前記第２の温度計素子により第２の温度を検出する前記センサと、
前記第１の温度と、前記第２の温度と、測定時刻とを記憶する記憶部と、
前記第１の温度と、前記第２の温度と、前記生体の熱抵抗と、前記センサの熱抵抗を用いて第１の推定温度を算出し、前記第１の温度と前記第２の温度の差を基に熱流束を算出し、前記熱流束の時間微分により対流期間を検出し、前記センサの熱容量に依存する時定数と、前記生体の熱容量に依存する時定数とを用いて、前記第１の推定温度を補正して、第２の推定温度を算出する演算部と
を備える温度測定装置。
生体の内部の温度を、センサにより検出された温度を基に測定する温度測定装置に対し、
前記センサにおいて、前記生体に接触する面近傍に配置される第１の温度計素子により第１の温度を測定し、前記第１の温度計素子から離れた位置に配置される第２の温度計素子により第２の温度を測定するステップと、
前記第１の温度と、前記第２の温度と、前記生体の熱抵抗と、前記センサの熱抵抗とを用いて、第１の推定温度を算出するステップと、
前記第１の温度と前記第２の温度の差を基に熱流束を算出するステップと、
前記熱流束の時間微分により対流期間を検出するステップと、
前記センサの熱容量に依存する時定数と、前記生体の熱容量に依存する時定数とを用いて、前記第１の推定温度を補正して、第２の推定温度を算出するステップとを備える処理を実行させることを特徴とする、温度測定装置を機能させるための温度測定プログラム。