JPH02500251A - 熱及び肉体作業ストレス用のパーソナルモニター装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱及び肉体作業ストレス用のパーソナルモニター装置及び方法発明の背景 上−文里生分国 この発明は、熱ストレス及び激しい肉体作業下にあるときに、ユーザを助けて心 拍数や体温の過剰な上昇を回避する装置及び方法に関する。より詳しくは、この 発明は肉体作業及び熱ストレスに対する生理的な応答を測定し、勧告を実時間で ユーザに与える装置及び方法に関する。　’ＩＩにこの発明は、知能的判断を行 って、ユーザが自分の受けているストレスをコントロールするための勧告がユー ザに与えられるような装置及び方法に関する。この発明はさらに、産業的な環境 内で有用な装置及び方法に関する。

２、従来　術の脱Ｂ 熱ストレスを受けているとき、心拍数と体温の過剰な上昇を避けるためには、通 常２つの手法がある。一方は、管理的なコントロールによって、滞在時間などス トレスを受ける時間を制限する方法である。他方は、自己判断を用いる方法であ る。通常滞在時間の方が、大部分の人を保護する上でより確実である。自己判断 はしばしば、個々人によって長すぎる時間をもたらすことがある。

負担のかかる作業及び関連のパラメータを測定する分野では、各種の測定装置が 知られている。体内温度が、熱ストレスに対する身体の応答の基本的な生理的測 定量である。一般に、直腸温度が基本の測定量として受け入れられている。しか し直腸温度はそこへ挿入されたプローブによって測定されるので、体内温度の日 常的な評価を行うのには実際的でなく、受は入れられない。そのため、別の測定 量が必要である。

直１！温度に代わって普通便われているのは、耳、食道、及び口の温度である。

これらのための温度測定技術は容易に得られるが、そうした技術はパーソナルモ ニター装置にとって通さない多くの実用上の問題を伴う、呑込みまたは吸い込み 可能な熱伝達体も可能だが、コスト、潜在的な不都合及び受け入れ上の疑問のた め適切でない。

市販されている１つの装置は、体外にヒータを置き、体内から表面への熱束を平 衡化することによって、体内温度を推定可能としている。しかしこの装置は、充 分実用的とするためには電力がかかりすぎ、また周囲温度が高いと誤った結果を 与えることがある。

心拍数が、肉体作業及び熱ストレスと関連した別の生理的測定量である。肉体作 業の環境下で心拍数を測定する、いくつかの市販装置が存在する。これらの装置 の主な市場は、スポーツ、運動の練習及びリハビリテーションである。それぞれ の方法及び実施態様は幾分異なるが、基本的なモニタ一方法では、心拍数の上下 限界値（スレ７ショルド）を設定し、心拍数が所定範囲の窓より下がるかまたは それを上がると、アラームが発生される。

産業的な環境下では、下限は何等実際的な目的を持たない。上限の方が、実際上 の価値を有する。ある人の心拍数が限界値を越えたら、アラームを発して、過度 に陥る可能性を警報することができる。こうした、上限での警報に伴う問題は、 いかに限界値を設定するかにある。肉体作業者は、活動または等尺運動（アイソ メトリックス）による急激な集中のため、高い心拍数の瞬間ピークを存すること がある。これらのピークは肉体作業の継続レベルを表すものでないが、継続した 高い要求レベルに対して発せられるはずのアラームを生じてしまう。つまり、単 純な上限では、有意な生理的緊張を表さない多くのアラームが発生することにな る。

かかる条件は、中間レベルでの肉体作業が長引くと一層複雑化される。また高い 上限は、非常に有意な生理的緊張である限界値のすぐ下での長引く心拍数を見失 ってしまう。

心拍数、体温及びその他関連のパラメータを測定するための従来の装置の例は、 次の発行米国特許に開示されている：１９８５年４月３０日タバタ等に発行され た第４，５１３，７５３号：１９Ｂ４年５月２９日Ｂａｒｎｅｙ等に発行された 第４．４５０，８４３号＝１９８４年１月２７日Ｆｉｊｉｓａｋｉ等に発行され た第４，４２５．９２１号：１９Ｂ３年１０月１８日５ｉｄｏｒｅｎｋｏ等に発 行された第４，４０９，９８５号；　１９８３年３月２９日Ｔｓｕｃｈｉｄａ等 に発行された第４，３７８，１１１号；　１９８３年１月１１日Ｊｉｍｅｎｅｚ 等に発行された第４，３６７．７５２号；１９８２年８月１０日０°Ｌｅａｒｙ 等に発行された第４，３４３．３１５号；及び１９８２年１月２６日Ｂａｒｎｅ ｙ等に発行された第４．３１２．３５８号に開示されている。当該技術の現状は さらに、ｌｕｍｅｎ、　Ｄ、　Ｐ、とＢｏｕｇｈｅｒ、　Ｄ、　Ｒ。

の「市販心拍数モニターの評価Ｊ　、Ｔｈｅ　Ｃａｎａｄｉａｎ　Ｍｅｄｉｃａ ｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　、Ｖｏｌ、　１３１．１９８４年 ９月１５日、５８５−５８９頁に記載されており、米国ニューヨーク州ロングア イランド、ヘムブステフド所在のＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｉｎ５ｔｒｕＩｌｅｎｔｓ 社；及び米国ニューヨーク州１２９１９、チャムブレイン所在のＢｉｏｓｉｇ　 Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社：及び米国カルフォルニア州９１３０４、カノガパー ク所在のＤａｋＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から市販の心拍数モニターに示されてい る。

このように上記装置に関する分野はかなり発達しているが、産業的な環境の要求 を満たすことのできるパーソナルモニター装置及び方法が尚望まれている。

発明の要約 従って、この発明の目的は、産業的な環境内でストレスに対する生理的な応答を 測定し、ユーザに勧告を与える肉体作業及び熱ストレス用のパーソナルモニター 装置及び方法を提供することに本発明の別の目的は、多数の不通切な警報をユー ザに与えず、しかもユーザに警報を与えずにユーザが安全限界を越えることがな いようにするパーソナルモニター装置及び方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、体内温度を測定するための新規なセンサを提供すること にある。

本発明の更に別の目的は、異なる身体パラメータの測定値を組み合わせて、ユー ザに加わっている肉体作業及び熱ストレスの信転できる指示を与えるパーソナル モニター装置及び方法を提供することにある。

上記及びその他関連の目的の達成は、この発明の新規なパーソナルモニター装置 、温度センサ及び方法を用いることによって達成されるであろう。この発明によ る肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置は、ユーザの心拍を示す出 力電気信号を生じる心拍数センサを有する。パーソナルモニター装置内の一手段 が、心拍情報を受け取るように接続され、所定の時間間隔にわたって生じた心拍 信号に対応する心拍情報を記憶する。情報処理手段が、記憶手段からの心拍情報 を受け取るように接続されている。

情報処理手段は、所定の時間間隔にわたって増分的に心拍情報を分析し、所定の 時間間隔中における生理的要求を得て、該得られた生理的な要求を記憶されてい る生理的な要求限界と比較するように構成されている。前記記憶されている生理 的な要求限界が越えられたとき、装置内の一手段がユーザに指示を付与する。ま た前記情報処理手段は、前記指示付与手段の動作を制御ゴするように構成及び接 続されている。

この発明による温度センサは、温度を測定すべき物体と直接接触するように構成 された表面を持つ熱伝導部材を有する。温度の関数である出力電気信号を生しる 装置が、前記熱伝導部材と熱的に接続されている。断熱材製の本体が、前記熱伝 導部材の残部を取り囲んでいる。

この発明に基づいて個々人の熱及び肉体作業ストレスをモニターする方法は、個 々人の心拍を測定することを含む。心拍情報が所定の時間間隔にわたって増分的 に分析され、所定の時間間隔中における生理的な要求を得る。咳得られた生理的 な要求が、所定の生理的な要求限界と比較される。所定の生理的な要求限界が越 えられたとき、個々人に指示が与えられる。

発明の上記及びその他関連の目的、利点及び特徴が得られることは、次の図面を 参照した説明に関する以下のより詳細な説明を検討することによって、当業者に は容易に明かとなろう。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるパーソナルモニター装置の第１部分の斜視図である。

第２図は、パーソナルモニター装置の第２部分の斜視図で、内部の詳細を示すた め部分的に破断しである。

第３図は、第１図に示したパーソナルモニター装置部分で使われる第１電気回路 の配線図である。

第４図は、第１図に示したパーソナルモニター装置部分で使われる第２電気回路 の配線図である。

第５図は、第４図の電気回路の動作を理解するのに役立つ波形図である。

第６図は、第１−４図のパーソナルモニター装置の第２部分の斜視図である。

第７図は、第６図に示したパーソナルモニター装置の第２部分で使われる第３電 気回路の配線図である。

第８図は、第６図に示したパーソナルモニター装置の第２部分で使われる第４電 気回路の配線図である。

第９図は、第１−４図及び６−８図のパーソナルモニター装置の第３部分の斜視 図である。

第１０図は、本発明の一部を形成するソフトウェアの動作を理解するのに役立つ フローチャートである。

第１１図は、本発明の動作中に記憶され使用される一部の情報を表す概略図であ る。

第１２図は、本発明の動作中に記憶され使用される他の一部の情報を表す概略図 である。

発明の詳細な説明 生理的な基本理論 この節では、パーソナルモニター装置！　（ＰＭ）のアルゴリズムの基礎をなす 生理的な基本理論を説明する。生理的な緊張は、ストレスに対する身体の応答で ある。熱ストレスの形のストレスは、肉体作業の要求、衣服の必要及び環境の組 合せである。発汗に加え、熱ストレスに応じたもっとも明白な生理的緊張は、体 温と心拍数である。基本的に、熱の堆積が体温に反映され、一方肉体作業を行う 及び熱を発散する能力が心拍数に反映される。身体内部の温度と心拍数は相互に 相関しているが、これらは異なる生理的な緊張を測定した数量であるため、両方 を考慮した場合、生理的な状態に関する情報を加えたものとなる。パーソナルモ ニター装置（ＰＭ）では、過剰な生理的緊張に対して警告を与えるため、体温と 心拍数の両方を考慮に入れようと試みている。ラボ的な評価に基づくと、同じく 熱ストレスへの露出を終了させる一因である徴候の開始も、ＰＭが関知すること が立証されている。

アルゴリズムは警告状態を決めるのに、遮断された皮膚の温度と振幅の経歴とを 用いる。これら２つの生理的な測定量が独立に処理され、警告限界値に最初に達 した測定量によって警告状態が決められる。

遮断された皮膚の温度（ディスク温度と呼ぶ）が、体内温度用の置換測定量とし て、熱ストレスへの過剰露出を予測するために発生される生理的変数である。熱 ストレスの２つの異なる状態下の体内温度間には、極めて高い相関性が存在する 。

次のステップでは、体内温度の安全限界を設定する。米国職業安全及び保健全国 協会（ＮＩＯ３Ｈ）と世界保健機構（ＷＨＯ）は、体内温度が毎日長い期間３８ ．０℃を越えないように、すなわち熱ストレスの状態下における長期の肉体作業 について、熱への露出を制限することを勧告してきた。またＷ）（Ｏは、「厳密 に管理された状態下で、身体内奥の温度は３９℃（１０２’″Ｆ）まで上昇が許 される」としてきた、それより高い体内温度では、熱病の危険が高まると共に、 熱ストレスに関連した危険な挙動が発生し易くなる。体内温度が４０℃を越える と、日射病を伴う。

体内温度の対策警告限界値は、３８．５℃に選定されていた。何故なら、ＰＭは 熱ストレスへの露出を厳密に管理する手段であり、また警告限界値が露出を終了 させる時間を与えるようにするためである。つまりこの限界は、第１に、長期露 出時の許容レベル以上の熱ストレスに対するより長い露出を可能とする。第２に 、熱ストレスの領域から去るのに、５−１０分の時間を与える。

３８．５℃に指定された体内温度の限界に基づき、ディスク温度の対策限界値を 決めることができる。はとんどの作業者について体内温度が３８．５℃を越えな いように保護するディスク温度用の対策警告限界値を設定するのに、２つの判断 を行った。第１に、体内温度とディスク温度との関係は衣服の種類によって異な ることが、分析の結果示された。このため、次の２種類の衣服が定義された：（ １）作業衣または一重の綿製カバーロールズ、及び（２）二重の綿製カバーロー ルズまたはカバーロールズ上の不浸透性衣服（プラスチック製）。第２に、ディ スク温度は体内温度の正確な測定値でなく、置換量である。これは、ディスク温 度によって体内温度を制限することに、ある程度の誤差が伴うことを意味する。

そのため、ディスク温度は各衣服の種類または取り合わせについて、それぞれの ケースの９５％で、体内温度が３８．５℃以下となるように選定された。この選 定ディスク温度を、対策警告限界値と・した。つまり、作業衣または一重の綿製 カバーロールズに関する対策限界値は３８．２℃、二重の綿製カバーロールズま たは綿製カバーロールズ上の不浸透性衣服に関する対策限界値は３８．５℃であ る。そしてこれらの値が、露出の終了時点を指示するＰＭアルゴリズムでの対策 警告限界値となる。

ＰＭ用の設計目的は、警報の発生について、生理的な緊張が生じたことの予備報 知を与え、また基準をリセットして、報知状態が警報から許容へと変更可能とす ることを要求した。また警報の発生は、熱を受けている一般の状態下で、対策の 警告前に約１０分間の警報を与えるべきである。警報限界値はそれぞれ、作業衣 ／−重の綿製カバーロールズで３８．０℃、二重の綿製カバーロールズ／不浸透 生衣服で３８．１℃とした。警報の発生後緊張が減じられると、ＰＭは許容可能 な指示にリセットする。リセット限界値は、警報レベルより０．２℃低く設定し た。この０．２℃の降下が温度の有意な降下を示し、限界値を中心とした温度セ ンサの変動つまり切り替わり（例えば３７．９℃と３８．０℃の間で変化する） という問題を回避する。

心拍数の基準の目的は、心拍のモニターから得られた情報を、熱ストレスへの露 出による心臓血管の緊張を関連付けることにある。この点は、肉体作業の要求と 持久時間との関係を調べ、次いで持久時間と心拍数を肉体作業の要求を介して関 連付け、最後に広範囲の緊張を表す心拍数の基準を与えることによって達成され る。さらに、心拍数の回復パターンが、熱及び肉体作業ストレスに対する心臓血 管の調整レベルを判断するのにも使える。

ある人が肉体的に要求される作業を行うと、筋肉が酸素を要求し、その酸素が循 環する血液によって運ばれる。酸素つまり血液の流れの要求増加は、心拍数を高 めることによって達成される。

すなわち肉体作業の要求が増大するにつれ、酸素の要求量が増加して筋肉の新陳 代謝を支えると共に、心拍数が上昇して血液の流れを増す。ある人の肉体作業（ 及び酸素要求量）のレベルが高まると、その人の心拍数は最大値に達し、これは 酸素の最大利用室（つまり最大酸素消費容量、ＭＡＣ）によっても特徴付けられ る。

一般的な観測例として、同じタスクでもある作業者にとっては容易でも、別の作 業者には困難なことがある。肉体作業のタスクを行う際の相対的な困難さは、そ のタスクの酸素要求量と個々人のＭＡＣとの対比関係に依存している。肉体作業 の要求及びそれに比例した酸素要求量がＭＡＣより小さい場合、相対的な困難さ は、最大酸素消費容量のパーセントＣ％ＭＡＣ）として表される酸素要求量と関 連している。非常に健康状態の良い作業者（高ＭＡＣ）は、健康状態の悪い作業 者よりも困難なく同じタスクを行える。前者の作業者の方が、ＭＡＣのより低い 比率で作業できるからである。

肉体作業が最大値の３０％の酸素要求量を必要とする場合、そのタスクは軽いと 見なされ、数時間続けて行えるが、ＭＡＣの７５％になると、そのタスクは非常 に大きい肉体的強制下で約２０分しか行えず、極度の疲労（消耗）をもたらす。

極度の疲労に至る時間（持久時間）とＸＭＡＣとの間の関係を調べるために、多 くのラボ的研究がなされている。代表的な研究では、安定した比率の酸素消費を 要求する一定の肉体作業タスク（例えば単調な歩行や自転車作業針（エルブメー タ）のペダル踏み）がある個人に与えられる。肉体作業は極度に疲労するまで続 けられ、その時間が記録される。ＸＭＡＣに対してプロットされた持久時間は、 全ての個々人について同様の曲線を与える。持久時間は、ＸＭＡＣと共に指数間 数的に減少する。

平均的な個人は、各自のＭＡＣの８０％において、極度に疲労するまで約２０分 閣内体作業を行える。この時間は、７０％のＭＡＣで４０分間、さらに６０％の ＭＡＣで８０分間に増加する。

仕事の設計観点からみれば、仕事は持久時間より長い時間を要求すべきでない、 つまり、ある人の７０％ＭＡＣを要求する肉体作業のタスクは、４０分を越える べきでない、言い替えれば、最小の作業時間が要求されるとき、実際のＸＭＡＣ は、その作業時間に等しい持久時間に対応したＸＭＡＣよりも低くなければなら ない０例えば、あるタスクを行うのち４０分が必要なら、実際のＸＭＡＣは、そ のタスクを完了させる予定の作業者について７０％ＭＡＣよりも低くすべきであ る。

個々のＸＭＡＣ値について、持久時間（ＥＴ）の範囲がある。

大部分の人々を保護するためには、次式に示すごとく、ある与えられたＸＭＡＣ に関する全てのＥＴデータを含めるように、内輪のラインを引くことができる： ｌｏｇ＋ｏ（ＥＴ）　＝　４．０　４．０　（χＭＡＣ／１００２）　（ｌａ） ＸＭＡＣ＝　２５χ［ｌｏｇ＋ｏ（ＥＴ）　−４，０Ｅ　（ｌｂ）但し、ＥＴは 分草値の持久時間、項（％ＭＡＣ／１００％）はＭＡＣに対する酸素要求量の０ がら１までの比である。上式（１ａ）と（１ｂ）は、同し関係を２つの方法で表 したものである。この関係の意味は、次のように解釈できる。任意の与えられた ＸＭＡＣについて、はとんどの作業者は、少なくとも式（１ａ）によるＥＴ時間 の間、その相対レベルで肉体作業を行える。あるいは、肉体作業の要求がある時 間のＥＴを必要とすれば、その肉体作業は、式（１ｂ）に基づくＸＭＡＣの各値 以下で作業するどの人によっても行える。つまり、作業者は７５％ＭＡＣで少な くとも１０分間作業できる：あるいは１０分の肉体作業を必要とする仕事は、７ ５％ＭＡＣ以下で作業する誰によっても行える。

実際上の問題として、異なる酸素要求量での異なる肉体作業の要求パターンをあ る時間間隔にわたって平均化し、平均の％？ｌＡＣを計算することができる。こ の平均％ＭＡＣが予測の持久時間を見積るのに使われ、この持久時間が実際に必 要な時間（平均のための時間ベース）と比較される０例えば、８０％ＭＡＣでの ５分を５０％ＭＡＣでの２０分と平均すれば、２５分間にわたる５６％ＭＡＣと いう平均要求が得られる。この平均値は、５６％ＭＡＣに対応する１００分とい う持続時間よりも小さいので持続可能である。しかし例えば、８０％ＭＡＣでの ３０分を４０％ＭＡＣでの６０分と平均し、６０分間にわたる６０％ＭＡＣとい う平均を得ることはできない。８０％ＭＡＣでの持久時間は２０分なので、その 人は８０％ＭＡＣの途中で極度に疲労してしまうからである。

上記の平均原則に基づけば、増分解析を行って、仕事が極度・の疲労をもたらす かどうかを評価できる。増分解析では、短い間隔（５分）にわたる相対的な酸素 要求量（ＸＭＡＣ）が調べられ、対応した持久時間がその時間間隔より短くない がどうかを判定する。つまり、いずれの５分の間隔についても、平均の％Ｍ　Ａ 　Ｃが個々人について、式（１ｂ）でＥＴに５分を代入して計算された８３　。

％を越えてはならない。逆に言えば、平均の％ＭＡＣが７５％ＭＡＣ（ＥＴ＝　 １０分で式（１ｂ）から得られる値）より小さければ、過剰の生理的要求（極度 の疲労）は生じない。平均の時間ベースを作業時間にまで増分していくことによ り、肉体作業のあらゆる可能な組合せを、極度な疲労をもたらさないかどうかに ついて調べることができる。これは、高い要求の短い時間の他、それより低い要 求の長い期間も考慮されることを意味する。

関係が指数関数的であるため、時間間隔を幾何級数的に増大して、保護の能力を 失うことなく、平均する時間間隔の数を減らすことができる。つまり時間間隔は 、実用上最小の間隔である５分から出発して、１０．２０．４０．８０、・・・ 分と延ばしていくことができる。等比数列の近似として、ＰＭのアルゴリズムで は次の７つの平均化間隔を選んだ＝５．１０．２０．３０．４５．８０及び９０ 分。式（１ｂ）から、これらの間隔について持続可能な最高の％ＭＡＣはそれぞ れ、８３．７５．６７．６３．５９．５６及び５１％ＭＡＣである。ＰＭが使わ れる肉体作業のシナリオでは、一定の作業下で３時間（１８０分）露出されるこ とはほとんどないので、平均化間隔を９０分以上に延長する必要はない。

心拍数用のアルゴリズムを形成するための次のステップでは、心拍数な％ＭＡＣ と関連付ける。このステップが必要なのは、％ＭＡＣが分かるように行うべきあ らゆる可能なタスクについて、パーソナルモニター装置を使う各ユーザのＭＡＣ 及び酸素要求量を知るのは不可能だからである。

ある人が静止状態の酸素要求量からＭＡＣに至るまで動くと、心拍数も静止心拍 数（ＨＲ□。）から最大心拍数（ＨＲい、８）へと増加する。平均の静止心拍数 は毎分７５拍で、年齢、人種または性別によってそれほど変化しない。ははんど の人の場合、ＨＲ，、。

は年齢と共に減少し、次式でかなり適切に予測できる：ＨＲ，，，＝２２０−年 齢（年数）（２）式（２）はほとんどの人にとって、ある年齢での平均ＨＲ，， ，が、その人より１歳若い人より毎分心拍数（ｂｐｉ）で１だけ少ないことを意 味する。このことはまた、自明なように、血液及び酸素を筋肉へ運ぶ能力の低下 による平均ＭＡＣの減少も意味する。

ＨＲｒ＊ｓｔとＨＲ，、、との差が、心拍数留保値（ＨＲＲ）である。

従って、いずれの心拍数も次式のように、心拍数留保値のパーセント（％ＨＲＲ ）として表すことができる：ＸＨＲＲ＝　ｒ（ＨＲ，、、−ＨＲ）／（ＨＲ，、 ！　−ＨＲｒ＊ｓｔ）　コ　Ｘ　１００　（３ａ）または　χＨＲＲ＝　［（Ｈ Ｒ□、　−ＨＲ）／ＨＲＲ］　Ｘ１００χ　（３ｂ）％ＨＲＲは静止状でゼロ、 ＨＲゎ、１．ｌで１００である。

考慮すべき次の３つのファクターが存在する：　（ｌ１Ｍ　ｐ、　Ｃ（１００％ ＭＡＣ）はＨＲい、Ｘで発生すること、（２）酸素要求量は約１０％ＭＡＣであ る、及び（３）心拍数は％ＭＡＣに比例して増大すること。

これら３つの事実は、ＰＭで使われる基本的な近似：つまり％ＨＲＲが％ＭＡＣ に等しいことを示唆している。誰かが肉体作業をするのに自分のＭ　Ａ　Ｃの５ ０％を用いているなら、彼は自分のＨＲＲの５０％も用いている。これらの関係 を例示するため、４５歳の作業者が１２５ｂｐｍ（毎分心拍数）の心拍数で作業 を行うものとする。まず、その人のＨＲ，□＝１７５　（＝２２０−４５、式２ ）で、７５の静止心拍数を有する。またその人は、１００ｂｐ＋ｎ（１７５−７ ５−１００）の）（ＲＲを有する。彼の心拍数が１２５ｂｐ＋ｎであれば、その とき彼は自分のＨＲＲの５０％（ｒ（１７５−１２５）／１００：ｌ　ｘ　１０ ０χ、式３ｂ）を使っている。従って、）（Ｒが分かれば、％ＨＲＲと％ＭＡＣ を介して持久時間を推定可能である。

これは、持久時間を推定可能とするのに、作業の酸素要求量または個々人のＭＡ Ｃを知る必要がなく、その作業についての心拍数だけを知ればよいことを実証し ている。

上記の関係は、逆にも使える。最小の肉体作業時間が分かっており、それがＥＴ に等しければ、％ＭＡＣで表される最高の予測作業要求量を式（１ｂ）から推定 でき、従って％ＨＲＲも得られる。

この％ＨＲＲとＨＲｒｅｓｔ　（＝　７５）及びＨＲ，、、（弐２）に関する仮 定から、心拍数に対する限界を表すことができる。−例として、作業時間が２０ 秒で、作業者が（上記と同じ）４５歳であるとする。この場合、最高の％ＭＡＣ は弐（１ｂ）にＥＴ＝２０を代入して６７である。これは、２０分間の平均心拍 数が６７％ＨＲＲを越えてはならないことを意味する。式（３ｂ）を書き直すと 次の式（４）になる。

ＨＲ＝　ＨＲ，、、ｔ＋ＨＲＲ（ＸＨＲＲ／１００Ｘ）　（４）式（４）から、 ６７％ＭＡＣは心拍数１４２（＝　７５　＋１００　［６７／１００Ｆ　）と書 き換えられる。

しかし、上記の議論では熱ストレスが考慮されていなかった。

心臓血管系に付加される熱ストレスの負担は心拍数にも反映され、また熱ストレ スによる心拍数の上昇は、％ＭＡＣの増加として扱えることが知られている。す なわち、心拍数に反映される生理的な緊張は、心拍数が肉体だけによるものなら 同じだが、熱ストレスと組み合わされていると、もっと低い肉体作業のレベルに 対応する。このため、肉体作業と熱ストレスが心拍数に及ぼす効果は加算的であ り、心拍数に対する全体的な影響が、％ＨＲＲを介して％ＭＡＣを推定するのに 使われる。次いで、最大の作業時間つまり持久時間を予測するのに、％ＭＡＣが 使われる。

従って、熱ストレス下での肉体作業による生理的な緊張をモニターするのに心拍 数を使う場合、次の２つの仮定が役に立つ。第１に、心拍数に対する熱ストレス の効果は、肉体作業だけによる心拍数に対して加算的である。第２に、等価の％ ＭＡＣを反映するのに心拍数が使え、つまり持久時間は％Ｍ　Ａ　Ｃが高いと短 く、％ＭＡＣの値が低くなるにつれて長くなる。この結果得られる原則として、 高い心拍数（新陳代謝と熱ストレスの組合せとして反映される高い要求量）は、 短い時間の間安全に維持可能であり、より低い心拍数（低い要求量）はより長い 期間の間安全に維持可能である。

ＰＭにおいて、心拍数の限界値は、ある所定期間での平均心拍数がそれより高い と警告を発生するレベルである。ＰＭは短い期間なら、きつい肉体作業及び／又 は高い熱ストレスによる高い心拍数を許容すべきである。これは、高い限界値を 持つ短い平均か期間を用いることによって達成できる。一方ＰＭは、長い期間に わたる中位の要求量（低いＨＲ）も恩知しなければならない、このためには、も っと低い限界値を持つもっと長い平均化期間が使われる。

このような平均化で、現在市販の心拍数モニター装置で使われている１つの静的 な限界値による場合に通例見られる問題を回避できる。静的な基準が高い要求量 の集中を許すように充分高く設定されると、もっと長い期間での中位の緊張を見 失ってしまう。

逆に中位の緊張に合わせて低く設定すると、高い要求量だが短く、許容可能なレ ベルに対してもアラームが発生してしまう。そこ°で本ＰＭでは、複数の平均化 期間を用いることによって、上記２つの状況間での連続した緊張を考慮に入れる 。つまり、心拍数に関する複数の平均化期間の各々について、限界値を選択可能 である。

複数の平均化期間と限界値は、心拍数の移動時間平均（Ｍ　Ｔ　Ａ　）の方法を 使って計算及び更新される。Ｍ　Ｔ　Ａの応用は、心拍数の　。

モニターにおける新規な手法を表している。ＭＴＡ−５（５分間での移動時間平 均）が、過去５分間における平均の心拍数を表し、高い要求量の集中を調べるの に使える。数分間心拍数が高いと、ＭＡＴ−５がすばやく高い比率に接近する。

そして臨界値に達すると、警告が発生される。しかし、高い要求量の集中が短く 心配を引き起こすほどでなければ、ＭＡＴ−５はＲｎ界レベルに達しない、こウ シて、ＭＴＡ−５は、短い遷移に過剰反応することなく、高い要求量の集中を感 知できる。ＭＴＡ−５と対照的に、ＭＴＡ−，９０（９０分の移動時間平均）で ある。これでは高い心拍数での維持レベルが隠れるけれども、疲労を生じる長期 間で中位の要求量による漸増が考慮される。ＭＴＡ−９０の限界つまり臨界値は 、長期間の要求量が過剰と判断されるまで警告を発生せずに、はるかに低くでき る。

本ＰＭは、５．１０．２０．３０，４５．６ｏ及び９０分という時間ベースで７ 種類のＭＴＡを用い、高い要求での短い期間から中位の要求での長い期間まで、 間断のない一連の保護を与える。

ＭＴＡの間隔は、５分から始まる等比数列（逐次倍化）の近位を採用した。

移動時間平均がピークの平滑化と識別傾向に及ぼす効果は、次の例から明かとな ろう。つまり、高熱での運転停止直後における原子力発電所の閉じ込め建屋の検 査を行っている運転監督員について考えてみよう。この検査は、たくさんの梯子 と階段を登る作業（高い心拍数）と、比較的静止した作業を必要とする。ＭＴＡ −５が、非常に短いピークによって不当に影響されることなく、ＨＲの短期間の 傾向に非常によく追従する。他方ＭＴＡ−９０が、長期の影響によって生じ徐々 に増えていく心臓血管への負担に追従する。

ＭＡＴ用の対策警告限界値は、次の２つのファクターを用いて選定した：　（１ １ＨＲ−ｍｙの調整における年齢、及び（２）平均化期間の時間ベースに等しい 持久時間についての％ＭＡＣ，年齢の影響をＨＲ□８へ反映させるのに、３つの 年齢グループで充分と判断した。２つのグループでは年齢の影響を考慮しきれず 、また年齢毎にＨＲ□８が変化するため、それよりグループを増やしても利点が 生かされない。そして、代表的な静止心拍数を７５ｂｐｍ及びグループ内の中間 年齢でのＨＲ□８を仮定して、各グールプ毎にＨＲＲを推定した。それぞれのＨ ＲＲと中間年齢を含むグループは、次の通りである： ＊若年：〈３５歳で、ＨＲＲ＝１１８　（２７歳）＊中年：３６−５０歳で、Ｈ ＲＲ＝１０２　（４３歳）＊老年二〉５１歳で、ＨＲＲ＝８７　（５８歳）ＭＴ Ａの各時間ベース毎に、ＥＴをその時間ベースに設定し、弐（１ｂ）から％ＭＡ Ｃ（及び％ＨＲＲ）を計算した。５．１０，２０．３０．４５．６０及び９０分 という７種類の平均化間隔について、各間隔で維持可能な最も高い％ＭＡＣはそ れぞれ８３．７５．６７．６３．５９．５６及び５１％ＭＡＣである。各々の年 齢グループ毎に、％ＭＡＣに等しい各％ＨＲＲでの心拍数を式（４）を用いて計 算した。その結果を、対策警告限界値とした。老年グループに関する心拍数の限 界値は、熱ストレスに耐える能力の損失が心臓血管能力の年齢に伴う低下から予 測されるものよりも大きいことを示唆しているラボでの試験及びその他のデータ に基づき、約２ｂｐ譲下方に調整した。

警告発生限界値は、心拍数が中位の要求量に維持されている場合、対策警告限界 値に関し約１０分間の警報を与えるように選定した。また、心拍数の警報レベル からの持続した効果を示すように、レセントレベルを選定した。これらリセット レベルは、ラボでの試験結果から適切と思われる。次の表に、ＰＭ用に最終定期 に選定した異なる年齢グループとＭＴＡ時間ベースについての、それぞれ３つの 警告限界値を示す。

身体的に要求される作業を行う個々人に加わる生理的な緊張を評価するために、 心拍数の回復パターンがデエポン社のＢｒｏｕｈａによって導入された。これら のパターンは、熱ストレスの状態にも適用される。パターンの基準が、Ｆｕｌ　 ｌｅｒとＳｎ＋ｉ　ｔｈによって修正された。心拍数の回復方法は、作業者が作 業を中止し、３分間静かに座ることを要求する。ｍ続する名分の後半半分に、各 ３０秒間での３つのパルスカウント（ｐＨ）が次のように取られる：＊ｐ、：座 った後３０から６０秒間 ＊Ｐｔ　：座った後９０から１２０秒間傘Ｐ、：座った後１５０から１８０秒間 これらパルスカウントの各々が２倍され、パルス速度を与える。

Ｆｕｌｌｅｒと！１ｕｃｉｔｈは、９Ｑｂｐｍよりも低いＰ、のパルス速度が充 分な回復を示し、前の肉体作業が過剰な要求でなかったこと、すなわちそれが許 容可能であったことを示すことを見いだした。

Ｐ、が９０より大きいと、作業者に生理的な負担が蓄積し、その作業を長く続け られないことを意味する。更に言えば、Ｐ、がらＰ、への降下がｔｏｂｐ−より 大きいと、回復が限界に近い。つまりこれは、作業者は作業を続けられるが、後 で極度の疲労状態に陥ることを意味する。これは警告の発生に相当している。降 下が１０ｂｐ−より小さい場合、回復が生ぜず、その肉体作業は中止すべきで、 対策警告に相当する。

終了地点に近い回復パターンに関する実験データに基づき、上記の手順は更に変 更された。すなわちＰｌとの差に関わりなく、Ｐ２が１２０より大きいと、「回 復無し」のカテゴリーがＰＭのアルゴリズムによって割り当てられる。

ハードウェア パーソナルモニター装置（ＰＭ）は、次の別個の構成部分からなる；センサモジ ュール、モニターモジュール及び報知モジュール。以下、これらの各モジュール を詳しく説明する。

センサモジュール１０が第１図に示しである。センサモジュール１０は、ＥＫＧ 　（心電閲）センサ（電極）１２、温度ディスク（遮断された支店温度）１４、 及び両センサ１２と１４用のエレクトロニクスパッケージ１６を含む。センサパ ンケージ１６は、胸に着けられるハーネス（装帯）１８に取り付けられている。

ハーネス１６の内側に、ＥＫＧ電極１２と温度ディスク１４が配置され、これら は全て皮膚と接触させなければならない。

ＥＫＧ′ｒｌ極１２を選んだ主な目的は、皮膚の下準備が最小で良好なＥＫＣ， 信号を得られるものを選択つまり設計することにあった。２つの電極１２間のイ ンピーダンスがＩＯＫオームより低ければ、良好な読取値が得られる。

パーソナルモニター装置用に選んだ電極１２は、胴帯ハーネス１８の一体部品と して市販されている。この脚帯１８は、ＡＭＦによって開発され％　Ｃｏｍｐｕ ｔｅｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から市販されている運動用心拍数モニターの 一部である。脚帯１８は電極１２を取り付けるためその内側に、約３　ｃｓ　Ｘ 　６　ａｎの２つの可撓性導電材料部分を用いている。その材料とハーネスを通 じたボタンスナップが、外部との電気接続を形成する。ＰＭセフサモジュール１ ０はリード線で、Ｂ　Ｋ　Ｇ　ｉｉ極１２用の各ボタンスナップに接続されてい る。

電極を胸の乾いた皮膚上にそのまま置くと、インピーダンスが高すぎ（＞ＩＯＫ オーム）、良好なＥＫＧ信号が得られない。作業を開始して数分後、充分な汗が 電極１２の下側に貯ると、インピーダンスが許容レベルに減少する。許容可能な ＥＫＧ信号を直ちに得るためには、装着前に少量の導電性ローションや水を電極 １２上に引き延ばしておけばよい。特別の皮膚の下準備（例えばこすり、除毛な ど）は必要ない。

電極１２に変えて使える別の電極としては、病院や運動のストレステストでよく 使われている予めゲル化された短い捨て型電極もある。この型の基本概念は、接 着性表面を有する柔らかい発砲ディスクで、接着性表面を使って電極を人体に取 り付ける。使用可能な第３の電極型は、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製の運動 用心拍数モニターで使われている導電性のゲル化型である。

ＥＫＧを測定するためには、３つの電極（アクティブ、標準及びアース）が必要 である。アクティブ電極１２は、（胸の左側で）心臓の上に置かれる。標準電極 １２は、胸の右側上に置かれる。

温度ディスク１４がアース電極としても機能し、標準及びアクティブ両電極１２ によって形成されるラインの外側に置かれる。このように、銅製ディスクは熱と 電気両方の導体である。

ハーネス１８は、−人で容易に着脱できる。普通、ハーネスを陶土の正しい位置 に当てがった後、温度センサ１４が右側のハーネス１８の下側に挿入される。ハ ーネス１８は清潔にするため、手で洗える。

温度センサ１４が第２図に示しである。厚さ０．８　ｃｓ、直径４．２Ｇのスタ イロフォーム（発砲ポリスチレン）が、センサの絶縁体である。皮膚と対面する 表面２４上に、直径２．５　ｃｍの銅製ディスク２６が位置する。温度域知性の ソリッドステート素子２８（ナショナル製半導体ＬＭ３４ＣＡ）が、銅製ディス ク２６の内面３０に半田付けされ、他の面はスタイロフクームディスク２２で取 り囲まれている。ソリッドステート温度センサ２８は、低い出力インピーダンス と次式で表され温度（Ｔ）に比例する線形の電圧出力を有する： 電圧（ＭＶ）＝１０ｘ　（’Ｆの温度）例えば、出力は３５℃（９５”　Ｆ）　 テ０．９５０Ｖ、　４０℃（１０４’Ｆ）で１．０４０　Ｖであり、−Ｉｎ的な ディスク温度の範囲にわたって９０ｍＶ変化する。所望ならサーミスタも使える が、ソリッドステート素子２８の方が比較可能な温度感度を有し、頑丈で、しか も電力消費が少ない。

温度センサ２８から、３本の電気リード３２．３４及び３６が延びている。第１ のリード３２は、センサ２８のメタルケース３８に接続された電気共通（アース ）リードである。このリード３２は、アース電極の役割の電気導体としても使わ れている。第２のり−ド３４は、供給電圧（＋５ボルト）用である。第３のり一 ド３６が、温度に比例した電圧出力を与える。

検知回路４０が、第３図の配線図に示しである。第１のステップでは、ソリッド ステート素子２８からの電圧出力をライン４４上のバイアス電圧と加算増幅器４ ６で加え、ゼロ調整が行えるようにする。８目整可能な抵抗Ｒ３１とＲ７を用い て、　９７５ｍＶの公称バイアス電圧が測音素子の出力電圧と加算され、素子が ３６．４’Ｃ（９７，５”Ｆ）のとき、増幅器４８に入力する電圧がゼロになる ようにする。

別の可変抵抗Ｒ３６が、増幅器５０のゲインを調整するのに使われる。増幅器５ ０のゲインは、モニターモジニール内のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器に おける１ビツトの変化が０．０２５℃と等しくなるように設定される。モニター モジュールはＯから＋５ボルトの範囲にわたる８ピントのＡ／Ｄ変換器を存し、 これはＯボルトでＯ１＋５ボルトで２５５の数値を与えることを意味する。すな わち、Ａ／Ｄ変換器に入力される１ボルト毎に５１の出力単位が存在する。０． ０２５℃／単位の目標感度を用いると、３６．４℃からの３℃上昇（つまり３９ ．４℃）は、１２０（＝３１０．０２５）のＡ／Ｄ読取値を有するはずである。

そこでゲインは、素子２８での３９．４℃の温度が増幅器５０の出力５２に２． ３５３ボルト（５Ｘ１２０／２５５）を生じるように調整される。この増幅器出 力が、Ａ／Ｄ変換器に入力される。素子２８は重要な温度範囲（３７℃から３９ ℃）にわたって水浴で較正され、この較正曲線が最小次二乗法通用の勾配及び切 片として非揮発性のメモリ　（ＥＥＰＲＯＭ）内に記憶される。

心拍数の測定におけるセンサモジュール１０の役割は、心拍の発生を検出し、１ 拍の発生毎に信号をモニターモジュールへ送ることにある。第４図の心拍数検出 回路６０は、ＥＫＧの極めて特徴的な部分であるＱＲ３複合の発生を検出するこ とができる。

ＱＲＳ複合は、（もっとゆっくり変化する他の波より通例２−５倍大きい）高振 幅のすばやく変化する波である。

前述したように、３つの電極が含まれている。１つは、温度ディスクでもあるア ース電極１４である。これは計器のアースに接続され、信号に安定性を与える。

他の２＠、極は、第４図に示すように、ＥＫＧセンサ１２から計器勾配差動増幅 器６２　（Ｂｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ製）への正（アクティブリード）及び負（標準 リード）の入力である。信号は１０００倍（ミリボルトからボルトへ）増幅され てから、比較的広い帯域フィルタ６４を通過する。その後、信号は４つのアクテ ィブフィルタ６５．６６．６８及び７０を通過し、これらが組み合わされて狭い 帯域フィルタを与え、中間周波数（公称１００）１ｚ）のＱＲ３波を通過可能と する一方、低周波数のＥＫＧ波、環境中に存在する６０Ｈｚ電気ノイズなどの電 気ノイズ、電極インピーダンスの変化によるベースラインのドリフト、及び４０ ０Ｈｚ計装ノズルなどの高周波数ノズルを遮断するように設計されている。フィ ルタの遮断周波数は、経験的に設計された。

つまり、帯域フィルタ用の遮断周波数は、ＱＲ３波への影響を観測しながら調整 した。２つの高帯域フィルタの周波数は、ＱＲ３の振幅に影響が出るまで高め、 同じように２つの低帯域フィルタの周波数は低めた。濾波後のＥＫＧ／ＱＲＳ信 号は、入力が所定のレベルに達するまでゼロ出力を有する高ゲインの比較増幅器 ７２に送られる。信号が所定レベルより高くなると、出力がすばやく＋５Ｖにな る。従って、ＱＲ３信号がスレフショルドに達すると、増幅器７２が正の矩形波 を送出し、一対の単安定マルチバイブレーク７４と７６をトリガーする。

マルチバイブレーク回路７４は、入カドリガーが正のパルスを受け取まで、安定 した高信号（＋５ボルト）を与える。正のパルスが、マルチバイブレーク７４の 出カフ０からのゼ゛ロポルト矩形波の開始をトリガーする。他方のマルチバイブ レーク７６の出力８０は約２５０ｍ５ｅｅ間高に留まり、第１マルチバイブレー タ７４がトリガーされるのを防ぐ。つまり、第２マルチバイブレーク７６の比較 的長い高状態の窓が、観測されるどんな心拍数よりも高い毎分２５５回以上の周 波数による第１マルチバイブレーク７４のトリガーを防ぐ。第１マルチバイブレ ークの出カフ８からの低パルスは、カウンタを進める（モニターモジュールのエ レクトロニクス参照）ほか、各心拍毎にＬＥＤ２０８−２１２　（第９図）を点 滅させる（報知モジュールのエレクトロニクス参照）。

ＬＥＤへのパルス幅は、各ＬＥＤＴ：ｍ別可能な閃光が発せられるように選んだ 。

第５図は、検出回路５０がＥＫＧ信号に及ぼす効果を示す。一番上の＋ａｌに、 １心拍分の生のＥＫＧ信号８２が示しである。第１の広帯域フィルター６４を通 過した後、信号は（１））の８４で示すように鋭い二極特性を有する。４段の狭 帯域フィルタ６５−７０が、（ｅ）の８６で示すように、負の成分と遅い波を取 り除き、正の波を広げる。次いで信号は比較器７２に入力し、そこから濾波後の 信号が（ｄｌに示すような矩形波８８を生じる。この高度に処理された信号がマ ルチパイプレーク回路７４をトリガーし、公称＋５ボルトの信号９２上に、（ｅ ）に示すような完全にゼロボルトの矩形波９０を重畳して送る。センサモジュー ル１０（第１図）には、バッテリ電源から直接電力が供給される。センサモジュ ール１０内には、モジュールの集積回路に電力を供給する＋５ボルトの電圧調整 器が存在する。

モニターモジュール１００　（第５図）は、次の４つの構成部品を有する：モジ ュール接続ボートと操作スイッチ、心拍数カウンタ、マイクロプロセッサボード 、及び報知モジュールのエレクトロニクス、モニターモジュール１００は３つの 接続ポート１０２と５つのスイッチ、つまり３つの外部スイッチ１０４と２つの 内部スイッチ１０６を有する。３つのモジニラーフォンジャック１０２が、セン サ及び報知両モジュール１０．２００をモニターモジュール１０４に接続し、ま た交信ポートを与えるのに使われる。さらに、補助バッテリー接続ポート１０７ が存在する。

交信ボー）１０８は、Ｒ３２３２と表示した第６図中一番上のプラグである。つ まりこれはＲ３２３２ポートで、ＯｎｓｅｔＣｏｍｐｕ　ｔｅｒ製データロガ− と−緒に供給される特別の交信ケーブルに取り付けられる６線式フォンプラグを 必要とする。この接続はマイクロプロセッサと交信して、＋１１ラボ試験及びデ モンストレーション中にＰＭ性能をモニターする、＋２１　Ｐ　Ｍの較正チェッ クを行う、（３）ダンプ（Ｄ　ＵＭ　Ｐ）機能を用いてＰＭデータを得る、及び （４）プログラムの点検または変更のためにマイクロプロセッサと交信するため に必要である。

報知モジュールポート１１０は、ＡＬＥＲＴと表示された中間ポートである。こ れは、報知モジュールを取り付けるための８コネクタジヤツクである。

センサモジュールポート１１２は一番下のフォノジャックである。これは、セン サモジュール１０を取り付けるための４本のリードを有する。

補助バッチリポート１０７は、モニターモジュール１００の頂部側に位置する。

これが、モニターモジュールへ電力を供給する第２つまり代替バッテリの接続を 可能とする。またこのポートは、ＰＭの動作時間を延長するのにも使える。

外部スイッチ１０４は、モニターモジュールの前面に位置する。

衣服スイッチ１１４は２位置スイッチで、次の衣服の取り合わせを選択指示する ：（１）作業衣または一重の綿製カバーロールズ、及び（２）二重の綿製カバー ロールズまたは不浸透性（含防湿Ｎ）衣服。

年齢スイッチ１１６は、ＭＴＡ限界値のどの組が使用されるべきを示すのに使わ れる３位置スイッチである。３つの年齢グループは次の通り：　（１１３６歳未 満；　（２１３６−５０歳；及び（３１５０歳より上。機能スイッチ１１８は、 ＰＭの動作モードを示す。モードの詳細は、以下のソフトウェアの節で論しる。

モードには次の３つがある：（１）ダンプ（ＤｔＪＭＰ）モード；（２）システ ムの点検と較正を可能とする点検（ＣＨＥ（１）モード；および（３）実行（Ｒ ＵＮ）モード。

前面カバー内のタップを介してアクセス可能な、２つの内部スイッチ１０６が存 在する。ＤＥＭＯ／ＤＵＭＰフォーマントスイッチ１２０が、図示のようにモジ ュールの右上コーナに位置した内部の３位置スイッチである。ＣＣＷ位置では、 ＰＭの使用中に記憶された全データが、ダンプルーチン（ソフトウェアの節参照 ）時に交信ポート１０８へ送られる。中間位置では、ＭＴＡデータがダンプ出力 から削除される。ＣＷ位置では、２種類の動作が可能である。つまりダンプモー ドでは、ＭＴＡデータがダンプ出力から削除される。また実行モードでは、プロ グラム制御が報知デモンストレーションルーチンに移行する。このスイッチは、 カバーの上方タップを介して切り替えできる。

ボー速度スイッチ１２２は図示のように、モニターモジュール１００の右側面近 くの中央に位置する。このスイッチは、データ伝達用の交信ポート速度を次の中 から選ぶ：　＋１）　３００ボー、（２）１２００ボー、および＋３１９６００ ボー、端末（プリンタ、コンピュータなど）がＸＯＮ／Ｘ０ＦＦ交信プロトコル をサポートしていないときは、３００ボーで交信するのが最良である。それより 高いボー速度では、（特にダンプルーチン中に）出力データが誤伝送されたり、 失われたりすることがある。交信仕様は８ビツトワードで、１ストツプビツトを 含み、パリティチェックは含まない、このスイッチは、前面カバーの下方タップ を介して操作可能である。ボー速度は、電源投入時あるいはダンプモードへのエ ントリ後、新たな値に変更される（ソフトウェアの節参照）。

心拍数カウンタ１２４は、トリガー人口（クロック入力とも呼ぶ）、リセ７）制 御器、および１２出力ビントを含む一般的な集積回路である。カウンタ１２４は 、センサモジュールｌＯからトリガー人力に送られてきた各心拍をカウントする 。正のパルスがリセット入力に送られると、カウンタはゼロにリセットされる。

カウンタのうち最初の７ビツトだけが、マイクロプロセッサボード１２６への入 力として使われる。これは、０から１２７までの値がカウンタ１２４によって読 み取れることを意味する。リセット前にカウンタが１２８になろうとすると、カ ウンタはゼロに戻り、そこから再びカウントを始める。カンウタ１２４は３０秒 毎に読み取られてリセットされ、これは生理的に可能な値より高い毎分２５４拍 までの心拍数をカウントできることを意味する。カウンタ１２４は、プログラム の制御下でマイクロプロセッサボード１２６によってリセットされる。

マイクロプロセッサボード１２６は、０ｎｓｅｔ　Ｃｏ蒙ｐｕ　ｔｅｒ社によっ てＯＥＭアプリケーション用に設計された市販のＴａｔｔｌｅｔａｌｅＭｏｄｅ ｌ　１１データロガ−である。これは、ＢＡＳＩＣの特注ヴアージョン（ＴＴＲ ＡＳＩＣ、ヴアージョン１．７２）を使っている。このボードマニュアルに、ハ ードウェアとプログラミング言語が記載されている。マイクロプロセンサのハー ドウェアの重要な特徴を、次に要約する。

データロガ−のハードウェアは、７．４ｃ＋ａＸ　１２．７Ｃ１１（３Ｘ　５イ ンチ）のプリント回路基板上に含まれている。ハードウェアは８ビツトのマイク ロプロセッサ１２６を含み、３２にのＥＥＦＲＯＭ　’（電気的に消去可能なプ ログラマブル読取専用メモリ）、２５６にのグイナミソクＲＡＭ１２７．８チヤ ネル、８ビツトのアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、及び１４ピンのデジタ ルＴ１０（１４ビツトのデジタル入力及び／又は出力）が付設されている。

さらに、Ｒ３２３２Ｃシリアル交信ボートが備わっている。またＴＴＲＡＳＩＣ によってアクセス可能な非揮発性メモリ　（ＥＥＦＲＯＭ）内に、数値を記憶す る２１０ケーシヨンが存在する。電源投入（オン）されると、プロセッサはＥＥ ＦＲＯＭ内に記憶されていたプログラムをＲＡＭ１２７にロードし、プログラム の実行を開始する。ＰＭへのアプリケーションでは、ＲＯＭが丁ＴＲＡＳＩＣイ ンタープリタと、ＴＴＲＡＳＩＣで書かれたＰＭ用ソフトウェアを含む。

ＰＭ用ソフトウェアとＴＴＲＡＳＩＣのために確保される変数は、事実上約６０ にのＲＡＭを占め、残りが動作中に採集されるＰＭデータの記憶用に使われる。

ＰＭは各１分の動作中に約２２バイトのデータ、つまり１時間当り約１．２にバ イトのデータを記憶する。

データ記憶装置はラボ及び現場での試行テスト用に設計されたものだが、もっと 広い熱ストレス管理プログラムにおける個々人のストレス及び作業要求のルーチ ン評価にも使える。

第７図は、モニターモジュール１００に含まれる報知モジュールエレクトロニク ス１３０の回路図を示す。緑、黄及び赤のＬＥＤ用デジタルライン１３２．１３ ４及び１３６が、別々のＡＮＤゲ−）１３８．１４０及び１４２にそれぞれ導か れる。各ＡＮＤゲート１３８−１４２の第２人力１４４．１４６及び１４８に、 センサモジュール１０からの心拍数信号が導かれる。ＡＮＤゲート１３８−１４ ２の出力１５０．１５２及び１５４が別々の増幅器１５６．１５８．１６０を通 って、それぞれのＬＥＤを駆動する。

プログラムがＬＥＤのオンを要求すると、そのＬＥＤがオンし、各心拍毎に点滅 する。（心拍ラインは、ＱＲ３波の検出時を除き、＋５ボルトであることを思い 起こされたい。）尚、センサモジュール１９が取り付けられていないときは、プ ルアップ抵抗１６２が心拍数信号を高に保つ。回路は１６４にもモニターモジュ ールＬＥＤを備え、報知モジュールＬＥＤのうちいずれか１つ以上がオンすると 、これも心拍毎に点滅する。各出力１５０−１５４は図示のように、ＯＲゲート １６６と１６８を介しモニターＬＥＤ出力１６４に接続されている。

命令ボタンライン１７０がアクティブになると、デジタルＩ１０のチャネル１を 与える論理ライン１７２が高（＋５ボルト）になる。リセント高信号（＋５ボル ト）がＰＭプログラムによってデジタル■／○のチャネル０のライン１７４が送 出されるまで、ライン１７２は高のままである。

ＰＭプログラムによって聴覚アラームが要求されると、ライン１７６のデジタル Ｉ１０チャネル１２は短い時間ゼロボルトになり、これがタイマ１８０（第８図 ）をトリガーする。タイマー１８０は、音を３秒間発生可能とする。音は、バッ テリのプラス及びマイナス端子１８２と１８４を交互に切り換え、報知モジュー ルのダイアフラム１８６　（同じく第８図参照）を圧電駆動することによって発 生される。

モニターモジュールは、モジュールの前面に設けられたＬＥＤ１６４を有する。

ＬＥＤ１６４は、報知モジュール２００上のＬＥＤ２０８−２１２　（第９図） の１つ以上が請求されるのと同時に作動される。この主な目的は、報知モジュー ルを見続けなくとも、良好な心拍数の追跡を保証することにある。ＰＭが生理的 なデータを集めるのに使われ、報知モジュールが接続されない場合には、いくつ かのアプリケーションが考えられる。バッテリがモニターモジュール１００の補 助パンテリジャック１０７を介して直接接続されるとき、報知モジュール２００ はＰＭに電力を供給する必要がない（次節の報知モジュール参照）。補助パフテ リジャック１０７は、報知モジュールの取り外し後、ＰＭへの電源供給を延長し たりあるいは収集データを保持するのにも使える。

（マイクロプロセッサ１２６への電力が中断されると、ＰＭの動作期間に得られ た情報が全て失われてしまう。）第９図に報知モジュール２００を示す。これは 次の４つの構成部分を有する：バッテリ、命令ボタン、報知ＬＥＤ及び音発生器 。

報知モジュール２００は、ＰＭ用の主電源である９ボルトのトランジスタパンテ リ２０２を保持する。バッテリ電圧はソフトウェアによってチェックされる。２ つのボタン２０４と２０６が、報知モジュール２０００両側にそれぞれ配置され ている。両方のボタンが同時に押されると、ライン１７４（第７図）上の命令論 理信号が高（＋５ボルト）に設定される。ＰＭプログラムがこの信号を使って、 機能スイッチ（第６図）の位置で決まる特定の動作を行う。二組の各３つの報知 ＬＥ０２０８．２１０及び２１２が利用可能で、報知モジュール２００の各側に 一組が配置されている。上から下に向かって、赤、黄及び緑である。心拍でどの 対が点滅するかは、モニターモジュール１００を介してプログラムの制御下にあ る。圧電駆動のダイアフラム１００がモジュール２００内に位置し、開口２１４ が外側に面している。このダイアフラムが、マイクロプロセッサ１２６の命令に 応じて実際の聴覚アラームを与え、モニターモジュール１００のエレクトロニク スによって駆動される。

ソフトウェア 人体モニター装置はアルゴリズムを用いて、熱ストレスへの露出度を個々人が判 断するのを助ける。アルゴリズムは、ディスク１４（第１図）の温度と心拍数の 収集データを管理し、関連の情報を得る必要に応じてデータを処理し、該当の報 知を作動させるプログラムに組み入れられている。プログラムは、プロトタイプ のハードウェア構成内におけるアルゴリズムの実施を反映している。ＰＭソフト ウェアの下記の説明では、重要な測定量と判定構造を記述する。

前述したＰＭハードウェアが、遮断された皮Ｉｆ（ディスク）温度及び（カウン タ内に記憶された）心拍をモニターし、報知状態とユーザコントロールを与える 。また、ＥＥＦＲＯＭ　（電気的に消去可能なプログラマブル読取専用メモリ） が、データロガ−マイクロプロセッサ１２６　（第６図）を制御する。

下記のリスＨこ、アルゴリズムで使われるＰＭ用の重要な変数を示す。

Ｔ、１分間隔で測定される皮盾温度 ＨＲ３０秒間にカウントされた心拍を２倍し、心拍数としたもの ＭＴＡｎ　過去のｎ分（ｎ＝５．１０．２０．３０．４５．６０．９０）にわた る移動時間平均（ＭＴＡ）（最初７５に設定され、各分銀のＨＲによって更新） 緑　許容可能（正常）な生理的ストレスを示す報知黄　警報レベルを示す報知 赤　対策レベルを示す報知 プログラム制御プロセスの概要を第１０図に示す、ＰＭのアルゴリズム実施した ハードウェアの割り振り、変数の割当及びプログラムのリストは、この明細書の 付録として添付する。

ＰＭのモードとルーチン 報知モジュール２００（第９図）がモニターモジュール１００（第６図）にプラ グ接続されるか（あるいは補助バッテリが装着されると）、マイクロプロセッサ １２６が２３０で起動される。

その最初のステップ２３２で、特定のファクタを非揮発性メモリからロードし、 緑及び赤のＬＥＤ２１２．２０８をオンする。各ＬＥＤは、システムがＥＫＧ信 号を受け取っていれば、心拍毎に点滅する。モニター（またはコンピュータ）は アイドル（ＩＤＬＥ）モードにあり、命令ボタン２０４と２０６の操作を待つ。

機能スイッチ１１８を読み取った後、ＰＭは次の３つのモード２３４．２３６ま たは２３８の１つに入る： 点検（ＣＨＥＣＫ）　、構成チェックも可能実行（ＲＵＮ）　、ＰＭでのモニタ ー開始ダンプ（ＤＵＭＰ）　、ユーザの生理的状態の時間形か及びＰＭの報知情 報を検査のためプリンタまたは別のコンピュータへダウンロード可能とする プログラムの議論と関連させるため、以下の説明ではプログラムコードのライン 番号も一諸に示す。交信ポー）１０Ｂを使ってＰＭが端末と接続されていれば、 ＰＭの作動メツセージをモニターできる。

点検モード２３４　（ライン１５０−３３０）は実際上、次の２つの機能を果た す２２Ｍ使用前のシステムチェックと構成チェック。両機能とも一緒に動作し、 通常のユーザには同しに見える。

最初の動作２４０では、バッテリ電圧をテストする。電圧が低すぎると、２４４ でアラームが発せられ、全ＬＥＤがオフされる。

電圧が４時間の動作に充分なレベルにあれば、プログラムはアラームを発生させ 、各ＬＥＤを順次１秒の間隔でオンすることによって、ダイアフラムの音トラン スデユーサ１８６とＬＥＤ１６４．２０８．２１０．２１２を２４２でテストす る。これで、ＬＥＤの目視点検とアラームの可聴点検がなされる。

センサモジュール１０が接続され、良好なＥＫＧ号が得られていれば、ＬＥＤ１ ６４と２０８−２１２が各心拍で点滅する。センサモジュール１０が接続されて いないと、ＬＥＤの光は安定したままである。ＥＫＧ信号が不完全だと、ＬＥＤ は点滅しないか、特表平２−５００２５１　（１Ｑ） または点滅が非常に不規則になる（心拍のようにリズム正しくない）。点検モー ド中、命令ボタン２０４と２０６が操作されるまでＬＥＤは発行を続けると共に 、バッテリは１５秒毎にチェックされ、命令ボタンの操作時点でプログラムはア イドルモード２３２に戻る。そして、命令の次の起動により、機能スイッチ１１ ８を２４８で読み取るのを待つ。バッテリ電圧が開始レベルの基準より降下する と、アラームが発生し、全てのＬＥＤがオフする。

点検モード２３４０間、較正チェックを行うことができる。これは手作業テスト で、その間プリンタまたはコンピュータ端末がＲ５２３２ポート１０８を介して ＰＭに接続される。温度センサ１４を３５−４０℃（９５−１０４°Ｆ）の間の 攪拌水浴中に入れ、精度±０．０５℃（０，１°Ｆ）の温変計で測定を行う。パ ルス発生器が分圧器を介して電極クリップ１２に接続され、（左側電極に対して 正の）２ミリボルトパルスが出力されるようにする。

各１５秒毎に、毎分のパルス数で表したパルス速度、℃表示のディスク温度に１ ０を掛けて得た値（例えば３７５は３７．５℃を意味する）、及びバッテリ電圧 に１０を掛けて得た値（例えば７７は７．７ボルトを意味する）が、Ｒ３２３２ ポート１０８から送出される。温度の読取値が０．０５℃以内で、パルス速度の 値が毎分２パルス以内であれば、センサモジュール１０とモニターモジュール１ ００は正しく作動している。低バフテリ信号が生じても較正チェックは続けられ るが、バッテリ電圧が７．１ボルトより低いと、誤った温度読取値が生じること がある。命令ボタン２０４．２０６を押すと較正チェックが終了し、プログラム はアイドル状態２３２に戻る。

機能スイッチ１１８が命令で実行（ＲＵＭ）を読み取ると、ＰＭは動作モード（ ライン１０００−１８００）に入る。この時点で、緑のＬＥＤ２１２だけがオン し、黄と赤のＬＥＤは消勢される。このモードでは、ＰＭが生理的な状態をモニ ターする。実行モードには、次の４つの主な動作が含まれている：初期設定２４ ８、名分の前半３０秒後２５０、名分の後半３０秒後２５２、及び心拍数回復ル ーチン２５４゜初期設定２４８が最初の動作で、アイドルモード２３２から実行 モード２３６　（ライン１０００−１１２０）へ入ったときだけ行われる。年ｕ 　（ＡＧＥ）及び衣服（ＣＬＯＴＨＩＮＧ）スイッチが読み取られる。各スイッ チ位置に応じて、ディスク温度と移動時間平均心拍数（ＭＴＡ）に関する緑から 黄（警報）、黄から緑（リセット）、及び黄から赤（対策）のための関連限界値 がアレイ内にロードされる。遅延スタック及び？ｌＴＡ内の全ての心拍数値が、 静止ＨＲの想定値である７５に設定される。タイマーと心拍数カウンタはゼロに 設定される。

実行モードの開始に続く名分の前半の終了時に（ライン１１５０−１２９０）　 、バフテリ電圧と心拍カウンタが２５６で読み取られる。

カウンタは直ちにゼロにリセットされ、心拍が２倍されて毎分当りの心拍数（ｂ ｐｍ）を与える（サブルーチン１００００）。次のステップでは、心拍数の質チ ェックを行う　（サブルーチン１０４００）。

値が４０と２２０ｂｐｍＯ間で、前回読取値からの増加が３０％以下であれば、 その心拍数が読み取られたものとして記録される。

ＨＲ＜４０またはＨＲ＞２２０なら、値が許容限界から外れている。これは、心 拍が生理的に高すぎるか低すぎるかで、不完全なＥＫＧ信号によることを意味す る。いずれの場合にも、ＨＲは前回の記録値（現時点より６０−３０秒前に取ら れたもの）を採用する。また、３０％より大きい増加も実際上起こり得す、ＥＫ Ｇ電極からの何等かの疑僚パルスによるものと考えられる。この場合には、増加 が３０％に制限される。それが本当の増加であったとしても、ＨＲはすくに新た な値に達するので、上記のように制限しても実質的な影響はＭＴＡに及ばない。

増加が人為的なものであれば、ＨＲＨその後玉しい値に戻り、増加値の影響はＭ ＴＡに対するわずかな影響に限られる。

正味数変数と呼ぶ変数（ＨＲエラシー標）が、疑問のある読取毎に１増加され、 また良好な読取毎に１減少されるが、０より小または７より大になることは許さ れない。３０秒のＨＲ値が調整済みである場合に、７回の疑問読取を示す正味数 になると、アラームが発せられる。最悪の場合、これは３分間続けてＨＲの疑問 データが生したことを意味する。不正確なＨＲデータの報知は聴覚アラームで、 全ＬＥＤがオンになる。

次のステップでは、２５８で遅延スタックを１分シフトする。

遅延スタックは、第１１図に示しである。図中最初の値が現在の１分、第２の値 が前の１分、第３が２分前の１分を表す等々と続き、最後の値が現時点より９０ 回前の１分を表している。ここで、開始時に静止値は７５と想定されており、従 ってスタックは予め７５で満たされていることを思い起こされたい。スタックの シフトは、まず８９の値が９０に置き換わり、８８が８９と置き換わり等々して 、０の最新の値が１に移動される。つまりスタックは過去９０分間のＨＲの時間 経過を表し、９１番目の１分の値は廃棄される。この時点で１分の前半の心拍数 が０に置かれる。そしてプログラムは、回復が進行しているかどうかをチェック する。

この点については後で論じる。

この間、パンテリ電圧がチェックされる。３回連続する読取の間パンテリ電圧が ７．０ボルト以下だと、アラームが発生され、全ＬＥＤがクリア（オフ）される 。つまり、不完全なＨＲ警告が優先する。データが収集されるように装置は動作 を続けるが、警告状態の連続表示はなされない。この時点で温度の読取値が不正 確になることがあるが、故障モードでは値が増加する傾向にあるの４で、安全保 護上問題はない。

前述したのと同じように、心拍数カウンタが２６０で読み取られてリセットされ 、ＨＲの質チェックがなされる。　（ライン１３００−１８００）。この３０秒 間でのＨＲ値が最初の３０秒間でのＨＲ値と平均化され、過去１分間での総カウ ントを与える。そして、この値が第１１図のロケーション０に入れられる。次の ステップでは、２６２でＭＴＡを計算する。ＭＴＡ−５が５分間の移動時間平均 で、第１１図のＯから４までの値の和を５で割った商である。

ＭＴＡ−１０は、０から９までの値の和を１０で割った商である。

計算上の便法として、和が別の変数として保持され、（必ずロケーション０に入 れられる）最新値がその合計に加えられる一方・最も古い値がそこから引かれる 。ＭＴＡ−５での最も古い値はロケーション５に位置しｉＭＴＡ−１０での最も 古い値はロケーション１０に位置する等々となる。ＭＴＡが更新されたところで 、報知状態を２６４で判定することができる。生理的な状態は、第１２図の値Ｄ Ｉ−Ｄ８で表されている。それぞれの限界値は同じように表され、Ｗが警報（黄 ）レベル、Ｒがリセット（緑に戻る）レベル、及びＡが対策（赤）レベルである 。

プログラムでは、次の判定プロセスが使われる：１、黄が現報知状態であるとき 、ＰＭは緑に設定されるべきが？＊ｆｏｒ　ｍ＝１　ｔｏ　８：　ｉｆ　Ｄ＋＊ 　＜　Ｒｍ　ｔｈｅｎ　ＷＦ　＋ｎ＝０（ＷＦｍは緑への変更を示すフラグ） 畦ＦＴ、ΣＷＦ＋ｎ　：　ｉｆ　ＷＦＴ＝Ｏｔｈｅｎ　ｓｅｔ　ＧＲＥＥＮ２、 黄が現報知状態であるとき、ｐｈは赤に設定されるべきか？＊ｆｏｒ　ｍ＝１　 ｔｏ　８：　ｉｆ　Ｄｍ　＞　Ａｍ　ｔｈｅｎ　ｓｅｔ　ＲＥＤ３、緑が現報知 状態であるとき、Ｐｊは黄に設定されるべきか？＊ｆｏｒ　＋１１＝１　ｔｏ　 ８：　ｉｆ　Ｄａ＋　＞　ｋｍ　ｔｈｅｎ　ＷＦａ＝１（ＷＦｍは黄への変更を 示すフラグ） 宰ＷＦＴ、ΣＷＦ＋ｍ　：　ｉｆ　ＷＦＴ＞Ｏｔｈｅｎ　ｓｅｔ　ａｌｅｒｔ　 ５ｔａｔｅ　ｔｏ　ＹＥＬＬＯＷ４、次の分を待つ：新しいデータを集めて、１ に戻る黄から緑、黄から赤、緑から黄へによって報知状態に変化が生じると、ア ラーム音が発せられ（３秒間の安定音）、該当のＬＥＤが選ばれる。これは、バ ッテリ電圧が連続動作には低すぎる場合にも生じる。この場合、ＬＥＤは３０秒 間オン状態に留まる。そして前の分における生理的なデータとＰＭ状態が、メモ リに記憶される。これらのデータは、ダンプモード２３８　（以下参照）で検索 できる。（現場での使用時には考えられないが）ＰＭ装置がプリンタまたは端末 に取り付けられていれば、各分銀に時間、現ＨＲ、ディスク温度（ｘｌｏ）−Ｈ 知状態とＬＥＤ状態（〇−全ＬＥＤオフ、１−緑、２−黄、３−赤、４−全ＬＥ Ｄオン）、心拍数の質状態、及びバフテリ電圧（ｘ　１０）が２６６でプリント アウトされる。この特徴は、ラボテストとデモンストレーションのために与えら れている。次いでプログラムは、次の分の最初の３０秒が完了するまで、待ち状 態に戻る。

回復ルーチン２５４（サブルーチン１０６００）は、命令ボタン２０４と２０６ を操作することによって（サブルーチン１０７００）、実行モード中いつでも呼 び出せる。命令が要求されると、まず機能スイッチ１１８がチェックされる。選 択機能が実行であれば、回復ルーチン２５４が要求される。最初の要求が処理さ れる前に第２の要求がなされると、最初の要求は無視され、回復が再初期設定さ れる。第１のステップでは、要求をＰＭジクロツク上最も近い１分の半分へ移動 することによって、その要求をサンプリング期間と同期させる。これにより、Ｐ ｌ、Ｒ２及びＰ、（第２節参照）の計算が、最悪の場合±１５秒ずれる。

回復ルーチンは次のステップを辿る： １、次の間隔毎に心拍を記録する： 寧３０　ｔｏ　６０　ｓｅｃ、　ａｆｔｅｒ　ｒｅｑｕｅｓｔｃＰｔ＝ｔｏＬａ ｌ　ｂｅａｔｓＸ２）傘９０　ｔｏ　１２０　ｓｅｃ、　ａｆｔｅｒ　ｒｅｑｕ ｅｓｔ（Ｐｚ＊ｔｏｔａｌ　ｂｅａｔｓ　Ｘ２）＊　１５０　ｔｏ　１８０　ｓ ｅｃ、　ａｆｔｅｒ　ｒｅｑｕｅｓｔ（Ｐｓ＝ｔｏｔａ１　ｂｅａｔｓＸ２）２ 、Ｉｆ　Ｐ＋　＜　９０　ｔｈｅｎ 傘５ｏｕｎｄ　ａｌａｒｍ　（アラーム発生）＊　ｆｌａｓｈ　ＧＲＥＥＮ　（ 緑を点滅）傘ｇｏｔｏ５　（５へ） ３、Ｉｆ　Ｐｓ　＜　１２０　ａｎｄ　Ｐ＋　Ｐｓ　＞　１０　ｔｈｅｎ傘５ｏ ｕｎｄ　ａ］ａｒｍ　（アラーム発生）本ｆｌａｓｈ　ＹＥＬＬＯＷ　ｆｏｒ　 １５５ｅｃｏｎｄｓ　（黄を１５秒間点点滅零ｇｏｔｏ５　（５へ） ４、　アラームを発して、１５秒間赤を点滅５、ＬＥＤを前の状態戻し、回復ル ーチンを出るＰ＋　、Ｐｚ及びＰ、の各値は１分間隔で取られ、回復手順で要求 されるように、回復３分間のうち各後半３０秒間でのカウントをそれぞれ表して いる。３つの値全でが得られたところで、回復状態がユーザに与えられる。まず 、聴覚報知が発せられ、次いで該当のＬＥＤが１５秒間の間１秒オンと１秒オフ で点滅する。その後、ＬＥＤは前の状態にも戻る。回復ルーチンの結果はＲ３２ ３２ボート１０８を経て送られ、ダンプメモリ内に記憶される。

実行モードは、機能スイッチを実行から点検またはダンプへと切り換え、命令ボ タン２０４と２０６を押すことによって終了できる。プログラムｉ’Ｊ　？１１ は、必ず点検モルトムこ入る。Ｃｗ位置にあるデモ／ダンプフォーマントスイッ チで実行モードに入ったときは、ＰＭ報知のデモンストレーションが行われる。

５秒の間隔で、ＰＭは次の報知シーケンスを辿る：緑−黄一緑一黄一赤。赤のＬ ＥＤでは、黄回復報知をデモンストレートするため、プログラムは命令ボタン２ ０４と２０６の操作を１０秒間待つ、緑または黄ＬＥＤがオンの状態で命令ボタ ン２０４と２０６が操作されるか、あるいは赤回復報知後１０秒経過すると、Ｐ Ｍはアイドル状態に戻る。ダンプモード２３８　（ライン１５０００から始まる ）は、ＰＭ作動期間の終了時に、生理的な状態及びＰＭの性能両方に関する情報 の抽出を可能とする。記憶データを保存するため、ユーザは下記の操作をしなけ ればならない：１、機能スイッチ１１８で点検またはダンプを選び、実行モード から出る ２、命令ボタン２０４と２０６を操作する３、補助バッテリを取り付けるか、あ るいは報知モジュールを取り外さない ４、モニターモジュールを人体から取り外す５、　プリンタまたはコンピュータ 端末をＲ３２３２ポート１０８に接続する ６、機能スイッチ１１８でダンプを選ぶ７、命令ボタン２０４と２０６を操作す る聴覚アラームが発せられ、ＬＥＤは黄と赤がオンする（緑はオフ）。データは ２７０で、所定のフォーマント及び所定のボー速度、つまり１ストツプビツトを 含みパリティを含まない８ビプト／ワードで送られる。受信装置がＮＯＮ／Ｘ０ ＦＦプロトコルをサポートしていないと、バンファのオーバフローのため、結果 が誤伝送されることがある。

交信ポートでのボー速度は、ボー速度スイッチを使って変えられる。この変更は 、ダンプモードへ入った直後有効となる。デモ／ダンプフォーマットスイッチも 、ダンプモードに入ったとき読み取られ、操作される。

基本的に、２種類のデータが存在する。第１は、１分の間隔で記憶される主デー タである。これには、計算した平均値（報知状′態を決めるのに使われる値）が 利用可能なように、７つのＭＴＡも含まれる。（ＭＴＡ出力は、デモ／ダンプフ ォーマントスイッチで選んだオプションとして省略も可能。）フラグ状態は８桁 の数で、各桁が個々の報知レベルを示す作用変数（ディスク温度及びＭＴＡ）を 表している。ＨＲエラシー標は、疑問のある３０秒間心拍数値の正味数（ＱＣと 表示）で、質チェックのために使われる。最後のエントリは、バッテリ電圧ＸＩ Ｏである。第２の種類の出力は、レポート時間、回復状態、及び３つの回復心拍 数を与える回復データである。

ダウンロードが終了すると、プログラムは自動的にアイドルモード２３２に戻る 。ダウンロードは命令ボタン２０４と２０６を操作することに劣っても停止でき 、同じくプログラムはアイドルモードに戻る。

活用発展を助けるため、４つの特殊目的ルーチンがＰＭプログラム内に書き込ま れている。これらのマーチンは末尾に記憶されている。そのルーチンを使うには 、アイドルモードで端末から制ＪＢ−Ａ（−Ａ）を送り　（入力つまりタイピン グ）し、プログラムを中断しなければならない。この時点で、プログラム制御ｌ がＴＴＲＡＳＩＧに移る。

ディスク温度の較正ファクタ、スタート時バッテリ電圧の基準、及びシリアル番 号は、“Ｇｏ　ＴＯ２１０００”　を実行することによって変えられる。ルーチ ンが、それぞれ１０００倍した切片（℃）と勾配（℃／単位）を問い合わせる。

次いで、ＰＭ動作に必要な最小値であるパンテリ電圧ｘｌＯを問い合わせる。こ れら○値が非揮発性のメモリ内に記憶され、また確認のためプリントアウトされ る。

実行カウンタ及びシリアル番号は、“Ｇｏ　Ｔｏ　２１０００”　を実行するこ とによりて新たな数にリセットできる。ＰＭへの電力を取り除かずにパンテリ寿 命を維持するため、ライン３００００の熟睡ルーチンを用いた。これは、ＰＭデ ータを長期間記憶しておくときに有用である。８チャネル全部とバッテリ電圧に 関するＡ／Ｄ変換器の読取値は、ライン３１０００からの実行をスタートさせる ことによって得られる。これは３秒の間隔で更新する。電源を切って再スタート するか、あるいは“ＲＵＮ”を実行することによって、制御はＰＭに戻る。

以上により、熱及び肉体作業ストレス用の新規なパーソナルモニター装置及び方 法が得られたことが、当業者にとっては明かであろう。これは次の３つの新規な 特徴を備えている：第１に、発明の前記目的を達成可能なモニター装置及び方法 で用いるのに特に通した新規な温度センサが得られた。第２に、本方法では心拍 数のパターンを調べるのに、複数の移動時間平均を用いている。

過剰な生理的要求の限界点を示すのに、複数の移動時間平均毎の限界値が使われ る。第３に、−ｉに受け入れられている心拍数の回復ルーチンが、ＰＭ内で自動 作動する。末完パーソナルモニター装置及び方法は、肉体作業及び熱ストレスに 対する生理的な応答を測定し、産業環境内にいるユーザに勧告を与えて、そのユ ーザが生理的なストレスへの露出を報知された方法で制限することを可能とする 。また本モニター装置及び方法では、多くの不適切な警報がユーザに与えられた り、あるいは逆に適切な警報を与えずにユーザが安全限界を越えたりすることが ない。新規な温度センサは、−貫した信頼できる方法で体内温度をモニターする 。

さらに当業者であれば、図示し前述した発明の態様及び詳細において、各種の変 更をなし得ることが明かであろう。例えば、３つのモジュール内のハードウェア を市販の標準的な集積回路で実施したが、特注の集積回路を用い、１つまたは２ つのもっと小さいモジュールとすれば、かなり小型にできる。モジュール及び／ 又はセンサの間で、赤外線あるいは無線による伝送リンクを用いてもよい。この ような伝送リンクを使えば、システムは監視装置へと自動計測伝送することもで きる。各スイッチは、別のユーザインタフェースと置き換えてもよい。センサの 電極は、１つのＥＫＧ能動電極を設け、温度センサの電極をＥＫＧ受動電極とし ても用いることによって、三極系でなく二極系として実行することも可能である ０本システムは産業目的以外の用途、例えばスポーツ及び／又はリハビリテーシ ョンのトレーニングのためや、生理的データのロガーとしても使える。スポーツ 及びリハビリテーション用の場合、時間につれて変化し、最小と最大両方の警告 を発するプログラムドトレニング管理を与えるようにシステムを変更し、安全限 界を越えずにユーザが運動の所望レベル及びペースを得るようにできる。温度セ ンサは特に体内温度をモニターするのに適した構成として示したが、その他店範 囲の物体の温度をモニターするようにできる。このような変形は、以下の請求範 囲の限定される精神及び範囲内に包含されるものである。

ＦＩＧ、−１０ 分遅延 ０　最新のＨＲ ４ＭＴＡ−５終了点 ９　ＭＴ４１０終了点 １９　ＭＴＡ−２０終了点 ２９　Ｆ−ｉＴＡ−３０終了点 ４４　ＭＴＡ−４５終了点 ５９　ＭＴＡ−６０終了点 ８９　ＭＴＡ−９０終了点 ９０　ＭＴＡ−９０用の１分前の値 １ｍ＠Ｍａｌｌ。−１Ａ＊Ｉｔｗａｌ１Ｍ　Ｎ５ＰＣ”／”　ε７１０３１ユ６ 　２Ｉ際調査報告 ＵＳε７０３１１６ ＳＡ　１９９２１

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．ユーザの心拍を示す出力電気信号を生じる心拍数センサ、心拍情報を受け取 るように持続され、所定の時間間隔にわたって生じた心拍信号に対応する心拍情 報を記憶する手段、前述記憶手段から心拍情報を受け取るように接続された情報 処理手段、前記情報処理手段が、所定の時間間隔にわたって増分的に心拍情報を 分析し、所定の時間間隔中における生理的な要求を得て、該得られた生理的な要 求を記憶されている生理的な要求限界と比較するように構成されている、及び前 記記憶されている生理的な要求限界が越えられたとき、ユーザに指示を付与する 手段を備え、前記情報処理手段が前記指示付与手段の作動を制御するように構成 及び接続されている肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置。
2. ２．ユーザの体温を示す出力電気信号を生じる体温センサを更に備え、前記情報 処理手段が体温出力電気信号に対応する体温情報を受け取るように接続されてお り、さらに前記情報処理手段が体温情報を記憶されている体温限界と比較するよ うに構成されており、更にユーザの体温が記憶されている体温限界を越えたとき 、前記情報処理手段が前記指示付与手段によって指示をユーザに与えるように構 成されている請求の範囲第１項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター 装置。
3. ３．前記体温センサが、ユーザの皮膚と直接接触するように構成された表面を有 する熱伝導部材と、前記熱伝導部材と熱的に接続され、温度の関数である出力電 気信号を生じる装置と、前記熱伝導部材の残部を取り囲む断熱材製本体とを備え てなる請求の範囲第２項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置。
4. ４．前記熱伝導部材が導電性であり、前記心拍数センサのアース電極としてさら に接続されている請求の範囲第３項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニ ター装置。
5. ５．前記モニター装置が、ユーザの衣服の種類の選択を前記情報処理手段に与え る入力手段を含み、前記情報処理手段がさらに、体温情報との比較のため、ユー ザの衣服の種類の選択に基づいて体温の限界を選定するように構成されている請 求の範囲第２項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置。
6. ６．前記モニター装置が、ユーザの年齢の選択を前記情報処理に与える入力手段 を含み、前記情報処理手段がさらに、ユーザの年齢の選択に基づいて比較のため に記憶される生理的な要求限界を選定するように構成されている請求の範囲第１ 項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置。
7. ７．前記モニター装置が動作モードのユーザ選択用入力手段を含み、前記情報処 理手段がさらに、複数の間隔におけるユーザの心拍数を記録し、ユーザが回復モ ードを選択すると、少なくとも最初及び最後の間隔におけるユーザの心拍数を比 較し、該比較結果の指示をユーザへ与えるように構成されている請求の範囲第１ 項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置。
8. ８．前記情報処理手段がさらに、最後の間隔におけるユーザの心拍数を所定の限 界と比較し、該比較結果の指示をユーザへ与えるように構成されている請求の範 囲第７項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置。
9. ９．前記情報処理手段が移動時間平均を用いて心拍情報を分析するように構成さ れている請求の範囲第１項の肉体作業及び熱ストレス用パーソナルモニター装置 。
10. １０．温度を測定すべき物体と直接接触するように構成された表面を有する熱伝 導部材と、前記熱伝導部材と熱的に接続され、温度の関数である出力電気信号を 生じる装置と、前記熱伝導部材の残部を取り囲む断熱材製本体とを備えてなる温 度センサ。
11. １１．前記断熱材製本体が発砲プラスチックからなる請求の範囲第１０項の温度 センサ。
12. １２．所定の時間間隔にわたって個々人の心拍を測定するステップ、所定の時間 間隔にわたって増分的に心拍情報を分析し、所定の時間間隔中における生理的な 要求を得るステップ、該得られた生理的な要求を所定の生理的な要求限界と比較 するステップ、及び前記所定の生理的な要求限界が越えられたとき、個々人に指 示を付与するステップを含む個々人の熱及び肉体作業ストレスをモニターする方 法。
13. １３．所定の時間間隔中における個々人の体温を測定するステップ、該測定され た体温を所定の温度限界と比較するステップ、及び測定体温が所定の温度限界を 越えたとき、個々人に指示を付与するステップをさらに含む請求の範囲第１２項 の個々人の熱及び肉体作業ストレスをモニターする方法。
14. １４．ユーザの皮膚と直接接触するように構成された熱伝導部材の表面に個々人 の皮膚を接触させ、前記熱伝導部材の残部を熱絶縁して、前記熱伝導部材の温度 の関数である出力電気信号を発生することによって、体温が測定される請求の範 囲第１３項の個々人の熱及び肉体作業ストレスをモニターする方法。
15. １５．個々人の衣服の種類に基づいて所定の温度限界を選定するステップをさら に含む請求の範囲第１３項の個々人の熱及び肉体作業ストレスをモニターする方 法。
16. １６．個々人の年齢に基づいて生理的な要求限界を選定するステップをさらに含 む請求の範囲第１２項の個々人の熱及び肉体作業ストレスをモニターする方法。