JPH053876A

JPH053876A - 生体リズム曲線測定装置

Info

Publication number: JPH053876A
Application number: JP3153443A
Authority: JP
Inventors: Emi Koyama; 恵美小山; Chisako Yamamoto; 智咲子山本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】日常的な作業場面において、被験者に対して外
乱を与えながらも、その外乱の影響を除去して、真の生
体リズムを測定する。【構成】主センサー部２により直腸温や鼓膜温あるいは
体幹部中枢温を計測し、副センサー部３では外気温や照
度・活動度を計測する。各センサー部２，３による計測
タイミングはタイマー手段４により決定され、その計測
データは記憶手段５に時系列的に記憶される。この記憶
された計測結果に基づいて、補正手段６で深部体温から
外乱の影響を除去し、リズム曲線出力手段８により体温
のリズム曲線を出力する。【効果】日常生活の中での被験者の生体リズムを深部体
温から測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒトの深部体温の計測
値から生体リズム曲線を測定するための生体リズム曲線
測定装置に関するものであり、特に、１日単位の生体リ
ズム（サーカディアンリズム）を日常生活中で測定する
用途に利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】様々な生体現象を時系列的に表現する
と、周期性を示すことが多い。しかも、その多くは自励
的な振動であると考えられており、生体リズムと総称さ
れている。生体リズムはその周期によっていくつかの種
類に分けられ、１年という長いものから数秒という短い
ものまである。人間は明期に覚醒度が向上して活動的と
なり、暗期に覚醒度が低下して休息に入るが、これはサ
ーカディアンリズム（Ｃｉｒｃａｄｉａｎｒｈｙｔｈ
ｍ：約１日を周期とするリズム）と呼ばれる生物時計
（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｌｏｃｋ）によって刻まれ
る生体リズム（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｈｙｔｈｍ）
の１つである。

【０００３】生体リズムのうち、人間の生活に最も関わ
りの深いものは、約１日を周期とするサーカディアンリ
ズムである。人間の代表的なサーカディアンリズムとし
て、体温変動、睡眠覚醒サイクル、ホルモン分泌量変動
などを挙げることができる。その他、心身の活動度、作
業や運動能力、薬品に対する感受性、自律系の機能に至
るまで、人間の生活に付随する生理的現象はサーカディ
アン変動を示すと考えて良い。

【０００４】ヒトのサーカディアンリズムは、深部体温
リズムを中心とするグループと睡眠覚醒サイクルを中心
とするグループとの２系統の振動体群に分かれるのでは
ないかという説が現在のところ有力である。深部体温リ
ズムは明暗周期の影響を受けており、睡眠覚醒サイクル
は社会的同調因子の影響を受けていると言われている。
覚醒度や生体リズムをモニターするには、実験室レベル
ではポリグラフ等のかなり進んだ技術が存在するが、日
常的な作業場面において被験者に苦痛を与えず、また、
その作業行動に支障がなく、非侵襲的に生体の活性度を
モニターすることはできないのが現状である。

【０００５】以下、体温による生体リズムの計測法につ
いて説明する。体温、特に深部体温のリズムは、外部か
らの影響が少なく、明瞭なサーカディアンリズムを示す
こと、他のリズムとの関係がかなり明らかになっている
こと、連続計測が可能なことなどから、ヒトのサーカデ
ィアンリズムの中で最も重要な指標とされている。深部
体温計測法の候補としては、直腸温・鼓膜温・食道温・
深部皮下温・尿温などが挙げられるが、長時間の連続測
定が可能という条件を満たすものは直腸温である。しか
し、いずれも被験者に苦痛を与える計測法であることが
難点である。

【０００６】直腸温の一般的な計測法は、先端にサーミ
スタを埋め込んだプローブを肛門から１０ｃｍ以上挿入
し、それが抜けないようにテープで固定する方法であ
る。サーミスタの抵抗値から温度を算出してメモリに記
憶する装置が携帯用体温計として市販されている。ま
た、直腸温を直接計測する方法の他に、対流熱交換方式
で皮膚の表面から深部体温を測定できる装置（コアテン
プ）が市販されている。センサーの直径が大きくなるほ
ど、より深部の体温が計測でき、皮膚表面から約１０ｍ
ｍ深さの体温計測まで可能である。しかし、この方式で
はセンサー部で皮膚を加熱する必要があり、リズム計測
のように長時間使用する場合には低温やけどの危険性が
あり、取扱いに注意しなければならない。

【０００７】次に、生体リズムの解析法について説明す
る。生体リズムの解析は、リズムの三要素（周期・位相
・形）を求めることが基本になる。体温リズムを解析す
るには、周期と最小値位相を求めると共に、形の特徴と
しては振幅を求める。体温リズムにおいては、特に最小
値位相が重要な要素であるが、これは視察により求める
方法が一般的である。

【０００８】また、一定間隔で計測されたデータからリ
ズムの周期を求める方法としては、自己相関法（コレロ
グラム）、パワースペクトル法、コサイナー法、ペリオ
ドグラム法などを用いることができる。体温リズムの場
合、コサイナー法、ペリオドグラム法が利用されること
が多い。コサイナー法とは、正弦波への最小自乗近似に
より周期・振幅・位相を求める方法である。

【０００９】次に、サーカディアンリズムを厳密に求め
る方法として、コンスタント・ルーチン（Ｃｏｎｓｔａ
ｎｔｒｏｕｔｉｎｅ）法が知られている。この方法
は、深部体温といえども外部の影響を受けるため、真の
リズムをそのまま表現しているとは限らないという観点
から、外乱を可能な限り除去するような計測条件を設定
して、被験者の直腸温を数十時間計測し、深部体温の周
期・振幅・位相を求める方法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、体温計
測による生体リズムの解析法としては、視察による方
法、コサイナー法、コンスタント・ルーチン法が一般的
であるが、視察による方法では定量的解析ができないと
いう問題がある。また、コサイナー法では外乱による体
温曲線の歪みを補正できないという問題があり、その
上、体温リズムの波形が実際には正弦波状とは限らない
という根本的な問題もある。

【００１１】次に、コンスタント・ルーチン法では、外
乱の影響は除去できるが、実験室に被験者を数十時間拘
束する必要があり、日常生活におけるリズム計測は不可
能であるという問題がある。この方法は生体リズムがフ
リーランしている状態での計測ということになる。した
がって、２４時間周期の同調因子の影響を受ける通常の
生活で生体リズムがどのようになっているかを知ること
はできない。生体リズムの特性を知るうえでは、フリー
ラン周期や位相を知ることは勿論重要であるが、実際に
社会生活をする上では、２４時間周期の同調因子あるい
は勤務ローテーションなどの社会の約束事にどの程度う
まく適応して生体リズムにメリハリがあるかどうかを知
ることの方が大切であると考えられる。

【００１２】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、日常的な作業場面
において、被験者に外乱を与えながらも、その外乱の影
響を除去して真の生体リズム曲線を測定できるようにし
た生体リズム曲線測定装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る生体リズム
曲線測定装置にあっては、上記の課題を解決するため
に、図１に示すように、生体の深部体温を計測するため
の主センサー部２と、外乱計測用の副センサー部３と、
各センサー部２，３による計測タイミングを決定するた
めのタイマー手段４と、各センサー部２，３による計測
結果を時系列的に記憶するための記憶手段５と、少なく
とも副センサー部３の計測結果に基づいて主センサー部
２の計測結果に対する外乱の影響を補正する補正手段６
と、補正された体温のリズム曲線を出力するリズム曲線
出力手段８とから構成されることを特徴とするものであ
る。

【００１４】なお、補正された体温のリズム曲線から真
のリズム曲線を推定する推定手段７と、リズム曲線の特
徴パラメータを出力する特徴パラメータ出力手段９を更
に備えることが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明においては、主センサー部２により直腸
温や鼓膜温あるいは体幹部中枢温を計測し、副センサー
部３では外気温や照度・活動度を計測する。各センサー
部２，３による計測タイミングはタイマー手段４により
決定され、その計測データは記憶手段５に時系列的に記
憶される。この記憶された計測結果に基づいて、補正手
段６で深部体温から外乱の影響を除去し、リズム曲線出
力手段８により体温のリズム曲線を出力するものであ
る。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例のブロック構成図を図１に
示す。本実施例では、検出手段１として、主センサー部
２と副センサー部３を備えている。主センサー部２は、
深部体温計測用であり、その主な計測項目は直腸温であ
る。直腸温の一般的な計測法は、先端にサーミスタを埋
め込んだプローブを肛門から１０ｃｍ以上挿入し、それ
が抜けないようにテープで固定する方法である。サーミ
スタの抵抗値から温度を算出してメモリに記憶する装置
が携帯用体温計として市販されている。ただし、直腸温
が測定困難な場合には、代替計測項目として、鼓膜温あ
るいは体幹部中枢温を計測する。また、副センサー部３
は、外乱計測用であり、その主な計測項目は外気温と照
度、及び身体の活動量である。この検出手段１による深
部体温計測と外乱計測のタイミングはタイマー手段４に
より決定される。タイマー手段４のタイマー時間を任意
に設定可能とすることにより、可変サンプリングを行う
ことができる。これにより、体温変動の大きい部分では
サンプリング周期を短くし、体温変動の小さい部分では
サンプリング周期を長くすることができ、効率的な計測
データの収集が可能となる。

【００１７】検出手段１の主センサー部２と副センサー
部３の計測データは、記憶手段５に時系列的に記憶され
る。上述のタイマー手段４による計測間隔は、１分〜５
分の範囲とすることが好ましいが、計測間隔は例えば１
分程度に短く設定して、隣接する複数個（例えば５個）
の計測データの平均値を演算し、その平均値を時系列的
に記憶するようにしても良い。

【００１８】次に、補正手段６では、記憶手段５に時系
列的に記憶された計測データのうち、主センサー部２に
よる深部体温の計測データの欠測値を補完し、副センサ
ー部３による外乱計測データに基づいて外乱要素の影響
を補正し、さらに、低周波通過フィルタで高周波ノイズ
を除去して体温リズム曲線を取り出すものである。推定
手段７は、体温リズムを近似する周期関数曲線によるカ
ーブフィッティング手段と、前後の点列からリズム曲線
の谷間やピークを推定する手段等を有する。

【００１９】リズム曲線出力手段８は、リズム曲線の波
形を表示する手段であり、例えば、グラフィック機能付
きのＬＣＤディスプレイにより構成されている。特徴パ
ラメータ出力手段９は、体温のリズム曲線の周期・位相
・振幅などの周期関数のパラメータや、その他のリズム
曲線の特徴を算出して出力するものである。ここで、そ
の他のリズム曲線の特徴としては、例えば、デューティ
比やスペクトル、立ち上がりの傾き、立ち下がりの傾
き、極大値の数、極小値の数などが挙げられる。

【００２０】次に、検出手段１の詳細な構成を図２に示
し説明する。図中、２１はサーミスタ直腸温センサーで
あり、深部体温として直腸温を計測する。その計測デー
タは、データロガー５１に記憶される。このデータロガ
ー５１は各種の計測データを時系列的に記憶するための
記憶手段である。３１は加速度センサーであり、例えば
万歩計のような構成で、被験者の手首に装着されて手首
の加速度を検出する。３２は活動度計であり、手首の加
速度に基づいて身体の活動度を計測する。その計測デー
タは、データロガー５１に記憶される。３３は受光セン
サーであり、受光量に応じて通電量が変化するものであ
る。３４は照度計であり、受光センサー３３の出力によ
り周囲照度を計測する。その計測データは、データロガ
ー５１に記憶される。３５はサーミスタ外気温センサー
であり、周囲温度を計測するものであり、その計測デー
タもデータロガー５１に記憶される。

【００２１】図３は直腸温の長時間計測例を示してい
る。約３４時間にわたり、直腸温を１分毎にサンプリン
グしたものであり、就寝中は体温が低く、活動中は上昇
している。中途覚醒時には若干の体温上昇が見られる。
また、日常生活による影響で体温リズムのマスキングが
観測され、特に、外出やシャワー利用による体温上昇が
顕著である。この計測例では、１２時から１４時まで被
験者は外気温３０℃以上の町の中を歩いており、顕著な
体温上昇が見られる。１２時の外出時には、ノイズが観
測されている。また、就寝中の体温変動については単相
性になるとは限らず、２晩目の就寝時〜起床時において
は体温変動は極小値が２つ存在する２相性を示してい
る。

【００２２】次に、補正手段６の詳細な構成を図４に示
し説明する。図３に示すように、直腸温の実測例を見る
と、行動及び外気温の影響があり、他に計測ノイズも見
られる。まず、ノイズ除去手段６１では、周囲の点列と
比較して０．１℃以上離れている孤立点列をノイズとし
て除去する。これは、深部体温は急激には変化しないと
いう性質を利用している。次に、欠測値補完手段６２で
は、ノイズとして除去したところ、計測不能だったとこ
ろを直線補完する。この補完方法としては、直線補完の
他に、スプライン補完を用いても良い。

【００２３】次に、外乱影響補正手段６３では、副セン
サー手段３による外乱計測データに基づいて、外乱要素
による深部体温の計測データへの影響を除去する。例え
ば、外気温が上昇した場合には、深部体温の計測データ
を下方修正する。また、周囲照度が上昇した場合には、
外出したと判断できるので、深部体温の計測データを下
方修正する。さらに、活動度が上昇した場合には、活動
による深部体温の上昇が予想されるので、深部体温の計
測データを下方修正する。ただし、活動量による補正
は、活動量によって深部体温が影響を受けていると考え
られる区間、つまり、起きている時間帯について行う。
また、外気温（寝床内温度も含む）による補正は、特
に、外気温の急激な変化の影響を受けていると考えられ
る時間帯に行うものであり、通常は、覚醒期・睡眠期を
通じて行う。最後に、低域通過フィルタ６４では、外乱
の影響を補正した後の計測データから高周波ノイズを除
去して、図５に例示するような深部体温のリズム曲線を
出力するものである。このリズム曲線では、図３に示す
計測例における１２時から１４時の外出や２１時のシャ
ワーによる体温の一時的な上昇が除去され、約１日を周
期とする非常に滑らかなリズム曲線が得られている。ま
た、就寝中の体温変動については、１晩目の単相性の体
温変動と、２晩目の２相性の体温変動の特徴は忠実に抽
出されている。

【００２４】次に、推定手段７では、補正手段６で得ら
れた深部体温のリズム曲線から、真の深部体温のリズム
曲線を推定するものである。例えば、最小２乗近似によ
る基準曲線へのカーブフィッティングを行うことが考え
られる。基準曲線としては、三角関数を変形したものと
して、次式のような関数を用いることができる。ｆ（ｘ）＝Ａ・｛１−（１−ｃｏｓ（２π（ｘ−ｃ）／Ｌ）／４）²｝ここで、Ａは振幅であり、Ｌは２４時間の周期である。
他の基準曲線として、図６に示すように、周期が２４時
間でデューティ比が１：２の矩形波あるいはその角を取
って丸みを付けた曲線を用いても良い。これは、就寝期
と覚醒期の比率が略１：２であることを利用している。
また、図７に示すように、周期が２４時間の三角波ある
いはその角を取って丸みを付けた曲線を用いても良い。
そのほか、個人の数周期分のデータの加算平均により作
成した基準データを用いることもできるが、これは被験
者により異なることは言うまでもない。

【００２５】次に、基準曲線へのカーブフィッティング
以外の方法で、真のリズム曲線を推定する方法を説明す
る。例えば、非線型振動を表現する微分方程式（ファン
デアポール型、ボルテラ型など）を利用して、計測デー
タにフィットするような方程式の係数を求める方法が考
えられる。あるいは、補正手段６の出力曲線の立ち上が
り・立ち下がり部分のデータ時系列から最低点や最高点
付近の曲線を推定したり、前後の関係から間の曲線を予
測する方法があり、例えば、線形ＡＲ−モデルや線形Ａ
ＲＭＡ−モデルを利用すれば良い。さらに、補正手段６
の低周波通過フィルタ６４の出力をそのまま推定曲線と
して利用することもできる。この場合、特に睡眠中の深
部体温の最低点を決めるとき、谷間が１つとは限らない
が、極小値の中の最小値を取ることにすれば良い。

【００２６】なお、鼓膜温は直腸温と同じような変化を
するので、直腸温の測定が困難な場合には、図８に示す
ようなイヤホン型の鼓膜温センサーにより深部体温を測
定しても良い。イヤホン型の鼓膜温センサーは、赤外線
放射温度計あるいはサーミスタを用いて構成することが
できる。また、カプセル型の温度計が実用化されれば、
体幹部の深部体温を非侵襲的に測定することは容易とな
る。そのほか、対流熱交換方式で皮膚の表面から深部体
温を測定できる装置を使用しても良い。この装置では、
センサーの直径が大きくなるほど、より深部の体温が計
測でき、皮膚表面から約１０ｍｍ深さの体温計測まで可
能である。しかし、この方式ではセンサー部で皮膚を加
熱する必要があり、リズム計測のように長時間使用する
場合には低温やけどの危険性があり、取扱いに注意しな
ければならない。

【００２７】

【発明の効果】本発明の生体リズム曲線測定装置では、
被験者に外乱を与えないで深部体温を測定する従来技術
とは異なり、被験者に与えられる外乱を副センサー部に
より計測し、その外乱計測データに基づいて、主センサ
ー部で得られた深部体温の計測データを補正するように
構成したので、日常生活の中での被験者の深部体温のリ
ズムを測定することが可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の一実施例に用いる検出手段の詳細な構
成を示すブロック図である。

【図３】本発明による直腸温の長時間計測例を示す図で
ある。

【図４】本発明の一実施例に用いる補正手段の詳細な構
成を示すブロック図である。

【図５】本発明による補正手段の出力波形を示す波形図
である。

【図６】本発明に用いる第１の基準曲線の波形図であ
る。

【図７】本発明に用いる第２の基準曲線の波形図であ
る。

【図８】本発明の他の実施例に用いる鼓膜温センサーの
外観を示す斜視図である。

【符号の説明】

１検出手段２主センサー部３副センサー部４タイマー手段５記憶手段６補正手段７推定手段８リズム曲線出力手段９特徴パラメータ出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｋ 1/02 Ｒ 7267−2Ｆ 13/00 7267−2ＦＧ０４Ｇ 11/00 7809−2ＦＧ０６Ｃ 3/00 ３２１Ｆ 7052−5ＢＧ０６Ｆ 15/42 Ｂ 7060−5Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体の深部体温を計測するための主セ
ンサー部と、外乱計測用の副センサー部と、各センサー
部による計測タイミングを決定するためのタイマー手段
と、各センサー部による計測結果を時系列的に記憶する
ための記憶手段と、少なくとも副センサー部の計測結果
に基づいて主センサー部の計測結果に対する外乱の影響
を補正する補正手段と、補正された体温のリズム曲線を
出力するリズム曲線出力手段とから構成されることを特
徴とする生体リズム曲線測定装置。
【請求項２】補正された体温のリズム曲線から真の
リズム曲線を推定する推定手段と、リズム曲線の特徴パ
ラメータを出力する特徴パラメータ出力手段を更に備え
ることを特徴とする請求項１記載の生体リズム曲線測定
装置。