JPS60114731A - 電子体温計 - 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】 （イ）発明の分野 この発明は、電子体温針、特に測定を開始して早期に体
温を測定し得る電子体温針に関する。

（ロ）従来技術とその問題点 一般に、電子体温計には、感温センサを被測定部位に当
てて、感温センサの温度が体温を追跡して変化すること
に着目し、感温センサ温度を検出して体温を測定するよ
うにしたものが多い。この種の電子体温針で、感温セン
号温度が被測定部位温度に達するまでには、５分〜１０
分程度の時間が必要である。一方、近年、早期に測定可
能な電子体温針が要請され、この要請に応えるものとし
て、特開昭５１−１３５５８１　、特開昭５５−７１９
１９、特開昭５６−４６４４０などの出願がある。これ
らの出願は、体温測定中の過渡応答特性を、例えばステ
ップ応答特性などで仮定して、最小必要限の複数ポイン
トの測定データから収束値を計算したり、測定体温の一
次微分値がある定数値になったときに、その時の温度に
あるカサ上げ値を加算したり、−次微分、二次微分値を
用いて複雑な演算をして収束値をめるようにしている。

しかし、限られたポイントで収束値を計算するものや微
分演算を行うものは、ノイズの影響を大きく受けるし、
カサ上げ値を加算する方法は、個人差、環境の相違等を
反映できず、精度の良い予測結果を得ることができなか
った。その上、これらの体温予測は、厳密には感温セン
サの収束値を予測するものであり、被測定体内温度自体
を測定するものでないから、その意味からも測定精度に
限界があった。

（ハ）発明の目的 この発明の目的は、上記従来の電子体温針の欠点を解消
し、測定開始後早期に、しかも個人差、測定環境の相違
にも対応し得て、高精度に体温測定をなし得る電子体温
針を提供することである。

（ニ）発明の構成と効果 上記目的を達成するために、この発明の電子体温計は、
被測定体の表皮に装着される感温センサと、演算のため
の初期値を設定する初期値設定手段と、前記感温センサ
出力をサンプリングして得られるデータｙｎと最初に前
記初期値が与えられられる状態方程式Ｂｎ＋ｔ＝ＡＣｎ
と出力方程式ｙｎ＋ｔ　＝Ｃｎ；１ｎ＋ωｎにカルマン
フィルタを通用してサンプリング毎に状態量ｉｎ＋１の
推定値ａｎｔｓを得る第２の推定演算手段と、この第２
の推定演算手段げ得られた含ｎ　＋　ｔにより、次回サ
ンプリングの遷移行列＾ｎ＋１を決定する演算手段と、
前記第１の推定演算手段で得られた被測定体内温度Ｅｉ
を表示する表示手段とから構成されている。

この発明の電子体温計によれば、感温センサ出力をサン
プリングして検出する毎に、直接被測定体内温度を推定
し、またその前提となる測定系の同定を、各サンプリン
グ毎に推定するものであるから、生体や環境に対応して
、非常に早期に、かつ精度良く体温を測定することがで
きる。

次に、この発明の採用原理について説明する。

一般に入体温測定時の過渡応答を検討するのに、−次の
ステップ応答を考えるが、実際には感温センサと測定す
べき生体の応答を考慮せねばならず、−次のステップ応
答では厳密性に欠けることになる。

そこでこの発明では、感温セン号と生体の応答を考慮し
た系を想起し、この系を前擢にし測定システムを構築し
ている。第１図番ご上記した系を電気回路で表現した図
を示している。同図においてＥｉは真の体温ともいうべ
き体温熱源（被測定体内）温度としての電池、Ｃ１及び
Ｃ２は測定部位及び感温センサの熱容量としてのコンデ
ンサ、Ｒ１及びＲ２は体温熱源と測定部位及び測定部位
と感温センサ間の熱抵抗を示す抵抗である。なお、コン
デンサＣ１の両端電圧Ｘは測定部位の温度、コンデンサ
Ｃ２の両端電圧ｙは感温センサ温度に対応し、これらｘ
、ｙは時間とともに変化し、最終的にＥｉと等しくなる
。すなわち熱的に平衡する。

Ｘ　Ｓｙ　％　Ｅ　ｉのそれぞれの真値をｘ、ｙ、Ｅｉ
とし、雑音をｖｘ、ｖｙ、ｖＥｉ　（但し平均値は０、
分散σＸ、σｙ、σＥｉの白色雑音）とすると、Ｘ　−
ｙ　％　Ｅ　ｉは、 ｘ＝ｘ十ｖｘ ｙ＝ｙ−１−ｙｙ　・・・　（１） Ｅｉ＝Ｅｉ＋ｖＥｉ で表される。

ここで体温測定が開始されると、すなわちスイフチＳＷ
がオンされると、次式が成立する。

上記（２）式より、この系の状態方程式はこの（３）（
４）式をマトリクス表示に書き換えると、 ここで である。

上記（５）式をラプラス変換して特性方程式をめ、その
根をα、βとして、この特性方程式の逆変換をめると、 ・・・　（７） である。上記（６）式より、ａ＞ｂで、さらに測定部位
、感温センサの熱抵抗が略等しくＲ１＃Ｒ２であり、ま
た感温センサ熱容量に比し、被測定体の熱容量の方が通
常はるかに大であるからｃｌ〉〉Ｃ２といえる。したが
ってＣ＞＞ａとなり、上記（８）式のα、βは と簡略化できる。

この（９）式を使って、上記（７）式を簡単化し、離散
系で表すと、 ここで入力信号Ｅ目よ、測定開始と同時人力ステップ状
に加わるものであり、 Ｅｉｎ＋１＝Ｅｉｎ　・・・　（１１）と表せるので、
入力信号Ｅｉも状態変数の一部とみなすことができる。

したがって上記（１０）式は とすることができる。（１２）式は、この系の状態方程
式である。また出力方程式は、 で分散σω２の白色雑音）である。

以上より、第１図に示す体温測定系は、上記（１２）式
の状態方程式と（１３）一式の出力方程式で表される線
形グイナミカルシステムとなる。

それゆえ、この系にカルマンフィルタを通用できる。

このカルマンフィルタは、現時点の測定値ｙｎ＋１と１
回前の系の状態の推定値ｘｎから、現時点の状態の推定
値Ｘｎ＋ｚをめることができる。

したがって状態変数ｘｎ＋ｚ　、ｙｎ＋ｔ　、Ｅｉｎ＋
１が推定できる。すなわちＥｉｎ＋ｔ　＝Ｅｉｎ＋２＝
・・・Ｅｉ　ｏｏの推定が可能となり、ｎ＋ｉの時点で
真の体温ともいうべてＥｉをめることができる。

カルマンフィルタは次式で与えられる。

Ｘ　ｎ　＋　１−人ｘｎ＋Ｋｎ＋１　（ｙｎ＋１−ＣＡ
Ｘｎ） Ｋ、ｎ＋１＝Ｍｎ＋１　Ｃ’　（ＣＭｎ＋ｔ　Ｃ’＋Ｗ
ｎ＋１）−１ Ｍｎ＋ｔ＝＾ＺｎＡ’ Ｚｎ＝　（１−ＫｎＣ）Ｍｎ。

Ｍ　ｏ　−Ｅ　（Ｘ　ＯＳＸ　Ｏ’　）・・・　（１４
） ここでＫｎ−＋−１はカルマンゲイン、Ｍｎ＋１は分散
、１は単位行列である。記号°は転置ベクトルもしくは
行列を、（）−１は逆行列を意味する。

また Ｃ＝　（０、１，０） 上記のように、（１４）式によって、状態変、数Ｘｎ＋
１の推定値Ｘｎ＋１をめることができるが、ここで遷移
行列Ａは被検温者の個体差とか、測定条件によって変動
があるので、これを補正するために、各サンプリング毎
にＡの値を推定し、これを（１４）式に用いる。

そこでＡをめるために、まず上記（１２）式から、ｙｎ
だけの式を導き、 ）ｌｎ＝−ａｌ　ｙｎ−１−ａ２　ｙｎ−２＋ｂｏ　Ｕ
＋ωｎ　・・・　（１６） ・・・　（１７） であり、ωｎは白色雑音である。

いま、 Ｃｎ＝　Ｃｙｎ−１、ｙｎ−ｚ　、Ｕ）　、ｙｎ＝♂ｎ
ａｎ＋ωｎ　・・・　（１８）とでき、これは出力方程
式を表す。またｌｎは状態が変わらないと考えて ＆ｎ＝／ｋ”ａｎ−Ｉ　ＨＨ＋　（１９）ただしｔ＝１
　（単位行列） と書くことができるので、これを状態方程式とみなすこ
とができる。

それゆえ（１８）式、（１９）式で示される系にカルマ
ンフィルタを適応して、推定値７ｖ、　ｎ＋１をめて系
を同定し、この結果により　ｄｃ、　ｅｐｚがまるので
、（１５）式の遷移行列Ａが推定できる。

すなわち推定値含ｎ＋１は、 Ａｉｎ　＋　１＝　３　ｎ　＋　Ｋ　ｎ　＋　ｔ　（ｙ
　ｎ　−１−Ｃｎ　＋　１ａｎ）　・・・　（２０） ここで 共分散Ｍｎ＋１−（［−ＫｎＣｎ）Ｍｎ（＝　Ｚ　ｎ） ［ｎ＋ｔ　＝Ｍｎ＋ｔ　Ｃ’　ｎ＋１　・　（Ｃｎ＋ｔ
　Ｍｎ＋ｔ　Ｃ’　ｎ＋ｘ　＋σω２）　−１Ｍ２　＝
Ｅ　（ａｚ　−ｔａ’　２　）である。

以上のようにして、ｉ　ｎ　＋　１を推定することによ
り、（１７）式から　ｃａｌ、ｅμをめ、そして（１５
）式のＡが逐次求まる。それゆえこのＡにもインデック
スｎをつけＡｎとして計算する。すなわちＡｎをめて系
を同定し、その結果を用いて状態変数をめ、真の体温を
推定するようにしている。

（ホ）実施例の説明 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第２図は、この発明が実施される電子体温針のブロック
図である。同図において１は体温を検知するためのサー
ミスタ等のセンサ（感温センサ）、２はセンサ１からの
出力をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器、３はＣＰＵであって、Ａ／Ｄ変換器２よりの検
出温度信号を受け、ＲＯＭ４に記憶されるプログラムに
したがむ）、被測定生体の真の体温ともいうべきＥｉを
推定するための制御を行う。５は制御の過程で種々のデ
ータを記憶するＲＡＭである。６は測定体温を表示する
表示器である。７は測定開始を指示するスイッチである
。

次に、第３図に示すフロー図を参照して上記実施例体温
計の動作を説明する。

スイッチ７をオンするとともに、センサ１を測定部位（
舌下や腋窩など）に挿入して検温がスタートする。

ステップＳ’Ｔ　（以下ＳＴと略す）１で、まず各種の
データ初期値を設定する。ここで設定されるのノイズの
分散をσ２ω、定数Ｕ、遷移行列Ａ２、サンプリング回
数ｎｐ、Ｃ＝　（０，１１０）等である。

時間の経過につれて、センサ１の出力値が上昇するので
、最も変化の大なる点を過渡応答曲李泉の起点、すなわ
ち立上がり点を検出する（Ｓｒ２）。

この点が時間軸の起点となる。

次に、センサ１の出力を第１回目と第２回目のサンプリ
ング動作により読取り、出力データｙＯ１ｙ１を得、Ｃ
２−（ｙｌ、ｙＯｌＵ）を決定する。

またｙ２も後の使用のために読取る（Ｓｒ３）。

Ｋ２が算出される（Ｓｒ４）。

続いて、ｎ＝２に設定しく５Ｔ５）　、以後サンプリン
グ周期毎にＳＴ６〜５Ｔ１６の処理を繰り返す繰り返し
フローに進む。

まずセンサｌの出力ｙ３を読み込む（Ｓｒ１）。

そして今回のデータと前回までのデータ等を比較して、
データ異常の有無を検出する（Ｓｒ１）。

データ異常としては、例えば測定部位に挿入していたセ
ンサが外れた場合等であり、データ異常が検出された場
合には、エラー表示がなされる（ＳＴ１８）。これによ
り測定のやり直しを促すことができる。

Ｓｒ１でデータ異常がなければ、ｚｎ、分散Ｍｎ＋１、
カルマンゲイン［ｎ＋１を計算する（Ｓｒ１）、これら
の、Ｚｎ、Ｍｎ＋ｔ、にｎ＋１の計算結果から、さらに
式（１４）の）（ｎ＋ｚを計算し、状態値）（ｎ＋１の
推定値）（ｎ＋ｔが算出される（Ｓｒ９）。Ｘｎ＋１が
まると、状態変数Ｘｎ＋ｔ　、ｙｎ＋ｔ　、Ｅｉｎ＋ｔ
がまる。繰り返しフローに入って第１回目の処理では、
ｎ＝２であるから、Ｚ２、カルマンゲインに３、共分散
Ｍ３が得られ、これらの係数値から状態変数ｘ３の推定
値Ｘ３がめられる。そしてこの推定値Ｘ３からめたい体
温Ｅｉ３が得られる。これにより、このサンプリング回
における目的は達せられたことになるが、次のン４を算
出するために八３が必要となるので、さらにこの推定値
をめる。

すなわちｙ２、ｙｌより、Ｃ３を決定する（ＳＴ１０）
。またこれにより、共分散Ｍ３、カルマンゲインに３が
算出される（ＳＴＩＩ）。そしてこれらの係数値から状
態変数３３の推定値ａ３がめられる。そしてこの推定値
ａ３から、ａｌ、ａ２、ｂＯが決定され（ＳＴ１２）、
これらのａｌ、ａ２、ｂＯより、ｅ−ｚ　ｅｚｚが算出
され、遷移行列Ａｎ＋ｔ　、すなわちＡ３が決定される
（ＳＴ１３）。以上のようにして得られた各データは、
ＲＡＭ５に記憶され（ＳＴ１４）、次のサンプリング時
に使用される。

続いて、ｎを＋１して（ｎ＝３）、次にｎがｎｐに達し
たか否かを判定する（ＳＴ１５．５Ｔ１６）。このｎｐ
は測定開始当初の推定値Ｅｉが不安定なのを考慮し、測
定開始当初の所定時間（例えば１５秒）表示を消去して
おくが、この所定時間に対応するサンプリング回数であ
る。したがってｎがｎｐに達するまでは、５Ｔ１６の判
定ＮＯで、すなわち上記表示消去のための所定時間が経
過していないということで、Ｓｒ１にリターンし、ＳＴ
６〜５Ｔ１６の処理を繰り返し、各サンプリングタイム
毎のデータ算出及びデータ書込みを行う。

繰り返し動作が進行し、ｎ＝ｎｐになると、５７１６の
判定はＹＥＳとなり、ＲＡＭ５よりＥｉを読出し、この
値を体温として表示器６に表示する（ＳＴ１７）。そし
て、またＳＴ６にリターンし、ＳＴ６以降の処理を継続
するが、今度は５Ｔ１６の判定がＹＥＳなので、ＳＴ６
〜５Ｔ１７の処理、すなわち表示動作も含めた処理動作
が繰り返されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の詳細な説明するための体温測定系
の模式回路図、第２図はこの発明が実施される電子体温
計のブロック図、第３図は同電子体温計の動作を説明す
るためのフロー図である。 １：センサ、３：ＣＰＵ。 ４：ＲＯＭ、　５：ＲＡＭ。 ６：表示器 第１図 第２図 第３図 ５＋４に−１ ＳＴ５→ ＳＴ　６」−ゲ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体の表皮に装着される感温センサと、演算
   のための初期値を設定する初期値設定手段と、前記感温
   センサ出力をサンプリングして得られるデータｙｎと最
   初に前記初期値が与えられる状態〔ただしＸ：被測定体
   表皮温度、Ｅｉ：被測定体子ωｎ〔ただしωｎ：ｎ：雑
   音力ルマンフィルりられる状態方程式ａｎ＋ｔ＝／ｅＣ
   ｎと出力方程式ｙｎ＋ｚ＝ｃａｎａｎ＋ωｎにカルマン
   フィルりを適用してサンプリング毎に状態Ｍａｎ＋１の
   推定値ａｎ＋１を得る第２の推定演算手段と、この第２
   の推定演算手段で得られたｉ　ｎ　＋　ｔにより、次回
   サンプリングの遷移行列＾ｎ＋ｉを決定する演算手段と
   、前記第１の推定演算手段で得られた被測定体内温度Ｅ
   ｉを表示する表示手段とを備えてなる電子体温針。