WO2021240717A1 - 設置状態判定方法、および設置状態判定システム - Google Patents

設置状態判定方法、および設置状態判定システム Download PDF

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thermal resistance
temperature
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resistance value
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大地 松永
雄次郎 田中
倫子 瀬山
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日本電信電話株式会社
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    • A61B2560/0223—Operational features of calibration, e.g. protocols for calibrating sensors

Definitions

  • the present invention relates to a sensor installation state determination method in a temperature measurement technique for measuring the core body temperature of a living body.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 assume a heat equivalent circuit in which the heat transfer process in a living body is replaced with an electric circuit, and estimate the core body temperature non-invasively using the body surface temperature measured by a temperature sensor. It is a technology to do.
  • FIG. 10 is a heat equivalent circuit of a temperature measuring device that estimates the core body temperature of a living body by the twin heat flux method.
  • Two probes 310 and 320 are arranged on the surface of the living body 400.
  • the probes 310 and 320 included in the temperature measuring device 300 have heat insulating members (thermal resistances R1 and R2) having different thermal resistances from each other.
  • the probe 310 measures the body surface temperature T1 and the body surface heat flux H1 via the heat insulating member R1.
  • the probe 320 measures the body surface temperature T2 and the body surface heat flux H2 via the heat insulating member R2.
  • Tc T1 + Rb ⁇ H1
  • Tc T2 + Rb ⁇ H2 ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • the core body temperature Tc is expressed by the following equation (3).
  • the core body temperature Tc can be estimated by using the following equation (3).
  • Tc (T2, H1-T1, H2) / (H1-H2) ... (3)
  • Tc T1 + Rb ⁇ (H1 + HL1)
  • Tc T2 + Rb ⁇ (H2 + HL2) ⁇ ⁇ ⁇ (4)
  • the core body temperature Tc can be expressed by the formula (5).
  • Tc (K ⁇ T2 ⁇ H1-T1 ⁇ H2) / (K ⁇ H1-H2) ⁇ ⁇ ⁇ (5)
  • K is the rate of leakage of the heat flux of the two probes 310 and 320, and is represented by the formula (6).
  • K ((H1 + HL1) / H1) / ((H2 + HL2) / H2) ... (6)
  • K is the reference deep body temperature Tc (0) at time t (0) as expressed by the following equation (7). Is initially calibrated using.
  • the reference deep body temperature Tc (0) is a known value obtained by another method.
  • K (0) ((Tc (0) -T1 (0)) / H1 (0)) / ((Tc (0) -T2 (0)) / H2 (0)) ... (7)
  • the temperature measuring device 300 includes a heat conductive member 330 that is in contact with the surface of the living body 400 and covers the periphery of each of the probes 310 and 320 for measuring the temperature.
  • the bridge circuit of the heat equivalent circuit in that case is shown in FIG.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 when the temperature measuring device 300 is installed in the living body 400, if an air layer is formed between the temperature measuring device 300 and the living body 400, it becomes a heat equivalent circuit at the time of design. There is a problem that the measurement accuracy of the core body temperature deteriorates when the convection state of the outside air changes due to the difference in the above.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to determine the installed state of the sensor of the temperature measuring device in the living body and notify the user that the sensor is not installed correctly.
  • the purpose is to provide a method for determining the installation state that can be performed.
  • the installation state determination method in the present invention includes a step of measuring the temperature and heat flux of the surface of the living body by a sensor installed at a predetermined part of the living body, and the measured living body.
  • the step includes determining the installation state of the sensor at a predetermined site of the living body based on the result of the comparison.
  • the installation state determination system in the present invention is installed at a predetermined part of the living body, and has a sensor for measuring the temperature and heat flux on the surface of the living body and the measured living body.
  • a computing device is provided that calculates the thermal resistance value of the living body based on the surface temperature and heat flux of the living body, and compares the calculated thermal resistance value of the living body with the reference thermal resistance value at a predetermined part of the living body. Based on the result of the comparison, the calculation device determines the installation state of the sensor at a predetermined part of the living body.
  • an installation state determination method capable of determining the installation state of a sensor of a temperature measuring device in a living body and notifying the user that the sensor is not installed correctly.
  • FIG. 1 is a diagram showing a heat equivalent circuit of a temperature measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a bridge circuit of a heat equivalent circuit of a temperature measuring device according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a heat equivalent circuit of a temperature measuring device when there is an air layer.
  • FIG. 4 is a diagram showing a bridge circuit of a heat equivalent circuit of a temperature measuring device when there is an air layer.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a temperature measurement error when there is an air layer.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the thermal resistance of a living body and the thickness.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the temperature measuring device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the installation state determination system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an operation flowchart of the installation state determination method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a heat equivalent circuit of a conventional temperature measuring device.
  • FIG. 11 is a diagram showing a bridge circuit of a heat equivalent circuit of a conventional temperature measuring device.
  • the temperature measuring device used in the installation state determination method and the installation state determination system of the present invention uses the first probe for measuring the physical quantity related to the temperature of the substance based on the first reference and the physical quantity related to the temperature of the substance as the second reference. It is provided with a second probe for measuring based on the above, and is provided with a heat conductive member that covers the first probe and the second probe, respectively, and transports heat from the substance.
  • this temperature measuring device is applied to the deep body temperature measuring system of a living body, the first probe and the second probe have thermal resistance (first reference and second reference) to each other, and each of them has a body in the epidermis of the living body 400. It is configured to measure surface temperature and body surface heat flux.
  • FIGS. 1 and 2 show the heat equivalent circuit of the temperature measuring device 100 used in the installation state determination method and the installation state determination system of the present invention.
  • two probes first probe and second probe
  • the probes 110 and 120 have different thermal resistances (first reference and second reference), and each measures the body surface temperature and the surface heat flux in the epidermis of the living body 400.
  • a heat equivalent circuit having a living body 400, a probe 120, a heat conductive member 130, and outside air
  • Ta is the outside temperature
  • Ra is the thermal resistance to the outside air
  • R1 is the thermal resistance of the probe 120
  • H1 is a known value.
  • Thermal resistance R1 indicates the heat flux
  • Rb indicates the thermal resistance of the living body 400
  • HL1 indicates the leakage of the heat flux generated inside the living body 400.
  • the heat conductive member 130 is provided so as to cover the outer peripheral surfaces of the two probes 110 and 120 that are not in contact with the epidermis of the living body 400. As a result, even when the convection state of the outside air changes and the thermal resistance Ra changes, the core body temperature Tc that does not depend on the thermal resistance Ra can be estimated.
  • the heat conductive member 130 is made of a material having a higher thermal conductivity than the outside air, and transports heat transmitted from the surface of the living body 400 so as to make the temperature around the probes 110 and 120 equal to the temperature of the surface of the living body 400.
  • the probe 120 shown in FIG. 1 and the peripheral thermal resistance are coupled to form the bridge circuit shown in FIG.
  • the thermal resistance Ra to the outside air is connected to the outside of the bridge circuit by providing the heat conductive member 130. Therefore, even if the thermal resistance Ra to the outside air changes, the ratio of heat flux leakage (HL1, HL2) does not change.
  • the temperature measuring device 100 in the present embodiment includes a heat conductive member 130 that is in contact with the surface of the living body 400 and covers each of the probes 110 and 120 that measure the temperature, the convection state of the outside air changes and the thermal resistance is changed. Even when Ra changes, the core body temperature Tc that does not depend on the thermal resistance Ra can be estimated.
  • FIGS. 3 and 4 show a heat equivalent circuit and a bridge circuit of the temperature measuring device when an air layer is formed between the temperature measuring device 200 and the living body 400.
  • an air layer is formed between the sensor of the temperature measuring device 200 and the living body 400, and the thermal resistance Rt of the air layer is arranged.
  • the probes 210 and 220 and the peripheral thermal resistance are coupled to form the bridge circuit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a temperature measurement error when there is an air layer. As shown in FIG. 5, when there is an air layer between the sensor of the temperature measuring device 200 and the living body 400, the thermal resistance Rt in the air layer changes under the influence of the wind speed of the outside air, and the heat flux in the probe. And the balance of heat flux leakage in the living body changes, and the measurement accuracy of the core body temperature deteriorates.
  • the value of the thermal resistance of the living body at the time of initial calibration calculated based on the measured body surface temperature and the body surface heat flux is compared with the reference thermal resistance value at a predetermined thickness of the living body. This is configured to determine the presence or absence of an air layer between the temperature measuring device 200 and the living body 400.
  • the thermal resistance value (Tc (0) -T1 (0)) / H1 (0) in the formula (7) used at the time of initial calibration is compared with the reference thermal resistance value at a predetermined thickness of the living body. Then, based on the comparison result, the presence or absence of the formation of the air layer is determined.
  • FIG. 6 shows an example of the relationship between the thermal resistance and the thickness of the living body when the air layer is 1 mm and when there is no air layer.
  • the thermal conductivity of air 0.028 W / (m ⁇ K)
  • the thermal conductivity of a living body 0.4 W / (m ⁇ K)
  • the value of thermal resistance and its threshold value assumed at the measurement site of the living body whose approximate thickness is known are set, and it is assumed to be the value of thermal resistance of the living body at the time of initial calibration.
  • the thickness is assumed to be 10 ⁇ 5 mm, so the value of the thermal resistance of this thickness error is set as the threshold value, and the heat of the living body at the time of initial calibration is set. Whether or not an air layer is present on the surface to which the probe is attached can be determined by whether or not the difference between the resistance value and the assumed thermal resistance value exceeds this threshold value.
  • the thermal resistance 0.04 (K / W) is set as a threshold value, and the thermal resistance value of the living body at the time of initial calibration is 0.04 (K). If it exceeds / W), it can be determined that an air layer exists. Since the assumed thickness of the living body and the threshold value differ depending on the part of the living body where the sensor is installed, they may be set in advance according to the part where the sensor is installed.
  • the present embodiment is configured to determine whether or not there is an air layer between the probe and the living body based on the value of the thermal resistance of the living body calibrated at the time of attaching the probe. It is possible to notify the user whether the probe has been pasted correctly and prompt the user to re-paste the probe.
  • the deep temperature of the living body is estimated using the body surface temperature measured by the two probes and the body surface heat flux, it is between the sensor of one of the two probes and the living body.
  • the air layer is formed, a measurement error of the deep temperature will occur. Therefore, if it is determined that there is an air layer in at least one of the two probes, it is necessary to reattach the probe.
  • the temperature measuring device 100 includes two probes 110 and 120, and a heat conductive member 130 made of aluminum or the like that surrounds the probes 110 and 120.
  • the probes 110 and 120 respectively, have heat insulating members (first thermal resistance element, second thermal resistance element) 111, 121, heat flux sensors (first heat flux measurement unit, second heat flux measurement unit) 112, 122, and A temperature sensor (first temperature measuring unit, second temperature measuring unit) 113, 123 is provided.
  • the heat insulating members 111 and 121 constitute a thermal resistance body and have different thermal resistance values from each other.
  • the heat insulating members 111 and 121 may have the same three-dimensional shape formed of different materials, for example.
  • the heat insulating members 111 and 121 may be configured to have different thermal resistance values from heat insulating materials having different thicknesses and materials.
  • the heat flux sensors 112 and 122 are devices that measure heat transfer per unit time and unit area.
  • the heat flux sensors 112 and 122 are provided at the end portions of the heat insulating members 111 and 121 on the epidermis side of the living body 400.
  • the temperature sensors 113 and 123 measure the temperature of the surface of the living body 400.
  • the temperature sensors 113 and 123 may be composed of a thermistor, a thermocouple, a resistance temperature detector, or the like.
  • the outer peripheral surfaces of the probes 110 and 120 are covered with a heat conductive member 130 made of a metal such as aluminum or copper or a material having high heat conductivity such as a graphene sheet.
  • the outside air is not in direct contact with the probes 110 and 120, but in contact with the heat conductive member 130.
  • the heat conductive member 130 equalizes the temperature of the body surface where the probes 110 and 120 are in contact with the living body 400 with the temperature of the surface where the probes 110 and 120 are not in contact with the living body 400 and the surrounding temperature, that is, an isothermal region. Has the function of making. By forming such an isothermal region, a desired heat equivalent circuit as shown in FIG. 1 is established.
  • the thickness around the probes 110 and 120 of the heat conductive member 130 may be the optimum thickness for forming an isothermal region in consideration of the thermal resistance Ra to the outside air and the thermal resistance Rb of the living body 400. More specifically, it can be determined in consideration of the surface areas of the probes 110 and 120, the site of the living body 400, the blood flow, and the like.
  • any probe can measure the temperature and heat flux of the living body.
  • the temperature measuring device may be configured by another configuration.
  • temperature sensors may be installed at the upper part and the lower part of the probe, and the flux may be calculated using the measurement results of the respective temperature sensors.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the installation state determination system 1 of the present invention.
  • the installation state determination system 1 of the present invention measures the temperature and heat flux of a living body by using the temperature measuring device 100 having the above-mentioned configuration.
  • the installation state determination system 1 includes a temperature measuring device 100, an arithmetic unit 11, a memory 12, a communication circuit 13 that functions as an external I / F circuit, and a battery 14 that supplies electric power to the arithmetic unit 11, the communication circuit 13, and the like. Be prepared.
  • the arithmetic unit 11 estimates the core body temperature of the living body 400 based on the heat flux measured by the heat flux sensors 112 and 122 and the body surface temperature measured by the temperature sensors 113 and 123. More specifically, the arithmetic unit 11 estimates the core body temperature Tc using the above-mentioned equations (5) to (7). When estimating the core body temperature Tc, the initial calibration is performed using the equation (7).
  • the arithmetic unit 11 compares the thermal resistance value of the living body 400 at the time of initial calibration with the reference thermal resistance value at a predetermined thickness of the living body. Specifically, the arithmetic unit 11 compares the thermal resistance value of the living body 400 at the time of initial calibration in the above-mentioned equation (7) with the reference thermal resistance value at a predetermined thickness, and outputs the comparison result.
  • the memory 12 stores information regarding a pre-constructed estimation model of the core body temperature Tc (Equations (5)-(7)). Further, the memory 12 stores in advance the thermal resistance values of the probes 110 and 120, the reference deep body temperature of the living body used at the time of initial calibration, and the reference thermal resistance values at a predetermined thickness.
  • the memory 12 can be realized by a predetermined storage area in a rewritable non-volatile storage device (for example, a flash memory) provided in the installation state determination system 1.
  • a rewritable non-volatile storage device for example, a flash memory
  • the communication circuit 13 outputs the comparison result of the deep body temperature Tc and the thermal resistance value of the living body 400 generated by the arithmetic unit 11 to the outside.
  • a communication circuit 13 when outputting data by wire, an output circuit to which a USB or other cable can be connected can be used.
  • a wireless communication circuit conforming to Bluetooth (registered trademark) or the like may be used.
  • the installation state determination system 1 includes a sheet-shaped base material that functions as a base for mounting the temperature measuring device 100, the arithmetic unit 11, the memory 12, the communication circuit 13, and the battery 14. , Equipped with wiring to electrically connect these devices.
  • the installation state determination system 1 is realized by a computer. Specifically, the arithmetic unit 11 follows a program stored in a storage device such as a ROM, a RAM, and a flash memory including a memory 12 provided in the installation state determination system 1 by a processor such as a CPU or DSP. It is realized by executing various data processing.
  • the above program for operating the computer as the installation state determination system 1 can be recorded on a recording medium or provided through a network.
  • the installation state determination method executed by the installation state determination system 1 of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the temperature measuring device 100 is installed in advance so as to be in contact with the epidermis of the living body 400, and the following processing is executed.
  • each of the temperature sensors 113 and 123 measures the temperature of the surface of the living body 400 (step S1).
  • the measured temperature is stored in the memory 12.
  • each of the heat flux sensors 112 and 122 measures the heat flux on the surface of the living body 400 (step S2).
  • the measured heat flux value is stored in the memory 12.
  • the arithmetic unit 11 reads out the estimation model of the core body temperature (equations (5)-(7)) from the memory 12, the measured temperature of the surface of the living body, the heat flux, and the reference deep body temperature of the living body at the start of the measurement. Initial calibration is performed based on (step S3).
  • the thermal resistance value of the living body 400 used at the time of initial calibration is compared with the reference thermal resistance value at a predetermined thickness (step S4), and the measurement site of the living body 400 is based on the comparison result.
  • the installation state of the sensor in the above is determined (step S5).
  • the comparison result (determination result) of this thermal resistance value is output from the communication circuit 13 (step S6).
  • the comparison result (determination result) of the thermal resistance value can be transmitted to an external terminal via the communication network.
  • the external terminal uses the comparison result of the thermal resistance value to notify the user whether the sensor of the biological temperature measuring device is correctly attached to the living body. As a result, the user can reattach the sensor to the living body if the sensor is not correctly attached to the living body.
  • the arithmetic unit 11 reads the estimation model of the core body temperature (equations (5)-(7)) from the memory 12, and inputs the measured temperature of the surface of the living body and the heat flux into the estimation model to input the core body temperature. Is estimated (step S7).
  • the estimated core body temperature is output from the communication circuit 13 to an external device, and time-series data of the core body temperature is collected (step S8).
  • the thermal resistance value comparison result (determination result) is output from the communication circuit 13, but the installation state determination system 1 is based on the thermal resistance value comparison result. , It may be configured to display whether the sensor of the temperature measuring device is correctly attached to the living body.
  • the installation state determination system 1 may be configured to include a display device such as an LED and display a comparison result (determination result) on the display device.
  • the arithmetic unit 11 compares the thermal resistance value of the living body used at the time of initial calibration with the reference thermal resistance value at a predetermined thickness, but the comparison is performed by an external device. It can also be configured to.
  • the air between the probe and the living body is determined by the value of the thermal resistance of the living body in the initial calibration at the time of attaching the probe. Since it is configured to determine whether there is a layer, if the probe is not attached correctly, it is possible to encourage the user to reattach the probe, and it is possible to measure the core body temperature with little measurement error. It can be carried out.
  • Installation state determination system 100, 200 ... Temperature measuring device, 110, 120, 210, 220 ... Probe, 130, 230 ... Heat conduction member, 400 ... Living body.

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Abstract

本発明の設置状態判定方法は、生体の所定の部位に設置したセンサによって生体の表面の温度と熱流束を計測するステップ（Ｓ１、Ｓ２）、計測された生体の表面の温度と熱流束に基づいて生体の熱抵抗値を算出するステップ（Ｓ３）、算出された生体の熱抵抗値を、生体の所定の部位における参照熱抵抗値と比較するステップ（Ｓ４）、比較の結果に基づいて、生体の所定の部位におけるセンサの設置状態を判定するステップ（Ｓ５）を含む。生体におけるセンサの設置状態を判定し、センサの設置が正しく行われていないことを利用者に通知することができる。

Description

設置状態判定方法、および設置状態判定システム
　本発明は、生体の深部体温を測定する温度測定技術におけるセンサの設置状態判定方法に関する。
　従来から、生体の核心部の温度である深部体温を連続計測することで該日リズム等の生体情報を取得する技術が提案されている。例えば、非特許文献１、２は、生体における熱の伝わる過程を電気的回路に置き換えた熱等価回路を仮定して、温度センサで計測した体表面温度を用いて、非侵襲に深部体温を推定する技術である。
　図１０は、双熱流束法により生体の深部体温を推定する温度測定装置の熱等価回路である。生体４００の表面には２つのプローブ３１０、３２０が配置されている。温度測定装置３００が備えるプローブ３１０、３２０は、互いに熱抵抗が異なる断熱部材（熱抵抗Ｒ１、Ｒ２）を有する。プローブ３１０は、断熱部材Ｒ１を介した体表面温度Ｔ１と体表面熱流束Ｈ１を計測する。プローブ３２０は、断熱部材Ｒ２を介した体表面温度Ｔ２、体表面熱流束Ｈ２を計測する。
　深部体温Ｔｃは、次式（２）で表される。ただし、Ｒｂは、生体４００の熱抵抗を示し、これは未知の値である。
　Ｔｃ＝Ｔ１＋Ｒｂ・Ｈ１
　Ｔｃ＝Ｔ２＋Ｒｂ・Ｈ２　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　上式（２）により、深部体温Ｔｃは、次式（３）で表される。次式（３）を用いることにより、深部体温Ｔｃを推定することができる
　Ｔｃ＝（Ｔ２・Ｈ１－Ｔ１・Ｈ２）／（Ｈ１－Ｈ２）　・・・（３）
　ここで、生体４００は、実際には、連続的な組織で構成されており、隣接する組織と結合していることから、図１０に示すように熱流束の漏れ（ＨＬ１、ＨＬ２）が発生する。この熱流束の漏れ（ＨＬ１、ＨＬ２）は、生体４００内部で発生するため測定することができない。そこで、深部体温Ｔｃの推定において校正を行い、より正確な深部体温Ｔｃを推定する技術が提案されている。
　プローブ３１０、３２０における各熱流束の漏れ（ＨＬ１、ＨＬ２）を考慮した深部体温Ｔｃは、次式（４）で表すことができる。
　Ｔｃ＝Ｔ１＋Ｒｂ・（Ｈ１＋ＨＬ１）
　Ｔｃ＝Ｔ２＋Ｒｂ・（Ｈ２＋ＨＬ２）　　　　　　　　・・・（４）
　上記式（４）を用いて、深部体温Ｔｃは、式（５）で表すことができる。
　Ｔｃ＝（Ｋ・Ｔ２・Ｈ１－Ｔ１・Ｈ２）／（Ｋ・Ｈ１－Ｈ２）　　　・・・（５）
　ここで、Ｋは、２つのプローブ３１０、３２０の熱流束の漏れの割合であり、式（６）で表される。
　Ｋ＝（（Ｈ１＋ＨＬ１）／Ｈ１）／（（Ｈ２＋ＨＬ２）／Ｈ２）　　・・・（６）
　ここで、熱流束の漏れ（ＨＬ１、ＨＬ２）は、生体内部に分布し、測定できないため、Ｋは、次式（７）に表すように、時刻ｔ（０）における参照深部体温Ｔｃ（０）を用いて初期校正される。参照深部体温Ｔｃ（０）は、他の方法で取得した既知の値である。
　Ｋ（０）＝（（Ｔｃ（０）－Ｔ１（０））／Ｈ１（０））
　／（（Ｔｃ（０）－Ｔ２（０））／Ｈ２（０））　・・・（７）
　非特許文献１、２の技術では、温度測定装置３００は、生体４００の表面に接して温度を計測するプローブ３１０、３２０の各々の周囲を覆う熱伝導部材３３０を備える。その場合の熱等価回路のブリッジ回路を図１１に示す。熱伝導部材３３０を備えることにより、外気の熱抵抗Ｒａの変化が熱流束の漏れの割合Ｋに影響しないので、外気の対流状態が変化して熱抵抗Ｒａが変化した場合であっても、熱抵抗Ｒａに依存しない深部体温Ｔｃを推定することができる。
松永他、「外気の対流変化に対する非侵襲深部体温推定手法の検討」、２０１９年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、２０１９年、９月１０日－１３日 松永他、「対流変化を考慮した非侵襲深部体温センサの小型化に向けた検討」、２０２０年電子情報通信学会総合大会、２０２０年、３月１７日－２０日
　しかしながら、非特許文献１、２の技術では、温度測定装置３００を生体４００に設置する際に、温度測定装置３００と生体４００の間に空気層ができてしまうと、設計時の熱等価回路との差異が生じ、外気の対流状態が変化した場合に深部体温の測定精度が悪化するという問題があった。
　本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、生体における温度測定装置のセンサの設置状態を判定し、センサの設置が正しく行われていないことを利用者に通知することができる設置状態判定方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明における設置状態判定方法は、生体の所定の部位に設置したセンサによって前記生体の表面の温度と熱流束を計測するステップと、前記計測された前記生体の表面の温度と熱流束に基づいて前記生体の熱抵抗値を算出するステップと、前記算出された前記生体の熱抵抗値を、前記生体の所定の部位における参照熱抵抗値と比較するステップと、前記比較の結果に基づいて、前記生体の所定の部位における前記センサの設置状態を判定するステップとを含む。
　また、上述した課題を解決するために、本発明における設置状態判定システムは、生体の所定の部位に設置され、前記生体の表面の温度と熱流束を計測するセンサと、前記計測された前記生体の表面の温度と熱流束に基づいて前記生体の熱抵抗値を算出し、前記算出された前記生体の熱抵抗値を、前記生体の所定の部位における参照熱抵抗値と比較する演算装置を備え、前記演算装置は、前記比較の結果に基づいて、前記生体の所定の部位における前記センサの設置状態を判定する。
　本発明によれば、生体における温度測定装置のセンサの設置状態を判定し、センサの設置が正しく行われていないことを利用者に通知することができる設置状態判定方法を提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態における温度測定装置の熱等価回路を示す図である。 図２は、本実施の形態における温度測定装置の熱等価回路のブリッジ回路を示す図である。 図３は、空気層がある場合の温度測定装置の熱等価回路を示す図である。 図４は、空気層がある場合の温度測定装置の熱等価回路のブリッジ回路を示す図である。 図５は、空気層がある場合の温度計測誤差を説明するための図である。 図６は、生体の熱抵抗と厚みの関係を説明するための図である。 図７は、本発明の実施の形態における温度測定装置の構成例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態における設置状態判定システムの構成例を示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態における設置状態判定方法の動作フローチャートである。 図１０は、従来の温度測定装置の熱等価回路を示す図である。 図１１は、従来の温度測定装置の熱等価回路のブリッジ回路を示す図である。
　以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図９を参照して詳細に説明する。
　＜温度測定装置における温度測定＞
　まず、本発明の設置状態判定方法および設置状態判定システムにおいて用いられる温度測定装置における温度測定について説明する。
　本発明の設置状態判定方法および設置状態判定システムにおいて用いられる温度測定装置は、物質の温度に関する物理量を第１基準に基づいて計測する第１プローブと、その物質の温度に関する物理量を第２基準に基づいて計測する第２プローブとを備え、第１プローブおよび第２プローブを各々覆い、その物質からの熱を輸送する熱伝導部材とを備える。この温度測定装置を生体の深部体温の測定システムに適用した場合、第１プローブ、第２プローブは、互いに熱抵抗（第１基準、第２基準）を有し、それぞれが生体４００の表皮における体表面温度および体表面熱流束を計測するように構成される。
　図１、２は、本発明の設置状態判定方法および設置状態判定システムにおいて用いられる温度測定装置１００の熱等価回路を示している。図１における温度測定装置１００は、生体４００の表皮に接して２つのプローブ（第１プローブ、第２プローブ）１１０、１２０が配置されている。プローブ１１０、１２０は互いに熱抵抗（第１基準、第２基準）が異なり、それぞれが生体４００の表皮における体表面温度および表面熱流束を計測する。
　生体４００と、プローブ１２０と、熱伝導部材１３０と、外気とを有する熱等価回路において、Ｔａは外気温、Ｒａは外気への熱抵抗、Ｒ１はプローブ１２０の熱抵抗で既知の値、Ｈ１は熱抵抗Ｒ１における熱流束、Ｒｂは生体４００の熱抵抗、ＨＬ１は、生体４００内部で生ずる熱流束の漏れを示している。
　生体４００の表皮に接していない、２つのプローブ１１０、１２０の外周面を覆うように熱伝導部材１３０が設けられている。これにより 外気の対流状態が変化して熱抵抗Ｒａが変化した場合であっても、熱抵抗Ｒａに依存しない深部体温Ｔｃを推定することができるように構成されている。
　熱伝導部材１３０は、外気よりも熱伝導率の高い材料からなり、プローブ１１０、１２０の周囲の温度と生体４００の表面の温度とを等しくするよう、生体４００の表面から伝わる熱を輸送する。
　図１に示すプローブ１２０と周辺の熱抵抗とが結合して、図２に示すブリッジ回路が形成される。図２に示すブリッジ回路において、外気への熱抵抗Ｒａは、熱伝導部材１３０を設けることによってブリッジ回路の外に接続される。そのため、外気への熱抵抗Ｒａが変化しても、熱流束の漏れ（ＨＬ１、ＨＬ２）の割合は変化しない。
　本実施の形態における温度測定装置１００は、生体４００の表面に接して温度を計測するプローブ１１０、１２０の各々の周囲を覆う熱伝導部材１３０を備えるので、外気の対流状態が変化して熱抵抗Ｒａが変化した場合であっても、熱抵抗Ｒａに依存しない深部体温Ｔｃを推定することができる。
＜空気層が形成された場合の熱等価回路＞
　次に、本実施の形態における温度測定装置２００のセンサと生体４００の間に空気層が形成された場合の熱等価回路について説明する。図３、４は、温度測定装置２００と生体４００の間に空気層が形成された場合における、温度測定装置の熱等価回路およびブリッジ回路である。
　図３の熱等価回路では、温度測定装置２００のセンサと生体４００の間に空気層が形成されており、空気層の熱抵抗Ｒｔが配置されている。プローブ２１０、２２０と周辺の熱抵抗とが結合して、図４に示すブリッジ回路が形成される。
　図４のブリッジ回路では、外気の対流状態が変化した場合に、空気層により形成された熱抵抗Ｒｔの変化により、プローブ内の熱流束と生体内の熱流束の漏れのバランスが変化する。すなわち、上述した式（５）における、Ｈ１、Ｈ２、ＨＬ１、ＨＬ２が変化し、その結果として、外気の対流状態が変化した場合に深部体温の測定精度が悪化することになる。
　図５は、空気層がある場合の温度計測誤差を説明するための図である。図５に示すように、温度測定装置２００のセンサと生体４００の間に空気層がある場合には、空気層における熱抵抗Ｒｔが外気の風速の影響を受けて変化し、プローブ内の熱流束と生体内の熱流束の漏れのバランスが変化して深部体温の測定精度が悪化することになる。
　そこで、本実施の形態では、実測した体表面温度と体表面熱流束に基づいて計算した初期校正時における生体の熱抵抗の値を、生体の所定の厚さにおける参照熱抵抗値と比較することにより、温度測定装置２００と生体４００の間の空気層の有無を判定するように構成している。
　具体的には、初期校正時に用いた、式（７）における熱抵抗値（Ｔｃ（０）－Ｔ１（０））／Ｈ１（０）を、生体の所定の厚さにおける参照熱抵抗値と比較し、その比較結果に基づいて、空気層の形成の有無を判定する。
　図６は、空気層が１ｍｍの場合と空気層が無い場合の熱抵抗と生体の厚みの関係の一例を示したものである。空気層がない場合、生体の測定部位のおおよその厚みが既知であれば、その部位における想定される熱抵抗の値を予め把握することができる。また、空気の熱伝導率(０．０２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）)は、生体の熱伝導率(０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）)に比べて、１４倍程度低い。
　このことを利用して、おおよその厚みが既知である生体の測定部位において想定される熱抵抗の値とそのしきい値を設定しておき、初期校正時における生体の熱抵抗の値と想定される熱抵抗の値との差が、所定のしきい値を超えたか否かを判定することにより、センサの貼付け面に空気層が存在するかを判定することができる。
　例えば、測定部位が額の場合には、厚みが１０±５ｍｍであると想定されるので、この厚みの誤差の熱抵抗の値をしきい値として設定しておき、初期校正時における生体の熱抵抗の値と想定される熱抵抗の値との差がこのしきい値を超えたか否かによりプローブの貼付け面に空気層が存在するかを判定することができる。
　図６の例では、生体の厚み１０ｍｍにおいて、熱抵抗０．０４（Ｋ／Ｗ）をしきい値として設定しておき、初期校正時における生体の熱抵抗の値が熱抵抗０．０４（Ｋ／Ｗ）を超える場合には、空気層が存在すると判定することができる。上記想定される生体の厚みおよびしきい値の値は、センサが設置される生体の部位に応じて異なるので、センサの設置部位に応じて予め設定しておけばよい。
　このように、本実施の形態では、プローブの貼付け時に校正された生体の熱抵抗の値によって、プローブと生体の間に空気層があるか判定するように構成したので、これを利用して、プローブの貼り付けが正しく行われているかを利用者に通知し、プローブの貼り直しを促すことができる。
　なお、本実施の形態では、２つのプローブによって実測した体表面温度と体表面熱流束を用いて生体の深部温度を推定するので、２つのプローブの何れか一方のプローブのセンサと生体の間に空気層が形成されると、深部温度の測定誤差が生じることとなる。そのため、２つのプローブの少なくとも何れか一方のプローブにおいて空気層があると判定された場合には、プローブの貼り直しが必要となる。
＜温度測定装置の構成＞
　図７を用いて、本発明の設置状態判定方法および設置状態判定システムにおいて用いられる温度測定装置の構成例を説明する。温度測定装置１００は、２つのプローブ１１０、１２０、およびプローブ１１０、１２０の周囲を覆うアルミなどで構成される熱伝導部材１３０を備える。プローブ１１０、１２０のそれぞれは、断熱部材（第１熱抵抗体、第２熱抵抗体）１１１、１２１、熱流束センサ（第１熱流束計測部、第２熱流束計測部）１１２、１２２、および温度センサ（第１温度計測部、第２温度計測部）１１３、１２３を備える。
　断熱部材１１１、１２１は、熱抵抗体を構成し、互いに異なる熱抵抗値を有する。断熱部材１１１、１２１は、例えば、互いに異なる材料により形成された同一の立体形状を有していてもよい。あるいは、断熱部材１１１、１２１は厚みや材質が異なる断熱材で互いに異なる熱抵抗値を有するように構成されていてもよい。
　熱流束センサ１１２、１２２は、単位時間、単位面積当たりの熱の移動を計測するデバイスである。熱流束センサ１１２、１２２は、断熱部材１１１、１２１の生体４００の表皮側の端部に設けられる。
　温度センサ１１３、１２３は、生体４００の表面の温度を計測する。温度センサ１１３、１２３は、サーミスタ、熱電対、測温抵抗体などで構成されていてもよい。
　プローブ１１０、１２０の外周面は、アルミや銅などの金属やグラフェンシートなど高熱伝導率を有する材料で構成される熱伝導部材１３０に覆われている。外気は直接プローブ１１０、１２０には接しておらず、熱伝導部材１３０と接している。
　熱伝導部材１３０は、プローブ１１０、１２０が生体４００に接触している体表面の温度とプローブ１１０、１２０が生体４００に接触していない面およびその周囲の温度とを等しくする、すなわち等温領域を作る機能を有する。このような等温領域が形成されることで、図１に示したような所望の熱等価回路が成立する。
　熱伝導部材１３０のプローブ１１０、１２０周囲の厚さは、外気への熱抵抗Ｒａや生体４００の熱抵抗Ｒｂなどを考慮して等温領域を形成するために最適な厚さとすればよい。より詳細には、プローブ１１０、１２０の表面積等や、生体４００の部位や血流等を考慮して決定することができる。
　なお、図７では、各プローブ１１０、１２０が、温度センサ１１３、１２３と熱流束センサ１１２、１２２を備える構成例を説明したが、各プローブが、生体の温度と熱流束を測定できる構成であれば、他の構成によって温度測定装置を構成してもよい。例えば、プローブの上部と下部のそれぞれに温度センサを設置して、それぞれの温度センサの計測結果を用いて流束を算出するように構成してもよい。
＜設置状態判定システムの構成＞
　図８は、本発明の設置状態判定システム１の構成例を示すブロック図である。本発明の設置状態判定システム１は、上述した構成を有する温度測定装置１００を用いて生体の温度及び熱流束を計測する。
　設置状態判定システム１は、温度測定装置１００、演算装置１１、メモリ１２、外部とのＩ／Ｆ回路として機能する通信回路１３、および演算装置１１や通信回路１３などに電力を供給する電池１４を備える。
　演算装置１１は、熱流束センサ１１２、１２２で計測された熱流束と、温度センサ１１３、１２３で計測された体表面温度とに基づいて、生体４００の深部体温を推定する。より詳細には、演算装置１１は、上述した式（５）から（７）を用いて、深部体温Ｔｃを推定する。深部体温Ｔｃを推定する際には、式（７）を用いて初期校正が行われる。
　さらに、演算装置１１は、初期校正時における生体４００の熱抵抗の値と、生体の所定の厚さにおける参照熱抵抗値を比較する。詳細には、演算装置１１は、上述した式（７）における初期校正時の生体４００の熱抵抗の値と、所定の厚さにおける参照熱抵抗値を比較し、比較結果を出力する。
　メモリ１２は、予め構築された深部体温Ｔｃの推定モデル（式（５）－（７））に関する情報を記憶している。また、メモリ１２は、各プローブ１１０、１２０における熱抵抗値、初期校正時に用いる生体の参照深部体温、所定の厚さにおける参照熱抵抗値を予め記憶している。
　メモリ１２は、設置状態判定システム１内に設けられた書き換え可能な不揮発性の記憶装置（例えば、フラッシュメモリなど）における所定の記憶領域によって実現することができる。
　通信回路１３は、演算装置１１によって生成された生体４００の深部体温Ｔｃ、熱抵抗の値の比較結果を外部に出力する。このような通信回路１３としては、有線でデータなどを出力する場合は、ＵＳＢその他のケーブルが接続できる出力回路を用いることができる。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等に準拠した無線通信回路を用いてもよい。
　なお、図示していないが、設置状態判定システム１は、温度測定装置１００、演算装置１１、メモリ１２、通信回路１３、および電池１４を載置するための土台として機能するシート状の基材と、これらの装置を電気的に接続する配線を備えている。
　設置状態判定システム１は、コンピュータによって実現される。具体的には、演算装置１１は、例えば、ＣＰＵやＤＳＰなどのプロセッサが設置状態判定システム１内に設けられたメモリ１２を含むＲＯＭ、ＲＡＭ、およびフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されたプログラムに従って各種データ処理を実行することによって実現される。コンピュータを設置状態判定システム１として機能させるための上記プログラムは、記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
＜設置状態判定方法の動作＞
　以下、本発明の設置状態判定システム１により実行される設置状態判定方法について、図９のフローチャートを用いて説明する。本実施の形態に係る設置状態判定方法では、予め生体４００の表皮に接するように温度測定装置１００が設置されて以下の処理が実行される。
　まず、温度センサ１１３、１２３のそれぞれは、生体４００の表面の温度を計測する（ステップＳ１）。計測された温度はメモリ１２に記憶される。
　次に、熱流束センサ１１２、１２２のそれぞれは、生体４００の表面の熱流束を計測する（ステップＳ２）。計測された熱流束の値は、メモリ１２に記憶される。
　その後、演算装置１１は、メモリ１２から深部体温の推定モデル（式（５）－（７））を読み出し、計測された生体の表面の温度、熱流束、および計測開始時における生体の参照深部体温に基づいて初期校正を行う（ステップＳ３）。
　本実施の形態では、初期校正時に用いた生体４００の熱抵抗の値を、所定の厚さにおける参照熱抵抗値と比較し（ステップＳ４）、その比較の結果に基づいて、生体４００の測定部位におけるセンサの設置状態を判定する（ステップＳ５）。
　この熱抵抗の値の比較結果（判定結果）は、通信回路１３から出力される（ステップＳ６）。例えば、通信ネットワークを介して熱抵抗の値の比較結果（判定結果）を外部の端末に送信することができる。
　外部端末では、熱抵抗の値の比較結果を用いて、生体温度測定装置のセンサの生体への貼り付けが正しく行われているかを利用者に通知する。これにより、利用者は、センサの生体への貼り付けが正しく行われていない場合には、センサの生体への貼り付けを再度行うことができる。
　その後、演算装置１１は、メモリ１２から深部体温の推定モデル（式（５）－（７））を読み出し、計測された生体の表面の温度、熱流束を推定モデルに入力することにより、深部体温を推定する（ステップＳ７）。推定した深部体温は通信回路１３から外部装置に出力されて、深部体温の時系列データが収集される（ステップＳ８）。
　なお、上述した実施形態では、熱抵抗の値の比較結果（判定結果）を、通信回路１３から出力するように構成したが、設置状態判定システム１において、熱抵抗の値の比較結果に基づいて、温度測定装置のセンサの生体への貼り付けが正しく行われているかを表示するように構成してもよい。例えば、設置状態判定システム１が、ＬＥＤ等の表示装置を備え、その表示装置に比較結果（判定結果）を表示するように構成することもできる。
　また、上述した実施形態では、初期校正時に用いた生体の熱抵抗の値と、所定の厚さにおける参照熱抵抗値との比較を演算装置１１において行ったが、その比較を外部装置において行うように構成することもできる。
　以上説明したように、本実施の形態における設置状態判定システムによれば、深部温度を測定する際に、プローブの貼付け時の初期校正における生体の熱抵抗の値によって、プローブと生体の間に空気層があるかを判定するように構成したので、プローブの貼り付けが正しく行われていない場合は、利用者に対してプローブの貼り直しを促すことができ、測定誤差の少ない深部体温の測定を行うことができる。
　以上、本発明の設置状態判定システムおよび設置状態判定方法における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。
　１…設置状態判定システム、１００、２００…温度測定装置、１１０、１２０、２１０、２２０…プローブ、１３０、２３０…熱伝導部材、４００…生体。

Claims (8)

  1. 　生体の所定の部位に設置したセンサによって前記生体の表面の温度と熱流束を計測するステップと、
    　前記計測された前記生体の表面の温度と熱流束に基づいて前記生体の熱抵抗値を算出するステップと、
    　前記算出された前記生体の熱抵抗値を、前記生体の所定の部位における参照熱抵抗値と比較するステップと、
    　前記比較の結果に基づいて、前記生体の所定の部位における前記センサの設置状態を判定するステップと
    　を含む設置状態判定方法。
  2. 　請求項１記載の設置状態判定方法において、
    　前記算出した前記生体の熱抵抗値と前記参照熱抵抗値の差が、所定のしきい値を超えている場合に、前記センサと前記前記生体の間に空気層があると判定する
    　設置状態判定方法。
  3. 　請求項１記載の設置状態判定方法において、
    　前記計測された前記生体の表面の温度、熱流束、および計測開始時における前記生体の参照深部体温に基づいて前記生体の熱抵抗値を算出する　
    　設置状態判定方法。
  4. 　請求項１記載の設置状態判定方法において、
    　前記生体の所定の部位における前記参照熱抵抗値は、前記生体の厚さ毎に予め定められている
    　設置状態判定方法。
  5. 　生体の所定の部位に設置され、前記生体の表面の温度と熱流束を計測するセンサと、
    　前記計測された前記生体の表面の温度と熱流束に基づいて前記生体の熱抵抗値を算出し、
    　前記算出された前記生体の熱抵抗値を、前記生体の所定の部位における参照熱抵抗値と比較する演算装置を備え、
    　前記演算装置は、前記比較の結果に基づいて、前記生体の所定の部位における前記センサの設置状態を判定する
    　設置状態判定システム。
  6. 　請求項５記載の設置状態判定システムにおいて、
    　前記算出した前記生体の熱抵抗値と前記参照熱抵抗値の差が、所定のしきい値を超えている場合に、前記センサと前記前記生体の間に空気層があると判定する
    　設置状態判定システム。
  7. 　請求項５記載の設置状態判定システムにおいて、
    　前記計測された前記生体の表面の温度、熱流束、および計測開始時における前記生体の参照深部体温に基づいて前記生体の熱抵抗値を算出する
    　設置状態判定システム。
  8. 　請求項５記載の設置状態判定システムにおいて、
    　前記生体の所定の部位における前記参照熱抵抗値は、前記生体の厚さ毎に予め定められている
    　設置状態判定システム。
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