JP7147977B2 - 温度測定方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、物質の深部温度を測定する温度測定方法、および、この方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

物質、例えば生体には、表皮から深部に向かってある一定の深さを超えると、外気温の変化等に左右されない温度領域が存在する。その領域の温度は、深部体温、あるいは核心部温度と呼ばれる。一方、外気温の変化を受けやすい生体の表層の温度は、体表面温度と呼ばれる。体表面温度は、経皮的な体温計により計測されることができる。経皮的な体温計により計測された体温は、深部体温を反映していない場合がある。そのため、深部体温を体表面温度のように経皮的に計測することは困難である。深部体温は重要な生体情報であるが、従来の計測技術では侵襲を伴い計測負荷が大きいため連続測定が困難である。

そこで、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深部体温を推定する技術が提案されている。この種の技術は、例えば非特許文献１に開示されている。

図１１は、関連する生体内温度測定装置のブロック図である。この生体内温度測定装置は、双熱流束法により生体の深部体温を推定するものであり、２つのプローブ１１１ａ，１１１ｂを備えている。これらのプローブ１１１ａ，１１１ｂは生体１３０の表面に配置される。プローブ１１１ａは、熱抵抗Ｒ_S1の断熱部材を有し、この断熱部材（Ｒ_S1）を介した体表面温度Ｔ_S1，Ｔ_S3を計測する。プローブ１１１ｂは、熱抵抗Ｒ_S1とは異なる熱抵抗Ｒ_S2の断熱部材を有し、この断熱部材（Ｒ_S2）を介した体表面温度Ｔ_S2，Ｔ_S4を計測する。

プローブ１１１ａ，１１１ｂの熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2は、それぞれ式（１ａ），（１ｂ）により求められる。
Ｈ_S1＝（Ｔ_S1－Ｔ_S3）／Ｒ_S1 ・・・（１ａ）
Ｈ_S2＝（Ｔ_S2－Ｔ_S4）／Ｒ_S2 ・・・（１ｂ）

深部体温Ｔ_Cは、式（２ａ），（２ｂ）で表される。ただし、Ｒ_Bは生体の熱抵抗を示し、これは未知の値である。
Ｔ_C＝Ｔ_S1＋Ｒ_B・Ｈ_S1 ・・・（２ａ）
Ｔ_C＝Ｔ_S2＋Ｒ_B・Ｈ_S2 ・・・（２ｂ）

式（２ａ），（２ｂ）からＲ_Bを消去すると、式（３）が得られる。

式（３）を用いることにより、深部体温Ｔ_Cを推定することができる。ところが、実際には、生体１３０を構成する各組織は体表面と平行な方向の組織とも結合しているので、熱流束の漏れＨ_Lが発生する。この熱流束の漏れＨ_Lは、生体１３０の内部で発生するので、測定することができない。そこで、非特許文献１は、深部体温Ｔ_Cの推定において校正を行い、より正確な深部体温Ｔ_Cを推定する技術を開示している。

図１２に示すように、生体１３０の熱流束α₁Ｈ_S1，α₂Ｈ_S2は、プローブ１１１ａ，１１１ｂの熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2に、熱流束の漏れＨ_L1，Ｈ_L2を加えたものである。ここで、α₁，α₂は、プローブ１１１ａ，１１１ｂの熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2に対する熱流束の漏れＨ_L1，Ｈ_L2の割合である。α₁，α₂は、プローブ１１１ａ，１１１ｂの熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2に対する生体１３０の熱流束α₁Ｈ_S1，α₂Ｈ_S2の比で定義される。

式（２ａ），（２ｂ）におけるＨ_S1，Ｈ_S2をα₁Ｈ_S1，α₂Ｈ_S2に置き換えることにより、熱流束の漏れＨ_L1，Ｈ_L2を考慮した深部体温Ｔ_Cを表す式（４ａ），（４ｂ）が得られる。
Ｔ_C＝Ｔ_S1＋Ｒ_B・α₁Ｈ_S1 ・・・（４ａ）
Ｔ_C＝Ｔ_S2＋Ｒ_B・α₂Ｈ_S2 ・・・（４ｂ）

式（４ａ），（４ｂ）からＲ_Bを消去すると、式（５）が得られる。ただし、係数Ｋは、「２つのセンサ（プローブ１１１ａ，１１１ｂ）の熱流束の漏れの割合」と呼ばれる変数であり、α₁とα₂との比（Ｋ＝α₁／α₂）で表される。

式（５）を用いることにより、熱流束の漏れＨ_L1，Ｈ_L2を考慮した深部体温Ｔ_Cを推定することができる。係数Ｋは、式（６）に示すように、あらかじめ取得された深部体温Ｔ_Cの参照値Ｔ_Cref(0)によって校正される。

Ｊ．Ｆｅｎｇ，Ｃ．Ｚｈｏｕ，Ｃ．Ｈｅ，Ｙ．Ｌｉ，Ｘ．Ｙｅ，"Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｃｏｒｅ ｂｏｄｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｕａｌ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，"Ｍｅｄ．Ｅｎｇ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３８，ｎｏ．４，ｐｐ．６５２－６６８，Ａｐｒ．２０１７．

しかし、関連する生体内温度測定装置では、風などの影響で外気の対流状態が変化すると、深部体温Ｔ_Cの推定値に誤差が生ずるという問題があった。

よって、本発明は、外気の対流状態の変化にかかわらず物質の深部温度をより正確に推定することができる温度測定技術を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明の温度測定方法は、物質の温度に関する物理量を計測するステップと、校正された係数と前記計測された物理量とを用いて前記物質の深部温度を推定するステップと、前記計測された物理量と前記推定された深部温度とを用いて指標を計算するステップと、前記計算された指標の値が閾値を超えた場合に、前記計測された物理量と深部温度の参照値とを用いて前記係数を校正するステップとを備え、前記計測するステップは、第１熱抵抗体を備える第１プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第１表面温度Ｔ _S1 および第１熱流束Ｈ _S1 を計測するステップと、前記第１熱抵抗体の熱抵抗とは異なる熱抵抗を有する第２熱抵抗体を備える第２プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第２表面温度Ｔ _S2 および第２熱流束Ｈ _S2 を計測するステップとを含む。

また、本発明のプログラムは、物質の温度に関する物理量を計測するステップと、校正された係数と前記計測された物理量とを用いて前記物質の深部温度を推定するステップと、前記計測された物理量と前記推定された深部温度とを用いて指標を計算するステップと、前記計算された指標の値が閾値を超えた場合に、前記計測された物理量と深部温度の参照値とを用いて前記係数を校正するステップとをコンピュータに実行させ、前記計測するステップは、第１熱抵抗体を備える第１プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第１表面温度Ｔ _S1 および第１熱流束Ｈ _S1 を計測するステップと、前記第１熱抵抗体の熱抵抗とは異なる熱抵抗を有する第２熱抵抗体を備える第２プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第２表面温度Ｔ _S2 および第２熱流束Ｈ _S2 を計測するステップとを含む。

本発明では、計測された物理量と推定された深部温度とを用いて指標を計算し、指標の値が閾値を超えた場合に、深部温度の推定に用いられる係数を校正する。これにより、外気の対流状態の変化により深部温度の推定誤差が生じたタイミングで係数が校正される。このようにして校正された係数を用いて物質の深部温度を推定することにより、推定誤差が低減する。したがって、本発明によれば、外気の対流状態の変化にかかわらず、深部温度をより正確に推定することができる。

図１は、本発明の実施の形態である生体内温度測定装置の構成を示すブロック図である。 図２は、計測ユニットの構成を示すブロック図である。 図３は、演算ユニットの構成を示すブロック図である。 図４は、演算ユニットの機能ブロック図である。 図５は、校正タイミングを検出するための指標と深部体温の推定誤差との関係を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態である生体内温度測定方法による処理の流れを示すフローチャートである。 図７Ａおよび図７Ｂは、生体内温度測定装置の熱等価回路を示す図である。 図８は、係数および生体の深部体温の推定値に対する風の影響を示すグラフである。 図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄは、係数の再校正を繰り返し行なった実験の結果を示すグラフである。 図１０は、係数の再校正を行った場合の推定誤差と行わなかった場合の推定誤差とを比較したグラフである。 図１１は、関連する生体内温度測定装置のブロック図である。 図１２は、熱流束の漏れを示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［温度測定装置の構成］
図１に示すように、本発明の実施の形態である生体内温度測定装置１は、生体３０の温度に関する物理量を計測する計測ユニット１０と、計測ユニット１０から出力された物理量を用いて生体３０の深部体温（深部温度）を演算する演算ユニット２０とを備えている。生体３０の温度に関する物理量は、生体３０の表面温度および熱流束を含む。

［計測ユニットの構成］
図２に示すように、計測ユニット１０は、２つのプローブ（第１プローブ、第２プローブ）１１ａ，１１ｂを備えている。プローブ１１ａ，１１ｂは、断熱部材（第１熱抵抗体、第２熱抵抗体）１２ａ，１２ｂ、熱流束センサ（第１熱流束計測部、第２熱流束計測部）１３ａ，１３ｂ、および、温度センサ（第１温度計測部、第２温度計測部）１４ａ，１４ｂをそれぞれ備えている。

断熱部材１２ａ，１２ｂは、熱抵抗体を構成し、互いに異なる熱抵抗値を有している。本実施の形態では、断熱部材１２ａ，１２ｂは、互いに異なる材料で形成された同一の立体形状を有している。断熱部材１２ａ、１２ｂ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形成されていてもよい。

熱流束センサ１３ａ，１３ｂは、単位時間、単位面積当たりの熱の移動を意味する熱流束（第１熱流束、第２熱流束）Ｈ_S1，Ｈ_S2を計測するデバイスである。本実施の形態では、熱流束センサ１３ａ，１３ｂは、断熱部材１２ａ，１２ｂの端部に設けられている。生体３０の深部体温を測定するとき、プローブ１１ａ，１１ｂは、熱流束センサ１３ａ，１３ｂが生体３０の表面に接するように配置される。

温度センサ１４ａ，１４ｂは、生体３０の表面（表皮）の温度（第１表面温度、第２表面温度）Ｔ_S1，Ｔ_S2を計測するデバイスである。本実施の形態では、温度センサ１４ａ，１４ｂは、熱流束センサ１３ａ，１３ｂ上に設けられている。温度センサ１４ａ，１４ｂは、サーミスタ、熱電対、測温抵抗体などで構成されることができる。

計測ユニット１０は、深部体温計１６を備えている。深部体温計１６は、後述する係数Ｋの校正に用いられる生体３０の深部体温の参照値Ｔ_Crefを測定するデバイスである。深部体温計１６は、例えば、鼓膜または内耳の温度を測定する体温計などによって構成される。この種の体温計によって測定された温度が深部体温の参照値Ｔ_Crefとして使用される。

［演算ユニットの構成］
演算ユニット２０は、コンピュータによって構成される。図３に示すように、演算ユニット２０は、プロセッサ２１と、メモリ２２と、Ｉ／Ｆ回路２３，２４，２５，２６とを含んでいる。これらのエレメント２１～２６は、バス２７によって相互に接続されている。

プロセッサ２１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＤＳＰ（digital signal processor）などによって構成される。メモリ２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびフラッシュメモリなどの記憶装置によって構成される。

Ｉ／Ｆ回路２３は、上述した計測ユニット１０のインターフェースである。Ｉ／Ｆ回路２４は、非一時的なコンピュータ可読記録媒体（non-transitory computer readable medium）４１のインターフェースである。記録媒体４１としては、例えば、ＣＤ（Compact Disc）およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクや、外部メモリを使用することができる。

Ｉ／Ｆ回路２５は、モニタ４２のインターフェースである。Ｉ／Ｆ回路４３は、通信回路４３のインターフェースである。通信回路４３は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの規格のケーブルが接続される入出力回路でもよいし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などに準拠した無線通信回路であってもよい。

本発明の実施の形態であるプログラム４４は、記録媒体４０に記録された状態で提供される。あるいは、プログラム４４は、電気通信回線を通じて提供されることもできる。提供されたプログラム４４は、プロセッサ２１によってメモリ２１に格納される。そして、プロセッサ２１がプログラム４４にしたがって動作することにより、図４に示すような機能部が実現されると共に、図６に示すような一連の処理が実行される。

［演算ユニットの機能］
演算ユニット２０を機能面から捉えると、演算ユニット２０は、図４に示すように、深部体温推定部５１と、校正タイミング検出部５２と、係数校正部５３とを含んでいる。

深部体温推定部５１は、計測ユニット１０から出力された物理量と、校正された係数とを用いて、生体３０の深部体温を推定する機能部である。具体的には、深部体温推定部５１は、プローブ１１ａ，１１ｂによって計測された生体３０の表面の温度Ｔ_S1，Ｔ_S2および熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2と、係数Ｋ（＝α₁／α₂）とを用いて、上述した式（５）から、生体３０の深部体温Ｔ_Cを推定する。表面温度Ｔ_S1，Ｔ_S2および熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2は一定のサンプリング間隔で出力される。その間隔で深部体温Ｔ_Cを推定することもできるが、係数Ｋについては後述するタイミングで校正されたものを使用する。

深部体温推定部５１は、推定された生体３０の深部体温Ｔ_Cの時系列データを生成して出力する。時系列データは、測定時刻と推定された深部体温Ｔ_Cとを互いに関連付けたデータである。深部体温推定部５１から出力された時系列データは、モニタ４２に表示されるか、あるいは通信回路４３を通じて外部に出力される。

校正タイミング検出部５２は、係数Ｋを校正するタイミングを検出する機能部である。より詳しくは、校正タイミング検出部５２は、計測ユニット１０から出力された物理量（Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｈ_S1，Ｈ_S2）と、深部体温推定部５１によって推定された生体３０の深部体温Ｔ_Cとを用いて指標を計算し、指標の値が閾値を超えたタイミングで、後述する係数校正部５３に係数Ｋの校正を指示する。

本実施の形態では、指標として、ΔＲ_B・α_i（ｉ＝１，２）を用いる。ΔＲ_B・α_iはＲ_B・α_iの変化率（＝現在のＲ_B・α_i／係数Ｋを前回校正したときのＲ_B・α_i）である。Ｒ_Bは生体３０の熱抵抗である。α_iは、プローブ１１ａ，１１ｂの熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2に対する熱流束の漏れＨ_L1，Ｈ_L2の割合である。α_iは、プローブ１１ａ，１１ｂの熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2に対する生体３０の熱流束α₁Ｈ_S1，α₂Ｈ_S2の比で定義される。ΔＲ_B・α_iは、２つ以上の熱流束センサ（１３ａ，１３ｂ）を利用することで取得可能な指標である。

ΔＲ_B・α_iは式（７ａ），（７ｂ）によって求められる。
ΔＲ_B・α₁＝｛(Ｔ_C－Ｔ_S1)／Ｈ_S1｝／｛(Ｔ_C(0)－Ｔ_S1(0))／Ｈ_S1(0)｝（７ａ）
ΔＲ_B・α₂＝｛(Ｔ_C－Ｔ_S2)／Ｈ_S2｝／｛(Ｔ_C(0)－Ｔ_S2(0))／Ｈ_S2(0)｝（７ｂ）

式（７ａ），（７ｂ）は、式（４ａ），（４ｂ）を変形することよって得られる。ただし、（Ｔ_C(0)－Ｔ_Si(0))／Ｈ_Si(0)は、係数Ｋを前回校正したときの（Ｔ_C－Ｔ_Si）／Ｈ_Siである。したがって、指標ΔＲ_B・α_iは、係数Ｋを前回校正したときを基準とした（Ｔ_C－Ｔ_Si）／Ｈ_Siの変化率と表現することができる。

指標として、ΔＲ_B・α₁およびΔＲ_B・α₂の両方を用いてもよい。しかし、ΔＲ_B・α₁とΔＲ_B・α₂は同じように変化するので、ΔＲ_B・α₁およびΔＲ_B・α₂のいずれかを指標として用いれば十分である。

外気の対流状態の変化により、ΔＲ_B・α_iの値にばらつきが生じる場合がある。このため、過去の所定期間に計算された複数のΔＲ_B・α_iの値を平均し、そのΔＲ_B・α_iの平均値を指標として閾値と比較するようにしてもよい。

指標ΔＲ_B・α_iの閾値は、外気温、アプリケーション毎に異なる必要精度、および、プローブ１１ａ，１１ｂの構造に依存する。生体内温度測定装置１に対する事前の検証により、ΔＲ_B・α_iと生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定誤差（℃）との関係を示す図５が得られた。アプリケーションとして必要精度（必要誤差範囲）を０．１℃に設定すると、図５からΔＲ_B・α_iが５％を超えると推定誤差が拡大することがわかる。よって、本実施の形態では、±５％を閾値に設定する。

係数校正部５３は、校正タイミング検出部５２からの指示により係数Ｋを再校正する機能部である。係数校正部５３は、計測ユニット１０から出力された物理量（Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｈ_S1，Ｈ_S2）と、計測ユニット１０から適宜出力された生体３０の深部体温の参照値Ｔ_Crefとを用いて、係数Ｋを校正する。係数校正部５３は、式（６）を用いて係数Ｋを再校正する。なお、係数校正部５３は、式（６）を用いた係数Ｋの初期校正も行なう。

［温度測定方法］
次に、本発明の実施の形態である生体内温度測定方法として、図６を参照しながら、生体内温度測定装置１の動作について説明する。ここでは、係数Ｋを校正するタイミングを検出するための指標として、ΔＲ_B・α₁を用いるものとする。

オペレータは、予め、プローブ１１ａ，１１ｂの熱流束センサ１３ａ，１３ｂが生体３０の表面に接するように、プローブ１１ａ，１１ｂを生体３０の表面に並んで配置する。それから、初期設定として、オペレータが、演算ユニット２０の入力装置（図示せず）から、係数Ｋを校正するタイミングを検出するための指標の閾値とを入力する。本実施の形態では、ΔＲ_B・α₁の上限の閾値ＳＨ_Hを「１．０５」（＝５％）、ΔＲ_B・α₁の下限の閾値ＳＨ_Lを「０．９５」（＝－５％）とする。プロセッサ２１は、深部体温の参照値Ｔ_Cref(0)および閾値をメモリ２２に記憶する（ステップＳ１）。

オペレータが入力装置から深部体温の測定開始を指示すると（ステップＳ２）、プロセッサ２１はまず、プローブ１１ａ，１１ｂに対して、生体３０の表面の温度Ｔ_S1，Ｔ_S2および熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2の計測を開始させる。その後、プローブ１１ａ，１１ｂから一定のサンプリング間隔で、表面温度Ｔ_S1，Ｔ_S2および熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2の計測値が出力される。なお、表面温度Ｔ_S1，Ｔ_S2および熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2の計測は、本発明における「物質の温度に関する物理量を計測するステップ」に相当する。

プロセッサ２１は続いて係数Ｋの初期校正を行う（ステップＳ３）。具体的には、プロセッサ２１は、測定開始から間もなくしてプローブ１１ａ，１１ｂから出力された表面温度Ｔ_S1(0)，Ｔ_S2(0)および熱流束Ｈ_S1(0)，Ｈ_S2(0)と、初期校正のために深部体温計１６によって取得された現在の深部体温の参照値Ｔ_Cref(0)とを式（６）に代入して係数Ｋ₍₀₎を求め、この係数Ｋ₍₀₎を係数Ｋとしてメモリ２２に記憶する。この係数Ｋの初期校正は、図４における係数校正部５３の機能である。

オペレータから測定終了の指示がなければ（ステップＳ４，ＮＯ）、プロセッサ２１は初期校正された係数Ｋを用いて生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定（測定）を行う（ステップＳ５）。具体的には、プロセッサ２１は、プローブ１１ａ，１１ｂから出力された表面温度Ｔ_S1，Ｔ_S2および熱流束Ｈ_S1，Ｈ_S2と、メモリ２２に記憶されている係数Ｋとを式（５）に代入して、深部体温Ｔ_Cを求める。この深部体温Ｔ_Cは、モニタ４２に表示されるか、あるいは通信回路４３を通じて外部に出力される。なお、生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定は、図４における深部体温推定部５１の機能であり、本発明における「校正された係数と計測された物理量とを用いて物質の深部温度を推定するステップ」に相当する。

プロセッサ２１は、後述する指標ΔＲ_B・α₁を計算するために、係数Ｋの校正の直後に推定された生体３０の深部体温Ｔ_CをＴ_C(0)として、また、その深部体温Ｔ_Cの推定に用いられた表面温度Ｔ_S1および熱流束Ｈ_S1をＴ_S1(0)，Ｈ_S1(0)として、メモリ２２に記憶しておく。この処理は、初期校正後だけでなく、後述する再校正後にも行われる。

プロセッサ２１は、係数Ｋを校正するタイミングを検出するための指標を計算する（ステップＳ６）。具体的には、プロセッサ２１はまず、係数Ｋを校正したときの深部体温Ｔ_C(0)、表面温度Ｔ_S1(0)および熱流束Ｈ_S1(0)をメモリ２２から読み出す。プロセッサ２１は、これらのデータと、直前にステップＳ５で測定された生体３０の深部体温Ｔ_Cと、深部体温Ｔ_Cの測定に用いられた表面温度Ｔ_S1および熱流束Ｈ_S1とを式（７ａ）に代入して、指標ΔＲ_B・α₁を求める。なお、指標ΔＲ_B・α₁の計算は、図４における校正タイミング検出部５２の機能であり、本発明における「計測された物理量と推定された深部温度とを用いて指標を計算するステップ」に相当する。

プロセッサ２１は続いて、メモリ２２から指標ΔＲ_B・α₁の上限の閾値ＳＨ_H「１．０５」および下限の閾値ＳＨ_L「０．９５」を読み出し、ステップＳ６で求められた指標ΔＲ_B・α₁の値と閾値とを比較する。その結果、ΔＲ_B・α₁の値が０．９５以上かつ１．０５以下であれば（ステップＳ７，ＮＯ）、ステップＳ４に戻り、プロセッサ２１は、オペレータから測定終了の指示があるまで、生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定（測定）を継続する。

ステップＳ７において、ステップＳ６で求められた指標ΔＲ_B・α₁の値が閾値を超えた場合、すなわちΔＲ_B・α₁の値が１．０５より大きいか、あるいは０．９５より小さい場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、プロセッサ２１は、係数Ｋを校正するタイミングであると判断し、係数Ｋの再校正を行う（ステップＳ８）。具体的には、プロセッサ２１は、再校正のために深部体温計１６によって取得された現在の深部体温の参照値Ｔ_Cref(0)と、直前にプローブ１１ａ，１１ｂから出力された表面温度Ｔ_S1(0)，Ｔ_S2(0)および熱流束Ｈ_S1(0)，Ｈ_S2(0)とを式（８）に代入して係数Ｋ₍₀₎を求め、この係数Ｋ₍₀₎でメモリ２２に記憶されている係数Ｋを更新する。なお、係数Ｋの再校正は、図４における係数校正部５３の機能であり、本発明における「計算された指標の値が閾値を超えた場合に、計測された物理量と深部温度の参照値とを用いて係数を校正するステップ」に相当する。

その後、ステップ４に戻り、プロセッサ２１は、オペレータから測定終了の指示があるまで、生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定（測定）を再び継続する。オペレータから測定終了の指示があると（ステップＳ４，ＹＥＳ）、プロセッサ２１は一連の深部体温Ｔ_Cの測定処理を終了する。

なお、複数のΔＲ_B・α₁の平均値を指標として用いる場合には、ステップＳ６において、プロセッサ２１がΔＲ_B・α₁を計算する度にメモリ２２に記憶しておき、最新のものから順に所定の複数のΔＲ_B・α₁の値の平均を計算して平均値を求める。そして、ステップＳ７において、プロセッサ２１が複数のΔＲ_B・α₁の平均値と閾値と比較する。

［実験結果］
生体内温度測定装置１では、図７Ａに示すようにプローブ１１ａ，１１ｂとその周辺の熱抵抗とが結合して、図７Ｂに示すようなブリッジ回路が形成される。このブリッジ回路には、外気への熱抵抗Ｒ_Aが含まれる。風などの影響で外気の対流状態が変化すると、外気への熱抵抗Ｒ_Aが変化して、熱流束の漏れＨ_L1，Ｈ_L2の割合α₁，α₂（図中の「α」）が変化すると考えられる。α₁，α₂が変化すると、α₁とα₂との比である係数Ｋも変化する。それにもかかわらず、初期校正された係数Ｋ₍₀₎を用いて深部体温Ｔ_Cを推定すると、推定値に誤差が生ずると考えられる。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいて、Ｔ_Aは外気温、Ｒ’_Aは外気への熱抵抗である。

そこで、本実施の形態では、ΔＲ_B・α₁またはΔＲ_B・α₂を指標として深部体温Ｔ_Cの推定値の誤差発生を検知し、検知されたタイミングで係数Ｋの再校正を行って、誤差の低減を図る。本実施の形態の効果を検証するため、ファントムを用いた以下の実験を行った。

まず、係数Ｋおよび生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定値に対する風の影響について調べた。図８における下のグラフＧ８１は、風による係数Ｋの変化を示している。横軸は時間（hour）、縦軸は係数Ｋの変化率（＝Ｋ／Ｋ₍₀₎）（a.u.）である。時間と共に風速が増すと、初期校正された係数Ｋ₍₀₎に対する係数Ｋの変化が大きくなる。

図８における上のグラフＧ８２は、係数Ｋの再校正を行わない場合の風による生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定値の変化を示している。横軸は時間（hour）、縦軸は深部体温Ｔ_Cである。ファントムに実際に付与した深部体温Ｔ_Cを参照値Ｔ_Crefとして太線で示す。ここでは、１時間毎に深部体温Ｔ_Cが上昇と低下の変動を繰り返すモデルを使用した。係数Ｋの再校正を行わないで式（５）から求めた深部体温Ｔ_Cの推定値をドットで示す。係数Ｋの変化が大きくなっても、初期校正された係数Ｋ₍₀₎を使い続けると、推定値と参照値Ｔ_Crefとの差（推定誤差）が拡大していくことがわかる。

次に、本実施の形態で説明したように係数Ｋを再校正した場合について実験した。係数Ｋを再校正すること以外は、図８の実験と同じ条件とした。再校正するタイミングを検出するための指標としてΔＲ_B・α_iの平均値を用い、閾値を「±５％」とした。

図９Ａは測定開始後から１回目の再校正前までの実験結果を示している。図９Ｂは１回目の再校正後から２回目の再校正前までの実験結果を示している。図９Ｃは２回目の再校正後から３回目の再校正前までの実験結果を示している。図９Ｄは３回目の再校正後の実験結果を示している。

図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃおよび図９Ｄに関し、下のグラフＧ９Ａ１，Ｇ９Ｂ１，Ｇ９Ｃ１およびＧ９Ｄ１は、風（外気の対流）の変化に伴うΔＲ_B・α_iの変化を示している。中央のグラフＧ９Ａ２，Ｇ９Ｂ２，Ｇ９Ｃ２およびＧ９Ｄ２は、深部体温Ｔ_Cの推定値と参照値Ｔ_Crefとの差（推定誤差）を示している。上のグラフＧ９Ａ３，Ｇ９Ｂ３，Ｇ９Ｃ３およびＧ９Ｄ３は、深部体温Ｔ_Cの推定値（ドット）および参照値Ｔ_Cref（太線）を示している。

図９ＡにおけるポイントＣ₀で係数Ｋに対する初期校正が行われる。その後、時間と共にΔＲ_B・α_iおよび推定誤差が増加していく。しかし、図９ＢにおけるポイントＤ₁でΔＲ_B・α_iの平均値が閾値「５％」を超えたことが検出されると、ポイントＣ₁で係数Ｋに対する１回目の再校正が行われる。これにより、一旦は０．１℃付近に達していた推定誤差が、０℃付近まで低下する。その後、再び図９ＣにおけるポイントＤ₂でΔＲ_B・α_iの平均値が閾値「５％」を超えたことが検出されると、ポイントＣ₂で係数Ｋに対する２回目の再校正が行われる。また、再び図９ＤにおけるポイントＤ₃でΔＲ_B・α_iの平均値が閾値「５％」を超えたことが検出されると、ポイントＣ₃で係数Ｋに対する３回目の再校正が行われる。

図１０は、係数Ｋの再校正を行った場合の推定誤差と行わなかった場合の推定誤差とを比較したグラフである。再校正を行った場合の推定誤差を薄い色のドットで示し、再校正を行わなかった場合の推定誤差を濃い色のドットで示している。また、参照値Ｔ_Crefを太線で示している。係数Ｋの再校正を行わないと、図８に示したように風速が大きくなるにつれて、推定誤差が拡大していく。これに対し、係数Ｋの再校正を逐次行なうことにより、風速が大きくなっても、推定誤差の拡大が抑えられる。具体的には、定常状態時（深部体温Ｔ_Cが変動してから３０分後）の推定誤差を０．１℃以下に低減することができた。

図９Ａ、図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃ、図９Ｄおよび図１０から分かるように、ΔＲ_B・α_iと、生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定誤差との間には、連動性が認められる。このため、ΔＲ_B・α_iを指標として、深部体温Ｔ_Cの推定値の誤差発生を検知することが可能となる。

本実施の形態では、指標ΔＲ_B・α_iが閾値±５％を超えると、深部体温Ｔ_Cの推定誤差が発生したと判断する。指標ΔＲ_B・α_iが閾値±５％を超えて、誤差発生が検知されたタイミングで、係数Ｋの再校正を行う。再校正された係数Ｋを用いて生体３０の深部体温Ｔ_Cを推定することにより、推定誤差が低減する。

ΔＲ_B・α_iを指標として用いることにより、逐次、誤差発生の検知と、係数Ｋの再校正を行うことが可能となる。これにより、生体３０の深部体温Ｔ_Cの推定誤差が低減するから、外気の対流状態の変化にかかわらず、深部体温Ｔ_Cをより正確に推定することができる。

［実施形態の効果］
本実施の形態の生体内温度測定方法は、物質（３０）の温度に関する物理量（Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｈ_S1，Ｈ_S2）を計測する計測ステップと、校正された係数（Ｋ）と計測された物理量（Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｈ_S1，Ｈ_S2）とを用いて物質（３０）の深部温度（Ｔ_C）を推定する推定ステップと、計測された物理量（Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｈ_S1，Ｈ_S2）と推定された深部温度（Ｔ_C）とを用いて指標（ΔＲ_B・α₁，ΔＲ_B・α₂）を計算する計算ステップと、計算された指標（ΔＲ_B・α₁，ΔＲ_B・α₂）の値が閾値を超えた場合に、計測された物理量（Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｈ_S1，Ｈ_S2）と深部温度の参照値（Ｔ_Cref）とを用いて係数（Ｋ）を校正する校正ステップとを備える。

計測ステップは、第１熱抵抗体（１２ａ）を備える第１プローブ（１１ａ）を用いて、物理量として物質（３０）の第１表面温度Ｔ_S1および第１熱流束Ｈ_S1を計測するステップと、第１熱抵抗体（１２ａ）の熱抵抗とは異なる熱抵抗を有する第２熱抵抗体（１２ｂ）を備える第２プローブ（１１ｂ）を用いて、物理量として物質（３０）の第２表面温度Ｔ_S2および第２熱流束Ｈ_S2を計測するステップとを含んでいてもよい。

深部温度の参照値をＴ_Crefとしたとき、校正ステップは、係数（Ｋ）を｛（Ｔ_Cref－Ｔ_S1）／Ｈ_S1｝／｛（Ｔ_Cref－Ｔ_S2）／Ｈ_S2｝を用いて校正するステップを含んでいてもよい。

物質（３０）の表面温度をＴ_S、物質（３０）の熱流束をＨ_S、推定された深部温度をＴ_Cとしたとき、計算ステップは、指標（ΔＲ_B・α₁，ΔＲ_B・α₂）として、（Ｔ_C－Ｔ_S）／Ｈ_Sの変化率を計算するステップを含んでいてもよい。

また、本実施の形態のプログラムは、上述したステップをコンピュータ（２０）に実行させるためのプログラムである。

本実施の形態では、計測された物理量（Ｔ_S1，Ｔ_S2，Ｈ_S1，Ｈ_S2）と推定された深部温度（Ｔ_C）とを用いて指標（ΔＲ_B・α₁，ΔＲ_B・α₂）を計算し、指標（ΔＲ_B・α₁，ΔＲ_B・α₂）の値が閾値を超えた場合に、深部温度（Ｔ_C）の推定に用いられる係数（Ｋ）を校正する。これにより、外気の対流状態の変化により深部温度（Ｔ_C）の推定誤差が生じたタイミングで係数（Ｋ）が校正される。このようにして校正された係数（Ｋ）を用いて物質（３０）の深部温度（Ｔ_C）を推定することにより、推定誤差が低減する。したがって、本実施の形態によれば、外気の対流状態の変化にかかわらず、深部温度（Ｔ_C）をより正確に推定することができる。

［実施形態の拡張］
以上では、生体３０の深部体温を測定する生体内温度測定技術に本発明を適用した例を説明した。しかし、本発明によれば、生体３０以外の物質の深部温度を測定することも可能である。

また、係数Ｋを校正するタイミングを検出するための指標として、ΔＲ_B・α_iおよび複数のΔＲ_B・α_iの平均値のほか、｜ΔＲ_B・α_i－１｜（「ΔＲ_B・α_i－１」の絶対値）を用いてもよい。｜ΔＲ_B・α_i－１｜を用いれば、指標と閾値との比較が簡単になる。以上のようなΔＲ_B・α_iを含む指標とは別の指標を用いてもよい。

また、本実施の形態では、深部体温計１６を用いて深部体温の参照値Ｔ_Crefを取得する例を説明した。しかし、係数Ｋが校正されてから再び校正されるまでの間に測定された深部体温Ｔ_Cの推定値の中には、正確な深部体温Ｔ_Cの値が含まれる。このような深部体温Ｔ_Cの推定値を参照値Ｔ_Crefとして利用することも可能である。よって、深部体温計１６は本発明の必須の構成要素ではない。

１…生体内温度測定装置、１０…計測ユニット、１１ａ，１１ｂ…プローブ、１２ａ，１２ｂ…断熱部材、１３ａ，１３ｂ…熱流束センサ、１４ａ，１４ｂ…温度センサ、２０…演算ユニット、２１…プロセッサ、２２…メモリ、２３～２６…Ｉ／Ｆ回路、２７…バス、３０…生体、４１…記録媒体、４２…モニタ、４３…通信回路、４４…プログラム、深部体温推定部、５２…校正タイミング検出部、５３…係数校正部。

Claims (6)

1. 物質の温度に関する物理量を計測するステップと、
   校正された係数と前記計測された物理量とを用いて前記物質の深部温度を推定するステップと、
   前記計測された物理量と前記推定された深部温度とを用いて指標を計算するステップと、
   前記計算された指標の値が閾値を超えた場合に、前記計測された物理量と深部温度の参照値とを用いて前記係数を校正するステップと
   を備え、
   前記計測するステップは、
   第１熱抵抗体を備える第１プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第１表面温度Ｔ_S1および第１熱流束Ｈ_S1を計測するステップと、
   前記第１熱抵抗体の熱抵抗とは異なる熱抵抗を有する第２熱抵抗体を備える第２プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第２表面温度Ｔ_S2および第２熱流束Ｈ_S2を計測するステップと
   を含むことを特徴とする温度測定方法。
2. 請求項１に記載された温度測定方法において、
   前記深部温度の参照値をＴ_Crefとしたとき、前記校正するステップは、前記係数を｛（Ｔ_Cref－Ｔ_S1）／Ｈ_S1｝／｛（Ｔ_Cref－Ｔ_S2）／Ｈ_S2｝を用いて校正するステップを含む
   ことを特徴とする温度測定方法。
3. 物質の温度に関する物理量を計測するステップと、
   校正された係数と前記計測された物理量とを用いて前記物質の深部温度を推定するステップと、
   前記計測された物理量と前記推定された深部温度とを用いて指標を計算するステップと、
   前記計算された指標の値が閾値を超えた場合に、前記計測された物理量と深部温度の参照値とを用いて前記係数を校正するステップと
   を備え、
   前記物質の表面温度をＴ_S、前記物質の熱流束をＨS、前記推定された深部温度をＴ_Cとしたとき、前記計算するステップは、前記指標として、（Ｔ_C－Ｔ_S）／Ｈ_Sの変化率を計算するステップを含む
   ことを特徴とする温度測定方法。
4. 物質の温度に関する物理量を計測するステップと、
   校正された係数と前記計測された物理量とを用いて前記物質の深部温度を推定するステップと、
   前記計測された物理量と前記推定された深部温度とを用いて指標を計算するステップと、
   前記計算された指標の値が閾値を超えた場合に、前記計測された物理量と深部温度の参照値とを用いて前記係数を校正するステップと
   をコンピュータに実行させ、
   前記計測するステップは、
   第１熱抵抗体を備える第１プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第１表面温度Ｔ_S1および第１熱流束Ｈ_S1を計測するステップと、
   前記第１熱抵抗体の熱抵抗とは異なる熱抵抗を有する第２熱抵抗体を備える第２プローブを用いて、前記物理量として前記物質の第２表面温度Ｔ_S2および第２熱流束Ｈ_S2を計測するステップと
   を含むことを特徴とするプログラム。
5. 請求項４に記載されたプログラムにおいて、
   前記深部温度の参照値をＴ_Crefとしたとき、前記校正するステップは、前記係数を｛（ＴC_ref－Ｔ_S1）／Ｈ_S1｝／｛（Ｔ_Cref－Ｔ_S2）／Ｈ_S2｝を用いて校正するステップを含む
   ことを特徴とするプログラム。
6. 物質の温度に関する物理量を計測するステップと、
   校正された係数と前記計測された物理量とを用いて前記物質の深部温度を推定するステップと、
   前記計測された物理量と前記推定された深部温度とを用いて指標を計算するステップと、
   前記計算された指標の値が閾値を超えた場合に、前記計測された物理量と深部温度の参照値とを用いて前記係数を校正するステップと
   をコンピュータに実行させ、
   前記物質の表面温度をＴ_S、前記物質の熱流束をＨ_S、前記推定された深部温度をＴ_Cとしたとき、前記計算するステップは、前記指標として、（Ｔ_C－Ｔ_S）／Ｈ_Sの変化率を計算するステップを含む
   ことを特徴とするプログラム。

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