JPH0245719A - 体温計測方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ヒトを含む動物の深部体温を無侵襲で、高精
度で、かつ瞬時に測定することのできる体温測定方法に
関するものである。

［従来の技術］ ヒトを含む動物の深部体温を最も高速かつ無侵襲的に計
測可能な方法としては、半導体センサ等を含むいわゆる
棒状の体温計か、光ファイバ等のカテーテル型温度計を
、口腔、直腸等の体腔内に挿入して、センサを含む棒状
の体温計またはカテーテル型温度計と生体組織部との温
度平衡を待ち、その平衡温度を深部温度として計測する
か、あるいは初期温度からの温度上昇率の時間変化から
最終平衡温度を予測する方法等が挙げられる。

この方法によると、実用上ではセンサの熱時定数の限界
から最短でも約１分程度の測温時間を要し、かつ測温が
高速のものほど精度、確度共に劣ることが報告されてい
る。

また本発明者を始めとして、生体から放射される雑音電
磁波の強度を複数の周波数を用いて測定することにより
、１次元の体内温度分布を推定しようとする研究は以前
からある。しかし、その目的とする所は癌組織の温熱療
法等で人為的に形成された温度分布全体の大まかな推定
にあり、実測可能な皮膚表面温まで含め体内の極力多く
の部位で温度推定を行なうべく多周波数の測定を行ない
、かつ全体の誤差を最小とするような温度分布関数を求
めようとするものである。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、上記のような考えに基づいて作製された装置を
用いて深部体温を測定しようとしても、測定だけでも最
低数分間を要する。また、上述した装置では深部体温を
示す部分だけを高精度で推定しようとする考えはもとも
となく、皮膚表面温まで含めて全体の誤差が最小になる
ような温度分布を求めるアルゴリズムしか報告されてい
ない。

その結果、深部体温としてしばしば数℃の誤差のある温
度分布関数が最適解として与えられる、という木質的な
欠点を有する。

つまり、従来の技術においては生体内から放射される電
磁波エネルギーを測定することにより温度推定を行なお
うとするが、その目的とする所は深部体温の高速測定で
はないため、深部体温を瞬時（ここでいう瞬時とは数秒
以内という意味で使う）に高精度で測定することはでき
なかった。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解消し、通
常の温度平衡型体温計と同等以上の測定精度を有し、深
部体温を瞬時にかつ無侵襲で測定することのできる体温
計測方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、生体から
放射される電磁波の放射エネルギー強度を、互いに相異
なるＺ　ｆｌ類以上の周波数で測定し、かつ生体の皮膚
表面の温度を測定して、放射エネルギーのデータと皮膚
表面の温度データを解析することにより、生体内の深部
温度を計算することを特徴とする。

［作　用］ まず、生体深部の体温を体表上から無侵襲的に計測する
ために、波長と同程度の厚さまでならば生体組織を透過
する性質を有する電磁波の生体透過特性を利用する。

つまり、第１図に示すようにブランクの放射法則に従っ
て生体１の内部の各点から放射される電磁波を、体表上
に置かれた電磁波センサ２にょフてとらえ、受信機３で
その強度を測定する。この時、生体中の相異なる点Ｐａ
、Ｐｂ、・・・、Ｐｎより放射される電磁波エネルギー
を電磁波センサ２がとらえることになるが、強度計測は
原理的には光速、実際には平均化処理を行なフても瞬時
になされ得る。この時、受信機３で計測される放射エネ
ルギー強度は測定される周波数と、測定対象である生体
１の測定部位の電気的特性によって定まる測定領域４内
から放射されるエネルギーに限定されることになる。こ
こで、生体１の表面温は温度計５によって計測され、得
られたデータは温度演算装置６に送られる。受信機３で
計測された放射エネルギーのデータも温度演算装置６に
送られる。

以上述べた測定は相異なる２種類以上の周波数で行ない
、かつその測定を内部構造の個体差がほとんどないよう
な部位、例えば、側頭骨上のような位置に選べば、電磁
波の生体透過特性と生体組織との電気的特性は既知なの
で、測定部位の温度分布は温度演算装置６により計算す
ることができる。

深部体温を示す領域の温度を特に精度良く求めるために
は、第２図に示すように体表から体内中心部に向う温度
分布は距離（深さ）と共に指数関数的に変化し、ある距
離で飽和値に達し、その指数項のべき乗の係数は周囲温
度を敏感に反映するという知識を活用する。

皮膚表面からの距離が大きくなるにつれて、生体内の温
度が増加し、飽和値に達した時の深部温度と皮膚表面温
Ｔｓとの差をΔＴで表わす。この時、深部体温はＴｓ＋
ΔＴで与えられる。

体内の温度分布は次式： ％式％（１） で表わされると仮定する。ここで、Ｔは体内の温度であ
り、Ｔｓは周囲温度を敏感に反映する体表面温度である
。この体表面温度Ｔｓは推定によらず、例えば、赤外線
サーモスポットセンサのような温度計５を用いて精度よ
く実測することができる。

ｂは指数関数のべき乗の係数で、Ｘは体表面から生体中
心に向う距離座標の値である。

電磁波センサ２と受信機３により計測される放射エネル
ギ強度Ｔｂ、は、測定部生体組織の電気的特性値、すな
わち比誘電率ε　、導電率σおよびΔＴ、ｂの関数とし
て Ｔｂ１＝ｆ（ε、　Ｑ、ΔＴ、　ｂ）　　　　　　　（
２）で表わされる。ただし、ｉ＝１．２．・・・、ｎで
ある。複数の周波数を用いて測定部位の放射エネルギー
強度Ｔｂｉを計測すれば、（２）式から極めて精度良く
、深部体温を測定することができる。

生体を含む全ての物体からは、その温度が絶対零度でな
い限りブランクの放射法則に基づく熱雑音電磁波が放射
されている。この放射エネルギーは、ヒトの場合波長約
９．７マイクロメータに最大値を有し、この最大値より
周波数が高くなっても低くなっても減少する。測定周波
数を下げていくと温度が一定ならば放射エネルギーは減
少するが、電磁波の生体透過厚は増加するので、体表面
上からでも生体内部の各点から放射される熱雑音電磁波
を直接計測することができる。また、透過することので
きる生体組織の厚さは、電磁波の周波数が上昇するに伴
い単調に減少することがわかっており、さらに主な生体
組織の電気的特性値も知られている。従って、生体の個
体差の少ない部位で（１）式の温度分布を仮定し、Ｔｓ
ならびに複数通りの放射エネルギー強度を計測すれば、
（２）式からＴ＝Ｔｓ＋ΔＴとして深部温度を計算する
ことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明を通用した装置の構成例を示すブロック
図である。第３図において、生体１内部の各点から放射
される電磁波を体表上におかれた電磁波センサ２により
とらえ、受信機３でその強度を測定する。センサ温度制
御装置７を用いて温度計５と一体となった電磁波センサ
２を測定部位８の平均的な皮膚表面温度とほぼ同様な温
度に保たれるように温度制御する。その理由は、放射エ
ネルギー強度の測定が短時間のため実際上生体温度分布
の測定にはほとんど問題とならないが、生体密着型の電
磁波センサ２を使用する場合、電磁波センサ２の接触に
よって生体温度分布が大幅に乱されないようにするため
である。本実施例では接触型の電磁波センサ２を用いる
。この電磁波センサ２の測定可能帯域は１オクターブあ
れば充分である。ここでは２〜４　ＧＨｚの帯域幅を有
するものとする。受信機３の測定帯域幅は、電磁波セン
サ２の帯域幅と同じか、それ以上の幅を有することが必
要であるのは勿論である。この時、電磁波センサ２は、
生体から放射される微弱な電磁波を効率良くとらえなけ
ればならないから、生体とのインピーダンス整合条件と
しては電圧定在波比として２以下程度に抑えることが望
ましい。

まず、電磁波センサ２を近づけながら測定部位８の皮膚
表面温度を、温度計５により非接触計測する。予め温度
を一定に侃たれでいる電磁波センサ２の温度と測定部位
８の皮膚表面温度との間に、一定置上の差異があった場
合、本実施例のように接触型の電磁波センサ２では、測
定部位８の温度と平衡になるまで電磁波センサ２の設定
温度を調節する。このようにして、生体１と電磁波セン
サ２の温度とがほぼ等しくなった場合、電磁波センサ２
を生体１の表面に接触させ、２通り以上の測定周波数で
放射エネルギー強度を計測する。

電磁波センサ２により測定された２通り以上の放射エネ
ルギー強度は受信機３に送られ、次に温度演算装置６に
送られる。温度演算装置６は、電磁波センサ２により計
測された放射エネルギー強度と温度計５により計測され
た皮膚表面温と、生体組織の電気的特性値および測定部
位の皮下構造とから、（２）式によりΔＴを求め、Ｔ＝
Ｔｓ＋ΔＴで深部温度を求める。

測定周波数は最低２通り必要な訳であるが、測定周波数
が２種類のときは（１）式のｂと６丁を精度良く推定で
きるように適度に離れていることが望ましい。測定周波
数が相互に近過ぎる場合にはデータの独立性が保証され
ず、ｂとΔＴの推定値の誤差が大きくなる。しかし、相
互の測定周波数が離れ過ぎて、特に一方の周波数が高く
なり過ぎると、（１）式のｂと６丁を推定する精度が下
がり広帯域の部品等が必要となるので、必然的に高価な
測定装置になってしまう。また、より深部からの信号を
拾うことは、必ずしも測定精度向上に寄与しないばかり
か、時により大きな誤差の原因となり得る。つまり、周
波数を下げて深部からの信号を拾おうとすると、体内の
深部にあるガスの存在や骨の影響でその時に測定される
放射エネルギー強度分布は、それら影響因子を考慮しな
い時に想定される体内の放射エネルギー強度分布から外
れてくる。実験した限りでは、測定周波数は２〜４　Ｇ
Ｈｚの帯域で測定するのがヒトの場合適当である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、深部体温の瞬時
無侵襲測定ができるようになり、乳幼児や緊急の重傷患
者に対して、その体温が瞬時に精度良く計れるようにな
り、実際の臨床面において益することが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した装置の基本構成を示すブロッ
ク図、 第２図は体内温度の分布図、 第３図は本発明を適用した装置の構成例のブロック図で
ある。 １・・・生体、 ２・・・電磁波センサ、 ３・・・受信機、 ４・・・測定領域、 ５・・・温度計、 ６・・・温度演算装置、 ７・・・センサ温度制御装置、 ８・・・測定部位。 第１図 叉１表面が５Ｃ距葭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）生体から放射される電磁波の放射エネルギー強度を
   、互いに相異なる２種類以上の周波数で測定し、かつ前
   記生体の皮膚表面の温度を測定して、前記放射エネルギ
   ーのデータと前記皮膚表面の温度データを解析すること
   により、前記生体内の深部温度を計算することを特徴と
   する体温計測方法。