JPH06347329A - 無侵襲温度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バランス法ラジオメトリによる測定精度の向
上効果を確保しながら短い時間での測定を可能とし、温
熱治療に際して十分な加温効果を確保しながら確実な温
度測定を可能とする信頼性にすぐれた無侵襲温度計測装
置を提供する。 【構成】 アンテナ３の受信マイクロ波の電力と参照雑
音源２５のマイクロ波の電力との差が所定値内に収まる
よう、参照雑音源２５の雑音温度Ｔref を調節する。こ
の調節の開始から一定時間Ｔ₁ 後、上記電力差が所定値
内に収まっているか否か判定する。この判定が満足され
れば、それから一定時間Ｔ₂ 時間後、上記電力差が一定
値内に収まっているか否か再度の判定を行なう。この判
定が満足されれば、そのときの参照雑音源２５の雑音温
度Ｔref から測定対象物の温度を求める。各判定がいず
れも満足されないときには、それぞれ上記の調節を再度
実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハイパーサーミアや病
巣部診断等に際しての生体温度計測に用いる無侵襲温度
計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】温度測定技術には、接触式の温度測定と
非接触式の無侵襲温度測定がある。接触式の温度測定の
例としては、熱電対、白金素子、サーミスタ、光ファイ
バ温度計等があるが、これらは接触している部分の温度
を測定するものであるから、測定対象物の組織への刺入
が必要となったり、体腔内での使用は難しい。

【０００３】無侵襲温度測定の例としては、測定対象物
から放出されるマイクロ波を受信して測定を行なうラジ
オメトリ方式、マイクロ波を生体に放射してそのマイク
ロ波の散乱や吸収の様子を像にするマイクロ波ＣＴを用
いる方法、ＭＲＩを用いる方法など、いくつもの手法が
世の中に存在している。ラジオメトリ方式では、特開昭
59-192925 号公報に示されるものがある。

【０００４】ラジオメトリ方式を用いて生体の温度測定
を行なう場合の問題点として、アンテナと生体との境界
面での反射係数があり、その反射係数に基づく誤差を解
消する測定法としてバランス法ラジオメトリがある。こ
れについては、Elect.Leters,14,194 〜196 およびハイ
パーサーミア誌第２巻に示されている。

【０００５】このバランス法ラジオメトリをハイパーサ
ーミアなど温熱（加温）治療での温度測定に用いる場
合、測定対象物から放射される微弱なマイクロ波を捕ら
える必要から、測定時に加温出力をオフする必要があ
る。これについての技術が特公昭57-53110号公報に示さ
れている。また、バランス法ラジオメトリと温熱治療と
の組合せに際し、測定時間の短縮を図るための技術が特
願昭4-96648 号および特願昭4-302158号に示されてい
る。

【０００６】また、バランス法ラジオメトリにおいて、
アンテナとの間の伝送路での電力減衰による誤差を補正
する技術が、特開平3-293526号公報に示されている。一
般に、バランス法ラジオメトリを用いて温度測定を行な
うラジオメータは、参照雑音源からマイクロ波を発生さ
せ、それをアンテナから測定対象物に放射するととも
に、測定対象物から放出および反射されるマイクロ波を
上記アンテナで受信し、この受信マイクロ波の電力と参
照雑音源のマイクロ波の電力との差が零となるよう参照
雑音源の雑音温度（参照雑音温度）を調節し、電力差が
零となったときの参照雑音源の雑音温度をそのまま測定
対象物の温度として捕らえるようにしている。つまり、
アンテナと生体との境界面の電力反射係数に影響を受け
ることなく、精度の高い測定を可能としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ラジオメータにおい
て、電力差は、参照雑音温度の一回の調節だけではなか
なか零に到達せず、到達までに何回かの調節が繰返され
る。しかも、参照雑音温度はすぐに安定しないため、調
節ごとに時間待ちが必要となる。50Ω抵抗を用いるタイ
プの参照雑音源で特に長い。

【０００８】したがって、温度測定にかかる時間が長く
なる傾向にある。測定時間が長いと、測定中に加温出力
をオフする必要のある温熱治療に際し、加温効果が損な
われてしまう。

【０００９】なお、電力差の零判定をあまくすることで
測定時間の短縮が図れるが、そうすると測定精度が損な
われてしまう。この発明は上記の事情を考慮したもの
で、その目的とするところは、バランス法ラジオメトリ
による測定精度の向上効果を確保しながら短い時間での
測定を可能とし、温熱治療に際して十分な加温効果を確
保しながら確実な温度測定を可能とする信頼性にすぐれ
た無侵襲温度計測装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の無侵襲温度計
測装置は、設定される雑音温度に応じたマイクロ波を発
生する参照雑音源と、この参照雑音源から発せられるマ
イクロ波を測定対象物に放射するとともに、測定対象物
から放出および反射されるマイクロ波を受信するアンテ
ナと、このアンテナで受信されるマイクロ波の電力と上
記参照雑音源のマイクロ波の電力との差が零となる方向
に参照雑音源の雑音温度を調節する手段と、この調節の
開始から一定時間Ｔ₁ 後に上記差が所定値内に収まって
いるか否か判定する第１判定手段と、この第１判定手段
の判定が満足されるときそれから一定時間Ｔ₂ 時間後に
上記差が一定値内に収まっているか否か判定する第２判
定手段と、この第２判定手段の判定が満足されるとき上
記参照雑音源の雑音温度から上記測定対象物の温度を求
める手段と、上記第１および第２判定手段の判定が満足
されないとき上記調節を再度実行する手段とを備える。

【００１１】

【作用】参照雑音源から発せられるマイクロ波をアンテ
ナから測定対象物に放射し、その測定対象物から放出お
よび反射されるマイクロ波を同じアンテナで受信し、こ
の受信マイクロ波の電力と参照雑音源のマイクロ波の電
力との差が所定値内に収まるよう参照雑音源の雑音温度
を調節する。この調節の開始から一定時間Ｔ₁ 後、上記
電力差が所定値内に収まっているか否か判定を行なう。
この判定が満足されれば、それから一定時間Ｔ₂ 時間
後、上記電力差が一定値内に収まっているか否か再度の
判定を行なう。この判定が満足されれば、そのときの参
照雑音源の雑音温度から測定対象物の温度を求める。各
判定がいずれも満足されないとき、それぞれ上記の調節
を再度実行する。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１において、１は測定対象物である
ところの生体（体腔内）で、その生体１の任意の箇所に
バルーン２が当接される。このバルーン２は、体腔内用
のアンテナ３を内部に収容しており、図示しない送水チ
ューブおよび送水ポンプによる外部からの液体の注入で
膨らむことによりアンテナ２を生体１内に保持する働き
をする。

【００１３】アンテナ３は生体１から放出される熱雑音
電波（マイクロ波）を受信（および送信）するためのも
ので、同軸ケーブル４と共にプローブを成し、その同軸
ケーブル４はコネクタ５によってラジオメータ６に接続
される。

【００１４】同軸ケーブル４において、軸方向に沿う所
定間隔の位置に、複数個の温度センサ７ａ，７ｂ，…７
ｎが取付けられる。ここで、ラジオメータ６の具体例を
図２に示す。

【００１５】上記同軸ケーブル４にディッキー・スイッ
チ２１を介してサーキュレータ２２のポートが接続され
る。ディッキー・スイッチ２１は、同期信号発振器２３
から発せられる矩形波状の同期信号によりオン，オフ
し、オン時に同軸ケーブル４とサーキュレータ２２のポ
ートとの間を導通させ、オフ時に同軸ケーブル４とサー
キュレータ２２のポートとの間を遮断する。

【００１６】サーキュレータ２２は、３つのポートを有
しており、各ポートに対し信号伝達方向の順にディッキ
ー・スイッチ２１、アイソレータ２４、および参照雑音
源２５がそれぞれ接続される。ディッキー・スイッチ２
１を介して入力される熱雑音信号はサーキュレータ２２
からアイソレータ２４を介してＲＦアンプ２６で増幅さ
れ、ミキサ２７のＲＦ端子に入力される。アイソレータ
２４は、ＲＦアンプ２６以降で反射される信号を吸収す
る働きをする。

【００１７】参照雑音源２５は、設定される雑音温度Ｔ
ref に応じた電力のマイクロ波を発生するもので、常温
レベルの輝度温度を精度よく測定しようとする観点か
ら、ペルチェ素子による物理温度制御が可能な50Ω抵抗
を用いている。この50Ω抵抗の特性を図３に示してい
る。

【００１８】ミキサ２７のＬＯ端子に感度調整用の減衰
器２８を介して局部発振器２９が接続される。この局部
発振器２９から発せられる信号は減衰器２８を介してミ
キサ２７に入力され、そこでＲＦアンプ２６の出力との
乗算による周波数変換がなされる。

【００１９】ミキサ２７の出力はＩＦアンプ３０で増幅
されて検波器３１に送られ、そこで信号の直流成分が抽
出される。この信号はロックインアンプ３２に送られ
る。ロックインアンプ３２は、上記同期信号発振器２３
の同期信号に基づいてディッキー・スイッチ２１のオ
ン，オフと同期をとり、そのディッキー・スイッチ２１
のオン時に入力される信号の電圧レベルとオフ時に入力
される信号の電圧レベルとの差に比例するレベルの電圧
信号をＶlockとして出力する。

【００２０】すなわち、ロックインアンプ３２の出力電
圧Ｖlockは、アンテナ３で受信されるマイクロ波の電力
と参照雑音源２５のマイクロ波の電力との差に対応す
る。この出力電圧Ｖlockは、ラジオメータ６の出力とし
て、図１の制御部１０に送られる。

【００２１】制御部１０は、装置全般にわたる制御を行
なうもので、マイクロコンピュータおよびその周辺回路
からなる。この制御部１０に、マイクロ波受信器６のほ
か、入力部１１、メモリ１２、表示部１３、校正用恒温
槽１４、および温度計１５が接続される。

【００２２】入力部１１は、スイッチおよびキーボード
を備え、動作モードの設定をしたり、上記プローブに関
するプローブデータなどを入力するためのものである。
メモリ１２は、ラジオメータ６、入力部１１、および温
度計１５にも接続されており、参照雑音源２５の雑音温
度Ｔref 、入力部１１から入力されるプローブデータ、
および温度計１５の検知温度を逐次に記憶する。さら
に、メモリ１２は、上記プローブに関わるプローブデー
タとして、アンテナ３と校正用恒温槽１４内の液体との
間の電力反射率Ｒｗ、および同軸ケーブル４の長さＬ，
電力減衰率αを記憶している。

【００２３】表示部１３は、制御部１０の演算結果（補
正後の測定温度）を表示する。校正用恒温槽１４は、マ
イクロ波に対する減衰効果の大きい液体（生理食塩水な
どの電解液）を内部に収容し、その液体の温度を制御部
１０の指令に応じて制御する。

【００２４】温度計１５は、校正用恒温槽１４内の液体
の温度Ｔｗを温度センサ１６を用いて検知するととも
に、上記温度センサ７ａ，７ｂ，…７ｎの検知温度を取
込んで同軸ケーブル４の軸方向における温度分布Ｔｃ
（ｚ）を検知する。

【００２５】そして、制御部１０は、次の［１］〜［1
0］の機能手段を備える。 ［１］入力部１１の操作に応じて予備計測モードおよび
本計測モードを設定する手段。

【００２６】［２］予備計測モード時、温度計１５の検
知温度（校正用恒温槽１４内の液体の温度）Ｔｗ´を監
視しながら校正用恒温槽１４の動作を制御し、その検知
温度Ｔｗ´を所定値に維持する手段。

【００２７】［３］予備計測モード時、ラジオメータ６
の出力電圧Ｖlockが零となるよう参照雑音源２５の雑音
温度Ｔref を調節し、零となったときの雑音温度Ｔref
をラジオメータ６の測定温度Ｔref ´としてメモリ１２
に記憶する手段。

【００２８】［４］予備計測モード時、温度計１５で検
知される液体温度Ｔｗ´、および温度計１５で検知され
る同軸ケーブル４の軸方向の温度分布Ｔｃ（ｚ）´をメ
モリ１２に記憶させる機能手段。

【００２９】［５］本計測モード時、ラジオメータ６の
出力電圧Ｖlockが零となる方向に参照雑音源２５の雑音
温度Ｔref を調節する手段。 ［６］雑音温度Ｔref の調節の開始から一定時間Ｔ₁
後、ラジオメータ６の出力電圧Ｖlockが零を中心とする
所定範囲±Ｖrange1内（受信マイクロ波電力と参照雑音
源２５のマイクロ波電力との差が所定値内）に収まって
いるか否か判定する第１判定手段。

【００３０】［７］第１判定手段の判定が満足されると
き、それから一定時間Ｔ₂ 後、ラジオメータ６の出力電
圧Ｖlockが零を中心とする一定範囲±Ｖrange2内（受信
マイクロ波電力と参照雑音源２５のマイクロ波電力との
差が一定値内）に収まっているか否か判定する第２判定
手段。ここで、一定範囲±Ｖrange2は、第１判定で用い
る所定範囲±Ｖrange1よりも小さく、ほぼ零として認め
得る値である。

【００３１】［８］第２判定手段の判定が満足される
と、そのときの参照雑音源２５の雑音温度Ｔref をラジ
オメータ６の測定温度として取込み、かつ温度計１５で
検知される同軸ケーブル４の軸方向の温度分布Ｔｃ
（ｚ）を取込み、さらにメモリ１２に記憶されているＴ
ｗ´，Ｔref ´，Ｔｃ（ｚ）´およびプローブデータを
読込み、これら種々のデータを用いた演算の実行によ
り、ラジオメータ６の測定温度Ｔref を補正する手段。

【００３２】［９］補正によって得られる温度Ｔobj を
生体１の輝度温度として表示部１３で表示する手段。 ［10］第１判定手段の判定が満足されないとき、および
および第２判定手段の判定が満足されないとき、それぞ
れ雑音温度Ｔref の調節を初めから再度実行する手段。

【００３３】つぎに、上記の構成の作用を説明する。ま
ず、ラジオメータ６の処理について説明する。ディッキ
ー・スイッチ２１がオン，オフし、そのオン時、参照雑
音源２５から発せられるマイクロ波がサーキュレータ２
２，ディッキー・スイッチ２１，および同軸ケーブル４
を介してアンテナ３に送られる。このマイクロ波はアン
テナ３から生体１に向けて放射される。

【００３４】放射されるマイクロ波は、生体１に吸収さ
れるとともに、一部がアンテナ３と生体１との境界面で
反射される。この反射マイクロ波は生体１から放出され
るマイクロ波と共にアンテナ３で受信され、その受信信
号が同軸ケーブル４およびディッキー・スイッチ２１を
介して取込まれる。

【００３５】ディッキー・スイッチ２１のオフ時は、参
照雑音源２５から発せられるマイクロ波がサーキュレー
タ２２を介してディッキー・スイッチ２１に送られ、そ
こで全反射される。この全反射されたマイクロ波は再び
サーキュレータ２２を通り、アイソレータ２４側に取込
まれる。

【００３６】したがって、生体１の輝度温度をＴobj 、
アンテナ３と生体１との境界面の電力反射係数をＲ、参
照雑音源２５から発せられる雑音温度をＴref とすれ
ば、生体１から放出されてアンテナ３に入るマイクロ波
のエネルギ量は、境界面で生体１内に反射される分（Ｔ
obj ・Ｒ）だけ少なく、Ｔobj −Ｔobj ・Ｒとなる。つ
まり、（１−Ｒ）・Ｔobj である。

【００３７】アンテナ３から放出されて境界面で反射さ
れ、再びアンテナ３に入るマイクロ波のエネルギ量は、
Ｔref ・Ｒである。

【００３８】このことから、ディッキー・スイッチ２１
のオン時に検波器３１から出力される電圧Ｖonは、次の
ようになる。 Ｖon＝ｋ・Ｇ・Ｃd ・（１−Ｒ）・Ｔobj ・Ｂ ＋ｋ・Ｇ・Ｃd ・Ｔref ・Ｒ・Ｂ また、ディッキー・スイッチ２１のオフ時に検波器３１
から出力される電圧Ｖoff は、次のようになる。

【００３９】Ｖoff ＝ｋ・Ｇ・Ｃd ・Ｔref ・Ｂ なお、ｋはボルツマン定数。ＧはＩＦアンプ３０までの
システムゲイン。Ｃdは検波器３１の感度定数。Ｂは帯
域幅である。

【００４０】この検波器３１の出力電圧Ｖon，Ｖoff が
入力されるロックインアンプ３２の出力電圧Ｖlockは、
両入力電圧Ｖon，Ｖoff の差に対応する。 Ｖlock＝ｋ・Ｇsys ・Ｂ・（１−Ｒ）・（Ｔobj −Ｔre
f ） なお、Ｇsys はシステム全体のゲインである。

【００４１】ここで、Ｖlockが零となるよう参照雑音源
２５の参照雑音温度Ｔref を調節すれば、電力反射係数
Ｒが“１”でない場合、Ｔobj ＝Ｔref となり、電力反
射係数Ｒにかかわらず測定対象物の温度を直接的に測定
することができる。これが従来よりあるバランス法ラジ
オメトリの原理である。

【００４２】次に、全体の作用について説明する。入力
部１１で予備計測モードを設定し、その開始操作を行な
う。すると、制御部１０は、校正用恒温槽１４の加熱動
作を開始するとともに、その加熱を温度計１５の検知温
度Ｔｗを監視しながら制御し、校正用恒温槽１４内の液
体の温度を所定値に維持する。

【００４３】この状態で、アンテナ３を液体の充満した
バルーン２と共に校正用恒温槽１４内に水没させると、
液体の温度がラジオメータ６で測定される。このとき、
バルーン２内の液体の温度が校正用恒温槽１４内の液体
の温度に一致するよう調節される。

【００４４】ここで、入力部１１または制御部１０から
発せられる記憶指令により、ラジオメータ６の測定温度
Ｔref ´、温度計１５で検知される液体温度Ｔｗ´、お
よび同じく温度計１５で検知される同軸ケーブル４の軸
方向の温度分布Ｔｃ（ｚ）´がそれぞれメモリ１２に記
憶される。なお、ｚは図１に矢印で示すように同軸ケー
ブル４の軸方向の位置である。

【００４５】ある温度範囲で液体温度Ｔｗ´を変化させ
ながらこの計測を実行することにより、メモリ１２に、
液体温度Ｔｗ´と測定温度Ｔref ´との相関、さらに液
体温度Ｔｗ´または測定温度Ｔref ´と内部温度分布Ｔ
ｃ（ｚ）´との相関がそれぞれ保持される。

【００４６】しかる後、生体１の任意の箇所でバルーン
２を膨らませ、アンテナ３を保持させる。そして、入力
部１１で本計測モードを設定し、その開始操作を行な
う。すると、生体１から発せられる熱雑音がアンテナ３
で受信され、ラジオメータ６による次の温度計測が開始
される。ここからの作用を図４に示す。

【００４７】先ず、ラジオメータ６の出力電圧Ｖlockが
零となる方向に参照雑音源２５の雑音温度Ｔref が調節
される。この調節に当たっては、図３の特性から判るよ
うに雑音温度Ｔref の変化に時間がかかることを考慮
し、初めの一定時間Ｔ₁ が経過する時点で、ラジオメー
タ６の出力電圧Ｖlockが零を中心とする所定範囲±Ｖra
nge1内（受信マイクロ波電力と参照雑音源２５のマイク
ロ波電力との差が所定値内）に収まっているか否か判定
する。

【００４８】この判定が満足されない場合、つまりＶlo
ckが±Ｖrange1から外れている場合、そのまま待っても
Ｖlockは零まで収束しないとの判断の下に、雑音温度Ｔ
refを別の値へ変更するべく再調節を行なう。

【００４９】判定が満足された場合、つまりＶlockが±
Ｖrange1内に収まった場合、それから一定時間Ｔ₂ 後、
ラジオメータ６の出力電圧Ｖlockが零を中心とする一定
範囲±Ｖrange2内（受信マイクロ波電力と参照雑音源２
５のマイクロ波電力との差が一定値内）に収まっている
か否か判定する。

【００５０】この判定が満足されない場合、つまりＶlo
ckが±Ｖrange2から外れている場合、そのまま待っても
Ｖlockは零まで収束しないとの判断の下に、雑音温度Ｔ
refを別の値へ変更するべく再調節を行なう。

【００５１】判定が満足された場合、つまりＶlockが±
Ｖrange2内に収まってほぼ零として認められる状態にな
ると、そのときの雑音温度Ｔref がラジオメータ６の測
定温度として取込まれる。

【００５２】一定時間Ｔ₁ ，Ｔ₂ については、雑音温度
Ｔref をどれくらい変化させるかによって異なってくる
が、その変化量と時間との相関を前もって測定して定め
ればよい。たとえば、雑音温度Ｔref が実際温度の±0.
1 ℃の範囲に収まるまでの時間をＴ₁ として定め、雑音
温度Ｔref が実際温度の±0.03℃の範囲に収まるまでの
時間をＴ₂ として定めればよい。なお、Ｔ₁ については
大まかに４秒くらいにしておいても実際上の問題はな
い。

【００５３】このように、雑音温度Ｔref の調節を前段
と後段の２段階に分けることにより、測定時間をＴ₁ ，
Ｔ₂ の時間差分（＝Ｔ₂ −Ｔ₁ ）について短縮すること
ができる。

【００５４】この方法は、測定時にロックインアンプ３
２がオーバーレンジしているときには特に有効である。
オーバーレンジしているときには測定輝度温度と雑音温
度のだいたいの温度差がロックインアンプ出力から予想
できないので、変化後もロックインアンプ３２の出力電
圧Ｖlockが零に近付いていない可能性が非常に低いため
である。

【００５５】そして、求められた測定温度Ｔref は、温
度計１５で検知される同軸ケーブル４の軸方向の温度分
布Ｔｃ（ｚ）、メモリ１２内のＴｗ´，Ｔref ´，Ｔｃ
（ｚ）´の相関データ、さらにメモリ１２内のプローブ
データ（電力反射率Ｒｗ，同軸ケーブル長Ｌ，電力減衰
率α）を用いた下式の演算により、補正される。この補
正によって同軸ケーブル４の電力減衰や熱雑音の影響が
除去され、生体１の正しい輝度温度Ｔobj が求まる。

【００５６】

【数１】

【００５７】なお、ΔＴｃ（ｚ）＝Ｔｃ（ｚ）−Ｔｃ
（ｚ）´である。この式は、電子情報通信学会ＥＭＣＪ
８８−７１“医用ラジオメータの輝度温度測定誤差軽減
法”の文献に記載の（10）式に対応する。

【００５８】求められた生体１の輝度温度Ｔobj は、表
示部１３に表示され、使用者に報知される。すなわち、
測定誤差に大きな影響を及ぼす要素の一つに同軸ケーブ
ルの温度変化がある。これは同軸ケーブルでの電力減衰
や熱雑音の影響によるもので、とくに電力減衰に対応す
る分の熱輻射分力が同軸ケーブルから発生する。そのた
め、同軸ケーブルの温度が変化すると、同軸ケーブルか
らの熱輻射電力が変化し、その分が測定誤差となって現
われる。これに対処するべく、上記の補正を行なってい
る。この補正については、特開平3-293526号公報にも示
されている。

【００５９】ところで、参照雑音源２５の雑音温度Ｔre
f の実際の調節、いわゆるバランス操作は、ラジオメー
タ６のロックインアンプ３２の出力Ｖlockから温度変化
の操作量Ｓを計算し、その操作量Ｓだけ行なう。Ｖlock
とＳとの相関係数をｋとする。対象物が安定したもので
あれば、事前に測定して求めた相関係数ｋを常に用いて
操作することも可能であるが、測定対象物の温度がやや
ふらつき気味の場合や、反射係数Ｒが変化する可能性の
ある場合、また、雑音温度変化量と操作量との間の相関
にばらつきがある場合などは、この相関係数ｋを随時変
化させた方がバランス操作が早く行なえる。温熱治療時
に温度測定装置として用いる場合等は、測定中は加温出
力をオフしているために、測定対象物温度が徐々に低下
しており、特にこの操作が必要となる。この場合の工夫
の例を以下に３種類示す。

【００６０】［第１方法］初回バランス操作前のロック
インアンプ３２の出力をＶlock₁ 、初回操作量（たとえ
ばステッピングモータ回転ステップ数や変更電圧等）を
Ｓ₁ 、この初回操作量Ｓ₁ を計算するための相関係数を
ｋ₁ 、さらに初回バランス操作後のロックインアンプ３
２の出力をＶlock₂ 、２回目のバランス操作での相関係
数をｋ₂とする。

【００６１】相関係数は、 Ｓ₁ ＝ｋ₁ ・Ｖlock₁ というようにして用いる。本来、この相関係数がちょう
どの値であれば、Ｖlock₂ ＝０となるが、対象物温度変
化や反射係数変化等により相関係数は変化している。そ
こで、初回操作後に、 Ｖlock₁ ・Ｖlock₂ ＜０のとき、ｋ₂ ＝ 0.9・ｋ₁ Ｖlock₁ ・Ｖlock₂ ＞０のとき、ｋ₂ ＝ 1.1・ｋ₁ という調整を相関係数ｋ₂ に対して行なう。２回目以降
もＶlock₁ とＶlock₂ の値を入れ替えていくだけで同じ
考え方で相関係数を変更していく。これによって、測定
中に状態の変化が起こっても、相関係数がそれを追尾し
ていき、素早いバランス操作を行なえる。

【００６２】また、加温後の対象物の温度測定において
も、常に温度が減少しているものに対しての追尾を行な
うことになり、相関係数は安定した温度の対象物の測定
時より大きな値を示すことになり、素早い測定が行なわ
れることになる。

【００６３】［第２方法］初回バランス操作前のロック
インアンプ３２の出力をＶlock₁ 、初回操作量（たとえ
ばステッピングモータ回転ステップ数や変更電圧等）を
Ｓ₁ 、この初回操作量Ｓ₁ を計算するための相関係数を
ｋ₁ 、初回バランス操作後のロックインアンプ３２の出
力をＶlock₂ 、２回目のバランス操作での基準相関係数
をｋ₂ とする。

【００６４】操作量は以下のようにして決定する。Ｖlo
ck₁ が、雑音温度Ｔref が高すぎることを示していると
き、 Ｓ₁ ＝ 1.1・ｋ₁ ・Ｖlock₁ Ｖlock₁ が、雑音温度Ｔref が低すぎることを示してい
るとき、 Ｓ₁ ＝ 0.9・ｋ₁ ・Ｖlock₁ そして、２回目のバランス操作に入る前に、基準相関係
数ｋ₂ を以下のように変更する。

【００６５】 Ｖlock₁ ・Ｖlock₂ ＜０のとき、ｋ₂ ＝ 0.9・ｋ₁ Ｖlock₁ ・Ｖlock₂ ＞０のとき、ｋ₂ ＝ 1.1・ｋ₁ ２回目以降もＶlock₁ およびＶlock₂ の値を入れ替えて
いくだけで同じ考え方で相関係数を変更していく。これ
によって、対象物等の状態の変化による反射係数などの
変化に対応して基準相関係数を変化させて素早いバラン
ス操作を行なえるという第１方法の特長だけでなく、測
定対象物が加温後のもので、温度が低下している最中の
ものに積極的に素早いバランス操作を行なうことができ
る。

【００６６】［第３方法］初回バランス操作前のロック
インアンプ３２の出力をＶlock₁ 、初回操作量（たとえ
ばステッピングモータ回転ステップ数や変更電圧等）を
Ｓ₁ 、この初回操作量Ｓ₁ を計算するための相関係数を
ｋ、初回バランス操作後のロックインアンプ３２の出力
をＶlock₂ 、２回目の操作量をＳ₂ として、ｎ回目のＶ
lock_n およびＳｎを定める。

【００６７】Ｓ₁ は、第１方法のように、 Ｓ₁ ＝ｋ・Ｖlock₁ として計算する。本来、この操作でＶlock₂ ＝０となる
はずであるが、測定対象物に温度変化があった場合には
その分がずれてしまい、Ｖlock₂ は零でなくなる。そこ
で、２回目の操作量の計算では、測定にかかる時間の間
にＶlock₂ の分だけ測定対象物の温度が変化してしまう
ことを前提とした計算を行なう。

【００６８】Ｓ₂ ＝ｋ・（Ｖlock₂ ＋Ｖlock₂ ） Ｓ₃ 以降の測定では、前回予想した温度変化分と実際と
の差を考慮しながら行なう。

【００６９】Ｓｎ＝ｋ・｛Ｖlockｎ＋（Ｖlock₁ ＋Ｖlo
ck₂ ＋…＋Ｖlock_n ）｝ この計算方法を用いると、第２方法のようにだいたいの
係数掛けで先回り制御を行なうのではなく、しっかりと
測定時のデータを基にして先回り制御することになる。
また、この方法であると、測定対象物の温度が下がって
いるものだけでなく上昇中のものに対しても万能に対応
できる。また、操作量によってバランス待ち時間が異な
るときには、その時間を温度変化予想量に掛けて補正す
る。

【００７０】一方、前述のように、ロックインアンプ３
２の出力がオーバーレンジしている場合には、バランス
操作がスムーズにいかなくなり、強いては測定時間が長
くなる原因となる。特に、温熱治療との併用において、
加温出力がオンしているときに、ノイズが原因でオーバ
ーレンジする可能性が高く、これは主にアンテナとケー
ブルから入ってくるものである。

【００７１】これについては、ラジオメータ６内に同軸
スイッチを設け、入力側が同軸スイッチ以降の部品に接
続されないモード（オープンモード）を、加温出力がオ
ンのときに設定することで対処できる。これを単一周波
数のラジオメータ６に適用した例を図５に示す。

【００７２】ディッキー・スイッチ２１とサーキュレー
タ２２との接続間に同軸スイッチ４０が挿接される。ま
ず、加温中は制御回路１０からの指示で同軸スイッチ４
０を開いておく。これによってヘテロダインレシーバ内
の各素子つまり同軸スイッチ４０以降の部品に過大な入
力がかかることはなく、部品破壊の心配が解消される。
また、ロックインアンプ３２がオーバーレンジして飽和
状態になる心配もなくなる。

【００７３】次に加温出力をオフし、同軸スイッチ４０
を閉じる。ロックインアンプ３２は飽和していないた
め、入力に対して素直に反応し、素早い輝度温度測定が
可能となる。

【００７４】マルチ周波数のラジオメータでは、ＳＰＳ
Ｔの同軸スイッチでなく、多チャンネルの同軸スイッチ
を用い、加温中は同軸スイッチのコモン端子がどのチャ
ンネルとも接続されないオープンモードを設定し、加温
オフの期間に、測定したいチャンネルに同軸スイッチの
コモン端子を接続して輝度温度測定を行なう。

【００７５】ところで、同軸ケーブルでの電力減衰によ
る測定誤差については前述したが、それに匹敵するだけ
の電力減衰が起こり得るのがディッキー・スイッチ２１
である。対策として、ディッキー・スイッチ２１の外装
をペルチェ素子で温度制御するのが普通となっている
が、それでも内部の半導体スイッチ部分は、接続されて
いる同軸ケーブル４、後段の同軸スイッチ４０やサーキ
ュレータ２２からの熱伝導で温度変化してしまう。この
ため、確実な温度制御ができず、それを信用している
と、実際の温度変化分だけ測定誤差が生じる可能性があ
る。

【００７６】そこで、ディッキー・スイッチ２１のスイ
ッチラインのコネクタ部分に温度センサを実装し、その
温度センサの検知温度と本来の外装部分の制御温度との
平均値をディッキー・スイッチ２１の内部の半導体スイ
ッチ部分の温度として捕らえる。この温度データを用い
ることにより、ディッキー・スイッチ２１の温度変化分
を補正できる。これには、外装を温度制御している分の
効果も加わる。

【００７７】ＲＦアンプ２６等の後段の部品についても
温度制御している場合には、その制御値をディッキー・
スイッチ２１の外装部分の制御温度と同じ値に維持する
ことにより、コネクタ部分の温度と外装部分の温度とが
ほぼ等しくなり、ディッキー・スイッチ２１の温度安定
度がさらに向上する。

【００７８】補正に際しては、長さ零cmで電力減衰のあ
るケーブルという条件を従来からある補正式に追加すれ
ばよい。なお、同軸ケーブル４とディッキー・スイッチ
２１との間に電力反射がないものと仮定すれば、前記し
た［数１］の式を展開することで容易に新しい補正式が
得られる。

【００７９】また、ディッキー・スイッチ２１の温度変
動は、同軸ケーブル４からの熱伝導によって室内温度変
動の影響を受けてしまうのが大きな原因の一つである。
そこで、図６および図７に示す構成を採用し、ディッキ
ー・スイッチ２１付近の同軸ケーブル４の温度変動を抑
えることも測定温度の精度アップにつながる。

【００８０】すなわち、同軸ケーブル４の所定箇所をア
ルミブロック５０で囲む。このアルミブロック５０は一
対のブロック５０ａ，５０ｂからなり、両ブロックで上
下から挟み込む状態で同軸ケーブル４に取付ける。この
取付け箇所は、同軸ケーブル４とディッキー・スイッチ
２１とを接続するためのコネクタ５の近傍とする。

【００８１】このアルミブロック５０にサーモモジュー
ル７を取付け、そのサーモモジュール７によってアルミ
ブロック５０の温度を制御する。さらに、サーモモジュ
ール７に熱放出用のヒートシンク８を取付ける。

【００８２】このような構成によれば、ディッキー・ス
イッチ２１付近の同軸ケーブル４の温度が一定に維持さ
れるので、同軸ケーブル４からディッキー・スイッチ２
１への熱伝導が無視された状態となり、ディッキー・ス
イッチ２１の温度が格段に安定する。よって、ディッキ
ー・スイッチ２１の温度に対する補正は不要である。し
かも、アルミブロック５０の温度制御値をディッキー・
スイッチ２１の外装温度と同じ値にすれば、ディッキー
・スイッチ２１の温度の安定性がさらに向上する。

【００８３】なお、上記実施例では、温度センサ７ａ，
７ｂ，…７ｎの検知素子として熱電対を使用したが、そ
れに限らず白金素子やサーミスタを用いてもよく、光フ
ァイバ温度センサの使用も可能である。この光ファイバ
温度センサの場合、電気的な絶縁被覆が不要である。

【００８４】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、受
信マイクロ波の電力と参照雑音源のマイクロ波の電力と
の差が所定値内に収まるよう参照雑音源の雑音温度を調
節し、この調節の開始から一定時間Ｔ₁ 後に上記電力差
が所定値内に収まっているか否か判定し、この判定が満
足されればそれから一定時間Ｔ₂ 時間後に上記電力差が
一定値内に収まっているか否か再度の判定を行ない、こ
の判定が満足されればそのときの参照雑音源の雑音温度
から測定対象物の温度を求め、各判定がいずれも満足さ
れないときにはそれぞれ上記の調節を再度実行する構成
としたので、バランス法ラジオメトリによる測定精度の
向上効果を確保しながら短い時間での測定を可能とし、
温熱治療に際して十分な加温効果を確保しながら確実な
温度測定を可能とする信頼性にすぐれた無侵襲温度計測
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体的な構成図。

【図２】同実施例におけるラジオメータの具体的な構成
図。

【図３】同実施例における参照雑音源の温度変化の特性
図。

【図４】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。

【図５】同実施例におけるラジオメータの変形例の構成
図。

【図６】同実施例におけるラジオメータの同軸ケーブル
周辺部の変形例の構成図。

【図７】図６を側方から見た図。

【符号の説明】

１…生体（測定対象物）、３…アンテナ、４…同軸ケー
ブル、６…ラジオメータ、１０…制御部、１２…メモ
リ、１４…校正用恒温槽、１５…温度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設定される雑音温度に応じたマイクロ波
   を発生する参照雑音源と、この参照雑音源から発せられ
   るマイクロ波を測定対象物に放射するとともに、測定対
   象物から放出および反射されるマイクロ波を受信するア
   ンテナと、このアンテナで受信されるマイクロ波の電力
   と前記参照雑音源のマイクロ波の電力との差が零となる
   方向に参照雑音源の雑音温度を調節する手段と、この調
   節の開始から一定時間Ｔ₁ 後に前記差が所定値内に収ま
   っているか否か判定する第１判定手段と、この第１判定
   手段の判定が満足されるときそれから一定時間Ｔ₂ 時間
   後に前記差が一定値内に収まっているか否か判定する第
   ２判定手段と、この第２判定手段の判定が満足されると
   き前記参照雑音源の雑音温度から前記測定対象物の温度
   を求める手段と、前記第１および第２判定手段の判定が
   満足されないとき前記調節を再度実行する手段とを備え
   たことを特徴とする無侵襲温度計測装置。