JP5327840B2 - 温度伝導率測定装置、皮膚組織血液循環評価装置及び褥瘡診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、生体の温度伝導率を測定する装置、さらに、温度伝導率から生体の血液流量を評価する装置及び褥瘡危険度を判定する装置に関するものである。

褥瘡とは、患者が長期にわたり同じ体位で寝たきり等になった場合に、ベッドとの接触部分が圧迫されて阻血状態となり、周辺組織が壊死する皮膚疾患である。褥瘡の発生を予測診断する方法としては、ＯＨスケールや、褥瘡好発部位の形状から褥瘡危険度を評価する褥瘡診断装置等が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＯＨスケールは、自力体位変換、病的骨突出、浮腫、関節拘縮から褥瘡発生危険を評価する尺度である。各項目０〜３点からなり、得点が高いほど褥瘡発生危険が高いとされる。また、従来の褥瘡診断装置は、人体表面における殿筋部、仙骨部、腰部、背中部といった各部位相互において、殿筋部を基準としてこれに対する他の各部位の高低を測定することによって、褥瘡の診断を行っている。
特開２０００−５１１８１号公報

ＯＨスケールは、自力体位変換、病的骨突出、浮腫、関節拘縮の各項目について主観的な評価を行うので、予測診断には高度な専門性が必要となる。したがって、経験の少ない看護師や在宅介護者等には、正確な予測診断が困難である。

また、特許文献１には、褥瘡好発部位の形状から褥瘡発生を予知することにより、診断者の技量に左右されない診断結果が得られると記載されている。しかしながら、この褥瘡診断装置は、褥瘡好発部位の形状測定を自動化したことに留まり、外見から褥瘡の発生を予測診断するＯＨスケールと本質的に異なるところがない。

他方、褥瘡発生の内的要因としては、皮膚組織内の血流状態が考えられる。従来の血液流量を測定装置するとしては、レーザードップラー方式、超音波ドップラー方式の血流量測定装置、皮膚表面温度の測定により皮膚組織血液循環状態を評価するためのサーモグラフィー等が知られている。しかしながら、これらは、装置構成が複雑、大型で、操作が難しい上、非常に高価であるので、基礎研究等で使用されているに留まり、臨床もしくは一般家庭での使用は困難な状況である。

そこで、この発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、何処でも、誰でも、簡単に使用できる温度伝導率測定装置、温度伝導率を利用して血液流量を評価する皮膚組織血液循環評価装置及び褥瘡診断装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る温度伝導率測定装置は、生体に所定時間だけ熱刺激を付与する熱刺激発生部と、前記熱刺激発生部によって熱刺激を付与された生体の温度の時間的変化を測定する温度測定部と、生体熱伝導方程式に基づいて、前記温度測定部の測定結果から生体の温度伝導率を算出する温度伝導率算出部とを備え、生体の温度伝導率を測定する。

上記構成の温度伝導率測定装置は、熱刺激発生部と温度測定部とを測定部位に接触させるだけで温度伝導率を測定できるので、人体への侵襲がない。また、操作が簡単なので、専門知識を有さない一般の看護師や在宅介護者でも簡単に患者の皮膚の温度伝導率を測定することができる。

なお、本明細書中の「生体熱伝導方程式に基づいて生体の温度伝導率を算出する」とは、温度伝導率測定装置に記憶した生体熱伝導方程式に温度測定部の測定結果を代入して温度伝導率を算出することに限らず、下記のように生体熱伝導方程式を利用して得られた温度伝導率推定テーブルに基づいて温度伝導率を算出することも含まれる。

熱刺激を付与する前の生体の温度をｔ₁、前記所定時間を経過した時点での生体の温度をｔ₂、前記所定時間を経過した時点からｔ₁／ｔ₂が予め定められた値に達するまでの時間を時定数と定義する。そして、前記温度伝導率算出部は、生体熱伝導方程式に基づいて予め算出された時定数と温度伝導率との関係を保持する温度伝導率推定テーブルを記憶する記憶部と、前記温度測定部の検出結果に基づいて時定数を算出する時定数算出部と、前記温度伝導率推定テーブルに基づいて、前記時定数から生体の温度伝導率を推定する温度伝導率推定部とを備える。これにより、即座に生体の温度伝導率を得ることができる。

また、前記熱刺激発生部は、生体に冷却刺激を付与する冷却刺激発生部であってもよい。本明細書中の「熱刺激」とは、冷却刺激及び加温刺激の両方を含むが、高精度の温度伝導率測定を行う観点からは、加温刺激よりも冷却刺激の方が優れている。

例えば、前記熱刺激発生部は、ペルチェ素子によって構成されていてもよい。これにより、ペルチェ素子に流れる電流の向きを変えるだけで、冷却刺激と加温刺激とを簡単に切り替えることができる。

また、この発明に係る温度伝導率測定装置は、前記熱刺激発生部と前記温度測定部とを保持し、かつ生体の表面に貼付される貼付部材、前記熱刺激発生部及び前記温度測定部を含む測定器と、前記温度伝導率算出部、前記測定器の動作を制御する測定器制御部及び前記温度伝導率算出部によって算出された生体の温度伝導率を表示する表示部を含み、前記測定器とデータの送受信可能な状態で接続される操作端末とで構成されていてもよい。

また、前記貼付部材は、生体の表面に沿って変形可能な材料で形成されており、前記温度測定部は、前記貼付部材の生体表面に対面する面から突出するように配置されていてもよい。これにより、測定部位がどのような形状であっても、高精度の測定結果を得ることができる。

また、前記測定器と前記操作端末とは、無線接続されているのがよい。これにより、配線を気にすることなく、温度伝導率の測定を行うことができる。

この発明に係る皮膚組織血液循環評価装置は、上記のいずれかに記載の温度伝導率測定装置と、予め算出された温度伝導率と血液流量との関係を保持する血液流量評価テーブルを記憶する記憶部と、前記血液流量評価テーブルに基づいて、前記温度伝導率算出部の算出結果から生体の血液流量を評価する血液流量評価部とを備える。上記構成の皮膚組織血液循環評価装置は、温度伝導率という客観的な数値に基づいて血液流量を評価しているので、評価者の技量に左右されず高精度の診断が可能となる。

この発明に係る褥瘡診断装置は、上記のいずれかに記載の温度伝導率測定装置と、予め算出された温度伝導率と褥瘡危険度との関係を保持する褥瘡危険度判定テーブルを記憶する記憶部と、前記褥瘡危険度判定テーブルに基づいて、前記温度伝導率算出部の算出結果から生体表面の褥瘡の危険度を判定する褥瘡危険度判定部とを備える。上記構成の褥瘡診断装置は、温度伝導率という客観的な数値に基づいて褥瘡の危険度を評価しているので、評価者の技量に左右されず高精度の診断が可能となる。

この発明に係るプログラムは、所定時間だけ熱刺激を付与する熱刺激発生部と、前記熱刺激発生部によって熱刺激を付与された生体の温度の時間的変化を測定する温度測定部とを備える温度伝導率測定装置で実行されるものであって、生体熱伝導方程式に基づいて、前記温度測定部の測定結果から生体の温度伝導率を算出する温度伝導率算出ステップを含む。

本発明は、温度伝導率測定装置、皮膚組織血液循環評価装置及び褥瘡診断装置として実現することができるだけでなく、これらの装置に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができる。

この発明によれば、専門知識を有しない一般の看護師や在宅介護者でも簡単に温度伝導率を測定できる温度伝導率測定装置を得ることができる。また、この温度伝導率測定装置を応用することにより、何処でも、誰でも、簡単に使用できる皮膚組織血液循環評価装置及び褥瘡診断装置を得ることができる。

図１〜図３を参照して、この発明の一実施形態に係る温度伝導率測定装置１１を説明する。なお、図１は温度伝導率測定装置１１の構成を示す概略図、図２は温度伝導率測定装置１１の構成を示すブロック図、図３は測定器２１の構造を示す断面図である。

まず、図１及び図２に示されるように、温度伝導率測定装置１１は、生体の温度伝導率を簡単に測定できる装置であって、患者の体に取り付ける測定器２１と、測定時に看護師等が操作する操作端末３１とで構成されており、両者は相互にデータの送受信可能な状態で接続されている。

測定器２１は、操作端末３１に接続するための通信部２２と、生体の表面に貼付される貼付部材２３と、生体に熱刺激を付与する熱刺激発生部２４と、生体の温度変化を測定する温度測定部２５とを主に備える。この測定器２１は、操作端末３１の指示に基づいて、生体に熱刺激を付与すると共に生体の温度変化を測定し、測定結果を操作端末３１に送信する。

通信部２２は、操作端末３１の通信部３２（後述）との間でデータの送受信を行うための通信インターフェースである。この実施形態における測定器２１と操作端末３１とは、無線接続されている。具体的な接続形態は特に限定されないが、例えば、赤外線やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等で接続される。なお、後述する通信部３２も同様であるので、説明は省略する。

貼付部材２３は、測定部位に貼付される平板形状の部材であって、生体の表面に沿って変形可能な材料、例えばシリコン等で形成されている。これにより、起伏の激しい皮膚表面に貼付する場合でも、測定結果の信頼性が向上する。特に、仙骨部等の褥瘡好発部位は起伏が激しいので、後述する褥瘡診断に利用する場合には、有利な効果を奏する。また、貼付部材２３は、熱刺激発生部２４と温度測定部２５とを保持している。

図３に示されるように、熱刺激発生部２４は、円筒形状のケース２４１と、ケース２４１の内部に積層配置される熱伝導プローブ２４２と、ペルチェ素子２４３と、ヒートシンク２４４と、熱放散ファン２４５とを主に備え、生体の表面に熱刺激を付与することによって生体に温度勾配を生じさせる。なお、この実施形態における熱刺激発生部は、生体に冷却刺激を付与する冷却刺激発生部であり、皮膚温度よりも約５℃程度低い温度（２５℃〜３０℃）の刺激を付与する。

ペルチェ素子２４３は、直流電流を流すことによって一方の面が吸熱し、他方の面が発熱する半導体素子である。この実施形態におけるペルチェ素子２４３は冷却素子として使用するので、吸熱する側に熱伝導プローブ２４２を、発熱する側にヒートシンク２４４と熱放散ファン２４５とを配置している。

熱伝導プローブ２４２は、熱伝導率の高い材料、例えば銅やアルミニウム等によって形成されており、一方側端部がペルチェ素子２４３の吸熱面に接し、他方側端部が貼付部材２３の中央部を貫通している。また、熱伝導プローブ２４２には、温度制御用センサ２４２ａが取り付けられている。ヒートシンク２４４及び熱放散ファン２４５は、ペルチェ素子２４３の発熱面に取り付けられ、発熱面の熱を放出する。

温度測定部２５は、熱電能の異なる２種類の金属を接合して構成される微細熱電対であって、生体の温度の時間的変化を測定する。この実施形態における温度測定部２５は、熱伝導プローブ２４２の先端位置と、この位置から４ｍｍ離れた複数個所に同心円状に配置されている。また、この温度測定部２５は、貼付部材２３の生体表面に対面する面（図３の下面）から突出するように配置されている。これにより、生体表面に密着するので、高精度の温度測定が可能となる。

操作端末３１は、測定器２１に接続するための通信部３２と、操作端末３１の制御を行うＣＰＵ３３（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、各種プログラム等を記憶するＲＯＭ３４（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、温度伝導率推定テーブルを記憶するＲＡＭ３５（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、測定器２１の操作画面や測定結果等を表示する表示部３６とを主に備える。

ＣＰＵ３３は、ＲＯＭ３４に記憶されている時定数算出プログラム、温度伝導率推定プログラム、測定器制御プログラム等を読み込み、時定数算出部３３１、温度伝導率推定部３３２、測定器制御部３３３等として動作する。

時定数算出部３３１は、温度測定部２５の検出結果に基づいて時定数を算出する。温度伝導率推定部３３２は、後述する温度伝導率推定テーブル３５１に基づいて、時定数から生体の温度伝導率を推定する。なお、時定数算出部３３１と温度伝導率推定部３３２とで温度伝導率算出部を構成する。

測定器制御部３３３は、測定器２１の動作を制御する。具体的には、熱刺激発生部２４の冷却温度や冷却時間、温度測定部２５の測定時間、さらには温度制御用センサ２４２ａの検出結果に基づいて、熱刺激発生部２４の温度調節等を行う。

記憶部としてのＲＡＭ３５は、温度伝導率推定テーブル３５１を記憶している。なお、ＲＡＭ３５に代えて、ハードディスクドライブ等の他の記憶装置を採用してもよい。温度伝導率推定テーブル３５１は、時定数と温度伝導率との関係を保持している。図５にグラフ化した温度伝導率推定テーブル３５１を示す。

表示部３６は、測定器２１の操作画面や測定結果等の表示を行う液晶画面である。なお、液晶画面に代えて有機ＥＬディスプレイを採用すれば、操作端末３１をさらに小型化、薄型化できる。

次に、式（１）〜（３）及び図４を参照して、温度測定部２５の検出結果から生体の温度伝導率を算出する方法を説明する。なお、図４は生体に冷却刺激を付与した時の温度応答の理論値と測定値とをプロットした図である。また、式（１）〜（３）中のＴは皮膚組織温度（℃）を、Ｔ_sは皮膚表面温度(℃) を、Ｔ_bは環境温度（℃）を、ρ_tは皮膚組織の密度（ｋｇ／ｍ³）を、Ｃ_tは皮膚組織の比熱（Ｊ／Ｋ）を、ΔＴは皮膚組織温度（Ｔ）と測定開始時の皮膚組織温度（Ｔ₀）との温度差（℃）を、λ_tは皮膚組織の熱伝導率（ｍ²／ｓ）を、ρ_bは血液の密度（ｋｇ／ｍ³）を、Ｃ_bは血液の比熱（Ｊ／Ｋ）を、Ｗ_bは組織単位体積あたりの血液流量（ｍｌ／ｓ）を、λ_eは総合熱伝達率（ｍ²／ｓ）を、Ｑｍは代謝による産熱（Ｊ）を、Ｑｅは単位体積当たりの発熱量（Ｊ）を、α_t＝λ_t／ρ_tＣ_tは温度伝導率(ｍ²／ｓ)をそれぞれ指している。

まず、式（１）は、ペネスの生体熱伝導方程式（ｂｉｏｈｅａｔ ｅｑｕａｔｉｏｎ）である。なお、左辺は時間変化による皮膚組織への熱の蓄積を、右辺第１項は温度勾配に基づく熱伝導による熱の流れを、第２項は動脈血から皮膚組織への熱移動を、第３項は皮膚組織の代謝による産熱をそれぞれ表している。また、第３項はｚ＝０における境界条件を与えている。

次に、皮膚表面及び皮膚組織断面での熱伝導方程式を考える。つまり、式（１）でｚ＝０、Ｔ＝Ｔ_sとすると、皮膚表面の熱伝導方程式である式（２）を、式（１）でｙ＝０とすると、皮膚組織断面での熱伝導方程式である式（３）を得ることができる。なお、式（２）及び式（３）では、代謝による産熱をないもの（式（１）の第３項＝０）としている。

上記式（２）及び式（３）において、Ｗ_b＝０とすれば、非定常熱伝導方程式となる。これらを数値解析すれば、血液流量の影響を含んだ「見掛けの温度伝導率（α_t）」を算出することができる。なお、本明細書では、これらを「局所皮膚組織熱伝導モデル」という。

次に、上記の局所皮膚組織熱伝導モデルを用いて生体の温度伝導率を算出する一例を説明する。まず、冷却刺激による皮膚表面の温度応答を実際に測定する（測定値）。具体的には、６０秒間（冷却刺激期間）に亘って冷却刺激を付与し、冷却開始直後から冷却刺激解放後１２０秒間に亘って刺激中心位置における温度応答を測定する。測定結果を図４に「＊」で示す。一方、局所皮膚組織熱伝導モデルによって、同様の条件の下での温度応答を数値計算する（理論値）。計算結果を図４に「○」で示す。

次に、測定値と理論値との積算誤差が最小値に収束するように式（２）のパラメータ（特にα_t、λ_e）を調整することにより、温度伝導率を同定することができる。最後に、この温度伝導率に補正係数を乗じることにより、「見掛けの温度伝導率」を算出することができる。なお、「補正係数」は、温度伝導率が既知の物質（シリコンゴム等）で上記の測定を行い、実際の温度伝導率を実験で求めた温度伝導率で除することにより求めることができる。

なお、上記の説明では、刺激中心位置における温度応答のみを測定した例を示したが、その他の部分（この実施形態では、刺激中心位置から４ｍｍ離れた位置）でも同様に測定を行う。複数個所で測定を行うことにより、結果の信頼性が向上する。

上記の方法は、式（２）を繰り返し計算する必要があり、膨大な計算時間を必要とする。そこで、図５を用いて簡易に温度伝導率を推定する方法を説明する。なお、図５は見掛けの温度伝導率と対応する時定数との関係を示す図である。

まず、上記の局所皮膚組織熱伝導モデルを利用して「見掛けの温度伝導率」と、それに対応する時定数とを算出する。なお、この実施形態においては、冷却刺激解放後（６０秒）からｔ₁／ｔ₂＝０．６３となるまでの時間を時定数としている。この手順を繰り返すことによって得られる結果（図５）を温度伝導率推定テーブル３５１とする。この温度伝導率推定テーブル３５１を用いれば、図４に示すような測定結果から時定数を算出し、その時定数から即座に温度伝導率を推定することが可能となる。

次に、図６を参照して、温度伝導率測定装置１１の動作を説明する。なお、図６は温度伝導率測定装置１１による温度伝導率の測定手順を示す図である。また、ＲＡＭ３５の温度伝導率推定テーブル３５１には、図５に示すような関係が保持されている。

まず、貼付部材２３を温度伝導率の測定部位に貼り付ける。熱刺激発生部２４は、測定器制御部３３３からの指示に基づいて、所定の時間だけ生体に熱刺激を付与する（Ｓ１）。これにより、生体に温度勾配が生じる。なお、熱刺激を付与する時間は任意に設定することができるが、この実施形態では６０秒として説明する。このとき、測定器制御部３３３は、温度制御用センサ２４２ａの検出結果をリアルタイムに受信し、一定の熱刺激を付与するように熱刺激発生部２４を制御する。

次に、温度測定部２５は、熱刺激を付与するのと同時に生体の温度変化の測定を開始し、熱刺激解放後（６０秒経過後）から所定の時間まで計測を続ける（Ｓ２）。なお、温度変化の測定は、温度勾配が安定する（熱刺激を付与する前の状態に戻る）まで継続するのが望ましいので、熱刺激解放後から１２０秒程度継続する。また、計測結果はリアルタイムに時定数算出部３３１に送信される。

次に、時定数算出部３３１は、温度測定部２５の検出結果に基づいて時定数を算出する（Ｓ３）。具体的には、熱刺激解放後（６０秒経過後）からｔ₁／ｔ₂＝０．６３となるまでの時間を算出する。

次に、温度伝導率推定部３３２は、温度伝導率推定テーブル３５１に基づいて、時定数算出部３３１によって算出された時定数から生体の温度伝導率を推定する（Ｓ４）。そして、この結果が表示部３６に表示される。例えば、時定数算出部３３１で算出された時定数が「１６」であれば、「温度伝導率＝２．９×１０^-7（ｍ²／ｓ）」等と表示される。

上記構成の温度伝導率測定装置１１は、貼付部材２３を測定部位に貼り付けるだけでよいので、生体への侵襲がない。また、複雑な操作が必要ないので、専門知識を有さない一般の看護師や在宅介護者でも簡単に患者の皮膚の温度伝導率を測定することができる。

なお、上記の各実施形態においては、温度伝導率推定テーブル３５１に基づいて温度伝導率を推定する例を示したが、これに限ることなく、他の方法で温度伝導率を算出してもよい。例えば、温度伝導率測定装置１１が非常に高速なＣＰＵ３３を搭載している場合には、上述の「局所皮膚組織熱伝導モデル」を利用して温度伝導率を算出してもよい。

また、上記の各実施形態においては、測定器２１と操作端末３１とを無線接続した例を示したが、これに限らず、他のあらゆる接続形態を採用することができる。例えば、両者を有線で接続してもよいし、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やインターネット等のネットワークを介して両者を接続してもよい。

また、上記の各実施形態においては、測定器２１と操作端末３１とを１対１で接続した例を示したが、これに限ることなく、１台の操作端末３１で複数台の測定器２１を制御するようにしてもよい。例えば、病院内において、患者に１台ずつ付与される複数の測定器２１と、ナースステーション等に設置された操作端末３１とを院内ネットワークを介して接続すれば、複数の患者の測定結果を集中管理することができる。

また、上記の各実施形態においては、測定器２１と操作端末３１とで温度伝導率測定装置１１を構成した例を示したが、これに限ることなく、両者の機能を含む一体型の温度伝導率測定装置であってもよい。これにより、通信部２２，３２が不要になるので、装置構成がさらに単純化される。

皮膚組織内では、皮膚血管の血流が熱移動の調節に主導的な役割を果たしている。すなわち、温度伝導率測定装置１１によって推定される温度伝導率から皮膚組織の血液循環状態を評価することができると考えられる。さらには、血液の循環不良に起因する疾患の診断にも応用することが可能であると考えられる。

そこで、図７〜図１４を参照して、温度伝導率と血液の循環状態との関係を検証すると共に、温度伝導率測定装置１１の応用例としての皮膚組織血液循環評価装置１１Ａについて説明する。

まず、図７〜図１２を参照して、温度伝導率と血液の循環状態との関係を検証する。図７及び図１０は、熱刺激を付与した後の皮膚組織の温度応答の時間変化を式（２）を用いて数値計算した結果を示す図である。具体的には、熱刺激解放後２０秒（□）、４０秒（◇）、６０秒（△）、８０秒（×）、１００秒（＊）、１２０秒（○）、１４０秒（＋）、１６０秒（■）、１８０秒（◆）、２００秒（▲）、２２０秒（●）経過後の温度を皮膚表面から深さ５ｍｍの位置まで０．５ｍｍ間隔で数値計算している。なお、図７は所定時間だけ冷却刺激を付与した場合の温度応答を示す図、図１０は所定時間だけ加温刺激を付与した場合の温度応答を示す図である。

図７を参照して、冷却刺激を付与した場合、刺激解放直後（〜２０秒後）は、皮膚表面付近（０ｍｍ〜１．５ｍｍ付近）の温度勾配が非常に高くなっている。その後、２０秒〜１００秒の間は、皮膚表面（０ｍｍ）の温度はほとんど変化せず、皮膚内部（特に０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ）の温度が減少し、１００後には直線に近い温度勾配となる。その後（１００秒〜２２０秒）は、温度勾配がより直線に近づくと共に、その傾きが徐々に緩やかとなっていく。

一方、図１０を参照して、加温刺激を付与した場合、刺激解放直後（〜２０秒）は、皮膚表面付近（０ｍｍ〜２．５ｍｍ）は負の温度勾配（深層部程温度が低くなる）、深層部（２．５ｍｍ〜５．０ｍｍ）は正の温度勾配（深層部程温度が高くなる）となっている。その後、２０秒〜１００秒の間は、皮膚表面（０ｍｍ）の温度はほとんど変化せず、皮膚内部（特に０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ）の温度が上昇し、１００秒後にはほぼ全域で負の温度勾配となる。その後、皮膚組織のほぼ全域（０ｍｍ〜４．５ｍｍ）で温度が低下するが、皮膚表面に近いほど温度低下率が高く、１２０秒後には平衡状態（皮膚組織全域で温度がほぼ一定）になり、それ以降は温度勾配が逆転（正の温度勾配になる）する。

上記のように、冷却刺激を付与した場合と、加温刺激を付与した場合とでは、温度応答に差が生じる。これは、通常の環境下における外気温は体温より低いので、皮膚表面から深層部に向かって正の温度勾配が存在する。つまり、熱は体の深層部から皮膚組織を経て外環境に移動している。しかしながら、加温刺激を付与すると、この流れが一時的に逆転するので（皮膚表面付近に負の温度勾配が生じる）、途中で温度勾配が逆転する現象が観察される。

次に、図８及び図１１は、血液流量を変化させたときの皮膚表面の温度応答を式（２）を用いて数値計算した結果である。具体的には、血液流量が１０００（ｍｌ／ｓ）を基準とし、血液流量を基準値（□）、基準値の２倍（◇）、基準値の３倍（△）、基準値の４倍（×）、基準値の５倍（○）としたときの温度応答をそれぞれ数値計算している。なお、図８は所定時間だけ冷却刺激を付与した場合の温度応答示す図を、図１１は所定時間だけ加温刺激を付与した場合の温度応答を示す図である。

図８を参照して、冷却刺激を付与した場合、血液流量が多いほど温度応答が良くなっている。一方、図１１を参照して、加温刺激を付与した場合、血液流量が少ないほど温度応答が良くなっている。また、図８と図１１とを比較すると、冷却刺激を付与した場合（図８）の方が温度応答が良くなっているのが観察される。

次に、図９は、式（２）に基づいて、図８の結果から温度伝導率と血液流量との関係を導き出した結果を示す図である。同様に、図１２は、式（２）に基づいて、図１１の結果から温度伝導率と血液流量との関係を導き出した結果を示す図である。

図９及び図１２を参照して、冷却刺激及び加温刺激のどちらを付与した場合でも、温度伝導率と血液流量との間には、線形の関係が存在することが明らかとなった。なお、血液流量をｘ、温度伝導率をｙとすると、図９では、ｙ＝２．０×１０^-8ｘ＋２．０×１０^-7の関係が、図１２では、ｙ＝１．０×１０^-8ｘ＋２．０×１０^-7の関係が成立することが明らかとなった。

上記のように、温度伝導率と血液流量との間には、線形の関係が存在することが明らかとなったので、温度伝導率測定装置１１を用いて患者の皮膚の温度伝導率を測定すれば、測定部位における血液流量を評価することができる。また、温度伝導率測定装置１１の応用例として、図１３及び図１４に示すような皮膚組織血液循環評価装置１１Ａを得ることもできる。図１３は皮膚組織血液循環評価装置１１Ａのブロック図、図１４は皮膚組織血液循環評価装置１１Ａによる血液流量の評価手順を示す図である。なお、図１３は図２の構成を含み、図１４は図６の構成を含むので、共通部分には同一の参照番号を付し、説明は省略する。

まず、図１３を参照して、皮膚組織血液循環評価装置１１Ａは、温度伝導率測定装置１１の構成に加え、操作端末３１ＡのＣＰＵ３３ＡがＲＯＭ３４Ａに記憶されている血液流量評価プログラムを読み込んで血液流量評価部３３４として機能し、ＲＡＭ３５Ａが血液流量評価テーブル３５２を記憶している。

血液流量評価部３３４は、血液流量評価テーブル３５２に基づいて、温度伝導率推定部３３２の算出結果から生体の血液流量を評価する。血液流量評価テーブル３５２は、予め算出された温度伝導率と血液流量との関係を保持している。具体的には、冷却刺激を付与する場合には図９に示すような関係を、加温刺激を付与する場合には図１２に示すような関係を保持している。

次に、図１４を参照して、皮膚組織血液循環評価装置１１Ａの動作を説明する。皮膚組織血液循環評価装置１１Ａは、温度伝導率測定装置１１と同様の手順で生体の温度伝導率を測定する（Ｓ１〜Ｓ４）。次に、血液流量評価部３３４は、血液流量評価テーブル３５２に基づいて、温度伝導率推定部３３２によって算出された温度伝導率から生体の血液流量を評価する（Ｓ５）。そして、この評価結果が表示部３６に表示される。例えば、算出された温度伝導率が２．７×１０^-7（ｍ²／ｓ）であれば、「血液流量＝２」又は「血液流量＝２０００（ｍｌ／ｓ）」等と表示される。

上記構成の皮膚組織血液循環評価装置１１Ａによれば、温度伝導率という客観的な数値に基づいて血液流量を評価しているので、評価者の技量に左右されず高精度の診断が可能となる。

次に、血液の循環不良に起因する疾患として褥瘡（床ずれ）を例に挙げ、図１５〜図１９を参照して、温度伝導率と褥瘡の発生危険度との関係を検証すると共に、温度伝導率測定装置１１の応用例としての褥瘡診断装置１１Ｂについて説明する。

まず、図１５〜図１７を参照して、温度伝導率と褥瘡発生の危険度との因果関係を検証する。なお、図１５は健康高齢者の温度伝導率を測定した結果を示すヒストグラム、図１６は入院高齢者の温度伝導率を測定した結果を示すヒストグラム、図１７はＯＨスケールによる褥瘡の危険度評価と評価部位の温度伝導率との関係を示す図である。なお、本明細書においては、自分で日常生活を行う能力のある６５歳以上の高齢者を「健康高齢者」、多くの時間をベッドや車椅子で過ごし、介助等がなければ日常生活を行えない６５歳以上の高齢者を「入院高齢者」と定義している。

図１５及び図１６を参照して、健康高齢者の温度伝導率の平均値は２．４４３×１０^-7（ｍ²／ｓ）、標準偏差は０．５５７×１０^-7（ｍ²／ｓ）であったのに対し、入院高齢者の温度伝導率の平均値は２．００４×１０^-7（ｍ²／ｓ）、標準偏差は０．６９５×１０^-7（ｍ²／ｓ）であった。また、ヒストグラム中の健康高齢者のピークは、入院高齢者のピークより高い位置にあることが認められた。

次に、入院中の複数の高齢者等を対象として、ＯＨスケールによる褥瘡の危険度評価と評価部位の温度伝導率とを測定すると、図１７に示すように両者の間には強い負の相関あることが判明した。そこで、ＯＨスケールによる褥瘡の危険度をｘ、温度伝導率をｙとして図１７の回帰直線を求めると、ｙ＝−０．２３９２ｘ＋２．９２２５となった。

上記のように、温度伝導率と褥瘡危険度との間には、強い負の相関が存在することが明らかとなったので、温度伝導率測定装置１１を用いて患者の皮膚の温度伝導率を測定すれば、測定部位における褥瘡の危険度を評価することができる。また、温度伝導率測定装置１１の応用例として、図１８及び図１９に示すような褥瘡診断装置１１Ｂを得ることもできる。図１８は褥瘡診断装置１１Ｂのブロック図、図１９は褥瘡診断装置１１Ｂによる褥瘡危険度の評価手順を示す図である。なお、図１８は図２の構成を含み、図１９は図６の構成を含むので、共通部分には同一の参照番号を付し、説明は省略する。

まず、図１８を参照して、褥瘡診断装置１１Ｂは、温度伝導率測定装置１１の構成に加え、操作端末３１ＢのＣＰＵ３３ＢがＲＯＭ３３Ｂに記憶されている褥瘡危険度判定プログラムを読み込んで褥瘡危険度判定部３３５として機能し、ＲＡＭ３５Ｂが褥瘡危険度判定テーブル３５３を記憶している。

褥瘡危険度判定部３３５は、褥瘡危険度判定テーブル３５３に基づいて、温度伝導率推定部３３２の算出結果から生体表面の褥瘡の危険度を判定する。褥瘡危険度判定テーブル３３２は、温度伝導率と褥瘡危険度との関係を保持している。具体的には、図１７に示すような関係を保持している。

次に、図１９を参照して、褥瘡診断装置１１Ｂの動作を説明する。褥瘡診断装置１１Ｂは、温度伝導率測定装置１１と同様の手順で生体の温度伝導率を測定する（Ｓ１〜Ｓ４）。次に、褥瘡危険度判定部３３５は、褥瘡危険度判定テーブル３５３に基づいて、温度伝導率推定部３３２によって算出された温度伝導率から生体の血液流量を評価する（Ｓ５）。そして、この評価結果が表示部３６に表示される。例えば、算出された温度伝導率が２．０×１０^-7（ｍ²／ｓ）であれば、「褥瘡危険度＝４（ＯＨスケール）」等と表示される。

また、上記の変形例として、図１７に示すような関係に代えて、温度伝導率についての少なくとも１つの閾値を褥瘡危険度判定テーブル３５３に保持しておいてもよい。そして、算出された温度伝導率とこの閾値とから、褥瘡危険度を簡易的に評価してもよい。具体的には、第１の閾値として１．５×１０^-7（ｍ²／ｓ）を、第２の閾値として２．０×１０^-7（ｍ²／ｓ）を褥瘡危険度判定テーブル３５３に記憶しておく。そして、温度伝導率推定部３３２によって算出された温度伝導率が、第１の閾値未満であれば「褥瘡危険度大」と、第１の閾値以上、第２の閾値未満であれば「褥瘡危険度中」と、第２の閾値以上であれば「褥瘡危険度小」と表示部３６に表示するようにしてもよい。

上記構成の温度伝導率測定装置１１Ｂによれば、温度伝導率という客観的な数値に基づいて褥瘡の危険度を評価しているので、評価者の技量に左右されず高精度の診断が可能となる。

なお、上記の実施形態においては、血液の循環不良に起因する疾患として褥瘡の例を説明したが、これに限ることなく、他の疾患の診断にも応用することができる。例えば、レイノウ病や白蝋病等の末梢循環系の血行障害の他、脳梗塞等の診断にも応用できる。

また、上記の各実施形態においては、熱刺激として冷却刺激を付与した例を示したが、これに限ることなく、温熱刺激を付与しても温度伝導率を推定することができる。ただし、図７及び図１０を用いて検証したように、加温刺激を付与した場合には、途中で熱の流れが逆転するので、測定精度の観点からは、冷却刺激を付与することが望ましい。

さらに、本発明は、上記のような温度伝導率測定装置１１、皮膚組織血液循環評価装置１１Ａ及び褥瘡診断装置１１Ｂとして実現することができるだけでなく、これらの装置に含まれる特徴的な構成部をステップ（つまり、図６，図１４及び図１９に記載のステップ）とする温度伝導率測定方法、皮膚組織血液循環評価方法及び褥瘡診断方法として実現したり、これらの装置に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、生体の温度伝導率を測定する温度伝導率測定装置に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る温度伝導率測定装置の構成を示す概略図である。 温度伝導率測定装置のブロック図である。 図１の測定器の断面図である。 生体に冷却刺激を付与した時の温度応答の理論値と測定値とをプロットした図である。 見掛けの温度伝導率と対応する時定数との関係を示す図である。 温度伝導率測定装置による温度伝導率の測定手順を示す図である。 冷却刺激を付与した後の皮膚組織の温度応答の時間変化を示す図である。 血液流量を変化させたときの冷却刺激に対する皮膚表面の温度応答を示す図である。 冷却刺激を付与したときの温度伝導率と血液流量との関係を示す図である。 加温刺激を付与した後の皮膚組織の温度応答の時間変化を示す図である。 血液流量を変化させたときの加温刺激に対する皮膚表面の温度応答を示す図である。 加温刺激を付与したときの温度伝導率と血液流量との関係を示す図である。 この発明の一実施形態に係る皮膚組織血液循環評価装置のブロック図である。 皮膚組織血液循環評価装置による血液流量の評価手順を示す図である。 健康高齢者の温度伝導率を測定した結果を示すヒストグラムである。 入院高齢者の温度伝導率を測定した結果を示すヒストグラムである。 温度伝導率とＯＨスケールによる褥瘡の危険度評価との関係を示す図である。 この発明の一実施形態に係る褥瘡診断装置のブロック図である。 褥瘡診断装置による褥瘡危険度の評価手順を示す図である。

符号の説明

１１ 温度伝導率測定装置
１１Ａ 皮膚組織血液循環評価装置
１１Ｂ 褥瘡診断装置
２１ 測定器
２２，３２ 通信部
２３ 貼付部材
２４ 熱刺激発生部
２５ 温度測定部
３３，３３Ａ，３３Ｂ ＣＰＵ
３４，３４Ａ，３４Ｂ ＲＯＭ
３５，３５Ａ，３５Ｂ ＲＡＭ
３６ 表示部
２４１ ケース
２４２ 熱伝導プローブ
２４２ａ 温度制御用センサ
２４３ ペルチェ素子
２４４ ヒートシンク
２４５ 熱放散ファン
３３１ 時定数算出部
３３２ 温度伝導率推定部
３３３ 測定器制御部
３３４ 血液流量評価部
３３５ 褥瘡危険度判定部
３５１ 温度伝導率推定テーブル
３５２ 血液流量評価テーブル
３５３ 褥瘡危険度判定テーブル

Claims (10)

1. 生体の皮膚血液流量を温度伝導率で測定する温度伝導率測定装置であって、
   前記生体の表面である皮膚表面に所定時間だけ熱刺激を付与する熱刺激発生部と、
   前記熱刺激発生部によって熱刺激を付与された皮膚の温度の時間的変化を測定する温度測定部と、
   生体熱伝導方程式を皮膚表面又は皮膚組織断面に適用し、血液流量を可変パラメータとして数値解析することにより算出された時定数と温度伝導率との関係を示す温度伝導率推定テーブルを用いて、前記温度測定部の測定結果から算出される時定数から、前記生体の温度伝導率を算出する温度伝導率算出部と
   を備える温度伝導率測定装置。
2. 熱刺激を付与する前の前記生体の温度をｔ₁、前記所定時間を経過した時点での前記生体の温度をｔ₂、前記所定時間を経過した時点からｔ₁／ｔ₂が予め定められた値に達するまでの時間を時定数と定義すると、
   前記温度伝導率算出部は、
   生体熱伝導方程式を皮膚表面又は皮膚組織断面に適用し、血液流量を可変パラメータとして数値解析することにより予め算出された時定数と温度伝導率との関係を保持する温度伝導率推定テーブルを記憶する記憶部と、
   前記温度測定部の検出結果から時定数を算出する時定数算出部と、
   前記温度伝導率推定テーブルを用いて、前記時定数から、前記生体の温度伝導率を推定する温度伝導率推定部と
   を備える請求項１に記載の温度伝導率測定装置。
3. 前記熱刺激発生部は、前記生体に冷却刺激を付与する冷却刺激発生部である
   請求項１又は２に記載の温度伝導率測定装置。
4. 前記熱刺激発生部は、ペルチェ素子によって構成される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度伝導率測定装置。
5. 前記熱刺激発生部と前記温度測定部とを保持し、かつ前記生体の表面に貼付される貼付部材、前記熱刺激発生部及び前記温度測定部を含む測定器と、
   前記温度伝導率算出部、前記測定器の動作を制御する測定器制御部及び前記温度伝導率算出部によって算出された前記生体の温度伝導率を表示する表示部を含み、前記測定器とデータの送受信可能な状態で接続される操作端末と
   で構成される請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度伝導率測定装置。
6. 前記貼付部材は、前記生体の表面に沿って変形可能な材料で形成されており、
   前記温度測定部は、前記貼付部材の生体表面に対面する面から突出するように配置されている
   請求項５に記載の温度伝導率測定装置。
7. 前記測定器と前記操作端末とは、無線接続されている
   請求項５又は６に記載の温度伝導率測定装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の温度伝導率測定装置と、
   予め算出された温度伝導率と血液流量との関係を保持する血液流量評価テーブルを記憶する記憶部と、
   前記血液流量評価テーブルに保持される温度伝導率と血液流量との線形の関係に基づいて、前記温度伝導率算出部の算出結果から生体の血液流量を評価する血液流量評価部と
   を備える皮膚組織血液循環評価装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の温度伝導率測定装置と、
   予め算出された温度伝導率と褥瘡危険度との関係を保持する褥瘡危険度判定テーブルを記憶する記憶部と、
   前記褥瘡危険度判定テーブルに保持される温度伝導率と褥瘡危険度との強い負の線形関係に基づいて、前記温度伝導率算出部の算出結果から生体表面の褥瘡の危険度を判定する褥瘡危険度判定部と
   を備える褥瘡診断装置。
10. 生体の表面である皮膚表面に所定時間だけ熱刺激を付与する熱刺激発生部と、前記熱刺激発生部によって熱刺激を付与された皮膚の温度の時間的変化を測定する温度測定部とを備える温度伝導率測定装置で実行されるプログラムであって、
    生体熱伝導方程式を皮膚表面又は皮膚組織断面に適用し、血液流量を可変パラメータとして数値解析することにより算出された時定数と温度伝導率との関係を示す温度伝導率推定テーブルを用いて、前記温度測定部の測定結果から算出される時定数から前記生体の温度伝導率を算出する温度伝導率算出ステップを含む
    プログラム。

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