JP7576265B2 - 深部体温推定装置、深部体温推定方法および深部体温推定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、測定対象者の深部体温を推定する深部体温推定装置、深部体温推定方法および深部体温推定プログラムに関するものである。

近年、熱中症により多くの人が救急搬送されており、２０１９年５月から９月の全国における熱中症による救急搬送者数の累計は、７１３１７人であった（非特許文献１参照）。熱中症の診療や熱中症のリスク軽減のために、深部体温の測定が有効であるといわれている（非特許文献２参照）。

深部体温を監視するためには、直腸温、膀胱温、食道温などを測定する必要があり、日常生活のなかでこれらの測定を実施することは難しい。そこで、深部体温を推定する方法として、測定対象者の心拍数、雰囲気の気温から深部温度を簡易的に推定する方法が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、深部体温の推定精度が低いという課題があった。

特開２０２０－６５８２３号公報

"２０１９年（５月から９月）の熱中症による救急搬送状況"，総務省，［２０２０年３月３１日検索］，＜https://www.fdma.go.jp/disaster/heatstroke/items/heatstroke_geppou_2019.pdf＞ "熱中症診療ガイドライン ２０１５"，一般社団法人日本救急医学会，２０１５年，［２０１９年３月３１日検索］，＜https://www.mhlw.go.jp/file/06-Seisakujouhou-10800000-Iseikyoku/heatstroke2015.pdf＞

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、測定対象者の深部体温を従来よりも高精度に推定することができる深部体温推定装置、深部体温推定方法および深部体温推定プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、測定対象者の身体が第１部位と第２部位の２部位で構成され、前記第１部位と前記第２部位がそれぞれ深部層と皮膚層の２層を有するものとみなしてモデル化した場合において前記測定対象者の深部温度を推定する深部体温推定装置であって、前記測定対象者の心拍数または脈拍数を測定するように構成された第１測定部と、前記測定対象者の皮膚温度を測定するように構成された第２測定部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出するように構成された熱量算出部と、前記熱量に基づいて、前記測定対象者の前記第１部位の深部温度と前記第２部位の深部温度とを算出するように構成された温度算出部とを備え、前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、前記熱量算出部は、前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出するように構成された発熱量算出部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出するように構成された第１熱交換量算出部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出するように構成された第２熱交換量算出部と、前記温度算出部によって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出するように構成された代謝量算出部と、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定するように構成された第３熱交換量設定部とを含み、前記温度算出部は、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの前記発熱量と、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の前記第１熱交換量と、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の前記第２熱交換量と、前記体幹部深部層の前記代謝量と前記四肢部深部層の前記代謝量と、外気と前記測定対象者の深部間の前記第３熱交換量と、前記測定対象者の前記体幹部深部層の熱容量と前記四肢部深部層の熱容量とに基づいて、前記体幹部深部層の温度の推定値と前記四肢部深部層の温度の推定値とを算出することを特徴とするものである。

また、本発明の深部体温推定装置は、測定対象者の心拍数または脈拍数を測定するように構成された第１測定部と、前記測定対象者の皮膚温度を測定するように構成された第２測定部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出するように構成された熱量算出部と、前記熱量に基づいて、前記測定対象者の深部温度を算出するように構成された温度算出部とを備え、前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、前記熱量算出部は、前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出するように構成された発熱量算出部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出するように構成された第１熱交換量算出部と、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出するように構成された第２熱交換量算出部と、前記温度算出部によって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出するように構成された代謝量算出部と、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定するように構成された第３熱交換量設定部とを含み、前記温度算出部は、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部の発熱量Ｑ_１，Ｕ，Ｑ_１，Ｌ、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量Ｑ_４，Ｕ，Ｑ_４，Ｌ、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量Ｑ_５、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量Ｑ_３、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｕ、四肢部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｌ、前記測定対象者の体幹部深部層の熱容量ＷＣ_ＵＣ、四肢部深部層の熱容量ＷＣ_ＬＣ、直前に算出した体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ］に基づいて、時刻（ｔ＋Δｔ）における体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ＋Δｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ＋Δｔ］を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の深部体温推定装置の１構成例において、前記第２測定部は、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの皮膚温度を測定し、前記第１熱交換量算出部は、前記第２測定部の測定結果を用いて前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出し、前記第２熱交換量算出部は、前記第２測定部の測定結果を用いて前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出することを特徴とするものである。

また、本発明は、測定対象者の身体が第１部位と第２部位の２部位で構成され、前記第１部位と前記第２部位がそれぞれ深部層と皮膚層の２層を有するものとみなしてモデル化した場合において前記測定対象者の深部温度を推定する深部体温推定方法であって、前記測定対象者の心拍数または脈拍数を測定する第１ステップと、前記測定対象者の皮膚温度を測定する第２ステップと、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する第３ステップと、前記熱量に基づいて、前記測定対象者の前記第１部位の深部温度と前記第２部位の深部温度とを算出する第４ステップとを含み、前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、前記第３ステップは、前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出する発熱量算出ステップと、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出する第１熱交換量算出ステップと、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出する第２熱交換量算出ステップと、前記第４ステップによって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出する代謝量算出ステップと、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定する第３熱交換量設定ステップとを含み、前記第４ステップは、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの前記発熱量と、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の前記第１熱交換量と、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の前記第２熱交換量と、前記体幹部深部層の前記代謝量と前記四肢部深部層の前記代謝量と、外気と前記測定対象者の深部間の前記第３熱交換量と、前記測定対象者の前記体幹部深部層の熱容量と前記四肢部深部層の熱容量とに基づいて、前記体幹部深部層の温度の推定値と前記四肢部深部層の温度の推定値とを算出するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の深部体温推定方法は、測定対象者の心拍数または脈拍数を測定する第１ステップと、前記測定対象者の皮膚温度を測定する第２ステップと、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する第３ステップと、前記熱量に基づいて、前記測定対象者の深部温度を算出する第４ステップとを含み、前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、前記第３ステップは、前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出する発熱量算出ステップと、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出する第１熱交換量算出ステップと、前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出する第２熱交換量算出ステップと、前記第４ステップによって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出する代謝量算出ステップと、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定する第３熱交換量設定ステップとを含み、前記第４ステップは、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部の発熱量Ｑ_１，Ｕ，Ｑ_１，Ｌ、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量Ｑ_４，Ｕ，Ｑ_４，Ｌ、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量Ｑ_５、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量Ｑ_３、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｕ、四肢部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｌ、前記測定対象者の体幹部深部層の熱容量ＷＣ_ＵＣ、四肢部深部層の熱容量ＷＣ_ＬＣ、直前に算出した体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ］に基づいて、時刻（ｔ＋Δｔ）における体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ＋Δｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ＋Δｔ］を算出するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の深部体温推定プログラムは、前記の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。

本発明によれば、測定対象者の心拍数だけでなく、測定対象者の皮膚温度を測定して、測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出し、算出した熱量から測定対象者の深部体温を推定するので、従来よりも高精度に深部体温を推定することができる。

図１は、本発明の実施例に係る深部体温推定装置の構成を示すブロック図である。 図２は、測定対象者の身体の２部位２層モデルと、測定対象者の各部位・各層に流入出する熱量を示す図である。 図３は、本発明の実施例に係る深部体温推定装置の動作を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の実施例に係る深部体温推定装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係る深部体温推定装置の構成を示すブロック図である。深部体温推定装置は、第１測定部１と、第２測定部２と、発熱量算出部３と、代謝量算出部４と、呼気蒸散量設定部５（第３熱交換量設定部）と、熱交換量算出部６（第１熱交換量算出部）と、熱交換量算出部７（第２熱交換量算出部）と、温度算出部８とを備えている。
発熱量算出部３と代謝量算出部４と呼気蒸散量設定部５と熱交換量算出部６と熱交換量算出部７とは、熱量算出部９を構成している。

第１測定部１は、測定対象者の心拍数または脈拍数を測定する。第１測定部１は、例えば、測定対象者の心電位を計測するウエア型あるいはベルト型の心電計と、心電計が計測した心電位から心拍数を算出する算出部とから構成される。あるいは、第１測定部１は、測定対象者の脈波を計測する腕時計型あるいはイヤホン型の脈波計と、脈波計が計測した脈波から心拍数（脈拍数）を算出する算出部とから構成される。

第２測定部２は、測定対象者の皮膚温度を測定する。第２測定部２は、例えば温度計から構成される。第２測定部２は、第１測定部と一体化した温度計であってもよい。また、第２測定部２を複数の温度計から構成し、測定対象者の複数個所の皮膚温度を測定する構成とすることもできる。

また、第２測定部２を赤外線サーモグラフィから構成してもよい。赤外線サーモグラフィは、測定対象者から放射された赤外線放射エネルギーを検出して、見かけの温度に変換し、温度分布を示す画像データとして計測する。第２測定部を赤外線サーモグラフィから構成することで、測定対象者の所定の領域の皮膚温度を測定することができる。
第１測定部１と第２測定部２とは、一体型の測定器でもよいし、個別の測定器でもよい。

熱量算出部９は、測定対象者の心拍数と皮膚温度とに基づいて、測定対象者の体幹部（第１部位）と四肢部（第２部位）の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する。
温度算出部８は、熱量算出部９によって算出された熱量に基づいて、測定対象者の深部温度を算出する。

［深部体温推定方法：時間ステップごとの深部体温変化の計算方法］
本発明は、図２に示すように、測定対象者の身体が体幹部Ｕと四肢部Ｌの２部位で構成され、体幹部Ｕと四肢部Ｌの２部位がそれぞれ深部層Ｃと皮膚層Ｓの２層を有するものとみなす。すなわち、測定対象者の身体は、体幹部深部層ＵＣと、体幹部皮膚層ＵＳと、四肢部深部層ＬＣと、四肢部皮膚層ＬＳとからなる。本発明は、取得する皮膚温度と心拍数情報とを基に、測定対象者の各部位・各層に流入出する、時々刻々と変化する熱量を算出し、熱量の変化から、測定対象者の各部位・各層の温度変化を推定する。

本実施例では、センサデータを取得する時間ステップごとの深部体温変化の計算方法を説明する。本実施例では、上述のとおり、測定対象者の身体を体幹部と四肢部の２部位で構成されるものとみなした場合の計算例を記載しているが、体幹部を上半身に置き替え、四肢部を下半身に置き替えてもよい。つまり、測定対象者の身体を第１部位と第２部位の任意の２部位で構成されるものとしてよい。

式（１）、式（２）に、それぞれ測定対象者の体幹部深部層ＵＣの温度変化、四肢部深部層ＬＣの温度変化を推定する式の例を示す。Ｔ_UC［ｔ］は時刻ｔにおける体幹部深部層ＵＣの温度［℃］、Ｔ_LC［ｔ］は時刻ｔにおける四肢部深部層ＬＣの温度［℃］である。

Ｑ_1,Uは測定対象者の運動による体幹部Ｕの発熱量［Ｗ］、Ｑ_1,Lは運動による四肢部Ｌの発熱量［Ｗ］である。Ｑ_2,Uは測定対象者の体幹部深部層ＵＣの代謝量［Ｗ］、Ｑ_2,Lは四肢部深部層ＬＣの代謝量［Ｗ］である。Ｑ₃（第３熱交換量）は測定対象者の呼気蒸散量［Ｗ］である。Ｑ_4,U（第１熱交換量）は測定対象者の体幹部Ｕにおける深部と皮膚間の熱交換量［Ｗ］、Ｑ_4,L（第１熱交換量）は四肢部Ｌにおける深部と皮膚間の熱交換量［Ｗ］である。Ｑ₅（第２熱交換量）は測定対象者の深部における体幹部Ｕと四肢部Ｌ間の熱交換量［Ｗ］である。

ＷＣ_UCは測定対象者の体幹部深部層ＵＣの熱容量［Ｊ／℃］、ＷＣ_LCは四肢部深部層ＬＣの熱容量［Ｊ／℃］である。Δｔは計算ステップ時間であり、例えば１［ｓ］以下とする。また、時刻ｔにおける平均皮膚温Ｔ_sk［ｔ］は式（３）のようになる。時刻ｔ＋Δｔにおける深部体温Ｔ［ｔ＋Δｔ］は式（４）のようになる。

ｓｆ＿ｃｏｎｆ＿ＵＳは測定対象者の体表面全体に対する体幹部Ｕの表面積の割合［％］、ｓｆ＿ｃｏｎｆ＿ＬＳは体表面全体に対する四肢部Ｌの表面積の割合［％］である。熱容量ＷＣ_UC，ＷＣ_LC、割合ｓｆ＿ｃｏｎｆ＿ＵＳ，ｓｆ＿ｃｏｎｆ＿ＬＳは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。Ｔ_US［ｔ］は時刻ｔにおける体幹部皮膚層ＵＳの温度［℃］、Ｔ_LS［ｔ］は時刻ｔにおける四肢部皮膚層ＬＳの温度［℃］である。Ｔ_US［ｔ］，Ｔ_LS［ｔ］は第２測定部２によって測定される。

図３は本実施例の深部体温推定装置の動作を説明するフローチャートである。第１測定部１は、測定対象者の心拍数を測定する（図３ステップＳ１００）。第２測定部２は、測定対象者の皮膚温度を測定する（図３ステップＳ１０１）。このとき、第２測定部２は、少なくとも体幹部Ｕと四肢部Ｌの２箇所の皮膚温度を測定する。

［平均皮膚温Ｔ_skの算出］
温度算出部８は、第２測定部２によって測定された体幹部皮膚層ＵＳの温度Ｔ_US［ｔ］［℃］と四肢部皮膚層ＬＳの温度Ｔ_LS［ｔ］［℃］とに基づいて、時刻ｔにおける平均皮膚温Ｔ_sk［ｔ］を式（３）のように算出する（図３ステップＳ１０２）。

［運動による発熱量Ｑ₁の算出］
次に、発熱量算出部３は、第１測定部１によって測定された心拍数に基づいて、測定対象者の運動による体幹部Ｕの深部層における発熱量Ｑ_1,U［Ｗ］、運動による四肢部Ｌの深部層における発熱量Ｑ_1,L［Ｗ］をそれぞれ式（５）、式（６）のように算出する（図３ステップＳ１０３）。

式（５）、式（６）は、文献「“健康づくりのための運動指針２００６ ～生活習慣病予防のために～”，厚生労働省，２００６年，＜https://www.mhlw.go.jp/shingi/2006/07/dl/s0719-3c.pdf＞」に開示されている。ｗｅｉｇｈｔは測定対象者の重量［ｋｇ］、ｅｘ＿ｃｏｎｆ＿Ｕは測定対象者の全身に対する体幹部Ｕの筋肉量の割合［％］、ｅｘ＿ｃｏｎｆ＿Ｌは全身に対する四肢部Ｌの筋肉量の割合［％］である。重量ｗｅｉｇｈｔ、割合ｅｘ＿ｃｏｎｆ＿Ｕ，ｅｘ＿ｃｏｎｆ＿Ｌは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。

また、ＭＥＴｓ［ｔ］はメッツ数を表している。発熱量算出部３は、第１測定部１が取得した時刻ｔにおける心拍数ＨＲ［ｔ］［ｂｐｍ］、安静時心拍数ＨＲ_rest、最大心拍数ＨＲ_maxを用いて、式（７）または式（８）のいずれか一方の式によりＭＥＴｓ［ｔ］を算出すればよい。

式（８）は、文献「J.R.Wicks，et al.，“HR Index-A Simple Method for the Prediction of Oxygen Uptake”，Medicine and Science in Sports and Exercise，2011」に開示されている。
安静時心拍数ＨＲ_rest、最大心拍数ＨＲ_maxは、それぞれ過去の測定で得られた既知の値として、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。また、式（５）、式（６）で用いるＭＥＴｓ［ｔ］に関しては、瞬時値だけでなく、時間平均値（例えば、６分間の平均値）を用いてもよい。

［代謝量Ｑ₂の算出］
次に、代謝量算出部４は、温度算出部８がΔｔ前に算出した、時刻ｔにおける深部体温の推定値Ｔ［ｔ］［℃］に基づいて、測定対象者の体幹部深部層ＵＣの代謝量Ｑ_2,U［Ｗ］、四肢部深部層ＬＣの代謝量Ｑ_2,L［Ｗ］をそれぞれ式（９）、式（１０）のように算出する（図３ステップＳ１０４）。

式（９）、式（１０）は、文献「Ronald J Spiegel，“A Review of Numerical Models for Predicting the Energy Deposition and Resultant Thermal Response of Humans Exposed to Electromagnetic Fields”，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，Volume32，Issue8，1984」に開示されている。Ａ_skinは代謝に関する定数、ｖｏｌｕｍｅ＿ＵＳは測定対象者の体幹部皮膚層ＵＳの体積［ｍ³］、ｖｏｌｕｍｅ＿ＬＳは四肢部皮膚層ＬＳの体積［ｍ³］、ｗｅｉｇｈｔ＿Ｕは測定対象者の体幹部Ｕの重量［ｋｇ］、ｗｅｉｇｈｔ＿Ｌは四肢部Ｌの重量［ｋｇ］である。定数Ａ_skin、体積ｖｏｌｕｍｅ＿ＵＳ，ｖｏｌｕｍｅ＿ＬＳ、重量ｗｅｉｇｈｔ＿Ｕ，ｗｅｉｇｈｔ＿Ｌは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。

Ｔ［０］は深部体温Ｔ［ｔ］の演算時の初期値である。本実施例では、深部体温Ｔ［ｔ］の初期値Ｔ［０］として、別の温度測定装置によって測定した実測値または一般的な安静時の既知の値などの実際に即した値を用いる。時刻ｔ＝０の初回の代謝量Ｑ₂の算出では、Ｔ［ｔ］＝Ｔ［０］である。
また、代謝量算出部４は、式（９）、式（１０）のＭを式（１１）のように算出する。

式（１１）は、文献「AA Ganpule，et al.，“Interindividual variability in sleeping metabolic rate in Japanese subjects”，European Journal of Clinical Nutrition，volume 61，2007」に開示されている。ｗｅｉｇｈｔ＿Ｃは測定対象者の深部の重量［ｋｇ］、ｈｅｉｇｈｔは測定対象者の身長［ｃｍ］、ａｇｅは測定対象者の年齢である。ｓｅｘｃｏｅｆは測定対象者が男性の場合に０．５４７３、測定対象者が女性の場合に０．５４７３×２となる定数である。ａｃｔｉｖｉｔｙ＿ｌｅｖｅｌは身体活動レベル、Ａ_coefは代謝調整用のパラメータである。重量ｗｅｉｇｈｔ＿Ｃ、身長ｈｅｉｇｈｔ、年齢ａｇｅ、定数ｓｅｘｃｏｅｆ、ａｃｔｉｖｉｔｙ＿ｌｅｖｅｌ、パラメータＡ_coefは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、計算の実施において適宜設定すればよい。

ａｃｔｉｖｉｔｙ＿ｌｅｖｅｌの設定例としては、測定対象者の生活の大部分が座位で、静的な活動が中心の場合は１．５程度とすればよい。測定対象者が座位中心の仕事をしているが、職場内での移動や立位での作業、接客等を含む場合、あるいは通勤、買物、家事、軽いスポーツ等のいずれかを含む場合は、ａｃｔｉｖｉｔｙ＿ｌｅｖｅｌを１．７５程度とすればよい。測定対象者が移動や立位の多い仕事への従事者である場合、あるいはスポーツなど余暇における活発な運動習慣を持っている場合は、ａｃｔｉｖｉｔｙ＿ｌｅｖｅｌを２．０程度とすればよい。このように、測定対象者の運動状況に応じてａｃｔｉｖｉｔｙ＿ｌｅｖｅｌを適宜設定すればよい。

［呼気蒸散量Ｑ₃の設定］
次に、呼気蒸散量設定部５は、測定対象者の呼気による蒸散量Ｑ₃［Ｗ］を式（１２）のように設定する（図３ステップＳ１０５）。呼気蒸散量Ｑ₃［Ｗ］は、外気と測定対象者の深部間の熱交換量に相当する。

［深部と皮膚間の熱交換量Ｑ₄の算出］
次に、熱交換量算出部６は、第１測定部１によって測定された心拍数ＨＲ［ｔ］［ｂｐｍ］と、第２測定部２によって測定された体幹部皮膚層ＵＳの温度Ｔ_US［ｔ］［℃］と四肢部皮膚層ＬＳの温度Ｔ_LS［ｔ］［℃］と、温度算出部８が算出した平均皮膚温Ｔ_sk［ｔ］［℃］と、温度算出部８がΔｔ前に算出した、時刻ｔにおける体幹部深部層ＵＣの温度の推定値Ｔ_UC［ｔ］［℃］と四肢部深部層ＬＣの温度の推定値Ｔ_LC［ｔ］［℃］と深部体温の推定値Ｔ［ｔ］［℃］とに基づいて、測定対象者の体幹部Ｕにおける深部と皮膚間の熱交換量Ｑ_4,U［Ｗ］、四肢部Ｌにおける深部と皮膚間の熱交換量Ｑ_4,L［Ｗ］をそれぞれ式（１３）、式（１４）により算出する（図３ステップＳ１０６）。

割合ｓｆ＿ｃｏｎｆ＿ＵＳ，ｓｆ＿ｃｏｎｆ＿ＬＳについては上記のとおりである。ｈｘは測定対象者の皮膚と深部間の熱交換係数である。熱交換量算出部６は、熱交換係数ｈｘを式（１５）により算出することができる。

ｍｉｎ（Ｘ，Ｙ）はＸとＹのうちいずれか小さい方を採用することを意味する。ＭＥＴｓ［ｔ］については上記のとおりである。ａ，ｂ，ｅ，ｈｘ０，ｈｘ１，ｈｘ＿ｍａｘは熱交換係数に関わるパラメータである。パラメータａ，ｂ，ｅ，ｈｘ０，ｈｘ１，ｈｘ＿ｍａｘは、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、実験を通じて適宜設定すればよい。

Ｔ_sk［０］は平均皮膚温Ｔ_sk［ｔ］の演算時の初期値である。本実施例では、体幹部深部層ＵＣの温度の初期値Ｔ_UC［０］、四肢部深部層ＬＣの温度の初期値Ｔ_LC［０］として、別の温度測定装置によって測定した実測値または一般的な安静時の既知の値などの実際に即した値を用いる。時刻ｔ＝０の初回の熱交換量Ｑ₄の算出では、Ｔ_sk［ｔ］＝Ｔ_sk［０］である。

［体幹部と四肢部間の熱交換量Ｑ₅の算出］
次に、熱交換量算出部７は、第１測定部１によって測定された心拍数ＨＲ［ｔ］［ｂｐｍ］と、温度算出部８が算出した平均皮膚温Ｔ_sk［ｔ］［℃］と、温度算出部８がΔｔ前に算出した、時刻ｔにおける体幹部深部層ＵＣの温度の推定値Ｔ_UC［ｔ］［℃］と四肢部深部層ＬＣの温度Ｔ_LC［ｔ］［℃］と深部体温の推定値Ｔ［ｔ］［℃］とに基づいて、測定対象者の深部における体幹部Ｕと四肢部Ｌ間の熱交換量Ｑ₅［Ｗ］を式（１６）により算出する（図３ステップＳ１０７）。

ｈｃｃは測定対象者の深部における体幹部Ｕと四肢部Ｌの熱交換係数である。熱交換量算出部７は、熱交換係数ｈｃｃを式（１７）により算出することができる。

ｆ，ｈｃｃ０は熱交換係数に関わるパラメータである。パラメータｆ，ｈｃｃ０は、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、実験を通じて適宜設定すればよい。ｈｃｃ＿Ｔは熱交換係数ｈｃｃの温度寄与分、ｈｃｃ＿Ｍは熱交換係数ｈｃｃのＭＥＴｓ寄与分である。熱交換量算出部７は、熱交換係数ｈｃｃの温度寄与分ｈｃｃ＿Ｔを式（１８）により算出することができる。

ｈｃｃ＿Ｔｍａｘはｈｃｃ＿Ｔの規定の上限値である。また、熱交換量算出部７は、熱交換係数ｈｃｃのＭＥＴｓ寄与分ｈｃｃ＿Ｍを式（１９）により算出することができる。

ｈｃｃ＿Ｍｍａｘはｈｃｃ＿Ｍの規定の上限値である。ｈｃｃ１は熱交換係数に関わるパラメータである。上限値ｈｃｃ＿Ｔｍａｘ，ｈｃｃ＿Ｍｍａｘ、パラメータｈｃｃ１は、それぞれ既知の値であり、実際に即した値を用いればよく、実験を通じて適宜設定すればよい。ａｖｅＭＥＴｓ［ｔ］は、メッツ数の時間平均値（例えば、６分間の平均値）である。パラメータａ，ｂについては上記のとおりである。

こうして、発熱量算出部３と代謝量算出部４と呼気蒸散量設定部５と熱交換量算出部６と熱交換量算出部７とにより、各熱量Ｑ_1,U，Ｑ_1,L，Ｑ_2,U，Ｑ_2,L，Ｑ₃，Ｑ_4,U，Ｑ_4,L，Ｑ₅を算出することができる。

温度算出部８は、時刻ｔにおける測定対象者の体幹部深部層ＵＣの温度の推定値Ｔ_UC［ｔ］［℃］と、体幹部Ｕの深部層における発熱量Ｑ_1,U［Ｗ］と、体幹部深部層ＵＣの代謝量Ｑ_2,U［Ｗ］と、呼気蒸散量Ｑ₃［Ｗ］と、体幹部Ｕにおける深部と皮膚間の熱交換量Ｑ_4,U［Ｗ］と、深部における体幹部Ｕと四肢部Ｌ間の熱交換量Ｑ₅［Ｗ］とに基づいて、Δｔ後の体幹部深部層ＵＣの温度の推定値Ｔ_UC［ｔ＋Δｔ］［℃］を式（１）により算出する（図３ステップＳ１０８）。

温度算出部８は、時刻ｔにおける測定対象者の四肢部深部層ＬＣの温度の推定値Ｔ_LC［ｔ］［℃］と、四肢部Ｌの深部層における発熱量Ｑ_1,L［Ｗ］と、四肢部深部層ＬＣの代謝量Ｑ_2,L［Ｗ］と、四肢部Ｌにおける深部と皮膚間の熱交換量Ｑ_4,L［Ｗ］と、深部における体幹部Ｕと四肢部Ｌ間の熱交換量Ｑ₅［Ｗ］とに基づいて、Δｔ後の四肢部深部層ＬＣの温度の推定値Ｔ_LC［ｔ＋Δｔ］［℃］を式（２）により算出する（図３ステップＳ１０９）。

こうして、温度の推定値Ｔ_UC［ｔ＋Δｔ］，Ｔ_LC［ｔ＋Δｔ］をそれぞれ逐次計算することができる。
そして、温度算出部８は、Δｔ後の深部体温の推定値Ｔ［ｔ＋Δｔ］［℃］を式（４）により算出する（図３ステップＳ１１０）。

深部体温推定装置は、以上のステップＳ１００～Ｓ１１０の処理を周期Δｔ毎に行う。Δｔ後の次の計算では、直前の回で算出したＴ_UC［ｔ＋Δｔ］，Ｔ_LC［ｔ＋Δｔ］，Ｔ［ｔ＋Δｔ］を、それぞれＴ_UC［ｔ］，Ｔ_LC［ｔ］，Ｔ［ｔ］として、ステップＳ１００～Ｓ１１０の処理を行うようにすればよい。

本実施例では、測定対象者の心拍数だけでなく、測定対象者の皮膚温度を測定して、測定対象者の各部位・各層に流入出する熱量を算出し、算出した熱量から測定対象者の深部体温を推定するので、従来よりも高精度に深部体温を推定することができる。

なお、本実施例では、測定対象者の心拍数を用いる場合について説明しているが、心拍数の代わりに脈拍数を用いてもよい。

本実施例の発熱量算出部３と代謝量算出部４と呼気蒸散量設定部５と熱交換量算出部６と熱交換量算出部７と温度算出部８とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図４に示す。

コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）２０２とを備えている。Ｉ／Ｆ２０２には、第１測定部１と第２測定部２などが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の深部体温推定方法を実現させるための深部体温推定プログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。プログラムをネットワークを通して提供することも可能である。

また、発熱量算出部３と代謝量算出部４と呼気蒸散量設定部５と熱交換量算出部６と熱交換量算出部７と温度算出部８とを、複数のコンピュータ機器に分散させるようにしてもよい。

本発明は、人体の深部体温を推定する技術に適用することができる。

１…第１測定部、２…第２測定部、３…発熱量算出部、４…代謝量算出部、５…呼気蒸散量設定部、６，７…熱交換量算出部、８…温度算出部、９…熱量算出部。

Claims (6)

1. 測定対象者の身体が第１部位と第２部位の２部位で構成され、前記第１部位と前記第２部位がそれぞれ深部層と皮膚層の２層を有するものとみなしてモデル化した場合において前記測定対象者の深部温度を推定する深部体温推定装置であって、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数を測定するように構成された第１測定部と、
   前記測定対象者の皮膚温度を測定するように構成された第２測定部と、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出するように構成された熱量算出部と、
   前記熱量に基づいて、前記測定対象者の前記第１部位の深部温度と前記第２部位の深部温度とを算出するように構成された温度算出部とを備え、
   前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、
   前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、
   前記熱量算出部は、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出するように構成された発熱量算出部と、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出するように構成された第１熱交換量算出部と、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出するように構成された第２熱交換量算出部と、
   前記温度算出部によって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出するように構成された代謝量算出部と、
   外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定するように構成された第３熱交換量設定部とを含み、
   前記温度算出部は、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの前記発熱量と、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の前記第１熱交換量と、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の前記第２熱交換量と、前記体幹部深部層の前記代謝量と前記四肢部深部層の前記代謝量と、外気と前記測定対象者の深部間の前記第３熱交換量と、前記測定対象者の前記体幹部深部層の熱容量と前記四肢部深部層の熱容量とに基づいて、前記体幹部深部層の温度の推定値と前記四肢部深部層の温度の推定値とを算出することを特徴とする深部体温推定装置。
2. 測定対象者の心拍数または脈拍数を測定するように構成された第１測定部と、
   前記測定対象者の皮膚温度を測定するように構成された第２測定部と、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出するように構成された熱量算出部と、
   前記熱量に基づいて、前記測定対象者の深部温度を算出するように構成された温度算出部とを備え、
   前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、
   前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、
   前記熱量算出部は、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出するように構成された発熱量算出部と、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出するように構成された第１熱交換量算出部と、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記温度算出部によって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出するように構成された第２熱交換量算出部と、
   前記温度算出部によって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出するように構成された代謝量算出部と、
   外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定するように構成された第３熱交換量設定部とを含み、
   前記温度算出部は、
   前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部の発熱量Ｑ_１，Ｕ，Ｑ_１，Ｌ、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量Ｑ_４，Ｕ，Ｑ_４，Ｌ、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量Ｑ_５、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量Ｑ_３、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｕ、四肢部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｌ、前記測定対象者の体幹部深部層の熱容量ＷＣ_ＵＣ、四肢部深部層の熱容量ＷＣ_ＬＣ、直前に算出した体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ］に基づいて、
   

   

   により、時刻（ｔ＋Δｔ）における体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ＋Δｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ＋Δｔ］を算出することを特徴とする深部体温推定装置。
3. 請求項１または２記載の深部体温推定装置において、
   前記第２測定部は、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの皮膚温度を測定し、
   前記第１熱交換量算出部は、前記第２測定部の測定結果を用いて前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出し、
   前記第２熱交換量算出部は、前記第２測定部の測定結果を用いて前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出することを特徴とする深部体温推定装置。
4. 測定対象者の身体が第１部位と第２部位の２部位で構成され、前記第１部位と前記第２部位がそれぞれ深部層と皮膚層の２層を有するものとみなしてモデル化した場合において前記測定対象者の深部温度を推定する深部体温推定方法であって、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数を測定する第１ステップと、
   前記測定対象者の皮膚温度を測定する第２ステップと、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する第３ステップと、
   前記熱量に基づいて、前記測定対象者の前記第１部位の深部温度と前記第２部位の深部温度とを算出する第４ステップとを含み、
   前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、
   前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、
   前記第３ステップは、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出する発熱量算出ステップと、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出する第１熱交換量算出ステップと、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出する第２熱交換量算出ステップと、
   前記第４ステップによって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出する代謝量算出ステップと、
   外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定する第３熱交換量設定ステップとを含み、
   前記第４ステップは、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの前記発熱量と、前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の前記第１熱交換量と、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の前記第２熱交換量と、前記体幹部深部層の前記代謝量と前記四肢部深部層の前記代謝量と、外気と前記測定対象者の深部間の前記第３熱交換量と、前記測定対象者の前記体幹部深部層の熱容量と前記四肢部深部層の熱容量とに基づいて、前記体幹部深部層の温度の推定値と前記四肢部深部層の温度の推定値とを算出するステップを含むことを特徴とする深部体温推定方法。
5. 測定対象者の心拍数または脈拍数を測定する第１ステップと、
   前記測定対象者の皮膚温度を測定する第２ステップと、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度とに基づいて、前記測定対象者の第１部位と第２部位の深部と皮膚とに流入出する熱量を算出する第３ステップと、
   前記熱量に基づいて、前記測定対象者の深部温度を算出する第４ステップとを含み、
   前記第１部位は、前記測定対象者の体幹部であり、
   前記第２部位は、前記測定対象者の四肢部であり、
   前記第３ステップは、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数に基づいて、前記測定対象者の運動による前記体幹部と前記四肢部のそれぞれの発熱量を算出する発熱量算出ステップと、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量を算出する第１熱交換量算出ステップと、
   前記測定対象者の心拍数または脈拍数と皮膚温度と前記第４ステップによって直前に算出された深部温度とに基づいて、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量を算出する第２熱交換量算出ステップと、
   前記第４ステップによって直前に算出された深部温度に基づいて、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量と四肢部深部層の代謝量を算出する代謝量算出ステップと、
   外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量を設定する第３熱交換量設定ステップとを含み、
   前記第４ステップは、
   前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部の発熱量Ｑ_１，Ｕ，Ｑ_１，Ｌ、前記測定対象者の前記体幹部と前記四肢部のそれぞれにおける深部と皮膚間の第１熱交換量Ｑ_４，Ｕ，Ｑ_４，Ｌ、前記測定対象者の深部における前記体幹部と前記四肢部間の第２熱交換量Ｑ_５、外気と前記測定対象者の深部間の第３熱交換量Ｑ_３、前記測定対象者の体幹部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｕ、四肢部深部層の代謝量Ｑ_２，Ｌ、前記測定対象者の体幹部深部層の熱容量ＷＣ_ＵＣ、四肢部深部層の熱容量ＷＣ_ＬＣ、直前に算出した体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ］に基づいて、
   

   

   により、時刻（ｔ＋Δｔ）における体幹部深部層の温度の推定値Ｔ_ＵＣ［ｔ＋Δｔ］、四肢部深部層の温度の推定値Ｔ_ＬＣ［ｔ＋Δｔ］を算出するステップを含むことを特徴とする深部体温推定方法。
6. 請求項４または５記載の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする深部体温推定プログラム。

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