(57)【要約】【課題】被検体の内部温度の測定精度を向上させる。【解決手段】内部温度測定装置は、被検体に対して音波を送信し、被検体で反射された音波を受信する音波センサ１と、音波センサ１から音波を送信してから反射波を受信するまでの経過時間を測定する時間測定部２０と、時間測定部２０によって測定された時間に基づいて、被検体内の音速を算出する音速算出部２２と、音速算出部２２によって算出された音速に基づいて、被検体の内部温度を求める内部温度導出部２３とを備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して音波を送信し、前記被検体で反射された音波を受信するように構成された音波センサと、
前記音波センサから音波を送信してから反射波を受信するまでの経過時間を測定するように構成された時間測定部と、
前記時間測定部によって測定された時間に基づいて、前記被検体内の音速を算出するように構成された音速算出部と、
前記音速算出部によって算出された音速に基づいて、前記被検体の内部温度を求めるように構成された内部温度導出部とを備えることを特徴とする内部温度測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の内部温度測定装置において、
前記被検体内の音速と前記被検体の内部温度との関係を予め記憶するように構成された記憶部をさらに備え、
前記内部温度導出部は、前記記憶部を参照して、前記音速算出部によって算出された音速に対応する前記被検体の内部温度を求めることを特徴とする内部温度測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内部温度測定装置において、
前記被検体内を音波が通過するのに要する時間を算出するように構成された時間算出部をさらに備え、
前記音波センサは、前記被検体の内部に複数の既知の構造物がある部位を内部温度測定の対象部位として、この対象部位に音波を送信し、
前記時間測定部は、前記音波センサから音波を送信してから複数の反射波を受信するまでの経過時間を反射波毎に測定し、
前記時間算出部は、前記時間測定部の測定結果に基づいて、前記被検体内の複数の既知の構造物間の経路を音波が通過するのに要する時間を算出し、
前記音速算出部は、前記時間算出部によって算出された時間と、前記複数の構造物間の既知の距離とから、前記複数の構造物間の経路における音速を算出することを特徴とする内部温度測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内部温度測定装置において、
前記音波センサと前記被検体との間に設けられた音響整合層をさらに備えることを特徴とする内部温度測定装置。
【請求項５】
被検体に対して音波を送信し、前記被検体で反射された音波を受信する第１のステップと、
音波を送信してから反射波を受信するまでの経過時間を測定する第２のステップと、
前記第２のステップで測定した時間に基づいて、前記被検体内の音速を算出する第３のステップと、
前記第３のステップで算出した音速に基づいて、前記被検体の内部温度を求める第４のステップとを含むことを特徴とする内部温度測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の内部温度測定方法において、
前記第４のステップは、前記被検体内の音速と前記被検体の内部温度との関係を予め記憶する記憶部を参照し、前記第３のステップで算出した音速に対応する前記被検体の内部温度を求めることを特徴とする内部温度測定方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の内部温度測定方法において、
前記第２のステップと前記第３のステップの間において、前記被検体内を音波が通過するのに要する時間を算出する第５のステップをさらに含み、
前記第１のステップは、前記被検体の内部に複数の既知の構造物がある部位を内部温度測定の対象部位として、この対象部位に音波を送信するステップを含み、
前記第２のステップは、前記音波センサから音波を送信してから複数の反射波を受信するまでの経過時間を反射波毎に測定するステップを含み、
前記第５のステップは、前記第２のステップの測定結果に基づいて、前記被検体内の複数の既知の構造物間の経路を音波が通過するのに要する時間を算出するステップを含み、
前記第３のステップは、前記第５のステップで算出した時間と、前記複数の構造物間の既知の距離とから、前記複数の構造物間の経路における音速を算出するステップを含むことを特徴とする内部温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体等の被検体の内部温度を測定する内部温度測定装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検体の深部体温を測定する体温計として、発熱体（ヒータ）を用いた加熱型の体温計が知られている。しかしながら、加熱型の体温計では、消費電力が大きく、長時間にわたる連続測定が難しいという課題があった。
【０００３】
一方、被検体の深部体温を測定する別の体温計として、２組の熱流検出構造体を有する非加熱型の体温計が知られている（非特許文献１、２参照）。この２組の熱流検出構造体は、第１の温度センサと第２の温度センサとを断熱材で隔てた構造をしている。非加熱型の体温計では、断熱材の熱抵抗と被検体の熱抵抗とが既知であれば、第１、第２の温度センサの測定値から被検体の深部体温を算出することができる。
【０００４】
しかしながら、被検体の組織や組織の形状が場所あるいは生理的な汗や血流変化に応じて異なることから、被検体内部の熱抵抗も場所に応じて異なる。このような被検体内部の熱抵抗の差異が深部体温測定時の不確実因子となり、深部体温算出時の精度を劣化させてしまうという課題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】中川慎也、清水正男、濱口剛，“ＭＥＭＳ熱流束センサによるウェアラブル深部体温計の提案”，電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌），Ｖｏｌ．１３５，Ｎｏ．８，ｐ．３４３−３４８，２０１５
【非特許文献２】Ming Huang，et al.，“A wearable thermometry for core body temperature measurement and its experimental verification”，IEEE journal of biomedical and health informatics，Vol.21，No.3，p.708-714，2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被検体の内部温度の測定精度を向上させることができる内部温度測定装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内部温度測定装置は、被検体に対して音波を送信し、前記被検体で反射された音波を受信するように構成された音波センサと、前記音波センサから音波を送信してから反射波を受信するまでの経過時間を測定するように構成された時間測定部と、前記時間測定部によって測定された時間に基づいて、前記被検体内の音速を算出するように構成された音速算出部と、前記音速算出部によって算出された音速に基づいて、前記被検体の内部温度を求めるように構成された内部温度導出部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の内部温度測定装置の１構成例は、前記被検体内の音速と前記被検体の内部温度との関係を予め記憶するように構成された記憶部をさらに備え、前記内部温度導出部は、前記記憶部を参照して、前記音速算出部によって算出された音速に対応する前記被検体の内部温度を求めることを特徴とするものである。
また、本発明の内部温度測定装置の１構成例は、前記被検体内を音波が通過するのに要する時間を算出するように構成された時間算出部をさらに備え、前記音波センサは、前記被検体の内部に複数の既知の構造物がある部位を内部温度測定の対象部位として、この対象部位に音波を送信し、前記時間測定部は、前記音波センサから音波を送信してから複数の反射波を受信するまでの経過時間を反射波毎に測定し、前記時間算出部は、前記時間測定部の測定結果に基づいて、前記被検体内の複数の既知の構造物間の経路を音波が通過するのに要する時間を算出し、前記音速算出部は、前記時間算出部によって算出された時間と、前記複数の構造物間の既知の距離とから、前記複数の構造物間の経路における音速を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の内部温度測定装置の１構成例は、前記音波センサと前記被検体との間に設けられた音響整合層をさらに備えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の内部温度測定方法は、被検体に対して音波を送信し、前記被検体で反射された音波を受信する第１のステップと、音波を送信してから反射波を受信するまでの経過時間を測定する第２のステップと、前記第２のステップで測定した時間に基づいて、前記被検体内の音速を算出する第３のステップと、前記第３のステップで算出した音速に基づいて、前記被検体の内部温度を求める第４のステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被検体に対して音波センサから音波を送信してから反射波を受信するまでの経過時間を測定し、この時間に基づいて被検体内の音速を算出し、音速に基づいて被検体の内部温度を求めることにより、被検体内部の熱抵抗の差異に依存せずに被検体の内部温度を推定することが可能となり、被検体の内部温度の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、被検体内の音速と被検体内の温度との関係の１例を示す図である。
【図２】図２は、生体内の音速と生体の深部温度との関係の１例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る内部温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る内部温度測定方法を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の実施例において音波センサで観測される反射波の波形の１例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る内部温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、内部温度の測定実験で観測された反射波の波形の１例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例に係る内部温度測定装置の効果を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の実施例において音波センサと被検体との間に音響整合層を設けた例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係る内部温度測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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［発明の原理］
被検体表面から音波を被検体内に送信すると、被検体内の複数の構造物、例えば骨によって様々な経路で複数回反射されて音波が様々な時間で戻ってくる。この時間を適当に演算することで特定の反射経路を通過するのに要した時間を求めることができる。特定の反射経路を、骨と骨の間など既知の距離の箇所にとることで被検体内の音速を推定することができる。被検体内の音速と被検体内の温度には、例えば図１に示すような関係がある。したがって、図１に示した関係から、特定の反射経路における被検体内の温度を推定することができる。被検体が生体の場合、部位によって異なるが、生体内の音速と生体の深部温度との関係は例えば図２のようになる。
【００１２】
［実施例］
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３は本発明の実施例に係る内部温度測定装置の構成を示すブロック図である。内部温度測定装置は、被検体に対して音波を送信し、被検体で反射された音波を受信する音波センサ１と、被検体の内部温度を求める演算部２と、内部温度の測定に必要な各種データおよび内部温度の測定結果を蓄積する記憶部３と、外部機器と通信するための通信部４とを備えている。演算部２は、時間測定部２０と、時間算出部２１と、音速算出部２２と、内部温度導出部２３とから構成される。
【００１３】
本実施例では、被検体内の２つ以上の構造物、例えば生体の場合には２つ以上の骨がある所を内部温度測定の対象部位に選ぶ。図４に示すように、被検体１０（生体）内に２つの骨が構造物１１，１２として並んでいる最も簡単な例を用いて本発明の内部温度測定方法を説明する。
【００１４】
被検体１０の表面に配置した音波センサ１から被検体１０に向けて音波を送信すると、音波の音波センサ１への戻り方には以下の３つのケースがある。
（I）経路Ｒ１を通り、構造物１１で反射されて経路Ｒ１を逆に辿って音波センサ１に戻るケース。
（II）経路Ｒ３を通り、構造物１２で反射されて経路Ｒ３を逆に辿って音波センサ１に戻るケース。
（III）経路Ｒ１を通り、構造物１１で反射された後に経路Ｒ２を通り、構造物１２で反射されて経路Ｒ３を通って音波センサ１に戻るケース。
【００１５】
上記の（I）、（II）、（III）の場合の音波センサ１に戻ってくる反射波をそれぞれｗ１，ｗ２，ｗ３とすると、音波センサ１から音波を送信してから時間ｔ１，ｔ２，ｔ３後に音波センサ１において反射波ｗ１，ｗ２，ｗ３が観測される（図５）。なお、図５の実線５０は例えば１回目の測定結果を示し、破線５１は例えば２回目の測定結果を示している。
【００１６】
音波センサ１と構造物１１間の経路Ｒ１の距離をＬ１、構造物１１と構造物１２間の経路Ｒ２の距離をＬ２、音波センサ１と構造物１２間の経路Ｒ３の距離をＬ３とし、音速をＶとすると時間ｔ１，ｔ２，ｔ３は次式のように与えられる。
ｔ１＝２×Ｌ１／Ｖ                                              ・・・（１）
ｔ２＝２×Ｌ３／Ｖ                                              ・・・（２）
ｔ３＝（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／Ｖ                                  ・・・（３）
【００１７】
しかし、音速Ｖは温度によって変わるため、経路Ｒ１や経路Ｒ３では被検体１０の温度、特に影響の大きい表層の温度の影響を受ける。また、被検体１０が生体の場合、距離Ｌ１，Ｌ３は生体が有する柔軟性により変化し易い。
一方、構造物１１と構造物１２間の経路Ｒ２を被検体１０の表層から十分深いところにとっておけば、被検体１０の表層の影響を受けない。そこで、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３から経路Ｒ２での音速を選択的に求める。
【００１８】
ここで、音波が経路Ｒ２を通過するのに要する時間ｔｒは、音波が経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を通過するのに要する時間ｔ３から、経路Ｌ１，Ｌ３の往復にかかる時間の半分（ｔ１／２，ｔ２／２）を引けばよく次のように求められる。
ｔｒ＝ｔ３−（ｔ１＋ｔ２）／２                                  ・・・（４）
【００１９】
音波が経路Ｒ２を通過するのに要する時間ｔｒより、経路Ｒ２での音速Ｖ２は次式のように得られる。
Ｖ２＝Ｌ２／ｔｒ                                                ・・・（５）
【００２０】
図１、図２に示したように、被検体１０内の音速と被検体１０の内部温度との関係を事前に調べておくことで、音速Ｖ２に対応する被検体１０の内部温度（深部温度）を求めることができる。
【００２１】
被検体１０内の音速と被検体１０の内部温度との関係を調べる際には、例えば被検体１０が生体のような複雑なものの場合、内部温度測定の対象部位の近傍の温度（例えば直腸温、食道温、鼓膜温など）を温度計のプローブなどで取得し、また対象部位の近傍の音速を超音波プローブなどで取得し、この結果から得られた音速と温度との関係を、被検体１０内の音速と被検体１０の内部温度との関係とすればよい。
【００２２】
また、被検体１０と類似の構造・物性の材料を用いる実験、あるいは被検体１０に似せた培養組織を用いるＥＸ−ＶＩＶＯで、被検体１０内の音速と被検体１０の内部温度との関係を調べるようにしてもよい。
【００２３】
図６は本実施例の内部温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。音波センサ１は、被検体１０に向けて音波を送信し（図６ステップＳ１）、被検体１０から戻ってくる反射波を受信する（図６ステップＳ２）。
演算部２内の時間測定部２０は、音波センサ１から音波を送信してから複数の反射波を受信するまでの経過時間（上記のｔ１，ｔ２，ｔ３）を反射波毎に測定する（図６ステップＳ３）。なお、経過時間は、音波を送信してから反射波のピークが得られた時間とすればよい。
【００２４】
演算部２内の時間算出部２１は、時間測定部２０の測定結果に基づいて、音波の送信方向にある被検体１０内の複数の既知の構造物１１，１２間の経路Ｒ２を音波が通過するのに要する時間ｔｒを式（４）により算出する（図６ステップＳ４）。
演算部２内の音速算出部２２は、時間算出部２１によって算出された時間ｔｒと、構造物１１，１２間の既知の距離Ｌ２とから、構造物１１，１２間の経路Ｒ２における音速Ｖ２を式（５）により算出する（図６ステップＳ５）。
【００２５】
演算部２内の内部温度導出部２３は、被検体１０内の音速Ｖと被検体１０の内部温度Ｔｒｅｆとの関係を予め記憶している記憶部３を参照し、音速算出部２２によって算出された音速Ｖに対応する被検体１０の内部温度Ｔｒｅｆを求める（図６ステップＳ６）。
通信部４は、内部温度導出部２３によって得られた被検体１０の内部温度Ｔｒｅｆの情報を外部機器（例えば内部温度の測定値を収集するサーバ）に送信する（図６ステップＳ７）。
【００２６】
図７は内部温度の測定実験で観測された反射波の波形の１例を示す図である。図８は本実施例の効果を説明する図である。図８の横軸のＴは例えば被検体１０内に温度計のプローブを挿入することで求めた被検体１０の内部温度を示しており、縦軸のＴｒｅｆは本実施例の内部温度測定装置によって求めた被検体１０の内部温度を示している。
【００２７】
図８の８０は被検体１０の表面温度と内部温度とが同じとき（例えば生体の安静時）の測定結果を示しており、８１は被検体１０の表面温度が変化している状態で内部温度を測定したときの測定結果を示しており、８２は被検体１０の表層で流れがある状態（例えば運動などにより生体の血流が大きく変化している状態）で内部温度を測定したときの測定結果を示している。
【００２８】
また、図８の８３は被検体１０の表面温度と内部温度とが同じ状態（例えば生体の安静時）で被検体１０の表面温度を測定した結果を示しており、８４は被検体１０の表面温度が変化している状態で被検体１０の表面温度を測定した結果を示している。
図８によれば、温度計で測定した被検体１０の内部温度Ｔと本実施例の内部温度測定装置によって求めた被検体１０の内部温度Ｔｒｅｆとが良く一致していることが分かる。
【００２９】
また、本実施例の内部温度測定装置で被検体１０の表面温度を測定すると、温度計で測定した被検体１０の表面温度とずれが生じることが分かる。
本実施例において、被検体１０の測定したい部位が音波センサ１に近く十分な波数が与えられない場合は、図９に示すように音波センサ１と被検体１０との間に音響整合層１３を設けるようにしてもよい。このとき、音響整合層１３の音響インピーダンスは、被検体１０に近いものが望ましい。具体的には、被検体１０を生体とする場合、音響整合層１３としてシリコンゴムや樹脂などを用いて、音響インピーダンスをおよそ１．５ＭＲａｙｌに調節するとよい。
【００３０】
本実施例で説明した内部温度測定装置のうち、演算部２と記憶部３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１０に示す。コンピュータは、ＣＰＵ１００と、記憶装置１０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）１０２とを備えている。Ｉ／Ｆ１０２には、音波センサ１と通信部４等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の内部温度測定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置１０１に格納される。ＣＰＵ１００は、記憶装置１０１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。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、生体等の被検体の内部温度を測定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…音波センサ、２…演算部、３…記憶部、４…通信部、１０…被検体、１１，１２…構造物、１３…音響整合層、２０…時間測定部、２１…時間算出部、２２…音速算出部、２３…内部温度導出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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