(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排便時に併発するガスのガス濃度を測定するガスセンサと、前記ガスセンサから得られるガス濃度より腸内状態を算出する制御部と、を備える腸内状態測定装置であって、前記ガスセンサは固体電解質型センサであり、前記固体電解質型センサから得られる出力の変化速度に対応するガス濃度を演算する演算部とを備えることを特徴とする健康状態測定装置。
【請求項２】
排便時に併発するガスのガス濃度を固体電解質型ガスセンサで測定し、測定により得られた出力の変化速度を算出し、算出された変化速度に対応するガス濃度を演算し、得られたガス濃度から腸内状態を推定することを特徴とする健康状態測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、健康状態を判断するための腸内状態を非接触で推定することのできる健康状態測定装置および健康状態測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
腸内状態は人の健康状態を反映することが広く知られている。腸内状態を知るための指標の例として腸内のｐＨ値や腸内細菌叢（菌バランス）を計測することが行われている。具体的には、排泄された便を採取し、水等で希釈するなどの前処理行ってからｐＨまたは細菌数を計測する。また、ｐＨの場合、便そのままの状態でｐＨ電極を接触させて計測することも行われている。この便中のｐＨ値または細菌数から腸内のｐＨ値または菌バランスを推測している。しかし、排便時のサンプリングはおよびその後の処理が煩雑である。さらに、採取してから計測までの間、便を安定して保存しておく必要があり、そうでないと、便に含まれている細菌等の活動により測定値が排便直後の便の値からずれて腸内状態を正確に計測できなくなる等の不具合もあった。
【０００３】
排便時に併発するガス（以下排泄ガスと呼ぶ）成分を利用して、非接触で腸内状態を知る技術としては特許文献１〜４がある。
【０００４】
特許文献１は、腸内状態報知装置およびその方法に関する本出願人の発明である。この装置では、排泄ガス中の水素ガスをガスセンサで測定し、ガスセンサから出力された信号値に対応した腸内状態情報を腸内健康度判定用付属情報から抽出してユーザに報知するものである。腸内状態情報としては、腸内に存在する種々の菌の総数、ビフィズス菌の数、悪玉菌の数、腸内菌の総数のうちのビフィズス菌数の割合、又は、腸内菌の総数のうちの悪玉菌数の割合等を採用している。
【０００５】
また、特許文献２の排泄ガス測定装置及び方法も本出願人の発明であり、排泄ガス中の水素ガスあるいはメタンガスをガスセンサで検出し、ビフィズス菌数を推定して腸内健康度を判定するものである。
【０００６】
また、特許文献３の健康測定装置は、排泄時に発生した臭気を酸化触媒で脱臭し、そのときに要した酸化電流から臭気成分濃度を検出するものである。
【０００７】
さらに、特許文献４の生体モニタ装置は、布製のＴ字帯にガスセンサを装着し、肛門から放出されたガスをガスセンサで検知してデータ化し、メモリに蓄えられたデータと過去のデータとを比較し、差が大きい場合など異常が認められる場合に表示装置に警告を表示するものである。
【０００８】
また、特許文献５のトイレ脱臭装置は、吸着剤の後ろにアンモニアガスを検知する臭気センサを取り付け、アンモニアガスの濃度が高くなったときに送風機の回転数を下げて、吸着剤による臭気の吸着が多くなるようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３１５８３６号公報。
【特許文献２】特開２００５−２９２０４９号公報。
【特許文献３】特開平８−２１１０４８号公報。
【特許文献４】特開平９−４３１８２号公報。
【特許文献５】特開２０００−３２８６２９号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、脱臭装置付き便器にガスセンサを取付ける場合、特許文献２にも記載されているように、脱臭ファン用排気通路内に取付けるのが便利である。また、脱臭ファン用排気通路内には、脱臭ファンによって一定量の風が流れているため、排泄物とともに排出されるガス成分を定量的に感知するのに好都合である。
【００１１】
脱臭効果を維持するために、一定以上の風量でガスを吸引することが必要である。この場合、排泄ガスが瞬時に排気通路を通り過ぎてしまうので、短期間で対象とするガス成分を測定することが求められている。例えば、排泄ガス中の二酸化炭素を測定することによって、簡単に排便時の便のｐＨ値を計測することができることが本発明者らによって明らかになった。
【００１２】
二酸化炭素を測定するためのセンサとして固体電解質型センサと光学式センサを用いることができる。固体電解質型二酸化炭素センサは安価でコストメリットが高いが、応答速度が遅いという問題があった。
【００１３】
本発明は、安価な固定電解質型センサを使用して、排泄ガス中のガスを精度良く測定し、そのガスを元に腸内状態を算出できる健康状態測定装置およびその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】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の健康状態測定装置は、排便時に併発するガスのガス濃度を測定するガスセンサと、前記ガスセンサから得られるガス濃度より腸内状態を算出する制御部と、を備える腸内状態測定装置であって、前記ガスセンサは固体電解質型センサであり、前記固体電解質型センサから得られる出力の変化速度に対応するガス濃度を演算する演算部とを備える。
【００１５】
また、本発明に係る健康状態測定方法は、排便時に併発するガスのガス濃度をガスセンサで測定し、測定により得られた出力の変化速度を算出し、算出された変化速度に対応するガス濃度を演算し、得られたガス濃度から腸内状態を推定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の健康状態測定装置および健康状態測定方法によれば、固定電解質型センサを使用して、排泄ガス中のガスを精度良く測定し、簡単にかつ安価に腸内状態を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。
【００１８】
本発明の健康状態測定装置は、排便時に併発する排泄ガス中の二酸化炭素濃度を測定し、その結果を後述の手順を経て腸内状態指標、例えば便ｐＨに変換される。便のｐＨ値は腸内環境を示す指標であり、腸内環境を支配する腸内細菌のバランスが良いときは善玉菌であるビフィズス菌が優勢で、腸内のｐHは弱酸性に保たれる。また腸内のｐHは摂取する食品にも影響を受け、肉類等を偏って摂取するとアルカリ側に傾きｐＨ７以上となると大腸ガン等のリスクが高まり、一方、オリゴ糖や野菜類をバランスよく摂取すると弱酸性を保つことができる。  
【００１９】
本発明の健康状態測定装置は、排便時に併発するガスのガス濃度を測定するガスセンサと、前記ガスセンサから得られるガス濃度より腸内状態を算出する制御部と、を備える腸内状態測定装置であって、前記ガスセンサは固体電解質型センサであり、前記固体電解質型センサから得られる出力の変化速度に対応するガス濃度を演算する演算部とを備える。
【００２０】
本発明によれば、ガスセンサの出力の変化速度からガスの濃度を演算するので、排泄ガスのセンサに接する時間が短かくても、精度良く排泄ガス中の所定ガス濃度を測定する健康状態測定装置を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の健康状態測定方法は、排便時に併発するガスのガス濃度をガスセンサで測定し、測定により得られた出力の変化速度を算出し、算出された変化速度に対応するガス濃度を演算し、得られたガス濃度から腸内状態を推定することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、ガスセンサの出力の変化速度からガスの濃度を演算するので、排泄ガスのセンサに接する時間が短かくても、精度良く排泄ガス中の所定ガス濃度を測定する健康状態測定方法を提供することができる。
【００２３】
以下に添付図面に基づいて本発明の実施例を具体的に説明する。まず、本発明の健康状態測定装置の構成について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の健康状態測定装置を搭載した人体洗浄装置組込タイプ洋式便器の一例を示す（部分透視）外観図である。
【００２５】
便器１の便座２と便鉢３周縁の頂部との間に設けたスペースを利用して脱臭ファン用排気通路４が設置されている。脱臭ファン用排気通路４内には、脱臭ファン５、脱臭部としての脱臭カートリッジ６および固体電解質型ガスセンサ７（以下ガスセンサ７と略す）が取り付けられている。
【００２６】
また、制御部８および演算部９は一体化して便座２の後部内に組み込まれ、さらに、制御部８により算出された結果である腸内状態指標データの表示部１０が、人体洗浄装置の操作パネル１１に組み込まれている。ガスセンサ７と演算部９とのデータ交換は結線により、また制御部８と表示部１０とのデータ交換は赤外線により行っている。なお、演算部９はガス濃度を演算する演算機能の外に、データ記憶機能およびガスセンサ７を制御するガスセンサ制御機能を備えている。
【００２７】
図２は本発明の健康状態測定装置の一例を示す概念図である。脱臭ファン用排気通路４内に、風上側から順に脱臭ファン５、脱臭カートリッジ６およびガスセンサ７が配置されている。脱臭カートリッジ６とガスセンサ７との間には、ガスセンサ７への風の直撃を避けるための邪魔板１２が置かれている。
【００２８】
演算部９が測定開始信号をガスセンサ７に送信しガスセンサ７が作動し始めると、二酸化炭素ガスの濃度に応じた出力信号が得られる。ガスセンサ７で得られたセンサ出力信号が演算部９に送られ、時系列的に記憶される。また、演算部９の測定終了信号によってガスセンサ７の作動が終了し、センサ出力の信号の記録が終了する。続いて、演算部９では後述の方法にしたがって記憶されたセンサの出力信号からガス濃度を求め、その結果を制御部８に送る。制御部８では演算部９から送られてきたガス濃度から腸内状態指標を推算する。得られた腸内状態指標が演算部９に記憶され、同時に表示部１０で表示される。
【００２９】
続いて、本発明の健康状態測定装置によって排泄ガスの二酸化炭素ガス濃度を測定し、さらに得られた二酸化炭素ガス濃度から腸内状態指標を推定する方法の例について詳しく説明する。
【００３０】
まず固体電解質型二酸化炭素センサの出力から二酸化炭素ガスの濃度を求める方法について説明する。その説明に先立って、固体電解質型二酸化炭素センサの測定原理について述べる。
【００３１】
図３はガスセンサ７の詳細構造の一例を概念的に示す図である。セラミック基板２４の上に対電極２３、固体電解質２２、及び作用電極２１が順序積層されている。また、セラミック基板２４の反対側に加熱用電源２７に接続したヒーター２５が接合されている。セラミック基板２４と固体電解質２２の間に位置する対電極２３の周辺には接着剤２６が充填されている。また、対電極２３と作用極２１とはリード線によって電気的に接続され、接続回路上に電圧計２８が取り付かれている。固体電解質の材料としてＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ１＋ＡＺｒ２ＳｉＡＰ３−ＡＯ１２、但し０≦Ａ≦３）、Ｌｉ−β−Ａｌ２Ｏ３等のナトリウムイオン伝導性物質やリチウムイオン伝導性物質などが、作用電極および対電極の例としてとしては、金や白金などの貴金属材料が、さらに作用電極に含まれる補助電極物質として炭酸塩リチウムなどの金属炭酸塩が例として挙げられる。
【００３２】
加熱用電源２７によってヒーター２５に電圧が印加されると、セラミック基板２４を通して電極系（対電極２３、固体電解質２２、作用電極２１）が一定温度（例えば４００℃）に加熱されて作動状態になる。センサが作動状態で二酸化炭素ガスを含むガスに曝されると、電極系では以下の電気化学反応が起こる（固体電解質の材料ははＮＡＳＩＣＯＮ）：
作用電極：２Ｌｉ＋＋ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ−  ＝  ＬｉＣＯ３
対電極：Ｎａ２Ｏ  ＝  ２Ｎａ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−
【００３３】
上記電気化学反応によって両電極間に起電力（ＥＭＦ）が発生する。この起電力が固定電解質電極系に拡散侵入している二酸化炭素の濃度に依存しているので、その変化量を測定することにより二酸化炭素ガスの濃度を測定することができる。
【００３４】
以上述べたように、固体電解質型二酸化炭素センサの測定対象ガスに含まれる二酸化炭素ガスに対する応答出力は、二酸化炭素ガスの電極系への拡散侵入に起因する起電力変化として取り出されるので、その特性上、安定した出力を得るには一定の時間がかかる。
【００３５】
図４は、固体電解質センサの出力特性を説明するためのグラフである。この内、図４（ａ）は特定濃度（３０００ｐｐｍ）の二酸化炭素ガスを使用し、ガス発生時間を５秒間から２分間まで変化させて得られた出力の時間変化をグラフ化したものである（わかりやすくするため、出力が電圧から濃度に換算されている）。固体電解質センサは応答速度が遅いため、このグラフから分かるように、所定濃度に対応する濃度を得るためには１２０秒以上の時間が必要である。言い換えれば、１２０秒間以上所定濃度のガス雰囲気にセンサが接していなければ、起電力の変化量から二酸化炭素濃度を正確に測定することができない。
【００３６】
排泄ガスは人体から排泄されると、拡散等によって短時間で消失するので、その場で測定するには短時間で測定を完了することが求められる。したがって、起電力の変化量から二酸化炭素ガス濃度を測定する従来の方法では、排泄ガス中の二酸化炭素ガスを正確に測定することができない。その一方で、図４（ａ）は、ガス発生時間の長短に関連なく、ガス濃度が一定であれば立上時の勾配ｄが同じであることも示している。
【００３７】
本発明者らは、固体電解質型二酸化炭素の応答特性をさらに検討した結果、センサ出力の変化速度が、センサのガスに接する時間に関係なく、ガス濃度に比例しているいることを見出した。図４（ｂ）に示すように、二酸化炭素ガス濃度が高くなるほど変化速度（立上時の勾配ｄ）が大きくなること、すなわち、ガス濃度と変化速度との間には相関があることが判った。そして、図４（ｃ）に示すように、二酸化炭素ガス濃度とセンサ出力の変化速度（勾配ｄ）との相関は直線的であることを見出した。この相関関係からセンサ出力の変化速度と二酸化炭素ガス濃度との対応表を用いることで、センサ出力の変化速度から二酸化炭素ガスの濃度を求めることができる。
【００３８】
したがって、固体電解質型二酸化炭素センサの出力の変化速度を利用することで、時々刻々変化する排泄ガスの濃度を正確に測定し、腸内状態を推測することができる。
【００３９】
以下、ガスセンサ７の出力から排泄ガス中の二酸化炭素ガス濃度の測定について具体的に説明する。
【００４０】
図５は排便時に発生したガス中の二酸化炭素ガス濃度をガスセンサ７で測定した出力例を示すグラフである。横軸の時間（秒）は排便所要時間を表し、ｔ１は排便開始時、ｔ２は排便終了時である。最高濃度は排泄ガス量が最も多い時点で出現するため、ピーク値が最大値Ｖｐとなるピークの出力を利用すれば、より正確な腸内状態指標を推定することができる。
【００４１】
二酸化炭素ガス濃度の最大値を測定する手順として、二酸化炭素ガスセンサの出力を記憶し、ここから出力のピーク値が最大値Vpとなるピークを探し出して、そのピークの立ち上がりの勾配ｄ、すなわちセンサ出力の変化速度を計算し、図４（ｃ）に示す二酸化炭素ガス濃度と勾配ｄとの相関関係に基いて作成された出力の変化速度（勾配ｄ）と二酸化炭素ガス濃度の対応表から二酸化炭素ガス濃度の最大値Ｃｐを算出することとなる。
【００４２】
以下、二酸化炭素ガス濃度の最大値Ｃｐを算出する方法をガス濃度を演算する演算部９の動作例に基づいて具体的に説明する。
【００４３】
ガス濃度を演算する演算部は第1演算部、第2演算部からなっている。まず、第１演算部では演算部９に記憶されたガスセンサ７の出力信号データから出力信号の最大値Vpとその時刻を探し出す。また、最大値Vpから過去に遡って最初に出会った出力信号の最小値Vbおよびその時刻を探し出す。続いて、Vbの時刻からVpの時刻に向かって一定時間間隔、本実施例では２秒間隔ごとの出力変化量ΔVｘを求め、記憶する。最後に得られた複数のΔＶxからその最大値ΔVmaxを探し出す。こうして最大値Vpとなるピークの立ち上がり勾配ｄ、すなわちセンサ出力の変化速度を求める。次に、第２演算部では予め記憶されている出力の変化速度（勾配ｄ）とガス濃度との対応表（図4（ｃ）に示す相関図に基く）から、出力のピーク値が最大値Vpとなるピークに対応するガス濃度の最大値Cpを算出する。
【００４４】
次に、上述演算によって得られた二酸化炭素濃度の最大値Cpから腸内指標を制御部８によって推定する方法について説明する。本実施例では腸内指標の例として便ｐＨを用いた。
【００４５】
図６（ａ）は排便時に発生したガス中の二酸化炭素ガス濃度（容量％で表示）の最大値と、そのときに採取した便中の酢酸濃度（μｍｏｌ／ｇ）との相関を示す実測データである。このように二酸化炭素ガス濃度と酢酸濃度との間に相関性があることの理由は必ずしも明確ではないが、便のｐＨ値はその中に含まれるカルボン酸の濃度によって左右され、このカルボン酸の一定割合が体内で水と二酸化炭素に分解されているためと推測される。
【００４６】
したがって、カルボン酸のうちの大部分を占める酢酸の濃度も上記二酸化炭素ガス濃度と相関があることになる。また、図６（ｂ）は便中の酢酸濃度と便中のｐＨ値との相関を示す実測データであり、他に含まれる酸や塩基の影響を受けてデータは多少乱れるものの、ほぼ、直線的な関係を示している。
【００４７】
以上述べたように、排泄ガス中の二酸化炭素ガス最大濃度と便中酢酸、さらに便中酢酸と便ｐＨとの間に相関性が認められているので、前記ガスセンサ７の出力の変化速度である勾配ｄから算出されたＣｐから、便中のｐＨを推定することができる。具体的には、制御部８ではまず図７（ａ）に示す二酸化炭素ガス濃度と便中の酢酸濃度との相関（図６（ａ）と同じ）を示すグラフから酢酸濃度Ｃａｃを推定し、さらに図７（ｂ）の便中の酢酸濃度と便中のｐＨ値との相関（図６（ｂ）と同じ）を示すグラフからｐＨ値を推定する。
【００４８】
以上、本発明の健康状態測定装置による排泄ガスの二酸化炭素ガス濃度測定値から腸内状態指標を推定する方法の例について説明した。
【００４９】
最後に、本発明の健康状態測定装置を使用した健康状態測定方法の手順を例示して説明する。
【００５０】
図８は、本発明の健康状態測定装置（洋式便器に付設された衛生洗浄便座装置に内蔵）を使用した健康状態測定方法の手順を示す一例である。使用者（以後、「ユーザ」と呼ぶ。）の動作を左側に、便座装置が行う処理（健康状態測定装置の処理を含む）を右側にわけて表示した。
【００５１】
本図の流れの通り、ユーザはトイレ内に入室し排便をして退室するのであるが、このトイレには本発明の健康状態測定装置が取り付けてあるため、退室する前には自分の腸内のｐＨ推定値を表示部１０に表示されることで、その日の体調を知り、あるいは継続的に測定していた場合は経時的な体調の変化を知ることができる。
【００５２】
まずユーザが入室すると人体検知センサによって入室が検知され、二酸化炭素ガスセンサ７が起動される。人体検知センサを使わない場合には、ユーザが健康状態測定装置の電源を手動で入れてもよい。
【００５３】
ユーザが着座すると着座センサが着座を検知し、脱臭ファン５の起動後に二酸化炭素ガスセンサ７が記録および記憶を開始する。着座センサを使わずにユーザが各センサの始動スイッチを押してもよい。ここで稼動開始時のセンサの時刻をｔ１とし、その時刻に対応する二酸化炭素ガスセンサ７の出力値（Ｖ）をＶ１と呼ぶ。
【００５４】
ユーザが排便を開始し終了するまで、二酸化炭素ガスセンサ７は一定時間ｔｘ、たとえば１秒おきにデータＶｘを検出し、それらを演算部９に書き込む。
【００５５】
排便終了後、ユーザが人体洗浄を開始する。このとき、洗浄ボタンと連動させて二酸化炭素ガスセンサ７の記録を終了させる。排便終了時の時間ｔ２と二酸化炭素ガスセンサ７のそのときの検知データＶ２が記憶される。なお、排便前または排便中に洗浄ボタンが使われるケースもあることを考慮する場合は、洗浄ボタンと連動させずにユーザが手動で記憶終了させる形式としてもよい。
【００５６】
演算部９の第１演算部では、まずｔ１〜ｔ２の範囲で二酸化炭素センサ出力の最大値Ｖｍａｘを検索する。そしてＶｍａｘの値そのもの、またはＶｍａｘから二酸化炭素ガス濃度の最小値を引いた値を最大ピーク値Ｖｐとして算出する。次にＶｐに達する前の最小値に対応する時刻を探し出し、その時点からVpに達するまでの出力曲線の勾配ｄ、すなわち出力変化速度を求める。出力変化速度（勾配ｄ）の求め方として一定時間間隔の変化量など、周知な方法を用いてよい。そして演算部９の第２演算部では出力変化速度（勾配ｄ）から予め演算部に記憶されている出力変化速度と二酸化炭素濃度との対応表から二酸化炭素最大濃度Ｃｐを算出する。
【００５７】
最後に、制御部８では、Ｃｐ値から酢酸濃度Ｃａｃ値を推定し、続いて酢酸濃度Ｃａｃ値からｐＨ値を推定する。同定したｐＨ値は演算部９部に書き込み、さらに同定結果をユーザに表示部１０等により報知する。
【００５８】
ユーザが離座すると、それを着座センサが感知し脱臭ファン５が停止する。そしてユーザが退室すると人体検知センサによって退室が検知され二酸化炭素ガスセンサ７の電源が切られる。
よって使用者が通常のトイレ行為で手軽に自分の腸内状態を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の健康状態測定装置を搭載した洋式便器に付設された衛生洗浄便座装置の一例を示す（部分透視）外観図
【図２】本発明の健康状態測定装置に係る脱臭ファン用排気通路内の構成の一例を示す配置図
【図３】本発明の健康状態測定装置に使用される固体電解質型二酸化炭素ガスの構造の一例を示す図
【図４】固体電解質センサの特性を説明するためのグラフ
【図５】排便時に発生したガス中の二酸化炭素ガス濃度を測定した出力例を示すグラフ
【図６】排便ガスの二酸化炭素ガス濃度をと便中酢酸濃度、および便中酢酸濃度と便ｐＨ値との相関関係を示すグラフ
【図７】固体電解質センサで測定された二酸化炭素ガス濃度をからｐＨ値への換算手順を示すグラフ
【図８】本発明の健康状態測定装置（人体洗浄装置組込タイプ洋式便器に搭載）を使用した健康状態測定方法の手順の一例を示す図
【符号の説明】
【００６０】
１…便器、２…便座、３…便鉢、４…脱臭ファン用排気通路、５…脱臭ファン、６…脱臭カートリッジ、７…二酸化炭素ガスセンサ、８…制御部、９…演算部、１０…表示部、１１…操作パネル、１２…邪魔板、２１…作用電極、２２…固体電解質層、２３…対電極、２４…セラミックス板、２５…ヒータ、２６…接着剤、２７…加熱用電源 、２８…電圧計
【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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