JP5340967B2 - 中核体温を測定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

以下の内容は、医療技術に関する。これは、中核体温を測定することに特定の用途を見出すものであり、これに対する特定の文献とともに説明されるものである。但し、以下の内容は、医学的診断、治療監視及び関連の医療用途に用いて好適な中核体温関連の値を測定することに、より一般的な用途を見出すものである。

中核体温は、重要な医学的バイタルサインである。心拍又は血圧のような他のバイタルサインとは異なり、中核体温は、心理学的又は感情的な状態による変化に比較的に鈍感なものである。したがって、中核体温は、医学的問題の良好な指標となり得る。さらに、平均的範囲から摂氏数度のみ外れた中核体温のシフトは、それ自身内又はそれ自身の命を脅かしうるものであり、この重大なバイタルサインを監視するさらなるモチベーションをもたらすものである。

残念ながら、中核体温は、これまで、心拍又は血圧のような他のバイタルサインよりも測定するのが難しいものであった。中核体温は、心臓を通じて流れる血液の温度と定義される。しかしながら、臨床目的のために、中核体温は、脳温度とも受けとられるのが普通である。何故なら、この値は、普通は心臓中核温度に近く、上昇した脳温度は、臨床設定において監視するのに有用と考えられる臨床的に深刻な状態である。ここで用いられるように、中核体温は、脳温度に対応すると考えられている。直腸体温計も、直腸温度が中核体温の適切な代わりになるという前提の下で、中核体温を測定するために時折用いられる。しかしながら、直腸温度は、心臓又は脳の中核体温とは大きく異なる場合がある。直腸温度計の挿入は、患者にとって不快なものでもあり、直腸検温は、時間、日又はそれ以上の期間の長きにわたる監視には適していない。

中核体温を精確に測定するため、適切なカテーテル器具を用いて温度センサを脳の脈管構造に挿入することができる。精確ではあるものの、このアプローチは、臨床的には問題がある。何故なら、これは侵襲性のものであり、感染や脈管凝固などの悪い副作用を生じる可能性があるからである。

中核温度は、額（ひたい）の温度を測定することによっても推定可能である。これは、熱があるかどうか判定するために患者の額に手を載せる家庭での診断の基礎である。中核体温の測定として、この技術は、ひいき目に見ても不正確である。より精確な中核体温推定値は、熱電対、サーミスタ又は他の電子温度センサを額に触れるように置くことによって得ることができる。しかしながら、このようなセンサにより得られる温度は、皮膚及びその他の介在組織を横断した温度低下のために中核体温から大幅に異なる可能性がある。この温度低下は、一定ではなく、汗、室内温度及び他の要因の関数として大幅に変わる。得られる温度は、センサが置かれる額上のどの位置かによっても変わる可能性がある。

中核体温はまた、時には口腔体温計を用いて推定される。後部舌下ポケットにおける温度計の配置は、この領域が実質的な動脈構造に近いので、中核体温の比較的正確な推定値を提供する。しかしながら、口腔温度の位置づけの小さい誤差も、温度読み取りの大きな誤差をもたらす可能性がある。呼吸、摂取又は他の経口作用も、温度の読み取りに悪い影響を与えかねない。

また、イアドラムとして口語でも知られている鼓膜に接触するよう外耳道内へ挿入される温度計も知られている。鼓膜は、比較的に脳にかなり接近しており、比較的に正確に中核体温を反映している。しかしながら、外耳道の形状は、人によって変わるものであり、場合によっては、鼓膜へのアクセスは外耳道の湾曲により邪魔され又は閉ざされかねない。他のエラーの潜在的原因は、外耳道における耳垢の堆積である。温度計による鼓膜との物理的接触は、耳の感染を促進させることもあり、これが深刻な医学的状態となる可能性もある。鼓膜による中核体温測定は、時間、日又はこれより長い期間にわたる長い監視にもあまり適していない。

Abreu氏の合衆国出願公開２００４／００５９２１２は、これらの難題のうちの幾つかを克服する中核体温測定のための最近開発された技術を開示している。Abreu氏のアプローチは、ＵＳ２００４／００５９２１２において「脳トンネル」（brain tunnel）と呼ばれ、眼窩すなわちアイソケットに近い眼と眼の間に位置づけられた脳への熱伝導経路の識別に基づいている。この「脳トンネル」の位置における接触温度測定を用いることによって、比較的に正確な中核体温読取値を非侵襲性の形で得ることができる。残念ながら、この識別される脳トンネルは、眼窩の近くの小さい外部断面しかなく、これが、中核体温測定の精度を当該温度センサの正確な配置に強く依存させている。１又は２ミリメートルほどの小さい位置的偏りが、脳トンネルによる中核体温測定に悪い影響を与える可能性がある。

正確な中核体温読取値の取り込みは難しく、このバイタルサインの長きにわたる監視は、依然としてより難しいものとなっている。上述したように、後部舌下ポケット及びAbreu氏により識別される「脳トンネル」のような中核体温を測定するための適切な場所は、普通は小さい。結果として、長期にわたる監視の間の時間にわたり温度センサのずれ又は移動は問題がある。

以下の内容は、上述した問題その他を克服する新しい改良型の装置及び方法を提供するものである。

一態様によれば、中核体温測定装置は、前記中核体温に近似する表面温度を有する表面又はその近傍に動作可能に結合される複数の電子温度センサと、最大温度読取セレクタを含む読出コントローラとを含む。この読出コントローラは、前記複数の温度センサを用いて温度読取値を取得し、前記最大温度読取セレクタにより判定されるような当該取得された温度読取値のうち最高有用温度読取値に基づいて中核体温を出力するように構成されており、オプションとして、皮膚による温度低下に対する補正も含むものであり、この点は、後述においてより詳しく説明することになる。

他の態様によれば、中核体温測定装置は、前記中核体温に近似する表面温度を有する表面又はその近傍に動作可能に結合される少なくとも１つの電子温度センサと、前記少なくとも１つの電子温度センサから入力温度読取値を取得しそれに基づいて中核体温を得るよう構成された読出コントローラと、を含む。この読出コントローラは、前記入力温度読取値と前記中核体温との温度差を考慮するよう前記入力温度読取値を増加させる温度補正器を含む。

他の態様によれば、中核体温測定方法は、前記中核体温に近似する表面温度を有する表面及びその近傍の複数の温度読取値を取得し、前記取得された温度読取値から最高有用温度読取値を発生し、当該最高有用温度に基づいて中核体温を出力する。

１つの利点は、正確な非侵襲性の中核体温測定を提供することにある。

他の利点は、温度測定装置の精確な位置づけに対して比較的に鈍感な、正確な非侵襲性の中核体温測定を提供することにある。

他の利点は、温度が測定される表面と身体中央部との温度差に対して補正される非侵襲性中核体温測定を提供することにある。

本発明のさらに他の利点は、以下の詳細な説明を読み理解することによって通常の当業者に認識される筈である。

顔と頭皮の右側の動脈を見せるために除去された皮膚及び他の外側組織と共に人の頭部を概略的に示し、さらに非侵襲性中核体温測定値を取り込むための好適な位置を概略的に示す側面図。 首と頭の右側の動脈を見せるために一部除去された皮膚及び他の外側組織と共に、一部回転した人の頭を支持する人の首を概略的に示し、さらに非侵襲性中核体温測定値を取り込むための好適な位置を概略的に示す側面図。 中核体温測定装置の読出コントローラを概略的に示す図。 最高温度読取セレクタを概略的に示す図。 脳トンネル位置を取り囲む温度センサのアレイを概略的に示す図。 図５に示されるように位置づけられる温度センサのアレイにより得られる補間された温度読取表面を概略的に示す図。 脳トンネル位置の左の温度センサのアレイを概略的に示す図。 図７に示されるように位置づけられる温度センサのアレイにより得られる補間された温度読取表面を概略的に示す図。 組み合わせ温度／熱フラックスセンサを概略的に示す図。 眼鏡フレームの形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置を概略的に示す図。 左及び右の耳介に巻かれるよう構成される延長部を有する頭部後方枕体の形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置を概略的に示す図。 ヘッドバンドなしで近傍の耳介の周りに配された耳ループを含むヘッドセットの形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置を概略的に示す図。 周囲のヘッドバンドの形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置を概略的に示す図。 概して半球状のヘッドバンドの形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置を概略的に示す図。 粘着パッドの形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置を概略的に示す図。 複数の電子温度センサを含む口腔体温計を概略的に示す図。

図１及び図２を参照するに、ここで用いられているような中核体温は、脳温度と対応するものとみなされている。中核体温に近い表面温度を有する表面において中核体温を測定することは有利である。例えば、Abreu氏の合衆国出願公開２００４／００５９２１２は、眼窩又はアイソケットの近くの眼と眼の間に位置づけられるＵＳ２００４／００５９２１２において「脳トンネル」と呼ばれる脳への熱伝導経路において中核体温を測定することを開示している。この位置は、「眼の間」の位置ＢＴＴとして図１及び図２に示される。中核体温に近い表面温度を有する前に識別された他の表面は、口の中の舌下ポケット（図１及び図２には見られない）である。舌下ポケットの後部又は背部は、中核体温に近い表面温度を有することが判明されている。

図１及び図２を引き続き参照すると、耳介近くに位置する動脈の血液を多く含む表面領域を覆う皮膚は、中核体温温度に近い表面温度を有する他の表面を規定することが、ここでは認識されている。耳翼としても知られる耳介は、耳の外側の突出している部分、すなわち、頭の外側にある耳の見える部分である。浅側頭動脈は、耳介の前方向に位置づけられ、外部頸動脈から耳介の前の頭皮の表面に向かって外側へと動脈血を運搬する。したがって、温度測定装置は、図１及び図２に示される領域ＳＴＡにおけるが如き、耳介の前方（すなわち前部）に配された表面上の浅側頭動脈の一部を覆う皮膚と動作可能に結合可能である。他の例として、後耳介動脈の如き、耳介の後方に位置する動脈血管は、外部頸動脈から耳の後方の頭皮の表面に向かって外へと動脈血を運搬する。したがって、温度測定装置は、図１及び図２に示される領域ＰＡＡにおけるが如き、耳介の後部（すなわち後方）において昇っている動脈の部分を覆う皮膚と動作可能に結合可能である。

図１及び図２は、前述した動脈、耳介及び右の耳介の他の解剖学的特徴部の構成を示しており、左右対称性があり、同様の中核体温測定位置が左の耳介にも存在することが分かる。実際、幾つかの実施例において、中核体温測定値は、左及び右の耳介双方の近くに位置する領域から得られる。

図３を参照して、中核体温測定装置の適切な読出コントローラ１０を説明する。読出コントローラ１０は、中核体温に近似する表面温度を有する表面と熱的に結合した電子温度センサ、又は幾つかの実施例では複数の電子温度センサ１２を用いて温度測定値を読み取る。例えば、電子温度センサ１２は、図１及び図２の領域ＳＴＡ、図１及び図２の領域ＰＡＡ、図１及び図２の領域ＢＴＴ、口の内部の舌下ポケット（図１及び図２には示されない）、又はこれら箇所の或る組み合わせと結合させられてもよい。単一の温度センサではなく、複数の温度センサ１２を設けることの利点は、複数の温度センサ１２が、皮膚又は他の表面の異なる部分をサンプリングすることができることである。領域ＳＴＡ、領域ＰＡＡ、領域ＢＴＴ、舌下ポケットなどの正確な個所は、人によって変わりうるものであり、与えられた被験体での精確な位置特定をするには難しいものとなりうる。

複数の温度センサ１２を用いることは、このような個々人の変化に対処するものである。最大値読取セレクタ１４は、中核体温を測定するために最高に有用な温度読取値１５として複数の温度センサ１２により得られる最高温度測定値を選択する。このアプローチは、測定される温度が、皮膚温度が中核体温に最も近接して近似するところのそうしたポイントで最も高い筈であるという認識にここでは依拠している。低めの温度測定値は、中核体温に近似する表面温度を有する表面から離れて高めの熱損失を概して反映することもある。低めの温度測定値はまた、温度センサの皮膚との乏しい熱的接触又は他の測定誤差による不正確な温度読取値を反映することもある。したがって、複数の温度センサ１２を用い、最高の温度測定値を選択するよう最大読取セレクタ１４を使うことによって、このような問題が軽減される。

図４ないし図６を簡単に参照すると、幾つかの実施例においては、最大温度読取セレクタ１４は、中核体温が測定される元になる最高有用温度を判定するために比較的複雑なアルゴリズムを用いる。図４は、取り込んだ温度読取値を空間的に補間するための補間器１４ａと、ピーク補間された温度を最高有用温度読取値１５として識別するためのピーク検出器１４ｂとを含む最大読取セレクタ１４の実施例を示している。

図５及び図６は、このアプローチをさらに示している。図５は、「脳トンネル」ＢＴＴ及びその近傍における皮膚表面の一例の表面熱特性を示している。図５において、この表面熱特性は、グレースケールの陰影付けによって示され、より暗い陰影は、より高い温度に対応している。表面熱特性の暗い中心位置は、「脳トンネル」ＢＴＴの中心に対応し、ここでは、当該表面温度が当該中核体温に最も近い。「脳トンネル」ＢＴＴからさらに徐々に離れた位置においては、皮膚又は脂肪のような介在組織を横断して概してそれに伴うより大きい熱損失があり、表面温度がより低くなる。図５における複数の温度センサ１２は、６×７の矩形アレイを有し、各温度センサは、黒丸により図５に概略的に示されている。他のセンサ数によるアレイ、そしてオプションとして他の形態で配列されたアレイも想定される。

図６は、図５に示されるように脳トンネル位置ＢＴＴに対してそれぞれ位置づけられる複数の温度センサ１２により得られる温度読取値から補間器１４ａにより発生される２次元の補間された温度表面Ｔｓ（ｘ，ｙ）をプロットしている。この補間は、区分的定数補間アルゴリズム、区分的一次補間アルゴリズム、区分的二次補間アルゴリズム、区分的高次補間アルゴリズムなどを用いて行われるようにしてもよい。ピーク検出器１４ｂは、当該２次元温度表面の勾配∇Ｔｓがゼロに移行するところの補間された温度表面Ｔｓ（ｘ，ｙ）の値として最高有用温度Ｔmaxを適切に判定する。すなわち、ピーク検出器１４ｂは、∇T_S|_(xo,yo)=0の場合のT_max=T_S(x_o,y_o)である。

図４に戻り参照し、図７及び図８をさらに参照すると、ピーク検出器１４ｂが当該導関数又は勾配がゼロになるところのピークを識別しなかった場合、これは、複数の温度センサ１２が「脳トンネル」ＢＴＴ又は表面温度が中核体温に最も近くして近似するところの表面の他の最大温度ポイントを取り巻かないことを示すことができる。図７において、温度センサ１２のアレイは、脳トンネルＢＴＴの左に遠すぎるところに位置づけられ、脳トンネルＢＴＴを取り巻いていない。図８は、これに対応する補間された温度表面Ｔｓ（ｘ，ｙ）を示しており、この場合、∇Ｔｓがゼロになるところのピークを有していない。したがって、ピーク検出器１４ｂは、エラー警告１４ｄを発生するように適切に用いられる「ピークなし」の結果１４ｃを出力する。オプションとして、「ピークなし」結果１４ｃは、補正された温度表面Ｔｓ（ｘ，ｙ）の最高温度の位置の表示を含み、エラー警告１４ｄは、最高温度の位置の方向に温度測定装置を動かすような示唆を含む。図７及び図８の説明用の実例において、最高温度は、温度センサ１２のアレイの右にあり、それ故、エラー警告１４ｄは、温度測定装置を右に動かすことを示唆するものとなる。

一方、多数のピークが位置特定される（すなわち、複数の位置で∇Ｔｓ＝０）と、当該多ピークの最高の補間された温度は、Ｔmaxとして適切に規定される。例えば、∇Ｔｓ（ｘ_１，ｙ_１）＝０でＴｓ（ｘ_１，ｙ_１）＝３７．４℃であるとともに∇Ｔｓ（ｘ_２，ｙ_２）でＴｓ（ｘ_２，ｙ_２）＝３７．１℃である場合、Ｔmax＝３７．４℃の選択が適切となる。

図５ないし図８を参照して説明される実施例において、複数の温度センサ１２は、２次元的に配置される。他の実施例において、複数の温度センサ１２は、線状、曲線状又は他の１次元構成を有することができる。このような実施例において、補間器１４ａは、２次元表面Ｔｓ（ｘ，ｙ）ではなく補間された１次元温度対位置曲線（例えばＴｓ（ｘ））を適切に発生し、このような１次元曲線の勾配∇Ｔｓは、１次元導関数（例えば、∇Ｔｓ＝ｄＴｓ／ｄｘ）の形態を有する。

またさらに、図４に示される最大読取セレクタ１４ａ，１４ｂは、一例である。他の適切な実施例において、最大読取セレクタ１４は、外側閾値を上回る温度が破棄されることを除き、温度センサ１２のいずれかにより得られる最大温度読取値として最大有用温度を判定する。例えば、そんなに高い温度読取値が生きている人の被検体にとって物理的に正しい可能性が低いので、当該外側閾値は４３℃に設定可能である。このアプローチは、複数の温度センサ１２のうちの異常な温度センサからの結果のような、非現実的な又は非物質的な温度読取値を考慮から有利に省く。このような外れ値は、図４の最大温度読取セレクタ１４ａ，１４ｂと関係して用いられることもできる。複数の温度センサ１２を用いたアプローチが利点を有するものの、単一の温度測定値を得るために単一の温度センサを使い、最大読取セレクタ１４を省略することも想定される。

図３に戻りこれを参照すると、温度補正器１６は、オプションとして、皮膚を通した温度低下を考慮するために最高に有用な温度読取値１５を増加させ、中核体温をより正確に判定するようにする。或いは、このような補正は、最大温度読取セレクタ１４への入力前に複数の温度センサ１２により得られる温度読取値に対して行うことができる。１つのアプローチにおいて、この補正は、皮膚における熱損失による温度低下に対する推定される補正をなすように、最高有用温度読取値１５に、１℃のような固定量を加えることにより行われる。このアプローチは、計算上単純明快であるが、幾分かのエラーを導く可能性がある。何故なら、実際の皮膚温度低下は、湿気（例えば汗）、周囲温度、空気対流などの要因に基づいて変化するからである。計算をする上でより巧緻な皮膚温度低下補正を、以下において後述の如く用いることができる。さらに、温度補正器１６は、中核体温測定の精度に影響を与えることの可能な他の要因に対して補正することができる。例えば、電子温度センサ１２が熱電対である場合、温度補正器１６は、温度対熱電対の電圧特性の非線形性に対する補正を含むようにしてもよい。温度補正器１６の出力は、中核体温である。

オプションとして、温度測定装置は、温度に加えて他の生理学的なパラメータを得るためのセンサを含む。例えば、ＳｐＯ_２センサ又はＳｔＯ_２センサのような血液酸素センサ２０は、パルス／酸素抽出器２２により血液酸素化レベル読取値及びパルス読取値に変換される測定値（通常は、ＳｐＯ_２センサ又はＳｔＯ_２センサの場合、光学に基づいた測定値）を得る。異なる又は付加的なセンサを含むことができ、これには血圧センサなどがある。

中核体温並びに血液酸素化及びパルスのようなオプションの他の読取値を含む結果的に得られる情報は、内蔵ディスプレイ（図３には示されない）、有線接続部、図示の無線トランスミッタ２４又は無線データ信号２６を出力するトランシーバなどの如き適切な出力パスにより出力される。中核体温測定装置は、他の特徴をオプションとして含む。例えば、中核体温データを有線接続部を用いて温度測定装置からアンロードする場合、当該有線接続部は、センサ１２，２０及びプロセッサ１０を給電するための電力入力リードを組み込むことができる。或いは、図示の無線トランスミッタ２４又はトランシーバを、中核体温測定装置が無線装置とされるように用いる場合、オンボードバッテリ２８、電力キャパシタ、又は他のオンボード電気電源が適切に含まれる。

前述したように、幾つかの実施例におけるオプションの皮膚温度補正器１６は、１℃の温度低下補正のような、推定される皮膚温度低下補正を使う。このアプローチは、計算上単純明快であるが、或る種のエラーを導く可能性がある。何故なら、実際の皮膚温度低下は、湿気（例えば汗）、周囲温度、空気対流などの如き要因に基づいて変化するからである。このような要因に対処するため、幾つかの実施例では、皮膚温度補正器１６は、フィードバックに基づいたより複雑な補正アプローチを使う。幾つかの適切な温度補正アルゴリズムは、参照によりここに編入されるFox氏らの合衆国特許第３，９３３，０４５号、参照によりここに編入されるHeikkila氏らの合衆国特許第５，８１６，７０６号、及び参照によりここに編入されるTokita氏らの合衆国特許第６，８８６，９７８号に開示されている。

１つの適切な温度補正アルゴリズムは、尺取虫アクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータなどを用いて調整可能な距離だけ間隔の空けられた平行な導電体プレート又はフィルムを含むように各々が構成された１つ又は複数の皮膚温度センサ１２と連携して動作する。これら温度センサは、実際には温度／熱フラックスセンサである。何故なら、異なるプレート分離でこれら２つのプレートを通じた温度測定値を得ることによって、熱フラックスを測定することができ、このフラックスから、今度は皮膚温度低下を推定することができる。２つの導電性プレートの温度をそれぞれＴ_１及びＴ_２として、中核体温をＴcoreとして構成して、次の式が成立する。

ここで、α＝λ／ρｃ_ｐであり、λは熱伝導率であり、ρは密度であり、ｃ_ｐは比熱である。適切な座標系において、ｘは、深さであり、ｘ＝０が温度Ｔcoreでの体内のポイントに対応し、ｘ＝ｈｓが皮膚の表面に対応する。式（１）の境界条件は、ｘ＝０における（測定すべき）中核体温Ｔcoreと、ｘ＝ｈｓすなわち皮膚の表面における測定温度Ｔｓとを含む。温度Ｔ_２での導電性プレートが皮膚と接触状態にあるか又は良好な熱的連絡状態にある場合、Ｔｓ＝Ｔ_２となって良好な概算となる。皮膚からの熱フラックスをここではｑｓとして示す。

皮膚３３を厚さｈｓ、熱伝導率λｓの平面として表わすことができると仮定すると、皮膚ｑｓから出る熱フラックス（すなわち、単位面積当たりの伝熱率）は、次のように書くことができる。

また、式（１）の解は、次のように概算することができる。

平衡状態では、式（３）は、

に帰着する。

これは、中核体温Ｔcoreが（ｈｓ／λｓ）・ｑｓに対応する皮膚を通じた温度低下分だけ当該皮膚温度よりも高いことを実証するものである。

平行な導電性プレート又はフィルムを分離するアクチュエータのフィードバック制御を用いることによって、数量Ｔｓ，ｑｓ及びｄＴｓ／ｄｔの値を、異なる時点ｔ_ｉ＝｛ｔ_１，…，ｔ_ｎ｝につき測定して、結合される式の行列の

を成立させることができる。

ここで、未知の量は、Ｔcore、ｈｓ／λｓ及びｈｓ^２／２αｓであり、

また、

である。

ここでＴcore、ｈｓ／λｓ及びｈｓ^２／２αｓが当該セットの測定値が取り込まれる時間間隔｛ｔ_１，…，ｔ_ｎ｝の間において時間依存型であることを前提にしている。式（５）のシステムは、中核体温Ｔcore及び皮膚の表面を通じた熱フラックスｑｓを提供するために最小二乗法の最小化処理又は他の適切な結合された式の解法を用いて、温度補正器１６により解くことができる。サンプリング時点ｔ_ｉは、それを保証するために式（５）のシステムが良好に条件づけられるように適切に選ばれる。

幾つかの実施例において、平行プレート温度／熱フラックスセンサの平行導電性プレートを通じた熱フラックスは、熱的かつ電気的測定値の組み合わせにより測定される。このアプローチは、ポアソン方程式（ε・∇^２φ＝０）により与えられる静電電位分布と温度分布の式（ｋ・∇^２Ｔ＝０）のものとの間でここでは識別される正式な相関性を用いる。これら式を比較し、Ω_１として指定された表面を有する皮膚から遠位に配された導電性プレートにおける境界条件φ｜_Ω１＝φ_１及びＴ｜_Ω１＝Ｔ_１と、Ω_２として指定された表面を有する皮膚と接触する導電性プレートにおけるφ｜_Ω２＝φ_２及びＴ｜_Ω２＝Ｔ_２＝Ｔｓとを用いて、η_Ｔ＝（ｋ／ε）・Ｃを示すことができる。ここで、η_Ｔは、２つの間隔の空いた導電プレート間の熱伝導率であり、Ｃは、当該２つの間隔の空いた導電プレートの相互キャパシタンスであり、ｋは、導電性プレートから離れた誘電体材料の熱伝導率であり、εは、導電性プレートから離れた誘電体材料の誘電率である。熱伝導率η_Ｔと相互キャパシタンスＣとの間のこの関係を得るに際して、比ｋ／εは定数であることが前提とされる。この前提は、空気、泡、ポリエチレン、及び数多くの他の一般的な誘電体スペーサに対して十分に当てはまる。誘電体スペーサの絶縁定数又は誘電率εは、関係ε＝ε_ｒ・ε_０に応じた相対的誘電率ε_ｒによる真空誘電率ε_０≒８．８５４２×１０^−１２Ｆ／ｍに関係している。

図９は、このキャパシタンス／熱伝導関係を用いた適切な温度／熱フラックスセンサを示している。２つの導電性プレート３０，３１は、誘電体材料３２により間隔をおいて配される。導電プレート３１は、皮膚３３と熱的接触状態にある。圧電素子、尺取虫素子などのアクチュエータ３４は、導電性プレート３０，３１の間隔の電気的に駆動される制御を可能にする。この実施例において、それぞれの導電性プレート３０，３１の温度Ｔ_１，Ｔ_２は、それぞれの熱電対３５，３６又は他の適切な温度トランスデューサにより測定され、プレート３０，３１の相互キャパシタンスＣは、容量計３７により測定される。温度センサ１２の各々に対する温度Ｔ_１，Ｔ_２及び相互キャパシタンスＣは、コントローラ１０に入力され、ここで、温度補正器１６が、式（１）〜（７）を参照し熱フラックスｆ＝（Ｔ_１−Ｔ_２）・η_Ｔ＝（Ｔ_１−Ｔ_２）・（ｋ／ε）・Ｃを用いて前述した温度補正を適用するように構成される。この関係η_Ｔ＝（ｋ／ε）・Ｃによって、平行なプレート３０，３１を通じた熱フラックスｆを、容量計を用いて簡単な相互キャパシタンス測定値により既知の（測定された）Ｔ_１及びＴ_２につき測定することができ、これにより、当該皮膚を通じた熱フラックスを推定することができる。有利なのは、当該関係η_Ｔ＝（ｋ／ε）・Ｃの導出になる幾何学的前提が限定され、例えば、平行でない間隔の空いた導電体ボディを用いることができる。例えば図９の組み合わせ温度／熱フラックスセンサにおいて、導電性プレート３０は、プレート離隔距離を減らし測定感度を高めるピン又はその他の突出部３８を含む。或いは、１つ又は複数のこのようなピン又は突出部は、プレート３１又はプレート３０，３１の双方に含まれるようにすることができる。

もう１つのアプローチとして、温度補正器１６は、周囲温度（皮膚と接触しておらず又はその近くにある温度センサを用いて適切に得られるもの）、皮膚シート抵抗又は導電性（小電流を駆動する第１の電極対と当該駆動電流により発生される電圧を測定する第２の電極対とを用いて測定可能もの）などのような生理学的な測定値に基づいて判定される皮膚温度低下補正を行うことができる。ルックアップテーブル又は経験的公式は、皮膚温度低下補正を、測定された周囲温度、皮膚シート抵抗又は他のパラメータに適切に関係づける。

温度補正器１６の幾つかの想定される実施例において、Tokita氏らの合衆国特許第６，８８６，９７８号の補正アプローチが用いられ、そこでは、可変ヒータが、中核体温を推定可能とする元になる温度分布の乱れをもたらす。このアプローチにおいて、温度分布は、図９のセンサに対して、（ｄＴ_２／ｄｘ）＝ａ・（Ｔcore−Ｔ_２）−ｂ・（Ｔ_２−Ｔ_１）と書くことができる。ここでａ及びｂは定数であり、Ｔcoreは中核体温である。この関係は、Tokita氏のものにおいて得られる（但し、Tokita氏の表記は、図９に対してＴ_１とＴ_２を逆にするものである）。図９のセンサは、可変ヒータにより提供される幾つかの異なる加熱レベルに対するデータセット（Ｔ_１，Ｔ_２，ｄＴ_２／ｄｘ）を得るために用いられ、パラメータａ，ｂ及びＴcoreを得るように同時に解かれることのできる１組の式を生成する。幾つかの適切な実施例において、血液酸素センサ２０の光学センサは、この目的のために可変加熱をなす。例えば、ＳｐＯ_２センサは、通常、ＳｐＯ_２読取値を得るための半導体レーザ、ＬＥＤ又は他の光源を含み、当該光源は、図９のセンサを用いた中核体温測定及びTokita氏のものに記載されているような皮膚温度低下補正のために可変加熱をなすように異なるパワーレベルで動作させられることも可能である。幾つかのこのような実施例において、図９のセンサは、ピン３８の省略によって改変されるので、明確な水平配列が提供される。他の実施例において、ピン３８は、容量計３７と共に保持され、関係η_Ｔ＝（ｋ／ε）・Ｃを用いて、Ｔ_１及びＴ_２と一緒に導関数ｄＴ_２／ｄｘが判定される元となるプレート３０，３１間の熱フラックスを得る。また、アクチュエータ３４は、熱的（すなわち加熱）乱れは機械的乱れに代わって用いられるこうした実施例において省略することができる。アクチュエータ３４が省略されると、導電性の層又はプレート３０，３１の間隔形成は、変更可能とはならない。

図１０ないし図１５を参照すると、幾つかの頭部装着可能な機械的フレームは、図１及び図２に示され中核体温に近似する表面温度を有する表面ＳＴＡ，ＰＡＡの一方又は双方に対して温度センサアレイを実装する方法の説明のための例として説明される。頭部装着可能な機械的フレームの使用は、中核体温の長期の監視を容易にする。

図１０は、眼鏡フレーム４２の形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置４０を概略的に示している。眼鏡フレーム４２は、視力を矯正するための規定レンズを含むことができ、或いは非矯正レンズを含むことができ、或いは全くレンズを有しないものとすることができる。第１の組の温度センサ１２ｆは、当該フレームの左右の曲がっている箇所の近くに実装され、左右の耳介の前の左右の浅側頭動脈の部分を覆う皮膚と動作可能に結合させられる。第２の組の温度センサ１２ｂは、左右の耳づるの近くに実装され、左右の耳介の後ろに延びる左右の動脈の部分を覆う皮膚と動作可能に結合させられる。温度センサ１２ｆ，１２ｂは、当該支持部を眼鏡フレームに結合させその支持された温度センサを目標の動脈の血液の豊富な外面的部分を覆う皮膚に対して押しつけるバネ付勢部４６を各々が含む支持部４４に実装される。読出コントローラは、図示されているように眼鏡フレーム４２に配備されるマイクロチップ４８により適切に具現化される。有線接続部５０は、マイクロチップ４８及びセンサ１２ｆ，１２ｂに電力を供給し、取得した中核体温測定値及びオプションとしての血液酸素化測定値又はその他の測定値をアンロードするための経路を提供する。説明したソリューションの無線の実現形態も想定される。

図１１は、左右の耳介にかかるよう構成された延在部６４を有する頭部後方枕部６２の形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置６０を概略的に示す（図１１には右側の延在部６４しか見えていない）。１つ又は複数の温度センサは、一方又は両方の延在部６４に配される１つ又は複数の支持部６６に実装される。オプションとして、読出コントローラ１０を規定するマイクロチップ６８は、頭部後方枕部６２の上又は中に配され、延在部６４の内部において又は延在部６４に沿って走るワイヤ（図示せず）を介して支持部６６における温度センサと動作可能に接続する。

図１２は、ヘッドバンドを伴わずに近接の耳介の周りに配される耳ループ７２を含むヘッドセットの形態の機械的フレームを含む中核体温測定装置７０を概略的に示している。この示された実施例は、右の耳介の前に配され１つ又は複数の温度センサを右の浅側頭動脈の部分を覆う皮膚に結合する第１の温度センサ支持部７４と、右の耳介の後部に配され１つ又は複数の温度センサを右の耳介の後ろに延びる動脈の部分を覆う皮膚に結合する第２の温度センサ支持部７６とを含む。示されている中核体温測定装置７０は、無線装置であり、これに伴い、オンボードバッテリ２８又はその他のオンボード電源を備えた読出コントローラ１０（図３）と、耳ループ７２に実装された無線トランスミッタ２４又はトランシーバ２４とを含む。幾つかの適切なオンボード電力装置及びトランスミッタは、知られており、時として耳ループとして具現化される現行の無線ブルートゥースヘッドセットにおいて用いられる。

図１３は、温度測定装置８０を概略的に示すものであり、この装置８０は、一方又は両方の耳介の近くの周囲ヘッドバンドに設けられ、当該近接耳介の近くに配される１つ又は複数の動脈の血液の多い外面領域を覆う皮膚と接触する１つ又は複数の温度センサのための１つ又は複数の支持部を備えた周囲ヘッドバンド８２の形態の機械的フレームを含むものである。示されている実施例において、前方支持部８４は、右の耳介の前に設けられ１つ又は複数の温度センサを右の浅側頭動脈の部分を覆う皮膚に結合し、後方温度センサ支持部８６は、右の耳介の後ろに設けられ１つ又は複数の温度センサを右の耳介の後ろに延びる動脈の部分を覆う皮膚に結合する。オプションとして、温度センサのための対応の支持部を、左の耳介の近くにも設けられる。有線接続部８８は、中核体温測定値及びオプションとしての他の測定値をアンロードし装置８０へ電力を供給するための顎下読出コントローラ９０から延びる。顎下読出コントローラ９０は、図３のコントローラのものと同様の構成を適切に有する。

図１４は、中核体温測定装置１００を概略的に示しており、この装置１００は、右の耳介の前に設けられ１つ又は複数の温度センサを右の浅側頭動脈の部分を覆う皮膚に結合する温度センサ支持部１０４を備えた端部を有する概して半球体のヘッドバンド１０２の形態を採る機械的フレームを含むものである。読出コントローラは、半球体ヘッド１０２の頂部（図１４の透視図では示されない）に適切に実装され、オプションとして、無線トランスミッタ２４又はトランシーバを含む。

図１５は、中核体温測定装置１１０を概略的に示しており、この装置１１０は、右の浅側頭動脈の部分を覆う皮膚と接触するよう付着された粘着パッド１１２の形態を採る機械的フレームを含むものである。１つ又は複数の温度センサは、皮膚との熱的連絡状態で粘着パッド１１２の上、下又は中において適切に設けられる。図示の実施例において、固いディスク１１４は、図３の読出コントローラ１０と適切に適合する読出コントローラと一緒に１つ又は複数の温度センサを含む。

図１０ないし図１５に示される機械的フレームは、例である。他の頭部装着型の機械的フレームは、中核体温に近似する表面温度を有する表面に１つ又は複数の温度センサを動作可能に結合するよう構成されるものを用いることができる。例えば、温度センサをAbreu氏の「脳トンネル」ＢＴＴに結合するためのAbreu氏の合衆国出願公開２００４／００５９２１２に示される機械的フレームの幾つかは、アレイ又は他の複数の温度センサを支持するよう容易に適合させられる。

図１６を参照すると、ここで開示される中核体温測定アプローチは、頭部実装可能な機械的フレームの使用によるものの他に別の方法によって実用化がなされうる。例えば、図１６は、マイクロチップ１２４又は他の要素若しくはコントローラ１０（図３参照）を使う素子の組み合わせを含むハンドル１２２と、ネック１２６と、アレイ又は他の複数のセンサ１３２を支持する概して球形のセンサ群ヘッド１２８とを含むボディを備える手持ち式口腔体温計１２０を示している。ハンドル１２２及びネック１２６によって、医師、看護師又はその他の人は、被験者の口の中に、好ましくは口の内部の舌下ポケットに、より好ましくは口の内部の舌下ポケットの後部又は背部領域に当該概して球形のセンサ群ヘッド１２８を挿入することができる。コントローラ１０から読み出された温度は、内蔵ＬＣＤディスプレイ１３４により適切に表示され、又は無線又は有線接続部（図１６には示されない）により温度計１２０からアンロードされることができる。

コントローラ１０における最大温度読取セレクタ１４の適切な実現とともに、概して球形のセンサ群ヘッド１２８にわたり分布される複数の温度センサ１３２（図１６では黒丸により表わされる）を設けることによって、舌下ポケットにおける概して球形のセンサ群ヘッド１２８の相当な位置決め誤りがある場合でも正確な温度読取値が得られることになる可能性が大幅に向上する。複数の温度センサ１３２と最大温度読取セレクタ１４との組み合わせも、舌下ポケットに近い独特の被験体特有の動脈構成又は独特の被験体特有の舌下ポケット幾何学構造となる可能性のある個々の解剖学的バリエーションに対するロバスト性を提供する。温度補間の目的のため、複数の温度センサ１３２の空間的構成は、球面座標系における表面、又は概して球形のセンサ群ヘッド１２８の周りにおおよそ包まれるデカルト平面などとして適切に表わされる。当該球形領域の幾分かがネック１２６の概して球形のセンサ群ヘッド１２８への接続に占有されているので、複数の温度センサ１３２は、一般的には球形全体に至らない。さらに、概して球形のセンサ群ヘッド１２８が長円体又は他の形状とされることも予想される。

以上、本発明を好適実施例について説明してきた。変形及び変更は、これまでの詳細な説明を読んで理解することにより第三者に分かるものである。本発明は、添付の請求項の範囲又はその等価の範囲に入る限りにおいて全てのそのような変形及び変更を含むものと解されることを意図している。

Claims (11)

1. 中核体温測定装置であって、
   前記中核体温に近似する表面温度を有する表面又はその近傍に動作可能に結合される少なくとも１つの電子温度センサと、
   前記少なくとも１つの電子温度センサから入力温度読取値を取得しそれに基づいて中核体温を得るよう構成され、前記入力温度読取値と前記中核体温との温度差を考慮するよう前記入力温度読取値を増加させる温度補正器を含む読出コントローラと、
   を有し、
   前記少なくとも１つの電子温度センサは、絶縁材料により分離される２つの導電体ボディを含み、
   前記温度補正器は、前記絶縁材料により分離される前記２つの導電体ボディの相互キャパシタンスを測定するよう構成された容量計であって、前記相互キャパシタンス及び前記少なくとも１つの電子温度センサにより得られる１つ又は複数の温度読取値から当該温度差が得られるようにした容量計を有する、装置。
2. 請求項１に記載の中核体温測定装置であって、前記温度補正器は、前記測定された相互キャパシタンスに基づいて熱フラックスを判定する、装置。
3. 請求項１に記載の中核体温測定装置であって、前記少なくとも１つの電子温度センサは、眼と眼の間の脳トンネル又はその近傍に動作可能に結合される、装置。
4. 請求項１に記載の中核体温測定装置であって、
   血液酸素化測定値を取得するよう構成された血液酸素センサであって、その光源が、前記温度補正器が前記入力温度読取値の増加を導き出す元となる可変加熱を発生するために付加的に用いられるようにしたセンサをさらに有する装置。
5. 中核体温測定方法であって、
   前記中核体温に近似する表面温度を有する表面及びその近傍の複数の温度読取値を取得し、
   前記取得された温度読取値から最高有用温度読取値を発生し、
   当該最高有用温度に基づいて中核体温を出力する、
   方法であって、
   （ｉ）当該取得された複数の温度読取値及び（ｉｉ）当該発生された最高有用温度読取値からなるグループから選択された１つ又は複数の入力温度を、当該中核部と前記表面との間の温度低下に関して補正して、前記中核体温を発生することをさらに有し、
   前記補正は、
   前記表面又はその近傍において熱的接触の状態で、相隔たる導電性ボディを含む温度センサに１つの導電性ボディを設けること、
   前記相隔たる導電性ボディの相互キャパシタンスを測定すること、及び
   前記相互キャパシタンスに基づいて前記導電性ボディの間の熱フラックスを推定すること、
   を有する、方法。
6. 請求項５に記載の中核体温測定方法であって、前記中核体温に近似する表面温度を有する当該表面は、眼と眼の間の脳トンネルである、方法。
7. 請求項５に記載の中核体温測定方法であって、前記中核体温に近似する表面温度を有する当該表面は、口の内部の舌下ポケットである、方法。
8. 請求項５に記載の中核体温測定方法であって、前記最高有用温度読取値の発生は、
   補間値を発生するよう前記複数の温度読取値を空間的に補間すること、及び
   前記取得された温度読取値のうちの最高有用温度読取値を前記補間値のピークとして検出すること、
   を有する、
   方法。
9. 請求項５に記載の中核体温測定方法であって、前記最高有用温度読取値の発生は、
   当該最高有用温度読取値を当該取得された複数の温度読取値のうちの最高のものとして選択すること
   を有する、
   方法。
10. 請求項５に記載の中核体温測定方法であって、前記補正は、
    前記温度センサを可変に加熱すること、
    複数の異なる加熱レベルで前記導電性ボディに対する温度及び温度導関数を取得すること、及び
    前記複数の異なる加熱レベルにおける当該取得された温度及び温度導関数から前記中核体温を導き出すこと、
    を有する、
    方法。
11. 請求項１０に記載の中核体温測定方法であって、前記可変に加熱することは、
    可変加熱をなすように異なるパワーレベルで血液酸素センサの光源を動作させることを有する、
    方法。

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