The Kyorin Medioal Medical Sooiety Society 杏林医会誌 15 巻 2 号年 6 月 175 熱流センサを利用した新しい深部体温計 1 杏林大学医学部第二福岡正和 1 島津秀昭生理学教室 1 2 青木宏之伊藤寛志 2 早稲田大学

Size: px

Start display at page:

Download "The Kyorin Medioal Medical Sooiety Society 杏林医会誌 15 巻 2 号年 6 月 175 熱流センサを利用した新しい深部体温計 1 杏林大学医学部第二福岡正和 1 島津秀昭生理学教室 1 2 青木宏之伊藤寛志 2 早稲田大学"

あいぞうがうん
3 years ago
Views:

1 杏林医会誌 5 巻 2 号年 6 月 75 熱流センサを利用した新しい深部体温計杏林大学医学部第二福岡正和島津秀昭生理学教室 2 青木宏之伊藤寛志 2 早稲田大学理工学部機械工学科 ( 受付 ) 要旨従来の深部体温計では 2 個のサーミスタによる熱流検出法を用いているが, 本研究ではこれを廃し, 小型熱流センサを利用することによーりプロブの薄型軽量化と応答時間の短縮を図った基本原理は従来の手法と同じで, 熱流センサの信号が 0 になるようにーヒタを制御し, 皮膚面に断熱層を形成するものである深部体温は, 熱流センサに内蔵された熱電対を用いて, 断熱時の皮膚表面温度として求められる本装置と従来の深部体温計 ( テルモ社製 ) にっいて簡単な特性試験を行ない, 両者を比較したその結果, 熱流センサを利用したプーロブは熱容量が小さいため, 装着時の初期応答が従来の恥以下に改善されることが明らかとなったはじめに Fox and Solmanv により創始された深部体温計測法は, 外界の影響を受けることなく皮下深部組織温度を測定できる簡便な手法であるその後, Togawa et al. 2) によりプローブに改良が加えられ, これはコアテンプ ( テルモ社製 ) の名称で市販され, 臨床使用されている本法の基本原理は, 皮膚面での放熱量を検出し, これと同量の熱を逆にヒータにて皮膚に加えるもので, 熱流補償法 (zero heat.flow) methods ) と呼ばれるこの揚合皮膚は実質的に断熱された状態に置かれ, 組織の温度を表皮面で測定できる深部現在市販されている深部体温計は, 簡素で操作性も簡便であるが, プ P 一ブ自身の熱容量が大きいため装着時の初期応答が遅いまた装着部位によっては, プ U 一ブの自重のために皮膚との密着性が悪い揚合もあるこれらの欠点はプローブの大きさに起因することであるが, 従来の 3 方法, 即ち断熱材を挾む 2 点の温度を各々サーミスタで検出する方法では, 機構的にプローブの小型化, 薄型化は困難であるまた 2 個のサーミスタの特性を揃える必要があり, そのばらつきは深部体温計の精度を左右する本研究では, 上記の 2 個のサーミスタを廃し, 熱流センサによる熱流および温度検出法を採用してプローブの薄型軽量化を計った新しいプ U 一ブは自己の熱容量が著しく小さいため, 測定初期の応答が速く, また熱流検出が個のセンサで行なわれるため調整が不要で, 原理的に精度が高いまた電気回路も極めて簡素で, も可能である実験方法装置全体の小型化. 原理 Fig に本装置の原理を模式的に示す通常, 体温は気温より高いので, 皮膚表面では放熱が行なわれるこの熱流 Ω を熱流センサで検出し, コ Key words : Deep body thermometer,heat fiow sensor,response characteristics

2 76 憑岡正和ほか杏林医会誌 5 巻 2 号 Heat flow sensor Q cont O 細 er Amp. 十 Comparator 一 Thermocouple a 叩 Dig 醗 aldisplay Fig. Schematic diagram showing the principle of the dcep body thermometry. 〆 ethane foam Silver Plate Ω ), および断熱材から成り, 大きさは 2 30mm, 厚さ約 4mm, 重量 2.4g ( リード線を除く ) である熱流センサは昭和電工製の ES センサ ( 厚さ 0.6mm ) を用いた本センサの常用温度範囲は一 20 50, 公称感度は 200kcal / m2 h mv であるまた本センサは表面温度測定用 T 型熱電対を内蔵しており, これを用いて断熱時の皮膚温 ( すなわち深部体温 ) を測定できるプローブ表層の断熱材は原理的には不要であるが, ヒータの効率を向上させるために厚さ 2.5mm の発泡ウレタン Heat f ow sensq l} ThermQcouPle [ Fig.2 Bas 量 c construction of the probe. ンパレータにて 0 レベルと比較する次にコンパーレタの差分出力に応じてヒータを駆動し, 皮膚に対して逆に熱流 Ω を加える以上の制御によって Ω =! Ω が保たれるとき, 熱流センサを通過する熱流は無く, 実質的に皮膚表面は断熱される断熱時の皮下組織内温度分布は, Kobayashi et al4 ) の理論解析から,Fig. に示すようにプローブの中心線を対称軸として上に凸の曲線群で表わされ, 深部体温が皮膚表面にて測定できる 2. 装置の構成試作したプローブの構造を Fig.2 に示すプローブは熱流センサ, 熱拡散用銀板, ーヒタ (32 材を接着した Fig.3 に, 試作した深部体温計の電気回路を示す回路は大別して熱流信号増幅部, ヒータ制御部, および表皮温測定部から成る熱流センサ出力は低ドリフト Op アンプにより約 0000 倍に増幅された後, コンパレータによって基準信号 (V ) と比較される両者の差分信号に応じてヒータが作動し, 熱流センサ出力が 0 になるように制御される一方, 熱電対は熱電対用増幅器 ( アナログデバイセズ社 ;AD 595 ) に接続されており, ディジタルディスプレイにて表皮温度を得る AD 595 は冷接点温度補償回路を内蔵した K 型熱電対用 IC であるが, T 型熱電対にもそのまま使用でき, 通常の休温測定範囲 (20 45 ) では温度一出力電圧の線形性も実用上十分であるため, 特にリニアライザを必要としない 3. 特性試験の方法一般に物体の温度を瞬時に変化させることは困難であるため, 温度計のステップ応答特性を直接

3 984 年 6 月熟流センサを利用した新しい深部体混計 v HeatflDsensor Thermocouple AD T 5 Fig.3 Electronic circuit of the deep body thermometer. β 3 ck ate 葦 oo 20 Type I Type 皿 Fig.4 Experimental arrangement for the mea 9.urement of the stepwise response chara cterlstlcs, = o Ω ooo に測定することはできないそこでとりあえず以下のような実験装置を用い, 疑似ステップ状の温度変化に対する応答特性について, 熱流センサ型深部体温計と従来の深部体温計を比較した本実験では, 深部体温計プローブを低温の物体から高温体へ瞬時に移しかえる方法を用いた実際には Fig.4 に示すように, あらかじめプローブを室内に放置した真鍮ブロック上に密着させておき, これを恒温水槽の水面付近に固定したアルミ製の皿上に移しかえた恒温水槽は大きさ 30 0 一一 Water temperature Fig.5C mparis n of the response ti{nes f Type Iand Type II thermometer. 46cm, 深さ 5cm で, 水は十分に攪伴されているまたアルミ皿は ,5cm で, 底板の厚みは 0.5mm である水温はアルミ皿直下に固定したサーミスタにより常時モニタした実験は試作装置および従来の深部体温計につい OC

4 The Kyorln Kyorin Medloal Medical Soolety Society 78 福岡正和ほか杏林医会誌 5 巻 2 号て, 各種の水温において行なった比較した深部体温計はテルモ社製コアテンプで, プローブは PD 7 型 ( 直径 5mm, 高さ 8.4mm, 重量約 5g ) を使用した両深部体温計の出力は自動平衡型レコーダ ( 理科電機 K.K. ; R 0 : ペンスピード 600 mm!s 以上 ) にて記録し, 00 % 応答時間を求めた Φ 3 歪 Ω Φ ト 40Q Fig.5 は, 結果各種の恒温水温度における従来の深部体温計 ( コァテンプ ; Type I ) および熱流センサ型深部体温計 (Type H ) の 00 % 応答時間をプロットしたものであるこれより熱流センサ型の応答時間はコアテンプのそれの 3 稿であることが分かる本実験における被測定体は内部に温度勾配を持たない恒温水であるから, プローブ装着に伴う被測定体の温度変化は無いっ従て Fig.5 における応答時間はプーロブ自身の熱的変化の遅れを表わすものである通常の使用ではコァテンプ (PD 7 型プローブ ) のヒータ消費電力は約 W ( 動作時 ) で, 熱流センサ型のそれは約 0.8W であるから, 同図における応答時間の差異は熱流センサ型プロことを示しているーブの熱容量が極めて小さい考既述のように熱流センサ型プローブは, 今回比較実験に用いた PD 7 型プローブや, 臨床でよく用いられる PD 3 型プローブ ( 直径 25mm, 高さ,7mm, 重量約 g ) に比べ薄く軽量であるため, 皮膚への装着が容易である従来の 2 個のサーミスタによる熱流検出方式では, 熱流補償の精度の観点から薄型化は困難と考えられるすなわちサーミスタ間距離が短い揚合, 温度差は小さく電気察回路にかなりの精度が要求される逆に距離が長い場合, ヒータによる熱流補償の時間的遅れが大きく, 完全な断熱層が形成されない従ってサーミスタ間隔, および温度勾配を決定するサーミスタ間の素材の種類は, 深部体温計の断熱精度および応答特性を左右する重要な因子であるさらに 2 個のサーミスタの特性のぼらつきも熱流補償の精度に影響を及ぼすこれらの観点からすると, 0 0 TIme20 min30 Fig.6 An example of the tllerlnomctcr response measurements in the forehead. あらかじめ調整され, かっ薄型の熱流センサを利用することは, 電気回路の簡素化および測定精度の向上に極めて有効と考えられる Fig.5 の結果からも明らかなように, 熱流センサ型深部体温計はプローブの熱容量が小さいために原理的には応答は速いしかし実際の生体では深部から表皮に向かって温度勾配が有り, その様相はプロープの装着 ( すなわち皮膚の断熱 ) と同時に変化するその変化の速度は皮下組織における熱の拡散係数または熱容量に依存し, さらに皮膚血流の影響をも受ける従って生体における深部体温計の応答は必ずしも速いとは言えない例えば Fig.6 は健康成人男子の前額部における各深部体温計の装着時の応答を記録したもので, 使用した装置は Fig.5 と同じである同図から明らかなように, 熱流センサ型は従来の深部体温計に比べ応答は速いものの, 測定値を得るまでには 3 分以上の時間を要するこれは上述のように, 装置のの大きさお応答の遅れではなく, むしろ組織の熱容量よび血管運動反射を含めた生体側の応答の遅延によるものと推定される謝辞本研究に当たり技術指導を賜った東京医科爾科大学医用器材研究所戸川達男教授および同豊島健助手, に御助言頂いならびた北海道大学応用電気研究所山越憲一助教授に謝意を表するまた装置の使用に当たっり便宜を計一て頂いたテルモ ( 株 )ME 開発課日ド部正宏および横山能周両氏に深謝したいなお, 本研究の一部は昭和 58 年度文部省科研費補助 ( 課題番号 ) によるものである NII-Electronic N 工工一 Eleotronlo Llbrary Library

5 The KyorinMedicalSociety Medical Society 98tl IF 6n pt Md -tr? f it[]mlksulvi ua utizsnt su- 79! ma ) Fox RH & Solman AJ: A new technique for monltoring the deep body temperature in man frorn the intactskin surface. J Physiol (London) 22:8-0, 97, 2) Togawa T, Nemoto T & Kobayashi T: A modified internal temperature measurement device, Med Biol Eng 4:36-364, ) Togawa T : Non-invasive deep body temperature "Non-invasive measurement, In Physiological Measurements, Vol, ", ed Rolfe P. Academic Press, London, , ) Kobayashi T, Nemoto T, Kamiya A & Togawa T: Irnprovement of deep body thermometer for rnan. Ann Biomed Eng 3 : 8-88, 975. J KyorinMedSoc 5 (2) Development of the Deep Body Thermometer Using a Heat Flow Sensor Masakazu FUKUOKAi, Hiroyuki AOKI2, Hideaki SHIMAZUi and Hiroshi ITO' idepartment of Physiology, Kyorin University School of Medicine 2Department of Mechanical Engineering, Waseda Unversity The deep body thermometer (DBT) originally reported by Fox & Solman has been irnprovedby Togawa et al., and their DBT is now comrnercial]y available supplying useful data in clinical survey. However, its initialresponse time is comparatively long when itis attached on the skin surface, because of the large heat capacity of the probe. In the new DBT, a heat flow sensor is used instead of two thermistors in the previous DBT. The sensor isso thin (O.6-mm-thick) that a thinner and lighter probe can be designed and then the response characteristic is improved. In this system, the heatfluxfrom the skin isdetectedby the sensor, and a heater is controlled to make the heat flux null (zero-heat-flow method). Thus, the skin surfaceis thermally insulatedand, consequently, the deep body temperature can be measured on the skin surface by the thermocouple mounted on the heat flow sensor. The initlalresponse time of this DBT islessthan half of the previous one. Moreover, the probe contacts well with the skin because of itsthinness and lightness. NII-Electronic Library

カタログ | 3M™ ベアーハガー™ 深部温モニタリングシステム | 医療用製品

カタログ | 3M™ ベアーハガー™ 深部温モニタリングシステム | 医療用製品 3M TM ベアーハガー TM 深部温モニタリングシステム 3M TM Bair Hugger TM Temperature Monitoring System Bringing visibility to a core vital sign. 簡便精確非侵襲で継続的な深部温測定を Preoperative 術前 Intraoperative 術中 3M ベアーハガー深部温モニタリングシステム

The Kyorin Medioal Medical Sooiety Society 杏林医会誌 15 巻 2 号 年 6 月 175 熱流センサを利用した新しい深部体温計 1 杏林大学医学部第二 福岡正和 1 島津秀昭 生理学教室 1 2 青木宏之 伊藤寛志 2 早稲田大学

The Kyorin Medioal Medical Sooiety Society 杏林医会誌 15 巻 2 号年 6 月 175 熱流センサを利用した新しい深部体温計 1 杏林大学医学部第二福岡正和 1 島津秀昭生理学教室 1 2 青木宏之伊藤寛志 2 早稲田大学