全文複写可
2016（平成芝8）年度 修士論文
熱中症スクリーニングシステムの開発
一心拍数・呼吸数・体表面温度を用いた深部体温推定一
首都大学東京大学院 システムデザイン研究科 経営システムデザイン草城
15892528・
渡井康之
指導教員 松井 岳巳
目次
第1章 緒 論
1.1研 究 背 景
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.2
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5
1.3研 究 目 的
1.4
第2章 2.1
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2 2.3
2.3.1目 的
2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5
2.3.6結 果
地球温暖化,
熱 中症患者数の推移
ヒー トア イ ラ ン ド現 象 に よ る 気 温 上 昇
高齢者 の熱 中症 子供の熱 中症
344689
現在の熱 中症対策
熱 中症 とバ イ タル サ イ ン の 関係 熱 中 症 発 症 の メ カ ニ ズ ム 深部体温について 心 拍 に つ い て 呼 吸 に つ い て 体表面温度について
本論文の構成
熱 中 症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 開 発
熱 中 症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の ハ ー ドウ ェ ア の 構 成 パ ル ス セ ンサ ー
マ イ ク ロ 波 レ ー ダ ー サ ー モ パ イ ル 圧 力 セ ン サ ー myRIO
熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の ソ フ トウ ェア の 構 成
熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の バ イ タ ル サ イ ン計 測 精 度 検 証
試験方法
心拍数算出のための信号処理の概要 自己相関関数
呼吸数算 出のための信号処理の概要
2。3.7考 察
第3章 深部体温推定精度検証
3.1目 的
066788000236913456669368022111111222222233333333444555
3.2 3.3 3.4 3.5結 果
3.5.1 3.52 3.5.3 3.6考 察
3.6.1 3.6.2
第4章 結 論
4.1結 論 4.2 参 考 文 献
試験方法
深部体温計 について 重回帰分析 について
試験環境
バ イ タ ル サ イ ン の推 移 深部体温推定
バ イ タ ル サ イ ン の個 人 差
熱 中症 ス ク リー ニ ン グ に よ る深 部 体 温 推 定 精 度
謝辞
今後の課題
256888233378992555555666666667
2
第1章 緒 論
1.1研 究 背 景
1.1.1地 球 温 暖 化,ヒ ー トア イ ラ ン ド現 象 に よ る 気 温 上 昇 (1)地 球 温 暖 化(1・2
20世 紀 の 気 温 は 世 界 的 に 上 昇 傾 向 に あ る.1950〜1970年 代 に は 一 時 低 温 な 時 期 が 見 ら れ た が,1980年 代 か ら 急 速 に 温 暖 化 が 進 行 し て い る.地 球 温 暖 化 の 要 因 と し て,大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 の 増 加 が 筆 頭 に あ げ ら れ る.そ の ほ か の 代 表 的 な 温 室 効 果 ガ ス と し て 知 られ る メ タ ン ガ ス,一 酸 化 二 窒 素 は,い ず れ も 増 加 傾 向 に あ る.ま た,水 蒸 気 に も 温 室 効 果 が 認 め られ る.
2013年 に 発 表 さ れ た 「気 候 変 動 に 関 す る 政 府 間 パ ネ ル(IPCC)」 の 第5次 評 価 報 告 書 が, こ れ ま で の1880〜2012年 に お い て,世 界 全 体 の 平 均 気 温 は0.850C上 昇 し,1986〜2005年 を 基 準 と し た,2081〜2100年 に お け る 世 界 平 均 地 上 気 温 は 「低 位 安 定 化 シ ナ リ オ 」(RCP2.6) で は0.3〜1.7℃,「 中 位 安 定 化 シ ナ リ オ 」(RCP4.5)で は1.1〜2.6℃,「 高 位 安 定 化 シ ナ リ オ 」(RCP6.0)で は1.4〜3.1℃,「 高 位 参 照 シ ナ リオ 」(RCP8.5)で は2.6〜4.80C上 昇 す る と 予 測 され て い る.日 本 で も,国 立 環 境 研 究 所 等 に よ る と,図1‑1の よ う に,21世 紀 の 末 に,気 温 が300Cを 超 え る 真 夏 日が 大 幅 に 増 加 す る と 予 測 さ れ て お り,地 球 の 温 暖 化 に よ り, 熱 中 症 や 感 染 症 の リ ス ク が 増 大 す る 他,農 業,沿 岸 域,水 資 源,自 然 生 態 系 等 に 様 々 な 影 響 が 現 れ る と 考 え ら れ て い る.
160 140 120 狛0 80 60 4e 20 o
1900壌920壌9401960壌980200020202040206◎20802壌 ◎0
図1‑1日 本 の 真 夏 日 日数 の 変 化(1
4
温 暖 化 防 止 対 策 と して は,森 林 の植 林,化 石 燃 料 の 利 用 制 限,二 酸 化 炭 素 の 海 中 ・地 中 へ の 貯 留,太 陽 光 発 電 ・風 力 発 電 ・海 洋 温 度 差 発 電 な どの ク リー ンエ ネ ル ギ ー の 開 発 ・普 及 な どが 考 え られ,「 地 球 サ ミ ッ ト」 な どの 国 際 会 議 で も議 論 が 交 わ され て い る.
(2)ヒ ー トア イ ラ ン ド現 象(1・2
ヒー トア イ ラ ン ド とは,気 温 の 分 布 現 象 に 等 温 線 を 描 く と,高 温 域 を 中心 に して 低 温 の 外 側 に 向 か っ て ほ ぼ 同 心 円 上 に 等 温 線 が 分 布 して い る 状 態 が,海 に 浮 か ぶ 島 の 等 高 線 の よ うに み え る こ とか ら,「 熱 の 島 」(heat・island)と 命 名 され た も の で あ る.東 京 な ど の 大 都 市 で は,緑 地 ・水 面 の 減 少,建 築 物 ・塗 装 面 の 増 大 に よ る 地 表 面 の 人 工 化,空 調 シ ス テ ム ・電 気 機 器 ・自動 車 等 の 人 間 活 動 に 伴 う排 熱 の 増 加 な ど の影 響 に よ り,図1・2, 図1‑3の よ うに,気 温30℃ を超 え る時 間 の増 加 とそ の 範 囲 の 拡 大,熱 帯 夜(夜 間 の 最 低 気 温 が25℃ 以 上 の 日)の 出 現 日数 の 増 加 等 の 傾 向 が 現 れ て い る.大 都 市 で は 早 朝 か ら 日 没 後 ま で30度 以 上 の 時 間 が 続 くた め に熱 中 症 の 危 険 性 が 高 く な っ て い る.
激
[980の ⑲84年1 L20011「2012年1
躍蟻磯謹轍
図1‑2東 京 地 域 に お け る30℃ 超 延 べ 時 間 の 広 が り(1
6◎
SO
40
30
20
10
図1‑3東 京 に お け る熱 帯 夜 の 日数(年 間)(1
1.1.2熱 中 症 患 者 数 の 推 移
図1・4,図1・5の よ うに,1年 間 の 真 夏 日,熱 帯 夜 の 目数 が 多 くな る と熱 中症 死 亡 者 数 が 多 くな る こ とが 報 告 され て い る.
霊800 塞600 鷲oo
蓼1謝 箋 憲㎜ 姦8・ 。
600 400 200 0
0讐02030405060708090100
z憂88激
図1・4熱 中症 死 亡 数 と真 夏 日 日数 の 関 係(1968〜2012年)(1
6
tsoe 1600
毒400
獅㎝㎜㈱毒6墾層熱中症死亡数
伽
200
o
O1020304050607080・ 熱 帯 蛮 《8数 》
図1・5熱 中 症 死 亡 数 と 熱 帯 夜 日 数 の 関 係(1968〜2012年)(1
「 ●●
●窟京
」Lr念6
¥
○ ◎
○ ○ !
■' 'ρ
○
u' 7 ' ρ
o
」
● P
.♂
o ワ リoワ
'
・ ' '
●,. 一 2,く ◆一○卿 ピ 一r'「 帰 鴨
く
◆ ● ●ψ
,o'
も ◎
● ● ○ '9
>。1○ ○ 金 ○
一
■ ●●r一 一
○ ■
oL
‑」R盒 畠三望
●9㌧,'4
ρ欄Pρψ49 ,
▼ ▼ 暫
ワ
○
◆・ 誹 …
一 ▼
ψ
◆ 6
ま た,図1・6の よ う に 熱 中 症 に よ る 死 亡 者 数 は,1993年 以 前 は 年 平 均67人 だ が,1994 年 以 降 は 年 平 均424人 に 増 加 して い る.こ れ は,夏 季 の 気 温 が 上 昇 し て い る こ と が 関 連
し て い る と 考 え られ て お り,こ れ ま で で 最 も 暑 か っ た2010年 は1745人(男940人,女 805人)だ っ た.
1800 1600 i400 熱1200 虚loo◎
死 亡800 数
鋤 伽 20◎
◎,轟蹴 細 攣 線歯 》 承鹸"1駄典爵織 附 榔 賦 織 次
図1・6年 次 別 男 女 別 熱 中 症 死 亡 者 数(1968〜2012年)(1
さ ら に,図1・7の よ う に,男 女 別 の 年 齢 階 級 別 の 死 亡 数 は,男 性 で は0〜4歳,15〜19 歳,60〜64歳 お よ び80〜84歳 を 中 心 と す る 年 齢 層 で 多 く,一 方,女 性 で は0〜4歳 と 80〜84歳 を 中 心 とす る 年 齢 層 で 多 く な っ て い る.年 齢 層 ご と の 発 生 は,15〜19歳 は ス ポ ー ツ,30〜59歳 は 労 働,65歳 以 上 は 日 常 生 活 で の 発 生 が 多 い と 考 え ら れ て い る.ま た, 熱 中 症 死 亡 総 数 に 占 め る65歳 以 上 の 割 合 は,1995年 は54%だ っ た が,2008年 は72%, 2010年 は79%に 増 加 し て お り,高 齢 者 の 割 合 が 急 増 し て い る.
㎜⁝㈱⁝㎜獅⁝⁝⁝鵬㈱謝㎜塒0
熱中症死亡数
e一 肇O‑20‑30‑40‑50‑6G70‑80‑ge‑IO◎ 一
年 齢 階 級 図1・7熱 中 症 死 亡 数 の 年 齢 階 級 別 累 積(1968〜2012年)(1
1.1.3高 齢 者 の 熱 中 症
高 齢 者 の 暑 熱 環 境 下 に お け る 体 温 調 節 反 応 の 特 徴 と して は,皮 膚 血 管 血 流 量 が 低 下 し, ま た,発 汗 応 答 の 遅 延,単 一 汗 腺 あ た りの 汗 出 力 の低 下 か ら,個 人 の 運 動 能 力 に よ る が, 概 して 高 齢 者 の 総 発 汗 量 が 低 下 す る こ とが 知 られ て い る(図1・8).
6◎0
条
書4◎o う 湊2・・
饗 0
*
着葎成人 高体力高齢奢 一般 嵩齢麿
図1・8若 年 成 人,高 体 力 高 齢 者,一 般 高 齢 者 にお け る43℃ 環 境 下 運 動 時 の 総 発 汗 量(2
8
ま た 皮 膚 血 流 量 の 低 下 は,皮 膚 表 面 か ら の熱 放 散 機 能 を 弱 め,ま た 高 齢 者 は 体 重 あ た りの 循 環 血 液 量 が 少 な く,暑 熱 不 可 な どに よ り体 液 バ ラ ン ス が 崩 れ る とそ の 回 復 が 遅 延 す る.さ ら に,口 渇 感 を感 じ に く く,積 極 的 な 飲 水 が 行 わ れ な い こ と か ら,高 齢 者 は 熱 中症 発 症 の リス ク が 高 い.労 働 災 害 に お け る熱 中症 に よ る 死 亡 者 数 は,1999年 以 降,毎 年20名 前 後 と多 発 して お り,そ の 多 く が 建 設 業,製 造 業 従 事 者 で あ る こ とが 厚 生 労 働 省 か ら発 表 され て い る.65歳 以 上 の就 業 者 の 産 業 別 割 合 を み る と,建 設 業,製 造 業 に 従 事 して い る 高 齢 者 は 比 較 的 多 く,高 齢 者 の 労 働 に伴 う熱 中 症 も発 症 も軽 視 で き な い 問 題 で あ る.ま た,地 球 温 暖 化 の あ お りを 受 け,近 年 は,下 記 最 高 気 温 が40℃ 以 上 とな る 地 区 も 日本 各 地 で 記 録 され,た と え 仕 事 に 従 事 して い な くて も,家 事 な ど の 日常 生 活 上 の 軽 度 な 作 業 も熱 中 症 発 症 の リス ク とな る.
1.1.4子 供 の 熱 中 症
温 熱 ス トレ ス が 増 大 す る と,子 供 は皮 膚 血 流 量(頭 や 躯 幹 部)を 著 し く増 加 させ,未 発 達 な 汗 腺 能 力 を補 う熱 放 散 特 性 を示 す.(図1・9)熱 放 散 反 応 は 体 格 に も影 響 され,子 供 は 大 人 よ り大 き な 「体 表 面 積(熱 放 散 す る と こ ろ)/質 量(熱 産 生 す る と こ ろ)」 比 を 有 す る こ とか ら,熱 しや す く冷 めや す い 体 格 特 性 を 持 っ て い る,
気 温 が 皮 膚 温 よ り低 い 場 合 に は,こ の 皮 膚 血 流 量 の 増 加 と冷 め や す い 体 格 特 性 と が 相 ま っ て,深 部 温 度 を 若 年 成 人 と ほ ぼ 同 様 に 調 節 す る こ と が で き る.し か し,汗 が 唯 一 の 熱 放 散 手 段 と な る 環 境 温 が 皮 膚 温 よ り高 い 条 件 や 輻 射 熱 の 大 き な 条 件 で は,熱 しや す い 体 格 特 性 が 熱 獲i得を促 進 す る と と も に,未 発 達 な 発 汗 能 力 が 大 き く影 響 し,子 供 の 深 部 温 度 は 大 人 よ り大 き く上 昇 し,熱 中 症 の リス ク が 増 加 す る.
子どもは汗っかきではない
環 珊潟 く寂 膚 瀟 …… 深纏体 温 零 環 境温 〉疲 膚 濃 …… 深部 体温 ↑
体表面積/体 重 子ども〉成人
図3・4子 供の熱放散特性
(提供:大阪薗線大学 井上芳光氏)
図1‑9子 供 の 熱 放 散 特 性(1
1.1.5現 在 の 熱 中 症 対 策
(1)暑 さ指 数(WBGT:Wet・bulbGlobeTemperature:湿 球 黒 球 温 度)の 情 報 提 供(環 境 省)(1
人 が 暑 い,寒 い と感 じ る の は,代 謝,着 衣,体 格 等 の 体 の 条 件 と気 温,気 流,湿 度, 輻 射 熱 の 組 み 合 わ せ で あ る環 境 条 件 に よ っ て 決 め られ る.日 本 の 夏 の よ うに 高 温 多 湿 で 蒸 し暑 い 状 態 で は,気 温 だ け で は 暑 さ は 評 価 で きず,湿 度 や 気 流,太 陽 光 の 照 り返 しや 輻 射 熱 も関 係 して い る.そ こ で,気 温 と湿 度,輻 射 熱 に 関 係 す る値 を組 み 合 わ せ て 計 算 す る指 標 が あ り,特 に,高 温 環 境 の 指 標 と して 滝 道 や 運 動 時 の 熱 中 症 の 予 防 装 置 に 用 い られ て い る 指 標 がWBGTで,研 究 温 度,湿 球 温 度 お よ び 黒 球 温 度 に よ り次 の 式 で 算 出 さ れ る.
・屋 外 で 日 射 の あ る 場 合
WBGTニ0.7NWB十 〇.2GT十 〇.1NDB…(1,1)
・室 内 ま た は 屋 内 で 日 射 の な い 場 合
WBGT=0.7NWB十 〇.3GT…(1.2)
10
こ こ でNWB(naturalwetbulbtemperature)は 輻 射 熱 を 防 ぎ 自然 期 中 に 暴 露 され た 湿 球 温 度,GT(globetemperature)は 黒 球 温 度(6イ ン チ 黒 球 温 度 計),NDB(natural
drybulbtemperature)は 自 然 気 流 に 暴 露 さ れ た 乾 球 温 度 で あ る.
図1・10の よ う に,環 境 省 はWBGTの 予 測 値 を 全 国 約840地 点 で 算 出 し,環 境 省 「熱 中 症 予 防 情 報 サ イ ト(http:〃wbgt.env.go.jp/)」 上 で 当 日,翌 日,翌 々 日 の3日 間 分 に つ い て,3時 間 毎 の 予 測 値 を 毎 日公 開 し て い る.提 供 期 間 と し て は,熱 中 症 患 者 数 の 発 生 時 期 を 考 慮 し,5月 中 旬 〜10月 中 旬 に 実 施 し て い る.
簾隷澹慶計 乾湿温塵齢
鑑
蘭
縫
め
騒
騒
為圓
図1‑10暑 さ 指 数 計 測 装 置(1
(2)労 働 時 に お け る 予 防(2
職 業 性 暑 熱 障 害 を 予 防 す る た め に,WBGT指 数 は ア メ リカ 国 立 労 働 安 全 衛 生 研 究 所 (NIOSI{),ア メ リカ 政 府 労 働 衛 生 専 門 家 会 議(ACGIH),国 際 標 準 化 機 構(ISO7243), 日本 産 業 衛 生 学 会,日 本 工 業 規 格(JIS8504)な ど国 内 国 外 の 様 々 な機 関 で 採 用 され て い る.
ISO7243で は,身 体 作 業 強 度 別,暑 熱 順 化 の 有 無,気 流 の 有 無 に よ り14通 りのWBGTに よ る 暑 熱 許 容 基 準 を 示 して い る(表1・1).
表1・11SO7243のWBGT指 数 に よ る暑 熱 許 容 基 準 代 謝 率 区分
(身体 作 業 強度)
代謝率M W8GT基 準 値
単位 体 表 面 積
(W加2) 熱 に順化 して いる人(℃) 熱 に順 化 して いな い人(℃)
安静 M… ≦65 33 32
軽作業 65<M≦130 30 29
中作業 130<M≦200 28 26
重作業 200<M≦260
気 流 を感 じな い とき
25
気流 を感 じる と き
26
気 流 を感 じな い と き
22
気 流 を感 じる と き
23
極重作業 M>260 23 25 18 20
ま た,国 際 標 準 機構(ISO)や 米 国 政 府 労 働 衛 生 専 門 家 会 議(ACHI且)は 以 下 の 作 業 をや め る べ き 生 理 的 指 標 を 提 示 して い る(4,5.
・深 部 体 温:食 道 温 ,腹 腔 温,口 腔 温,鼓 膜 温,外 耳道 温,尿 温 な どで計測 す る.直 腸 温 で38℃(暑 熱 未 順 化 者)〜38.5℃(暑 熱 順 化 者)を 作 業 中止 基 準 と して い る.
・皮 膚 温:体 表 面 の 特 定 部 位 の 局 所 皮 膚 温 の 限 界 値 は 痛 覚 閾値 に 対 応 し43℃ を作 業 中 止 基 準 と して い る.
・心 拍 数:ISO9886で は ,作 業 中の最 高心拍数 は185‑0.65×(年 齢)を,持 続 心 拍 数 は 180‑(年 齢)を 越 え て は な ら な い と し て い る.ACGI且 で は,1分 間 の 心 拍 数 が 数 分 間継 続 して180‑(年 齢)を 超 え る 場 合 や,作 業 強 度 が ピー ク に達 し
た 後1分 間 経 過 後 の 心 拍 数 が120に 戻 らな い 場 合 に暑 熱 曝 露 を 中 止 す る よ う 勧 告 して い る.
・体 重 減 少 量 ・発 汗 量 ・尿 中Na量:ISO9886で は 暑 熱 未 順 化 者 は 毎 時1 .Ol,暑 熱 順 化 者 は 毎 時1.251を 限 界 発 汗 率 と し,脱 水 状 態 を 予 防 す る た め に5%の 体 重 減 少 を 限 界 値 と し て い る.
ACGI且 は,1シ フ トの 作 業 に よ る体 重 減 少 が1.5%
を暑 熱 曝 露 限 界 値 と して い る.ま た1時 間 以 上 大 量 の 発 汗 が 続 く,24時 間 の ナ ト リ ウ ム の 尿 中 排 泄 量 が 50mmolよ り少 な い 場 合 は 深 刻 な 状 態 に あ る と して い る.
しか しな が ら,多 くの 労働 環 境 が こ れ らの 基 準 に 準 拠 して い な い の が現 状 で あ る.
(3)動 時 に お け る予 防(1
運 動 時 に お い て は,日 本 体 育 協 会 が1994年 に 「熱 中 症 予 防 の た め の 運 動 指 針 」 を 示 し て い る.こ の 運 動 指 針 は 表1‑2の よ うに活 動 水 準 を五 つ に 区分 して,WBGTが31℃ 以 上 は運 動 は 原 則 中 止,28〜31℃ は 厳 重 警 戒,25〜28℃ は …警戒,21〜25QCは 注 意,21℃ 以 下 は ほ ぼ 安 全 と し,ス ポ ー ツ 活 動 時 の 暑 熱 障 害 発 生 を 予 防 す る た め に,そ れ ぞ れ の 水 準 に 応 じた 運 動,休 息,水 分 補 給 をす る こ と をす す め て い る.こ の 「熱 中症 予 防 の た め の 運 動 指 針 」 は 『ス ポ ー ツ活 動 中 の 熱 中症 予 防 ガ イ ドブ ッ ク』 と して ま とめ られ,日 本 の ス ポ ー ツ活 動 時 に お け る熱 中症 発 生 予 防 の啓 発 活 動 に 利 用 され て い る.
12
表1‑2熱 中 症 予 防 の た め の 運 動 指 針(1
1慰 熟 中 疲 予 防 の た め の 運 動 指 鋭
還酌は 特尉 の場合以外は中症。
葺 早ド
㍉A 原剣中止 特 に 、子 供の 場 金 は 中止 す べ 壼。
糠、糖 鍵,さ ㎜ 激 還勤 ・持 久楚 は避 ける 。積 携 的 に休 患 を と り、水 分 補鑛 。
嶽1鷲 激運勘中止 体力のない者、●さに爆れていない者は運馳中氏。
髄
騨 墜診"
暫繍 誌・
警 絨
積揖的休懲
積 極 的 に休 懲 を と り、水 分補 給 。激 しい 運勤 で は 、30分 お き ぐ らい に休 患 。
㌧59
曝 鞘1鞘 響
注 意
積頓的水分擁給
死℃事故が発生する簸能性がある。熱中症の兆繰 に注慧。
遷勤 の合聞に水分補絵。
斜 24
ほぼ安金 通常は熱中症の慮険は小さいが、遊簑水分擁給 を行 う。驚 遊宜水分補給 続マラソンなどではこの条件でも要注慧。
(5)日 常 生 活 に お け る 予 防(2
近 年 の 日本 に お け る熱 中症 の 発 生 や 死 亡 は 労 働 時 や 運 動 時 よ り も 日常 生 活 時 に 起 こ る 比 率 が 高 く な っ て い る.さ ら に,熱 中症 発 生 を 年 齢 階 級 別 に 見 る と,弱 年 齢(10〜19歳)
と高 齢 者(65歳 以 上)と に ピー ク の あ る2峰 性(特 に 後 期 高 齢 者 に 高 い)を 示 す.近 年 で は,熱 中症 に 対 す る社 会 の 関 心 が 高 ま り,(1)の よ う に気 象 情 報 番 組 や ニ ュー ス な ど マ ス コ ミ で の 熱 中 症 予 防 情 報 が 行 わ れ て い る.滋 賀 県 草 津 市 や 埼 玉 県 熊 谷 市 な ど,独 自
に 熱 中 症 発 生 予 防 に取 り組 む 自治 体 も現 れ る よ うに な っ て き た.
こ の よ うな 時 代 背 景 か ら,日 常 生 活 の場 で 発 生 す る熱 中 症 を 予 防 す る た め,2008年 に 日本 生 気 象 学 会 に よ り 「日常 生 活 に お け る熱 中 症 予 防 指 針 」 が 公 表 され た.日 常 生 活 に お け る熱 中 症 予 防 指 針 は表1‑3の よ うに,そ の 温 度 基 準 を 「危 険 」(WBGT31℃ 以 上),「 厳 重 警 戒 」(28〜31℃),「 警 戒 」(25〜28℃),「 注 意 」(25℃ 未 満)の4段 階 に 区 分 し,生 活 活 動 水 準 を 「軽 い 」,「中 等 度 」,「強 い 」 の 三 つ に分 類 して 各 温 度 基 準 域 で の 注 意 す べ
き 生 活 活 動 の 目安 を示 して い る.さ ら に各 温 度 基 準 域 にお け る 注 意 事 項 が 示 され て い る.
こ の ほ か,注 意 す べ き生 活 活 動 強 度 の 目安,水 分 ・塩 分 補 給 の 目安,特 に 注 意 を要 す る 事 項 が 詳 細 に 示 され て い る.こ こ で のWBGTは 日本 産 業 衛 生 学 会 に お け る 「暑 熱 環 境 に お け る労 働 作 業 時 の許 容 基 準 」や 日本 体 育 協 会 に お け る 「熱 中症 予 防 の た め の 運 動 指 針 」 で の 実 測 値 とは 異 な り,そ の 日の 最 高 気 温 時 の 気 温 と相 対 湿 度 か ら推 定 され る も の で あ る.
表1・3日 常 生 活 にお け る 熱 中 症 予 防 指 針(2 混 度 薮 鵬
(W…3GT)
臣
洗 意すべ き
生 活活動 の 貯 藁 濾意事項
"い
危 険
(31℃ 以 。1二)すべ ての生活活 動で 起 こる危険性
貯 紬喚
高 齢 蔚 に お い て は 安 静 状 態 で も発 撫 す る 飽 険 性 が 火 熱 ・.外 娼 は な るべ く避1ナ, 涼 し い簸 内 に 移 動 す る.
厳 諏 警 戒 (28〜31驚)
鴇
外 出1尊は 炎 天 下 を避 け,翁 内 で は驚 温 の 滋 舞 に 熟 意 す る.
酔
警 戒 (25〜28℃)
卍
中等 度以よ の強 活活 動 で趨 こ る危険姓
A
運 動 や 激 しいイ奮叢 を す る鋳難ま定 掬鐸均に十 分 に 休 息 を取 り入 れ る.
控 意 (25℃ 来 満)
強 い総 活活動 で起 こ る危険難
一般 に危 険煙 は 少 な い が
,激 しい選 勤 や 璽 労 働1聯に は 発 磁 す る危 険 縫 が あ る.
W】BG'lr:wetbulbglob￠temp￠rature(誉 農球 撮 球 温 度) .
(6)「 熱 中 症 予 防 強 化 月 間 」 の 設 定(消 防 庁,文 部 科 学 省,厚 生 労 働 省,農 林 水 産 省, 経 済 産 業 省,気 象 庁,環 境 庁)(1
国 民 一 人 一 人 に対 して 熱 中 症 の 予 防 法 や 応 急 処 置 等 に つ い て,よ り一 層 の 周 知 を 図 る た め,熱 中 症 に か か る 人 が 急 増 す る7月 を 平 成25年 か ら熱 中 症 予 防 強 化 月 間 と設 定 し, ポ ス タ ー の 掲 示(図1・11)等 に よ る,国 及 び 地 方 公 共 団 体 の 関 係 機 関 等 に お け る月 間 設 置 の 周 知 や 関 係 省 庁 等 の 行 事 に お け る熱 中症 予 防 の 呼 び か け の 実 施 を行 っ て い る.
14
図1・11熱 中 症 予 防 月 間 ポ ス タ ー(5
1.2熱 中 症 とバ イ タル サ イ ンの 関係
1.2.1熱 中 症 発 症 の メ カ ニ ズ ム
熱 中 症 は 図1・12の よ うな 体 の 変 化 に よ り発 症 し,重 症 度 の 異 な る4種 類 に 分 類 され る.
環 境(高 温) からだ 行動
一 産 熱
} ︑声馬ひ
昇上温体 ︑
/
下 立肢 位
脳血流減少
團号
体表に血液貯留 循環搬液量減少
塩分濃度低下 熱けいれん
脱評
一
熱疲労→
一
重症度1度 ∬度熱射病
皿度
運動時は条件により短時間で発症の可能性あり
図1・12熱 中 症 発 症 の メ カ ニ ズ ム(1
(1)熱 失 神(重 症 度1度)
体 温 調 節 反 応 と して の 皮 膚 血 管 拡 張 に よ り心 臓 へ の 血 液 還 流 量 が 低 下 し,心 拍 出 量 が 減 少 す る こ とに よ る.体 温 の 上 昇 時 に は皮 膚 血 管 が 拡 張 し,こ れ に体 位 の 変 動 や 身 体 運 動 脱 水 な ど が加 わ る と心 還 流 量 が 低 下 して 脳 虚 血 が 生 じや す い.症 状 と して は 顔 面 蒼 白,意 識 喪 失,全 身 脱 力 感,疲 労,視 覚 異 常,低 血 圧,皮 膚 温 お よ び 深 部 体 温 の 上 昇,過 呼 吸 な ど
が認 め られ る.
(2)熱 痙 攣(重 症 度1度)
暑 熱 環 境 下 で 長 時 間 の 運 動 を行 い,大 量 に発 汗 した 場 合 に 生 じる 筋 の 有 痛 性 の け い れ ん
16
で あ り,下 肢 の 筋 に 多 い が 腹 筋 に も生 じ う る.
(3)熱 疲 労(重 症 度2度)
暑 熱 環 境 で 長 時 間 の 運 動 を 行 っ た 際 に,大 量 の 発 汗 に よ り水 分 ・電 解 質 を 失 う こ と に よ り,循 環 血 液 量 が 減 少 し,重 要 臓 器 へ の 血 流 が 減 少 す る.高 度 の 脱 水 と循 環 不 全 が 熱 疲 労 の 病 態 で あ る.熱 疲 労 に 特 異 的 な 症 状 は な く,頭 痛,め ま い,倦 怠 感,吐 き 気,嘔 吐,下 痢,体 熱 感(時 に は 寒 気)な どの 症 状 が 多 く見 られ る.体 温 は 正 常 も し くは 軽 度 上 昇,脈 拍 ・呼 吸 数 は 増 加 し,血 圧 はや や 低 下 す る.
(4)熱 射 病(重 症 度3度)
熱 疲 労 の 病 態 が さ らに 進 行 す る と,過 度 の 体 温 上 昇(直 腸 温 で40QC以 上)に よ っ て 中枢 神 経 機 能 が 障 害 され,意 識 障 害,体 温 調 節 機 能 不 全 を 来 す.見 当 識 障 害(日 時 や 場 所 が よ
くわ か らな い)や 普 通 と異 な る 言 動 な どの 軽 い も の か ら,せ ん 妄,昏 睡 ま で 種 々 の レベ ル の 意 識 障 害 が 必 発 で あ り,頭 痛,過 呼 吸,不 安 定 ・千 鳥 足 歩 行,嘔 吐,下 痢 な どが 見 られ る.古 典 的(非 労 作牲)熱 射 病 で は 発 汗 停 止 の た め 乾 燥 し熱 く ほ て っ た 皮 膚 を 呈 す る が, 労 作 性 熱 射 病 で は 発 汗 が 続 い て い る こ と も あ る.進 行 す る と 多 臓 器 不 全 やDIC
(disseminatedintravascularcoagulation:播 種 性血 管 内 凝 固 症 候 群)を 併 発 し,死 に 至 る.
1.2.2深 部 体 温 に つ い て
体 の 温 度 は 大 き く脳(脊 髄 含 む),深 部 臓 器(心 臓,肝 臓 な ど)を 含 む 深 部(核 心,コ ア) と皮 膚 ・皮 下 組 織(脂 肪,筋 肉 な ど)な ど の被 殻 部(シ ェ ル)に 分 け られ る(6(図1‑13).
体 温 調 節 の 大 き な 目的 は,生 命 活 動 に大 き く 関 わ る深 部 臓 器 の 温 度(核 心 温,コ ア 温)を 一 定 に保 つ こ とで あ る .コ ア に存 在 す る臓 器 ・器 官 で は物 質合 成,分 解 が活 発 に行 わ れ て お り温 度 制 御 を 必 要 と して い る.一 方,シ ェル に 存 在 す る器 官 は 通 常 は コ ア 温 を制 御 す る た め の器 官,組 織 と して の 意 味 合 い が 大 き い.こ の た め シ ェル 温 は 環 境 温度 に 強 く影 響 を 受 け る の に 対 して,コ ア 温 は 一 定 に 保 た れ る.体 温 の 計 測 は 腋 窩,口 腔 内,直 腸 な ど様 々 な 部 位 で 行 わ れ る.一 般 的 に 暑 熱 環 境 下 へ の 曝 露 や 運 動 に よ り深 部 体 温 は 上 昇 す る.
37C 3{S'c
3L)'C
28℃
・)錘)
lll・ ＼ 鑓c
島1 .Ji‑‑ISI('
ノ,▼ Σ)
サ曇
墾
図1‑13体 の 温 度 分 布(左:環 境 温 度20℃,右:環 境 温 度35℃)(2 1.2.3心 拍 に つ い て
交 感 神 経 の 高 ま りが 心 臓 の 活 動 水 準 の 高 ま りや 発 汗 作 用 の 充 進,血 液 分 布 の 変 動 等 を 生 ず る よ うに,心 拍 数 は 精 神 的 興 奮 に よ っ て 様 々 な 生 理 学 的 現 象 が 現 れ る.精 神 的 興 奮 の 程 度 は 身 体 に 現 れ て く る 生 理 学 的 諸 現 象 の 程 度 に よ っ て 知 る こ とが 出 来 る.し か し, 心 拍 数 は 生 理 学 的 負 荷 強 度 に 対 す る反 応 だ け で な く,と き に 心 理 的 な 興 奮 を 上 積 み す る こ と が あ る.す な わ ち 心 拍 数 は,生 理 学 的 な 影 響 だ け で な く,周 囲 の 雰 囲気 や 個 人 の 精 神 状 態 を 微 妙 に反 映 す る(7.
日常 生 活 の 中 で,ほ とん ど の 人 は 精 神 的 興 奮 や 緊 張 を 経 験 して い る.そ の 多 くは 喜 怒 哀 楽 の よ うな感 情 的 な 高 ぶ りに よ る も のや,特 殊 な 環 境 や 事 態 に 遭 遇 した 場 合 精 神 的 緊 張 等 に よ る も の で あ る.こ の よ うな 微 妙 な 精 神 的 反 応 が 心 拍 数 の 増 減 とな っ て 現 れ る.
ま た 精 神 的 な 事 象 だ け で な く,体 位 の 変 化 に よ る心 拍 の 変 動 も知 られ て い る(8.
こ の よ うに 心 拍 数 は 様 々 な 要 因 に 影 響 を 受 け,常 に 変 化 して い る が,異 常 状 態 と して は, 心 拍 数 が 高 す ぎ る か,ま た は 低 す ぎ る か の2種 類 が あ る.一 般 に,心 拍 数 が100回/分 を超 え る状 態 を頻 脈,60回/分 を 下 回 る状 態 を徐 脈 と 呼 ぶ.
暑 熱 環 境 下 で の 運 動 時 に は 発 汗 に よ り と血 漿 量 が 低 下 し,循 環 血 液 量 が 低 下 す る.こ の よ うな 場 合,中 心 静 脈 圧 低 下 に よ り心 室 拡 張 終 期 容 量 が 低 下 し1回 拍 出 量 が 低 下 す る こ と に な る.そ して1回 拍 出 量 の 低 下 を補 うた め に 心 拍 数 が 上 昇 す る(2.
1.2.4呼 吸 に つ い て
人 が 生 命 を 維 持 す る た め に 必 要 な 酸 素 を 取 り込 み,廃 棄 物 で あ る 二 酸 化 炭 素 を 排 出 す る ガ ス 交 換 の 働 き を 呼 吸 とい う.呼 吸 活 動 に は 横 隔 膜 が 大 き な 役 割 を担 っ て い る.横 隔 膜 が 収 縮 す る と胸 腔 が 広 が り,内 部 の 圧 力 が 低 下 す る.圧 力 を等 し くす る た め に,空 気 が 肺 の 中 へ 流 れ 込 む.逆 に 横 隔 膜 が ゆ るむ と肺 と胸 壁 の 弾 力 性 で 空 気 が 肺 か ら押 し出 さ れ る.図1‑14に 呼 吸 の 際 の横 隔 膜 の役 割 を 示 す.
18
息 を ■ い こむ
償 炉鷺 押蟻 鱒骨
楕 隔 」鄭解廟 儀 す る
息 鷲較 く
胸獺繕 む
横 繍膜 が嶺 ろ む
図1・14呼 吸 の 際 の 横 隔 膜 の 役 割(9
暑 熱 環 境 下 で の 運 動 強 度 や 深 部 体 温 の 差 異 に よ り,毎 分 換 気 量,呼 吸 回 数 が 増 加 す る こ とが 報 告 され て い る(10.体 温 の 上 昇 に よ っ て 換 気 が 充 進 す る意 義 と して,熱 放 散 量 が増 加 す る こ とが 挙 げ られ る.Cabanacら は,鼻 粘 膜 に 動 静 脈 吻 合 が あ り,体 温 上 昇 に伴 い 鼻 粘 膜 の 血 流 量 が 増 加 す る こ とか ら,換 気 充 進 に よ り鼻 腔 か ら の 熱 放 散 が促 進 され る こ とで 対 向 流 熱 交 換 が 促 進 され,こ れ が 選 択 的 脳 冷 却 機 構 と して 働 く こ と を示 唆 した(11,12.ま た, 高 強 度 の 運 動 に よ り脱 水 状 態 に な る と体 内 の水 素 イ オ ン の 蓄 積,す な わ ちp且 が 低 下 す る代 謝 性 ア シ ドー シ ス が 起 こ る.運 動 で 生 成 され た 乳 酸 は 生 体 内 環 境 下 で は ほ とん ど全 て が 瞬 時 に 乖 離 す る.通 常,水 素 イ オ ン は 筋 細 胞 内 に あ る種 の タ ン パ ク や,細 胞 外 の 重 炭 酸 緩 衝 系 に よ っ て 緩 衝 され る(且+→ 一且CO3‑→ 且2CO3→ 且20+CO2).こ の こ とは,血 液 中 の 且CO3 一の 低 下 と
,酸 化 由来 のCO2に 加 え て 余 剰 なCO2が 生 成 され る こ と を意 味 し,い ず れ に し て も結 果 と してp且 の 低 下 を 引 き 起 こ す.pHの 低 下 は 高 強 度 の 運 動 を遂 行 す る 上 で 各 種 の 不 利 益 を も た らす の で,生 体 側 と して は 運 動 継 続 の た め に で き る 限 りそ の 程 度 を 小 さ く押 し と ど め た い とい う状 況 に な る.そ の 主 要 な 手 段 と して 過 換 気 が 生 じる.運 動 強 度 が 高 く な る と,過 換 気 が 始 ま り,体 内 のCO2を 余 剰 に 体 外 へ 排 出 し,そ れ ま で 一 定 に 保 た れ て い た 肺 胞CO2分 圧 が 低 下 し始 め る.こ の 過 換 気 の こ と を 代 謝 性 ア シ ドー シ ス に 対 す る 呼 吸 性 代 償 作 用 とい う(11.
1.2.5体 表 面 温 度 に つ い て
皮 膚 は 体 の 最 も 外 層 部 に 位 置 し,外 部 環 境 と接 して 熱 交 換 が 行 わ れ る.体 表 面 温 度 は 体 温 調 節 応 答 や 環 境 条 件 に左 右 され て 変 化 す る.皮 膚 と外 部 環 境 の 間 で 行 わ れ る 熱 交 換 は 大 き く分 け る と,伝 導,対 流,輻 射 に よ る 乾 性 熱 放 散 と,蒸 発 に よ る蒸 発 性 熱 放 散 の 経 路 が あ る.暑 熱 環 境 下 で は 体 温 上 昇 に よ り,皮 膚 血 管 が 拡 張 して 皮 膚 血 流 が 増 加 し,伝 導,対 流,輻 射 に よ る乾 性 熱 放 散 が 増 え る ほ か,発 汗 が 誘 発 され て蒸 発 性 熱 放 散 が 促 進 され る(2.
1.3研 究 目 的
現 在 熱 中症 の 対 策 と してWBGTの 情 報 提 供 に よ る注 意 喚 起 と,ポ ス タ ー 掲 示 等 に よ る熱 中 症 の 予 防 法 や 応 急 処 置 等 の 周 知 を 行 っ て い る.こ れ らの よ うな 対 策 は 不 特 定 多 数 の 人 へ の 注 意 喚 起 や 予 防 法 の 伝 達 に は優 れ て い る.し か しな が ら全 て の 人 に 同 様 の 注 意 喚 起 を行 っ た 場 合 暑 さ に 対 す る 耐 性 に は個 人 差 が あ る た め,ス ポ ー ツ 選 手 等 の熱 に 強 い 人 は 安 全 に 過 ごせ る が,子 供 や 高 齢 者 等 の熱 に 弱 い 人 は熱 中 症 を 発 症 して しま う可 能 性 が あ る.ま た 暑 さ に よ り具 合 が 悪 く な っ て も我 慢 して し ま う人 も お り,重 症 度 の 高 い 熱 中 症 に な り死 亡 して しま うケ ー ス も あ る.ま た,労 働 環 境 な ど で は バ イ タル サ イ ン の確 認 を 行 っ て い る と こ ろ も あ る が,学 校 の 体 育 や ク ラ ブ 活 動,日 常 生 活 で は簡 易 な 方 法 で の バ イ タル サ イ ン を 確 認 す る術 が な く,個 人 の 主 観 評 価 に頼 ら ざ る を 得 な い.
そ こ で 本 研 究 で は,短 時 間 で の バ イ タル サ イ ン 計 測 に よ る 熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 開 発 を 目的 とす る.こ れ に よ り,一 人 ひ と りの バ イ タル サ イ ン を確 認 す る こ とが で き る た め,発 症 に 個 人 差 の あ る 熱 中 症 に も対 応 が 可 能 と な る.ま た,バ イ タ ル サ イ ン を 計 測 す る こ と に よ り客 観 的 な 指 標 とな り,我 慢 して しま う人 に も対 応 す る こ と が 可 能 と な る.
本 研 究 で は 主 に,熱 中 症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の ハ ー ドウ ェ ア,ソ フ トウ ェ ア の 開 発 と, 深 部 体 温 推 定 に 重 点 を 置 く.ま た,本 研 究 グル ー プ で は 心 拍 数 ・呼 吸 数 ・体 表 面 温 度 を用
い た 感 染 症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 開 発 を行 っ て い る.こ の シ ス テ ム と組 み 合 わ せ る こ とで,熱 帯 地 域 に お け る感 染 症,及 び 熱 中 症 の 双 方 を ス ク リー ニ ン グ す る シ ス テ ム の 開 発 を 目指 す.
1.4本 論 文 の 構 成
本 論 文 の 構 成 に つ い て 説 明 す る.第1章 で は気 温 上 昇 に伴 う熱 中症 患 者 数 の 推 移 とそ れ に 対 す る対 策,ま た 熱 中症 発 症 の メ カ ニ ズ ム,バ イ タ ル サ イ ン に つ い て 説 明 した.第2章
20
で は 熱 中 症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の ハ ー ドウ ェ ア,ソ フ トウ ェ ア の 開 発 と計 測 精 度 に つ い て 記 述 す る.第3章 で は 熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム を利 用 した深 部 体 温推 定 に つ い て 記 述 す る.最 後 に 第4章 で は本 研 究 を 総 括 し結 論 を 述 べ,今 後 の 課 題 を 述 べ る.
本 論 文 の 構 成 を 図1・15に 示 す.
・熱 中症 スクリーニ ンクシ スァムの構 成 と心 拍 数 ・呼 吸 数 の計 測 精 度 検 証
図1‑15本 論 文 の 構 成
第2章 熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 開 発
2.t熱 中 症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の ハ ー ドウ ェ ア の 構 成
熱 中 症 ス ク リー ニ ン グ ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 内 部 構 成 ブ ロ ッ ク 図 を 図2‑1に 示 す.パ ル ス セ ン サ ー か ら 心 拍 数,マ イ ク ロ 波 レ ー ダ ー か ら 呼 吸 数,サ ー モ パ イ ル か ら 体 表 面 温 度
を 計 測 す る.全 体 の 制 御 プ ロ グ ラ ム は ビ ジ ュ ア ル プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 で あ るLabVIEWを べ 一 ス に ソ フ ト ウ ェ ア を 開 発 し て い る.
パ ル ス セ ン サ ー
《(・ ・
・》))) マ イ ク ロ 波 レ ー ダ ー ・レ 直流増幅器
サ ー モ パ イ ル
匠
1[一myRIO 一]
バ ッ テ リ ー
図2・1熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 内 部 構 成 ブ ロ ッ ク 図
熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム は,熱 中 症 を 発 症 し うる あ ら ゆ る 環 境 で,老 若 男 女 の 方 々 の 使 用 を 見 据 え て い る.そ の た め,持 ち 運 び が 可 能 で あ る 手 持 ち 型,被 計 測 者 の 姿 勢 に 依 存 しな い 計 測 方 法,ユ ー ザ ー に 親 しみ や す い デ ザ イ ン を 目指 した.筐 体 デ ザ イ ン は 首 都 大 学 東 京 大 学 院 イ ン ダ ス ト リア ル ア ー ト学 域 の 金 研 究 室 に 依 頼 した.
熱 中 症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 外 形 図 を 図2・2に 示 す.
一
、 竃ワ 星、 、
鑓
図2・2熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 外 形 図
本 シ ス テ ム は マ イ ク ロ波 レー ダ ー,パ ル ス セ ン サ ー,サ ー モ パ イ ル か ら構 成 され る計 測 部(図2‑3)と シ ス テ ム の 制 御 と信 号 解 析 を行 う制 御 ・解 析 部 に 大 別 され る.制 御 ・解 析 部 に はmyRIO(NationalInstruments)と バ ッテ リー(XP8000A,Energizer)が 内 蔵 され て い る.長 時 間 使 用 しな い 場 合 や 持 ち運 ぶ 場 合 に は 計 測 部 を 計 測 部 収 納 ポ ケ ッ トに 収 納 で き る,コ ンパ ク トな デ ザ イ ン とな っ て い る.ま た,老 若 男 女 に親 しみ や す い よ う,計 測 部 は 医 師 な どが 使 用 す る聴 診 器 に似 た デ ザ イ ン と な っ て い る.
ス イ ッ 夢
図2・3熱 中症 ス ク リー ニ ン グ シ ス テ ム の 計 測 部
計 測 方 法 は 計 測 部 を頸 動 脈 に 当 て,計 測 部 に あ る ス イ ッチ を 押 す こ とで 開 始 され る(図 2・4).学 校 の ク ラ ブ 活 動 の 休 憩 中 で の 使 用 を想 定 し た場 合,多 くの 学 生 を 短 時 間 で 計 測 し な けれ ば な らな い.そ の た め,本 研 究 で は 計 測 に要 す る一 人 あ た りの 所 要 時 間 を10秒 と した.
図2・4計 測 の様 子
24
計 測 結 果 の ア ウ ト プ ッ ト に はNationalInstruments社 製 のDataDashboardfor
LabVIEWを 採 用 し て い る(図2‑5).DataDashboardで は,LabVIEWプ ロ グ ラ ム の カ ス タ ム,ポ ー タ ブ ル 画 面 を 作 成 す る こ と が 可 能 で,チ ャ ー ト,ゲ ー ジ,テ キ ス トボ ッ ク ス や LEDな ど の 表 示 器 に デ プ ロ イ した ネ ッ ト ワ ー ク 共 有 シ ェ ア 変 数 の 値 を 表 示 す る こ と が で き
る.Android端 末 で はGooglePlayか ら ダ ウ ン ロ ー ドが で き,iOS端 末 で はAppleiPadで の みAppStoreか ら ダ ウ ン ロ ー ド可 能 で あ る.こ の ア プ リ ケ ー シ ョ ン を イ ン ス トー ル して い る 端 末 で あ れ ば,Wi・Fi通 信 に よ り熱 中 症 ス ク リ ー ニ ン グ シ ス テ ム の 計 測 結 果 を 表 示 す る
こ と が で き る.
図2‑5DataDashboardf()rLabVIEW
以 下 に,本 シ ス テ ム で 用 い た 計 測 機 器 お よびmyRIO,バ ッテ リー に つ い て 説 明 す る.ま た,そ れ ぞ れ の 計 測 機 器 か ら心 拍 数 ・呼 吸 数 ・体 表 面 温 度 を算 出 す る原 理 も併 せ て 説 明 す
る.
2.1.1パ ル ス セ ン サ ー
(1)パ ル ス セ ン サ ー に よ る 心 拍 数 計 測 の 原 理
心 拍 数 の 測 定 に 用 い られ る代 表 的 な 方 法 と して 心 電 図 が あ る.こ の 方 法 は 胸 部 に電 極 を 貼 り付 け,連 続 的 に 心 拍 数 を記 録 す る方 法 で あ る.し か し,電 極 の 貼 付 な ど計 測 に お い て 医 学 知 識 を 要 す る こ とや 電 極 を 被 測 定 者 に 直 接 取 り付 け る 必 要 が あ る た め,身 体 的 負 担 や 時 間 適 負 担 が 大 き い な どの デ メ リ ッ トが あ る(13.
一 方,上 記 の 負 担 が 小 さい パ ル ス セ ン サ ー とい う心 拍 数 計 測 方 法 が あ る.こ れ は 光 電 式 容 積 脈 波 法 とい う,心 拍 数 の 変 化 に対 応 す る 動 脈 お よ び 毛 細 血 管 の 血 液 量 の 変 化 を 光 学 的 技 法 に よ り捉 え る方 法 を 使 用 して い る.そ の た め 動 脈,毛 細 血 管 以 外 の 組 織 の 厚 さや 組 成
に よ る影 響 を 受 け る(図2・6).
表皮 な
05
LED
真皮 1.o
15
妻o π1薗
光検 出馨
色素形成
血管
図2‑6パ ル ス セ ン サ ー が 容 積 脈 波 を 計 測 す る様 子(14
血 中 の ヘ モ グ ロ ビ ン は,あ る 波 長 帯 の 光 に 強 い 吸 収 ス ペ ク トル を持 っ て い る(図2‑7).
こ の 波 長 帯 の 光 で 照 射 した と き の 生 体 の 透 過 光 や 反 射 光 は,血 管 の 容 量 変 動 に 伴 い 変 化 す る ヘ モ グ ロ ビ ン 量 に 応 じて 変 化 す る の で,こ の 透 過 光 ま た は 反 射 光 の 強 度 を 電 気 信 号 に 変 換 して 脈 波 を検 出 す る.
26
los
轡級光度
酸累ヘモ グロピン ノ
還元へ石グ回 ビン
10
600 70Q 800900 渡 長
100enm
図2‑7ヘ モ グ ロ ビ ン の 吸 収 ス ペ ク トル(15
上 述 した 透 過 光 を検 出 す る透 過 式 と は,発 光 部 と受 光 部 の 間 に 計 測 部 位 を 挟 む 方 式 で, 計 測 部 位 は 指 尖 部 や 耳 た ぶ に 限 られ る.一 方,血 管 に 当 て た 光 の 反 射 光 を検 出 す る反 射 式 は,プ ロー ブ を 計 測 部 位 に 当 て る 方 式 で あ り,計 測 は 任 意 の 部 位 を選 択 す る こ と が 可 能 と な っ て い る(図2・8).
⊂璽 〕〔垂 動
↓
1‑V=コン バ ー タ → AIDコ ンバ ー タ → ⊂亜 コ
図2・8反 射 式 パ ル ス セ ンサ ー に よ る光 電 式 脈 波 取 得 の 概 要 図
(2)本 シ ス テ ム で 採 用 し た パ ル ス セ ン サ ー
本 シ ス テ ム で はSparkFunElectronics社 製 の 反 射 式 の パ ル ス セ ン サ ー を 採 用 し て い る (図2・9).電 源 電 圧5Vで4mAの 電 流 を 消 費 す る た め,モ バ イ ル ア プ リ ケ ー シ ョ ン に 適 し て い る.
喧
} t・ 〜
恥︒︑駄鵯.︑・︑疑
奪覧
喚 ●.
喰 で
病.ぜ'̀︾ 9牙図
9㌔ 轍 ♂
「
/霊
黛撃"
孟
讐衛,
も
鷹姦︑蝿
凝・,飛犠ぐ・ふ}
.︑︑ポ 4亭礎φ
︑,h券噺岐も︑蝿〜︑L6
へ、
適
1、、t
輝
弩 寅
■,、 ㎞・ づ
パ ル ス セ ン サ ー の 外 形 図
2.1.2マ イ ク ロ 波 レ ー ダ ー
(1)マ イ ク ロ波 レー ダ ー に よ る呼 吸 数 計 測 の 原 理
呼 吸 の 計 測 に は 一 般 的 に ス パ イ ロ メー タ ー や ベ ル ト状 の セ ン サ ー に よ る 方 法 が 挙 げ られ る.ス パ イ ロ メ ー タ ー とは 肺 の 呼 吸 機 能 を 検 査 す る た め に 用 い られ て い る計 測 機 器 で あ る.
肺 活 量,%肺 活 量,努 力 性 肺 活 量,残 気 量 な ど,呼 吸 に 関 す る様 々 な 項 目 を調 査 す る こ と が 可 能 で あ る が,鼻 を ノー ズ ク リ ップ で 止 め た り,マ ウ ス ピ ー ス を 口 に は め た りす る な ど 拘 束 性 が 大 き い(16.ま た,ベ ル ト状 の セ ンサ ー とは,腹 部 に ベ ル トを 巻 き 付 け,呼 吸 運 動 に よ る 腹 部 の動 き を 検 出 す る もの で あ る(17.これ に 関 して もベ ル トを巻 き付 け る必 要 が あ る た め拘 束 性 が 大 き い.
一 方,マ イ ク ロ波 レー ダ ー に よ る レー ダ ー 波 の 反 射 波 と照 射 波 の 比 率 変 化 に よ る 呼 吸 数 計 測 が1975年 に 報 告 され た(18.マ イ ク ロ波 レー ダ ー は 非 接 触 計 測 で あ り短 時 間 で の 呼 吸 数
28
計 測 が 可 能 で あ る.測 定 原 理 は 対 象 物 に マ イ ク ロ波 を 送 信 し,レ ー ダ ー が 送 信 した 周 波 数 と反 射 され て き た 受 信 周 波 数 の 差 を 検 出 す る こ と に よ り,対 象 物 の 移 動 速 度 を 計 測 す る と い う も の で あ る(図2・10).
Rω 轟c・s(2ψ 撃4今(t)+φ(卜 羊))
Respiration:Xr(t)
■一:wavelength ノ ・wavefrequency φ:P幡es轍
T(t)・"‑cos(2頑 ・φ(t)〉
Radar
図2‑10マ イ ク ロ 波 レ ー ダ ー に よ る 呼 吸 測 定 の 概 要
(2)本 シ ス テ ム で 採 用 した マ イ ク ロ 波 レ ー ダ ー
本 シ ス テ ム で はSHARP社 製 の マ イ ク ロ 波 セ ン サ モ ジ ュ ー ル(DC6M4JN3000)(以 下 マ イ ク ロ波 レ ー ダ ー)を 採 用 し て い る(図2・11).こ の マ イ ク ロ 波 レ ー ダ ー は 直 行 検 波 に よ り 1とQに 分 離 さ れ た 信 号 を 連 続 的 に 出 力 す る.レ ー ダ ー の 仕 様 を 表2・1に 示 す ・
噛
㌔"職陽ー︾,を︾
戸
