技術資料 発汗データロガーシステム SWEAT-L ルーセット・ストラテジー株式会社 SNT-T12ZY15 発汗（水分蒸散）の計算方法 一般に水分蒸散を測定するには、下の図のように一定方向の蒸気流の中に２個の湿度センサを 配置します。 free perspiration F [g/m2/s] H2 [g/m3] H1 [g/m3] skin L センサ出力をH1およびH2とすると、自然拡散であり、かつ皮膚〜H1〜H2の距離が短けれ ば、次の近似式が成り立ちます。なお、現象を正確に捉えるには、１次元ないし２次元の拡散方 程式（偏微分方程式）を立てて、数値解を求める必要があります。 水分蒸散量（発汗量）[g/m2/s] F = D H1 － H2 L D：diffusion constant [m2/s] このような２センサ式大気開放モデルの測定器は市販されていますが、上方（大気側）の空気 の揺らぎの影響を受け、測定は容易ではありません。周囲で手が動いただけでH 出力が変動し 2 ます。そのため、身体装着型の製作は不可能でした。 この欠点を補うために、大気開放せずに密閉し、空気ポンプで空気を循環させる方法が考案さ れました。この場合、揺らぎの無い直流（一定量）の空気を送り続けられるかどうかが、精度の 鍵を握りますが、それ以上に小型化が難しく、日常生活場面での発汗測定は困難でした。 そこで、SWEAT-Lのシステムでは、密閉型で、なおかつ自然気流を生かす方法として、シリ カゲル乾燥剤を用いました。皮膚とシリカゲルとの間の湿度差により自然な水蒸気流が作られ、 またシリカゲルが⻑時間にわたり一定の湿度を保つので、センサH2は不要となります。 F ＝ D H1 － H s L シリカゲル湿度 Hs [g/m3] free perspiration skin H1 [g/m3] L 発 汗量 計算 の流 れ チャンバー内絶対湿度（その変化） [g/m3] 発汗量ではない！ 水蒸気拡散モデルを仮定 発汗データロガー 絶対湿度２（一定値） シリカゲル 水蒸気流（自然拡散） 絶対湿度１（測定値） 温湿度センサ 発汗量（その変化） [g/m2/min] 積算 発汗量 [g/m2/min] 総発汗量 [g/m2] 時間[s] 測定時間間隔 総測定時間 積算値 (総発汗量) 総測定時間 平均発汗量 [g/m2/min] ※専用ソフトTED99での処理は「発汗量（その変化）」までです。 総発汗量、平均発汗量は、目的の時間を切り出す必要がありま すのでので、Excellなど表計算ソフトをご使用下さい。 右のグラフは，温湿度センサ出力から 絶対湿度を求めたものです．湿度の急激 な立ち上がりが発汗現象を表します．気 温がやや低く肌寒い日のため，歩行直後 は大きな発汗は見られませんが，約４０ 分後から，急に汗が噴き出す様子が見て 取れます． 電車内 （椅座位） 持続歩行 買い物 室内 湿度データ ※測定日：５月４日 天候：曇り，歩行中に雨 気温：15℃ 測定部位：胸部（左肋骨下部） 測定サンプリング間隔：１秒 従来，発汗は単位皮膚面積あたりの量 （g/m2/min）で表すので，装置底面蒸気 孔面積と測定室容積，測定サンプリング 間隔等の数値を用いて，センサ室からシ リカゲル室への蒸気拡散方程式から求め ます．この際，両室の距離は３[mm]，拡 散係数は26.4[mm2/s]（303[°K]）としま 経過時間［h］ す． 専用ソフトTED99ではこの値を 「PsS」と表示しています． 一方，湿度の立ち上がりを拡大して見 ると（右図），発汗がパルス的に生じ， 乾燥剤により次第に吸収される様子が分 かります．完全に吸収される前に次の発 汗が起こるので，右図のように山が連な った状態になります． すなわち，赤線のような基線を求め， これを元の値から差し引けば，発汗のタ イミングと相対的な発汗の大きさを知る ことができます（右赤線グラフ）． TED99ではこの計算結果を「P sD 」とし て表示しています． なお現時点で一般に湿度センサの応答 特性は悪く，時定数５～数十秒（本機は ８秒）ですので，絶対的な山の高さの精 度（信頼性）は低いと思われます．しか し応答速度は速いので，発汗タイミング は比較的正確です． 基線（bottom line） 発汗変換後のデータ 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 経過時間［h］ 発汗ロガー専用ソフトTED99は，データ収集の条件設 定，収録データのダウンロード，基線抽出（上記）， 発汗計算，結果のCSV形式保存を行います． ※このページのデータはすべて，金沢大学･大学院医学系研究科･ 保健学専攻 根本鉄教授に依頼し測定して頂いたものです． 【皮膚電位活動との比較】 手掌に皮膚電位計と発汗ロガーを装着 し同時測定した例を右に示します． 右図の上段（赤）は皮膚電位水準 （skin potential level; SPL；上向きが 負）を示し，下段（青）が発汗を表しま す．発汗と皮膚電位反応（skin potentilal response; SPR）は比較的よく 一致します． 【換気カプセル型発汗計との比較】 発汗を計測する装置は，これまで換気 カプセル型しかありませんでした．これ は定量空気を皮膚面の小カプセルに送風 し，前後の湿度差を計量するものです． ポンプや電池などの部品の大きさや送風 チューブ配管の煩わしさにより，行動が 束縛されます． 発汗ロガー（青）と換気カプセル型 （緑）との同時計測例を右に示します． 単位は異なりますが，応答変化はほぼ一 致しています． 【測定部位の差】 右のグラフは，発汗ロガーを手掌と前 腕部に装着し，精神性発汗と運動性発汗 を観察した例です．心拍数変動（黄色） も同時に測定しています． 手掌の発汗（青）は暗算課題の前後に 変動が見られ，一方，前腕部（水色）は 運動時のみ反応しています． ※発汗ロガーSNT-200は，パソコンに接続し たまま，リアルタイムの計測器・記録計 としても使用できます． ルーセット・ストラテジー株式会社 ホームページ：http://www.rousettes.com/index.html ｅメール：[email protected] 技術資料 身体装着型 発汗ロガー SNT-200 ルーセット・ストラテジー株式会社 SNT-T11Z27 SNT-200の構造 発汗ロガーは，マイコン基板， センサ基板，容器からなります． マイコン基板には，マイコンの ほかデータの送受信を行うUSBシリアルインターフェイス接続コ ネクタ，電源およびデータロギン グ状態表示用LED，電池ケースな どが搭載されています． センサ基板には下面に3×3mm の小型温湿度センサが取り付けら れています．センサ基板は，皮膚 接触底板に取り付けられた高さ 1.5mmの枠に接着され，温湿度測 定室を形成します． 皮膚に接触する底板には直径 3mmの穴４個が開けられており， ここから蒸気（発汗）が測定室に 取り込まれます． センサの信号はI2Cフォーマッ トでマイコンへ送られます． マイコン基板とセンサ基板の間 の空間にシリカゲル（乾燥剤）を 充填し，センサ基板の蒸気孔から 流入する蒸気をすべて吸収しま す． USB-シリアル インターフェイス コネクタ LED マイコン基板 ボタン電池 ケース I2C信号線 センサ基板 蒸気孔 センサ （下面） 容器 （シリカゲル 充填） 蒸気孔 皮膚接触底板 測定室枠 標準品の大きさ： 直径33mm，高さ20mm （突起部を除く） 【発汗測定の原理】 マイコン基板 マイコン基板枠 Oリング シリカゲル センサ基板 左の図はSNT-200の組立て断面図 です．上向きの矢印で示すように， 発汗による蒸気は，温湿度センサで 検知された後，シリカゲルに吸収さ れます． このときのセンサ出力を見ると， 発汗によって一時的に湿度が上昇す ることが分かります（次ページの 図）． 特許出願 － 特願2010-73544，特願2010-246833
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