JP2010513911A - Apparatus and method for measuring core temperature - Google Patents
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Abstract
本発明は、人体のような物体の核心温度を決定するための装置を提供する。それによって、装置は、第一及び第二の側、及び、それぞれの第一及び第二の温度センサ、並びに、第二尾温度センサの位置で第一側と第二側との間の熱束を変更することによって第二センサの温度を下げるための変調手段を含む。変調手段は、熱を加えるのではなく、熱結合を制御することによって、熱束を制御することによって温度を下げることができ、それは装置を本来的に安全にし、しばしば、電力消費はより一層少ない。 The present invention provides an apparatus for determining the core temperature of an object such as a human body. Thereby, the device has a heat flux between the first side and the second side at the position of the first and second sides and the respective first and second temperature sensors and the second tail temperature sensor. A modulation means for lowering the temperature of the second sensor by changing. The modulation means can lower the temperature by controlling the heat flux, not by adding heat, but by controlling the heat flux, which inherently makes the device safe and often consumes less power .
Description
本発明は、物体の核心温度を測定することに関する。 The present invention relates to measuring the core temperature of an object.
具体的には、第一の特徴において、本発明は、物体に対して位置付けられるべき第一側と、前記第一側の実質的に反対側の第二側とを有する構造を含み、第一温度センサが、第一側で温度を測定するために位置付けられ且つ配置され、第二温度センサが、第二側で温度を測定するために位置付けられ且つ配置される、物体の核心温度を測定するための装置に関する。 Specifically, in a first aspect, the invention includes a structure having a first side to be positioned with respect to an object and a second side substantially opposite the first side, A temperature sensor is positioned and arranged to measure the temperature on the first side, and a second temperature sensor is positioned and arranged to measure the temperature on the second side to measure the core temperature of the object. Relates to a device for
第二の特徴において、本発明は、物体の表面温度を測定するための位置に第一温度センサを位置付けること、第二温度センサ及び第一側と第二側とを有する構造を、第一温度センサが第一側にあり且つ第二温度センサが第二側にある状態で、構造が第一温度センサと第二温度センサとの間に存在するよう位置付けること、第一温度センサを備える第一側で第一温度値を測定し、第二温度センサを備える第二側で第一温度値を測定すること、第一温度センサで第二温度を測定し、第二温度センサで第二温度を測定すること、並びに、第一温度及び第二温度のそれぞれから核心温度を計算することを含む、物体の核心温度を測定するための方法に関する。 In a second aspect, the present invention provides a structure having a first temperature sensor at a position for measuring a surface temperature of an object, a second temperature sensor, and a first side and a second side. Positioning the structure between the first temperature sensor and the second temperature sensor with the sensor on the first side and the second temperature sensor on the second side, a first comprising the first temperature sensor Measuring the first temperature value on the side, measuring the first temperature value on the second side with the second temperature sensor, measuring the second temperature with the first temperature sensor, and measuring the second temperature with the second temperature sensor It relates to a method for measuring a core temperature of an object comprising measuring and calculating a core temperature from each of a first temperature and a second temperature.
文献US特許第6,886,978は、第一温度センサ及び第二温度センサと、第一温度センサと第二温度センサとの間に配置される断熱部材と、生体を加熱するためのヒータとを含み、第一センサは、ヒータ近傍で温度を測定し、第二温度センサは、絶縁部材を横断してヒータの反対側の生体上の位置で温度を測定する、生体の内側の温度を測定するための温度計を開示している。 Document US Pat. No. 6,886,978 discloses a first temperature sensor and a second temperature sensor, a heat insulating member disposed between the first temperature sensor and the second temperature sensor, and a heater for heating a living body. The first sensor measures the temperature in the vicinity of the heater, and the second temperature sensor measures the temperature inside the living body, measuring the temperature at a position on the living body opposite to the heater across the insulating member. A thermometer is disclosed.
既知の装置及び対応する方法は、それが生体を過熱し或いは燃焼するリスクを持つという不利点を有し、それは望ましくない。 The known device and the corresponding method have the disadvantage that it has the risk of overheating or burning the organism, which is undesirable.
特に生体のための温度を測定するのに安全である装置を提供し、さらに、第二の特徴において、そのような方法を提供することが、本発明の目的である。 It is an object of the present invention to provide an apparatus that is safe for measuring temperature, particularly for living organisms, and in a second aspect to provide such a method.
上記の目的は、本発明に従って、上述された種類の物体の核心温度を測定するための装置を用いて達成され、装置は、第二温度センサの位置で第一側と第二側との間の熱束を変更することによって第二センサの温度を下げるための変調手段を含む。 The above objective is accomplished according to the present invention using a device for measuring the core temperature of an object of the type described above, which device is located between the first side and the second side at the position of the second temperature sensor. Modulation means for reducing the temperature of the second sensor by changing the heat flux of the second sensor.
本発明に従った装置は、既知の装置よりも安全である。上述の既知の装置も、核心温度を得るために、異なる熱束で二重センサ構造の温度を測定する原理に従って動作するが、そのような異なる熱束を構築するために加熱を使用する。先ず、生体の通常の表面温度は、約25℃〜最大でも約40℃の間であるが、45℃ぐらい低い温度で痛みが知覚される。断熱材が故障するか、或いは、装置の位置が不注意に逆転される場合には、そのような温度は生体によって経験される。さらに、危険ゾーンは、約45〜50℃の温度で開始する。これは既知の装置のために極めて小さい安全温度窓のみがあることを意味し、それはノイズの多い測定及び長い測定時間を招く。 The device according to the invention is safer than known devices. The known devices described above also operate according to the principle of measuring the temperature of the dual sensor structure at different heat fluxes in order to obtain the core temperature, but use heating to build up such different heat fluxes. First, the normal surface temperature of a living body is between about 25 ° C. and at most about 40 ° C., but pain is perceived at a temperature as low as 45 ° C. Such temperatures are experienced by living organisms if the insulation fails or the position of the device is inadvertently reversed. In addition, the danger zone begins at a temperature of about 45-50 ° C. This means that for known devices there is only a very small safe temperature window, which leads to noisy measurements and long measurement times.
逆に、本発明は、より低い温度を達成可能である変調手段を通じて熱束を変更する目標を達成する。これは、例えば、従来値術におけるように熱を生成する代わりに、熱輸送に影響を及ぼすことによって達成される。例えば、数℃まで下がる温度は、生体に関して、少なくとも測定される小さい表面に関しては問題を引き起こさないことに留意のこと。これは、最大で30〜40℃までの温度差が達成可能であることを意味し、それは測定ノイズを減少し、より正確な測定を可能にする。何故ならば、温度の時間導関数もしばしばより大きく、強い熱結合(高い熱伝導率)の必要が依然としてないからである。 Conversely, the present invention achieves the goal of changing the heat flux through modulation means that can achieve lower temperatures. This is achieved, for example, by affecting heat transport instead of generating heat as in conventional value techniques. Note, for example, temperatures down to a few degrees C do not cause problems for living organisms, at least for the small surfaces that are measured. This means that temperature differences of up to 30-40 ° C. can be achieved, which reduces measurement noise and allows more accurate measurements. This is because the time derivative of temperature is often larger and there is still no need for strong thermal coupling (high thermal conductivity).
本発明の重要な利点は、以下にさらに解明されるように、それがより一層低い電力設計を可能にすることである。 An important advantage of the present invention is that it allows for lower power designs, as will be further elucidated below.
本脈絡では、第二温度センサの温度が意味されるとき、これは第二温度センサが存在する位置でも或いは近傍での第二側の、或いは、熱束に関連するその側の少なくともその部分の温度を意味することが理解されるべきである。 In this context, when the temperature of the second temperature sensor is meant, this is at the location where the second temperature sensor is present or at the part of the second side in the vicinity or at that part of the side associated with the heat flux. It should be understood to mean temperature.
その上、もし熱束が著しく、即ち、少なくとも10%だけ変更されるならば、測定精度を増大するために好ましいが、より小さい変更は排除されない。 Moreover, if the heat flux is significant, i.e. changed by at least 10%, it is preferable to increase the measurement accuracy, but smaller changes are not excluded.
さらに、第一側は、物体に対して位置付けられる、即ち、測定されるべき温度のためにそれと十分に熱結合して適用され或いは配置されるべき側である。一部の場合には、以下に議論されるように、対称的設計が可能である。その場合には、第一及び第二の側は交換可能である。他の非対称的な場合には、第一側及び第二側は当業者に認識可能であり得る。 Furthermore, the first side is the side that is to be positioned relative to the object, i.e. to be applied or placed in sufficient thermal coupling with it for the temperature to be measured. In some cases, a symmetric design is possible, as discussed below. In that case, the first and second sides are interchangeable. In other asymmetric cases, the first side and the second side may be recognizable to those skilled in the art.
その上、第一温度センサは、第一側の上に固定される必要はなく、そのセンサが測定されるべき物体と第一側との間に位置付け可能である限り、その側に対して移動可能であり得る。好適な場合には、第一温度センサは、第一側の上に固定され、或いは、第一側内に埋設されさえする。同様に、第二温度センサは、好ましくは、第二側の上に固定され、或いは、第二側内に埋設されさえするが、そうである必要はない。 Moreover, the first temperature sensor does not have to be fixed on the first side, but moves relative to that side as long as the sensor can be positioned between the object to be measured and the first side. It may be possible. In a preferred case, the first temperature sensor is fixed on the first side or even embedded in the first side. Similarly, the second temperature sensor is preferably fixed on the second side, or even embedded in the second side, but this need not be the case.
一般的な注釈として、その核心温度が測定され得る物体は、人体のような生体に限定されない。それらは、例えば、乳児用の(加熱された)牛乳ボトルのような特定の内容部を備える容器、又は、処理環境内の化学薬品のような危険な内容物を備える容器でもあり得る。 As a general note, an object whose core temperature can be measured is not limited to a living body such as a human body. They can also be containers with specific contents such as, for example, infant (heated) milk bottles or containers with dangerous contents such as chemicals in the processing environment.
具体的には、変調手段は、第一熱束状態と第二熱束状態との間を切り換えるために配置され、その定常状態における装置のエネルギ消費は、実質的に不変である。これは、変調手段が、熱束に影響を及ぼすために熱を生成する必要がないという利点を反映し、それは電力消費を減少するのみならず、過熱のリスクも防止する。 Specifically, the modulating means is arranged to switch between a first heat flux state and a second heat flux state, and the energy consumption of the device in its steady state is substantially unchanged. This reflects the advantage that the modulation means does not have to generate heat to affect the heat flux, which not only reduces power consumption but also prevents the risk of overheating.
好ましくは、定常状態エネルギ消費は、第一及び第二の熱束状態の両方のために実質的にゼロである。この具体的な実施態様では、原理的には、最低の定常エネルギ消費が達成可能である。何故ならば、熱束に影響を及ぼすために、装置の受動特性における変更が使用されるからである。本発明の目的のために、実質的にゼロのエネルギ消費は、実質的に加熱がないことを意味する。エネルギの他の消費は、測定、計算等の目的のために、ここでは考慮されない。測定、計算等のための付随的なエネルギ消費を電力供給するために、電池のような単純な電源を追加することによって、極めて長い耐用年数が達成可能であることが明らかであろう。故に、有利な実施態様では、装置はコードレスであり、エネルギ源、好ましくは、電池を含む。しかしながら、温度安全性のような利点の少なくとも一部を得るためにエネルギ消費変調手段がないことは厳密に必要ではないことに留意のこと。変調手段は、装置が如何なる電力をも消費せずに前記物体の核心温度を測定するときに、装置によって達成可能な温度より下の温度まで温度を下げるために配置され得る。上述された既知の装置は、意図されてはいないが、それ自体、活性ヒータを用いた測定で開始し、次に、ヒータを消して測定を実施することによって、温度の低下を可能にする。しかしながら、前記後者の状況における平衡温度より下の温度は達成可能ではなく、より高い温度のリスクは同じ状態のままである。反対に、本発明は、以下から明らかになるように、(本目的のためには外部エネルギで意味されない物体又は周囲からの熱エネルギは別として)装置へのエネルギの如何なる外部供給がない状況において、温度を前記平衡温度より下に下げることを常に可能にする。人は、既知の装置が、その機能を遂行することによって、温度を積極的に下げ得ないことも述べ得る。何故ならば、それは熱を追加し得るに過ぎず、よって、温度を増大するからである。本装置は、第一熱束状態(例えば、良好に隔離された状態)から第二状態に切り換えることによって温度を積極的に下げ得る。差し当たりは、温度を積極的に下げることは、温度を上げるよりも安全であると述べれば十分である。 Preferably, the steady state energy consumption is substantially zero for both the first and second heat flux conditions. In this particular embodiment, in principle, the lowest steady state energy consumption can be achieved. This is because changes in the passive characteristics of the device are used to affect the heat flux. For the purposes of the present invention, a substantially zero energy consumption means substantially no heating. Other consumptions of energy are not considered here for purposes of measurement, calculation, etc. It will be apparent that a very long service life can be achieved by adding a simple power source, such as a battery, to power the accompanying energy consumption for measurements, calculations, etc. Thus, in an advantageous embodiment, the device is cordless and includes an energy source, preferably a battery. However, it should be noted that the absence of energy consumption modulation means is not strictly necessary to obtain at least some of the benefits such as temperature safety. The modulation means may be arranged to reduce the temperature to a temperature below that achievable by the device when the device measures the core temperature of the object without consuming any power. The known devices described above are not intended, but themselves allow for a temperature drop by starting with a measurement using an active heater and then performing the measurement with the heater turned off. However, temperatures below the equilibrium temperature in the latter situation are not achievable and the risk of higher temperatures remains the same. In contrast, the present invention, as will become apparent from the following, in the absence of any external supply of energy to the device (apart from thermal energy from objects or surroundings not meant for external energy for this purpose). , It is always possible to lower the temperature below the equilibrium temperature. One can also state that known devices cannot actively lower the temperature by performing their function. Because it can only add heat and thus increase the temperature. The device can actively lower the temperature by switching from a first heat flux state (eg, a well-isolated state) to a second state. For now, it is enough to say that actively lowering the temperature is safer than raising the temperature.
具体的には、第一側、第二側、及び、周囲の第一と、第一側、第二側、及び、周囲の他方との間の熱結合は可変である。この実施態様では、熱束は、それが装置の他の部分に結合される方法によって影響される。 Specifically, the thermal coupling between the first side, the second side and the surrounding first and the first side, the second side and the other surrounding is variable. In this embodiment, the heat flux is affected by the way it is coupled to other parts of the device.
有利に、本構造は、少なくとも局所的に可変である熱伝導率を有する。換言すれば、第一とセンサとの間、或いは、少なくとも、それぞれの温度センサの位置での或いは近傍でのそれぞれの第一及び第二の側の部分の間の熱伝導率は可変である。変調手段は、本構造を含み得るし、或いは、本構造の一部であり得る。局所的な可変性は、物体の表面温度の2つの異なる測定値の可能性を保証し、それは、それ自体既知の技法に従って核心温度の計算を可能にし、それは以下にさらに解明される。 Advantageously, the structure has a thermal conductivity that is at least locally variable. In other words, the thermal conductivity between the first and the sensor or at least between the respective first and second side portions at or near the position of the respective temperature sensor is variable. The modulating means may include this structure or may be part of this structure. Local variability ensures the possibility of two different measurements of the surface temperature of the object, which allows the calculation of the core temperature according to techniques known per se, which will be further elucidated below.
文献US5,816,706も、既知の比率を有する異なる熱伝導率で2つの測定を遂行する。しかしながら、伝導率は局所的に可変ではなく、むしろ装置の異なる位置で異なる固定値に設定される。これは、生体内の血液灌流差や物体とセンサの2つの積重ねとの間の接触抵抗の差のように、測定される物体内でのばらつきのリスクを有し、それは測定に不正確性を導入する。さらに、相互距離での異なる位置の必要は、装置を幾分大きくする。その上、既知の時間非依存的な比率を有する異なる熱伝導率を備える装置を製造することは、製造問題を引き起こす。全てのこれらの問題は、本発明では存在しない。 The document US 5,816,706 also performs two measurements with different thermal conductivities with known ratios. However, the conductivity is not locally variable, but rather is set to a different fixed value at different locations of the device. This has the risk of variability within the object being measured, such as the difference in blood perfusion in the body and the difference in contact resistance between the object and the two stacks of sensors, which can lead to inaccuracies in the measurement. Introduce. Furthermore, the need for different positions at mutual distances makes the device somewhat larger. Moreover, manufacturing devices with different thermal conductivities with known time independent ratios causes manufacturing problems. All these problems are not present in the present invention.
変調手段は、熱結合が可変である手段、故に、受動手段、又は、熱結合を変更する手段、故に、能動手段であり得る。受動手段は、例えば、移動すること又は類似のことによって、使用者設定可能であり得るのに対し、能動的な変調手段は、装置自体によって、或いは、制御信号又は類似物によって設定され得る。能動及び受動の変調手段の間のこの選択は、この開示を通じて提供されることが意図されている。 The modulation means can be means for which the thermal coupling is variable, hence passive means, or means for changing the thermal coupling, hence active means. Passive means may be user configurable, for example, by moving or the like, whereas active modulation means may be set by the device itself or by a control signal or the like. This choice between active and passive modulation means is intended to be provided throughout this disclosure.
本発明の具体的な実施態様において、構造は、その第一側にある第一構造部分と、その第二側にある第二構造部分とを含み、変調手段は、前記第一及び第二の構造部分の合い段お熱結合を変更するよう構成される。 In a specific embodiment of the invention, the structure comprises a first structure part on its first side and a second structure part on its second side, the modulation means comprising said first and second It is configured to change the thermal coupling of the structural part.
この実施態様において、装置内の別個の部分であり得る或いは2つのセンサ以外の全体を実質的に含み得る構造は、2つの副部分、即ち、構造部分に分割され、各場合において、1つの構造部分は、第一側及び第二画の一方に対応する。第一構造部分と第二構造部分との間に可変の熱結合を導入することで、第二温度センサでの所望の可変の温度を達成可能である。何故ならば、異なる熱結合は、異なる熱束を導入するからである。次いで、これは温度変化を引き起こし、それは、例えば、サンプリングによって測定可能であり、次いで、それは核心温度を計算することを可能にする等である。本発明によれば、代替的な或いは追加的な実施態様において、変調手段は、第二温度センサの位置にある第二側と周囲との間の熱結合を変更するよう配置される。これは可変な全熱流をもたらす別の方法である。実施例が以下に解明される。 In this embodiment, the structure that may be a separate part in the device or that may substantially contain the whole other than two sensors is divided into two sub-parts, i.e. structural parts, in each case one structure. The portion corresponds to one of the first side and the second stroke. By introducing a variable thermal coupling between the first structural part and the second structural part, the desired variable temperature at the second temperature sensor can be achieved. This is because different thermal bonds introduce different heat fluxes. This then causes a temperature change, which can be measured, for example, by sampling, which then allows the core temperature to be calculated, and so forth. According to the invention, in an alternative or additional embodiment, the modulation means are arranged to change the thermal coupling between the second side at the location of the second temperature sensor and the surroundings. This is another way of providing a variable total heat flow. Examples are elucidated below.
具体的には、変調手段は、前記第一及び第二の構造部分の間に可変距離をもたらすよう構成される。可変距離は、良好に制御可能な可変熱結合を保証し、それは距離の増大に伴い減少する。 Specifically, the modulating means is configured to provide a variable distance between the first and second structural parts. The variable distance ensures a well-controllable variable thermal coupling, which decreases with increasing distance.
特別な実施態様において、第一及び第二の構造部分の少なくとも1つは、突出ピンを含み、突出ピンは、その先端が第一及び第二の構造部分の前記少なくとも1つの反対のものに向かって向くよう方向付けられる。突出する先端、即ち、その頂端と、反対の構造部分との間の距離の小さい変化は、熱伝導全体における大きな変化を招く。小さい距離変動に対するそのような高い感度は、ピンの先端付近の温度場「クラウディング」(“crowding”)に起因する。それは低コストで頑強な実施を可能にする。 In a special embodiment, at least one of the first and second structural parts comprises a projecting pin, the projecting pin having its tip facing the opposite of the at least one of the first and second structural parts. Oriented to face. A small change in the distance between the protruding tip, i.e. its apex, and the opposite structural part leads to a large change in the overall heat conduction. Such high sensitivity to small distance variations is due to the temperature field “crowding” near the tip of the pin. It enables robust implementation at low cost.
ここでは、ピンの先端とその反対との間の距離を変更する変調手段が、或いは、具体的には、アクチュエータが制御ユニットによって制御されるならば有利である。 Here, it is advantageous for the modulation means to change the distance between the tip of the pin and vice versa, or in particular if the actuator is controlled by a control unit.
具体的な実施態様では、第一及び第二の構造部分の少なくとも1つは、第一の特定の熱伝導率を備える第一材料(空気、真空、流体又は固体材料)を含み、突出ピンは、第一の特定の熱伝導率よりも高い第二の特定の熱伝導率を備える第二材料を含み、好ましくは、金属、より好ましくは、アルミニウム、銅、及び、銀の少なくとも1つを含む。高い熱伝導率のピンを提供することによって、温度場のクラウディングは、より一層明白にされ、これはより高い感度をもたらす。ピンは、如何なる高い熱伝導性材料からも作成され得るし、グラファイトも適切であるが、好ましくは、金属から作成される。 In a specific embodiment, at least one of the first and second structural parts comprises a first material (air, vacuum, fluid or solid material) with a first specific thermal conductivity, and the protruding pin is A second material with a second specific thermal conductivity higher than the first specific thermal conductivity, preferably comprising at least one of a metal, more preferably aluminum, copper and silver . By providing a pin with high thermal conductivity, the temperature field crowding is more pronounced, which results in higher sensitivity. The pins can be made from any highly thermally conductive material and graphite is suitable, but is preferably made from metal.
具体的な実施態様では、突出ピンは、第一及び第二の部分の前記少なくとも1つの前記反対のものに対して移動可能であり、好ましくは、突出ピンを移動するために、変調手段が配置される。ここでは、変調手段は、移動可能な突出するピン自体であると考えられ得る。変調手段が突出ピンを移動するために配置される場合には、それらはピン移動手段であると考えられ、或いは、ピン及びピン移動手段の組み合わせであるとさえ考えられる。この実施態様におけるあらゆる場合において、もしピン自体が移動可能であるならば十分である。構造部分は互いに対して移動可能である必要はなく、ピンは構造部分の一方又は両方内の開口を通じて移動可能であり得る。2つの構造部分の間の異なる熱結合をもたらすために、ピンが、例えば、回転可能又は傾斜可能であることも可能である。 In a specific embodiment, the protruding pin is movable with respect to the at least one opposite one of the first and second parts, preferably a modulation means is arranged for moving the protruding pin. Is done. Here, the modulation means can be considered as a movable protruding pin itself. If the modulation means are arranged to move the protruding pins, they are considered to be pin moving means, or even a combination of pins and pin moving means. In all cases in this embodiment, it is sufficient if the pin itself is movable. The structural parts need not be movable relative to each other, and the pins may be movable through openings in one or both of the structural parts. It is also possible for the pin to be rotatable or tiltable, for example, in order to provide different thermal coupling between the two structural parts.
特別な実施態様において、変調手段は、突出ピンを移動するための圧電アクチュエータを含む。圧電アクチュエータは、小さい距離に亘ってピンを移動するのに良好に適している。しかしながら、コイルアクチュエータのような突出ピンを移動するための如何なる他の適切なアクチュエータも使用され得る。 In a special embodiment, the modulation means comprise a piezoelectric actuator for moving the protruding pin. Piezoelectric actuators are well suited for moving a pin over a small distance. However, any other suitable actuator for moving the protruding pin, such as a coil actuator, can be used.
有利な実施態様において、構造は、空洞を含み、変調手段は、熱結合材料を少なくとも部分的に前記空洞内に移動するための移動手段を含む。この実施態様では、第一状況において、空洞は、例えば、第一及び第二の温度センサの間で実質的に空である。第二状況において、移動手段は、熱結合材料を、第一及び第二の温度センサの間の空洞内に移動する。熱結合材料の存在は、本発明において望ましいように、異なる熱結合をもたらし得る。移動手段が熱結合材料を空洞内に移動し、それによって、空洞内に既に存在する他の結合剤量を移動することを可能である。 In an advantageous embodiment, the structure comprises a cavity and the modulation means comprise moving means for moving the thermal coupling material at least partially into the cavity. In this embodiment, in the first situation, the cavity is, for example, substantially empty between the first and second temperature sensors. In the second situation, the moving means moves the thermal coupling material into a cavity between the first and second temperature sensors. The presence of the thermal bonding material can result in different thermal bonding as desired in the present invention. It is possible for the moving means to move the thermal bonding material into the cavity, thereby moving the amount of other binder already present in the cavity.
具体的には、移動手段は、ファン又はポンプであり、材料は、空気又は気体を含む。空気又は他の気体を空洞内に或いは装置の一部に沿って移動し或いは汲み出し得ることによって、特に、もし周囲温度が物体の表面温度と異なるならば、結合は変更され得る。ファン又はポンプはある量のエネルギを消費するが、これは材料を加熱するために必要とあれるエネルギよりも大部分はずっと少ない。 Specifically, the moving means is a fan or a pump, and the material includes air or gas. By allowing air or other gases to move or pump into the cavity or along a portion of the device, the coupling can be altered, especially if the ambient temperature is different from the surface temperature of the object. A fan or pump consumes a certain amount of energy, which is largely much less than the energy required to heat the material.
他の実施態様において、熱結合材料は、室温での大気の熱伝導率の少なくとも二倍の熱伝導度を有する。好ましくは、熱伝導度は、少なくとも1W/mKであり、より好ましくは、少なくとも50W/mKである。このようにして、熱結合材料を備える及び備えない第一及び第二の構造の間には熱結合に大きな差がある。一般的には、差が大きければ大きいほど、測定値はより正確である。 In other embodiments, the thermal bonding material has a thermal conductivity that is at least twice the thermal conductivity of the atmosphere at room temperature. Preferably, the thermal conductivity is at least 1 W / mK, more preferably at least 50 W / mK. In this way, there is a significant difference in thermal coupling between the first and second structures with and without the thermal coupling material. In general, the greater the difference, the more accurate the measurement.
他の実施態様において、周囲への第二側の熱結合は可変であり、好ましくは、変調手段が前記熱結合を(能動的に)変更するために配置される。再び、熱束が周囲に発せられる或いはそこから取り上げられる方法に単に影響を及ぼすことによって、エネルギを実質的に使用せずに熱束を変更するための手段が提供される。 In other embodiments, the second side thermal coupling to the environment is variable, and preferably modulation means are arranged to (actively) change the thermal coupling. Again, means are provided for changing the heat flux without substantially using energy by simply affecting the way heat flux is emitted to or taken from it.
特別な実施態様において、構造は、可変ヒートシンクを含む。具体的には、可変ヒートシンクは、第二構造部分に、或いは、例えば、第一及び第二の構造部分の間に熱的に結合される。それは可変であるので、それは様々な熱束を減らし(シンクし)得る。ヒートシンクは、固定ヒートシンク素子と、可変の熱抵抗を有する熱束変調素子とを含み得る。熱束変調素子は、一方では、第一側、第二側、及び、ヒートシンクのいずれかと、第二側、ヒートシンク、及び、周囲のいずれか(同じではない)との間に設けられ得る。ここでは、本文全体におけるように、「素子」という語は、単一の実体及び2つ又はそれよりも多くの構造部分の組立体の両方を言及し得る。さらに、ここでは、全ての場合におけるように、十分に正確な結果をもたらす測定のために、熱束の変化が少なくとも10%であるならば好ましい。 In a special embodiment, the structure includes a variable heat sink. Specifically, the variable heat sink is thermally coupled to the second structural part or, for example, between the first and second structural parts. Since it is variable, it can reduce (sink) various heat fluxes. The heat sink may include a fixed heat sink element and a heat flux modulating element having a variable thermal resistance. The heat flux modulating element can be provided on the one hand between any of the first side, the second side, and the heat sink and any of the second side, the heat sink, and the surroundings (not the same). Here, as throughout the text, the term “element” may refer to both a single entity and an assembly of two or more structural parts. Furthermore, as in all cases, it is preferred if the change in heat flux is at least 10% for measurements that give sufficiently accurate results.
具体的には、ヒートシンクは、例えば、ヒートシンクと接触させられ得る或いはその逆である移動可能な熱伝導体を用いて、構造に、具体的には、第二側に熱的に可変に結合され得る。 Specifically, the heat sink is variably thermally coupled to the structure, specifically to the second side, using a movable thermal conductor that can be contacted with the heat sink or vice versa. obtain.
ある実施態様において、ヒートシンクは、少なくとも、第二ヒートシンク部分及び第一構造部分の少なくとも1つに対して移動可能である第一ヒートシンク部分を含む。好ましくは、第一ヒートシンク部分は、第二部分の可変部分が周囲又は両方から遮蔽されるよう、回転可能又は並進可能或いはその両方である。これは可変ヒートシンクの簡単な実施態様であり、それは周囲との可変接触を可能にし、よって、可変の熱束を周囲に沈め(シンクし)得る。次いで、これは異なる温度及び温度の時間導関数が第二温度センサに到達されることを可能にする。 In some embodiments, the heat sink includes at least a first heat sink portion that is movable relative to at least one of the second heat sink portion and the first structural portion. Preferably, the first heat sink part is rotatable and / or translatable so that the variable part of the second part is shielded from the surroundings or both. This is a simple embodiment of a variable heat sink, which allows variable contact with the surroundings and thus can sink a variable heat flux to the surroundings. This in turn allows different temperatures and temporal derivatives of temperature to be reached at the second temperature sensor.
具体的な実施態様において、温度を下げるための変調手段は、第二センサを冷却するための活性クーラーを含む。再び、これは第二センサだけを冷却することは意図されておらず、第二センサ、その付近、或いは、その近傍にある第二側の部分を冷却することが意図されている。これは第二センサで、その付近で、或いは、その近傍で構築される新しい温度を反映する。活性クーラー手段は、好ましくは、活性クーラー手段のスイッチが入れられ、それによってエネルギが消費される状態になるとき、第二センサで、その付近で、或いは、その近傍で、装置から或いは少なくとも第二部分から外部熱エネルギを引き取るよう配置される。第二温度センサでの温度は、熱束を変更することによって下げられ得るが、活性クーラー手段を設けることは、冷却に対するより多くの制御を可能にし、しばしば、より低い温度が達成されることを可能にする。 In a specific embodiment, the modulation means for reducing the temperature includes an active cooler for cooling the second sensor. Again, this is not intended to cool only the second sensor, it is intended to cool the second sensor, its vicinity, or the second side portion in its vicinity. This is the second sensor and reflects the new temperature built in or near it. The active cooler means is preferably at least a second sensor, at or near the second sensor, when the active cooler means is switched on and thereby becomes energy consuming. Arranged to draw external heat energy from the part. Although the temperature at the second temperature sensor can be lowered by changing the heat flux, providing an active cooler means allows more control over cooling and often that lower temperatures are achieved. enable.
有利に、クーラー手段は、可変冷却電力を有し、それは少なくとも2つの異なる非ゼロ値に設定可能である。これは装置が両方の状況でエネルギを消費する場合である。しかしながら、利点は、温度差、よって、測定精度がより高くあり得るのに対し、装置は全体的に使用者に依然として安全であることである。 Advantageously, the cooler means has a variable cooling power, which can be set to at least two different non-zero values. This is the case when the device consumes energy in both situations. However, the advantage is that the apparatus is still safe for the user as a whole, whereas the temperature difference and thus the measurement accuracy can be higher.
具体的な実施態様において、クーラー手段は、ペルティエ素子を含む。ペルティエ素子は、小さく、効率的に、良好に制御可能なクーラー手段である。さらに、ペルティエ素子は加熱も可能にし、それは活性クーラー手段を備える第一測定と活性ヒーター手段を備える第二測定とを実施する可能性をもたらす。これは第二温度センサでの極めて大きな差、よって、極めて高い精度を可能にする。 In a specific embodiment, the cooler means includes a Peltier element. Peltier elements are cooler means that are small, efficient and well controllable. Furthermore, the Peltier element also allows heating, which provides the possibility of performing a first measurement with active cooler means and a second measurement with active heater means. This allows a very large difference in the second temperature sensor and thus a very high accuracy.
他の実施態様において、クーラー手段は、流体を気化するための気化器を含む。そのような気化器は、エネルギを消費せずに第二温度センサで温度を下げるための適切な手段を形成する。特別な実施態様では、気化器は、流体を移動するためのポンプ手段を含む。好ましくは、気化器は、流体貯槽、具体的には、流体で充填された流体貯槽を含む。この流体は、好ましくは、急速に且つ/或いは大きな潜熱で気化する流体である。一例はエタノールであり得る。 In other embodiments, the cooler means includes a vaporizer for vaporizing the fluid. Such a vaporizer forms a suitable means for reducing the temperature with the second temperature sensor without consuming energy. In a special embodiment, the vaporizer includes pump means for moving the fluid. Preferably, the vaporizer comprises a fluid reservoir, in particular a fluid reservoir filled with fluid. This fluid is preferably a fluid that vaporizes rapidly and / or with a large latent heat. An example can be ethanol.
具体的な実施態様において、装置は、構造の第二側の少なくとも一部に沿って気体、好ましくは、空気を移動するよう配置されるファン手段を含む。ファン手段は、第二温度センサで温度を下げるための適切で良好な制御手段を提供する。これは特にファン手段がヒートシンクと協働する場合に当て嵌まり、装置が気化器を含む場合、好ましくは、両者を含む場合にも該当する。気化器及びファン手段の組み合わせは、場合によっては、ヒートシンクと共に、温度を下げる極めて効果的な手段を提供し、それは周囲温度又は空気流と無関係であるために良好に制御可能でもある。好ましくは、ファン手段は、適切な温度を選択するために、可変に制御可能なファン手段である。 In a specific embodiment, the apparatus includes fan means arranged to move gas, preferably air, along at least a portion of the second side of the structure. The fan means provides a suitable and good control means for lowering the temperature with the second temperature sensor. This is especially true when the fan means cooperates with a heat sink, and also applies when the device includes a vaporizer, preferably both. The combination of vaporizer and fan means, in some cases, with a heat sink, provides a very effective means of lowering the temperature, which is also well controllable because it is independent of ambient temperature or air flow. Preferably, the fan means is fan means that can be variably controlled to select an appropriate temperature.
ある実施態様において、装置は、第一及び第二の温度センサから温度信号を読み出すための読出し装置を含む。そのような読出し装置は、それぞれの温度を表示するためのディスプレイであり得る。それは温度に対応する電気又はデジタル信号を出力する装置又は如何なる他の適切な出力装置でもあり得る。 In certain embodiments, the apparatus includes a read device for reading temperature signals from the first and second temperature sensors. Such a readout device can be a display for displaying the respective temperatures. It can be a device that outputs an electrical or digital signal corresponding to temperature or any other suitable output device.
特別な実施態様において、装置は、第一及び第二の温度センサからのそれぞれの温度信号から核心温度を計算するよう配置される計算ユニットを含む。計算ユニットは、コンピュータ装置、又は、例えば、如何なる他の回路構成又は温度を計算するための装置を含み得る。計算ユニットは、従来技術において既知の数学的技法に従って温度を計算するようプログラムされ得る。使用され得る方法の1つは、以下の数式である。
この数式及びその数量は、図面の記載において解明される。この数式に関して行われるべき一般的な注釈は、より大きな温度差が、Tsのより大きな時間導関数を概ねもたらし、それは核心温度のより精密な決定を可能にするということである。この数式のために、温度傾向が測定され、多数の測定値が必要とされる。代替的な測定方法を使用し、装置、具体的には、制御ユニット及び計算ユニットを相応して具現化することも可能である。一例は、変調手段で切り換えることによって、2つの異なり一定の熱束に対応する2つの定常状態において2つのセンサの温度を継続的に測定することである。同様に可能であるのは、そのような方法の混合、例えば、定常状態温度がセンサからの温度読取りによって外挿される方法である。そのような外挿(extrapolation)は、殆どの場合、形態(form)
(外1)
の指数関数的曲線によって近似され得るし、
(外2)
での定常状態温度は、指数
(外3)
により温度曲線の利用可能な初期部分を適合することによって推定され得る。指数の係数A、B、及び、Cを決定した後、定常状態温度
(外4)
は、
(外5)
であるので、推定され得る。次に、それぞれの定常状態温度で、適切な数式が、中核身体温度を見出すために使用され得る。例えば、人は以下のような数式を使用し得る。
T1a及びT1bは、第一熱束状況における第一側及び第二側の温度であり、
T2a及びT2bは、第二熱束状況における第一側及び第二側の温度であり、
K1及びK2は、第一状態及び第二状態のそれぞれにおける熱伝導率である。この場合には、第一側と第二側との間の熱伝導率は優勢係数であり、いずれも既知であり、或いは、当業者に既知の技法に従って、さらなる測定から決定されると推定される。
This mathematical formula and its quantity will be clarified in the description of the drawings. A general note to be made regarding this formula is that a larger temperature difference generally results in a larger time derivative of T s , which allows a more precise determination of the core temperature. For this equation, temperature trends are measured and a large number of measurements are required. Alternative measuring methods can be used and the device, in particular the control unit and the calculation unit, can be implemented correspondingly. An example is to continuously measure the temperature of two sensors in two steady states corresponding to two different and constant heat fluxes by switching with a modulation means. Equally possible is a mixture of such methods, for example a method in which the steady state temperature is extrapolated by a temperature reading from the sensor. Such extrapolation is almost always a form.
(Outside 1)
Can be approximated by an exponential curve of
(Outside 2)
The steady-state temperature at is the exponent (outside 3)
Can be estimated by fitting the available initial part of the temperature curve. After determining the exponential coefficients A, B and C, the steady state temperature (outside 4)
Is
(Outside 5)
Therefore, it can be estimated. Then, at each steady state temperature, an appropriate formula can be used to find the core body temperature. For example, a person may use the following formula:
T 1a and T 1b are the temperature of the first side and the second side of the first heat flux conditions,
T 2a and T 2b are the temperatures on the first side and the second side in the second heat flux situation,
K 1 and K 2 are thermal conductivities in the first state and the second state, respectively. In this case, the thermal conductivity between the first side and the second side is the dominance coefficient, both are known or estimated to be determined from further measurements according to techniques known to those skilled in the art. The
いずれの場合においても、当業者は、第一側及び第二側での測定温度から核心温度を引き出す多数の方法を有している。 In any case, the person skilled in the art has a number of ways to derive the core temperature from the measured temperatures on the first and second sides.
有利な実施態様において、装置は、制御ユニットを含み、制御ユニットは、前記変調手段を制御するよう配置される。このようにして、制御ユニットは、変調手段の設定の特定の変更が核心温度を決定するために有利である場合に変調手段を適合し得る。例えば、Tsに依存して、熱結合の異なる変動又はクーラー手段のための異なる設定等が有利であり得る。好ましくは、制御ユニットは、精度を向上するために、実質的に一定なレベルでそれぞれの熱束を維持するよう構成される。有利に、制御ユニットは、計算ユニットを含み、或いは、換言すれば、制御ユニット及び計算ユニットは、好ましくは、1つのユニットに統合される。 In an advantageous embodiment, the device comprises a control unit, which is arranged to control the modulation means. In this way, the control unit can adapt the modulation means if a particular change in the setting of the modulation means is advantageous for determining the core temperature. For example, depending on the T s, different settings, etc. for the different variations or cooler unit of thermal coupling can be advantageous. Preferably, the control unit is configured to maintain each heat flux at a substantially constant level to improve accuracy. Advantageously, the control unit comprises a calculation unit, or in other words, the control unit and the calculation unit are preferably integrated into one unit.
具体的な実施態様において、変調手段は、複数の状態、好ましくは、第一側と第二側との間に異なる所定の熱束を備える2つの状態に設定可能である。この実施態様では、既に上記に示された実施例を用いて、変調手段は、それぞれ異なる平衡温度又は温度展開曲線を備える、2つの異なる状況を得るために、2つの熱束を設定し得る。より好ましくは、制御ユニットは、結果として得られる熱束が所定の実質的に一定レベルに制御可能であるよう、異なる周波数を備える複数の、具体的には、2つの状態の間で切り替わるよう構成される。このようにして、原理的には、2つの極値、即ち、低い伝導率及び高い伝導率の間の如何なる熱束も設定可能であり、よって、装置は、そのような極値に依存する必要なしに、十分に異なる熱束をもたらすよう構成され得る。適切な変調手段を用いて継続的に可変な熱束を提供することも可能であるが、不連続値を有することは、装置の安定性及び精度についての利点を有し得る。制御の方法は、パルス幅変調方法又は安定状態間の高周波時分割多重化と比較され得る。装置が異なる状態にある間の時間間隔の比率を調整することによって、異なる効果的な熱結合が達成され得る。好ましくは、切換え周波数は、構造を通じる熱伝搬の速度よりも実質的に高くなければならず、典型的な場合には、1〜10Hzよりも速くなければならない。リレー型スイッチ又はあらゆる他の機械的構造が、その目的のために使用され得る。 In a specific embodiment, the modulation means can be set in a plurality of states, preferably two states with different predetermined heat fluxes between the first side and the second side. In this embodiment, using the example already given above, the modulation means may set two heat fluxes to obtain two different situations, each with a different equilibrium temperature or temperature evolution curve. More preferably, the control unit is configured to switch between a plurality of, specifically two, states with different frequencies so that the resulting heat flux can be controlled to a predetermined substantially constant level. Is done. In this way, in principle, any heat flux between two extreme values, ie low conductivity and high conductivity, can be set, so the device needs to depend on such extreme values. Without, it may be configured to provide a sufficiently different heat flux. While it is possible to provide a continuously variable heat flux with suitable modulation means, having a discontinuous value may have advantages with respect to the stability and accuracy of the device. The method of control can be compared to a pulse width modulation method or high frequency time division multiplexing between steady states. By adjusting the ratio of the time intervals while the device is in different states, different effective thermal couplings can be achieved. Preferably, the switching frequency should be substantially higher than the rate of heat propagation through the structure, typically in the range of 1-10 Hz. A relay type switch or any other mechanical structure may be used for that purpose.
特別な実施態様において、装置は、前記熱束が第一値を有する状況において、第一及び第二の温度センサから第一のそれぞれの温度信号を取得し、熱束が第二値を有する状況において、第一及び第二の温度センサからの第二のそれぞれの温度信号を取得し第一及び第二のそれぞれの温度信号から核心温度を計算するよう構成される制御ユニットを含む。 In a special embodiment, the apparatus obtains a first respective temperature signal from the first and second temperature sensors in a situation where the heat flux has a first value, and the situation where the heat flux has a second value. A control unit configured to obtain a second respective temperature signal from the first and second temperature sensors and to calculate a core temperature from the first and second temperature signals.
これは、装置自体が所要の測定を遂行して核心温度を決定し得る実施態様である。温度値をある外部計算ユニットに送信するための送信器を備える装置を提供することも可能である。この後者の実施態様は、病院内の様々な患者のような様々な対象の核心温度を中央的に監視するのに有用であり得る。 This is an embodiment in which the device itself can perform the required measurements to determine the core temperature. It is also possible to provide a device comprising a transmitter for transmitting the temperature value to an external computing unit. This latter embodiment may be useful for centrally monitoring the core temperature of various subjects, such as various patients in a hospital.
さらなる有利な実施態様において、本発明に従った装置は、好ましくは少なくとも1つのLEDを含む、光源を備える、光センサ、好ましくは、SpO2及び/又はStO2センサを含む。本発明に従った変調手段は、より安全な低温測定の利点を可能にするが、変更された熱束を得るためにヒータ素子を含むことは排除されない。有利に、SpO2及び/又はStO2センサの場合には、光源は存在し及び/又はサーミスタである。いずれの場合においても、それらは機能するときに熱を生成しがちである。この熱は可変熱流を生成するために使用され得る。換言すれば、いずれにしても生成される熱の極めて効率的な使用が行われる。好ましくは、抗原は、少なくとも1つのLEDを含む。そのような光源は、極めてコンパクトであり、例えば、第二温度センサに近接して設けられ得る。 In a further advantageous embodiment, the device according to the invention comprises a light sensor, preferably a SpO2 and / or StO2 sensor, comprising a light source, preferably comprising at least one LED. The modulation means according to the invention allows the advantage of a safer cryogenic measurement, but it is not excluded to include a heater element to obtain a modified heat flux. Advantageously, in the case of SpO2 and / or StO2 sensors, the light source is present and / or a thermistor. In either case, they tend to generate heat when functioning. This heat can be used to generate a variable heat flow. In other words, in any case, a very efficient use of the generated heat is performed. Preferably, the antigen comprises at least one LED. Such a light source is extremely compact and can be provided, for example, in proximity to the second temperature sensor.
有利な実施態様において、第一側は、外向きに湾曲する形状を有し、好ましくは、構造は、好ましくは、第一温度センサが存在する部分が第一側から突出するよう、外向きに湾曲する形状を備える部材を含む。このようにして、第一温度センサは、適切な方法で測定されるべき物体に接触し、確実な接触がもたらされ得る。具体的には、第一温度センサがその上に取り付けられ或いは取付け可能である、その機能のための部材が提供され得る。好ましくは、部材が、第一側を押し、よって、第一温度センサを物体の上に押し得るバネ力又は弾性を加え得るよう配置される。 In an advantageous embodiment, the first side has an outwardly curved shape, and preferably the structure is preferably outward so that the portion where the first temperature sensor is present projects from the first side. A member having a curved shape is included. In this way, the first temperature sensor can contact the object to be measured in an appropriate manner and provide reliable contact. In particular, a member for that function can be provided on which the first temperature sensor is mounted or attachable. Preferably, the member is arranged to apply a spring force or elasticity that can push the first side and thus push the first temperature sensor onto the object.
それによって、有利に、部材は、可撓性材料、好ましくは、バネ、具体的には、板バネを含む。ここで、「可撓性」は、人間の指の普通の力を加えるときに形状が視覚的に変更可能であることを意味する。部材が可撓であることの利点は、例えば、測定されるべき物体、具体的には、人間の体(皮膚)内の動作のような変化が、より容易に適合され得ることである。 Thereby, advantageously, the member comprises a flexible material, preferably a spring, in particular a leaf spring. Here, “flexibility” means that the shape can be visually changed when a normal force of a human finger is applied. The advantage of the member being flexible is that changes such as movement in the object to be measured, in particular the human body (skin), can be adapted more easily.
好ましくは、部材は、実質的に均一な厚さである。そのような場合には、熱流は、構造内で、具体的には、部材内でより平坦である。これは計算を大きく単純化し、比較的単純な近似が有効性を持つことを可能にする。 Preferably, the member has a substantially uniform thickness. In such a case, the heat flow is flatter within the structure, specifically within the member. This greatly simplifies the computation and allows relatively simple approximations to be effective.
ある実施態様において、部材は層状である。好ましくは、部材は、Kapton(TM)又はネオプリンの層を含み、且つ/或いは、部材の少なくとも1つの平面の上に良好な熱伝導体の層を含む。そのような層状構造は、部材の第一側及び第二側で、有利に、全体的に装置の第一側及び第二側でも同等の熱分配を可能にする。再び、これは熱流及び計算を単純化し、温度測定の精度を増大する。ここでは、もし熱伝導体が少なくとも1W/mKの熱伝導率を有し、好ましくは、金属層を含むならば、熱伝導体は良好である。さらに、他の層、好ましくは、中心層は、Kapton(TM)又はネオプリンのような良好な断熱材を含み、それらは所望の弾性特性に低熱伝導性を組み合わせる。他の材料は排除されない。 In certain embodiments, the member is layered. Preferably, the member comprises a layer of Kapton ™ or Neopurine and / or a layer of good thermal conductor on at least one plane of the member. Such a layered structure allows for an equivalent heat distribution on the first and second sides of the member, advantageously on the first and second sides of the device as a whole. Again, this simplifies heat flow and calculations and increases the accuracy of temperature measurements. Here, if the thermal conductor has a thermal conductivity of at least 1 W / mK and preferably comprises a metal layer, the thermal conductor is good. In addition, other layers, preferably the central layer, include good insulation, such as Kapton ™ or Neopurine, which combines the desired elastic properties with low thermal conductivity. Other materials are not excluded.
有利な実施態様において、装置は、装置を物体上の安定な位置に保持するための保持構造を含む。装置は、例えば、それを手動で所望位置に保持することによって、そのような保持構造なしでも有用であり得るが、その有用性はそのような保持構造を提供することによって増大され得る。その場合には、装置は取り付けないままにされ、依然としてその機能を確実に遂行し得る。具体的には、保持構造は、装置を物体に固定するための部材及び/又は固定手段の周りの側壁を含み、より好ましくは、接着層及び/又はストラップを含む。そのような側壁は、部材への予荷重をもたらすのに有利であり、それは物体との確実な接触を構築するために有用である。さらに、固定手段は、好ましくは、装置を物体に固定するために、接着層及び/又はストラップを含む。もちろん、物体に依存して、他の固定手段も想定され得る。 In an advantageous embodiment, the device includes a holding structure for holding the device in a stable position on the object. The device may be useful without such a retaining structure, for example by manually holding it in a desired position, but its usefulness may be increased by providing such a retaining structure. In that case, the device can be left unattached and still perform its function reliably. Specifically, the holding structure includes a member for fixing the device to the object and / or a side wall around the fixing means, and more preferably includes an adhesive layer and / or a strap. Such a side wall is advantageous in providing a preload on the member, which is useful for establishing positive contact with the object. Further, the securing means preferably includes an adhesive layer and / or a strap to secure the device to the object. Of course, depending on the object, other fixing means can also be envisaged.
第二の特徴において、本発明は、物体の核心温度を測定するための方法にも関し、本方法は、物体の表面温度を測定するための位置に第一温度センサを位置付けること、第二温度センサと、第一側と第二側とを有する構造とを、第一温度センサが第一側にあり且つ第二温度センサが第二側にある状態で、構造が第一温度センサと第二センサとの間に存在するよう位置付けること、第一温度センサで第一温度を測定し且つ第二温度センサで第一温度を測定すること、第一側と第二側との間の熱束を変更すること、第一温度センサで少なくとも1つの第二温度を測定し且つ第二温度センサで少なくとも1つの第二温度を測定すること、及び、それぞれの第一温度及びそれぞれの少なくとも1つの第二温度から核心温度を計算することを含む。本発明に従った方法は、概ね装置の対応物であり、概ね同じ利点をもたらし、よって、それらはここでは概ね反復されない。 In a second aspect, the invention also relates to a method for measuring a core temperature of an object, the method comprising positioning a first temperature sensor in a position for measuring a surface temperature of the object, a second temperature A structure having a sensor and a first side and a second side, the first temperature sensor being on the first side and the second temperature sensor being on the second side, the structure being Positioning to be between the sensor, measuring the first temperature with the first temperature sensor and measuring the first temperature with the second temperature sensor, the heat flux between the first side and the second side Changing, measuring at least one second temperature with the first temperature sensor and measuring at least one second temperature with the second temperature sensor, and each first temperature and each at least one second temperature. Includes calculating the core temperature from the temperature. The method according to the invention is generally the counterpart of the device and provides approximately the same advantages, so they are generally not repeated here.
ここで行われるべき一般的な注釈は、第一及び第二の温度の代わりに、第一及び第二の温度傾向にも有用であるということである。換言すれば、2つの状況のそれぞれにおいて、即ち、異なる熱結合又は活性冷却又は類似物において、第一及び第二の温度又は少なくとも第一温度は、時間内にサンプリングされる。この全ては実施態様の詳細な記載においてさらに解明される。 A general note to be made here is that instead of the first and second temperatures, the first and second temperature trends are also useful. In other words, in each of the two situations, i.e. in different thermal coupling or active cooling or the like, the first and second temperatures or at least the first temperature are sampled in time. All this is further elucidated in the detailed description of the embodiments.
ある実施態様において、熱束は、第一側、第二側、及び、周囲の第一と、第一側、第二側、及び、周囲の他との間の熱結合を変更することによって変更される。熱束を制御するこれらの方法において、第一及び第二の側の間の熱伝導率を変更すること、或いは、第二側と周囲との間の熱結合を変更すること等のような、各可能性が使用され得る。 In some embodiments, the heat flux is changed by changing the thermal coupling between the first side, the second side, and the surrounding first, and the first side, the second side, and the surrounding others. Is done. In these methods of controlling heat flux, such as changing the thermal conductivity between the first and second sides, or changing the thermal coupling between the second side and the surroundings, etc. Each possibility can be used.
具体的な実施態様において、熱束は、第二側を冷却することによって変更される。これは本発明に従った装置の対応物であり、活性クーラーを含む。 In a specific embodiment, the heat flux is changed by cooling the second side. This is the counterpart of the device according to the invention and includes an active cooler.
有利に、本発明に従った方法では、本発明に従った装置が使用される。そのような場合には、殆どの場合に、極めて低いエネルギ消費で、燃焼のリスクなしに、確実な核心温度測定が可能である。 Advantageously, in the method according to the invention, an apparatus according to the invention is used. In such cases, reliable core temperature measurements are possible in most cases with very low energy consumption and without the risk of combustion.
本発明は、多数の例証的且つ非限定的な実施態様を示す図面を参照して、より詳細に今や記載される。 The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, which show a number of illustrative and non-limiting embodiments.
装置は、原寸ではなく概略的に、立断面図で示されている。 The device is shown schematically in elevational section, not in full size.
図1a乃至1eは、本発明に従った装置の様々な実施態様を示している。 Figures 1a to 1e show various embodiments of the device according to the invention.
図1a中に概ね1で示される装置は、第一温度センサ4及び第二温度センサ5をそれぞれ備える、第一構造部分2及び第二構造部分3を含み、第一温度センサ及び第二温度センサは、制御及び/又は計算ユニット6(以下、制御ユニット)に接続されている。
The apparatus shown generally at 1 in FIG. 1a includes a first
7は、アクチュエータであり、8は、熱伝導ピンを示し、装置は、身体部分の皮膚9の上に位置付けられている。
装置は、各側に温度センサ4及び5を備える一種の二重層構造を含む。2つの構造部分2及び3の間の距離は、アクチュエータ7を用いて変更され得る。
The device comprises a kind of double layer structure with
アクチュエータは、膨張式アクチュエータ、圧電アクチュエータ等であり得る。それらは制御ユニット6に結合され或いは接続され得る。矢印Aの方向において距離を変更することによって、第一構造部分2と第二構造部分3との間の熱結合は変更され得る。この結合における変更の感度は、選択的なピン8で増大され得る。このピン8の先端又は頂端は、第一構造部分2と第二構造部分3の近接近の状況において反対の構造部分の上に或いはそれに近接して位置付けられ得る。アクチュエータ7を動作することによって、距離は増大され得るし、熱結合は強く減少され得る。
The actuator can be an inflatable actuator, a piezoelectric actuator, or the like. They can be coupled or connected to the control unit 6. By changing the distance in the direction of arrow A, the thermal coupling between the first
例えば、ピン8は、アルミニウム又は銅のような高伝導性材料で作成されるのに対し、第一構造部分2と第二構造部分3も、金属のような伝導性材料で作成され得る。アクチュエータ7も伝導的であり得るが、測定値に影響を及ぼすことを防止するために断熱的でもあり得る。
For example, the pin 8 is made of a highly conductive material such as aluminum or copper, while the first
第一温度センサ及び第二温度センサは、サーミスタ、サーモカップル、NTC/PTC抵抗器等のような、如何なる有用な種類の温度センサでもあり得る。センサ4,5は、構造部分2,3に取り付けられ得るし、或いは、ワイヤ(図示せず)を介してそれらに接続され得る。センサは、制御ユニット6に接続され、制御ユニットは、好ましくは、それぞれの温度を示すためのディスプレイを含む。好ましくは、制御ユニット6は、核心温度を測定するための計算ユニットを含み、前記温度を表示するよう配置される。
The first temperature sensor and the second temperature sensor can be any useful type of temperature sensor, such as a thermistor, thermocouple, NTC / PTC resistor, and the like. The
装置1は、身体部分の皮膚9の上に位置付けられて示されている。それは、ベビーミルク又は類似物のような、測定されるべき特定の温度の内容物を備える如何なる種類の容器の上にも位置付けられ得る。 The device 1 is shown positioned on the skin 9 of the body part. It can be positioned on any kind of container with a specific temperature content to be measured, such as baby milk or the like.
図1bは、バン(van)10と、ヒートシンク11と、流体13を収容する流体容器12と、第二構造部分3内の通路14とを含む実施態様を示している。一般的な注釈として、全ての図面において、類似の部分は同じ参照番号によって示されている。
FIG. 1 b shows an embodiment comprising a
ファンは、第一構造部分2と第二構造部分3との間の区間を通じて空気を移動するよう配置されている。これはそれらの構造部分の間の熱結合を変更する。もしヒートシンク11が設けられるならば、この変更は増大され、それは、好ましくは、アルミニウム又は銅のような熱的に良好な伝導性材料で作成される。多数のヒートシンクが設けられ得るし、それらは第一構造部分2又は両方の上にも設けられ得る。
The fan is arranged to move air through the section between the first
代替的に或いは追加的に、容易に気化する流体を備える流体容器12が設けられる。この流体13は、通路14を通じて構造部分2,3間の空間に到達し得る。そこでは、流体は気化し、気化流体の雲15になる。潜熱は装置を冷却し、熱束(heat flux)を変更する。ファン10は、強制的な空気移動を通じて、例えば、矢印の方向で、この効果を増大する。
Alternatively or additionally, a
図1cは、第一伝導層17と第二伝導層18との間に挟装されたコア材料16を含む装置の実施態様を示している。
FIG. 1 c shows an embodiment of the device comprising a
19は、ペルティエ素子を示しており、20−1,20−2は、第一及び第二の移動可能なヒートシンク部分を示している。
この実施態様は、サンドイッチ構造を示しており、そこでは、コア材料16、この場合には、例えば、Kapton(TM)が、アルミニウム層のような2つの伝導層17及び18の間に挟装されている。後者の素子は、装置の両側での均質な温度分配を保証する。
This embodiment shows a sandwich structure in which the
ペルティエ素子19又は他の冷却装置は、第二側、即ち、第二伝導層2と熱接触して設けられている。ペルティエ素子のスイッチをつけると、第二側での温度は下げられ、第二温度センサ5のための温度変化を引き起こし得る。20−1及び20−2は、第一及び第二の移動可能なヒートシンク部分を示している。第一ヒートシンク部分20−1は、矢印Bの方向に沿って、開放するよう移動されて示されており、第二部分20−2のためにも類似する。移動可能なヒートシンク部分20−1,20−2を開放し或いは閉塞することによって、第二側、第二伝導層18の熱結合が変更され得る。それは再び異なる熱束、よって、第二温度センサ5での異なる温度を保証する。
The
図1dは、耳又は類似部位における使用により適した装置を示している。装置は、基板21と、少なくとも1つのLED22と、少なくとも1つの光センサ23とを含む。
FIG. 1d shows a device more suitable for use in the ear or similar area. The apparatus includes a
基板21は、例えば、耳道内に直ちに挿入可能であるよう成形され得る。基板21は、多様なゴムのような幾分可撓性の形状復元材料を含み得る。図1dに従った装置は、SpO2又はStO2センサを備えるコア温度センサの組み合わせとして具現化される。そのようなセンサは、周知であるように、少なくとも1つの、好ましくは、少なくとも2つのLED22と、光センサ23とを含む。
The
この装置を使用するとき、基板21を通じて第一温度センサ4から第二温度センサ5への、装置を通じる熱束は、1つ又はそれよりも多くのLED22を動作することによって変更され得る。これらは熱を生成し、それは基板21を通じて運ばれ、よって、温度を変更し得る。この実施態様は、精度の低いインナーイヤ皮膚表面温度又は鼓膜温度だけでなく、例えば、血液及び/又は組織酸素化及び身体核心温度の両方に適した装置である。血液及び/又は素子酸素化を測定することに関する詳細は、当業者に既知であるとみなされ、ここではさらに議論されないことが付記される。
When using this device, the heat flux through the device from the
図1eは、好適な固定組立体を備える装置の実施態様を概略的に示している。装置は、固定手段26を備える保持構造25内に可撓性部材24を含む。同様に図示されているのは、第一及び第二の温度センサのための好適位置4,5、並びに、それぞれの代替的な位置4’,5’である。
FIG. 1e schematically shows an embodiment of the device comprising a suitable fixing assembly. The apparatus includes a
この実施態様は、例えば、ネオプレンから成る可撓性部材24を含む。可撓性部材24は、外向きに突出している。好ましくは、第一センサ4は、可撓性部材24のバルジの頂部に存在している。部材24は、保持構造24上の固定手段26の間に固定されており、それらは一体的であり得る。
This embodiment includes a
この装置は、第一センサ4と、身体部分のような測定されるべき物体との間の良好な結合を保証する。使用中、人は身体部分を移動し、それは身体部分に対する装置の動作を引き起こし得る。本実施態様は、身体部分に対する装置の不注意な移動のリスクを減少する。
This device ensures a good coupling between the
保持手段25は、接着性ストリップのストラップ(図示せず)のような、装置を全体的に身体部分に取り付けるための手段を含む。固定手段は、単に、可撓性部材を固定するためのクランプであり得るし、或いは、類似の目的を備える如何なる他の装置又は手段でもあり得る。 The retaining means 25 includes means for attaching the device to the body part as a whole, such as an adhesive strip strap (not shown). The securing means may simply be a clamp for securing the flexible member, or any other device or means with a similar purpose.
所望であれば、様々な実施態様が、或いは、それらの部分さえも組み合わせられ得るという一般的な注釈がここでなされなければならない。例えば、図1cの実施態様の層状構造は、図1eの装置の可撓性部材24と組み合わせられ得る。当業者は、この出願の図面の記載及び一般的な導入的部分によって、そのような組み合わせを容易に行い且つ誘導され得るが、必ずしもそうする必要はない。
If desired, a general note should be made here that the various embodiments, or even parts thereof, can be combined. For example, the layered structure of the embodiment of FIG. 1c can be combined with the
図2は、本発明を理解するのに有用であり得る概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram that may be useful in understanding the present invention.
図面中、装置1は、身体部分28の上に位置付けられている。装置は、第一及び第二の温度センサ4,5を備える第一及び第二の構造部分2,3を概略的に含み、それらの間に媒体27を含む。媒体は、hdの厚さと、熱伝導率λdとを有する。
In the drawing, the device 1 is positioned on a
身体部分28は、皮膚9と、身体中核29とを一般的に且つ概略的に含み、30は、皮膚表面を表し、31は、皮膚と身体中核との間の仮想界面を表している。
The
皮膚、即ち、以下に説明されるように、モデル内で皮膚と取られるべき層は、厚さhsと、熱伝導率λsとを有する。 The skin, ie, the layer to be taken in the model, as will be explained below, has a thickness h s and a thermal conductivity λ s .
モデルでは、例えば、皮膚における温度プロファイルは、深さにおいて本質的に直線的であり、身体中核29内の真実な身体核心温度から皮膚表面温度又は第一センサ4での温度に及ぶ。
In the model, for example, the temperature profile in the skin is essentially linear in depth, ranging from the true body core temperature in the
身体核心温度Tcoreは、以下に従ってシステム方程式を解くことによって決定され得る。
T=温度
t=時間
x=深さ
α=λ/ρcp
λ=熱伝導率
ρ=密度
cp=比熱
qs=皮膚表面30を通じる熱束
The body core temperature Tcore can be determined by solving the system equation according to:
T = temperature t = time x = depth α = λ / ρ c p
λ = thermal conductivity ρ = density c p = specific heat q s = heat flux through the
量qsは、2つの温度センサ4及び5を用いて測定され得る。媒体27の熱応答時間が皮膚のそれよりも速い、即ち、αd>>αsという推定で、上記方程式を書き換えた後、これは以下をもたらす。
さらに、深さにおける線形温度プロファイル、qcが、
未知の量は、
(外6)
及び
(外7)
であるのに対し、
量Ts,qs、及び、
(外8)
は、測定される量である。これらの量を一連の異なる時間の瞬間tiで測定することによって、以下の結合方程式の行列(マトリックス)が得られ、
(Outside 6)
And (outside 7)
Whereas
The quantities T s , q s , and
(Outside 8)
Is the amount to be measured. By measuring these quantities at a series of different time instants t i , the following matrix of coupling equations is obtained:
1つの推定は、
(外9)
及び
(外10)
が、測定中に時間非依存的であるということである。方程式のシステムは、例えば、少なくとも二乗最小化(LMS)法を用いて、或いは、如何なる他の適切な数学的方法をも用いて解かれ得る。その場合には、これは身体核心温度をもたらし、皮膚表面を通じる熱束ももたらす。よって、一般的には、本発明に従った装置及び方法は、中核身体温度だけでなく他の量を決定するためにも使用され得ることに留意のこと。
One estimate is
(Outside 9)
And (outside 10)
Is time-independent during the measurement. The system of equations can be solved, for example, using at least the square minimization (LMS) method, or using any other suitable mathematical method. In that case, this results in body core temperature and also heat flux through the skin surface. Thus, it should be noted that, in general, the apparatus and method according to the present invention can be used to determine other quantities as well as the core body temperature.
サンプリング瞬間(sampling moment)tiは、温度プロファイル及び深さ保持におけるdT/dtの直線性に対する推定で選択されるべきであり、それは皮膚温度Tsが皮膚内の特性伝搬時間
(外11)
よりも遅く変化する期間中のサンプリング瞬間に達する。
Sampling instant (sampling Moment) t i should be selected by the estimation for the linearity of the dT / dt in the temperature profile and depth holding it skin temperature T s characteristic propagation time in the skin (outer 11)
A sampling instant during a slower changing period is reached.
現在ここに示される実施態様及び方法は、例証的であるに過ぎず非限定的であるみなされ、その範囲は付属の請求項によって決定されるべきである。 The embodiments and methods currently presented herein are considered to be illustrative and non-limiting only, and the scope should be determined by the appended claims.
Claims (14)
前記物体に対して位置付けられるべき第一側と、該位置側と実質的に反対側の第二側とを有する構造と、
前記第一側で温度を測定するために位置付けられ且つ配置される第一温度センサと、
前記第二側で温度を測定するために位置付けられ且つ配置される第二温度センサとを含み、
前記第二温度センサの位置で前記第一側と前記第二側との間の熱束を変更することによって前記第二温度センサの温度を下げるための変調手段を含む、
装置。 A device for measuring the core temperature of an object,
A structure having a first side to be positioned with respect to the object and a second side substantially opposite the position side;
A first temperature sensor positioned and arranged to measure temperature on the first side;
A second temperature sensor positioned and arranged to measure temperature on the second side;
Including modulation means for lowering the temperature of the second temperature sensor by changing the heat flux between the first side and the second side at the position of the second temperature sensor;
apparatus.
前記物体の表面温度を測定するための位置に第一温度センサを位置付けること、
第二温度センサと、第一側と第二側とを有する構造とを、前記第一温度センサが前記第一側に、前記第二温度センサが前記第二側にあり、且つ、前記構造は、前記第一側と前記第二側との間に熱結合を有する状態で、前記構造が前記第一温度センサと前記第二センサとの間に存在するよう位置付けること、
前記第一温度センサで第一温度を、前記第二温度センサで第一温度を測定すること、
前記第一側と前記第二側との間の熱束を変更すること、
前記第一温度センサで少なくとも1つの第二温度を、前記第二温度センサで少なくとも1つの第二温度を測定すること、及び、
前記それぞれの第一温度及び前記それぞれの少なくとも1つの第二温度から前記核心温度を計算することを含む、
方法。 A method for measuring the core temperature of an object,
Positioning a first temperature sensor at a position for measuring the surface temperature of the object;
A second temperature sensor and a structure having a first side and a second side, wherein the first temperature sensor is on the first side, the second temperature sensor is on the second side, and the structure is Positioning the structure to exist between the first temperature sensor and the second sensor with thermal coupling between the first side and the second side;
Measuring the first temperature with the first temperature sensor and measuring the first temperature with the second temperature sensor;
Changing the heat flux between the first side and the second side;
Measuring at least one second temperature with the first temperature sensor, and measuring at least one second temperature with the second temperature sensor; and
Calculating the core temperature from the respective first temperature and the respective at least one second temperature;
Method.
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