CN104434048B - 一种人体深层组织温度测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体深层组织温度测量仪及测量方法，包括用于测量体表温度和环境温度的温度测量探头以及用于测量皮肤层厚度和脂肪层厚度的厚度测量探头，还包括数据传输单元、显示单元和处理单元，处理单元通过数据传输单元分别与温度测量探头和厚度测量探头相连，处理单元还与显示单元相连；本发明的人体深层组织温度测量仪及测量方法，通过在温度测量探头外设置隔热层，避免环境温度对测量温度的影响，使测得的人体体表温度更加准确；通过厚度测量探头测量皮肤层厚度和脂肪层厚度，温度测量探头测量体表温度和环境温度，可快速计算出深层组织温度T_m，耗时短，准确性高。

Description

一种人体深层组织温度测量仪及测量方法

技术领域

本发明属于组织温度测量技术领域，具体涉及一种人体深层组织温度测量仪及测量方法。

背景技术

现有研究表明，人体深层病变组织(乳腺癌、淋巴肉瘤)的温度略高于周围正常组织的温度，因此我们可以利用此特性，通过测量人体深层组织温度对肿瘤等疾病进行普查。

如图2所示，在运动员运动过程中，用热电偶的方法对运动员不同深度的组织温度进行测量，环境温度为恒定的22℃，皮肤厚度为1mm，肌肉的初始温度为37.5℃，测试过程中随着运动员的运动肌肉温度每分钟升高1℃，图中十条曲线从上到下分别为脂肪厚度为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm的组织部位所测得的温度随时间变化的曲线图，从图中可以看出随着运动时间的增长，组织温度也随测量时间在一直升高，但不同部位的温度升高不一致。

如图3所示，在静息状态下，用热电偶的方法对不同深度的组织温度进行测量，皮肤厚度为1mm，图中四条曲线从上到下分别为皮肤下温度以及脂肪厚度为2mm、5mm和10mm的组织部位所测得的温度随时间变化的曲线图，从图中可以看出随着测量时间的增长，所测得的组织温度也在不断升高，随后到达稳定状态；对于1mm的皮肤下温度，大概300s能完成热传输过程到达稳定的组织温度；对于脂肪厚度为10mm处的温度，大概1000s才能完成热传输过程到达稳定的组织温度。

如图4所示，在肌肉温度为恒定的42℃的状态下，用热电偶的方法对不同深度的组织温度进行测量，环境温度为恒定的22℃，皮肤厚度为1mm，图中十条曲线从上到下分别为脂肪厚度为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm的组织部位所测得的温度随时间变化的曲线图，从图中可以看出随着测量时间的增长，组织温度也在不断升高，随后到达稳定状态；对于脂肪厚度为1mm处的温度，大概1000s能完成热传输过程到达稳定的组织温度；对于脂肪厚度为10mm处的温度，大概2000s才能完成热传输过程到达稳定的组织温度。

由此我们可知，深层组织的温度与人体体表温度是存在一定关系的，但不同深度组织的温度与体表也是存在差异的；如果通过红外探测器直接对人体深层组织进行温度测量，所得到的结果准确性不高；如果用热电偶的方法测量深层组织温度虽然提高了测量的准确性，但耗时较长；因此，更加准确、快速的测量人体深层组织温度的测量方法仍是人们努力的目标。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种快速、无创且测温更加准确的人体深层组织温度测量仪及测量方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种人体深层组织温度测量仪，包括用于测量体表温度和环境温度的温度测量探头以及用于测量皮肤层厚度和脂肪层厚度的厚度测量探头，还包括数据传输单元、显示单元和处理单元，处理单元通过数据传输单元分别与温度测量探头和厚度测量探头相连，所述数据传输单元可将温度测量探头和厚度测量探头的测量结果传输到处理单元，处理单元可对该测量结果进行计算得到皮肤厚度、脂肪厚度以及深层组织温度，处理单元还与显示单元相连，显示单元可显示温度测量探头和厚度测量探头的测量结果以及处理单元的计算结果。

优选地，所述温度测量探头外包裹有隔热层，温度测量探头检测的一端位于隔热层外。

一种人体深层组织温度测量方法，包括下列步骤：

S1、用温度测量探头测量外界环境温度T_e，然后将温度测量探头放在待测量部位，设定时间t后得到人体体表温度T_s；

S2、用厚度测量探头测量待测部位皮肤层厚度l_sc与脂肪层厚度l_fc，并计算出皮肤厚度l_s和脂肪厚度l_f：

l_s＝l_sc/2

l_f＝(l_fc-l_sc)/2；

S3、计算深层组织温度T_m：

$T_m=\frac{T_s-T_e}{\mathrm{erfc}(\frac{l_s}{40\sqrt{5}{a}_{\mathrm{sk}}}+\frac{l_f}{40\sqrt{5}{a}_{\mathrm{fat}}})}+\mathrm{Te}$

其中，a_sk为皮肤的热介导系数,a_fat为脂肪的热介导系数，且有：

$a_{\mathrm{sk}}=\sqrt{k_{\mathrm{sk}}/C_{\mathrm{sk\ρsk}}}$

$a_{\mathrm{fat}}=\sqrt{k_{\mathrm{fat}}/C_{\mathrm{fat\ρfat}}}$

其中，k_sk为皮肤的热传导系数，C_sk为皮肤的热容量，ρ_sk为皮肤的密度，k_fat为脂肪的热传导系数，C_fat为脂肪的热容量，ρ_fat为脂肪的密度。

优选地，人体体表温度T_s的测量时间t不小于30秒的值。

本发明的有益效果是：本发明所提供的人体深层组织温度测量仪及测量方法，通过在温度测量探头外设置隔热层，避免环境温度对测量温度的影响，使测得的人体体表温度更加准确；通过厚度测量探头测量皮肤层厚度和脂肪层厚度，温度测量探头测量体表温度和环境温度，可快速计算出深层组织温度T_m，耗时短，准确性高。

附图说明

图1是用本发明测量仪和测量方法测得的运动员运动过程中深层组织温度随时间变化的曲线图；

图2是用热电偶测得的运动员运动过程中不同深度的组织温度随时间变化的曲线图；

图3是用热电偶测得的不同深度的组织温度随时间变化的曲线图；

图4是肌肉温度为42℃的状态下用热电偶测得的不同深度的组织温度随时间变化的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

本发明所提供的一种人体深层组织温度测量仪，包括用于测量体表温度和环境温度的温度测量探头以及用于测量皮肤层厚度和脂肪层厚度的厚度测量探头，还包括数据传输单元、显示单元和处理单元，处理单元通过数据传输单元分别与温度测量探头和厚度测量探头相连，所述数据传输单元可将温度测量探头和厚度测量探头的测量结果传输到处理单元，处理单元可对该测量结果进行计算得到皮肤厚度、脂肪厚度以及深层组织温度，处理单元还与显示单元相连，显示单元可显示温度测量探头和厚度测量探头的测量结果以及处理单元的计算结果，该实施例中的温度测量探头和厚度测量探头均为现有技术。

温度测量探头外包裹有隔热层，温度测量探头检测的一端位于隔热层外，具体实施时，温度测量探头可优选为温度计，在该温度计外可包裹一层隔热层，避免环境温度对测量温度的影响，使测得的人体体表温度更加准确。

本发明的人体深层组织温度测量方法，包括下列步骤：

S1、用温度测量探头测量外界环境温度T_e，然后将温度测量探头放在待测量部位，设定时间t后得到人体体表温度T_s，为了测量温度的准确性，人体体表温度T_s的测量时间t不小于30秒。

S2、用厚度测量探头测量待测部位皮肤层厚度l_sc与脂肪层厚度l_fc，并计算出皮肤厚度l_s和脂肪厚度l_f：

l_s＝l_sc/2

l_f＝(l_fc-l_sc)/2；

S3、计算深层组织温度T_m：

$T_m=\frac{T_s-T_e}{\mathrm{erfc}(\frac{l_s}{40\sqrt{5}{a}_{\mathrm{sk}}}+\frac{l_f}{40\sqrt{5}{a}_{\mathrm{fat}}})}+\mathrm{Te}$

其中，a_sk为皮肤的热介导系数,a_fat为脂肪的热介导系数，且有：

$a_{\mathrm{sk}}=\sqrt{k_{\mathrm{sk}}/C_{\mathrm{sk\ρsk}}}$

$a_{\mathrm{fat}}=\sqrt{k_{\mathrm{fat}}/C_{\mathrm{fat\ρfat}}}$

其中，k_sk为皮肤的热传导系数，C_sk为皮肤的热容量，ρ_sk为皮肤的密度，k_fat为脂肪的热传导系数，C_fat为脂肪的热容量，ρ_fat为脂肪的密度。

皮肤与脂肪的热性能如表1所示：

表1

表2为用本发明测量仪和测量方法对同一名测试者的大腿、小腿和手臂三个部位测得的数据以及计算得到的皮肤厚度l_s、脂肪厚度l_f以及深层组织温度T_m，其中人体体表温度T_s为测试时间为30秒时的测试数据：

测试部位	大腿	小腿	手臂
				外界环境温度Te(℃)	22	22	22
人体体表温度Ts(℃)	36	36.5	37
				皮肤层厚度lsc(mm)	2	2	2
脂肪层厚度lfc(mm)	20	12	4
				皮肤厚度ls(mm)	1	1	1
脂肪厚度lf(mm)	9	5	1
				深层组织温度Tm(℃)	35.27	36.06	36.86

表2

如图1所示，用本发明测量仪和测量方法对运动员运动过程中深层组织温度进行实时监控，将测量仪贴于运动员大腿内侧，此处的皮肤层厚度l_sc为2mm，脂肪层厚度l_fc为18mm，即皮肤厚度l_s为1mm，脂肪厚度l_f为8mm，测试持续20分钟，得到大腿内侧深层组织温度随时间变化的曲线图；通过图1与图3对比可知，本发明的测量仪和测量方法在短时间内便能测得准确的深层组织温度，而不需要冗长的热传输过程。

本发明的测量仪和测量方法采用无创测量，在对被试者不造成痛苦的情况下，实现了实时、便携、成本低廉、快速、准确的测量。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种人体深层组织温度测量仪，包括用于测量体表温度和环境温度的温度测量探头以及用于测量皮肤层厚度和脂肪层厚度的厚度测量探头，其特征在于：还包括数据传输单元、显示单元和处理单元，处理单元通过数据传输单元分别与温度测量探头和厚度测量探头相连，所述数据传输单元可将温度测量探头和厚度测量探头的测量结果传输到处理单元，处理单元可对该测量结果进行计算得到皮肤厚度、脂肪厚度以及深层组织温度，处理单元还与显示单元相连，显示单元可显示温度测量探头和厚度测量探头的测量结果以及处理单元的计算结果。

2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述温度测量探头外包裹有隔热层，温度测量探头检测的一端位于隔热层外。

3.一种人体深层组织温度测量方法，其特征在于包括下列步骤：

S1、用温度测量探头测量外界环境温度T_e，然后将温度测量探头放在待测量部位，设定时间t后得到人体体表温度T_s；

S2、用厚度测量探头测量待测部位皮肤层厚度l_sc与脂肪层厚度l_fc，并计算出皮肤厚度l_s和脂肪厚度l_f：

l_s＝l_sc/2

l_f＝(l_fc-l_sc)/2；

S3、计算深层组织温度T_m：

$T_m=\frac{T_s-T_e}{\mathrm{erfc}(\frac{l_s}{40\sqrt{5}{a}_{\mathrm{sk}}}+\frac{l_f}{40\sqrt{5}{a}_{\mathrm{fat}}})}+T_e$

其中，a_sk为皮肤的热介导系数,a_fat为脂肪的热介导系数，且有：

$a_{\mathrm{sk}}=\sqrt{k_{\mathrm{sk}}/C_{\mathrm{sk}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{sk}}}$

$a_{\mathrm{fat}}=\sqrt{k_{\mathrm{fat}}/C_{\mathrm{fat}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{fat}}}$

其中，k_sk为皮肤的热传导系数，C_sk为皮肤的热容量，ρ_sk为皮肤的密度，k_fat为脂肪的热传导系数，C_fat为脂肪的热容量，ρ_fat为脂肪的密度。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：人体体表温度T_s的测量时间t不小于30秒。