CN104545823A - 家畜核心体温测量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动物养殖和动物医学领域，提供一种测量家畜核心体温的方法和装置。测量方法是根据被测量家畜的生理结构，将温度传感器与接近核心体温的身体表面耦合，利用热通量的传导公式，由热阻可计算的人工材料的温度梯度，推导机体组织被测部位的热阻，由测量的体表温度反演推导内核体温。在长期使用前，由直肠温度的实测值进行校正。本发明的装置包括已知热导率和厚度的传热层，外部的绝热层，及3个经测试温度测量参数非常接近的温度传感器，分别测量皮肤耦合部位、传热层外及隔热层外的表面温度。用本发明的方法和装置可以实现对家畜进行长期、连续、动态的核心体温测量。

Description

家畜核心体温测量的方法和装置

技术领域

本发明涉及动物养殖和动物医学领域。具体而言，本发明涉及家畜核心体温(core body temperature)的连续测量。本发明更一般地应用于测量与健康监测、医学诊断和医学应用相关的生理参数。

背景技术

动物机体的新陈代谢和生命活动都与机体温度密切相关。换言之，体温影响着动物的生命。动物的正常体温受到季节、昼夜、环境温度及行为等多种因素的影响，而在一定范围内发生波动。

机体温度可分为核心和外壳两个层次，分别指功能意义上的深部组织和浅表组织。机体深部组织的温度称为核心体温。核心体温相对稳定，各部位之间差异小。但因为各组织器官的代谢水平不同，其温度亦略有不同：肝脏和脑组织温度最高，肾、胰、十二指肠等温度略低，直肠温度则更低些。由于血液循环的结果，机体深部各个器官的温度趋于相同，故体核血液的温度可以代表内脏器官温度的平均值。

动物机体生命活动产生的热能，传到体表的方式包括辐射、传导、对流及水分蒸发散射等，其中的大部分热量(约85％)是通过皮肤散发的，体内热量通过热传导和血液循环两条途径到达皮肤表而。机体的导热性由机体组织中骨骼、肌肉、脂肪和皮肤的组成来决定，脂肪的导热性只有肌肉和骨骼的1/2，热传导效率不高，所以皮下脂肪丰富的动物，近似于在皮下形成一个隔热层，使体内的热量不易传导到皮肤。通过血液循环将机体深部的热量带到皮肤，受机体体温调节机制的调控，在寒冷环境中，交感神经紧张性增加，皮肤血管收缩，皮肤血流管剧减，此时机体表层如同一个隔热器，起到防止体热散失的作用。由于环境温度的变化，核心体温范围和体温度度范围会发生相对改变。在寒冷环境中，核心体温范围缩小，主要集中在头部与胸腹内脏，体表温度范围则随之扩大；而在炎热环境中，核心体温范围则扩展至四肢。

临床上大多采用直肠温度来替代核心体温，这种方法简单易行，但容易引起被测动物的应激反应，不利于动物健康和福利，且在测定大型动物时，会给测量人员带来不便和危险。当动物所处环境温度急剧变化时，各器官的热响应也不相同：当体温快速升高时，直肠温度表现出较大的滞后。在动物实验中，对致热原引起发热的响应，口腔、肝和胃的温度比直肠的反应快，如果测量直肠温度，就有使肝短期过热的危险。由此可见，监视平衡态体温时测量直肠温度最为合适。

因为体温调节中枢在下丘脑，人们推测下丘脑应是体温变化最敏感区，但无法直接测量，理想的替代部位是鼓膜，在临床和动物研究中，经常测量鼓膜温度。但是，鼓膜温度的测量，受到家畜耳道的长度、弯曲度和开口程度等限制，耳垢也会给测温精度带来误差。

现有技术中有很多方法可以测量动物的体表温度。动物体表温度，受到外界环境和核心体温的双重影响：外界环境因素至少包括温度、湿度、空气对流、阳光等因素，在环境温度较低的时候，根据测量部位的不同，测量的体表温度与核心体温的差别可能达20℃以上，这是不可接受的。

综上所述，动物核心体温的测量方法，往往需要在口腔、直肠、耳道等特定生理部位进行，非常不适用于长期的体温监测；而基于体表温度的测量虽然较容易解决测量部位等问题，但到目前一直没有公开文献，阐明体表温度与核心体温的关系模型，难以通过体表温度的测量来反映真实的核心体温。

发明内容

本发明提供一种测量家畜核心体温的方法和装置，根据被测量家畜的生理结构，将温度传感器与接近核心体温的身体表面耦合，并利用热通量的传导公式，对所测量的体表温度进行分析和推导，从而间接测量家畜的核心体温。用本发明的方法和装置可以实现对家畜进行长期、连续、动态的核心体温测量。

本发明的核心体温测量方法包含以下内容：

1.在动物皮下脂肪较少并有浅表动脉经过的皮肤上，利用温度传感器A测量皮肤表面温度T_S；

2.在皮肤和敏感元件之上，覆盖已知热导率和厚度的材料作为传热层，利用与温度传感器A参数非常接近的温度传感器B，测量覆盖材料的表面温度T_M；

3.在覆盖材料和敏感元件B之上，覆盖一绝热层，利用与温度传感器A、温度传感器B参数非常接近的温度传感器C，测量绝热层的表面温度或环境温度T_E；

4.出于温度校准的需要，可选的将温度传感器D置于测量被测动物直肠，在同样条件下测量动物直肠温度T_C，并视作动物的真实核心体温；

5.基于热通量的传导公式，对体表温度测量值进行推导，得到核心体温的推导值T_C’；

6.利用实际测量值TC对推导值T_C’修正。

本发明的核心体温测量装置包含以下内容：

1.根据被测家畜的生理特征及选定的体表温度测量部位，设计可同定或绑缚在被测家畜身上的传感器安装装置，有具备已知热导率和厚度的传热层，外部的绝热层；

2.3个经测试温度测量参数非常接近的温度传感器，分别测量皮肤耦合部位、传热层外及隔热层外的表面温度。

3.1个可选的用于测量家畜直肠温度的传感器

4.1个嵌入式系统，用于连接传感器读取温度测量值、反演动物核心体温，可选的，用于显示测量结果、将测量结果进行无线传输。

附图说明：

图1是家畜体温模型的示意图

图2是本发明的技术方案图

图3是本发明优选实施方式之一

具体实施方式：

结合附图，讲解本发明的主要特征。

如图1所示，家畜机体组织中的骨骼、肌肉、脂肪和皮肤，对与内核体温向体表的热量传导，存在一定热阻，因此呈现由内向外的温度梯度，根据生物传热工程理论，该热阻是非均匀、各向异性的。本发明的目的就是利用热通量的传导公式，由热阻可计算的人工材料的温度梯度，推导机体组织被测部位的热阻，从而由测量的体表温度反演推导内核体温。在长期使用前，由直肠温度的实测值进行校正。

本发明的技术方案如图2所示。图中被测量家畜的机体组织10，深部的内核体温11，经过骨骼、肌肉和皮下脂肪12，传导到皮肤13的表面。核心体温测量装置30中，有具备已知热导率和厚度的传热层32和外部的绝热层34，以及3个经测试温度测量参数非常接近的温度传感器，分别为皮肤表面温度传感器31、传热层温度传感器33和环境温度传感器35。核心体温测量装置30中，还具备可驱动测量值显示和测量值无线传输的嵌入式系统36，及供电电源电源37。温度测量数据经由无线传输到计算机系统20中。

可选的温度传感器至少有四种类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。选型的原则可根据以下因素考虑：根据被测家畜的体型、结构和测量部位；体温传感所需的稳定性、精度和分辨率；封装尺寸、供电电压、功耗。

本发明优选实施方式之一如图3所示。测量部位选择家畜耳廓后部，颈动脉由此经过，富含动脉血的浅表区域，皮下脂肪相对较薄。根据养殖人员的经验，这里的体表温度与直肠温度相差较小。图中所示的固定方式采用绑缚方式，可以根据被测动物的体型、生理特点和行为方式，设计其它的固定方式。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.测量家畜核心体温的方法和装置，根据被测量家畜的生理结构，将温度传感器与接近核心体温的身体表面耦合，并利用热通量的传导公式，对所测量的体表温度进行分析和推导，从而间接测量家畜的核心体温。

2.根据权利要求1所述的家畜，是指由人类饲养驯化，且可以人为控制其繁殖的动物，如猪、牛、羊、马、骆驼、家兔、猫、狗等，一般用于食用、劳役、毛皮、宠物、实验等功能。

3.根据权利要求1所述的方法，基于热通量的传导公式，对体表温度测量值进行推导，得到核心体温的推导值。

4.根据权利要求1所述的装置，有具备已知热导率和厚度的传热层，外部的绝热层，和3个经测试温度测量参数非常接近的温度传感器，分别测量皮肤耦合部位、传热层外及隔热层外的表面温度。

5.根据权利要求1所述的装置，使用已知的温度传感器检测家畜体表温度，使用电子装置连接传感器读取温度测量值、反演动物核心体温，可选的，用于显示测量结果、将测量结果进行无线传输。