CN104545823A - 家畜核心体温测量的方法和装置 - Google Patents
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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
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TS;
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TM;
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TE;
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TC,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TC’;
6.利用实际测量值TC对推导值TC’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。
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PB01 | Publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150429 |