CN105102947A - 带有距离感应和补偿功能的非接触式医用温度计 - Google Patents

带有距离感应和补偿功能的非接触式医用温度计 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式医用温度计，其包括：红外传感器组件，所述红外传感器组件具有用于感应来自目标的红外辐射的红外传感器；距离传感器，所述距离传感器被配置为测定所述温度计距离所述目标的距离；存储器部件，所述存储器部件至少可操作地连接于所述红外传感器组件和所述距离传感器。所述存储器部件包含预定的补偿信息，所述预定的补偿信息与目标的预定温度和距至少一个预定目标的预定距离有关。微处理器可操作地连接于所述存储器部件。所述微处理器被配置为基于来自所述目标的所述红外辐射、所述温度计距离所述目标的距离和所述预定的补偿信息执行温度计算。

Description

带有距离感应和补偿功能的非接触式医用温度计
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月19日递交的、申请号为US61/728,015的美国临时申请的优先权，该临时申请以其全部公开的内容通过引用的方式结合至本文中。
技术领域
本申请大体涉及用于测量温度的装置，并且更具体地，涉及用于医疗应用的非接触式红外温度计。
背景技术
热辐射或红外(红外辐射，IR)温度计是一种能够与测量物体不发生物理接触的测量温度的装置。因此，这种温度计常被叫做“非接触式”或“远距离式(remote)”的温度计。在红外温度计中，物体的温度通过检测物体表面自然放射的红外辐射的强度来获取。对于0℃和100℃之间的物体，要求使用用于检测具有从约3-40微米波长的辐射的红外传感器。典型地，在这个范围内的红外辐射被称为热辐射。
红外温度计的一个示例是“即时耳温”医用温度计，其能够对人或动物的耳道的鼓膜或周围的组织进行温度测量。授予弗莱登(Fraden)的美国专利US4797840给出了即时耳温计的示例，该专利以其全部内容通过引用结合于本文中。其它的示例包括授予克劳斯(Kraus)等人的美国专利US6789936示例出的用于测量皮肤表面温度的医用温度计(例如，前额的皮肤表面温度)，该专利以其全部内容通过引用结合于本文中。
为了基于物体的红外辐射发射情况测量物体的表面温度，红外辐射被检测并转化为适于由传统的电子电路处理的电信号。检测红外辐射的任务由红外传感器或探测器完成。
传统的热红外传感器典型地包括具有红外线穿透窗或滤波器和至少一个感应元件的外壳，感应元件对物体表面放射的穿过红外传感器的红外窗并到达感应元件上的热辐射能通量Φ敏感。红外传感器起产生代表感应元件和测量物体之间存在的净红外通量Φ的电信号的功能。电信号经过合适的数据处理能够与物体的温度关联。
在实践中，医用温度计的用户常常关心测定红外温度计不适合直接测量的主体(例如，人或动物)的温度。因此，设计出了一些非接触式的医用温度计，以基于对不同身体部位的测量测定人的特殊身体部位的温度。例如，已经存在基于对主体前额的温度的测量测定主体的嘴的温度(口腔温度)的非接触式红外温度计。这种测定典型地使用已经基于身体部位的测量温度(例如主体的嘴)和不同的身体部位(例如主体的前额)的温度之间的临床上确定的关系确定的预定补偿的函数和/或预定的查阅表来进行。
由红外温度计生成的温度读数对红外传感器和身体部位之间的距离有点敏感。因此，能够测定红外传感器和目标之间距离的红外温度计可以使用该距离信息测定比不具有该能力的红外温度计更加精确的温度。例如，某些红外传感器被设计为当红外温度计被定位在距离那个物体预定距离时最佳地测量身体部位的温度。授予陈(Chen)等人的美国专利US7810992公开了包括辐射发射器和接收器装置的红外温度计，该专利以其全部内容通过引用结合于本文中。辐射发射器和接收器装置能够通过下述步骤确定红外传感器和目标之间的距离：(1)发射由目标反射的辐射；(2)接收反射的辐射；和(3)基于反射的辐射的特性确定距离是否在预定距离范围内。在使用中，这种红外温度计通过它可以确定何时红外温度计位于预定距离范围内来执行距离测量程序。当确立红外温度计定位在预定距离范围内，然后红外温度计可以对目标的温度进行测量。
虽然这种技术能够增加温度测量的精度，然而这些技术需要额外的工作，需要测定红外温度计的位置并且当温度测定时需要将温度计保持在那个位置。这些工作是麻烦并且耗时的。而且，这些工作常常导致用户操作失误，这可能抵消了这种红外温度计另外提供的精度上的改进。因此，不要求在距离目标预定距离处定位和保持红外温度计而提高红外温度计的精度将具有额外的优势。
发明内容
根据本发明的各种实施例的非接触式红外温度计除了其它之外包括红外传感器、距离传感器、微处理器、被配置为与微处理器通讯的存储器和被配置为接收来自微处理器的输入的用户接口装置。存储器包括补偿信息，例如查阅表或数学方程式，其可被用来基于同一个或另一个身体部位的测量确定身体部位的补偿温度。例如，补偿信息可以被用来基于前额的测量温度确定前额的补偿温度。或者，补偿信息可以被用来基于前额的测量温度确定补偿的口腔或相当于口腔的温度。红外温度计可以被配置为同时或顺序地测量目标物体的温度、周围的温度或温度计的温度以及红外温度计和目标之间的距离。微处理器可以使用这些值和补偿信息确定补偿温度，并将该温度发给用户接口装置，用户接口装置可以进一步地将补偿温度发给用户。
附图说明
参考下文中对本发明的示例性实施例的详细说明和附图，本发明的前述和其它特征将变得更加明显，其中：
图1为表示本发明的实施例的框图；以及
图2为根据本发明的实施例示出用于补偿温度测定的方法的流程图。
具体实施方式
这里公开了一种便携式红外温度计，除了其它之外，其包括具有至少一个红外传感器和用于感应红外传感器温度的传感器的红外传感器包或组件、辐射发射和接收装置、微处理器、包含补偿信息配置为与微处理器通信的存储器和配置为接收微处理器输入的用户接口装置。为了说明根据本发明的各种实施例的原理的目的，下面描述几个不同的实施例的非限制示例。相应地，本发明的范围应当理解为只由权利要求及其等同方式的范围限定，而不由示例性实施例限定。
图1为示出本发明的红外温度计10的实施例的框图。该实施例包括红外传感器包/组件12、距离传感器14、微处理器16、存储器18、用户接口装置20和外壳22。外壳22容纳每个其它部件，并且此外至少包括按钮以及带有电子电路和电源的电路板。
红外传感器包/组件12包括红外传感器，并且在一些实施例中还包括用于感应红外传感器的温度和/或周围环境温度的温度传感器。红外传感器被配置为捕获从例如为主体的前额、腋窝、耳膜等的目标物体或目标身体部位放射的热辐射，热辐射被转化为温度电信号，并且连同由温度传感器测量的关于红外传感器的温度的信号一起发送给微处理器16，如现有技术已知的那样。距离传感器14被配置为从红外温度10计发射辐射，并捕获经目标反射的所发射的辐射的至少一部分，其被转化为距离电信号，并发送给微处理器16。除此之外，微处理器16被配置为基于来自红外传感器包/组件12的信号确定目标的温度值，确定周围环境或温度计的温度，并基于来自距离传感器14的信号和反射辐射的特性使用相关程序确定对应于红外温度计10和目标之间的距离的距离值。在不同的实施例中，温度信号、距离信号、温度值、距离值或它们的任意组合可以存储在存储器18中。
存储器18包括存储在其中的预定的补偿信息。该预定的补偿信息可以通过进行临床试验而以经验为主地预先确定。这些临床试验可以与目标(例如前额)的检测温度、红外温度计距离目标的距离、以及目标的实际温度和周围环境或温度计的温度有关。这些临床试验可以进一步地将目标的温度、或者检测的温度、实际的温度或者两者与例如实际口腔或相当于口腔的温度关联。因此，可以使用红外温度计在距离目标各个已知的距离处测量具有从例如94°华氏度到108°华氏度之间的口腔温度的不同主体的目标温度，该距离目标各个已知的距离例如为从0厘米(即温度计接触目标)以例如1厘米、5厘米或10厘米的增量增加至1米的距离。在一些实施例中，距离的范围对应于红外温度计10可以运作的距离的范围。此外，这些测量可以在具有例如60°华氏度到90°华氏度的各个环境温度的环境中进行。这些数据可以被用来生成补偿信息，例如查阅表或数学函数，由此，随后可以根据例如用距离传感器14测量的距离值、例如用红外传感器包/组件12测量的目标温度值以及在一些实施例中的周围环境的温度值和/或温度计的温度值来确定目标的补偿温度。在其它实施例中，与实际口腔或相当于口腔的温度关联的数据可以进一步地用于生成补偿信息，由此，可以根据测量的距离值、测量的目标温度值以及在一些实施例中的周围环境的温度值和/或温度计的温度值来确定补偿的口腔或补偿的相当于口腔的温度。
例如，这里d被定义为目标和红外温度计10之间的距离，用于获得华氏度的补偿温度的预定补偿信息可以为线性函数或由下面关系定义的函数：
补偿温度＝目标温度+A×d+B
或
补偿温度＝目标温度+C×d+D{对于0＜d≤Y}，和
补偿温度＝目标温度+E×d+F{对于Y＜d≤Z}
其中A、C和E为具有温度/长度量纲的系数；B、D和F为具有温度量纲的系数；以及Y和Z为距离目标的距离。A、B、C、D、E、F、Y和Z的值可以从临床试验中以经验为主地确定。为了说明而非限制的目的，提供了下面的用于系数和距离的示例性的并且近似的值：A＝0.05，B＝0.1，C＝0.05，D＝0.2，E＝0.15，F＝0.1，Y＝15和Z＝30。然而，如本领域普通技术人员能够认识到的那样，根据红外温度计10的不同设计特点和方面，对于每个系数和距离可以使用其它数值。
该数学函数也可以具有更高的阶或更高的次，例如，相对于获取补偿温度的测量距离为非线性的数学函数，例如下面的二次方程式：
补偿温度＝目标温度+G×d2-H×d+L
其中G、H和L为从临床试验中确定的系数。为了说明而非限制的目的，提供了下面的用于系数的示例性的并且近似的值：G＝0.001，H＝0.15和L＝0.1。然而，如本领域普通技术人员能够认识到的那样，根据红外温度计10的不同设计特点和方面，对于每个系数可以使用其它数值。
可替代地，补偿信息可以被提供为不同的补偿值(offsetvalue)，由此，对于距离目标表面的每个距离增量或范围，存在相应的补偿值。在不同的实施例中，对于距离目标表面的距离的每个距离增量或范围，这些补偿可以为固定的。例如，在不同的实施例中，在诸如0cm至5cm、0cm至20cm或5cm至30cm的距离目标表面的距离的范围上，补偿值可以为例如0.1°F、0.2°F或0.5°F中的任一个。例如，在一个实施例中，从0.0cm到0.1cm的补偿值可以为0.0°F，从0.1cm到3.0cm补偿值可以为0.1°F，从3.0cm到15cm补偿值可以为0.2°F，以及从15.1cm到30cm的补偿值可以为0.5°F。可替代地，补偿信息可以成单个的形式，例如“最佳拟合”的补偿值，该“最佳拟合”的补偿值可以用来根据上述的整个距离范围或其一部分的距离范围上的目标温度中的任一个确定补偿温度。例如，“最佳拟合”的补偿值可以为0.1°F、0.2°F或0.5°F中的任一个。例如，在一个实施例中，在从0.0cm到10cm的距离范围内补偿值可以为0.1°F，并且对于更大距离，补偿值为0.0°F。在其它实施例中，在从0.0cm至30cm的距离范围内补偿值可以为0.1°F，并且对于距离大于30cm的距离范围，补偿值为0.0°F。
在其它实施例中，补偿信息可以为查阅表的形式，其可以根据临床试验期间收集的预定信息设计，例如实际的目标温度、测量的目标温度、周围环境和/或温度计的温度和距离测量，以使得随后通过在查阅表中识别那些最好地符合测量的距离和测量的目标温度值的值来确定补偿温度。在测量值和表中值未完美匹配的情况下，可以使用最接近的表中值，或者可以使用从表中值插值换算出来的附加的值。在其它实施例中，补偿信息可以包括多于一个的上文描述的方法(例如，数学函数、补偿值、查阅表)的组合。
进一步地，如上所述，周围环境温度值和/或温度计温度值可以用在补偿信息的产生中。因为这些值可以增加基于补偿信息计算的补偿温度的精度，所以在补偿信息中包括这些值作为因子是有益的。例如，可以基于周围环境温度和/或温度计温度修改上面讨论的数学函数。例如，当周围温度在第一温度范围(例如60°F到75°F)内时可以使用第一“最佳拟合”补偿值(例如0.1°F)，并且当环境温度在第二温度范围(例如75°F和90°F)内时可以使用第二“最佳拟合”补偿值(例如0.2°F)。
微处理器16被配置为利用对应于目标的温度值和对应于红外温度计10和目标之间距离的距离值来使用存储在存储器18中的预定补偿信息确定补偿温度。在一些实施例中，微处理器16可以被进一步配置为在该确定中使用周围和/或温度计的温度。在一些实施例中，预定的补偿信息可以部分地基于周围和/或温度计的温度获得。在那些预定补偿信息包括关于口腔或相当于口腔的温度的预定信息的实施例中，微处理器16可以进一步地被配置为确定对应于口腔或相当于口腔的温度的补偿温度。
微处理器16可以进一步地在存储器18中存储一个或多个补偿温度值，并且将它发送给用户接口装置20。在不同的实施例中，微处理器进一步地被配置为从存储在存储器18中的查阅表中的任何值插值换算出附加的值。用户接口装置20被配置为将补偿温度值发送给用户。例如，用户接口装置20可以包括例如能够至少显示补偿温度值的显示装置和/或配置为发出例如说出补偿温度值或发出警报的可听见的声音的扬声器。
参考图2，流程图示出了用于基于在所述主体上的目标(例如所述主体的前额)的测量温度确定补偿温度的方法的实施例。在步骤102中，用于确定补偿温度的步骤开始，例如通过用户按下启动按钮来例如启动红外温度计10。在步骤104中，距离传感器14被用于发射辐射并捕获来自于目标的反射辐射，以产生距离信号，该距离信号被传送到微处理器16。微处理器16根据距离信号确定距离值，微处理器16可以将其存储在存储器18中。在步骤106中，红外传感器包/组件12被用于捕获从目标放射的热辐射，以产生温度信号，并且可选地，捕获周围和/或温度计的温度，将它们发送给微处理器16。微处理器16根据温度信号确定温度值，微处理器16可以将其存储在存储器18中。在可选的步骤108中，当预定的补偿信息包括查阅表时该步骤108被执行，微处理器16使用预定的补偿信息确定距离值和温度值之间的关系。在步骤110中，微处理器16基于预定的补偿信息确定补偿温度值。在步骤112中，微处理器16在存储器18中存储补偿温度。在步骤114中，使用用户接口20发送补偿温度值。
虽然特别地示出并描述了本发明的各种实施例，那些本领域的技术人员可以理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的形式和细节作出各种改变。因此，这些实施例是本发明的非限制性示例，并且本发明应当被认为只由权利要求及其等同方式限定。

Claims (32)

1.一种非接触式医用温度计，包括：
红外传感器组件，所述红外传感器组件包括用于感应来自目标的红外辐射的红外传感器；
距离传感器，所述距离传感器被配置为测定所述温度计距离所述目标的距离；
存储器部件，所述存储器部件至少可操作地连接至所述红外传感器组件和所述距离传感器，并且包含预定的补偿信息，所述预定的补偿信息与至少一个预定目标的预定温度和距离所述至少一个预定目标的预定距离有关；和
微处理器，所述微处理器至少可操作地连接至所述存储器部件，并且被配置为基于至少来自所述目标的所述红外辐射、所述温度计距离所述目标的距离和所述预定的补偿信息确定补偿温度。
2.根据权利要求1所述的非接触式医用温度计，其中所述预定的补偿信息还与预定的口腔和/或相当于口腔的温度有关。
3.根据权利要求1所述的非接触式医用温度计，其中所述至少一个预定目标的所述预定温度是基于所述预定目标的临床测量的。
4.根据权利要求1所述的非接触式医用温度计，其中所述至少一个目标是前额。
5.根据权利要求3所述的非接触式医用温度计，其中所述预定的补偿信息被配置为线性的数学函数。
6.根据权利要求5所述的非接触式医用温度计，其中所述数学函数为Tc＝Tt+A×d+B，其中Tc为所述补偿温度，Tt为所述目标的温度，其中A和B为系数，以及其中d为所述温度计距离所述目标的距离。
7.根据权利要求6所述的非接触式医用温度计，其中A为约0.05°F/cm，并且B为约0.1°F。
8.根据权利要求6所述的非接触式医用温度计，其中当d小于或等于约15cm时，A为约0.05°F/cm，并且B为约0.2°F；并且其中当d大于约15cm时，A为约0.15°F/cm，并且B为约0.1°F。
9.根据权利要求3所述的非接触式医用温度计，其中所述预定的补偿信息被配置为查阅表。
10.根据权利要求3所述的非接触式医用温度计，其中所述预定的补偿信息被配置为一个或多个补偿值。
11.根据权利要求10所述的非接触式医用温度计，其中第一补偿值用于所述医用温度计和所述目标之间的距离的第一范围，并且第二补偿值用于所述医用温度计和所述目标之间的距离的第二范围。
12.根据权利要求10所述的非接触式医用温度计，其中所述一个或多个补偿值在约0.0°华氏度和5.0°华氏度之间。
13.根据权利要求10所述的非接触式医用温度计，其中所述一个或多个补偿值为约0.1°华氏度的单个补偿值。
14.根据权利要求3所述的非接触式医用温度计，其中所述预定的补偿信息还与所述红外传感器的温度有关。
15.根据权利要求3所述的非接触式医用温度计，其中所述预定的补偿信息还与周围环境的温度有关。
16.根据权利要求1所述的非接触式医用温度计，其中所述距离传感器被配置为向所述目标发射辐射，捕获经所述目标反射的所发射的辐射的至少一部分，并且将距离信号发送给所述微处理器，并且
其中所述微处理器被配置为基于所述距离信号和反射的辐射的特性确定对应于所述温度计和所述目标之间的距离的距离值。
17.一种确定补偿温度的方法，包括如下步骤：
保持红外温度计接近目标，所述温度计包括存储器，所述存储器包含与所述红外温度计和所述目标之间的至少一个预定距离和所述目标的至少一个预定温度有关的预定的补偿信息；并且
启动所述红外温度计以进行下述步骤：
测量所述红外温度计和所述目标之间的距离；
测量所述目标的温度；以及
基于所述预定的补偿信息、所述距离测量和所述目标温度测量确定补偿温度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述目标是前额。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述预定的补偿信息被配置为线性的数学函数。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述数学函数为Tc＝Tt+A×d+B，其中Tc为所述补偿温度，Tt为所述目标的温度，其中A和B为系数，以及其中d为所述温度计距离所述目标的距离。
21.根据权利要求20所述的方法，其中A为约0.05°F/cm，并且B为约0.1°F。
22.根据权利要求20所述的方法，其中当d小于或等于约15cm时，A为约0.05°F/cm，并且B为约0.2°F；并且其中当d大于约15cm时，A为约0.15°F/cm，并且B为约0.1°F。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述预定的补偿信息被配置为查阅表。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述预定的补偿信息被配置为一个或多个补偿值。
25.根据权利要求24所述的方法，其中第一补偿值用于所述医用温度计和所述目标之间的距离的第一范围，并且第二补偿值用于所述医用温度计和所述目标之间的距离的第二范围。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述一个或多个补偿值在约0.0°华氏度和5.0°华氏度之间。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述一个或多个补偿值为约0.1°华氏度的单个补偿值。
28.根据权利要求17所述的方法，其中所述预定的补偿信息还与所述红外传感器的温度有关。
29.根据权利要求17所述的方法，其中所述预定的补偿信息还与所述周围环境的温度有关。
30.一种非接触式医用温度计，包括：
红外传感器组件，所述红外传感器组件包括能够感应来自用户的前额的红外辐射的红外传感器；
距离传感器，所述距离传感器被配置为测定所述温度计距离所述用户的前额的距离；
存储器部件，所述存储器部件至少可操作地连接至所述红外传感器组件和所述距离传感器，并且包含至少一个预定的补偿值，所述至少一个预定的补偿值将临床预定的温度与距离所述前额预定距离处的前额的温度值以及所述周围环境或所述温度计的温度关联；和
微处理器，所述微处理器至少可操作地连接至所述存储器部件，并且被配置为基于来自所述用户的前额的所述红外辐射、所述温度计距离用户的前额的距离和所述预定的补偿值确定补偿的前额温度。
31.根据权利要求30所述的非接触式医用温度计，其中所述一个或多个补偿值在约0.0°华氏度和5.0°华氏度之间。
32.根据权利要求30所述的非接触式医用温度计，其中所述一个或多个补偿值为约0.1°华氏度的单个补偿值。
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