CN109154527A - 校准用于测量个体体温的热通量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种校准用于测量个体体温的热通量传感器的方法，以及热通量传感器。在本发明的第一方面，提供了一种校准用于测量个体(20)的体温的热通量传感器(10)的方法。该方法包括利用应用到个体(20)的身体部位上的热通量传感器(10)测量(S101)热通量，获得(S102)热通量传感器的参考温度值，该参考温度在热通量传感器的背离身体的一侧处测得，以及获得(S103)个体的体温值。进一步地，该方法包括通过使用所测量的热通量、所获得的参考温度值和所获得的体温值，确定(S104)传感器和个体的总传热系数。

Description

校准用于测量个体体温的热通量传感器

技术领域

本发明涉及校准用于测量个体体温的热通量传感器的方法以及热通量传感器。

背景技术

在本领域中，测量哺乳类动物，特别是人类的体温一直是长期存在的问题。

侵入性方法是众所周知的，诸如直肠、口腔或鼓室测量，但是具有引起开始经受侵入性温度测量的个体不适的倾向。进一步地，必须确保在进行侵入性温度测量时，正确地定位测量探针。此外，体温取决于经受测量的身体部位而稍微变化。

因此，优选非侵入性体温测量方法。随着诸如智能手表、健身追踪器、健康监测设备、数字膏药、服装等各种类型的可穿戴设备的出现，测量体温的非侵入性方法甚至进一步突出。

发明内容

本发明的目的是解决本领域中的这些问题，以及提供体温非侵入性测量的方法。

在本发明的第一方面，此目的通过校准用于测量个体体温的热通量传感器的方法实现。该方法包括利用应用到个体的身体部位的热通量传感器测量热通量，获得热通量传感器的参考温度值，以及获得个体的体温值，该参考温度在热通量传感器的背离身体的一侧处测得。进一步地，该方法包括通过使用所测量的热通量、所获得的参考温度值和所获得的体温值，确定传感器和个体的总传热系数。

在本发明的第二方面，此目的通过被配置为测量个体体温的热通量传感器实现。热通量传感器被布置为利用应用到个体的身体部位的热通量传感器测量热通量，获得热通量传感器的参考温度值，以及获得个体的体温值，该参考温度在热通量传感器的背离身体的一侧处测得。热通量传感器进一步被布置为通过使用所测量的热通量、所获得的参考温度值和所获得的体温值，确定传感器和个体的总传热系数。

有利地，通过测量传感器的电压输出，能够确定热通量。之后，在热通量传感器的上侧测量参考温度值，比如使用热敏电阻。

基于热通量及参考温度与体温Tc之间的差，计算传感器和其上布置有传感器的个体的总传热系数。

有利地，利用本发明，总传热系数h通过以下任一方式校准：

(a)假设体温为Tc＝37℃(或者被认为最能表示“正常的”体温的任何值)，或者

(b)测量个体体温。

使用选项(a)或选项(b)，确定总传热系数，并且已有利地校准了热通量传感器。能够存储此传热系数以供后续使用。

如果传感器比如在对于个体而言是个人的并且因此将仅由个体使用的可穿戴设备(诸如，智能手表或健康手环，或者智能电话或平板计算机)中实施，则选项(b)可有利地优选。

在传感器将被更大的个体组使用(对于组中的每个个体也许仅一次或两次)的另一情形中，可有利地优选如选项(a)中提出的设置Tc＝37℃。

在实施例中，使用所确定的总传热系数、测量的热通量和获得的参考温度值，有利地测量个体的体温。如果需要，可再校准传感器设备，从而获得更新的总传热系数。

在实施例中，传感器有利地在智能电话或可穿戴设备中实施，该智能电话或可穿戴设备包括可由用户操作的应用程序，以引起智能电话/可穿戴设备执行上文描述的校准过程，并且进一步测量个体的体温。

比如，可设想用户按下智能电话的温度应用程序上的“校准”，其中电话的处理单元读取来自热通量传感器的电压输出，并且因此确定热通量。之后，处理单元从传感器的热敏电阻读取传感器参考温度。处理单元进一步比如从服务器获得体温，或者通过从其存储器获得预存储值来获得体温，或者通过用户经由该应用程序输入温度值来获得体温。

最后，处理单元基于所测量的热通量、所获得的参考温度值和所获得的体温值有利地确定传热系数，并且将值存储在存储器中。

随后，在针对传感器和用户的关于比如皮肤厚度、脂肪、身体组织的个体属性的结合校准传感器之后，用户按下应用程序的“测量温度”，其中处理单元使用热敏电阻测量传感器电压输出和参考温度，且有利地利用所存储的传热系数测量用户的体温。

在又一实施例中，传感器(或移动电话/可穿戴设备)有利地能够与远程定位的设备(诸如服务器)通信以用于报告测量的体温。

进一步提供了包括计算机可执行指令的计算机程序，该计算机可执行指令用于当计算机可执行指令在包括在热通量传感器中或结合热通量传感器的处理单元上执行时，引起热通量传感器执行根据本发明的第一方面的方法。

进一步提供了包括计算机可读介质的计算机程序产品，计算机可读介质具有在其上体现的处理单元的计算机程序。

将在具体实施方式中描述进一步的实施例。

通常，除非本文中另外明确地限定，否则权利要求书中使用的所有术语应当根据在技术领域这些术语的普通含义来解释。除非另外明确地陈述，否则对“一个/一种/该元件、装置、部件、装置(means)、步骤等”的所有引用应被开放地解释为指代该元件、装置、部件、装置、步骤等中的至少一个实例。本文公开的任何方法的步骤不必按公开的精确顺序执行，除非明确地陈述。

附图说明

现在通过示例的方式参考附图描述本发明，在附图中：

图1示出了通过将根据本发明的实施例的热通量传感器应用到经受温度测量的个体的身体部位的体温测量；

图2示出了示出根据本发明的实施例的校准用于测量个体体温的热通量传感器的方法的流程图；

图3示出了根据本发明的实施例的装备有微处理器和通信界面12的热通量传感器；

图4示出了热通量传感器在可穿戴设备中实施的实施例；

图5示出了传感器在智能电话内实施的进一步的实施例；

图6示出了传感器在智能电话内实施的又一进一步的实施例；以及

图7示出了根据实施例的热通量传感器。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明可以许多不同形式体现，且不应理解为局限于本文阐述的实施例；相反地，通过示例的方式提供这些实施例，使得本公开将透彻和完整，并且向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。贯穿说明书，相同附图标记指代相同元件。

图1示出了通过将根据本发明的实施例的热通量传感器10应用到经受温度测量的个体20的身体部位的体温测量。

如图1中所示，在传感器10的底侧处测得的皮肤温度表示为Ts，而在传感器上侧处测得的环境温度表示为Ta。这仅是为了说明；应注意，在下面讨论的实施例中没有必要测量皮肤温度Ts。

体温是个体20的在皮肤和脂肪组织下面的温度且表示为Tc。

进一步参考图2，图2示出了示出根据实施例的校准用于测量个体体温的热通量传感器的方法的流程图。

现在在步骤S101中，利用应用到个体20的身体部位的热通量传感器10测量热通量。

热流或热通量q如下测量：

其中Vsen是传感器电压输出，并且Esen是已知的特定于个体传感器10的校准常数。因此，热通量q利用方程(1)计算。

因此热通量q使用传感器电压输出Vsen和已知的传感器校准常数Esen间接测量。

在步骤S102中，测量在传感器10的上侧(即，传感器10的背离个体20的身体的侧面)处的温度Tr以供参考。这可通过使用布置在热通量传感器10处的温度传感器(诸如热敏电阻)来进行。

现在，确实已知传感器10的所谓的传热系数h，但由于人类(或动物)之间的个体差异，所以组合的传感器10和个体20的传热系数h是未知的。

总传热系数h如下计算：

如能够得出结论，结合的传感器10和个体20的总传热系数取决于热通量q，以及参考温度Tr(即，传感器10上侧的温度)和体温Tc之间的差。

有利地，利用本发明，总传热系数h通过以下任一方式校准：

(c)假设体温为Tc＝37℃(或者被认为最能表示“正常的”体温的任何值)，或者

(d)测量个体体温。已知不同个体具有不同体温，并且被称为正常体温(normothermia)的“正常的”体温在36.5-37.5℃的范围内变化。

因此，假设个体具有例如36.5℃的正常体温，一次性测量其上将应用传感器10的个体20的体温Tc将会产生更准确的结果。

如果传感器10比如在对于个体20而言是个人的并且因此将仅由个体20使用的可穿戴设备(诸如，智能手表或健康手环，智能电话或平板计算机)中实施，则选项(b)可有利地优选。

在传感器将被更大的个体组使用(对于组中的每个个体也许仅一次或两次)的另一情形中，可有利地优选如选项(a)中提出的设置Tc＝37℃。

利用步骤S103中获得的所测量的或估算的体温Tc，通过确定总传热系数h(如最终在步骤S104中完成)，方程(2)可有利地被用于校准传感器10以适用于该特别的个体20。

比如由于个体的脂肪组织增加或减少，所以可有利地频繁重复校准传感器10以适用于个体20的这一过程。

在实施例中，在步骤S101-S104中传感器10的校准之后，考虑到热通量的传感器测量，使用修改形式的方程(2)，可在步骤S105中连续地测量个体20的体温Tc：

图3示出了根据本发明的实施例的装备有用于根据方程(1)至(3)执行计算的处理设备11(诸如微处理器)并且甚至装备有用于将数据发送到远程位置/从远程位置接收数据的有线或无线通信界面12的传感器10。图3的传感器10进一步装备有用于测量参考温度Tr的热敏电阻13。

微处理器11可与传感器10集成，或可布置在与传感器10共有的印刷电路板上。

在此类实施例中，特别是鉴于具有各种连接的传感器和设备的新兴的物联网(IoT)，能够设想，传感器10的微处理器11经由无线界面12从远离传感器10定位的IoT使能的温度计30接收先前已由温度计30测量的个体的体温Tc。

随后，如在步骤S101-S104中描述，微处理器11校准传感器10以得到传热系数h，或者如果已执行校准，则通过利用方程(3)测量个体20的体温Tc。

如图3中进一步示出，可设想，在实施例中，传感器设备10向远程定位设备(诸如，服务器40)提交任何测量结果以用于进一步分析和/或处理。

进一步地，可设想，个体群体中每个的所测量的体温Tc集中保存于存储在远程服务器40处的数据库中，其中在需要时，微处理器11经由无线界面11从服务器40处的数据库中取出该特别个体20的所测量的体温Tc。作为替换方案，设想，个体本身能够经由界面11输入所测量的体温。在此类情形中，如果界面11为图形用户界面(比如触摸屏)，则是特别有利的。

图4示出了传感器10在可穿戴设备15(诸如智能手表、健康手环、健身追踪器等)中实施的实施例。传感器10甚至可利用服装(诸如衬衫)实施，在数字膏药或类似于伤口贴片的贴片中实施。

传感器设备10的环境温度Tr是比如由热敏电阻13测量的传感器设备上侧的温度，即，可穿戴设备15内部的温度。进一步地，可穿戴设备15已包括微处理器、存储器、通信界面等形式的智能。

此外，根据方程(1)通过传感器10测量热通量，且可穿戴设备15使用方程(2)校准总传热系数。

体温Tc如先前讨论地估算或测量，且在校准后，传感器10能够使用方程(3)测量体温。

图5示出了传感器10在智能电话50中实施的进一步的实施例。因此，根据如上所述的测量温度的方法，用户可将智能电话50的背面放置在她的身体的某个部位上，然后启动智能电话50上的应用程序以用于测量她的体温，其中体温被测量并且呈现在智能电话50的屏幕上。

进一步参考图5，根据实施例的该方法的一些步骤实际上由以一个或多个微处理器形式体现的处理单元51执行，一个或多个微处理器被布置为执行下载到与微处理器51相关联的合适的存储介质52(诸如随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、硬盘驱动器、云服务或其他信息存储设备)的计算机程序53。处理单元51被布置为当将包括计算机可执行指令的适当计算机程序53下载到存储介质52且由处理单元51执行时，引起传感器10根据实施例进行测量。存储介质52也可为包括计算机程序53的计算机程序产品。替换地，计算机程序53可通过合适的计算机程序产品(诸如，数字通用光盘(DVD)或记忆棒)传送到存储介质。作为进一步的替换方案，计算机程序53可通过网络被下载到存储介质52。处理单元51可替换地以数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等形式体现。

参考图6且进一步参考图2的流程图，用户按下智能电话50的温度应用程序上的“校准”，其中处理单元51读取来自热通量传感器10的电压输出Vsen，并且在步骤S101中使用方程(1)确定热通量。之后，处理单元51根据步骤S102从热敏电阻13读取传感器参考温度。处理单元51进一步比如在步骤S103中从服务器40获得体温，或通过从存储器52获得预存储值来获得体温，或通过用户经由应用程序输入温度值来获得体温。

最后，处理单元51在步骤S104中使用方程(2)确定传热系数，并且将值存储在存储器52中。此过程可在连续的基础上或者通过用户操作应用程序上的“校准”图标或者移动电话50自动执行温度再校准程序重复(诸如一星期一次)，。

随后，在针对传感器和用户的关于比如皮肤厚度、脂肪、身体组织的个体属性的结合校准传感器10之后，用户可操作应用程序的“测量温度”图标，其中处理单元51使用热敏电阻13测量传感器电压输出Vsen和参考温度Tr，并且最后利用方程(3)与所存储的传热系数h来测量用户的体温Tc，如步骤S105中描述。

在实施例中，智能电话50(或先前描述的可穿戴设备15)通过无线方式将测量的体温值提交到中央服务器40以保持记录，服务器40位于比如医疗机构处。在又一实施例中，测量的体温值利用应用程序存储在本地，使得用户可向应用程序咨询测量的体温值来保持记录且跟踪趋势。

在可穿戴设备(诸如数字膏药)包括根据本发明的实施例的传感器10的情况下，可设想，膏药连续地测量和存储用户的体温值，并且诸如如果测量值指示用户正在发烧，例如通过音频警报向用户通知测量值的趋势，。在数字膏药应用到儿童的情况下，这是特别有利的，其中例如，如果儿童的体温超过37℃，数字膏药响起警报，从而通知父母所测量的体温。

图7示出了根据实施例的热通量传感器10。在传感器中，多个直径为500-700nm的纳米线16由塑料基板17封装。

纳米线16从传感器10的上侧和下测之间的温差生成电压Vsen。这通过在纳米线16中使用不同金属的独特组合来实现。生产过程必须在在蚀刻和电镀方面高度精确，以便实现每根纳米线16内的不同金属材料之间的充分连接。

已经参考一些实施例主要地描述了本发明，然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附专利权利要求书限定的本发明的范围内，除以上公开的实施例之外的其他实施例同样是可能的。

Claims (17)

1.一种校准用于测量个体(20)的体温(Tc)的热通量传感器(10)的方法，所述方法包括如下步骤：

利用应用到所述个体的所述身体的部位的所述热通量传感器测量(S101)热通量(q)；

获得(S102)所述热通量传感器的参考温度值(Tr)，所述参考温度在所述热通量传感器的背离所述身体的一侧处测得；；

获得(S103)所述个体的体温值；

通过使用所述测量的热通量、所述获得的参考温度值和所述获得的体温值，确定(S104)所述传感器和所述个体的总传热系数(h)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器(10)参考温度值(Tr)的所述获得(S102)包括：

利用温度传感器(13)测量所述传感器的所述参考温度值。

3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的方法，其中体温值(Tc)的所述获得(S103)包括：

估算所述个体(20)的体温值以用于确定(S104)所述总传热系数(h)。

4.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的方法，其中体温值(Tc)的所述获得(S103)包括：

从远程位置(40)接收所述个体(20)的测量的体温值，以用于确定(S104)所述总传热系数(h)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：

使用所述确定的总传热系数(h)、测量的热通量(q)和获得的参考温度值(Tr)测量(S105)所述个体(20)的体温值(Tc)。

6.一种被配置为测量个体(20)的体温(Tc)的热通量传感器(10)，所述热通量传感器(10)被布置为：

利用应用到所述个体的所述身体的部位的所述热通量传感器测量热通量(q)；

获得所述热通量传感器的参考温度值(Tr)，所述参考温度值在所述热通量传感器的背离所述身体的一侧处测得；

获得所述个体的体温值；

通过使用所述测量的热通量、所述获得的参考温度值和所述获得的体温值，确定所述传感器和所述个体的总传热系数(h)。

7.根据权利要求6所述的传感器(10)，所述传感器进一步装备有被布置为测量所述传感器的所述参考温度(Tr)的温度传感器(13)。

8.根据权利要求6或权利要求7中任一项所述的传感器(10)，所述传感器进一步装备有被布置为确定所述传感器和所述个体的所述总传热系数(h)的处理单元(11)。

9.根据权利要求8所述的传感器(10)，所述处理单元(11)进一步被布置为估算所述个体(20)的所述体温值(Tc)以用于确定(S104)所述总传热系数(h)。

10.根据权利要求8所述的传感器(10)，所述处理单元(11)进一步装备有通信界面(12)，所述通信界面(12)被布置为接收所述个体(20)的测量的体温值(Tc)以用于确定(S104)所述总传热系数(h)。

11.根据权利要求6至权利要求10中任一项所述的传感器(10)，所述处理单元(11)进一步被布置为使用所述确定的总传热系数(h)、测量的热通量(q)和获得的参考温度值(Tr)测量所述个体(20)的体温值(Tc)。

12.一种包括根据权利要求6至权利要求11中任一项所述的传感器(10)的可穿戴设备(15)。

13.一种包括根据权利要求6至权利要求11中任一项所述的传感器(10)的智能电话(50)。

14.根据权利要求12和权利要求13所述的可穿戴设备(15)或智能电话(50)，所述可穿戴设备(15)或智能电话(50)进一步被配置为：

向所述个体(10)通知测量的体温值。

15.根据权利要求13所述的智能电话(50)，所述智能电话(50)进一步包含可由用户操作的应用程序以引起所述智能电话(50)执行根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的方法。

16.一种包括计算机可执行指令的计算机程序(53)，所述计算机可执行指令用于当计算机可执行指令在包括在设备(50)中的处理单元(51)上执行时，引起所述设备执行权利要求1至权利要求5中任一项所述的步骤。

17.一种包括计算机可读介质(52)的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有在其上体现的根据权利要求16所述的计算机程序(53)。