CN110742591A - 肚脐测量肠道核温的无创测量方法和设备 - Google Patents

Abstract

肚脐测量肠道核温的无创测量方法和设备，设备位于人体腹部的肚脐表面，用于检测人体肠道核温，包括导热下盖和隔热上壳体，导热下盖和隔热上壳体内设有电路板，电路板上设有红外线温度传感器、环境温度传感器、IC芯片、数据传输芯片和电源，导热下盖上与红外线温度传感器对应位置设有测量孔，通过设备中传感器检测到的数值算出接近肚脐肠道内的核心温度数值，再通过通信模块将温度信息上传到上位机用于显示和存储。本发明实现便捷、快速、无创、实时、精准的测量最接近人体肠道内的核心温度，有效解决了现有无创测温技术不能快速、准确、持续、实时、长时间的测量人体肠道核心温度的缺陷。

Description

肚脐测量肠道核温的无创测量方法和设备

技术领域

本发明涉及人体医疗核心体温监测设备技术领域，特别涉及肚脐测量肠道核温的无创测量方法和设备。

背景技术

人体核心温度是一种重要的医学生命体征，在发烧和术后康复等多种情况下体温是随着身体康复情况不断发生变化的，往往需要在这期间需要长期的对人体核心温度进行实时测量，医疗测量的人体核心温度是指身体内部胸腔、腹腔和中枢神经的温度，由于人体核心温度不易测试，临床上常以耳膜、前额、口腔、腋窝、直肠等处的相对温度来代表体温，而实际的核心温度和这些位置测量的温度相差了0.4-1度，直肠温度最接近于人体核心温度的。而目前医疗系统内是通过定时单次测量的方式来测量和发现患者体温是否在正常范围，这种单次测量的方式效率极低，工作量极大，人体核心温度偏离正常范围1摄氏度，如没有及时发现和救治就可能危及到生命，所以能长期持续、实时、准确、快速的测量到人体核心温度变化情况至关重要。

但是目前测量人体核心温度，是通过有创的方法，将带有温度传感器的导管插入人体血管内或是直肠内来获取人体核心温度，这些方法可能会产生副作用、感染、血管凝固等后果，对于患者而言是极大的痛苦和不舒适。并且插入人体血管内或是直肠内测温也不太适合长期实时的检测。

或是通过测量体表温度来估计核心温度，这是将手或是热电偶、热敏电阻、电子温度传感器、红外线温度测量仪器与前额接触，可以估计核心温度，但是由于人体皮肤和其他中间组织内外的温度降幅，这些传感器采集的温度与核心温度有一定的误差，这一温度误差不是恒定的，而是根据个体的差异、出汗、室温、测量部位、脂肪厚度等因素而显著改变，而且前额测温不方便固定和配戴也不太适合长期实时的检测。

还有通过口腔温度计估计核心温度，将温度计放置在舌下测量到的温度和核心温度相差0.2-0.5摄氏度左右，然而即使口腔温度也存在小误差，如呼吸、摄食或是其他空腔活动也会导致测量温度的误差。通过口腔测量核心温度也不太适合长期实时的监测。

还有通过插入式耳道的红外体温计，鼓膜相对紧靠脑部并且相对准确反映核心体温，但是每个人的耳道形状都不相同，而耳道的弯曲可能会和耳道内耳垢等因素会阻碍接近鼓膜，导致测量温度误差的增加。温度计与鼓膜的接触容易引起耳部感染，这是严重的医疗状况。通过鼓膜测量核心温度也不太适合长期实时的监测。

还有通过将温度传感器放入腋下，通过加紧腋窝，使腋下形成封闭的环境防止热量流失，从而获得估计核心温度，通常腋下温度比核心温度相差0.2-0.8摄氏度，然而腋下温度也存在小误差，特被是在手臂活动、站起、拿东西时不容让腋下保持封闭的环境，导致测量温度误差急剧变大。通过腋下测量核心温度也不太适合长期实时的监测。

还有通过在腹部固定一个温度传感器来获取腹部接近肠道的温度，从而来估计人体核心温度，但是因为个体的差异导致误差变大，如婴儿时期腹部的脂肪组织比较薄，皮肤紧贴内部肠道所以所测的温度能比较准确的反映体内核心温度，随着人的成长，腹部组织和脂肪不当变厚，组织内部的温度下降，导致通过这种方法测量的温度离核心温度的误差不断变大，不能准确反映不同年龄、不同胖瘦等人群的核心温度。

发明内容

本发明要解决现有技术的问题，提供肚脐测量肠道核温的无创测量方法和设备，能实现对不同年龄段、不同人群、可配戴、无创、长期、持续、实时、快速、准确的人体肠道核心温度的持续测量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

肚脐测量肠道核温的无创测量设备，设备位于人体腹部的肚脐表面，用于检测人体肠道核温，包括导热下盖和隔热上壳体，导热下盖和隔热上壳体内设有电路板，电路板上设有红外线温度传感器、环境温度传感器、IC芯片、数据传输芯片和电源，导热下盖上与红外线温度传感器对应位置设有测量孔。导热下盖贴近接近肠道核心温度的肚脐皮肤表面，用于快速将人体肚脐区域皮肤表面温度传导到设备内部并保持稳定的温度状态，从而提高红外线传感器测量肚脐皮肤表面温度的准确度，具有较高导热性能，由一定柔软性的弹性材料制作而成，可以采用医用复合硅胶通过添加一定比例的高导热性氮化铝材料复合工艺处理而成。而隔热上壳体起到隔热保温作用，采用医用复合硅胶材料通过添加一定比例的隔热材料复合工艺处理而成，具有较低的传热率和存储热量性能，可以将导热下盖传导到红外线传感器上的温度在一定时间内保持稳定状态，提高红外线传感器测量肚脐皮肤表面温度和环境温度传感器测量红外线温度传感器周围的环境温度时准确度。

作为优选，所述红外线温度传感器凸出于电路板，导热下盖上测量孔位置设有凸起。凸起的部分能让红外线温度传感器更接近肚脐表面皮肤，测量温度更准确。

作为优选，所述设备朝向腹部一侧设有隔离套。隔离套对应导热下盖上测量孔位置设有凸起，包裹住朝向人体的一面，用于隔离人体皮肤分泌物(如：汗液、细菌)和设备直接接触，可以有效隔绝设备和人体细菌的接触防止二次感染，材质采用聚乙烯pp材料制作、最小厚度小于0.01毫米的薄膜，能有效透过红外线，一次使用后可替换新的。

作为优选，所述设备朝向腹部一侧设有双面贴，用于将设备和人体皮肤表面贴合固定，其采用较薄的双面具有贴合作用的材料，包含但不限于医用无纺布双面贴、pp医用双面贴、水凝胶双面贴等。

作为优选，所述设备朝外一侧设有单面贴，单面朝肚脐周围的腹部皮肤区域贴合，完全覆盖测量设备，采用较薄的单面具有贴合作用的材料，包含但不限于医用无纺布单面贴、pp医用单面贴、水凝胶单面贴等。

作为优选，所述红外线温度传感器外套有罩环。罩环用于快速传导热流同时屏蔽环境辐射干扰，使红外线温度传感器能够快速通过热流传导实现环境温度调整，使自身温度保持稳定，可以是采用高导热率的铜作为材料制作的环形罩，套在红外线温度传感器上，中间镂空能使被测物体的红外线正常通过。

作为优选，还设有无线充电器，无线充电器上设有容纳设备的设备放置槽及充电端口。测量设备的形状呈一面有凸起的扁平状，轮廓可以呈圆形、跑道形、椭圆形等，无线充电器的设备放置槽轮廓略大于测量设备，可较宽松的放入其中。

肚脐测量肠道核温的无创测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

S1、将设备固定在人体腹部的肚脐处；

S2、设备开机，进入初始化状态；

S3、采集数据，红外线温度传感器和环境温度传感器分别采集肚脐处皮肤表面和测量设备内红外线温度传感器周围环境的温度数据；

S4、计算接近肚脐肠道内的核心温度数值，计算公式为：

T_c＝T_a+K_aV

式中：T_c为肠道核心温度，T_a为设备内部的环境温度，V为红外线温度传感器的检测值，K_a为环境温度补偿系数；

S5、将数据传输到上位机中储存、显示；

S6、判断是否结束测温，如结束测温则进入待机状态。

作为优选，在步骤S2中，设备自动判断是否连接上位机：如判断有连接上位机，开始进入步骤S3；如判断没有连接上位机，结束测温，进入待机状态。

作为优选，所述的环境温度补偿系数K_a通过在先标定S的过程中计算得到，其计算公式为：

式中：L为皮肤表面与红外线温度传感器之间的距离，S为肚脐皮肤表面辐射率，T_a为设备内部的环境温度。

作为优选，在步骤S3及S4中，有效的数据采集是在开机一段时间后进行，并在一定时间段内连续采集多组数据，计算多个核心温度数值，通过最小二乘法获得最接近真实的肠道核心温度数值，并作为显示的温度读数。

本发明的有益效果在于：1、可以通过对该核心体温进行实时、持续、准确、无创的监护测量，对患者病情进行有效及时描述，适用于儿童体温监护、医疗诊断、生命体征监护、ICU重病监护、基础体温持续测量监护和康复监护医疗核心体温监护等相关应用上。

2、可以长期配戴来监护人体肠道的核心温度变化，真实的反映出比其他部位更准确和稳定的人体核心温度变化。

3、可穿戴的粘贴方式提供了更加方便、舒适的人体核心温度测量方式。肚脐的配戴测量方式能让用户感到更舒适，使用简单不需要另外的人来配合。

4、不对人体造成侵入式创伤就可以实现肠道核温的持续测量。

5、不同年龄人群和不同胖瘦人群都可以测量到人体肠道的核心温度。

6、提供了通过在接近肠道核心温度的肚脐皮肤表面位置或位于所述表面附近腹部测量区域皮肤表面位置，来获得接近肠道核心温度的测量方式，结合设置环境温度补偿系数来校准在肚脐皮肤表面位置测量肠道核温的方法，测量更准确。

附图说明

图1是人体腹部正面的局部解剖图；

图2是本发明中测量设备与人体的正视图；

图3是本发明中测量设备与人体侧面的剖视图；；

图4是本发明中测量设备与人体的剖视放大图；

图5是本发明中测量设备的侧视图；

图6是本发明中测量设备的立体图；

图7是本发明中测量设备的爆炸图；

图8是本发明中测量设备的局部立体图；

图9是本发明中测量设备的内部结构的一个立体图；

图10是本发明中测量设备的内部结构的另一个立体图；

图11是本发明中测量设备的内部结构的正视图；

图12是本发明中测量设备与无线充电器的立体图；

图13是本发明中测量方法的流程示意图；

图14是本发明中测量方法的通信架构流程示意图；

图15是在不同环境温度下的校准系数示图表(部分)；

图16是本发明通过最小二乘法提高准确性的示意图。

图中序号：1、导热下盖，1.1、测量孔，1.2、凸起，2、隔热上壳体，3、电路板，4、红外线温度传感器，5、环境温度传感器，6、IC芯片，7、数据传输芯片，8、电源，9、隔离套，10、双面贴，11、单面贴，12、罩环，13、无线充电器，13.1、设备放置槽，13.2、充电端口，100、设备，200、腹部，300、肚脐，400、肠道，500、皮肤脂肪组织层，600、物联网数据接收终端，700、智能数据接收终端，800、云服务器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明。

实施方式为：如图1所示，示出了人体正面的局部解剖图，展现了腹部200、肚脐300、肠道400和皮肤脂肪组织层500，结合图2-3所示，示出了设备100的配戴位置图，位于人体腹部200的肚脐300表面，用于检测人体肠道400核温。

结合图4-11所示，肚脐测量肠道核温的无创测量设备，设备100包括导热下盖1和隔热上壳体2，导热下盖1和隔热上壳体2内设有电路板3，电路板3上设有红外线温度传感器4、环境温度传感器5、IC芯片6、数据传输芯片7和电源8，导热下盖1上与红外线温度传感器4对应位置设有测量孔1.1，红外线温度传感器4外套有罩环12，罩环12呈圆台状结构，中间设有容纳红外线温度传感器4的通孔。其中，设备100朝向腹部200一侧设有隔离套9，红外线温度传感器4凸出于电路板3，导热下盖1上测量孔1.1位置设有凸起1.2，隔离套9上对应位置也设有凸起结构。设备100的固定通过朝向腹部200一侧的双面贴10或朝外一侧的单面贴11，或者两者结合使用，其中单面贴11中间对应红外线温度传感器4位置设有开口。

通过IC芯片6对红外线温度传感器4和环境温度传感器5测量的数据进行计算得到肠道核心温度数值T_c。数据传输芯片7采用无线收发芯片，如蓝牙收发芯片、RFID收发芯片等，将读出的数值通过无线方式传输到上位机用于显示和存储。电源8用于给设备100提供电力和充放电管理，充电可以采用接触式充电或无线充电等方式，结合图12所示，具有配套使用的无线充电器13，无线充电器13上设有容纳设备100的设备放置槽13.1及充电端口13.2。

结合图13所示，肚脐测量肠道核温的无创测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

S1、将设备100固定在人体腹部200的肚脐300处；

S2、设备100开机，进入初始化状态；

S3、采集数据，红外线温度传感器4和环境温度传感器5分别采集肚脐300处皮肤表面及测量设备100内红外线温度传感器4周围环境的数据；

S4、计算接近肚脐肠道内的核心温度数值，计算公式一为：

T_c＝T_a+K_aV

式中：T_c为肠道核心温度，T_a为设备内部的环境温度，V为红外线温度传感器的检测值，K_a为环境温度补偿系数；

S5、将数据传输到上位机中储存、显示；

S6、判断是否结束测温，如结束测温则进入待机状态。

在步骤S1中，可以采用双面贴10或单面贴11，或者两者结合使用，将设备100粘贴在肚脐300位置，防止脱落，导热下盖1的测量孔1.1及凸起1.2对准肚脐300。采用红外线温度传感器4测量接近肠道核心温度的肚脐皮肤表面温度数据的优势在于，不同个体的腹部脂肪和肌肉组织厚度不同导致肠道核心温度在传导到腹部靠近肠道温度的腹部皮肤表面的温度产生了不同的温度降低，而人体肚脐皮肤表面温度最接近人体肠道核心温度，且没有脂肪等人体组织阻挡温度传递到肚脐皮肤表面，因此测量即准确又适应不同的个体。

在步骤S2中，设备100自动判断是否连接上位机：如判断有连接上位机，开始进入步骤S3；如判断没有连接上位机，结束测温，进入待机状态。

在步骤S4中，环境温度补偿系数K_a通过在先标定S的过程中计算得到，其计算公式二为：

式中：L为皮肤表面与红外线温度传感器之间的距离，S为肚脐皮肤表面辐射率，T_a为设备内部的环境温度。结合图14所示，设备在实际给用户测量之前需要进行红外线温度传感器及环境温度补偿系数K_a的标定，红外线温度传感器通过黑体设备进行标定校准，在红外线温度传感器标定校准完成之后，将设备佩戴到人体上，环境温度在一定范围内(如34℃-41℃)，以一定温度为间隔(如0.1℃、0.2℃或0.5℃等)，一一标定对应的环境温度补偿系数K_a及红外线温度传感器检测值V。在最终测量时，根据测量到的设备内部的环境温度T_a，红外线温度传感器的检测值V，找到对应已被标定的补偿系数K_a，计算人体肠道核心温度T_c，例如图15的表中，测量到的设备内部的环境温度T_a数值为35，红外线温度传感器的检测值V数值为0.149，则对应的补偿系数K_a数值为14.470，人体肠道核心温度T_c的数值通过公式一计算得到37.2。通过此方法，可以确保在35℃-42℃有效人体温度下，在30℃-42℃区间内的不同环境温度仍然可以精确的测量到人体肠道核心温度T_c。

结合图14所示，在步骤S5中，设备的数据通过数据传输芯片7传输到上位机中，上位机可以是物联网数据接收终端600或智能数据接收终端700，或两者的结合，并最终传输到云服务器800中。

在步骤S3及S4中，在开机一段时间后进行有效的数据采集(即开始的一段时间不采集数据)，并在一定时间段内连续采集多组数据，计算多个核心温度数值，通过最小二乘法获得最接近真实的肠道核心温度数值，并作为显示的温度读数，结合图16所示。

此外，本发明的设备还可以添加其他人体生命体征参数的传感器，如无创血氧传感器、无创心率传感器、无创血压传感器、无创血糖传感器等，通过相应传感器的采集，将包括核心体温以及任选的其他数据，诸如血氧、心率、血压、血糖等数值信息，通过数据传输芯片上传到上位机。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.肚脐测量肠道核温的无创测量设备，设备(100)位于人体腹部(200)的肚脐(300)表面，用于检测人体肠道(400)核温，其特征在于：包括导热下盖(1)和隔热上壳体(2)，导热下盖(1)和隔热上壳体(2)内设有电路板(3)，电路板(3)上设有红外线温度传感器(4)、环境温度传感器(5)、IC芯片(6)、数据传输芯片(7)和电源(8)，导热下盖(1)上与红外线温度传感器(4)对应位置设有测量孔(1.1)。

2.根据权利要求1所述的肚脐测量肠道核温的无创测量设备，其特征在于：所述红外线温度传感器(4)凸出于电路板(3)，导热下盖(1)上测量孔(1.1)位置设有凸起(1.2)。

3.根据权利要求1所述的肚脐测量肠道核温的无创测量设备，其特征在于：所述设备(100)朝向腹部(200)一侧设有隔离套(9)。

4.根据权利要求1或3所述的肚脐测量肠道核温的无创测量设备，其特征在于：所述设备(100)朝向腹部(200)一侧设有双面贴(10),或/且所述设备(100)朝外一侧设有单面贴(11)。

5.根据权利要求1所述的肚脐测量肠道核温的无创测量设备，其特征在于：还设有无线充电器(13)，无线充电器(13)上设有容纳设备(100)的设备放置槽(13.1)及充电端口(13.2)。

6.根据权利要求1所述的肚脐测量肠道核温的无创测量设备，其特征在于：所述红外线温度传感器(4)外套有罩环(12)。

7.肚脐测量肠道核温的无创测量方法，其特征在于所述测量方法包括以下步骤：

S1、将设备(100)固定在人体腹部(200)的肚脐(300)处；

S2、设备(100)开机，进入初始化状态；

S3、采集数据，红外线温度传感器(4)和环境温度传感器(5)分别采集肚脐(300)处皮肤表面及测量设备(100)内红外线温度传感器(4)周围环境的数据；

S4、计算接近肚脐肠道内的核心温度数值，计算公式为：

T_c＝T_a+K_aV

式中：T_c为肠道核心温度，T_a为设备内部的环境温度，V为红外线温度传感器的检测值，K_a为环境温度补偿系数；

S5、将数据传输到上位机中储存、显示；

S6、判断是否结束测温，如结束测温则进入待机状态。

8.根据权利要求7所述的肚脐测量肠道核温的无创测量方法，其特征在于：在步骤S2中，设备(100)自动判断是否连接上位机：如判断有连接上位机，开始进入步骤S3；如判断没有连接上位机，结束测温，进入待机状态。

9.根据权利要求7所述的肚脐测量肠道核温的无创测量方法，其特征在于：所述的环境温度补偿系数K_a通过在先标定S的过程中计算得到，其计算公式为：

式中：L为皮肤表面与红外线温度传感器(4)之间的距离，S为肚脐(300)皮肤表面辐射率，T_a为设备内部的环境温度。

10.根据权利要求7所述的肚脐测量肠道核温的无创测量方法，其特征在于：在步骤S3及S4中，有效的数据采集是在开机一段时间后进行，并在一定时间段内连续采集多组数据，计算多个核心温度数值，通过最小二乘法获得最接近真实的肠道核心温度数值，并作为显示的温度读数。

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