CN110974186A - 用于确定目标区域温度变化的温度监测系统和方法 - Google Patents

用于确定目标区域温度变化的温度监测系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于确定目标区域温度变化的温度监测系统和方法。一种监测系统包括：具有视场的红外检测器，从视场检测温度数据并提供指示了视场内的至少是受试者的检测温度的信号。该系统包括：具有突片温度的突片，该突片至少部分地定位在红外检测器的视场内，使得红外检测器对突片进行检测并发出指示了突片的检测温度的信号。该系统包括：固定在突片上的温度传感器，检测突片温度并提供指示了参考温度的信号。控制单元通信地耦接到红外检测器和温度传感器并计算受试者的检测温度与突片的检测温度之间的净值。控制单元通过将净值与参考温度相结合来计算受试者的核心温度。

Description

用于确定目标区域温度变化的温度监测系统和方法
相关申请的交叉引用
本公开要求享有2018年10月2日提交的题为“用于确定目标区域的温度变化的温度监测系统和方法”的美国临时专利申请序列号62/740,258的权益，其全部内容通过引用结合到本文中。
技术领域
本公开一般性涉及温度监测系统，并且具体地涉及包括有用于提高温度检测精度的温度参考突片的温度监测系统，以及利用该温度监测系统来确定目标区域的温度的方法。
背景技术
可以在健康护理设施中使用各种系统来跟踪受试者的状况并检测受试者状况的变化以便及时注意和护理。这些系统通常可以包括当受试者位于护理室时用于监测受试者的检测器或照相机。系统可以向护理人员通知受试者状况的变化。
使用红外相机的系统可用于通过捕获受试者发射的热辐射来监测受试者的温度。这些系统会包括照相机的成像传感器技术固有的信号噪声，其降低了检测到的温度的准确度。例如，在传统的红外照相机中，测量的温度可能具有±4摄氏度的误差范围。然而，这样的误差范围可能太大而不能准确地检测出受试者温度的有意义的变化。
因此，需要具有增加的测量精度的替代性温度监测系统。
发明内容
根据第一方面A1，一种监测系统，包括：具有视场的红外检测器，红外检测器从视场中检测温度数据并提供指示了视场内至少是受试者的检测温度的信号；具有突片温度的突片，其中突片至少部分地定位在红外检测器的视场内，使得红外检测器对突片进行检测并发出指示了突片的检测温度的信号；固定在突片上的温度传感器，温度传感器检测突片温度并提供指示了参考温度的信号；以及通信地耦接到红外检测器和温度传感器的控制单元，控制单元包括处理器和具有计算机可读和可执行指令的非暂时性存储器设备，当计算机可读和可执行指令由处理器执行时，促使控制单元：计算受试者的检测温度与突片的检测温度之间的净值；并通过将净值与参考温度相结合来计算受试者的核心温度。
第二方面A2包括第一方面的监测系统，其中，由控制单元计算的受试者的核心温度在实际温度的±0.5摄氏度内。
第三方面A3包括第一至第二方面中任一方面的监测系统，还包括远程站，其中控制单元耦接到远程站。
第四方面A4包括第一至第三方面中任一方面的监测系统，其中，计算机可读和可执行指令在由处理器执行时将指示了核心温度的信号发送到远程站。
第五方面A5包括第一至第四方面中任一方面的监测系统，其中，远程站从控制单元接收指示了核心温度的信号，并确定受试者的核心温度与受试者的基线温度之间的差值。
第六方面A6包括第一至第五方面中任一方面的监测系统，其中，基线温度是由监测系统确定的初始核心温度，并且在监测系统的初始化时存储在远程站中。
第七方面A7包括第一至第六方面中任一方面的监测系统，其中，基线温度由操作者输入到远程站。
第八方面A8包括第一至第七方面中任一方面的监测系统，其中，当受试者的核心温度与受试者的基线温度之间的差值大于阈值时，远程站发出警报信号。
第九方面A9包括第一至第八方面中任一方面的监测系统，其中，警报信号从远程站发送到手持设备。
第十方面A10包括第一至第九方面中任一方面的监测系统，其中，突片具有大于或等于0.90的发射率。
第十一方面A11包括第一至第十方面中任一方面的监测系统，其中，红外检测器包括长波红外相机。
第十二方面A12包括第一至第十一方面中任一方面的监测系统，其中，红外检测器以预定间隔周期性地从视场检测温度数据，并且温度传感器以该预定间隔周期性地检测突片的突片温度。
第十三方面A13包括第一至第十二方面中任一方面的监测系统，还包括通信地耦接到控制单元的环境传感器，其中，环境传感器配置为测量邻近视场的环境温度。
第十四方面A14包括第一至第十三方面中任一方面的监测系统，其中，计算机可读和可执行指令在由处理器执行时还促使处理器基于环境温度校准的受试者的检测温度和突片的检测温度。
第十五方面A15包括使用包括了红外检测器、温度传感器和突片的系统来监测受试者的核心温度的方法，该方法包括：利用红外检测器捕获目标区域的热图像，目标区域包括受试者和突片，其中，热图像包括至少与受试者的检测温度和突片的检测温度相对应的多个像素；使用位于突片上的温度传感器测量突片的参考温度；根据热图像确定受试者的检测温度与突片的检测温度之间的差值；并通过将该差值与突片的参考温度相加来计算受试者的核心温度。
第十六方面A16包括第十五方面的方法，还包括响应于受试者的核心温度超过预定阈值而发起警报，其中，警报包括可听消息、视觉显示和触觉反馈中的至少一个。
第十七方面A17包括第十五方面至第十六方面中任一方面的方法，还包括利用目标区域的环境温度校准受试者的检测温度和突片的检测温度，其中，通过环境传感器测量环境温度。
第十八方面A18包括监测系统，包括：红外检测器，其被配置为捕获目标区域的热图像；突片，其位于目标区域内使得红外检测器被配置为捕获突片的热图像；温度传感器，其位于突片上并被配置为测量突片的温度；环境传感器，其被配置为测量邻近目标区域的大气温度。
第十九方面A19包括第十八方面的监测系统，还包括与红外检测器、温度传感器和环境传感器通信的处理器，处理器配置为：分析来自红外检测器的、对应于目标区域内的受试者和突片的热数据，以检测受试者和突片的温度；分析来自温度传感器的对应于突片的热数据，以检测突片的参考温度；分析来自环境传感器的热数据以检测大气温度；通过用大气温度校准受试者的检测温度和突片的检测温度来计算受试者和突片的校正温度；以及通过将突片的参考温度与受试者和突片的校正温度之间的差值相加来计算受试者的核心温度。
第二十方面A20包括第十八或第十九方面中任一方面的监测系统，其中，处理器配置为生成与受试者的核心温度有关的监视信息，其中，监视信息包括响应于处理器确定核心温度超过预定温度阈值而产生的警报。
本文描述的监测系统和操作监测系统的方法的其他特征将在下面的具体实施方式中阐述，并且部分对于本领域技术人员来说将从该描述中变得显而易见，或者通过实践本文所述的包括下面的具体实施方式、权利要求以及附图的实施例而被认识到。
应理解地是，前面的大体的描述和以下的详细描述都描述了各种实施例，并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解，并且附图被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了本文描述的各种实施例，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性地示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的监测系统的框图；
图2示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的连接到天花板的监测系统的立体图；
图3示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的图2的监测系统的侧视图，该监测系统从红外探测器投射出囊括了目标区域的视场；
图4示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的图2的监测系统的侧视图，该监测系统朝向患者支撑件的示意性图画投射视场，使得患者支撑件在视场的目标区域内；
图5是根据本文所示和所述的一个或多个实施例的由图1的监测系统的红外检测器形成的热图像；
图6是根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于监测位于图1的监测系统的目标区域内的受试者的温度的方法的流程图；
图7示意性地示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的备选监测系统的框图，该备选监测系统包括用于检测环境温度的第三检测器；
图8示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的连接到天花板的图7的监测系统的立体图；
图9示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的包括有第三检测器的图8的监测系统的立体图；以及
图10是根据本文所示和所述的一个或多个实施例的用于监测位于图7的监测系统的目标区域内的受试者的温度的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考监测系统的实施例及其操作方法，其示例在附图中示出。只要有可能，在所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。本文描述的实施例涉及一种监测系统，该监测系统包括红外检测器、温度传感器以及突片。红外检测器检测来自视场的温度数据，并提供指示了视场内至少是受试者的检测温度的特征的信号。突片定位在视场内，使得红外检测器检测突片的温度并发出指示了突片的检测温度的信号。温度传感器固定到突片上以检测突片的温度并提供指示了参考温度的信号。控制单元通信地耦接到红外检测器和温度传感器，并且计算检测到的受试者的温度和检测到的突片的温度之间的净值，并通过将净值与参考温度组合来计算受试者的核心温度。本文将具体参考附图描述用于确定受试者的温度变化的温度监测系统的各种实施例及其使用方法。
如本文所使用的，术语“通信地耦接”用于描述本文描述的监测系统的各种组件的互连性，并且意味着组件通过线缆、光纤或无线地直接或间接地连接，使得电信号、光信号和/或电磁信号可以在各组件之间进行交换。
参考图1，示意性地描绘了监测系统100的框图。监测系统100通常包括控制器104，控制器104可通信地耦接到至少一个监视器。在一些实施例中，至少一个监视器可以包括，例如但不限于，手持设备190和/或远程站192。控制器104包括至少一个处理器106和至少一个非暂时性存储器模块108，至少一个处理器106和至少一个非暂时性存储器模块108彼此通信地耦接。非暂时性存储器模块108包括可由处理器106执行的计算机可读和可执行指令110。因此，应理解地是，至少一个处理器106可以是能够执行计算机可读和可执行指令110的任何设备。例如，处理器106可以是控制器、集成电路、微芯片、计算机或任何其他计算设备。在图1所示的实施例中，如图1所示，监测系统100还包括红外检测器112、温度传感器114以及突片116。控制器104的处理器106通信地耦接到红外检测器112和温度传感器114。
参考图1和图2，在本文描述的实施例中，红外检测器112可以能够检测来自目标区域15的红外辐射并输出指示目标区域的温度的信号。具体地，红外检测器112包括限定了目标区域15的视场14，并且红外检测器112检测从视场14和目标区域15内的物体(例如受试者)发射的红外辐射，并输出与物体发射的红外辐射的温度相对应的信号。控制器104接收由红外检测器112产生的信号。在实施例中，控制器104可以被配置并可操作以确定位于目标区域15中的受试者是否经历了核心温度相对于受试者的基线核心温度超过了预定温度阈值的变化，如下面将更详细描述的。
另外，通过进一步的示例，在确定受试者的核心温度时，控制器104可以被配置并可操作以确定出用于比较和/或分析的参考温度。特别地，控制器104可以利用参考温度来调节用红外检测器112检测的温度。在一些实施例中，当确定的受试者12(图5)的核心温度超过预定温度阈值时，控制器104可以生成警报或通过手持设备190和远程站192中的一个或多个发送警报。在其他实施例中，控制器104可以将受试者12的核心温度发送到远程站192，并且远程站192由此确定受试者12的核心温度是否超过预定温度阈值。在那种情况下，远程站192通过手持设备190、远程站192和/或两者输出警报。如下面将更详细描述的，警报可以是可听消息、视觉显示或触觉反馈的形式。
在一些实施例中，红外检测器112是利用非制冷微测辐射热计技术的热成像相机。热成像相机检测来自诸如位于热成像相机的视场14内的受试者12(图5)等的物体的电磁光谱的红外部分中的热辐射。热成像相机基于检测到的热辐射形成热图像。热图像的离散部分对应于由热成像相机的视场14内的物体发射的离散温度。在实施例中，热成像相机能够通过对区域内的热图像的离散温度求平均来确定图像的区域(例如，位于热成像相机的视场中的受试者的面部)的温度。
在实施例中，红外检测器112可以包括长波红外热成像相机，其被配置为捕获从位于红外检测器112的视场14内的物体发射的红外辐射。具体地，红外检测器112可以是对约8微米至约14微米的红外辐射波长(例如由诸如受试者12(图5)的人体发射的波长)敏感的相机。也就是说，红外探测器112包括由能够探测长波红外辐射的材料形成的传感器阵列(未示出)。例如但非限制性的，红外检测器112可以是由俄勒冈州威尔逊维尔的
Figure BDA0002222657410000071
系统公司制造的FLIR
Figure BDA0002222657410000072
LWIR相机模块。在其他实施例中，红外检测器112可包括红外温度传感器和/或其他类似器件。
仍然参考图1和图2，在一些实施例中，监测系统100可以包括壳体120，壳体120在其中包含至少一个处理器106和至少一个非暂时性存储器模块108，其他内部部件将在下面更详细地描述。例如，壳体120可以包括网络/通信模块，以允许在控制器104和各种远程设备(例如，手持设备190和/或远程站192)之间通信。在实施例中，监测系统100的壳体120可以经由安装装置121(诸如支架等)安装到房间的天花板10，使得监测系统100可用于监视位于房间中的受试者12(图5)，如本文将会进一步描述的。例如，在实施例中，监测系统100可以安装在患者支撑装置(例如，床或椅子)上方，以监测受试者面部的温度。
监测系统100还包括耦接到壳体120的基板122。基板122的尺寸和形状设计成支撑其上的红外探测器112、温度传感器114以及突片116。温度传感器114和突片116沿着延伸臂124从监测系统100的基板122延伸。延伸臂124的尺寸和形状设计成将温度传感器114和突片116支撑并连接到基板122，并且特别地，将突片116定位在红外探测器112的视场14内。
在本文描述的实施例中，温度传感器114包括被配置为检测物体的温度是器件，并且位于突片116上。例如，温度传感器114可以是德克萨斯州达拉斯市的德州仪器制造的TMP116温度传感器芯片。温度传感器被配置为具有高度的温度测量精度，例如，在大约±2摄氏度的范围内，以便精确地测量突片116的温度。如本文将更详细地描述的，温度传感器114被包括在监测系统100中，以检测与突片116有关的数据，并且特别是检测温度传感器114所在的突片116的温度。如本文将描述的，突片116的温度用作用于计算受试者的精确核心温度的参考温度。
在本文所述的实施例中，参考温度被用来抵消利用非制冷微测辐射热计技术(例如红外检测器112)的热成像设备固有的信号噪声，其可能影响受试者12的温度测量的准确性，如将在本文进一步详细描述的。
在本文描述的实施例中，突片116的发射率大于或等于0.90，接近黑体源的发射率。在一些实施例中，突片116可以包括大于或等于0.95的发射率。在实施例中，突片116可以由诸如玻璃纤维增强环氧树脂(例如，印刷电路板(“PCB”)材料)的基板材料形成，该基板材料沿着基板116的外表面涂覆和/或涂有具有所需发射率的第二种涂料，例如黑色硅酮漆、油烟漆等。然而，应当理解地是，在其他实施例中，突片116由具有所需的发射率的材料形成，而不需要额外的涂层或涂漆。
现在参考图2至图3所示，突片116以预定角度从延伸臂124延伸，使得突片116的至少一部分位于红外检测器112的视场14内。在实施例中，温度传感器114沿着突片116的一部分牢固地连接到突片116，使得温度传感器114在红外检测器112的视场14的外部(即，在其外部)。然而，应当理解地是，在其他实施例中，温度传感器114的全部或部分可以定位在红外检测器112的视场14内，只要突片116的至少一部分暴露于红外检测器112并且对红外检测器112可见，以便红外检测器112可以检测突片116的温度即可。因此，应当理解地是，红外检测器112除了检测位于红外检测器112的视场14内的任何其他物体的表面温度(这包括视场14的目标区域15以内的那些物体的表面温度)之外，还能够检测突片116的位于红外检测器112的视场14内的至少一部分的表面温度。
例如，如图参照图4，红外检测器112的视场14可以指向患者支撑装置16(例如，床和/或椅子)，以使得视场14的目标区域15位于患者支撑装置16的表面上。进而，从位于目标区域15内的患者支撑装置16上的受试者发射的任何辐射均由红外检测器112检测并由控制器104进行评估。例如，在受试者12(图5)位于患者支撑装置16上的情况下，红外检测器112可以检测从受试者12辐射的热量(即，红外辐射)。在一些实施例中，红外检测器112的视场14和对应的目标区域15可以被重新定位、重新定向、放大、最小化和/或根据操作员的所需偏好而调节。例如，可以调节基板122相对于壳体120的取向以重新对准红外检测器112，从而引起对视场14和/或目标区域15的调节。
图5示出了由红外检测器112产生的样本热图像18。在一些实施例中，热图像18可以包括能够由监测系统100的控制器104确定并被应用于热图像的显示框20。框20提供了与红外检测器112的目标区域15内的区域相对应的边界线。控制器104使用显示框20来限定热图像18的关注区域，以供处理器106进行分析。控制器104可以基于控制器104从红外检测器112接收到的图像，使用物体识别算法来建立和/或调整显示框20，该物体识别算法检测受试者12在热图像18中的位置。特别地，显示框20在热图像18中限定出了由物体识别算法确定的、与处理器106相关的数据子集，以计算受试者的温度。因此，处理器106可以忽略由红外检测器112检测到的位于显示框20外部的任何数据。
例如，本示例的显示框20至少包括受试者12的面部区域13和突片116的位于目标区域15的显示框20内的一部分。尽管图5示出了可见的显示框20，但是应当理解地是，例如当控制器104使用物体识别算法来识别关注区域而无需视觉上操纵图像时，显示框20不需要在图像上可见。此外，虽然图5显示了显示框20，但是应当理解地是，在一些实施例中，监测系统100可以不包括显示框20，以使在整个目标区域15中由红外检测器112检测到的所有物体都包含在监测系统100的控制器104处理的数据中。
应该理解地是，图5所示的热图像18是受试者12在单个时间点的图像，并且仅描绘了由红外检测器112从与该特定时间点有关的目标区域15检测到的图像数据。监测系统100可以利用单个热图像18进行处理和分析，如将在下面进一步详细描述的，或者当评估受试者12和突片116的温度特性时，控制器104可以评估由红外检测器112收集的一个以上的热图像18。例如，监测系统100可以编程为从红外检测器112获取多个热图像18，以在预定的时间段内进行分析。作为说明性的示例，当确定受试者12的核心温度时，监测系统100可以监测和评估目标区域15的两个热图像18。备选地，在其他实施例中，监测系统100可以编程为以预定时间间隔(例如，大约10分钟至大约15分钟)周期性地检测一个或多个热图像18，以在长期的持续时间内连续地监测受试者12的核心温度。
手持式设备190和远程站192是彼此通信耦接并耦接到控制器104的远程设备。远程站192可以包括彼此通信耦接的处理器和非暂时性存储模块，其中远程站192的非暂时性存储器模块包括可由远程站192的处理器执行的计算机可读和可执行指令。在实施例中，监测系统100的初始化可以通过至少一个手持设备190和/或至少一个远程站192来实施。此外，在一些实施例中，远程站192可以配置为在红外检测器112和温度传感器114分别检测到受试者12和突片116的温度特性之后从控制器104接收上述温度数据。一旦在远程站192处接收到，远程站192的处理器可操作来确定由处理器106利用红外检测器112和温度传感器114获取的数据计算出的受试者12的核心温度是否超过了预定温度阈值。
在这种情况下，远程站192可以将受试者的基线温度存储在远程站192的非暂时性存储模块内，以便与从控制器104接收的数据进行比较以确定是否超过预定温度阈值。预定温度阈值被编程并存储在远程站192的非暂时性存储模块内，并且取决于监测系统100的操作者的偏好，可以将预定温度阈值输入到远程站192中。在说明性的示例中，预定温度阈值的范围可以从大约±1.0摄氏度到大约±0.20摄氏度，尤其是大约±0.5摄氏度。
在由控制器104测量的受试者的核心温度超过在远程站192中编程的基线温度达预定温度阈值的情况下，远程站192的处理器可操作为发送信号，该信号启动警报，以警告控制器104识别的温度数据超过阈值。在实施例中，警报可以在远程站192处传达给监测系统100的操作员，而在其他实施例中，信号可以传送到手持设备190，使得经由手持设备190输出警报。应当理解地是，在一些实施例中，关于由红外检测器112和温度传感器114识别的温度数据是否超过预定温度阈值的确定可以发生在处理器106处，使得控制器104执行上述分析并由此将信号发送至手持式设备190和/或远程站192以生成警报。
图6是使用上述监测系统100的一种方法200的流程图。应当理解地是，方法200仅是说明性的，并且可以以其他各种方法使用监测系统100。特别地，在监测系统100的初始化时确定由监测系统100使用的受试者12的基线温度。基线温度是存储在非暂时性存储模块108中的受试者12的初始核心温度。在一些实施例中，基线温度可以由监测系统100在启动时确定，例如响应于操作员通过诸如手持式设备190和/或远程站之类的监视器对监测系统100的初始化而确定，并且基准温度存储在非暂时性存储模块108中。在一些其他实施例中，基线温度由操作员输入到监测系统100中，从而存储在非暂时性存储模块108中。在这些实施例中，受试者的基线温度可以通过用于测量体温的常规方法获得。例如，可以使用温度探针或温度计(例如，通过将探针或温度计插入口腔、耳朵、腋窝等)来测量基线温度。
在其他实施例中，监测系统100可以通过执行本文所述和图6中所示的步骤来获取受试者12的基线温度。例如，监测系统100的操作者可以通过经由至少一个手持设备190和/或至少一个远程站192将监测系统100初始化来执行下文所提到的步骤进而获取初始的基线温度，由此来检测受试者12的基线温度。
监测系统100利用受试者12的基线温度并结合着随后利用监测系统100测得的受试者12的核心温度，来确定是否已经发生了受试者的温度变化，如果是，则在受试者12存在于安装有监测系统100的房间内的持续时段内，受试者的温度变化超过了预定的温度阈值。
参照图1-图6，在第一步202中，启动监测系统100的红外检测器112，使得红外检测器112检测到位于视场14和目标区域15内的任何物体。红外检测器112捕获热图像。在步骤204，红外检测器112捕获红外检测器112的目标区域15在视场14内的任何物体(例如受试者12和突片116)的热图像。特别地，红外检测器112检测到的热图像包括多个帧像素。热图像的各个帧像素对应于红外检测器112的传感器阵列中的各个传感器。传感器阵列检测来自视场14内离散区域的热辐射，并且每个像素的照度与相应传感器检测到的热量有关。因此，受试者12的面部区域13的帧像素和突片116的帧像素指示出从热图像18的相应区域检测到的相应的温度。
在步骤206，受试者12和突片116的热图像从红外检测器112传输到处理器106。特别地，指示了受试者12的面部区域13的温度的信号被发送到处理器106，并且类似地，指示了突片116的温度的信号被发送到处理器106。处理器106根据热图像18确定温度数据。特别地，确定由表征了受试者12的面部区域13的多个帧像素推导出的温度，并且确定由表征了突片116位于视场14内的部分的多个帧像素推导出的温度。利用在处理器106处接收到的温度数据，存储在非暂时性存储器模块108中的计算机可读和可执行指令110促使处理器106执行温度误差校正，以计算出位于红外检测器112目标区域15内的受试者12的核心温度。
特别地，在步骤208，计算机可读和可执行指令110促使处理器106添加与表征了受试者12面部区域13的区域相对应的传感器阵列检测到的温度，以通过将合计温度除以与面部区域13相对应的帧像素数目来计算受试者12的平均温度(即，面部区域13的检测温度，TFace)。此外，计算机可读和可执行指令110促使处理器106添加与突片116被包括在目标区域15内的部分相对应的区域的传感器阵列检测到的温度，以通过将合计温度除以与突片116相对应的帧像素数量来计算突片116的平均温度(即，突片116的检测温度，TTab)。
仍然参考步骤208，处理器106计算面部区域13的检测温度与突片116的检测温度之间的差值，如下面的等式(1)所示。特别地，处理器106从检测到的突片116的温度(TTab)中减去检测到的面部区域13的温度(TFace)，以得出净温度值(TΔ)。
等式(1)：
(TΔ)＝(TFace–TTab)
在步骤210中，启动温度传感器114以检测突片116的参考温度。特别地，在步骤212中，温度传感器114通过位于突片116上的温度传感器测量突片116的温度(TRef)。在步骤214，该参考温度数据从温度传感器114传输到处理器106。特别地，指示了突片116的参考温度(TRef)的信号被传输到处理器106。在这种情况下，返回到步骤208，存储在至少一个非暂时性存储模块108中的计算机可读和可执行指令110促使处理器106根据红外检测器112测得的面部区域13的检测温度(TFace)和突片116的检测温度(TTab)来校正任何温度误差，如下面方程式(2)所示，通过将净温度(TΔ)与由位于突片116上的温度传感器114所测得的突片116的参考温度(TRef)相加。特别地，将净温度值(即，TFace与TTab之间的差值，TΔ)与突片116的参考温度(TRef)组合(即，相加)，以计算受试者12的面部区域13的核心温度(TCore)。
等式(2)：
TCore＝TΔ+TRef
如上所述，应当理解的是，监测系统100可以通过执行上述步骤并利用等式(1)和(2)来获取受试者12的基线温度。监测系统100的操作者可以通过经由至少一个手持设备190和/或至少一个远程站192将监测系统100初始化来执行上述步骤进而获取初始基准温度，从而检测受试者12的基线温度。
在步骤216，将受试者12的核心温度(TCore)与受试者12的基线温度进行比较。在这种情况下，启动查询以确定受试者12的面部区域13的核心温度(TCore)是否与受试者12的基线温度相差预定温度阈值(例如，大于或小于基线温度)。特别地，预定温度阈值在计算机可读和可执行指令110中被编程和/或被存储在非暂时性存储器模块108中，并且预定温度阈值对应于表明受试者12的温度的有意义变化的温度变化，这种温度变化应当得到进一步治疗。
应该理解地是，在一些实施例中，预定温度阈值可以在计算机可读和可执行指令110中预先编程和/或存储在至少一个非暂时性存储模块108中，而在其他实施例中，监测系统100的操作员可以输入所需的温度阈值以供监测系统100使用。如上所述，应该进一步理解地是，预定的温度阈值可以被预编程和/或输入到远程站192的非暂时性存储模块和/或手持式设备190中，使得远程站192和/或手持式设备190执行关于核心温度(TCore)是否超过基线温度达预定温度阈值的确定。
在步骤218，对在步骤216的询问的肯定响应促使监视信息的发起，该监视信息是由处理器106生成的报告和/或警报信号的形式。报告和/或警报信号例如可以经由如上所述的至少一个手持设备190和/或至少一个远程站192的监视器发送给操作员，以通知监测系统100的操作员关于被监测系统100检测到的受试者的核心温度，和/或基于核心温度(TCore)相对于基线温度向操作员警醒受试者的状况发生变化。特别地，计算机可读和可执行指令110可以编程为包括预定温度阈值。在其他实施例中，非暂时性存储模块108可以包括存储在其中的预定温度阈值。在这种情况下，监测系统100可以配置为从基线温度变化(即大于或小于)超过了预定温度阈值时启动警报。应当理解地是，在实施例中，预定温度阈值小于常规红外相机的误差范围(例如，±4℃)。例如，在一些实施例中，预定温度阈值可以等于±1摄氏度，以及在其他实施例中，阈值可以等于±0.5摄氏度。
例如，受试者可能会发高烧，高烧由监测系统100通过相对于发烧之前测量的基线温度的核心温度(TCore)的偏差来检测得出。因此，该警报指示出受试者12的特征，特别是受试者12的核心温度的变化。该警报可以包括用于操作员听见的听觉消息、用于操作员查看的视觉消息，或用于操作员在手持设备190和/或远程站192处感知的触觉反馈。在一些实施例中，控制器104可以位于外壳120内，使得计算机可读和可执行指令110可以促使处理器106向监视器发送信号以发起警报。一旦已经发送警报信号，该方法返回到步骤204，并且该方法以预定的间隔从步骤204开始重复，如下所述。
备选地，如果在步骤216的询问导致确定出受试者12的核心温度(TCore)没有超过预定温度阈值，则监测系统100可以返回到步骤204并且以预定间隔重复该方法。特别地，预定间隔可以被编程在至少一个非暂时性存储器模块108的计算机可读和可执行指令110中，并且该预定间隔对应于监测系统100执行方法200所用的周期性时间表。应当理解地是，在一些实施例中，预定间隔可以被预编程在计算机可读和可执行指令110中，而在其他实施例中，监测系统100的操作者可以输入所需的时间间隔以供监测系统100使用。仅作为示例，内部时间可以设置为大约10分钟到大约15分钟。在一些实施例中，监测系统100的方法200可以响应于在步骤216处确定受试者12的核心温度没有超过预定温度阈值而停止操作。
如以上更详细地描述的，应当理解地是，监测系统100可以配置为使得在远程站192和/或手持设备190处发生关于受试者12的核心温度(TCore)是否超过受试者12的基线温度达预定温度阈值的确定。在这种情况下，远程站192的非暂时性存储模块存储预定温度阈值和预定间隔数据，并且如上所述，远程站192的处理器计算受试者12的核心温度(TCore)和基线温度之间的比较分析。
参照图7，示意性地示出了另一监测系统300。应当理解地是，除了下面另外描述的以外，监测系统300与监测系统100基本相似并且可以具有与监测系统100相同的配置和操作。因此，相同的附图标记用于标识系统的相同组件。在该实施例中，监测系统300与监测系统100的不同之处在于，监测系统300还包括通信耦接到控制器104的环境检测器传感器。
环境传感器315能够检测周围环境的温度并将指示了检测到的温度的信号输出到控制器104。在一些实施例中，环境传感器315包括温度传感器，该温度传感器配置为测量房间的环境温度。例如，环境传感器315可以是由德克萨斯州达拉斯市的德州仪器制造的TMP116温度传感器芯片。
现在参考图8和图9，独立于突片116和受试者12，将环境传感器315固定到壳体120。将由环境传感器315检测到的温度数据作为指示了环境温度的信号传送到处理器106，以辅助校准用红外检测器112进行的温度测量。在计算受试者12的核心温度(TCore)之前，使用环境传感器315校准受试者12的检测温度(TFace)和突片116的检测温度(TTab)可以提高由监测系统300计算的受试者12的核心温度(TCore)的整体精度。
如上所述，红外检测器112包括长波红外热成像相机，长波红外热成像相机配置为捕获从位于红外检测器112的视场14内的物体发射的红外辐射。应当理解地是，在利用监测系统300来确定和监视受试者的核心温度之前，监测系统300的红外检测器112需要校准，并且特别地，对红外检测器112的各种校准参数进行确定以确保由红外检测器112获取的温度数据的准确性。例如，长波红外热像仪可以包括校准参数，例如相机响应度(R)、相机偏移(O)以及相机曲线校正参数(F)和(B)。在本示例中，应当理解地是，曲线校正参数“F”和“B”被固定并保持在监测系统300中所使用的热成像相机(即，红外检测器112)的标准规格下。仅作为示例，将曲线校正参数(F)设置为1.0，并且将曲线校正参数(B)设置为1428。应当理解地是，在其他实施例中，曲线校正参数可以根据所使用的热成像相机的类型、热成像相机的制造商、使用监测系统300的设置等而变化。
通过利用具有已知温度的参考点(例如，突片116)来确定和校准红外检测器112的相机响应度(R)和相机偏移(O)参数。在这种情况下，由于包括定位在突片116上的温度传感器114，所以突片116的温度是已知的。如上所述，温度传感器114被配置并且可操作为以相对较高的精度(例如，±0.2摄氏度)来测量突片116的温度。利用借助了温度传感器114而已知的突片116的参考温度，红外检测器112可以利用突片116来确定突片116的检测温度，从而将突片116的检测温度与参考温度进行比较。因此，可以选择性地调节红外检测器112的相机响应度(R)和相机偏移(O)，以校准红外检测器112，直到由红外检测器112确定的突片116的检测温度基本与温度传感器114确定的突片116的参考温度相似(例如，在±0.5摄氏度以内)。
特别地，在已知突片116的参考温度(TReference)并且已设置好红外检测器112的校准参数(B)、(F)、(R)和(O)的情况下，可以使用下面的等式(3)将由红外检测器112确定的突片116的检测温度W(TDetected)与参考温度(TReference)进行比较。
等式(3)：
Figure BDA0002222657410000161
红外检测器112的相机响应度(R)和相机偏移(O)参数可以由操作者调整，直到由红外检测器112确定的突片116的检测温度等于由温度传感器114所确定的参考温度(TReference)，从而校准红外检测器112以供监测系统300使用。应当理解地是，红外检测器112在监测系统300的初始安装时被校准过一次，从而红外检测器112不需要在监测系统300的使用过程中随后再被校准。
在校准红外检测器112的情况下，监测系统300可操作用于监视受试者12，并且环境传感器315可操作以校准受试者12的检测温度(TFace)和突片116的检测温度(TTab)，以提高由监测系统300计算出的受试者12的核心温度(TCore)的整体精度。特别地，监测系统300被配置为在计算受试者12的核心温度(TCore)之前利用由环境传感器315确定的温度数据来执行误差校正计算。
在误差校准计算的一个示例中，使用下方的等式(4)和(5)为受试者12的面部区域13(TFace)和突片116(TTab)计算场景温度TScene(以开尔文为单位)。(即“场景”可以是“脸”或“突片”，因此TScene可以是TFace或TTab等)。特别地，通过下面的等式(4)，针对在目标区域15内限定了面部区域13的“场景”的多个像素，计算校正热通量W(TScene)。由环境传感器315测量的大气温度(TAtm)(以开尔文为单位)与由红外检测器112测量的面部区域13的热通量(S)一起被计入指数函数，以得出面部区域13的校正热通量(即，W(TFace))。如上所述，热通量(S)(以计数为单位)是由红外检测器112的传感器阵列中的每个传感器吸收的温度，使得计算机可读和可执行指令110促使处理器106添加由与表征了受试者12的面部区域13的区域相对应的传感器阵列检测到的温度，以通过将合计温度除以与面部区域13相对应的帧像素的数量来计算受试者12的平均温度，从而得出热通量(S)。此外，用于计算校正热通量W(TScene)的函数包括场景与红外检测器112之间的大气的透射系数(τatm)以及场景的发射率(E)。
等式(4)：
Figure BDA0002222657410000171
通过将大气温度(TAtm)考虑到如由环境传感器315测量的面部区域13的热通量测量的计算中，针对受试者12的面部区域13计算校正热通量W(TFace)。利用针对面部区域13计算的校正热通量，可以使用下面的等式(5)来计算面部区域13的校准场景温度(TScene)(即，TFace)。特别地，如上所述，将红外检测器112(例如，热成像照相机)的校准参数分解为面部区域13的校正热通量W(TScene)，以确定面部区域13的校准后的场景温度(TScene)(即TFace)。
等式(5)：
Figure BDA0002222657410000172
在计算出面部区域13的校准后的场景温度(TFace)的情况下，可以类似地使用如上所述的等式(4)和(5)针对突片116在目标区域15内的部分计算类似的误差校正计算。在这种情况下，经由等式(4)针对在目标区域15内限定了突片116的“场景”的多个像素来计算校正热通量W(TTab)，并且可以使用上面的等式(5)来计算突片116的场景温度(TTab)。场景温度(TFace和TTab)表征了面部区域13和突片116的校准后的表面温度，通过考虑环境传感器315测量的环境温度(TAtm)和红外检测器112的校准参数，可以使用下面的等式(6)以相对较高的精度来计算受试者12的核心温度(TCore)。特别地，通过将场景温度(TFace，TTab)之间的净值与由温度传感器114确定的突片116的参考温度(TRef)相加，来计算受试者12的核心温度(TCore)。
等式(6)：
TCore＝(TFace–TTab)+(TRef)
图10是使用上述监测系统300的一种方法400的流程图。应当理解地是，方法400仅是说明性的，并且可以以其他各种方法使用监测系统300。还应该理解地是，除了以下明确描述的差异外，本示例的监测系统300配置为以与上述和图6所示的示例方法200基本相似的方式计算受试者12的核心温度(TCore)。可以通过与上述基本类似的过程，即通过使用温度探针、温度计和/或监测系统300，确定受试者12的基线温度。
现在参考图5和图7至图10，在第一步骤402中，启动监测系统300的红外检测器112，以检测到位于红外检测器112的目标区域15的视场14内的任何物体。特别地，在步骤404，红外检测器112捕获视场14内发射温度的任何物体(例如受试者12和突片116)的热图像。红外检测器112的指向受试者12的面部区域13和突片116的传感器阵列对应于热图像像素的各个帧。热图像的各个帧像素对应于红外检测器112的传感器阵列中的各个传感器。传感器阵列检测来自视场14内离散区域的热辐射，并且每个像素的照度与相应传感器检测到的热量相关联。
在步骤406，受试者12和突片116的热图像从红外检测器112传输到处理器106。特别地，指示了受试者12的面部区域13和突片116的温度的信号被发送到处理器106。根据上述等式(4)、等式(5)以及等式(6)，处理器106根据由红外线检测器112检测到的受试者12和突片116的温度数据来计算核心温度(TCore)。特别地，由处理器106确定从表征了受试者12的面部区域13的多个像素推导出的受试者12的检测温度以及从表征了突片116的多个像素推导出的突片116的检测温度。在步骤410，启动温度传感器114以检测突片116的参考温度，并且特别是在步骤412，温度传感器114测量突片116的温度。类似地，在步骤414启动环境传感器315，以检测监测系统300所位于的房间的环境温度，特别是在步骤416，环境传感器315测量周围大气的环境温度。来自传感器114、315的温度数据在步骤418经由分别指示了突片116的参考温度和房间的环境温度的信号被传输到处理器106。
利用在处理器106处接收到的来自红外检测器112、温度传感器114和环境传感器315的温度数据，可以通过考虑环境温度来计算面部区域13和突片116的校正热通量温度。在步骤408，计算机可读和可执行指令促使处理器106执行上述温度误差校正，以利用等式(4)至(6)来计算位于目标区域15内的受试者12的核心温度(TCore)。特别地，计算机可读和可执行指令110促使处理器106计算面部区域13的校正热通量(TFace)和突片116的校正热通量(TTab)。在这种情况下，处理器106计算两个校正温度(TFace，TTab)之间的差值，以得出净温度值(TΔ)，该净温度值(TΔ)等于面部区域13和突片116之间的温度差。
将检测温度的增量(TΔ)(即，面部区域13的检测温度TFace与突片116的检测温度TTab之间的差值)与如由温度传感器114检测到的突片116的参考温度相结合，以相对较高的精度计算受试者12的核心温度。仅作为示例，确定核心温度的精度至少为±1.0摄氏度至约±0.5摄氏度。
在步骤420，将受试者12的核心温度与基线温度进行比较，并进行询问以确定受试者12的核心温度是否与受试者12的基线温度相差了预定阈值(例如，大于基线温度或低于基线温度)。在步骤422，对步骤420的询问的肯定响应促使发起监视信息，该监视信息以处理器106生成的报告/警报信号的形式。报告/警报信号可以经由监视器(例如，至少一个手持式设备190和/或至少一个远程站192)发送给操作员，以将由监测系统300检测到的受试者的核心温度告知监测系统300的操作员，和/或根据核心温度和基线温度，向操作员警告受试者的状况变化已过了预定阈值。如上面更详细地描述的，应当理解地是，预定温度阈值小于常规红外相机的±4.0℃的误差范围。例如，预定温度阈值可以是大约±1.0℃，并且特别地，该阈值可以是大约±0.5℃。备选地，步骤420的询问可以导致确定出受试者12的真实温度没有超过预定阈值，那么监测系统300返回到步骤404以预定间隔再次执行系统方法400。
通过结合红外检测器112、温度传感器114、突片116以及在一些实施例中的环境传感器315，以及利用如上所述的方法，本文所述的监测系统100、300与常规红外成像系统的温度误差范围相比，本发明可以提供一种能够提高位于目标区域内的物体的温度检测精度的系统。特别地，常规红外相机的±4摄氏度的误差范围可能太大而不能精确地检测受试者12的温度的有意义的变化，从而需要使用监测系统100、300来将温度检测精度提高到误差范围为±2摄氏度，优选误差范围为±1摄氏度。利用具有较小误差范围的监测系统100、300，系统的操作者可以在改变发生之后立即以更及时的方式识别受试者状况的改变，从而与使用常规监测系统时相比，可以为受试者提供更早的护理。
虽然在本文描述了监测系统的实施例，其中，第一检测器利用未冷却的微辐射热计技术，但是应当理解地是，本文描述的监测系统和方法可以采用各种其他成像装置、照相机、温度仪器。
现在应该理解地是，本文描述的实施例针对一种监测系统，监测系统使用与监测系统的控制单元可操作地通信的红外检测器、温度传感器和/或第三检测器监测受试者的核心温度。控制单元包括处理器，该处理器执行操作指令以计算受试者的温度并使用由检测器获取的其他温度数据来校准温度，以提高温度精度水平。监测系统可以进一步将与受试者的状况有关的监视信息发送到远程设备/站，以周期性地监视受试者的核心温度，和/或可以在受试者的核心温度相对于受试者的基线温度超过预定温度阈值时生成报告或信号。应当进一步理解地是，在其他实施例中，监测系统可以包括利用除上述未冷却的微辐射热计技术以外的技术的热成像设备。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对本文所述的实施例进行各种修改和变型。因此，本说明书旨在覆盖本文描述的各种实施例的修改和变型，只要这些修改和变型落在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (10)

1.一种监测系统，包括：
具有视场的红外检测器，所述红外检测器从所述视场检测温度数据并提供指示了所述视场内的至少是受试者的检测温度的信号；
具有突片温度的突片，其中所述突片至少部分地定位在所述红外检测器的所述视场内，使得所述红外检测器对所述突片进行检测并发出指示了所述突片的检测温度的信号；
固定在所述突片上的温度传感器，所述温度传感器检测所述突片温度并提供指示了参考温度的信号；以及
通信地耦接到所述红外检测器和所述温度传感器的控制单元，所述控制单元包括处理器和具有计算机可读和可执行指令的非暂时性存储器设备，当所述计算机可读和可执行指令由所述处理器执行时促使控制单元：
计算所述受试者的所述检测温度与所述突片的所述检测温度之间的净值；并且
通过将所述净值与所述参考温度相结合来计算所述受试者的核心温度。
2.如权利要求1所述的监测系统，其中，由所述控制单元计算的所述受试者的所述核心温度在实际温度的±0.5摄氏度内。
3.如权利要求1所述的监测系统，还包括远程站，其中所述控制单元耦接到所述远程站。
4.如权利要求3所述的监测系统，其中，所述计算机可读和可执行指令在由所述处理器执行时将指示了所述核心温度的信号发送到所述远程站。
5.如权利要求4所述的监测系统，其中，所述远程站从所述控制单元接收指示了所述核心温度的所述信号，并确定所述受试者的所述核心温度与所述受试者的基线温度之间的差值，其中，所述基线温度是由所述监测系统在所述监测系统的初始化时确定并存储在所述远程站中的初始核心温度和由操作者输入到所述远程站中的温度中的一个。
6.如权利要求5所述的监测系统，其中，当所述受试者的所述核心温度与所述受试者的所述基线温度之间的差值大于阈值时，所述远程站发出警报信号。
7.如权利要求6所述的监测系统，其中，所述警报信号从所述远程站发送到手持设备。
8.如权利要求1所述的监测系统，其中，所述红外检测器包括长波红外相机。
9.如权利要求1所述的监测系统，还包括：通信地耦接到所述控制单元的环境传感器，其中所述环境传感器被配置为测量邻近所述视场的环境温度。
10.如权利要求9所述的监测系统，其中，所述计算机可读和可执行指令在由所述处理器执行时还促使所述处理器基于所述环境温度校准所述受试者的所述检测温度和所述突片的所述检测温度。
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