CN1135792A - 改进的鼓膜检温器 - Google Patents

Abstract

一种改进的鼓膜检温器，特别是一使用多个传感器输出的IR检温器装置，它可用来修正在病人耳道中的不同探头位置所引起的误差。本装置的一个实施例中使用两个或两个以上传感器(32、34)以产生鼓膜IR发散的不同视场。然后，这些独立IR读数通过机上信号处理加以协调以提供一精确、重复和相对位置独立的温度读数。

Description

改进的鼓膜检温器

本发明涉及在诊断和治疗中所用的温度检测装置，更具体地说，本发明涉及使用专门传感几何图形来产生多个观察角度，提高取自耳鼓膜发射的IR发散(红外线辐射)的温度读数的精确性和反复性。

对鼓膜温度检测的改进系统已经有了最新发展。作为背景技术，哺乳动物温度长期以来对与病人病状的诊断和治疗有关的医生和其它人都有着强烈的兴趣。从另一方面来说，以迅速而非突入和不昂贵方式实现精确的温度检测仍然是一相当大的任务。有人发现检测耳鼓膜的温度可得到一高精确体温读数。通过从鼓膜收集红外放射，就可以以非突入方法确定精确温度读数。

如上所述，许多已被推荐为基于鼓膜IR(红外线)发射的温度检测装置。在这方面的典型专利包括Wood的美国专利号4,895,164，Jacob Fraden Ph.D.的美国专利号4,797,840和Pompei等人的美国专利号5,199,436，这些专利的内容结合在本文中供参考。这些装置在精确性和复杂性方面是不同的，但一般被认为对他们预期用途是很有效的，而且现正受商业界欢迎。尽管有着这些过去的成就，但仍存在一共同和显着的缺陷，甚至这些装置是十分昂贵的。这个缺陷涉及所获得的读数的精确性和反复性。

已发现一般IR(红外线)检温器根据相对耳道的触点(尖端)位置的角度和深度产生大量不同的读数。这种不同读数是由相对于波导管、耳道和鼓膜的传感器位置的变化所引起的。更具体地说，传感器和鼓膜之间的几何关系将影响使用中的传感器的最后读数。由于这种几何关系变化，传感器会遭到与实际鼓膜温度无关的读数波动。

这些问题可通过参考一般耳道，例如参见图1和2中的现有技术探头结构和位置可很清楚地被看到。在图1中，一简化原理图表示IR类型检温器的通常元件和其与人耳的实际关系。在这种使用中，检温器如图2所示扩大耳道和耳鼓膜的视场。正如可意识到的那样，检温器的视场将取决于由设备的使用者所采用的深度和角度的位置。

关于这一点，一偏离垂直线的角位移可对耳道壁给予较大影响，而探头进入耳道的较深位置将减少耳道相对于鼓膜的影响。因此，取自同一病人不同读数只能作为一置于耳中的检温器位置的函数。当然，耳道大小加上附加的角度和深度的变化，在各个人之间也是不同的。以下表I中示出了这些变化对一般温度读数的影响，它表明温度读数可随探头位置而变化。

                        表I

角度                     深度                      温度

0                                                  96°

0                        1mm                       97°

20°                                            0                         95°

如上所述，这种现象与传感器装置的视野(视场)有密封关系。这种视场受到某些结构情况(方面)影响，设计方面的主要部分是传感器相对于波导管的位置。其它方面是同样的，一位于小传感器附近的一大直径波导管将显示一比较宽的视场，而位于离开较大传感器(依照发射冲击表面积)的较大距离的窄波导管显示一窄的视场。

可以以下列方式来表示作为传感器装置对视场的影响。带有窄视场的传感器相对地提供精确的读数，而与距目标物(在耳中的探头深度)的间距无关；但当相对于耳的传感器位置中引起角位移时，温度读数(和精确性)在较大范围内波动。在另一方面，带有宽视场的传感器提供可逆(互易)特性。宽视场传感器所给出的读数对探头位置(方位)的角度是比较不敏感的，而对探头深度给出的较敏感的读数。这些原理可通过对图3和4中力示的观察得以很好了解。

尽管上述在窄和宽的视野之间分成两类的传感器可提供一有效说明的方法，但应该注意到因视野角度可加以变化，两个具有相同视野宽度的传感器可显示不同视野。这些性质的含义是在现有技术IR检温器中所发现的各种几何形状传感器布置是易于确定从属于读数变化的位置。

因此，本发明的目的是为了提供一具有传感器装置的IR检温器，此检测器可补偿探头位移并提供重复精确的温度读数。

本发明的另一目的在于提供一具有将宽和窄的视场读数相结合的传感器系统的IR检温器，从而在温度检测中补偿不同角度和深度的探头位置(方位)。

本发明的又一目的是为了提供一传感器系统和控制逻辑线路，这种逻辑线路装置有多级具有不同视场的传感器以产生可用来处理深度和角度位置上的体温的单独精确检测的多重读数。

本发明的还一目的是为了提供一具有控制逻辑线路的传感器系统，其中，传感器数据是相关联的，以通过系统逻辑线路补偿角度和位置信号的不一致性(不相容性)，而提供一单独的温度检测。

本发明的上述和其它目的可用新颖红外检温器加以实现，此检温器使用一隔离传感器系统，以便产生至少两个与耳鼓膜不同视野有关的信号。传感器系统包括两个或两个以上分离的传感器或IR接收机，它们设置成可从鼓膜收集不同部分的IR辐射。多级传感器具有不同视场，例如，从宽到窄的范围，变化的程度是明确可知的和可预选的。传感器与预编程序控制逻辑装置连接。然后，以考虑到与各个传感器视场的已知差异的方式，发出有关联的信息，得出IR源温度的有意义的检测。

根据本发明的变化情况，信号处理机分析来自各个分立传感器的读数之间的差异。于是使用这些读数差异以从存储常驻装置中(例如，查表法)或通过使用适当处理规则系统(算法)的独立推定来选取修正值。接着，修正值可应用于产生一供病人的诊断和治疗使用的精确和重复的体温读数。

本发明前述特征可以在本文以下所述的具体说明的实施例并结合下列附图得以更充分理解：

图1和2表示与现有技术有关的问题；

图3和4用图解方式表示宽和窄的视场结构(设计)对温度读数的影响；

图5表示根据本发明所制造的IR检温器的简化结构；

图6提供一能在同一波导管中产生宽和窄两种视场的模态传感器几何结构；

图7表示图6的模态(双峰)传感器结构的输出；

图8A、B表示供特定传感器系统使用的双峰传感器结构；

图9提供一可替换的传感器几何结构。

概括地说，首先，本发明是针对传感系统，此系统可通过一IR信号来补偿不同耳道部位几何图形，IR信号则经宽和窄的两种视野(视场)加以收集。利用对宽视野起反应的IR信息连同来自窄视野的信息，由安置在耳中的探头的难以预测的(某些)变化所引起的温度读数的误差可通过适当调整程序信号而得以补偿。具体地说，与传感器结合一起的信息处理机衡量(对比)来自两信号源的输入并利用查表法，应用修正值以给定精确和可重复的温度检测。

考虑到以上概述，应注意到图5所提供的一在IR检温器中的凸出元件的简图。在此示图中，检温器(装置)具有一容纳其操作部件的外壳10。具体地说，外壳在其终端(极限端)具有一能把入射发射输送到布置在容纳孔15中的波导管20。有各种各样适宜于使用的波导管，这些波导管根据形变和价格，从光滑的镀金管到纤维光束的范围内提供不同操作(性能)特点。就功能方面而言，波导管设计成能把无畸变形的、未受到干扰的入射发射收集和送到IR传感器30。此外，包括热差电堆型和热电元件在内的传感系统中有几种选择方案。这就种形式来说，选择的传感器是热电传感器，这就需要“配对”以消除热电元件内在的信号影响。

继续参看图5，传感器30是连接到信息处理机的，该处理机可把IR数据转变成以下将更详细加以说明那样的高质量温度读数。在本发明的范围内，传感器结构已作了改进，使得可产生宽和窄两种视场的信号。这是通过设立两个或两个以上传感器所达到的，各传感器可分别地将发射信号报告给处理机。

在图6中示出能那样报告的传感器的几何形状。更具体地说，实际上，图5的传感器30是两个独立的传感器32和34，它们各自地连接到信息处理机40。第一传感器32相对地是较小的并与波导管20的中心线是同心的，且提供一窄视场。在另一方面，外部传感器34是较大的并安置在波导管的周边外，从而提供一相对地较宽的视场。

在图7、一波导管和传感器的剖视图，详细地示出了如上所述输出。具体地说，传感器32具有一由区36所表示的视场，而传感器34具有一由区38所表示的视场。各个区由传感器和波导管20的相对位置所表示。如我们可明显地看到的那样，宽和窄IR信号成分可通过改变系统中的这些传感器的几何图形和位置来加以改进。

现翻到图8，图中示出了作为特定热电感器系统的上述传感器的几何图形，图8A表示与传感器32和34相当的传感器结构的一前视图；图8B同样表示从背面所观看到的同一传感器结构，其中，为处理机设置了连接器。

前述讨论焦点集中在由具有不同观察“宽度”(即宽或窄)的独立传感器所产生的多视场。本发明的原理也适用于具有不同视场的独立传感器，而其中，观察的差异是角度，而不是宽度。这种角差异可通过在图9所示的传感器结构加以产生，图9显示一具有四个分离的IR接收区101-104的传感器组件。

另外，不同的视场可由同一传感器在不同时间内加以产生。这可以通过开关(快门)机构，旋转透镜或其它时间装置，以调节传感器和鼓膜之间的发射通道来实现。

相对于各几何图形，连接到处理机的传感器可用来确定进入的IR数据的数量和产生适当调整温度检测的校正值。在以上实例中，多个传感器都安放在相对于波导管的同一平面上。产生不同视场的另一种方法包括改变在波导管和一个或多个传感器之间的平面关系。但是，实现这种布置，就需预编制系统逻辑线路以调整对应于所选择的几何图形的读数。

在这方面，确定来自一个或多个传感器的IR数据处理的校正值，可通过不同的技术加以完成。举例来说，假如采用图8A的两传感器装置，一简化查表法可得以产生并储存在机系统的存储器上。在这个实施例中，IR传感器的温度可从传感器34中加以减去(扣除)，而产生一△(Delta)传感值。然后，这值可用来从查阅表中找出一校正值Q，并加到传感器34的温度读数上，结果形起最终所显示的温度读数T。这种关系可以表示为一种演算法或以如下面表II中的表格形式来表示。

                           表II

T(34)-T(32)                                   Q

＞2.5                                         0

2                                             0.2

1                                             0.5

0                                             1.0

-1                                            2.5

-2                                            5.0

以上所述布置仅是作为本发明原理的例证的。例如，以上系统在检测入射IR发射的范围内加以说明。上述的方法也适用于主动(有源)传感器结构，其中，传感器向鼓膜发散一部分地相当于鼓膜(耳膜)温度的IR信号(见Fraden的专利4,797,840号)。类似地，这种布置可用来作零点(平衡)网IR检温器，其中，传感器和鼓膜是相平衡(补偿)的。对本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围下进行大量改变和修改将是显而易见的。

Claims (18)

1.一种通过来自人体的耳道内的鼓膜有关联的IR发射来检测体温的装置，所述装置包括一手持的壳体，一插入所述耳道的探头以引导所述壳体内的IR发散，其中，所述装置进一步包括：

与所述探头尖端连通的并连接到传感器装置上的波导管装置，其中，传感器装置还包括一第一IR连通传感器和一第二IR连通传感器，各传感器相对于波导管装置具有一所述鼓膜的独立视场以产生至少两个IR相关信号，这些信号在与IR连通的至少一相对视场上是彼此不同的；

信号处理装置，它可用来确定来自各个所述传感器的信号并以此为根据，提供一补偿所述耳道中的传感器位置几何形状的修正温度读数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述波导管装置具有单一有效直径，它大于所述第一传感器的而小于所述第二传感器的。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一传感器具有一有效直径，它大于所述第二传感器的有效直径。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一传感器是热电类型的。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一传感器是温差电堆类型的。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述信号处理装置包括储存温度修正系数的查阅表的数据存储器。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述温差修正系数由温度修正算法的解式加以计算。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述信号处理装置基于取自第一传感器和第二传感器的相对IR读数从所述查阅表中选取所述修正系数。

9.一种通过记录与IR发射结合的检测鼓膜温度的系统，所述系统包括：

一带有IR发射口的壳体；

一位于所述壳体内、具有一第一和一第二端的波导管装置，所述第一端与所述发射口连接；

一与所述波导管装置IR连通的传感器装置，它用来产生至少两个在相对视场上彼此不同的IR相关信号；

一数据处理电路，它可从传感器装置中接收所述IR相关信号并基于此确定一修正温度读数。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于所述传感器装置包括安装在所述壳体中的两个传感器以提供所述鼓膜的各别的视场。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述数据处理器装置包括储存一矩阵预储修正值的存储器，修正值可通过在两个或更多的以上所述多个传感器之间输出值之差加以取出。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述多个传感器围绕由所述波导管的中心线所形成的轴线同轴地布置的。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于所述波导管装置包括一形成所述传感器装置两个各别通道的机构。

14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于所述两独立视场是由所述传感器装置产生的。

15.一种基于收集从鼓膜中发散出来的IR发射结合可提高温度读数精确性和反复性的方法，其步骤包括：

a.把波导管的第一发射孔放入病人的耳道；

b.把多个IR灵敏传感器放置在靠近所述波导管的第二发射孔和与其IR连通的分立位置上；

c.收集来自多个IR灵敏传感器的IR发射的有关信号并从各个所述多个传感器中推导出多个独立的温度读数；

d.通过与所述相关的多个温度读数确定所述鼓膜的修正温度以校正由于所述波导管接收端的不同深度和安放位置所引起的位置误差。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述确定步骤由逻辑电路装置加以完成，该逻辑电路装置基于所述多个传感器之间的读数差异而取出储存的修正值。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述的IR灵敏传感器由热电材料制成。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述IR灵敏传感器是同一平面的。

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