DE102005053460A1

DE102005053460A1 - Vorrichtung zur chronischen, nicht-invasiven Messung der Körper-Kerntemperatur

Info

Publication number: DE102005053460A1
Application number: DE102005053460A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Sandau; Jürgen Wolf; Dietmar Dr. Sass
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur chronischen, nicht-invasiven Messung der Körper-Kerntemperatur, umfassend mindestens einen ersten Temperatursensor (6) zur Erfassung der Hauttemperatur sowie eine Sende-Empfangseinrichtung (2), wobei über die Sende-Empfangseinrichtung (2) Temperatursensordaten an eine räumlich getrennte Sende-Empfangseinheit übertragbar sind und der erste Temperatursensor (6) thermisch gegen die Umgebung isoliert ist, wobei der Temperatursensor (6) und die Sende-Empfangseinheit (2) als monolithischer integrierter Schaltkreis oder als Multi-Chip-Modul-Bauteil ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chronischen, nicht-invasiven Messung der Körper-Kerntemperatur.

Aus der DE 44 41 720 A1 ist eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung bekannt, umfassend eine Sendeeinheit, welche ein Gehäuse zum Einführen in eine Höhlung eines Körpers umfasst, wobei das Gehäuse eine Komponente mit einer elektrischen Charakteristik aufweist, welche sich in Abhängigkeit von dem Wert der zu messenden Temperatur verändert, und einen Radiosender umfasst zum Senden eines Radiosignals, in welchem Variationen der elektrischen Charakteristik als eine Modulation des Signals codiert sind, sowie eine physikalisch getrennte Empfängereinheit zum Erfassen und Demodulieren des Radiosignals. Nachteilig an derartigen invasiven Vorrichtungen zur Bedienung der Körper-Kerntemperatur ist, dass diese für den Träger bei chronischen Messungen sehr unangenehm sind.

Aus der DE 199 42 089 C1 ist ein medizinisches Thermometer bekannt, mit einem Temperaturfühler und einer Messelektronik mit Mikrocontroller und Datenspeicher zur periodischen Aufzeichnung des von dem Temperaturfühler gemessenen Temperaturwertes, und mehrere Taster zur Beeinflussung der Arbeitsweise des Mikrocontrollers, wobei die Speicherrate des Datenspeichers zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Betrieb umschaltbar ist. Der aus einem Temperatursensor und einem Kabel gebildete Temperaturfühler ist so gestaltet, dass dieser Messungen sowohl in der Leiste als auch axillar oder oral gestattet. Die Energieversorgung erfolgt dabei über eine Batterie. Des Weiteren umfasst das Thermometer eine Schnittstelle zum Anschluss an einen PC oder eine Telemetrieeinrichtung. Die Schnittstelle ist dabei vorzugsweise als Infrarot-Schnittstelle ausgebildet.

Aus der DE 100 38 247 A1 ist ein Doppeltemperatursensor bekannt, wobei zwei Temperatursensoren mit ihren jeweils zugehörigen elektrischen Verbindungen in einem geschlossenen Sensorgehäuse auf zwei gegenüberliegenden, im Abstand wärmeisoliert voneinander angeordneten, wärmeleitenden Gehäuseteilen angebracht sind, so dass die aufgrund einer äußeren Temperaturdifferenz sich an den wärmeleitenden Gehäuseteilen, an den elektrischen Verbindungen und an den Temperatursensoren einstellenden Temperaturen ohne Beeinflussung durch Luftströmung oder Wärmeleitung zwischen den Temperatursensoren gemessen werden.

Aus der DE 101 39 705 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Körpertemperatur mit einer Kopfbänderung bekannt, deren Bänderungselement zumindest stückweise als Bänderungsabschnitte an der Kopfhaut eines Kopfbandträgers anliegen und bei der zumindest einer der Bänderungsabschnitte zur Aufnahme eines die Hauttemperatur messenden ersten Temperatursensors ausgebildet ist. Weiter ist vorzugsweise ein zweiter Temperatursensor zur Erfassung der raumnahen Temperatur vorhanden. Beide Messwerte werden in einem Verstärker normiert und über einen ersten Sende-Empfänger an eine Auswerteelektronik übertragen. In der Auswerteelektronik wird aus den mit den Temperatursensoren gemessenen Werten nach der Berechnungsformel tc = th1 + (th1 – th2) × Ks/Kg die Körpertemperatur tc berechnet, wobei th1 = hautnahe Temperatur, th2 = raumnahe Temperatur, Ks = Wärmeleitkonstante für den Sensor und Kg = Wärmeleitkonstante für das Gewebe ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur chronischen, nicht-invasiven Messung der Körper-Kerntemperatur zu schaffen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu sind der Temperatursensor und die Sende-Empfangseinheit als monolithischer integrierter Schaltkreis oder als Multi-Chip-Modul-Bauteil ausgebildet. Hierdurch ergeben sich verschiedene Vorteile, die in ihrer Gesamtheit völlig neue Anwendungsgebiete erschließen. Der erste Vorteil ist die sehr geringe Masse. Aufgrund der sehr geringen Masse sowie der sehr kleinen mikroelektronischen Grundstruktur weist die Vorrichtung sehr kurze Zeitkonstanten sowie einen geringen Energieverbrauch auf. Dies wiederum ermöglicht chronische, nicht-invasive Temperaturmessungen über lange Zeiträume, da die Vorrichtung aufgrund ihrer Größe als nicht störend empfunden wird. Dies ermöglicht beispielsweise den bisher verschlossenen Einsatz in der Veterinärmedizin, beispielsweise zur frühzeitigen Erkennung von Erkrankungen, der Überwachung des Eisprungs bei Nutztieren bzw. daraus ableitend die schnelle Erfassung des Ergebnisses vorangegangener Deckversuche. Vorzugsweise werden der Temperatursensor und die Sende-Empfangseinheit thermisch voneinander weitgehend isoliert, so dass ein Multi-Chip-Modul-Aufbau bevorzugt wird, in dem geeignete Isolationsschichten integrierbar sind. Werden neben der Sende-Empfangseinheit weitere Baueinheiten benötigt, wie beispielsweise eine Sensorsignalvorverarbeitung und/oder Verstärkung, so werden auch diese vorzugsweise thermisch vom Temperatursensor isoliert. Der Temperatur-Sensor kann weiter vorzugsweise aus dotiertem Poly-Silizium ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen zweiten Temperatursensor auf, wobei der zweite Temperatursensor vom ersten Temperatursensor thermisch isoliert ist. Hierdurch lässt sich dann die Temperatur der Umgebung erfassen und aus der aus dem Stand der Technik bekannten Formel die Körper-Kerntemperatur unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur berechnen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sende-Empfangseinheit ein HF/DC-Wandler zugeordnet, mittels dessen empfangene HF-Energie in eine Betriebsspannung mindestens für den Temperatursensor wandelbar ist, wobei weiter vorzugsweise auch die weiteren vorhandenen elektrischen Komponenten mit elektrischer Energie versorgt werden. Der Vorteil des HF/DC-Wandlers ist, dass die Vorrichtung keine separate Energieversorgung wie beispielsweise eine Batterie benötigt, was wiederum die chronische Messung über lange Zeiträume erleichtert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung auf einem thermisch isolierenden Haftpflaster angeordnet. Dies ermöglicht zum einen die leichte Anbringung an Körperstellen und verhindert andererseits die thermische Beeinflussung aufgrund der Umgebungstemperatur.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Vorrichtung eine Adresse zugeordnet, wobei die Temperatursensordaten nur übertragen werden, wenn zuvor die Vorrichtung ein HF-Signal mit korrespondierender Adresse empfangen hat. Gegebenenfalls kann die Adresse auch codiert sein oder ein zusätzliches Code-Signal mitübertragen werden, um beispielsweise missbräuchliches Auslesen der Temperatursensoren zu verhindern. Weiter vorzugsweise wird die Adresse auch beim Senden der Temperatursensor-Signale mitübertragen, was eine eindeutige Zuordnung erlaubt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einem aufladbaren elektrischen Energiespeicher ausgebildet, der vorzugsweise als Kondensator ausgebildet ist. Dieser glättet einerseits die Ausgangsspannung des HF/DC-Wandlers und ermöglicht andererseits auch einen längeren Betrieb ohne weiteres HF-Signal.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abtastrate für den oder die Temperatursensoren einstellbar, wobei vorzugsweise die Einstellung über das HF-Signal erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur chronischen, nicht-invasiven Messung der Körpertemperatur.
Die Vorrichtung 1 zur chronischen, nicht-invasiven Messung der Körper-Kerntemperatur umfasst eine Sende-Empfangseinheit 2, einen HF/DC-Wandler 3, eine Adress-Logik 4, eine Schaltlogik 5 sowie mindestens einen Temperatursensor 6. Die Vorrichtung 1 arbeitet vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 3 bis 300 GHz und ist als Multi-Chip-Modul ausgebildet. Dabei ist der Temperatursensor 6 durch geeignete Isolierschichten weitgehend thermisch isoliert gegen den Rest der Vorrichtung 1. Die Sende-Empfangseinheit 2 ist mit dem HF/DC-Wandler 3 und der Adress-Logik 4 verbunden, wobei in der Sende-Empfangseinheit 2 ein moduliertes HF-Signal demoduliert wird. Dabei wird das HF-Trägersignal dem HF/DC-Wandler 3 zugeführt, der das HF-Trägersignal in eine Gleichspannung wandelt. Das Nutzsignal wird hingegen der Adress-Logik 4 zugeführt. Der Ausgang des HF/DC-Wandlers 3 stellt die Betriebsspannung mindestens für die Sende-Empfangseinheit 2, für die Adresslogik 4 und den Temperatursensor 6 zur Verfügung. Die Adress-Logik 4 prüft anhand des Nutzsignals, ob die Vorrichtung angesprochen wurde und schaltet gegebenenfalls die Schaltlogik 5 durch, so dass die Werte des Temperatursensors 6 von der Sende-Empfangseinheit 2 übertragen werden können. Dabei wird vorzugsweise ebenfalls die Adresse aufmoduliert. Über die Adresslogik 4 kann dem Temperatursensor 6 auch eine Abtastraste übermittelt werden, was durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
Die HF-Signale erhält die Vorrichtung 1 vorzugsweise von einer mobilen Einheit 10, die ebenfalls eine Sende-Empfangseinheit 11, eine Auswertelogik 12, einen Speicher 13 und eine Schnittstelle 14 zu einem Rechner aufweist. Die mobile Einheit 10 ist dabei über die Schnittstelle 14 oder die dargestellte Antenne durch einen weiteren Rechner programmierbar. Die mobile Einheit 10 ist dabei derart ausgebildet, dass eine Vielzahl von Vorrichtungen 1 angesprochen und ausgelesen werden können. Hierzu wird diese beispielsweise in einem Kuhstall deponiert, wo die einzelnen Kühe mit einer Vorrichtung 1 ausgestattet sind. Die einzelnen erfassten Messwerte können dann mit der zugehörigen Adresse in dem Speicher 13 abgelegt und über die Schnittstelle 14 später ausgelesen werden.

Claims

Vorrichtung zur chronischen, nicht-invasiven Messung der Körper-Kerntemperatur, umfassend mindestens einen ersten Temperatursensor zur Erfassung der Hauttemperatur sowie eine Sende-Empfangseinheit, wobei über die Sende-Empfangseinheit Temperatursensordaten an eine räumlich getrennte Sende-Empfangseinheit übertragbar sind und der erste Temperatursensor thermisch gegen die Umgebung isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (6) und die Sende-Empfangseinheit (2) als monolithischer integrierter Schaltkreis oder als Multi-Chip-Modul-Bauteil ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen zweiten Temperatursensor aufweist, wobei der zweite Temperatursensor vom ersten Temperatursensor (6) thermisch isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sende-Empfangseinheit (2) der Vorrichtung (1) ein HF/DC-Wandler (3) zugeordnet ist, mittels dessen empfangene HF-Energie in eine Betriebsspannung mindestens für den Temperatursensor (6) wandelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) auf einen thermisch isolierenden Haftpflaster angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (1) eine Adresse zugeordnet ist, wobei die Temperatursensordaten nur übertragen werden, wenn zuvor die Vorrichtung ein HF-Signal mit korrespondierender Adresse empfangen hat.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit einem aufladbaren elektrischen Energiespeicher ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastraste für den oder die Temperatursensoren (6) einstellbar ist.