DE102015206938A1

DE102015206938A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens

Info

Publication number: DE102015206938A1
Application number: DE102015206938.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Koehne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens. Die Vorrichtung (100) umfasst eine Temperaturbestimmungseinrichtung, die ausgebildet ist, um unter Verwendung eines Hauttemperaturwertes eines Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes, eines Umgebungstemperaturwertes und eines Wärmestromwertes eine aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens zu bestimmen, wobei der Hauttemperaturwert eine aktuelle Temperatur einer Hautoberfläche (202) einer Haut (200) des Lebewesens repräsentiert, der Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwerte eine aktuelle Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur einer der Hautoberfläche (202) abgewandten Sensoroberfläche (210) eines den den Wärmestrom der Hauptoberfläche messenden Sensors (216) repräsentiert und der Wärmestromwert (109), den aktuellen Wärmestrom (218) zwischen der Haut und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite (210) repräsentiert.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens, auf ein entsprechendes Verfahren sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
Die Bestimmung der Körpertemperatur ist eine der wichtigsten Möglichkeiten, den Beginn einer fiebrigen Erkrankung zu erkennen. Die üblichen Methoden sind entweder genau aber unangenehm in der Ausführung, beispielsweise die rektale Messung, oder komfortabel aber weniger genau, wie beispielsweise die Messung im Mund, in der Achselhöhle oder im Ohr, z. B. unter Verwendung eines Pyrometers.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens, weiterhin ein Verfahren zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein hierin vorgestelltes Temperaturmesskonzept ermöglicht unter Verwendung von Temperaturwerten einer Haut eines Körpers und einer Umgebung des Körpers eine zuverlässige und sehr genaue Bestimmung einer aktuellen Körpertemperatur eines Lebewesens über die Hautoberfläche unabhängig von einer Umgebungstemperatur.
Damit stellt der vorgestellte Ansatz eine für Mensch oder Tier besonders schnelle und komfortable Methode für die Bestimmung der Körpertemperatur vor.
Gemäß einer Weiterbildung des hier vorgestellten Ansatzes kann mit einer zusätzlichen Bestimmung eines Wärmestroms durch die Haut des Lebewesens der Stoffwechselumsatz im Körper bestimmt, und damit die Körpertemperaturbestimmung konkretisiert bzw. verifiziert werden.
Es wird eine Vorrichtung zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens vorgestellt, wobei die Vorrichtung das folgende Merkmal aufweist:
eine Temperaturbestimmungseinrichtung, die ausgebildet ist, um unter Verwendung eines Hauttemperaturwertes, eines Umgebungstemperaturwertes und eines Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes eine aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens zu bestimmen, wobei der Hauttemperaturwert eine aktuelle Temperatur einer Hautoberfläche einer Haut des Lebewesens repräsentiert, der Umgebungstemperaturwert eine aktuelle Umgebungstemperatur eine Umgebung des Lebewesens repräsentiert und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert eine aktuelle Temperatur einer zur Haut des Lebewesens abgewandten Seite eines Wärmestromsensorelements repräsentiert.
Bei dem Lebewesen kann es sich um einen Menschen oder ein Tier handeln. Die Vorrichtung kann beispielsweise eingesetzt werden, um festzustellen, ob die Körpertemperatur des Lebewesens, beispielsweise aufgrund einer fiebrigen Erkrankung, erhöht ist. Dazu kann die Vorrichtung beispielsweise auf die Haut des Lebewesens aufgelegt werden. Die Temperaturbestimmungseinrichtung kann ausgebildet sein, um einen geeigneten Algorithmus einzusetzen, um unter Verwendung des Hauttemperaturwertes und des Umgebungstemperaturwertes die aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann die Temperaturbestimmungseinrichtung ausgebildet sein, um die aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens unter Verwendung eines Umgebungstemperaturwertes zu bestimmen, der eine Temperatur eines Mediums in einem vordefinierten Abstand zu einer der Haut abgewandten Oberfläche der Temperaturbestimmungseinrichtung repräsentiert. Dabei kann die Messung der Temperatur des Medium, (beispielsweise ein Fluid wie Luft oder Wasser) in einem Abstand von beispielsweise 1 cm, günstigerweise mindestens 5 cm erfolgen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders präzisen und zuverlässigen Erfassung der Temperatur der Haut eines Lebewesens.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Hauttemperatur-Sensorelement zum Erfassen des Hauttemperaturwertes und/oder ein Umgebungstemperatur-Sensorelement zum Erfassen des Umgebungstemperaturwertes aufweisen. Dabei kann das Hauttemperatur-Sensorelement an einer Hauttemperatur-Messseite der Vorrichtung anordenbar oder angeordnet sein und/oder das Umgebungstemperatur-Sensorelement an einer von der Hauttemperatur-Messseite entfernten Umgebungstemperatur-Messseite der Vorrichtung anordenbar oder angeordnet sein. Bei dem Hauttemperatur-Sensorelement und dem Umgebungstemperatur-Sensorelement kann es sich um elektrische oder elektronische Bauelemente handeln, die ausgebildet sind, um den Hauttemperaturwert bzw. Umgebungstemperaturwert in Form eines elektrischen Signals als Maß für die eine erfasste Temperatur an die Temperaturbestimmungseinrichtung bereitzustellen. Mit der räumlich getrennten Anordnung der zwei Sensoren an der Vorrichtung können vorteilhafterweise optimale und möglichst unverfälschte Messergebnisse erzielt werden.
Beispielsweise kann die Vorrichtung plattenförmig ausgebildet sein, wobei die Hauttemperatur-Messseite eine erste Hauptseite der Vorrichtung repräsentieren kann und die Umgebungstemperatur-Messseite eine der ersten Hauptseite gegenüberliegende zweite Hauptseite der Vorrichtung repräsentieren kann. In dieser Ausführung kann die Vorrichtung zum Messen der Körpertemperatur mit der ersten Hauptseite auf die Haut des Lebewesens aufgelegt werden. Die Vorteile liegen hier in der Möglichkeit einer kompakten Bauform bei gleichzeitig optimalen Messbedingungen durch die Platzierung der Sensoren mit maximaler Nähe zu dem zu messenden Medium.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Hauttemperatur-Sensorelement in einem ersten, quer zu der ersten Hauptseite und/oder zweiten Hauptseite verlaufenden, Seitenwandbereich der Vorrichtung angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Umgebungstemperatur-Sensorelement in einem dem ersten Seitenwandbereich gegenüberliegenden zweiten, quer zu der ersten Hauptseite und/oder zweiten Hauptseite verlaufenden, Seitenwandbereich der Vorrichtung angeordnet sein. Auch auf diese Weise können optimale und unverfälschte Messergebnisse gewährleistet werden.
Insbesondere kann die Vorrichtung ferner ein Wärmestromsensorelement zum Erfassen eines Wärmestromwertes aufweisen. Der Wärmestromwert kann einen aktuellen Wärmestrom durch die Haut des Lebewesens repräsentieren. Dabei kann die Temperaturbestimmungseinrichtung ausgebildet sein, um die aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens ferner unter Verwendung des Wärmestromwertes zu bestimmen. Der Wärmestromwert erlaubt einen Rückschluss auf einen Stoffwechselumsatz im Körper des Lebewesens. Mit dieser Zusatzinformation kann vorteilhafterweise ein unter Einsatz des Hauttemperatur-Sensorelements, des Sensorelementes zur Bestimmung der Temperatur der Wärmestromsensorelementoberfläche auf der zur Haut abgewandten Seite und des Umgebungstemperatur-Sensorelements ermittelter Körpertemperaturwert konkretisiert bzw. verifiziert werden.
Beispielsweise kann das Wärmestromsensorelement als eine Thermosäule ausgebildet sein und/oder eine Thermosäule aufweisen. Mit dieser Ausführungsform der Vorrichtung kann die Wärmestrommessung vorteilhafterweise effizient und kostengünstig realisiert werden.
Alternativ kann das Wärmestromsensorelement als zumindest ein Peltier-Element ausgebildet sein oder zumindest ein Peltier-Element aufweisen. Auch mit dieser Ausführungsform der Vorrichtung kann die Wärmestrommessung vorteilhafterweise effizient und kostengünstig realisiert werden.
In einer besonderen Ausführungsform beträgt eine Grundfläche des Wärmestromsensorelements 1 bis 5 mm². So kann die Vorrichtung vorteilhafterweise besonders kompakt realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann ausgebildet sein, um die Temperaturbestimmungseinrichtung, das Hauttemperatur-Sensorelement, das Sensorelement zur Bestimmung der Oberflächentemperatur des Wärmestromsensorelementes auf der zur Haut abgewandten Seite und das Wärmestromsensorelement zumindest teilweise zu umschließen.
Es wird ferner ein Verfahren zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Hauttemperaturwertes, eines Umgebungstemperaturwertes und eines Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes, wobei der Hauttemperaturwert eine aktuelle Temperatur einer Hautoberfläche einer Haut des Lebewesens repräsentiert und der Umgebungstemperaturwert eine aktuelle Umgebungstemperatur repräsentiert und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert die Temperatur des Wärmestromsensorelements auf der zur Haut abgewandten Wärmestromsensorelementoberfläche repräsentiert; und
Bestimmen einer aktuellen Körpertemperatur des Lebewesens unter Verwendung des Hauttemperaturwertes, des Umgebungstemperaturwertes und des Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes.
Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Verfahrens kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens mit einer Thermosäule, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens mit einem thermoelektrischen Modul, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Messalgorithmus zur Messung einer Körpertemperatur eines Lebewesens.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 weist eine Temperaturbestimmungseinrichtung 102 auf. Die Temperaturbestimmungseinrichtung 102 ist ausgebildet, um über eine Eingangsschnittstelle 104 einen Hauttemperaturwert 106 einen Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert 107, der zur Haut abgewandten Seite des Wärmestromsensorelementes einen Umgebungstemperaturwert 108 und den Wärmestromwert 109 einzulesen. Der Hauttemperaturwert 106 repräsentiert eine aktuelle Temperatur einer Hautoberfläche einer Haut des Lebewesens, der Umgebungstemperaturwert 108 repräsentiert eine Temperatur eines Mediums, das sich in einer vordefinierten Distanz zu einem die Hauttemperatur erfassenden Sensorelementes befindet. Der Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert 107 repräsentiert die aktuelle Temperatur der zur Haut abgewandten Seite des Wärmestromsensorelements und der Wärmestromwert 109 den aktuellen Wärmestrom 218 zwischen Haut 200 des Lebewesens und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210. Die Temperaturbestimmungseinrichtung 102 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Hauttemperaturwertes 106, des Umgebungstemperaturwertes 108, des Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes 107 und des Wärmestroms 109 in einem geeigneten Algorithmus eine aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens zu bestimmen.
Die Temperaturbestimmungseinrichtung 102 ist ferner ausgebildet, um über eine Ausgabeschnittstelle 110 ein die aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens repräsentierendes Körpertemperatursignal 112 auszugeben.
Beispielsweise kann das Körpertemperatursignal 112 an ein Display der Vorrichtung 100 ausgegeben werden, wo die aktuelle Körpertemperatur alphanumerisch angezeigt und von einem Bediener der Vorrichtung 100 abgelesen werden kann.
2 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen beispielhaften Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens. Gezeigt ist die Vorrichtung 100, sowie ein Abschnitt einer Haut 200 des Lebewesens, hier eines Menschen. Die Haut 200 kann Bestandteil eines beliebigen Körperteils des Menschen sein. Wie die Darstellung in 2 zeigt, ist die Vorrichtung 100 zum Messen der Körpertemperatur auf einer Oberfläche 202 der Haut 200 abgelegt. Die Vorrichtung 100 kann somit auch als Hautthermometer bezeichnet werden.
Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 weist ein Hauttemperatur-Sensorelement 204, ein Umgebungstemperatur-Sensorelement 205 zur Erfassung einer Temperatur eines Mediums, das in einem vordefinierten Abstand zum Wärmstromsensorelement 216 als Hauptkomponente der Vorrichtung angeordnet ist, ein Wärmestromsensorelement 216 zur Bestimmung des aktuellen Wärmestrom (218) zwischen der Haut (200) und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite (210) und ein Sensorelement 206 zur Bestimmung der Temperatur der Wärmestromsensorelementoberfläche auf der zur Haut abgewandten Seite auf. Das Hauttemperatur-Sensorelement 204 ist an einer Hauttemperatur-Messseite 208 der Vorrichtung 100 angeordnet und ausgebildet, um den in 1 gezeigten Hauttemperaturwert zu erfassen und bereitzustellen. Dazu liegt die Vorrichtung 100 mit der Hauttemperatur-Messseite 208 auf der Hautoberfläche 202 auf. Das Sensorelement 206 zur Bestimmung der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur ist an einer Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 der Vorrichtung 100 angeordnet und ausgebildet, um den in 1 gezeigten Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert 107 bereitzustellen. Entsprechend ist die Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 der Vorrichtung 100 entsprechend von der Hautoberfläche 202 ab- und einer Umgebung um die Haut 200 des Lebewesens zugewandt. Der Umgebungstemperatur-Sensor 205 kann beispielsweise mittels eines kurzen Kabels (das beispielsweise eine Länge von 1 cm, vorzugsweise mehr als 5 cm, noch weiter bevorzugt mehr als 10 cm) mit der Hauptkomponente der Vorrichtung 100 verbunden sein.
Wie die Darstellung in 2 zeigt, ist das Hautthermometer 100 plattenförmig, hier spezifisch quaderförmig, aufgebaut. Dabei bildet die Hauttemperatur-Messseite 208 eine erste Hauptseite der Vorrichtung 100 und die Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 eine der ersten Hauptseite gegenüberliegende zweite Hauptseite der Vorrichtung 100. Bei den Hauptseiten handelt es sich um die Seiten mit den größten Abmessungen der plattenförmigen Vorrichtung 100, die das Wärmestromsensorelement enthält.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zudem das Hauttemperatur-Sensorelement 204 und das Sensorelement 206 zur Bestimmung der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur maximal voneinander entfernt in der Vorrichtung 100 angeordnet. Konkret ist das Hauttemperatur-Sensorelement 204 in einem quer zu der ersten Hauptseite 208 und der zweiten Hauptseite 210 verlaufenden ersten Seitenwandbereich 212 der Vorrichtung 100, die das Wärmestromsensorelement repräsentiert, positioniert und das Sensorelement 206 zur Bestimmung der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur in einem quer zu der ersten Hauptseite 208 und der zweiten Hauptseite 210 (Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite) verlaufenden zweiten Seitenwandbereich 214 der Vorrichtung 100 positioniert, wobei der zweite Seitenwandbereich 214 dem ersten Seitenwandbereich 212 gegenüberliegt.
Das in 2 gezeigte besondere Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 weist ferner ein Wärmestromsensorelement 216 auf. Das Wärmestromsensorelement 216 ist ausgebildet, um einen Wärmestromwert 109 zu erfassen. Der Wärmestromwert repräsentiert einen – in der Darstellung in 2 mittels Pfeilen gekennzeichneten – aktuellen Wärmestrom 218 zwischen der Haut 200 des Lebewesens und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210. Entsprechend ist die – in 2 nicht gezeigte – Temperaturbestimmungseinrichtung der Vorrichtung 100 ausgebildet, um die aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens neben der Verwendung des Hauttemperaturwertes, des Umgebungstemperaturwerts, und des Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes ferner unter Verwendung des Wärmestromwertes zu bestimmen.
Wie die Darstellung in 2 zeigt, ist das Wärmestromsensorelement 216 zwischen der Hauttemperatur-Messseite 208 und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 des Hautthermometers 100 angeordnet und erstreckt sich durch die gesamte Vorrichtung 100 von dem ersten Seitenwandbereich 212 zu dem zweiten Seitenwandbereich 214.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Wärmestromsensorelement 216 als eine Mehrzahl von Thermoelementen 220 umfassende Thermosäule ausgebildet. Wie die Darstellung zeigt, sind die Thermoelemente 220 benachbart zueinander zwischen der Hauttemperatur-Messseite 208 und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 angeordnet und elektrisch verbunden. Damit sind die Thermoelemente 220 gegenüber dem Wärmestrom 218 thermisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung beträgt eine – zu den Hauptseiten 208, 210 des plattenförmigen Hautthermometers 100 parallele – Grundfläche des Wärmestromsensorelements 216 nur wenige Quadratmillimeter.
Mit der Bestimmung des Wärmeflusses bzw. Wärmestroms 218 zwischen der Haut 200 des Lebewesens und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 zusätzlich zur Bestimmung der Hauttemperatur, der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur, auf einer zur Haut abgewandten Seite des Wärmesensors und der Umgebungstemperatur kann die Körpertemperatur des Lebewesens noch zuverlässiger gemessen werden. Mit der Verwendung des miniaturisierten thermoelektrischen Wärmestromsensorelements 216 kann die Bestimmung des Wärmestroms 218 sehr einfach realisiert werden. Durch die Messung des Wärmestroms 218 kann bestimmt werden, wie hoch der Stoffwechselumsatz im Körper ist. Der Stoffwechselumsatz ist bei einer fiebrigen Erkrankung deutlich erhöht, da der Körper die Stoffwechselrate steigert, um die Körpertemperatur anzuheben. Somit kann eine Kenntnis eines Stoffwechselumsatzes zur Plausibilisierung oder Verifizierung einer aufgrund der von dem Hauttemperatur-Sensor 204, des Sensors 206 zur Bestimmung der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur, auf einer zur Haut abgewandten Seite des Wärmesensors und dem Umgebungstemperatur-Sensor 205 beigesteuerten Werte bestimmten Körpertemperatur eingesetzt werden.
Wird die Hauttemperatur bei niedriger Umgebungstemperatur gemessen, liegt das Messergebnis für die Hauttemperatur im Vergleich zu einer Messung bei Raumtemperatur niedriger. Wird zusätzlich zur Hauttemperatur auch der Wärmefluss bzw. Wärmestrom 218, die Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur auf der zur Haut abgewandten Seite und die Umgebungstemperatur gemessen, kann die Körpertemperatur mittels eines geeigneten Algorithmus sehr viel genauer bestimmt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 ein Gehäuse auf, das das Hauttemperatur-Sensorelement 204, das Umgebungstemperatur-Sensorelement 205, zum Messen einer Temperatur eines Mediums (wie beispielsweise Luft), das sich an der zur Haut abgewandten Seite des Wärmesensors in einem vorbestimmten Abstand (von beispielsweise 1 cm, vorzugsweise mindestens 5 cm) befindet, das Sensorelement 206 zur Bestimmung der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur und das Wärmestromsensorelement 216 zumindest teilweise umgibt. Beispielsweise können die Temperatursensoren 204, 205 und 206 wahlweise in je einer Ausnehmung des Gehäuses an der Hauttemperatur-Messseite 208 bzw. der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 angeordnet sein oder direkt angrenzend an eine Gehäusewand innerhalb des Gehäuses liegen.
3 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen beispielhaften Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 zur genauen und schnellen Bestimmung der Körpertemperatur durch die Messung von Temperatur und Wärmefluss der Hautoberfläche. Auch in der Darstellung in 3 ist das beispielhafte Hautthermometer 100 aufgelegt auf die Hautoberfläche 202 des Lebewesens gezeigt, dessen Körpertemperatur zu bestimmen ist.
Wie in 2 weist auch das in 3 gezeigte Hautthermometer 100 die drei Temperatursensoren 204, 205 und 206 und das Wärmestromsensorelement 216 auf. Auch hier befindet sich das Hauttemperatur-Sensorelement 204 auf der Seite 208 des Hautthermometers 100, die bei der Messung mit der Hautoberfläche 202 in Kontakt tritt, und das Umgebungstemperatur-Sensorelement 206 befindet sich auf der von der Haut 200 abgewandten Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 des Hautthermometers 100. Zwischen den beiden Temperatursensoren 204, 206 befindet sich das Wärmestromsensorelement 216.
Im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in 3 gezeigten beispielhaften Hautthermometer 100 das Wärmestromsensorelement 216 als ein miniaturisiertes thermoelektrisches Modul in Form eines Peltier-Elements ausgeführt. Das Peltier-Element 216 erstreckt sich wie die Thermosäule in 2 durch die gesamte Vorrichtung 100 von dem ersten Seitenwandbereich 212 zu dem zweiten Seitenwandbereich 214. Das Peltier-Element 216 ist ausgebildet, um den Wärmestrom 218 zwischen der Haut 200 des Lebewesens und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 geeignet zu erfassen. Dabei nutzt das Peltier-Element 216 den Seebeck-Effekt, erzeugt also basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen der Hauttemperatur-Messseite 208 und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite 210 der Vorrichtung 100 ein den Wärmestrom 218 repräsentierendes elektrisches Signal. Für die Auswertung des elektrischen Signals können die Werte der der Temperatursensoren 204, 205 und 206 verwendet werden.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens. Das Verfahren 400 kann geeignet sein, um von einem Hautthermometer, wie es in den 1 bis 3 vorgestellt ist, ausgeführt zu werden. In einem Schritt des Einlesens 402 werden ein Hauttemperaturwert einer aktuellen Temperatur einer Hautoberfläche einer Haut des Lebewesens, ein Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert einer aktuelle Temperatur der Oberfläche des Wärmestromsensorelementes auf der zur Haut abgewandten Seite des Wärmestromsensorelementes, ein Wärmestromwert eines aktuellen Wärmestroms zwischen der Haut des Lebewesens und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite, und ein Umgebungstemperaturwert einer aktuellen Umgebungstemperatur um die Haut des Lebewesens, wobei der Umgebungstemperaturwert vorzugsweise in einem vordefinierten Abstand zu der der Haut abgewandten Seite des Wärmestromsensorelementes erfasst wird, eingelesen. In einem Schritt des Bestimmens 404 wird unter Verwendung des Hauttemperaturwertes, des Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes des Umgebungstemperaturwertes und des Wärmestromwertes mittels eines geeigneten Algorithmus eine aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens bestimmt.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für einen Messalgorithmus zur Messung einer Körpertemperatur eines Lebewesens. Für die Messung oder Bestimmung der Körpertemperatur des Lebewesens können dabei die folgenden Messgrößen bzw. Variablen und Zusammenhänge verwendet werden:

T_H:: Hauttemperatur
T_S:: Oberflächentemperatur des Sensors
T_U:: Umgebungstemperatur
P_K:: Wärmestrom, Konvektion
P_S:: Wärmestrom, Strahlung
A:: Fläche des Sensors
σ:: Stefan-Boltzmann-Konstante σ = 5,670·10^–8 W/m²K⁴
ε:: Emissionsgrad dunkler Kunststoff ε = 0,95

P_berechnet = P_K + P_S

P_berechnet = 7A·(T_S – T_U) + ε·σ·A·(T_S ⁴ – T_U ⁴) = 7A·(T_S – T_U) + 0,95·σ·A·(T_S ⁴ – T_U ⁴)

Unter Zuhilfenahme der vorstehend genannten Zusammenhänge, Messgrößen und Variablen kann die Körpertemperatur des Lebewesens entsprechend dem Verfahren 500 aus 5 bestimmt oder gemessen werden. In einem ersten Schritt 510 wird bestimmt, ob die Umgebungstemperatur T_U kleiner als 32°C ist. Ist dies der Fall, wird in einem hieran folgenden Schritt 520 bestimmt, ob die Oberflächentemperatur des Sensors T_S größer als die Umgebungstemperatur T_U ist. Ist dies ebenfalls der Fall, wird in einem nachfolgenden Schritt 530 bestimmt, ob die Hauttemperatur T_H größer als die Oberflächentemperatur des Sensors T_S ist. Ist dies wiederum der Fall, wird in einem nachfolgenden Schritt 540 plausibilisiert, ob der gemessene Wärmestromwert P_gemessen (P_g) innerhalb eines unter Verwendung der zur Verfügung stehenden weiteren Messwerte bestimmten Wärmestrombereichs liegt. Der gemessene Wärmestromwert P_gemessen gilt dann als plausibilisiert, wenn der gemessene Wärmestromwert P_gemessen größer als das 0,8-fache des berechneten Wärmestromwertes P_berechnet (P_b) und kleiner als das 1,2-fach des berechneten Wärmestromwertes P_berechnet (P_b) ist. Ist der gemessene Wärmestromwert P_gemessen (P_g) beispielsweise durch die Anwendung des Schritts 540 plausibilisiert worden, kann die Körpertemperatur T_K des Lebewesens in einem nachfolgenden Schritt 550 durch die Formel T_K = T_H + P_gemessen/A·d_Haut/λ_Blut berechnet werden, wobei die Variablen d_Haut = d_H = 0,002m die Dicke der Haut und λ_Blut = ☐_B = 0,45 W/mK die Wärmeleitfähigkeit von Blut repräsentiert.
Anzumerken wäre dabei, dass sich der berechnete Wärmestrom(-wert) P als Summe der Wärmestromkonvektion und der Wärmestrahlung über die Grenzfläche der Vorrichtung zur Umgebung ergibt, was aufgrund der Energieerhaltung dem Wärmestrom vom Körper in die Vorrichtung entspricht.
Ferner ist zu erkenne, dass in die Ermittlung der Körpertemperatur insbesondere die Größen für den Hauttemperaturwert und den Wärmestromwert eingehen. Der Umgebungstemperaturwert und der Oberflächentemperaturwert werden dabei insbesondere für die im Algorithmus zuerst durchgeführte Plausibilisierung der Messung verwendet.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Vorrichtung (100) zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens, wobei die Vorrichtung (100) das folgende Merkmal aufweist: eine Temperaturbestimmungseinrichtung (102), die ausgebildet ist, um unter Verwendung eines Hauttemperaturwertes (106), und eines Umgebungstemperaturwertes (108) eines Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes (107) und eines Wärmestromwertes (109) eine aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens zu bestimmen, wobei der Hauttemperaturwert (106) eine aktuelle Temperatur einer Hautoberfläche (202) einer Haut (200) des Lebewesens repräsentiert, der Umgebungstemperaturwert (108) eine aktuelle Umgebungstemperatur einer der Hautoberfläche eines die Temperatur der Hauptoberfläche messenden Sensors abgewandten Sensoroberfläche repräsentiert und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert (107) eine aktuelle Temperatur einer zur Haut (200) des Lebewesens abgewandten Seite eines Wärmestromsensorelements (206) repräsentiert.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbestimmungseinrichtung (102), ausgebildet ist, um die aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens unter Verwendung eines Umgebungstemperaturwertes (108) zu bestimmen, der eine Temperatur eines Mediums in einem vordefinierten Abstand zu einer der Haut (200) abgewandten Oberfläche (210) der Temperaturbestimmungseinrichtung (102) repräsentiert.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) ein Hauttemperatur-Sensorelement (204) zum Erfassen des Hauttemperaturwertes (106) und/oder ein Umgebungstemperatur-Sensorelement (205) zum Erfassen des Umgebungstemperaturwerts (108), und/oder ein von dem Hauttemperatur-Sensorelement (204) entferntes Sensorelement (206) zum Erfassen des Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes (107) sowie einen Wärmestromsensorelement (210) zum Erfassen des Wärmestromwertes (109) zwischen der Haut und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite (210) aufweist, insbesondere wobei das Hauttemperatur-Sensorelement (204) an einer Hauttemperatur-Messseite (208) der Vorrichtung (100) anordenbar oder angeordnet ist und/oder das Umgebungstemperatur-Sensorelement (205) in einem vordefinierten Abstand zu der zur Haut abgewandten Seite des Wärmesensorelement (216) der Vorrichtung (100) anordenbar oder angeordnet ist und/oder das Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Sensorelement (206) an einer der Hauttemperatur-Messeite (208) gegenüberliegenden Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite (210) der Vorrichtung (100) anordenbar oder angeordnet ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) plattenförmig ausgebildet ist, wobei die Hauttemperatur-Messseite (208) eine erste Hauptseite der Vorrichtung (100) repräsentiert und die Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite (210) eine der ersten Hauptseite gegenüberliegende zweite Hauptseite der Vorrichtung (100) repräsentiert.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauttemperatur-Sensorelement (204) in einem ersten, quer zu der ersten Hauptseite und/oder zweiten Hauptseite verlaufenden, Seitenwandbereich (212) der Vorrichtung (100) angeordnet ist und/oder das Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Sensorelement (206) in einem dem ersten Seitenwandbereich (212) gegenüberliegenden zweiten, quer zu der ersten Hauptseite und/oder zweiten Hauptseite verlaufenden, Seitenwandbereich (214) der Vorrichtung (100) angeordnet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) ferner ein Wärmestromsensorelement (216) zum Erfassen eines Wärmestromwertes aufweist, wobei der Wärmestromwert einen den aktuellen Wärmestrom (218) zwischen Haut (200) des Lebewesens und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite (210) repräsentiert, und wobei die Temperaturbestimmungseinrichtung (102) ausgebildet ist, um die aktuelle Körpertemperatur des Lebewesens ferner unter Verwendung des Wärmestromwertes zu bestimmen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmestromsensorelement (216) als eine Thermosäule ausgebildet ist und/oder eine Thermosäule aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmestromsensorelement (216) als zumindest ein Peltier-Element ausgebildet ist oder zumindest ein Peltier-Element aufweist.
Verfahren (400) zum Messen einer Körpertemperatur eines Lebewesens, wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte aufweist: Einlesen (402) eines Hauttemperaturwertes (106) und eines Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes (107) eines Umgebungstemperaturwertes (108) und eines Wärmestromwertes (109), wobei der Hauttemperaturwert (106) eine aktuelle Temperatur einer Hautoberfläche (202) einer Haut (200) des Lebewesens repräsentiert, der Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwert (107) eine aktuelle Temperatur der Wärmestromsensorelementoberfläche auf einer der Hautoberfläche (202) abgewandten Oberfläche eines den Wärmestrom zwischen Haut (200) des Lebewesens und der Wärmestromsensorelementoberflächentemperatur-Messseite (210) messenden Wärmestromsensorelementes (216) der Umgebungstemperaturwert (108) die Temperatur des umgebenden Mediums repräsentiert; und Bestimmen (404) einer aktuellen Körpertemperatur des Lebewesens unter Verwendung des Hauttemperaturwertes (106), des Wärmestromsensorelementoberflächentemperaturwertes (107), des Umgebungstemperaturwertes (108) und des Wärmestromwertes (109).
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (400) gemäß Anspruch 9 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.