DE112021002404T5

DE112021002404T5 - Temperaturmessvorrichtung, temperaturmessverfahren und temperaturdämpfungsmessverfahren

Info

Publication number: DE112021002404T5
Application number: DE112021002404.3T
Authority: DE
Inventors: Shigenao Maruyama; Takahiro Okabe; Yuya Iseki; Takashi Nonaka; Takuma Kogawa; Yasushi Hosokawa; Yutaro Tabata; Tadashi Matsudate; Toshinori Nakajima; Masaya Higashi; Manabu Orito
Original assignee: National Institute Of Tech; Hirosaki University NUC; National Institute of Technology Japan; Semitec Corp
Current assignee: National Institute Of Tech; Hirosaki University NUC; National Institute of Technology Japan; Semitec Corp
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2023-02-16
Also published as: WO2021261327A1; JP7157103B2; CN115917273A; US20230296447A1; JP2022003309A

Abstract

Es werden eine Temperaturmessvorrichtung, ein Temperaturmessverfahren und ein Temperaturdämpfungsmessverfahren bereitgestellt, die in der Lage sind, die Temperatur eines Objekts mit hoher Präzision, hoher Genauigkeit und schnellem Ansprechen zu messen, und die in der Lage sind, die Temperatur eines wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur des Objekts. Eine Temperaturmessvorrichtung (10) umfasst: eine wärmeempfindliche Einheit (41), die die Temperatur erfasst; ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement (1) zur Messung, das in der Lage ist, die Temperatur zu messen, indem die wärmeempfindliche Einheit (41) in Kontakt mit einem Subjekt gebracht wird; ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement (2) zum schützenden Heizen, das angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch mit dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement (1) zur Messung über eine Isolierschicht (S1) ermöglicht, und das gesteuert ist, dass seine Temperatur gleich der Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements (1) zur Messung ist; ein Temperatursteuerelement (3), das in der Lage ist, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement (1) zur Messung in einen Temperaturzustand zu versetzen, in dem seine Temperatur um einen bestimmten Grad niedriger ist als die Temperatur des Subjekts; und eine Steuerungsverarbeitungseinheit (5), die das wärmeempfindliche Dünnfilmelement (1) zur Messung, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement (2) zum schützenden Heizen und das Temperatursteuerelement (3) steuert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Temperaturmessvorrichtung, ein Temperaturmessverfahren und ein Temperaturdämpfungsmessverfahren.
Stand der Technik
In der Industrie und in der Medizin ist es erwünscht, die Oberflächentemperatur eines Objekts mit hoher Präzision, hoher Genauigkeit und schneller Reaktion zu messen.
In der Medizin beispielsweise beginnt die Diagnose bei Verdacht auf einen bösartigen Hauttumor mit der Beobachtung des Aussehens und dem Abtasten, und es wird ein Abschnitt des betroffenen Bereichs zur pathologischen Untersuchung herausgeschnitten. Bei Hautkrebs, wie dem Melanom (malignes Melanom), ist die Heilungsrate hoch, wenn er in einem frühen Stadium entdeckt wird. Wenn der Hautkrebs jedoch fortschreitet, sinkt die Heilungsrate erheblich. Die Diagnose erfolgt häufig durch eine visuelle Inspektion mit einem Dermaskop, jedoch erfordert solch eine Diagnose viel Geschick.
Insbesondere bei Verdacht auf einen bösartigen Hauttumor wird die pathologische Untersuchung zwar durch eine Hautbiopsie durchgeführt, doch ist eine solche Hautbiopsie invasiv, und es dauert, bis das Untersuchungsergebnis vorliegt. Darüber hinaus entwickelt sich die aktinische Keratose, ein intraepidermales Karzinom, im Laufe der Zeit zu einem Plattenepithelkarzinom und kann zu Metastasen in mehreren Organen führen, so dass ein Screening erforderlich sein kann. Daher sind sowohl eine frühzeitige Erkennung als auch eine Behandlung erwünscht, und es wird eine nichtinvasive Diagnosemethode für Hautkrebs benötigt.
Unter diesen Umständen wurde eine Temperaturmessvorrichtung vorgeschlagen, die Hautkrebs auf nicht-invasive Weise diagnostizieren kann (siehe Patentdokument 1). Die in Patentdokument 1 offengelegte Temperaturmessvorrichtung bewirkt, dass sich ein schützender Wärmequellensensor auf dieselbe Temperatur wie ein Temperaturmesssensor usw. erwärmt. Da die Temperatur der Oberfläche des Messziels und die Temperatur des Temperaturmesssensors und des schützenden Wärmequellensensors gleich sind, kann verhindert werden, dass Wärme von dem Temperaturmesssensor auf den schützenden Wärmequellensensor und von der Oberfläche des Messziels auf den Temperaturmesssensor übertragen wird. Daher ist es möglich, die Temperatur mit Hilfe des Temperaturmesssensors präzise und genau zu messen. Darüber hinaus offenbart das Patentdokument 1 die Messung der Wärmeleitfähigkeit des betroffenen Bereichs, indem eine bestimmte Wärmemenge pulsierend auf den Messsensor aufgebracht wird.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2016-217885
Patentdokument 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-300765
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. 5327840
Nicht-Patent Dokument 1: First-in-human clinical study of novel technique to diagnose malignant melanoma via thermal conductivity measurements, T. Okabe, T.Fujimura, J.Okajima, Y.Kambayashi, S.Aiba, S.Maruyama, Scientific Reports, Vol.9,(2019)
Nichtpatent Dokument 2 : Nicht-invasive Messung der effektiven Wärmeleitfähigkeit der menschlichen Haut mit einer Schutz-beheizten-Thermistor-Sonde,
T. Okabe, T. Fujimura, J. Okajima, S. Aiba, S. Maruyama, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.126, (2018)
Nicht-Patent-Dokument 3: Entwicklung eines beheizten Thermistors für die genaue Messung der Oberflächentemperatur, T. Okabe, J. Okajima,
A. Komiya, S. Maruyama, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 108,(2017)

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Der Temperaturmesssensor und der schützende Wärmequellensensor in Patentdokument 1 sind jedoch glasgefüllte NTC-Thermistoren und weisen eine große Wärmekapazität und ein begrenztes Temperaturansprechverhalten auf, so dass es schwierig ist, eine schnelle Reaktion zu erwarten. Außerdem ist für ein Verhältnis zwischen der Oberflächentemperatur des Messziels und der Umgebungstemperatur im Prinzip ein Verhältnis erforderlich, bei dem die Temperatur des Temperaturmessfühlers, d. h. die Umgebungstemperatur, niedriger ist als die Oberflächentemperatur des Messziels.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung besteht ein Ziel darin, eine Temperaturmessvorrichtung, ein Temperaturmessverfahren und ein Temperaturdämpfungsmessverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, die Temperatur eines Messziels präzise und genau zu messen und schnell darauf zu reagieren, und die in der Lage sind, die Temperatur eines wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur des Messziels.
Lösung des Problems
Eine Temperaturmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält: ein wärmeempfindliches Teil, das eine Temperatur erfasst; ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zur Messung, das in der Lage ist, eine Temperatur zu messen, indem das wärmeempfindliche Teil mit einem Messziel in Kontakt gebracht wird; ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zum schützenden Heizen, mit einer Wärmeisolierschicht dazwischen positioniert angeordnet ist, um in der Lage zu sein, Wärme mit dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement zur Messung auszutauschen, und das so gesteuert wird, um in der Temperatur dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement zur Messung gleich zu sein; ein Temperatursteuerelement, das in der Lage ist, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung auf einen Temperaturzustand bei einer Temperatur einzustellen, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist als eine Temperatur des Messziels; ein Steuerprozessteil, das das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zum schützenden Heizen und das Temperatursteuerelement steuert.
Die Temperaturmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist in der Lage, die Temperatur des Messziels präzise und genau zu messen und schnell zu reagieren, und in der Lage ist, die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur des Messziels. Obwohl die Temperaturmessvorrichtung geeignet ist, an einem lebenden Körper angewendet zu werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Temperaturmessvorrichtung ist auch auf den Fall der Messung der Oberflächentemperatur eines Objekts in industriellen Bereichen anwendbar, und das Messziel ist nicht besonders begrenzt.
In einem Temperaturmessverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden ein wärmeempfindliches Teil, das eine Temperatur erfasst, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zur Messung, das eine Temperatur messen kann, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zum schützenden Heizen, mit einer Wärmeisolierschicht dazwischen positioniert ist, in Bezug auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung angeordnet ist, und ein Temperatursteuerelement, das eine Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung steuern kann, bereitgestellt, und das Temperaturmessverfahren enthält: einen Schritt des Steuerns, unter Verwendung des Temperatursteuerelements, der Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung auf eine Temperatur, die um ein bestimmtes Grad niedriger als ein Messziel ist; einen Schritt, in dem das wärmeempfindliche Teil mit dem Messziel in Kontakt gebracht wird; einen Schritt des Ausführens von Steuerung, so dass die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung und eine Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zum schützenden Heizen gleich sind; und einen Schritt des Ausgebens eines Messergebnisses einer Temperatur des Messziels.
In einem Temperaturdämpfungs-Messverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden außerdem ein wärmeempfindliches Teil, das eine Temperatur erfasst, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zur Messung, das in der Lage ist, eine Temperatur zu messen, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zum schützenden Heizen, das mit einer Wärmeisolierschicht zwischenpositioniert ist, in Bezug auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung angeordnet ist, und ein Temperatursteuerelement, das in der Lage ist, eine Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung zu steuern, bereitgestellt, und das Temperaturdämpfungs-Messverfahren enthält: einen Schritt, in dem das wärmeempfindliche Teil mit dem Messziel in Kontakt gebracht wird; einen Schritt des Anlegens eines ersten Wärmeimpulses einer bestimmten Leistung an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung; einen Schritt des Detektierens einer Temperaturdämpfungseigenschaft des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Anlegen des ersten Wärmeimpulses einen Schritt des Anlegens eines zweiten Wärmeimpulses einer bestimmten Leistung mit einer längeren Dauer als der erste Wärmeimpuls an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung; und einen Schritt des Detektierens einer Temperaturdämpfungseigenschaft des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung innerhalb einer vorbestimmten Zeit nachdem Anlegen des zweiten Wärmeimpulses stoppt.
Gemäß dem Temperaturdämpfungs-Messverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise durch Detektieren der Temperaturdämpfungseigenschaften von der Epidermis zur Dermis des lebenden Körpers zur Berechnung der Wärmeleitfähigkeit der betroffene Bereich auf nicht-invasive Weise diagnostiziert werden.
Wirkungen der Erfindung
Die Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Temperaturmessvorrichtung, ein Temperaturmessverfahren und ein Temperaturdämpfungs-Messverfahren bereit, die in der Lage sind, die Temperatur eines Messziels präzise und genau mit schneller Reaktion zu messen, und die in der Lage sind, die Temperatur eines wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur des Messziels.
Figurenliste

1 ist eine Längsschnittansicht, die eine Temperaturmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 2 ist (a) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1, (b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1 und (c) eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zeigt.
4 ist ein Verdrahtungsplan, der einen Basis-Verbindungszustand des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements veranschaulicht.
5 ist ein Blockkonfigurationsdiagramm, das die Temperaturmessvorrichtung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Anwendungsbeispiel für die Temperaturmessvorrichtung zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Temperaturmessung schematisch darstellt.
8 ist ein Zeitdiagramm, das ein Bild zeigt, in dem Wärmeimpulse bei der Temperaturdämpfungsmessung auftreten.
9 ist ein Flussdiagramm, das schematisch die Temperaturdämpfungsmessung zeigt.
10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Temperaturmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Im Folgenden wird eine Temperaturmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. 1 und 2 sind Längs- und Querschnittansichten, die schematisch eine Temperaturmessvorrichtung darstellen. 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zeigt, und 4 ist ein Verdrahtungsplan, der einen Basis-Verbindungszustand des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zeigt. Darüber hinaus ist 5 ein Blockkonfigurationsdiagramm, das die Temperaturmessvorrichtung darstellt, und 6 ist ein Diagramm, das ein Anwendungsbeispiel der Temperaturmessvorrichtung darstellt. In den jeweiligen Figuren können die Skalen der jeweiligen Bestandteile entsprechend modifiziert werden, um die jeweiligen Bestandteile so groß wie möglich zu machen. Darüber hinaus sind die gleichen oder gleichwertige Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die wiederholte Beschreibung davon entfällt.
Die Temperaturmessvorrichtung der Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie in geeigneter Weise in einen Katheter eingebaut werden kann und in der Lage ist, die Temperatur eines lebenden Körpers als ein Messziel mit schneller Reaktion präzise und genau zu messen. 1 zeigt einen Zustand, in dem eine Temperaturmessvorrichtung 10 in ein Spitzenendteil eines Katheters Ct eingebaut ist. In 2 ist (a) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A, (b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B und (c) eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C. In den 1 und 2 ist die Darstellung von Verdrahtungsbeziehungen, wie z.B. Leitungsdrähten, weggelassen.
Die Temperaturmessvorrichtung 10 in den 1 und 2 enthält ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement 1 zur Messung, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen, ein Temperatursteuerelement 3, eine rohrförmige Außenwand 4, in der die jeweiligen Bestandteile untergebracht sind, und ein Steuerprozessteil 5 (siehe 5), das die jeweiligen Bestandteile steuert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenwand 4 ein röhrenförmiger Schaft des Katheters Ct. Der Schaft ist länglich und mit einem Lumen ausgebildet und weist eine geeignete Steifigkeit und Flexibilität auf. Außerdem ist im Inneren des Lumens ein hohler Leitungsdraht-Einführschlauch in Längsrichtung angebracht. Für das Material, aus dem der Schaft ausgebildet ist, kann ein Kunstharz wie Polyurethan, Polyolefin, Polyamid oder Polyetherpolyamid verwendet werden. Darüber hinaus ist der Außendurchmesser des Schafts gleich oder kleiner als 8 Charriere, und die Länge des Schafts beträgt 900 mm bis 1100 mm.
Daher sind das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen und das Temperatursteuerteil 3 in dem Spitzenendteil des Katheters Ct, der als die Außenwand 4 dient, untergebracht und eingebaut, und das Spitzenendteil des Katheters Ct dient als wärmeempfindliches Teil 41, das eine Temperatur erfasst und als Sonde funktioniert.
Das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung weist im Wesentlichen die gleichen Spezifikationen und Eigenschaften auf wie das später zu beschreibende wärmeempfindliche Element 2 zum schützenden Heizen. Das wärmeempfindliche Element 1 zur Messung ist das vorderste Spitzenende des Schafts des Katheters Ct und ist an einem Innendurchmesser-Abschnitt angeordnet.
Bezugnehmend auf 3, ist das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung ein Dünnfilm-Thermistor und enthält ein Substrat 11, sowie eine leitende Schicht 12, eine Dünnfilm-Elementschicht 13 und eine schützende Isolierschicht 14, die auf dem Substrat 11 ausgebildet sind.
Das Substrat 11 weist eine im Wesentlichen kreisförmige Form auf, die an den Innendurchmesser des Katheters Ct angepasst werden kann, und ist aus einem isolierenden Aluminiumoxidmaterial ausgebildet. Für das Material, aus dem das Substrat 11 ausgebildet ist, können Keramiken wie Aluminiumnitrid und Zirkoniumdioxid oder Halbleiter wie Silizium und Germanium verwendet werden. Auf einer Oberfläche des Substrats 11 (in der Zeichnung die Oberseite) wird durch Sputtern usw. ein isolierender Dünnfilm gebildet. Das Substrat 11 ist ultradünn und weist eine Dicke von 200 µm oder weniger auf, insbesondere 50µm bis 200 µm und insbesondere 150 µm oder weniger.
Durch die Verwendung eines solchen ultradünnen Substrats 11 für einen Dünnfilm-Thermistor ist es möglich, ein wärmeempfindliches Element mit einem kleinen Wärmehohlraum, hoher Empfindlichkeit und ausgezeichnetem thermischen Ansprechverhalten zu realisieren.
Die leitende Schicht 12 bildet ein Verdrahtungsmuster und wird auf dem Substrat 11 gebildet. Die leitende Schicht 12 wird durch Bilden eines dünnen Metallfilms durch Sputtern usw. gebildet, und als Metallmaterial wird ein Edelmetall, wie Platin (Pt), Gold (Au), Silber (Ag), Palladium (Pd) oder eine Legierung der vorgenannten Metalle, wie eine Ag-Pd-Legierung, verwendet. Außerdem ist an zwei Enden des Substrats 11 ein Paar Elektrodenteile 12a, die elektrisch mit der leitenden Schicht 12 verbunden sind, einstückig mit der leitenden Schicht 12 ausgebildet.
Die Dünnfilm-Elementschicht 13 ist eine Thermistor-Zusammensetzung und wird aus einem Oxid-Halbleiter mit einem negativen Temperaturkoeffizienten gebildet. Die Dünnfilm-Elementschicht 13 wird durch Sputtern auf der leitenden Schicht 12 gebildet und ist elektrisch mit der leitenden Schicht 12 verbunden. Die Dünnfilm-Elementschicht 13 kann auch aus einem Oxid-Halbleiter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten bestehen.
Die Dünnfilm-Elementschicht 13 besteht beispielsweise aus zwei oder mehr Elementen, die aus Übergangsmetallen wie Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kobalt (Co) und Eisen (Fe) ausgewählt sind. Die schützende Isolierschicht 14 wird gebildet, so dass sie die Dünnfilm-Elementschicht 13 und die leitende Schicht 12 bedeckt. Bei der schützenden Isolierschicht 14 handelt es sich um eine Schutz-Glasschicht aus Borosilikatglas.
Darüber hinaus wird ein Leitungsdraht 12b aus Metall durch Schweißen mit dem Elektrodenteil 12a geklebt bzw. gebondet und elektrisch verbunden. Der Leitungsdraht 12b ist aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie Constantan oder Hastelloy (eingetragenes Warenzeichen), dessen Wärmeleitfähigkeit 5 W/m·K bis 25 W/m·K betragen kann. Diese Materialien können durch Hartlöten, wie z. B. Löten, oder durch Laserschweißen verbunden werden. Darüber hinaus kann der Drahtdurchmesser des Leitungsdrahtes 12b etwa φ 20 µm bis etwa φ 100 µm betragen. Durch Anordnen des Leitungsdrahtes 12b auf diese Weise werden die Wärmekapazität und die Wärmeabgabemenge des Thermistors aufgrund des Leitungsdrahtes 12b reduziert, und die Empfindlichkeit und das thermische Ansprechverhalten können verbessert werden.
Die andere Seite (die untere Seite, die in der Figur die Seite des Messziels ist) des Substrats 11 kann ebenfalls mit einem Schutzfilm bedeckt sein. In diesem Fall berührt das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung das Messziel über den Schutzfilm.
Darüber hinaus kann es auch sein, dass das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung an dem Innendurchmesser-Abschnitt des Katheters Ct angeordnet ist, so dass die Dünnfilm-Elementschicht 13 auf der anderen Seite des Substrats 11 angeordnet ist. In diesem Fall ist die Seite der Dünnfilm-Elementschicht 13 des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung weiterhin mit einem Schutzfilm bedeckt, und das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung, genauer gesagt, die Seite der Dünnfilm-Elementschicht 13, ist so konfiguriert, dass es das Messziel über den Schutzfilm berührt.
Das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen ist das gleiche Element wie das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung und weist die gleichen Spezifikationen und Eigenschaften auf. Daher ist der Teil, der mit dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung identisch oder gleichwertig ist, mit dem gleichen oder gleichwertigen Symbol gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung wird ausgelassen.
Wie hauptsächlich in (c) von 2 gezeigt, weist das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen eine Dünnfilm-Elementschicht 23, und mehrere Löcher 21a zum Durchführen von Leitungsdrähten auf, insbesondere acht Löcher 21a, sind an dem Umfang des Substrats 21 ausgebildet. Die Leitungsdrähte des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen werden durch die Löcher 21a eingeführt, um zu der Seite des Steuerprozessteils 5 geführt zu werden. Darüber hinaus sind die Löcher 21a linear symmetrisch ausgebildet. Daher ist es möglich, ein günstiges thermisches Gleichgewicht zu erhalten.
Darüber hinaus ist, wie in 1 gezeigt, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen, mit einer Wärmeisolierschicht S₁ dazwischen positioniert entlang der Längsrichtung des Katheters Ct angeordnet, um Wärme mit dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung austauschen zu können. Darüber hinaus sind das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung und das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen angeordnet, dass die Seiten der Dünnfilm-Elementschichten 13, 23 einander zugewandt sind.
Die Wärmeisolierschicht S₁ ist eine Gasschicht, insbesondere eine Luftschicht, und durch einen ringförmigen wärmeisolierenden Abstandshalter 15, der zwischen dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung und dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen bereitgestellt ist, wird ein Abstand dazwischen eingehalten. Die Schichtdickenabmessung der Wärmeisolierschicht S₁ ist in einem feinen Intervall von 0,05 mm bis 1 mm eingestellt. Durch Einstellen einer solchen Schichtdickenabmessung kann die Wärme, übertragen von dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen unterdrückt werden, um die passenden wärmeisolierenden Eigenschaften beizubehalten, während der Wärmeaustausch zwischen dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung und dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen ermöglicht wird, um die Temperaturen des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen gleich zu machen.
Obwohl die Wärmeisolierschicht S₁ eine Luftschicht sein kann, kann die Wärmeisolierschicht S₁ auch eine Gasschicht aus Stickstoff, Argon usw. sein und kann auch durch ein wärmeisolierendes Material gebildet werden.
Das Temperatursteuerelement 3 ist ein Peltier-Element, das ein thermoelektrisches Element ist. Das Peltier-Element nutzt den Peltier-Effekt und ist ein Halbleiterelement, bei dem eine Oberfläche als eine wärmeabsorbierende Oberfläche und die andere Oberfläche als wärmeabgebende Oberfläche dient, wenn ein Gleichstrom durchfließt. Durch Umkehren der Stromrichtung werden die wärmeabsorbierende Oberfläche und die wärmeabgebende Oberfläche umgekehrt.
Außerdem ist das Temperatursteuerelement 3 an der Rückseite des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen angeordnet. Darüber hinaus sind ein Wärmeableiter 31 und ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement 32 für das Temperatursteuerelement an der Endseite des Temperatursteuerelements 3 bereitgestellt, und eine Wärmeableitungsrippe 33 ist an der Rückseite des Temperatursteuerelements 3 angeordnet.
Siehe auch (b) in 2, der Wärmeableiter 31 ist in einer kurzen zylindrischen Form unter Verwendung von Metall mit günstiger Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, Aluminium, Messing oder Eisen, ausgebildet und ist angeordnet, um thermisch mit der Oberfläche des Peltier-Elements gekoppelt zu sein.
Außerdem ist das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 32 für das Temperatursteuerelement so angeordnet, dass es thermisch mit dem Wärmeableiter 31 gekoppelt ist. Das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 32 für das Temperatursteuerelement erfasst die Temperatur des Wärmeableiters 31 und fungiert, um die Temperatur eines Peltier-Moduls zu steuern, das aus dem Peltier-Element als Temperatursteuerelement 3 gebildet wird. Daher wird der Wärmeableiter 31 auf eine Temperatur eingestellt, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist, und die Umgebungstemperatur wird gesenkt. Dementsprechend ist es möglich, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung in einem Temperaturzustand zu halten, der um ein bestimmtes Grad niedriger ist als die Temperatur des Messziels.
An dem Umfang des Wärmeableiters 31 sind mehrere Löcher 31a, insbesondere vier Löcher 31a, für Leitungsdrähte ausgebildet. Darüber hinaus sind zur Verbindung mit den Löchern 31 a nicht dargestellte Löcher an dem Umfang des Substrats des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 32 für das Temperatursteuerelement ausgebildet. Daher werden Leitungsdrähte, wie z.B. zwei Leitungsdrähte auf einmal, des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung, des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen und des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 32 für das Temperatursteuerelement beispielsweise in die Löcher 31a und Löcher des Substrats des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 32 für das Temperatursteuerelement eingeführt, um zu der Seite des Steuerprozessteils 5 geführt zu werden. Da diese Löcher, wie auch die Löcher 21a für das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen, in linearer Symmetrie ausgebildet sind, ist es möglich, ein günstiges thermisches Gleichgewicht zu erhalten.
Das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 32 für das Temperatursteuerelement weist im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung auf, aber seine Spezifikationen und Eigenschaften können gleich oder unterschiedlich sein und können entsprechend gestaltet und ausgewählt werden.
Darüber hinaus ist eine Wärmeisolierschicht S₂ zwischen dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 32 für das Temperatursteuerelement und dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen zwischenpositioniert. Die Wärmeisolierschicht S₂ weist im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Wärmeisolierschicht S₁ auf und ist eine Luftschicht. Außerdem wird durch einen ringförmigen wärmeisolierenden Abstandshalter 25, der zwischen dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen und dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 32 für das Temperatursteuerelement bereitgestellt ist, ein Abstand dazwischen aufrechterhalten. Die Schichtdickenabmessung der Wärmeisolierschicht S₂ ist auf einen Abstand von 1 mm bis 3 mm eingestellt. Die Schichtdickenabmessung der Wärmeisolierschicht S₂ ist so ausgebildet, dass sie größer ist als die Schichtdickenabmessung der Wärmeisolierschicht S₁. Obwohl die Wärmeisolierschicht S₂ eine Luftschicht sein kann, kann die Wärmeisolierschicht S₂ auch eine Gasschicht aus Stickstoff, Argon usw. sein und kann auch durch ein Heizisoliermaterial gebildet werden.
Die Wärmeableitungsrippe 33 ist thermisch gekoppelt und elektrisch mit dem Temperatursteuerelement 3 verbunden. Durch Verwendung eines Materials mit günstiger Wärmeübertragungseigenschaft und elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. Kupfer, Aluminium usw., wird ein Paar der Wärmeableitungsrippen 33 in länglicher zylindrischer Form so ausgebildet, dass sie sich von dem Temperatursteuerelement 3 in Längsrichtung erstrecken. Daher weist die Wärmeableitungsrippe 33 eine Funktion zur Ableitung der Wärme auf, erzeugt von dem Temperatursteuerelement 3, sowie eine Funktion als die Elektrode des Temperatursteuerelements 3.
Darüber hinaus ist in dem mittleren Teil des Paares der Wärmeableitungsrippen 33 eine isolierende Trennwand 34 angeordnet. Die isolierende Trennwand 34 isoliert die Wärmeableitungsrippen 33, die auch als Elektroden dienen, elektrisch.
Bei der oben beschriebenen Temperaturmessvorrichtung 10 kann die Außenwand 4 (der Schaft des Katheters Ct) einen Außendurchmesser von 1 mm bis 2 mm aufweisen.
4 zeigt einen Basis-Verbindungszustand eines wärmeempfindlichen Dünnfilmelements Rth und ist ein Schaltplan für die Temperaturmessung des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung, des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen und des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 32 für das Temperatursteuerelement. Das wärmeempfindliche Dünnfilmelement Rth und ein fester Widerstand R als ein Begrenzungswiderstand sind mit einer Spannung V in Reihe geschaltet, und ein Ausgangsanschluss ist in der Mitte zwischen dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement Rth und dem festen Widerstand R angeschlossen. Die Spannung des Ausgangsanschluss wird als eine Ausgangsspannung Vout gemessen, und die Temperatur, erfasst von dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement Rth Temperatur, wird anhand des Messergebnisses gemessen.
Im Folgenden wird eine Blockkonfiguration der Temperaturmessvorrichtung 10 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
In dieser Ausführungsform führt ein Mikrocomputer (im Folgenden als „Mikrocomputer“ bezeichnet), der das Steuerprozessteil 5 ist, das die Gesamtsteuerung durchführt, ein vorbestimmtes Programm zur Verarbeitung von Informationen aus. Der Mikrocomputer besteht schematisch aus einer CPU 51 mit einem Rechenteil und einem Steuerteil, einem ROM 52 und einem RAM 53 als ein Speichermittel und einem Eingabe-/Ausgabesteuerungsmittel 54. Darüber hinaus ist eine Leistungsschaltung 55 mit der Eingangs-/Ausgangssteuerungsvorrichtung 54 verbunden. Darüber hinaus ist die in 4 gezeigte Schaltung mit der Leistungsschaltung 55 verbunden.
Die Leistungsschaltung 55 enthält die Leistung V und hat die Funktion, die Spannung der Leistung V an jedes wärmeempfindliche Dünnfilmelement Rth anzulegen, um die Leistungsversorgung des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements Rth zu steuern. Darüber hinaus ist eine Leistungsquelle, die die Leistungsversorgung des Temperatursteuerelements 3 steuert, in der Leistungsschaltung 55 bereitgestellt.
Konkret wird der Leistung, geliefert von dem Leistungsquelle in der Leistungsschaltung 55 durch ein in den Speichermitteln des Mikrocomputers gespeichertes Programm gesteuert. Eine Ausgangsspannung Vout wird in den Mikrocomputer eingegeben und einem Rechenprozess unterzogen, um in den Leistungsschaltung 55 zurückgeführt zu werden, oder als ein Messausgang an ein Messausgangsteil O/P zur Verarbeitung ausgegeben. Das Messausgabeteil O/P ist ein Anzeigemittel oder ein Druckmittel. Außerdem ist ein Eingabeteil I/P mit der Eingabe-/Ausgabesteuerungsvorrichtung 54 verbunden. Das Eingabeteil I/P ist zum Beispiel ein Eingabemittel wie ein Schalter, eine Tastatur usw. und kann Einstellungen durch Eingabe von Temperatur, Spannungswert, Zeit usw. vornehmen, wie erforderlich.
Im Folgenden wird ein Anwendungsbeispiel der Temperaturmessvorrichtung 10 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Es wird ein Anwendungsbeispiel für ein Endoskop zur Beobachtung des Inneren des menschlichen Körpers gezeigt. Ein Arzt Tm führt die Spitze eines Endoskops Es durch den Mund eines Patienten Pt ein, um ein Organ zu beobachten und zu untersuchen. Dabei wird der Katheter Ct durch eine Rohrleitung P des Endoskops Es eingeführt, und das wärmeempfindliche Teil 41 ragt als eine Sonde aus der Rohrleitung P. An der Spitze des Endoskops Es sind eine Ziellinse O und eine Beleuchtungslinse L bereitgestellt. Darüber hinaus ist in der Nähe der Spitze ein hier nicht dargestelltes Bilderfassungselement bereitgestellt. Ein unter Verwendung des Bildaufnahmeelements aufgenommenes Bild wird angezeigt, und der Anwender Tm kann eine Beobachtung durchführen.
Daher wird bei der endoskopischen Inspektion, wie im Folgenden im Detail beschrieben wird, indem das wärmeempfindliche Teil 41 der Temperaturmessvorrichtung 10 mit dem betroffenen Bereich des Patienten in Kontakt gebracht wird, die Temperatur des betroffenen Bereichs gemessen und eine thermische Reaktionsprüfung des betroffenen Bereichs durchgeführt wird, was beispielsweise zur Tumordiagnose beitragen kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Temperaturmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform nicht darauf beschränkt ist, in einen Katheter eingebaut zu werden. Die Temperaturmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann als unabhängige Temperaturmessvorrichtung konfiguriert werden und die Hauttemperatur, die Körpertemperatur oder, in industriellen Bereichen, die Oberflächentemperatur eines Objekts messen.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Temperaturmessvorrichtung 10 unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 für einen Fall einer Messung des Messziels und für den Fall der Messung der Dämpfung der Temperatur beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das die Temperaturmessung schematisch darstellt. 8 ist ein Zeitdiagramm, das ein Bild zeigt, in dem Wärmeimpulse bei der Temperaturdämpfungsmessung auftreten. In 8 stellt die horizontale Achse die Zeit (Sek.) und die vertikale Achse die Messtemperatur (°C) des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung dar. 9 ist ein Flussdiagramm, das schematisch die Messung der Temperaturdämpfung zeigt. Diese Vorgänge werden hauptsächlich durch das Programm des in 5 dargestellten Steuerprozessteils 5 ausgeführt.
<Temperaturmessung>
Wie in 7 gezeigt, wenn Leistung eingeschaltet wird, wird die Temperaturmessvorrichtung 10 gestartet und der wärmeempfindliche Teil 41 als eine Sonde mit dem Endoskop Es in den menschlichen Körper eingeführt (Schritt S1). Dann wird über das Temperatursteuerelement 3, der Wärmeableiter 31 und das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 32 für das Temperatursteuerelement die Umgebungstemperatur auf eine Temperatur eingestellt und gesteuert, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist als das Messziel (Schritt S2). Falls beispielsweise die Temperatur des betroffenen Bereichs als Messziel 37°C beträgt, wird die Umgebungstemperatur auf eine Temperatur eingestellt, die 5°C bis 10°C niedriger ist, vorzugsweise 2°C bis 3°C niedriger.
Bei der Verwendung der Temperaturmessvorrichtung 10 ist es erforderlich, dass die Umgebungstemperatur, d. h. zumindest das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung, im Prinzip niedriger ist als die Temperatur des Messziels. In einer Umgebung wie der Bauchhöhle oder einem Organ in einer endoskopischen Operation ist es schwierig, die Temperatur des betroffenen Bereichs präzise und genau zu messen, da der betroffene Bereich als Messziel und die Umgebung die gleiche Temperatur aufweisen.
In der Umgebung wird durch das Peltier-Element als Temperatursteuerelement 3 die Temperatur des Wärmeableiters 31 gesenkt, und die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung kann wesentlich niedriger als die Temperatur des Messziels gemacht werden. Der Wärmeableiter 31 führt eine Temperatursteuerung durch das Temperatursteuerelement 3 durch, während sie unter Verwendung des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 32 für das Temperatursteuerelement überwacht wird, und wird auf einer Temperatur gehalten, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist als das Messziel, zum Beispiel um mehrere °C, und das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen dazu bringt, sich selbst zu erwärmen, um einen Wärmeaustausch zwischen dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung und dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen zu ermöglichen, so dass die Temperaturen des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen gleich sein können. Die durch das Temperatursteuerelement 3 erzeugte Wärme wird über die Wärmeableitungsrippe 33 abgeleitet.
Der Wärmeableiter 31 kann weggelassen werden, in dem Fall, in dem die Temperatur des Messziels konstant höher ist als die Umgebungstemperatur. Durch die Bereitstellung des Wärmeableiters 31 kann jedoch eine stabile, präzisere Temperaturmessung erwartet werden.
Dann wird das wärmeempfindliche Teil 41 (das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung) in Kontakt mit dem betroffenen Bereich des Messziels gebracht (Schritt S3). In diesem Zustand wird die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung überwacht (Schritt S4), während die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen so gesteuert werden, dass sie gleich sind (Schritt S5).
Das heißt, wenn das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung mit dem Messziel in Kontakt gebracht wird, steuert das Steuerprozessteil 5 den elektrischen Widerstand des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen, um gleich dem elektrischen Widerstand des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung zu sein. Dann wird das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen auf eine Temperatur erhitzt, die der Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung entspricht. Da die Temperatur der Oberfläche des betroffenen Bereichs als das Messziel, die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen gleich sind, kann verhindert werden, dass Wärme von dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen oder von der Oberfläche des betroffenen Bereichs auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung übertragen wird.
Auf diese Weise wird in der Temperaturmessvorrichtung 10 das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen bereitgestellt, wobei die Wärmeisolierschicht S₁ mit einer geeigneten Schichtdickenabmessung in Bezug auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung dazwischen positioniert wird, die Wärme, die von der Oberfläche des Messziels entlang des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und des Leitungsdrahts usw. einströmt, kompensiert wird, es möglich ist, die verlorene Wärmemenge auf das Minimum zu unterdrücken, und die Temperaturmessung ohne Änderung des Zustands des Messziels durchgeführt werden kann.
Dann wird festgestellt, dass die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und die Temperatur des betroffenen Bereichs einen thermischen Gleichgewichtszustand erreichen (Schritt 6), und das Messergebnis der Temperatur des betroffenen Bereichs als das Messziel wird aufgezeichnet und ausgegeben (Schritt 7).
Die Prozesse des Temperaturmessverfahrens enthalten hauptsächlich: einen Schritt des Einstellens und Steuerns der Umgebungstemperatur auf eine Temperatur, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist als das Messziel; einen Schritt, in dem das wärmeempfindliche Teils 41 mit dem Messziel in Kontakt gebracht wird; einen Schritt des Ausführens der Steuerung, so dass die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 zur Messung und die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 2 zum schützenden Heizen gleich sind; und einen Schritt des Ausgebens des Messergebnisses der Temperatur des Messziels.
Mit einem solchen Temperaturmessverfahren der Temperaturmessvorrichtung 10 kann die Temperatur des Messziels präzise und genau gemessen werden. Da die thermische Kapazität des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements gering ist, ist die Temperaturmessvorrichtung 10 außerdem hochempfindlich und in der Lage, innerhalb kurzer Zeit eine Messung mit schneller Reaktion in der Größenordnung von Millisekunden durchzuführen.
Bezüglich Schritt 2 des Einstellens und Steuerns der Umgebungstemperatur auf eine Temperatur, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist als das Messziel, kann in industriellen Bereichen, wenn angenommen wird, dass die Umgebungstemperatur 15°C beträgt, während die Oberflächentemperatur eines Bestandteils als das Messziel in einem kühlen Zustand von 10°C ist, durch Einstellen und Steuern der Umgebungstemperatur auf eine Temperatur, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist als das Messziel, wie z. B. 8°C, eine hochpräzise Temperaturmessung an dem Messziel erwartet werden.
<Temperaturdämpfungsmessung>
Als ein Beispiel wird ein Temperaturdämpfungs-Messverfahren zur Diagnose des Zustands von Hautkrebs oder Organkrebs in lebendem Gewebe des Messziels unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Die Temperaturdämpfungsmessung schätzt die Wärmeleitfähigkeit des Messziels in Übereinstimmung mit dem sogenannten thermischen Impulsdämpfungsverfahren.
In der Ausführungsform werden dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement 1 zur Messung mehrere Wärmeimpulse zugeführt, bei denen sich ein kurzzeitiger Wärmeimpuls und ein langzeitiger Wärmeimpuls mit konstanter Leistung zeitlich unterscheiden, um Wärme bei einer vorgegebenen Temperatur zu erzeugen. Dann wird die Temperaturänderung der Oberfläche des Messziels unter Verwendung des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements 1 gemessen, und die Wärmeleitfähigkeit wird aus der Temperaturdämpfung nach der Erwärmung berechnet. Wie das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung erzeugt auch das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 2 zum schützenden Heizen in diesem Fall Wärme.
Krebsgewebe weist eine höhere Bioaktivität auf, wie z. B. Stoffwechsel und Blutfluss, als gesundes Gewebe, und die entzogene Energie steigt, wenn Krebsgewebe erhitzt wird. Daher wird bestätigt, dass die gemessene scheinbare Wärmeleitfähigkeit zunimmt, und je größer das Volumen des Krebsgewebes ist, desto höher ist die scheinbare Wärmeleitfähigkeit. Daher ist es möglich, einen Tumor zu diagnostizieren, indem man die scheinbare Wärmeleitfähigkeit misst, die durch die Temperaturabschwächung des betroffenen Bereichs geschätzt wird. Insbesondere wird der Kurzzeit-Wärmeimpuls auf den betroffenen Bereich angewendet, und ein Krebsaktivitätszustand der Epidermis wird anhand der scheinbaren Wärmeleitfähigkeit gemessen, die durch die Temperaturabschwächung davon geschätzt wird, und in ähnlicher Weise wird der Langzeit-Wärmeimpuls auf den betroffenen Bereich angewendet, und ein Krebsaktivitätszustand in der Dermis wird anhand der Wärmeleitfähigkeit durch die Temperaturabschwächung davon gemessen. Bei der Messung des Krebsaktivitätszustands in der Dermis ist der Einfluss der Epidermis immer noch signifikant, selbst wenn die Wärmeeindringtiefe zunimmt. Daher wird die scheinbare Wärmeleitfähigkeit gemessen, die auch Informationen über tiefer liegende Gewebe enthält.
Durch die Verwendung eines solchen Kurzzeit-Wärmeimpulses kann ein großer Beitrag zur Diagnose von Hautkrebs im Frühstadium erwartet werden. Da der Kurzzeit-Wärmeimpuls gleichzeitig mit dem Langzeit-Wärmeimpuls angewandt wird, ist es außerdem möglich, die thermophysikalischen Eigenschaften in der Tiefe des lebenden Körpers zu bestimmen, und die thermischen Eigenschaften können in der Nähe der Oberfläche des lebenden Körpers von der Hautoberfläche bis in die Tiefe der Dermis untersucht werden.
Wie in 8 und 9 wird ein kurzzeitiger Wärmeimpuls (Kurzimpuls) mit konstanter Leistung und einer Dauer in der Größenordnung von einigen Millisekunden als erster Wärmeimpuls auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung aufgebracht (Schritt S1). Innerhalb einer vorbestimmten Zeit, d.h. einige Sekunden, nachdem die Anwendung beendet ist, wird das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung überwacht, um eine Temperaturdämpfungseigenschaft zu erfassen und die Wärmeleitfähigkeit zu berechnen (Schritt S2). Dann wird ein Langzeit-Wärmeimpuls (Langimpuls) mit konstanter Leistung und einer Dauer, die länger als die Dauer des ersten Wärmeimpulses ist, als zweiter Wärmeimpuls angelegt (Schritt S3). Innerhalb einer vorbestimmten Zeit, d.h. mehrere Sekunden, nach Beendigung der Anwendung wird das wärmeempfindliche Dünnfilmelement 1 zur Messung überwacht, um eine Temperaturdämpfungseigenschaft zu ermitteln und die Wärmeleitfähigkeit zu berechnen (Schritt S4). Das Ergebnis der Berechnung der Wärmeleitfähigkeiten aus Schritt S2 und Schritt S4 und die auf den Wärmeleitfähigkeiten basierenden Diagnoseergebnisse werden ausgegeben (Schritt S5).
Daher enthalten die Prozesse des Temperaturdämpfungs-Messverfahren hauptsächlich: einen Schritt, in dem das wärmeempfindliche Teil mit dem Messziel in Kontakt gebracht wird; einen Schritt des Anlegens des ersten Wärmeimpulses mit konstanter Leistung an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung; einen Schritt des Erfassens der Temperaturdämpfungseigenschaft des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung innerhalb einer vorbestimmten Zeit, nachdem das Anlegen des ersten Wärmeimpulses stoppt; einen Schritt des Anlegens des zweiten Wärmeimpulses konstanter Leistung mit einer Dauer, die länger ist als die des ersten Wärmeimpulses, an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung; und einen Schritt des Erfassens der Temperaturabschwächungseigenschaft des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung innerhalb einer vorbestimmten Zeit, nachdem das Anlegen des zweiten Wärmeimpulses stoppt.
Gemäß dem Temperaturdämpfungs-Messverfahren kann durch Erfassen der Temperaturdämpfungseigenschaften von der Epidermis zur Dermis des lebenden Körpers zum Berechnen der Wärmeleitfähigkeit der betroffene Bereich auf nicht-invasive Weise diagnostiziert werden.
[Zweite Ausführungsform]
Im Folgenden wird eine Temperaturmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 zeigt ein Bild der Temperaturmessvorrichtung und ist eine schematische Ansicht, die einen Messzustand darstellt. Darüber hinaus sind Abschnitte, die mit der ersten Ausführungsform identisch oder gleichwertig sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine wiederholte Beschreibung entfällt.
Die Grundkonfiguration der Ausführungsform ist die Gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Die Temperaturmessvorrichtung 10 ist so konfiguriert, dass sie in einen stiftförmigen Halter 6 eingebaut werden kann. Die Außenwand 4 ist ein Gleitstab, und der Gleitstab ist verschiebbar in dem Halter 6 untergebracht. Das Spitzenteil des Gleitstabs dient als wärmeempfindliches Teil 41 der Sonde, die die Temperatur misst.
Darüber hinaus ist an dem hinteren Endteil der Gleitstange eine Schraubenfeder 61 als ein elastischer Körper angeordnet. Die Schraubenfeder 61 bewirkt, dass das wärmeempfindliche Teil 41 in Richtung der Spitze vorsteht, d. h. die Schraubenfeder 61 drückt das wärmeempfindliche Teil 41 elastisch in Richtung des Messziels (z. B. der Hautoberfläche). Daher ist zum Zeitpunkt der Messung der Druck des wärmeempfindlichen Teils 41 in Richtung des Messziels konstant, und es kann eine höhere Messgenauigkeit erwartet werden. Darüber hinaus wird ein Leitungsdraht 62 aus dem hinteren Ende des Halters 6 herausgeführt und ist mit dem Steuerprozessteil verbunden.
Gemäß der Ausführungsform können wie bei der ersten Ausführungsform eine Temperaturmessvorrichtung, ein Temperaturmessverfahren und ein Temperaturdämpfungs-Messverfahren bereitgestellt werden, die in der Lage sind, die Temperatur des Messziels, wie z. B. der Hautoberfläche oder der Oberfläche eines Objekts, präzise und genau zu messen und die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung auf einer Temperatur zu halten, die niedriger als die Temperatur des Messziels ist. Darüber hinaus ist es möglich, den Anpressdruck des wärmeempfindlichen Teils 41 auf das Messziel konstant zu halten.
Obwohl die Temperaturmessvorrichtung, das Temperaturmessverfahren und das Temperaturdämpfungsmessverfahren gemäß den Ausführungsformen der Erfindung in geeigneter Weise auf die Messung eines lebenden Körpers, wie z. B. eines Thermometers, angewendet werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Temperaturmessvorrichtung, das Temperaturmessverfahren und das Temperaturdämpfungs-Messverfahren gemäß den Ausführungsformen der Erfindung sind auch auf den Fall der Messung der Oberflächentemperatur eines Objekts in industriellen Bereichen anwendbar.
Die Erfindung ist nicht auf die Konfigurationen der obigen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen sind möglich, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus sind die oben beschriebenen Ausführungsformen als Beispiele vorgestellt und sind nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Diese neuen Ausführungsformen können in verschiedenen anderen Formen verkörpert werden, und es können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen vorgenommen werden. Diese Ausführungsformen und Abwandlungen davon sind im Umfang und Kern der Erfindung enthalten und gehören zum Umfang der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung und deren Äquivalenten.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeempfindliches Dünnfilmelement zur Messung;
2: Wärmeempfindliches Dünnfilmelement zum schützenden Heizen;
3: Temperatursteuerelement;
4: Außenwand;
5: Steuerprozessteil;
6: Bleistiftförmiger Halter;
11: Substrat;
12: leitende Schicht;
13: Dünnfilm-Elementschicht;
14: schützende Isolierschicht;
12a: Elektrodenteil;
12b: Leitungsdraht;
15, 25: Wärmeisolierender Abstandhalter;
31: Wärmeableiter;
32: Wärmeempfindliches Dünnfilmelement für Temperatursteuerelemente;
33: Wärmeableitungsrippe;
34: Isolierende Trennwand;
41: Wärmeempfindliches Teil;
51: CPU;
52: ROM;
53: RAM;
54: Ein-/Ausgabe Steuermittel;
55: Leistungsschaltung;
61: Spiralfeder;
62: Leitungsdraht;
Ct: Katheter;
S1 , S2: Wärmeisolierschicht.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5327840 [0005]

Claims

Temperaturmessvorrichtung, umfassend: ein wärmeempfindliches Teil, das eine Temperatur erfasst; ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zur Messung, das in der Lage ist, eine Temperatur zu messen, indem das wärmeempfindliche Teil in Kontakt mit einem Messziel gebracht wird; ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zum schützenden Heizen, angeordnet, mit einer Wärmeisolierschicht, die dazwischen positioniert ist, um in der Lage zu sein, Wärme mit dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement zur Messung auszutauschen, und gesteuert ist, um dem wärmeempfindlichen Dünnfilmelement zur Messung in Temperatur gleich zu sein; ein Temperatursteuerelement, das in der Lage ist, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung in einen Temperaturzustand bei einer Temperatur zu versetzen, die um ein bestimmtes Grad niedriger ist als eine Temperatur des Messziels; ein Steuerungsprozessteil, das das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zum schützenden Heizen und das Temperatursteuerelement steuert.
Temperaturmessvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung und das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zum schützenden Heizen, Dünnfilmthermistoren sind.
Temperaturmessvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung und das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zum schützenden Heizen umfassen: Substrate; und leitende Schichten und Dünnfilm-Elementschichten, die auf den Substraten ausgebildet sind, wobei eine Dickenabmessung des Substrats so ausgebildet ist, dass sie weniger als oder gleich 200 µm beträgt.
Temperaturmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung und das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zum schützenden Heizen dieselben Spezifikationen und Eigenschaften aufweisen.
Temperaturmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Temperatursteuerelement ein Peltier-Element ist.
Temperaturmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeisolierschicht eine Luftschicht ist und eine Schichtdicke ausgebildet ist, um 0,05 mm bis 1 mm zu sein.
Temperaturmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zum schützenden Heizen und das Temperatursteuerelement in ein Spitzenendteil eines Katheters eingebaut sind.
Temperaturmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung, das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zum schützenden Heizen und das Temperatursteuerelement in einem stiftförmigen Halter eingebaut sind.
Temperaturmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Steuerprozessteil eine Steuerung ausübt, so dass ein erster Wärmeimpuls mit konstanter Leistung an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung angelegt wird, und ein zweiter Wärmeimpuls mit konstanter Leistung, der eine längere Dauer als der erste Wärmeimpuls aufweist, an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung angelegt wird.
Temperaturmessverfahren, wobei ein wärmeempfindliches Teil, das eine Temperatur erfasst, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zur Messung, das in der Lage ist, eine Temperatur zu messen, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zum schützenden Heizen, das mit einer Wärmeisolierschicht zwischenpositioniert ist, in Bezug auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung angeordnet ist, und ein Temperatursteuerelement, das in der Lage ist, eine Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung zu steuern, bereitgestellt sind, wobei das Temperaturmessverfahren umfasst: einen Schritt des Steuerns, unter Verwendung des Temperatursteuerelements, der Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung auf eine Temperatur, die um ein bestimmtes Grad niedriger als ein Messziel ist; einen Schritt, bei dem das wärmeempfindliche Teil mit dem Messziel in Kontakt gebracht wird; einen Schritt des Ausführens von Steuerung, so dass die Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung und eine Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zum schützenden Heizen gleich sind; und einen Schritt von Ausgeben eines Messergebnisses einer Temperatur des Messziels.
Temperaturdämpfungs-Messverfahren, wobei ein wärmeempfindliches Teil, das eine Temperatur erfasst, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zur Messung, das in der Lage ist, eine Temperatur zu messen, ein wärmeempfindliches Dünnfilmelement zum schützenden Heizen, mit einer Wärmeisolierschicht dazwischen positioniert, in Bezug auf das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung angeordnet ist, und ein Temperatursteuerelement, das in der Lage ist, eine Temperatur des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung zu steuern, bereitgestellt sind, wobei das Temperaturdämpfungs-Messverfahren umfasst: einen Schritt, bei dem das wärmeempfindliche Teil mit dem Messziel in Kontakt gebracht wird; einen Schritt des Anlegens eines ersten Wärmeimpulses mit konstanter Leistung an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung; einen Schritt des Erfassens einer Temperaturdämpfungseigenschaft des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung innerhalb einer vorbestimmten Zeit nachdem Anlegen des ersten Wärmeimpulses stoppt; einen Schritt des Anlegens eines zweiten Wärmeimpulses mit konstanter Leistung mit einer Dauer, die länger ist als der erste Wärmeimpuls, an das wärmeempfindliche Dünnfilmelement zur Messung; und einen Schritt des Erfassens einer Temperaturdämpfungseigenschaft des wärmeempfindlichen Dünnfilmelements zur Messung innerhalb einer vorbestimmten Zeit nachdem Anlegen des zweiten Wärmeimpulses stoppt.