FI113296B - Ruumiinlämmön mittaava lämpömittari ja menetelmä ihmisen ruumiinlämmön mittaamiseksi kalibrointikuvausta käyttäen - Google Patents

Description

113296

Ruumiinlämmön mittaava lämpömittari ja menetelmä ihmisen ruumiinlämmön mittaamiseksi kalibrointikuvausta käyttäen

Tekniikan ala 5 Esillä oleva keksintö liittyy lääketieteelliseen instrumentointiin ja erityisesti järjestelmään ja menetelmään ihmisruumiin sisälämpötilan mittaamiseksi ilmaisemalla ja analysoimalla potilaan korvakäytävän infrapunasätei-lyä.

10

Tekninen tausta

Monien sairauksien diagnoosi ja hoito riippuu potilaan ruumiin sisäisen lämpötilan eli sisälämpötilan tarkasta lukemasta ja joissakin tapauksissa vertailusta poti-15 laan ruumiinlämmön aikaisempaan lukemaan. Monien vuosien ajan tavallisin tapa potilaan lämpötilan ottamiseksi on ollut käyttää elohopeatäytteistä lämpömittaria. Sen täytyy olla steriloitu, sitä täytyy ravistaa, se täytyy asettaa potilaan suuhun tai peräsuoleen ja pitää siellä useiden 20 minuuttien ajan ja sitten pois ottamisen jälkeen huolelli-**.*. sesti tutkia elohopeapatsaan laajenemisen määrittämiseksi.

.*··. Näiden monien haittapuolien takia kehitettiin elektronisia j·” lämpömittareita, ja niitä on käytetty laajalti viimeisten . kahdenkymmenen vuoden ajan. Ensimmäiset huomattavan menes- • · · .* ,· 25 tykselliset elektroniset lämpömittarit olivat suuhun ase- • ;* tettavaa ennustavaa tyyppiä. Esimerkkejä näistä lämpömit- V * tareista ovat tavaramerkeillä IVAC ja^'BiAIEC myytävät läm pömittarit. Niissä on tyypillisesti lämpöä johtava anturi, ; joka on johtimilla liitetty elektronisen piirin sisältä- : : : 30 vään etäyksikköön. Anturi suljetaan suojaavan, kertakäyt- ’·_ toisen suojuksen sisälle ennen sen asettamista potilaan • · · “! suuhun tai peräsuoleen. Ennustavaa tekniikkaa käytettäessä potilaan lämpötilalukema otetaan merkittävästi lyhyemmän ”’· ajan, esimerkiksi kolmenkymmenen sekunnin, kuluessa ver- *;··: 35 rattuna tavanomaisten elohopealämpömittarien vaatimaan 2 113296 usean minuutin mittausaikaan. Tällaisissa elektronisissa lämpömittareissa on normaalisti osoittava mittari tai muu näyttö, jonka avulla käyttäjä voi määrittää lämpötilan paljon helpommin kuin lukemalla lasiputkessa olevan eloho-5 peapatsaan pään aseman. Edellä mainittua tyyppiä olevat elektroniset lämpömittarit voivat joissakin tapauksissa antaa tarkemmat lämpötilalukemat kuin mitä elohopealämpö-mittarit antavat. Lisäksi suojukset ovat kertakäyttöisiä, joten ne mahdollistavat lämpömittarin käyttämisen yhä 10 uudelleen ilman autoklaavikäsittelyä tai muuta sterilointia.

Lääketieteellisessä yhteisössä tärykalvoa pidetään potilaan lämpötilan ottamiseksi yleensä parempana kuin suun, peräsuolen tai kainalokuopan seutua. Tämä johtuu 15 siitä, koska tärykalvo edustaa paremmin ruumiin sisäistä lämpötilaa eli sisälämpötilaa ja reagoi herkemmin sisälämpötilan muutoksiin. Barnesin US-patentti 3,282,106 ehdotti kauan sitten, että toivottava olisi sellainen tärykalvo-lämpömittari, joka mittaisi ihmisruumiin lämpötilan ha-20 vaitsemalla infrapunasäteilyn korvakäytävässä. Vasta kun ··.·. Intelligent Medical Systems, Inc., Carlsbad, Kalifornia, ,···, otti Gary J. 0'Haran ym. US-patentin 4,602,642 järjestel- .1" män kaupalliseen käyttöön liittovaltiossa rekisteröidyllä . tavaramerkillä FirstTemp, kliinisesti tarkka tärykalvoläm- ; / 25 pömittari todella saatiin lääketieteellisen yhteisön käyt- : ·* töön.

*.· · Kliininen lämpömittari FirstTemp käsittää kolme yksikköä, ts. anturiyksikön, jossa on infrapuna-anturi, • ' hakkuriyksikön, jossa on kohde, sekä latausyksikön. Lisäk- 30 si käytetään lämmityksensäätöelintä infrapuna-anturin ja kohteen esilämmittämiseksi vertailulämpötilaan (36,5 °C), • t » !!.* joka on lähellä korvakäytävän lämpötilaa, ja se saa lata- *;· usenergian latausyksiköstä. Anturi sijaitsee normaalisti hakkuriyksikössä, jossa lämmityksensäätöelin esilämmittää *:·· 35 infrapuna-anturin ja kohteen. Kalibrointi suoritetaan täs- 3 113296 sä tilassa. Sen jälkeen anturiyksikkö irrotetaan hakkuri-yksiköstä ja asetetaan korvakäytävään tärykalvon infra-punasäteilyn ilmaisemiseksi. Ruumiinlämmön mittaus suoritetaan vertaamalla ilmaistua infrapunasäteilyä kohteen 5 infrapunasäteilyyn.

Lämpötilan mittauksen tarkkuus saavutetaan edellä kuvatulla FirstTemp-lämpömittarilla seuraavista syistä. Eri virhetekijöitä eliminoidaan esilämmittämällä anturiyksikkö, jossa infrapuna-anturi on, ja kohde ruumiin nor-10 maalin lämpötilan lähellä olevaan vertailulämpötilaan (36,5 °C) käyttämällä lämmityksensäätöelintä. Toisin sanoen lämmittämällä anturi vertailulämpötilaan, joka on korkeampi kuin huoneenlämpötila, sekä pitämällä infrapuna-anturi ympäristön lämpötilasta huolimatta vakiolämpötilas-15 sa infrapuna-anturi herkkyyden vaihtelut eliminoituvat, ja siten sen virhe voidaan jättää huomioonottamatta. Lisäksi kalibrointi suoritetaan siten, että kohteen vertailulämpö-tila asetetaan lähelle mitattavaa ruumiin lämpötilaa, ja sen jälkeen suoritetaan vertailumittaus, jotta optisen 20 järjestelmän ominaisuuksista aiheutuvat virheet ja muut • · • sellaiset pienenevät mitättömän alhaiselle tasolle. Lisäk-si koska anturi esilämmitetään lähellä ruumiin lämpötilaa f ’·· olevaan lämpötilaan, niin voidaan ratkaista tavanomaisen : mittausjärjestelmän aiheuttaman lämpötilan laskun ongelma, 25 ts. se ongelma, että kun viileä anturi asetetaan korvakäy- tävään, niin korvakäytävän ja rumpukalvon lämpötilat laskevat anturin takia, joten oikeata ruumiinlämmön mittausta ei voi suorittaa.

* »

Edellä kuvatun, US-patentissa n:o 4,602,642 esite-30 tyn FirstTemp-lämpömittarin lämpötilanmittauksen tarkkuus ·,:.·* on erinomainen. Koska tämä lämpömittari kuitenkin tarvit- • * * !t<>: see lämmityksensäätöyksikön, jonka säätötarkkuus on suuri, niin sen rakenne ja piirisovitelma tulevat mutkikkaiksi ja suurentavat siten kustannuksia. Lisäksi se vaatii suhteel- • · 35 lisen pitkän vakaan jakson anturin ja kohteen esilämmittä- 4 113296 miseksi ja niiden lämpötilan säätämiseksi ennalta määrätyksi lämpötilaksi. Lisäksi lämmityksensäätöyksikkö käyttää suhteellisen suuria paristoja ja vaatii vaihtosähkö-lähteeseen kytkettävän latauslaitteen. Siksi ei ole käy-5 tännöllistä käyttää US-patentin n:o 4,602,642 keksintöä kannettavassa kliinisessä lämpömittarissa, joka käyttää energian lähteenä pientä paristoa.

Erilaisia yrityksiä on tehty sellaisen kannettavan tärykalvolämpömittarin aikaansaamiseksi, joka ei vaadi 10 lämmitettävää vertailukohdetta.

Fradenin US-patentti n:o 4,797,840, joka on THER-MOSCAN, Inc.:in nimissä, esittää lämpömittarin, joka käyttää lämpösähköistä anturia ja vaatii siksi liikkuvan sul-kimen.

15 Bermanin US-patentti n:o 4,784,149, joka on Optical

Sensors, Inc.:in nimissä, esittää infrapuna-tärykalvolämpömittarin, joka käyttää lämmittämätöntä kohdetta, jonka lämpötila havaitaan kalibroinnin aikana.

Suszynskin ym. US-patentti n:o 4,993,424, joka on 20 DIATEK, Inc.:in nimissä, esittää tärykalvolämpömittarin, • · * : '.· joka vaatii liikkuvan kalibrointilevyn.

Pompein ym. US-patentit n:o 4,993,419 ja 5,012,813, : ·.. jotka ovat Exergen Corporationin nimissä, esittävät täry- kalvolämpömittarin, jota myydään tavaramerkillä OTOTEMP. 25 Lämpösähköparisto on asennettu yhtenäisen jäähdytyslevyn sisälle, joka on sylinterimäisessä aaltoputkessa kartio-maisena. Aaltoputken pituutta ja heijastuskykyä säädetään ... lämpösähköpariston näkökentän rajoittamiseksi. Elektroni- nen piiri oletettavasti osaltaan vaikuttaa tarkkuuden pa-" 30 ranemiseen määrittämällä kohteen lämpötilan lämpösähkö- : pariston kuuman liitoksen lämpötilan funktiona, joka mää- ritetään kylmän liitoksen lämpötilasta ja tunnetusta läm-* . pösähköparin kertoimesta. Määritetty sisäinen lämpötila . sovitetaan sen ympäristölämpötilan perusteella, jolle 35 pintakudos on alttiina.

5 113296

Everestin US-patentti n:o 4,907,895, joka on IVAC CORPORATIONIN niinissä, esittää tärykalvolämpömittarin, joka käyttää katkojakiekkoa.

Iuchin ym. US-patentti nro 5,017,018, joka on NIP-5 PON STEEL CORPORATIONIN nimissä, esittää erään toisen tärykalvolämpömittarin. Erilaisia kärkirakenteita on käytetty kärjessä esiintyvästä lämpötilanmuutoksesta aiheutuvien virheiden estämiseksi, mukaanluettuna kärjessä oleva lämpötila-anturi (kuvio 18).

10 Woodin US-patentti nro 4,895,164, joka on TELATEMP

CORPORATIONIN nimissä, esittää tärykalvolämpömittarin, jossa lämpösähköparisto ja termistori, joka ilmaisee läm-pösähköpariston lämpötilan, pidetään toistensa suhteen hyvin lähekkäin isotermisen kappaleen avulla, joka on 15 olennaisen matkan aaltoputken ympärillä.

Egawan ym. US-patentti nro 5,024,533, joka on Citizen Watch Co., Ltd.rn nimissä, esittää lämpömittarin, joka käyttää lämpösähköparistoa 3a (kuvio 18), joka on tuettu metallisuojukseen 19 ja vastaanottaa infrapunasäteilyä .. . 20 korvakäytävästä kullatun sylinterimäisen aaltoputken 20 : kautta. Säteily kulkee suojuksen kuoren läpi, joka on '··** yleistä IMSrn myymää tyyppiä, sekä piisuotimen 2b kautta.

: *·* Ensimmäinen lämpötilaherkkä anturi 3b, joka voi olla dio- di, on asennettu suojuksen 19 sisälle lämpösähköpariston t * * • 25 lähelle lämpösähköpariston ensimmäisen lämpötilan ja ympä- ristölämpötilan mittaamiseksi. Toinen lämpötilaherkkä anturi 3c on kiinnitetty aaltoputken 20 ulkopintaan aalto-putken toisen lämpötilan mittaamiseksi. Käyttämällä kuvion 19 toimintalohkokaaviossa esitettyä piiriä Citizen-lämpö- • « * 30 mittarin kolmas suoritusmuoto lukee ensimmäisen lämpötila-herkän anturin 3b digitaaliseksi muunnetun jännitteen ja

t * I

muuntaa jännitteen asteiksi T . Sen jälkeen piiri lukee toisen lämpötilaherkän anturin 3c digitaaliseksi muunnetun jännitteen ja muuntaa tämän jännitteen asteiksi T . Piiri 35 lukee myös seuraavat tallennetut tiedot·.

6 113296 1) lämpösähköpariston herkkyys tunnetussa lämpötilassa; 2) herkkyyden vaihtelukerroin lämpösähköpariston lämpötilan funktiona; 5 3) lämpösähköpariston vahvistimen vahvistus; 4) lämpösähköpariston herkkyys, joka perustuu anturin valoa vastaanottavaan pinta-alaan (näkökenttään); 5) symmetria-akselin lämpötila suotimen siirto- 10 ominaiskäyrän korjaamiseksi; 6) siirtofunktio, joka liittää ympäristöanturin ulostulon asteina mitattuun lämpötilaan; 7) siirtofunktio, joka liittää optisen aaltoput-kianturin ulostulon asteina mitattuun lämpöti- 15 laan; 8) kohteen säteilykyky (tai oletetaan 1); sekä 9) optisen aaltoputken säteilykyky.

Citizenin patentin n:o 5,024,533 piiri lukee lisäk-20 si lämpösähköpariston 3a digitaaliseksi muunnetun jännit-: teen. Se laskee kohteen lämpötilan (jota kutsutaan myös ruumiinlämmöksi) tallennettujen herkkyys- ja säteilykyky- * * tietojen funktiona. Sen jälkeen piiri korjaa kohteen läm- ;*·.* pötilan käyttäen tallennettuja suodattimen korjaustietoja {V; 25 ja korjaa lopuksi kohteen lämpötilan ympäristöanturin ja * · aaltoputkianturin lämpötilaeron funktiona.

Lämpösähköparistoilla, termistoreilla ja muilla .. . komponenteilla tavattavat yksiköiden väliset valmistus- ja • · asennuserot poissulkevat elektronisten ja optisten kom- * » # ** * 30 ponenttien fysikaalisia vuorovaikutuksia kuvaavan kiinteän ; ; : yhtälöryhmän käyttämisen ruumiinlämmön laskemiseksi riit- ·"*: tävällä tarkkuudella. Kunkin komponentin aiheuttamat vir heet ovat kumuloituvia ja vaikuttavat muihin komponenttei- * · . hin. Kukin komponentti täytyy tunnetuissa tärykalvolämpö- 35 mittareissa kalibroida erikseen. Kaikkien sisäänmenojen ja 7 113296 kohteen välisten riippuvuuksien määrittely tietyllä ympä-ristölämpötila-alueelle on liian vaikeata. Kokeet ovat osoittaneet, että riittävä tarkkuus ei ole saavutettavissa käyttämällä antureita havaitsemaan lämpösähköpariston ja 5 aaltoputken lämpötila ja käsittelemällä sitten signaalit sellaisten yhtälöiden mukaan, jotka vähentävät kohteen mitatusta lämpötilasta sellaisen määrän, jonka on katsottava aiheutuvan aaltoputken lämpötilan vaihteluista.

10 Keksinnön esittely

Laajasti ottaen esillä oleva keksintö aikaansaa ihmisruumiin lämpötilan mittaamiseksi erittäin tarkan menetelmän ja laitteen, jotka perustuvat uuteen kalibroin-titekniikkaan, joka ei riipu laitteen komponenttien vuoro-15 vaikutuksia säteilyvoimakkuuden fysikaalisten lakien avulla kuvaavasta kiinteästä yhtälöryhmästä.

Laite käsittää ensimmäisen anturielimen, joka kehittää ensimmäisen lähtösignaalin, joka edustaa potilaan biologisesta pintakudoksesta siihen kohdistuvaa infra-20 punasäteilyn määrää. Laite käsittää lisäksi toisen suori- · ♦ ; ‘ ’· tinelimen, joka kehittää toisen lähtösignaalin, joka edus- • **· taa ensimmäisen anturin lämpötilaa. Anturielimeen kytketty • » ♦ j*’,, suoritinelin käsittelee lähtösignaalin potilaan ruumiin- : lämmön määrittämiseksi käyttämällä useat kohteen lämpöti- * « * * * ;v. 25 lat vastaaviksi lähtösignaaleiksi kuvaavaa kalibrointiku- '..I vausta. Suoritinelimeen liitetyt elimet antavat käyttäjäl- * « · le määritetyn ruumiinlämmön osoituksen.

Menetelmä käsittää vaiheet, joissa käytetään mitta- * · · ‘ ·* pääkokonaisuutta, jossa on ensimmäinen anturi potilaan V ‘ 30 korvakäytävään emittoituneen infrapunasäteilyn vastaanot-; tamista varten ja joka kehittää ensimmäisen lähtösignaa- » t %

Iin, joka edustaa siihen kohdistuvan infrapunasäteilyn • « · t määrää, sekä toinen anturi, joka kehittää ensimmäisen anturin lämpötilaa edustavan toisen lähtösignaalin. Mene-* * 35 telmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa mittapääkokonaisuus 8 113296 suunnataan peräkkäisesti useisiin kohteisiin, jotka kukin pidetään vastaavassa vertailulämpötilassa. Menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa ensimmäisen ja toisen läh-tösignaalin arvon kalibrointikuvaus tallennetaan kunkin 5 kohteen osalta. Menetelmän viimeisessä vaiheessa mittapää-kokonaisuus suunnataan korvakäytävään ja potilaan ruumiinlämpö määritetään käyttämällä antureista ja kalibrointiku-vauksesta saatavia lähtösignaaleja.

Esillä olevan keksinnön erään toisen näkökohdan mu-10 kaan on aikaansaatu menetelmä potilaan ruumiinlämmön määrittämiseksi, joka menetelmä käsittää vaiheet, joissa käytetään mittapääkokonaisuutta, jossa on potilaan korvakäytävään asetettava mittapään kärki ja infrapuna-anturi. Infrapuna-anturin ulostulo näytteitetään ennen mittapään 15 kärjen asettamista korvakäytävään ja sitä edustava ensimmäinen arvojoukko tallennetaan. Menetelmän toisen vaiheen mukaan mittapään kärki asetetaan korvakäytävään siten, että korvakäytävään emittoituva infrapunasäteily voi kohdistua infrapuna-anturiin. Infrapuna-anturin ulostulo 20 näytteitetään jälleen ja sitä edustava toinen arvojoukko 1 · (i;* tallennetaan. Lopuksi määritetään potilaan ruumiinlämpö i · '*·<’ ensimmäisen ja toisen arvo joukon suurimman arvon perus- teella.

• · » * * * * f ; 25 Lyhyt piirustusten kuvaus .* 1‘: Kuviot IA ja IB ovat vastaavasti sellaisen mitta- pääkokonaisuuden osan suurennetut, katkaistut, sivulta katsotut ja pituussuuntaiset poikkileikkauskuvannot, jota * t voidaan käyttää esillä olevan keksinnön parhaana pidetyssä

< 4 I

30 suoritusmuodossa. Siihen asennettu lämpösähköparisto on » ‘•f.* esitetty sivukuvantona.

4 r I

Kuvio 2 on parhaana pidetyn suoritusmuodon elekt- i ronisen piirin toimintalohkokaavio.

.,,,· Kuvio 3 on parhaana pidetyn suoritusmuodon toimin- 35 nan yleinen vuokaavio.

9 113296

Kuvio 4 on niiden vaiheiden vuokaavio, jotka parhaana pidetty suoritusmuoto suorittaa ruumiinlämmön määrittämiseksi .

Kuvio 5 on tilakaavio, joka esittää parhaana pide-5 tyn suoritusmuodon toiminnan aikana näytettyjä valikkoja.

Kuvio 6 on lämpötilaa ajan funktiona kuvaava graafi, joka esittää parhaana pidetyn suoritusmuodon ennakoin-tipiirrettä.

Kuvio 7 on useita tärykalvolämpömittareita kannat-10 tavan alustan suurennettu tasokuvanto.

Kuvio 8 on kaaviollinen esitys laitteesta, jota käytetään useiden esillä olevan keksinnön parhaana pidetyn suoritusmuodon toteuttavien tärykalvolämpömittarien kalib-roimiseksi.

15 Kuvio 9 on kuvion 8 kalibrointilaitteen joidenkin vedellä lämmitettyjen kohteiden suurennettu sivukuvanto.

Keksinnön paras suoritusmuoto

Infrapuna-anturin ja siihen liittyvän optiikan 20 käsittävän tärykalvolämpömittarin rungon konstruoimiseksi .. . kaksi ratkaisua ovat mahdollisia. Runko voidaan konstru- • · oida lämpöä johtavista (ts. metallisista) osista yritettä-(;··' essä pitää järjestelmän kaikki elementit samassa lämpöti- '' lassa. Jos suotimet, aaltoputki ja infrapuna-anturi pide- 25 tään kaikki samassa lämpötilassa, mikä on niin sanottu i V isoterminen ratkaisu, niin mistä tahansa edellä mainituis- V ·’ ta komponenteista emittoituneen infrapunasäteilyn vaihte luiden aiheuttaman virheen määrä pienenee. Ellei käytetä sähköistä lämmitystä, tämä ei ole helposti aikaansaatavis-30 sa tärykalvolämpömittarissa, joka tekee kosketuksen korvan •# kanssa, joka on eri lämpötilassa kuin anturin runko. Ilman • i · •:·* aktiivista lämmitystä olevat isotermiset rakenteet ovat • · luottaneet kokonaan metallia oleviin komponentteihin tai ·;··· läheisessä termisessä kosketuksessa oleviin erittäin hyvän 35 lämmön johtavuuden omaaviin komponentteihin. Lämpötilagra- 10 113296 dientteja on silti olemassa. Keksintömme käyttämä vaihtoehtoinen ratkaisu on se, että runko konstruoidaan käyttäen lämpöä eristäviä (ts. muovisia) osia suotimien, aal-toputken ja infrapuna-anturin lämpötilanmuutosten hidasta-5 miseksi. Tämä on niin sanottu ei-isoterminen ratkaisu.

Kuviossa IA ja IB esitetyssä esillä olevan keksinnön suoritusmuodossa on mittapääkokonaisuus 8, joka käsittää lämpösähköpariston 10 muodossa olevan ensimmäisen anturin. Ensimmäistä anturia kutsutaan tässä paikoitellen 10 infrapuna-anturiksi. Se antaa jännitteen, joka vastaa "kuumien liitosten" lämpötilaa suhteessa "kylmien liitosten" lämpötilaan. Sopiva lämpösähköparistoilmaisin on kaupallisesti saatavissa Dexter Researchiltä Michiganistä. Se käsittää useita yksittäisiä sarjaan kytkettyjä termo-15 elementtejä. Kussakin termoelementissä on kylmä liitos ja kuuma liitos. Katso helmikuun 2 päivänä 1988 myönnetty Junkertin ym. US-patentti n:o 4,722,612. Lämpösähköparisto 10 kehittää analogisen lähtösignaalin (jännitteen), joka edustaa siihen kohdistuvan infrapunasäteilyn määrää. Ku-20 vattu esillä olevan keksinnön suoritusmuoto on suunniteltu havaitsemaan biologisen pintakudoksen ja erityisesti ih-. ': misruumiin korvakäytävän ihon ja tärykalvon emittoima infrapunasäteily.

j’. Toinen anturi 12 (kuvio IB) on kiinnitetty läm- • .·. : 25 pösähköpariston kuoreen lämpöä johtavalla EPOKSILLA. Se kehittää johtimiin 12a lämpösähköparistoilmaisimen lämpö-tilaa edustavan analogisen lähtösignaalin (jännitteen).

’ Eräs tähän tarkoitukseen sopiva anturi on termistori. An turia 12 kutsutaan tässä paikoitellen ympäristöanturiksi, I · · 30 koska se todellisuudessa mittaa sen huoneen ympäristöläm- V : pötilaa, jossa lämpömittaria käytetään, ja siten lämpösäh- : köpariston 10 lämpötilaa. Lämpösähköparistoon kohdistuvan .·*. infrapunasäteilyn määrää sen lähtösignaaleista määritettä- • ^ essä lämpösähköpariston lämpötila on kriittinen ja se täy- 35 tyy olla tiedossa.

11 113296

Ensimmäisen anturin kohtalaisen laaja näkökenttä on toivottava, jotta lämpömittari ei ole herkkä lämpömittarin orientaation muutoksille korvan suhteen. Toisin sanoen on toivottavaa, että korvakäytävän ja tärykalvon lämpötila 5 "yhdistetään" sen sijaan että otettaisiin korvakäytävän pienen pisteen lämpötila. Sylinterimäinen aaltoputki aikaansaa tämän, jos se sijoitetaan lämpösähköpariston näkö-aukon lähelle. Parhaana pidetään, että aaltoputki on messinkiä tai kuparia ja että sen sisäpinta on kullattu mah-10 dollisimman suuren heijastuskyvyn aikaansaamiseksi spektrin infrapuna-alueella, ts. 8-12 mikrometrin aallonpituudella.

Kuvioissa IA ja IB pitkänomainen, yleisesti sylinterimäinen, ontto muovinen mittapää 14 ympäröi ja tukee 15 messinkisen tai kuparisen putken muotoista aaltoputkea 16. Aaltoputki ja mittapää muodostavat elimen, joka vastaanottaa infrapunasäteilyä ja suuntaa sen lämpösähköparistoon 10. Metalliputken 16 sisäseinämä on päällystetty kultaker-roksella 16a. Mittapäässä 14 on kärki 14a, joka on mitoi-20 tettu ja muodostettu potilaan korvakäytävään asetettavaksi. Mittapää 14 käsittää takaosan 14b, joka on liitetty : väliosan 14c takapäähän. Takaosaa 14b ja väliosaa 14c : : tukee muovinen runko 15 (kuvio IB). Rungossa 15 on ergono- misesti muotoiltu takaosa (ei esitetty), johon käyttäjä ;\j 25 tarttuu ja joka sulkee sisäänsä kaikki kuvion 2 piirin • · jV. muodostavat komponentit. Runko 15 voi olla ruiskupuristet- • · tua ABS-muovia. Mittapää 14 on mieluummin sellaista ruis- • · · kupuristettua ABS-muovia, jonka lämmönsiirtymiskerroin on .. . pieni.

* ;* 30 Metallisen aaltoputken 16 takapää sopii sylinteri- '·' ' mäiseen porrastettuun muoviseen kiinnitysholkkiin 17 (ku- : vio IA), joka on asennettu mittapään takaosan 14b sisälle.

* · ·

Aaltoputken etupäätä ympäröi ja tukee muovinen rengas 18.

' . Aaltoputken ulkohalkaisija on pienempi kuin mittapään 35 väliosan 14c sisähalkaisija ilmavälin G1 muodostamiseksi • · 12 113296 niiden väliin. Tämä ilmaväli minimoi korvakäytävästä anturin 14 läpi aaltoputkeen 16 johtuvan lämmönvirtauksen. II-mavälin G leveys on mieluummin noin 2,0 mm. Aaltoputken takapää on 0,13 - 0,25 mm välin päässä lämpösähköparis-5 toilmaisimesta 10. Tämä väli, joka kuvioissa IA ja IB on merkitty G2:lla, estää lämmön virtaamisen niiden välistä.

Lämpösähköparistoilmaisin 10 on asennettu hoikin 17 laajennetun takaosan sisälle siten, että sen aktiivinen pinta 19, jossa on suodin, vastaanottaa aaltoputken 16 10 sisällä siirtyneen infrapunasäteilyn. Valettu muovinen sisäke 20 pitää lämpösähköpariston 10 paikallaan hoikin 17 sisällä. Lämpösähköpariston johtimet 22 kulkevat sisäk-keessä 20 olevien reikien läpi.

Heijastimen 23 (kuvio IA) muodossa oleva kertakäyt-15 töinen saniteettisuojus asennetaan mittapään kärjen 14a päälle ennenkuin mittapää asetetaan potilaan korvakäytävään. Tämä heijastin käsittää poikittaisen infrapunasätei-lyä läpäisevän kalvon ja asennuselimen kalvon asentamiseksi irrotettavasti mittapään päälle siten, että se ulottuu 20 kärjen 14a yli. Asennuselin käsittää sylinterimäisen perusosan 23b, joka muuttaa muotoaan ja lukittuu mittapään : pidätysolakkeen 14d päälle. Katso 0'Haran ym. toukokuun 5 ^ päivänä 1987 myönnetty US-patentti n:o 4,662,360.

Korvan kanssa kosketukseen asetetun muovisen mitta- 25 pään ja aaltoputken yhdistelmä ei muuta lämpötilaansa no- I'.·. peasti. Sylinterimäinen metallinen aaltoputki 16 ei ole .·*,·. samassa lämpötilassa kuin infrapunailmaisimen vertailulii- • · « tokset ja aiheuttaa virheen, jos aaltoputken heijastusker- . roin on pienempi kuin 100 %. Valmistuksen asettamat rajoi- • « 30 tukset huomioon ottaen käytännön rajana heijastussuhteella ’·* * on 98 %. Optinen analyysi on osoittanut, että säteilysäde : heijastuu keskimäärin kahdeksan kertaa mittapään ja aalto- putken yhdistelmän sisällä, ennenkuin säde saavuttaa läm- * . pösähköpariston. Näennäinen heijastuskerroin on siten 8 35 0,98 eli 85 %. Aaltoputki 16 on siksi 15 %:sti emittoiva.

• · 13 113296 Lämpöä johtamattoman ulkoisen mittapään 14 ja sisällä olevan aaltoputken, joiden välissä on ilmaväli, hyötynä on "lämpötilan laskun" minimoituminen. Tämä tarkoittaa korvan lämpötilaa alemmassa lämpötilassa olevan, 5 lämpöä johtavan esineen aiheuttamaa lämmön johtumista korvasta. Saattaa olla mahdollista käyttää aaltoputkena muovista mittapäätä, joka on päällystetty metallikerrok-sella. Muovisesta aaltoputkesta on se hyöty, että sen lämpötila ei muutu yhtä nopeasti, kun se on asetettu kor-10 vaan. Muovisen aaltoputken huonona puolena kuitenkin on se, että ei ole helppoa mitata sen yleislämpötilaa anturilla, joka on asetettu yhteen paikkaan sen päälle kuten jäljempänä on selitetty.

Ulkoinen suodin 24 (kuvio 1) on kiinnitetty mitta-15 pään 14 etupäähän 14a. Suodin 24 peittää aaltoputken 16 etupään ja estää pölyn ja lian pääsemästä muuttamaan sen heijastuskykyä. Suotimen 24 tulee olla mahdollisimman lä-pipäästävä infrapuna-alueella päästökaistan ollessa yhtä suuri tai leveämpi kuin lämpösähköpariston suotimen pääs-20 tokaista. Esimerkiksi jos lämpösähköparin suotimen päästö-kaista on aallonpituusalueella kahdeksasta kahteentoista : .' mikrometriin, niin ulkoisen suotimen 24 päästökaista voisi :...· olla aallonpituusalueella kahdeksasta kahteentoista mikro- : metriin tai seitsemästä kolmeentoista mikrometriin. Vähin- :*·,· 25 tään 94 % läpäisevyys päästökaistalla on toivottava. Al-haisemmat läpäisevyysarvot lisäävät infrapunasäteilyn emittoitumista suotimesta 24, mikä voi aiheuttaa virheen johtuen siitä, että korvasta tuleva lämpö lämmmittää suo-. dinta, jos se on suorassa kosketuksessa. Yksi sopiva in- 30 frapunasuodin 24 on tehty germaniumista, ja sen kummankin ’·' * puolen on monikerroksinen heijastuksenestopäällyste. Täl- ::: lainen suodin on kaupallisesti saatavissa Optical Coating

Laboratories, Inc.:iltä.

Kolmas anturi 26 (kuvio IB) on termisesti liitetty . 35 aaltoputkeen 16. Tämä anturi kehittää johtimiin 26a aalto- 14 113296 putken 16 lämpötilaa edustavan analogisen lähtösignaalin (jännitteen). Anturi 26 on mieluummin termistori, joka on kiinnitetty termisellä EPOKSILLA. Termistorista lähtevät johtimet 26a kulkevat ilmavälin G ja kiinnitysholkissa 17 5 olevan raon 17a kautta. Kolmatta anturia kutsutaan tässä pakoitellen aaltoputken lämpötila-anturiksi.

Poistoholkki 28 (kuvio IA) ympäröi mittapään osia 14b ja 14c, ja sitä voidaan liu'uttaa eteenpäin jousen S avulla käyttämällä käsin poistimen nuppia (ei esitetty), 10 joka on asennettu runkoon 15 suojuksen takaosaan tarttumista varten ja sen työntämiseksi pois mittapäästä poistamista varten.

Kuvio 2 on sellaisen elektronisen piirin toiminta-lohkokaavio, jota voidaan käyttää keksintömme parhaana 15 pidetyssä suoritusmuodossa. Se käsittää mikrotietokoneen 30, joka vastaanottaa käyttäjän ohjaus- ja asetuskytkimil-lä 32 antamat käskyt ja joka käyttää valikko-ohjattua näyttöä 34. Mikrotietokone ja valikko-ohjattu näyttö 34 voivat olla esimerkiksi mallia HITACHI HD4074808H olevan 20 mikropiirin ja nestekidenäytön muodossa. Ohjaus- ja ase-tuskytkimet voivat käsittää useita kaksirivisiä (DIP, ; '/· dual-in-line package) kytkimiä, joilla käyttäjä voi valita tärykalvosta mittaavan moodin, ihon pinnalta mittaavan •\# moodin, fahrenheitasteet, celsiusasteet, suusta suoritet- : 25 tavan mittauksen tai vastaavasti peräsuolesta suoritetta- van mittauksen. Samanlaisia toiminnan valintakytkimiä käytetään edellä mainitussa FirstTemp-tärykalvolämpömitta- • · · rissa.

Mikrotietokoneen 30 suorittama toimintaohjelma 30 voidaan tallentaa mikrotietokoneen 30 sisäiseen lukumuis-' tiin (ROM, read only memory) tai EPROM:iin. Toinen muisti ; 36 on liitetty mikrotietokoneeseen mitattavan ruumiinläm- .*··. mön määrittämiseksi käytetyn polynomialgoritmin tallenta- • t misen mahdollistamiseksi. Tämä muisti voi käsittää esimer- 35 kiksi 1K bitin sähköisesti tyhjennettävän ohjelmoitavan 15 113296 lukumuistin (EEPROM, electrically erasable programmable read only memory), joka on ROHMilta kaupallisesti saatavissa. Antureista 10, 12 ja 26 saatavat signaalit syötetään analogiatulo- ja -käsittelypiirin 38 kautta. Tämä 5 viimeksi mainittu piiri voi olla tulovalitsinpiiri malli n:o 74HC4051, joka on RCA:lta kaupallisesti saatavissa. Tästä piiristä lähtevät signaalit syötetään analogi-digi-taalimuuntimen 40 kautta mikrotietokoneelle 30. Tämä ana-logi-digitaalimuunnin (ADC, analog-to-digital converter) 10 voi olla integroitu piiri malli n:o TSC500, joka on saatavissa TELEDYNElta. Virtalähde 42 on mieluummin 9 voltin alkaliparisto. Tästä lähteestä saatava tasavirta syötetään säädinpiiriin 44. Tämä säädinpiiri antaa positiivisen viiden voltin signaalin tehonohjauslaitteelle 46, joka vuo-15 rostaan on kytketty toiseen säädinpiiriin 48, joka antaa negatiivisen viiden voltin signaalin. Säädinpiiri 44 voi olla integroidun piirin malli SCI7710YBA muodossa, joka on kaupallisesti saatavissa SM0S:ilta. Säädinpiiri 48 voi olla integroitu piiri malli n:o TSC7660, joka on kaupalli-20 sesti saatavissa TELEDYNElta. Tehonohjauslaite 46 pystyy katkaisemaan kaiken muun paitsi varatehon, jos lämpömitta-ri menee vahtimoodiin. Tehonohjauslaite voi olla yksinker-täisen kanavatransistorin (FET, field effect transistor) " muodossa.

*· *: 25 Sekä analogiatulo- ja -käsittelypiiri 38 että ana- : logi-digitaalimuunnin 40 on kytketty jännitereferenssipii- V : riin 50 (kuvio 2). Tämä jännitereferenssipiiri voi olla integroitu piiri malli MC1403D, joka on kaupallisesti saa-tavissa MOTOROLAlta. Ulkoinen kalibrointilaite 52 voidaan • · 30 kytkeä mikrotietokoneeseen 30 järjestelmän kalibromista varten. Kuten seuraavassa on kuvion 7 yhteydessä selitet- • * · ty, tämä laite käsittää ulkoisen tietokoneen, joka on yhteydessä mikrotietokoneen 30 kanssa sisäisen sarjamuo-·;··: toisen syöttö-/tuloportin kautta. Mikrotietokone ohjaa ·...: 35 kaiutinta 54 kuuluvien merkkiäänien antamiseksi käyttäjän 16 113296 toimenpiteiden kehottamiseksi tai muista tiloista varoittamiseksi, kuten uuden kertakäyttöisen saniteettisuojuksen tai suojuksen mittapään päälle asentamatta jättämisestä tai alhaisesta paristojännitetilasta varoittamiseksi.

5 Lämpömittarimme parhaana pidetty suoritusmuoto toi mii merkittävästi eri tavalla kuin tunnetut infrapunaher-kät lämpömittarit, jotka ovat yrittäneet käyttää komponenttien vuorovaikutuksia fysikaalisten säteilylakien kuten Pianokin lain ja Stefan-Boltzmannin yhtälön avulla 10 kuvaavaa kiinteätä yhtälöryhmää. Jotkin näistä tunnetuista lämpömittareista ovat korjanneet lasketun ruumiinlämmön vähentämällä siitä komponentin, joka aiheutuu aaltoputken ja lämpösähköpariston lämpötilaerosta.

Keksintömme käyttämä ratkaisu on peräisin komplek-15 sisten järjestelmien mallintamisen alalta eikä säteily-fysiikan alalta. Perusteellisen kokeilemisen jälkeen keksimme, että kaikkien sisäänmenojen ja kohteen lämpötilan väliset riippuvuudet ovat liian mutkikkaita määritettäväksi. Sen sijaan lämpömittarimme parhaana pidetyn suoritus-20 muodon kalibroimisen aikana muodostetaan matriisi, joka edustaa riittävää määrää kohdelämpötila- ja ympäristöläm-pötilatapauksia. Täten kuvataan monidimensioinen pinta, .**·. joka suhteuttaa sisäänmenot mitattuun ulostuloon ottamatta huomioon sisäänmenojen välisten vuorovaikutusten fysiik-. 25 kaa. Esimerkiksi tietty kohteen lämpötila 37,7 celsiusas-

• f I

.* tetta (°C) voi vastata lämpösähköpariston jännitettä 31 mikrovolttia, ympäristölämpötila-anturin vastusta 1 234 • · · ’·" ’ ohmia ja optisen aaltoputken lämpötila-anturin vastusta 4 321 ohmia. Mainittu 37,7 celsiusasteen ulostulo on tulos : 30 kolmen sisäänmenon kalibrointikuvauksesta kohteena olevan v · mustan kappaleen lämpötilaan. Lämpömittarimme parhaana . pidetty suoritusmuoto ei määritä, mikä ympäristölämpötila on, mikä aaltoputken lämpötila on tai mikä lämpösähköparin herkkyys on.

»Iti· • · 17 113296

Kalibroinnin aikana lämpömittarimme parhaana pidetty suoritusmuoto on seuraava: 1) Lämpömittari kohdistetaan peräkkäisesti kohteena oleviin mustiin kappaleisiin, jotka 5 kattavat sen tarkoitetun kohdealueen.

2) Ympäristölämpötilaa muutetaan kiertävästi edellä mainittujen peräkkäisten kohdistusten aikana eri asetusten kautta, jotka kattavat sen tarkoitetun toiminta-alueen.

10 3) Kunkin kohteen lämpötilan osalta kerätään signaalit lämpösähköparistolta, ympäristöläm-pötila-anturilta, optisen aaltoputken lämpötila-anturilta sekä nolla-vahvistettu arvo.

4) Kun tämä on suoritettu, tulojoukot kuvataan 15 ulostuloihinsa moninkertaisen lineaarisen regressiotekniikan mukaan. Eri sisäänmenot neliöidensä ja kuutioidensa lisäksi ovat riippumattomia muuttujia kohteen ollessa riippuva muuttuj a.

20 5) Käyränsovituksen tulos on kolmentoista kertoi men joukko, jota käytetään mittauksen aikana : kohteen lämpötilan määrittämiseksi.

« * ·

Mittauksen aikana lämpömittarimme parhaana pidetty ·*· : 25 suoritusmuoto on seuraava: • · · • · 1) Lukee digitaaliseksi muunnetut tulo jännitteet A) Lämpöpariston jännite {V. }; * · · ^ B) Ympäristölämpötila-anturin jännite {V,}; a.

... C) Aaltoputken lämpötila-anturin jännite {V };

I I t W

30 ja ( « · ’ D) Nolla-vahvistettu jännite (Vn).

: 2) Kohteen lämpötila T. lasketaan käyttäen seu- i # » t ;***, raavaa algoritmia, jossa on kolmetoista ker- • # rointa {a^ - jotka määritetään kalib- 35 roinnin aikana: • · 18 113296

Tt al + a2[W + a3'VVnl2 + WV3 5 + a^V + a..V 2 + a„V 3 5 a 6 a 7 a * a8Vw + a9Vw2 + a10Vw3 + nJVW + 10 a12fVt-VVal2 + a13'Vt-Vn-Val3 15 Edellä esitetyn algoritmin neliölliset ja kuutiol- liset termit aiheuttavat sen, että yhtälön jotkin termit tulevat varsin suuriksi ja toiset tulevat hyvin pieniksi suhteessa toisiinsa. Lämpömittarimme parhaana pidetty suoritusmuoto käyttää pientä mikroprosessoria, jolla on 20 rajoitettu ohjelmamuisti, rajoitettu työmuisti, rajoitettu muisti vakioiden tallentamista varten ja rajoitettu suori- • » tusnopeus. Tämän suhteellisen pienen mikroprosessorin re- • » ,;·** surssien optimoimiseksi algoritmin termien suhteellisten ♦ *’ arvojen suuret erot otetaan parhaiten huomioon käyttämällä • · » " 25 liukulukuja. Tällaisilla luvuilla on kaksi osaa, nimittäin ·* · ! V eksponenttiosa ja mantissa. Mantissa tarvitsee enimmän V ·' osan biteistä. Jotta suhteellisen pienen mikroprosessorin olisi mahdollista laskea ruumiinlämpö edellä esitettyä algoritmia käyttäen kaikkein tehokkaimmalla tavalla, niin 30 liukulukujen mantissan kokoa täytyy rajoittaa. Mantissan ·, koon rajoittaminen säästää ohjelmamuistia aritmeettisten * « · operaatioiden koodauksessa, säästää työmuistin ja vakioi- » · ’·* den muistin koossa, koska luvut ovat pienempiä, ja säästää ·:*·· suoritusaikaa, koska käsiteltäviä bittejä on vähemmän. Jos 35 mantissan bittien määrää pienennetään, niin pyöristysvir- 19 113296 heen takia menetetään kuitenkin jonkin verran tarkkuudesta laskettaessa suuri luku yhteen pienen luvun kanssa. Tämän virheen pitämiseksi hyväksyttävissä rajoissa yhteenlaskettavien lukujen suuruusero täytyy pitää rajoitetulla välil-5 lä.

Vaikka edellä esitetyssä kolmentoista kertoimen algoritmissa ei ole esitetty, olemme huomanneet, että summaamalla vakio, joka tässä on merkitty OFFSET, yhteen tai useampaan termiin regressiossa, algoritmin kertoimia 10 voidaan muuttaa vaikuttamatta tuloksen tarkkuuteen, ja samalla pyöristysvirhe pienenee. Tätä OFFSET-vakiota valittaessa suoritetaan joukko koeregressioita. Sen jälkeen on välttämätöntä ratkaista, millä kerroinjoukolla pyöristysvirhe on pienin. On olemassa kaksi mahdollista ratkai-15 sua. Ensiksikin joukko koelaskutoimituksia voidaan suorit taa valitulla mikroprosessorilla tai valitun mikroprosessorin liukulukupakkauksen ohjelmallisella tai laite-emuloinnilla. Vaihtoehtoinen ratkaisu on se, että määritetään, mikä kerroinjoukko tuottaa parhaan tuloksen, tutki-20 maila itse kertoimia. Tämä viimeksi mainittu ratkaisu on toivottavin, koska sen toteuttaminen vaatii vähiten aikaa ja kustannuksia. Tämän toisen ratkaisun toteuttamiseksi tarvitaan pyöristyksen tilastollinen mitta. Olemme kehit- * « · täneet tällaisen tilastollisen mitan, joka saadaan ker- * - · 25 rointen suhteesta. Kehittämämme suhde on: * « · * · · ♦ * * * « * « i !·:··; Tstat'al+a2/a3+a5/a6+a8/a9+all/a12· * * »

Pienimmän T -arvon omaava regressio valitaan sitten * * · Stat 30 siksi regressioksi, joka todennäköisimmin tuottaa pienim- V ‘ män pyöristysvirheen.

♦ . .·, Lämpösähköparin ja aaltoputken välisen termisen /*'t tasapainotilan asteen määrittäminen ei ole mahdollista * » lämpömittarimme parhaana pidetyllä suoritusmuodolla. Tämä * · 35 johtuu siitä, koska lämpösähköpariin kiinnitettyä anturia I i * f · t * 20 113296 tai aaltoputkeen kiinnitettyä anturia ei ole kalibroitu toistensa eikä minkään lämpötila-asteikon suhteen. Siksi lämpömittarimme parhaana pidetty suoritusmuoto ei pysty määrittämään, missä määrin mitkä tahansa anturit ovat 5 tasapainotilassa keskenään joko kalibroinnin aikana tai lämpötilan mittauksen aikana. Tällainen määritys on tarpeeton käytettäessä uutta tapaamme ruumiinlämmön määrittämiseksi infrapunaemissioiden perusteella.

Lämpömittarimme parhaana pidetyssä suoritusmuodossa 10 ei ole mitään keinoa infrapuna-anturista saatavan sähköisen signaalin korjaamiseksi. Korjauksen konsepti ei ole sovellettavissa keksintömme kalibrointi- tai mittausmenetelmään. Kaikki anturien ulostulot kuvataan kohteen lämpötilan tuottamiseksi kalibroinnin aikana määritetyn 15 kolmetoistadimensioisen pintakuvauksen mukaan. Mitään anturisignaalia ei käytetä minkä tahansa muun anturin sisäänmeno(je)n korjaamiseksi. Mitään (korjaamatonta) välilämpötilaa ei määritetä.

Lämpömittarimme suunnittelun alkuvaiheiden aikana 20 testattiin korjaustekniikkaa, joka käytti tunnettua rat-,, . kaisua lämpösähköpariston ja aaltoputken lämpötilaeron f « korjaamiseksi. Hylkäsimme kuitenkin tämän tunnetun ratkai- > · sun johtuen siitä, että se ei pysty korjaamaan riittävällä I " olosuhdealueella, sekä johtuen yksittäisten komponenttien * * V ; 25 toleranssien summautumisesta, mitä ei voida hyväksyä. Tämä • i * | puute kehotti radikaalisesti toisenlaiseen ratkaisuun, i joka johti kohteena olevaan keksintöön.

Kuvio 3 on esillä olevan keksinnön tärykalvolämpö-j\\ mittarin ensimmäisen suoritusmuodon yleisvuokaavio.

30 Kuvio 4 on niiden vaiheiden vuokaavio, jotka par- « · ♦ haana pidetty suoritusmuoto suorittaa ruumiinlämmön mää- « * » · rittämiseksi.

Lämpömittarimme parhaana pidetty suoritusmuoto käsittää mieluummin myös "ennakointipiirteen" . Eri käyttä-35 jillä aika, joka kuluu mittapään 14 asettamisesta korva- * * 21 113296 käytävään LUE (SCAN) -painikkeen painamiseen, voi vaihdella. Johtuen lämpötilan laskuilmiöstä tämä käyttäjien välinen vaihtelu voi aiheuttaa eri lämpötilojen saamisen mittaustulokseksi. Tarkasteltaessa kuvion 6 graafia voi-5 daan ymmärtää, että lämpötilan lasku estää "tasaisen" aaltomuodon. Jos käyttäjä painaa LUE-painiketta sen jälkeen kun lämpötilan lasku on pienentänyt näytelämpötilaa, niin huippulämpötila menetetään. Kuten edellä on osoitettu, ratkaisuna on aloittaa lämpösähköparin ulostulon näyt-10 teittäminen hetkellä tB, jolloin mittapään suojus ensin on asetettu mittapään kärjen 14a päälle. Näytteet voidaan tallentaa yhden sekunnin kiertotaulukkoon. Kun LUE-paini-ketta painetaan, lämpösähköpariston ulostulon näytteitys jatkuu vielä yhden sekunnin ajan. Mikroprosessori 30 va-15 litsee sen jälkeen huippuarvon näistä kahden sekunnin aikana otetuista näytteistä. Ensimmäinen yhden sekunnin jakso ennen LUE-painikkeen painamista on esitetty aikavälinä tR - tj. Toinen yhden sekunnin jakso on tj - t£.

Tarkastellaan kuviota 4. Seuraavassa kuvatut meka-20 nismit tunnistavat mittapään suojuksen asettamisen lämpömittariin. Mikrotietokoneelle 30 lähetetään signaali, joka ·*.·. ilmaisee, että suojus on mittapään päällä. Sen jälkeen t ,···, mikrotietokone aloittaa lämpösähköpariston ulostulon näyt- teettämisen taajuudella kuusitoista näytettä sekunnissa.

. 25 Lämpösähköpariston analogisten lähtösignaalien digitaali- • f · ,* seksi muunnetut arvot tallennetaan kiertotaulukkoon. Sen • ·’ jälkeen kun lämpömittarin LUE-painiketta on painettu, V ’ mikrotietokone näytteittää lämpösähköpariston ulostulon neljätoista kertaa ja näytteittää sen jälkeen ympäristöan- • · · • 30 turin ja aaltoputkianturin ulostulon kummankin kerran ja : : : tallentaa näiden lähtösignaalien digitaaliseksi muunnetut arvot. Lisäksi mikrotietokone näytteittää nolla-vahviste- • · · *.!! tun jännitteen (V ) ja tallentaa sen digitaaliseksi muun- ·;* netun arvon. Sen jälkeen mikrotietokone etsii pyyhkäisyä 35 edeltäneestä kiertotaulukosta ja pyyhkäisyn jälkeen muo- 22 113296 dostetusta taulukosta lämpösähköparin suurimman lähtösig-naalin. Käyttämällä tämän lämpösähköparin suurimman läh-tösignaalin digitaalista arvoa yhdessä toisen ja kolmannen anturin ulostulon ja nolla-vahvistetun jännitteen digitaa-5 listen arvojen kanssa lasketaan ruumiinlämpö käyttäen edellä kuvattua algoritmia, joka muodostettiin kalibroin-tikuvauksessa suoritetulla moninkertaisella lineaarisella regressiotekniikalla.

Kielirelekytkin (reed switch) 56 (kuvio IA) piiri-10 levyllä 58 pannaan toimimaan edestakaisin kulkevaan pois-toholkkiin 28 asennetulla magneetilla 59. Tämä piirilevy on asennettu mittapään osan 14b takapäähän. Kun suojus 23 on asetettu mittapään kärjen 14a päälle, niin sen takapää koskettaa hoikin 28 etupäätä ja työntää hoikin sen takai-15 sin vedettyyn asentoon puristaen jousta S. Tämä siirtää magneetin 59 poispäin kielirelekytkimestä 56, lähettäen kuvion 2 piirille signaalin, joka kertoo mikroprosessorille 30, että suojus on asennettu. Tämä vuorostaan saa mikroprosessorin käynnistämään näytemittaukset taajuudella 20 kuusitoista sekunnissa.

Edellä olevan tyyppisten lämpömittarien massaval- ... mistuksen aikana ne täytyy kalibroida niiden kokoonpanon tultua suoritetuksi. Kuvio 7 on sellaisen alustan 60 suu- [;··" rennettu tasokuvanto, joka kannattaa useita tärykalvoläm- • · ·* 25 pömittareita 61 kolmen ryhmissä. Kunkin lämpömittarin • · *. *: mittapää työntyy alaspäin alustassa olevan vastaavan reiän : (ei näkyvissä) läpi. Kuvio 8 on esillä olevan keksinnön '·/· parhaana pidetyn suoritusmuodon toteuttavien tärykalvoläm-

pömittarien kalibroinnissa käytettävän laitteen kaaviolli-jV. 30 nen esitys. Useita alustoja, joille on asetettu lämpömit-tareita, on sijoitettu ympäristökammioon 62, joka on asetettu ensimmäiseen ennalta määrättyyn ympäristölämpöti-laan. Yksi sopiva ympäri stötestikammio on CRYOTRONICS

*.·.' Series 3000, joka on kaupallisesti saatavissa Cryotronics, * ·;··) 35 Inc. riitä, Irvine, Kalifornia. Koestusalusta 63 sijaitsee 23 113296 ympäristökammion keskellä. Koestusalusta kannattaa neljää kolmen kohteena olevan mustan kappaleen ryhmää 64, 66, 68 ja 70, jotka pidetään tarkasti 29,4 °C:n, 35,0 °C:n, 38,9 °C:n ja 43,3 °C:n lämpötilassa. Kohteena olevien mustien 5 kappaleiden läpi virtaa vesi niiden lämpötilan ylläpitämiseksi tarkasti, kuten seuraavassa on yksityiskohtaisemmin selitetty. Vesi virtaa ja palaa kuhunkin näistä neljästä kohteiden ryhmästä erillisten putkien 72, 74, 76 ja 78 kautta. Nämä erilliset vesiputket on esitetty kaaviolli-10 sesti yhtenä johtona 80, joka syöttää vastaaviin lämpöti-lasäädettyihin pumppulaitteisiin 82, 84, 86 ja 88. Yksi sopiva pumppulaite on Tempette TE-8D, joka on kaupallisesti saatavissa Techne Ltd.:Itä Cambridgesta Englannista.

Ulkoinen tietokone 90 (kuvio 8), joka on mieluummin 15 IBM-yhteensopiva henkilökohtainen tietokone, joka käsittää INTEL 486 -mikroprosessorin, vastaanottaa koestusalustalta 62 kohteina olevien mustien kappaleiden ryhmien 64, 66, 68 ja 70 lämpötilaa koskevat signaalit. Kuviossa 9 kukin kohteena olevien mustien kappaleiden ryhmä, kuten 64, käsit-20 tää sylinterimäisen onton putkiosan 92, joka on liitetty sama-akselisesti vastaavaan erilliseen vesiputkeen, kuten !'·*: 72, sen kanssa. Kolme sylinterimäistä pesää 94, 96 ja 98 avautuvat ulospäin putkiosan 92 sivuseinämässä olevien • · · vastaavien reikien kautta, ja niissä on suljetut pohjat, .·. ; 25 joita kuviossa 9 esittävät katkoviivoin piirretyt ympyrät.

Vastaavien kalibroitavien lämpömittarien mittapään kärki *..* osoittaa alaspäin näihin sylinterimäisiin pesiin, jotka on t « « * mieluimmin tehty mustasta anodisoidusta alumiinista. Pesät toimivat siten kohteena olevina mustina kappaleina. Ter-: 30 mistorit 100, 102 ja 104 on kiinnitetty termisellä epok- V : silla pesien 94, 96 ja 98 seinämiin. Näiden termistorien . johtimet 100a, 102a ja 104a on kytketty vastaaviin analo- .···, gi-digitaalimuuntimiin, jotka on yhteisesti esitetty vii- tenumerolla 106 kuviossa 8.

24 113296

Useita alustoja 56, joille kullekin on asetettu kaksitoista lämpömittaria 61, on varastoitu ympäristökam-mion 62 sisälle siten, että ne kaikki voivat päästä tasapainotilaan ympäristökammiossa valitussa ympäristön alku-5 lämpötilassa, kuten 15,6 °C:ssa. Alusta voidaan sitten käsin asettaa kantoalustalle koestusalustan 62 keskelle. Tämän suorittaa käyttäjä, joka voi työntää kätensä kammioon sen sivuseinässä olevien käsinein varustettujen aukkojen kautta. Alusta on muodostettu sellaiseksi, että kunkin 10 lämpömittarin mittapään kärki osoittaa siihen liittyvän kohteena olevien mustien kappaleiden ryhmän vastaavan pesän sisälle. Kukin lämpömittari on liitetty ohjaustieto-koneeseen 90 vastaavalla kahdestatoista sarjadataväyIästä, joita esittää linja 110 kuviossa 8, ja johdinnipulla ja 15 liitinryhmällä, jotka on esitetty kaaviollisesti vii tenumerolla 112. Alustaa 108 voidaan kiertää 90 asteen välein moottorilla (ei esitetty) kunkin lämpömittarin mittapään kärjen asettamiseksi kohteena olevien mustien kappaleiden päälle, jotka pidetään 29,4 °C:n, 35,0 °C:n, 20 38,9 "Cm ja 43,3 °C:n lämpötilassa. Tietokone pitää lukua alustan 60 kierto-orientaatiosta ja siten siitä, mihin ·.·. kohteeseen kukin lämpömittari on suunnattu, kytkimen 114 [..! kiinni menemisten avulla, joka havaitaan linjalla 116.

Tämä tapahtuu aina alustan 60 kierryttyä yhdeksänkymmentä *. . 25 astetta.

Mikrotietokoneesta 30 kunkin lämpömittarin lähtö-: tiedot, jotka edustavat antureista 10, 12 ja 26 saatuja V · signaaleja, syötetään ulkoiseen tietokoneeseen linjojen 110 välityksellä ja tallennetaan muistiin 118, jonka voi 30 muodostaa Winchester-levy asema. Käyttäjä ohjaa kalibroin-tia näppäimistösyötteiden avulla ja sitä tarkkaillaan CRT-*. näytöllä 120. Tämä prosessi toistuu ympäristökammion si- säliä vallitsevassa ympäristölämpötilassa 21,1 °C, 26,7 °C, 32,2 °C ja 37,8 °C.

25 113296

Kalibrointikuvaus suoritetaan mieluummin myös sellaisella tavalla, joka simuloi muuttuvaa ympäristölämpöti-laa. Kammio voidaan asettaa esimerkiksi 15,6 eC:een. Alustan, jolla on kaksitoista lämpömittaria, voidaan antaa 5 stabiloitua 21,1 °C:n huoneenlämpötilassa. Sen jälkeen alusta voitaisiin asettaa koestusalustalle kammioon ja anturien ulostulot kerätään muistiin kierrettäessä alustaa kohteena olevan mustan kappaleen päällä sinä aikana, jolloin lämpömittarit jäähtyvät 15,6 °C:n lämpötilaan.

10 Sen jälkeen kun kaikki tiedot on kerätty ja tallen nettu muistiin 118, lasketaan yhtälö, joka approksimoi kunkin lämpömittarin kalibrointikuvausta, käyttäen edellä esitettyä regressiotekniikkaa. Yhtälön kunkin termin kertoimet tallennetaan vastaavan lämpömittarin muistiin 36. 15 Olemme huomanneet, että on mahdollista parantaa kuvausta lisäämällä regressiosyötteisiin informaatio anturien aikahistoriasta. Tämä pätee erityisesti lämpösähköpa-ristolla. Lämpösähköpariston ulostulo ei ole verrannollinen vain siihen ympäristöön, jonka se näkee kulloisellakin 20 ajanhetkellä, vaan myös niihin ympäristöihin, joissa se on ollut välittömässä menneisyydessään. Regressiota voidaan ... parantaa lisäämällä useita lisätermejä, jotka sisältävät anturin aikahistoriaa koskevaa informaatiota: TPILAD(t-l), ;··’ TPILAD( t-2), TPILAD(t-3), TPILAD(t-4), ..., jne., missä : ” 25 TPILAD(t-l) edustaa lämpösähköparistoanturin lukemaa yksi aikajakso aikaisemmin, TPILAD(t-2) edustaa lämpösähköpa-: V ristoanturin lämpötilaa kaksi aikajaksoa aikaisemmin, : TPILAD(t-3) edustaa lämpösähköparistoanturin lämpötilaa kolme aikajaksoa sitten jne. Aikajaksot voivat olla sekun-:*·*. 30 te ja tai sekunnin moninkerto j a tai murto-osia riippuen anturin aikavakiosta. Edellä mainittujen parametrien ne-•# liölliset ja kuutiolliset muodot voidaan ottaa mukaan kuvauksen parantamiseksi edelleen sellaisissa tapauksissa, joissa suoraviivainen kuvaus on riittämätön.

26 113296

On olemassa muita tapoja, joilla aikahistoriaa voidaan kuvata ja joilla saataisiin suurimmaksi osaksi sama tulos. Esimerkiksi sen sijaan, että käytetään anturin ulostuloja ajanhetkinä t-1, t-2 jne., voitaisiin käyttää 5 yhtä tai useampaa alipäästösuodinta anturin ulostulon integroimiseksi. Anturin ulostulon ensimmäistä ja mahdollisesti toista derivaattaa voitaisiin käyttää anturin muutosnopeuden määrittämiseksi. Näitä parametrejä, yksin tai yhdessä anturien ulostulojen kanssa ajanhetkillä t-1, 10 t-2 jne., voitaisiin käyttää kuvauksen parantamiseksi.

Vaikka edellä esitetty selitys koskee esillä olevan keksinnön infrapuna-tärykalvolämpömittarin ja ruumiinlämmön mittausmenetelmän parhaana pidettyjä suoritusmuotoja, on ymmärrettävää, että alan asiantuntijoille tulee mieleen 15 sen muunnoksia ja sovitelmiä. Esimerkiksi termistorit 12 ja 26 voitaisiin korvat muilla nopean aikavakion omaavilla lämpötila-antureilla, mukaanluettuna diodit, RTD:t, termoelementit tai integroidut piirit. Kuvausta approksimoivan yhtälön kertoimet voidaan määrittää numeerisella ap-20 proksimaatiolla, moninkertaisella regressiolla tai muilla "käyränsovitustekniikoilla" . Arvojen hakutaulua voitaisiin ... käyttää sen sijaan että ruumiinlämpötila lasketaan tallen- \ ; netun yhtälön avulla. Aaltoputkessa oleva kolmas anturi '···' voidaan jättää pois, vaikka siitä voisikin aiheutua jon- : ·’ 25 kinasteinen tarkkuuden aleneminen. Tämä epätarkkuus voi- täisiin minimoida lämmittämällä optista mittapääsovitelmaa • ·#: aktiivisesti lämpötilan laskun minimoimiseksi, mikä muu- toin tapahtuisi asetettaessa mittapään kärki korvakäytävään. Voitaisiin kirjoittaa toimintaohjelma poikkeaman 30 korjauksen suorittamiseksi ennen määritetyn ruumiinlämmön näyttämistä ympäristöanturin 12 ilmaisemien huoneenlämpö-tilan poikkeamien nimellisestä huoneenlämpötilasta, esi-merkiksi 21,1 °C:sta kompensoimiseksi. Poikkeaman korjauk-sen suuruus voisi olla ilmaistun ympäristölämpötilan funk-35 tio kiinteän poikkeaman sijasta. Siksi esillä olevalle 27 113296 keksinnölle myönnetty suoja on rajoitettu vain seuraavassa esitettyjen patenttivaatimusten suojapiirin mukaisesti.

Claims (20)

113296

1. Ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, joka käsittää: 5 ensimmäisen anturielimen (10), ensimmäisen anturielimen jännitteen lähtösignaalin (Vt) muodostamiseksi, joka edustaa potilaan biologisista pintakudoksista siihen kohdistuvan infrapunasäteilyn määrää; toisen anturielimen (12), ensimmäisen anturin lämpötilaa edustavan 10 toisen anturielimen lähtösignaalin (Va)muodostamiseksi; suoritinelimen (30), joka on kytketty anturielimeen jännitteiden lähtösignaalien käsittelemiseksi ja potilaan ruumiinlämmön määrittämiseksi käyttämättä millekään anturielimelle tunnusomaista lämpötila/jännitemuutosta ja 15 jossa ainoat käsiteltävät muuttujat ovat ensimmäinen ja toinen antureiden jännitteen ulostulosignaali (Vt, Va) suoraan ilmaistuna ja suoritinelin (30) käyttää hyväksi useita tallennettuja kertoimia (ai - ai3) jotka on muodostettu kalibrointikartoituksista useista 20 kohdelämpötiloista, jotka on jaksotettu useiden ympäristön lämpötilojen alueelle ja ensimmäisen ja toisen anturielimen (10, 11) jännitteen ulostulosignaaleista; ja ilmaisinelimistä (34), jotka on kytketty • ,·’ suoritinelimeen (30) antamaan käyttäjälle ilmaisu .* .* 25 määritetystä ruumiinlämpötilasta. • *

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruumiinlämmön :* ·. mittaava lämpömittari, joka lisäksi käsittää inf rapuna- > · ,· ^ säteilyn vastaanotto- ja ohjainelimen (14, 16) biologisen t « 30 pintakudoksen emittoiman infrapunasäteilyn vastaan- ,, , ottamiseksi ja ohjaamiseksi ensimmäiseen anturielimeen (10). : 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen ruumiinlämmön '· ·’ mittaava lämpömittari, joka lisäksi käsittää kolmannen ;· anturielimen (26), joka on kytketty suoritinelimeen (30) 35 infrapunasäteilyn vastaanottavien ja suuntaavien elimien lämpötilaa edustavan kolmannen lähtösignaalin ’'[ kehittämiseksi. i · 29 113296

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jonka vastaanottavat ja suuntaavat elimet (14, 16) käsittävät pitkänomaisen aaltoputken (16) ja kolmas anturielin (26) on termisesti liitetty aaltoputkeen (10). 5

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa infrapunasäteilyn vastaanottavat ja suuntaavat elimet (14, 16) lisäksi käsittävät onton muovisen mittapään (14), joka ympäröi aaltoputkea. 10

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa suoritinelin (30) on sovitettu määrittämään kalibrointikartoituksen ennalta määrätyllä ympäristölämpötilojen alueella. 15

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa lämpömittari on tärykalvolämpömittari, jossa suoritinelin (30) on sovitettu määrittämään kalibrointikartoituksen ennalta määritetyllä ympäristölämpö- 20 tilojen alueella ja vastaanotto ja suuntaamiseiimet (14, 16) käsittävät mittapääelimen (14, 16).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa mittapääelin (14, 16) käsittää · . 25 pitkänomaisen aaltoputken (16). * ·

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen ruumiinlämmön V * mittaava lämpömittari, jossa kolmas anturielin (26) on kytketty mittapääelimeen (14, 16). iV 30 : : 10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa elin (34), joka antaa määritetyn ruumiinlämmön osoituksen, käsittää näytön (34) . : 35 : * : 11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa suoritinelin (30) 30 113 2 9 6 on sovitettu approksimoimaan kalibrointikarttaa yhtälöllä, joka käyttää useita tallennettuja kertoimia.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen ruumiinlämmön mittaava 5 lämpömittari, jossa yhtälö saadaan suorittamalla kalibrointikartalle moninkertainen lineaarinen regressio.

13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa suoritinelin (30) 10 on sovitettu määrittämään ruumiinlämmön arvojen sarjan ennalta määrätyn aikavälin kuluessa ja valitsemaan niistä suurimman ruumiinlämmön arvon, joka annetaan osoituselimelle (34) .

14. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa ensimmäinen anturielin (10) käsittää lämpösähköpariston.

15. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 20 ruumiinlämmön mittaava lämpömittari, jossa toinen anturielin (12) on termisesti liitetty ensimmäiseen anturiin. 1 Menetelmä potilaan ruumiinlämmön määrittämiseksi, joka * ',·* menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: : : 25 muodostetaan mittapääelin (8) , joka käsittää ensimmäisen anturielimen (10), ensimmäisen anturielimen : jännitteen lähtösignaalin (Vt) muodostamiseksi, joka edustaa potilaan korvakanavasta siihen kohdistuvan infrapunasäteilyn määrää ja toisen anturielimen (12) , ensim- * · 30 mäisen anturin lämpötilaa edustavan toisen anturielimen .. , lähtösignaalin (Va)muodostamiseksi; muodostetaan kalibrointikartoitus useista '*·* kohdelämpötiloista, jotka on jaksotettu useiden ympäristön ;· lämpötilojen alueelle ja ensimmäisen ja toisen anturielimen - * * » 35 (10, 11) jännitteen ulostulosignaaleista; johdetaan useita tallennettuja kertoimia (ai - ai3) kalibrointikartoituksen perusteella ja tallennetaan ’· ‘‘ kertoimet; 31 113296 suunnataan mittapääelin (8) ulkoiseen korvakäytävään; määritetään potilaan ruumiinlämpötila käyttäen ensimmäistä ja toista ilmaisimen jännitteen ulostulosignaalia (Va, Vt) ja tallennettuja kertoimia (ai -5 ai3) käyttämättä millekään anturielimelle tunnusomaista lämpötila/jännitemuutosta ja jossa ainoat käsiteltävät muuttujat ovat ensimmäinen ja toinen antureiden jännitteen ulostulosignaali (Vt, Va) suoraan ilmaistuna.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, joka lisäksi käsittää kalibrointikuvausta approksimoivan yhtälön kehittämisen ja ruumiinlämmön määrittämisen syöttämällä anturien (10, 12) lähtösignaalit tähän yhtälöön.

18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen menetelmä, jossa mittapääkokonaisuus (8) käsittää elimen (14, 16), joka vastaanottaa korvakäytävästä tulevan infrapunasäteilyn ja suuntaa sen, kolmannen anturin,ja menetelmä käsittää vaiheet infrapunasäteilyn vastanottamiseksi ja ohjaamiseksi 20 ulkoisesta korvakanavasta ensimmäiseen anturiin (10) ja kolmanteen anturiin vastaanottavan ja suuntaavan elimen (14, 16) lämpötilaa edustavan kolmannen lähtösignaalin » *. kehittämiseksi ja että kalibrointikuvaus käsittää kolmannen lähtösignaalin arvot kunkin kohteen osalta. I I . , : 25 t · / 19. Jonkin patenttivaatimuksista 16 -18 mukainen menetelmä, jossa menetelmässä mittapääkokonaisuus (8) pidetään ’·’ peräkkäisesti useissa ympäristölämpötiloissa ja että kus sakin ympäristölämpötilassa mittapääkokonaisuus (8) > · · : .· 30 suunnataan peräkkäisesti kuhunkin mainituista useista ',,,· kohteista, ja että kalibrointikuvaus lisäksi käsittää ensimmäisen ja toisen lähtösignaalin arvot kunkin kohteen osalta kussakin ympäristölämpötilassa. • · « • a a

20. Jonkin patenttivaatimuksista 16 - 19 mukainen menetelmä, jossa menetelmässä mittapääkokonaisuuden (8) annetaan stabiloitua ensimmäisessä ympäristölämpötilassa ennen kuin se saatetaan toiseen ympäristölämpötilaan ja että kalib- 32 1 13296 rointikuvaus kehitetään sen aikavälin kuluessa, jolloin mittapääkokonaisuus (8) jäähtyy tai lämpenee toiseen ympä-ristölämpötilaan. s · I · 33 113296