JP2013527434A - ゼロ熱流束深部組織温度測定装置のための構成 - Google Patents

ゼロ熱流束深部組織温度測定装置のための構成 Download PDF

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Abstract

本発明は、ゼロ熱流束の深部組織温度測定のために使用される可撓性の装置に関し、とりわけ、使い捨て可能な温度測定装置に関する。そのような装置は可撓性基材によって構成される。電気回路を基材の片側に配置する。電気回路は、第１の基材層に配置された第１の熱センサー及び第２の基材層に配置された第２の熱センサーを含む。ヒータートレースは第１の熱センサーを有する第１の基材層に配置される。第１の基材層と第２の基材層とは、第１の基材層と第２の基材層との間に配置された可撓性の断熱層によって分離される。ヒータートレースは、第１の出力密度で動作する中央部分と、この中央部分を取り囲む、第１の出力密度より大きい第２の出力密度で動作する周辺部分と、を有するヒーターを画定する。
【選択図】図７

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、以下の米国特許出願に関する資料を包含する。
２００９年８月３１日付出願の米国特許出願第１２／５８４，１０８号。
本主題は、ヒト又は動物の深部体温の指示とされる深部組織温度（ＤＴＴ）の推定において使用するための温度装置に関する。より具体的には、本主題は、ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の構成に関する。
深部組織温度測定値は、ヒト及び動物の体腔を占める器官の温度（深部体温）の推定値である。ＤＴＴ測定値は、多くの理由から望ましい。例えば、周術期中に正常温度の範囲内に深部体温を維持することが手術部位の感染事故を低減することが示されており、したがって、術前、術中、及び術後に患者の深部体温を監視することは有益である。もちろん、患者の安全及び快適のため、及び臨床医の便宜性のためには、非侵襲測定が非常に望ましい。したがって、皮膚上に置かれた装置によって非侵襲的にＤＴＴ測定値を得ることは最も有利である。
ゼロ熱流束装置を用いたＤＴＴの非侵襲測定は、１９７１年にＦｏｘ及びＳｏｌｍａｎが記述している（Ｆｏｘ ＲＨ，Ｓｏｌｍａｎ ＡＪ．Ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｂｏｄｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｍａｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｔａｃｔ ｓｋｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｊ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｊａｎ １９７１：２１２（２）：ｐｐ ８〜１０）。図１に図示したＦｏｘ／Ｓｏｌｍａｎシステムは、皮膚の一部分を貫通する熱流を停止又は遮断する本質的に平面の構成である制御されたヒーターを伴う温度測定装置１０を用いて深部体温を推定する。この測定は、測定が行われる皮膚区域を貫通する熱流束がないことに依存するので、この技法は「ゼロ熱流束」（ＺＨＦ）測定と呼ばれる。Ｔｏｇａｗａは、組織内の多次元の熱流を計上するＤＴＴ測定装置構造を用いてＦｏｘ／Ｓｏｌｍａｎ技法を改善した（Ｔｏｇａｗａ Ｔ．Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｄｅｅｐ Ｂｏｄｙ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｉｎ：Ｒｏｌｆｅ Ｐ（ｅｄ）Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ｖｏｌ．１．１９７９．Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，ｐｐ．２６１〜２７７）。図２に図示したＴｏｇａｗａの装置は、Ｆｏｘ及びＳｏｌｍａｎのＺＨＦ設計を、円筒環状構成を有する厚いアルミニウムハウジング内に収容し、均一でない放射熱流に面しても放射温度を均一に維持する。
Ｆｏｘ／Ｓｏｌｍａｎ及びＴｏｇａｗａの装置は、所望のＺＨＦ条件を達成するために、熱抵抗を通して皮膚からの熱流を遮断するヒーターの動作を制御するために、身体に対して法線方向の熱流束を活用する。この結果、ＺＨＦ温度測定装置の、ヒーター、熱抵抗、及び熱センサーが積み上げられる構成になり、結果的に、実質的な縦型プロファイルとなる場合がある。Ｔｏｇａｗａのカバーによって付加される熱質量部は、Ｆｏｘ／Ｓｏｌｍａｎ設計の組織温度均一性を改善し、深部組織温度の測定の精度を高める。これに関して、装置を通る熱流束がゼロであることが目標であり、熱抵抗はプローブの感度を高めるので、熱抵抗は大きいほど良い。しかし、付加的な熱抵抗は質量及び寸法を増し、また、安定温度に達するために必要な時間も増す。
Ｆｏｘ／Ｓｏｌｍａｎ及びＴｏｇａｗａの装置の、寸法、質量、及び費用は、使い捨て可能性を促進しない。結果的に、使用後にそれらを殺菌する必要があり、それらを摩損、及び検出不能な損傷に曝すことになる。それらの装置はまた、再使用のために保管されなくてはならない。結果的に、これらの装置の使用は、ゼロ熱流束ＤＴＴ測定に伴う費用を増し、場合によっては、患者間の二次汚染の有意なリスクを呈する可能性がある。したがって、単回使用後の使い捨て可能性を促進するために、ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の性能を犠牲にせずに、その寸法及び質量を低減することが望ましい。
安価で使い捨て可能なゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置を優先出願に記載及び主張し、図３及び４に図示した。この装置は、可撓性基材と、この可撓性基材の表面に置かれた電気回路とによって構成される。電気回路は、導電性銅トレースによって画定された、ヒーターの動力を受けない表面領域を取り囲む、本質的に平面のヒーターと、その領域に置かれた第１の熱センサーと、ヒータートレースの外側に置かれた第２の熱センサーと、ヒータートレースの外側に置かれた複数の電気パッドと、第１及び第２の熱センサーと複数の電気パッドを伴うヒータートレースとを接続する複数の導電性トレースと、を含む。もちろん、基材の可撓性は、ヒーターも含めた測定装置が身体の測定される場所の輪郭とぴったり適合することを可能にする。第１及び第２の熱センサーを互いに近接に置くように可撓性基材のセクションはともに折り畳まれる。セクション間に置かれた断熱層は第１の熱センサーと第２の熱センサーとを分離する。装置は、ヒーター及び第１の熱センサーが断熱層の１つの側に位置づけられ、第２の熱センサーがもう１つの側に位置づけられ、測定される皮膚の区域に近接して位置づけられるように、動作のために配向される。図４に図示したように、可撓性基材表面の電気回路のレイアウトは、たとえセクションがともに折り畳まれていても本質的に平面である低プロファイルのゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置を提供する。もちろん、基材の可撓性は、ヒーターも含めた測定装置が身体の測定される場所の輪郭とぴったり適合することを可能にする。
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の熱が操縦されると、等温チャネルのフォーメーションは、装置と被験者皮膚との間の接触区域の下の組織内へと進められる。ゼロ熱流束ＤＴＴ測定は、この等温チャネルによって行われる。ヒーターの面積が大きいほど等温チャネルは大きくなり、組織をより深く貫通する。等温チャネルは、その周囲の組織より概して高温であるので、等温チャネル内の熱はその周囲の組織へと失われる。この熱損失は等温チャネルの寸法及び深さを低減する。
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置に関する設計及び製造の選択は、等温チャネルのフォーメーションに影響する場合がある。そのような設計での２つの選択は、ヒーター構成及び測定装置寸法に関係する。これに関し、ヒーター性能の重要な尺度は出力密度、すなわちヒーターが面積単位（例えば平方センチメートル（ｃｍ２）当たりに生成する動力の量（例えばワット単位）である。出力密度の便利な表現はワット／ｃｍ２である。
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置では、均一の出力密度を伴うヒーターは、装置が例えば組織のような半永久固体と接触しているときにその放熱表面全体にわたって均一の温度を生成しない。例えば、図３の測定装置の円形ヒーターに半径方向において均一の出力密度が与えられた場合、装置が皮膚に置かれると、温度レベルはその周域の方向においてヒーターの半径に沿って低下する。換言すれば、ヒーターはその中心の近くよりもその外縁の近くから外縁にかけて冷たくなり、深部体温が測定される等温チャネルは、均一の温度が半径方向において維持される場合より狭くなる。結果的に、均一の出力密度を仮定すると、測定場所が前頭部から首へ、更に胸骨へと移動するときに合理的で正確な深部組織読取り値を得るためには、漸進的により大きいヒーター、したがってより大きい測定装置が必要となる。例えば、均一密度のヒーターを有する図３及び４の測定装置は、前頭部で正確に深部体温を測定するために、例えば約３０ｍｍ（７０７ｍｍ２）の第１の最小直径を必要とする。しかし、そのような均一出力密度の測定装置は、首の合理的な測定精度のために、例えば約４０ｍｍ（１２５７ｍｍ２）の、第２のより大きい最小直径を必要とする。我々は、例えば約５０ｍｍ（１９６３ｍｍ２）の第３の最小直径を有する均一出力密度の測定装置は、胸骨を通して合理的精度を得るには小さ過ぎることを見出した。また、我々は、Ｆｏｘ及びＳｏｌｍａｎが均一出力密度を有する６０ｍｍ平方（３６００ｍｍ２）のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置を用いて胸骨を介して測定したことも留意する。
しかし、最も深部の体温測定のための性能要件を満たす均一出力密度のヒーターを有する単一の寸法で製作されるゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置は、他の測定部位での使用には大き過ぎる可能性がある。場所によっては、特に他の測定を近くで行う場合には、深部体温測定値を得るための空間が制限される場合がある。例えば、腹部又は胸部手術は、脳の活動、血中酸素、及び深部体温の同時測定を要する場合がある。そのような場合、ＢＩＳ電極、酸素モニター、及びＤＴＴ測定装置の配置に最適な測定部位は患者の頭部であり、好ましくは、深部体温の測定のために使用しやすく、非無菌、可視、検証済みの患者の前頭部（こめかみを含む）である。明らかに、測定装置の配置に利用可能な前頭部は、異なる測定数が増すにつれてすぐに制限され得る。したがって、使い捨て可能な非侵襲性のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置は比較的小さい接触面積を有するべきである。しかし、均一出力密度装置の規模を縮小することは、より小さい装置が生成する温度測定値の信頼度を低減する可能性があり、それは、ＤＴＴが測定される等温チャネルの劣化及び出力を受けない区域が温度均一性に与える影響という、少なくとも２つの理由による。
概して、ゼロ熱流束ＤＴＴ測定は、必要とされるある程度の深さへの等温チャネルを生成及び維持するために十分な熱を伝達する能力を有するヒーターを要する。測定装置の寸法の縮小は、等温チャネルを作り出すために十分な熱を伝達しながらも熱が伝達される均一性を犠牲にしない構成を必要とする。しかし、ヒーターの寸法が縮小されるにつれて、等温チャネルの寸法及び深さも縮小され、周囲の組織における多次元的熱損失の影響による支障を受けやすくなる。この影響は、胸骨のような、深部体温が体内の比較的深い部位にある測定部位では、より顕著であり得る。
ヒーターの寸法の縮小はまた、測定装置の出力を受けない区域がヒーターの温度均一性に与える影響を増す場合もある。金属蒸着技術によって作製された測定装置では、熱センサー及び他の電子要素のための導電性トレースは熱を伝達せず、ヒーターによる出力を受けない区域を占有する。いくつかの設計では、そのような出力を受けない区域がヒーターを貫通することによって、測定装置の温度均一性が低下する。
第１の熱センサーの近くの断熱性のばらつき及び不規則さが熱センサーの動作に影響し、不良読取り値の生成の原因となる場合がある。測定装置寸法の縮小につれて、これらのばらつき及び不規則さは温度均一性にますます支障を来すようになる。
最後になるが、ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置に追加的な電子要素が加えられた場合、追加的な導線及び接続を提供しなければならず、装置の出力を受けない区域の合計が増加し、ヒーターレイアウトを更に複雑にする。
上記の問題を鑑みて完成された発明の目的は、可撓性基材表面上に配置された導電性トレースによって画定されたヒーターを含む、可撓性基材と電気回路とで構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の動作に、組織における多次元の熱の流れが与える影響を低減することである。
上記の問題を鑑みて完成された発明の別の目的は、可撓性基材表面上に配置された導電性トレースによって画定されたヒーターを含む、可撓性基材と電気回路とで構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の寸法を、深部体温を測定する装置の等温チャネル生成能力に支障を来さずに縮小することである。
上記の問題を鑑みて完成された発明の別の目的は、可撓性基材表面上に配置された導電性トレースによって画定されたヒーターを含む、可撓性基材と電気回路とで構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の寸法を、深部組織温度を測定する等温領域を生成するためにこの装置が生成する温度の均一性に支障を来さずに縮小することである。
上記の問題を鑑みて完成された発明の別の目的は、可撓性基材と、ヒーターの基材の表面上の導電性トレースと、少なくとも２つの熱センサーと、少なくとも１つの追加的な電子装置とで構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の寸法を縮小することである。
これら及び他の目的は、可撓性基材と、この基材の表面上の、ヒーターが、中央出力密度部分と、中央出力密度部分の周囲の周辺出力密度部分とを有する、基材表面の領域の周囲の概して平面のヒーターを画定するヒータートレースを含む電気回路と、で構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置によって達成される。
好ましくは、ヒータートレースは、この領域を取り囲み第１の出力密度を有する中央部分と、この中央部分を取り囲む、第１の出力密度より大きい第２の出力密度を有する周辺部分と、を有するヒーターを画定する。
あるいは、ヒータートレースは、この領域を取り囲む中央ヒーター要素と、中央ヒーター要素外周の周りの周辺ヒーター要素と、を有するヒーターを画定し、中央ヒーター要素及び周辺ヒーター要素は別々に制御可能である。
これら及びその他の目的は、可撓性基材と、環状ヒーターを画定するパターンを有するヒータートレースを含む電気回路と、で構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置によって達成され、ヒータートレースは、パターンが中断されない区域における第１の値と、パターンが中断される区域における第２の値と、を有する出力密度を有し、第２の値は第１の値より大きい。
これら及び他の目的は、中央セクションと、中央セクションの周辺から外向きに延在するツメと、中央セクションの周辺から外向きに延在するテールと、可撓性基材表面の電気回路と、を含む可撓性基材で構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置によって達成され、その電気回路は、表面の領域を取り囲むヒーターを画定するヒータートレースと、その領域に配置された第１の熱センサーと、テールに配置された第２の熱センサーと、ツメに配置された複数の電気パッドと、第１及び第２の熱センサー及びヒータートレースを複数の電気パッドに接続する複数の導電性トレースと、を含み、テール及びツメは、第２の熱センサーを電気パッドと接続する導電性トレースのための表面に、ヒータートレースを横断しない容易に辿られる通り道を提供するために分離される。
これら及び他の目的は、可撓性基材と、可撓性基材表面の電気回路と、で構成されたゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置によって達成され、電気回路は、表面の領域を取り囲むヒーターを画定するヒータートレースと、その領域に配置された第１の熱センサーと、ヒーターの外側に配置された第２の熱センサーと、複数の電気パッドと、第１及び第２の熱センサー及びヒータートレースを複数の電気パッドに接続する複数の導電性トレースと、を含み、導電性トレースの少なくとも１つは電気回路の少なくとも２つの要素によって共有される。
ＺＨＦ ＤＴＴ測定装置を含む第１の先行技術の深部組織温度測定システムの基本ブロック図。 アルミニウムキャップを有するＺＨＦ深部組織温度測定装置を含む第２の先行技術の深部組織温度測定システムの概略側断面図。 温度測定のために基材表面に配置された電気回路を示す、可撓性基材側面の平面図。 図３の電気回路を組み入れた温度装置の側断面図。 図４の温度装置の要素を示す分解組立て斜視図。 図４及び５の温度装置に基づく温度装置製造方法の図示。 図４及び５の温度装置に基づく温度装置製造方法の図示。 図４及び５の温度装置に基づく温度装置製造方法の図示。 図４及び５の温度装置に基づく温度装置製造方法の図示。 図４及び５の温度装置に基づく温度装置製造方法の図示。 図４及び５の温度装置に基づく温度装置製造方法の図示。 中央部分と周辺部分とを有するヒーターを有するゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の側断面部分略図。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置構成の第１の構成を図示し。 測定装置の要素を含む略図。 ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置を含む温度測定システムを図示するブロック図。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第２の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第３の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第４の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第５の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第６の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第７の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第８の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第９の構成の図示。 図７のゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の第１０の構成の図示。
ゼロ熱流束深部組織温度測定装置の構成は、使用のために置かれたときにできるだけ少ない皮膚面積と接触する一方で、信頼できる正確な深部体温測定のためによく形成された等温チャネルを生成及び維持することが望ましい。それらの構成は、低質量及び低プロファイルを有するべきであり、測定を行うために皮膚と接触する比較的小さい区域を呈するべきである（以下において、この区域は装置の「接触区域」と呼ばれる）。低プロファイルで軽量の可撓性のＤＴＴ測定装置構成は、ヒト又は動物の体の複数の部位でのゼロ熱流束温度測定を可能にすることがとりわけ望ましい。
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定のための温度装置は、離間された関係で配置された、１つ以上の可撓性の断熱材の層によって分離された少なくとも２つの温度センサーを有する可撓性基材を含む。好ましくは、センサーは可撓性の断熱（及び絶縁）材によって離間された関係に維持される。基材は、少なくとも熱センサーと、分離する断熱材と、ヒーターとを支持する。基材は、温度装置の機能性を充実するために、少なくとも１つの追加的な電子装置もまた支持することが望ましい。
温度装置構成について、代表的要素を備える好ましい実施形態を用いて記述するが、それらの実施形態は例示に過ぎない。他の実施形態が、記述されているより多くの又はより少ない要素を含むことも可能である。記述されている要素のいくつかを削除すること、及び／又は記述されていない他の要素を追加することもまた可能である。更に、要素を他の要素と組み合わせてもよく、及び／又は、要素を分割して追加的な要素にしてもよい。
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置のレイアウトを図３に図示する。装置は、異なる温度測定場所で遭遇する異なる輪郭に、温度測定装置の物理的形態を適応又は適合するために、可撓性基材に配置された電気回路を含む。必要ではないが好ましくは、可撓性基材は連続した複数のセクションを有するように構築又は作製される。例えば、可撓性基材１００は、連続した３つのセクション１０２、１０４、１０６を有する。第１の、すなわち中央のセクション１０２は、ほぼ円形である。第２のセクション（又は「テール）１０４は、第１のセクション１０２の周辺から第１の半径方向に延在する狭く細長い矩形を有する。中央セクションとテールセクションが接合する１０５で、中央セクションの周辺部は一直線の部分を有し、テールの幅は縮小される。第３のセクション（又は「ツメ）セクション１０６は、中央セクション１０２の周辺から第２の半径方向に延在する広く細長い矩形を有する。好ましくは、テールとツメは中央セクションの直径に沿って整列する。
図３によると、電気回路の要素は、可撓性基材の第１の側１０８上に、単一の表面に、配置される。第１の熱センサー１２０は、中央セクション１０２の外辺部の内側に、好ましくは中央セクション１０２の中心又はその近くに位置づけられる。導電性ヒータートレース１２２は、第１の熱センサー１２０が位置づけられた領域１２１を取り囲む又は取り巻く形でヒーターを画定する。図３に図示した好ましい実施形態では、ヒータートレースは、領域１２１及びその領域に配置された第１の熱センサー１２０を取り囲む又は取り巻くくさび形のヒーター領域１２４の円形配列を含む環状形を有する。第２の熱センサー１２６はテール１０４に配置される。複数の電気接続パッド１３０はツメ１０６に位置づけられる。ヒータートレースは、接続パッド１３０ａ及び１３０ｂにおいて終端する２つの導電性トレースセクションを含む。２つの導電性トレースは、第１の熱センサー１２０が装着される装着パッドと接続パッド１３０ｃ及び１３０ｄとの間に延在する。２つの追加的な導電性トレースは、第２の熱センサー１２６が装着される装着パッドと接続パッド１３０ｅ及び１３０ｆとの間に延在する。
図３に図示した好ましい実施形態の特定のレイアウトでは、ヒータートレース１２２の通り道は、第２の熱センサー１２６のための２つのトレースの通り道を横切る。この場合、ヒータートレースの連続は、必要ではないが好ましくは、第２の熱センサー１２６の２つのトレースから電気的に隔離されてそれらを横切る導電性のゼロオームジャンパー１３２によって維持される。他の実施形態で、ヒータートレース１２２の連続は、可撓性基材の第２の側へのビアによって、又は可撓性基材の第１の側の周辺に沿って熱センサートレースを走らせることによって、又はゼロオーム抵抗器ではなくジャンパー配線によって、又は任意の同等の解決策によってもまた維持され得る。
可撓性基材の可撓性又は適合性は、互いに独立に移動又は屈曲する領域を画定する複数のスリット１３３によって更に高めることができる。好ましい実施形態では、スリット１３３は、ヒータートレース１２２のレイアウトを辿る又は許容するパターンの中央のセクション１０２に作られる。このパターンは、任意の１つのヒーター領域１２４が任意の他のヒーター領域から独立して移動することができるように、少なくとも部分的にヒーター領域１２４を分離する。好ましいスリットのパターンは、隣接するヒーター領域の間にそれぞれのスリットが円形中央セクション１０２のそれぞれ対応する半径に沿って作られ、その半径に沿って中央セクション１０２の周辺からセクションの円形中心に向かって延在する半径方向のパターンである。これは、ヒータートレースレイアウト及び可撓性基材セクションの異なる形によって決定される他の可能なスリット形態を除外するという意味ではない。
可撓性基材のセクションは、インシュレータの周囲でともに集められ、即ちともに折り畳まれて、ＺＨＦ温度測定に好ましい形態において、第１の熱センサー１２０と第２の熱センサー１２６との間に熱抵抗を提供する。例えば、可撓性基材の少なくとも中央セクション１０２及びテールセクション１０４は、可撓性インシュレータの周囲にともに集められる、即ち折り畳まれる。好ましくはそれによって第１の熱センサー１２０及び第２の熱センサー１２６は断熱材のそれぞれ対応する側に配置される。これに関して、図３及び４を参照すると、中央セクション１０２及びテール１０４は、インシュレータ材料の可撓性の層１４０の周囲でともに折り畳まれる。層１４０は、熱センサー間の熱抵抗及び電気抵抗を提供し、また、熱センサーを離間された形態において支持する。
可撓性温度測定装置の構成は、図３に図示したように可撓性基材の１つの側にレイアウトされた電気回路を含む。可撓性インシュレータを間に挟んで可撓性基材の２つのセクションがともに集められる即ち折り畳まれると、構成は図４に最も明瞭に示したような多層構造を有することになる。このように、温度測定装置２００は、可撓性基材１００の第１の側１０８の表面上にレイアウトされた電気回路を含む。中央セクション１０２とテールセクション１０４は、第１の熱センサー１２０と第２の熱センサー１２６との間に熱抵抗を提供するように可撓性インシュレータ層１４０の周囲でともに集められる、即ち折り畳まれる。また、可撓性インシュレータ層は、第２の熱センサーと離間された関係の配置に第１の熱センサーを維持する。必要ではないが好ましくは、第２の熱センサー１２６は、（図３に図示したように）ヒータートレースによって取り囲まれた領域１２１を貫通する線２０２上で第１の熱センサーと整列される。温度測定装置は、中央セクション１０２の上の、基材１００の第２の側１０９に取り付けられた可撓性ヒーターインシュレータ２０８を更に含む。
図３に図示した電気回路のレイアウトでは、可撓性基材１００の１つの側の単一の表面に全ての回路構成要素が配置される。このレイアウトにはいくつかの利点がある。第１に、ヒーター、熱センサー、及び接続パッドのためのトレースを置くための作製順序を１つだけ必要とするので、装置の製造を簡易化する。第２に、熱センサーを支持するセクションがともに折り畳まれると、熱センサーは熱的及び機械的に制御された環境に維持される。
図３に図示した好ましいレイアウトの別の利益は、第１の熱センサー１２０が、ヒータートレース１２２によって取り囲まれた又は取り巻かれた領域１２１において物理的に分離され、Ｆｏｘ／Ｓｏｌｍａｎシステムでのように下に重ねられないことである。温度測定装置が起動されると、ヒーターが作動し、それによって生成される熱はヒーターから患者へと概して垂直に移動するが、第１の熱センサーへは内側にのみ移動する。その結果、ヒーターが作動されたときに生じる温度の急上昇が第１の熱センサーによって直ちには感知されないため、温度測定装置の熱質量を増すことを必要とせずにヒーターの制御及び温度装置の安定性が改善される。したがって、第１の温度センサー１２０はヒータートレース１２２と同じ平面又は同じ表面上に（しかも場合によってはヒータートレースよりわずかに上に置かれてもよい）、実質的にゼロ熱流束の領域１２１内に又はそれと整列して、好ましくは位置づけられる。
望ましくは、便宜性のため及び患者バイタルサイン監視システムのモジュール性のために、温度測定装置は挿し込み可能なインターフェイスに対応する。これに関し、図３及び４を参照すると、ツメ１０６はコネクター（図示せず）と接続するための滑入及び滑出ができるようにパッド１３０の配列とともに構成される。接続及び取り外しされる間にその形を維持することができる物理的に堅固な構造物を提供するために、ツメ１０６は所望により剛化される。これに関し、可撓性剛化材２０４を可撓性基材１００の第２の側１０９に配置する。剛化材はツメ１０６と実質的に同一の広がりを持ち、中央セクション１０２の上を少なくとも部分的に覆って延在する。図４に最も明瞭に示したように、剛化材２０４は可撓性基材１００の第２の側１０９と可撓性インシュレータ２０８との間に配置される。ツメ１０６を整列して電気コネクター（図示せず）との接続不良を防ぎ、かつコネクターをツメ上に保持するために、装置２００にキーを提供してもよい。例えば、図５を参照すると、そのようなキーは、剛化材及びツメを貫通する開口部２０９を含む。
温度測定装置２００は、温度測定が行われる皮膚の部位に、第２の熱センサー１２６を皮膚に最も近づけて、装着される。図４に図示したように、接着剤層２２２は第２の側１０９上に、インシュレータ１４０の層上に、及び第２のセンサー１２６が位置づけられたテール１０４の部分に、配置される。剥離ライナー（この図には示さず）を接着剤層２２２から引き剥がして、装置２００を皮膚に取り付ける準備をすることができる。図４に図示したように配備されると、ツメ１０６に位置づけられた複数の電気接続パッド１３０を通して、装置２００上の電気回路と温度測定システムとの間に、挿し込み可能な信号インターフェイスが提供される。そこを通って伝送される信号には、少なくともヒーター起動信号及び熱センサー信号が含まれることになる。
可撓性基材上の電気回路の使用は、深部組織温度を推定するための使い捨て可能な温度装置の構成を大幅に簡易化し、そのような装置の製造にかかる時間及び費用を実質的に削減する。これに関し、図３に図示した回路要素とともに可撓性基材１００の片側にレイアウトされた電気回路を組み入れた温度測定装置の製造は、図５及び６Ａ〜６Ｆを参照することによって理解できる。特定の番号付きの工程によって製造方法を説明するが、工程の順序を変更して同じ結果を達成することも可能である。様々な理由から、いくつかの工程は、記述されているより多くの操作又はより少ない操作を含んでもよい。同じ理由又は追加的な理由から、記述されている工程のいくつかを削除してもよく、及び／又は、記述されていない他の工程を加えてもよい。更に、工程を他の工程と組み合わせてもよく、及び／又は追加的な工程に分割してもよい。
図６Ａでは、電気回路のためのトレース及びパッドは、中央セクション１０２と、中央セクションから延出したテール１０４と、中央セクションから延出したツメ１０６と、を有する可撓性基材１００の第１の側１０８上に作製される。電子要素（第１及び第２の熱センサー）は、図中に示されているようにレイアウトされる図３の要素を含む電気回路（これは、これらの図中、便宜上割愛されている）を完成するために、トレースに装着される。使用される場合、ヒーター領域を分離するスリット１３３のパターンは、この製造工程で中央セクションに作製され得る。
図６Ｂによると、第２の製造工程で、剛化材２０４を可撓性基材の第２の側に積層する。図５に最も明瞭に図示されているように、剛化材はツメと同一の形状の部分を有し、円形先端を有する細長い部分に向かって狭まる。第２の側１０９に積層されると、剛化材は実質的にツメの上を覆い、領域１２１の下の中央セクションの上の一部を覆って、延在する。好ましくは、接着フィルム（図示せず）又は同等物によって剛化材を可撓性基材の第２の側に取り付ける。
図６Ｃによると、第３の製造工程で、インシュレータ材料の可撓性層２０８は可撓性基材の第１の側に接着剤又は同等物によって取り付けられ、中央セクションのほぼ全て及び剛化材の少なくとも一部分を覆う。この層は、ヒーターを周囲環境から断熱／絶縁するために提供される。図５に最も明瞭に示されているように、この可撓性層は、ツメ１０６とシステムコネクターとの間の挿し込み可能な接続に追加的な補強を提供する切頭ツメ２１０を含むことができる。
図６Ｄによると、第４の製造工程で、インシュレータ材料１４０の可撓性中央層は第１の側１０８の中央セクションの上に取り付けられて、ヒータートレース及び第１の熱センサーを覆う。図５に最も明瞭に示されているように、この可撓性層は、ツメとシステムコネクターとの間の挿し込み可能な接続に追加的な補強を提供する切頭ツメ１４１もまた含むことができる。
図６Ｅによると、第５の製造工程で、テール１０４は、好ましい離間された関係で第１及び第２の熱センサーが中央層に維持されるようにインシュレータ材料１４０の中央層の上に折り畳まれる。
図６Ｆによると、第６の製造工程で、この折り畳まれたテールを有する中央断熱層の上に剥離ライナー２２６付きの接着剤の層（図示せず）が取り付けられる。図５に最も明瞭に示されているように、剥離ライナー２２６は中央セクション１０２及びツメ１０６に対応する形を有することができる。
最良の実用形態においては、本明細書による温度測定装置は下表に記載されている材料及び部品を用いて製造された。図３に適合する銅トレース及びパッド付きの電気回路を、従来のフォトエッチング技法によってポリイミドフィルムの可撓性基材上に形成し、従来の表面装着技法を用いて熱センサーを装着した。表に記載されている寸法は厚さを示すが、斜線付き丸（直径記号）は直径を表す。もちろん、これらの材料及び寸法は例示に過ぎず、本明細書の範囲を制限するものではない。例えば、トレースの部分又は全部を導電性インクで作製してもよい。
Figure 2013527434
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置構成
図３及び前述の説明によるゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置を製作及び組み立てて、臨床試験した。我々は、不必要に装置を拡大すること又はＤＴＴ測定を行う精度を犠牲にすることなくそのような装置の構成を配備し得る部位数を増やすためにそれらの装置の構成を更に適応することが望まれることを見出した。
これらの目的は、中央出力密度部分と、中央出力密度部分を取り囲む周辺出力密度部分と、を有するヒーター構成によって満たされる。深部体温の測定のために皮膚に装置を配置したとき、中央出力密度部分が第１の出力密度で動作し、周辺出力密度部分が第１の出力密度より強度の高い第２の出力密度で動作することにより、中央ヒーター部分からヒーターの周辺部までほぼ均一の温度を維持する。
図７は、好ましいゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置構成の部分的な略図である。測定装置の全ての要素を図示してはいないが、図は、ゼロ熱流束測定に関係する構成の構成要素間の関係を示している。測定装置７００は、可撓性基材層と、断熱材の層と、電気回路とを含む。電気回路は、ヒーター７２６と、第１の熱センサー７４０と、第２の熱センサー７４２と、を含む。ヒーター７２６及び第１の熱センサー７４０は、可撓性基材層７０３内又は可撓性基材層７０３上に配置され、第２の熱センサー７４２は可撓性基材層７０４内又は可撓性基材層７０４上に配置される。第１及び第２の基材層７０３及び７０４は、可撓性の断熱材の層７０２によって分離される。可撓性基材層７０３及び７０４は分離された要素であってもよいが、インシュレータ材料層の周囲に折り畳まれた単一の可撓性基材のセクションであることが好ましい。好ましくは、接着フィルム（図示せず）によって基材をインシュレータ層７０２に取り付ける。基材層７０４の片側に装着された接着剤層７０５には、皮膚に測定装置を取り付けるための剥離可能なライナー（図示せず）が提供される。好ましくは、可撓性インシュレータ材料層７０９は層７０２、７０３、７０４の上に置かれ、基材層７０２の片側に接着フィルム（図示せず）で取り付けられる。インシュレータ層７０９は、ヒーター７２６及び第１の熱センサー７４０の上に延在する。
使用の際、測定装置７００は、第２の熱センサー７４２が皮膚に最も近くなるように配置される。層７０２は、ヒーター７２６及び第１の熱センサー７４０を第２の熱センサー７４２から分離するように第１の基材層７０３と第２の基材層７０４との間に挟まれる。動作中、層７０２は第１の熱センサーと第２の熱センサーとの間の大きい熱抵抗として作用し、第２の熱センサー７４２は皮膚の温度を感知し、第１の熱センサーは層７０２の温度を感知する。第１の熱センサー７４０が感知する温度が第２の熱センサー７４２によって感知される温度より低い間は、ヒーターは層７０２及び皮膚を通る熱の流れを減らすように動作する。層７０２の温度が皮膚の温度と等しいときは、層７０２を通る熱の流れは停止し、ヒーターは遮断される。これが、第１及び第２のセンサー７４０及び７４２によって感知されるゼロ熱流束条件である。ゼロ熱流束条件が生じると、第２の熱センサーによって示される皮膚の温度は深部体温として解釈される。以下に詳述されるゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置構成において、ヒーター７２６は第１の出力密度で動作する中央ヒーター部分７２８と、第１の出力密度より高い第２の出力密度で動作する、中央ヒーター部分を取り囲む周辺ヒーター部分７２９と、を有する。もちろん、基材の可撓性は、ヒーター７２６を含む測定装置７００が身体の測定される場所の輪郭とぴったり適合することを可能にする。
図８Ａを参照すると、ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置７００の第１の構成は可撓性基材７０１を含む。必要ではないが好ましくは、可撓性基材７０１は連続したセクション７０５、７０６、７０８を有する。必要ではないが好ましくは、第１の又は中央のセクション７０５はほぼ円形である。第２のセクション（即ち「テール」）７０６は、中央セクション７０５の周辺から第１の方向に外向きに延在する、球根上の端部７０７を有する狭く細長い矩形を有する。第３のセクション（即ち「ツメ」）セクション７０８は、中央セクション７０５の周辺から第２の方向に外向きに延在する幅の広い矩形を有する。ツメ７０８には、ケーブルコネクター（図示せず）のそれぞれ対応するバネ仕掛けの保持器を受容及び保持するために対向するノッチ７１０が形成される。必要ではないが好ましくは、テール７０６は、時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に１８０度以下の弓状距離によってツメ７０８から変位される。
図８Ａによると、電気回路７２０は可撓性基材７０１上に配置される。必要ではないが好ましくは、電気回路７２０の要素は可撓性基材７０１の表面７２１上に位置づけられる。電気回路７２０は、少なくとも、導電性ヒータートレースと、熱センサーと、導電性接続トレース部分と、電気接続パッドと、を含む。必ずしも全てでなくてもよいが電気回路７２０のいくつかの実施形態は、電子プログラム可能なメモリ７７０のようなマルチピン電子回路装置もまた少なくとも１つ含むことが望ましい。ヒータートレース７２４は、ヒータートレース７２４のいかなる部分も延在しない、基材７０１の領域７３０を取り囲む概して環状のヒーター７２６を画定する。これに関し、領域７３０は、ヒーターが動作するときに直接加熱されない。領域７３０は表面７２１の概して円形の部分を占有する。更に特定すると、領域７３０は、図８Ａに図示した表面７２１の部分と、反対側表面の対応する部分（この図には描かれていない）と、それらの間の固体部分と、を含む基材７０１の円形セクションである。必要ではないが好ましくは、領域７３０は中央セクション７０５に中心合わせされ、ヒーター７２６と同心である。第１の熱センサー７４０は、領域７３０に形成された装着パッドに装着される。第２の熱センサー７４２は、概して環状のヒーター７２６の外側に配置される。好ましくは、これらの装着パッドはテールの端部の概して近くに、例えばテールの球根上の端部７０７の中心の中又は近くに形成される。いくつかの構成では、電気回路７２０は、測定装置７００上に装着された少なくとも１つのマルチピン電子回路装置を含む。例えば、電気消去可能なプログラム可能な読取り／書込みメモリ７７０を、ツメ７０８の近くに又はそれに隣接して中央セクション７０５上の表面７２１の一部分に形成された装着パッド上に装着する。電気接続パッド（「電気パッド」）をツメ７０８内の表面７２１上に形成する。複数の導電性トレース部分は、第１及び第２の熱センサー及びヒータートレースを複数の電気パッド７７１と接続する。測定装置７００がマルチピン電子回路装置を含む場合は、１つ以上の追加的な電気パッド及び追加的な導電性トレース部分が装置に提供される。必要ではないが好ましくは、少なくとも１つのそのような追加的パッドは、装置と、ヒーター、第１の熱センサー及び第２の熱センサーのうちの１つとによって共有される。
図８Ａに図示したように、必要ではないが好ましくは、可撓性基材の可撓性及び適合性を更に高めるために、中央セクション７０５はそれ自体に形成された複数のスリット７５１、７５２を有する。スリットは周辺部から半径方向に、中央セクション７０５の中心に向かって延在する。スリットは、互いに独立して移動又は屈曲する領域を画定する。ヒータートレース７２４のレイアウトはスリットを許容するように適応される。これに関し、ヒータートレースはジグザグ又はつづら折りのパターンを、一区間は領域７３０の周辺部から、より長いスリット７５１の端部にかけて長さを増して行き、それらの端部で一段減少した後に、スリットによって画定される領域内では、ヒーター７２６の外周辺部に向かって再び概して長さを増す。図示したように、ヒーターの構成は領域７３０で中心合わせされた概して環状形を有するが、この環にはスリットで切れ目が入っている。あるいは、この環状形を、概して連続した中央の環の周囲を取り巻くくさび形のヒーター領域の周辺環を含むものとして見ることもできる。
不均一の出力密度のヒーター構造は、図８Ａを参照することによって理解することができ、図中、ヒーター７２６は、第１の出力密度を有する中央部分７２８（細い線で描かれた部分）と、中央部分７２８を取り囲む、第１の出力密度より高い第２の出力密度を有する周辺部分７２９（太い線で描かれた部分）と、を含む。ヒータートレース７２４は連続しており２つの端を含み、第１の端は電気パッド５へと、第２の端は電気パッド６へと移行する。しかし、スリットのために、中央部分７２８及び周辺部分７２９のそれぞれは、中央部分７２８のセクションと周辺部分のセクションとが交互になった一定の順序で配列された複数のセクションを含む。しかし、このヒーターの環状構造では、中央部分７２８のセクションは概して領域７３０の周囲の中央環内に配列され、周辺部分７２９のセクションは中央部分７２８の周囲に配列される。ヒーター７２６が作動されると、中央部分７２８は領域７３０を取り囲む第１の出力密度で熱の中央環を生成し、周辺部分７２９はこの熱の中央環を取り囲む第２の出力密度の熱の輪状環を生成する。
好ましくは、ヒータートレース７２４は連続しているが、中央ヒーター部分７２８が第１の出力密度を有し、周辺部分７２９が第１の出力密度より大きい第２の出力密度を有するように、その長さに沿って不均一の出力密度を呈する。この構成であると、ヒーター７２６に付加される駆動電圧によって引き起こされる、ヒータートレースのヒーター面積単位当たりに中央ヒーター部分７２８が生成する動力は、外側のヒーター部分７２９が生成する動力より少ない。その結果、第１の平均動力の熱の中央環を取り囲む、第１の平均動力より高い第２の平均動力の熱の輪が得られる。
ヒーター部分７２８及び７２９の異なる出力密度は、それぞれの部分の中で不変であっても変動してもよい。出力密度の変化は段階的でも連続的でもよい。出力密度は、ヒータートレース７２４の幅及び／又はつづれ折りパターンの区間の間のピッチ（距離）によって設定されるのが最も簡易でかつ経済的である例えば、抵抗、したがってヒータートレースが生成する動力は、トレースの幅に反比例して変化する。任意の抵抗に対し、ヒータートレースによって生成される動力もまた、つづれ折りの区間のピッチ（それらの区間の間の距離）とともに反比例して変化する。
図８Ａに図示した可撓性基材７０１上の電気回路７２０の結線図を図８Ｂに示す。図８Ａで番号１〜６が付されたツメ７０８上の電気パッドは、図８Ｂでも同一番号の要素に相当する。図示した電気パッドの数はあくまで例示を目的とする。より多くの又はより少ない電気パッドを使用してもよい。任意の特定の数は、マルチピン電子装置の有無、ヒーター構成、熱センサーの数などを含む設計上の選択によって決定される。構成によっては、電気パッドの数をできるだけ少なくするために１つ以上の電気パッドを電気回路７２０の１つ以上の要素と行き来する電気信号伝達のために活用することによって、回路のレイアウトを簡易化し、ツメ７０８の寸法及び質量を最小限にし、インターフェイスコネクターの寸法を縮小することが望ましい。
ゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置７００に装着パッドによって装着されたＭｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製の２４ＡＡ０１Ｔ−Ｉ／ＯＴのようなマルチピンの電子プログラム可能なメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を電気回路７２０が含むものと仮定する。図８Ａ及び８Ｂは、１つ以上の電気パッドが電気回路の少なくとも２つの要素によって共有される構成を図示する。これに関し、
第２の熱センサー７４２の１本の導線及びメモリ７７０のピン１を、導電性トレース部分によって電気パッド１に接続する。
第１及び第２の熱センサー７４０及び７４２の導線及びメモリ７７０のピン４を、導電性トレース部分によって電気パッド２に接続する。
第１の熱センサー７４０の１本の導線及びメモリ７７０のピン３を、導電性トレース部分によって電気パッド３に接続する。
メモリ７７０のピン２及び５を導電性トレース部分によって電気パッド４に接続する。
ヒータートレース７２４の帰線端を導電性トレース部分によって電気パッド５に接続する。
ヒータートレース７２４の入力端を導電性トレース部分によって電気パッド６に接続する。
図７及び８Ａを参照すると、測定装置７００が組み立てられたとき、中央セクション７０５及びテール７０６は、層７０２のような可撓性のインシュレータ材料の周囲でともに折り畳まれる。層７０２は、熱センサー間の熱抵抗及び電気絶縁を提供し、また、離間された構成において熱センサーを支持する。換言すれば、第１及び第２の熱センサー７４０及び７４２は、ヒーター及び第１の熱センサーがインシュレータ材料層の片側に面し、第２の熱センサーがもう一方の側に面するようにして、インシュレータ材料層によって分離された基材材料のそれぞれ対応する層上に配置される。
ヒーター７２６の動作によって生成される温度の均一性を維持又は改善する測定装置７００の要素を理解するために、再び図８Ａを参照する。これらの要素は温度の均一性に望ましい影響をもたらすが、任意の１つ以上のこれらの要素をゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の構成に組み込むことは任意選択による。ヒーター７２６のフットプリント内の出力されていない区域は、正確な測定を行うために重要なゼロ熱流束条件を不安定にし得るほど温度の均一性に支障を来し得る。したがって、ヒーターのフットプリント内の出力されていない区域による不安定化の影響を（たとえ除去はできないとしても）削減することは望ましい。これに関し、高い出力密度を伴う細長いヒータートレース部分をスリットに平行にそれぞれのスリットの脇に沿って形成する。例として、長いスリット７５１に平行して、その脇に沿って走る長いヒータートレース部分７７４、及び短いスリット７５２に平行して、その脇に沿って走る短いヒータートレース部分７７５を参照されたい。ヒーター７２６の動作中、これらのヒータートレースの高い出力密度は、スリットの両脇の区域における出力を高めて、装置の温度の均一性の維持を助ける。加えて、ヒータートレース７２４の高い出力密度を伴う細長いヒータートレース部分７７６は、電気パッド６から第１の熱センサー７４０の導電性トレースが延在する通路７８０に沿って走る。ヒーター７２６の動作中、このヒータートレース部分は通路７８０における出力を高める。
図８Ａを参照すると、出力されていない領域７３０の不規則又は不完全な断熱は、ゼロ熱流束条件が感知される制度を削減し得る。これに関し、使用のために測定装置７００が組み立てられたとき、中央セクション７０５及びテール７０６は、図６Ｄのようなやり方で断熱層の上にともに折り畳まれる。好ましくは、テール７０６の端部は領域７３０と重なる。テールのこの端部が領域７３０の不規則又は不完全な断熱を呈する場合、冷たいスポットが形成され、この領域内に位置づけられた第１の熱センサー７４０の動作に支障を来す場合がある。したがって、テール７０６の端部７０７は領域７３０と整列して重なる拡大された球根状の形を有することによって、その領域に重なる断熱レベルを規則的かつ連続的に維持する。
図８Ａに図示したように可撓性基材７０１の１つ以上の側にレイアウトされた電気回路７２０を有するゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置７００は、材料及び部品表ＩＩに特定した材料を使用して図５及び６Ａ〜６Ｆに図示した方法で製造及び組み立てが可能である。好ましくは、測定装置は、ツメ７０８上に塗装、蒸着、又は形成されてから硬化された別個の片又は材料層を含む可撓性剛化材とともに構成される。図４及び８Ａを参照すると、好ましくは、ツメ７０８の剛化材（図８Ａ）は、可撓性基材１００の第２の側１０９（図４）に対応する可撓性基材７０１の側に配置される。剛化材はツメ７０８とほぼ同一の広がりを持ち、少なくとも部分的に中央セクション７０５の上に延在するが、領域７３０の手前の、概ね図８Ａの点線７１１が示す場所で止まる。
図８Ａの物理的レイアウト及び対応する図８Ｂの電気回路は、ＤＴＴ測定システムでゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置の動作を制御及び監視可能なインターフェイスを図示する。図９は、例えば図８Ａの第１の構成を用いた、図７によるゼロ熱流束ＤＴＴ測定装置間の信号インターフェイスを図示する。これらの図を参照すると、ＤＴＴ測定システムは、制御機構８００と、測定装置７００と、制御機構と測定装置との間の動力信号、共通信号及びデータ信号を伝達するインターフェイス７８５と、を含む。インターフェイスは無線でもよく、信号の送受信のためにトランシーバが位置づけられる。好ましくは、インターフェイスは、ツメ７０８に解放可能に接続されたコネクター７８９を伴うケーブル７８７を含む。制御機構８００は、ヒーターへのそれぞれ対応する信号経路の動力及び共通信号の提供を管理し、Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ２（ＴＨ２）及びＳＣＬ信号のような共通信号経路を共有する信号の分離をもたらす。共通基準電圧信号は熱センサーへの単一の信号経路に提供され、それぞれ対応する別個の帰線信号経路は熱センサーからのセンサーデータを提供する。
ＥＥＰＲＯＭが測定装置７００に含まれると仮定すると、別個の信号経路がＥＥＰＲＯＭ接地のために提供され、熱センサー信号経路は図８Ａ及び８ＢにしたがってＥＥＰＲＯＭの多様なピンと共有される。正当な理由から、この信号経路構成は、ヒーターのためのＤＣ接地（共通）からＥＥＰＲＯＭのためのディジタル接地を分離する。ＥＥＰＲＯＭとヒーターが接地のための電気パッドを共有すると仮定する。そのコネクターを含むケーブル７８７は、ある一定の量の抵抗を有する。ヒーター７２６に動力が送られると、それを通る電流は接地（共通）接点を通って制御機構８００に帰還しなくてはならず、このことは、接点の測定装置側に、その線の抵抗にそのヒーター７２６を通る電流を掛けたものと同等の、ある程度の電圧が発生することを意味する。その電圧はそれらの接点の健全性に依存して２又は３ボルトもの高さであり得る。それと同時にＥＥＰＲＯＭで供給電圧が下がれば、あるいはロジック線のたとえ１つでも前述のこの生成電圧を下回れば、ＥＥＰＲＯＭに逆バイアスがかかることになり、その部品が損傷され得る。ヒーターとＥＥＰＲＯＭの接地を分離することは、ＥＥＰＲＯＭを損傷するこれら全ての可能性を除去する。したがって、ヒーターを電気回路の他の全ての要素から隔離することが望ましい。したがって、図９を参照すると、複数の電気パッド７７１の第１の電気パッド（例えば電気パッド５）はヒータートレースの第１の終端のみに接続され、一方、複数の電気パッド７７１の第２の電気パッド（例えば電気パッド６）はヒータートレースの第２の終端のみに接続される。
図８Ｂを参照し、熱センサーはＮＴＣ（負温度係数）サーミスタであると仮定する。この場合、電気パッド２の共通信号はＥＥＰＲＯＭにＶｃｃを提供しサーミスタに基準電圧を提供するために、一定の電圧レベルに保持される。コントロールは、サーミスタ／ＥＥＰＲＯＭスイッチ回路を介して、サーミスタの読取りとＥＥＰＲＯＭの、クロッキング／読取り／書込みの間で切り替えられる。インターフェイス７８５の代表的な構成を信号及び電気特性表にまとめた。
Figure 2013527434
最良の実用形態においては、図８Ａによる温度測定装置は下表に記載されている材料及び部品を用いて製造された。銅トレース及びパッド付きの電気回路を、従来のフォトエッチング技法によってポリイミドフィルムの可撓性基材上に形成し、従来の表面装着技法を用いて熱センサーを装着した。表に記載されている寸法は厚さを示すが、斜線付き丸（直径記号）は直径を表す。もちろん、これらの材料及び寸法は例示に過ぎず、本明細書の範囲を制限するものではない。例えば、トレースの部分又は全部を導電性インクで作製してもよい。別の例では、熱センサーは好ましくはサーミスタであるが、ＰＮジャンクション、サーモカップル、又は抵抗温度検出器を使用してもよい。
Figure 2013527434
図１０に図示した測定装置７００の第２の構成では、ヒーター７２６は異なる出力密度を有する中央ヒーター部分７２８及び周辺ヒーター部分７２９を含むが、電気回路にはマルチピン電気回路装置が含まれていない。この構成では５つの電気パッドがツメ７０８上に提供される。電気回路装置の欠如は少なくとも１つの電気パッドをツメから削除することを可能にし、これは更にツメの寸法及び質量並びに測定装置の製造コストを削減する。共有されるのは電気パッド２のみであり、この電気パッドは第１及び第２の熱センサーのための共通基準信号を提供する。
図１１に図示した測定装置７００の第３の構成では、ヒーター７２６は異なる出力密度を有する中央ヒーター部分７２８及び周辺ヒーター部分７２９を含むが、電気回路にはマルチピン電気回路装置が含まれていない。この構成では４つの電気パッドがツメ７０８上に提供される。電気回路装置の欠如は少なくとも１つの電気パッドをツメから削除することを可能にする。更に、電気パッド３は第１及び第２の熱センサー７４０、７４２及びヒーター７２６のための共通基準信号を提供するために共有され、もう１つの電気パッドの削除及びツメ７０８の寸法及び質量並びに測定装置の製造コストの更なる削減も可能にする。
図１２に図示した測定装置７００の第４の構成では、電子回路装置７７０は含まれているが基材７０１にスリットが提供されず、したがってヒーター７２６は、異なる出力密度を有するが連続した中央部分７２８及び周辺部分７２９を含む。図８Ａ及び８Ｂに図示したのと同じ接続を有する６つの電気パッドがツメ７０８上に提供される。図１３に図示した測定装置７００の第５の構成では、電子回路装置は含まれておらず、ヒーター７２６は、異なる出力密度を有する中央部分７２８及び周辺部分７２９を含み、基材７０１にスリットは提供されない。図１０に図示したのと同じ接続を有する５つの電気パッドがツメ７０８上に提供される。第５の構成は、第１及び第２の熱センサー７４０、７４２並びにヒーターのための、共通基準信号を提供するために電気パッドを共有することによって、図１１に図示した第３の構成のように４つの電気パッドを提供するように更に簡易化される第４及び第５の構成では、ヒーター７２６は出力を受けないスリット区域によって貫通されず、したがって、温度の均一性を最大限にするために、長い通路７８０のみに出力する必要がある。
図１４及び１５にそれぞれ図示されている測定装置７００の第６及び第７の構成では、ヒータートレース７２６は、中央ヒーター部分７２８を画定する第１のトレース８１０と、第１のトレース８１０を取り囲み周辺ヒーター部分７２９を画定する第２のトレース８１１と、共通ノード８１４で第１及び第２のトレースと接続された第３のトレース８１２と、の３つのトレースを含む。第３のトレース８１２は、第１のトレースと第２のトレースとの間の共通接続としての役割を果たす。このようにこのヒーター構成は、共通の導線を共有する独立制御された中央ヒーター部分と周辺ヒーター部分とによって構成される。あるいは、この構成を、２つのヒーター要素を有するヒーターとみなすこともできる。中央部分及び周辺部分の出力密度は均一でも不均一でもよい。これら２つの部分の出力密度が均一の場合、周辺部分は、所望の、より高い出力密度を提供するように、中央部分より高い出力レベルで駆動され得る。図８Ｂ、９、１４、１５によると、第２のヒーター構成は第１、第２、第３のトレースのための３つの別個のピン（６、７、５）を必要とする。したがって、共通の導線を共有する２つの独立制御されたヒーター部分と、メモリ装置と、を含むこの電気回路の構成には７つの電気パッドがツメ７０８上に提供される。第１のヒーター構成と同じく、第２のヒーター構成のヒーターは、電気回路の他の要素から電気的に完全に隔離される。これに関し、図９及び１４を参照すると、ヒータートレース７２６は３つの終端を含み、複数の電気パッド７７１の第１の電気パッド（例えば電気パッド５）はヒータートレースの第１の終端のみに接続され、複数の電気パッド７７１の第２の電気パッド（例えば電気パッド６）はヒータートレースの第２の終端のみに接続され、複数の電気パッド７７１の第３の電気パッド（例えば電気パッド７）は、ヒータートレースの第３の終端のみに接続される。
図１６のように２つのヒーター要素を有するヒーター７２６を含む測定装置７００の第８の構成では、第１及び第２の熱センサーのための共通基準信号を提供するために電気パッドが共有されれば、メモリ装置の排除によって電気ピンの数は６つに削減される。熱センサー及びヒーターのための共通基準信号を提供するために電気パッドを共有することは、電気パッドの数を５つに減らすことを可能にする。
可撓性基材を円形の中央セクションで構成する必要はなく、環状ヒーターが概ね円形である必要もない。図１７及び１８にそれぞれ図示した測定装置７００の第９及び第１０の構成では、中央基材セクションもヒーターも多面的及び卵形（又は楕円）の形状を有する。それぞれのヒーター構成は、中央及び周辺出力密度部分と、ヒーターによって取り囲まれた出力を受けない中央領域とを含む。設計、動作、又は製造に関して考慮される事柄の要求に応じて、前述の構成のＡＵをこれらの形に適応することができる。
温度測定装置の構成及び製造の原則について、現在の好ましい実施形態を参照して説明してきたが、説明された原則の意図から逸脱せずに多様な修正を行うことができることを理解されたい。したがって、これらの原則は以下の請求項によってのみ制限される。

Claims (29)

  1. ゼロ熱流束温度装置（７００）であって、断熱材の層（７０２）を間に挟む第１及び第２の可撓性基材層（７０３、７０４）を有し、前記第１の基材層（７０３）上に配置されたヒータートレース（７２４）は、前記断熱材の層（７０２）の片側に面する、ヒータートレースを有さない前記第１の基材層の領域（７３０）を取り囲む中央出力密度部分（７２８）と、前記中央出力密度部分を取り囲む周辺出力密度部分（７２９）と、を含むヒーター（７２６）を画定し、第１の熱センサー（７４０）は前記領域内に配置され、第２の熱センサー（７４２）は前記断熱材の層（７０２）の反対側に面する第２の基材層（７０４）上に配置され、複数の電気パッド（７７１）は前記ヒータートレースの外側において基材表面（７２１）に配置され、複数の導電性トレースが前記第１及び第２の熱センサー及びヒータートレースを前記複数の電気パッドと接続する、ゼロ熱流束温度装置（７００）。
  2. 可撓性基材（７０１）が、中央セクション（７０５）と、前記中央セクションの周辺部から外向きに延在するツメ（７０６）と、前記中央セクションの周辺部から外向きに延在するテール（７０８）と、を含み、前記複数の電気パッド（７７１）が前記ツメ上に配置され、前記中央セクション及び前記テールが、前記中央セクション（７０５）が前記第１の基材層（７０３）を構成し、前記テールが前記第２の基材層（７０４）を構成するように前記断熱材の層（７０２）の周囲に折り畳まれる、請求項１に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  3. 前記中央出力密度部分（７２８）が第１の出力密度を有し、前記周辺出力密度部分（７２９）が前記第１の出力密度より大きい第２の出力密度を有する、請求項２に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  4. 前記中央出力密度部分（７２８）が環状形を有し、前記周辺出力密度部分（７２９）が前記中央出力密度部分の環状形と同心の環状形を有する、請求項３に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  5. 前記中央セクション内にスリット（７５１、７５２）のパターンを更に備え、それぞれのスリットが前記中央セクション（７０５）の周辺部から前記領域（７３０）に向かって延在し、前記ヒータートレース（７２４）が、前記第１の出力密度より大きい出力密度を有する前記スリットの両脇を挟む部分（７７４、７７５）を含む、請求項３に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  6. 前記テール（７０６）の端部に、前記第２の熱センサー（７４２）が配置される球根状拡大部（７０７）を更に備える、請求項３に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  7. 前記ヒータートレース（７２４）が２つの終端を含み、前記複数の電気パッド（７７１）の第１の電気パッドが前記ヒータートレースの第１の終端のみに接続され、前記複数の電気パッドの第２の電気パッドが前記ヒータートレースの第２の終端のみに接続される、請求項３に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  8. 前記中央出力密度部分（７２８）が第１のヒータートレース部分（８１０）を含み、前記周辺出力密度部分が、前記第１のヒータートレース部分から分離された第２のヒータートレース部分（８１１）を含み、前記ヒータートレースが、前記第１及び第２のヒータートレース部分から分離されて、共通ノード（８１４）で前記第１及び第２のヒータートレース部分に接続されている、共通ヒータートレース部分（８１２）を更に含む、請求項２に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  9. 前記中央出力密度部分（７２８）が環状形を有し、前記周辺出力密度部分（７２９）が前記中央出力密度部分の環状形と同心の環状形を有する、請求項８に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  10. 前記中央セクションの周辺部から前記領域に向かって延在する前記中央セクション内のスリット（７５１、７５２）のパターンを更に備え、前記第２のヒータートレース部分が前記スリットの両脇の細長い部分（７７４、７７５）を含む、請求項９に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  11. 前記ヒータートレース（７２４）が３つの終端を含み、前記複数の電気パッド（７７１）の第１の電気パッド（５）が前記ヒータートレースの第１の終端のみに接続され、前記複数の電気パッドの第２の電気パッド（６）が前記ヒータートレースの第２の終端のみに接続され、前記複数の電気パッドの第３の電気パッド（７）が前記ヒータートレースの第３の終端のみに接続される、請求項８に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  12. 前記中央セクションの周辺部から前記領域に向かって延在する前記中央セクション内のスリット（７５１、７５２）のパターンを更に備え、前記ヒータートレースが前記スリットの両脇の細長い部分（７７４、７７５）を含む、請求項１に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  13. 前記中央セクション（７０５）がほぼ円形を有し、前記テール（７０６）及びツメ（７０８）が前記中央セクションの周辺部で１８０度以下の弓によって分離される、請求項２〜１２のいずれか一項に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  14. 前記複数の電気パッド（７７１）が少なくとも４つの電気パッドを含む、請求項１３に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  15. 前記ツメ（７０８）が、ケーブルコネクターのリテーナーを受容及び保持するために対向するノッチ（７１０）を含む、請求項１４に記載のゼロ熱流束温度装置（７００）。
  16. 温度装置（７００）であって、
    第１のセクション（７０５）と、前記第１のセクションの周辺部から外向きに延在するツメセクション（７０６）と、前記第１のセクションの周辺部から外向きに延在するテールセクション（７０８）と、を含む可撓性基材（７０１）と、
    前記可撓性基材の表面上の電気回路と、を備え、前記電気回路が、ヒータートレースのない前記基材の領域（７３０）を取り囲む中央ヒーター部分（７２８）と、前記中央ヒーター部分を取り囲む周辺ヒーター部分（７２９）とを画定する、前記第１のセクション（７０５）上のヒータートレース（７２４）と、前記領域（７３０）内に配置された第１の熱センサー（７４０）と、前記テールセクション（７０８）上に配置された第２の熱センサー（７４２）と、前記環状ヒータートレースの外側に配置された複数の電気パッド（７７１）と、前記第１及び第２の熱センサー並びに前記ヒータートレースを前記ツメセクション上に配置された前記複数の電気パッドに接続する複数の導電性トレースと、を含む、温度装置（７００）。
  17. 前記中央ヒーター部分（７２８）が第１の出力密度を有し、前記周辺ヒーター部分（７２９）が前記第１の出力密度より大きい第２の出力密度を有する、請求項１６に記載の温度装置（７００）。
  18. 前記中央ヒーター部分（７２８）が第１のヒータートレース部分（８１０）を含み、前記周辺ヒーター部分（７２９）が、前記第１のトレース部分から分離された第２のヒータートレース部分（８１１）を含み、前記ヒータートレースが、前記第１及び第２のヒータートレース部分から分離されて共有ノード（８１４）で前記第１及び第２のヒータートレース部分に接続されている共通ヒータートレース部分（８１２）を更に含む、請求項１６に記載の温度装置（７００）。
  19. 前記第１のセクション（７０５）がほぼ円形、又はほぼ四辺形、又はほぼ楕円形を有する、請求項１６〜１８項のいずれか一項に記載の温度装置（７００）。
  20. 温度装置（７００）であって、
    可撓性基材（７０１）と、
    前記可撓性基材（７０１）の表面上の電気回路と、を備え、前記電気回路が、前記表面の領域（７３０）を取り囲む環状ヒーター部分（７２４）と、前記領域内に配置された第１の熱センサー（７４０）と、前記環状ヒータートレースの外側に配置された第２の熱センサー（７４２）と、マルチピン電子回路装置（７７０）と、前記環状ヒータートレースの外側に配置された複数の電気パッド（７７１）と、前記第１及び第２の熱センサー、前記マルチピン電子回路装置、並びに前記ヒータートレースを前記複数の電気パッドに接続する複数の導電性トレースと、を含み、
    少なくとも１つの導電性トレースが、前記マルチピン電子回路装置（７７０）のピン（ＳＣＬ、ＣＯＭ）、前記第１又は第２の熱センサー（７４０、７４２）の端末、及び前記複数の電気パッド（７７１）の電気パッド（１、３）に接続される、温度装置（７００）。
  21. 前記環状ヒータートレース（７２４）が、第１の出力密度を有する中央ヒーター部分（７２８）と、前記第１の出力密度より大きい第２の出力密度を有する周辺ヒーター部分（７２９）と、を含む、請求項２０に記載の温度装置（７００）。
  22. 前記複数の電気パッド（７７１）が６つの電気パッドを含む、請求項２１に記載の温度装置（７００）。
  23. 前記マルチピン電子回路装置（７７０）がプログラム可能なメモリ装置である、請求項２２に記載の温度装置（７００）。
  24. 前記環状ヒータートレース（７２４）が、第１のヒータートレース部分（８１０）を含む中央ヒーター部分（７２８）と、前記第１のトレース部分から分離された第２のヒータートレース部分（８１１）を含む周辺ヒーター部分と、前記第１及び第２のヒータートレース部分から分離されて共有ノード（８１４）で前記第１及び第２のヒータートレース部分に接続されている共通ヒータートレース部分（８１２）と、を含む、請求項２０に記載の温度装置（７００）。
  25. 前記複数の電気パッド（７７１）が７つの電気パッドを含む、請求項２４に記載の温度装置（７００）。
  26. 前記マルチピン電子回路装置（７７０）がプログラム可能なメモリ装置である、請求項２５に記載の温度装置（７００）。
  27. 温度装置（７００）であって、可撓性基材（７０１）と、断熱材の層（７０２）と、第１の基材層（７０３）に配置された、前記第１の基材層の領域（７３０）を取り囲むがその領域内へは入り込まないヒーター（７２６）を有する電気回路と、を含み、第１の熱センサー（７４０）は前記領域内に配置され、第２の熱センサー（７４２）は第２の基材層（７０４）上に配置され、前記第１の基材層と第２の基材層とは可撓性の断熱層（７０２）によって分離され、前記ヒーターは第１の出力密度で動作するための中央出力密度部分（７２８）と、前記第１の出力密度より大きい第２の出力密度で動作するための、前記中央出力密度部分を取り囲む周辺出力密度部分（７２９）と、を有する、温度装置（７００）。
  28. 前記中央出力密度部分（７２８）が第１の出力密度を有し、前記周辺出力密度部分（７２９）が前記第１の出力密度より大きい第２の出力密度を有する、請求項２７に記載の温度装置（７００）。
  29. 前記中央出力密度部分（７２８）と前記周辺出力密度部分（７２９）とを別々に制御可能である、請求項２７に記載の温度装置（７００）。
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