JP2014505893A - 周縁近くの皮膚温度測定を伴うゼロ熱流束温度測定装置 - Google Patents
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Abstract
ゼロ熱流束温度測定装置は、断熱材層を間に挟んだ第1及び第2の可撓性基材を有する。第1基材層に配置されたヒータートレースは、断熱材層の一方の側に面するヒーターを画定し、第1温度センサーを取り囲む中央部分と、その中央部分を取り囲む周縁部分と、を含む。第2温度センサーは、断熱材層の反対側表面に面して第2基材層の上に配置され、第3温度センサーは、断熱材層の反対側表面に面した第2基材層の上に配置される。第2及び第3センサーは、組織温度を測定している皮膚表面領域の別々の場所でのそれぞれの皮膚温度を提供するように分離されている。
【選択図】図7A
【選択図】図7A
Description
(優先権)
本出願は、2011年2月16日付出願の米国特許仮出願第61/463,393号に基づく優先権を主張する。
本出願は、2011年2月16日付出願の米国特許仮出願第61/463,393号に基づく優先権を主張する。
(関連出願の相互参照)
本出願は、すべて本出願と所有者を同一にする以下の米国特許出願の対象に関する対象を含む。
2009年8月31日付出願の米国特許出願第12/584,108号、
2010年4月7日付出願の同第12/798,668号、
2010年4月7日付出願の同第12/798,670号。
本出願は、すべて本出願と所有者を同一にする以下の米国特許出願の対象に関する対象を含む。
2009年8月31日付出願の米国特許出願第12/584,108号、
2010年4月7日付出願の同第12/798,668号、
2010年4月7日付出願の同第12/798,670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装置に関する。本主題は特に、皮膚温度測定領域内の複数の場所で温度を測定するための機能を備えたゼロ熱流束温度測定装置に関する。
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)の測定値である。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、及び術後に患者の身体の深部体温を監視することは有益である。もちろん、患者の安全性及び快適さのため、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有用である。
ゼロ熱流束装置によるDTTの非侵襲的測定は、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)。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。図1に示されているFox/Solmanシステムは、断熱層22によって分離された一対のサーミスタ20を含んだZHF温度測定装置10を用いて深部体温を見積もる。サーミスタ20によって検出された温度の差が、本質的に平面的な構造のヒーター24の動作を制御し、装置10の下面26が接触する皮膚表面領域を通る熱流を停止又はブロックする。コンパレータが、検出された温度の差を測定し、コントローラ30にその測定値差を供給する。ヒーター24は、差がゼロでない間、作動される。検出温度間の差がゼロになると、ZHF条件が満たされ、ヒーター24が必要に応じてオンとオフを切り替えてこのZHF条件を維持する。下面26のサーミスタ20は皮膚の表面温度を検出し、この出力が36で増幅されて、38にシステム出力として供給される。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に示すTogawaの装置は、Fox及びSolmanタイプのZHF設計を、円環柱構造の厚いアルミニウム筐体11の中に封入することにより、装置の中心から周縁方向への放射熱流を低減又は解消している。
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のに、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、及び温度センサーが積み上げられる構成になり、結果的に、実質的な縦型形状となり得る。Togawaのカバーによって付加される熱質量部は、Fox/Solman設計の安定性を改善し、深部組織温度の測定の精度を高める。これに関して、装置を通る熱流束をゼロにすることが目標であるため、熱抵抗は大きいほどよい。しかしながら、熱抵抗を追加すると重量と寸法が大きくなり、起動時に安定温度に達するまでの時間も増大するため、温度の急速な変化をタイムリーに報告する装置機能が損われることになる。
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。
本開示の一態様において、ZHF温度測定装置は、可撓性基材と、その可撓性基材の表面に配置され、皮膚表面が取り囲まれている位置の皮膚表面領域に接触する装置表面の横方向に分離された皮膚表面位置の間での温度差を測定する能力を有する、ZHF回路と、を含む。
本開示の別の一態様において、ZHF温度測定装置のヒーター表面に接触している表面に渡って温度差が測定される。
本開示の別の一態様において、温度差は、可撓性基材と電気回路を含むZHF温度測定装置の基材表面に接触している皮膚表面領域の内側部と周縁部との間で測定される。
電気回路を支える可撓性基材を含んだZHF温度測定装置は、その基材の表面に配置されたヒーター及び温度センサーを含む。
いくつかの態様において、装置は少なくとも3つの温度センサーを含む:第1温度センサーは、ヒーター温度を検出する。第1温度センサーから第1方向に分離されている第2温度センサーは、皮膚表面領域内にある第1位置での皮膚温度を検出する。第2温度センサーから第2方向に分離されている第3温度センサーは、皮膚表面領域内にある第2位置での皮膚温度を検出する。
いくつかの他の態様において、皮膚表面領域内の第1位置は、皮膚表面領域の中央近くの位置であり、第2位置は、その中央近くの位置から皮膚表面の周縁方向に変位されている。
更に別の態様において、ゼロ熱流束DTT測定装置は、第1及び第2可撓性基材層と、その第1可塑性基材層の未加熱ゾーンを取り囲む第1可塑性基材層の表面に配置されたヒーターと、未加熱ゾーンで第1可塑性基材層の上に配置された第1温度センサーと、ヒーターの突出部内の位置にある第2可塑性基材層の上に配置された第2温度センサーと、ヒーターの突出部の周縁近くの位置で、第2可塑性基材層の上に配置された第3温度センサーと、を含む。
例えば、ヒーターは、第1出力密度を有する中心部分と、その中心部分を取り囲んで第1出力密度より高い第2出力密度を有する周縁部分と、を含む。
更に別の態様において、ゼロ熱流束DTT測定装置は、中央セクションと、その中央セクションの周縁から延出するタブと、その中央セクションの周縁から延出するテールと、を含む、可撓性基材からなる。可撓性基材の表面に配置された電気回路には、表面のゾーンを取り囲んでヒーターを画定するヒータートレースと、そのゾーン内に配置される第1温度センサーと、テール上でヒータートレースの外に配置される第2温度センサーと、テール上で第2温度センサーとヒータートレース周縁部分との間に配置される第3温度センサーと、が含まれる。複数の電気接触パッドがタブ上に配置され、複数の導電性トレースが、第1及び第2温度センサーと、メモリ装置と、複数の電気接触パッドを備えたヒータートレースと、を接続する。
例えば、ヒーターは、第1出力密度を有する中心部分と、その中心部分を取り囲んで第1出力密度より高い第2出力密度を有する周縁部分と、を含む。
同一所有者の米国特許出願第12/584,108号に記述及び出願されている、安価で使い捨てのゼロ熱流束DTT測定装置が、図3A及び3Bに示されている。この装置は、中央セクション34、テールセクション36、及びタブセクション38を備えた可撓性基材32からなる。ZHF電気回路は、基材の第1面に配置される。この電気回路には、ヒーター、温度センサー、導電性トレース、並びに装着パッド及び接触パッドが含まれる。ヒーター40は、表面の無加熱ゾーン44を取り囲む導電性ヒータートレース42によって画定されている。第1温度センサー46は、ゾーン44に配置され、第2温度センサー48は、テールセクション36上のヒータートレース外側に配置される。電気接触パッド50は、タブセクション38上のヒータートレース外側に配置され、複数の導電性トレース52が、温度センサーと、複数の接触パッドを備えたヒータートレースと、を接続している。ヒータートレース42の導通は、第2温度センサー48の2本のトレースから電気的に絶縁されてそれらを横切る導電性のゼロオームジャンパー53によって維持される。図3Bに示すように、ZHF温度測定装置30は、中央セクション34とテールセクション36とを折り合わせることによって組み立てられ、第1温度センサー46と第2温度センサー48とが互いに垂直方向に近位になるように配置される。中央セクションとテールセクションとの間に配置される断熱層54が、第1温度センサー46と第2温度センサー48とを分離し、これらの間に熱抵抗を提供する。可撓性のヒーター断熱材49が基材32の第2面に、中央セクション34を覆うように取り付けられる。装置30は、断熱層54の一方の面上にヒーター40及び第1温度センサー46を配置し、断熱層のもう一方の面上でかつ測定される皮膚表面領域60に近接して、第2温度センサー48を配置するように、使用時に配置される。層54の下面の接着層55は、装置30を皮膚表面領域60に付着させる。タブセクション38は、可撓性基材表面に配置された可撓性剛化材56で剛性が与えられる。剛化材は、タブセクション38と実質的に同一の広がりを持ち、好ましくは、中央セクション34の上を少なくとも部分的に覆って延在する。可撓性基材の片面に電気回路層を配列することで、実質的に平面的な小型ZHF温度測定装置が提供される。装置30には、患者バイタルサイン監視システムの温度測定システムコンポーネントにプラグ接続可能なインターフェース58が含まれる。これにより、タブ38は剛化され、接触パッドアレイを備えて構成され、インタフェースケーブルのコネクタとの接続にスライドイン及びスライドアウトできるようになっている。
例えば、図3Bに示すようなZHF温度測定装置の動作において、ヒーターによって生じた熱は、装置の下の組織への等温チャネルを画定し保持する。ゼロ熱流束状態が生じると、等温チャネルの入口での皮膚表面温度は、等温チャネルの深部組織終点付近での皮下組織温度に実質的に等しいレベルとなる。この時点で、深部組織温度は、皮膚に最も近い温度センサーを用いた皮膚表面温度の測定によって測定することができる。しかしながら、皮膚の横方向の熱拡散が、この測定値に誤差をもたらすことがある。
同一所有者の米国特許出願第12/798,670号は、ヒーター周縁方向で出力密度が増加するヒーターを利用した、安価な使い捨てZHF装置構成を説明している。この出力密度の増加により、ヒーターの中心から周縁に渡って均一な温度が生成され、これで測定領域の皮膚温度を平均化することによって、皮膚の横方向の熱拡散影響に対抗することを意図する。複数の場所で皮膚温度を測定する能力を追加することによって、皮膚の横方向の熱拡散を検出するか、又は皮膚温度の平均化を確認する能力を備えたこれらの構成を提供することが望ましい。
いくつかの態様において、ZHF温度測定装置は、深部組織温度を測定する皮膚表面領域において横方向の熱拡散を検出又は監視する能力を備えている。この状況の検出により、測定を行う皮膚表面領域全体に渡って均一な温度を維持するため、ヒーター制御をより正確に構成及び操作することができる。
したがって、DTT測定が行われる皮膚表面領域に接触している装置表面の横方向の皮膚温度差を測定する機能を有するZHF温度測定装置を提供することが望ましい。いくつかの実施形態において、ヒーター表面に一致する皮膚表面領域にわたる温度差を測定することが望ましい。更に別の態様において、皮膚表面領域の内側部分と周縁部分との温度差を測定することが特に望ましい。
ゼロ熱流束温度測定のための温度装置には、間に断熱材層を挟んだ第1及び第2可撓性基材層が含まれ、この第1可塑性基材層の上に配置されたヒータートレースが、断熱材層の一表面に面したヒーターを画定する。このヒーターには、第1温度センサーを取り囲む中央部分と、その中央部分を取り囲む周縁部分が含まれる。第2温度センサーは、断熱材層の反対側表面に面して第2可塑性基材層の上に配置され、第3温度センサーは、断熱材層の反対側表面に面した第2可塑性基材層の上に配置される。第2及び第3温度センサーは、装置の使用中に、測定される皮膚表面領域の中央部分近くに第2温度センサーが位置し、皮膚表面領域の周縁部分近くに第3温度センサーが位置するように、分離される。
好ましい構成において、ZHF温度測定装置は、少なくともヒーター、温度センサー、及び分離断熱材を保持する可撓性基材を含んだ、可撓性回路アセンブリを含む。好ましい多層構造において、可撓性基材は断熱材を中にして折り畳まれ、これにより断熱材の反対の側に隣接して第1層及び第2層を配置する。
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。
図4Aは、周縁近くの皮膚温度測定を備えたゼロ熱流束温度測定装置の第1構成に使用される可撓性回路アセンブリを示す。可撓性回路アセンブリ100には、可撓性基材101が含まれる。必要ではないが好ましくは、可撓性基材101は連続したセクション105、106、及び108を有する。必要ではないが好ましくは、第1(中央)セクション105はほぼ円形である。第2セクション(即ち「テール」)106は、中央セクション105の周縁から第1の方向に外向きに延在する、球根状の端部107を有する狭く細長い矩形を有する。第3セクション(即ち「タブ」)108は延長部分であり、好ましくは、中央セクション105の周縁から第2方向に外側に延在している幅広の矩形を有する。タブ108には、コネクタのそれぞれ対応するバネ仕掛けの保持具を受容及び保持するための、相対するノッチ110が形成される。必要ではないが好ましくは、テール106は、時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に、180度未満の弓状距離によってタブ108から離れて変位される。例えば、テール106及びタブ108は、図4Aに示すアセンブリにおいて90度に変位されている。
図4Aによれば、ZHF電気回路120は、可撓性基材101上に配置される。必要ではないが好ましくは、電気回路120の要素は、可撓性基材101の一方の表面上121に配置される。電気回路120は、少なくとも、導電性ヒータートレースと、温度センサーと、導電性接続トレース部分と、電気接触パッドと、を含む。ヒータートレース124は、ヒータートレース124のいかなる部分も延在していない、基材101のゾーン130を取り囲む、概ね環状のヒーター126を画定する。これに関して、ゾーン130は、ヒーターが動作するときに直接加熱されない。ゾーン130は、表面121の概ね円形の部分を占有する。更に特定すると、ゾーン130は、図4Aに図示した表面121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、それらの間の中実部分と、を含む、基材101の円柱状部分である。必要ではないが好ましくは、ゾーン130は、中央セクション105に中心合わせされ、ヒーター126と同心である。第1温度センサー140は、ゾーン130に形成された装着パッドに装着される。第2温度センサー142は、概ね環状のヒーター126の外側に配置された装着パッド上に装着される。好ましくは、これらの装着パッドはテール106の端部の概ね近くに(例えば、テールの球根状の端部107の中心又は中心近くに)形成される。第3温度センサー143は、概ね環状のヒーター126の外側に配置された装着パッド上に装着される。好ましくは、これらの装着パッドは、テール106(概ね第2温度センサー142の装着パッドとヒーター126の周縁近くとの間)に形成される。電気接触パッド(「接触パッド」)171は、タブ108内の表面121上に形成される。
いくつかの構成において、ZHF電気回路120には、少なくとも1つのマルチピン電子回路装置がアセンブリ100上に装着された温度センサー校正回路170が含まれる。例えば、図4Aを参照して、温度センサー校正回路170は、タブ108近く又は隣接した中央セクション105上の表面121の一部に形成された装着パッドに取り付けられた、電気的に消去可能なプログラム可能読取り/書込みメモリ(EEPROM)を構成し得る。
図4Aによれば、複数の導電性トレース部分が、第1温度センサー140、第2温度センサー142、及び第3温度センサー143、並びにヒータートレース124(及び含まれている場合は校正回路170)を複数の接触パッド171と接続している。温度センサー校正回路を含むこれらの構成において、少なくとも1つの接触パッド171を、温度センサー校正回路170、並びにヒーター126、第1温度センサー140、第2温度センサー142、及び第3温度センサー143のうち1つと共有することができる。
図4Aに図示されているように、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105はそれ自体に形成された複数のスリット151を有する。スリットは周縁から中央セクション105の中心に向かって放射状に延在し、互いに独立に動き又は屈曲するゾーンを画定する。ヒータートレース124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れのパターンを、一区間はゾーン130の周縁部からスリット151の端に向かって長さを増していき、それらの端部で一段階減少した後に、スリットによって画定されるゾーン内で、ヒーター126の外縁部に向かって再び長さを概ね増す。図示されているように、ヒーターの構成は、ゾーン130で中心合わせされた概ね環状形を有するが、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、概ね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ゾーンの周縁環を含むものとして見ることもできる。
好ましくは、ヒーター126は、図4Aを参照して理解され得る不均一出力密度ヒーター構造を有する。この構成において、ヒーター126には、第1出力密度を有する中央部分128(細い線で描かれた部分)と、中央部分128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縁部分129(太い線で描かれた部分)と、が含まれる。ヒータートレース124は連続しており、2つの端を含み、第1の端は接触パッド5へ、第2の端は接触パッド6へと移行する。しかし、スリットのために、中央部分128及び周縁部分129のそれぞれが、中央部分のセクションと周縁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128のセクションは概ねゾーン130の周囲の中央環内に配列され、周縁部分129のセクションは中央部分128の周囲に配列される。ヒーター126が作動されると、中央部分128はゾーン130を取り囲む第1の出力密度で熱の中央環を生成し、周縁部分129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124は連続しているが、中央ヒーター部分128は第1の出力密度を有し、周縁部分129は第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126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128が生成する動力は、外側のヒーター部分129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128及び129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124の幅及び/又はつづら折れ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、つづら折れの区間のピッチ(それらの区間の間の距離)とともに反比例して変化する。あるいはトレースは、出力密度を変化させるために、選択された場所で厚さを変えてもよい。例えば、中央ヒーター部分は、厚さxのヒータートレースを有し、周縁部分は厚さ2xを有し得る。
図4Aに図示した可撓性基材101上の電気回路120を図4Bの結線図に示す。図4Aで番号0〜6が付されたタブ108上の接触パッド171は、図4Bの同一番号の要素に対応する。図示した接触パッドの数はあくまで例示を目的とする。より多い又は少ない数の接触パッドを使用することができる。また、ヒーター構成、温度センサーの数、温度センサー校正回路の有無などを含む設計の選択肢によって任意の具体的な数が決定される。構成によっては、接触パッドの数をできるだけ少なくするために、1つ以上の接触パッドを、電気回路120の複数の要素とやりとりする電気信号伝達に活用することによって、回路のレイアウトを簡素化し、タブ108の寸法及び質量を最小限にし、インターフェースコネクタの寸法を縮小することが望ましい。
可撓性基材上に電気回路を製造することによって、使い捨て可能なZHF温度測定装置の構成を大幅に簡素化し、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4A及び4Bに図示した回路要素とともに可撓性基材101の片面にレイアウトされた電気回路を組み入れたZHF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。さまざまな理由から、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。最後に、ZHF温度測定装置のアセンブリをより明確に説明するために、図5及び図6A〜6Fには電気回路の詳細は示されていない。
図5及び図6Aを参照して、ZHF電気回路のトレース、装着パッド及び接触パッドは、可撓性基材101の第1面の表面121(「トレース面」)に製造される。電子構成要素(第1、第2、及び第3温度センサー、並びに含まれている場合は校正回路170)が装着パッドに取り付けられて、図4Aの要素を含む電気回路が図に示すように完成する。使用される場合、ヒーターゾーンを分離するスリット131のパターンは、この製造工程で中央セクション102に作製され得る。
図5及び6Bに示されているように、製造の第2工程において、剛化材204が、タブ108の占める領域内の可撓性基材101の第2面の表面(「非トレース面」)上にラミネート又は形成される。剛化材はタブと同じ形状の部分を有する。第2面にラミネートされた場合、この剛化材はタブを覆い、中央セクション102の一部を覆って延在する。
図5及び6Cに示されているように、製造の第3工程において、断熱材の可撓性層208が接着剤又は同等物によって可撓性基材101の非トレース面に付着され、実質的に中央セクション102全体を覆う。この層は、ヒーター及び第1温度センサーを周囲環境から遮断するために提供される。図5でよくわかるように、この可撓性層にはコネクタ部品の先端部分を受けるように成形された凹部211が含まれ得る。
図5及び6D並びに製造の第4工程に示されているように、断熱材の可撓性層240が接着剤又は同等物によって可撓性基材のトレース面121に付着され、実質的に中央セクション102全体を覆う。この層は、テール106及びタブ108の部分を除く電気回路を覆う。
図5、6D、及び6E、並びに製造の第5工程に示されているように、接着剤222の層が、層240の表面241を覆って適用され、テール106を層240の上に折り上げて、第1及び第2温度センサーが、好ましい間隔関係で層240によって保持されるようにする。断熱材層240も、第2及び第3温度センサーをヒーターから分離し断熱する。
図5及び6Fに示されているように、第6の製造工程において、剥離ライナー226が接着層222に付着され、テールが折り畳まれた状態の中央断熱層を覆う。
図6Fは、装置の下側(すなわち、温度が測定される皮膚表面領域に接触する、装置の表面)が見える側からの、組み立てられたZHF温度測定装置を示す。装置を使用するとき、剥離ライナー226が剥がされて接着層222が露出し、これにより装置が皮膚表面領域に接着される。
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することができる。図4Aに適合する銅トレース、装着パッド、及び接触パッドを備えた電気回路を、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温度センサーを装着することができる。表に記載されている寸法は厚さを示すが、φは直径を表わす。これらの材料及び寸法はもちろん、すべて例示的なものであり、本明細書又は後述の請求項の範囲をいかなる意味でも制限するものではない。例えば、ヒーター及び導電性トレースは、その全体又は一部を導電性インクで製造することが可能である。
図7Aは、周縁近くの皮膚温度測定を伴う、好ましいゼロ熱流束温度測定装置構成の、一部模式的に示した断面図である。必要ではないが好ましくは、この構造は可撓性基材アセンブリを使用する。一例として、例えば、図4A及び4Bに示されているもののようにZHF電気回路を備え、図5及び6A〜6Fに示されているように組み立てられた、可撓性基材を使用することができる。この代表的な例において、図7Aは、図6Eに示されているように折り畳んだテールの中心線に沿って切断した像に対応し、図7Bは、図6Eに示されているように装置が組み立てられたときのタブの中心線に沿って切断した像に対応している。測定装置のすべての要素がこれらの図に示されているわけではない。しかしながらこれらの図は、周縁近くの皮膚温度測定を有するゼロ熱流束温度測定に関連する構成の要素間の関係を示している。
図7Aに示すように、ZHF温度測定装置700には、可撓性基材層、断熱材の可撓性層、及び電気回路が含まれる。電気回路は、ヒーター726と、第1温度センサー740と、第2温度センサー742と、第3温度センサー743と、を含む。ヒーター726及び第1温度センサー740は、可撓性基材層703の内部又は上に配置され、第2温度センサー742及び第3温度センサー743は、可撓性基材層704の内部又は上に配置される。第1可撓性基材層703及び第2可撓性基材層704は、断熱材可撓性層702によって互いに分離され、断熱されている。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、断熱材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)によって基材を断熱材層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、断熱材の可撓性層709は、層702、703、及び704の上を覆って存在し、基材層703の一方の面に接着フィルム(図示せず)で付着している。層709はヒーター726及び第1温度センサー740を覆って延在している。
図7Bに示すように、電気回路には、温度センサー校正回路770と、可撓性基材層703の内部又は上に配置された接触パッド771と、が含まれる。温度センサー校正回路770は、ヒーター726の外側、好ましくはヒーター726と接触パッド771との間に配置される。接触パッド771は、基材層703のセクション708上に配置され、これは絶縁層709を越えて突き出ており、温度測定システムケーブル787の端に固定されるコネクタ772と、取り外し可能に接続できるようになっている。温度センサー740、742、及び743はサーミスタであると仮定すると、この温度センサー校正回路770には、温度センサー校正情報を保存する不揮発性半導体メモリが含まれる。この情報には、各温度センサーについての1つ以上の固有校正係数が含まれ得る。剛化材はこの図には示されていないが、セクション708は、基材層703と層709との間の可撓性基材の表面に配置された可撓性剛化材によって、図3Bに対応する方法で、剛化させることができる。
図7Aを参照し、ZHF温度測定装置700は、使用中に、温度測定を行う皮膚表面領域に第2温度センサー742及び第3温度センサー743が最も近くなるよう配置される。層702は、第1基材層703と第2基材層704との間に挟まれており、これにより、ヒーター726及び第1温度センサー740を、第2温度センサー742及び第3温度センサー743から分離し、断熱している。装置700には、測定を行う皮膚表面領域に装置を付着させるための接着剤薄層705が含まれる。第2温度センサー742及び第3温度センサー743は、装置の使用中、皮膚表面領域に最も近い第2層704の表面707の横方向に分離されている。この横方向分離では、第2温度センサーがヒーター726の中央部分728の反対の側に、第3温度センサーがヒーター726の周縁部分729の反対の側に、配置される。別の観点から見れば、温度測定を行う皮膚表面領域上に装置が配置されているとき、この横方向分離により、第2温度センサー742は皮膚表面領域の中央部分近く、第3温度センサー743はその周縁近くに配置される。
装置700が使用中のとき、層702は、第1温度センサー740と、第2温度センサー742と第3温度センサー743との間の、大きな熱抵抗として作用する。第2温度センサー742及び第3温度センサー743は、表面707の下にある皮膚表面領域の皮膚温度を検出する。好ましくは、第2温度センサー742は、皮膚表面領域の中央部分の皮膚温度を検出し、第3温度センサー743は、皮膚表面領域の周縁部分の皮膚温度を検出する。第1温度センサー740は、層702の上面の温度を検出する。一般に、第1の温度センサー740が感知する温度が第2の温度センサー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の温度が温度センサー742の温度に等しいときは、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のセンサー740及び第2のセンサー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の温度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。いくつかのゼロ熱流束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縁ヒーター部分729と、を含み得る。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。
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、温度センサー校正回路770が含むものと仮定する。図4A及び4Bは、1つ以上の接触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。
図8は、例えば、図4Aの第1可撓性回路構成を用いた、図7A及び7Bによるゼロ熱流束DTT測定装置間の信号インターフェースを図示する。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ース785と、を含む。インターフェースはワイヤレスであってよく、信号の送受信を行うよう配置されたトランシーバと、電気回路に電力を供給するために装置700に提供される電池と、を備える。好ましくは、インターフェースは、タブ708に解放可能に接続されたコネクタ772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、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、温度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、温度センサーからのセンサーデータを提供する。
温度センサー校正回路770がEEPROMを含むと仮定すると、別個の信号経路がEEPROM接地のために提供され、温度センサー信号経路は図4A及び4Bに従ってEEPROMのさまざまなピンと共有される。この信号経路構成により、EEPROMのためのデジタル接地と、ヒーターのためのDC接地(共通)が分離され、EEPROMの破損の可能性が排除される。実際、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。よって、図8に示すように、複数の接触パッドの第1接触パッド(例えば、接触パッド5)は、ヒータートレースの第1終端のみに接続され、一方、複数の接触パッドの第2接触パッド(例えば、接触パッド6)は、ヒータートレースの第2終端のみに接続される。
図4Bを参照し、温度センサーは、負温度係数(NTC)サーミスタであると仮定する。この場合、接触パッド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/書込みとの間で切り替えられる。再び、温度センサーがNTCサーミスタであると仮定すると、EEPROMは、各サーミスタについて1つ以上の校正係数をその内部に保存する。装置700が制御メカニズムに接続されると、クロック信号に応答してSDAポートを介してEEPROMから校正係数が読み取られ、EEPROMのSCLポートへと提供される。インターフェース785の代表的な構成が、下の信号及び電気特性表にまとめられている。
サーミスタの校正係数が取得され、EEPROMに保存される。負温度係数サーミスタから正確な温度検出を取得する基礎は、校正による。この点においては、米国特許出願第12/798,668号を参照のこと。システム動作中、制御論理800は、第1、第2、及び第3温度センサーによって生成されたそれぞれの信号に校正情報を適用することによって、ヒーター温度、中央の皮膚温度、及び周縁の皮膚温度を判定する。
測定装置700に有用な第2の可撓性基材構成900を、図9に示す。この第2の構成では、電気回路は、ヒータートレースを除き、図4A及び4Bの電気回路120に対応している。第2の構成900において、ヒータートレースには、中央ヒーター部分728を画定する第1のトレース910と、第1のトレース910を取り囲み周縁ヒーター部分729を画定する第2のトレース911と、共通ノード914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912と、の3つのトレースを含む。第3のトレース912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縁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。中央部分及び周縁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、周縁部分は、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9に示すように、第2ヒーター構成は、第1、第2、及び第3トレースのために3つ別々の接触パッドを利用する。したがって、共通の導線を共有する3つの温度センサーと2つの独立制御ヒーター部分とを含むこの電気回路の構成には、8つの接触パッドがタブ上に提供される。
ZHF温度測定装置700の別の構成において、可撓性回路アセンブリはスリットなして製造することができ、これによりヒーター726には、異なる出力密度を備えた連続的な中央部分728及び周縁部分729が含まれる。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。測定装置700の別の構成において、中央基材セクションは、ヒーター同様、多面的及び卵形(楕円型)の形状を有し得る。上述の構成はすべて、設計、動作、及び/又は製造上の検討事項に対応するために、これらの形状に適応させることができる。これらのすべてにおいて、米国特許出願第12/798,668号を参照のこと。
周縁近くの皮膚温度測定を備えたゼロ熱流束温度測定装置を用いた温度測定方法が、図10に図示されている。この装置が図7A及び7Bに図示されているような方法で使用され、図8に図示されている制御メカニズムによって動作するよう接続されており、ヒーターが作動し、3つの温度センサーが作動していると仮定する。最初、工程1010で、温度センサー742によって提供される抵抗値とその温度センサーの校正係数を用いて、皮膚表面領域中央近くの皮膚温度Tscが測定され、工程1020で、温度センサー740によって提供される抵抗値とその温度センサーの校正係数を用いて、ヒーター温度Thが測定され、工程1030で、温度センサー743によって提供される抵抗値とその温度センサーの校正係数を用いて、皮膚表面領域周縁近くの皮膚温度Tspが測定される。工程1021では、ヒーター温度と中央近くの皮膚温度との間の差をチェックし、その差がある範囲±X内に保持されるように、ループ1010/1020/1021/1022でヒーター出力を調節する。工程1031では、ある範囲±Yに対して、中央近くの皮膚温度と周縁近くの皮膚温度との間の差をチェックし、テストが満足されない場合は、ループ1010/1030/1031/1032で制御オプションが提供される。工程1040のテストにより1021及び1031の範囲条件が同時に満たされている場合、この中央近くの皮膚温度は深部体温として報告される。
工程1032のオプションは、皮膚表面領域の周縁端での皮膚温度の測定によって得られるZHF温度測定システム制御に、更なるマージンを持たせるものである。この点において、複数の出力密度で作動しているヒーターは、ヒーターの中央から周縁部に向かって実質的に均一な温度を維持するのには不適切である可能性がある。例えば、環境が非常に低温である場合、皮膚を介した周縁熱損失は、補償使用とするヒーターの性能を超えることがあり得る。第3温度センサー(143、743)は、不均一熱条件を評価し、これに対するオプションを開始するための方法を可能にしている。図10はそのような3つの方法を示す。第1に、中央及び周縁ヒーター部分は、図9のヒーターレイアウトで示されているように別々に制御可能であり、1033で周縁ヒーターを駆動させ、この条件を克服するためにより多くの熱を生成させることができる。第2に、ZHF回路の動作を1034で保留にすることができ、エラー信号又はアラーム信号を鳴らし、及び/又は表示させることができる。第3に、皮膚温度Tscは、オフセットされた計算値によって調整されるが、この調整された測定値を1040のテストに提出することができる。その他の、あるいは代替のオプションも提供され得る。
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 (20)
- 断熱材層を間に挟んだ第1及び第2可撓性基材層と、
該第1可撓性基材層の上に配置されて、該断熱材層の一方の側に面するヒーターを画定するヒータートレースであって、該ヒーターには、該第1可撓性基材層の該ヒータートレースのない領域を取り囲む中央部分と、該中央部分を取り囲む周縁部分とが含まれる、ヒータートレースと、
該領域内に配置される第1温度センサーと、
該第2可撓性基材層の上に配置されて該断熱材層の反対の側に面する第2温度センサーと、
該第2可撓性基材層の上に配置されて該断熱材層の該反対の側に面する第3温度センサーと、
を含み、該第2温度センサーが該ヒーターの該中央部分に対向して配置され、該第3温度センサーが該ヒーターの該周縁部分に対向して配置されるよう、該第2及び第3温度センサーが分離されている、ゼロ熱流束温度装置。 - 前記ヒーターの前記中央部分が第1出力密度を有し、前記ヒーターの前記周縁部分が第2出力密度を有し、該第2出力密度が該第1出力密度より大きい、請求項1に記載のゼロ熱流束温度装置。
- 前記ヒータートレースが、2つの端を有する連続的なヒータートレースを含み、前記中央部分及び前記周縁部分のそれぞれが、順に配置された複数のセクションを含み、該中央部分のセクションが、該周縁部分のセクションと交互になっている、請求項2に記載のゼロ熱流束温度装置。
- 前記ヒーターの前記中央部分が第1ヒータートレース部分を含み、該ヒーターの前記周縁部分が、該第1ヒータートレース部分とは分離された第2ヒータートレース部分を含み、該ヒータートレースは更に共通ヒータートレース部分を含み、該第1及び第2ヒータートレース部分に共有ノードで接続される、請求項2に記載のゼロ熱流束温度装置。
- 温度センサー校正情報を保存するプログラム可能メモリを更に含む、請求項1に記載のゼロ熱流束温度装置。
- 可撓性基材が、中央セクションと、該中央セクションの周縁から外側に延出するタブと、該中央セクションの周縁から外側に延出するテールと、を含む構成を有し、複数の接触パッドが該タブ上に配置され、複数の導電性トレースが、前記第1、第2、及び第3温度センサーと、該複数の接触パッドを備えた前記ヒータートレースと、を接続し、該中央セクションと該テールが前記断熱材層を挟んで折り畳まれることにより、該中央セクションが前記第1可撓性基材層を含み、該テールが前記第2可撓性基材層を含む、請求項1に記載のゼロ熱流束温度装置。
- 温度センサー校正情報を保存するプログラム可能メモリが、前記可撓性基材の上に配置され、前記複数の導電性トレースの中の導電性トレースが、該プログラム可能メモリと、前記複数の接触パッドの中の接触パッドと、を接続する、請求項6に記載のゼロ熱流束温度装置。
- 第1セクションと、該第1セクションの周縁から外側に延出するタブセクションと、該第1セクションの周縁から外側に延出するテールセクションと、を含む、可撓性基材と、
該可撓性基材のヒータートレースのない領域を取り囲む中央ヒーター部分と、該中央ヒーター部分を取り囲む周縁ヒーター部分と、を画定する、該第1セクション上のヒータートレースと、該領域内に配置された第1温度センサーと、該テールセクション上に配置された第2及び第3温度センサーと、該ヒータートレースの外に配置される複数の接触パッドと、該第1、第2、及び第3温度センサー、並びに該ヒータートレースを該複数の接触パッドに接続する複数の導電性トレースと、を含む、該可撓性基材の表面に配置された電気回路と、を含む、温度測定装置。 - 前記中央ヒーター部分が第1出力密度部分であり、前記周縁ヒーター部分が第2出力密度部分であり、該第2出力密度が該第1出力密度よりも大きい、請求項8に記載の温度測定装置。
- 前記ヒータートレースが、2つの端を有する連続的なヒータートレースを含み、前記中央ヒーター部分及び周縁ヒーター部分のそれぞれが、順に配置された複数のセクションを含み、該中央ヒーター部分のセクションが、該周縁ヒーター部分のセクションと交互になっている、請求項9に記載の温度測定装置。
- 前記中央ヒーター部分が第1ヒータートレース部分を含み、前記周縁ヒーター部分が、該第1ヒータートレース部分から分離された第2ヒータートレース部分を含み、前記ヒータートレースが、該第1及び該第2ヒータートレース部分から分離されて共有ノードで該第1及び該第2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を更に含む、請求項9に記載の温度測定装置。
- 前記電気回路が、温度センサー校正情報を保存するプログラム可能メモリを含み、前記複数の導電性トレースの中の導電性トレースが、該プログラム可能メモリと、前記複数の接触パッドの中の接触パッドと、を接続する、請求項9に記載の温度測定装置。
- 前記電気回路が、温度センサー校正情報を保存するプログラム可能メモリを含み、前記複数の導電性トレースの中の導電性トレースが、該プログラム可能メモリと、前記複数の接触パッドの中の接触パッドと、を接続する、請求項8に記載の温度測定装置。
- 断熱材層を間に挟んだ第1及び第2可撓性基材層と、該第1可撓性基材層の上に配置され、該断熱材層の一方の側に面するヒーターを画定するヒータートレースと、該第1可撓性基材層の上に配置される第1温度センサーと、該第2可撓性基材層の上に配置されて該断熱材層の反対の側に面する第2温度センサーと、該第2可撓性基材層の上に配置されて該断熱材層の該反対の側に面する第3温度センサーと、を含み、該第2温度センサーが該ヒーターの中央部分近くに配置され、該第3温度センサーが該ヒーターの周縁部分近くに配置されるよう、該第2及び第3温度センサーが分離されている、ゼロ熱流束温度装置と、
該第1温度センサーで検出されるヒーター温度、該第2温度センサーで検出される中央近くの皮膚温度、及び該第3温度センサーで検出される周縁近くの皮膚温度を判定し、該ヒーター温度、該中央近くの皮膚温度、及び該周縁皮膚温度に応じて該ヒーターを操作するための、該ゼロ熱流束温度装置に接続されているコントローラと、を含む、温度測定システム。 - 前記コントローラが、ワイヤレスリンク及びケーブルのうち1つによって前記ゼロ熱流束温度装置に接続されている、請求項14に記載の温度測定システム。
- 前記ゼロ熱流束温度装置が、温度センサー校正情報を保存するプログラム可能メモリを含み、前記コントローラが、前記第1、第2、及び第3温度センサーによって生成されたそれぞれの信号に校正情報を適用することによって、前記ヒーター温度、前記中央近くの皮膚温度、及び前記周縁近くの皮膚温度を判定する、請求項15に記載の温度測定システム。
- 人間の皮膚表面領域に接触しているゼロ熱流束温度測定装置を使用して深部体温を測定する方法であって、
該皮膚表面領域の中央近くに配置された温度センサーを用いて、該中央近くの皮膚温度Tscを判定する工程と、
該皮膚表面領域からの熱流束を遮断するよう配置された、ヒーター近くに配置された温度センサーを用いて、ヒーター温度Thを判定する工程と、
該皮膚表面領域の周縁近くに配置された温度センサーを用いて、該周縁近くの皮膚温度Tspを判定する工程と、
該ヒーター温度と該中央近くの皮膚温度との間の第1差を判定する工程と、
該中央近くの皮膚温度と該周縁近くの皮膚温度との間の第2差を判定する工程と、
該第1差が範囲±X以内であり、該第2差が範囲±Y以内である場合、該皮膚温度Tscを深部体温として報告する工程と、
そうでない場合は、該ヒーターにより生成される熱を調節する工程と、を含む、方法。 - 人間の皮膚表面領域に接触しているゼロ熱流束温度測定装置を使用して深部体温を測定する方法であって、
該皮膚表面領域の中央近くに配置された温度センサーを用いて、該中央近くの皮膚温度Tscを判定する工程と、
該皮膚表面領域からの熱流束を遮断するよう配置された、ヒーター近くに配置された温度センサーを用いて、ヒーター温度Thを判定する工程と、
該皮膚表面領域の周縁近くに配置された温度センサーを用いて、該周縁近くの皮膚温度Tspを判定する工程と、
該ヒーター温度と該中央近くの皮膚温度との間の第1差を判定する工程と、
該中央近くの皮膚温度と該周縁近くの皮膚温度との間の第2差を判定する工程と、
該第1差が範囲±X以内であり、該第2差が範囲±Y以内である場合、該皮膚温度Tscを深部体温として報告する工程と、
そうでない場合は、該ヒーターの周縁で生成される熱を調節する工程と、を含む、方法。 - 人間の皮膚表面領域に接触しているゼロ熱流束温度測定装置を使用して深部体温を測定する方法であって、
該皮膚表面領域の中央近くに配置された温度センサーを用いて、該中央近くの皮膚温度Tscを判定する工程と、
該皮膚表面領域からの熱流束を遮断するよう配置された、ヒーター近くに配置された温度センサーを用いて、ヒーター温度Thを判定する工程と、
該皮膚表面領域の周縁近くに配置された温度センサーを用いて、該周縁近くの皮膚温度Tspを判定する工程と、
該ヒーター温度と該中央近くの皮膚温度との間の第1差を判定する工程と、
該中央近くの皮膚温度と該周縁近くの皮膚温度との間の第2差を判定する工程と、
該第1差が範囲±X以内であり、該第2差が範囲±Y以内である場合、該皮膚温度Tscを深部体温として報告する工程と、
そうでない場合は、アラーム又はエラー信号を発する工程と、を含む、方法。 - 人間の皮膚表面領域に接触しているゼロ熱流束温度測定装置を使用して深部体温を測定する方法であって、
該皮膚表面領域の中央近くに配置された温度センサーを用いて、該中央近くの皮膚温度Tscを判定する工程と、
該皮膚表面領域からの熱流束を遮断するよう配置された、ヒーター近くに配置された温度センサーを用いて、ヒーター温度Thを判定する工程と、
該皮膚表面領域の周縁近くに配置された温度センサーを用いて、該周縁近くの皮膚温度Tspを判定する工程と、
該ヒーター温度と該中央近くの皮膚温度との間の第1差を判定する工程と、
該中央近くの皮膚温度と該周縁近くの皮膚温度との間の第2差を判定する工程と、
該第1差が範囲±X以内であり、該第2差が範囲±Y以内である場合、該皮膚温度Tscを深部体温として報告する工程と、
そうでない場合は、オフセット値により該皮膚温度Tscを調節し、オフセットされた皮膚温度Tscを深部体温として報告する工程と、を含む、方法。
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