JPH08502195A - 非接触赤外鼓膜体温計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鼓膜によって発せられた赤外エネルギーを検出するための光安定化赤外検出器を使用するために、環境安定化又は導波管温度制御を必要としない非接触赤外鼓膜体温計。この安定性は、鼓膜によって発せられた赤外エネルギーを検出するための２つの熱電堆チャネル（１６３）の唯一を中性フィルター（１６４）が陰らせる如く、検出器パッケージ（１６）の光学アパーチャー（１６２）の半分上に中性フィルター（１６４）を位置させることにより達成される。２つの熱電堆チャネル（１６３）は、両チャネルに同様に存在する光信号がゼロ正味出力を生じない如く、列対置において連結される。検出器パッケージ（１６）の壁（１６１）によって発せられた赤外エネルギーは各検出器（１６３）に同様に達するために、温度測定におけるこれらの発光効果は除去される。

Description

【発明の詳細な説明】 非接触赤外鼓膜体温計 発明の背景 発明の分野 本発明は、赤外発光を数量化することにより温度を測定する装置に関し、さら に詳細には、鼓膜からの赤外発光を数量化することにより患者の体温を測定する 装置に関する。 先行技術の説明 鼓膜は、コア本体温度調整の中心である視床下部に達する血液供給を共有する ために、体温を検査するための優れた点であることが長く周知である。また、耳 は、一般に、体温測定のために口又は直腸よりも受け入れられる部位であると考 えられるが、外耳道の使用は、直腸壁の破壊又は穿孔、あるいは口に入れた探針 の咬合又は嘔気の如く共通問題を除去するためである。１９６０年代初期に、鼓 膜と接触したサーミスターは、定型的に、ひどい熱傷患者の処置において使用さ れた。しかし、損傷の危険と適用の不便さのために、そのような接触形温度セン サーは、起きた機敏な患者の耳において体温を測定するために広範に使用されな かった。 非接触赤外検温は、センサーが、鼓膜と接触することなく、鼓膜から発せられ た赤外エネルギーを感知するための耳道の外部開口に置かれることにおいて、上 記の接触検温とは異なる。非接触赤外検温は、プロセス及び機械温度を遠隔で測 定するために産業において定型的に使用され、そしてこの目的のための技術は、 「薄膜熱電堆検出器を有する非接触温 度検知（”Ｎｏｎｃｏｎｔａｃｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｗｉｔｈ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ”） 」、と題するＣ．Ｈａｍｅｌによる論文、ＳＥＮＳＯＲＳ）、１９８９年１月、 ２８−３２ページに詳細に記載される。しかし、非接触赤外検温は産業分野にお いて一般的であるが、この技術は、医療温度測定につい最近適用された。 臨床応用において、非接触赤外センサーの探針部分の端部は、センサーが鼓膜 の明確な「視界」を得ることができる（耳介の軟骨をすぐ通過した）耳道の外側 部分に据えるために十分に小さくなければならない。そのようなセンサーの配置 は、わずかな訓練を必要とし、オトスコープで鼓膜を視覚化するために使用され る操作に非常に類似する。一般に、探針は乳様突起を通して挿入されるために十 分に長い又は十分に短くはないために、鼓膜損傷の危険はない。さらに、耳道に おける正常量の耳垢（みみあか）は、正確な温度読み取りに干渉しない。 赤外鼓膜検温の最も都合の良い特徴は、非常にわずかな時間した費やさないこ とである。温度読み取りは、一般に数秒で取られる。センサーは、一般口体温計 の如く、熱平衡が達せられるまで身体と接触される代わりに、発せられた赤外線 を測定するために、速度は、赤外温度測定法において固有である。速度は、患者 に対する不快さの少なさを意味し、子供にとって、また、緊急事態において特に 重要である。従来の温度計に対する別の広く認められた利点は、鼓膜温度測定法 が耳を使用し、粘液膜を付けた口又は直腸よりも病原体を隠すことが少ないこと である。 鼓膜からの赤外発光を使用して体温を測定するそのような方法のための初期装 置は、米国特許第３、２８２、１０６号においてＢａｒｎｅｓ によって開示される。Ｂａｒｎｅｓは、鼓膜からの放射線の多重反射が耳道を理 論的に１に等しい放射率を有する「黒体」空洞に変換する如く、検出装置を十分 に閉鎖するように、耳道に挿入される鼓膜に向けられた赤外温度計の一般構成を 開示する。しかし、非接触赤外鼓膜体温計の初期の例において、Ｂａｒｎｅｓは 、その特許の装置を較正するやり方、臨床使用のために精度を維持するやり方、 又は交差感染による器具の汚染を防止するやり方については考察あるいは記載も していない。そのような問題は、臨床設定におけるＢａｒｎｅｓの鼓膜体温計の 有益性を制限した。 次の特許は、Ｂａｒｎｅｓの体温計に関する問題に取り扱う。例えば、Ｏ’Ｈ ａｒａ他は、米国特許第４、６０２、６４２号と第４、７９０、３２４号におい て、Ｂａｒｎｅｓにより探求されていない較正事項を取り扱う非接触赤外鼓膜体 温計を記載する。事実、Ｏ’Ｈａｒａ他の赤外センサーは、各使用の前に較正さ れる。この目的のために、センサーは、温度制御空洞に収納され、赤外発光を鼓 膜から検出器に指向させる導波管において一定温度を維持するために特別の注意 が払われる。特に、Ｏ’Ｈａｒａ他の鼓膜体温計のハンドヘルド探針ユニットは 、調節器ユニットによって一定基準温度において保たれた金属ハウジングにおい て赤外感知熱電堆を取り付けている。熱絶縁探針によって包囲された導波管は、 鼓膜から熱電堆に赤外発光を指向させる。この時、探針ユニットの熱電堆及び調 節器回路は、チョッパーユニットにおける処理回路に電気連結される。患者の温 度を取る前に、探針ユニットは、チョッパーユニットとはめ合わされ、その結果 、熱電堆は、別の調節器回路によって一定基準温度に保たれた基準目標値から赤 外発光を検出する。処理回路 構成は、熱電堆の出力レベルを反復して取得し、較正データを記憶する。この時 、探針ユニットは、チョッパーユニットから除去され、探針は赤外線透過性可処 分検鏡で覆われ、患者の外耳道に挿入される。この時、患者のコア温度は、一連 の耳道標本中、熱電堆の最大出力と記憶較正データを比較することにより決定さ れる。 非接触赤外温度計を較正するための別の技術は、米国特許第４、７８４、１４ ９号においてＢｅｒｍａｎ他によって開示される。Ｂｅｒｍａｎ他は、赤外温度 計のための自動較正技術を開示し、これにより、装置のハウジングは、探針を収 容するために形状付けられた室と、探針が室にある時赤外線センサーによる視野 目標とを備える。これにより、誤差信号が発生され、温度測定のために身体組織 を検分する時、探針内の周囲温度センサーと赤外線センサーの出力信号に付加さ れる。 Ｆｒａｄｅｎは、米国特許第４、７９７、８４０号において、赤外温度計のた めのさらに他の較正技術を開示し、この場合、温度計ハウジングにおけるピロ電 気センサーが外部から温度計ハウジングへの赤外線から遮蔽され、その後、測定 される物体の絶対温度に関する第１電気信号を発生するために測定される物体か らの赤外線に選択的に露出される。それから、ピロ電気センサーの周囲温度が検 知され、そしてそれに比例する第２電気信号が発生される。それから、第１及び 第２電気信号が、測定される物体の温度を較正するために処理される。温度差に よる誤差は、保護熱絶縁体被覆により、人体の如く周囲熱源から（ピロ電気セン サーとの熱平衡にある）センサーの筒を熱絶縁することにより最小にされる。較 正は、シャッターが閉じられる時、機械的応力較正信号を創成する圧電要素を含 む較正回路（第９図）を使用して電気較正により達成 される。温度計の較正時における電気信号値は、メモリに記憶される。それから 、シャッターが、温度読み取りのために開かれ、そして合成読み取り値は、記憶 値によって調整される。 Ｗｏｏｄは、米国特許第４、８９５、１６４号において、非接触赤外鼓膜体温 計を使用する時、臨床設定において精度を維持するための技術を開示する。使用 中、放射線センサーは、周囲温度において導波管と等温条件において保持される 。サーミスター又は他の温度センサーは、周囲条件における変化を補償するため に放射線センサーに熱結合される。また、Ｗｏｏｄの装置の赤外線センサーは、 ハウジング壁と等温組立体の間に絶縁性すきまを形成するために、ハウジング内 に赤外線センサー組立体を位置付けることにより、周囲温度の変化中さえも、等 温状態にとどまるように構築及び構成される。研磨又は金メッキアルミニウム管 の如く低放射率障壁がまた、温度変化の効果を制限するように導波管を絶縁する ために、導波管の突出部分の回りに配備される。こうして、検出器の回りに熱安 定環境を維持することにより、Ｗｏｏｄの装置において精度が維持される。 一方、Ｂｅｃｋｍａｎ他は、米国特許第４、９００、１６２号において、鼓膜 の如く目標の温度を測定するための放射計検温システムを開示し、この場合、放 射線検出器の温度は、目標（鼓膜）の温度と放射線検出器の温度（周囲温度）の 間の差を最小にするように変化される。目標温度は、こうして、一種の連続近似 （無探索）技術によって検出される。関連技術は、周囲温度に拘わらず、正常体 温に近い基準温度に探針を予熱することを教示する米国特許第４、９３２、７８ ９号においてＥｇａｗａ他により教示される。 Ｊｕｎｋｅｒｔ他は、米国特許第４、７２２、６１２号において、検出器の環 境よりもむしろ検出器を安定化させる試行を開示する。Ｊｕｎｋｅｒｔ他の装置 において、光ブロッキングバッフルが、２つの要素対の片方に配置され、その片 方を入り放射線に不感応にする。熱電堆検出器は、列対置において相互に隣接し て連結される。両検出器部分は、周囲温度に感応し、そして唯一の検出器が入り 放射線に感応するために、Ｊｕｎｋｅｒｔ他の検出器は、周囲温度変動に対して 「安定化」される。しかし、このように検出器の部分に注がれる放射線を完全に 阻止することにより、Ｊｕｎｋｅｒｔ他は、温度こう配を検出器基板において発 生させ、これにより、誤差を誘導させる。さらに、基板レベルにおいて放射線を 阻止することにより、検出器パッケージの壁からの非所望の放射線は、除去され ず、こうして、さらに誤差を生じさせる。 みみあか等の集積による鼓膜体温計の汚染を防止するための装置がまた公知で ある。例えば、Ｏ’Ｈａｒａ他は、米国特許第４、６６２、３６０号において、 赤外鼓膜体温計で使用される保護可処分検鏡を開示する。装置は、透過特性がユ ニット毎に変化するならば器具の較正は安定しないために、窓を通した反復可能 な赤外透過特性を保証する方式でそれを製造するための赤外透過性窓及び方法を 含む。装置が各使用の後処分されるならば、みみあか等による交差汚染は回避さ れる。可処分検鏡の別の例は、Ｔｗｅｎｔｉｅｒにより米国特許第３、８７８、 ８３６号において開示されるが、オトスコープで使用される検鏡は、Ｋｉｅｆｆ ｅｒ、ＩＩＩ他により米国特許第４、３８０、９９８号において記載される。 上記の形式の先行技術の赤外温度計はＢａｒｎｅｓ温度計の欠点の多 くを扱うが、幾つかの問題が残る。例えば、先行技術の非接触赤外温度計は、主 に、動作中検出器の回りに熱的に安定な環境を維持することにより、精度を維持 することを提案するために、精度は、実質的な温度差がある領域において等温条 件を維持する能力により制限される。換言すれば、検出器の回りの環境は真に等 温にされないために、そのような条件下に維持される必要がなく、温度こう配を 誘導しないより高精度検出器が、臨床用途のために望まれる。 臨床用途において極めて正確な信頼性のよい赤外検出器装置は、カプノグラフ における使用のために本発明者達によって以前に開発された。米国特許出願第０ ７／４０１、９５２号（放棄）と第０７／５２２、２０８号と第０７／５２２、 １７７号（現在、それぞれ米国特許第５、０９５、９１３号と第５、０８１、９ ９８号）において記載された如く、我々は、患者により吐息されたガスの少なく とも一つのガス成分の濃度を検出する際に使用された熱電堆検出器の熱ドリフト を除去する検出器装置を以前に開発した。これらの出願において記載された装置 は、赤外線源によって設けられた光エネルギーを照射された時、電気信号を発生 する少なくとも２つの対向した赤外検出器列を具備する。換言すれば、検出器は 、それらの出力が減算される如く連結される。検出器からの出力は、こうして、 同一エネルギーが両検出器に同様に注がれない時のみ可能である。この目的のた めに、検出器の少なくとも一つを照射する赤外エネルギーを減衰させるための手 段が設けられる。光安定化信号は、これにより、非所望の赤外信号が両検出器に 同様に注がれ、効果的に打ち消されるために生成されるが、所望の信号は、光検 出器の一つに減衰手段を使用することにより設けられた差のために維持される。 この時、 合成情報は、処理され、患者により吐息されたＣＯ₂の如く要素の濃度を表現す るとして表示される。しかし、そのような技術は、そのような装置のより広範な 臨床使用を許容するために非接触赤外温度計に関する上記の問題を克服するため に以前に使用されていない。 従って、光安定化赤外検出器を使用することにより、先行技術の非接触赤外鼓 膜体温計に関する上記の問題を克服することが望まれる。本発明は、上記の光安 定化技術を非接触赤外鼓膜体温計に適合するように設計され、使用の容易さに悪 影響を及ぼすことなくそれらの精度を改良する。 発明の要約 本発明は、上記のカプノグラフの発明の光安定化技術を使用する非接触赤外鼓 膜体温計に関する。しかし、本発明の光安定化技術は、本発明のフィルターが検 出器ではなく、耳道に挿入される検出器パッケージの「窓」に据え付けられるこ とにおいて、カプノグラフ応用において使用されたものとは異なる。減衰フィル ターはまた、検出器パッケージ自体の熱効果を除去するために配置される。換言 すれば、発明の減衰フィルターは、検出器装置壁によって生じた非所望の熱効果 が効果的に打ち消される如く配設される。次の詳細な説明から明らかになる如く 、発明のこの特徴は、すべての非所望の赤外エネルギーを打ち消させ、こうして 、赤外エネルギー検出から除去させる。 発明の好ましい実施態様により、鼓膜の如く赤外線発光目標の温度を測定する ための装置において、 赤外線発光目標により発せられた入射赤外線量を検知するための手段であり、 入射赤外線の強度を表現する出力電気信号を生成するために、赤外線発光目標と 第１及び第２熱電堆の周囲環境によって発せられた入射赤外線を収容するために 、互いに対向関係において連結され、同一基板上に位置付けられた第１及び第２ 熱電堆と、 放射線発光目標から第１及び第２熱電堆に所定範囲の赤外波長の入射赤外線を通 過させるために、赤外線発光目標と第１及び第２熱電堆の間のエネルギーパスに おいて配設された帯域フィルターと、 第１及び第２熱電堆の周囲環境による赤外発光のために、エネルギーパスにおけ る入射赤外線を減衰させることなく、放射線発光目標から熱電堆のただ一つに打 ち当たる入射赤外線を減衰させるために、エネルギーパスにおいて配設された減 衰中性フィルターとを具備する検知手段と、周囲環境の周囲温度変動に実質的に 独立に放射線発光目標の温度を決定するために出力電気信号を処理するための手 段とを具備する装置が提供される。 好ましい実施態様において、周囲環境の周囲温度を検出し、赤外線発光目標の 絶対温度を決定するための処理手段により出力電気信号で処理される基準温度信 号を発生させるための基準検出器が、また、設けられる。そのような処理手段は 、好ましくは、出力電気信号の利得を増大させるための増幅器と、出力電気信号 における雑音を除去するためのフィルターと、出力電気信号と基準温度信号から 温度を決定するためのマイクロプロセッサーとを具備する。技術における当業者 には明らかな如く、赤外線発光目標は、同様に、患者の他の内部組織であっても 良い。 発明の配置は、非接触赤外鼓膜体温計又は多機能オトスコープに組み込まれる 。そのような装置はまた、好ましくは、測定温度を表示するた めにそのハウジングにおいて据え付けたディスプレイを含む。そのような表示を 容易にするために、発明の装置は、装置のハウジングの定位に独立に、垂直と左 右に読み取るように温度表示を転位するためのチルトセンサーを含む。加えて、 検鏡は、患者の鼓膜によって発せられた赤外線量の測定のために装置が患者の耳 に挿入される時、指向手段の汚染を防止するために、装置の探針の端部を覆うた めに使用される。また、減衰中性フィルターは、好ましくは、好ましい実施態様 において約０．５０の透過係数を有する。 発明はまた、鼓膜の如く、赤外線発光目標の温度を測定する方法において、 赤外線発光目標によって発せられた入射赤外線量を検知する段階であり、赤外線 発光目標と第１及び第２熱電堆の周囲環境によって発せられた入射赤外線を収容 するために、互いに対向関係において同一基板上に第１及び第２熱電堆を位置付 ける段階と、 赤外線発光目標から第１及び第２熱電堆に所定範囲の赤外波長の入射赤外線を通 過させる段階と、 第１及び第２熱電堆の周囲環境から収容された入射赤外線を減衰させることなく 、放射線発光目標から第１及び第２熱電堆のただ一つに打ち当たる入射赤外線を 減衰させる段階と、 第１及び第２熱電堆によって収容された入射赤外線の強度を表現する出力電気信 号を生成する段階とを含む検知段階と、 周囲環境の周囲温度変動に実質的に独立に、放射線発光目標の温度を決定するた めに、出力電気信号を処理する段階とを含む方法を具備する。 発明によるそのような方法はまた、好ましくは、周囲環境の周囲温度 を検出する段階と、検出周囲温度に対応する基準温度信号を発生する段階と、赤 外線発光目標の絶対温度を決定するために出力電気信号で基準温度信号を処理す る段階とをさらに具備する。加えて、処理段階は、好ましくは、利得を増大させ るために出力電気信号を増幅する段階と、雑音を除去するために出力電気信号を ろ過する段階と、出力電気信号と基準温度信号から温度を決定する段階とを具備 する。 好ましくは、発明によりその温度が測定される赤外線発光目標は、患者の内部 組織を具備し、そして位置付け段階は、内部組織を含む体腔に第１及び第２熱電 堆を配置する段階を含む。加えて、鼓膜体温計と結合して使用された時、発明の 方法の位置付け段階は、さらに、第１及び第２熱電堆を収納する装置を患者の耳 道に配置する段階を含む。また、合成温度は、好ましくは、温度ディスプレイに 表示される。そのような表示段階は、また、第１及び第２熱電堆を収納する装置 の定位に独立に、垂直と左右に読み取るように温度表示を転位させる段階を含む 。さらに、交差汚染を防止するために、発明の方法は、患者の鼓膜によって発せ られた赤外線量の測定のために、装置が患者の耳に挿入される前に、検鏡で第１ 及び第２熱電堆を収納する装置を覆う段階をさらに含む。 図面の簡単な説明 本発明の上記及び他の目的及び利点は、添付の図面に関連して取った、現在好 ましい実施態様の次の説明においてより明らかになり、より容易に認められるで あろう。 第１図は、発明による非接触赤外鼓膜体温計の切欠図を示す。 第２図は、発明の鼓膜体温計において使用される光安定化検出器の斜視側面図 を示す。 第３図は、温度信号を生成するために、光安定化検出器と基準検出器の出力を 処理するための処理回路の好ましい実施態様を示す。 現在好ましい実施態様の詳細な説明 本発明の現在好ましい例示の実施態様による上記の有益な特徴を有する装置は 、第１〜３図を参照して以下に記載される。技術における当業者には、これらの 図に関してここで与えられた説明は、例示の目的のみであり、発明の範囲を限定 することは決して意図されないことが認められるであろう。発明の範囲に関する すべての課題は、添付のクレイムを参照することにより解決される。 第１図は、発明による非接触赤外鼓膜体温計１０の切欠図を示す。図示された 如く、発明の鼓膜体温計１０の形状は、オトスコープに類似し、主に、（一般に プラスチック又は他の剛性材料製の）ハウジング又は本体部分１２と、患者の耳 への挿入のための（好ましくはアルミニウム又はプラスチック製の）突出する探 針部分１４と、光安定化熱電堆検出器１６と、温度測定のための耳道への探針部 分１４の挿入の前に、探針部分１４上に置かれる可処分検鏡１８とから成る。ハ ウジング１２内に、好ましくは、ボタン２４の押下により、バッテリ２２によっ て電力を供給された処理回路２０を有する回路ボードが配設される。合成温度読 み取り値は、好ましくは、デジタルディスプレイ２６上に表示される。 発明の鼓膜体温計１０は、好ましくは、人の手に快適に合うように工作される 。一方の端部において温度ディスプレイ２６と、鼓膜を保持し照準するのを容易 にする湾曲設計及びテーパ耳探針を具える単片装置である。装置の本体は、「表 面取り付け」電子技術を組み込むことにより小型化され、そして好ましい実施態 様において、発明の耳片は、０．１ ６インチ径にされ、従来使用された４ｍｍオトスコープ検鏡と同一サイズである 。 第２図は、発明による光安定化赤外検出器１６を示す。図示された如く、発明 の光安定化検出器１６は、一般に、帯域フィルター１６２と、２チャネル熱電堆 検出器１６３と、中性フィルター１６４と、基準サーミスタ１６５とを配設した センサーハウジング１６１を具備する。センサーハウジング又は「缶」は、以下 に記載される如く、所定の関係において検出器回路構成を保持するように設計さ れる。帯域フィルター１６２は、例えば、人間の内部温度の範囲における発光に 対応する、約８〜１４ミクロンの範囲における赤外波長を通過させるように設計 される。２チャネル熱電堆検出器１６３は、好ましくは、上記の米国出願第０７ ／４０１、９５２号（放棄）、第０７／５２２、２０８号（ＵＳＰ５、０９５、 ９１３）と第０７／５２２、１７７号（ＵＳＰ５、０８１、９９８）において記 載された形式の一対の列対向熱電堆検出器であり、これらの特許の内容は、全体 として提示された如く、参照としてここに取り入れられる。 一般に、発明による２チャネル熱電堆検出器１６３は、上記の出願において記 載された如く、共通セラミック基板において取り付けた第１及び第２列対向熱電 堆検出器を具備する。記載された如く、個々の熱電堆検出器は、Ｍｙｌａｒの如 くポリエステル膜又は別の適切な基板上にバイメタル回路を堆積することにより 形成される。好ましくは、熱電対は、約１ミルの基板厚を有する。２チャネル熱 電堆検出器１６３の熱電堆検出器は、出力の減算が相互連結において固有である 如く列対置において連結される。この相互連結の重要性は、以下に十分に記載さ れる。 検出器１６の中性（減衰）フィルター１６４は、それに入射するエネルギーの 全波長を一様に減衰させる。好ましい実施態様において、中性フィルター１６４ は、０．５０の透過係数を有するが、０の透過係数がまた、発明により可能であ る。もちろん、技術における当業者は、所望に応じて、異なる透過係数を有する 他の中性フィルターを使用しても良い。しかし、技術における当業者に明らかな 如く、透過係数は、好ましくは、検出器の動作を阻止しないために、１．００に 近くに選ばれない。一般に、０．７５よりも小さい透過係数が好ましい。中性フ ィルター１６４は、２チャネル熱電堆検出器１６３の熱電堆検出器のただ一つに 重なる又は「陰らす」ようにハウジング１６１内に配置され、その結果、収容さ れた赤外線は、「陰った」検出器に打ち当たる前に減衰される。これは、以下に 記載される如く、差分信号を発生させる。 最後に基準サーミスター１６５は、絶対温度測定が公知の原理により決定され る如く、検出器１６３の周囲温度を決定する。発明のこの特徴はまた、以下にさ らに詳細に記載される。 発明の光安定化赤外検出器１６は、検出器１６が、検出器パッケージの側壁で はなく、目標（鼓膜）からの放射線にのみ感応することにおいて特異である。結 果として、装置は、等温条件下に維持される必要はなく、あるいは先行技術の装 置における如く反復較正される。発明のこの選択性は、検出器パッケージの光学 アパーチャーの半分上に中性フィルター１６４を位置させることにより達成され る。第２図に示された如く、検出器の活性要素は、列対置において連結した２つ の熱電堆チャネルから成り、そのため、両チャネルにおいて同様に存在する光信 号は、ゼロ正味出力を生じさせる。各検出器に達する信号は、ほぼ同様に、検出 器 パッケージ１６１の壁によって発せられた赤外エネルギーを含む。鼓膜体温計に おいて、目標温度は、一般に３７℃であるが、検出器壁温度は、２０〜３７℃に 変化する。２つの表面（鼓膜と検出器壁）はほぼ同一温度であるために、測定か ら除去されない検出器壁１６１からの発光は、先行技術において認識された如く 、測定温度において大きな誤差を生じさせる。 上記の問題は、検出器壁１６１からの赤外エネルギーが２つの熱電堆チャネル にほぼ同様に注がれ、こうして、列対置連結により打ち消されるために、発明に より克服される。中性フィルター１６４がなかったならば、鼓膜からの赤外エネ ルギーはまた、２つの熱電堆検出器に同様に注がれ、同様に打ち消される。しか し、中性フィルターは、上記の検出器チャネルの一方を「陰らす」如く整合され 、その結果、一方の検出器は、他方よりも少ない目標エネルギーを収容し、これ により、差分信号を発生させる。それから、差分信号は、第３図を参照して以下 に記載される如く、温度を決定するために処理される。 先行技術における如く側壁温度を制御し信号から定数を減算する等の検出器側 壁発光を除去するための他の技術もあるが、本発明は、側壁発光の効果の「動的 」除去を許容するために、より進歩している。動的除去は、鼓膜体温計の検鏡が 耳道に挿入される場合のように、検出器側壁温度が変化する状況において決定的 である。その時、検出器は、ほぼ室温からほぼ体温への急速な遷移を始める。本 発明は、この温度遷移が温度の読み取りに悪影響を及ぼさない如く設計される。 これは、センサー組立体における中性フィルター１６４の背後から発する赤外発 光からの信号が、上記の如く熱電堆検出器において効果的に打ち消されるためで ある。 こうして、中性フィルター１６４を適所において適正に整合させ、２つの検出 器チャネルを列対置において連結させると、信号が、目標からの赤外エネルギー の結果として発生されるが、検出器パッケージ壁発光からは生じない。一般に、 中性フィルター１６４の（背後の）検出器側において生ずる発光は、差分信号を 生成する要素はないために出力信号を生じない。フィルター１６４の前方からの 赤外発光のみが、検出器において差分信号を生ずる検出器チャネルの一方を「陰 らす」中性要素１６４を通過するために、電気出力信号を生じさせる。従って、 中性フィルター１６４は、好ましくは、中性フィルター１６４の背後のすべての 非所望赤外発光の打ち消しを生ずるために、できる限り赤外エネルギー源（鼓膜 ）に接近して配置される。 代替実施態様において、中性フィルター１６４は、鼓膜にできる限り接近する ように検鏡１８に配置される。そのような実施態様において、フィルターの背後 に共に位置する検鏡自体並びに検出器壁からの赤外発光は、両方の誤差源を除去 するために打ち消される。しかし、第２図に示された如く、現在好ましい実施態 様において、中性フィルター１６４は、両方の熱電堆検出器１６３に「陰」を投 ずることなく、検鏡１８に中性フィルター１６４を配置することが困難であるた めに、光安定化検出器１６のハウジング１６１内に配置される。もちろん、中性 フィルター１６４の「陰」が熱電堆検出器の一方のみを覆う如く、中性フィルタ ー１６４を有する検鏡を適正に整合させることは、技術における当業者の技術内 に十分あると考えられる。 第３図は、発明の熱電堆検出器１６と処理回路２０の相互連結を示す。 上記の如く、赤外検出器１６は、列対向して連結された熱電堆１６３を具備する 。収容された赤外線は、出力信号を創成するためにこれらの熱電堆検出器１６３ によって収容される。また、検出器１６の基準温度は、基準サーミスター１６５ によって決定され、そして基準サーミスター１６５の出力は、電圧基準Ｖｒｅｆ へ抵抗器２０１を横切って連結され、そしてまた、演算増幅器２０２の正入力に 印加される。演算増幅器２０２の負入力は、図示の如く、抵抗器２０３と２０４ を横切って演算増幅器２０２の帰還出力を収容する。結果は、演算増幅器２０２ の出力は、信号処理及び表示回路２０５によって受け入れられるレベルに基準サ ーミスター１３５の出力の信号利得を上げるように増幅されることである。検出 基準温度信号は、以下に記載される如く処理される。 熱電堆１６３の列対向出力は、演算増幅器２０６のそれぞれの入力に出力され る。帰還網の出力はまた、演算増幅器２０６の正入力に印加され、この網は、高 周波雑音を排除するためのロールオフキャパシタンスを設ける、コンデンサ２０ ７と抵抗器２０８を含む。演算増幅器２０６の出力は、こうして、それぞれの検 出器出力の間の差分信号を表現する。この差分信号は、抵抗器２０９を横切って 演算増幅器２１０の正入力端子に印加される。帰還抵抗器２１１はまた、演算増 幅器２１０の出力を演算増幅器２１０の正入力端子に連結するために設けられる 。演算増幅器２１０の負入力端子は、図示の如く、抵抗器２１２、抵抗器２１３ 及びコンデンサ２１４を具備する網から帰還信号を収容する。抵抗器２１３の出 力はまた、演算増幅器２１５の正入力端子に印加され、そして演算増幅器２１５ の出力は、図示の如く、負入力端子に帰還される。最後に、キャパシタンス２１ ６は、図示の如く、抵抗器２１２と２１３の間 の共通ノードを演算増幅器２１５の出力に連結する。技術における当業者には明 らかになる如く、要素２０９〜２１６を具備する回路は、所定の時定数を有する 低域フィルターとして機能する。好ましくは、時定数は、米国において一般的な ６０Ｈｚ線周波数雑音の如く高周波雑音をロールオフするために、熱電堆検出器 １６３の時間応答の次元にあるように選ばれる。発明の好ましい実施態様におい て、合成低域フィルターは、１００ｍｓｅｃ時定数を有する。合成低域フィルタ ーされた目標信号は、その後、信号処理及び表示回路２０５に印加される。 信号処理及び表示回路２０５は、鼓膜の絶対温度とこうして患者の内部温度を 決定するために、検出基準温度と目標信号を処理する。信号処理及び表示回路２ ０５の機能は、Ｍａｃｋｉｎｔｏｓｈ ＳＥコンピュータの如くコンピュータに ソフトウェアを通してプログラムされるが、発明の好ましい実施態様において、 信号処理及び表示回路２０５は、Ｉｎｔｅｌ８０５１の如く単一チップマイクロ プロセッサーと、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＡＤ７８２４の如くＡ／Ｄコ ンバータを具備する。もちろん、その他のマイクロプロセッサーとＡ／Ｄコンバ ータもまた、発明により使用される。 上記のＣ．Ｈａｍｅｌによる論文において注記された如く、温度Ｔ_tの目標に 指向された一般薄膜熱電堆検出器の電圧出力は、公知の方程式により簡単に決定 される。特に、信号処理及び表示回路２０５は、次の方程式により、検出基準温 度信号（Ｔ_s）と目標温度信号（Ｔ_t）を処理する。 Ｅ_out＝Ｍ（Ｔ_t ⁴−Ｔ_s ⁴） ここで、Ｅ_out＝検出器出力電圧 Ｔ_t＝目標温度、度Ｋ Ｔ_s＝周囲温度、度Ｋ Ｍ＝ｚ／Π（［Ａ_t］［Ａ_d］）Ｒ／Ｄ² ここで、ｚ＝５．６８８ｘ１０^-2Ｗ／ｃｍ²／Ｋ（シュテファンボルツマン定数 ）Π＝装置の光学特性を表現する定数（経験的に決定される） Ａ_t＝目標面積、ｃｍ Ａ_d＝検出器要素面積、ｃｍ Ｄ＝検出器要素から目標への距離 Ｒ＝検出器の応答性、Ｖ／Ｗ）ここで一般にＲ＝１０Ｖ／Ｗ 上記の方程式から、絶対項における目標温度が決定される。その時、結果は、 公知の技術によりディスプレイ２６（第１図）に表示される。 こうして、好ましい実施態様において構成された本発明は、光安定化赤外検出 器１６を使用するために、先行技術における如く環境安定化又は導波管温度制御 を必要としない。発明による光安定化技術は、鼓膜体温計を周囲温度効果に不感 応にし、真の鼓膜温度を読み取り可能にする。さらに、光安定化検出器１６を探 針１８の端部にできる限り接近して配置することにより、すべての非所望赤外発 光は打ち消される。 従って、本発明は、装置が、導波管のために必要性を除去するように耳の内側 に配置されるために十分に小さく、かつ、装置が検出器パッケージの窓に組み込 まれた２つの検出器要素と中性光学フィルターから構成され、検出器自体からの 発光の検知を除去することにおいて、その形式の先行技術の装置に対する大きな 改良である。本発明の検出器の構成は、こうして、耳道の内側にそれを位置させ 、これにより、導波管が鼓膜から検出器にエネルギーを伝える要求条件を取り除 く。これは、導波 管からの放射の検知とこの非所望信号の補正を除去する。 技術における当業者に明らかになる如く、本発明は、閉端検鏡カバー１８を使 用する必要はない。むしろ、発明の検鏡カバー１８は、従来のオトスコープで使 用されたものに類似し、これにより、鼓膜を「検分」するための開口が設けられ る。開端オトスコープ探針カバーは、患者の接触を防止するために再使用可能な 部品を十分に覆うことにより、交差汚染から許容される安全を設けることが受け 入れられ、理解される。また、開端探針カバー設計は、最小製造費用を設け、現 在好ましい。一方、上記の如く、検鏡カバー１８は、中性フィルター１６４が組 み込まれる如く修正される。もちろん、そのような検鏡カバーは開端ではない。 発明の多数の例示の実施態様が詳細に記載されたが、技術における当業者は、 多数の付加的な修正が、この発明の新規の教示と利点から著しく反することなく 例示の実施態様において可能であることを容易に認めるであろう。例えば、発明 の赤外検出器は、多機能オトスコープが形成される如く、従来のオトスコープに 組み込まれる。従って、そのようなすべての修正は、次のクレイムにおいて規定 された如く、この発明の範囲内に包含されることを意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イエルダーマン，マーク・エル アメリカ合衆国テキサス州75075プラノ・ スイート121・リソースドライブ1101・イ ンターフロメデイカル (72)発明者 ゴールドバーガー，ダニエル・エス アメリカ合衆国コロラド州80302ボウルダ ー・カレツジアベニユー644・スクエアワ ンテクノロジー (72)発明者 ブレイグ，ジエイムズ・アール アメリカ合衆国カリフオルニア州94501ア ラメダ・クレメントアベニユー1815・スク エアワンテクノロジー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．赤外線発光目標の温度を測定するための装置において、 該赤外線発光目標により発せられた入射赤外線量を検知するための手段であり、 基板と、 該赤外線発光目標と該第１及び第２熱電堆の周囲環境によって発せられた入射赤 外線を収容し、該入射赤外線の強度を表現する出力電気信号を生成するために、 互いに対向関係において連結され、同一基板上に位置付けられた第１及び第２熱 電堆と、 該放射線発光目標から該第１及び第２熱電堆に所定範囲の赤外波長の入射赤外線 を通過させるために、該赤外線発光目標と該第１及び第２熱電堆の間のエネルギ ーパスにおいて配設された帯域フィルターと、 該第１及び第２熱電堆の該周囲環境による赤外発光のために、該エネルギーパス における入射赤外線を減衰させることなく、該放射線発光目標から該熱電堆のた だ一つに打ち当たる入射赤外線を減衰させるために、該エネルギーパスにおいて 配設された減衰中性フィルターとを具備する検知手段と、 該周囲環境の周囲温度変動に実質的に独立に、該放射線発光目標の該温度を決定 するために該出力電気信号を処理するための手段とを具備する装置。 ２．該第１及び第２熱電堆の該周囲環境の周囲温度を検出し、該赤外線発光目 標の絶対温度を決定するための該処理手段により該出力電気信号で処理される基 準温度信号を発生させるための基準検出器をさらに具備する請求の範囲１に記載 の装置。 ３．該処理手段が、該出力電気信号の利得を増大させるための増幅器 と、該出力電気信号と該基準温度信号から該温度を決定するためのマイクロプロ セッサーとを具備する請求の範囲２に記載の装置。 ４．該赤外線発光目標が、患者の内部組織を具備する請求の範囲１に記載の装 置。 ５．患者の鼓膜によって発せられた赤外線から患者の身体の内部温度を温度を 測定するための鼓膜体温計において、 患者の耳道に挿入されるために適合されたハウジングと、 患者の鼓膜により発せられた赤外線量を検知するための該ハウジング内の手段で あり、 患者の鼓膜と患者の鼓膜と該第１及び第２熱電堆の間のエネルギーパスにおける 該ハウジングの部分によって発せられた赤外線を収容し、患者の鼓膜によって発 せられた放射線の強度を表現する出力電気信号を生成するために、互いに対向関 係において連結され、該ハウジングに位置付けられた第１及び第２熱電堆と、 患者の鼓膜から該エネルギーパスを通って該第１及び第２熱電堆に所定範囲の赤 外波長の赤外線を通過させるために、患者の鼓膜と該第１及び第２熱電堆の間の 該エネルギーパスにおいて配設された帯域フィルターと、 患者の鼓膜と該第１及び第２熱電堆の間の該エネルギーパスにおける該ハウジン グの該部分による赤外発光のために、該エネルギーパスにおける入射赤外線を減 衰させることなく、該一つの熱電堆に打ち当たる患者の鼓膜からの赤外線を減衰 させるために、患者の鼓膜と該第１及び第２熱電堆の一方の間の該エネルギーパ スにおける該ハウジングの端部において配設された減衰中性フィルターとを具備 する検知手段と、 周囲温度変動に実質的に独立に、患者の鼓膜の該温度を決定するために該出力電 気信号を処理するための手段とを具備する鼓膜体温計。 ６．該第１及び第２熱電堆の周囲温度を検出し、患者の鼓膜の絶対温度を決定 するために該処理手段により該出力電気信号で処理される基準温度信号を発生さ せるための基準検出器をさらに具備する請求の範囲５に記載の温度計。 ７．該処理手段が、該出力電気信号の利得を増大させるための増幅器と、該出 力電気信号と該基準温度信号から患者の鼓膜の該温度を決定するためのマイクロ プロセッサーとを具備する請求の範囲６に記載の温度計。 ８．患者の鼓膜の該温度を表示するために該ハウジングに取り付けたディスプ レイをさらに具備する請求の範囲５に記載の温度計。 ９．患者の鼓膜によって発せられた赤外線量の測定のために、該温度計が患者 の耳道に挿入される時、該ハウジングの汚染を防止するために、患者の耳道への 挿入のために適合された該ハウジングの該部分を覆うための検鏡をさらに具備す る請求の範囲５に記載の温度計。 １０．該減衰中性フィルターが、約０．５０の透過係数を有する請求の範囲５ に記載の温度計。 １１．赤外線発光目標の温度を測定する方法において、 該赤外線発光目標によって発せられた入射赤外線量を検知する段階であり、 該赤外線発光目標と該第１及び第２熱電堆の周囲環境によって発せられた入射赤 外線を収容するために、互いに対向関係において同一基板上に第１及び第２熱電 堆を位置付ける段階と、 該赤外線発光目標から該第１及び第２熱電堆に所定範囲の赤外波長の入射赤外線 を通過させる段階と、 該第１及び第２熱電堆の該周囲環境から収容された入射赤外線を減衰させること なく、該放射線発光目標から該第１及び第２熱電堆のただ一つに打ち当たる入射 赤外線を減衰させる段階と、 該第１及び第２熱電堆によって収容された該入射赤外線の強度を表現する出力電 気信号を生成する段階とを含む検知段階と、 該周囲環境の周囲温度変動に実質的に独立に、該放射線発光目標の該温度を決定 するために該出力電気信号を処理する段階とを含む方法。 １２．該第１及び第２熱電堆の該周囲環境の周囲温度を検出する段階と、検出 周囲温度に対応する基準温度信号を発生する段階と、該赤外線発光目標の絶対温 度を決定するために該出力電気信号で該基準温度信号を処理する段階とをさらに 具備する請求の範囲１１に記載の方法。 １３．該処理段階が、該出力電気信号の利得を増大させるために該出力電気信 号を増幅する段階と、該出力電気信号と該基準温度信号から該温度を決定する段 階とを具備する請求の範囲１２に記載の方法。 １４．該赤外線発光目標が、患者の内部組織を具備し、そして位置付け段階が 、該内部組織を含む体腔において該第１及び第２熱電堆を配置する段階を含む請 求の範囲１１に記載の方法。 １５．患者の鼓膜によって発せられた赤外線から患者の身体の内部温度を測定 する方法において、 患者の鼓膜によって発せられた入射赤外線量を検知する段階であり、 患者の耳道への挿入のために適合されたハウジングにおける互いに対向関係にお いて、患者の鼓膜と該第１及び第２熱電堆の周囲環境によって 発せられた入射赤外線を収容するように第１及び第２熱電堆を位置付ける段階と 、 患者の鼓膜から該第１及び第２熱電堆に所定範囲の赤外波長の入射放射線を通過 させる段階と、 該第１及び第２熱電堆の該周囲環境から収容された入射赤外線を減衰させること なく、患者の鼓膜から該第１及び第２熱電堆のただ一つに打ち当たる入射赤外線 を、該ハウジングの端部において配設された減衰中性フィルターを使用して減衰 させる段階と、 該第１及び第２熱電堆によって収容された該入射赤外線の強度を表現する出力電 気信号を生成する段階とを含む検知段階と、 該周囲環境の周囲温度変動に実質的に独立に、患者の鼓膜の該温度を決定するた めに該出力電気信号を処理する段階とを含む方法。 １６．該第１及び第２熱電堆の該周囲環境の周囲温度を検出する段階と、検出 周囲温度に対応する基準温度信号を発生する段階と、患者の鼓膜の絶対温度を決 定するために該出力電気信号で該基準温度信号を処理する段階とをさらに具備す る請求の範囲１５に記載の方法。 １７．該処理段階が、該出力電気信号の利得を増大させるために該出力電気信 号を増幅する段階と、該出力電気信号と該基準温度信号から該温度を決定する段 階とを具備する請求の範囲１５に記載の方法。 １８．該位置付け段階が、該第１及び第２熱電堆を収納する装置を患者の耳道 に配置する段階を含む請求の範囲１５に記載の方法。 １９．温度ディスプレイにおいて該温度を表示する段階をさらに含む請求の範 囲１５に記載の方法。 ２０．患者の鼓膜によって発せられた赤外線量の測定のために、該第 １及び第２熱電堆を収納する装置が患者の耳道に挿入される時、該装置の汚染を 防止するために、該装置を検鏡で覆う段階をさらに具備する請求の範囲１５に記 載の方法。 ２１．患者の鼓膜によって発せられた赤外線から患者の身体の内部 温度を測定するための鼓膜体温計において、患者の耳道に挿入されるために適合 されたハウジングと、 患者の鼓膜と患者の鼓膜と該第１及び第２熱電堆の間のエネルギーパスにおける 該ハウジングの部分によって発せられた赤外線を収容し、患者の鼓膜によって発 せられた放射線の強度を表現する出力電気信号を生成するために、互いに対向関 係において連結され、該ハウジングにおいて位置付けられた第１及び第２熱電堆 と、 患者の鼓膜から該エネルギーパスを通って該第１及び第２熱電堆に所定範囲の赤 外波長の赤外線を通過させるために、患者の鼓膜と該第１及び第２熱電堆の間の 該エネルギーパスにおいて配設された帯域フィルターと、 患者の鼓膜によって発せられた赤外線量の測定のために、該体温計が患者の耳道 に挿入される時、該ハウジングの汚染を防止するように、患者の耳道への挿入の ために適合された該ハウジングの該部分を覆うための検鏡であり、該熱電堆のた だ一つに打ち当たる患者の鼓膜からの赤外線を減衰させるために、該エネルギー パスにおいて配設された一体形減衰中性フィルターを具える検鏡と、 周囲温度変動に実質的に独立に、患者の鼓膜の該温度を決定するために該出力電 気信号を処理するための手段とを具備する鼓膜体温計。