JPH09506430A - 改良した鼓膜温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 患者の外耳道へのプローブはめ込みのばらつきに誘発される誤差の補正のために複数個のセンサ出力を用いた赤外線温度計構成である。このシステムの一つの実施例は鼓膜赤外線輻射に対し互いに異なる視野をもたらすように二つ以上のセンサ(３２，３４)を用いている。これら不連続的な赤外線温度表示値を内蔵の信号処理回路で調整し、位置に比較的左右されない正確で再現性ある温度表示値を生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】 改良した鼓膜温度計 この発明は診断および治療処置に用いられる温度測定装置に関する。より詳細 には、この発明は耳の鼓膜からの赤外線輻射から得られる温度計表示値の精度お よび再現性を高める複視角を形成するための特別のセンサ結合構造の使用に関す る。 発明の背景 鼓膜温度測定用システムの開発には最近進展があった。患者病状の診断および 治療に関わる医者および関係者にとって、哺乳動物の体温はずっと以前から重要 な関心事だったのである。手早く無理なく低廉に正確な体温測定を行うことは今 でも重要な仕事である。耳の鼓膜の温度の測定によって精度の高い温度表示が得 られることがわかってきた。鼓膜からの赤外線輻射を集めることによって、無理 のない手順で正確な温度表示が確実に得られる。 上述のとおり、鼓膜の赤外線輻射の利用による温度測定のためのシステムが数 多く提案されてきた。この分野における特許の例にはウッド(Wood)名義の米国特 許第４，８９５，１６４号、ジェイコブ フレイドゥン(Jacob Fraden)博士名義 の同第４，７９７，８４０号、ポンペイほか(Pompei et al)名義の同第５，１９ ９，４３６号などがあり、これら特許番号をここに参照してそれら特許の内容を この明細書に組み入れる。これらのシステムは精度も複雑さもさまざまであるが 、所期の用途において非常に有用であることがわかっており、市場に好意的に受 け入れられている。これまでの成功にも拘わらず、これらシステムは最も値段の 高いものでも深刻な欠点を伴う。その欠点は、得られる表示値の精度および再現 性に関する。 通常の赤外線温度計の表示値は外耳道に対する先端部のはめ合わせの角度およ び深さによって大幅に変動することがわかった。この変動は導波体、外耳道およ び鼓膜に対するセンサ位置の相違に起因する。より特定していうと、センサと鼓 膜との間の配置関係が作動中のセンサの表示値に影響するのである。この配置関 係の変動に伴って、センサは鼓膜の実際の温度とは無関係の表示値の揺らぎを生 ずる。 これらの問題は従来技術によるプローブ構成およびその構成の通常の外耳道へ のはめ合わせを参照することによってよりよく視覚化できる、−−例えば図１お よび図２を参照されたい。図１において、赤外線型温度計の概括的構成素子およ び温度計と人間の耳との間の物理的関係の概略図を示す。この用途において、温 度計は図２に示すとおり外耳道および鼓膜の視野を形成する。図から理解される とおり、温度計の視野は装着者へのはめ合わせの深さおよび角度方向の位置に左 右される。 すなわち、外耳道壁と垂直な面に対して角度をずらすと影響が大きく、外耳道 へのはめ合わせを深くすると鼓膜に対する外耳道の影響が小さくなる。したがっ て、同一の患者についての温度表示値が耳の中への温度計のはめ合わせの具合だ けで違ってくる。外耳道の大きさには個人差があり、それによる相違が加わるの はもちろんである。通常の温度表示値に対するこれら相違の影響を表Ｉ、すなわ ち温度表示値をプローブ位置の関数として示した表に表す。 上述のとおり、この現象はセンサシステムの視野に密接に関連している。この 視野はいくつかの設計事項に影響されるものであり、その主なものは導波体に対 するセンサの相対的位置である。他の要素が同一であれば、小さいセンサに近づ けて配置した大口径導波体は比較的広い視野を有し、大きいセンサ（輻射入射面 の面積の）から比較的大きい距離を隔てて配置した細い導波体は狭い視野を有す る。 センサシステムに対する視野の影響は次のように表現できる。すなわち、視野 の狭いセンサは対象物からの距離（耳の中のプローブの深さ）には比較的無関係 に正確な温度表示値を生ずるが、耳に対するセンサはめ合わせ角度の変位が加わ ると温度表示値（および精度）が大きく揺らぐ。一方、視野の広いセンサは可逆 性を有する。すなわち広視野のセンサはプローブはめ合わせ角度にあまり影響を 受けない温度表示値を生ずる−−がプローブの深さには感度が高い。これらの原 理は図３および図４のグラフからよりよく視覚化できよう。 上述の狭い視野と広い視野とに二分する方法は説明には有用であるが、同一の 視野幅を有する二つのセンサでも見る角度の変動に応じて視野が異なってくる。 これらの性質は、従来の赤外線温度計にみられる種々のセンサ構造の温度表示値 が位置関係に左右されやすいことを示している。 発明の目的および概要 したがって、この発明の目的はプローブ装着を補償し再現性ある正確な温度表 示値を生ずるセンサシステムを有する赤外線温度計を提供することである。 この発明のもう一つの目的は広視野時および狭視野時の表示値を合成し、それ によって温度測定における互いに相異なる装着角度および深さを補償するセンサ システムを有する赤外線温度計を提供することである。 この発明のさらにもう一つの目的は、互いに異なる視野を有し複数の温度表示 値を生ずる複数のセンサを含み上記深さおよび角度に無関係の正確な体温表示値 を得るように信号処理するセンサシステムおよび制御ロジックを提供することで ある。 この発明のさらに他の目的は、制御ロジック付きのセンサシステムであって装 着角度および深さ起因の信号不一致をシステムロジックでセンサデータの相関を とることによって補償しそれによって単一の温度測定値を生ずるセンサシステム を提供することである。 この発明の上記目的およびそれら以外の目的は鼓膜の互いに相異なる視野に関 する少なくとも二つの信号の発生のための分割型センサシステムを備える新規な 赤外線温度計で実現される。このセンサシステムは鼓膜からの赤外線輻射の互い に相異なる割合をそれぞれ受けるように配置した二つ以上の互いに別々のセンサ または赤外線受光素子を含む。これら複数のセンサは種々の視野、例えば変動レ ベルを既知の値にしたり予め設定したりして広視野から狭視野に至る視野を有す る。これらセンサを予めプログラムずみのロジックデバイスに接続する。次に情 報信号を、各センサについての視野の既知の差を考慮に入れた赤外線源の温度の 測定値を得るように相関処理する。 この発明の種々の側面によると、信号処理回路が別々のセンサの各々からの温 度表示値の間の差を分析する。次にそれらの差をメモリ格納値（例えば参照テー ブル）からの、または適切な処理アルゴリズムを用いた別々の測定値からの補正 値の選択に用いる。次にこれら補正値は患者の診断または治療所値用の正確で反 復可能な体温表示値の発生用に用いる。 この発明の上述の特徴は図面に関連づけて次に述べるような特定の実施例にお いてより完全に認識されよう。 図面の説明 図１および図２は従来技術に伴う問題を示し、 図３および図４は広視野および狭視野構成についての温度表示値に対する影響 を示し、 図５はこの発明による赤外線温度計の簡略化された構成を示し、 図６は同じ導波体の内部に広視野および狭視野の両方を生ずることのできる２ モードセンサ結合構造を示し、 図７は図６の２モードセンサ構成の出力を示し、 図８は特定のセンサシステム用の２モードセンサ構成を示し、 図９は他のセンサ結合構造を示す。 発明の説明 まず概略的にいうと、この発明は広視野および狭視野の両方で集められた赤外 線信号の生成によって、互いに異なる外耳道はめ合わせ位置関係を補償するセン サシステムを対象とする。広視野に応答した赤外線情報を狭視野からの信号と組 み合わせて用いることによって、外耳道内へのプローブのはめ合わせのむらに起 因する温度表示値の誤差を適切にプログラムした信号調整で補償する。詳細に述 べると、センサと一体化した信号処理回路が両信号源からの入力を重みづけし参 照テーブルの利用により補正信号を発生して正確で再現性ある温度表示値を生ず る。 上述の概説に基づき図５を参照すると、赤外線温度計の主要構成要素の簡略化 した図が示してある。この図において、温度計装置は作動素子収容のためのハウ ジング１０を備える。詳細にいうと、このハウジングは導波体２０に入来輻射を 供給するように配置された端部の赤外線受入れ開口１５を有する。変形について の種々の特性および種々の価格の導波体、すなわち滑らかで金メッキした管から 光ファイバ束に至る種々の導波体がここに利用可能である。機能的には、この導 波体は入来輻射を集めて妨害なく赤外線センサ３０に導くように設計されている 。センサシステムにも、熱電対列型およびパイロ電気素子型などいくつかの選択 がある。この明細書における説明では、選んだセンサはパイロ電気センサであっ て、パイロ電気素子に本来備わっている信号成分の消去に「整合対」を必要とす るセンサである。 図５を引き続き参照すると、センサ３０は赤外線データを以下に詳述するとお り高品質温度表示値に変換する信号処理回路４０に接続してある。この発明にお いては、広視野および狭視野の両方について信号を生ずるようにセンサ構成を改 変してある。この改変は輻射に関する情報を各々が個別に信号処理回路に供給す る二つ以上のセンサを設けることにより達成する。 それを実現できるセンサの結合構造を図６に示す。より詳細に述べると、図５ のセンサ３０は、実際には、それぞれ処理回路４０に接続した二つの個別のセン サ３２および３４である。第１のセンサ３２は比較的小さく導波体２０の中心線 と同心的であり、狭い視野を有する。一方、外側のセンサ３４はやや大きく導波 体の周囲の外側に配置され、−それによって比較的広い視野を有する。 上述の出力を図７、すなわち導波体とセンサとの断面図に詳しく示す。詳細に 述べると、センサ３２は領域３６で示す視野を有し、センサ３４は領域３８で示 す視野を有する。それぞれの領域はセンサおよび導波体２０の相対位置で示して ある。この図から容易に理解されるとおり、広視野および狭視野赤外線信号成分 はシステム内におけるこれらセンサの結合構造および配置を変更することによっ て発生できる。 次に図８に移ると、上述のセンサ結合構造をパイロ電気センサのシステムにつ いて示してあり、より詳しくいうと、図８Ａはセンサ３２および３４における対 応センサ構成の前面図であり、図８Ｂはプロセッサへの導線を配置した背面から 見た同一の構成を示す。 上述の説明は互いに異なる視野「幅」（すなわち狭または広）を有する互いに 独立のセンサの形成する複数視野に集中して行った。この発明の原理は幅ではな く角度に差のある視野を有する互いに独立のセンサにも適用できる。この差は、 四つの互いに別個の赤外線受光領域１０１−１０４を備えるセンサを示す図９の センサ構成で生成できる。 また、互いに異なる視野を互いに異なる時点で同一のセンサに生じさせること もできる。すなわち、シャッタ機構、回転レンズまたはそれ以外のセンサ・鼓膜 間輻射通路の時間変調手段によりそれは達成可能である。 各結合構造に対応して、入来赤外線データの量的捕捉を行い温度測定を正しく 整合させる補正値を生ずる信号処理回路にセンサを接続する。上述の例では複数 のセンサを導波体について同一の平面上に配置してある。互いに異なる視野を形 成する代替的手法では導波体と一つ以上のセンサとの間の平面上の位置関係を変 化させる。配置を如何なる形で実現するかに関わらず、選ばれた結合構造対応の 温度表示値を調整するようにシステムロジックは予めプログラムしてある。 二つ以上のセンサからの赤外線データの信号処理のための補正値の決定はいく つかの手法により達成できる。例えば、図８Ａの二センサシステムの場合は、単 純化した参照テーブルを内蔵のシステムメモリに形成し格納できる。この例では 、赤外線センサ３２の出力の温度値をセンサ３４のそれから減算しデルタセンサ 値を発生する。その値を用いて上記テーブルから補正値Ｑを引き出し、センサ３ ４からの温度表示値に加えて最終的な温度表示値Ｔに達する。この関係はアルゴ リズムまたは表IIのような表に表現できる。 上述の構成はこの発明の原理の単なる例示にすぎない。例えば、上述のシステ ムは入来赤外線の測定という状況で説明した。この手法は鼓膜温度に部分的に対 応する赤外線信号を鼓膜に向けて送出するセンサを備える能動センサ構成にも応 用できる（フレイドゥン名義米国特許第４，７９７，８４０号参照）。同様にセ ンサ温度と鼓膜温度とを平衡させる正味零赤外線温度計にもこの構成は使える。 この発明の真意と範囲を逸脱することなく当業者には多数の改変や変形が容易に 考えられよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１２月１日 【補正内容】 請求の範囲 １．外耳道内の鼓膜からの赤外線輻射の相関をとることにより体温を測定する装 置であって、手持用ハウジングとそのハウジング内で赤外線輻射を導くように前 記外耳道に挿入するプローブ先端とを含む装置において、 前記プローブ先端と赤外線伝達可能な状態にありセンサ手段に接続されている 赤外線伝達用の導波体手段であって、前記センサ手段が前記導波体手段を基準と する前記鼓膜の不連続的視野を各々が有し視野を互いに異にする少なくとも二つ の赤外線依存信号を生ずる第１の赤外線伝達センサおよび第２の赤外線伝達セン サをさらに含むセンサ手段である導波体手段をさらに含み、 前記導波体手段が前記第１のセンサよりも大きく前記第２のセンサよりも小さ い単一の実効直径を有し、 前記センサの各々からの信号を確認しそれに基づいて、前記外耳道内へのセン サはめ合わせ配置を補償するための補正温度表示値を生ずる信号処理手段をさら に含む 装置。 ２．前記第１のセンサが前記第２のセンサの周辺長よりも大きい周辺長を有する 請求項１記載の装置。 ３．前記第１のセンサがパイロ電気型のものである請求項１記載の装置。 ４．前記第１のセンサが熱電対列型のものである請求項１記載の装置。 ５．前記信号処理手段が温度補正因子の参照テーブル記憶用のデータ記憶手段を 含む請求項１記載の装置。 ６．赤外線輻射を表示することによって鼓膜温度を測定するシステムであって、 赤外線輻射ポートを備えるハウジングと、 前記ハウジング内にあって前記輻射ポートに結合した第１の端部と第２の端部 とを有する導波体手段と、 前記導波体手段と赤外線伝達可能な状態にあり視野を互いに異にする少なくと も二つの赤外線依存信号を生ずるセンサ手段であって、前記ハウジング内に配置 され前記鼓膜の互いに別個の視野をもたらす複数のセンサを含むセンサ手段と、 前記センサ手段から前記赤外線依存信号を受けてそれに基づき補正ずみの温度 表示値を決定するデータ処理手段とを含み、 前記データ処理手段が前記複数のセンサの二つ以上のものの間の出力差により アクセスされる予め記憶ずみの補正値のマトリックスを記憶するメモリを含むシ ステム。 ７．前記複数のセンサが前記導波体の中心線の画する軸のまわりに同心的に配置 されている請求項６記載のシステム。 ８．前記センサ手段について二つの互いに別個の視野が形成されている請求項６ 記載のシステム。 ９．鼓膜からの赤外線輻射に基づき温度表示値の精度および再現性を高める方法 であって、 ａ．導波体の第１の輻射ポートを患者の外耳道にはめる過程と、 ｂ．前記導波体の第２の輻射ポートの近傍の互いに不連続的な位置にそのポー トと赤外線伝達可能な状態で複数の赤外線感応センサを配置する過程と、 ｃ．前記複数の赤外線感応センサからの赤外線輻射依存信号をそれぞれ集めて 前記複数のセンサの各々から別個の温度表示値を生ずる過程と、 ｄ．前記導波体の受光端の互いに異なるはめ合わせ深さおよび位置に起因する 誤差の補正のために前記複数の温度表示値の相関をとって前記鼓膜の補正ずみ温 度を決定する過程であって、前記複数のセンサの間の温度表示値差に基づき記憶 ずみの補正値にアクセスする論理装置により達成される過程と を含む方法。 １０．前記赤外線感応センサがパイロ電気材料で構成されている請求項９記載の 方法。 １１．前記赤外線感応センサが同一平面上にある請求項９記載の方法。 １２．離れた外部目標物からの赤外線輻射の相関をとることによりその目標物の 温度を測定する装置であって、手持用のハウジングとそのハウジング内で赤外線 輻射を導くプローブ先端とを含む装置において、 前記プローブ先端と赤外線伝達可能な状態にありセンサ手段に接続されている 赤外線伝達用の導波体手段であって、前記センサ手段が前記導波体手段を基準と する前記目標物の不連続的視野を各々が有し視野を互いに異にする少なくとも二 つの赤外線依存信号を生ずる第１の赤外線伝達センサおよび第２の赤外線伝達セ ンサをさらに含むセンサ手段である導波体手段と、 前記センサの各々からの信号を確認しそれに基づいて、センサ配置を補償する ための補正温度表示値を生ずる信号処理手段と をさらに含む装置。 １３．前記第１のセンサが前記第２のセンサの周辺長よりも大きい周辺長を有す る請求項１２記載の装置。 １４．前記第１のセンサがパイロ電気型のものである請求項１２記載の装置。 １５．前記第１のセンサが熱電対列型のものである請求項１２記載の装置。 １６．前記信号処理手段が温度補正因子の参照テーブル記憶用のデータ記憶手段 を含む請求項１２記載の装置。 １７．前記温度補正因子が温度補正アルゴリズムを解くことによって計算される 請求項１６記載の装置。 １８．前記信号処理手段が前記第１のセンサおよび前記第２のセンサからの相対 的赤外線表示値に基づき前記参照テーブルの前記補正因子にアクセスする請求項 １６記載の装置。 １９．赤外線輻射を表示することによって鼓膜温度を測定するシステムであって 、 赤外線輻射ポートを備えるハウジングと、 前記ハウジング内にあって前記輻射ポートに結合した第１の端部と第２の端部 とを有する導波体手段と、 前記導波体手段と赤外線伝達可能な状態にあり視野を異にする少なくとも二つ の赤外線依存信号を生ずるセンサ手段と、 前記センサ手段からの前記赤外線依存信号を受けるとともにそれに基づき補正 ずみ温度表示値を決定するデータ処理回路と を含むシステム。 ２０．前記センサ手段が前記鼓膜の別個の視野をもたらすように前記ハウジング 内に配置された複数のセンサを含む請求項１９記載のシステム。 ２１．前記複数のセンサが前記導波体の中心線の画する軸のまわりに同心的に配 置されている請求項２０記載のシステム。 ２２．前記導波体手段が前記センサ手段への二つの別個の輻射経路を形成する手 段を含む請求項１９記載のシステム。 ２３．前記センサ手段につき二つの別個の視野を形成する請求項１９記載のシス テム。 ２４．鼓膜からの赤外線輻射に基づき温度表示値の精度および再現性を高める方 法であって、 ａ．導波体の第１の輻射ポートを患者の外耳道にはめる過程と、 ｂ．前記導波体の第２の輻射ポートの近傍の互いに不連続的な位置にそのポー トと赤外線伝達可能な状態で複数の赤外線感応センサを配置する過程と、 ｃ．前記複数の赤外線感応センサからの赤外線輻射依存信号をそれぞれ集めて 前記複数のセンサの各々から別個の温度表示値を生ずる過程と、 ｄ．前記導波体の前記受光端の互いに異なるはめ合わせ深さおよび位置に起因 する誤差の補正のために前記複数の温度表示値の相関をとって前記鼓膜の補正ず み温度を決定する過程と を含む方法。 ２５．前記赤外線感応センサがパイロ電気材料で構成されている請求項２４記載 の方法。 ２６．前記赤外線感応センサが同一平面上にある請求項２４記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外耳道内の鼓膜からの赤外線輻射の相関をとって体温を測定する装置であっ て、手持用のハウジングとそのハウジング内で赤外線輻射を導くように前記外耳 道に挿入するためのプローブ先端とを含む体温測定装置において、 前記プローブ先端との間で赤外線を伝達できる状態にあってセンサ手段に接続 された導波体を含み、前記センサ手段が、前記導波体を基準とする前記鼓膜の不 連続的視野を各々が有し少なくとも赤外線伝達用の相対視野において互いに異な る少なくとも二つの赤外線表示信号を各々が生ずる第１の赤外線伝達センサおよ び第２の赤外線伝達センサをさらに含み、 前記センサの各々からの信号を確認するとともにそれに基づいて前記外耳道内 におけるセンサ配置状態への補償用の補正温度表示値を生ずる信号処理手段をさ らに含む 体温測定装置。 ２．前記導波体手段が前記第１のセンサよりも大きく前記第２のセンサよりも小 さい単一の実効直径を有する請求項１記載の装置。 ３．前記第１のセンサが前記第２のセンサの実効直径よりも大きい実効直径を有 する請求項１記載の装置。 ４．前記第１のセンサがパイロ電気型のものである請求項１記載の装置。 ５．前記第１のセンサが熱電対列型のものである請求項１記載の装置。 ６．前記信号処理手段が温度補正因子の参照テーブルを記憶するデータ記憶手段 を含む請求項１記載の装置。 ７．前記温度補正因子が温度補正アルゴリズムを解くことにより計算される請求 項１記載の装置。 ８．前記信号処理手段が前記第１のセンサおよび前記第２のセンサからの相対的 赤外線読取表示値に基づき前記参照テーブルの前記補正因子にアクセスする請求 項６記載の装置 ９．赤外線輻射を表示することによって鼓膜温度を測定するシステムにおいて、 赤外線輻射ポートを備えるハウジングと、 前記ハウジング内部に配置され、前記輻射ポートに結合した第１の端部と第２ の端部とを有する導波体と、 前記導波体と赤外線伝達できる状態にあって、相対視野において互いに異なる 少なくとも二つの赤外線依存信号を生ずるセンサ手段と、 前記センサ手段からの前記赤外線依存信号を受けてそれに基づき補正温度表示 値を決定するデータ処理回路と を含むシステム。 １０．前記センサ手段が前記鼓膜の明確な視野をもたらすように前記ハウジング 内に配置した複数のセンサを含む請求項９記載のシステム。 １１．前記データ処理手段が前記複数のセンサの二つ以上の相互間の出力差によ りアクセスする予め記憶ずみの補正値のマトリックスを記憶するメモリを含む請 求項１０記載の赤外線温度計。 １２．前記複数のセンサが前記導波体の中心線の画する軸のまわりに同心的に配 置されている請求項１０記載のシステム。 １３．前記導波体手段が前記センサ手段への二つの明確な経路を形成する手段を 含む請求項９記載の方法。 １４．前記二つの不連続的な視野が前記センサ手段について形成されている請求 項９記載の方法。 １５．鼓膜からの赤外線輻射に基づく温度表示値の精度と再現性とを高める方法 において、 ａ．導波体の第１の輻射ポートを患者の外耳道にはめ合わせる過程と、 ｂ．前記導波体の第２の輻射ポート近傍の不連続的な位置にそのポートと赤外 線伝達可能な状態で複数の赤外線感応センサを配置する過程と、 ｃ．前記複数の赤外線感応センサからの赤外線依存信号を集めて前記複数のセ ンサの各々から複数の不連続な温度表示値を生ずる過程と、 ｄ．前記導波体の受光端の互いに異なる深さおよびはめ合わせに起因する位置 誤差を補正するように前記複数の温度表示値の相関をとって前記鼓膜の補正ずみ 温度を決定する過程と を含む方法。 １６．前記決定過程が前記複数のセンサの間の表示値の差に基づき記憶ずみの補 正値にアクセスする論理装置により達成される請求項１５記載の方法。 １７．前記赤外線感応センサがパイロ電気材料で構成されている請求項１５記載 の方法。 １８．前記赤外線感応センサが同一平面上にある請求項１５記載の方法。