KR20090097153A - 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스 - Google Patents

심부 온도를 측정하기 위한 디바이스 Download PDF

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KR20090097153A
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core temperature
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알렉산더 패디
올라프 서치
에이미 츙
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 두 쌍의 온도 감지기(8-1a, 8-1b, 8-2a, 8-2b)를 포함하되, 그 사이에 구조(2, 3, 4, 5, 6, 7)을 구비하는, 두 쌍의 온도 감지기와, 하나의 쌍(8-1a, 8-1b)을 통한 열 유량보다 다른 하나의 쌍(8-2a, 8-2b)을 통한 열 유량보다 더 많이 바꾸기 위한 열 유량 조절기(9)를 포함하는 심부(11) 몸체 온도를 측정하기 위한 디바이스 및 시스템을 제공한다. 두 쌍의 온도 감지기의 온도를 측정함으로써, 심부(11) 몸체 온도가 도출될 수 있다. 이 디바이스는 더 많은 설계 자유도를 허용하며, 제조하기가 더 쉽고 더 정확한 심부 온도를 제공한다.

Description

심부 온도를 측정하기 위한 디바이스{DEVICE FOR MEASURING CORE TEMPERATURE}
본 발명은 일반적으로 물체, 이를테면 사람 또는 동물의 몸의 심부 온도를 측정하는 것과 관계있다. 특히, 본 발명은 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스에 대한 것으로서, 디바이스는 물체에 맞서서 위치될 제1 면, 및 상기 제1 면과 실질적으로 마주보는 제2 면을 구비하는 구조와, 상호(mutual) 거리에 위치되고 각각이 제1 면에서 국부 온도를 측정하기 위해 배열된 제1 및 제3 온도 감지기와, 상호 거리에 위치되고 각각이 제2 면에서 국부 온도를 측정하기 위해 배열된 제2 및 제4 온도 감지기를 포함한다.
문서(US5,816,706)는 측정될 물체에 적용하기 위해, 내부 온도를 결정하기 위한 장치를 개시한다. 이 디바이스는 두 개의 구조를 포함하는데, 이 구조들은 알려진 비의 그들 각각의 열 전도도를 갖는다. 두 개의 구조 각각의 양면의 온도를 측정함으로써, 물체의 심부 온도가 두 개의 결합된 방정식 시스템을 풀어서 결정될 수 있다.
이 시스템의 단점은 그것의 성능이 열 전도도의 비에 강하게 의존한다는 것이다. 이 비율은 합리적인 정확성을 위해 커야 하는데, 이것은 종종 또한 적어도 하나의 열 전도도가 다소 낮다는 것을 의미하며, 이는 계속해서 긴 측정 시간을 의미하며 부가적으로, 측정된 몸체로부터 외부로의 자연적인 열 흐름을 상당히 차단(또는 적어도 방해)할 수 있다. 더욱이, 이 비율은 정확히 알려져야 하고 긴 시간 동안 안정적이어야 하며, 두 개의 구조는 온도가 변할 때, 또는 이것이 부정확성을 야기하는 수명 중에 전도도에서 상이한 변화를 나타내지 않을 수 있다. 더욱이, 알려진 그리고 잘-제어된 전도도 비를 갖는 두 개의 구조를 갖는 디바이스를 생성하는 것은, 특히 대량 생산에 있어서 큰 제조 어려움을 야기한다.
본 발명의 목적은 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스를 제공하는 것으로서, 이 디바이스는 제조하기가 더 쉬우며/쉽거나 더 정확한 제조 결과를 제공하고/제공하거나 측정된 몸체로부터 (적어도 스위칭 오프 상태에서) 자연스런 열 흐름을 방해하지 않는다.
위 목적 중 적어도 하나는 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스를 가지고 본 발명에 따라 달성되는데, 디바이스는 물체에 맞서서 위치될 제1 면, 및 상기 제1 면과 실질적으로 마주보는 제2 면을 구비하는 구조와, 상호(mutual) 거리에 위치되고 각각이 제1 면에서 국부 온도를 측정하기 위해 배열된 제1 및 제3 온도 감지기와, 상호 거리에 위치되고 각각이 제2 면에서 국부 온도를 측정하기 위해 배열된 제2 및 제4 온도 감지기를 포함하고, 디바이스는 제1 및 제2 온도 감지기 사이의 국부 열 유량을 제3 및 제4 열 감지기 사이의 국부 열 유량과 상이한 정도로 바꾸기 위한 조절 수단을 포함한다.
"국부 열 유량을 상이한 정도로 바꾼다"는 것은 제1 및 제2 온도 감지기 사이의 열 유량이 변하나 제3 및 제4 감지기 사이의 열 유량에 실질적으로 영향을 미치지 않는다는 것, 또는 적어도 제3 및 제4 감지기 사이의 열 유량이 훨씬 적은 정도로 바뀐다는 것을 의미한다. 이는 양 또는 음일 수 있다.
상이한 열 전도도를 갖는 상이한 구조 대신에, 열 유량을 바꾸기 위한 조절 수단을 제공함으로써, 이제 예컨대 동종의 전도도를 갖는 단일 구조를 사용하는 것이 가능한데, 이것은 훨씬 더 제어가능하고 쉽게 제조가능하다. 더욱이, 열 유량이 적당한 변조 수단을 제공함으로써 크게 바뀔 수 있기 때문에, 디바이스의 동작 범위가 개선될 수 있다.
문서(US6,886,978)가 한 쌍의 온도 감지기를 포함하는 심부 온도 측정 디바이스를 개시하는데, 온도 감지기 사이에 열 절연체가 삽입되어 있고, 가변 온도 가열기를 구비한다. 그러나, 이 디바이스는 단지, 온도의 (특히) 시간-도함수(time-derivatives)의 측정을 이용해서 심부 온도를 측정할 수 있는데, 이는 본래 덜 정확하다. 본 발명은 단지, 두 쌍의 온도 감지기에 의해 직접 측정되는 온도를 이용해서 심부 온도 판독에 필요한 데이터를 획득하도록 한다.
본 발명의 그밖의 이점 및 측면은 종속항에 개시되어 있다.
특히. 제1 및 제2 온도 감지기가 제1 열 전도 상수와 열적으로 결합하고, 제3 및 제4 온도 감지기가 제2 열 전도 상수와 열적으로 결합하는 한편, 제1 및 제2 중 하나와 제3 및 제4 온도 감지기 중 하나와의 임의의 및 모든 조합이 열 전도 상수와 열적으로 결합되는데, 이 상수는 제1 및 제2 열 전도 상수의 최솟치보다 적어도 10배 더 작다. 이것은 실질적으로 독립적으로 온도를 측정하는 두 개의 구조에 대한 추가적인 개선이다. 각 경우에, 제 1 및 제2 감지기가 결합되고, 제3 및 제4 감지기가 결합되는 한편, 그밖의 조합 사이의 상호 결합은 적어도 10배 더 작은데,바람직하게는 적어도 100배 더 작다.
유리하게는, 제1 및 제2 열 전도 상수는 실질적으로 동일하다. 이는 제조하기 매우 쉬운 디바이스를 만들 기회를 제공한다. 이 경우에 양쪽 서브디바이스에 즉, 디바이스의 양쪽 부분에 정확히 동일한 물질 및 구성요소를 이용하는 것이 가능한데, 한 부분은 실질적으로 제1 및 제2 감지기 사이에 있고, 제2 부분은 제3 및 제4 감지기 사이에 있다. 이것은 명백하게 매우 쉽게 생성가능하다. 나아가 열 전도도에 있어서의 임의의 변화가 양쪽 서브디바이스에 유사할 것이라는 것이 매우 가능하다는 이점을 갖는다. 이것은 측정의 정확도에 대한 그것의 영향을 제한한다.
실시예에서, 제1 및 제2 온도 감지기는 구조에 대해서, 실질적으로 서로 마주본다. 또 하나의 실시예에서, 제3 및 제4 온도 감지기는 구조에 대해서, 실질적으로 서로 마주본다. 이 경우에, 이것은 각각의 온도 감지기 쌍들이 서로에 대해 비교적 근접해 있다는 것을 대개 보장할 것이다. 이것은 다음을 보장하거나 적어도 허용하는데, 즉 각각의 쌍의 감지기 사이의 열 결합이 강하나, 둘러싸는 부분(surrounding part) 및 특히 그밖의 (쌍의) 온도 감지기와의 크로스-토크의 영향이 최소화된다는 것을 보장하거나 적어도 허용한다.
특별한 실시예에서, 제1 및/또는 제3 온도 감지기는 그것에 열 결합되는, 제1 면으로부터 일정 거리에 배치될 수 있으며, 제2 및/또는 제4 온도 감지기는 그것에 열 결합되는, 제2 면으로부터 일정 거리에 배치될 수 있는데, 각 경우에 높은 열 전도력을 갖는 열 전도 요소에 의해 결합된다. 또한, 조절 수단은 디바이스의 구조로부터 일정 거리에 배치될 수 있는데, 높은 열 전도력을 갖는 열 전도 요소에 의해 그것에 열 결합된다. 유리하게는, 양호한 열 전도체가 금속 이를테면 알루미늄 또는 구리, 또는 또 하나의 물질 이를테면 흑연을 포함한다. 상기 열 전도체를 둘러싸는 구조의 적어도 부분이 열 절연 물질, 이를테면 폼형(foamed) 플라스틱, kapton(상표) 등으로 만들어질 수 있고, 바람직하게는 만들어진다.
특정한 실시예에서, 조절 수단은 적어도 하나의 가열기 및/냉각기를 포함한다. 이것은 국부 열 유량을 조절하는 매우 실용적인 수단이다. 심부 온도의 정확한 계산을 위해, 제1 및 제2 감지기 사이의 열 유량과 제3 및 제4 감지기 사이의 열 유량 사이의 차이가 상당해야 하는데 이것은 유량이 바람직하게는 적어도 10%만큼 상이하다는 것을 의미한다. 유량에서의 이러한 차이는 적당한 열 유량 조절 요소를 이용함으로써 달성하는 것이 쉬운데, 이는 다음에 설명되는 바와 같다.
각 경우에, 적어도 하나의 가열기 및/또는 냉각기 각각은 측정된 몸체로부터 주변까지의 열 흐름 경로 내에 배치되는데 이것은 실질적으로 제1 및 제2 온도 감지기를 통해 또는 제3 및 제4 온도 감지기를 통해 뻗어 있다. 이러한 가열기 또는 냉각기는 예컨대 제1 면, 제2 면 상에, 또는 구조 내에 위치될 수 있다. 하나의 가열기 및/또는 냉각기에 가변 전력이 제공될 수 있거나, 하나보다 많은 가열기 및/또는 냉각기에 제공될 수 있는데, 각 경우에 주변 조건에 대해 디바이스 강도를 향상시킬 수 있도록 그리고 이에 따라 그것의 정확성을 증가시킬 수 있도록 하기 위해서이다.
특별한 실시예에서, 냉각기는 펠티에(Peltier) 요소, 가변 열 싱크, 팬 및/또는 증발기를, 바람직하게는 증발 유체 콘테이너와 함께 포함한다. 펠티에 요소는 소형이고 강력하며, 잘 제어가능한 냉각기 도구이며, 이러한 도구는 매체의 임의의 흐름을 요구하지 않는다. 팬 및/또는 증발기, 그리고 특히 이들의 조합은 비교적 큰 냉각 전력을 갖는, 매우 단순한 냉각 디바이스인데, 이는 특히, 쉽게 증발하고/하거나 높은 잠열을 갖는 증발 유체, 이를테면 에탄올 등이 이용되는 경우이다. 가변 열 싱크는 높은 열 발산도를 갖는 열 싱크 몸체 및 이동가능한 차폐 수단을 포함할 수 있는데, 차폐 수단은 열 싱크 몸체가 주변으로부터 실질적으로 차폐되는 위치와 열 싱크 몸체가 주변으로 노출되는 위치 사이에서 스위칭할 수 있다. 이 차폐 수단은 바람직하게는, 열 절연 물질을 포함한다.
실시예에서, 가열기는 적어도 제1 열 싱크 부분을 포함하는데, 이 싱크 부분은 제2 열 싱크 부분 및 구조 중 적어도 하나에 대해 이동가능하다. 바람직하게는 제1 열 싱크 부분은 회전가능하거나 평행이동가능하거나 둘 다 가능해서, 제2 부분의 변하는(varying) 영역이 주변으로부터 차폐되도록 한다. 이는 가변 열 싱크의 단순한 실시예로서, 가변 열 싱크는 주변과의 가변 접촉을 만들고 따라서 가변 열 유량을 주변으로 싱크시킬 수 있다. 이것은 계속해서 상이한 온도가 대응하는 온도 감지기에서 도달되게 한다.
실시예에서, 가열기는 펠티에 요소, 또는 저항성 가열기를 포함한다. 이것은 매우 효과적이고 종종 매우 단순하며, 소형의 그리고 잘 제어가능한 가열기이다.
특히, 디바이스는 SpO2 및/또는 StO2 측정 디바이스를 포함하고, 가열기는 상기 SpO2 및또는 StO2 측정 디바이스의 열 생성 요소, 특히 적어도 하나의 LED, 서미스터 및/또는 집적 회로를 포함한다. 이것은 심부 온도 측정 디바이스와 혈액 또는 조직 산소(tissue oxygenation) 측정 디바이스의 유리한 조합이다. 여기서, 유리하게는 이러한 산소 감지기가 방사원을 포함할 수 있는 환경이 이용되는데, 이 방사원은 디바이스의 온도 감지기(들)에 열 결합되는 경우, 변조 수단으로서 작용할 수 있다. 특히, SpO2 및/또는 StO2 측정 디바이스는 적어도 하나의 광원, 바람직하게는 적어도 하나의 LED, 및/또는 적어도 하나의 방사 측정 디바이스 및/또는 집적 회로(예컨대, 대응하는 측정 신호를 처리하기 위함)를 포함하는데, 이것의 각각의 열 생성은 조절 수단으로서 이용될 수 있다.
실시예에서, 조절 수단은 제1 및 제2 열 전도 상수 중 적어도 하나를 바꾸기 위한 수단을 포함한다. 바람직하게는, 이 수단은 제1 면과 제2 면 사이의 거리를 바꾸기 위한 액츄에이터를 포함하고, 더 바람직하게는 제1 및 제2 면 중 하나에 연결된 그리고 제1 면 및 제2 면 중 마주보는 하나를 향해 가리키는 가리킴(pointed) 핀을 포함한다. 이 실시예에서, 디바이스 내에서, 열 결합 자체는 국부적으로 조정가능한데, 즉, 단지 하나의 쌍의 온도 감지기를 위해, 또는 양쪽 쌍을 위해 상이한 방식으로 조정가능하다. 특히, 제1 면과 제2 면 사이의 거리를 변화시키기 위한 액츄에이터를 제공함으로써, 열 결합이 조정될 수 있다. 예컨대, 구조의 부분이 팽창및 수축될 수 있거나, (피에조) 전기적, 기계적 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 또한, 양호한 열 전도체 이를테면 구리 또는 알루미늄 핀을 포함할 수 있는데, 이 핀은 구조의 부분 중 하나에 즉, 온도 감지기 중 하나에 열적으로 연결되는 한편, 핀의 팁이 마주보는 부분 또는 감지기로부터 일정한 작은 (또는 0) 거리에 있고 마주보는 부분 또는 감지기를 향해 가리키도록 위치되어 있고 크기조정 되어 있다. 특히 0인 거리에서 0이 아닌 거리로, 거리를 약간 바꾸는 것이 열 결합 상수를 극적으로 바꿀 것이다.
특별한 실시예에서, 구조는 외측으로 구부러지는 모양을 갖는 부재를 포함고, 바람직하게는 구조는 외측으로 구부러지는 모양을 갖는 부재를 포함하되, 바람직하게는 제1 온도 감지기가 존재하는 부분이 제1 면으로부터 돌출하도록 하는 모양을 갖는 부재를 포함한다. 이러한 방식으로, 제1 온도 감지기는 적합한 방식으로 측정될 물체와 접촉할 것이며, 신뢰할만한 접촉이 제공될 수 있다. 특히, 부재가 해당 기능을 위해 제공될 수 있는데, 이것에 제1 온도 감지기가 부착되어 있거나 부착가능하다. 바람직하게는, 부재는 스프링 힘 또는 탄력을 가할 수 있도록 배열되는데 이것은 제1 면을, 그리고 이에 따라 제1 온도 감지기를, 물체 위로 누를 수 있다.
게다가, 유리하게는, 부재는 유연한 물질, 바람직하게는 스프링, 특히 겹판-스프링(leaf-spring)을 포함한다. "유연한"은 손가락을 가지고 보통의 힘을 가할때 모양이 가시적으로 변할 수 있다는 것을 의미한다. 유연한 부재를 이용하는 이점은 예컨대 변화 이를테면 측정될 물체, 특히 인체 (피부) 내에서의 이동이 더 쉽게 수용될 수 있다는 점이다.
바람직하게는, 부재는 실질적으로 균일한 두께이다. 이 경우에, 열 흐름은 구조 내에서, 특히 부재 내에서 더 고를 것이다. 이것은 계산을 대단히 단순화시키고, 비교적 단순한 근사화가 타당하게 유지하게 한다.
실시예에서, 부재는 층으로 이루어진다. 바람직하게는 부재는 kapton(상표) 또는 네오프렌 층을 포함하고/하거나, 부재의 적어도 하나의 표면 상에 양호한 열 전도체 층을 포함한다. 이러한 층으로 이루어진 구조는 부재의 제1 면 및 제2 면에서 고른 온도 분포를 허용한다. 다시, 이것은 열 흐름 및 계산을 단순화시키고 온도 측정의 정확성을 증가시킨다. 여기에서, 열 전도체는, 그것이 적어도 1W/mK의 열 전도도를 가지며 바람직하게는 금속층을 포함하는 경우, 양호하다. 더욱이, 또 하나의 층, 바람직하게는 중앙 층은 양호한 열 절연체, 이를테면 kapton(상표) 또는 네오프렌을 포함하는데, 이것은 낮은 열 전도도를 바람직한 탄력 특성과 조합한다. 그밖의 물질이 배제되는 것은 아니다.
유리한 실시예에서, 디바이스는 물체 상의 적합한 위치에 디바이스를 유지하기 위한 유지 구성요소를 포함한다. 이 디바이스는 또한 그러한 유지 구성요소 없이, 예컨대 그것을 원하는 위치에 수동으로 유지함으로써 유용할 수 있으나, 그것의 유용성은 그러한 유지 구성요소를 제공함으로써 증가될 수 있다. 그 경우에 디바이스는 동반되지 않은(unattended) 채로 놔 둘 수 있으며 여전히 그것의 기능을 신뢰할만하게 수행할 수 있다. 특히, 유지 구성요소는 부재 주위에 측벽(18)을 포함하고/하거나 물체 상에 디바이스를 고정하기 위한 고정 수단을 포함하고, 더 바람직하게는 접착층 및/또는 띠(strap)를 포함한다. 이러한 측벽은 프리텐션(pretension)을 부재에 제공하는 것에 유리할 수 있는데, 이는 물체와의 신뢰할만한 접촉을 확립하는데 유용하다. 더욱이, 고정 수단은 바람직하게는, 디바이스를 물체에 고정하기 위해 접착층 및/또는 띠를 포함한다. 물론, 물체에 따라서, 그밖의 고정 수단이 예견될 수 있다.
실시예에서, 본 발명에 따른 디바이스는 계산 유닛을 더 포함하는데, 이 계산 유닛은 제1 내지 제4 온도 감지기에 의해 측정된 각각의 온도로부터 몸체 심부온도를 계산하도록 배열된다. 적합한 경우에, 조절 수단은 온도 감지기의 각 세트 사이의 열 유량에서 차이를 갖도록 하기 위해 동작하거나 가동된다. 디바이스가 각각의 온도 판독값(readings)을 제공할 수 있는 것이 충분히 가능하고, 이로부터 당업자 또는 일부 외부 디바이스가 실제 심부 온도를 계산할 수 있으나, 이러한 임무를 수행하기 위해 디바이스 내에 계산 유닛을 제공하는 것이 유리한데 그 이유는 그것이 이러한 인간 또는 외부 계산을 회피하기 때문이다.
당업자가 심부 온도를 위한 공식(formula)을 쉽게 도출할 수 있으나, 단순한 예가 배경 정보를 위해, 도면의 설명에 제공될 것이다.
이러한 또는 유사한 계산을 기초로 해서, 디바이스는 또한, 제1 내지 제4 온도 감지기에 의해 측정된 각각의 온도로부터 몸체 심부 열 저항을 계산하거나, 측정된 몸체의 열 저항을 생리학적 파라미터, 예컨대 측정 대상 피부(skin)의 혈액 퍼퓨젼(perfusion)에 관련시키도록 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스 각각에, 경보 디바이스를 제공하는 것이 가능한데, 이 경보 디바이스는 온도가 너무 높거나 너무 낮을 때 경보 신호를 발한다.
이것은 측정된 몸체 부분 온도, 또는 조절 수단에 의해 야기된 온도와 관계있을 수 있는데, 이를테면 과열된 가열기의 경우에서이다. 경보 신호는 더 먼 관찰자에게 가시적이거나, 가청적이거나, 무선(radio) 신호 등일 수 있다.
디바이스에 통신 수단, 이를테면 인터넷 접속부 또는 무선송신기를 제공해서, 신호 또는 판독치(read out)를 먼 위치에 제공하는 것이 또한 옵션이다.
본 발명은 또한, 온도 측정 시스템과 관계있는데, 이 시스템은 바람직하게는 매트릭스 구조로 제공된, 본 발명에 따른 복수의 디바이스를 포함한다. 매트릭스 구조 또는 그리드는 케이싱 또는 다른 부재로서 포함될 수 있다. 이러한 온도 측정 시스템은 적어도 하나의 디바이스가 심부 몸체 온도를 측정하기 위해 몸체 부분 상의 좋은 지점에 위치된다는 점에서 유리할 수 있다. 실제로, 디바이스에서 심부까지의 거리가 최소화되는 경우가 적절한 측정 위치이다. 이러한 적절한 위치는 수동으로 발견될 수 있으나, 본 발명의 시스템은 상이한 위치에 복수의 시스템을 자동으로 제공해서, 적어도 하나의 디바이스가 심부에 근접해서 위치되도록 할 것이다. 이 디바이스는 비교적 더 정확하고 더 빠른 결과를 제공할 것이다.
본 발명을 요약해서 설명하기 위해, 몇 가지의 바람직한 그러나 단지 예시적이고 비-제한적인 실시예가 도면에 도시될 것이다.
도 1은 본 발명의 디바이스(1)의 실시예를, 수직(side elevational) 단면도로, 매우 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 약간 상이한 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 귀마개로서 이용될 수 있는 디바이스의 또 하나의 실시예를 개략적으 로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 디바이스의 또 하나의 실시예를, 수직(side elevational) 단면도로, 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 다수의 상이한 조절 수단을 갖는, 본 발명에 따른 디바이스를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 디바이스의 또 하나의 실시예를, 횡단면도로, 개략적으로 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 디바이스(1)의 실시예를, 수직(side elevational) 단면도로, 매우 개략적으로 도시한다.
여기서, 2 및 3은 제1 및 제2 구조 부분을 각각 표시하며, 열 절연 부분(4)을 구비한다.
제1 및 제2 열 절연체는 5 및 6으로 각각 표시되며, 절연 부분(7)을 구비한다.
또한, 제1 내지 제4 온도 감지기(8-1a, 8-1b, 8-2a 및 8-2b)가 각각 도시되어 있다. 가열기는 9로 표시되며, 디바이스(1)는 사이에 가상 인터페이스(12)를 구비하는 피부(10) 및 심부(11)를 갖는 몸체 부분 상에 위치된다.
다음에 8로 총칭해서 표시되는 네 개의 온도 감지기는 임의의 적합한 감지기, 이를테면 열전기쌍(thermocouple) 등 일 수 있다. 두 개의 감지기가 디바이스(1)의 피부면 상에 즉, 구조 부분(3) 상에 또는 내에 위치될 수 있으며, 두 개의 감지기는 마주보며 즉, 구조 부분(2) 상에 또는 내에 위치된다. 이러한 구조 부분(2 및 3)은, 감지기가 열 절연체(5 및 6) 상에 직접 또는 그 안에 위치되는 경우, 선택적이라는 것을 주목하자. 구조 부분(2 및 3)은 또한, 양호한 열 전도체, 이를테면 금속으로 이루어져, 동종 온도를 각각의 감지기 면에서 보장할 수 있다. 그 경우에, 열 절연 부분(4)이 감지기 사이에 크로스 토크를 방지하기 위해 요구된다. 부분(4)은 예컨대, 폼, 고무, 또는 그밖의 절연체로 만들어질 수 있다.
열 절연체(5 및 6)는 유사하게, 임의의 열 절연체 이를테면 폼, 또는 다양한 그밖의 플라스틱 등일 수 있다. 그것은 임의의 절연체, 이를테면 공기에 의해 분리되어, 물질 및 비용을 절감하게 할 수 있다. 대안적으로, 그리고 바람직하게, 양쪽 절연체는 동일한 몸체이며, 부분(7)이 그 사이에 전혀 존재하지 않는다. 절연체(5 및 6)의 열 저항은 안정적이고 알려져 있어야 하나, 절연 부분(7)은 높은 열 저항을 가져야 하는데, 이 저항이 알려져 있지 않을 수 있으며/있거나 절연체(5 및 6)의 열 저항보다 훨씬 더 큰 경우 이 저항은 변할 수 있다.
가열기(9)는 감지기(8-1b) 근처에 위치되나, 또한 감지기(8-1a) 근처에, 또는 심지어는 이러한 감지지 사이에 위치될 수 있다. 제1 내지 제4의 표시가 가열기 또는 냉각기 또는 그밖의 조절 수단의 위치로부터 간단히 도출될 수 있다는 것을 주목하자. 이 경우에, 가열기(9)는 간단한 저항 코일이다.
다양한 온도를 측정함으로써 심부 온도를 측정해서 열역학 방정식을 푸는 원리, 몇 가지 배경이 이제 제공될 것이다.
두 개의 열 절연체(5 및 6)는 각각의 열 전도도(K1 및 K2), 그리고 각각의 두께(h1 및 h2)를 갖는다. 위에서 주목된 바와 같이, 이것들은 실질적으로 동일할 수 있다. 피부는 표면과 가상 경계면 사이의 부분으로 간주되고, 경계면 아래에서 온도는 심부 온도와 동일하다고 간주되며, 온도(h0)와 전도도(K0)를 갖는다. 더욱이, 네 개의 감지기(8)는 각각의 온도(T1a, T1b, T2a 및 T2b)를 측정한다.
안정 상태에서, 디바이스(1)의 왼쪽 부분 내에서 즉, 감지기(8-1b) 상부로부터 감지기(8-1a) 하부까지 열 유량은 8-1a 하부로부터 피부까지와 동일하고, 오른쪽 부분에서도 유사하다. 여기서, T심부가 결정될 것이며, K0는 디바이스(1) 전체의 아래에서 동일하다. 몇 가지 간단한 수학적 계산 후에,
Figure 112009033571271-PCT00001
이 되는데, 여기서
Figure 112009033571271-PCT00002
이다.
바람직하게는, 가열기(9)는 왼쪽 부분과 오른쪽 부분 사이의 열 유량 차이가 상당하도록, 또한 왼쪽과 오른쪽 온도 차이에서의 차이가 상당하도록 동작해야 하는데, 이는 특히 ξ=1인 경우이다.
도 2는 약간 상이한 실시예를 개략적으로 도시한다.
여기서, 모든 도면에서와 같이, 유사한 부분은 동일한 참조 번호로 표시되고, 일반적으로 추가로 설명되지는 않을 것이다. 현재 도시된 실시예에서, 부 분(13)은 어떠한 부가적인 디바이스, 이를테면 CPU, 예컨대 심부 온도를 계산하기 위한 계산 유닛을 표시한다. 이러한 부가적인 디바이스는 또한, 알려진 또는 제어가능한 전력을 가질 수 있으며 이 전력은 가열을 위해 이용될 수 있는데, 이는 그것이 별도의 전용 가열기가 아닌 경우에도 그러하다.
도 3은 귀마개로서 이용될 수 있는 디바이스의 또 하나의 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 디바이스는 SpO2 및또는 StO2 감지기를 포함한다.
여기서, 14는 단일의 연속적인 열 절연체를 표시하나, 15는 광원 이를테면 LED 또는 LED 조합을 표시하고, 16은 광 감지기이다.
열 절연체(14)는 유연한 부재일 수 있으며, 귀에 맞게 크기조정 되어 있을 수 있고 모양이 만들어 질 수 있으며, 온도 감지기(8-1a 및 8-2a)를 귀의 내부 부분과 접촉하게 누를 수 있다. 절연체(14)는 예컨대, kapton(상표), 네오프렌 등으로 만들어질 수 있다.
광원(15)은 혈액 또는 조직 산소를 측정하는데 적합한 광원, 이를테면 LED 또는 LED 조합일 수 있는데 이는 두 개의 상이한 파장의, 또는 충분히 넓은 범위의 파장의, 예컨대, 적색광을 방출할 수 있다. 감지기(16)는 반사광의 세기에 대응하는 신호를 제공할 수 있는 광 감지기이다. 감지기는 적어도 위에서 언급된 파장(들)에서 세기를 측정할 수 있어야 하나, 다른방식으로 특별히 제한되지는 않는다.
이 실시예는 다음과 같은 점에서 유리한데, 그것이 임상적으로 중요한 혈액 및/또는 조직 산소를 측정할 뿐만 아니라, 종래의 귀에 삽입가능한 온도 감지 디바이스보다 더 높은 정확도를 갖는 심부 온도를 제공한다는 점에서 유리하며, 이 종 래의 감지 디바이스는 단순히 내부 귀벽의 표면 온도 또는 고막 온도를 측정한다.
도 4는 본 발명에 따른 디바이스의 또 하나의 실시예를, 수직(side elevational) 단면도로, 개략적으로 도시한다.
여기서, 17은 유지 구조를 표시하고, 18은 고정 구조를 표시하며, 19는 중앙 고정기(fixator)를 표시한다.
이 절연체(14)는 외측으로 불룩해진 모양을 갖는 절연 부재로서, 측정될 물체와 감지기 사이에 양호한 열 접촉을 제공한다. 절연체(14)는 탄력적일 수 있어서, 이를테면 일정한 고무일 수 있어서, 대상이 다른 방식으로 이동하거나 모양을 바꿀 때 조차도 접촉을 개선시킬 수 있다.
절연체는 고정 구조(18)에 의해 유지 구조(17) 상에 고정될 수 있는데, 고정 구조는 간단히 클램프, 접착제 등일 수 있다. 중앙 고정기(19)는 그것을 통해 절연체(14)를 안내한다. 대안적으로, 각각이 유지 구조(17)에 고정되는 두 개의 별도의 절연체(14)가 제공될 수 있거나, 단일 외측 불룩부를 갖는 절연체(14)가 제공될 수 있는데, 감지기(8-1a 및 8-2a)는 둘 다 동일 불룩부의 외부 상에 제공된다. 가열기/냉각기(9)가 또한 유지 구조(17)에 삽입된 것으로서 위치될 수 있다. 몸체로부터 주변까지의 열 유량 또한 이 경우에 조절될 것이다.
도 5는 다수의 상이한 조절 수단을 갖는, 본 발명에 따른 디바이스를 개략적으로 도시한다. 이 수단의 각각은 별도로 또는 임의의 조합으로 제공될 수 있다.
이 경우에, 구조 부분(2 및 3) 사이에 공기가 존재하나, 이는 필수적인 것은 아니다.
펠티에 요소(20), 열 싱크(21), 제1 팬(22), 제2 팬(23), 증발 유체(25)를 구비하는 유체 콘테이터(24), 증발 유체의 연무(cloud)(26), 열전도 핀(27) 및 액츄에이터블 스페이서(28)가 도시되어 있다.
펠티에 요소는 소형의 그리고 효율적인 냉각기 수단 또는 가열기 수단이다. 냉각기 수단은 다음과 같은 점에서 유리할 수 있다는 것을 주목하는데, 즉 피부가 적어도 짧은 시간 동안 그리고 작은 영역에서, 심부 몸체 온도보다 더 낮은 예컨대 최대 30℃인 온도를 견디는 것이 쉽게 가능하나, 45℃보다 높은 온도는 고통스러운 것으로 경험된다는 것을 주목하며, 이 온도는 대부분의 경우에 심부 몸체 온도 위 10℃보다 더 작다. 따라서, 냉각기 수단은 더 큰 동작 범위를, 그리고 더 잡음 없는 및 더 많은 정확한 측정치를 제공한다.
열 싱크(21)는 바람직하게는, 두 가지 상황을 제공할 수 있도록 몇 가지 차폐 수단(미도시)을 구비하는 가변 열 싱크이다: 열 싱크가 차폐되기 때문에 열을 싱크할 수 없다는 의미에서 열 싱크가 수동인 제1 상황, 및 차폐가 제거되고 그것이 열을 싱크할 수 있는 제2 상황.
대안적으로, 제1 팬(22)이 제공되는 경우, 열 싱크(21)의 열 싱크 용량은 제1 팬(22)을 턴 온 하거나 오프함으로써 변할 수 있다. 팬(22)은 또한 단독으로 냉각 전력을 제공할 수 있다.
동일한 내용이 디바이스를 통해 냉각 공기 흐름을 제공할 수 있는 제2 팬(23)에도 적용된다. 덧붙여서 또는 대안적으로, 증발 유체, 이를테면 물 또는 알콜 등을 구비하는 유체 콘테이너가 제공되는 경우, 유체의 증발이 해당 증발에 필 요한 잠열을 통해 열을 싱크할 수 있다. 제2 팬(23)이 증발된 유체의 연무(26)를 날려보냄으로써 이 증발을 지지해서, 해당 증발이 가속되도록 할 수 있다.
핀(27)이 감지기(8-2a 및 8-2b) 사이에 열 전도를 제공하는데 이 전도는 8-1a와 8-1b 사이의 것과 상이하며, 이것은 액츄에이터블 스페이서(28)를 작동함으로써 변할 수 있다. 적절한 것은 핀의 물질, 바람직하게는 구리 또는 은과 같은 금속의 열 전도가 그것의 주변, 이 경우에 공기의 것보다 더 높다는 것이다. 열 전도 라인은 이후 핀(27)의 팁 근처에 집중하며 이러한 작은 이동이 효과적인 열 결합을 상당히 변하게 할 수 있다. 그러한 작은 이동은 액츄에이터블 스페이서(28), 이를테면 팽창성 디바이스 또는 피에조-전기 디바이스의 도움으로 발생될 수 있다. 이 경우에 감지기(8-2a 및 8-2b)를 제1 및 제2 온도 감지기로 부를 수 있다는 것을 주목하자.
대안적인 실시예에서, 증발기(23), 유체 콘테이너(24) 및 제2 팬(23)은 구조의 외부에 위치된다. 이는 종종 훨씬 더 실용적인 해결책인데, 도 5에 도시된 실시예에서 구조로부터 증기를 제거하는데 어려움이 있을 수 있으며, 따라서 증발기가 증발에서 문제점이 있을 수 있기 때문이다.
펠티에 요소(20)가 대안적인 실시예로서 또한 외부에 놓일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 디바이스의 또 하나의 실시예를, 횡단면도로, 개략적으로 도시한다.
절연 몸체가 29로 표시되는 한편, 또한 별도의 절연체(30 및 31) 그리고 열 전도체(32 및 33)가 도시되어 있다.
여기서, 감지기(8-1b 및 8-2b)는 감지기(8-1a 및 8-2a)보다 비교적 더 떨어져서 위치된다. 이는 예컨대 디바이스 모양을 응용예의 요건에 적합하게 하는데 그리고 상이한 감지기에서부터 주변까지의 열 유량에 있어서 상이한 차이를 만는데 유리할 수 있다.
본 발명은 일반적으로 물체, 이를테면 사람 또는 동물의 몸의 심부 온도를 측정하는 것에 이용가능하다.

Claims (20)

  1. 물체의 심부(11) 온도를 측정하기 위한 디바이스로서,
    - 구조(2, 3, 4, 5, 6, 7; 14; 29, 30, 31, 32, 33)로서, 물체에 맞서서 위치될 제1 면, 및 상기 제1 면과 실질적으로 마주보는 제2 면을 구비하는, 구조와;
    - 제1 및 제3 온도 감지기(8-1a, 8-2a)로서, 상호(mutual) 거리에 위치되고 각각이 제1 면에서 국부 온도를 측정하기 위해 배열된, 제1 및 제3 온도 감지기와;
    - 제2 및 제4 온도 감지기(8-1b, 8-2b)로서, 상호 거리에 위치되고 각각이 제2 면에서 국부 온도를 측정하기 위해 배열된, 제2 및 제4 온도 감지기를 포함하고;
    조절 수단(9; 13, 15, 16; 20, 21, 22, 23, 24, 27, 28)으로서, 제1(8-1a) 및 제2(8-1b) 온도 감지기 사이의 국부 열 유량을 제3(8-2a) 및 제4(8-2b) 열 감지기 사이의 국부 열 유량과 상이한 정도로 바꾸기 위한, 조절 수단
    을 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서,
    제1 및 제2 온도 감지기(8-1a, 8-1b)가 제1 열 전도 상수를 가지고 열적으로 결합하고, 제3 및 제4 온도 감지기(8-2a, 8-2b)가 제2 열 전도 상수를 가지고 열적으로 결합하는 한편, 제1 및 제2 중 하나와 제3 및 제4 온도 감지기 중 하나와의 임의의 및 모든 조합이 열 전도 상수와 열적으로 결합되는데, 이 상수는 제1 및 제 2 열 전도 상수의 최솟치보다 적어도 10배 더 작은, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  3. 제2 항에 있어서,
    제1 및 제2 열 전도 상수는 실질적으로 동일한, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 및 제2 온도 감지기(8-1a, 8-1b)는 구조(2, 3, 4, 5, 6, 7; 14; 29, 30, 31, 32, 33)에 대해서, 실질적으로 서로 마주보는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 및 제4 온도 감지기(8-2a, 8-2b)는 구조(2, 3, 4, 5, 6, 7; 14; 29, 30, 31, 32, 33)에 대해서, 실질적으로 서로 마주보는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조절 수단(9; 13, 15, 16; 20, 21, 22, 23, 24, 27, 28)은 실질적으로, 제1 및 제2 온도 감지기(8-1a, 8-1b) 및 그 사이에 구조(2, 3, 4, 5, 6, 7; 14; 29, 30, 31, 32, 33)를 포함하는 스택의 상부에 배치되는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조절 수단(9; 13, 15, 16; 20, 21, 22, 23, 24, 27, 28)은 적어도 하나의 가열기(9; 13, 15, 16; 20) 및/또는 냉각기(20; 21, 22, 23, 24, 27, 28)를 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  8. 제7 항에 있어서,
    냉각기는 펠티에(Peltier) 요소(20), 열 싱크(21), 팬(22, 23) 및/또는 증발기를, 바람직하게는 증발 유체 콘테이너(24)와 함께 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    가열기는 펠티에 요소(20), 또는 저항성 가열기(9)를 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  10. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디바이스는 SpO2 및/또는 StO2 측정 디바이스(15, 16)를 포함하고, 가열기는 상기 SpO2 및또는 StO2 측정 디바이스의 열 생성 요소, 특히 적어도 하나의 LED(15), 서미스터(16) 및/또는 집적 회로를 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조절 수단은 제1 및 제2 열 전도 상수 중 적어도 하나를 바꾸기 위한 수단, 바람직하게는 제1 면과 제2 면 사이의 거리를 바꾸기 위한 액츄에이터(28)를 포함하고, 더 바람직하게는 제1 및 제2 면 중 하나에 연결된 그리고 제1 면 및 제2 면 중 마주보는 하나를 향해 가리키는 가리킴(pointed) 핀(27)을 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조(2, 3, 4, 5, 6, 7; 14; 29, 30, 31, 32, 33)는 외측으로 구부러지는 모양을 갖는 부재(14)를 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  13. 제12 항에 있어서,
    부재(14)는 유연한 물질, 바람직하게는 스프링, 특히 겹판-스프링(leaf-spring)을 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  14. 제12항 또는 제13 항에 있어서,
    부재(14)는 실질적으로 균일한 두께인, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  15. 제14 항에 있어서,
    부재(14)는 층으로 이루어지고, 바람직하게는 kapton(상표) 또는 네오프렌 층을 포함하고/하거나, 부재의 적어도 하나의 표면 상에 양호한 열 전도체 층을 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  16. 제12 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체 상의 적합한 위치에 디바이스를 유지하기 위한 유지 구성요소(17)를 포함하고, 바람직하게는 부재(14) 주위에 측벽(18)을 포함하고/하거나 물체 상에 디바이스를 고정하기 위한 고정 수단(18, 19)를 포함하고, 더 바람직하게는 접착층 및/또는 띠(strap)를 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    계산 유닛(13)으로서, 제1 내지 제4 온도 감지기(8)에 의해 측정된 각각의 온도로부터 몸체 심부(11) 온도를 계산하도록 배열된, 계산 유닛(13)을 더 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  18. 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    계산 유닛(13)으로서, 제1 내지 제4 온도 감지기(8)에 의해 측정된 각각의 온도로부터 몸체 심부(11) 열 저항을 계산하도록 배열된, 계산 유닛(13)을 더 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  19. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서, 계산 유닛(13)으로서, 측정된 몸체의 열 저항을 생리학적 파라미터, 특히 측정 몸체 부분의 피부(skin)의 혈액 퍼퓨젼(perfusion)에 관련시키는, 계산 유닛을 더 포함하는, 물체의 심부 온도를 측정하기 위한 디바이스.
  20. 온도 측정 시스템으로서,
    바람직하게는 매트릭스 구조로 제공된, 본 발명에 따른 복수의 디바이스를 포함하는, 온도 측정 시스템.
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