KR20140121183A - 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계 - Google Patents

심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계에 관한 것으로서, 하면이 개방된 케이스; 서로 다른 열전도도를 가지며 상기 케이스 내에서 좌우로 나란히 내장된 각각의 제1 및 제2 열전도 재료; 및 상기 케이스의 상면과 케이스의 개방된 하면의 제1 열전도 재료 또는 제2 열전도 재료에 각각 다수의 서미스터가 전기적으로 연결되어 설치된 회로기판;으로 이루어져, 상기 케이스와 함께 제1 및 제2 열전도 재료를 피부에 댄 상태에서 다수의 서미스터에 의해 측정된 피부온도와 공기온도 및 온도추정 보정계수를 통해 심부의 체온을 계산하여 측정하도록 한 것이며, 목에 걸고 인체의 피부 면, 즉 흉부에 대기만 해도 심부의 체온을 비침습적으로 모니터링 할 수 있으며, 특히 측정 부위를 흉부로 하기 때문에 무구속적인 측정이 가능하기 때문에 기존의 수동 측정방식에 비해 훨씬 효율적이고, 장기간의 심부 체온 모니터링이 가능하다는 효과가 있다.

Description

심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계{SINGLE LAYER THERMOMETER FOR NONINVASIVE AND NONINTRUSIVE DEEP BODY TEMPERATURE MONITORING}
본 발명은 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계에 관한 것으로서, 상세히는 케이스와 서로 다른 열전도도를 갖는 2개의 열전도 재료 및 다수의 서미스터와 전기적으로 연결된 회로기판으로 이루어져, 상기 각 서미스터에 의해 측정된 피부온도를 포함한 다양한 온도의 신호를 회로기판으로 전송하고, 이러한 신호를 바탕으로 상기 회로기판를 통해 심부의 체온을 계산하여 측정하도록 한 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계에 관한 것이다.
일반적으로 사람이나 동물의 체온을 측정하는 체온계로 수술실이나 중환자실에서 주로 사용되는 항문 체온계나 식도 체온계는 센서를 직접 체내에 삽입하므로 매우 침습적이다. 이 때문에 의식이 있는 사람의 장기간 체온 모니터링에 적합하지 않으며 항문 체온계의 경우 항문천공 등의 위험이 있다. 또한 일회용 센서를 이용해야 하므로 경제적으로 비효율적이다.
또한 다른 체온계로써 일반 병실에 입원한 환자의 체온 측정에는 적외선 체온계나 겨드랑이 체온계가 사용된다. 두 체온계 모두 측정시간이 짧다는 장점이 있으나 피측정자의 활동을 구속하므로 장기간의 체온 모니터링에는 적합하지 않다. 더욱이 체온 측정을 위해 간호사가 일정 주기마다 환자를 방문해 체온을 측정하고 수동적으로 체온을 기록하는데, 열성 환자의 경우 체온을 자주 측정해야 하므로 체온을 자동적으로 모니터링 할 수 있는 기술이 필요하다.
한편 또 다른 체온계로써 장기간의 체온 모니터링을 위해 적외선 카메라를 이용하는 경우, 피부 체온을 관찰하므로 외부 환경에 따라 심부 체온을 제대로 반영하지 못하는 단점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2010-0137082호
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 케이스와 서로 다른 열전도도를 갖는 2개의 열전도 재료 및 피부온도 등의 여러 가지 온도를 측정하는 다수의 서미스터(thermistor)와 전기적으로 연결된 회로기판으로 체온계를 구성하여, 상기 각 열전도 재료와 서미스터에 의해 측정한 다양한 온도의 신호를 전송받는 회로기판을 통해 심부의 체온을 계산하여 측정할 수 있도록 한 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계를 제공함에 있다.
다른 목적은 상기 케이스에 연결된 목걸이를 통해 체온계를 목에 걸어 측정 부위를 흉부로 하는 무구속적인 측정이 가능하기 때문에 장기간의 심부 체온 모니터링이 가능한 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 상기 케이스에 회로기판과 연결된 LCD(Liquid Crystal Display)를 설치하여, 계산되어 측정된 심부의 체온을 즉시 표시할 수 있도록 한 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계는, 하면이 개방된 케이스; 서로 다른 열전도도를 가지며 상기 케이스 내에서 좌우로 나란히 내장된 각각의 제1 및 제2 열전도 재료; 상기 케이스 내부의 상단부와 케이스의 개방된 하면의 제1 열전도 재료 또는 제2 열전도 재료에 각각 부착된 다수의 서미스터; 및 상기 각 서미스터와 전기적으로 연결되어 케이스의 상면에 설치된 회로기판;으로 이루어져, 상기 케이스와 함께 제1 및 제2 열전도 재료를 피부에 댄 상태에서 다수의 서미스터에 의해 측정된 피부온도와 공기온도의 신호를 회로기판으로 전송하고, 상기 회로기판에서 온도추정 보정계수(K)와 함께 심부의 체온을 계산하여 측정하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
또, 상기 케이스에 연결하여 설치한 목걸이를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 각 서미스터는, 케이스 하면의 제1 또는 제2 열전도 재료에 설치되어 공기의 온도 피부의 온도를 측정하는 제1 서미스터, 케이스 내의 상단부의 한쪽에 설치되어 제1 열전도 재료를 통과하는 온도를 측정하는 제2 서미스터, 케이스 내의 상단부의 다른 쪽에 설치되어 제2 열전도 재료를 통과하는 온도를 측정하는 제3 서미스터인 것이 바람직하다.
또, 상기 회로기판과 전기적으로 연결되면서 케이스의 상면에 설치되어 측정된 심부의 체온을 표시하도록 한 LCD를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제1 및 제2 열전도 재료는 고무류나 플라스틱류 또는 코르크이며, 상기 고무류는 고무스펀지나 실리콘이고, 상기 플라스틱류는 폴리우레탄 폼이나 아크릴인 것이 바람직하다.
본 발명의 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계에 의하면, 목에 걸고 인체의 피부 면, 즉 흉부에 대기만 해도 심부의 체온을 비침습적으로 모니터링 할 수 있으며, 특히 측정 부위를 흉부로 하기 때문에 무구속적인 측정이 가능하기 때문에 기존의 수동 측정방식에 비해 훨씬 효율적이고, 장기간의 심부 체온 모니터링이 가능하다는 효과가 있다.
또한 비침습적인 방법으로 체온을 측정할 수 있어 사용자 혼자 스스로 측정이 가능하고, LCD가 설치되어 있는 경우에는 사용자가 혼자 측정할 수 있을 뿐만 아니라 심부의 체온을 실시간별로 모니터링하여 확인할 수 있는 효과가 있다.
또 감염 환자의 경우 장기간의 체온 모니터링을 통해 감염의 원인이 되는 바이러스에 대한 정보를 얻을 수 있고, 비침습적이고 무구속적이므로 환자와 임상의 모두에게 친숙한 방법으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또 비침습적 방법으로 사용하므로 체내 감염, 항문천공 등의 위험이 없는 효과가 있다.
더욱이 uHealthcare의 관점에서 보면 측정자 혼자 스스로 측정할 수 있으므로 기존의 uHealthcare 기술에서 해결하지 못했던 심부 체온 모니터링이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비침습 및 무구속적 단층 체온계의 사시도
도 2는 회로기판 및 서미스터의 구성과 함께 나타낸 상기 도 1의 단층 체온계의 사용상태 종단면도
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비침습 및 무구속적 단층 체온계의 사시도
이하, 본 발명에 따른 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비침습 및 무구속적 단층 체온계의 사시도이고, 도 2는 회로기판의 구성과 함께 나타낸 상기 도 1의 단층 체온계의 사용상태 종단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 비침습 및 무구속적 단층 체온계는 메달 또는 펜던트의 형태로 케이스(1), 2개의 제1 열전도 재료(2a)와 제2 열전도 재료(2b), 다수의 서미스터(T1)(T2)(T3), 회로기판(3)으로 이루어져 있다.
상기 케이스(1)는 하면이 개방된 원통형으로 되어 개방된 쪽이 피부 면을 향하도록 되어 있으며, 도면에서는 원통형으로 도시하였지만 하면이 개방된 사각의 통이나 그 외 형상의 통으로 할 수도 있다.
상기 제1 열전도 재료(2a) 및 제2 열전도 재료(2b)는 열전도도가 서로 다른 2개의 재료를 케이스(1) 내에서 나란히 붙여 설치한 것으로서, 고무류 재료나 플라스틱류 재료 또는 코르크 재료를 사용할 수 있다. 고무류 재료로는 고무스펀지나 실리콘 등이 있고 플라스틱류 재료로는 폴리우레탄이나 아크릴 등의 재료가 있으며, 참고로 이와 같은 재료들의 열전도도는 다음과 같다.
고무스펀지(고무 92%) : 0.16(W/mK)
실리콘 : 0.2(W/mK)
폴리우레탄 폼 : 0.003(W/mK)
아크릴 : 0.2(W/mK)
코르크 : 0.04∼0.07(W/mK)
상기 다수의 서미스터(T1)(T2)(T3)는 상기 제1 또는 제2 열전도 재료(2a)(2b)의 하면에 설치되어 공기 중의 온도를 측정하거나 피부와 접촉하여 피부온도를 측정하는 제1 서미스터(T1)와, 상기 제1 열전도 재료(2a) 쪽의 케이스(1) 내의 상단부의 한쪽에 설치되어 피부를 통해 제1 열전도 재료(2a)를 통과하는 온도를 측정하는 제2 서미스터(T2)와, 상기 제2 열전도 재료(2b) 쪽의 케이스(1) 내의 상단부의 다른 쪽에 설치되어 피부를 통해 제2 열전도 재료(2b)를 통과하는 온도를 측정하는 제3 서미스터(T3)로 이루어진다.
상기 회로기판(3)은 케이스(1)의 상면에 설치되어 각 서미스터(T1)(T2)(T3)와 서로 전기적으로 서로 연결되며, 상기 각 서미스터(T1)(T2)(T3)에 의해 측정된 온도의 신호를 전송받아 처리하게 된다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 단층 체온계는 서로 다른 열전도도를 갖는 복수의 제1 및 제2 열전도 재료(2a)(2b)를 나란히 단층으로 구성하여 체온계의 두께를 줄였기 때문에, 약 8mm의 두께와 약 30mm 지름의 소형으로 제작할 수 있으며, 상기 케이스(1)에 목걸이(4)를 연결하여 항시 목에 걸도록 함으로써 특히 흉부에 접촉하여 심부의 체온을 측정하도록 한다.
또한 회로기판(3)과 전기적으로 연결된 각 서미스터(T1)(T2)(T3)에 의해 측정된 심부의 체온은 별도의 체온표시 도구를 상기 회로기판(3)과 전기적으로 연결하여 표시하도록 한다.
다음은 본 발명의 단층 체온계를 구성하고 있는 2개의 제1 및 제2 열전도 재료(2a)(2b)와 회로기판(3)을 통해 심부의 체온을 계산하여 측정하는 과정을 도 2를 참조하면서 설명하도록 한다.
도 2에서 TB는 심부의 체온을 나타내고, T1, T2, T3는 상기한 바와 같이 각각의 서미스터 1, 2, 3으로 측정한 온도, TA 는 외부 공기온도를 나타낸다. 상기 T1, T2, T3는 이와 같이 측정한 온도를 나타내기도 하지만, 각각의 제1과 제2 및 제3 서미스터를 의미하기도 한다.
저항값 RS, R1와 R2는 전기회로의 저항이 직접 삽입되어 회로를 구성하는 것이 아니고, '열저항' 개념이라 하여 열이 심부에서 체온계를 통해 밖으로 전달될 때, 2개의 제1 및 제2 열전도 재료(2a)(2b)가 열흐름에 저항처럼 작용하는 것을 의미한다.(Fourier's law of heat conduction), 또한 Rs는 피부(skin)와 피하조직(subcutaneous tissue)에서의 열저항을, R1과 R2는 열전도도가 다른 제1 열전도 재료(2a)와 제2 열전도 재료(2b)의 열저항을, RA는 체온계 외부 공기의 열저항을 의미한다.
상기한 바와 같은 조건 값에 의해 심부의 체온(TB)을 계산하여 측정하되, 다음과 같은 가정하에 측정을 한다.
가정 1 : 열은 수직방향으로만 흐르고 측정 지역의 열적 조건이 일정하다고 가정한다.
가정 2 : 푸리에의 열전도식 : Fourier's law of heat conduction을 전기적 관점에서 보면, 열전도 재료의 열전도성, 두께와 면적은 열흐름에 대한 저항으로 고려된다.
따라서 Fourier's law of heat conduction는 다음과 같이 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
여기서 q는 열전달율, ΔT는 열이 전달되는 방향으로의 온도 구배, x는 열전도 재료의 두께, k는 열전도계수, A는 열 이동에 대한 표면적, 그리고 Rth는 열저항이다.
도 1의 본 발명의 단층 체온계에는 케이스(1) 내의 왼쪽 및 오른쪽 2개의 제1 및 제2 열전도 재료(2a)(2b)에 의한 열채널이 있다. 왼쪽 제1 열전도 재료(2a)의 열채널은 열이 심부에서 Rs, R1, RA를 차례대로 통과하며 흐르는 것으로 제1 및 제2서미스터(T1, T2)로 온도가 측정된다. 오른쪽 제2 열전도 재료(2b)의 열채널은 열이 심부에서 Rs, R2, RA를 차례대로 통과하며 흐르는 것으로 제3 서미스터(T3)로 온도가 측정된다. 따라서, 푸리에의 열전도식을 각 채널에 적용하면 다음의 수학식 2, 3과 같이 표현할 수 있다. 상기 제1 서미스터(T1)는 본 발명의 단층 체온계에서 2개의 제1 및 제2 열전도 재료(2a)(2b)를 피부에 대었을 때 상기한 바와 같은 과정을 통해 온도를 측정하지만, 2개의 열전도 재료(2a)(2b)를 피부의 대기 전에는 외부 공기의 온도인 TA를 측정하게 된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서 조건값 TB, T1, T2, T3와 TA 등의 의미는 상기한 바와 같다.
따라서 수학식 2와 수학식 3의 연립방정식을 풀면, 최종적으로 조건값 T1, T2, T3, TA를 이용해 심부 온도인 TB를 추정하는 다음과 같은 수학식 4 및 수학식 5가 도출된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
이와 같은 과정에 의해 본 발명의 단층 체온계를 목걸이(4)로 걸어 2개의 열전도 재료(2a)(2b)를 흉부에 밀착시키면, 상기 제1 내지 제3 서미스터(T1, T2, T3)에 의해 측정된 피부온도와 공기온도의 신호를 회로기판(3)으로 전송하고, 상기 회로기판(3)에서는 상기 온도들의 신호와 2개의 제1 및 제2 열전도 재료(2a)(2b)에 의해 구해지는 온도추정 보정계수인 K값을 가지고 상기한 바와 같은 수학식을 이용하여 심부 온도를 계산하여 측정하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비침습 및 무구속적 단층 체온계의 사시도를 도시한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 단층 체온계는 케이스(1)의 상면에 회로기판(3)과 전기적으로 연결된 LCD(5)가 설치되어 있어, 상기 LCD(5)를 통해 제1 및 제2 열전도 재료(2a)(2b)와 회로기판(3)의 각 제1 내지 제3 서미스터(T1, T2, T3)로 계산하여 측정한 심부의 온도를 표시함으로써, 실시간으로 심부 온도를 확인할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1 : 케이스 2a : 제1 열전도 재료
2b : 제2 열전도재료 3 : 회로기판
4 : 목걸이 5 : LCD
T1 : 제1 서미스터 T2 : 제2 서미스터
T3 : 제3 서미스터

Claims (6)

  1. 하면이 개방된 케이스;
    서로 다른 열전도도를 가지며 상기 케이스 내에서 좌우로 나란히 내장된 각각의 제1 및 제2 열전도 재료;
    상기 케이스 내부의 상단부와 이스의 개방된 하면의 제1 열전도 재료 또는 제2 열전도 재료에 각각 부착된 다수의 서미스터; 및
    상기 각 서미스터와 전기적으로 연결되어 케이스의 상면에 설치된 회로기판;으로 이루어져,
    상기 케이스와 함께 제1 및 제2 열전도 재료를 피부에 댄 상태에서 다수의 서미스터에 의해 측정된 피부온도와 공기온도의 신호를 회로기판으로 전송하고, 상기 회로기판에서 온도추정 보정계수(K)와 함께 심부의 체온을 계산하여 측정하도록 한 것을 특징으로 하는 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스에 연결하여 설치한 목걸이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 서미스터는, 케이스 하면의 제1 또는 제2 열전도 재료에 설치되어 공기의 온도 피부의 온도를 측정하는 제1 서미스터, 케이스 내의 상단부의 한쪽에 설치되어 제1 열전도 재료를 통과하는 온도를 측정하는 제2 서미스터, 케이스 내의 상단부의 다른 쪽에 설치되어 제2 열전도 재료를 통과하는 온도를 측정하는 제3 서미스터인 것을 특징으로 하는 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로기판과 전기적으로 연결되면서 케이스의 상면에 설치되어 측정된 심부의 체온을 표시하도록 한 LCD를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 열전도 재료는 고무류나 플라스틱류 또는 코르크인 것을 특징으로 하는 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고무류는 고무스펀지나 실리콘이며, 상기 플라스틱류는 폴리우레탄 폼이나 아크릴인 것을 특징으로 하는 심부 체온 모니터링을 위한 비침습 및 무구속적 단층 체온계.
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