RU222827U1

RU222827U1 - Device for determining and recording the temperature of human body parts for diagnosing pathologies

Info

Publication number: RU222827U1
Application number: RU2023122156U
Authority: RU
Inventors: Сергей Юрьевич Морозов; Валерий Николаевич Барков
Original assignee: Сергей Юрьевич Морозов
Filing date: 2023-08-25
Publication date: 2024-01-18

Abstract

Полезная модель предназначена для определения и регистрации температуры частей тела человека и может быть использована при диагностировании наличия или отсутствия доброкачественных или злокачественных новообразований или других патологий в разных стадиях их развития и позволяет сократить время измерения температуры части тела при диагностировании и повысить удобство пользования устройством. Устройство содержит размещенные в корпусе с дисплеем первый датчик температуры и электронный блок, содержащий микроконтроллер с энергонезависимой памятью, который соединен с дисплеем и первым датчиком температуры, в корпусе устройства установлен сенсор перемещения, соединенный с микроконтроллером, и второй датчик температуры, соединенный с микроконтроллером. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model is intended for determining and recording the temperature of parts of the human body and can be used to diagnose the presence or absence of benign or malignant neoplasms or other pathologies at different stages of their development and allows reducing the time of measuring the temperature of a body part during diagnosis and increasing the ease of use of the device. The device contains a first temperature sensor and an electronic unit housed in a housing with a display, containing a microcontroller with non-volatile memory, which is connected to the display and the first temperature sensor, a displacement sensor connected to the microcontroller, and a second temperature sensor connected to the microcontroller are installed in the device housing. 2 salary f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к средствам медицинской диагностики, предназначена для определения и регистрации температуры частей тела человека и может быть использована при диагностировании наличия или отсутствия доброкачественных или злокачественных новообразований или других патологий в разных стадиях их развития, а также наблюдения и регистрации динамики развития патологий.The utility model relates to medical diagnostic tools, is intended to determine and record the temperature of parts of the human body and can be used to diagnose the presence or absence of benign or malignant neoplasms or other pathologies at different stages of their development, as well as to monitor and record the dynamics of the development of pathologies.

Известны устройства неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биообъекта путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения, например, радиотермометр по патенту РФ №2617276 или патенту на полезную модель №169544.There are known devices for non-invasively measuring the temperature of the internal tissues of a biological object by measuring the intensity of their own electromagnetic radiation, for example, a radiothermometer according to RF patent No. 2617276 or utility model patent No. 169544.

Известны средства диагностики, основанные на формировании магниторезонансных тепловых изображений, такие как система и способ магниторезонансной термографии по патенту РФ №2638278.Diagnostic tools based on the formation of magnetic resonance thermal images are known, such as the system and method of magnetic resonance thermography according to RF patent No. 2638278.

Измерение температур больной или поврежденной ткани может осуществляться посредством поверхностных измерений. Например, способ и устройство формирования изображений по патенту РФ №2732438 предполагают, в частности, приведение поверхностной структуры к опорной температуре, получение последовательных по времени тепловых изображений поверхностной структуры и вычисление представляющей интерес области на основе накопления тепловой энергии поверхностной структурой.Measuring temperatures of diseased or damaged tissue can be done through surface measurements. For example, the imaging method and apparatus according to RF Patent No. 2732438 involve, in particular, bringing a surface structure to a reference temperature, obtaining time-sequential thermal images of the surface structure, and calculating a region of interest based on the thermal energy storage of the surface structure.

Наиболее близким к предлагаемому в заявке решению является устройство для измерения температуры биообъекта по патенту РФ №2267982 (наиболее близкий аналог), выполненное в виде щупа, содержащего датчик температуры и нагревательный элемент, в котором щуп выполнен в виде цилиндра, в обойму которого вставлен датчик температуры с выходом за ее лицевой срез на 3 мм, и снабжен пружиной, выполненной с возможностью фиксации обоймы в цилиндре и обеспечения заданного усилия при контакте датчика температуры с кожей биообъекта и его перемещении на заданное расстояние внутрь цилиндра, а также теплоизолятором, расположенным между датчиком температуры и нагревательным элементом.The closest solution to the solution proposed in the application is a device for measuring the temperature of a biological object according to RF patent No. 2267982 (the closest analogue), made in the form of a probe containing a temperature sensor and a heating element, in which the probe is made in the form of a cylinder into which a temperature sensor is inserted. extending beyond its front cut by 3 mm, and is equipped with a spring designed to fix the holder in the cylinder and provide a specified force when the temperature sensor comes into contact with the skin of the biological object and moves it a specified distance inside the cylinder, as well as a heat insulator located between the temperature sensor and heating element.

Недостатком устройства является необходимость выбирать и в процессе процедуры диагностирования устанавливать начальную температуру датчика, а затем поддерживать ее при помощи дополнительного нагревательного элемента на этом выбранном уровне. Другим недостатком является необходимость применения дополнительной трафаретной маски с отверстиями, которую используют для позиционирования устройства. Это удлиняет процедуру диагностирования и создает неудобства при использовании.The disadvantage of the device is the need to select and, during the diagnostic procedure, set the initial temperature of the sensor, and then maintain it using an additional heating element at this selected level. Another disadvantage is the need for an additional stencil mask with holes, which is used to position the device. This lengthens the diagnostic procedure and creates inconvenience during use.

Технической проблемой, решаемой настоящей полезной моделью, является создание конструкции, позволяющей сократить время измерения температуры части тела при диагностировании.The technical problem solved by this utility model is the creation of a design that makes it possible to reduce the time of measuring the temperature of a body part during diagnosis.

Сущность полезной моделиEssence of a utility model

Для этого в устройстве определения и регистрации температуры частей тела человека для диагностирования патологий, содержащем размещенные в корпусе с дисплеем первый датчик температуры и электронный блок, содержащий микроконтроллер с энергонезависимой памятью, который соединен с дисплеем и первым датчиком температуры,For this purpose, in a device for determining and recording the temperature of parts of the human body for diagnosing pathologies, containing a first temperature sensor housed in a housing with a display and an electronic unit containing a microcontroller with non-volatile memory, which is connected to the display and the first temperature sensor,

в корпусе устройства установлен сенсор перемещения для расчетов и фиксации координат текущей точки измерения температуры, соединенный с микроконтроллером, и второй датчик температуры, соединенный с микроконтроллером, причем первый датчик температуры и второй датчик температуры размещены в обойме, выполненной с возможностью обеспечения заданного усилия контакта с кожей человека и возможностью смещения внутрь корпуса, при этом устройство содержит пьезодинамик для выдачи звуковых сигналов, соединенный с микроконтроллером, и средство для связи с компьютером, соединенное с микроконтроллером.in the device body there is a displacement sensor for calculating and fixing the coordinates of the current temperature measurement point, connected to the microcontroller, and a second temperature sensor connected to the microcontroller, wherein the first temperature sensor and the second temperature sensor are placed in a holder configured to provide a given contact force with the skin person and the possibility of displacement inside the housing, while the device contains a piezospeaker for issuing sound signals, connected to a microcontroller, and a means for communication with a computer, connected to the microcontroller.

Наличие дополнительного датчика температуры и сенсора перемещения в совокупности с другими признаками устройства позволяет исключить такие операции, как принудительный нагрев датчика температуры для поддержания его начальной температуры на выбранном уровне и использование для позиционирования устройства дополнительной трафаретной маски с отверстиями, которую применяют с устройством по патенту №2267982. При этом достигается технический результат, заключающийся в сокращении времени измерения температуры части тела при диагностировании.The presence of an additional temperature sensor and a displacement sensor in combination with other features of the device makes it possible to eliminate such operations as forced heating of the temperature sensor to maintain its initial temperature at the selected level and the use of an additional stencil mask with holes for positioning the device, which is used with the device according to patent No. 2267982 . In this case, a technical result is achieved, which consists in reducing the time of measuring the temperature of a body part during diagnosis.

В частном случае, смещение обоймы внутрь корпуса выполняют с использованием пружины.In a particular case, the displacement of the holder inside the body is performed using a spring.

В другом частном случае, первый датчик температуры и второй датчик температуры выполнены в виде миниатюрных платиновых терморезисторов.In another particular case, the first temperature sensor and the second temperature sensor are made in the form of miniature platinum thermistors.

В другом частном случае, сенсор перемещения представляет собой интегрированное шестиосевое устройство позиционирования, которое объединяет трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр.In another particular case, the motion sensor is an integrated six-axis positioning device that combines a three-axis gyroscope and a three-axis accelerometer.

Пример осуществления полезной модели иллюстрируется чертежами.An example of the implementation of a utility model is illustrated in the drawings.

Фиг. 1 - общий вид устройства определения и регистрации температуры частей тела человека для диагностирования патологий.Fig. 1 - general view of the device for determining and recording the temperature of parts of the human body for diagnosing pathologies.

Фиг. 2 - схема обоймы устройства определения и регистрации температуры частей тела человека для диагностирования патологий, фрагмент.Fig. 2 - diagram of the clip of the device for determining and recording the temperature of parts of the human body for diagnosing pathologies, fragment.

Фиг.3 - структурная схема устройства определения и регистрации температуры частей тела человека.Figure 3 is a block diagram of a device for determining and recording the temperature of parts of the human body.

Фиг. 4 - пример графика измеренных температур на интервале пятидесяти измерений. Осуществление полезной моделиFig. 4 is an example of a graph of measured temperatures over an interval of fifty measurements. Implementation of a utility model

Действие устройства основано на принципе термоконтактного измерения температуры кожной поверхности человека в области проекции исследуемой зоны, которая предоставляет информацию о термофизиологии внутренних частей тела человека. Температура кожи отражает метаболизм и васкуляризацию подкожных тканей. Она может значительно изменяться в результате физиологических процессов, или при возникновении патологии, тепловая проекция которых деформирует температурный рельеф кожи. Поскольку механизм съема информации заключается в оценке температур на коже, двумерные координаты опухоли кодируются координатами полюсов изотерм, что соответствует проекциям на коже, залегающих в теле патологий. При этом третья пространственная координата - глубина залегания Z определяется формулой, вид которой для тепловыделяющей опухоли имеет видThe operation of the device is based on the principle of thermocontact measurement of the temperature of the human skin surface in the projection area of the area under study, which provides information about the thermophysiology of the internal parts of the human body. Skin temperature reflects the metabolism and vascularization of subcutaneous tissues. It can change significantly as a result of physiological processes, or when pathology occurs, the thermal projection of which deforms the temperature relief of the skin. Since the mechanism for collecting information is to estimate temperatures on the skin, the two-dimensional coordinates of the tumor are encoded by the coordinates of the poles of the isotherms, which corresponds to the projections on the skin of pathologies located in the body. In this case, the third spatial coordinate - the depth Z - is determined by the formula, the form of which for a heat-producing tumor has the form

, ,

где Т - текущая температура,where T is the current temperature,

Т₀ - в полюсе изотерм,T ₀ - at the pole of isotherms,

r - текущий радиус.r - current radius.

Для нетепловыделяющей опухоли глубина оценивается формулойFor a non-heat-producing tumor, the depth is estimated by the formula

, ,

где Т_ср - средняя температура в проекции этой опухоли. Это дает возможность использования известного из термосемиотики принципа соответствия локального изменения температуры скрытой в глубине тела патологической области соответствующему виду нозологии (злокачественная или доброкачественная опухоль, воспаление, гематома или другое).where T _av is the average temperature in the projection of this tumor. This makes it possible to use the principle known from thermosemiotics of matching the local temperature change of a pathological area hidden deep in the body with the corresponding type of nosology (malignant or benign tumor, inflammation, hematoma, or others).

Устройство определения и регистрации температуры частей тела человека для диагностирования патологий выполнено портативным, включает корпус 1 с дисплеем 2 и электронным блоком, содержащим микроконтроллер 4 с энергонезависимой памятью, который подключен к автономному источнику 5 питания, соединен с дисплеем 2, пьезодинамиком 6 и сенсором 7 перемещения.The device for determining and recording the temperature of human body parts for diagnosing pathologies is made portable, includes a housing 1 with a display 2 and an electronic unit containing a microcontroller 4 with non-volatile memory, which is connected to an autonomous power source 5, connected to a display 2, a piezodynamic speaker 6 and a displacement sensor 7 .

Передняя часть корпуса 1 выполнена в виде цилиндрического щупа со встроенной обоймой 3, в которой размещены первый датчик 8 температуры и второй датчик 9 температуры, которые снабжены стабилизированным прецизионным источником 10 тока и через усилитель 11 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) присоединены к микроконтроллеру 4. Датчики 8 и 9 выполнены в виде миниатюрных платиновых терморезисторов (серия HEL, Honeywell, погрешность измерения 0,001°С). Первый датчик 8 предназначен для измерения кожной температуры поверхности части тела человека при непосредственном контакте с кожей и установлен так, что его поверхность выступает за лицевой срез обоймы 3, которая может перемещаться и обеспечивать достаточное усилие при контакте датчика 8 температуры с кожей за счет пружины 12. Второй датчик 9 температуры размещен вблизи (<0,5 мм) датчика 8, регистрирует температуру обоймы 3 в процессе последовательных измерений, выполняемых датчиком 8, и, таким образом, обеспечивает фиксацию начальных температур, позволяя оценить и учесть влияние теплопередачи в месте касания щупа поверхности кожи.The front part of the housing 1 is made in the form of a cylindrical probe with a built-in holder 3, which houses the first temperature sensor 8 and the second temperature sensor 9, which are equipped with a stabilized precision current source 10 and are connected to the microcontroller 4 through an amplifier 11 and an analog-to-digital converter (ADC). Sensors 8 and 9 are made in the form of miniature platinum thermistors (HEL series, Honeywell, measurement error 0.001°C). The first sensor 8 is designed to measure the skin temperature of the surface of a part of the human body in direct contact with the skin and is installed so that its surface protrudes beyond the front cut of the clip 3, which can move and provide sufficient force when the temperature sensor 8 comes into contact with the skin due to the spring 12. The second temperature sensor 9 is located close (<0.5 mm) to sensor 8, registers the temperature of the holder 3 in the process of successive measurements performed by sensor 8, and, thus, provides fixation of the initial temperatures, allowing one to evaluate and take into account the influence of heat transfer at the point where the probe touches the surface skin.

Сенсор 7 перемещения представляет собой интегрированное шестиосевое устройство позиционирования, которое объединяет трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр, в качестве которых могут быть применены известные и широко используемые микроэлектромеханические (MEMS) устройства, содержащие в своем составе АЦП.The displacement sensor 7 is an integrated six-axis positioning device that combines a three-axis gyroscope and a three-axis accelerometer, which can be used as well-known and widely used microelectromechanical (MEMS) devices containing an ADC.

На LCD дисплей 2 выводят информацию, характеризующую текущие настройки устройства (именно, количество точек измерения, готовность устройства к измерениям, температуру в помещении) и позволяющую контролировать процесс диагностирования.The LCD display 2 displays information characterizing the current settings of the device (namely, the number of measurement points, readiness of the device for measurements, room temperature) and allows you to control the diagnostic process.

Устройство содержит соединенное с микроконтроллером 4 средство 13 для связи с персональным компьютером (ПК) в виде универсального интерфейса USB, обеспечивающее передачу измеренных и рассчитанных значений температур для их дальнейшей обработки, визуализации и хранения. Также интерфейс USB может быть использован для записи в микроконтроллер 4 управляющей программы, содержащей инструкции по реализации алгоритма диагностирования и исходных данных для нее. В другом варианте выполнения для связи с ПК может применяться спецификация Bluetooth. Соединенный с микроконтроллером 4 пьезодинамик 6 предназначен для выдачи звуковых сигналов.The device contains a means 13 connected to the microcontroller 4 for communication with a personal computer (PC) in the form of a universal USB interface, which ensures the transfer of measured and calculated temperature values for their further processing, visualization and storage. Also, the USB interface can be used to write a control program to the microcontroller 4, containing instructions for implementing the diagnostic algorithm and initial data for it. In another embodiment, the Bluetooth specification may be used for communication with a PC. The piezospeaker 6 connected to the microcontroller 4 is designed to produce sound signals.

Использование заявляемого устройства предполагает следующее. До начала диагностирования подлежащие исследованию участки поверхности кожи очищают обезжиривающим средством. При включении устройства первый датчик 8 температуры фактически измеряет температуру окружающей среды и при его соприкосновении с объектом измерения, имеющего температуру отличную от температуры окружающей среды, начинается процесс нагрева или охлаждения (в зависимости от температуры объекта) датчиков 8 и 9 температуры. При этом также в момент первого касания щупом объекта измерения показания сенсора 7 перемещения о первоначальной позиции в пространстве фиксируются в памяти микроконтроллера 4. После того, как показание первого датчика 8 температуры изменится больше, чем на установленную в настройках разницу температуры окружающей среды и/или показания второго датчика 9 температуры, выполняют непрерывные последовательные измерения первым датчиком 8 и вторым датчиком 9. Количество точек измерения (максимальное количество точек измерения, хранящихся в энергонезависимой памяти, составляет 200) и дискретность отсчетов задаются в качестве исходных данных для управляющей программы микроконтроллера 4. При этом показания второго датчика 9 температуры позволяют учесть влияние теплопередачи в месте касания щупа поверхности кожи следующим образом. В общем виде температуру поверхности кожи в любой i-ый момент времени можно выразить в следующем видеThe use of the proposed device assumes the following. Before diagnosis begins, the areas of the skin surface to be examined are cleaned with a degreasing agent. When the device is turned on, the first temperature sensor 8 actually measures the ambient temperature and when it comes into contact with a measurement object that has a temperature different from the ambient temperature, the process of heating or cooling (depending on the temperature of the object) of the temperature sensors 8 and 9 begins. In this case, also at the moment the probe first touches the measurement object, the readings of the sensor 7 of movement about the initial position in space are recorded in the memory of the microcontroller 4. After the reading of the first temperature sensor 8 changes more than the difference in ambient temperature and/or readings set in the settings of the second temperature sensor 9, perform continuous sequential measurements with the first sensor 8 and the second sensor 9. The number of measurement points (the maximum number of measurement points stored in non-volatile memory is 200) and the discreteness of readings are set as initial data for the control program of the microcontroller 4. In this case the readings of the second temperature sensor 9 make it possible to take into account the influence of heat transfer at the point where the probe touches the skin surface as follows. In general, the temperature of the skin surface at any i-th moment of time can be expressed in the following form

, ,

где k - линейный коэффициент, связывающий разницу температур датчиков 8 и 9 в i-ый момент времени,where k is a linear coefficient relating the temperature difference of sensors 8 and 9 at the i-th moment of time,

T1i - температура первого датчика 8 в i-ый момент времени,T1i - temperature of the first sensor 8 at the i-th moment of time,

T2i - температура второго датчика 9 в i-ый момент времени,T2i - temperature of the second sensor 9 at the i-th moment of time,

Tsi - температура поверхности кожи.Tsi - skin surface temperature.

В общем виде зависимость в i-ый момент времени температуры датчика на границе соединения щупа датчика и поверхности кожи можно выразить в следующем видеIn general, the dependence at the i-th moment of time of the temperature of the sensor at the boundary of the connection of the sensor probe and the skin surface can be expressed in the following form

где Т₀ - значение температуры измеренного объекта,where T ₀ is the temperature value of the measured object,

А₀, A₁, A₂ и т.д. - поправочные коэффициенты, выбор которых зависит от факторов, влияющих на теплопередачу в месте контакта между кожей и датчиком, таких как площадь и усилие взаимодействия при контакте,A ₀ , A ₁ , A ₂ , etc. - correction factors, the choice of which depends on factors affecting heat transfer at the point of contact between the skin and the sensor, such as the area and force of interaction upon contact,

i - время измерения.i - measurement time.

Подставив зависимость (1) в (2), получим следующее:Substituting dependence (1) into (2), we obtain the following:

Таким образом, используя многократные последовательные показания температуры с датчиков 8 и 9 во время нагрева или охлаждения, определяют значение температуры измеренного объектаThus, using multiple sequential temperature readings from sensors 8 and 9 during heating or cooling, the temperature value of the measured object is determined

По завершению заданного количества замеров в памяти микроконтроллера 4 формируется массив значений. Пример графика температур с датчиков 8 и 9, построенного на интервале пятидесяти замеров, показан на фиг. 4.Upon completion of the specified number of measurements, an array of values is formed in the memory of microcontroller 4. An example of a temperature graph from sensors 8 and 9, built over an interval of fifty measurements, is shown in Fig. 4.

Сигнал о готовности к следующему измерению подают на пьезодинамик 6. Устройство перемещают к следующей точке измерения. Во время перемещения по показаниям сенсора 7 перемещения рассчитывают и фиксируют координаты текущей точки измерения. Измерения проводят во всех необходимых точках поверхности кожи и формируют результирующие массивы значений температур, привязанных к координатам текущей точки измерения.A signal indicating readiness for the next measurement is sent to the piezodynamic speaker 6. The device is moved to the next measurement point. While moving according to the readings of the sensor 7, the movements are calculated and the coordinates of the current measurement point are recorded. Measurements are carried out at all necessary points on the skin surface and the resulting arrays of temperature values are formed, linked to the coordinates of the current measurement point.

В результате длительность процедуры исследования минимизируется благодаря исключению многочисленных операций принудительного подогрева датчика температуры и операций, связанных с применением трафаретной маски, за счет автоматического позиционирования щупа.As a result, the duration of the research procedure is minimized due to the elimination of numerous operations of forced heating of the temperature sensor and operations associated with the use of a stencil mask due to automatic positioning of the probe.

Результаты измерений сохраняются в памяти микроконтроллера 4 в виде массивов температурных измерений и могут быть переданы в ПК с использованием интерфейса USB для дальнейшей обработки, визуализации и хранения. Обработка может заключаться в представлении на экране монитора ПК трехмерного изображения внутренних органов в сравнении с аналогичными представлениями обследований в здоровом состояния, либо изображениями при различных нозологиях, введенными в память компьютера. Также результаты текущего диагностирования могут сравниваться с результатами предыдущих обследований для определения динамики изменений.The measurement results are stored in the memory of the microcontroller 4 in the form of arrays of temperature measurements and can be transferred to a PC using the USB interface for further processing, visualization and storage. Processing may consist of presenting a three-dimensional image of internal organs on a PC monitor screen in comparison with similar views of examinations in a healthy state, or images for various nosologies entered into the computer memory. Also, the results of the current diagnosis can be compared with the results of previous examinations to determine the dynamics of changes.

Дополнительными преимуществами предлагаемой полезной модели является повышение удобства пользования устройством и отсутствие искажений показаний измерений, которые могут вноситься синтетическим слоем между телом и окружающей средой используемой в известных решениях трафаретной маски.Additional advantages of the proposed utility model are increased ease of use of the device and the absence of distortion of measurement readings, which can be introduced by the synthetic layer between the body and the environment of the screen mask used in known solutions.

Claims

1. A device for determining and recording the temperature of parts of the human body for diagnosing pathologies, containing a first temperature sensor placed in a housing with a display and an electronic unit containing a microcontroller with non-volatile memory, which is connected to the display and the first temperature sensor, characterized in that it is installed in the housing of the device a displacement sensor for calculating and fixing the coordinates of the current temperature measurement point connected to the microcontroller, and a second temperature sensor connected to the microcontroller, wherein the first temperature sensor and the second temperature sensor are placed in a holder configured to provide a given contact force with human skin and the possibility of displacement inside the housing, the device contains a piezospeaker for producing sound signals, connected to a microcontroller, and a means for communicating with a computer, connected to the microcontroller.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first temperature sensor and the second temperature sensor are made in the form of platinum thermistors.

3. The device according to claim 1, characterized in that the displacement sensor is an integrated six-axis positioning device.