零热通量深部组织温度测量系统的制作方法

零热通量深部组织温度测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了零热通量深部组织温度测量系统，所述零热通量深部组织温度测量系统经由探针来测量体内温度，所述探针具有被布置成零热通量构造的加热器和热传感器。所述测量系统包括控制机制，所述控制机制基于从所述探针获得的数据来确定加热器温度和皮肤温度并且使用这些温度来计算深部组织温度。所述测量系统包括信号接口电缆，所述信号接口电缆具有连接器，在所述连接器处，探针能够可脱开地连接到所述测量系统。所述电缆和附接的所述连接器是所述系统的可移除和可替换的部分，与所述探针分开。所述测量系统提供输出信号，所述输出信号模仿由其它设备使用的标准输入信号配置。
【专利说明】零热通量深部组织温度测量系统
[0001]相关专利申请
[0002]本专利申请包含与下列美国专利申请的主题相关的主题:
[0003]2009年8月31日提交的美国专利申请12/584，108 ；
[0004]2010年4月7日提交的美国专利申请12/798，668 ；
[0005]2010年4月7日提交的美国专利申请12/798，670 ;以及
[0006]2011年2月16日提交的美国临时专利申请61/463，393。
【背景技术】
[0007]本主题涉及用于测量深部组织温度(DTT)作为人类或动物的核心体温指示的系统。更具体地讲，本主题涉及零热通量DTT测量系统的构造和操作，所述零热通量DTT测量系统具有用于连接到一次性DTT探针的电缆接口。
[0008]深部组织温度是对核心温度的间接测量(proxy measure),所述核心温度是身体的质量加权平均温度。希望在许多临床情况下将核心体温保持在正常体温范围内。例如，在围手术周期期间，已表现出维持正常体温以减少许多麻醉和手术的许多不良结果的发生率，包括手术部位感染和出血；因此，有利的是，在手术之前、手术期间和手术之后监控患者的核心体温。当然，为了患者的安全和舒适，并且为了临床医生的便利，非侵入性测量是高度理想的方式。因此，最有利的是，通过置于皮肤上的装置来进行非侵入性DTT测量。
[0009]借助于零热通量装置的非侵入性DTT测量由Fox和Solman在1971年做过描述(Fox RH>Solman AJ.的一种用于从未受损皮肤表面监测人深部体温的新技术。J.Physiol.(《生理学杂志》)1971年I月:212 (2):第8-10页)。因为该测量依赖于无热通量通过进行测量的皮肤区域，所以该技术称为“零热通量”(ZHF)温度测量。如图1所示，Fox/Solman系统利用ZHF温度测量装置10预测核心体温，该ZHF温度测量装置10包括由隔热层22分开的一对热敏电阻器20。由热敏电阻器20感测的温度的差异控制大致平面构造的加热器24的操作，该加热器24停止或阻止热流过装置10的下表面26所接触的皮肤表面区域。比较器29测量感测到的温度的差异，并且向控制器30提供该差异测量值。只要该差异不为零，就操作加热器24。当感测到的温度之间的差异达到零时，满足零热通量条件，根据需要操作加热器24，以维持条件。下表面26处的热敏电阻器20感测与皮肤表面区域的温度接近(如果不等于皮肤表面区域的温度)的温度，其输出在36处被放大，在38处被提供为系统输出。Togawa用DTT测量装置结构改进了 Fox/Solman测量技术，该DTT测量装置结构引起组织中的多维热流。(Togawa T.的 Non-1nvasive Deep Body Temperature Measurement.(非侵入性深部体温测量)在 Rolfe P 编的 Non-1nvasive Physiological Measurements(非侵入性生理测量)。Vol.1.1979.Academic Press, London, pp.261-277 (《非侵入性生理测量》，1979年第I卷，伦敦学术出版社，第261-277页))。Togawa装置将Fox和Solman型的ZHF设计密封在厚的铝外壳中，所述铝外壳具有圆柱形环带构造，用于减少或消除从装置中心到周边的径向热流。
[0010]Fox/Solman装置以及Togawa装置利用身体的正常热通量来控制加热器的操作，从而通过热阻来阻碍源于皮肤的热流，以便实现所需的零热通量条件。这导致了将ZHF温度测量装置的加热器、热阻以及热传感器堆叠的构造，其可能导致得到基本垂直的装置外形。由Togawa的上盖添加的热质量改进了 Fox/Solman设计的稳定性，并且使得深部组织温度的测量更为精确。就这一点而言，因为目标是为了实现使通过装置的热通量为零，所以热阻越大越好。然而，附加的热阻使质量和尺寸增大，而且还增加达到稳定温度所需的时间。
[0011]鉴于Fox/Solman装置以及Togawa装置的尺寸、质量和成本,所以无法推广用后即弃的方式。因此，它们在用完之后必须要进行消毒，这样会使它们受到磨损和撕裂以及无法察觉的损坏。这些装置还必须保存好以再次使用。因此，使用这些装置会增加与零热通量DTT测量相关的成本，而且可能在患者之间造成交叉感染的巨大风险。因此，期望在不损害性能的情况下减小零热通量DTT测量装置的尺寸和质量，以便推广用后即弃的方式。
[0012]在相关的美国专利申请(“相关专利申请”)中描述并示出低成本的、一次性的、零热通量DTT测量装置。根据相关专利申请构造的测量装置被附接到受到皮下组织深部温度感测的人或动物的皮肤。该测量装置由设置于柔性基底表面上的柔性基底和电路构成。所述电路包括:大致平面的加热器，所述大致平面的加热器由导电的铜迹线限定并且环绕所述表面的未受热区域；第一热传感器，所述第一热传感器设置于所述区域内；第二热传感器，所述第二热传感器设置于所述加热器迹线外部；多个接触片，所述多个接触片设置于所述加热器迹线外部；和多条导电迹线，所述多条导电迹线将所述第一热传感器、所述第二热传感器和所述加热器迹线与所述多个接触片连接。柔性基底的各部分折叠在一起，以将第一热传感器和第二热传感器设置成彼此接近。设置于这些部分之间的绝缘层将第一热传感器和第二热传感器分开。所述测量装置针对操作而取向，以便将加热器和第一热传感器定位在绝缘层的一侧，并且将第二热传感器定位在另一侧并紧邻有待测量的皮肤区域。电路在柔性基底表面上的布局会形成薄型的、零热通量DTT测量装置，甚至在各部分折叠在一起时，该装置也是大致平面的。此装置称为“传感器”或“探针”，在下面的说明书中，将此装置称为“探针”，以避免与术语“热传感器”混淆，在说明书中使用术语“热传感器”来表示具有响应于温度变化而变化的电性质的装置。
[0013]假设一次性的轻质探针的构造和性能方面的提升如相关专利申请中所证明，现在期望创建以下系统机制和过程:响应于由这种探针产生的感测数据，迅速产生准确且可靠的温度测量值。具体地讲，需要使用一次性的轻质测量探针测量体内温度的零热通量深部组织温度(DTT)测量系统，所述测量探针包括设置在零热通量构造中的加热器和热传感器。
[0014]另外，这种测量系统可以具有为独立操作而定制的构造。也就是说，不包括可以作为多功能患者监测器的输入而被接受的标准信号输出。然而，期望的是，针对多功能患者监测器而限定的符合标准装置或标准输入信号配置的这种输入信号接口将增加这种零热通量DTT测量系统的灵活性和有效性。

【发明内容】

[0015]在一方面，本公开涉及零热通量DTT测量系统，其具有适于与一次性探针一起使用的简单、成本低的接口。
[0016]在另一方面，本公开涉及简单、有效且成本低的用于控制具有低热质量的重量轻的探针的系统控制机制。[0017]在又一方面，本公开涉及零热通量DTT测量系统，所述零热通量DTT测量系统具有简单的、成本低的输出信号接口，所述输出信号接口符合用于多功能患者监测器的标准输入信号配置。
[0018]这些及其它方面体现在具有单个接口的零热通量DTT测量系统中，其中探针可以与系统连接或断开。
[0019]优选地，用于存储包括热传感器校正系数的系统信息的可编程存储器与加热器和热传感器一起位于探针上。
[0020]这些及其它方面体现在实现控制机制的零热通量DTT测量系统中，所述控制机制检查系统和探针之间的信号导通，验证探针操作，确定皮肤温度和加热器温度，并且用与所测量的皮肤温度和加热器温度相关的安全测量来执行控制循环。
[0021]这些及其它方面体现在包括输出信号接口的零热通量DTT测量系统中，所述输出信号接口符合多功能患者监测器的标准输入信号配置。
[0022]这些及其它方面体现在操作具有加热器和热敏电阻器的零热通量DTT测量探针的方法中，所述零热量DTT测量探针通过以下方式来感测皮肤温度和加热器温度:检查探针和探针控制机制之间的信号导通，验证热传感器的操作，确定热敏电阻器所感测的皮肤温度和加热器的温度，用与所测量的皮肤温度和加热器温度相关的安全测量来执行操作加热器的控制循环。
[0023]这些及其它方面体现在通过以下方式操作零热通量DTT测量探针的方法中:用与同所述探针关联的数据和探针使用信息整体性相关的安全测量执行操作所述探针的控制循环，所述零热通量探针具有加热器、热传感器和可编程存储器。
[0024]在另一方面，本公开涉及信号接口，所述信号接口符合标准装置或标准输入信号配置。
[0025]这个及其它方面体现在用于模仿表征深部组织温度的标准热敏电阻器输出信号的系统和方法中。
【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是包括零热通量DTT测量探针的现有技术的深部组织温度测量系统的示意性框图。
[0027]图2是体现上述问题的解决方案的零热通量DTT测量系统的示图。此示图示出在处理和显示单元与探针之间进行的连接。
[0028]图3是图2的零热通量DTT测量系统的示图，示出了在处理和显示单元与具有标准接口的患者监视器之间进行的连接。
[0029]图4是零热通量DTT测量探针的第一侧截面局部示意图，示出了多层构造的部件。
[0030]图5是图4的探针的第二侧截面局部示意图，所述探针经过旋转以示出多层构造中包括的可编程存储器。
[0031]图6示出装配零热通量DTT测量探针的构造。
[0032]图7是包括图6的探针构造中的元件的电路示意图。
[0033]图8是示出图2的零热通量DTT测量系统的元件的框图。
[0034]图9是示出用于产生符合患者监测器的标准输入信号配置的输出信号的局部电路不意图。
[0035]图1OA是示出图2的零热通量DTT测量系统的机器状态的状态图。
[0036]图10B-10K—起形成示出操作图2的零热能通量DTT测量系统所依据的方法的流程图。
[0037]图11A-11M示出图2的零热通量DTT测量系统操作期间产生的信息屏幕。
[0038]图12是示出用于预热DTT测量探针的优选过程的流程图。
[0039]图13是示出在图12的优选过程中使用的错误偏离函数的曲线族。
[0040]图14是图2的零热通量DTT测量系统的优选加热器安全电路的框图。
[0041]图15是代表性的电子狗构造的平面图，所述电子狗构造被用于对图2的零热通量DTT测量系统进行校正和/或编程。
【具体实施方式】
[0042]零热通量深部组织温度(DTT)测量系统使用零热通量DTT测量探针测量体内温度，所述零热通量DTT测量探针在零热通量构造内包括加热器和热传感器。测量系统包括处理和显示单元，处理和显示单元具有控制机制，控制机制用探针检查信号导通、鉴别探针种类、减少探针的使用计数、基于从探针得到的信息确定加热器和皮肤的温度、以及计算深部组织温度。控制循环实现了与被测量温度相关的安全测量以及与同探针关联的数据和探针使用信息的完整性相关的安全测量。测量系统包括具有附接连接器的信号接口电缆，凭借连接器，探针可以以可脱开的方式物理地电连接到测量系统。电缆和连接器一起构成与探针独立的单个元件，它是系统中可移除并且可替换的部件。由模仿热传感器装置操作的测量系统仿真单元提供表征深部组织温度的标准输出信号。
[0043]零热通量DTT测量探针(下文中简称为“探针”)包括至少两个热传感器、加热器和可编程存储器。例如，这种探针的构造包括柔性基底，至少两个热传感器以空间上隔开的关系设置在柔性基底上。优选地，热传感器通过设置在基底层之间的柔性热绝缘体在各自的基底层上保持空间上隔开的关系。基底至少支承热传感器、分离的热绝缘体、可编程存储器和加热器。探针构造包括具有突出部的周边，凭借突出部，探针与探针信号接口电缆连接器可拆卸地连接。
[0044]尽管依据包括代表性元件的优选实施例描述了具体的零热通量DTT测量系统，但实施例只是示例性的。可能其他实施例将包括比所述实施例多的或少的元件。还有可能，所述元件中的一些将被去除，和/或将添加其他未被描述的元件。此外，一些元件可以与其他元件结合，和/或分拆成更多的元件。
[0045]零热通暈DTT测暈系统
[0046]根据图2，零热通量DTT测量系统40包括处理和显示单元42(以下简称“控制器”)以及探针44。信号接口电缆46具有第一端部和第二端部以及安装至第一端部的连接器48，在第一端部处，探针诸如探针44可以以可移除的方式物理地电连接到系统。信号接口电缆46具有安装至第二端部的连接器50，可以将第二端部插入控制器42中的信号连接器插口52中或从其中移除。信号接口电缆46以及连接器48和50被设置为与探针44分离并且未与探针一起形成的单个集成元件，所述单个集成元件是系统的可移除和可替换部件。在一些方面，可以用连接器48和50使用信号接口电缆46将软件狗45连接到系统或者将软件狗从系统移除。根据图3，控制器42具有输出信号插口 54，电缆55能够可移除地插入输出信号插口，以将仿真单元产生的输出信号导向临床设备诸如多功能患者监测器56。输出信号表征由系统40测得的深部组织温度，并且符合由仿真的温度响应装置产生的信号。控制器42的后表面上的手动操作的C/F按钮59让系统操作员能够选择用于指示温度的量程(摄氏度或华氏度)。
[0047]如在图2中所见，控制器42包括信息显示元件，凭借信息显示元件，以系统操作员可见的形式提供测得的温度、状态指示、提示、警报和其它系统信息。例如，液晶型(LCD)显示器的多功能显示面板43显示测得的温度。
[0048]零热通暈DTT探针的构造
[0049]优选地(但不是必须地)根据相关专利申请构造能够在零热通量DTT测量系统中使用的零热通量DTT测量探针。图4-6中示出了代表图2中的探针44的一次性探针的例子。根据这些图，零热通量DTT测量探针包括支承电路的柔性基底，其中，设置在第一基底层上的加热器迹线限定面对绝热材料层的一侧并围绕着第一基底层的区域的加热器。在所述区域中设置第一热传感器，在加热器外部的第一基底层上设置可编程存储器，在第二基底层上设置第二热传感器，在基底表面上的加热器迹线外部设置多个接触片，并且多条导电迹线将加热器迹线、第一热传感器、第二热传感器和可编程存储器连接到接触片。
[0050]图4是优选探针构造的截面局部示意图。图5是优选探针构造的截面局部示意图，其中截面是从图4的视图旋转而来的。根据图4，探针44包括柔性基底层、绝热材料层和电路。所述电路包括加热器126、第一热传感器140和第二热传感器142。加热器126和第一热传感器140设置在柔性基底层103之内或之上，而且第二热传感器142设置在柔性基底层104之内或之上。第一基底层103和第二基底层104由柔性绝热材料层102隔开。柔性基底层103和104可为分开的部件，但优选它们为围绕绝热材料层折叠的单个柔性基底的部分。优选地，粘合剂膜(未示出)将基底附接到绝缘层102。安装到基底层104—侧的粘合剂材料层105设有可移除衬片(未示出)，以将探针附接到皮肤。优选地，柔性绝缘材料层109位于层102、103和104的上方，并且通过粘合剂膜(未示出)附接到基底层103的一侧。绝缘层109在加热器126和第一热传感器140上延伸。
[0051]如在图5中所见，电路还包括在柔性基底层103之内或之上设置的可编程存储器170和接触片171。可编程存储器170设置在加热器126的外部，优选地设置在加热器126和接触片171之间。接触片171设置在基底层130的区段108上，区段108伸到绝缘层109之外，以便以可分离的方式与固定到电缆46的第一端部的连接器48连接。如将参照其它附图详细说明的，可编程存储器170存储鉴别数据、热传感器校正值、测得的温度数据、探针使用数据和其它信息。假定热传感器140和142是热敏电阻器，则热传感器校正信息包括针对每一个热敏电阻器的一个或多个独特的校正系数。因此，加热器126和接触片171之间的探针44上的可编程存储器170的位置永久地将所存储的热传感器校正信息与探针44关联。因此，消除了永久性地附接到探针的电缆(具有连接器)的需求。此外，由于电缆46和连接器48并不存储独特的校正信息，因此它们可用于任何根据相关应用配置的零热通量DTT测量探针。
[0052]参照图4和图5，探针44设置在人或动物受试者身上，使第二热传感器142最接近皮肤。层102被夹在第一基底层103与第二基底层104之间，以便将加热器126和第一热传感器140与第二热传感器142隔开。在操作中，层102用作第一热传感器和第二热传感器之间的热阻，位于层102最接近皮肤的表面上的第二热传感器142感测皮肤的温度，并且第一热传感器140感测层102远离身体的相对表面处的温度。当第一热传感器140感测到的温度低于第二热传感器142感测到的温度时，使加热器操作，以降低穿过层102和皮肤的热流。当在整个层102上的温度差为零时，穿过层102的热流停止。这就是由第一热传感器140和第二热传感器142感测到的零热通量条件。当零热通量条件出现时，由第二热传感器指示的皮肤温度要不是被解释为核心体温的话，就被解释为深部组织温度。当达到零热通量条件时，根据需要调节加热器126，以维持所述条件。优选地(而非限制性的)，通过改变方波的占空比来调节加热器。
[0053]参照图6，探针44的基底和电路部分的优选构造包括具有连续的区段105、106和108的柔性基底101。优选地(但不必一定如此)，第一(或中心)区段105的形状大致为圆形。第二区段(或“尾部”)106具有较窄的细长矩形的形状，其具有沿第一方向从中心区段105的周边向外延伸的球状端部107。第三部分(或“突出部”)是图5中所示的延伸部分108。突出部108具有在第二方向上从中心区段105的周边向外延伸的宽矩形形状。在突出部108中形成相对凹口 110，以接纳并保持连接器48的各自的弹簧支承的保持器。优选地，尾部106在顺时针方向或逆时针方向上从突出部108偏移小于180°的弧形距离。
[0054]根据图6，电路120设置在柔性基底101上。优选地，但不是必须的，电路120的元件位于柔性基底101的表面121上。电路120至少包括导电加热器迹线、热传感器、可编程存储器、导电连接迹线部分、安装衬垫和接触片。加热器迹线124限定了大致环形的加热器126，该加热器126环绕基底101的区域130，加热器迹线124无任何部分延伸进入该区域内；就这一点而言，当加热器工作时，区域130并未直接受热。区域130占据表面121的大致圆形的部分。更周全地说，区域130是基底101的圆柱形部分，包括图6中所示的表面121的部分、相对表面的对等部分(此图中不可见)以及两者间的实心部分。优选地，但不是必须的，区域130位于中心区段105的中心，并且与加热器126同心。第一热传感器140安装在形成在区域130中的安装衬垫上。第二热传感器142安装在安装衬垫上，所述安装衬垫设置在大致环形的加热器126的外部；优选地，这些安装衬垫大致形成在尾部106的端部附近，例如在尾部的球状端部107的中心中或附近。在一些构造中，可编程存储器170包括安装在探针44上的至少一个多引脚电子电路设备。例如，可编程存储器170可由安装在安装衬垫上的电可擦可编程读/写存储器(EEPROM)构成，所述安装衬垫形成在接近或邻近突出部108的中心区段105上的表面121的一部分上。接触片171在突出部108中形成在表面121上。多个导电迹线部分将第一热传感器、第二热传感器、可编程存储器170和加热器迹线124与多个接触片171连接。优选地，但不是必须的，至少一个接触片171由可编程存储器170和加热器126、第一热传感器140以及第二热传感器142中的一者共用。
[0055]如在图6中所见，优选地，但不是必须的，中心区段105中形成有多个狭缝151、152，以提高柔性基底的柔性和适形性。狭缝从周边朝向中心区段105的中心径向延伸。狭缝限定可彼此独立移动或折曲的区域。加热器迹线124的布局适于容纳狭缝。就这一点而言，加热器迹线沿着Z字形或之字形图案走线，支线的长度从区域130的周边向着较长狭缝151的端部增加，然后在这些端部处分级缩短之后，又在由狭缝限定的区域中大体上向着加热器126的外周边增加。如图所示，加热器的构造具有以区域130为中心的大致环形，但环形被狭缝中断。或者，环形可被视为包括环绕大致连续的中心环带的楔形加热器区域的周边环带。
[0056]优选地，但不是必须的，加热器126具有不均匀的功率密度构造，所述构造可参照图6来理解。在这种构造中，加热器126包括具有第一功率密度的中心部分128(由浅划线表示)，以及周边部分129 (由深划线表示)，所述周边部分129围绕中心部分128且具有比第一功率密度高的第二功率密度。加热器迹线124是连续的并且包括两个端部，第一端部转接到接触片5，第二端部转接到接触片6。然而，由于存在狭缝，因此中心部件128和周边部分129中的每一个包括按顺序布置的多个区段，其中，中心部分128的各区段与周边部分的各区段交替。然而，加热器的环形结构将中心部分128的各区段大体上排列成围绕区域130的中心环带，并且围绕中心部分128排列周边部分129的各区段。当加热器126运转时，中心部分128以第一功率密度产生环绕区域130的中心热环带，周边部分129以第二功率密度产生环绕中心热环带的环形热环带。
[0057]加热器部分128和129的不同功率密度可在每一个部分内保持不变；或者，它们可以变化。功率密度的变化可以是分级的或者连续的。功率密度由加热器迹线124的宽度和/或之字形图案的支线之间的间距(距离)以最简单且最节约的方式建立。例如以电阻方式，因此由加热器迹线产生的功率随迹线的宽度成反比变化。对于任何电阻而言，由加热器迹线产生的功率还与之字形支线(之间的距离)间距成反比变化。
[0058]图7中以示意形式示出了图6中所示的柔性基底101上的电路120。图6中在突出部108上编号为I到6的接触片171对应于图中7中相同编号的元件。所示的接触片的数量仅用于说明。可以使用更多的或更少的接触片；任何具体的数目由设计选择来确定，所述设计选择包括可编程存储器的具体装置构造、加热器构造、热传感器的数目等。在一些构造中，期望将接触片中的一个或多个用于传送到或源于电路120的不止一个元件的电信号，以便使接触片的数量最小化，由此简化电路布局，使突出部108的尺寸和质量最小化，并且减小接口连接器的尺寸。
[0059]优选地，可编程存储器170包括通过安装衬垫被安装至探针44的多引脚EEPR0M。图6和图7示出了一个或多个接触片被电路的至少两个元件共用的构造。就这一点而言:
[0060]第二热传感器142 (TH2)的一根引线和可编程存储器170的引脚I由导电迹线部分连接到接触片I ;
[0061]第一热传感器140、第二热传感器142的引线和可编程存储器170的引脚4由导电迹线部分连接到接触片2 ；
[0062]第一热传感器140 (THl)的一根引线和可编程存储器170的引脚3由导电迹线部分连接到接触片3 ；
[0063]可编程存储器170的引脚2和5由导电迹线部分连接到接触片4 ；
[0064]加热器迹线124的返回端由导电迹线部分连接到接触片5 ;和
[0065]加热器迹线124的输入端由导电迹线部分连接到接触垫片6。
[0066]参见图4至图6，在探针44装配好之后，中心区段105和尾部106围绕着柔性绝缘材料层诸如层102折叠在一起。层102在热传感器之间提供热阻和电绝缘；它还支承成空间上隔开的构造的热传感器。换句话讲，第一热传感器140和第二热传感器142设置在基底材料的各自的层上，所述各自的层由绝缘材料层隔开，其中加热器和第一热传感器面对绝缘材料层的一侧而第二热传感器面对另一侧。
[0067]可按照相关应用中示出的方式，使用材料和部件表中指出的材料来制造和装配探针44，所述探针44具有如图4所示的布置在柔性基底101的一侧或多侧的电路120。优选地，探针被构造成具有加强件，所述加强件包括喷涂、沉积、附连或形成在突出部108上且随后被硬化的单独材料片或材料层。加强件降低了突出部108的柔性，从而使其能够牢靠地连接到连接器或与连接器分离。优选地，参照图4和图6，用于突出部108的这种加强件设置在对应于柔性基底101第二侧的柔性基底101的外表面上。
[0068]探针设计考虑的因素
[0069]相对于零热通量DTT测量探针进行的设计和制造选择可能影响其运行。一种设计选择涉及用于检测零热通量条件的热传感器。考虑到核心体温的重要性，非常期望的是，热传感器产生精确的温度数据，以便对零热通量条件进行可靠检测，并精确预测核心体温。在这种情况下，要在热传感器的准确性和成本之间进行权衡。多种热传感器装置可以用于零热通量DTT测量中。例如，这些装置包括PN结、电阻温度装置和热敏电阻器。热敏电阻器是优选的选择，因为其尺寸小、方便操作、容易使用并且在所关注温度范围内可靠。热敏电阻器的成本相对较低使得它们成为单次使用的一次性探针的理想候选品。
[0070]热敏电阻器的电阻大小会响应于热敏电阻器的温度变化而改变。因此，为了确定温度的大小，对热敏电阻器的电阻进行测量并采用已知关系将其转化为温度值。然而，批次间的制造差异可使热敏电阻器的电阻产生大差异。例如，在给定温度下，低成本的热敏电阻器在不同装置之间可呈现的电阻值为在其±5%的范围内，从而产生的记录的温度为在其±2.5°C的范围内。差异可损害零热通量温度测量的精度和可靠性。因此，虽然期望使用这种热敏电阻器来限制制造零热通量DTT探针的部件和劳动力的成本，但是重要的是校正电阻差异对装置操作的影响。
[0071]可使用已知方法(例如Steinhart-Hart方程)通过校正热敏电阻器的电阻来校正热敏电阻器的电阻差异范围，所述方程需要了解从固定温度下测得的热敏电阻器的电阻值导出的系数。当热敏电阻器在其温度测量模式下运行时，在已知的公式中使用所述系数来修正或调整其所指示的温度大小。此类修正被称作校正。
[0072]系统/探针信号接口
[0073]图6中所示的物理布局和图7的对应电路示出突出部108上探针信号接口连接的位置；图8示出探针44和测量系统40之间的信号接口，它是通过将连接器48以可脱开的方式连接到突出部108上的信号接口位置而建立的。参照这些附图，系统40包括控制器200和信号接口，该信号接口在控制器200的探针44之间传递功率信号、公共信号和数据信号。优选地，接口包括具有连接器48的电缆46，连接器48以可脱开的方式连接到信号连接器插口 52中接纳的连接器50和突出部108。
[0074]假定可编程存储器170包括EEPR0M，则设置的单独的信号路径用于EEPROM接地，且根据图6和图7，热传感器信号路径由EEPROM的不同针脚共用。出于充分理由，这种信号路径配置将用于EEPROM的数字地与用于加热器的直流地(公共地)隔开。假定EEPROM和加热器共用接触片以用于接地。包括连接器48的触点的电缆46具有一定量的电阻。如果加热器126加电，则流经该加热器的电流必须通过接地(公共地)触点返回到控制器200，这就意味着，将会有一些电压形成于触点的探针侧，所述电压等于该线路的电阻乘以流经加热器126的电流。该电压可高达2伏或3伏，这取决于触点的完整性。如果与此同时EEPROM上电源电压变低或者甚至逻辑线路中的一条低于上述产生的电压，则EEPROM会被加上反向偏压，这可能会损坏部件。将加热器和EEPROM接地分开的步骤可消除所有这些损坏EEPROM的可能。因此，需要将加热器与电路的其他元件全都电隔离。因此，根据图7，多个接触片中的第一接触片(例如，接触片5)仅仅连接到加热器迹线的第一末端端部，而多个接触片中的第二接触片(例如，接触片6)仅仅连接到加热器迹线的第二末端端部。
[0075]参照图7和图8，如果热传感器为NTC (负温度系统)热敏电阻器，则接触片2上的公共信号被保持在恒定电压电平，以为EEPROM提供Vcc并且为热敏电阻器提供参考电压。在读出热敏电阻器与计时/读出/写入EEPROM之间的控制，通过热敏电阻器/EEPROM开关电路进行切换。再次假定热传感器是NTC热敏电阻器，则EEPROM中已储存了针对每一个热敏电阻器的一个或多个校正系数。当探针44连接到系统40时，响应于提供给EEPROM的SCL端口的时钟信号，通过SDA端口从EEPROM中读出校正系数。下面的表格总结了接口的示例性构造。
[0076]信号和电特性表
[0077]
【权利要求】
1.一种零热通量温度测量系统(40)，所述零热通量测量系统用于使用探针(44)测量深部组织温度，所述探针具有第一柔性基底层和第二柔性基底层(103、105)，所述第一柔性基底层和所述第二柔性基底层之间夹有绝热材料层(102)和具有电接触片(171)的突出部(108)，其中加热器(126)和第一热传感器(140)设置在所述第一基底层上，第二热传感器(142)和可编程存储器(170)设置在所述第二基底层上，所述系统包括: 控制器(42 )，所述控制器具有信号连接器插口( 52 )和仿真器(227 ); 探针信号接口电缆(46)，所述探针信号接口电缆具有第一端部和第二端部； 第一连接器(48)，所述第一连接器被附接到所述探针信号接口电缆(46)的所述第一端部，以用于可分离地连接到所述突出部(108);和 第二连接器(50)，所述第二连接器被附接到所述探针信号接口电缆(46)的所述第二端部，以用于被插入所述控制器中的所述信号连接器插口(52)中或从所述信号连接器插口(52)中移除； 其中，所述探针信号接口电缆、所述第一连接器和所述第二连接器是与所述探针分开的单个集成元件。
2.根据权利要求1所述的零热通量温度测量系统，包括加热器开关(216)，所述加热器开关通过所述探针信号接口电缆可操作地将脉宽调制驱动信号(219)切换至所述加热器。
3.根据权利要求1所述的零热通量温度测量系统，其中所述控制器包括探针控制逻辑(208)，并且所述零热通量温度测量系统还包括信息开关(222)，所述信息开关具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述信息开关可操作地将来自所述探针信号接口电缆的热敏电阻器信号连接到所述探针控制逻辑，在所述第二状态下，所述信息开关可操作地将来自所述探针信号接口电·缆的可编程存储器信息连接到所述控制逻辑。
4.根据权利要求3所述的零热通量温度测量系统，包括加热器开关(216)，所述加热器开关通过所述探针信号接口电缆可操作地将脉宽调制驱动信号(219)切换至所述加热器。
5.根据权利要求4所述的零热通量温度测量系统，其中所述信息开关装置的所述第一状态通过所述探针信号接口电缆来阻止可编程存储器信号的传送，并且所述信息开关装置的所述第二状态能够通过所述探信号接口电缆进行可编程存储器装置信号的传送。
6.根据权利要求5所述的零热通量温度测量系统，还包括仿真单元(227)和仿真输出电缆(55)，所述仿真单元具有仿真输出插口(54)，所述仿真输出电缆被连接到所述仿真输出插口。
7.根据权利要求6所述的零热通量温度测量系统，其中所述仿真输出单元仿真YS1-400热敏电阻器。
8.一种深部组织温度测量系统(40)，包括: 零热通量测量探针(44)，所述零热通量测量探针具有加热器(126)、可操作地感测加热器温度的第一热传感器(140)、可操作地感测皮肤温度的第二热传感器(142)、可编程存储器(170)、和连接器接口(52)； 处理单元(42)，所述处理单元具有探针信号连接器和仿真器插口(52、54)； 探针信号接口电缆(46)，所述探针信号接口电缆具有第一端部和第二端部； 连接器(48)，所述连接器被附接到所述探针信号接口电缆(46)的所述第一端部，可被连接到探针连接器接口(108)以及可被从所述探针连接器接口(108)移除；连接器(50)，所述连接器被附接到所述探针信号接口电缆(46)的所述第二端部，以用于被插入到所述探针信号连接器插口(52)中以及被从所述探针信号连接器插口(52)移除； 其中所述探针信号接口电缆、所述第一连接器和所述第二连接器是与所述探针分开的单个集成元件；和 热敏电阻器仿真器(227 )，所述热敏电阻器仿真器可操作地在所述仿真器输出插口处提供仿真输出信号。
9.根据权利要求8所述的深部组织温度测量系统，还包括加热器开关(216)，所述加热器开关通过所述探针信号接口电缆可操作地将加热器驱动信号(219)切换至所述加热器(126)。
10.根据权利要求8所述的深部组织温度测量系统，其中所述处理单元包括控制器(200)，并且所述深部组织温度测量系统还包括信息开关(222)，所述信息开关具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述信息开关可操作地将来自所述探针信息接口电缆(46)的热敏电阻器信号连接到所述控制器，在所述第二状态下，所述信息开关可操作地将来自所述探针信号接口电缆(46)的可编程存储器信息连接到所述控制器并且将来自所述控制器的信息连接到所述可编程存储器(170)。
11.根据权利要求10所述的深部组织温度测量系统，包括加热器开关(216)，所述加热器开关通过所述探针信号接口电缆(46)可操作地将脉宽调制驱动信号(219)切换至所述加热器(126)。
12.根据权利要求9所述的深部组织温度测量系统，其中所述信息开关装置的所述第一状态通过所述探针信号接口电缆来阻止可编程存储器信号的传送，并且所述信息开关装置的所述第二状态能够通过所述信号接口电缆进行可编程存储器信号的传送。
13.根据权利要求8所述的深部组织温度测量系统，还包括仿真输出电缆(55)，所述仿真输出电缆被连接到所述仿真输出插口(54)。
14.根据权利要求13所述的深部组织温度测量系统，其中所述热敏电阻器仿真器仿真YS1-400热敏电阻器。
15.一种由零热通量深部组织温度测量控制器使用零通量温度测量探针(44)执行的测量深部组织温度的方法，所述零热通量温度测量探针具有设置在第一基底层(103)上的加热器(126)和第一热传感器(140)以及设置在第二基底层(105)上的第二热传感器(142)可编程存储器(170)，通过所述零热通量深部组织温度测量控制器执行以下步骤: 将信息开关(222)设置为第一状态； 通过所述第一状态下的所述信息开关，从所述可编程存储器读取(265)热敏电阻器校正信息； 将所述信息开关设置为第二状态； 接着通过以下的控制循环来控制所述探针: 通过所述第二状态下的所述信息开关，分别从所述第一热传感器和所述第二热传感器读取加热器温度信号和皮肤温度信号； 通过将所述加热器温度信号和所述皮肤温度信号与所述热敏电阻器校正信息组合来产生加热器温度值和皮肤温度值；基于所述加热器温度值和所述皮肤温度值，产生脉宽调制加热器驱动信号； 将所述加热器驱动信号施加至所述加热器； 将所述皮肤温度值作为深部组织温度显示；以及 如果超过各自的加热器或温度的极限，则关闭所述加热器，否则再次执行所述控制循环。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括由所述零热通量深部组织温度测量控制器响应于所述皮肤温度值执行仿真热传感器输出的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法，其中由所述零热通量深部组织温度测量控制器响应于所述皮肤温度值执行仿真热传感器输出的步骤包括由所述零热通量深部温度测量控制器响应于所述皮肤温度值控制热敏电阻器仿真器的步骤。
18.根据权利要求16所述的方法，其中由所述零热通量深部组织温度测量控制器响应于所述皮肤温度值执行仿真热传感器输出的步骤包括由所述零热通量深部组织温度测量控制器响应于所述皮肤温度值执行仿真YS1-400热敏电阻器的步骤。
19.根据权利要求16所述的方法，其中由所述零热通量深部组织温度测量控制器基于所述加热器温度值和所述皮肤温度值执行产生脉宽调制加热器驱动信号的步骤包括由所述零热通量深部组织温度测量控制器执行以下步骤: 将所述加热器温度值和所述皮 肤温度值组合以获得不同的值； 响应于所述不同的值产生比例-积分-微分值；以及， 将所述比例-积分-微分值施加至电压控制振荡器。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述零热通量深部组织温度测量控制器响应于所述皮肤温度值执行的仿真热传感器输出的步骤包括所述零热通量深部组织温度测量控制器响应于所述皮肤温度值执行仿真YS1-400热敏电阻器的步骤。
21.一种用于测量深部组织温度的组合，包括: 零热通量探针，所述零热通量探针具有夹有绝热材料层的第一柔性基底层和第二柔性基底层、设置在所述第一基底层上的加热器和第一热传感器、设置在所述第二基底层上的第二热传感器和可编程存储器装置、和具有附接至所述探针的电连接接触片的突出部；信号接口电缆，所述信号接口电缆具有第一端部和第二端部、被附接到所述第一端部并且可分离地连接到所述突出部的第一连接器、和被附接到所述第二端部以用于可移除地插入信号连接器插口中的第二连接器； 零热通量控制器，所述零热通量控制器与所述信号连接器插口电气连通并且被构造用于与所述零热通交换信号，以便从所述可编程存储器读取热敏电阻器校正信息并且分别从所述第一热传感器和所述第二热传感器读取加热器温度信号和皮肤温度信号； 其中所述零热通量控制器还被构造用于: 通过将所述加热器温度信号和所述皮肤温度信号与所述热敏电阻器校正信息组合来产生加热器温度值和皮肤温度值； 基于所述加热器温度值和所述皮肤温度值，产生脉宽调制加热器驱动信号； 通过所述信号接口电缆向所述加热器施加所述加热器驱动信号； 将所述皮肤温度值作为深部组织温度值显示；以及， 如果超过各自的加热器或温度的极限，则关闭所述加热器。
22.根据权利要求21所述的测量深部组织温度的组合，其中所述零热通量控制器还被构造用于产生输出信号，所述输出信号仿真热敏电阻器对所述深部组织温度值的响应。
23.根据权利要求21所述的测量深部组织温度的组合，其中所述零热通量控制器还被构造用于通过将所述加热器和所述皮肤温度值之差代入比例-积分-微分公式来产生所述脉宽调制加热器驱动信号。
24.根据权利要求23所述的测量深部组织温度的组合，其中所述零热通量控制器还被构造用于响应于所述皮肤温度值来仿真YS1-400热敏电阻器的输出。
25.一种由控制器执行操作零热通量温度测量探针的方法，所述零热通量温度测量探针具有设置在第一基底层上的加热器和第一热传感器以及设置在第二基底层上的第二热传感器和可编程存储器，通过所述控制器执行以下步骤: 响应于所述零热通量温度测量探针连接到所述控制器: 检查所述加热器的电完整性； 从所述可编程存储器读取与所述探针之前的使用相关的数据值； 如果所述数据值等于极限值，则中断所述控制器的操作；否则， 改变所述数据值以说明当前的使用； 将所述改变的所述数据值写入所述可编程存储器；以及， 用所述零热通量温度测量探针测量深部组织温度。
26.根据权利要求25所述的由控制器执行的方法，其中所述数据值是使用计数，所述极限值为零，并且改变所述数据值的步骤包括递减所述使用计数 。
27.根据权利要求25所述的由控制器执行的方法，其中所述数据值是使用时间，所述极限值为最大时间，并且改变所述数据值的步骤包括递增所述使用时间。
28.一种热敏电阻器仿真系统，包括:输出光敏电阻器；光源，所述光源被设置成产生操作所述光敏电阻器的照射；和控制器，所述控制器被连接以控制所述光源，所述控制器包括仿真控制逻辑，所述仿真控制逻辑可操作地使得所述光敏电阻器模仿热敏电阻器。
29.根据权利要求28所述的热敏电阻器仿真系统，其中所述仿真控制逻辑响应于表达温度的控制信号来控制所述光源。
30.根据权利要求29所述的热敏电阻器仿真系统，其中所述仿真控制逻辑可操作地使得所述光敏电阻器模仿YS1-400热敏电阻器。
31.根据权利要求28所述的热敏电阻器仿真系统，还包括反馈光敏电阻器，所述反馈光敏电阻器被设置成被所述光源照射，其中所述仿真控制逻辑可操作地响应于由所述光源的照射造成的所述反馈光敏电阻器的操作来调节所述输出光敏电阻器。
32.根据权利要求31所述的热敏电阻器仿真系统，其中所述仿真控制逻辑响应于表达温度的控制信号来控制所述光源。
33.根据权利要求32所述的热敏电阻器仿真系统，其中所述仿真控制逻辑可操作地使得所述光敏电阻器模仿YS1-400热敏电阻器。
34.一种用于通过以下方式仿真热敏电阻器的方法:操作照射源以照射输出光敏电阻器，以及执行可操作地控制所述照射源的仿真控制逻辑，以便使得所述光敏电阻器模拟热敏电阻器。
35.根据权利要求34所述的方法，其中通过执行所述仿真控制逻辑，响应于表达温度的控制信号来控制所述光源。
36.根据权利要求35所述的方法，其中通过执行所述仿真控制逻辑，使得所述光敏电阻器模仿YS1-400热敏电阻器。
37.根据权利要求34所述的方法，还包括操作照射源以照射反馈光敏电阻器，其中通过执行所述仿真控制逻辑，响应于由所述光源的照射造成的所述反馈光敏电阻器的操作来调节所述输出光敏电阻器。
38.根据权利要求37所述的方法，其中通过执行所述仿真控制逻辑，响应于代表温度的控制信号来控制所述光源。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述仿真控制逻辑使得所述光敏电阻器模仿YS1-400热敏电阻器。
【文档编号】G01K1/16GK103582806SQ201280021342
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年3月1日 优先权日:2011年5月10日
【发明者】马克·T·比贝里奇, 菲利普·G·迪翁, 加里·L·汉森, 戴维·R·帕尔乔克, 蒂莫西·J·帕拉察尔, 瑞恩·J·斯塔布, 艾伯特·P·范杜伦, 埃莱西亚·怀特, 艾伦·H·齐埃迈尔 申请人:阿瑞赞特医疗保健公司