FR3149970A1 - Procédé de commande d’un thermomètre - Google Patents

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Vivien SCHMITT
Jérémy MAIROT
Sébastien JULIEN
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T&s Technology & Strategy Engineering
Biosynex SA
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T&s Tech & Strategy Engineering
T&s Technology & Strategy Engineering
Biosynex SA
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    • G—PHYSICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de commande comportant les étapes suivantes :a) déclenchement d’une prise de température,b) réalisation de N mesures, N étant un nombre entier naturel supérieur ou égal à 2,c) calcul d’un indice de dispersion des N mesures par l’unité de commande (16),d) si l’indice de dispersion est inférieur à une valeur seuil (σ0) prédéterminée, alors le thermomètre fournit une information de température (I), etsi l’indice de dispersion est supérieur ou égal à une valeur seuil (σ0) prédéterminée, alors le thermomètre fournit une information représentative d’une fiabilité insuffisante (E). Figure pour l'abrégé :1

Description

Procédé de commande d’un thermomètre Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un procédé de commande d’un thermomètre à usage médical.
L’invention concerne plus particulièrement un procédé permettant de détecter une fiabilité insuffisante de la mesure de température.
 Arrière-plan technique
Pour faciliter la prise de température sur un patient il est devenu courant d’utiliser des thermomètres électroniques dits « sans contact », par exemple sous forme d’un boîtier muni d’une poignée de prise en main et d’un capteur apte à mesurer la température du patient à distance de la peau, notamment en visant une partie du corps, par exemple la tempe ou le front du patient.
Les normes (ISO 80601-2-56) imposent une grande fiabilité des mesures fournies par les thermomètres pour un usage médical. En particulier, les protocoles de tests sont de plus en plus stricts.
Les protocoles testent en particulier la fiabilité de la mesure en milieu électromagnétique perturbé.
Pour des raisons de réduction de coûts, les fabricants de thermomètre utilisent des composants électroniques qui peuvent être suffisamment précis pour un usage médical mais sensibles aux perturbations magnétiques, notamment dans un environnement perturbé par un champ électromagnétique important.
En outre, les conditions d’utilisation du thermomètre à usage médical ne sont pas toujours optimales par exemple lors d'une mauvaise manipulation ou d’un tremblement de l'opérateur et peuvent impacter la fiabilité de la mesure. Dans ce cas, les mesures de températures peuvent être instables.
Par conséquent, il existe un besoin de détecter ces instabilités pour s’assurer de la fiabilité de la mesure de température.
L’invention propose un procédé de commande d’un thermomètre « sans contact » à usage médical comportant un mode de prise de température corporelle apte à fournir une information de température, le thermomètre comportant :
- un boîtier,
- un capteur apte à fournir un signal électrique représentatif d’une température mesurée, et
- une unité de commande apte à interroger le capteur et à traiter le signal reçu du capteur pour fournir une mesure de température,
le procédé comportant les étapes suivantes :
a) déclenchement d’une prise de température,
b) réalisation de N mesures, N étant un nombre entier naturel supérieur ou égal à 2,
c) calcul d’un indice de dispersion des N mesures par l’unité de commande,
d) si l’indice de dispersion est inférieur à une valeur seuil prédéterminée, alors le thermomètre fournit une information de température, et
si l’indice de dispersion est supérieur ou égal à une valeur seuil prédéterminée, alors le thermomètre fournit une information représentative d’une fiabilité insuffisante..
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
- l’indice de dispersion des N mesures est un écart type de Pearson ;
- l’indice de dispersion des N mesures est un écart type standard, une normalisation ou un médian normalisé ;
- l’information de température fournie correspond à la moyenne des N mesures ;
- le procédé est mis en œuvre au cours d’une période de temps inférieure ou égale à 400ms ;
- N est supérieur ou égal à 20 ;
- le capteur présentant au moins deux modes de mesure, le procédé comporte une étape initiale de sélection du mode de mesure parmi les modes de mesure suivants :
- un mode dit « body » pour mesurer une température corporelle, et/ou
- un mode dit « surface » pour mesurer une température d’un corps inerte ;
- le procédé de détermination de la température par l’unité de commande dépend du mode sélectionné :
- pour le mode « body » : le procédé de détermination correspond à un algorithme mathématique qui prend en compte l’émissivité de la peau, une mesure de température de surface ainsi qu’une mesure de température ambiante,
- pour le mode « surface » : le procédé de détermination correspond à un algorithme mathématique qui prend en compte l’émissivité de l’eau et une mesure de température de surface ;
- la mesure de température est donnée avec une précision de 0,1°C;
- le thermomètre est un thermomètre à infrarouge.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
est une vue générale en perspective d’un thermomètre apte à mettre en œuvre un procédé selon l’invention ;
est un schéma bloc montrant les éléments du thermomètre de la impliqués dans le procédé selon l’invention ;
est un organigramme montrant les différentes étapes d’un procédé selon l’invention.
 Description détaillée de l'invention
Pour la description de l'invention et la compréhension des revendications, on adoptera à titre non limitatif et sans référence limitative à la gravité terrestre les orientations verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué aux figures dont les axes longitudinal L et transversal T s’étendent dans un plan horizontal. Par convention, l’axe longitudinal L est orienté de l’arrière vers l’avant et l’axe vertical V est orienté du bas vers le haut.
Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence.
Les figures 1 et 2 représentent un thermomètre 11 sans contact à usage médical apte à mettre en œuvre un procédé selon l’invention.
Dans l’exemple représenté, le thermomètre 11 est un thermomètre infrarouge permettant une mesure de température par quantification de l’énergie radiative émise dans la bande spectrale de l’infrarouge par un corps. Le corps peut être celui d’une personne (mode body) ou un corps inerte (liquide ou solide en mode surface). Le thermomètre 11 effectue des mesures de température à distance du corps, la distance optimale pour une mesure étant de l’ordre de 2 à 5 cm.
En variante, le thermomètre 11 pourrait utiliser une autre technologie que l’infrarouge.
Le thermomètre 11 comporte :
- un boîtier 10,
- un capteur 12 de température,
- une unité de commande 16, et
- une alimentation électrique 24.
Le boîtier 10 présente la forme générale d’un pistolet présentant un manche 28 surmonté d’une tête 30. La tête 30 du boîtier 10 s’étend selon une direction principale d’élongation longitudinale entre une extrémité arrière et une extrémité avant. L’extrémité avant de la tête 30 comporte un orifice de visée 26 permettant au rayonnement infrarouge d’atteindre le capteur 12. L’extrémité arrière de la tête 30 comporte un écran d’affichage 20.
Le manche 28 du boîtier 10 s’étend selon une direction principale d’élongation sensiblement verticale entre une extrémité inférieure apte à reposer sur un socle 22 et une extrémité supérieure reliée à la tête 30.
Le manche 28 a une forme sensiblement cylindrique et comporte une face latérale 38 délimitée par les génératrices du cylindre. Dans un mode d’utilisation préféré, l’utilisateur saisit le manche en serrant le poing autour de la face latérale 38 du manche 28. Le manche 28 comporte une gâchette 18 sur une portion latérale avant située sous l’index d’un utilisateur dans le mode d’utilisation préféré.
Le socle 22 présente une forme générale en L, la base du L comporte une embase 32 de réception du manche 28. L’extrémité supérieure du L comporte un appui 34 permettant de recevoir l’extrémité avant de la tête 30.
Le capteur 12 est apte à fournir un signal 14 électrique représentatif d’une température mesurée. Le capteur 12 est par exemple un capteur à infrarouge dont une de ses caractéristiques électriques est modifiée en fonction de l’énergie radiative reçue, les caractéristiques électriques impactant le signal 14 électrique de sortie. Le signal 14 est par exemple une tension. Le signal électrique fourni par le capteur se situe par exemple dans une plage de tensions de -2 à 10 millivolts.
Le capteur peut être une thermopile couplée à un filtre de bande passante 8-14µm. Le capteur est par exemple monté dans un cône métallique améliorant la stabilité thermique du capteur. Il est possible d'envisager un autre montage du capteur.
L’unité de commande 16 est apte à interroger le capteur 12 et à traiter le signal 14 reçu du capteur 12 pour fournir une mesure de température. L’unité de commande 16 comprend par exemple un microcontrôleur et un CAN (acronyme pour « convertisseur analogique numérique » permettant de numériser la tension fournie par le capteur. Le temps de traitement de l’information par le microcontrôleur est prévu pour ne pas dépasser 400ms.
L’alimentation électrique 24 comporte par exemple une batterie (non visible) présente dans le boîtier 10 et une alimentation filaire 36 présente dans le socle 22. Lorsque le boîtier 10 est mis en place sur le socle 22, le boîtier est relié électriquement à l’alimentation filaire 36 par un contact électrique dans l’extrémité inférieure du manche 28 permettant de charger la batterie.
Le thermomètre 11 est portatif. La batterie présente une autonomie de plusieurs heures permettant notamment à un personnel soignant d’embarquer le thermomètre 11 pour une tournée de visites auprès des patients.
Un procédé de commande du thermomètre 11 selon un mode de réalisation de l’invention va être décrit plus spécifiquement en référence à la .
Le procédé comporte principalement quatre étapes a) à d).
Dans une première étape a) du procédé, l’utilisateur déclenche une prise de température. La prise de température est classiquement déclenchée par un appui sur un bouton. Le déclenchement de la prise de température se produit par exemple lorsqu’un utilisateur appuie sur la gâchette 18.
Dans une deuxième étape b) du procédé, l’unité de commande 16 commande la réalisation de N mesures par le capteur 12 de température. La réalisation d’une mesure consiste typiquement à numériser puis enregistrer la valeur de tension en sortie du capteur 12 de température. Les N mesures de température sont réalisées selon une période de temps définie par l’unité de commande 16. Cette période est choisie de manière à pourvoir rendre détectable la perturbation électromagnétique. N est un nombre entier naturel supérieur ou égal à 2. Avantageusement, N est supérieur ou égal à 20. Dans le cadre du mode de réalisation préféré, le microcontrôleur est capable de réaliser un maximum de 20 mesures dans une période de temps de 400ms.
Dans une troisième étape c) du procédé de l’invention, l’unité de commande 16 calcule un indice de dispersion des N mesures. Le calcul de l’indice de dispersion est réalisé dans la période courante. Il résulte de l’exécution d’un algorithme de calcul propre à l’indice de dispersion choisi et qui sera détaillé dans ce qui suit pour différents exemples d’indices de dispersion.
Dans une quatrième étape d) du procédé de l’invention, l’unité de commande 16 envoie à l’écran d’affichage une information à afficher qui dépend de la valeur de l’indice de dispersion. Dans un premier cas, si l’indice de dispersion est inférieur à une valeur seuil prédéterminée σ0, alors le thermomètre 11 affiche une information de température I. L’information de température I affichée est issue des N mesures. Par exemple, afin d’obtenir une mesure de température plus proche de la température réelle, l’information de température I fournie correspond à la moyenne des N mesures calculée par l’unité de commande 16. La montre un exemple d’affichage de température 19 sur l’écran d’affichage 20.
Dans un deuxième cas, si l’indice de dispersion est supérieur ou égal à une valeur seuil σ0prédéterminée alors le thermomètre 11 affiche une information représentative d’une fiabilité insuffisante E. La montre un exemple d’affichage d’erreur 21 indiquant une fiabilité insuffisante à droite de l’écran d’affichage 20. L’écran d’affichage comporte par exemple trois traits horizontaux pour signifier une fiabilité insuffisante. En variante, l’écran pourrait afficher un code erreur ou rester noir et le thermomètre 11 pourrait émettre une alarme.
Selon différents exemples de réalisation, l’indice de dispersion des N mesures peut être :
- un écart type de Pearson σP,
- un écart type standard σS,
- une normalisation σN, ou
- un médian normalisé σM.
L’écart type de Pearson σpest l’indice de dispersion adopté dans un mode de réalisation préféré de l’invention. Il est calculé par l’équation 1 suivante :
[Equation 1]
Dans l’équation 1 :
- σpest l’écart type de Pearson,
- T1, T2, …, Tn, …TN sont les valeurs des N mesures réalisées, et
- est la valeur moyenne des N mesures réalisées.
L’écart type standard est calculé par l’équation 2 suivante :
[Equation 2]
Dans l’équation 2 :
- σsest l’écart type standard,
- T1, T2, …, Ti, …TN sont les valeurs des N mesures réalisées, et
- est la valeur moyenne des N mesures réalisées.
La normalisation est calculée par l’équation 3 suivante :
[Equation 3]
Dans l’équation 3 :
- σNest la normalisation,
- Max(Ti) est la valeur maximale des N mesures réalisées,
- Min(Ti) est la valeur minimale des N mesures réalisées, et
- est la valeur moyenne des N mesures réalisées.
Le médian normalisé est calculé par l’équation 4 suivante :
[Equation 4]
Dans l’équation 4 :
- σMest le médian normalisé,
- Min(Ti) est la valeur minimale des N mesures réalisées, et
- Median(Ti) est la valeur médiane des N mesures réalisées.
La mesure de température est donnée avec une précision de 0,1°C. Il s’agit d’une précision classique pour le type de dispositif médical.
La valeur seuil σ0est fixé de manière à être cohérent avec la précision de température. Cette précision est requise par les normes en vigueur.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur présente les modes de mesure suivants :
- un mode dit « body » pour mesurer une température corporelle, et/ou
- un mode dit « surface » pour mesurer une température d’un corps inerte.
L’utilisateur peut sélectionner un mode par exemple en cliquant sur un bouton positionné sur une face latérale de la tête 30 du boîtier 10.
Lorsqu’un mode de mesure est sélectionné, le procédé de détermination de la température à partir du signal 14 du capteur est adapté en fonction du mode :
- pour le mode « body » : le procédé de détermination correspond à un algorithme mathématique qui prend en compte l’émissivité de la peau (0,99), une mesure de température de surface ainsi qu’une mesure de température ambiante,
- pour le mode « surface » : le procédé de détermination correspond à un algorithme mathématique qui prend en compte l’émissivité de l’eau (0,95) et une mesure de température de surface.
Le procédé de l’invention présente l’avantage de pouvoir être implémenté facilement dans un thermomètre comportant une unité de commande bon marché avec des performances de calcul limitées.
Le procédé est aisé et peu coûteux à mettre en œuvre. Il n’impacte pas l’architecture du thermomètre.
Le procédé détecte de manière performante une fiabilité insuffisante des mesures. Il peut être adapté à tout niveau de fiabilité en ajustant la valeur seuil de l’indice de dispersion.
Légende
10 boîtier
11 thermomètre
12 capteur
14 signal
16 unité de commande
18 gâchette
19 affichage température
20 écran
21 affichage erreur
22 socle
24 alimentation électrique
26 orifice de visée
28 manche
30 tête
32 embase
34 appui
36 alimentation filaire
38 face latérale
I information de température
E information représentative d’une fiabilité insuffisante

Claims (10)

  1. Procédé de commande d’un thermomètre « sans contact » à usage médical comportant un mode de prise de température corporelle apte à fournir une information de température, le thermomètre comportant :
    - un boîtier (10),
    - un capteur (12) apte à fournir un signal (14) électrique représentatif d’une température mesurée, et
    - une unité de commande (16) apte à interroger le capteur (12) et à traiter le signal (14) reçu du capteur (12) pour fournir une mesure de température,
    le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
    a) déclenchement d’une prise de température,
    b) réalisation de N mesures, N étant un nombre entier naturel supérieur ou égal à 2,
    c) calcul d’un indice de dispersion des N mesures par l’unité de commande (16),
    d) si l’indice de dispersion est inférieur à une valeur seuil (σ0) prédéterminée, alors le thermomètre fournit une information de température (I), et
    si l’indice de dispersion est supérieur ou égal à une valeur seuil (σ0) prédéterminée, alors le thermomètre fournit une information représentative d’une fiabilité insuffisante (E).
  2. Procédé de commande d’un thermomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’indice de dispersion des N mesures est un écart type de Pearson (σ).
  3. Procédé de commande d’un thermomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’indice de dispersion des N mesures est un écart type standard, une normalisation ou un médian normalisé.
  4. Procédé de commande d’un thermomètre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’information de température (I) fournie correspond à la moyenne des N mesures.
  5. Procédé de commande d’un thermomètre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre au cours d’une période de temps inférieure ou égale à 400ms.
  6. Procédé de commande d’un thermomètre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que N est supérieur ou égal à 20.
  7. Procédé de commande d’un thermomètre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le capteur présentant au moins deux modes de mesure, le procédé comporte une étape initiale de sélection du mode de mesure parmi les modes de mesure suivants :
    - un mode dit « body » pour mesurer une température corporelle, et/ou
    - un mode dit « surface » pour mesurer une température d’un corps inerte.
  8. Procédé de commande d’un thermomètre selon la revendication 7, caractérisé en ce que le procédé de détermination de la température par l’unité de commande (16) dépend du mode sélectionné :
    - pour le mode « body » : le procédé de détermination correspond à un algorithme mathématique qui prend en compte l’émissivité de la peau, une mesure de température de surface ainsi qu’une mesure de température ambiante,
    - pour le mode « surface » : le procédé de détermination correspond à un algorithme mathématique qui prend en compte l’émissivité de l’eau et une mesure de température de surface.
  9. Procédé de commande d’un thermomètre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de température est donnée avec une précision de 0,1°C.
  10. Procédé de commande d’un thermomètre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le thermomètre est un thermomètre à infrarouge.
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