JP3962333B2 - 温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、体表面から体内での温度を測定する温度測定装置に関する。

内部温度測定が必要であるが、体内部には到達しがたく、あるいは体内部への接近が不便であるような場合に、体表面から体内での温度を測定する必要が存在する。このような身体または胴部の例は、人および動物の身体、および工業用加工処理タンク、例えば発酵タンクまたは腐食性媒質を含有するタンクなどを含む。

体温は、病気であり、または病気と感じている患者でもっとも頻繁に測定されるパラメーターである。しかし、体温を測定するため現在利用できる方法すべてについて、不利な点が存在する。温度測定は、中心部または最深部体温、主要な血管内の血液の温度を反映する身体の中心部の温度の平均値を反映する示度を目標とする。しかし身体のこれら部分は容易に接近できるものではなく、また体温測定は通常舌下、腋下または直腸で行われる。いろいろな理由から、これらの位置は中心部の温度を正確に反映するものとはならない。舌下で行われる測定は、食事摂取、飲物、経口投薬または口腔呼吸などにより起こる体温の変化、更には体温計の不適切な位置に敏感である。腋窩での測定は、一般に真の体深部温度よりも低い。直腸で得られた測定は、腸内細菌活性、疾病、大腸炎、測定の深さまたは糞便の存在などの因子で影響される。

これらの位置での温度測定に関しては、他の不利な点がある。舌下での測定は３−４分での読み取りが必要であるため、かみ切りなどの危険から幼児には向いていない。腋窩測定は８−１１分の読み取りを要とする。直腸測定は直腸穿孔の危険を伴い、体温計が適切に殺菌されず、また侵襲性である場合には、雑種汚染を生じることがあり得る。舌下または直腸測定のいずれも、新生児または幼児の体温測定に適切であるとは見做されず、また通常皮膚の温度はこのように測定される場合、深部体温を正確に反映しない結果を提供している。

正確な深部体温は集中治療室または手術室において、肺、食道または膀胱用サーミスタカテーテルにより、重症患者に対し同時に測定されるが、これらは日常の温度モニターには適切でない侵襲性方法である。

伝統的なガラス製水銀体温計は、これらの材料に固有の危険の故で段階的に廃止され、電子式棒型熱測定体温計に置換されている。これらの棒型体温計は、定常値に到達したことを示す可聴信号を伴うより速やかなデジタル読み出しを提供し、ガラス水銀体温計よりも正確な結果を与えるが、それでも侵襲製である。

より速く、また望ましくは、侵襲性のもっとも少ないまたは非侵襲性体温計への動きが、鼓膜からの熱放射を測定する光学耳管赤外線体温計への巨大な市場を開いた。しかし鼓膜測定は、臨床用としては不正確な結果を非常にしばしば提供している。これは例えば、測定光源を皮膚または耳あかなどの耳管のより冷たい部分に向けるオペレーターの誤作動、およびまたは脳および耳管温度での生理的変化に主として起因するものである。光学機器の汚れも、これら装置の不正確さに寄与する因子になり得る。１℃の差が同じ患者の耳の間にしばしば見られる。鼓膜の測定は、２歳以下の子供にとっては彼等の耳管の径が小さいためにとりわけ不愉快となる。

従って、正確な深部体温を記録し、一方侵襲性手法を避け、患者の不快を最小限にする体温計の必要性が存在する。

非侵襲性深部体温測定技術は、１９７０年代にＲ．Ｈ．フォックス博士により開発され、合衆国特許出願第３９３３０４５号で開示されている。この体温計、「フォックスプローブ」は、皮膚表面と接触を保つ温度測定装置にわたり固定された半無限熱シールドより成る。熱シールドの温度が表面センサに等しくなるようにする熱シールドの温度の制御は、プローブ構造内での、また、かくして表面センサを深部体温に押し付けて表面センサと深部体温との間で、ゼロ熱流束を確立する。フォックスプローブは、皮膚と同じ温度まで加熱される熱伝導カップの形態での熱シールドを持つ実施例で開発され、ここでカップの縁部は、合衆国特許出願第４５３９９９４号で開示されるように、皮膚の熱シールドされた領域の端部と接触している。これは熱シールドの外側の皮膚を通じて、熱シールドの下部の身体の部分からの横方向熱損失を予防するのに役立ち、それは平衡に到達することを防ぐことになる。この実施例は、皮膚温度センサの周りでの非常に大きな（事実上無限の）熱シールドの使用に対する実際的な代替案を提供する。フォックスプローブ熱伝導カップは、熱シールドと皮膚温度センサの間の熱カップリングを避けるために、空気または断熱材化合物を充填される。熱シールドと皮膚センサの間の熱絶縁がなければ、温度制御オーバーシュートは皮膚センサの温度増加をもたらすことができ、熱暴走状況が起こり得る。

フォックスプローブの古典的な改良バージョンは大きく（例えば４５−６０ｍｍ径）、またかなりの修正時間（数分）を有し、かくして集中治療で長期の深部体温の傾向をモニターするのにもっとも適している。これらは、長期の修正時間と運搬に適さない設計の故で、個々の日常的な患者温度読み取りには広く採用されてはこなかった。更にこれらは、小さな侵襲性カテーテルプローブが、一般に好まれている手術手順の間に、温度モニターのために使用されることは殆どなかった。

深部体温より熱いかまたは冷たい表面から深部体温を測定するのに適したフォックスプローブが、英国特許出願第２２６６７７１号に開示されている。このプローブは、皮膚温度の測定に適用されるものとして説明されている。

ＷＯ ００／５８７０２公開公報は、熱伝導内部断熱面を持ち、身体表面に適用されるカプセルを含む深部体温測定のための装置を開示する。発熱体はカプセル内部を加熱するために使用され、２個の温度センサは、カプセル内の２点で温度を測定する。センサで記録される温度が等しい場合には、この温度読み取りは深部体温に同等でなければならない。動物の体温を測定するときに、横方向血流が熱損失を起こし、そのため温度読み取りは深部体温以下となり、またそれがもしあまりにも早く加熱されるならば、中心部と平衡になることなく温度センサが同じ温度までヒーターにより加熱されることができるという欠点をこの装置が持つことを発明者は認識した。とりわけ重大な不正確さは、速やかな初期加熱が行われ、また平衡位置が前記出願で提案されたように、外挿法により推定されるということがあり得ることである。この効果は、肥満による患者の体温を測定する際に、もっとも重要となるであろう、それは皮下脂肪が、体中心部と測定装置の間で断熱材として作用する肥満患者の体温を測定する際に、もっとも重要なものとなるであろう。

ドイツ特許出願第３５２７９４２号は、ＷＯ ００／５８７０２公開公報のものと類似した装置を開示する。ヒーターが予備加熱されることが開示されている。

第一の見地において、本発明は、低温にある体表面から体内の温度を測定する温度測定装置を提供し、前記装置は、
外部熱伝導部と内部断熱部分を含み、前記両部分が体表面と接触する表面部を持つ前記体表面部への適用のための熱シールドと、
熱シールドが適用される表面領域内で前記体内の測定位置から前記体表面への熱流を相殺するように、体表面の温度まで前記熱シールドの外部を加熱するヒーターであって、前記ヒーターが熱シールドの外部の対向面からの距離と比較して、体表面に適用される熱シールドの外部の前記表面に近接している熱ヒーターと、
前記測定位置で前記表面の温度を測定するように、体表面に接触する熱シールドの内部断熱部の前記表面に位置する第１温度センサと、
熱シールドの前記外部の温度を測定するように位置する第２温度センサと、
前記第１温度センサで測定されるように前記測定位置での温度に向けて、前記第２温度センサで測定される熱シールドの前記外部温度を高めるように、前記ヒーターを作動するのに役立つ第１電子制御回路と、また
前記測定位置でどの温度で熱平衡になるかを予測するために、前記第１温度センサで測定される変化する温度を外挿するのに役立つ第２電子制御回路と、
を含むことを特徴とする温度測定装置を提供する。

ヒーターは、望ましくは前記熱シールドと接触する電気抵抗発熱体、例えば前記熱シールドの周りにコイル巻きされた抵抗線より成る。使用に際しては、ヒーターから体表面と接触する熱シールドの部分までの熱勾配は、不正確な低温読み取りを予防するために最小にされねばならない。これは、例えば凹部のカップ壁の周りに線をコイル巻きすることで、体表面への適用に設計された熱シールドの部分に近接してヒーターを配置することにより達成することができる。

前記温度測定装置は、任意に期待温度測定値より約２０％低い温度まで熱シールドを予熱する前記ヒーターを活性化するためのユーザー操作制御装置を更に含むことができる。前記温度測定装置がヒト体温（約３７℃）を決定するために使用される時に、予熱温度は、望ましくは２８℃乃至３４℃の間にあり、より望ましくは約３０℃である。望ましくは、火傷防止停止機能が前記温度測定装置に含まれており、それは最高温度以上の加熱を予防する。前記温度測定装置がヒト体温を測定するため使用される場合には、前記最高温度は望ましくは約４５℃である。

第二の見地において、本発明は、高温にある身体の表面から体内の温度を測定する温度測定装置を提供し、前記装置は
外部熱伝導部と内部断熱部分を含み、前記両部分が体表面と接触する前記表面部を持つ前記体表面部への適用のための熱シールドと、
前記体表面から熱シールドが適用される表面領域内で前記体内の測定位置への熱流を相殺するように、体表面の温度まで前記熱シールドを冷却するよう位置するクーラーであって、前記クーラーが、熱シールドの外部の対向面からの距離と比較して、体表面に適用される熱シールドの外部冷却部分の前記表面に近接しているクーラーと、
前記測定位置で前記表面の温度を測定するように体表面に接触する熱シールドの内部断熱部の前記表面に位置する第１温度センサと、
熱シールドの前記外部の温度を測定するように位置する第２温度センサと、
前記第１温度センサで測定されるように、前記測定位置での温度に向けて、前記第２温度センサで測定される熱シールドの前記外部温度を低めるように、前記クーラーを作動するのに役立つ第１電子制御回路と、また
前記測定位置でどの温度で熱平衡になるかを予測するために、前記第１センサで測定される変化する温度を外挿するのに役立つ第２電子制御回路と
を含むことを特徴とする温度測定装置を提供する。

一般に、本発明の第一の見地に関連して記載されたこれらの特徴は、本発明の第二の見地に任意に使用することができる。例えば前記測定装置は、更に期待温度測定値より約２０％高い温度まで熱シールドを予冷するように前記クーラーを活性化するユーザー操作制御装置を任意に含むことができる。望ましくは、安全停止機構が、最低温度以下への冷却を防ぐ本発明の第二の見地の前記温度測定装置に含まれる。

本発明のいずれの見地においても、前記ヒーターまたは前記クーラーはペルチエ効果熱ポンプである。ペルチエ効果熱ポンプがクーラーとして使用される場合には、熱ポンプ素子の温暖サイドは、望ましくは熱だめ、例えば金属ケーシングに溶接される。

熱シールドの前記熱伝導部分の熱伝導率は、ヒーターと第２温度センサの間の通路の熱抵抗を低下させるように、できるだけ大きなものでなければならない。これは、熱シールドの熱伝導部分の温度を、第１温度センサで検知される温度にできる限り速やかにまた正確に追随させ、予期サーキットリーを不正確にしかねない温度ラグまたは初期温度オーバーシュートを避け、信頼性に富む温度読み取りに必要とされる時間を増加することを可能にする。熱シールドの前記熱伝導部分の熱伝導率は、望ましくは少なくとも２０Ｗ／ｍＫである。適切な熱伝導率を持つ物質は、以下の表で示される。

熱シールドの熱伝導部分は、熱伝導金属（例えば銅、黄銅またはステンレススチール）あるいは熱伝導セラミック材料（例えばアルミナ、ベリリアまたは窒化アルミニウム）あるいは不動態化シリコンもしくはシリコンオンサファイア、または他の既知の熱伝導マイクロメカニカル構造物質から構築することができる。銅は低コスト、優れた熱伝導性、はんだ付け性、ならびに酸化を防ぎ、非アレルギー性皮膚接触を提供するために露出表面で実行されねばならないクロムめっきに対する適応性という利点を提供する。はんだ付け性は、ヒーターと第２温度センサが熱シールドの熱伝導部にはんだ付けされるならば、それらの間の経路の熱抵抗は、成分がポリマー接着材で付着された場合のものよりもかなり低いものとなるために、本発明の熱シールドの熱伝導部分にとって望ましい物性となる（はんだ付けの熱伝導率は４１Ｗ／ｍＫであるのに対し、ポリマーの熱伝導率は典型的には０．０４−０．４Ｗ／ｍＫである）。ステンレススチールとアルミニウムは、両方とも不活性であり、また生体適合性であるが、はんだ付けが困難である。

アルミナ、ベリリアおよび窒化アルミニウムなどの熱伝導セラミック物質は電気絶縁物である。これは、スパッタリングなどの薄膜金属被覆を使用して、あるいは白金または金有機金属インクなどのとりわけ貴金属または合金あるいはその酸化物などの金属の厚膜インクの印刷および焼成により（スパイラルまたは蛇行抵抗パターンにエッチングされあるいはレーザー切断される）白金、ニッケルまたは金の適用により、前記ヒーターおよびまたは前記温度センサが熱シールドの表面に直接形成されることを可能にし、また厚膜または薄膜技術により、前記第１電子制御回路の他の素子が、熱シールドの表面に直接適用されることができる（第１温度センサは、薄膜金属被覆技術により白金、ニッケルまたは金を小さなセラミックスラブに適用することで形成することができた）。熱シールドの表面への素子の直接形成は、ヒーターから第２温度センサへの短い熱経路を提供し、それは低い熱容量と共に、熱シールドの銅熱伝導部分に比べてより速やかに必要とされる温度に到達する熱シールドの熱伝導部分に生じる。熱領域と皮膚表面に接する熱シールドの熱伝導部の領域との間での前記熱勾配の問題を克服するために、体表面に適用するよう設計された末端部に近いセラミック熱シールドの熱伝導部分の円周部に、厚膜または薄膜加熱抵抗器が適用される。選択肢として、このような抵抗器は、体表面自身に適用するよう設計された熱シールドの末端部に適用することができる。この場合、保護被覆層、例えば薄膜ガラス層は、望ましくは、体表面と接する耐引っかき性、絶縁および生体適合性表面を提供するように、抵抗器全体にわたって適用される。

ヒーターまたはクーラーと、体表面に適用される熱シールドの熱伝導部分の表面との間の比熱伝導率は、望ましくは２Ｗ／ｃｍ^２Ｋ以上であり、より望ましくは６．５Ｗ／ｃｍ^２Ｋである。これは、例えば０．３８ｍｍまたは０．６３ｍｍ厚のアルミナ基質上のヒーターを形成することにより獲得することができる。熱伝導係数は、比熱伝導率を領域で乗じることで得られる。

熱伝導セラミックは、更に銅に比べて不活性と生体適合性の利点を提供する。銅に比べて熱伝導セラミックの不利な点は、熱伝導率の低いことと高いコストである。ベリリアは、アルミナよりも高い熱伝導率を持つが、ベリリア部分は高度に毒性のある酸化ベリリウム粉体から焼結しなければならず、これは望ましいものではなく、またベリリアと窒化アルミニウムの品目は、アルミナから作られたものよりもずっと高価である。

望ましくは、前記熱絶縁内部部分の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍＫまたはそれ以下である。望ましくは、前記熱絶縁内部部分は静止空気、または装置内に導入された液状物質の化学的または物理的変化により形成された固形物質より成る。より望ましくは、断熱固形物質は、エポキシ樹脂またはポリウレタン樹脂あるいはシリコンゴムである。これらの物質は、大量の、例えば８０％以上のエアセルを捉える。

望ましくは、熱シールドの前記熱伝導部分は、身体の表面に適用のための開端部を持つ熱伝導カップを含み、また熱シールドの前記断熱部分は、熱伝導カップを充填する断熱材料を含む。

第１電子制御回路は薄くて可焼性のプリント回路基板を含み、その上に標準自動化配置機械生産の使用によりミニチャー素子が配置される。熱シールドが銅から構築される場合には、（チップ形態またはミニチャーパッケージとしての）演算増幅器などの素子は、例えばはんだ付けにより熱シールドに直接接着される。第１電子制御回路基板はできる限り少ない素子を持ち、また電力損耗を最少にするために熱シールドに組込まれることが望ましい。選択肢として、第１電子制御回路は、マイクロプロセッサーを持つことができる。

前記第１および第２温度センサは、それぞれ独自にサーミスタ（例えばＮＴＣまたはＰＴＣ）、熱電対、トランジスタ、温度測定ＩＣ（例えばＮＳＣ ＬＭ３５）または白金フィルムあるいは抵抗線装置であることもある。第２温度センサが白金フィルムまたは抵抗線装置である場合には、それは例えば、ＡＣで温度を測定しＤＣで加熱し、または加熱と温度測定の間を切換えることで前記ヒーターとして機能できる。

温度測定装置は、望ましくは１個またはそれ以上の電池で作動され、より望ましくは１個またはそれ以上に蓄電池、例えばリチウム電池で作動する。再充電は通常の臨床用途で週１回以上必要とせず、また再充電が体深部温度装置をその充電器に置くことで開始されることが望ましい。本装置は、動力を節約するために、ある一定期間後に自動的に切れるように任意に設計することもできる。

望ましくは、第２電子制御回路は、温度センサの工場検定目盛りを内蔵することができる。

望ましくは、温度読み取りは計数型表示器に示され、またより望ましくは、連続、深部体温予測が、前もって設定された間隔内で一致していることを示す信号が表示器に示されることである。ヒト体温を測定する場合の適切な間隔は、０．１℃である。

本発明の温度測定装置を含む体温計は、望ましくは小型で軽いパッケージより成り、より望ましくは１００ｇまたはそれ以下の重さのものである。

温度測定装置は小さな手持ちのケーシングに入り、望ましくは２００ｃｍ^３以下の容積を持ち、より望ましくは１００ｃｍ^３以下の容積のものである。前記手持ちケーシングは、他の２個の寸法よりも非常に大きな一つの寸法を持ち、例えば管形ペン様ケーシングである。前記管形ペン様ケーシングは、望ましくは０．５乃至２．５ｃｍの径を有し、より望ましくは１．０乃至１．５ｃｍの径を持つ。前記管形ペン様ケーシングは、望ましくは５乃至２０ｃｍの長さを有し、より望ましくは、１０乃至１５ｃｍの長さである。選択肢としては、前記手持ちケーシングは、他の二つの寸法よりも非常に小さい寸法のものであり、例えばポケットベル様ケーシングである。前記ポケットベル様ケーシングは、望ましくはそれぞれ５−１０ｃｍの２個の寸法を持ち、望ましくは１乃至２ｃｍの第三の寸法を持つ。本発明の温度測定装置を含むアセンブリは、任意に他の機能を持ち、任意に温度測定装置と同じハウジング内に含まれ、例えば、眼球反応観察用光源、反射パルスオキシメーター、心拍を検出するための聴診器、およびまたは、特定の期間の終わり、例えば１５秒の終わりに可聴信号を見るためのタイマーなどがそれであり、その時間内に温度と脈の読み取りが行われる。望ましくは、この実施例において、時間間隔と、温度測定の両方を開始するためのリセットスイッチが使用される。本発明は、フォックスプローブと予想サーキットリーの組合せを提供し、体表面から内部温度の測定を可能にし、非連続測定に有用である装置を生む。

以下、図に従って本装置について説明する。

〔実施例〕
図１および２で示された体深部温度測定装置は、閉鎖端部と対向開放端部１４を持つ中空円形シリンダの形状を有する銅シールドカップ１０より成る熱シールドを含み、閉鎖端部は中心円形孔１８を持つ円形ディスク１６を含む。銅シールドカップ１０は、管形ペン様ケーシング２０内に配設され、このケーシング２０は、断面が円形であるため、シールドカップ１０とペン様ケーシング２０の軸は一致し、また銅シールドカップ１０の開放端部１４はペン様ケーシング２０の開放端部２２と整列する。ペン様ケーシング２０はプラスチック、金属または他の適切な物質で形成される。

薄膜可撓プリント回路基板は、円形ディスク１６の外面部２６に配設される。プリント回路基板２４は、円の中心から切欠き部３２と対向する切欠き円部２８から伸びる長尺ストリップ３４を具えた単一切欠き円部２８（図２）の形態を有する。プリント回路基板の切欠き円部２８は、その径が円形ディスク１６の外面部２６よりも僅かではあるが小さくされる。自動ＳＭＴピックアンドプレースはんだ付け機でプリント回路基板に配設されるのは、図３に示される第１電子制御回路の素子である。パワーＩＣ３６の加熱フィンはディスク１６に配設される。とりわけ第１温度センサ３７はストリップ３０の端部に配設され、また第２温度センサ３８は切欠き部３２が円形境界線と出会う点ではんだ付けで配設される。代替実施例では、パワーＩＣ３６は熱シールドカップ１０に配設されない。

図３で示される第１電子制御回路は、それぞれがサーミスタである第１温度センサ３７と第２温度センサ３８を含む。第１温度センサ３７は固定抵抗器３９と直列に接続され、また第２温度センサ３８は固定抵抗器３９と同抵抗で、固定抵抗器４０と直列に接続される。このように形成された２個の分圧器アセンブリは、それと交差して接続されたバッテリ（図示されていない）と並列に接続される。分圧器アセンブリの温度センサ３７，３８末端部はアースされている。温度センサ３７と固定抵抗器３９の間の出力、および温度センサ３８と固定抵抗器４０の間の出力はパワーＩＣ３６の入力と接続され、パワーＩＣの出力は、熱抵抗器４１に接続される。

図４で示された代替第１電子制御回路では、パワーＩＣ３６は演算増幅器４２に置換される。演算増幅器４２の出力はトランジスタ４３と接続される。トランジスタ４３は熱抵抗器４１と直列で接続され、バッテリ（図示されていない）がこのアセンブリと交差して接続される。この回路は、パワーＩＣがより安価な素子と置換されるという利点を持つ。

加熱抵抗器４１は、開放端部１４に近接した凹部４４にある銅シールドカップ１０の外周の周りにコイルされた鉄コンスタンタン線を含む（図１）。線は代替的に銅で作ることができる。

代替第１制御回路が図５で示される。この回路は（図３での第１電子制御回路で記載された）分圧器アセンブリとトランジスタ４３の間のパルス幅変調器（ＰＷＭ）ＩＣを組み込む。トランジスタ４３は図４の第１電子制御回路と同じように、熱抵抗器４１に接続される。

図３，４および５の第１電子制御回路の代替案として、従来の技術で公知である他の電子制御装置、例えば商業利用可能なＰＩＤ自己同調装置を使用することができる。

図６は、図１または図７の装置のブロック回路図を示す。この実施例において、マイクロプロセッサーが図５で示されるものと同じ第１電子制御回路の部分を形成する。第１電子制御回路の２個の分圧器アセンブリの出力は、熱抵抗器４１を制御するマイクロプロセッサーに接続される。マイクロプロセッサーの出力は、デジタルアナログ変換器に接続される。デジタルアナログ変換器は、パルス幅変調器ＩＣで選択肢として置換できる。装置の較正値は、マイクロプロセッサーに接続された読み出し専用記憶装置に記憶される。この装置の出力は液晶温度表示器及び音響信号を含む。

温度測定装置が完全に組立てられると、ストリップはそれが大体において銅シールカップ１０内にあるように、円形ディスク１６の円形孔１８を通過する。その上に第１温度センサ３７が配設されているストリップ３０の先端部は、第１温度センサ３７が銅シールドカップ１０の開端部１４に整列して銅シールドカップ１０の軸上に置かれるように配置される。

銅シールドカップ１０の外面部２６の領域４５は、プリント回路基板２４の切欠き部３２により露出される。パワーＩＣ３６は領域４５で銅シールドカップ１０にはんだ付けされる。パワーＩＣ３６はピン４６で第１電子制御回路に持続される。第２温度センサも銅シールドカップ１０の外面部２６の領域４５で接触を保たれる。

第１電子制御回路からのプリント回路基板軌道は、プリント回路基板２４の長尺ストリップ３４に沿って伸びる。長尺ストリップ３４は、端部２２から離れてペン様ケーシング２０内部に伸びる。長尺ストリップ３４の端部で、プリント回路基板軌道４８はコネクター４９を介してマイクロプロセッサーとバッテリ（図示されていない）と結合し、それは更に表示装置（図示されていない）と接続される。

すべての前記素子は、エポキシレジン５０のポッティングで適所に保たれる。

ヒト体深部体温読み取りを行うための本発明で説明された実施例を使用するために、銅シールドカップ１０の開端部１４とペン様ケーシング２０の開端部２２を含む本装置の端部５１は、皮膚と水平の位置し保たれ、このため第１温度センサ３７は皮膚と接触し、皮膚温度を記録する。この温度は、皮膚と接触していない第２温度センサ３８で、記録されたものよりも高い。温度センサ３７，３８はサーミスタであり、従って第１温度センサの抵抗は第２温度センサの抵抗よれも低い。前記の分圧器アセンブリは、第１温度センサ３７を交差する電位差が、第２温度センサ３８を交差する電位差よりも低くなるようにするであろう。従って、パワーＩＣ３６に接続される分圧器出力電位は異なり、熱抵抗器４１を流れる出力電流の上昇をきたす。これは、銅シールドカップ１０が熱抵抗器４１により加熱されるように結果する。パワーＩＣ３６を流れる電流は、銅シールドカップ１０の僅かではあるが追加の加熱作用を引き起こす。

図４で示される代替第１電子制御回路においては、演算増幅器４２に接続された異なる電位が、熱抵抗器４１を通過する電流を可能にさせる出力電圧を与えるであろう。この回路が使用される場合には、トランジスタ４３を通る電流で生成された熱が浪費されないように、望ましくは銅シールドカップ１０にはんだ付けされる。図５の代替第１電子制御回路のパルス幅変調器ＩＣは、トランジスタ４３と熱抵抗器４１に高速パルス（約１５０００／Ｓ）の定常トレインを出力する。第２温度センサ３８で記録された温度が第１温度センサで記録された温度よりも低い場合には、これらのパルス幅は大きく（約９０％のデューティサイクル）、大きな電流を熱抵抗４１を通じて与える。温度が近づくにつれて、もし第２温度センサ３８で記録された温度が、第１温度センサ３７で記録されたかのよりも高ければ、パルス幅は減少し、０％デューティサイクル（ゼロパワー）に到達する。この回路でのスイッチ点の変動率は早くなり、十分０．１℃内にある。これは、温度制御が図３および４で示された回路のものと比べて、よりスムーズにまた早くなることを意味する。

前に説明した通り、第１電子制御回路は、加熱部材にスイッチを入れ、熱シールドカップ１０を十分に加熱し、銅シールドカップ１０と接する第２温度センサ３８で記録された温度が、第１温度センサ３７と同じ温度に向けて上昇することになる。これは断熱エポキシ樹脂５０と交差する温度勾配を減少させる。体中心部から皮膚に向かって移る熱が、第１温度センサ３７で記録された皮膚温度の上昇をきたす。第１電子制御回路は、継続して銅シールドカップ１０がこの温度に向けて加熱されるようにし、この過程により、温度センサ３７と３８に体深部温度に幾何級数的に向かうことになる。

マイクロプロセッサー内の第２電子制御回路は、マーカード−レーベンバーグアルゴリズム（「トランスフォームとカーブフィッティング」ジョン クオ，エマ フォックス，ディック ミッチェルおよびトーマス テルケ，ＳＰＤ−１．１９９２年８月２日改訂版．，ドイツ，デー−４０５９９ エクレート，シンメルブッシュシュトラーセ ２５，ヤンデル シーエンティフィック ゲーエムベーハーに記載されている）を使用し、連続シリーズのデータ点から（例えば１０／秒）、望ましくは０．１℃の範囲で低下する温度変化（すなわち体深部温度）の最終値を予測する。

図７と８は、体深部温度測定装置の代替デザインを示す。このデザインでは、複合熱シールドカップ５２が、アルミナリング５４に付着された薄膜銅シールドカップ５３から形成される。薄膜銅シールドカップ５３は、帽子形状のものであり、開端部５６と対向フランジ付き開端部５８とを持つ薄膜中空円形シリンダを含むものである。開端部５８にあるフランジ６０は、シリンダ軸に垂直外向き方向に伸び、単一切欠き部６２を含む。切欠き部６２は、シリンダ壁に伸びる。薄膜銅シールドカップ５３の閉鎖端部５６は、円形オフセンター孔６６を持つ円形ディスク６４を含む。

アルミナリング５４は、０．３８mm厚で、薄膜銅シールドカップ５３のそれと同じ内径で、かつフランジ６０よりも大きい外径を持つ。アルミナリング５４は２個の同心円で一方の表面をプリントされ（図８）、整列された切欠き部６８を持つよう両方とも切欠きが行われる。内部リングははんだ付けリング７０であり、また外部リングはプリント焼成抵抗器４１である。はんだ付け端末部７２と第２温度センサは、アルミナリング表面のプリントされていない領域７４にはんだ付けで付着される。

アルミナリング５４は、整列された切欠き部６２と６８を持つ薄膜銅シールドカップ５３のフランジ６０にソルダーリング７０によりはんだ付けされる。

複合熱シールドカップ５２は、図１の装置の銅シールドカップ１０と同じものであり、同じ方法で管形ペン様ケーシング２０内に配設される。プリント回路基板２４は、銅シールドカップ１０とストリップ３０の第１温度センサ３７が複合熱シールドカップ５２内に配置されるが、第１温度センサ３７が薄膜セラミックスラブ７６上に形成されるように、複合熱シールドカップ５２に付着される。図７の装置のプリント回路基板ストリップ３０は、第１温度センサ３７を経て円形ディスク６４内の孔６６を通じてアルミナリング５４の表面の領域７４まで伸び、ここでプリント回路基板軌道４８は、はんだ付け末端部７２を経て第２温度センサ３８に接続される。

図１の装置にあるように、プリント回路基板２４の長尺ストリップ３４のプリント回路基板軌道４８は、コネクター４９を経由してマイクロプロセッサー、バッテリおよび表示装置と結合する（図示されてはない）。図１の装置にあるように、すべての素子は、エポキシ樹脂５０によるポッティングで適所で保たれる。エポキシ樹脂５０は高発泡性ポリウレタンに代えることもできる。

図７の装置の変形（図示されていない）として、可撓ディスク形状プリント回路基板２４がその境界部で円筒形支持リングに結合され、それは熱シールドカップ５２内に密接に適合し、かくしてプリント回路基板２４は熱シールドカップ５２の開端部５８にキャップをする。プリント回路基板２４は第１温度センサ３７を適所に固設する。プリント回路基板２４は、切欠き部６２を通じて支持リングを越えて伸び、コネクター４９を経てマイクロプロセッサーに長尺プリント回路基板ストリップ３４を接続する前に、抵抗器４１のはんだ付け末端部と第２温度センサ３８に接続する。本実施例は、プリント回路基板２４と円筒形支持リングが聴診器装置を形成し、かくして直接ディスク６４または短いチューブを通じて孔６６にマイクロホンに付着させてパルス音を検出することが可能となるという利点を持つ。パルス音は電子処理されて、コア温度読み取り装置に表示される心拍数読み取りを可能にする。

前記の図３，４，５および６で示された第１電子制御回路のいずれも図７および８のデザインで使用することができる（図３の第１電子制御回路のパワーＩＣ３６は図７と８では示されていない）。図７と図８の装置は、図１と２の装置と同じように作動する。

本発明の図示された実施例は、例えば図９で示されるペン様ケーシング、または図１０で示されるフラットケーシングに内蔵される体温計などの用途に適した小型軽量アセンブリに生産できる先端マイクロプロセッサーおよび材料技術を用いて、フォクスプローブに基づく非侵襲性温度計を提供する。それぞれの場合でフォックスプローブ８０が示される。図７および８の装置は、臨床用途で銅皮膚接触のない追加の利点を持つ。

図９で示されるペン様ケーシングが使用される場合には、バルブまたは白色発光ダイオードが温度計と共に構成する光を形成するために、熱シールドカップ１０背後に配置される。セラミックまたは部分セラミック熱シールドカップが使用される場合には、光は半透明セラミック物質を通過する。選択肢として、光ファイバー（例えばガラス管またはパースペックスアクリルガラス管）が熱シールドカップ１０を通じる光を案内するために使用することができる。

本発明の温度計は臨床温度測定に利用され、それは前述の通り光学耳管装置として、速やかに利用でき便利であるが、なおそれは患者の不快を低減し、また臨床精度を高めるという利点を提供する。このような装置を使用する際、臨床知識を必要とせず、また本装置が皮膚表面で使用されるために患者間での使用で消毒剤で単にぬぐい、また耳管温度計で使用されねばならない使い捨て部分のみを取り除くだけでよい。本発明の温度計は、更にまた非有機体内、例えば工業プロセス用タンク内の温度測定に、または包装材を破らずに冷凍食品内の温度を測定するのに使用することができる。

本発明は提示された望ましい実施例に従って説明されてきたが、本発明の請求範囲で多くの修飾または変形が可能であることも着目されるであろう。

本発明の望ましい第１実施例の体深部温度測定装置の断面側面図 図１の装置の選択された素子の分解組立斜視図 図１または図７の装置に使用される第１電子制御回路の回路図 図１または図７の装置に使用される代替第１電子電子制御回路の回路図 図１または図７の装置に使用される代替第１電子電子制御回路の回路図 図１または図７の装置のブロック回路図 本発明の望ましい第２実施例の体深部温度測定装置の断面側面図 図７の装置の選択された分解組立斜視図 図１または図７の装置を内蔵するペン様ケーシングの斜視図 図１または図７の装置を内蔵する平面ケーシングの斜視図

Claims (30)

1. 低温にある体表面から体内の温度を測定する一つの温度測定装置であって、前記装置は、
   外部熱伝導部および内部断熱部を含み、前記両部分が前記体表面と接触する表面部を持つ前記体表面への適用のための熱シールドと、
   熱シールドが適用される表面領域内で前記体内の測定位置から前記体表面への熱流を相殺するように、体表面の温度まで前記熱シールドの外部を加熱するように位置するヒーターであって、前記ヒーターが、熱シールドの外部の対向面からの距離と比較して、体表面に適用される熱シールドの外部の前記表面に近接しているヒーターと、
   前記測定位置で前記表面の温度を測定するように、体表面に接触する熱シールドの内部断熱部の前記表面に位置する第１温度センサと、
   熱シールドの前記外部の温度を測定するように位置する第２温度センサと、
   前記第１温度センサで測定されるように、前記測定位置での温度に向けて、前記第２温度センサで測定される熱シールドの前記外部温度を高めるように、前記ヒーターを作動するのに役立つ第１電子制御回路と、また
   前記測定位置で、どの温度で熱平衡になるかを予測するために、前記第１温度センサで測定される変化する温度を外挿するのに役立つ第２電子制御回路と
   を含むことを特徴とする温度測定装置。
2. 請求項１記載の温度測定装置であって、ここで前記ヒーターが、前記熱シールドの外部と接触する電気抵抗発熱体を含むことを特徴とする温度測定装置。
3. 請求項２記載の温度測定装置であって、ここで前記発熱体が、前記熱シールドの外部に包埋されていることを特徴とする温度測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の温度測定装置であって、更に熱シールドを予熱するために、前記ヒーターを起動化するように接続されるユーザー操作制御装置を含むことを特徴とする温度測定装置。
5. 高温にある体表面から体内の温度を測定する一つの温度測定装置であって、前記装置は、
   外部熱伝導部および内部断熱部を含み、前記両部分が前記体表面と接触する表面部を持つ前記体表面への適用のための熱シールドと、
   前記体表面から熱シールドが適用される表面領域内で前記体内の測定位置への熱流を相殺するように、体表面の温度まで前記熱シールドの外部を冷却するように位置するクーラーであって、前記クーラーが、熱シールドの外部の対向面からの距離と比較して、体表面に適用される熱シールドの外部の前記表面に近接しているクーラーと、
   前記測定位置で前記表面の温度を測定するように、体表面に接触する熱シールドの内部断熱部の前記表面に位置する第１温度センサと、
   熱シールドの前記外部の温度を測定するように位置する第２温度センサと、
   前記第１温度センサで測定されるように、前記測定位置での温度に向けて、前記第２温度センサで測定される熱シールドの前記外部温度を低めるように、前記クーラーを作動するのに役立つ第１電子制御回路と、また
   前記測定位置で、どの温度で熱平衡になるかを予測するために、前記第１温度センサで測定される変化する温度を外挿するのに役立つ第２電子制御回路と
   を含むことを特徴とする温度測定装置。
6. 請求項１または５のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記ヒーターまたはクーラーがペルチエ効果熱ポンプであることを特徴とする温度測定装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここでヒーターまたはクーラーと、体表面への適用のために熱シールドの熱伝導部の表面との間の比熱伝導率が、２Ｗ／ｃｍ^２Ｋまたはそれ以上であることを特徴とする温度測定装置。
8. 請求項７記載の温度測定装置であって、ここでヒーターまたはクーラーと、体表面への適用のために熱シールドの熱伝導部の表面との間の比熱伝導率が、６．５Ｗ／ｃｍ^２Ｋまたはそれ以上であることを特徴とする温度測定装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで熱シールドの前記熱伝導部の熱伝導率が、少なくとも２０Ｗ／ｍＫであることを特徴とする温度測定装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで熱シールドの前記熱伝導部が、熱伝導金属から構築されることを特徴とする温度測定装置。
11. 請求項１０記載の温度測定装置であって、ここで前記熱伝導金属が、銅、真鍮またはステンレス鋼であることを特徴とする温度測定装置。
12. 請求項１乃至９のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで熱シールドの前記熱伝導部が、熱伝導セラミック物質から構築されることを特徴とする温度測定装置。
13. 請求項１乃至９のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで熱シールドの前記熱伝導部が、銅および熱伝導セラミック物質から構築されることを特徴とする温度測定装置。
14. 請求項１２または１３のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記熱伝導セラミック物質が、アルミナ、酸化ベリリウムまたは窒化アルミニウムであることを特徴とする温度測定装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記内部断熱部の熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍＫまたはそれ以下であることを特徴とする温度測定装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記内部断熱部が、装置に導入される液状物質の化学的または物理的変化により形成される固形物質より成ることを特徴とする温度測定装置。
17. 請求項１５記載の温度測定装置であって、ここで前記断熱固形物質が、エポキシまたはポリウレタン樹脂あるいはシリコーンゴムであることを特徴とする温度測定装置。
18. 請求項１乃至１７のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで熱シールドの前記熱伝導部が、体表面への適用のための開端部を持つ熱伝導カップを含み、また熱シールドの前記内部断熱部が、前記熱伝導カップを充填する断熱材を含むことを特徴とする温度測定装置。
19. 請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記ヒーターおよびまたは温度センサが、薄膜金属被覆法により直接前記セラミック熱シールドに適用される白金、ニッケルまたは金成分を含むことを特徴とする温度測定装置。
20. 請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記ヒーターおよびまたは温度センサが、厚膜インクの印刷または焼成により直接前記セラミック熱シールドに適用される白金、金または他の金属膜あるいはその合金もしくは酸化物を含むことを特徴とする温度測定装置。
21. 請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記第１電子制御回路が、厚膜または薄膜技術により前記セラミック熱シールドに適用される成分を含むことを特徴とする温度測定装置。
22. 請求項１乃至２１のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記第１電子制御回路の熱生産または熱除去部品が、直接熱シールドの前記外部部分に接着されていることを特徴とする温度測定装置。
23. 請求項１乃至２２のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで前記第１および第２温度センサが、それぞれ個別にサーミスタ、熱電対、トランジスタ、温度測定ＩＣ、または白金フィルムあるいは抵抗線装置であることを特徴とする温度測定装置。
24. 請求項１乃至２３のいずれか１項記載の温度測定装置であって、ここで本装置が、１個またはそれ以上のバッテリにより作動されることを特徴とする温度測定装置。
25. 請求項１乃至２４のいずれか１項記載の温度測定装置および眼球反応観察用光源を含むことを特徴とする一つのアセンブリ。
26. 請求項２５記載のアセンブリであって、更に反射パルスオキシメーターを含むことを特徴とするアセンブリ。
27. 請求項２５または２６のいずれか１項記載のアセンブリであって、更に特定の期間の終結時に可聴信号を産生するタイマーを含むことを特徴とするアセンブリ。
28. 請求項１乃至２４のいずれか１項記載の温度測定装置、および心拍度数を検知する聴診器を含むことを特徴とするアセンブリ。
29. 請求項１乃至２４のいずれか１項記載の温度測定装置、または請求項２５乃至２８のいずれか１項記載のアセンブリを含有するペン状ケーシング。
30. 請求項１乃至２４のいずれか１項記載の温度測定装置、または請求項２５乃至２８のいずれか１項記載のアセンブリを含有するページャー状ケーシング。

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