JPH03501820A - 赤外線体温計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 赤外線体温計 発明の背景 本発明は温度測定装置に関し、特に、対象物からの赤外線を集めてその赤外線を 対象物の温度に比例した信号に変換することにより温度を測定する装置に関する 。−例として、本発明は、人体の温度を測定する体温計に応用される。

患者の体温を測定し観察することは従来より医療専門家が関心をよせるところで あった。この関心は主として病理状態と内部体温との間に存在する基本的な関係 に基づくものである。多くの疾病の特徴は正常体温からの偏差であり、抗生物質 などの医学療法の成功をたどるには、体温と、療法に対するその反応を直接的に 観察するのが最良である。

過去、体温の測定は、専ら水銀体温計に頼っていた。水銀体温計はひろく用いら れてはいたが、いくつかの重大な欠点をもっていた。接触式センサとしての水銀 体温計は、接触部の組織との温度平衡に達するまでに数分を要する。

病院の病棟のように患者が数百人にものぼる場合には、この平衡所要時間は重要 な経済的要因となる。また、接触部の組織は感染性細菌やウィルスの発生源であ るかもしれず、実際にそうであることも多い。したがって、測定の合間に体温計 を殺菌するため、さらに時間を要することになる。

また、水銀体温計は口腔や直腸内の粘膜に接触させて用いることが最も多いが、 これらの部位はいずれも、患者の内部体温を真に予測するものではないことが判 明している。

使い捨ての触針カバーを備えた永久サーミスタ触針を用いた電子体温計が、特に 病院において、ガラス体温計の多くに取って代わっている。これらの電子体温計 は、約４０秒で検温でき、デジタル表示であるという点で、ガラス体温計にまさ る長所をもっている。しかし、一般に用いられるサーミスタ体温計においては、 ４０秒では熱平衡に達しない。サーミスタ電子工学では、時間一温度曲線を補間 することにより修正を行い、推定安定値を「予測」している。

この方式では誤差が出て、温度基準に対する正確さを保証することが困難もしく は不可能となる。

上述の問題点のいくつかは、熱電対触針を用いることにより緩和されてきた。こ れは使い捨て可能であり、がっ、比較的短い時定数を特徴とする。しかし、熱電 対触針もまた、患者の粘膜に接触させる装置であり、ゎずがなから相互汚染の可 能性を残し、また、理想的な精度にはいまひとつ届かない。

より優れた体温計の探求において、鼓膜が、人体の内部温度に本質的に等しい固 をの温度を有することがわかってきた。ところで、鼓膜は繊細であり（すなわち 傷つきゃすく）敏感であることから、接触式のセンサを鼓膜に応用することはあ まり魅力的ではない。

非接触式温度感知は、赤外線センサ技術の応用により可能となってきた。熱電対 列型などの赤外線センサの主な用途としては、遠隔にあるかもしくは周囲を隔離 された対象物の温度測定があげられる。たとえば、恒星、惑星、炉などの温度は すべて、対象物の表面から放射される赤外線を感知することによって測定される 。これらの応用において、赤外線センサは、温度誤差幅がきわめて小さく高精度 を示すことが判明した。すなわち、華氏で０．１度（摂氏で０９５５、、、度） 以内の正確な測定が達成された。

そこで、赤外線センサを使用して鼓膜の温度を測定する試みがなされている。例 えば、米国特許第４．６０２．６いる。この機器は、非常に複雑な設計に基づい ている。たとえば、複合センサ加熱装置が閉ループ温度制御器とともに作動し、 熱電対列検出器の温度を患者の体温近傍に、すなわち、華氏９８．６度（摂氏３ ７度）に、一定に保つ。

さらに、この装置は、マイクロプロセッサ制御較正シーケンスに基づき、制御温 度に加熱された対象物に対して、ひんばんに較正を必要とする。また、正確な温 度を読み取るためには、非常に注意深くこの機器を鼓膜に対して向けて置かなけ ればならないため、使用に際してはかなりの訓練と熟練が要求される。このよう な複雑さのゆえに、装置の製造は困難かつ高価となり、大半の使用者には入手で きないものとなる。

本発明は、先行技術に関連したこれらの問題点に鑑みてなされたものである。

発明の目的と概要 したがって、本発明の主な目的は、対象物から放射される赤外線に基づいて温度 を測定することができるセンサ装置を提供することである。

本発明の他の目的は、鼓膜からの赤外線を集め、集めた赤外線を温度に依存した 出力信号に変換することにより、人間の耳内の鼓膜の温度を測定することである 。

本発明のさらに他の目的は、周囲温度において作動する等温検出部を用いて、赤 外線に基づく温度を正確に決定することである。

本発明の別の目的は、比較的熟練していないオペレータにも簡単に使用でき、比 較的安価に製造できる温度測定システムを提供することである。

上記の目的は、一端に赤外線受光ポートを備えたハウジングを有する赤外線体温 計装置およびシステムにおいて実現される。ハウジング内部には赤外線センサ部 が収容され、赤外線センサ部は、導波路と、熱電対列センサと、サーミスタと、 熱伝導ブロックとを有している。赤外線センサ部は、周囲温度が変化しても等温 状態を保つことができるように組立てられ形づくられている。また、赤外線セン サ部は、ハウジング壁と等温部との間に断熱空間が形成されるように、ハウジン グ内に配置されている。導波路は、赤外線受光ポートを経てハウジング内に延在 している。ハウジングには、さらに、電源と信号処理基板とが収容されている。

制御スイッチと温度表示部が、オペレータが持ちやすい形に作られたハウジング 外表面に配置されている。ハウジングは、また、オペレータが器具を持った手を 患者の頬にあてがう（耳鏡の使用において必修の方法）ことにより自動的に器具 を鼓膜に向けて置くことができるように形成されている。

操作に際し、使い捨てのスベキニラ＜ｓｐｅｃｕｌｕｍ）を、導波路の、ハウジ ングの外側に延在する部分にかぶせる。つぎに、スベキュラを患者の耳の内部に 配置する。なお、スペキュラは、選択された周波数において赤外線を透過するも のである。耳内の鼓膜と鼓膜に隣接する組織から放射された赤外線は、導波路を 通って進み、赤外線に対応する信号を発生する赤外線検出器に衝突する。同時に 、サーミスタなどの温度センサにより、等温部の温度を測定する。これらの信号 は信号処理器への入力を構成し、信号処理器は測定温度を生成し、そして、測定 温度が表示される。

図面の簡単な説明 第１図は本発明にかかる温度感知装置の縦断面図であり、内部の種々の構成要素 ならびに患者の耳との関係を示す。

第２図は本発明の装置の正面図であり、ハウジングとセンサ部の間の断熱空間が 示されている。

第３図は本発明の装置の上面図であり、表示部とスベキ二うの位置を示している 。

第４図は第１図のセンサ部１０の詳細な縦断面図である。

第５図は本発明のひとつの構成の組立図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図において、本発明に係る装置の内部構成要素の詳細断面図が示されている 。ここで、装置は患者の耳１００との関係において示されている。耳１００には 、鼓膜１までつづく外耳道２が示されている。鼓膜は、外耳道２の外側下方に位 置する鼓状の膜である。この鼓膜はその温度に比例した赤外線を放射する。赤外 線は外耳道を進み耳間口部において集光することが可能となる。

第１図に示された温度測定装置は、装置の部品を封入するハウジング５を備えて いる。ハウジング５は、電子部品を収容するのに適した物質から成り、好ましく は、軽量の硬質プラスチック素材から形成される。プラスチックは、強度／重量 比率が比較的高いこと、射出成型技術により簡単に製造できること、熱伝導率が 低いこと、そして、はとんどのプラスチックは材料費が比較的安価なことなどか ら、好んで用いられる。ただし、より厳しい条件下の用途と環境においては、合 成物やファイバーガラスなど他の物質がハウジング５として要求されることもあ る。しかし、たいていの用途には、ポリエチレンやポリプロピレンなどのプラス チックで充分である。

ハウジング５と一体的に設けられたスペーサスタッド４がハウジング壁から半径 方間内側に延在している。これらのスペーサスタッドは、好ましくは、ナイロン などの低い熱伝導率をもつ物質から構成され、参照番号１０で示される赤外線セ ンサ部をハウジング５内部の空間３内に構造的に支持する。空間３は赤外線セン サ部１０を取り巻く断熱空気層を提供し、ハウジング５外部の熱源から赤外線セ ンサ部への熱移動を低減させる。

つぎに第２図を参照すると、空間３は、ハウジング壁と赤外線センサ部１０との 間の環状の領域として示されている。第２図の破線は赤外線センサ部１０を環状 位置に支えるスペーサスタッド４をあられす。たいていの用途においとしては、 空間３で充分である。よりきびしい条件下の用途には、他の断熱手段をかわりに 用いることができる。例えば、フレオン充填の発泡ポリマー、真空ギャップなど がある。このような断熱手段には費用が余計にかかるけれども、より低い熱伝導 率や小型のハウジングが要求される場合には、このような断熱手段の使用もやむ を得ない。ハウジング壁と赤外線センサ部１０との距離はそれほど限定的なもの ではなく、５乃至５０ｍｍの範囲でよい。

ふたたび第１図を参照すると、第２の空間がスベキニラ２５と導波路１１とによ って形成され、参照番号９で示されている。空間９は、スペキュラ２５の外部の 熱源から導波路１１を断熱する作用をもつ。特にスペキュラを挿入する際に、導 波路の隣接端部の突出部が加熱されるのをさらに防止するため、研磨もしくは金 めつきを施したアルミニウム管などの低放射率バリアー９ａが導波路の突出部の まわりに配されている。さらに、空間９ｂと、管９ａを覆うプラスチック低熱伝 導カバー９０とにより、導波路の突出部をさらに熱から防護している。

第１図に３５で示されるプリント配線基板（以下、ＰＣＢと略称する）は、ハウ ジング５の内部に配置されている。

ＰＣＢは装置の信号処理を行う。すなわち、ＰＣＢ３５は赤外線センサ部１０か らの信号をケーブル８を介して受信する。この信号は、電子技術分野において公 知の方法により、ＰＣＢ３５上の回路により増幅・変換される。すなわち、入力 信号は表示部５０を駆動するのに充分な程度に増幅され、さらにシステムの温度 単位（すなわち、華氏あるいは摂氏）にしたがって変換される。ＰＣＢは電源４ ０によりケーブル４１を介して駆動される。電源としては、長寿命の９ボルトバ ツテリーが好ましいが、別の電源でも差し支えない。

上述したように、ＰＣＢ３５はハウジング５の外側の表示部５０に接続されてい る。第３図を参照すると、表示部５０はハウジング５の頂部に図示されている。

さらに、使い捨てのスベキュラ２５とスペキュラ説着スイッチ７が示されている 。表示部５０は、好ましくは、液晶表示部（ＬＣＤ）がよく、これはＬＣＤが小 電力ですむからである。

ＬＣＤは明るい照明のもとで最も良好に表示を行う。装置を低照明域において使 用することが予想される場合には、発光ダイオード表示部（ＬＥＤ）などの他の 表示部に交換すればよい。たいていの用途にはＬＣＤで充分であり、ＰＣＢ３５ に導電リボンコネクタ（第１図）を介して接続されている。装置の制御はＰＣＢ ３５にケーブル７０を介して接続されるスイッチ６により行われる。

ひきつづき第１図を参照して、赤外線センサ部１０の一部は開口８０を通ってハ ウジング５の外部に延在し、赤外線を放射する対象物（たとえば鼓膜）に向けて 置かれる装置部分を形成している。ここで、使い捨てのスベキニラ２５を用いて 、ハウジング外部に延在する赤外線センサ部を覆う。すなわち、使い捨てのスベ キュラ２５は、支持突起３０により変換された摩擦力によってハウジング５にぴ ったりと嵌合する。この嵌合は、カップ型のスペキュラをハウジング開口に押し つけることにより形成される。スベキニラ２５はごく安価なポリエチレンやポリ プロピレンなどの赤外線透過物質からできている。スペキュラ２５を取り外すに は、スイッチ７を押し下げればよい。すなわち、スイッチ７を押すことにより、 ブツシュロッド３９が伸びて、スベキュラが支持突起３０からはずれる。スプリ ング３１の作用によってブツシュロッド３９とスイッチ７がもとの位置に引込め られ、新たな使い捨てスベキュラを装着する準備ができる。さらに、スペキュラ を再使用（洗浄後）できるようにすれば経費を節減できる。

第４図には、赤外線センサ部が詳細に示されている。導波路１１は、一様な円筒 管で、ハウジング５の外部に延在する開放端（第１図に示し、上述した）と、赤 外線検出器１８側の他端とを備えている。導波路１１０寸法と方向性は、赤外線 検出器１８の視野角が約６度となるようにきめられ、これにより、赤外線検出器 は、鼓膜（第１図の１）から放射される赤外線を、外耳道からの赤外線はほとん どあるいは全く除外して「見る」ことになる。このことにより、本装置が鼓膜の 温度を測定することが保証される。また、完全とはいえない場合でも、鼓膜の温 度と、外耳道の、鼓膜に直接接触し従って鼓膜の温度と非常に近い温度を呈する 部分のみの温度との平均を測定することが保証される。

導波路は比較的低い赤外線放射率をもつ物質でつくられ、アルミニウムが好まし い。

赤外線検出器１８は熱電対列型が好ましく、これは種々の工業用装置において赤 外線検出用として認識されるようになってきている。熱電対列には、当然周囲温 度に影響される複数の基準（冷間）接合部が設けられている。複数の検出器柱体 １６が基準接合部に熱的に密接する位置に設けられている。サーミスタや熱電対 などの接触温度センサ１３が検出器柱体１６にごく近接して配置されている。赤 外線検出器と、検出器柱体１６と、サーミスタ１３とは、エポキシ化合物１９に より互いに結合されている。構成要素間で実質的に等温状態を保つことができる ように、すなわち、検出器と、接合部と、サーミスタとを同じ（周囲）温度に維 持できるように構成要素を結合できさえすれば、上記の構成要素を結合する手段 はどんなものでもかまわない。

さらに、導波路１１と、上述の検出部もまた、熱伝導ブロック１２によって、周 囲温度において等温状態に保たれる。このような作用をもたせるため、ブロック １２は、導波路１１の大部分と検出部とを覆って連続的に延在している。ブロッ ク１２はアルミニウムや銅などの熱良導体から構成され、アルミニウムがその低 い赤外線放射率のゆえに好ましい。ブロック１２には、赤外線センサ部１０内の 他の構成要素間を実質的に等温状態に保つのに充分な質量を持たせる。ケーブル １４および１７はそれぞれサーミスタ出力信号と赤外線検出器出力信号を伝送す る。ブロック１２から延在する保護バリアー９ａは導波路１１を同心状に取り巻 いている。プラスチックカバー９Ｃがバリアー９ａに接して設けられ、バリアー ９ａと導波路１１の間には空間９ｂが設けられている。

上述した構成の目的は、周囲温度が変化した場合にも、赤外線センサ部内の各構 成要素間を等温状態に保つことにある。基準接合部が隣接する構成要素と同じ温 度に保たれるから、これらの構成要素は赤外線検出器１８に対して、赤外線「不 可視」状態となる。さらに、赤外線センサ部１０における温度変化をもたらすほ どの周囲温度の変化はサーミスタ１３によって測定され、対応する温度変化を補 償するための信号を発生するから、本装置の測定値は周囲温度の変化に影響を受 けることはない。最後に、赤外線センサ部１０は、外部から空間３（第２図参照 ）によって熱的に隔離されているから、外部環境における急激な温度遷移の影響 はかなり低減され、装置の温度感知精度が向上する。

この最後の点は、鼓膜の温度を測定する際には特に重要である。というのは、装 置は患者の体にごく接近して置かれるため、それに伴う熱急上昇を被るからであ る。

第５図を参照すると、ハウジングの外側の形状は、オペレータが親指でセンサス イッチを押し下げることができ、一方、オペレータの残りの指で測定のあいだ患 者の頬にあてがう平面が形成されるようにつくられている。このような形状は２ つの理由で重要である。第一に、本発明の装置の使用法は、それ自体よく知られ るところの耳鏡の使用法に酷似している。第二に、装置の幾何学的構造によって 導波路を外耳道に正確にあわせることができ、信号精度が向上する。　上述した ような設計要件によって本温度感知装置の使用は大幅に促進される。使用法は、 まず、新しいスベキュラをセンサ装置に装着することから始まる。使い捨てのス ベキュラは、装置を鼓膜に向けるようにして外耳道開口部に嵌入するように形成 されている。すなわち、赤外線検出器１８と鼓膜とが互いに対向し、外耳道と導 波路で形成される事実上の併合導波路によって連結される。装置の使用者は、略 直交方向においてスベキニラを耳内に軽く差し込むだけでよい。上述したとおり 、耳鏡の使用法を適用できるような形に装置を形成したことにより、適正な方向 合わせは簡単に達成される。位置が定まったら、使用者はトリガスイッチ６を押 し下げ、通常２秒後に、温度を読み取り、患者から装置を取り除く。スイッチ７ を押し下げることにより、スベキュラを取り外してごみ容器に落とす。

ＬＣＤ表示部は測定した鼓膜温度を保持しており、公知の手段により記録するこ ともできる。新しいスベキュラを装置にとりつければ、次の測定の準備ができる 。

上記方法における測定作業中に、赤外線検出器は鼓膜からの赤外線にさらされ、 この赤外線露光に対応する電気信号を発生する。同時に、サーミスタ１３は赤外 線センサ部の現在温度を測定し、この温度に対応する信号を発生する。

赤外線信号は増幅され、温度単位に変換され、赤外線センサ部の現在温度につい てのサーミスタ信号によって調整される。調整結果の温度信号は表示部５０に送 出され、装置から使用者への出力となる。

以上の記述は本発明を説明するためになされたものであり、当業者であれば本発 明の趣旨と範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることはいうまでもな い。

電源 ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、３ 〒　諒　！Ｉ　′ｓ　朝　失

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１つの赤外線受光ポートを有するハウジングと、上記ハウジング に収容され赤外線を検知できる第１の端部をもつ導波路手段を有する赤外線セン サ手段と、上記導波路に導かれた上記対象物からの赤外線を受光できるように配 置されかつ検出された赤外線の量に対応する信号を発生する赤外線検出器手段と 、上記赤外線検出器手段の湿度を測定できるように配置されかつ上記赤外線検出 器手段の上記温度に対応する信号を発生する検出器温度センサ手段と、上記導波 路と、等温ブロック手段とを備えた赤外線を放射する対象物の温度を測定する装 置であって、上記赤外線検出器手段と上記検出器温度センサ手段とが上記等温ブ ロックによって周囲温度あるいは周囲温度近傍の温度に保たれ、さらに、上記赤 外線検出器手段出力信号と上記検出器温度センサ手段出力信号とを受けて上記赤 外線を放射する対象物の温度に対応する出力信号を発生する信号処理手段が設け られていることを特徴とする赤外線を放射する対象物の温度を測定する装置。
2. ２．上記ハウジングの一部に電源手段を収容保持できるようにしたことを特徴と する請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．上記導波路手段は、上記ハウジングの赤外線受光ポートに接近して配置され る上記赤外線を検知できる端部を備えた円筒管であることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の装置。
4. ４．上記赤外線検出器手段は、上記導波路手段の第２のすなわち反対側の端部に 配置された熱電対列装置であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置 。
5. ５．上記検出器温度センサ手段が上記基準接合部と等温関係に保たれ、さらに上 記ブロック手段により周囲温度に保たれることを特徴とする請求の範囲第４項に 記載の装置。
6. ６．上記等温ブロック手段は、上記導波路手段に接近して配置された熱伝導物質 であり、上記導波路手段と上記赤外線検出器手段との間の実質的な等温状態を維 持するに足る質量をもつことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
7. ７．上記等温ブロック手段はさらに、上記円筒管の上記赤外線を検知できる端部 を実質的に取り囲む保護バリアーを有することを特徴とする請求の範囲第３項に 記載の装置。
8. ８．上記保護バリアーは上記円筒管から間隔をおいて配置されていることを特徴 とする請求の範囲第７項に記載の装置。
9. ９．上記ハウジングと上記赤外線センサ手段との間に断熱手段を設け、上記ハウ ジングと上記赤外線センサ手段の間の熱伝搬を阻止できるようにしたことを特徴 とする請求の範囲第１項記載の装置。
10. １０．上記断熱手段は、上記ハウジングと上記赤外線センサ手段の間に延在する 支持スタッドにより上記ハウジングと上記赤外線センサ手段の間に形成された空 間であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。
11. １１．上記赤外線センサ手段と、上記ハウジングの上記赤外線受光ポートに取り 付けることができるスベキュラとの間に、第２の空間を形成するようにしたこと を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
12. １２．放射検出器手段に隣接する内側端部を有する開放端導波路を含むセンサ手 段を備え、患者からの放射を上記導波路の外側端部を介して受光するべく上記セ ンサ手段の外側端部を上記患者に隣接して配置することができ、上記放射が上記 導波路により上記放射検出器手段に向かって導かれて上記放射検出器手段と衝突 するように構成され、さらに、上記放射をほぼ透過するよう形成されかつセンサ 手段が患者に接触するのを制限するように上記導波路の上記外側端部のまわりに 取り外し可能に装着することができる保護手段と、熱伝導ブロック手段とを備え た、患者からの赤外線を感知しそれに基づいて患者の体温を決定する装置におい て、上記放射検出器手段と上記導波路は、上記熱伝導ブロック手段によって、上 記熱伝導ブロック手段の直接接している大気温度に対応する温度もしくはほぼそ の近傍の温度において等温状態もしくは略等温状態に保たれるようにしたことを 特徴とする患者からの赤外線を感知しそれに基づいて患者の体温を決定する装置 。
13. １３．上記導波路と上記センサ手段の内壁との間に、両者間の熱伝搬を減少させ るための断熱手段を設けたことを特徴とする請求の範囲１２項に記載の装置。
14. １４．上記熱伝導ブロック手段は、上記導波路の大部分を覆いかつそれに接する 円筒管で、さらに、上記導波路と放射センサの上記等温状態を実質的に維持する に足る質量をもつことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。
15. １５．上記断熱手段は複数の空間領域を有することを特徴とする請求の範囲第１ ４項に記載の装置。
16. １６．上記熱伝導ブロックは上記センサ手段の上記外側端部を取り囲む保護バリ アーを有することを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。
17. １７．上記保護バリアーは上記センサ手段から間隔をおいて配置されていること を特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。
18. １８．患者の内部体温を測定する方法であって、（ａ）耳の鼓膜から発生する放 射を放射センサに導き、さらに、上記放射を上記センサの開放端導波路手段によ り放射検出器手段に導くことができるように、上記放射センサを患者の耳に接し て位置づける工程と、（ｂ）上記放射検出器手段に衝突する上記放射を、単位時 間あたりの放射量に依存する信号に変換する工程と、（ｃ）上記放射検出器手段 と上記導波路の温度を測定する工程と、 （ｄ）上記放射検出器手段と上記導波路の温度に応じて上記放射検出器出力信号 を調整する工程と、（ｅ）調整された放射信号から得られた鼓膜温度を表示する 工程とを含み、 上記放射検出器手段と上記導波路は等温ブロック手段により実質的に周囲温度に 保たれ、工程（ｂ）〜（ｄ）は必須的に同時に実施されることを特徴とする患者 の内部体温を測定する方法。
19. １９．サーミスタが上記導波路と上記放射検出器手段とに熱的に結合され、上記 放射検出器手段と上記導波路の温度を測定することを特徴とする請求の範囲第１ ８項に記載の方法。
20. ２０．上記ハウジングは、温度測定作業のあいだ患者の頬に手をあてがうことで 上記導波路を上記対象物と一直線上にそろえることができるようにして、持ちや すい形に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
21. ２１．上記ハウジングは、温度測定作業のあいだ患者の頬に手をあてがうことで 上記導波路を上記対象物と一直線上にそろえることができるようにして、持ちや すい形に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。