(57)【要約】プローブシャフトからプローブ先端部を熱的に分離する能動的に制御された加熱要素を有する予測式電子温度計である。予測アルゴリズムを用いて迅速かつ正確な温度測定が行われる。制御回路が、温度感知要素からの入力を読み取って、最良のヒータ制御信号を計算し、プローブシャフトの温度がプローブ先端部の温度変化に迅速に従うようにする。プローブシャフトと先端部との間の熱分離によって、加熱要素から先端部への熱の流れが妨げられて、より正確な測定がもたらされる。シャフト温度の迅速かつ正確な管理は、測定される患者からの熱が温度センサ要素に最も効果的に伝達されて、それにより非常に高速な温度測定が行われることを可能にする。
2004531741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に配置された断熱体によってプローブシャフトから分離されたプローブ先端部と、
前記プローブ先端部の近傍に配置されたプローブ先端部温度センサと、
を備える電子温度計。
【請求項２】
前記プローブ先端部から熱的に分離された近傍温度センサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子温度計。
【請求項３】
プローブ先端部温度センサに電気的に接続された温度予測コンポーネントをさらに備え、前記プローブ先端部温度センサが、前記プローブ先端部の近傍に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電子温度計。
【請求項４】
前記温度予測コンポーネントが近傍温度センサに電気的に接続され、該近傍温度センサが前記プローブ先端部から熱的に隔離されたことを特徴とする請求項３に記載の電子温度計。
【請求項５】
温度予測コンポーネントをさらに備え、該温度予測コンポーネントは、最適化された温度予測アルゴリズムを用いて予測温度を計算するように作動可能であることを特徴とする請求項４に記載の電子温度計。
【請求項６】
前記プローブ先端部から熱的に分離された加熱要素をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子温度計。
【請求項７】
前記加熱要素に制御された電力を与える温度制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の電子温度計。
【請求項８】
前記温度制御回路は、少なくとも１つの温度センサからの入力を受信し、最適化されたヒータ制御アルゴリズムを用いて、前記入力に従って前記加熱要素への電力を能動的に制御することを特徴とする請求項７に記載の電子温度計。
【請求項９】
前記加熱要素は、前記先端部から熱的に分離された前記プローブシャフトの温度を上昇させ、前記プローブ先端部から前記プローブシャフトへの熱の流れを妨害することを特徴とする請求項６に記載の電子温度計。
【請求項１０】
遠位端と近傍端を有するプローブシャフトと、
前記遠位端と断熱体との間に取り付けられたセパレータと、
を備え、前記断熱体は、前記セパレータと前記プローブ先端部との間に配置され且つそれらを熱的に隔離し、
前記セパレータと熱的に接触する加熱要素と、
前記プローブ先端部と熱的に接触するプローブ先端部の温度センサ要素と、
を備えることを特徴とする電子温度計。
【請求項１１】
前記断熱体と熱的に接触する近傍温度センサ要素をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子温度計。
【請求項１２】
前記プローブ先端部の温度センサは、前記プローブ先端部に対して取り付けられ、前記近傍温度センサは、前記断熱体に対して取り付けられることを特徴とする請求項１１に記載の電子温度計。
【請求項１３】
前記プローブ先端部の温度センサと前記近傍の温度センサの少なくとも一方はサーミスタであることを特徴とする請求項１２に記載の電子温度計。
【請求項１４】
能動的ヒータ制御回路をさらに備え、前記能動的ヒータ制御回路によって、前記加熱要素が、前記プローブ先端部温度センサからの信号に応答して前記プローブシャフトの温度を上昇させることを特徴とする請求項１１に記載の電子温度計。
【請求項１５】
前記能動的ヒータ制御回路によって、前記加熱要素が、前記近傍温度センサからの信号に応答して前記シャフトの温度を上昇させることを特徴とする請求項１４に記載の電子温度計。
【請求項１６】
温度予測コンポーネントをさらに備え、前記温度予測コンポーネントは、前記プローブ先端部温度センサが測定される被検体との熱平衡に達する前に取得された前記プローブ先端部温度センサからの信号に従って、予測平衡温度を計算することを特徴とする請求項１０に記載の電子温度計。
【請求項１７】
前記温度予測コンポーネントによって、出力装置は、前記センサが前記測定される被検体との熱平衡に達する前に、前記予測平衡温度の表示を与えることを特徴とする請求項１６に記載の電子温度計。
【請求項１８】
前記温度予測コンポーネントは、最小二乗適合アルゴリズムに従って前記予測平衡温度を計算することを特徴とする請求項１６に記載の電子温度計。
【請求項１９】
前記温度予測コンポーネントは、次式：
【数１】
2004531741.tif 000006
に従って予測平衡温度を計算し、これは、本発明のヒータアルゴリズムの作用と組み合わされたときに、次式としてモデル化され：
【数２】
2004531741.tif 000007
線形形式になるように簡単化すると：
【数３】
2004531741.tif 000008
であることを特徴とする請求項１６に記載の電子温度計。
【請求項２０】
前記能動的ヒータ制御回路は、デジタル制御装置にプログラミングされ実質的に最適化されたアルゴリズムを使用して、温度センサ信号に応答してヒータ電流のほぼ瞬間的な変化をおこすことを特徴とする請求項１５に記載の電子温度計。
【請求項２１】
前記実質的に最適化されたアルゴリズムは、プローブシャフト温度によるプローブ先端部温度の迅速な追跡のために前記プローブの熱特性に従って予め定められることを特徴とする請求項２０に記載の電子温度計。
【請求項２２】
前記実質的に最適化されたアルゴリズムは、次式：
最終誤差＝現在誤差
現在誤差＝ＳＰ−Ｔｐ温度
デューティサイクル＝（ｉｎｔ）（Ａ予熱×現在誤差＋Ｂ予熱×（現在誤差−最終誤差）＋０．５）
を含み、ここで、
最終誤差は、先に求められた現在誤差値を保存するための変数であり、
現在誤差は、ポイント温度と測定されたプローブ先端部温度との間の差を保存する変数であり、
デューティサイクルは、ヒータ電流を印加する時間の百分率を表わす変数であり、
ＳＰ＝３５Ｃであり、
Ｔｐ温度＝プローブ先端部温度センサの摂氏度のデータであり、
Ａ予熱及びＢ予熱＝電力供給電圧レベルに応じた定数である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の電子温度計。
【請求項２３】
可撓性ケーブルによって前記プローブシャフトに接続されたベースコンポーネントをさらに備え、前記可撓性ケーブルは、温度センサ信号を搬送する導体と、前記加熱要素に電流を搬送する導体とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子温度計。
【請求項２４】
前記ベースコンポーネントは、前記加熱要素と温度予測コンポーネントのための制御コンポーネントを収容し、前記ベースコンポーネントはさらに、前記ヒータ制御コンポーネント及び前記温度予測コンポーネントと通信する出力装置を含むことを特徴とする請求項２３に記載の電子温度計。
【請求項２５】
前記プローブ先端部と前記セパレータとの間に配置された熱エポキシをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の電子温度計。
【請求項２６】
前記断熱体は、ＥＸＸＯＮ社製のＨＤＰＥであるＥｓｃｏｒｅｎｅ  ＨＤ６８０１ＹＮ、又はＤｏｗ社製のＨＤＰＥであるＤｏｗ２５４５５Ｎから形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電子温度計。
【請求項２７】
被検体の温度を迅速に測定する方法であって、
温度センサを含む温度計プローブ先端部を温度計プローブシャフトから熱的に分離し、
前記温度計プローブシャフトを加熱し、
前記温度センサからの温度センサ信号を読み取り、
前記温度センサ信号に従って作動する予測アルゴリズムに従って平衡温度を予測する、
段階を含む方法。
【請求項２８】
前記温度計プローブシャフトを加熱する段階がさらに、
前記温度センサからの温度センサ信号を読み取り、
前記温度信号に従って作動するヒータ制御アルゴリズムにしたがって最適なヒータ電流制御信号を計算し、
前記ヒータ電流制御信号をヒータ電流制御コンポーネントに印加する、
段階を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ヒータ電流制御アルゴリズムは、
先に求められた温度誤差値を保存する段階と、
設定値から前記温度センサ信号を引くことによって温度誤差値を求める段階と、
前記誤差値に第１予熱定数を掛けて第１の結果を取得し、
第２予熱定数に前記温度誤差値と前記先に求められた温度誤差値との間の差を掛けて第２の結果を取得し、
前記第１の結果に前記第２の結果を足したものに０．５を加えて、第３の結果を取得し、
前記第３の結果の小数部を切り捨てること、
によってデューティサイクルを求める段階と、
を含み、前記第１の予熱定数と前記第２の予熱定数は、電力供給電圧レベルに依存することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記予測アルゴリズムは、プローブ先端部温度データを第１の式：
【数４】
2004531741.tif 000009
（式中、Ｔp＝プローブ先端部温度である。）に適合させるために曲線の当てはめを実行する段階と、
前記第１の式の「ａ」項を第２の式：
【数５】
2004531741.tif 000010
（式中、Ｔfinalは予測最終温度である。）に適用する段階と
を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
プローブ先端部温度データを第１の式：
【数６】
2004531741.tif 000011
（式中、Ｔp＝プローブ先端部温度である。）に適合させるために曲線の当てはめを実行する段階と、
前記第１の式の「ａ」項を第２の式：
【数７】
2004531741.tif 000012
（式中、Ｔfinalは予測最終温度である。）に適用する段階と、
を含み、これらの段階は複数回実行され、前記段階を実行する度毎に、個別のＴp（０）値が用いられ、
最良のＴfinal値を選択する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記最良の値は、メトリクスを用いることによって選択されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数回は７回に等しいことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
温度計プローブシャフトから温度センサ要素を含む温度計プローブ先端部を熱的に隔離する手段と、
前記温度計プローブシャフトに熱を加える手段と、
前記温度センサ要素から温度信号を読み取り、前記温度センサ要素からの前記信号の読取値に従って平衡温度を予測する手段と、
を備える電子予測温度計。
【請求項３５】
前記温度センサ要素からの前記信号の読み取りに従って前記温度計プローブシャフトに加えられる前記熱を制御する手段をさらに備えることを特徴とする請求項３４に記載の予測式電子温度計。
【請求項３６】
遠位端と近傍端とを有するプローブシャフトと、
前記プローブシャフトに対して取り付けられたセパレータと、
前記シャフトの前記遠位端の上に配置された断熱体と、
ヒータ制御コンポーネントに接続された前記セパレータを加熱することができる抵抗と、
前記シャフトの前記遠位端で前記断熱体に取り付けられ、前記プローブシャフト、前記セパレータ及び前記加熱要素から熱的に分離されたプローブ先端部と、
前記プローブ先端部に取り付けられ、前記ヒータ制御コンポーネントと温度予測コンポーネントに接続された第１サーミスタ要素と、
前記断熱体に取り付けられ、前記ヒータ制御コンポーネントと温度予測コンポーネントに接続された第２サーミスタ要素と、
を備え、前記ヒータ制御コンポーネントは、前記抵抗に、前記サーミスタからの信号に応答して前記セパレータの温度を上昇させる能動的ヒータ制御回路を備え、
前記温度予測コンポーネントは、前記サーミスタからの信号に従って予測平衡温度を計算し、前記信号は、前記サーミスタが測定される被検体との平衡に達する前に取得されることを特徴とする電子温度計。
【請求項３７】
前記温度予測コンポーネントは、次式：
【数８】
2004531741.tif 000013
に従って前記予測平衡温度を計算し、これは、本発明者らのヒータアルゴリズムの作用と組み合わされたときに、次式としてモデル化され：
【数９】
2004531741.tif 000014
線形形式になるように簡単化すると：
【数１０】
2004531741.tif 000015
であることを特徴とする請求項３６に記載の電子温度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２００１年６月２７日付けの米国特許出願第０９／８９３，１５４号に基づく優先権を主張するものであり、その内容全体は、引用によりここに組み入れられる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、電子温度計の分野に関し、より詳細にはセンサプローブを用いる高速応答電子温度計の分野に関する。
【０００３】
（背景技術）
電子温度計は、ヘルスケア分野において患者の体温を測定するのに広く用いられている。典型的な電子温度計は、細長いシャフト部分を備えたプローブの形態を有する。サーミスタ又は他の温度感受性要素のような電子温度センサが、シャフト部分の中に収容される。電子センサコンポーネントに接続された付加的な電子装置が、例えば、ワイヤによってシャフト部分に接続されたベースユニットの中に収容されるか、又はシャフト部分のハンドルの中に収容される。電子コンポーネントは、センサコンポーネントからの入力を受信して、患者の体温を計算する。温度は典型的に、セブンセグメント数字表示装置のような視覚出力装置に表示される。公知の電子温度計のさらに別の特徴は、ビープ又はトーン・アラート信号といった可聴式の温度レベル通知を含む。通常は、使い捨てのカバー又は鞘がシャフト部分に嵌められ、衛生上の理由から温度計の各使用後に捨てられる。
【０００４】
電子温度計は、通常の温度計を上回る多くの利点を有し、ヘルスケア分野における通常のガラス温度計の使用において広くとって代ってきた。例えば、電子温度計は、コストのかかる滅菌処置を必要とせず、ガラスが壊れて患者に怪我をさせる危険性を与えない。さらに、電子温度計は、通常は、ガラス温度計より応答時間が速く、より正確で精密な温度測定情報を与える。
【０００５】
ガラス温度計を上回る応答時間の改善にもかかわらず、典型的な電子温度計は、依然として許容できない長い応答時間を有する。長い応答時間は、主に、センサコンポーネントと組み合わされたプローブの熱的容量によるものである。プローブとセンサコンポーネントの熱的容量は、測定される患者の実際の体温に到達するのに数分間かかる。プローブの熱的容量は、典型的には、測定される患者の体温より低い温度で測定サイクルを開始し、患者とプローブの熱的容量が熱平衡に達するまで、患者から熱を吸収する。したがって、プローブの熱的容量は、センサ温度が患者の体温に瞬時に達するのを妨げる。
【０００６】
従来技術の電子温度計は、多くの異なる技術を用いて達成される改善された応答時間をもつことが知られている。当該技術分野で公知の技術の１つは、患者の接触領域と温度センサとの間にプローブ先端部の金属といった熱伝導性の材料を使用するものである。別の技術は、患者の接触領域と温度センサとの間に非常に薄い材料層を使用するものである。これらの技術の両方は、応答時間を幾らか改善するが、患者からの熱が温度センサではなくプローブの熱的容量に流れる間に依然として無駄な時間がかかる。
【０００７】
既に知られている電子温度計は、温度測定を行うのに先立ち、プローブシャフトの熱的容量とプローブ先端部の温度を患者の体温に近づけるために、プローブシャフトに電子加熱要素を使用している。温度センサの読取値は、加熱要素への電流を制御する公知の方法で用いられる。温度センサが患者との熱平衡に達する前に患者からプローブの熱的容量に伝達されるべき熱が少ないので、時間が節約される。
【０００８】
電子温度計の応答時間はまた、プローブシャフト又は先端部を加熱することを含まない方法によっても改善されている。例えば、温度計の電子装置によって早期の温度測定値の組が読み取られ、最終的な推定平衡温度を外挿するために数学的アルゴリズムが適用される予測式温度計が知られている。応答時間を改善し正確な温度推定を与える種々の予測式温度計が知られている。加熱方法と予測方法とが組み合わされた電子温度計の応答時間を改善するさらに別の方法が知られている。
【０００９】
温度計は、従来技術における種々の方法によって改善されているが、従来技術の温度計の欠点には改善の余地がある。例えば、従来技術の温度計は、過度に長い応答時間に依然として悩まされる。さらに、応答時間を改善するために加熱されたプローブ先端部を使用する従来技術の温度計は、加熱されたプローブ先端部に起因する不正確な読み取りに依然として悩まされる。
【００１０】
（発明の開示）
本発明は、温度計プローブ先端部を温度計シャフトから熱的に切り離すように構成された予測式電子温度計において具体化される。本発明に含まれる利点は、時間最適化アルゴリズムに従って、温度センサからの信号に応答してシャフトを加熱する温度計シャフトの加熱要素に対して、能動的フィードバック制御を与える。本発明によれば、断熱体が、シャフトを先端部から分離する、すなわち熱的に切り離す。患者からの熱が先端部に流れ、そこにとどまって、先端部とそれに熱的に結合されたシャフトの温度を上昇させる場合より迅速に先端部の温度を上昇させる。したがって、温度センサと患者との間の平衡に、より迅速に到達する。公称抵抗値をもち緊密に嵌合されるプローブカバーは、プローブが患者の体腔内に入れられたときに、患者から先端部を熱的に分離する。熱エネルギーは、患者の組織からカバーを通って先端部に流れる。
【００１１】
ヒータ制御コンポーネントは、温度センサからの信号によって示されるプローブ先端部温度を追跡するために、本発明に係る能動的フィードバック制御アルゴリズムを使用する。ヒータ制御コンポーネントは、患者の熱エネルギーが先端部温度を上昇させるのに要する時間を最小にするように算出された増加分だけヒータへの電流を増加させる。
【００１２】
加熱要素の能動的フィードバック制御は、従来技術の温度計を上回る実質的な利点を与える。例えば、Ｇｒｅｇｏｒｙ他の米国特許第５，６３２，５５５号は、プローブがベースハウジングから取り出されたときにプローブ先端部を加熱するために抵抗加熱要素を組み入れた低い熱容量をもつ中空のプローブ先端部を使用するものである。Ｇｒｅｇｏｒｙ他の加熱要素は、能動的制御なしにプローブの熱的容量の温度を華氏約９３度まで上昇させる。こうした制御されないシャフトの加熱は、プローブシャフトをあまりにゆっくりと又は早く加熱し過ぎることがあり、遅い又は不正確な温度の読み取りを招くことがある。
【００１３】
本明細書はまた、Ｗｅｓｔの米国特許第４，１８３，２４８号に開示される温度計のような公知の高速応答温度計を上回る改善を開示するものである。Ｗｅｓｔの温度計は、プローブ先端部をプローブの残りの部分から熱的に分離し、そうでなければ先端領域からプローブシャフトに下りる熱の流れと関連付けられる長い熱時定数を減少させるサーボを含む。システムの時間応答は、プローブの先端領域によってのみ制限される。先端領域は、体温が測定される身体に対して緊密に熱的に接触するように位置される高い熱伝導性をもつ材料から形成される。Ｗｅｓｔによって開示される温度計においては、加熱要素を通る電流は、プローブ先端上に個別に配置される一対の計測センサによって感知された温度に応答するアナログ増幅器回路によって制御される。センサは、一方がプローブ先端部の最遠位端に位置し、もう一方がプローブシャフトのより近傍にあるプローブ先端部の側部に接触するように配置される。各センサによって感知された温度間の差は、先端部からシャフトへの熱の流れを表わし、それにより大きな温度の差は、先端部の温度を上昇させるために、より多くの熱をヒータに加えるべきであることを示す。２つのセンサ要素間の差異に基づいて加熱要素を制御するために、アナログ式フィードバック回路が用いられる。
【００１４】
Ｗｅｓｔによって開示された温度計は、測定される患者からではなく加熱要素から先端部センサ素子に伝達される熱に起因して、温度測定に不正確さをもたらす。本発明の実施形態に用いられる断熱体は、これらの不正確さの多くを減少させる。Ｗｅｓｔの温度計における別の不正確さ及び非効率性は、プローブ先端部に熱を加えるのに最も時間効率の良い方法に数学的に最適化されないヒータ制御のアナログ式フィードバック方法によってもたらされる。本発明の実施形態は、最適化されたフィードバックアルゴリズムを実行するのにデジタル式フィードバックを用いることによってこれらの不正確さを克服するものである。Ｗｅｓｔの装置のアナログ式フィードバック回路のさらに別の欠点は、フィードバック回路の抵抗素子の慎重な調整が要求されることと、抵抗素子とフィードバック回路との間の製造上の差異によってもたらされる不正確さとを含む。本発明の実施形態は、こうしたコンポーネントの調整を必要としない。Ｗｅｓｔの装置はまた、先端部の熱平衡に達するまでの不利な待ちがあり、それにはおよそ２６秒間かかる。本発明は、早期のセンサ測定に従って平衡温度をより迅速に予測することにより、応答時間の著しい減少を与える。
【００１５】
本発明はまた、先端部の時間に伴う温度を監視し、その情報を用いて最終的な平衡温度を予測し、従来技術の予測式温度計を上回る大きな利点を与える能動的予測アルゴリズムを使用するものである。例えば、Ｇｒｅｇｏｒｙ他の米国特許第５，６３２，５５５号に開示された温度計は、プローブ先端部がプローブシャフトとの熱平衡に達するずっと以前に行われた測定に基づいて早期の温度予測を実行する電子装置を含む。Ｇｒｅｇｏｒｙ他の特許はまた、プローブ先端部の温度を華氏約９３度まで上昇させる先端部の加熱素子を開示している。Ｗｅｓｔの温度計と同様に、Ｇｒｅｇｏｒｙの温度計は、プローブ先端部、及びプローブシャフトに熱を加えることによって、温度測定に不正確さをもたらす。不利なことに、Ｇｒｅｇｏｒｙの温度計は、先端部の温度に応じてシャフトに加えられる熱の量を制御するものではない。むしろ、Ｇｒｅｇｏｒｙの温度計は、プローブ先端部の温度を華氏９３度のレベルに調整することを試みるものである。こうした温度制御は、加熱されない温度プローブに対する応答時間を改善することができるが、最も速い温度応答時間のために最適化されるものではない。本発明の実施形態は、例えば最適化されたヒータ制御方法を採用することによって、より改善された応答時間を与える。
【００１６】
本発明の特徴は、プローブシャフトから熱的に切り離され、それによりプローブ先端部の温度感知要素の応答時間を実質的に減少させるプローブ先端部である。加熱要素からの熱エネルギーは、プローブ先端部に直ちに流れないので、プローブ先端部の温度感知要素は、患者の体温のより正確な表示を与えることができる。
【００１７】
本発明の実施形態は、最小の時間で患者の体温の非常に正確な予測を与える予測アルゴリズムを使用するものである。本発明の予測アルゴリズムは、本発明のプローブシャフト及び先端部において具体化される特定の熱構成のために最速かつ最も正確な応答時間を与える多くの温度予測アルゴリズムから選択される。本発明はまた、当該技術分野で公知の予測式電子型温度計より速く正確な予測アルゴリズムによって特徴付けられる。予測アルゴリズムは、別個の時間量によってそれぞれ分離された幾つかの異なる時間で開始することができ、それにより幾つかの予測の各々は、データストリームの異なる開始点において実行される。幾つかの予測は、別のデータがサンプリングされる際に連続して更新することができる。幾つかの実行される予測アルゴリズムのうち最良を選択するために、生理学的な因子に基づくメトリクスが用いられる。
【００１８】
本発明のさらなる特徴は、複数の抵抗又は他の電子コンポーネントの調整を必要とせず、抵抗及びキャパシタといった複数の電子コンポーネントにおける製造公差に起因する不正確さに悩まされず、さらにプローブ先端部を加熱することによってもたらされる不正確さに悩まされないヒータ制御回路を含む。
【００１９】
本発明の実施形態はまた、付加された抵抗によるサーミスタ変動を補償するのではなく、サーミスタ変動を補償するために読み取られる校正値の使用によって特徴付けられる。手間のかかる校正段階は、補償抵抗を付加する必要性をなくすことによって、製造の際に排除される。
【００２０】
本発明の実施形態のさらなる特徴は、コンポーネントの幾何学的配置を維持するのに用いられるフレックス回路を含む。フレックス回路は、温度センサと、加熱要素と、それらの制御及び予測回路への接続部の位置決め及び接続に対する製造コストを減らす。
【００２１】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の上記の並びに他の特徴及び利点は、例証となる実施形態の以下の詳細な説明を付属の図面と併せて読むことから、より良く理解されるであろう。
【００２２】
次に図面を、特に図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ及び２Ｂを参照すると、本発明の少なくとも１つの実施形態に従って構成された電子温度計が示されている。遠位端３１と近傍端３３を有し、かつ遠位端に配置されるセパレータ１３を有するプローブシャフト１０が示されている。例示的な実施形態においては、プローブシャフト１０は、Ａｄａｍ  Ｓｐｅｎｃｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＣＥＬＣＯＮ  Ｍ９０から形成される。Ｃｅｌｃｏｎは、靭性及びノッチ抵抗性のために選択されたアセタールである。Ｃｅｌｃｏｎは、押し出すこともできるので、プローブシャフト材料に対する付加的な利点をもつ。セパレータ１３は、３０３３−Ｈ１４アルミニウムから形成される。アルミニウムは、セパレータの製造スタンピング作動に最適であるので、セパレータのためにアルミニウム材料を選択した。加熱要素１２は、セパレータ１３と接触しており、該セパレータに熱を与える。例示的な実施形態においては、加熱要素は、１００ｏｈｍの１／６ワット１％０６０３ＳＭＤ抵抗である。平行な２つの２００ｏｈｍの０４０２ＳＭＤ抵抗のような多くの抵抗構成が機能するであろう。５パーセントの公差も許容可能である。セパレータ１３は、プローブシャフト１０の外面の周りに取り付けられ、セパレータ１３からプローブシャフト１０に熱が十分に伝達されるように、該プローブシャフトにしっかりと嵌合される。電力導体（図示せず）は、加熱要素に電力を供給し、加熱要素と加熱制御回路（図示せず）との間に接続される。セパレータ１３の周りに、かつセパレータ１３とプローブ先端部１６との間に断熱体１４が配置される。例示的な実施形態においては、断熱体１４は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＨＤＰＥ−ＤＯＷ  ２５４５５Ｎから形成される。多くの他のＨＤＰＥが機能するであろう。例えば、Ｓｏｌｖａｙ  Ｆｏｒｔｉｆｌｅｘ  ＨＤＰＥか又はＥＸＸＯＮ  Ｅｓｃｏｒｅｎｅ  ＨＤ  ６８０１ＹＮ材料を、断熱体に用いることができる。これらの材料は、普通より高い熱伝導度及び生体適合性の要求のために選択される。プローブ先端部は、３００３−Ｈ１４アルミニウムから形成される。
【００２３】
断熱体１４は、セパレータ１３からプローブ先端部１６への熱の流れを実質的に妨げる。したがって、加熱要素１２において生成された熱の多くは、セパレータ１３に流れ、プローブシャフト１０を加熱するのに用いられる。プローブ先端部１６は、加熱要素１２、セパレータ１３又はプローブシャフト１０のいずれとも接触することなく、断熱体１４の周りに配置される。それにより、プローブ先端部１６は、プローブシャフト１０から熱的に隔離される。サーミスタのような先端部温度センサ１８は、プローブ先端部の内壁に対して配置される。サーミスタのような近傍温度センサ１９は、熱セパレータ１３の内面に対して配置される。温度信号導体（図示せず）は、先端部温度センサ１８、近傍温度センサ１９、及びヒータ制御回路から接続される。温度信号導体（図示せず）はまた、温度予測コンポーネント（図示せず）に接続される。少なくとも１つの実施形態においては、温度信号導体は、ヒータ制御回路と温度予測コンポーネントとの両方の機能を実行するマイクロプロセッサシステムに接続される。近傍温度センサ１９は、ヒータ電流制御値を計算するのに用いるために、セパレータ温度を示す信号をヒータ制御回路に与える。近傍温度センサ１９はまた、温度予測アルゴリズムに用いるために、セパレータ温度を示す信号を温度予測コンポーネントに与える。
【００２４】
本発明の種々の実施形態は、プローブ先端部１６を患者から隔離する緊密嵌合プローブカバーと共に用いられる。こうしたプローブカバーは、公称抵抗値と公称キャパシタンスを有する。プローブが患者の体腔内に入れられたときに、熱エネルギーが患者の組織からカバーを通ってプローブ先端部１６に流れる。患者のエネルギーは、先端部を加熱し、加熱されたシャフトには流れないので、プローブ先端部は、より迅速に患者との熱平衡に達する。
【００２５】
本発明の例示的な実施形態の組立体は、特に、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ及び２Ｂを参照して説明される。プローブシャフト１０は、遠位（先端）端３１と近傍端３３とをもつものとして説明される。セパレータ１３をプローブシャフト１０の遠位端３１に組み付ける前に、遠位端３１の外側の周辺部は、例えば、シャフトが回転する際に外面に対して３２０グリットのサンドペーパを保持することによって粗くされる。ＵＬ  Ｌｉｓｔｅｄ  Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｃｏｍｍｉｎｇｓ２８５０Ｅｐｏｘｙのようなシーラントが、シャフト１０の粗い領域に適用され、セパレータ１３がシャフト１０に組み付けられる。
【００２６】
例示的な実施形態においては、図３Ａ及び３Ｂに示されるようなフレックス回路１１を用いて、信号導体及びヒータ電力導体を温度センサ１８、１９及び加熱要素１２に効果的に与え、組立体内の温度センサ１８、１９と加熱要素１２との適正な位置決めを与えることができる。フレックス回路１１は、例えば、適正に構成された組立てツールで折畳むことによって形成することができる。折畳まれたフレックス回路１１は、図２Ｂを参照すると見ることができる。フレックス回路１１は、組立ての間にフレックス回路１１を安定化させるために、接着剤によってシャフト１０の内径に取り付けられる。
【００２７】
近傍温度センサ（サーミスタ）１９と断熱体１４の内径との間に、及び加熱要素（抵抗）１２と断熱体１４の内径との間に、熱接着剤（エポキシ）が適用される。断熱体１４は、セパレータ１３の上に組み付けられる。熱接着剤（エポキシ）はまた、先端部センサ（サーミスタ）１８とプローブ先端部１６の内側中心部分との間に適用される。プローブ先端部１６は、断熱体１４の上に組み付けられ、適正に構成された組立てツールを用いて押し付けられて、正確な先端部−セパレータの長さ３５を確立する。本発明の例示的な実施形態においては、先端部−セパレータの長さ３５は、０．２６６インチである。セパレータ１３の近傍端をシャフト１０までクリンプさせるために、適正に構成されたクリンプ加工ツールが用いられる。
【００２８】
図１Ａを参照すると、断熱体１４は、プローブ先端部１６の内径とセパレータ１３の外径との間にギャップを確立することが認識されるであろう。例示的な実施形態においては、このギャップは、接合部をシールして２つのコンポーネント間の熱伝導経路を与えるために、熱エポキシのような接着剤／シーラントで満たされる。シャフト１０が、シャフト組立体をシールし且つフレックス回路１１を安定化させるために、熱伝導性のＵＬ  Ｌｉｓｔｅｄ  Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｃｕｍｍｉｎｇｓ２８５０Ｅｐｏｘｙで満たされる。
【００２９】
次に図４を参照すると、本発明の少なくとも１つの実施形態においては、ベースユニット３２が、ヒータ制御回路と温度予測コンポーネントのための電源供給装置と電子装置を収容する。可撓性ケーブル３４が、ベースユニット３２からプローブシャフト１０とプローブ先端部１６とを含むプローブ３０に電力を搬送する。温度センサ１８、１９からの加熱要素１２及び温度信号導体への電力導体が、可撓性ケーブル３４に含まれる。使用中にではないが、プローブ３０は、例えばベースユニット３２のスロット３６内に収容することができる。本発明の少なくとも１つの実施形態においては、スロット３６は、プローブ３０がスロット３６から除去されたときに加熱要素１２が通電され始めるように、ヒータ制御回路のスイッチ又はトリガ開始装置を含むことができる。別の実施形態においては、ヒータ制御回路は、温度センサ１８、１９において感知された温度変化に応答して開始することができる。
【００３０】
次に図５を参照すると、ヒータ制御回路と温度予測コンポーネントとの両方を含む例示的な制御回路が図示されている。制御回路は、マイクロプロセッサ４０とメモリ５２を含む。メモリ５２は、マイクロプロセッサ４０とは別であってもよいし、マイロプロセッサ４０内にあってもよい。メモリに格納されるか又はマイクロプロセッサ４０内にあるプログラミングされた命令段階は、トリガスイッチ５４からの入力信号を感知する。次いで、プログラム命令が、マイクロプロセッサ４０に、トランジスタといった電力制御装置４８に信号を送信させて、電流が電源装置５０から加熱要素１２に流れるようにする。プログラム命令はさらに、マイクロプロセッサ４０が温度センサ（サーミスタ）１８、１９からの入力を連続的に監視し、所定のヒータ制御アルゴリズムに従って、該入力に応答してヒータ制御コンポーネント４８への信号を調節させる。温度センサ１８、１９からマイクロプロセッサ４０への入力はまた、マイクロプロセッサ４０に予測温度指示信号を出力ディスプレイ４２へと出力させる温度予測アルゴリズムによって使用される。少なくとも１つの実施形態においては、暫定的な出力表示信号は、温度センサ１８、１９が平衡に達する際に連続的に更新される。別の実施形態においては、温度センサ１８、１９が平衡に達した後まで出力は表示されない。さらに別の代替的な実施形態においては、マイクロプロセッサは、出力温度予測アルゴリズムに従って求められる出力予測が正確となるときに、可聴指示信号を作動させる。
【００３１】
温度予測アルゴリズムは、プローブ先端部１６の時間に伴う温度を監視し、次いでこの情報を用いて最終安定化温度を予測する。予測アルゴリズムは、ヒータ温度、プローブ先端部温度、カバー温度、皮膚温度、体温、組織キャパシタンス、カバーキャパシタンス、プローブ先端部キャパシタンス、身体皮膚抵抗、皮膚−カバー抵抗、カバー−プローブ抵抗、プローブ−ヒータ抵抗、及び時間に基づく正確な温度予測を行うために、以下の式の導出を使用する。
【００３２】
【数１】
2004531741.tif 000003
【００３３】
ここで、
Ｔh＝ヒータ温度、
Ｔp＝プローブ先端部温度、
Ｔc＝カバー温度、
Ｔs＝皮膚温度、
Ｔb＝体温、
Ｃ1＝組織キャパシタンス、
Ｃ2＝カバーキャパシタンス、
Ｃ3＝プローブ先端部キャパシタンス、
Ｒ1＝身体−皮膚抵抗、
Ｒ2＝皮膚−カバー抵抗
Ｒ3＝カバー−プローブ抵抗、
Ｒ4＝プローブ−ヒータ抵抗、
ｔ＝時間、
である。
【００３４】
この実施形態の設計においては、ｋの値は、予測アルゴリズムの性能を最適化させるために経験的に求められる。比例プラス導関数フィードバック制御アルゴリズムが採用される。位相遅れを補正するのにスミス予測式（Ｓｍｉｔｈ  ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）を用いることができる。予測アルゴリズムの展開は、以下の通りである。
【００３５】
式６は、二次微分システムを意味する。そのパラメータは、一次及び二次導関数推定を用いて推定することができる。実世界のシステムにおいては、こうした推定（特に二次偏導関数）は、非常にノイズが多くなる傾向がある。別の手法は、近似関数の候補集合から一時的な温度上昇に近似するものを選択することである。
良好に機能する関数は、
【数２】
2004531741.tif 000004
【００３６】
線形形式になるように簡単化すると、
【数３】
2004531741.tif 000005
【００３７】
判別関数は、データの収集を開始するのに適した最初の時間と温度を取り上げるように定義される。周知の線形回帰法を用いて、傾き項「ａ」を推定した。未知の傾き項「ａ」を推定するときに発見的良好性基準に準拠することを保証するために、付加的な判別関数を追加した。
【００３８】
別の実施形態においては、プローブ先端部は、開発中に経験的に定められた〜華氏９５度の初期値まで加熱される。本発明の種々の実施形態は、例えば、華氏約９２度から華氏約９５．９度までの間といった範囲内の異なる初期温度まで加熱されてもよいことを理解されたい。次いで、ユーザ・インターフェース・ディスプレイは、ユニットが準備完了したことを表示する。プローブが患者の体腔内に挿入される。多くの生理的変動性に基づいて、例えば４から１１秒といった適当な時間の後に、最終予測が提示される。本発明の種々の実施形態は、最終予測を提示する前に異なる時間が経過することを可能にする。例えば、適切な予測時間は、３．２秒から約３０秒までの範囲にわたってもよい。その期間にわたって暫定的な結果が示される。例示的な実施形態においては、予測良好性基準が満たされたときに、装置が鳴り、表示が固定される。
【００３９】
次に、図６及び図７を参照しながら、本発明の少なくとも１つの実施形態に係る電子予測温度計の例示的な実施形態の使用を説明する。６０において、ベースユニット３２のスロット３６から温度プローブを取り出すことによって、温度測定が開始される。マイクロプロセッサは、スタンバイ・モードで作動していた回路を制御し、６２においてプローブ先端部４２を予熱するためにヒータ制御コンポーネントに信号を送る。マイクロプロセッサ制御回路は、６２において先端部の温度センサ１８を読み取り、６６において測定された温度を約３５℃の予め選択されたレベルと比較する。先端部の温度センサ１８が予め選択されたレベルより低い温度を示す場合には、６２において加熱要素電力を印加し、６４において先端部の温度センサを読み取る段階を繰り返す。プローブが予熱されている間に、ユーザはプローブシャフトを覆う衛生用の鞘をスライドさせる。予熱段階は、先端部の温度センサが３４．２５度から３５．２５度に安定化するまで続く。先端部の温度センサ１８が予め選択されたレベルの又は該レベルを上回る温度を示す場合には、６８において準備完了信号が作動される。例示的な実施形態における準備完了信号は、温度計が測定の準備ができた状態であることをユーザに知らせる可聴ビープ信号である。次いで、７０においてマイクロプロセッサ制御回路が、先端部温度センサ１８を監視し、体温計が患者の体腔内に入れられていることを示す温度の上昇を探す。種々の実施形態においては、先端部の温度センサか又は近傍の温度センサのいずれか、或いはその両方を用いて、予熱段階の間にプローブ温度を監視して、体温計が患者の体腔内にいつ入れられたかを判断することができる。
【００４０】
図６及び図７に示された例示的な実施形態においては、マイクロプロセッサ制御回路は、８０においてタイマーを開始させて、加熱要素に行く熱の量を調節する能動的フィードバック制御を作動させる。能動的フィードバック制御は、プローブシャフトの温度を、温度センサ要素から報告された又は感知された先端部の温度に最適に追跡させる。こうした最適な温度追跡は、多くの生理的変動性に応じて、典型的には４−１１秒間といった非常に短い時間内で正確な予測を行うことを可能にする。例示的な実施形態においては、マイクロプロセッサ制御回路は、８２において、ヒータ制御アルゴリズムと温度予測アルゴリズムとの両方で用いるために、先端部温度センサ１８と近傍の温度センサ１９からの信号を読み取る。ヒータへの電力は、８４においてヒータ制御アルゴリズムに従って能動的に調節される。
【００４１】
以下のヒータ制御アルゴリズムは、本発明に係る最適化されたヒータ制御アルゴリズムの例示的な実施形態である。
最終誤差＝現在誤差
現在誤差＝ＳＰ−Ｔｐ温度
デューティサイクル＝（ｉｎｔ）（Ａ予熱*現在誤差＋Ｂ予熱*（現在誤差−最終誤差）＋０．５）
ここで、
最終誤差は、先に求められた現在誤差値を保存するための変数であり、
現在誤差は、ポイント温度と測定されたプローブ先端部温度との間の差を保存する変数であり、
デューティサイクルは、ヒータ電流を印加する時間の百分率を表わす変数であり、
ＳＰ＝３５Ｃであり、
Ｔｐ温度＝プローブ先端部温度センサの摂氏度のデータであり、
Ａ予熱及びＢ予熱＝電力供給電圧レベルに応じた定数である。
【００４２】
最終温度予測は、８６において、良好性基準を決めることを含む温度予測アルゴリズムに従って計算される。予測が許容できるほど正確でないことを良好性基準が示す場合には、８２において温度センサ１８、１９を読み取る段階と、８２においてヒータ電力を調節する段階と、８６において予測される最終温度を計算する段階とを繰り返す。予測が許容できるほど正確であることを良好性基準が示す場合には、９０において人間が読める形式で温度が表示され、９２において可聴信号といった信号か又はＬＥＤが作動されて、温度表示の準備を完了したことを示す。温度予測アルゴリズムは、経験的に求められた後述する最小二乗適合ルーチンを用いて、本発明の温度プローブ構成の熱特性に最適に適合させる。
【００４３】
予測アルゴリズムは、センサデータに対する曲線の当てはめを実行して、上記の式８として与えられるシステムの式の線形形式に適合させる。曲線の当てはめから、「ａ」項として傾きが引き出される。「ａ」項は、最終予測温度を得るために式９において用いることができる。式９は、時間が無限大に等しくなるまで外挿された患者の体温である。例示的な実施形態においては、完全な予測アルゴリズムは、実際には７回実行され、その度毎に、式９においてＴｐ（０）の異なる値が見出される。７つのＴｐ（０）の各々は、時間で分離され、７つの予測の各々は、個別のデータセットに基づいている。メトリクスは、報告するのに最良の予測を選択するのに用いられる。
【００４４】
本発明に係る電子温度計の例示的な実施形態は、プローブがベースユニットから取り出されたときに自動的に作動する。ビープといった可聴インジケータは、ユニットが制御回路の予めプログラミングされた段階によって決められた温度をとる準備を完了したときにユーザに知らせる。本発明の別の実施形態は、予測段階が無効になり、ヒータが無効になり、温度計が従来の温度計と同様に用いられる、すなわちプローブが平衡に達するまで数分間待つことによる受動モードを含む。本発明のさらに別の実施形態は、測定された温度情報を保存し検索するように構成されたメモリスペースと回路を含む。
【００４５】
本発明の実施形態は、ヘルスケア分野で用いるために説明されてきたが、本発明の適用はヘルスケア分野に限られるものではないことが認識されるであろう。本発明の実施形態は、高速応答電子温度計が有用であればどこにでも用いることができる。例えば、本発明の実施形態は、産業上の温度測定用途及び種々の実験室での用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】本発明の少なくとも１つの実施形態に係る温度計プローブの断面図である。
【図１Ｂ】本発明の少なくとも１つの実施形態に係るプローブシャフトコンポーネントの図である。
【図１Ｃ】本発明の少なくとも１つの実施形態に係る温度計プローブの断面図である。
【図２Ａ】本発明の少なくとも１つの実施形態に係る温度計プローブの種々のコンポーネントの図である。
【図２Ｂ】本発明の少なくとも１つの実施形態に係る温度計プローブの種々のコンポーネントの分解図である。
【図３Ａ】本発明の少なくとも１つの実施形態において用いられるフレキシブル回路コンポーネントの先端部の拡大図である。
【図３Ｂ】本発明の少なくとも１つの実施形態において用いられる、図３Ａに示された先端部を有するフレキシブル回路コンポーネントの図である。
【図４】本発明の少なくとも１つの実施形態に係るベースユニットを有する電子温度計の図である。
【図５】本発明の少なくとも１つの実施形態において用いられる測定及び制御回路の概略図である。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態に係る予熱作動段階の機能ブロック図である。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態に係る測定作動段階の機能ブロック図である。
【図６】
2004531741.tif 000016
【図７】
2004531741.tif 000017
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004531741.tif 000052
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