ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА
TEMPERATURE SENSOR TO MEASURE BODY TEMPERATURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к датчику температуры для измерений температуры тела и к швейным изделиям, включающим в себя датчик температуры.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последние годы произошло определенное развитие в разработке датчиков температуры внутри тела. Датчик температуры теплового потока является одним из примеров такого датчика температуры внутри тела, но измерение основано на так называемом принципе нулевого теплового потока, а данный принцип используется при «контроле температуры внутри тела малой мощности» для продолжительного мониторинга температуры пациентов. Согласно данному принципу, температура внутри тела измеряется путем расположения датчика на коже, например, лба пациента. Точное измерение температуры требует, чтобы датчик был гибким, так чтобы следовать изгибам поверхности кожи, для того чтобы между кожей и датчиком гарантированно не было воздушных зазоров, которые в противном случае могут повлиять нежелательным образом на точность измерения.
Хотя датчики температуры теплового потока известного уровня техники являются довольно гибкими, они подходят для применения в самых острых случаях, например, во время хирургической операции, когда датчик отслеживает температуру внутри тела в течение операции, при которой пациент находится без движения.
Однако для случаев применения, когда кожа фактически более подвижна, например, при мониторинге температуры тела новорожденных либо при общем использовании (к примеру, вне условий больницы), их применение в некоторой степени ограничено из-за недостаточной гибкости, которая требуется для соответствия изгибам поверхности кожи. Также датчики известного уровня техники являются чрезмерно заметными как для новорожденных, которым необходимо наклеивать их на кожу, так и для неострых случаев применения, когда присутствие их на лбу пациента изменяет его облик.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является преодоление указанных выше недостатков путем предоставления температурного датчика с увеличенной гибкостью.
В соответствии с первым аспектом, настоящее изобретение относится к датчику температуры для измерений температуры тела, который включает в себя:
- первый слой, имеющий центральный нагревательный элемент, встроенный в него,
- второй слой, скрепленный с первым, имеющий, по меньшей мере, один первый терморезистор, встроенный в него, для измерения первого значения температуры,
- по меньшей мере, один третий слой, имеющий, по меньшей мере, один второй терморезистор, встроенный в него, отделенный от первого терморезистора, для измерения, по меньшей мере, одного второго значения температуры, причем по меньшей мере, один третий слой приспособлен находиться в контакте с кожей поверхности тела для проведения тепла, исходящего от тела, сквозь указанные слои, причем разница между первым и вторым значениями температуры обозначает вертикальный тепловой поток от тела, когда тепло, испускаемое центральным нагревательным элементом, настраивается противоположно вертикальному тепловому потоку до достижения нулевого теплового потока, где температура в, по меньшей мере, одном втором терморезисторе при нулевом тепловом потоке указывает значение температуры тела, в котором первый, второй и, по меньшей мере, третий слои являются слоями ткани.
Соответственно, предлагается очень гибкий датчик температуры, который следует изгибам поверхности тела и который можно легко вшить в швейные изделия, такие как шапка, детский чепчик, повязка на голову, майка, подгузник и ремень, и даже постельные принадлежности, такие как подушка, одеяло или подкладка для сидения, которые находятся в контакте с телом. Еще одно преимущество, предлагаемое гибким датчиком температуры тела, состоит в комфорте, что не является критичным в особо острой ситуации, но имеет большое значение в неострой ситуации и при использовании за пределами больницы.
В одном варианте осуществления слои сшиваются или спрессовываются друг с другом, сплетаются между собой, либо используется сочетание указанных способов.
В одном варианте осуществления первый и второй слои изготавливаются из одной и той же ткани и образуют единый функциональный слой, заключающий в себе центральный нагревательный элемент и, по меньшей мере, один встроенный терморезистор таким образом, что они отделены друг от друга.
В одном варианте осуществления центральный нагревательный элемент пристрачивается, либо вшивается, либо вплетается, либо впрессовывается в первый слой с помощью токопроводящей нити. В качестве токопроводящей нити может использоваться, например, покрытый металлом полимер, такой как полиэстер с покрытием из серебра, нить из нержавеющей стали (содержащая нержавеющую сталь) или медная проволока (с серебряным покрытием или без него).
В одном варианте осуществления размер центрального нагревательного элемента подбирается к глубине измерения так, что чем больше измеряемая глубина, тем больше становится размер центрального нагревательного элемента.
В одном варианте осуществления центральный нагревательный элемент отпечатывается на первом слое с использованием токопроводящих чернил или токопроводящей пасты.
В одном варианте осуществления центральный нагревательный элемент изготавливается из токопроводящего материала, имеющего величину удельного сопротивления 5-150 Ом/м.
В одном варианте осуществления терморезисторы прикрепляются к вплетенному, пристроченному или ввязанному проводящему контуру.
В одном варианте осуществления проводящий контур изготавливается из токопроводящего материала, имеющего величину удельного сопротивления ниже 20 Ом/м.
В одном варианте осуществления тканевые слои изготавливаются из тканого либо нетканого материала.
В одном варианте осуществления второй и, по меньшей мере, третий слои разделяются посредством гибкого теплоизолирующего слоя. Гибкий теплоизолирующий слой, в качестве примера, может быть выбран из: неопрена (полихлоропрена), поливинилиденфторида (PVDF), этилен-пропилен монодиена (EPDM) и пеноматериалов, таких как полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР), метилакрилат (ЕМА), этиленвинилацетат (EVA), полиолефин.
В одном варианте осуществления датчик температуры далее содержит изолирующий слой, нанесенный поверх первого слоя. Таким образом, можно предотвратить потери тепла, а значит, для работы датчика потребуется меньшая энергия.
В одном варианте осуществления датчик температуры далее содержит преобразователь для передачи данных о температуре, измеренной в, по меньшей мере, одном втором терморезисторе при нулевом тепловом потоке, во внешнее контролирующее устройство, включающее в себя приемник. Соответственно, температура может отслеживаться в течение продолжительного времени посредством, например, беспроводной линии связи. Это имеет особое преимущество при наблюдении за, например, новорожденными, когда измеряемая температура отображается на внешнем контролирующем устройстве (например, радионяня).
В одном варианте осуществления датчик температуры встраивается в пластырь.
В одном варианте осуществления пластырь далее содержит устройство обработки данных для конвертирования выходного сигнала от, по меньшей мере, одного второго терморезистора при нулевом тепловом потоке в значение измеренной температуры тела, а также батарею и устройство индикации для отображения измеренной температуры тела. Данный пластырь может быть изготовлен так, чтобы его можно было использовать повторно или однократно. Соответственно, это дает возможность осуществлять ненавязчивый контроль температуры тела, например, для детей с повышенной температурой.
В одном варианте осуществления датчик температуры далее содержит боковой терморезистор, расположенный на периферии третьего слоя и приспособленный измерять третье значение температуры на периферии третьего слоя, причем разница между вторым и третьим значениями температуры отражает горизонтальный тепловой поток внутри третьего слоя.
В одном варианте осуществления датчик температуры далее содержит боковой нагревательный элемент, расположенный на периферии третьего слоя и приспособленный настраиваться противоположно тепловому потоку до достижения нулевого горизонтального теплового потока в третьем слое.
Таким образом, существует возможность предотвратить боковые тепловые потери, а самым большим источником боковых тепловых потерь является тепло, исходящее из головного мозга, которое уходит не вертикально, а по диагонали. Применение дополнительного бокового терморезистора вместе с терморезистором в третьем слое позволяет обнаруживать боковой тепловой поток. Следовательно, является возможным управлять боковым нагревательным элементом таким образом, чтобы свести боковой тепловой поток к нулю. Это делает температурное распределение равномерным в боковом направлении, сводя проблему к одному измерению.
В соответствии со вторым аспектом, настоящее изобретение относится к швейному изделию, включающему в себя указанный датчик температуры, встроенный в него так, что при расположении данного изделия на теле пациента либо при ношении данного изделия пациентом, по меньшей мере, один третий слой контактирует с поверхностью кожи пациента. Как упоминалось выше, таким швейным изделием может быть, например, шапка, детский чепчик, повязка на голову, майка, подгузник и ремень, и даже постельные принадлежности, такие как подушка, одеяло или подкладка для сидения, которые находятся в контакте с телом пациента, и тому подобное.
Каждый из аспектов настоящего изобретения может быть скомбинирован с любым другим аспектом. Данные и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидны из вариантов осуществления и пояснены с учетом вариантов осуществления, которые описываются ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления данного изобретения будут описаны, только в качестве примера, с учетом чертежей, на которых:
Фиг.1 иллюстрирует один вариант осуществления датчика температуры для измерений температуры тела, в соответствии с настоящим изобретением; и
Фиг.2 иллюстрирует систему, выполненную с возможностью встраивания в датчик температуры или пластырь либо швейное изделие; и
Фиг.3 иллюстрирует швейное изделие, содержащее датчик температуры, изображенный на Фиг.1, встроенный в него.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
верх.
нижн.
верх.
нижн.
перв.
втор.
втор.
перв.
втор.
перв.
втор.
перв.
Фиг.1 иллюстрирует один вариант осуществления датчика 100 температуры для измерений температуры тела, в соответствии с настоящим изобретением. Датчик 100 температуры содержит первый слой 104, имеющий встроенный в него центральный нагревательный элемент 107, второй слой 103, прикрепленный к первому слою 104, имеющий, по меньшей мере, первый терморезистор (Т) 108, встроенный в него, для измерения первого значения t температуры, третий слой 101, имеющий, по меньшей мере, второй терморезистор (Т) 109, встроенный в него, отделенный от первого терморезистора (Т) 108, для измерения, по меньшей мере, одного второго значения t температуры. Третий слой 101 приспособлен контактировать с поверхностью 106 кожи пациента для проведения тепла, исходящего от тела, через слои. Разница между первым и вторым значениями температуры, то есть t-t, обозначает вертикальный тепловой поток от тела. Центральный нагревательный элемент 107 приспособлен настраиваться противоположно вертикальному тепловому потоку t-t, до достижения нулевого теплового потока, то есть до t=t. При данном нулевом вертикальном тепловом потоке температура во втором терморезисторе (Т) 109 при нулевом тепловом потоке указывает значение температуры тела либо, более конкретно, температуру внутри тела. Слои ткани могут быть изготовлены из тканых или нетканых материалов. Толщина каждого слоя обычно измеряется в миллиметрах, но также может быть меньше миллиметра.
Второй слой 103 и третий слой 101 далее содержат вплетенный, пристроченный или ввязанный проводящий контур, соответственно, к которому прикрепляются терморезисторы в соответствующих слоях. Терморезистор может быть прикреплен путем напайки, зажимания или применения проводящей эпоксидной смолы либо анизотропной токопроводящей фольги/пасты (ACF/ACP). Проводящий контур может состоять из «земли» и сигнальной линии с использованием, например, проводящей нити, которая вплетается, пристрачивается, ввязывается или впрессовывается в ткань/к ткани. В одном варианте осуществления проводящий контур изготавливается из проводящего материала, имеющего удельное сопротивление ниже 20 Ом/м.
Первый, второй и, по меньшей мере, третий слои, являющиеся слоями 104, 103, 101 ткани, могут быть сшиты или спрессованы вместе, переплетены либо скомбинированы друг с другом, что делает датчик мягким, гибким и тонким.
В одном варианте осуществления датчик 100 температуры далее содержит верхний слой 105, изготовленный из изолирующего материала, который может быть прозрачным, например, в иллюстративных целях, таких как представление приятного наглядного образа (картинки).
верх.
верх.
верх.
В одном варианте осуществления первый и второй слои 104, 103 изготавливаются из одной и той же ткани и образуют часть единого слоя 110, содержащего как терморезистор (Т) 108, так и нагревательный элемент 107 на одной ткани, так что данный единый слой 110 включает в себя и терморезистор (Т) 108 и нагревательный элемент 107. Необходимо уделять внимание тому, чтобы не допускать короткого замыкания между терморезистором (Т) 108 и нагревательным элементом 107.
нижн.
В одном варианте осуществления третий слой 101 и терморезистор (Т) 109 вместе с первым и вторым слоями 104, 103 образуют часть единого слоя 111 на одной и той же ткани. Технологии 3D-вязального производства позволяют изготавливать объемные полотна с двумя (или более) встроенными верхними слоями.
В одном варианте осуществления второй и, по меньшей мере, третий слои разделяются посредством гибкого теплоизолирующего слоя 102, изготовленного, например, из неопрена (полихлоропрена), этилен-пропилен монодиена (PVDF, EPDM), пеноматериалов, таких как полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР), метилакрилат (ЕМА), этиленвинилацетат (EVA), полиолефин.
С учетом варианта осуществления, представленного на фиг.1, пять слоев 101-104 могут быть сшиты или спрессованы вместе, либо так же является возможным сочетать несколько слоев в одной ткани.
В одном варианте осуществления центральный нагревательный элемент 107 имеет поперечное сечение, подобранное к глубине измерения таким образом, что чем больше измеряемая глубина, тем больше должно быть поперечное сечение нагревательного элемента. Примером поперечного сечения является поперечное сечение размером от миллиметра до нескольких сантиметров. Центральный нагревательный элемент может быть изготовлен путем пристрачивания, вплетения, ввязывания или впрессовывания проводящей нити в ткань/к ткани, где проводящая нить может быть (но не обязательно) окружена изолирующим полимерным слоем, либо он может быть отпечатан на первом слое с использованием токопроводящих чернил или токопроводящей пасты. В одном варианте осуществления сопротивление нагревательного элемента таково, что он может обеспечивать приблизительно 100 мВт. С учетом схемы, представленной на фиг.1, это соответствует сопротивлениям между 5 и 50 Ом. Это может быть достигнуто путем сопоставления длины проводящего соединения с величиной сопротивления. В качестве примера, проволока из нержавеющей стали с удельным сопротивлением 80 Ом/м длиной 25 см имеет сопротивление 20 Ом. Форма центрального нагревательного элемента, предпочтительно, должна быть такой, чтобы она формировала однородное распределение температуры в нижних слоях. Данная форма, в качестве примера, может быть спиральной, но и другие формы, разумеется, также возможны.
Третий слой 101 представляет собой слой ткани, в который встроен, по меньшей мере, один терморезистор и проводящий контур для присоединения к терморезистору. Терморезистор может быть прикреплен путем напайки, зажимания или применения проводящей эпоксидной смолы либо ACF/ACP. Проводящий контур состоит из «земли» и сигнальной линии и может изготавливаться с использованием проводящей нити, которая пристрачивается, вплетается, ввязывается или впрессовывается в ткань/к ткани. Проводящий контур может иметь наглядную конструкцию или быть ее частью либо иметь гигиенический слой/покрытие так, чтобы он находился в контакте с кожей (106).
В одном варианте осуществления датчик 100 температуры далее содержит преобразователь (не показан) для передачи данных о температуре, измеренной в, по меньшей мере, одном втором терморезисторе при нулевом тепловом потоке, во внешнее контролирующее устройство, включающее в себя приемник. Такое контролирующее устройство может представлять собой радионяню или любой внешний прибор для наблюдения, который также содержит устройство обработки данных, отслеживающее температуру тела ребенка непрерывно в течение первых дней.
Следует заметить, что датчик 100 температуры не ограничивается данным конкретным количеством слоев. Количество слоев с таким же успехом может быть более четырех или пяти, а также количество терморезисторов не обязательно должно ограничиваться двумя терморезисторами 108 и 109, но три или более терморезистора также могут использоваться для измерения вертикального теплового потока.
втор.
перв.
До настоящего момента измеряемым тепловым потоком был вертикальный тепловой поток, пропорциональный разности t-t.
бок.
трет.
трет.
втор.
трет.
втор.
В одном варианте осуществления датчик 100 температуры далее содержит боковой терморезистор (Т) 112, расположенный на периферии третьего слоя 101 и приспособленный для измерения третьего значения t температуры на периферии третьего слоя 101. Разница между вторым и третьим значениями температуры, то есть t-t, обозначает горизонтальный тепловой поток в пределах третьего слоя 101. Чтобы компенсировать тепловые потери из-за горизонтального теплового потока, на периферии третьего слоя предусмотрен боковой нагревательный элемент 113, приспособленный настраиваться противоположно тепловому потоку t-t, до достижения нулевого горизонтального теплового потока в третьем слое. В одном варианте осуществления боковой нагревательный элемент 113 имеет, по существу, такую же геометрию, как и третий слой, например, кольцевую (если третий слой имеет форму кольца), и изготавливается из аналогичных элементов, которые обсуждались выше в отношении центрального нагревательного элемента. Соответственно, боковой нагревательный элемент 113 контролируется горизонтальным тепловым потоком, тогда как центральный нагревательный элемент 107 контролируется вертикальным тепловым потоком. Одной из причин использования такого бокового нагревательного элемента 113 является предотвращение боковых тепловых потерь. Самым большим источником боковых тепловых потерь является тепло, исходящее из головного мозга, которое уходит не вертикально, а по диагонали. Так, распределение температуры в черепе становится двумерным. Боковой нагревательный элемент делает температурное распределение равномерным в боковом направлении, сводя проблему к одному измерению. Терморезистор 112 на периферии используется для обнаружения данного распределения температуры. Второстепенным источником боковых тепловых потерь является тепло, исходящее из центра датчика к боковой стороне датчика. Но такие потери минимальны, учитывая плоскостность датчика.
В одном варианте осуществления датчик 100 температуры встроен в пластырь (не показан), в котором пластырь далее содержит систему 200 (см. фиг.2), включающую в себя устройство (Р) 201 обработки данных, такое как микропроцессор, для конвертирования выходного сигнала от, по меньшей мере, одного второго терморезистора при нулевом тепловом потоке в значение измеренной температуры тела, а также батарею (В) 203 и устройство индикации (I_M) 202 для отображения измеренной температуры тела. Устройством индикации (I_M) 202 может быть, например, дисплей, такой как цветной дисплей. Устройство индикации (I_M) 202 может быть заменено преобразователем (Т) 204 для передачи данных об измеренной температуре тела в контролирующее устройство, включающее в себя приемник (например, радионяня). Данный пластырь может быть изготовлен таким образом, чтобы он был либо многократного применения, либо одноразовым. Соответственно, это дает возможность осуществлять ненавязчивый контроль температуры тела, например, для детей с повышенной температурой.
Хотя это не иллюстрируется в данном документе, система 200, представленная на фиг.2, также может быть встроена в датчик 100 температуры.
Фиг.3 иллюстрирует швейное изделие 301, содержащее датчик 100 температуры, изображенный на фиг.1, встроенный в него таким образом, что при расположении швейного изделия на теле пациента либо при ношении данного швейного изделия пациентом, по меньшей мере, один третий слой 101 контактирует с поверхностью 106 кожи пациента. Примером такого швейного изделия является матрас, спальный мешок, подушка, простыня, одеяло, ремень и т.д.
Пример:
В первые дни жизни новорожденные могут иметь трудности с поддержанием постоянной температуры тела. Следовательно, рекомендуется часто измерять их температуру и соответственно подбирать одежду и регулировать теплоснабжение. Холод вреден, но перегрев может быть даже более опасен. Современные радионяни показывают температуру в комнате, но не температуру тела ребенка.
В данном примере датчик 100 температуры вшит в детский чепчик 301 так, что, когда чепчик надет на ребенка, датчик автоматически располагается нужным для измерения образом на уровне лба ребенка. Это дает возможность непрерывно измерять температуру тела ребенка в течение первых дней жизни, отображая ее значение посредством, например, беспроводной линии связи на радионяне 302. Однако интеграционные возможности не ограничиваются детским чепчиком, но могут распространяться на любые изделия (матрас, спальный мешок, подушка, одеяло и т.д.), окружающие ребенка. В данном примере чепчик 301 далее содержит систему, представленную на фиг.2, а именно батарею (В) 203 и микроконтроллер (М_С) 205 для обработки сигнала. Однако вместо устройства индикации (I_M) 202 система включает в себя преобразователь (Т) 204 для передачи сигнала радионяне 202. В случае клинического применения сигнал может посылаться в беспроводную систему наблюдения за пациентом либо на прикроватный монитор.
Некоторые характерные детали раскрываемого варианта осуществления излагаются скорее с целью пояснения, а не ограничения, для того чтобы обеспечить ясное и полное понимание настоящего изобретения. Однако специалисты в данной области должны понимать, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике в других вариантах осуществления, не соответствующих в точности деталям, изложенным в данном документе, но без существенного отступления от сущности и объема данного описания изобретения. Далее, в данном контексте, а также в целях краткости и ясности, подробные описания общеизвестных устройств, схем и процедур были исключены во избежание ненужных подробностей и возможной путаницы.
Ссылочные позиции включены в Формулу изобретения, однако включение ссылочных позиций имеет целью только ясность и не должно быть истолковано как ограничение объема Формулы изобретения.