УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для долговременного мониторинга температуры тела человека с целью повышения эффективности диагностики заболеваний как в условиях нахождения его в лечебно-профилактических учреждениях, так и в домашних условиях.

Известно устройство для осуществления мониторинга температуры тела человека [Патент РФ №2344750, МПК: G01K, А61В, «Способ мониторинга температуры тела человека и устройство для его осуществления»]. Устройство содержит датчик температуры и снабжено корпусом, контактирующим с телом человека, часть которого выполнена из материала с высокой теплопроводностью, а остальная часть корпуса выполнена из теплоизоляционного материала.

Недостатками устройства являются отсутствие средств учета влияния температуры внешней среды, что не позволяет скорректировать ее влияние при определении внутренней температуры тела человека, отсутствие конструктивных решений подключения термочувствительного элемента.

Известно устройство для измерения температуры поверхности различных объектов, в том числе биологических [Патент РФ №2029928, МПК: G01K, "Устройство для измерения температуры поверхности объекта"], содержащее упругий теплоприемник, соединенный с термопарой, основание которого жестко связано с основанием корпуса, отличающееся тем, что упругий теплоприемник выполнен в виде полусферического наконечника, термопара соединена с наконечником через спай, жестко прикрепленный к вершине внутренней поверхности полусферического наконечника, при этом диаметр его полусферы D_n больше или равен 50 его толщинам и больше или равен 15 диаметрам выводов термопары.

Недостатками устройства являются:

- отсутствие средств учета влияния температуры внешней среды,

- отсутствия конструктивных решений, обеспечивающих надежное и удобное крепление на теле пациента для мониторинга температуры пациента в течение длительного времени.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению решением, выбранным за прототип, является устройство для измерения температуры тела человека или животного [Патент РФ №2489690, "Устройство для измерения температуры"], [Патент США № 20110301493 А1, "Temperature Sensor Structure"], содержащее первый и второй датчики температуры, заключенные в материал, имеющий несколько компонентов, отличающихся по теплопроводности; контактную поверхность, обеспечивающую контакт с поверхностью тела, температуру которого измеряют, причем первый и второй датчики температуры скомпонованы на различных глубинах от контактной поверхности, а полезная теплопроводность сквозь устройство от контактной поверхности через первый и второй датчики температуры больше, чем полезная теплопроводность устройства в латеральных направлениях, параллельных контактной поверхности

Недостатками устройства являются:

- расположение температурных датчиков в материале с заданной теплопроводностью между контактной поверхностью позволяет оценить только эффект проведения тепла через плотный материал, который соприкасается с телом в локальной точке и не учитывает реальную теплоотдачу тела через окружающую воздушную среду,

- отсутствие средств контроля изменения параметров теплопроводности окружающей среды вблизи поверхности кожи пациента не позволяет вносить соответствующие поправки при длительном мониторинге температуры пациента,

- расположение платы для крепления датчиков на пути теплового потока нарушает равномерность теплового градиента, влияющего на точность измерения внутренней температуры тела,

- отсутствие конструктивных решений, обеспечивающих санитарно-гигиенические требования к медицинским изделиям длительного контакта с телом пациента.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в повышении точности определения динамики изменения внутренней температуры тела человека при использовании неинвазивных методов мониторинга температуры, обеспечении санитарно-гигиенических требований к медицинским изделиям длительного контакта с телом пациента.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем два датчика температуры, каждый из которых заключен в материал с компонентами, имеющими различную теплопроводность, и контактную поверхность, прилегающую к телу, температуру которого измеряют, устройство дополнительно снабжено датчиком влажности, первый датчик температуры вмонтирован в стенку температурного модуля, выполненного из материала с высокой теплопроводностью, снабженного фиксирующей защелкой и помещенного внутри корпуса, сделанного из теплоизоляционного компонента с ячеистой структурой, второй датчик температуры и датчик влажности установлены на внешней поверхности корпуса, контактная поверхность выполнена в виде съемного самоклеющегося одноразового электрода, снабженного соединительным элементом для фиксации внутри температурного модуля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства в собранном виде, на фиг. 2 - устройство со снятым одноразовым электродом, на фиг. 3 - сменный одноразовый электрод.

Первый датчик температуры поверхности тела 1 вмонтирован в стенку температурного модуля 2, выполненного из компонента, обладающего высокой теплопроводностью. Температурный модуль 2 снабжен внутри фиксирующей защелкой 3. Второй датчик окружающей среды 4 и датчик влажности 5 установлены на внешней поверхности корпуса 6, выполненного из теплоизоляционного компонента с ячеистой структурой. Съемный одноразовый электрод содержит контактную поверхность 7 и соединительный элемент 8, надежно захватываемый внутри температурного модуля 2 фиксирующей защелкой 3, что обеспечивает тепловой контакт датчика 4 с поверхностью тела. Контактная поверхность 7 с соединительным элементом 8 и пружинная защелка 3 выполнены из теплопроводящего материала. Датчики температуры 1, 4 и датчик влажности 5 соединены между собой и модулем сбора и обработки результатов мониторинга температуры (на чертеже не показан) кабелем связи 9.

В качестве температурных датчиков 1 и 4 можно использовать высокоточные цифровые интегральные датчики TSYS01 [Digital Temperature Sensor TSYS01, www.meas-spec.com], обеспечивающие точность измерений ±0,1°/С, что соответствует регламентным требованиям, предъявляемым к медицинским термометрам, в качестве датчика влажности 5 можно использовать датчик серии HIH4000 фирмы Honeywell.

В качестве съемного одноразового электрода можно использовать выпускаемые промышленностью стандартные электроды электрокардиографа, например электроды для мониторинга Red Dot™.

Корпус 6 выполнен в виде полусферы из биоэнертного материала с ячеистой структурой. Такая конструкция корпуса предназначена для теплоизоляции размещенного в центральной части датчика температуры поверхности тела от воздействия температуры окружающей среды обеспечения механической прочности, требуемой условиями его использования. Корпус может быть выполнен методом 3D-печати из ABS пластика, не чувствительного к средствам медицинской стерилизации.

Стерильность контактной поверхности 7 обеспечивается использованием одноразовых электродов, полностью отвечающих санитарно-гигиеническим требованиям к медицинским изделиям.

В кабель связи 9 с модулем сбора и обработки информации входят линии питания цифровых датчиков 1, 4, 5, линии интерфейса, обеспечивающего передачу информации о динамике изменения температуры пациента, температуры и влажности окружающей среды.

При использовании датчиков TSYS01 и HIH4000 интерфейс обеспечивается двухпроводной линией связи.

В качестве модуля сбора и обработки результатов (на чертеже не показан) используется миниатюрное микроконтроллерное устройство с энергонезависимой памятью.

Устройство работает следующим образом.

Контактную поверхность 7 одноразового самоклеющегося электрода смазывают слоем теплопроводящего геля. Вставляют электрод в устройство, в котором происходит захват соединительного элемента 8 фиксирующей защелкой 3, что обеспечивает надежную механическую и тепловую связь контактной поверхности 7 с температурным модулем 2 и расположенным в нем первым датчиком температуры 1. Собранное устройство устанавливают на интересующем участке тела пациента. Подключают кабель связи 9 к устройству сбора и обработки информации, куда через заданные интервалы времени поступают температурные данные, снимаемые с датчиков 1, 4 и 5.

Тепловой поток с поверхности тела через контактную поверхность 7 и теплопроводящую среду соединительного элемента 8, пружинной защелки 3 и температурного модуля 2, обладающие высокой теплопроводностью, практически без потерь попадает на поверхность малоинерционного температурного датчика 1, измеряющего температуру поверхности тела.

Внешний датчик температуры 4, встроенный в наружный корпус 6, надежно защищенный от теплового потока, восходящего от тела пациента, материалом низкой теплопроводности, измеряет температуру внешней среды вблизи поверхности тела пациента. Датчик 5 измеряет влажность воздуха вблизи тела пациента.

Как известно [Temperature and comfort monitoring systems for humansby M d Pilar Garcia-Souto], [Платова В.H. Терморегуляция и тепловой баланс // Биология: - 2008. (№4)], внутренняя температура тела определяется соотношением между продукцией тепла, подкожными тканями и потерей тепла в окружающую среду. Отдача тепла с поверхности кожи, происходящая в основном за счет конвекции, инфракрасного излучения и испарения влаги с поверхности тела, зависит от температуры и влажности окружающей среды.

Несмотря на то, что различные виды отдачи тепла кожей описываются при помощи разных уравнений, причем в большинстве случаев эти зависимости носят нелинейный характер, приблизительно может быть описана как линейный процесс, определяемый по формуле [«Computation of mean body temperature from rectal and skin temperatures», Journal Applied Physiology 31: 484-489, 1971]

Коэффициент А представляет собой обычно эмпирически определяемый показатель, который зависит от термических характеристик окружающей среды. В реальных условиях передача тепла от поверхности тела происходит через воздушную среду, параметры которой существенно зависят от ее влажности, уровень которой постоянно контролируется, что позволяет его влияние на изменение теплопроводности окружающей среды.

Таким образом, внутренняя температура тела в измеряемой точке вычисляется устройством для обработки информации по показаниям двух температурных датчиков и датчика влажности.

Следует отметить, что при проведении мониторинга температуры предъявляются высокие требовании к точности не абсолютного значения измеряемой температуры тела пациента, а динамики ее изменения за время наблюдения. В связи с этим перед началом процесса мониторинга измеряют медицинским ртутным термометром подмышечную температуру тела, которую принимают равной Т_внутр, и снимают показания датчиков Т1 и Т2. По полученным значениям в соответствии с формулой (1) рассчитывают начальное значение коэффициента А. Снимаются и запоминаются показания датчика влажности. В дальнейшем в процессе мониторинга снимаются показания всех датчиков, и через заданные интервалы времени в соответствии с показаниями датчика влажности вносятся изменения величины коэффициента А и в соответствии с значениями Т1 и Т2 рассчитывается Т_внутр. Сбор данных и все расчеты производит устройство сбора и обработки информации. (В прототипе коэффициент А является постоянным, величина которого определяется свойствами компонента, расположенного между двумя датчиками температуры, и не связан с параметрами воздушной среды около поверхности тела.)

Ячеистая структура датчика помимо повышения теплоизоляционных свойств корпуса обеспечивает необходимую для травмобезопасности прочность.

Устройство прошло успешную апробацию в условия клинических испытаний в клинике внутренних болезней при различной соматической патологии. Контрольные замеры температуры ртутным медицинским термометром в подмышечной области, проводимые с интервалом 3 ч, показали, что среднеквадратическая погрешность результатов измерения с использованием предлагаемого датчика не превышает 0,1°С, что соответствует регламентным требованиям, предъявляемым к медицинским термометрам.

Предлагаемое устройство для измерения температуры тела человека обладает следующими преимуществами:

- высокой точностью измерений,

- простотой и удобством в использовании при необходимости динамического наблюдения за изменениями температуры пациента,

- гарантирует стерильность контактной поверхности.