DE112018006023T5

DE112018006023T5 - System und verfahren zum erkennen einer kerntemperatur

Info

Publication number: DE112018006023T5
Application number: DE112018006023.3T
Authority: DE
Inventors: Christian Peters; Beatrix Mensch; Thomas Rocznik; Seow Yuen Yee
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-09-17
Also published as: US20200397305A1; CN111741710A; WO2019133469A1; CN111741710B

Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Thermometereinheit zum Messen einer Kerntemperatur eines Systems umfasst das Bestimmen einer ersten Wärmeleitzahl des Systems und das Berechnen von Kerntemperaturdaten entsprechend der Kerntemperatur des Systems basierend auf der ersten Wärmeleitzahl. Das Verfahren umfasst weiterhin das Identifizieren einer Änderung der Kerntemperaturdaten, die einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Die Thermometereinheit wird durch Bestimmen einer zweiten Wärmeleitzahl in Reaktion auf die identifizierte Änderung der Kerntemperaturdaten kalibriert. Die Kerntemperaturdaten werden basierend auf der zweiten Wärmeleitzahl berechnet.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/611,029 , eingereicht am 28. Dezember 2017, und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/626,537 , eingereicht am 5. Februar 2018, deren Offenbarungen hier bezugnehmend in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
Gebiet
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet der Temperaturerfassung und insbesondere der Erfassung einer Kerntemperatur eines Menschen, eines Tieres oder einer Maschine.
Hintergrund
Die Kerntemperatur, auch als Kernkörpertemperatur bezeichnet, ist ein wichtiges Maß des Gesundheitszustands einer Person. Die Kernkörpertemperatur ist die Temperatur des inneren Milieus des Körpers. Eine normale Kernkörpertemperatur beträgt etwa 37 °C. Eine Kernkörpertemperatur von mehr als 41 °C oder unter etwa 32 °C sollte eine Person dazu veranlassen, sich unmittelbar einem Berufsmediziner vorzustellen.
Berufsmediziner verwenden bei medizinischen Notfällen sowie bei Routineuntersuchungen Thermometer zum Messen der Kernkörpertemperatur eines Patienten. Die direkte Messung einer Kernkörpertemperatur ist üblicherweise ein invasives Verfahren, bei dem eine Sonde in einem Körperhohlraum platziert werden muss. Alternativ wird die Kernkörpertemperatur durch Messen der Temperatur an verschiedenen anderen Stellen geschätzt oder berechnet, wie das Messen einer oralen Temperatur, einer Unterarmtemperatur und einer Temperatur auf der Stirn.
Die geschätzte Kernkörpertemperatur sollte wünschenswerterweise die tatsächliche Kernkörpertemperatur exakt darstellen. Demgemäß sind weitere Fortschritte auf dem Gebiet des Schätzens, Erkennens und Berechnens der Kernkörpertemperatur wünschenswert.
Kurzfassung
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer Kerntemperatur eines Systems mit einer Thermometereinheit das Berechnen einer ersten Kerntemperatur des Systems basierend auf einer Wärmeleitzahl zu einer ersten Zeit mit einer Steuereinheit der Thermometereinheit, das Speichern der berechneten ersten Kerntemperatur als erste Kerntemperaturdaten in einer Speichereinheit der Thermometereinheit. Das Verfahren umfasst weiterhin das Berechnen einer zweiten Kerntemperatur des Systems basierend auf der Wärmeleitzahl zu einer zweiten Zeit nach der ersten Zeit mit der Steuereinheit und das Speichern der berechneten zweiten Kerntemperatur als zweite Kerntemperaturdaten in der Speichereinheit. Zusätzlich umfasst das Verfahren das Bestimmen von Temperaturunterschiedsdaten als Unterschied zwischen den berechneten ersten und zweiten Kerntemperaturdaten mit der Steuereinheit. Wenn die Temperaturunterschiedsdaten größer als ein vorbestimmter Schwellenwert für den Temperaturunterschied sind, umfasst das Verfahren (i) das erneute Berechnen der Wärmeleitzahl mit der Steuereinheit, (ii) das Löschen der zweiten Kerntemperaturdaten aus dem Speicher und (iii) das Berechnen einer dritten Kerntemperatur des Systems basierend auf der erneut berechneten Wärmeleitzahl und das Speichern der erneut berechneten Kerntemperatur als dritte Kerntemperaturdaten in dem Speicher.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Offenbarung weist eine Thermometereinheit zum Bestimmen einer Kerntemperatur eines Systems einen Temperatursensor, einen Wärmeflusssensor, einen Speicher und eine Steuereinheit auf. Der Temperatursensor ist dazu ausgelegt, eine Oberflächentemperatur des Systems zu erfassen und der erfassten Oberflächentemperatur entsprechende Temperaturdaten zu generieren. Der Wärmeflusssensor ist dazu ausgelegt, einen Wärmefluss des Systems zu erfassen und dem erfassten Wärmefluss entsprechende Wärmeflussdaten zu generieren. Der Speicher ist dazu ausgelegt, die Temperaturdaten und die Wärmeflussdaten zu speichern. Die Steuereinheit ist mit dem Temperatursensor, dem Wärmeflusssensor und dem Speicher wirkverbunden und dazu ausgelegt, einer Kerntemperatur des Systems entsprechende Kerntemperaturdaten zu bestimmen. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, die Thermometereinheit in Reaktion auf einen Außeneinfluss zu kalibrieren durch Berechnen von ersten Kerntemperaturdaten basierend auf einer ersten erfassten Oberflächentemperatur, einem ersten erfassten Wärmefluss und einer Wärmeleitzahl zu einer ersten Zeit, Berechnen von zweiten Kerntemperaturdaten basierend auf einer zweiten erfassten Oberflächentemperatur, einem zweiten erfassten Wärmefluss und der Wärmeleitzahl zu einer zweiten Zeit, und Kalibrieren der Thermometereinheit, wenn ein Unterschied zwischen den ersten Kerntemperaturdaten und den zweiten Kerntemperaturdaten einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, durch Berechnen einer weiteren Wärmeleitzahl.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren einer Thermometereinheit zum Messen einer Kerntemperatur eines Systems das Bestimmen einer ersten Wärmeleitzahl des Systems und das Berechnen von Kerntemperaturdaten entsprechend der Kerntemperatur des Systems basierend auf der ersten Wärmeleitzahl. Das Verfahren umfasst weiterhin das Identifizieren einer Änderung der Kerntemperaturdaten, die einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, das Kalibrieren der Thermometereinheit durch Bestimmen einer zweiten Wärmeleitzahl abhängig von der identifizierten Änderung der Kerntemperaturdaten und das Berechnen der Kerntemperaturdaten basierend auf der zweiten Wärmeleitzahl.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebenen sowie andere Merkmale und Vorteile sollten dem Fachmann auf dem Gebiet durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Figuren leichter deutlich werden, wobei:

1 ein Diagramm eines Patienten und einer hier offenbarten Thermometereinheit ist, die auf die Haut des Patienten angewandt wird;
2 ein Blockschaltbild der Thermometereinheit aus 1 und ein Querschnitt eines Abschnitts der Haut des Patienten ist;
3 ein Ablaufdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren für den Betrieb der Thermometereinheit aus 1 veranschaulicht;
4 ein Diagramm einer Anordnung und eine schematische Ansicht eines elektrischen Modells der Wärmeübertragung durch einen menschlichen Körper ist;
5 ein Schaubild der Kernkörpertemperatur gegenüber Zeit ist, wobei eine Wärmeleitzahl nicht abhängig von einem Außeneinfluss eingestellt ist; und
6 ein Schaubild der Kernkörpertemperatur gegenüber Zeit ist, wobei eine Wärmeleitzahl in Reaktion auf einen Außeneinfluss eingestellt ist.

Ausführliche Beschreibung
Zum Zweck der Förderung des Verständnisses der Grundsätze der Offenbarung wird nun auf die in den Zeichnungen gezeigten und in der folgenden schriftlichen Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen Bezug genommen. Es versteht sich, dass dadurch keine Einschränkung des Schutzbereichs der Offenbarung beabsichtigt ist. Es versteht sich ferner, dass diese Offenbarung jegliche Abänderungen und Modifikationen an den gezeigten Ausführungsformen umfasst und weitere Anwendungen der Grundsätze der Offenbarung umfasst, wie sie normalerweise einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, in den Sinn kämen.
Für die Zwecke der Offenbarung bedeutet der Ausdruck „A und/oder B“ (A), (B) oder (A und B). Für die Zwecke der Offenbarung bedeutet der Ausdruck „A, B und/oder C“ (A), (B) , (C) , (A und B), (A und C) , (B und C) oder (A, B und C).
Die Begriffe „umfassend“, „aufweisend“, „mit“ und dergleichen, wie sie in Bezug auf Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden, sind synonym zu verstehen.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Thermometereinheit 100 an einem System 101 angebracht, das als ein menschlicher Körper oder ein menschlicher Patient gezeigt ist. Die Thermometereinheit 100 ist dazu ausgelegt, die Kerntemperatur des Patienten (hier auch als „Kernkörpertemperatur“ bezeichnet) zu bestimmen. Außerdem ist die Thermometereinheit 100 dazu ausgelegt, sich in Abhängigkeit von einem Außeneinfluss 180 ( 5 und 6) durch Einstellen einer Wärmeleitzahl („hs“), die verwendet wird, um die Kerntemperatur zu berechnen, selbst zu kalibrieren. Somit kann zum Beispiel die Thermometereinheit 100 die Kerntemperatur des Patienten genau bestimmen, wenn sich der Patient von einem kalten Umfeld zu einem warmen Umfeld bewegt. Daher ist der Patient nicht auf einen besonderen Ort beschränkt, während er die Thermometereinheit 100 trägt. Die Thermometereinheit 100 ist nicht invasiv und wird auf der Haut 102 des Patienten oder der Oberfläche des Systems 101 angebracht. Die Thermometereinheit 100 überwacht die Kernkörpertemperatur des Patienten schnell und genau und generiert entsprechende elektronische Kerntemperaturdaten. Außerdem schätzt und/oder berechnet die Thermometereinheit 100 die Kerntemperatur für alle Arten von Patienten genau, unabhängig von Geschlecht, Gewicht, Größe und Body Mass Index. Jedes Element der Thermometereinheit 100 sowie ein Verfahren 300 (3) zum Betreiben der Thermometereinheit 100 werden hier beschrieben.
Mit Bezug auf 2 weist die Thermometereinheit 100 einen Klebeabschnitt 105 und einen Riemen 107 auf. Der Klebeabschnitt 105 ist dazu ausgelegt, die Thermometereinheit 100 nicht invasiv auf der Oberfläche des Systems 101 anzubringen. In dem gezeigten Beispiel ist der Klebeabschnitt 105 ein für die Haut unbedenklicher Klebstoff, der an der Haut 102 des Patienten haftet und der die Thermometereinheit 100 an einer geeigneten Stelle zum Bestimmen der Kerntemperatur positioniert.
Der Riemen 107 ist analog dazu ausgelegt, die Thermometereinheit 100 nicht invasiv auf der Oberfläche des Systems 101 an einer geeigneten Stelle zum Bestimmen der Kerntemperatur anzubringen. Der Riemen 107 ist als ergänzender Halt zusätzlich zum Klebeabschnitt 105 oder als eigenständige Einrichtung zum Anbringen der Thermometereinheit 100 am Patienten ohne den Klebeabschnitt 105 verwendbar. In einer weiteren Ausführungsformen weist die Thermometereinheit 100 keinen Klebeabschnitt 105 und keinen Riemen 107 auf, und die Thermometereinheit 100 wird von einem Benutzer gegen das System 101 gehalten, um die Kerntemperatur zu bestimmen.
Die Thermometereinheit 100 weist weiterhin eine Energieversorgung 104, eine Eingabeeinheit 108, eine Anzeige 112, einen Sensoraufbau 116, eine Speichereinheit 120 und eine Kommunikationseinheit 170 auf, die mit einer Steuereinheit 124 wirkverbunden sind. Die Energieversorgung 104, die Eingabeeinheit 108, die Anzeige 112, der Sensoraufbau 116, die Speichereinheit 120, die Kommunikationseinheit 170 und die Steuereinheit 124 befinden sich jeweils zumindest teilweise in einem Gehäuse 128. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 128 dazu ausgelegt, während des Betriebs der Thermometereinheit 100 von einem Benutzer ergriffen zu werden.
Die Energieversorgung 104 enthält in einer Ausführungsform eine Batterie. Zum Beispiel ist die Energieversorgung 104 eine wiederaufladbare Lithium-Polymer-Batterie. Demgemäß ist die Thermometereinheit 100 im Gebrauch kabellos und erfordert keinen verdrahteten Anschluss an den Netzstrom. Bei anderen Ausführungsformen ist die Energieversorgung 104 als eine beliebige andere Energiequelle vorgesehen, wie ein Energy Harvester mit einer Energieverwaltungsschaltung.
Der Speicher 120 der Thermometereinheit 100 ist eine elektronische Datenspeichereinheit, die hier auch als nicht vorübergehendes computerlesbares Medium bezeichnet wird. Der Speicher 120 ist dazu ausgelegt, Programmanweisungsdaten 138, Kerntemperaturdaten 142, Temperaturdaten 146, Wärmeflussdaten 150 und andere elektronische Daten mit Bezug auf den Betrieb der Thermometereinheit 100 zu speichern.
Die Eingabeeinheit 108 ist dazu ausgelegt, Eingabedaten durch Manipulation durch einen Benutzer zu empfangen. Die Eingabeeinheit 108 kann als Berührungsbildschirm ausgelegt sein, der über der Anzeige 112 angebracht und dazu ausgelegt ist, einem Benutzer zu ermöglichen, Daten über die Berührung eines Fingers und/oder eines elektronischen Stifts einzugeben. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Eingabeeinheit 108 eine beliebige Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, Benutzereingaben zu empfangen, wie sie von einem durchschnittlichen Fachmann genutzt werden können, einschließlich zum Beispiel eines oder mehrerer Knöpfe, Schalter, Tasten und/oder dergleichen.
Die Anzeige 112 ist dazu ausgelegt, eine visuelle Darstellung zumindest der Kerntemperaturdaten 142 anzuzeigen. Die Anzeige 112 kann eine Flüssigkristallanzeigetafel (LCD-Tafel) umfassen, die dazu ausgelegt ist, Text, Bilder und andere visuell verständliche Daten in statischer und dynamischer Form anzuzeigen. Die Anzeige 112 ist in einer anderen Ausführungsform eine beliebige Anzeigeeinheit, wie es vom durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet gewünscht ist.
Die Steuereinheit 124 der Thermometereinheit 100 ist dazu ausgelegt, die Programmanweisungsdaten 138 zum Steuern des Sensoraufbaus 116 und zum Bestimmen/Berechnen der Kerntemperatur eines Patienten oder einer Maschine auszuführen, die als Kerntemperaturdaten 142 im Speicher 120 gespeichert sind. Die Steuereinheit 124 ist als Mikroprozessor, Prozessor oder eine beliebige andere Art von elektronischem Steuerchip vorgesehen.
Immer noch mit Bezug auf 2 weist der Sensoraufbau 116 einen Temperatursensor 154 und einen Wärmeflusssensor 162 auf. Der Temperatursensor 154 ist dazu ausgelegt, eine Oberflächentemperatur des Systems 101 zu messen. Die Oberflächentemperatur entspricht nicht typischerweise der Kerntemperatur des Systems 101. Wenn es sich bei dem System 101 zum Beispiel um einen menschlichen Patienten handelt, ist die Oberflächentemperatur eine Temperatur der Haut 102 des Patienten und liegt niedriger als die Kerntemperatur. Die Haut 102 weist eine Oberhautschicht 103a, eine Lederhautschicht 103b und eine Unterhautzellgewebeschicht 103c auf. Der Temperatursensor 154 ist zur Platzierung unmittelbar gegen eine Oberfläche der Oberhaut 103a des Patienten konfiguriert, die hier einfach als Haut 102 des Patienten bezeichnet wird. Der Temperatursensor 154 erzeugt ein elektrisches Temperaturausgabesignal basierend auf der erfassten Temperatur. Das elektrische Temperaturausgabesignal wird von der Steuereinheit 124 empfangen und enthält die Temperaturdaten 146, die hier auch als Hauttemperaturdaten 146 bezeichnet werden.
Der Wärmeflusssensor 162 ist dazu ausgelegt, den Wärmefluss an der Oberfläche eines Systems 101, wie der Haut 102 des Patienten, zu messen. In einer Ausführungsform ist der Wärmeflusssensor 162 zur Platzierung unmittelbar gegen die Haut 102 des Patienten ausgelegt. Der „Wärmefluss“ entspricht einer gemessenen Heizfrequenz geteilt durch eine Mantelfläche des Wärmeflusssensors 162. Die Heizfrequenz entspricht der Frequenz, mit der das System 101 Wärme ausstrahlt oder verliert. Der Wärmeflusssensor 162 erzeugt ein elektrisches Ausgabesignal (typischerweise eine Spannung) basierend auf dem erfassten Wärmefluss. Das von dem Wärmeflusssensor 162 erzeugte elektrische Ausgabesignal wird von der Steuereinheit 124 empfangen und enthält die Wärmeflussdaten 150.
Die Kommunikationseinheit 170 ist eine drahtlose oder drahtgebundene Daten-Sendeempfängereinheit, die dafür ausgelegt ist, Daten an eine Endvorrichtung 176 zu senden und Daten von der Endvorrichtung 176 zu empfangen. Zum Beispiel ist die Kommunikationseinheit 170 dafür ausgelegt, zumindest einige der in dem Speicher 120 gespeicherten elektronischen Daten (d. h. Rechenergebnisse, wie die Kerntemperaturdaten 142) an die Endvorrichtung 176 zu übertragen, die als Smartphone, PC, Laptop oder dergleichen vorgesehen ist. Bei manchen Ausführungsformen generiert, anstatt dass die Steuereinheit 124 die Kerntemperaturdaten 142 generiert, die Endvorrichtung 176 die Kerntemperaturdaten 142 und überträgt die Kerntemperaturdaten 142 über das Internet an die Thermometereinheit 100 zur Speicherung im Speicher 120. Bei einer solchen Ausführungsform empfängt die Kommunikationseinheit 170 die Kerntemperaturdaten 142 von der Endvorrichtung 176. In einer weiteren Ausführungsform werden die Kerntemperaturdaten 142 in der Cloud generiert, über das Internet an die Thermometereinheit 100 übertragen und von der Kommunikationseinheit 170 zur Speicherung im Speicher 120 empfangen.
Im Betrieb bestimmt die Thermometereinheit 100 die Kernkörpertemperatur eines Patienten gemäß einem Verfahren 300, das durch das Ablaufdiagramm in 3 gezeigt ist. Wie nachstehend angeführt wird, umfasst das Verfahren 300 das Kalibrieren der Thermometereinheit 100, sodass die Thermometereinheit 100 die Kerntemperaturdaten 142 in einem Umfeld, in dem sich die Thermometereinheit 100 und das System 101 befinden, genau bestimmt.
Mit Bezug auf 4 basiert das Verfahren 300 auf einem Stromkreismodell 400 der Wärmeübertragung durch eine Anordnung 402. Die Anordnung 402 umfasst das System 101, den Sensoraufbau 116, eine Luftschicht 414 und eine Umgebungsfläche 418. Das System 101 ist als ein Körperkern 410 und die Haut 102 (alle Schichten) modelliert. Der Körperkern 410 entspricht dem Abschnitt des Systems 101 innerhalb der Haut 102. Die Luftschicht 414 entspricht der Luft in der Nähe der Thermometereinheit 100. Die Umgebungsfläche 418 entspricht der Temperatur des Raums, in dem sich das System 101 und die Temperatureinheit 100 befinden.
Das elektrische Modell 400 stellt einen statischen Abschnitt der Wärmeübertragung durch die Anordnung 402 dar und ist dafür ausgelegt, eine stabile Zustandsbedingung der Anordnung 402 zu modellieren, ohne alle Wärmekapazitäten zu modellieren. Das Modell 400 weist eine Spannungsquelle 404 auf, die elektrisch an eine Reihenschaltung eines Hautwiderstands 408, eines Sensorwiderstands 412, eines Luftwiderstands 416 und einer anderen Spannungsquelle 420 angeschlossen ist. Die Spannungsquelle 404 modelliert die Kerntemperatur des Körperkerns 410. Die Größe der Spannung der Spannungsquelle 404 entspricht der Temperaturerzeugung/- ausgabe des Patienten. In einer Ausführungsform entspricht die Größe der Spannungsquelle 404 der Kernkörpertemperatur des Patienten.
Der Hautwiderstand 408 weist einen elektrischen Widerstand auf, der einem Wärmewiderstand der Haut 102 des Patienten entspricht. Der Wärmewiderstand der Haut ist ein Widerstand der Haut 102 des Patienten gegenüber Temperaturänderungen. Der elektrische Widerstand des Hautwiderstands 408 basiert auf einem gesamten Wärmewiderstand jeder Schicht der Haut 102 des Patienten, einschließlich der Oberhaut 103a, der Lederhaut 103b und des Unterhautzellgewebes 103c.
Der Sensorwiderstand 412 weist einen elektrischen Widerstand auf, der einem Wärmewiderstand des Sensoraufbaus 116 gegenüber Temperaturänderungen entspricht. Der Sensorwärmewiderstand ist ein Widerstand des Sensoraufbaus 116 gegenüber Temperaturänderungen. Insbesondere entspricht der elektrische Widerstand des Sensorwiderstands 412 dem Wärmewiderstand des Temperatursensors 154 und dem Wärmewiderstand des Wärmeflusssensors 162.
Der Luftwiderstand 416 weist einen elektrischen Widerstand auf, der einem Wärmewiderstand der Luftschicht 414 angrenzend an die Haut 102 des Patienten entspricht. Der Luftwärmewiderstand ist ein Widerstand der Luft in der Nähe der Thermometereinheit 100 gegenüber Temperaturänderungen.
Die Größe der Spannungsquelle 420 entspricht der Temperaturerzeugung/-ausgabe der Umgebungsfläche 418 (oder des Umgebungsumfelds), die den Patienten umgibt. In einer Ausführungsform weist die Umgebungsfläche 418 mindestens das Umfeld auf, das den Sensoraufbau 116, das Gehäuse 128, die Luft in der Nähe der Thermometereinheit 100 und/oder die Bekleidung in der Nähe der Thermometereinheit 100 umgibt. Die Spannungsquellen 404, 420 sind einander entgegengesetzt, sodass Spannung von der Spannungsquelle 404 der Spannung von der Spannungsquelle 420 entgegengesetzt ist.

Wie in der folgenden Tabelle gezeigt ist, gibt es für jede elektrische Variable des Modells 400 eine entsprechende thermische Variable entsprechend dem Patienten und/oder dem Umfeld des Patienten.

Thermisch			Elektrisch
Variable	Symbol	Einheit	Variable	Symbol	Einheit
Temperatur	T	K	Spannung	V	V
Wärmeübertragungsrate	q	W	Strom	I	A
Wärmefluss	Q̇“	W/m²	Stromdichte	J	A/m²
Wärmewiderstand	R_th	K/W	Widerstand	R	Ω
Wärmekapazität	C_th	Ws/K	Kapazität	C	As/V

Gemäß der Tabelle entspricht die Temperatur („T“) der Spannung („V“), die Wärmeübertragungsrate („q“) entspricht dem elektrischen Strom („I“), der Wärmefluss („Q̇““) entspricht der elektrischen Stromdichte („J“), der Wärmewiderstand („R_th“) entspricht dem elektrischen Widerstand („R“) und die Wärmekapazität („C_th“) entspricht der elektrischen Kapazität („C“).
Das elektrische Modell 400 und die thermischen Äquivalente sind nachstehend manipuliert, um einen Wärmezeitkonstantenwert („τ“) der Haut 102 zu bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass ein Wärmeleitfähigkeitswert („k“), ein spezifischer Wärmekapazitätswert („c_p“) und ein Dichtewert („p“) der Haut 102 bei allen Patienten konstante Werte aufweisen, da die Zusammensetzung der Haut 102 bei allen Patienten im Wesentlichen gleich ist. Der Wärmezeitkonstantenwert („Γ“) basiert auf der Zeit, die erforderlich ist, um ein Material von einer Anfangstemperatur um 63,2 % auf eine andere Temperatur zu erwärmen oder abzukühlen. Der Prozentsatz ist eine Annäherung, die als (1-e^-1) definiert ist, wobei („e“) die Eulersche Zahl ist, die eine Konstante ist.
Basierend auf der vorstehenden Tabelle und dem Modell 400 wird das ohmsche Gesetz unter Verwendung der entsprechenden thermischen Variablen geschrieben. Zunächst kann unter Verwendung von elektrischen Variablen das ohmsche Gesetz, das für den elektrischen Strom aufgelöst ist, als Gleichung (1) geschrieben werden. $I = \frac{Δ V}{R}$
Durch Ersetzen der elektrischen Variablen in Gleichung (1) durch die entsprechenden thermischen Variablen aus der Tabelle ergibt sich die Gleichung (2), die die Wärmeübertragungsrate bestimmt. $q = \frac{Δ T}{R_{t h}}$
Außerdem kann die elektrische Stromdichte wie in Gleichung (3) gezeigt geschrieben werden. $J = \frac{Δ V}{R \cdot A r e a}$
Durch Ersetzen der elektrischen Variablen in Gleichung (3) durch die entsprechenden thermischen Variablen ergibt sich die Gleichung (4), welche eine Gleichung ist, die verwendet wird, um den Wärmefluss in einem System zu bestimmen, da in dem Modell 400 die elektrische Stromdichte dem Wärmefluss entspricht. Die Variable Area ist ein Oberflächenbereich und ist bei den elektrischen Variablen und den thermischen Variablen gleich. Typischerweise entspricht die Variable Area einer Mantelfläche der Fläche, bei der die Temperatur gemessen wird. Auch kann Area die Fläche sein, die von dem Wärmeflusssensor 162 erfasst wird. $\dot{Q} " = \frac{Δ T}{R_{t h} \cdot A r e a}$
Für jede Materialschicht (d. h. zum Beispiel die Schichten 103a, 103b, 103c der Haut 102) kann ein Wärmewiderstand mit der Gleichung (5) berechnet werden. $R_{t h} = \frac{Δ x}{k \cdot A r e a} = \frac{1}{h \cdot A r e a}$
In der Gleichung (5) entspricht Δx einer Dicke der Materialschicht und k entspricht der Wärmeleitfähigkeit der Schicht. In einer Ausführungsform wird die Wärmekapazität des Patienten/Systems auch unter Verwendung eines Materialparameters berechnet, aber eine solche Berechnung wird nicht verwendet, um die Kernkörpertemperatur des Patienten zu bestimmen. Infolgedessen wird die Wärmekapazität in manchen Ausführungsformen nicht durch die Thermometereinheit 100 berechnet.
Der Wärmeflusssensor 162 ist dafür ausgelegt, den Wärmefluss („Q̇““) durch den Sensoraufbau 116 an der Oberfläche der Haut 102 zu messen. In einer Ausführungsform erfolgt eine Vereinfachung dadurch, dass der Wärmefluss durch die Haut 102 und den Sensoraufbau 116 nur zur Hautschicht 103a (d. h. zur Haut 102) senkrecht ist und dass der Wärmefluss durch die Haut 102 identisch zum Wärmefluss durch den Wärmeflusssensor 162 ist. Basierend auf dem Vorstehenden wird durch die Gleichung (6) ein Temperaturunterschied (d. h. eine Änderung der Temperatur) durch die Haut 102 modelliert. $Δ T = T_{C} - T_{S}$
In der Gleichung (6) ist ΔT die Änderung der Temperatur zwischen zwei physikalischen Stellen zum gleichen Zeitpunkt, Tc die Kernkörpertemperatur und Ts die Oberflächentemperatur der Haut 102. Typischerweise ist bei einem menschlichen System 101 die Kernkörpertemperatur höher als die Oberflächentemperatur der Haut 102. Die Kernkörpertemperatur kann mit der folgenden Gleichung (7) berechnet werden. $T_{C} = \frac{\dot{Q} "}{h_{S}} + T_{S}$
In der Gleichung (7) wurde die Änderung der Temperatur („ΔT“) durch den Wärmefluss durch den Sensoraufbau 116, wie er von dem Wärmeflusssensor 162 erkannt wird (d. h. Q“) geteilt durch eine Wärmeleitzahl der Haut („hs“) ersetzt. Die Wärmeleitzahl („hs“) hängt von der Wärmeleitfähigkeit der Haut 102 (d. h. eins über dem Wärmewiderstand der Haut 102) und der Fläche, durch die der Wärmefluss gemessen wird (d. h. die Variable Area) ab. Basierend auf der vorstehenden Gleichung kann die Wärmeleitzahl („hs“) durch die Gleichung (8) beschrieben werden. $H_{s} = \frac{1}{R_{t h} A r e a}$
Die Wärmeleitzahl („hs“) hängt von der Dicke der Haut 102 ab, wie sie durch Einbeziehung des Wärmewiderstands der Haut 102 in die Gleichung (8) festgestellt wird. Das Unterhautzellgewebe 103c (d. h. die Fettschicht) macht den größten Teil der Dicke der Haut 102 aus. Außerdem hat die Dicke des Unterhautzellgewebes 103c einen großen Bereich von Mensch zu Mensch und von Region zu Region bei einer speziellen Person. Zum Beispiel ist das Unterhautzellgewebe 103c am Handgelenk des Patienten typischerweise dünner als an der Taille des Patienten. Somit hängt im Betrieb die tatsächliche Dicke des Unterhautzellgewebes 103c von dem gewählten Temperaturmesspunkt am Körper des Patienten ab, was auf mindestens dem Geschlecht, dem Gewicht, der Größe und dem Body Mass Index des Patienten basiert. Durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Faktoren kann die Wärmeleitzahl der Haut („hs“) grob geschätzt werden. Für eine optimale Berechnung der Kernkörpertemperatur gemäß dem Verfahren 300 wird die Wärmeleitzahl („hs“) so eingestellt, dass sie Außeneinflüsse 180 berücksichtigt, wie nachstehend beschrieben wird.
Wieder mit Bezug auf das Ablaufdiagramm aus 3 verwendet das Verfahren 300 den Sensoraufbau 116 und die Wärmeleitzahl („hs“) zum Bestimmen der Kerntemperatur des Systems 101, welches in diesem Beispiel ein menschlicher Körper ist und als Patient bezeichnet wird. Das Verfahren 300 beginnt damit, dass die Thermometereinheit 100 an dem Patienten angebracht oder angelegt wird, wobei die Sensoren 154, 162 des Sensoraufbaus 116 an der Haut 102 des Patienten anliegen. Zum Beispiel wird der Sensoraufbau 116 während des Kerntemperatur-Erfassungsprozesses am Platz gehalten, damit der Wärmeflusssensor 162 die Haut 102 über die gesamte Fläche vollständig berühren kann. Wenn der Sensoraufbau 116 in Kontakt mit der Haut 102 des Patienten angeordnet wird, generiert dieser die Hauttemperaturdaten 146 und die Wärmeflussdaten 150, die jeweils in dem Speicher 120 gespeichert werden. Wie nachstehend erläutert wird, ist die Thermometereinheit 100 dafür ausgelegt, den Wert der Wärmeleitzahl („hs“) einzustellen, um die Thermometereinheit 100 in Reaktion auf Änderungen des Umfelds, in dem sich die Thermometereinheit 100 und der Patient befinden, zu kalibrieren.
Bei Block 302 bestimmt die Steuereinheit 124, ob die Wärmeleitzahl („hs“) geschätzt werden soll. In einer Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit 124, dass eine erste Wärmeleitzahl („hs“) geschätzt werden soll, wenn die Thermometereinheit 100 für einen anderen Patienten konfiguriert ist oder wenn der Benutzer zum Patienten gehörende Daten, die im Speicher 120 gespeichert sind, ändert/aktualisiert. In einer Ausführungsform wird die erste Wärmeleitzahl („hs“) basierend auf bekannten Faktoren, bekannten Werten und/oder bekannten Konstanten des Systems 101 geschätzt. Wenn zum Beispiel das System 101 ein Patient ist, wird die erste Wärmeleitzahl („hs“) basierend auf einer geschätzten Dicke der Haut 102, einem Gewicht des Patienten, einem Geschlecht des Patienten und/oder einem BMI des Patienten geschätzt. Die Wärmeleitzahl („hs“) wird nicht jedes Mal geändert, wenn die Thermometereinheit 100 betrieben wird. Stattdessen wird die Thermometereinheit 100 mit der zuvor bestimmten Wärmeleitzahl („hs“) verwendet, bis bestimmt wird, dass eine erneute Kalibrierung oder Einstellung vorgenommen werden sollte.
Bei Block 304 des Verfahrens 300 bestimmt die Thermometereinheit 100 die Wärmeleitzahl („hs“) und/oder berechnet diese erneut. Um die Wärmeleitzahl („hs“) (d. h. eine zweite Wärmeleitzahl („hs“)) zu bestimmen, erkennt die Thermometereinheit 100 die Oberflächentemperatur der Haut 102 unter Verwendung des Temperatursensors 154, und die Thermometereinheit 100 erkennt den Wärmefluss der Haut 102 unter Verwendung des Wärmeflusssensors 162. Dann bestimmt die Thermometereinheit 100 unter Verwendung der Temperaturdaten 146, der Wärmeflussdaten 150 und der vorstehend angegebenen Gleichungen (als Programmanweisungen 138 gespeichert) die Wärmeleitzahl („hs“), die in dem Speicher 120 als Wärmeleitzahldaten gespeichert wird.
Als nächstes enthält Block 308 die Verwendung des Sensoraufbaus 116 zum Überwachen der Kerntemperatur des Patienten. Die Überwachung der Kerntemperatur enthält das periodische oder kontinuierliche Messen der Oberflächentemperatur der Haut 102 mit dem Temperatursensor 154 und das Messen des Wärmeflusses mit dem Wärmeflusssensor 162. Dann generiert die Steuereinheit 124, unter Verwendung der vorstehend angegebenen Gleichungen (die als Programmanweisungen 138 gespeichert sind), die Kerntemperaturdaten 142, die in dem Speicher 120 gespeichert werden.
Gemäß diesem Ansatz ist die Thermometereinheit 100 dafür ausgelegt, die Kerntemperatur des Patienten genau zu bestimmen. Die Kerntemperaturdaten 142 können auf der Anzeige 112 zum Betrachten durch einen Benutzer der Thermometereinheit 100 oder durch den Patienten angezeigt werden. Zusätzlich oder alternativ werden die Kerntemperaturdaten 142 zum Beispiel unter Verwendung der Kommunikationseinheit 170 über das Internet an eine beliebige Endvorrichtung 176 gesendet, wie ein Smartphone. In einer Ausführungsform wird die Kerntemperatur kontinuierlich oder periodisch bestimmt und als Kerntemperaturdaten 142 in dem Speicher 120 gespeichert. Die Kerntemperatur kann zum Beispiel jede Sekunde bestimmt und aktualisiert werden.
Als nächstes bestimmt in Block 312 von 3 die Steuereinheit 124, ob ein Außeneinfluss 180 (5 und 6) aufgetreten ist. Der Außeneinfluss 180 ist eine Änderung des Umfelds in der Nähe der Thermometereinheit 100 und des Systems 101, was dazu führt, dass die Thermometereinheit 100 kalibriert werden muss. Beispielhafte Außeneinflüsse 180, wie dieser Begriff hier definiert ist, umfassen abrupte Änderungen der Umgebungstemperatur in der Nähe des Patienten (d. h. eine Umgebungslufttemperatur) und in der Nähe der Temperatureinheit 100, wie sie auftreten können, wenn sich der Patient von einem ersten Raum mit einer ersten Raumtemperatur zu einem zweiten Raum mit einer zweiten Raumtemperatur bewegt, die sich von der ersten Raumtemperatur unterscheidet. Die Temperatur nahe der Temperatureinheit 100 umfasst die Temperatur innerhalb einer Kugel mit einem Radius von etwa einem Fuß (30,48 cm), ausgehend von der Temperatureinheit 100. Andere Außeneinflüsse 180 umfassen das Hinzufügen oder Entfernen einer Abdeckung, einer Schicht von Kleidung, Stoff, einer Decke oder dergleichen von der Thermometereinheit 100, was eine Umgebungstemperatur in dem Raum nahe der Thermometereinheit 100 ändert. Weitere Außeneinflüsse 180 umfassen die Erhöhung oder Abnahme der Feuchtigkeit in der Luft sowie das Bewegen des Patienten in einen Bereich mit direktem Sonnenlicht/Schatten oder aus diesem heraus. Zusätzliche Außeneinflüsse 180 umfassen das Ändern oder Ersetzen des Klebeabschnitts 105, das Ändern der Position der Thermometereinheit 100 von einem ersten Bereich der Haut 102 mit wenig Behaarung zu einem anderen Bereich der Haut 102 mit stärkerer Behaarung (und umgekehrt), das Betreiben der Thermometereinheit 100 an einem Patienten, der zu schwitzen beginnt oder aufhört, und das Ändern der Position der Thermometereinheit 100 von einem ersten Bereich der Haut 102 mit weniger Schmutz oder anderen Verunreinigungen zu einem anderen Bereich der Haut 102 mit mehr Schmutz oder anderen Verunreinigungen (und umgekehrt).
Jeder andere Einfluss, der die Temperatur der Luft in der Nähe der Haut 102 des Patienten und der Thermometereinheit 100 ändert, aber nicht die Kerntemperatur des Patienten ändert, ist als Außeneinfluss 180 enthalten. Das heißt, der Außeneinfluss 180 ändert die Temperatur um die Thermometereinheit 100 herum, jedoch nicht die Kerntemperatur des Patienten.
Wenn zum Beispiel die Thermometereinheit 100 und der Patient mit einer Decke bedeckt sind, umfasst ein Außeneinfluss das Aufdecken der Thermometereinheit 100, sodass die Thermometereinheit 100 nicht mehr von der Decke bedeckt ist. Das Aufdecken der Thermometereinheit 100 umfasst eine Änderung der Luftschicht 414 (wie von dem Widerstand 416 modelliert), was eine Änderung des Wärmeflusses bewirkt. In Verbindung mit dem elektrischen Modell 400 kann der Außeneinfluss 180 den Wert des Luftwiderstands 416 und die Größe der Spannungsquelle 420 ändern. Der Außeneinfluss 180 ändert nicht den Wert der Spannungsquelle 404.
Mit Bezug auf 5 ist die Thermometereinheit 100 dafür ausgelegt, den Außeneinfluss 180 basierend auf einer „plötzlichen“ Änderung der Kerntemperaturdaten 142 zu erkennen. 5 veranschaulicht ein Plot der Kerntemperaturdaten 142, wie sie von der Thermometereinheit 100 generiert werden. Bei etwa 12,5 Minuten tritt der Außeneinfluss 180 auf (dargestellt durch die vertikale Linie), was die Thermometereinheit 100 veranlasst, (fälschlicherweise) zu erfassen, dass die Kerntemperatur des Patienten im Verlauf von nur etwa vier Minuten sehr plötzlich um etwa 2,0 °C gefallen ist. Ein solcher plötzlicher Abfall der Kerntemperatur des Patienten ist typischerweise unmöglich, wenn sich der Patient in einem Umgebungsumfeld mit „Raumtemperatur“ befindet.
Ein beispielhafter Außeneinfluss 180 entsprechend den Kerntemperaturdaten 142 aus 5 ist das Entfernen einer Stoffschicht (d. h. einer Decke oder eines Hemds) von der Thermometereinheit 100 und dem Patienten, was bewirkt, dass die Lufttemperatur um den Patienten und die Thermometereinheit 100 abnimmt. In 5 erfolgt keine Einstellung der Wärmeleitzahl („hs“), und nach dem Außeneinfluss 180 sind die Kerntemperaturdaten 142 nicht für die tatsächliche Kernkörpertemperatur des Patienten repräsentativ.
Der Außeneinfluss 180 ändert die Temperatur des Umgebungsumfelds, ändert jedoch nicht die Temperatur des Systems (in irgendeinem wesentlichen Ausmaß), da die Wärmezeitkonstante des Systems 101 sehr viel größer ist als die Wärmezeitkonstante des die Thermometereinheit 100 umgebenden Umgebungsumfelds. In einem Beispiel schwankt die Kerntemperatur eines Menschen im Laufe des Tages typischerweise um 1,0 °C, und die Kerntemperatur reagiert sehr langsam auf Änderungen des Umgebungsumfelds. Die beispielhafte Temperaturänderung in 5 von etwa 2,0 °C im Verlauf von nur vier Minuten ist eine zu plötzliche Temperaturänderung, als dass sie der Patient aufweisen könnte. Das heißt, der plötzliche Abfall der Werte von Kerntemperaturdaten zeigt den Außeneinfluss 180 und nicht die tatsächliche Kerntemperatur des Patienten an, da bei keiner plausiblen Temperatur, in der sich der Patient befindet, die Kerntemperatur so schnell auf Änderungen des Umgebungsumfelds reagieren kann.
Hierfür definiert das System 101 eine erste Wärmezeitkonstante und das den Patienten umgebende Umgebungsumfeld, und die Thermometereinheit 100 definiert eine zweite Wärmezeitkonstante. Die erste Wärmezeitkonstante des Systems 101 ist mindestens um das Zehnfache größer als die zweite Wärmezeitkonstante. Infolgedessen haben Änderungen der Temperatur um die Thermometereinheit 100 einen viel schnelleren Einfluss auf die Sensoren 154, 162 als die Änderungen der Temperatur die Kerntemperatur des Systems 101 beeinflussen. Da die Kerntemperatur bekanntlich so langsam auf Änderungen in der Umgebung reagiert, zeigt eine plötzliche Änderung der Kerntemperaturdaten 142 Fehler am Messpunkt, ein Rauschen oder eine falsche Berechnung der Kerntemperatur an.
In einer speziellen Ausführungsform und immer noch mit Bezug auf 5 ist die Thermometereinheit 100 dafür ausgelegt zu bestimmen, dass der Außeneinfluss 180 aufgetreten ist. Zunächst identifiziert die Steuereinheit 124 eine erste Kerntemperatur 188 zu einer ersten Zeit 190 und eine zweite Kerntemperatur 194 zu einer zweiten Zeit 196. Die erste Zeit 190 liegt vor dem Außeneinfluss 180 und die zweite Zeit 196 liegt nach dem Außeneinfluss 180. Die erste Kerntemperatur 188 und die zweite Kerntemperatur 194 werden basierend auf der gleichen Wärmeleitzahl („hs“) bestimmt und in dem Speicher 120 als Temperaturdaten 146 gespeichert. Ein vorbestimmter Zeitraum 198 von der ersten Zeit 190 zur zweiten Zeit 196 wird definiert. Der vorbestimmte Zeitraum 198 hat eine Dauer von zum Beispiel etwa drei Minuten. Die Dauer des vorbestimmten Zeitraums 198 wird viel kürzer gewählt als die Zeitkonstante des Systems 101; zum Beispiel 0,5 % der Zeitkonstante des Systems 101.
Als nächstes ist die Steuereinheit 124 dafür ausgelegt, einen Temperaturunterschied 202 als Unterschied zwischen der ersten Kerntemperatur 188 und der zweiten Kerntemperatur 194 zu bestimmen. Falls der Temperaturunterschied 202 geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert für den Temperaturunterschied ist, bestimmt die Steuereinheit 124, dass kein Außeneinfluss 180 aufgetreten ist. Falls der Temperaturunterschied 194 hingegen größer als der vorbestimmte Schwellenwert für den Temperaturunterschied ist, bestimmt die Steuereinheit 124, dass ein Außeneinfluss 180 aufgetreten ist. Die Größe des vorbestimmten Schwellenwerts für den Temperaturunterschied hängt von der Art des Systems 101 ab, das von der Temperatureinheit 100 überwacht wird. Wenn es sich bei dem System 101 um einen menschlichen Patienten handelt, liegt ein beispielhafter vorbestimmter Schwellenwert für den Temperaturunterschied von etwa 0,5°C bis etwa drei Grad Celsius (3 °C) vor. In anderen Ausführungsformen liegt der vorbestimmte Schwellenwert für den Temperaturunterschied von 0,1 °C bis zehn Grad Celsius (10 °C) . Wie im Beispiel aus 5 gezeigt ist, liegt der Temperaturunterschied 202 bei etwa 2 °C und der Temperaturschwellenwert bei 0,75 °C. Somit bestimmt die Steuereinheit, dass in 5 ein Außeneinfluss 180 aufgetreten ist.
Wie in Block 312 in 3 gezeigt ist, fährt die Temperatureinheit 100, falls die Steuereinheit 124 bestimmt, dass kein Außeneinfluss 180 aufgetreten ist, mit dem Berechnen der Kerntemperatur fort, wie in Block 308 des Verfahrens 300 gekennzeichnet ist.
Falls jedoch die Steuereinheit 124 bei Block 312 bestimmt, dass ein Außeneinfluss 180 aufgetreten ist, kalibriert die Steuereinheit 124 die Temperatureinheit 100 erneut, um die Kerntemperatur genau zu bestimmen. Insbesondere berechnet die Steuereinheit 124 die Wärmeleitzahl („hs“) erneut, sodass sie den aktuellen Bedingungen des Umgebungsumfelds entspricht, in dem sich die Temperatureinheit 100 zu der Zeit befindet. Außerdem löscht bei manchen Ausführungsformen die Steuereinheit 124 die ungenauen Kerntemperaturdaten (wie die zweiten Kerntemperaturdaten 194), die nach dem Außeneinfluss 180 generiert wurden, und generiert zusätzliche Kerntemperaturdaten basierend auf der erneut berechneten Wärmeleitzahl („hs“) (d. h. eine erneut berechnete Kerntemperatur, die als dritte Kerntemperaturdaten in dem Speicher 120 gespeichert werden).
Als nächstes umfasst das Verfahren 300 bei Block 308 das Berechnen der Kerntemperatur gemäß der erneut berechneten Wärmeleitzahl („hs“). Außerdem durchläuft das Verfahren 300 den Block 312, um die Überwachung auf weitere Außeneinflüsse 180 fortzuführen, die zu einer zusätzlichen Änderung der Wärmeleitzahl („hs“) führen.
Die Temperatureinheit 100 und das entsprechende Verfahren 300 lösen ein technisches Problem des Stands der Technik. Das technische Problem besteht darin, dass bekannte Kerntemperatur-Erkennungseinrichtungen ungenaue Temperaturdaten generieren, wenn eine Umgebung, in der sich die Einrichtung befindet, eine Änderung der Temperatur und/oder Feuchtigkeit erfährt. Die Temperatureinheit 100 löst dieses technische Problem durch Kalibrieren der Einheit 100 nach dem Außeneinfluss 180 durch Bestimmen eines neuen Wertes der Wärmeleitzahl („hs“). Die Temperatureinheit 100 ist dafür ausgelegt, plötzliche Änderungen der Kerntemperaturdaten 142 zu identifizieren, die einfach nicht möglich sind (d. h. keine tatsächliche Änderung der Kerntemperatur des Systems anzeigen), basierend auf der entsprechenden gemessenen Wärmezeitkonstante des Systems 101.
Anhand von 6 ist ein Ansatz zum Bestimmen der erneut berechneten Wärmeleitzahl („hs“) nach einem Außeneinfluss 180 veranschaulicht. In 6 stellt die Thermometereinheit 100, kurz nachdem die Steuereinheit 124 erkennt, dass der Außeneinfluss 180 auftritt, den Wert der Wärmeleitzahl („hs“) ein oder ändert diesen, bis die berechnete Kerntemperatur auf die gleiche Kerntemperatur wie kurz vor dem Außeneinfluss zurückkehrt. Die Thermometereinheit 100 ist dafür ausgelegt zu erkennen, dass es sehr unwahrscheinlich (unmöglich) ist, dass die tatsächliche Kernkörpertemperatur des Patienten in nur wenigen Sekunden um 1,5 °C abfällt (wie in 6 nahe des Außeneinflusses 180 gezeigt ist), da die Wärmezeitkonstante des Körpers einfach zu groß ist, um eine solch drastische Änderung zu erlauben. Somit geht die Thermometereinheit 100 davon aus, dass keine tatsächliche Änderung der Kernkörpertemperatur in Reaktion auf den Außeneinfluss 180 aufgetreten ist, und die Thermometereinheit 100 ändert den Wert der Wärmeleitzahl („hs“) in der Gleichung, die verwendet wird, um die Kernkörpertemperatur zu berechnen (d. h. Gleichung (7)). Die Änderung des Wertes der Wärmeleitzahl („hs“) berücksichtigt die Thermometereinheit 100 und kalibriert diese auf die „neue“ Umgebung, die sich durch den Außeneinfluss 180 ergibt. In 6 berechnet die Thermometereinheit 100 erneut die Kerntemperatur unter Verwendung des aktualisierten/geänderten Wertes der Wärmeleitzahl („hs“) (d. h. bei Block 308 in 3). Die Verwendung des aktualisierten/geänderten Wertes der Wärmeleitzahl („hs“) ermöglicht es der Thermometereinheit 100, weiterhin einen genauen Wert für die Kerntemperatur zu bestimmen/berechnen. Insbesondere nach einem gleitenden Mittelwertfilter von sechzig Sekunden bleibt die berechnete Kerntemperatur in einer Toleranz von +0,3 °C und -0,5 °C. Der Versatz der Kernkörpertemperatur von etwa 4 °C hat andere Ursachen, wie eine Messungenauigkeit.
Offenbarte Ausführungsformen der Thermometereinheit 100 umfassen eine Berechnung der Kernkörpertemperatur eines Patienten, wobei die Wärmeleitzahl („hs“) eingestellt wird, auf Grund von Änderungen des Umfelds, die einen Einfluss auf den Wärmefluss haben. Die eingestellte Wärmeleitzahl („hs“) enthält nicht nur den Einfluss der Haut 102, sondern auch andere Einflüsse auf den Wärmefluss, wie andere Elemente des Sensoraufbaus und der Schichtzusammensetzung. In einer Ausführungsform misst die Thermometereinheit 100, um die Kernkörpertemperatur zu berechnen, nur die Hauttemperatur und den Wärmefluss mit dem Sensoraufbau 116.
Außerdem kann das hier offenbarte Verfahren 300 zum Bestimmen/Berechnen der Kernkörpertemperatur auch verwendet werden, um die Kerntemperatur eines Systems 101 zu bestimmen, das als Maschine (d. h. nicht lebender Gegenstand) konfiguriert ist. Zum Beispiel definiert eine Maschine eine Kerntemperatur, und eine externe Temperatur umgibt zumindest einen Abschnitt der Maschine. In diesem Beispiel ist das hier offenbarte Verfahren 300 verwendbar, um die Kerntemperatur der Maschine zu bestimmen, solange sich die externe Temperatur schneller (z. B. 10x schneller) als die Kerntemperatur ändert.
Das Verfahren 300 ermöglicht auch die Bestimmung des Wertes der Wärmeleitzahl („hs“) anhand der von dem Sensoraufbau 116 gesammelten Daten. Insbesondere kann, falls die Wärmeeigenschaften der Schichtzusammensetzung der Haut 102 oder eines anderen Materials bekannt sind, die Thermometereinheit 100 die Wärmeleitzahl der Haut („hs“) (oder eines anderen Materials) anhand der von dem Sensoraufbau 116 gesammelten Daten bestimmen. Die Wärmeeigenschaften des Sensoraufbaus 116 können im Voraus bestimmt werden (d. h. der Widerstand des Sensorwiderstands 412 in dem elektrischen Modell 400), da sich die Wärmeeigenschaften des Sensoraufbaus 116 im zeitlichen Verlauf, von Person zu Person oder in Reaktion auf die Außeneinflüsse nicht ändern. Auch kann die Thermometereinheit 100, um den Wärmeeinfluss von Feuchtigkeit oder Schweiß zu berücksichtigen, einen Feuchtigkeitssensor (nicht gezeigt) umfassen. Ein weiterer Vorteil der Bestimmung der Wärmeleitzahl der Haut („hs“) besteht darin, dass es die bekannte Wärmeleitzahl („hs“) der Thermometereinheit 100 ermöglicht, eine Dicke des Unterhautzellgewebes 103c zu schätzen. Solche Informationen sind in Bereichen der Gesundheit und Fitness von Vorteil.
Während die Offenbarung in den Zeichnungen und der vorausgehenden Beschreibung im Einzelnen veranschaulicht und beschrieben wurde, sollte dies als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung angesehen werden. Es versteht sich, dass nur die bevorzugten Ausführungsformen vorgestellt wurden und dass alle Änderungen, Modifikationen und weitere Anwendungen, die in den Bereich der Offenbarung fallen, geschützt werden sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62611029 [0001]
US 62626537 [0001]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Kerntemperatur eines Systems mit einer Thermometereinheit, umfassend: Berechnen einer ersten Kerntemperatur des Systems basierend auf einer Wärmeleitzahl zu einer ersten Zeit mit einer Steuereinheit der Thermometereinheit; Speichern der berechneten ersten Kerntemperatur als erste Kerntemperaturdaten in einer Speichereinheit der Thermometereinheit; Berechnen einer zweiten Kerntemperatur des Systems basierend auf der Wärmeleitzahl zu einer zweiten Zeit nach der ersten Zeit mit der Steuereinheit; Speichern der berechneten zweiten Kerntemperatur als zweite Kerntemperaturdaten in der Speichereinheit; Bestimmen von Temperaturunterschiedsdaten als Unterschied zwischen den berechneten ersten und zweiten Kerntemperaturdaten mit der Steuereinheit; wenn die Temperaturunterschiedsdaten größer sind als ein vorbestimmter Schwellenwert für den Temperaturunterschied, (i) erneutes Berechnen der Wärmeleitzahl mit der Steuereinheit, (ii) Löschen der zweiten Kerntemperaturdaten aus dem Speicher und (iii) Berechnen einer dritten Kerntemperatur des Systems basierend auf der erneut berechneten Wärmeleitzahl; und Speichern der erneut berechneten Kerntemperatur als dritte Kerntemperaturdaten in dem Speicher.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das System und die Thermometereinheit einem Außeneinfluss ausgesetzt werden, der Außeneinfluss dazu führt, dass die Temperaturunterschiedsdaten größer sind als der vorbestimmte Schwellenwert für den Temperaturunterschied, und der Außeneinfluss nicht die Kerntemperatur ändert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei: das System ein menschlicher Körper ist, die Thermometereinheit am menschlichen Körper angebracht wird und der Außeneinfluss eine Umgebungstemperatur in der Nähe der Thermometereinheit ändert.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei: der Außeneinfluss beinhaltet, dass sich der menschliche Körper von einem ersten Raum mit einer ersten Raumtemperatur zu einem zweiten Raum mit einer zweiten Raumtemperatur bewegt; und sich die erste Raumtemperatur von der zweiten Raumtemperatur unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei: der Außeneinfluss das Anbringen oder Entfernen einer Abdeckung von der Thermometereinheit beinhaltet und die Abdeckung als Decke oder eine Kleidungsschicht ausgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erneute Berechnen der Wärmeleitzahl mit der Steuereinheit Folgendes aufweist: Einstellen eines Wertes der Wärmeleitzahl, sodass die dritte Kerntemperatur die gleiche wie die erste Kerntemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das System eine erste Wärmezeitkonstante definiert, ein das System umgebendes Umgebungsumfeld und die Thermometereinheit eine zweite Wärmezeitkonstante definieren und die erste Wärmezeitkonstante mindestens um das Zehnfache größer als die zweite Wärmezeitkonstante ist.
Thermometereinheit zum Bestimmen einer Kerntemperatur eines Systems, umfassend: einen Temperatursensor, der dafür ausgelegt ist, eine Oberflächentemperatur des Systems zu erfassen und der erfassten Oberflächentemperatur entsprechende Temperaturdaten zu generieren; einen Wärmeflusssensor, der dafür ausgelegt ist, einen Wärmefluss des Systems zu erfassen und dem erfassten Wärmefluss entsprechende Wärmeflussdaten zu generieren; einen Speicher, der dafür ausgelegt ist, die Temperaturdaten und die Wärmeflussdaten zu speichern; und eine Steuereinheit, die mit dem Temperatursensor, dem Wärmeflusssensor und dem Speicher wirkverbunden und dafür ausgelegt ist, einer Kerntemperatur des Systems entsprechende Kerntemperaturdaten zu bestimmen, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, die Thermometereinheit abhängig von einem Außeneinfluss durch Folgendes zu kalibrieren: Berechnen, zu einer ersten Zeit, von ersten Kerntemperaturdaten basierend auf einer ersten erfassten Oberflächentemperatur, einem ersten erfassten Wärmefluss und einer Wärmeleitzahl; Berechnen, zu einer zweiten Zeit, von zweiten Kerntemperaturdaten basierend auf einer zweiten erfassten Oberflächentemperatur, einem zweiten erfassten Wärmefluss und der Wärmeleitzahl; und Kalibrieren der Thermometereinheit, wenn ein Unterschied zwischen den ersten Kerntemperaturdaten und den zweiten Kerntemperaturdaten einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, durch Berechnen einer weiteren Wärmeleitzahl.
Thermometereinheit nach Anspruch 8, wobei: das System ein menschlicher Körper ist, die Thermometereinheit an dem menschlichen Körper angebracht ist, ein Außeneinfluss eine Umgebungstemperatur in der Nähe der Thermometereinheit ändert, und der Außeneinfluss nicht die Kerntemperatur ändert.
Thermometereinheit nach Anspruch 8, wobei der Außeneinfluss das Platzieren einer Schicht über der Thermometereinheit oder das Entfernen der Schicht von der Thermometereinheit beinhaltet.
Thermometereinheit nach Anspruch 8, wobei: das System eine erste Wärmezeitkonstante definiert, ein Umgebungsumfeld in der Nähe des Systems und der Thermometereinheit eine zweite Wärmezeitkonstante definiert und die erste Wärmezeitkonstante mindestens um das Zehnfache größer als die zweite Wärmezeitkonstante ist.
Thermometereinheit nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Energy Harvester mit einer Energieverwaltungsschaltung, die dafür ausgelegt ist, die Thermometereinheit mit Elektroenergie zu versorgen.
Verfahren zum Kalibrieren einer Thermometereinheit zum Messen einer Kerntemperatur eines Systems, umfassend: Bestimmen einer ersten Wärmeleitzahl des Systems; Berechnen von Kerntemperaturdaten entsprechend der Kerntemperatur des Systems basierend auf der ersten Wärmeleitzahl; Identifizieren einer Änderung der Kerntemperaturdaten, die einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und Kalibrieren der Thermometereinheit durch (i) Bestimmen einer zweiten Wärmeleitzahl abhängig von der identifizierten Änderung der Kerntemperaturdaten und (ii) Berechnen der Kerntemperaturdaten basierend auf der zweiten Wärmeleitzahl.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Schätzen der ersten Wärmeleitzahl basierend auf mindestens einer bekannten Konstante des Systems; und Bestimmen der zweiten Wärmeleitzahl basierend auf einer gemessenen Oberflächentemperatur des Systems.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Aussetzen des Systems und der Thermometereinheit gegenüber einem Außeneinfluss, der eine Temperatur eines Umgebungsumfelds in der Nähe der Thermometereinheit ändert, aber nicht die Kerntemperatur ändert; und Erkennen des Aussetzens gegenüber dem Außeneinfluss durch Identifizieren der Änderung der Kerntemperaturdaten.