本发明属于生物医学工程领域,属于使体温计提高响应速度和增加功能的装置发明。 目前医用电子温度计在临床应用中有两点不足:一是测温传感器热平衡时间长,温度传感器从室温达到热平衡状态约需一分钟;二是传感器不能向被测对象输送能量,功能有限。本发明目的在于提出一种技术方案,据此可以制造具有高响应速度、以可以控制的方式向被测对象输送或吸收能量的医用温度测量装置,应临床及科研之需。
图1 普通医用温度计和本发明的温度计测量过程响应曲线,横座标t为测量时间,纵座标T为温度计显示的温度值。1-无热源温度计响应曲线,2-本发明的有热源温度计响应曲线,3-被测对象的实际温度。
图2 本发明采用的一种复合传感器结构示意图 4-金属感温介质,5-热电转换元件,6-加热元件或制冷元件,7-内引线,8-空气,9-绝缘介质,10-外引线。
图3 本发明采用的一种输液输血换热器示意图 11-加热测温传感器,12-与加热测温传感器换热并流过液体的螺旋状输液管。
图4a 一种加热(制冷)测温传感器的结构示意图 13-热电转换元件,14-加热器(或制冷器),15-附着测温元件和加热(制冷)元件的金属底座,16-与金属底座联结的金属零件,17-引线。
图4b 另一种加热(制冷)测温传感器的结构示意图 18-热电转换元件,19-加热(制冷)元件,20-金属底座,21-引线,22-绝缘材料。
图5 采用本发明装置加热输入人体液体示意图 23-皮肤,24-输液针,25-导管,26-输液管,27-复合温度传感器,28-输液流速控制器。
本发明的装置包括:可以由非测量对象改变本身温度值的复合温度传感器,所说地复合温度传感器由热电转换元件、加热(或制冷)元件及附着以上元件的金属介质构成,既是用于测量医疗对象温度值的温度传感器,又是可以向被测对象加热(或制冷)的加热(制冷)器;可以控制上述复合温度传感器温度值的加热(或制冷)电路;指示上述复合温度传感器温度值的温度显示仪表;流过液体物质并与上述复合传感器接触进行热量交换,使所说液体物质温度高于环境温度值的金属换热器。
复合传感器与人或动物体接触之前,由加热电路向复合传感器中的加热元件提供电流,使复合传感器恒定在高于室温的某个温度值上。接触人体之时断开加热电流,使复合传感器以高于室温的初始温度与人或动物体待测部位进行热量交换。
测温过程中,接触测温传感器的升温规律如下
T=TM-(TM-To)θ- (t)/(γ)
其中 T-接触测温传感器温度
TM-被测对象实际温度
TO-接触测温传感器初始温度
θ-自然对数的底
τ-复合传感器测温时间常数
t-测量过程进行的时间
测量过程进行的时间t与传感器初始温度TO及实际温度T之间有如下关系
t=τLn (TM-To)/(TM-T)
对于同样的测量精度(即达到同样的TM-T值),TM-TO的值愈小则t愈小。即传感器初始温度TO与TM愈接近,所需的测量时间愈短。例如使复合传感器接触人体之前恒定在36℃,若TO=16.5℃,要求TM-T≤0.2℃时读出温度,TM=36.7℃,对时间常数相同的温度传感器而言,测量时间缩短到不加热状态(即接触人体之前传感器的初始温度为16.5℃)所需测温时间的五分之一,若原来需50秒,采用本发明只需要10秒。
有一个开关,利用它接通复合传感器的加热器电源,使其恒定在高于室温接近被测对象温度的温度值上。接触被测对象时用这个开关断开加热电源。复合传感器结构示意如图2。本装置用于测温时采用以上工作方式,有温度显示仪表读出复合传感器中接触测温元件的实际温度。
本发明还有第二种工作方式,所说的复合传感器保持恒温状态,其温度值高于被测对象温度或低于被测对象温度,温度值可以由上述加热器(或制冷器)连续调节。与被测对象接触后仍保持原有的温度,由温度显示仪表读出其温度值,可以用于精确测量被测对象的冷热反应,可以用于对被测温对象进行温度可控的加热或制冷治疗。还可以利用另一个接触测温传感器测量被复合传感器加热或制冷后周围皮肤或粘膜温度变化,据此得到皮肤或粘膜及相关组织热传导性能变化的信息。
本发明还有第三种工作方式,所说的复合传感器〔27〕与向人体输入液体物质的输液管〔26〕接触,通过输液管道〔26〕向即将进入人体的液体物质(药物、水或血液、血浆等)输送能量,使其进入人体时高于室温接近体温,避免大量低温流体进入人体组织深部引起局部显著降温,使输液输血部位的组织保持正常的生理状态。与所说复合传感器〔27〕接触的输液管〔26〕既是通过即将进入人体的液体物质的导管,又是换热器,通过它使上述液体物质得到可靠的加热,使通过它的上述液体物质温度升高到接近体温的数值。在进行低温输液输血试验研究时,复合传感器〔27〕工作在制冷状态。在这两种状态下,都可以从温度显示仪表上读出复合传感器〔27〕的实际温度,由于和即将进入人体的液体物质之间的热交换过程很充分,即将进入人体的液体物质温度接近复合传感器〔27〕的温度。
所说的复合传感器几种典型结构如下:
热电转换元件〔5〕和加热(或制冷)元件〔6〕同时附着在金属感温介质〔4〕内侧,〔4〕的上端与绝缘介质支架〔9〕相接,〔9〕与〔4〕之间有空腔〔8〕充以空气,外引线〔10〕和内引线〔7〕在〔9〕中相接。
热电转换元件〔13〕和加热(制冷)元件〔14〕压接或烧结在金属底座〔15〕的圆柱形凹孔底面上,这个凹孔的内表面有螺纹,具有螺纹的金属件〔16〕拧在〔15〕的上述凹孔上,引线〔17〕由〔15〕的孔中穿出。
底座〔20〕由一块具有圆柱形外表面、弧形端面、沿轴钻有一个半通孔的金属构成,在〔20〕内部半通孔底面上压接或烧结热电转换元件〔18〕和加热(制冷)元件〔19〕,在〔18〕、〔19〕不与〔20〕接触的外表面上涂以绝缘材料〔22〕。
实现本发明的一个具体方案。采用分辨率0.1℃的数字温度计显示复合传感器的温度,以工作在反向击穿状态的P-n结二极管做加热器,以半导体三极管做接触测温元件。具有三种不同结构的复合传感器,用于快速体温测量的复合传感器以厚度0.1-0.2MM的银、镍或电镀的铜片做金属介质,在复合传感器的手柄上有一个接通或切断复合传感器中加热器电流的开关;用于与皮肤及粘膜进行热量交换的复合传感器温度在室温至45℃之间连续调节,由温度显示仪表读出温度;用于加热
复合传感器园柱形金属介质外表面刻有螺纹槽,输液管〔26〕镶嵌缠绕在这个螺纹槽内。输液输血换热器的复合传感器金属介质为圆柱形,加热器和接触测温传感器在其内部。待输入人体的液体由〔26〕一端流入另一端流出,通过〔26〕的管壁与〔27〕换热,使流过〔26〕的液体得以加热或制冷。
与已有技术相比,本发明具有以下特点:
1.使医用体温计测量时间缩短为原来的1/2~1/5,显著提高效率;
2.可以精确观测人体的温度反应,用以诊断和发现多种疾病;
3.可以在测温的同时对患者提供温度可控的局部加热或冷却的治疗;
4.提供了一种新的测量人体组织热传导性质变化的手段,用以考察和判别组织结构的变化及体液活动血运情况的改变。
5.以一种简便的方式解决了临床输液输血加温的问题,避免大量低温液体直接进入人体造成的损害,使患者舒适,提高疗效。