Устройство для локального измерения температуры частей тела

 

Изобретение используется в медицинской технике для диагностики путем неинвазивного обнаружения температурных аномалий частей тела. Устройство состоит из термочувствительного элемента и нагревателя в виде единого полупроводникового монокристалла сурьмянистого индия, работающего в режиме собственной проводимости, легированного акцепторной примесью, например германия, с концентрацией ~ 3·10¹⁶ см^-3, и блоков регистрации, формирования режима подогрева и индикации, соединенных с источником питания. Изобретение позволяет расширить медицинские возможности диагностирования за счет повышения точности, стабильности и повторяемости результатов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение используется в медицинской технике для диагностики путем неинвазивного обнаружения температурных аномалий частей тела и внутренних органов биообъекта при контакте с поверхностью.

Известен медицинский радиотермометр (RU 94024876, 10.05.96), в котором в тепловом контакте с поверхностью тела находится чувствительный элемент с резистивным слоем, нанесенным на диэлектрическую пластину, из материала с высокой теплопроводностью, на обратной стороне которого расположен полупроводниковый датчик температуры, и выполнены контактные площадки, к которым присоединены выводы датчика. Термометр снабжен также электронным блоком с цифровой индикацией.

Термометр обеспечивает высокую точность измерения температуры, однако для повышения температуры чувствительного элемента от температуры окружающей среды до температуры контролируемого объекта требуется определенное время, величина которого достаточно велика для использования такого термометра при хирургическом и особенно гипертермическом воздействии.

Известен также электронный термометр (SU 1795307, 15.02.93), используемый для измерения температуры в медицине, в котором имеются термочувствительный элемент в виде пленочного полупроводникового терморезистора на подложке, его нагреватель, расположенный на противоположной стороне подложки параллельно терморезистору, источник питания нагревателя, блока регистрации и индикатора. При настройке электронного термометра выходные параметры нагревателя задаются таким образом, чтобы в рабочем диапазоне температур температура нагревателя оставалась и поддерживалась примерно постоянной. Однако в известном термометре точность и быстродействие измерения зависят от величины контролируемой температуры, причем погрешность термометра и время измерения тем выше, чем больше отклонения температуры участка тела от температуры в термометре.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности, стабильности и повторяемости результатов измерений, а также повышение быстродействия и чувствительности при малых габаритах и биоинертности термометра, что позволит использовать его для диагностирования ряда заболеваний, сопровождающихся изменением внутреннего состояния пациента.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении медицинских возможностей диагностирования и повышении его надежности за счет высокой точности исследования.

Поставленный результат достигается тем, что в устройстве для локального измерения температуры частей тела, содержащем полупроводниковый чувствительный элемент с нагревателем, и блок регистрации, соединенный первым выходом с индикатором, подключенным к источнику питания, блок регистрации вторым управляющим выходом подключен к первому входу блока формирования режима нагрева, выход которого подключен ко входу термочувствительного элемента, а второй вход - к источнику питания, при этом термочувствительный элемент и нагреватель выполнены в виде единого полупроводникового монокристалла сурьмянистого индия, легированного акцепторной примесью, например германия, с концентрацией ~3·10¹⁶ см^-3 с возможностью работы в режиме собственной проводимости, выход которого подключен ко второму входу блока регистрации.

Кроме того, полупроводниковый монокристалл может быть выполнен в виде меандра, размещенного на подложке, а также в виде нескольких меандров, размещенных на подложке и параллельно соединенных между собой.

Устройство может иметь корпус из биоинертного материала, обладающего низкой температуропроводностью, а наружная поверхность полупроводникового монокристалла может быть покрыта теплопроводящим слоем.

Устройство для локального измерения температуры может быть также выполнено с возможностью установки термочувствительного элемента в зонде или катетере для измерения температуры полостных участков тела.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для локального измерения температуры отдельных участков тела состоит из термочувствительного элемента 1 (см. чертеж), являющегося также и нагревателем, выполненного из единого полупроводникового монокристалла сурьмянистого индия, работающего в режиме собственной проводимости, легированного акцепторной примесью, например германия, с концентрацией ~3·10¹⁶ см^-3, рабочая область температур этого элемента 35-45^oC соответствует наиболее крутой части характеристики зависимости собственной проводимости от температуры, а такая концентрация примеси позволяет добиться необходимой чувствительности и воспроизводимости характеристик элементов. Термочувствительный элемент 1 выполняется в виде меандра на подложке из германия, кварца или ситалла, его выход подключается ко входу блока регистрации 2, представляющего собой цифровой измеритель частоты электрических колебаний. Он может быть изготовлен на базе стандартных микросхем. Кроме того? блок 2 регистрирует градиент сигнала с термочувствительного элемента, в зависимости от чего выдается команда на блок формирования режима нагрева 3 либо на индикатор 4 после определенного интервала времени, для чего первый и второй выходы блока 2 подключены соответственно ко входу индикатора 4 и управляющему первому входу блока 3, основная задача которого заключается в поддержании в необходимых пределах величины тока, протекающего через термочувствительный элемент 1, а также времени нагрева. Питание элемента 1 также контролируется через блок 3. Источник питания 5 подключен ко входу индикатора, второму входу блока 3 и первому входу блока 2. В качестве источника питания 5 могут использоваться низковольтные малообъемные батарейки, обеспечивающие срок службы около 2-х лет на одной батарейке.

Корпус устройства выполняется из биоинертного материала, допускающего также обработку антисептическим средством. При этом наружная (рабочая) поверхность термочувствительного элемента покрыта теплопроводящим слоем, а материал корпуса обладает низкой температуропроводностью, что обеспечивает максимально возможную термоизоляцию чувствительного элемента.

Для измерения температуры локальных участков в полостях тела или в операбельном поле, на зонде или катетере устанавливается чувствительный элемент устройства.

Устройство для локального измерения температуры работает следующим образом.

При выключении напряжения питания происходит нагрев монокристалла. При измерении температуры через теплопроводящий слой осуществляется контакт с участком измерения, его температура вызывает изменение температуры кристалла, т. е. его сопротивление, что ведет к изменению сигнала, управляющего работой источника питания, через блок формирования режима нагрева.

Устройство обеспечивает точность измерения температуры ±0,005 - 0,05^oC при времени измерения около 10 с.

Таким образом, изобретение позволяет измерить температуру локальных участков тела миниатюрным устройством при его высокой чувствительности, т.к. при контактном методе измерения искажение в точке измерения за счет теплоотвода в измеритель тем меньше, чем меньше его габариты.

Высокая воспроизводимость результатов измерений достигается за счет цифрового способа обработки сигнала.

Формула изобретения

1. Устройство для локального измерения температуры частей тела, содержащее полупроводниковый термочувствительный элемент с нагревателем и блок регистрации, соединенный первым выходом с индикатором, подключенным к источнику питания, отличающееся тем, что блок регистрации вторым управляющим выходом подключен к первому входу блока формирования режима нагрева, выход которого подключен ко входу термочувствительного элемента, а второй вход - к источнику питания, при этом термочувствительный элемент и нагреватель выполнены в виде единого полупроводникового монокристалла сурьмянистого индия, легированного акцепторной примесью, например германием, с концентрацией ~ 3·10¹⁶ см^-3, с возможностью работы в режиме собственной проводимости, выход которого подключен ко второму входу блока регистрации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полупроводниковый монокристалл выполнен в виде меандра, размещенного на подложке.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полупроводниковый монокристалл выполнен в виде нескольких меандров, размещенных на подложке и параллельно соединенных между собой.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно выполнено в корпусе из биоинертного материала, обладающего низкой температуропроводностью, а наружная поверхность полупроводникового монокристалла покрыта теплопроводящим слоем.

5. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью установки термочувствительного элемента в зонде или катетере, для измерения температуры полостных участков тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1