CN102884406B

CN102884406B - 具有热传感器校正的零热通量深部组织温度测量装置

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Publication number: CN102884406B
Application number: CN201180017096.7A
Authority: CN
Inventors: 马克·T·比贝里希; 加里·L·汉森; 瑞安·J·斯塔布; 艾伯特·P·范杜伦; 艾伦·H·齐亚梅尔
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: EP2556351A1; CN102884406A; JP2013524236A; US20110249699A1; US8292495B2; JP5779806B2; WO2011146098A1; US20130003776A1; EP2556351B1; US8801272B2

Abstract

本发明涉及一种零热通量DTT测量装置，所述装置由柔性基底构成，所述柔性基底支撑电路，所述电路包括限定加热器的加热器迹线、热传感器，以及热传感器校正电路。

Description

具有热传感器校正的零热通量深部组织温度测量装置

相关专利申请

本申请含有与以下美国专利申请相关的材料：2009年8月31日提交的美国专利申请12/584,108。

背景技术

本主题涉及一种在估计深部组织温度（DTT）时用来指示人类或动物的核心体温的装置。更具体地讲，本主题涉及提供有热传感器校正的零热通量DTT测量装置的构造。

深部组织温度测量是对占据人体体腔和动物体腔的器官的温度（核心体温）进行的测量。出于许多原因，期望进行DTT测量。例如，已表明，在围手术期间将核心体温维持在正常体温范围内可降低手术部位感染的发生率，因此，在手术之前、手术期间，以及手术之后监测患者的核心体温较为有利。当然，为了患者的安全和舒适，以及临床医生的方便，非常期望进行非侵入性测量。因此，最有利的是，通过置于皮肤上的装置来进行来非侵入性DTT测量。

使用零热通量装置进行的非侵入性DTT测量由Fox和Solman在1971年（Fox RH，Solman AJ。的A new technique for monitoring the deepbody temperature in man from the intact skin surface J.Physiol.Jan1971:212(2):pp8-10（用于通过接触皮肤表面来监测人体深部体温的新技术，《生理学期刊》，1971年1月，第212(2)期，第8-10页））进行描述。图1所示的Fox/Solman系统使用温度测量装置10来估计核心体温，该温度测量装置具有基本上为平面构造的受控加热器，用于阻止或阻碍穿过皮肤的一部分的热流。由于该测量取决于没有热通量穿过进行测量的皮肤区域，因此，此项技术称为“零热通量”（ZHF）测量。Togawa用DTT测量装置结构改进了Fox/Solman技术，该DTT测量装置结构引起组织中的多维热流。（Togawa T.的Non-Invasive DeepBody Temperature Measurement。（非侵入性深部体温测量）源于：RolfeP编辑的Non-Invasive Physiological Measurements Vol.1.1979.Academic Press,London,pp.261-277（《非侵入性生理测量》，1979年第1卷，伦敦学术出版社，第261-277页））。图2所示的Togawa装置将Fox和Solman的ZHF设计密封在厚的铝外壳中，所述铝外壳具有圆柱形环带构造，用于减少或消除从装置中心到周边的径向热流。

Fox/Solman装置以及Togawa装置利用身体的正常热通量来控制加热器的操作，从而通过热阻来阻碍源于皮肤的热流，以便实现所需的ZHF条件。这会形成将ZHF温度测量装置的加热器、热阻以及热传感器堆叠的构造，从而可形成基本上垂直的轮廓。由Togawa的上盖添加的热质量改进了Fox/Solman设计的稳定性，并且使得深部组织温度的测量更为精确。就这一点而言，由于目标是穿过装置的零热通量，因此，热阻越大越好。然而，额外的热阻会增加质量和体积，并且还增加达到稳定温度所需的时间。

Fox/Solman装置以及Togawa装置的尺寸、质量以及成本并不有助于用后即弃。因此，它们在使用后必须要进行消毒，这样会使它们受到磨损和撕裂以及无法察觉的损坏。这些装置还必须要储存，以便再次使用。因此，使用这些装置会增加与零热通量DTT测量相关的成本，并且可能造成患者之间的交叉污染的巨大风险。因此，期望在不损害性能的情况下减少零热通量DTT测量装置的尺寸和质量，以便有助于在单次使用后即丢弃。

一种低成本的一次性零热通量DTT测量装置在优先权申请中有所描述和主张，并在图3和图4中示出。该装置由柔性基底以及设置于柔性基底上的电路构成。所述电路包括：基本上为平面的加热器，所述加热器由导电的铜迹线限定，并且环绕表面上的未受热区域；设置于所述区域中的第一热传感器；设置于加热器迹线（heater trace）外部的第二热传感器；设置于加热器迹线外部的多个电衬垫（electrical pad）；以及将第一和第二热传感器以及加热器迹线与多个电衬垫连接的多条导电迹线。柔性基底的各部分折叠在一起，以将第一和第二热传感器放置成接近彼此。设置于这些部分之间的绝缘层将第一和第二热传感器分开。所述装置针对操作进行取向，以便将加热器和第一热传感器定位在绝缘层的一侧上，并且将第二热传感器定位在另一侧上并紧靠将要进行测量的皮肤区域。如图4所示，电路在柔性基底表面上的布局提供薄型的零热通量DTT测量装置，该装置基本上为平面，甚至在各部分折叠在一起时也是如此。

相对于零热通量DTT测量装置作出的设计和制造选择可影响装置的操作。一种此类设计选择涉及用于检测零热通量条件的热传感器。考虑到核心体温的重要性，非常期望的是，热传感器产生精确的温度数据，以便对零热通量条件进行可靠检测，并精确估计核心体温。在热传感器的精度和成本之间存在权衡。多个热传感器装置为用于零热通量DTT测量的候选。例如，此类装置包括PN结、热电偶、电阻温度装置，以及热敏电阻器。热敏电阻器是良好的选择，因为其尺寸小、方便操作、容易使用，并且所关注的温度范围较为可靠。热敏电阻器的成本相对较低，使得它们成为单次使用的一次性温度测量装置的理想候选。

热敏电阻器的电阻大小会响应于热敏电阻器的温度变化而改变。因此，为了确定温度的大小，对热敏电阻器的电阻进行测量并采用已知关系将其转化为温度值。然而，批次间的制造差异可使热敏电阻器的电阻产生较大范围的差异。例如，在给定温度下，低成本的热敏电阻器可在不同装置间呈现±5%范围内的电阻值，从而产生±2.5℃范围内的温度。如此大范围的差异可损害零热通量温度测量的精度和可靠性。因此，虽然期望使用此类热敏电阻器来限制制造零热通量DTT测量装置的零件以及劳动力的成本，但是降低（如果无法消除的话）电阻差异对装置操作的影响也很重要。

可使用已知方法通过校正热敏电阻器的电阻来抵消热敏电阻器的电阻差异范围，所述方法例如斯坦哈特-哈特方程（Steinhart-Hartequation），所述方程需要了解从固定温度下测量的热敏电阻器的电阻值导出的系数。在操作热敏电阻器时，将系数用于已知公式，以改正或调整所指示的电阻大小。此类改正称作校正。

优选地，确定之后，系数存储在存储装置中，从而可在热敏电阻器操作时使用。例如，如日本专利公布2002-202205所述，深部温度测量装置包括构造成用于零热通量测量的温度探针以及从所述探针中伸出的线缆。线缆的一端端接在探针上，且背对端端接在连接器中。信号线布设在探针与连接器之间的线缆中。只读存储器（ROM）安装在连接器壳体中，远离探针。存储在ROM中的信息包括探针分类和热敏电阻器系数。由于热敏电阻器系数对于探针上的热敏电阻器来说是唯一的，因此，ROM必须与探针永久关联，且因此线缆永久地固定到探针上。连接器以可分离的方式插入到温度测量系统中。启动时，系统从ROM中读取分类和系数信息。系统使用系数信息来校正从探针获得的热敏电阻器读数，从而减小或消除来自零热通量过程的电阻变化的影响。

具有永久连接器的深部温度测量装置的线缆形成复杂的构造，所述构造制造成本高、难以储存，并且难以操作。用于温度测量系统的探针的所有补足物具有的线缆与探针一样多。探针可重复使用，因此上述有关Fox/Solman装置和Togawa装置的问题因线缆的存在而得到解决。

发明内容

就上述问题完成的本发明的一个目标是提供一种零热通量DTT测量装置，所述装置由柔性基底和设置于柔性基底表面上的零热通量电路构成，其中热传感器校正系数由安装在基底上的电路提供。

就上述问题完成的本发明的另一个目标是在不牺牲低成本热传感器的成本节约效益的情况下，消除作为零热通量DTT探针的整体部分的线缆和连接器。

就上述问题完成的本发明的另一个目标是提供用于零热通量DTT测量装置的热传感器校正，所述装置由柔性基底以及用于加热器和至少两个热传感器的基底表面上的导电迹线构成。

这些和其他目标通过零热通量DTT测量装置来实现，所述装置由支撑电路的柔性基底构成，所述电路包括限定加热器的加热器迹线、热传感器，以及热传感器校正电路。

优选地，热传感器校正电路包括存储热测量信息的可编程存储器，所述信息包括热传感器校正系数。

这些和其他目标通过零热通量DTT测量装置来实现，所述装置由以下项构成：柔性基底，其包括中心部分、从中心部分的周边延伸的接头部，以及从中心部分的周边延伸的尾部（tail）；以及柔性基底表面上的电路，所述电路包括：加热器迹线，所述加热器迹线限定环绕表面的区域的加热器；设置于区域中的第一热传感器；设置于尾部上的第二热传感器；设置于加热器迹线外部的基底上的存储器装置；设置于接头部上的多个电衬垫；以及将第一和第二热传感器、存储器装置以及加热器迹线与多个电衬垫连接的多条导电迹线。

优选地，存储器装置包括存储热测量信息的多针脚存储器装置，所述信息包括热传感器校正系数。

附图说明

图1是包括ZHF DTT测量装置的第一现有技术深部组织温度测量系统的示意性框图。

图2是包括具有铝顶盖的ZHF深部组织温度测量装置的第二现有技术深部组织温度测量系统的示意性侧视截面图。

图3是柔性基底的一侧的平面图，示出了设置在用于温度测量的基底表面上的电路。

图4是包括图3的电路的温度装置的侧视截面图。

图5是组件分解透视图，示出了图4的温度装置的元件。

图6A到图6F示出了基于图4和图5的温度装置的温度装置制造方法。

图7A是零热通量DTT测量装置的第一侧视截面局部示意图，示出了多层构造的部件。

图7B是经旋转以示出包括在多层构造中的热传感器校正电路的图7A的零热通量DTT测量装置的第二侧视截面局部示意图。

图8A示出了图7的零热通量DTT测量装置构造的第一构造，且图8B是包括测量装置的元件的示意图。

图9是示出温度测量系统的框图。

图10示出了图7的零热通量DTT测量装置构造的第二构造。

图11示出了图7的零热通量DTT测量装置构造的第三构造。

图12示出了图7的零热通量DTT测量装置构造的第四构造。

图13示出了图7的零热通量DTT测量装置构造的第五构造。

图14示出了图7的零热通量DTT测量装置构造的第六构造。

具体实施方式

期望的是，热通量深部组织温度测量装置构造包括随附的热传感器校正信息，以便消除热传感器差异对装置操作的影响。

用于零热通量DTT测量的温度装置包括柔性基底，所述柔性基底具有设置成间隔开的关系并由一个或多个绝缘材料的柔性层分开的至少两个热传感器。优选地，所述传感器通过柔性热（和电）绝缘体维持间隔开的关系。基底至少支撑热传感器、分开的热绝缘体、热传感器校正电路，以及加热器。

尽管就包括代表性元件的优选实施例来描述温度装置构造，但这些实施例仅仅是示例性的。有可能的是，其他实施例将包括比所述实施例多或少的元件。还可能的是，将删除所述元件中的一些元件，和/或将添加其他并未描述的元件。此外，这些元件可结合其他元件，和/或划分成额外的元件。

零热通量DTT测量装置

用于零热通量DTT测量装置的布局在图3中示出。所述装置包括设置于柔性基底上的电路，以便使温度测量装置的物理配置适应或贴合在不同温度测量位置遇到的不同轮廓。优选地，但未必的是，柔性基底被构造或制造成具有多个邻接的部分。例如，柔性基底100具有三个邻接的部分102、104和106。第一或中心部分102基本上为圆形。第二部分（或“尾部”）104具有较窄的细长矩形，其在第一径向上从第一部分102的周边延伸。在中心部分和尾部在105处接合的地方，中心部分的周边具有直部且尾部的宽度减少。第三或接头部部分106具有较宽的细长矩形，其在第二径向上从中心部分102的周边延伸。优选地，尾部和接头部沿着中心部分的直径对齐。

根据图3，电子电路的元件在柔性基底的第一侧108上设置于单个表面上。第一热传感器120定位在中心部分102的外周边的内部，优选接近或位于中心部分102的中心。导电的加热器迹线122限定加热器，所述加热器具有环绕或围绕区域121的形状，第一热传感器120位于所述区域中。在图3所示的优选实施例中，加热器迹线具有环形，所述环形包括环绕或围绕区域121以及设置在该区域中的第一热传感器120的楔形加热器区域124的圆形阵列。第二热传感器126定位在尾部104上。多个电连接衬垫130位于接头部106上。加热器迹线包括端接在连接衬垫130a和130b中的两个导电迹线部分。两条导电迹线在安装有第一热传感器120的安装衬垫与连接衬垫130c和130d之间延伸。两条额外的导电迹线在安装有第二热传感器126的安装衬垫与连接衬垫130e和130f之间延伸。

在图3所示的优选实施例所示的具体布局中，加热器迹线122的路径横跨用于第二热传感器126的两条迹线的路径。在这种情况下，加热器迹线的导通优选（但未必）由导电的零欧姆跳线132维持，所述跳线横跨用于第二热传感器126的两条迹线并与之电隔离。在其他实施例中，加热器迹线122的导通也可通过以下方案来维持：通过到达柔性基底的第二侧的通路；将热传感器迹线布设在柔性基底的第一侧的周边的周围；通过跳线而非零欧姆电阻器；或者通过任何等同的解决方案。

柔性基底的柔性或贴合性可由多个狭缝133强化，所述狭缝限定彼此独立移动或折曲的区域。在优选实施例中，狭缝133以遵照或适应加热器迹线122的布局的型式形成于中心部分102中。该型式至少部分地分开加热器区域124，以便让加热器区域124中的任何一个区域独立于任何其他加热器区域而移动。狭缝的优选型式是放射型，因为这让每个狭缝在相邻的加热器区域之间沿着圆形中心部分102的相应半径，并且沿着所述半径从中心部分102的周边朝向该部分的圆形中心延伸。这并不意味着排除由不同形状的加热器迹线布局以及柔性基底部分确定的其他可能的狭缝配置。

柔性基底的各部分围绕绝缘体放在或折叠在一起，以便在处于ZHF温度测量优选的配置中的第一热传感器120与第二热传感器126之间提供热阻。例如，至少柔性基底的中心部分102和尾部部分104围绕柔性绝缘体放在或折叠在一起。因此优选地，第一热传感器120和第二热传感器126设置于热绝缘体的相应侧上。就这一点而言，参考图3和图4，中心部分102和尾部104围绕绝缘材料140的柔性层140折叠在一起。层140在热传感器之间提供热阻和电阻，还支撑处于间隔开的配置中的热传感器。

柔性温度测量装置构造包括布置在柔性基底的一侧上的电路，如图3所示。在将柔性基底的两个部分放在或折叠在一起以便将柔性绝缘体夹在中间的情况下，所述构造具有多层结构，如在图4中清楚地看出。因此，温度测量装置200包括布置在柔性基底100的第一侧108的表面上的电路。中心部分102和尾部部分104围绕柔性绝缘层140放在或折叠在一起，以便在第一热传感器120和第二热传感器126间提供热阻。柔性绝缘层还维持设置成隔开关系的第一和第二热传感器。优选地，但未必的是，第二热传感器126在线202上与第一热传感器对齐，所述线穿过加热器迹线所环绕的区域121（见图3）。温度测量装置进一步包括在中心部分102的上方附接到基底100的第二侧109的柔性加热器绝缘体208。

图3所示电路的布局将单个表面上的所有电路部件定位在柔性基底100的一侧上。这种布局具有若干优点。首先，它只需要单个制造顺序来铺设用于加热器的迹线、热传感器、以及连接衬垫，从而简化装置的制造过程。其次，当携载热传感器的部分折叠在一起时，热传感器被维持在热和机械控制的环境中。

图3所示的优选布局的另一个有益效果在于，第一热传感器120在由加热器迹线122环绕或围绕的区域121中与加热器物理分开，且并不像在Fox/Solman系统中那样堆叠在所述加热器下方。在温度测量装置启动后，加热器开启，且由此产生的热大体上从加热器垂直传输到患者，但只在内侧传输到第一热传感器。因此，在加热器启动时发生的温度突变并未由第一热传感器立即感测到，从而在无需增加温度测量装置的热质量的情况下提高对加热器的控制以及温度测量的稳定性。因此，第一温度传感器120优选位于与加热器迹线122相同的平面中，或者在相同的表面上（且甚至可略高于加热器迹线），且基本上位于零热通量的区域121中或者与该区域对齐。

期望的是，为了方便以及患者生命体征监测系统的模块化，温度测量装置支持插拔式接口。就这一点而言，并参考图3和图4，接头部106配置成具有衬垫130的阵列，以便能够滑入和滑出与连接器（未示出）的连接。为了提供能够在连接和断开连接的同时维持形状的物理稳固构造，可选地加强接头部106。就这一点而言，将柔性加强件204设置在柔性基底100的第二侧109上。所述加强件基本上与接头部106同延并且至少部分地在中心部分102的上方延伸。如在图4中清楚地看出，加强件204设置于柔性基底100的第二侧109与柔性绝缘体208之间。用来对齐接头部106并防止与电连接器（未示出）误接并且将连接器保持在接头部上的关键可设在装置200上。例如，参考图5，此类关键包括穿过加强件和接头部的开口209。在操作中，开口209可接纳并保持连接器壳体上的伸缩式弹簧支承爪。

温度测量装置200安装在皮肤区域上，在该区域中即将用最靠近皮肤的第二热传感器126来测量温度。如在图4中看出，在绝缘层140且第二传感器126所在的尾部104的那部分上，粘合剂层222设置于第二侧109上。隔离衬片（此图中未示出）可从粘合剂层222剥落，以准备将装置200附接到皮肤。当如图4所示进行部署时，通过位于接头部106中的多个电连接衬垫130来提供位于装置200上的电路与温度测量系统之间的插拔式信号接口。通过该接口传输的信号将至少包括加热器启动和热传感器信号。

在柔性基底上使用电路大大简化了用于估计深部组织温度的一次性温度装置的构造，并且基本上减少制造此类装置的时间和成本。就这一点而言，可参考图5以及图6A到图6F来理解温度测量装置的制造，所述装置包括布置在具有图3所示的电路元件的柔性基底100的一侧上的电路。尽管依据具体编号的步骤来描述制造方法，但有可能改变步骤的顺序，同时实现相同的结果。出于各种原因，一些步骤可包括比所述步骤多或少的操作。出于相同的或额外的原因，可删除所述步骤中的一些步骤，和/或可添加其他并未描述的步骤。此外，这些步骤可结合其他步骤，和/或划分成额外的步骤。

在图6A中，用于电路的迹线和衬垫被制造在柔性基底100的第一侧108上，所述柔性基底具有中心部分102、从所述中心部分延伸的尾部104，以及从所述中心部分延伸的接头部106。电子元件（第一和第二热传感器）安装到迹线上，以完成包括图3的元件并如该图所示进行布置的电路（为了方便，该电路从这些图中省略）。如果使用的话，那在此制造步骤中，可将与加热器区域分开的狭缝133的型式制造在中心部分中。

根据图6B，在第二制造步骤中，将加强件204层合到柔性基底的第二侧。如在图5中清楚地看出，加强件具有形状与接头部相同的部分，并且变窄成具有圆形尖端的细长部分。当层合到第二侧109时，加强件基本上在接头部的上方且部分地在中心部分的上方、第一热传感器所在的区域121的下方延伸。优选地，粘合剂膜（不可见）或等同物将加强件附接到柔性基底的第二侧。

根据图6C，在第三制造步骤中，绝缘材料的柔性层208通过粘合剂或等同物而基本上在整个中心部分以及加强件的至少一部分的上方连接到柔性基底的第一侧。提供该层，以使加热器与周围环境绝缘。如在图5中清楚地看出，此柔性层可包括截平的接头部210，所述截平的接头部额外增强接头部106与系统连接器之间的插拔式连接。

根据图6D，在第四制造步骤中，绝缘材料的柔性中心层140在中心部分的上方连接到第一侧108，以覆盖加热器迹线以及第一热传感器。如在图5中清楚地看出，此柔性层还可包括截平的接头部141，所述截平的接头部额外增强在接头部与系统连接器之间的插拔式连接。

根据图6E，在第五制造步骤中，尾部104在绝缘材料的中心层140的上方折叠，从而使第一和第二热传感器由该中心层维持成优选的隔开关系。

根据图6F，在第六制造步骤中，具有隔离衬片226的粘合剂层（不可见）在具有折叠的尾部的中心绝缘层的上方附接到该中心绝缘层。如在图5中清楚地看出，隔离衬片226可具有对应于中心部分102和接头部106的形状。

在最佳实践模式中，根据本说明书的温度测量装置已使用下表中所列出的材料和零件进行制造。具有符合图3的铜迹线以及衬垫的电路采用传统的照相蚀刻技术形成于聚酸亚胺膜的柔性基底上，并且热传感器使用传统的表面安装技术进行安装。除了0表示直径之外，表中的尺寸为厚度。当然，这些材料和尺寸仅为示例性的，且决不限制本说明书的范围。例如，迹线可完全或部分由导电的油墨制成。

材料和零件表：I

具有热传感器校正的零热通量DTT测量装置

已对根据图3和先前描述的零热通量DTT测量装置进行制造、装配，以及临床测试。我们已发现，期望的是通过提供热传感器校正电路来进一步调整此类装置的构造，所述热传感器校正电路使得能够通过零热通量操作来可靠地估计深部组织温度测量。有利地，将热传感器校正电路放置在测量装置上，并且在测量装置的周边提供插拔式连接器接口消除了将线缆永久地固定到测量装置上的需要。

这些目标由以下零热通量DTT测量装置构造来满足，所述构造具有柔性基底，所述柔性基底支撑电路，其中加热器迹线设置于第一基底层上，以限定加热器，所述加热器面向绝热材料层的一侧，并且环绕第一基底层的区域，第一热传感器设置于所述区域中，热传感器校正电路设置于加热器外部的第一基底层上，第二热传感器设置于第二基底层上，多个电衬垫设置于基底表面上的加热器迹线的外部，并且多条导电迹线将加热器迹线、第一和第二热传感器以及热传感器校正电路与多个电衬垫连接。

这些目标还由以下零热通量DTT测量装置构造来满足，所述构造具有柔性基底，所述柔性基底支撑电路，其中加热器迹线设置于第一基底层上，以限定加热器，所述加热器面向绝热材料层的一侧，并且环绕第一基底层的区域，第一热传感器设置于所述区域中，第二热传感器设置于第二基底层上，并且多个电接触衬垫设置于基底表面上的加热器迹线的外部，以提供接口，其中连接器可以可分离的方式连接到测量装置。存储热传感器校正信息的存储装置设置于第一基底层上，并且多条导电迹线将加热器迹线、第一和第二热传感器以及存储装置与多个电衬垫连接。

图7A是优选的零热通量DTT测量装置构造的截面局部示意图。图7B是优选的零热通量DTT测量装置构造的截面局部示意图，其中截面从图7A的视图旋转而来。在这些图中并未示出测量装置的所有元件；然而，这些图示出了与具有热传感器校正的零热通量测量相关的构造的部件之间的关系。根据图7A，测量装置700包括柔性基底层、绝热材料层，以及电路。所述电路包括加热器726、第一热传感器740，以及第二热传感器742。加热器726和第一热传感器740设置于柔性基底层703中或上，并且第二热传感器742设置于柔性基底层704中或上。第一基底层703和第二基底层704由绝热材料的柔性层702分开。基底层703和704可为分开的元件，但优选它们为围绕绝缘材料层折叠的单个柔性基底的部分。优选地，粘合剂膜（未示出）将基底附接到绝缘层702。安装到基底层704的一侧的粘合剂材料层705设有可移除的衬片（未示出），以将测量装置附接到皮肤。优选地，绝缘材料的柔性层709位于层702、703和704的上方，并且由粘合剂膜（未示出）附接到基底层702的一侧。绝缘层709在加热器726和第一热传感器740的上方延伸。

如在图7B中看出，电路进一步包括设置在柔性基底层703中或上的热传感器校正电路770和电衬垫771。热传感器校正电路770定位在加热器726的外部，优选在加热器726与电衬垫771之间。电衬垫771定位在基底层703的部分708上，该部分伸到绝缘层709之外，以便以可分离的方式与固定到线缆787端部的连接器772连接。如将参考其他图进行详细解释，热校正电路770包括存储热传感器校正信息以及其他信息的可编程存储器。假定热传感器740和742为热敏电阻器，那么热传感器校正信息可包括针对每个热敏电阻器的一个或多个独特的校正系数。热传感器电路位于测量装置700上、位于加热器726与电衬垫771之间的位置使所存储的热传感器校正信息与测量装置700永久关联。因此，消除了对具有连接器的永久附接到测量装置的线缆的需求。此外，由于线缆787和连接器772并不存储唯一的校正信息，因此，它们可用于任何根据图7A和图7B进行配置的零热通量DTT测量装置。最终，具有所存储的热传感器校正信息的热传感器电路770在测量装置700上的位置使得能够使用低成本热传感器。

参考图7A和图7B，将测量装置700设置成使第二热传感器742最靠近皮肤。层702被夹在第一基底层703与第二基底层704之间，以便将加热器726和第一热传感器740与第二热传感器742分开。在操作中，层702用作第一与第二热传感器之间的较大热阻，第二热传感器742感测皮肤的温度，且第一热传感器感测层702的温度。当第一热传感器740所感测的温度低于第二热传感器742所感测的温度时，操作加热器来减少穿过层702和皮肤的热流。当层702的温度等于热传感器742的温度时，穿过层702的热流停止并关掉加热器。这就是由第一传感器740和第二传感器742感测到的零热通量条件。当零热通量条件出现时，由第二热传感器指示的皮肤温度被解释为核心体温。在即将详细描述的一些零热通量DTT测量装置构造中，加热器726可包括以第一功率密度操作的中心加热器部分728，以及环绕中心加热器部分的周边加热器部分729，所述周边加热器部分以比第一功率密度高的第二功率密度操作。当然，基底的柔性让测量装置700，包括加热器726，贴合进行测量的身体轮廓。

参考图8A，具有热传感器校正的零热通量DTT测量装置700的第一构造包括柔性基底701。优选地，但未必的是，柔性基底701具有邻接的部分705、706和708。优选地，但未必的是，第一或中心部分705基本上为圆形。第二部分（或“尾部”）706具有较窄的细长矩形，其具有在第一方向上从中心部分705的周边向外延伸的球状端部707。第三部分（或“接头部”）是图7B中所示的延伸部分708。接头部708具有在第二方向上从中心部分705的周边向外延伸的较宽矩形。背对的凹口710形成于接头部708中，以接纳并保持连接器（例如，图7B中所示的连接器772）的相应弹簧支承的保持器。优选地，但未必的是，尾部706沿顺时针或逆时针方向以小于180°的弧形距离偏离接头部708。

根据图8A，电路720设置于柔性基底701上。优选地，但未必的是，电路720的元件位于柔性基底701的表面721上。电路720至少包括导电的加热器迹线、热传感器、热传感器校正电路、导电的连接迹线部分，以及电连接衬垫。加热器迹线724限定大体上为环形的加热器726，该加热器环绕基底701的区域730，没有任何加热器迹线724的部分延伸到该区域中；就这一点而言，当加热器操作时，区域730并未直接受热。区域730占据表面721的大体上为圆形的部分。完整地讲，区域730是基底701的圆柱形部分，包括图8A中所示的表面721的部分、背对表面的对应部分（此图中不可见），以及两者间的固体部分。优选地，但未必的是，区域730位于中心部分705的中心，并且与加热器726同心。第一热传感器740安装在形成于区域730中的安装衬垫上。第二热传感器742安装在设置于大体上为环形的加热器726的外部的安装衬垫上；优选地，这些安装衬垫大体上在尾部706的端部附近形成，例如，在尾部的球状端部707的中心中或附近形成。在一些构造中，热传感器校正电路770包括安装在测量装置700上的至少一个多针脚电子电路装置。例如，热传感器校正电路770可由安装在安装衬垫上的电可擦可编程读/写存储器（EEPROM）构成，所述安装衬垫形成于接近或邻近接头部708的中心部分705上的表面721的一部分上。在接头部708中，电连接衬垫（“电衬垫”）771形成于表面721上。多个导电迹线部分将第一和第二热传感器、热传感器校正电路770以及加热器迹线724与多个电衬垫771连接。优选地，但未必的是，至少一个电衬垫771由热传感器校正电路770与加热器726、第一热传感器740以及第二热传感器742中的一者共用。

如在图8A中看出，优选地，但未必的是，中心部分705中形成多个狭缝751、752，以提高柔性基底的柔性和贴合性。狭缝从周边朝向中心部分705的中心径向延伸。狭缝限定彼此独立移动或挠曲的区域。加热器迹线724的布局适于容纳狭缝。就这一点而言，加热器迹线遵照Z字形或之字形型式，其具有支线（leg），所述支线增加了从区域730的周边到较长狭缝751端部的长度，并且随后，在那些端部处逐渐减小之后，大体上同样增加了到由狭缝限定的区域中的加热器726的外周边的长度。如图所示，加热器的构造具有位于区域730中心的大体上的环形，但环形被狭缝中断。或者，环形可被视作包括环绕大体上连续的中心环带的楔形加热器区域的周边环带。

优选地，但未必的是，加热器726具有不均匀的功率密度加热器结构，所述结构可参考图8A来理解。在这种构造中，加热器726包括具有第一功率密度的中心部分728（由浅划线表示），以及周边部分729（由深划线表示），所述周边部分环绕中心部分728且具有比第一功率密度高的第二功率密度。加热器迹线724是连续的并且包括两个端部，第一端部转接到电衬垫5，且第二端部转接到电衬垫6。然而，由于存在狭缝，因此中心部分728和周边部分729各包括按顺序布置的多个部分，其中中心部分728的各部分与周边部分的各部分交替。尽管如此，加热器的环形结构将中心部分728的各部分大体上排列在围绕区域730的中心环形中，并且围绕中心部分728来排列周边部分729的各部分。当加热器726操作时，中心部分728以第一功率密度产生环绕区域730的中心热环带，且周边部分729以第二功率密度产生环绕中心热环带的环形热环带。

优选地，加热器迹线724是连续的，但沿着其长度呈现出不均匀的功率密度，从而使中心加热器部分728具有第一功率密度，且周边部分729具有比第一功率密度大的第二功率密度。在这种配置的情况下，供应到加热器726上的驱动电压将使中心加热器部分728产生的每单位加热器面积的功率比外部加热器部分729少。结果将是处于第一平均功率的中心热环带被处于第二平均功率的热环环绕，所述第二平均功率比所述第一平均功率高。

加热器部分728和729的不同功率密度可在各部分内保持不变，或者它们可变化。功率密度的变化可以是逐步的或者连续的。功率密度由加热器迹线724的宽度和/或之字形型式的支线之间的间距（距离）以最简单且最经济的方式建立。例如，电阻，并且因此由加热器迹线生成的功率，与迹线宽度的变化相反。对于任何电阻而言，由加热器迹线生成的功率还与之字形支线（之间的距离）的间距变化相反。

图8B中示意性地示出了图8A中所示的柔性基底701上的电路720。图8A中在接头部708上编号为1到6的电衬垫771对应于图8B中相同编号的元件。所示的电衬垫编号仅用于说明。可使用更多或更少的电衬垫，任何具体的数目由设计选择确定，所述选择包括热传感器校正电路的具体装置构造、加热器构造、热传感器的数目等等。在一些构造中，期望将电衬垫中的一个或多个电衬垫用于传送到或源于电路720的不止一个元件的电信号，以便最小化电衬垫的数量，从而简化电路布局，最小化接头部708的尺寸和质量，并且减小接口连接器的尺寸。

假定热传感器校正电路770包括多针脚电子可编程存储器（EEPROM），例如，由微芯科技（Microchip Technology）制造并通过安装衬垫安装到零热通量DTT测量装置700的24AA01T-I/OT。图8A和图8B示出了一个或多个电衬垫由电路的至少两个元件共用的构造。就这一点而言：

第二热传感器742的一条引线以及热传感器校正电路770的针脚1由导电迹线部分连接到电衬垫1；

第一热传感器740和第二热传感器742的引线以及热传感器校正电路770的针脚4由导电迹线部分连接到电衬垫2；

第一热传感器740的一条引线以及热传感器校正电路770的针脚3由导电迹线部分连接到电衬垫3；

热传感器校正电路770的针脚2和5由导电迹线部分连接到电衬垫4；

加热器迹线724的返回端由导电迹线部分连接到电衬垫5；以及

加热器迹线724的输入端由导电迹线部分连接到电衬垫6。

参考图7A、图7B以及图8A，在测量装置700装配好之后，中心部分705以及尾部706围绕层702等绝缘材料的柔性层折叠在一起。层702在热传感器之间提供热阻和电绝缘，还支撑处于间隔开的配置中的热传感器。换句话说，第一热传感器740和第二热传感器742设置于基底材料的相应层上，所述层由绝缘材料层分开，其中加热器和第一热传感器面向绝缘材料层的一侧，且第二热传感器面向另一侧。

具有如图8A所示的布置在柔性基底701的一个或多个侧上的电路720的零热通量DTT测量装置700可使用材料和零件表II中指出的材料、按照图5以及图6A到图6F所示的方式进行制造和装配。优选地，测量装置被构造成具有加强件，所述加强件包括喷涂、沉积或形成于接头部708上且随后进行硬化的分开材料片或材料层。加强件降低了接头部708的柔性，从而使其能够牢靠地连接到连接器上或与连接器分离。优选地，参考图4和图8A，用于接头部708的此类加强件（图8A）设置在对应于柔性基底100的第二侧109（图4）的柔性基底701的那侧上。加强件基本上与接头部708同延并且至少部分地在中心部分705的上方延伸，但在快到区域730处停止，大约在由图8A中的虚线711表示的位置。

图8A的物理布局以及图8B的对应电路示出了一个接口，通过该接口可以在DTT测量系统中控制并监测具有热传感器校正电路的零热通量DTT测量装置的操作。图9使用图8A的第一构造作为实例，示出了根据图7A和图7B的零热通量DTT测量装置中的信号接口。参考这些图，DTT测量系统包括控制机械化装置800、测量装置700，以及接口785，所述接口在控制机械化与测量装置之间传输功率、通用以及数据信号。所述接口可以是无线的，其中设有收发机，以发送和接收信号。优选地，所述接口包括线缆787，所述线缆具有可释放地连接到接头部708的连接器789。控制机械化装置800对在相应信号路径上将功率和通用信号提供给加热器进行管理，并且将共用通用信号路径的信号分开，例如，热敏电阻器2（TH2）信号以及SCL信号。通用参考电压信号在单个信号路径上提供给热传感器，并且相应分开的返回信号路径提供来自热传感器的传感器数据。

假定热传感器校正电路770包括EEPROM，那么分开的信号路径用于EEPROM地线（ground），且根据图8A和图8B，热传感器信号路径由EEPROM的不同针脚共用。出于充分理由，这种信号路径配置将用于EEPROM的数字地线与用于（通用于）加热器的DC地线分开。假定EEPROM和加热器共用用于地线的电衬垫。包括连接器触点的线缆787具有一定量的电阻。如果加热器726加电，那么流经该加热器的电流必须通过接地（通用）触点返回到控制机械化装置800，这就意味着将会有一些电压形成于触点的测量装置侧上，所述电压等于那条线路的电阻乘以流经加热器726的电流。该电压可高达2伏或3伏，具体取决于触点的完整性。如果同时电源电压在EEPROM上变低或者甚至逻辑线路中的一条线路低于上述生成的电压，那么EEPROM将反向偏压，从而损坏零件。将加热器和EEPROM地线分开消除了所有这些损坏EEPROM的可能。因此，期望的是，将加热器与电路的其他元件完全电隔离。因此，根据图9，多个电衬垫中的第一电衬垫（例如，电衬垫5）仅连接到加热器迹线的第一末端，而多个电衬垫中的第二电衬垫（例如，电衬垫6）仅连接到加热器迹线的第二末端。

参考图8B，假定热传感器是NTC热敏电阻器。在这种情况下，将电衬垫2上的通用信号保持在恒定电压电平，以便为EEPROM提供Vcc，并且为热敏电阻器提供参考电压。在读出热敏电阻器与计时/读出/写入EEPROM之间，经由热敏电阻器/EEPROM开关电路来转换控制。再次假定热传感器是NTC（负温度系数）热敏电阻器，那么EEPROM中已储存了针对每个热敏电阻器的一个或多个校正系数。当装置700连接到控制机械化装置时，响应于提供给EEPROM的SCL端口的信号，通过SDA端口从EEPROM中读出校正系数。以下信号和电子特性表总结了接口785的示例性构造。

信号和电子特性表

在最佳实践模式中，根据图8A的温度测量装置已经采用下表中所列出的材料和零件进行制造。具有铜迹线和衬垫的电路采用传统的照相蚀刻技术形成于聚酸亚胺膜的柔性基底上，并且热传感器使用传统的表面安装技术进行安装。除了0表示直径之外，表中的尺寸为厚度。当然，这些材料和尺寸仅为示例性的，且决不限制本说明书的范围。例如，迹线可完全或部分由用导电的油墨制成。又如，热传感器优选为热敏电阻器，但也可使用PN结、热电偶，或者电阻式温度检测器。

材料和零件表：II

根据最佳模式，获得热敏电阻器的校正系数并将其存储在EEPROM中。从负温度系数热敏电阻器获得精确的温度感测的基础是进行校正。随着温度升高，各热敏电阻器的电阻以大体上的对数关系减小。存在提供了足够的精确度从而在70℃范围内的温度精度为±0.05℃的两种模型【Fraden,J.的“A two-point calibration of negativetemperature coefficient thermistors,”Rev Sci Instru 71(4):1901-1905（“负温度系数热敏电阻器的两点校正”，《科学仪器评论》，第71(4)期，第1901到1905页）】。最有名的是斯坦哈特-哈特模型：

T＝[b₀+b₁ In R+b₂(ln R)²]^-1 方程1

其将电阻R和温度T相关联，以作为三个常量b₀、b₁和b₃的函数。校正需要将DTT测量装置置于三个连续升高的热控环境中，并记录每个条件下的电阻。随后，使用三个联立方程求出常量。用于每个单独的热敏电阻器的三个所得的常量随后被记录在DTT测量装置上的EEPROM上。

由Fraden简化的模型采用以下形式：

\ln R &cong; R_{0} + \frac{β_{0} [1 + γ (T - T_{0})]}{T}

方程2

其中项β₀、γ、R₀和T₀是给定传感器的常量。β和γ项通过以下形式相关：

γ = \frac{(\frac{β_{1}}{β_{0}} - 1)}{T_{1} - T_{0}}

方程3

γ值是β的归一化斜率。这是一种线性关系，且γ可近似为用于给定热敏电阻器类型的常量。因此，使用Fraden提出的模型进行的校正只需要将DTT测量装置置于两个连续升高的温控环境中，并记录各温度下的电阻。F10和T₀是那些测量值的集合中的一个集合。上述用于每个单独的热敏电阻器的四个常量随后被记录在DTT测量装置上的EEPROM上。

在测量装置700的第二构造中，如图10所示，在基底701中没有狭缝，因此加热器726包括具有不同功率密度的连续中心部分728和周边部分729。具有如图8A和图8B所示的相同连接的六个电衬垫设在接头部708上。

在测量装置700的第三和第四构造中，分别如图11和图12所示，加热器迹线包括三条迹线：限定中心加热器部分728的第一迹线810；环绕第一迹线810的第二迹线811，其限定周边加热器部分729；以及在共用结点814处连接到第一和第二迹线的第三迹线812。第三迹线812用作第一与第二迹线之间的通用连接。因此，这种加热器构造由共用通用引线的独立控制的中心和周边加热器部分构成。或者，这种构造可视作具有两个加热器元件的加热器。中心部分和周边部分的功率密度可以均匀或者不均匀。如果两部分的功率密度均匀，那么可以比中心部分高的功率电平来驱动周边部分，以便提供所需的更高功率密度。根据图8B、图9、图11以及图12，第二加热器构造需要用于第一、第二和第三迹线的分开针脚（6、7和5）。因此，对于包括共用通用引线的两个独立控制的加热器部分的电路构造而言，七个电衬垫设在接头部708上。与第一加热器构造一样，第二加热器构造的加热器与电路的其他元件完全电隔离。就这一点而言，参考图9和图11，加热器迹线726包括三个末端，并且多个电衬垫中的第一电衬垫（例如，电衬垫5）仅连接到加热器迹线的第一末端，多个电衬垫中的第二电衬垫（例如，电衬垫6）仅连接到加热器迹线的第二末端的，且多个电衬垫中的第三电衬垫（例如，电衬垫7）仅连接到加热器迹线的第三末端。

不必将柔性基底配置为具有圆形中心部分，也不必使环形加热器大体上成圆形。在测量装置700的第九和第十构造中，分别如图13和图14所示，中心基底部分具有多边形和卵形（或椭圆形），加热器也是如此。先前所述的所有构造均可根据于设计、操作或制造因素的需要来适应这些形状。

尽管已参考目前的优选实施例描述了温度测量装置构造和制造的原理，但应当理解，在不脱离所述原理的精神的前提下，可进行多种修改。因此，本发明的原理仅受以下权利要求书限制。

Claims

1.一种零热通量温度装置(700)，具有将绝热材料层(702)夹在中间的第一柔性基底层(703)和第二柔性基底层(704)，其中设置于所述第一柔性基底层(703)上的加热器迹线(724)限定加热器(726)，所述加热器面向所述绝热材料层的一侧，并且环绕所述第一柔性基底层的不具有加热器迹线的区域(730)，第一热传感器(740)设置于所述区域中，热传感器校正电路(770)在所述加热器外部设置于所述第一柔性基底层上，第二热传感器(742)设置于所述第二柔性基底层(704)上，多个电衬垫(771)设置于基底表面(721)上所述加热器迹线的外部，并且多条导电迹线将所述加热器迹线、所述第一和第二热传感器以及所述热传感器校正电路连接至所述多个电衬垫。

2.根据权利要求1所述的零热通量温度装置(700)，其中所述热传感器校正电路(770)包括存储热传感器校正信息的可编程存储器。

3.根据权利要求1所述的零热通量温度装置(700)，其中柔性基底(701)包括中心部分(705)、从所述中心部分的周边向外延伸的接头部(706)、以及从所述中心部分的周边向外延伸的尾部(708)，所述多个电衬垫(771)设置于所述接头部上，并且所述中心部分和所述尾部围绕所述绝热材料层(702)折叠，从而使所述中心部分构成所述第一柔性基底层(703)，且所述尾部(708)构成所述第二柔性基底层。

4.根据权利要求3所述的零热通量温度装置(700)，其中所述热传感器校正电路(770)设置于部分地在所述接头部和所述中心部分之上延伸的所述柔性基底(701)的表面部分上。

5.根据权利要求4所述的零热通量温度装置(700)，其中所述热传感器校正电路(770)包括存储热传感器校正信息的可编程存储器。

6.根据权利要求3所述的零热通量温度装置(700)，其中所述热传感器校正电路(770)设置于所述加热器(726)与所述多个电衬垫(771)之间。

7.根据权利要求6所述的零热通量温度装置(700)，其中所述多个电衬垫(771)包括至少六个电衬垫。

8.根据权利要求3所述的零热通量温度装置(700)，其中所述接头部(706)包括相背的凹口(710)，用于接纳并保持线缆连接器的保持器。

9.根据权利要求8所述的零热通量温度装置(700)，其中所述加热器迹线(724)是环形加热器迹线，并包括两个末端，并且所述多个电衬垫中的第一电衬垫(5)仅连接到所述加热器迹线的第一末端，且所述多个电衬垫中的第二电衬垫(6)仅连接到所述加热器迹线的第二末端。

10.根据权利要求8所述的零热通量温度装置(700)，其中所述加热器迹线(724)是环形加热器迹线，并包括三个末端，并且所述多个电衬垫中的第一电衬垫(5)仅连接到所述加热器迹线的第一末端，所述多个电衬垫中的第二电衬垫(6)仅连接到所述加热器迹线的第二末端，且所述多个电衬垫中的第三电衬垫(7)仅连接到所述加热器迹线的第三末端。

11.一种温度装置，包括：

柔性基底(701)，所述柔性基底包括第一部分、从所述第一部分的周边向外延伸的接头部(706)、以及从所述第一部分的周边向外延伸的尾部(708)；以及

位于所述柔性基底的表面(721)上的电路，所述电路包括：所述第一部分上的加热器迹线(724)，所述加热器迹线限定加热器(726)，所述加热器具有中心加热器部分(728)以及环绕所述中心加热器部分的周边加热器部分(729)，所述中心加热器部分环绕所述基底的不具有加热器迹线的区域(730)；设置于所述区域中的第一热传感器(740)；设置于所述尾部上的第二热传感器(742)；至少部分地设置于所述接头部上的热传感器校正电路(770)；设置于所述接头部上的多个电衬垫(771)；以及将所述第一和第二热传感器、所述热传感器校正电路以及所述加热器迹线连接至所述多个电衬垫的多条导电迹线。

12.根据权利要求11所述的温度装置，其中所述中心加热器部分(728)是第一功率密度部分，所述周边加热器部分(729)是第二功率密度部分，且所述第二功率密度大于所述第一功率密度。

13.根据权利要求12所述的温度装置，其中所述热传感器校正电路(770)包括存储热传感器校正信息的可编程存储器。

14.根据权利要求12所述的温度装置，其中所述热传感器校正电路(770)设置于部分地在所述接头部和所述中心部分之上延伸的所述基底的表面部分上。

15.根据权利要求14所述的温度装置，其中所述热传感器校正电路(770)包括存储热传感器校正信息的可编程存储器。

16.根据权利要求15所述的温度装置，其中所述热传感器校正电路(770)设置于所述加热器(726)与所述多个电衬垫(771)之间。

17.根据权利要求16所述的温度装置，其中所述多个电衬垫(771)包括至少六个电衬垫。

18.根据权利要求11到17中任一权利要求所述的温度装置，其中所述第一部分具有圆形、四边形或卵形形状。

19.一种温度装置，包括：

柔性基底(701)；以及

位于所述柔性基底的表面(721)上的电路，所述电路包括：环绕所述表面的区域的环形加热器迹线；设置于所述区域中的第一热敏电阻器；设置于所述环形加热器迹线外部的第二热敏电阻器；至少部分地设置于所述环形加热器迹线外部的热敏电阻器校正装置；设置于所述环形加热器迹线外部的多个电衬垫(771)；以及将所述第一和第二热敏电阻器、所述热敏电阻器校正装置以及所述加热器迹线连接至所述多个电衬垫的多条导电迹线；

其中至少一条导电迹线连接到所述热敏电阻器校正装置，连接到所述第一热敏电阻器或所述第二热敏电阻器的末端，并且连接到所述多个电衬垫(771)中的一个电衬垫。

20.根据权利要求19所述的温度装置，其中所述多个电衬垫(771)包括六个电衬垫或七个电衬垫。

21.根据权利要求19所述的温度装置，其中所述热敏电阻器校正装置是存储热敏电阻器校正系数的可编程存储器装置。

22.根据权利要求19所述的温度装置，其中所述热敏电阻器校正装置设置于所述加热器迹线与所述电衬垫之间的所述柔性基底的表面部分上。

23.根据权利要求22所述的温度装置，其中所述热敏电阻器校正装置是存储热敏电阻器校正系数的可编程存储器装置。

24.根据权利要求23所述的温度装置，其中所述多个电衬垫(771)包括六个电衬垫或七个电衬垫。