DE60031847T2

DE60031847T2 - Prädiktives temperaturmesssystem

Info

Publication number: DE60031847T2
Application number: DE60031847T
Authority: DE
Inventors: J. Robert Escondido SIEFERT
Original assignee: Cardinal Health 303 Inc
Current assignee: CareFusion 303 Inc
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP2011203269A; AU781183B2; DE60031847D1; ATE345491T1; WO2000070316A1; EP1183508B1; US6698921B2; CA2373366A1; AU5272500A; HK1044371A1; JP2002544512A; HK1044371B; EP1183508A1; JP2011075580A; US20020003832A1; US6270252B1; ES2275515T3; CA2373366C

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Verbesserungen bei Thermometern und genauer elektronische Thermometer zum schnelleren Erhalten von genauen Temperaturmessungen.
Auf dem medizinischen Gebiet ist es übliche Praxis, die Körpertemperatur eines Patienten mittels einer temperaturempfindlichen Vorrichtung zu bestimmen, die die Temperatur nicht nur mißt, sondern die Temperatur auch anzeigt. Solche Temperaturmessungen werden routinemäßig in Krankenhäusern und Arztpraxen vorgenommen. Eine solche Vorrichtung ist ein Glaskolbenthermometer, welches eine auf Wärme ansprechende Quecksilbersäule enthält, die sich benachbart einer kalibrierten Temperaturskala ausdehnt und zusammenzieht. Typischerweise wird das Glasthermometer in den Patienten eingeführt, darf über ein ausreichendes Zeitintervall eingeführt bleiben, um es zu ermöglichen, daß sich die Temperatur des Thermometers auf der Körpertemperatur des Patienten stabilisiert, und wird anschließend für das Ablesen von medizinischem Personal entfernt. Dieses Zeitintervall liegt üblicherweise in der Größenordnung von 3 bis 8 Minuten.
Die herkömmliche Temperaturmeßprozedur unter Verwendung eines Glaskolbenthermometers oder dergleichen neigt zu einer Anzahl beträchtlicher Mängel. Die Temperaturmessung ist ziemlich langsam, und bei Patienten, denen nicht vertraut werden kann (aufgrund von Alter oder Gebrechlichkeit), daß sie das Thermometer über die notwendige Einsatzdauer in dem Körper halten, kann die physikalische Anwesenheit von medizinischem Personal während des relativ langen Meßzyklus nötig sein, was ihre Aufmerksamkeit somit von anderen Pflichten ablenkt. Weiterhin sind Glaskolbenthermometer nicht so einfach abzulesen, und somit sind Messungen für menschlichen Fehler empfänglich, insbesondere wenn die Ablesung unter schlechten Lichtbedingungen vorgenommen wird oder wenn von Personal abgelesen wird, das unter Druck steht.
Verschiedene Versuche sind durchgeführt worden, diese Mängel des Glaskolbenthermometers zu minimieren oder auszuschalten, indem temperaturabfühlende Sonden verwendet werden, die dazu gestaltet sind, in Verbindung mit einem Instrument für das direkte Ablesen eines elektrischen Thermometers zu arbeiten. Bei einem solchen Ansatz wird eine elektrische temperaturempfindliche Vorrichtung, so wie ein Thermistor, an dem Ende einer Sonde angebracht und in den Patienten eingeführt. Die Änderung bei Spannung oder Strom der Vorrichtung, abhängig von der bestimmten Implementierung, wird überwacht, und wenn sich das Ausgangssignal stabilisiert, wird eine Temperatur im digitalen Format angezeigt. Dieses wird üblicherweise als der Ansatz des „direkten Ablesens" bezeichnet, und er verringert die Möglichkeit eines Fehlers durch Fehlablesen der gemessenen Temperatur. Dieser Ansatz hat einen bedeutsamen Beitrag zu der Technologie der Temperaturmessung geliefert.
Eine innewohnende Eigenschaft elektronischer Thermometer ist, daß sie nicht unmittelbar die Temperatur der Stelle messen, an der sie angelegt werden. Es kann eine wesentliche Zeitdauer in Anspruch nehmen, bevor sich die temperaturempfindliche Vorrichtung auf der Temperatur der Stelle stabilisiert, und die Temperatur, die von dem Thermometer angegeben ist, für die tatsächliche Temperatur des gemessenen Körpers oder der Stelle repräsentativ ist. Diese Verzögerung wird durch die verschiedenen Komponenten des Meßsystems hervorgerufen, welche den Wärmefluß von der Oberfläche des Körpers oder der Stelle zu dem Temperatursensor behindern. Einige der Komponenten sind die Sensorspitze, das Gewebe des Körpers und jegliche hygienische Abdeckung, die auf die Sensorspitze gebracht wird, um der Kontamination zwischen Meßsubjekten vorzubeugen.
Ein Versuch, die erforderliche Zeitmessung, eine Temperaturablesung eines Subjekts zu verkürzen, umfaßt den Einsatz einer temperaturempfindlichen elektronischen Sonde, die mit einer Voraussage- oder Abschätzungsschaltung oder Programmierung gekoppelt ist, um eine digitale Anzeige der Temperatur des Patienten zur Verfügung zu stellen, bevor die Sonde das Gleichgewicht mit dem Patienten erreicht hat. Bei diesem Ansatz, wobei angenommen wird, daß sich die Temperatur des Patienten nicht wesentlich während der Meßdauer oder des Zyklus ändert, wird die Temperatur, die nach der thermischen Stabilisierung des elektronischen Thermometers vorherrschen wird, aus gemessenen Temperaturen vorausgesagt und wird angezeigt, bevor die thermische Stabilisierung erreicht ist. Typischerweise wird die Voraussage der Temperatur durch Überwachen der gemessenen Temperatur über eine Zeitdauer ebenso wie deren Änderungsrate durchgeführt, und durch Verarbeiten dieser beiden Variablen, um die Temperatur des Patienten vorauszusagen.
Bei einem elektronischen Thermometer, das mit Voraussagen der endgültigen stationären Temperatur arbeitet, ist ein Vorteil, daß die Temperaturmessung beendet ist, bevor die thermische Stabilisierung erreicht ist, so daß sie Zeit, die für die Messung erforderlich ist, verringert wird. Dies würde das Risiko verringern, daß der Patient die Sonde nicht über die gesamte Meßdauer in der korrekten Position halten würde und erfordert weniger Zeit des behandelnden medizinischen Personals. Ein weiterer Vorteil ist, daß, da die Körpertemperatur dynamisch ist und sich während des Intervalls von 5 Minuten, das typischerweise mit Messungen mit traditionellen Quecksilber-Glasthermometern verbunden ist, beträchtlich ändern kann, bietet eine schnelle Bestimmung eine zeitgerechtere diagnostische Information bietet. Zusätzlich verbessert sich die Genauigkeit, mit der die Temperatur vorausgesagt wird, merklich, da die Verarbeitung und Analyse der Daten genauer durchgeführt wird. Dieser Ansatz hat auch wesentlich zu dem Fortschritt der Temperaturmeßtechnologie beigetragen.
Elektronische Thermometer, welche Verarbeitung und Temperaturbestimmung vom Voraussage-Typ verwenden, können einen Thermistor als einen temperaturansprechenden Transducer umfassen. Der Thermistor nähert sich an seine endgültige stationäre Temperatur asymptotisch, wobei die letzten Inkremente der Temperaturänderung sehr langsam auftreten, während der Hauptanteil der Temperaturänderung relativ schnell auftritt. Frühere Versuche sind durchgeführt worden, diese anfängliche schnellere Temperaturänderung zu überwachen, Daten aus der Änderung herauszuziehen und die endgültige Temperatur vorauszusagen, bei der sich der Thermistor stabilisieren wird, und daher die tatsächliche Temperatur des Gewebes, das im Kontakt mit dem Thermistor ist, zu bestimmen, lange bevor sich der Thermistor tatsächlich auf der Gewebetemperatur stabilisiert.
Ein früherer Ansatz, der verwendet wurde, um schneller die Gewebetemperatur vorauszusagen, bevor der Thermistor das Gleichgewicht mit dem Gewebe erreicht, ist das Abtasten von Datenpunkten des Thermistors früh in seiner Antwort und aus diesen Datenpunkten Ableiten einer Kurvenform der Antwort des Thermistors. Aus der Kurvenform kann eine Asymptote der Kurve und somit die Stabilisation oder die stationäre Temperatur vorausgesagt werden. Um diese Konzepte durch ein Beispiel eines einfacheren Systems zu veranschaulichen, betrachte man die Physik der Wärmeübertragung, die mit zwei Körpern ungleicher Temperatur verbunden ist, einem mit einer großen thermischen Masse und dem anderen mit einer kleinen thermischen Masse, die zum Zeitpunkt t = 0 miteinander in Kontakt gebracht werden. Wenn die Zeit fortschreitet, bewegen sich die Temperatur der kleinen thermischen Masse und der großen thermischen Masse ins Gleichgewicht auf eine Temperatur, die als die Stabilisierungstemperatur bezeichnet wird. Die Gleichung, die diesen Prozeß beschreibt, ist die folgende Γ(t) = TR + (TF – TR)(1 – e–(t/τ)) = TF – (TF – Tr)e–(t/τ)) (Gleichung 1)wobei:

T(t): die Temperatur des kleineren Körpers als eine Funktion der Zeit ist,
T_R: die Anfangstemperatur des kleineren Körpers ist,
T_F: die tatsächliche stationäre Temperatur des Systems ist,
t: die Zeit ist und
τ: die Zeitkonstante dieses Systems ist.

Aus dieser Beziehung kann, wenn T zu zwei Zeitpunkten bekannt ist, zum Beispiel T₁ zur Zeit t₁ und T₂ zur Zeit t₂, die Stabilisierungstemperatur T_F durch Anwendung der Gleichung 2 unten vorausgesagt werden.
Weiter kann für ein einfaches Wärmeübertragungssystem erster Ordnung des Typs, der durch die Gleichung 1 beschrieben wird, gezeigt werden, daß der natürliche Logarithmus der ersten zeitlichen Ableitung der Temperatur eine gerade Linie ist, mit einer Steigung, die gleich –1/τ ist, wie folgt:
und auch: TF = T(t) + τT'(t) (Gleichung 3.2) wobei:
wobei:

K: = eine Konstante abhängig von T_R, T_F und τ,
T': = erste Ableitung
T'': = zweite Ableitung.

Frühere Techniken haben versucht, diese einfachen Beziehungen erster Ordnung durch die Verwendung von Zeitkonstanten für den Thermistor anzuwenden, die von dem Hersteller des Thermistors eingerichtet worden sind. Jedoch konnten diese Techniken nicht erkennen, daß die Temperatur-Antwortkurve nicht als erste Ordnung modelliert werden kann und zu einem großen Ausmaß durch Faktoren beeinflußt wird, die nicht durch die Zeitkonstante des Thermistors widergespiegelt werden. Wenn das Thermometer in Kontakt mit Körpergewebe gebracht wird, so wie beispielsweise dem Mund einer Person, hängt die Antwortkurve von der physikalischen Anordnung der Sonde in bezug auf das Gewebe ab, von der Wärmeübertragungskennlinie des bestimmten Gewebes und von der hygienischen Abdeckung, die die Sonde von dem Gewebe trennt. Alle diese Faktoren tragen zu den Wärmestromcharakteristiken des Meßsystems bei, und sie werden nicht in der von der Fabrik gelieferten Zeitkonstanten des Thermistors allein dargestellt. Darüberhinaus behindern die oben beschriebenen Faktoren den Strom von Wärme in Reihe und mit unterschiedlichen Widerstands-Kennlinien, was somit ein Verhalten der Gesamt-Zeitantwort verursacht, das nicht das eines Systems erster Ordnung ist.
Die EP 0 332 700 offenbart ein elektronisches klinisches Thermometer zum Abschätzen der Temperatur, die zu einer zukünftigen Zeit vorherrschen wird, und das einen ersten Speicher zum Speichern einer prädiktiven funktionalen Formel, eine Temperaturabfühleinrichtung, eine Einrichtung zum Messen der verstrichenen Zeit vom Beginn der Temperaturmessung und eine Signalanalyseeinrichtung zum Ankommen an der vorausgesagten Temperatur und Messung umfaßt.
Die WO 97/033440 offenbart ein klinisches Thermometer, welches die Körpertemperatur basierend auf Temperatursignalen vorhersagt, die über eine Zeitdauer von einer temperaturempfindlichen Sonde erhalten worden sind.
Obwohl elektronische Thermometer und frühere prädiktive Techniken die Technik der elektronischen Thermometrie vorangetrieben haben, besteht weiter ein Bedürfnis nach einem elektronischen Thermometer, das eine Stabilisierungstemperatur an einer frühen Stufe des Meßprozesses voraussagen und somit die Zeitmenge abkürzen kann, die zum Erhalten einer endgültigen Temperaturablesung nötig ist. Zusätzlich existiert ein Bedürfnis nach einem Thermometer mit einem Algorithmus, der mit leicht verfügbarer, relativ einfacher, relativ kostengünstiger Schaltung oder Prozessoren berechnet werden kann. Die Erfindung erfüllt diese Bedürfnisse und andere.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Kurz und in allgemeinen Ausdrücken ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, ein elektronisches Thermometer und ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur eines Objektes oder eines biologischen Subjektes zur Verfügung zu stellen, indem die stationäre Temperatur in einer frühen Stufe des Meßprozesses vorausgesagt wird. Das Thermometer und das Verfahren der vorliegenden Erfindung bringen bestimmte Variablen, die aus einem frühen Teil der Temperaturanstiegskurve bestimmt werden, mit der vorausgesagten stationären Temperaturin bezug, so daß der prädiktive Prozeß einen reduzierten Prozeß der Datenerlangung und eine verkürzte Datenverarbeitungszeit erfordert, wobei genaue Annäherungen der Stabilisierungstemperatur geliefert werden.
Somit, kurz gesagt und in allgemeinen Ausdrücken, ist in einem Aspekt die vorliegende Erfindung auf ein Thermometer gerichtet, welches einen Temperatursensor, einen Prozessor zum Voraussagen einer Temperatur eines Objektes basierend auf dem Mittelwert, der Steigung und Krümmung der anfänglichen Ablesung der Temperatur des Objektes und eine Anzeige zum Anzeigen der vorausgesagten Temperatur aufweist.
Bei einem detaillierten Aspekt weist der Prozessor einen Filter mit endlicher Impulsantwort auf, der so geschaltet ist, daß er das Temperatursignal mehrmals abfragt, um eine Abschätzung der Temperatur des Subjektes zu berechnen und ein abgeschätztes endgültiges Tempera tursignal zur Verfügung stellt, und eine Anzeige, die mit dem Prozessor verbunden ist, um das abgeschätzte endgültige Temperatursignal zu erhalten und anzuzeigen. In noch weiteren Einzelheiten nimmt der Filter mit endlicher Impulsantwort eine lineare Kombination einer Mehrzahl von Abfragewerten beim Berechnen der Abschätzung der Temperatur des Subjektes. Bei einem weiteren Aspekt addiert der Prozessor einen Versetzungskoeffizienten basierend auf der Umgebungstemperatur, um die Temperatur abzuschätzen, die von dem Filter mit endlicher Impulsantwort beim Bereitstellen eines abgeschätzten endgültigen Temperatursignals zur Verfügung gestellt wird.
Bei einem weiteren Aspekt wird ein Thermometer zum Bestimmen der Temperatur eines Objektes zur Verfügung gestellt und weist einen Sensor auf, der ein über die Zeit variierendes Temperatursignal als Antwort auf das Abfühlen der Temperatur des Objektes, einen Prozessor, der das Temperatursignal empfängt, das Temperatursignal über einen Zeitrahmen abtastet, den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung des Signals über den Zeitrahmen bestimmt, den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung kombiniert und somit einen Schätzwert der Temperatur des Objektes berechnet, auf. Bei einem genaueren Aspekt wendet der Prozessor einen Gewichtungsfaktor sowohl auf den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung des Signals an und addiert weiterhin einen Versetzungsfaktor, der entsprechend der Umgebungstemperatur gewählt ist, um eine Voraussage der Temperatur des Objektes zu berechnen.
Nach weiter detaillierten Aspekten weist der Prozessor weiter Filter mit endlicher Impulsantwort auf, um den Mittelwert, die Steigung und Krümmung der Temperaturdaten zu berechnen. Nach einem weiter detaillierten Aspekt fährt der Prozessor fort, das Signal abzufragen und berechnet eine neue Voraussage für die Temperatur des Objektes mit jedem neu abgefragten Temperaturdatenwert.
Bei einem weiteren detaillierten Aspekt überwacht der Prozessor eine vorbestimmte Anzahl der letzten vorausgesagten Temperaturen und berechnet die endgültige vorausgesagte Temperatur des Objektes, basierend auf einem Mittelwert dieser letzten vorausgesagten Temperaturen. Bei noch einem weiteren genauen Aspekt berechnet der Prozessor die endgültige vorausgesagte Temperatur, wenn bestimmte ausgewählte Bedingungen erfüllt worden sind. Bei noch einem weiteren Aspekt umfassen die ausgewählten Bedingungen eine vorbestimmte Zeitdauer, die ablaufen muß, nachdem der Sensor in Kontakt mit dem Objekt gewesen ist, vorbe stimmte Schwellenwerte, die die erste Ableitung und die zweite Ableitung erreichen müssen, und eine maximale Differenz zwischen irgendwelchen zwei einer vorbestimmten Anzahl der letzten Temperaturabschätzungen, die kleiner sein müssen als eine vorbestimmte Schwelle.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung deutlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird, welche beispielhaft die Grundsätze der Erfindung veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht eines elektronischen klinischen Thermometers, welche Aspekte der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ist ein Blockschaubild eines Systems gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Temperatur eines Objektes vor dem endgültigen Gleichgewicht des Temperatursensors mit dem Objekt, wobei das Thermometer verwendet wird, das in 1 gezeigt ist;
3 zeigt eine graphische Darstellung einer typischen Antwortkurve eines Thermistors auf eine Temperatur, die sich von seiner eigenen Temperatur unterscheidet und höher ist als diese;
4 ist ein Schaubild, das einen Datenfluß und Aufgaben, die von dem System der 2 dargestellt ist, veranschaulicht, welches Aspekte der Erfindung enthält;
5 ist ein Schaubild, das die Aufgabe der Initialisierung des Systems der 4 veranschaulicht;
6 ist ein Schaubild, das die Aufgabe des Erlangens und Filterns von Temperaturdaten der 4 veranschaulicht;
7 ist ein Schaubild, das die Aufgabe des Berechnens der vorausgesagten Temperatur der 4 veranschaulicht; und
8 ist ein Blockschaubild der Prozessorfunktionen, die von dem System gemäß Aspekten der Erfindung durchgeführt werden, wie in 2 dargestellt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um sich auf gleiche oder entsprechende Elemente in den unterschiedlichen Figuren der Zeichnungen zu beziehen. Obwohl die Temperaturen sowohl in Fahrenheit als auch in Celsius angegeben sind, werden die zur Verfügung gestellten Parameter nur mit Fahrenheit benutzt. Parameter, die für Celsius einsetzbar sind, sind nicht zur Verfügung gestellt worden, obwohl Temperaturen sowohl in Fahrenheit als auch in Celsius zur Verfügung gestellt worden sind.
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist eine Ausführungsform eines elektronischen Thermometers gezeigt, welches neue Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält. Das elektronische Thermometer 10 enthält eine Sonde 12 zum Abfühlen der Temperatur eines ausgewählten Teiles des Körpers, verbunden über Leiter 14 mit dem Hauptkörper 16 des Thermometers. Wie in 1 gezeigt ist die Sonde 12 aus einem Lagerbehälter 17 in dem Hauptkörper entfernt worden. Der Hauptkörper 16 des Thermometers enthält die elektrischen Komponenten und die Energieversorgung des Thermometers und hat auch eine Anzeige 18 zum Anzeigen von Temperaturwerten und Fehler- oder Alarmnachrichten. Eine zweite Sonde 20 ist in dem Thermometer enthalten und ist in der Lagerposition gezeigt, eingesetzt in einen Behälter 19 des Hauptkörpers 16. Auch gezeigt ist eine hygienische Abdeckung 21 zum Anordnen über einer Sonde 12 oder 20 vor dem Einführen der Sonde in den Patienten.
Mit Bezug auf 2 zeigt das Blockschaubild im allgemeinen elektronische Hauptkomponenten einer Ausführungsform eines Thermometers 22 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Temperatursensor 24 liefert Temperatursignale als Antwort auf die Temperatur, die während der Messung abgefühlt worden ist. In dem Fall, wenn ein Thermistor als der Temperatursensor 24 verwendet wird, sind diese Signale Analogspannungen oder -ströme, die repräsentativ für den Widerstand des Thermistors und daher repräsentativ für die abgefühlte Temperatur sind. Sie werden in digitale Form für die weitere Verarbeitung mittels eines Analog-Digital-Wandlers 26 umgewandelt. Der Analog-Digital-Wandler 26 ist mit einem Prozessor 28 verbunden, der die digitalen Temperatursignale empfängt und sie verarbeitet, um die Tem peratur des Subjektes zu bestimmen, bei der gemessen wurde. Ein Zeitgeber 30 liefert Zeitsignale an den Prozessor 28, der während des Verarbeitens der Temperatursignale eingesetzt wird, und ein Speicher 32 speichert die Temperatur- und Zeitsignalsdaten, so daß die Signaldaten anschließend analysiert werden können. Der Speicher 22 speichert auch empirisch abgeleitete Konstanten, die von dem Prozessor 28 verwendet werden, um die vorausgesagte Temperatur zu berechnen. Wenn die Signale einmal verarbeitet worden sind, liefert der Prozessor 28 ein Signal an die Anzeige 34, um die vorausgesagte Stabilisierungstemperatur anzuzeigen. Das Aktivieren eines Schalters 36 gibt die Temperaturmeßfunktionen des Thermometers 22 frei. Dieser Schalter befindet sich bevorzugt innerhalb des Lagerbehälters für die Sonde, so daß das Entfernen der Sonde die Messung freigibt.
Mit Bezug nun auf 3 ist eine graphische Darstellung der gemessenen Temperatur 38, aufgetragen als eine Funktion der Meßzeit für ein Meßsystem, gezeigt. Obwohl die veranschaulichte Beziehung in der Form ähnlich der ist, die durch die Gleichung 1 festgelegt ist, zeigt das Meßsystem der vorliegenden Erfindung kein Wärmeübertragungsverhalten erster Ordnung, und daher unterscheidet sich die Kurve 38 von der einfachen Exponentialfunktion der Gleichung 1. Wie oben diskutiert hinkt die Temperatur, angegeben bei 38, von dem Thermistor der tatsächlichen Temperatur T_F des Subjektes, bei dem gemessen wird, hinterher. Diese Zeitverzögerung ist durch die Linie 38 gezeigt. Man kann sehen, daß, wenn die Messung sich von einer Startzeit, t₀, weiterbewegt, die Temperatur schnell von T_R nach T₁ zwischen den Zeiten t₀ bis t₁ anwächst. Die Anwachsrate der angegebenem Temperatur 38 ist zwischen den Zeiten t₁ und t₂ verringert, und die Temperaturlinie 38 richtet sich nach und nach auf die Stabilisierungstemperatur T_F, asymptotisch, wenn die Zeit noch mehr zunimmt. Wie oben diskutiert ist die vorliegende Erfindung auf ein System gerichtet, das in der Lage ist, die Temperaturdaten zu analysieren, die während einer frühen Dauer der Messung gesammelt worden sind, zum Beispiel zwischen Zeiten t₁ und t₂, und die endgültige Temperatur T_F vorauszusagen.
Mit Bezug nun auf 4 sind die allgemeinen Funktionen (Aufgaben) einer Ausführungsform des Systems gemäß Aspekten der Erfindung gezeigt, zusammen mit Daten, die zwischen ihnen fließen. Ein Datenfluß impliziert keine Aktivierungssequenz; Steuerung und Aktivierung sind in diesem Schaubild nicht gezeigt. Die anschließenden Flußdiagramme, 5 und 6, veranschaulichen den sequentiellen Fluß bestimmter Schlüsselaufgaben. Die Datenströme sind mit den Daten markiert, die einer Aufgabe von einer anderen geliefert werden. 8 zeigt die Temperaturberechnungsfunktionen, die von dem Prozessor 28 durchgeführt werden.
Mit weiterem Bezug auf die 4 läuft die Aufgabe 40 zum Initialisieren des Systems jedesmal, wenn das Thermometer aktiviert wird. Sie dient dazu, die gesamte Logik auszuführen, die nur einmal pro Messung stattfinden muß. Sie aktiviert die Aufgabe 42 des Akquirierens und Filterns von Temperaturdaten, die wiederum die Aufgabe 44 zum Berechnen der vorausgesagten Temperatur aktiviert. Wenn einmal die vorausgesagte Temperatur berechnet worden ist, wird sie von der Aufgabe 46 zum Anzeigen der vorausgesagten Temperatur angezeigt.
5 liefert ein Ablaufdiagramm für die Aufgabe 40 zum Initialisieren des Systems. Es wird initialisiert, wenn eine Sonde aus dem Behälter 60 entfernt wird, und initialisiert, prüft und kalibriert die Hardware-Vorrichtungen 62, initialisiert die Filterkoeffizienten 63 für die FIR (Finit-Impuls-Antwort) und setzt den Zeitzähler auf „t = 0" 64 zurück und die laufenden Temperaturabschätzungen T₀, T₁, T₂, T₃ und T₄ 66 gleich Null. Die Aufgabe 40 geht dann weiter zu der Aufgabe 68 zum Berechnen des Versetzungskoeffizienten C.
Wenn die Sonde im Schritt 60 nicht aus dem Behälter entfernt ist, fährt die Aufgabe fort, die Sonde in dem Behälterzeitgeber 61 zu inkrementieren. Gemäß diesem Schritt wird die Zeitdauer, über die sich die Sonde 12 in dem Behälter 17 des Körpers 16 befindet, überwacht, um festzustellen, ob sich die Sonde auf Umgebungstemperatur befindet. Wenn die Sonde über eine bestimmte Zeitdauer nicht in dem Behälter 17 gewesen ist, beispielsweise eine Minute, nimmt das Meßsystem an, daß die Sonde nicht auf Umgebungstemperatur ist, und eine zuvor gespeicherte Umgebungstemperatur wird verwendet. Wenn die Sonde länger als eine Minute in dem Behälter 17 gewesen ist, wird sie als auf Umgebungstemperatur befindlich angesehen.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Aufgabe 40 zum Initialisieren des Systems durch andere Ereignisse ausgelöst werden, so wie einen schnellen Anstieg der Temperatur der Sonde, was den Kontakt mit dem Patienten anzeigt, oder den Ablauf einer vorgewählten Zeitlänge anschließend an das Entfernen der Sonde aus dem Behälter, oder die Aktivierung des Schalters 36 (2).
Im Schritt 68 wird der Versetzungskoeffizient C berechnet 68, wie in 4 hiernach gezeigt: C = B0 + (B1 × Ta) + (B2 × Ta 2) (Gleichung 4)wobei:

T_a: die Umgebungstemperatur ist und
Parameter B₀, B₁ und B₂: konstante Gewichtungsfaktoren sind, die empirisch durch den Einsatz wohlbekannter statistischer Regressionstechniken bei einer großen Abfrage von tatsächlichen klinischen Daten abgeleitet worden sind.

Der Versetzungskoeffizient C wird verwendet, um die Umgebungstemperatur in die Berechnung der vorausgesagten Temperatur zu faktorisieren, wie es an anderer Stelle in der Beschreibung in Einzelheiten ausgeführt ist. Die Berechnung des Versetzungsfaktors C, wie in Gleichung 4 oben gezeigt, vertraut somit auf der Annahme, daß die anfängliche Temperaturablesung gleich oder nahezu gleich der Umgebungstemperatur T_a in der Umgebung, wo das Thermometer eingesetzt werden soll, ist, und der Algorithmus bestimmt, ob tatsächlich T_a gemessen oder ein zuvor gespeicherter Wert verwendet werden soll.
6 liefert ein Ablaufdiagramm für die Aufgabe 42 zum Erhalten und Filtern von Temperaturdaten. Die veranschaulichten Schritte, wenn sie einmal eingeleitet sind, werden mit präziser Zeitgebung durchgeführt und ohne Unterbrechung, um sicherzustellen, daß kein Datenverlust und keine Zeitgebungsungenauigkeit auftritt. Der Prozessor 28, Zeitgeber 30 und Analog-Digital-Wandler 26 (2) erlangen und filtern einlaufende Temperatursensordaten, um Linienrauschen und andere Interferenz zu entfernen, die in negativer Weise die Qualität der Temperaturbestimmung beeinflussen können. Verschiedene Techniken, die auf dem Gebiet der Signalverarbeitung wohlbekannt sind, können in diesem Prozeß verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, aktualisiert bei jeder Unterbrechung 76 des Zeitgebers das System den Taktzähler 77 und erlangt eine Spannungseingabe 78. Diese Spannung steht in bezug zu dem Widerstand und somit der Temperatur des Thermistors an der Sondenspitze. Eine typische mathematische Beziehung, die auf diese Spannung angewendet wird, wandelt sie in einen Temperaturwert 82 um. Das System führt dann Bereichsprüfungen 83 für die Temperatur durch, zu dem Zwecke des Bestimmens, ob das Thermometer zerstört ist oder eine mögliche Gefahr darstellt. Schwellenwerte werden gesetzt, und wenn das Thermometer eine Ablesung außerhalb dieser Schwellenwerte liefert, wird die Sonde als zerstört betrachtet. Als ein Beispiel, wenn die Sonde weniger als 32 Grad oder mehr als 500 Grad F abliest, wird die Sonde als zerstört angesehen (eine offene Schaltung oder ein Kurzschluß als Beispiel). Wenn die Sonde bei einer Temperatur von 115 Grad F abliest, wird sie als eine heiße Sonde betrachtet, und ein Gefahrenalarm wird geliefert.
Temperaturdaten-Abfragewerte werden in dem Speicher 32 gespeichert 84. Die mathematische Beziehung zwischen dem Widerstand des Thermistors und der Temperatur berücksichtigt die den Thermistor charakterisierenden Daten, die von seinem Hersteller geliefert werden, zusammen mit den besonderen Einzelheiten der Schaltungen, die mit der Verbindung des Thermistors zu dem Analog-Digital-Wandler zu tun haben, und ist den Fachleuten wohlbekannt.
Nachdem der Temperaturwert im Speicher gespeichert 84 ist, bestimmt das System, ob Gewebekontakt vorliegt 86, indem die Temperaturdaten für eine Temperatur oberhalb 94 Grad F analysiert werden. Andere Ansätze können verwendet werden, um Gewebekontakt festzustellen. Wenn kein Kontakt vorliegt, wartet das System auf die nächste Zeitgeberunterbrechung 76 und wiederholt den obigen Prozeß, bis Gewebekontakt festgestellt ist 86. Zu dem Zeitpunkt, wenn Gewebekontakt festgestellt ist, abhängig davon, ob genug Probenwerte erlangt worden sind oder nicht 87, wartet dann das System entweder auf die nächste Unterbrechung 76, um einen weiteren Datenprobenwert 78 zu erlangen (wenn noch nicht genug Probenwerte erlangt worden sind) oder läuft weiter, um die Abschätzung der stationären Temperatur T₀ zu berechnen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform läuft der Zeitgeber mit Intervallen von 0.1 Sekunden, und das System erlangt 21 Probenwerte über eine Zeitdauer von ungefähr 2 Sekunden vor dem Beginn des Berechnens der gegenwärtigen Temperaturabschätzung T₀. Diese Anzahl von Probenwerten und Abfragerate sind gegenwärtig dafür bekannt, daß sie den besten Kompromiß zwischen Genauigkeit der Temperaturvoraussage und akzeptabler Meßzeit liefern. Während dieser Zeitdauer steigen Temperatursignale, die von der Sonde geliefert werden, entlang einer Kurve, wobei sie sich der Temperatur des Patienten asymptotisch nähern, und die gegenwärtige Temperaturabschätzung T₀ wird durch Gleichung 5 berechnet, die hiernach gezeigt ist: T0 = A1T + A2T' + A3T'' + C (Gleichung 5)wobei:

T: der Mittelwert der Temperatur basierend auf den 21 Datenprobenwerten, die im Speicher gespeichert sind, ist,
T': die erste Ableitung oder Steigung der Temperaturkurve ist, die durch die 21 Probenwerte, die im Speicher gespeichert sind, beschrieben ist,
T'': die zweite Ableitung oder Krümmung der Temperaturkurve ist, die durch die 21 Probenwerte, die im Speicher gespeichert sind, beschrieben ist,
Parameter A₁, A₂ und A₃: empirisch abgeleitete konstante Gewichtungsfaktoren sind und
C: der Versetzungskoeffizient ist, abhängig von der Umgebungstemperatur, wie zuvor diskutiert.

Idealerweise sollte die Anzahl tatsächlicher klinischer Temperaturdatenwerte, die beim Ableiten der Parameter A₁, A₂, A₃, B₀, B₁ und B₂ verwendet werden, so groß wie möglich sein, und die gemessenen Temperaturen sollten gleichförmige über den gesamten Bereich der Temperaturen von möglichem Interesse verstreut sein, d.h. dem gesamten Bereich von Temperaturen, denen man bei einem Thermometer gemäß der Erfindung gegenüberstehen kann. Jedoch ist aus Gründen der Notwendigkeit die Anzahl der Temperaturdatenprobenwerte relativ begrenzt, und weiterhin war der Hauptanteil der gemessenen Temperaturen in dem normalen Bereich der Körpertemperatur. Insbesondere bestanden die verwendeten klinischen Daten aus ungefähr 240 Temperaturdatenprobenwerten, die im Bereich von 95.5 bis 104 Grad F (35.3 bis 40 Grad C) lagen, gemessen bei einer Umgebungstemperatur im Bereich von 60 bis 92 Grad (16 bis 33 Grad C).
Aus diesem Grund wurde Standardregressionsanalyse auf diese Datenprobenwerte angewendet, sie erzeugte Parameter, die dazu neigten, zu gering bei hohen tatsächlichen Temperaturen vorauszusagen und zu hoch bei niedrigen tatsächlichen Temperaturen vorauszusagen, mit einem Fehler für die vorausgesagte Temperatur, die einen Trend oder eine Beziehung zu der Stabilisierungstemperatur T_F zeigt, die im wesentlichen gleich der tatsächlichen Körpertemperatur des Patienten ist. Wegen der Differenz zwischen der gemessenen Temperatur T(t) und der tatsächlichen Temperatur T_F, die eine Funktion der Steigung T'(t) und der Krümmung T''(t) der gemessenen Temperatur anstelle der gemessene Temperatur T(t) selbst ist, wurde der Parameter A₁ künstlich auf = 1.0 beschränkt, um den Trend zu beseitigen, der sich durch den Fehler in der berechneten Temperatur T₀ zeigt. Somit wurden die verbleibenden fünf Parameter A₂, A₃, B₀, B₁ und B₂ durch Regressionsanalyse der klinischen Daten berechnet, um die genauesten Voraussagen zu liefern, ausgedrückt als der Voraussagefehler mit der gering sten quadratischen Abweichung über die Meßtemperaturen, und bei einer bevorzugten Ausführungsform sind ihre Werte: A1 = 1.0 A2 = 7.6136 A3 = 8.87 B0 = 15.8877 B1 = –0.3605 B2 = 0.002123 (Gleichung 5.1)
Mit weiterem Bezug auf 6, wenn einmal bestimmt ist, daß Gewebekontakt eingerichtet worden ist 86 und eine vorausgewählte Anzahl von Probenwerten (z.B. fünf) erlangt worden ist 87, seit die letzte Temperaturabschätzung berechnet worden ist, läuft das System weiter, um den Mittelwert T der Temperatur zu berechnen 88 und ihn im Speicher zu speichern 90, die erste Ableitung T' der Temperatur zu berechnen 92 und sie im Speicher zu speichern 94, die zweite Ableitung T'' der Temperatur zu berechnen 96 und sie im Speicher zu speichern 98 und dann schließlich die gegenwärtige Temperaturabschätzung T₀ durch die oben definierte Gleichung 5 zu berechnen.
Mit Bezug nun auf 7 ist ein Ablaufdiagramm für die Aufgabe 44 zum Berechnen der vorausgesagten Temperatur gezeigt. Diese Aufgabe wird unmittelbar nach der Aufgabe 42 zum Erlangen und Filtern von Temperaturdaten durchgeführt, die, wie in 4 gezeigt, gefilterte und verarbeitete Daten an die Aufgabe 44 zum Berechnen der vorausgesagten Temperatur liefert. Die ersten Schritte sind verbunden mit dem Berechnen einer Voraussage 100 und dem Aktualisieren der laufenden Temperaturabschätzungen 110, welche die letzten vier vorausgesagten Temperaturen T₁, T₂, T₃ und T₄ in diesem Fall sind, obwohl andere Anzahlen vorausgesagter Temperaturen bei anderen Ausführungsformen verwendet werden können. Der Temperaturvoraussageprozeß der vorliegenden Erfindung wird kontinuierlich durch das System durchgeführt, wenn einmal die anfänglichen 21 Datenpunkte erlangt worden sind (siehe die Diskussion an anderer Stelle in der Beschreibung im Hinblick auf die Verwendung von Filtern mit endlicher Impulsantwort), und eine neue Temperaturvoraussage wird jede zusätzliche fünf (in dieser Ausführungsform) Datenpunkte, die anschließend erlangt werden, berechnet. Daher wird eine neue vorausgesagte Temperatur (d.h. die gegenwärtige Temperaturabschätzung T₀) alle fünf Taktzyklen berechnet, und somit muß die älteste der laufenden Temperaturabschätzungen T₄ (oder T_N, abhängig davon, wie viele Temperaturabschätzungen N benutzt werden) zugunsten T₀ entsorgt werden, indem alle Werte um eins von T₁ bis T₄ verschoben werden, und schließlich T₁ mit dem Wert von T₀ aktualisiert werden.
Der Zweck des Verfolgens der letzten vier (oder N) Temperaturabschätzungen liegt darin, besser den ersten Moment festzustellen, an dem eine ausreichend genaue Temperaturvoraussage an die Anzeige abgesandt werden kann, indem bestimmt wird, wann ein optimaler Ausgleich zwischen der Voraussagegenauigkeit und der abgelaufenen Zeit erreicht worden ist. Das Bestimmen eines solchen optimalen Ausgleichs muß verschiedene Parameter berücksichtigen, so wie eine vorbestimmte minimale Wartezeit; die Anzahl der Temperaturdatenprobenwerte, die verwendet wird, um das Temperaturmittel T(t), die Steigung T'(t) und die Krümmung T''(t) zu berechnen; eine vorbestimmte maximale Steigung T'(t); eine vorbestimmte maximale und minimale Krümmung T''(t); eine vorbestimmte maximale Abweichung unter den laufenden Temperaturabschätzungen; und eine vorbestimmte Anzahl vorangehender Voraussagen, um Konsistenz zu prüfen.
Wie in 7 gezeigt wurden bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vier solche Bedingungen gewählt, um zu bestimmen, wann der optimale Ausgleich zwischen der Voraussagegenauigkeit und der abgelaufenen Zeit erreicht worden ist. Nämlich eine minimale Wartezeit t, eine maximale Steigung T'(t), eine maximale und minimale Krümmung T''(t) und eine maximale Abweichung unter den laufenden Temperaturabschätzungen werden bestimmt. Jede dieser Bedingungen muß erfüllt sein, bevor die Aufgabe 46 zum Anzeigen der vorausgesagten Temperatur aktiviert wird. Somit, wie in 7 gezeigt, müssen bei der bevorzugten Ausführungsform wenigstens fünf Sekunden vergangen sein 112, seit die Sonde zum ersten Mal aktiviert wurde und in Kontakt mit dem Körper des Patienten gebracht wurde, um sicherzustellen, daß Transienten ausgestorben sind. Als nächstes muß die erste Ableitung T' einen positiven Wert nicht größer als 0.25 Grad F (0.14 Grad C) pro Sekunde haben 114, um sicherzustellen, daß die Temperatur nicht zu schnell ansteigt und daß sie somit „auspegelt" und einen stationären Zustand erreicht. Als Drittes muß die zweite Ableitung T'' auch zwischen Minus und Plus 0.05 Grad F (0.028 Grad C) pro Sekunde sein 116, wiederum um die richtige Annäherung auf die Temperatur des stationären Zustandes sicherzustellen. Als Viertes darf die Differenz zwischen irgend zweien der laufenden Temperaturabschätzungen T₁, T₂, T₃ und T₄ ... T_N nicht größer als 0.3 Grad F (0.17 Grad C) bei der vorliegenden Ausführungsform sein 118, um die Genauigkeit der endgültigen Voraussage sicherzustellen. Wenn irgendeine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, initiiert das System die Aufgabe 42 zum Erlangen und Filtern von Temperaturdaten, um den nächsten Temperaturdatenprobenwertpunkt zu erlangen und die gegenwärtige Temperaturabschätzung T₀ erneut zu berechnen.
Die bevorzugten Werte für diese vier Bedingungen, wie oben dargestellt, wurden empirisch bestimmt, um einen optimalen Kompromiß zwischen der Zeit, die notwendig ist, die Voraussage zu berechnen, und ihrer Genauigkeit zur Verfügung zu stellen.
Wenn alle vier Bedingungen erfüllt worden sind, fährt das System fort, die endgültige Temperaturabschätzung T_f zu berechnen 120, indem die vier laufenden Temperaturabschätzungen T₁, T₂, T₃ und T₄ gemittelt werden. T_f ist die Temperatur, die durch das System vorausgesagt wird, und wie es in 4 gezeigt ist, kann die Aufgabe 46 zum Anzeigen der vorausgesagten Temperatur nun aktiviert werden, um T_f auf der Anzeige 18 des Thermometers 10 (1) anzuzeigen. Indem diese mehreren Bedingungen implementiert werden, stellt das System der Erfindung im wesentlichen die verbesserte Genauigkeit des endgültigen Ergebnisses sicher, indem die Gleichförmigkeit der Temperaturdaten, die über die Zeit erhalten worden sind, bewertet und der frühste Moment identifiziert wird, zu dem die vorausgesagte Temperatur einen ausreichenden Grad an Sicherheit anbietet, der gezeigt wird und auf den somit durch den Benutzer des Thermometers vertraut wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Prozessor (28) (2) mit digitalen Filtern mit endlicher Impulsantwort versehen, um die Berechnungen durchzuführen, die notwendig sind, um T, T' und T'' zu bestimmen. FIR-Filter sind typischerweise so konfiguriert, daß sie auf einem Strang von K numerischen Werten arbeiten, indem jeder Wert mit einem vorbestimmten Koeffizienten h_k multipliziert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Filter durch ein Computerprogramm implementiert, und der Speicher 32 der CPU 28 wird zum Speichern verwendet. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Filter K Register aufweisen, die in einer linearen Konfiguration verbunden sind, und, wenn jeder neue Wert erlangt und in den Filter gegeben wird, wird der neue Wert in dem ersten Register gespeichert, und alle zuvor erlangten Werte werden ein Register weiter verschoben, so daß schließlich der erste erlangte Wert in dem letzten Register gespeichert wird. Jedes Register k hat einen Koeffizienten h_k, der diesem zugeordnet ist, und wenn ein neuer Wert in jedes Register verschoben wird, wird dieser Wert mit dem Koeffizienten h_k multipliziert, der dem bestimmten Register zugewiesen ist. Bei der vorliegenden Implementierung werden die Schritte durch Software durchgeführt, und der Prozessorspeicher 32 wird verwendet, um die Registerwerte zu speichern.
Die Ausgabe eines FIR-Filters ist gleich der Summe der Werte in allen Registern des Filters multipliziert mit den jeweiligen Koeffizienten h_k, der jedem Register zugewiesen ist. Somit, allgemein gesprochen, wenn eine Eingangssequenz x(n) vorgegeben ist, n = 0, 1, 2 ... K, wird ein FIR-Filter mit Koeffizienten h₀, h₁, ... h_K ein gefiltertes Ausgangssignal y(n) wie folgt liefern: y(n) = ΣK-1k=0 hk × x(n – k) (Gleichung 6.1)wobei:

h_k(k = 0 ... K-1): = Satz der Koeffizienten für den bestimmten FIR-Filter,
K: = Anzahl der Koeffizienten für den FIR-Filter,
k: = Index
x(n): entspricht dem Wert des letzten Temperaturdatenprobenwertes, der erlangt und an den Filter gegeben worden ist.

Somit können durch die Verwendung geeigneter Koeffizienten FIR-Filter so programmiert werden, daß sie den Mittelwert T, die Steigung T' und die Krümmung T'' der Probenwertdatenkurve aus diesen Temperaturdatenprobenwertpunkten herausziehen, die von dem System erlangt und darin gespeichert worden sind. Diese Koeffizienten können leicht für eine Eingangssequenz von 21 Datenpunkten abgeleitet werden, indem bekannte mathematische Verfahren verwendet werden, und, bei einem System mit 21 Probenwerten (n = –10, –9 ... 10, wobei n = 10 der jüngste Probenwert ist), die in Intervallen von 0.1 Sekunden erlangt worden sind, sind die Koeffizienten für die FIR-Filter wie in den folgenden Gleichungen gezeigt:
wobei: Σ10n=–10 n2= 770 Σ10n=–10 n4 = 50666 (Gleichung 6.5)
Mit Bezug auf 8 ist ein Blockschaubild, das die Arbeitsweise des Prozessors veranschaulicht, einschließlich der FIR-Filter, gezeigt. Der letzte Temperaturdatenprobenwert, der erlangt worden ist, x(n), wird von dem Analog-Digital-Wandler (nicht gezeigt) an den Prozessor 28 geliefert, wo er gleichzeitig in die FIR-Schaltungen FIR₁, 202, FIR₂ 204 und FIR₃ 203 gespeist wird, die so ausgestaltet sind, daß sie den Mittelwert T, die Steigung T' bzw. die Krümmung T'' berechnen, von den letzten 21 Temperaturdatenpunkten, die von dem Analog-Digital-Wandler geliefert werden, einschließlich x(n). Der Mittelwert T, die Steigung T' und Krümmung T'' werden jeweils mit den jeweiligen Gewichtsfaktoren A₁ 212, A₂ 214 und A₃ 216 nach Gleichung 5 oben multipliziert und dann aufsummiert 218. Schließlich wird der Versetzungsfaktor C, der wie zuvor genau ausgeführt eine Funktion der Umgebungstemperatur T_a ist, zu der Summe von gewichtetem Mittelwert T, Steigung T' und Krümmung T'' addiert 220 um die gegenwärtige Temperaturabschätzung T₀ zu berechnen.
Es muß angemerkt werden, daß die Krümmung T''(t) auch berechnet werden kann, wenn die Steigung der Steigung T'(t) berechnet wird, indem zwei Steigungsrechnungsfilter FIR₂ verkettet werden. Ein solcher Ansatz jedoch wurde für die Verwendung bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nicht ausgewählt, da er das Berechnen der Steigung T'(t) vor, anstatt gleichzeitig mit, der Krümmung T''(t) erfordern würde und somit Verzögerungen beim Berechnen der endgültigen Temperatur hervorrufen würde.
Indem FIR-Filter benutzt werden, um den Mittelwert, Steigung und Krümmung der Temperaturdaten abzuleiten, kann das System der Erfindung einen ziemlich anspruchsvollen Algorithmus zum Voraussagen der Temperatur verwenden, mit leicht verfügbaren, relativ kostengünstigen mathematischen Prozessoren, so wie einem üblicherweise verfügbaren Prozessor mit acht Bit. Als ein Beispiel kann der Prozessor mit acht Bit mit einer Teilenummer UPO78064 von NEC verwendet werden. Schließlich wurde der Algorithmus der Erfindung fein abgestimmt, indem er auf tatsächliche Daten angewendet wurde, um empirisch Gewichts faktoren abzuleiten, die die genauesten Ergebnisse über den weitesten Bereich endgültiger stationärer Temperaturen liefern.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein einziger FIR-Filter programmiert werden, um die gewichtete Summe des Temperaturmittels T(t), der Steigung T'(t) und der Krümmung T''(t) herauszuziehen. Jedoch würde die Verwendung eines einzigen FIR-Filters nicht das individuelle Herausziehen des Mittels T(t), der Steigung T'(t) und der Krümmung T''(t) aus den Probenwertdaten erlauben, und somit könnten diese Parameter nicht individuell überwacht werden, um zu bestimmen, wann der optimale Ausgleich zwischen Genauigkeit der Voraussage und abgelaufener Zeit erreicht worden ist, wie zuvor diskutiert wurde. Weiterhin erlaubt die Verwendung individueller FIR-Filter die individuelle Anpassung jedes dieser Parameter so wie zum Beispiel das Anpassen der Größe jedes FIR-Filters, um einen bestimmten Umfang an Glättung für jeden Parameter zu erhalten.
Obwohl eine Form der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden ist, wird es deutlich, daß weitere Modifikationen und Verbesserungen zusätzlich an der hierin offenbarten Vorrichtung und dem Verfahren vorgenommen werden können, ohne daß man sich vom Umfang der Erfindung entfernt. Demgemäß ist es nicht beabsichtigt, daß die Erfindung beschränkt sei, mit Ausnahme durch die angefügten Ansprüche.

Claims

Thermometer (22) zum Messen der Temperatur eines Objektes, mit einem Sensor (24), der, wenn er angeordnet ist, um die Temperatur des Objektes abzufühlen, ein über die Zeit variierendes Temperatursignal als Antwort auf die Temperatur des Objektes zur Verfügung stellt, wobei das Thermometer (22) weiter gekennzeichnet ist durch: einen Prozessor (28), welcher einen Filter mit endlicher Impulsantwort aufweist, der so geschaltet ist, daß er das Temperatursignal viele Male abnimmt, um einen Schätzwert der Temperatur des Objektes zu berechnen und ein abgeschätztes endgültiges Temperatursignal zur Verfügung zu stellen; und eine Anzeige (34), die mit dem Prozessor verbunden ist, um das abgeschätzte endgültige Temperatursignal zu empfangen und anzuzeigen.
Thermometer nach Anspruch 1, bei dem der Filter mit endlicher Impulsantwort eine lineare Kombination einer Vielzahl von Probenwerten beim Berechnen des Schätzwertes der Temperatur des Objektes nimmt.
Thermometer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Prozessor (28) einen Versetzungskoeffizienten, der auf einer Umgebungstemperatur basiert, zu dem Schätzwert der Temperatur, die von dem Filter mit endlicher Impulsantwort beim Bereitstellen eines abgeschätzten endgültigen Temperatursignals geliefert wird, addiert.
Thermometer nach Anspruch 3, bei dem: der Sensor (24) weiter ein Anfangssignal zur Verfügung stellt, das der Umgebungstemperatur entspricht; und der Prozessor (28) weiter das Quadrat der Umgebungstemperatur bestimmt, einen getrennten Gewichtungsfaktor sowohl der Umgebungstemperatur als auch dem Quadrat der Umgebungs temperatur aufgibt und gewichteten Wert der Umgebungstemperatur mit dem gewichteten Quadrat des Wertes der Umgebungstemperatur kombiniert, um den Versetzungskoeffizienten der Umgebungstemperatur zu berechnen.
Thermometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Prozessor (28) weiter so verbunden ist, daß er den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung des Temperatursignals bestimmt, basierend auf der vorbestimmten Anzahl von erhaltenen Probenwerten, und der Prozessor auch so ausgestaltet ist, daß er den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung kombiniert, um den Schätzwert der Temperatur des Objektes zu berechnen.
Thermometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Prozessor (28) weiter einen getrennten Gewichtungsfaktor sowohl dem Mittelwert, der ersten Ableitung als auch der zweiten Ableitung vor dem Kombinieren des Mittelwertes, der ersten Ableitung und der zweiten Ableitung, um den Temperaturschätzwert zu berechnen, aufgibt.
Thermometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die vorbestimmte Anzahl von Probenwerten über einen vorbestimmten Zeitrahmen erlangt wird.
Thermometer nach Anspruch 7, bei dem der Prozessor (28) das Temperatursignal ungefähr einundzwanzig Mal über einen Zeitrahmen von ungefähr zwei Sekunden abnimmt, um den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung des Signals zu bestimmen.
Thermometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Prozessor (28) kontinuierlich das Signal abnimmt, nachdem eine anfängliche vorbestimmte Anzahl von Probenwerten erlangt worden ist, und kontinuierlich die Temperaturschätzung neu berechnet, basierend auf der letzten vorbestimmten Anzahl von erlangten Probenwerten, wenn jeder neue Probenwert erlangt wird.
Thermometer nach Anspruch 9, wobei das Thermometer (22) auf der Anzeige (24) einen endgültige Temperaturschätzwert anzeigt, der von dem Prozessor (28) berechnet worden ist, nachdem der Sensor (24) über eine vorbestimmte Zeitdauer mit dem Objekt in Kontakt gewesen ist.
Thermometer nach Anspruch 9, wobei das Thermometer (22) auf der Anzeige (34) einen endgültigen Temperaturschätzwert anzeigt, der von dem Prozessor (28) nur berechnet wird, wenn der letzte Wert der ersten Ableitung, der von dem Prozessor berechnet worden ist, in einem vorbestimmten Bereich von Werten liegt.
Thermometer nach Anspruch 9, wobei das Thermometer (22) auf der Anzeige (34) einen endgültigen Temperaturschätzwert anzeigt, der von dem Prozessor nur berechnet wird, wenn der letzte Wert der zweiten Ableitung, die von dem Prozessor berechnet wird, in einem vorbestimmten Bereich von Werten liegt.
Thermometer nach Anspruch 8, wobei das Thermometer (22) auf der Anzeige (34) einen endgültigen Temperaturschätzwert nur anzeigt, wenn die maximale Differenz zwischen zwei beliebigen einer vorbestimmten Anzahl der letzten Temperaturschätzwerte, die von dem Prozessor (28) berechnet worden sind, geringer ist als ein vorbestimmter Wert.
Thermometer nach Anspruch 9, wobei der endgültige Temperaturschätzwert, der von dem Thermometer (22) angezeigt wird, gleich dem Mittelwert einer ausgewählten Anzahl der letzten Temperaturschätzwerte, die von dem Prozessor (28) berechnet sind, ist.
Thermometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Prozessor (28) aufweist: einen ersten Filter mit endlicher Impulsantwort (202), der so ausgestaltet ist, daß er den Mittelwert basierend auf der letzten vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte durch den Prozessor (28) berechnet; einen zweiten Filter mit endlicher Impulsantwort (204), der so ausgestaltet ist, daß er die erste Ableitung basierend auf der letzten vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte durch den Prozessor (28) berechnet; und einen dritten Filter mit endlicher Impulsantwort (206), der so ausgestaltet ist, der er die zweite Ableitung basierend auf der letzten vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte von dem Prozessor (28) berechnet.
Thermometer zum Messen der Temperatur eines Objektes mit einem Sensor (24), der, wenn er so angeordnet ist, daß er die Temperatur des Objektes abfühlt, ein mit der Zeit variierendes Temperatursignal in Antwort auf die Temperatur des Objektes zur Verfügung stellt, wobei das Thermometer gekennzeichnet ist durch einen Prozessor (28), der so geschaltet ist, daß er das Temperatursignal zu einer vorbestimmten Anzahl von Zeiten abnimmt, um den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung des Temperatursignals basierend auf der vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte zu bestimmen, und den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung kombiniert, um einen Schätzwert der Temperatur des Objektes zu berechnen, und ein abgeschätztes endgültige Temperatursignal zur Verfügung stellt, und eine Anzeige (34), die mit dem Prozessor (28) verbunden ist, um das abgeschätzte endgültige Temperatursignal zu empfangen und anzuzeigen; wobei der Prozessor (28) weiter einen getrennten Gewichtungsfaktor sowohl dem Mittelwert, der ersten Ableitung als auch der zweiten Ableitung vor dem Kombinieren von Mittelwert, erster Ableitung und zweiter Ableitung aufgibt, um den Temperaturschätzwert zu berechnen; und der Prozessor (28) weiter einen Versetzungskoeffizienten für die Umgebungstemperatur zu der Summe aus gewichtetem Mittelwert, erster Ableitung und zweiter Ableitung addiert, um den Temperaturschätzwert zu berechnen.
Thermometer nach Anspruch 16, bei dem: der Sensor (24) ein Anfangssignal zur Verfügung stellt, das der Umgebungstemperatur entspricht; und der Prozessor (28) weiter das Quadrat der Umgebungstemperatur bestimmt, einen getrennten Gewichtungsfaktor sowohl der Umgebungstemperatur als auch dem Quadrat der Umgebungstemperatur aufgibt und den gewichteten Wert der Umgebungstemperatur mit dem gewichteten Quadrat des Wertes der Umgebungstemperatur kombiniert, um den Versetzungskoeffizienten der Umgebungstemperatur zu berechnen.
Verfahren zum Messen der Temperatur eines Objektes, mit den Schritten des Abfühlens der Temperatur des Objektes, des Bereitstellens eines mit der Zeit variierenden Tempera tursignals ansprechend auf das Abfühlen der Temperatur des Objektes, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch den Schritt des einer bestimmten Anzahl von Malen Abfühlens des Temperatursignals zu einer bestimmten Anzahl von Zeiten, des Bestimmens des Mittelwertes des Temperatursignals basierend auf der vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte, des Bestimmens der ersten Ableitung des Temperatursignals basierend auf der vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte, des Bestimmens der zweiten Anzahl des Temperatursignals basierend auf der vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte und des Berechnens eines Schätzwertes der Temperatur des Objektes durch Kombinieren des Mittelwertes, der ersten Ableitung und der zweiten Ableitung, des Bereitstellens der abgenommenen Temperatursignale für wenigstens einen FIR-Filter und somit Durchführens der Schritte des Bestimmens des Mittelwertes des Temperatursignals, des Bestimmens der ersten Ableitung des Temperatursignals und des Bestimmens der zweiten Ableitung des Temperatursignals durch den FIR-Filter.
Verfahren nach Anspruch 18, das die weiteren Schritte aufweist: Anwenden eines ersten Gewichtsfaktors auf den Mittelwert; Anwenden eines zweiten Gewichtsfaktors auf die erste Ableitung; und Anwenden eines dritten Gewichtsfaktors auf die zweite Ableitung.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem der Schritt des Abnehmens des Temperatursignals zu einer vorbestimmten Anzahl von Zeiten das Abnehmen des Temperatursignals ungefähr einundzwanzig mal über einen Zeitrahmen von ungefähr zwei Sekunden aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, das die weiteren Schritte aufweist: wiederholtes Abnehmen des Temperatursignals und wiederholtes Neuberechnen des Temperaturschätzwertes basierend auf der letzten vorbestimmten Anzahl von Probenwerten, die erhalten werden, wenn jede neue Probe erlangt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, das weiter den Schritt des Anzeigens des Temperaturschätzwertes auf einer Anzeige (34) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt des Anzeigens des Temperaturschätzwertes durchgeführt wird, nachdem die Temperatur des Objektes über eine vorbestimmte Zeitdauer abgefühlt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt des Anzeigens des Temperaturschätzwertes nur durchgeführt wird, wenn der letzte Wert der ersten Ableitung, der von dem Prozessor berechnet worden ist, in einem vorbestimmten Bereich von Werten liegt.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt des Anzeigens des Temperaturschätzwertes nur durchgeführt wird, wenn der letzte Wert der zweiten Ableitung, der von dem Prozessor berechnet worden ist, in einem vorbestimmten Bereich von Werten liegt.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt des Anzeigens des Temperaturschätzwertes nur dann durchgeführt wird, wenn die maximale Differenz zwischen ausgewählten Temperaturschätzwerten, die von dem Prozessor berechnet worden sind, kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt des Berechnens eines Schätzwertes der Temperatur des Objektes den weiteren Schritt aufweist: Mitteln einer vorbestimmten Anzahl von Temperaturschätzwerten, die von dem Computer berechnet sind, um einen endgültigen Temperaturschätzwert zu berechnen; und wobei der Schritt des Anzeigens der Temperaturschätzwertes aus dem Anzeigen der endgültigen Temperaturschätzwert besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, bei dem der Schritt des Bereitstellens des abgenommenen Temperatursignals für wenigstens einen FIR-Filter die Schritte aufweist: Bereitstellen der abgenommenen Temperatursignale für einen ersten FIR (202) zum Berechnen des Mittelwertes basierend auf einer vorbestimmten Anzahl von erlangten Probenwerten; Bereitstellen der abgenommenen Temperatursignale für einen zweiten Filter mit endlicher Impulsantwort (204) zum Berechnen der ersten Ableitung basierend auf einer vorbestimmter Anzahl erlangter Probenwerte; und Bereitstellen der abgenommenen Temperatursignale für einen dritten Filter mit endlicher Impulsantwort (206) zum Berechnen der zweiten Ableitung basierend auf einer vorbestimmten Anzahl erlangter Probenwerte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, bei dem: der Schritt des Bereitstellens eines FIR-Filters das Anwenden von Gewichten auf den Mittelwert, die erste Ableitung und die zweite Ableitung basierend auf einer vorbestimmten Anzahl von erlangten Probenwerten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29, das weiter den Schritt des Kombinierens des gewichteten Mittelwertes, der gewichteten ersten Ableitung und der gewichteten zweiten Ableitung aufweist, um die abgeschätzte Temperatur des Objektes zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, das die weiteren Schritte aufweist: Abfühlen der Umgebungstemperatur; Bestimmen des Quadrates des Wertes der Umgebungstemperatur; Anwenden eines vierten Gewichtungsfaktors auf die Umgebungstemperatur; Anwenden eines fünften Gewichtungsfaktors auf das Quadrat der Umgebungstemperatur; und wobei der Schritt des Berechnens des Schätzwertes der Temperatur des Objektes das Kombinieren des gewichteten Mittelwertes, der gewichteten ersten Ableitung und der gewichteten zweiten Ableitung mit der gewichteten Umgebungstemperatur und dem gewichteten Quadrat der Umgebungstemperatur aufweist.