專利名稱：測量生物學(xué)參數(shù)的儀器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括安置在生理通道中的支撐和傳感結(jié)構(gòu)，用于測量肌體功能，并控制測量值所指示的異常狀態(tài)。
背景技術(shù)：
干擾因素和變量會引入重要的誤差來源，該誤差來源使所測量的生物學(xué)參數(shù)不具有臨床價(jià)值。為了避開所述干擾因素和獲得未受干擾的信號，侵入性的和半侵入性的方法已經(jīng)被采用。些種方法存在許多缺點(diǎn)，包括難以進(jìn)行長期的連續(xù)監(jiān)控。非侵入性的方法也不能帶來所需的臨床有用性。將傳感器放置在存在干擾因素和遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過與所測量的生理參數(shù)相關(guān)的信號的背景信號的皮膚上，該干擾因素使得不能獲得臨床上有用的和精確的信號。
評價(jià)人和動(dòng)物體中的熱量狀態(tài)的最為精確、準(zhǔn)確和臨床上有用的途徑是測量腦部溫度。腦部溫度測量值是疾病以及健康狀況的關(guān)鍵和通用的指示物，是唯一的不會被情緒狀態(tài)人為改變的生命體征。其他的生命體征(心率、血壓和呼吸率)都會受到情緒狀態(tài)或隨意作用的影響和人為地改變。
體溫由血液溫度確定的，血液以遠(yuǎn)紅外線輻射釋放熱量。脂肪組織吸收遠(yuǎn)紅外線，而實(shí)際上，肌體完全由一層附著在皮膚上的脂肪組織保護(hù)。如此，由于先前的技術(shù)使用放置在存在脂肪組織的皮膚上的傳感器，利用皮膚的溫度測量值不具有精確性和正確性。
由于用現(xiàn)有技術(shù)似乎是不可能非侵入性地測量腦部溫度，已經(jīng)嘗試確定肌體內(nèi)溫度，也被稱作為核心溫度(core temperature)。目前，一種侵入性的、人為的、麻煩的和高成本的方法被用于測量內(nèi)部(核心)溫度，該方法包括將具有溫度傳感器的導(dǎo)管插入到尿管、直腸或食管中。但是，這種方法不適合于常規(guī)測量，該方法令人痛苦，具有潛在的、致命的并發(fā)癥。
半侵入式的方法也已經(jīng)被嘗試過。Abreu在美國專利6,120,460中披露了連續(xù)地測量核心溫度的儀器和方法，在眼袋(eyelid pocket)中使用接觸鏡，但是該接觸鏡是一種半侵入式的裝置，該裝置應(yīng)當(dāng)由醫(yī)師指定，并且有時(shí)不容易將該接觸鏡放置到嬰兒乃至成人的眼中，許多人害怕觸及他們的眼睛。
在現(xiàn)有技術(shù)中，對于進(jìn)行連續(xù)溫度和/或核心溫度測量存在多個(gè)缺點(diǎn)和局限。
如今，對溫度的測量是非連續(xù)的、非核心的，并且是依賴于護(hù)理人員的。護(hù)理人員必須將體溫計(jì)插入到患者的口腔、直腸或者耳朵中。為了獲得核心溫度，護(hù)理人員侵入性地將管子插入到肌體內(nèi)，這會導(dǎo)致感染和嚴(yán)重的并發(fā)癥。
在醫(yī)院中和/或連續(xù)地用常規(guī)方法測量核心溫度，需要一種侵入性的操作，將管子插入到體內(nèi)或者通過攝取一種溫度計(jì)藥丸，是非常困難和危險(xiǎn)的。溫度計(jì)藥丸會引起腹瀉，測量的是所攝取的流體/食物的溫度而不是體溫，并且如果藥丸阻塞胰腺或肝臟的導(dǎo)管，則會引起致命的并發(fā)癥。由于存在許多干擾因素，包括脂肪組織，將傳感器放置到皮膚上不會產(chǎn)生臨床上有用的測量值。
不可能通過簡單地將傳感器置于皮膚上來獲得精確和臨床上有用的測量值，不僅是腦部溫度的測量值，而且還有代謝參數(shù)、物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)等的測量值。一個(gè)關(guān)鍵因素是存在脂肪組織。每個(gè)人的脂肪是不同的，隨著老化，脂肪發(fā)生變化，在同一個(gè)人中，脂肪含量隨著時(shí)間而改變，脂肪消弱來自血管的信號，脂肪吸收熱量，脂肪阻止未受干擾的遠(yuǎn)紅外線輻射的傳輸，脂肪增加肌體內(nèi)被測量的元件與放置在皮膚表面的外部傳感器之間所跨越的距離。
有必要確定一種方法和儀器，用放置在皮膚上的傳感器，以無痛、簡單、體外和安全的方式，非侵入性、便捷和連續(xù)地監(jiān)控腦部溫度。
還需要確定一種方法和儀器，能夠便捷、非侵入性、安全和精確地監(jiān)控生物學(xué)參數(shù)，包括代謝參數(shù)、物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)等。
需要確定一種能夠測量生物學(xué)參數(shù)的儀器和方法，通過將傳感器安置在生理通道上，獲得未受干擾的和連續(xù)的生物學(xué)信號。
發(fā)明概述本發(fā)明提供有效滿足現(xiàn)有技術(shù)的需求的方法、儀器和系統(tǒng)。
總體而言，本發(fā)明提供一套可以單獨(dú)或者聯(lián)合使用的傳感系統(tǒng)和報(bào)告裝置，它們被設(shè)計(jì)來接近生理通道，以測量生物學(xué)的、物理的和化學(xué)的參數(shù)。從解剖學(xué)和生理學(xué)上看，本發(fā)明所發(fā)現(xiàn)的通道是一種解剖學(xué)上的路徑，該路徑將未受干擾的生理學(xué)信號傳送到體外。該通道由肌體內(nèi)的功能(信號)源與位于皮膚的通道末端上的外部位點(diǎn)之間的直接的且未受干擾的連接組成。生理學(xué)通道傳送與肌體生理學(xué)有關(guān)的連續(xù)和完整的數(shù)據(jù)。來自肌體內(nèi)的未受干擾的信號被呈遞到通道末端上的外部位點(diǎn)上。放置在通道末端的皮膚上的傳感器可以獲得最佳信號，不存在干擾因素和誤差來源。
本發(fā)明所包括的是用于將傳感器安置在通道末端的皮膚上的支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明公開裝置，該裝置定向于測量腦部溫度、腦功能、代謝功能、流體動(dòng)力學(xué)功能、水合狀態(tài)、血液動(dòng)力學(xué)功能、肌體化學(xué)功能等。本發(fā)明包括用于評價(jià)生物學(xué)參數(shù)的裝置和方法，使用具有被改變來接近生理學(xué)通道的傳感系統(tǒng)的貼片、夾子、眼鏡(eyeglasses)、頭戴的飾品(gear)等，以產(chǎn)生與佩帶者的生理狀態(tài)有關(guān)的精確的和臨床上有用的信息，和用于提高所述佩帶者的安全性和性能，并且通過提供足夠的報(bào)告裝置和與所監(jiān)控的生物學(xué)參數(shù)相關(guān)的報(bào)警裝置，以幫助增強(qiáng)和保存所述佩帶者的生命。其他成分產(chǎn)生直接的或間接的作用，作用于其他裝置，或者根據(jù)所測量的生物學(xué)參數(shù)調(diào)節(jié)另一個(gè)裝置或者產(chǎn)品。
為探索更好地測量生物學(xué)參數(shù)，進(jìn)行了長期和仔細(xì)的研究，包括對人和動(dòng)物體中的腦部溫度通道(Brain Temperature Tunnel，BTT)和其他生物學(xué)通道的發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明首次識別了肌體中的生理學(xué)通道。本發(fā)明還首次識別了位于皮膚表面的通道末端，在其中可獲得最佳信號，并且可以在不存在干擾因素和超過被測量的信號的背景噪音下進(jìn)行測量。本發(fā)明還首次識別并精確地繪制包括主要進(jìn)入位點(diǎn)的通道的特定幾何學(xué)和位置。本發(fā)明還首次識別傳感系統(tǒng)在主要進(jìn)入位點(diǎn)上的精確定位，以最佳地獲得信號。已經(jīng)進(jìn)行了細(xì)致的研究，包括開發(fā)軟件來表征紅外線輻射，以精確地確定通道的不同方面。本研究已經(jīng)確定，用安置在生理通道末端的皮膚的限定區(qū)域上的傳感器，可以非侵入性的和連續(xù)的方式，在人和動(dòng)物中實(shí)現(xiàn)對腦(核心)溫度和其他肌體參數(shù)的測量。
生命保存和人的機(jī)能的重要作用和關(guān)鍵因素是腦部溫度。腦組織是肌體中最容易受到由高溫和低溫造成的熱量傷害的組織。腦部溫度是確定肌體熱量狀態(tài)的臨床上最相關(guān)的參數(shù)，腦負(fù)責(zé)產(chǎn)生肌體熱量的18-20％，鑒于腦僅占體重的2％，這是非常特別的事實(shí)。在腦中生成的大量熱能被保持在限定的空間中，而頭皮、頭骨和CSF(腦脊髓液)形成一個(gè)絕熱層。通過本發(fā)明識別BTT，克服了絕熱障礙，并提供與內(nèi)部的腦生理學(xué)和物理學(xué)的直接連接。
從解剖學(xué)和生理學(xué)上看，腦部溫度通道由腦中的熱量源與通道末端的外部點(diǎn)之間的連續(xù)的、直接的和未受干擾的連接組成。腦內(nèi)的通道一端的物理和生理的事件被重現(xiàn)在皮膚上的另一端。BTT使得可以通過通道完整而直接地轉(zhuǎn)移熱量，而不受熱量吸收元件的干擾，吸收元件能夠吸收在腦中作為熱量由血液傳輸?shù)倪h(yuǎn)紅外線輻射。有需要六個(gè)特征來定義BTT。這些特征為1)無熱量吸收元件的區(qū)域，即該區(qū)域必須不含有脂肪組織。這是定義溫度通道的關(guān)鍵和必需的特征，2)該區(qū)域必須具有血管的末端分支，以傳遞完整量的熱量，3)末端分支必須是來自腦的血管的直接分支，4)末端分支必須淺表地定位，以避免熱量被深層結(jié)構(gòu)如肌肉吸收，5)該區(qū)域在傳感器和熱能來源之間必須具有一個(gè)薄的和可忽略的界面，以產(chǎn)生高的熱量流，和6)該區(qū)域必須沒有調(diào)節(jié)體溫的動(dòng)靜脈回路。
所有六個(gè)特征均存在于位于鄰近內(nèi)側(cè)眼角(medial corner of eye)的內(nèi)眥區(qū)(medial canthal area)的皮膚上，內(nèi)眥區(qū)位于內(nèi)眥韌帶(medialcanthal tendon)上方并位于上眼瞼的內(nèi)側(cè)1/3內(nèi)。詳細(xì)地說，從內(nèi)眥韌帶處的內(nèi)側(cè)眼角測量的皮膚上BTT區(qū)域的末端直徑約11mm，并向上延伸約6mm，然后以角樣突出在上眼瞼上再延伸22mm。
BTT區(qū)域是肌體中唯一的無脂肪區(qū)域，其另外地由末端分支供應(yīng)營養(yǎng)，具有來自腦血管系統(tǒng)的淺血管，并且具有薄的界面而無調(diào)節(jié)體溫的回路。BTT區(qū)域由淺的眼上靜脈的末端分支供應(yīng)營養(yǎng)，眼上靜脈是與海綿竇的直接連接，所述海綿竇是腦中的靜脈通道的內(nèi)皮襯里系統(tǒng)(endothelium-lined system)，其收集和儲存熱能。給BTT區(qū)域供應(yīng)營養(yǎng)的血管沒有調(diào)節(jié)體溫的動(dòng)靜脈回路，并且在鄰近內(nèi)側(cè)眼角的皮膚上終結(jié)，在內(nèi)眥區(qū)域的上方，正好在上眼瞼的開始處。該血管將未受干擾的熱量傳遞到內(nèi)眥區(qū)域和上眼瞼的皮膚上，這可以在圖1和2所示的紅外線圖像的彩色以及黑白照片上看到。來自腦的未受干擾的熱輻射被傳遞到通道末端的皮膚表面上。該熱量被傳遞到位于通道末端的無脂肪的皮膚區(qū)域上。傳遞熱量的血管正好位于該皮膚的下方，因此紅外線輻射未被深層結(jié)構(gòu)吸收。
如果血管定位很深，其他組織和化學(xué)物質(zhì)會吸收熱量，這會使測量值失去臨床有效性。發(fā)生直接的熱量轉(zhuǎn)移，在肌體中，BTT區(qū)域的皮膚是最薄的，并且沒有調(diào)節(jié)體溫的動(dòng)靜脈回路。一個(gè)對最佳的溫度測量來說非常重要的方面是不受脂肪組織的干擾并且直接轉(zhuǎn)移熱量。
在肌體中，在通道的末端這個(gè)特定和獨(dú)特的區(qū)域上，不存在脂肪組織，可以不受干擾地獲得信號。那六個(gè)因素的組合使得可以在BTT區(qū)域位置上，以直接熱量轉(zhuǎn)移的方式從腦不受干擾和完整地發(fā)射紅外線輻射，這可以在紅外線圖像照片中看到(圖1-8)。在本說明書中，BTT和生理通道也被稱作為“目標(biāo)區(qū)域”(Target Area)。
從物理角度看，BTT是具有高總輻射能和高熱量流的腦熱能通道的等價(jià)物。腦的溫度是通過由于代謝率產(chǎn)生的熱能加上由動(dòng)脈供應(yīng)呈遞給腦的熱能減去由腦血流帶走的熱量的平衡確定。組織與毛細(xì)血管之間傳遞的熱量很高，腦靜脈血的溫度與腦組織保持平衡。因此，可以通過測量腦靜脈血的溫度和熱能來估計(jì)腦的真正溫度與熱能。眼上靜脈與海綿竇具有一個(gè)直接和不受干擾的連接，以3.6J.ml-1.(℃)-1的熱能容量、45％的血球容積運(yùn)載腦靜脈血。通過放置傳感器，在BTT末端捕獲由腦靜脈血運(yùn)送的熱能，來評價(jià)腦熱力學(xué)反應(yīng)、熱能和腦部溫度。
涉及BTT和生理通道的研究包括各種活動(dòng)和研究，包括1)粘膜和淺層肌體區(qū)域的體外組織分析；2)對人和動(dòng)物的外部區(qū)域進(jìn)行溫度評價(jià)的體內(nèi)試驗(yàn)；3)熱量源的體內(nèi)功能性血管造影評價(jià)；4)BTT區(qū)域的組織形態(tài)學(xué)特征的形態(tài)學(xué)研究；5)采用熱電偶、熱敏電阻和遠(yuǎn)紅外線，體內(nèi)評價(jià)BTT區(qū)域的溫度；6)將BTT測量值與眼內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)和最常用于溫度測量的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)(口腔)進(jìn)行比較；7)冷熱攻擊來確定BTT的溫度穩(wěn)定性；和8)紅外線成像和確定等溫線。用于評價(jià)通道幾何學(xué)的軟件也被開發(fā)和使用。用預(yù)先同樣地校準(zhǔn)的熱敏電阻，同時(shí)測量參考溫度和BTT區(qū)域的溫度。設(shè)計(jì)具有多個(gè)通路的特定電路來進(jìn)行試驗(yàn)，并收集數(shù)據(jù)。
BTT區(qū)域的溫度測量顯示在BTT區(qū)域和眼睛的內(nèi)部結(jié)膜解剖結(jié)構(gòu)之間具有幾乎相同溫度信號，眼內(nèi)結(jié)膜解剖結(jié)構(gòu)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸。在試驗(yàn)中采用眼內(nèi)結(jié)膜解剖結(jié)構(gòu)的溫度測量值，這已經(jīng)被Abreu在美國專利6,120,460和6,312,393中描述。BTT與眼內(nèi)的平均溫度差在0.1℃(0.18°F)之內(nèi)，BTT的平均正常體溫值為37.1℃(98.8°F)，而眼內(nèi)平均正常體溫值為37℃(98.6°F)。優(yōu)選與最常用的標(biāo)準(zhǔn)口腔溫度比較。BTT區(qū)域的溫度電壓信號顯示，當(dāng)與口腔溫度比較時(shí)，BTT區(qū)域溫度水平平均高0.3℃(0.5°F)。
通過運(yùn)動(dòng)和暖房，對受試者進(jìn)行冷熱攻擊。BTT區(qū)域中溫度的降低與升高與口腔中的溫度降低與升高成比例。但是，BTT區(qū)域的溫度變化速率比口腔中快約1.2分鐘，并且在有些情況下，BTT部位的溫度高0.5℃(0.9°F)。對不同種族、性別和年齡的受試者進(jìn)行評價(jià)，在不同群體中確定BTT的精確定位，并且確定任何解剖學(xué)上的變化。在所有受試者中，BTT存在于相同的位置上，無顯著的解剖學(xué)上的變化，這可以從不同受試者的紅外線成像樣本中看出。
該通道位于一個(gè)擁擠的解剖學(xué)區(qū)域中，因此，安置傳感器需要特定的幾何學(xué)，以最佳地與通道末端對準(zhǔn)。只有相對于解剖學(xué)標(biāo)志和支撐結(jié)構(gòu)特定地安置傳感器，才能實(shí)現(xiàn)通道的臨床有用性。該通道位于具有獨(dú)特解剖學(xué)標(biāo)志的特定位置上，該標(biāo)志有助于定義外部幾何學(xué)并定位通道末端。通道的主要進(jìn)入點(diǎn)是安置傳感器的優(yōu)選位置，要求將傳感器優(yōu)選地安置在支撐結(jié)構(gòu)的外邊緣上。通過接近生理通道來測量生物學(xué)參數(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案包括將傳感器安置在支撐結(jié)構(gòu)的特定幾何學(xué)位置上。
支撐結(jié)構(gòu)包括含有傳感器的貼片。用于描述的目的，任何含有一種粘合劑來將所述結(jié)構(gòu)固定在通道末端的皮膚上的手段的結(jié)構(gòu)被稱作為貼片，包括具有粘性表面的條帶，例如″BAND-AID″粘合繃帶。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用多種附著手段，包括粘合劑，結(jié)合彈簧壓力附著的設(shè)計(jì)，基于其他附著方法的設(shè)計(jì)，例如彈性的、橡膠的膠墊等。
改制貼片以將傳感器安置在通道末端，以最佳地獲取信號。雖然可以采用粘合劑與其他手段結(jié)合，例如扎緊或者加壓，以穩(wěn)定地將傳感器安置在通道上，但是，優(yōu)選貼片具有一個(gè)粘性背襯與皮膚接觸，將貼片固定到該區(qū)域上。
支撐結(jié)構(gòu)還包括夾子或者安置在通道末端的有或無粘合劑的結(jié)構(gòu)，通過壓力手段被固定到該區(qū)域上。任何采用壓力手段將所述結(jié)構(gòu)固定在通道末端的皮膚上的結(jié)構(gòu)被稱作為夾子。
頭戴的結(jié)構(gòu)是佩戴在頭部或頸部來將傳感器安置在通道末端的結(jié)構(gòu)，包括接近通道的具有附件的頭帶，臉盔，頭盔，耳機(jī)，環(huán)繞耳朵的結(jié)構(gòu)等。用于描述目的，TempAlert在本文被稱作為測量BTT區(qū)域的溫度的系統(tǒng)，具有報(bào)告測量值的裝置，并且可以組合報(bào)警裝置，當(dāng)溫度達(dá)到一定水平時(shí)，該報(bào)警裝置被激活。支撐結(jié)構(gòu)還包括任何具有傳感裝置的物品，其中所述傳感裝置被安置在通道的末端。
支撐結(jié)構(gòu)還包括眼鏡的內(nèi)眥片。在本文，內(nèi)眥片也被稱作為內(nèi)眥墊，包括將傳感裝置安置在通道上面的內(nèi)眥區(qū)的皮膚上的墊或片，將所述內(nèi)眥片永久地附著或者裝配到眼鏡中。在本文，任何被組合到眼鏡中(固定的或可移動(dòng)的)來接近通道的傳感裝置被稱作為EyEXT，用于感覺物理和化學(xué)的參數(shù)。任何具有視覺功能、護(hù)眼或護(hù)臉，并且具有與通道接觸的部分的產(chǎn)品，在本文被稱作為眼鏡，包括傳統(tǒng)眼鏡、驗(yàn)光鏡(prescriptioneyeglasses)、閱讀眼鏡(reading glasses)、太陽鏡、任何類型的護(hù)目鏡、面具(包括防毒面具、外科面具、布面具、潛水面具、睡覺用的眼罩等)安全鏡等。
對于腦部溫度評價(jià)，通道區(qū)域由內(nèi)眥區(qū)和內(nèi)側(cè)眼角的上方組成。對于腦功能評價(jià)，通道區(qū)域主要由上眼瞼區(qū)組成。對于代謝功能評價(jià)，通道區(qū)域由鄰近內(nèi)側(cè)眼角的區(qū)域和上下眼瞼組成。
對代謝功能、腦功能、免疫功能、物理參數(shù)、理化參數(shù)等的測量包括各種支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)具有接近生理通道的傳感器。放置傳感器，以與十分接近內(nèi)側(cè)眼角的皮膚并置，優(yōu)選在內(nèi)眥區(qū)的上方。該傳感器還被安置在上眼瞼的內(nèi)1/3內(nèi)。最優(yōu)選，傳感器被定位在通道的主要進(jìn)入點(diǎn)上，該進(jìn)入點(diǎn)位于眼角內(nèi)側(cè)2.5mm和內(nèi)側(cè)眼角上方3mm的皮膚上。主要進(jìn)入點(diǎn)的直徑約6-7mm。將傳感器安置在通道的主要進(jìn)入點(diǎn)，提供了測量肌體的物理和化學(xué)參數(shù)的最佳位點(diǎn)。
除了在目標(biāo)區(qū)域與皮膚接觸的傳感器外，應(yīng)當(dāng)理解，同樣可以采用不與皮膚接觸的傳感器。例如，可以使用紅外溫度測量系統(tǒng)。該測量根據(jù)的是物理學(xué)的Stefan-Boltzman法則，其中總輻射與絕對溫度的1/4成比例，而在Wien Displacement法則中，峰值波長的產(chǎn)生與溫度是恒定的。本發(fā)明的非接觸的紅外儀器的視野被改變，以與皮膚上的BTT區(qū)的大小和幾何學(xué)匹配。
用各種本領(lǐng)域已知的透鏡來獲得應(yīng)用所需的視野。例如，但是不是限制，熱電堆被改制，并以具有瞄準(zhǔn)BTT區(qū)域的主要進(jìn)入位點(diǎn)的視野的方式被安置在皮膚上。然后，信號被放大并轉(zhuǎn)換成電壓輸出值，由MCU(微處理器)進(jìn)行數(shù)字化處理。
將該紅外系統(tǒng)集成到與肌體接觸的支撐結(jié)構(gòu)中，例如本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)的任何一種。此外，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的紅外系統(tǒng)可以被集成為完全與肌體分離的便攜式或者手持的單元。本發(fā)明的儀器還可以由操作人員拿著，將該儀器對準(zhǔn)BTT區(qū)域來進(jìn)行測量。該儀器還包括一個(gè)延伸部分，其被加工成舒適地安置在BTT部位來測量生物學(xué)參數(shù)的形狀，而不使受試者不舒服。在BTT處與皮膚接觸的延伸部分按照解剖學(xué)標(biāo)志和BTT部位的幾何學(xué)和大小成形。紅外輻射傳感器被安置在延伸部分中，與皮膚接觸，以接受從BTT部位發(fā)射出來的輻射。
本發(fā)明提供用于測量生物學(xué)參數(shù)的方法，包括將傳感裝置安置在通道末端的皮膚上，產(chǎn)生對應(yīng)于所測量的生物學(xué)參數(shù)的信號和報(bào)告所測量參數(shù)的數(shù)值。
本發(fā)明還包括通過非接觸的紅外溫度測定法測量生物學(xué)參數(shù)的方法，包括將紅外探測器安置在BTT部位上，具有包括BTT部位的視野，產(chǎn)生對應(yīng)于所測量的紅外輻射的信號。生物學(xué)參數(shù)包括溫度、血液化學(xué)、代謝功能等。
溫度和對血液成分進(jìn)行化學(xué)分析的能力與血液灌流成比例。本發(fā)明說明了，在本文也被稱作為目標(biāo)區(qū)域的通道區(qū)域，具有頭部的最淺的血液灌流，直接與腦交流，并且該血管是腦血管系統(tǒng)的直接分支，而沒有調(diào)節(jié)溫度的動(dòng)靜脈回路。一般認(rèn)為，目標(biāo)區(qū)域具有肌體表面最高的溫度，這可以從測量來自肌體和眼睛的紅外發(fā)射的試驗(yàn)的照片中看出。
所發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)區(qū)域不僅具有整個(gè)肌體中的最薄和最均勻的皮膚，并且是唯一的無脂肪層的皮膚區(qū)域。由于脂肪吸收大量的輻射，信號顯著下降。而且，由于人與人之間脂肪組織的巨大變化以及脂肪組織由于老化而發(fā)生巨大的變化，其他皮膚區(qū)域只能提供不精確和不準(zhǔn)確的信號。在目標(biāo)區(qū)域，不會發(fā)生由脂肪層產(chǎn)生的這種干擾。此外，與肌體其他部分的皮膚相反，目標(biāo)區(qū)域的組合特征使得可以獲得準(zhǔn)確的信號以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過背景信號的高信號噪聲比。此外，體溫例如在肌體其他部分的皮膚表面存在的溫度隨著環(huán)境而變化。
本發(fā)明的其他主要發(fā)現(xiàn)是，證明了目標(biāo)區(qū)域不受環(huán)境變化的影響(包括冷熱攻擊的試驗(yàn))。目標(biāo)區(qū)域提供用于溫度測量的最佳位置，其具有穩(wěn)定的溫度并且不受周圍環(huán)境的影響。所發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)區(qū)域直接與腦聯(lián)系，不受環(huán)境的影響，并且提供一種天然的、完全熱量封閉的和穩(wěn)定的核心溫度。本發(fā)明的儀器和方法非侵入性地將溫度傳感器放置在皮膚上，直接與來自腦的熱源接觸，而不受吸熱元件的干擾，獲得所需的精確性和臨床有用性。
該目標(biāo)區(qū)高度血管化，并且是唯一的表皮區(qū)域，其中腦血管系統(tǒng)的直接分支淺表地定位并被一層無脂肪層的薄皮覆蓋。眼靜脈的末端分支主干(main trunk)正好位于BTT區(qū)，恰好在內(nèi)眥韌帶的上方，該內(nèi)眥韌帶由瞼內(nèi)動(dòng)脈和眶內(nèi)靜脈供給營養(yǎng)。皮膚上的BTT區(qū)域由末端和淺血管供應(yīng)營養(yǎng)，該末端和淺血管終止在特定的無脂肪區(qū)域，無調(diào)節(jié)體溫的動(dòng)靜脈分路，提供了一個(gè)未受干擾的生物學(xué)信號的淺層來源，這些生物學(xué)信號包括腦部溫度、代謝功能、物理信號和肌體化學(xué)如葡萄糖含量等。
紅外光譜學(xué)是一種基于物質(zhì)吸收紅外輻射的方法，根據(jù)其獨(dú)特的分子振動(dòng)模式來鑒定所述物質(zhì)，該振動(dòng)模式被描繪成電磁波譜的紅外線范圍內(nèi)的特定共振吸收峰。各種化學(xué)物質(zhì)以其獨(dú)特的方式吸收紅外輻射，具有其本身獨(dú)特的吸收光譜，這取決于其原子的和分子的排列以及振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的模式。這種獨(dú)特的吸收光譜使得各種化學(xué)物質(zhì)可以基礎(chǔ)地具有其自身的紅外線譜，也被稱作為指紋或者特征，可以被用于鑒定這些物質(zhì)中的每一種。朝將被測量的物質(zhì)發(fā)射含有各種紅外線波長的輻射，按照Beer-Lambert法則，輻射的吸收量取決于所述被測量的化學(xué)物質(zhì)的濃度。
干擾因素和變量如脂肪、骨骼、肌肉、韌帶和軟骨引入重要的誤差來源，由于背景噪聲極大地超過感興趣的物質(zhì)的信號，這些誤差是特別關(guān)鍵的。由于BTT區(qū)域的皮膚不存在這些干擾因素，將傳感系統(tǒng)安置在所述BTT區(qū)域，能夠獲得噪聲最小的最佳信號，包括光譜測量值。
由于目標(biāo)區(qū)域不存在主要的變異和誤差來源，例如脂肪組織，本發(fā)明中所披露的整合到支撐結(jié)構(gòu)中的光譜裝置能夠精確地、非侵入性地測量血液成分。此外，目標(biāo)區(qū)域也不存在干擾電磁能發(fā)射的其他關(guān)鍵因素，例如肌肉、軟骨和骨骼。傳遞紅外輻射的血管定位很淺，而紅外輻射被傳遞到通道的末端，不與其他結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用。紅外輻射所要跨越的唯一結(jié)構(gòu)是非常薄的皮膚，該皮膚不吸收紅外線波長。本發(fā)明包括紅外線光譜裝置，來獲得臨床上有用的測量值，在通道末端精確和準(zhǔn)確地確定血液成分的濃度。
除了將電磁能傳遞到目標(biāo)區(qū)域的光譜學(xué)外，本發(fā)明還披露了通過遠(yuǎn)紅外熱量發(fā)射從目標(biāo)區(qū)域測量感興趣的物質(zhì)的儀器和方法。然而，除了近紅外線光譜學(xué)和熱量發(fā)射外，還披露了在目標(biāo)區(qū)域測量感興趣的物質(zhì)的其他裝置，包括電滲透，如通過離子電滲療法進(jìn)行熔融加強(qiáng)，或者應(yīng)用電能增加液體通過皮膚的反向離子電滲療法。還有，經(jīng)皮的光學(xué)裝置也被集成到支撐結(jié)構(gòu)中，包括內(nèi)眥片(medial canthal pieces)，改進(jìn)的鼻墊(nose pad)，和眼鏡的框架，安置所述裝置來接近通道。
應(yīng)當(dāng)理解，電流、超聲波的應(yīng)用以及流動(dòng)的化學(xué)增強(qiáng)劑、電穿孔以及其他裝置，可以被用于在通道部位提高通透性，例如用堿性鹽提高葡萄糖的流動(dòng)。此外，用激光或穿透皮膚的其他裝置在目標(biāo)區(qū)域中產(chǎn)生微孔，接著將傳感裝置安放在BTT部位上，所述傳感裝置能夠測量化學(xué)物質(zhì)。
此外，裝配在或者布置在支撐結(jié)構(gòu)例如眼鏡的框架和墊片中的池(reservoir)，能夠在BTT部位上通過各種策略經(jīng)皮傳遞物質(zhì)，這些策略包括離子電滲、聲納電滲、電壓縮、電穿孔、化學(xué)或物理穿透增強(qiáng)劑、流體靜壓等。
除了測量血液中的實(shí)際氧含量外，本發(fā)明還披露了測量氧飽度和的氧絡(luò)血紅蛋白含量的裝置。在該實(shí)施方案中，支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)眥片或者改進(jìn)的眼鏡的鼻墊含有LED，LED發(fā)射約940nm和660nm的兩種波長。當(dāng)血氧改變時(shí)，以兩種頻率發(fā)射的光之間的比例發(fā)生改變，表示氧飽和。由于在生理學(xué)的腦部通道處的末端測量血液含量，測量到腦動(dòng)脈血中的氧絡(luò)血紅蛋白的含量，該測量值是運(yùn)動(dòng)效果(athletic purposes)和健康狀態(tài)監(jiān)控的最有價(jià)值和最關(guān)鍵的參數(shù)。
本發(fā)明還提供用于測量生物學(xué)參數(shù)的方法，所述方法包括將電磁輻射對準(zhǔn)皮膚上的BTT區(qū)域，產(chǎn)生對應(yīng)于生成的輻射的信號和將信號轉(zhuǎn)換成所測量的生物學(xué)參數(shù)的數(shù)值的步驟。
除了使用通過電纜的無源無線電傳播和通訊外；還可以使用含有安裝在支撐結(jié)構(gòu)中的微型電池的有源發(fā)射器進(jìn)行有源的無線電傳播。無源發(fā)射器借助外部來源供應(yīng)給它的能量起作用。傳感器采用指示生物學(xué)參數(shù)水平的不同頻率將信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)處。也可以將超聲波微電路裝配在支撐結(jié)構(gòu)中，并通過傳感器調(diào)制，該傳感器能夠檢測目標(biāo)區(qū)域的化學(xué)和物理的變化?？梢杂谜{(diào)制的聲音信號傳輸信號，特別是在水下，因?yàn)榕c無線電波相比，水對聲音的衰減更少。
一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案包含一種支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)包括被改變以適合佩戴或者用粘合劑附著到通道上的貼片，包括結(jié)構(gòu)支撐物、用于測量生物學(xué)參數(shù)的傳感器、電源、微控制器和發(fā)射器。這些部分可以被合并到一個(gè)系統(tǒng)中或者作為獨(dú)立的單元工作。傳感器優(yōu)選被定位在貼片外邊緣起的7mm內(nèi)。本發(fā)明的儀器包括定位在貼片的外邊緣中的溫度傳感器，用于傳感溫度。只要傳感部分根據(jù)本發(fā)明的原理被安置在貼片的邊緣，發(fā)射器、電源、和其他成分可以具有任何尺寸，可以被放置在貼片的任何部分中，或者被連接到貼片上。貼片中的傳感器被安置在鄰近內(nèi)眥區(qū)域(內(nèi)側(cè)眼角)的皮膚上，位于離內(nèi)眥韌帶約2mm處。該傳感器優(yōu)選包括電傳感器，但是也可以使用非電的傳感器，例如對溫度改變響應(yīng)的化學(xué)藥品，包括聚脂薄膜。
除了貼片外，另一個(gè)用于在生理通道上測量生物學(xué)參數(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案包括內(nèi)眥墊。內(nèi)眥片是一種特化結(jié)構(gòu)，含有用于接近通道的傳感器，被改變以適合佩戴或者被附著到與通道并置的眼鏡上，包括結(jié)構(gòu)支撐物，用于測量生物學(xué)參數(shù)的傳感器、電源、微處理器和發(fā)射器。這些部分可以被合并到一個(gè)系統(tǒng)中或者作為獨(dú)立的單元工作。將傳感器安置在BTT區(qū)域。發(fā)射器、電源和其他成分可以被放置在內(nèi)眥墊或者眼鏡的其他部分中。內(nèi)眥片或者眼鏡的鼻墊的延伸部分可以使與BTT并置的傳感裝置接近生理通道。
本發(fā)明的儀器包括定位在內(nèi)眥墊中的溫度傳感器。進(jìn)行溫度測量，將該傳感系統(tǒng)定位在包括眼睛的內(nèi)眥角和上眼瞼的皮膚區(qū)域上。內(nèi)眥墊中的傳感器優(yōu)選安置在鄰近內(nèi)眥區(qū)域(內(nèi)側(cè)眼角)的皮膚上。雖然，測量腦部溫度的優(yōu)選實(shí)施方案之一由內(nèi)眥墊組成，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，還包括具有一定幾何學(xué)和尺寸的鼻墊，能夠到達(dá)通道，優(yōu)選在所述鼻墊的外邊緣裝配了溫度傳感器，用于測量腦部溫度和其他功能。本發(fā)明還包括加大和改進(jìn)的含有傳感器的鼻墊，其采用特定的幾何學(xué)以充足地安置在BTT區(qū)域上。
根據(jù)本發(fā)明的公開，并通過利用按照本發(fā)明的解剖學(xué)標(biāo)志，可以將傳感器精確地安置在通道末端的皮膚上。然而，由于在皮膚上不存在與通道大小和幾何學(xué)相關(guān)的外部可見的指示，可以采用附加裝置，在皮膚上可視化、繪制或者測量通道末端。這些附加裝置對于裝配內(nèi)眥墊或者改進(jìn)的眼鏡的鼻墊是特別有用的。
因此，采用熱電偶或者熱電堆的紅外探測器可以被用作確定最大熱發(fā)射點(diǎn)的附加裝置，并繪制該區(qū)域。在這種情況下，銷售眼鏡的光學(xué)商店擁有熱成像系統(tǒng)。眼鏡商、技術(shù)人員等拍攝紅外圖像或者錄制該區(qū)域，并實(shí)時(shí)定位特定使用者的通道。然后，根據(jù)熱紅外圖像，調(diào)整內(nèi)眥墊或者改進(jìn)的鼻墊以適合特定使用者。根據(jù)生成的熱圖像來配制眼鏡。這可以根據(jù)使用者的個(gè)體需要進(jìn)行定制配制。任何記錄溫度的系統(tǒng)可被用于三維彩色熱波成像，包括具有最大視覺效果和分辨率的那些系統(tǒng)。
本發(fā)明的還有一個(gè)特征是，提供用于例如在眼鏡商店來定位通道的方法，包括測量熱紅外發(fā)射，根據(jù)該紅外發(fā)射生成圖像，并檢測具有最高紅外發(fā)射量的區(qū)域的步驟。還包括的另一個(gè)步驟是調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)中的傳感器，以與最大紅外發(fā)射的區(qū)域匹配。
所述支撐結(jié)構(gòu)之一包括內(nèi)眥片或眼鏡的鼻墊。可以用熱成像方法來配制貼片，但是，可以通過貼片上含有外指示物，將所述貼片安置在通道上，將該指示物排列在永久性解剖學(xué)標(biāo)志如內(nèi)側(cè)眼角上。雖然，眼鏡的內(nèi)眥片具有用于精確安置的外指示物，但是，由于眼鏡商是按照使用者的解剖學(xué)來配制眼鏡，熱成像方法比內(nèi)眥片或改進(jìn)的眼鏡的鼻墊上的外指示物更適合于眼鏡。
信號來源對于測量值的臨床有用性是關(guān)鍵的。腦是肌體健康狀況的關(guān)鍵和通用的指示物。來自腦或腦區(qū)域的信號提供臨床上最有用的數(shù)據(jù)。按照另一個(gè)實(shí)施方案，將會描述生物學(xué)參數(shù)的測量。對于運(yùn)動(dòng)員和軍人的安全和機(jī)能，以及健康狀況監(jiān)控來說，汗液中鈉和其他元素的含量是關(guān)鍵因素。
例如，低鈉血癥(鈉含量降低)會導(dǎo)致機(jī)能下降，甚至死亡。由于過度水?dāng)z取，會發(fā)生低鈉血癥，通常發(fā)生在劇烈的體育活動(dòng)和軍事訓(xùn)練中。汗液可以被看成是血液的超濾液。供應(yīng)頭部皮膚的血管是中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管系統(tǒng)的分支。來自這些血管的汗液中存在的化學(xué)物質(zhì)的含量指示存在于腦血管系統(tǒng)中的化學(xué)物質(zhì)的含量。例如，來自頭部的血管的汗液中的鈉含量相對于流汗速度而改變。當(dāng)汗液中的鈉水平達(dá)到特定閾值時(shí)，本發(fā)明的儀器和方法會給該特定的佩戴者提供提醒信號，從而預(yù)防由于水中毒引起的死亡或傷害?？梢杂煤线m的電極和傳感器來確定各種化學(xué)元素、氣體、電解液的存在以及汗液和皮膚表面的pH，這些電極和傳感器被集成在眼鏡以及其他佩戴在頭部或者固定在頭部或臉部上的支撐結(jié)構(gòu)中。這些電極優(yōu)選為微電極，可以被存在于汗液或者皮膚表面中的多種反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)激活，不同的化學(xué)物質(zhì)和物質(zhì)能夠擴(kuò)散通過合適的通透膜，致敏適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌?br> 例如，但是不限于，電氣化學(xué)傳感器用于測量各種分析物例如葡萄糖，使用葡萄糖氧化酶傳感器，單獨(dú)或者結(jié)合微流系統(tǒng)，用匹魯卡品離子電滲方法測量汗液中的電解質(zhì)。應(yīng)當(dāng)理解，除了本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)外，其他物品如手表、衣服、鞋等也可以被改進(jìn)以適合測量物質(zhì)的濃度，例如存在于汗液中的電解質(zhì)，但是，用于評價(jià)中樞神經(jīng)系統(tǒng)外的個(gè)體的代謝狀態(tài)的臨床相關(guān)度降低。
肌體異常會導(dǎo)致來自腦和頸部血管的汗液的pH、滲透性和溫度的改變，以及物質(zhì)濃度的改變，如乳酸，葡萄糖，脂質(zhì)，激素，氣體，標(biāo)記物，感染物，抗原，抗體，酶，電解質(zhì)如鈉、鉀和氯化物，等等。眼鏡和任何的頭部飾品可以被改變以適合測量汗液中的物質(zhì)濃度。微型玻璃電極裝配在位于耳后的眼鏡腿末端中，或者可替代地裝配在貼近前額的鏡片邊緣上，用于檢測二價(jià)陽離子，如鈣離子，以及鈉離子和鉀離子和pH。氯化物-離子探測器用于檢測汗液中和皮膚表面的鹽濃度。
許多試劑包括生物戰(zhàn)試劑和HIV病毒存在于汗液中，可以用頭部和臉上的眼鏡或支撐結(jié)構(gòu)來檢測，采用覆蓋了抵抗該試劑的抗體的傳感器，產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，表現(xiàn)為比色反應(yīng)和/或勢偏移，接著在電壓或溫度上發(fā)生改變，被檢測并被傳輸?shù)奖O(jiān)控站，或者通過音頻或視頻裝置在本地報(bào)告。當(dāng)發(fā)生抗原-抗體反應(yīng)時(shí)，電催化反應(yīng)抗體也會產(chǎn)生電信號。還應(yīng)當(dāng)理解，按照本發(fā)明，其他物品例如手表、衣服、鞋等或者任何吸汗的物品可以被改變以適合鑒定抗原、抗體、感染物、標(biāo)記物(癌癥的、心臟的、遺傳的、新陳代謝的、藥物等)。但是，對這些遠(yuǎn)離中樞神經(jīng)系統(tǒng)的元件進(jìn)行的鑒定，其臨床相關(guān)度降低。
很容易量化汗液中的不同含量的流體，以及按照汗液中的流體含量校準(zhǔn)的物質(zhì)的濃度。血液中化學(xué)物質(zhì)和分子的濃度與汗液中所述化學(xué)物質(zhì)的濃度之間的關(guān)系可以在計(jì)算機(jī)中用數(shù)學(xué)進(jìn)行描述，并被編程。
本發(fā)明還包括眼鏡和支撐結(jié)構(gòu)，其中能夠測量神經(jīng)纖維的負(fù)阻(negative resistance)的無線電頻率傳感器被裝配在眼鏡或支撐結(jié)構(gòu)中。通過測量電阻，可以檢測微生物、藥物和毒藥的作用。該系統(tǒng)還包括眼鏡，其中微型的輻射敏感的傳感器被裝配在所述眼鏡或支撐結(jié)構(gòu)中。
腦具有豐富的血管系統(tǒng)，并接受約15％的靜止心輸出量，由于沒有脂肪，該通道提供一個(gè)最佳獲取信號以評價(jià)血液動(dòng)力學(xué)的區(qū)域。因此，血液粘性的改變可以從裝配在眼鏡或支撐結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)石英微晶的阻尼的改變來評價(jià)，本發(fā)明可以被改變以適合測量血壓，通過來自腦的完整血管壁對血壓進(jìn)行瞬時(shí)和連續(xù)的監(jiān)控，以評價(jià)血液動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)。此外，提供一個(gè)接觸擴(kuò)音器，用聲波裝置測量動(dòng)脈壓。
通過裝配在內(nèi)眥墊中的微箍(micro cuff)，或者可替代地用眼鏡腿，給血管施加壓力。還可以通過剛性結(jié)構(gòu)施加壓力，當(dāng)產(chǎn)生與血液紊亂相關(guān)的聲音時(shí)，達(dá)到優(yōu)選的終點(diǎn)。用擴(kuò)音器捕獲心臟收縮(心臟的收縮)和心臟舒張(心臟的舒張)的特征性聲音。被集成到內(nèi)眥墊中的擴(kuò)音器被改進(jìn)以適合鑒定心臟聲音?？梢詫毫D(zhuǎn)換器如具有用于信號處理的集成電子元件和擴(kuò)音器的電容壓力轉(zhuǎn)換器組合在同一硅片結(jié)構(gòu)中，并裝配到內(nèi)眥墊中。將運(yùn)動(dòng)傳感器和/或壓力傳感器裝配在內(nèi)眥墊中來測量脈搏。
將可逆的機(jī)械擴(kuò)張方法、光度測定或電化學(xué)方法以及電極安裝在本發(fā)明的眼鏡或支撐結(jié)構(gòu)中，用于檢測酸度、氣體、分析物的濃度等。氧還可以根據(jù)其磁性特性來評價(jià)，或者通過安裝在眼鏡或其他支撐結(jié)構(gòu)中的微型極譜傳感器來分析。安裝在眼鏡或其他支撐結(jié)構(gòu)中的微型擴(kuò)音器被改變，以適合檢測來自心臟、呼吸、流體、嗓音(vocal)和環(huán)境的聲音，該聲音被傳感和傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的接收器，或者用本地音頻和視頻裝置報(bào)告。改裝并安裝傳感器，在通道末端監(jiān)控生物學(xué)參數(shù)。
眼鏡或其他支撐結(jié)構(gòu)還具有產(chǎn)生和發(fā)射可識別信號的元件，該過程用于定位和跟蹤個(gè)體，特別在軍事行動(dòng)中。還可以將永久磁珠裝配在眼鏡中，用于上述的跟蹤。將固定頻率的發(fā)射器裝配在眼鏡中，用作跟蹤裝置，該跟蹤裝置利用衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)，將從固定頻率發(fā)射器接受的頻率發(fā)送給經(jīng)過的衛(wèi)星，或者借助全球定位系統(tǒng)。將加速器裝配在眼鏡中來檢測運(yùn)動(dòng)和減速。由于眼鏡通常是不被懷疑的物品，用眼鏡作為跟蹤裝置對于定位被綁架的個(gè)體或者軍事中的營救行動(dòng)是有用的。
集成電路的使用以及轉(zhuǎn)換器、電源和信號處理技術(shù)中發(fā)展使各種元件極度小型化，這樣可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)單元中裝配數(shù)個(gè)傳感器。
本發(fā)明提供連續(xù)的自動(dòng)監(jiān)控腦部溫度，而不需要護(hù)理人員。本發(fā)明能夠鑒定溫度中的一個(gè)峰值。從而進(jìn)行正確的診斷并及時(shí)開始治療。時(shí)間對于鑒定溫度峰值和引起感染的生物體來說是重要的。延遲鑒定峰值和起始對感染的治療會導(dǎo)致患者死亡。本發(fā)明及時(shí)和自動(dòng)地鑒定溫度峰值，防止并發(fā)癥的發(fā)生。
本發(fā)明還提醒使用者注意體溫過高或體溫過低，使得1.適當(dāng)水合；2.提高性能；3.提高安全性；和4.在踏車和其他運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行反饋控制，以保持適當(dāng)?shù)乃虾托阅堋?br> 每年，許多運(yùn)動(dòng)員、建筑工人、大學(xué)生和普通公眾無端地死于中暑。一旦腦達(dá)到一定的溫度水平如40℃時(shí)，接著發(fā)生幾乎不可逆的過程。由于沒有特別的癥狀，在某一時(shí)間點(diǎn)后，腦部溫度迅速升高，中暑具有最高死亡率之一。如果該情形更加嚴(yán)重并被拖延更長時(shí)間，預(yù)期的結(jié)果將更壞，特別是當(dāng)進(jìn)行冷卻被拖延時(shí)。當(dāng)外界溫度降低到安全水平以下，而未測量核心溫度并且缺乏預(yù)警系統(tǒng)時(shí)，過高熱和中暑不可能被預(yù)防。本發(fā)明提供一種用于連續(xù)監(jiān)控溫度的裝置，具有防止達(dá)到危險(xiǎn)水平的預(yù)警系統(tǒng)和需要時(shí)可以使用的冷卻措施。對儀器進(jìn)行改制，以不顯眼的方式供運(yùn)動(dòng)員、軍人、工人和普通公眾使用。
肌體中所有化學(xué)反應(yīng)依賴于溫度。高溫會引起酶促變化和蛋白質(zhì)變性，而低溫會減緩重要的化學(xué)反應(yīng)。水合作用依賴于腦部溫度，而體液流失會導(dǎo)致腦部溫度升高。肌體溫度的最小波動(dòng)會反作用于肌體性能，增加患病和危及生命事件的危險(xiǎn)。因此，運(yùn)動(dòng)員、運(yùn)動(dòng)參與者、軍人、警察、消防員、護(hù)林員、工廠工人、農(nóng)民、建筑工人和其他專業(yè)人員具有準(zhǔn)確知曉其腦部溫度的精確裝置是重要的。
當(dāng)核心溫度升高時(shí)，其他被肌肉利用的血液通過呼吸和排汗來降溫。當(dāng)溫度超出了優(yōu)選的窄范圍時(shí)，肌體將自動(dòng)地進(jìn)行這些活動(dòng)。正是該血液變化最終消弱了身體機(jī)能，而熱量誘導(dǎo)的對腦組織的損害干擾正常的認(rèn)知功能。劇烈運(yùn)動(dòng)會使肌肉中的熱量產(chǎn)生增加20倍。為了防止體溫過高和由中暑引起的死亡，運(yùn)動(dòng)員要喝水。由于是隨意地?cái)z取水，在許多情況下發(fā)生會導(dǎo)致死亡的水中毒，這在許多健康人員中發(fā)生，包括馬拉松賽跑者和軍人。除了降低機(jī)能，水過量(過度水合)或者水缺乏(脫水)還會引起死亡事件。因此，個(gè)體具有準(zhǔn)確知曉何時(shí)飲水和飲用多少水的精確裝置是重要的。用本發(fā)明監(jiān)控腦部溫度，可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)厮希\(yùn)動(dòng)員和軍人將會精確地知曉何時(shí)飲用水和飲用多少水。
根據(jù)核心溫度及時(shí)地?cái)z取液體，使得可以優(yōu)化心血管功能，避免熱損傷。由于從攝取液體到該液體被肌體吸收之間有一個(gè)延遲，本發(fā)明的方法包括在較低的核心溫度例如38.5℃時(shí)發(fā)出需要攝取液體的信號，以彌補(bǔ)該延遲，從而避免衰竭發(fā)作?？梢愿鶕?jù)各個(gè)個(gè)體、體育活動(dòng)和周圍溫度來調(diào)節(jié)溫度閾值。
此外，可以根據(jù)從BTT部位獲得的數(shù)據(jù)來制作軟件，使健身運(yùn)動(dòng)(fitness)、運(yùn)動(dòng)機(jī)能和安全性最佳化?？梢源_定特定運(yùn)動(dòng)員保持最佳機(jī)能的溫度上限，該數(shù)據(jù)被用于制作軟件來在競賽中指導(dǎo)該運(yùn)動(dòng)員。例如，運(yùn)動(dòng)員被提示需要飲用冷的液體以防止達(dá)到被確定會降低該運(yùn)動(dòng)員的機(jī)能的特定溫度水平。所確定的最佳機(jī)能的腦部溫度水平被用于在競賽和訓(xùn)練中指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員的努力(effort)。體溫過高還影響智力表現(xiàn)，制作基于來自BTT的數(shù)據(jù)的軟件，以個(gè)體方式優(yōu)化消防員的智力和體格機(jī)能。人們對體溫過高的危害作用具有不同的閾值，因此，對所有使用者設(shè)置一種水平會導(dǎo)致未充分利用一個(gè)人的能力，而使其他人處于機(jī)能降低的危險(xiǎn)中。同樣，體溫下降也會顯著降低運(yùn)動(dòng)耐力和智力機(jī)能，相同的設(shè)定被應(yīng)用于低溫情形。確定腦部溫度、氧和乳酸含量，用于運(yùn)動(dòng)員的耐力訓(xùn)練、健身訓(xùn)練，和用于監(jiān)控訓(xùn)練的效果。本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和儀器提供用于給運(yùn)動(dòng)員和趣味運(yùn)動(dòng)參與者提供提高安全性和優(yōu)化健身運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。
本發(fā)明的一個(gè)特征是提供用于精確而及時(shí)地?cái)z取液體的方法，包括測量腦部溫度，報(bào)告所測定的信號和根據(jù)測定信號攝取一定量液體的步驟?？梢园ㄆ渌襟E，例如使用聲音再現(xiàn)的報(bào)告裝置或者可視裝置來指示飲用何種飲料，以及應(yīng)當(dāng)飲用多少來降低核心溫度。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法按照本發(fā)明的原理，將溫度測量與汗液或血液中的鈉離子測量相結(jié)合。
兒童的耐熱程度與成人不同，與成人相比，兒童肌體產(chǎn)生相對于其個(gè)體大小更高的熱量。兒童調(diào)節(jié)以改變體溫的速度不如成人。此外，兒童有更大的相對于其個(gè)體大小的皮膚表面積，這意味著他們通過從皮膚蒸發(fā)，喪失更多水分。應(yīng)當(dāng)理解，不同尺寸、形狀和設(shè)計(jì)的內(nèi)眥墊可用于本發(fā)明，包括兒童尺寸的。裝備了傳感器的兒童眼鏡具有一個(gè)強(qiáng)化的無線電發(fā)射器，使得可以將信號傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的接收器，在危險(xiǎn)的溫度水平時(shí)提醒父母。眼鏡上組合了一種檢測系統(tǒng)，當(dāng)眼鏡被脫除或者當(dāng)溫度傳感器未以正確的方式捕獲信號時(shí)，該系統(tǒng)會發(fā)出一種信號。作為說明，而不是限制，將壓力傳感裝置組合到眼鏡腿的末端，檢測太陽鏡是否被佩帶，壓力信號的突然下降表明該眼鏡被脫除，或者錯(cuò)誤放置傳感器也會產(chǎn)生可確認(rèn)的信號。粘合劑、雙面膠或者其他用于加強(qiáng)固定的裝置被用于內(nèi)眥墊中，以確保更加穩(wěn)定地安置。應(yīng)當(dāng)理解，眼鏡可以裝備傳感器來檢測環(huán)境溫度和濕度，使得可以精確地提醒佩戴者注意影響熱量調(diào)節(jié)的任何方面。
在目前的工業(yè)的、核工業(yè)的以及軍事的環(huán)境中，個(gè)體被要求穿防護(hù)服。雖然防護(hù)服防止由危險(xiǎn)物引起的損害，該服裝提高了熱量存儲率。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以與具有可調(diào)節(jié)通透性的服裝結(jié)合，自動(dòng)地將核心溫度保持在安全極限內(nèi)。
此外，在海濱或者在戶外活動(dòng)的過程中，本發(fā)明提醒個(gè)體注意熱損傷的危險(xiǎn)(產(chǎn)生皺紋和癌癥的危險(xiǎn))。當(dāng)在海濱，在露天體育場觀看比賽時(shí)，野營或者暴露在太陽下，太陽的輻射能量被吸收并被轉(zhuǎn)換為熱能。熱量轉(zhuǎn)移到肌體的不同方式的組合會導(dǎo)致體溫升高，反映在腦部溫度上。在沒有太陽光時(shí)，通過熱量轉(zhuǎn)移，對流和傳導(dǎo)也會導(dǎo)致體溫升高。從環(huán)境中吸收熱量導(dǎo)致分子的平均動(dòng)能增加，隨后核心溫度升高。
核心溫度水平與對皮膚的熱損傷相關(guān)。在達(dá)到一定水平的熱量后，皮膚中蛋白質(zhì)變性和膠原質(zhì)被破壞的危險(xiǎn)增加。這可以與煎蛋中發(fā)生的變化相比較。在傳遞一定量的熱輻射后，蛋白由液態(tài)和透明變成堅(jiān)硬和白色的結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)鞍走_(dá)到一定溫度水平時(shí)，該結(jié)構(gòu)變化成為永久性的。在暴露在太陽下的過程中，在核心溫度升高到一定程度后，例如靜止時(shí)(例如日光浴)的37.7-37.9℃的水平，隨即發(fā)生熱損傷，并且由于蛋白質(zhì)和膠原質(zhì)被破壞，增加皺紋形成的危險(xiǎn)性。腦部溫度升高與肌體吸收的熱量輻射量相關(guān)，一定溫度水平的暴露持續(xù)時(shí)間乘上溫度水平是熱損傷、皺紋形成和皮膚癌的指示物。
本發(fā)明提供一種預(yù)警系統(tǒng)，可以被建立來在應(yīng)當(dāng)避免暴露在太陽光下以防止進(jìn)一步吸收熱輻射和減少皮膚改變的危險(xiǎn)性進(jìn)行實(shí)時(shí)提醒，這些危險(xiǎn)會在戶外活動(dòng)過程或者在海濱時(shí)發(fā)生。此外，對皮膚的熱損傷阻止皮膚充分地冷卻，會導(dǎo)致增加脫水的危險(xiǎn)，從而使溫度進(jìn)一步升高。本發(fā)明有助于暴露在太陽光下的人們和在戶外運(yùn)動(dòng)過程中保持美麗和健康，而充分地享受太陽和太陽光的好處。
通過本發(fā)明，用于對在太陽光中暴露進(jìn)行計(jì)時(shí)的方法包括測量體溫，報(bào)告測量值和根據(jù)測量的水平避免在太陽下暴露超過一定時(shí)期的步驟。
在美國和歐洲，體溫過低是戶外活動(dòng)的頭號殺手。體溫過低也會降低運(yùn)動(dòng)員的機(jī)能，并且會導(dǎo)致受傷。檢測體溫過低十分困難，因?yàn)槠洳l(fā)癥十分不清楚，例如迷失方向和手腳笨拙，它們難以與通常的行為舉止區(qū)分開來。未測量核心溫度和沒有預(yù)警系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)體溫降低到安全水平以下時(shí)，由于癥狀不清楚，不可能預(yù)防體溫過低。在滑冰、跳水、登山和徒步旅行時(shí)，本發(fā)明會提醒個(gè)體注意體溫過低。本發(fā)明提供用于在達(dá)到一定溫度閾值時(shí)，溫度太高或太低，精確地告知的裝置。
本發(fā)明連續(xù)地監(jiān)控腦部溫度，一旦出現(xiàn)溫度峰值或者發(fā)熱時(shí)，會激活診斷系統(tǒng)來檢測是否存在感染物，這可以局限在BTT部位上進(jìn)行，或者可以在肌體的其他部分上鑒定感染物，例如在血流或眼袋中。本發(fā)明可以被組合到藥物分發(fā)裝置中，按照BTT部位產(chǎn)生的信號自動(dòng)地呈遞藥物，包括經(jīng)皮裝置，離子電滲療法或者通過用泵注射。
本發(fā)明還包括用于計(jì)劃生育的工具。該系統(tǒng)檢測基線溫度中的峰值和變化，確定排卵時(shí)間和月經(jīng)周期的階段。使婦女能夠計(jì)劃懷孕或者避免懷孕。這使得不再需要用于人和動(dòng)物的監(jiān)控人工受精的時(shí)間的侵入性裝置。本發(fā)明還可以檢測子宮收縮(分娩)的起始，使動(dòng)物可以安全地生產(chǎn)，同樣，支撐結(jié)構(gòu)也可以在動(dòng)物的BTT上使用。
本發(fā)明還包括根據(jù)BTT處測量的數(shù)值的自動(dòng)氣候控制。使用者的溫度控制車內(nèi)的溫度。當(dāng)肌體開始暖和起來時(shí)，來自本發(fā)明的儀器的信號自動(dòng)地按照使用者的設(shè)定開啟空調(diào)，可替代地，當(dāng)肌體寒冷則啟動(dòng)加熱。這種自動(dòng)操作使駕駛?cè)藛T將注意力集中在道路上，從而降低撞車的危險(xiǎn)?？梢岳斫猓渌軌蛴绊戵w溫的物品可以被本發(fā)明控制，包括交通工具的座位。
目前的交通工具的氣候控制系統(tǒng)過度有力(overpower)，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)來在一定時(shí)期內(nèi)加熱/降溫交通工具的艙室內(nèi)的氣團(tuán)，從一個(gè)極端的起始溫度到標(biāo)準(zhǔn)溫度。由于人們具有不同的熱量需求來達(dá)到舒適度，總是手工改變溫度設(shè)定，而所述手工操作進(jìn)一步增加能量消耗。例如，交通工具內(nèi)的溫度被設(shè)定保持在73°F。而15分鐘后，一些人感覺得太冷，而一些人覺得太熱。接著，乘客將設(shè)定改變?yōu)?7°F，然后，再過10分鐘后，又感覺太熱，需要再次手工改變設(shè)定點(diǎn)，該過程持續(xù)發(fā)生。除了不同年齡的人的需求是不同的外，患有糖尿病和其他疾病的人，以及男人和女人的需求也是不同的。
手工頻繁地調(diào)節(jié)交通工具艙室內(nèi)的氣候控制，會增加20％的燃料消耗，增加污染物的排放，例如一氧化碳和氧化氮。
本發(fā)明提供一種自動(dòng)氣候控制，其中腦部溫度控制空調(diào)和交通工具的座位，使舒適度最大化而使燃料消耗最小化。本發(fā)明提高了燃料節(jié)約，排放出較少的影響臭氧層的污染物，保護(hù)了環(huán)境；通過減少毒性煙霧的排放，提高公眾健康，減少分心來手工控制車內(nèi)氣候的調(diào)控，提高駕駛?cè)藛T的舒適度和安全性。
可以按照BTT部位的溫度來調(diào)節(jié)運(yùn)輸交通工具艙室內(nèi)的溫?zé)岘h(huán)境，包括通過接觸傳感器測量和非接觸傳感器測量，例如紅外傳感器或者熱量成像。BTT的溫度調(diào)整車內(nèi)的任何物品或裝置，改變車廂內(nèi)的溫度，包括空調(diào)和加熱器、交通工具的座位、門、窗、方向盤、地板上的地毯等。示例性地，BTT的溫度調(diào)整穿過交通工具的窗戶的熱輻射量，如果BTT發(fā)出信號，表明感覺到熱，則交通工具的窗戶會立即變暗以防止更多的熱量進(jìn)入車內(nèi)，反之亦然，如果感覺到冷，交通工具的窗戶會改變其光通透性，使更多熱波穿透到車中。任何接觸肌體或在肌體附近的物品被調(diào)節(jié)來改變其溫度，使交通工具擁有者獲得溫?zé)岬氖孢m度。
除了在本發(fā)明中被描述用于監(jiān)控和調(diào)整運(yùn)輸交通工具艙室內(nèi)的溫度的支撐結(jié)構(gòu)和熱成像系統(tǒng)外，應(yīng)當(dāng)理解，具有溫度傳感器的裝入眼袋中的接觸透鏡也可以被改進(jìn)來調(diào)節(jié)交通工具艙室內(nèi)的溫度。示例性的運(yùn)輸交通工具包括小汽車、卡車、火車、飛機(jī)、輪船、汽艇等。
還應(yīng)當(dāng)理解，傳感系統(tǒng)可以包括在肌體的其他部位的傳感器，與測量BTT部位的溫度和/或熱輻射的溫度傳感器聯(lián)合工作。熱能由物品轉(zhuǎn)移到交通工具擁有者，可以通過輻射、對流等的任何一種發(fā)生，可以根據(jù)在BTT測量的溫度信號，調(diào)整任何轉(zhuǎn)移呈遞或去除熱能的機(jī)制。
用單獨(dú)在BTT部位的任何類型的傳感器或者聯(lián)合肌體其他部分的傳感器，本發(fā)明提供更加有效的能量系統(tǒng)，在任何類型的現(xiàn)有或者正被開發(fā)的運(yùn)輸交通工具中使乘客獲得溫?zé)岬氖孢m度。
同樣，根據(jù)按照本發(fā)明在BTT所測量的溫度，通過直接或者借助藍(lán)牙(BlueTooth)技術(shù)激活自動(dòng)調(diào)溫器，可以實(shí)現(xiàn)在家里、辦公室或任何限定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)氣候調(diào)控。除了方便和舒適外，這種自動(dòng)化可以節(jié)約能量，因?yàn)樵谧詣?dòng)調(diào)溫器中進(jìn)行的粗略的手工改變會導(dǎo)致極大的能量消耗。
應(yīng)當(dāng)理解，任何體溫測量系統(tǒng)能夠提供自動(dòng)氣候控制或者按照本發(fā)明的原理調(diào)節(jié)物品的溫度。
本發(fā)明還包括用于減輕體重的方法。該方法包括在基于增加肌體熱量來降低所述體重的體重減輕過程中監(jiān)控溫度。該系統(tǒng)提醒運(yùn)動(dòng)員注意體重減輕程序，防止由過熱引起的損傷或死亡。該系統(tǒng)能夠在桑拿浴、蒸汽房、和溫泉等中監(jiān)控體溫，作為體重減輕程序的一部分，以防止損傷，并提高效果。
還有，該方法除了保持健康，還基于本發(fā)明測量的腦部溫度，通過提供自動(dòng)機(jī)制來控制環(huán)境溫度和肌體周圍的溫度，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)記憶力和提高機(jī)能。人類花費(fèi)近其生命的1/3時(shí)間用于睡眠。許多體溫改變發(fā)生在睡覺過程中。肌體中所有的代謝和酶促反應(yīng)都依賴于足夠高的溫度水平。適當(dāng)控制環(huán)境溫度以符合例如在睡覺過程中的肌體溫度的需求，對新陳代謝具有重要作用。適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度和周圍溫度與肌體溫度相吻合，不僅使人睡得更好，而且能夠達(dá)到改進(jìn)酶促反應(yīng)的效率，使智力能力和免疫反應(yīng)能力得到提高。各種裝置，例如毯子、衣服、帽子、床墊、枕頭或者任何接觸肌體或者鄰近肌體的物品被改變，按照來自本發(fā)明的溫度信號自動(dòng)地升高或降低所述物品的溫度。
在夜里肌體自然地變得更冷，并且由于溫度影響，許多人休息不充分并不斷地在床上輾轉(zhuǎn)反側(cè)。因?yàn)樵摲瓉韽?fù)去以無意識的運(yùn)動(dòng)發(fā)生，而且人并未醒來，而不會改變刺激例如升高室內(nèi)溫度或者提高電熱毯的溫度。本發(fā)明自動(dòng)地改變周圍溫度或物品的溫度，以滿足人的溫度需求。這對于嬰兒、老人、糖尿病患者、神經(jīng)紊亂、心臟病和各種其他癥狀患者來說是特別有用的，因?yàn)檫@個(gè)群體對肌體溫度的改變的神經(jīng)性反應(yīng)力低，該群體在夜里會受到更多的損害，除了由于喪失睡眠導(dǎo)致生產(chǎn)能力降低外，還增加了患有并發(fā)癥的危險(xiǎn)。因此，電毯的溫度或周圍溫度被自動(dòng)地按照BTT溫度調(diào)節(jié)。當(dāng)通過本發(fā)明的儀器檢測到BTT的低溫時(shí)，無線或有線的信號被傳輸給物品以升高其溫度，在為電毯或加熱系統(tǒng)的情況下，自動(dòng)地調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)溫器來呈遞更多熱量。
本發(fā)明還提供與生物反饋活動(dòng)一起使用的裝置和方法。來自BTT部位的傳感器的腦部溫度信號產(chǎn)生一個(gè)反饋信號，如表明溫度的聲調(diào)或者可視顯示，如果腦部溫度升高(頻率更高和紅色)或降低(頻率更低和藍(lán)色)，一系列音調(diào)或顏色被鑒定。該顯示裝置可以通過導(dǎo)線連接到在BTT部位保持傳感器的支撐結(jié)構(gòu)上。
冷卻頭部不會改變腦部溫度。運(yùn)動(dòng)員、軍人、消防員、建筑工人等盡管往頭部澆冷水或者使用風(fēng)扇，但是仍處于中暑的危險(xiǎn)中。從醫(yī)學(xué)上說，這是一種危險(xiǎn)的情況，因?yàn)樵陬^部感覺到冷卻被認(rèn)為是內(nèi)部冷卻，而在腦實(shí)際上仍然處于熱引起的損害和中暑的危險(xiǎn)時(shí)，仍在進(jìn)行體育活動(dòng)。其他與溫度擾動(dòng)相關(guān)的醫(yī)學(xué)攻擊涉及反應(yīng)時(shí)間。腦對溫度改變的復(fù)原反應(yīng)比核心溫度(在直腸、膀胱、食管和其他體內(nèi)機(jī)構(gòu)中測量的溫度)更慢。因此，體內(nèi)的測量值可能顯示穩(wěn)定的溫度，而腦部溫度仍然超出了安全水平，存在由于體溫下降或體溫升高而引起的對腦組織的損傷的危險(xiǎn)。防止溫度引起的對腦組織的損傷的唯一醫(yī)學(xué)上可接受的途徑是由本發(fā)明提供的對腦部溫度的連續(xù)監(jiān)控。
本發(fā)明利用大量結(jié)合在支撐結(jié)構(gòu)中的有源或無源的傳感器來接近生理通道，以測量生物學(xué)參數(shù)。本發(fā)明優(yōu)選包括作為一個(gè)集成電路的微型半導(dǎo)體芯片中的所有功能部分(functions)，組合了傳感器、處理和傳輸單元以及控制電路。
其他的實(shí)施方案包括對發(fā)熱和體溫?cái)_動(dòng)(體溫過高和體溫過低)進(jìn)行溫度測量和大量掃描篩選(mass screening)，包括肌體輻射探測器，在本文被稱作為BTT ThermoScan，包括獲取BTT末端的熱圖像的熱成像系統(tǒng)。本發(fā)明的BTT ThermoScan具有在任何時(shí)候監(jiān)控溫度的足夠高的溫度和等溫線辨別力，而不可能使測量受人為影響操縱。
BTT ThermoScan檢測腦部溫度，并且提供對應(yīng)于BTT區(qū)域的圖像或包括BTT區(qū)域的圖像。
BTT ThermoScan包括將熱輻射轉(zhuǎn)換成可以在顯示屏上的視頻圖像的照相機(jī)，例如在圖1A、1B、3A、4A、5A、5C、7A、7B、8A、8B、9A和9B(對于動(dòng)物)見到的圖像，最優(yōu)選在圖1B中見到的圖像。在可見的范圍內(nèi)，可以檢測到和拍攝到從肌體和BTT區(qū)域發(fā)射出來的輻射能。
在紅外線范圍內(nèi)，人BTT部位的皮膚具有很高發(fā)射率(Stefan-Boltzman公式中的e)，幾乎等于黑體。捕獲到經(jīng)過和看向BTTThermoScan鏡頭的視頻圖像，用戶化的軟件被改變來顯示彩色的等溫線圖形，軟件被用于獲得圖1B的圖像，其中任何99°F的點(diǎn)為黃色。用于檢測SARS，該軟件被改變來以黃色顯示在BTT區(qū)域中超過100°F的任何點(diǎn)。當(dāng)黃色出現(xiàn)在顯示屏上時(shí)，該軟件被改變來提供一種自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。因此，當(dāng)腦部溫度通道區(qū)域以黃色出現(xiàn)在顯示屏上，該預(yù)警器被激活。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用任何的顏色方案。例如，閾值溫度以紅色顯示。
如圖7A和7B中所示，進(jìn)行冷攻擊試驗(yàn)，并證明了BTT區(qū)域的熱發(fā)射穩(wěn)定性。冷攻擊由當(dāng)受試者暴露于寒冷時(shí)，包括面對冷氣發(fā)生器(例如空調(diào)和風(fēng)扇)、飲用冰冷的飲料、身體浸泡在冷水中，和將酒精噴射在皮膚上，連續(xù)捕獲熱紅外線圖像組成。盡管用人為方法人為地改變肌體溫度，來自BTT區(qū)域的輻射仍然是完整的，并且在BTT區(qū)域上以明亮的白點(diǎn)出現(xiàn)。與此相反，在暴露于寒冷的過程中，面部逐漸變暗，表示面部溫度降低。圖7B顯示比圖7A更暗的面部，而來自BTT區(qū)域的熱輻射沒有任何改變。
除了冷攻擊，進(jìn)行熱攻擊來人為地提高體溫，包括體育運(yùn)動(dòng)、曬太陽、面對加熱器、喝酒、抽煙和身體浸泡在熱水中。在所有這些試驗(yàn)中，BTT區(qū)域保持穩(wěn)定，臉部的其他部分的溫度發(fā)生改變，其反映皮膚的溫度而不是內(nèi)部的腦部溫度。如圖2A-2C中所示，除了BTT末端，腦完全與環(huán)境隔絕?，F(xiàn)有技術(shù)會產(chǎn)生太多的假陽性，在機(jī)場和海關(guān)，一些人由于飲用了一些酒或者抽了一根煙不能通過檢查，使現(xiàn)有技術(shù)中的裝置變得無效。因此，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，當(dāng)使用熱成像檢測系統(tǒng)時(shí)，可以消除和減少假陰性和假陽性。
可以實(shí)現(xiàn)許多有用的應(yīng)用，包括對發(fā)熱進(jìn)行大量掃描篩選，在運(yùn)動(dòng)賽事(例如馬拉松)后在運(yùn)動(dòng)員中篩選體溫過高者，在軍人中篩選體溫過低者和體溫過高者以挑選生理上最適合戰(zhàn)斗的個(gè)體，以及在任何安裝BTT ThermoScan的條件下的任何其他溫度擾動(dòng)者。
一種特定的應(yīng)用包括防止恐怖襲擊，恐怖分子感染某種疾病(例如，SARS-嚴(yán)重急性呼吸綜合癥)，并且在進(jìn)入進(jìn)行恐怖襲擊的國家時(shí)瞞過體溫計(jì)以躲避進(jìn)行發(fā)熱檢查。
SARS由于不能被消滅，可能成為嚴(yán)重的恐怖威脅。通過自然繁殖，SARS成為大規(guī)模殺傷性武器，不論使用武力和外交手段都無法將其消滅。為了在目標(biāo)國家中傳播感染的目的，恐怖分子會接受感染。采用現(xiàn)有技術(shù)，任何裝置都會被瞞過，當(dāng)存在真正的發(fā)熱時(shí)，現(xiàn)有的裝置會測量為正常溫度?？植婪肿硬捎煤唵问侄危缬美渌虮茨樆蛘呓菰诶渌?，以應(yīng)付現(xiàn)有技術(shù)中任何用于測量發(fā)熱的裝置，包括現(xiàn)有的紅外成像系統(tǒng)和體溫計(jì)。肌體的熱生理學(xué)通過現(xiàn)有技術(shù)來測量和評價(jià)時(shí)，會被應(yīng)付過去，所進(jìn)行的測量會產(chǎn)生發(fā)熱的假陰性。
患有SARS的恐怖分子很容易通過任何手段來傳播疾病，包括每天大規(guī)模、個(gè)別地與職員握手，在限定的環(huán)境例如電影院、劇場、百貨店、政府大樓和其他場所中度過時(shí)間，或者污染水和飲用水源。所有那些被感染的人并不知道自己已經(jīng)染病，并開始將SARS傳播給家庭成員、同事、朋友和其他人，這些人隨后又會傳染其他人，導(dǎo)致疾病流行。
從醫(yī)學(xué)上看，故意傳播SARS具有不可估量的破壞作用。不知道自已染病的人會到醫(yī)院進(jìn)行常規(guī)檢查，或者感覺不適的人會去醫(yī)院進(jìn)行常規(guī)檢查。來到醫(yī)院的患者和其他人會感染這種疾病。被確診的患者很虛弱，很容易感染SARS。SARS在醫(yī)院中傳播是具有破壞性的，需要關(guān)閉該醫(yī)院。因此，一個(gè)患有SARS的人會導(dǎo)致整個(gè)醫(yī)院被關(guān)閉。鑒于感染該疾病的人可能會去不同的醫(yī)院，數(shù)個(gè)醫(yī)院可能會被污染，不得不部分地或者完全地被關(guān)閉。這會使整個(gè)地區(qū)的衛(wèi)生保健系統(tǒng)癱瘓，患者必須被轉(zhuǎn)移到其他醫(yī)院。這些患者可能會感染SARS，并且該傳播循環(huán)會持續(xù)不斷。如果通過有組織地在多個(gè)地區(qū)進(jìn)行這種恐怖襲擊，一個(gè)國家的多個(gè)衛(wèi)生保健系統(tǒng)會癱瘓，此外，無數(shù)醫(yī)生和護(hù)士會感染SARS，這會由于人員短缺而進(jìn)一步消弱衛(wèi)生保健系統(tǒng)。
防止恐怖襲擊造成的災(zāi)難性后果的關(guān)鍵是進(jìn)行預(yù)防。本發(fā)明的儀器和方法能夠檢測SARS，不會被人為手段應(yīng)付。將本發(fā)明的BTTThermoScan安置在一個(gè)國家的邊界、港口和機(jī)場，能夠防止人為地控制溫度測量和可能的恐怖襲擊。本發(fā)明的系統(tǒng)能夠在任何時(shí)候和在任何環(huán)境下鑒定SARS的存在和其他與發(fā)熱相關(guān)的疾病。
此外，可以用安裝在終點(diǎn)線上的BTT ThermoScan對運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行大量掃描篩選。對于任何以最高水平的高體溫穿過終點(diǎn)線的運(yùn)動(dòng)員，警報(bào)器就會被激活。因此，由于在鑒定體溫過高時(shí)的任何延遲會導(dǎo)致中暑，以及甚至死亡，可以立即進(jìn)行護(hù)理來獲得最好的臨床效果。BTT ThermoScan被改進(jìn)來查看至少部分BTT區(qū)域。BTT ThermoScan檢測腦部溫度，提供對應(yīng)于或者包括BTT區(qū)域的圖像。盡管運(yùn)動(dòng)員往頭上澆水，BTTThermoScan通過檢測BTT處的溫度，精確地檢測肌體的熱能狀況。
體溫?cái)_動(dòng)例如體溫過高或體溫過低，會消弱任何工人的智力和身體機(jī)能。當(dāng)受溫度擾動(dòng)影響時(shí)，司機(jī)和飛行員特別容易發(fā)生機(jī)能下降，并具有發(fā)生事故的危險(xiǎn)?？梢詫TT ThermoScan裝配在交通工具或飛機(jī)的擋板上來監(jiān)控體溫，用BTT ThermoScan的照相機(jī)捕獲司機(jī)或飛行員的BTT的熱圖像，一旦檢測到擾動(dòng)，就提供一個(gè)提醒。應(yīng)當(dāng)理解，可以將任何熱成像系統(tǒng)裝配在交通工具或飛機(jī)上，監(jiān)控體溫，并提醒司機(jī)和飛行員。
BTT ThermoScan還包括在流感季節(jié)監(jiān)控對危險(xiǎn)中的兒童和成人進(jìn)行的掃描篩選。由于護(hù)理人員的短缺，自動(dòng)篩選能夠極大地加強(qiáng)將衛(wèi)生保健提供給需要的人。當(dāng)從紅外照相機(jī)前走過的學(xué)生被鑒定為發(fā)生了體溫?cái)_動(dòng)(例如發(fā)熱)時(shí)，就會激活常規(guī)的數(shù)碼相機(jī)，給該學(xué)生拍照。該照片通過電子郵件發(fā)送給學(xué)校的護(hù)理人員，該護(hù)理人員確定該學(xué)生需要護(hù)理，也可自動(dòng)地使用已存儲的數(shù)碼照片。
醫(yī)院、工廠、家里或者任何會從自動(dòng)地掃描篩選或者單個(gè)地篩選體溫?cái)_動(dòng)者中獲益的場所，可以采用按照本發(fā)明的熱成像儀器。
應(yīng)當(dāng)理解，可以使用包含在BTT部位發(fā)射約556nm波長的輻射源的儀器，確定血色素的濃度。存在于BTT末端的紅細(xì)胞中的血色素大量吸收556nm的波長，光電探測器所接收到的被反射的輻射確定了血色素的含量。通過已知的熱輻射的含量來評價(jià)血流，按照一種數(shù)學(xué)模型，較高的熱輻射量表示較大的血流。
通過所呈現(xiàn)的外部可見的解剖形狀，能夠便捷地安置接觸傳感器、非接觸傳感器和熱成像照相機(jī)。在鄰近內(nèi)側(cè)眼角的內(nèi)眥區(qū)的皮膚下，可以見到腦靜脈血。因此，用于測量溫度的方法包括從視覺上檢測BTT區(qū)域的藍(lán)色或帶藍(lán)色的皮膚，并將傳感器安置在或者鄰近于藍(lán)色或帶藍(lán)色的區(qū)域。對于皮膚顏色較深的受試者來說，鄰近于內(nèi)側(cè)眼角的BTT區(qū)中的不同皮膚結(jié)構(gòu)的特有特征作為測量的基準(zhǔn)。
本發(fā)明包括用于從BTT部位收集熱輻射的裝置，用于安置溫度敏感裝置以接受來自BTT部位的熱輻射的裝置和用于將所述熱輻射轉(zhuǎn)換為腦部溫度的裝置。本發(fā)明還提供用于確定腦部溫度的方法，所述方法包括收集來自BTT部位的熱發(fā)射，產(chǎn)生對應(yīng)于所收集的熱發(fā)射的信號，處理該信號并報(bào)告溫度水平。本發(fā)明還包括將溫度傳感器正確地安置在BTT部位的穩(wěn)定位置上的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供被改進(jìn)來將傳感器安置在通道末端的皮膚上以測量生物學(xué)參數(shù)的支撐結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供測量腦部溫度的儀器和方法，包括含有安置在生理通道上的傳感器的貼片、膠帶、彈性裝置、夾子等。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供測量腦部溫度的儀器和方法，包括含有傳感來自BTT的紅外輻射的紅外傳感器的熱成像系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供裝備了內(nèi)眥墊的多用途眼鏡，該內(nèi)眥墊含有被安置在生理通道上來測量生物學(xué)參數(shù)的傳感器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供用于測量腦部溫度、化學(xué)功能和物理功能中的至少一種的新方法和儀器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供穿戴在成人和兒童身上的儀器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種儀器，其通過有線連接到報(bào)告裝置、無線傳輸?shù)綀?bào)告裝置和通過音頻、視頻或可觸覺的裝置在本地報(bào)告的方式中的至少一種報(bào)告在通道處產(chǎn)生的信號，例如通過組裝在支撐結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)器。
本發(fā)明的還有另一個(gè)目的是，提供使佩戴者避免脫水或者過度水合(水中毒)的儀器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供提高運(yùn)動(dòng)員和運(yùn)動(dòng)參與者的機(jī)能和安全性的方法和儀器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供將傳感器安置在通道上的支撐結(jié)構(gòu)，其可以由訓(xùn)練和競賽中的運(yùn)動(dòng)員、訓(xùn)練和戰(zhàn)斗中的軍人、勞作中的工人和正?；顒?dòng)中的公眾中的至少一種佩戴。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，根據(jù)交通工具擁有者的核心溫度，進(jìn)行氣候自動(dòng)控制和交通工具的座位的控制，提高交通工具內(nèi)的安全性和舒適度。
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供根據(jù)所測量的生物學(xué)參數(shù)的水平作用于第二種裝置的方法和儀器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供方法和儀器，通過防止熱輻射引起的太陽光損傷和當(dāng)溫度達(dá)到特定閾值時(shí)提醒佩戴者，保持皮膚健康、減少皮膚起皺的危險(xiǎn)和降低皮膚癌的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供基于熱量的體重減輕方法來實(shí)現(xiàn)控制體重減輕的方法和儀器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供在基于提高體溫來減輕體重的項(xiàng)目中，提醒運(yùn)動(dòng)員防止由于過熱引起的損傷或者死亡的方法和儀器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供可以監(jiān)控發(fā)熱和溫度峰值的方法和儀器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供用于通過檢測排卵時(shí)間來進(jìn)行計(jì)劃生育的裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供用于根據(jù)通道產(chǎn)生的信號來呈遞藥物的方法和儀器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供通過連續(xù)監(jiān)控生物學(xué)參數(shù)來提高職業(yè)安全性的方法和儀器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供具有被安置在通道上以監(jiān)控生物學(xué)參數(shù)的傳感儀器的產(chǎn)品，其可以被固定或裝配在眼鏡架、眼鏡的鼻墊、頭戴飾品和衣服的結(jié)構(gòu)中的至少一種中。
本發(fā)明的特征還在于傳輸來自支撐結(jié)構(gòu)的信號，以作用于訓(xùn)練設(shè)備、自行車、運(yùn)動(dòng)裝置、防護(hù)服、鞋類和醫(yī)療裝置中的至少一種。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供將通道產(chǎn)生的信號傳輸給踏車和其他訓(xùn)練機(jī)械，以保持適當(dāng)?shù)乃?，防止使用者發(fā)生體溫?cái)_動(dòng)。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是，提供通過用有源或無源裝置接近生理通道來監(jiān)控生物學(xué)參數(shù)的儀器和方法。
本發(fā)明的特征還在于將來自支撐結(jié)構(gòu)的信號傳輸給手表、尋呼機(jī)、移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)等。
當(dāng)參考如下的描述，并結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和其他的目的，及其許多被指明的優(yōu)點(diǎn)將會變得更加顯而易見。


圖1A是人臉的熱紅外圖像，顯示腦部溫度通道。
圖1B是計(jì)算機(jī)生成的人臉的熱紅外彩色圖像，顯示腦部溫度通道。
圖2A顯示生理通道的示意圖。
圖2B是人頭部的橫截面示意圖，顯示通道。
圖2C是顯示圖2B的海綿竇的冠狀面(coronal section)示意圖。
圖3A人臉的熱紅外線圖像，顯示通道。
圖3B是圖3A中的圖像的示意圖，顯示通道末端的幾何學(xué)。
圖4A是人臉側(cè)面的熱紅外圖像，顯示腦部溫度通道的主要進(jìn)入位點(diǎn)的全視圖。
圖4B是圖4A中的圖像的示意圖。
圖5A是人臉正面的熱紅外圖像，顯示腦部溫度通道的主要進(jìn)入位點(diǎn)。
圖5B是圖5A中的圖像的示意圖。
圖5C是圖5A中的人臉側(cè)面的熱紅外圖像，顯示腦部溫度通道的主要進(jìn)入位點(diǎn)。
圖5D是附視圖5C中的圖像的示意圖。
圖6是人臉示意圖，顯示通道的主要進(jìn)入位點(diǎn)和邊緣部分的總面積。
圖6A是顯示腦部溫度通道和新陳代謝通道的示意圖。
圖7A和7B是在冷攻擊之前和之后的人臉的熱紅外圖像。
圖8A和8B是不同受驗(yàn)者的臉部熱紅外圖像，顯示通道。
圖9A和9B是動(dòng)物的熱紅外圖像，顯示通道。
圖10是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)人佩戴支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，該支撐結(jié)構(gòu)由具有被安置在通道末端的皮膚上的有源傳感器的貼片組成。
圖11是顯示按照本發(fā)明的人佩戴支撐結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，該支撐結(jié)構(gòu)由具有被安置在通道末端的皮膚上的有源傳感器的貼片組成。
圖12A是顯示按照本發(fā)明的人佩戴支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的正視圖，該支撐結(jié)構(gòu)由具有被安置在通道末端的皮膚上的無源傳感器的貼片組成。
圖12B是顯示示于圖12A中的支撐結(jié)構(gòu)柔韌性的側(cè)視圖。
圖13是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖14是與加工裝置和產(chǎn)品相關(guān)的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖。
圖15A-15E是顯示本發(fā)明使用指示物的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖。
圖16A-16C是優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，顯示人佩戴組裝了如貼片的支撐結(jié)構(gòu)。
圖17是顯示人佩戴組裝了如夾子的支撐結(jié)構(gòu)的另一個(gè)最優(yōu)方案的透視圖，一個(gè)傳感器被安置在按照本發(fā)明的通道末端的皮膚上。
圖18是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，顯示人佩戴支撐結(jié)構(gòu)，傳感器被安置在通道末端的皮膚上，并通過導(dǎo)線連接。
圖19A1、19A2、19B、19C和19D是支撐結(jié)構(gòu)和傳感裝置的優(yōu)選幾何學(xué)和尺寸的示意圖。
圖20A-20C是相對于傳感裝置的外緣來說優(yōu)選的支撐結(jié)構(gòu)外緣尺寸的示意圖。
圖21A和21B是傳感裝置的優(yōu)選位置的示意圖。
圖22A-22C是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，顯示人佩戴支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)被組裝成內(nèi)眥墊，傳感器被安置在按照本發(fā)明的通道末端的皮膚上。
圖23A和23B是按照本發(fā)明的可替代實(shí)施方案的透視圖，顯示由改進(jìn)鼻墊組成的支撐結(jié)構(gòu)，傳感器被安置在通道末端的皮膚上。
圖24是按照本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖。
圖25是支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，顯示包括傳感器的其他結(jié)構(gòu)。
圖26A是具有顯示裝置的支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案的后視圖。
圖26B是具有顯示裝置的支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案的正視圖。
圖27是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的分解視圖，顯示三件套支撐結(jié)構(gòu)。
圖28A是支撐結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選實(shí)施方案的分解視圖，顯示可可拆卸的內(nèi)眥片。
圖28B是圖28A的可拆卸內(nèi)眥片的后視圖。
圖28C是圖28A的可拆卸內(nèi)眥片的正視圖。
圖29是組裝成夾子的支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案的后視圖，該夾子用在眼鏡上。
圖30是具有內(nèi)眥墊的支撐結(jié)構(gòu)的可替代實(shí)施方案的透視圖，該內(nèi)眥墊使用粘性襯背固定到另一個(gè)結(jié)構(gòu)上。
圖31A是支撐結(jié)構(gòu)的一種可替代實(shí)施方案的頂視圖，該支撐結(jié)構(gòu)具有用于固定內(nèi)眥墊的洞。
圖31B是圖31A的支撐結(jié)構(gòu)的組成部分的放大透視圖。
圖31C是圖31B的支撐結(jié)構(gòu)的組成部分的側(cè)視圖。
圖31D是固定在支撐結(jié)構(gòu)上的內(nèi)眥片的側(cè)視圖。
圖32A是佩戴由眥內(nèi)帽組成的支撐結(jié)構(gòu)的人的透視圖，該眥內(nèi)帽被固定在規(guī)則的眼鏡的鼻墊的上面。
圖32B是圖32A的眥內(nèi)帽的透視圖。
圖33A是固定在鼻墊上的眥內(nèi)帽的分解視圖。
圖33B是眥內(nèi)帽固定到鼻墊上的最終結(jié)果的透視圖。
圖34是被改進(jìn)的可旋轉(zhuǎn)鼻墊的透視圖，將傳感器安置到按照本發(fā)明的通道末端的皮膚上。
圖35是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，采用光譜反射。
圖36是顯示按照本發(fā)明的的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的人的示意圖，采用光譜傳輸。
圖37是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的橫截面圖，采用熱發(fā)射。
圖38采用頭部佩戴飾品作為支撐結(jié)構(gòu)的可替代實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖39是產(chǎn)生熱電能來供應(yīng)傳感系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖。
圖40動(dòng)物所使用的優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖。
圖41A和41B是便攜式支撐結(jié)構(gòu)的可替代實(shí)施方案的透視圖，傳感器被安置在通道上。
圖42A和42B是顯示按照本發(fā)明的非接觸式傳感器的示意圖。
圖43A-43C是顯示錐形突出(cone extension)直徑的優(yōu)選實(shí)施方案的圖形。
圖44A和44B顯示可替代的外延末端的幾何學(xué)和形狀。
圖45A和45B顯示示例性的支撐結(jié)構(gòu)的幾何學(xué)和外形，含有接觸傳感器。
圖46A-46D顯示示例性的內(nèi)眥墊或者改進(jìn)的鼻墊的幾何學(xué)和形狀。
圖47是示例性結(jié)構(gòu)圖，顯示本發(fā)明的紅外成像系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案。
圖48-51是顯示本發(fā)明的紅外成像系統(tǒng)被裝配在支撐結(jié)構(gòu)的不同位置上來放映人的體溫變化的示意圖。
圖52A是顯示本發(fā)明的紅外成像系統(tǒng)被裝配在交通工具上的示意圖。
圖52B是用圖52A的紅外成像系統(tǒng)生成的說明性圖像的代表。
圖53顯示闡明用于本發(fā)明中的方法的流程圖。
圖54A和54B是被結(jié)合到頭部飾品上的優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖。
圖55是由面具和氣袋(air pack)組成的優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖。
圖56A和56B顯示按照本發(fā)明的BTT進(jìn)入點(diǎn)檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖57是顯示BTT進(jìn)入點(diǎn)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖58A-58C是顯示按照本發(fā)明的可替代支撐結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖59顯示BTT中的雙向熱能流的示意圖。
圖60A-60C顯示優(yōu)選BTT熱量包(thermal pack)的略圖。
圖61是顯示按照本發(fā)明的優(yōu)選BTT熱量包的示意性正視圖。
圖62是BTT熱量包的示意性橫截面視圖。
圖63A是在松弛狀態(tài)下的BTT熱量包的示意性橫截面視圖。
圖63B是圖63A的BTT熱量包在壓緊狀態(tài)下以與BTT區(qū)域一致的示意性橫截面視圖。
圖64A具有BTT熱量包的人的頭部的側(cè)橫截示意圖。
圖64B是具有圖64A的BTT熱量包的眼部區(qū)域的正面示意圖。
圖65顯示含有棒866的BTT熱量包的透視圖。
圖66顯示雙袋BTT熱量包的另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
圖67A顯示BTT熱量面具的正面示意圖。
圖67B顯示圖67A的BTT熱量面具的側(cè)面橫截示意圖。
圖67C顯示圖67A的BTT熱量面具在面部和在BTT上的正視圖。
圖68A顯示由眼部佩戴物(eyewear)組成的支撐結(jié)構(gòu)固定BTT熱量包的正視圖。
圖68B顯示由夾子組成的支撐結(jié)構(gòu)固定BTT熱量包的正視圖。
圖69A顯示優(yōu)選的BTT熱量包的透視圖。
圖69D顯示安置在BTT上的圖69A的BTT熱量包的透視圖。
圖70顯示手持的非接觸的BTT測量裝置的示意圖。
圖71A-71C顯示手持的接觸式的傳感測量裝置的示意圖。
圖72是顯示手持的接觸傳感器測量裝置的示意圖像。
圖73顯示結(jié)合到BTT測量裝置上的熱量轉(zhuǎn)移裝置的示意圖。
圖74顯示動(dòng)物用的優(yōu)選測量裝置的透視圖。
圖75A-75E顯示熱量信號的圖形。
圖76A和76B顯示天線排列的示意圖。
圖77A-77C顯示由鉤環(huán)緊固件組成的支撐結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖78顯示裝有透鏡的由鉤環(huán)緊固件組成的支撐結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖79A和79B是可替代的支撐結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖80顯示圖79A的支撐結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖81A和81D是優(yōu)選支撐結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖81C和81D顯示圖81A的支撐結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖82顯示由眼部佩戴物組成的支撐結(jié)構(gòu)的電分布。
圖83顯示氣候自動(dòng)控制系統(tǒng)的透視圖。
圖84是顯示作為本發(fā)明的貼片的延伸部分的鼻氣道擴(kuò)張器的正視圖。
圖85A-85C是顯示按照本發(fā)明的試劑盒的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述以附圖、特定術(shù)語闡述來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案將被認(rèn)為是為了清楚的目的。但是，本發(fā)明不被局限在所選擇的特定術(shù)語中，應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)特定的術(shù)語包括所有的技術(shù)等同物，這些等同物以類似的方式起作用來達(dá)到相似的目的。
圖1A給出了顯示生理通道的人臉的熱紅外圖像。該圖像顯示了腦部溫度通道(BTT)末端的圖像，以內(nèi)眥區(qū)和上眼瞼內(nèi)側(cè)一半中的明亮的白點(diǎn)來表示。皮膚上的BTT末端具有特定的幾何學(xué)、邊界和內(nèi)部區(qū)域，主要進(jìn)入點(diǎn)位于內(nèi)眥區(qū)域的上內(nèi)側(cè)部分，直接位于上眼瞼的下面部分，和內(nèi)眥角內(nèi)側(cè)4mm。該邊界在內(nèi)眥區(qū)中由此沿著內(nèi)側(cè)眼角直接地往下，從內(nèi)側(cè)眼角往下的5mm，然后行進(jìn)到上眼瞼，邊線從上眼瞼的中部開始，作為一個(gè)限定的區(qū)域，以扇形橫向延伸，上邊緣從上眼瞼的中半部分開始。
該色標(biāo)指示存在于人臉部的溫度范圍。最熱點(diǎn)用明亮的白點(diǎn)指示，而最冷的區(qū)域用黑色指示。最熱和最冷區(qū)域之間的溫度以亮度色標(biāo)中的不同色調(diào)顯示。由于鼻子主要由軟骨和骨骼組成，因而具有較少的血液含量，是冷的(顯示為黑色)。這是凍傷最常見于鼻子的原因。
上下眼瞼的環(huán)繞眼周的區(qū)域(顯示為灰色)高度血管化，并且脂肪組織含量少，較熱。眼瞼下的皮膚十分薄，并且沒有脂肪組織。但是，在該區(qū)域不具有定義腦部溫度通道所需的其他條件。
BTT的要求還包括存在末端分支來呈遞總熱量，末端分支為來自腦的直接分支，末端分支淺表地定位，避免遠(yuǎn)紅外輻射被其他結(jié)構(gòu)吸收，并且不存在調(diào)節(jié)體溫的動(dòng)靜脈回路。因此，BTT就是內(nèi)側(cè)眼角和上眼瞼的皮膚區(qū)域，是能夠接近腦部溫度通道的獨(dú)特位置。眼瞼周圍的皮膚呈遞未受干擾的信號，以用光譜進(jìn)行化學(xué)測量，被認(rèn)為是代謝通道，能夠最佳地獲得化學(xué)評價(jià)的信號，該信號不用于評價(jià)腦的總輻射能。
圖1B是計(jì)算機(jī)生成的人臉部的熱紅外彩色示意圖像，詳細(xì)地顯示腦部溫度通道和周圍區(qū)域的幾何學(xué)和不同區(qū)域。僅少數(shù)生物如一些甲蟲和蛇可見到這種類型的輻射，但人看不見。紅外圖像使不可見的變成可見。因此，可以較好地量化通道的幾何學(xué)和尺寸。等溫線的彩色示意圖顯示紅色的通道外圍區(qū)和黃白色的中心區(qū)，BTT末端的主要進(jìn)入點(diǎn)位于眥內(nèi)韌帶上方的內(nèi)眥區(qū)的上內(nèi)側(cè)部分。
主要進(jìn)入點(diǎn)是最佳獲得信號的區(qū)域。該圖像還顯示熱能在兩個(gè)BTT部位上是均勻的。由于包括前額的其他區(qū)域不具有前述的定義BTT所需的六個(gè)特征，所述區(qū)域具有較低的總輻射能，顯示為淺綠色和深綠色。因此，前額不適合于測量總輻射能。整個(gè)鼻子具有非常低的輻射能，顯示為藍(lán)色和紫色區(qū)域，而鼻尖顯示為棕色，具有臉部的最低溫度。因此，鼻子區(qū)域不適合于測量生物學(xué)參數(shù)。
圖2A是生理通道示意圖，特別是腦部溫度通道。從生理學(xué)上看，BTT是腦熱能通道，其表現(xiàn)為高的總輻射能和高熱量流，可以被表征為腦熱能通道。該通道存儲熱能，提供一種不受干擾的路徑，將熱能從腦內(nèi)部的海綿竇中的通道一端運(yùn)輸?shù)狡つw上的另一端，以遠(yuǎn)紅外輻射的形式將熱能轉(zhuǎn)移到通道末端的皮膚表面上。在通道末端存在高熱量流，通道末端的特征在于具有一個(gè)薄的界面，熱量流與界面的厚度成反比。
通道末端的總輻射能(P)定義為P＝σ*e*A*T4，其中σ是Stefan-Boltzman常數(shù)，σ值＝5.67×10-8W.m-2.K-4，e是該區(qū)域的發(fā)射率。由于通道末端提供了最佳的輻射區(qū)域，由于方程中的T4項(xiàng)，當(dāng)腦部溫度增加時(shí)，總輻射能迅速升高。如本發(fā)明提及的試驗(yàn)中所證明，BTT的輻射能以比舌頭和口腔中的輻射能更快的速度出現(xiàn)。
皮膚上的BTT部位是一個(gè)非常小的區(qū)域，比體表面積的0.5％還小。但是，肌體中的該極其小的區(qū)域提供了最佳獲得信號的區(qū)域，以測量生理和化學(xué)參數(shù)。
圖2A顯示具有熱能12存儲在其中的腦10。BTT 20包括腦10，存儲在腦10中的熱能12，存儲在通道14中的熱能和轉(zhuǎn)移到外部通道末端的熱能16。熱能12，14，16用相同大小和形狀的黑色箭頭表示。箭頭具有相同大小，表示從通道一端到另一端的未受干擾的熱能，特征在于通道內(nèi)溫度相同。
來自腦10的海綿竇的熱能被轉(zhuǎn)移到通道16的末端，通過不受阻礙的腦靜脈血路，熱量轉(zhuǎn)移速度很快。通道還具有表示血管壁的壁18，血管以相同的溫度存儲熱能，并且作為從肌體10內(nèi)部通向外部(皮膚表面)19的管道，以末端血管17結(jié)束，將總量熱能轉(zhuǎn)移到所述皮膚19上。
皮膚19非常薄，可以產(chǎn)生高熱量流。與分別在非通道區(qū)域30和40上的皮膚39，49相比，皮膚19的厚度可以被忽略。由于皮膚19的特點(diǎn)，會產(chǎn)生高熱量流，當(dāng)將傳感器放置在BTT20末端的皮膚19上時(shí)，能夠迅速達(dá)到熱量平衡。
在臉部和整個(gè)肌體的其他皮膚區(qū)域，以及在圖2的示例性非通道區(qū)域30和40中，除了缺乏與腦的直接血管連接，發(fā)生數(shù)個(gè)干擾現(xiàn)象，包括自吸收和熱量梯度。1.自吸收這與在發(fā)射到體表之前，深層組織選擇性地吸收紅外能量的波長的現(xiàn)象相關(guān)。紅外能量的自吸收含量和類型是未知的。在體表，那些優(yōu)選的發(fā)射是微弱的，這是由于其他層的自吸收產(chǎn)生混亂的熱量發(fā)射和毫無意義的被分析物質(zhì)的光譜特征，用圖2的箭頭34a-36g和44a-46g的各種尺寸、形狀和方向說明性地表示。因此，非通道區(qū)域的自吸收自然地阻止對測量有用的熱量發(fā)射被呈遞到體表。2.熱量梯度存在一個(gè)熱量梯度，較深層比淺層的溫度更高，說明性地用與定位較淺的較細(xì)的箭頭36e和46e相比，較深層的較粗的箭頭36d和46d來表示。當(dāng)穿過各種層例如脂肪和其他組織離體肌肉時(shí)，光子發(fā)生過度和高度的可變散射，導(dǎo)致能量損失。
由此相反，通道區(qū)域20與無紅外能量吸收相一致，血管位于體表。這使得可以不受干擾地將紅外能量傳遞到皮膚表面19，以及傳遞到溫度探測器上，例如被并列地放置在皮膚19上的紅外探測器。BTT區(qū)僅有一層很薄的皮膚19，而末端血管17正好在所述薄界面皮膚19的下方，BTT區(qū)不存在熱量梯度。由伸向表皮19的末端血管17所產(chǎn)生的熱能16與肌體的未受干擾的腦(真正核心)溫度相對應(yīng)。實(shí)現(xiàn)與腦組織溫度達(dá)到熱平衡的優(yōu)選路徑是通過中樞靜脈系統(tǒng)，該系統(tǒng)離開腦并作為眼上靜脈進(jìn)入眼眶。與中樞靜脈血液相比，動(dòng)脈血液低0.2-0.3℃，該動(dòng)脈血液未與腦部溫度達(dá)到真正平衡。雖然，在有些情況下，動(dòng)脈血液是重要的，但是靜脈系統(tǒng)是測量腦部溫度的優(yōu)選熱能運(yùn)送者。在某些情況下，動(dòng)脈血液溫度對于確定是否可能通過動(dòng)脈血來冷卻腦是重要的。
非通道區(qū)30和40的特征在于存在熱吸收元件。非通道區(qū)30和40用虛線描繪，特征在于存在受熱吸收成分以及所述非通道區(qū)30和40內(nèi)的紊亂的熱轉(zhuǎn)移干擾的缺陷。在由較深的組織層發(fā)射的紅外能到達(dá)皮膚表面之前，非通道區(qū)30和40的各種組織層和其他成分選擇性地吸收所述能量，不同的熱能和不同的區(qū)域用不同形狀和大小的箭和箭頭表示。
非通道區(qū)30代表用在皮膚上的傳感器測量溫度，該皮膚在解剖學(xué)上位于心臟32的上方。白色的箭頭34表示心臟32中的熱能。非通道區(qū)30包括心臟32和存儲熱能的各種血管及其分支36a、36b、36c、36d。
不同含量的熱量被轉(zhuǎn)移，而所測定的不同溫度取決于部位和血管36a、36b、36c的解剖結(jié)構(gòu)。血管從主干34a大范圍地分支。非通道區(qū)30還包括熱量吸收結(jié)構(gòu)37，例如骨骼和肌肉，來自心臟32的熱能34必須跨過這些結(jié)構(gòu)，以到達(dá)皮膚39。非通道區(qū)30還包括層數(shù)不定的脂肪組織38，其進(jìn)一步地吸收熱能。由于存在脂肪38，到達(dá)皮膚表面39的熱能數(shù)量降低，這用箭頭36d和36e表示，其中箭頭36d具有高于箭頭36e的溫度。非通道區(qū)30還包括厚的皮膚39，具有用箭頭36f表示的低熱量流。
厚皮膚39對應(yīng)于胸部的皮膚，而脂肪層38對應(yīng)于存在胸部的各種含量的脂肪。箭頭36g表示紊亂的和降低的總輻射能，在所述熱能跨過非通道區(qū)的干擾成分后，該輻射能被傳遞，干擾成分包括厚的界面和熱量吸收結(jié)構(gòu)。此外，BTT 20不具有存在于非通道區(qū)30和40的脂肪層。缺乏厚的界面例如厚皮膚和脂肪，缺少熱量障礙物如脂肪，以及缺失熱量吸收元件例如肌肉，使得在BTT末端可以不受干擾地發(fā)射輻射。缺乏厚的界面例如厚皮膚和脂肪，缺少熱量障礙物如脂肪，以及缺失熱量吸收元件例如肌肉，使得在BTT末端可以不受干擾地發(fā)射輻射。
還可以參考圖2，非通道區(qū)40代表用手臂42的皮膚上的傳感器來測量溫度。非通道區(qū)40中的熱量轉(zhuǎn)移與非通道區(qū)30有些相似，其中最終結(jié)果是紊亂和降低的總輻射能，該輻射能不代表內(nèi)部另一端的溫度。血管從主干44a開始廣泛地分支。血管46a、46b、46c中的熱能和溫度與區(qū)域36a、36b、36c不同。熱能44必須跨過以到達(dá)皮膚的結(jié)構(gòu)也與非通道區(qū)30不同。熱量吸收結(jié)構(gòu)47的總量是不同的，因此，當(dāng)與非通道區(qū)30相比時(shí)，非通道區(qū)40的最終溫度也是不同的。脂肪48的含量也是不同的，在區(qū)域46d和46e，脂肪改變溫度，其中區(qū)域46d比區(qū)域46e更深。厚皮膚49也降低區(qū)域46f的熱量流和溫度。當(dāng)與輻射能36g相比時(shí)，用箭頭46g表示的輻射能的降低通常是十分不同的，因此，根據(jù)不同的肌體區(qū)域，測量到不同的皮膚溫度。這被應(yīng)用于除了BTT末端的皮膚外的整個(gè)肌體皮膚表面。
內(nèi)部溫度例如直腸溫度的測量值的臨床相關(guān)性與腦測量值不同。在實(shí)驗(yàn)室條件下，已經(jīng)在大量哺乳動(dòng)物種類中示范了選擇性地冷卻腦，一些方法可應(yīng)用于人。例如，膀胱和直腸內(nèi)的溫度與腦的溫度十分不同。腦中的高溫和低溫不會被反應(yīng)在對其他體內(nèi)器官所測量的溫度上。
圖2B是人頭部9的橫截示意圖，顯示腦10，脊髓10a，由眼上靜脈表示的通道20，海綿竇1以及各種絕熱障礙2、2a、3、4、4a、4b、5，海綿竇1是腦的熱能存儲室，而絕熱障礙將腦保持為完全絕熱的結(jié)構(gòu)。絕熱障礙包括對應(yīng)于頭皮的皮膚2、對應(yīng)于覆蓋臉部的皮膚2a、覆蓋頭骨和臉部的整個(gè)表面的脂肪3、頭蓋骨4、環(huán)繞脊髓10a的脊骨4a，覆蓋面部的面骨4b以及腦脊髓液(CSF)5。隔絕腦的障礙2、3、4、5的組合厚度達(dá)到1.5cm-2.0cm，這具有相當(dāng)?shù)暮穸?，是整個(gè)肌體中隔絕環(huán)境的最大的單個(gè)障礙。由于該完全被限制的環(huán)境，腦不能有效地去除熱量，并且熱量損失以極低的速度發(fā)生。皮膚2對應(yīng)于頭皮，頭皮是覆蓋頭骨的皮膚和相關(guān)結(jié)構(gòu)，熱傳導(dǎo)性差，是一個(gè)絕熱體。脂肪組織3吸收大多數(shù)的遠(yuǎn)紅外波長，是熱量緩沖器。頭蓋骨4的熱傳導(dǎo)性差，CSF作為生理緩沖液，不生成熱量。
以代謝速度在腦中生成的熱量對應(yīng)于由肌體生產(chǎn)的總熱量的20％，該巨大數(shù)量的熱量被保持在限定和熱封閉的空間內(nèi)。腦組織是最容易受熱能誘導(dǎo)損傷的組織，包括由高水平和低水平的熱能所誘導(dǎo)的損傷。由于腦熱絕緣，而且腦在生理上不能獲得或者損失熱量，體溫過低(寒冷)和體溫過高(炎熱)的狀態(tài)會引起腦損傷，并且迅速繼發(fā)死亡，除了在病人中由于過度發(fā)熱而發(fā)作和死亡外，每年在成千上萬的健康個(gè)體發(fā)生腦損傷和死亡。除非通過連續(xù)監(jiān)控腦部溫度來提供適當(dāng)和及時(shí)的提醒，任何受寒冷和炎熱擾動(dòng)影響的人具有受熱量誘導(dǎo)的腦損傷的危險(xiǎn)。
圖2B還顯示十分小的進(jìn)入點(diǎn)20a，小于體表的0.5％，對應(yīng)于皮膚2b的通道20的末端。皮膚2b非常薄，厚度為1mm或比皮膚2和2a更薄，皮膚2和2a比皮膚2b厚五倍或更厚。
通道20從海綿竇1開始，是腦靜脈排出物和在通道末端20以輻射能轉(zhuǎn)移熱量的管道。通道20提供一種通向海綿竇1的無障礙通道，海綿竇位于腦的中間，直接將兩個(gè)熱量源與腦聯(lián)系1)由于腦代謝速度產(chǎn)生并由靜脈系統(tǒng)運(yùn)送的熱能；和2)由動(dòng)脈供應(yīng)，從肌體其他本部分傳遞到腦中的熱能。直接接觸分布被詳細(xì)地顯示在圖2C中，圖2C是對應(yīng)于標(biāo)記“A”的線的圖2B的冠狀面。
圖2C是通過海綿竇1的冠狀面，海綿竇是腔樣結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)充滿來自靜脈9和來自眼上靜脈6的靜脈血的空間1a。海綿竇1收集來自腦組織7、來自左右頸內(nèi)動(dòng)脈8a、8b和來自靜脈9的靜脈血的熱能。結(jié)構(gòu)7、8a、8b、9全都沿著海綿竇1排列并與之密切接觸。使通道的海綿竇1成為十分有用的溫度擾動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)的特定特征是與頸動(dòng)脈8a、8b密切結(jié)合。頸動(dòng)脈攜帶來自肌體的血液，通過所述血管傳遞到腦的熱能含量會產(chǎn)生體溫過低或體溫過高的狀態(tài)。例如，當(dāng)暴露于寒冷中時(shí)，肌體變冷，來自肌體的寒冷血液通過頸內(nèi)動(dòng)脈8a、8b被攜帶到腦中，海綿竇1是這些血管8a、8b進(jìn)入腦的進(jìn)入點(diǎn)。
只要低溫的血液到達(dá)海綿竇1，相應(yīng)的熱能狀態(tài)被轉(zhuǎn)移給通道以及通道末端的皮膚表面，從而在低溫的血液在整個(gè)腦中分布之前，立即提供一個(gè)警示。這也適用于例如在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生熱血的情況，運(yùn)動(dòng)會導(dǎo)致生成比基線高20倍的熱量。由血管8a、8b攜帶的熱量被轉(zhuǎn)移到海綿竇1中，可以在通道末端被檢測到。此外，腦生成的熱能由腦靜脈血攜帶，海綿竇1是充滿靜脈血的結(jié)構(gòu)。
圖3A是人臉的熱紅外圖像，其中皮膚上的通道末端的幾何學(xué)被顯現(xiàn)。明亮的白點(diǎn)描繪通道的中心區(qū)域。圖3B是通道末端的皮膚表面的示例性幾何學(xué)的示意圖。通道50的內(nèi)側(cè)部分52為圓形。側(cè)面54接近上眼瞼邊緣58和眼睛60的肉阜56。通道以角樣突出從內(nèi)眥區(qū)52延伸到上眼瞼62內(nèi)。
通道50的內(nèi)部區(qū)域包括主要進(jìn)入點(diǎn)的大體區(qū)域和主要進(jìn)入點(diǎn)，如圖4A-5D所示。圖4A是人臉側(cè)面的熱紅外圖像，顯示腦部溫度通道的主要進(jìn)入點(diǎn)的總圖，顯現(xiàn)為位于內(nèi)眥角中間和上方的明亮的白點(diǎn)。圖4B是顯示主要進(jìn)入點(diǎn)的大體區(qū)域70以及其與眼睛60、內(nèi)眥角61、眉毛64和鼻子66的關(guān)系的圖形。主要進(jìn)入點(diǎn)的大體區(qū)域70中的干擾元件比通道的外圍區(qū)域更少，提供了更加可靠地再現(xiàn)腦部溫度的區(qū)域。
圖5A是閉上右眼的人臉的正面的熱紅外圖像，顯示腦部溫度通道的主要進(jìn)入點(diǎn)，顯現(xiàn)為內(nèi)眥角的上方和中間的明亮白點(diǎn)。眼睛閉上，容易觀察到輻射能僅來自于BTT末端的皮膚。
圖5B是顯示主要進(jìn)入點(diǎn)80及其與閉上的眼睛60的內(nèi)眥角61以及眼瞼62的關(guān)系的圖形。由于區(qū)域80具有最少量的干擾元件并且廣泛地存在于所有人的相同的解剖學(xué)位置上，通道的主要進(jìn)入點(diǎn)80提供最可靠地再現(xiàn)腦部溫度的區(qū)域。主要進(jìn)入點(diǎn)80具有最大的總輻射能，并具有最高發(fā)射率的表面。主要進(jìn)入點(diǎn)80位于內(nèi)眥區(qū)63的上面部分的皮膚上，在內(nèi)眥角61的上內(nèi)側(cè)部分中。
圖5C是圖5A的人臉側(cè)面的熱紅外圖像，左眼閉上，顯示腦部溫度通道的主要進(jìn)入點(diǎn)的側(cè)面圖，顯現(xiàn)為明亮的白點(diǎn)。眼睛閉上，可以觀察到輻射能僅來自于BTT末端的皮膚。
圖5D顯示內(nèi)眥角61上方的內(nèi)眥區(qū)的上面部分中的主要進(jìn)入點(diǎn)80，和還顯示主要進(jìn)入點(diǎn)80相對于眼睛60、眉毛64和鼻子66的位置。支撐結(jié)構(gòu)可以精確地將傳感裝置安置在通道主要進(jìn)入點(diǎn)的上面，因?yàn)橹饕M(jìn)入點(diǎn)完全用解剖學(xué)標(biāo)志劃定?？傊?，傳感器被安置在內(nèi)眥角上方并鄰近眼睛的眥內(nèi)皮膚區(qū)域上。雖然，可以將指示物放置到支撐結(jié)構(gòu)上，以便更好地引導(dǎo)傳感器的安置，但是各種持久的解剖學(xué)標(biāo)志的普遍存在使得可以由非技術(shù)人員進(jìn)行精確的安置。
主要進(jìn)入點(diǎn)是通過支撐結(jié)構(gòu)安置傳感器的優(yōu)選位置，但是將傳感器安置在通道末端的任何位置，包括大體的進(jìn)入點(diǎn)區(qū)域和周圍區(qū)域，提供依賴于應(yīng)用的、在臨床上有用的測量值。測量所需的精確度將決定傳感器的安置。在神經(jīng)外科、心血管手術(shù)或者其他在患者處于體溫過低或惡性體溫過高的高度危險(xiǎn)的手術(shù)過程的情況下，傳感器的優(yōu)選位置是主要進(jìn)入點(diǎn)。對于業(yè)余或職業(yè)運(yùn)動(dòng)、軍事、工人、家中發(fā)熱檢測、陽光下防皺等來說，將傳感器安置在通道區(qū)域的任何部分上都能夠提供臨床有效性所需的精確度。
按照本發(fā)明，圖6是臉部的示意圖，顯示通道90的主要進(jìn)入點(diǎn)的大體區(qū)域以及通道末端的整個(gè)區(qū)域及其與眥內(nèi)韌帶67的關(guān)系。通道末端包括大體的主要進(jìn)入點(diǎn)區(qū)域90和上眼瞼區(qū)94。區(qū)域90具有外圍部分92。兩個(gè)內(nèi)眥區(qū)具有眥內(nèi)韌帶，左眼用于方便圖解說明。眥內(nèi)韌帶67出現(xiàn)在眼60的內(nèi)眥角61中。左邊的眥內(nèi)韌帶67與右眼的眥內(nèi)韌帶直接相對，用虛線61a表示，從內(nèi)側(cè)眼角61開始。雖然主要進(jìn)入點(diǎn)在眥內(nèi)韌帶67的上方，通道的外圍區(qū)域92的一部分在韌帶67下方。
圖6A是顯示兩個(gè)生理通道的示意圖。上圖顯示對應(yīng)于BTT 10的區(qū)域。下圖顯示對應(yīng)于代謝通道13的區(qū)域，包括上眼瞼區(qū)13a和下眼瞼區(qū)13b，在圖1B中顯示為淺藍(lán)色區(qū)域。對于測量化學(xué)物質(zhì)的濃度，總輻射能不是強(qiáng)制性的。臨床上有用的光譜測量的關(guān)鍵方面是來自腦區(qū)域的信號，降低或消除干擾成分，主要的干擾成分是脂肪組織。通過去除脂肪組織和接受由血管攜帶的來自腦的光譜信號，可以獲得精確的臨床測量值。由支撐結(jié)構(gòu)固定的傳感器可被改進(jìn)來具有完全或部分地與代謝通道13相匹配的視野，捕獲來自所述通道13的熱輻射。
為了確定通道區(qū)域相對于環(huán)境改變的熱穩(wěn)定性，進(jìn)行冷和熱攻擊試驗(yàn)。圖7A和7B是示例性試驗(yàn)的熱紅外圖像，顯示在寒冷攻擊前后的人臉。在圖7A中，臉部具有比圖7B更亮的外觀，圖7B的臉部顏色較深，表示溫度較低。與圖7B的鼻子相比，圖7A中的鼻子具有完全發(fā)白的外觀，而圖7B的鼻子具有完全發(fā)黑的外觀。由于通道外的區(qū)域有調(diào)節(jié)體溫的動(dòng)靜脈回路以及干擾成分，包括脂肪，環(huán)境溫度的改變會反映在所述區(qū)域中。因此，臉部的那些非通道區(qū)的測量值反映環(huán)境溫度而不是真正的體溫。臉部和肌體皮膚的非通道區(qū)會隨著周圍溫度的改變而改變。通道區(qū)域的輻射能保持穩(wěn)定，熱能含量沒有變化，證明了BTT區(qū)域的熱發(fā)射的穩(wěn)定性。僅當(dāng)腦部溫度變化時(shí)，通道區(qū)域的熱輻射才發(fā)生改變，這提供了肌體熱量狀態(tài)的最可靠的測量值。
圖8A和8B是不同受試者的臉部的熱紅外圖像，顯示以內(nèi)眥區(qū)的明亮白點(diǎn)顯現(xiàn)的通道。雖然存在解剖學(xué)上的變化和種族差異，生理通道普遍地存在于所有個(gè)體中。圖9A和9B是顯示通道的熱紅外圖像，表明以明亮的白點(diǎn)顯現(xiàn)的通道同樣存在于動(dòng)物中，在此用貓(圖9A)和狗(圖9B)來說明。
優(yōu)選實(shí)施方案包括具有安裝在貼片樣支撐結(jié)構(gòu)中的測量值處理電子元件的溫度傳感器，該支撐結(jié)構(gòu)將有源傳感器直接地與腦部溫度通道部位上方的皮膚接觸。因此，圖10顯示佩戴支撐結(jié)構(gòu)的人100的優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，該支撐結(jié)構(gòu)由具有安置在通道末端的皮膚上的有源傳感器74的貼片組成。人100躺在床墊76上，床墊含有天線78。導(dǎo)線82從天線78伸出到控制器單元84，所述控制器84通過通信線路86與裝置88相通。示例性裝置88包括在床邊或護(hù)理站中的解碼和顯示單元。應(yīng)當(dāng)理解，控制器單元84除了通過電纜86通訊外，還可以含有無線傳輸裝置，將所獲得的信號無線傳送到遠(yuǎn)程站(remote station)。感應(yīng)無線電頻率有源遙感勘測系統(tǒng)可以使用相同的天線78來轉(zhuǎn)移能量和接受信號。
天線78以可移動(dòng)的或永久性的方式被安裝到床墊、枕頭、床框等中。優(yōu)選實(shí)施方案包括薄的扁平天線，該天線用彈性聚合物封裝，安裝到床墊中，而不被使用者看見?？商娲?，可以將天線放置到患者周圍的任何區(qū)域，例如被放置床頭柜(night stand)上。
天線78和控制器單元84以接收器/詢問器起作用。接收器/詢問器天線78將RF能量發(fā)射到貼片72的微電路中。該能量被存儲，并被轉(zhuǎn)化來用于溫度測量值的處理和用于將來自貼片72的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教炀€78。一旦足夠的能量被傳輸，微電路產(chǎn)生測量值，并將該數(shù)據(jù)傳輸給接收器/詢問器天線78，在控制器84中處理所述數(shù)據(jù)，進(jìn)一步將該數(shù)據(jù)傳輸給裝置88，用于顯示或進(jìn)一步傳輸。按一定順序開關(guān)參與獲得傳感數(shù)據(jù)(能量的測量值)的元件，使得在激活富含噪聲的傳輸信號之前獲得和存儲被量化的結(jié)果。因此，兩種內(nèi)在的不相容過程被成功地共存，因?yàn)樗鼈儾粫瑫r(shí)活化。
在存在噪聲時(shí)，通過以一定方式“傳播”被傳輸?shù)哪芰康墓庾V，實(shí)現(xiàn)RF能夠連接到通訊設(shè)備上，這會內(nèi)在地給傳輸增加冗余，而減少傳輸被收器/問訊器78翻譯成另一種傳輸或者噪聲的可能性，該噪聲會使接收器/問訊器78傳輸和顯示錯(cuò)誤信息?？捎脴O少的活性元件來實(shí)現(xiàn)這種無線傳輸方案。該調(diào)制有目的地在光譜中傳播傳輸能量，從而產(chǎn)生抗擾度，最終，該系統(tǒng)可以通過批量處理來生產(chǎn)，因此，成本極低。
由于在貼片72中運(yùn)行傳感器74的能量來自天線78，所述貼片72中的微電路非常微弱和極其微弱。通過設(shè)計(jì)方法，貼片72的大小被進(jìn)一步最小化到極其小的尺寸，該設(shè)計(jì)方法將RF連接的所有處理元件放置在作為接收器的控制器單元84中。RF通訊方案和對傳感器74的控制存在于接收器/問訊器控制器84中，接收器/問訊器由商業(yè)上可獲得的電池或由AC電流供給動(dòng)力。因此，RF通訊方案和對傳感器74的控制由控制器84的MCU直接控制。存在于貼片72中的電流優(yōu)選完全是獨(dú)立的(self-contained)。貼片72中的傳感系統(tǒng)74優(yōu)選為硅片微電路，除了動(dòng)力調(diào)節(jié)電路和數(shù)字狀態(tài)控制外，還含有支持傳感器、量化來自傳感器的數(shù)據(jù)、編碼來自射頻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)所需的電路。傳感器、支持電路、RF電源和通訊都存儲在微芯片模子(micro-chip die)上，可以大規(guī)模和低成本地建立電路。該方案優(yōu)選被用于無源裝置和有源裝置。
操作過程由兩種模式組成，手工的和自動(dòng)的。在手工模式中，操縱員如護(hù)理人員啟動(dòng)該系統(tǒng)，輻射到貼片72的微電路上的RF能量被存儲，并被轉(zhuǎn)換用于溫度測量過程中，將來自BTT末端的數(shù)據(jù)傳輸給天線78。一旦足夠能量已經(jīng)被轉(zhuǎn)移(1秒之內(nèi))，微電路會進(jìn)行測量，并將數(shù)據(jù)傳輸給天線78接收器和控制器84，以被顯示在例如護(hù)理站的背光(back-lit)LCD顯示屏上。聲音“嘟嘟”將表示數(shù)據(jù)已經(jīng)被接收，可以查看了。在自動(dòng)模式中，在事先調(diào)整的頻率下，該過程通過訊問自動(dòng)和連續(xù)地進(jìn)行，當(dāng)讀數(shù)超出指定的范圍時(shí)，警報(bào)器被激活。還采用立體天線，設(shè)置控制器84來搜索天線的三維，以確保天線78與傳感裝置74之間連續(xù)和正確地連接。應(yīng)當(dāng)理解，傳感器能夠調(diào)制反射的RF能量。因此，能量將會觸發(fā)傳感器去獲得溫度測量值，然后傳感器將會調(diào)制反射的能量。該反射的能量和信號將會被訊問器接收并如上被顯示。
本發(fā)明還提供用于監(jiān)控生物學(xué)參數(shù)的方法，該方法包括步驟將有源傳感器固定在肌體上；由一臺裝置產(chǎn)生電磁輻射，該裝置被固定在床墊、枕頭和床框中的至少一種上；從所述有源傳感器上生成信號；通過固定在床墊、枕頭和床框中的至少一種上的裝置來接收所述信號；和根據(jù)所述信號確定生物學(xué)參數(shù)的數(shù)值。
應(yīng)當(dāng)理解，可以使用各種外部能量來源，例如電磁耦合，包括通過電磁感應(yīng)耦合(electromagnetic induction coupling)和可用外部振蕩器再充電的電池從外部充電的超級電容。還應(yīng)當(dāng)理解，可以通過超聲波從遠(yuǎn)處啟動(dòng)傳感系統(tǒng)。
圖11是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，更加詳細(xì)地顯示佩戴支撐結(jié)構(gòu)的人100，該支撐結(jié)構(gòu)被安置在通道末端的皮膚上，由具有傳感器74貼片72、發(fā)射器71和數(shù)字轉(zhuǎn)換和控制器73組成。人100佩戴作為天線78的項(xiàng)鏈，項(xiàng)鏈的墜子作為控制單元和傳輸單元79。太陽能電池和/或?qū)ｉT電池能量單元79。患者習(xí)慣于攜帶Holter監(jiān)控卡并用繩子掛在脖子上，因此適應(yīng)目前采用的系統(tǒng)的患者對本實(shí)施方案將會十分適應(yīng)。應(yīng)當(dāng)理解，除了項(xiàng)鏈，各種物品包括衣服和電設(shè)備可以被用作接收器/詢問器，這種性能容易被結(jié)合到移動(dòng)電話、筆記本電腦、掌上電腦、連接到國際互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)用品等上面，因此，患者可以使用其移動(dòng)電話/計(jì)算機(jī)用品來監(jiān)控自身的腦部溫度。
顯示在圖10和11的優(yōu)選實(shí)施方案優(yōu)選地對任何手術(shù)、醫(yī)院接收的任何患者、療養(yǎng)院的患者、和在救護(hù)車上提供連續(xù)監(jiān)控發(fā)熱或溫度峰值，以防止由醫(yī)院感染(Hospital infection)引起的死亡和傷害。醫(yī)院感染是在住院期間受到的感染。在美國，醫(yī)院感染是第四大引起死亡的原因，每年致使超過100,000患者死亡，主要是由于未能較早地確定發(fā)熱或溫度峰值而發(fā)生。由于24小時(shí)自動(dòng)監(jiān)控溫度，本發(fā)明能夠及時(shí)地確定和治療感染。如果出現(xiàn)溫度中的峰值，就會啟動(dòng)警報(bào)器。這使得可以及時(shí)地確定和治療感染，從而預(yù)防死亡或嚴(yán)重的并發(fā)癥，例如膿毒性休克，膿毒性休克是由于延遲了對感染過程的治療而發(fā)生。此外，所述優(yōu)選實(shí)施方案提供在家中連續(xù)監(jiān)控發(fā)熱的裝置，包括在兒童和成人的睡眠過程中。
圖12A是顯示佩戴支撐結(jié)構(gòu)的人100的優(yōu)選實(shí)施方案的正視圖，該支撐結(jié)構(gòu)由具有指示線(indicator line)111的貼片109組成，含有安置在通道末端的皮膚上的有源傳感器102。在圖12中顯示的優(yōu)選實(shí)施方案提供傳輸裝置104、處理裝置106、AD轉(zhuǎn)換器107和傳感裝置102，它們通過柔性電路110連接到電源108上。例如，傳輸模塊包括RF、聲音或光線。圖12B是顯示圖12A中的支撐結(jié)構(gòu)的彈性特點(diǎn)的側(cè)視圖，柔性電路110將貼片109的右側(cè)的微電子包(microelectronic package)103和所述貼片109的左側(cè)的電源108相連接，微電子包含有傳輸裝置、處理裝置和傳感裝置。示例性實(shí)施方案將會被詳細(xì)描述。
按照該用于溫度測量的示例性實(shí)施方案，由BTT發(fā)射的熱能由溫度傳感器102如微型熱敏電阻來感知，傳感器產(chǎn)生代表所感知的熱能的信號。然后，該信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，并用檢測溫度的標(biāo)準(zhǔn)處理來通過處理器106處理。用于腦部溫度測量的示例性聲波系統(tǒng)包括溫度傳感器、輸入耦合電路、信號處理電路、輸出耦合電路和輸出顯示電路。放置在內(nèi)眥區(qū)的皮膚表面上的貼片109中的溫度傳感器102(例如熱敏電阻)對腦部溫度變化響應(yīng)，腦部溫度變化表現(xiàn)為一種DC電壓信號。
該信號通過輸入耦合電路被耦合到信號處理電路中，用于調(diào)制振蕩器的輸出值，例如多頻振蕩器電路、在音頻范圍內(nèi)或稍高該范圍中工作的壓電系統(tǒng)、振蕩器是信號處理電路的主要組成。振蕩器的輸出值被輸入到放大器中，放大器是信號處理器的第二個(gè)主要組成成分。
放大器增加來自振蕩器的輸出水平，使得信號處理器的輸出值足以驅(qū)動(dòng)輸出顯示電路。根據(jù)輸出顯示電路的性質(zhì)，例如音頻揚(yáng)聲器、可視LED顯示器或者其他可能的顯示方式，輸出耦合電路用于將來自信號處理電路的信號與輸出顯示電路匹配。對于需要數(shù)字輸入信號的輸出顯示電路來說，輸出耦合電路包括數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換電路的類似物。DC電源電路是信號處理模塊中保留的重要組成。在信號處理電路中，需要DC電源電路來支持振蕩器和放大器的運(yùn)行。DC電源電路的實(shí)施方案包括超微型DC電池、光感DC電源或這兩者的組合等。優(yōu)選將微型變換器(transducer)、信號處理電子元件、發(fā)射機(jī)(transmitter)和電源組裝成專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit)或者單獨(dú)作為一種混合電路或者結(jié)合MEMS(微電機(jī)械系統(tǒng)(micro electrical mechanical systems))技術(shù)。
熱敏電阻電壓被輸入到微控制器單元中，即信號芯片微處理器中，該處理器預(yù)先安裝了程序，將熱敏電阻電壓加工成數(shù)字信號，該信號對應(yīng)于BTT部位的所測量的患者溫度，單位為攝氏度(或者華氏度)。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用不同的編程方案。例如，將傳感器電壓直接輸入到微控制器中，轉(zhuǎn)換為溫度值，然后以溫度值例如98.6°F顯示在顯示屏上。另一方面，在將該電壓輸入到微控制器中之前，通過數(shù)字轉(zhuǎn)換器類似物(ADC)來處理該電壓。
在進(jìn)行額外的信號調(diào)節(jié)后，微控制器輸出值驅(qū)動(dòng)壓電音頻(超聲波)發(fā)射器。壓電發(fā)射器無線發(fā)送數(shù)字脈沖，收音機(jī)鬧鐘大小的接收器模塊中的軟件能夠識別該數(shù)字脈沖，接收器模塊由擴(kuò)音器、低通音頻過濾器、放大器、微控制器單元、本地溫度顯示和預(yù)選的溫度水平預(yù)警裝置。信號處理軟件被預(yù)先編程到接收器的微控制器單元中。雖然，本發(fā)明提供用于在存在噪聲時(shí)的RF傳輸裝置，用擴(kuò)音器作為接收器的特定實(shí)施方案在醫(yī)院環(huán)境中具有其他優(yōu)點(diǎn)，其對通常存在于該環(huán)境中的許多其他RF裝置不產(chǎn)生RF干擾。微控制器單元驅(qū)動(dòng)每位被監(jiān)控的患者的溫度顯示器。每臺發(fā)射器標(biāo)記了其自身的ID。因此，一個(gè)接收器模塊可用于不同患者。被改進(jìn)來具有擴(kuò)音器的手表、移動(dòng)電話等，可以作為接收器模塊。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，微處理器的輸出值用于驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器。微控制器輸出值驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，提醒使用者處于健康受到威脅的狀態(tài)。在該設(shè)計(jì)中，微處理器的輸出值被輸入到數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)中，該轉(zhuǎn)換器將來自微處理器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相當(dāng)?shù)哪M信號，用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。
在還有另一個(gè)實(shí)施方案中，來自(DAC)的輸出值用于驅(qū)動(dòng)語音合成器芯片，該芯片被程序化以輸出適當(dāng)?shù)囊纛l，警告使用者處于中暑的危險(xiǎn)中，例如運(yùn)動(dòng)員。對于高于39℃的感知溫度，其信息為“您的體溫高。尋找蔭涼處。飲用冷飲。休息”。對于溫度低于36℃，該信息為“您的體溫低。尋找避免寒冷的庇護(hù)所。飲用熱飲。熱身”。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，輸出值用于驅(qū)動(dòng)光發(fā)射器，光發(fā)射器被編程來輸出適當(dāng)?shù)墓庑盘?。發(fā)射器具有當(dāng)溫度達(dá)到一定水平時(shí)被激活的紅外線。光信號作為遠(yuǎn)程控制單元，激活發(fā)出警報(bào)聲的遠(yuǎn)程單元。例如，當(dāng)小孩在夜里睡覺出現(xiàn)了溫度峰值時(shí)，該實(shí)施方案會提醒父母。
用于本地報(bào)告的站臺的示例性實(shí)施方案由三個(gè)被機(jī)械性地裝載在織物或塑料支持物(holder)中的電子模塊組成，例如貼片109，其含有安置在BTT部位的皮膚上的傳感器102。除了電池外，這些模塊為溫度傳感器模塊、微控制器模塊和輸出顯示模塊。在所有裝置的各個(gè)模塊之間采用電子分界面，以使正確地起作用。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由條帶組成，例如通過自粘墊(self-adhesive pad)附著在BTT區(qū)域上的貼片109。偶聯(lián)到微控制器上的熱敏電阻驅(qū)動(dòng)音頻壓電發(fā)射器或LED。該系統(tǒng)對溫度進(jìn)行本地報(bào)告，無需接收器。當(dāng)遇到特定的閾值時(shí)，一種音調(diào)或光線會提醒使用者。該音調(diào)作為一種諧音或再現(xiàn)人的聲音。
用于遠(yuǎn)程報(bào)告的另一個(gè)示例性實(shí)施方案由四個(gè)電子模塊組成傳感器模塊、微處理器模塊、輸出發(fā)射器模塊和接收器/監(jiān)視器模塊。從機(jī)械的角度看，前三個(gè)模塊實(shí)際上與第一個(gè)實(shí)施方案是相同的。從電子學(xué)的角度看，溫度傳感器和微處理器模塊與前面的實(shí)施方案是相同的。在該實(shí)施方案中，輸出發(fā)射器模塊替代前面的本地輸出顯示模塊。輸出發(fā)射器模塊被設(shè)計(jì)來將通過微處理器模塊確定的溫度結(jié)果無線傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的接收器/監(jiān)視器模塊。在各個(gè)模塊之間使用電子界面，以正確地起作用。該裝置可供醫(yī)院或家里的患者使用。通過讀取由接收器/監(jiān)視器模塊提供的數(shù)據(jù)，可以獲得連續(xù)的基礎(chǔ)溫度水平。
各種溫度傳感元件可被用作溫度傳感器，包括熱敏電阻、熱電偶或RTD(電阻溫度探測器)、鉑絲、表面安裝型傳感器(surface mountedsensor)、半導(dǎo)體、測量表面溫度的熱電系統(tǒng)、熒光光纖、雙金屬裝置、液體膨脹裝置和狀態(tài)改變裝置(change-of-state device)、熱通量傳感器、晶體溫度測定和可逆溫度指示物包括液晶Mylar片。優(yōu)選的溫度傳感器包括可從日本Shibaura購買的104JT型熱敏電阻。
圖13顯示本發(fā)明的將發(fā)射器120連接到接收器130上的優(yōu)選實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)圖。發(fā)射器120優(yōu)選包括芯片112，該芯片除了電源122、放大器(A)124、傳感器126和天線128外，組裝了微處理器(MCU)114、無線電頻率發(fā)射器(RF)116和A/D轉(zhuǎn)換器118，優(yōu)選被固定在芯片內(nèi)。示例性芯片包括(1)rfPIC12F675F，(可購自Microchip Corporation，Arizona，USA)，這是MCU+ADC+433Mhz的發(fā)射器(2)CC1010，可購自挪威的Chipcon Corporation。
除了電源150和輸入/輸出單元(I/O)148和相關(guān)的調(diào)制解調(diào)器152、光收發(fā)器154和通訊部分156外，接收器130優(yōu)選包括芯片RF收發(fā)器132(例如，CC1000可購自Chipcon Corporation)、微處理器單元(MCU)134、放大器和過濾單元(A/F)136、顯示器138、時(shí)鐘140、鍵盤142、LED144、揚(yáng)聲器146。
除了前述的可商業(yè)購買得到的RF發(fā)射器芯片外，各種裝置可被用于傳輸方案中。一個(gè)簡單的傳輸裝置包括具有916.48MHz b的單信道發(fā)射器的儀器，并將溫度讀數(shù)以與讀數(shù)成比例的頻率發(fā)送給床邊的接收器。熱敏電阻電阻將會控制振蕩器的頻率，給RF發(fā)射器輸入數(shù)據(jù)輸入值。如果工作循環(huán)低于1％，可以采用318MHz波段。除了頻率，可以采用周期測量技術(shù)。該模型采用單一無線電頻率載波器作為信號傳送器，用來源于轉(zhuǎn)換裝置的腦部溫度信息調(diào)制該載波信號，該轉(zhuǎn)換裝置(例如熱敏電阻)能夠?qū)⑵潆娞卣鞲淖優(yōu)闇囟鹊暮瘮?shù)?？梢酝ㄟ^溫度信息調(diào)制載波信號的頻率或振幅，使得調(diào)頻到該頻率的接收器能夠解調(diào)正在變化的載波信號，復(fù)原該緩慢變化的溫度數(shù)據(jù)。
適合于傳輸來自支撐結(jié)構(gòu)中的傳感器的信號的另一種傳輸技術(shù)是線性調(diào)頻裝置。這種裝置被激活時(shí)，發(fā)射器輸出載波信號，該信號以ISM波段中的較低頻率開始，并且緩慢地隨時(shí)增加頻率，直到達(dá)到最大頻率。腦部溫度信息用于修改線性調(diào)頻的頻率的變化率。接收器被設(shè)計(jì)來通過尋找兩種或多種特定頻率，非常精確地測量線性調(diào)頻的輸入值。當(dāng)檢測到第一種頻率時(shí)，時(shí)鐘測定共用時(shí)間，直到接收到第二種頻率。因此，可以加入第三種頻率、第四種頻率等，以幫助排斥噪聲。由于實(shí)際上所有的直接頻率展布頻譜發(fā)射器和跳頻發(fā)射器(frequency hoppingtransmitter)在它們在整個(gè)ISM波段中隨機(jī)分散，它們在正確時(shí)間真正生成“正確”順序的頻率的可能性是很低的。
一旦接收器測定目標(biāo)頻率之間的耗時(shí)，該時(shí)間是能夠代表腦部溫度的數(shù)值。如果預(yù)期的第二、第三或第四頻率在“已知的”時(shí)間窗口中未被接收器接收，該接收器將會把最初輸入值作為噪聲摒棄。這提供一種展布頻譜系統(tǒng)，采用廣譜來傳輸信息，而以不同于來自ISM波段的其他使用者的預(yù)期噪聲的方式來編碼該信息。線性調(diào)頻發(fā)射器的成本低廉，并且容易組裝，腦部溫度變換器(transducer)是控制頻率變化率的活化元件之一。
用于本地報(bào)告的其他優(yōu)選實(shí)施方案除了電源之外，還包括傳感器、運(yùn)算放大器(operational amplifier)(購自National SemicondutorCorporation的LM358)和LED。應(yīng)當(dāng)理解，運(yùn)算放大器(Op Amp)可以用MCU替代，而LED用壓電元件替代。
圖14是顯示支撐結(jié)構(gòu)160的示意圖，傳感器158和MCU 164控制和/或調(diào)節(jié)單元162。MCU 164和單元162之間的通訊是通過有線168或無線地166來實(shí)現(xiàn)的。作為例子，而不是限制，示例性單元162包括汽車中的氣候控制單元、自動(dòng)調(diào)溫器、交通工具的座位、家具、運(yùn)動(dòng)器械、衣服、鞋類、醫(yī)療裝置、藥泵等。例如，在運(yùn)動(dòng)器械中，MCU 164被編程來將溫度水平傳輸給接收器單元162。運(yùn)動(dòng)器械單元162中的MCU被編程，按照由MCU164生成的信號調(diào)節(jié)速度和其他設(shè)定。
優(yōu)選實(shí)施方案使得通過BTT部位上的支撐結(jié)構(gòu)精確地安置傳感儀器。支撐結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)來與BTT區(qū)域的解剖學(xué)標(biāo)志相吻合，以保證傳感器一直正確地被放置。眼角被認(rèn)為是永久性的解剖學(xué)標(biāo)志，即，在所有人中，它存在于相同的位置上。如本發(fā)明所證實(shí)，BTT區(qū)也是永久性的解剖學(xué)標(biāo)志。為了方便一致地放置在BTT部位上，可以如圖15A-15E中所示，使用支撐結(jié)構(gòu)中的指示物。
圖15A顯示被放置在支撐結(jié)構(gòu)172的外表面上的導(dǎo)向線170。導(dǎo)向線170對準(zhǔn)內(nèi)側(cè)眼角174。傳感器176位于導(dǎo)向線170的上方，在支撐結(jié)構(gòu)172的外緣上，一旦支撐結(jié)構(gòu)172的導(dǎo)向線170對準(zhǔn)內(nèi)側(cè)眼角174時(shí)，傳感器176被安置在通道的主要進(jìn)入點(diǎn)上。因此，支撐結(jié)構(gòu)可以被精確地和一致地以一定方式應(yīng)用，使得傳感器176一直覆蓋在BTT區(qū)域上。
圖15B顯示貼片172的不同設(shè)計(jì)，具有對準(zhǔn)內(nèi)側(cè)眼角174的相同導(dǎo)向線170，因此盡管設(shè)計(jì)上不同，可以一致地將傳感器176放置在BTT區(qū)。
圖15C是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，顯示傳感器176對準(zhǔn)內(nèi)角174。因此，在該實(shí)施方案中，不需要導(dǎo)向線，傳感器176本身引導(dǎo)了安置。
在圖15D中，貼片172的MCU 175和電池177位于BTT部位的外面，而傳感器176精確地安置在BTT部位上。應(yīng)當(dāng)理解，可以利用支撐結(jié)構(gòu)上的任何類型的指示物，以便正確地在BTT區(qū)進(jìn)行安置，包括外部標(biāo)記、葉狀結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)上的切口、對準(zhǔn)內(nèi)側(cè)眼角的不同幾何結(jié)構(gòu)等。
圖15E是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，顯示傳感器176的上邊緣176a對準(zhǔn)內(nèi)角174，位于內(nèi)眥區(qū)的下方，而微芯片控制器175位于內(nèi)眥區(qū)的上方。支撐結(jié)構(gòu)172具有幾何學(xué)指示物179，由支撐結(jié)構(gòu)172上的小凹陷組成。應(yīng)當(dāng)理解，作為支撐結(jié)構(gòu)起作用的條帶如粘性繃帶具有與傳感器相反的另一面和由可扯掉的片制成的硬件。傳感器的一面首先被附著到皮膚上，任何多余的條帶容易被扯掉。兩種尺寸，成人的和兒童的，包括所有可能的使用者。
以貼片起作用的支撐結(jié)構(gòu)的材料可以是柔軟的，并具有如聚乙烯所具有的絕緣特性。取決于應(yīng)用，多層結(jié)構(gòu)的貼片從外側(cè)到內(nèi)部的皮膚包括如下薄的絕緣層；雙層泡沫粘合劑(聚乙烯)；傳感器(熱敏電阻)和Mylar片。傳感器表面可以覆蓋Mylar片，接著用泡沫的粘性側(cè)面包裹。具有高熱阻和低熱傳導(dǎo)性的任何柔軟的薄材料優(yōu)選被用作傳感器和外部之間的界面，例如聚氨酯泡沫(K＝0.02W/m)。任何支撐結(jié)構(gòu)可以組合優(yōu)選的絕緣材料。
用于貼片的優(yōu)選電源包括本發(fā)明公開的天然熱電元件。此外，可以使用采用塑料組合如氟苯噻吩(fluorophenylthiophenes)作為電極的標(biāo)準(zhǔn)輕薄塑料電池，其是柔軟的，使得可以更好地按照BTT部位的解剖學(xué)進(jìn)行構(gòu)造。另一種示例性的合適電源包括質(zhì)輕的超薄固態(tài)鋰電池，由半固體的塑性電解液(plastic electrolyte)組成，約300微米厚。
該系統(tǒng)具有兩種模式室溫下，該系統(tǒng)是靜止的，在體溫下，該系統(tǒng)被激活。該系統(tǒng)還具有啟動(dòng)/關(guān)閉的開關(guān)，利用皮膚電阻產(chǎn)生電路，所以，僅當(dāng)傳感器被安置在皮膚上時(shí)，該系統(tǒng)才被激活。該貼片還具有一個(gè)內(nèi)置的開關(guān)，其中剝除導(dǎo)電背襯(backing)，打開電路(墊)，啟動(dòng)該系統(tǒng)。此外，當(dāng)從肌體上去除時(shí)，該貼片被放置在含有磁鐵的容器(case)中。容器中的磁鐵作為關(guān)閉的開關(guān)，當(dāng)該貼片在容器中時(shí)，傳輸被終止。
圖16A-16C是優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，顯示佩戴了被組裝成貼片的支撐結(jié)構(gòu)180的人100。在圖16A中所示的優(yōu)選實(shí)施方案中，支撐結(jié)構(gòu)180含有LED 184、電池186和傳感器182。傳感器182被安置在鄰近于內(nèi)側(cè)眼角25的內(nèi)眥區(qū)上方的主要進(jìn)入點(diǎn)上。按照本發(fā)明的原理，當(dāng)信號達(dá)到一定閾值時(shí)，LED184被激活。圖16B是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，顯示佩戴支撐結(jié)構(gòu)180的人100，傳感器180被安置在通道的主要進(jìn)入點(diǎn)的大體區(qū)域上，支撐結(jié)構(gòu)180的上邊緣181對準(zhǔn)內(nèi)側(cè)眼角25。支撐結(jié)構(gòu)180含有一個(gè)延伸部分，被擱置在臉頰區(qū)域189上，裝有用于無線傳輸?shù)陌l(fā)射裝置183、處理裝置185和電源187。圖16C是顯示佩戴兩個(gè)片狀結(jié)構(gòu)180a的人100的示例性優(yōu)選實(shí)施方案，該片狀結(jié)構(gòu)由支撐結(jié)構(gòu)180b和裝載結(jié)構(gòu)(housing structure)180c組成，通過導(dǎo)線192連接，優(yōu)選是柔性電路。支撐結(jié)構(gòu)180b含有被安置在BTT位置上的傳感器182。裝載結(jié)構(gòu)180c包含前額21上的膠帶，裝載了處理裝置183a、發(fā)射裝置183b和電源187，將信號傳輸?shù)絾卧?94如移動(dòng)電話。
圖17是顯示具有傳感器182的支撐結(jié)構(gòu)180的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，該支撐結(jié)構(gòu)通過夾子196固定在鼻子191上。支撐結(jié)構(gòu)180向上延伸到前額193。支撐結(jié)構(gòu)180的裝載結(jié)構(gòu)195含有壓力附著裝置，如夾子196。前額上的裝載結(jié)構(gòu)197含有發(fā)射裝置和電源。夾子196采用基于彈簧的結(jié)構(gòu)196a，應(yīng)用柔和的壓力來將支撐結(jié)構(gòu)180和傳感器182固定在穩(wěn)定的位置上。裝載結(jié)構(gòu)197還可以含有LCD顯示器19。LCD 19具有使用者在鏡子中進(jìn)行觀察的倒置圖像，此外，LCD 19具有鉸鏈或者可以被折疊以正確安置，使得使用者容易觀察所顯示的數(shù)值。
圖18是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，顯示佩戴由貼片組成的支撐結(jié)構(gòu)180的人100，傳感器182被安置在通道末端的皮膚上，通過導(dǎo)線199連接到解碼和顯示單元200上。支撐結(jié)構(gòu)180具有對準(zhǔn)內(nèi)側(cè)眼角174的可視指示物170。導(dǎo)線199在其第一個(gè)20cm上包括膠帶201，最優(yōu)選的連接到導(dǎo)線199上的膠帶在來自傳感器182的導(dǎo)線的前10cm上。
圖19A1-19D是支撐結(jié)構(gòu)180和傳感裝置182的優(yōu)選幾何學(xué)和尺寸的示意圖。對于本發(fā)明的最佳功能來說，特定的幾何學(xué)和尺寸的傳感器和支撐結(jié)構(gòu)是必須的。制定支撐結(jié)構(gòu)180的尺寸和設(shè)計(jì)，以優(yōu)化功能并與通道的不同部分的幾何學(xué)和尺寸一致。
圖19A1顯示作為貼片的支撐結(jié)構(gòu)180。貼片180含有傳感器182。貼片180可能含有其他硬件或者僅僅是傳感器182。示例性傳感器182是扁平的熱敏電阻或者體表放置的電熱傳感器。貼片的優(yōu)選最大尺寸稱作為“z”，等于或小于12mm，優(yōu)選等于或小于8mm，和最優(yōu)選等于或小于5mm。從傳感器182的外邊緣到貼片180的外邊緣的最小距離稱作為“x”?！皒”等于或小于11m，優(yōu)選等于或小于6mm，和最優(yōu)選等于或小于2.5mm。用于說明性目的，傳感器182具有不同的側(cè)面，距離“y”對應(yīng)于從傳感器的外邊緣到貼片180的外邊緣的最大距離。盡管具有不同的側(cè)面，最小距離“x”是優(yōu)選實(shí)施方案的決定因素。應(yīng)當(dāng)理解，傳感器182的整個(gè)表面可以用粘合劑覆蓋，因此在傳感器和支撐結(jié)構(gòu)的外邊緣之間沒有間距。
包括傳感器的表面接觸BTT部位的皮膚的示例性實(shí)施方案用Mylar制備。Mylar表面包含傳感器本身，在其接觸皮膚的表面上具有粘合劑。在這種情況下，支撐結(jié)構(gòu)包括一片膠或者粘合劑，可以相對于傳感器本身平齊構(gòu)建。因此，在圖19E中，支撐結(jié)構(gòu)171由一片膠固定的傳感器182組成，并置在BTT區(qū)上。傳感器182包括Mylar，熱敏電阻、熱電偶等，傳感器182優(yōu)選在支撐結(jié)構(gòu)171如一片膠或任何支撐結(jié)構(gòu)的邊緣，而所述傳感器182優(yōu)選還用一片絕緣材料173在其外表面進(jìn)一步絕緣，例如聚乙烯。
如圖19A2中所示，傳感器182在其表面具有粘合劑，以被固定到皮膚11上。然后，根據(jù)本發(fā)明的原理，將該傳感器應(yīng)用于BTT部位上。優(yōu)選距離“x”等于或小于2.5mm，使得精確地將傳感器182最佳地安置在通道的主要進(jìn)入點(diǎn)上，從而可以最佳地獲得信號，這被用于需要最精確的測量值的應(yīng)用中，例如在監(jiān)控手術(shù)操作的過程中。雖然貼片可以被用作優(yōu)選尺寸描述的支撐結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)理解，按照本發(fā)明的原理，相同的尺寸可以被應(yīng)用于任何任何支撐結(jié)構(gòu)中，包括夾子、內(nèi)眥墊、頭戴的飾品等。
圖19B是具有扁平傳感器182的圓形貼片180的示例性實(shí)施方案。優(yōu)選尺寸“x”和“z”相同地應(yīng)用于圖19A1中。圖19C是具有珠型傳感器182的貼片的示例性實(shí)施方案。優(yōu)選尺寸“x”和“z”相同地應(yīng)用于圖19A1中。圖19D是具有傳感器-芯片15的示例性實(shí)施方案。傳感器芯片15包括傳感器被集成為芯片的一部分，例如專用集成電路(ASIC)。例如，傳感器芯片15包括傳感器15a、處理器15b和發(fā)射器15c。優(yōu)選尺寸“x”相同地應(yīng)用于圖19A1中。其他硬件如電源27可以被裝載在支撐結(jié)構(gòu)180中，支撐結(jié)構(gòu)具有稱作為“d”的大尺寸，只要保持尺寸“x”，尺寸“d”不影響其性能。
支撐結(jié)構(gòu)和傳感器被改進(jìn)來與通道的幾何學(xué)和尺寸相匹配，進(jìn)行接觸測量或非接觸測量，其中傳感器不接觸BTT部位的皮膚。
圖20A-20C顯示按照本發(fā)明的優(yōu)選尺寸“x”。如圖20A所示，從支撐結(jié)構(gòu)的外邊緣180a到傳感器182a的外邊緣的距離為11mm。優(yōu)選地，如圖20B所示，從支撐結(jié)構(gòu)的外邊緣180a到傳感器182a的外邊緣的距離為6mm。最優(yōu)選地，如圖20C所示，從支撐結(jié)構(gòu)的外邊緣180a到傳感器182a的外邊緣的距離為2.5mm。
傳感器182相對于內(nèi)側(cè)眼角184的優(yōu)選位置被顯示在圖21A和21B中。支撐結(jié)構(gòu)180安置傳感器182，對準(zhǔn)內(nèi)側(cè)眼角184(圖21B)。優(yōu)選地，如圖21A所示，支撐結(jié)構(gòu)180將傳感器182安置在內(nèi)側(cè)眼角184的上方。
被組裝成貼片和夾子的支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案優(yōu)選被用于醫(yī)院環(huán)境下和衛(wèi)生保健場所，包括連續(xù)監(jiān)控發(fā)熱或溫度峰值。組裝成內(nèi)眥墊或頭戴飾品的支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)選用于監(jiān)控體溫過高、體溫過低和業(yè)余運(yùn)動(dòng)員、職業(yè)運(yùn)動(dòng)員、軍人、消防員、建筑工人和其他高強(qiáng)度職業(yè)的水合狀態(tài)、職業(yè)安全，和用于防止由于太陽光的熱損傷引起的皺紋形成。
圖22A-22C是顯示佩戴支撐結(jié)構(gòu)的人100的優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，該支撐結(jié)構(gòu)被組裝成眼鏡206的內(nèi)眥墊204。在圖22A所示的優(yōu)選實(shí)施方案中，內(nèi)眥墊204含有傳感器202。連接臂(connecting arm)208將內(nèi)眥墊204連接到眼鏡架206上，與常規(guī)鼻墊212相鄰。傳感器202被安置在鄰近內(nèi)側(cè)眼角210的內(nèi)眥區(qū)的上方。
圖22B是顯示佩戴組裝成內(nèi)眥墊204的支撐結(jié)構(gòu)的人100的示例性優(yōu)選實(shí)施方案，傳感器202被集成到特別構(gòu)建的眼鏡框216中，含有LED228、230。構(gòu)建連接左邊的透鏡邊緣222和右邊的透鏡邊緣224的連接片220，并安置在比常規(guī)眼鏡結(jié)構(gòu)的透鏡邊緣222、224更高的位置上。由于連接片220的位置較高和鏡框216的特定結(jié)構(gòu)，左邊透鏡邊緣222的上邊緣被安置在比眉毛226稍高的位置上。該結(jié)構(gòu)使得內(nèi)眥墊204被安置在BTT部位上，而LED228、230對準(zhǔn)視軸線。內(nèi)眥墊204的臂232可以是彈性的和可調(diào)節(jié)的，用于正確地將傳感器202安置在BTT部位的皮膚上，用于在不需要測量時(shí)從BTT部位上移開。LED 228是綠色的，而LED 230是紅色的，并且當(dāng)信號達(dá)到一定閾值時(shí)，所述LED 228、230被激活。
圖22C是顯示佩戴支撐結(jié)構(gòu)的人100的示意性優(yōu)選實(shí)施方案，支撐結(jié)構(gòu)被組裝成具有傳感器202的內(nèi)眥墊204。來自傳感器的信號202由裝載在眼鏡腿236中的發(fā)射器234無線傳輸。接收單元238接收來自發(fā)射器234的信號，用于處理和顯示。示例性接收單元238包括手表、移動(dòng)電話、尋呼機(jī)、掌上電腦等。
圖23A-23B顯示組裝成改進(jìn)的眼鏡244的鼻墊242的支撐結(jié)構(gòu)的可替代的實(shí)施方案的透視圖。圖23A顯示含有改進(jìn)的鼻墊242的眼鏡244的透視圖，具有傳感器240和處理器241、汗液傳感器246和由眼鏡腿250固定的電源248，和由眼鏡腿254固定的發(fā)射器252，所有這些進(jìn)行電連接。改進(jìn)的鼻墊242由上方具有角樣延伸部分243的特大型鼻墊組成，將傳感器240安置到通道末端上。
圖23B是顯示含有特大型改進(jìn)的鼻墊258的眼鏡256的示意圖，具有由眼鏡腿262固定的傳感器240、汗液傳感器260，由眼鏡腿266固定的發(fā)射器264。按照本發(fā)明的尺寸和原理，改進(jìn)的特大型鼻墊258優(yōu)選測量其上方258a的12mm或更大范圍，在其外邊緣含有傳感器240。
如圖24中所示，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，提供固定內(nèi)眥墊260的護(hù)目鏡268，適合于將傳感器262、264安置在皮膚的通道部位上。如所示，護(hù)目鏡268還固定傳輸裝置261、電源263、本地報(bào)告裝置265如LED和用于遠(yuǎn)程報(bào)告的天線267。天線267優(yōu)選被集成為護(hù)目鏡268的透鏡邊緣269的一部分。
如圖25中所示，在內(nèi)眥墊272中，其他與通過傳感器270生成的信號相關(guān)的裝置包括電源開關(guān)274、代表模選器的設(shè)定開關(guān)276、用于信號的無線傳輸?shù)陌l(fā)射器278、揚(yáng)聲器282、壓電裝置283、輸入裝置284和處理裝置286。優(yōu)選通過眼鏡框280的任何部分來固定裝置274、276、278、282、284和286。應(yīng)當(dāng)理解，除了用于有線傳輸信號的導(dǎo)線外，各種裝置、開關(guān)和可以存儲數(shù)據(jù)、時(shí)間的控制裝置和其他多功能開關(guān)可以被組裝在儀器中。
圖26A顯示由眼鏡292的內(nèi)眥墊290、289固定的傳感器299、300的優(yōu)選實(shí)施方案的后視圖，除了發(fā)射器288、汗液傳感器294和被布置在眼鏡腿295中的導(dǎo)線296和所述眼鏡292的透鏡邊緣293之外，還包括透鏡邊緣297和顯示器298，被連接到顯示裝置296上。
圖26B是眼鏡292的正視圖，該眼鏡包括汗液傳感器294、發(fā)射器288和被布置在眼鏡腿295中的導(dǎo)線296和眼鏡292的透鏡邊緣293，被連接到顯示裝置上。在該實(shí)施方案中，汗液傳感器294產(chǎn)生指示汗液中的物質(zhì)的濃度的信號(例如9mmol/L的鈉離子)，被顯示在左側(cè)的顯示器296上，由內(nèi)眥墊290固定的傳感器300產(chǎn)生一個(gè)信號，指示例如98°F的腦部溫度，被顯示在右側(cè)的顯示器298上。汗液傳感器可以是多孔的或微孔的，使得在測量化學(xué)成分時(shí)，優(yōu)化液體通過傳感器。
可以采用各種顯示裝置和用于正確聚集的相關(guān)透鏡，包括液晶顯示器，LED，光纖，顯微投影儀，血漿測定裝置等。應(yīng)當(dāng)理解，顯示裝置可以被直接附著到透鏡上，或者是透鏡的主要部分。還應(yīng)當(dāng)理解，顯示裝置可以包括包含在透鏡邊緣中或者在透鏡邊緣外的分開部分。此外，兩個(gè)透鏡和在透鏡邊緣293、297中保持的顯示器296、298可以用單一的單元來替換，在使用或不使用透鏡邊緣293、297時(shí)，該單一單元可以被直接附著到眼鏡292的框架上。
圖27是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，顯示三片支撐結(jié)構(gòu)304，優(yōu)選提供被改進(jìn)來作為可互換的連接片的內(nèi)眥墊連接片。該實(shí)施方案包括三個(gè)片。片301包含左邊透鏡邊緣301a和左邊眼鏡腿301b。片302包含右邊透鏡邊緣302a和右邊眼鏡腿302b。片303稱作為內(nèi)眥片連接，包含眼鏡303a和眼鏡的墊結(jié)構(gòu)303b的連接橋。墊片303特別地被改進(jìn)來提供內(nèi)眥墊306，將傳感器308安置在BTT部位上。參照本實(shí)施方案，使用者可以購買根據(jù)本發(fā)明的三片眼鏡，其中連接器303具有傳感功能，因此，成本較低。但是，三片眼鏡304提供了用具有傳感功能的連接器303替代無傳感功能的連接器303。如圖27中所示，具有內(nèi)眥墊306和傳感器308的連接器303還包括無線電頻率發(fā)射器301和電池312。因此，連接器303提供所有必需的硬件，包括用于傳感、傳輸和報(bào)告信號的裝置。任何本領(lǐng)域已知的附著裝置可以被使用，包括加壓裝置、滑動(dòng)裝置、別針等。
如圖28A中所示，另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案提供安置傳感器316的可移動(dòng)的內(nèi)眥片314。如所示，眼鏡318的連接橋320以可拆除的方式被連接到內(nèi)眥片314上。眼鏡318還包括由前部分311固定的汗液傳感器322、324和由眼鏡腿313固定的發(fā)射裝置326。眼鏡318的前部分311定義為前額部分并延伸穿過佩戴者的前額，含有汗液傳感器322、324。汗液流過傳感器322、324的膜，到達(dá)電極，產(chǎn)生與存在于汗液中的分析物的含量成比例的電流。
圖28B是可移動(dòng)的內(nèi)眥片314的后視圖，顯示可視報(bào)告裝置323、325，例如在左臂內(nèi)的綠色LED和紅色LED，以及被改進(jìn)來安置在通道末端上的傳感器316，和用于電連接內(nèi)眥片314的左臂329和右臂328的導(dǎo)線326。圖28C可移動(dòng)的內(nèi)眥片314的正視圖，顯示左臂329中的電源330、發(fā)射器332和傳感器316，和用于電連接內(nèi)眥片314的左臂329和右臂328的導(dǎo)線326。內(nèi)眥片314可以用不傳感的常規(guī)鼻墊來替代，該鼻墊具有與內(nèi)眥片314相同的大小和尺寸，以與圖28A的眼鏡318的連接橋320充分吻合?？梢苿?dòng)的內(nèi)眥片除了LED外，還具有用于顯示數(shù)值的內(nèi)置LCD顯示器和/或RF發(fā)射器。因此，可移動(dòng)的內(nèi)眥片一種或多種報(bào)告裝置，被集成為單一的傳感和報(bào)告單元。
圖29是被組裝成眼鏡的夾式結(jié)構(gòu)340的支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案的后視圖，包括附著裝置338如鉤子或磁鐵，傳輸裝置342，處理裝置344，電源346，裝配在三軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)349上以正確地被安置在BTT部位上的內(nèi)眥墊348，和傳感器350。夾式結(jié)構(gòu)340被改進(jìn)以裝配在常規(guī)眼鏡上，將內(nèi)眥墊348固定在常規(guī)的眼鏡的鼻墊的上方。
傳感的內(nèi)眥墊優(yōu)選被連接到附著結(jié)構(gòu)上，如眼鏡，不依賴于裝配在所述眼鏡上的專門連接或附著裝置的存在，例如凹槽、別針等。該實(shí)施方案提供在各種類型或品牌的附著結(jié)構(gòu)中廣泛使用傳感的內(nèi)眥墊的手段。圖30顯示內(nèi)眥墊352的正視圖，包括粘性背襯354，將墊352固定到附著結(jié)構(gòu)如眼鏡上或者另一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上。粘性表面354被改進(jìn)以與眼鏡面積相匹配，將內(nèi)眥墊352固定到所述眼鏡上，該面積如對應(yīng)于眼鏡的常規(guī)鼻墊的面積。內(nèi)眥墊352以完全獨(dú)立的單元起作用，含有傳感器356，電源358和報(bào)告裝置360，通過導(dǎo)線361、362進(jìn)行電連接。報(bào)告裝置360包括用可視裝置(例如LED)，音頻裝置(例如壓電的聲音芯片或揚(yáng)聲器進(jìn)行本地報(bào)告，和用無線傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)告。
圖31A是被組裝成眼鏡380的支撐結(jié)構(gòu)的可替代實(shí)施方案的頂端視圖，該眼鏡在常規(guī)鼻墊366、376中具有孔364、365，用于固定專門的內(nèi)眥墊。眼鏡380包括被布置在眼鏡380的框架的右邊透鏡邊緣371中的導(dǎo)線368，用所述導(dǎo)線368將裝載在右邊眼鏡腿369內(nèi)的發(fā)射器370連接到鼻墊366上。眼鏡380還包括被裝配在左邊透鏡邊緣365上的導(dǎo)線363，用所述導(dǎo)線363將裝配在左邊眼鏡腿374上的發(fā)射器372連接到鼻墊376上。圖31B是支撐結(jié)構(gòu)380的部分的放大透視圖，在常規(guī)鼻墊376中具有孔365。圖31C是有孔364的常規(guī)鼻墊366的側(cè)面視圖。圖31D是被裝配到常規(guī)鼻墊366的孔364中的內(nèi)眥片382的側(cè)面視圖。
圖32A是佩戴包含眥內(nèi)帽390的支撐結(jié)構(gòu)的人100的透視圖，眥內(nèi)帽被固定在常規(guī)的眼鏡394的鼻墊392的上面。圖32B是眥內(nèi)帽390的透視后視圖，顯示傳感器396、發(fā)射器芯片398和用于將帽390固定在鼻墊上的開口(opening)397。
圖33A是被固定在鼻墊392上的眥內(nèi)帽390的透視圖。眥內(nèi)帽390含有傳感器396，發(fā)射器芯片398和開口397。圖33B是顯示眥內(nèi)帽390被固定到鼻墊392上所最后結(jié)果的透視圖本發(fā)明提供特定的鼻墊，將傳感器正確地安置在BTT部位上。圖34是改進(jìn)的左側(cè)可轉(zhuǎn)動(dòng)鼻墊400的透視圖，鼻墊被改進(jìn)來將傳感器安置在通道末端的皮膚上，包括具有傳感器401的鼻墊402、臂404和裝載傳動(dòng)裝置(gear)的盒體(house)406，該傳動(dòng)裝置使得可以如轉(zhuǎn)盤一樣轉(zhuǎn)動(dòng)鼻墊，以將傳感器401安置在被確定為1和2的不同通道區(qū)域上。位置1將傳感器放置在內(nèi)眥角上，接近通道主要進(jìn)入點(diǎn)的大體區(qū)域，位置2將傳感器放置在正好在通道主要進(jìn)入點(diǎn)處的內(nèi)眥角的上方。該實(shí)施方案使得可以自動(dòng)激活傳感系統(tǒng)，并且利用如圖1(鼻子是黑色的)和圖2(鼻子是紫色和藍(lán)色的)所見的鼻梁的溫度低的事實(shí)。當(dāng)墊處于其靜止的位置(“零”)上時(shí)，傳感器保持在溫度為35.7℃的低溫位置上，對應(yīng)于鼻子上的鼻墊的常規(guī)位置。在位置“零”時(shí)，傳感器處于睡眠模式(35.8或更低的溫度)。將傳感器移動(dòng)到熱的區(qū)域，如大體區(qū)域(位置1)或者主要進(jìn)入點(diǎn)(位置2)，自動(dòng)地激活傳感器，進(jìn)入活化模式并啟動(dòng)傳感功能。
應(yīng)當(dāng)理解，按照本發(fā)明的原理，眾多的特殊鼻墊和內(nèi)眥墊可以被使用，包括使墊能夠完全或部分地折疊的軸樞鉸鏈，在溝槽中使用彈簧、軸樞、滑板的自調(diào)節(jié)墊等，以及能夠適應(yīng)不同種族的解剖學(xué)變化的自調(diào)節(jié)裝置。應(yīng)當(dāng)理解，最優(yōu)選通過連接到透鏡邊緣的上面部分或者在從透鏡邊緣的上邊緣開始的6mm內(nèi)，將改進(jìn)的鼻墊優(yōu)選高高地安置在眼鏡架上。
可以使用各種材料，包括具有超級粘性的材料，緊密地將傳感裝置并置在BTT部位上。各種具有超級彈性特性的金屬線被用作鉸鏈裝置，以正確地將傳感裝置安置在BTT部位上。內(nèi)眥墊可以用柔軟的合成樹脂材料制備，例如硅橡膠、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電彈性體材料、金屬、柔韌材料等，以正確地被安置到內(nèi)眥區(qū)的BTT部位上，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓δ堋＿€應(yīng)當(dāng)理解，內(nèi)眥墊具有適合模壓的彈性特性，包括當(dāng)被重壓時(shí)仍處于去除壓力時(shí)的應(yīng)力形狀的材料。具有形狀記憶的任何類型的橡膠、硅樹脂等也可以被用于內(nèi)眥墊和改進(jìn)的鼻墊中。
通過大量減少或消除干擾成分，提供高的信號噪聲比，改進(jìn)傳感器以捕獲來自BTT的熱輻射，本發(fā)明提供準(zhǔn)確和精確地測量生物學(xué)參數(shù)所需的裝置，包括用光學(xué)裝置如紅外光分光鏡(infrared spectroscopy)測量體內(nèi)的化學(xué)成分。而且，本發(fā)明的通過增強(qiáng)信號的儀器和方法，使得可以用各種技術(shù)和使用不同類型的電磁輻射，獲得臨床上有用的讀數(shù)。除了近紅外分光鏡外，當(dāng)采用其他形式的電磁輻射如中紅外輻射、無線電波阻抗、光聲光譜學(xué)、Raman光譜學(xué)、可見光譜學(xué)、紫外線光譜學(xué)、熒光光譜學(xué)、散射光譜學(xué)和偏振光偏振轉(zhuǎn)，以及其他技術(shù)如熒光(包括Maillard反應(yīng)、光誘導(dǎo)熒光和紫外線誘導(dǎo)葡萄糖熒光)、比色、折射率、光反射、熱梯度、消弱的全內(nèi)反射、分子銘記等，本發(fā)明獲得了良好的結(jié)果和較高的信號噪聲比。被改進(jìn)來在BTE(腦熱能)通道部位捕獲熱能的傳感器提供了使用電磁裝置測量生物學(xué)參數(shù)的最佳手段。BTE通道是生理BTT的物理等價(jià)物，在此被用于表征通道的物理特性。BTT和BTE通道在皮膚上的幾何學(xué)和尺寸是相同的。
BTE通道的如下特征使得可以最佳地獲得信號。BTE通道末端的皮膚很薄。如果皮膚厚，那么輻射不能穿透并到達(dá)被測量的物質(zhì)。BTE通道的皮膚在其整個(gè)表面上一致地具有恒定的厚度。存在于其他皮膚區(qū)域上的任意厚度的皮膚使得不能獲得所需的精確性。BTE通道沒有脂肪。被反射和傳輸?shù)男盘柕膹?qiáng)度在不同患者之間變化很大，取決于個(gè)體的體格特征，例如脂肪含量。BTE末端的血管很淺，是末端血管并且沒有動(dòng)靜脈回路。在其他部分皮膚上，深層血管定位很深，在不同人之間，其位置和深度都變化很大。BTE通道無光散射元件覆蓋在其末端，例如骨骼、軟骨等。熱輻射不必穿過軟骨或骨骼，以到達(dá)被測量的物質(zhì)。皮膚上的BTE通道末端具有特定但是固定的幾何學(xué)，用永久性的解剖學(xué)標(biāo)志充分地劃定。在肌體的其他皮膚表面上，熱量源和探測器的位置之間的不一致性是誤差和可變性的重要來源。
在所述發(fā)射相互作用并被所測量的物質(zhì)吸收后，遠(yuǎn)紅外輻射分光鏡測量自然的熱量發(fā)射。本發(fā)明提供一種熱穩(wěn)定媒介，可忽略數(shù)量的干擾成分和薄皮膚是來自BTE通道的熱發(fā)射到達(dá)探測器之前所要跨越的僅有結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)將從BTE通道發(fā)射的熱能轉(zhuǎn)換為被測量的物質(zhì)的濃度時(shí)，其正確性和精確度很高。
BTE通道的天然光譜發(fā)射根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的存在和濃度而改變。根據(jù)Planck法則，可以計(jì)算所發(fā)射的遠(yuǎn)紅外熱輻射和預(yù)定量的熱輻射。通過測量感興趣的物質(zhì)的條帶外的熱能吸收，可以計(jì)算基準(zhǔn)強(qiáng)度。通過比較BTE通道部位的測量值和預(yù)測值，可以通過分光鏡裝置來確定感興趣的物質(zhì)條帶中的熱能吸收。然后，根據(jù)所吸收的熱能的含量，將該信號轉(zhuǎn)換為物質(zhì)的濃度。
被改進(jìn)來探查BTE通道的傳感器提供了用于測量感興趣的物質(zhì)的手段，利用BTE通道發(fā)射的自然的腦遠(yuǎn)紅外輻射，以及應(yīng)用體內(nèi)Beer-Lambert法則。來自BTE通道部位的表面的紅外能量的光譜輻射對應(yīng)于化學(xué)物質(zhì)的光譜信息。38℃照射下的這些熱發(fā)射包括4,000-14,000nm的波長范圍。例如，葡萄糖強(qiáng)烈的吸收約9,400nm條帶的光線。當(dāng)在BTE通道部位發(fā)射遠(yuǎn)紅外熱輻射時(shí)，葡萄糖將會吸收對應(yīng)于其吸收條帶的輻射部分。在BTE通道中的熱封閉和熱穩(wěn)定環(huán)境中，葡萄糖對熱能的吸收與血糖濃度成線性相關(guān)。
支撐結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)從紅外到可見光的輻射源和用于收集生成的輻射的探測器，輻射源在BTE通道中與被測量的物質(zhì)相互作用。
本發(fā)明提供用于測量生物學(xué)參數(shù)的方法，包括在BTE通道部位測量紅外熱輻射，生成代表輻射強(qiáng)度的輸出電信號，轉(zhuǎn)換生成的輸入值，和將轉(zhuǎn)換的輸入值發(fā)送給處理器。處理器被改進(jìn)來提供對信號的必要的分析，以確定被測量物質(zhì)的濃度，和顯示結(jié)果。
本發(fā)明包括優(yōu)選地將近紅外能量導(dǎo)向BTE通道末端的皮膚表面上的裝置，用于分析反射系數(shù)或者背向散射光譜并將其轉(zhuǎn)換為被測物質(zhì)的濃度的裝置，和用于將光源和探測器或裝置安置在鄰近于BTE通道部位的皮膚表面上的支撐結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供用于確定物質(zhì)濃度的方法，所述方法包括將電磁輻射如近紅外線導(dǎo)向BTE通道部位的皮膚上，檢測來自所述BTE通道部位的皮膚的近紅外能量，獲得生成的光譜，生成該檢測的電信號，處理該信號，根據(jù)所述信號報(bào)告感興趣的物質(zhì)的濃度。本發(fā)明還包括用于將光源和探測器安置在穩(wěn)定位置上的裝置和方法，輻射被導(dǎo)向和從中接收輻射的表面具有穩(wěn)定的壓力和溫度。
本發(fā)明還包括使用內(nèi)眥墊引導(dǎo)紅外能通過鼻子的裝置，用于將輻射源和探測器直接相反放置的裝置，和用于分析被傳輸?shù)纳晒庾V和將被傳輸?shù)纳晒庾V轉(zhuǎn)換為所測量的物質(zhì)的濃度的裝置。本發(fā)明還提供用于測量生物學(xué)參數(shù)的方法，所述方法包括用內(nèi)眥墊引導(dǎo)電磁輻射如近紅外通過鼻子，收集從所述鼻子上輻射近紅外能，獲得生成的光譜，生成該檢測的電信號，處理該信號，根據(jù)所述信號報(bào)告感興趣的物質(zhì)的濃度。本發(fā)明還包括用于將輻射源和探測器安置在穩(wěn)定位置上的裝置和方法，輻射被導(dǎo)向穿過的表面具有穩(wěn)定的壓力和溫度。
本發(fā)明還包括用于收集來自BTE通道的自然遠(yuǎn)紅外熱輻射的裝置，用于安置輻射收集器來接收所述輻射的裝置，用于將所收集的來自BTE通道的輻射轉(zhuǎn)換為所測量的物質(zhì)的濃度的裝置。本發(fā)明還提供用于測量生物學(xué)參數(shù)的方法，所述方法包括用來自BTE通道的自然遠(yuǎn)紅外熱發(fā)射作為測量感興趣的物質(zhì)的生成輻射，收集生成的輻射光譜，產(chǎn)生檢測的電信號，處理該信號并根據(jù)該信號報(bào)告被測量物質(zhì)的濃度。
根據(jù)在BTE通道處測量的物質(zhì)的含量，激活包括灌流泵的藥物分發(fā)系統(tǒng)，例如，當(dāng)需要正常化人造胰腺的葡萄糖水平時(shí)，自動(dòng)地注射胰島素。
任何可以通過電磁裝置分析的存在于血液中的物質(zhì)，都可以在BTE通道中被測量。例如，但是不是限制，這些物質(zhì)可以包括外源化學(xué)物質(zhì)，例如藥物和酒精以及內(nèi)源化學(xué)物質(zhì)如葡萄糖、氧、乳酸、膽固醇、碳酸氫鹽、激素、谷氨酸鹽、尿素、脂肪酸、甘油三酯、蛋白質(zhì)、肌氨酸酐、氨基酸等。數(shù)值如pH也可以用反射光譜學(xué)計(jì)算，pH與光吸收相關(guān)。
根據(jù)圖35，顯示了本發(fā)明的優(yōu)選反射測量儀器的透視圖。圖35顯示光源420例如紅外LED與光探測器422并列放置，布置在支撐結(jié)構(gòu)426中，支撐結(jié)構(gòu)如內(nèi)眥墊或改進(jìn)的眼鏡的鼻墊，所述光源420與BTE通道430的皮膚428并置，將輻射424導(dǎo)向BTE通道430。光源420將輻射424傳遞到BTE通道的皮膚428上，由于與被測量的物質(zhì)432相互作用，該輻射被部分地吸收，產(chǎn)生衰減的輻射425。然后，部分輻射424被物質(zhì)432吸收，從BTE通道430發(fā)射的生成輻射425被光探測器422收集，并被處理器轉(zhuǎn)換為物質(zhì)432的血液濃度。薄皮膚428是唯一介于輻射424，425和被測量物質(zhì)432之間的組織。檢測所收集的光衰減倍數(shù)，測定物質(zhì)432的濃度，光衰減是由被測物質(zhì)的信號被吸收造成的。
由于紅外LED能夠發(fā)射已知強(qiáng)度和波長的光線，尺寸小、成本低，而且光線可以被精確地傳遞到部位上，紅外LED(波長特異性LED)是該實(shí)施方案的優(yōu)選光源。光源420優(yōu)選至少發(fā)射一種近紅外波長，但是可替代地，可以采用大量不同波長。光源發(fā)射輻射424，優(yōu)選在750和3000nm之間，包括象征被測物質(zhì)432的吸收光譜的波長。優(yōu)選的光探測器包括偶聯(lián)到放大器上形成集成電路的具有直徑400微米的光敏面的半導(dǎo)體或光電二極管。
圖36顯示佩戴支撐結(jié)構(gòu)434和光源436和探測器438的人100的示意圖，探測器被改進(jìn)以采用光譜傳輸裝置來測量生物學(xué)參數(shù)。光源436和光探測器438被直接相反地安置，使得輻射源436的輸出在被探測器438接收之前穿過含有正待測物質(zhì)440的鼻子界面442。光探測器438收集被引導(dǎo)穿過鼻子界面442的最終穿透輻射。各種LED和光纖被布置在支撐結(jié)構(gòu)434如內(nèi)眥墊、眼鏡的鼻墊和框架中，優(yōu)選被用作光源436的光傳輸和光探測器438。
支撐結(jié)構(gòu)434如內(nèi)眥墊的臂是可移動(dòng)的，被調(diào)節(jié)到不同的位置上，產(chǎn)生固定或可變的光程(optical path)。優(yōu)選測量的物質(zhì)包括氧和葡萄糖。腦維持恒定的血流，而末端血流根據(jù)心輸出量和周圍環(huán)境而變化。存在于生理通道中的氧含量反映中樞的氧化狀況。生理通道中的氧監(jiān)控代表肌體的總體血液動(dòng)力學(xué)狀況?？梢詫υS多危篤狀態(tài)如膿血癥(散布性感染)或改變肌體大部分的血液灌流的心臟問題進(jìn)行監(jiān)控。BTE通道內(nèi)的氧能夠持續(xù)地監(jiān)控血液灌流，早期檢測血液動(dòng)力學(xué)的變化。
圖37是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的橫截透視圖，利用來自BTE的熱輻射。圖37顯示裝載熱紅外探測器444的支撐結(jié)構(gòu)450，具有一個(gè)濾光器446和傳感元件448，所述傳感元件448優(yōu)選為熱電堆，對BTE通道454自然發(fā)射的熱紅外輻射452響應(yīng)。支撐結(jié)構(gòu)450被改進(jìn)，具有傳感裝置448，具有對應(yīng)于BTE通道454末端處的皮膚462的幾何學(xué)和尺寸的視野。支撐結(jié)構(gòu)450提供與皮膚462接觸的壁456、458，所述壁構(gòu)成一個(gè)腔460，該腔含有已經(jīng)穿過薄皮膚462的熱輻射453。
例如，由于葡萄糖分子中的吡喃環(huán)的碳-氧-碳鍵，在BTE通道454的熱封閉和熱穩(wěn)定環(huán)境中以9,400nm條帶發(fā)射的38℃的光譜輻射被葡萄糖根據(jù)葡萄糖濃度含量以線性方式吸收。最終輻射453是熱發(fā)射452減去被物質(zhì)464吸收的輻射。最終的輻射453進(jìn)入紅外探測器444，生成對應(yīng)于所述最終輻射453的光譜特征和強(qiáng)度的電信號。然后，根據(jù)被吸收的熱能量相對于物質(zhì)464條帶外的參比強(qiáng)度吸收，將最終輻射453轉(zhuǎn)換為物質(zhì)464的濃度。
在本發(fā)明中公開的相同原理可被用于近紅外傳輸測量，以及用于連續(xù)波組織血氧定量，血球容積、血細(xì)胞和其他血液成分的評價(jià)。所測量的物質(zhì)可以是內(nèi)源的如葡萄糖或外源的如乙醇和藥物包括光敏藥物。
大量支撐結(jié)構(gòu)能夠?qū)鞲衅靼仓迷贐TT部位上，測量生物學(xué)參數(shù)。因此，圖38是顯示人100的可替代的實(shí)施方案的側(cè)面視圖，采用頭部佩戴的飾品470作為支撐結(jié)構(gòu)，安置在BTT部位的皮膚上，具有導(dǎo)線478和傳感器476。微電子包472含有傳輸裝置、處理裝置和電源，被布置或裝配在頭帶470上，頭帶470提供來自微電子包472的導(dǎo)線478，以與BTT部位的皮膚上的傳感裝置476連接。
應(yīng)當(dāng)理解，傳感裝置是支撐結(jié)構(gòu)的集成部分，或者被連接到任何支撐結(jié)構(gòu)上，例如采用常規(guī)的緊固件包括螺釘、別針、夾子、榫接(tongue-groove relationship)、聯(lián)鎖件(interlocking piece)、直接連接(directattachment)、粘合劑、機(jī)械連接等；所述支撐結(jié)構(gòu)包括貼片、夾子、眼鏡、頭戴飾品等。
給傳感系統(tǒng)提供電能的各種裝置已經(jīng)公開。BTE通道還提供一種用于自然生成電能的新途徑。因此，圖39是由BTE通道生成熱電能以給傳感系統(tǒng)提供能量的優(yōu)選方案的示意圖。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)將來自通道的熱量轉(zhuǎn)化為給系統(tǒng)提供動(dòng)力所需的電力。熱電模塊被集成到支撐結(jié)構(gòu)中，給傳感系統(tǒng)提供動(dòng)力。熱電模塊優(yōu)選包括熱電堆或熱電偶，包括不同的金屬線，形成接觸。當(dāng)熱量從通道散發(fā)出來穿過熱電模塊時(shí)，產(chǎn)生電流。由于BTE通道被低溫的區(qū)域環(huán)繞，電荷分布在由BTE通道的溫度產(chǎn)生的熱電流的表面和界面上，Seebeck效應(yīng)提供生成動(dòng)力的手段，存在溫度梯度時(shí)，誘導(dǎo)電動(dòng)勢(emf)。
因此，圖39顯示被保持在不同溫度下的金屬線A470和金屬線B472的連接T1和T2，將連接T1放置在通道的主要進(jìn)入點(diǎn)，而連接T2放置在低溫區(qū)域如鼻梁(圖1B中標(biāo)注為藍(lán)色或紫色，在本文被稱作藍(lán)-紫鼻子)。金屬線A 470和B 472由不同金屬制備，由于熱量梯度，電流從熱區(qū)域流向冷區(qū)域，電流大小位熱電勢的比率。電勢U為U＝(Qa-Qb)*(T1-T2)，其中Qa和Qb表示金屬A和金屬B2的熱電系數(shù)(熱電能)，而T1表示BTE通道的進(jìn)入點(diǎn)的溫度，T2表示藍(lán)-紫鼻子的溫度。所產(chǎn)生的熱電能能夠給傳感系統(tǒng)提供動(dòng)力，插入到系統(tǒng)中的電容器474用于控制和存儲能量，而MCU 476被改進(jìn)來控制測量、處理和傳輸信號所需的能量傳遞。
應(yīng)當(dāng)理解，可以采用將來自BTE通道的熱能轉(zhuǎn)換為電力的其他裝置。還應(yīng)當(dāng)理解，眼球表面和眼睛的肉阜具有熱量梯度和Seebeck效應(yīng)，但是由于配件和導(dǎo)線接觸眼球表面和/或從眼睛處伸出，使人感覺十分不舒服而且引起感染，因此，與采用BTE通道末端的皮膚相比，其更不令人期望。還應(yīng)當(dāng)理解，低溫端包括任何相對冷的物品，包括眼鏡框以及空氣。
大量在本發(fā)明中公開的支撐結(jié)構(gòu)包括眼鏡容易被改變來不現(xiàn)眼地提供本發(fā)明的動(dòng)力生成系統(tǒng)，例如采用支撐結(jié)構(gòu)如眼鏡，用內(nèi)眥墊將熱連接安置BTE處，而用常規(guī)的眼鏡的鼻墊將冷連接安置在鼻子上。還應(yīng)當(dāng)理解，利用腦熱能的動(dòng)力生成系統(tǒng)被設(shè)計(jì)來給本發(fā)明的傳感系統(tǒng)提供動(dòng)力，任何其他電裝置可以被改進(jìn)來供應(yīng)來源于腦熱能通道的能量。
其他實(shí)施方案包括用支撐結(jié)構(gòu)將傳感器安置在動(dòng)物的BTT部位?？梢詫?shí)現(xiàn)任何有用的應(yīng)用，包括通過檢測排卵期來提高人工授精，通過連續(xù)監(jiān)控腦部溫度來監(jiān)控獸群的健康狀況，分娩檢測等。
因此，圖40是顯示動(dòng)物101的優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，傳感器480被安置在BTT部位上，導(dǎo)線482將傳感器480與動(dòng)物101眼袋486中的微電子包484連接，微電子包含有傳輸裝置、處理裝置和電源。來自微電子包484的信號優(yōu)選以無線電波489傳輸。來自包484中的發(fā)射器的信號被傳送到GPS項(xiàng)圈，使得可以通過GPS裝置確定具有所述動(dòng)物所處位置的高溫動(dòng)物。一旦通過傳感裝置480確定腦部溫度升高，高溫信號激活GPS項(xiàng)圈，以定位受影響的動(dòng)物?？商娲?，當(dāng)接收到異常信號時(shí)，接收到電波489的遠(yuǎn)程無線電站會激活GPS系統(tǒng)。在這種情況下，包484中的發(fā)射器僅將信號發(fā)射給遠(yuǎn)程站，而不向GPS項(xiàng)圈發(fā)射信號。
圖41A是便攜式支撐結(jié)構(gòu)490的透視圖，安置傳感器492以與BTT部位的皮膚494接觸，測量生物學(xué)參數(shù)。被組裝成具有接觸傳感器492的溫度計(jì)的支撐結(jié)構(gòu)490由第二個(gè)人17拿著，以將傳感器492安置在皮膚494上，進(jìn)行測量。圖41B是便攜式支撐結(jié)構(gòu)496透視圖，具有安置非接觸傳感器498如熱電堆的壁500，傳感器具有完全或部分地與BTT末端的皮膚區(qū)域的幾何學(xué)與尺寸相匹配的視野。被組裝成紅外溫度計(jì)的支撐結(jié)構(gòu)496由第二個(gè)人105拿著，以安置傳感器498，并測量生物學(xué)參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然按照本發(fā)明，可以將紅外探測器對準(zhǔn)BTT部位，由于周圍溫度的影響，所測量得到的溫度在臨床上是無用的。因此，支撐結(jié)構(gòu)496含有壁500，該壁產(chǎn)生使來自通道皮膚熱輻射到達(dá)傳感器498的限定空間。支撐結(jié)構(gòu)的壁500被改進(jìn)以與通道的幾何學(xué)相匹配，提供由傳感器表面492組成的邊界的腔499，皮膚區(qū)域493以與圖37所描述相似的方式被所述傳感器498探查。
至此，參考圖42A和42B，圖42A是顯示在此也被稱作盒體(housing)的支撐結(jié)構(gòu)496的示意圖，盒體496含有窗口502和輻射傳感器504，延伸部分510被固定到盒體上以適合在BTT區(qū)域進(jìn)行溫度測量。在優(yōu)選實(shí)施方案中，延伸部分510具有壁500，并且基本上是圓錐形的，被固定到盒體496上，以如圖41B所示，適合手持105。為了測量溫度，使用者105將延伸部分510安置在鄰近BTT部位，使得延伸部分510的壁500貼靠在BTT區(qū)域，輻射傳感器504探查BTT區(qū)域。圖42B是顯示形成腔499的延伸部分510的壁500的示意圖，其中從BTT區(qū)域518的皮膚508發(fā)射的熱輻射506被輻射傳感器504接收。BTT區(qū)域506被薄皮膚和非BTT區(qū)域512的脂肪環(huán)繞。BTT溫度測量值從含有在盒體496的輻射傳感器504的輸出值中獲得。盒體496中的電子元件514將接收到的輻射轉(zhuǎn)換為溫度水平，顯示在如圖41B中示例性說明的裝載顯示屏(housing display)516上。
輻射傳感器504通過紅外輻射透明觀察窗502探查至少BTT表面皮膚區(qū)域508的一部分，檢測來自BTT皮膚表面508的紅外輻射506。輻射傳感器504優(yōu)選是一種熱電堆，但是也可以采用其他的輻射傳感器，例如焦熱電探測器或者檢測來自被評價(jià)表面的熱通量的任何其他輻射傳感器。示例性的窗口502的材料包括硅和鍺。傳感器504優(yōu)選被安裝在延伸部位510上，該延伸部分被加工成與BTT區(qū)域508的尺寸和幾何學(xué)相匹配。延伸部分510容易被安置，使得僅BTT 518末端的皮膚區(qū)域508被輻射傳感器504探查，其中皮膚區(qū)域508處于基本上與腦相同的溫度。一旦處于傳感器504探查BTT皮膚區(qū)域508的位置上時(shí)，按下按鈕522以開始測量，盒體496中的處理器514確定腦部溫度，并在連接到發(fā)出音頻信號的語音裝置524上的液晶顯示器516上顯示數(shù)值。用一次性蓋子來覆蓋與皮膚接觸的儀器的任何部分。
雖然根據(jù)海綿竇和腦部血液的溫度，BTT通道末端的溫度基本上與腦部溫度相等，可以采用不同的數(shù)學(xué)計(jì)算和手段來確定BTT區(qū)域的溫度，包括動(dòng)脈熱量平衡、靜脈熱量平衡和周圍溫度。應(yīng)當(dāng)理解，BTT探測器含有測量周圍溫度的傳感器，而所述被測量的周圍溫度被用于計(jì)算受試者的溫度。
BTT區(qū)域的溫度被用作一種參比值，用于校準(zhǔn)在BTT區(qū)域外的其他肌體部分所獲得的測量值。BTT通道的電等價(jià)物是高電壓低電流的區(qū)域，其中代表溫度的電壓在通道的兩個(gè)末端實(shí)際上是相等的。BTT末端的高灌流在所述BTT末端的末端的皮膚上保持高溫。
本發(fā)明還提供用于檢測體溫的方法，包括提供在溫度檢測過程中安置在鄰近BTT的溫度探測器，和根據(jù)在BTT區(qū)域感覺到的輻射確定溫度的步驟。應(yīng)當(dāng)理解，探測器可保持在一個(gè)位置上或者在BTT區(qū)域周圍移動(dòng)，確定具有最高溫度的表面。
檢測體溫的另一種方法包括步驟，用溫度探測器掃描BTT區(qū)域以及頭部或?qū)?cè)BTT區(qū)域的其他區(qū)域，選擇最高溫度，優(yōu)選通過將處理器裝配在BTT探測器中，掃描右側(cè)和左側(cè)BTT區(qū)域，確定和選擇最高溫度來選擇最高溫度。
確定BTT區(qū)域中的最高溫度點(diǎn)的另一種方法可以通過，用輻射探測器掃描BTT區(qū)域，改進(jìn)處理器來選擇最高讀數(shù)，并用聲音信號來指示該讀數(shù)。溫度探測器20對每個(gè)峰值讀數(shù)提供一種聽得見的蜂鳴聲。
圖43A-43C是顯示盒體496末端的錐形突出部分510的直徑的優(yōu)選實(shí)施方案的圖表，該延伸部分與BTT部位518的皮膚508接觸。應(yīng)當(dāng)理解，盡管延伸部分可以采用任何形狀，但是延伸部分優(yōu)選采用圓錐形，安置了輻射傳感器來探查BTT區(qū)域。杯520在其末端具有等于或小于BTT區(qū)域的外徑。在圖43A中，為了使輻射傳感器504探查BTT部位508的大體區(qū)域，杯520的末端524的優(yōu)選外徑等于或小于13mm。在圖43B中，為了使輻射傳感器504探查BTT部位508的大體主要進(jìn)入點(diǎn)，杯的末端524的優(yōu)選外徑等于或小于8mm。在圖43C中，為了使輻射傳感器504探查主要進(jìn)入點(diǎn)，杯520的末端524的優(yōu)選外徑等于或小于5mm。應(yīng)當(dāng)理解，雖然輻射傳感器和延伸部分的優(yōu)選幾何學(xué)是圓的，具有完全的圓錐形，可以采用任何其他形狀的輻射傳感器和/或延伸部分，包括卵圓形、正方形、矩形等。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選選擇直徑和幾何學(xué)以與BTT區(qū)域相匹配。還應(yīng)當(dāng)理解，傳感器504的尺寸被改進(jìn)以與杯520的尺寸相匹配，以探查皮膚508的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，延伸部分被改進(jìn)以被固定到眼瞼上。盒體496的延伸部分510與皮膚508接觸的部分具有與眼瞼輪廓相匹配的內(nèi)凹面?？商娲兀瑘A錐形延伸部分510與皮膚508接觸的部分具有與內(nèi)眥區(qū)和內(nèi)側(cè)眼角上方的上眼瞼相匹配的凸面。
還應(yīng)當(dāng)理解，兒童使用的尺寸為約成人規(guī)格的尺寸的2/3，少兒使用的甚至為成人規(guī)格的一半或更小。因此，兒童使用的延伸部分的外徑的優(yōu)選大小為對于輻射傳感器探查大體區(qū)域，延伸部分的優(yōu)選外徑等于或小于9mm用于探查BTT的大體區(qū)域，等于或小于6mm用于探查BTT的大體主要進(jìn)入點(diǎn)，等于或小于4mm用于探查BTt的主要進(jìn)入點(diǎn)。
除了延伸部分510的末端524優(yōu)選為圓形外，圖44A和44B顯示非接觸傳感器的延伸部分510的末端524的可替代幾何學(xué)和形狀，所述傳感器探查至少BTT區(qū)域鄰近于眼睛526的眼角528的部分。在圖44A中，延伸部分510的末端524的外形顯示為卵圓形。圖44B顯示了橢圓形、香蕉形或半月形的延伸部分510的末端524，用于探查內(nèi)眥區(qū)和上眼瞼區(qū)域。
圖45A和45B顯示含有接觸傳感器的支撐結(jié)構(gòu)的示例性幾何學(xué)和形狀，所述傳感器被安置在BTT區(qū)域的皮膚上。圖45顯示棒狀溫度傳感器530的示意性前視圖，該傳感器被含有在貼片532中，被垂直地安置在接近于內(nèi)側(cè)眼角538和鼻子537的BTT區(qū)域534上，軟線536從傳感器530的遠(yuǎn)端(distal end)伸出。圖45B是圖45A的側(cè)視圖，顯示具有軟線536的傳感器530，含有在鄰近眼睛539的貼片532中。傳感器被放置在貼片的中央，其中測量直徑小于11mm的區(qū)域。
圖46A-46D示例性地顯示內(nèi)眥墊或改進(jìn)的鼻墊的幾何學(xué)和形狀，以及它們與內(nèi)側(cè)眼角的關(guān)系。圖46A顯示改進(jìn)的鼻墊540的前視圖，傳感器542位于所述鼻墊540的中央，其中傳感器542被安置在接近于內(nèi)側(cè)眼角544和鼻子546的BTT區(qū)域的皮膚上。圖46B是眼545和鼻子546以及改進(jìn)的鼻墊540的側(cè)面圖，傳感器542被安置在BTT部位上。圖46C顯示改進(jìn)的鼻墊550的正視圖，傳感器552位于鼻墊的外緣，鼻墊被安置在接近于內(nèi)側(cè)眼角554和鼻子556的BTT部位的皮膚區(qū)域上。圖46D是顯示眼555和鼻子556以及改進(jìn)的鼻墊550的側(cè)面圖，傳感器552被安置在BTT部位上。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然延伸部分是傳感器不與皮膚接觸的優(yōu)選實(shí)施方案，也可以使用被改進(jìn)以接觸BTT區(qū)域的皮膚的紅外傳感器探頭。
如今，對于本發(fā)明的熱成像系統(tǒng)，圖47是顯示本發(fā)明的紅外成像系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖47顯示BTT ThermoScan 560，包括照相機(jī)562、微處理器564、顯示器566和電源568。該系統(tǒng)還包括持有者軟件(proprietary software)和被定制以精確測量和繪制BTT區(qū)域的軟件。BTT ThermoScan 560包括具有透鏡574的照相機(jī)562，含有用于優(yōu)化圖像獲得的鏡子、濾光器和透鏡的光學(xué)系統(tǒng)572，和在此也被稱作為輻射傳感器或輻射探測器的光探測器570，用于在遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)量化和記錄能量通量。顯示器單元566顯示通過照相機(jī)中的透鏡574探查的BTT的熱圖像。本領(lǐng)域已知的輻射探測器的材料被用于光探測器570中，包括合金銦-銻化物、汞-鎘-碲化物、銅摻雜的鍺、硅化鉑、鈦酸鋇鍶(BariumStrontium Titanate)等。
紅外輻射探測器將包括BTT區(qū)域的入射輻射轉(zhuǎn)換為被放大的電能。探測器570對紅外輻射響應(yīng)，提供從BTT區(qū)域和BTT區(qū)域的周圍區(qū)域接收到的熱能的強(qiáng)度相關(guān)的輸出信號和離散點(diǎn)。
離散點(diǎn)被拍照，而各個(gè)點(diǎn)來源(point source)必須具有足夠能量來刺激輻射探測器材料釋放電子。可以采用任何的點(diǎn)大小(point size)，優(yōu)選具有直徑為1和2mm的尺寸。當(dāng)采用1.3mrad的角度時(shí)，BTT ThermoScan能夠從距離探測器1m距離的直徑約1mm的點(diǎn)大小上捕獲瞬時(shí)圖像。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用最佳捕獲BTT圖像的任何空間分辨率，但是優(yōu)選在1.0和1.6mrad之間。BTT ThermoScan 560的照相機(jī)562具有適合探查BTT區(qū)域的視野。離散點(diǎn)進(jìn)一步被轉(zhuǎn)換為臉部的圖像，包括內(nèi)側(cè)眼角和上眼瞼處的BTT區(qū)域。BTT ThermoScan的篩選功能基于BTT區(qū)域的溫度，絕對溫度，或者BTT區(qū)域相對于參比值的示差溫度。
對熱輻射的電反映以強(qiáng)度被顯示在監(jiān)視器上，強(qiáng)烈信號產(chǎn)生如圖1A所示的明亮(白色)點(diǎn)，所述白點(diǎn)代表來自來源的最大輻射能。在圖1A中，來源是人臉，而最大輻射強(qiáng)度存在于BTT區(qū)域內(nèi)。對于顯示屏進(jìn)行校準(zhǔn)，產(chǎn)生了從黑暗(等溫線0)到明亮(等溫線1)的連續(xù)灰度梯度。各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字存儲，用于進(jìn)一步處理和分析。
應(yīng)當(dāng)理解，可以采用本領(lǐng)域知曉的各種透鏡、棱鏡、濾光器、Fresnel透鏡等來改變視角或者優(yōu)化信號獲取，以及捕獲來自臉部和BTT區(qū)域的熱能通量。BTT ThermoScan 560的透鏡優(yōu)選與人臉或者被探查的BTT區(qū)域的平面垂直。
BTT ThermoScan 560中輻射探測器材料優(yōu)選對具有8-12μm的波長的輻射敏感，BTT ThermoScan 560具有2-5℃的溫度跨度(span set)，非常敏感，被改進(jìn)以在1m的范圍內(nèi)辨別0.008-0.02℃內(nèi)的溫度。溫度測量基于具有內(nèi)置電子元件的放射裝置或者使用參比如黑體進(jìn)行示差。雖然系統(tǒng)可以是未冷卻的，但是為了最大化探測器的效率和獲得最佳的信號噪聲比，可以采用固態(tài)裝置，液氮，壓縮氬氣、壓電成分的蒸發(fā)等。
許多能夠檢測紅外波的輻射探測器正被開發(fā)，包括硅的、固態(tài)系統(tǒng)和微測輻射熱儀(microbolometer)，以及所有新的或?qū)⒈婚_發(fā)的所述系統(tǒng)被用于本發(fā)明的儀器中，檢測來自BTT的熱輻射，在監(jiān)視器中顯示相應(yīng)的BTT圖像。
示例性紅外探測器系統(tǒng)包括微測輻射熱儀，其用硅材料或者含有對溫度敏感的耐熱材料的集成電路制造，耐熱材料吸收紅外輻射，例如氧化釩。來自BTT區(qū)域的入射紅外輻射被微輻射熱儀吸收，在阻抗和溫度上產(chǎn)生相應(yīng)的變化。各種微輻射熱儀作為像素起作用，電阻上的變化產(chǎn)生對應(yīng)于來自BTT區(qū)域的熱輻射的電信號，該信號被顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。
BTT圖像的顯示是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是本發(fā)明還以不顯示圖像方式來實(shí)施。來自BTT的輻射可以被前述輻射傳感器獲得，可以用參比值，根據(jù)由輻射傳感器產(chǎn)生的電信號來計(jì)算BTT區(qū)域的溫度。根據(jù)本發(fā)明的原理，可以使用檢測來自BTT區(qū)域的熱輻射和/或溫度的任何裝置。
除了容易處理BTT區(qū)域外的皮膚表面的溫度外，如在圖1A和1B的照片中描述的屏幕上的圖像所示，顯著較低的溫度存在于BTT外的區(qū)域中。當(dāng)BTT外的所述區(qū)域用于傳感熱輻射和/或測量溫度時(shí)，BTT區(qū)域外的較低和更加不穩(wěn)定的溫度導(dǎo)致產(chǎn)生臨床上不顯著的溫度水平或熱成像。
應(yīng)當(dāng)理解，各種信號調(diào)節(jié)和處理用于將BTT區(qū)域外的溫度區(qū)域與對應(yīng)于BTT區(qū)域的數(shù)值相匹配，那些方法也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。在溫度測量過程中，還可以采用BTT區(qū)域外的圖像來獲得較高的精確性水平，BTT區(qū)域外的圖像看起來比BTT區(qū)域更像一個(gè)斑點(diǎn)(blur)和包括BTT區(qū)域的圖像的疊印。按照本發(fā)明的原理，還可以將BTT區(qū)域外的輻射模式與BTT區(qū)域相比，而不需要生成BTT區(qū)域的圖像，以進(jìn)行正確和精確的溫度測量，以及對肌體的熱量狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)。用于溫度評價(jià)或熱量狀態(tài)評價(jià)的任何方法或裝置，基于存在于BTT區(qū)域的溫度水平和熱輻射，生成或不生成圖像，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
圖48是顯示被改進(jìn)來用于機(jī)場580的本發(fā)明的熱成像系統(tǒng)560的示意圖，包括紅外照相機(jī)582、處理器584和顯示器586，被裝配在機(jī)場580的支撐結(jié)構(gòu)588中。照相機(jī)582掃描存在于人臉591的內(nèi)側(cè)眼角590中的BTT區(qū)域，將輸出信號提供給處理器584。當(dāng)經(jīng)過的人592、593看向鏡頭或者被照相機(jī)582拍攝時(shí)，輸出信號是與人臉591中的BTT 590的熱輻射能量特征相關(guān)的電信號。處理器584處理輸出信號，使得BTT區(qū)域594的圖像由顯示器586如計(jì)算機(jī)的監(jiān)視器加工形成。
示例性地，乘客592看向照相機(jī)582，傳感來自BTT區(qū)域590的熱輻射，為使照相機(jī)582精確地拍攝BTT區(qū)域590，佩戴眼鏡的所述乘客582必須摘除眼鏡。如果某人經(jīng)過照相機(jī)582，而未獲得BTT 590的熱成像，將會激活警報(bào)器。同樣地，如果某人的溫度擾動(dòng)，指示溫度擾動(dòng)的警報(bào)器會被激活。
圖49是顯示被改進(jìn)以用于任何場所中的本發(fā)明的熱成像系統(tǒng)560的示意圖，該場所人群聚集，例如電影院、會議、大型運(yùn)動(dòng)場、音樂會、內(nèi)部預(yù)映、學(xué)校等。在圖49中，BTT Thermoscan 560的紅外照相機(jī)596位于上述場所的入口處，而人598將他們的證件或入場券出示給管理員(agent)602，BTT ThermoScan 560掃描人598的臉部，捕獲熱成像600和BTT通道的溫度，被顯示在遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)顯示器604上。照相機(jī)596具有可調(diào)節(jié)的高度和追蹤頭部的跟蹤系統(tǒng)，因而所述照相機(jī)596能夠安置自身以傳感來自不同距離和不同高度的人598的熱輻射。還應(yīng)當(dāng)理解，BTT Thermoscan 560可被用于任何場所，包括眼鏡店，來調(diào)節(jié)傳感器在眼鏡中的安置。
具有戰(zhàn)略意義的場所，如政府大樓、軍事基地、法院、某些工廠等也將從篩選溫度擾動(dòng)中獲益。如圖50中所示，警衛(wèi)606站在紅外探測器照相機(jī)608的旁邊，照相機(jī)傳感來自BTT區(qū)域的熱輻射，并且優(yōu)選在其盒體612內(nèi)包括插卡孔(card slot)610。雖然顯示了警衛(wèi)606，但是本發(fā)明的BTT ThermoScan可以在無防備的入口處工作。在這種實(shí)施方案中，BTT熱成像560作為自動(dòng)開啟一扇門614的鑰匙。因此，職員616在插口610處掃描其公司識別卡(Company Identification card)，然后，儀器會提示使用者看向照相機(jī)608，以捕獲BTT區(qū)域的熱成像。如果BTT的溫度在可接受的限度內(nèi)，ThermoScan 608的處理器會被改變以開啟門614。如果BTT溫度顯示出指示可能感染的發(fā)熱時(shí)，則指示職員去找護(hù)理人員。這在處理食物產(chǎn)品的場所中極大地有助于安全程序，在該場所中，一位患有接觸傳染疾病的職員會污染整批食物產(chǎn)品。
圖51是用于監(jiān)控在體育運(yùn)動(dòng)如運(yùn)動(dòng)會、軍事訓(xùn)練等的過程中的體溫?cái)_動(dòng)的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，顯示紅外熱探測器620傳感來自運(yùn)動(dòng)員624的熱輻射622。熱輻射探測器620包括含有紅外傳感器628的探測器頭部626，數(shù)碼照相機(jī)630和一組光線，指示運(yùn)動(dòng)員的熱量狀態(tài)的紅光632、黃光634和綠光636，用紅光632指示會降低運(yùn)動(dòng)員的安全性或機(jī)能的溫度，紅光632閃爍指示超出安全水平的溫度，黃光634指示邊界溫度，綠光636指示安全溫度水平，綠光636閃爍指示最適的熱量狀態(tài)或機(jī)能增強(qiáng)。紅外傳感器628檢測熱輻射622，如果紅光632被激活，數(shù)碼照相機(jī)626會對該場景拍照，確定處于中暑或熱量疾病(heatillness)的危險(xiǎn)中的運(yùn)動(dòng)員的數(shù)量。紅外探測器620還包括處理信號的處理器638，和有線或無線傳輸信號的發(fā)射器640。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用較寬的視野來同時(shí)獲得多個(gè)BTT信號，如來自第二位運(yùn)動(dòng)員642的BTT輻射被紅外探測器頭部626傳感。
現(xiàn)在參考圖52A，該實(shí)施方案的BTT ThermoScan優(yōu)選包括微型固態(tài)紅外探測器650，被裝配在交通工具654的擋板652上，傳感來自駕駛員656的BTT的熱輻射，由裝配在交通工具儀表板中的處理器658監(jiān)控周圍輻射，確定駕駛員656是否處于溫度擾動(dòng)(體溫過高或體溫過低)的危險(xiǎn)中，溫度擾動(dòng)妨礙智力和體格功能，會引起意外事故。除了駕駛員656的BTT部位的溫度可以被用于氣候自動(dòng)控制和交通工具654的座位溫度的控制。當(dāng)BTT部位的圖像指示高的體溫時(shí)，空調(diào)被自動(dòng)地啟動(dòng)。
圖52B是由探測器650產(chǎn)生的圖像的代表，顯示顯示器662上的BTT區(qū)域660。圖48是由本發(fā)明的紅外成像系統(tǒng)產(chǎn)生的示例性圖像的代表。圖52B是正視圖，顯示人臉和顯示在顯示屏662上的BTT區(qū)域660以及存在于人臉的BTT區(qū)域外的其他區(qū)域，例如前額664、鼻子666和面頰668。請注意，圖1B顯示顯示在屏幕上的BTT的大體進(jìn)入點(diǎn)的幾何學(xué)的真實(shí)照片，圖4A顯示人臉和顯示在屏幕上的BTT區(qū)域的側(cè)視圖。
圖53顯示本發(fā)明的示例性方法，用流程圖來表示。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用各種硬件、固件和軟件配置進(jìn)行各種信號處理和調(diào)節(jié)，來實(shí)施該方法，因此，在本文中描述的步驟僅用于說明，而不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。優(yōu)選的實(shí)施方案包括檢測來自來源的熱輻射，該來源包括至少BTT區(qū)域的一部分(步驟670)。在步驟672中，生成來自輻射源的圖像，輻射源包括至少BTT區(qū)域的一部分。在步驟674中，顯示步驟672生成的圖像。步驟676從步驟674顯示的圖像中確定溫度水平。步驟678確定，在步驟676中鑒定的溫度是否與溫度目標(biāo)(temperature target)相匹配。該溫度目標(biāo)指示溫度擾動(dòng)或者指示需要改變交通工具的氣候控制水平。鑒于溫度擾動(dòng)，如果發(fā)生并且在BTT處檢測到的溫度與存儲的目標(biāo)溫度相匹配，則在步驟680中激活警報(bào)器，提示受試者發(fā)生溫度擾動(dòng)(例如發(fā)熱，體溫過高和體溫過低)，在步驟670中繼續(xù)處理。如果不存在匹配，則步驟678行進(jìn)到下一個(gè)步驟670中的操作。
為了強(qiáng)化由BTT ThermoScan生成的圖像，該方法還包括將紅外探測器的視野與BTT區(qū)域?qū)?zhǔn)，和在BTT區(qū)域的熱檢測過程中去除眼鏡。
圖54A是另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的透視圖，顯示佩戴由貼片組成的支撐結(jié)構(gòu)680的人100，傳感器680被安置在通道末端的皮膚上，通過導(dǎo)線684連接到頭盔686上，頭盔上含有解碼和處理硬件688、發(fā)射器702和顯示單元704。示例性頭盔包括本領(lǐng)域知曉的用于體育、軍事、消防等的訓(xùn)練的頭盔?？商娲?，如圖54B中所示，支撐結(jié)構(gòu)包括具有警報(bào)燈702的眼部佩戴物700，眼部佩戴物700的傳感器710通過導(dǎo)線704連接到頭戴飾品如頭盔706上。傳感器710具有一個(gè)彈簧裝置709的臂708，將傳感器710安置和擠壓在BTT區(qū)域的皮膚上。
現(xiàn)參考圖55，溫度傳感器710被佩戴在面具714的鼻子部分(nosepiece)712，該面具如消防面具。來自面具714的導(dǎo)線716以絕緣的方式布置，例如被安置在面具714的結(jié)構(gòu)和將面具714與氣袋722相連的通氣管718中。導(dǎo)線716將傳感器710連接到位于氣袋722中的無線電發(fā)射器720上?？商娲?，導(dǎo)線716被布置在通氣管718的外面。面具714中的警報(bào)燈724提示消防員高溫或低溫。
圖56A是顯示BTT進(jìn)入點(diǎn)檢測系統(tǒng)的圖形，該系統(tǒng)對肌體表面中具有最高溫度的區(qū)域響應(yīng)，包括溫度傳感器730、放大器732、處理器734和尋呼機(jī)736。處理器734被改進(jìn)來驅(qū)動(dòng)尋呼機(jī)736在高溫時(shí)發(fā)射高頻音調(diào)，和在低溫時(shí)發(fā)射低頻音調(diào)。用傳感器730掃描BTT區(qū)域，使得可以精確地定位BTT的主要進(jìn)入點(diǎn)，BTT的主要進(jìn)入點(diǎn)對應(yīng)于在掃描過程中生成的最高頻率的音調(diào)。用于檢測BTT的主要進(jìn)入點(diǎn)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案包括用光線警告系統(tǒng)替代發(fā)出聲音或振動(dòng)的蜂鳴器或?qū)ず魴C(jī)。示例性地，圖56B顯示筆740、裝配在面板(board)746上的LED 738和裝配在所述筆740上的LED 739、傳感器750和處理器742。導(dǎo)線744將筆740連接到面板746上。處理器742被改進(jìn)來激活燈738、739，在掃描BTT區(qū)域的過程中，發(fā)現(xiàn)最高溫度。例如，如圖56B中所示，筆740可被裝配在鄰近銷售TempAlert體溫計(jì)752的擱架(shelf)748的面板746上，使得消費(fèi)者可精確地定位BTT的主要進(jìn)入點(diǎn)。筆740的傳感器750可以例如是非接觸傳感器(例如電熱堆)或者接觸傳感器(例如熱敏電阻)。
還可以自動(dòng)地進(jìn)行BTT的主要進(jìn)入點(diǎn)的檢測。因此，圖57顯示放置在BTT上的4×4的傳感器陣列760。傳感器陣列760含有16個(gè)溫度傳感器，測量BTT部位的溫度。陣列760中的每一個(gè)傳感器T1-T16提供一個(gè)溫度輸出值。傳感器陣列760被連接到微處理器754上，微處理器被改進(jìn)來鑒定傳感器陣列760中具有最大溫度輸出值的傳感器，最高溫度對應(yīng)于通道的主要進(jìn)入點(diǎn)。例如，溫度傳感器T6761被確定為提供最大溫度輸出值，然后顯示傳感器T6的溫度。處理器754連續(xù)地以自動(dòng)的方式搜索傳感器陣列760中的最大溫度輸出值，連續(xù)地顯示最大溫度。
圖58A是一種可替代的實(shí)施方案，顯示由一片被澆鑄成與BTT區(qū)域吻合的硅樹脂組成的支撐結(jié)構(gòu)758，所述支撐結(jié)構(gòu)中含有導(dǎo)線769和傳感器770。圖58B顯示具有被安置在BTT區(qū)域775上的傳感器770的支撐結(jié)構(gòu)758，導(dǎo)線769從硅樹脂結(jié)構(gòu)758的模制片延伸到前額773?，F(xiàn)參考圖58C，支撐結(jié)構(gòu)758可替代地包括由Mylar表面762組成的多層結(jié)構(gòu)、具有導(dǎo)線769的傳感器770和杯狀硅樹脂片774，硅樹脂片包囊傳感器770，使得可以正確和穩(wěn)定地將傳感器770安置在BTT區(qū)域。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供處理和/或預(yù)防溫度擾動(dòng)的方法和裝置。如圖2B中所示，除了BTT的入口外，腦在所有側(cè)面中是完全絕熱的。BTT是熱能通道，其中熱能雙向流動(dòng)，因此，可以通過在BTT的入口處體外放置呈遞或去除熱量的裝置，從腦中去除熱量或者將熱量呈遞給腦。因此，圖59顯示用將熱量攜帶到腦的箭頭780和從腦中去除熱量的箭頭782表示的熱能雙向流，通過熱量存儲區(qū)域786發(fā)生熱量流向腦和離開腦784的分布，圖2B中所示的所述熱量存儲區(qū)域在腦的中央。來自熱存儲區(qū)域786的表現(xiàn)為冷或熱的血液的熱能通過血管788分布在整個(gè)腦組織784中，用于處理和/或預(yù)防體溫過高(中暑)或體溫過低。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供新式的和新穎的BTT熱量墊(thermal pad)，用于將冷或熱應(yīng)用于BTT區(qū)域來冷卻和加熱腦部。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是，提供新式的和新穎的用于覆蓋BTT區(qū)域的入口的BTT熱量墊，其可能延伸到臉部的其他區(qū)域。但是，由于腦在除了BTT入口外的所有其他側(cè)面被絕熱，冷卻僅僅是體外的，未能到達(dá)腦，盡管體外的冰涼感覺，腦仍處于“煎炸”的溫度下。鑒于此，優(yōu)選實(shí)施方案包括覆蓋臉部的延伸的BTT熱量墊，其中僅BTT區(qū)域暴露在寒冷中，而覆蓋臉部的延伸BTT熱量墊的剩余部分是絕熱的，防止袋中放置的凝膠或冰塊升溫。BTT熱量墊容器包括覆蓋在其各個(gè)部分上的輻射熱反射膜，以及覆蓋在相同或其他部分上的絕熱體，一起促進(jìn)定向冷卻。因此，當(dāng)BTT被冷卻時(shí)，僅由BTT引導(dǎo)的熱量被吸收。
應(yīng)用于BTT區(qū)域的BTT熱量裝置促進(jìn)選擇性的腦冷卻或選擇性的腦加熱，分別用于處理體溫過高和體溫過低。腦是對熱量引起的損傷最敏感的器官，可以在體溫降低過程中通過BTT施加熱量或者在體溫升高過程中去除熱量來保護(hù)。由于其他肌體部分的溫度不必被改變，冷卻和加熱是選擇性的，當(dāng)冷卻腦來治療患有卒中或任何腦疾病的患者時(shí)，這是特別重要的。腦組織的大部分是水，可以采用公知的基于BTU(英制熱量單位)的公式，精確計(jì)算冷卻或加熱腦所需的熱量去除或應(yīng)用。BTU是將1磅水升高1°F所需的熱能含量，當(dāng)1磅水降低1°F時(shí)，釋放1BTU。
用于治療性處理腦中過度發(fā)熱或者過度寒冷的BTT熱量墊優(yōu)選包括具有基本上是逗點(diǎn)狀、香蕉狀或回飛棒狀的形狀的袋子，所述袋子與整個(gè)BTT入口處于完全覆蓋的關(guān)系，所述袋子包括外壁和內(nèi)壁，構(gòu)成一個(gè)封閉腔室來填充冰塊、凝膠樣材料、固體材料等，用于冷卻或加熱覆蓋BTT入口的BTT皮膚區(qū)域。
一種示例性腦冷卻或腦加熱裝置包括熱和冷的墊或包，被改進(jìn)來與BTT入口的特定幾何學(xué)相適合和匹配，包括優(yōu)選為彈性和密封的墊，所述墊中有凝膠，所述凝膠由水、防凍劑和增稠劑的混合物組成，所述防凍劑選自由丙二醇、甘油以及它們與其他化合物聯(lián)合的混合物組成的組，所述其他化合物如多聚丙烯酸鈉、蘇打的安息香酸鹽、安息香酸氫氧化鹽(hydroxibenzoate)和它們的混合物。任何其他包括硝酸銨與水的組合的冷卻或加熱裝置或者化學(xué)混合物和凝膠被用作冷卻劑，以及加熱劑如鐵粉、水、活性碳、蛭石、食鹽和Purge天然礦物粉的組合。那些化合物可購自許多銷售商(例如，Becton-Dickson的商品名ACE)。
圖60A顯示優(yōu)選雙BTT熱量墊的圖解視圖，雙BTT熱量墊在此也被稱作BTT冷/熱包790，鄰近于眼睛798、802，包括右側(cè)和左側(cè)的雙袋系統(tǒng)792、794，通過連接器796連接。圖60B更加詳細(xì)地顯示單袋BTT冷/熱包裝置810的透視圖，用應(yīng)用于左側(cè)的裝置來表示，優(yōu)選包括通常的逗點(diǎn)狀、回飛棒狀或香蕉狀的墊，該墊在其末端812以常規(guī)的方式密封，以封裝一定量的凝膠樣材料800，該材料充分填充墊814，使所述墊814與眼睛和鼻子間的隱窩中的BTT區(qū)域的特定局部解剖學(xué)緊密吻合。圖60C是顯示延伸部分816的反面視圖，延伸部分與含有凝膠800的墊814的BTT區(qū)域的凹陷相吻合。該裝置在此被稱作為BTT冷/熱墊或BTT冷/熱包。還參考圖60C，顯示BTT冷/熱包裝置的透視圖，其顯示為被加工成以枕頭樣構(gòu)造，使得可以將BTT冷/熱包塑型(molding)到BTT區(qū)域中。
使用中，可以將BTT熱量墊放置到冰箱或其他冷卻裝置中用作為冷敷(cold compress)，或者放到熱水中用作熱敷。BTT熱量墊優(yōu)選包括柔韌的彈性塑料包膜(envelope)。BTT熱量墊中的材料優(yōu)選是凝膠，其在大的溫度范圍內(nèi)保持其凝膠樣稠度。存在許多凝膠，可以被冷卻至冰凍，而在升溫時(shí)吸熱。有大量不同類型的這種凝膠。它們中的一些冷凍成固體，一些在0°F時(shí)仍然是柔軟的。還可以使用冰袋(Cold pack)如冷凍的水-乙醇混合物?？商娲?，BTT熱量包包括具有內(nèi)壁和外壁的袋子，在內(nèi)部用塑料襯里，構(gòu)成了一個(gè)通過袋的開口填充冰塊的腔室。在這種情況下，該袋優(yōu)選用橡膠材料來密封。
雖然彈性材料被描述是用于容納凝膠的優(yōu)選材料，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任何材料或織物，包括乙烯樹脂(vinyl)、棉花、人造絲、熱塑性塑料、合成聚合物、這些材料的混合物等。BTT墊結(jié)構(gòu)的大小和形狀被改進(jìn)以與眼睛和鼻子之間的凹陷的特定解剖學(xué)相吻合，以與BTT入口的特定幾何學(xué)相匹配。
任何本領(lǐng)域知曉的冷卻或加熱裝置可以被用于BTT墊處理裝置中，包括流過管道的熱水或冷水，該管道被改進(jìn)來將熱量攜帶或呈遞到BTT區(qū)域。該管道可被裝配在任何頭部飾品或者眼鏡框中，汲取裝置被裝配在頭部飾品或眼鏡中，提供通過管道的連續(xù)水流。BTT墊被連接到管道上，管道具有連接到頭部飾品或眼鏡的水溫控制和循環(huán)單元上的連接器。熱水和冷水通過管道循環(huán)，這些管道相通，從BTT呈遞或去除熱量。
彈性條帶(Elastic band)或鉤環(huán)緊固件用于將BTT墊固定在位置上。在此提及的支撐結(jié)構(gòu)的任何一種用于將BTT墊固定在位置上，包括一塊膠。例如，BTT墊包括夾子樣裝置，或者BTT熱量墊被固定到眼鏡的框架上。眼鏡的鼻墊或者改進(jìn)的眼鏡的鼻墊包括用于給BTT傳輸或從BTT中去除熱量的冷卻或加熱裝置。BTT熱量墊包括裝配在該墊上的手柄，可以用手拿住或者用手放置在BTT區(qū)域，例如，在比賽的休息期間，由參賽人員拿著來降低腦的溫度，或者在冬季競賽中用于溫暖滑雪人的腦。
一種可替代的實(shí)施方案包括連接到頭部飾品上的BTT熱量墊，供應(yīng)水分來通過蒸發(fā)以冷卻BTT區(qū)域。在這種情形下，通過對頭巾和前額以及佩戴者頭部的上面部分進(jìn)行蒸發(fā)冷卻來產(chǎn)生冷水。
任何冷卻或加熱裝置被用于冷卻或加熱BTT區(qū)域，選擇性地冷卻或加熱腦，優(yōu)選采用一種可模壓裝置，該裝置與BTT入口區(qū)域的解剖學(xué)相適應(yīng)，具有冷卻或加熱BTT入口處的皮膚的定向溫度控制特性。用于加熱或過度加熱或者用于冷卻的裝置中的任何一種，包括本領(lǐng)域已知以及Abreu在美國專利6,120,460；6,312,393和6,544,193和Abreu的其他未決專利中所描述的電的、芯片、半導(dǎo)體、聚合物等，被改進(jìn)用于支撐結(jié)構(gòu)中，用于安置在BTT入口和用于冷卻或加熱腦，美國專利6,120,460；6,312,393和6,544,193在此完全引入作為參考。
本發(fā)明在包裝裝置(packaging arrangement)中提供可模壓的BTT熱量墊或BTT熱量包，具有不同的熱傳導(dǎo)率和熱反射特性，以延長其有效冷卻/加熱時(shí)間。BTT熱量墊或BTT熱量包的結(jié)構(gòu)和材料使得可以進(jìn)行塑形，并將其保持在眼睛和鼻子之間的皮膚的BTT部位上。在此公開的材料能夠在-10℃-140℃的范圍內(nèi)的溫度下保持其彈性可塑性。
參考圖61，顯示BTT熱量包820的一種可替代實(shí)施方案的正視圖，包括具有凝膠800的包822，所述包具有兩個(gè)部分，第一部分824被安置在BTT 824的主要部分，含有最大含量的凝膠800，第二部分826被安置在BTT的外圍部分，含有較少量的凝膠。
圖62顯示含有凝膠800的BTT熱量包的橫截視圖，所述包在其末端832、834處封閉。
應(yīng)當(dāng)理解，還可以采用環(huán)繞眼睛的環(huán)形或者包括臉部/前額的其他部分的形狀，只要構(gòu)建和并置BTT熱量包的部分到BTT區(qū)域上。優(yōu)選形狀和尺寸與在此描述的BTT區(qū)域的特定幾何學(xué)相匹配。
圖63A顯示松弛狀態(tài)的BTT熱量包830的優(yōu)選實(shí)施方案，包括優(yōu)選由硬橡膠或塑料制造的硬的上面部分836，連接到由軟塑料制造的包838上，所述包含有凝膠800，在外部壓力作用下可變形。如圖63B中所示，在壓縮時(shí)，BTT熱量包830在硬的上面部分836的相反端具有中央形成的凸起形狀842，用箭頭844表示，以與人100的眼睛852和鼻子854之間的BTT解剖學(xué)相吻合。
BTT熱量包優(yōu)選是可模壓的，容器或包采用可變形并且在使用溫度范圍內(nèi)易曲折的材料構(gòu)造，以與BTT區(qū)域的解剖學(xué)相吻合。包中的中央凸起區(qū)域使得可以與BTT入口處緊密地相互作用和進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)移，但是還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，BTT冷/熱包的凸起部分的特定形狀本身可以依照種族群體稍加改變。
圖64A顯示具有位于BTT部位858的枕頭樣構(gòu)造的BTT熱量包850的人100的頭部856的側(cè)面橫截視圖。構(gòu)建BTT熱量包，與BTT部位保持密切地并置。圖64B是示于圖64A中的BTT熱/冷包850的正視圖，位于鄰近左眼862的BTT部位858上。
圖65顯示BTT熱量包860的透視圖，包括含有凝膠800的包864和用于將BTT包860手持在BTT部位的棒866。圖66顯示雙袋BTT熱量包870的正視圖，具有通過柔軟的導(dǎo)線876、878連接到棒880上的袋872、874。
圖67A顯示BTT熱量面具880，具有眼睛開口844和鼻子開口886，由含有凝膠800的小袋(pouch)組成，包括與BTT區(qū)域的解剖學(xué)相匹配的袋888、890。面具880的剩余部分包含平面區(qū)域892。平面區(qū)域892優(yōu)選是絕熱的，允許定向的熱能流，使得凝膠800僅接觸BTT區(qū)域的皮膚。圖67B是面具880的橫截側(cè)視圖，顯示具有袋888、890的小袋894和剩余的平面區(qū)域892。
圖67C是具有小袋895、896的BTT熱量面具898的透視圖，使得使用者897佩戴時(shí)可以密切地并置到BTT區(qū)域。
圖68A顯示通過由使用者903佩戴的眼部佩戴物902組成的支撐結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于BTT區(qū)域的BTT熱量包900的透視圖。圖68B是具有雙袋932、934的BTT熱/冷包930的正視圖，袋932、934用于右側(cè)和左側(cè)的BTT，通過臂936連接，臂936作為一個(gè)夾子，將熱/冷包固定在使用者938的BTT上。
根據(jù)本發(fā)明的原理的腦冷卻或腦加熱裝置包括熱的和冷的墊或包，被改進(jìn)以與BTT入口的特定幾何學(xué)相吻合和匹配，由優(yōu)選的柔軟和密封的墊和所述墊中的凝膠組成，接觸皮膚的表面具有充分凸起的形狀。因此，圖69A是BTT熱量包910和膨脹凸起部分906的側(cè)面視圖，膨脹凸起部分?jǐn)R置在皮膚上并與BTT的解剖學(xué)相吻合。圖69B是BTT熱/冷包910和膨脹凸起部分906的后視圖，膨脹凸起部分?jǐn)R置在皮膚上，與BTT的解剖學(xué)相吻合。圖69C是BTT熱/冷包910和基本上平坦部分912的平面透視圖，平坦部分912朝向外面并且不接觸皮膚。圖69D是被應(yīng)用于使用者911的BTT區(qū)域的具有凝膠909的熱/冷包910的透視圖。
適合與BTT部位的特定幾何學(xué)以及具有循環(huán)水的區(qū)域的解剖學(xué)相匹配的管道被用于選擇性地冷卻或加熱腦。
根據(jù)所用的化學(xué)化合物例如加熱試劑，BTT熱量包可以包括一個(gè)袋，以避免與皮膚直接接觸，防止對皮膚的任何熱損傷。
應(yīng)當(dāng)理解，可以采用在此描述的支撐結(jié)構(gòu)例如眼鏡和任何頭戴飾品，將組合的溫度傳感器和BTT冷/熱包實(shí)施和安置在位置上。眼鏡的鼻墊組合了熱量流傳感器，用于確定熱量被降低的速度有多快。例如跨越一薄片Mylar的梯度指示熱量流的方向。還應(yīng)當(dāng)理解，眼鏡的右側(cè)鼻墊具有溫度傳感器，左側(cè)具有冷卻/加熱裝置，根據(jù)右側(cè)測量的溫度施加或去除熱量。
還應(yīng)當(dāng)理解，許多變化形式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。例如，可以將傳感器放置在BTT部位上，接著將膠帶放置在所述傳感器的上面，將傳感器固定在BTT部位的位置上。因此，在本實(shí)施方案中，傳感器不必具有粘性表面，也不需要永久性地連接到所述傳感器上的支撐結(jié)構(gòu)。
大量具有非接觸或接觸傳感器的手持裝置能夠測量BTT處的腦部溫度，進(jìn)行單次或連續(xù)測量，在此被稱作腦部溫度計(jì)(Brain Thermometers)或BrainTemp裝置。因此，圖70顯示探查BTT入口1004的紅外傳感器1002的陣列1000，被裝配在盒體1006中，該盒體含有以一種方式匯集傳感器陣列1000上的輻射1010透鏡1008，例如傳感器陣列1000僅探查BTT入口1004的皮膚，而微處理器1012被改進(jìn)以選擇由陣列1000中的紅外傳感器1002讀取的最大溫度值，最大值被顯示在顯示器1014上。陣列1000的示例性紅外傳感器包括熱電堆、熱電偶、焦熱電傳感器等。處理器1012處理信號，并在顯示器1014中顯示由陣列1000中的傳感器1002測量的最大溫度值。圖71A顯示包含非接觸測量系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案，除了連接到外部模塊1017的導(dǎo)線1015外，該系統(tǒng)包括盒體1022，含有單個(gè)紅外傳感器1018(例如，熱電堆)、用于將BTT區(qū)域1004的輻射1010匯集到傳感器1018的透鏡1016、發(fā)射器1019和用于根據(jù)周圍溫度調(diào)節(jié)溫度讀數(shù)的周圍溫度傳感器1020，以及處理信號和顯示溫度值的處理裝置1012和顯示裝置1014，外部模塊包括被改進(jìn)來進(jìn)一步處理信號的處理器1013，例如處理分光鏡測量值、化學(xué)測量值和溫度測量值，所述模塊1017還被改進(jìn)來顯示和傳輸通過處理器1013計(jì)算得到的數(shù)值，包括無線傳輸和通過分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(distributed computer network)如國際互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。如圖71B中所示，按照本發(fā)明和圖71A的筆樣系統(tǒng)的一種替代，包括膨脹部分1024，在末端1030具有充分凸起的形狀，與皮膚1026接觸并與BTT入口1028的皮膚1026的凹陷解剖學(xué)相匹配。接觸皮膚1026的膨脹凸起末端1024有助于伸展皮膚1026，使得在特定皮膚條件下具有較高的輻射發(fā)射率，使系統(tǒng)在任何類型皮膚上在最佳條件下測量BTT區(qū)域的皮膚的溫度。
用于探查來自BTT的熱輻射的示例性透鏡系統(tǒng)包括，用于在傳感器尖端距離BTT入口的皮膚1英寸處讀數(shù)的示例性25透鏡，以及用于讀取來自BTT皮膚與傳感器尖端之間的3英寸距離的輻射的100傳感器陣列。優(yōu)選5度視野，最優(yōu)選2-3度視野，和甚至1度視野被用于觀察BTT的主要進(jìn)入點(diǎn)。紅外傳感器的光點(diǎn)直徑(觀察區(qū)域)優(yōu)選直徑在1-20mm之間，最優(yōu)選直徑在3-15mm之間，使當(dāng)所述傳感器瞄準(zhǔn)BTT入口區(qū)域時(shí)，紅外傳感器接收來自BTT入口區(qū)域的輻射，BTT入口區(qū)域?qū)?yīng)于圖1A的明亮點(diǎn)和圖1B中的紅黃區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，紅外裝置(熱電堆)被放置在任何距離，讀取BTT入口區(qū)域的溫度，只要傳感器以探查BTT入口區(qū)域的方式被安置，用透鏡將輻射匯集到溫度傳感器上。
陣列被改進(jìn)來獲取BTT區(qū)域的溫度。所獲取的溫度信號少于整個(gè)臉部，不是臉部的溫度，也不是前額的溫度。溫度信號來自BTT，BTT是環(huán)繞內(nèi)側(cè)眼角和眉毛下方的上眼瞼的中間部分的特定幾何學(xué)的特殊區(qū)域。該所述來自BTT的溫度信號可以通過接觸傳感器(例如，熱敏電阻)、非接觸傳感器(例如熱電堆)和紅外熱成像來獲得。該所述溫度信號可以被輸入到處理器中，作用于如圖73中所述的去除或轉(zhuǎn)移熱量的產(chǎn)品。所述產(chǎn)品被所測量的溫度水平激活，所述溫度水平通過手持單一的測量裝置、連續(xù)的溫度測量裝置和本發(fā)明的裝置的任何一種在BTT處測量。此外，溫度水平信號能夠激活另一種裝置，和激活所述裝置的功能。通過手持裝置測量的溫度水平可以通過無線或有線傳輸裝置自動(dòng)傳輸給接收器。
圖71C顯示包含非接觸測量系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案，除了處理信號和顯示溫度值的放大器1040、處理裝置1042和顯示裝置1044外，該系統(tǒng)包括含有單個(gè)紅外傳感器1034(例如，熱電堆)的盒體1032、裝載窗口1039和腔1038的柱形延伸部分，用于將BTT區(qū)域1004的輻射1010匯集到傳感器1034，傳感器1034位于柱形延伸部分1036的窗口1039外約3cm處。柱形延伸部分的橫向尺寸小于3mm，優(yōu)選小于2.5mm，最優(yōu)選小于2.0mm，任意為圓柱體、長方形或正方形。
可回收的標(biāo)尺1046被裝配在盒體1032中，所述標(biāo)尺的尖端擱置在臉部，用于保證盒體相對于BTT處于正確的距離和方向上，以最佳地探查BTT區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，任何用于通過傳感器最佳探查BTT的測量和定位裝置可被使用，并且在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，用于在傳感器和BTT之間建立固定關(guān)系的任何定位裝置在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
圖72是優(yōu)選被用作通過用接觸溫度傳感器接觸BTT的皮膚的單一測量的另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。因此，圖72顯示具有傳感器1052(例如，熱敏電阻)的筆樣盒體1050，傳感器被絕熱尖端1054包裹，尖端具有充分凸起的外部形狀，以與BTT區(qū)域吻合，還包括將傳感器1052連接到處理器1056上的導(dǎo)線1055，處理器與LCD顯示器1058、LED 1060和壓電裝置1062存在電連接。使用中，傳感器1052接觸BTT進(jìn)入?yún)^(qū)域1004的皮膚，產(chǎn)生對應(yīng)于溫度的電壓，該電源被輸入到處理器1056中，隨后在測量時(shí)期中獲得最大溫度時(shí)，激活LED 1060和裝置1062，接著在顯示器中顯示該溫度。傳感器1052和包裹尖端1054用一次性的帽覆蓋，該帽具有與凸起尖端1054相吻合的凸起外表面。
來自傳感器1052的溫度信號被轉(zhuǎn)換成音頻信號，由壓電裝置1062發(fā)出，所述音頻與所測量的溫度水平成比例。此外，當(dāng)使用者掃描BTT區(qū)域時(shí)，盒體1050中的處理器1056被改進(jìn)來禁閉最大音頻信號(代表最高溫度)。而且，當(dāng)達(dá)到最大溫度水平時(shí)，盒體1050中的LED 1060被激活，然后，該數(shù)值被顯示在顯示器1058上。
應(yīng)當(dāng)理解，按照本發(fā)明的原理，可以使用任何以直接或間接方式傳輸熱量或從肌體去除熱量的產(chǎn)品。因此，圖73顯示包括傳感裝置的其他示例性實(shí)施方案，傳感裝置表現(xiàn)為非接觸傳感裝置1070，如裝載在手持裝置中的熱電堆，或者接觸傳感裝置1072，如裝載在貼片中的熱敏電阻，傳感裝置測量BTT區(qū)域的溫度，通過先前所示的有線或無線傳輸裝置連接到一種產(chǎn)品上，如床墊1078或項(xiàng)圈1080，所述產(chǎn)品1078和1080能夠改變自身的溫度或者該產(chǎn)品附近的溫度。示例性實(shí)施方案包括床墊1078，其被改進(jìn)以通過電裝置來根據(jù)從溫度傳感器1070和1072上接收到的信號來改變其溫度，溫度傳感器1070和1072測量BTT區(qū)域和環(huán)繞頸部的產(chǎn)品如項(xiàng)圈1080的溫度。產(chǎn)品1078和1080分別具有彎曲的管道1074和1076，其中流動(dòng)冷水或熱水，用于從肌體上去除熱量或由床墊1078給肌體呈遞熱量，或者通過項(xiàng)圈1080給頸部和頭部呈遞熱量，所述床墊1078的水系統(tǒng)具有閥門1082，所述項(xiàng)圈1080的水系統(tǒng)具有閥門1083，分別由處理器1084和1085控制。床墊1078的處理器1084和項(xiàng)圈1080的處理器1085被改進(jìn)來根據(jù)由傳感器1070和1072測量的BTT的溫度水平來開啟或關(guān)閉閥門1082或1083。溫度傳感器1070和1072的信號控制閥門1082和1083，當(dāng)來自傳感器1070或1072的信號指示高體溫(例如，溫度等于或高于100.5°F)時(shí)，閥門開啟使冷水填充床墊。同樣，當(dāng)來自傳感器1070或1072的信號指示低體溫(例如溫度低于96.8°F)時(shí)，來自所述傳感器1070和1072的信號開啟閥門1082和1083，使溫水填充床墊1078和項(xiàng)圈1080。應(yīng)當(dāng)理解，任何外衣、妝飾、衣服、頭盔、頭戴飾品、眼部佩戴物、帽子等，可以作為一種產(chǎn)品，其中根據(jù)BTT區(qū)域的溫度，熱量被去除或者被轉(zhuǎn)移，使佩戴者達(dá)到熱量舒適度。還應(yīng)當(dāng)理解，測量BTT的溫度的任何傳感器，接觸的(例如，熱敏電阻)或非接觸的(熱電堆或熱成像傳感系統(tǒng))，被用于控制產(chǎn)品去除或轉(zhuǎn)移熱量到肌體或身體部分(physical matter)上。還應(yīng)當(dāng)理解，產(chǎn)品包括能夠根據(jù)對應(yīng)于BTT入口的環(huán)繞內(nèi)側(cè)眼角和眼瞼的皮膚溫度，將熱或冷的液體呈遞到患者的血管中的輸注通路(infusion line)。其他示例性產(chǎn)品包括鞋類、具有加熱或冷卻系統(tǒng)的地面、吸電材料(electrical draping)、內(nèi)嵌式溫?zé)嵫b置等。
在使用接觸皮膚的接觸傳感器的實(shí)施方案中，探頭的頭部用一次性的帽子覆蓋，例如一片聚合體，優(yōu)選具有良好的熱傳導(dǎo)性，根據(jù)本發(fā)明的原理和公開的內(nèi)容，一次性的帽子的形狀與各種探頭的形狀相匹配。
除了測量、存儲和傳輸生物學(xué)參數(shù)外，各種本發(fā)明的儀器如貼片、眼部佩戴物、環(huán)形物、接觸透鏡等包括身份和歷史記錄的獲得和存儲裝置，用于存儲使用者的身份和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)選采用可編程的可擦寫的電子模塊，其中數(shù)據(jù)可以被改變、增加或者從模塊中刪除。身份和歷史數(shù)據(jù)單獨(dú)或者與生物學(xué)數(shù)據(jù)(例如腦部溫度和化學(xué)測量值如葡萄糖水平和抗體的存在)一起，優(yōu)選通過無線傳輸被傳輸?shù)奖O(jiān)控站。因此，圖74顯示動(dòng)物使用的用于生物學(xué)監(jiān)控、身份和歷史數(shù)據(jù)的儀器和系統(tǒng)的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解，所公開的系統(tǒng)被應(yīng)用于人以及動(dòng)物。
圖74是用于四腿生物的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，顯示一種示例性綜合系統(tǒng)，包括眼環(huán)(eye ring)發(fā)射裝置1501，所述眼圈(eye loop)或者眼環(huán)(eye ring)1501優(yōu)選包括天線1500，傳感器1502，微處理、傳輸和記憶模塊1504和電源1503，所述環(huán)被放置在眼睛中，優(yōu)選在眼袋(eyelid pocket)1516的眼部外圍；項(xiàng)圈1520，所述項(xiàng)圈1520優(yōu)選含有電源1506，微處理、傳輸和記憶模塊1508和GPS傳輸系統(tǒng)1510，通過無線電波1512與軌道運(yùn)行的衛(wèi)星1514聯(lián)系，模塊1508在雙向通訊中通過無線電波1522與環(huán)1501的模塊1504聯(lián)系，給環(huán)1501提供動(dòng)力并收集來自1501的數(shù)據(jù)，通訊中的所述模塊1508通過無線電波1511與外部無線電接收站1509和接收天線1513聯(lián)系；外部放置的接收器1518和天線1519，其接收來自環(huán)1501的模塊1504的信號；和定位在例如連接到計(jì)算機(jī)1526的飼養(yǎng)室(feed lots)中的外部天線1524，所述天線1524在雙向通訊中與環(huán)1501的模塊1504聯(lián)系。
各個(gè)眼環(huán)1501具有獨(dú)特的序列號，永久或者臨時(shí)地植入遠(yuǎn)方的動(dòng)物中。在每次傳輸中，發(fā)送24小時(shí)的溫度記錄，最優(yōu)選為每天6-12次。獨(dú)特的單因子統(tǒng)計(jì)學(xué)的廣播網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得，所有的獸群共用一種頻率和一套數(shù)據(jù)接收器。接收器被設(shè)計(jì)來接收來自牲畜眼環(huán)的遙感單元網(wǎng)絡(luò)的溫度遙感數(shù)據(jù)，并傳輸給收集計(jì)算機(jī)，用于存儲、顯示和監(jiān)控。
雖然各種通訊和動(dòng)力系統(tǒng)被顯示在圖74中，應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)可以僅用一種儀器來工作，例如環(huán)1501將信號發(fā)送給接收器1518和天線1519，用于進(jìn)一步加工和顯示，或者優(yōu)選環(huán)1501將數(shù)據(jù)傳輸給項(xiàng)圈1520的模塊1508，模塊1508作為加強(qiáng)無線電發(fā)射器，將信號傳輸給天線1513和遠(yuǎn)程站1509，用于處理、監(jiān)控和顯示該數(shù)據(jù)。
應(yīng)當(dāng)理解，除了具有作為電源的電池的有源系統(tǒng)外，可以使用無源系統(tǒng)，其中環(huán)1501由外部電源供給動(dòng)力，例如由項(xiàng)圈1520或天線1524提供的電磁感應(yīng)。還應(yīng)當(dāng)理解，可以使用包括由電池1503組成的電源和模塊1504的無源系統(tǒng)的雜合系統(tǒng)，其中模塊1504含有用于接收來自項(xiàng)圈1520的模塊1508的電磁能的天線。在該實(shí)施方案中，系統(tǒng)的有源部分利用由電池1503提供動(dòng)力的模塊1504中的記憶，收集來自傳感器1502(例如，熱敏電阻)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲在模塊1504的記憶芯片中。當(dāng)四腿生物經(jīng)過連接天線1524例如被放置在飼養(yǎng)室的天線時(shí)，模塊1504中的含有天線的無源系統(tǒng)也可以被激活。當(dāng)環(huán)1501中的無源系統(tǒng)1504與飼養(yǎng)室中的外部天線1524相連接時(shí)，存儲在環(huán)1501的模塊1504的記憶芯片中的數(shù)據(jù)被外部天線1524接收，并被傳輸給第二個(gè)記憶芯片1523，芯片1523是模塊外部天線1524的一部分。環(huán)1501中的模塊1504的處理器被改進(jìn)，在與外部天線1524連接時(shí)轉(zhuǎn)移存儲數(shù)據(jù)。各種先前提及的感應(yīng)連接方案被用于提供動(dòng)力和通過天線1523和1509收集來自眼環(huán)1501的數(shù)據(jù)。
來自大量動(dòng)物(例如，牛)的數(shù)據(jù)被傳輸給接收系統(tǒng)。優(yōu)選僅一頭動(dòng)物在特定時(shí)間傳輸數(shù)據(jù)(相當(dāng)于僅一頭動(dòng)物在系統(tǒng)中)，以避免相互干擾的數(shù)據(jù)沖突，該干擾妨礙生物學(xué)參數(shù)成功地?zé)o線傳輸。兩種示例性方案可被采用，輪流檢測(polling)和播報(bào)(broadcasting)。輪流檢測方法要求每頭動(dòng)物裝配接收器，接收器接收來自中央位置的數(shù)據(jù)所需的個(gè)體的序列號，并啟動(dòng)該動(dòng)物的發(fā)射器，發(fā)送數(shù)據(jù)日志。另一種方法是播報(bào)系統(tǒng)，其中每頭動(dòng)物獨(dú)立地播報(bào)其數(shù)據(jù)日志。問題在于避免沖突，該沖突也就是某一時(shí)段不只一頭動(dòng)物在傳輸數(shù)據(jù)，這妨礙成功地傳輸數(shù)據(jù)。每頭動(dòng)物的發(fā)射器優(yōu)選在特定時(shí)段傳輸數(shù)據(jù)，而接收器被改進(jìn)來在某一時(shí)段接收來自各頭動(dòng)物的信號。
環(huán)1501還可以包括布置來捕獲太陽光的太陽能電池、用于鑒定動(dòng)物和終身跟蹤動(dòng)物的數(shù)字傳輸16比特ID#。用于牲畜的環(huán)1501外徑的優(yōu)選尺寸在40mm和45mm之間，優(yōu)選在35mm和40mm之間，和最優(yōu)選在30mm和35mm之間或小于30mm。對于大型動(dòng)物如大象，用于檢測用于人工授精的排卵期和妊娠期，優(yōu)選外徑在90mm和100mm之間，優(yōu)選在75mm和90mm之間，最優(yōu)選在50mm和75mm之間或小于50mm。牲畜用的包括電路板和電池的環(huán)的優(yōu)選最大尺寸在15mm和20mm之間，優(yōu)選在10mm和15mm之間，最優(yōu)選小于10mm，對于大型動(dòng)物，增加10-15mm來獲得最佳尺寸。用于牲畜的環(huán)1501的優(yōu)選高度在9mm和12mm之間，優(yōu)選在6mm和9mm之間，最優(yōu)選小于5mm，對于大型動(dòng)物，增加5mm來獲得最佳尺寸。優(yōu)選實(shí)施方案包括組裝在環(huán)的四分之一中的硬件，該環(huán)含有傳感器，位于下眼袋中。
當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度極限時(shí)，激活警報(bào)器?？梢詫?shí)時(shí)傳輸溫度來使用本發(fā)明的系統(tǒng)，檢測動(dòng)物中發(fā)熱的瞬間，其開始于動(dòng)物體溫開始升高。該方法包括發(fā)熱檢測，然后優(yōu)選在開始檢測到發(fā)熱后的6-12小時(shí)之間對動(dòng)物進(jìn)行授精，最優(yōu)選的檢測到發(fā)熱后的4-8小時(shí)之間。
優(yōu)選地，由模塊1504或1508持續(xù)(例如，24小時(shí))存儲的溫度數(shù)據(jù)被下載到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，例如被改進(jìn)來確定熱量標(biāo)識(Thermalsignature)的計(jì)算機(jī)1526。熱量標(biāo)識表示持續(xù)發(fā)生的溫度改變，反映特定的生物學(xué)狀態(tài)。示例性熱量標(biāo)識被描述在圖75A-75E中。圖75A是一種病毒性感染的代表，其中溫度相對迅速地升高，在該實(shí)施例中，存在對應(yīng)于痘病毒感染如口蹄疫的高溫。另一方面，如圖75B中所示，在6-8小時(shí)內(nèi)的溫度緩慢升高表示一種由于氣候炎熱導(dǎo)致的體溫升高的熱量標(biāo)識。圖75C顯示反映細(xì)菌感染的溫度迅速升高，具有峰值，接著為持續(xù)不變的高溫。圖75D顯示反映乳腺炎的熱量標(biāo)識，具有兩個(gè)峰值，其中有一個(gè)初始的溫度升高，接著在第一種情形(episode)后有一個(gè)較大的升高。圖75E顯示指示動(dòng)物熱量(箭頭1544)的熱量標(biāo)識，其中基線溫度逐漸遞增地升高。在發(fā)熱開始后約8-12小時(shí)，溫度進(jìn)一步升高，指示排卵期(箭頭1546)，在排卵期后溫度持續(xù)不變地升高。應(yīng)當(dāng)理解，對于人和動(dòng)物來說，熱量標(biāo)識的數(shù)字文庫被存儲，并用于根據(jù)從環(huán)或者任何其他測量BTT的溫度的傳感器接收到的信號，確定所存在的生物學(xué)條件的類型。溫度測量系統(tǒng)所需的熱量標(biāo)識與處理系統(tǒng)相匹配，將熱量標(biāo)識存儲在計(jì)算機(jī)和用于匹配和識別所述熱量標(biāo)識的相關(guān)軟件的記憶中。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的熱量標(biāo)識系統(tǒng)包括動(dòng)物或人的任何溫度測量系統(tǒng)，動(dòng)物或人中存在溫度擾動(dòng)、低溫或高溫。
大量天線接收方案被采用。圖76A顯示示例性的天線配置排列1538，圍欄(pen)中包括編號1-8的8根天線，可用于覆蓋1000-2000頭動(dòng)物的獸群。在特定時(shí)間T1時(shí)，動(dòng)物1530發(fā)送數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被最近的天線捕獲，例如天線1532。對于動(dòng)物使用并用于保存電力，數(shù)據(jù)被存儲24小時(shí)，當(dāng)動(dòng)物在時(shí)間T1時(shí)經(jīng)過天線之一時(shí)，數(shù)據(jù)被下載。當(dāng)發(fā)熱或者生物學(xué)參數(shù)改變時(shí)，傳輸環(huán)連續(xù)地傳送數(shù)據(jù)。另外，該環(huán)每天僅傳送數(shù)據(jù)一次。天線配置也被用作動(dòng)物的定位。圍欄和天線配置被繪制在計(jì)算機(jī)屏幕上，并在屏幕上描述，通過鑒定接收信號的天線，可以用計(jì)算機(jī)屏幕中的高亮顯示的位置來定位動(dòng)物。在圖76A中天線1534和1532接收信號，由于天線1536遠(yuǎn)離動(dòng)物，沒有接收到信號。因此，動(dòng)物1530位于被天線1532和1534覆蓋的區(qū)域。圖76B顯示用無線電接收器定向探測器進(jìn)行精確定位，其中無線電接收器1540由農(nóng)場主攜帶或者定位在天線1532和1534所覆蓋的區(qū)域的附近，該區(qū)域含有發(fā)熱的動(dòng)物1530以及健康動(dòng)物1542a、1542b、1542c。由于動(dòng)物1530是唯一連續(xù)發(fā)送信號的，無線電接收器1540能夠精確地確定健康動(dòng)物中的患病動(dòng)物1530。動(dòng)物1530的ID與生物學(xué)數(shù)據(jù)一起被傳輸，用于動(dòng)物1530的進(jìn)一步鑒定?？商娲?，農(nóng)場主使用電磁的手持外部電源開關(guān)，接近動(dòng)物來激活眼環(huán)1501中的電路，以人工起始數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮掌?，用于進(jìn)一步加工。采用本發(fā)明，還可以定位任何丟失的動(dòng)物，跑離圍欄的動(dòng)物由于未在圍欄中發(fā)射信號，可以被確定。
雖然多個(gè)天線配置被顯示在圖76A中，優(yōu)選實(shí)施方案包括天線1513或者可替代的天線1519，和具有無線電接收模塊、計(jì)算機(jī)接口和電源的防風(fēng)雨金屬包裝的接收器單元，例如接收器1509或可替代的接收器1518。
當(dāng)采用可擦寫或可編程的編號時(shí)，眼環(huán)1501被再次使用，給所述眼環(huán)或眼環(huán)1501編寫和記錄新的系列識別號。
雖然顯示了眼袋中的環(huán)，應(yīng)當(dāng)理解，其他方法和裝置包括來自牛的BTT的溫度信號，BTT在眼睛的外部，位于眼睛前角內(nèi)(動(dòng)物的眼角位于眼睛的最前面部分)，所述信號被接觸的或非接觸的溫度傳感器以及熱成像系統(tǒng)捕獲。
來自眼環(huán)1501的信號優(yōu)選自動(dòng)激活另一個(gè)裝置。作為說明，自動(dòng)噴水系統(tǒng)被改進(jìn)，由來自眼環(huán)1501的無線電信號激活，當(dāng)眼環(huán)1501傳輸高體溫信號時(shí)，所述自動(dòng)噴水系統(tǒng)噴灑冷水，使動(dòng)物降溫。
各種疾病可通過本發(fā)明的儀器來監(jiān)控和檢測。作為說明，腦部溫度的特征性升高可檢測口蹄疫、巴貝西蟲病、波特淋菌中毒、狂犬病、普魯氏菌病，以及任何其他特征為溫度改變的紊亂，以及通過化學(xué)和物理評價(jià)檢測的紊亂，例如用抵抗朊病毒的抗體檢測感染動(dòng)物的眼瞼或眼球表面的朊病毒，在抗原-抗體相互作用時(shí)產(chǎn)生可鑒定的標(biāo)記如熒光或產(chǎn)生機(jī)械信號或電信號。朊病毒會引起牛海綿狀腦病，也被稱作為“瘋牛病”，這種朊病毒存在于眼睛中，可用包含在眼環(huán)中的抗這種朊病毒的固定抗體或者這種朊病毒的產(chǎn)物來檢測。對于檢測乳房炎(或發(fā)熱的動(dòng)物)，這些動(dòng)物被計(jì)劃用于擠奶，本發(fā)明通過生成擠奶順序，其中發(fā)熱的動(dòng)物最后擠奶，提供了防止污染正被擠奶的其他動(dòng)物的方法。這將避免了患病動(dòng)物污染設(shè)備而該設(shè)備隨后又被其他健康動(dòng)物使用。
本發(fā)明提供從出生到屠宰、每天24小時(shí)對動(dòng)物的連續(xù)監(jiān)控，除了鑒定和定位患病動(dòng)物外，自動(dòng)分析和檢測任何會對人類健康或動(dòng)物健康構(gòu)成威脅的疾病。因此，采用本發(fā)明，患病動(dòng)物不會出現(xiàn)在消費(fèi)者的餐桌上。因此，本發(fā)明包括一種提高食物安全和提高被攝食的肉類的價(jià)值的方法。連續(xù)疾病監(jiān)控系統(tǒng)被稱作DM24/7(疾病監(jiān)控24/7)，包括從出生到屠宰、每周7天24小時(shí)監(jiān)控生物學(xué)變量，將信息輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，記錄該信息。任何來自用DM24/7監(jiān)控的動(dòng)物的肉品加蓋稱作“監(jiān)控肉”(Monitored Meat)的圖章。該圖章意味著該動(dòng)物被終身監(jiān)控是否存在傳染病。任何購買“監(jiān)控肉”的用戶可以登錄到國際互聯(lián)網(wǎng)上，在輸入該肉品的編號(ID)后，該編號可以在所購買的肉品包裝上找到。所述用戶能夠訪問該肉品所來源的動(dòng)物的熱量生命(thermal life)和生物學(xué)監(jiān)控，以及該動(dòng)物是否存在發(fā)熱或疾病。該方法和裝置包括與動(dòng)物的ID相關(guān)的視頻串(video stream)，所述視頻或圖片展示農(nóng)場和關(guān)于該動(dòng)物所來源的農(nóng)場或者動(dòng)物被加工的肉品包裝廠的信息，從而提供了整套關(guān)于動(dòng)物和飼養(yǎng)該動(dòng)物的環(huán)境的信息。除了在國際互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行視察外，在私人場所如家中，該系統(tǒng)還提供銷售點(diǎn)的信息。因此，無論使用者何時(shí)購買了產(chǎn)品，該產(chǎn)品的條形碼例如被掃描，關(guān)于農(nóng)場或者包裝該肉品的公司的視頻或圖片會出現(xiàn)在銷售點(diǎn)的屏幕上。在購買任何其他產(chǎn)品時(shí)，也可以采用這種方法，優(yōu)選使得消費(fèi)者可以利用閑暇時(shí)間逛商場，以對所購買的產(chǎn)品更加熟悉。
優(yōu)選地，該環(huán)一端具有用絕熱材料(例如，具有亞胺酯)覆蓋的溫度傳感器，而另一端的表面暴露。優(yōu)選的測量方法采用測量表面朝向眼袋的解剖學(xué)的外面部分，而絕熱部分朝向眼袋的里面部分。
眼環(huán)含有記憶裝置，用于永久或暫時(shí)存儲用于鑒定被監(jiān)控的動(dòng)物的獨(dú)特識別號(identification number)。環(huán)的處理器中的該ID代碼作為個(gè)體號碼被傳輸給接收器，僅用于鑒定和跟蹤目的，或者與溫度值或者其他生物學(xué)變量值相關(guān)。環(huán)中的記憶芯片還含有動(dòng)物的生活史和歷史數(shù)據(jù)，包括體重、疫苗免疫、出生日、出生地、性別、疾病史、遺傳組成等。
BTT區(qū)域入口的范圍約30平方厘米，大體的主要進(jìn)入點(diǎn)為25平方厘米，包括內(nèi)側(cè)眼角和鄰近于眼瞼邊緣的眼瞼區(qū)域。BTT區(qū)域的溫度和反映腦熱量狀態(tài)的核心溫度的相關(guān)系數(shù)為0.9。作為采用整個(gè)臉部的替代，用于紅外的或熱成像傳感的方法以及接觸傳感器包括明確來源于BTT區(qū)域的溫度信號，然后定位BTT區(qū)域的最熱點(diǎn)，被用作來源信號來激活另一個(gè)裝置或者實(shí)施一種作用。
應(yīng)當(dāng)理解，還可以使用紅外熱成像照相機(jī)，通過照相機(jī)中的處理器選擇發(fā)射來自BTT入口的最大輻射的點(diǎn)來源，對應(yīng)于點(diǎn)來源的具有最大熱能的溫度水平被顯示在顯示器中。示例性紅外照相機(jī)包括本發(fā)明的BTT Thermoscan。
本發(fā)明的BTT Thermoscan被改進(jìn)來探查環(huán)繞內(nèi)側(cè)眼角的BTT入口，借助透鏡，與BTT區(qū)域入口匹配的傳感器的視野被顯示在圖1A和1B和圖3A-9中。用熱成像系統(tǒng)測量BTT的溫度的示例性操作流程包括，第一步，用照相機(jī)中的輻射探測器探查BTT入口，在第一步后，處理器被改進(jìn)來搜索BTT的熱圖像中具有最大熱輻射輻射的點(diǎn)源。在后面的步驟中，計(jì)算BTT熱成像中具有最大量輻射的點(diǎn)源的溫度，所述計(jì)算溫度值優(yōu)選被顯示。在接著步驟中，計(jì)算溫度值通過有線或無線裝置傳輸給產(chǎn)品，該產(chǎn)品會以直接或間接方式從肌體上去除熱量或者給肌體轉(zhuǎn)移熱量。在后面步驟中，產(chǎn)品的溫度根據(jù)所接收的信號來調(diào)節(jié)。以間接方式轉(zhuǎn)移或從肌體上去除熱量的示例性產(chǎn)品包括交通工具的空調(diào)/加熱系統(tǒng)。以直接方式轉(zhuǎn)移或從肌體上去除熱量的示例性產(chǎn)品包括交通工具的座位。按照本發(fā)明的測量系統(tǒng)被改進(jìn)，以尋找環(huán)繞內(nèi)側(cè)眼角和眼瞼的最熱區(qū)域。一旦找到環(huán)繞內(nèi)側(cè)眼角和眼瞼的最熱點(diǎn)，第二個(gè)步驟包括尋找第一個(gè)步驟中所確定的區(qū)域中的最熱點(diǎn)，這意味著尋找如圖1A和1B中所示的BTT入口的最熱點(diǎn)。
現(xiàn)按照顯示在圖77A-77C中的本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，包含按照本發(fā)明的用于生物學(xué)監(jiān)控的貼片的儀器包括兩個(gè)部分含有傳感器、電子元件和電源的耐用部分，以及無任何硬件的一次性部分，優(yōu)選通過鉤環(huán)緊固件材料(可以商品名VELCRO購買得到)，將所述耐用型的和一次性的兩個(gè)部分可分離地連接在一起。因此，圖77A是顯示由通過鉤環(huán)裝置相互連接的兩個(gè)部分組成的貼片的示意圖，在此被稱作為VELCROPatch，所述VELCRO Patch 1591包括一次性片1730和耐用片1596，所述耐用片1596裝載和電連接傳感器1590、電源1594以及發(fā)射器和處理器模塊1592，耐用片1596的VELCRO表面1598可分離地連接到一次性片1730的VELCRO表面上，所述一次性片1730的外表面用襯里1732覆蓋，當(dāng)剝離該襯里時(shí)，暴露粘性表面，將該表面應(yīng)用于皮膚上。使用中，這兩個(gè)部分1730和1596通過鉤狀和環(huán)狀材料連接并固定在適當(dāng)位置上，剝離襯里1732，暴露覆蓋在一次性片1730的外表面上的粘合劑，將該粘性表面應(yīng)用于皮膚，將所述VELCRO Patch 1591固定在皮膚上，傳感器1590停止在鄰近BTT入口的位置上，產(chǎn)生說明腦部溫度的信號。雖然VELCRO鉤環(huán)緊固件被描述為一次性部分和耐用部分之間的優(yōu)選連接，應(yīng)當(dāng)理解，可以采用任何其他連接裝置如通過膠水、別針等或者任何其他常規(guī)固定裝置將一次性片連接到耐用片上。
圖77B顯示VELCRO Patch的兩個(gè)部分，包含僅含有VELCRO材料的一次性部分1600以及含有傳感器1590，電源1594，包括發(fā)射器，處理器，壓電片，蜂鳴器和揚(yáng)聲器的模塊1592，發(fā)射器和處理器模塊1592，和LED 1602，通過含有在VELCRO材料中的電線與耐用片1596的VELCRO表面進(jìn)行電連接，耐用片1596可分離地連接到一次性片1600的VELCRO表面1601上，用襯里1604覆蓋的所述一次性片1600的外表面位于一次性片1600的環(huán)形表面1601的另一面，當(dāng)剝離襯里時(shí)，暴露粘性表面，該表面應(yīng)用于皮膚。由于裝載在耐用部分1596的硬件相對昂貴，所述具有硬件的耐用部分1596可重復(fù)使用，而一次性部分1600僅包含VELCRO環(huán)，可相對低廉地制備，并且由于所述部分是與皮膚接觸的部分，在與皮膚接觸后或者被體液污染時(shí)，所述部分1600被去除。應(yīng)當(dāng)理解，耐用部分可以包括含有硬件的彈性塑料盒體，以及由雙面膠帶組成的一次性部分。在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，包括支撐結(jié)構(gòu)，如由兩個(gè)部分組成的貼片，其中一次性部分與皮膚接觸，而耐用部分裝載硬件，電路不與皮膚接觸。在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，還包括由鉤狀和環(huán)狀材料如VELCRO組成的支撐結(jié)構(gòu)，包含一次性部分和耐用部分組成的兩個(gè)部分，其中一次性部分與皮膚接觸，而耐用部分除了VELCRO材料外還含有片，耐用而且不與皮膚接觸。作為說明而非限制，VELCRO的耐用部分可含有帶彈簧加載桿的板(spring load rod plate)，如用于氣道擴(kuò)張器中(人用的BreatheRight和動(dòng)物用的Flair)的那種，而一次性部分含有釋放襯里和粘性表面，該表面與人或動(dòng)物的皮膚接觸。另一種例子包括裝載具有液體或化學(xué)物質(zhì)的容器的耐用部分，液體或化學(xué)物質(zhì)被應(yīng)用于皮膚上，一次性部分通過粘性表面或者機(jī)械性緊固件如彈性條帶與皮膚接觸。還有另一個(gè)例子，包括連接到VELCRO材料上的手表，作為耐用部分，含有例如用于測量葡萄糖的傳感部分，以及一次性部分。優(yōu)選地，VELCRO部分含有作為耐用部分的鉤子，除了VELCRO材料外，裝載了片，含有鉤子的Velcro部分作為一次性部分，該部分優(yōu)選與肌體部分如皮膚接觸。
當(dāng)被應(yīng)用于皮膚上時(shí)，VELCRO Patch作為一種片，具有通過鉤狀和環(huán)狀材料相連接的耐用部分和一次性部分，除了當(dāng)生物學(xué)參數(shù)超出范圍時(shí)，用于提醒使用者的報(bào)告裝置例如LED外，在耐用部分的表面上看不到其他硬件。因此，圖77C顯示圖77B的VELCRO Patch的透視圖，所述VELCRO Patch 1724被應(yīng)用于環(huán)繞眼睛1726的皮膚上，耐用部分1722的外表面含有LED 1720，LED 1720由裝載在VELCRO Patch 1724的耐用部分1722中的處理器和驅(qū)動(dòng)模塊(未顯示)激活。
本發(fā)明的VELCRO Patch還可以包括用于將透鏡連接到所述VELCRO Patch上的連接結(jié)構(gòu)，在此被稱作為VELCRO Eyewear。因此，圖78是由耐用部分1712組成的VELCRO Eeyewear 1710的示意圖，除了被改進(jìn)來容納透鏡1702的溝槽外，耐用部分裝載了傳感器1700、電源1706和發(fā)射-處理模塊1704，透鏡1702能滑入溝槽1708并被固定在溝槽中。本發(fā)明的溝槽結(jié)構(gòu)使得可以使用并且按需要替換任何類型的透鏡。但是，應(yīng)當(dāng)理解，可以將透鏡1702永久性地連接到VELCRO耐用部分1712上。還應(yīng)當(dāng)理解，可以與臉部解剖學(xué)相吻合的方式制備VELCRO材料，先前描述的用于連接透鏡的各種固定裝置可被使用。VELCROEyewear還具有連接到其側(cè)面的支架(temple)，用于進(jìn)一步將其固定在使用者的臉部。還應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任何傳感器，包括用于檢測血管的脈搏的溫度的、壓強(qiáng)的、壓電的傳感器、葡萄糖傳感器，等等。
圖79A是顯示支撐結(jié)構(gòu)1740的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的透視圖，支撐結(jié)構(gòu)包含碗樣結(jié)構(gòu)，具有充分突起的外表面1742，以與BTT入口的解剖學(xué)相吻合，所述支撐結(jié)構(gòu)1740裝載傳感器1744和電連接。圖79B顯示支撐結(jié)構(gòu)1748的另一個(gè)實(shí)施方案，具有充分突起的外表面1750，以與BTT的解剖學(xué)相吻合，結(jié)構(gòu)1748還被充分延長，以與BTT入口的幾何學(xué)相匹配，并且還裝載傳感器1752和電連接1754。
圖80是顯示在圖79A中的碗的橫截圖，包括碗狀的支持物1756，具有凸出的外表面1757和從碗狀支持物1756的表面突出的傳感器1758，所述傳感器與BTT的皮膚1759和BTT的末端血管1755緊密地并置。
圖81A是支撐結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的頂部透視圖，該支撐結(jié)構(gòu)由回飛棒形狀或者香蕉形狀的貼片1760組成，貼片包含裝載支撐結(jié)構(gòu)1762的薄絕熱聚亞胺酯層1766，支撐結(jié)構(gòu)中裝載了傳感器1764，傳感器1762具有不同于層1764的高度，這使得傳感器1764突出，處于相對比層1766更高的位置上。層1766的表面含有壓力敏感的丙烯酸粘合劑，用于將所述貼片固定到皮膚上。圖81B是圖81A的回飛棒狀貼片1760的側(cè)面透視圖，顯示裝載了傳感器1764和電線1765的結(jié)構(gòu)1762與粘性聚亞胺酯層1766之間的不同高度。結(jié)構(gòu)1766和1762之間的優(yōu)選高度差為5mm，優(yōu)選在3mm和4mm中間，最優(yōu)選在1mm和3mm之間。圖81C是在傳感器區(qū)域1768上具有釋放襯里的貼片1760的示意圖，釋放襯里1773由兩個(gè)片組成，上片1769和下片1771。圖81C顯示上片1769被剝離，暴露粘性表面1770。釋放襯里1773包含單一部分或者具有單個(gè)或多個(gè)裂口構(gòu)成多部分襯里。與粘性層一起使用的合適釋放襯里是本領(lǐng)域已知的。按照本實(shí)施方案，當(dāng)將貼片1760應(yīng)用于BTT區(qū)域時(shí)，首先可以去除傳感器襯里片1768，然后將貼片1760被安置，使傳感器區(qū)域與BTT入口并置。一旦確定正確的貼片1760的最終位置，去除下片襯里1771，將貼片1760應(yīng)用于鼻子區(qū)域，然后去除上片襯里1769，應(yīng)用于眼瞼邊緣上方的皮膚上。圖81D是顯示被用于使用者1770的皮膚上的貼片1760的透視圖，貼片1760上具有外部標(biāo)記，指示傳感器位置1768和與內(nèi)側(cè)眼角對準(zhǔn)的線1772。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在支撐結(jié)構(gòu)中包括傳感器排列，其中所述傳感器位于與包含貼片的較大的基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)不同的高度上。
圖82是眼部佩戴物的頂視圖，顯示支撐結(jié)構(gòu)的示例性電排列，該支撐結(jié)構(gòu)由改進(jìn)的鼻墊和眼部佩戴物的框架組成，所述眼部佩戴物1880的框架在左邊透鏡邊緣1776上包括電磁開關(guān)1774和在左側(cè)腿部1882上具有磁性棒1778，用于當(dāng)電接觸時(shí)電啟動(dòng)該系統(tǒng)，鼻梁1886上的發(fā)射器和電源模塊1884通過透鏡邊緣1776中的電線1888電連接到開關(guān)1774上，左側(cè)透鏡邊緣1892中的天線1890連接到模塊1884上。當(dāng)打腿部使用眼部佩戴物時(shí)，在開關(guān)1774和磁性棒1778之間形成了電連接，自動(dòng)地激活系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)理解，各種彈簧機(jī)制可以被集成到桿狀物(shaft)中，將傳感器固定，以將所處傳感器更好地與BTT區(qū)域并置。
本發(fā)明提供用于優(yōu)化液體攝取的方法，以到達(dá)理想水合(euhydration)和避免脫水和過度水合。本發(fā)明提供連續(xù)的非侵入性的核心溫度監(jiān)控，當(dāng)溫度達(dá)到特定的預(yù)設(shè)水平時(shí)，例如反映肌體內(nèi)存儲的熱量增加的溫度升高，然后通過攝取液體來降低體溫腦部溫度反映水合狀態(tài)，而脫水會導(dǎo)致核心(腦)溫度升高。按照本發(fā)明的方法，包括用于脫水情形、暴露于炎熱中的久坐的人(如通過熱波中的高死亡率來說明)、體育活動(dòng)中的人的運(yùn)算方法。本發(fā)明表明，在體溫達(dá)到100.4°F時(shí)，每小時(shí)攝取4盎司水將會將體溫降低到98.6°F，并且將會將體溫保持在低于99.5°F的溫度下，從而防止熱卒中的危險(xiǎn)。在運(yùn)動(dòng)員參加體育活動(dòng)如蹬車的情形下，本發(fā)明表明，攝取含有碳水化合物和礦物質(zhì)的液體(例如，Coca-ColaCompany的商品名為PowerAde)，當(dāng)BTT的溫度達(dá)到99.3°F時(shí)，攝取6-8盎司能夠保持最佳機(jī)能，并且每1-2小時(shí)進(jìn)行攝取能夠保持機(jī)能。按照本發(fā)明的原理，可以建立用于運(yùn)動(dòng)員處于過熱的危險(xiǎn)中的情形的各種運(yùn)算。在競賽過程中被提醒需要攝取液體的運(yùn)動(dòng)員使用特定尺寸的盛裝液體或水的容器。
可以建立將溫度(體溫過低)與老年人和神經(jīng)性食欲缺乏者中的營養(yǎng)狀況(營養(yǎng)不良)相聯(lián)系的方法和運(yùn)算法則，溫度水平指示營養(yǎng)不良，還指示攝取何種食物來維持足夠的溫度。還應(yīng)當(dāng)理解，還可以根據(jù)體溫來開發(fā)食物，以達(dá)到最佳的營養(yǎng)價(jià)值-鮮新的和冷凍的或者加工的食物。還應(yīng)當(dāng)理解，指示排卵的溫度改變可以被用作生產(chǎn)提高生育能力的食物的方法，通過確定何種食物產(chǎn)品提高排卵。
本發(fā)明還提供用于評價(jià)飲食的方法和裝置，例如熱量限制，其中溫度指示代謝，從而較低的基線溫度指示代謝下降和代謝廢物生成，包括監(jiān)控碳水化合物攝取和新陳代謝。本發(fā)明還提供用于監(jiān)控糖尿病患者中的血糖過低的方法，其中溫度降低是血糖過低的征兆。本發(fā)明還提供用于檢測肺氣梗塞和與特定的溫度升高相關(guān)的心臟事件的方法。任何與溫度改變相關(guān)的癥狀可以用本發(fā)明的方法預(yù)測和檢測，從與體溫下降相關(guān)的妊娠異常到頭部損傷的體溫過高。
本發(fā)明提供各種其他優(yōu)點(diǎn)。其他示例性優(yōu)點(diǎn)包括1.監(jiān)控多種硬化癥，由于腦部溫度升高會導(dǎo)致癥狀惡化，當(dāng)本發(fā)明的方法確定這種溫度升高時(shí)，可以進(jìn)行相應(yīng)的測量，例如在適當(dāng)時(shí)間飲用冰涼的液體或者如先前描述冷卻腦，2.左右兩側(cè)BTT之間的顯著差異指示病理性中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，3.檢測腦部溫度升高來加強(qiáng)對腦膜炎或者腦炎的診斷，從而避免在未被感染的人群中過量進(jìn)行腰椎穿刺(lumbar tap)，和4.幼小的嬰兒不能以與成人相同的方式調(diào)控體溫，容易變得過熱。嬰兒猝死綜合癥(SIDS)在過熱的嬰兒中最為常見。通過監(jiān)控嬰兒的體溫，本發(fā)明可以在嬰兒體溫升高的情況下提醒父母。
接收來自本發(fā)明的傳感系統(tǒng)的信號的接收器可以是外部的或者可植入的。當(dāng)植入到肌體中時(shí)，接收器可以通過外部磁感應(yīng)或者外部對電池再充電來給接收器提供動(dòng)力。接收器接收來自溫度傳感器、葡萄糖傳感器等的信號，并轉(zhuǎn)發(fā)該信號用于進(jìn)一步顯示。
本發(fā)明的任何發(fā)射器可以與藍(lán)牙、GRPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)日显谝黄?。然后，來自發(fā)射器的信號被任何的藍(lán)牙激活裝置捕獲，如移動(dòng)電話、電子組織者(electronic organizer)、計(jì)算機(jī)等。移動(dòng)電話的軟件被改進(jìn)來接收來自發(fā)射器的編碼信號。接收器中的運(yùn)算方法將會描繪該信號并顯示該數(shù)值。移動(dòng)電話具有呼叫醫(yī)生的自動(dòng)撥號，例如當(dāng)指示發(fā)熱時(shí)。應(yīng)當(dāng)理解，來自移動(dòng)電話的信號或者直接來自支撐結(jié)構(gòu)的發(fā)射器的信號被傳輸?shù)竭B接到國際互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)，用于在分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸。
現(xiàn)有技術(shù)采用用面部皮膚溫度作為檢測手段來監(jiān)控體溫。如圖1A和1B中所示，臉部皮膚的溫度在不同區(qū)域中間變化顯著，并不代表核心溫度。此外，面部皮膚的溫度不是以穩(wěn)定的方式來呈遞熱能的。采用面部皮膚溫度來激活另一個(gè)裝置或者監(jiān)控體溫的任何裝置或方法，不能夠提供一種精確或準(zhǔn)確的響應(yīng)。此外，面部皮膚溫度不反映肌體的熱量狀態(tài)，與核心溫度和腦部溫度之間的相關(guān)性差。直接并且未受干擾地與肌體內(nèi)部通訊的唯一體表是位于BTT入口的特定幾何學(xué)的特化區(qū)域。任何放置在或者鄰近于BTT入口的溫度傳感裝置能夠以精確和正確的方式測量核心溫度。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用任何包括比色粘性標(biāo)簽的傳感器，例如液晶比色溫度計(jì)，放置在BTT區(qū)域的皮膚上，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)參考先前描述的氣候自動(dòng)控制系統(tǒng)，示例性實(shí)施方案將會更加詳細(xì)地描述。雖然該優(yōu)選實(shí)施方案將會被描述用于運(yùn)輸交通工具(例如小車)的艙室中，但是應(yīng)當(dāng)理解，該方法、裝置和系統(tǒng)可以被應(yīng)用于任何限定的范圍中，例如家中、工作場所、旅館等，其中根據(jù)BTT的溫度調(diào)節(jié)限定環(huán)境中的溫度，使得限定環(huán)境中的受試者感到熱舒適度。
BTT的溫度測量值表示肌體的熱舒適度。對本發(fā)明的研究表明，當(dāng)肌體溫度升高或降低時(shí)，反映為BTT的腦部溫度中改變，肌體的熱舒適度降低。人類的熱舒適度反映為BTT的皮膚溫度，較高的BTT的皮膚溫度產(chǎn)生炎熱的肌體感覺，而較低的BTT的皮膚溫度產(chǎn)生低溫的肌體感覺。為了使艙室的擁有者獲得熱的舒適度，本發(fā)明的系統(tǒng)根據(jù)BTT產(chǎn)生的溫度信號控制艙室的熱舒適度。本發(fā)明優(yōu)選采用臉部的特定特化區(qū)域，而不是整個(gè)臉部來控制艙室的溫度和艙室的熱舒適度。本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選在小于整個(gè)臉部的區(qū)域上監(jiān)控溫度，對艙室的加熱和冷卻進(jìn)行最佳控制，使艙室的擁有者獲得熱舒適度。
由于熱舒適度反映在腦部溫度上，根據(jù)BTT溫度調(diào)節(jié)艙室氣候，給艙室的擁有者提供熱量舒適的環(huán)境。設(shè)定BTT溫度來控制HVAC(加熱器-空調(diào))和先前描述的交通工具的其他部分，例如座位、地毯等，它們被調(diào)節(jié)來將擁有者的熱感覺維持舒適的狀態(tài)中。特別地，接觸或鄰近肌體的物品被用于根據(jù)BTT的信號自動(dòng)去除熱量或者將熱量應(yīng)用于擁有者的肌體上。為了進(jìn)一步提高熱舒適度，該系統(tǒng)包括艙室中的溫度傳感器，用于檢測艙室溫度。因此，圖83顯示了示例性的氣候自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括用于接觸測量的BTT的溫度傳感裝置1894(例如眼部佩戴物)和用于非接觸測量的BTT的溫度傳感裝置1895(例如紅外探測器)，用于監(jiān)控BTT的溫度，控制裝置1896被改進(jìn)來自動(dòng)調(diào)節(jié)艙室1900中的物品1898，根據(jù)BTT傳感裝置1894產(chǎn)生的信號來去除或呈遞熱量，用艙室溫度傳感器1902檢測艙室1900的溫度，當(dāng)來自BTT傳感器1894的信號指示高溫時(shí)，艙室中的物品1898被改進(jìn)來去除熱量，當(dāng)BTT傳感器1894指示低溫時(shí)，則呈遞溫度。雖然用于說明的目的，交通工具的座位被用作去除/呈遞熱量的物品，應(yīng)當(dāng)理解，還可以使用其他物品如HVAC、地毯、方向盤和其他先前提及的物品。只要交通工具被起動(dòng)，艙室傳感器1902檢測艙室溫度，并根據(jù)來自艙室傳感器1902的溫度信號來調(diào)節(jié)物品1898，去除或者呈遞熱量。接著或者同時(shí)通過傳感器1902測量艙室溫度，將BTT傳感器1894的輸出值輸入到控制裝置1896中，控制裝置根據(jù)來自BTT傳感器1894的信號激活物品1898去除或者呈遞熱量。如果BTT傳感器1894指示高溫(＞98.8°F)，那么物品1898會去除熱量，如果BTT傳感器1894檢測到低溫(＜97.5°F)，則物品1898將會呈遞熱量，以獲得艙室的熱舒適度。用于冷卻的示例性實(shí)施方案包括連接到空調(diào)控制系統(tǒng)上的控制裝置1896，用于控制按照BTT傳感器1894輸出的溫度水平按比例生成和吹拂的冷氣的含量。對于示例性的加熱，控制裝置1896被連接到控制系統(tǒng)1906上，根據(jù)BTT傳感器1894的輸出水平，由電的車座1898逐漸調(diào)節(jié)熱量呈遞。當(dāng)BTT的溫度在97.5°F到98.8°F的范圍內(nèi)時(shí)，控制裝置1896被改進(jìn)來保持中立，不調(diào)節(jié)物品1898。由于每個(gè)人的熱舒適度是不同的，該系統(tǒng)被改進(jìn)來根據(jù)擁有者的個(gè)體需要，按照特定的溫度閾值，去除或呈遞熱量，而不必是按照97.5°F到98.8°F的默認(rèn)設(shè)定。應(yīng)當(dāng)理解，放置在肌體的其他部分的皮膚傳感器的組合可以與BTT傳感器1894一起使用。還應(yīng)當(dāng)理解，皮膚溫度的改變速度被考慮在內(nèi)，被輸入到微處理器中，處理器被改進(jìn)來根據(jù)BTT部位的皮膚溫度的巨大變化來對物品進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如肌體突然降低0.6℃以上，產(chǎn)生所生成的冷氣含量的相應(yīng)減少或者甚至關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)。還應(yīng)當(dāng)理解，BTT傳感裝置包括接觸裝置(例如本發(fā)明的貼片和眼部佩戴物)，非接觸裝置(例如本發(fā)明的紅外裝置，熱成像(例如本發(fā)明的BTT Thermoscan)等。
還有另一個(gè)按照本發(fā)明的實(shí)施方案包括含有測量生物學(xué)參數(shù)的傳感器的支撐結(jié)構(gòu)，被連接到鼻條片(strip)上來擴(kuò)張人的氣道，例如BreatheRight(可購買得到，商品名為BreatheRight)，用于擴(kuò)張動(dòng)物的氣道(可購買得到，商品名為Flair)。示例性的氣道擴(kuò)張器鼻條片被描述在美國專利5,533,503和5,913,873中。本發(fā)明將氣道擴(kuò)張器結(jié)合到用于生物學(xué)監(jiān)控的貼片中。本發(fā)明可以是氣道擴(kuò)張器的集成部分。氣道擴(kuò)張器是本發(fā)明的擴(kuò)展部分。連接測量生物學(xué)參數(shù)的貼片和氣道擴(kuò)張器是方便和有益的，這是由于它們在相同的活動(dòng)中是有用的。在睡眠、體育活動(dòng)過程中或者當(dāng)受涼或者呼吸道感染時(shí)，鼻道擴(kuò)張器是有益的，在睡眠過程中、在體育活動(dòng)中監(jiān)控體溫改變和在呼吸道感染過程中監(jiān)控發(fā)熱，使用本發(fā)明的貼片。鼻道擴(kuò)張器和本發(fā)明的貼片在其襯背上使用粘合劑，以固定到皮膚上，都被固定到鼻梁骨的皮膚上，BTT貼片在鼻梁骨的上方，而氣道擴(kuò)張器優(yōu)選在鼻梁骨的下方。本發(fā)明的貼片的鼻道擴(kuò)張器延伸部分在此被稱作為BioMonitor Dilator(BMD)。因此，圖84是佩戴BMD 1908的人100的優(yōu)選實(shí)施方案的正視圖，包括由通過連接臂1907連接到氣道擴(kuò)張器鼻條片1909上的貼片109組成，所述BMD被放置在鼻子1911上，貼片109含有指示物線111和含有被安置在鼻子1911的上面部分的通道末端的皮膚上的有源傳感器102和被安置在使用者100的鼻子1911的下面部分的皮膚上的氣道擴(kuò)張器鼻條片1909。在圖84中顯示的BMD 1908的實(shí)施方案提供發(fā)射裝置104，處理裝置106，AD轉(zhuǎn)換器107和傳感裝置102，通過彈性電路110連接到電源108上，被裝載在貼片109中。雖然顯示的是連接臂，應(yīng)當(dāng)理解，BMD可以被制備成一個(gè)片，其中上面部分裝載傳感器和電路，而位于鼻子的較低部分包括作為鼻氣道擴(kuò)張器起作用的彈簧式條片。本發(fā)明公開在擴(kuò)張鼻氣道時(shí)同時(shí)監(jiān)控生物學(xué)參數(shù)的方法。
另一個(gè)實(shí)施方案包括圖85A-85D中所示的大量試劑盒。因此，圖85A是試劑盒1910的透視圖，含有粘性膠帶1912和連接到1916上的活動(dòng)傳感器1914?；顒?dòng)傳感器1914未被連接到支撐結(jié)構(gòu)上，使用中，所述傳感器優(yōu)選與粘性膠帶1912接觸放置，以通過粘性膠帶1912的粘性表面將傳感器1914固定在皮膚上。在圖85B中顯示的另一種實(shí)施方案包括試劑盒1918，含有支撐結(jié)構(gòu)1920如貼片、夾子、眼部佩戴物(，例如眼鏡、太陽鏡、護(hù)目鏡和防護(hù)鏡)等，和接收器1922，例如手表、還有移動(dòng)電話、電子組織者等可被用作接收器，構(gòu)成試劑盒的一部分。如先前所述，試劑盒1918還在其結(jié)構(gòu)中裝載了磁鐵1923作為開關(guān)。應(yīng)當(dāng)理解，試劑盒1918可僅包括貼片，磁鐵1923鄰近于所述貼片1922。手表1922優(yōu)選具有傾斜的表面，以便在體育活動(dòng)如在蹬車的過程中更好地觀察，手表1926的視野被以一定角度朝向蹬車者的臉部，以至只要朝向看，而不需要轉(zhuǎn)頭，使用者就可以看到顯示在手表1926上的溫度水平。顯示在圖85C中的另一個(gè)實(shí)施方案包括試劑盒1932，含有特化的BMD貼片1928和示例為手表的接收器1930。
另一個(gè)實(shí)施方案包括鞋類，具有用于檢測寒冷的溫度傳感器和用于將信號傳輸給接收器(例如手表)的無線電發(fā)射器。來自鞋類的信號結(jié)合來自BTT的TempAlert的信號，提供抵抗凍傷和體溫過低的預(yù)防性裝置的組合。
應(yīng)當(dāng)理解，支撐結(jié)構(gòu)如貼片可能裝載蒸汽，當(dāng)貼片的外表面被刮擦?xí)r，含有薄荷腦的蒸汽被釋放以使表面光滑，并減輕鼻子堵塞，當(dāng)用貼片監(jiān)控發(fā)熱時(shí)，這是很方便的。
還應(yīng)當(dāng)理解，可以將鋼或銅置于傳感器的上面，以提高熱傳導(dǎo)性，以及采用任何其他常規(guī)手段來增加熱量轉(zhuǎn)移到傳感器上。
應(yīng)當(dāng)理解，任何的電化學(xué)傳感器，熱電傳感器，聲敏傳感器，壓電傳感器，光學(xué)傳感器等可用支撐結(jié)構(gòu)固定，按照本發(fā)明的原理來測量生物學(xué)參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，采用電流的、電勢的、電導(dǎo)的、阻抗的和熒光的系統(tǒng)等的傳感器可被用于本發(fā)明的儀器中，用于測量生物學(xué)參數(shù)。還應(yīng)當(dāng)理解，可以采用生物傳感的其他形式，例如離子導(dǎo)電性、焓和質(zhì)量以及免疫生物互作等的改變。還應(yīng)當(dāng)理解，按照溫度產(chǎn)生反應(yīng)的新材料和熱傳導(dǎo)液晶聚合物可以被用于本發(fā)明中，被安置在BTT部位上。
前述的描述應(yīng)當(dāng)被解釋為僅示例說明本發(fā)明的原理。由于大量的改進(jìn)和變化對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的，不期望將本發(fā)明限制在所示和所描述的精確的結(jié)構(gòu)和操作中，因此，所有可采用的適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和等價(jià)物均本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種探測器，包括用于接收來自腦部通道處的皮膚的輻射能的輻射能接收探頭，所述探頭包括用于接觸腦部通道處的皮膚的凸出部分，且所述探頭具有用于將輻射能轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。
2.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括用于匯集紅外輻射的系統(tǒng)。
3.權(quán)利要求2的探測器，其中所述用于匯集紅外輻射的系統(tǒng)包括透鏡。
4.權(quán)利要求2的探測器，其中所述系統(tǒng)包括用于透過紅外輻射的濾光器。
5.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括處理器。
6.權(quán)利要求5的探測器，其中所述處理器計(jì)算溫度和血液中的物質(zhì)濃度中的至少一種。
7.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括顯示裝置。
8.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括發(fā)射器。
9.權(quán)利要求8的探測器，其中所述發(fā)射器通過無線或有線發(fā)射器中的至少一種來傳輸信號。
10.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括與遠(yuǎn)程模塊的連接，用于信號處理、傳輸和顯示中的至少一種。
11.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括周圍溫度傳感器。
12.權(quán)利要求1的探測器，其中所述傳感器包括非接觸傳感器和接觸傳感器中的至少一種。
13.權(quán)利要求12的探測器，其中所述傳感器包括紅外傳感器。
14.權(quán)利要求13的探測器，其中所述紅外傳感器包括熱電堆。
15.權(quán)利要求1的探測器，其中所述傳感器包括熱敏電阻、熱電堆、RTD、半導(dǎo)體、表面安裝型傳感器、鉑絲、傳導(dǎo)性聚合物、光纖、熒光傳感器、熱電傳感器和熱通量傳感器中的至少一種。
16.權(quán)利要求12的探測器，其中所述傳感器包括傳感器陣列。
17.權(quán)利要求16的探測器，其中所述傳感器陣列包括微處理器，其適合在傳感器陣列中確定具有最高溫度輸出值的傳感器。
18.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括接觸腦部通道處的皮膚的延伸部分。
19.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括安置裝置，其用于在探頭和腦部通道之間建立固定關(guān)系。
20.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭包括本地報(bào)告裝置。
21.權(quán)利要求20的探測器，其中所述本地報(bào)告裝置通過視頻傳輸、音頻傳輸和觸覺傳輸中的至少一種來報(bào)告信號。
22.權(quán)利要求1的探測器，其中所述探頭是手持裝置。
23.權(quán)利要求8的探測器，其中所述發(fā)射器控制一種產(chǎn)品。
24.權(quán)利要求23的探測器，其中所述產(chǎn)品包括醫(yī)療裝置、訓(xùn)練設(shè)備、腳踏車、衣服、鞋類、氣候控制系統(tǒng)、電熱毯、項(xiàng)圈、交通工具的座位、家具、運(yùn)動(dòng)設(shè)備和軍事裝備中的至少一種。
25.權(quán)利要求8的探測器的發(fā)射器，其中所述發(fā)射器在分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸信號。
26.用于放置在皮膚上的探測器，所述探測器包括用于放置在皮膚上的盒體，用于可去除地將盒體固定在皮膚上的緊固件，盒體包括用于接收來自腦部通道處的輻射能的硬件，所述盒體包括與腦部通道處的皮膚接觸的凸出部分。
27.權(quán)利要求26的探測器，其中緊固件是耐用型的。
28.權(quán)利要求26的探測器，其中緊固件是一次性的。
29.權(quán)利要求26的探測器，其中所述硬件包括電路。
30.權(quán)利要求26的探測器，其中所述硬件包括傳感器、發(fā)射器、處理器、LED、蜂鳴器、揚(yáng)聲器、壓電片和電源中的至少一種。
31.權(quán)利要求30的探測器，其中傳感器測量溫度、葡萄糖、脈搏、血壓、氧、代謝功能和血液中的物質(zhì)濃度中的至少一種。
32.一種探測器，包括用于遠(yuǎn)程接收來自腦部通道處的皮膚的輻射能的輻射能探頭，所述探頭包括用于接收輻射能的柱狀物，所述柱狀物具有小于3.0mm的最大橫向尺寸。
33.一種探測器，包括用于遠(yuǎn)程接收來自腦部通道處的皮膚的輻射能的輻射能探頭，所述探頭包括用于校準(zhǔn)從腦部通道接收的輻射能的透鏡。
34.氣候控制儀器，包括用于檢測哺乳動(dòng)物的腦部通道處的皮膚溫度的腦部通道溫度檢測裝置；和用于根據(jù)在腦部通道測量的皮膚溫度來控制氣候的控制裝置。
35.權(quán)利要求34的氣候控制儀器，其中腦部通道溫度檢測裝置包括接觸傳感器和非接觸傳感器中的至少一種。
36.權(quán)利要求35的氣候控制儀器，其中所述傳感器包括紅外傳感器和熱成像系統(tǒng)中的至少一種。
37.權(quán)利要求35的氣候控制儀器，其中所述傳感器包括熱敏電阻、熱電堆、RTD、半導(dǎo)體、表面安裝型傳感器、鉑絲、傳導(dǎo)性聚合物、光纖、熒光傳感器、熱電傳感器和熱通量傳感器中的至少一種。
38.權(quán)利要求34的氣候控制儀器，其中控制裝置控制運(yùn)輸交通工具的艙室、限定區(qū)域和住處中的至少一種。
39.權(quán)利要求34的氣候控制儀器，其中控制裝置包括用于調(diào)節(jié)物品的處理裝置，以給哺乳動(dòng)物提供熱量舒適度。
40.權(quán)利要求34的氣候控制儀器，其中控制裝置控制加熱器、空調(diào)、交通工具的座位、地毯、方向盤、窗戶、地面、家具、衣服、鞋類、毯子、輸注通路和醫(yī)療設(shè)備中的至少一種。
41.一種輻射探測器，包括用于接收來自腦部通道處的皮膚的輻射能的熱成像系統(tǒng)，和用于將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。
42.權(quán)利要求41的輻射探測器，其中所述傳感器包括用于匯集紅外輻射的系統(tǒng)。
43.權(quán)利要求41的輻射探測器，其中所述系統(tǒng)包括透鏡。
44.權(quán)利要求41的輻射探測器，其中所述系統(tǒng)包括用于透過紅外輻射的濾光器。
45.權(quán)利要求41的輻射探測器，其中所述傳感器包括處理器。
46.權(quán)利要求26的探測器，其中所述緊固件是鉤環(huán)緊固件。
全文摘要
用于將傳感器安置在生理通道中的支撐結(jié)構(gòu)，以測量肌體的物理的、化學(xué)的和生物學(xué)的參數(shù)，并根據(jù)該參數(shù)的測量值產(chǎn)生一種作用。該支撐結(jié)構(gòu)包括傳感器，其利用特定的幾何學(xué)被固定在支撐結(jié)構(gòu)上，獲取連續(xù)的、未受干擾的肌體的生理學(xué)數(shù)據(jù)。通過無線電傳輸，例如通過電磁波、無線電波、紅外線、聲音等，信號被傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站，或者通過聲音或視頻傳輸，在本地報(bào)告。物理和化學(xué)參數(shù)包括腦功能、代謝功能、流體動(dòng)力學(xué)功能、水合狀態(tài)、血液中化學(xué)物質(zhì)的水平等。支撐結(jié)構(gòu)包括貼片、夾子、眼鏡、頭戴的飾品等，它們含有固定在通道末端的無源的或有源的傳感器，所述傳感器具有安置在生理通道并接近生理通道的傳感系統(tǒng)。
文檔編號A61B5/00GK1780581SQ200480011281
公開日2006年5月31日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者馬爾西奧·馬克·奧雷利奧·馬丁斯·阿布雷烏 申請人:馬爾西奧·馬克·奧雷利奧·馬丁斯·阿布雷烏