基于三通道热流原理的人体核心温度检测方法及系统实现

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人体核心温度是指人体深部的温度,与人体的生理状态有着密不可分的关系,是医护人员判断人体生理状态重要的基础生理参数。检测获取人体核心温度对疾病的预防、诊断、治疗价值意义重大。目前,医院常采用水银温度计、红外耳温枪或者数字式电子温度计作为体温测量的工具,无法满足连续实时的体温检测。本文针对通过测量体表温度来替代人体核心温度的测温方式存在测温时间过长、易受环境气流等因素干扰导致检测不准确的缺陷,以人体大脑核心温度检测为研究对象,依据三通道热流原理,研究并实现了一种人体核心温度检测系统。主要研究内容和结果如下:(1)通过对传统基于热流的测温原理分析,通过增加加热源的方式和增加传热单元的数量,加快探头和人体热平衡,缩短获取人体核心温度所需等待时间,提高测温的准确性,提出了一种基于三通道热流原理的人体核心温度的检测新方法和系统实现方案,设计其测温探头结构模型,建立其三通道热流模型,理论分析基于三通道热流原理的人体核心温度测量机理,研究结果表明新方法可以更加快速有效的获取人体核心温度,提高测温的精度,对人体脑部核心温度检测可行。(2)使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,建立了测温探头有限元模型。通过对气流变化、人体皮肤组织厚度不均匀、传感器材料以及探头结构参数等对人体脑部核心温度检测性能影响仿真分析,优选确定探头的材料及主要结构参数。探究主动加热式测温方式对最终获取人体核心温度的影响,通过仿真分析结果验证了主动加热式测温方式,对解决测温探头与人体达到热平衡过程中的无内源热,导致温度传递慢的问题,提高获取人体核心温度快速性是有效的。(3)采用模块化的设计方法,设计了人体脑部核心温度检测系统硬件和软件。硬件包括温度信息采集单元、加热控制单元、下位机信息处理单元、数据无线传输单元、电源模块等功能模块;软件包括加热单元控制、数据滤波、人体核心温度计算、上位机显示等功能模块。实现了人体脑部核心温度信息的采集、处理和显示。(4)最后,应用恒温平台建立人体核心温度检测性能测试平台,模拟人体核心温度检测过程中热流传递及温度变化过程;分别通过对人体脑部核心温度检测系统标定实验、准确性实验、响应性能实验,以及多人多次人体脑部核心温度检测应用实验,结果是:该检测系统可在7分钟左右获取人体脑部核心温度,优于传统基于热流原理获取人体核心温度需要30分钟的检测系统;在35℃-42℃温度范围内核心温度模拟检测误差在±0.2℃以内;在37℃的左右的正常人体体温检测中,测温稳态误差在±0.1℃以内,基本满足医用要求,验证了检测系统的响应性能和准确性。上述人体体温检测系统较好的实现了人体脑部核心温度的无创实时检测,为人体核心温度检测向着小型化、智能化方向发展提供了新的解决方案。
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