专利名称：用于医疗探针的插入检测器的制作方法用于医疗探针的插入检测器相关申请的交叉引用本申请基于并要求2010年4月5日提交的在先的美国专利申请No. 61/341，715 的优先权，在此引入其整个内容作为参考。技术领域本发明一般地涉及使用紧密邻近或者接触患者的探针的医疗装置。更具体地，本发明的实施例涉及用于检测插入体腔的探针的装置。一般地，体腔医疗探针可以插入患者的体腔内用于测量生命信号或者用于提供医疗。存在许多类型的普通体腔探针，例如医疗耳温度计。普通体腔探针包括功能模块用于执行预定医疗测量或者程序。对于医疗耳温度计，功能模块可以是红外(“IR”)温度传感器。可以通过热传导或者热辐射测量特别地诸如人或者动物的生物体的物体的温度。 对于热传导，温度传感器探针与生物的表面物理接触。对于热辐射，温度传感器的探针放在生物的表面附近并且瞄准感兴趣的区域，例如体腔的开放空间。通过输出信号指示物体的表面温度的合适的传感器检测在中间和远红外谱范围中的自然产生的电磁辐射。对于热传导和热辐射测量方法两者，温度传感器都位于医疗探针内部或者耦合到医疗探针。通过接触操作的医疗温度计，例如口腔或者直肠，可以使用探针覆层(cover)，例如卫生探针覆层。热能(即，热量)通过热传导穿过所述探针覆层，因此叠加在热传感器上的至少部分探针覆层材料应该具有高热能透射。在，例如Kluge的U. S.专利No. 4，159，766 中描述了多种用于接触温度计的常规探针覆层，在此引入其整个内容作为参考。通过辐射操作的医疗温度计同样使用探针覆层，因为仍存在与患者的身体接触的可能性。例如，当测量鼓膜及耳道内的周围的组织的温度时，探针被插入耳道体腔并且可以接触耳道的壁。在插入前，可以在探针上安装探针覆层以罩住可能与患者的皮肤接触的部分。这样的覆层提供防止通过耳垢和其它脏的生物混合物污染的卫生保护，并且包括通过检测红外信号促进精确温度测量的特性。这样的特性包括至少在感兴趣的频谱范围中探针覆层的前端部分的好的透明度、光线的低的方向畸变、严格的制造容差、在安装到探针上期间的光学特性的稳定性、长期保存稳定性等等。用于IR温度计的探针覆层通过Howe等人的U. S.专利No. 5，088,834和Fraden等人的U. S.专利No. 5，163，418示范，在此引入这两个专利的整个内容作为参考。探针覆层可以包括一个或多个成分，例如聚乙烯、聚丙烯及其共聚物。探针覆层材料还可以拥有在从可见光到远红外的宽频谱范围内的相对低的电磁能量吸收。
图I是具有旨在插入体腔的探针的医疗装置的实例，示出了本领域已公知的由 Kaz股份有限公司制造的红外耳温度计“Braun 4000”模型的透视图。图I的实例包括具有显示器2的温度计体I、电源按钮3、探针7、探针覆层传感器开关8以及探针覆层弹出环5。在测量温度前，可重复或一次性探针覆层6在方向12上移动以安置在探针7上。探针CN 102946795 A书明说2/7页覆层具有裙边9和沟槽10。当安装到探针7上时，沟槽10与探针7的一部分的分支11啮合。在使用期间，此耦合将探针覆层6保持在探针7上。裙边9致动开关8产生指示探针覆层正确安装的进入内部电路的信号。如果开关8没有检测到探针覆层，内部电路将警示操作者或者使得温度计不可操作以防止错误的读数。
当使用医疗探针时，无论有或者没有探针覆层，都期望探针紧密邻近患者身体表面检测或者探针插入如耳道的体腔检测。已知技术的缺点是没有医疗温度计具有检测探针相对于耳道的位置的能力。因此，存在对提供这样的邻近测量的需要。发明内容
本发明的实施例一般地涉及用于医疗探针(例如，温度计)到生物的表面的接近 (proximity)检测的装置和方法。实施例应该通过考虑检测的接近在存在或不存在探针覆层的情况下提供精确测量。
因此，如从前述描述所表明的，本发明的实施例包括下面中的一个或多个用于检测探针覆层在探针上的安装的方法或装置；用于检测医疗探针和患者体表之间的接近的方法和装置；或者检测医疗探针插入到患者的体腔中的方法或者装置。
本发明的一个或多个实施例提供一种用于插入到患者的体腔中的医疗探针，以便所述探针包括探针体，具有横向限定纵轴并且包围内部空间的侧壁，所述侧壁具有近端和远端。可选地，所述远端相对于所述侧壁的所述近端渐缩(tapered)。所述医疗探针还包括传感器， 其耦合到所述探针以提供与所述患者的所述体腔的条件有关的信号，以及接近传感器，耦合到所述探针，所述接近传感器被配置为提供指示所述探针插入到所述体腔中的信号。在一些实施例中，所述传感器可以包括功能传感器或者温度传感器，和/或所述侧壁可以具有用于插入耳道的伸长的外形。
可选地，可以设计医疗探针以便所述接近传感器包括光学发射器和光学接收器， 其被设置为当所述医疗探针被设置以插入到所述体腔中时，所述光学发射器被设置为向所述体腔的开口(包括其边缘)发射光学信号并且所述光学接收器被设置为从所述光学发射器接收所述光学信号。所述光学发射器被设置为向所述体腔的开口的第一位置发射，以及所述光学接收器被设置以接收来自所述体腔的开口的第二位置的光学信号。
如这里所使用的，对于至少与接近传感器相关的信号，传向或者来自所述体腔的信号可以包括传向或者来自患者的邻近所述体腔的部分的信号，包括腔的壁部分和/或边缘部分。
可选地，发射器具有第一光学轴，并且光学接收器具有第二光学轴。
在另一个实施例中，接近传感器还包括设置在所述内部空间中的接收光导，所述接收光导具有耦合到并伸出穿过所述侧壁的所述远端的第一端部以及与所述光学接收器耦合的第二端部。可选地，所述接收光导以背离所述侧壁的所述近端的角度伸出穿过所述侧壁的所述远端。
在另一个实施例中，接近传感器还包括设置在所述内部空间中的发射光导，所述发射光导具有耦合到并伸出穿过所述侧壁的所述远端的第一端部以及耦合到所述光学发射器的第二端部。可选地，所述发射光导以背离所述侧壁的所述近端的角度伸出穿过所述侧壁的所述远端。6
可选地，所述接近传感器可以包括伸出穿过所述侧壁的半透明光耦合器，所述光耦合器包括第一侧，设置在所述内部空间中，所述第一侧光耦合到光发射器和光检测器; 并且所述光耦合器还包括第二侧，设置在所述内部空间的外侧，其中所述第二侧伸出穿过所述探针的所述壁。
在一些实施例中，医疗探针还包括电子电路，耦合到所述传感器并且耦合到所述接近传感器，所述电子电路包括处理器以及耦合到所述处理器的存储器，所述存储器储存软件，以便所述软件，当通过所述处理器执行时，被配置为执行算法以处理来自所述传感器和所述接近传感器的信号。所述电子电路还包括耦合到所述处理器的输出装置，所述输出装置被配置为输出算法的结果。
医疗探针还包括环境温度传感器，电耦合到所述电子电路并且位于所述内部空间的外部，以便所述软件，当通过所述处理器执行时，还被配置为执行算法以处理来自所述传感器、所述接近传感器和所述环境温度传感器的信号。
在一个或多个实施例中，可以设计医疗探针以便至少一个所述发射光导和接收光导包括塑料光纤。可选地，所述发射光导和接收光导中的至少一个包括玻璃棒或聚碳酸酯棒。可选地，所述发射光导和接收光导中的至少一个包括用涂层材料涂敷的棒，其中所述涂层材料的折射率低于所述棒的折射率。可选地，所述发射光导和接收光导中的至少一个的所述第一端部包括透镜化(Iensing)球状物(bulb)。可选地，光阻挡物被设置在所述内部空间中在所述光发射器和光接收器之间。可选地，所述光接收器设置在所述内部空间中。
在一个或多个本发明的实施例中，所述接近传感器通过使用超声信号操作。
本发明的一个或多个实施例提供一种用于检测医疗探针插入到患者的体腔中的方法，包括如下步骤从发射器向所述体腔的边缘部分发射信号；在接收器处接收来自所述体腔的边缘部分的返回信号；以及监视所述返回信号的通量的强度的下降，以便当所述医疗探针插入到所述体腔中时，从所述发射器到所述接收器的路径至少部分地被阻挡，以便当所述医疗探针插入到所述体腔中时，所述返回信号的通量降低。
在用于检测医疗探针的插入的方法的另一个实施例中，具有纵轴的所述医疗探针沿所述纵轴插入患者的体腔中，所述方法包括如下步骤沿基本上垂直于所述纵轴的第一方向发射信号；从第二方向接收返回信号，所述第二方向基本上平行于所述第一方向；以及监视所述返回信号的通量的强度增加，以便当所述医疗探针插入所述体腔中时，所述返回信号的所述通量的强度增加到预定阈值以上。
在显示生物的体腔温度的方法的另一个实施例中，所述方法包括如下步骤通过使用温度传感器测量所述腔的基础温度；测量所述温度传感器对所述体腔的接近；测量邻近所述温度传感器的区域中的环境温度；根据所述基础温度、所述接近和所述环境温度的预定函数，计算所述体腔的计算温度；以及显示所述计算温度。
可选地，所述方法还包括检测探针覆层的存在并相应调整计算温度。
根据说明书将部分地发现并且明白本发明的其它目标和优点。因此，本发明包括将以下文阐述的结构示例的结构特征、元件组合以及部件安排，以及构建方法并且实施这里讨论的配件，并且权利要求将说明本发明的范围。


在考虑到下面的其特定实施例的详细描述之后特别是当联系附图时将明白本发明的上述和其它目标、特征和优点，其中利用在不同图中的类似的参考标号描述类似的部件，并且其中
图I示出了技术上公知的耳温度计的透视图2根据本发明的实施例示出了当探针没有插入到体腔中时的具有光学邻近传感器的探针的截面图3根据本发明的实施例示出了当探针插入到体腔中时的具有邻近传感器的探针的截面图4根据本发明的实施例示出了具有光传导棒的探针的截面图5根据本发明的实施例示出了具有两个光传导棒的探针的截面图6根据本发明的实施例示出了探针覆层壁位于远离耳道皮肤的截面图7根据本发明的实施例示出了探针覆层压贴耳道壁的影响的截面图8根据本发明的实施例示出了光检测器处的光通量的时序图9根据本发明的实施例示出了具有单模式光管的探针的截面图10根据本发明的实施例示出了具有双模式光管的探针的截面图；以及
图11根据本发明的实施例示出了 IR温度计的简化框图。

本发明的实施例通过向与功能模块耦合的医疗探针添加接近传感器达到它们的目的。一种功能模块的实例是温度传感器(即，温度计)。接近传感器可以是光发射器和光检测器的组合。在一个实施例中，当探针位于患者体腔附近但是在其外部时，光发射器和光检测器互相光学耦合。然而，当探针插入如耳道的体腔中时，光学耦合被修改并且通过光检测器感测。在另一个实施例中，当探针位于患者体腔附近但是在其外部时，光发射器和光检测器基本上没有互相光学耦合。然而，当探针插入如耳道的体腔中时，光学耦合被修改并且通过光检测器感测。
可以通过医疗装置中的微控制器执行的计算算法使用从接近传感器输出的信号， 例如通过调整基于通过温度传感器、接近传感器提供的测量以及可选的环境空气温度而读取的计算和显示的温度。例如，因为当从耳道的内部或者外部测量时IR信号显示温度不同，所以发送给用户显示器的温度可以被调整以考虑当通过接近传感器感测时的不同测量位置。可选的，操作者会受到关于非正确的探针位置的警告(例如，当在耳道外部时)或者温度测量和显示过程被禁止(disable)直到医疗探针在期望的位置(例如，耳道内部)。这样的警告显示可以包括光(例如，红色LED)、IXD面板上的图标、声音信号(例如，嘟嘟或者嗡嗡)、 振动或者其任意组合。
一些探针旨在使用可重复使用的或者一次性的探针覆层用于插入体腔。用于医疗探针的探针覆层是在仪器和患者之间形成阻挡物的卫生外壳。例如，探针覆层可以耦合到适合在人或者动物的耳道内测量温度的IR温度计。使用类似覆层用于人或者动物的任意其它体腔或者皮肤表面。
一般地，用于红外温度计探针覆层的材料选自在3 μ m到15 μ m的中或者远红外范围具有很好的透明度的聚合物。相同的材料还具有在Iym波长附近和以下的即在可见光和仅红外光谱范围内的光透过率范围(约20%到约90%)。聚合物的实例是聚乙烯、聚丙烯及这样的共聚物。因此，在宽频谱范围内的光，安装的探针覆层存在很少的衰减。
图2示出了通过探针覆层6包裹的探针7的截面图。探针7内部是空的，S卩，其具有内部空间。穿过探针7的中心形成纵轴24。探针7具有远端52和近端53。在近端53 处，存在包括光发射器19和光检测器21的接近传感器。优选发射器和检测器在近红外光范围内操作。
图2示出了准备插入体腔35，具体地耳道的探针7。通过发射器19发射的光束36 沿着指向体腔35的边缘部分的区域37及随后的区域38的方向扩散。光束4从区域37发射向区域38并且随后作为光束39朝向光检测器39反射。只要探针覆层6对接近传感器所使用的光基本透明，那么发射器19和检测器21位于裙边9的后面而没有基本上损失光强度。当探针覆层6位于探针7之上时，探针7远离体腔35，通过检测器21检测光水平被测量并且储存在可连接到检测器21的电子电路(随后描述)中作为参考。在探针7的插入期间，通过检测器21检测的光的强度将与参考水平比较。当探针7插入体腔35中时，其基本上阻止(blocks)反射4因此很少的光到达区域38。在图3中示出反射4的阻止。作为结果，修改了光束39的强度，即光明显减少。更低的光强度被检测器21检测并且发射到将其与存储的参考相比较的电子电路。电路将光减少解释为探针插入到耳道中的指示。
图4示出了光学接近传感器的另一个实施例。其包括位于探针7内部空间14中并且稱合到光检测器21的光传输第一棒17。棒12用作光导,提供到光检测器21提供低光学损失。探针7的远端部分20包括通过导体16连接到外部电路的IR传感器15。第一棒 17的远端包括伸出穿过探针壁26的第一球状物18。球状物接收从耳道区域38反射的光。 棒17的近端光学耦合到光检测器21。此实施例具有更好的噪音免疫，因为第一球状物18 和皮肤区域38之间的更加接近。
第一棒17由在接近传感器使用的波长中具有高透光性的材料制成。这样的材料的实例是玻璃或者聚碳酸酯。
如图5所示，当光学接近传感器的发射部分同样向探针7的远端部分20移动时获得了噪声降低和灵敏度的进一步改善。在探针7的内部设置光传输第二棒40。棒40还用作光导。可选地，挠性塑料光纤管而不是棒40提供光导功能。棒40的端部具有伸出穿过探针壁的第二球状物41。注意，球状物41和球状物18被成形以倾向于分别最小化到/从区域 37和38发送或者接收的光通量。换句话说，球状物41和球状物18具有透镜化(Iensing) 特性。为了最小化棒17和40之间的光耦合，在其间安置光阻挡物42。阻挡物42是不透明层，如金属、塑料或纸。为了减少光损耗，棒17和40可以用具有折射率低于棒材料的折射率的材料涂敷。例如，如果由硼硅酸盐玻璃制造棒，那么涂层可以是熔融石英。然而，没有涂层被施加在球状物18和41上。球状物应该具有平滑的轻微凸起的表面。棒40与球状物41的连接以及棒17与球状物18的连接不限于图中示出的形状，只要可以被成形为减少光损耗。
图6示出了与探针覆层壁22接触的第一球状物18。注意，光束32穿过探针覆层壁22并且在接触23的点处进入第一球状物18并且还沿着棒17作为光束33传播。图7 示出了当探针7插入耳道时，耳道壁30阻碍入口接触23并且光束32或者消失或者变的很弱。
图8示出了光通量标识，显示当探针插入或者从耳道移动时检测器21处的光强度随时间的变化。在探针覆层被安装前以及探针远离患者皮肤，被检测的光很少。探针覆层的安装在发射器19和检测器21之间提供了弱但是可检测的引起光强度轻微增加的耦合。电子电路可以用此现象作为探针覆层安装的显示。当探针被带到耳道入口附近时，从皮肤反射的光更多并且当探针头在入口处时达到最大。这是探针刚好位于耳道的开口处的显示并且光放大可以被电子电路用作探针位于耳道的入口处的显示。当探针插入到耳道中时，耳道壁的光学阻碍导致光强度下降到极低的水平。这是探针插入的显示。当探针被移动并且恰好经过耳道的入口的附近时，光的量级在此跳跃到最高水平并且当探针从体远离时，光再次下降到低水平。此光强度的调制序列被电子电路解释为探针相对于体腔的各种位置。
应该很清楚地明白，可以有更多种的光学设置用于控制探针和体腔之间的接近。 图9示出了一个实践实施例，其中被检测的光位于电路板60上，其被安装在探针7的空的空间14中。光检测器21通过由如玻璃或者聚碳酸酯的透明材料制成的短(2-5_)光导61 耦合到探针7的外部。与上述实施例一样，光导61处的光强度依赖于其对耳道壁30的接近。如图9所示，当壁30压贴光导61时，光被部分地或者完全地暗淡。此光导61称为“单模”光导，因为其以一个模式操作-接收来自发射器19的入射光。
图10示出了“双模”模式光导(光耦合器)43，其中光发射器19和光检测器21两者都位于电路板60上的相互邻接位置中。它们在光稱合器62的第一侧55处光稱合到光率禹合器62,而光f禹合器62的第二侧56伸出穿过探针壁26。此光f禹合器62为光的射出和进入工作。明显地，当探针7远离患者皮肤时，在光发射器19和光检测器21之间存在基线光耦合并且此基线将被存储在电子电路中用于将来参考。双模光导62中的光调制不同于单模光调制。具体地，对于双模光导(光耦合器)，当探针7插入耳道中时，光强度变得最强， 当探针在耳道入口处时其处于中间值并且当探针7从患者移走时，下降到邻近基线(预先存储在电子电路中)。
为了减少来自环境照射的可能干扰和降低功率消耗，优选光发射器19以脉冲模式使用。然后，从检测器21的输出应该被选通(gated)以去除d.c.分量。这些功能通过电子电路执行并且是本领域公知的常规特性。
不管实际实施例，一般地通过三个外部因子调制光强度探针覆层的安装、接近耳道以及插入耳道中。明显地，上述实施例的接近传感器不是检测探针插入耳道的仅有的可能方法。接近传感器的其它实施例可以通过使用探针和耳道壁之间的电容、超声和其它耦合的物理效应设计。因为当探针被插入耳道时耦合改变，接近传感器响应于对应信号的改变。
接近传感器产生电子电路使用的用于修改医疗装置的操作的信号。图11示出了具有探针7、电子电路49和作为显示器的输出装置2的IR耳温度计的简化框图。探针7并入有用于测量原始患者温度的IR传感器15、接近传感器44和探针安装传感器45。原始患者温度可以用作进一步计算的基础温度。这些部件通过各自的导体46、47和48耦合到电子电路49。还存在环境温度传感器50,通过导体51发送其输出信号到电路49。环境传感器50位于探针7的外部。电路49根据预编程的算法处理所有信号并且向显示器2发送计算的温度数值。通过电路49从接收自IR传感器15和探针安装传感器45计算初始温度Tb (为了修正探针覆层IR透射因子)。本领域的技术人员已公知信号处理和温度算法。
如果来自接近传感器44的信号指示并入有IR传感器15的探针7的尖端位于耳道内，计算的温度Tb被送到显示器2。然而，如果来自接近传感器44的信号指示探针7的尖端位于耳道的入口，初始温度Tb表示外部皮肤而不是耳道内部并且因此应该调整以补偿环境温度的冷却效应。在耳道内可以忽略冷却效应但是在耳道入口其具有实质影响。通过使用其信号允许电路49计算环境温度Ta的环境传感器50监视环境温度。可以根据下式计算调整的温度Td
Td=TB+k (TB-Ta), (I)
其中k是常数，具有O. 017的典型值。然而，k的实际值应该是对每个实际设计的实验确定的值。调整的温度Td被发送到显示器2。
在另一个实施例中，如果探针7没有正确位于耳道内部，来自接近传感器44的信号可以用于产生对操作者的警告报警(通过显示器2或者通过任意其它视觉或声音人接口)。
虽然参考其优选实施例具体示出并且描述了本发明，但是本领域的技术人员应该明白，可以在不脱离本发明的 精神和范围内对这里描述的公开的实施例进行各种形式和细节的改变。因此，本发明仅受权利要求的范围及其等价物限制。


一种用于监视医疗探针相对于患者的体腔的位置的插入检测器，所述探针包括响应于患者机体的预定特性的接近传感器。接近传感器包括光发射器和光探测器。当医疗探针插入体腔中时，在光发射器和光探测器之间的光通量因腔壁的阻碍或患者皮肤的反射而变化。来自接近传感器的响应可用于调整从体腔测量的温度以校正由探针没有插入或部分插入体腔所导致的误差。