专利名称：用于确定动物耳鼓温度的温度计及其使用方法以下将參考附图对本发明进行详细描述。图I示出了人耳的主要结构，以及根据本发明一实施例所构造的ー个温度计的平面图；图2为ー个可用于本发明的大体上呈截头圆锥体的探头的纵向侧视图；图3为图2所示的探头的侧视图，该探头装有诸如传统光电鼠标一部分之类的滑动传感器；图4为图2所示的探头的侧视图，该探头具有根据本发明的一实施例的加速度计；图5为所获得的信号的曲线图，可用于计算使用图4所示探头所检测的耳鼓的温度；图6为图2所示的探头的侧视图，该探头具有根据本发明另ー实施例的三个相互间隔的导电环；图7为根据本发明的使用图5所示探头的温度计的示意性框图；图8A为ー具有如图6所示的红外探測器的探头靠近人耳的示意图，其中，虚线表示红外探測器的“视野”或感测区域；图SB为表示流经探头上的电容传感器的电流的曲线图，该探头位于相对于耳道的某一位置；图SC为表示由探头中的检测器所测得的红外辐射所对应的温度的曲线图，该探头位于相对于耳道的某一位置；图9A，10A, IlA及12A示出了图8A所示的探头靠近并进入耳道的过程；图9B，10B，11B及12B是与图8B中的曲线图相对应的曲线图，显示了在探头移动靠近并进入耳道的过程中，流经电容传感器的电流；图9(，10(，11(及12(是与图8C中的曲线图相对应的曲线图，显示了在探头移动靠近并进入耳道的过程中，由探头所测得的红外辐射所对应的温度；图13示出了根据本发明的一实施例的确定耳鼓温度估值的一系列步骤的流程图；图14示出了在红外探测器靠近并进入耳道的过程中，红外探測器所感测的温度的典型曲线图；图15示出了当探头进入耳道内约O. 7厘米处时的温度读数；图16示出了当探头进入耳道内约I. 3厘米处时的温度读数；图17示出了当探头进入耳道内约2厘米处时的温度读数；图18示出了当外围温度相对较高时，探头进入耳道内约I. O厘米处时的温度读数。 如图3所示，探头30上安装有光识别传感器42，所述光识别传感器42是光电鼠标的ー个普通元件。优选的，传感器42被设置于探头30细端的外表面上。传感器42可具有广泛的可选择的尺寸并可置于探头30细端周围的不同区域，亦可环绕探头30的细端连续设置。鼠标通常用于台式个人电脑，被置于垫子或其他表面上，用于移动或操纵显示在电脑屏幕上的光标箭头。早期版本的鼠标使用滚动球，将滚动球的运动转化为电脑屏幕上的光标箭头的活动。近期版本已经开始使用光电鼠标，通常使用发光二极管或光电ニ极管，来检测鼠标相对于其下方表面的运动，而不是诸如球体等的运动部件。 施乐公司(XeroxCorporation)的理查德· · F · 莱昂(Richard F. Lyon)是光电鼠标的开创者之一，并在美国专利No. 4，521，772和No. 4，521，773中描述了其发明的光电鼠标的结构以及操作方式。该光电鼠标的工作原理是，使用光电传感器对鼠标操作或观察的表面进行连续拍照。光电鼠标使用发光二极管或光电ニ极管照亮其跟踪的表面，通过拍照和分析以获得光学变化或纹理。通过计算机芯片的图像处理部件处理相邻两帧图像间的变化，并使用光流场估计算法将这些变化转化为沿两轴的运动。通过监测所拍的图案、纹理、或其他特征的位置变化，计算机芯片可以计算出鼠标相对于所跟踪表面的加速度、速率以及位置。在本发明的一个实施例中，光学传感器42仅跟踪单个点或者特征，并确定该特征相对于传感器42移动的距离，即，探头30被插入耳道14的深度。在本发明的上下文中，优选的所跟踪的表面是耳道14的皮肤外表面。本发明的使用传感器42的温度计28能够连续监测探头30插入耳道14的过程。如图3所示，传感器42可经由沿着探头30内壁或外壁设置的导线44连接至位于温度计28的手柄32内的微处理器，所述微处理器可被编程以分析来自传感器42和红外探測器40的输入，以确定何时探头30和传感器42已深入到耳道14内最深处，从而确定此时红外探測器40检测到的红外辐射的強度，并将该強度与一温度相关联，该温度可显示于显示板34和/或36上。光学传感器42可使用1500帧每秒的采样速率，该采样速率足够确定最远深入点。据信，适合于上述应用中的光学传感器是由安捷伦(Agilent)制造的型号为ADNS-2610的光学传感器。手动启动按钮38可触发ー个开关以启动光学传感器42的跟踪，该跟踪可持续ー固定时间，例如4秒钟。或者，可再次按下按钮38以停止跟踪。上述过程也可以是半自动或全自动过程。图4所示为本发明的另ー实施例，其中，加速度计46安装于探头30的靠近粗端的外表面上。阅读该实施例的以下描述将能理解，加速度计46可沿探头30安装于几乎任何位置，甚至可以安装在温度计28的手柄32上且与探头30对齐。加速度计46可经由沿着探头30内壁或外壁设置的导线48连接至设置在手柄32内的相关微处理器。加速度计46用于测量加速度和减速度。加速度计46通常包括设置于弹簧上的块，当加速度计(即，块)运动时，弹簧将发生弯曲。最常见的方式是测量ー组固定的极板和连接至块的ー组极板之间的电容。或者，可以将压敏电阻集成到弹簧中以测量弹簧的形变。通过检测该弹簧如何弯曲以及何时发生弯曲，不仅可以确定块(即，加速度计)相 对于一起始点的加速度，还可以确定其速度、傾斜度以及ー维(轴)方向，ニ維正交方向，或三維正交方向上的距离。弹簧弯曲可以通过模拟或数字方式測量。其他类型的加速度计也可用于本发明。在本发明的上下文中，温度计28的握法是使得探头30仅部分进入耳道14，然后温度计28向耳道14移动使得探头30进ー步伸入耳道14，之后温度计28从耳道14撤回。而后，手柄32内的微处理器可以接收来自加速度计46和红外探測器40的输入，以确定何时探头30和传感器42已深入到耳道14内的最深处，从而确定此时红外探測器40检测到的红外辐射的強度，将该强 度与一温度相关联并显示于显示板34和/或36上。或者，该微处理器还可绘制从进入耳道直到温度计28撤回至相同位置的某些时间间隔上的温度曲线。图5描述了温度相对于耳道14内的位置的示例性图表。为了选择耳鼓的确定温度，微处理器可被编程以使用算法并绘制出“最佳拟合”曲线。在图5中，该曲线是抛物线，可以确定出该曲线上某一预定斜率出现的位置，并计算耳鼓16的温度。据信，在上述应用中有用的加速度计是由意法半导体(STMicroelectronics)制造的LIS3L06AL三轴线性加速度计。图6描述了本发明的另ー实施例。其中，一个或多个导电体可设置在探头30外围四周。如图6所示，有三个环形导电体50，52和54相互间隔地设置于探头30细端周围。在优选实施例中，所述导电体可由约1/8英寸宽的扁平铜带形成，所述导电体上还可以涂敷ー层商品名为“卡普顿(Kapton) ”的聚酰亚胺薄膜，所述薄膜用于提供绝缘和保护功能。导电体50，52和54中的每ー个可分别经由置于中空的探头30内的相关联的导线56，58或60连接至温度计28的手柄32内部。交流波形发生器62可应用于导电体50, 52和54中的姆一个。当导电体50,52和54靠近耳道14的壁时,导电体50, 52和54的电容将改变。一般而言，如果没有物体在导电体50，52和54周围，则没有电流流经导电体50，52和54，但是当导电体50，52和54越来越接近物体，如耳道14的内壁，则电流会越来越大。每个导电体50，52和54内部的电流可由电流计64测量。据信,欧姆龙的BT6工作台演示板(workbench demo board)可用于实现上述目的。当流经各个导电体50，52和54的电流达到与该导电体相关联的某ー预定阈值时，可将温度读数与该探头位置相关联。所选择的作为定义耳鼓16温度的温度可以是在满足该阈值条件后的首个温度读数，也可以是在满足该阈值条件后并持续满足的ー时段内的最高温度读数。再參照图7，微处理器66可获得来自电流计64和红外探測器40的输入以评估是否已经达到所述阈值条件，并获得照射在红外探測器40上的红外辐射的读数，将所选择的温度同时显示于显示板34，36上，或只显示于其中之一上。一特定算法可用于确定耳鼓温度，下面将利用图6中所示的探头30和图7中所示的电容传感器对该算法进行描述。为了解释该算法，可以先了解一下耳朵的结构一般是如何影响其温度的。耳朵的外耳廓12被暴露于环境空气且包括非常少的血流，因此，虽然当人或动物在运动时，耳廓12的温度会相对升高，但是耳廓12的温度倾向于主要受环境空气温度的影响。在耳道14入口处，温度倾向于受到耳廓12、骨颅68以及具有相对较高温度的大脑的影响，由于骨颅68所含血流较少且靠近外部皮肤，因此其仍相对较冷；而大脑中血液丰富且具有较高温度。在耳道深处，由于耳道壁较薄，其温度主要受到大脑和耳鼓16的影响，该温度反映了中心温度。如图8A所示，当探头30位于远离耳廓12处时，探头30内部的红外探测器具有图8A中虚线所示的“视野”或红外辐射感测区域。该红外探測器感测并集中整个区域或视野中来自于物体的红外辐射。由于安置于探头30上的电容传感器远离任何动物机体组织或其他物体，因此图8B示出的流经该电容传感器的电流为零。如图SC所示，检测器在图8A所示位置测得的红外辐射的量受环境温度的影响很大，在此例中，测得的红外辐射量对应于90华氏度。 如图9A所示，虽然探头30更加靠近耳道，但是流经该电容传感器的电流仍然为零(图9B)，而温度只提高了 I度，为91华氏度(图9C)。图IOA描述了探头30的细端刚好位于耳道14入口。在该位置，如图IOB所示，有微小电流流经电容传感器。通过对装有电容传感器的探头30进行基于经验数据的试验，可以将探头30的细端刚好位于耳道入口处时流经电容传感器的电流选择为阈值电流，并定义ー个相对于耳道14的所谓“零”距离的位置。同样的，也可以对电流的其他速率进行经验测试，并将其与探头30的细端在耳道内的距离相关联。如图IOC所示，探头30在图IOA所示的位置所测得的温度值已升高至94华氏度。 图IlA所示的探头30的细端已从耳道14的入口插入耳道14内I厘米深的距离。如图IlB所示，由于电容传感器非常接近耳组织，流经该电容传感器的电流显著増加。如图IIC所示，所检测到的温度已升至97华氏度。图12A所示的探头30的细端的位置为从耳道14入口进入耳道14内2厘米。如图12B所示，流经电容传感器的电流持续增加。所测得的温度如图12C所示仅小幅上升，为98华氏度。图14示出了探头30中的红外探测器测得的温度的典型曲线，其中，距离“零”表示耳道入口，耳廓12周围的环境温度约为90华氏度，而耳鼓温度为98. 6华氏度。可用发现该曲线的斜率较缓直到探头30的细端位于耳道入口的位置；之后，从零距离位置到耳道14内约I厘米深处之间，曲线斜率较陡；而在深入耳道超过I厘米的较深处，斜率又趋缓。图13示出了可用于确定耳鼓温度的各步骤的流程图。按下按钮38启动流程，以开始对流经电容传感器的电流量进行采样。该采样可以采用基本上任何速率，例如，10次采样每秒。该启动步骤也开始对红外探測器所测得的红外辐射的量进行采样，所测得的红外辐射的量可与温度相关联，同样的，该采样可采用基本上任何速率，例如，10次采样每秒。其次，对流经电容传感器的电流的采样值进行分析，以确定其是否已经达到阈值电流。如果没有，则延迟一预定时间间隔，例如，100毫秒，再对电容传感器电流进行采样，并重新启动对红外辐射的采样。如果电流已经达到阈值电流，则将达到阈值电流时的温度读数保存为外耳温度TEE。然后，对电容传感器的电流继续进行采样并确定探头30细端进入耳道的估计位置，并对相应于该位置的红外辐射的量进行采样，所述红外辐射的量与温度相关联。系统可保存多个位置和温度的采样值，诸如50个采样值，当获取更多的采样值时，可以先丢弃所监控的第一组采样值。其后，系统确定是否满足最低阈值温度(例如，93华氏度)。如果没有，那么将延迟一预定时间间隔(例如，100毫秒)后再重复采样，并且系统保持相同外耳温度读数。如果达到最低阈值温度，那么做出探头是否已经插入的判断。可通过按压按钮38做出该判断，或通过选择探头30在耳道内的预定距离或估计位置做出该判断，所述预定距离或估计位置由流经电容传感器的电流确定。如果探头还未完全插入耳道，那么将再次延迟ー预定时间间隔(例如，100毫秒)后再重复采样，并且系统保持相同的外耳温度读数。如果探头已完全插入耳道，那么系统确定是否已达到最小温度变化率，即温度相对距离的最小斜率。换句话说，系统判断，在达到最低阈值温度后，是否已经达到诸如图14所示的深入耳道超过I厘米后的较浅的温度斜率。如果还未达到该最小温度变化率，那么系统显示板34，36显示诸如“错误”或“无效”或“请插入更深”等信息。如果已达到最小阈值变化率，那么系统将根据以下算法计算出估计的耳鼓温度，并在显示板34，36上显示该温度。Ted = Tid+ ( (Tid-Tee) Xa) + (dy/dx X (B-ID))其中，Tid为探头插入耳道最深处时的红外感测温度；Tee为紧邻耳道入口外部的温度； a为根据经验测试得到的校正因子，其大小一般为ー个百分之一(O. 01)的量级；dy/dx为探头插入耳道最深处时的温度升高的斜率或变化率；ID为探头进入耳道的最深处与刚进入耳道的位置之间的距离；B为理想插入深度(一般，成人为2. O厘米，儿童为I. O厘米)。应当认识到，耳道14入口到耳鼓16距离随动物种类的不同而变化，而且个人之间也有差异。例如，成人的耳道14长度约为2.6厘米，而儿童的则要短的多。因此，应当为具体的动物或不同大小的入定制算法。本发明可以考虑在温度计28的手柄32上设置开关以改变因子“B”。例如，开关的ー个位置可指示“2岁以下”或“20磅以下”，该开关位置使得因子“B”为I. O厘米。开关的第二位置将指示说明“3-9岁”或“20-90磅”并对应I. 5厘米的“B”值，开关的第三位置将指示说明“ 10岁以上”或“90磅以上”并使得“B”值为2. O厘米。应当理解，可使用包含在温度计28的手柄32内的微处理器执行图13所示的流程和上述列举的公式或算法。下面将參照图15说明所述流程的具体操作示例。图15示出了在探头30靠近耳道14的入口之前，红外温度读数约为89. 5华氏度。在探头进入耳道14内约O. 8厘米处时，温度读数升至约94华氏度。虽然已经达到了最低阈值温度，93华氏度，并且即使温度计的操作者认为探头已经完全插入，例如通过按压按钮38，但是系统将不计算耳鼓的估计温度，而是在显示板34，36上显示诸如“错误”，或“无效”，或“请插入更深”等信息，这是因为在达到最低阈值温度后，仅出现了较陡的温度变化率，或者说，在达到最低阈值温度后，温度相对于距离的斜率还不够“平坦”。图16描述了探头插入深度为I. 3厘米时的示例性情况。该处的红外温度读数为97. 5华氏度，该处温度变化率的斜率为I. 4华氏度每厘米，而“零”点处的外耳温度为89. 5华氏度。使用下面列出的參数和上面提到的公式或算法，得出估计的耳鼓温度为98. 66华氏度。Tid = 97. 5。FTee = 89. 5° Fa = O. 01dy/dx = I. 4。F/cmID = I. 3cm B = 2. OcmTed = 97. 5° F+((97. 5° F—89. 5。F) X0. 01) + (1. 4° F/cmX (2. Ocm-l. 3cm))= 97. 5° F+(0.08。F) +(0.98° F)= 98.66° F图17示出了另ー实施例，其中，探头的插入深度为2. O厘米，温变化率的斜率为0.2华氏度每厘米，插入深度处的温度为98. 5华氏度，“零”点处的外耳温度为89. 5华氏度。采用“a”等于O. 01，“B”等于2. O厘米，将前述值代入上述公式或算法，则估计的耳鼓温度计算如下Ted = 98. 5。F+((98. 5° F—89. 5。F) XO. 01) + (0. 2° F/cmX (2. Ocm-2. Ocm))= 98. 5° F+(O. 08。F) +(O。F)= 98.58° F图18示出了又ー实施例，其中，外耳温度相对较高，为96. O华氏度，插入深度为1.O厘米，插入深度处的温度为97. 5华氏度，以及温度变化率的斜率为I. I华氏度每厘米。同样，采用“a”等于O. 01，“B”等于2. O厘米，估计的耳鼓温度计算如下Ted = 97. 5。F+((97. 5° Fi O。F) XO. 01) + (1. 1° F/cmX (2. Ocm-l. Ocm))= 97. 5° F+(0。F[近似值]) + (1. I。F)=98.6° F由上可知，应当理解，微处理器可操作地连接至红外探測器和电容传感器电路以及连接至按钮38，以接收数据，该数据可用于图13所示的流程中，也可应用于上述公式或算法中以计算耳鼓温度。本发明也可考虑在探头30从耳道撤回期间，使用相同的过程，以验证在探头插入耳道的期间所获得的数据的精度。即，如果在移出期间所获得的数据与在插入期间所获得的数据相差超过ー预定值或者比例，则可声明耳鼓温度的估计值不可信或无效，操作者可能需要重复整个流程。作为可选功能，探头30本身可预热到ー选择温度，例如90华氏度，这样，探头30本身的温度不会对附近机体组织的温度产生较大影响；否则，较凉的探头30可能影响机体组织所发出的红外辐射的量。该预热可通过在探头30上设置任何电阻材料并选择性地从位于体温计28的手柄32内的电池向电阻材料施加电流，诸如通过选择性地启动位于手柄32上的开关。在温度计28上也可设置有灯光指示器，在探头30充分预热并可以使用时发光。可在预选择的时间后启动该灯或当探头30上设置的另ー个温度计确定探头已经达到预选择温度后启动该灯。虽然本发明通过以上描述介绍了示例性的实施方式，但是应当理解，在本发明的范围内，可存在多种变化，包括其他确定探头插入位置的方法。上述示例并不g在以任何方式限定本发明。相反，上述具体描述为本领域的技术人员提供了实现本发明的其他示例性实施例的基础。

一种用于确定动物耳鼓温度的温度计，所述温度计包括一探头；一红外辐射探测器，适于接收由耳鼓发出的红外辐射；以及有助于保证探头被置于耳道内的所需位置的设备，以优化从耳鼓所接收的红外辐射，并最小化从其他耳结构所接收的红外辐射。还公开了一种使用该温度计的方法。