[其他]测量表面和腔体内壁温场的方法和装置

说明书

本发明属于温度测量技术领域，属于与生物医学工程密切相关的温度测量方法和装置。

目前测量物体表面温场采用三种方法：第一种利用接触测温传感器将温度转换成电讯号逐点测量达到热平衡的温度，第二种利用热象仪测量辐射随温度的变化，第三种利用液晶色彩随温度的变化判断相应的温度。第一种方法所需测量时间太长，难以取得实时温场分布信息，各测点接触方式的差异也会引起误差。第二种方法常常由于不能精确测定被测面的辐射系数而产生测温误差，且装置昂贵。第三种方法精度低，难以定量。此外，以上三种方法都难以测量腔体内壁的温场分布。目前工程技术和医学临床提出了越来越多的课题，要求精确而快速地测量物体不规则形状表面和腔体内壁的温场分布。例如，医学临床和病理研究已经证实多种肿瘤及其他疾病都伴有病灶部位温场分布的变化，提出过多种方案来测量这种温度场的变化，希望据此做为辅助诊断肿瘤或其他疾患的手段。采用以上手段的方案如US4310003、US4190058、US4173970、GB1492803、SU731630、NL7904034等。

本发明目的在于提出一种方法并据此建造一种装置，可以快速、准确、实时测量不规则形状物体表面和腔体内壁的温场分布，例如测量异型构件内外表面温场，测量肿瘤及其他可能引起人体组织温度变化的疾病病灶部位的温场等，为工艺研究、产品质量监测和医学临床提供一种有效的手段。

图1    根据本发明测量受热后正在冷却的介质异形表面温场分布示意图。1-异形介质，2-充气单向膨胀与异形介质表面密合接触的囊，3-分布在囊壁上的接触测温传感器阵列，4-囊不膨胀变形的后壁，5-充气通道，6-测温传感器阵列引线束。

图2    根据本发明制造的测量装置框图。1-具有接触测温传感器阵列的囊，2-放气阀，3-气源，4-气压表，5-温场巡测系统，6-温场分布及相关信息处理系统，7-显示系统和打印机。

图3    根据本发明测量人体食道下段及贲门粘膜温场分布示意图。1-食管壁粘膜，2-食道，3-胃，4-充气膨胀与食道下段和贲门粘膜密合接触的囊，5-分布在囊壁上的p-n结温度传感器阵列，6-充气管，7-放气阀，8-打气球，9-气压表，10-p-n结温度传感器阵列导线束，11-X射线透视定位标志，12-附着在囊上的底托，13-囊外壁上的润滑剂。

采用附着在柔软、有弹性、可以膨胀收缩的囊壁上的接触测温传感器阵列测温，阵列中传感器的数目多于一个，按一定的空间位置分布。使这个柔软、有弹性、可以膨胀收缩的囊充以高于一个大气压的静止气体，囊外臂与被测温对象的外表面或腔体内壁接触，通过附着在囊壁上的接触测温传感器阵列中的传感器单元测得相应部位温度。由于囊内静止气体压强处处相等，柔软的囊壁不能传递剪切力，因而附着在囊壁上的每一个接触测温传感器都与被测温对象表面等压强接触。由于柔软、有弹性、可以膨胀收缩的囊充气后可以发生随意形变与具有不规则形状的物体表面或不规则形状的腔体内表面密合接触，使传感器阵列能够复盖所需要的测量区，同时消除因各点接触压强不同而产生的测量误差。由于传感器阵列同时与被测温对象表面等压强接触，可以同时达到热平衡状态，获得同一时刻的温场分布。囊内所充静止气体的压力可以连续调节，并可保持压力，与之相联的气压表指示囊内气体的静止压强。测量外表面温场分布时，采用沿被测面方向半空间膨胀的充气囊，囊联结在一个不膨胀的底盘上，底盘上开孔联接充气管道和通过接触测温传感器阵列引线，如图1所示。测量腔体内表面温场分布时，采用可以沿各方向膨胀的充气囊，囊的上方联结充气管道，充气管道同时通过传感器阵列的引线，囊的下方有一个凹陷或凸起的底托，利用一个辅助的杆或管端部触及底托将囊送入待测空间位置。测量被物体包复的空腔内壁温场时，由于看不到传感器阵列的位置，在囊壁上有X光透视定位标志（由一定形状的金属或非金属物体构成），通过辅助的X光源和显示系统确定传感器阵列的空间位置。待测腔体的出入口很小时，先通过与囊相联的放气阀排除囊中气体，用辅助杆或管触及底托将囊送入，达到预定位置后再充气使囊膨胀与被测面接触。测量表面或腔体的囊都具有气源、放气阀和测量指示囊内压力的压力表。囊可由橡胶、硅橡胶或乳胶构成。

为了提高测量精度，附着在囊壁上的接触测温传感器阵列可采用p-n结温度传感器、晶体管温度传感器、集成温度传感器或肖特基二极管温度传感器。