DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne de manière générale les thermomètres non invasifs à utilisation biomédicale permettant de mesurer la température interne d'un sujet, et plus particulièrement le domaine de la thermométrie à annulation de flux. L'invention peut être mise en œuvre dans diverses applications telles que la surveillance télémédicale.

ETAT DE LA TECHNIQUE

En référence à la figure la, on rappelle que généralement, la température en surface Tp au niveau de la peau P d'un organisme n'est pas égale à la température centrale Te que l'on souhaite généralement mesurer, puisque la température de la peau Tp est influencée par la température de l'environnement dans lequel se trouve l'organisme, et ne reflète donc pas la température centrale du corps Te, seule susceptible de rendre compte d'un état critique. La simple mesure de la température de la peau Tp ne permet donc pas d'en déduire immédiatement la température centrale Te. On parle alors d'un gradient de température entre la température centrale Te et la température de peau Tp. Ce gradient de températures entraîne l'existence d'un flux thermique Ql entre la température centrale Te de l'organisme et la température de surface Tp. Le principe de la thermométrie à annulation de flux consiste à annuler le flux thermique Ql, de façon à obtenir une zone isotherme, de température égale à la température centrale Te, au niveau de la peau P.

Cette annulation de flux peut être obtenue en générant un flux thermique Q2 de même intensité et de sens opposé au flux thermique existant Ql au moyen par exemple d'un élément chauffant situé sur la peau, comme représenté sur la figure lb, tirée de la thèse de T. A. PAUCHARD : « La température en médecine : intérêt clinique, techniques et modalités de mesure » (Université Claude Bernard - Lyon, 1992).

En chauffant, le flux Q2 réchauffe les couches superficielles de la peau, originellement à la température Tp, jusqu'à atteindre la température centrale Te. Une fois cette température atteinte, une zone isotherme de température Te apparaît entre les zones superficielles de l'organisme et les zones centrales. L'apparition de cette zone isotherme correspond bien à une annulation du flux thermique, puisqu'un flux thermique apparaît en présence d'un gradient de températures. C'est en détectant, avec un fiuxmètre, l'annulation de ce flux thermique, qu'on en déduit l'existence d'une zone isotherme.

L'annulation du flux thermique Ql peut aussi être obtenue en collant à la peau un matériau 10 isolant thermiquement. Ainsi, la température de la peau Tp n'est plus modifiée par celle de l'air ambiant, et elle n'est plus influencée que par la température centrale Te émettant le flux de chaleur Ql. Au contact de ce flux de chaleur, les couches superficielles de l'organisme se réchauffent progressivement, jusqu'à atteindre un équilibre avec les zones plus centrales de l'organisme, où la température vaut Te. Il apparaît donc une zone isotherme entre les zones centrales et les zones superficielles de l'organisme, où la température vaut Te, comme illustré sur les figures le et ld. De la même manière, on déduit de l'absence de flux thermique l'existence d'une zone isotherme de température Te dans les couches superficielles de la peau P.

Il existe déjà dans l'état de la technique des thermomètres à annulation de flux, comportant au moins un élément chauffant et un fiuxmètre. Plusieurs exemples sont donnés ci-après, illustrés sur les figures 2a, 2b et 2c, tirées de la thèse de T. A. PAUCHARD : « La température en médecine : intérêt clinique, techniques et modalités de mesure » (Université Claude Bernard - Lyon, 1992). En référence à la figure 2a, un premier thermomètre par annulation de flux, le Deep Body Thermometer (DBT), est présenté (Fox, R.H. & Solman, A.J. : « A new technique for Monitoring the Deep Body Température in Man from the Intact Skin Surface », J. Physiol. 1971). Il est constitué d'un élément chauffant 1 et d'un fluxmètre réalisé par deux thermistances 2 séparées par une résistance thermique 3. Le capteur est collé à la poitrine du patient et mesure la température centrale selon la première méthode mentionnée ci-avant.

Un autre thermomètre à annulation de flux est présenté en figure lb, le capteur « Coretemp » (Togawa et al., « A modified Internai Température Measurement Device » Med. & Biol. Eng. May 1976), dont le fluxmètre est également constitué de deux thermistances 2' et d'une résistance thermique 3', mais qui se différencie du premier par la présence d'un anneau d'aluminium disposé autour du fluxmètre et qui chauffe la peau directement, constituant ainsi un chauffage annulaire sur la peau. La zone isotherme obtenue grâce au chauffage annulaire est ainsi plus large que pour le capteur précédent.

En figure 2c est présenté un autre thermomètre de l'état de la technique, (Fukuoka et al.: «Twenty-Four Hour Monitoring of Deep Body Température with a Novel Flexible Probe »J. Biomed. 1987) utilisant un capteur flexible fabriqué à partir de feuilles de caoutchouc de silicone 4 et un élément chauffant 1 ", et dont le fluxmètre thermique 2" est composé de 54 thermocouples en série disposés de chaque coté d'une feuille de silicone.

Toutefois, ces capteurs ne permettent pas d'effectuer un suivi en continu de la température sur plusieurs jours, car ils sont trop encombrants ou trop invasifs. De plus, ces thermomètres ne permettent pas de détecter et de prévenir de manière autonome une situation critique au moyen de seuils sur la valeur de la température ou des brusques variations de celle-ci.

En conséquence, un des buts de la présente invention est de fournir un dispositif de mesure d'une température corporelle, permettant de délivrer une mesure précise de la température centrale de l'organisme. Plus précisément, un but de la présente invention est de délivrer une mesure de la température précise à 0.1 degré près.

Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif permettant de mesurer avec fiabilité la température centrale d'un organisme en continu, en transmettant les données obtenues sur cette température à un moniteur extérieur de manière à pouvoir alerter un tiers en cas de détection d'une situation critique, par exemple si la température du sujet portant le thermomètre chute ou augmente de façon anormale. A cet égard, l'invention propose un thermomètre non invasif de mesure de la température corporelle d'un sujet, le thermomètre étant destiné à être appliqué sur la peau dudit sujet et comprenant une plaquette support dont une surface extérieure est destinée à être en contact avec la peau du sujet pour effectuer la mesure de température, le thermomètre comprenant :

" un premier élément de mesure de la température en contact avec une zone centrale de la plaquette support, de façon à mesurer une température au niveau de la peau du sujet,

■ un deuxième élément de mesure de la température, excentré, et en contact thermique avec la zone centrale de la plaquette de mesure, ■ un isolant présentant au moins une zone périphérique d'isolation au niveau de la plaquette support, l'isolant définissant en outre un canal thermique dans lequel sont agencés les deux éléments de mesure de la température,

et dans lequel, un transfert thermique a lieu au sein du canal thermique, ledit transfert thermique est opéré par une composition métallique, un polymère conducteur métallique ou un fluide caloporteur.

Avantageusement, mais facultativement, l'invention comprend au moins l'une des caractéristiques suivantes :

- le thermomètre comprend également un moyen de chauffage en contact thermique avec les deux éléments de mesure de la température. Le canal thermique part de la zone centrale de la plaquette support et se termine au niveau d'une zone périphérique du thermomètre.

Le premier élément de mesure de la température est situé à une extrémité du canal thermique au niveau de la zone centrale de la plaquette support, et le deuxième élément de mesure de la température est situé à l'autre extrémité du canal thermique dans la zone périphérique du thermomètre.

Le thermomètre comprend en outre un ou plusieurs élément(s) de mesure réparti(s) le long du canal thermique.

Le canal thermique débouche par une sortie au niveau de l'air ambiant externe au thermomètre.

Le canal thermique présente un premier tronçon sensiblement vertical au niveau de la zone centrale de la plaquette support et un deuxième tronçon sensiblement horizontal, parallèle à la plaquette de mesure.

La plaquette support possède une couche adhésive permettant au thermomètre d'être collé sur la peau du sujet.

Le thermomètre comprend en outre une unité de gestion permettant de réguler le moyen de chauffage et de déterminer une température centrale du sujet au moins à partir des températures mesurées au niveau des deux éléments de mesure de la température.

- Le thermomètre comprend en outre une source d'alimentation intégrée.

DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles :

Les figures la, lb, le et ld représentent schématiquement les mécanismes de flux thermique intervenant dans la réalisation de l'invention,

o La figure la représentant le gradient thermique physiologique et le flux thermique résultant, o La figure lb représentant le principe d'annulation de flux en utilisant un élément chauffant,

o Les figures le et ld représentant le principe d'annulation de flux au moyen d'un isolant collé sur la peau.

- Les figures 2a, 2b et 2c sont des représentations schématiques des thermomètres à annulation de flux selon l'état de la technique,

o La figure 2a étant une vue éclatée du dispositif DBT

o La figure 2b étant une vue en coupe du capteur Coretemp o La figure 2c étant une vue éclatée du capteur de Fukuoka et al.

- La figure 3 illustre une représentation schématique, vue en coupe d'axe X-X défini en figures 4a et 4b, du thermomètre selon un mode particulier de l'invention.

Les figures 4a et 4b illustrent deux modes de réalisation possibles de la présente invention, en vue en coupe d'axe Y- Y défini en figure 3.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

En référence à la figure 3, un dispositif T non invasif de mesure de la température centrale T _c d'un sujet selon l'invention est représenté dans son contexte d'utilisation, c'est-à-dire posé sur la peau P dudit sujet. Pour pouvoir s'adapter aux contours de la peau, l'ensemble du thermomètre doit être souple et déformable. Comme indiqué ci- après, les différents matériaux constitutifs du thermomètre doivent être sélectionnés à cet effet. Le thermomètre T comporte à sa base une plaquette support 18, conductrice thermiquement, qui est préférentiellement réalisée en matière polymère et étanche, et dont la surface inférieure 180 est en contact direct avec la peau P du sujet.

Avantageusement, le thermomètre se présente sous la forme d'un patch adhésif, afin d'être porté en continu par le sujet. La plaquette support 18 présente alors sur sa face inférieure 180 un film adhésif. On donnera préférentiellement à ce patch, et donc à la plaquette support 18 une forme circulaire, de taille limitée pour minimiser la gêne occasionnée par le port en continu d'un tel patch, par exemple 4 à 5cm de diamètre. D'autres modes de réalisation du collage peuvent être mis en œuvre, comme la réalisation sur la plaquette d'une surface texturée, de type « patte de gecko », afin que la plaquette support (18) adhère à la peau, ou le maintien de la plaquette en pression sur la peau, par exemple au moyen d'un patch adhésif recouvrant le thermomètre. Cette dernière option est cependant moins avantageuse car elle nécessite l'utilisation d'un dispositif externe encombrant.

La plaquette support 18 présente une zone centrale C, sur laquelle est collé un premier élément de mesure de température 16, typiquement une thermistance à caractéristique négative, permettant la mesure de la température T _p de la peau du sujet.

Un deuxième élément de mesure 19 de la température, également préférentiellement une thermistance à caractéristique négative, est présent dans le thermomètre T à une position excentrée par rapport à la zone centrale C de la plaquette support 18, et en contact thermique avec celle-ci, ainsi qu'avec le premier élément de mesure de la température 16. Le contact thermique pourra être réalisé de différentes manières, comme nous allons le décrire dans la suite.

La face supérieure de la plaquette support 18 est recouverte par une structure isolante souple 10, collée sur la plaquette support 18, et constituée préférentiellement mais de manière non restrictive par une matière élastomère. L'isolant 10 permet d'isoler thermiquement le premier élément de mesure de la température 16 de l'air environnant le sujet. On appellera dans la suite par « surface extérieure de l'isolant » les surfaces référencées 101 et 102 sur la figure 3.

En outre, un canal thermique 100 est défini dans l'isolant 10, et dans lequel sont agencés le premier et le deuxième éléments de mesure de la température 16 et 19. Ce canal assure le contact thermique à ses deux extrémités et une résistance thermique entre les deux éléments de mesure de la température 16 et 19 et la plaquette support 18.

L'isolant 10 peut être réalisé d'un seul tenant. Le canal thermique 100 y est alors réalisé soit par extraction de matière, soit en utilisant un gradient de conductivité thermique du matériau constituant l'isolant, de sorte qu'une partie soit conductrice thermiquement, définissant ainsi le canal thermique 100.

Alternativement, l'isolant peut être constitué d'un empilement de couches, une première couche comprenant une cavité formant le canal thermique 100 et les éléments de mesure de la température 16,19 ; et une seconde couche, pleine, couvrant la première.

Dans le cas où le canal thermique 100 est une cavité formée dans l'isolant, le contact thermique entre les deux capteurs peut être réalisé en utilisant une composition métallique (typiquement du cuivre) ou certains polymères conducteurs thermiques ou encore un fluide caloporteur (pouvant être des graisses ou des huiles comme l'huile de ricin) présents dans la cavité.

Le choix entre ces différentes options est un compromis avantageux entre une bonne conductivité thermique et une faible effusivité thermique. L'effusivité thermique décrit la rapidité avec laquelle un matériau absorbe des calories ; plus elle est faible, et plus le matériau atteint rapidement un équilibre thermique au contact de son environnement. De la sorte, le compromis entre bonne conductivité thermique et faible effusivité thermique permet d'obtenir un bon transfert de chaleur avec la peau et une faible inertie thermique, permettant un équilibrage rapide des températures. Des exemples de matériaux remplissant ces conditions sont l'aluminium (dont la conductivité est de 200W/m.K) ou le carbone (130W/m.K),

Dans le cas où le contact thermique est réalisé par un fluide caloporteur, il est avantageux que ce fluide caloporteur contienne de l'air, et encore plus avantageux que ce fluide soit de l'air. Ainsi, le canal thermique peut déboucher, à son extrémité distale, sur l'atmosphère environnant le thermomètre T pour que le deuxième élément de mesure de la température 19 se trouve en contact direct avec l'air à température ambiante Ta. Dans un mode de réalisation avantageux, le canal thermique 100 part de la zone centrale C de la plaquette support 18 et termine au niveau d'une zone périphérique Z du thermomètre T. On préférera alors agencer le deuxième capteur de température 19 à l'extrémité distale du canal thermique, se trouvant au niveau de la zone périphérique Z, de sorte qu'il soit le plus éloigné possible du premier capteur de température 16.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ce débouché peut avoir lieu sur une partie latérale 101 de l'isolant 10, comme c'est le cas dans la figure 3. Préférentiellement, le canal peut être constitué d'un premier tronçon 1001 sensiblement vertical, situé au niveau de la zone centrale C, et d'un second tronçon 1002 sensiblement horizontal, et parallèle à la plaquette support 18. Ce second tronçon peut être rectiligne (Fig. 4a), ou courbe (Fig. 4b). Selon un premier mode de réalisation du thermomètre T, permettant un fonctionnement appelé fonctionnement « actif », l'isolant 10 comporte également un moyen de chauffage 14, typiquement une résistance bobinée ou une céramique, en contact thermique avec les deux éléments de mesure de la température 16 et 19, ainsi qu'avec le canal thermique. Il se trouve dans la zone périphérique Z de la plaquette support 18, et peut se situer dans le corps du canal thermique ou préférentiellement dans une encoche réalisée dans l'isolant, en bordure du canal thermique, comme illustré respectivement en figures 3 et 4a. Préférentiellement, le moyen de chauffage 14 se trouve à proximité immédiate du deuxième élément de mesure de la température 19.

Dans ce mode de réalisation, le canal thermique débouche à son extrémité distale sur l'air environnant le thermomètre. Le deuxième capteur de température 19 se trouve alors avantageusement à proximité de l'air ambiant afin de mesurer la température ambiante Ta.

Le différentiel de température existant entre la température de la peau du sujet Tp et la température ambiante Ta, mesuré par les deux éléments de mesure de la température 16 et 19 engendre alors un flux thermique entre ces deux éléments. Or, il existe également un différentiel de température entre la température centrale Te qu'on cherche à mesurer et la température de peau Tp. Il existe donc un flux thermique global, se propageant par le canal thermique, entre la zone où la température vaut Te et la zone où se situe le capteur de température 19, où la température vaut Ta.

En chauffant, un flux thermique va apparaître en direction de la zone centrale C où se trouve l'élément de mesure de la température 16. Ce flux va s'opposer au flux existant sous la peau pour créer une zone de flux nul, c'est-à-dire une zone isotherme de température Te, dans le canal thermique entre les deux éléments de mesure 16 et 19. La température centrale Te est alors déduite des mesures de températures par les éléments de mesure 16 et 19 : lorsque ces deux éléments mesurent la même température, on en déduit qu'ils sont dans une zone isotherme, et la valeur de la température mesurée est alors Te.

Selon un second mode de fonctionnement du thermomètre T, appelé fonctionnement « passif », le dispositif ne comporte pas de moyen de chauffage.

Comme mentionné ci-avant, selon les modes de réalisation du canal thermique, celui- ci peut déboucher ou non sur la surface extérieure de l'isolant.

Si le canal thermique ne débouche pas sur la surface extérieure de l'isolant, alors l'équilibre thermique est établi naturellement par l'isolant. Les deux éléments de mesure de la température 16 et 19 peuvent alors déterminer la température Te de la même manière que précédemment, à savoir que lorsque ces deux éléments mesurent la même température, on en déduit qu'ils sont dans une zone isotherme, et la valeur de la température mesurée est alors Te. En revanche, si le canal thermique débouche sur la surface extérieure de l'isolant, le dispositif comporte alors préférablement un ou plusieurs éléments additionnels de mesure de la température, dont trois sont représentés à titre d'exemple, avec les références 17a, 17b, et 17c, sur la figure 4b. Leur disposition à l'intérieur du canal thermique permet la mesure de la température en différents points du canal thermique, et l'établissement d'une cartographie du flux thermique au moyen d'un modèle expérimental préalablement déterminé. Préférentiellement, le deuxième tronçon 1002 du canal thermique employé pour ce mode de réalisation sera courbe, afin d'en augmenter la longueur et ainsi de faciliter la présence d'éléments additionnels de mesure de la température.

La cartographie du flux thermique ainsi obtenue, en corrélation avec le modèle expérimental préétabli - dépendant de divers paramètres tels que la position du thermomètre sur la peau, l'état général de la peau, les conditions de sudation, la géométrie du capteur, etc. - permet ainsi de recalculer la valeur de la température interne Te à l'origine du flux thermique.

De retour à la figure 3, une unité de gestion 12 dans le corps de l'isolant, typiquement un microcontrôleur, permet l'acquisition de la mesure à partir des éléments 16, 19 et du moyen de chauffage 14, son traitement (filtrage, conversion en unités interprétables, par exemple degrés Celsius, etc.) et sa mémorisation avant transmission. L'unité de gestion 12 comprend en outre des moyens de communication sans fil (non représentés sur la figure), dont l'antenne doit être placée dans le corps de l'isolant ou sur sa surface extérieure, pour pouvoir transmettre en continu certaines informations sur la température à un moniteur extérieur. Il est à remarquer que la transmission des informations n'interviendra pas à chaque instant de mesure de la température, mais seulement si la distance de la mesure à un seuil préétabli devient importante, ou si la dérivée de la mesure s'écarte significativement d'un autre seuil préétabli. L'alimentation des éléments de mesure de la température 16, 19, du moyen de chauffage 14, des éventuels éléments de mesure additionnels 17a, 17b, 17c et de l'unité de gestion 12 est réalisée au moyen d'une source d'alimentation 13, préférentiellement une pile au lithium déformable.

A noter enfin que selon un mode de réalisation alternatif du thermomètre T, on pourra réaliser la plaquette support 18 dans le corps de l'isolant, l'ensemble étant constitué d'un matériau pouvant présenter un gradient de conductivité thermique, afin que sa base soit conductrice thermiquement.

La plaquette support 18 est alors constituée de cette base. La structure isolante pourrait aussi présenter un gradient d'adhésivité, de sorte que la base soit adhésive et non le reste de la structure, pour remplacer le film adhésif de la plaquette support 18. De tels matériaux à gradients de fonctions nécessitent encore de nombreuses recherches, mais on sait déjà créer un tel gradient de propriétés en faisant varier progressivement certains paramètres moléculaires du matériau, ou en empilant des couches dont les paramètres moléculaires sont légèrement différents les uns des autres, de sorte à former ledit gradient de propriétés sur l'empilement. Un exemple de paramètre moléculaire peut être le paramètre de maille du réseau ou le taux de réticulation des chaînes de polymères composant le matériau.