Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Kerntemperatur eines Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt aus einem Wärmefluss von dem Körper über ein erstes Sensorelement und ein zweites Sensorelement zu einem neutralen Medium bei dem ein den Wärmefluss mit einer Mehrzahl von Parametern beschreibendes dynamisches Modell verwendet wird, wobei das Modell neben der Mehrzahl der den Wärmefluss beschreibenden Parameter zumindest die Kerntemperatur des Körpers, eine mit dem ersten Sensorelement gemessene Temperatur und eine mit dem zweiten Sensorelement gemessene Temperatur umfasst, wobei das erste Sensorelement an einer Oberfläche des Körpers angeordnet wird, wobei das zweite Sensorelement derart beabstandet von dem ersten Sensorelement angeordnet wird, dass ein Wärmefluss zwischen dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement sowie dem zweiten Sensorelement und dem neutralen Medium auftritt, und wobei die mit dem ersten und dem zweiten Sensorelement gemessenen Temperaturen zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten vor dem bestimmten Zeitpunkt aufgezeichnet werden, sowie ein Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens .

Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der inneren Temperatur eines Körpers, die auch als Kerntemperatur bezeichnet wird, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die verschiedenen Ansätze zur Messung der Kerntemperatur oder ' auch Körpertemperatur lassen sich zunächst grundsätzlich in invasive und nicht-invasive Verfahren aufteilen. Im medizinischen Bereich, beispielsweise in Krankenhäusern, und in der Sicherheitstechnik werden nach Möglichkeit lediglich nicht- invasive

BESTÄTIGUNGSKOPIE Verfahren verwendet, da invasive Verfahren von den zu überwachenden Personen häufig nicht akzeptiert werden, eine gewisse Verletzungsgefahr mit sich bringen und für eine dauerhafte Überwachung der Kerntemperatur ungeeignet sind.

Ein Beispiel für eine nicht- invasive Vorrichtung zur Bestimmung einer Kerntemperatur ist aus der DE 100 38 247 AI bekannt, in der ein sogenannter Doppeltemperatursensor offenbart ist. Ein Doppeltemperatursensor weist ein erstes und ein zweites Sensorelement in einem gemeinsamen Gehäuse auf. Das erste Sensorelement wird auf der Oberfläche des Körpers angeordnet, beispielsweise der Haut eines Patienten, und misst dort eine Temperatur. Das zweite Sensorelement ist wärmeisoliert von dem ersten Sensorelement derart in dem Gehäuse angeordnet, dass es eine Temperatur in dem Gehäuse misst. Die von den Sensorelementen gemessenen Temperaturen werden an eine mit den Sensorelementen verbundene Datenverarbeitungseinrichtung übertragen .

Die Datenverarbeitungseinrichtung wendet ein einfaches statisches Modell an, um aus der Differenz zwischen der mit dem ersten Sensorelement gemessenen Temperatur und der mit dem zweiten Sensorelement gemessenen Temperatur und zwei festen Wärmeleitkoeffizienten oder Wärmeleitungskoeffizienten die Kerntemperatur zu bestimmten. Einer der Wärmeleitkoeffizienten, deren Inverse als spezifische Wärmewiderstände bezeichnet werden, beschreibt die Wärmeleitfähigkeit des Materials zwischen den Sensorelementen und der andere die Wärmeleitfähigkeit des Körpers zwischen dem Körperkern und dem ersten Sensorelement. Die Wärmeleitkoeffizienten bilden zusammen mit der Kerntemperatur und der Temperatur im Innern des Gehäuses des Doppelsensors die Parameter des einfachen statischen Modells für den Wärmefluss von dem Körper über das erste und das zweite Sensorelement zu der Umgebung, dessen Variablen die mit dem ersten und dem zweiten Sensorelement gemessenen Temperaturen sind.

Die Parameter, die in dem bekannten Verfahren zur Beschreibung der Wärmeleitung verwendet werden, sind mit festen Werten in das Modell implementiert und werden, wenn die Vorrichtung einmal kalibriert ist, für die Bestimmung der Kerntemperatur verschiedener Körper bzw. zwischen zwei Messungen der Kerntemperatur am gleichen Körper nicht angepasst. Der Wärmeleitkoeffizient für das Material zwischen den beiden Sensoren kann beispielsweise in einem Labor kalibriert werden und der Wärme- leitkoeffizient zwischen Körper und erstem Sensorelement ist ein Erfahrungswert .

Derartige Vorrichtungen sind mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. Zunächst berücksichtigt das Modell keinerlei Wärmekapazitäten. Wird der bekannte Doppelsensor an einem Körper angelegt, dann verzögert sich die Erwärmung der Sensorelemente aufgrund der Wärmekapazitäten der Sensorelemente, des Materials zwischen den Sensorelementen und dem Körper selbst. Eine verlässliche Bestimmung der Kerntemperatur ist somit grundsätzlich erst möglich, wenn sich der Doppelsensor in einem thermischen Gleichgewicht befindet. Nach dem Anlegen eines Doppelsensors können jedoch Zeiträume zwischen 10 und 20 Minuten vergehen, bis sich ein thermisches Gleichgewicht einstellt.

Zudem entsteht ein systematischer Fehler, da der Doppelsensor für alle Körper bzw. Patienten den gleichen Wärmeleitkoeffizienten verwendet. Der Wärmeleitkoeffizient, der den Wärme- fluss zwischen dem Kern des Körpers und dem ersten Sensorelement beschreiben soll, schwankt jedoch deutlich zwischen verschiedenen Patienten und hängt nicht zuletzt auch davon ab, wie gut die thermische Koppelung zwischen dem Sensorelement und der Oberfläche des Körpers ist. Die Koppelung ist jedoch beispielsweise von der Beschaffenheit der Oberfläche und dem Kontakt zwischen Sensorelement und Oberfläche abhängig.

In der WO 1998/050766 AI ist ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Kerntemperatur beschrieben, bei dem die Dynamik der Erwärmung eines Doppelsensors zumindest teilweise berücksichtigt wird. Anstelle eines statischen Modells für die Wärmeleitung beruht das Verfahren auf einer partiellen Differentialgleichung, die mittels einer Vielzahl von Annahmen grob linearisiert worden ist. Die mit den Sensorelementen gemessenen Temperaturen werden von einer Datenverarbeitungseinrichtung zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten, beispielsweise über mehrere Sekunden, aufgezeichnet. Die Kerntemperatur und zwei Parameter des Modells, die den Wärmeeintrag in das erste Sensorelement und den Wärmeverlust aus dem zweiten Sensorelement beschreiben, werden anhand der aufgezeichneten Temperaturen abgeschätzt. Das Modell verwendet keinerlei Parameter, die den Wärmefluss kennzeichnen, die vor einer Messung kalibriert werden müssen bzw. kalibriert werden können. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass das Verfahren eine geringe Genauigkeit aufweist. Zudem ist nicht sicher, dass die Schätzung der Kerntemperatur und der Parameter konvergiert, sodass die Möglichkeit besteht, dass die Schätzung falsche Werte für die Kerntemperatur ergibt .

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet und eine schnelle und exakte Bestimmung einer Kerntemperatur eines Körpers ermöglicht.

In einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem zu dem bestimmten Zeitpunkt zumindest einer der Parameter und die Kerntemperatur derart geschätzt werden, dass Differenzen zwischen den aufgezeichneten Temperaturen und den Temperaturen, die sich aus dem dynamischen Modell für die zeitlich vor dem bestimmten Zeitpunkt liegende Mehrzahl von Zeitpunkten an dem ersten und dem zweiten Sensorelement ergeben, minimiert wird. Eine geschätzte Kerntemperatur, bei der Differenzen minimiert worden sind, wird als die zu bestimmende Kerntemperatur des Körpers bestimmt bzw. ausgewählt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht zunächst - wie auch die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren - auf einer mathematischen Repräsentation eines Wärmeflusses von einem Körper über ein erstes und ein zweites Sensorelement hin zu einem neutralen Medium. Der Begriff Wärmefluss oder auch Wärmetransport impliziert keine besondere Richtung des Wärmeflusses zwischen zwei Orten, sonder beschreibt lediglich, das zwei Orte thermisch gekoppelt sind. Auch weist der Begriff Wärmefluss nicht auf eine besonders gute thermische Kopplung zweier Objekte hin. So ist in einer beispielhaften Ausführungsform das erste Sensorelement in gutem thermischen Kontakt mit der Oberfläche des Körpers, d.h. zwischen der Oberfläche des Körpers, beispielsweise der Haut eines Patienten, und dem ersten Sensorelement ist die thermische Kopplung besonders hoch. In der beispielhaften Ausführungsform sind das erste und das zweite Sensorelement zwar in einem Gehäuse als Doppelsensor angeordnet, aber thermisch voneinander isoliert. Beispielsweise sind das erste und das zweite Sensorelement durch einen Luftspalt voneinander getrennt. Die thermische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement ist also nur schwach ausgeprägt. Hingegen ist das zweite Sensorelement in der beispielhaften Ausführungsform in direktem thermischen Kontakt mit dem neutralen Medium, sodass hier eine gute thermische Kopplung vorliegt.

Das neutrale Medium ist in einer beispielhaften Ausführungsform ein Probenkörper, der durch Heizmittel auf eine vorbe- stimmte Temperatur erwärmt wird. So kann beispielsweise der Wärmefluss vom ersten zu dem zweiten Sensorelement kompensiert werden oder aber die Einschwingzeit verkürzt werden. Ein bevorzugtes, alternatives neutrales Medium ist die Umgebung des Körpers, dessen Kerntemperatur bestimmt werden soll, beispielsweise die Luft des Raumes, in dem sich ein Patient befindet, oder aber das Innere eines Gehäuses eines Doppelsensors.

Das erste Sensorelement ist derart angeordnet, dass es direkt an der Oberfläche des Körpers anliegt. Beispielsweise liegt das Sensorelement - oder eine Kontaktfläche des Sensorelements - flächig auf der Haut eines Patienten auf, dessen Temperatur gemessen werden soll. Das zweite Sensorelement ist derart beabstandet von dem ersten Sensorelement angeordnet, dass ein Wärmefluss zwischen dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement sowie dem zweiten Sensorelement und dem neutralen Medium auftritt. Hierzu sind die beiden Sensorelemente, wie eben bereits ausgeführt worden ist, vorzugsweise in einem Doppelsensor angeordnet, wobei das zweite Sensorelement bzw. eine Kontaktfläche des zweiten Sensorelements sich parallel zu der Kontaktfläche des ersten Sensorelements erstreckt und von dieser und damit auch von der Oberfläche des Körpers weg weist.

Die mit dem ersten und dem zweiten Sensorelement gemessenen Temperaturen werden aufgezeichnet. Hierzu können die Sensorelemente, beispielsweise über eine gemeinsame Datenleitung, mit einer beispielhaften Datenverarbeitungseinrichtung verbunden sein, die ein Speichermedium umfasst, auf dem die Temperaturen bzw. die Messwerte der Sensorelemente gespeichert werden können.' Die Datenverarbeitungseinrichtung kann räumlich getrennt von den Sensorelementen oder aber auch in einem gemeinsamen Gehäuse mit den Sensorelementen angeordnet werden. Vorzugsweise werden mit der Datenverarbeitungseinrichtung, die die Daten speichert, auch die übrigen Verfahrensschritte durchgeführt. Die Aufzeichnung erfolgt zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten vor einem bestimmten Zeitpunkt, zu dem eine Kerntemperatur bestimmt werden soll, beispielsweise kontinuierlich alle 200 Millisekunden.

Der Wärmefluss von dem Körper durch die Sensorelemente zu dem neutralen Medium wird in dem vorliegenden Verfahren mit einem dynamischen Modell beschrieben. Verschiedene Differentialgleichungen, die den Wärmetransport unterschiedlich genau beschreiben, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Ein dynamisches Modell beschreibt im Gegensatz zu einem statischen Modell auch zeitliche Verzögerungen, die sich aus dem Aufbau des Messsystems ergeben. Beispielsweise können Wärmekapazitäten berücksichtigt werden. Ein dynamisches Modell beschreibt - bis auf in wenigen Ausnahmen - keinen Gleichgewichtszustand, sondern ein System, dass sich aus einem Anfangszustand mit der Zeit hin zu einem Gleichgewichtszustand entwickelt. Es werden somit beispielsweise sogenannte Einschwingeffekte berücksichtigt.

Das dynamische Modell bzw. die Differentialgleichung, die den Wärmetransport in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt, um- fasst zumindest einen Parameter, der den Wärmetransport beschreibt bzw. kennzeichnet. Zudem umfasst das Modell zumindest die Kerntemperatur des Körpers und die an den beiden Sensorelementen gemessenen Temperaturen. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Modell auch die Temperatur des neutralen Mediums. Es ist allerdings auch denkbar, dass das Verfahren unter Verwendung weiterer Sensorelemente durchgeführt wird und die mit diesen Sensorelementen gemessenen Temperaturen ebenfalls als Variablen in das Modell eingehen.

Als der zumindest eine Parameter kommt beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit einer Komponente eines Sensorelements, eine Wärmekapazität einer Komponente oder beispielsweise einer Oberfläche des Körpers in Betracht. Das Modell kann solche Parameter umfassen, die bereits vorab in einer Kalibriermessung bestimmbar sind. Es kann aber auch andere Parameter umfassen, die nicht in einer Kalibriermessung bestimmbar sind. Beispielsweise hängen diese Parameter von dem Körper ab, dessen Kerntemperatur bestimmt werden soll, oder von der thermischen Kopplung zwischen der Oberfläche des Körpers und dem ersten Sensorelement .

Um die Kerntemperatur zu dem bestimmten Zeitpunkt zu schätzen, werden der zumindest eine Parameter und die Kerntemperatur abgeschätzt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird zudem die Temperatur des neutralen Mediums abgeschätzt. Die Schätzung oder auch Optimierung der. Parameter wird so durchgeführt, dass die Differenz zwischen den Temperaturen, die mit dem ersten und dem zweiten Sensorelement gemessen und danach aufgezeichnet worden sind, und den Temperaturen, die das dynamische Modell in Abhängigkeit von dem zumindest einen geschätzten Parameter und der geschätzten Kerntemperatur vorhersagt, minimiert wird. Anders gesagt, werden zumindest ein Parameter des Modells und die Kerntemperatur in Modell dahingehend optimiert, dass das dynamische Modell den Verlauf der aufgezeichneten Temperaturen hinreichend exakt vorhersagt. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Temperaturen durch das Modell zudem in Abhängigkeit einer geschätzten Temperatur des neutralen Mediums vorhergesagt.

Dabei wird unter dem Begriff minimieren nicht verstanden, dass tatsächlich ein Minimum der Differenz gefunden werden muss . Die Parameter bzw. Temperaturen werden nur so weit geschätzt bzw. optimiert, dass sich die aufgezeichneten Temperaturen hinreichend genau aus dem dynamischen Modell ergeben. Die sich bei der Schätzung ergebende Kerntemperatur, bei der die Differenz minimiert ist, stellt die zu bestimmende Kerntemperatur des Körpers dar. Mit anderen Worten wird als Kerntemperatur, die bestimmt werden sollte, der Wert ausgegeben, bei dem die Differenz zwischen der mit dem Modell vorhergesagten und den gemessenen Temperaturen minimiert bzw. hinreichend gering ist. Diese Kerntemperatur kann beispielsweise über eine Anzeigeinheit, die mit einer das Verfahren ausführenden Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, ausgegeben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die Kerntemperatur eines Körpers in kürzerer Zeit mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, da das dynamische Modell Einschwingvorgänge berücksichtigt. Die Verwendung eines dynamischen Modells verringert den Fehler, der sich bei statischen Modellen _. stets ergibt, solange sich das Messsystem nicht in einem thermischen Gleichgewicht befindet.

Weiterhin wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein Parameter des Modells mit geschätzt bzw. optimiert. Dadurch passt sich das Verfahren flexibel an sich verändernde Messsituationen an. Beispielsweise kann ein Parameter geschätzt werden, der den Wärmetransport vom, Körper auf das erste Sensorelement beschreibt. Dieser Parameter variiert beispielsweise von Patient zu Patient und sogar beim gleichen Patienten kann sich die thermische Kopplung laufend verändern. Durch die Schätzung werden systematische Fehler vermieden, die durch die feste Vorauswahl solcher Parameter auftreten.

Zudem sind die mit dem Verfahren bestimmten Ergebnisse deutlich genauer, da das dynamische Modell, das den Wärmetransport beschreibt, zur Bestimmung bzw. Schätzung der Kerntemperatur verwendet wird und keine Vereinfachung bzw. Linearisierung. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mehrzahl der Parameter des Modells zumindest einen Parameter, der ein Wärmeleitkoeffizient ist. Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl der Parameter zumindest einen Parameter, der in dem Modell den Wärmefluss von dem Körper zu dem ersten Sensorelement in Form eines Wärmeleitkoeffizienten beschreibt. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Mehrzahl der Parameter zumindest einen Parameter umfasst, der in dem Modell den Wärmefluss von dem ersten Sensorelement zu dem zweiten Sensorelement in Form eines Wärmeleitkoeffizienten beschreibt, und/oder die Mehrzahl der Parameter zumindest einen Parameter umfasst, der in dem Modell den Wärmefluss von dem zweiten Sensorelement, zu dem neutralen Medium in Form eines Wärmeleitkoeffizienten beschreibt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Wärmetransport zwischen dem Körper und dem ersten Sensorelement, dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement und dem neutralen Medium jeweils zumindest durch einen Wärmeleitkoeffizienten beschrieben.

In einer beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform kann das dynamische Modell noch weitere Parameter umfassen, die Wärme- leitkoeffizienten sind. Beispielsweise kann der Wärmetransport vom Körper zum ersten Sensorelement durch zwei Wärmeleitkoeffizienten beschrieben werden, von denen einer den Wärmetransport durch den Körper und die Oberfläche des Körpers beschreibt und der andere den Wärmetransport durch die Oberfläche eines Sensorgehäuses, das sich zwischen dem Sensorelement und der Oberfläche des Körpers erstreckt. Hierdurch wird nicht nur eine exaktere Darstellung des Wärmetransports ermöglicht. Der Parameter, der den Wärmefluss durch die Oberfläche des Sensorgehäuses beschreibt, kann zudem in vorteilhafter Weise in Labormessungen kalibriert werden. Dass dynamische Modell weist somit eine genauere Auflösung auf, obwohl die gleiche Anzahl an Parametern geschätzt werden muss. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mehrzahl der Parameter des Modells zumindest einen Parameter, der in dem Modell eine Wärmekapazität beschreibt. Die Mehrzahl der Parameter umfasst vorzugsweise zumindest einen Parameter, der in dem Modell den Wärmefluss von dem Körper zu dem ersten Sensorelement in Form einer Wärmekapazität beschreibt. Ebenfalls ist es bevorzugt, dass die Mehrzahl der Parameter zumindest einen Parameter umfasst, der in dem Modell den Wärmefluss von dem ersten Sensorelement zu dem zweiten Sensorelement in Form einer Wärmekapazität beschreibt, und/oder dass die Mehrzahl der Parameter zumindest einen Parameter umfasst, der in dem Modell den Wärmefluss von dem zweiten Sensorelement zu dem neutralen Medium in Form einer Wärmekapazität beschreibt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Modell weitere Parameter umfassen, die eine Wärmekapazität beschreiben, wobei für diese Parameter die gleichen Ausführungen gelten, die bereits für weitere Wärmeleitkoeffizienten gemacht wurden.

Weiterhin ist es bevorzugt, zumindest einen der Parameter des Modells in einer Kalibriermessung zu bestimmen, wobei vorzugsweise zumindest solche Parameter der Mehrzahl von Parametern in einer Kalibriermessung bestimmt werden, die einen Wärmefluss von dem ersten zu dem zweiten Sensorelement beschreiben. Der Wärmefluss von dem ersten zu dem zweiten Sensorelement wird in der Regel mit festen, einmal kalibrierten Werten beschrieben, da die Sensorelemente und die Medien zwischen den Sensorelementen ein festes System bilden, dass unabhängig von dem Körper und dem neutralen Medium ist. Daher können die Parameter im Labor unter Laborbedingungen exakt bestimmt werden und mit in das Modell einfließen. Die Genauigkeit des Modells und die Zeit, in der sich die Kerntemperatur bereits hinreichend genau bestimmen lässt, kann durch die Kalibrierung dieser Parameter verbessert werden. Wobei in anderen beispielhaften Ausführungsformen auch andere Parameter, die unabhängig von dem Körper sind, kalibriert werden können. So wird in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Parameter, der den ärmefluss von dem zweiten Sensorelement zu dem neutralen Medium beschreibt, in einer Kalibriermessung bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden solche Parameter der Mehrzahl von Parametern geschätzt, die in dem Modell einen Wärmefluss von dem Körper zu dem ersten Sensorelement beschreiben. Diese Parameter hängen von dem Körper, der Oberfläche des Körpers, dem Kontakt zwischen der Oberfläche und dem ersten Sensorelement und vielen weiteren Variablen ab, die nicht nur von einem Körper zum anderen variieren, sondern sich auch bei aufeinanderfolgenden Bestimmung der Kerntemperatur des gleichen Körpers verändern können. Werden die Parameter geschätzt und nicht vorab bestimmt, dann wird ein systematischer Fehler bei der Bestimmung der Kerntemperatur vermieden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die zu bestimmende Kerntemperatur zu dem bestimmten Zeitpunkt nur dann ausgegeben wird, wenn die Differenz zwischen der zu dem bestimmten Zeitpunkt mit dem ersten Sensorelement gemessenen Temperatur und der Temperatur, die sich aus dem dynamischen Modell mit den geschätzten Parametern für den bestimmten Zeitpunkt an dem ersten Sensorelement ergibt, einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Ebenfalls bevorzugt ist es, die zu bestimmende Kerntemperatur zu dem bestimmten Zeitpunkt nur dann auszugeben, wenn die Differenz zwischen der zu dem bestimmten Zeitpunkt mit dem zweiten Sensorelement gemessenen Temperatur und der Temperatur, die sich aus dem dynamischen Modell mit den geschätzten Parametern für den bestimmten Zeitpunkt an dem zweiten Sensorelement ergibt, einen vorgegebenen Wert unterschreitet .

Anders gesagt, wird eine Kerntemperatur zu dem bestimmten Zeitpunkt nur dann ausgegeben, wenn sich aus den geschätzten Parametern und der geschätzten Kerntemperatur die mit dem ersten und/oder dem zweiten Sensorelement gemessene Temperatur hinreichend genau vorhersagen lässt. Aus der Genauigkeit der vorhergesagten Temperaturen an dem ersten und/oder dem zweiten Sensorelement lässt sich in besonders vorteilhafter Weise auch auf die Genauigkeit der vorhergesagten Kerntemperatur schließen und es werden keine ungenauen Werte mehr ausgegeben. Die Differenz kann beispielsweise die absolute oder die relative Differenz zwischen zwei Werten sein. Allerdings sind auch andere Maße denkbar, mit denen die Abweichung zwischen zwei Werten bestimmt werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird aus der Differenz zwischen der vorhergesagten und der gemessenen Temperatur an dem ersten und/oder an dem zweiten Sensorelement eine Qualitätsfaktor abgeleitet, der als Qualitätsfaktor oder auch Gütefaktor der bestimmten Kerntemperatur mit ausgegeben wird.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und Ausgabe einer Kerntemperatur eines Körpers mit einem ersten Sensorelement zur Anordnung auf einer Oberfläche des Körpers, einem zweiten Sensorelement, das derart beabstandet zu dem ersten Sensorelement angeordnet ist, dass ein Wärmefluss zwischen dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement sowie dem zweiten Sensorelement und dem neutralen Medium auftreten kann, und mit einer eine Ausgabeeinheit aufweisenden Datenverarbeitungseinrichtung, die mit dem ersten und dem zweiten Sensorelement verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, die mit den Sensorelementen gemessenen Temperaturen aufzuzeichnen, gelöst. Dabei ist die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen, wobei eine mit dem Verfahren bestimmte Kerntemperatur mittels der Ausgabeeinheit ausgegeben werden kann. Eine Datenverarbeitungseinrichtung, die zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, weist nicht nur die Anschlüsse auf, die notwendig sind, um die Sensoren anzuschließen. Auf der Datenverarbeitungseinrichtung ist auch eine Software aufgespielt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann bzw. die das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Die Vorrichtung kann in einem einzigen Gehäuse angeordnet sein, es ist aber auch denkbar, die Sensoren, die Datenverarbeitungseinrichtung und die Ausgabeeinheit in getrennten Gehäusen anzuordnen. Die Datenverarbeitungsreinrichtung kann beispielsweise ein Computer sein, es ist aber auch denkbar, dass es sich bei der Datenverarbeitungseinrichtung um einen MikroController handelt.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ergeben sich die gleichen Vorteile, die bereits für das erfindungsgemäße Verfahren genannt worden sind.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert, die zwei Ausführungsbeispiele darstellen, wobei

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei - spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Ausführungsbei- spiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen Doppelsensor 1 und eine Datenverarbeitungseinrichtung 3, die über eine Datenleitung 5 mit dem Doppelsensor 1 verbunden ist. Der Doppelsensor 1 umfasst ein erstes und ein zweites Sensorelement 7, 9, die in einem ge- meinsamen Gehäuse angeordnet sind und über die Datenleitung 5 mit der Datenverarbeitungseinrichtung 3 verbunden sind.

Das erste Sensorelement 7 wird zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Körper 11 flächig angelegt, dessen Kerntemperatur bestimmt werden soll. Der Körper 11, der in Fig. 1 nur abschnittsweise dargestellt ist, ist in dem Aus- führungsbeispiel der Körper eines Menschen. Allerdings kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Bestimmung der Kerntemperatur von anderen Körpern bzw. Objekten verwendet werden.

An der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses des Doppelsensors 1 ist das zweite Sensorelement 9 angeordnet, das in thermischem Kontakt mit einem neutralen Medium 13 steht, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Umgebung 13 des Körpers 11 bzw. von der Luft um den Körper 11 gebildet wird. Die Umgebung 13 weist eine Umgebungstemperatur auf, die sich nur langsam verändert .

Das erste und das zweite Sensorelement 7, 9 werden zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens so angeordnet, dass sich ein Wärmefluss von dem Körper 11 über eine Oberfläche 15 des Körpers 11 durch den Doppelsensor 1 zu dem neutralen Medium 13 einstellt. Dazu liegt das erste Sensorelement 7 an der Oberfläche 15 des Körpers 11 an und das erste Sensorelement 7 ist thermisch über die Haut 15 mit dem Körper 11 gekoppelt, dessen Kerntemperatur bestimmt werden soll. Der Doppelsensor 1 bzw. das zweite Sensorelement 9 ist so angeordnet, dass sich ein Wärmefluss von dem ersten Sensorelement 7 über das zweite Sensorelement 9 hin zu dem neutralen Medium 13 bzw. der Umgebung 13 einstellt. Mit anderen Worten ist das zweite Sensorelement 9 sowohl mit der Umgebung 13 als auch mit dem ersten Sensorelement 7 thermisch gekoppelt. Das erste und das zweite Sensorelement 7, 9 messen zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten und vorzugsweise kontinuierlich eine Temperatur und Übertragen die gemessenen Temperaturen an die Datenverarbeitungseinrichtung 3 , die die Temperaturen zumindest für eine Mehrzahl von Zeitpunkten aufzeichnen kann.

Die Datenverarbeitungseinrichtung 3 führt auf Grundlage der aufgezeichneten Temperaturen ein erfindungsgemäßes Verfahren durch, das nachfolgend beschrieben wird. Die Datenverarbeitungseinrichtung 3 ist dazu eingerichtet, dass Verfahren durchzuführen. Mit anderen Worten verfügt die Datenverarbeitungseinrichtung nicht nur über Anschlussmöglichkeiten, über die die Sensorelemente 7, 9 mit der Datenverarbeitungseinrichtung 3 verbunden werden können. Auf der Datenverarbeitungseinrichtung 3 ist auch eine entsprechende Software vorgesehen bzw. installiert, die das Verfahren durchführen kann.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Kerntemperatur kann über eine Ausgabeeinheit 17 ausgegeben werden, die mit der Datenverarbeitungseinrichtung 3 verbunden ist. Beispielsweise ist die Ausgabeeinheit 17 ein Bildschirm, auf dem eine bestimmte Kerntemperatur angezeigt werden kann. Allerdings ist es auch denkbar, die bestimmte Kerntemperatur über einen Drucker auf Papier auszugeben.

In der beispielhaften Ausführungsform sind der Doppelsensor 1, die Datenverarbeitungseinrichtung 3 und die Ausgabeeinheit 17 in getrennten Gehäusen bzw. als eigenständige Einheiten schematisch dargestellt. Allerdings ist es auch denkbar, den Doppelsensor 1, die Datenverarbeitungseinrichtung 3 und die Ausgabeeinheit 17 in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Kerntemperatur wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Ablaufdiagramm erläutert, wobei das Verfahren beispielhaft unter Bezugnahme auf das Aus- führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 1 beschrieben wird. Allerdings ist das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht an das bestimmte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gebunden.

Zur Bestimmung der Kerntemperatur wird in einem ersten Schritt 19 der Doppelsensor 1 und damit das erste Sensorelement 7 an einer Oberfläche 15 des Körpers 11 angeordnet, dessen Kerntemperatur bestimmt werden soll. Das zweite Sensorelement 9 weist somit von der Oberfläche 15 weg und ist in thermischen Kontakt mit dem ersten Sensorelement 7 und dem neutralen Medium 13.

Um die Temperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen, wird in einem weiteren Schritt 21 zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten, die zeitlich vor dem bestimmten Zeitpunkt liegen, die von dem ersten und dem zweiten Sensorelement 7, 9 zu der Mehrzahl von Zeitpunkten gemessenen Temperaturen von der Datenverarbeitungseinrichtung 3 aufgezeichnet. Auf der Grundlage der aufgezeichneten Temperaturen schätzt die Datenverarbeitungs- • Vorrichtung 3 sodann in einem nachfolgenden Schritt 23 verschiedene Parameter eines dynamischen Modells für einen Wärmefluss.

Das dynamische Modell beschreibt den Wärmefluss von dem Körper 11 über das ersten und das zweite Sensorelement 7, 9 zu dem neutralen Medium 13. Ein dynamisches Modell unterscheidet sich von einem statischen Modell bereits dadurch, dass es keinen statischen Gleichgewichtszustand beschreibt, sondern ein System mit Latenzen, das sich von einer Ausgangssituation hin zu einem anderen Zustand und vorzugsweise hin zu einem Gleichgewichtszustand entwickelt. Mit anderen Worten verändert sich ein dynamisches System mit der Zeit, selbst wenn die übrigen Eingangsvariablen bzw. Parameter sich nicht verändern, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht wird. Das dynamische Modell umfasst zunächst eine Reihe von Temperaturen. Darunter sind die Temperaturen, die an bzw. mit dem ersten und dem zweiten Sensorelement 7, 9 gemessen werden sowie die Kerntemperatur des Körpers 11. Weiterhin wird das dynamische Modell durch eine Reihe von Parametern gebildet, die den Wärmefluss von dem Körper 11 durch den' Doppelsensor 1 bzw. das erste und das zweite Sensorelement 7, 9 hin zu der Umgebung 13 beschreiben bzw. kennzeichnen.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Modell die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit oder auch thermischen Widerstände des Abschnitts des Doppelsensors 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement 7, 9. Weiterhin umfasst das dynamische Modell die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit, des Abschnitts zwischen einem Kern des Körpers 11 und dem ersten Sensorelement 7. Auch die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Sensorelements 9 geht mit in das Modell ein. Es wird dabei nicht streng zwischen den Parametern, die das Verhalten zwischen zwei Orten an denen die Temperatur bestimmt wird, z.B. dem ersten und dem zweiten Sensorelement 7, 9, und den Parametern, die die Sensorelemente 7, 9 selbst beschreiben, getrennt.

Zumindest einer der Parameter, die den Wärmefluss beschreiben, und die Kerntemperatur werden in einem nachfolgenden Verfahrensschritt 23 derart geschätzt, dass eine Differenz zwischen den aufgezeichneten Temperaturen und den Temperaturen, die sich aus dem dynamischen Modell an den Sensorelementen 7, 9 für die Mehrzahl von Zeitpunkten ergeben, minimiert wird. Hierzu wird ein Optimierungsverfahren verwendet, das die Parameter solange variiert, .bis die Differenz minimiert worden ist. Dabei wird unter dem Begriff minimiert nicht verstanden, dass ein absolutes Minimum gefunden worden ist, sondern lediglich, dass vorher festgelegte Konvergenzkriterien erfüllt wor- den sind oder es wird lediglich eine feste Anzahl von Iterationen in dem Optimierungsverfahren durchgeführt. Die so geschätzte Kerntemperatur kann über die Ausgabeeinheit 17 ausgegeben werden.

In dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden dabei nicht alle Parameter, die den Wärmefluss beschreiben, von dem Verfahren geschätzt. Solche Parameter, die von dem eigentlichen Körper 11, dessen Kerntemperatur bestimmt werden soll, weitgehend oder völlig unabhängig sind, werden vor der Durchführung des Verfahrens in Kalibriermessungen im Labor bestimmt bzw. kalibriert. Hierzu zählen beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität des Abschnitts des Doppelsensors 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorelement 7, 9. Auch die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem zweiten Sensorelement 9 und dem neutralen Medium 13 kann in einer Kalibriermessung bestimmt werden.

Indem einige der Parameter in Kalibriermessungen vorab festgelegt werden, wird die Anzahl der Parameter verringert, die geschätzt werden muss. Hierdurch verringert sich die Mehrzahl der Zeitpunkte bzw. die Messzeit wird verkürzt, nach der mit dem Verfahren bereits eine hinreichend genaue Kerhtemperatur bestimmt werden kann.

Die übrigen Parameter, die nicht in Kalibriermessungen im Labor bestimmt werden können, werden in dem Verfahren geschätzt. Damit wird ein systematischer Fehler vermieden, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Insbesondere werden die Parameter geschätzt, die den Wärmetransport vom Körper 11 auf das erste Sensorelement 7 beschreiben bzw. kennzeichnen. Diese Parameter verändern sich nicht nur von einem Körper zum nächsten, sondern auch zwischen zwei Messungen am gleichen Körper. Durch die Schätzung der Parameter wird ein systematischer Feh- ler vermieden, der sich einstellt, wenn man feste Parameter verwendet .

Weiterhin ergibt sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren eine deutlich schnellere Konvergenz der Kerntemperaturbestimmung, d.h. das Verfahren liefert bereits nach kürzerer Messzeit eine genauere Kerntemperatur als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, da die Verwendung eines dynamischen Verfahrens, die Einschwingeffekte berücksichtigt, die sich ergeben, bevor das System aus Körper 11, erstem und zweitem Sensorelement 7, 9 und neutralem Medium 13 in einem thermischen Gleichgewicht ist.

Bevor in dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kerntemperatur ausgegeben wird, wird jedoch in einem weiteren Schritt 25 überprüft, ob zu dem bestimmten Zeitpunkt, zu dem die Kerntemperatur ausgegeben werden soll, das dynamische Modell die Temperatur an dem ersten und dem zweiten Sensorelement 7, 9 hinreichend genau vorhersagt, d.h. wenn die Differenz zwischen für den bestimmten Zeitpunkt vorhergesagten und tatsächlich gemessenen Temperaturen hinreichend gering ist. Nur wenn dies der Fall ist, wird die Kerntemperatur in einem nachfolgenden Schritt 27 mit der Ausgabeeinheit 17 ausgegeben. Werden die Temperaturen nicht hinreichend genau vorhergesagt, muss die Schätzung der Parameter und der Kerntemperatur über einen veränderten Zeitraum bzw. eine veränderte Mehrzahl von Zeitpunkten wiederholt werden.

Somit wird auf besonders vorteilhafte Weise die Genauigkeit der bestimmten Kerntemperatur zum Ausgabezeitpunkt überprüft. Zudem kann so ein weiteres Kriterium festgelegt werden, ob der der Schätzung der Parameter zugrunde gelegte Zeitraum bzw. die Mehrzahl der Zeitpunkte hinreichend groß war bzw. ob die bisherige Schätzung noch Gültigkeit hat oder eine neue Schätzung durchgeführt werden muss.