ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Организация серийного производства цифрового медицинского термометра мгновенного действия»

Рекомендуемая область пременения

Измерение температуры тела человека в медицинских учреждениях, бытовых условиях, детских учреждениях, а также температуры животных на животноводческих фермах.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка цифровых медицинских термометров практически мгновенного действия.

Целью проекта является устранение основного недостатка всех современных термометров, включая цифровые, – большого времени измерения. Из имеющихся на рынке цифровых термометров малым временем измерения  обладают инфракрасные термометры, однако точность их не всегда удовлетворяет требованиям практики, а цена почти на порядок выше терморезистивных цифровых термометров.

Основной задачей проекта является отработка схемы термометра на современной элементной базе, что позволит создать прибор массового применения с характеристиками, превосходящими лучшие мировые образцы.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время в России рынок медицинских приборов, предназначенных для измерения температуры тела человека, наводнен множеством цифровых приборов, выпускаемых несколькими иностранными фирмами. Однако почти всем им свойственен один и тот же недостаток – большое время измерения. Разрешению этой проблемы препятствует следующий физиологический феномен. При осуществлении измерения температуры тела человека в момент соприкосновения термочувствительной части термометра с поверхностью кожи происходит холодовое раздражение (так как температура окружающей среды в большинстве случаев гораздо ниже температуры тела) и теплоотдача организма уменьшается, что естественно приводит к увеличению времени измерения до момента достижения теплового баланса между поверхностью тела и теплочувствительной частью термометра. Именно этим обстоятельством объясняется известный феномен, состоящий в том, что чувствительный элемент в виде термистора, имеющий собственную тепловую постоянную времени порядка единиц секунд, после контакта с объектом измерения (телом человека) достигает температуры тела за время, исчисляющееся минутами. Т.е. несмотря на малые габариты и соответственно малую теплоемкость, термистор вносит существенные искажения в температурное поле объекта измерения.

Поясним  это  с помощью рис.1, который заимствован нами из медицинского источника [1] и который поясняет динамику периферических механизмов терморегуляции. Рисунок раскрывает механизмытеплоотдачи и локальной терморегуляции в коже при различных температурных режимах внешней среды. В основе всех физических процессов теплоотдачи у человека лежат физиологические процессы, связанные с изменением под влиянием действия окружающей температуры на терморецепторы просвета поверхностных сосудов кожи. При действии высокой температуры сосуды расширяются; при действии низкой – суживаются. Эта реакция осуществляется за счет активации вегетативной нервной системы – парасимпатического отдела в первом случае и симпатического – во втором.

Важнейшим фактором локальной саморегуляции температуры тела является работа сосудистого аппарата кожи. На холоде (левая часть рис.1) кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, суживаются. Раскрываются дополнительные артериовенозные анастомозы, и тем самым большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости. Все это ведет к ограничению теплоотдачи. Кроме того, прохладная венозная кровь, возвращаясь внутрь тела по венулам, расположенным рядом с артериолами, захватывает большую долю тепла, отдаваемого артериальной кровью. Такая система называется противоточным теплообменником. Суммарным эффектом такой системы является снижение теплоотдачи. При высокой окружаю­щей температуре кровь возвращается к внутренним органам, минуя противоточный теплообменник по венам, лежащим под самой по­верхностью кожи (правая часть рис.1). В механизмах саморегуляции температуры тела участвует также под­кожная жировая клетчатка с малой теплопроводностью жира.

Современная микроэлектроника предоставляет все необходимые компоненты для создания цифровых электронных термометров медицинского назначения. Электронные термометры оснащены удобным для считывания результата цифровым дисплеем на жидких кристаллах, звуковой сигнализацией, памятью, автоматическим выключением и другими сервисными функциями. Они снабжены автономным электропитанием от батарейки, срок службы которой составляет несколько лет. Имея пластиковый корпус, электронные термометры более устойчивы к ударам, чем стеклянные ртутные, поэтому являются более безопасным с точки зрения экологии.

На сегодняшнем рынке электронных термометров для измерения температуры тела человека наиболее успешными разработками являются следующие.

Термометр “ThermoTek”, разработанный израильской фирмой SAAT.

Согласно рекламным проспектам термометр имеет следующие технические характеристики:

· диапазон  измерения                                                32,0 – 43,4 oC;

· точность согласно стандарту ASTM E1112-98   ±0,1 oC;

· разрешение                                                                0,01 oC;     

· температура окружающей среды                         16,0 – 40,0 oC;

· время измерения                                                     10 сек;

· ресурс аккумулятора                                               2 года.

В термометре используется дорогостоящий микроконтроллер с АЦП высокого разрешения, что удорожает общую стоимость прибора (она составляет примерно 1000 рублей).

Примерно аналогичные характеристики  имеет цифровой термометр TEM-003 японской фирмы OMRON. Обращает на себя внимание тот факт, что быстродействие стоит дорого, стоимость соответствующих термометров возрастает почти на порядок при снижении времени измерения с минуты (стоимость – 6 EURO) до 5 секунд ( 58 EURO).

Высоким быстродействием (время измерения 1 сек) обладают инфракрасные ушные термометры японской OMRON и китайской   HEALTH INSTRUMENTS CO., LTD, а также лобные инфракрасные термометры израильской фирмы SAAT(время измерения 5 сек).

Исходя из вышесказанного, делаем вывод, что быстродействующие термометры, как с кондуктивным, так и с лучевым восприятием тепла от объекта измерения, имеют значительно более высокую стоимость. Точность инфракрасных термометров в 2-4 раза ниже терморезистивных. Во всех существующих медицинских термометрах с кондуктивным способом восприятия тепловой энергии от объекта измерения осуществляется пассивный нагрев термочувствительного элемента, что вызывает искажение температурного поля объекта измерения.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Названные выше проблемы при измерении температуры тела могут быть преодолены путем применения принципиально нового оригинального способа измерения, обеспечивающего практически мгновенный отсчет температуры объекта, в том числе биологического. Данный метод и устройство для его реализации были предложены в ходе выполнения инициативной НИР «Разработка быстродействующего электронного термометра», проводившейся в Пензенском государственном университете коллективом ученых под руководством доктора технических наук, профессора Шахова Эдуарда Константиновича. Оригинальность разработок подтверждена соответствующими патентами на изобретение.

Цифровой медицинский термометр содержит датчик температуры (термистор), согласующее устройство, микропроцессор, цифровой индикатор.

Основное отличие предложенных новых технических решений от существующих состоит в том, что вместо пассивного нагрева термочувствительного элемента от объекта измерения используется его активный нагрев. Контакт нагретого  термочувствительного элемента с кожным покровом приводит к тепловому раздражению, в результате чего включаются механизмы поддержания температуры поверхностного слоя кожного покрова на уровне, определяемом температурой крови, приливающей к поверхности кожного покрова. Т.е. создаются условия, при которых тепловой контакт термочувствительного элемента с кожным покровом не приводит к искажению температурного поля объекта в месте теплового контакта.

В рамках инициативной НИР были изготовлены макеты приборов, результаты испытаний которых показали следующие технические характеристики:

Время измерения, с                                    не более 1.

Погрешность измерения , С^о                     не более 0,1

Внешний вид макетного образца термометра показан на фото рис. 2. По составу комплектующих термометр практически не отличается от цифровых термометров, выпускаемых зарубежными фирмами. Отличие состоит лишь в более емком аккумуляторе. Поэтому в случае промышленного изготовления габариты предлагаемого термометра будут соизмеримы с зарубежными аналогами.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

По составу основных узлов предлагаемые термометры не отличаются от серийно выпускаемых иностранными фирмами цифровых термометров. Они содержат датчик температуры (термистор), согласующее устройство, микропроцессор, цифровой индикатор. Т.е.  себестоимость его находится на уровне зарубежных аналогов. Но за счет повышенного потребления энергии (затрачиваемой на активный нагрев термочувствительного элемента) эксплуатация предлагаемых термометров будет обходиться несколько дороже из-за необходимости более частой замены источника питания (аккумуляторной батареи). Однако эти дополнительные эксплуатационные затраты вполне окупятся повышением производительности, особенно в случае массовых измерений например, в условиях эпидемий, в детских учреждениях, животноводческих фермах и т.д.. Предлагаемые термометры особенно удобны для измерения температуры грудных детей, при этом для получения отсчета температуры нет необходимости в течение нескольких секунд или минут фиксировать термометр в месте измерения. Достаточно на одну секунду ввести термочувствительный элемент термометра в тепловой контакт с кожным покровом в месте измерения. До настоящего времени измерение температуры животных представляет немалую проблему из-за необходимости длительной фиксации термочувствительного элемента в известном деликатном месте. Предлагаемый термометр полностью снимает эту проблему.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

До настоящего времени самыми распространенными приборами для измерения температуры тела человека и животных в условиях России по-прежнему являются ртутные термометры, экологически опасные, особенно при использовании их в детских учреждениях. Предлагаемые приборы не содержат каких-либо вредных веществ. Применение термометра в больницах и клиниках сэкономит медицинскому персоналу массу времени за счет оперативности процесса измерения. Время измерения предлагаемого термометра в 10 раз меньше по сравнению с лучшими аналогами цифровых термометров, выпускаемых зарубежными фирмами, в частности термометра “ThermoTek”, разработанного израильской фирмой SAAT.

Новые потребительские свойства продукции

Основное и неоценимое преимущество предлагаемого термометра составляет его высокое быстродействие (мгновенное).

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Реализация термометра не требует применения каких-либо дефицитных или дорогостоящих материалов и комплектующих.

Стадия и уровень разработки

В настоящее время созданы и прошли предварительные испытания макетные образцы термометров.

Предлагаемые инвестиции

3 млн. руб.
Предполагаемый объем финансирования составляет 3 млн. рублей за первый год промышленного освоения и 6 млн. рублей за второй год промышленного освоения. Причем для реализации идеи из фонда поощрения предприятий малого и среднего бизнеса по программе «Старт» выделено так называемое посевное бюджетное финансирование. В случае если для продолжения работ по промышленному освоению будет найден инвестор, половина от указанных сумм будет выделена фондом.

Рынки сбыта

В стране насчитывается около 22000 больниц, каждая из которых является потенциальным потребителем термометров. К этому надо добавить практически все семьи, относящиеся к среднему классу и выше, детские учреждения, животноводческие фермы.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемый в проекте прибор может заменить имеющиеся на мировом рынке аналоги, так как существенно превосходит их по быстродействию.

Возможность выхода на мировой рынок

Уникальные характеристики предлагаемого термометра делают вполне возможным выход на мировой рынок. В частности, при общении с представителями израильской фирмы SAAT к нашим идеям создания термометра мгновенного действия был проявлен нескрываемый интерес.

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

26.09.2006