用于測(cè)量膽紅素水平的非侵入式設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于測(cè)量膽紅素水平的經(jīng)皮非侵入式設(shè)備和方法。所述設(shè)備和方法利用與處理裝置連通的光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械裝置，來(lái)計(jì)算血清膽紅素濃度。向其厚度經(jīng)過(guò)測(cè)量的組織施加轉(zhuǎn)白壓力。由所述組織的所述厚度和所檢測(cè)和所測(cè)量的透射穿過(guò)所述活組織的輻射的值，來(lái)計(jì)算所述膽紅素水平。
【專利說(shuō)明】用于測(cè)量膽紅素水平的非侵入式設(shè)備和方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于測(cè)量活組織中膽紅素水平的醫(yī)療設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于估測(cè)新生受試者的膽紅素水平以診斷黃疸的非侵入式設(shè)備和方法。[0002]發(fā)明背景
[0003]黃疸在新生嬰兒中是相當(dāng)常見(jiàn)的，并且推測(cè)是出生后代謝和生理調(diào)節(jié)的結(jié)果。通常，黃疸在相當(dāng)短的時(shí)間段內(nèi)消失。在許多情況下，早期檢測(cè)到黃疸并且經(jīng)過(guò)有效治療，從而在相當(dāng)短的時(shí)間段內(nèi)治愈嬰兒。當(dāng)嬰兒患有黃疸時(shí)，血清膽紅素通常上升到高水平。在極端情況下，可能會(huì)發(fā)生稱為核黃疸的腦損害病狀，從而造成顯著的終身殘疾。在其它極端情況下，黃疸可以嚴(yán)重進(jìn)展，并且甚至造成死亡。通常通過(guò)侵入式血液化驗(yàn)來(lái)診斷黃疸，其中血液樣品通常取自腳后跟。雖然認(rèn)為此血液化驗(yàn)是安全的，但是血液樣品的獲得對(duì)于新生嬰兒而言是一個(gè)不舒適的侵入式過(guò)程。
[0004]Yamanishi的US4，267，844涉及電光醫(yī)療儀器，提供所述電光醫(yī)療儀器用于非侵入式地測(cè)量皮膚組織中膽紅素的存在。此公布中的儀器利用閃光源和光學(xué)裝置，來(lái)提供照射皮膚組織的光束。通過(guò)光學(xué)裝置將一部分反射光收集并且分成兩個(gè)分量:一個(gè)分量，其具有455nm的中心波長(zhǎng)，已知其為皮膚組織中的膽紅素所高度吸收；以及另一個(gè)分量，其具有大于500nm的波長(zhǎng)，皮膚組織中的膽紅素對(duì)它的吸收很低。通過(guò)光電變換器測(cè)量這些光學(xué)信號(hào)，其中的電輸出被放大，并且接著用于通過(guò)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器計(jì)算膽紅素指示。調(diào)用用戶獲得的校準(zhǔn)將膽紅素指示轉(zhuǎn)換成血清膽紅素濃度。
[0005]Aldrich的US6，064，898涉及使用分光光度測(cè)定法的非侵入式血液組分分析儀。此公布中的分析儀利用具有根據(jù)目標(biāo)血液組分選擇的多種波長(zhǎng)的透射光的測(cè)量。用于導(dǎo)出血液組分的參數(shù)各自由相關(guān)測(cè)量信號(hào)的收縮值與舒張值之間的差給出。提到的可見(jiàn)光波長(zhǎng)為420nm、548nm、506nm、521nm、569nm和586nm。建議將前兩個(gè)用于皮膚組織中膽紅素濃度的測(cè)量。
[0006]另一種非侵入式膽紅素測(cè)量?jī)x器在Eppstein的US5, 792, 049中描述,其中在若干可見(jiàn)光和接近紅外線的波長(zhǎng)處測(cè)量皮膚組織的反射比。利用反射比的測(cè)量值來(lái)得到血清膽紅素濃度的估測(cè)。為校準(zhǔn)儀器，在所述相同波長(zhǎng)處測(cè)量校準(zhǔn)目標(biāo)的反射比。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種用于應(yīng)用非侵入式測(cè)量來(lái)檢測(cè)受試者的膽紅素水平的方法和裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種用于應(yīng)用非侵入式測(cè)量來(lái)以快速并且簡(jiǎn)單的方式檢測(cè)受試者的膽紅素水平的方法和裝置。
[0008]本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將隨著描述的進(jìn)行而變得顯而易見(jiàn)。
[0009]附圖簡(jiǎn)述:
[0010]在附圖中通過(guò)舉例的方法來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，其中相同標(biāo)記始終表示相同元件，在附圖中:
[0011]圖1示意性圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)一般性實(shí)施方案的用于測(cè)量膽紅素水平的設(shè)備;
[0012]圖2是圖示用于操作圖1中所示設(shè)備的方法的流程圖；[0013]圖3A至圖3C示意性圖示用于利用同步檢測(cè)方法操作本發(fā)明的設(shè)備的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中圖3A示出測(cè)量設(shè)置的圖示，圖3B示出輻射源的實(shí)施方案的圖示，并且圖3C示出同步檢測(cè)器的實(shí)施方案的圖示；
[0014]圖4A和圖4B示意性圖示利用閃光管作為光源的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中圖4A示出可能性測(cè)量設(shè)置，并且圖4B示出檢測(cè)單元的可能性實(shí)施方案；并且
[0015]圖5A和圖5B示意性圖示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的用于測(cè)量膽紅素水平的設(shè)備，其中圖5A示出設(shè)備的透視圖，并且圖5B示出設(shè)備的后視圖。
[0016]應(yīng)注意，附圖中示例的實(shí)施方案不意圖按比例繪制，而是呈圖示形式以便于理解和描述。
[0017]發(fā)明概述
[0018]本發(fā)明給出一種用于通過(guò)使輻射透射穿過(guò)受試者的活組織來(lái)非侵入式測(cè)量膽紅素水平的系統(tǒng)和設(shè)備。向組織施加轉(zhuǎn)白壓力，并且還對(duì)組織的厚度進(jìn)行測(cè)量。
[0019]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，提供一種用于測(cè)量受試者的膽紅素水平的非侵入式設(shè)備。設(shè)備包括用于輻射受試者的活組織的至少一個(gè)輻射源，用于檢測(cè)透射穿過(guò)組織的射線的至少一個(gè)檢測(cè)器，用于向受試者的活組織的部分施加轉(zhuǎn)白壓力的裝置；用于測(cè)量受試者的活組織的部分的厚度的裝置，其中輻射正在透射穿過(guò)所述活組織，以及連接到輻射源、檢測(cè)器和厚度測(cè)量裝置的處理裝置。輻射源被配置來(lái)以至少兩個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射輻射。處理裝置被配置使用從檢測(cè)器和厚度測(cè)量裝置處獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算受試者的膽紅素水平。
[0020]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于施加轉(zhuǎn)白壓力的裝置包括其中包括一對(duì)可旋轉(zhuǎn)臂、單個(gè)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)臂，以及夾子或鉗子設(shè)備的一組設(shè)備中的一個(gè)，其被配置附接到正在測(cè)量的組織。
[0021]此外,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)`施方案,波長(zhǎng)可包括在520nm±5nm范圍內(nèi)的第一波長(zhǎng)(入I)和在470nm土 IOnm范圍內(nèi)的第二波長(zhǎng)(λ 2)。
[0022]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，輻射源包括一組中的一個(gè)，所述組包括:至少兩個(gè)激光二極管、至少兩個(gè)發(fā)光二極管(LED)、以及至少一個(gè)激光二極管連同至少一個(gè)LED?；蛘?，輻射源可包括白光發(fā)射極和用于過(guò)濾所發(fā)射白光的兩個(gè)濾光器。
[0023]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)備進(jìn)一步包括光學(xué)裝置，其被配置來(lái)將從至少一個(gè)輻射源發(fā)射的光束向著受試者的活組織引導(dǎo)。
[0024]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)備進(jìn)一步包括光導(dǎo)向裝置和光學(xué)耦合裝置，其中光學(xué)耦合裝置被配置來(lái)將從光導(dǎo)向裝置接收的光束引導(dǎo)至檢測(cè)器。
[0025]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，光束在不同的時(shí)間透射穿過(guò)組織。
[0026]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，輻射源包括用于發(fā)射同步信號(hào)的裝置。同步信號(hào)可包括第一振蕩器和第二振蕩器，其分別被配置來(lái)生成具有第一頻率的第一電信號(hào)和具有第二頻率的第二電信號(hào)；第一驅(qū)動(dòng)單元和第二驅(qū)動(dòng)單元，其電耦合到第一振蕩器和第二振蕩器；第一光發(fā)射兀件和第二光發(fā)射兀件，其適于生成第一光信號(hào)和第二光信號(hào)。第一光發(fā)射元件和第二光發(fā)射元件可電耦合到第一驅(qū)動(dòng)單元和第二驅(qū)動(dòng)單元。
[0027]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)備進(jìn)一步包括雙色光束組合器，其可被配置來(lái)將第一光信號(hào)和第二光信號(hào)組合成單個(gè)光束。光束可包括分別具有第一調(diào)制頻率(Fl)的第一光波長(zhǎng)(λ I)和第二調(diào)制頻率(F2)的第二光波長(zhǎng)(λ 2)的分量。[0028]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)備進(jìn)一步包括參考檢測(cè)器，其被配置來(lái)接收和測(cè)量雙色光束組合器上的光入射的一部分。
[0029]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)備進(jìn)一步包括檢測(cè)-放大器單元，其具有適于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于檢測(cè)-放大器單元接收到的第一光信號(hào)和第二光信號(hào)的電信號(hào)并且將得到的電信號(hào)放大的光感測(cè)裝置；第一同步檢測(cè)器和第二同步檢測(cè)器被配置來(lái)接收第一信號(hào)和第二信號(hào)，并且從得到的電信號(hào)中提取分別處于波長(zhǎng)λ I和頻率Fl以及波長(zhǎng)λ2和頻率F2的透射信號(hào)的幅度。
[0030]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于測(cè)量厚度的裝置包括其中包括電位計(jì)、光學(xué)測(cè)量裝置、旋轉(zhuǎn)可變差動(dòng)變壓器(RVDT)和線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)的一組設(shè)備中的一個(gè)。
[0031 ] 此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)備進(jìn)一步包括用于測(cè)試設(shè)備的計(jì)量裝置。計(jì)量裝置可包括由具有已知光學(xué)性質(zhì)和厚度的透射材料構(gòu)成的測(cè)試架。
[0032]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)備進(jìn)一步包括用以消除所測(cè)量透射率信號(hào)中的外部干擾的裝 置。
[0033]另外，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量受試者的膽紅素水平的方法。方法包括以下步驟:
[0034]向受試者的活組織施加轉(zhuǎn)白壓力；
[0035]測(cè)定受試者的轉(zhuǎn)白組織的厚度；
[0036]使至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)透射穿過(guò)受試者的轉(zhuǎn)白組織；
[0037]檢測(cè)并記錄透射穿過(guò)具有轉(zhuǎn)白壓力施加在其上的組織的信號(hào)；以及
[0038]使用從所記錄信號(hào)和厚度處獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算受試者的膽紅素水平。
[0039]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，方法進(jìn)一步包括計(jì)量被配置來(lái)測(cè)量膽紅素水平的設(shè)備的步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，方法進(jìn)一步包括計(jì)算第一校準(zhǔn)常數(shù)(A0)和第二校準(zhǔn)常數(shù)(A1)的步驟。
[0040]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，透射的步驟包括配置用于輻射受試者的活組織的至少一個(gè)輻射源的步驟。
[0041 ] 此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，方法進(jìn)一步包括計(jì)量步驟，其包括以下步驟:
[0042]使至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)透射穿過(guò)具有已知光學(xué)性質(zhì)和厚度的透射材料；
[0043]檢測(cè)并記錄透射穿過(guò)透射材料的信號(hào)和厚度測(cè)量裝置的信號(hào)；
[0044]根據(jù)以下方程式計(jì)算各波長(zhǎng)處的組織透射率T ( λ ):
[0045]T(X) =JTW 黑
[0046]其中:
[0047]JT(A)為測(cè)試架中的透射材料在波長(zhǎng)λ處的已知透射率；
[0048]UT(A)為響應(yīng)于處于波長(zhǎng)λ的光透射穿過(guò)組織所記錄的檢測(cè)器信號(hào)；并且
[0049]UJ(A)為響應(yīng)于處于波長(zhǎng)λ的光透射穿過(guò)透射材料所記錄的檢測(cè)器信號(hào)；以及
[0050]根據(jù)以下方程式計(jì)算組織厚度d:
[0051]d = W
3 Ujd[0052]其中Jd為透射材料的已知厚度；
[0053]Ud為在測(cè)量組織時(shí)，厚度測(cè)量裝置的所記錄信號(hào)；并且
[0054]UJd為在測(cè)量測(cè)試架時(shí)，厚度測(cè)量裝置的所記錄信號(hào)。
[0055]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，根據(jù)以下方程式計(jì)算膽紅素水平:
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量受試者的膽紅素水平的非侵入式設(shè)備，其包括: 用于輻射受試者的活組織的至少一個(gè)輻射源，所述至少一個(gè)輻射源被配置來(lái)以至少第一波長(zhǎng)和至少第二波長(zhǎng)發(fā)射福射； 用于檢測(cè)透射穿過(guò)所述組織的射線的至少一個(gè)檢測(cè)器； 用于向所述受試者的活組織的部分施加轉(zhuǎn)白壓力的裝置； 用于測(cè)量所述受試者的活組織的所述部分的厚度的裝置，其中輻射正在透射穿過(guò)所述活組織；以及 與所述至少一個(gè)輻射源、所述至少一個(gè)檢測(cè)器和用于測(cè)量厚度的所述裝置連通的處理裝置， 其中所述處理裝置被配置使用從所述至少一個(gè)檢測(cè)器和所述厚度測(cè)量裝置獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算所述受試者的所述膽紅素水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于施加轉(zhuǎn)白壓力的所述裝置包括其中包括一對(duì)可旋轉(zhuǎn)臂、單個(gè)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)臂，以及夾子或鉗子設(shè)備的一組設(shè)備中的一個(gè)，其被配置附接到正在測(cè)量的所述組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少第一波長(zhǎng)和所述至少第二波長(zhǎng)包括在520nm±5nm范圍內(nèi)的第一波長(zhǎng)(λ I)和在470nm± IOnm范圍內(nèi)的第二波長(zhǎng)(λ 2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)輻射源包括一組中的一個(gè)，所述組包括至少兩個(gè)激光二極管、至少兩個(gè)發(fā)光二極管(或LED)，以及至少一個(gè)激光二極管連同至少一個(gè)LED。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)輻射源包括白光發(fā)射極和用于過(guò)濾所發(fā)射白光的至少兩個(gè)濾光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括光學(xué)裝置，其被配置來(lái)將從所述至少一個(gè)輻射源發(fā)射的光束向著所述受試者的活組織引導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述光束在不同的時(shí)間透射穿過(guò)所述組織。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括光導(dǎo)向裝置和光學(xué)耦合裝置，所述光學(xué)耦合裝置被配置來(lái)將從所述光導(dǎo)向裝置接收的光束引導(dǎo)至所述至少一個(gè)檢測(cè)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)輻射源包括用于發(fā)射同步信號(hào)的裝置，所述同步信號(hào)包括: 第一振蕩器和第二振蕩器，其分別被配置來(lái)生成具有第一頻率的第一電信號(hào)和具有第二頻率的第二電信號(hào)； 第一驅(qū)動(dòng)單元和第二驅(qū)動(dòng)單元，其電耦合到所述第一振蕩器和所述第二振蕩器； 第一光發(fā)射兀件和第二光發(fā)射兀件，其適于生成第一光信號(hào)和第二光信號(hào)，所述第一光發(fā)射元件和所述第二光發(fā)射元件電耦合到所述第一驅(qū)動(dòng)單元和所述第二驅(qū)動(dòng)單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括: 雙色光束組合器，其被配置來(lái)將所述第一光信號(hào)和所述第二光信號(hào)組合成單個(gè)光束，所述光束包括分別具有第一調(diào)制頻率(Fl)的第一光波長(zhǎng)(λ I)和第二調(diào)制頻率(F2)的第二光波長(zhǎng)(λ 2)的分量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括:參考檢測(cè)器，其被配置來(lái)接收和測(cè)量所述雙色光束組合器上的光入射的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備進(jìn)一步包括: 檢測(cè)-放大器單元，其包括適于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述檢測(cè)-放大器單元接收到的所述第一光信號(hào)和所述第二光信號(hào)的電信號(hào)并且將得到的電信號(hào)放大的光感測(cè)裝置； 第一同步檢測(cè)器和第二同步檢測(cè)器，其被配置來(lái)接收所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)，并且從所得到的電信號(hào)中提取分別處于波長(zhǎng)λ?和頻率Fl以及波長(zhǎng)λ2和頻率F2的透射信號(hào)的幅度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于測(cè)量所述組織厚度的所述裝置包括其中包括電位計(jì)、光學(xué)測(cè)量裝置、旋轉(zhuǎn)可變差動(dòng)變壓器(RVDT)和線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)的一組設(shè)備中的一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括用于測(cè)試所述設(shè)備的計(jì)量裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述計(jì)量裝置包括由具有已知光學(xué)性質(zhì)和厚度的透射材料構(gòu)成的測(cè)試架。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括用以消除所測(cè)量透射信號(hào)中的外部干擾的裝置。
17.一種用于測(cè)量受試者的膽紅素水平的方法，其包括以下步驟: 向所述受試者的活組織施加轉(zhuǎn)白壓力； 測(cè)定所述受試者的轉(zhuǎn)白組織的厚度； 使至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)透射穿過(guò)受試者的轉(zhuǎn)白組織； 檢測(cè)并記錄透射穿過(guò)具有轉(zhuǎn)白壓力施加在其上的所述組織的信號(hào)；以及 使用從所述所記錄信號(hào)和所述厚度處獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算所述受試者的所述膽紅素水平。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟: 計(jì)量被配置來(lái)測(cè)量所述膽紅素水平的設(shè)備；以及 計(jì)算第一校準(zhǔn)常數(shù)(AO)和第二校準(zhǔn)常數(shù)(Al)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述透射的步驟包括以下步驟: 配置用于輻射所述受試者的活組織的至少一個(gè)輻射源。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括計(jì)量步驟，所述計(jì)量步驟包括以下步驟: 使至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)透射穿過(guò)具有已知光學(xué)性質(zhì)和厚度的透射材料； 檢測(cè)并記錄透射穿過(guò)所述透射材料的所述信號(hào)和厚度測(cè)量裝置的所述信號(hào)； 根據(jù)以下方程式計(jì)算各波長(zhǎng)處的組織透射率Τ( λ):
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中計(jì)算所述膽紅素水平的所述步驟根據(jù)以下方程式:
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟包括以下步驟 去除環(huán)境噪聲和來(lái)自所接收的信號(hào)的干擾以及來(lái)自環(huán)境光的干擾。
【文檔編號(hào)】A61B5/1455GK103747732SQ201280039213
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月20日
【發(fā)明者】J·莫爾肖, E·茲摩拉 申請(qǐng)人:內(nèi)蓋夫本·古里安大學(xué)研究與發(fā)展機(jī)構(gòu), 莫爾研究應(yīng)用有限公司