用于测量胆红素水平的非侵入式设备和方法
【专利摘要】本发明提供一种用于测量胆红素水平的经皮非侵入式设备和方法。所述设备和方法利用与处理装置连通的光学、电学和机械装置，来计算血清胆红素浓度。向其厚度经过测量的组织施加转白压力。由所述组织的所述厚度和所检测和所测量的透射穿过所述活组织的辐射的值，来计算所述胆红素水平。
【专利说明】用于测量胆红素水平的非侵入式设备和方法
发明领域
[0001]本发明涉及用于测量活组织中胆红素水平的医疗设备。更具体地说，本发明涉及用于估测新生受试者的胆红素水平以诊断黄疸的非侵入式设备和方法。[0002]发明背景
[0003]黄疸在新生婴儿中是相当常见的，并且推测是出生后代谢和生理调节的结果。通常，黄疸在相当短的时间段内消失。在许多情况下，早期检测到黄疸并且经过有效治疗，从而在相当短的时间段内治愈婴儿。当婴儿患有黄疸时，血清胆红素通常上升到高水平。在极端情况下，可能会发生称为核黄疸的脑损害病状，从而造成显著的终身残疾。在其它极端情况下，黄疸可以严重进展，并且甚至造成死亡。通常通过侵入式血液化验来诊断黄疸，其中血液样品通常取自脚后跟。虽然认为此血液化验是安全的，但是血液样品的获得对于新生婴儿而言是一个不舒适的侵入式过程。
[0004]Yamanishi的US4，267，844涉及电光医疗仪器，提供所述电光医疗仪器用于非侵入式地测量皮肤组织中胆红素的存在。此公布中的仪器利用闪光源和光学装置，来提供照射皮肤组织的光束。通过光学装置将一部分反射光收集并且分成两个分量:一个分量，其具有455nm的中心波长，已知其为皮肤组织中的胆红素所高度吸收；以及另一个分量，其具有大于500nm的波长，皮肤组织中的胆红素对它的吸收很低。通过光电变换器测量这些光学信号，其中的电输出被放大，并且接着用于通过对数转换器计算胆红素指示。调用用户获得的校准将胆红素指示转换成血清胆红素浓度。
[0005]Aldrich的US6，064，898涉及使用分光光度测定法的非侵入式血液组分分析仪。此公布中的分析仪利用具有根据目标血液组分选择的多种波长的透射光的测量。用于导出血液组分的参数各自由相关测量信号的收缩值与舒张值之间的差给出。提到的可见光波长为420nm、548nm、506nm、521nm、569nm和586nm。建议将前两个用于皮肤组织中胆红素浓度的测量。
[0006]另一种非侵入式胆红素测量仪器在Eppstein的US5, 792, 049中描述,其中在若干可见光和接近红外线的波长处测量皮肤组织的反射比。利用反射比的测量值来得到血清胆红素浓度的估测。为校准仪器，在所述相同波长处测量校准目标的反射比。
[0007]本发明的一个目标是提供一种用于应用非侵入式测量来检测受试者的胆红素水平的方法和装置。本发明的另一个目标是提供一种用于应用非侵入式测量来以快速并且简单的方式检测受试者的胆红素水平的方法和装置。
[0008]本发明的其它目标和优点将随着描述的进行而变得显而易见。
[0009]附图简述:
[0010]在附图中通过举例的方法来说明本发明，其中相同标记始终表示相同元件，在附图中:
[0011]图1示意性图示根据本发明的一个一般性实施方案的用于测量胆红素水平的设备;
[0012]图2是图示用于操作图1中所示设备的方法的流程图；[0013]图3A至图3C示意性图示用于利用同步检测方法操作本发明的设备的本发明的一个实施方案，其中图3A示出测量设置的图示，图3B示出辐射源的实施方案的图示，并且图3C示出同步检测器的实施方案的图示；
[0014]图4A和图4B示意性图示利用闪光管作为光源的本发明的另一个实施方案，其中图4A示出可能性测量设置，并且图4B示出检测单元的可能性实施方案；并且
[0015]图5A和图5B示意性图示根据本发明的另一个实施方案的用于测量胆红素水平的设备，其中图5A示出设备的透视图，并且图5B示出设备的后视图。
[0016]应注意，附图中示例的实施方案不意图按比例绘制，而是呈图示形式以便于理解和描述。
[0017]发明概述
[0018]本发明给出一种用于通过使辐射透射穿过受试者的活组织来非侵入式测量胆红素水平的系统和设备。向组织施加转白压力，并且还对组织的厚度进行测量。
[0019]在本发明的实施方案中，提供一种用于测量受试者的胆红素水平的非侵入式设备。设备包括用于辐射受试者的活组织的至少一个辐射源，用于检测透射穿过组织的射线的至少一个检测器，用于向受试者的活组织的部分施加转白压力的装置；用于测量受试者的活组织的部分的厚度的装置，其中辐射正在透射穿过所述活组织，以及连接到辐射源、检测器和厚度测量装置的处理装置。辐射源被配置来以至少两个波长发射辐射。处理装置被配置使用从检测器和厚度测量装置处获得的数据，计算受试者的胆红素水平。
[0020]此外，根据本发明的一个实施方案，用于施加转白压力的装置包括其中包括一对可旋转臂、单个移动或旋转臂，以及夹子或钳子设备的一组设备中的一个，其被配置附接到正在测量的组织。
[0021]此外,根据本发明的一个实`施方案,波长可包括在520nm±5nm范围内的第一波长(入I)和在470nm土 IOnm范围内的第二波长(λ 2)。
[0022]此外，根据本发明的一个实施方案，辐射源包括一组中的一个，所述组包括:至少两个激光二极管、至少两个发光二极管(LED)、以及至少一个激光二极管连同至少一个LED。或者，辐射源可包括白光发射极和用于过滤所发射白光的两个滤光器。
[0023]此外，根据本发明的一个实施方案，设备进一步包括光学装置，其被配置来将从至少一个辐射源发射的光束向着受试者的活组织引导。
[0024]此外，根据本发明的一个实施方案，设备进一步包括光导向装置和光学耦合装置，其中光学耦合装置被配置来将从光导向装置接收的光束引导至检测器。
[0025]此外，根据本发明的一个实施方案，光束在不同的时间透射穿过组织。
[0026]此外，根据本发明的一个实施方案，辐射源包括用于发射同步信号的装置。同步信号可包括第一振荡器和第二振荡器，其分别被配置来生成具有第一频率的第一电信号和具有第二频率的第二电信号；第一驱动单元和第二驱动单元，其电耦合到第一振荡器和第二振荡器；第一光发射兀件和第二光发射兀件，其适于生成第一光信号和第二光信号。第一光发射元件和第二光发射元件可电耦合到第一驱动单元和第二驱动单元。
[0027]此外，根据本发明的一个实施方案，设备进一步包括双色光束组合器，其可被配置来将第一光信号和第二光信号组合成单个光束。光束可包括分别具有第一调制频率(Fl)的第一光波长(λ I)和第二调制频率(F2)的第二光波长(λ 2)的分量。[0028]此外，根据本发明的一个实施方案，设备进一步包括参考检测器，其被配置来接收和测量双色光束组合器上的光入射的一部分。
[0029]此外，根据本发明的一个实施方案，设备进一步包括检测-放大器单元，其具有适于产生对应于检测-放大器单元接收到的第一光信号和第二光信号的电信号并且将得到的电信号放大的光感测装置；第一同步检测器和第二同步检测器被配置来接收第一信号和第二信号，并且从得到的电信号中提取分别处于波长λ I和频率Fl以及波长λ2和频率F2的透射信号的幅度。
[0030]此外，根据本发明的一个实施方案，用于测量厚度的装置包括其中包括电位计、光学测量装置、旋转可变差动变压器(RVDT)和线性可变差动变压器(LVDT)的一组设备中的一个。
[0031 ] 此外，根据本发明的一个实施方案，设备进一步包括用于测试设备的计量装置。计量装置可包括由具有已知光学性质和厚度的透射材料构成的测试架。
[0032]此外，根据本发明的一个实施方案，设备进一步包括用以消除所测量透射率信号中的外部干扰的装 置。
[0033]另外，本发明提供一种用于测量受试者的胆红素水平的方法。方法包括以下步骤:
[0034]向受试者的活组织施加转白压力；
[0035]测定受试者的转白组织的厚度；
[0036]使至少两个不同波长透射穿过受试者的转白组织；
[0037]检测并记录透射穿过具有转白压力施加在其上的组织的信号；以及
[0038]使用从所记录信号和厚度处获得的数据，计算受试者的胆红素水平。
[0039]此外，根据本发明的一个实施方案，方法进一步包括计量被配置来测量胆红素水平的设备的步骤。此外，根据本发明的一个实施方案，方法进一步包括计算第一校准常数(A0)和第二校准常数(A1)的步骤。
[0040]此外，根据本发明的一个实施方案，透射的步骤包括配置用于辐射受试者的活组织的至少一个辐射源的步骤。
[0041 ] 此外，根据本发明的一个实施方案，方法进一步包括计量步骤，其包括以下步骤:
[0042]使至少两个不同波长透射穿过具有已知光学性质和厚度的透射材料；
[0043]检测并记录透射穿过透射材料的信号和厚度测量装置的信号；
[0044]根据以下方程式计算各波长处的组织透射率T ( λ ):
[0045]T(X) =JTW 黑
[0046]其中:
[0047]JT(A)为测试架中的透射材料在波长λ处的已知透射率；
[0048]UT(A)为响应于处于波长λ的光透射穿过组织所记录的检测器信号；并且
[0049]UJ(A)为响应于处于波长λ的光透射穿过透射材料所记录的检测器信号；以及
[0050]根据以下方程式计算组织厚度d:
[0051]d = W
3 Ujd[0052]其中Jd为透射材料的已知厚度；
[0053]Ud为在测量组织时，厚度测量装置的所记录信号；并且
[0054]UJd为在测量测试架时，厚度测量装置的所记录信号。
[0055]此外，根据本发明的一个实施方案，根据以下方程式计算胆红素水平:
[0056]
【权利要求】
1.一种用于测量受试者的胆红素水平的非侵入式设备，其包括: 用于辐射受试者的活组织的至少一个辐射源，所述至少一个辐射源被配置来以至少第一波长和至少第二波长发射福射； 用于检测透射穿过所述组织的射线的至少一个检测器； 用于向所述受试者的活组织的部分施加转白压力的装置； 用于测量所述受试者的活组织的所述部分的厚度的装置，其中辐射正在透射穿过所述活组织；以及 与所述至少一个辐射源、所述至少一个检测器和用于测量厚度的所述装置连通的处理装置， 其中所述处理装置被配置使用从所述至少一个检测器和所述厚度测量装置获得的数据，计算所述受试者的所述胆红素水平。
2.根据权利要求1所述的设备，其中用于施加转白压力的所述装置包括其中包括一对可旋转臂、单个移动或旋转臂，以及夹子或钳子设备的一组设备中的一个，其被配置附接到正在测量的所述组织。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少第一波长和所述至少第二波长包括在520nm±5nm范围内的第一波长(λ I)和在470nm± IOnm范围内的第二波长(λ 2)。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个辐射源包括一组中的一个，所述组包括至少两个激光二极管、至少两个发光二极管(或LED)，以及至少一个激光二极管连同至少一个LED。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个辐射源包括白光发射极和用于过滤所发射白光的至少两个滤光器。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述设备进一步包括光学装置，其被配置来将从所述至少一个辐射源发射的光束向着所述受试者的活组织引导。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述光束在不同的时间透射穿过所述组织。
8.根据权利要求4所述的设备，其中所述设备进一步包括光导向装置和光学耦合装置，所述光学耦合装置被配置来将从所述光导向装置接收的光束引导至所述至少一个检测器。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个辐射源包括用于发射同步信号的装置，所述同步信号包括: 第一振荡器和第二振荡器，其分别被配置来生成具有第一频率的第一电信号和具有第二频率的第二电信号； 第一驱动单元和第二驱动单元，其电耦合到所述第一振荡器和所述第二振荡器； 第一光发射兀件和第二光发射兀件，其适于生成第一光信号和第二光信号，所述第一光发射元件和所述第二光发射元件电耦合到所述第一驱动单元和所述第二驱动单元。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述设备进一步包括: 双色光束组合器，其被配置来将所述第一光信号和所述第二光信号组合成单个光束，所述光束包括分别具有第一调制频率(Fl)的第一光波长(λ I)和第二调制频率(F2)的第二光波长(λ 2)的分量。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备进一步包括:参考检测器，其被配置来接收和测量所述双色光束组合器上的光入射的一部分。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述设备进一步包括: 检测-放大器单元，其包括适于产生对应于所述检测-放大器单元接收到的所述第一光信号和所述第二光信号的电信号并且将得到的电信号放大的光感测装置； 第一同步检测器和第二同步检测器，其被配置来接收所述第一信号和所述第二信号，并且从所得到的电信号中提取分别处于波长λ?和频率Fl以及波长λ2和频率F2的透射信号的幅度。
13.根据权利要求1所述的设备，其中用于测量所述组织厚度的所述装置包括其中包括电位计、光学测量装置、旋转可变差动变压器(RVDT)和线性可变差动变压器(LVDT)的一组设备中的一个。
14.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括用于测试所述设备的计量装置。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述计量装置包括由具有已知光学性质和厚度的透射材料构成的测试架。
16.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括用以消除所测量透射信号中的外部干扰的装置。
17.一种用于测量受试者的胆红素水平的方法，其包括以下步骤: 向所述受试者的活组织施加转白压力； 测定所述受试者的转白组织的厚度； 使至少两个不同波长透射穿过受试者的转白组织； 检测并记录透射穿过具有转白压力施加在其上的所述组织的信号；以及 使用从所述所记录信号和所述厚度处获得的数据，计算所述受试者的所述胆红素水平。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括以下步骤: 计量被配置来测量所述胆红素水平的设备；以及 计算第一校准常数(AO)和第二校准常数(Al)。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述透射的步骤包括以下步骤: 配置用于辐射所述受试者的活组织的至少一个辐射源。
20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括计量步骤，所述计量步骤包括以下步骤: 使至少两个不同波长透射穿过具有已知光学性质和厚度的透射材料； 检测并记录透射穿过所述透射材料的所述信号和厚度测量装置的所述信号； 根据以下方程式计算各波长处的组织透射率Τ( λ):
21.根据权利要求18所述的方法，其中计算所述胆红素水平的所述步骤根据以下方程式:
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述检测步骤包括以下步骤 去除环境噪声和来自所接收的信号的干扰以及来自环境光的干扰。
【文档编号】A61B5/1455GK103747732SQ201280039213
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2011年7月20日
【发明者】J·莫尔肖, E·兹摩拉 申请人:内盖夫本·古里安大学研究与发展机构, 莫尔研究应用有限公司