CN103747732A - 用于测量胆红素水平的非侵入式设备和方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

用于测量胆红素水平的非侵入式设备和方法

发明领域

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。

发明背景

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图简述：

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：

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；

图2是图示用于操作图1中所示设备的方法的流程图；

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；

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

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。

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。

发明概述

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。

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。

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。

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(λ1)和在470nm±10nm范围内的第二波长(λ2)。

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。

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。

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。

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。

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；第一光发射元件和第二光发射元件，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。

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(F1)的第一光波长(λ1)和第二调制频率(F2)的第二光波长(λ2)的分量。

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。

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λ1和频率F1以及波长λ2和频率F2的透射信号的幅度。

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。

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。

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。

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：

向受试者的活组织施加转白压力；

测定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组织的信号；以及

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。

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。

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。

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：

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透射材料的信号和厚度测量装置的信号；

根据以下方程式计算各波长处的组织透射率T(λ)：

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\mathrm{JT}\left(\mathrm{\λ}\right)\frac{\mathrm{UT}\left(\mathrm{\λ}\right))}{\mathrm{UJ}\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中：

JT(λ)为测试架中的透射材料在波长λ处的已知透射率；

UT(λ)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

UJ(λ)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

根据以下方程式计算组织厚度d：

$d=\mathrm{Jd}\frac{\mathrm{Ud}}{\mathrm{UJd}}$

其中Jd为透射材料的已知厚度；

Ud为在测量组织时，厚度测量装置的所记录信号；并且

UJd为在测量测试架时，厚度测量装置的所记录信号。

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：

$B\hat{R}=A_0+A_1\frac{1}{d}{\log }_e\frac{T\left(\mathrm{\λ}1\right)}{T\left(\mathrm{\λ}2\right)}$

其中：

-计算得到的血清胆红素水平指示，以mg/dl或μmol/L计

A₀-第一校准常数；

A₁-第二校准常数；

d-所测量组织的厚度(例如，以毫米计)；

T(λ)-对于具有波长(λ)的光，所计算的组织的透射率。

此外，根据本发明的一个实施方案，检测光学信号的步骤包括去除环境噪声和来自所接收信号的干扰的步骤。

发明详述

本发明人发现，可通过使用与处理装置连通的光学、电和机械装置，通过在患者的活组织上执行经皮非侵入式测量，来推断活体受试者的血清胆红素水平。辐射透射穿过活组织，并且通过检测器或传感器来测量。还对组织的厚度进行测量。处理装置可被配置基于所测量和所检测的值，来计算血清胆红素浓度。

图1示出根据本发明的一个一般性优选实施方案的用于测量胆红素水平的设备10。设备10包括外壳12(包括与辐射源12s连通的处理装置12c)、光学传感器装置12r、报警装置18(任选)、用于由操作者使用的输入装置19，以及显示装置20。可通过在白光发射极后面接着(例如)能够将发射的辐射分成两个不同波长λ1和λ2的两个光学带通滤光器、两个激光二极管或两个发光二极管来实现辐射源12s。通过实验，发现给出最佳结果的波长为520nm±5nm和470nm±10nm。然而，本领域技术人员将认识到，这些范围之外的波长也可用于测量和得到胆红素水平的指示。

因此，设备还可包括光学装置(未示出)，其被配置来引导由来自辐射源12s的光发射极发射的光束。传感器12r还可包括光学耦合装置(未示出)，其被配置来将光束引导至包括在其中的光学检测器(未示出)。

在替代性实施方案中，设备可直接透射和接收光，而不需要光导向装置。

在本发明的一个实施方案中，设备10可包括组织厚度测量装置，如包括(例如)一对可旋转臂14a和14b的设备。可旋转臂对14a和14b可包括通过各自的铰链13a和13b在一端附接至外壳12的伸长部分，以及位于其自由端的各自的弯曲部分14n，所述自由端被配置来在可旋转臂14a和14b的末端处界定两个接触表面14m，其中接触表面14m以相对关系彼此面对。可旋转臂14a和14b因此可围绕其各自的铰链13a和13b旋转，并且所述可旋转臂14a和14b进一步包括沿着它们的长和弯曲部分14n穿过的各自的光导向装置5和6。

在本发明的另一个实施方案中，组织厚度测量装置可包括夹子或钳子设备，其被配置附接到正在测量的组织。

光导向装置5可适于将从辐射源12s发射的光传递到放置在可旋转臂14a和14b的自由末段之间的物体17。物体17是受测试的组织，或测试架(未示出)。正在测试的组织可以是其中可测量组织厚度的任何组织，例如像耳朵的顶部或耳垂。

光导向装置6可适于收集透射穿过物体17的光，并且将所述光传递至传感器装置12r。从活动臂14a的铰接端出来的光导向装置5的第一端5i适于接收从辐射源12s发射的光辐射并且将所述光辐射传递至其另一端5f，所述另一端5f与可旋转臂14a的接触表面14m对齐，用于将穿过其中的光发射到物体17。光导向装置6可适于通过与可旋转臂14b的接触表面14m对齐的相应末端6f，收集透射穿过物体17的光，以使透射穿过物体的光被收集并且穿过其中并经由其另一末端6j发射到传感器12r中的光学检测器装置。可通过(例如)任何合适的纤维光学装置来实现光导向装置5和6。光辐射源还可经由其它光学装置连接到14m，并且传感器还可经由其它光学装置连接到接触表面14m。

在替代性实施方案中，传感器还可接近耳朵定位，而不需要传输光。

设备10包括用于操作设备的输入装置19。这些输入装置可包括按钮、开关及类似物，以使操作者可以选择所需的设备操作模式，并且开始其操作。设备可包括两个主要模式：“计量”模式和“测量”模式。

在测量模式中，在从输入装置19接收到适当的启动命令之后，处理装置12c发送信号到辐射源12s，以生成处于第一波长λ1(例如520nm)的光。发射的光穿过可嵌入或附接到可旋转臂14a的光导向装置5。传输穿过光导向装置5的光可在可与可旋转臂14a的接触表面14m对齐的其远端5f发射，并且穿过物体17(例如像耳朵的顶部部分)。

可通过与可旋转臂14b的表面14m对齐的光导向装置6收集透射穿过17的光。收集到的光传递穿过光导向装置6并且发射穿过其6j到传感器装置12r，所述传感器装置12r测量透射穿过组织17的光的幅度。可通过处理装置将得到的信号采样并且储存在其存储器中。随着处理装置12c发送另一个信号到辐射源12s，以发射处于第二波长λ2(例如470nm)的光辐射，操作继续进行。发射的光以相同路径行进穿过光导向装置5，到组织17并且到收集透射穿过组织17的光的光导向装置6，并且到测量透射穿过组织17的光的幅度的传感器装置12r。可通过处理装置将得到的信号采样并且储存在其存储器中。

另外，处理装置可读取并且储存厚度测量装置12t的输出(在下文中说明)。

在计量模式中，发生相同的顺序，然而，在此情况下，物体17是测试架，而不是组织17。测试架可含有已知光学性质和厚度的透射材料，如中性密度滤光器，P63-385(Edmund Optics)。

通过处理装置，将各波长处的组织透射率T(λ)作为已知的架透射率JT(λ)和组织透射信号UT(λ)与架透射信号UJ(λ)的比的乘积来计算，如以下方程式中所示：

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\mathrm{JT}\left(\mathrm{\λ}\right)\frac{\mathrm{UT}\left(\mathrm{\λ}\right))}{\mathrm{UJ}\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(1\right)$

通过处理装置，将组织厚度d作为已知的架厚度Jd和组织净厚度信号Ud与架净厚度信号UJd的比的乘积，在以下方程式中计算：

$d=\mathrm{Jd}\frac{\mathrm{Ud}}{\mathrm{UJd}}---\left(2\right)$

净厚度信号是实厚度信号与偏置信号之间的差。调节后者，以使当移除物体17并且臂相接触时，将把d登记为零。

在对组织的厚度和组织在λ1和λ2波长处的透射率进行计算之后，处理装置12c对血清胆红素水平的估测进行计算，如下文中的描述所说明。如果由处理装置12c计算的胆红素水平指示高胆红素水平(例如，大于例如12mg/dl的阈值的水平)，那么可由处理装置12c发出相应指示，其通过发送信号到可看到和/或可听到的报警装置18(例如像喇叭或呼叫器)，来对所测量的结果表明受试者的黄疸病状的高可能性进行报警。优选提供电源装置(例如，可充电电池-未示出)来给设备10的电子元件供能。

在本发明的一个实施方案中，在对胆红素水平进行计算之后，处理装置可发送信号到数字显示装置，用于显示胆红素水平的计算结果。

如图1中所示，弹簧16或任何其它合适的弹性元件，可用于机械地连接在可旋转臂14a与14b之间。弹簧16适于在组织测量期间，在保持在可旋转臂14a与14b之间的组织17上施加压力。弹簧16优选被配置使可旋转臂14a和14b集合在一起并且在组织17上施加压力，以使所述可旋转臂14a和14b施加在组织17上的力超过收缩压，以使透射穿过组织17的光提供穿过已经从其排出血液的组织块的光透射率的指示。此施加压力在本文中称为“转白压力”。转白压力优选大于收缩压。

厚度测量装置12t也优选提供于外壳12中，用于测量可旋转臂14a和14b的端部14m之间的距离d。如图1中所示例，可通过电位计或线性可变差动变压器(LVDT)实现厚度测量装置12t，其适用于测量所测试组织17的厚度(或宽度)d。处理装置12c适于获得通过厚度测量装置12t获得的组织厚度d读数，其接着用于计算所测试组织中的胆红素水平。

本领域技术人员将认识到，可通过任何合适的方法，如通过光学装置、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)，来实现厚度测量装置12t。

在图1中所示的优选实施方案中，使用两个可旋转臂14a和14b。在本发明的一个特定优选实施方案中，仅一个臂制成可旋转的，而另一个臂固定地附接到外壳12。然而，有利的是两个臂14a和14b均为可旋转的，因为在此构型中，由于两个臂14a和14b相对于外壳12自由移动，所以由操作者的手诱导的移动和振动在操作设备10时大致上被消除。

本发明进一步提供一种用于测量活组织中胆红素水平的方法。图2中所示的框图中示出的方法基于通过方程式(3)对胆红素水平指示的计算：

$B\hat{R}=A_0+A_1\frac{1}{d}{\log }_e\frac{T\left(\mathrm{\λ}1\right)}{T\left(\mathrm{\λ}2\right)}---\left(3\right)$

其中：

-计算得到的血清胆红素水平指示，以mg/dl或μmol/L计

A₀-第一校准常数；

A₁-第二校准常数；

d-所测量组织的厚度(例如，以毫米计)；

T(λ)-对于波长(λ)的光，根据方程式(1)计算的组织的透射率。

方程式(3)是在发明人进行彻底的研究之后得出的，其中在预定通过标准血液化验进行胆红素测量的新生儿中进行光透射率和组织厚度的测量。导出第一归一化常数和第二归一化常数，以使在最小平方意义上使真实胆红素水平与根据方程式(3)计算的水平之间的差最小化。

现在参考图2，所述图2是示出用于操作设备10的方法的流程图。校准常数A₀和A₁将在工厂中，在制造期间，就已储存在设备的存储器中。方法可包括计量步骤21，所述步骤在制造过程或优选定期(例如像每天在开始任何测量之前)执行。计量步骤包括读取测试架的透射信号和厚度信号，以及将所述信号储存在处理装置12c的存储器中用于后续计算。

在步骤22中，经过测试的组织17(例如像耳朵的顶部部分)放置在设备臂(14a与14b)之间。臂如上文所述紧密压在一起，以在组织17上施加转白压力。接着在步骤23中测量和记录加压组织的厚度信号，并且在步骤24中以两个波长(λ1和λ2，例如像520nm和470nm)发射光信号。对相应透射信号进行测量并且记录所述测量。

在步骤25中，校准常数应用于所测量的变量，以计算组织厚度和在520nm和470nm波长处的透射率。在步骤26中，根据方程式(3)计算所估测的胆红素水平，并且将所述所估测的胆红素水平传输到显示装置20。

任选地，在步骤27中，检查在步骤26中所计算的胆红素水平指示是否高于预定水平(Thr)。接着在步骤28中，设备10指示在受试者中测量到高胆红素水平(有黄疸病状的风险)，可如步骤29中所指示需要进一步测试。如果在步骤27中确定胆红素水平低于预定水平，那么在步骤30中，设备10指示测量到低的或正常的胆红素水平。

在本发明的另一个实施方案中，可使用信号Ud、UT(λ1)和UT(λ2)代替方程式(3)中的d、T(λ1)和T(λ2)。在这种情况下，不同的归一化常数将代替A0和A1来反映方程式(3)中变量的改变。

根据本发明的一个实施方案，胆红素测量设备10同时生成520nm和470nm的光束，持续较短时间段。透射信号同时到达光学检测器装置，在所述光学检测器装置中，所述透射信号根据其波长分开，并且被测量和储存。随着如上所述计算、显示和经由报警装置18报警，此实施方案的操作继续进行。

根据本发明的一个实施方案，胆红素测量设备进一步适于消除可在所测量的透射率信号(例如，荧光或任何其它此类光源)中引入噪音和其它此类干扰的外部影响。图3A至图3C示出其中使用同步检测来大致上去除干扰的光信号的实现的一个优选实施方案。

图3A提供透射率测量期间光导向臂14a和14b的示意图。光束100进入臂14a、离开臂14a进入测试组织17中。透射光由臂14b收集并且作为光束200离开所述臂14b。

图3B是示出适用于执行本发明的同步检测技术的辐射源101的一个优选实施方案的框图。辐射源101包括标记为103和104的两个振荡器，其被配置来生成分别具有频率F1和F2的两个不同的电信号。辐射源101进一步包括电耦合到振荡器103和104的两个驱动单元105和106，以及适于生成具有中心波长λ1和λ2(例如像520nm和470nm)的光信号的两个光发射元件(例如像发光二极管(LED)或激光二极管)107和108，其电耦合到驱动单元105和106。在此构型中，由驱动单元105和106使用由振荡器103和104生成的信号作为调制信号，用于启动光发射元件107和108，以使它们同时产生处于由振荡器103和104产生的相应频率F1和F2的光信号。因此，在操作中，光发射元件107和108分别产生具有F1频率和λ1波长的光信号109和具有F2频率和λ2波长的光信号110。

如上所述，在本发明中，待透射穿过组织17的光束在520nm±5nm和470nm±10nm波长范围中，并且分别在频率F1和F2处进行调制。应注意，F1和F2频率为预定频率。发射的光信号109和110耦合到合适的光束组合装置102(例如双色光束组合器)，其将光信号109和110组合成单个光束100，所述单个光束100包括分别既具有光波长(520nm±5nm和470nm±10nm)，又具有调制频率(F1和F2)的分量。

在替代性实施方案中，可在光发射元件107和108与光束组合装置102之间插入任选滤光器(未示出)。在另一个替代性实施方案中，可使用参考检测器(未示出)来监测由光发射元件107和108生成的光束的强度。参考检测器接收光束组合装置102上的一部分光入射。

在替代性实施方案中，光束(例如蓝色和绿色)可在不同的时间透射穿过组织17，而不是通过使用不同频率F1和F2来调制光束。为了消除环境光，将照射设备关掉进行光的测量。在预定时间段后(在测量照射的读数后)得到后者测量的读数，并且将其从照射的读数中扣除，获得净照射。可通过环境光的性质确定预定时间段。

关于示出检测单元201的一个实施方案的图3C，透射光束200进入检测单元201，其中通过光学装置202(例如像透镜)将所述透射光束200聚焦，并且将其引入检测-放大器单元203中。检测-放大器单元203包括光感测装置，其适于产生对应于检测器/放大器单元203所接收的光信号的电信号，并且将得到的电信号放大。检测/放大器单元203产生的放大信号e(t)馈入两个同步检测器205和206中，所述两个同步检测器205和206也适于接收由振荡器103和104产生的分别处于频率F1和F2的信号。同步检测器205适于从电信号e(t)中提取处于波长λ1和频率F1的透射信号的幅度。同步检测器206适于从电信号e(t)中提取处于波长λ2和频率F2的透射信号的幅度。接着，同步检测器205和206的输出馈入处理装置12c中。

处理装置12c适于将接收的电信号采样、根据方程式(3)计算胆红素水平，以及在显示装置20中显示所计算的结果值，并且根据需要发出报警指示。

根据本发明的另一个实施方案，可使用闪光管作为光源，如图4A和图4B中所示。闪光管通常产生包括广泛的波长谱的短脉冲的光辐射。闪光管附件30包括闪光管31、给闪光管供能的电源34，以及用于在来自处理装置12c的命令之后启动闪光管31的触发器单元33。

闪光管31产生脉冲光束32，其行进穿过臂14a(穿过光导向装置5)、透射穿过组织17、被收集并且传导穿过臂14b，并且作为光束35射出。

光束35进入光学单元40，其中通过光学装置41(透镜)将所述光束35聚焦，并且其后经过分束装置42(例如，双色分束器)，其将光束分成两个分量光束：透射光束44，其包括处于波长λ1(约520nm±5nm)的组织透射光，以及反射光束45，其包括处于波长λ2(约470nm)的组织透射光。

关于图4B，光束44和45进入电子-光学单元50，其包括双带通滤光器/检测器单元51和52。单元51中的带通滤光器适于使处于波长λ1的组织透射光通过至检测器，而阻碍光束44的所有其它的光谱分量。检测器生成对应于处于波长λ1的组织透射光的幅度的电信号。同样，滤光器/检测器单元52接收光束45，并且提供对应于处于波长λ2的组织透射光的幅度的电信号。峰值检测器53和54采样并且保持单元51和52生成的电信号的峰值。处理装置12c将这些峰值转换成数字格式，用于λ1和λ2处的组织透射率的计算。

处理装置12c根据方程式(3)计算胆红素水平指示，并且提供结果值以在显示装置20中显示。

图5A和图5B示出本发明的另一个实施方案，示出设备300的正面透视图和后视图。设备300包括以上所说明的实施方案的主要元件(但是在图5中未示出)。设备300进一步包括用于输入设备操作命令的操作按钮301和用于启动设备300的启动按钮305。按钮301和305为输入装置19的可能性实施方案。

设备300包括固定臂312r和可移动臂314，其中使用力元件(如弹簧，未示出)保持所述固定臂312r和所述可移动臂314彼此相对齐平。设备300的操作者可以使杆306接合，以在臂312r与臂314之间张开间隙，以使可以将组织17或测试架放置在间隙中。当杆306释放时，弹簧将施加转白压力，以将血液从臂之间的组织中排出。一个臂将照射光运送至组织，而另一个臂接收透射穿过组织的光并且将其传递至检测单元。

可通过电位计或LVDT(未示出)或通过任何其它厚度测量元件来测量组织的厚度d。

处理装置12c(未示出)如上文所说明计算胆红素水平指示。可提供电源(未示出)来给设备300中的所有元件供应能量。能够通过电池充电连接器307对电源进行充电。显示装置20可以是显示屏356，提供所述显示屏356用于以数字形式或以图形形式(其中测量值显示为列线图上的点)显示所测量的胆红素水平，并且用于操作辅助。

设备300可包括用于以最有效方式操作的条型码读取器320。启动按钮305可启动条型码读取器320，以将患者的数据储存在板上。在通过设备300对胆红素水平进行测量之后，用户可以经由数据输出口321，将患者数据连同胆红素水平结果一起传输至外部资料处理系统(例如，个人计算机、保健计算机系统等)。以这种方式，可以在非常短的时间段内测量患者的胆红素水平并且将结果记录在中央计算机上。所有这些均以非侵入式方式执行。

虽然已经通过说明的方法对本发明的一些实施方案进行描述，但是将显而易见的是，在不背离本发明的精神或权利要求书的范围的情况下，可以通过许多修改、变型和调整，并且通过使用本领域技术人员可以理解的大量等同物或替代性方案来实践本发明。

Claims (22)

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辐射；

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(λ1)和在470nm±10nm范围内的第二波长(λ2)。

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；

第一光发射元件和第二光发射元件，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(F1)的第一光波长(λ1)和第二调制频率(F2)的第二光波长(λ2)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λ1和频率F1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(A0)和第二校准常数(A1)。

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T(λ)：

$T\left(\mathrm{\λ}\right)=\mathrm{JT}\left(\mathrm{\λ}\right)\frac{\mathrm{UT}\left(\mathrm{\λ}\right))}{\mathrm{UJ}\left(\mathrm{\λ}\right)}$

其中：

JT(λ)为测试架中所述透射材料在波长λ处的已知透射率；

UT(λ)为响应于处于波长λ的光透射穿过所述组织所记录的检测器信号；并且

UJ(λ)为响应于处于波长λ的所述光透射穿过所述透射材料所记录的检测器信号；以及根据以下方程式计算组织厚度d：

$d=\mathrm{Jd}\frac{\mathrm{Ud}}{\mathrm{UJd}}$

其中，Jd为所述透射材料的已知厚度；

Ud为在测量所述组织时，所述厚度测量装置的所记录信号；并且

UJd为在测量所述测试架时，所述厚度测量装置的所述所记录信号。

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：

$B\hat{R}=A_0+A_1\frac{1}{d}{\log }_e\frac{T\left(\mathrm{\λ}1\right)}{T\left(\mathrm{\λ}2\right)}$

其中：

-计算得到的血清胆红素水平指示，以mg/dl或μmol/L计

A₀-第一校准常数；

A₁-第二校准常数；

d-所测量组织的所述厚度(例如，以毫米计)；

T(λ)-对于具有波长(λ)的光，所计算的组织的透射率。

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。

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