經皮生物光學檢測裝置及經皮黃疸檢測儀的製作方法
2023-05-11 19:41:26
經皮生物光學檢測裝置及經皮黃疸檢測儀的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種經皮生物光學檢測裝置，其包括LED光源、出光鏡、導光鏡、分光鏡、第一濾光片、第一光電傳感器、第二濾光片和第二光電傳感器。LED光源的發射光經由出光鏡照射到待測皮膚上，由待測皮膚的反射光經由導光鏡傳導至分光鏡，並被分光鏡分成兩束，其中一束經由第一濾光片透過後被第一光電傳感器接收，另一束經由第二濾光片透過後被第二光電傳感器接收。該經皮生物光學檢測裝置使用的LED光源較之頻閃氙燈，穩定性強，且不需要使用高壓設備驅動，避免了低頻電磁波輻射的影響，可以提高檢測精度，同時，由於不需要複雜的驅動設備，整個裝置體積小、能耗低、安全係數高。此外，本發明還涉及一種含有該經皮生物光學檢測裝置的經皮黃疸檢測儀。
【專利說明】經皮生物光學檢測裝置及經皮黃疸檢測儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療儀器領域，尤其是涉及一種經皮生物光學檢測裝置及含有該檢測裝置的經皮黃疸檢測儀。
【背景技術】
[0002]傳統的經皮光學檢測儀器，如經皮黃疸檢測儀，光源主要使用頻閃氙燈。圖4為一種氙燈光源的光譜曲線分析，從圖4中可以看出該氙燈的光譜具有較寬的光譜範圍，覆蓋光波的範圍從100到1900nm以上。氙燈光源的寬光譜範圍使其具有良好的顯色特性，然而卻也決定了其具有高功耗的不足，因此在移動儀器中應用會有很多問題，不論在設計中和使用中都會有諸多不便，例如在設計中高電壓的和瞬間電流產生的低頻電磁波的幹擾，在設計放大電路時很難濾除，由於電磁輻射強度太強而引起儀器的精度無法保證。此外，由於頻閃氙燈需要高電壓驅動，在使用和維護過程，體積較大使用不便且安全隱患高。
【發明內容】
[0003]基於此，有必要提供一種測量精度較高、儀器體積較小且較為安全的經皮生物光學檢測裝置及含有該檢測裝置的經皮黃疸檢測儀。
[0004]—種經皮生物光學檢測裝置,包括LED光源、出光鏡、導光鏡、分光鏡、第一濾光片、第一光電傳感器、第二濾光片和第二光電傳感器；所述LED光源的色溫為3700K~5000K ;所述分光鏡與所述第一濾光片配合用於透過波長為460nm的藍光；所述第一光電傳感器用於採集所述第一濾光片的透射光並轉換成相應的第一電信號；所述分光鏡與所述第二濾光片配合用於透過波長為550nm的綠光；所述第二光電傳感器用於採集所述第二濾光片的透射光並轉換成相應的第二電信號；
[0005]所述LED光源的發射光經由所述出光鏡照射到待測皮膚上，由所述待測皮膚反射的反射光經由所述導光鏡傳導至所述分光鏡，並被所述分光鏡分成兩束，其中一束經由所述第一濾光片透過後被所述第一光電傳感器接收，另一束經由所述第二濾光片透過後被所述第二光電傳感器接收。
[0006]在其中一個實施例中，所述LED光源的色溫為4300K~4800K。
[0007]在其中一個實施例中，所述出光鏡及所述導光鏡採用全光譜透光材料製作，透光率不小於90%。
[0008]在其中一個實施例中，所述分光鏡為二向色鏡，能夠透過波長為460nm的光並反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光並反射波長為460nm的光；且所述分光鏡的鏡面與所述導光鏡出射光的夾角為45°。
[0009]在其中一個實施例中，所述第一濾光片為460nm窄帶濾光片。
[0010]在其中一個實施例中，所述第一光電傳感器為光電池或米集波段為350~550nm的色敏傳感器。
[0011] 在其中一個實施例中，所述第二濾光片為550nm窄帶濾光片。[0012]在其中一個實施例中，所述第二光電傳感器為光電池或米集波段為450~650nm的色敏傳感器。
[0013]上述經皮生物光學檢測裝置可廣泛應用於手持醫療檢測儀器中，用於對生物經皮檢測病理，如應用在經皮黃疸檢測儀中，其使用的LED光源較之頻閃氙燈，穩定性強，且不需要使用高壓設備驅動，避免了低頻電磁波輻射的影響，可以提高檢測精度，同時，由於不需要複雜的驅動設備，整個裝置體積小、能耗低、成本低、安全係數也得以提升。
[0014]一種經皮黃疸檢測儀，包括處理器和顯示器，此外，所述經皮黃疸檢測儀還包括上述任一實施例所述的經皮生物光學檢測裝置，其中，所述第一光電傳感器與所述處理器連接並向所述處理器發送所述第一電信號，所述第二光電傳感器與所述處理器連接並向所述處理器發送所述第二電信號，所述處理器將接收的所述第一電信號與所述第二電信號進行比對分析以得到黃疸指數，所述顯示器與所述處理器連接用於顯示所述處理器的分析處理結果。
[0015]在其中一個實施例中，所述經皮黃疸檢測儀還包括信號放大器，所述第一光電傳感器及所述第二光電傳感器經由所述信號放大器與所述處理器連接。
[0016]生物皮下組織對特定波長光的吸收與血清中膽紅素濃度存在密切關係，可利用光照射皮膚後反射光中的藍色光波(波長為460nm)與綠色光波(波長為550nm)之間的強度差來檢測沉積於皮膚組 織內膽紅素的濃度。上述經皮黃疸檢測儀的LED光源照射皮膚後的反射光由分光鏡分成兩道光束，並分別經第一和第二濾光片後得到藍光和綠光，其中，綠光的強度可以反映背光源的光照強度、藍光主要用於反映待測者血液中黃疸值。第一和第二光電傳感器接收的光強度轉換成電壓信號後存在著一定的電壓差值，該電壓差即可反映待測者的黃疸指數，處理器經過分析處理得到該電壓差，可以反映待測者的黃疸指數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為一實施方式的經皮生物光學檢測裝置的結構示意圖；
[0018]圖2為各波段色溫特性的輻射功率示意圖；
[0019]圖3為經分光鏡分成的兩道光束的光強度電壓值的對比關係示意圖；
[0020]圖4傳統的頻閃氙燈光源的光譜圖。
【具體實施方式】
[0021]為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0022]需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0023]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的【技術領域】的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0024]如圖1所示，一實施方式的經皮生物光學檢測裝置100包括LED光源110、出光鏡120、導光鏡130、分光鏡140、第一濾光片150、第一光電傳感器160、第二濾光片170和第二光電傳感器180。該經皮生物光學檢測裝置100可應用於手持醫療檢測儀器中，用於對生物經皮檢測病理，如應用在經皮黃疸檢測儀中。LED光源110的發射光經由出光鏡120照射到待測皮膚200上，由待測皮膚反射的反射光經由導光鏡130傳導至分光鏡140，並被分光鏡140分成兩束，其中一束經由第一濾光片150透過後被第一光電傳感器160接收，另一束經由第二濾光片170透過後被第二光電傳感器180接收。
[0025]如圖2所示，LED的光譜特性圖譜分為兩個波峰，分別稱為大波峰和小波峰，波峰的比例直接影響到應用的環境和顯色性，如下分析:
[0026]a)圖2中線I，色溫5000K~10000K，其光波小波峰在440nm~475nm之間最活躍,在460nm福射功率達到100% ;大波峰在520nm~600nm之間活躍,但最大值550nm處福射功率只有50%的峰值。由此可分析出大波峰與小波峰相差50%左右時,加上光發射和反射的損耗，光電傳感器接收到的光強很弱，可能導致光電傳感器無法工作，由於兩波峰輻射相差太多對光電傳感器的分度也有直接的影響，可見此段色溫的LED不適合用作LED光源 110。
[0027]b)圖2中線II，色溫3700K~5000K，其光波小波峰在430nm~465nm之間最活躍,在440nm福射功率達到100% ;大波峰510nm~660nm之間活躍,最大值580nm,福射功率峰值89%。從此曲線可以看出小波460nm的光波輻射功率在80%左右，大波峰550nm處的光波輻射功率也在80%左右，兩者輻射功率都在同一線上，也就表明兩個波長在無幹涉的情況下的輻射功率基本相等，該波段的光波輻射功率約在同一條線上，即使加上幹涉影響，其線度也非常理想。
[0028]c)圖2中線III，色溫2600K~3700K，其光波小波峰在440nm~465nm之間最活躍,在460nm福射功率達到62%左右；大波峰520nm~675nm之間活躍,最大值600nm福射功率峰值100%，大波峰550nm處的光波輻射功率在70%。由圖3數據顯示小波峰的輻射功率小於大波峰的輻射功率，兩者相差8%，表明此波段的光波線性度略差。
[0029]因此，本實施方式的LED光源110的色溫選用3700K~5000K，優選在4300K-4800K之間，色溫如果偏差太大，光電傳感器的線性就會受到影響。
[0030]請結合圖2和圖4，本實施方式的LED光源110的光譜範圍是在400nm~760nm之間，而傳統的氙燈光源的光譜範圍是從100到1900nm以上。氙燈光源與本實施方式中的LED光源110相比，氙燈光源遠大於LED光源110的光譜輻射功率。從圖4可以看出光譜是以100上升一個等分格，因而氙燈光譜佔有19-1 = 18個等分格，而LED光源110從400nm~800nm佔有8_4 = 4個等分格，由18/4 = 4.5，由此算出傳統的氙燈光源相當於LED光源110的4.5倍輻射功率，而氙燈光源其他光譜波段的光波無論在照明上還是在經皮檢測應用時都視為無用波段，也即相比較傳統的氙燈光源，本實施方式的LED光源110具有輻射小、體積小、且精度高、穩定性好、能耗低等優點。
[0031]出光鏡120及導光鏡130米用全光譜透光材料製作,透光率不小於90%,如米用全光譜石英玻璃或全光譜透光有機玻璃製作等。出光鏡120將LED光源110封裝在其中，以保證LED光源110發光的穩定性。導光鏡130為柱形鏡，如方柱型、圓柱形等，其均一性好，不含有氣泡等雜質。本實施方式的LED光源110圍繞導光鏡130設置，導光鏡130從LED光源110的中部穿出，用於將待測皮膚200的反射光傳導至分光鏡140。
[0032]分光鏡140為二向色鏡，能夠透過波長為460nm的光並反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光並反射波長為460nm的光。分光鏡140的鏡面與導光鏡130出射光的夾角為45° ,從而經過待測皮膚的反射光經分光鏡140後可被分成波長為460nm的藍光和波長為550nm的綠光。
[0033]第一濾光片150與分光鏡140配合用於透過波長為460nm的藍光。在本實施方式中，第一濾光片150為460nm窄帶濾光片，經分光鏡140篩選得到的藍光經第一濾光片150進一步篩選，以提高檢測結果的準確性。
[0034]第一光電傳感器160用於米集第一濾光片150的透射光並轉換成相應的第一電信號，如電壓信號等。在本實施方式中，第一光電傳感器170為米集波段在350~550nm之間的色敏傳感器(如光敏二極體或光敏電阻等)。
[0035]第二濾光片170與分光鏡140配合用於透過波長為550nm的綠光。在本實施方式中，第二濾光片170為550nm窄帶濾光片，經分光鏡140篩選得到的綠光經第二濾光片170進一步篩選，以提高檢測結果的準確性。
[0036]第二光電傳感器180用於米集第二濾光片170的透射光並轉換成相應的第二電信號，如電壓信號等 。在本實施方式中，第二光電傳感器180為米集波段在350~550nm之間的色敏傳感器(如光敏二極體或光敏電阻等)。
[0037]本實施方式的分光鏡140能夠透過波長為460nm的光並反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光並反射波長為460nm的光,且第一濾光片150及第二濾光片170分別透過波長為460nm的藍光與波長為550nm的綠光,但可理解,在其他實施方式中，不限於上面設計，只要滿足第一濾光片150與分光鏡140配合用於透過波長為460nm的藍光且第二濾光片170與分光鏡140配合用於透過波長為550nm的綠光即可。
[0038]第一光電傳感器160和第二光電傳感器180均採用色敏傳感器，精度高、工作電路設計簡單、體積小，使用本實施方式的小型移動手持儀器。可理解，在其他實施方式中，第一光電傳感器160和第二光電傳感器180還可以米用光電池等兀件製作。光電池光譜響應範圍在300~IlOOnm之間，峰值波長為800~900nm，短路電流與傳感器的體積面積有關，面積越大短路電流也就越大，響應時間從0.5 μ s~30 μ S。應用光電池作光電傳感器時應注意儀器所需要的反應響應時間，在檢測儀器中為加快上升時間通常加大光電池的面積，設計成電流型(ΙΛ電流轉電壓電路)放大電路來滿足檢測電路的要求。
[0039]該經皮生物光學檢測裝置100可廣泛應用於手持醫療檢測儀器中，用於對生物經皮檢測病理，如應用在經皮黃疸檢測儀中，其使用的LED光源110較之頻閃氙燈，穩定性強，且不需要使用高壓設備驅動，避免了低頻電磁波輻射的影響，可以提高檢測精度，同時，由於不需要複雜的驅動設備，整個裝置體積小、能耗低、成本低、安全係數也得以提升。
[0040]此外，本實施方式還提供了一種經皮黃疸檢測儀，其包括處理器、顯示器、信號放大器和上述經皮生物光學檢測裝置。其中，第一光電傳感器及第二光電傳感器經由信號放大器與處理器連接，第一光電傳感器用於向處理器發送第一電信號，第二光電傳感器用於向處理器發送第二電信號，處理器將接收的第一電信號與第二電信號進行比對分析以得到黃疸指數，顯示器與處理器連接用於顯示處理器的分析處理結果。[0041]生物皮下組織對特定波長光的吸收與血清中膽紅素濃度存在密切關係，可利用光照射皮膚後反射光中的藍色光波(波長為460nm)與綠色光波(波長為550nm)之間的強度差來檢測沉積於皮膚組織內膽紅素的濃度。上述經皮黃疸檢測儀的LED光源110照射待測皮膚200後的反射光由分光鏡分成兩道光束，並分別經第一和第二濾光片後得到藍光和綠光。如圖3所第一光電傳感器160和第二光電傳感器180接收的光強度轉換成電壓信號後存在著一定的電壓差值，該電壓差即可反映待測者的黃疸指數，處理器經過分析處理得到該電壓差，可以反映待測者的黃疸指數。
[0042]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種經皮生物光學檢測裝置,其特徵在於，包括LED光源、出光鏡、導光鏡、分光鏡、第一濾光片、第一光電傳感器、第二濾光片和第二光電傳感器；所述LED光源的色溫為3700K~5000K ;所述分光鏡與所述第一濾光片配合用於透過波長為460nm的藍光；所述第一光電傳感器用於採集所述第一濾光片的透射光並轉換成相應的第一電信號；所述分光鏡與所述第二濾光片配合用於透過波長為550nm的綠光；所述第二光電傳感器用於採集所述第二濾光片的透射光並轉換成相應的第二電信號； 所述LED光源的發射光經由所述出光鏡照射到待測皮膚上，由所述待測皮膚反射的反射光經由所述導光鏡傳導至所述分光鏡，並被所述分光鏡分成兩束，其中一束經由所述第一濾光片透過後被所述第一光電傳感器接收，另一束經由所述第二濾光片透過後被所述第二光電傳感器接收。
2.如權利要求1所述的經皮生物光學檢測裝置，其特徵在於，所述LED光源的色溫為4300K ~4800K。
3.如權利要求1所述的經皮生物光學檢測裝置，其特徵在於，所述出光鏡及所述導光鏡米用全光譜透光材料製作，透光率不小於90%。
4.如權利要求1所述的經皮生物光學檢測裝置，其特徵在於，所述分光鏡為二向色鏡，能夠透過波長為460nm的光並反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光並反射波長為460nm的光；且所述分光鏡的鏡面與所述導光鏡出射光的夾角為45°。
5.如權利要求1或4所述的經皮生物光學檢測裝置，其特徵在於，所述第一濾光片為460nm窄帶濾光片。
6.如權利要求5所述的經皮生物光學檢測裝置，其特徵在於，所述第一光電傳感器為光電池或採集波段為350~550nm的色敏傳感器。
7.如權利要求1或4所述的經皮生物光學檢測裝置，其特徵在於，所述第二濾光片為550nm窄帶濾光片。
8.如權利要求7所述的經皮生物光學檢測裝置，其特徵在於，所述第二光電傳感器為光電池或採集波段為450~650nm的色敏傳感器。
9.一種經皮黃疸檢測儀，包括處理器和顯示器，其特徵在於，還包括權利要求1~8中任一項所述的經皮生物光學檢測裝置，所述第一光電傳感器與所述處理器連接並向所述處理器發送所述第一電信號，所述第二光電傳感器與所述處理器連接並向所述處理器發送所述第二電信號，所述處理器將接收的所述第一電信號與所述第二電信號進行比對分析以得到黃疸指數，所述顯示器與所述處理器連接用於顯示所述處理器的分析處理結果。
10.如權利要求9所述的經皮黃疸檢測儀，其特徵在於，還包括信號放大器，所述第一光電傳感器及所述第二光電傳感器經由所述信號放大器與所述處理器連接。
【文檔編號】A61B5/1455GK104000600SQ201410268575
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】周慶安, 樊英傑, 劉小明 申請人:廣州白雲藍天電子科技有限公司