經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置及經(jīng)皮黃疸檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其包括LED光源、出光鏡、導(dǎo)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(fā)射光經(jīng)由出光鏡照射到待測皮膚上，由待測皮膚的反射光經(jīng)由導(dǎo)光鏡傳導(dǎo)至分光鏡，并被分光鏡分成兩束，其中一束經(jīng)由第一濾光片透過后被第一光電傳感器接收，另一束經(jīng)由第二濾光片透過后被第二光電傳感器接收。該經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置使用的LED光源較之頻閃氙燈，穩(wěn)定性強，且不需要使用高壓設(shè)備驅(qū)動，避免了低頻電磁波輻射的影響，可以提高檢測精度，同時，由于不需要復(fù)雜的驅(qū)動設(shè)備，整個裝置體積小、能耗低、安全系數(shù)高。此外，本發(fā)明還涉及一種含有該經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置的經(jīng)皮黃疸檢測儀。
【專利說明】經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置及經(jīng)皮黃疸檢測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療儀器領(lǐng)域，尤其是涉及一種經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置及含有該檢測裝置的經(jīng)皮黃疸檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的經(jīng)皮光學(xué)檢測儀器，如經(jīng)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范圍，覆蓋光波的范圍從100到1900nm以上。氙燈光源的寬光譜范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(yīng)用會有很多問題，不論在設(shè)計中和使用中都會有諸多不便，例如在設(shè)計中高電壓的和瞬間電流產(chǎn)生的低頻電磁波的干擾，在設(shè)計放大電路時很難濾除，由于電磁輻射強度太強而引起儀器的精度無法保證。此外，由于頻閃氙燈需要高電壓驅(qū)動，在使用和維護過程，體積較大使用不便且安全隱患高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，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(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置及含有該檢測裝置的經(jīng)皮黃疸檢測儀。
[0004]—種經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置,包括LED光源、出光鏡、導(dǎo)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于透過波長為460nm的藍光；所述第一光電傳感器用于采集所述第一濾光片的透射光并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的第一電信號；所述分光鏡與所述第二濾光片配合用于透過波長為550nm的綠光；所述第二光電傳感器用于采集所述第二濾光片的透射光并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的第二電信號；
[0005]所述LED光源的發(fā)射光經(jīng)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(jīng)由所述導(dǎo)光鏡傳導(dǎo)至所述分光鏡，并被所述分光鏡分成兩束，其中一束經(jīng)由所述第一濾光片透過后被所述第一光電傳感器接收，另一束經(jīng)由所述第二濾光片透過后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(dǎo)光鏡采用全光譜透光材料制作，透光率不小于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的光并反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光并反射波長為460nm的光；且所述分光鏡的鏡面與所述導(dǎo)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(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置可廣泛應(yīng)用于手持醫(yī)療檢測儀器中，用于對生物經(jīng)皮檢測病理，如應(yīng)用在經(jīng)皮黃疸檢測儀中，其使用的LED光源較之頻閃氙燈，穩(wěn)定性強，且不需要使用高壓設(shè)備驅(qū)動，避免了低頻電磁波輻射的影響，可以提高檢測精度，同時，由于不需要復(fù)雜的驅(qū)動設(shè)備，整個裝置體積小、能耗低、成本低、安全系數(shù)也得以提升。
[0014]一種經(jīng)皮黃疸檢測儀，包括處理器和顯示器，此外，所述經(jīng)皮黃疸檢測儀還包括上述任一實施例所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其中，所述第一光電傳感器與所述處理器連接并向所述處理器發(fā)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并向所述處理器發(fā)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(shù)，所述顯示器與所述處理器連接用于顯示所述處理器的分析處理結(jié)果。
[0015]在其中一個實施例中，所述經(jīng)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(jīng)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(guān)系，可利用光照射皮膚后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于皮膚組 織內(nèi)膽紅素的濃度。上述經(jīng)皮黃疸檢測儀的LED光源照射皮膚后的反射光由分光鏡分成兩道光束，并分別經(jīng)第一和第二濾光片后得到藍光和綠光，其中，綠光的強度可以反映背光源的光照強度、藍光主要用于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(zhuǎn)換成電壓信號后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(shù)，處理器經(jīng)過分析處理得到該電壓差，可以反映待測者的黃疸指數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為一實施方式的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置的結(jié)構(gòu)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(jīng)分光鏡分成的兩道光束的光強度電壓值的對比關(guān)系示意圖；
[0020]圖4傳統(tǒng)的頻閃氙燈光源的光譜圖。
【具體實施方式】
[0021]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于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(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0022]需要說明的是，當元件被稱為“固定于”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(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)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(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置100包括LED光源110、出光鏡120、導(dǎo)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(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置100可應(yīng)用于手持醫(yī)療檢測儀器中，用于對生物經(jīng)皮檢測病理，如應(yīng)用在經(jīng)皮黃疸檢測儀中。LED光源110的發(fā)射光經(jīng)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(jīng)由導(dǎo)光鏡130傳導(dǎo)至分光鏡140，并被分光鏡140分成兩束，其中一束經(jīng)由第一濾光片150透過后被第一光電傳感器160接收，另一束經(jīng)由第二濾光片170透過后被第二光電傳感器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(yīng)用的環(huán)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(fā)射和反射的損耗，光電傳感器接收到的光強很弱，可能導(dǎo)致光電傳感器無法工作，由于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干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，即使加上干涉影響，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(shù)據(jù)顯示小波峰的輻射功率小于大波峰的輻射功率，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(yōu)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(jié)合圖2和圖4，本實施方式的LED光源110的光譜范圍是在400nm~760nm之間，而傳統(tǒng)的氙燈光源的光譜范圍是從100到1900nm以上。氙燈光源與本實施方式中的LED光源110相比，氙燈光源遠大于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，因而氙燈光譜占有19-1 = 18個等分格，而LED光源110從400nm~800nm占有8_4 = 4個等分格，由18/4 = 4.5，由此算出傳統(tǒng)的氙燈光源相當于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(jīng)皮檢測應(yīng)用時都視為無用波段，也即相比較傳統(tǒng)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(wěn)定性好、能耗低等優(yōu)點。
[0031]出光鏡120及導(dǎo)光鏡130米用全光譜透光材料制作,透光率不小于90%,如米用全光譜石英玻璃或全光譜透光有機玻璃制作等。出光鏡120將LED光源110封裝在其中，以保證LED光源110發(fā)光的穩(wěn)定性。導(dǎo)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(zhì)。本實施方式的LED光源110圍繞導(dǎo)光鏡130設(shè)置，導(dǎo)光鏡130從LED光源110的中部穿出，用于將待測皮膚200的反射光傳導(dǎo)至分光鏡140。
[0032]分光鏡140為二向色鏡，能夠透過波長為460nm的光并反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光并反射波長為460nm的光。分光鏡140的鏡面與導(dǎo)光鏡130出射光的夾角為45° ,從而經(jīng)過待測皮膚的反射光經(jīng)分光鏡140后可被分成波長為460nm的藍光和波長為550nm的綠光。
[0033]第一濾光片150與分光鏡140配合用于透過波長為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(jīng)分光鏡140篩選得到的藍光經(jīng)第一濾光片150進一步篩選，以提高檢測結(jié)果的準確性。
[0034]第一光電傳感器160用于米集第一濾光片150的透射光并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(如光敏二極管或光敏電阻等)。
[0035]第二濾光片170與分光鏡140配合用于透過波長為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(jīng)分光鏡140篩選得到的綠光經(jīng)第二濾光片170進一步篩選，以提高檢測結(jié)果的準確性。
[0036]第二光電傳感器180用于米集第二濾光片170的透射光并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(如光敏二極管或光敏電阻等)。
[0037]本實施方式的分光鏡140能夠透過波長為460nm的光并反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光并反射波長為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，不限于上面設(shè)計，只要滿足第一濾光片150與分光鏡140配合用于透過波長為460nm的藍光且第二濾光片170與分光鏡140配合用于透過波長為550nm的綠光即可。
[0038]第一光電傳感器160和第二光電傳感器180均采用色敏傳感器，精度高、工作電路設(shè)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制作。光電池光譜響應(yīng)范圍在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(guān)，面積越大短路電流也就越大，響應(yīng)時間從0.5 μ s~30 μ S。應(yīng)用光電池作光電傳感器時應(yīng)注意儀器所需要的反應(yīng)響應(yīng)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(shè)計成電流型(ΙΛ電流轉(zhuǎn)電壓電路)放大電路來滿足檢測電路的要求。
[0039]該經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置100可廣泛應(yīng)用于手持醫(yī)療檢測儀器中，用于對生物經(jīng)皮檢測病理，如應(yīng)用在經(jīng)皮黃疸檢測儀中，其使用的LED光源110較之頻閃氙燈，穩(wěn)定性強，且不需要使用高壓設(shè)備驅(qū)動，避免了低頻電磁波輻射的影響，可以提高檢測精度，同時，由于不需要復(fù)雜的驅(qū)動設(shè)備，整個裝置體積小、能耗低、成本低、安全系數(shù)也得以提升。
[0040]此外，本實施方式還提供了一種經(jīng)皮黃疸檢測儀，其包括處理器、顯示器、信號放大器和上述經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置。其中，第一光電傳感器及第二光電傳感器經(jīng)由信號放大器與處理器連接，第一光電傳感器用于向處理器發(fā)送第一電信號，第二光電傳感器用于向處理器發(fā)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(shù)，顯示器與處理器連接用于顯示處理器的分析處理結(jié)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(guān)系，可利用光照射皮膚后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于皮膚組織內(nèi)膽紅素的濃度。上述經(jīng)皮黃疸檢測儀的LED光源110照射待測皮膚200后的反射光由分光鏡分成兩道光束，并分別經(jīng)第一和第二濾光片后得到藍光和綠光。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(zhuǎn)換成電壓信號后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(shù)，處理器經(jīng)過分析處理得到該電壓差，可以反映待測者的黃疸指數(shù)。
[0042]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【權(quán)利要求】
1.一種經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置,其特征在于，包括LED光源、出光鏡、導(dǎo)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于透過波長為460nm的藍光；所述第一光電傳感器用于采集所述第一濾光片的透射光并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的第一電信號；所述分光鏡與所述第二濾光片配合用于透過波長為550nm的綠光；所述第二光電傳感器用于采集所述第二濾光片的透射光并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的第二電信號； 所述LED光源的發(fā)射光經(jīng)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(jīng)由所述導(dǎo)光鏡傳導(dǎo)至所述分光鏡，并被所述分光鏡分成兩束，其中一束經(jīng)由所述第一濾光片透過后被所述第一光電傳感器接收，另一束經(jīng)由所述第二濾光片透過后被所述第二光電傳感器接收。
2.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述LED光源的色溫為4300K ~4800K。
3.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述出光鏡及所述導(dǎo)光鏡米用全光譜透光材料制作，透光率不小于90%。
4.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述分光鏡為二向色鏡，能夠透過波長為460nm的光并反射波長為550nm的光或者能夠透過波長為550nm的光并反射波長為460nm的光；且所述分光鏡的鏡面與所述導(dǎo)光鏡出射光的夾角為45°。
5.如權(quán)利要求1或4所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述第一濾光片為460nm窄帶濾光片。
6.如權(quán)利要求5所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述第一光電傳感器為光電池或采集波段為350~550nm的色敏傳感器。
7.如權(quán)利要求1或4所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述第二濾光片為550nm窄帶濾光片。
8.如權(quán)利要求7所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述第二光電傳感器為光電池或采集波段為450~650nm的色敏傳感器。
9.一種經(jīng)皮黃疸檢測儀，包括處理器和顯示器，其特征在于，還包括權(quán)利要求1~8中任一項所述的經(jīng)皮生物光學(xué)檢測裝置，所述第一光電傳感器與所述處理器連接并向所述處理器發(fā)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并向所述處理器發(fā)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(shù)，所述顯示器與所述處理器連接用于顯示所述處理器的分析處理結(jié)果。
10.如權(quán)利要求9所述的經(jīng)皮黃疸檢測儀，其特征在于，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(jīng)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(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】周慶安, 樊英杰, 劉小明 申請人:廣州白云藍天電子科技有限公司