專利名稱：路徑長度被校正的血氧測定計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及針對具體被測區(qū)細(xì)胞組織的自然條件下檢驗的一種適于穿著的細(xì)胞組織分光光度計。
連續(xù)波(CW)血氧測定計已被廣泛地用于在生物細(xì)胞組織中確定一個光吸收色料(例如血紅素、氧化血紅素)的體內(nèi)的濃度。這種連續(xù)波血氧測定計測量連續(xù)光在細(xì)胞組織中的衰減，并根據(jù)比爾·萊姆伯特(Beer Lambert)公式或修正的比爾萊姆伯特吸收公式來測定濃度。該比爾·萊姆伯特公式(1)描述了在吸收分量(C)，吸光系數(shù)(ε)，光子入進(jìn)路徑長度<L>和衰減光強度(I/I0)之間的關(guān)系。log[I/I0]⟨L⟩=ΣϵiCi------(1)]]>CW分光光度技術(shù)不能同時確定ε、C和<L>。若假設(shè)經(jīng)全部被測物的光子的路徑長度均屬恒定不變且均勻，那就可能采用CW血氧測定計來直接量化被分量的濃度(C)。
在細(xì)胞組織中，光子入進(jìn)路徑長度隨著由該CW血氧測定計所檢測的內(nèi)部細(xì)胞組織的大小、結(jié)構(gòu)及生理特性而發(fā)生變化。舉例而言，在人腦中的灰、白物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)因人而異。此外，光子入進(jìn)路徑長度本身還是吸收分量的相對濃度的一個函數(shù)。結(jié)果是，經(jīng)過具有高血紅素濃度的某一器官的路徑長度將不同于具有低血紅素濃度的同一器管的路長。此外，由于許多細(xì)胞組織成分的光吸收系數(shù)是與波長相關(guān)的，所以路徑長度常常取決于光的波長。因此，當(dāng)在細(xì)胞組織中進(jìn)行血紅素濃度量化時，最好是可能直接測量該路徑長度。
本發(fā)明的一個方面是一種路徑長度被校正的血氧測定計，它采用了連續(xù)波分光學(xué)以及相位調(diào)制分光學(xué)的原理，這種血氧測定計在結(jié)構(gòu)上是緊湊的，可被長期動態(tài)地附著于被測體上。這種血氧測定計還適于用作當(dāng)進(jìn)行外科手術(shù)或與外科創(chuàng)傷相關(guān)狀態(tài)情形中的手術(shù)室急救設(shè)施的細(xì)胞組織的監(jiān)測。
這種血氧測定計被安裝在與皮膚接觸的一種與體形相適的支撐結(jié)構(gòu)之上。該支撐結(jié)構(gòu)封裝有若干個發(fā)光二極管(LED)以產(chǎn)生入射到被測細(xì)胞組織內(nèi)的不同波長的光，還封裝有若干個光敏二極管檢測器，帶有針對波長內(nèi)容檢測的干涉濾波器。由于該LED和光敏二極管都直接置于皮膚之上，因此就不需用光纖。LED和光敏二極管之間距離的選擇要使之適于檢測一個被測細(xì)胞組織區(qū)域。該支撐結(jié)構(gòu)還包括一個合適的阻擋層，放置在這些LED和這些二極管檢測器之間，用以減少從光源到檢測器的皮下入進(jìn)光的檢測。該支撐結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步包括用于防止光子逃逸的裝置，防止光子從皮膚逃逸而不被檢測；這種光子逃逸防止裝置被置于這些LED和光敏二極管檢測器的周圍。
該些LED、二極管檢測器和血氧測定計的電子控制電路由一個適于攜帶的電池組供電，或由50/60HE標(biāo)準(zhǔn)市電供電。該電子電路包括有用于電源及檢測器直接操作以及指導(dǎo)數(shù)據(jù)查詢及處理的處理器。數(shù)據(jù)可被顯示在由用戶攜帶的讀出裝置上，或由遙測裝置送到遠(yuǎn)端位置，或由存儲器在其內(nèi)累積供以后使用。
這種血氧測定計適于用來測量從光源到檢測器的光的衰減度，以及用于確定光的平均入進(jìn)路長。這一入進(jìn)路長及其強度衰減數(shù)據(jù)再被用于細(xì)胞組織的特性的直接量化。
另一方面，本發(fā)明是通過測量光子入進(jìn)路徑的平均長度以實現(xiàn)細(xì)胞組織檢測的一種分光光度計，它包括一個用于產(chǎn)生所選頻率的載波的振蕩器，在從光的輸入端口到光的檢測端口的路徑上，該所選頻率可以與在細(xì)胞組織內(nèi)光子散射的平均入進(jìn)時間相比較；一個光源，可操作地與振蕩器相連接，用所產(chǎn)生所選波長的光，其強度是以該頻率調(diào)制，并在輸入端口被引入到被測物內(nèi)；一個光敏二極管檢測器，用以在檢測端口處檢測處于輸入和輸出端口間的被測物的細(xì)胞組織中已經(jīng)入進(jìn)的所選波長的光；一個相位檢測器，可操作地連接以接收來自振蕩器和二極管檢測器信號，用以測量在所引入的及所檢測到的光之間的相位移；以及一個處理器，用以根據(jù)其相移來計算路徑長度，并根據(jù)該路徑長度來確定所檢測的細(xì)胞組織的生理特性。
另一方面，本發(fā)明是通過測定光子入進(jìn)路徑的平均長度以實現(xiàn)細(xì)胞組織檢測的一種分光光度計，它包括一個用于產(chǎn)生所選頻率的載波的振蕩器，在從光的輸入端口到光的檢測端口的路徑上，該所選頻率可以與在細(xì)胞組織內(nèi)光子散射的平均入進(jìn)時間相比較；一個光源，可操作地與振蕩器相連接，用以產(chǎn)生所選波長的光，其強度是以該頻率調(diào)制，并在輸入端口被引入到被測物內(nèi)；一個光敏二極管檢測器，用以在檢測端口檢測處于輸入和輸出端口間的被測物的細(xì)胞組織中已經(jīng)入進(jìn)的所選波長的光；一個分相器，用以根據(jù)載波波形來產(chǎn)生預(yù)定的實際不同相位的第一和第二基準(zhǔn)相位信號；第一和第二雙平衡混頻器，用以使基準(zhǔn)相位信號和被檢測的輻射的信號相關(guān)聯(lián)，以便從此分別地產(chǎn)生一個實際的輸出信號和鏡象輸出信號；以及一個處理器，用以根據(jù)該實際的輸出信號和該鏡象輸出信號來計算所引入的光和所檢測的光之間的相位移，并根據(jù)相位移確定被檢測的細(xì)胞組織的生理特性。
另一方面，本發(fā)明是通過測定光子入進(jìn)的路徑的平均長度來實現(xiàn)細(xì)胞組織檢測的一種分光光度計，它包括一個用于產(chǎn)生第一所選頻率的載波的第一振蕩器，在從光的輸入端口到光的檢測端口的路徑上，該所選頻率可以與在細(xì)胞組織內(nèi)光子散射的平均入進(jìn)時間相比較；一個光源，可操作地與該振蕩器相連接，用以產(chǎn)生所選波長的光，其強度是以該第一頻率調(diào)制，并在輸入端口被引入到被測物內(nèi)；一個光敏二極管檢測器，用以在檢測端口檢測位于輸入和檢測端口之間的被測物的細(xì)胞組織中已入進(jìn)的所選波長的光，對應(yīng)于該被檢測的光，該檢測器以該第一頻率產(chǎn)生一個檢測信號；一個第二振蕩器，用以產(chǎn)生一個第二頻率的載波，該第二頻率從第一頻率偏移104Hz的數(shù)量級；一個基準(zhǔn)混頻器，與第一和第二振蕩器相連接，用于產(chǎn)生頻率大致等于該第一和第二頻率之差的一個基準(zhǔn)信號；一個混頻器，連接來接收第二振蕩器信號和檢測信號，并用以將該檢測信號變換成差頻；一個相位檢測器，操作地連接來接收基準(zhǔn)混頻器的信號和被變換的檢測信號，用以測量所引入光和所檢測光之間的相位移；以及一個處理器，用以根據(jù)該相位移來計算路徑長度，并根據(jù)該路徑長度來確定被檢測細(xì)胞組織的生理特性。
這些方面的最佳實施例可以包括下述特征之一或多個。
該分光光度計可進(jìn)一步包括一個幅值檢測器上，連接到光敏二極管檢測器上，用以測量被檢測光的幅值，并且該處理器還用以接收該幅值，以進(jìn)行生理特性的確定。
該分光光度計可進(jìn)一步包括一個低頻血氧測定計電路，可切換地與信號源和光敏二極管相連接，用以確定在該波長的光的吸收特性；并且該處理器還用以從該血氧測定計電路接收該吸收值，以進(jìn)行生理特性的確定。
該分光光度計可進(jìn)一步包括兩個自動增益控制器，用以均衡(level)對應(yīng)于所引入光和所檢測光的信號，兩個被均衡的信號均被送入相位檢測器。
該光敏二極管檢測器可進(jìn)一步包括一個實際單一波長濾波器。
該分光光度計可進(jìn)一步包括一個第二光源，可操作地接到振蕩器，用以產(chǎn)生第二所選波長的光，其強度以第一頻率調(diào)制，其輻射在一個第二端口被引入到被測物；在檢測端口，該光敏二極管檢測器還可交替地用以檢測已經(jīng)入射進(jìn)處在第一及第二輸入端口和該檢測端口之間的被測物的細(xì)胞組織的第一和第二波長的光；該相位檢測器進(jìn)一步被用以交替地接收對應(yīng)于被檢測的第一和第二波長的信號，并且該處理器被進(jìn)一步用以交替地從相位移檢測器接收相位移，這些相位移被隨后用于該細(xì)胞組織的生理特性的確定。
該分光光度計可進(jìn)一步包括一個第二光源，可操作地接到振蕩器，用以產(chǎn)生第二所選波長的光，其強度以第一頻率調(diào)制，其輻射在一個第二輸入端口被引入到被測物；在一個第二檢測端口，一個第二光敏二極管檢測器用以分別檢測已經(jīng)入射進(jìn)位于第二輸入端口和第二檢測端口之間的被測物的細(xì)胞組織的第二波長的光；一個第二相位檢測器，可操作地連接來接收一個基準(zhǔn)信號和來自第三二極管檢測器的一個檢測信號，用以測量的第二波長的所引入的和所檢測的光之間的相位移；并且該處理器進(jìn)一步用于接收第二波長上的一個第二相位移，該第一和第二相位移被隨之用于該細(xì)胞組織的生理特性的確定。
這兩種波長分光光度計可進(jìn)一步包括一個第三光源，可操作地接到振蕩器上，用以產(chǎn)生第三所選波長的光，其強度以第一頻率調(diào)制，其輻射在一個第三輸入端口被引入到被測物；在一個第三檢測端口，一個第三光敏二極管檢測器用以分別檢測已經(jīng)入射進(jìn)位于第三輸入端口和第三檢測端口之間的被測物的細(xì)胞組織的第三波長的光；一個第三相位檢測器，可操作地連接來接收一個基準(zhǔn)信號和來自第三二極管檢測器的一個檢測信號，用以測量以第三波長所引入的和所檢測的光之間的相位移；并且該處理器進(jìn)一步用于接收該相位檢測器的相位移，該第一、第二和第三相位移被隨后用于該細(xì)胞組織的生理特性的確定。
這種兩個或三個波長的分光光度計可進(jìn)一步包括第一、第二(或第三)幅值檢測器，分別連接到該第一、第二(或第三)光敏二極管，該幅值檢測器被用以測量以每一種波長檢測到光的幅度；并且該處理器進(jìn)一步用以接收這些幅度，以確定被測細(xì)胞組織的生理特性。
所述光源可以是一種發(fā)光二極管，以產(chǎn)生可見的或紅外范圍內(nèi)的所選波長的光。
所檢光敏二極管檢測器可以是一個PIN二極管或一個雪崩二極管。
被測的細(xì)胞組織的生理特性可以是血紅素氧化性肌內(nèi)的鐵蛋白、細(xì)胞色素的鐵和銅量、黑色素、葡萄糖或其它指標(biāo)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的路徑長度被校正的血氧測定計的方框圖。
圖2是用在圖1的血氧測定計中的50.1MHz(50.125MHz)的示意電路圖。
圖3是使用在圖1中的血氧測定計的一個PIN二極管和一個放大器的電路示意圖。
圖4是使用在圖1中的血氧測定計的一個幅值檢測器的電路示意圖。
圖5是使用在圖1中的血氧測定計的25KHz濾波器的電路示意圖。
圖6是圖1的血氧測定計中的AGC電路示意圖。
圖7是圖1的血氧測定計的相位檢測器電路示意圖。
圖8A是該血氧測定計的一個光源—檢測器探測器的示意圖。
圖8B是沿圖8A中的線8B而取的橫斷面圖，進(jìn)一步反映其光子的入進(jìn)情況。
路徑長度被校正的血氧測定計的一個最佳實施例采用了三個LED來產(chǎn)生三種所選波長的光，其強度由一個50.1MHz的頻率所調(diào)制并被直接耦合到被測細(xì)胞組織。在每一個波長上，被引入的光可由細(xì)胞組織所改變并由緊靠在皮膚上的寬域光敏二極管所檢測。將所引入的和所檢測到的輻射作比較從而確定它們的相對相移，該相移對應(yīng)于光子入進(jìn)路徑的平均長度，并由此確定該光的衰減性。
參見圖1，該血氧測定計有一個工作于50.1MHz的主振蕩器10，它被接到功率放大器15，其具有足夠的輸出功率以驅(qū)動分別輻射具有760nm、840nm和905nm(或950nm)波長的光的LED22a、22b和22c(例如日立公司產(chǎn)的HLP20RG或HLP40RG)。一個第二本振14工作于50.125MHz，且混頻器12用以產(chǎn)生25KHz的基準(zhǔn)頻率13。直接置于皮膚上的每一個LED都具有一個合適的散熱片，以消除可能會改變該周邊細(xì)胞組織因充血產(chǎn)生的不適的增溫。三個PIN二極管檢測器24a、24b和24c放置距這些LED50cm之外，并且有約1cm2的檢測面積。那些入進(jìn)進(jìn)到細(xì)胞組織幾個厘米深的光子被分別的PIN二極管所檢測到。光源——檢測器的距離可被增加或減小，以捕捉更深或更淺的入進(jìn)光子。來自PIN二極管24a、24b和24c的信號分別由預(yù)放大器30a、30b和30c放大。
放大的信號(32a、32b、32c)分別送到幅值檢測器36a、36b和36c以及混頻器40a、40b和40c。幅值檢測器用于確定將被用于公式1中的每一波長光所檢測信號的強度值。連接來從本振14接收50.125MHz基準(zhǔn)信號(41a、41b和41c)的每一個混頻器將檢測信號轉(zhuǎn)換為25KHz的頻率信號(42a、42b、42c)。這些混頻器是高動態(tài)范圍的混頻器(例如市售的SRA—1H)。檢測信號(42a、42b、42c)由濾波器45a、45b和45c分別濾波。
相位檢測器60a、60b和60c被用于確定每一波長光的輸入的信號和檢測信號間的相位移。每一個相位檢測器接收該25KHz的檢測信號(54a、54b、54c)以及該25KHz的基準(zhǔn)信號(56a、56b、56c)，這兩個信號都被自動增益控制電路50和52所自動均衡，以覆蓋信號變化的動態(tài)范圍。相位檢測器60a、60b和60c產(chǎn)生對應(yīng)于每一波長光子入進(jìn)延時的相位移信號(62a、62b、62c)。每個相位移信號都正比于由處理器所執(zhí)行的用于計算程序中的光子入進(jìn)路徑長度。
圖2示出了用作50.1MHz主振蕩器10和50.125MHz的本振14的電路示意圖。該晶振被中性化以工作在基礎(chǔ)的諧振狀態(tài)，從而實現(xiàn)長期穩(wěn)定性。所有的振蕩器均被熱耦合，以使所一旦出現(xiàn)頻率漂移，它們的頻率差被恒定保持在25KHz。
如圖3所示，PIN二極管24a、24b和24c都分別與各自的預(yù)放大器30a、30b和30c連接。該血氧測定計采用的PIN硅光敏二極管S1723—04具有10mm×10mm的敏感區(qū)域，并且在320nm至1060nm范圍內(nèi)的光譜響應(yīng)，檢測信號由放大級29和31所放大，每一級都提供約20dB的放大量。NE5205N運算放大器以+8V供電，以工作在高增益域內(nèi)。該8V信號由電位器33所提供。放大的檢測信號(32a、32b和32c)被送到幅值檢測器36a、36b和36c(圖4)。其幅值(37a、37b、37c)被送到處理器70，該處理器由此按公式(1)計算光的衰減率或其對數(shù)。
參見圖5，AGC電路使用的是MC1305集成電路以實現(xiàn)放大操作，該放大操作應(yīng)保持相位檢測器60的輸入信號位于恒定電平。對于AGC電路50和52而言，其增益量被選成相等。信號的幅值由反饋網(wǎng)絡(luò)53所控制。這種AGC提供了被檢測的信號和基準(zhǔn)信號的實質(zhì)上的恒定值，以消除由于相位檢測器中幅值與相位間的串?dāng)_而引起的被檢相位移中的變異。
參考圖6，每一個相位檢測器包括有施密特觸發(fā)器，它將實際上為正弦波的檢測信號(54a、54b、54c)和基準(zhǔn)信號(57a、56b、56c)轉(zhuǎn)變成方波。該方波被送入到有互補MOS硅柵極晶體管的檢測器中。該相位移信號被送到處理器70。
這種血氧測定計的校準(zhǔn)是通過在一已知介質(zhì)中的選定距離上，即利用一標(biāo)準(zhǔn)延時單元來測量相移，并通過轉(zhuǎn)變連接器導(dǎo)線的長度來改變主振蕩器10和本振14之間的電延時來完成的。
參考圖8A和8B，光源—檢測器探測裝置20包括有安裝在一個身體相適支撐構(gòu)造21當(dāng)中的選定波長的若干個LED(22a、22b、22c)和PIN光敏二極管(24a、24b、24c)。構(gòu)造21還包括光子逃逸阻擋層27，它由選定散射和吸收特性的材料(如泡沫聚苯乙稀)構(gòu)成，用以將逃逸光子反回到被測細(xì)胞組織。該支撐構(gòu)造還包括第二個相適的阻擋層28，它置于LED和二極管檢測器之間，用以吸收從光源到檢測器直接傳播的光子，從而防止了皮下入進(jìn)光子的檢測。支撐構(gòu)造21還包括由一個電屏蔽層21a所封閉的電子電路29。
每一個PIN二極管還具有一蒸敷的單一波長薄膜濾波器(25a、25b、25c)。這種濾波器消除了不同波長信號的串?dāng)_，并能使三個光源連續(xù)地操作，即不需要時間共享。
與使用在一般的相位調(diào)制系統(tǒng)中的光電倍增管相比，采用光敏二極管檢測器具有實際的優(yōu)點。光敏二極管被直接置于皮膚之上，即不需用光纖。而且，不需使用對于光電倍增管必須的高壓供電。這種光敏二極管要小得多且容易置于緊靠皮膚。光電倍增管的長處是很大的倍增增益且具有在該倍增器上直接混頻的可能性，這一點對于光敏二極管來說是不及的。本發(fā)明預(yù)見到使用若干種不同的光敏二極管，例如PIN二極管，雪崩二極管以及其它二極管。
處理器使用的算法是根據(jù)由E.M.Sevick等人在1991年4月15日出版的“分析生物化學(xué)”195期330頁上的“用于細(xì)胞組織氧化度確定的時間與頻率分解度光譜的量化”一文中的所描述的公式。在此將該全文引作參考。
在每一個波長，相位移(θλ)(62a、62b、62c)被用來在下式中計算路徑長度θλ=tan-1πf(tλ)=tan-12πf(Lλ)C≈2πf(Lλ)C---(2)]]>其中f是范圍在10MHz到100MHz范圍內(nèi)的引入光的調(diào)制頻率；tλ是光子入進(jìn)延時時間；C是在散射介質(zhì)中光子的速度；而Lλ是光子入進(jìn)路徑長度。
等式(2)在低調(diào)制頻率，即2πf＜＜μαC時有效。由于LED和光敏二極管的頻率局限性，選擇了50MHz的調(diào)制頻率。然而，對于更快的LED和光敏二極管，可以設(shè)想使用更高的調(diào)制頻率以增加相位移。在高的調(diào)制頻率，即2πf＞＞μα·C，相位移不再正比于飛行平均時間(t)θλ=αρ(1-g)μsf{1-μαλC4πf}-----(3)]]>其中ρ是光源——檢測器間距；(1—g)μs是有效散射系數(shù)；f是調(diào)制頻率而μαλ是在波長λ處的吸收系數(shù)。
在兩個波長處，吸收系數(shù)的比例由下式確定μαλ1μαλ2=θλ1-θoλ1θλ2-θoλ2-----(4)]]>其中θoλ代表背景散射和吸收。
所述波長是在可見和紅外光范圍內(nèi)，并被選擇使其對于各種細(xì)胞組織成分且有吸收敏感性(或不敏感性)，例如對于水、細(xì)胞色素的鐵和銅、以及血紅素、肌內(nèi)鐵蛋白、黑色素、葡萄糖及其它物質(zhì)的氧化及脫氧形式。
對于氧化及脫氧的血紅素，以比爾·萊姆博特關(guān)系式表示的吸收系數(shù)如下所示μαλ1=ϵHbλ1[Hb]+ϵHbOλ1[HbO2]+αλ1-----(5)]]>其中 和 是血紅素及脫氧血紅素的消失系數(shù)，可以被存儲在一個查詢表中；[Hb]，[HbO2]分別是血紅素和氧化血紅素的細(xì)胞組織的濃度； 是背景吸收系數(shù)。血紅素的飽合度通常是以下式定義Y=[HbO2][Hb]+[HbO2]-----(6)]]>對于三個波長的測量，血紅素飽合度可以用公式(5)和(6)計和虎如下Y=α(ϵHbλ3-ϵHbλ2)-(ϵHbλ1-ϵHbλ2)[(ϵHbO2λ1-ϵHbO2λ2)-(ϵHbλ1-ϵHbλ2)]-α[(ϵHbO2λ3-ϵHbO2λ2)-(ϵHbλ3-ϵHbλ2)]---(7)]]>其中，α=μαλ1-μαλ2μαλ3-μαλ2]]>因此，處理器70利用公式(2)而依照公式(7)確定Y，以確定平均入進(jìn)長度L，然后再用公式(1)確定針對波長λ1、λ2、λ3每一個的μαλ。
在另一個實施例中，這種分光光度計的電子電路部分包括有一適當(dāng)?shù)牡皖l模塊以及一個可切換的高頻模塊，被耦合到同一光源——檢測器探測器20。這種低頻模塊和這種光源——檢測器探測器的設(shè)計實際上與待審美國專利701,127(1991年5月16日提交)所描述的血紅素測定計相類似，該申請于1992年11月26日公開，作為PCT申請WO92/20273的一部分并在此引作參考。這一低頻模塊對應(yīng)于一個標(biāo)準(zhǔn)的血氧測定計，它具有幾個Hz到104Hz范圍內(nèi)的調(diào)頻頻率，該低頻模塊還用于在兩個或三個波長提供強度衰減數(shù)據(jù)。隨后，這些LED被切換到高頻相位調(diào)制單元，與圖1的單元相類似，該單元確定了在每一波長光的平均路徑長度。該衰減及路徑長度數(shù)據(jù)被送到處理器70，用于被測細(xì)胞組織生理特性的測定。
在另一個實施例中，該路徑長度被校正的血氧測定計同樣利用了以所選頻率正弦調(diào)制的LED光源，該所選頻率可與在從該LED的光輸入端口到該光敏二極管檢測器(24a、24b、24c)的光檢測部分的被檢測細(xì)胞組織中的路徑上散射光子的平均入進(jìn)時間相比較，但是其電子電路部分不同。檢測器輸出是經(jīng)過兩個寬帶雙均衡混頻器(DBM)，它們是經(jīng)過一個90°分相器而被耦合，從而得到實際的(R)和鏡象的(I)信號部分。這種雙均衡混頻器最好是以調(diào)制頻率工作。其相位(θλ)是這樣一個角度，其正切是Iλ/Rλ。θλ=tan-1IλRλ-----(8)]]>當(dāng)殘余相移θ量為零，假定其相移已被去除時，幅值是這些值的平方和的平方根。Aλ=(Rλ)2+(Iλ)2-----(9)]]>
這一實施例采用求和及除法電路，以計算該調(diào)制指數(shù)，它是該幅值與該幅值和從一窄帶檢測器獲得的直流成分相加值之比的商值。Mλ=AλAλ+DCλ-----(10)]]>相位處理器接收針對兩個或三個波長的相位移作為相位及幅度值，并計算這些相位移的比率。
對于每一個波長，相位移和DC幅度被用于確定一個所選的細(xì)胞組織的特性，例如血紅素氧化性。
權(quán)利要求
1.一種通過測量光子入進(jìn)路徑的平均長度以實現(xiàn)細(xì)胞組織檢測的一種分光光度計，其特征在于它包括一個用于產(chǎn)生所選頻率的載波的振蕩器，在從光的輸入端口到光的檢測端口的路徑上，該所選頻率可以與在細(xì)胞組織內(nèi)光子散射的平均入進(jìn)時間相比較；一個光源，可操作地與所說振蕩器相連接，用以產(chǎn)生所選波長的光，其強度是以該所說頻率調(diào)制，并在輸入端口被引入到被測物體內(nèi)；一個光敏二極管檢測器，用以在檢測端口處檢測處于輸入和輸出端口間的被測物的細(xì)胞組織中已經(jīng)入進(jìn)的所選波長的光；一個相位檢測器，可操作地連接以接收來自所說振蕩器和所說二極管檢測器的信號，用以測量在所引入的和所檢測到的光之間的相位移；一個處理器，用以根據(jù)所說的相位移來計算路徑長度，以及所說的處理器還用以根據(jù)所說的路徑長度來確定所檢測細(xì)胞組織的生理特性。
2.一種通過測量光子入進(jìn)路徑的平均長度以實現(xiàn)細(xì)胞組織檢測的一種分光光度計，其特征在于它包括一個用于產(chǎn)生所選頻率的載波的振蕩器，在從光的輸入端口到光的檢測端口的路徑上，該所選頻率可以與在細(xì)胞組織內(nèi)光子散射的平均入進(jìn)時間相比較；一個光源，可操作地與所說振蕩器相連接，用以產(chǎn)生所選波長的光，其強度是以該所說頻率調(diào)制，并在輸入端口被引入到被測物體內(nèi)；一個光敏二極管檢測器，用以在檢測端口處檢測處于輸入和輸出端口間的被測物的細(xì)胞組織中已經(jīng)入進(jìn)的所選波長的光；一個分相器，用以根據(jù)所說載波波形來產(chǎn)生預(yù)定的實際不同相位的第一和第二基準(zhǔn)相位信號；第一和第二雙平衡混頻器，用以使所說基準(zhǔn)相位信號和所說被檢測的輻射的信號相關(guān)聯(lián)，以便分此從別地產(chǎn)生一個實際的輸出信號和一個鏡象輸出信號；一個處理器，用以根據(jù)所說實際輸出信號和所說鏡象輸出信號來計算所說引入的光和所說被檢測的光之間的相位移；以及所說處理器進(jìn)一步根據(jù)該相位移確定被檢測細(xì)胞組織的生理特性。
3.一種通過測量光子入進(jìn)路徑的平均長度以實現(xiàn)細(xì)胞組織檢測的一種分光光度計，其特征在于它包括用于產(chǎn)生第一所選頻率的載波的第一振蕩器，在從光的輸入端口到光的檢測端口的路徑上，該所選頻率可以與在細(xì)胞組織內(nèi)光子散射的平均入進(jìn)時間相比較；一個光源，可操作地與該振蕩器相連接，用以產(chǎn)生所選波長的光，其強度是以所說該第一頻率調(diào)制，所說光在所說輸入端口被引入到被測物內(nèi)；一個光敏二極管檢測器，用以在所說檢測端口檢測位于輸入和檢測端口之間的被測物的細(xì)胞組織中已入進(jìn)的所說波長的光，對應(yīng)于所說被檢測的光，所說檢測器以所說第一頻率產(chǎn)生一個檢測信號；一個第二振蕩器，用以產(chǎn)生一個第二頻率的載波，該第二頻率從所說的第一頻率偏移104Hz的數(shù)量級；一個基準(zhǔn)混頻器，與所說第一和第二振蕩器相連接，用以產(chǎn)生頻率大致等于第一和第二頻率之差的一個基準(zhǔn)信號；連接以接收來自所說第二振蕩器信號和所說檢測信號的混頻器，并用以將所說的檢測信號轉(zhuǎn)換成差頻；一個相位相測器，可操作地連接來接收所說基準(zhǔn)混頻器的信號和所說的被變換的檢測信號，用以測量所說引入光和所說被檢測光之間的相位移；一個處理器，用以根據(jù)所說相位移來計算路徑長度；以及所說處理器還進(jìn)一步用以根據(jù)所說路徑長度來確定被測細(xì)胞組織的生理特性。
4.如權(quán)利要求1，2或3的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括一個幅值檢測器，連接到所說的光敏二極管檢測器，用以測量所說被測光的幅值，以及所說處理器進(jìn)一步用以接收所說的幅值，以實現(xiàn)生理特性的確定。
5.如權(quán)利要求1，2或3的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括一個低頻血氧測定計電路，可切換地連接到所說光源和所說光敏二極管，用以確定在所說波長處的光吸收性；以及所說處理器進(jìn)一步用以從所說血氧測定計電路接收該吸收值，以用于所說生理特性的確定。
6.如權(quán)利要求1或3的分光光度計，其特征在于進(jìn)一步包括兩個自動增益控制器，用以均衡對應(yīng)于所說引入光和所說被檢測光的信號，所說的這兩個被均衡的信號均被引入到所說的相位檢測器。
7.如權(quán)利要求1或3的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括一個幅值檢測器，連接到所說的光敏二極管檢測器，用以測量所說被測光的幅值；以及兩個自動增益控制器，用以均衡對應(yīng)于所說引入光和所說被檢測光的信號，所說的這兩上被均衡的信號均被引入到所說的相位檢測器。
8.如權(quán)利要求1，2或3的分光光度計，其特征在于，其中所說的光源是發(fā)光二極管，且所說的所選波長是在可見光或紅外光范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1，2或3的分光光度計，其特征在于，其中所說的光敏二極管檢測器是一個PIN二極管。
10.如權(quán)利要求1，2或3的分光光度計，其特征在于，其中所說的光敏二極管檢測器是一個雪崩二極管。
11.如權(quán)利要求1，2或3的分光光度計，其特征在于，其中所說的光敏二極管檢測器進(jìn)一步包括一個實際單一波長的濾波器。
12.如權(quán)利要求1，2或3的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括一個第二光源，可操作地連接到所說的振蕩器，用以產(chǎn)生第二所選波長的光，其強度以所說的第一頻率調(diào)制，所說的輻射在一個第二端口被引入一個被測物；在檢測端口，所說的光敏二極管檢測器還用于交替地用以檢測已經(jīng)入射到位于第一和第二輸入端口和所說檢測端口之間的被測物細(xì)胞組織的第一和第二波長的光；所說的相位檢測器還被用以交替地接收對應(yīng)于所說被檢測的第一和第二波長的信號；所說的處理器被進(jìn)一步用以交替地從相位移檢測器接收相位移，所說的相位移被隨后用于細(xì)胞組織的生理特性的確定。
13.如權(quán)利要求12的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括一個幅值檢測器，連接到所說的光敏二極管檢測器，用以測量在所說每一波長上的所說被檢測光的幅值；以及所說的處理器進(jìn)一步用以接收所說幅值以進(jìn)行所說生理特性的確定。
14.如要求1或3的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括一個第二光源，可操作地連接到所說的振蕩器，用以產(chǎn)生第二所選波長的光，其強度以所說的第一頻率調(diào)制，所說的輻射在一個第二輸入端口被引入一個被測物；在一個第二檢測端口處的一個第二光敏二極管檢測器，用以檢測已經(jīng)入射到位于所說的第二輸入端口和所說的第二檢測端口之間的被測物的細(xì)胞組織的所說第二波長的光；一個第二相位檢測器，可操作地連接來接收一個基準(zhǔn)信號和來自所說第二個二極管檢測器的一個檢測信號，用以測量以所說第二波長所引入的和被檢測光之間的相位移；以及所說處理器還被用接收以所說第二波長光的第二相位移，所說第一和第二相位移被隨后用于所說生理特性的確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括分別連接到所說第一和第二光敏二極管檢測器的第一和第二幅值檢測器，所說的幅值檢測器被用于測量所說每波長的的所說檢測光；以及所說處理器還被用以接收所說的幅值，用于所說生理特性的確定。
16.如權(quán)利要求14的分光光度計，其特征在于它進(jìn)一步包括一個第三光源，可操作地連接到所說的振蕩器，用以產(chǎn)生第三所選波長的光，其強度以所說的第一頻率調(diào)制，所說的輻射在一個第三輸入端口被引入到一個被測物；在一個第三檢測端口處的一個第三光敏二極管檢測器，用以檢測已經(jīng)入射到位中所說第三輸入端口和第三檢測端口之間的被測物的細(xì)胞組織的所說第三波長的光一個第三相位檢測器，可操作地連接來接收一個基準(zhǔn)信號和來自所說第三二極管檢測器的一個檢測信號，用以測量具有所說第三波長的所引入的和被檢測的光之間的相位移；以及所說處理器進(jìn)一被用以接收來自相位檢測器的相位移，所說第一、第二和第三相位移被隨后用于所說生理特性的確定。
17.如權(quán)利要求14的分光光度計，其特征在于，它進(jìn)一步包括分別連接到所說第一、第二和第三光二極管檢測器的第一、第二和第三幅值檢測器，所說的幅值檢測器用來測量以在所說波長的每一個來測量所說被測光的幅值；以及所說處理器進(jìn)一步用以接收所說的幅度以進(jìn)行所說生理特性的確定。
18.如權(quán)利要求16的分光光度計，其特征在于，每一個所說的光源是發(fā)光二極管，且所說所選波長在可見光或紅外光范圍內(nèi)。
19.如權(quán)利要求16的分光光度計，其特征在于其中每個所說光敏二極管檢測器是PIN二極管。
20.如權(quán)利要求16的分光光度計，其特征在于其中每一個所說光敏二極管檢測器是一個雪崩二極管。
21.如權(quán)利要求16的分光光度計，其特征在于其中每一個所說光敏二極管檢測器進(jìn)一步包括一個實際單一波長濾波器。
全文摘要
用于細(xì)胞組織檢測的一種路徑長度被校正的分光光度計包括一振蕩器(10)，用以產(chǎn)生所選頻率的載波波形；LED光源(22a-22c)用以產(chǎn)生所選波長的光，其強度由所選頻率調(diào)制且被輸入到一被測物體；光敏二極管(22a-22c)用以檢測已入進(jìn)到被測物細(xì)胞組織的光。該分光光度計通過測定光子入進(jìn)路徑的平均長度來確定被測細(xì)胞時上的生理特性。
文檔編號G01N21/64GK1119410SQ94191476
公開日1996年3月27日 申請日期1994年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月16日
發(fā)明者布里頓·常斯 申請人:無創(chuàng)傷診斷技術(shù)公司