CN101023863B - 经皮测新生儿黄疸报警仪 - Google Patents

Abstract

本发明为一种经皮测新生儿黄疸报警仪，采用LED(发光二极管)闪光灯作为检测光源，涉及测量、记录、分析诊断和报警的仪器。该仪器适用于对新生儿黄疸的动态无创检测和预警。该仪器不仅能够检测和记录新生儿的黄疸指数，还能够通过报警算法对可能出现病理性黄疸的新生儿进行报警。而且该仪器采用LED闪光灯作为光源，能够降低仪器的功耗，减少仪器的体积，使仪器更加小巧、轻便，同时也降低了仪器的成本。

Description

经皮测新生儿黄疸报警仪

技术领域

本发明为一种经皮测新生儿黄疸报警仪，采用LED(发光二极管)闪光灯作为检测光源，涉及测量、记录、分析诊断和报警的仪器。该仪器适用于对新生儿黄疸的动态无创检测和预警。

背景技术

胆红素在血液、组织及组织间液中累积使在皮肤、粘膜、巩膜及某些体液出现黄染，临床上称为黄疸。新生儿黄疸(又称为新生儿高胆红素血症)是新生儿期的常见疾病。新生儿黄疸可区分为生理性和病理性。从生理性上说，生理性黄疸是指新生儿的血清总胆红素含量未超过一个允许的范围(我国新生儿的血清胆红素水平约为10—14mg/dl)，在出生后短时间内会自行消退。对超过生理性所允许范围的，则称为病理性黄疸。在新生儿期，新生儿的血脑屏障功能没有发育成熟，血清中未结合的胆红素超过一定限度时可以通过血脑屏障，引发核黄疸，对新生儿脑部造成损伤，严重影响其智力发育，甚至可导致新生儿的死亡。

新生儿黄疸的早期预防和治疗能减轻病情、缩短疗程，这一结论已经被国内外学者所证实。新生儿黄疸的早期预防和治疗还能降低该病的发病率。近年来，随着光电技术的进步，经皮测黄疸仪的检测技术及准确程度不断提高，无创的经皮测新生儿黄疸方法基本取代了传统有创的抽血测血清方法，成为临床上检测新生儿黄疸的常规方法。目前市面上的经皮测黄疸仪每次只能给出一个检测值——经皮测黄疸指数，没有数据分析功能。在临床上其仅能用于对新生儿每日黄疸指数的检测，而无法用于预测新生儿黄疸和给予报警。大量临床试验表明，新生儿黄疸发生前的胆红素变化有一定规律。我们对新生儿黄疸指数与新生儿黄疸之间的关系进行了临床试验研究，得出新生儿黄疸的报警算法。由此，根据一定的报警算法能够有效预测新生儿黄疸，提示医务人员及时给予治疗或预防性治疗，减少黄疸的发病率及减轻患儿的黄疸病情，能极大地提高围产质量。迄今为止，国内外尚未见有关于经皮测新生儿黄疸报警仪的制造及使用的报道。

另外，目前国内外的经皮测黄疸仪，都采用氙闪光灯作为检测光源。氙闪光灯存在着耗电量大，供电电路复杂，电路板面积大等缺点，导致产品的体积较大，携带不方便。LED作为新型的光源具有工作电压低，耗电量少；性能稳定，寿命长(一般为10万到1000万小时)； 抗冲击，耐振动性强；重量轻，体积小，成本低等优点。目前市面上的LED闪光灯在光学性能上已经达到大部分氙闪光灯的水平。

发明内容

本发明的目的是克服现有的经皮测新生儿黄疸仪只能检测黄疸指数而不能有效预测新生儿黄疸和给予报警，以及使用氙闪光灯作为光源导致产品体积大，携带不方便等不足，在通过临床试验得出了有效的黄疸报警算法的基础上，提供一种轻便的经皮测新生儿黄疸报警仪。该仪器不仅能够检测和记录新生儿的黄疸指数，还能够通过报警算法对可能出现病理性黄疸的新生儿进行报警。而且该仪器采用LED闪光灯作为光源，能够降低仪器的功耗，减少仪器的体积，使仪器更加小巧、轻便，同时也降低了仪器的成本。

采用经皮测黄疸的方法检测新生儿的黄疸指数，同时对每次检测的数据进行存储，并在这些数据的基础上，运行报警算法找出可能出现病理性黄疸的新生儿，给予声音、灯光和文字等方式的报警。整个仪器从硬件上主要由光学和微控制器系统两部分组成，而软件部分则主要包括黄疸检测、数据库和报警算法三个模块。硬件部分的具体结构和功能如下：

1、光学部分。该部分由光源、光路和光电转换三个部件组成，由微控制器系统的微处理器控制光源闪光，发出的光经光路部件照射新生儿皮肤后反射回光路部件，然后通过滤光片滤出绿光和蓝光成分，再由光电转换部件将其转换成与其光密度成正的电信号后，连接到微控制器系统的数据采集部件。其具体结构如下：

(1)光源部件。该部件是本发明的核心发明之一，采用了新型的LED闪光灯电路代替现有产品的氙光灯闪光电路。采用的LED闪光灯在光学性能上与现有产品的氙闪光灯相近，但由于LED的工作电压低，耗电量少，所以LED的光源供电电路和氙闪光灯的供电电路相比，不需要振荡电路、升压变压器、储能大电容器及反馈控制电路，只需使用一个电荷泵及一些外置的电容、电阻。通过连接到微控制器系统的微处理器上的FLASH ON开关，由微处理器控制其闪光。

(2)光路部件。光路部件包括三芯的同轴光纤探头和滤波片。其中探头的中芯为入射光路，光源发出的光经其到达新生儿的皮肤。而内芯和外芯为反射光路，反射光经其分别到达蓝色和绿色滤波片。滤波片分别滤出反射光中的蓝光(460nm)和绿光(550nm)成分后将其入射到光电转换部件。

(3)光电转换部件。该部件由两组光电池和负反馈放大电路组成。两组光电池分别将蓝光(460nm)和绿光(550nm)转换成电压与其光密度成正比的电信号，然后经各自的负反馈 放大电路放大，传送到微处理系统的数据采集部件。

3、微控制器系统。这部分是实现本发明功能的核心部分之一，负责接收和执行用户的指令，进行闪光控制、黄疸指数的计算和显示、历史数据的各种数据库操作以及运行报警算法对可能出现病理性黄疸的新生儿进行预报警等操作。整个系统由微处理器和数据采集、显示屏、键盘、日历时钟、存储单元、声光报警等外围电路组成。

外围电路与微处理器相连，微处理负责执行用户指令，对数据进行操作。数据采集部件将光电转换部件出来的电信号采样后输入到微处理器。用户通过键盘向微处理器发出指令，微处理执行这些指令，并把处理的结果通过显示屏显示出来。日历时钟为每次的测量提供实时的时间记录，存储单元用于数据库的存储。在黄疸检测后，微处理能够运行报警算法，对可能出现病理性黄疸的新生儿通过由发光二极管和蜂鸣器组成的声光报警模块进行报警。

本发明的软件部分中，黄疸检测模块用于实现黄疸指数的检测；数据库模块则提供数据的增加、查询和删除功能；而报警算法模块则是本发明的核心发明，是在大量的临床试验的基础上得出来的一个根据新生儿黄疸指数的变化规律，来判断其是否可能出现病理性黄疸的有效算法。在微处理器上运行该算法，根据数据库中的黄疸指数值和当前检测值，可以预测出可能出现病理性黄疸的新生儿，从而给予报警。

本发明的有益效果是，不仅能够动态无创检测新生儿黄疸指数的变化，还能够对可能出现病理性黄疸的新生儿进行预报警，提醒医护人员及时给予干预和治疗，从而达到减少新生儿黄疸的发病率，减轻发病的严重程度，提高围产保健质量的目的。并且本发明所提供的数据库功能能够使医护人员很方便地对病情进行回顾和分析，从而更好地制定治疗方案。同时由于采用了新型的LED检测光源，仪器更加小巧、轻便，更方便医护人员的操作，也降低了仪器的成本。

附图说明

图1为本发明的总体硬件结构图。

图2为本发明的光源部件电路图。

图3为本发明的光路部件结构图。

图4为本发明的光电转换部件电路图。

图5为本发明的数据采集部件结构图。

图6为本发明的黄疸指数检测、保存和黄疸报警软件流程图。

图7为本发明的报警软件流程图。

图8为本发明的数据库操作软件流程图。

图中，1为LED光源，2为同轴光纤探头，3为滤光片，4为光电转换部件，5为数据采集部件，6为微处理器，7为显示屏，8为键盘，9为日历时钟，10为存储单元，11为声光报警模块，12为探头中芯，13为探头内芯，14为探头外芯，15为AD转换模块，16为比较电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的硬件包括光学和微控制器系统两部分，光学部分实现光信号的检测，而微控制器负责指令的执行、数据的处理和结果的显示。

光学部分包括LED光源01，同轴光纤探头02、滤波片03和光电转换部件04。其中LED光源01的开关由微控制器系统的微处理器06的I/O端口控制。LED光源01发出的光从同轴光纤探头02一侧照射新生儿皮肤，反射光再通过同轴光纤探头02照射到其另一侧的滤波片03上，滤波片03片滤出的蓝光和绿光成分照射到光电转换部件04的光电池P上，光电转换部件04通过与微控制器系统的数据采集部件05相连的数据线将转换后的电信号传输到微控制器系统。

微控制器系统整个系统由微处理器06、数据采集部件05、显示屏07、键盘08、日历时钟09、存储单元10和声光报警模块11组成。其中数据采集部件05、显示屏07、键盘08、日历时钟09、存储单元10和声光报警模块11这些外围的电路模块分别与微处理器相连。

本发明的软件部分，黄疸检测模块检测新生儿的黄疸指数，检测后的数据通过数据库模块进行存储，数据保存后调用报警算法可以对可能出现病理性黄疸的新生儿进行报警。调用数据库模块也可以对历史数据进行查询、删除等处理。

如图1中的系统总体硬件结构图，微处理器06通过I/O端口连接到光学部分的LED光源01的开关，控制其闪光。LED光源01发出的光经同轴光纤探头02照射到新生儿皮肤，反射光再经同轴光纤探头02返回并照射到滤光片03上。滤光后的光信号照射到光电转换部件04的光电池P上。通过光电转换部件04转换后的电信号由信号线连接到数据采集部件05，然后传到微处理器06。微处理器06通过总线结构与显示屏07、键盘08、日历时钟09和存储单元10相连，通过I/O口直接与声光报警模块11的开关和数据采集部件05相连。微处理器06与这些外围电路模块共同组成微控制器系统，完成各种数据处理，实现黄疸检测、报警和数据库等功能。

如图2中的LED光源部件电路图，电荷泵及三个外置的小电容组成供电电路。其中C1是输入滤波电容，C2是电荷泵的储能电容，C3是输出滤波电容，通过这三个电容，电荷泵能向LED提供恒定的电压和电流使其闪光。Rb是LED的平衡电阻。Re是峰值电流调节电阻，用于控制通过LED的峰值电流，从而达到控制LED闪光强度的目的。M是MOS管，由微处理器06的一个I/O端口发出的FLASH ON信号控制其导通从而控制LED光源闪光。

如图3中的光路部件结构图，LED光源06发出的光经同轴光纤探头02的探头中芯12照射到新生儿的皮肤，反射光分别从探头内芯13和探头外芯14返回报警仪，然后由滤光片03分别滤出其中的蓝光(460nm)和绿光(550nm)成分后入射到光电转换部件04的光电池P上。

如图4中的光电转换部件电路图，滤光片03过滤后的光信号照射到光电池P上转换成电信号，然后经由运放A，电阻R，电容C和可调电阻W组成的负反馈电路放大后通过信号线连接到数据采集部件05。

如图5中的数据采集部件结构图，数据采集部件05可采用两种形式：一种是将光电转换部件04出来的电信号由AD转换模块15转换成数字信号送进微处理器06，由微处理器06完成整个信号的处理过程；另一种是将光电转换部件04出来的电信号先通过比较电路16比较后再接入微处理器06的计数口。

如图6中的黄疸指数检测、保存和黄疸报警软件实施例，数据采集部件05将信号采集进微处理器06，微处理器06运行黄疸检测算法得出黄疸指数后在显示屏07上显示出来。然后用户通过键盘08按键选择是否保存和运行报警算法。如果用户选择保存和运行报警算法，微处理器06则调用存储单元10中的数据库，保存该次检测的结果并运行报警算法，对可能出现病理性黄疸的新生儿通过声光报警模块11进行报警并在显示屏07上显示报警信息。

如图7中的报警软件实施例，微处理器06先判断当前检测值是否大于12(205μmol/L)，是则报警。否则再判断该检测值是否第一个测量值，是则不报警。否则接着判断其是否第二个测量值，是则判断其与第一个测量值之差是否大于2(35μmol/L)，是则报警，否则不报警。如果不是第二个测量值则判断其与前一个测量值之间的差是否大于5(85.5μmol/L)，是则报警，否则不报警。其中第一个测量值表示新生儿刚出生的值，第二个表示出生后1小时的值，第三个表示出生后12～24小时的值，第四个表示出生后36～48小时的值……依次类推。

如图8中的数据库操作软件实施例，用户通过键盘08可以选择数据查询的方式：按 时间查询或者按床号查询。如果选择的是按时间查询，微处理器06将查找存储单元10中的数据库，然后把最新的一条数据在年显示屏07上显示出来。用户可以通过键盘08翻页按时间顺序去查找前后的数据。如果选择的是按床号查询，则微处理器06在用户输入床号后将数据库中该床的最新一条数据在显示屏07上显示出来，这时用户可以通过键盘08调出该床新生儿的黄疸指数趋势图，或者翻页来查找前后的数据。在查询的过程中，如果用户想删除掉某条数据的时候，可以按键盘08的删除键。在确认后，微处理器06将会把该数据从数据库中删除掉。

Claims (4)

1.一种经皮测新生儿黄疸报警仪，包括光学部分和微控制器系统部分，其特征是：光学部分由LED光源(01)、同轴光纤探头(02)、滤波片(03)和光电转换部件(04)组成，其中LED光源(01)的开关接微控制器系统的微处理器(06)的I/O端口；LED光源(01)发出的光从同轴光纤探头(02)一侧照射新生儿皮肤，反射光再通过同轴光纤探头(02)照射到其另一侧的滤波片(03)上，滤波片(03)滤出的蓝光和绿光成分照射到光电转换部件(04)的光电池(P)上，光电转换部件(04)通过与微控制器系统的数据采集部件(05)相连的数据线将转换后的电信号传输到微控制器系统；微控制器系统整个系统由微处理器(06)、数据采集部件(05)、显示屏(07)、键盘(08)、日历时钟(09)、存储单元(10)和声光报警模块(11)组成；其中数据采集部件(05)、显示屏(07)、键盘(08)、日历时钟(09)、存储单元(10)和声光报警模块(11)这些外围的电路模块分别与微处理器相连；数据采集部件(05)将信号采集进微处理器(06)，微处理器(06)运行黄疸检测算法得出黄疸指数后在显示屏(07)上显示出来；然后用户通过键盘(08)按键选择是否保存和运行报警算法；如果用户选择保存和运行报警算法，微处理器(06)则调用存储单元(10)中的数据库，保存该次检测的结果并运行报警算法，对可能出现病理性黄疸的新生儿通过声光报警模块(11)进行报警并在显示屏(07)上显示报警信息。

2.根据权利要求1所述的经皮测新生儿黄疸报警仪，其特征是：由电荷泵及三个外置的电容组成LED光源供电电路，由微处理器(06)的一个I/O端口发出的FLASH ON信号控制其导通从而控制LED光源闪光。

3.根据权利要求1所述的经皮测新生儿黄疸报警仪，其特征是：LED光源(01)发出的光经同轴光纤探头(02)的探头中芯(12)照射到新生儿的皮肤，反射光分别从探头内芯(13)和探头外芯(14)返回报警仪，然后由滤波片(03)分别滤出其中的蓝光和绿光成分后入射到光电转换部件(04)的光电池上。

4.根据权利要求1所述的经皮测新生儿黄疸报警仪，其特征是：数据采集部件(05)能够采用两种形式：一种是将光电转换部件(04)出来的电信号由AD转换模块(15)转换成数字信号送进微处理器(06)，由微处理器(06)完成整个信号的处理过程；另一种是将光电转换部件(04)出来的电信号先通过比较电路(16)比较后再接入微处理器(06)的计数口。

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