CN103584870B

CN103584870B - 无创血红蛋白测定仪及其检测方法

Info

Publication number: CN103584870B
Application number: CN201310524543.9A
Authority: CN
Inventors: 孙传政; 杨广益; 杨明施
Original assignee: Third Xiangya Hospital of Central South University
Current assignee: Third Xiangya Hospital of Central South University
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: CN103584870A

Abstract

本发明公开了一种无创血红蛋白测定仪，其包括检测电路及分别与该检测电路相连接的近红外光源模组、图像采集模组、显示屏和电源模块；本发明还公开了无创血红蛋白测定仪的检测方法；本发明提供的测定仪采用近红外光源，对于眼睑结膜浅层动脉网进行照射，采集反射光进行血管外形分析以及红色深浅分析，将分析结果进行数量转化，并跟标准值进行对比，能快速、准确得出血红蛋白值，并直接显示在显示屏上；本发明提供的检测方法步骤简洁，无需采血标本，使用无创的光学测量方式，能快速将所需要的测量值以直观的数字方式呈现出来；对于同一测量对象，可以实现高频率多次测量，减少了病人的痛苦，节约了医疗资源，极具社会价值和经济价值。

Description

无创血红蛋白测定仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及红蛋白检测技术领域，具体涉及一种无创血红蛋白测定仪及其检测方法。

背景技术

血红蛋白为血液中红细胞内的主要蛋白质，血液中因为含有一定浓度的血红蛋白而呈现出我们肉眼所见的红色,血红蛋白含量越高，血液呈现出的红色越深。血红蛋白的功能是运输氧和二氧化碳，它能从肺携带氧经由动脉血运送给组织，又能携带组织代谢所产生的二氧化碳经静脉血送到肺再排出体外。

血红蛋白是机体不可或缺的重要物质。当血红蛋白含量降低到一定程度常导致机体出现各种不适、疾病甚至死亡。临床上所有失血性疾病都需要及时了解血红蛋白的含量来决定下一步治疗方案，如消化道出血、创伤性失血、咯血、术后出血及其他血液系统疾病，因此及时的血红蛋白含量监测在临床上极其重要。

目前临床上所有的血红蛋白含量检测均需采集患者血液标本进行分析得出结果，尽管每次需要标本量较少，但仍需有创采血，且临床往往需要反复多次检测，有时甚至需半小时检测一次，这样无疑增加患者痛苦，消耗医疗资源，增加患者医疗费用，且临床上对于一些危重病人常需要采血标本后人工送至检验科，经检测后再反馈至临床科室，此流程常需消耗时间，因此是否能有一种无创准确快捷的血红蛋白检测手段为临床所需。

眼睑的血液供应丰富，主要有颈外动脉、眼动脉发出的分支供应，这些动脉在眼睑浅部形成动脉网，人们可以直观的观察到血管内血液色泽。机体有自身调节机制，即使在血容量不足（休克）也会优先保证心、脑、眼等重要器官的血液供应，因而眼睑浅部动脉网血供恒定，故临床医师常根据经验对睑结膜动脉网色泽初步估计血红蛋白含量，但其结果主观性强，准确性决定于医生的临床经验。

目前市场上的较为普遍的无创血液成分测定仪以指式脉搏血氧饱和度仪最为普遍，亦相对成熟，如中国发明专利公开号CN102223835A，其公开了一种指式脉搏血氧饱和度仪，包括检测主机及软外壳。所述检测主机包含设有光电检测模组及检测电路的电路板及与电路板电性连接的显示屏。所述软外壳包含设有插孔以供被检测者的手指插入的软指套,以及与所述软指套一体设置的第一收容部。所述检测主机的电路板和显示屏被收容固定在所述软外壳的第一收容部中。其利用成熟指甲近红外光的吸收谱特征和对应的吸收光线光强测量技术，进行分析，得出人体血液中的氧化血红蛋白和还原血红蛋白之间的比例关系。但是该技术有明显的限制，其一由于测量为指甲下血管网络，在测量失血性疾病的病人时，由于人体系统性机理调整而减少四肢血液供应或者系统调节性关闭末端微循环，亦将极大的影响测量结果的准确性和真实性。其二由于测量为透过指甲的光线，必然要求光线在透过指甲两次，所以受到不同人的指甲差异的影响极大，直接影响测量结果的准确性和真实性。

发明内容

针对上述不足，本发明目的之一在于，提供一种通过照射眼睑结膜浅层动脉网便可快速、准确得出血红蛋白值的无创血红蛋白测定仪。

本发明的目的还在于，提供一种前述的无创血红蛋白测定仪的检测方法。

本发明为实现上述目的，所提供的技术方案是：一种无创血红蛋白测定仪，其包括近红外光源模组，用于发射近红外光，作为检测光源；

图像采集模组，用于采集检测光源所投射的部位的图像，并将该图像的光学信号转换成电信号；

检测电路，用于接收图像采集模组传输过来的电信号进行识别运算处理和临时储存，对于运算处理出来的结果与预定设定的标准值进行对比，根据对比值计算出血红蛋白含量值，并将血红蛋白含量值进行数字储存和输出；

显示屏，用于显示出检测电路所输出的血红蛋白含量值；

电源模块，用于为近红外光源模组、图像采集模组、检测电路和显示屏提供工作电源。

作为本发明的一种改进，本发明无创血红蛋白测定仪还包括主壳体，该主壳体的一端较大形成把持部，中部呈逐渐缩小状形成连接部，另一端呈直线延伸形成检测部，所述电源模块设置在所述把持部的背面位置，所述显示屏设置在所述把持部的正面位置，所述近红外光源模组和检测光源并排在检测部的端部，所述检测电路设置在所述把持部内，并分别与所述近红外光源模组、图像采集模组和显示屏相连接。

作为本发明的一种改进，所述近红外光源模组包括光源支架和波长为600～800nm的发光二极管，所述检测部的背面设有检测窗口，所述发光二极管对应检测窗口的位置通过所述光源支架设置在所述检测部内，且朝向该检测窗口。

作为本发明的一种改进，所述图像采集模组包括摄像支架和摄像头，所述摄像头对应检测窗口的位置通过所述摄像支架设置在所述检测部内，且该摄像头略伸出所述检测窗口或与该检测窗口相平齐。

作为本发明的一种改进，所述检测电路包括处理电路板和检测按钮，该检测按钮对应所述显示屏的上方位置设置在所述把持部的正面位置上，所述处理电路板设置在该把持部内，且与所述检测按钮相连接，所述处理电路板包括相互连接并交互通信的图像采样单元、储存单元、图像分析处理单元和数字显示输出单元。

作为本发明的一种改进，所述检测部的外表面包覆有透明软质保护层。

一种上述无创血红蛋白测定仪的检测方法，其包括如下步骤：

（1）将近红外光源模组和图像采集模组朝向睑结膜浅层毛细血管；

（2）图像采集模组采集睑结膜浅层毛细血管图像，并将该图像的光学信号转换成电信号；

（3）检测电路对图像采集模组所传输过来的电信号进行识别运算处理和临时储存，对于运算处理出来的结果与预定设定的标准值进行对比，并根据对比值计算出血红蛋白含量值，并将血红蛋白含量值进行数字储存和传输至显示屏；

（4）显示屏将检测电路所传输过来的血红蛋白含量值显示出来。

作为本发明的一种改进，所述步骤（1）具体包括以下步骤：先使睑结膜外翻，然后将检测部上的检测窗口贴合在睑结膜上，实现使近红外光源模组和图像采集模组朝向睑结膜浅层毛细血管。

作为本发明的一种改进，所述步骤（3）具体包括如下步骤：

（3.1）检测电路对图像采集模组所采集睑结膜浅层毛细血管图像进行像素光强数值识别处理，当像素光强数值不在预先设定的阀值范围内，则相应调整近红外光源模组的近红外光源强度，直至像素光强数值落入阀值范围内，以获得入射光光强L_入，并临时储存；

（3.2）检测电路驱动图像采集模组进行多次数睑结膜浅层毛细血管图采集，设该次数为N；

（3.3）检测电路对图像采集模组每次采集的图像进行血管识别，获得到血管的边界，对于血管边界内部的图形的光强进行平均值的计算得到L_N，进一步对于L_N求平均值avg（L_N）；

（3.4）检测电路将入射光强L_入和图像采集结果的平均值avg（L_N）对比预先设定的标准值L_入标和L_反标，则可以得到与标准的血红蛋白含量的对比值，检测电路将入射光强L_入和图像采集结果的平均值avg（L_N）对比预先设定的标准值L_入标和L_反标所对应的血红蛋白含量值A计算出当前血红蛋白含量值X，X=A*(avg（L_N）/L_入)/(L_反标/L_入标)，并将该血红蛋白含量值X结果进行储存和以数字信息方式传递给显示屏。

本发明的有益效果为：本发明提供的无创血红蛋白测定仪采用近红外光源，对于眼睑结膜浅层动脉网进行照射，采集反射光进行血管外形分析以及红色深浅分析，将分析结果进行数量转化，并跟标准值进行对比，能快速、准确得出血红蛋白值，并直接显示在显示屏上；本发明提供的检测方法步骤简洁，操作方便，无需采血标本，使用无创的光学测量方式，可以在几秒钟内，将所需要的测量值以直观的数字方式呈现出来；对于同一测量对象，可以实现高频率多次测量，很好的避免因多次采血给病人带来的痛苦，同时节约了大量的医疗资源，成本低，易于实现，利于大范围推广应用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的主视结构示意图。

图3为本发明的后视结构示意图。

图4为本发明的分解结构示意图。

具体实施方式

实施例：参见图1至图4，本发明实施例提供的一种无创血红蛋白测定仪，其包括检测电路及分别与该检测电路相连接的近红外光源模组1、图像采集模组2、显示屏3和电源模块4，所述近红外光源模组1用于发射近红外光，作为检测光源；所述图像采集模组2用于采集检测光源所投射的部位的图像，并将该图像的光学信号转换成电信号；所述检测电路用于接收图像采集模组2传输过来的电信号进行识别运算处理和临时储存，对于运算处理出来的结果与预定设定的标准值进行对比，根据对比值计算出血红蛋白含量值，并将血红蛋白含量值进行数字储存和输出；所述显示屏3用于显示出检测电路所输出的血红蛋白含量值；所述电源模块4用于为近红外光源模组1、图像采集模组2、检测电路和显示屏3提供工作电源。

本实施例中，本发明无创血红蛋白测定仪还包括主壳体5，该主壳体5的一端较大形成把持部51，中部呈逐渐缩小状形成连接部52，另一端呈直线延伸形成检测部53，所述电源模块4设置在所述把持部51的背面位置，所述显示屏3设置在所述把持部51的正面位置，所述近红外光源模组1和检测光源并排在检测部53的端部，所述检测电路设置在所述把持部51内，并分别与所述近红外光源模组1、图像采集模组2和显示屏3相连接。整体结构紧凑，体积小，重量轻，方便血红蛋白测量工序，以及方便携带，同样亦方便人们在生活中轻松简单，随时随地地测试自己的血红蛋白。

所述近红外光源模组1包括光源支架和波长为600～800nm的发光二极管，所述检测部53的背面设有检测窗口54，所述发光二极管对应检测窗口54的位置通过所述光源支架设置在所述检测部53内，且朝向该检测窗口54。

所述图像采集模组2包括摄像支架和摄像头，所述摄像头对应检测窗口54的位置通过所述摄像支架设置在所述检测部53内，且该摄像头略伸出所述检测窗口54或与该检测窗口54相平齐。

所述检测电路包括处理电路板和检测按钮6，该检测按钮6对应所述显示屏3的上方位置设置在所述把持部51的正面位置上，所述处理电路板设置在该把持部51内，且与所述检测按钮6相连接，所述处理电路板包括相互连接并交互通信的图像采样单元、储存单元、图像分析处理单元和数字显示输出单元。

优选的，所述检测部53的外表面包覆有透明软质保护层，该透明软质保护层的作用是防止损伤结膜等人体组织。

本发明提供的无创血红蛋白测定仪采用近红外光源，对于眼睑结膜浅层动脉网进行照射，采集反射光进行血管外形分析以及红色深浅分析，将分析结果进行数量转化，并跟标准值进行对比，能快速、准确得出血红蛋白值，并直接显示在显示屏3上。本发明利用脉搏血氧饱和度仪成熟的特征光谱和光强测量技术作为基础技术之外，并综合现在对于结膜血管图像识别的结果，采用基于M-H算子边缘检测的球结膜血管识别技术进行精确的对于血管进行识别。

（1）将近红外光源模组1和图像采集模组2朝向睑结膜浅层毛细血管；优选的，所述步骤（1）具体包括以下步骤：先使睑结膜外翻，然后将检测部53上的检测窗口54贴合在睑结膜上，实现使近红外光源模组1和图像采集模组2朝向睑结膜浅层毛细血管。

（2）图像采集模组2采集睑结膜浅层毛细血管图像，并将该图像的光学信号转换成电信号。

（3）检测电路对图像采集模组2所传输过来的电信号进行识别运算处理和临时储存，对于运算处理出来的结果与预定设定的标准值进行对比，并根据对比值计算出血红蛋白含量值，并将血红蛋白含量值进行数字储存和传输至显示屏3；优选的，所述步骤（3）具体包括如下步骤：（3.1）检测电路对图像采集模组2所采集睑结膜浅层毛细血管图像进行像素光强数值识别处理，当像素光强数值不在预先设定的阀值范围内，则相应调整近红外光源模组1的近红外光源强度，直至像素光强数值落入阀值范围内，以获得入射光光强L_入，并临时储存；（3.2）检测电路驱动图像采集模组2进行多次数睑结膜浅层毛细血管图采集，设该次数为N；（3.3）检测电路对图像采集模组2每次采集的图像进行血管识别，获得到血管的边界，对于血管边界内部的图形的光强进行平均值的计算得到L_N，进一步对于L_N求平均值avg（L_N），即函数avg（L_N）为avg（L_N）=(L₁+L₂+…+L_N)/N；（3.4）检测电路将入射光强L_入和图像采集结果的平均值avg（L_N）对比预先设定的标准值L_入标和L_反标，则可以得到与标准的血红蛋白含量的对比值，检测电路将入射光强L_入和图像采集结果的平均值avg（L_N）对比预先设定的标准值L_入标和L_反标所对应的血红蛋白含量值（将该血红蛋白含量值设为A）计算出当前血红蛋白含量值（将该血红蛋白含量值设有为X）X，则计算公式为X=A×(avg（L_N）/L_入)/(L_反标/L_入标)，并将该血红蛋白含量值X结果进行储存和以数字信息方式传递给显示屏。

（4）显示屏3将检测电路所传输过来的血红蛋白含量值X显示出来。

本发明提供的检测方法步骤简洁，操作方便，无需采血标本，使用无创的光学测量方式，可以在几秒钟内，将所需要的测量值以直观的数字方式呈现出来；对于同一测量对象，可以实现高频率多次测量，很好的避免因多次采血给病人带来的痛苦，同时节约了大量的医疗资源，成本低，易于实现，利于范围推广应用。

本发明巧妙选用睑结膜为检测部位，睑结膜属于机体优先保证血供的器官之一，即使机体处于失血休克阶段仍能优先保证其血供，大大减少了类似脉搏血氧饱和度仪的对于失血病人的误判可能性；并且由于粘膜层极薄而且几乎透明，则测定的真实性和个体差异均可以得到更好的控制，进而大大提升本发明无创血红蛋白测定仪的检测血红蛋白值的精准性。

参见图1至图4，通过合理设计主壳体5的形状构造，将巧妙将检测电路、近红外光源模组1、图像采集模组2、显示屏3和电源模块4合理布局在该主壳体5上，整体结构紧凑，体积小，外形美观，重量轻，实用性强，方便血红蛋白测量工序，以及方便携带，同样亦方便人们在生活中轻松简单，随时随地地测试自己的血红蛋白。本发明在一定的医疗领域，有希望成为像体温计一样的常规检测仪器，将对临床医疗产生深远影响。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的结构而得到的其它测定仪和其检测方法，均在本发明保护范围内。

Claims

1.一种无创血红蛋白测定仪，其特征在于，其包括

近红外光源模组，用于发射近红外光，作为检测光源；

检测电路，用于接收图像采集模组传输过来的电信号进行识别运算处理和临时储存，对于运算处理出来的结果与预先设定的标准值进行对比，根据对比值计算出血红蛋白含量值，并将血红蛋白含量值进行数字储存和输出；

显示屏，用于显示出检测电路所输出的血红蛋白含量值；

电源模块，用于为近红外光源模组、图像采集模组、检测电路和显示屏提供工作电源；

主壳体，该主壳体的一端较大形成把持部，中部呈逐渐缩小状形成连接部，另一端呈直线延伸形成检测部，所述电源模块设置在所述把持部的背面位置，所述显示屏设置在所述把持部的正面位置，所述近红外光源模组在检测部的端部，所述检测电路设置在所述把持部内，检测电路分别与所述近红外光源模组、图像采集模组和显示屏相连接。

2.根据权利要求1所述的无创血红蛋白测定仪，其特征在于，所述近红外光源模组包括光源支架和波长为600～800nm的发光二极管，所述检测部的背面设有检测窗口，所述发光二极管对应检测窗口的位置通过所述光源支架设置在所述检测部内，且朝向该检测窗口。

3.根据权利要求2所述的无创血红蛋白测定仪，其特征在于，所述图像采集模组包括摄像支架和摄像头，所述摄像头对应检测窗口的位置通过所述摄像支架设置在所述检测部内，且该摄像头略伸出所述检测窗口或与该检测窗口相平齐。

4.根据权利要求1所述的无创血红蛋白测定仪，其特征在于，所述检测电路包括处理电路板和检测按钮，该检测按钮对应所述显示屏的上方位置设置在所述把持部的正面位置上，所述处理电路板设置在该把持部内，且与所述检测按钮相连接，所述处理电路板包括相互连接并交互通信的图像采样单元、储存单元、图像分析处理单元和数字显示输出单元。

5.根据权利要求1所述的无创血红蛋白测定仪，其特征在于，所述检测部的外表面包覆有透明软质保护层。

6.一种权利要求1-5任意一项所述无创血红蛋白测定仪的检测方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（2）图像采集模组采集睑结膜浅层毛细血管图像，并将该睑结膜浅层毛细血管图像的光学信号转换成电信号；

（3）检测电路对图像采集模组所传输过来的电信号进行识别运算处理和临时储存，对于运算处理出来的结果与预先设定的标准值进行对比，并根据对比值计算出血红蛋白含量值，并将血红蛋白含量值进行数字储存和传输至显示屏；

（4）显示屏将检测电路所传输过来的血红蛋白含量值显示出来；

所述步骤（3）具体包括如下步骤：

（3.2）检测电路驱动图像采集模组进行多次数睑结膜浅层毛细血管图像采集，设该次数为N；

（3.3）检测电路对图像采集模组每次采集的睑结膜浅层毛细血管图像进行血管识别，获得到血管的边界，对于血管边界内部的图形的光强进行平均值的计算得到L₁，L₂，…，L_N，进一步对于L₁，L₂，…，L_N求平均值avg（L_N）；

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述步骤（1）具体包括以下步骤：先使睑结膜外翻，然后将检测部上的检测窗口贴合在睑结膜上，实现使近红外光源模组和图像采集模组朝向睑结膜浅层毛细血管。