CN1177565C

CN1177565C - 听诊器

Info

Publication number: CN1177565C
Application number: CNB008148902A
Authority: CN
Inventors: 中田力
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2004-12-01
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: CN1384721A; KR20020043600A; WO2001024701A1; DE60023162T2; TW431883B; JP3532800B2; EP1219241A4; US7024001B1; EP1219241B1; DE60023162D1; JP2001095767A; KR100490461B1; EP1219241A1

Abstract

一种简单的通常为便携式的用于精确诊断的听诊器。一起探头部分作用的、用于使用近红外光非侵入地照射患病部位的辐射/光接收光纤(11)被应用于患病部位，以便测量例如脑循环血流的变化。该变化作为声音脉冲调制是很剧烈的，以便检查脑功能的变化。例如，来自半导体激光光源(22)的三个波长λ＝760,800,830nm的光束被应用于患病部位，由控制装置(21)对从患病部位反射的数据进行处理，医生通过用接收器(32)听取其音调和音量为恒定的声音频率的变化用医生的耳朵进行诊断。

Description

听诊器

技术领域

本发明涉及一种听诊器，是医疗设置中医生所使用的仪器。

背景技术

通过使用“近红外光”获得有关生物体血红蛋白数据的技术是众所周知的〔通常将这种技术统称为“近红外光谱学(NIRS)”〕。

其中一种应用的例子是已被广泛使用的量氧计。近年来，通过探测脑循环血流的改变而非侵入地探测脑功能的实用(functional)成像已经取得了广泛的注意。这种技术已经被广泛地用于，例如利用O¹⁵标记的水的正电子发射层析术(PET)，和利用去氧化血红蛋白的磁化率的磁共振成像(BOLD-fMRI)。一直在寻求利用近红外光的实用成像技术(所谓光学CT)的发展，因为该实用成像技术通过使用近红外光能够获得血红蛋白信息。不过，不能说已经建立了这种实用成像技术。

可以将诊断设备和工具分成以下三类：

(1)大型设备，如在上述PET和MRI中所使用的设备，这些设备需要安装设备的场所，以便接收检查。

(2)小型设备，如设置在床侧或救护车中的心电图描计器，脑电图仪或量氧计，或者被运送到患者位置的便携式装置。

(3)仪器，如医疗工作者经常在他人身上使用的听诊器。

发明内容

迄今为止，听诊器仅是一种分类在上述类型(3)中的有用的仪器。同时，在上述类型(2)中已经产生了利用上述近红外光的诸如量氧计的设备。光学CT的概念属于前面所述的类(1)或(2)。

鉴于以上所述，本发明的目的在于提供一种简单的，通常为便携式的能够进行精确诊断的听诊器。

为了实现上述目的，本发明提供了以下内容：

[1]一种听诊器，包括一用于使用近红外光非侵入地照射患病部位的探头部分，该探头具有辐射光纤和光接收光纤；一通过导线与该探头部分相连的控制装置，该控制装置包括一连接到辐射光纤上的半导体激光光源，一连接到光接收光纤上的光探测器，一用于在该探头部分输出的数据的基础上探测脑循环血流变化的控制器；和一用于将脑循环血流的变化转换成声音脉冲的声源装置；以及与该控制装置的声源装置相连接的一对导线和接收器，其中在来自该声源装置的声音脉冲的基础上进行听诊，以便诊断出脑功能的变化。

[2]根据前面[1]所述的听诊器，其中该近红外光包括两个波长。

[3]根据前面[1]所述的听诊器，其中该近红外光包括三个波长。

[4]根据前面[3]所述的听诊器，其中该近红外光包括760nm，800nm和830nm的波长。

[5]根据前面[1]所述的听诊器，其中脑循环血流的变化是总血红蛋白(t-Hb)或血红蛋白的氧饱和率(a oxygen saturation rate，rSO₂)的变化。

本发明能够提供一种非侵入地将近红外光辐照到患病部位，并探测例如脑循环血流变化的“实用听诊器”。该变化被听成声脉冲调制，以检查脑功能变化。更准确地说，将半导体激光光源产生的三个波长λ＝760，800，830nm的光束施加给患病部位；并将反射数据的变化转换成具有恒定音调和音量的声音脉冲频率的变化，从而使医生能够进行听诊。

附图的简要说明

图1为根据本发明一实施例的听诊器的示意结构图。

图2为根据本发明实施例的听诊器的方框图。

图3为根据本发明实施例的探头部分的辐射/光接收光纤的结构图。

图4为表示由高级脑活动产生的激励作用的曲线图。

本发明的最佳实施方式

现在将详细描述本发明的一个实施例。

本发明的听诊器适合于探测总血红蛋白(t-Hb)或血红蛋白的氧饱和〔区域性氧气O₂饱和(rSO₂)〕的变化，并且以声音信息的形式输出该变化。本发明的听诊器可以与普通的听诊器结合起来，从而构成一种“新型听诊器”。

本发明的听诊器主要用做“实用听诊器”，可以确定脑功能所导致的局部激励。不过，该听诊器可用于所有医学领域中，在这些领域中对t-Hb或rSO₂的变化的探测是有用的。另外，希望将作为便携式仪器的本发明听诊器的应用扩展到目前还没有想到的领域，如同使用传统听诊器的情形，即使传统的听诊器是一种仅探测“声音”的仪器，医生在今年来已经发现了听诊器的大量应用。

近红外光谱学是一种基于生物组织表现出其构成物质特有的吸收现象的技术。在用于人体组织的应用中，使用极难受到水分子或C-H键影响的690nm至880nm波长范围的光尤为有效。这个区域中的光(近红外区域)可以达到距离身体表面几厘米深的位置。在被颅骨围绕的头(大脑)的情形中也适用。活体中存在的某种物质具有其光学吸收随着其氧饱和急剧变化的特征，这种特征使氧饱和的量化成为可能。这种物质的有代表性的例子包括血红蛋白，肌红蛋白和细胞色素aa3。理论上，可以对这些物质进行精确的分析。不过，原则上本发明的目的在于对血红蛋白进行非精确定量的分析。

本发明下面的描述限于血红蛋白。

通过检测辐射光的反射所探测的实际光吸收，根据被检测组织中总的血红蛋白t-Hb和血红蛋白的氧饱和率而变化。因此，单一波长处光吸收的探测不能确定是总血红蛋白还是氧饱和率发生了改变。有鉴于此，通过使用至少两个不同的波长而探测氧饱和，对总血红蛋白和氧饱和率两者进行测定。实际上，通过使用三个波长可以计算出更加精确的值。不过，使用两个波长可以得到令人满意的结果，在某些情形中，使用两个波长比使用三个波长更加有利。下文中，将参考用于使用三个波长情形中的计算公式说明该实施例。

本发明的一个重要的应用是确定“脑功能”。在大脑中，脑功能以局部形式存在。也就是，某一功能定位于大脑的某一部位。在所使用的大脑的某个部位，发生多种新陈代谢变化(例如血流速度增加或葡萄糖消耗的增加)。由于被统称为“激励”的特殊的活动，在特定大脑部位发生代谢变化。

图4表示伴随高级脑活动同时发生激励的例子。通过借助近红外光谱学探测正在进行图解检测的患者背外侧前额(DLPF)部位中血红蛋白的氧饱和率(rSO₂)可以获得该例子。该曲线表明活动激励大脑的某个部位，rSO₂增加。在图4中箭头(开始，结束)之间的时间内，患者进行检测，实际的rSO₂值上升和下降具有轻微延迟。

使用本发明的听诊器使得用户能够通过听声音来确定在患者床侧的这种激励。

也就是说，两个或三个波长的近红外光照在大脑上，探测从大脑反射的光，并粗略地估算吸收率，得不到精确的吸收率大小。通过声源装置将该粗略估算的吸收转换成声音，从而可通过使用听诊器进行诊断。

下面，将说明本发明的一个特例。

此处考虑的是总血红蛋白的变化，这可以通过下面的近似表示而获得(当使用三个波长时也可以采用其它方法)：

Δt-Hb＝1.6·ΔA₇₈₀-5.8·ΔA₈₀₀+4.2·Δ₈₃₀

同样，通过下面的近似表示可以得到rSO₂的变化：

ΔrSO₂＝(-3.0·ΔA₈₀₀+3.0·ΔA₈₃₀)

/(1.6·ΔA₇₈₀-2.8·ΔA₈₀₀+1.2·ΔA₈₃₀)

在公式中，每个下标代表一相应的近红外波长(nm)。通过转换开关的转换，可以有选择地对总血红蛋白(t-Hb)或血红蛋白的氧饱和率(rSO₂)进行测量。

图1是根据本发明一实施例的听诊器的示意结构图。图2为该听诊器的方框图。图3是该听诊器的探头部分的辐射/光接收光纤的结构图。

在这些图中，附图标记11表示用做探头部分的辐射/光接收光纤；12和13各表示一光放大器；15表示导线；21表示一控制装置；22表示一半导体激光光源；23表示一校准控制装置；24表示一光探测器；25表示一数据处理装置(IC)；26表示一声源装置；27表示一转换开关。通过使用该转换开关27，可以选择总血红蛋白(t-Hb)或血红蛋白的氧饱和率(rSO₂)作为被检测值。在附图中，省略了电源。附图标记31表示与声源装置26相连的导线；32表示医生用来听声音的接收器。

如图3所示，用做听诊器探头部分的辐射/光接收光纤具有这样一种结构，使得辐射光纤位于中心，接收光纤设置在辐射光纤周围。

如下所述使用听诊器进行诊断。也就是说，用三个波长(λ＝760，800，830nm)的光照射患病部位；控制装置21输出反射数据的变化。声源装置26将该变化转换成具有恒定音调和音量的声音脉冲频率的变化。医生从接收器32听取该声音。

现在将描述声源装置26的特殊操作。

图4以曲线形式表示出rSO₂信号的变化。在本发明中，以声音的形式(类似于普通听诊器的膜式与铃式之间的转换)表示这种变化(实际上为所选择的t-Hb和rSO₂其中之一的变化)。

通常，使用下面的方法借助声音表示测量值的增加和减小。

(1)增加声音音量。

(2)增加声音音调。

不过，这两者都难以探测。

有鉴于此，在本发明中，测量值的上升和下降被转换成某种声音的脉冲频率变化。换句话说，上面的转换与从“调幅”信号到“调频”信号的转换相似。即，根据如下测量的值改变某个声音的脉冲频率(Pi表示声音)：

Pi Pi Pi Pi

Pi Pi Pi Pi Pi Pi Pi

在这种情形中，后者表示所测量的值已经增加了。

考虑到医疗工作者的心理分辨率，声源装置26不输出传统的量氧计等中所使用的声音，而输出具有恒定音调和圆度(roundness)(相当于生理学中动态电势的声音)的声音。t-Hb或rSO₂的改变被转换成声音脉冲频率的变化(如同神经细胞启动速度的情形)，医疗工作者通过听取该声音而探测变化。

如上所述，本发明的听诊器是一种有用的、通常为便携式仪器，由于传统听诊器的发明，本发明还没有被介绍给医生或其它医疗人员。考虑到仅转换声音信息的传统听诊器在医疗领域中所起的作用，并且鉴于传统听诊器依然是用于诊断的最重要的仪器，本发明的重要性是显著的。

本发明不限于前面所描述的实施例。根据本发明的精神可以进行多种变型和改变，它们包括在本发明范围之内。

如详细描述的，本发明能够提供一种简单的通常为便携式的用于精确诊断的听诊器。

工业应用

本发明适合于医学听诊器领域，并且可以将本发明应用于实用听诊器，使用户能够在病人的床侧确定脑功能所导致的局部激励。

Claims

1.一种起生物光度计作用的听诊器，包括：一用于使用近红外光非侵入地照射患病部位的探头部分，所述探头具有辐射光纤和光接收光纤；一用于在该探头部分输出的数据的基础上探测脑循环血流变化的控制装置；其特征在于：

(a)所述控制装置包括一连接到辐射光纤上的半导体激光光源，一连接到光接收光纤上的光探测器，和一用于将脑循环血流的变化转换成声音脉冲的声源装置；

(b)与所述声源装置相连接的一对导线和接收器；以及

(c)在来自该声源装置的声音脉冲的基础上进行听诊，以便诊断脑功能的变化。

2.根据权利要求1所述的听诊器，其中该近红外光包括两个波长。

3.根据权利要求1所述的听诊器，其中该近红外光包括三个波长。