CN1326488C - 光学测量鼻肿胀的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装置制造领域并且更具体地涉及例如用于测量鼻堵塞的设备。目的在于提供一种设备，利用其能够测量鼻肿胀状态。该目的通过这样一种设备得以实现，该设备由基本装置(12)组成，带有发光元件(13)和光检测元件(14)以及可设置在基本装置(12)外面且设置在实施部件(1)上的发射元件和接收元件(2，3)。

Description

光学测量鼻肿胀的设备

技术领域

本发明涉及医学和装置制造领域，还涉及用于光学测量鼻肿胀的一种设备，该设备例如可以用于根据过敏性激发测量鼻堵塞。

背景技术

从医学角度看，存在着对例如在鼻激发检查时引起的例如过敏性反应下的肿胀状态和肿胀变化的测量客观化的要求。

过敏性鼻炎目前通过提高症状反应区(刺激打喷嚏，分泌，如眼泪远症状)以及通过借助测鼻压在过敏刺激后测量鼻堵塞进行诊断(Clement et a1.；″Rhinomanometry-a review″，OPLJ.Otorhinolaryngol.Relat.Spec.46，173-91，1984)。在这种情况下测鼻压的缺点是不能在过敏实施期间进行测量。若鼻堵塞严重，测鼻压会使患者很不舒服。若患者不配合经常会出现测量误差。

确定鼻和特别是鼻息肉肿胀状态的另一种可能性是鼻测量法(Fischer″Acoustic rhinometry″，Clin.Otolaryngol.22，307-17，1997)。这些测量的测量值差值范围相当大。只能对鼻前端部分达到足够的精确度。测量期间不能进行药物激发或过敏激发。这种方法中也不能连续测量。

此外，利用这两种方法也不能说明鼻肿胀是源于微循环变化还是水肿形成。

发明内容

本发明的目的在于，提供光学测量鼻肿胀状态的设备，利用该设备可以特别是在实施激发检查期间尽可能客观地测量鼻肿胀状态。

依据本发明光学测量鼻肿胀的设备由基本装置组成，带有发光元件和光检测元件以及对应的发射电子装置和接收电子装置和控制器。此外，基本装置和光学发射元件之间实现至少一个光学连接，其中，在通向发射元件的光学连结中通过光学元件实现把发光元件产生的光继续发送。此外，光学接收元件和发光元件之间存在至少一个光学连接。处于基本装置外面的是设置在实施部件上的发射元件和接收元件。在此方面，实施部件实现发射元件和接收元件的设置，可以将由发射元件发射的光穿过至少一个鼻翼有肿胀能力的组织到达接收元件。此外，实施部件可造型合理地至少戴在鼻上部。

利用本发明的设备按光学途径掌握鼻组织的肿胀。在此方面，鼻组织从外部利用由发射元件发射的光源照射，通过检波器，接收元件掌握穿过或者相同或者相对鼻翼上组织的散射光。该光在其穿过鼻组织时通过一系列组织层，如皮肤，肌群，粘膜，骨，软骨以及呼吸道。一部分被穿过组织的特征是具有肿胀能力，特别是处于鼻甲骨上面的鼻粘膜。在这部分组织中，在肿胀变化时由于血液流入肿胀体而造成血容量增加。在此方面，血液主要来自动脉，因此在正常情况下至少95％氧饱和。此外，在与肿胀可能相关的水肿形成情况下，造成组织液容量增加。因此优点是对透射实施光谱测量，以便可以从量上分开掌握充氧和脱氧血红蛋白以及组织液的体积部分。这一点或者通过使用白光源和光谱计传感器(例如二极管行光谱计)或者通过使用不连续射线谱(LED，激光二极管，卤化灯)的多个光源进行。

因为所称的参与肿胀的物质具有不同的吸收光谱，所以利用相应的数学方法的一种体积成分可分的绝对确定或相对确定是可以的。这种设备过去还没有介绍过。

依据本发明设备的优点在于，该设备的特征在于从外部非侵入实施以及操作简单。

附图说明

下面借助附图的实施例对本发明作详细说明。该设备的构成与检查目的相适应。其中：

图1示出实施部件的前视图(a)和俯视图(b)；

图2示出实施部件的两个实施方案，带有有源的发射元件和接收元件(a)以及无源的发射元件和接收元件(b)；

图3示出实施部件及其在头部和鼻部的定位；

图4示出依据本发明设置的基本装置；

图5示出鼻部横截面的示意图，示出肿胀前后光学元件和透射通道的位置；

图6示出肿胀变化时消光测量值的示意图。

具体实施方式

依据本发明的设备至少由基本装置12组成，带有为满足测量目的所需的发射电子装置15和接收电子装置16以及实施部件1，它在测量期间与鼻组织直接接触。

实施部件1在图1中以a和b示出。它由马蹬形基体组成，其两侧可以造型合理地贴在鼻翼上。在实施部件1的一侧上，设置光发射的元件，光学发射元件2，在相对侧上设置光接收的元件，光学接收元件3。它们或者作为不连续的辐射源和检波器构成，其光轴在组织的方向上定位(图2a)，通过电线4与基本装置12连接，或者作为实现从和向基本装置12光传输的光学连接6，7构成，光学连接或者利用其反射面垂直导向鼻组织，或者通过相应的光学偏转元件5(反光镜，微型棱镜)对准组织(图2b)。实施部件也可以由两个单独的单元构成。当然，也可以设置多于两个光学发射元件和接收元件，每个发射元件和接收元件设置在鼻和实施部件的各一侧上。

实施部件1的定位依据图3借助安装在头部的额头支架带8完成。该支架带的作用是在测量期间为实施部件1在鼻梁上形成固定位置。实施部件1通过弓10与支架带8连接。该连接这样构成，例如通过可止动的万向球接头9或者柔性金属管，可使实施部件在鼻梁上准确定位。其他与依据本发明的设备相关的方案可以如下构成：

-实施部件粘附固定在鼻上；

-实施部件借助弹性带或者可根据头围调节的带直接与鼻配合；

-实施部件作为类似眼镜的框架构成放在鼻根部，其中，光学发射元件和接收元件通过重力压在鼻组织上；

-一种设备，其中，发射元件和接收元件设置在两个基本元件(微调电容)上，它们彼此分开粘附固定在每个鼻翼上。

对于精确和可重复测量来说，除了实施部件在鼻上空间上稳定和无移动定位外，重要的还有抑制和/或者测出外界影响。因此具有优点的是，使用滤光器或者在测量期间通过透光罩遮盖测量场，透光罩例如可以作为塑料罩同时在支架带上定位，需要时在检查期间翻到测量场的上面。不透光罩或滤光器在这里构成环绕测量场的光学屏蔽元件。

图4示出基本装置12，带有装置内部的发光元件13和光检测元件14，通过光学连接6，7可以将前面介绍的实施部件1连接在该装置上。基本装置12由光学发光元件13的发射电子装置15，接收电子装置16和上面通过数据接口可连接其他装置的控制器17组成。发射电子装置15在其输出端上有多个发光元件13，其光通过光学元件18聚束。聚束的光被输送到光学连接6内。与接收电子装置16的输入端连接的是光检测元件14，来自光学连接7的光射入该元件内。其中，发射电子装置可以实现≤1ns持续时间的光脉冲，它也可以实现发光元件的恒定光学功率以及强度调制。

对于光学测量肿胀状态和辨别肿胀原因具有优点的是光谱计测量。为此可以使用有限光谱(LED，半导体激光器，卤化灯)的光源和对所选出的光谱范围足够灵敏的光传感器(半导体光传感器，光电倍增器)。也可以选择使用白光源和光谱计分辨测量的检波器。可以使用一个或者多个光传感器和/或光谱计检波器。测量的目的是在各有用波长在时间变化情况下掌握光线减弱值(组织的光学密度)。这一点从下列关系式中得出：

$E(\mathrm{\λ},t)={\log }_{10}\left(\frac{I_S(\mathrm{\λ},t)}{I_D(\mathrm{\λ},t)}\right),$

其中，I_S(λ，t)为在波长λ和时间点t时发射元件上反射的光强度，I_D(λ，t)为到达接收元件上的光强度。消光E(λ，t)一般为组织内光散射和光吸收的函数，因此提供组织的几何形状和光学变化的测量值。通过两个波长相减E(λ₁，t)-E(λ₂，t)，可以确定反映各组织部分体积变化值之比和尽可能摆脱几何形状影响变化的相对程度。这样，例如在使用对血红蛋白敏感的波长λ₁＝800nm和H₂O敏感的波长λ₂＝970nm的情况下，可以描述血清和组织液增加之间的比例。此外，通过使用特殊的光学测量技术，可以分开确定散射和吸收特性。为此需要借助高频调制技术(光源的强度调制和接收信号的振幅和相位测量)或脉冲激光技术(短激光脉冲的应用和接收信号的时间分辨测量)进行光子渡越时间测量。从这些测量数据中确定光学参数的这些测量方法以及相关的数学方法为现有知识和技术(例如Sevick et al，：“Quantiationof time-and frequency resolved optical spectra for the determination oftissue oxygenation”，Anal.Biochem.195，330-51，1991；Patterson et al.，“Time resolved reflectance and transmittance for the non-invasivemeasurement of tissue optical properties”，Appl，Opt，28，2331-36，1989)。

这里举例说明激发过敏性反应(激发试验)测量过程。

在所要检查的人员做好准备后，将实施部件在鼻根部附近的鼻梁上这样定位，使光学发射元件和接收元件在组织上相对，并使光学辐射穿过尽可能多的有肿胀能力的组织(图5)。然后借助手动，自动或者半自动调节源强度和/或者检波器灵敏度，将尽可能最佳的光学测量信号调节到适合于可借助光机械，电子和/或者软件技术测量的范围内。然后由操作人员手动开始数据检测。通过基本装置内部控制器17的控制，通过发射电子装置15重复顺序接通辐射源并同时通过接收电子装置16掌握检波器测量值。通过分开测量断开光源时的外界光(暗信号)或者通过选择测量光源调制得足够高的光信号的AC-部分，只测量由光源产生的光，而不测量可能射入到测量装置内的外界光。

图6示意示出肿胀变化时的消光测量值。测量的基线所示为无激发状态下的光谱光线减弱值。如果在1-2分钟的时窗内掌握了该基线，那么通过喷雾将过敏性物质喂入一个或者两个鼻腔内，并将测量时间点，例如通过脚踏开关喂入的时间点t_P记录下来。然后在过敏性反应时鼻组织开始肿胀，使光谱消光可证实地增长。图6示出光谱消光值，为便于理解在起始时间点t_P上标准化。肿胀在时间点t_E上达到稳定状态，不再有可证实的进一步肿胀。只有在时间t＞＞t_E-t_P后肿胀才会消退。从光谱消光值的时间变化中可以推导出这诊断用信息。属于此信息的特别包括

-作为肿胀强度的程度一个波长的消光上升ΔE(λ)＝E(λ，t_E)-E(λ，t_P)；

-作为不同组织部分彼此相对体积部分增长的程度不同波长中的消光值差ΔE(λ₁)-ΔE(λ₂)；

-作为肿胀速度以及作为肿胀生理过程指示器的曲线E(λ，t)形状的程度，从激发时间点到稳定终态的反应时差Δt＝t_E-t_P。

附图符号

1    实施部件

2    光学发射元件

3    光学接收元件

4    电线

5    光学偏转元件

6    与发射元件的光学连接

7    与接收元件的光学连接

8    额头支架带

9    球形万向节

10   固定弓

11   透射通道

12   基本装置

13   发光元件

14   光检测元件

15   发射电子装置

16   接收电子装置

17   控制器

18   光学元件

Claims (15)

1.光学测量鼻肿胀状态的设备，由下列部件组成：

-基本装置(12)，带有发光元件(13)和光检测元件(14)以及对应的发射电子装置(15)和接收电子装置(16)和控制器(17)，

-基本装置(12)和光学发射元件(2)之间的至少一个光学连接(6)，其中，通过将发光元件(13)产生的光继续发送到光学连接(6)内实现通过光学元件(18)的发射元件(2)，

-光学接收元件(3)和光检测元件(14)之间的至少一个光学连接(7)，

-可设置在基本装置(12)外面且设置在实施部件(1)上的发射元件和接收元件(2，3)，其中，实施部件实现发射元件和接收元件(2，3)的设置，可以将由发射元件(2)发射的光穿过至少一个鼻翼有肿胀能力的组织到达接收元件(3)，

-实施部件(1)，可造型合理地至少戴在鼻上部。

2.按权利要求1所述的设备，其中，作为发光元件(13)可以使用不同发射波长的一个或者多个光源。

3.按权利要求2所述的设备，其中，发光元件(13)为LED和/或者激光器和/或者卤化灯。

4.按权利要求1所述的设备，其中，发射电子装置(15)实现发光元件(13)的恒定光学功率。

5.按权利要求1所述的设备，其中，发射电子装置(15)实现发光元件(13)的强度调制。

6.按权利要求5所述的设备，其中，发射电子装置(15)实现发光元件(13)的高频调制。

7.按权利要求1所述的设备，其中，发射电子装置(15)实现≤1ns-持续时间的光脉冲。

8.按权利要求1所述的设备，其中，作为光检测元件(14)使用一个或者多个光传感器和/或者光谱计检波器。

9.按权利要求8所述的设备，其中，光检测元件(14)为光半导体检波器和/或者光电倍增器。

10.按权利要求1所述的设备，其中，实施部件(1)由一个马蹬状基体或者两个单独的单元构成。

11.按权利要求1所述的设备，其中，实施部件(1)与鼻造型合理的连接粘附或者通过可环绕枕部延伸的/纵向移动的支架带(8)或者通过类似眼镜的支架实现。

12.按权利要求11所述的设备，其中，在支架带(8)和实施部件(1)之间，为造型合理连接的稳定定位实现可调节的机械连接(9，10)。

13.按权利要求1所述的设备，其中，环绕测量场实现光学屏蔽元件。

14.按权利要求13所述的设备，其中，屏蔽元件为不透光罩或者滤光器。

15.按权利要求1所述的设备，其中，在实施部件(1)上设置至少两个光学发射元件和接收元件(2，3)，其中，每个发射元件和接收元件(2，3)设置在鼻和实施部件(2)的各一侧上。

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