CN219250176U - 基于多波长法的黄疸检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多波长法的黄疸检测仪，包括检测单元、光电驱动单元、信号处理单元和控制单元；检测单元包括LED光源和用于接收LED光源照射至皮肤后反射的光源的光电探测器；LED光源包括紫光、蓝光、绿光和红光LED灯，紫光、蓝光、绿光和红光交替闪烁；光电驱动单元的信号输出端分别电连接LED光源和光电探测器的驱动端；光电探测器的信号输出端电连接信号处理单元的信号输入端；信号处理单元的信号输出端电连接控制单元的信号输入端。这样，信号处理单元对电信号进行处理，控制单元对处理后的电压信号进行计算以得到消除了血红蛋白、胡萝卜素和皮肤黑色素对胆红素值的影响数值，得到精度高、误差小的胆红素值。

Description

基于多波长法的黄疸检测仪

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，更具体地说涉及一种基于多波长法的黄疸检测仪。

背景技术

新生儿黄疸是由于体内胆红素代谢异常引起的血液中胆红素浓度升高，导致皮肤、黏膜和巩膜黄染现象；大多足月儿和绝大多数的早产儿均会出现短暂性胆红素浓度增高现象，其中大部分为生理性黄疸，少部分为病理性黄疸。严重的病理性黄疸会引发高胆红素血症(核黄疸)，对新生儿脑部神经造成损伤(如手足多动症、听力消失症或目光呆滞等)，甚至危及新生儿生命，因此对新生儿体内胆红素进行检测是很有必要的。

但是，现有的经皮黄疸仪存在许多问题，例如市面上的QL1200型经皮黄疸仪，采用氙弧闪光灯发出的强光进行照射，并对其中的紫外线滤除，但是在胆红素浓度较低时测量结果会出现较大的偏差；市面上另一种黄疸仪，采用卤钨光源，经红外、紫外滤光片后得到白光，白光照射在新生儿的皮肤表面，经折射散射后返回微型光谱仪中，然后通过微型光谱仪分析得到胆红素浓度，该黄疸仪虽然有效解决了在低浓度下胆红素测定不准的问题，但是在胆红素浓度较高时测量误差大。

基于此，有人设计出一种双波长法，采用波长为460nm的蓝光和波长为550nm的绿光的交替闪烁，并去除血红蛋白对胆红素检测的干扰，以得到胆红素值，但是本申请人研究发现，人体内的黑色素和胡萝卜素对胆红素测量结果也有影响，造成胆红素测量结果有误差，胆红素的测量精度差。

有鉴于此，本申请在此基础上进行深入研究，遂有本案的产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于多波长法的黄疸检测仪，其能够消除血红蛋白、胡萝卜素和皮肤黑色素的影响，得到精度高、误差小的胆红素浓度值。

为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种基于多波长法的黄疸检测仪，包括检测单元、光电驱动单元、信号处理单元和控制单元，所述检测单元、所述光电驱动单元、所述信号处理单元和所述控制单元均安装于壳体；所述检测单元包括LED光源和用于接收所述LED光源照射至皮肤后反射的光信号并转换成电流信号的光电探测器；所述LED光源包括紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯，所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯交替闪烁；所述光电驱动单元的信号输出端分别电连接所述LED光源和所述光电探测器的驱动端，用于控制所述LED光源和所述光电探测器的启闭；

所述光电探测器的信号输出端电连接所述信号处理单元的信号输入端，用于接收所述光电探测器发送的电信号，并对检测的电信号进行处理以得到电压信号；

所述信号处理单元的信号输出端电连接所述控制单元的信号输入端，用以将处理得到的电压信号传输给所述控制单元，所述控制单元通过计算得到胆红素浓度。

所述信号处理单元包括依次连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路，用于对传输的电信号进行信号放大、滤波去噪和模数转换处理；其中，所述光电探测器的信号输出端为所述信号处理单元的信号输入端，所述模数转换电路的信号输出端为所述信号处理单元的信号输出端。

所述信号处理单元为采用型号为AFE4950的信号处理单元。

所述LED灯源和所述光电探测器分别安装于壳体中，且所述LED灯源中的所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯的灯珠以及所述光电探测器的探头均露出于所述壳体外，且所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯以及所述光电探测器均位于所述壳体的同一侧。

所述紫光LED灯的波长为425nm，所述蓝光LED灯的波长为460nm，所述绿光LED灯的波长为550nm，所述红光LED灯的波长为690nm。

所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯交替闪烁的频率为800Hz。

所述控制单元包括单片机，所述单片机通过通信模块与上位机通信连接，所述上位机为智能手机或电脑。

所述通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

还包括供电模块，所述供电模块给所述控制单元、所述LED光源、所述光电探测器、所述信号处理单元和通信模块提供工作电源。

所述供电模块包括电池组，所述电池组包括两节干电池、两节锂电池或两节纽扣电池。

采用上述结构后，本实用新型具有如下有益效果：由于LED光源设置有紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯，且各色光交替闪烁，光电探测器接收各色光照射至皮肤后反射的光信号，信号处理单元对光信号转换成的电信号进行处理，得到反映人体胆红素信号的蓝光信号，反映胆红素测量误差的血红蛋白的蓝光信号和绿光信号，以及反映胆红素测量误差的胡萝卜素和黑色素的紫光信号和红光信号，控制单元对传输的各数据计算得到不同的浓度信号，即血红蛋白浓度信号、胆红素浓度信号、胡萝卜素浓度信号和黑色素浓度信号，这样，控制单元可以根据浓度信号中的交流分量确定血红蛋白浓度信息、胡萝卜素浓度信息和黑色素浓度信息，浓度信号中的直流分量确定胆红素浓度信息，以消除人体内血红蛋白、胡萝卜素和皮肤黑色素对胆红素值的影响，得到精度高、误差小的胆红素值，使得本实用新型的检测更加精准。

附图说明

图1为本实用新型基于多波长法的黄疸检测仪的电路框图；

图2为本实用新型基于多波长法的黄疸检测仪中信号处理单元的展开电路框图。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

一种基于多波长法的黄疸检测仪，如图1-2所示，包括检测单元、光电驱动单元、信号处理单元3和控制单元，检测单元包括LED光源和光电探测器，光电探测器接收LED光源照射至皮肤后反射的光信号并转换成电信号，本实施例中该电信号为电流信号；光电驱动单元的信号输出端分别电连接LED光源和光电探测器的驱动端，用于控制LED光源和光电探测器的启闭，优选地在上述光电驱动电路2的信号输入端电连接控制单元的信号输入端，控制单元通过光电驱动电路2控制LED光源和光电探测器的启闭。

其中，光电探测器的信号输出端电连接信号处理单元3的信号输入端，用于接收光电探测器发送的电信号，并对检测的电信号进行处理以得到电压信号；信号处理单元3的信号输出端电连接控制单元的信号输入端，用于将处理得到的电压信号传输到控制单元中，并进行计算以得到胆红素浓度值。

本实用新型的改进之处在于，上述LED光源包括紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯，紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯的驱动端分别电连接光电驱动单元的信号输出端，通过光电驱动单元分别驱动紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯亮灭，以使紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯交替工作，使紫光、蓝光、绿光和红光交替闪烁。

具体来讲，上述检测单元、光电驱动单元、信号处理单元和控制单元均集成于常规的PCB板上，所述PCB板封装于壳体中，其中，上述LED光源和光电探测器均封装于壳体中，光电探测器的探头及紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯的各LED灯珠均露出于壳体外，且紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯的LED灯珠均与光电探测器的探头处于壳体的同一侧，以便LED光源照射在皮肤(如新生儿的胸部皮肤)后，光电探测器接收LED光源反射的光信号，并转换成电信号。在本实施例中，壳体可以采用市面上出售的家用基于多波长法的黄疸检测仪使用的壳体。

进一步地，在上述LED光源中，紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯的交替闪烁频率为800Hz，即，紫光、蓝光、绿光和红光以800Hz的频率交替闪烁。

进一步地，本实施例中紫光LED灯的波长为425nm，蓝光LED灯的波长为460nm，绿光LED灯的波长为550nm，红光LED灯的波长为690nm；需说明的是，2010年，福建师范大学龚伟、谢树森等人对人体皮肤的光学性质进行研究，在文献《皮肤的光学模型和光学性质》中指出人体内黑色素在690nm波长附近具有良好的光吸收特性；2020年，吉林大学曲方等人对人体内黑色素等色素的吸收光谱进行了研究，在文献《环境对类胡萝卜素聚集体吸收及荧光谱的影响》中指出β-胡萝卜素在425nm附近具有良好的光吸收特性；因此人体内黑色素和胡萝卜素在特定波长处的光吸收特性是现有公知技术。

进一步地，本实施例中，可以实现接收光信号并转成电信号的光电探测器为现有常规的光电探测器，且在市面上已有出售，故不再展开叙述。

进一步地，本实施例中，可以实现控制LED光源和光电探测器启闭的光电驱动电路2为现有常规的电路，在此不再展开叙述。

上述的信号处理单元包括依次连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路，其中光电探测器的信号输出端电连接放大电路的信号输入端，模数转换电路的信号输出端电连接控制单元的信号输入端，这样，光电探测器检测的电流信号传输到信号处理单元中，依次进行信号放大、滤波去噪和模数转换处理，将处理得到的电压信号传输给控制单元进行数据计算和显示。这里的电压信号包括反应人体胆红素信号的蓝光的波形数据，反应引起胆红素测量误差的血红蛋白的蓝、绿光的波形数据以及反应引起胆红素测量误差的胡萝卜素和黑色素的紫光和红光的波形数据。优选地，控制单元的信号输出端电连接有显示屏，该显示屏为现有常规的OLED显示屏或触控显示屏，其中，显示屏嵌装在前述的壳体上。

其中，这里的信号放大采用现有常规的信号放大电路，滤波去噪可以采用现有常规的巴特沃斯低通滤波器，模数转换可以采用现有常规的模数转换电路，即，信号放大、滤波去噪和模数转换均为本领域中常规公知的处理方式，故不再展开叙述。值得一提的是，上述信号处理单元还可以直接选用现有常规的信号处理单元，也可以实现上述信号处理，例如在本实施例中采用型号为AFE4950的信号处理单元。

需说明的是，控制单元通过计算以得到胆红素浓度值的计算过程为现有常规操作，例如本实施例中控制单元依次经过滤波去噪、去除基线漂移、提取直流分量、消除环境光信号干扰、数据处理和多元线性回归分析，以得到胆红素浓度值，其中这些计算过程在申请号为202210753264.9的“新生儿可穿戴黄疸和血氧实时无线检测装置”中都有公开，为现有公知技术，故不再展开叙述；并且，前述处理后的电压信号分别反映的是血红蛋白浓度信号、胆红素浓度信号、胡萝卜素浓度信号和黑色素浓度信号，而电压信号中的交流信号反映的是血红蛋白浓度信息、胡萝卜素浓度信息和黑色素浓度信息，电压信号中的直流信号反映的是胆红素浓度信息，这样控制单元通过上述常规操作即可得到胆红素浓度值，该胆红素浓度值去除了血红蛋白、黑色素和胡萝卜素的影响，因此精度较高、误差较小。优选地，控制单元计算完成后会将胆红素浓度值显示在壳体的显示屏中，方便使用者查看。

进一步地，控制单元包括单片机，该单片机采用型号为MSP430的单片机，单片机为现有常规的单片机，本实施例中单片机采用型号为MSP430的单片机，其具体型号可以为MSP430F5528，这样信号处理单元3将电压信号通过SPI总线传输给单片机进行处理。

作为优选地方式，本实用新型还包括上位机，控制单元通过通信模块与上位机通信连接，通信模块可为现有常规的通信模块，如wifi模块、蓝牙模块或5G通信模块，本实施例中以通信模块为蓝牙模块为例进行说明，即控制单元将测量结果通过蓝牙模块传输给上位机，在本实施例中蓝牙模块采用型号为CC2564MODNCMOER的蓝牙模块。优选地，上位机为现有常规的智能手机或电脑。

进一步地，本实用新型还包括供电模块，供电模块安装于上述壳体上，且供电模块给控制单元、LED光源、光电探测器、信号处理单元和通信模块提供工作电源；在本实施例中，供电模块包括电池组，该电池组为现有常规的电池组，例如电池组包括两节干电池、两节纽扣电池或两节锂电池，此外，电池组还可以为常规的蓄电池组，蓄电池组嵌装在壳体中，且壳体上开设有充电接口，以便通过外接电源给蓄电池组充电，其中电池组的连接回路按本领域的常规方式进行布置，在此不再展开叙述。

作为优选地方式，本实用新型还包括按键组，按键组包括开关按键，开关按键电连接控制单元的信号输入端，通过开关按键以实现本实用新型的启闭。

本实用新型一种基于多波长法的黄疸检测仪，由于LED光源中设置紫光LED灯、绿光LED灯、蓝光LED灯和红光LED灯，且人体内的血红蛋白对波长为550nm的绿光和波长为460nm的蓝光具有相同的摩尔吸光系数，而胆红素对460nm的蓝光具有很好的吸收峰值，对波长550nm的绿光几乎不吸收，因此通过光电探测器分别接收经人体皮肤反射的绿光和蓝光，经处理可以消除血红蛋白对检测结果的影响，并且，人体黑色素对波长为690nm的红光具有很好的摩尔吸光系数，因此通过光电探测器接收经人体皮肤反射的红光，经处理可以消除黑色素对检测结果的影响，人体胡萝卜素对波长为425nm的紫光具有很好的摩尔吸光系数，因此通过光电探测器接收经人体皮肤反射的紫光，经处理可以消除胡萝卜素对检测结果的影响，这样得到精度较高、误差较小的胆红素浓度值。

以上所述仅为本实施例的优选实施例，凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本实用新型的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种基于多波长法的黄疸检测仪，包括检测单元、光电驱动单元、信号处理单元和控制单元，所述检测单元、所述光电驱动单元、所述信号处理单元和所述控制单元均安装于壳体中；所述检测单元包括LED光源和用于接收所述LED光源照射至皮肤后反射的光信号并转换成电流信号的光电探测器；其特征在于：所述LED光源包括紫光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED灯和红光LED灯，所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯交替闪烁；所述光电驱动单元的信号输出端分别电连接所述LED光源和所述光电探测器的驱动端，用于控制所述LED光源和所述光电探测器的启闭；

所述光电探测器的信号输出端电连接所述信号处理单元的信号输入端，用于接收所述光电探测器发送的电信号，并对检测的电信号进行处理以得到电压信号；

所述信号处理单元的信号输出端电连接所述控制单元的信号输入端，用以将处理得到的电压信号传输给所述控制单元，所述控制单元通过计算得到胆红素浓度。

2.根据权利要求1所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述信号处理单元包括依次连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路，用于对传输的电信号进行信号放大、滤波去噪和模数转换处理；其中，所述光电探测器的信号输出端为所述信号处理单元的信号输入端，所述模数转换电路的信号输出端为所述信号处理单元的信号输出端。

3.根据权利要求2所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述信号处理单元为采用型号为AFE4950的信号处理单元。

4.根据权利要求1所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述LED光源和所述光电探测器分别安装于所述壳体中，且所述LED光源中的所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯的灯珠以及所述光电探测器的探头均露出于所述壳体外，且所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯以及所述光电探测器均位于所述壳体的同一侧。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述紫光LED灯的波长为425nm，所述蓝光LED灯的波长为460nm，所述绿光LED灯的波长为550nm，所述红光LED灯的波长为690nm。

6.根据权利要求5所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述紫光LED灯、所述蓝光LED灯、所述绿光LED灯和所述红光LED灯交替闪烁的频率为800Hz。

7.根据权利要求1所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述控制单元包括单片机，所述单片机通过通信模块与上位机通信连接，所述上位机为智能手机或电脑。

8.根据权利要求7所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

9.根据权利要求7所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：还包括供电模块，所述供电模块给所述控制单元、所述LED光源、所述光电探测器、所述信号处理单元和所述通信模块提供工作电源。

10.根据权利要求9所述的基于多波长法的黄疸检测仪，其特征在于：所述供电模块包括电池组，所述电池组包括两节干电池、两节锂电池或两节纽扣电池。

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