устройство для определения содержания билирубина в подкожных тканях и крови пациентов

Формула изобретения

1. Устройство для определения содержания билирубина в подкожных тканях и крови пациентов, содержащее источник света, спектр которого содержит, по меньшей мере, две длины волны в диапазоне 480-525 нм, первый передающий световод, вход которого оптически связан с источником света, блок фотоэлектрического преобразования, приемный световод, выход которого оптически связан с входом блока фотоэлектрического преобразования, блок обработки электрических сигналов, соединенный с выходом блока фотоэлектрического преобразования, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй источник света, спектр которого содержит, по меньшей мере, две длины волны в диапазоне 480-525 нм, и второй передающий световод, вход которого оптически связан со вторым источником света, причем входы первого и второго источников света соединены соответственно с первым и вторым выходами блока обработки сигнала, торцы первого и второго передающего световодов и приемного световода лежат в одной плоскости, а расстояние между оптическими осями первого световода и приемного световода меньше расстояния между оптическими осями второго передающего световода и приемного световода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок фотоэлектрического преобразования содержит первый и второй интерференционные светофильтры, первый и второй фотоприемники, выходы которых соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что значения длин волн равны 492 и 523 нм.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что блок обработки сигнала выполнен в виде микропроцессора с дисплеем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для чрескожного неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях и крови пациентов, преимущественно новорожденных.

Известен медицинский прибор для определения желтухи, в котором концентрация билирубина в подкожных тканях определяется путем фотометрирования подкожных тканей на двух длинах волн в “синей” и “зеленой” областях спектра. Используемые длины волн выбраны так, что соответствующие им значения спектральных коэффициентов поглощения света гемоглобином близки, а значения спектральных коэффициентов поглощения света билирубином существенно отличаются. В результате фотоэлектрического преобразования два световых сигнала, несущие информацию о содержании билирубина в подкожных тканях, преобразуются в два электрических сигнала, которые после соответствующей обработки обеспечивают автоматическое получение количественного объективного показателя содержания билирубина.

Известное устройство содержит: источник света, спектр которого содержит, по меньшей мере, две различные длины волны 455 нм и 550 нм, средство для вывода света (передающий световод), средство для приема света (принимающий световод), схему возбуждения источника света, срабатывающую автоматически, когда усилие прижатия к коже передающего и приемного световодов достигает заданной величины, средство для выработки двух электрических сигналов из световых сигналов двух длин волн (блок фотоэлектрического преобразования), средство обработки двух полученных электрических сигналов для определения содержания билирубина в подкожных тканях.

Описанное устройство позволяет автоматически получать объективный показатель, характеризующий содержание билирубина в подкожных тканях. Однако достигаемая при этом точность определения содержания билирубина не удовлетворяет требованиям медицинской практики. Кроме того, устройство имеет значительное энергопотребление, что ограничивает время его непрерывной работы, что очень важно для скринингового прибора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения содержания билирубина в подкожных тканях и крови пациентов (патент РФ №2038037, кл. А 61 В 5/00, 1995 г.). Устройство содержит источник света, снабженный схемой возбуждения и в спектре излучения которого присутствуют по меньшей мере две различные длины волны ₁, и ₂. Устройство так же снабжено передающим световодом, вход которого оптически связан с источником света. Блок фотоэлектрического преобразования выполнен с возможностью преобразования оптического излучения указанных длин волн в электрические сигналы. Вход блока фотоэлектрического преобразования оптически связан с выходом приемного световода, а выход блока фотоэлектрического преобразования подключен к входу блока обработки сигналов. Длины волн ₁ и ₂ находятся в пределах от 480 нм до 525 нм, предпочтительно ₁=493 нм, а ₂=518 нм. Устройство снабжено принимающим световодом. При этом принимающий и передающий световоды неподвижно скреплены между собой в световодный блок. Выходной торец передающего световода и входной торец принимающего световодов расположены в одной плоскости и на определенном расстоянии один от другого. Описанное устройство позволяет повысить точность определения содержания билирубина и уменьшить энергопотребление.

Однако как показали проведенные исследования наиболее существенным источником ошибок определения содержания билирубина является рассеяние света в тканях. В описанном устройстве эта ошибка не учитывается и никакими мерами не устраняется.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, которое позволяет устранить влияние рассеяния света в тканях и пигментации тканей кожи пациента. Решение поставленной задачи позволяет значительно повысить точность определения содержания билирубина и позволяет отказаться от перенастройки прибора для пациентов с различным цветом кожи.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения содержания билирубина в подкожных тканях и крови пациентов, содержащем источник света, в спектре которого присутствуют по меньшей мере две длины волны в диапазоне от 480 нм до 525 нм, передающий световод, вход которого оптически связан с источником света, блок фотоэлектрического преобразования, приемный световод, выход которого оптически связан с входом блока фотоэлектирческого преобразования. Устройство также содержит блок обработки электрических сигналов, соединенный с выходом блока фотоэлектрического преобразования. В устройство дополнительно введены второй передающий световод, вход которого оптически связан со вторым источником света, а выход блока фотоэлектрического преобразователя соединен со входом блока обработки сигнала, причем входы первого и второго источников света соединены соответственно с первым и вторым выходами блока обработки сигнала. Торцы первого, второго передающего световода и принимающего световода лежат в одной плоскости. Расстояние между оптическими осями первого передающего световода и принимающего световода меньше расстояния между оптическими осями второго предающего световода и принимающего световода.

Целесообразно блок фотоэлектрического преобразования выполнить в виде первого и второго интерференционных светофильтров, первого и второго фотоприемников, выходы которых соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя.

Для повышения точности определения содержания билирубина предпочтительнее измерения проводить на фиксированных длинах волн 492 нм и 523 нм. Экспериментально установлено, что в указанном диапазоне разница между ₁ и ₂ не должна превышать 30 нм. Выбор конкретных длин волн 492 нм и 523 нм позволяет снизить влияние рассеяния света в тканях на результаты измерений, так как при этом коэффициенты рассеяния на этих длинах волн практически равны. К тому же в указанном диапазоне существенно снижается влияние гемоглобина, так как спектральная характеристика поглощения света гемоглобином имеет минимум.

Для удобства пользования прибором блок обработки сигнала выполнен в виде микропроцессора с дисплеем, на котором сразу высвечивается результат измерения.

Далее изобретение поясняется подробным описанием конкретного примера его выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором изображена структурная схема предложенного устройства

Заявляемое устройство включает два источника света, выполненные в виде первого светодиода 1 и второго светодиода 2. Выходы первого и второго светодиодов 1, 2 оптически связаны соответственно с первым передающим световодом 3 и вторым передающим световодом 4. Входы светодиодов 1, 2 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока обработки сигнала, выполненного в виде микропроцессора 5. Микропроцессор 5 снабжен блоком питания 6 и дисплеем 7, на которое выводятся данные измерений билирубина. Устройство так же имеет принимающий световод 8 на оптической оси которого расположен блок 9 фотоэлектрического преобразования. Блок 9 фотоэлектрического преобразования состоит из двух каналов, каждый из которых включает в себя оптически соединенные соответственно первый интерференционный фильтр 10 и первый фотоприемник 11, второй интерференционный фильтр 12 и второй фотоприемник 13. Выходы первого и второго фотоприемников 11 и 13 соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя 14, выход которого соединен с входом микропроцессора 5.

Свободные торцы первого передающего световода 3, второго передающего световода 4 и принимающего световода 8 лежат в одной плоскости. Расстояние l₁ между оптическими осями первого передающего световода 3 и принимающего световода 8 и l₂ между оптическими осями второго передающего световода 4 и принимающего световода 8 не равны, при этом l₁ может быть больше l₂ или наоборот.

Принимающий световод 8 имеет Y-образную форму.

Первый и второй светодиоды 1 и 2 каждый в своем спектре содержат по меньшей мере две длины волны в диапазоне от 480 нм до 525 нм.

Предпочтительно производить измерения на длинах волн 492 нм и 523 нм, для этого после принимающего световода 8 установлены первый интерференционный светофильтр 10 для ₁=492 нм и второй интерференционный светофильтр 12 для ₂=523 нм.

Устройство работает следующим образом. При приведении устройства в контакт с кожей пациента сначала включается первый светодиод 1, от которого соответственно через первый передающий световод 3 световой поток подводится к исследуемому участку кожи пациента. Световой поток от первого светодиода 1 проникает в кожные и подкожные биоткани. Частично световой поток переотражается (рассеивается) эпителиальными тканями в обратном направлении. Одновременно происходит эффективное поглощение светового потока содержащимися в подкожным тканях билирубином и гемоглобином в определенной для них области спектра. Отраженный и изменивший свой спектральный состав световой поток проходит по принимающему световоду 8. Принимающий световод 8 имеет Y-образную форму и делит световой поток на два потока. На раздвоенном конце световода 8 установлены два интерференционных фильтра 10 и 12. Первый интерференционный фильтр 10 установлен для ₁=492 нм, а второй интерференционный светофильтр 12 установлен для ₂=523 нм. После интерференционных фильтров 10 и 12 полученные световые потоки попадают на первый, второй фотоприемники 11 и 13, где световые сигналы преобразуются в электрические и в виде электрических сигналов поступают на первый и второй входы аналого-цифрового преобразователя 14. Данные с аналого-цифрового преобразователя 14 поступают в микропроцессор 5. Затем микропроцессор 5 вырабатывает сигнал для включения второго светодиода 2. Световой поток от второго светодиода 2 через второй передающий световод 4 подводится к исследуемому участку кожи пациента и процесс измерений полностью повторяется. Первый и второй передающие световоды 3 и 4 расположены на разных расстояниях l₁ и l₂ от принимающего световода 8, поэтому образуются два оптических пути прохождения света и два канала измерения: ближний и дальний. Сигнал аналого-цифрового преобразователя 14 поступает на обработку в микропроцессор 5. После аналого-цифрового преобразователя 14 сигнал в виде четырех значений силы тока I_син.1, I _зел.1, I_син.2, I_зел.2, которые соответствуют измерениям светового сигнала на длинах волн ₁ и ₂, прошедшего короткий путь и длинный путь соответственно. Микропроцессор 5 производит вычисление непосредственно величины билирубина по следующей формуле K{lg(I_син.2/I _зел.2)-lg(I_син.1/I_зел.1)}

где К – коэффициент, определенный эмпирическим путем.

Результат вычислений в микропроцессоре 5 высвечивается на табло 7.

В формуле берется разность логарифмов отношений сигналов дальнего и ближнего каналов, что позволяет исключить влияние поглощения света поверхностными участками кожного покрова на результат измерения.

Таким образом, предложенное устройство позволяет быстро измерять содержания билирубина в подкожных тканях и крови пациентов, преимущественно новорожденных, путем чрескожного неинвазивного измерения. Предложенное устройство просто в эксплуатации и компактно.