устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов
Классы МПК: | G01N21/25 цвет; спектральные свойства, те сравнение воздействия материала на свет двух или более различных длин волн или в двух или более полосах спектра A61B5/00 Измерение для диагностических целей |
Автор(ы): | Ованесов Е.Н., Прищепа М.И., Сецко И.В., Давыдов В.М. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество закрытого типа Научно-производственное предприятие Техномедика |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-06-16 публикация патента:
27.09.1998 |
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для неинвазивного определения содержания билирубина в крови пациентов, преимущественно новорожденных. Устройство содержит источник 1 света, световод 2 для подвода света к кожным тканям пациента, световод 3 для приема света, прошедшего через кожные ткани пациента, схему 4 преобразования интенсивности оптического излучения в электрические сигналы и схему 7 обработки электрических сигналов, формирующую сигнал о содержании билирубина. Выполнение схемы 7 обработки позволяет повысить точность устройства. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, содержащее источник света, в спектре излучения которого присутствуют по крайней мере две различные длины волны![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
Cв = K(lnU2/U1)n,
где C - значение выходного сигнала схемы обработки электрических сигналов и формирования сигнала о содержании билирубина;
K - коэффициент пропорциональности;
U1, U2 - значения соответственно первого и второго электрических сигналов;
n - постоянный показатель, значение которого лежит в пределах 1,7 - 2,2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник света выполнен импульсным, схема обработки электрических сигналов и формирования сигнала о содержании билирубина включает первый и второй интеграторы, выходы которых соединены со входами схемы вычитания, выход которой через компаратор подключен к преобразователю длительности импульса в код, выполненному с возможностью преобразования в соответствии с соотношением
Cв= m
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119098/916.gif)
где Cв - значение выходного кода преобразователя;
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119098/916.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для неинвазивного определения содержания билирубина в крови пациентов, преимущественно новорожденных. Наиболее близким к изобретению является медицинский прибор для определения желтухи [1], в котором путем фотометрирования подкожных тканей определяется показатель, характеризующий содержание в них билирубина, по значению показателя судят о содержании билирубина в крови. Известное устройство содержит источник света, спектр излучения которого содержит по крайней мере две различные длины волны; световод для передачи света к кожным тканям пациента; световод для приема света, прошедшего через ткани пациента, схему фотоэлектрического преобразования, преобразующую принятое излучение указанных длин волн в электрические сигналы; схему обработки электрических сигналов, формирующую сигнал о содержании билирубина. Работа известного устройства основана на использовании модели![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-2t.gif)
где
b1 , b2 - коэффициенты поглощения света билирубином на длинах волн
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
db - эквивалентая длина оптического пути поглощения света билирубином, [м];
Kb - содержание билирубина в подкожной ткани, [кг/м3];
E1, E2 - значения ослабления интенсивности света на длинах волн соответственно
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
при этом величины E1, E2 определяются соотношениями
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-3t.gif)
где
I1, I2 - значения интенсивности излучения, подводимого к тканям, на длинах волн соответственно
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-4t.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-5t.gif)
Из этого выражения следует, что логарифм отношения величины E2 и E1, являющийся измеряемой в устройстве величиной, пропорционален не значению содержания билирубина, а корню степени n (n = 1,7 - 2,2) из этого значения, что связано с особенностями поглощения света в кожных тканях. Следовательно, для более точного определения содержания билирубина должно быть реализовано степенное преобразование указанного логарифма отношения. Повышение точности определения содержания билирубина достигается тем, что в известном устройстве, содержащем источник света, в спектре излучения которого присутствуют по крайней мере две различные длины волны
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-6t.gif)
где
k - коэффициент пропорциональности;
n - постоянный показатель, значение которого лежит в пределах 1,7 - 2,2, размерность U1, U2 - [A] или [B]. Целесообразно, чтобы источник света был выполнен импульсным, а схема обработки электрических сигналов содержала первый и второй интеграторы, выходы которых соединены со входами схемы вычитания, выход которой через компаратор подключен к преобразователю длительности импульса в код, выполненному с возможностью преобразования в соответствии с соотношением:
Cв= m
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119098/916.gif)
где
Cb -значение выходного кода преобразователя;
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119098/916.gif)
m - коэффициент пропорциональности, [1/С2]. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, иллюстрирующая одно из возможных выполнений изобретения; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы обработки электрических сигналов; на фиг. 3 - одно из возможных выполнений схемы обработки электрических сигналов; на фиг. 4 - одно из возможных выполнений генератора линейно меняющейся частоты, входящего в состав преобразователя длительности импульса в код. Устройство содержит источник 1 света, световод 2 для подвода света к кожным тканям пациента, световод 3 для приема света, прошедшего через кожные ткани, схему 4 преобразования интенсивности принятого излучения в электрические сигналы, схему 7 обработки электрических сигналов. Схема 4 преобразования может содержать интерференционные оптические фильтры 5.1, 5.2, выделяющие излучение длин волн соответственно
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119085/955.gif)
A1
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-7t.gif)
Таким образом, для определения значения содержания билирубина необходимо определить значение квадрата логарифма отношения напряжений на емкостях интеграторов по окончании светового импульса:
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-8t.gif)
Для определения значения указанного логарифма выходные сигналы интеграторов 8,9 сначала подаются на схему 10 вычитания, разностный сигнал с выхода которой (фиг. 2 б) подается на компаратор 11, с помощью которого формируется импульс (фиг. 2 в), длительность t" которого равна интервалу времени, в течение которого разность выходных сигналов интеграторов положительна. Значение длительности t" однозначно связано со значением указанного логарифма отношения. Действительно, после окончания светового импульса интеграторы 8,9 разряжаются, при этом их выходные сигналы описываются выражениями
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-9t.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-10t.gif)
где
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-11t.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-12t.gif)
При этом должно также выполняться условие
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-13t.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-14t.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-15t.gif)
После преобразования получим
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-16t.gif)
Прологарифмировав правую и левую части с учетом того, что to << t", а также того, что
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-17t.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-18t.gif)
Поскольку
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-19t.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119656/2119656-20t.gif)
Следовательно, значение содержания билирубина однозначно определяется значением квадрата интервала времени t". Квадратичное преобразование осуществляется преобразователем 12 длительности импульса в код: импульс с выхода компаратора 11 разрешает работу генератора 13, импульсы с выхода генератора 13 подсчитываются счетчиком 14 и полученный код через дешифратор 15 поступает на индикатор 16. Вместо генератора 13 может быть использован генератор импульсов постоянной частоты, однако при этом в качестве дешифратора 15 необходимо использовать функциональный (квадратичный) преобразователь, например, на основе ПЗУ [2]. Более предпочтительно использовать в преобразователе 12 генератор, частота выходных импульсов которого линейно меняется во времени. Пример выполнения такого генератора приведен на фиг. 4. Поскольку частота генератора 13 линейно растет в интервале времени, в течение которого разрешена работа генератора, то число импульсов, записанное в счетчике 14 по окончании указанного интервала времени, будет пропорционально квадрату длительности временного интервала, т.е. выходной код преобразователя 12 будет определяться выражением
Cв= m
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119007/183.gif)
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119098/916.gif)
где
Cb - значение выходного кода;
![устройство для неинвазивного определения содержания билирубина в подкожных тканях пациентов, патент № 2119656](/images/patents/352/2119098/916.gif)
m - коэффициент пропорциональности. Таким образом, выходной код преобразователя 12 однозначно определяет искомую величину - содержание билирубина. Экспериментальные исследования опытного образца предложенного устройства, проведенные на статистически представительных группах пациентов, показали, что коэффициент корреляции между показаниями предложенного прибора и значениями содержания билирубина в крови, которые определялись путем лабораторного анализа проб крови, составляет не менее 0,95. Для известного прибора указанный коэффициент корреляции не превышает 0,93. Указанное различие в значениях коэффициентов корреляции имеет статистически значимый характер, в силу чего использование предложенного устройства при тотальном скрининге новорожденных позволяет существенно сократить число пациентов, относимых к группе риска и подвергаемых затем лабораторному анализу на билирубин путем взятия проб крови. 1. Патент США N 4267844, кл. A 61 B 5/00, 1981. 2. Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир, 1982.
Класс G01N21/25 цвет; спектральные свойства, те сравнение воздействия материала на свет двух или более различных длин волн или в двух или более полосах спектра
Класс A61B5/00 Измерение для диагностических целей