專利名稱：聽(tīng)診器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聽(tīng)診器，是醫(yī)療設(shè)置中醫(yī)生所使用的儀器。
其中一種應(yīng)用的例子是已被廣泛使用的量氧計(jì)。近年來(lái)，通過(guò)探測(cè)腦循環(huán)血流的改變而非侵入地探測(cè)腦功能的實(shí)用(functional)成像已經(jīng)取得了廣泛的注意。這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛地用于，例如利用O15標(biāo)記的水的正電子發(fā)射層析術(shù)(PET)，和利用去氧化血紅蛋白的磁化率的磁共振成像(BOLD-fMRI)。一直在尋求利用近紅外光的實(shí)用成像技術(shù)(所謂光學(xué)CT)的發(fā)展，因?yàn)樵搶?shí)用成像技術(shù)通過(guò)使用近紅外光能夠獲得血紅蛋白信息。不過(guò)，不能說(shuō)已經(jīng)建立了這種實(shí)用成像技術(shù)。
可以將診斷設(shè)備和工具分成以下三類(1)大型設(shè)備，如在上述PET和MRI中所使用的設(shè)備，這些設(shè)備需要安裝設(shè)備的場(chǎng)所，以便接收檢查。
(2)小型設(shè)備，如設(shè)置在床側(cè)或救護(hù)車中的心電圖描計(jì)器，腦電圖儀或量氧計(jì)，或者被運(yùn)送到患者位置的便攜式裝置。
(3)儀器，如醫(yī)療工作者經(jīng)常在他人身上使用的聽(tīng)診器。
鑒于以上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單的，通常為便攜式的能夠進(jìn)行精確診斷的聽(tīng)診器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下內(nèi)容[1]一種聽(tīng)診器，包括一用于使用近紅外光非侵入地照射患病部位的探頭部分；一用于在該探頭部分輸出的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上探測(cè)腦循環(huán)血流變化的控制裝置；和一用于將腦循環(huán)血流的變化轉(zhuǎn)換成聲音脈沖的聲源裝置，其中在來(lái)自該聲源裝置的聲音脈沖的基礎(chǔ)上進(jìn)行聽(tīng)診，以便診斷出腦功能的變化。
根據(jù)前面[1]所述的聽(tīng)診器，其中該近紅外光包括兩個(gè)波長(zhǎng)。
根據(jù)前面[1]所述的聽(tīng)診器，其中該近紅外光包括三個(gè)波長(zhǎng)。
根據(jù)前面[3]所述的聽(tīng)診器，其中該近紅外光包括760nm，800nm和830nm的波長(zhǎng)。
根據(jù)前面[1]所述的聽(tīng)診器，其中腦循環(huán)血流的變化是總血紅蛋白(t-Hb)或血紅蛋白的氧飽和率(a oxygen saturation rate，rSO2)的變化。
本發(fā)明能夠提供一種非侵入地將近紅外光輻照到患病部位，并探測(cè)例如腦循環(huán)血流變化的“實(shí)用聽(tīng)診器”。該變化被聽(tīng)成聲脈沖調(diào)制，以檢查腦功能變化。更準(zhǔn)確地說(shuō)，將半導(dǎo)體激光光源產(chǎn)生的三個(gè)波長(zhǎng)λ＝760，800，830nm的光束施加給患病部位；并將反射數(shù)據(jù)的變化轉(zhuǎn)換成具有恒定音調(diào)和音量的聲音脈沖頻率的變化，從而使醫(yī)生能夠進(jìn)行聽(tīng)診。
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的聽(tīng)診器的方框圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的探頭部分的輻射/光接收光纖的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為表示由高級(jí)腦活動(dòng)產(chǎn)生的激勵(lì)作用的曲線圖。
現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
本發(fā)明的聽(tīng)診器適合于探測(cè)總血紅蛋白(t-Hb)或血紅蛋白的氧飽和〔區(qū)域性氧氣O2飽和(rSO2)〕的變化，并且以聲音信息的形式輸出該變化。本發(fā)明的聽(tīng)診器可以與普通的聽(tīng)診器結(jié)合起來(lái)，從而構(gòu)成一種“新型聽(tīng)診器”。
本發(fā)明的聽(tīng)診器主要用做“實(shí)用聽(tīng)診器”，可以確定腦功能所導(dǎo)致的局部激勵(lì)。不過(guò)，該聽(tīng)診器可用于所有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，在這些領(lǐng)域中對(duì)t-Hb或rSO2的變化的探測(cè)是有用的。另外，希望將作為便攜式儀器的本發(fā)明聽(tīng)診器的應(yīng)用擴(kuò)展到目前還沒(méi)有想到的領(lǐng)域，如同使用傳統(tǒng)聽(tīng)診器的情形，即使傳統(tǒng)的聽(tīng)診器是一種僅探測(cè)“聲音”的儀器，醫(yī)生在今年來(lái)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了聽(tīng)診器的大量應(yīng)用。
近紅外光譜學(xué)是一種基于生物組織表現(xiàn)出其構(gòu)成物質(zhì)特有的吸收現(xiàn)象的技術(shù)。在用于人體組織的應(yīng)用中，使用極難受到水分子或C-H鍵影響的690nm至880nm波長(zhǎng)范圍的光尤為有效。這個(gè)區(qū)域中的光(近紅外區(qū)域)可以達(dá)到距離身體表面幾厘米深的位置。在被顱骨圍繞的頭(大腦)的情形中也適用。活體中存在的某種物質(zhì)具有其光學(xué)吸收隨著其氧飽和急劇變化的特征，這種特征使氧飽和的量化成為可能。這種物質(zhì)的有代表性的例子包括血紅蛋白，肌紅蛋白和細(xì)胞色素aa3。理論上，可以對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行精確的分析。不過(guò)，原則上本發(fā)明的目的在于對(duì)血紅蛋白進(jìn)行非精確定量的分析。
本發(fā)明下面的描述限于血紅蛋白。
通過(guò)檢測(cè)輻射光的反射所探測(cè)的實(shí)際光吸收，根據(jù)被檢測(cè)組織中總的血紅蛋白t-Hb和血紅蛋白的氧飽和率而變化。因此，單一波長(zhǎng)處光吸收的探測(cè)不能確定是總血紅蛋白還是氧飽和率發(fā)生了改變。有鑒于此，通過(guò)使用至少兩個(gè)不同的波長(zhǎng)而探測(cè)氧飽和，對(duì)總血紅蛋白和氧飽和率兩者進(jìn)行測(cè)定。實(shí)際上，通過(guò)使用三個(gè)波長(zhǎng)可以計(jì)算出更加精確的值。不過(guò)，使用兩個(gè)波長(zhǎng)可以得到令人滿意的結(jié)果，在某些情形中，使用兩個(gè)波長(zhǎng)比使用三個(gè)波長(zhǎng)更加有利。下文中，將參考用于使用三個(gè)波長(zhǎng)情形中的計(jì)算公式說(shuō)明該實(shí)施例。
本發(fā)明的一個(gè)重要的應(yīng)用是確定“腦功能”。在大腦中，腦功能以局部形式存在。也就是，某一功能定位于大腦的某一部位。在所使用的大腦的某個(gè)部位，發(fā)生多種新陳代謝變化(例如血流速度增加或葡萄糖消耗的增加)。由于被統(tǒng)稱為“激勵(lì)”的特殊的活動(dòng)，在特定大腦部位發(fā)生代謝變化。
圖4表示伴隨高級(jí)腦活動(dòng)同時(shí)發(fā)生激勵(lì)的例子。通過(guò)借助近紅外光譜學(xué)探測(cè)正在進(jìn)行圖解檢測(cè)的患者背外側(cè)前額(DLPF)部位中血紅蛋白的氧飽和率(rSO2)可以獲得該例子。該曲線表明活動(dòng)激勵(lì)大腦的某個(gè)部位，rSO2增加。在圖4中箭頭(開(kāi)始，結(jié)束)之間的時(shí)間內(nèi)，患者進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)際的rSO2值上升和下降具有輕微延遲。
使用本發(fā)明的聽(tīng)診器使得用戶能夠通過(guò)聽(tīng)聲音來(lái)確定在患者床側(cè)的這種激勵(lì)。
也就是說(shuō)，兩個(gè)或三個(gè)波長(zhǎng)的近紅外光照在大腦上，探測(cè)從大腦反射的光，并粗略地估算吸收率，得不到精確的吸收率大小。通過(guò)聲源裝置將該粗略估算的吸收轉(zhuǎn)換成聲音，從而可通過(guò)使用聽(tīng)診器進(jìn)行診斷。
下面，將說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)特例。
此處考慮的是總血紅蛋白的變化，這可以通過(guò)下面的近似表示而獲得(當(dāng)使用三個(gè)波長(zhǎng)時(shí)也可以采用其它方法)Δt-Hb＝1.6·ΔA780-5.8·ΔA800+4.2·Δ830同樣，通過(guò)下面的近似表示可以得到rSO2的變化ΔrSO2＝(-3.0·ΔA800+3.0·ΔA830)/(1.6·ΔA780-2.8·ΔA800+1.2·ΔA830)在公式中，每個(gè)下標(biāo)代表一相應(yīng)的近紅外波長(zhǎng)(nm)。通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，可以有選擇地對(duì)總血紅蛋白(t-Hb)或血紅蛋白的氧飽和率(rSO2)進(jìn)行測(cè)量。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的聽(tīng)診器的示意結(jié)構(gòu)圖。圖2為該聽(tīng)診器的方框圖。圖3是該聽(tīng)診器的探頭部分的輻射/光接收光纖的結(jié)構(gòu)圖。
在這些圖中，附圖標(biāo)記11表示用做探頭部分的輻射/光接收光纖；12和13各表示一光放大器；15表示導(dǎo)線；21表示一控制裝置；22表示一半導(dǎo)體激光光源；23表示一校準(zhǔn)控制裝置；24表示一光探測(cè)器；25表示一數(shù)據(jù)處理裝置(IC)；26表示一聲源裝置；27表示一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。通過(guò)使用該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)27，可以選擇總血紅蛋白(t-Hb)或血紅蛋白的氧飽和率(rSO2)作為被檢測(cè)值。在附圖中，省略了電源。附圖標(biāo)記31表示與聲源裝置26相連的導(dǎo)線；32表示醫(yī)生用來(lái)聽(tīng)聲音的接收器。
如圖3所示，用做聽(tīng)診器探頭部分的輻射/光接收光纖具有這樣一種結(jié)構(gòu)，使得輻射光纖位于中心，接收光纖設(shè)置在輻射光纖周圍。
如下所述使用聽(tīng)診器進(jìn)行診斷。也就是說(shuō)，用三個(gè)波長(zhǎng)(λ＝760，800，830nm)的光照射患病部位；控制裝置21輸出反射數(shù)據(jù)的變化。聲源裝置26將該變化轉(zhuǎn)換成具有恒定音調(diào)和音量的聲音脈沖頻率的變化。醫(yī)生從接收器32聽(tīng)取該聲音。
現(xiàn)在將描述聲源裝置26的特殊操作。
圖4以曲線形式表示出rSO2信號(hào)的變化。在本發(fā)明中，以聲音的形式(類似于普通聽(tīng)診器的膜式與鈴式之間的轉(zhuǎn)換)表示這種變化(實(shí)際上為所選擇的t-Hb和rSO2其中之一的變化)。
通常，使用下面的方法借助聲音表示測(cè)量值的增加和減小。
(1)增加聲音音量。
(2)增加聲音音調(diào)。
不過(guò)，這兩者都難以探測(cè)。
有鑒于此，在本發(fā)明中，測(cè)量值的上升和下降被轉(zhuǎn)換成某種聲音的脈沖頻率變化。換句話說(shuō)，上面的轉(zhuǎn)換與從“調(diào)幅”信號(hào)到“調(diào)頻”信號(hào)的轉(zhuǎn)換相似。即，根據(jù)如下測(cè)量的值改變某個(gè)聲音的脈沖頻率(Pi表示聲音)PiPi PiPiPi Pi Pi Pi Pi Pi Pi在這種情形中，后者表示所測(cè)量的值已經(jīng)增加了。
考慮到醫(yī)療工作者的心理分辨率，聲源裝置26不輸出傳統(tǒng)的量氧計(jì)等中所使用的聲音，而輸出具有恒定音調(diào)和圓度(roundness)(相當(dāng)于生理學(xué)中動(dòng)態(tài)電勢(shì)的聲音)的聲音。t-Hb或rSO2的改變被轉(zhuǎn)換成聲音脈沖頻率的變化(如同神經(jīng)細(xì)胞啟動(dòng)速度的情形)，醫(yī)療工作者通過(guò)聽(tīng)取該聲音而探測(cè)變化。
如上所述，本發(fā)明的聽(tīng)診器是一種有用的、通常為便攜式儀器，由于傳統(tǒng)聽(tīng)診器的發(fā)明，本發(fā)明還沒(méi)有被介紹給醫(yī)生或其它醫(yī)療人員?？紤]到僅轉(zhuǎn)換聲音信息的傳統(tǒng)聽(tīng)診器在醫(yī)療領(lǐng)域中所起的作用，并且鑒于傳統(tǒng)聽(tīng)診器依然是用于診斷的最重要的儀器，本發(fā)明的重要性是顯著的。
本發(fā)明不限于前面所描述的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的精神可以進(jìn)行多種變型和改變，它們包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
如詳細(xì)描述的，本發(fā)明能夠提供一種簡(jiǎn)單的通常為便攜式的用于精確診斷的聽(tīng)診器。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明適合于醫(yī)學(xué)聽(tīng)診器領(lǐng)域，并且可以將本發(fā)明應(yīng)用于實(shí)用聽(tīng)診器，使用戶能夠在病人的床側(cè)確定腦功能所導(dǎo)致的局部激勵(lì)。
權(quán)利要求
1.一種聽(tīng)診器，包括(a)一探頭部分，用于使用近紅外光非侵入地照射患病部位；(b)一控制裝置，用于在來(lái)自該探頭部分的輸出數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上探測(cè)腦循環(huán)血流的變化；(c)一聲源裝置，用于將腦循環(huán)血流變化轉(zhuǎn)換成聲音脈沖，其中(d)在來(lái)自聲源裝置的聲音脈沖的基礎(chǔ)上進(jìn)行聽(tīng)診，以便診斷腦功能的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聽(tīng)診器，其中該近紅外光包括兩個(gè)波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聽(tīng)診器，其中該近紅外光包括三個(gè)波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聽(tīng)診器，其中該近紅外光包括760nm，800nm和830nm的波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聽(tīng)診器，其中腦循環(huán)血流的變化是總血紅蛋白(t-Hb)或血紅蛋白的氧飽和率(rSO2)的變化。
全文摘要
一種簡(jiǎn)單的通常為便攜式的用于精確診斷的聽(tīng)診器。一起探頭部分作用的、用于使用近紅外光非侵入地照射患病部位的輻射/光接收光纖(11)被應(yīng)用于患病部位,以便測(cè)量例如腦循環(huán)血流的變化。該變化作為聲音脈沖調(diào)制是很劇烈的,以便檢查腦功能的變化。例如,來(lái)自半導(dǎo)體激光光源(22)的三個(gè)波長(zhǎng)λ=760,800,830nm的光束被應(yīng)用于患病部位,由控制裝置(21)對(duì)從患病部位反射的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,醫(yī)生通過(guò)用接收器(32)聽(tīng)取其音調(diào)和音量為恒定的聲音頻率的變化用醫(yī)生的耳朵進(jìn)行診斷。
文檔編號(hào)A61B7/00GK1384721SQ00814890
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2000年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月30日
發(fā)明者中田力 申請(qǐng)人:科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團(tuán)