图 1.1新生儿黄疸外观

当发现黄疸值过高，及时进行医治处理，防止诱发胆红素脑病，做到未雨绸缪。传统的检测方法是抽血检测，此法准确度高，但是需要频繁对婴儿抽血，对婴儿伤害较大，也不能为家长所接受。因此人们研制出了新生儿黄疸检测仪。新生儿黄疸检测仪是用来动态检测新生儿黄疸值的医学器械，该类检测仪只需在婴儿前额或胸骨等固定部位用强光照射一下便可以快速得到婴儿的黄疸素浓度，简单，方便，无创伤。因此在儿科门诊、新生儿并房、新生儿ICU、儿保科等场所，经黄疸仪被得到了广泛应用，在家用检测孩子黄疸素值这方面，也有少量应用。其因小巧的外观，简便的操作方法，快捷的检测功能而深受广大医生和家长的欢迎。

因此可以肯定的说，新生儿黄疸检测仪具有很高的医疗应用价值和发展前景。目前国内的新生儿黄疸检测仪基本可以满足临床应用的要求，但是国产仪器与同类进口产品相比仍存在一些问题，主要体现在精度不够高，所以需要进一步改善系统提高精度。

基于这种医学背景和现实需求，我们提出本课题。在此过程种，我能努力提出尽可能多的创新点，改良现有仪器的功能水平，使其成为人类生活更得力的助手，更好的为新生儿服务。

图1.2黄疸检测的两种方法

1.2 当前国内外研究现状

2  新生儿黄疸测量原理及数学模型的建立

2.1 无创测量原理

新生儿皮肤的胆红素浓度是表征其黄疸程度的指标，通过测量其胆红素浓度可得到新生儿黄疸指数。[4]为了进行体内胆红素的无创测量，考虑到可以使用光谱学的方法来分析物质浓度，依据物质的光谱来提取出它的成分及含量等信息叫做光谱分析。由于物质的光谱图不尽相同，在该系统中利我们用胆红素的吸收光谱来进行无创黄疸测量。图2.1中的曲线为胆红素的吸收光谱图。从图中可以明显看出胆红素吸收高峰处在460nm附近。[13]

图2.1  胆红素吸收光谱

   该测量的原理是基于Lambert-Beer 定律，如图2.2。其内容为：

其中 为摩尔吸光系数，它的值取决于入射光的波长。其也取决于溶液物质。 为光程， 为溶液浓度。

图2.2  Lambert-Beer 定律示意图

   该课题的原理可以建立一个基于Lambert-Beer 定律的透射系统来示意。光通过这样一个系统可以建立 的关系式，其中 为胆红素之外的干扰因素总称， 为入射光波长， 为胆红素浓度。假设 、 为待测胆红素的摩尔吸光系数和浓度， 、 是干扰因子 的摩尔吸光系数和浓度。根据Lambert-Beer 定律则有：

根据泰勒展开式有： （2.4）

为了提高460nm波长附近的测量精度，考虑人体组织中存在的血红蛋白、气体分子和黑色素等因素，干扰因素主要来自于血红蛋白，观察其光谱，发现血红蛋白在460nm处也有明显吸收，而其在550nm波长处的吸收度与460nm处相近，见图2.3，因此同时研究550nm来消除干扰因素的影响，即采用差动技术，引进550nm的光路就使系统的研究对象增加为两路光。

图2.3  血红蛋白吸收光谱

当采用另外一束波长为 照射该系统时，同样有：泰勒展开式有：

联立（2.4）、（2.6）式有：又可写为：

血红蛋白其在蓝、绿光这两处波长的摩尔吸光系数一样，即 ，则（2.8）式可改写为：

又考虑到干扰因素中不只有血红蛋白一种成分，还有气体和黑色素等因素，故可以在公式（2.9）中增加一个修正系数 。

将（7）式反演可得：

即得到 与 成线性关系，可建立线性关系：

原理的结论即为：胆红素的浓度与波长为 、波长为 的两束光通过人体皮肤后的光强差值成线性关系。