付 笛，張子建，徐亭晚，鄧小峰，陳 丹，刑 揚(yáng)，姚興旺，李雅湘，苗雄鷹，李清龍，文 宇*，熊 力*

(1.中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院，湖南 長(zhǎng)沙 410012； 2.中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院，湖南 長(zhǎng)沙 410011；3.中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410012； 4.珠海市人民醫(yī)院，廣東 珠海 519000)

血液中衰老的紅細(xì)胞經(jīng)由單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)破壞，釋放出血紅蛋白，血紅蛋白分解產(chǎn)生膽紅素，這是膽紅素產(chǎn)生的主要方式。正常人每天可生成250-350 mg膽紅素，當(dāng)血清膽紅素含量超過17.1 μmol/L稱為高膽紅素血癥。膽紅素為橙黃色物質(zhì)，過量膽紅素可擴(kuò)散進(jìn)入組織造成皮膚、黏膜、鞏膜黃染，這一體征稱為黃疸[1]。2009年中國(guó)住院新生兒流行病學(xué)調(diào)查顯示，黃疸是住院新生兒中發(fā)病率最高的疾病[2]，嚴(yán)重者可發(fā)展為膽紅素腦病(核黃疸)，因?yàn)槲唇Y(jié)合膽紅素具有親脂性，可進(jìn)入新生兒的神經(jīng)細(xì)胞并造成不可逆的損傷。一項(xiàng)全國(guó)性調(diào)查共報(bào)告膽紅素腦病348例，約占收治患兒總數(shù)的4.8%。多中心調(diào)查顯示，隨訪的223例病例中，42.2%有嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥，2.7%在院內(nèi)死亡，13.5%出院后死亡[3]。在成年人中，黃疸也是一種常見的癥狀與體征，可分為溶血性黃疸、肝細(xì)胞性黃疸、膽汁淤積性黃疸和先天性非溶血性黃疸。目前檢測(cè)膽紅素的方法有四種[4,5]：1)采血自動(dòng)生化檢測(cè)，可測(cè)定總膽紅素、直接膽紅素和間接膽紅素的含量；2)微量血膽紅素儀測(cè)定；3)高效液相色譜法(high performance liquid chromatography, HPLC)；4)使用特殊儀器檢測(cè)。

特殊儀器檢測(cè)目前僅應(yīng)用于新生兒，包括經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀檢測(cè)和拍照檢測(cè)。由于成年人中存在如胡蘿卜素等多種干擾，在成人中的無創(chuàng)檢查還有待研究。下面介紹幾種經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀和手機(jī)拍照檢測(cè)膽紅素以及它們的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

1 經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀的理論依據(jù)和測(cè)定原理

血清膽紅素皮膚、黏膜和鞏膜處沉積，出現(xiàn)黃染，臨床上稱為黃疸。經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀發(fā)出特定波長(zhǎng)的光，經(jīng)皮膚與皮下組織的折射，其散射光進(jìn)入經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀，經(jīng)儀器運(yùn)算后可得到膽紅素的值。膽紅素的吸收波長(zhǎng)在460 nm處，血液中膽紅素的濃度越高，反射回來的460 nm的光就越少，故可通過反射值的多少來測(cè)定血清膽紅素的濃度。人體內(nèi)還存在一些物質(zhì)如黑色素、血紅蛋白以及真皮厚度會(huì)干擾測(cè)定結(jié)果，通過一些方法排除干擾物質(zhì)的影響即可得到較為精確的血清膽紅素的值。下面介紹三種經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

1.1 國(guó)產(chǎn)QL1200經(jīng)皮黃疸儀的原理及優(yōu)缺點(diǎn)[6]

1.1.1 工作原理

圖1 QL1200經(jīng)皮黃疸儀工作原理[6]Fig.1 The working principle of QL1200 percutaneous jaundice instrument

工作電源為鎳氫電池，加上穩(wěn)壓電路，為單片機(jī)提供穩(wěn)定的電壓。進(jìn)行測(cè)定時(shí)，儀器在內(nèi)部單片機(jī)(即計(jì)算機(jī))的控制下，經(jīng)氙閃光電路改變電壓值，使之符合氙閃光管的需要。氙閃光管發(fā)出強(qiáng)光，照射到患兒的皮膚和皮下組織，散射光返回光學(xué)系統(tǒng)。經(jīng)過藍(lán)、綠兩種濾光片后，反射光只留下藍(lán)(中心波長(zhǎng)450 nm)、綠(中心波長(zhǎng)550 nm)兩種不同波長(zhǎng)的光。再經(jīng)過硅電池的作用，光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)由單片機(jī)(計(jì)算機(jī))處理，處理的值最后在顯示屏上顯示。

1.1.2 QL1200的優(yōu)缺點(diǎn)

血紅蛋白在460 nm有較強(qiáng)的吸收峰，對(duì)膽紅素的測(cè)量造成干擾。但巧合的是，血紅蛋白在550 nm處的吸收峰與460 nm處的吸收峰相同。所以QL1200通過檢測(cè)到的藍(lán)光(中心波長(zhǎng)450 nm)和綠光(中心波長(zhǎng)550 nm)的差值即可得到較精確的膽紅素的值。但是沒有排除黑色素和真皮厚度的影響。

QL1200的測(cè)量范圍是0-427.5 μmol/L。經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀早在上世紀(jì)80年代即在臨床上開始應(yīng)用，QL1200代表了早期的應(yīng)用原理。經(jīng)過不斷的改進(jìn)，如今市場(chǎng)上常用的經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀有JM-103和Bilichek。它們從不同方面對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行了改進(jìn)，使得膽紅素的測(cè)量變得更加精確。

1.2 JM-103的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1 JM-103工作原理

黃疸儀JM-103也是通過測(cè)量藍(lán)光(波長(zhǎng)為450 nm)和綠光(波長(zhǎng)為550 nm)的光學(xué)濃度差來確定皮下組織的膽紅素的含量。

測(cè)量探測(cè)器有兩個(gè)光程(見圖2)。工作時(shí)氙弧燈發(fā)出的光會(huì)照射到皮膚表面，經(jīng)皮膚及皮下組織的反射和折射后最終回到傳感器中。傳感器由玻璃纖維制造。在返回到玻璃纖維的光中，從皮下組織的淺區(qū)反射的部分最終返回到玻璃纖維的內(nèi)核(短光程)，從皮下組織的深區(qū)反射的部分會(huì)穿過玻璃纖維的外核(長(zhǎng)光程)，隨后這兩部分會(huì)到達(dá)光電二極管。通過計(jì)算著兩部分的光學(xué)濃度從即可得到膽紅素的值。

圖2 JM-103工作原理圖[7]Fig.2 The working principle of JM-103

1.2.2 JM-103的優(yōu)缺點(diǎn)

皮膚分為三層，表皮、真皮和皮下組織。黑色素存在于表皮；真皮中存在豐富的血管和血紅蛋白；由于可見光波長(zhǎng)的原因，皮下組織可視為無限厚[8]。JM-103通過計(jì)算皮膚深部與淺部的光學(xué)濃度差，減少了黑色素的影響，同時(shí)應(yīng)用藍(lán)綠兩種波長(zhǎng)的光，排除血紅蛋白的影響，故結(jié)果與傳統(tǒng)方法相比更為精確。

1.3 Bilichek的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)

1.3.1 Bilichek的工作原理

儀器通過鹵鎢光源發(fā)光，經(jīng)紅外、紫外濾光片后得到白光。白光照射到新生兒的皮膚表面，經(jīng)折射散射后返回微型光譜儀。然后對(duì)反射光的100多個(gè)波段進(jìn)行光譜分析，并將反射光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為吸收度單位光密度(OD)。繪制總量、膽紅素、黑色素、血紅蛋白和真皮的OD曲線，然后經(jīng)過專門的算法得出血清膽紅素的OD值(OD 膽紅素=OD總量-OD黑色素-OD血紅蛋白-OD真皮)。

1.3.2 Bilichek的優(yōu)點(diǎn)

JM-103和Bilichek是目前市場(chǎng)上最常用的兩種經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀。有多位學(xué)者對(duì)它們進(jìn)行過比較。Pratesi S等人發(fā)現(xiàn)[9]，Bilichek 和JM-103經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀相關(guān)性良好，但是與JM-103相比，Bilichek 在膽紅素輕或中度升高時(shí)會(huì)高估膽紅素的值，在膽紅素重度升高時(shí)會(huì)低估膽紅素的值；通過對(duì)133名早產(chǎn)兒的研究，Ebbesen F等人發(fā)現(xiàn)[10]，JM-103的測(cè)量值比Bilichek的測(cè)量值低得多，當(dāng)膽紅素濃度增加時(shí)，JM-103測(cè)量值增加的程度卻被過低估計(jì)。在對(duì)630名新生兒進(jìn)行研究后，Costantino等人發(fā)現(xiàn)[11]，JM-103相較于Bilichek在精確度上略有優(yōu)勢(shì)，但是在高膽紅素水平的情況下的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

下面(表1)是三種經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀的性能比較：

由于實(shí)際檢測(cè)中人體內(nèi)影響機(jī)制不夠明確，方法構(gòu)建的理論假設(shè)比較理想化，還有干擾物的影響，市場(chǎng)上經(jīng)皮膽紅素監(jiān)測(cè)儀雖然與血液中總膽紅素TSB相關(guān)性良好，但是普遍精度不高。并且是否接受光療、測(cè)定部位、年齡、種族、性別、身體狀況(是否貧血等)都會(huì)對(duì)膽紅素的測(cè)量造成影響[12]。

1.4 經(jīng)皮膽紅素儀的臨床應(yīng)用

因?yàn)槟w色對(duì)QL-1200影響較大，實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果較總血清膽紅素(total serum bilirubin, TSB)誤差顯著，目前基本被淘汰，故不再過多贅述。JM-103、Bilichek以及一些其他品牌型號(hào)的經(jīng)皮膽紅素儀占據(jù)目前主流市場(chǎng)，較新的臨床統(tǒng)計(jì)研究也多以此類膽紅素儀為基礎(chǔ)。首先，Yvonne M等人報(bào)道經(jīng)皮膽紅素值(transcutaneous bilirubin, TcB)與TSB具有良好的相關(guān)性[13]，P值均小于0.0001，JM-103和Bilichek的相關(guān)系數(shù)分別為0.70和0.88，其他文獻(xiàn)也認(rèn)為Bilichek比JM-103具有更好的預(yù)測(cè)效果[14,15]。國(guó)內(nèi)雖然沒有直接關(guān)于JM-103和Bilichek比較的文獻(xiàn)，但是TcB和TSB相關(guān)性亦較好，甚至還要優(yōu)于國(guó)外報(bào)道(相關(guān)系數(shù)最高達(dá)0.909，最低為0.795)[16]。其次，因?yàn)樾律鷥焊喂δ苌胁煌耆?，由自體肝臟產(chǎn)生的結(jié)合膽紅素極少，故陳麗等人對(duì)TcB和間接膽紅素的擬合度及TcB和TSB的擬合度分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明間接膽紅素與TcB的相關(guān)程度(r=0.995)比TSB的相關(guān)程度(r=0.891)更高，P均小于0.001，說明TcB更能反應(yīng)間接膽紅素并以此評(píng)估黃疸輕重[17]。但是，TcB的檢測(cè)仍有不可忽視的局限性存在，金霞等人的研究中，在輕度高膽紅素血癥時(shí)，TcB與TSB的相關(guān)系數(shù)為0.909，但在中重度高膽紅素血癥的新生兒中，TcB與TSB的相關(guān)系數(shù)將顯著下降，僅為0.639，意味著單純TcB檢測(cè)可能會(huì)延誤中重度高膽紅素血癥患兒病情或者過度治療[18]。

此外，還有學(xué)者通過研究利用手機(jī)拍照來測(cè)定新生兒黃疸。在2014年GREEF L D等人研發(fā)了一個(gè)新的、可以檢測(cè)新生兒黃疸的軟件，Bilicam[19]。

表1 三種經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀性能比較Tab.1 Performance comparison of three kinds of percutaneous bilirubin analyzer

2 拍照檢測(cè)膽紅素

2.1 Bilicam的工作原理

將顏色校準(zhǔn)卡置于新生兒的胸骨處，然后用手機(jī)進(jìn)行拍照，最后對(duì)圖像進(jìn)行處理得到相應(yīng)的膽紅素的值。顏色校準(zhǔn)卡可以平衡圖像顏色，因?yàn)樵诓煌墓庹諚l件下采集到的圖像可能會(huì)有很大的區(qū)別。通過機(jī)器學(xué)習(xí)(圖3)來估計(jì)膽紅素水平，Bilicam所得的結(jié)果與金標(biāo)準(zhǔn)TSB所得的結(jié)果線性相關(guān)系數(shù)為0.85[20]。

胸骨處的皮膚無法排除黑色素、血紅蛋白和真皮厚度的影響，而鞏膜為瓷白色，不含黑色素，血管也極少。2015年，Terence S Leung等人提出了用數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)檢查新生兒鞏膜黃疸[21],他們?cè)趯?duì)新生兒鞏膜拍照后得到相應(yīng)的圖像，利用matlab軟件對(duì)這些圖像進(jìn)行了分析。然后基于測(cè)量的TSB水平和數(shù)據(jù)庫(kù)中的顏色指標(biāo)建立一個(gè)多變量模型，再用matlab及其統(tǒng)計(jì)資料和機(jī)器學(xué)習(xí)工具箱進(jìn)行多元線性回歸。最后可以得到估計(jì)膽紅素水平的模型，此方法的線性相關(guān)系數(shù)為0.75。

2.2 拍照檢測(cè)膽紅素類軟件的應(yīng)用

Bilicam是華盛頓大學(xué)的研究者基于100名新生兒出生后2-5天的TSB和帶有校準(zhǔn)卡的胸部照片數(shù)據(jù)開發(fā)的主要用于院外黃疸檢測(cè)篩查的手機(jī)APP，Bilicam一重要優(yōu)勢(shì)在于獲取更多的新生兒數(shù)據(jù)后，可以進(jìn)一步優(yōu)化算法，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性[20]。2017年，華盛頓大學(xué)James等人基于530例樣本進(jìn)一步更新Bilicam后，和TSB相比總相關(guān)系數(shù)已經(jīng)高達(dá)0.91，白人、非裔、西班牙裔、亞裔膚色相關(guān)系數(shù)分別為0.92、0.90、0.91和0.88，兩種截?cái)嘀档脑\斷靈敏度為84.6%和100%，特異度為75.1%和76.4%，其診斷準(zhǔn)確程度已經(jīng)不亞于經(jīng)皮膽紅素儀測(cè)定的結(jié)果[22]。

圖3 新生兒黃疸檢測(cè)系統(tǒng)原理[18]Fig.3 Principle of neonatal jaundice detection system

3 總結(jié)和展望

綜上所述，目前臨床上常用的膽紅素?zé)o創(chuàng)篩查工具為經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀，最廣泛用于新生兒黃疸的篩查，其中最普及的兩種經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀為JM-103和Bilichek，它們都是利用光對(duì)人體組織進(jìn)行檢測(cè)，處理方法有所不同，在一定范圍內(nèi)較為精確，在膽紅素過高或較低時(shí)不太準(zhǔn)確。由于經(jīng)皮膽紅素測(cè)定儀的成本太高，僅限于有條件的醫(yī)院使用，為了在家庭里也能方便快捷地測(cè)量膽紅素，研究人員開始著手于開發(fā)相應(yīng)的手機(jī)拍照軟件對(duì)胸骨或者鞏膜進(jìn)行膽紅素的測(cè)量，經(jīng)過不斷的軟件優(yōu)化更新，拍照膽紅素測(cè)定與金標(biāo)準(zhǔn)TSB的偏差正在迅速縮小。雖然目前無創(chuàng)的膽紅素光學(xué)檢測(cè)方法多應(yīng)用于新生兒，但是現(xiàn)有的研究已經(jīng)證明上述無創(chuàng)方法的精確度正逐步提高，且與游離膽紅素有更好的擬合程度[17]，因此可以預(yù)見，經(jīng)過改良更新后經(jīng)皮膽紅素檢測(cè)儀或拍照膽紅素檢測(cè)軟件極有希望應(yīng)用于更廣泛人群的膽紅素初篩當(dāng)中，具有巨大的前景。