/ 上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

0 引言

新生兒黃疸是新生兒最常見的疾病之一，其原因是紅細(xì)胞代謝的膽紅素產(chǎn)量大于排泄量，導(dǎo)致總膽紅素增高。對新生兒黃疸患者膽紅素濃度及時(shí)有效的檢測，是對病理性黃疸早期發(fā)現(xiàn)、篩查、及時(shí)處理以及防治高膽紅素對組織器官進(jìn)行損害的關(guān)鍵。

目前，新生兒膽紅素濃度檢測分為有創(chuàng)和無創(chuàng)兩大類。有創(chuàng)法是指測定血清膽紅素，具體分為靜脈血膽紅素測定法與微量血膽紅素測定法，通過靜脈穿刺抽取患者血液，使用相關(guān)生化分析儀進(jìn)行檢測[1]。測定血清膽紅素準(zhǔn)確度雖高，但新生兒血管細(xì)小，取血操作難，且不利于重復(fù)和動(dòng)態(tài)觀察膽紅素值。無創(chuàng)法是指測定經(jīng)皮膽紅素，采用經(jīng)皮黃疸檢測儀（經(jīng)皮膽紅素檢測儀）測量新生兒前額、前胸壁、左右頰部等部位的經(jīng)皮膽紅素值。測定經(jīng)皮膽紅素操作簡單且過程無創(chuàng)、病患家屬更易接受，此外能重復(fù)測量、可進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，已廣泛應(yīng)用于各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)將經(jīng)皮黃疸檢測儀的測量結(jié)果作為治療和監(jiān)測的依據(jù)，其量值的準(zhǔn)確與否也引起了醫(yī)護(hù)人員和病患家屬的重視?，F(xiàn)階段，尚無相關(guān)國際、國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范可對使用中的經(jīng)皮膽紅素測量設(shè)備的準(zhǔn)確性做出判斷，醫(yī)院僅依靠廠家提供的日常維護(hù)來確定儀器的使用狀態(tài)。為保障醫(yī)療檢測的準(zhǔn)確性，為醫(yī)療器械的質(zhì)量控制提供方法，特在此探討研究經(jīng)皮黃疸檢測儀的校準(zhǔn)方法。

1 經(jīng)皮黃疸檢測儀檢測膽紅素方法

經(jīng)皮膽紅素的測定是一種通過研究皮膚的光學(xué)性質(zhì)來獲取其生物化學(xué)和生理信息的分析方法，采用光學(xué)檢測法中的反射光譜法測定皮膚組織中的膽紅素濃度。其準(zhǔn)確度一般在±1.5 mg/dl，按照原理可分為雙波長法和多波長法。

根據(jù)朗伯比爾定律，光通過物質(zhì)后會(huì)被不同程度的吸收，物質(zhì)的吸光度由溶液濃度、液層厚度（光程長）及入射光波長所決定。雙波長法即采用藍(lán)色光波（460 nm）和綠色光波（550 nm）的光密度差來測量膽紅素濃度。皮膚組織中的物質(zhì)對不同波長光吸收情況不同[2]，如圖1所示。膽紅素對藍(lán)光具有很好的吸收特性，血紅蛋白對藍(lán)光和綠光的吸收值相近。新生兒表皮黑色素生成很少影響小，因此通過測量藍(lán)綠光通過皮膚組織后的光吸收度的差值，去除血紅蛋白和黑色素對檢測結(jié)果的影響，即可測量出經(jīng)皮的膽紅素濃度。

圖1 皮膚組織內(nèi)物質(zhì)對不同波長吸收情況

多波長法利用膽紅素濃度與多波長檢測光譜數(shù)據(jù)的線性相關(guān)性來建立相關(guān)模型，并利用此模型預(yù)測待檢測人體膽紅素濃度。因?yàn)榉治龅牟ㄩL范圍為380～780 nm，多波長法相對雙波長法準(zhǔn)確度有所提高，可有效減小血紅蛋白和黑色素等其他因素的影響。但是使用多個(gè)入射波長，增加了儀器成本和數(shù)據(jù)處理算法的復(fù)雜性。

由上述經(jīng)皮膽紅素檢測原理可知，皮膚組織中的黑色素、血紅蛋白等對光波的吸收是影響經(jīng)皮膽紅素檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的最大因素。理論上，經(jīng)皮黃疸檢測儀在研制過程中，若要保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性需要進(jìn)行臨床驗(yàn)證，即采用生化分析儀采集一批新生兒的血清膽紅素?cái)?shù)據(jù)，然后對檢測儀進(jìn)行標(biāo)定。在做臨床驗(yàn)證時(shí)，會(huì)面臨倫理方面的問題。在驗(yàn)證過程中，嬰兒樣本的數(shù)量、體重、月齡以及是否接受了光療對標(biāo)定結(jié)果均有一定的影響。因此，在生產(chǎn)過程中，制定一個(gè)臨床驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)對于不同公司在檢測結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性方面的保障十分重要。

2 經(jīng)皮膽紅素測定與血清膽紅素測定之間的相關(guān)性

美國兒科學(xué)會(huì)和加拿大兒科學(xué)會(huì)均發(fā)布了關(guān)于足月嬰兒高膽紅素血癥的管理指南。美國兒科學(xué)會(huì)推薦在新生兒出院前，通過測量血清或經(jīng)皮膽紅素濃度來評(píng)估高膽紅素的風(fēng)險(xiǎn)程度[3]，并提出，血清膽紅素測定雖是檢測和判斷新生兒高膽紅素血癥的金標(biāo)準(zhǔn)，但為減少采血引起的風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)驗(yàn)證兩種方法相關(guān)性，可選擇性地通過測定經(jīng)皮膽紅素代替測定血清膽紅素。加拿大兒科學(xué)會(huì)推薦在新生兒出生72 h內(nèi)，使用血清或經(jīng)皮膽紅素個(gè)性化測量方案進(jìn)行高膽紅素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并需定期測量所有新生兒的膽紅素濃度。

作為診斷新生兒黃疸指標(biāo)的重要儀器，經(jīng)皮黃疸檢測儀的可靠性和準(zhǔn)確性是眾多學(xué)者研究的重點(diǎn)，較多學(xué)者使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，通過測量相同條件下大量樣本的經(jīng)皮膽紅素值與血清膽紅素值，計(jì)算兩者之間的相關(guān)性，從而研究經(jīng)皮膽紅素測量方法的準(zhǔn)確性。Shabuj M H等人[4]總結(jié)了 2000年至 2017年28項(xiàng)相關(guān)的研究，研究結(jié)果顯示，經(jīng)皮膽紅素值與血清膽紅素值呈正相關(guān)關(guān)系，胸部和前額部位的經(jīng)皮膽紅素與血清膽紅素測量合并相關(guān)系數(shù)估計(jì)值為0.82，兩種常用的經(jīng)皮黃疸檢測儀JM103（德爾格，德國）和Bilicheck（飛利浦偉康，美國）測定的經(jīng)皮膽紅素與血清膽紅素的合并相關(guān)系數(shù)為0.83，其中JM103采用雙波長法，Bilicheck采用多波長法。

用于測量經(jīng)皮膽紅素的部位一般有前額、胸部、背部、腰部、腹部和腿部等，不同部位經(jīng)皮膽紅素測量準(zhǔn)確性略有差異。經(jīng)過臨床試驗(yàn)驗(yàn)證[5-6]，胸部皮膚的經(jīng)皮膽紅素測量值與血清膽紅素值的相關(guān)系數(shù)最高，前額的測量結(jié)果與胸部差異不大，從操作便利性來說，前額是臨床檢測時(shí)測量較多的部位。表1是近年來不同學(xué)者使用不同經(jīng)皮膽紅素設(shè)備在不同部位測量的經(jīng)皮膽紅素與血清膽紅素的相關(guān)性的研究結(jié)果，其中n是參與相關(guān)性實(shí)驗(yàn)的樣本數(shù)。

3 經(jīng)皮膽紅素測定設(shè)備校準(zhǔn)方法

臨床上使用的經(jīng)皮黃疸檢測儀種類多，卻無統(tǒng)一的校準(zhǔn)方法保障測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)上述分析，現(xiàn)提出三種校準(zhǔn)方法，并探討其可行性。

1）標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液法

從為儀器提供標(biāo)準(zhǔn)值的角度出發(fā)，可研制一套具有模擬嬰兒皮膚組織的標(biāo)準(zhǔn)裝置。理想狀態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)裝置可提供模擬皮膚的表皮、真皮和皮下組織各部件，并且在皮下組織和真皮層含有已知濃度的膽紅素溶液部件，濃度值可改變。在校準(zhǔn)儀器時(shí)，按照實(shí)際操作過程測量標(biāo)準(zhǔn)裝置的經(jīng)皮膽紅素值，與已知的設(shè)定值進(jìn)行比較。標(biāo)準(zhǔn)裝置中的膽紅素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度可經(jīng)溯源，裝置模擬的皮膚和血液的干擾項(xiàng)可通過多次實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測量和重設(shè)，因此其標(biāo)稱值的準(zhǔn)確性可以得到保證。

國內(nèi)學(xué)者馮馳[1]使用NaOH溶液稀釋調(diào)配不同濃度的膽紅素溶液，用于標(biāo)定自己研制的經(jīng)皮黃疸檢測儀。由于溫度、光照以及NaOH的化學(xué)反應(yīng)使膽紅素溶液發(fā)生了某些變化，標(biāo)定結(jié)果不理想。但在標(biāo)定過程中，隨著配制的膽紅素溶液濃度的變化，采集的信號(hào)也在變化，從另一角度驗(yàn)證了朗伯比爾定律和膽紅素吸收峰的存在。使用標(biāo)準(zhǔn)溶液制作模擬皮膚組織的標(biāo)準(zhǔn)裝置，其難點(diǎn)在于如何配制標(biāo)準(zhǔn)的具有與人體血液中膽紅素相同吸收度的膽紅素溶液，以及如何保證模擬的皮膚層對測量的影響與真實(shí)皮膚具有相似性。

表1 不同儀器不同部位測量的經(jīng)皮膽紅素與血清膽紅素相關(guān)性研究結(jié)果

2）標(biāo)準(zhǔn)板法

從經(jīng)皮黃疸檢測儀的測量過程和測量原理的角度出發(fā)，依據(jù)光路在皮膚組織中的反射和散射，可考慮制作類似人體皮膚結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)板來對膽紅素濃度進(jìn)行校準(zhǔn)。以雙波長經(jīng)皮黃疸檢測儀JM103（德爾格，德國）為例，膽紅素濃度CB[13]可表示為

式中：E1n(λg) —— 入射綠光光通量；

E1n(λb) —— 入射藍(lán)光光通量；

E2n(λg) —— 出射綠光光通量；

E2n(λb) —— 出射藍(lán)光光通量；

εB(λb) —— 膽紅素的吸光系數(shù)；

L1nB-L2nB—— 光程差

從式（1）可以看出，在已知膽紅素吸光系數(shù)和光程差的情況下，經(jīng)皮膽紅素值僅與藍(lán)綠光入射和出射的光通量相關(guān)，而且光密度差與材料的吸收度相關(guān)，因此，合理選擇標(biāo)準(zhǔn)板的材料，合理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)板的層數(shù)，可以較為真實(shí)地模擬皮膚組織對光的吸收和反射作用，同時(shí)可以計(jì)算標(biāo)稱的經(jīng)皮膽紅素值。

上海儀器儀表所[14]設(shè)計(jì)了一套包括0～40號(hào)15種標(biāo)準(zhǔn)色塊的標(biāo)準(zhǔn)色板，在制作時(shí)按照CMYK配色方法進(jìn)行配色，設(shè)計(jì)由淺到深的純黃色色塊，使用激光打印機(jī)在專用的透明膠片上制作標(biāo)準(zhǔn)色板，采用一臺(tái)經(jīng)臨床驗(yàn)證的合格的JM-102對標(biāo)準(zhǔn)色板標(biāo)稱值進(jìn)行定值。

日本柯尼卡美能達(dá)公司設(shè)計(jì)了用于校驗(yàn)經(jīng)皮黃疸檢測儀的校驗(yàn)板，用于檢查數(shù)據(jù)是否超出預(yù)期范圍[13]。檢查板分為低值和高值兩個(gè)部分，低值檢查板使用對藍(lán)色和綠色波長吸收系數(shù)大致相同的材料制作，如毛玻璃、丙烯酸不透明板等。高值檢查板采用兩層結(jié)構(gòu)，第一層是與低值板相同的材料，第二層采用對藍(lán)色波長吸收系數(shù)大于綠色波長吸收系數(shù)的材料構(gòu)成，如黃色丙烯酸板。

另有一些經(jīng)皮黃疸檢測儀廠家配備檢查板，其功能更傾向于測試系統(tǒng)發(fā)射和接收光路能否正常工作，給出的標(biāo)稱膽紅素濃度值的準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證。采用標(biāo)準(zhǔn)板法對經(jīng)皮黃疸檢測儀進(jìn)行校準(zhǔn)，最需要解決的是標(biāo)準(zhǔn)板自身的有效溯源問題。

3）膽紅素濃度模擬法

根據(jù)經(jīng)皮黃疸檢測儀的檢測原理，設(shè)計(jì)光電式膽紅素濃度模擬儀。具體思路為：模擬儀接收經(jīng)皮黃疸檢測儀發(fā)出的藍(lán)綠光，通過內(nèi)部電路對接收到的藍(lán)綠光進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制過程即為設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)膽紅素濃度，再將調(diào)制后的藍(lán)綠光反饋給經(jīng)皮黃疸檢測儀。此時(shí)經(jīng)皮黃疸檢測儀會(huì)顯示膽紅素濃度，將其與模擬儀設(shè)置的膽紅素濃度進(jìn)行比較，以此來校準(zhǔn)經(jīng)皮黃疸檢測儀的測量準(zhǔn)確性。此方法針對經(jīng)皮黃疸檢測儀的原理進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)器的設(shè)計(jì)，因此雙波長和多波長的標(biāo)準(zhǔn)器需分開設(shè)計(jì)，難點(diǎn)在于研究調(diào)制電路與膽紅素濃度的對應(yīng)關(guān)系，若可通過實(shí)驗(yàn)和理論研究來探明兩者的對應(yīng)關(guān)系，可研制對應(yīng)多種膽紅素濃度的調(diào)制電路，對經(jīng)皮黃疸檢測儀進(jìn)行較為全面的校準(zhǔn)。

4 結(jié)語

經(jīng)皮黃疸檢測儀是新生兒科應(yīng)用非常廣泛的醫(yī)療儀器，雖然血清膽紅素檢測一直作為膽紅素檢測的“金標(biāo)準(zhǔn)”，經(jīng)過分析驗(yàn)證，經(jīng)皮膽紅素檢測結(jié)果與血清膽紅素檢測結(jié)果有較好的一致性，并且其無創(chuàng)、快速、連續(xù)監(jiān)測等特點(diǎn)為人們所青睞，已成為臨床實(shí)時(shí)監(jiān)測膽紅素濃度的重要醫(yī)療器械。黃疸患者的膽紅素水平升高時(shí)，鞏膜、皮膚、黏膜也會(huì)出現(xiàn)黃染特征，使用圖像處理分析技術(shù)監(jiān)測黃疸程度的研究也越來越多，隨著光學(xué)分析和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的更新，經(jīng)皮膽紅素濃度的檢測也越來越準(zhǔn)確，這為臨床無創(chuàng)檢測和實(shí)時(shí)監(jiān)測膽紅素濃度提供了便利。現(xiàn)階段，臨床在用經(jīng)皮黃疸檢測儀的使用維護(hù)僅依靠生產(chǎn)廠家，如若可建立相關(guān)校準(zhǔn)方法，對于此類器具量值準(zhǔn)確性的保證意義重大。