一種新生兒黃疸治療儀用led光源的光譜構(gòu)造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，包括：通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜，并構(gòu)造該吸收光譜的數(shù)據(jù)組；選用若干種單色LED，并構(gòu)造所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣；以所述若干種單色LED按一定的比例組合后能夠模擬產(chǎn)生所述吸收光譜為目標(biāo)，設(shè)定所述若干種單色LED的未知比例系數(shù)矩陣，并根據(jù)所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣、未知比例系數(shù)矩陣及所述吸收光譜的數(shù)據(jù)組構(gòu)造超定方程組；采用簡(jiǎn)單遺傳算法求解所述超定方程組的非負(fù)最小二乘解，得到若干種單色LED的最優(yōu)比例組合及其在最優(yōu)比例組合下的擬合光譜。本發(fā)明的算法具有簡(jiǎn)單易操作、效率高、匹配度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜構(gòu)造方法，特別涉及一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光電技術(shù)的發(fā)展,發(fā)光二極管(Lighting-emitting diode, LED)發(fā)光效率不斷提高，其單色性好、體積小、壽命長(zhǎng)、能量消耗低、使用直流電、發(fā)熱量低和控制靈活等特點(diǎn)，使LED光源在醫(yī)療、美容、植物栽培等領(lǐng)域的研究受到廣泛關(guān)注，LED光源技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)上的研究和應(yīng)用越來(lái)越廣。自從1958年光照療法用于治療新生兒高膽紅素血癥(黃疸病)以后，應(yīng)用于特殊部位或特殊病癥治療的特種波長(zhǎng)、強(qiáng)度的光療設(shè)備開(kāi)始廣泛被研制，其應(yīng)用大幅降低了換血的需要。
[0003]而傳統(tǒng)研究認(rèn)為，游離膽紅素對(duì)440nm波長(zhǎng)的光或紫外線敏感；中國(guó)藥典上描述:在400~500nm波長(zhǎng)處,測(cè)定膽紅素吸收曲線,其最大吸收為453nm ;美國(guó)兒科醫(yī)學(xué)會(huì)(AAP)定義的藍(lán)光波長(zhǎng)為430~490nm;也有研究表明，膽紅素的吸收光譜在藍(lán)色到綠色區(qū)域(460~490nm)。目前現(xiàn)有的LED黃疸治療儀波長(zhǎng)也很不一致，如BabyBlue (450~470nm)、NeoBlue (450 ~470nm)、Billitron (400 ~550nm)、BiliLED (453 ~487nm)等，因此，提出一種新型的新生兒黃疸治療儀用LED光源光譜的形狀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]近年來(lái)，利用LED來(lái)模擬所需光源的目標(biāo)光譜已成為研究的熱點(diǎn)。應(yīng)用LED的窄波段特性，根據(jù)人們的需要采用不同波段的LED模擬產(chǎn)生各種形狀光譜分布的光譜匹配技術(shù)的研究及應(yīng)用也顯得尤為重要。目前進(jìn)行光譜匹配的方法主要是利用光譜匹配算法和通過(guò)改變電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)可調(diào)的光譜匹配技術(shù)，主要應(yīng)用在太陽(yáng)模擬技術(shù)、視覺(jué)檢測(cè)和光譜圖像處理等方面，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究還比較少，尤其是醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域，如新生兒黃疸治療儀用LED光源光譜匹配方 面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，以實(shí)驗(yàn)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜為目標(biāo)光譜，基于智能算法中的簡(jiǎn)單遺傳算法對(duì)LED光源光譜匹配進(jìn)行優(yōu)化組合，獲得一種新型新生兒黃疸治療儀用LED光源光譜的形狀，大大簡(jiǎn)化了通過(guò)改變電流來(lái)調(diào)節(jié)光源光譜匹配問(wèn)題的流程。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，包括如下步驟:
[0007]Al)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜，并構(gòu)造該吸收光譜的數(shù)據(jù)組；
[0008]A2)根據(jù)所述吸收光譜的波長(zhǎng)范圍，選用不同峰值波長(zhǎng)、峰值波長(zhǎng)間隔、半高寬的若干種單色LED，并構(gòu)造所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣；
[0009]A3)以所述若干種單色LED按一定的比例組合后能夠模擬產(chǎn)生所述吸收光譜為目標(biāo)，設(shè)定所述若干種單色LED的未知比例系數(shù)矩陣，并根據(jù)所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣、未知比例系數(shù)矩陣及所述吸收光譜的數(shù)據(jù)組構(gòu)造超定方程組；
[0010]A4)采用簡(jiǎn)單遺傳算法求解所述超定方程組的非負(fù)最小二乘解，得到所述若干種單色LED的最優(yōu)比例組合；
[0011]A5)根據(jù)所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣及所述若干種單色LED的最優(yōu)比例組合，構(gòu)造所述若干種單色LED在該最優(yōu)比例組合下所產(chǎn)生的擬合光譜。
[0012]進(jìn)一步的,步驟A2)中，所述若干種單色LED的波長(zhǎng)范圍在350nm到800nm之間。
[0013]進(jìn)一步的，步驟A4)中，所述簡(jiǎn)單遺傳算法的求解步驟包括:
[0014]BI)隨機(jī)產(chǎn)生十進(jìn)制編碼規(guī)模為100的初始群體；
[0015]B2)以最小二乘誤差平方和為目標(biāo)，建立用于評(píng)價(jià)群體優(yōu)劣的適應(yīng)度函數(shù)；
[0016]B3)根據(jù)所述適應(yīng)度函數(shù)，反復(fù)對(duì)所述初始群體進(jìn)行遺傳運(yùn)算，最后得到滿(mǎn)意解或最優(yōu)解。
[0017]進(jìn)一步的，步驟A4)中，采用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)所述簡(jiǎn)單遺傳算法。
[0018]進(jìn)一步的，還包括:步驟A6)通過(guò)計(jì)算殘差平方和與相關(guān)指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)所述若干種單色LED采用最優(yōu)比例組合所產(chǎn)生的擬合光譜與所述吸收光譜之間的匹配結(jié)果。
[0019]由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0020]本發(fā)明的一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，以實(shí)驗(yàn)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜為目標(biāo)光譜，基于智能算法中的簡(jiǎn)單遺傳算法對(duì)LED光源光譜匹配進(jìn)行優(yōu)化組合，獲得一種新型新生兒黃疸治療儀用LED光源光譜的形狀，大大簡(jiǎn)化了通過(guò)改變電流來(lái)調(diào)節(jié)光源光譜匹配問(wèn)題的流程。該算法應(yīng)用于光源光譜匹配技術(shù)簡(jiǎn)單易操作、效率高、誤差小，擬合光譜和目標(biāo)光譜十分近似，具有很高的光譜匹配度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為采用本發(fā)明的方法模擬標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液吸收光譜的匹配圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例:
[0023]本發(fā)明提供了一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，包括如下步驟:
[0024]Al)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜，并構(gòu)造該吸收光譜的數(shù)據(jù)組，記為b=(y!,y2,…，ym)T ;其中，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜的具體操作為:取純度為99.28%的標(biāo)準(zhǔn)膽 紅素(Bilibubin)試劑(本實(shí)施例采用大連美侖生物技術(shù)有限公司的試劑)約20mg，精密稱(chēng)定；用少量三氯甲烷研磨后轉(zhuǎn)移至100mL棕色量瓶中，超聲處理使溶解；取出，迅速放冷，再加三氯甲烷稀釋至刻度，搖勻；精密量取2.5ml，置100mL棕色瓶中，加三氯甲烷稀釋至刻度，搖勻；用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(U-3010，HITACHI)在常溫18°C、避光條件下測(cè)定350-800nm波長(zhǎng)吸收曲線，也就是所述標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜；
[0025]A2)根據(jù)所述吸收光譜的波長(zhǎng)范圍，選用不同峰值波長(zhǎng)、峰值波長(zhǎng)間隔、半高寬的若干種單色LED，并構(gòu)造所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣；假設(shè)Si(X)是其中一種單色LED的光譜分布，記Si= (Si(A1)7Si(A2),…，Si(Am))1,則所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣為A=(S1;S2，-,Sn);其中，單色LED的光譜分布模型為[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，其特征在于，包括如下步驟: Al)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)膽紅素溶液的吸收光譜，并構(gòu)造該吸收光譜的數(shù)據(jù)組； A2)根據(jù)所述吸收光譜的波長(zhǎng)范圍，選用不同峰值波長(zhǎng)、峰值波長(zhǎng)間隔、半高寬的若干種單色LED，并構(gòu)造所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣； A3)以所述若干種單色LED按一定的比例組合后能夠模擬產(chǎn)生所述吸收光譜為目標(biāo)，設(shè)定所述若干種單色LED的未知比例系數(shù)矩陣，并根據(jù)所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣、未知比例系數(shù)矩陣及所述吸收光譜的數(shù)據(jù)組構(gòu)造超定方程組； A4)采用簡(jiǎn)單遺傳算法求解所述超定方程組的非負(fù)最小二乘解，得到所述若干種單色LED的最優(yōu)比例組合； A5)根據(jù)所述若干種單色LED的光譜數(shù)據(jù)矩陣及所述若干種單色LED的最優(yōu)比例組合，構(gòu)造所述若干種單色LED在該最優(yōu)比例組合下所產(chǎn)生的擬合光譜。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，其特征在于，步驟A2)中，所述若干種單色LED的波長(zhǎng)范圍在350nm到800nm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，其特征在于，步驟A4)中，所述簡(jiǎn)單遺 傳算法的求解步驟包括: BI)隨機(jī)產(chǎn)生十進(jìn)制編碼規(guī)模為100的初始群體； B2)以最小二乘誤差平方和為目標(biāo)，建立用于評(píng)價(jià)群體優(yōu)劣的適應(yīng)度函數(shù)； B3)根據(jù)所述適應(yīng)度函數(shù)，反復(fù)對(duì)所述初始群體進(jìn)行遺傳運(yùn)算，最后得到滿(mǎn)意解或最優(yōu)解。
4.如權(quán)利要求1所述的一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，其特征在于，步驟A4)中，采用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)所述簡(jiǎn)單遺傳算法。
5.如權(quán)利要求1所述的一種新生兒黃疸治療儀用LED光源的光譜構(gòu)造方法，其特征在于，還包括:步驟A6)通過(guò)計(jì)算殘差平方和與相關(guān)指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)所述若干種單色LED采用最優(yōu)比例組合所產(chǎn)生的擬合光譜與所述吸收光譜之間的匹配結(jié)果。
【文檔編號(hào)】A61N5/06GK103877677SQ201410135960
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】郭震寧, 甘汝婷, 林介本 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)