用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置制造方法及图纸

技术编号:13055612 阅读:96 留言:0更新日期:2016-03-23 18:38
提供了一种用于光学检查混浊介质的内部的方法。该方法包括下述步骤:提供宽带光(2);空间上分离包含在所述宽带光中的多个波段(2a,2b,…,2n);分别调制所述多个波段(2a,2b,…,2n);将多个经调制的波段重组为频谱编码的宽带光束(11);使用所述频谱编码的宽带光束(11)照射混浊介质(8);使用检测器(9)检测从混浊介质(8)发出的光以及使用解调器(10)解调被检测光以提供光谱信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置
技术介绍
在本申请的上下文中,措辞混浊介质理解为是指由具有高光散射系数的材料构成的物质,例如英脱利匹特注射液(intralipid solut1n)或者生物组织。措辞光理解为是指非电离电磁辐射,特别是波长介于400nm和1400nm范围内的非电离电磁辐射。在过去的几十年中,诸如生物组织的混浊介质的光学系统(optics)已经成为一个广泛的研究领域并且已经发现了在例如监测(例如脉冲血氧仪)、化妆品(例如葡萄酒色斑去除)和癌症治疗(例如光动力疗法)中的临床应用。已知用于对混浊介质光学成像(特别是用于对生物组织成像)的若干技术,例如光学相干断层扫描、共聚焦显微术、双光子显微术和漫射光学断层扫描。在漫射光学成像中,可以存在包括许多源和检测器位置的测量几何形式,以用于采集3-D断层扫描图像,或者例如可以使用具有有限数目的源和检测器(例如在手持式探针中)的几何形式来提供待成像物体的简单映射(map)或读出仅仅一个或多个特定参数。在这些应用中,典型地使用可见光、NIR (近红外)和/或IR (红外)光,并且例如可以以连续波、以脉冲形式或者以光子密度波来提供这种光。而且,使用单色光、多波长光或连续光谱的若干不同技术在本领域中是已知的。另外可以利用组织固有的荧光或者荧光造影剂的荧光。这些应用都以一种或另一种方式受益于组织中存在的光谱特征,如下面参考图1所解释。图1中示出例如在乳房组织中存在的主发色团的吸收光谱。在图1中,示出主发色团的各个吸收作为波长的函数,可以看出,主发色团血红蛋白、氧合血红蛋白、水和脂质的吸收属性在它们与入射光波长的依存性上显著不同。另外可以看出,这些成份的光谱没有表现出窄光学带宽的特征,而是仅仅表现出具有相当大带宽的特征。对组织的光谱分析允许利用不同的光谱特性,使得组织的发色团且因此组织的组成可以被确认,且在需要时被可视化和/或分析。依据对从组织发出的漫射光的活体内光学光谱分析的有希望实例包括对乳腺癌成像(例如通过漫射光学断层成像)、荧光成像(例如使用固有的荧光或者荧光造影剂)以及对糖尿病的监测。然而,在对诸如组织的混浊介质的光谱分析中出现的固有问题在于,由于光在组织中较高的固有光散射量,从所检查的混浊介质发出的光强烈地衰减以及甚至更重要地是漫射性质的。一旦光是漫射的,光无法被有效地准直,因此对从这种混浊介质发出的光进行光谱采集是低效率的。这种低效率成为改善组织光学的应用性所必须克服的问题。将在下面描述这种低效率的原因。为了理解在混浊介质的光学检查中出现的收集低效率,需要更进一步了解光学特性。“集光率(etendue)”G也称为接受性、透光率、光捕获或收集能力,它是表征光在面积和角度上如何“展开”的光学系统的属性。可以以若干等价方式限定集光率。从源的角度,它是源的面积A乘以从源看到的与系统入射光瞳对向的立体角Ω,即6 = ΑΩ。这种乘积示于图2。从系统的角度,集光率为入射光瞳的面积乘以从光瞳看到的与源对向的立体角。然而,这些限定应用于面积和立体角无穷小“单元”且必须在源和光阑二者上求和。理想的光学系统将产生具有与源相同的集光率的图像。换言之,在理想光学系统中,集光率是守恒的;然而在非理想的真实系统中,集光率一般变差(即,变为更高的值)。集光率与拉格朗日不变量和光学不变量有关。在用于其中漫射光将被親合到分光计(spectrometer)内的混池介质的光学检查的系统中,分光计的集光率(或收集能力)本征地远小于漫射源(其本性上具有接近最大可能值的集光率)的集光率。常规分光计依据缝隙或针孔的狭窄程度以获得其检测器上充分的空间分辨率,因为空间分辨率随后转化为光谱分辨率。因为由于上述集光率失配的原因,对例如从由生物组织形成的混浊介质发出的漫射光的光谱分析是固有低效率的,这严重损害了检测阈值和采样时间。已经发现,在检测器侧,几乎无法解决这种集光率问题。考虑到集光率失配,利用大集光率检测器将是优选的。然而,考虑到所需要的光谱分辨率,在常规布置中这一点是不可能的。原则上,使用光电倍增管(PMT)作为这种装置中的检测器将是有利的,因为它非常灵敏(内部增益)并具有快速响应(高带宽)和大面积(高集光率)。然而,使用光电倍增管(PMT)伴随着诸如有限动态范围以及容易过度曝光的一些问题。另外,在光谱的近红外(NIR)处,PMT的灵敏度显著下降。在活生物组织的检查方面,存在另外的约束。需要具有高功率和亮度的白光源以满足在测量质量方面最高可能的要求。如果测量时间是个问题,则需要亮的源。基于利用穿过多孔纤维传播的强飞秒光脉冲的超连续谱生成,已经可获得极亮的白光源。然而,在生物组织中存在所谓的最大允许曝光(MPE)。对于在近红外中小光斑尺寸的亚秒曝光,最大允许曝光可以约为1瓦特。最近专利技术了新型的分光计,即基于编码孔径成像的“矩阵分光计”。它使用一种称为多模多元光谱分析(MMS)的技术,这种技术采用具有编码掩模的大面积孔径,在给定相同光谱分辨率的条件下,使光通过量增大一个数量级。US 7,301,625 B2示出用于漫射源的光谱表征的孔径编码分光计。常规分光计的缝隙被空间滤波器或掩模替代。提出了使用许多不同掩模。US 2005/0185179 A1示出了一种使用多元微机电系统(MEMS)或衍射微机电系统(D-MEMS)装置的傅立叶变换分光计设备。多色光源首先被色散部件衍射或折射。色散束被多元MEMS设备拦截。MEMS设备通过相应MEMS元件使用不同的时变调制来编码其每个光谱分量。光辐射被组合成单束并分离。探测光被引导到样品,并且透射或反射光由光电检测器检测。US 6,031,609示出了一种使用多元液晶显示器的傅立叶变换分光计。W0 02/27285 A1示出了一种具有辐射源、波长色散装置和数字微镜阵列的空间光谱信息处理系统。来自样品的光谱分量在空间上被色散并被分别调制。DE 195 33 102 A1示出了一种用于借助光检查组织的装置。该装置包括多个光源,光源的光用于照射组织。
技术实现思路
本专利技术的目的是改善光谱检查混浊介质的内部的光效率且由此改善检测阈值和/或采样时间。该目的通过根据权利要求1的用于光学检查混浊介质的内部的方法来实现。由于多个波段被分别调制且随后被重组,可以使用大面积和/或大接收角检测器对混浊介质进行光谱分析。这增大了效率并允许更低的检测阈值和/或更短的采样时间。由于宽带光用作输入,可以使用比较便宜的白光源来提供用于照射混浊介质的光。因而可以实现总成本的降低。根据一个方面,至少两个波段在波长方面具有不同宽度。[00当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网
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【技术保护点】
用于光学检查混浊介质的内部的方法;该方法包括下述步骤:提供宽带光(2);空间上分离包含在所述宽带光中的多个波段(2a,2b,…,2n);分别调制所述多个波段(2a,2b,…,2n);将多个经调制的波段重组为频谱编码的宽带光束(11);使用所述频谱编码的宽带光束(11)照射混浊介质(8);和使用检测器(9)检测从混浊介质(8)发出的光以及使用解调器(10)解调被检测光以提供光谱信息;其特征在于基于检测光,提供反馈到调制所述多个波段(2a,2b,…,2n)的步骤,以便适应性改变所述多个波段(2a,2b,…,2n)的波谱和强度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:MB范德马克
申请(专利权)人:皇家飞利浦电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰;NL

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