用于多参数光谱的系统和方法技术方案

技术编号:19395857 阅读:34 留言:0更新日期:2018-11-10 04:40
一种用于检测样品中的物质的装置,包括用于引导至少一个光束穿过样品的发光单元。多个单元接收通过所述样品的所述光束,并基于所述接收的光束来执行所述样品的光谱分析。所述多个单元中的每一个单元分析有关所述样品的不同参数,以提供关于所述分析的单独的输出信号。处理器检测与所提供的单独的输出信号有关的物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多参数光谱的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年1月13日提交的专利技术名称为“多参数光谱”的申请号为62/278,186(代理人案号为NXGN-32968)的美国临时申请的权益,于2016年4月14日提交的专利技术名称为“具有轨道角动量的拉曼光谱”的申请号为62/322,507(代理人案号为NXGN-33094)的美国临时申请的权益,专利技术名称为“因斯-高斯光谱”的申请号为62/365,486(代理人案号为NXGN-33217)的美国临时申请的权益,以及于2014年11月19日提交的专利技术名称为“用于浓度测量的不同特征”的申请号为62/081,846(代理人案号为NXGN-32424)的美国临时申请的权益,其内容通过引用整体并入本文。本申请也是于2014年7月24日提交的专利技术名称为“利用轨道角动量进行样品物质内的浓度测量的系统和方法”的申请号为14/339,836(代理人案号为NXGN-32196)的美国申请的部分继续申请,该美国申请于2015年9月17日公开,其美国申请公开号为2015-0260650。本申请也是于2015年10月5日提交的专利技术名称为“用于通过利用轨道角动量检测β淀粉样蛋白进行阿尔茨海默病的早期检测的系统和方法”的申请号为14/875,507(代理人案号为NXGN-32776)的美国申请的部分继续申请。美国申请号14/339,836和14/875,507,以及美国申请公开号2015-0260650通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及样品内的物质检测,并且更具体地涉及基于多参数光谱检测样品内的物质。背景技术有机物质和非有机物质的存在检测和浓度测量在许多应用中受到极大的关注。在一个示例中,对人体组织内的物质的检测正成为个人健康护理的越来越重要的方面。用于监测人体组织内的生物制剂和新陈代谢制剂的非侵入性测量技术的发展是诊断治疗各种人类疾病的重要方面,并且可以在疾病的合理管理中起到关键作用。用于监测人体组织内的生物制剂和新陈代谢制剂的非侵入性测量技术的发展是诊断治疗各种人类疾病的重要方面,并且可以在疾病的合理管理中起到关键作用。一种这样的与阿尔茨海默病有关的物质是β淀粉样蛋白。因此,需要一种改进的β淀粉样蛋白检测方法以便更好地改进阿尔茨海默病的早期阶段的检测。另一种可以被监测的用于人体组织内的生物制剂的示例是葡萄糖。葡萄糖(C6H12O6)是一种单糖类糖并且是最重要的碳水化合物营养源之一。葡萄糖对于几乎所有的生物过程是必需的,并且对于生成ATP三磷酸腺苷和其他必需的细胞成分是必要的。人体血液内的葡萄糖浓度的正常范围是70mg/dl-160mg/dl,这取决于最后一餐的时间、体能耐力的程度以及其他因素。自由循环的葡萄糖分子刺激来自胰腺的胰岛素的释放。胰岛素通过结合细胞膜(对于葡萄糖来说通常是不可渗透的)内的两个特定受体帮助葡萄糖分子渗透细胞壁。与葡萄糖浓度相关的问题关联的一种疾病是糖尿病。糖尿病是由于胰岛素的产生降低,或是由于利用胰岛素以及传输葡萄糖穿过细胞膜的能力降低而引起的紊乱。结果,在疾病期间,高潜在风险浓度的葡萄糖可能在血液内积累(高血糖症)。因此,为了防止可能的严重生理并发症,将血糖浓度保持在正常范围内是非常重要的。生理葡萄糖监测的一个重要作用是诊断和管理几种代谢性疾病,如糖尿病(或单纯的糖尿病)。目前有许多用于葡萄糖监测的侵入性和非侵入性技术。现有的非侵入性葡萄糖监测技术的问题在于尚未确定临床上可接受的过程。当前来自血液分析的标准技术涉及个别刺穿手指并且随后分析从该手指采集的血液样品。近年来,非侵入性血糖监测在生物医学工程领域中已经成为越来越重要的研究课题。特别地,引入光学方法引起了该领域内的一些进展。光学的进步已经引起对光学成像技术的浓厚兴趣以及非侵入性成像系统的发展。由于光学检测方法的简单性和低风险,应用光学方法在癌症诊断和治疗中进行监测也是一个正在发展的领域。除了医学领域之外,在各种其他环境中检测各种类型的物质将是显而易见的。用于感测活体组织内的不同组织代谢物和葡萄糖的多种光学技术已经在过去的50年取得了发展。这些方法基于荧光、近红外和中红外光谱、拉曼光谱、光声学、光学相干层析成像及其他技术。然而,已经尝试过的这些技术中没有一种经证明是完全令人满意的。适用于光学物质浓度感测的另一个器官部分是人类皮肤。人类皮肤的防御机制是基于诸如类胡萝卜素、维生素和酶的抗氧化物质的作用。β-胡萝卜素和番茄红素代表了超过70%的人体组织中的类胡萝卜素。β-胡萝卜素和番茄红素的局部或系统应用是用于提高人体防御系统的通用策略。这种治疗的评价和优化需要测量在人体组织内的(特别是在作为对环境的屏障的人体皮肤内的)β-胡萝卜素和番茄红素的浓度。因此,能够检测人体或其他类型的样品内的多种物质的存在以及浓度的改进的非侵入性技术将在医学领域中具有多种应用。
技术实现思路
正如在本文公开和描述的,在本专利技术的一个方面,本专利技术包括用于检测样品内的物质的装置,该装置包括用于引导至少一个光束穿过样品的发光单元。多个光谱单元接收穿过样品的光束,并基于接收的光束对样品进行光谱分析。多个光谱单元中的每一个分析有关样品的不同参数,提供有关分析的单独的输出信号。处理器检测与所提供的单独的输出信号中的每一个有关的物质。附图说明为了更全面地理解,现在结合附图参考以下描述,其中:图1示出了用于使用轨道角动量特征检测样品内的物质的存在的方式;图2示出了OAM生成器生成OAM扭转光束的方式;图3示出了具有赋予其的轨道角动量的光束;图4示出了一系列平行波前;图5示出了具有围绕波前的传播方向成螺旋状的坡印亭矢量的波前;图6示出了平面波前;图7示出了螺旋波前;图8示出了仅在自旋矢量中具有变化的平面波;图9示出了向波施加唯一的轨道角动量;图10A-10C示出了具有施加到其上的不同轨道角动量的信号之间的差异;图11A示出了用于各种本征模式的坡印亭矢量的传播;图11B示出了螺旋相位板;图12示出了用于使用轨道角动量提供各种物质的浓度测量和存在检测的装置的框图;图13示出了图11的系统的发射器;图14示出了图11的系统的固定轨道角动量发生器;图15A-15D示出了用于向平面波信号施加轨道角动量的各种全息图;图16示出了厄米-高斯模和拉盖尔-高斯模之间的关系;图17示出了用于向信号施加轨道角动量的叠加全息图;图18示出了用于图11的系统中的可调谐轨道角动量发生器;图19示出了包括其中的多个全息图图像的可调谐轨道角动量发生器的框图;图20示出了其中通过向其施加不同的轨道角动量可以改变OAM生成器的输出的方式;图21示出了一种可替代方式,其中,OAM生成器可以将厄米-高斯光束转换为拉盖尔-高斯光束;图22示出了其中在OAM生成器内的全息图可以扭转光束的方式;图23示出了其中样品接收OAM扭转波并提供具有特定OAM特征的输出波的方式;图24示出了其中轨道角动量与围绕其光束轴的分子相互作用的方式;图25示出了用于放大接收的轨道角动量信号的匹配电路的框图;图26示出了其中匹配模块可以使用非线性晶体以产生较高阶轨道角动量光束的方式;图27示出了轨道角动量检测器和用户界面的框图;图28示出了样品浓度对通过样品的光束的自旋角偏振和轨道角偏振的影响;图2本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于检测样品内的物质的装置,包括:发光单元,用于引导至少一个光束通过样品;多个光谱单元,用于接收通过所述样品的光束并基于所接收到的光束对所述样品执行光谱分析,所述多个光谱单元中的每一个分析有关所述样品的不同参数以提供有关所述分析的单独的输出信号;和处理器,用于检测与所提供的单独的输出信号中的每一个有关的所述物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.13 US 62/278,186;2016.04.14 US 62/322,507;1.一种用于检测样品内的物质的装置,包括:发光单元,用于引导至少一个光束通过样品;多个光谱单元,用于接收通过所述样品的光束并基于所接收到的光束对所述样品执行光谱分析,所述多个光谱单元中的每一个分析有关所述样品的不同参数以提供有关所述分析的单独的输出信号;和处理器,用于检测与所提供的单独的输出信号中的每一个有关的所述物质。2.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元进一步包括:第一光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行偏振波分析以产生偏振参数输出信号;第二光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行波长分析以产生波长参数输出信号;和第三光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行轨道角动量(OAM)光谱分析以产生OAM参数输出信号。3.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元进一步包括:第一光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行拉曼光谱分析以产生拉曼参数输出信号;第二光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行红外光谱分析以产生红外参数输出信号;第三光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行轨道角动量(OAM)光谱分析以产生OAM参数输出信号;和第四光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行偏振波分析以产生偏振参数输出信号。4.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元中的至少一个包括双光梳光谱单元,其利用配对的相干频率光梳用于接收来自所述样品的光束并执行双光梳光谱分析以产生输出信号。5.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元进一步包括:第一光谱单元,用于接收所述光束并执行拉曼旁带光谱分析以产生第一输出信号;第二光谱单元,用于接收所述光束并利用OAM镊子执行胶体粒子操作;并且其中所述光束包括赋予OAM的光束。6.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元中的至少一个包括:第一光谱单元,用于接收所述光束并执行OAM光谱分析,所述OAM光谱分析检测与布洛赫框架内的包络波函数相关联的非定域OAM;和第二光谱单元,用于接收所述光束并执行OAM光谱分析,所述OAM光谱分析检测与样品内的原子相关联的本地OAM。7.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元包括:第一光谱单元,用于接收通过所述样品的光束并执行偏振波分析以产生偏振参数输出信号;第二光谱单元,用于接收通过所述样品的光束并执行轨道角动量(OAM)光谱分析以产生OAM参数输出信号;进一步地,其中所述处理器检测由所述偏振参数输出信号和所述OAM参数输出信号指示的所述样品内的所述物质的唯一特征。8.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元包括:第一光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行轨道角动量(OAM)光谱分析以产生OAM参数输出信号;和第二光谱单元,用于接收通过所述样品的光束并执行荧光光谱分析,以检测所述样品内的发射光谱和激发光谱并产生荧光参数输出信号。9.根据权利要求8所述的装置,其中所述荧光光谱分析保持所述激发辐射在固定的波长处并测量作为发射波长的函数的发射荧光强度。10.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元包括:第一光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行轨道角动量(OAM)光谱分析以产生OAM参数输出信号;和第二光谱单元,用于接收通过所述样品的光束并执行太赫兹(THz)光谱分析以产生荧光参数输出信号。11.根据权利要求10所述的装置,其中所述THz光谱分析提供对不能通过红外光谱检测的弱分子内振动模式和弱分子间振动模式的选择性检测。12.根据权利要求10所述的装置,其中所述THz光谱分析检测二维的THz吸收性质。13.根据权利要求10所述的装置,其中所述THz光谱分析在二维尺度上多次扫描所述样品,每一次扫描都按样品的尺寸成比例缩放。14.根据权利要求1所述的装置,其中所述多个光谱单元进一步包括:第一光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行轨道角动量(OAM)光谱分析以产生OAM参数输出信号;第二光谱单元,用于接收通过所述样品的所述光束并执行拉曼光谱分析以产生拉曼参数输出信号;第三光谱单元,用于接收所述光束并执行偏振拉曼光谱分析和产生第三输出信号;第四光谱单元,用于接收所述光束并执行非偏振拉曼光谱分析和产生第四输出信号;并且其中所述第二光谱单元的所述拉曼光...

【专利技术属性】
技术研发人员:苏莱曼·阿什拉斐
申请(专利权)人:尼克根合伙IP有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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