用于拉曼、反射和荧光光谱测量的集成光谱探头制造技术

公开了用于执行拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱测量的光谱学探头的实施例。集成的光谱探头可以包括一个或更多个光源来提供产生反射光谱的白光照射、产生UV/可见荧光光谱的激发光以及诱发拉曼光谱的窄带NIR激发。光谱测量的多种模态可以在2秒或更短时间内执行。公开了操作所述集成的光谱学探头的方法的实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种便利拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量的集成光谱探头。
技术介绍
—般来说，反射或荧光或拉曼信号的测量在生物医学应用中起到很大的作用，例如用于分子水平上的疾病特定变化的早期诊断。反射光谱学是从组织反射的光的分析。组织反射光谱学可以被用来推导关于强烈地吸收光的分子(例如，组织发色团)的信息。它还可以被用来推导关于组织散射体的信息，诸如细胞核的大小分布和平均细胞密度。荧光光谱学是来自组织的荧光发射的分析。自然组织荧光团(当被适当波长的光激发时发射荧光的分子)可能对与疾病转化相关联的化学组成和化学环境变化是敏感的。拉曼光谱传递关于被照射的样本的振动、拉伸和呼吸键能的特定信息。拉曼光谱学探测分子振动，并且给出非常特定的指纹一样的光谱特征，并且对于区分恶性组织和良性组织具有高精度。拉曼光谱学还可以被用来识别恶性组织、它们的前体和正常组织之间的蛋白质和遗传物质的结构和组成差异。自然地，拉曼信号与反射或荧光信号相比非常微弱。此外，微弱的拉曼信号可能进一步受到来自组织荧光的干扰以及由在传送照射光的光纤中产生的背景拉曼和荧光信号和/或光谱信号引起的光谱污染的妨碍。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种集成光谱学系统。集成光谱学系统探头便利拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量。集成光谱学系统包括光源、耦合到光源的光谱学探头、第一检测器和至少一个附加检测器。光源被配置为提供产生反射光谱的白光照射束、产生UV/可见荧光光谱的激发光束以及诱发拉曼光谱和红外荧光光谱的窄带激发光束。光谱学探头包括:至少一个窄带激发光纤，其被配置为将窄带激发光束传送到目标；至少一个白光照射光纤，其被配置为将白光照射束传送到目标；至少一个激发照射光纤，其被配置为将激发光束传送到目标；多个拉曼收集光纤，其被配置为响应于窄带激发光束收集从目标反射和发射的返回辐射；至少一个反射收集光纤，其被配置为响应于白光照射束收集从目标反射的返回辐射；以及至少一个荧光收集光纤，其被配置为响应于激发光束收集从目标发射的返回辐射。第一检测器耦合到所述多个拉曼收集光纤以检测拉曼光谱。所述至少一个附加检测器耦合到所述至少一个反射收集光纤和/或所述至少一个荧光收集光纤以检测反射光谱和/或荧光光谱。在一个方面，多个光谱测量在2秒或更短时间内执行。在另一个方面，集成光谱学系统包括安装在光源前面的、调制照射光以提供白光照射光束、激发光束和窄带激发束的光调制器。光调制器包括第一滤光器、第二滤光器和第三滤光器，第一滤光器被配置为使低于750nm的可见光通过，第二滤光器被配置为使蓝色波长范围内的激发光通过，第三滤光器被配置为使785 土 5nm波长范围内的光通过。在一个方面，光源包括单色光源、宽带光源和激发光源，单色光源被配置为提供窄带激发光束，宽带光源被配置为提供白光照射光束，激发光源被配置为提供激发光束。所述单色光源耦合到所述至少一个窄带激发光纤，宽带光源耦合到所述至少一个白光照射光纤，以及激发光源耦合到所述至少一个激发照射光纤。在一个方面，宽带光源和激发光源集成为一个光源。集成光源顺序地提供白光照射光束和激发光束。在另一个方面，所述至少一个窄带激发光纤与所述多个拉曼收集光纤隔开，所述至少一个白光照射光纤与所述至少一个反射收集光纤隔开，以及所述至少一个激发照射光纤与所述至少一个荧光收集光纤隔开。在一个方面，集成光谱学系统还包括安装在光谱学探头的远端的滤光器组件。滤光器组件包括短通滤光器和长通滤光器，短通滤光器被放置在所述至少一个窄带激发光纤之上以使785±5nm波长范围内的光通过，长通滤光器被放置在所述多个拉曼收集光纤之上以阻挡785nm波长范围内的光并且使高于800nm的波长范围内的光通过。在另一个方面，集成光谱学系统还包括与光源光通信以控制光源的输出照射的控制系统。控制系统进一步与第一检测器和所述至少一个附加检测器光通信以控制第一检测器和所述至少一个附加检测器的操作。在一个方面，光源同时提供白光照射束和窄带激发束，以使得第一检测器和所述一个附加检测器同时提供拉曼光谱和反射光谱。在另一个方面，光源同时提供激发光束和窄带激发光束，以使得第一检测器和所述一个附加检测器同时提供拉曼光谱和荧光光谱。在又一个方面，光源提供同时产生拉曼光谱和红外荧光光谱的窄带照射光束，以使得第一检测器可以同时提供拉曼光谱和红外荧光光谱。在另一个方面，提供一种用于进行拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量的方法。除了上述方面和实施方案之外，通过参照附图和研究以下详细描述，进一步的方面和实施方案将变得清晰。【附图说明】在整个附图中，标号可以被重新用于指示引用的部件之间的对应关系。附图被提供来图示说明本文中所描述的示例实施方案，而非意图限制本公开的范围。附图中的部件的大小和相对位置不一定按比例绘制。例如，各种部件的形状和角度不按比例绘制，并且这些部件中的一些被任意地放大和定位以改进附图的易读性。图1是拉曼光谱系统的实施例的框图。图2是拉曼光谱探头的实施例的剖视图。图2A是探测光纤束组件的远端的顶视图，该顶视图示出在激发照射光纤之上的短通滤光器覆层以及在收集光纤之上的长通滤光器覆层。图2B是滤光器组件的顶视图，该顶视图示出具有短通滤光器覆层和长通滤光器覆层的滤光器基板。图3是被覆有滤光器组件的探测光纤束组件的远端的顶视图。图4是用于测量拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成光谱学系统的实施例的框图。图5是集成光谱探头的远端的顶视图，该顶视图示出探测光纤束组件。图6是用集成光谱探头获得的皮肤组织的反射光谱的实施例的图解说明。图7是用集成光谱探头获得的皮肤组织的荧光光谱的实施例的图解说明。【具体实施方式】为了成功地进行体内拉曼光谱测量，拉曼系统需要包括这样的滤光机构，该滤光机构被配置为最小化或消除从光纤材料产生的背景拉曼和荧光信号并且能够收集足够的信号以使得拉曼光谱可以在秒级或次秒级(seconds or sub-seconds)内被获取。图1示意性地示出拉曼系统10的实施例。拉曼系统10可以包括探头1、光源2、摄谱仪3和检测器4。光源2可以是可以提供能够在对象(诸如，举例来说，组织28(图2))中诱发拉曼散射的激发光的单色光源，诸如激光器。可以使用可以提供激发光以在被该激发光照射的对象中诱发拉曼散射的任何其他的光源或光源组合。光源2可以被配置为最小化来自非期望源的干扰，例如，光源可以被选为最小化来自组织的荧光以及从黑色素发散的光子的吸收。光源2可以光学地耦合到照射光传送光导5的近端。来自光源2的照射光可以被聚焦进入照射光光导5。照射光可以是785nm的激光。其他波长可以根据感兴趣分子的性质而被选择。例如，可以使用生成比785nm波长更长的波长的光的光源，例如，可以使用生成1064nm光的光源，以使得可以避免组织的强烈的荧光背景。照射光光导5的远端可以在探头1的近端11处连接到探头1。探头1可以被设计为最大化组织拉曼信号的收集，同时减小瑞利散射光、光纤荧光和拉曼背景信号的干扰。探头1可以是手持探头，并且可以包括近端11、远端12和细长本体13。在一些实现中，探头1可以是内窥镜探头。图2详细地示出探头1。进入探头1的照射光光当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便利拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量的集成光谱学系统，所述系统包括：‑光源，所述光源被配置为提供产生反射光谱的白光照射束、产生UV/可见荧光光谱的激发光束以及诱发拉曼光谱的窄带激发光束；‑耦合到所述光源的光谱学探头，所述光谱学探头包括：‑至少一个窄带激发光纤，所述至少一个窄带激发光纤被配置为将窄带激发光束传送到目标；‑至少一个白光照射光纤，所述至少一个白光照射光纤被配置为将白光照射束传送到所述目标；‑至少一个激发照射光纤，所述至少一个激发照射光纤被配置为将激发光束传送到所述目标；‑多个拉曼收集光纤，所述多个拉曼收集光纤被配置为响应于所述窄带激发光束收集从所述目标反射和发射的返回辐射；‑至少一个反射收集光纤，所述至少一个反射收集光纤被配置为响应于所述白光照射束收集从所述目标反射的返回辐射；以及‑至少一个荧光收集光纤，所述至少一个荧光收集光纤被配置为响应于所述激发光束收集从所述目标发射的返回辐射；‑第一检测器，所述第一检测器耦合到所述多个拉曼收集光纤以检测拉曼光谱；以及‑至少一个附加检测器，所述至少一个附加检测器耦合到所述至少一个反射收集光纤和/或所述至少一个荧光收集光纤以检测反射光谱和/或荧光光谱。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾海山，苏文豪，赵建华，
申请(专利权)人：曾海山，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA