具有多探针的光谱系统技术方案

本发明专利技术为物质或生物结构（１１４，１１６）的非侵入光谱分析提供一种光谱系统，所述物质或生物结构位于所关注的许多不同体积（１１０，１１２）中。本发明专利技术的光谱系统使用与基站（１００）连接的多个不同探头（１０６，１０８），该基站提供光谱光源（１０４）和光谱分析装置（１０２）。通过另外提供耦合单元（１３２），本发明专利技术可以实现使光谱分析可用在各种不同场所的光谱分析环境，所述各种不同场所例如医院的不同房间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于对生物结构的性质进行分析的光谱系统的领域。
技术介绍
根据现有技术可知能将光谱学技术用于分析目的。例如，WO02/057758 A1和WO 02/057759 A1公开了用于对流过人体毛细血管的流体的组成进行体内非侵入光谱分析的光谱分析装置。将光束聚焦在人体皮肤表面之下的毛细血管中，所述光束优选是近红外(NIR)范围内的光束。近红外辐射与位于毛细血管内的物质之间的相互作用主要受弹性和非弹性散射过程的控制。通常，由于如喇曼散射的非弹性散射过程而引起的非弹性散射辐射会发生频移，这种频移可借助于光谱分析来进行测量。因此，散射辐射的光谱表示物质的各种性质，所述物质例如位于人体毛细血管中的血液。通过非弹性散射辐射的光谱分析，可以精确地确定该物质的分子组成。为了获得光谱信号的足够的信噪比，将激发光束精确地聚焦到所关注的专用体积中是很重要的。因此，光谱系统通常配备有某种成像系统，该成像系统允许光学地检查所关注的区域从而选择和跟踪必须将激发光束聚焦到其中的专用生物结构。因此，光谱系统包括至少三个主要部件成像系统、用于产生激发辐射的光源，优选在NIR范围内的激发辐射，以及光谱分析设备。特别是，光源以及光谱设备必须满足严格的要求以便提供可靠且精确的测量结果。目前可用的合适的设备相当昂贵并且明显使这种光谱系统的购买成本很高。还已知在现有技术中将光谱分析系统的功能分成两个部件，如基站(base station)和柔性探头。优选的是，将探头设计为小、紧凑且柔性的设备，用以将激发辐射引导到所关注的体积中，并且用以收集提供光谱数据的相应的返回辐射。该探头与提供光源和光谱分析单元的基站连接。探头和基站由纤维光学传输装置来连接，该纤维光学传输装置提供光信号在探头和基站之间的双向传输。由于基站提供相当宽的光谱分析单元和光源，因此能够以紧凑和灵活的方式来设计探头。这允许进行灵活的处理以便访问身体中通常难以检查的任意区域。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种光谱系统，其更有效地利用光源和光谱分析单元。本专利技术提供一种光谱系统，其用于确定在所关注的至少第一和第二体积中物质的性质。该光谱系统包括基站和至少第一和第二探头。该基站具有光源和光谱分析单元。优选的是，该光源以近红外激光器来实现，光谱分析单元基于色散元件，诸如光栅和高灵敏度噪声降低的冷却型CCD照相机。该至少第一和第二探头适合于与基站耦合用以将至少第一和第二激发辐射引导到所关注的至少第一和第二体积中，并且用于收集至少相应的第一和第二返回辐射。因此，本专利技术在许多探头之间提供有效的装置以共用光谱分析系统中相对昂贵的多个部件的功能，所述部件即激光光源和光谱分析单元。因此，本专利技术提供用于最有效地利用光谱分析系统中相当昂贵的部件的一种普遍和模块式概念。至少第一和第二探头中的每一个都适合于将激发辐射聚焦到相应的所关注的体积中，并且适合于为光谱分析收集适当的返回辐射。多个探头决不彼此相关联。可以单独地使用这些探头，且这些探头允许光谱分析的普遍应用。通常，借助于柔性纤维光学部件而将探头和基站连接。例如，可以将多个探头连接到人体的不同部位由此对位于该人体的不同区域中的物质进行有效地光谱检查。本专利技术的光谱系统决不限于对人体内物质的体内分析，所述物质例如血液。此外，其可普遍应用于多种分析和测量情况，包括例如血样的体内分析。另外，决不限于将多个探头应用于一个人。可以想象各种情况，即可以将不同的探头用于必须适用于甚至在不同房间的不同人的光谱分析。另外，能够以完全独立的方式来操作这些探头。可以将它们用于确定在所关注的多个体积中的不同物质的不同性质。并且，根据专门的应用，可以单独地改变至少第一和第二激发辐射的强度和频率。虽然本专利技术的光谱系统致力于在医疗诊断学范围内的应用，但也可以将其应用于允许基站和许多探头构成模块化组合的任何其它光谱分析系统。而且，根据本专利技术，所关注的体积不仅可以指定人体或动物体的体积。通常，所关注的体积指的是适合于相应的光谱分析的任何种类的材料、物质或物体。因此，本专利技术的光谱系统决不限于光谱分析在生物结构和生物形成范围内的应用。例如，本专利技术的光谱系统可应用于血样的体内分析以及用于爆炸物或药品的检测和分析。根据本专利技术的另一个优选实施例，光谱系统进一步包括成像单元，该成像单元适合于提供至少所关注的第一区域的第一图像和所关注的第二区域的第二图像。在将相对较高的激发辐射应用于对应的所关注的体积之前，成像单元有效地获得所关注的区域的可视图像。所关注的区域的可视检查有效地分配和跟踪例如特殊的生物结构，如光谱分析特别关注的血管。利用成像单元和某种对准或定位装置的组合可以重新得到特殊的生物结构并且通过利用光学对准装置和/或各种定位装置将激发辐射有效地聚焦到生物结构中。成像系统原则上可以基于各种不同的技术，诸如正交偏振光谱成像(OPSI)、共焦视频显微术(CVM)、光学相干性层析X射线照相术(OCT)、共焦激光扫描显微术(CLSM)、基于多普勒的成像和基于超声的成像以及激光斑纹成像。该成像单元原则上能够以许多不同的方式来实现。该成像单元例如能够作为基站的部件、作为单独的设备来实现，或者可以将其合并到至少第一和第二探头的每一个中来实现。优选的是，探头用作光谱分析单元和成像单元的通用光学部件。通常，探头包括物镜，该物镜适合于聚焦激发辐射、收集返回辐射以及聚集由成像单元处理的所关注的区域的可视信息。通过为光谱分析和成像使用不同的波长并且通过提供特征在于波长选择性透射和反射性质的分色镜元件可以有效地分离各种光信号、光谱和成像信号。根据本专利技术的另一个优选实施例，该光谱系统进一步包括耦合单元，其提供在基站和至少第一和第二探头中任一个之间的耦合。该耦合单元用作一种类型的光多路复用器、路由器或开关。优选的是，由某种类型的纤维光学传输介质将多路复用器与至少第一和第二探头全部连接，并且通过利用至少一种光学传输介质使多路复用器进一步与基站连接。耦合单元的使用提供了不同应用方案的整体多样性以及各种可能的实现。这使得光谱分析可以普遍地用于不同的位置，并且可以同时分析人体的不同区域或者不同人体的不同区域。例如，通过在专用的检查室中安装基站并且向所有其它房间提供与该基站连接的耦合设备可以在医院中实现本专利技术的光谱系统。当以可插的设备来实现柔性探头及其对应的纤维光学传输介质时，通过将探头插入到适当的耦合单元中可以在医院的几乎每一个房间中有效地进行光谱分析。因此，该耦合单元能够实现纤维光学网络，其特别适合于光谱和成像光学信号的传输。根据本专利技术的另一个优选实施例，该耦合单元适合于将基站的光源所产生的辐射分成至少第一和第二激发辐射。此外，该耦合单元进一步适合于将至少第一和第二激发辐射耦合到至少第一和第二探头。按照这种方式，该耦合单元将基站的近红外激光器产生的辐射有效地分成耦合到多个探头的多个光束。因此，对于将光从基站传输到耦合设备来说仅仅需要单根光纤。借助于例如分束器、专用滤光器或者其它折射或衍射光学部件可以将接收到的辐射分离。根据各种探头的专门应用，可以将从基站的光源接收到的辐射分成相同或不同强度的分量。然后这些分量被耦合到多个光纤传输介质中，其向与该耦合单元连接的多个探头提供光学传输。根据本专利技术的另一个优选实施例，该耦合单元进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱系统，其用于确定在所关注的至少第一（１１０）和第二（１１２）体积中物质的性质，该光谱系统包括：基站（１００），其具有光源（１０４）和光谱分析单元（１０２），至少第一（１０６）和第二（１０８）探头，其适合于与基站耦合用以将至少第一和第二激发辐射（１２０，１２２）引导到所关注的至少第一和第二体积中，并且用于收集至少相应的第一和第二返回辐射（１２４，１２６）。

【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：BLG巴克，MC范比克，
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：NL[荷兰]