本发明专利技术涉及一种分析装置，特别是光谱分析装置，用于分析一个对象，例如病人的血液，以及一种对应的分析方法。为了将共焦检测体瞄准血管内部，正交偏振光谱成像（ＯＰＳＩ）被用于定位皮肤中的毛细血管。提出一种成像系统（ｉｍｇ），具有稍微偏移的成像平面（ｉ１，ｉ２），用于血管的成像，以提供自动聚焦。共焦Ｒａｍａｎ检测平面（ｄｐ）位于该两个成像平面（ｉ１，ｉ２）之间。根据对成像平面（ｉ１，ｉ２）测量的散焦量，调节成像系统（ｉｍｇ）、用于激励目标区域的激励系统（ｅｘｓ）、以及检测系统（ｄｓｙ）的聚焦，使得散焦量之差等于预定量，从而共焦检测平面（ｄｐ）定位在血管（Ｖ）内部。这样，可以实现高精度的连续自动聚焦。本发明专利技术还涉及用于连续跟踪移动对象（ｏｂｊ）的一个点的光学跟踪系统。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种分析装置，特别是一种光谱分析装置，用于分析一个对象，如病人的血液，还涉及对应的分析方法。此外，本专利技术还涉及一种光学跟踪系统，用于连续跟踪一个移动对象的一点。一般来说，分析装置(如光谱分析装置)用于调查待检查对象的成分，例如，用于测量活体血液中的各种分析物的浓度。特别地，分析装置采用一种分析，如光谱分析，基于所述对象的物质与入射的电磁辐射(如可见光、红外线或紫外线)之间的相互作用。WO 02/057759A2公开了一种包含一个激励系统和一个监测系统的光谱分析装置，该文献在此引作参考。所述激励系统发射一个激励束来在一个激励周期中激励目标区域。所述监测系统发射一个监测束来在一个监测周期中对所述目标区域成像。所述激励周期与监测周期基本重叠。因此，目标区域与所述激励一起被成像，并形成一个图像，既显示目标区域，又显示激励范围。根据该图像，所述激励束可以非常准确地瞄准目标区域。WO 02/057759A2公开的用于局部成分的同步成像和光谱分析的分析方法是通过对共焦视频成像和Raman激励采用独立的激光器或使用单个激光器进行组合的成像和Raman分析。同样是在WO 02/057759A2中描述的正交偏振光谱成像(OPSI)是用于显现靠近器官表面的血管的一种简单、廉价且鲁棒的方法，也可用于显现人体皮肤表面中的毛细血管。靠近人体皮肤表面的毛细血管的直径大约10μm。由于共焦检测，所采集的Raman信号的源被严格限制在尺寸小于5×5×5μm3的一个斑点内所有三个维度内。这样就允许在焦点位于毛细血管内的情况下，从血液中采集Raman信号，而不需要来自皮肤组织的背景信号。如果能够以1μm或更高的精度知道血管的横向位置以及血管在皮肤表面下的深度，则该斑点位置是可能的。由于对血管的有效背照，OPSI基本上是一种二维技术。唯一的深度信息是通过图像上的聚焦(散焦)量的影响来获得的。如果采用数值孔径(NA)高于0.8的物镜，则皮肤内场的深度在0.5μm以下。因此，采用基于图像分析的精确聚焦算法，有可能发现血管的深度。已知的自动聚焦方法基于对将成像束和共焦激励束聚焦到所关心的对象上的物镜的轴向位置的扫描，同时测量一个优质函数的值以量化(散焦)聚焦量。最好的聚焦是通过优化所述优质函数(merit function)的值而建立的。通常有多种改变聚焦位置的可能性。例如，物镜中的一个或两个透镜可以移动(如照相机中的一样)或系统中的另一个透镜可以移动。系统中的一个光学元件的形状也可改变，例如，电子润湿(electro wetting)光学元件。但是，如果对象是未知的，则优质函数的最大值也是未知的。因此，所述优质函数仅提供关于聚焦量相对于其它聚焦位置的信息。但是，病人将不仅在纵向移动，还会在横向移动。因此，要求连续测量和调节共焦检测中心的最优位置。在图像平面内的横向移动很容易检测，而轴向移动(垂直于检测平面)要难检测的多。检测轴向移动或散焦的一种通用方法是通过在中心最佳聚焦位置周围连续移动检测平面(所谓的摆动)。这可以通过移动系统中的成像物镜或另一个光学元件来进行。如果在中心位置之前或之后聚焦更好，则物镜的中心位置改变。在已知系统中，检测体位于图像平面内。因此，该检测体也在最佳测量位置周围连续移动。这样做的缺点是共焦检测体在血管内的时间很短，为了避免皮肤光谱与血液光谱的混淆，Raman信号的引入必须被控制，在已经连续记录至少30秒的情况下就是这样。另外的缺点是，由于血流的变化，毛细管的形状和尺寸连续变化，从而使得比较在不同时刻采集的图像加剧了最佳聚焦位置的不确定性。此外，需要更多时间来采集足够的Raman信号这一事实加剧了Raman光谱中的噪声，因为采集到更多的暗电流，或因为加上了更多的读出噪声。因此，本专利技术的目的是提供一种优化的分析装置和对应的分析方法，用于对一个对象的成像和光谱分析，该装置和方法使得即使在对象移动期间，也可以将激励束连续精确地自动聚焦到对象上，特别是血管上，而不需要连续改变检测体的位置。根据本专利技术，该目的是通过如权利要求1所述的分析装置实现的，该装置包括激励系统，用于发射一个激励束来激励一个目标区域；监测系统，包括用于发射监测束的监测束源和对目标区域成像的成像系统；检测系统，用于检测由激励束产生的来自目标区域的散射辐射；聚焦装置，用于在至少两个基本平行的相距预定距离的成像平面上聚焦所述成像系统，以及用于在所述相距预定距离的成像平面之间并且基本平行于这些平面的一个检测平面上聚焦所述检测系统和激励系统；散焦检测装置，用于对至少两个成像平面判断所述成像系统从检测平面的散焦量；和自动聚焦装置，用于控制所述聚焦装置，以根据所判断的散焦量和成像平面与检测平面之间的预定距离共同改变成像系统、激励系统、和检测系统的聚焦，使得所述至少两个成像平面的预定散焦量之间的差等于预定量。本专利技术的目的进一步通过如权利要求10所述的对应分析方法实现。本专利技术的优选实施例在从属权项中定义。本专利技术基于以下观点即在不同成像平面上(聚焦平面)摄取所关心的对象(如血管)的至少两个图像，即，成像系统的成像平面在轴向(监测束的方向)是稍微分开的。共焦Raman检测中心，即由激励系统发射的用于激励目标区域(血管)的激励束和检测系统聚焦在其上的检测平面位于该两个成像平面之间，从而成像平面与检测平面之间的距离为预定的且已知的。成像系统的散焦量，即在成像平面获取的至少两个图像的散焦量是由散焦检测装置利用一个优质函数来确定的。由于所关心的对象(例如血管)的大小和形状已知，优质函数仅仅提供相对散焦量。该相对量然后用于控制聚焦装置来共同调节检测平面和成像平面的位置，使得确定的至少两个成像平面的散焦量等于该至少两个成像平面的预定量。利用该信息，Raman共焦检测体可以在所关心的对象(例如血管)内部连续精确地定位。与其它已知的自动聚焦技术相比，本专利技术提供了以下优点即使在测量过程中对象移动，共焦检测体也可以连续定位在所关心的对象的中心。根据优选实施例，不需要移动元件，并且可以利用具有高数值孔径的单个显微镜物镜作为聚焦装置。不需要围绕中央最佳聚焦位置连续移动检测平面(摆动)。根据优选实施例，严格获取两个图像，位于检测平面的不同侧，优选地在不同侧相同的距离处。聚焦装置的控制在其中调节，使得每个成像平面的散焦量基本相等，最后具有一定的偏移量。这样，通过优质函数，可以检查每个成像平面的图像的散焦多大，并且调节聚焦装置，使得每个成像平面的散焦量基本相等。如果在分析过程中病人移动，该移动被连续检测，使得聚焦装置被自动连续地重调。根据优选实施例，成像系统包括两个相机，例如CCD)相机或CMOS相机，每个相机聚焦到一个成像平面。每个相机同时拍摄所关心对象的一个图像。这样，只需要一个显微镜物镜来将两个相机和激励分别聚焦到相应的成像平面或检测平面。可选地，可以只用一个相机，在该实施例中，聚焦控制装置适应于将相机分时聚焦到至少两个成像平面上，即获取所关心的对象的至少两个图像，并且相机的聚焦连续交替地在该至少两个成像平面之间改变。在一个相机的实施例中，提供了用于将相机分时聚焦到至少两个成像平面上，特别是用于交替地将相机聚焦到至少两个成像平面上的聚焦控制装置。这些聚焦控制装置因此仅位于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分析装置，特别是光谱分析装置，用于分析一个对象，包括：一个激励系统（ｅｘｓ），用于发射激励束（ｅｘｂ），以激励一个目标区域；一个监测系统（Ｉｓｏ），包括用于发射监测束（ｉｒｂ）的监测束源（１ｓ）和对目标区域成像的成像系统（ｉｍｇ）；一个检测系统（ｄｓｙ），用于检测由激励束（ｅｘｂ）产生的从目标区域散射的射线；聚焦装置（ｍｏ），用于将所述成像系统（ｉｍｇ）聚焦到相距预定距离（ｄ）的至少两个基本平行的成像平面上（ｉ１，ｉ２），并用于将所述激励系统（ｅｘｓ）和检测系统（ｄｓｙ）聚焦到所述成像平面（ｉ１，ｉ２）之间预定距离（ｄ１，ｄ２）处并基本平行于所述成像平面的检测平面上（ｄｐ）；散焦检测装置（ｄｄｍ），用于对所述至少两个成像平面（ｉ１，ｉ２）检测成像系统（ｉｍｇ）从检测平面（ｄｐ）散焦的量；和自动聚焦装置（ａｆｍ），用于控制所述聚焦装置（ｍｏ）来根据检测的散焦量和成像平面（ｉ１，ｉ２）与检测平面（ｄｐ）之间的预定距离（ｄ１，ｄ２）共同改变成像系统（ｉｍｇ）、激励系统（ｅｘｓ）、和检测系统（ｄｓｙ）的聚焦，使得对所述至少两个成像平面（ｉ１，ｉ２）所检测的散焦量之差等于一个预定量。
【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：MC范比克，PF格雷维，
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]
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