一种用于皮下无创检测的光学探测装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于皮下无创检测的光学探测装置，包括激发模块与收集模块；所述激发模块包括沿激发光路依次设置的激光器和第一会聚部件，所述激光器用于发出激发光，所述激发光经皮下生物标志物的发射或折射后发出信号光；所述收集模块包括沿收集光路依次设置的CPC结构、第二会聚部件和探测器；所述第一会聚部件将激发光经所述透光区聚焦照射到待测组织，产生的信号光经反射区准直后由所述第二会聚部件会聚到所述探测器的感光接收面。信号光收集效率高且能探测特定深度的生物特征信号，结构简单，成本低。本发明专利技术的光学探测系统及方法因采用本发明专利技术的光学探测装置而具有相应优势，有利于皮下无创检测设备的进一步推广应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于皮下无创检测的光学探测装置、系统及方法


[0001]本专利技术属于光学检测
，尤其涉及一种用于皮下无创检测的光学探测装置、探测系统及光学探测方法。

技术介绍

[0002]本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就应认为是现有技术。
[0003]光学检测技术的应用已经推广到生活中的各个领域，特别在关系人体健康的医疗检查中有了普遍的应用同时也有进一步深入和普及的需求。通过光信息的特性可以反映出生物特征，进行分析后能够有力的支持治疗和日常健康监测。
[0004]例如拉曼光谱检测技术已经广泛应用于食品安全、生物医学考古公共等领域，对于物质的定性分析以及子结构解都有很大价值。特别在生物医学领域的应用中拉曼光谱检测技术能够反映出人体组织细胞分子的变化，是早期病变检测的新技术。其以无痛、无创、简单、快速等特点，能改善常规检验方法出现的问题，是血液无创生化分析能够获得应用的有潜力的方法之一。不同的拉曼峰是某些特定分子的特征，使拉曼光谱具有定性分析并对相似物质进行区分的功能，拉曼光谱的峰强度与对应分子的浓度成正比，也能用于定量分析，可以为临床诊断提供理论依据。预测将来可根据血液样本在拉曼光谱中的特征峰强度，判断出是否患疾病。
[0005]还以拉曼检测系统为例，现有的光学检测系统一般包括激光光源，光路部件，探测部件。其中作为激发拉曼信号光的激光器，被激发光路部件的透镜聚焦后照射到被测样品。激发光路部件对激发光进行滤波，聚焦；对拉曼信号光进行收集，滤波，然后传输到探测部件，探测不同波长处拉曼信号强度。激发光聚焦成点照射到样品表面，所产生的拉曼信号光以激发光照射点为中心向四周辐射，而光路部件的拉曼光收集系统受限于其透镜的数值孔径NA和工作距离限制，只能收集很小的一个范围角内的拉曼辐射信号，因此使本就比较微弱的拉曼信号更加微弱，难于探测。
[0006]因此在光学检测中如何有效和充分的收集信号是光学检测系统中光路设计的一个突出问题也是当前技术中需要优化的关键设计之一。另外一方面，在收集之前的问题是激发光如何准确聚焦到需要探测的位置，这个关乎样品制备的繁简程度和是否能在实验室以外的地方推广应用。
[0007]其中在皮下生物标志物检测的应用中尤其突出。皮肤是人体表面积最大且最有用的器官，总重量大概是人体重的百分之八，它容纳了人体全部循环血液25%
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30%的水，皮肤组织由表皮、真皮、皮下脂肪构成。皮肤下方的组织液或血液中含有很多生物特异性标志物，这些标志物与人体的健康状况和疾病程度有密切的联系。然而，目前的很多医学技术很难通过皮肤对生物标志物进行无创的检测，例如血糖的检测需要抽血化验，或者扎手指取血进行检测。如果能将光学检测技术用于无创的皮下医学检测其意义重大，特别是如果普通人群能在医学实验室之外的地方对个人健康进行监测，光学检测技术的应用就必不可
少。例如，传统拉曼光谱只能测试到表面以下几百微米的深度，无损探测深层皮下生物标志物的光谱信息的应用中，如图1所示，激发光L1聚焦照射在待测组织上，会在激发区域及其周围不同组织深度（皮肤A、皮下组织B、血管U）处产生拉曼信号光，根据光子迁移理论，沿空间偏移方向X距中心激发点的偏移距离Δs越大，来自更深层样品的信号光所占比重越大。显然需要新的光学探测装置才能探测到更深层的信号光。因此有必要研发一种能够有效探测到皮下特定深度部位，有利于提高收集效率，检测结果可靠的用于皮下无创检测的光学探测装置、系统及相应的光学探测方法。对于光学检测技术的应用和发展十分重要，意义深远。
[0008]所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术介绍
部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的已有的现有技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术是为解决上述现有技术的全部或部分问题，本专利技术提供了一种用于皮下无创检测的光学探测装置及相应的光学探测系统与方法。
[0010]以下对于本专利技术可能涉及的一些原理和概念进行叙述，这些叙述是为了便于理解本专利技术，进行的示例性或原理性说明而非限定性解释，不应限制以此本专利技术的范围。
[0011]复合抛物曲面聚光器（Compound Parabolic Concentrator，CPC）是一种根据边缘光学原理设计的非成像低聚焦度的器件，它能够将指定接收角范围内的光线收集汇聚。其结构包括呈抛物曲面的内反射区，一般用于太阳能热收集装置中，入射的太阳光从抛物曲面的开口进入，在CPC中通过几次反射到达位于抛物曲面底部的接收表面。本专利技术基于复合抛物曲面聚光器的结构（以下称CPC结构）及其相关原理，但不是现有的复合抛物曲面聚光器的直接应用，设计用于收集皮下信号光，信号光从抛物曲面底部的透光区进入，本专利技术中的抛物曲面的内表面为高反射率材料形成的反射区，反射区将发散的入射光进行准直后从抛物曲面的开口（以下称开口区）输出。
[0012]梯度折射率透镜又称变折射率透镜或非均匀介质透镜，通常称为GRIN透镜，其折射率分布是沿径向渐变的，具有聚焦和成像功能。其结构特性使得具有其结构的材料能够使沿轴向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。
[0013]本专利技术提供的一种用于皮下无创检测的光学探测装置，包括激发模块与收集模块；所述激发模块包括沿激发光路依次设置的激光器和第一会聚部件，所述激光器用于发出激发光，所述激发光经皮下生物标志物的发射或折射后发出信号光；所述收集模块包括沿收集光路依次设置的CPC结构、第二会聚部件和探测器；所述CPC结构包括反射区、透光区和开口区；所述透光区的通光孔径大于所述第一会聚部件的通光孔径；所述第一会聚部件将激发光经所述透光区聚焦照射到待测组织，产生的信号光经所述透光区，再经反射区准直后由所述第二会聚部件会聚到所述探测器的感光接收面。收集光路采用了CPC结构，将激发区域及其周围不同组织深度处产生的向不同方向发散的信号光通过反射区进行充分的收集并准直后会聚到所述探测器，极大提高了收集效率，结构简单。
[0014]所述第一会聚部件外部设置有罩壳，所述罩壳是不透光材料制作的；所述罩壳沿
所述激发光路方向设置有孔径光阑，形成所述第一会聚部件的通光孔径；所述孔径光阑的大小与所述第一会聚部件的数值孔径相匹配。罩壳能将激发光充分的照射到待测组织，又将激发光与所述CPC结构的其它部分隔开避免了信号串扰扰，中心激发点及附近的皮肤表层信号光也会被所述罩壳遮挡，有利于后续的皮下深层信号光收集。
[0015]所述反射区是抛物线绕所述CPC结构的中心轴旋转而成的抛物曲面；所述第一会聚部件和/或第二会聚部件的光心位于所述中心轴上。
[0016]所述第一会聚部件成GRIN透镜结构。该结构为一个圆柱形透镜，其内部折射率为渐变设计，功能是在一端入射发散光在另一端转化为聚焦光。
[0017]所述激光器经光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于皮下无创检测的光学探测装置，其特征在于：包括激发模块与收集模块；所述激发模块包括沿激发光路依次设置的激光器和第一会聚部件，所述激光器用于发出激发光，所述激发光经皮下生物标志物的发射或折射后发出信号光；所述收集模块包括沿收集光路依次设置的CPC结构、第二会聚部件和探测器；所述CPC结构包括反射区、透光区和开口区；所述透光区的通光孔径大于所述第一会聚部件的通光孔径；所述第一会聚部件将激发光经所述透光区聚焦照射到待测组织，产生的信号光经所述透光区，再经反射区准直后由所述第二会聚部件会聚到所述探测器的感光接收面。2.根据权利要求1所述的一种用于皮下无创检测的光学探测装置，其特征在于：所述第一会聚部件外部设置有罩壳，所述罩壳是不透光材料制作的；所述罩壳沿所述激发光路方向设置有孔径光阑，形成所述第一会聚部件的通光孔径；所述孔径光阑的大小与所述第一会聚部件的数值孔径相匹配。3.根据权利要求1所述的一种用于皮下无创检测的光学探测装置，其特征在于：所述反射区是抛物线绕所述CPC结构的中心轴旋转而成的抛物曲面；所述第一会聚部件和/或第二会聚部件的光心位于所述中心轴上。4.根据权利要求1所述的一种用于皮下无创检测的光学探测装置，其特征在于：所述第一会聚部件成GRIN透镜结构。5.根据权利要求4所述的一种用于皮下无创检测的光学探测装置，其特征在于：所述第一会聚部件为光纤透镜，所述光纤透镜的出光端面与待测组织外表面的间距基于所述光纤透镜的焦距预设，预设间距范围是0.1mm
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5mm。6.根据权利要求1
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5任意一项所述的一种用于皮下无创检测的光学探测装置，其特征在于：所述透光区所在平面设置有遮光机械件，所述遮光机械件包括同心的第一遮光框和第二遮光框，所述第二遮光框位于所述透光区内的遮光框；所述第二遮光框将所述透光区划分成位于第二遮光框内的第一透光部、第二遮光框与所述第一遮光框之间的第二透光部；所述激发光路的激发光经第一透光部照射待测组织，所述收集光路的信号光通过所述第二透光部入射到所述反射区；所述第一透光部的通光孔径与所述第一会聚部件的数值孔径相匹配；所述遮光机械件底面与待测组织外表面的垂直距离范围为0.1mm
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10mm。7.根据权利要求6所述的一种用于皮下无创检测的光学探测装置，其特征在于：所述第二遮光框的中心位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海近观科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：