放大多重吸收光谱制造技术

通过沿多个不同的光线路径传播来自光束源的探头电磁辐射，以分析样品材料的光学薄样品，引导每条光线，使每个光线路径在多个不同位置与样品相交，其中光线与样品材料相交以引起光线的修饰。分别测量在多个检测空间区域中的每一条接收的光线并分析测量结果，以提供关于样品材料在每个相交位置的至少一个特性的信息。通过分析，追踪探头辐射从探头光束源位置到检测表面上的检测空间区域的路径，从而识别相交位置，以便提供有关目标材料在每个相交位置存在的信息。位置存在的信息。位置存在的信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】放大多重吸收光谱


[0001]本专利技术通常涉及用于光学薄样品的多重光谱系统。本文中描述的方法可用于测量一般光学薄样品的光谱特性，特别是生物样品的光谱特性。
[0002]相关申请
[0003]本公开与多通道成像光谱有关；US 8,345,254于2013年1月1日由本专利技术人发表，以下称为MPIS专利。
[0004]本公开与高效多路复用有关；US10,585,044于2020年3月10日由本专利技术人发表，以下称为HEMS专利。
[0005]本公开与多维分光谱有关；美国临时专利US 63/059,298于2020年7月31日由本专利技术人发表，以下称为MDS专利，现在于2021年7月28日作为PCT申请PCT/CA2021/051057提交。
[0006]上述每个引用的专利申请文件的公开可以参考以获取更多详细信息。

技术介绍

[0007]本专利技术涉及一般光学薄样品的光谱测量，特别是生物样品的光谱测量。可以使用光谱方法检测和鉴定细菌和病毒等生物制剂的属、种或菌株水平。然而，现有方法需要相对较大的微克量级样品量，以提供足够质量的光谱来鉴定生物制剂。通常通过将分离物培养到所需质量来制备样品，通常需要24
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72小时。传统方法由于无法处理存在多种物质的样品而受到进一步限制。这些缺点在上述引用的MPIS专利中得到了部分克服。MPIS专利描述了一种多通道排列，该排列通过固定放大保留空间信息。在上面引用的MPIS布置中，探头辐射的准直光束被引导到多个样品位置，并且每个光束的振幅由探测器测量。空间信息通过线性变形恢复。由于多路通过，光学放大可以测量单个细菌或病毒的光谱，从而消除了培养步骤的需要。空间信息使同一样品中不同物种的光谱能够被分离和单独识别。HEMS专利描述了一种用于测量光谱通量的多重方法，其中所有光谱通量沿多个路径调制，并且沿每个路径的通量被测量。信噪比(SNR)得到改善，因为测量了所有通量，并消除了光谱带之间的串联相关性。

技术实现思路

[0008]本专利技术可以提供以下一个或多个特征：
[0009]本公开的第一个目的是通过减少来自相邻样品位置的信号之间的相关性，进一步提高上述MPIS设置的信噪比(SNR)。
[0010]本公开的第二个目的是提供一种包括放大在内的放大成像方法。
[0011]本公开的第三个目的是提供一种具有可变扩增的扩增成像方法。
[0012]根据本专利技术，提供了一种分析光学薄样品是否存在目标材料的方法，包括：
[0013]定位可能包含目标材料的光学薄样品；
[0014]该样品包括多个样品位置，每个样品位置包含未知的样品材料，已知的样品材料或无样品；
[0015]从光束源传播一束探头电磁辐射，使光束中的光线沿着多个不同的光线路径定向；
[0016]使用光学元件引导每条光线，使得每条光线路径在多个不同的相交位置与样品相交多次；
[0017]在多个相交位置中的每一个位置，引起光线与样品材料相交以引起光线修饰；
[0018]在与样品位置相交后，将引导每个光线路径与一个检测表面相交，其中检测表面被划分为多个检测空间区域；
[0019]分别测量在每个探测空间区域接收到的光线，其中测量包含有关样品材料在每个相交位置沿光线路径相交的信息；以及
[0020]分析测量结果，以提供有关每个相交位置的样品材料至少一种特性的信息；
[0021]其中，进行分析以跟踪从探头光束源的位置到检测表面上的所述检测空间区域的探头辐射路径，以便识别相交位置，从而提供有关所述目标材料在每个相交位置存在的信息。
[0022]因此，该分析解决了在探测器表面点测量的振幅与识别的相交位置的振幅变化相关联的逆问题。
[0023]该逆问题可以通过将采样点振幅建模为探测器点振幅与待确定系数的线性组合来解决，其中第一组试验系数由光线追踪模拟生成并迭代变化以最小化光线追踪模拟与测量的探测器点振幅之间的差异。该解决方案使用探测器点幅度建模作为采样点幅度变化的线性组合。本文中的术语“光线”是几何光学领域中使用的数学抽象，用于描述具有公共坡印亭矢量的光子或光子包。为了简单起见，在描述本专利技术的关键概念时，使用几何光学术语来描述本专利技术。几何光学近似在大多数实际情况下是有效的，其中光学元件的尺寸远大于所使用的电磁辐射波长。几何光学描述不受限制，因为本文中指定的构想可以以直接的方式修改以使用物理光学描述来考虑衍射效应。
[0024]逆问题可以通过神经网络来解决，该神经网络经过训练以模型化样品区域和探测器输出之间的关系。
[0025]逆问题可以通过定义一组样品区域和一组探测器区域来解决，并将落在各自区域内的所有光线装箱在一起，从而产生一组线性方程，可以求解以提供逆变换。
[0026]优选至少一个样品位置具有不同于相应的一个检测位置的形状。
[0027]优选至少一个样品位置由至少一条曲线线条定义。
[0028]优选至少一个样品位置由用户选择来定义。
[0029]在一个实施例中，光线追踪用于产生穿过每个样品位置的不同序列的光线。
[0030]在一个实施例中，可以根据样品位置的特性动态调整样品位置处的光线通量或交叉次数。
[0031]在一个实施例中，至少一条光线穿过伪随机序列的样品位置。
[0032]在一个实施例中，多个光束穿过不同序列的样品位置，使得在任何两个序列中至少有一个不同的位置。
[0033]在一个实施例中，光学布局动态变化以提供不同序列的样品位置交叉。
[0034]在一个实施例中，动态光学布局提供空间编码器。
[0035]在一个实施例中，至少一个光束源还包括空间调制器。
[0036]优选光线由光学元件引导，以便以多个不同的入射角与至少一个样品位置相交。
[0037]在一个实施方案中，至少一个样品位置是不连续的或包括多个不同的斑点。
[0038]在一个实施例中，光学元件被动态对齐，使得从光学元件表面反射的探测器上的激光束的位置对应于阈值内的所需位置。
[0039]在一个实施方案中，光线穿过样品位置的次数是变化的，以提供可变的扩增。
[0040]在一个实施例中，光学元件具有多个不同的配置，其中光学元件的每个配置具有相应的一组光线路径。
[0041]在一个实施例中，光线追踪由光线追踪模型执行，其中探头光束被建模为一组光线，这些光线在统计上反映探头辐射束的特性，并且每条光线在辐射源输出端口上都有一个原点位置，并且每条光线通过光学系统传播到与探测器表面的交点以及存储与样品材料或光学元件的每个交叉点。
[0042]在一个实施例中，光线追踪是通过麦克斯韦方程组对能量流动进行建模来进行的，并且每个光线在某个位置的方向对应于该位置的坡印亭矢量的方向。
[0043]在一个实施例中，样品材料被定位在反射平面表面上，并且多个反射表面被布置在样品材料的平面上方，以反射至少一束入射到其上的探头辐射，并与样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种分析光学薄样品是否存在目标材料的方法，包括：定位可能包含目标材料的光学薄样品；所述样品包括多个样品位置，每个位置含有未知样品材料、已知样品材料或无样品；从一光束源传播一束探头电磁辐射，使光束内的光线沿着多个不同的光线路径定向；使用光学元件引导每条光线，使每条光线路径在多个不同的相交位置与样品相交多次；在多个相交位置中的每一个位置，引起光线与样品材料相交以引起光线修饰；在与样品位置相交后，将每个光线路径引导到与一个检测表面相交，其中检测表面被划分为多个检测空间区域；分别测量在每个探测空间区域接收到的光线，其中测量包含有关样品材料在每个相交位置沿光线路径相交的信息；以及分析测量结果，以提供有关每个相交位置的样品材料的至少一种特性的信息；其中，进行分析以跟踪从探头光束源的位置到检测表面上的所述检测空间区域的探头辐射路径，以便识别相交位置，从而提供有关所述目标材料在每个相交位置存在的信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分析解决了在探测器表面上的多点处测量的振幅与在所识别的相交位置处的振幅相关联的逆问题。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过将采样点振幅建模为探测器点振幅与待确定系数的线性组合来解决逆问题，其中生成第一组试验系数并迭代变化以最小化光线追踪模拟与测量的探测器点振幅之间的差异。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，逆问题由神经网络解决，神经网络被训练为对样品区域和探测器输出之间的关系进行建模。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述逆问题通过定义一组样品区域和一组探测器区域来解决，并将落在相应区域内的所有光线装箱在一起，从而产生一组线性方程，该方程可以求解以提供逆变换。6.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，光束不准直。7.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，光束是会聚的或发散的，以在检测位置提供样品的放大倍数。8.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，在至少一个相交之后光束被聚焦。9.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，至少一个样品位置具有不同于相应的一个检测位置的形状。10.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，至少一个样品位置由至少一条曲线线条定义。11.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，至少一个样品位置由用户选择来定义。12.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，光线追踪用于产生穿过每个样品位置的不同序列的光线。13.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，光线通量或样品位置的交叉次数可以根据样品位置的特性动态调整。
14.根据前述任一条权利要求所述的方法，其特征在于，至少一条光线穿过伪随机序列的样品位置。15.根据前述任...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：一二五三五五零五加拿大有限公司，
类型：发明
国别省市：