用于流體的光譜分析的探頭的制作方法

專利名稱：用于流體的光譜分析的探頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及流體的光譜分析領域，尤其涉及體內無創血液分析。
用于分析目的的光學光譜技術的使用同樣可從現有技術中得知。WO 02/057758 A1和WO 02/057759 A1示出了用于對流過病人血管的血液的成分進行體內無創光譜分析的光譜分析裝置。毛細血管的位置由監視系統來確定，以便識別用于光譜分析的激發光束必須被導向到的感興趣區域。優選地，同時執行感興趣區域的成像和光譜分析。利用同時的監視和光譜分析允許通過優化來自血液的信號來增加可檢測光譜信號的信噪比或信背比。原則上，可以應用提供毛細血管的充分可視化的任何監視方法。
利用監視技術例如允許可視化與光譜分析有關的毛細血管的位置。這樣，光譜激發光束可以被充分聚焦并導向到相關毛細血管中。由于多個不同的散射過程，所以通過對從毛細血管發出的返回輻射進行光譜分析，可以確定在毛細血管內部流體的成分。
由于在現有技術中用于同時監視和光譜分析感興趣區域的光譜分析系統在尺寸上相當大并且相當剛性，所以只可以對病人身體的指定部分進行光譜分析，例如前臂、手腕或手指。
然而，對于許多應用來說，在任意身體區域內血管的通用光譜分析將是非常有利的。不允許容易地使用光譜分析的身體部分例如是口、內頰、鼻孔、耳垂或象在眼睛周圍的其它敏感皮膚組織。原則上，提供感興趣區域的同時光譜分析和可視監視的光譜分析系統未被設計成檢查那些身體部分，因為它們在幾何形狀上相對較大，并且具有用于激發感興趣區域、收集散射的輻射和監視感興趣區域的相當剛性的光學裝置。
因此，本發明的目的在于提供一種用于確定流過在病人皮膚表面下的感興趣體積的流體的性質的柔性(flexible)光譜系統。
本發明提供了一種用于確定流過在病人皮膚表面下的感興趣體積的流體的性質的光譜系統。本發明的光譜系統包括探頭，該探頭具有用于將激發光束導向到感興趣體積中和用于從感興趣體積收集返回輻射的物鏡。優選地，該物鏡適于將激發光束共焦地導向到感興趣體積中。本發明的光譜系統還包括具有光譜分析單元和電源的基站(basestation)，并且還包括用于將返回輻射從探頭傳輸到基站和用于向探頭提供來自基站的電源的電力的連接探頭和基站的電纜。
通過將光譜系統的光學裝置和光譜分析單元分離和通過在基站內部實施相當占空間的光譜分析單元，允許探頭的緊湊設計。而且，通過經由用于傳輸所收集的返回輻射的柔性電纜來連接探頭和基站提供了探頭的柔性操作，以便可以進入難以檢查的身體的任意區域。這樣，本發明提供了一種用于皮膚表面下的生物結構的無創光譜分析的手持的緊湊和柔性探頭。
根據本發明的另一優選實施例，光譜系統還包括用于將監視光束導向到感興趣體積和用于從感興趣體積收集監視返回輻射的監視裝置。
優選地，監視是指感興趣體積的可視成像，以便識別感興趣體積中的生物結構和用于將激發光束的焦點位置準確地導向到生物結構中。而且，監視也可以指感興趣體積的不可視檢查。在這種情況下，通過計算機支持的分析系統來識別生物結構，該分析系統利用了允許在感興趣體積內跟蹤指定的生物結構的識別軟件。
此外，感興趣區域的監視和感興趣區域的光譜分析被同時執行。這意味著監視所需的周期和光譜分析所需的周期至少部分地重疊。用于將監視光束導向到感興趣體積和用于從感興趣體積收集監視返回輻射的所需的光學裝置被實施到探頭中。監視光束源以及用于將監視返回輻射轉換成可視圖像的分析裝置由基站提供，但是也可以可選擇地被實施到探頭中。
合適的監視或成像方法包括正交偏振光譜成像(OPSI)、共焦視頻顯微術(CVM)、光學相干斷層攝影(OCT)、共焦激光掃描顯微術(CLSM)、光聲成像、超聲圖記錄和基于多普勒的成像。US60/262,582、EP 02732161.1、EP 03100689.3、EP 03102481.3公開了相應的成像技術，上述文獻的全部被結合于此以作參考。
根據本發明的另一優選實施例，探頭還包括用于將激發光束和監視光束軸向組合的光束組合單元。通過將激發光束和監視光束軸向組合在探頭內允許利用探頭的單個物鏡，以用于將激發光束和監視光束導向到感興趣體積中和用于從感興趣體積收集返回輻射和監視返回輻射。
根據本發明的另一優選實施例，探頭還包括用于將返回輻射和監視返回輻射在空間上分離的過濾單元。過濾單元有效地利用例如分色鏡，該分色鏡的特征在于對返回輻射的波長具有高反射率并且相反地，特征在于對監視返回輻射的波長具有低反射率、因此高的傳輸。這樣，可以有效地分離光譜光信號和監視光信號，從而允許分開分析感興趣體積的可視圖像和光譜信號。
根據本發明的另一優選實施例，探頭還包括適于將激發光束的焦體積移動到感興趣體積中的聚焦單元。利用聚焦單元允許在橫向或縱向上移動焦點位置，以用于將激發光束的焦點位置準確地導向到通過監視光束可視化的特定感興趣體積中。由于激發光束的焦點尺寸可以小到幾個μm2，所以必須確保激發光束的焦點基本上與感興趣體積或者與經受光譜分析的感興趣體積內的指定生物結構重疊。因此，向光譜系統的探頭提供允許激發光束的焦點位置任意移動的聚焦單元是有利的。這樣，探頭可以被剛性地附著到病人身體的特定部分，同時激發光束的焦點位置仍可以在空間上移動。
根據本發明的另一優選實施例，探頭還包括用于分析監視返回輻射的光學成像單元。在該實施例中，由提供感興趣體積的可視圖像的光學成像單元直接分析監視返回輻射。因此，在探頭中直接分析和處理可視圖像。所以，不必將監視返回輻射傳輸到基站。而且，甚至將監視光束源直接實施到探頭中也是想得到的。從而在光譜系統的探頭和基站之間僅必須傳輸激發光束和返回輻射。
根據本發明的另一優選實施例，基站還包括用于將激發光束和監視光束軸向組合的光束組合單元。在該實施例中，監視光束源和激發光束源位于基站中，并且通過由連接基站和探頭的電纜所提供的單條多模光纖被傳輸到探頭。
根據本發明的另一優選實施例，基站還包括用于將返回輻射和監視返回輻射在空間上分離的過濾單元。在基站中分離返回輻射和監視返回輻射優選地利用分色鏡元件，該分色鏡元件的特征在于對彈性和非彈性散射的返回輻射具有不同的傳輸和反射系數。
當光譜系統的基站包括用于激發和監視光束的光束組合單元以及過濾單元時，可以將連接探頭和基站的電纜的傳輸裝置限定為單條多模光纖，該單條多模光纖分別提供激發和監視光束以及返回輻射和監視返回輻射的傳輸。因此，探頭既不需要光束組合單元，也不需要用于在空間上分離返回輻射和監視返回輻射的過濾單元。這允許探頭的極其緊湊的設計，該探頭的特征僅在于用于將激發光束和監視光束導向到感興趣體積中和用于收集相應的返回輻射的物鏡。
根據本發明的另一優選實施例，基站還包括適于將激發光束的焦體積移動到感興趣體積中的聚焦單元。這樣，甚至可以將用于任意移動激發光束的焦點位置的移動裝置實施到基站中。從而允許探頭的甚至更緊湊的設計。
根據本發明的另一優選實施例，基站還包括用于分析監視返回輻射的光學成像單元。因此，監視返回輻射由基站處理以便獲得感興趣體積的可視圖像。響應于可視化，可以選擇特定的感興趣體積以用于將激發光束的焦點位置準確地導向到該特定感興趣體積中。
根據本發明的另一優選實施例，光學成像單元適于選擇感興趣體積，并且還適于控制將激發光束的焦體積移動到感興趣體積中的聚焦單元。這樣，光學成像單元例如可以自主檢測在通過監視返回輻射可視化的感興趣體積內的特定生物結構。生物結構的自主檢測或識別典型地利用例如適用于該可視化圖像的模式識別裝置。一旦已經在該可視化的感興趣區域內識別了生物結構，光學成像單元就適于控制聚焦單元以便以這樣的方式移動激發光束的焦體積，即它基本上與所識別的生物結構的位置重疊。
在另一方面，本發明提供一種用于光譜系統的探頭，該光譜系統用于確定流過病人皮膚表面下的感興趣體積中的流體的性質。該光譜系統具有帶有光譜分析單元和電源的基站，并且還可以根據上述實施例中的任何一個來實施。探頭包括用于將激發光束導向到感興趣體積中和用于從感興趣體積收集返回輻射的物鏡。探頭還適于被連接到耦合于基站的電纜。該電纜還適于提供返回輻射從探頭到基站的傳輸以及向探頭提供來自基站的電源的電力。
在又一方面，本發明提供一種用于光譜系統的基站，該光譜系統用于確定流過病人皮膚表面下的感興趣體積中生物結構的流體的性質。該光譜系統可以根據上述實施例中的任何一個來實施。該光譜系統具有至少一個探頭，該探頭具有用于將激發光束導向到感興趣體積和用于從感興趣體積收集返回輻射的物鏡。本發明的基站包括光譜分析單元和電源。本發明的基站適于被連接到耦合于探頭的電纜。該電纜還適于提供返回輻射從探頭到基站的傳輸以及向探頭提供來自基站的電源的電力。
在又一方面，本發明提供一種用于連接光譜系統的探頭和基站的電纜，該光譜系統用于確定流過病人皮膚表面下的感興趣體積中生物結構的流體的性質。這里，光譜系統也可以根據上述實施例中的任何一個來實施。該探頭具有用于將激發光束導向到感興趣體積中和用于從感興趣體積收集返回輻射的物鏡。基站具有光譜分析單元和電源，以及連接探頭和基站的本發明的電纜包括至少一條適于將返回輻射從探頭傳輸到基站的光纖、以及適于向探頭提供來自基站的電源的電力的導電元件。
根據本發明的另一優選實施例，本發明的電纜的至少一條光纖還適于將監視返回輻射從探頭傳輸到基站。
根據本發明的另一優選實施例，本發明的電纜的至少一條光纖還適于將監視光束從基站傳輸到探頭。優選地，本發明的電纜提供激發光束和監視光束以及相應的返回輻射和監視返回輻射的雙向傳輸。這允許探頭的相當緊湊的設計，該探頭僅需要一個分別用于將激發和監視光束聚焦到感興趣體積中和用于收集相應的返回輻射和監視返回輻射的物鏡。
應當注意，本發明并不限于特定類型的光譜技術，例如拉曼光譜法，而是也可以使用其它光學光譜技術。這包括(i)基于包括非線性拉曼光譜法的拉曼散射的其它方法，例如受激拉曼光譜法和相干反斯托克斯拉曼光譜法(CARS)；(ii)紅外光譜法，特別是紅外吸收光譜法、傅里葉變換紅外(FTIR)光譜法和近紅外(NIR)漫反射光譜法；(iii)其它散射光譜技術，特別是熒光光譜法、多光子熒光光譜法和反射光譜法；以及(iv)其它光譜技術，例如光聲光譜法、偏振和泵浦-探測光譜法。用于本發明的優選光譜技術是拉曼光譜法和熒光光譜法。
在下面將通過參考附圖更詳細地描述本發明的優選實施例，其中

圖1示出本發明的光譜系統的框圖，圖2示出結合了光束組合單元和過濾單元的探頭的典型實施例，圖3示出光束組合單元的框圖，圖4示出結合到探頭的物鏡中的聚焦單元的框圖，圖5說明探頭和外部光束組合單元的框圖，圖6說明檢測單元的典型實施例，圖7說明結合了用于檢測和處理監視返回輻射的檢測單元的探頭的框圖，圖8說明結合了光束組合和光束過濾單元以及聚焦單元的探頭，圖9說明用于任意移動激發光束的焦點位置的移動單元，圖10示出結合了光束組合和光束分離單元以及外部聚焦單元的探頭。
圖1示出本發明的光譜系統的框圖，該光譜系統包括探頭300和基站110。基站110具有電源112、監視光束源100、激發光束源200、用于監視返回輻射400的檢測單元以及用于返回輻射的檢測單元500。監視光束充當用于可視成像感興趣體積的成像光束。相應的監視返回輻射400表示沒有由于非彈性散射過程而經受頻移的監視光束的彈性散射部分。
返回輻射再表示激發光束的非彈性散射部分。因此，在拉曼和熒光光譜法的情況下，返回輻射相對于激發光束進行頻移，因此表示位于感興趣體積內的生物結構的分子組成。
例如，可以通過利用正交偏振光譜成像(OPS)來執行監視，并且光譜分析優選地采用拉曼效應。在這種情況中，激發光束源200被實施為近紅外光源，以用于在病人皮膚600的表面下的感興趣體積602中產生拉曼散射。相應地，檢測單元500適于檢測從感興趣體積602發出的頻移的返回輻射。
基站110和探頭300由提供多條光纖150、250、450和550的柔性電纜來連接。光纖150提供監視光束從監視光束源100到探頭300的光傳輸。光纖250提供激發光束從激發光束源200到探頭300的光傳輸。光纖450提供監視返回輻射從探頭300到用于檢測監視返回輻射的檢測單元400的光傳輸。光纖550提供返回輻射即頻移拉曼散射的輻射從探頭300到用于檢測頻移的返回激發輻射的檢測單元500的光傳輸。
連接基站110和探頭300的電纜700還具有導電元件650，該元件適于向探頭300提供來自基站110的電源112的電力。電纜700通過探頭的連接器302被插到探頭上，從而甚至允許探頭與基站的柔性耦合，這對于探頭的清潔或維護特別有利。相應地，基站110也提供連接器114，以用于將電纜700插到基站110上。
在圖1所示的實施例中，光纖150、250、450和550中的每條分別在基站110和探頭300之間提供一個特定光信號的傳輸。探頭300還具有用于將監視光束和激發光束聚焦到感興趣體積602中的物鏡透鏡324。優選地，物鏡透鏡324是用于將激發光束導向到感興趣體積602中和用于收集從感興趣體積602發出的返回輻射的物鏡的一部分。由于探頭300利用了用于監視和光譜分析感興趣體積602的單個物鏡透鏡324，所以相應的光束和所收集的返回輻射必須由探頭300分別組合和分離。
圖2說明結合了光束組合單元310、過濾單元510以及聚焦單元330的探頭300的可能實施例。如圖2所示的探頭300適于被連接到4條分離的光纖，這些光纖提供監視光束102和激發光束202到探頭300的傳輸，以及提供監視返回輻射402和返回輻射502從探頭300到基站110的傳輸。
過濾單元510具有分色鏡514，該分色鏡的特征是對于監視和激發光束分別具有不同的反射率和傳輸性。而且，過濾單元510具有用于偏轉返回輻射的常規反射鏡512，并且還具有適于將返回輻射502耦合到光纖550中的耦合透鏡504。聚焦單元330具有物鏡320，該物鏡具有至少一個物鏡透鏡324。這里，物鏡320適于在水平方向移動，從而允許移動激發光束和監視光束的焦點的水平位置。
光束組合單元310適于軸向組合監視光束102和激發光束202。因此，兩個組合的光束從組合單元310產生，傳播穿過過濾單元510，即由分色鏡514進行傳輸，并進入聚焦單元330的物鏡320。軸向組合的光束102和202通過物鏡透鏡324被聚焦到感興趣體積602中。典型地，至少一部分監視光束在感興趣體積中經歷反射，并且可以由物鏡透鏡324檢測為監視返回輻射。同樣，一部分激發光束可以被檢測為由于在感興趣體積602中發生的拉曼過程而相對于激發光束頻移的返回輻射。
監視返回輻射和頻移的返回輻射都由物鏡320的物鏡透鏡324收集，從而以相對于監視和激發光束相反的方向傳播。由于監視返回輻射與監視輻射的頻率相同，所以它由過濾單元510的分色鏡514傳輸。它進入光束組合單元310，在那里它作為監視返回輻射402被耦合到光纖450中。相反，激發光束的頻移的返回輻射在分色鏡514處經歷高的反射。因此，頻移的返回輻射被分色鏡514和常規反射鏡512反射兩次。最后，返回輻射502通過過濾單元510的耦合透鏡504被耦合到光纖550。
圖3說明用于軸向組合監視光束102和激發光束202的光束組合單元310。兩個光束102、202通過光纖150、250分別被傳輸到光束組合單元310。光束組合單元310具有兩個耦合透鏡340、反射鏡328和分束器326。光纖150提供監視光束102，該監視光束通過上部耦合透鏡340被耦合到光束組合單元310中。光纖250提供激發光束202的傳輸，該激發光束通過下部耦合透鏡340被耦合到光束組合單元310中。光纖150、250和耦合透鏡340以這樣的方式被布置，即激發光束202以及監視光束102基本上彼此平行地傳播，并且進一步顯示出可忽略的光束發散。
在被耦合到光束組合單元310中后，監視光束102傳播通過分束器326而沒有任何顯著的偏轉。基本上與監視光束102平行傳播的激發光束202由反射鏡328進行反射，從而經歷基本上90度的偏轉。所反射的激發光束202以基本上垂直于監視光束102的傳播方向進入分束器326。至少一部分激發光束202由分束器326以90度角反射，最后導致監視光束102和激發光束202的共軸傳播。
圖4說明具有利用了靈活布置的兩個物鏡透鏡322、324的物鏡320的聚焦單元330的典型實施例。焦平面的水平位置可以以由箭頭指示的任何一個方向水平移動。焦平面的移動可以分別通過相對于聚焦單元330移動整個物鏡320或者通過水平移動物鏡透鏡324、322之一或二者來實現。
圖5說明探頭300和外部光束組合單元310的框圖。在該實施例中，光束組合單元310被實施到光譜系統的基站110中。與如上說明的類似，光束組合單元310適于組合激發光束202和監視光束102。因此，所組合的光束102、202通過光纖150被傳輸到探頭300。在這種情況下，探頭300僅結合了聚焦單元330和用于從監視返回輻射402中分離返回輻射502的過濾單元510。結果，連接探頭300和基站110的電纜僅必須提供三條光纖150、450和550。在這種情況下，由單條光纖150來提供光信號從基站110到探頭300的傳輸。
此外，過濾單元510也可以被實施到基站110中，從而允許探頭300的甚至更緊湊的設計。在這種情況下，光纖450、550的功能可以被結合到一個單獨光纖中，該光纖提供返回輻射和監視返回輻射從探頭300到基站110的傳輸。
圖6說明用于檢測和處理監視返回輻射402的檢測單元400的框圖。當通過利用OPS成像技術執行感興趣體積602的監視時，所說明的檢測單元400尤其適用。檢測單元400具有耦合透鏡440、偏振分束器412、分束器418、光束阱420和兩個檢測器414、416。通過光纖415傳輸的監視返回輻射402經由耦合透鏡440被耦合到檢測單元400中。偏振分束器412將監視返回輻射402的偏振和消偏振光分裂。偏振光由偏振分束器412偏轉并被光束阱420阻擋。監視返回輻射402的消偏振光由偏振分束器412傳輸，并且由隨后的分束器418基本相等地分裂。在垂直的方向從分束器418發出的消偏振光的兩個分量的每個由兩個分離的檢測器414和416檢測。檢測器414、416優選被實施為電荷耦合器件(CCD)照相機。由兩個分離的CCD照相機來檢測分裂的消偏振光束尤其有利于實現自動聚焦機制。
圖7說明具有如圖6所示的檢測單元400的探頭300的框圖。在該實施例中，監視返回輻射402已經通過利用檢測單元400在探頭300內被處理。因此，探頭300通過僅包含兩條光纖150和550的電纜被連接到基站110。光纖150適于傳輸監視光束102以及激發光束202。由于監視返回輻射402已經在探頭300內被處理，所以光纖550僅用于將返回輻射502從探頭300傳輸到基站110。而且，光束組合單元310被結合到基站110中，并且過濾單元510被實施到探頭300內。
而且，在該實施例中，探頭300還具有用戶接口，該用戶接口提供對手持探頭的有效使用。為此，探頭的特征在于用于啟動和/或停止對在所成像的感興趣體積內的指定生物結構的變焦或跟蹤的按鈕。這樣，用戶獲得了跟蹤病人皮膚表面下的生物結構的容易和直觀的控制。而且，通過這種用戶啟動的跟蹤，可以由用戶任意地修改例如激發和/或監視光束的焦點深度。
圖8說明具有檢測單元400和如圖2所示的過濾單元510的部件的探頭300的實施例。連接探頭300與基站110的電纜具有三條光纖150、250和550。這些光纖150、250、550中的每條用于僅傳輸一個光信號。由于檢測單元400被結合到探頭300中，因此不需要將監視返回輻射402傳輸到基站110。
探頭300的檢測單元400具有與圖6所說明的檢測單元相同的功能。該檢測單元具有兩個檢測器414、416和兩個分束器418、412，其中后者為偏振分束器。在圖8所說明的實施例中，分色鏡514、分束器512以及偏振分束器412用作與圖3所示的類似的光束組合單元。而且，兩個反射鏡512和分色鏡514以與圖2所說明的類似的方式用作過濾單元。由兩條光纖150和250提供的監視光束和激發光束通過利用耦合透鏡340被分別耦合到探頭中。通過分束器412和512，兩個光束被軸向對齊并朝著耦合透鏡540被導向。
耦合透鏡540將兩個光束耦合到電纜700中，該電纜具有多條成像光纖150、450、單條激發光纖250和適于將頻移的返回輻射從物鏡320傳輸到探頭300的多條光纖550。這樣，電纜700用作多光纖傳輸系統，該系統用于將監視和激發光束提供給物鏡320和用于向探頭300提供返回輻射、監視返回輻射以及激發返回輻射。
電纜700優選適合作為柔性電纜并允許靈活操作探頭300的物鏡320。電纜700幾乎可以是任一任意長度，因此允許靈活操作探頭300的物鏡。物鏡320具有適于被垂直移動以便移動光學系統的焦平面的兩個物鏡透鏡322和324。
監視或非彈性散射激發類型的返回輻射由物鏡320的物鏡透鏡324收集，并由柔性電纜700的各種光纖150、250、450、550傳輸。在從柔性電纜700發出時，返回光由耦合透鏡540準直并由分束器512分成兩半。一部分返回輻射由分束器512傳輸并進入檢測單元400，以及另一部分由分束器512以90度的角反射。然后，包含監視以及光譜信號的被反射部分撞擊分色鏡514，該分色鏡被特別設計成僅反射由于在感興趣體積602內發生散射過程而引起的頻移輻射。這樣，分色鏡514允許僅選擇提供光譜信號的返回輻射的頻移部分。由分色鏡514反射的返回輻射的該頻移部分撞擊朝著耦合透鏡340偏轉輻射的反射鏡512，從而將光譜信號耦合到光纖550中。然后，光纖550將光譜信號傳輸到基站110的光譜檢測單元500。
在圖8所說明的實施例中，檢測單元400以及過濾單元512、514和540的部件可以被實施在探頭300中，或者可選擇地被實施在基站110中。利用具有任意長度的柔性電纜700允許以這樣的方式設計探頭300，即它僅包含帶有其兩個物鏡透鏡322和324的物鏡320。
圖9說明用于相對于監視光束102移動激發光束202的掃描布置。圖9示出物鏡、光束組合單元和掃描單元的組合。監視光束傳播通過分束器326，并且通過兩個物鏡透鏡322和324的布置在病人的皮膚600內充分聚焦。分束器326用于軸向組合監視光束102和激發光束202。
而且，激發光束202傳播通過透鏡352、354和反射鏡350、328的系統。特別是，反射鏡350被實施為掃描鏡設備，該設備可以相對于光軸以兩個橫向Φ和θ傾斜。根據掃描鏡350的傾斜角Φ和θ，激發光束202沿著通過透鏡352、354的系統的不同光路而行。
優選地，掃描鏡350位于由兩個透鏡352和354組成的透鏡系統的焦平面中。這樣，確保了對于掃描鏡350的任意傾斜角Φ和θ，激發光束202平行于光軸傳播。因此，激發光束202僅通過掃描鏡350和兩個透鏡352、354的系統經歷側向平移。
在反射鏡328和分束器326處的反射提供了激發光束202相對監視光束102的平行移動。由于激發光束202的橫向移動，所以當兩個光束102、202傳播通過物鏡透鏡322和324的系統時，激發光束的焦點位置相對于監視光束102的焦點位置略微移動。
這樣，不僅焦平面的位置可以相對于病人皮膚600移動，而且激發光束202的焦點位置也可以相對于監視光束102的焦點位置任意移動。
圖10說明結合了檢測單元400和過濾單元510的各種部件的探頭300的另一實施例。這里，探頭具有3個耦合透鏡340、偏振分束器412、分色鏡514、反射鏡512和帶有兩個物鏡透鏡322、324的物鏡320。在該實施例中，由圖6已經單獨說明的檢測單元400的部分被實施為由兩個檢測器414、416、耦合透鏡340和分束器418組成的外部設備。
典型屬于檢測單元400的偏振分束器412在該實施例中被單獨實施到探頭300中。探頭300通過光纖450被耦合到分束器418，該光纖適于將監視返回輻射402從探頭300傳輸到兩個分離的檢測器414和416。光纖150適于將監視光束102和激發光束202傳輸到探頭300。從兩個不同光源發出的兩個光束102、202已經由基站結合，直向傳播穿過分束器412和分色元件514進入物鏡320。通過物鏡透鏡324，兩個光束最后被聚焦到感興趣體積中，所發射的輻射的部分從那里返回到物鏡320。
通過分色鏡514，例如由各種拉曼過程產生的頻移的返回輻射被反射到反射鏡512，該反射鏡將返回輻射導向到耦合透鏡340，該耦合透鏡將頻移光耦合到光纖550中，該光纖將光譜信號傳輸到基站110。
未由分色元件514反射的返回輻射傳播到分束器412，在那里一部分返回輻射被反射到反射鏡512，該反射鏡將輻射導向到用于將返回光耦合到光纖450中的耦合透鏡340。然后，這部分返回光被傳輸到分離光信號的分束器418，以便由檢測器414和416單獨檢測。優選地，光纖150、450、550都被結合到連接探頭300和基站110的單條柔性電纜中。
附圖標記列表100 監視光束源102 監視光束110 基站112 電源150 光纖200 激發光束源202 激發光束250 光纖300 探頭302 連接器310 光束組合單元320 物鏡322 物鏡透鏡324 物鏡透鏡326 分束器328 反射鏡330 聚焦單元340 耦合透鏡350 掃描鏡352 透鏡354 透鏡400 檢測單元402 監視返回輻射412 偏振分束器414 檢測器416 檢測器418 分束器420 光束阱440 耦合透鏡450 光纖500 檢測單元
502 返回輻射504 耦合透鏡510 過濾單元512 分束器514 分色鏡540 耦合透鏡550 光纖600 皮膚602 感興趣體積650 電導體700 電纜
權利要求
1.一種用于確定流過在病人皮膚(600)表面下的感興趣體積(602)的流體的性質的光譜系統，該光譜系統包括-探頭(300)，其具有用于將激發光束(202)導向到感興趣體積中和用于從感興趣體積收集返回輻射(502)的物鏡(320)，-具有光譜分析單元和電源(112)的基站(110)，-連接探頭和基站的電纜(700)，用于將返回輻射從探頭傳輸到基站，以及用于向探頭提供來自基站的電源的電力。
2.根據權利要求1所述的光譜系統，還包括用于將監視光束(102)導向到感興趣體積(602)和用于從感興趣體積收集監視返回光束(402)的監視裝置。
3.根據權利要求2所述的光譜系統，其中探頭(300)還包括用于軸向組合激發光束(202)和監視光束(102)的光束組合單元(310)。
4.根據權利要求2或3所述的光譜系統，其中探頭(300)還包括用于將返回輻射(502)和監視返回輻射(402)在空間上分離的過濾單元(510)。
5.根據權利要求2-4中任何一項所述的光譜系統，其中探頭(300)還包括適于將激發光束(202)的焦體積移動到感興趣體積(602)中的聚焦單元(330)。
6.根據權利要求2-5中任何一項所述的光譜系統，其中探頭(300)還包括用于分析監視返回輻射(402)的光學成像單元。
7.根據權利要求2-6中任何一項所述的光譜系統，其中基站(110)還包括用于軸向組合激發光束(202)和監視光束(102)的光束組合單元(310)。
8.根據權利要求2-7中任何一項所述的光譜系統，其中基站(110)還包括用于將返回輻射(502)和監視返回輻射(402)在空間上分離的過濾單元(510)。
9.根據權利要求2-8中任何一項所述的光譜系統，其中基站(110)還包括適于將激發光束(202)的焦體積移動到感興趣體積(602)中的聚焦單元(330)。
10.根據權利要求1-9中任何一項所述的光譜系統，其中基站(110)還包括用于分析監視返回輻射(402)的光學成像單元。
11.根據權利要求2-10中任何一項所述的光譜系統，其中光學成像單元適于選擇感興趣體積(602)，以及還適于控制用于將激發光束(202)的焦體積移動到感興趣體積(602)中的聚焦單元(330)。
12.一種用于光譜系統的探頭(300)，該光譜系統用于確定流過在病人皮膚(600)表面下的感興趣體積(602)的流體的性質，該光譜系統具有帶有光譜分析單元和電源(112)的基站(110)，該探頭包括-物鏡(320)，用于將激發光束(202)導向到感興趣體積中和用于從感興趣體積收集返回輻射(502)，-連接器(302)，用于將探頭連接到耦合于基站的電纜(700)，該電纜適于提供返回輻射從探頭到基站的傳輸和向探頭提供來自基站的電源的電力。
13.一種用于光譜系統的基站(110)，該光譜系統用于確定流過在病人皮膚(600)表面下的感興趣體積(602)的流體的性質，該光譜系統具有探頭(300)，該探頭具有用于將激發光束(202)導向到感興趣體積(602)中和用于從感興趣體積收集返回輻射(502)的物鏡(320)，該基站包括-光譜分析單元和電源，-連接器(114)，用于將基站連接到耦合于探頭的電纜(700)，該電纜適于提供返回輻射從探頭到基站的傳輸和向探頭提供來自基站的電源的電力。
14.一種用于連接光譜系統的探頭(300)和基站(110)的電纜(700)，該光譜系統用于確定流過在病人皮膚(600)表面下的感興趣體積(602)的流體的性質，該探頭具有用于將激發光束(202)導向到感興趣體積中和用于從感興趣體積收集返回輻射(502)的物鏡(320)，該基站具有光譜分析單元和電源(112)，連接探頭和基站的該電纜包括-至少一條適于將返回輻射從探頭傳輸到基站的光纖(150，250，450，550)，-適于向探頭提供來自基站的電源的電力的導電元件(650)。
全文摘要
本發明提供一種用于確定流過病人皮膚表面下的感興趣體積的流體的性質的光譜系統。該光譜系統包括探頭，該探頭具有至少一個用于將激發光束導向到感興趣體積中和用于收集返回輻射的物鏡。該光譜系統還具有基站，該基站具有至少一個光譜分析單元和電源。該系統利用光束組合單元、過濾單元和聚焦單元將各種不同的光信號組合和分離，并在感興趣體積內準確地定位光信號。光束組合單元、過濾單元和聚焦單元可以根據光譜系統的特定應用被可變地實施在探頭內或基站內，從而允許探頭的柔性和緊湊設計。
文檔編號A61B5/00GK1950024SQ200580013650
公開日2007年4月18日 申請日期2005年2月14日 優先權日2004年4月30日
發明者G·W·盧卡森, W·H·J·倫森, M·C·范比克, M·范德沃特, B·L·G·巴克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司