CN101371130B - 光学分析器 - Google Patents

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CN101371130B CN200780002668.8A CN200780002668A CN101371130B CN 101371130 B CN101371130 B CN 101371130B CN 200780002668 A CN200780002668 A CN 200780002668A CN 101371130 B CN101371130 B CN 101371130B
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Abstract

本发明公开一种光学分析器，该光学分析器能够以优良的空间分辨率和侵入深度进行分析。所述光学分析器包括：诊断光源部分，其包括输出种子光的种子光源和石英光纤，所述种子光输入所述石英光纤中，所述石英光纤利用非线性光学现象产生具有HE11模场图的诊断光；照射光学系统，其会聚所述诊断光并使用所述诊断光照射检测对象；捕捉光学系统，其捕捉由于使用所述诊断光进行照射而在检测对象上产生的物体光；光谱测量部分，其接收所述物体光并测量所述物体光的频谱；存储部分，其存储已知物质的频谱信息；以及运算部分，其计算所述物体光的频谱和所述已知物质的频谱之间的一致度并且根据计算结果分析所述检测对象。

Description

光学分析器
技术领域
本发明涉及一种光学分析器，该光学分析器能够识别检测对象以及通过测量光谱来评估物质状态，并且能够优选地用于对药品拣选和检测活体组织。
背景技术
在专利文献1和2中披露了能够识别检测对象并评估物质状态的光学分析器的已知实例。在专利文献1中披露的光学分析器使用近红外线照射组织，测量吸收光谱并根据吸收光谱判断脂肪组织中脂肪的种类，以便检测组织的特性并对组织进行分类。使用该光学分析器进行的分析可以产生低信噪比和低空间分辨率。在专利文献2中披露的光学分析器使用从Nd:YAG脉冲激光源发射出的波长为1.06μm的脉冲光照射检测对象以便激发拉曼(Raman)散射并使用光电检测器同步地探测拉曼散射光。该光学分析器在检测具有大弹性散射的检测对象时产生小的侵入深度。
专利文献1：USP No.6,587,702
专利文献2：未审查的日本专利申请公开No.2002-005835
发明内容
本发明要解决的问题
本发明的目的是提供一种能够以优良的空间分辨率和侵入深度进行分析的光学分析器。
解决问题的手段
为了实现目的，提供一种光学分析器，该光学分析器包括：(1)诊断光源部分，其包括种子光源和石英光纤，种子光输入所述石英光纤中，所述石英光纤具有20[W-1km-1]或更大的非线性系数并且利用非线性光学现象产生作为超连续光的具有HE11模场图的诊断光并输出所述诊断光，(2)照射光学系统，其会聚所述诊断光并使用所述诊断光照射检测对象，(3)捕捉光学系统，其捕捉由于使用所述诊断光进行照射而在检测对象上产生的物体光，(4)光谱测量部分，其接收所述物体光并测量所述物体光的频谱，(5)存储部分，其存储已知物质的频谱信息，以及(6)运算部分，其计算所述物体光的频谱和所述已知物质的频谱之间的一致度并且根据计算结果分析所述检测对象。优选的是，在所述诊断光源部分的光纤的至少一部分中光功率的空间密度可以是1mW/μm2或更大，并且所述诊断光源部分可以输出在从0.8μm至3.0μm的光谱带的至少一部分内具有光功率为1μW/nm或更大的诊断光。
所述诊断光源部分的种子光源包括泵浦脉冲源。在所述诊断光源部分中，当从所述泵浦脉冲源输出的泵浦脉冲光在所述光纤中传播时利用非线性光学效应扩展所述泵浦脉冲光的光谱，从而将所述泵浦脉冲光作为所述诊断光输出。所述捕捉光学系统捕捉由于使用所述诊断光照射而在所述检测对象上产生损失的诊断光作为物体光。所述已知物质的频谱是损失光谱。所述运算部分计算所述物体光的频谱和所述损失光谱之间的一致度并根据计算结果分析所述检测对象。
此外，提供一种药品拣选方法，包括：使用本发明所述的光学分析器；测量包含在作为检测对象的药品中的生理活性分子的空间分布；以及判断所述空间分布是否与预定规格一致。
此外，提供一种组织检查方法，包括：使用本发明所述的光学分析器；使用波长在1.6μm至1.8μm波长范围内的诊断光照射作为检测对象的活体组织；以及测量包含在所述检测对象中的生理活性分子的空间分布。优选的是，在所述组织检查方法中，所述已知物质的频谱信息可以是未分化胚胎干细胞的频谱信息，并且可以检测包含在所述检测对象中的未分化胚胎干细胞。
有益效果
采用本发明，可以以优良的空间分辨率和侵入深度进行分析。
附图说明
图1是示出本发明的光学分析器的第一实施例的框图。
图2是示出本发明的光学分析器的第二实施例的框图。
图3是示出本发明的光学分析器的第三实施例的框图。
图4是示出本发明的光学分析器的第四实施例的框图。
图5是示出本发明药品拣选方法的实施例的示意图。
图6是示出包括在本发明光学分析器的光谱测量部分中的分光镜实例的示意图。
图7是示出本发明组织检查方法的实施例的示意图。
图8是示出本发明组织检查方法的另一个实施例的示意图。
附图标记
1至4、5A、5B、6A、6B、7：光学分析器；9：检测对象；10：诊断光源部分；11：泵浦脉冲源；12：种子脉冲源；13：泵浦源；14：光纤；15a、15b：半透光镜；16：透镜；17：半透光镜；18：光纤；20：光学系统；21a、21b：半透光镜；22：固定镜；23：可移动镜；24：透镜；30：光谱测量部分；31a、31b、31c：分光镜；32：减法器；33：处理器；40：存储部分；50：运算部分；60：显示部分
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。所提供的附图仅用于描述而不限制本发明的范围。在附图中，相似的部分采用相同的附图标记以避免重复描述。附图所示的比例不一定是正确的。
(光学分析器的第一实施例)
图1是示出本发明的光学分析器的第一实施例的框图。光学分析器1是能够通过测量损失光谱识别检测对象9并评估物质状态的装置。光学分析器1包括诊断光源部分10、光学系统20、光谱测量部分30、存储部分40、运算部50和显示部分60。
诊断光源部分10包括泵浦脉冲源11、光纤14、透镜16和半透光镜17。至少一部分光纤14的光功率的空间密度是1mW/μm2或更大。诊断光源部分10输出在从0.8μm到3.0μm范围的光谱带的至少一部分内具有光功率为1μW/nm或更大的诊断光。
泵浦脉冲源11产生在1530nm至1620nm的波长范围(更优选的是，从1530nm至1560nm的波长范围)内具有中心波长λp的泵浦脉冲光，并输出泵浦脉冲光。对于波长λp的情况，石英光纤14的非线性系数γ是20[W-1km-1]或更大(通过交叉相位调制获得测量值，Optics Lett.，Vol.20，1995，pp.988)并且其色散斜率的绝对值是0.05[ps/nm2/km]或更小。从作为种子光源的泵浦脉冲光源11中输出的泵浦脉冲光进入光纤14的一端并与光纤14的HE11模式耦合。
利用光纤14中的非线性光学效应，可以扩展泵浦脉冲光的光谱，并由此在光纤14中产生被称为超连续光(SC光)的宽带光。SC光在800nm至3000nm的波长范围内具有的功率谱密度为1[μW/nm]或更大。在光纤14中产生的SC光的波长范围和光谱密度根据输入光纤14中的泵浦脉冲光的功率和波长而改变。SC光在1000nm至2000nm的波长范围内可以具有10[μW/nm]的功率谱密度。SC光具有光纤的HE11模式的电场分布。
从光纤14的另一端发散并输出的SC光输入透镜16，并且透镜16使SC光准直。半透光镜17将经由透镜16准直的SC光分成两个部分。半透光镜17将一部分SC光输出到光学系统20中并将剩余部分的SC光输出到光谱测量部分30中。从上述诊断光源部分10中输出的SC光成为照射在检测对象9上的诊断光。诊断光的功率与从泵浦脉冲光源11中输出的泵浦脉冲光的功率的变化同步地改变。
光学系统20用作会聚从诊断光源部分10输出的诊断光并使用诊断光照射检测对象9的照射光学系统，并且还用作这样的捕捉光学系统：其捕捉由于使用诊断光照射检测对象9而在检测对象9上产生的物体光。光学系统20包括半透光镜21a、固定镜22、可移动镜23和透镜24。从诊断光源部分10输出的诊断光穿过半透光镜21a、由固定镜22以及然后由可移动镜23反射、通过透镜24会聚并照射到检测对象9的一部分上。可以通过可移动镜23使得检测对象9上的诊断光照射区域沿与光轴正交的方向在两个纬度上改变，并且该区域还可以根据透镜24的位置沿着光轴方向改变。通过适当地选择透镜24的类型和位置，使得检测对象9上的诊断光照射区域的直径在从1μm到1mm的范围内。
从诊断光源部分10输出的诊断光的一部分由半透光镜17提取并输入到光谱测量部分30中。同时，来自检测对象9的物体光的一部分穿过透镜24、可移动镜23、固定镜22和半透光镜21a，然后输入到光谱测量部分30中。
光谱测量部分30接收光学系统20捕捉到的物体光并测量物体光的频谱。光谱测量部分30包括分光镜31a、31b和减法器32。分光镜31a接收由诊断光源部分10的半透光镜17提取的诊断光并测量该诊断光的功率谱。分光镜31b接收来自半透光镜21a的物体光并测量该物体光的功率谱。
分光镜31a和31b可以是例如单色光镜、可变滤光片、使用色散介质和检测器阵列的构造或者傅里叶变换分光镜等装置。具体地说，与使用滤光片的构造相比，使用色散介质和检测器阵列的构造提供较高光利用率，因此可以同时测量其频率成分。分光镜31a和31b同时测量物体光的功率谱和诊断光的功率谱。减法器32以对数标度(on a log scale)从诊断光的功率谱中减去物体光的功率谱以便获得检测对象9的损失光谱A。
存储部分40存储各种已知物质的损失光谱B的信息。运算部分50从存储部分40一个个地读出损失光谱B的信息，并计算光谱测量部分30所获得的损失光谱A和各个损失光谱B之间的一致度。创建物质和它们的一致度的表C，并且选择具有最高一致度的物质，从而识别出包含在检测对象9中的物质。此外，可以将多种已知物质的损失光谱的组合与损失光谱A进行比较，并计算出其一致度以获得包含在检测对象9中的已知物质的比例。显示部分60为不同物质分配不同颜色并以重叠在检测对象9的图像上的方式显示颜色。相应地，使用者可以掌握检测对象9的物质分布。
在第一实施例中，由于诊断光(SC光)具有光纤14的HE11模式的电场分布，因此检测对象9上的会聚光的直径的最小值可以小至1μm。此外，由于诊断光(SC光)的波长为800nm或更长，因此即使当检测对象9具有大的散射系数时也可以获得较深部分的信息。
(光学分析器的第二实施例)
图2是示出本发明的光学分析器的第二实施例的框图。光学分析器2是能够通过测量拉曼散射光谱来识别检测对象9并评估物质的状态的装置。光学分析器2包括诊断光源部分10、光学系统20、光谱测量部分30、存储部分40、运算部分50和显示部分60。
诊断光源部分10产生并输出诊断光。诊断光源部分10包括种子脉冲源12、泵浦源13、光纤14、半透光镜15a和透镜16。种子脉冲源12产生在1400nm至1800nm的波长范围(更优选的是，1580nm至1650nm的波长范围)内具有中心波长λs的种子脉冲光。泵浦源13产生在1530nm至1580nm的波长范围(更优选的是，1580nm的波长)内具有中心波长λp的泵浦光。
从泵浦源13输出的泵浦光是CW或脉冲的形式。从泵浦源13输出的脉冲形式的泵浦光可以提供这样的优点：如果种子脉冲光和泵浦脉冲光暂时地同步，那么使用高峰值功率可以获得大参量增益。另一方面，从泵浦源13输出的CW的泵浦光可以提供这样的优点：因为不需要与种子脉冲光同步，因此可以简化装置。
对于波长λp的情况，光纤14的非线性系数γ是20[W-1km-1]或更大，色散斜率的绝对值是0.05[ps/nm2/km]或更小，而β(4)(根据角频率的传播常量的四阶导数)是1×10-55[s2/m]或更小。
选择从泵浦源13输出的泵浦光的波长λp，从而使得光纤14中种子脉冲光的群速度对应于泵浦CW光的群速度。种子脉冲光和泵浦CW光通过半透光镜15a耦合，然后与光纤14的HE11模式耦合。由于在光纤14中存在非线性光学效应，因此种子脉冲光随着光参量放大(OPA)的增益而放大，因此可以产生功率为大约10mW的波长为λs的脉冲光。从光纤14发射的脉冲光经由透镜16准直并作为诊断光从诊断光源部分10中输出。诊断光具有光纤14的HE11模式的电场分布。
光学系统20与第一实施例中的光学系统相似。从诊断光源部分10输出的诊断光穿过半透光镜21a、由固定镜22并且然后由可移动镜23反射、通过透镜14会聚并照射到检测对象9的一部分上。可以通过可移动镜23使检测对象9上的诊断光照射区域沿与光轴正交的方向在两个纬度上改变，并且该区域还可以根据透镜24的位置沿着光轴方向改变。拉曼散射具有在功率密度超过阈值的情况下产生该散射的特性。因此，可以通过将透镜14的焦点位置设定在沿着光轴方向以及沿着与光轴正交的方向上的所需位置而在检测对象的所需位置处选择性地产生拉曼散射光。利用拉曼散射，可以以三维方式分析检测对象。
来自检测对象9的物体光(拉曼散射光)穿过透镜24、可移动镜23、固定镜22和半透光镜21a，然后输入光谱测量部分30。光谱测量部分30接收光学系统20捕捉的物体光并测量物体光的拉曼散射光谱。光谱测量部分30包括分光镜31c。分光镜31c接收来自半透光镜21a的物体光(拉曼散射光)并测量物体光的功率谱(拉曼散射光谱)。分光镜31c可以是例如单色光镜、可变滤光片、使用色散介质和检测器阵列的构造，或者傅里叶变换分光镜等装置。具体地说，与使用滤光片的构造相比，使用色散介质和检测器阵列的构造具有高的光利用率，从而可以同时测量其频率成分。
存储部分40存储各种已知物质的拉曼散射光谱B的信息。运算部分50从存储部分40一个个地读出拉曼散射光谱B的信息并计算出光谱测量部分30所获得的拉曼散射光谱A和各个拉曼散射光谱B之间的一致度。创建物质和它们的一致度的表C，并且选择具有最高一致度的物质，从而识别出包含在检测对象9中的物质。此外，可以将多种已知物质的拉曼散射光谱的组合与拉曼散射光谱A进行比较，并计算出其一致度以获得包含在检测对象9中的已知物质的比例。显示部分60为不同物质分配不同颜色并以重叠在检测对象9的图像上的方式显示颜色。相应地，使用者可以掌握检测对象9的物质分布。
在第二实施例中，光纤14具有20[W-1km-1]或更大的非线性系数，绝对值为0.05[ps/nm2/km]或更小的小色散斜率，以及绝对值为1×10-55[s2/m]或更小的小β(4)。因此，可以在诸如从100nm至300nm宽的带宽下产生参量增益。相应地，通过使用波长为大约1550nm(可以利用大功率光源)的泵浦光，可以产生波长在1600至1700nm范围内的诊断光，与附近的其它波长相比在该波长范围内水的透射率较高。
此外，由于诊断光具有光纤14的HE11模式的电场分布，因此检测对象9上的会聚光的直径的最小值可以变为小至1μm。此外，由于诊断光的波长为1400nm或更长，因此即使当检测对象9具有大散射系数时也可以获得较深部分的信息。此时，与使用波长短于1200nm的泵浦光的现有技术相比，可以防止产生荧光，并且可以提高拉曼散射测量的信噪比。
(光学分析器的第三实施例)
图3是示出本发明的光学分析器的第三实施例的框图。光学分析器3是能够通过测量损失光谱和拉曼散射光谱来识别检测对象9并评估物质状态的装置。光学分析器3包括诊断光源部分10、光学系统20、光谱测量部分30、存储部分40、运算部50和显示部分60。
诊断光源部分10产生并输出第一诊断光和第二诊断光。诊断光源部分10包括泵浦脉冲源11、种子脉冲源12、泵浦源13、光纤14、半透光镜15a和15b、透镜16和半透光镜17。在这些元件中，泵浦脉冲源11与第一实施例的相似，而种子脉冲源12和泵浦源13与第二实施例的相似。光纤14与第二实施例的相似，而透镜16和半透光镜17与第一实施例的相似。
半透光镜15a和15b使得从泵浦脉冲源11输出的泵浦脉冲光、从种子脉冲源12输出的种子脉冲光和从泵浦源13输出的泵浦光耦合。耦合的光进入光纤14的一端并与光纤14的HE11模式耦合。
从泵浦源13输出的泵浦光被输入到光纤14中，从而在光纤14中产生光学参量增益。从种子脉冲源12输出的种子脉冲光也被输入到光纤14中，种子脉冲光由于光纤14中的光学参量增益而被光学放大，并且将被光学放大的种子脉冲光作为第一诊断光输出。此外，从泵浦脉冲源11输出的泵浦脉冲光被输入到光纤14中，当光在光纤14中传播时利用产生的非线性光学效应使光谱扩展，并且将具有扩展光谱的泵浦脉冲光(SC光)作为第二诊断光输出。
光学系统20用作会聚从诊断光源部分10输出的诊断光并使用诊断光照射检测对象9的照射光学系统，并且还用作这样的捕捉光学系统：其捕捉由于使用诊断光照射检测对象9而在检测对象9上产生的物体光。光学系统20包括半透光镜21a和21b、固定镜22、可移动镜23和透镜24。从诊断光源部分10输出的第一诊断光和第二诊断光穿过半透光镜21a和21b、由固定镜22并且然后由可移动镜23反射、通过透镜24会聚并照射到检测对象9的一部分上。可以通过可移动镜23使得在检测对象9上的第一诊断光照射区域和第二诊断光照射区域沿与光轴正交的方向在两个纬度上改变，并且该区域还可以根据透镜24的位置沿着光轴方向改变。通过适当地选择透镜24的类型和位置，使得检测对象9上的第一诊断光照射区域和第二诊断光照射区域的直径在从1μm到1mm的范围内。
在检测对象9上，由于使用第一诊断光进行照射因此产生拉曼散射光，并且由于使用第二诊断光照射因此产生第二物体光，该第二物体光由在检测对象9上产生损失的第二诊断光产生。来自检测对象9的第一物体光(拉曼散射光)穿过透镜24、可移动镜23、固定镜22和半透光镜21b，然后输入到光谱测量部分30中。来自检测对象9的第二物体光(受到损失的第二诊断光)穿过透镜24、可移动镜23、固定镜22和半透光镜21b和21a，然后输入到光谱测量部分30中。
光谱测量部分30接收光学系统20捕捉到的第一物体光和第二物体光并测量各物体光的频谱。光谱测量部分30包括分光镜31a、31b和31c、减法器32和处理器33。分光镜31a接收由诊断光源部分10的半透光镜17提取的诊断光并测量该诊断光的功率谱。分光镜31b接收来自半透光镜21a的第二物体光(受到损失的第二诊断光)并测量第二物体光的功率谱。分光镜31c接收来自半透光镜21b的第一物体光(拉曼散射光)并测量第一物体光的功率谱(拉曼散射谱)。
分光镜31a、31b和31c可以是例如单色光镜、可变滤光片、使用色散介质和检测器阵列的构造或者傅里叶变换分光镜等装置。具体地说，与使用滤光片的构造相比，使用色散介质和检测器阵列的构造提供较高光利用率，从而可以同时测量其频率成分。分光镜31a和31b同时测量第二物体光的功率谱和第二诊断光的功率谱。减法器32以对数标度从第二诊断光的功率谱中减去第二物体光的功率谱以便获得检测对象9的损失光谱。同时测量由分光镜31c获得的拉曼散射光谱和由减法器32获得的损失光谱并从处理器33中作为数据集输出。
存储部分40存储各种已知物质的损失光谱和拉曼散射光谱的数据集的信息。运算部分50从存储部分40一个个地读出拉曼散射光谱的信息并计算光谱测量部分30所测量的第一物体光的频谱和各个拉曼散射光谱之间的一致度。运算部分50从存储部分40一个个地读出损失光谱的信息并计算光谱测量部分30所测量的第二物体光的频谱和各个损失光谱之间的一致度。然后，运算部分50创建物质和它们的一致度的表，并且选择具有最高一致度的物质，从而识别出包含在检测对象9中的物质。显示部分60为不同物质分配不同颜色并以重叠在检测对象9的图像上的方式显示颜色。相应地，使用者可以掌握检测对象9的物质分布。
在第三实施例中，光纤14具有20[W-1km-1]或更大的非线性系数，绝对值为0.05[ps/nm2/km]或更小的小色散斜率，以及绝对值为1×10-55[s2/m]或更小的小β(4)。因此，可以同时产生用于损失光谱测量的第二诊断光(SC光)和用于拉曼测量的第一诊断光从而从各方面收集与检测对象9有关的信息并提高识别精度。与分别测量损失光谱和拉曼光谱相比，可以减小诸如测量系统和检测对象的时域波动以及诊断光的会聚位置的变化等误差因素。
在测量损失光谱时，由于第二诊断光(SC光)具有光纤14的HE11模式的电场分布，因此检测对象9上的会聚光的直径的最小值可以小至1μm。此外，由于第二诊断光(SC光)的波长为800nm或更长，因此即使当检测对象9具有大散射系数时也可以获得较深部分的信息。
在测量拉曼光谱时，通过使用波长为大约1550nm(可以利用大功率光源)的泵浦光，可以产生波长在1600至1700nm范围内的第一诊断光，与附近的其它波长相比在该波长范围内水的透射率较大。同时，由于第一诊断光具有光纤14的HE11模式的电场分布，因此检测对象9上的会聚光的直径的最小值可以小至1μm。此外，由于第一诊断光的波长为1400nm或更长，因此即使当检测对象9具有大散射系数时也可以获得较深部分的信息。此时，与使用波长短于1200nm的泵浦光的现有技术相比，可以防止产生荧光，并且可以提高拉曼散射测量的信噪比。
(光学分析器的第四实施例)
图4是示出本发明的光学分析器的第四实施例的框图。光学分析器4与光学分析器1的不同在于光学分析器4的诊断光源部分10还包括可变滤光片18。
可变滤光片18设置在透镜16和半透光镜17之间，其透射带是可变的，并且透射带的宽度是例如1nm。包括可变滤光片18的诊断光源部分10允许可变滤光片18从光纤14所输出的宽带SC光中选择性地透射预定波长区域内的光从而将透射光作为诊断光输出。此时，光谱测量部分3所包括的分光镜31a和31b可以检测可变滤光片18上的各透射波长的受光功率。相应地，可以简化该实例的光学分析器4的构造。
(药品拣选方法的实施例)
图5是示出本发明药品拣选方法的实施例的示意图。本实施例中的药品拣选方法包括使用本发明的光学分析器5A和5B、测量在药品(作为检测对象)中包含的生理活性分子的空间分布并且判断空间分布是否与预定规格一致。各光学分析器5A和5B可以优选地是在第三实施例中描述的光学分析器或与其相似的光学分析器。光学分析器5A和5B使用诊断光沿着z方向和y方向照射药品9。由带传送器71提供具有药片轮廓的作为检测对象的药品9。在本文中，x表示传送器71的传送方向，z表示与传送器71的表面正交的方向，而y表示与x和z正交的方向。
光学分析器5A沿着z方向发射诊断光、光束形状沿着x方向延长，并且诊断光由透镜70A会聚到药品9上，束斑沿着y方向延长。光学分析器5B沿着y方向发射诊断光，光束形状沿着x方向延长，并且诊断光由透镜70B会聚到药品9上，束斑沿着z方向延长。当带传送器71移动时，药品9上的束斑位置沿着x方向移动。
图6是示出包括在本发明光学分析器5A和5B的光谱测量部分中的分光镜实例的示意图。其光束形状沿着x’方向延长并且沿着y’方向传播的物体光D输入到分光镜中，衍射光栅311根据波长使物体光D发生色散，并且二维阵列检测器312接收物体光以便测量物体光D的功率谱E，该功率谱E是x’方向上的位置和波长的函数。因此，光学分析器5A和5B测量药品9投影到x-y平面和x-z平面的成分分布。根据这些测量结果，可以判断成分分布是否与预先确定的成分分布的规格一致，然后通过推动器73将不一致的药品分离到另一个传送器72上。
通过使用第三实施例的光学分析器的损失光谱和拉曼光谱，可以分别测量包含多种成分的药品的特定成分。在药品包含少数几种成分的情况下，可以仅使用损失光谱和拉曼光谱之一。
在本发明中，由于以光纤14的HE11模式发射诊断光，因此药品9上的会聚光的直径的最小值小至1μm，从而提供具有高空间分辨率的成分分布分析。此外，通过使用波长长于800nm的第二诊断光和波长长于1400nm的第一诊断光，可以在减小散射影响的同时获得药品9的较深部分的信息，从而消除荧光的影响并提供高信噪比。此外，通过同时测量损失光谱和拉曼光谱，可以测量包含多种成分的药品。
(组织检查方法的实施例)
图7是示出本发明组织检查方法的实施例的示意图。本实施例的组织检查方法包括使用本发明的光学分析器6A和6B，使用波长在1.6μm至1.8μm范围内的诊断光照射作为检测对象的活体组织，以及测量包含在检测对象中的生理活性分子的空间分布。从光学分析器6A中输出的诊断光由透镜81会聚到作为检测对象的活体组织9的表面或内部。光学分析器6A可以优选地为在第三实施例中描述的光学分析器或与其相似的光学分析器。光学分析器6A测量包含在活体组织9中的诸如酶、受体、神经传递素、RNA等的生理活性分子的分布并将结果显示在图像显示部分60上。
此外，从光学分析器6B中输出的诊断光可以由透镜82会聚到光纤83的一端，光纤83可以从切口部分9a插入活体组织9以便以内窥镜的方式使用诊断光照射组织，从而可以测量生理活性分子的分布。如上所述，通过测量组织中的生理活性分子的分布，可以诊断疾病并评估治疗效果。
图8是示出本发明组织检查方法的另一个实施例的示意图。本实施例也使用本发明的光学分析器7。从光学分析器7输出的诊断光由透镜91会聚到作为检测对象的活体组织9的内部。组织9从未分化胚胎干细胞9b中培养。
将未分化胚胎干细胞9b存储在光学分析器7所包括的存储部分40中。光学分析器7将与未分化胚胎干细胞9b的光谱一致的部分显示在显示部分60上。由于已知包含未分化胚胎干细胞9b的组织9的移植具有致癌的危险，因此判断是否存在未分化胚胎干细胞9b对于保证再生组织的移植安全性是重要的。
本申请基于2006年1月20日提交的日本专利申请(专利申请No.2006-13010)，上述申请的内容通过引用并入本文。
工业实用性
本发明的光学分析装置可以优选地用于对药品拣选、检查活体组织等并且能够以优良的空间分辨率和侵入深度进行分析。

Claims (4)

1.一种光学分析器，包括：
(1)诊断光源部分，其包括输出种子光的种子光源和石英光纤，所述种子光输入所述石英光纤中，所述石英光纤具有20[W-1km-1]或更大的非线性系数并且利用非线性光学现象产生作为超连续光的具有HE11模场图的诊断光并输出所述诊断光；
(2)照射光学系统，其会聚所述诊断光并使用所述诊断光照射检测对象；
(3)捕捉光学系统，其捕捉由于使用所述诊断光进行照射而在检测对象上产生的物体光；
(4)光谱测量部分，其接收所述物体光并测量所述物体光的频谱；
(5)存储部分，其存储已知物质的频谱信息；以及
(6)运算部分，其计算所述物体光的频谱和所述已知物质的频谱之间的一致度并且根据计算结果分析所述检测对象，
其中，在所述诊断光源部分的光纤的至少一部分中光功率的空间密度是1mW/μm2或更大，并且所述诊断光源部分输出在从0.8μm至3.0μm的光谱带的至少一部分内具有光功率为1μW/nm或更大的诊断光，
所述诊断光源部分的种子光源包括泵浦脉冲源，在所述诊断光源部分中，当从所述泵浦脉冲源输出的泵浦脉冲光在所述光纤中传播时利用非线性光学效应扩展所述泵浦脉冲光的光谱，从而将所述泵浦脉冲光作为所述诊断光输出，
所述捕捉光学系统捕捉由于使用所述诊断光照射而在所述检测对象上产生损失的诊断光作为物体光，
所述已知物质的频谱是损失光谱，并且
所述运算部分计算所述物体光的频谱和所述损失光谱之间的一致度并根据计算结果分析所述检测对象。
2.一种药品拣选方法，包括以下步骤：
使用根据权利要求1所述的光学分析器；
测量包含在作为检测对象的药品中的生理活性分子的空间分布；以及
判断所述空间分布是否与预定规格一致。
3.一种组织检查方法，包括以下步骤：
使用根据权利要求1所述的光学分析器；
使用波长在1.6μm至1.8μm波长范围内的诊断光照射作为检测对象的活体组织；以及
测量包含在所述检测对象中的生理活性分子的空间分布。
4.根据权利要求3所述的组织检查方法，其中，
所述已知物质的频谱信息是未分化胚胎干细胞的频谱信息，以及
检测包含在所述检测对象中的未分化胚胎干细胞。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3992064B2 (ja) * 2006-01-20 2007-10-17 住友電気工業株式会社 光学分析装置
WO2008132522A1 (en) * 2007-04-25 2008-11-06 Ruder Boscovic Institute Method for real time tumour visualisation and demarcation by means of photodynamic diagnosis
TR201901658T4 (tr) 2008-05-20 2019-02-21 Univ Health Network Floresan bazli görüntüleme ve i̇zleme i̇çi̇n ci̇haz ve metot
WO2012138236A1 (en) * 2011-04-06 2012-10-11 Krouse Donal Paul Spectroscopic analyser
WO2016011534A1 (en) 2014-07-24 2016-01-28 University Health Network Collection and analysis of data for diagnostic purposes
JP7257182B2 (ja) * 2019-02-27 2023-04-13 京セラ株式会社 検査装置および検査方法
JP7265908B2 (ja) * 2019-03-27 2023-04-27 ウシオ電機株式会社 錠剤検査方法及び錠剤検査装置

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6485413B1 (en) * 1991-04-29 2002-11-26 The General Hospital Corporation Methods and apparatus for forward-directed optical scanning instruments
US6111645A (en) * 1991-04-29 2000-08-29 Massachusetts Institute Of Technology Grating based phase control optical delay line
US5553615A (en) * 1994-01-31 1996-09-10 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method and apparatus for noninvasive prediction of hematocrit
US5960146A (en) * 1996-07-24 1999-09-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber and light source apparatus
US6043927A (en) * 1997-06-26 2000-03-28 University Of Michigan Modulation instability wavelength converter
US6347174B1 (en) * 1997-08-27 2002-02-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Non-linear optical fiber, optical fiber coil, and wavelength converter
US6352502B1 (en) * 1998-12-03 2002-03-05 Lightouch Medical, Inc. Methods for obtaining enhanced spectroscopic information from living tissue, noninvasive assessment of skin condition and detection of skin abnormalities
US6587702B1 (en) * 1999-01-22 2003-07-01 Instrumentation Metrics, Inc Classification and characterization of tissue through features related to adipose tissue
US7123359B2 (en) * 1999-05-17 2006-10-17 Arrowhead Center, Inc. Optical devices and methods employing nanoparticles, microcavities, and semicontinuous metal films
JP3505533B2 (ja) * 1999-06-30 2004-03-08 古河電気工業株式会社 光ファイバ
US6577884B1 (en) * 2000-06-19 2003-06-10 The General Hospital Corporation Detection of stroke events using diffuse optical tomagraphy
JP2002005835A (ja) 2000-06-23 2002-01-09 宏夫 ▲浜▼口 ラマン分光測定装置及びそれを用いた生体試料分析方法
US6961599B2 (en) * 2001-01-09 2005-11-01 Childrens Hospital Los Angeles Identifying or measuring selected substances or toxins in a subject using resonant raman signals
GB0106553D0 (en) * 2001-03-16 2001-05-02 Univ Southampton Timing jitter tolerant all-optical modulator and demultiplexing systems incorporating pulse-shaping fiber bragg gratings
JP3895560B2 (ja) * 2001-06-29 2007-03-22 富士通株式会社 光信号の波形を測定する方法及び装置
US6731967B1 (en) * 2001-07-16 2004-05-04 Pacesetter, Inc. Methods and devices for vascular plethysmography via modulation of source intensity
WO2003017745A2 (en) * 2001-08-23 2003-03-06 Sciperio, Inc. Architecture tool and methods of use
US6980299B1 (en) * 2001-10-16 2005-12-27 General Hospital Corporation Systems and methods for imaging a sample
AU2003212794A1 (en) * 2002-01-10 2003-07-30 Chemlmage Corporation Method for detection of pathogenic microorganisms
US7355716B2 (en) * 2002-01-24 2008-04-08 The General Hospital Corporation Apparatus and method for ranging and noise reduction of low coherence interferometry LCI and optical coherence tomography OCT signals by parallel detection of spectral bands
US6762875B2 (en) * 2002-02-07 2004-07-13 Corning Incorporated Creating refractive index changes in glass by up-conversion of rare earth ions
CA2418399A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-11 Bayer Healthcare, Llc Non-invasive system for the determination of analytes in body fluids
GB0215769D0 (en) * 2002-07-08 2002-08-14 Ic Innovations Ltd A method of studying living cells
US6775447B2 (en) * 2002-09-20 2004-08-10 Fitel Usa Corp. All fiber low noise supercontinuum source
US6958855B2 (en) * 2002-09-27 2005-10-25 Northwestern University Microstructure fiber optical parametric oscillator
US7720526B1 (en) * 2003-02-04 2010-05-18 Modell Mark D Self-interfering tomography system
JP4805142B2 (ja) * 2003-03-31 2011-11-02 ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション 光路長が変更された異なる角度の光の合成により光学的に干渉する断層撮影におけるスペックルの減少
US7023545B2 (en) * 2003-06-12 2006-04-04 Textron Systems Corporation Chemical identification by flash spectroscopy
WO2005015303A1 (ja) * 2003-08-07 2005-02-17 The Furukawa Electric Co., Ltd. 非線形光ファイバ及びこの光ファイバを用いた光信号処理装置
US6856737B1 (en) * 2003-08-27 2005-02-15 Mesophotonics Limited Nonlinear optical device
GB2405466B (en) * 2003-08-27 2006-01-25 Teraview Ltd Method and apparatus for investigating a non-planner sample
EP1550854A2 (en) * 2003-12-30 2005-07-06 Rohm And Haas Company Method for diagnosing and identifying contaminants
JP4579710B2 (ja) * 2004-02-20 2010-11-10 フルカワ エレクトリック ノース アメリカ インコーポレーテッド 後処理による高非線形ファイバにおける光発生の変更、増強および調整
JP2005294806A (ja) * 2004-03-10 2005-10-20 Sun Tec Kk 広帯域光源
JP4819383B2 (ja) 2004-03-26 2011-11-24 オリンパス株式会社 光学顕微鏡と光学的観察方法
DE102004026931B3 (de) 2004-06-01 2005-12-22 Schott Ag Breitbandige Lichtquelle, welche ein breitbandiges Spektrum aufweist, und ein Kurzkohärenz-Meßgerät, das eine derartige Lichtquelle aufweist
JP2006013010A (ja) 2004-06-23 2006-01-12 Aica Kogyo Co Ltd 多層プリント基板
JP2005140794A (ja) * 2005-01-13 2005-06-02 E Graw An 化学物質および微生物の検出のためのラマンオプトロードプロセスおよび装置
WO2006078964A2 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Omni Sciences, Inc. System and method for generating supercontinuum light
WO2007034802A1 (ja) * 2005-09-20 2007-03-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 弾性粘性測定装置
US7519253B2 (en) * 2005-11-18 2009-04-14 Omni Sciences, Inc. Broadband or mid-infrared fiber light sources
KR100749910B1 (ko) * 2006-01-11 2007-08-21 한국과학기술연구원 연속 파형 초광대역 레이저 광원 공진기 및 이를 이용한의료용 진단기기
JP3992064B2 (ja) * 2006-01-20 2007-10-17 住友電気工業株式会社 光学分析装置
JP4904241B2 (ja) * 2007-10-11 2012-03-28 古河電気工業株式会社 ホーリーファイバ

Also Published As

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