CN101616627B - 用于评估样本中的光学深度的光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于评估被来自辐射源(10)的偏振辐射照射的样本(100)中的光学深度(D)的光学设备。第一和第二辐射波导的端部(30a’，30b’)被设置用于捕获从样本反射的辐射(25a，25b)。检测器(40)测量反射的辐射(25)的第一偏振(P_1)和第二偏振(P_2)，以及分别在第一(30a)和第二(30b)辐射波导中的反射辐射(25a，25b)的第一和第二强度(I_1，I_2)。随后，处理装置(60)计算第一(f)和第二(g)光谱函数，这两个光谱函数(f，g)表示样本中的单散射事件。该处理装置(60)进一步被设置为计算第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性(C)度量，以便评估所述单散射事件是否来源于样本内基本上相同的光学深度(D)。因此，第一和第二光谱函数之间的因果关系可以用于评估产生这两个光谱函数的所述单散射事件是否来自样本内的基本上相同的光学深度(D)。本发明特别有利于光学探查病人的上皮层。

Description

用于评估样本中的光学深度的光学设备

技术领域

本发明涉及用于评估样本中的光学深度的光学设备。本发明还涉及相应的导管(catheter)、相应的方法以及相应的计算机程序产品。

背景技术

当前，病人的医疗状况的光学表征是正在发展的领域，其部分原因在于可以通过新兴的光学技术检测的可能的医疗状况的数量正在增加。具体来说，利用光学方法对例如癌症进行早期检测可以增加改进检测的机会，从而使得病人的生存机会增加。当可以从非常小的组织体积中获得医疗相关信息时，甚至在组织形态学和生理学方面的恶化前的变化都可以变得可识别。

所有癌症中超过90％是源于上皮的。人体表面大部分覆盖有一层薄的上皮组织。各种器官的上皮组织层的厚度范围为从简单的(单层)鳞状上皮中的小于10微米到复层(多细胞层)上皮中的数百微米。在上皮层下面，存在各种其他组织层，比如结缔组织、炎性细胞、神经血管结构等等。因为光的渗透深度通常比上皮层的厚度大得多，所以从组织反向散射的光包括叠加在源自更深的分层组织的大背景信号上的关于上皮层变化的信息。这使得难以从该信号中直接提取相关信息。为了解决该问题，需要一种其中可以将来自上皮层的信号从由所述更深层引起的信号(即背景信号)中解开的方法。

V.Backman等人在IEEE J.Selected Topics Quantum Electron.，1999年7月/8月，第5卷，第4期，第1019页中公开了一种该问题的解决方案。在由Backman等人提出的方法中，偏振光用于照射组织。随后，他们通过使用偏振分束器和两个独立的检测器来分开地检测具有相同的偏振和垂直的偏振的散射光。因为来自上皮层的信号将典型地被散射一次，所以所述偏振将在很大程度上被保持。来自所述更深层的散射光(被多次散射)将放松原始偏振信息并且将变成各向同性地分布，由此失去原始偏振。通过将这两种信号彼此相减，能够从自上皮层反向散射的期望的信号中去除背景信号。

Backman等人的方法的缺点在于，通常仍然存在来自比上皮层更深的层的单散射的光子，因此这些更深层可能对期望的信号产生负面的影响。而且，因为大背景信号从更小的实际信号中去除，所以在最终的信号中将存在大量的噪声，这限制了测量的精度。这又限制了关于可以多早地检测出组织中的癌症的检测极限。此外，如果病人处于一定物质(例如药物)的暂时影响下，则上皮层的光学特性可能响应于所述物质而改变，由此使得用这种方法对病人进行的光学评估的可靠性甚至更低。

因此，一种改进的光学设备将是有利的，特别是一种更加高效和/或可靠的光学设备将是有利的。

发明内容

因此，本发明优选地寻求单独地或以任何组合地缓和、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。特别地，可以视为本发明的目的的是，提供一种光学设备，其通过从光学薄层获得可靠信号来解决现有技术的上述问题。

在本发明的第一方面，通过提供用于评估关联的样本中的关联的光学深度的光学设备实现这个目的和若干其他目的，该设备包括：

辐射源，其能够发射具有初始偏振(P_0)的辐射，

第一和第二辐射波导，该第一辐射波导光学连接到辐射源以便向样本发射辐射，

第一和第二辐射波导具有其各自的基本上彼此对齐的端部，这些端部进一步被设置用于捕获从样本反射的辐射，

检测器，其光学连接到第一和第二辐射波导，该检测器被设置用于在光学子带内测量下面各项的指示：

-反射的辐射的第一偏振(P_1)，

-反射的辐射的第二偏振(P_2)，所述第二偏振(P_2)不同于第一偏振(P_1)，以及

-分别在第一和第二辐射波导中的反射的辐射的第一和第二强度(I_1，I_2)，以及

处理装置，其可操作地连接到检测器，该处理装置适于在光学子带内计算第一(f)和第二(g)光谱函数，这两个光谱函数(f，g)基本上指示样本中的单散射事件：

-第一光谱函数(f)是反射的辐射的第一(P_1)偏振与反射的辐射的第二(P_2)偏振之间的偏振差的度量，以及

-第二光谱函数(g)是反射的辐射的第一与第二强度(I_1，I_2)之间的强度差的度量，

其中该处理装置进一步被设置为计算第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性度量，以便评估单散射事件是否来源于样本内基本上相同的光学深度。

本发明特别地但非排他性地有利于获得这样的光学设备：其中第一和第二光谱函数之间的因果关系可以用于评估在所述光学子带内产生这两个光谱函数的单散射事件是否来自样本内基本上相同的光学深度(D)，即是否在第一(f)与第二(g)光谱函数之间存在显著的相关性(C)。对于例如上皮层的光学探测，在上皮层下面的层的区别提供了这样的优点：可以将相关性用作来自上皮层本身的可靠信号的指示。特别地，对于病人的医疗状况(例如恶化(前)的损伤)的评估，该相关性可以是提供随后可能导致正确诊断的信息或提供随后可能导致错误诊断的信息之间的差异，后者是例如假阳性诊断或假阴性诊断。

本发明特别地依赖于下述事实：至少对于许多实际情况和应用而言，特别是对于医疗应用而言，两个光谱函数的潜在物理效应基本上彼此独立。产生第一光谱函数(f)的样本的去偏振强烈依赖于存在的分子的类型，而产生第二光谱函数(g)的样本中光子的平均自由行程强烈依赖于样本中的分子分布。

因此，如果第一和第二光谱函数在它们主要来源于单散射事件的意义下是有效的(虽然以不同的方式获得)，那么如果执行适当的校正，例如标准化，则第一和第二光谱函数应当得出基本上相同的光谱信号。如果例如在样本中存在强烈的去偏振并且此外光子的平均自由行程大于第一和第二辐射波导的特有直径，那么可能存在显著的相关性。

因此，对于医疗应用的情况，如果在第一和第二光谱函数之间存在强烈的相关性，那么可以以更好的置信度将所提供的信息与后来的诊断结合使用。在弱相关的情况下，可以修改或调节本发明的参数和/或条件，或者可替代地，使用另一种方法来提供用于医疗目的的信息。

在本发明的上下文中，应当理解的是，在样本中的主要单散射事件对第一和第二光谱函数产生贡献的意义下，第一(f)和第二(g)光谱函数基本上指示单散射事件。然而，还存在来自双散射事件、三散射事件等等的对第一和/或第二光谱函数的逐渐消失(dismissing)的贡献，一旦本发明的一般原理被承认，技术人员应当容易理解的是，这些更高阶散射事件的贡献一般依赖于与辐射的特定的相互作用和光学特性。更特别地，所述相互作用以及因此来自更高阶散射事件的贡献依赖于辐射类型(例如单色、宽带)、辐射的偏振(线性、椭圆、圆)、辐射的强度(高功率、低功率)，并且当然依赖于所讨论的样本的光学散射特性(吸收、弹性散射、非弹性散射等等)。总的说来，本发明涉及逆散射问题，其中从样本反射的光辐射用于提取关于样本的信息。对于更多的技术细节，读者可以参考Biomedical Photonics Handbook，Editor-in-ChiefTuan Vo-Dinh，CRC Press LLC，Florida，ISBN 0-8493-1116-0，参见例如第二章。

尽管本发明可以在医疗领域找到合适的应用，但是本发明的教导不限于该技术领域。相反地，本发明还可以在许多光学应用和领域找到应用，其中所期望的是来自重叠在某些类型的衬底上的光学薄层的光学响应，条件是该光学薄层应当优选地是不导电的(例如金属的)，因为导电层一般具有更高的反射率，即更深的层通常不会被照射的辐射束探测到。因此，可以设想其他的应用，其中将分析生物样本的表面。可替代地，本发明可以分析半导电表面层，例如硅或其变型，如硅石。

有利地，第一光谱函数(f)可以是偏振光散射光谱分析(spectroscopy)(PLSS)函数。此外或可替代地，第二光谱函数(g)可以是第一和第二辐射波导之间的差分路径长度(DPL)的度量。

典型地，所述检测器可以被设置用于在光学子带内测量被第一辐射波导捕获的反射辐射的第一偏振(P_1)和第二偏振(P_2)，以便为偏振辐射提供最简单的光路。然而，可替代地或此外，所述检测器可以被设置用于在光学子带内测量由第二辐射波导捕获的反射辐射的第一偏振(P_1)和第二偏振(P_2)。

在一个实施例中，附加的第三辐射波导可以被设置用于将具有初始偏振(P_0)的辐射传送到样本，该第三辐射波导具有与第一和第二辐射波导的端部基本上对齐的端部。然而，该实施例需要用于第三辐射波导的附加空间。通常，第三辐射波导可以被设置用于捕获从样本反射的辐射，该第三辐射波导光学连接到所述检测器。特别地，该第三辐射波导提供了以下优点：可以在独立的辐射波导中相互并行地执行PLSS和DPL测量。

在另一个实施例中，所述检测器可以被设置用于测量反射的辐射在两个基本上垂直的方向上的第一(P_1)和第二(P_2)偏振。因此，如果所测量的偏振的相对取向垂直，则典型地将获得最大的差分信号。此外或可替代地，所述辐射源可以被设置用于发射具有在基本上平行于所测量的第一(P_1)或所测量的第二(P_2)偏振的偏振平面的平面中线性偏振的初始偏振(P_0)的辐射，以便提供所述光学设备的简单而有效的光学配置。在一些应用中，可能更有利的是应用圆偏振辐射，因为该偏振在一些类型的辐射波导中被更好地保持。

在一个实施例中，第一、第二和/或第三辐射波导可以是光纤。这些光纤可以具有最大200微米的直径(不考虑包层)，优选地具有最大100微米的直径，或者甚至更优选地具有最大50微米的直径。

然而，结合其中第三辐射波导可以被设置用于捕获从样本反射的辐射以便对其执行偏振光散射光谱分析(PLSS)的实施例，第三辐射波导于是可以具有100微米的最大直径，优选地具有最大50微米的直径，或者甚至更优选地具有最大25微米的直径，因为一般说来，辐射波导的直径越小，通过辐射波导所述偏振保持得越好。

类似地，结合第三辐射波导的所述实施例，第一和/或第二辐射波导于是可以具有100微米的最小直径，优选地具有最小200微米的直径，甚至更优选地具有最小300微米的直径，或者最优选地具有400微米的直径，以便执行差分路径长度(DPL)光谱分析，因为一般地辐射波导的直径设定了利用DPL可以渗透到样本中多远的上限。

在另一个实施例中，所述处理装置可以进一步被设置用于确定光学子带内不止一个区域的相关性，该处理装置于是可以适于随后选择用于随后的光学测量的最优相关性(C)区域，以便选择用于例如对病人的医疗状况的随后测量的最优设置。可替代地或此外，该处理装置可以进一步被设置用于根据所找到的相关性改变光学子带。

有利地，所述光学设备可以包括致动装置，该致动装置被设置用于根据所述相关性至少改变第一和第二辐射波导各自的端部之间的距离。可能地，该致动装置还可以相对于彼此和/或相对于样本调节它们的相对位置。

在一个实施例中，第一、第二和/或第三辐射波导可以形成导管的一部分，该导管适用于病人的体内表征。

在第二方面，本发明涉及被设置用于与关联的光学设备协作的导管，该导管包括：

第一和第二辐射波导，第一辐射波导光学连接到辐射源以便向样本发射辐射，第一和第二辐射波导具有它们各自的基本上彼此对齐的端部，这些端部进一步被设置用于捕获从样本反射的辐射。

所述关联的光学设备包括：

辐射源，其能够发射具有初始偏振(P_0)的辐射，

检测器，其光学连接到第一和第二辐射波导，该检测器被设置用于在光学子带内测量下列各项的指示：

-反射的辐射的第一偏振(P_1)，

-反射的辐射的第二偏振(P_2)，所述第二偏振(P_2)不同于第一偏振(P_1)，以及

-分别在第一和第二辐射波导中的反射的辐射的第一和第二强度(I_1，I_2)，以及

处理装置，其可操作地连接到所述检测器，该处理装置适于在光学子带内计算第一(f)和第二(g)光谱函数，这两个光谱函数(f，g)基本上指示样本中的单散射事件：

-第一光谱函数(f)是反射的辐射的第一(P_1)偏振与反射的辐射的第二(P_2)偏振之间的偏振差的度量，以及

-第二光谱函数(g)是反射的辐射的第一与第二强度(I_1，I_2)之间的强度差的度量，

该处理装置进一步被设置为计算第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性度量，以便评估单散射事件是否来源于样本内基本上相同的光学深度。

在第三方面，本发明涉及计算机程序产品，其适于使得包括至少一个具有与其关联的数据存储装置的计算机的计算机系统能够根据本发明的第三方面控制光学设备。

本发明的这个方面是特别地但非排他性地有利的，因为可以由能够使得计算机系统执行本发明的第二方面的操作的计算机程序产品来实现本发明。因此，可以预期，通过在控制某个已知的光学设备的计算机系统上安装计算机程序产品可以将所述已知的光学设备改变为根据本发明操作。这种计算机程序产品可以在任何类型的计算机可读介质(例如基于磁或光的介质)上或通过基于计算机的网络(比如因特网)提供。

本发明的第一、第二和第三方面中的每一个方面都可以与其他任何一方面组合，本发明的这些和其他方面根据下面描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行阐述。

附图说明

现在将仅通过实例并参照附图来阐释本发明，其中

图1是根据本发明的光学设备的示意图，

图2是PLSS和DPL的光路的示意图，

图3是单散射事件的关联样本内的光路的示意图，

图4是多散射事件的关联样本内的光路的示意图，

图5示意性示出了具有第一(f)和第二(g)光谱函数的曲线图和所计算的这两个函数的相关性(C)的两个实例，

图6是根据本发明的可替代光学设备的示意图，

图7是根据本发明的可替代光学设备的示意图，以及

图8是根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1是可以用于评估关联的样本100中的光学深度D(参照下面的图3和图4)的光学设备的示意图。该光学设备包括能够发射具有初始偏振P_0的辐射20的辐射源10。该辐射源10可以例如是常规的激光器或钨丝灯，适当的偏振滤波器在沿着朝向样本的光路的任意位置处与其光学连接。关于术语“辐射”，应当理解的是，在本发明的上下文中可以应用任意类型的合适的辐射，例如可以应用红外(IR)光、可见光、紫外(UV)光以及(软)X辐射。

此外，第一30a和第二30b辐射波导包括在所述光学设备中，第一和第二辐射波导可以例如是光纤或其他合适的波导装置。如图1所示，第一辐射波导30a光学连接到辐射源10以便向样本100发射辐射20，第一辐射波导30a具有基本上保持偏振的特性。辐射源10可以通过辅助辐射波导11光学连接到第一辐射波导30a。

如图1示意性所示，第一和第二辐射波导具有其各自的基本彼此对齐的端部30a’和30b’，这些端部进一步被设置用于捕获从样本100反射的辐射25a和25b。根据第一和第二辐射波导的这种光学配置，可以利用依照本发明的光学设备执行差分路径长度光谱分析(DPL)。关于DPL的进一步的细节，读者可以参考WO2005/029051(Amelink和Sterenborg)，其通过引用全部合并于此。

所述光学设备还包括检测器40，其光学连接到第一30a和第二30b辐射波导。检测器40被设置用于在光学子带内测量下列各项的指示：

-反射的辐射25的第一偏振P_1，

-反射的辐射25的第二偏振P_2，所述第二偏振P_2不同于第一偏振P_1，以及

-分别在第一30a和第二30b辐射波导中的反射的辐射25a和25b的第一I_1和第二强度I_2。

检测器40可以例如是具有适当的偏振检测装置的一个或多个光谱仪，所述偏振检测装置例如偏振滤波器或对应的光学单元。因此，所测量的第一I_1和第二强度I_2可以是如由所述光学子带定义的某个辐射带的光谱图(spectrograph)。通过检测反射的辐射25的第一偏振P_1和第二偏振P_2(所述第二偏振P_2不同于第一偏振P_1)，可以用所述光学设备执行偏振光散射光谱分析(PLSS)。关于PLSS的进一步的细节，读者可以参考V.Backman等人在IEEE J.Selected Topics QuantumElectron.，第5卷第4期，1999年7月/8月，第1019页的论文，该文献通过引用全部合并于此。

此外，处理装置60可操作地连接到检测器40，该处理装置适于在光学子带内计算第一(f)和第二(g)光谱函数，这两个光谱函数(f，g)基本上指示样本中的单散射事件。然而，如上面所解释的，还可能存在来自双散射事件、三散射事件等等的对第一(f)和/或第二(g)光谱函数的逐渐消失的贡献。技术人员能够容易实现的是，该处理装置可以实现为运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算机软件。

第一光谱函数(f)是反射的辐射25的第一P_1偏振和反射的辐射25的第二P_2偏振之间的偏振差的度量。如图1中P_1和P_2的相对位置所示，第一和第二偏振可以从被第一辐射波导25a捕获的反射光25a中检测，但是可替代地或此外，第一和第二偏振可以从被第二辐射波导25b捕获的反射光25b检测(图1中未示出)。

第二光谱函数(g)是在第一25a和第二25b辐射束中的反射的辐射的第一I_1和第二强度I_2之间的强度差的度量。

处理装置60进一步被设置为计算第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性(C)度量，以便评估所述单散射事件是否来源于样本100内的基本上相同的光学深度(D)。

图2是PLSS(上部)和DPL(下部)的光路的示意图。

对于PLSS，入射光20的初始偏振用P_0表示。在反向散射时，反射光25将具有带有至少两个分量P_1和P_2的特有偏振，检测器40(图2中未示出)被设置用于测量该偏振。反射的辐射25的第一P_1和第二P_2偏振被表示为指向两个基本上垂直的方向，因为这可以有利地导致这两个测量的偏振方向之间的最大差异，但是其他相对取向也是可能的。典型地，辐射源10(例如固态激光器)发射具有初始偏振P_0的辐射，该初始偏振P_0在基本上平行于所测量的第一偏振P_1(如图2所示)或所测量的第二P_2偏振的偏振平面的平面中线性偏振。

对于DPL，反射的辐射25a和25b各自的第一I_1与第二强度I_2之间的强度差用于进一步分析。在根据强度的差分信号将获得什么类型的信息方面，第一和第二辐射波导30a和30b(未示出)的相对位置当然十分重要。同样，对于DPL光谱分析来说，辐射波导(例如光纤)的有效直径具备较高的重要性。一般来说，对于DPL，光纤的直径大约是进入组织的探测深度的两倍。

图3是单散射事件的关联样本100内的光路的示意图。如图3所示，入射辐射20以特定光学深度D透入样本100中，并且在样本100内的一定位置发生光学相互作用时在一定方向上存在反射的辐射25。为了用所述光学设备测量反射的辐射25，如图3所示，通常必需的是，反射的辐射25近似地或者精确地沿着入射辐射20的方向反向散射。然而，通过透镜和/或更宽直径的辐射波导30，可以增加捕获反射的辐射25的立体角。

图4是多散射事件的关联样本100内的光路的示意图。与图3类似，入射辐射20在样本100内一定位置处被散射，并且随后反射的辐射25在样本100内被散射两次，如由在标记反射的辐射25的光路的箭头25中的两个转折点(break)所示。因此，所检测的辐射25已经透入到光学深度D’，并且相应地反射的辐射25包括关于该深度内样本的信息，该信息是三散射事件的总体贡献，并且几乎不可能解开来自每个散射事件的各个贡献。

图5示意性示出了具有沿着竖直轴的第一(f)和第二(g)光谱函数和沿着水平轴的波长(L，单位为微米)的曲线图。在从L1到L2的光学子带内示出这两个光谱函数。

第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性C被如下归一化地计算：

$C(L_1,L_2)=\underset{L1}{\overset{L2}{\∫}}|\frac{g\left(L\right)}{g_0}-\frac{f\left(L\right)}{f_0}|\mathrm{dL},---\left(1\right)$

$g_0=\underset{L1}{\overset{L2}{\∫}}g\left(L\right)\mathrm{dL}$

$f_0=\underset{L1}{\overset{L2}{\∫}}f\left(L\right)\mathrm{dL}$

因此，当存在高相关性时，C等于或接近于零，并且如果相关性低，那么对于大部分光谱，C近似为2。对于技术人员来说，计算相关性C的其他方法可轻易获得。

在图5中的两个光谱函数下面，所计算的相关性C(L1，L2)被示出为常数。相关性C(L1，L2)可以与预定的值比较，所述预定的值定义了导致这两个光谱函数(f，g)的散射事件来源于样本100内相同的光学深度D的可接受的置信水平。如果与预定值比较相关性水平不可接受，则处理装置60可以调节检测器40的光学子带L1、L2，改变辐射源10的辐射20(功率、波长、重复频率等等)，修改第一25a和第二25b辐射波导的相对位置，建议改变第一25a和/或第二25b辐射波导的直径，和/或改变检测器40的设置(采样率、灵敏度等等)。处理装置60可以被设置为在没有得到控制所述光学设备的操作者同意的情况下启动这些改变或修改，或者处理装置可以请求操作者的批准，可能的是，该处理装置可以向操作者建议进行一些修改，例如通过使用另一组辐射波导来改变所述辐射波导的直径。

可替代地，可以在光学子带内的不止一个区域中由处理装置60计算相关性C，如四个相关性C1、C2、C3和C4所示。为了清楚起见，这四个区域被显示为不重叠，但是这些区域也可以彼此重叠。随后，处理装置可以为随后使用所述光学设备进行的光学测量选择具有最优相关性(C)的区域，特别是可以选择用于以后的诊断目的的最优相关性(C)。

在另一个实施例中，处理装置60可以将来自光学子带L1、L2内的所述不止一个区域(例如图5中的四个)的相关性加在一起，以便获得相关性C的总体值。可能的是，可以将这些相关性加在一起且每个相关性具有特定权重，该权重取决于所找到的特定相关性(例如C1、C2等等)、预定的光谱特性(例如f的上限值和下限值)和/或光谱区域(波长L)。

图6是根据本发明的可替代光学设备的示意图，其中第三辐射波导30c被设置用于将具有初始偏振P_0的辐射20’传送到样本100。图6中示出的光学设备在其他方面类似于图1所示的光学设备。第三辐射波导30c还可以具有分别与第一和第二辐射波导的端部30a’和30b’基本上对齐的端部30c’。平行于通过第三辐射波导25a的辐射20’，第一辐射波导将辐射20传送到样本100，辐射20不一定需要偏振，因为如图6所示可以通过使用反射光25c在附加的第三辐射波导30c中排他性地执行PLSS。在该实施例中，辐射源10也可以被划分为两个分离的且相互独立的辐射源(图6中未示出)。光学设备的该实施例具有以下优点：随后PLSS和DPL可以彼此独立地执行，从而使得在没有下述限制的情况下设计所述光学设备成为可能：第一30a和/或第二30b辐射波导必须能够执行这两种光谱分析。

图7是可替代光学设备的示意图，该光学设备包括致动装置(未示出)，该致动装置被设置用于根据相关性C改变第一30a与第二30b辐射波导各自的端部30a’和30b’之间的距离d(用双箭头表示)。因此，可以将相关性C优化为距离d的函数。第一和第二光谱函数通常可以被当前可用的光学装置快速找到(少于若干分之一秒)，并且相似地，相关性C可以被常规的计算装置甚至更快速地找到，这意味着即使所述光学设备应用在病人上，也通常有时间执行对相关性和辐射波导距离d的这种优化。因此由根据本发明的光学设备进行体内表征是可行的。图7所示的光学设备在其他方面与图1所示的光学设备相似，为了清楚起见，检测器40与处理装置60被省略。

图8是根据本发明的方法的流程图。该方法允许操作用于评估样本100中的光学深度D的光学设备，该方法包括：

S1利用辐射源10发射具有初始偏振P_0的辐射20，

S2相对于样本设置第一30a和第二30b辐射波导，该第一辐射波导30a光学连接到辐射源以便向样本发射辐射20，第一和第二辐射波导具有其各自的基本上彼此对齐的端部30a’和30b’，这些端部进一步被设置用于捕获从样本反射的辐射25a和25b，

S3提供光学连接到第一和第二辐射波导的检测器40，该检测器被设置用于在光学子带内测量下列各项的指示：

-反射的辐射25的第一偏振P_1，

-反射的辐射25的第二偏振P_2，所述第二偏振P_2不同于第一偏振P_1，以及

-分别在第一30a和第二辐射30b波导中的反射的辐射25a和25b的第一和第二强度I_1和I_2，以及

S4提供处理装置60，其可操作地连接到所述检测器，该处理装置适于计算在光学子带内的第一(f)和第二(g)光谱函数，这两个光谱函数(f，g)基本上指示样本中的单散射事件：

-第一光谱函数(f)是反射的辐射25的第一P_1偏振与反射的辐射25的第二P_2偏振之间的偏振差的度量，以及

-第二光谱函数(g)是反射的辐射的第一与第二强度I_1和I_2之间的强度差的度量，

S5由处理装置60计算第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性C度量，以便评估单散射事件是否来源于样本内基本上相同的光学深度D。

本发明可以以包括硬件、软件、固件或这些的任意组合的任何适当的形式实现。本发明或本发明的一些特征可以实现为运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算机软件。本发明的实施例的元件和部件可以以任何合适的方式物理地、功能地和逻辑地实现。事实上，所述功能可以在单个单元、多个单元中实现或作为其他功能单元的一部分而实现。同样，本发明可以在单个单元中实现，或可以物理地和功能地分布在不同单元与处理器之间。

虽然已经结合特定实施例描述了本发明，但是本发明不限于本文中所提出的特定形式。确切地说，本发明的范围仅由所附权利要求限制。在权利要求中，措词“包括/包含”不排除其他元件或步骤的存在。此外，虽然单独的特征可以包括在不同权利要求中，但是这些特征可以有利地组合，并且包括在不同权利要求中并不意味着特征的组合不是可行的和/或有利的。此外，单数引用并没有排除复数。因此，对于“一”、“第一”、“第二”等的引用并没有排除复数。而且，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制了本发明的范围。

Claims (21)

1.一种用于评估关联的样本(100)中的光学深度(D)的光学设备，该设备包括：

辐射源(10)，其能够发射具有初始偏振(P_0)的辐射(20)，

第一(30a)和第二(30b)辐射波导，该第一辐射波导(30a)光学连接到辐射源以便向样本发射辐射(20)，

第一和第二辐射波导具有其各自的基本上彼此对齐的端部(30a’，30b’)，这些端部进一步被设置用于捕获从样本反射的辐射(25a，25b)，

检测器(40)，其光学连接到第一和第二辐射波导，该检测器被设置用于在光学子带内测量下列各项的指示：

-反射的辐射(25)的第一偏振(P_1)，

-反射的辐射(25)的第二偏振(P_2)，所述第二偏振(P_2)不同于第一偏振(P_1)，以及

-分别在第一(30a)和第二(30b)辐射波导中的反射的辐射(25a，25b)的第一和第二强度(I_1，I_2)，以及

处理装置(60)，其可操作地连接到检测器，该处理装置适于在所述光学子带内计算第一(f)和第二(g)光谱函数，这两个光谱函数(f，g)基本上指示样本中的单散射事件：

-第一光谱函数(f)是反射的辐射(25)的第一(P_1)偏振与反射的辐射(25)的第二(P_2)偏振之间的偏振差的度量，以及

-第二光谱函数(g)是所述反射的辐射的第一与第二强度(I_1，I_2)之间的强度差的度量，

其中处理装置(60)进一步被设置为计算第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性(C)度量，以便评估单散射事件是否来源于样本内基本上相同的光学深度(D)。

2.根据权利要求1的光学设备，其中第一光谱函数(f)是偏振光散射光谱分析函数。

3.根据权利要求1或2的光学设备，其中第二光谱函数(g)是第一(30a)与第二(30b)辐射波导之间的差分路径长度的度量。

4.根据权利要求1的光学设备，其中所述检测器被设置用于在所述光学子带内测量被第一辐射波导(30a)捕获的反射的辐射(25)的第一偏振(P_1)和第二偏振(P_2)。

5.根据权利要求1的光学设备，其中第三辐射波导(30c)被设置用于将具有初始偏振(P_0)的辐射(20)传送到样本，该第三辐射波导具有与第一和第二辐射波导的端部(30a’，30b’)基本上对齐的端部(30c’)。

6.根据权利要求5的光学设备，其中第三辐射波导(30c)被设置用于捕获从样本反射的辐射(25c)，该第三辐射波导(30c)光学连接到所述检测器。

7.根据权利要求1的光学设备，其中所述检测器被设置用于测量反射的辐射(25a，25b)在两个基本上垂直的方向上的第一(P_1)和第二(P_2)偏振。

8.根据权利要求6的光学设备，其中所述检测器被设置用于测量反射的辐射(25a，25b，25c)在两个基本上垂直的方向上的第一(P_1)和第二(P_2)偏振。

9.根据权利要求1、7或8的光学设备，其中辐射源(10)被设置用于发射具有初始偏振(P_0)的辐射，该初始偏振在基本上平行于所测量的第一(P_1)或第二(P_2)偏振的偏振平面的平面中是线性偏振的。

10.根据权利要求1的光学设备，其中第一和/或第二辐射波导是光纤，其具有最大200微米的直径。

11.根据权利要求10的光学设备，其中第一和/或第二辐射波导是光纤，其具有最大100微米的直径。

12.根据权利要求11的光学设备，其中第一和/或第二辐射波导是光纤，其具有最大50微米的直径。

13.根据权利要求5的光学设备，其中第一、第二和/或第三辐射波导是光纤，其具有最大200微米的直径。

14.根据权利要求13的光学设备，其中第一、第二和/或第三辐射波导是光纤，其具有最大100微米的直径。

15.根据权利要求14的光学设备，其中第一、第二和/或第三辐射波导是光纤，其具有最大50微米的直径。

16.根据权利要求1的光学设备，其中所述处理装置进一步被设置用于确定所述光学子带内不止一个区域的相关性(C)，该处理装置适于随后为随后的光学测量选择具有最优相关性的区域。

17.根据权利要求1或16的光学设备，其中所述处理装置进一步被设置用于根据所找到的相关性(C)改变所述光学子带。

18.根据权利要求1的光学设备，其中所述光学设备包括致动装置，该致动装置被设置用于根据相关性(C)至少改变第一与第二辐射波导的各自端部(30a’，30b’)之间的距离(d)。

19.根据权利要求1的光学设备，其中第一和/或第二辐射波导形成导管的一部分。

20.根据权利要求5的光学设备，其中第一、第二和/或第三辐射波导形成导管的一部分。

21.一种被设置用于与关联的光学设备协作的导管，

该导管包括：

第一(30a)和第二(30b)辐射波导，第一辐射波导(30a)光学连接到辐射源以便向样本(100)发射辐射(20)，该第一和第二辐射波导具有其各自的基本上彼此对齐的端部(30a’，30b’)，这些端部进一步被设置用于捕获从样本反射的辐射(25a，25b)，

所述关联的光学设备包括：

辐射源(10)，其能够发射具有初始偏振(P_0)的辐射(20)，

检测器(40)，其光学连接到第一和第二辐射波导，该检测器被设置用于在光学子带内测量下列各项的指示：

-反射的辐射(25)的第一偏振(P_1)，

-反射的辐射(25)的第二偏振(P_2)，所述第二偏振(P_2)不同于第一偏振(P_1)，以及

-分别在第一(30a)和第二(30b)辐射波导中的反射的辐射(25a，25b)的第一和第二强度(I_1，I_2)，以及

处理装置(60)，其可操作地连接到所述检测器，该处理装置适于在所述光学子带内计算第一(f)和第二(g)光谱函数，这两个光谱函数(f，g)基本上指示样本中的单散射事件：

-第一光谱函数(f)是反射的辐射(25)的第一(P_1)偏振与反射的辐射(25)的第二(P_2)偏振之间的偏振差的度量，以及

-第二光谱函数(g)是所述反射的辐射的第一与第二强度(I_1，I_2)之间的强度差的度量，

该处理装置(60)进一步被设置为计算第一(f)与第二(g)光谱函数之间的相关性(C)度量，以便评估单散射事件是否来源于样本内基本上相同的光学深度(D)。

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