CN102369420A - 使用多个离散光源的拉曼光谱设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及使用多个离散光源的拉曼光谱仪设备、系统和方法，描述了探测样本的光谱特性的拉曼光谱装置，该装置包含适于用电磁辐射激发样本的多个调制离散光源，适于隔离样本发射的预定波长的滤波器、其中该波长在不同频率上被进一步调制，以及用于探测该隔离的波长的探测器。该装置可进一步包含适于调制激发能量的干涉仪，例如迈克耳逊干涉仪。本发明也提供了包含该拉曼光谱装置的方法、系统和套件。

Description

使用多个离散光源的拉曼光谱设备、系统和方法
交叉引用
本申请要求于2009年1月21日提交的美国临时申请No.61/146,195的权利，该申请以引用的方式合并入本申请。
技术领域
本申请涉及探测样本光谱特性的拉曼光谱装置，该装置包含适于用电磁辐射激发样本的多个经调制的离散光源，适于隔离由样本发射的预定波长的滤波器，以及用于探测被隔离的波长的探测器，其中该波长在不同频率上被进一步调制。
背景技术
在传统拉曼光谱仪中，单个激光光源使用激发能量激发样本。所发射的能量在接触样本后被散射。被样本散射的大部分光线是被弹性散射的。这些光线处于未频移(unshifted)的波长并在离开样本后被探测。一小部分激光光线与样本接触后被非弹性地散射。这些光线以频移(shifted)的波长从样本射出，这些波长处于高于或低于原始激光波长的能量状态。所频移的量与被测样本的振动光谱一致。频移至较长波长的光线被称为斯托克斯频移拉曼信号。频移至较短波长的光线被称为反斯托克斯。这些频移光线的量非常小，取决于样本或许是千万分之一或许是亿分之一。为此，激发光线的能量通常具有非常高的强度。一般而言，拉曼光谱仪采用的激发光源通常为激光。之后，采用分光仪或光谱仪探测并分析拉曼频移光谱探测。通常采集完整的光谱。
涉及拉曼光谱装置和系统的其它观念在下述文献中被披露，例如，Koo等的US专利7,075,642，用于拉曼光谱仪的方法、结构以及装置；6,868,285，Muller-Dethleffs的通过拉曼光谱仪在体液中探测物质的方法和装置；5,786,893，Fink等的拉曼光谱仪；7,002,679，Brady等的编码激发光源拉曼光谱方法和系统；6,867,858，Owen等的拉曼光谱结晶分析方法；6,778,269，Fink等的使用拉曼光谱仪探测同位素和确定同位素比值；6,744,500，Bradbury等的使用拉曼光谱仪在纸浆和纸张中鉴别物质杂质；6,667,070，Adem的使用拉曼光谱仪现场监测沉积膜厚度和构成的方法；6,545,755，Ishihama等的用于在半导体晶片上鉴别异物的微拉曼光谱系统；6,473,174，Ballast等的使用拉曼光谱仪的抗蚀剂移除的监控；6,100,975，Smith等的用于连续化学分析样本流使用外腔式激光器的拉曼光谱装置和方法；5,615,673，Berger等的用于分析血液气体和被分析物的拉曼光谱装置和方法。
对于很多光谱仪学的应用来说，并不需要采集完整的光谱。事实上，对于工业监控应用和手持医疗设备，对仪器来说优选地是仅测量在重要位置的少量波长以对被测系统进行定量或定性分析。在红外吸收光谱领域，这种类型的仪器被称为滤波仪(filtometer)，包括一组离散的滤波器以仅测量感兴趣的波长。
发明内容
本申请的一方面在于使用多个调制离散能量源和单一窄带探测器、用于探测光谱特性的拉曼光谱装置。该装置包含适于用电磁辐射激发样本的多个离散光源；与每一离散光源相关联的第一组调制器；适于将选择的窄波长范围传输至探测器的窄带滤波器；以及用于探测该隔离的波长的探测器。
用于探测样本光谱特性的方法也被提供。该方法包含以下步骤，自多个调制离散光源发射电磁辐射；从该多个离散光源中将电磁辐射过滤成一系列单个波长；使用该一系列的单个波长电磁辐射激发样本；过滤样本响应于该电磁辐射的所发射的信号，以从来自样本的辐射中隔离出预定波长；以及用探测器探测调制的波长。
本申请的另一方面在于用于探测样本光谱特性的系统。该系统包含多个用于发射电磁辐射的调制离散光源；与该多个离散光源通讯的第一滤波器；用于探测来自样本的发射信号的探测器；以及用于在被探测器探测到之前隔离该发射信号的第二滤波器。
用于探测样本光谱特性的套件也被提供。该套件包括，例如，与一滤波器通讯、以用不同波长的电磁辐射激发样本的多个调制离散光源，和与一滤波器通讯、以隔离来自样本的探测信号的探测器。
本申请的又一方面在于拉曼光谱装置。该装置包含：位于第一位置、适合于并被配置成向目标样本实施电磁辐射的多个离散光源；位于不同于第一位置的第二位置的滤波器，该滤波器适合于隔离目标样本发射的预定波长；用于探测被隔离的波长的探测器。可使用适于调制一系列单个波长的多个调制器。在一些配置中，至少一个调制器是迈克耳逊干涉仪和/或电流调制器。可以提供位于该多个光源和目标样本之间的一个或多个透镜。该透镜适合于并被配置成将电磁辐射聚焦在样本上。另外，该透镜可被放置在样本和第二位置之间；合适的透镜包括采集透镜(collection lenses)。另外，第二位置滤波器可以是窄带滤波器。在一些配置中，该第二位置滤波器适合于并被配置成滤掉输入辐射的通带内的辐射。这些装置的组件可以在一个或多个外壳里，该外壳被配置为与容纳其它部件的外壳相互衔接或通讯。也可提供可移除的电源。
本申请的另一方面在于用于探测样本的一个或多个光谱特性的方法。该方法包括以下步骤：自一个或多个离散光源发射电磁辐射；使用一系列单个波长电磁辐射的激发样本；过滤样本响应于该电磁辐射的所发射的信号，以从来自样本的辐射中隔离出预定的经过频移的波长；用探测器探测经调制的频移波长。另外的步骤包括，使用干涉仪调制这一系列单个波长，可使用至少一个迈克耳逊干涉仪或电流干涉仪来实现。另外，在某些方面，执行响应于样本发射的信号进行过滤的步骤的是窄带滤波器。
本申请的又一方面在于用于探测样本光谱特性的系统。该系统包含：用于发射电磁辐射的多个调制离散光源；用于探测样本发射的信号的探测器；用于隔离信号的滤波器，其中该信号在被探测器探测之前被隔离。可提供适于调制一系列单个波长的干涉仪。合适的干涉仪包括迈克耳逊干涉仪和电流调制器。可以提供位于该多个光源和目标样本之间的一个或多个透镜。该透镜可进一步适合于并被配置成将电磁辐射聚焦在样本上。另外，该透镜可被放置在样本和滤波器之间。合适的透镜包括采集透镜。在系统中有用的滤波器包括窄带滤波器。在一些配置中，该滤波器适合于并被配置成滤掉输入辐射的通带内的辐射。该装置的组件可以在一个或多个外壳里，该外壳被配置为与容纳其它部件的外壳相互衔接或通讯。也可提供可移除的电源。
本申请的又一方面在于联网的装置。该联网的装置包含：存储器；处理器；通讯器；显示器；以及用于探测样本光谱特性的系统，该系统包含位于第一位置、适合于并被配置成向目标样本施加电磁辐射的多个离散光源，位于不同于第一位置的第二位置的滤波器，以及用于探测被隔离的波长的探测器，该滤波器适于隔离目标样本发射的预定波长。
本申请的又一方面提供一通讯系统。该通讯系统包含：用于探测样本光谱特性的系统，该系统包含位于第一位置、适合于并被配置成向目标样本施加电磁辐射的多个离散光源，位于不同于第一位置的第二位置的滤波器，以及用于探测该隔离的波长的探测器，该滤波器适于隔离目标样本发射的预定波长；服务器计算机系统；允许通过网络从探测光谱特性或测量值的系统传递测量值的服务器计算机系统上的测量模块；API引擎、SMS引擎、电子邮件引擎中的至少一项，所述API引擎连接至用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中至少一个，用以创建关于测量值的消息并通过API集成网络传输该消息至具有预定接收用户名的接收者，所述SMS引擎连接至用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中的至少一个，用以创建关于测量值的SMS消息并通过网络传输该SMS消息至具有预定测量接收电话号码的接收装置，所述电子邮件引擎连接至用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中的至少一个，用以创建关于测量值的电子邮件消息并通过所述网络传输该电子邮件消息至具有预定接收电子邮件地址的接收电子邮件。测量模块例如可被配置成接收由关联于系统的一个或多个拉曼光谱装置探测的信息。可在服务器计算机系统上提供存储模块，用于在探测光谱特性或测量值服务器数据库的系统上存储测量值或拉曼光谱装置测量数据。在一些配置中，探测光谱特性或测量值的系统和探测光谱特性或测量值的装置中的至少一个通过移动电话网络和因特网中的至少一个与服务器计算机系统可连接，以及在测量接收电子装置上的浏览器用于在服务器计算机系统上重获(retrieve)界面。在探测光谱特性或测量值数据库的系统中可保存多个电子邮件地址，且少于全部的电子邮件地址可从诊断主机系统中单独选取，这些电子邮件消息被传输至具有至少一个选取的电子邮件地址的至少一个接收电子邮件。探测光谱特性或测量值的系统和探测光谱特性或测量值的装置中的至少一个通过因特网与服务器计算机系统可连接，以及在测量接收电子装置上的浏览器用于在服务器计算机系统上重获界面。另外，在探测光谱特性或测量值数据库的系统中可保存多个用户名，且少于全部该用户名可从诊断主机系统中单独选取，这些消息通过API被传输至至少一个测量接收用户名。该测量值(或拉曼光谱装置测量数据)接收电子装置通过因特网与服务器计算机设备可连接，以及在测量接收电子装置上的浏览器用于在服务器计算机系统上重获界面。该测量接收电子装置通过移动电话网络与服务器计算机系统连接，例如该电子装置为移动装置的情况下。在一些配置中，服务器计算机系统上的界面，通过移动装置上的应用程序重获该界面。此外，SMS测量值可配置成其可通过移动装置的消息应用程序接收。当接收多个SMS测量值用于测量时，通过各个接收移动装置上的各个消息应用程序来接收各个测量值。在某些情况下，至少一个SMS引擎通过移动电话SMS网络自测量接收移动装置接收SMS响应、并在服务器计算机系统上存储SMS响应。测量接收电话号码ID可与SMS测量值一起传输至SMS引擎，并用于通过服务器计算机系统关联该SMS测量值和SMS响应。在某些情况下，服务器计算机系统通过移动电话网络可连接以自测量接收移动装置接收响应。该SMS测量值也可包括在测量接收移动装置上可选的URL，以从测量接收移动装置向服务器计算机系统响应，服务器计算机系统利用该URL关联该响应和该SMS测量值。该通讯系统可进一步适合于包含：存在于测量接收移动装置上的可下载应用程序，该可下载应用程序通过移动电话网络传输该响应和测量接收电话号码ID至服务器计算机系统，该服务器计算机系统利用该测量接收电话号码ID关联该响应与SMS测量值，与通过移动电话SMS网络和/或存在于测量接收主机上的可下载应用程序发送的测量值并行、通过不同于移动电话SMS网络的网络上传输测量值至测量接收用户计算机系统的传输模块，其中该可下载应用程序通过移动电话网络传输响应和测量接收电话号码ID至服务器计算机系统，该服务器计算机系统利用测量接收电话号码ID以关联响应和SMS测量值。
本申请的又一方面在于用于探测样本光谱特性或样本测量的套件。合适的套件包含：与一滤波器通讯、以用不同波长的电磁辐射激发样本的多个调制离散光源；和与一滤波器通讯、以隔离来自样本的被测信号的探测器。
通过引用结合
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都同等程度地以引用方式被合并于此，每个独立的出版物、专利或专利申请被明确地并且独立地指明并且通过引用的方式被被合并于此。
附图说明
本发明的新颖的技术特征特别地在附加的权利要求中陈述。通过参考陈述示意性实施例的下述具体实施例，可获得对本发明的特征和优点的更好的理解，其中使用了本发明的原理，在附图中：
图1为使用多个调制离散光源的拉曼光谱系统的示意图。
图2是说明使用拉曼光谱系统的方法的流程图。
图3A示出通过其可获得动态模块和可扩展性(Scalable)系统的逻辑装置的典型示例的框图；图3B示出适合用于可获得动态数据分析和模拟的系统中系统的典型组件配合的框图。
具体实施方式
本说明书描述的发明可被看作反过来的拉曼光谱仪。多个光源波长在入射至样本之前被调制或编码。该光线被样本散射，其一小部分是拉曼频移的。该拉曼频移光线包含振动光谱信息。随后，调制和频移的光线通过窄带滤波器被探测。该窄带滤波器需要允许输入光被还原和重新集合成一组拉曼波长。由于每一输入波长被编码或调制，调制的形状表明了光线是从哪个波长段(wavelength bin)所产生的。典型地，通过不同的调制频率调制每一离散光源来调制输入光，例如以正弦调制形状。因而探测器探测的时序通过傅里叶变换与拉曼频移相关。因此全部能量遍布一个波长范围，而不是电磁能量源能量的单一波长。总功率可保持相同，因为测量值的信噪比(SNR)取决于波段范围内的总功率。例如，拉曼激光器通常能达到对样本可能有损害效应的几百毫瓦特的功率，因而在样本完整性是重要的应用中使用拉曼激光器是不合适的。此处描述的光谱装置在所用的源波长区域上使用几百毫瓦特的总功率。
Ⅰ.拉曼光谱装置
在本发明中，使用多个离散光源作为用于拉曼光谱的光源。图1示出拉曼光谱装置100，其中激发光源是多个离散光源110。该多个离散光源110可配置成发射在十至几百纳米范围内的电磁辐射112。通过干涉仪(例如图1中示出的迈克耳逊干涉仪118)或电流调制器，光线116被调制成一系列与波长有关的余弦波。可选地，光源可以是自调制的。
该装置可配置成被包含在合适的外壳170内。在另一配置中，这些组件可配置成使这些组件起外壳作用。在又一配置中，这些组件可模块化，使一个或更多组件可放置在外壳内，该外壳与包含一个或多个其他组件的另一外壳通讯。
另外，该装置可具有适合于并被配置成控制装置和装置的相关组件运行的中央处理单元(CPU)160，向用户提供可读数据的即刻可视反馈的一个或多个显示器164(例如液晶显示器(LCD))，能够可听地提供结果的音频性能(例如扬声器)162，一个或多个存储装置180(例如控制运行的只读存储器和存储数据以在装置上保存多个数据结果的读写存储器)，能够重获数据的数据端口182(例如PCMCIA端口或USB端口)，能够无线地传输数据至中心系统的无线数据传输功能，允许用户激活的装置的(一个或多个)开/关按钮168，以及允许与例如扬声器和显示器进行交互的控制按钮166。
当该装置是对由装置获得的测量值进行监视的系统(例如下文中更全面地讨论的通讯网络)的一部分、或该装置被配置成存储用于随后重获的数据时，可提供系统时钟184，该系统时钟将日期/时间标志和来自一个或多个探测器130的数据集关联起来。
该装置可通过任何全适的电源190供电，电源例如包括可移除的电池或适于接入AC或DC电源的插头。
此外，这些组件例如可以被包含在适合于并被配置成对样本执行诊断测试的诊断装置或系统中。合适的装置例如包括非侵入式葡萄糖测量装置、工业生物柴油生产反应器以及发酵生物反应器。
透镜120随后高效率地将电磁辐射聚焦在样本150上。电磁辐射与样本150相互作用，由于样本的特性，电磁辐射随后被散射。散射的辐射122被一个或多个采集透镜124采集。被采集的辐射124随后通过一个或多个窄带通(NBP)滤波器126。NBP滤波器126的波长被选择，从而其滤掉输入辐射通带内的辐射。通过NBP滤波器126之后，到达探测器130的电磁辐射128具有相同的窄波长、并包含被迈克耳逊干涉仪或光源的自调制给予的调制频率。对于到达探测器130的每一电磁辐射128的源，拉曼光强可通过对到达探测器的信号做傅里叶变换而重新获得。
虽然可使用任何波长范围的电磁辐射，但典型地使用在光谱的绿光或红光区域的波长。对于生物学应用，红光波长通常被认为是理想的，有两个原因。第一，红光在被称作“治疗窗口”的光谱范围内，该范围可以良好地通过人体组织。该治疗窗口通常规定在600至900nm。在探测器之前放置窄带滤波器。该带通刚好超过任何光源的发射范围。对于斯托克斯拉曼，该窄带探测器滤波器针对光源范围的较长波长(较低能量)侧。
多个调制离散光源典型地为离散窄带激光光源的集合。光源集合的带宽确定对测量值分析的范围，因而使用足够数量的离散光源以测量系统中所有重要的光谱特征。
本说明书中描述了过滤电磁辐射的滤波器的使用。典型地，使用市售滤波器，然而也可使用定制滤波器。光谱系统也可全部使用定制滤波器。装置的一个方面，使用三个激光光源可测量三个不同的拉曼频移波长。该实施例中拉曼频移波长为1080、1118以及1141波数(cm-1)。为了同时测量这三个拉曼频移波长，使用三个不同激发波长的三个激光器。这些激光器在三个不同频率上以正弦形式被调制。前方具有窄带滤波器的单个探测器也被使用。窄带滤波器的传输波长和三个激光器的波长被选择，从而该带通滤波器将适当的拉曼频移信息传送至探测器。带通波长在波长上应比整个光源集合更长(斯托克斯模式)或更短(反斯托克斯模式)。波长同样选择为在能极好地传透样本的范围中。对于人体组织，该范围通常在600至900nm之间。该实施例中，在探测器前方的窄带滤波器工作在680nm，等价为14705cm-1。为了测量上述三个拉曼频移，适于该目的的激发激光器分别工作在14705+1080、14705+1118以及14705+1141cm-1，即15785、15823以及15846cm-1。转换成波长，分别给定激光器波长633.51、631.99以及631.07nm。这三个激光器各自引起全部拉曼频移光谱，但仅一个感兴趣的特定频移落入单一探测器前方的窄带滤波器的工作波长。击中单一探测器的全部光线具有单一窄带波长，用于由调整好的电子系统探测。每一光源在唯一的调制频率上提供其波长信息，使得能够确定探测到的能量是由哪一光源发射。
虽然滤波器典型地用于调制激发能量，但可借由其它合适用于调制电磁能量的方法调制电磁能量。每一波长只需要以一种最后能被解码的方式被编码。例如，经调制的激光器是一种解决方案。空间光调制器是另一种解决方案。激光器是引人注目的，由于它们便宜并容易调制。对于硅探测器范围，探测器尺寸不太重要。然而对于NIR范围，探测器尺寸会更有意义。激光器阵列可发射光线至多个光纤(塑料的，便宜)。拉曼频移散射可被其它光纤采集并导向大的、便宜的硅探测器。在组织处，传感器面积可以较大，以通过平均效果而消除组织结构的变动。
一些情况下，使用单一探测器。其他情况下，当有用时可使用多个探测器。这些探测器可以是探测器阵列的一部分，例如电荷耦合器件(CCD)装置。线性可变滤波器可放置在该探测器阵列前方。以这种方式，探测器的每一像素可配置成仅接收调制光的窄通带。该多探测器仪器作为类似整个一系列单个探测器仪器，每一探测器定义一个新的频移中心。因而该系列探测器接收的信息实际上是过剩的。该过剩的光谱信息可用于提高结果测量值的SNR。在这些探测器上看到的信号的小差值可以是非常有用的。考虑到光谱中振动吸收波段为给定的拉曼频移波长。在每一探测器通道，该振动波段有不同的光源波长产生。因而，每一通道如何检测该波段的任何差异不仅与该波段自身相关，也与例如散射和荧光的任何非拉曼效应有关。通过分析各探测器之间吸收波段的不同出现情况，任何来自荧光或工具性缺陷的贡献可被推断并基本上从结果中去除。
Ⅱ.测试目标样本的方法
如图2的流程图所示，提供一种用于测试目标样本待测成分200的方法。首先，从目标光源获得样本(210)。随后使用激光器以用产生的波长激发样本(220)，该波长对确定样本中待测成分的存在是有用的。来自激光器的能量产生波长。随后采用迈克耳逊干涉仪或通过改变激光器上的电流来调制不同的能量波长(250)。该能量与例如在样本盘上的一个或多个样本相互作用(260)。电磁辐射被样本散射，并在通过又一滤波器(280)以隔离指示待测成分存在的波长范围(290)后被探测器探测(270)。如果样本中存在待测成分，指示待测成分存在的波长会出现。如果不存在待测成分，则相应于待测成分的波长不会出现。如果存在待测成分，则相应于待测成分存在的波长被隔离并被调制、并随后被探测器探测。如果需要，在特别测试协议下这些步骤中的每一个的一个或多个可被执行一次或多次。
Ⅲ.拉曼光谱装置和通讯网络
本领域技术人员可以领会，上述讨论的采用拉曼光谱装置的模块化和可伸缩系统可被提供，其由控制器和不只一个拉曼光谱装置组成。控制器通过通讯媒质与每一拉曼光谱装置通讯。通讯媒质可以是有线的点对点或多点配置。有线通讯媒质的示例包括以太网、USB以及RS-232。可选地，通讯媒质可以是包括射频(RF)和光学的无线形式。光谱装置可具有用于流体处理装置的一个或多个槽沟。在一些情形下网络装置可以特别地有用。例如，向看护提供者(例如医生)提供血糖监测结果的联网装置能够便利了对糖尿病患者是否遵从饮食、药物和胰岛素管制的背景分析，这能在结果开始趋向于临床不理想的方向时引发医疗保健提供者的早期介入。另外，响应于样本测量值的自动消息可被产生以便病患和/或看护提供者监控他们血糖水平。在一些例子中，自动消息可通过系统产生至鼓励行为(例如，表示病患正常的文字消息或电子邮件)或劝阻行为(例如，表示血糖趋于上升的文字消息或电子邮件)。其他自动消息可以是提供管理血糖的指示和技巧的电子邮件或文字消息。因而网络通讯系统能以医疗保健从业者用最少负担的较低成本获得背景健康监控和早期介入。
为进一步领会通讯网络中的多拉曼光谱装置的网络配置，图3A为示出逻辑装置典型示例的框图，其中通过该逻辑装置可进入浏览器以控制和/或通讯拉曼光谱装置和/或上述诊断装置。与服务器310可连接并具有固定媒质316的计算机系统(或数字装置)300，可被理解为适合于并被配置成从媒质314和/或网络端口306读取指令的逻辑装置。该计算机系统300也可连接至因特网或内联网。该系统包括中央处理单元(CPU)302，硬盘驱动304，可选的输入装置(比如键盘318和/或鼠标320)和可选的监视器308。例如，向本地或远程的服务器310的数据通讯可通过通讯媒质309实现。通讯媒质309可包括传输和/或接收数据的任何合适的手段。例如，通讯媒质可以是网络连接、无线连接或因特网连接。可以预想，与一个或多个拉曼光谱装置(为说明起见此处以360示出)的使用、运行和功能相关的数据可通过这种网络或连接传输。该计算机系统可适于与用户(用户包括健康看护提供者、医师、实验室技术员、护士、护师、病患、和使用系统产生的消息的任何其他个人或实体)和/或用户使用的装置通讯。该计算机系统适于通过因特网与其他计算机通讯、或借由服务器与计算机通讯。此为系统配置成激活与网络关联的一个或多个装置(例如拉曼光谱装置)并传达由拉曼光谱装置完成的情况和/或结果。
正如被本领域技术人员所熟知的，因特网是全世界的计算机网络。目前，因特网是数以百万的用户可用的公用和自我延续性的网络。因特网对连接主机采用一组称为TCP/IP(例如传送控制协议/因特网协议)通讯协议。因特网具有被称为因特网主干网的通讯基础结构。接入因特网主干网的路径主要被向公司或个人转售路径的网络服务提供者(ISP)控制。
因特网协议(IP)使得数据能够从一个装置(例如电话、个人数字助理(PDA)、计算机等)发送至网络上的另一装置。目前存在各种各样版本的IP，包括例如IPv4、IPv6等。其他IP无疑也是可用的并在将来仍旧可用，在适合于并被配置成使用或通讯一个或多个拉曼光谱装置的通讯网络中，在不背离本发明范围情况下可使用任一IP。网络上的每一主机装置具有为其特有唯一标识符的至少一个IP地址并当作无连接传输模式协议。在通讯中终端之间的连接是不连续的。当用户发送或接收数据或消息，该数据或消息被分割成被称为数据包的多个部分。每个数据包被作为数据的独立单元对待，并且按路径发送到终端——但不一定经过同一路径。
开放式系统互联参考模型(OSI)模型被建立以标准化端点之间通过因特网或其他网络的传输。OSI模型将网络上两端点之间的通讯过程分为七个堆叠的层，用每一层增加其特有的一组功能。每一装置处理消息，因而在发送终端存在通过每一层的下行流和在接收终端存在通过每一层的上行流。提供七个功能层的程序和/或硬件典型地是运行系统、应用软件、TCP/IP和/或其它传输和网络协议的装置，和其它软件和硬件的组合。
典型地，当消息从用户传输或向用户传输，使用顶部四层，当消息传输通过装置(例如IP主机装置)，使用底部三层。IP主机是网络上能够传输和接收IP包得任何装置，例如服务器、路由或工作站。去往其他主机的消息并不传输至顶部层而是转发至其他主机。以下列出OSI模型的各层。7层(例如应用层)，在该层上例如辨识通讯合作者、辨识服务的质量、考虑用户的权限和隐私以及辨识对数据语法的限制等。6层(例如表示层)，该层将到达或输出数据从一个表示格式转换成另一表示格式，等。5层(例如会话层)，该层建立、调节和结束应用程序之间的会话、交换和对话，等。4层(例如传输层)，该层控制端对端的管理和纠错，等。3层(例如网络层)，该层处理路由选择和转发，等。2层(例如数据链路层)，该层提供物理层的同步、操作位插入以及提供传输协议知识和管理，等。电气与电子工程师协会(IEEE)将数据链路层细分为两个进一步的子层，控制来自物理层或传递至物理层的数据的MAC(介质访问控制)层和与网络层联系、解释命令以及执行错误校正的LLC(逻辑链路控制)层。1层(物理层)，在物理层上通过网络传送比特流。IEEE将物理层细分为PLCD(物理层会聚程序)子层和PMD(物理介质依赖)子层。
无线网络可合并各种各样类型的移动装置，例如移动和无线电话、PC(个人计算机)、手提计算机、便携式电脑、无绳电话、寻呼机、耳机、打印机、PDA等，并适于在包括一个或多个拉曼光谱装置的系统或通讯网络中使用。例如，移动装置可包括促成声音和/或数据的快速无线传输的数字系统。典型的移动装置包括下列组件的一些或全部：收发器(例如发报机和接收机，也包括集成了发送、接收和(在需要时)其他功能的单芯片收发器)；天线；处理器；显示器；一个或多个音频换能器(例如，作为音频通讯装置的扬声器或扩音器)；电磁数据存储器(例如ROM、RAM、数字数据存储器等，例如提供数据处理的装置中的)；存储器；闪存；和/或完整的芯片组或集成电路；接口(例如通用串行总线(USB)、编码解码器(CODEC)、通用非同步收发传输器(UART)、相变存储器(PCM)，等)。在不背离本发明范围的情况下可提供其他组件。
在无线LAN(WLAN)中，移动用户可通过无线连接而连接至局域网(LAN)，无线LAN(WLAN)可用于一个或多个拉曼光谱装置之间的无线通讯。无线通讯可包括通过例如光、红外、射频和微波的电磁波而传播的通讯。现存各种各样的WLAN标准，例如蓝牙
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IEEE802.11和老式的家庭射频。
以示例的方式，蓝牙产品可用于提供移动计算机、移动电话、便携手持装置、个人数字助理(PDA)以及其他移动装置之间的连接和接入因特网的连接。蓝牙是详述了移动装置如何简单地相互连接和使用短波范围无线连接与不可移装置连接的计算和电信工业规范。蓝牙创建了数字无线协议以解决需要保持自一个装置到另一装置的数据同步和连续的各种各样的移动装置的扩展所引起的终端用户难题，因此允许来自不同供应商的设备无缝合作。
IEEE标准，IEEE802.11，指定了用于无线LANs和装置的技术。采用802.11，借由支持数个装置的每个独立基站完成无线联网。在一些实施例中，装置可预装备无线硬件或用户可安装独立的一硬件，例如可包括天线的卡。以示例的方式，不论是接入端(AP)、移动基站(STA)、桥接器、个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)卡还是其他装置，使用802.11的装置典型地包括三个主要元件：无线电收发器；天线；对网络中端点之间的包流进行控制的MAC(介质访问控制)层。
另外，可在一些无线网络中使用多接口装置(MID)。MID可包含两个独立的网络接口，例如蓝牙接口和802.11接口，因此允许MID参与两个独立的网络并与蓝牙装置接合。MID可具有IP地址和与IP地址关联的通用IP(网络)名。
无线网络装置可包括(但不限于)蓝牙装置、WiMAX(全球微波接入互操作性)、多接口装置(MID)、802.11x装置(IEEE 802.11装置包括802.11a、802.11b以及802.11g装置)、HomeRF(家庭射频)装置、Wi-Fi(无线保真)装置、GPRS(通用分组无线业务)装置、3G行动装置、2.5G行动装置、GSM(全球移动通信系统)装置、EDGE(GSM演进增强型数据)装置、TDMA型(分时多址)装置、或包括CDMA2000的CDMA型(码分多址)装置。每个网络装置可包含各种类型的地址，包括但不限于IP地址、蓝牙装置地址、蓝牙通用名、蓝牙IP地址、蓝牙IP通用名、802.11 IP地址、802.11 IP通用名或IEEE MAC地址。
无线网络也可包含移动IP(因特网协议)系统中、PCS系统中和其他移动网络系统中建立的方法和协议。就移动IP而言，其包含由因特网工程任务组(IETF)创建的标准通讯协议。利用移动IP，移动装置用户可在保持其已被分配的IP地址的同时移动接口网络。参照请求注解(REC)3344.NB：RFC是因特网工程任务组(IETF)的正式文件。移动IP增强了因特网协议(IP)并在连接其本地网以外时增加了转发因特网流量至移动装置的机构。移动IP向每一移动节点分配在其本地网上的内部地址以及在网络和子网中标识该装置当前位置的转交地址(CoA)。当装置被移动至一个不同的网络，其接收一个新的转交地址。本地网上的移动代理可讲每一内部地址和其转交地址关联。使用因特网信报控制协议(ICMP)，每一次更改转交地址，移动节点向本地代理发送绑定更新。
在基本IP路由选择(例如外部移动IP)中，路由选择机构依赖于假定每一网络节点总是具有接入因特网的恒定接合点，以及每一节点的IP地址标识其加入的网络链路。节点包括连接端点，可包括重新分配的端点或数据传输的终端，节点可辨认、处理和/或转发通话至其他节点。例如，因特网路由着眼于标识装置网络的IP地址前缀或诸如此类。然后，在网络级别，路由着眼于标识特定子网的一组比特。在子网级别，路由着眼于标识特定装置的一组比特。采用典型的IP通讯工具，如果用户从因特网断开移动装置并尝试在新的子网重新连接，装置需要用新的IP地址、适当的网络掩码和默认路由来辨识。另外，路由选择协议能够适当地分发包。
上述计算系统300可作为包括一个或多个拉曼光谱系统的计算机网络的一部分配置。通常，上述对计算环境的描述应用于配置在网络环境中的服务器计算机和客户端计算机。图3B示出典型示例的网络计算机环境300，具有通过通讯网络350与客户端计算机通讯的服务器。如图3B所示，服务器310可通过通讯网络350(可以是有线或无线LAN、WAN、内联网、外联网、端对端网络、虚拟专用网络、因特网或其他通讯网络中的一个或组合)与多个例如平板个人电脑302、移动电话304、电话306、个人电脑302和个人数字助理308的客户端计算环境互联。在通讯网络350是因特网的网络环境中，例如，服务器310可以是通过多个例如超文本传输协议(HTTP)、文件传输协议(FTP)、简单对象访问协议(SOAP)或无线应用协议(WAP)的已知协议、可操作自客户端计算环境或向客户端计算环境处理和通讯数据的专用计算环境服务器。在不背离本发明范围的情况下可使用其他无线协议，包括例如无线标记语言(WML)、DoCoMoi-mode(例如在日本使用的)和XHTML Basic。另外，网络计算环境300可利用例如加密套接字协议层(SSL)或加密软体(PGP)的各种数据安全协议。每一客户端计算环境可装备有可操作支持一个或多个计算应用程序的操作系统338，例如获得接入服务器计算环境300接口的浏览器(未示出)，或其他图形用户界面(未示出)，或移动桌面环境(未示出)。
在操作中，，用户(未示出)可与在客户端计算环境上运行的计算应用程序交互以获得需要的数据和/或计算应用。数据和/或计算应用可存储在服务器计算环境300上并通过典型通讯网络350的客户端计算环境与合作用户通讯。共同参与的用户可请求访问在服务器计算环境300上全部或部分存放的特定数据或应用。这些数据可在客户端计算环境和服务器计算环境之间通讯以处理和存储。服务器计算环境300可主持用于产生、鉴定、加密和通讯数据和应用的计算应用程序、进程和小程序，并可与其他服务器计算环境(未示出)、第三方服务提供者(未示出)、网络附连存储器(NAS)以及存储区域网(SAN)合作以实现应用/数据的事务处理。
Ⅳ.套件
把对样本进行测试所需的拉曼光谱装置的所有装置、工具、组件、材料和附件打包在套件中可增强装置的可用性和便利性。配置的套件可以是单次使用或可重复使用的、也可以既包含一些可丢弃的单次使用元件也包含可重复使用的元件。该套件例如包括与滤波器通讯以用不同波长的电磁辐射激发样本的多个调制离散光源，和与滤波器通讯以隔离来自样本的被测信号的探测器。该套件可以包含(但不限于包含)以下内容：剪刀；解剖刀；夹子。其他的组件包括例如用于对要进行测量的表面进行清洁的酒精棉、为增强电磁辐射透射向测量发生表面施加的原料，诸如此类。该套件可在组合和保持各项的托盘中供应，从而它们可以被快速辨识和使用。
Ⅴ.示例
实施例1.使用多个调制离散光源拉曼光谱探测病患的血糖水平
本发明可用于在一系列样本中确定血糖水平。样本可从糖尿病疑似患者身上提取。从患者身上提取的血液随后被隔离和容纳在样本盘的不同的阱中。该样本盘放置在宽带光谱设备中。使用LED以某一波长激发血液样本，该波长在确定样本中血糖的存在是有用的。使用迈克耳逊干涉仪或自调制对不同能量波长进行调制。能量随后与样本盘上的每一样本相互作用。电磁辐射被样本散射，并在通过第二滤波器之后被探测器探测，该第二滤波器用于隔离出指示血糖存在的波长范围。如果样本中存在血糖，则指示血糖存在的波长将会出现。如果不存在血糖，则相应于血糖的波长不会出现。如果血糖存在，相应于血糖存在的波长随后被隔离和调制，并被探测器探测。
当样本在例如实验室环境中受到测试、并且光谱设备是通讯网络的一部分时，这些结果可以与病人鉴别信息一起通过该网络以电子的方式传送到病人和/或看护提供者。
实施例2.使用拉曼光谱仪对沉积膜厚度和组成的原位监测
本发明可用于监测沉积在用于制造半导体器件的晶片上的薄膜。本发明可结合使用于沉积过程中。沉积过程中，来自宽光束光源的一系列波长的电磁辐射射向沉积在晶片上的薄膜。一系列波长的电磁辐射在薄膜被沉积在晶片上的同时与薄膜相互作用。该一系列波长和沉积膜分子之间相互作用导致的散射辐射随后被隔离和调制，并被探测器探测以生成沉积膜的拉曼光谱。一旦拉曼光谱指示已沉积了需要数量的薄膜，就可以停止沉积过程。
如果薄膜是在为生产设施中测试，光谱装置是通讯网络的一部分，则可建立通过网络向质量主管警告薄膜沉积过程中的任何异常现象的系统。
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虽然本申请中已经示出并描述了本发明的优选实施例，但对于本领域技术人员，这些实施例显然仅是示例。本领域技术人员可以在不违背本发明的情况下进行各种变化、改变和替换。应当理解，可以采用对与这里描述的本发明的实施例的各种替换方式来实施本发明。应当认为权利要求限定了本发明的范围，覆盖了在这些权利要求及其等同含义范围内的方法和结构。

Claims (47)

1.一种拉曼光谱装置，包括：
多个离散光源，其位于第一位置、适合于并被配置成向目标样本施加电磁辐射；
滤波器，其位于不同于第一位置的第二位置，该滤波器适于隔离目标样本发射的预定波长；以及
探测器，其用于探测被隔离的波长。
2.如权利要求1的装置，进一步包括多个调制器，所述多个调制器适于调制一系列单个波长。
3.如权利要求2的装置，其中该调制器是迈克耳逊干涉仪和电流调制器中的至少一个。
4.如权利要求1的装置，进一步包括位于该离散光源和目标样本之间的透镜。
5.如权利要求4的装置，其中该透镜适合于并被配置成将电磁辐射聚焦在样本上。
6.如权利要求1的装置，进一步包括位于该样本和第二位置的滤波器之间的透镜。
7.如权利要求6的装置，其中该透镜是采集透镜。
8.如权利要求1的装置，其中第二位置的滤波器是窄带通滤波器。
9.如权利要求1的装置，其中第二位置的滤波器适合于并被配置成滤掉输入辐射的通带内的辐射。
10.如权利要求1的装置，进一步包含外壳。
11.如权利要求1的装置，进一步包括电源。
12.一种用于探测样本的一个或多个光谱特性的方法，包含以下步骤：
自一个或多个离散光源发射电磁辐射；
使用一系列单个波长的电磁辐射激发样本；
对样本响应于该电磁辐射所发射的信号进行过滤，以从来自样本的辐射中隔离出预定的、经过频移的波长；以及
使用探测器探测经调制的、经过频移的波长。
13.如权利要求12的方法，进一步包括使用干涉仪调制该这一系列单个波长的步骤。
14.如权利要求13的方法，其中该干涉仪是迈克耳逊干涉仪和电流调制器中的至少一个。
15.如权利要求12的方法，其中响应于由样本发射的信号而进行过滤的步骤是由窄带通滤波器执行的。
16.一种用于探测样本的光谱特性的系统，包括：
多个经调制的离散光源，用于发射电磁辐射；
探测器，用于探测来自样本的发射信号；以及
滤波器，用于在信号被探测器探测之前隔离该信号。
17.如权利要求16的系统，进一步包括适于调制一系列单个波长的干涉仪。
18.如权利要求17的系统，其中该干涉仪是迈克耳逊干涉仪和电流调制器中的至少一个。
19.如权利要求17的系统，进一步包括位于该离散光源和目标样本之间的透镜。
20.如权利要求19的系统，其中该透镜适合于并被配置成将电磁辐射聚焦在样本上。
21.如权利要求17的系统，进一步包括位于该样本和滤波器之间的透镜。
22.如权利要求21的系统，其中该透镜是采集透镜。
23.如权利要求17的系统，其中该滤波器是窄带通滤波器。
24.如权利要求17的系统，其中该滤波器适合于并被配置成滤掉输入辐射的通带内的辐射。
25.如权利要求17的系统，进一步包括外壳。
26.如权利要求17的系统，进一步包括电源。
27.一种联网的装置，包括：
存储器；
处理器；
通讯器；
显示器；以及
用于探测样本光谱特性的系统，其包含位于第一位置的多个离散光源、位于不同于第一位置的第二位置的滤波器、以及探测器，所述多个离散光源适合于并被配置成向目标样本施加电磁辐射，该滤波器适于隔离由目标样本发射的预定波长，该探测器用于探测被隔离的波长。
28.一种通讯系统，包括：
用于探测样本光谱特性的系统，其包含位于第一位置的多个离散光源、位于不同于第一位置的第二位置的滤波器、以及探测器，所述多个离散光源适合于并被配置成向目标样本施加电磁辐射，该滤波器适于隔离由目标样本发射的预定波长，该探测器用于探测被隔离的波长；
服务器计算机系统；
服务器计算机系统上的测量模块，允许通过网络从用于探测光谱特性的系统传输测量值；
API引擎、SMS引擎、电子邮件引擎中的至少一项，所述API引擎连接至用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中至少一个，用以创建关于测量值的消息并通过API集成网络传输该消息至具有预定接收用户名的接收者，所述SMS引擎连接至用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中的至少一个，用以创建关于测量值的SMS消息并通过网络传输该SMS消息至具有预定测量接收电话号码的接收装置，所述电子邮件引擎连接至用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中的至少一个，用以创建关于测量值的电子邮件消息并通过所述网络传输该电子邮件消息至具有预定接收邮件地址的接收电子邮件。
29.如权利要求28的通讯系统，进一步包括服务器计算机系统上的存储模块，用以在用于探测光谱特性的系统的服务器数据库上存储测量值。
30.如权利要求29的通讯系统，其中用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中的至少一个通过移动电话网络和因特网中的至少一个而与服务器计算机系统可连接，测量接收电子装置上的浏览器用于在服务器计算机系统上重获界面。
31.如权利要求29的通讯系统，其中在探测光谱特性的系统的数据库中保存多个电子邮件地址，且少于全部的电子邮件地址可从诊断主机系统中单独选取，该电子邮件消息被传输至具有至少一个被选取的电子邮件地址的至少一个接收电子邮件。
32.如权利要求31的通讯系统，其中用于探测光谱特性的系统和用于探测光谱特性的装置中的至少一个通过因特网而与服务器计算机系统可连接，测量接收电子装置上的浏览器用于在服务器计算机系统上重获界面。
33.如权利要求30的通讯系统，其中在探测光谱特性的系统的数据库中保存多个用户名，且少于全部的用户名可从诊断主机系统中单独选取，该消息通过API被传输至至少一个测量接收用户名。
34.如权利要求33的通讯系统，其中该测量接收电子装置通过因特网而与服务器计算机设备可连接，该测量接收电子装置上的浏览器用于在服务器计算机系统上重获界面。
35.如权利要求30的通讯系统，其中该测量接收电子装置通过蜂窝电话网络而与服务器计算机系统连接。
36.如权利要求35的通讯系统，其中该测量接收电子装置是移动装置。
37.如权利要求36的通讯系统，进一步包括服务器计算机系统上的界面，通过移动装置上的应用程序可重获该界面。
38.如权利要求36的通讯系统，其中SMS测量值通过移动装置上的消息应用程序被接收。
39.如权利要求38的通讯系统，其中接收多个SMS测量值用于测量，通过各个接收移动装置上的各个消息应用程序来接收各个测量值。
40.如权利要求30的通讯系统，其中至少一个SMS引擎通过蜂窝电话SMS网络从移动装置接收SMS响应，并在服务器计算机系统上存储SMS响应。
41.如权利要求40的通讯系统，其中测量接收电话号码ID可与SMS测量值一起传输至SMS引擎，并由服务器计算机系统用来关联该SMS测量值和SMS响应。
42.如权利要求30的通讯系统，其中服务器计算机系统可通过蜂窝电话网络连接以从测量接收移动装置接收响应。
43.如权利要求42的通讯系统，其中该SMS测量值包括可在测量接收移动装置上选择的URL，以从测量接收移动装置向服务器计算机系统响应，服务器计算机系统利用该URL关联该响应和SMS测量值。
44.如权利要求30的通讯系统，进一步包括：
存在于测量接收移动装置上的可下载应用程序，该可下载应用程序通过蜂窝电话网络向服务器计算机系统传输响应和测量接收电话号码ID，该服务器计算机系统利用该测量接收电话号码ID关联该响应和SMS测量值。
45.如权利要求30的通讯系统，进一步包括：
传输模块，该模块通过并非该蜂窝电话SMS网络的网络，与通过蜂窝电话SMS网络发送的测量值并行地把测量值传输至测量接收用户计算机系统。
46.如权利要求30的通讯系统，进一步包括：
存在于测量接收主机上的可下载应用程序，该可下载应用程序通过蜂窝电话网络向服务器计算机系统传输响应和测量接收电话号码ID，该服务器计算机系统利用该测量接收电话号码ID关联该响应和SMS测量值。
47.一种用于探测样本光谱特性的套件，包含：
与滤波器通讯的多个调制离散光源，用于用不同波长的电磁辐射激发样本；以及
与滤波器通讯的探测器，该滤波器用于隔离来自样本的被测信号。
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