CN105358947B - 用于拉曼、反射和荧光光谱测量的集成光谱探头 - Google Patents

用于拉曼、反射和荧光光谱测量的集成光谱探头 Download PDF

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Abstract

公开了用于执行拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱测量的光谱学探头的实施例。集成的光谱探头可以包括一个或更多个光源来提供产生反射光谱的白光照射、产生UV/可见荧光光谱的激发光以及诱发拉曼光谱的窄带NIR激发。光谱测量的多种模态可以在2秒或更短时间内执行。公开了操作所述集成的光谱学探头的方法的实施例。

Description

用于拉曼、反射和荧光光谱测量的集成光谱探头
技术领域
本发明一般地涉及一种便利拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量的集成光谱探头。
背景技术
一般来说，反射或荧光或拉曼信号的测量在生物医学应用中起到很大的作用，例如用于分子水平上的疾病特定变化的早期诊断。
反射光谱学是从组织反射的光的分析。组织反射光谱学可以被用来推导关于强烈地吸收光的分子(例如，组织发色团)的信息。它还可以被用来推导关于组织散射体的信息，诸如细胞核的大小分布和平均细胞密度。
荧光光谱学是来自组织的荧光发射的分析。自然组织荧光团(当被适当波长的光激发时发射荧光的分子)可能对与疾病转化相关联的化学组成和化学环境变化是敏感的。
拉曼光谱传递关于被照射的样本的振动、拉伸和呼吸键能的特定信息。拉曼光谱学探测分子振动，并且给出非常特定的指纹一样的光谱特征，并且对于区分恶性组织和良性组织具有高精度。拉曼光谱学还可以被用来识别恶性组织、它们的前体和正常组织之间的蛋白质和遗传物质的结构和组成差异。自然地，拉曼信号与反射或荧光信号相比非常微弱。此外，微弱的拉曼信号可能进一步受到来自组织荧光的干扰以及由在传送照射光的光纤中产生的背景拉曼和荧光信号和/或光谱信号引起的光谱污染的妨碍。
发明内容
在一个方面，提供了一种集成光谱学系统。集成光谱学系统探头便利拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量。集成光谱学系统包括光源、耦合到光源的光谱学探头、第一检测器和至少一个附加检测器。光源被配置为提供产生反射光谱的白光照射束、产生UV/可见荧光光谱的激发光束以及诱发拉曼光谱和红外荧光光谱的窄带激发光束。光谱学探头包括：至少一个窄带激发光纤，其被配置为将窄带激发光束传送到目标；至少一个白光照射光纤，其被配置为将白光照射束传送到目标；至少一个激发照射光纤，其被配置为将激发光束传送到目标；多个拉曼收集光纤，其被配置为响应于窄带激发光束收集从目标反射和发射的返回辐射；至少一个反射收集光纤，其被配置为响应于白光照射束收集从目标反射的返回辐射；以及至少一个荧光收集光纤，其被配置为响应于激发光束收集从目标发射的返回辐射。第一检测器耦合到所述多个拉曼收集光纤以检测拉曼光谱。所述至少一个附加检测器耦合到所述至少一个反射收集光纤和/或所述至少一个荧光收集光纤以检测反射光谱和/或荧光光谱。
在一个方面，多个光谱测量在2秒或更短时间内执行。
在另一个方面，集成光谱学系统包括安装在光源前面的、调制照射光以提供白光照射光束、激发光束和窄带激发束的光调制器。光调制器包括第一滤光器、第二滤光器和第三滤光器，第一滤光器被配置为使低于750nm的可见光通过，第二滤光器被配置为使蓝色波长范围内的激发光通过，第三滤光器被配置为使785±5nm波长范围内的光通过。
在一个方面，光源包括单色光源、宽带光源和激发光源，单色光源被配置为提供窄带激发光束，宽带光源被配置为提供白光照射光束，激发光源被配置为提供激发光束。所述单色光源耦合到所述至少一个窄带激发光纤，宽带光源耦合到所述至少一个白光照射光纤，以及激发光源耦合到所述至少一个激发照射光纤。
在一个方面，宽带光源和激发光源集成为一个光源。集成光源顺序地提供白光照射光束和激发光束。
在另一个方面，所述至少一个窄带激发光纤与所述多个拉曼收集光纤隔开，所述至少一个白光照射光纤与所述至少一个反射收集光纤隔开，以及所述至少一个激发照射光纤与所述至少一个荧光收集光纤隔开。
在一个方面，集成光谱学系统还包括安装在光谱学探头的远端的滤光器组件。滤光器组件包括短通滤光器和长通滤光器，短通滤光器被放置在所述至少一个窄带激发光纤之上以使785±5nm波长范围内的光通过，长通滤光器被放置在所述多个拉曼收集光纤之上以阻挡785nm波长范围内的光并且使高于800nm的波长范围内的光通过。
在另一个方面，集成光谱学系统还包括与光源光通信以控制光源的输出照射的控制系统。控制系统进一步与第一检测器和所述至少一个附加检测器光通信以控制第一检测器和所述至少一个附加检测器的操作。
在一个方面，光源同时提供白光照射束和窄带激发束，以使得第一检测器和所述一个附加检测器同时提供拉曼光谱和反射光谱。
在另一个方面，光源同时提供激发光束和窄带激发光束，以使得第一检测器和所述一个附加检测器同时提供拉曼光谱和荧光光谱。
在又一个方面，光源提供同时产生拉曼光谱和红外荧光光谱的窄带照射光束，以使得第一检测器可以同时提供拉曼光谱和红外荧光光谱。
在另一个方面，提供一种用于进行拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量的方法。
除了上述方面和实施方案之外，通过参照附图和研究以下详细描述，进一步的方面和实施方案将变得清晰。
附图说明
在整个附图中，标号可以被重新用于指示引用的部件之间的对应关系。附图被提供来图示说明本文中所描述的示例实施方案，而非意图限制本公开的范围。附图中的部件的大小和相对位置不一定按比例绘制。例如，各种部件的形状和角度不按比例绘制，并且这些部件中的一些被任意地放大和定位以改进附图的易读性。
图1是拉曼光谱系统的实施例的框图。
图2是拉曼光谱探头的实施例的剖视图。
图2A是探测光纤束组件的远端的顶视图，该顶视图示出在激发照射光纤之上的短通滤光器覆层以及在收集光纤之上的长通滤光器覆层。
图2B是滤光器组件的顶视图，该顶视图示出具有短通滤光器覆层和长通滤光器覆层的滤光器基板。
图3是被覆有滤光器组件的探测光纤束组件的远端的顶视图。
图4是用于测量拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成光谱学系统的实施例的框图。
图5是集成光谱探头的远端的顶视图，该顶视图示出探测光纤束组件。
图6是用集成光谱探头获得的皮肤组织的反射光谱的实施例的图解说明。
图7是用集成光谱探头获得的皮肤组织的荧光光谱的实施例的图解说明。
具体实施方式
为了成功地进行体内拉曼光谱测量，拉曼系统需要包括这样的滤光机构，该滤光机构被配置为最小化或消除从光纤材料产生的背景拉曼和荧光信号并且能够收集足够的信号以使得拉曼光谱可以在秒级或次秒级(seconds or sub-seconds)内被获取。
图1示意性地示出拉曼系统10的实施例。拉曼系统10可以包括探头1、光源2、摄谱仪3和检测器4。光源2可以是可以提供能够在对象(诸如，举例来说，组织28(图2))中诱发拉曼散射的激发光的单色光源，诸如激光器。可以使用可以提供激发光以在被该激发光照射的对象中诱发拉曼散射的任何其他的光源或光源组合。光源2可以被配置为最小化来自非期望源的干扰，例如，光源可以被选为最小化来自组织的荧光以及从黑色素发散的光子的吸收。光源2可以光学地耦合到照射光传送光导5的近端。来自光源2的照射光可以被聚焦进入照射光光导5。照射光可以是785nm的激光。其他波长可以根据感兴趣分子的性质而被选择。例如，可以使用生成比785nm波长更长的波长的光的光源，例如，可以使用生成1064nm光的光源，以使得可以避免组织的强烈的荧光背景。照射光光导5的远端可以在探头1的近端11处连接到探头1。探头1可以被设计为最大化组织拉曼信号的收集，同时减小瑞利散射光、光纤荧光和拉曼背景信号的干扰。探头1可以是手持探头，并且可以包括近端11、远端12和细长本体13。在一些实现中，探头1可以是内窥镜探头。
图2详细地示出探头1。进入探头1的照射光光导5可以连接到位于探头1内部的滤光器21。滤光器21可以是可以使785nm照射光通过、同时阻挡任何其他波长的激光线滤光器。在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用任何其他类型的带通滤光器，这些带通滤光器可以使期望的激发光通过，并且可以滤除在光源2和滤光器21之间的照射光导5内部产生的背景拉曼和荧光信号。经过滤光的光可以被再次聚焦到探测光纤束组件22中的照射光纤25中。因为照射光光导的这个部分(照射光纤25)短，所以从光纤产生的背景拉曼和荧光可能很小。在远端22a，如图2A和2B所示，探测光纤束组件22被覆有滤光器组件23。从对象(即，组织28)诱发的拉曼信号可以被多个收集光纤30收集。在探测光纤束组件22的一种实现中，收集光纤30可以围绕照射光纤25布置。探头1还可以包括可以电气连接到控制器15(图1)的触发按钮或开关24。触发按钮或开关24可以触发光源2产生激发照射光和/或触发摄谱仪3和检测器4进行拉曼测量。
图2A是探头1的远端12的顶视图，该顶视图示出光纤束22和滤光器组件23。图2B详细地示出滤光器组件23。滤光器组件23可以包括被覆在照射光纤25的远端25a之上的短通滤光器23a以进一步减小背景信号。例如，短通滤光器可以使785nm激发光通过，同时可以阻挡高于810nm(810nm-1000nm)的光。滤光器组件23还可以包括可以被施加到收集光纤30的远端以阻挡背散射的激光进入探头1的长通滤光器覆层23b。例如，长通滤光器23b可以使815nm至1000nm的光通过，但是可以阻挡785nm激光。
图3示出示出探测光纤束组件的远端22a被覆有滤光器组件23的探头1的远端12。在图3中所示的实施例中，在探测光纤束组件的远侧公共端22a处，照射光纤25可以被定位在束组件的中心，并且其末端25a可以被覆有短通滤光器23a。收集光纤30可以围绕照射光纤25布置，并且它们的末端可以被覆有长通滤光器23b。在一种实现中，滤光器覆层23a、23b可以被直接蒸发到分别的光纤上。在另一种实现中，各个滤光器覆层23a、23b可以被蒸发到基板上以形成例如可以被胶合到探测光纤束组件22的远端22a的图案化滤光器。基板的尺寸可以尽可能地薄。滤光器组件23的由短通滤光器23a构成的部分可以被对齐以覆盖激发照射光纤25，而滤光器组件23的由长通滤光器23b构成的部分可以被对齐以覆盖收集光纤30。开槽通道31可以形成在探测光纤束组件22的远端22a处，其尺寸作为胶流出通道而定，以阻止胶从滤光器基板流到光纤上。如果胶到达光纤25、30，则它可以产生干扰的拉曼和荧光信号。通道31可以具有围绕滤光器组件23形成的圆形或任何其他合适的形状。
如图2所示，在探头1的近端11，探测光纤束组件22可以分成单个照射光纤5，以及被布置为形成检测光纤光导6(参见图1)的收集光纤束22。在一个实施方案中，在探头1的近端11，检测光导6可以具有诸如圆形、正方形、矩形或六边形的几何形状。如果需要，该形状可以是非填满的。
在一种实现中，照射光纤25可以为了光学隔离而被金属盖覆(例如，被金盖覆)以防止对收集光纤30的串扰。在一种实现中，照射光导25和/或每个收集光纤30可以包括防止光纤之间的串扰的抗反射覆层。探头1还可以包括位于探头1的远端12处的、使探头1与组织表面保持一个固定距离的开口26。探头1的内表面可以被涂黑以防止光反射。此外，探头1的内部应被覆有当来自组织28的反向散射的拉曼激发光入射在远端12的内部时不产生拉曼信号的材料。远端12可以由金属或塑料材料制成。在一种实现中，只有探头1的远端12可以被涂黑并且被覆有不产生拉曼信号的材料。在一个实施方案中，在测量完成之后远端12可以是用后即弃的以防止患者之间的交叉污染。在一种实现中，开口26可以是石英窗口或具有低拉曼和荧光背景的任何其他的材料。
为了在拉曼系统10的性能中实现高信噪比，探测光纤束组件22可以容纳大约五十(50)至一百五十(150)个芯直径为100μm的收集光纤30和一个200μm的照射光纤25。光纤25、30可以是数值孔径约为0.22的low-OH熔融石英类型。在一种工作模式下，光源2可以生成直径大小约为3.5mm的785nm激发斑点。该激发光可以在被照射的对象中诱发拉曼散射。收集光纤30可以被配置为在1秒或更短时间内按次序收集散射光以形成具有高信噪比的光谱。在探测光纤束组件22的近端11，收集光纤30可以被密集地填装成圆形光纤束以形成检测光导6。例如，检测光导6在探头1的近端11处的直径可以约为1-2mm。检测光导6可以在摄谱仪3的入口处连接到线性光纤适配器7(参见图1)。线性光纤适配器7可以包括圆形转抛物线线性阵列光纤束，诸如抛物线弧8。所以，在摄谱仪3的入口处，收集光纤30可以沿着抛物线对齐以校正摄谱仪3的像差以实现更好的光谱分辨率和更高的信噪比。检测光导6的收集光纤30可以沿着通过不锈钢圆筒件的激光钻孔而形成的曲线对齐。线性光纤适配器7可以在13mm弧长中容纳尽可能多的100μm芯的收集光纤30，允许每个光纤之间有一个小的间隙，以使得排成一列的光纤30可以模拟可以被成像到检测器4上的大约13mm高的狭缝。在抛物弧的中间，可以放置校准光纤8a，收集光纤30可以在校准光纤8a的上方和下方对称布置。线性适配器可以具有0.22的数值孔径以与摄谱仪3的数值孔径匹配来实现最佳的耦合效率。
摄谱仪3还可以包括滤光器9来选择感兴趣的拉曼带并且进一步确保没有激光进入到检测器4中。例如，滤光器9可以是可以使815nm-1000nm波带内的光通过、但是可以阻挡785nm激光线的长通滤光器。经过滤光的信号可以被引导到检测器4上。检测器4可以是像素化检测器，诸如电荷耦合器件(CCD)、电荷注入器件(CID)、强化CCD检测器、光电倍增管(PMT)检测器阵列、光电二极管阵列(PDA)、强化PDA等。来自检测器4的信号可以被引导到控制器15和处理单元14。控制器15可以被调适和配置为控制光源2以开启和关闭光源2，并且还控制光源2的输出功率。可替代地，光源2可以是自供电的，并且仅通过控制器15使用有线接口或无线接口来控制。控制器15可以被进一步调适和配置为控制进入检测器4和摄谱仪3的功率以开启和关闭检测器4并且读取拉曼光谱数据，而且还从检测器4接收光谱数据信号。控制器15可以从检测器4接收拉曼光谱数据，并且将它转发给处理单元14进行进一步处理和分析。此外，控制器15可以从处理单元14接收控制信号，以控制光源2、摄谱仪3和/或检测器4的操作。此外，控制器15可以连接到触发按钮或开关24以使得摄谱仪3和检测器4能够在触发按钮或开关24被按下或压下时进行拉曼光谱读取。
在一种实现中，控制器15可以被配置为发送信号到环境光源(未示出)，以自动地关闭环境光。例如，环境光可以被关断预定的时间，例如，一秒或两秒。在一个实施例中，一旦触发开关24被断开，它就可以发送信号到控制器15以关断环境光。一旦检测器4检测到被测量信号，它就可以发送信号到控制器15以开启环境光。这实际上可以提供告诉操作者测量已经完成的方式。在一个实施方案中，控制器15可以发送信号到该监视器，以在光谱测量期间自动地关断监视器并且当光谱测量一完成就开启该监视器，该监视器可以是处理单元14的一部分。
图4示意性地图示说明用于便利拉曼光谱学、反射光谱学和荧光光谱学的集成光谱学系统40。集成光谱学系统40可以包括手持光谱学探头41、单色光源42、白光和蓝光照射源43、光谱仪44、摄谱仪3、检测器4、控制器46和处理单元45。单色光源42可以是激光器，并且可以类似于图1的拉曼系统10那样提供能够在被照射的对象中诱发拉曼散射的激发光。如本文中以上关于图1的系统10所描述的由光源42产生并且通过滤光器21被滤出的激发光通过使用光导5和照射光纤25(参见图1-3)而被引导到受检查对象。光源43可以生成宽带照射，诸如用于反射光谱测量的白光照射光以及用于荧光光谱测量的激发照射光。光源43可以是单个单元，或者可以由递送期望的照射的光源的组合构成。一个或更多个LED可以提供用于生成白光照射和荧光激发光的照射。这些光源可以以高速率被电子地切换以提供两种模态的照射。在一个实施方案中，光源43可以是可以生成白光照射光和蓝色激发光的单个单元。
在一种实现中，光源42和43可以是单个单元，所述单个单元可以生成然后可以与光调制器相互作用的宽带照射光，所述光调制器诸如举例来说是可以由多个滤光器构成以提供多个输出照射光(诸如用于反射测量的白光照射、用于荧光测量的蓝色激发光、以及用于拉曼测量和/或NIR荧光测量的近红外(NIR)激发)的旋转滤光轮。
调制的照射光束被传送到探头41，并且被引导到被定为目标的对象。调制的照射光束可以与目标相互作用，目标响应于每个调制的照射光束可以生成分别的反射光谱信号、荧光光谱信号、拉曼光谱信号或NIR荧光光谱信号。拉曼光谱然后可以被收集光纤30收集，并且通过检测光导6可以被引导到线性光纤适配器7、摄谱仪3和检测器4。反射光谱和荧光光谱可以被引导到分别的光谱仪，诸如光谱仪44。光谱仪44可以是被配置为检测反射光谱和荧光光谱两者的单个光谱仪，或者可以是两个单独的光谱仪。例如，光谱仪44可以是紧凑型光谱仪，并且可以被配置为检测反射光谱和荧光光谱两者。来自检测器4和/或光谱仪44的信号可以被引导到处理单元45进行分析和显示。集成光谱学系统40还可以包括控制器46，该控制器46可以被调适和配置为控制光源42和43以顺序地开启和关断源42和43，而且还控制光源42/43的输出功率。可替代地，光源42/43可以是自供电的，并且仅通过控制器46使用有线接口或无线接口来控制。在一种实现中，控制器46可以被调适为控制光源42和43以使得两个光源都可以同时生成用于拉曼测量的照射光以及用于反射测量的白光。例如，激光器42可以生成785nm的激发光，并且光源43可以生成这样的照射光，该照射光可以被调制以使得它仅包含低于750nm的波长，以致白光照射光不干扰来自激光器42的激发照射。
在另一种实现中，控制器46可以被调适为控制光源42和43以使得两个光源都可以同时生成用于拉曼测量的照射光以及用于荧光测量的UV/可见激发光。例如，光源43可以生成这样的激发光，该激发光可以被调制，以使得它仅包含低于750nm的波长并且其诱发的荧光也低于750nm，以致由光源43生成的激发光不干扰来自激光器42的785nm激发照射。
控制器46可以被进一步调适和配置为控制检测器4和摄谱仪3以开启和关断它们并且读取拉曼光谱数据。此外，控制器46可以控制光谱仪44以开启和关断检测器44并且读取反射和荧光光谱数据。控制器46可以分别从检测器4和光谱仪44接收拉曼光谱和反射/荧光光谱，并且可以将分别的光谱转发给处理单元45以进一步处理和分析被测光谱并且向监视器或任何其他的可视系统显示这些光谱。此外，控制器46可以从光源42/43接收信号，并且可以控制摄谱仪3、检测器4、光谱仪44和/或处理单元45的操作。控制器46可以连接到触发按钮或开关47。开关47可以触发不同的光谱测量，诸如拉曼测量、反射测量、荧光测量或它们的组合。在一种实现中，控制器46可以被配置为发送信号到环境光源(未示出)，以自动地关断环境光。例如，环境光可以被关断预定的时间，例如，一秒或两秒。在一个实施例中，一旦触发开关47断开，它就可以发送信号到控制器46以关断环境光。一旦检测器4和/或光谱仪44检测到被测信号，它就可以发送信号到控制器46以开启环境光的。这实际上可以提供告诉操作者测量已经完成的方式。在一个实施方案中，控制器46可以发送信号到该监视器的功率系统，以在光谱测量期间自动地关断监视器并且当光谱测量一完成就开启该监视器。
所以，集成探头41可以便利拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量。这三种光谱测量可以顺序地执行，并且可以在一秒或两秒内完成。在一种实现中，如上所述，拉曼和反射光谱测量同时执行以进一步缩短总的三模态测量时间。在另一种实现中，UV/可见光激发荧光测量可以以使得荧光波长低于750nm这样的方式来配置，以使得它不干扰785nm激发拉曼测量，因此UV/可见荧光测量可以与拉曼测量同时执行。
用于拉曼测量的785nm激发光也可以诱发NIR荧光，所以NIR荧光测量和拉曼测量也可以同时执行。所以，集成光谱学系统40可以提供四种类型的光谱信息，诸如拉曼测量、NIR荧光测量、反射测量和UV/可见激发荧光测量。
图5是探头41的远端的顶视图，该顶视图示出被配置为向目标提供照射光并且收集从目标反射、散射或发射的返回辐射的探测光纤束组件50。探测光纤束组件50可以被配置为容纳用于诱发拉曼/NIR荧光测量的激发照射光纤25、用于收集反射的/散射的拉曼信号和/或发射的NIR荧光信号的多个收集光纤30。光纤束50进一步容纳一个或更多个反射(白光)照射光纤51、一个或更多个荧光激发光纤52、一个或更多个反射收集光纤53以及一个或更多个荧光收集光纤54。在图5中所示的实施例，照射光纤25可以位于束组件50的中心。例如，照射光纤25可以是单个200μm照射光纤。此外，所述一个或更多个反射(白光)照射光纤51、所述一个或更多个荧光激发光纤52、所述一个或更多个反射收集光纤53以及所述一个或更多个荧光收集光纤54在探测光纤束组件50的围绕激发照射光纤25的芯部55中可以位于中央。收集光纤30可以围绕芯部55填装以形成圆形束。收集光纤束可以包括大约五十至一百五十个芯直径为100μm的收集光纤30。仅仅为了图示说明的目的，光纤25、30、51、52、53和54可以是数值孔径约为0.22的low-OH熔融石英类型。反射照射/收集光纤51/53和荧光激发/收集光纤52/54可以被放置在拉曼激发光纤25和拉曼收集光纤30之间的环形空间之间。反射收集光纤53和荧光收集光纤54可以包括大约1至6个芯直径为100μm的收集光纤。在反射照射/收集光纤51/53和/或荧光激发/收集光纤52/54之上可以不存在滤光器，除了抗反射覆层之外。在一个实施方案中，滤光器可以被放置在照射光纤51和52之上以阻挡高于750nm的光以防止对拉曼照射光的任何干扰。在一种实现中，空间可以在拉曼激发光纤25和拉曼收集光纤30之间、以及反射照射光纤51和反射收集光纤53之间、以及荧光激发光纤52和荧光收集光纤54之间被提供以防止分别的组织信号之间的任何串扰和干扰。诸如长通滤光器23b和/或短通滤光器23a的滤光器可以被覆在如本文中以上所述的收集光纤30和/或激发照射光纤25之上。在一种实现中，滤光器23a和23b可以被覆在基板玻璃上，并且被对齐并胶合到如本文中以上所述的光纤束组件50的末端。此外，阻挡高于750nm的光的滤光器可以被放置在照射滤光器51和52之上以防止对拉曼照射光的干扰。在一种实现中，探头41的远侧尖端可以是用后即弃的以防止患者之间的交叉污染。
图6和图7图解式地图示说明用集成光谱探头41获得的皮肤组织的反射光谱的实施例(图6)以及皮肤组织的荧光光谱的实施例(图7)。
虽然已经示出并且描述了本公开的特定部件、实施方案和应用，但是将理解，本公开的范围不限于此，因为可以在不脱离本公开的范围的情况下(尤其是按照前述教导)进行修改。因此，例如，在本文中所公开的任何方法或处理中，构成该方法/处理的动作或操作可以按任何合适的顺序执行，并不一定限于任何特定的公开的顺序。在各种实施方案中，部件和组成部分可以被不同地配置或布置、被组合和/或被除去。上述各种特征和处理可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合都意图落在本公开的范围内。在整个本公开中提及的“一些实施方案”、“实施方案”等意指，结合实施方案描述的特定的特征、结构、步骤、处理或特性包括在至少一个实施方案中。因此，短语“在一些实施方案中”、“在实施方案中”等在整个本公开中的出现不一定全都指的是同一个实施方案，并且可以指代相同的或不同的实施方案中的一个或更多个。实际上，本文中所描述的新颖的方法和系统可以以各种其他的形式实施；此外，本文中所描述的实施方案的形式的各种省略、添加、替换、等同、重排和改变可以在不脱离本文中所描述的本发明的精神的情况下进行。
已经在适当的情况下描述了实施方案的各个方面和优点。要理解，所有这些方面或优点不一定都可以根据任何特定实施方案来实现。因此，例如，应认识到，各种实施方案可以以实现或优化如本文中所教导的一个优点或一组优点、但不一定实现如本文中可能教导或建议的其他方面或优点的方式实现。
本文中所使用的条件语言(诸如，除了其他条件语言之外，“可以(can)”、“可能(could)”、“可能(might)”、“可能(may)”、“等”诸如此类)除非另有明确陈述或者在所使用的上下文内另有理解，一般意图传达某些实施方案包括，而其他实施方案不包括，某些特征、部件和/或步骤，因此，这样的条件语言一般不意图暗示，特征、部件和/或步骤是一个或更多个实施方案以任何方式必需的，或者一个或更多个实施方案一定包括用于在有或没有操作者输入或提示的情况下决定这些特征、部件和/或处理包括在任何特定实施方案中或者将在任何特定实施方案中被执行的逻辑。没有一个特征或一组特征是任何特定实施方案必需的或必不可少的。术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的，并且被以开放式的方式包含性地使用，并且不排除附加的部件、特征、动作、操作等。另外，术语“或”是在其包含的意义上(而不是其排他的意义上)被使用的，以使得当被用于例如连接部件列表时，术语“或”意指该列表中的部件中的一个、一些或全部。
除非另有明确陈述，否则连接词语言，诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”，一般以所使用的上下文来理解，以传达，项目、项等可以要么是X、Y，要么是Z。因此，这样的连接词语言一般地不意图暗示，某些实施方案要求X中的至少一个、Y中的至少一个以及Z中的至少一个均存在。
本文中所描述的实施方案的示例计算、仿真、结果、曲线图、值和参数意图图示说明、而非限制所公开的实施方案。其他实施方案可以以不同于本文中所描述的说明性实施例的方式被配置和/或操作。实际上，本文中所描述的新颖的方法和设备可以以各种其他形式实施；此外，本文中所描述的方法和系统的形式的各种省略、替换和改变可以在不脱离本文中所公开的本发明的精神的情况下进行。

Claims (17)

1.一种便利拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量的集成光谱学系统，所述系统包括：
-光源，所述光源被配置为提供产生反射光谱的白光照射束、产生UV/可见荧光光谱的激发光束以及诱发拉曼光谱的窄带激发光束；
-耦合到所述光源的集成光谱学探头，所述光谱学探头包括：
-至少一个窄带激发光纤，所述至少一个窄带激发光纤被配置为将窄带激发光束传送到目标；
-至少一个白光照射光纤，所述至少一个白光照射光纤被配置为将白光照射束传送到所述目标；
-至少一个激发照射光纤，所述至少一个激发照射光纤被配置为将激发光束传送到所述目标；
-多个拉曼收集光纤，所述多个拉曼收集光纤被配置为响应于所述窄带激发光束收集从所述目标反射和发射的返回辐射；
-至少一个反射收集光纤，所述至少一个反射收集光纤被配置为响应于所述白光照射束收集从所述目标反射的返回辐射；以及
-至少一个荧光收集光纤，所述至少一个荧光收集光纤被配置为响应于所述激发光束收集从所述目标发射的返回辐射；
-第一检测器，所述第一检测器耦合到所述多个拉曼收集光纤以检测拉曼光谱；以及
-至少一个附加检测器，所述至少一个附加检测器耦合到所述至少一个反射收集光纤和/或所述至少一个荧光收集光纤以检测反射光谱和/或荧光光谱；
-其中，所述至少一个白光照射光纤、所述至少一个激发照射光纤、所述至少一个反射收集光纤和所述至少一个荧光收集光纤被放置在所述至少一个窄带激发光纤和所述多个拉曼收集光纤之间，并且与所述至少一个窄带激发光纤和所述多个拉曼收集光纤分开。
2.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中多个光谱测量在2秒或更短时间内执行。
3.如权利要求1所述的集成光谱学系统，还包括安装在所述光源前面的光调制器，所述光调制器被配置为调制来自所述光源的照射光并且提供所述白光照射光束、所述激发光束和所述窄带激发束。
4.如权利要求3所述的集成光谱学系统，其中所述光调制器包括第一滤光器、第二滤光器和第三滤光器，所述第一滤光器被配置为使低于750nm的可见光通过，所述第二滤光器被配置为使蓝色波长范围内的激发光通过，所述第三滤光器被配置为使785±5nm波长范围内的光通过。
5.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中所述光源包括单色光源、宽带光源和激发光源，所述单色光源被配置为提供所述窄带激发光束，所述宽带光源被配置为提供白光照射光束，所述激发光源被配置为提供所述激发光束，所述单色光源耦合到所述至少一个窄带激发光纤，所述宽带光源耦合到所述至少一个白光照射光纤，所述激发光源耦合到所述至少一个激发照射光纤。
6.如权利要求5所述的集成光谱学系统，其中所述宽带光源和所述激发光源集成为一个光源，所述集成光源被配置为顺序地提供白光照射光束和激发光束。
7.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中所述至少一个窄带激发光纤与所述多个拉曼收集光纤隔开；所述至少一个白光照射光纤与所述至少一个反射收集光纤隔开；并且所述至少一个激发照射光纤与所述至少一个荧光收集光纤隔开。
8.如权利要求1所述的集成光谱学系统，还包括安装在所述光谱学探头的远端的滤光器组件，所述滤光器组件包括短通滤光器和长通滤光器，所述短通滤光器被放置在所述至少一个窄带激发光纤之上以使785±5nm波长范围内的光通过，所述长通滤光器被放置在所述多个拉曼收集光纤之上以阻挡785nm波长范围内的光并且使高于800nm的波长范围内的光通过。
9.如权利要求8所述的集成光谱学系统，其中所述滤光器组件被胶合到所述探头的远端，所述探头还包括形成在所述远端的、被配置为捕获任何多余的胶的开槽通道。
10.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中所述探头还包括在所述探头的近端安装到所述探头的滤光器，所述滤光器耦合到所述至少一个窄带激发光纤以使785±5nm波长范围内的光通过。
11.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中所述至少一个附加检测器是紧凑型摄谱仪。
12.如权利要求1所述的集成光谱学系统，还包括与所述光源光通信以控制所述光源的输出照射的控制系统。
13.如权利要求12所述的集成光谱学系统，其中所述控制系统与所述第一检测器和所述至少一个附加检测器光通信，所述控制系统被配置为控制所述第一检测器和所述至少一个附加检测器的操作。
14.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中所述光源同时提供所述白光照射束和所述窄带激发束，以使得所述第一检测器和所述一个附加检测器同时提供所述拉曼光谱和所述反射光谱。
15.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中所述光源同时提供所述激发光束和所述窄带激发光束，以使得所述第一检测器和所述一个附加检测器同时提供所述拉曼光谱和所述荧光光谱。
16.如权利要求1所述的集成光谱学系统，其中所述光源被配置为提供同时产生拉曼光谱和红外荧光光谱的窄带照射光束，以使得所述第一检测器被配置为同时提供所述拉曼光谱和所述红外荧光光谱。
17.一种使用权利要求1的所述集成光谱学系统来进行拉曼光谱、反射光谱和荧光光谱的集成测量的方法。
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