CN105424652B - 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置 - Google Patents

用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105424652B
CN105424652B CN201510754048.6A CN201510754048A CN105424652B CN 105424652 B CN105424652 B CN 105424652B CN 201510754048 A CN201510754048 A CN 201510754048A CN 105424652 B CN105424652 B CN 105424652B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
bands
turbid medium
wavelength bands
broadband light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510754048.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105424652A (zh
Inventor
M.B.范德马克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN105424652A publication Critical patent/CN105424652A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105424652B publication Critical patent/CN105424652B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4795Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0229Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using masks, aperture plates, spatial light modulators or spatial filters, e.g. reflective filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/027Control of working procedures of a spectrometer; Failure detection; Bandwidth calculation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/10Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/42Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

提供了一种用于光学检查混浊介质的内部的方法。该方法包括下述步骤:提供宽带光(2);空间上分离包含在所述宽带光中的多个波段(2a,2b,…,2n);分别调制所述多个波段(2a,2b,…,2n);将多个经调制的波段重组为频谱编码的宽带光束(11);使用所述频谱编码的宽带光束(11)照射混浊介质(8);使用检测器(9)检测从混浊介质(8)发出的光以及使用解调器(10)解调被检测光以提供光谱信息。

Description

用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置。
背景技术
在本申请的上下文中,措辞混浊介质理解为是指由具有高光散射系数的材料构成的物质,例如英脱利匹特注射液(intralipid solution)或者生物组织。措辞光理解为是指非电离电磁辐射,特别是波长介于400nm和1400nm范围内的非电离电磁辐射。
在过去的几十年中,诸如生物组织的混浊介质的光学系统(optics)已经成为一个广泛的研究领域并且已经发现了在例如监测(例如脉冲血氧仪)、化妆品(例如葡萄酒色斑去除)和癌症治疗(例如光动力疗法)中的临床应用。已知用于对混浊介质光学成像(特别是用于对生物组织成像)的若干技术,例如光学相干断层扫描、共聚焦显微术、双光子显微术和漫射光学断层扫描。在漫射光学成像中,可以存在包括许多源和检测器位置的测量几何形式,以用于采集3-D断层扫描图像,或者例如可以使用具有有限数目的源和检测器(例如在手持式探针中)的几何形式来提供待成像物体的简单映射(map)或读出仅仅一个或多个特定参数。在这些应用中,典型地使用可见光、NIR(近红外)和/或IR(红外)光,并且例如可以以连续波、以脉冲形式或者以光子密度波来提供这种光。而且,使用单色光、多波长光或连续光谱的若干不同技术在本领域中是已知的。另外可以利用组织固有的荧光或者荧光造影剂的荧光。这些应用都以一种或另一种方式受益于组织中存在的光谱特征,如下面参考图1所解释。
图1中示出例如在乳房组织中存在的主发色团的吸收光谱。在图1中,示出主发色团的各个吸收作为波长的函数,可以看出,主发色团血红蛋白、氧合血红蛋白、水和脂质的吸收属性在它们与入射光波长的依存性上显著不同。另外可以看出,这些成份的光谱没有表现出窄光学带宽的特征,而是仅仅表现出具有相当大带宽的特征。
对组织的光谱分析允许利用不同的光谱特性,使得组织的发色团且因此组织的组成可以被确认,且在需要时被可视化和/或分析。依据对从组织发出的漫射光的活体内光学光谱分析的有希望实例包括对乳腺癌成像(例如通过漫射光学断层成像)、荧光成像(例如使用固有的荧光或者荧光造影剂)以及对糖尿病的监测。然而,在对诸如组织的混浊介质的光谱分析中出现的固有问题在于,由于光在组织中较高的固有光散射量,从所检查的混浊介质发出的光强烈地衰减以及甚至更重要地是漫射性质的。一旦光是漫射的,光无法被有效地准直,因此对从这种混浊介质发出的光进行光谱采集是低效率的。这种低效率成为改善组织光学的应用性所必须克服的问题。将在下面描述这种低效率的原因。
为了理解在混浊介质的光学检查中出现的收集低效率,需要更进一步了解光学特性。“集光率(etendue)”G也称为接受性、透光率、光捕获或收集能力,它是表征光在面积和角度上如何“展开”的光学系统的属性。可以以若干等价方式限定集光率。从源的角度,它是源的面积A乘以从源看到的与系统入射光瞳对向的立体角Ω,即G=AΩ。这种乘积示于图2。从系统的角度,集光率为入射光瞳的面积乘以从光瞳看到的与源对向的立体角。然而,这些限定应用于面积和立体角无穷小“单元”且必须在源和光阑二者上求和。理想的光学系统将产生具有与源相同的集光率的图像。换言之,在理想光学系统中,集光率是守恒的;然而在非理想的真实系统中,集光率一般变差(即,变为更高的值)。集光率与拉格朗日不变量和光学不变量有关。
在用于其中漫射光将被耦合到分光计(spectrometer)内的混浊介质的光学检查的系统中,分光计的集光率(或收集能力)本征地远小于漫射源(其本性上具有接近最大可能值的集光率)的集光率。常规分光计依据缝隙或针孔的狭窄程度以获得其检测器上充分的空间分辨率,因为空间分辨率随后转化为光谱分辨率。因为由于上述集光率失配的原因,对例如从由生物组织形成的混浊介质发出的漫射光的光谱分析是固有低效率的,这严重损害了检测阈值和采样时间。已经发现,在检测器侧,几乎无法解决这种集光率问题。考虑到集光率失配,利用大集光率检测器将是优选的。然而,考虑到所需要的光谱分辨率,在常规布置中这一点是不可能的。
原则上,使用光电倍增管(PMT)作为这种装置中的检测器将是有利的,因为它非常灵敏(内部增益)并具有快速响应(高带宽)和大面积(高集光率)。然而,使用光电倍增管(PMT)伴随着诸如有限动态范围以及容易过度曝光的一些问题。另外,在光谱的近红外(NIR)处,PMT的灵敏度显著下降。
在活生物组织的检查方面,存在另外的约束。需要具有高功率和亮度的白光源以满足在测量质量方面最高可能的要求。如果测量时间是个问题,则需要亮的源。基于利用穿过多孔纤维传播的强飞秒光脉冲的超连续谱生成,已经可获得极亮的白光源。然而,在生物组织中存在所谓的最大允许曝光(MPE)。对于在近红外中小光斑尺寸的亚秒曝光,最大允许曝光可以约为1瓦特。
最近发明了新型的分光计,即基于编码孔径成像的“矩阵分光计”。它使用一种称为多模多元光谱分析(MMS)的技术,这种技术采用具有编码掩模的大面积孔径,在给定相同光谱分辨率的条件下,使光通过量增大一个数量级。US 7,301,625 B2示出用于漫射源的光谱表征的孔径编码分光计。常规分光计的缝隙被空间滤波器或掩模替代。提出了使用许多不同掩模。
US 2005/0185179 A1示出了一种使用多元微机电系统(MEMS)或衍射微机电系统(D-MEMS)装置的傅立叶变换分光计设备。多色光源首先被色散部件衍射或折射。色散束被多元MEMS设备拦截。MEMS设备通过相应MEMS元件使用不同的时变调制来编码其每个光谱分量。光辐射被组合成单束并分离。探测光被引导到样品,并且透射或反射光由光电检测器检测。
US 6,031,609示出了一种使用多元液晶显示器的傅立叶变换分光计。
WO 02/27285 A1示出了一种具有辐射源、波长色散装置和数字微镜阵列的空间光谱信息处理系统。来自样品的光谱分量在空间上被色散并被分别调制。
DE 195 33 102 A1示出了一种用于借助光检查组织的装置。该装置包括多个光源,光源的光用于照射组织。
发明内容
本发明的目的是改善光谱检查混浊介质的内部的光效率且由此改善检测阈值和/或采样时间。
该目的通过根据本公开一个实施例的用于光学检查混浊介质的内部的方法来实现。由于多个波段被分别调制且随后被重组,可以使用大面积和/或大接收角检测器对混浊介质进行光谱分析。这增大了效率并允许更低的检测阈值和/或更短的采样时间。由于宽带光用作输入,可以使用比较便宜的白光源来提供用于照射混浊介质的光。因而可以实现总成本的降低。
根据一个方面,至少两个波段在波长方面具有不同宽度。
优选地,多个波段被调制,使得在宽带光中相邻的至少两个波段在解调器中的解调过程方面是不相邻的。这种情况下,可以可靠地抑制串扰效应。例如,在其波长范围方面直接相邻的两个波段(频道)被调制为使得,在调制方案方面,通过调制的频道编码按照下述方式进行:检测器/解调器布置“看到”彼此不相邻的位置处的频道。结果是,可以可靠地区分对应于不同频道的检测信号。
优选地,多个波段的不同波段被调制,使得对于至少两个相邻波段,由检测器检测的强度在同一个数量级。这种情况下,可以可靠地防止在直接相邻的频道包括大的强度差异时会导致的串扰。
根据一方面,多个经调制的波段在照射混浊介质之前被检测和分析;且结果被反馈到调制多个波段的步骤。因而,频谱编码光的准直束的光谱可以依据分析的结果调节。频道的分布和强度可以被调节,从而例如控制该准直束满足最大允许曝光(MPE)的要求。
优选地,解调器向调制多个波段的步骤提供反馈。这种情况下,频谱编码光的准直束的光谱可以依据在准直束已经经过混浊介质之后采集的信息调节。因而,通过适当地调节调制过程可以可靠地分辨混浊介质的特定光谱特征。另外,基于该信息,可以减轻由调制过程导致的串扰效应。
该目的另外通过根据本公开一个实施例的用于光学检查混浊介质的内部的装置来实现。由于多个波段被分别调制且随后重组,能够实现使用大面积和/或大接收角检测器的混浊介质光谱分析。这增大了效率并允许更低的检测阈值和/或更短的采样时间。由于宽带光用于提供用于照射的光,可以使用比较便宜的白光源来提供用于照射混浊介质的光。因而可以实现总成本的降低。
优选地,提供用于在进入测量体积之前分析多个经调制的波段的分析单元,该分析单元向空间光调制器提供反馈。这种情况下,频谱编码的宽带光束可以在其撞到混浊介质之前的位置处被分析。因而,例如可以考虑最大允许曝光(MPE)来调整不同波段的分布和强度。
如果解调器向空间光调制器提供反馈,则可以依据在光已经经过混浊介质之后采集的信号来调节在空间光调制器中进行的光调制。因而,可以调节该调制,使得可以可靠地分辨混浊介质的光学特征。
如果检测器为光电倍增管,则可以实现高灵敏度(内部增益)、快速响应(大带宽)和大面积(高集光率)。如果使用光电倍增管与反馈回路的结合,则可以可靠地防止光电倍增管的过度曝光且可以将入射辐射调整到光电倍增管的动态范围。
如果空间光调制器包括微镜装置或液晶装置,特别是与反馈回路结合,则可以容易地实现调制的动态调节。
如果宽带光源适合于发射偏振光,则(特别是与偏振光束分离器结合)可以进一步改善效率,因为与使用非偏振光和标准光束分离器的实施方式相比,更多光可以被发送到混浊介质。
优选地,该装置为医学光学检查装置。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从结合附图的实施例的详细描述中显现。
图1示意性示出不同发色团的吸收光谱。
图2为用于解释集光率的图。
图3示意性示出示范性设置。
图4示意性示出第一实施例。
图5示意性示出第二实施例。
图6示意性示出第三实施例。
具体实施方式
示范性设置
现在首先将参考图3描述示范性设置。所示的用于检查混浊介质的内部的装置由空间光调制光谱分析装置形成。该装置包括发射宽带光的准直束2的光源1、频带分离器3、空间光调制器4、光重组单元6、用于容纳混浊介质8的测量体积7、检测器9以及解调器10。
按发射具有高功率和亮度的白光的方式选择光源1,即,束2包括连续的宽带的波长,所述波长涵盖大量波长,优选地位于可见、IR和/或NIR中。光源1可以是脉冲的。例如,光源1为基于超连续谱生成的极亮的白光源。例如,这通过使用传播穿过多孔纤维的强飞秒光脉冲实现。然而,也可以使用发射白光的非常简单的灯。
宽带光的准直束2被引导到频带分离器3。频带分离器适合于使得其在空间上分离包含在宽带光束2中的多个波段(2a,2b,…,2n)。例如,频带分离器3可以由光栅形成,该光栅适合于在空间上分离包含在宽带光束2中的不同频带的波长。应当注意,不同频带的波长既不需要在波长范围方面具有相同的宽度,彼此之间也不需要具有相同的波长间隔(波长间隔)。
空间上分离的波段(2a,…,2n)被引导到空间光调制器(SLM)4,该空间光调制器(SLM)4用于在空间上调制分离的波段,使得波段(2a,…,2n)中的每一个接收特定调制。在本实例中,空间光调制器4是透射类型的。空间光调制器4包括输入透镜41、光调制单元42、输出透镜43以及调制源5。输入透镜41使得不同波段的各束平行。光调制单元42连接到调制源5,该调制源5控制光调制单元42的操作。光调制单元42可以例如以专用尼普科夫型圆盘或斩波器等形式以机械方式实现。优选地,光调制单元42由微镜装置或液晶装置形成。
可以应用本领域中已知的不同光调制方式。例如可以应用频分复用或时分复用或者二者。对波段(频道)进行调制所依据的调制方案由光调制单元42协同调制源5给出。
独立调制的波段(2a,2b,…,2n)由光重组单元6重组成频谱编码的宽带光的准直束11,该光重组单元6例如可以由另一光栅形成。
频谱编码的宽带光的准直束11用于照射容纳在测量体积7中的所检查的混浊介质8。由于混浊介质8(该混浊介质例如可以由女性乳房的活的生物组织形成)的混浊性质,响应于该照射,从混浊介质产生漫射光。
从受照射混浊介质8发出的漫射光由检测器9检测。检测器9由包括大面积和/或接收角的高集光率光电检测器形成。合适的大面积的高NA检测器为光电二极管、APD阵列(雪崩光电二极管阵列)以及光电倍增管(PMT)。
由检测器9检测的信号被解调器10解码/解调从而恢复从混浊介质8发出的漫射光中所包含的光谱信息。因而,获得由混浊介质8施加在所发出的光上的组织特定光谱。这种所获得的光谱随后由解调器10作为输出信号12输出。
应当注意,在该实例中,频带分离器3、光重组单元6、透镜以及光调制单元42布置在所谓的4-f配置中。
因而,根据该实例,可具有不同宽度和/或间隔的来自准直白光源的许多预定波段(频道)中的每一个可以使用频带分离器3和空间光调制器4(SLM)在频域和时域中编码。波段由光重组单元6重组到单一准直束11。可能任意大的光学带宽(白光)的经准直和编码的束11用于照射例如可以由生物组织形成的混浊介质8。根据该实例,从混浊介质8发出的漫射光由高集光率光电检测器(包括大面积和/或接收角)检测,该检测器之后是解调器,使得以高检测效率获得光谱。因而,经频谱编码的光有利地与漫射光光谱分析和大面积、高NA检测器(例如光电二极管、雪崩光电二极管阵列或者光电倍增管)结合。接收的信号被解码/解调以恢复光谱信息并因此获得由混浊介质铭记在从混浊介质发出的光上的介质特定光谱。
原则上,在源侧(即在混浊介质8之前的光路中),将由空间光调制器4中的光谱交叠和杂散光以及由空间光调制器4和关联驱动器电子设备中的电耦合和交叉调制引起串扰。另外,在检测器侧,解调可能导致光谱频道之间的附加串扰。有利地,通过均衡检测器上相邻频道(所述频道可能引起大多数的串扰)可以使串扰效应最小化。在第一实施例中,这可以通过例如基于参考测量或预期结果在带宽和中心位置方面适当地选择频道来实现。于是可以选择应用于空间光调制器4中特定波段(频道)的调制以实现期望的结果。另外,基于这种输入信息,可以在空间光调制器4中消除对测量结果无有效贡献的频道(即特定波段)。在应用于作为混浊介质8的生物组织时,后者对于组织上的总曝光是有益的,因为其余频道中的光学功率可以被增大而不违反MPE(最大允许曝光)限制。
另外,可以操作空间光调制器4使得遵循非常复杂的调制方案,在该调制方案中,在检测侧,相邻频道(波段)在经转变的RF域中是不相邻的。这种情况下,相关频道被独立地调制,使得对于解调与被检测的漫射光对应信号的解调器10,这些相关频道不彼此相邻。
可以在测量之间改变波段的顺序和/或分布,且不同测量的联合结果可用来确认和抑制串扰效应。例如,在频道顺序和/或分布的一种配置中,光谱中的先验已知的特征可能掩蔽另一个更精细但是重要的特征,但是在另一种配置中不掩蔽该特征。因而,如果波段的顺序和/或分布改变,则可以分辨更精细特征。因为在图1中可以看出,生物组织中的光谱特征没有表现出光学带宽中小于几纳米的特征,这些结果可以在串扰和频道数目均保持在合理限制内时获得。
该实例使得能够使用大面积和/或大接收角检测器对高散射性的介质进行光谱分析。这增大了效率并允许更低的检测阈值和/或更短的采样时间。该实例另外允许在前端(即,在光被引导到混浊介质之前)使用相当便宜的白光源以及相对标准的分光计,而不是如现有技术的情形那样使用昂贵的光源(例如多个激光器)和昂贵的分光计。现有技术需要这种昂贵的部件,因为在已知实施方式中,由于置于混浊介质之后的光路中的分光计的小接收面积和/或窄接收角原因,丧失许多光。因而,根据该实例,可以实现总成本的降低。
第一实施例
现在将结合图4描述第一实施例。第一实施例基本上对应于上述的实例,但是包括将予以描述的附加特征。因此,相同的部件用相同的参考符号表示且将省略对它们的描述。
第一实施例与上述实例的不同之处在于,在光调制单元42之后的光路中引入光束分离器20。该光束分离器将多个经调制的波段中的每一个波段的一部分耦出,并且经由透镜21将其引导到光分析单元22。光分析单元22分析多个经调制的波段中的光分布并将结果作为输出信号23输出。光分析单元22可以例如由分光计形成。
光分析单元22还耦合到空间光调制器4的调制源5以向调制源5提供反馈信号24。调制源5还耦合到解调器10以提供指示所进行的调制的调制信号25。调制信号25允许解调器10进行适当的解调操作。
因而,在第一实施例中实现了反馈回路。该反馈回路允许监测和变更用以照射混浊介质8的光谱。反馈回路以下述方式操作:经由光束分离器20和光分析单元22,确定不同经调制的波段的分布和强度。反馈信号24向调制源5提供关于由光分析单元22获得的结果的信息。基于此信息,调制源5调整针对不同分离的波段(2a,…,2n)的调制。该调整可以按下述方式进行:用以照射混浊介质的光谱变为均衡(在不同频道方面)或者按照尤其适于所检查的混浊介质8的特定方式被成形。
此外,第一实施例实现了已结合上述实例描述的优点。
第二实施例
现在将结合图5描述第二实施例。第二实施例基本上对应于第一实施例,但是包括将如下文描述的附加反馈。同样,相同的部件用相同的参考符号表示且将省略对它们的描述。
在图5中可以看出,提供了从检测侧(在混浊介质之后)到源侧(在混浊介质的上游)的附加反馈回路。根据所示的实例,解调器10输出反馈信号26,该反馈信号26被提供到调制源5并因而被提供到空间光调制器4。
采用这种布置,可以实现另外的有利特征。例如,基于反馈信号26中的反馈信息,可以将源光谱(即用于照射混浊介质8的频谱编码的宽带光的光谱)以及不同频道的强度适当地改变为最优的探测光谱。所述改变可以依据特定混浊介质8的特性以及MPE限制来进行。另外,通过适当地优化用于照射混浊介质8的光的光谱形状和光强度,可以使噪声和串扰最小化。
应当注意,第二实施例也实现了已结合上述实例和第一实施例描述的优点。
第三实施例
现在将结合图6描述第三实施例。上述实例和第一至第二实施例都包括透射类型的空间光调制器4。第三实施例与第二实施例的不同之处基本上在于,使用了折叠光学布置和反射类型的空间光调制器4a。同样,相同的部件用相同的参考符号表示且将省略对它们的描述。
在图1中可以看出,来自光源1的宽带光的准直束2被引导到光束分离器50,该光束分离器50将束引导到频带分离器3,该频带分离器3例如可以如上述实例和第一至第二实施例那样由光栅形成。另外在此第三实施例中,频带分离器3分离包含在宽带光的束2中的多个波段(2a,2b,…,2n)。空间上分离的波段(2a,…,2n)被引导到空间光调制器(SLM)4a,该空间光调制器4a包括输入透镜41a和光调制单元42a。然而,在该第三实施例中,光调制单元42a为反射类型,即,其包括至少一个反射元件并且如在先前实施例中那样分别调制分离的波段(2a,…,2n)。由于反射型布置的原因,经调制的波段再次被引导到输入透镜41a,该输入透镜还用作输出透镜。经调制的波段被引导到形成空间光分离器3的光栅,该空间光分离器3在此实施例中还用作光重组单元6。在该光重组单元6中,经调制的波段(频道)被重组成频谱编码的宽带光的准直束11。该准直束11经过光束分离器50并照射所检查的混浊介质8。其他特征与第二实施例类似且因而不再予以描述。特别地,在透镜41a和光调制单元42a之间提供用于将光耦合到光分析单元22的光束分离器20。
优选地,在此实施例中,按顺序使用产生线偏振束的光源、偏振光束分离器50和四分之一波片60以获得输入束2和(重组的)输出束的有效分离。输出束将与输入束正交取向地线偏振。与使用标准光束分离器和非偏振光的配置相比,当使用偏振光束分离器和偏振光时,更多的光可以被发送到混浊介质。而且,不出现反馈到输入的任何反馈。注意,四分之一波片60可以插在光栅之前或之后或者插在空间光调制器前面(如图6中60'所示)。四分之一波片60甚至可以是空间光调制器的组成部分。可以使用这些位置的每一个,这种选择取决于光路中其它光学部件的偏振属性。
第三实施例基本上实现了与上述实例和第一至第二实施例相同的优点。特别地,在这里也实现了结合第一和第二实施例描述的反馈回路。然而,由于折叠光学布置,允许节省空间的布置。
应当注意,结合作为第三实施例备选的第四实施例描述的折叠光学布置不限于此。本领域技术人员将理解,使用反射类型的空间光调制器的折叠光学布置也可以在第一和第二实施例中使用。另外,偏振光(利用发射偏振光的光源、四分之一波片和偏振光束分离器)可以有利地在使用回折(back-folded)光路的所有实施例中使用。
现在将给出包括4-f配置的系统的规格的实例。例如,首先确定空间光调制器的像素尺寸△x(例如对于具有20kHz带宽的典型的快速DMD,△x=15µm)。接着确定将通过这种像素的单个频道的波长区间△λ(例如△λ=3nm)。接着确定频道数目N或最大波长跨度(例如N=100)。从这些值推出空间光调制器的尺寸和透镜的数值孔径。一旦其它规格已经确定,则推断出所要求的光栅(频带分离器和光重组单元)的属性。接着,必须估计系统损耗且必须选择具有适当波长跨度和输出强度的源。例如,来自波长范围为650nm至950nm(中心波长为800nm)的Fianium超连续谱激光的5毫瓦/nm、单模纤维、明亮的源看上去尤为合适。
在某些情形中,使用结合了大感光面积(例如若干平方厘米)与高带宽(例如几百MHz)的光电倍增管作为检测器将是有益的,因为这将允许与此说明书中描述的技术结合使用光子密度波(PDW)。
应当注意,就上述实例和实施例而言,可以应用频分复用(例如正弦调制的若干不同源)和/或时分复用。另外,可以应用扩频无线电技术。
有可能利用光谱的成形从而最优化混浊介质8的光谱特征或最大允许曝光(MPE)或者这二者,这在对生物组织的医学应用中尤为有关。例如,波段的位置和宽度可以选择为使得对发色团的特定光谱特征的灵敏度(见图1)增大。应当注意,在此上下文中,不同波段(2a,…,2n)可具有大不相同的宽度或中心距离。
由于不同波段被独立地调制,通过选择,光谱中相邻的光谱特征在调制光谱中不必相邻。这可有利地用于阻止串扰的出现。
上述实例和实施例的教导可以与MMS(多模多元光谱分析)结合从而例如改善波段之间的串扰。
如果空间光调制器4为微镜装置或液晶装置,则动态调节(与反馈回路结合)是可能的。反馈回路的使用允许控制系统的动态范围使得其被最优化且光电倍增管(PMT)可以用作检测器。反馈回路提供了可以可靠地防止PMT的过度曝光。结果是,使用PMT与反馈回路的组合来控制光强度,这允许实现高灵敏度的高带宽、高集光率系统。

Claims (13)

1.用于光学检查混浊介质的内部的方法;该方法包括下述步骤:
提供宽带光(2);
空间上分离包含在所述宽带光中的多个波段(2a,2b,…,2n);
分别调制所述多个波段(2a,2b,…,2n);
将多个经调制的波段重组为频谱编码的宽带光束(11);
使用所述频谱编码的宽带光束(11)照射混浊介质(8);和
使用检测器(9)检测从混浊介质(8)发出的光以及使用解调器(10)解调被检测的光以提供光谱信息;其特征在于
基于被检测的光,提供反馈到调制所述多个波段(2a,2b,…,2n)的步骤,以便适应性改变所述多个波段(2a,2b,…,2n)的光谱和强度。
2.根据权利要求1的方法,其中所述多个波段(2a,2b,…,2n)的至少两个波段在波长方面具有不同宽度。
3.根据权利要求1或2的方法,其中所述多个波段(2a,2b,…,2n)被调制为使得在宽带光(2)中相邻的至少两个波段在解调器(10)中的解调过程方面是不相邻的。
4.根据权利要求1或2的方法,其中所述多个波段(2a,2b,…,2n)的不同波段被调制为使得对于至少两个相邻波段,由检测器(9)检测的强度在同一个数量级。
5.根据权利要求1或2的方法,其中多个经调制的波段在照射混浊介质(8)之前被检测和分析,且结果被反馈到调制所述多个波段(2a,2b,…,2n)的步骤。
6.根据权利要求1或2的方法,其中解调器(10)向调制所述多个波段(2a,2b,…,2n)的步骤提供所述反馈。
7.用于光学检查混浊介质的内部的装置;该装置包括:
宽带光源(1),其发射宽带光(2)束,
频带分离器(3),其在空间上分离包含在宽带光中的多个波段(2a,2b,…,2n);
空间光调制器(4,4a),其分别调制所述多个波段(2a,2b,…,2n);
光重组单元(6),其将多个经调制的波段重组为频谱编码的宽带光束(11);
测量体积(7),其用于容纳使用频谱编码的宽带光束(11)照射的混浊介质(8);
检测器(9),其检测从测量体积(7)发出的光;以及
解调器(10),其解调被检测的光以提供光谱信息;其特征在于
反馈回路,其基于被检测的光向空间光调制器(4,4a)提供反馈信号(24,26),以便适应性改变所述多个波段(2a,2b,…,2n)的光谱和强度。
8.根据权利要求7的装置,其中提供用于在进入测量体积(7)之前分析所述多个经调制的波段的分析单元(22),该分析单元(22)向空间光调制器(4,4a)提供所述反馈。
9.根据权利要求7或8的装置,其中该解调器(10)向空间光调制器(4,4a)提供所述反馈。
10.根据权利要求7或8的装置,其中该检测器(9)为光电倍增管。
11.根据权利要求7或8的装置,其中该空间光调制器(4,4a)包括微镜装置或液晶装置或斩波器或尼普科夫圆盘。
12.根据权利要求7或8的装置,其中该宽带光源(1)适合于发射偏振光。
13.根据权利要求7或8的装置,其中该装置为医学光学检查装置。
CN201510754048.6A 2008-06-17 2009-06-12 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置 Active CN105424652B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08158407.0 2008-06-17
EP08158407 2008-06-17
CN2009801228493A CN102066908A (zh) 2008-06-17 2009-06-12 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801228493A Division CN102066908A (zh) 2008-06-17 2009-06-12 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105424652A CN105424652A (zh) 2016-03-23
CN105424652B true CN105424652B (zh) 2020-02-07

Family

ID=41110971

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510754048.6A Active CN105424652B (zh) 2008-06-17 2009-06-12 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置
CN2009801228493A Pending CN102066908A (zh) 2008-06-17 2009-06-12 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801228493A Pending CN102066908A (zh) 2008-06-17 2009-06-12 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8531662B2 (zh)
EP (1) EP2304411B1 (zh)
JP (1) JP5666435B2 (zh)
CN (2) CN105424652B (zh)
BR (1) BRPI0909916A2 (zh)
RU (1) RU2507503C2 (zh)
WO (1) WO2009153719A1 (zh)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5398009B2 (ja) * 2010-03-17 2014-01-29 学校法人北里研究所 オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置及び断層像の撮影方法
CN102858233B (zh) 2010-04-21 2015-11-25 皇家飞利浦电子股份有限公司 脂水比的确定
US20120127557A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus and method for irradiating a medium
CN103282765B (zh) 2011-01-04 2016-08-10 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于关联的组织的光学分析的设备
WO2012127378A1 (en) 2011-03-22 2012-09-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. An apparatus for optical analysis of an associated tissue sample
US9179843B2 (en) 2011-04-21 2015-11-10 Hassan Ghaderi MOGHADDAM Method and system for optically evaluating proximity to the inferior alveolar nerve in situ
US20140117256A1 (en) 2011-06-28 2014-05-01 Koninklijke Philips N.V. Appratus for optical analysis of an associated tissue sample
US9030663B2 (en) * 2011-10-31 2015-05-12 Exelis Inc. Remote absorption spectroscopy by coded transmission
CN104284635B (zh) 2012-01-20 2017-08-29 皇家飞利浦有限公司 电手术系统、电手术设备和用于操作电手术系统的方法
WO2013111053A1 (en) 2012-01-27 2013-08-01 Koninklijke Philips N.V. An apparatus for optical analysis of an associated tissue
CN102798612B (zh) * 2012-08-08 2015-08-19 李朝晖 一种利用ofdm信号进行折射率测量的装置及方法
US9163929B2 (en) * 2012-08-23 2015-10-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Tomographic image generation apparatus having modulation and correction device and method of operating the same
KR102018814B1 (ko) * 2012-08-23 2019-11-04 삼성전자주식회사 변조 및 보정장치를 갖는 단층 영상 생성장치 및 그 동작방법
WO2015162197A2 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 Universiteit Gent Integrated spectrometers with single pixel detector
RU2595759C2 (ru) * 2014-07-04 2016-08-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Способ и устройство для захвата изображения и одновременного извлечения глубины
US9872012B2 (en) 2014-07-04 2018-01-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for image capturing and simultaneous depth extraction
JP6602365B2 (ja) 2014-07-22 2019-11-06 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 光フィードバックを有する組織シーリングデバイス
EP3020345A1 (en) 2014-11-14 2016-05-18 Koninklijke Philips N.V. Tissue sealing device with optical feedback
US9730649B1 (en) 2016-09-13 2017-08-15 Open Water Internet Inc. Optical imaging of diffuse medium
CN107241550B (zh) * 2017-06-26 2019-10-29 清华大学 基于时分复用的快速单像素频域成像方法
FR3075401B1 (fr) * 2017-12-14 2021-12-17 Alveole Microscopie 3d spectrale en champ large
US10778912B2 (en) 2018-03-31 2020-09-15 Open Water Internet Inc. System and device for optical transformation
US10778911B2 (en) 2018-03-31 2020-09-15 Open Water Internet Inc. Optical transformation device for imaging
US10506181B2 (en) 2018-03-31 2019-12-10 Open Water Internet Inc. Device for optical imaging
CN108760645B (zh) * 2018-05-29 2021-07-16 电子科技大学 一种强散射材料的光热效应测量系统及其测量方法
US10966612B2 (en) 2018-06-14 2021-04-06 Open Water Internet Inc. Expanding beam optical element
US10962929B2 (en) 2018-09-14 2021-03-30 Open Water Internet Inc. Interference optics for optical imaging device
US10874370B2 (en) 2019-01-28 2020-12-29 Open Water Internet Inc. Pulse measurement in optical imaging
US10955406B2 (en) 2019-02-05 2021-03-23 Open Water Internet Inc. Diffuse optical imaging with multiple beams
US11320370B2 (en) 2019-06-26 2022-05-03 Open Water Internet Inc. Apparatus for directing optical and acoustic signals
US11581696B2 (en) 2019-08-14 2023-02-14 Open Water Internet Inc. Multi-channel laser
CN112611456A (zh) * 2019-09-18 2021-04-06 深圳市中光工业技术研究院 光谱仪
US11622686B2 (en) 2019-11-22 2023-04-11 Open Water Internet, Inc. Optical imaging with unshifted reference beam
US11819318B2 (en) 2020-04-27 2023-11-21 Open Water Internet Inc. Optical imaging from light coherence
US11559208B2 (en) 2020-05-19 2023-01-24 Open Water Internet Inc. Imaging with scattering layer
US11259706B2 (en) 2020-05-19 2022-03-01 Open Water Internet Inc. Dual wavelength imaging and out of sample optical imaging
CN115137298B (zh) * 2021-03-29 2024-05-14 上海近观科技有限责任公司 一种皮下生物标志物的信号收集装置、系统及方法
CN114324205A (zh) * 2021-12-16 2022-04-12 赛默飞世尔(上海)仪器有限公司 对样品进行光谱测定的方法、系统以及流式细胞仪

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6031609A (en) * 1997-05-29 2000-02-29 The Regents Of The University Of California Fourier transform spectrometer using a multielement liquid crystal display
CN1961568A (zh) * 2004-06-01 2007-05-09 帝国学院创新有限公司 成像系统
CN101312682A (zh) * 2005-11-23 2008-11-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于对混浊介质进行光学成像的方法和装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5018A (en) * 1847-03-13 Improvement in machinery for combing wool
JPH06245938A (ja) * 1993-02-23 1994-09-06 Hitachi Ltd 光計測装置
US5461475A (en) 1994-02-02 1995-10-24 Physical Optics Corporation Binary optical spectrum analyzer
RU2080586C1 (ru) * 1994-03-31 1997-05-27 Богородицкий Александр Георгиевич Способ определения спектральных характеристик исследуемых объектов
DE19504174A1 (de) * 1995-02-07 1996-08-08 Siemens Ag Verfahren zur spektroskopischen Untersuchung eines biologischen Gewebes
DE19533102C2 (de) 1995-09-07 1999-06-02 Siemens Ag Vorrichtung zur Untersuchung von Gewebe mit Licht
RU4380U1 (ru) * 1996-06-17 1997-06-16 АОЗТ "Сигма-Оптик" Установка контроля газовых примесей
US5828066A (en) * 1996-07-02 1998-10-27 Messerschmidt; Robert G. Multisource infrared spectrometer
DE69720458T2 (de) 1997-10-22 2004-02-26 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Programmierbares räumlich lichtmoduliertes Mikroskop und Mikroskopieverfahren
US6859275B2 (en) * 1999-04-09 2005-02-22 Plain Sight Systems, Inc. System and method for encoded spatio-spectral information processing
US6781691B2 (en) * 2001-02-02 2004-08-24 Tidal Photonics, Inc. Apparatus and methods relating to wavelength conditioning of illumination
EP1428003A2 (en) * 2001-09-19 2004-06-16 Joule Microsystems Canada Inc. A spectrometer incorporating signal matched filtering
US7221452B2 (en) * 2002-08-07 2007-05-22 Coherent, Inc. Tunable optical filter, optical apparatus for use therewith and method utilizing same
US7301625B2 (en) 2005-01-19 2007-11-27 Duke University Static two-dimensional aperture coding for multimodal multiplex spectroscopy
CA2581668A1 (en) * 2003-09-26 2005-04-07 Tidal Photonics, Inc Apparatus and methods relating to expanded dynamic range imaging endoscope systems
JP2007506947A (ja) * 2003-09-26 2007-03-22 タイダール フォトニクス,インク. 強化されたスペクトル測定システムに関する装置および方法
US7265830B2 (en) 2004-02-25 2007-09-04 Bwt Property, Inc. Fourier Transform spectrometer apparatus using multi-element MEMS
US7342658B2 (en) 2005-12-28 2008-03-11 Eastman Kodak Company Programmable spectral imaging system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6031609A (en) * 1997-05-29 2000-02-29 The Regents Of The University Of California Fourier transform spectrometer using a multielement liquid crystal display
CN1961568A (zh) * 2004-06-01 2007-05-09 帝国学院创新有限公司 成像系统
CN101312682A (zh) * 2005-11-23 2008-11-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于对混浊介质进行光学成像的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011524231A (ja) 2011-09-01
RU2011101400A (ru) 2012-07-27
JP5666435B2 (ja) 2015-02-12
EP2304411B1 (en) 2019-08-28
CN102066908A (zh) 2011-05-18
US20110090499A1 (en) 2011-04-21
CN105424652A (zh) 2016-03-23
RU2507503C2 (ru) 2014-02-20
WO2009153719A1 (en) 2009-12-23
BRPI0909916A2 (pt) 2015-10-20
US8531662B2 (en) 2013-09-10
EP2304411A1 (en) 2011-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105424652B (zh) 用于光学检查混浊介质的内部的方法和装置
JP5329449B2 (ja) 顕微鏡イメージングを実行する方法
US6064897A (en) Sensor utilizing Raman spectroscopy for non-invasive monitoring of analytes in biological fluid and method of use
US7808634B2 (en) Method and apparatus for automated spectral calibration
KR100352689B1 (ko) 동기 발광 시스템
KR20020035007A (ko) 카로테노이드 및 생물학적 조직에서 관련된 화학 물질을불침투성 측정하기 위한 방법 및 장치
WO2016082804A1 (zh) 一种用于获取喇曼散射光谱的装置及方法
US20170224220A1 (en) Multi-modal fiber optic probe and spectroscopy system
US10794766B2 (en) Method and device for raman spectroscopy
US8440959B2 (en) Method and apparatus for automated spectral calibration
CA2936725A1 (en) Multiplexed excitation emission matrix spectroscopy
US8868158B2 (en) Optical analyzer
KR20030087022A (ko) 새로운 측정 기술
US7643869B1 (en) Apparatus for non-invasive cancerous tissue diagnosis and tomography using terahertz imaging
US20230080810A1 (en) Analyte detection apparatus and method of detecting an analyte
US11193827B2 (en) Method and apparatus for identifying background fluorescence using spread spectrum excitation-source broadening in Raman spectroscopy
Malik et al. Investigation of equivalence between non-resonant Raman Excitation Spectroscopy and conventional Raman Spectroscopy
TWI429897B (zh) 複數三倍頻顯微鏡系統及方法
Kersey BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant