CN1208333A - 光学检测装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一个光耦合器(72),具有多个自由伸展的末端部分(36),被校准和被定位以便与被测物(70)作光接触,还公开使用一个或多个这种耦合器的检测和监视系统。

Description

光学检测装置、系统和方法

本申请是下列未决申请的继续申请：PCT/US96/00235(申请日是1996年1月2日)的申请、优先权是美国流水号08/367,939(申请日是1995年1月3日)的申请、优先权是PCT/US95/15694(申请日是1999年12月4日)的申请、PCT/US95/15666(申请日是1999年12月4日)的申请。所有的这些申请在此被引作参考。

连续波(CW)分光光度计，时间分解的(TRS/脉冲)、相位调制的(PMS)和相控阵列的分光光度计被公知在医学上有用途。这些系统依靠的是把光从光源耦合到人体组织和把光从人体组织耦合到空间相离的检测器的能力。由于在人体中正常的和不正常的条件产生的光的不同散射和吸收所引起的在光子迁移路径上出现的光图(flash)的差异，在原理上来说是使得分光光度计被认为特别适用于人脑的检验，特别适于检验在人脑中的异常情况，尤其是血肿，但是同样适于空洞状况肿块和代谢条件的检测。对于乳房、睾丸和肌肉也是适用的。

在医疗的实际使用中，需要在把光耦合到被测物方面进行改进，以便使得这些类型的分光光度计的检测能够被临床和家庭使用所接受。

根据本发明的一个方案，用于在光源或检测器和人脑或其它的人体部位之间发送光子的光耦合器装置包括一个光纤阵列，其末端自由地外伸，作为从支撑物伸出的悬臂，其方式如同从毛刷上的硬刺毛，被校正和分布的光纤的末端区域穿过在人头或其它被测物上的自由散置毛发而实现与在该毛发之下的皮肤或头表皮上的光的点阵接触。

本发明的这一方案的最佳实施例具有下列的一个或多个特征。

一个检测装置采用光源和检测器，其中的一组毛刷光纤把光从光源发送到被测者的头表皮：以及一组毛刷光纤以相距用于发送该光到该检测器的光源光纤的一个已知的距离从该头表皮接收光。

光纤具有平滑、扩展的端头，与皮肤或头表皮良好地吻合。

光纤弹性地柔软侧弯，使得这些光纤端头的成形的图案变化与头骨、乳房或人体的其它的部位相一致。

光纤的自由伸展的末端部分具有的长度和直径的比例确定在大约是在5和200之间。在最佳的情况中是该比例是在20和150之间，其它情况中是在50和125之间。

光纤的自由末端部分具有的直径的数量级是在0.1到0.3mm，而长度是大约在0.5到3cm之间。

光纤的自由末端部分具有的直径的数量级是在0.2到0.5mm，而长度是大约在1到2.5cm之间。

耦合器装置被制成一个手持的探测器，被校正和构形，以便靠紧头部的前部、侧部和顶部移动和放置。

耦合器装置被制成一个手持的探测器，被校正和构形，以便靠紧乳房的内侧和外侧的表面移动和放置。

耦合器装置具有放置成二维阵列的光纤，每一个光纤或每一小组光纤和一个分别的检测器相关联，以便使得这些光纤的端头同时地吻合在足以提供数据的被测体的一个区域上，使之进行处理而提供一个背投影式的图象。

作为头罩或乳罩的一部分的一个或一组耦合器装置具有若干个光纤组，用于同时地或顺序地吻合在被测头或乳房部分的前部、侧部和顶部

另一方面，耦合器是适从性(conformable)的细光纤毛刷，适于加到乳房、睾丸、手臂或腿上。

本发明的其它的方面包括采用所示出的装置的毛刷耦合器或其它方面的一个血肿检测器或监视器、肿物检测器、分光光度成象器或代谢条件监视器。

图1和1A示出的是用于脑的光学检测的一个″毛刷″光纤耦合系统。

图2和2A示出的是用于光学和MRI检测的一个″毛刷″光纤耦合系统。

图3和3A分别是用于进行检测的一个″毛刷″光纤耦合器的侧视图和底视图。

图4和4A分别是适于进行光学成象的一个″毛刷″光纤耦合器的侧视图和底视图。

图5示出的是在头部的侧面和前面对于一个″毛刷″耦合器的使用。

图5A示出的是在头部的顶部的一个″毛刷″耦合器的使用。

图6示出的是一个帽子或头罩，被构成来将″毛刷″光纤耦合器导入到位。

图6A是图6的头罩的剖开立体图，示出的是该″毛刷″耦合器与一个具有毛发的头部的被测物之间的关系。

图6B是图6和图6A的装置的一部分的放大的截面图。

图7-11示出的是一个″毛刷″光纤耦合器的外伸光纤部分上使用的不同的末端端头的几个状况。

图9A、10A和11A分别是图9、10和11而局部的放大的示意图。

图12是一个光纤耦合器的末端端头的一个放大尺寸的截面侧视图。

图12A和12B示出的是适于使用在图12中的反差部件的示意图。

图13示出的是具有用于容纳一个带状反差部件的机构的末端端头的另外一种结构。

图13A是利用图13中的末端端头的一个带状反差部件的透视图。

图13B和13C是图13A的线13B取得的截面图，示出使用图13的末端端头的两个交替的反差部件的截面。

图14是一个末端端头的另一个实施例。

图15和16示出的是构成来检测乳房组织的一个光学耦合系统。

参考图1，其中示出了一个毛刷光纤耦合器70的实施例。光的耦合器的设计提供了送到在覆盖着头发的头骨区域中的脑组织的光和来自脑组织的光的耦合。耦合器70包括至少一个光源探测器72和至少一个检测探测器75。光源探测器72是有至少20根直径在0.5mm到3mm、长度为至少为0.5cm的光纤。根据所希望的输入几何要求和被测量的组织的类型，光源探测器72的输入端口73(即辐射端头)被排放形成一个选定的结构(例如矩阵形、马赛克形、圆形或直线形的结构)。光纤的辐射端头可以包括放置在该光纤和被测组织之间的一个光的匹配材料(例如一种塑料、一种胶质型材料、或涂层等)，并用于把光线有效率地引入到被测的组织。在接近末端的位置，探测器72具有一个或多个光的耦合器74。该探测器具有由缚在一起的光纤构成的单一的光耦合器并用于实现把来自光源(例如一个真空灯、一个发光二极管、一个激光器)的光有效地耦合到探测器。此外，该探测器具有多个光的耦合端口(例如每个光纤有一个端口)，其中产生的光被顺序地或同时地耦合到光纤中。

检测探测器75包括一个或多个检测端口76和一个或多个光的耦合端口77。检测探测器具有和光源探测器72相似的设计结构，但是可以具有更大数目的单个光纤，以便收集已经在组织中迁移的足量的光。在靠近末端的位置，检测光纤也可以被缚在一起而形成一个单一的光耦合器端口77，它提供对于一个宽区域的检测器(例如一个二极管检测器、一个PMT检测器或一个MCDP检测器)的良好的耦合。由于光源探测器77和检测探测器75具有相似的结构，所以它们可以被交换地使用。几个光源探测器和检测探测器可以被耦合到一个光的排序器或多路器，构成来以希望的方式发送和接收光。该探测器是由金属包层的光纤制成，以便消除交扰。

光源探测器72和检测探测器75安装在一个支撑件上，实现光纤的位置的选择以及输入端口和检测端口之间的所希望的间隔。该支撑件还能够把压力传输到光纤的端头，以便实现光对于被测组织之间耦合的改进。连接的分光光度计(例如TRS脉冲、PMS、CW、或相控阵列分光光度计)以大的端口间距探测深层被测组织(ρ=5-10cm)，而以小的间距探测表皮层(ρ=0.5-2cm)。

象在申请WO92/20273中所描述的那样，毛刷型光纤耦合器能够被用于检测对称的组织区域，象脑、乳房、手臂、腿或其它部分。这种毛刷型光耦合器也能够被用于检测光学对称人体区域的非对称组织的特性。图1描述的是结合到人头的毛刷型光耦合器，具体地说是耦合到新生儿的顶骨，具有特征性的开口，称作前囟门。光源探测器72A和72B的输入端口73A和73B分别地定位在相应顶骨(即颞骨、枕骨等)的对称位置上。检测端口75A和75B相距对应的输入端口73A和73B相同的距离(ρ=3-8cm)。分光光度计在每一个输入端口将选择波长的辐射输入并在每一个检测端口进行检测。分光光度计将检测的数据分别地存储，并将它们作相关分析或与存储的对应于分别脑区的数据相关联，以便识别在被测组织中的任何不对称性。此外，该分光光度计还直接测量差分信号。正常的被测组织提供的是实际对称的信号。被测的非对称性的信号可能是由组织的疾病所引起的，例如局部出血、非对称的冲击量或其它的病理条件(请见S.P.Gopinath等人在1993年的″神经外科期刊″上发表的文章)。

在另一个实施例中，多光纤的毛刷型探测器被用于对脑进行的成象。为此目的，一系列的半坚硬的1cm的光纤被植入在一个泡沫聚苯乙烯或塑料的头罩中。当该头罩被戴在头上时，这些光纤的输入端口经过头发触及到头皮的表层。比如说，病人的头部由从囟门区延伸出的到枕骨区的8根光纤的4排所覆盖。当需要更高的图象分辨率的时，需要的光纤的数也就越多。每一个光纤都是以它的光的耦合端口耦合到一个光的排序器或一个多路器。这种能够使得任何光纤都接到一个光源或光学成象器的检测器的方式在专利申请PCT/US93/05868和PCT/US95/15694中有所描述。

参考图2，在另一个实施例中，通过同时地采用磁谐振成象(MRI)和医学的光学成象，该毛刷型光学耦合器被构成来用于人体组织的体内检测。该耦合器包括一个泡沫聚苯乙烯制成的帽子85，带有四行光纤，每一行包括8根光纤，从定位在MIR磁头90内部的病人的头88的前额延伸到枕骨区。该延伸经过头发到达头骨的光纤可以包括铁氧体的磁帽。每一个光纤以它的光学耦合端口耦合到一个光纤连接盒92。该光纤连接盒92是定位在磁头90的外部，具有适当的性能的电-机或电-光开关，以便对于光导91时序地切换到耦合到头88的32根光纤的任何之一。该系统采用任何一个或多个光纤用于发送和任何其它的光纤用于检测。一个MIR/MOR控制中心94包括一个成象中心95和一个计算机系统96，被构成来产生并叠加该光的和磁的成象。该光的和MIR的成象的协调是通过MIR/光标记器实现的。三维的标记器是通过将光纤涂敷上展示出磁滞水样信号的薄膜实现的，以便使得每一个光纤都出现在一个NMR图象上。以这种方式，由对应光源和检测器光纤产生的一个光学图象被与该MIR图象建立联系。重要的是，这样的″打标签″的光纤不受NMR检测的干扰。

成象中心95采用一个在美国专利US5119815或US5386827中描述的TRS系统。这种TRS系统包括一个Ti蓝宝石可调激光器，产生在NIR范围之内的不同波长的一系列的光脉冲，对于一个内在的或外加的色素敏感。在图2A中所示的定时图中产生的光脉冲经过光导91传送到光纤连接盒92。在该光纤连接盒中，信号对于32根光纤进行多路，将光发送到人脑中的适当的位置，并从该位置接收传出的光。一个单一的光纤也可被接到若干个光纤的分支，这些分支接到人头部的各个位置。该TRS系统还包括两个8重阳极微带极板检测器。该检测器的输出被送到一个并行的计算机，产生和MIR扫描相同的图象并以和MIR几乎相同的时间完成。

为了实现正确的耦合，光纤在空间作标记，以便形成一个阵列，并由模拟该被测人体组织的一个标记填充板适当地编码。这将标识出相对于主同步时钟的光纤在阵列中的位置1-20。成象顺序包括一系列的以选定时间(例如5ns)经过主光纤到标识的位置的脉冲发送。每一个脉冲产生一个光子迁移图案，经过一个标识的光耦合光纤而被接收并通过时间编码由中心计算机识别为从一根确定的接收光纤源生的或者是从一组接收光纤源生的光子迁移图案。发送器脉冲按顺序激发所有的发送光纤。相似地，接收的图案容括所有的接收器的位置。成象控制仪不仅″知道″光纤的位置，并且通过相对于同步脉冲的时序识别从光导接收的信号。这种发送/接收的算法包括对于脉冲的激发和随后的在对于被研究器官的特定选定位置光子扩散图案的检测。

该系统可以采用针对一个普通器官的一个通用的发送/接收算法，或者是一个具体病人的算法。而且，针对同侧的、异侧的、新出现的即再现的脑出血，可以使用不同的算法。该光的耦合器可以被附着在头上(或者是任意身体部位)，在一个具体的服药监护期间或之后，作长时间的组织状态的检测估价(例如脑出血、对应综合症或在进入的冲击值中的改变)。例如，系统可以用于监视冲击引入值的的形成和在一种渗透剂(例如甘露醇，甘油)

克斯丁卡咽(texamethasone，具有延迟几个小时的效果)或其它的暂时降低脑水肿的药物监护之后颅内压的改变。该系统还可以监视一种溶液(例如葡萄糖)在血流系统中均等分布的生产。

由于血管分布/血管器官、血液存储的渗透性、颅内细胞的繁衍/颓减、或其它的一些人体组织特性，计算机系统96提供具有反差性的两个图象的重叠。为了正确地把光学图象和NMR图象相关，该光学图象需要具有足够的对比度。这种所希望的对比度的梯度是通过选择适当的反差剂(即外加色剂)和引入适当波长的光来实现的。该分光光度计可以根据散射系数或吸收系数构造出分别的图象。而且，图象中心95可以采用一个调幅系统或一个CW系统，而不是TRS系统，以便增加某些类型的图象的清晰度。

例如在人脑的检测中，希望检测并定位一个直径在2-3cm的异常区域。这对于病人来说是及其危险的血肿程度或出血量。采用分光光度计进行检测的困难之一是，实际中的被测病人的头发是以一个确定的方向梳理的，这将使得头发在一侧积累得比另一侧多。根据本发明。光的耦合器提供的光纤具有足够长的自由外伸的末端部分，穿过头发并进入到发囊之间。在某些情况下，尤其是采用大的光纤的情况中，用于光源和用于检测器的实际采用的光纤的数量是32，以便实现连续波(CW)的检测的目的。

在其它情况中，特别是当采用较小的光纤的情况下，要采用数目上多的多的光纤，例如在光纤具有直径是0.1或0.2mm的情况下，光纤数目多达1000。

在某些情况中，对于其尺寸来说是极为有效率的光的载体的小尺寸的单一模式的光纤特别有用。在此情况中，光纤具有扩展的末端，使得该光纤端头不刺激病人的头部或其它被测部分的。在某些情况中，在光纤的末端采用透镜是有益的，以便当光纤被用作检测光纤时能够增加光的收集量。在某些情况中，使用自聚焦的梯度系数光纤来进行光的收集，梯度系数光纤或是完全延伸到检测器，或是延伸到一个结合处，从该结合处，光经过一个有效的耦合介质传输到一个单一模式或其它发送光纤。

根据本发明已经认识到，利用保护性放置的部件覆盖这些光纤，以便于从一个病人到另一个病人的处置的，将保证该设备的安全的成象条件和使用效率。

所要描述的实施例中示出的这些和其它的特征，并且图示出可用于实际制造并用于在医疗和家庭设施中分光光度计进行监视的装置一些概念。

参考图3和3A，一个手持毛刷光耦合器包括两组光纤16和18，从毛刷14的下表面向外伸出。在一个实施例中，一组光纤接到单一的光源而另一组光纤接到单一的检测器。在光纤所占据的部分16和18之间，是舒适材料的阻挡层20，用于作表面吻合并防止光线直接地沿着皮肤从光源到达检测器。在示出的实施例中，分组的光纤具有长度l是大约2cm而，宽w是1cm。整个毛刷具有的长度是大约10cm，而宽度是6cm，而其中的l₁是6cm。

图3和3A的实施例的设计中，能够被调节来测量不同深度的人体组织，要记住，从光源到检测器的散射光的光子的迁移路径经过的是一个香蕉型的抛物线构型，其中的平均深度大约是从光源到检测器的间距的一半。在一个适于检测水肿的实施例中希望检测的人体组织的平均深度是3cm，则该光源和检测器的分组的光纤之间的距离l₁大约是6cm。对于较潜的成象，该距离l₁较短。在具体的实施例中，光纤分组16和18在制作上是可以沿着毛刷的光纤保持器(handle)的长度方向上侧面调节，其它的不同的实施例中，针对不同的距离l₁采用不同的毛刷尺寸。

如同在说明书和在结合作为参考的专利申请中所描述的，象这种以连续波操作的分光光度计被使用在水肿的监测器中特别有益，以及作为一个肿物检测器和作为一个关于代谢条件的指示器方面有用，例如相对于血糖来说和相对于钠和钾的代谢的血红素和氧化血红素之间的关系。

根据具体的设置和采用连续波方案的处理器的性质，还存在其它的定位形式和实现成象的条件。

在图3和3A中的毛刷还能够适用于其它形式的分光光度监测模式。

在所有涉及到脑成象的情况中，本发明的成功在于，尽管梳理的头发存在有不规则性，但是在头皮上的发囊相对于头的背后中心平面的朝向基本上是均匀对称分布的。通过使得自由端光纤部分足够地小并且充分地密，以便穿透到头皮并分布和收集进行分光光度检测所需要的光，毛刷形成模式的不平衡的因素或毛发存在量的不平衡的因素被消除，并且该分光光度监测的结果被规则化。发囊中黑色素对于光的的传输量仍然存在影响，但是通过左侧和右侧的比较或基准读出降低这种可变的效果，并产生更为有用的检测。

因此图3和3A的装置是有用的，特别是在是将要进一步描述的横向比较读出的情况中。

现在来考虑图4和4A示出的实施例，其中在跨越毛刷的底表面的已知的位置中存在有一个光纤阵列。其中单个的光纤可被采用既作为把光传送到人体组织的光源的光纤，又在稍后的时刻，在其它的光纤把光传递到被测人体组织的时候，作为一个检测器光纤，在某些情况中，最好是有专门用途的光纤。这就是图4和4A中示出的设置。传递光的光纤即光源光纤用36a表示，而检测光纤用36b表示。尽管其中一个光纤的已知位置是重要的，并且易于得到一个规则的图案，但并不要求规则的图案。图3A在一定程度上示出了图案的不规则的情况。该阵列系统的控制器和处理器能够以公知的方式实现。一个普通的方式是在任何一个时刻照亮一个单一的光纤或光纤的一个局部组，用作一个单个光纤，并以此为基础贯穿整个阵列，同时从所有的检测器光纤或用作单个检测光纤的检测光纤组提取读数。产生的数字形式的数据按照矩阵累加并作适当的处理。通过在扫描经过整个矩阵之后的矩阵检测，就可能产生被测区域的背投影式的图象。使用这种毛刷和PM或TRS(脉冲)技术的结合，能够增强产生的图象。

毛刷光纤的自由延伸的末端部分在构造上要延伸穿过具体应用场合的头发的厚度。通常的深度的范围长度上是1-2.5cm，规定的光纤自由延伸的部分是近似相当或稍大的长度。自由延伸光纤部分的特定的硬度是由例如病人的敏感度(例如以不同的硬度适用于成年人及年青小孩)的各种因素而定，并且考虑光纤材料的弹性的特定模式(例如在玻璃和塑料之间的不同的模式)，以及光纤的半径和长度，及该光纤是否受到侧向的支撑。这些考虑的因素确定各个光纤的圆柱形。其中的光纤是紧密地束缚的，特别是在细光纤的情况下，由相邻光纤提供的相互支撑的程度在进行参数选择时被考虑在内

通常，从毛刷支撑或光纤保持器位置起始向外自由延伸的光纤部分的长度/半径的比例范围是在5和200之间。最佳的范围是在20-125之间。在特定的实施例中具有的半径在0.1-3mm的光纤其长度在0.5-3cm之间。在特定的最佳区域的选择中，从舒适的角度考虑，光纤具有的半径是在0.2-0.5mm而长度是在大约1-2.5cm。

在图4和4A中示出的采用连续波分光光度技术的成象阵列的简单情况中，用于光源的光纤和用于检测的光纤被分组，提供一个4×4的阵列，生成16个光源光纤的分组和16个检测光纤的分组。光源光纤的每一组被分别的光源，例如可以是普通的闪光灯轮流地启动一个周期，例如16秒。从这些数据，通过在此不作描述的解析技术就有可能定义出一个背投影式的图象，以便确定一个阻塞或异常物，例如血肿或乳房肿块的存在。通常这种装置采用的控制器和处理器具有一个存储器，而且毛刷装置的本身被加到一个基准光源。一个适用的基准是在身体的另一侧上，此外，在先从身体的这一侧相同的位置读出的数据正被检测。测量值和基准值之间的不同意味着一个异常的存在，建议治疗或是进行更为昂贵的成象检测，例如一个MRI成象检测。所以，在图3和图4中示出的装置能够被用作在使用更为昂贵的MRI成象技术之前的检测。

图5中示出用于图3中的毛刷的三个位置。放置在头左侧的毛刷可被用来产生作为放置在头右侧的毛刷的基准数据，反之亦然。另一方面，该毛刷可以被简单地移动经过所感性趣的目标的上方，以便观察可能由于异常性所引起的差异，例如监视血肿的再度出现。

参考图6，在使用图4和4A示出的毛刷的情况下，为了设置基准线，精确的定位是尤其重要的。带有一个如图6B所示形状的开口的头罩用于容纳毛刷30，该开口44是由用作导轨的刚性侧边45所束缚，以便精确地定位该毛刷并利用穿透散乱头发42的探测器将其引导到和头部相吻合。

图6A示出将该毛刷精确地引导到在人头的侧面和顶部的已知位置。

图6中图示出一个头罩或一个支撑结构，带有一个颌带，以便保证每一次使用的相同的位置。没有示出的是一个可处理的膨胀内衬，使得该头罩适用于不同尺寸和形状的人头，并以预定的方式将人头固定在该头罩中。该内衬在每次使用后能够被处理。

图7到图11这一组图示出的是毛刷光耦合器。毛刷的光纤保持器66包括上部62和底部64。至少是在使用期间，该光纤保持器的上部被与光纤固定，并且当光纤移动时，该光纤保持器的底部随着该光纤一起滑动或与该光纤保持器的上部分离。在图7中，这些部件被示出是放在一起的。

自由伸展的光纤末端部分57从该毛刷的底表面自由地伸展，以便穿透该毛发，具有已经描述的优点。示出的光纤延伸经过该毛刷顶部，但是在实际中的这些光纤是被聚在一起并由电缆接到分别的装置，例如上述的血肿监视器、肿块检测器或者成象器。虽然示出的光纤是均匀分布的，但是，在图4和4A中示出的成象毛刷的情况中，它们是可以根据图3进行分组，或者是按照可能的需要作其它的设置。

图7到图11的目的是说明在通常的方式中的概念，即保护性的表层可以被加到光纤并随后被去除，且随着病人的不同而更换。同样，毛刷的本身可以被构成是被消毒的，比如高压灭菌。

参考图7，相所述的那样，该光纤部分57的末端延伸在该毛刷的下部的长度适于穿透毛发并接触到头皮。在此情况中，该毛刷是用于实现一致性和舒适地挤压比如说乳房、或四肢、或身体的躯干，光纤的自由端部分的长度的选择即要实现这样的功能。

图8是把保护器加到光纤的末端的顺序的第一步。毛刷光纤保持器的底部分64被降低到光纤的末端，在永久地安装在毛刷的上部分62的滑轨66上滑动。

在图8示出的位置，光纤的末端和毛刷的光纤保持器的底表面持平。如图9中所示，同样在图11的底部描绘出的一个套管的分配器被使得和适当的光导行接触，以便使得它的分配表面和毛刷的底表面相对齐，并且在分配器之内的保护器携带的空腔和该光纤精确地对准。这使得在该分配器上的光导67有可能与在毛刷上的适当的沟槽相吻合。

分配器65包括一个主体，在放大的示意图的图9A到图11A中被看到的是确定的空腔59′，其中放置了保护套管59。如图9中所示，分配器的分配表面是与光纤保持器64的底表面正对的。光纤57精确地对准套管59的中空区，光纤末端57在图9A中示出的是与光纤保持器64的底表面持平。

在图9A中还示出，套管的长度例如是在光纤的直径的5倍的数量级。具体的长度取决于所希望覆盖的光纤有多长，它还可以取决于例如所以采用的进行清洗和消毒的其它装置。

在没有示出的重要的实例中，该末端套管延续到光纤的整个长度，并且和覆盖该毛刷的衬底的覆盖部分结为一体。该情况中的分配器的效果是把整个覆盖部分加到该毛刷。

再回到图9，在示出的位置中，分配器和毛刷相吻合而毛刷的底部和顶部空间分离。这一位置是由滑轨66从毛刷的顶部伸出的档板所确定的，以便实现一个持平或稍稍后缩的条件。在实现图9的位置关系之后，光纤保持器62的上部下移和该光纤保持器的底部耦合在图11中示出的位置。由于该光纤保持器的上部分被固定到该光纤，所以该光纤因此被正向传送，在该光纤保持器的底部分中滑动，光纤的自由端从该光纤保持器的底部分伸出并进入到在图10示出的分配器中的套筒中。在光纤不具有足够的柱状强度的情况下，在上部和底部的光纤保持器部分之间采用一个管状的导管，每一个导管用于一个光纤，以便防止光纤的柱状的坍蹋并保证刚才描述的滑动。

此时的光纤的末端部分已经进入到保护套管中。分配器的底部分包括一个启动杆63，该启动杆连接到一套推顶针，每一个推顶针都与在分配器内的套管相关联。如图9和10中所示，压缩弹簧69把推顶针保持在它的低位置。一旦该启动杆从图10中示出的位置后退，该推顶针将把光纤的末端和它的套管吻合并有效地把受保护的末端部分推出该分配器而到达图9示出的位置。在该位置实现之后，启动杆63缩回到顶在分配器的底部分的位置，如图11所示，这将释放弹簧69返回到在图11中虚线所示的位置。在图9中示出的毛刷具有包含在保护性套管59中的自由延伸的光纤末端部分，并用于进入到人头的毛发中实现已经描述的功能。

在最佳的实施例中的套管是半透明的聚四氯乙烯塑料，适于和皮肤的物质相匹配，以便将光从光源的光纤传输到人的头部并把光从检测器光纤传输到检测器。

这种套管易于处置并可被抽出。通过把底部光纤保持器部分从图9中示出的位置移动到图8中示出而位置，该毛刷光纤保持器的底部分就把该套管从放弃的光纤中抽出。随后，通过把光纤保持器的位置从图8中所示间隔恢复，就能够再度实现图7示出的条件。

在特定的条件下，没有必要将该光纤覆盖。此时的如图7所示的装置能够被直接地使用。

图12,13和14示出了用于光纤保护套管的另外的最佳形式。在图12中，在图12中的光纤的底端的保护覆盖层59a中带有一个插孔S，其中可以插入适当形状的反差部件。参考图12A，反差部件是一个小玻璃瓶管V，装有水解硫酸铜溶液112，它适于作为MRI的反差剂。该小玻璃瓶管是一种柔性材料制成，能够变形并插入到图12中示出的插孔中。图12B中示出的海绵橡胶壁R″，适于作为声波成象的反差剂。对于X射线来说，插入固体的碘化钠晶体是适当的。不同的保护套管能够提供带有不同的反差剂，以便实现双重模式的检测，例如利用MRI或声波成象的检测。可以采用其它的反差剂实现其它的检测模式。

图12中的实施例的另一个特征是该套管的环状的末端部分E，它伸出到低于交叉板的位置，该交叉板封闭由套管59a形成的保护空腔的底部。光纤57是要伸展在该空腔的全长上，并与该空腔的底部相吻合，以便被沉浸在与光纤和套管相同折射系数的选用的光学匹配液体中，从而避免出现会引起光的损失的折射系数的改变。在套管的材料是均匀半透明的情况下，在末端端头的部位提供实现蔽光的外侧黑涂层或其它装置。由于光纤是压靠在被测组织上，所以该末端端头E使得光纤凹进并产生一个阻止光的侧向移动的光阻壁，并从而防止了错误信号沿着吻合表面穿行而到达检测器。当使用光纤时，这种设置防止光的发射，在测量中可能遇到的暴露于周边光线的情况下，这种设置也可以用于成象光纤。

在图13的实施例中的管形套管59b的材料是透明的弹性橡胶。末端E′起到和图12中的末端E相同的功能，而在图13中示出但是没有标号的交叉部件用于形成底部盖，并保护该光纤免受污染条件的干扰。套管59b的外壁带有一个下凹部分R′，其中可以插入图13A中示出的反差环。图13B示出的是这种反差环的一个断面部分，它是由海绵橡胶制成的部件R，用作进行声波成象的反差剂。图13C中的环是中空的并且具有在水溶液中的硫酸铜，包括在该环的流体密闭的侧壁110中。同样，该环可以包括碘化钠晶体。在图14中示出的是该套管的另一个最佳实施例，其中不是使用简单的平板形成该弹性橡胶的底部，而是采用一个透镜L，以便具有收集附加的光线供光纤传输的优点。在图14的最佳实施例中，光纤的末端被扩大，以便提供足够的接触区域为病人提供舒适的接触。这种形式对于利用趋于产生疼痛的小而硬的光纤特别有用。在另一个实施例中，不是采用可拆开的部件，该光纤的本身被构型成具有扩大的末端部分，例如通过熔焊形成球型而实现舒适的感觉。在此情况中，光纤被有益地带有外侧的涂层，例如氧化钛涂层或其它的色料，以便实现一个传播条件来加速光的传输。

参考图15，示出的一个乳腺检测系统中采用了毛刷150、160、150′和160′。这些毛刷是由自由末端的光纤的舒适的质团确定的，与乳房相吻合并以所希望的方式发送光。示出的光纤延伸穿过整个刷的基底，但是可以采用图3和3a示出的光纤的分布方式。在每一种情况中，来自相对对称的左和右内侧乳房表面的信号被送到双侧比较器162，而从检测器150、150′出发的来自左和右外侧乳房表面的类似的信号被送到双侧比较器152。通过进一步的处理(没示出)，两个比较的结果可以被相互关联，以便进一步完善检测的结果。

参考图16，示出的是一个舒适的乳罩型的乳腺检测装置。在实践中，有可能采用一个光纤横向带，但是在其它的情况下一个乳罩的半球表面完全被植入有图4A所示的普通的光纤的阵列。这种乳罩型的装置每一次使用的方式相同，并且使得从一个测量到下一个测量的位置被精确地获知，从而进行基准条件的比较。即使在没有这种基准的条件下，对于确定一种不均匀行的物体存在以便识别那些需要进一步诊断的情况来说也是有益的。对于日常的监视，不建议在乳房组织的检测中使用反差剂。在监视反映出某种问题的情况下，可以使用反差剂来更为有效地对于组织进行分光光度检测，或者用其它的更常用的检测，尽管是花消更大，然后作确诊。

在使用乳罩或头罩的情况中，铸形一个热塑料是有益的，该热塑料在被检测物体的舒适的温度条件下变软，当冷却时，将此形状直接地使用为导架而形成毛刷，或把其它的监视装置使用在该位置进行分别的读出。

Claims (46)

1．一种输入或输出光耦合器装置，用于在光源或检测器和人脑或人体的其它适当部位之间发送光子，包括：一个光纤阵列，其末端部分以出自毛刷的硬毛的方式从一个支撑部件自由地外伸如同悬臂，校准和分布的光纤的末端区穿过在人头上或被测目标的其它的表面上的自由伸展的毛发，而使得这些光纤末端点阵直接地和头皮的表面或在自由伸展的毛发下面的皮肤表面直接地光接触。

2．与光源和检测器相结合的一个检测装置，其中根据权利要求1的一套光纤把光从光源发送到头皮，并且有一套这样的光纤在相距用于发送到检测器的光源光纤的已知的距离处接收来自头皮的光。

3．根据权利要求1或2的装置，其中的光纤或在该光纤上的保护装置具有平滑、扩展的端头，与皮肤或头皮相舒适地吻合。

4．根据在先权利要求任何之一的装置，其中至少是在光纤的某些的末端的边缘部件被用于和人体组织吻合，以便阻断光线沿着皮肤的传输。

5．根据在先权利要求任何之一的装置，结合有在光纤末端的扩散器装置。

6．根据在先权利要求任何之一的装置，结合有用于将光导入到光纤的装置。

7．根据在先权利要求任何之一的装置，其中的光纤是单一模式的光纤。

8．根据在先权利要求任何之一的装置，其中的光纤是弹性柔软侧弯的光纤，并且光纤的端头的图案适从头骨、乳房或人体的其它部位的形状的改变。

9．根据在先权利要求任何之一的装置，其中的光纤的自由伸展的末端部分具有的长度和直径的比例是在大约5和200之间。

10．根据权利要求9的装置，其中的比例是在大约20和150之间。

11．根据权利要求10的装置，其中的比例是在大约50和125之间。

12．根据在先权利要求任何之一的装置，其中光纤的自由末端部分具有的直径的数量级在0.1-3.0mm，而长度在0.5-3cm之间。

13．根据权利要求12的装置，其中光纤的自由末端部分具有的直径的数量级在0.2-0.5mm，而长度在1-2.5cm之间。

14．根据在先权利要求任何之一的装置，被构成为一个手持的探测器，尺寸和形状被固定，以便靠紧头部的前部、侧部和顶部移动和放置。

15．根据在先权利要求任何之一的装置，被构成为一个手持的探测器，尺寸和形状被校定，以便靠紧乳房移动和放置。

16．根据在先权利要求任何之一的耦合装置，其中的光纤放置成预定的阵列，每一个光纤或每一小组光纤和一个分别的检测器相关联，以便使得这些光纤的端头同时地吻合在足以提供数据的被测体的一个区域上，使之进行处理而提供一个背投影式的图象。

17．根据权利要求16的耦合装置，被安排和连接来成象人脑。

18．根据权利要求16的耦合装置，被安排和连接来成象乳房。

19．根据在先权利要求任何之一的耦合装置的一个或多个，作为头罩或乳罩的一部分，该光纤被用于同时地吻合被测目标的部分的不同的侧面。

20．一个舒适的毛刷构型的光耦合器，具有自由伸展的光纤末端部分，被用于和皮肤行吻合。

21．根据权利要求20的光纤耦合器，被校准和构型加到一个或几个乳房。

22．根据权利要求20的光纤耦合器，被校准和构型加到手臂和腿。

23．根据权利要求20的光纤耦合器，被校准和构型加到一个或几个睾丸。

24．一个血肿检测器、血肿监视器、肿物检测器、分光光度成象器或代谢状况监视器，包括一个或多个根据在先权利要求任何之一的光耦合器。

25．一种以处理的保护性部件，包括一个环绕一个自由外伸的光纤放置的末端凹形座即套管，用于实现光纤末端和被测物之间的光的穿行。

26．根据权利要求25的保护性部件的可处理的保护性部件的一个阵列，放置在对应的光纤阵列上，包括根据在先权利要求的任何之一的光耦合装置的光纤。

27．一个分配器，构成来把前述的可处理的部件对应地加到对应光纤的自由末端部分。

28．根据权利要求27的分配器，通过把所说的分配器与从其引出光纤的支撑部件相邻接，使得其中多个末端凹形座即套管由该分配器保持在由对应光纤进入的对准的位置。

29．根据权利要求26或26的可处理部件，其中该末端凹形座即套管的一个末端区带有一个反差介质。

30．根据权利要求29的可处理部件，其中的反差介质是用一个组成模式而不是经过该光纤的光来提供用于检测的反差。

31．根据权利要求30的可处理的部件，其中的反差介质被选择来提供用于磁谐振成象的反差。

32．根据权利要求30的可处理的部件，其中的反差介质被选择来提供用于声波成象的反差。

33．根据权利要求29-32的任何之一的可处理部件，其中的反差介质是一个球体、微型球体或其它的容器。

34．根据权利要求29-32的任何之一的可处理部件，其中的反差介质是一个至少部分地关于该光纤延伸的一个环。

35．根据在先权利要求之一的装置包括一个金属套管延伸到该自由延伸的光纤部分的末端之外，并用于和人体组织行吻合以便防止光沿着所吻合的组织的表面的传输。

36．根据权利要求35的装置，其中的金属套管是柔性的并且构成来顺应被测组织。

37．根据权利要求35或36的装置，其中该金属套管的边缘部分包括有光的吸收器。

38．根据权利要求1的装置，其中的光纤的末端部分被扩展以便提供对于被测目标的舒适性。

39．根据权利要求1的装置，其中有透镜安装在光纤的末端，用于收集已经通过被测组织的光。

40．根据权利要求39的装置，其中的光纤是单一模式的光纤。

41．根据权利要求1-39的装置，其中的光纤末端包括对光扩散的物质。

42．根据权利要求41的装置，其中的物质包括加到该光纤末端的氧化钛涂层、镀膜或相似物。

43．根据在先的权利要求任何之一的毛刷型光耦合器，与相同种类的另一个耦合器结合，这两个耦合器用于吻合人体侧面对称的部分，一个为另一个提供基准。

44．根据权利要求43的耦合器，包括接到该光耦合器的一个横向比较器。

45．根据在先权利要求任何之一的光耦合器，与一个被铸形为被测物轮廓的一个塑料基准部件结合。

46．一个检测被测物的方法，包括根据在先旨在光耦合器的权利要求之一的一个光耦合器。

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