CN1981189B - 具有多探针的光谱系统 - Google Patents

Abstract

本发明为物质或生物结构(114，116)的非侵入光谱分析提供一种光谱系统，所述物质或生物结构位于所关注的许多不同体积(110，112)中。本发明的光谱系统使用与基站(100)连接的多个不同探头(106，108)，该基站提供光谱光源(104)和光谱分析装置(102)。通过另外提供耦合单元(132)，本发明可以实现使光谱分析可用在各种不同场所的光谱分析环境，所述各种不同场所例如医院的不同房间。

Description

具有多探针的光谱系统

技术领域

本发明涉及用于对生物结构的性质进行分析的光谱系统的领域。

背景技术

根据现有技术可知能将光谱学技术用于分析目的。例如，WO02/057758A1和WO 02/057759A1公开了用于对流过人体毛细血管的流体的组成进行体内非侵入光谱分析的光谱分析装置。将光束聚焦在人体皮肤表面之下的毛细血管中，所述光束优选是近红外(NIR)范围内的光束。近红外辐射与位于毛细血管内的物质之间的相互作用主要受弹性和非弹性散射过程的控制。通常，由于如喇曼散射的非弹性散射过程而引起的非弹性散射辐射会发生频移，这种频移可借助于光谱分析来进行测量。因此，散射辐射的光谱表示物质的各种性质，所述物质例如位于人体毛细血管中的血液。通过非弹性散射辐射的光谱分析，可以精确地确定该物质的分子组成。

为了获得光谱信号的足够的信噪比，将激发光束精确地聚焦到所关注的专用体积中是很重要的。因此，光谱系统通常配备有某种成像系统，该成像系统允许光学地检查所关注的区域从而选择和跟踪必须将激发光束聚焦到其中的专用生物结构。因此，光谱系统包括至少三个主要部件：成像系统、用于产生激发辐射的光源，优选在NIR范围内的激发辐射，以及光谱分析设备。特别是，光源以及光谱设备必须满足严格的要求以便提供可靠且精确的测量结果。目前可用的合适的设备相当昂贵并且明显使这种光谱系统的购买成本很高。

还已知在现有技术中将光谱分析系统的功能分成两个部件，如基站(base station)和柔性探头。优选的是，将探头设计为小、紧凑且柔性的设备，用以将激发辐射引导到所关注的体积中，并且用以收集提供光谱数据的相应的返回辐射。该探头与提供光源和光谱分析单元的基站连接。探头和基站由纤维光学传输装置来连接，该纤维光学传输装置提供光信号在探头和基站之间的双向传输。由于基站提供相当宽的光谱分析单元和光源，因此能够以紧凑和灵活的方式来设计探头。这允许进行灵活的处理以便访问身体中通常难以检查的任意区域。

发明内容

本发明旨在提供一种光谱系统，其更有效地利用光源和光谱分析单元。

本发明提供一种光谱系统，其用于确定在所关注的至少第一和第二体积中物质的性质。该光谱系统包括基站和至少第一和第二探头。该基站具有光源和光谱分析单元。优选的是，该光源以近红外激光器来实现，光谱分析单元基于色散元件，诸如光栅和高灵敏度噪声降低的冷却型CCD照相机。该至少第一和第二探头适合于与基站耦合用以将至少第一和第二激发辐射引导到所关注的至少第一和第二体积中，并且用于收集至少相应的第一和第二返回辐射。

因此，本发明在许多探头之间提供有效的装置以共用光谱分析系统中相对昂贵的多个部件的功能，所述部件即激光光源和光谱分析单元。因此，本发明提供用于最有效地利用光谱分析系统中相当昂贵的部件的一种普遍和模块式概念。

至少第一和第二探头中的每一个都适合于将激发辐射聚焦到相应的所关注的体积中，并且适合于为光谱分析收集适当的返回辐射。多个探头决不彼此相关联。可以单独地使用这些探头，且这些探头允许光谱分析的普遍应用。通常，借助于柔性纤维光学部件而将探头和基站连接。例如，可以将多个探头连接到人体的不同部位由此对位于该人体的不同区域中的物质进行有效地光谱检查。

本发明的光谱系统决不限于对人体内物质的体内分析，所述物质例如血液。此外，其可普遍应用于多种分析和测量情况，包括例如血样的体内分析。

另外，决不限于将多个探头应用于一个人。可以想象各种情况，即可以将不同的探头用于必须适用于甚至在不同房间的不同人的光谱分析。另外，能够以完全独立的方式来操作这些探头。可以将它们用于确定在所关注的多个体积中的不同物质的不同性质。并且，根据专门的应用，可以单独地改变至少第一和第二激发辐射的强度和频率。虽然本发明的光谱系统致力于在医疗诊断学范围内的应用，但也可以将其应用于允许基站和许多探头构成模块化组合的任何其它光谱分析系统。

而且，根据本发明，所关注的体积不仅可以指定人体或动物体的体积。通常，所关注的体积指的是适合于相应的光谱分析的任何种类的材料、物质或物体。因此，本发明的光谱系统决不限于光谱分析在生物结构和生物形成范围内的应用。例如，本发明的光谱系统可应用于血样的体内分析以及用于爆炸物或药品的检测和分析。

根据本发明的另一个优选实施例，光谱系统进一步包括成像单元，该成像单元适合于提供至少所关注的第一区域的第一图像和所关注的第二区域的第二图像。在将相对较高的激发辐射应用于对应的所关注的体积之前，成像单元有效地获得所关注的区域的可视图像。所关注的区域的可视检查有效地分配和跟踪例如特殊的生物结构，如光谱分析特别关注的血管。利用成像单元和某种对准或定位装置的组合可以重新得到特殊的生物结构并且通过利用光学对准装置和/或各种定位装置将激发辐射有效地聚焦到生物结构中。

成像系统原则上可以基于各种不同的技术，诸如正交偏振光谱成像(OPSI)、共焦视频显微术(CVM)、光学相干性层析X射线照相术(OCT)、共焦激光扫描显微术(CLSM)、基于多普勒的成像和基于超声的成像以及激光斑纹成像。该成像单元原则上能够以许多不同的方式来实现。该成像单元例如能够作为基站的部件、作为单独的设备来实现，或者可以将其合并到至少第一和第二探头的每一个中来实现。

优选的是，探头用作光谱分析单元和成像单元的通用光学部件。通常，探头包括物镜，该物镜适合于聚焦激发辐射、收集返回辐射以及聚集由成像单元处理的所关注的区域的可视信息。通过为光谱分析和成像使用不同的波长并且通过提供特征在于波长选择性透射和反射性质的分色镜元件可以有效地分离各种光信号、光谱和成像信号。

根据本发明的另一个优选实施例，该光谱系统进一步包括耦合单元，其提供在基站和至少第一和第二探头中任一个之间的耦合。该耦合单元用作一种类型的光多路复用器、路由器或开关。优选的是，由某种类型的纤维光学传输介质将多路复用器与至少第一和第二探头全部连接，并且通过利用至少一种光学传输介质使多路复用器进一步与基站连接。

耦合单元的使用提供了不同应用方案的整体多样性以及各种可能的实现。这使得光谱分析可以普遍地用于不同的位置，并且可以同时分析人体的不同区域或者不同人体的不同区域。例如，通过在专用的检查室中安装基站并且向所有其它房间提供与该基站连接的耦合设备可以在医院中实现本发明的光谱系统。当以可插的设备来实现柔性探头及其对应的纤维光学传输介质时，通过将探头插入到适当的耦合单元中可以在医院的几乎每一个房间中有效地进行光谱分析。因此，该耦合单元能够实现纤维光学网络，其特别适合于光谱和成像光学信号的传输。

根据本发明的另一个优选实施例，该耦合单元适合于将基站的光源所产生的辐射分成至少第一和第二激发辐射。此外，该耦合单元进一步适合于将至少第一和第二激发辐射耦合到至少第一和第二探头。按照这种方式，该耦合单元将基站的近红外激光器产生的辐射有效地分成耦合到多个探头的多个光束。因此，对于将光从基站传输到耦合设备来说仅仅需要单根光纤。

借助于例如分束器、专用滤光器或者其它折射或衍射光学部件可以将接收到的辐射分离。根据各种探头的专门应用，可以将从基站的光源接收到的辐射分成相同或不同强度的分量。然后这些分量被耦合到多个光纤传输介质中，其向与该耦合单元连接的多个探头提供光学传输。

根据本发明的另一个优选实施例，该耦合单元进一步适合于将至少第一和第二探头收集的至少第一和第二返回辐射耦合到与基站连接的至少第一和第二纤维传输介质中。在该实施例中，至少第一和第二纤维传输介质提供返回辐射从耦合单元到基站的单向传输，特别是到基站的光谱分析单元的单向传输。因此，通过单根光纤可以实现激发辐射从基站到耦合单元的传输，但是多个探头收集的返回辐射的传输必须单独地传输到耦合单元或者可选择地直接传输到基站。

根据本发明的另一个优选实施例，该光谱系统包括控制模块，该控制模块适合于控制至少第一和第二激发辐射与至少第一和第二探头的耦合，并且适合于控制至少第一和第二返回辐射与基站的耦合。因此，该控制模块控制在基站、耦合单元和多个探头之间的相互作用。借助于控制模块，光谱系统的用户可以选择和启用特定探头，或者位于相应的所关注的体积中物质的光谱分析。借助于控制模块，可将所需的激发辐射耦合到选定的探头中，并且将对应的返回辐射传到基站的光谱分析单元中。

此外，该控制模块还适合于控制成像单元。特别是当成像单元提供在基站中或者作为单独的设备来实现时，控制模块适当地配置光谱系统的所有部件，这些部件对于以下操作来说是必需的：借助于成像单元的显示来提供所关注的第一区域的图像、通过利用第一探头将第一激发辐射聚焦到所关注的第一体积中、收集第一返回辐射以及将收集的返回辐射传到光谱分析单元。因此，控制模块提供在所收集的光谱数据和成像信号之间的正确映射。

在另一方面，本发明提供一种光谱系统的耦合单元，其用于确定在所关注的至少第一和第二体积中物质的性质。该光谱系统具有基站，并具有至少第一和第二探头。本发明的耦合单元包括耦合装置，该耦合装置用于提供在光谱系统的基站与至少第一和第二探头之间的耦合。该耦合单元包括至少第一光学耦合元件，该元件适合于与基站光学耦合，该耦合单元进一步包括至少第二和第三耦合元件，其适合于与至少第一和第二探头光学耦合。

耦合单元的耦合装置适合于将从基站接收到的激发辐射与至少第一和第二探头中的任何一个或两个耦合。光学耦合元件由此提供有效的装置来将辐射或光束耦合到纤维传输介质中。因此，第一耦合元件将基站的光源所产生的辐射有效地耦合到耦合单元中，第二和第三耦合元件适合于将光耦合到与至少第一和第二探头连接的光纤中。优选的是，光学耦合元件以可插元件来实现，其允许将不同的探头容易且有效地可重新配置地插入到耦合单元。

根据本发明的另一个优选实施例，耦合装置进一步适合于将从基站接收到的辐射作为第一激发辐射耦合到至少第一和第二探头中的第一探头中，并进一步适合于将第一探头收集的第一返回辐射耦合到基站中。因此，耦合指的是将辐射耦合到相应的纤维光学传输介质中，所述介质将光信号传输到第一探头和基站并且从第一探头和基站传输光信号。在该实施例中，耦合单元用作路由器，且其适合于光学信号在基站和特定探头之间的双向传输。

在另一方面，本发明提供一种光谱系统的基站，其用于确定在所关注的至少第一和第二体积中物质的性质。该基站包括光源和光谱分析单元，以及用于将基站与至少第一和第二探头耦合的装置。至少第一和第二探头适合于将第一和第二激发辐射引导到所关注的第一和第二体积中，并收集至少相应的第一和第二返回辐射。

根据本发明的另一个优选实施例，基站的光谱分析单元进一步适合于同时对至少第一和第二返回辐射进行光谱分析。从可能位于人体的不同部位的所关注的第一和第二体积来收集第一和第二返回辐射。可选择的是，所关注的至少第一和第二体积可以属于位于例如医院的不同房间中的不同的人。因此，对多个光谱信号进行同时分析提供了甚至可能在远程场所的多个生物结构的同时且独立的光谱检查。在该意义上，同时分析也指的是在重叠的时间间隔中进行分析。按照这种方式，可以对第一个人的所关注的第一体积进行光谱分析，而不管对第二个人的所关注的第二体积中的物质正在进行的光谱分析。因此，能够以许多不同的方式来进行光谱分析，即同时或连续的方式或者在部分重叠的时间间隔中。这使系统具有很大的灵活性，并且提供大范围的不同的应用方案。

在又一个方面，本发明提供一种用于光谱系统的计算机程序产品，其用于确定在所关注的至少第一和第二体积中物质的性质。该光谱系统具有基站并且具有至少第一和第二探头。该计算机程序产品包括用于选择至少第一和第二探头中的至少第一探头的程序装置，用于将激发辐射引导到至少第一和第二探头的程序装置，以及用于对至少第一探头收集的相应的返回辐射进行分析的程序装置。

优选的是，由基站的控制模块来执行该计算机程序产品。可选择的是，由个人计算机或者类似的计算设备来实现该控制模块，所述计算设备适合于控制基站，特别是基站的光谱分析单元、耦合单元以及探头之间的相互作用。

此外，该计算机程序产品适合于控制成像单元的功能。按照这种方式，该计算机程序产品提供用于控制本发明光谱系统的全部功能的用户友好的平台。因此，该计算机程序产品可以选择特定的探头，并且用来将适当的控制信号传输到耦合单元以便将激发辐射传输到选定的探头以及将相应的返回辐射传输到光谱分析单元。此外，借助于该计算机程序产品，通过成像单元向光学系统的用户显示由选定探头所收集的对应的可视图像。

要注意，本发明不限于特定类型的光谱技术，如喇曼光谱学，而是还可以使用其它光谱学技术。这包括(i)基于喇曼散射的其它方法，包括受激喇曼光谱学和相干抗斯托克斯喇曼光谱学(CARS)，(ii)红外光谱学，特别是红外吸收光谱学，傅里叶变换红外(FTIR)光谱学和近红外(NIR)漫反射光谱学，(iii)其它散射光谱学，特别是荧光光谱学，多光子荧光光谱学和反射光谱学，以及(iv)其它光谱技术，如光声光谱学，旋光测定和泵-探针(pump-probe)光谱学。适用于本发明的优选光谱技术是喇曼光谱学和荧光光谱学。

此外，要注意，在本申请的权利要求中的任何附图标记不应当解释为对本发明的范围的限制。

附图说明

在下文中，通过参考附图来详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出具有两个探头的光谱系统的方框图，

图2示出具有耦合单元的光谱系统的方框图，

图3示出具有耦合单元的光谱系统的可选择的方框图，

图4示出利用成像单元的光谱系统的方框图，

图5示出利用可动反射镜的耦合单元的优选实施例，

图6示出利用可旋转反射镜的耦合单元的另一个优选实施例，

图7示出用于分离激发辐射的耦合单元的另一个优选实施例，

图8示出利用电光调制器的耦合单元的方框图，

图9示出多个光谱信号的同时检测。

具体实施方式

图1示出本发明的光谱系统的方框图。该光谱系统具有基站100，该基站100与第一探头106连接，并与第二探头108连接。基站100自身具有光源104和光谱分析单元102。第一和第二探头106、108适合于将第一和第二激发辐射120、122引导到所关注的第一和第二体积110、112中。第一探头106将第一激发辐射120聚焦到所关注的第一体积110中，并收集从所关注的体积110发出的相应的返回辐射124。

类似地，第二探头108将第二激发辐射122聚焦到所关注的第二体积112中。并且，该第二探头108适合于收集从所关注的第二体积112发出的相应的第二返回辐射126。通常，本发明的光谱系统能够普遍适用于不同的所关注的体积110、112。优选的是，本发明的光谱系统用于对位于内部的一种或多种物质或者形成一种或多种特殊生物结构的一种或多种物质进行光谱分析，所述多种特殊生物结构分别位于所关注的第一和第二体积110、112中。

优选的是，将本发明的光谱系统以及至少第一和第二探头106、108应用于一个人的身体的多个部分或者应用于多个人的多个部分。在这种情况下，所关注的第一和第二体积110、112位于一个特定人或多个不同的人的皮肤114、116的表面之下。特别是，本发明的光谱系统理想上适合于对人的流过例如血管的血液进行非侵入分析，所述血管位于所关注的体积110或112中。这可以有效地且非侵入地分析人的血液成分。例如，可以有效地确定葡萄糖、血氧及各种其它血液参数的浓度。

通常，借助于柔性纤维光学传输介质将第一和第二探头106、108与基站连接。这些纤维传输介质用来将第一和第二激发辐射分别传输到第一和第二探头106、108，并将收集到的返回辐射124、126传输到基站100的光谱分析单元102。基站100的光源104通常以NIR激光光源来实现。光谱分析单元102优选以商业上可获得的光谱仪来实现。这可以基于光栅和冷却型高精度CCD照相机的组合。

由于激光光源104和光谱分析单元102必须满足严格的要求以保证对所关注的多个体积110、112进行精确和可靠的光谱分析，因此，适合的光源104和光谱分析单元102都相当昂贵。

因此，利用许多探头106、108能够有效地发挥基站100的多个昂贵部件的全部能力。此外，本发明提供对人体的各个部分进行检查，这对于排除在血液化合物确定中的位置相关的影响可能是很有用的。选择实施非侵入血液分析测量的人体的位置会对测量并因此对血液成分的确定有主要影响，这对于同时监控人体的多个位置以便减少这些可能的影响是必需的。因此，利用许多探头106、108与利用许多完整的光谱系统具有相同的作用，这些完整的光谱系统中的每一个都具有单独的光源和单独的光谱分析单元。

图2示出进一步实施耦合单元130的光谱系统的方框图，该耦合单元130提供激发辐射和返回辐射在基站100与第一和第二探头106、108之间的耦合。耦合单元130经由光纤140与基站100连接，并经由光纤142独立地与第一探头106连接。该耦合单元130还经由光纤144与第二探头108连接。

所有示出的光纤140、142、144都适合于提供光信号的双向传输，该光信号即激发和返回辐射。在所示的实施例中，该耦合单元选择一个特定探头用于相应的所关注的体积中物质的光谱分析选择。例如，通过选择第一探头106，光纤140和142提供激发辐射120和返回辐射122在探头106和基站100之间的传输。当选择第一探头106时，只有探头106收集的返回辐射124可以有效地传输到光谱分析单元102，因为光纤140仅仅允许单一宽带光信号的传输。因此，当选择探头106时，不能将探头108收集的第二返回辐射126经由光纤140传输到光谱分析单元102。

在所示的实施例中，耦合单元130作为开关，用于选择能够由光谱分析单元102对其进行光谱分析的特定返回辐射。

通常，不一定将光源104实施在基站100中。可选择的是，光源可以作为独立的单元来实现，并且在可应用的时候原则上也可以合并到探头106、108中。这允许光谱系统的甚至更大的灵活性。

图3示出耦合单元132的优选实施的方框图。与图2中已经描绘的类似，耦合单元132经由光纤142与第一探头106连接，并且此外经由光纤144与第二探头108连接。与图2中所描绘的实施例相反，耦合单元132经由多根光纤146、148和150与基站100连接。光纤146将光源104产生的激发辐射供给耦合单元132。耦合单元132然后将接收到的激发辐射或者耦合到光纤142中或者耦合到光纤144中。可选择的是，耦合单元132还可以将接收到的激发辐射分成第一和第二激发辐射，该第一和第二激发辐射同时分别耦合到光纤142、144中。

按照这种方式，可以将光源104产生并传输到耦合单元132的激发辐射分成分别耦合到各自探头的许多单独的激发辐射或者多个激发辐射。按照这种方式，可以对所关注的多个体积110、112同时进行光谱分析。

由于必须分别对第一和第二返回辐射124、126进行光谱分析，因此耦合单元132用来将经由光纤142接收到的第一返回辐射124耦合到光纤148中。类似地，可以将第二返回辐射126耦合到光纤150中。因此，经由光纤148、150而由光谱分析单元102接收到的光谱信号表示分别位于所关注的第一和第二体积110、112中物质的分子组成。按照这种方式，可以由基站100的光谱分析单元102同时对所关注的多个体积110、112中的不同物质进行光谱分析。

可选择的是，耦合单元132可以作为具有受限功能的分离器来实现，以便分离经由光纤146接收到的激发辐射并且将分离的分量耦合到光纤142、144中，所述光纤142、144可以仅用来传输激发辐射。在这种情况下，适合于传输返回辐射的光纤148和150还可以直接与探头106、108连接。在这样的实施例中，光纤142、144仅仅必须将激发辐射传输到各个探头106、108，其条件是每个探头106、108必须经由光纤148和150直接且分别与基站100连接。

图4示出加入成像单元162和控制模块160的本发明实施例的方框图。在这一特定实施例中，成像单元162作为单独的设备来实现，其与耦合单元132连接并与基站100连接。控制模块160作为基站100的模块来实现。成像单元162用来提供所关注的第一和第二区域的可视图像。

所关注的第一和第二区域描绘了基本上比所关注的体积更大的横截面。使所关注的区域可见能够识别出应该进行光谱分析的生物结构或特定物质。因此实际上可以将识别出的生物结构规定为所关注的体积。通过某种适当的位移和对准装置可以有效地实现所关注的体积的所需重叠，所关注的体积即专用生物结构和光谱系统的光谱检查体体积。

通常，所关注的区域的成像是基于使用独立光源的成像系统，该光源在与基站100的光谱光源104不同的波长范围内工作。然而，探头106、108分别适合于支持对所关注的区域和所关注的体积进行光谱分析以及可视成像。

控制模块160适合于控制在光源104、光谱分析单元102、耦合单元132和成像单元162之间的相互作用。光谱系统的用户可以借助于控制模块160来有效地选择特定的探头106。响应于探头106的用户定义的选择，控制模块160控制耦合单元132，从而将激发辐射引导到探头106中，并将相应的返回辐射124传到光谱分析单元102。另外，控制模块160将对应的控制信号交给成像单元162，成像单元提供与所关注的体积110相对应的所关注的区域的可视图像。因此，控制模块160使本发明光谱系统的多个部件的功能相互配合。

可选择的是，可以将成像单元162实施在基站100中。在另一个可选择的实施例中，可以向每个探头106、108提供单独的成像单元162。这在多个探头106、108在空间分开的环境中工作是特别有利的，如在医院的不同房间中。因此许多探头106、108的多个操作者或用户可以分别使用由许多成像单元提供的所关注的不同区域的不同视觉图像，以便适当地分配所关注的不同体积110、112，并且分别开始或控制光谱分析应用于所关注的不同体积110、112。

图5示出耦合单元130的实施例，该耦合单元可以结合到如图2中示意性示出的本发明光谱系统中。耦合单元130适合于经由光纤140而与基站耦合，并进一步适合于分别经由光纤142、144而与第一和第二探头106、108耦合。所有这三根光纤140、142、144都适合于提供激发和返回辐射在探头106、108与基站100之间的双向传输。在该实施例中，耦合单元130用作一种开关，其选择许多探头106、108中的一个探头。因此，耦合单元130能够以有限数量的功能部件来实现。在这种情况下，利用可动反射镜元件164可以有效地实现光信号在光纤140和142或140和144之间的耦合。优选的是，可动反射镜164安装在平移工作台上，该平移工作台提供如箭头所示的反射镜164的水平运动。当反射镜164处于位置I时，使光信号有效地耦合在光纤140和142之间。这实际上导致启用和选择与光纤142连接的第一探头106。

可动反射镜164移动到位置II实际上使得经由光纤140接收到的激发辐射耦合到光纤144中。按照这种方式，实际上选择了与光纤144连接的探头108。因此，将探头108收集的返回辐射126有效地耦合到光纤140，导致返回辐射126传输到基站100的光谱分析单元102。

在该实施例中，该耦合单元适合于选择第一或第二探头106、108，用以对相应的所关注的体积110、112进行光谱分析。

图6示出耦合单元130的可选择实施例，该耦合单元利用可旋转反射镜166来代替可动反射镜164。这里，通过适当地旋转反射镜166，可以使光信号在光纤140和光纤142或者在光纤140和光纤144之间耦合。

图7示出耦合单元132的典型实施例，该耦合单元可以被实施在如图3和图4中所绘出的光谱系统的实施例中。耦合单元132经由光纤146、148、150与基站100连接，并进一步经由光纤142与第一探头106连接，且经由光纤144与第二探头108连接。耦合单元132具有许多分束器168和分色镜170。借助于分束器168可将经由光纤146从基站100的光源104接收到的激发辐射分成至少两个光束。根据分束器168的透射和/或反射性质，可以任意地改变耦合到光纤142、144中的第一和第二激发辐射的强度。经由光纤142、144入射到耦合单元132的第一和第二返回辐射由分色镜170反射，并因此分别将其耦合到光纤148和150中。按照这种方式，第一和第二返回辐射124、126分别耦合到光纤148、150中，以允许借助于光谱分析单元102单独和同时地进行光谱分析。

分色镜170特别为激发辐射和频移的返回辐射的波长而设计。优选的是，分色镜170的特征在于对于激发辐射是高透射的并且对于返回辐射是高反射率的，该返回辐射相对于激发辐射发生频移。

在可选择的实施例中，其中每个探头分别与基站连接，用于透射返回辐射，每个探头必须包括单独的分色镜元件以适当地将激发和返回辐射在空间分开。

图8示出耦合单元130的另一个可选择的实施例，该耦合单元利用电光或声光调制器172。所示的耦合单元130的实施例提供与图5和图6中所示耦合单元的实施例相同的功能。经由光纤140从基站100的光源104接收到的激发辐射引导到电光调制器172上，激发辐射在该电光调制器上经历衍射和/或空间偏转。例如，该电光调制器适合于产生可调光栅，其导致激发辐射充分重定向到光纤144、142的任一根光纤中。按照类似的方式，可以将经由光纤142、144接收到的返回辐射耦合到光纤140中，提供返回辐射向光谱分析单元的传输。

图5至8中的耦合单元的各个实施例的图示仅仅是示意性的，以便示出不同耦合单元的耦合机制。这些耦合单元可以进一步包括诸如透镜的附加的光整形光学元件，用以将这些光束适当地聚焦并耦合到多根光纤中。

图9示意性地示出光谱分析单元102的功能。在上部的图示中，经由光纤140传输的返回辐射被引导到光栅174上。借助于光栅174使返回辐射的多个光谱分量空间地分开，并将其成像到CCD芯片176上。然后将返回辐射的多个光谱分量空间地分离为光谱180。

图9中下部的图示示出光谱分析单元102的可选择实施例，其适合于对许多光谱信号同时进行检测和光谱分析。在这种情况下，由独立的两根光纤148和150提供的两个光谱信号都被引导到光栅上的不同的垂直位置。然后将最后得到的光谱180、182投射在CCD芯片176的不同垂直位置。按照这种方式，能够同时有效地分析两个不同的光谱180、182。能够同时进行分析的光谱的数量受光谱180、182的垂直尺寸和CCD芯片176的垂直尺寸的限制。

优选的是，图9中下部的图示可以理想上与耦合单元耦合，该耦合单元为第一和第二返回辐射的传输提供两根独立的光纤148、150。这种耦合单元例如在图7中示出。图7的耦合单元使第一和第二返回辐射有效地耦合到光纤148、150中，用以将第一和第二返回辐射传输到光谱分析单元102。按照这种方式，通过将图7中和图9下部的图示中所示的实施例组合可以同时对根据所关注的不同且空间分离的体积110、112中获得的返回辐射进行光谱分析。

本发明提供具有多个探针的光谱系统，该光谱系统有效地允许共用光谱分析系统中昂贵和高精度的部件。应用多个探针到提供激光光源和高精度光谱分析单元的基站，从而实际上允许对各个生物结构同时进行光谱分析，该生物结构位于人体的不同部位或者甚至位于空间分离的多个人的不同部位。因此本发明理想上适合用于医院以有效地共享光谱分析能力。特别是，使用专用的耦合单元可以灵活和可重新配置地实施光谱系统。

附图标记列表：

100基站

102光谱分析单元

104光源

106探头

108探头

110所关注的体积

112所关注的体积

114皮肤

116皮肤

120激发辐射

122激发辐射

124返回辐射

126返回辐射

130耦合单元

132耦合单元

140光纤

142光纤

144光纤

146光纤

148光纤

150光纤

160控制模块

162成像单元

164可动反射镜

166可旋转反射镜

168分束器

170分色镜

172光学调制器

174光栅

176CCD芯片

180光谱

182光谱

Claims (6)

1.一种光谱系统，其用于确定在所关注的至少第一和第二体积(110，112)中物质的性质，该光谱系统包括：

基站(100)，其具有光源(104)和光谱分析单元(102)，

至少第一和第二探头(106，108)，以及

耦合单元(130；132)，其提供在至少第一和第二探头(106，108)中的任一个与基站(100)之间的耦合以及有选择地将至少第一和第二探头耦合至基站，以便将至少第一和第二激发辐射引导到所关注的至少第一和第二体积中并且收集至少相应的第一和第二返回辐射。

2.根据权利要求1的光谱系统，还包括成像单元(162)，其适合于至少提供所关注的第一区域的第一图像和所关注的第二区域的第二图像，其中，第一区域对应于所关注的第一体积，第二区域对应于所关注的第二体积。

3.根据权利要求1的光谱系统，其中耦合单元(130；132)有选择地将光源产生的辐射分成至少第一和第二激发辐射(120，122)，其中该耦合单元有选择地将至少第一和第二激发辐射与至少第一和第二探头(106，108)耦合。

4.根据权利要求1的光谱系统，还包括：

至少两个双向光纤(142，144)，用于分别将至少第一和第二探头(106，108)连接至耦合单元(132)，

其中耦合单元将辐射从光源耦合到所述双向光纤的一个或者多个上，以将辐射从光源传输至选定的一个或者多个探头；并且有选择地将由选定的一个或者多个探头收集的、由一个或者多个双向光纤承载的返回辐射(124，126)耦合到至少两个纤维传输介质(148，150)中，以将返回辐射从每个探头耦合到所述基站(100)的光谱分析单元的通道上。

5.根据权利要求3的光谱系统，进一步包括控制模块(160)，其控制至少第一和第二激发辐射(120，122)与至少第一和第二探头(106，108)的耦合，并控制至少第一和第二返回辐射(124，126)与基站(100)的耦合。

6.一种用于光谱系统的耦合单元(130；132)，该光谱系统用于确定在所关注的至少第一和第二体积(110，112)中物质的性质，该光谱系统具有基站(100)，并具有至少第一和第二探头(106，108)，该耦合单元包括：

至少第一光学耦合元件，其与基站光学耦合并且从基站接收光辐射，

至少第二和第三耦合元件，其适于与至少第一和第二探头光学耦合，

其中该耦合单元既有选择地将从基站(100)接收到的光辐射耦合到所述至少第一和第二探头(106，108)中的至少一个，并且将所选择的探头收集的返回辐射耦合到基站中进行光谱分析。

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