ES2638945T3 - Imagen por reflectancia total atenuada (ATR) - Google Patents

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Abstract

Disposición para la espectroscopía infrarroja en reflectancia total atenuada, que comprende una fuente de luz (22), un detector (24), componentes de conformación de haces (28), un cristal de reflexión múltiple (16) y una matriz de reflexión (1) con una pluralidad de elementos de reflexión (2), donde los elementos de reflexión (2) están configurados para la guía de un haz luminoso (18) por reflexión interna total, donde una superficie de aplicación (4) se forma convexamente en una primera zona parcial (8) de los elementos de reflexión (2) y la superficie de aplicación (4) está orientada hacia una muestra a analizar por espectroscopía (26), donde los elementos de reflexión (2) se disponen regularmente en dos direcciones mutuamente perpendiculares (12, 14) de una superficie (6), caracterizada porque el cristal de reflexión múltiple (16) está configurado para conducir el haz luminoso (18) por reflexión interna total múltiples veces hacia uno de los elementos de reflexión (2).

Description

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DESCRIPCION
Imagen por reflectancia total atenuada (ATR)
La presente invention se relaciona con una disposition para la espectroscopla de infrarrojos en reflectancia total atenuada (espectroscopla de infrarrojos ATR).
En la espectroscopla de infrarrojos se obtiene con empleo de luz, cuyo rango de longitudes de onda se encuentra en el infrarrojo, un espectro molecular de una muestra a analizar por espectroscopla. En las sustancias inorganicas y organicas, la radiation infrarroja es absorbida tlpicamente mediante excitaciones de vibraciones mecanicas de una o varias moleculas. Tambien es posible un estlmulo del nivel de rotation en las moleculas mas pequenas. Como las energlas de vibration y/o rotacion como estados mecanico-cuanticos caracterlsticos son caracterlsticas para una molecula, a partir del espectro de absorcion pueden inferirse la molecula y sus enlaces. La espectroscopla de infrarrojos posibilita por tanto una elucidation estructural cuantitativa de las sustancias, cuya identification se lleve a cabo en base a un espectro de referencia.
Una ejecucion particular de la espectroscopla de infrarrojos es la espectroscopla de infrarrojos en reflectancia total atenuada (espectroscopla de infrarrojos aTr). En este contexto, segun el estado actual de la tecnica, la radiacion infrarroja se lleva a un elemento de reflexion mediante reflectancia total. Si una reflectancia total tal tiene lugar en una superficie llmite entre la muestra y el elemento de reflexion, entrara en el lugar de la reflectancia total la luz infrarroja exponencialmente en la muestra. Esta onda evanescente entrante interactua con la muestra, de forma que se absorban rangos de frecuencia caracterlsticos para la muestra. Los rangos de frecuencia absorbidos faltaran por tanto ahora en el espectro del haz luminoso totalmente reflejado. Mas favorablemente se pueden analizar por espectroscopla en la espectroscopla de infrarrojos ATR- tambien sustancias y/o muestras, que sean impenetrables para la radiacion infrarroja empleada y para las que no puede obtenerse por consiguiente ningun espectro de transmision. Ademas, la espectroscopla de infrarrojos ATR es apropiada para muestras llquidas y/o en polvo. En muchas aplicaciones en la espectroscopla de infrarrojos ATR es necesaria, ademas de la information espectral, tambien una resolution espacial, es decir una imagen de la muestra. Una imagen tal tiene, sin embargo, segun el estado actual de la tecnica, fuerte ruido de fondo. Particularmente en las aplicaciones de la espectroscopla de infrarrojos ATR en la cirugla es sin embargo deseable una alta potencia de la senal y por consiguiente una alta separation de los tejidos sanos y enfermos. Otro inconveniente de las espectroscoplas de infrarrojos ATR conocidas al emplearlas en la cirugla es que las muestras estan siempre rodeadas de fluidos, particularmente de agua y/o sangre. El agua circundante conlleva sin embargo una fuerte absorcion en el rango espectral de aproximadamente 4 pm a 10 pm, que interfiere con la verdadera senal de medicion del tejido. La EP0899557 A2 muestra una espectroscopla de infrarrojos ATR. La presente invencion se basa en el objetivo de especificar una disposicion para la espectroscopla de infrarrojos ATR, que haga posible una medicion de senal intensa y de resolucion espacial de muestras acuosas o en polvo. Ademas, es objeto de la invencion especificar un procedimiento correspondiente.
El objeto se resuelve mediante una disposicion con las caracterlsticas de la reivindicacion independiente 1. En las reivindicaciones dependientes de esta se indican configuraciones y perfeccionamientos favorables de la invencion. En lo que se refiere al procedimiento, el objeto se resuelve mediante la reivindicacion 10. La disposicion conforme a la invencion para la espectroscopla de infrarrojos en reflectancia total atenuada comprende una fuente de luz para la emision de luz, particularmente luz infrarroja, componentes de conformation de haces y un detector para la detection de una imagen de una muestra a analizar por espectroscopla. Ademas, la disposicion comprende una matriz de reflexion, que presenta una multitud de elementos de reflexion, y un cristal de reflexion multiple, configurado para una gula de un haz luminoso por reflexion interna total. Los elementos de reflexion se disponen regularmente en dos direcciones perpendiculares de una superficie, de forma que estos formen una matriz. La superficie puede estar particularmente curvada. De este modo, los elementos de reflexion estan mutuamente solapados en una direction perpendicular a las dos direcciones perpendiculares de la superficie. Ademas, los elementos de reflexion individuales presentan en una primera zona parcial una superficie de aplicacion configurada convexamente, orientada hacia una muestra a analizar por espectroscopla, particularmente una muestra acuosa o en polvo. La superficie de aplicacion forma por consiguiente la superficie llmite entre la muestra y el elemento de reflexion.
De la forma convexa de la superficie de aplicacion se obtienen varias ventajas. Por un lado, la forma convexa posibilita la gula del haz luminoso por reflexion interna total. Por otro lado, mediante la forma convexa de la superficie de aplicacion, en combination con la distribution regular como matriz, se empuja un fluido incompresible, particularmente agua y/o sangre, al aplicarlo sobre la muestra, en canales que se forman por la forma convexa. De este modo pueden evacuarse en la espectroscopla de infrarrojos los fluidos molestos, particularmente agua y/o sangre, mediante los canales que se forman. De este modo se reduce significativamente por ejemplo la influencia perturbadora de la absorcion de agua, que se encuentra en el rango de longitudes de onda infrarrojo medio global, particularmente en el rango de 4 pm a 10 pm. Mas favorablemente se pueden por consiguiente analizar por espectroscopla muestras acuosas y/o en polvo sin alto gasto de preparation.
Esto es especialmente favorable en las aplicaciones en la cirugla, donde los analisis de los tejidos durante una operacion no permiten ninguna preparacion y los tejidos estan rodeados por lo general por fluidos complejos, particularmente por sangre. De manera apropiada se expulsa el agua y/o sangre que hay sobre los tejidos a analizar espectroscopicamente presionando las superficies convexas de aplicacion y tambien se eliminan del lugar de 5 medicion mediante los canales conformados. Resulta favorable ademas ajustar la distribucion de los elementos de reflexion en la superficie de un organo, por ejemplo, de un hlgado o rinon. De este modo se logra un contacto mas completo entre la matriz de reflexion y el organo a analizar. Mediante el ajuste se disponen los elementos de reflexion regularmente en una superficie curvada, que imita la superficie de un organo.
Los elementos de reflexion forman mas favorablemente una matriz en una superficie. Mediante la distribucion como 10 matriz puede asignarse a cada elemento de reflexion exactamente un pixel en la espectroscopla de infrarrojos ATR, de forma que ademas se posibilite una resolucion espacial de la muestra a analizar por espectroscopla.
En el procedimiento conforme a la invencion para la espectroscopla de infrarrojos con la disposicion conforme a la invention se llevan a cabo los siguientes pasos:
- generation de un haz luminoso infrarrojo con una fuente de luz infrarroja,
15 - entrada del haz luminoso en un cristal de reflexion multiple,
- posterior entrada del haz luminoso en un elemento de reflexion, donde el haz luminoso se gula por medio del cristal de reflexion multiple (16) a traves de la reflexion interna total multiples veces al elemento de reflexion,
- detection con al menos un detector infrarrojo del haz luminoso reflejado por el elemento de reflexion (2).
El procedimiento posibilita la iluminacion de al menos un elemento de reflexion y la deteccion del haz luminoso, que 20 sale del elemento de reflexion y/o es reflejado por este. De este modo puede obtenerse un espectro infrarrojo ATR de una muestra a analizar por espectroscopla.
En una ordenacion ventajosa, los elementos de reflexion pueden configurarse semicillndricos en la primera zona parcial. De este modo se forman en la disposicion conforme a la invencion como matriz canales paralelos. En este contexto, los canales transcurren por ejemplo a lo largo de una de las direcciones perpendiculares.
25 Mas favorablemente, la forma semicillndrica posibilita una reflectancia total del haz luminoso.
Resulta especialmente favorable que los fluidos incompresibles puedan salir mediante los canales paralelos. Particularmente se expulsan los fluidos incompresibles del lugar de la reflectancia total y por consiguiente del lugar de medicion.
En una ordenacion especialmente favorable, los elementos de reflexion pueden configurarse semiesfericos en la 30 primera zona parcial. De este modo forman en la disposicion conforme a la invencion como matriz en cada caso canales paralelos en ambas direcciones perpendiculares de la matriz. De este modo se eleva el numero de canales, de forma que el flujo de fluido aumente. Es especialmente favorable que mediante la ordenacion semiesferica el haz luminoso pueda sufrir una multitud de reflexiones totales, de forma que se incremente ademas la senal y por consiguiente la razon senal a ruido de fondo.
35 En una ordenacion especialmente favorable, los elementos de reflexion pueden configurarse piramidales en la primera zona parcial. De este modo se producen ventajas similares que a partir de la revindication 3. Mas favorablemente, una piramide posee una base rectangular, lo que facilita la conexion a una segunda zona parcial, que puede estar configurada en forma de paraleleplpedo.
Una segunda zona parcial de los elementos de reflexion puede estar configurada en forma de paraleleplpedo. La 40 forma de bloque de la segunda zona parcial posibilita una disposicion sencilla y precisa y/o mas completa de los elementos de reflexion como matriz. Resulta favorable que mediante el cierre mas completo de los elementos de reflexion un fluido incompresible escape mediante los canales y no se lleve sobre una superficie de las segundas zonas parciales opuesta a la muestra.
En una ordenacion favorable, los elementos de reflexion de la matriz de reflexion pueden tener un revestimiento 45 reflector, particularmente para reflejar la radiation infrarroja. De este modo puede influirse en la gula del haz luminoso, de forma que se produzca una multitud de reflexiones totales. De este modo se eleva la razon senal a ruido de fondo. Por ejemplo, es tambien posible una gula circular del haz luminoso. En vez de o adicionalmente a un revestimiento reflectante puede emplearse tambien una multitud de materiales, que posean diferentes Indices de refraction. Mediante una coordination selectiva de los Indices de refraction puede obtenerse una gula deseada del 50 haz luminoso, que tenga particularmente una multitud de reflexiones totales del haz luminoso.
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Los elementos de reflexion pueden incluir al menos uno de los materiales ZnSe, Ge, Si o diamante. Mediante el alto Indice de refraccion de los materiales nombrados se posibilita la reflexion interna total del haz luminoso. Resulta especialmente ventajoso el Ge, que posee un Indice de refraccion de aproximadamente 4. De este modo puede lograrse una alta resolucion en los procedimientos de imagen.
El cristal de reflexion multiple posibilita la gula multiple del mismo haz luminoso hacia un elemento de reflexion. De este modo se origina una multitud de reflexiones totales repetidas en la superficie de aplicacion de los elementos de reflexion, de forma que aumente la intensidad de la senal y por consiguiente la razon senal a ruido de fondo. Las bandas de absorcion caracterlsticas respecto a la muestra estan de este modo mas fuertemente acentuadas.
El elemento de reflexion multiple puede disponerse desplazable respecto a la matriz de reflexion. De este modo es posible colocar el elemento de reflexion multiple a traves de cualquier elemento de reflexion de la matriz de reflexion. La colocacion puede realizarse sucesivamente para cada elemento de reflexion mediante la movilidad, de forma que mas favorablemente se produzca una resolucion espacial con alta razon senal a ruido de fondo.
En un perfeccionamiento ventajoso poseen el elemento de reflexion multiple y la segunda zona parcial de los elementos de reflexion esencialmente el mismo Indice de refraccion. De este modo puede evitarse una refraccion del haz luminoso que influya negativamente en la trayectoria del haz en la superficie llmite del elemento de reflexion multiple/elemento de reflexion.
Conforme a una ordenacion favorable, el haz luminoso puede desplazarse a lo largo de la matriz de reflexion, de forma que cada elemento de reflexion individual se ilumine al menos una vez. Mediante la traslacion del haz luminoso a lo largo de la matriz de reflexion se realiza un procedimiento de escaneo. Cada elemento de reflexion de la matriz de reflexion se ilumina al menos una vez, de forma que el procedimiento posibilite una imagen de la muestra. Mas favorablemente corresponde un pixel en cada caso a una senal de medida de un elemento de reflexion. Por consiguiente, para cada pixel se absorbe un espectro infrarrojo ATR. Resulta especialmente ventajoso que mediante el procedimiento en combination con la matriz de reflexion conforme a la invention se posibilite una imagen de la muestra con alta intensidad de la senal. Particularmente en las aplicaciones en la cirugla, el procedimiento posibilita una diferenciacion suficiente de tejido tumoral y tejidos sanos y/o normales.
En una ordenacion favorable, la iluminacion de los elementos de reflexion individuales en el procedimiento puede realizarse simultaneamente mediante la luz de la fuente de luz. De este modo se obtiene una imagen completa de la muestra. La resolucion espacial se posibilita a continuation en el detector empleando un detector matricial.(Focal Plane Array: matriz de plano focal). En este contexto, por consiguiente, para cada pixel se absorbe un espectro infrarrojo ATR.
En el procedimiento se pueden presionar los elementos de reflexion contra la muestra a analizar espectroscopicamente. Mas favorablemente se eleva de este modo la intensidad de la senal. Resulta especialmente favorable que, empleando la matriz de reflexion conforme a la invencion, se formen canales, que posibiliten un desague de los fluidos incompresibles, particularmente de agua y/o sangre. De este modo puede reducirse la influencia perturbadora, particularmente del agua, sobre la senal de medicion. Ademas, mas favorablemente no es necesaria ninguna preparation laboriosa de muestras acuosas y/o en polvo. Esto es especialmente favorable en las aplicaciones en la cirugla, donde los analisis de los tejidos durante una operation no permiten ninguna preparacion y los tejidos estan rodeados por lo general por fluidos complejos, particularmente por sangre. El haz de luz de la fuente de infrarrojos entra en primer lugar en un elemento de reflexion multiple y a continuacion en un elemento de reflexion. De este modo puede mas favorablemente guiarse el haz luminoso multiples veces al lugar de medicion en el elemento de reflexion, de forma que se eleve la razon senal a ruido de fondo.
Resulta ventajoso que el haz luminoso, antes de la detection en el detector de infrarrojos, entre al menos cuatro veces en un elemento de reflexion. Especialmente favorable es un numero de entradas de diez. Esto puede posibilitarse mediante el elemento de reflexion multiple. La intensidad de la senal es aproximadamente proporcional al numero de reflexiones totales en la superficie llmite elemento de reflexion/muestra (superficie de aplicacion). Una reflectancia total cuadruple en la superficie de aplicacion puede realizarse de manera sencilla mediante los elementos de reflexion multiple conocidos.
La invencion se describe a continuacion en base a tres ejemplos de ejecucion preferentes con referencia al diseno adjunto, en el que
Figura 1 muestra una vista lateral de la disposition para la espectroscopla de infrarrojos ATR,
Figura 2 aclara una representation tridimensional de los elementos de reflexion y su distribucion como
matriz de reflexion,
5
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Figura 3 muestra una representacion tridimensional de la matriz de reflexion con un elemento de reflexion
multiple.
La Figura 1 muestra una seccion transversal a lo largo de una direccion 12 de la matriz de reflexion 1, que presenta elementos de reflexion 2 individuales, con un cristal de reflexion multiple 16. La disposicion mostrada en este ejemplo de ejecucion para la espectroscopla de infrarrojos ATR comprende ademas una fuente de luz infrarroja 22, espejo y/o componentes generales de conformacion de haces 28 y un detector de infrarrojos 24. Un haz luminoso infrarrojo 18, partiendo de la fuente de luz infrarroja 22, llega en primer lugar al cristal de reflexion multiple 16. El cristal de reflexion multiple 16 conduce el haz luminoso 18 a traves de una multitud de reflexiones internas totales multiples veces hacia uno de los elementos de reflexion 2. A continuacion sale el haz luminoso reflejado 19 del cristal de reflexion multiple 16 y se lleva mediante el espejo y/o los componentes generales de conformacion de haces 28 al detector de infrarrojos 24 para la deteccion. El cristal de reflexion multiple 16 esta, respecto a una direccion 15, por encima de la matriz de reflexion 1 y puede despnazarse respecto a esta en las direcciones perpendiculares 12, 14. Mas favorablemente puede absorberse de este modo para cada elemento de reflexion 2 de la matriz de reflexion 1 un espectro infrarrojo ATR mediante el detector 24.
Mediante la gula multiple del haz luminoso 18, mediante el elemento de reflexion multiple 16, se cuadruplica la intensidad de la senal en este ejemplo de ejecucion. De este modo se posibilita una imagen de la muestra con alta intensidad de la senal.
La Figura 2 muestra una distribucion tridimensional de los elementos de reflexion 2. En este contexto, los elementos de reflexion 2 se disponen regularmente en las direcciones perpendiculares 12, 14 y forman la matriz de reflexion 1. Tlpicamente, la extension de un elemento de reflexion 2 se encuentra en el rango de aproximadamente 0,5 mm a 1,5 mm. El haz luminoso 18, que parte de la fuente de luz infrarroja 22 aqul no mostrada, entra perpendicularmente respecto a las dos direcciones 12, 14 en una segunda zona parcial 10 de los elementos de reflexion 2. La segunda zona parcial 10 esta configurada mas favorablemente en forma de paraleleplpedo, de forma que se obtenga una disposicion matricial mas completa de los elementos de reflexion 2. En este ejemplo de ejecucion, los elementos de reflexion 2 estan configurados semicillndricos en una primera zona parcial 8. Los elementos de reflexion podrlan disenarse tambien en forma de cuna. Mas favorablemente se forman canales 30 por la forma convexa de una superficie de aplicacion 4, que posibilitan el drenaje de por ejemplo agua y/o sangre. En este contexto, el agua y/o la sangre en el entorno de la muestra a analizar por espectroscopla 26 se empuja, presionando las superficies de aplicacion 4, a los canales 30 y es evacuada/o por estos del lugar de medicion 27. El haz luminoso 19 que sale de la segunda zona parcial a lo largo de la direccion 15 puede conducirse entonces hacia el detector de infrarrojos 24 aqul no mostrado o devolverse mediante el elemento de reflexion multiple 16 no mostrado otra vez como haz luminoso 18 al elemento de reflexion 2.
La Figura 3 muestra una representacion tridimensional de la matriz de reflexion 1. La disposicion mostrada comprende ademas un cristal de reflexion multiple 16. Los elementos de reflexion 2 individuales estan dispuestos regularmente en dos direcciones perpendiculares 12, 14 en una superficie plana 6. Forman por consiguiente la matriz de reflexion 1. En este contexto, las superficies de aplicacion 4 de los elementos de reflexion 2 estan, respecto a la direccion 15 perpendicular a las direcciones 12, 14, antes de la superficie 6, de forma que las superficies de aplicacion 4 puedan presionarse sobre la muestra 26 no mostrada en este ejemplo de ejecucion. Como ya se desarrollo en la Figura 1, el haz luminoso 18 entra en primer lugar en el elemento de reflexion multiple 16, se lleva multiples veces a los elementos de reflexion 2 y sale a continuacion como haz luminoso 19 de nuevo.

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Disposicion para la espectroscopla infrarroja en reflectancia total atenuada, que comprende una fuente de luz (22), un detector (24), componentes de conformacion de haces (28), un cristal de reflexion multiple (16) y una matriz de reflexion (1) con una pluralidad de elementos de reflexion (2), donde los elementos de reflexion (2) estan configurados para la gula de un haz luminoso (18) por reflexion interna total, donde una superficie de aplicacion (4) se forma convexamente en una primera zona parcial (8) de los elementos de reflexion (2) y la superficie de aplicacion (4) esta orientada hacia una muestra a analizar por espectroscopla (26), donde los elementos de reflexion (2) se disponen regularmente en dos direcciones mutuamente perpendiculares (12, 14) de una superficie (6), caracterizada porque el cristal de reflexion multiple (16) esta configurado para conducir el haz luminoso (18) por reflexion interna total multiples veces hacia uno de los elementos de reflexion (2).
  2. 2. Disposicion segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los elementos de reflexion (2) estan configurados en la primera zona parcial (8) esencialmente semicillndricos.
  3. 3. Disposicion segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los elementos de reflexion (2) estan configurados en la primera zona parcial (8) esencialmente semiesfericos.
  4. 4. Disposicion segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los elementos de reflexion (2) estan configurados en la primera zona parcial (8) esencialmente piramidales.
  5. 5. Disposicion segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque los elementos de reflexion (2) estan configurados en una segunda zona parcial (10) esencialmente en forma de paraleleplpedo.
  6. 6. Disposicion segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque los elementos de reflexion (2) presentan un revestimiento reflector.
  7. 7. Disposicion segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque los elementos de reflexion (2) incluyen uno de los materiales ZnSe, Ge, Si o diamante.
  8. 8. Disposicion segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el cristal de reflexion multiple (16) se dispone desplazable respecto a la matriz de reflexion (1).
  9. 9. Disposicion segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el cristal de reflexion multiple (16) y la segunda zona parcial (10) de los elementos de reflexion (2) poseen un Indice de refraccion esencialmente igual.
  10. 10. Procedimiento para la espectroscopla infrarroja con una matriz de reflexion segun una de las anteriores reivindicaciones, que comprende al menos los siguientes pasos:
    - generacion de un haz luminoso infrarrojo (18) con una fuente de luz infrarroja (22),
    - entrada del haz luminoso (18) en un cristal de reflexion multiple (16),
    - posterior entrada del haz luminoso (18) en un elemento de reflexion (2), donde el haz luminoso (18) se gula por medio de del cristal de reflexion multiple (16) a traves de la reflexion interna total multiples veces al elemento de reflexion (2),
    - deteccion del haz luminoso (19) reflejado por el elemento de reflexion (2) con al menos un detector infrarrojo (24).
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que el haz luminoso (18) se desplaza a lo largo de la matriz de reflexion (1), de forma que cada elemento de reflexion (2) individual se ilumine al menos una vez.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que se lleva a cabo una iluminacion simultanea de una pluralidad de elementos de reflexion (2) mediante el haz luminoso (18).
  13. 13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 10-12, en el que las superficies de aplicacion (4) de los elementos de reflexion (2) se presionan sobre una muestra a analizar espectroscopicamente (26).
  14. 14. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 10-13, en el que el haz luminoso (18) entra en un elemento de reflexion (2) al menos cuatro veces antes de la deteccion en el detector de infrarrojos (24).
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