ES2840623T3 - Cabezal de sensor fotoacústico y aparato de medición fotoacústico con supresión mejorada de señales parásitas - Google Patents

Cabezal de sensor fotoacústico y aparato de medición fotoacústico con supresión mejorada de señales parásitas Download PDF

Info

Publication number
ES2840623T3
ES2840623T3 ES18796612T ES18796612T ES2840623T3 ES 2840623 T3 ES2840623 T3 ES 2840623T3 ES 18796612 T ES18796612 T ES 18796612T ES 18796612 T ES18796612 T ES 18796612T ES 2840623 T3 ES2840623 T3 ES 2840623T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
light
sample
detection
measurement light
measurement
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
ES18796612T
Other languages
English (en)
Inventor
Lilienfeld-Toal Hermann Von
Jan-Ferenc Kischkat
Oliver Supplie
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.)
Humboldt Univ Zu Berlin
Humboldt Universitaet zu Berlin
Original Assignee
Humboldt Univ Zu Berlin
Humboldt Universitaet zu Berlin
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 Humboldt Univ Zu Berlin, Humboldt Universitaet zu Berlin filed Critical Humboldt Univ Zu Berlin
Application granted granted Critical
Publication of ES2840623T3 publication Critical patent/ES2840623T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4845—Toxicology, e.g. by detection of alcohol, drug or toxic products
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1757—Time modulation of light being essential to the method of light modification, e.g. using single detector

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

Cabezal de sensor fotoacústico para la detección de señales acústicas, que se excitan en una muestra (10) por medio de la absorción de una luz de medición (40) pulsada, que comprende un prisma de contacto (20) transparente para la luz de medición (40) con una superficie de contacto de la muestra (30), una superficie de detección (70) dispuesta enfrente de la superficie de contacto de la muestra (30) y una superficie de entrada de luz (50) dispuesta de manera adyacente a la superficie de detección (70), así como medios (60) para la irradiación de la luz de medición (40) a través de la superficie de entrada de luz (50) en la dirección de la superficie de contacto de la muestra (30), estando dispuesto un equipo de detección (80) que comprende al menos un transductor de sonido de manera que cubre la superficie de detección (70), caracterizado por que las porciones de la luz de medición (40) reflejadas en la superficie de contacto de la muestra (30) están dirigidas sobre la superficie de detección (70), o una primera parte de la porción de la luz de medición (40) que se refleja en la superficie de contacto de la muestra (30) está dirigida sobre la superficie de detección (70) y una segunda parte de la porción de la luz de medición (40) que se refleja en la superficie de contacto de la muestra (30) está dirigida sobre la superficie de entrada de luz (50), estando dispuesta entre la superficie de detección (70) y el equipo de detección (80) una capa de material (90) que contiene un material que absorbe la luz de medición (40).

Description

DESCRIPCIÓN
Cabezal de sensor fotoacústico y aparato de medición fotoacústico con supresión mejorada de señales parásitas
La invención se refiere a un cabezal de sensor fotoacústico para la detección de señales acústicas, que se excitan en una muestra por medio de la absorción de una luz de medición pulsada, que comprende un prisma de contacto transparente para la luz de medición con una superficie de contacto de la muestra, una superficie de detección dispuesta enfrente de la superficie de contacto de la muestra y una superficie de entrada de luz dispuesta de manera adyacente a la superficie de detección, así como medios para la irradiación de la luz de medición a través de la superficie de entrada de luz en la dirección de la superficie de contacto de la muestra, estando dispuesto un equipo de detección que comprende al menos un transductor de sonido de manera que cubre la superficie de detección.
Aparte de eso, la invención se refiere a un aparato de medición fotoacústico que comprende un cabezal de sensor fotoacústico anteriormente mencionado, una fuente de luz para luz de medición pulsada, un equipo para el suministro de la luz de medición al cabezal de sensor, un equipo para el registro de datos de medición del equipo de detección y un equipo para el control de la iluminación, que ocasiona que la fuente de luz emita pulsos de luz de medición con una duración de pulso predeterminada en momentos predeterminados.
Los aparatos y los sensores de medición fotoacústicos son medios conocidos para la detección y cuantificación de sustancias a través de su absorción de luz característica. Para examinar una muestra en busca de una sustancia, se realiza la iluminación de la muestra con una luz de medición, que presenta una o varias longitudes de onda de luz que se conocen de antemano como longitudes de onda de absorción características de la sustancia. La luz de medición se irradia de manera pulsada en la muestra y ahí se absorbe localmente en diferentes grados dependiendo de la distribución de la sustancia. La energía introducida con la absorción de luz provoca un calentamiento y una expansión termomecánica de la muestra. Ambos desencadenan procesos de relajación, que distribuyen la energía introducida de manera no homogénea sobre la muestra con el fin de restablecer el equilibrio. Esto sucede a través de la difusión del calor y la propagación de ondas de presión (ondas sonoras) a través de la muestra, entre otras cosas hacia la superficie de la muestra. Por la solicitud de patente estadounidense US 2011/0112391 A1 se conoce un diseño a modo de ejemplo.
En la presente invención, se detecta y se evalúa la señal sonora generada en la muestra a través de la absorción de luz. Para ello, está previsto un cabezal de sensor fotoacústico en contacto mecánico con una superficie de la muestra. El cabezal de sensor presenta una superficie de contacto de la muestra prevista para este contacto, la cual por regla general está diseñada como una superficie plana. El cabezal de sensor consta de un material macizo rígido, por ejemplo, de un vidrio o de un plástico endurecido, y puede absorber al menos parcialmente una onda sonora generada en la muestra que llega a la superficie de contacto de la muestra y guiarla a través del material macizo hasta una superficie exterior del cabezal de sensor opuesta a la superficie de contacto de la muestra, que está designada como superficie de detección. Sobre la superficie de detección está dispuesto un equipo de detección, que comprende al menos un transductor de sonido que detecta la onda sonora que llega ahí. Los transductores de sonido habituales están elaborados de un material piezoeléctrico y convierten las fluctuaciones de presión directamente en señales eléctricas.
Las mediciones fotoacústicas sirven para la determinación no invasiva y no destructiva de la composición de fluidos, gases y cuerpos sólidos. También son comunes en los diagnósticos médicos, poniéndose en contacto el cabezal de sensor con el cuerpo humano, ya sea en el interior del cuerpo o sobre la piel. Las posibles aplicaciones de medición se encuentran sobre todo en la determinación sin lesiones de componentes sanguíneos tales como, por ejemplo, drogas y alcohol o incluso glucemia.
Las magnitudes medidas habituales en el caso de una medición fotoacústica son las amplitudes de las señales sonoras que llegan y los tiempos de su llegada. A partir de estos, la respuesta de la muestra también se puede reconstruir con respecto a los volúmenes parciales, por ejemplo, vóxeles, de la muestra, de manera que son posibles conclusiones sobre la distribución de cantidades de sustancias absorbentes. Además, la luz de medición puede provenir de una fuente de luz sintonizable, por ejemplo, un láser, y comprender una zona espectral. Los pulsos de luz de medición individuales pueden comprender en cada caso diferentes porciones de la zona espectral y, por lo tanto, también desencadenar señales sonoras dependiendo de la longitud de onda. Esto permite el análisis de varias o de todas las sustancias en una muestra con la misma medición.
Para la detección de sustancias cercanas a la superficie de la muestra, es importante disponer la superficie de contacto de la muestra, en la que se debería registrar la señal de sonido generada en la muestra, en las proximidades inmediatas de la superficie de la muestra iluminada con luz de medición. En particular, el cabezal de sensor puede comprender un cuerpo de material macizo transparente para la luz de medición, el denominado prisma de contacto. Además, el prisma de contacto puede presentar una superficie de entrada de luz opuesta a la superficie de contacto de la muestra y permeable para la luz de medición, así como medios dispuestos ahí para irradiar la luz de medición al prisma de contacto en la dirección de la superficie de contacto de la muestra. Dichos medios pueden comprender, por ejemplo, una fibra óptica fijada a la superficie de entrada de luz con soldadura de vidrio. Por medio de la irradiación a la superficie de contacto de la muestra a través del prisma de contacto, se puede generar y detectar de forma fiable una respuesta de sonido en las áreas de la muestra que están presentes inmediatamente debajo de la superficie de contacto de la muestra.
Es conocido en el estado de la técnica diseñar el prisma de contacto y los medios para la irradiación de la luz de medición de manera que la luz de medición ilumine toda la superficie de contacto de la muestra. Del mismo modo, es habitual diseñar el equipo de detección que comprende al menos un transductor de sonido de manera que cubra toda la superficie de detección del prisma de contacto. Por ello, se deberían registrar todas las señales sonoras que lleguen a la superficie de detección. A este respecto, es posible, pero no necesario, que el equipo de detección comprenda también un conjunto de transductores de sonido que están dispuestos uno al lado del otro en la superficie de detección.
En el caso de una medición fotoacústica según el estado de la técnica, se irradia una pluralidad de pulsos de luz de medición a la muestra, y las señales eléctricas del equipo de detección se amplifican selectivamente con un amplificador síncrono, que está adaptado a la tasa de repetición de los pulsos de luz de medición con el fin de mejorar la relación señal/ruido. (SNR, por sus siglas en inglés).
Sin embargo, las porciones de la señal que no provienen de la muestra pero que se producen precisamente en el ciclo de repetición de los pulsos de luz de medición no se pueden suprimir eficazmente de esta manera. Dichas porciones de la señal resultan principalmente de la reflexión de una porción de la luz de medición en la superficie de contacto de la muestra, después de lo cual esta porción de la luz de medición se refleja parcialmente y se absorbe parcialmente en las superficies interiores del prisma de contacto y en los elementos estructurales del cabezal de sensor (incluyendo el equipo de detección), lo cual puede ocasionar entradas de sonido perturbadoras desde varios puntos del cabezal de sensor. Esta señal de sonido perturbadora surge prácticamente de inmediato durante la irradiación de un pulso de luz de medición, pero presenta (en particular también en el caso de reflexiones de sonido dentro del prisma de contacto) un amplio intervalo de tiempos de propagación del sonido hasta que llega al equipo de detección, donde luego se detecta de manera superpuesta con la señal de sonido útil de la muestra.
La señal parásita causada por el aparato tiene la misma relación temporal con los pulsos de luz de medición que la señal útil y, por este motivo, no se puede eliminar por medio de amplificación síncrona.
La patente US 9.453.761 B2 de Ida describe un enfoque para separar temporalmente señales parásitas causadas por el aparato de señales útiles por medio de un diseño correspondiente del cabezal de sensor. Para ello, Ida prevé que el equipo de detección se disponga a una distancia mayor de la muestra que el extremo de salida de una fibra desde la cual la luz de medición entra en el cabezal de sensor. Además, debería estar dispuesto un espaciador ("elemento de disposición") permeable para la luz de medición entre la fibra de salida y la muestra. Conforme a Ida, por medio de estas medidas se puede desplazar una porción de la señal parásita ("ruido B") a una ventana temporal, que solamente comienza después de que haya finalizado el registro de la señal útil.
A este respecto, el documento US 9.453.761 B2 apenas se manifiesta acerca de las posibles fuentes de las señales parásitas. En la columna 4 de la línea 25 de la publicación se afirma que se genera una onda fotoacústica (una onda sonora) en las proximidades del extremo de salida de la fibra, luego llega al equipo de detección por reflexión sobre la superficie de contacto de la muestra y ahí finalmente origina ruido B. Esta explicación es sorprendente, porque el material del prisma de contacto y la luz de medición suelen coincidir entre sí de manera tan precisa que, si es posible, no se produce la absorción de porciones considerables de energía durante la propagación de la luz en el prisma de contacto.
En un primer aspecto, la invención se plantea el objetivo de proponer un cabezal de sensor fotoacústico mejorado.
En un segundo aspecto, la invención se plantea el objetivo de proponer un aparato de medición fotoacústico con supresión mejorada de señales parásitas usando el cabezal de sensor fotoacústico mejorado.
El primer objetivo se resuelve por medio de un cabezal de sensor fotoacústico para la detección de señales acústicas, que se excitan en una muestra por medio de la absorción de una luz de medición pulsada, que comprende un prisma de contacto transparente para la luz de medición con una superficie de contacto de la muestra, una superficie de detección dispuesta enfrente de la superficie de contacto de la muestra y una superficie de entrada de luz dispuesta de manera adyacente a la superficie de detección, así como medios para la irradiación de la luz de medición a través de la superficie de entrada de luz en la dirección de la superficie de contacto de la muestra, estando dispuesto un equipo de detección que comprende al menos un transductor de sonido de manera que cubre la superficie de detección, caracterizado por que las porciones de la luz de medición reflejadas en la superficie de contacto de la muestra están dirigidas sobre la superficie de detección, o una primera parte de la porción de la luz de medición que se refleja en la superficie de contacto de la muestra está dirigida sobre la superficie de detección y una segunda parte de la porción de la luz de medición que se refleja en la superficie de contacto de la muestra está dirigida sobre la superficie de entrada de luz, estando dispuesta entre la superficie de detección y el equipo de detección una capa de material que contiene un material que absorbe la luz de medición.
El segundo objetivo se resuelve por medio de un aparato de medición fotoacústico que comprende un cabezal de sensor fotoacústico de acuerdo con la invención, una fuente de luz para luz de medición pulsada, un equipo para el suministro de la luz de medición al cabezal de sensor, un equipo para el registro de datos de medición del equipo de detección y un equipo para el control de la iluminación, que ocasiona que la fuente de luz emita pulsos de luz de medición con una duración de pulso predeterminada en momentos predeterminados, caracterizado por que el aparato de medición comprende un equipo para la evaluación de datos de medición, que está en comunicación con el equipo para el control de la iluminación y con el equipo para el registro de datos de medición, el cual ocasiona que el equipo de registro de datos de medición registre los datos de medición del equipo de detección solo durante una pluralidad de intervalos de tiempo no superpuestos, cuyas posiciones temporales están predeterminadas con respecto a los momentos de la emisión de los pulsos de luz de medición y cuyas longitudes de intervalo en total son menores que el desfase temporal entre dos pulsos de luz de medición consecutivos.
Las reivindicaciones secundarias 2 a 5 indican configuraciones ventajosas del cabezal de sensor. Las reivindicaciones secundarias 7 a 9 están dirigidas a configuraciones ventajosas del aparato de medición.
La invención retoma el enfoque de Ida de separar las señales parásitas temporalmente de las señales útiles. Entonces ya no aparecen en las señales útiles, así, se suprimen ahí.
A partir de las causas explicadas al principio para la aparición de las señales parásitas causadas por el aparato, la invención sigue el camino de eliminar, de la manera más rápida y completa posible del sistema, la porción de la luz de medición que incide en la superficie de contacto de la muestra inmediatamente después de la irradiación en el prisma de contacto y se refleja ahí en el prisma de contacto.
A tal fin, de acuerdo con la invención se prevé diseñar el prisma de contacto en cuanto a su forma y la disposición de sus superficies laterales entre sí de manera que las porciones de la luz de medición reflejadas en la superficie de contacto de la muestra estén dirigidas sobre la superficie de detección o una primera parte de la porción de la luz de medición que se refleja en la superficie de contacto de la muestra esté dirigida sobre la superficie de detección y una segunda parte de la porción de la luz de medición que se refleja en la superficie de contacto de la muestra esté dirigida sobre la superficie de entrada de luz, es decir, los rayos de luz reflejados una vez alcanzan la superficie de detección o la superficie de entrada de luz del prisma de contacto sin reflexiones adicionales sobre las superficies límites interiores y sin abandonar el prisma de contacto.
La superficie de detección está cubierta por el equipo de detección, es decir, el equipo de detección se extiende por toda la superficie de detección, y de acuerdo con la invención está previsto que entre la superficie de detección y el equipo de detección esté dispuesta una capa de material que contenga un material que absorba la luz de medición.
De acuerdo con la invención, las porciones de la luz de medición que inciden en la superficie de detección se absorben lo más completamente posible, calientan la capa de material y desencadenan una señal de presión que se registra de inmediato por la unidad de detección. La señal de sonido así generada es una señal parásita de amplitud relativamente grande que se produce solo en un breve intervalo de tiempo inmediatamente después del desencadenamiento del pulso de luz de medición. Por el contrario, las señales útiles a través de la absorción de la luz de medición en la muestra deben llegar en primer lugar a la superficie de contacto de la muestra como ondas sonoras, entrar en el prisma de contacto y atravesarlo hasta la superficie de detección. En consecuencia, llegan con un retraso de tiempo del orden de magnitud de microsegundos más tarde. La señal parásita se registra de manera concentrada temporalmente y separada de las señales útiles de la muestra por medio de la absorción forzada de acuerdo con la invención en la capa de material entre la superficie de detección y el equipo de detección.
Siempre que existan porciones de la luz de medición que llegan a la superficie de entrada de luz, estas abandonan ahí el prisma de contacto. También en este caso la luz reflejada principalmente en la superficie de contacto de la muestra se elimina del sistema de medición, de manera que se ha suprimido la aparición posterior temporalmente de señales parásitas.
En el caso de un diseño de un cabezal de sensor de acuerdo con la invención, el experto tiene la libertad de estipular la forma y el tamaño de la superficie de contacto de la muestra y el modo en que desea iluminarla con luz de medición. A partir de sus estipulaciones, según la enseñanza de esta invención, la forma y el tamaño de la superficie de detección (y, con ello, al mismo tiempo del equipo de detección y de la capa de material que absorbe la luz de medición) se determinan mediante la observación, muy sencilla para el experto, de la ley de reflexión.
En un diseño preferente del cabezal de sensor, la capa de material entre la superficie de detección y el equipo de detección es un adhesivo para la fijación del equipo de detección al prisma de contacto. Además, resulta preferente que el material que absorbe la luz de medición sea un pigmento absorbente de luz, de manera especialmente preferente negro de humo. Ventajosamente, el pigmento se puede agregar por separado a un adhesivo convencional.
Además, se considera ventajoso que los medios para la irradiación de la luz de medición comprendan al menos una fibra de conductor de luz conectada de manera ópticamente transparente para la luz de medición con la superficie de entrada de luz del prisma de contacto, iluminando la luz de medición, que emerge del extremo de fibra y que se despliega luego, toda la superficie de contacto de la muestra. Puede resultar ventajoso prever una pluralidad de fibras de conductor de luz unas junto a otras en una disposición lineal para la irradiación de la luz de medición al prisma de contacto. De esta manera, se puede iluminar uniformemente una superficie de contacto de la muestra que se extiende en paralelo respecto al curso de la disposición lineal.
Aparte de eso, un diseño preferente del cabezal de sensor fotoacústico es que sobre el al menos un transductor de sonido del equipo de detección esté dispuesto un material de soporte, cuya impedancia acústica es mayor que la del material del transductor de sonido.
A continuación se explican con más detalle ejemplos del diseño del cabezal de sensor fotoacústico, también mediante las figuras. A este respecto, muestra:
la figura 1 posibles diseños del cabezal de sensor fotoacústico en vistas laterales a) y b) y en vistas superiores c) y d), respectivamente;
la figura 2 un diagrama esquemático de las amplitudes de presión medidas de la señal parásita (líneas discontinuas) y de la señal útil de la muestra en la separación temporal generada.
En la figura 1 están representadas dos posibles diseños del cabezal de sensor fotoacústico de acuerdo con la invención. Las figuras parciales 1 a) y b) muestran en cada caso una muestra 10 sobre la que se dispone un prisma de contacto 20 de tal manera que la muestra 10 y el prisma de contacto 20 se tocan en la superficie de contacto de la muestra 30. El material del prisma de contacto 20 es transparente para la luz de medición 40, que se irradia a través de al menos una fibra de conductor de luz 60 a través de la superficie de entrada de luz 50 al prisma de contacto 20 en la dirección de la superficie de contacto de la muestra 30.
Habitualmente, la luz de medición 40 presenta longitudes de onda del espectro infrarrojo, en particular del infrarrojo cercano (NIR, por sus siglas en inglés) y del infrarrojo medio (MIR, por sus siglas en inglés). Sin embargo, para algunos propósitos la luz de medición 40 también puede ser luz visible (VIS, por sus siglas en inglés) o provenir de otra zona espectral no ionizante.
La elección del material del prisma de contacto 20 se basa en el requisito de transparencia de las longitudes de onda de la luz de medición 40. Por ejemplo, para luz en el espectro infrarrojo medio (MIR), los materiales semiconductores tales como germanio, seleniuro de zinc, silicio, fosfuro de indio, arseniuro de galio o vidrios de calcogenuro son adecuados, y para luz en el espectro infrarrojo cercano (NIR) o espectro visible (VIS) son apropiados dióxido de silicio (cuarzo, vidrios), óxido de aluminio (corindón, zafiro, rubí) o incluso algunos plásticos (por ejemplo, polietileno).
En la figura parcial 1 a), los medios para la irradiación de la luz de medición 40 son una o varias fibras de conductor de luz 60, que están dispuestas de manera fijada sobre la superficie de entrada de luz 50 del prisma de contacto 20. La fijación no está representada. La luz de medición 40 que emerge de las fibras 60 se despliega en el prisma de contacto 20 e ilumina toda la superficie de contacto de la muestra 30. Una primera porción de la luz de medición 40 penetra en la muestra 10 y excita señales útiles, mientras que una segunda porción de la luz de medición 40 se refleja en la dirección de la superficie de detección 70. La superficie de detección 70 está cubierta por el equipo de detección 80, que comprende al menos un transductor de sonido. Por regla general, el equipo de detección 80 comprende solo un único transductor de sonido, que se extiende por toda la superficie de detección 70. El equipo de detección 80 está pegado, por ejemplo, sobre la superficie de detección 70 del prisma de contacto 20 por medio de la capa de material 90, que también contiene partículas absorbentes de luz. La segunda porción, que llega a la capa de material 90, de la luz de medición 40 se absorbe lo más completamente posible, lo cual desencadena una señal parásita. El equipo de detección 80 registra la señal parásita antes de que pueda llegar una señal útil de la muestra 10.
En el diseño de la figura parcial 1 b), una pequeña porción de la luz de medición 40 también se refleja de vuelta sobre la superficie de entrada de luz 50 y, con ello, hacia el extremo de salida de la fibra 60. Este caso es típico cuando la luz de medición 40 se irradia perpendicularmente sobre la superficie de contacto de la muestra 30.
Las figuras parciales 1 c) y d) muestran en cada caso una vista superior de los cabezales de sensor de las figuras parciales 1 a) y b), respectivamente, mirando en la dirección de la muestra 10. La superficie de entrada de luz 50 en la figura 1 c) está diseñada en forma rectangular, de manera que una pluralidad de fibras de conductor de luz 60 también se pueden disponer y fijar en una línea a lo largo del eje rectangular largo. En la figura 1 d), la superficie de entrada de luz 50 se encuentra en el centro de la superficie de detección 70 con el equipo de detección 80. Esta configuración, en la que la superficie de entrada de luz 50 está rodeada por la superficie de detección 70, también debería entenderse como una disposición adyacente de la superficie de entrada de luz 50 respecto a la superficie de detección 70.
Un aparato de medición fotoacústico con un cabezal de sensor fotoacústico de acuerdo con la invención puede diseñarse especialmente para el uso ventajoso del cabezal de sensor al añadirse un equipo de evaluación de datos de medición que tenga en cuenta apropiadamente la señal parásita aislada que se produce de inmediato después de la irradiación de la luz de medición 40.
Además del cabezal de sensor, el aparato de medición comprende una fuente de luz para luz de medición 40 pulsada, un equipo para el suministro de la luz de medición 40 al cabezal de sensor, un equipo para el registro de datos de medición del equipo de detección 80 y un equipo para el control de la iluminación, que ocasiona que la fuente de luz emita pulsos de luz de medición con una duración de pulso predeterminada en momentos predeterminados. Además, el aparato de medición debería comprender un equipo para la evaluación de datos de medición, que está en comunicación con el equipo para el control de la iluminación y con el equipo para el registro de datos de medición. El equipo para la evaluación de datos de medición ocasiona que el equipo de registro de datos de medición registre los datos de medición del equipo de detección 80 solo durante una pluralidad de intervalos de tiempo no superpuestos, cuyas posiciones temporales están predeterminadas con respecto a los momentos de la emisión de los pulsos de luz de medición y cuyas longitudes de intervalo en total son menores que el desfase temporal entre dos pulsos de luz de medición consecutivos.
Dicho de otro modo, el lapso de tiempo entre la emisión de dos pulsos de luz de medición consecutivos se subdivide en intervalos de tiempo no superpuestos, algunos de los cuales, pero no todos, se prevén para el registro de datos de medición. El equipo para la evaluación de datos de medición especifica los intervalos de tiempo con el registro de datos después de la predeterminación por parte del usuario. Por ejemplo, el equipo para la evaluación de medición comprende un cronómetro, que se pone a cero cuando se desencadena un pulso de luz de medición, así como una tabla con visualizadores de cronómetro en las que comienzan y terminan los intervalos de tiempo en los que se deberían registrar los datos de medición. En un posible diseño, el equipo para la evaluación de datos de medición instruye al equipo para el registro de datos de medición para activar o desactivar el registro de datos cuando está presente una visualización de cronómetro en tablas. El equipo para el registro de datos comprende al menos una memoria de datos electrónica no volátil, que almacena digitalmente los valores de voltaje recibidos desde el equipo de detección 80 durante los intervalos de tiempo predeterminados para el registro de datos.
Preferentemente, el equipo para el registro de datos de medición y el equipo para la evaluación de datos de medición forman una unidad estructural. Se pueden implementar de manera particularmente sencilla programando un ordenador personal convencional.
Para la eliminación del ruido estadístico, resulta muy ventajoso promediar los datos de medición registrados a través de una pluralidad de pulsos de luz de medición, es decir, a través de varios intervalos de tiempo con en cada caso la misma referencia de tiempo para la emisión de un pulso de luz de medición. Preferentemente, el equipo para la evaluación de datos de medición ocasiona esto al repetir sus especificaciones de tiempo al equipo para el registro de datos de medición durante una secuencia de pulsos de luz de medición. A este respecto, los datos de medición registrados se pueden sumar en la memoria de datos del equipo para el registro de datos a modo del promedio de vagón cerrado (boxear averaging) conocido y luego dividirse por el número de pulsos de luz de medición para llevar a cabo una formación de valor medio.
En la figura 2 está dibujado un gráfico esquemático del curso temporal de la amplitud de presión (PA) para dos pulsos de luz de medición consecutivos. A este respecto, no se tiene en cuenta el ruido estadístico. Las curvas de trazo continuo representan la señal útil acústica de la muestra, que primero debe propagarse a través del prisma de contacto para llegar al equipo de detección. Por eso, ocurre claramente después de la señal parásita (representada en líneas discontinuas) que se genera un pulso de luz de medición inmediatamente después de la emisión. Ambas señales se pueden registrar en intervalos de tiempo separados no superpuestos. A este respecto, la duración del primer intervalo de tiempo (señal parásita) está determinada por el aparato y es independiente de la muestra. El usuario puede predeterminar la duración del segundo intervalo de tiempo (señal útil); en particular, puede ser mucho mayor que la duración del primer intervalo de tiempo. Ambos intervalos de tiempo conjuntamente son más cortos que el lapso de tiempo entre los pulsos de luz de medición.
En muchos casos parece suficiente y, por eso, también ventajoso que la pluralidad de intervalos de tiempo después de la emisión de un pulso de luz de medición comprenda exactamente dos intervalos de tiempo. En este caso, está previsto preferentemente que el primer intervalo de tiempo comience en el momento de la emisión del pulso de luz de medición y finalice antes de que una señal sonora generada en la muestra y que ingresa en el prisma de contacto a través de la superficie de contacto de la muestra alcance la superficie de detección.
En muchos casos parece suficiente y, por eso, también ventajoso que la pluralidad de intervalos de tiempo después de la emisión de un pulso de luz de medición comprenda exactamente dos intervalos de tiempo. En este caso, está previsto preferentemente que el primer intervalo de tiempo comience en el momento de la emisión del pulso de luz de medición y finalice antes de que una señal sonora generada en la muestra y que ingresa en el prisma de contacto a través de la superficie de contacto de la muestra alcance la superficie de detección.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Cabezal de sensor fotoacústico para la detección de señales acústicas, que se excitan en una muestra (10) por medio de la absorción de una luz de medición (40) pulsada, que comprende un prisma de contacto (20) transparente para la luz de medición (40) con una superficie de contacto de la muestra (30), una superficie de detección (70) dispuesta enfrente de la superficie de contacto de la muestra (30) y una superficie de entrada de luz (50) dispuesta de manera adyacente a la superficie de detección (70), así como medios (60) para la irradiación de la luz de medición (40) a través de la superficie de entrada de luz (50) en la dirección de la superficie de contacto de la muestra (30), estando dispuesto un equipo de detección (80) que comprende al menos un transductor de sonido de manera que cubre la superficie de detección (70), caracterizado por que las porciones de la luz de medición (40) reflejadas en la superficie de contacto de la muestra (30) están dirigidas sobre la superficie de detección (70), o una primera parte de la porción de la luz de medición (40) que se refleja en la superficie de contacto de la muestra (30) está dirigida sobre la superficie de detección (70) y una segunda parte de la porción de la luz de medición (40) que se refleja en la superficie de contacto de la muestra (30) está dirigida sobre la superficie de entrada de luz (50), estando dispuesta entre la superficie de detección (70) y el equipo de detección (80) una capa de material (90) que contiene un material que absorbe la luz de medición (40).
2. Cabezal de sensor fotoacústico según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa de material (90) dispuesta entre la superficie de detección (70) y el equipo de detección (80) es un adhesivo para la fijación del equipo de detección (80) al prisma de contacto (20).
3. Cabezal de sensor fotoacústico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material que absorbe la luz de medición (40) es un pigmento absorbente de luz, preferentemente negro de humo.
4. Cabezal de sensor fotoacústico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios (60) para la irradiación de la luz de medición (40) comprenden al menos una fibra de conductor de luz conectada de manera ópticamente transparente para la luz de medición (40) con la superficie de entrada de luz (50) del prisma de contacto (20), iluminando la luz de medición (40), que emerge del extremo de fibra y que se despliega luego, toda la superficie de contacto de la muestra (30).
5. Cabezal de sensor fotoacústico según la reivindicación 4, caracterizado por que los medios (60) para la irradiación de la luz de medición (40) comprenden una pluralidad de fibras de conductor de luz una al lado de la otra en una disposición lineal.
6. Cabezal de sensor fotoacústico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que sobre el al menos un transductor de sonido del equipo de detección (80) está dispuesto un material de soporte, cuya impedancia acústica es mayor que la del material del transductor de sonido.
7. Aparato de medición fotoacústico que comprende un cabezal de sensor fotoacústico según una de las reivindicaciones anteriores, una fuente de luz para luz de medición (40) pulsada, un equipo para el suministro de la luz de medición (40) al cabezal de sensor, un equipo para el registro de datos de medición del equipo de detección (80) y un equipo para el control de la iluminación, que ocasiona que la fuente de luz emita pulsos de luz de medición (40) con una duración de pulso predeterminada en momentos predeterminados, caracterizado por que el aparato de medición comprende un equipo para la evaluación de datos de medición, que está en comunicación con el equipo para el control de la iluminación y con el equipo para el registro de datos de medición, el cual ocasiona que el equipo de registro de datos de medición registre los datos de medición del equipo de detección (80) solo durante una pluralidad de intervalos de tiempo no superpuestos, cuyas posiciones temporales están predeterminadas con respecto a los momentos de la emisión de los pulsos de luz de medición (40) y cuyas longitudes de intervalo en total son menores que el desfase temporal entre dos pulsos de luz de medición (40) consecutivos.
8. Aparato de medición fotoacústico según la reivindicación 7, caracterizado por que el equipo para la evaluación de datos de medición ocasiona o lleva a cabo el promediado de los datos de medición registrados a través de una pluralidad de pulsos de luz de medición (40).
9. Aparato de medición fotoacústico según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que la pluralidad de intervalos de tiempo después de la emisión de un pulso de luz de medición (40) comprende exactamente dos intervalos de tiempo.
10. Aparato de medición fotoacústico según la reivindicación 8, caracterizado por que el primer intervalo de tiempo comienza en el momento de la emisión del pulso de luz de medición (40) y finaliza antes de que una señal sonora generada en la muestra (10) y que ingresa en el prisma de contacto (20) a través de la superficie de contacto de la muestra (30) alcance la superficie de detección (70).
ES18796612T 2017-10-27 2018-10-26 Cabezal de sensor fotoacústico y aparato de medición fotoacústico con supresión mejorada de señales parásitas Active ES2840623T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017219338.7A DE102017219338B3 (de) 2017-10-27 2017-10-27 Photoakustik-Sensorkopf und Photoakustik-Messapparat mit verbesserter Störsignal-Unterdrückung
PCT/EP2018/079397 WO2019081701A1 (de) 2017-10-27 2018-10-26 Photoakustik-sensorkopf und photoakustik-messapparat mit verbesserter störsignal-unterdrückung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2840623T3 true ES2840623T3 (es) 2021-07-06

Family

ID=64100629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18796612T Active ES2840623T3 (es) 2017-10-27 2018-10-26 Cabezal de sensor fotoacústico y aparato de medición fotoacústico con supresión mejorada de señales parásitas

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11391703B2 (es)
EP (1) EP3669177B1 (es)
JP (1) JP7242075B2 (es)
KR (1) KR102541366B1 (es)
CN (1) CN111279179A (es)
DE (1) DE102017219338B3 (es)
ES (1) ES2840623T3 (es)
WO (1) WO2019081701A1 (es)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113243911B (zh) * 2020-02-13 2023-10-20 深圳绿米联创科技有限公司 一种检测方法、器件、装置、电子设备及存储介质
CN112362733A (zh) * 2020-10-27 2021-02-12 四川陆通检测科技有限公司 用于检测公路防撞护栏立柱埋深及损伤的检测装置及方法
FR3118488B1 (fr) 2020-12-24 2024-04-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif de détection photoacoustique comportant une membrane de protection

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5925974B2 (ja) * 1977-12-23 1984-06-22 三菱電機株式会社 熱拡散率測定方法
DE19755866C1 (de) 1997-12-16 1999-05-12 Christian Dipl Phys Kopp Nichtinvasiver photoakustischer Sensorkopf zur tiefenaufgelösten Messung von Analyten
JP4829934B2 (ja) 2008-07-11 2011-12-07 キヤノン株式会社 検査装置
JP4900979B2 (ja) * 2008-08-27 2012-03-21 キヤノン株式会社 光音響装置および光音響波を受信するための探触子
US20100094134A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-15 The University Of Connecticut Method and apparatus for medical imaging using near-infrared optical tomography combined with photoacoustic and ultrasound guidance
JP5812613B2 (ja) * 2010-03-09 2015-11-17 キヤノン株式会社 光音響整合材及び人体組織模擬材料
JP5843496B2 (ja) 2010-07-22 2016-01-13 キヤノン株式会社 音響波検出器および音響波測定装置
JP5627328B2 (ja) 2010-07-28 2014-11-19 キヤノン株式会社 光音響診断装置
JP2012135610A (ja) 2010-12-10 2012-07-19 Fujifilm Corp 光音響検査用探触子および光音響検査装置
JP5661451B2 (ja) 2010-12-27 2015-01-28 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置及び被検体情報取得方法
TW201323851A (zh) * 2011-12-05 2013-06-16 Ind Tech Res Inst 光聲影像裝置、光聲感測結構及擷取光聲影像的方法
JP5855994B2 (ja) 2012-03-27 2016-02-09 富士フイルム株式会社 音響波検出用のプローブおよびそれを備えた光音響計測装置
US9551693B2 (en) 2012-06-04 2017-01-24 Advantest Corporation Photoacoustic wave measurement device, method, program, and recording medium
JP5841663B2 (ja) 2012-06-04 2016-01-13 株式会社アドバンテスト 光音響波測定器
JP2014066701A (ja) 2012-09-04 2014-04-17 Canon Inc 被検体情報取得装置
JP6161941B2 (ja) * 2013-04-15 2017-07-12 株式会社アドバンテスト 光音響波測定器、光音響波測定装置、方法、プログラム、記録媒体
JP6152360B2 (ja) * 2014-04-18 2017-06-21 プレキシオン株式会社 光音響画像化装置
CN106455992B (zh) * 2014-05-14 2019-09-10 佳能株式会社 光声装置
CN104007089B (zh) * 2014-05-23 2017-02-01 华南师范大学 一种散射光声探测方法及光声探测器
JP2016047184A (ja) * 2014-08-28 2016-04-07 プレキシオン株式会社 光音響画像化装置
JP6486085B2 (ja) * 2014-11-28 2019-03-20 キヤノン株式会社 光音響波測定装置
HUE042517T2 (hu) * 2014-12-23 2019-07-29 Max Planck Gesellschaft Eljárás spektrális minta válasz mérésére
CN104634746A (zh) * 2015-02-04 2015-05-20 山东师范大学 时间分辨法拉第旋转技术改进实验装置及方法
KR101651154B1 (ko) * 2015-02-04 2016-08-26 포항공과대학교 산학협력단 다심도 영상용 광학 영상장치 및 이를 구비하는 영상 시스템
JP6513532B2 (ja) * 2015-08-31 2019-05-15 Cyberdyne株式会社 光音響画像化装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200333296A1 (en) 2020-10-22
KR102541366B1 (ko) 2023-06-12
KR20200078514A (ko) 2020-07-01
US11391703B2 (en) 2022-07-19
WO2019081701A1 (de) 2019-05-02
JP2021501306A (ja) 2021-01-14
CN111279179A (zh) 2020-06-12
EP3669177B1 (de) 2020-12-09
EP3669177A1 (de) 2020-06-24
DE102017219338B3 (de) 2019-02-28
JP7242075B2 (ja) 2023-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2840623T3 (es) Cabezal de sensor fotoacústico y aparato de medición fotoacústico con supresión mejorada de señales parásitas
US20220205909A1 (en) Device and Method for Analyzing a Material
ES2275519T3 (es) Sonda de fibra optica para el analisis fotoacustico de materiales.
ES2712200T3 (es) Método para medir una respuesta de muestra espectral
CN101346097B (zh) 血糖浓度的无创测量系统
JP7254080B2 (ja) 物質を分析するためのデバイスおよび方法
KR102634764B1 (ko) 재료 분석을 위한 장치 및 방법
BR112021007850A2 (pt) aparelho e método para analisar um substância
KR880011584A (ko) 광음향 분광기
JP6025513B2 (ja) 被検体情報取得装置およびその制御方法
CN102908164A (zh) 被检体信息获取设备和方法
CN103356229B (zh) 对象信息获取装置
JPH09145683A (ja) 光音響分析方法及び光音響分析装置
JP4444227B2 (ja) 成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法
CN204636382U (zh) 可调焦距的动态光声无创伤血糖仪
JP4739878B2 (ja) 脳循環血流測定装置
Laufer et al. Pulsed near-infrared photoacoustic spectroscopy of blood
US20180242849A1 (en) Ultrasound receiving apparatus
JP2018522619A (ja) 生体組織の血流を測定するためのカテーテル
Laufer et al. Spatially resolved blood oxygenation measurements using time-resolved photoacoustic spectroscopy
WO2014192488A1 (ja) 光音響計測用プローブ並びにそれを備えたプローブユニットおよび光音響計測装置
ES2787887T3 (es) Procedimiento fotoacústico con una luz de medición que presenta una gama de longitud de onda predeterminada para determinar propiedades de una muestra no homogénea
Maslov et al. Second generation optical-resolution photoacoustic microscopy
Pilatou et al. Photoacoustic imaging of blood perfusion in tissue and phantoms
JP7134657B2 (ja) 光音響計測装置