KR101770688B1 - 감쇠 전반사(atr)에 의한 이미징 - Google Patents

감쇠 전반사(atr)에 의한 이미징 Download PDF

Info

Publication number
KR101770688B1
KR101770688B1 KR1020167001697A KR20167001697A KR101770688B1 KR 101770688 B1 KR101770688 B1 KR 101770688B1 KR 1020167001697 A KR1020167001697 A KR 1020167001697A KR 20167001697 A KR20167001697 A KR 20167001697A KR 101770688 B1 KR101770688 B1 KR 101770688B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reflective
infrared spectroscopy
reflective elements
light beam
reflection
Prior art date
Application number
KR1020167001697A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160024380A (ko
Inventor
플로리안 베네딕트 가이거
마틴 쾨르델
안톤 쉬크
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
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 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20160024380A publication Critical patent/KR20160024380A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101770688B1 publication Critical patent/KR101770688B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0084Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters
    • A61B5/0086Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters using infrared radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/251Colorimeters; Construction thereof
    • G01N21/253Colorimeters; Construction thereof for batch operation, i.e. multisample apparatus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/255Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3563Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3577Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2505/00Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
    • A61B2505/05Surgical care
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/14Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue
    • A61B2562/146Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue for optical coupling
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/42Detecting, measuring or recording for evaluating the gastrointestinal, the endocrine or the exocrine systems
    • A61B5/4222Evaluating particular parts, e.g. particular organs
    • A61B5/4244Evaluating particular parts, e.g. particular organs liver
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6879Means for maintaining contact with the body
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/061Sources
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/063Illuminating optical parts
    • G01N2201/0636Reflectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Endocrinology (AREA)
  • Physiology (AREA)

Abstract

본 발명은 반사 행렬을 이용한 감쇠 전반사 적외선 분광법(ATR(attenuated total reflectance) infrared spectroscopy)을 위한 어레인지먼트에 관한 것이다. 반사 행렬은, 이전의 샘플들의 복잡한 표본 없이 그리고 높은 신호-대-잡음비를 이용한 수성(aqueous) 및/또는 파우더형(powdery) 샘플들의 위치-분석 분광법(location-resolved spectroscopy)을 허용한다. 본 발명은 추가로, 반사 행렬과 공조할 때, 높은 신호 세기를 가진 샘플의 이미징을 허용하는 방법에 관한 것이다.

Description

감쇠 전반사(ATR)에 의한 이미징{IMAGING BY ATTENUATED TOTAL REFLECTANCE(ATR)}
본 발명은 감쇠 전반사에서의 적외선 분광법(infrared spectroscopy)(ATR(attenuated total reflectance) 적외선 분광법)을 위한 어레인지먼트(arrangement)에 관한 것이다.
적외선 분광법에서, 분광학적으로 분석될 샘플(sample)의 분자 스펙트럼(molecular spectrum)은 파장 범위가 적외선에 놓이는 광을 이용함으로써 획득된다. 무기 및 유기 물질들에서, 적외선 방사는 통상적으로, 하나 또는 그 초과의 분자들의 기계적 발진들의 여기(excitation)에 의해 흡수된다. 비교적 작은 분자들의 경우에는 회전 준위(rotational level)들의 여기가 또한 가능하다. 양자 역학적 고유상태들로서의 발진 또는 회전 에너지들(oscillation or rotation energies)이 분자의 특징이기 때문에, 분자 및 분자의 결합(bond)들은 흡수 스펙트럼(absorption spectrum)으로부터 추론될 수 있다. 그러므로, 적외선 분광법은 물질들의 양적 구조적 명료화를 허용하며, 그것의 식별은 기준 스펙트럼(reference spectrum)의 도움으로 수행된다.
적외선 분광법의 하나의 특정한 버전(version)은 감쇠 전반사에서의 적외선 분광법(ATR 적외선 분광법)이다. 이러한 경우, 종래기술에 따르면, 적외선 방사는 반사 엘리먼트(reflection element)에서의 전반사에 의해 안내된다. 이러한 전반사가 샘플과 반사 엘리먼트 사이의 계면(interface)에서 발생하는 경우, 적외선 광은 전반사의 포지션(position)에서 기하급수적으로 샘플로 진입한다. 이러한 진입하는 에바네센트 파(evanescent wave)는 샘플과 상호작용하여, 샘플의 주파수 범위 특징이 흡수된다. 그러므로, 흡수된 주파수 범위들은 그 다음으로, 전반사된 광 빔(light beam)의 스펙트럼에서 결여(absent)된다. 유리하게, 이용되는 적외선 방사에 대해 불투명한, 그리고 그에 따라 투과 스펙트럼(transmission spectrum)이 획득될 수 없는 물질들 또는 샘플들이 또한 ATR 적외선 분광법에서 분광학적으로 분석될 수 있다. 더욱이, ATR 적외선 분광법은 또한, 액체 및/또는 파우더형(powdered) 샘플들에 적합하다. 많은 적용(application)들에 있어서, 스펙트럼 정보(spectral information) 외에, 로컬 분해능(local resolution), 즉, 샘플의 이미징(imaging)이 또한 ATR 적외선 분광법에서 필요하다. 그러나, 종래기술에 따르면, 이러한 이미징은 강한 잡음에 의해 영향받는다. 그러나, 특히 외과수술(surgery)에서의 ATR 적외선 분광법의 적용들에 있어서, 높은 신호 세기 및 그에 따라 건강한 그리고 질병에 걸린 조직의 매우 선명한 구별이 바람직하다. 외과수술에서 이용될 때의 알려진 ATR 적외선 분광법의 다른 단점은, 샘플들이 항상 액체들, 특히 물 및/또는 혈액으로 둘러싸이는 것이다. 그러나, 둘러싸는 물은 약 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 스펙트럼 범위에서 강한 흡수를 초래하고, 이는 조직의 실제 측정 신호 상에 중첩된다.
본 발명의 목적은, 강한 신호들을 가진 수성 또는 파우더형 샘플(aqueous or powdered sample)들의 포지션-분석 측정(position-resolved measurement)을 허용하는 ATR 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한, 대응하는 방법을 제공하는 것이다.
그 목적은 독립 청구항 제 1 항의 특징들을 가진 어레인지먼트에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 구성들 및 개선들은 독립 청구항에 종속되는 청구항들에서 명시된다. 방법과 관련하여, 그 목적은 청구항 제 11 항에 의해 달성된다.
감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 본 발명에 따른 어레인지먼트는, 광, 특히 적외선 광을 방출하기 위한 광원, 빔 성형 컴포넌트(beam shaping component)들, 및 분광학적으로 분석될 샘플의 이미지(image)를 검출하기 위한 검출기를 포함한다. 더욱이, 어레인지먼트는 내부 전반사(total internal reflection)에 의해 광 빔을 안내하도록 구성된 다수의 반사 엘리먼트들을 가진 반사 행렬(reflection matrix)을 포함한다. 반사 엘리먼트들이 행렬을 형성하도록, 반사 엘리먼트들은 표면의 2개의 상호 수직하는 방향들로 규칙적으로 배열된다. 특히, 그 표면은 굴곡될 수 있다. 이러한 방식으로, 반사 엘리먼트들은 표면의 2개의 상호 수직하는 방향들에 수직인 방향으로 서로에 대해 오프셋(offset)된다. 더욱이, 개별 반사 엘리먼트들은 제 1 서브구역(subregion)에서, 볼록하게 성형된 적용 표면(application surface)을 가지며, 그 적용 표면은 분광학적으로 분석될 샘플, 특히 수성 또는 파우더형 샘플 쪽을 향한다. 그러므로, 적용 표면은 샘플과 반사 엘리먼트 사이에 계면을 형성한다.
적용 표면의 볼록한 형상은 여러 이점들을 발생시킨다. 한편으로는, 볼록한 형상은 광 빔이 내부 전반사에 의해 안내되도록 허용한다. 다른 한편으로는, 행렬로서의 규칙적인 어레인지먼트와 공조하는 적용 표면의 볼록한 형상 때문에, 비압축성 액체(incompressible liquid), 특히 물 및/또는 혈액이 샘플에 대한 압력 동안 볼록한 형상에 의해 형성된 채널(channel)들로 변위된다. 이러한 방식으로, 적외선 분광법 동안 간섭을 야기하는 액체들, 특히 물 및/또는 혈액은 형성된 채널들을 통해 흘러간다. 이러한 방식으로, 예컨대, 중간 적외선 파장 범위, 특히 4 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위에 걸쳐 존재하는 물 흡수(water absorption)의 간섭 효과가 상당히 감소된다. 그러므로, 수성 및/또는 파우더형 샘플들은 유리하게, 큰 표본 경비(preparation outlay) 없이 분광학적으로 분석될 수 있다.
이는 특히, 수술(operation) 동안의 조직 검사들(tissue studies)이 어떠한 표본(preparation)도 허용하지 않고 그리고 조직들이 일반적으로 복합적인 액체들, 특히 혈액으로 둘러싸이는 외과수술(surgery)에서의 적용들에 대해 유리하다. 편의상, 분광학적으로 분석될 조직 상의 물 및/또는 혈액은 볼록한 적용 표면의 압력에 의해 변위되고, 그리고 형성된 채널들에 의해 측정 포지션(measurement position)으로부터 제거된다. 더욱이 유리하게, 반사 엘리먼트들의 어레인지먼트는 장기(organ), 예컨대, 간(liver) 또는 신장(kidney)의 표면에 적응될 수 있다. 이에 의해, 반사 행렬과 검사될 장기 사이의 플러시 접촉(flush contact)이 달성된다. 적응에 의해, 반사 엘리먼트들이 굴곡 표면에 규칙적으로 배열되고, 이는 장기의 표면을 모사(replicate)한다.
유리하게, 표면의 반사 엘리먼트들은 행렬을 형성한다. 행렬로서의 어레인지먼트에 의해, ATR 적외선 분광법 동안 각각의 반사 엘리먼트에 정확히 하나의 픽셀(pixel)이 할당될 수 있어서, 분광학적으로 분석될 샘플의 포지션 분해능(position resolution)이 추가로 가능해질 수 있다.
본 발명에 따른 어레인지먼트를 이용한 적외선 분광법을 위한 본 발명에 따른 방법에서, 다음의 단계들이 수행된다:
- 적외선 광원을 이용하여 적외선 광 빔(infrared light beam)을 발생시키는 단계,
- 광 빔을 반사 엘리먼트에 진입시키는 단계,
- 적어도 하나의 적외선 검출기를 이용하여, 반사 엘리먼트에 의해 반사된 광 빔을 검출하는 단계.
방법은 적어도 하나의 반사 엘리먼트의 조명 및 반사 엘리먼트로부터 나오는 또는 반사 엘리먼트에 의해 반사되는 광 빔의 검출을 허용한다. 그러므로, 분광학적으로 분석될 샘플의 ATR 적외선 스펙트럼(ATR infrared spectrum)이 획득될 수 있다.
유리한 구성에서, 반사 엘리먼트들은 제 1 서브구역에서 반원통(semicylinder)의 형상으로 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 어레인지먼트에서 평행 채널(parallel channel)들이 행렬로서 형성된다. 이러한 경우, 채널들은 예컨대, 상호 수직하는 방향들 중 하나의 방향을 따라 연장된다.
유리하게, 광 빔의 전반사는 반원통형 형상에 의해 가능해진다.
비압축성 액체들이 평행 채널들을 통해 흘러갈 수 있는 것이 특히 유리하다. 특히, 비압축성 액체들은 전반사의 포지션으로부터 그리고 그로 인해서 측정 포지션으로부터 변위된다.
특히 유리한 구성에서, 반사 엘리먼트들은 제 1 서브구역에서 반구(hemisphere)의 형상으로 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 평행 채널들이 본 발명에 따른 어레인지먼트에서 행렬의 2개의 상호 수직하는 방향들로 행렬로서 각각 형성된다. 이러한 방식에서, 액체의 처리량이 증가되도록 채널들의 수가 증가된다. 반구형 구성 때문에 광 빔이 다중 전반사(multiple total reflection)를 경험할 수 있어서, 신호 및 그에 따른 신호-대-잡음비가 또한 증가될 수 있는 것이 특히 유리하다.
특히 유리한 구성에서, 반사 엘리먼트들은 제 1 서브구역에서 피라미드(pyramid)의 형상으로 구성될 수 있다. 이는 청구항 제 3 항과 동일한 유형의 이점들을 발생시킨다. 유리하게, 피라미드는 직사각형 베이스 표면(rectangular base surface)을 가지며, 직사각형 베이스 표면은 직육면체의 형상으로 구성될 수 있는 제 2 서브구역에 대한 연결을 용이하게 한다.
반사 엘리먼트들의 제 2 서브구역은 직육면체의 형상으로 구성될 수 있다. 제 2 서브구역의 직육면체 형상은, 행렬로서의 반사 엘리먼트의 단순한 그리고 정확하게 피팅되거나(fitted) 또는 플러시(flush) 어레인지먼트를 허용한다. 반사 엘리먼트들의 플러시 종결 때문에, 비압축성 액체가 채널들을 통해 빠져나가고, 그리고 샘플을 등진 제 2 서브구역들의 표면 상으로 공급되지 않는 것이 유리하다.
유리한 구성에서, 반사 행렬의 반사 엘리먼트들은, 특히, 적외선 방사의 반사를 위한 반사 코팅(reflective coating)을 가질 수 있다. 이러한 방식으로 광 빔의 안내가 영향받을 수 있어서, 다수의 전반사들이 발생된다. 이러한 방식으로, 신호-대-잡음비가 증가된다. 예컨대, 광 빔의 원형 안내(circular guiding)가 또한 가능하다. 반사 코팅 대신에 또는 반사 코팅에 추가하여, 상이한 굴절률들을 가진 다수의 재료들이 또한 이용될 수 있다. 굴절률들의 편리한 매칭(matching)에 의해, 광 빔의 원하는 안내를 달성하는 것이 가능하며, 이는 특히, 광 빔의 다수의 전반사들을 포함한다.
반사 엘리먼트들은 ZnSe, Ge, Si 또는 다이아몬드(diamond)인 재료들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광 빔의 내부 전반사는 상술된 재료들의 높은 굴절률에 의해 가능해진다. 약 4의 굴절률을 가진 Ge가 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 이미징 방법들에서 높은 분해능이 달성될 수 있다.
유리한 개선에서, 반사 행렬은 다중 반사 크리스털(multiple reflection crystal)을 포함한다. 다중 반사 크리스털은 반사 엘리먼트로의 동일한 광 빔의 다중 안내(multiple guiding)를 허용한다. 이는 반사 엘리먼트들의 적용 표면 상에서 다수의 반복되는 전반사들을 발생시켜서, 신호 세기 및 그에 따른 신호-대-잡음비가 증가된다. 그러므로, 샘플에 관해 특징적인 흡수 대역들이 더 현저해진다.
다중 반사 엘리먼트는 반사 행렬에 대해 변위가능하게 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 다중 반사 엘리먼트를 반사 행렬의 임의의 원하는 반사 엘리먼트 위에 배치하는 것이 가능하다. 변위성(displaceability) 때문에 각각의 반사 엘리먼트에 대한 배치가 성공적으로 수행될 수 있어서, 높은 신호-대-잡음비를 가진 포지션 분해능이 유리하게 획득된다.
유리한 개선에서, 다중 반사 엘리먼트 및 반사 엘리먼트들의 제 2 서브구역은 본질적으로 동일한 굴절률을 갖는다. 이러한 방식으로, 다중 반사 엘리먼트/반사 엘리먼트 계면에서 광 빔의 굴절을 회피하는 것이 가능한데, 그 굴절은 빔 경로 상에서 해로운 영향을 갖는다.
유리한 구성에 따르면, 광 빔이 반사 행렬을 따라 변위될 수 있어서, 각각의 개별 반사 엘리먼트가 적어도 1회 조명된다. 스캐닝 방법(scanning method)은 반사 행렬을 따르는 광 빔의 변위에 의해 달성된다. 반사 행렬의 각각의 반사 엘리먼트가 적어도 1회 조명되어서, 본 방법은 샘플의 이미징을 허용한다. 유리하게, 픽셀(pixel)은 반사 엘리먼트의 측정 신호에 각각 대응한다. 그러므로, 각각의 픽셀에 대한 ATR 적외선 스펙트럼을 기록하는 것이 가능하다. 높은 신호 세기를 가진 샘플의 이미징이 본 발명에 따른 반사 행렬과 공조하는 방법에 의해 가능해지는 것이 특히 유리하다. 특히 외과수술에서의 적용들에 있어서, 본 방법은 건강한 또는 정상 조직으로부터 종양 조직의 충분한 판별을 허용한다.
유리한 구성에서, 광원으로부터의 광에 의한 개별 반사 엘리먼트들의 조명이 본 방법에서 동시에 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 샘플의 전체적인 이미지가 획득된다. 그 후에, 행렬 검출기(초점면 어레이(focal plane array))의 사용에 의해 포지션 분해능이 검출기에서 가능해진다. 그러므로, 이러한 경우, 각각의 픽셀에 대한 ATR 적외선 스펙트럼이 기록된다.
본 방법에서, 반사 엘리먼트들은 분광학적으로 분석될 샘플 상으로 가압될 수 있다. 유리하게, 신호 세기가 이에 의해 증가된다. 본 발명에 따른 반사 행렬의 적용 압력에 의해, 비압축성 액체들, 특히 물 및/또는 혈액이 흘러가는 것을 가능하게 하는 채널들이 형성되는 것이 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 측정 신호에 대한 특히 물의 간섭 영향을 회피하는 것이 가능하다. 더욱이, 유리하게, 수성 및/또는 파우더형 샘플들의 정교한 표본이 필요하지 않다. 이는 특히, 수술 동안의 조직 검사들이 어떠한 표본도 허용하지 않고 그리고 조직들이 일반적으로 액체들, 특히 혈액으로 둘러싸이는 외과수술에서의 적용들에 대해 유리하다.
유리한 개선에서, 적외선 광원의 광 빔은 먼저 다중 반사 엘리먼트에 진입하고 그 다음으로 반사 엘리먼트에 진입한다. 이러한 방식으로, 광 빔은 유리하게, 반사 엘리먼트의 측정 포지션으로 다수회 안내될 수 있어서, 신호-대-잡음비가 증가된다.
광 빔이 적외선 검출기에서의 검출 이전에 적어도 4회 반사 엘리먼트에 진입하는 것이 유리하다. 10과 동일한 횟수의 진입들이 특히 유리하다. 이는 다중 반사 엘리먼트에 의해 가능해질 수 있다. 신호 세기는 반사 엘리먼트/샘플(적용 표면) 계면에서의 전반사들의 수에 거의 비례한다. 적용 표면에서의 다중 전반사는 알려진 다중 반사 엘리먼트들에 의해 간단히 달성될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여, 3개의 바람직한 예시적 실시예들의 도움으로 아래에서 설명될 것이며, 도면들에서,
도 1은 ATR 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트의 측면도를 도시하고,
도 2는 반사 엘리먼트들 및 반사 행렬로서의 반사 엘리먼트들의 어레인지먼트의 3차원 표현을 예시하고,
도 3은 다중 반사 엘리먼트를 가진 반사 행렬의 3차원 표현을 도시한다.
도 1은 다중 반사 크리스털(16)과 함께 개별 반사 엘리먼트들(2)을 포함하는 반사 행렬(1)의 방향(12)을 따르는 단면을 도시한다. ATR 적외선 분광법을 위한 이러한 예시적인 실시예에서 도시된 어레인지먼트는 추가로, 적외선 광원(22), 미러(mirror)들 및/또는 범용 빔 성형 컴포넌트(general beam shaping component)들(28) 및 적외선 검출기(24)를 포함한다. 적외선 광원(22)으로부터 오는 적외선 광 빔(18)은 먼저 다중 반사 크리스털(16)에 충돌한다. 다중 반사 크리스털(16)은 다수의 내부 전반사들을 통해 반사 엘리먼트들(2) 중 하나에 반복적으로 광 빔(18)을 안내한다. 반사된 광 빔(19)이 그 후에, 다중 반사 크리스털(16)로부터 나오고, 미러들 및/또는 범용 빔 성형 컴포넌트들(28)에 의해 검출을 위한 적외선 검출기(24)로 안내된다. 다중 반사 크리스털(16)은 반사 행렬(1) 위에 방향(15)에 관련해 포지셔닝되고(positioned) 그리고 상호 수직하는 방향들(12, 14)에서 방향(15)에 관해 변위가능하다. 유리하게, 이에 의해, 반사 행렬(1)의 각각의 반사 엘리먼트(2)에 대한 ATR 적외선 스펙트럼이 검출기(24)에 의해 기록될 수 있다.
다중 반사 엘리먼트(16)에 의한 광 빔(18)의 다중 안내(multiple guiding) 때문에, 이러한 예시적인 실시예에서 신호 세기가 증대된다. 결과적으로, 높은 신호-대-잡음비를 가진 이미징이 가능해진다.
도 2는 반사 엘리먼트들(2)의 3차원 어레인지먼트를 도시한다. 이러한 경우, 반사 엘리먼트들(2)은 상호 수직하는 방향들(12, 14)로 규칙적으로 배열되어 반사 행렬(1)을 형성한다. 통상적으로, 반사 엘리먼트(2)의 크기(extent)는 약 0.5 mm 내지 1.5 mm의 범위에 놓인다. 적외선 광원(22)(도 2에는 도시되지 않음)으로부터 오는 광 빔(18)은 2개의 방향들(12, 14)에 관해 직각으로 반사 엘리먼트들(2)의 제 2 서브구역(10)에 진입한다. 제 2 서브구역(10)이 유리하게 직육면체의 형상으로 구성되어서, 반사 엘리먼트들(2)의 플러시 행렬 어레인지먼트(flush matrix arrangement)가 획득된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 반사 엘리먼트들(2)은 제 1 서브구역(8)에서 반원통의 형상으로 구성된다. 반사 엘리먼트들은 또한, 쐐기(wedge)의 형상으로 구성될 수 있다. 유리하게, 적용 표면(4)의 볼록한 형상 때문에, 예컨대, 물 및/또는 혈액이 흘러가는 것을 가능하게 하는 채널들(30)이 형성된다. 이러한 경우, 분광학적으로 분석될 샘플들(26) 부근의 물 및/또는 혈액은 적용 표면들(4)의 적용 압력에 의해 채널들(30)로 변위되고, 그리고 그 채널들에 의해 측정 포지션(27)으로부터 멀리 운반된다. 그 다음으로, 방향(15)을 따라 제 2 서브구역으로부터 오는 광 빔(19)은 적외선 검출기(24)(도 2에 도시되지 않음)로 안내되거나 또는 다중 반사 엘리먼트(16)(도 2에 도시되지 않음)에 의해 다시 광 빔(18)으로서 반사 엘리먼트(2)에 돌아온다.
도 3은 반사 행렬(1)의 3차원 표현을 도시한다. 도시된 어레인지먼트는 추가로, 다중 반사 크리스털(16)을 포함한다. 개별 반사 엘리먼트들(2)은 평평한 면(6)에서 2개의 상호 수직하는 방향들(12, 14)로 규칙적으로 배열된다. 그러므로, 개별 반사 엘리먼트들(2)은 반사 행렬(1)을 형성한다. 이러한 경우, 반사 엘리먼트들(2)의 적용 표면들(4)은 방향들(12, 14)에 수직하는 방향(15)으로 평면(6) 전면에 위치되어서, 적용 표면들(4)이 샘플(26)(이러한 예시적인 실시예에서는 도시되지 않음) 상으로 가압될 수 있다. 도 1을 참조하여 이미 설명된 바와 같이, 광 빔(18)은 먼저 다중 반사 엘리먼트(16)에 진입하고, 그 다음으로, 여러번 반사 엘리먼트들(2)로 안내되고, 그 후에, 광 빔(19)으로서 나온다.

Claims (16)

  1. 감쇠 전반사(attenuated total reflection)에서의 적외선 분광법(infrared spectroscopy)을 위한 어레인지먼트(arrangement)로서,
    광원(22), 검출기(24), 빔 성형 컴포넌트(beam shaping component)들(28), 다중 반사 크리스털(multiple reflection crystal)(16) 및 다수의 반사 엘리먼트(reflection element)들(2)을 가진 반사 행렬(reflection matrix)(1)
    을 포함하고,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 내부 전반사(total internal reflection)에 의해 광 빔(light beam)(18)을 안내하도록 구성되고,
    상기 반사 엘리먼트들(2)의 제 1 서브구역(subregion)(8)의 적용 표면(application surface)(4)은 볼록하게 성형되며,
    상기 적용 표면(4)은 분광학적으로 분석될 샘플(sample)(26) 쪽을 향하고,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 표면(6)의 2개의 상호 수직하는 방향들(12, 14)로 규칙적으로 배열되며,
    상기 다중 반사 크리스털(16)은 상기 광 빔(18)을 내부 전반사에 의해 상기 반사 엘리먼트들(2) 중 하나에 여러번 안내하도록 구성되는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 상기 제 1 서브구역(8)에서 반원통(semicylinder)의 형상으로 구성되는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 상기 제 1 서브구역(8)에서 반구(hemisphere)의 형상으로 구성되는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 상기 제 1 서브구역(8)에서 피라미드(pyramid)의 형상으로 구성되는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 제 2 서브구역(10)에서 직육면체의 형상으로 구성되는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 반사 코팅(reflective coating)을 갖는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 엘리먼트들(2)은 ZnSe, Ge, Si 또는 다이아몬드(diamond)인 재료들 중 하나를 포함하는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중 반사 크리스털(16)은 상기 반사 행렬(1)에 대해 변위가능하게 배열되는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 다중 반사 크리스털(16) 및 상기 반사 엘리먼트들(2)의 상기 제 2 서브구역(10)은 동일한 굴절률을 갖는,
    감쇠 전반사에서의 적외선 분광법을 위한 어레인지먼트.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 반사 행렬을 이용한 적외선 분광법을 위한 방법으로서,
    적외선 광원(22)을 이용하여 적외선 광 빔(18)을 발생시키는 단계,
    상기 광 빔(18)을 다중 반사 크리스털(16)에 진입시키는 단계,
    이후, 상기 광 빔(18)을 반사 엘리먼트(2)에 진입시키는 단계 ― 상기 광 빔(18)은 상기 다중 반사 크리스털(16)에 의한 내부 전반사에 의해 상기 반사 엘리먼트(2)에 여러번 안내됨 ―,
    적어도 하나의 적외선 검출기(24)를 이용하여, 상기 반사 엘리먼트(2)에 의해 반사된 광 빔(19)을 검출하는 단계
    를 적어도 포함하는,
    적외선 분광법을 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 빔(18)은, 각각의 개별 반사 엘리먼트(2)가 적어도 1회 조명되도록 상기 반사 행렬(1)을 따라 변위되는,
    적외선 분광법을 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 빔(18)에 의한 다수의 반사 엘리먼트들(2)의 동시적인 조명이 발생되는,
    적외선 분광법을 위한 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사 엘리먼트들(2)의 적용 표면들(4)은 분광학적으로 분석될 샘플(26) 상으로 가압되는(pressed),
    적외선 분광법을 위한 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 빔(18)은 상기 적외선 검출기(24)에서의 검출 전에 적어도 4회 반사 엘리먼트(2)에 진입하는,
    적외선 분광법을 위한 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
KR1020167001697A 2013-06-21 2014-03-05 감쇠 전반사(atr)에 의한 이미징 KR101770688B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013211814.7 2013-06-21
DE102013211814.7A DE102013211814A1 (de) 2013-06-21 2013-06-21 Bildgebung durch abgeschwächte Totalreflexion (ATR)
PCT/EP2014/054211 WO2014202240A1 (de) 2013-06-21 2014-03-05 Bildgebung durch abgeschwächte totalreflexion (atr)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160024380A KR20160024380A (ko) 2016-03-04
KR101770688B1 true KR101770688B1 (ko) 2017-08-28

Family

ID=50336274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167001697A KR101770688B1 (ko) 2013-06-21 2014-03-05 감쇠 전반사(atr)에 의한 이미징

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9702820B2 (ko)
EP (1) EP2989445B1 (ko)
JP (1) JP6141525B2 (ko)
KR (1) KR101770688B1 (ko)
CN (1) CN105452846A (ko)
DE (1) DE102013211814A1 (ko)
ES (1) ES2638945T3 (ko)
WO (1) WO2014202240A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013211814A1 (de) 2013-06-21 2014-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Bildgebung durch abgeschwächte Totalreflexion (ATR)
DE102015011687B4 (de) * 2015-09-14 2023-05-11 Irubis Gmbh ATR-Reflexionselement und ATR-Spektroskopieverfahren
DE102016209287A1 (de) * 2016-05-30 2017-11-30 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Spektroskopie einer Probe in abgeschwächter Totalreflexion
GB201611651D0 (en) * 2016-07-04 2016-08-17 Element Six Tech Ltd An attenuated total reflection crystal fabricated from diamond material
DE102016008885B4 (de) * 2016-07-20 2020-09-17 Spectrolytic GmbH Schmuckstück mit ATR-Spektrometer und Kit mit dem Schmuckstück
WO2018108244A1 (de) * 2016-12-13 2018-06-21 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur reflexionsmessung und messvorrichtung
WO2018178669A2 (en) 2017-03-31 2018-10-04 University Of Strathclyde Infra-red spectroscopy system
US11460400B2 (en) * 2020-07-07 2022-10-04 Sakura Finetek U.S.A., Inc. Use of IR spectroscopy to evaluate penetration of reagents into biological specimen

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3399804B2 (ja) * 1997-02-26 2003-04-21 富士写真フイルム株式会社 表面プラズモンセンサー
JP2015200656A (ja) 2014-04-09 2015-11-12 アントン パール ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAnton Paar GmbH 偏光プリズム、及び、測定装置
JP2015203632A (ja) 2014-04-15 2015-11-16 キヤノン株式会社 試料の評価方法及び試料の評価装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5172182A (en) 1991-05-31 1992-12-15 Sting Donald W Internal reflectance element with very small sample contacting surface
US5633724A (en) * 1995-08-29 1997-05-27 Hewlett-Packard Company Evanescent scanning of biochemical array
DE69830529T2 (de) * 1997-02-07 2006-05-11 Fuji Photo Film Co., Ltd., Minami-Ashigara Oberflächen-Plasmonen-Sensor
JP3770707B2 (ja) * 1997-08-26 2006-04-26 松下電器産業株式会社 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法
JP2001311685A (ja) 2000-04-28 2001-11-09 Shimadzu Corp 板状プリズムを用いた分光方法
DE10028653B4 (de) * 2000-06-09 2006-04-27 Gesellschaft zur Förderung der Spektrochemie und angewandten Spektroskopie e.V. Messsonde für Infrarot-Spektroskopie
US7200311B1 (en) * 2004-04-08 2007-04-03 Stc.Unm Surface corrugation on internal reflection infrared waveguide for enhanced detection sensitivity and selectivity
EP1785089B1 (en) * 2004-11-12 2010-07-21 Panasonic Corporation Bioinformation measuring optical element and bioinformation measuring instrument using same
JP2011519635A (ja) 2008-05-02 2011-07-14 エスアールアイ インターナショナル 光学マイクロニードル系分光計
DE102013211814A1 (de) 2013-06-21 2014-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Bildgebung durch abgeschwächte Totalreflexion (ATR)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3399804B2 (ja) * 1997-02-26 2003-04-21 富士写真フイルム株式会社 表面プラズモンセンサー
JP2015200656A (ja) 2014-04-09 2015-11-12 アントン パール ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAnton Paar GmbH 偏光プリズム、及び、測定装置
JP2015203632A (ja) 2014-04-15 2015-11-16 キヤノン株式会社 試料の評価方法及び試料の評価装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6141525B2 (ja) 2017-06-07
DE102013211814A1 (de) 2014-12-24
KR20160024380A (ko) 2016-03-04
EP2989445B1 (de) 2017-05-31
JP2016523363A (ja) 2016-08-08
EP2989445A1 (de) 2016-03-02
US20160139047A1 (en) 2016-05-19
WO2014202240A1 (de) 2014-12-24
CN105452846A (zh) 2016-03-30
US9702820B2 (en) 2017-07-11
ES2638945T3 (es) 2017-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101770688B1 (ko) 감쇠 전반사(atr)에 의한 이미징
US7982864B2 (en) Optical measuring system
EP2299898B1 (en) Biological information acquisition apparatus
JP4033900B2 (ja) 改良された拡散反射モニター装置
CA2476174C (en) Low-coherence interferometric apparatus for light-optical scanning of an object
US6014204A (en) Multiple diameter fiber optic device and process of using the same
US10088363B2 (en) Biometric sensor and biometric analysis system including the same
KR20160149423A (ko) 비축대칭 렌즈를 포함하는 THz 빔 스캔 고속 3차원 영상 탐지 장치
US10732354B2 (en) Systems and methods for fiber-based visible and near infrared optical coherence tomography
JP2004527741A (ja) 全反射分光法のための装置および方法
KR950014849A (ko) 콜로이드 매체의 박막에 의해 산란된 광도 측정용 검출기
KR20190104298A (ko) 모유 분석 장치
US8541760B2 (en) Method for calibrating a deflection unit in a TIRF microscope, TIRF microscope, and method for operating the same
US9295420B2 (en) Transmission-reflectance swappable Raman probe for physiological detections
JP4470939B2 (ja) 生体スペクトル測定装置
EP3830553B1 (en) Diffuse reflectance apparatus
CN108885168B (zh) 一种检测系统及信号增强装置
JP3597887B2 (ja) 走査式光学組織検査装置
JP4016938B2 (ja) 光学顕微鏡測定装置
RU2712034C2 (ru) Неинвазивный способ измерения физиологического параметра с помощью конфокального спектроскопического измерительного устройства
TWI652467B (zh) 生物組織光學檢測探頭
JPH04138340A (ja) 赤外スペクトル測定ヘッド及び測定装置
KR20190048617A (ko) 모유 분석 장치
EP3273226A1 (en) Detection device
CN111714083A (zh) 一种高光谱深层三维散射光影像仪

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant