NL1017605C1 - Methode en optisch systeem voor het meten van optische weglengten en van optische Dopplerverschuivingen voor een vastgelegde optische weglengte, met behulp van een laagcoherente of gepulste lichtbron en een Mach-Zehnder interferometer met multimodale glasvezels. - Google Patents

Description

Methode en optisch systeem voor het meten van optische weglengten en van optische Dopplerverschuivingen voor een vastgelegde optische weglengte, met behulp van een laagcoherente of gepulste lichtbron en een Mach-Zehnder interferometer met 5 multimodale glasvezels.

De uitvinding heeft betrekking op een methode en een optisch systeem waarmee de weglengteverdeling van licht kan worden gemeten bij voortplanting vanuit een optische golfgeleider, door 10 een medium, naar een andere optische golfgeleider, en waarmee weglengte-selectieve informatie kan worden verkregen over de Dopplerverschuiving die het licht ondergaat.

Uit de praktijk zijn methoden en optische systemen bekend voor 15 het meten van de Dopplerverschuiving van licht dat zich door een verstrooiend medium voortplant. Deze methoden en systemen worden wel aangeduid met de benaming laser Doppler flowmetry (LDF). In deze systemen wordt het weefsel bestraald met licht met een grote coherentielengte (laserlicht). Het laserlicht dat het 20 medium verlaat, zal deels of geheel een reeks van

Dopplerverschuivingen hebben ondergaan door interactie met objecten die in het weefsel bewegen, waaronder voornamelijk rode bloedcellen. Wanneer dit licht op een lichtgevoelige sensor of fotodetector wordt opgevangen, resulteert dit in een fotostroom 25 die fluctuaties in de tijd vertoont. De doorbloeding of perfusie van het weefsel wordt bepaald uit de relatieve amplitude van deze stroomfluctuaties, en uit de frequentieverdeling van deze fluctuaties. Deze techniek is voor het eerst beschreven in het Amerikaanse octrooischrift US4109647.

30

De in de tot nu toe bekende literatuur beschreven systemen zijn in twee hoofdgroepen te scheiden: • Systemen waarbij een meetkop direct op de huid wordt geplaatst, en meting van de doorbloeding in één vast punt 35 plaatsvindt, als functie van de tijd. Deze variant, aangeduid f017605® 2 met Laser Doppler Perfusion Monitoring (LDPM), kan weer worden onderscheiden in systemen waarbij het lichttransport van en naar het weefsel plaatsvindt met behulp van optische vezels, en systemen waarbij de lichtbron en de fotodetectoren in een 5 kleine behuizing worden gemonteerd, die direct op het weefsel wordt geplaatst. Systemen en methoden die van optische vezels gebruik maken worden beschreven in de Amerikaanse octrooischriften US4476875 en US4590948 .

• Systemen waarbij het weefsel wordt belicht met een zich door 10 de lucht voortplantende vrije laserbundel, die een zeker oppervlak van het weefsel aftast. Deze variant, aangeduid met Laser Doppler Perfusion Imaging (LDPI) resulteert in een afbeelding van de doorbloeding binnen het afgetaste weefseloppervlak. Systemen en methoden die gebruik maken van 15 een vrije bundelgeometrie worden beschreven in de Amerikaanse octrooischriften en US5339817 en US5588437 en in het Europese octrooischrift EP.

Dergelijke systemen hebben het nadeel, dat de weglengte van het 20 licht dat bij draagt aan het doorbloedingssignaal, afhangt van de optische eigenschappen van het weefsel waaraan gemeten wordt. Daarom hangt ook de kans dat het gedetecteerde licht een interactie met bloed heeft ondergaan af van de optische eigenschappen van het weefsel. Het gevolg hiervan is weer dat 25 het resulterende doorbloedingssignaal niet alleen wordt bepaald door de feitelijke doorbloeding, maar ook van de optische eigenschappen van het omringende weefsel. Deze onafhankelijke invloed van het omringende weefsel op het doorbloedingssignaal wordt veroorzaakt door de grote coherentielengte van het 30 laserlicht. Hierdoor zal al het licht dat wordt gedetecteerd meedoen aan het interferentieproces dat de basis van de meetmethode vormt, onafhankelijk van de lengte van het door het weefsel afgelegde weg.

1017605· 3

Naast systemen voor LDF, zijn uit de literatuur andere systemen en methoden bekend waarmee met behulp van licht informatie wordt gekregen over de eigenschappen en conditie van het weefsel. Uit de literatuur kunnen de volgende methoden worden genoemd: 5 · Methoden waarbij het weefsel wordt bestraald met licht van een grote optische bandbreedte, waarbij op één of meer afstanden vanaf het punt van belichting, het spectrum van het uittredende licht wordt gemeten. Met behulp hiervan kan informatie worden verkregen over de gemiddelde optische 10 eigenschappen van het weefsel. Deze optische eigenschappen kunnen worden onderscheiden in de optische absorptie en de verstrooiing. Uit de absorptie kunnen gegevens over de chemische samenstelling van het weefsel kunnen worden afgeleid, zoals de concentratie van hemoglobine en melanine, 15 de zuurstofsaturatie en het absolute zuurstofgehalte.

Dergelijke systemen en methoden worden beschreven in de octrooischriften (bijv. Abbott-patenten). Andere systemen maken gebruik van de verstrooiing door weefsel, en geven informatie over de grootte van de in het weefsel aanwezige 20 strooikernen, die een maat zijn voor de eventuele aanwezigheid van tumorweefsel. Een dergelijk systeem wordt beschreven in de Europese octrooiaanvrage EP1021126A1.

• Methoden waarbij het weefsel wordt bestraald met licht van een geschikte bandbreedte, waarbij op één of meer afstanden vanaf 25 het punt van belichting het spectrum wordt gemeten van de in het weefsel opgewekte fluorescentie, ook wel de intrinsieke fluorescentie genaamd. Met behulp hiervan kan informatie worden verkregen over de aanwezigheid van tumorweefsel in het bestudeerde weefselvolume. Een dergelijk systeem wordt 30 beschreven in het Amerikaanse octrooischrift US5421337.

Dergelijke systemen hebben het nadeel, dat informatie wordt verkregen uit gedetecteerd licht dat een weglengte door het weefsel heeft afgelegd met een onbekende verdeling. Het 35 informatie over de toestand van het weefsel zal daarom op een 1017605* 4 vervormde wijze aanwezig zijn in het gedetecteerde licht. In de methoden waarbij de interpretatie is gebaseerd op lichtverstrooiing zal de vervorming gebeuren onder invloed van de ook in het weefsel optredende absorptie, die weer afhankelijk 5 is van de door het weefsel afgelegde weglengte. In de methoden waarbij lichtabsorptie het fundamentele proces is, zal de onbekende weglengteverdeling een directe invloed hebben. Tenslotte zullen bij methoden die gebaseerd zijn op fluorescentie, de gemeten fluorescentiespectra vervormd zijn ten 10 gevolge van absorptie in het weefsel, zodat de gemeten spectra vervormde versies zijn van de intrinsieke fluorescentie. Ook zal het fluorescentieproces worden beinvloed door het feit dat de intensiteit en het spectrum van het excitatielicht binnen het weefsel kunnen veranderen door absorptie en verstrooiing.

15

De onderhavige uitvinding heft de hierboven genoemde nadelen voor een deel op, door slechts de Dopplerverschuivingen te gebruiken van dat deel van het gedetecteerde licht, dat een door het meetsysteem opgelegde optische weglengte door het weefsel 20 heeft afgelegd, dan wel door informatie verschaffen over de verdeling van de optische weglengten van het licht dat zich door het verstrooiende medium heeft voorgeplant. Hierbij is de optische weglengte gedefinieerd als de geometrische weglengte, vermenigvuldigd met de brekingsindex van het medium.

25 De opbouw van de uitvinding is schematisch weergegeven in figuur 1. Het systeem behoort tot de klasse van Mach Zehnder interferometers.

Een belangrijk kenmerk van de onderhavige uitvinding is, dat gebruik wordt gemaakt van een lichtbron (1) met een 30 coherentielengte die kleiner is dan de breedte van de optische weglengteverdeling van het licht dat zich door het verstrooiende medium voortplant,. dan wel dat een laser wordt gebruikt die lichtpulsen produceert met een pulsduur die even groot is of kleiner dan de coherentietijd van de bovengenoemde laag-35 coherente lichtbron. Het licht wordt gesplitst in twee takken: een tak die buiten het verstrooiende medium wordt omgeleid (2), 1017605» 5 ook wel referentietak genoemd, en een tak die door het verstrooiende medium heenleidt (3), ook wel meettak genoemd. Daarbij is het mogelijk dat de afstand tussen het punt waar het licht in het medium wordt geïnjecteerd en het punt waar het 5 licht uit het medium wordt opgevangen, variabel wordt gemaakt.

Op deze wij ze kan de grootte van het meetvolume in het medium op een onafhankelijke wijze worden gevarieerd. Het licht in de referentietak en het licht dat uit het verstrooiende medium (4) ontsnapt worden samengevoegd, en belichten een lichtgevoelige 10 detector (5). De referentietak bevat een verplaatsbare reflector (6) waarmee de optische weglengte van de referentietak kan worden ingesteld. Ook bevat de referentietak een module (7) waarmee de optische weglengte van de referentietak voortdurend kan worden gevarieerd. Hierdoor zal ook interferentie kunnen 15 worden waargenomen tussen referentielicht en licht uit het verstrooiende medium dat geen interactie met bewegende objecten heeft ondergaan.

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op het principe, dat alleen die fractie van het door het medium voortgeplante licht 20 met het referentielicht interfereert, dat een totale optische weglengte heeft die gelijk is aan de optische weglengte van de referentietak, plus/minus de coherentielengte. Wanneer nu de coherentielengte van het gebruikte licht een bepaalde fractie is van de weglengte die het licht door het medium aflegt, kan de 25 verdeling van de optische weglengte door het medium dus worden gemeten met een relatieve resolutie gelijk aan die fractie.

Een kenmerk van de onderhavige uitvinding is, dat de gebruikte lichtbron een zg. superluminescente diode (SLD) is. Deze lichtbronnen hebben een coherentielengte van hooguit ca. 50 μτη, 30 waardoor de gebruiktelijke weglengteverdelingen met een breedte van enkele millimeters kunnen worden gemeten.

Volgens een ander kenmerk van de uitvinding kan een diode laser worden gebruikt die wordt aangestuurd onder de drempelstroom. Door een dergelijke wijze van aansturing produceert de 35 laserdiode licht met een voldoende korte coherentielengte.

1017605· 6

Volgens een ander kenmerk van de onderhavige uitvinding wordt als lichtbron een lichtgevende diode (light emitting diode, LED) gebruikt.

Een ander kenmerk van de uitvinding is, dat een thermische 5 lichtbron wordt gebruikt in combinatie met een breedbandig interferentiefilter. Dit geeft de beschikking over een groot aantal golflengten bij gebruik van slechts één lichtbron.

Volgens een ander kenmerk van de uitvinding is de laser een lichtbron die pulsen produceert met een pulsduur korter dan de 10 langste doorlooptijd van het licht door het medium.

Een ander kenmerk van de uitvinding is, dat licht wordt gebruikt met een centrale golflengte tussen 400 en 1300 nm. Dit zg. diagnostische venster bevat alle voor de techniek relevante golflengten, te weten golflengten tusen 400 en 500 nm die worden 15 gebruikt voor de excitatie van fluoroforen, golflengten tussen 500 en 600 nm waarin de meest voorkomende fluorescentie-emissiespectra gelegen zijn, 544nm en 632 nm geproduceerd door Helium-Neon lasers, en 780-830 nm, een interval rondom de zg. isosbestische golflengte van 805 nm, waarbij de absorptie van 20 hemoglobine onafhankelijk is van de zuurstofverzadiging.

Volgens een verder kenmerk van de onderhavige uitvinding wordt licht gebruikt met een centrale golflengte tussen 780 en 830 nm. Volgens een ander kenmerk van de uitvinding zend de lichtbron lichtpulsen uit met een repetitiefrequentie groter dan twee keer 25 de maximale Dopplerverschuiving die dient te worden gemeten. Op deze wijze kunnen grotere piekvermogens worden gebruikt bij een constant blijvend gemiddeld vermogen, zodat de energiedepositie gelijkblij ft.

Een verder kenmerk van de uitvinding is, dat in de beide takken 30 van het systeem een optische vezel wordt gebruikt die slechts één optische modus doorlaat. Hierdoor zal het licht zich slechts via één enkele weglengte door de fibers voortbewegen.

Een verder kenmerk van de onderhavige uitvinding is, dat in de beide takken van het systeem een multimodale optische vezel 35 wordt gebruikt. Dergelijke optische vezels zijn in staat een veel grotere hoeveelheid licht te geleiden.

1017605· 7

Volgens een verder kenmerk van deze uitvinding is de multimodale vezel een zg. step-index vezel. Deze fibers verhogen de signaalamplitude aanmerkelijk, terwijl de weglengtevariatie van de geleide modi binnen acceptabele grenzen blijft.

5 Volgens een verder kenmerk van deze uitvinding is de multimodale vezel een zg. gradient-index vezel. Dergelijke vezels zijn in staat een grote hoeveelheid licht te geleiden met een beperkte weglengtevariatie tussen de verschillende modi.

Een volgend kenmerk van de onderhavige uitvinding is het gebruik 10 in de referentietak en de meettak van glasvezelbundels, zie figuur 2, waarbij de doorsnede van de glasvezels kleiner is dan 10 μιη. Bij dergelijke bundels is de totale hoeveelheid doorgelaten licht afhankelijk van de totale doorsnede van de vezelbundel, terwijl de weglengtevariatie van de verschillende 15 geleide modi afhankelijk is van de diameter van de individuele vezels, en dus zeer klein is.

Een volgend kenmerk van de onderhavige uitvinding is, dat bij de splitsing de verhouding tussen de intensiteiten van het licht in de referentietak en in de meettak dusdanig wordt gekozen, dat de 20 intensiteit van het licht uit de referentietak op de lichtgevoelig sensor groter is dan de intensiteit van het licht .dat uit het medium is gedetecteerd. Hierdoor worden signaalfluctuaties gecreëerd die grotendeels het gevolg zijn van interferentie tussen referentielicht en licht uit de meettak (de 25 zg. heterodyne bijdrage), terwijl interferentie van licht in de meettak met zichzelf (de zg. homodyne bijdrage) wordt geminimaliseerd.

Een verder kenmerk van de onderhavige uitvinding is, dat het instellen van de optische weglengte van de referentietak gebeurt 30 door het verplaatsen van de reflector. Als hiervoor een zg. retroreflector wordt gebruikt, is de gevoeligheid voor uitlijningsfouten en mechanische speling van de retroreflector zeer klein.

Een verder kenmerk van de onderhavige uitvinding is, dat het 35 voortdurend variëren van de optische weglengte gebeurt met 101760S· 8 behulp van één of meer akoesto-optisch elementen. Hiermee wordt in het algemeen een fasemodulatie of een frequentieverschuiving gegenereerd met een frequentie van 10-80 MHz bij een enkel element, en 10-50 kHz bij meerdere elementen.

5 Een verder kenmerk van de uitvinding is, dat het voortdurend variëren van de optische weglengte van de referentietak gebeurt met behulp van een fotoelastisch element. Hiermee wordt een optische weglengtemodulatie gegenereerd met een frequentie van enkele tientallen kilohertz.

10 Volgens een verder kenmerk van deze uitvinding wordt de optische weglengte van de referentietak voortdurend gevarieerd met een magneto-optisch element (Faraday-cel).

Volgens een verder kenmerk van deze uitvinding wordt de optische weglengte van de referentietak voortdurend veranderd met een 15 electro-optisch element (Kerr-cel).

Volgens een verder kenmerk van de onderhavige uitvinding wordt de optische weglengte van de referentietak voortdurend veranderd door het evenparig laten bewegen van de retroreflector.

Volgens een verder kenmerk van de onderhavige uitvinding gebeurt 20 de detectie van licht dat het verstrooiende medium heeft doorlopen met een andere glasvezel of vezelbundel dan die waardoor het licht het verstrooiende medium bereikt. De beide einden van beide fibers kunnen aan dezelfde zijde van het verstrooiende object worden geplaatst (reflectiemeting) of ieder 25 aan een tegenovergestelde zijde van het verstrooiende object (transmissiemeting).

Volgens een ander kenmerk van de uitvinding gebeurt de detectie van licht dat het verstrooiende medium heeft doorlopen met dezelfde glasvezel of vezelbundel waardoor het licht het 30 verstrooiende medium bereikt, zie figuur 3. In dit geval dient in de meettak een extra splitsing te worden opgenomen, zoals in figuur 3 is weergegeven.

Volgens een verder kenmerk van de onderhavige uitvinding wordt het licht uit de naar het medium toeleidende glasvezel gekoppeld 35 en als een vrije bundel in het medium gebracht, waarbij het licht dat uit het verstrooiende medium treedt, al of niet met 1 017605*1 9 een lens in de detecterende glasvezel wordt ingekoppeld.

Hierdoor wordt een direct contact met het weefsel vermeden. Ook kan hierdoor het weefsel worden afgetast, zodat ruimtelijke variaties van doorbloeding en weglengteverdeling kunnen worden 5 verkregen.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding is de lichtgevoelige detector een lichtgevoelige diode.

Volgens een verder kenmerk van de uitvinding is de lichtgevoelige detector een fotomultiplicator.

10 Een verder kenmerk van de uitvinding is, dat deze wordt toegepast voor het meten van de perfusie of doorbloeding met een bekende, door de gebruiker in te stellen weglengte.

Een verder kenmerk van de uitvinding is, dat deze wordt toegepast voor het bepalen van de diepte van brandwonden.

15 Volgens een ander kenmerk van onderhavige uitvinding wordt deze gebruikt voor het waarnemen van veranderingen in de verstrooiende eigenschappen van het weefsel. Hieruit kan informatie worden verkregen over de vorming van tumorweefsel en het effect van thermische weefselbehandelingen.

20 Een ander kenmerk van de uitvinding is, dat deze wordt toegepast voor het volgen van het proces van apoptose (geprogrammeerde celdood) waarbij het weefsel lokaal uiteenvalt in kleine fragmenten, die de verstrooiingseigenschappen van weefsel beïnvloeden.

25 Een verder kenmerk van onderhavige uitvinding is, dat deze wordt toegepast voor het bepalen van de zg. intrinsieke fluorescentie in het weefsel. Deze verschilt van waargenomen fluorescentie door met name de absorptie door het weefsel van een deel van het door fluorescentie gegenereerde licht.

30 Volgens een ander kenmerk van de uitvinding wordt deze gebruikt voor het bepalen van de intrinsieke absorptie van het weefsel, teneinde de chemische samenstelling van het weefsel te achterhalen. Hieruit kan bijvoorbeeld de hemoglobine-concentratie, de zuurstofsaturatie en het zuurstofgehalte in het 35 weefsel worden bepaald.

1017605« 10

Volgens een ander kenmerk van onderhavige uitvinding wordt deze gebruikt voor het waarnemen van veranderingen in de verstrooiende eigenschappen van het weefsel. Hieruit kan informatie worden verkregen over de vorming van tumorweefsel en 5 het effect van thermische weefselbehandelingen.

Voorbeeld 1: het meten van de weglengteverdeling door een verstrooiend medium

Een optisch systeem zoals weergegeven in figuur 1, bevat als 10 lichtbron (1) een superluminescente diode (SLD) met een vermogen van 2 mW, en een golflengte van 823 nm en een coherentielengte van 40 μτη. Zowel de meettak als de referentietak bestaan uit gradient-index optische vezels met een kerndiameter van 100 μτη. De splitsing gebeurt met fiberoptische splitsers. In de 15 referentietak bevindt zich een transleerbaar prisma dat als retroreflector fungeert.

De fiber in de meettak leidt naar een suspensie van Intralipid™. De detectie gebeurt met een identieke optische vezel, die op 450 μτη van de andere vezel is geplaatst. Voor de detectie van de 20 combinatie het door het verstrooiende medium voortgeplante licht en het referentielicht wordt een zg. PIN-fotodiode gebruikt. De door deze detector gegenereerde fotostroom wordt met behulp van een spectrumanalysator omgezet in een vermogensspectrum. Voorbeelden van een aantal vermogensspectra zijn gegeven in 25 figuur 4. Het spectrum weergegeven als "dark" is verkregen bij afwezigheid van enig licht op de fotodetector. Het wordt veroorzaakt door spontane ruis in de fotodetector en de daaraan verbonden electronica. Wanneer nu alleen het licht van de referentietak de detector beschijnt, ontstaat het spectrum 30 aangeduid met "reference". Dit spectrum bevat naar de spontane ruis bij afwezigheid van licht, een ruisbijdrage ten gevolge van het stochastische karakter van het licht. Wanneer alleen het licht uit de meettak de detector beschijnt, ontstaat het spectrum aangeduid met "sample". In tegenstelling tot de vorige 35 spectra bevat het "sample"-spectrum een manifestatie van de 1017605« 11

Dopplerverschuiving die het licht heeft ondergaan bij verstrooiing aan de deeltjes in de Intralipid™ suspensie, die in voortdurende Brownse beweging zijn. Wanneer zowel het referentielicht als het licht dat door het medium is gegaan, 5 ontstaat de spectra aangegeven met "total (position 1)" en "total (position 2)". Hierbij is "position 1" de situatie waarbij de retroreflector zo is geplaatst dat de amplitude van de fluctuaties in de fotostroom maximaal is. In deze situatie zijn de optische weglengten van de meettak en de referentietak 10 ongeveer gelijk, en treedt maximale interferentie op tussen licht uit de referentietak en licht uit de meettak. "Position 2" geeft de situatie aan, dat de retroreflector t.o.v. "position 1" zoveel is verplaatst, dat het weglengteverschil tussen de referentietak en de referentietak veel groter is dan enige 15 verwachte weglengte van het licht dat zich door het verstrooiende medium voortplant. Er is nu geen interferentie tussen licht uit de meettak en licht uit de meettak, waardoor het spectrale niveau van het spectrum aangeduid met "position 2" lager is dan dat van het spectrum aangeduid met "position 1".

20 Hoewel de verschillen tussen beide spectra in figuur 4 klein zijn, zijn ze significant.

Op de volgende wijze wordt de weglengteverdeling van het licht tussen de beide fibereinden in het verstrooiende medium verkregen. Voor een groot aantal posities van de retroreflector 25 worden de spectrum aangeduid met "total" gemeten, terwijl de spectra aangeduid met "sample", "reference" en "dark" slechts enkele malen worden gemeten. We berekenen vervolgens van alle gemeten spectra een aantal zg. "momenten". Het nde moment van b vermogensspectrum S(f) is gedefinieerd als Mn = \fnS(f)df , waarbij a 30 we voor de onder- en bovengrenzen a en b de waarden 2 0 Hz en 20 kHz aanhouden. De weglengteverdeling is gebaseerd op het nulde moment van de spectra. De weglengteverdeling wordt verkregen, door voor alle posities van de retroreflector, de nulde momenten van het "reference" spectrum en het "sample" spectrum af te 1017605· 12 trekken van het nulde moment van het "total" spectrum. Hierdoor verkrijgen we het nulde moment van het ''heterodyne" spectrum, dat ontstaat door interferentie van licht uit beide optische takken. Het kan worden aangetoond, dat de waarde van het nulde 5 moment van het heterodyne spectrum evenredig is met de relatieve fractie van het licht dat de door de retroreflector vastgelegde optische weglengte heeft afgelegd. Het resultaat is gegeven in figuur 5. Hierin is ook de ligging aangegeven van "position 1" en "position 2" waarvan in figuur 4 de spectra zijn gegeven.

10 Verder is in figuur 5 een weglengteverdeling gegeven zoals die is gesimuleerd met de zg. Monte Carlo techniek.

Voorbeeld 2: het meten van het Dopplerverschuivingen voor een door het systeem vastgelegde optische weglengte.

15 Voor het meten van de doorbloeding is met name het eerste moment van het vermogensspectrum van belang. Het spectrum van het "heterodyne" signaal is gelijk aan de verdeling van de Dopplerverschuivingen die het licht in het verstrooiende medium heeft ondergaan. Voor alle posities van de retroreflector is het 20 heterodyne spectrum bepaald door het aftrekken van het "reference" spectrum en het "sample" spectrum van het "total" spectrum. De resulterende spectra voor "position 1" van de retroreflector zijn gegeven in figuur 6. Hierbij is het spectrum aangegeven met "homodyne" het resultaat van interferentie van 25 licht dat door het verstrooiende medium is gegaan met zichzelf. Dit "homodyne" spectrum blijkt ongeveer twee keer zo breed te zijn als het "heterodyne" spectrum. Dit gedrag is volgens verwachting, omdat interferentie van Doppler-verschoven licht met Dopplerverschoven licht een verdere spectrale verbreding 30 oplevert. Het heterodyne spectrum in figuur 6 is dus een Dopplerspectrum van alleen dat deel van het licht, dat een bekende afstand door het verstrooiende medium heeft doorlopen nl. ongeveer 1,3 millimeter. We kunnen vervolgens de opgelegde optische weglengte gaan variëren, en per positie van de 35 retroreflector het "heterodyne" spectrum en het daarbij behorende eerste moment berekenen, zie figuur 7. In deze figuur ÏQ17605* 13 is het eerste moment genormaliseerd met het nulde moment, wat gelijk is aan de gemiddelde Dopplerverschuiving. Figuur 7 laat zien dat deze gemiddelde Dopplerverschuiving toeneemt met de weglengte van het licht door het verstrooiende medium. Dit 5 gedrag is volgens verwachting, omdat een grotere weglengte een groter aantal verstrooiingen genereert.

1017605®

Claims (39)

1. Werkwijze voor het meten van de weglengteverdeling van licht dat zich door een medium voortplant, met het kenmerk dat 5 gebruik wordt gemaakt van een lichtbron met een korte coherentielengte, dat het licht wordt gesplitst in een fractie die door het medium wordt geleid, en een fractie die als referentielicht buiten het medium om wordt geleid, dat de fase van het referentielicht een voortdurende verandering in de 10 tijd ondergaat, en dat de weglengteverdeling van het licht dat door het medium loopt alvorens te worden gedetecteerd, wordt bepaald door voor een aantal optische weglengtes van de referentietak het nulde moment te meten van het vermogensspectrum van de fluctuaties in,de fotostroom die het 15 gevolg zijn van interferentie tussen licht dat door de referentietak loopt, en het gedetecteerde licht dat door het verstrooiende medium is gegaan.

2. Werkwijze voor het meten van het Dopplerspeetrum en de gemiddelde Dopplerverschuiving van licht dat een specifieke 20 optische weglengte door het medium heeft afgelegd, met het kenmerk dat dat gebruik wordt gemaakt van een lichtbron met een korte coherentielengte, dat het licht wordt gesplitst in een fractie die door het medium wordt geleid, en een fractie die als referentielicht buiten het medium om wordt geleid, dat 25 de lengte van de referentietak zo wordt gekozen dat deze overeenkomt met de gewenste optische weglengte van het licht dat door het medium doorloopt, dat het Dopplerspectrum van het licht dat door het medium loopt alvorens te worden gedetecteerd, wordt bepaald door het vermogensspectrum te 30 meten van de fluctuaties in de fotostroom die het gevolg zijn van interferentie tussen licht dat door de referentietak loopt, en het gedetecteerde licht dat door het medium is gegaan, en dat de gemiddelde Dopplerverschuiving van het licht dat de gewenste optische weglengte door het medium heeft 35 afgelegd wordt bepaald door het eerste moment te nemen van het Sf Of 7605* bovengenoemde Dopplerspectrum, en dit te delen door het nulde moment.

3. Optisch systeem voor het meten van de weglengteverdeling van licht dat zich door een medium heeft voortgeplant en voor het 5 meten van de verdeling van Dopplerverschuivingen als functie van de optische weglengte door het medium, met het kenmerk dat het een lichtbron bevat met een coherentielengte kleiner dan de weglengte die het licht door het medium aflegt, dat het twee optische wegen of takken bevat waarvan er één naar het 10 medium leidt, en waarvan de andere tak, hierna referentietak genoemd, in lengte verstelbaar is, dat de tak met licht dat uit het medium ontsnapt wordt samengevoegd met de referentietak, en dat het systeem een lichtgevoelige sensor bevat die wordt beschenen door de lichtbijdragen uit zowel de 15 referentietak als uit de tak waarvan het licht het medium heeft doorlopen.

4. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lichtbron een superluminescente diode is.

5. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de 20 lichtbron een laser diode is die onder de drempelstroom wordt aangestuurd.

6. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lichtbron een licht-uitzendende diode is.

7. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de 25 lichtbron een thermische lichtbron is waarvan het licht wordt gefilterd met een breedbandig interferentiefilter.

8. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lichtbron een laser is die pulsen produceert met een pulsduur dusdanig dat de pulsduur vermenigvuldigd met de lichtsnelheid 30 in het medium, kleiner is dan de weglengte die het licht door het medium aflegt.

9. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lichtbron een centrale golflengte heeft tussen 300 nm en 1300 nm.

10. Optisch systeem volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de lichtbron een centrale golflengte heeft tussen 770 en 830 nm. 1017605»

11. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lichtbron lichtpulsen uitzend met een repetiefrequentie groter dan twee keer de maximale Dopplerverschuiving die dient te worden gemeten.

12. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat in het gedeelte van de referentietak tussen de splitsing en de transleerbare reflector, en in het gedeelte tussen de lichtbron en het medium, een zg. single mode glasvezel wordt gebruikt.

13. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat in zowel de referentietak als in de meettak een multimodale glasvezel wordt gebruikt.

14. Optisch systeem volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de kerndiameter van de glasvezel ligt tussen 50 en 200 μτη.

15. Optich systeem volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de multimodale fiber een zg. gradient-index fiber is.

16. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de gebruikte glasvezels bestaan uit een bundel van glasvezels met een veel kleinere doorsnede.

17. Optisch systeem volgens conclusie 16, met het kenmerk dat de doorsnede van deze kleinere glasvezels 10 μιη of kleiner is.

18. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de verhouding tussen de intensiteiten van het licht in de referentietak en in de meettak dusdanig wordt gekozen, dat de 25 intensiteit van het licht uit de referentietak op de lichtgevoelig sensor groter is dan de intensiteit van het licht .dat uit het medium is gedetecteerd

19. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lengte van de referentietak kan wordt veranderd.

20. Optisch systeem volgens conclusie 19, met het kenmerk dat deze verandering gebeurt door middel van het uitkoppelen van het licht uit de glasvezel, het collimeren van de bundel met behulp van een lens, het laten reflecteren van de referentietak op een in positie verstelbare retroreflector en 35 het weer inkoppelen van het licht in een glasvezel. n017605*

21. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de optische weglengte van de referentietak een voortdurende verandering ondergaat.

22. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat 5 deze voortdurende faseveradering wordt bewerkstelligd met één of meer akoesto-optisch elementen.

23. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat deze voortdurende faseveradering wordt bewerkstelligd met een fotoelastisch element.

24. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat een voortdurende faseverandering wordt bewerkstellig door het continue veranderen van de lengte van de referentietak.

25. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat deze continue faseverandering wordt bewerkstelligd met een 15 magneto-optisch element.

26. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat deze voortdurende faseverandering wordt bewerkstelligd met een electro-optisch element.

27. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de 20 detectie van licht dat het medium heeft doorlopen, gebeurt met een andere glasvezel dan die waardoor het licht het medium bereikt.

28. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de detectie van licht de het medium heeft doorlopen, gebeurt met 25 dezelfde glasvezel waardoor het licht het medium bereikt.

29. Optisch systeem volgens conclusie 28, met het kenmerk dat in de glasvezel die van het medium afleidt, een splitsing wordt opgenomen.

30. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het 30 licht uit de naar het medium toeleidende glasvezel wordt uitgekoppeld en als een vrije bundel het medium binnentreedt, en dat het licht dat uit het verstrooiende medium treedt, al of niet met een lens in de detecterende glasvezel wordt ingekoppeld.

31. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lichtgevoelige detector een fotodiode is. »017605n

32. Optisch systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de lichtgevoelige detector een foto-multiplicator is.

33. Methode volgens conclusies 1 en 2, en systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het de vinding gebruikt wordt 5 voor het meten van de doorbloeding van weefsel.

34. Methode volgens conclusie 2, en systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het gebruikt wordt voor de diagnose van brandwonden.

35. Methode volgens conclusie 1, en systeem volgens conclusie 3, 10 met het kenmerk dat het gebruikt wordt voor het bepalen van de verstrooiende eigenschappen van het weefsel.

36. Methode en systeem volgens conclusie 35, met het kenmerk dat het gebruikt wordt voor het bestuderen van apoptose.

37. Methode volgens conclusie 1, en systeem volgens conclusie 3, 15 met het kenmerk dat het gebruikt wordt voor het bepalen van de absorberende eigenschappen van het weefsel.

38. Methode volgens conclusie 1, en systeem volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het gebruikt wordt voor het bepalen van de lichtabsorptie door weefsel. 20

39- Methode en systeem volgens conclusie 37, met het kenmerk dat het gebruikt wordt voor het bepalen van de intrinsieke fluorescentie van het medium uit de gemeten fluorescentie-eigenschappen van het medium. 1017605a