TW200817666A - A method for correcting a spectral image for optical aberrations using software - Google Patents

A method for correcting a spectral image for optical aberrations using software Download PDF

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James E Smous
Mihailo V Rebec
Michael P Houlne
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Bayer Healthcare Llc
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Description

200817666 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於使用軟體修正光譜影像之方法。該方 法可用於輔助測定分析物濃度。 【先前技術】 體液内分析物之定量測定在特定生理異常之診斷及維持 中十刀重要。例如應該監控某些個人的乳酸鹽、膽固醇和 膽紅素。特疋έ之，糖尿病患者必須頻繁檢查體液内葡萄 糖位準以調卽飲食中葡萄糖攝取量係重要的。此類測試之 結果可用於決定需要給予何種（若有）胰島素或其他藥物。 某些現有技術中，可使用柳葉刀從使用者汲取流體（例 如血液）。此流體接著用於儀器或儀錶，以測定分析物濃 度。符合需要的係消除使用柳葉刀之需要，同時仍準確地 測定分析物濃度。此類應用稱為非侵入性技術。 一種非侵入性技術包含使用拉曼（Roman)信號以測定分 析物之濃度，例如葡萄糖。然而，使用拉曼或其他類型信 號的現有非侵入性方法中存在缺點。例如，使用光譜儀成 像之目標的光譜影像包含光學像差。光學像差，例如曲 率’可導致重疊光譜頻帶及/或弱解析峰值。當嘗試量化 複雜矩陣内之分析物時此可導致錯誤結果。該等光學像差 可使區別或區分分析物（例如葡萄糖）與具有相似特徵光譜 之其他組織及流體成分變得困難。某些現有技術已提出硬 體解決方案，以修正光學像差。然而，該等硬體解決方案 不具有解決選定光學像差之靈活性。例如，現有硬體技術 123687.doc 200817666 並非係調適成解決不固定曲率，例如與全訊或透射光拇相 關聯之曲率。 需要一種具有解決光譜影像中各種光學像差之靈活性的 方法。 【發明内容】 依據一方法，針對光學像差修正光譜影像。將皮膚組織 或其他組織曝露於一高強度、窄頻帶之光。藉由皮膚組織 ,, 或其他組織内之至少一個分析物散射窄頻帶之光。以光學 ‘方式收集來自該散射光之拉曼信號。將該等拉曼信號引導 至一波長分離器件。將該等拉曼信號作為強度及波長之一 函數偵測，以建立該光譜影像。使用一軟體演算法針對光 學像差修正該光譜影像，以在空間上重新指派強度。 依據另一方法，測定流體内至少一個分析物之濃度。將 皮膚組織或其他組織曝露於一高強度、窄頻帶之光。藉由 皮膚組織或其他組織内之至少一個分析物散射窄頻帶之 光。以光學方式收集來自該散射光之拉曼信號。將該等拉 曼信號引導至-波長分離器件。將該等拉曼信號作為強度 及波長之一函數偵測，以建立該光譜影像。使用一軟體演 异法針對光學像差修正該光譜影像，以在空間上重新指派 強度。使用修正之光譜影像測定至少一個分析物之濃度。 依據另一方法，使用儀器針對光學像差修正光譜影像。 將皮膚組織或其他組織曝露於一高強度頻帶的光。以光學 方式收集皮膚組織或其他組織的影像。使用軟體動態地修 正影像，以在光學上修正該儀器及皮膚組織或其他組織之 123687.doc 200817666 至少-個。使用來自修正影像 依攄另一士、土 貝訊以執仃一—般診斷。 將 ’使用儀11針對光學像差修正光譜影像。 钟膚組織或其他組織曝露於-高強度的光。藉由皮膚组 隹土 夕個刀析物散射光。以光學方式收 集來自散射光之螢光信號。將螢 哭放# 踅7號引導至一波長分離 。件。將螢光信號作為強度及波 又贫I 函數偵測，以建立 大-日衫像。使用一軟體演算法 升床矸對光學像差修正光譜影 像，以在空間上重新指派強度。 另-方法中，針對光學像差修正光譜影像。以光學方式 收集來自散射光之拉曼信號。將拉曼信號引導至一波長分 離器件。將該等拉曼信號作為強度及波長之一函數债測， 以建立該光譜影像n軟體㈣法針對光學像差修正 該光譜影像，以在空間上重新指派強度。 、另一方法中，使用儀器針對光學像差修正光譜影像。以 光學方式收集來自散射光之螢光信號。將螢光信號引導至 一波長分離器件。將螢光信號作為強度及波長之一函數引 導，以建立光譜影像。使用一軟體演算法針對光學像差修 正該光譜影像，以在空間上重新指派強度。 【實施方式】 本發明係針對在波長分離器件中用於針對光學像差修正 光譜影像的軟體方法。藉由減低或消除光學像差，一方法 中，可以非侵入性方式測定分析物之量化分析。極其需要 在置化特定分析物時維持光譜解析度之軟體方法。 可測量之分析物包括葡萄糖、脂質數據（例如膽固醇、 123687.doc 200817666 甘油三酸醋、LDL及HDL)、微白蛋白、果糖、乳酸鹽、膽 紅素、肌酸酐、尿酸、鉀、鈉、氣、及pH。預計也可測^ 其他分析物濃度。此申請案内所使用之術語"濃度"指分析 物浪度、活性（例如酶及電解質）、滴定量（例如抗體）或任 何其他用於測定期望分析物之度量。 為以量化、非侵入性方式測定分析物濃度，一方法中之 光學影像係垂直加總，以產生一光譜。區別分析物（例如 f % 葡萄糖）與其他組織及流體成分之能力依賴區分所關注分 析物之光譜特徵的能力。 依據一方法，藉由將皮膚組織或其他組織曝露於窄頻帶 之光來針對光學像差修正光譜影像。藉由皮膚組織或其他 組織内之至少一個分析物散射窄頻帶之光。此方法中，以 光學方式收集來自散射光之拉曼光。將拉曼光引導至一波 長分離器件。將拉曼光作為強度及波長之一函數偵測，以 建立光譜影像。使用軟體演算法針對光學像差修正光譜影 像，以在空間上重新指派強度，或者換言之，重新指派波 長空間内之強度值。 一方法中，高強度、窄頻帶之光源可來自各種來源。例 如’局強度、窄頻帶之光源可來自以窄頻帶遞送的單色光 源。單色光源之一範例係雷射二極體來源。預計也可使用 其他光源，例如發光二極體及非相干燈。可濾波光源以提 供更清楚地定義（即更窄）之光頻帶。另外預計高強度、窄 頻T之光可為染料雷射、氣體雷射、離子雷射或激升雷 射。 123687.doc 200817666 一項具體實施例中，多色光源與適當濾波組合，以產生 窄頻帶之光。使用此適當濾波，獲得之窄頻帶之光可與單 色光相似。預計非相干光源，例如發光二極體（led)或燈 泡，可產生窄頻帶之光。拉曼應用中，LED或燈泡最好使 用濾波。預計在其他非拉曼應用中，使用lED或燈泡不需 要遽波。預計其他單色或多色光源可用於獲得窄頻帶之 光。 光源波長可改變，但一般係從大約300至大約10,000 nm。光源可為紫外線光源、近紅外線光源、紅外線光源、 或採用適當濾波之可見光源。欲使用之光源將係高強度、 窄頻帶之光。 一方法中’可在從大約300 nm至大約i2,〇〇〇 nm之波長 範圍内收集拉曼光譜資訊。然而，對組織光學元件及拉曼 效應是唯一的數個波長相依特徵可顯著影響成功使用拉曼 技術來進行組織内分析物之非侵入性測定的能力。例如， 車父低波長下，來自組織内分析物之固有拉曼信號相對較 強，但組織自發螢光亦相對較強，其可壓倒組織内拉曼信 號並使其偵測複雜化。相反，較高波長下，組織自發螢光 及固有拉曼信號降低。光源選擇將根據拉曼信號功率及自 發螢光干涉在用於所關注分析物之所關注波長下之平衡來 執行。因此，對於葡萄糖分析，最好使用以83〇 nm為中心 或其附近的高強度、窄頻帶光源，並收集從高於8〇〇 nms 大約105 0 nm之波長範圍内的拉曼光譜資訊，其中拉曼信 號之強度係針對組織自發螢光最佳化。 123687.doc •10- 200817666 可從自光源離開之拉曼散射光（從100 cnT1偏移至10,000 crrT1)收集關於葡萄糖之拉曼光譜資訊。更明確地說，可從 自光源離開之拉曼散射光（從1〇〇 cm·1偏移至1600 cm·1)收 集關於葡萄糖之拉曼光譜資訊，因為最強葡萄糖峰值發生 於大約1340 cm·1及大約1125 cnT1之拉曼偏移。預計可從不 同範圍收集拉曼光譜資訊，特別係在欲測定之分析物濃度 非葡萄糖時。 一特定範例係830 nm雷射二極體來源。商業上可獲得之 f ^ 83 0 nm雷射二極體來源之一範例係invictusTM NIR 830 nm 一極體雷射’其由密西根州Ann Arbor市之Kaiser Optical Systems，lnc·銷售。另一範例係pi_ecL-830-300二極體雷 射’其由猶他州鹽湖城之process instruments銷售。一項 具體實施例中，以大約丨mm之光束直徑將雷射光遞送至 皮膚組織或其他組織。預計可使用其他雷射二極體來源。 可調整高強度、窄頻帶之光，以便產生較高解析度拉曼 C, 光譜。例如，可限制高強度窄頻帶之光，導致曝露的光更 少且獲得之拉曼信號解析度更高。藉由調整高強度窄頻帶 之光’拉曼信號強度及曝露可根據所關注之分析物予以最 佳化。 預計不同波長分離器件可用於本發明中。可用於本發明 方法中的波長分離器件包括繞射元件及濾波器。繞射元件 一般將光分成個別組件m在空間上分離波長群組。 某些濾波器選擇性地允許期望波長群組穿過，同時防止或 禁止不合需要的波長穿過。其他濾波器選擇性反射—期望 123687.doc 200817666 波長群組’同時允許不合需要的波長穿過。來自濾波具體 實施例之最終影像係一選擇波長群組。 可使用的繞射元件之範例包括但不限於全訊光柵、繞射 光栅、光學晶體及稜鏡。全訊光柵及繞射光柵使用平面光 柵技術來形成其光譜影像。可使用之濾波器之範例包括但 不限於聲光可調諧濾波器（AOTF)及液晶可調諧濾波器 (LCTF) 〇 偵測器可為多像素偵測器。多像素偵測器之範例包括但 不限於電荷耦合器件（CCD)、二極體陣列或膜。預計可使 用其他多像素偵測器。CCD獲取接收之光並將其顯示為強 度及波長之一函數。CCD之一範例包括垂直方向上的13〇〇 列像素以及水平方向上的134〇行像素之像素陣列。預計 CCD可具有垂直方向上的不同數目列及水平方向上的不同 數目行。預計_器可為可活動式單—像素偵測器。例 如，可使用具有可活動式狹縫之單一像素偵測器。另一具 體實施例中，偵測器可為二極體陣列。 軟體包括-演算法’其重新映射異常光學影像内之像素 值以匹配目標之修正影像的像素值。換言之，實施後之演 算法正確地顯示原始影像。演算法藉由比較異常影像與具 有非異常影像之影像來選擇如何重新映射異常像素。當光 與光學元件(例如透鏡、光柵、濾波器、偵測器等)：動 時’出現不需要之像差。藉由使用軟體演算法修正光學像 差’本發明方法改善操作靈活性。例如’若改變導致已知 像差之波長分離器件内的透鏡’軟體演算法可係程式化為 123687.doc •12- 200817666 修正此新像差。軟體演算法亦可輔助解決光學對準中之較 小變化。 一特定應用中，可使用垂直狹縫影像形成光譜影像。此 具體實施例中之光譜影像強度通常係藉由垂直裝箱 來歧。對於化學識別及量化分析，垂直加總狹 縫影像以形成光譜。例如，穿過全訊波長分離器件之垂直 狹縫的影像導致f曲影像，因為沿垂直狹縫長度上不同位
置之光射線係以不同傾斜角度人射至光柵上。使用垂直狭 鏠影像之未修正光譜影像包括曲率。該曲率導致具有顯著 光譜頻帶加寬及㈣後解析㈣失之弱解析錢。因此， 此具體實施例中欲修正之光學像差係與使用垂直狹縫影像 之方法相關聯的曲率。 另一方法中’欲藉由軟體修正之光譜影像可包括Α〇τρ 之使用。當使用AOTF時，系統可在許多模態下運作。一 種模態包括個別波長或穿過滤波器並㈣測器（例如C C D) 收集之窄波長區域。A〇TF及收集光學^件内固有之像差 :立弱解析影像，特別係加在一起或整合時。軟體修正程 用於重新構造強解析影像。軟體修正程序可 ::=。第二模態係多個單-波長影心 = ::Γ:合在，形成光譜影像。此光譜影 重新董……由使用軟體演算法修正光譜影像，可 == 譜影像以防止或減低影像内模糊。此一方法 的某些光學像 “刀可糟由軟體解決 括疋位變化、非相干光纖、透鏡像差、 123687.doc -13- 200817666 晶體不一致、強度像差、及收集功效變更。 一方法中，使用光譜儀收集並偵測光（例如拉曼信號）。 光譜儀係收集並分離光之器件。光譜儀包括收集光學元 件、波長分離器件及偵測器。光譜儀亦可包括光源。收集 光學元件辅助透過波長分離器件收集及引導光（例如拉曼 光）。波長分離器件將光分離成分離波長組件。债測器將 光作為強度及波長之一函數偵測，以建立光譜影像。光譜 儀可進一步包括聚焦光學元件，其辅助引導及聚焦從波長 分離器件出射至偵測器上之拉曼光。 參考圖1，顯示透過波長分離器件14(此具體實施例中其 係稜鏡）成像之物件ίο。將拉曼光作為強度及波長之一函 數摘測，以藉由偵測器16建立光譜影像。此具體實施例 中，偵測器係電荷耦合器件（CCD)。圖1之偵測器16内描述 的光譜影像係期望之修正光譜影像。 如上所述，光譜影像之一未修正像差的特徵可為影像曲 率。當影像穿過波長分離器件時，會出現影像曲率。圖2a 内之偵測器上顯示具有曲率之未修正影像的一範例。圖2a 之未修正影像可係來自使用一般垂直狹縫之平面光柵光譜 儀。 明確地說’圖2a描述具有垂直狹縫之複數個曲線影像 28a至28c的偵測器26a。圖2a描述未藉由軟體演算法修正 之光譜影像。圖2b描述具有複數個修正線路影像3〇a至 3〇c(其係一般垂直線路）之偵測器261)。使用曲率修正軟體 演算法修正圖2b之修正線路影像3(^至3〇〇。偵測器2以、 123687.doc -14· 200817666 26b^水平軸描述拉曼光之波長組件，而垂直軸描述垂直 狹縫高度之度量。波長在圖2b之水平抽上自左向右增加。 光強度對應於拉曼光之波長組件的數量。 -用於修正曲率之方法中，軟體演算法藉由使用曲線之 垂直中心（圖2a、2b中分別顯示為虛線32a、32b)作為參考 點開始。曲率修正演算法偏移圖2a内所示虛線Ma上方及 下方的像素強度值。藉由偏移像素強度值，將偏移之像素 與（例如）圖2b内所示參考像素對準。 圖3a顯示從曲線構造之氖光源之代表性光譜，而圖扑顯 不k修正線路影像重新構造之氖光源之光譜。圖“、补之 光譜係藉由像素值之垂直加總從個別未修正及修正影像產 生。未修正光譜（圖3a)内之峰值形狀顯示影像右侧上的顯 著曳尾以及鄰近峰值之重疊。因此，圖3&之光譜解析度劣 化。此一劣化影像可破壞屬於化學結構及識別之珍貴資 汛。另一方面，圖3b顯示高度可解析從而具有更多氖特徵 〇 之光譜内峰值。與圖3a之未修正光譜解析度相比，圖31)内 之修正光譜解析度顯示較少劣化（若有）。 參考圖4，其係依據一程序輔助建立藉由軟體針對光學 像差修正光譜影像之裝置序列。圖4包括產生窄頻帶之光 ^ 之雷射源60。透過透鏡62將雷射光透射至皮膚組織66上。 藉由皮膚組織内之至少一個分析物散射窄頻帶之光。收集 鏡面70輔助收集來自皮膚組織66之散射光。預計可將其他 鏡面用於收集散射光，例如拋物線鏡面。將收集的光引導 至波長分離器件，例如聲光可調諧濾波器（A〇TF)76。經由 123687.doc -15- 200817666 光纖束82將收集之光引導至至少一個狹縫8〇。一項具體實 施例中，光纖束可形成狹縫。光纖束82輔助將收集之光引 導至至少一個狹縫80。光纖束係額外偵測器聚焦光學元件 之一範例，其辅助將來自波長分離器件之光引導並聚焦於 偵測器上。預計其他偵測器聚焦光學元件可用於輔助將來 自波長分離器件之光引導並聚焦於偵測器上。藉由偵測器 將光作為強度及波長之一函數偵測，以建立光譜影像。圖 4内將偵測器之一範例顯示為具有光栅88iCCD討。使用 一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以在空間上 重新指派強度。 可使用不同演算法修正光學像差。一方法中，為修正在 使用全訊光柵時所見的曲率，氖校準燈用於在CCD陣列上 建立"豐富特徵”光譜。校準燈通常涵蓋所關注之光譜範 圍，並係板跨CCD之整個區域成像。一範例中，來自氖來 源之光譜線路看似成像於CCD上之一組曲線，如圖2&所 示。然而，曲率程度不必在CCd表面上相同。 藉由讀出每一列CCD，形成於CCD上之影像可分成許多 不同光譜。该等光譜之各光譜結構上看起來大致類似，但 由於光譜線路之曲率使資料可能看似伸長或偏移。為修正 此曲率，可偏移該等個別光譜之原始資料以消除圖以内之 曲率。 例如，若欲使用1340行乘13〇〇列像素CCD，可將影像分 割為26個水平光譜。藉由將5〇個相鄰垂直像素加總或裝箱 來建立26個水平光譜之各個光譜，以便建立134〇χ26陣 123687.doc -16- 200817666 列。垂直裝箱係完成以垂直地平滑資料。裝箱像素數目可 加以調整’以最小化局部曲率效應。選擇參考光譜，其位 於陣列之垂直中〜（例如，參見圖2a之虛線32a)。通常，參 考光譜位於曲率頂點上。不修正此參考光譜，但伸長或偏 移位於參考光4上方及下方之未修正光譜以匹配參考光 譜之相對形狀。 為伸長光譜，選擇參考光譜之每-端上的較小區段(例 如’參見圖5之頂點像素位置12()及14())作為模型光譜。記 錄該等模型光譜之位置。接著呼叫搜尋常式m參考 光譜上方及下方的所有未修正光譜内之左及右模型光譜， 如圖6所不。s己錄左及右模型光譜之位置。根據此資料， 決定未修正光譜之各端的像素中有多少需要加以偏移以與 參考光譜重新對準。 =法中’ S決定-未修正光譜内各像素位置的像素偏 移數量，從用於該光譜之兩個偏移值形成線性等式，接著 為該光譜内所有像素位置計算像素偏移值。此計算產生％ 個線性等式，裝箱光譜之每—列—個。使用該等等式，藉 由為裝箱陣列内之各像素計算像素偏移值建立第二 m〇x26偏移㈣。為映射整個134㈣叫列之像素 值’從m〇x26偏移映射之各列垂直地内插及像 移值。最終1340xl300陣列#包人用收 偏 平夕〗係包含用於未修正光譜影像内 各像素的水平偏移值之映射。藉由使用此映射，可將像素 重新定位於隨後光譜影像内，如圖7所示。 >考圖5至7使用的上述方法建立線性轉換映射，並僅包 123687.doc -17- 200817666 含一個轴上的影像修正。預計藉由使用光譜内之多個模型 區域’可根據修正之像差類型建立更準確之（非線性）映 射。除僅在-個軸上修正影像外，預計可執行二維修正， 以修正其他光學幾何扭曲，例如球形像差、枕形、桶形及 慧形。 此外，參相5至7之上述方法包含建立像素轉換映射， 以呈現靜態光學系統特徵。然而，預計若幾何扭曲來源變 f^彳對捕獲的每—影像動態地應用幾何修正演算法。可 2由在刀析之每—未修正影像内包括參考光譜或幾何形狀 ①成此方法。例如’為動態地修正扭曲之光譜影像，可隨 各光譜影像添加來自已知校準來源之光。接著搜尋演算 法，並根據校準光之光譜特徵的位置修正影像。 預計本發明方法内可使用其他具體實施例。例如，一維 空間影像使用非相干光纖束，其中在一端將光纖配置成狹 縫。此特定應用中’軟體修正演算法重新映射"晦準物件" / <非相干影像内的像素位置，以重新建立正確空間分佈。 軟體修正演算法不限於包含狹縫之修正光學像差。例 如“可將物件之其他尺寸修正定址於具有不同而已知之折 射率的&像中。除軟體演算法外，亦可將硬體解決方案與 軟體修正演算法組合地使用，以建立用於隨後修正光譜影 像上之修正演算法。 :，用拉曼^號外，其他信號可用於針對光學像差修正 光譜影像。另一方法中，用於測定分析物濃度之非侵入性 方法使用螢光光譜資訊。可使用螢光光譜資訊測量之分析 123687.doc -18- 200817666 物包括葡萄糖、脂質數據（例如膽固醇、甘油三酸s旨、ldl 及HDL)、微白蛋白、血紅素Alc、或膽紅素。但本發明並 不限於該等特定分析物’預計可測定其他分析物濃度。 另一方法中，非侵入性方法使用螢光光譜資訊，以提供 組織診斷，例如皮膚組織。例如，一方法中，纟自收集之 螢光信號的資訊可用於執行一般診斷。一般診斷可包括識 別⑷特定分析物之存在；⑻特定分子或⑷組織形態。一 般診斷可針對若干有利應用。例如，—應用中可識別潛在 癌性皮膚病灶。藉由識別潛在癌性細胞，可最小化組織移 除。另一應用中，可識別癌性細胞階段。另一應用中，可 追蹤癌症光動力學治療的效果。預計可使用本發明方法執 行其他診斷。 欲用於螢光光谱資訊之鬲強度光可為窄頻帶之光，但不 一定必須係窄頻帶之光。高強度光源可來自單色光源或多 色光源。預計可使用其他光源，例如發光二極體（例如螢 光分子LED)、非相干燈、染料雷射、氣體雷射、離子雷 射、激升雷射或燈泡。 光源波長可變化，但一般係在3〇〇與1〇,〇〇〇 nm之間。一 方法中，可在從大約3〇〇 nm至大約12,〇〇〇 nm之波長範圍 内收集螢光光譜資訊。預計可根據欲測定之分析物濃度， 在不同範圍内收集螢光光譜資訊。 將皮膚組織或其他組織曝露於一頻帶之光。組織影像可 限於皮膚之離散區域。另一方法中，組織影像可為整個身 體掃描。以光學方式收集皮膚組織或其他組織的影像。可 123687.doc -19- 200817666 使用之成像光學元件之範例包括但不限於光纖束、透鏡及 鏡面，例如上述參考圖4所述。使用軟體動態地修正影 像，以光學修正儀器及組織。接著將修正影像用於診斷。 測定影響儀器之儀器縣。像差可與此類項目㈣，如透 鏡及/或收集光纖。預計像差可與其他項目有關。 預汁修正光譜影像之方法可用於除組織外的其他項目。 一方法中，針對光學像差修正光譜影像。以光學方式收集 來自散射光之拉曼信號。將拉曼信號引導至一波長分離器 件。將該等拉曼信號作為強度及波長之一函數偵測，以建 立該光譜影像。使用一軟體演算法針對光學像差修正該光 譜影像，以在空間上重新指派強度。 另一方法中，使用儀器針對光學像差修正光譜影像。以 光學方式收集來自散射光之螢光信號。將螢光信號引導至 一波長分離器件。將螢光信號作為強度及波長之一函數引 導，以建立光譜影像。使用一軟體演算法針對光學像差修 正該光譜影像，以在空間上重新指派強度。
程序A 一種用於針對光學像差修正光譜影像之方法，該方法包 含以下動作： 將皮膚組織曝露於一咼強度 '窄頻帶之光，該窄頻帶之 光係藉由該皮膚組織内的至少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之拉曼信號； 將該等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼#號作為強度及波長之一函數偵測，以建立 123687.doc -20- 200817666 該光譜影像；以及 使用一軟體演算法#光學像差修正該光譜影像，以在 空間上重新指派強度。
程序B 程序A之方法，其中 八τ乍頻帶之光係單色光。
程序C 程序Β之方法’其中單色光來自雷射。
程序D f) ^ 之方法’其中該窄頻帶之光係從一多色光源獲 得。
程序E 程序A之方法，其中該窄頻帶之光具有從大約3〇〇謂至 大約5,000 nm之一波長。
程序F 程序E之方法’其中該窄頻帶之光具有從大約800 nm至 大約1，050 nm之一波長。
' 程序G 程序A之方法，其中拉曼光之偵測包括使用多像素偵測 器。 程序Η 程序G之方法，其中該多像素偵測器係一電荷耦合器件 (CCD) 〇
程序I 程序G之方法，其中該多像素偵測器係一二極體陣列。 123687.doc -21- 200817666 程序j 私序A之方法，其中拉曼光之偵測包括使用可活動式單 一偵測器。
程序K 程序A之方法’其中該波長分離器件係一繞射元件。
程序L 程序K之方法，其中該繞射元件係全訊光拇、繞射光 柵、光學晶體或稜鏡。 程序Μ 程序Α之方法，其中該波長分離器件係濾波器。
程序N 程序Μ之方法，其中該濾波器係聲光可調諧濾波器 (AOTF)或液晶可調諧濾波器（LCTF)。 程序Ο 程序A之方法，其中光學像差係曲線。
, 程序P 程序A之方法，其中影像係垂直狹縫影像。
程序Q 程序A之方法，其中將拉曼信號作為強度之一函數偵 • 測，包括垂直裝箱。
程序R -種用於測定-流體内至少一個分析物之濃度的方法， 該方法包含以下動作·· 將皮膚組織曝露於一高強度、窄頻帶之光，該窄類帶之 123687.doc -22- 200817666 光係藉由該皮膚組織内的至少—個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之該等拉曼信號 將該等拉曼信號引導至-波長分離器件；， 一函數偵測，以建立 將该等拉曼信號作為強度及波長之 該光譜影像； 使用-軟體演算法針對光學像差修正該光错影像，以在 空間上重新指派強度；以及
使用該修正光譜影像測定該至少—個分析物之濃度。 程序S
程序R之方法，其中該分析物為葡萄糖。 程序T
程序R之方法，其中該窄頻帶之光係單色光 程序U 程序T之方法，其中該單色光來自雷射。
程序V 程序R之方法，其中該窄頻帶之光係從一多色光源獲 得。
程序W 程序R之方法，其中該窄頻帶之光具有從大約则誰至 大約5,000 nm之一波長。
程序X 私序W之方法，其中該窄頻帶之光具有從大約_⑽至 大約1，05 0 nm之一波長。
程序Y 123687.doc -23- 200817666 程序R之方法，其中該拉曼光之偵測包括使用多像素偵 測器。 、
程序Z 耘序Y之方法’其中該多像素偵測器係一電荷耦合器件 (CCD)。
程序AA
私序Y之方法’其中該多像素偵測器係一二極體陣列。 程序BB ϋ序 方法其中拉曼光之谓測包括使用可活動式單 一偵測器。
程序CC 程序R之方法，其中該波長分離器件係一繞射元件。
程序DD 矛王序CC之方法，其中該繞射元件係全訊光拇、繞射光 拇、光學晶體或棱鏡。 程序ΕΕ 程序R之方法，其中該波長分離器件係濾波器。
程序FF ί序Ε之方去，其中该遽、波器係聲光可調諸滤波器 (AOTF)或液晶可調諧濾波器（LCTF)。
程序GG 程序R之方法，其中該光學像差係曲線。
程序HH 程序R之方法，其中該影像係垂直狹縫影像。 123687.doc -24- 200817666
程序II 权序R之方法，其中將拉曼信號作為強度之一函數偵 測’包括垂直裝箱。
程序JJ 一種使用一儀器用於針對光學像差修正一光譜影像之方 法，該方法包含以下動作： 將皮膚組織曝露於一高強度頻帶的光； 以光學方式收集該皮膚組織之一影像； 使用軟體動態地修正該影像，以在光學上修正該儀器及 皮膚組織之至少一個；以及 使用來自該修正影像之資訊以執行--般診斷。
程序KK 程序JJ之方法，其中該高強度頻帶之光係單色光。
程序LL 程序KK之方法，其中該單色光來自雷射。
程序MM 程序JJ之方法，其中該高強度頻帶之光係從一多色光源 獲得。
程序NN 程序JJ之方法，其中該高強度頻帶之光具有從大約3〇〇 至大約5,000 nm之一波長。 程序〇〇 程序NN之方法，其中該高強度頻帶之光具有從大約8〇〇 至大約1，050 nm之一波長。 123687.doc -25- 200817666 程序pp 私序jj之方法’其中以光學方式收集影像包括使用多像 素偵測器。
程序QQ 程序PP之方法，其中該多像素偵測器係一電荷耦合器件 (CCD) 〇
程序RR
耘序PP之方法，其中該多像素偵測器係一二極體陣列。 程序SS 私序JJ之方法’其中該偵測器係一可活動式單一偵測 器。
程序TT 程序JJ之方法，其中以光學方式收集影像包括使用繞射 元件作為波長分離器件。
程序UU 程序TT之方法，其中該繞射元件係全訊光柵、繞射光 栅、光學晶體或稜鏡。
程序VV 矛王序JJ之方法，其中以光學方式收集影像包括使用濾波 器作為波長分離器件。
程序WW 程序VV之方法，其中該濾波器係聲光可調諧濾波器 (A〇TF)或液晶可調㈣波H (LCTF)。
程序XX 123687.doc -26- 200817666 、種使用-儀器用於針對光學像差修正一光譜影像之方 法，該方法包含以下動作： 將皮膚組織曝露於—高強度光’該光係藉由該皮膚組織 内的至少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之登光信號； 將該等螢光信號引導至一波長分離器件； 將該等螢純號作為強度及波長之-函數㈣，以建立 該光譜影像；以及 使用-軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以在 空間上重新指派強度。
程序YY 程序XX之方法，其中該高強度光係單色光。
程序ZZ 洋王序YY之方法，其中該單色光來自雷射。
程序AAA 程序XX之方法，甘士 表其中該尚強度光係從一多色光源獲 得。
程序BBB 程序XX之方法，盆φ # ^ /、中该向強度光具有從大約300至大約 5,000 nm之一波長。
程序CCC 程序XX之方法，盆φ /、中遠螢光之偵測包括使用多像素偵 測器。
程序DDD 123687.doc -27. 200817666
程序CCC之方法，其中該多像素偵測器係一電荷耦合器 件（CCD) 〇 程序EEE 程序CCC之方法，其中該多像素偵測器係一二極體陣 列。
程序FFF 程序XX之方法，其中該螢光之偵測包括使用可活動式 單一偵測器。
程序GGG
程序XX之方法，其中該波長分離器件係一繞射元件。 程序HHH 程序GGG之方法，其中該繞射元件係全訊光柵、繞射光 柵、光學晶體或稜鏡。
程序III 程序XX之方法，其中該波長分離器件係濾波器。
程序JJJ
程序III之方法，其中該濾波器係聲光可調諧濾波器 (AOTF)或液晶可調諧濾波器（LCTF) 〇 程序KKK 程序XX之方法，其中光學像差係曲線。
程序LLL 程序XX之方法，其中影像係垂直狹縫影像。
程序MMM 程序XX之方法，其中將拉曼信號作為強度之一函數偵 123687.doc -28 - 200817666
測’包括垂直裝箱。 程序NNN 該方法 以建立 一種用於針對光學像差修正-光譜影像之方法 包含以下動作： 言亥窄頻帶之光係 將組織曝露於一高強度、窄頻帶之光 藉由該組織内的至少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之拉曼信號；
將該等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼信號作為強度及波長之一函數偵測 该光谱影像；以及 ' 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以在 空間上重新指派強度。 程序〇〇〇 -種用於測定一流體内至少一個分析物之濃度的方法， 該方法包含以下動作： 將組織曝露於一高強度、窄頻帶之光，豸窄頻帶之光係 藉由該組織内的至少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之該等拉曼信號，· 將該等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼信號作為強度及波長之—函數㈣，以建立 該光谱影像； 使用—軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以在 空間上重新指派強度；以及 使用該修正光譜影像測定該至少一個分析物之濃度。 123687.doc -29- 200817666
程序PPP 一種使用一儀器用於針對光學像差修正一光譜影像之方 法，該方法包含以下動作： 將組織曝露於一高強度頻帶之光； 以光學方式收集該組織之一影像； 使用軟體動態地修正該影像，以在光學上修正該儀器及 該組織之至少一個；以及
使用來自該修正影像之資訊以執行一一般診斷。
程序QQQ -種使用-儀器用於針對光學像差修正—光譜影像之方 法’該方法包含以下動作： 將組織曝露於-高強度光，該光係藉由該組織内的至少 一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之螢光信號； 將該等螢光信號引導至一波長分離器件； 將該等螢光信號作為強度及波長之—函數偵測，以建立 該光譜影像；以及 使用-軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像， 空間上重新指派強度。
程序RRR 該方法 -種用於針對光學像差修正一光譜影像之方法 包含以下動作： 以光學方式收集來自㈣射光之拉曼信號； 將該等拉曼佗唬引導至一波長分離器件； 123687.doc 200817666 將該等拉曼信號作為強度及波長之一函數偵測，以建立 該光譜影像；以及 使用一軟體漁鼻法針對光學像差修正該光譜影像，以在 空間上重新指派強度。
程序SSS 一種使用一儀器用於針對光學像差修正一光譜影像之方 ' 法，該方法包含以下動作： 以光學方式收集來自該散射光之螢光信號； ° 將該等螢光信號引導至一波長分離器件； 將該等螢光信號作為強度及波長之一函數偵測，以建立 該光譜影像；以及 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以在 空間上重新指派強度。 雖然已參考一或多個特定具體實施例說明本發明，熟習 此項技術人士會認識到可對其作出許多改變，而不背離本 (, I明之精神及_。該等具體實施例之各項以及其明顯變 更預計在隨附申請專利範圍所定義之本發明的精神及範4 内。 【圖式簡單說明】 閱讀以上詳細說明並參考圖式，將明白本發明之前述及 其他優點。 圖1描述依據-方法產生修正光譜影像之動作序列。 圖2a描述依據一項具體實施例採用未修正 測器。 123687.doc -31 · 200817666 圖2b描述採用圖2a之修正光譜影像的偵測器。 圖3a係從圖2a内所述像差類型之未修正光譜影像產生的 代表性光譜。 圖3b係從圖3a之修正光譜影像產生的代表性光譜。 圖4係依據一程序辅助建立藉由軟體針對光學像差修正 光譜影像的裝置序列。 圖5描述依據一項具體實施例用於尋找影像最左端及最 右端曲線頂點的子區段。 圖6描述依據一項具體實施例高於及低於頂點像素位置 的一系列參考點。 圖7描述影像左側及右侧間曲率半徑之差異。 【主要元件符號說明】 10 物件 14 波長分離器件 16 偵測器 26a 偵測器 26b 偵測器 28a至28c 曲線影像 30a至30c 修正線路影像 32a 垂直中心 32b 垂直中心 60 雷射源 62 透鏡 66 皮膚組織 123687.doc • 32 - 200817666 70 收集鏡面 76 聲光可調諧濾波器 80 狹縫 82 光纖束 84 CCD 88 光柵 123687.doc -33 -

Claims (1)

  1. 200817666 十、申請專利範圍： 光譜影像之方法 該方法 1· 一種用於針對光學像差修正一 包含以下動作·· 將皮膚組織曝露於一高 、处 又乍頻帶之光，該窄頻帶 1精由該皮膚組織内的至少一個分析物散射； 學方式收集來自該散射光之拉曼信號，· 將该等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼信號作為強度及波長之一函㈣測， 立該光譜影像；以及 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以 在空間上重新指派強度。 2·如请求項1之方法，直由兮金此册 ， ，、中該乍頻▼之光係從一多色光源 獲得。 3. 如請求们之方法，其中該窄頻帶之光具有從大約则 nm至大約5,000 nm之一波長。 4. 如明求項3之方法’其中該窄頻帶之光具有從大約刪 nm至大約ίο” nm之一波長。 5. —種用於測定一流體内至少一個分析物之濃度的方法， 該方法包含以下動作： 將皮膚組織曝露於-高強度、窄頻帶之光，該窄頻帶 之光係藉由該皮膚組織内的至少一個分析物散射； 以光予方式收集來自該散射光之該等拉曼信號； 將該等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼信號作為強度及波長之一函數偵測，以建 123687.doc 200817666 立該光譜影像； 使用—軟體演算法針對光學像差修正該光错影像，以 在二間上重新指派強度；以及 使用該修正之光譜影像測定該至少—個分析物之濃 度。 6.如:求項5之方法’其中該分析物為葡萄糖。 月求項5之方法，其中該窄頻帶之光具有從大約300 nm至大約5,〇〇〇 nm之一波長。 8. 如請求項7之方法，丨中該窄頻帶之光具有從大約8〇〇 nm至大約i，050 nm之一波長。 9. 種使肖I器用於針對光學4象差修正一光譜景》像之方 法，該方法包含以下動作： 將皮膚组織曝露於一高強度頻帶的光； 以光學方式收集該皮膚組織之一影像； 使用軟體動癌地修正該影像，以針對該儀器及皮膚組 織之至少一個在光學上修正；以及 使用來自該修正影像之資訊以執行--般診斷。 1 〇· —種使用一儀器用於針對光學像差修正一光譜影像之方 法’該方法包含以下動作： 將皮膚組織曝露於一高強度光，該光係藉由該皮膚組 織内的至少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之螢光信號； 將该等螢光#號引導至一波長分離器件； 將該等螢光信號作為強度及波長之一函數偵測，以建 123687.doc 200817666 立該光譜影像；以及 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以 在空間上重新指派強度。 11. 一種用於針對光學像差修正—光譜影像之方法，該方法 包含以下動作： 將組織曝露於-高強度、窄頻帶之光，該窄頻帶之光 係藉由该組織内的至少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之拉曼信號； 將該等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼信號作為強度及波長之一函數偵測，以建 立該光譜影像；以及 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以 在空間上重新指派強度。 12· —種用於測定一流體内至少一個分析物之濃度的方法， 該方法包含以下動作： 將組織曝露於一高強度、窄頻帶之光，該窄頻帶之光 係藉由該組織内的至少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之該等拉曼信號； 將該等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼信號作為強度及波長之一函數偵測，以建 立該光譜影像； 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以 在空間上重新指派強度；以及 使用該修正光譜影像測定該至少一個分析物之濃度。 123687.doc 200817666 13· —種使用一儀器用於針對光學像差修正一光譜影像之方 法，該方法包含以下動作： 將組織曝露於一高強度頻帶的光； 以光學方式收集該組織之一影像； 使用軟體動態地修正該影像，以在光學上為了該儀器 及该組織之至少一個修正；以及 使用來自該修正影像之資訊以執行--般診斷。 14· 一種使用一儀器用於針對光學像差修正一光譜影像之方 法，該方法包含以下動作： 將組織曝露於一高強度光，該光係藉由該組織内的至 少一個分析物散射； 以光學方式收集來自該散射光之螢光信號； 將該等螢光信號引導至一波長分離器件； 將該等螢光信號作為強度及波長之一函數偵測，以建 立該光譜影像；以及 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以 在空間上重新指派強度。 15· -種用於針對光學像差修正一光譜影像之方法，該方法 包含以下動作： 以光學方式收集來自該散射光之拉曼信號； 將該等拉曼信號引導至一波長分離器件； 將該等拉曼信號作為強度及波長之-函數偵測，以建 立該光譜影像；以及 使用軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以 123687.doc 200817666 在空間上重新指派強度。 16. —種使用一儀器用於針對光學像差修正— 九譜影像之大 法，該方法包含以下動作： 以光學方式收集來自該散射光之螢光信魏· 將該等螢光信號引導至一波長分離器件； 將該等螢光信號作為強度及波長之一 哗數偵測，以建 立該光譜影像；以及 使用一軟體演算法針對光學像差修正該光譜影像，以 在空間上重新指派強度。 123687.doc
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