用於評估樣本中的光學深度的光學設備的製作方法

2023-06-14 23:56:21 1

專利名稱：用於評估樣本中的光學深度的光學設備的製作方法
技術領域：
相應的導管(catheter)、相應的方法以及相應的電腦程式產品。
背景技術：
當前，病人的醫療狀況的光學表徵是正在發展的領域，其部分原因 在於可以通過新興的光學技術檢測的可能的醫療狀況的數量正在增加。 具體來說，利用光學方法對例如癌症進行早期;險測可以增加改進4企測的 機會，從而使得病人的生存機會增加。當可以從非常小的組織體積中獲 得醫療相關信息時，甚至在組織形態學和生理學方面的惡化前的變化都 可以變得可識別。
所有癌症中超過90%是源於上皮的。人體表面大部分覆蓋有 一層薄 的上皮組織。各種器官的上皮組織層的厚度範圍為從簡單的(單層)鱗 狀上皮中的小於10微米到復層(多細胞層)上皮中的數百微米。在上 皮層下面，存在各種其他組織層，比如結締組織、炎性細胞、神經血管 結構等等。因為光的滲透深度通常比上皮層的厚度大得多，所以從組織 反向散射的光包括疊加在源自更深的分層組織的大背景信號上的關於 上皮層變化的信息。這使得難以從該信號中直接提取相關信息。為了解 決該問題，需要一種其中可以將來自上皮層的信號從由所述更深層引起 的信號(即背景信號)中解開的方法。
V. Backman等人在IEEE J. Selected Topics Quantum Electron., 1999 年7月/8月，第5巻，第4期，第1019頁中公開了一種該問題的解決 方案。在由Backman等人提出的方法中，偏振光用於照射組織。隨後， 他們通過使用偏振分束器和兩個獨立的才全測器來分開地檢測具有相同 的偏振和垂直的偏振的散射光。因為來自上皮層的信號將典型地被散射 一次，所以所述偏振將在很大程度上被保持。來自所述更深層的散射光 (被多次散射)將放鬆原始偏振信息並且將變成各向同性地分布，由此 失去原始偏振。通過將這兩種信號彼此相減，能夠從自上皮層反向散射 的期望的信號中去除背景信號。Backman等人的方法的缺點在於，通常仍然存在來自比上皮層更深 的層的單散射的光子，因此這些更深層可能對期望的信號產生負面的影 響。而且，因為大背景信號從更小的實際信號中去除，所以在最終的信 號中將存在大量的噪聲，這限制了測量的精度。這又限制了關於可以多 早地檢測出組織中的癌症的檢測極限。此外，如果病人處於 一 定物質(例 如藥物)的暫時影響下，則上皮層的光學特性可能響應於所述物質而改
'、因此，二種改進的光學設備將是有利的:特別口是一種更加高效和/
或可靠的光學設備將是有利的。

發明內容
因此，本發明優選地尋求單獨地或以任何組合地緩和、減輕或消除 上述缺點中的一個或多個。特別地，可以視為本發明的目的的是，提供 一種光學設備，其通過從光學薄層獲得可靠信號來解決現有技術的上述問題。
在本發明的第一方面，通過提供用於評估關聯的樣本中的關聯的光 學深度的光學設備實現這個目的和若干其他目的，該設備包括 輻射源，其能夠發射具有初始偏振(P—0)的輻射， 第一和第二輻射波導，該第一輻射波導光學連接到輻射源以便向樣
本發射輻射，
笫 一和第二輻射波導具有其各自的基本上彼此對準的端部，這些端 部進一 步被設置用於捕獲從樣本反射的輻射，
檢測器，其光學連接到第一和第二輻射波導，該檢測器被設置用於 在光學子帶內測量下面各項的指示
-反射的輻射的第一偏振(P—1),
畫反射的輻射的第二偏振(P—2),所述第二偏振(P—2)不同 於第一偏振(P—1 ),以及
-分別在第 一和第二輻射波導中的反射的輻射的第 一和第二強 度(1—1, I一2),以及
處理裝置，其可操作地連接到檢測器，該處理裝置適於在光學子帶 內計算第一 (f)和第二 (g)光譜函數，這兩個光語函數(f, g)基本 上指示樣本中的單散射事件
7-笫一光譜函數(f)是反射的輻射的笫一 (P_l)偏振與反射
的輻射的第二 (P—2)偏振之間的偏振差的度量，以及
-第二光譜函數(g)是反射的輻射的笫一與第二強度(1—1，
1—2)之間的強度差的度量，
其中該處理裝置進一步被設置為計算第一 (f)與第二 (g)光譜函 數之間的相關性度量，以便評估單散射事件是否來源於樣本內基本上相 同的光學深度。
本發明特別地但非排他性地有利於獲得這樣的光學設備其中第一 和第二光譜函數之間的因果關係可以用於評估在所述光學子帶內產生 這兩個光譜函數的單散射事件是否來自樣本內基本上相同的光學深度 (D),即是否在第一 (f)與第二 (g)光譜函數之間存在顯著的相關 性(C)。對於例如上皮層的光學探測，在上皮層下面的層的區別提供 了這樣的優點可以將相關性用作來自上皮層本身的可靠信號的指示。 特別地，對於病人的醫療狀況(例如惡化(前)的損傷)的評估，該相 關性可以是提供隨後可能導致正確診斷的信息或提供隨後可能導致錯 誤診斷的信息之間的差異，後者是例如假陽性診斷或假陰性診斷。
本發明特別地依賴於下述事實至少對於許多實際情況和應用而 言，特別是對於醫療應用而言，兩個光譜函數的潛在物理效應基本上彼 此獨立。產生第一光譜函數(f)的樣本的去偏振強烈依賴於存在的分子 的類型，而產生第二光譜函數(g)的樣本中光子的平均自由行程強烈 依賴於樣本中的分子分布。
因此，如果第一和第二光譜函數在它們主要來源於單散射事件的意 義下是有效的(雖然以不同的方式獲得)，那麼如果執行適當的校正， 例如標準化，則第 一 和第二光譜函數應當得出基本上相同的光鐠信號。 如果例如在樣本中存在強烈的去偏振並且此外光子的平均自由行程大 於第一和第二輻射波導的特有直徑，那麼可能存在顯著的相關性。
因此，對於醫療應用的情況，如果在第一和第二光"i普函數之間存在
強烈的相關性，那麼可以以更好的置信度將所提供的信息與後來的診斷
結合使用。在弱相關的情況下，可以修改或調節本發明的參數和/或條件，
或者可替代地，使用另一種方法來提供用於醫療目的的信息。
在本發明的上下文中，應當理解的是，在樣本中的主要單散射事件 對第一和第二光譜函數產生貢獻的意義下，第一 (f)和第二 (g)光譜函數基本上指示單散射事件。然而，還存在來自雙散射事件、三散射事
件等等的對第一和/或第二光譜函數的逐漸消失(dismissing)的貢獻， 一旦本發明的一般原理被承認，技術人員應當容易理解的是，這些更高 階散射事件的貢獻一般依賴於與輻射的特定的相互作用和光學特性。更 特別地，所述相互作用以及因此來自更高階散射事件的貢獻依賴於輻射 類型(例如單色、寬帶)、輻射的偏振(線性、橢圓、圓)、輻射的強 度(高功率、低功率)，並且當然依賴於所討論的樣本的光學散射特性 (吸收、彈性散射、非彈性散射等等)。總的說來，本發明涉及逆散射 問題，其中從樣本反射的光輻射用於提取關於樣本的信息。對於更多的 技術細節，讀者可以參考Biomedical Photonics Handbook, Editor-in-Chief TuanVo-Dinh, CRC Press LLC, Florida, ISBN 0-8493-1116-0,參見例 如第二章。
儘管本發明可以在醫療領域找到合適的應用，但是本發明的教導不 限於該技術領域。相反地，本發明還可以在許多光學應用和領域找到應 用，其中所期望的是來自重疊在某些類型的襯底上的光學薄層的光學響 應，條件是該光學薄層應當優選地是不導電的(例如金屬的)，因為導 電層一般具有更高的反射率，即更深的層通常不會被照射的輻射束探測 到。因此，可以設想其他的應用，其中將分析生物樣本的表面。可替代 地，本發明可以分析半導電錶面層，例如矽或其變型，如矽石。
有利地，第一光譜函數(f )可以是偏振光散射光語分析 (spectroscopy) (PLSS)函數。此外或可替代地，第二光譜函數(g) 可以是第一和第二輻射波導之間的差分路徑長度(DPL)的度量。
典型地，所述檢測器可以被設置用於在光學子帶內測量被第一輻射 波導捕獲的反射輻射的第一偏振(P—1 )和第二偏振(P—2),以便為偏 振輻射提供最簡單的光路。然而，可替代地或此外，所述檢測器可以被 設置用於在光學子帶內測量由第二輻射波導捕獲的反射輻射的第一偏 振(P_l )和第二偏振(P_2)。
在一個實施例中，附加的第三輻射波導可以被設置用於將具有初始 偏振(P—0)的輻射傳送到樣本，該第三輻射波導具有與笫一和第二輻 射波導的端部基本上對準的端部。然而，該實施例需要用於第三輻射波 導的附加空間。通常，第三輻射波導可以被設置用於捕獲從樣本反射的 輻射，該第三輻射波導光學連接到所述檢測器。特別地，該第三輻射波導提供了以下優點可以在獨立的輻射波導中相互並行地執行PLSS和 DPL測量。在另 一 個實施例中，所述檢測器可以被設置用於測量反射的輻射在 兩個基本上垂直的方向上的第一 (P_l )和第二 (P—2)偏振。因此，如 果所測量的偏振的相對取向垂直，則典型地將獲得最大的差分信號。此 外或可替代地，所述輻射源可以被設置用於發射具有在基本上平行於所 測量的第一 (P—1)或所測量的第二 (P—2)偏振的偏振平面的平面中線 性偏振的初始偏振(P—0)的輻射，以便提供所述光學設備的簡單而有 效的光學配置。在一些應用中，可能更有利的是應用圓偏振輻射，因為 該偏振在 一 些類型的輻射波導中被更好地保持。在一個實施例中，第一、第二和/或第三輻射波導可以是光纖。這些 光纖可以具有最大200微米的直徑(不考慮包層)，優選地具有最大100 微米的直徑，或者甚至更優選地具有最大50微米的直徑。然而，結合其中第三輻射波導可以被設置用於捕獲從樣本反射的輻 射以便對其執行偏振光散射光譜分析(PLSS)的實施例，第三輻射波導 於是可以具有100微米的最大直徑，優選地具有最大50微米的直徑， 或者甚至更優選地具有最大25微米的直徑，因為一般說來，輻射波導 的直徑越小，通過輻射波導所述偏振保持得越好。類似地，結合第三輻射波導的所述實施例，第一和/或第二輻射波導 於是可以具有100微米的最小直徑，優選地具有最小200微米的直徑， 甚至更優選地具有最小300微米的直徑，或者最優選地具有400微米的 直徑，以便執行差分路徑長度(DPL)光譜分析，因為一般地輻射波導 的直徑設定了利用DPL可以滲透到樣本中多遠的上限。在另 一個實施例中，所述處理裝置可以進一步被設置用於確定光學 子帶內不止一個區域的相關性，該處理裝置於是可以適於隨後選擇用於 隨後的光學測量的最優相關性(C)區域，以便選擇用於例如對病人的 醫療狀況的隨後測量的最優設置。可替代地或此外，該處理裝置可以進 一步被設置用於根據所找到的相關性改變光學子帶。有利地，所述光學設備可以包括致動裝置，該致動裝置被設置用於 根據所述相關性至少改變第 一和第二輻射波導各自的端部之間的距離。 可能地，該致動裝置還可以相對於彼此和/或相對於樣本調節它們的相對 位置。在一個實施例中，第一、第二和/或第三輻射波導可以形成導管的一 部分，該導管適用於病人的體內表徵。在第二方面，本發明涉及被設置用於與關聯的光學設備協作的導管，該導管包括第一和第二輻射波導，第一輻射波導光學連接到輻射源以便向樣本 發射輻射，第一和第二輻射波導具有它們各自的基本上彼此對準的端 部，這些端部進一步被設置用於捕獲從樣本反射的輻射。所述關聯的光學設備包括輻射源，其能夠發射具有初始偏振(P—0)的輻射， 檢測器，其光學連接到第一和第二輻射波導，該檢測器被設置用於 在光學子帶內測量下列各項的指示-反射的輻射的第一偏振(P—1)，-反射的輻射的第二偏振(P—2)，所述第二偏振(P—2)不同 於第一偏振(P_l )，以及-分別在第 一和第二輻射波導中的反射的輻射的第 一和第二強 度(I—1, 1—2),以及處理裝置，其可操作地連接到所述檢測器，該處理裝置適於在光學 子帶內計算第一 (f)和第二 (g)光譜函數，這兩個光譜函數(f, g) 基本上指示樣本中的單散射事件-第一光譜函數(f)是反射的輻射的第一 (P—1)偏振與反射 的輻射的第二 (P—2)偏振之間的偏振差的度量，以及-第二光譜函數(g)是反射的輻射的第一與第二強度(1—1, 1—2)之間的強度差的度量，該處理裝置進一步被設置為計算第一 (f)與第二 (g)光語函數之 間的相關性度量，以便評估單散射事件是否來源於樣本內基本上相同的 光學深度。有利地，在所述導管內，第三輻射波導可以被設置用於將具有初始 偏振(P一0)的輻射傳送到樣本，該第三輻射波導具有與第一和第二波 導的端部基本上對準的端部。該第三輻射波導於是可以被設置用於捕獲 從樣本反射的輻射，該第三輻射波導也可以光學連接到所述檢測器以便 執行偏振光散射光譜分析(PLSS )。特別地，該第三輻射波導提供了以 下優點可以在獨立的輻射波導中相互並行地扭j行PLSS和差分路徑長度(DPL)光譜分析測量。因此，本發明可以減輕在PLSS與DPL之間 對於輻射波導的直徑的相反的要求，在PLSS中，典型地希望輻射波導 的直徑較低，而在DPL中，通常希望輻射波導的直徑較高。有利地，第一、第二和/或第三輻射波導可以具有偏振保持特性，以 便有助於基本上無失真地測量第一 (P一l)和第二 (P—2)偏振。在第三方面，本發明涉及操作用於評估樣本中的光學深度(D)的 光學設備的方法，該方法包括利用輻射源發射具有初始偏振(P—0)的輻射，相對於樣本設置第一和笫二輻射波導，第一輻射波導光學連接到輻 射源以便向樣本發射輻射，第一和第二輻射波導具有其各自的基本上彼 此對準的端部，這些端部進一步被設置用於捕獲從樣本反射的輻射，提供光學連接到第 一和第二輻射波導的檢測器，該檢測器被設置用 於在光學子帶內測量下列各項的指示-反射的輻射的第一偏振(P—1)，-反射的輻射的第二偏振(P—2),所述第二偏振(P—2)不同 於第一偏振(P—1 ),以及-分別在第 一和第二輻射波導中的反射的輻射的第 一和第二強 度(1—1， 1—2),以及提供處理裝置，其可操作地連接到所述檢測器，該處理裝置適於在 光學子帶內計算第一 (f)和第二 (g)光譜函數，這兩個光譜函數(f, g)基本上指示樣本中的單散射事件-第一光譜函數(f)是反射的輻射的第一 (P—1)偏振與反射 的輻射的第二 (P—2)偏振之間的偏振差的度量，以及-第二光譜函數(g)是反射的輻射的第一與第二強度(1—1, I一2)之間的強度差的度量，由該處理裝置計算第一 (f)與第二 (g)光譜函數之間的相關性度 量，以便評估單散射事件是否來源於樣本內基本上相同的光學深度。在本發明的第四方面，本發明涉及電腦程式產品，其適於使得包 括至少 一個具有與其關聯的數據存儲裝置的計算機的計算機系統能夠 根據本發明的第三方面控制光學設備。本發明的這個方面是特別地但非排他性地有利的，因為可以由能夠 使得計算機系統執行本發明的第二方面的操作的電腦程式產品來實現本發明。因此，可以預期，通過在控制某個已知的光學設備的計算機 系統上安裝電腦程式產品可以將所述已知的光學設備改變為根據本 發明操作。這種電腦程式產品可以在任何類型的計算機可讀介質(例 如基於磁或光的介質)上或通過基於計算機的網絡(比如網際網路)提供。 本發明的第一、第二、笫三和第四方面中的每一個方面都可以與其 他任何一方面組合，本發明的這些和其他方面根據下面描述的實施例將 是清楚明白的，並且將參照這些實施例進行闡述。


現在將僅通過實例並參照附圖來闡釋本發明，其中 圖1是根據本發明的光學設備的示意圖，圖2是PLSS和DPL的光路的示意圖， 圖3是單散射事件的關聯樣本內的光路的示意圖， 圖4是多散射事件的關聯樣本內的光路的示意圖， 圖5示意性示出了具有第一 (f)和第二 (g)光語函數的曲線圖和 所計算的這兩個函數的相關性(C)的兩個實例， 圖6是根據本發明的可替代光學設備的示意圖， 圖7是根據本發明的可替代光學設備的示意圖，以及 圖8是根據本發明的方法的流程圖。
具體實施方式
圖1是可以用於評估關聯的樣本100中的光學深度D (參照下面的 圖3和圖4)的光學設備的示意圖。該光學設備包括能夠發射具有初始 偏振PJ)的輻射20的輻射源10。該輻射源IO可以例如是常規的雷射器 或鎢絲燈，適當的偏振濾波器在沿著朝向樣本的光路的任意位置處與其 光學連接。關於術語"輻射"，應當理解的是，在本發明的上下文中可以 應用任意類型的合適的輻射，例如可以應用紅外(IR)光、可見光、紫 外(UV)光以及(軟)X輻射。此外，第一30a和第二30b輻射波導包括在所述光學設備中，第一 和第二輻射波導可以例如是光纖或其他合適的波導裝置。如圖i所示，第一輻射波導30a光學連接到輻射源10以便向樣本IOO發射輻射20， 第一輻射波導30a具有基本上保持偏振的特性。輻射源IO可以通過輔助輻射波導11光學連接到第一輻射波導30a如圖1示意性所示，第一和第二輻射波導具有其各自的基本彼此對 準的端部30a，和30b，，這些端部進一步被設置用於捕獲從樣本100反射 的輻射25a和25b。根據第一和第二輻射波導的這種光學配置，可以利 用依照本發明的光學設備執行差分路徑長度光譜分析(DPL)。關於DPL 的進 一 步的細節，讀者可以參考WO2005/029051 ( Amelink和 Sterenborg),其通過引用全部合併於此。所述光學設備還包括檢測器40,其光學連接到第一 30a和第二 30b 輻射波導。檢測器40被設置用於在光學子帶內測量下列各項的指示 -反射的輻射25的第一偏振P—1,-反射的輻射25的第二偏振P—2,所述第二偏振P一2不同於笫 一偏振P—1,以及-分別在第一 30a和第二 30b輻射波導中的反射的輻射25a和 25b的第一I—1和第二強度I—2。檢測器40可以例如是具有適當的偏振檢測裝置的一個或多個光譜 儀，所述偏振檢測裝置例如偏振濾波器或對應的光學單元。因此，所測 量的第一 1—1和第二強度1—2可以是如由所述光學子帶定義的某個輻射 帶的光譜圖(spectrograph)。通過檢測反射的輻射25的第一偏振P_l 和第二偏振p一2 (所述第二偏振P—2不同於第一偏振P—1 ),可以用所 述光學設備執行偏振光散射光譜分析(PLSS )。關於PLSS的進一步的 細節，讀者可以參考V. Backman等人在IEEE J. Selected Topics Quantum Electron.,第5巻第4期，1999年7月/8月，第1019頁的論文，該文 獻通過引用全部合併於此。此外，處理裝置60可操作地連接到檢測器40,該處理裝置適於在 光學子帶內計算第一 (f)和第二 (g)光譜函數，這兩個光譜函數(f, g)基本上指示樣本中的單散射事件。然而，如上面所解釋的，還可能 存在來自雙散射事件、三散射事件等等的對第一 (f)和/或第二 (g)光 譜函數的逐漸消失的貢獻。技術人員能夠容易實現的是，該處理裝置可 以實現為運行在一個或多個數據處理器和/或數位訊號處理器上的計算 機軟體。第一光語函數(f)是反射的輻射25的第一P—1偏振和反射的輻射 25的第二P 2偏振之間的偏振差的度量。如圖1中P—1和P—2的相對位14輻射波導25a捕獲的反射光25a 中檢測，但是可替代地或此外，第一和第二偏振可以從^^皮第二輻射波導 25b捕獲的反射光25b檢測(圖1中未示出)。第二光譜函數(g)是在第一 25a和第二 25b輻射束中的反射的輻 射的第一 I—1和第二強度1—2之間的強度差的度量。處理裝置60進一步被設置為計算第一 (f)與第二 (g)光譜函數之 間的相關性(C)度量，以便評估所述單散射事件是否來源於樣本100 內的基本上相同的光學深度(D)。圖2是PLSS (上部)和DPL (下部)的光路的示意圖。對於PLSS，入射光20的初始偏振用P—0表示。在反向散射時，反 射光25將具有帶有至少兩個分量P—1和P—2的特有偏振，檢測器40(圖 2中未示出)被設置用於測量該偏振。反射的輻射25的第一P—1和第二 P一2偏振被表示為指向兩個基本上垂直的方向，因為這可以有利地導致 這兩個測量的偏振方向之間的最大差異，但是其他相對取向也是可能 的。典型地，輻射源10 (例如固態雷射器)發射具有初始偏振P一0的輻 射，該初始偏振P一0在基本上平行於所測量的第一偏振P一1 (如圖2所 示)或所測量的第二 P—2偏振的偏振平面的平面中線性偏振。對於DPL,反射的輻射25a和25b各自的第一 1—1與第二強度1—2 之間的強度差用於進一步分析。在根據強度的差分信號將獲得什麼類型 的信息方面，第一和第二輻射波導30a和30b (未示出)的相對位置當 然十分重要。同樣，對於DPL光語分析來說，輻射波導(例如光纖)的 有效直徑具備較高的重要性。 一般來說，對於DPL,光纖的直徑大約是 進入組織的探測深度的兩倍。圖3是單散射事件的關聯樣本100內的光路的示意圖。如圖3所示， 入射輻射20以特定光學深度D透入樣本100中，並且在樣本100內的 一定位置發生光學相互作用時在一定方向上存在反射的輻射25。為了用 所述光學設備測量反射的輻射25，如圖3所示，通常必需的是，反射的 輻射25近似地或者精確地沿著入射輻射20的方向反向散射。然而，通 過透鏡和/或更寬直徑的輻射波導30,可以增加捕獲反射的輻射25的立 體角。圖4是多散射事件的關聯樣本100內的光路的示意圖。與圖3類似， 入射輻射20在樣本100內一定位置處被散射，並且隨後反射的輻射25在樣本100內被散射兩次，如由在標記反射的輻射25的光路的箭頭25 中的兩個轉折點(break)所示。因此，所檢測的輻射25已經透入到光 學深度D，，並且相應地反射的輻射25包括關於該深度內樣本的信息， 該信息是三散射事件的總體貢獻，並且幾乎不可能解開來自每個散射事 件的各個貢獻。圖5示意性示出了具有沿著豎直軸的第一 (f)和第二 (g)光譜函 數和沿著水平軸的波長(L,單位為微米)的曲線圖。在從L1到L2的光學子帶內示出這兩個光譜函數。第一 (f)與第二 (g)光譜函數之間的相關性C被如下歸一化地計算formula see original document page 16
因此，當存在高相關性時，c等於或接近於零，並且如果相關性低，那麼對於大部分光譜，C近似為2。對於技術人員來說，計算相關性C 的其他方法可輕易獲得。在圖5中的兩個光鐠函數下面，所計算的相關性C(L1,L2)被示出為 常數。相關性C(L1,L2)可以與預定的值比較，所述預定的值定義了導致 這兩個光譜函數(f， g)的散射事件來源於樣本100內相同的光學深度 D的可接受的置信水平。如果與預定值比較相關性水平不可接受，則處 理裝置60可以調節檢測器40的光學子帶L1、 L2,改變輻射源10的輻 射20(功率、波長、重複頻率等等)，修改第一25a和第二25b輻射波 導的相對位置，建議改變第一 25a和/或第二 25b輻射波導的直徑，和/ 或改變檢測器40的設置(採樣率、靈敏度等等)。處理裝置60可以被 設置為在沒有得到控制所述光學設備的操作者同意的情況下啟動這些 改變或修改，或者處理裝置可以請求操作者的批准，可能的是，該處理 裝置可以向操作者建議進行一些修改，例如通過使用另一組輻射波導來 改變所述輻射波導的直徑。/0必(1)可替代地，可以在光學子帶內的不止一個區域中由處理裝置60計 算相關性C,如四個相關性C1、 C2、 C3和C4所示。為了清楚起見， 這四個區域被顯示為不重疊，但是這些區域也可以彼此重疊。隨後，處 理裝置可以為隨後使用所述光學設備進行的光學測量選擇具有最優相 關性(C)的區域，特別是可以選擇用於以後的診斷目的的最優相關性 (C)。在另一個實施例中，處理裝置60可以將來自光學子帶L1、 L2內的 所述不止一個區域(例如圖5中的四個)的相關性加在一起，以便獲得 相關性C的總體值。可能的是，可以將這些相關性加在一起且每個相關 性具有特定權重，該權重取決於所找到的特定相關性(例如C1、 C2等 等)、預定的光譜特性(例如f的上限值和下限值)和/或光譜區域(波 長L)。圖6是根據本發明的可替代光學設備的示意圖，其中第三輻射波導 30c被設置用於將具有初始偏振P—0的輻射20，傳送到樣本100。圖6中 示出的光學設備在其他方面類似於圖l所示的光學設備。第三輻射波導 30c還可以具有分別與第一和第二輻射波導的端部30a，和30b，基本上對 準的端部30c，。平行於通過第三輻射波導25a的輻射20，，第一輻射波 導將輻射20傳送到樣本100，輻射20不一定需要偏振，因為如圖6所 示可以通過使用反射光25c在附加的第三輻射波導3Oc中排他性地執行 PLSS。在該實施例中，輻射源10也可以被劃分為兩個分離的且相互獨 立的輻射源(圖6中未示出)。光學設備的該實施例具有以下優點隨 後PLSS和DPL可以彼此獨立地執行，從而使得在沒有下述限制的情況 下設計所述光學設備成為可能第一 30a和/或第二 30b輻射波導必須能 夠執行者兩種光譜分析。圖7是可替代光學設備的示意圖，該光學設備包括致動裝置(未示 出)，該致動裝置被設置用於根據相關性C改變第一30a與第二30b輻 射波導各自的端部30a，和30b，之間的距離d (用雙箭頭表示)。因此， 可以將相關性C優化為距離d的函數。第一和第二光鐠函數通常可以被 當前可用的光學裝置快速找到(少於若干分之一秒)，並且相似地，相 關性C可以被常規的計算裝置甚至更快速地找到，這意味著即使所述光 學設備應用在病人上，也通常有時間執行對相關性和輻射波導距離d的所示的光學設備在其他方面與圖1所示的光學設備相似，為了清楚起見，檢測器40與處理裝置60被省略。圖8是根據本發明的方法的流程圖。該方法允許操作用於評估樣本 100中的光學深度D的光學設備，該方法包括Sl利用輻射源10發射具有初始偏振P—0的輻射20,S2相對於樣本設置第一 30a和第二 30b輻射波導，該第一輻射波 導30a光學連接到輻射源以便向樣本發射輻射20，第一和第二輻射波導 具有其各自的基本上彼此對準的端部30a，和30b'，這些端部進一步被設 置用於捕獲從樣本反射的輻射25a和25b,S3提供光學連接到第一和第二輻射波導的檢測器40,該檢測器被 設置用於在光學子帶內測量下列各項的指示 -反射的輻射25的第一偏振P—1，-反射的輻射25的第二偏振P—2，所述第二偏振P—2不同於第 一偏振P—1,以及-分別在第一 30a和第二輻射30b波導中的反射的輻射25a和 25b的第一和第二強度I—1和1—2,以及S4提供處理裝置60，其可操作地連接到所述檢測器，該處理裝置 適於計算在光學子帶內的第一 (f)和第二 (g)光譜函數，這兩個光譜函數(f, g)基本上指示樣本中的單散射事件-第一光譜函數(f)是反射的輻射25的第一P—1偏振與反射 的輻射25的第二P—2偏振之間的偏振差的度量，以及-第二光譜函數(g)是反射的輻射的第一與第二強度I—1和1—2 之間的強度差的度量，S5由處理裝置60計算第一 (f)與第二 (g)光譜函數之間的相關 性C度量，以便評估單散射事件是否來源於樣本內基本上相同的光學深 度D。本發明可以以包括硬體、軟體、固件或這些的任意組合的任何適當 的形式實現。本發明或本發明的一些特徵可以實現為運行在一個或多個 數據處理器和/或數位訊號處理器上的計算機軟體。本發明的實施例的元 件和部件可以以任何合適的方式物理地、功能地和邏輯地實現。事實上， 所述功能可以在單個單元、多個單元中實現或作為其他功能單元的一部 分而實現。同樣，本發明可以在單個單元中實現，或可以物理地和功能18地分布在不同單元與處理器之間。雖然已經結合特定實施例描述了本發明，但是本發明不限於本文中 所提出的特定形式。確切地說，本發明的範圍僅由所附權利要求限制。 在權利要求中，措詞"包括/包含"不排除其他元件或步驟的存在。此外， 雖然單獨的特徵可以包括在不同權利要求中，但是這些特徵可以有利地 組合，並且包括在不同權利要求中並不意味著特徵的組合不是可行的和 /或有利的。此外，單數引用並沒有排除複數。因此，對於"一"、"第一"、 "第二，，等的引用並沒有排除複數。而且，權利要求中的附圖標記不應當被解釋為限制了本發明的範圍。
權利要求
1.一種用於評估關聯的樣本(100)中的光學深度(D)的光學設備，該設備包括輻射源(10)，其能夠發射具有初始偏振(P_0)的輻射(20)，第一(30a)和第二(30b)輻射波導，該第一輻射波導(30a)光學連接到輻射源以便向樣本發射輻射(20)，第一和第二輻射波導具有其各自的基本上彼此對準的端部(30a』，30b』)，這些端部進一步被設置用於捕獲從樣本反射的輻射(25a，25b)，檢測器(40)，其光學連接到第一和第二輻射波導，該檢測器被設置用於在光學子帶內測量下列各項的指示-反射的輻射(25)的第一偏振(P_1)，-反射的輻射(25)的第二偏振(P_2)，所述第二偏振(P_2)不同於第一偏振(P_1)，以及-分別在第一(30a)和第二(30b)輻射波導中的反射的輻射(25a，25b)的第一和第二強度(I_1，I_2)，以及處理裝置(60)，其可操作地連接到檢測器，該處理裝置適於在所述光學子帶內計算第一(f)和第二(g)光譜函數，這兩個光譜函數(f，g)基本上指示樣本中的單散射事件-第一光譜函數(f)是反射的輻射(25)的第一(P_1)偏振與反射的輻射(25)的第二(P_2)偏振之間的偏振差的度量，以及-第二光譜函數(g)是所述反射的輻射的第一與第二強度(I_1，I_2)之間的強度差的度量，其中處理裝置(60)進一步被設置為計算第一(f)與第二(g)光譜函數之間的相關性(C)度量，以便評估單散射事件是否來源於樣本內基本上相同的光學深度(D)。
2. 根據權利要求1的光學設備，其中第一光譜函數(f)是偏振光 散射光譜分析(PLSS)函數。
3. 根據權利要求1或2的光學設備，其中第二光譜函數(g)是第 一 (30a)與第二 (30b)輻射波導之間的差分路徑長度(DPL)的度量。
4. 根據權利要求1的光學設備，其中所述檢測器被設置用於在所迷 光學子帶內測量被第一輻射波導(30a)捕獲的反射的輻射(25)的第 一偏振(PI)和第二偏振(P_2)。
5. 根據權利要求1的光學設備，其中第三輻射波導(30c)被設置 用於將具有初始偏振(P—0)的輻射(20)傳送到樣本，該第三輻射波 導具有與第一和第二輻射波導的端部(30a，， 30b，)基本上對準的端部(30c，)。
6. 根據權利要求5的光學設備，其中第三輻射波導(30c)被設置 用於捕獲從樣本反射的輻射(25c)，該第三輻射波導(30c)光學連接 到所述檢測器。
7. 根據權利要求1的光學設備，其中所述檢測器被設置用於測量反 射的輻射(25a, 25b, 25c)在兩個基本上垂直的方向上的第一 (P_l ) 和第二 (p_2)偏振。
8. 根據權利要求1或7的光學設備，其中輻射源(10 )被設置用於 發射具有初始偏振(P—0)的輻射，該初始偏振在基本上平行於所測量 的第一 (P—1)或所測量的第二 (P—2)偏振的偏振平面的平面中是線性 偏振的。
9. 根據權利要求1或5的光學設備，其中第一、第二和/或第三輻 射波導是光纖，其具有最大200微米的直徑，優選地具有最大100微米 的直徑，或者甚至更優選地具有最大50微米的直徑。
10. 根據權利要求1的光學設備，其中所述處理裝置進一步被設置 用於確定所述光學子帶內不止一個區域的相關性(C)，該處理裝置適 於隨後為隨後的光學測量選擇具有最優相關性(C)的區域。
11. 根據權利要求1或10的光學設備，其中所述處理裝置進一步被 設置用於根據所找到的相關性(C)改變所述光學子帶。
12. 根據權利要求1的光學設備，其中所述光學設備包括致動裝置， 該致動裝置被設置用於根據相關性(C)至少改變第一與笫二輻射波導 的各自端部(30a，， 30b，)之間的距離(d)。
13. 根據權利要求1的光學設備，其中第一、第二和/或第三輻射波 導形成導管的一部分。
14. 一種被設置用於與關聯的光學設備協作的導管， 該導管包括第一 (30a)和第二 (30b)輻射波導，第一輻射波導(30a)可光 學連接到輻射源以便向樣本(100)發射輻射(20),該第一和第二輻 射波導具有其各自的基本上彼此對準的端部(30a'， 30b，)，這些端部進一步被設置用於捕獲從樣本反射的輻射(25a， 25b)， 所述關聯的光學設備包括輻射源(10),其能夠發射具有初始偏振(P_0)的輻射(20), 檢測器(40),其光學連接到第一和第二輻射波導，該檢測器被設 置用於在光學子帶內測量下列各項的指示 -反射的輻射(25)的第一偏振(P_l),畫反射的輻射(25)的第二偏振(P—2),所述第二偏振(P—2)不 同於第一偏振(P—1 ),以及-分別在第一 (30a)和第二 ( 30b )輻射波導中的反射的輻射(25a, 25b)的第一和第二強度(I_l, I_2)，以及處理裝置(60)，其可操作地連接到所述檢測器，該處理裝置適於 在所述光學子帶內計算第一 (f)和第二 (g)光語函數，這兩個光譜函 數(f, g)基本上指示樣本中的單散射事件-第一光鐠函數(f)是反射的輻射(25)的第一 (P_l )偏振與反 射的輻射(25)的第二 (P—2)偏振之間的偏振差的度量，以及-第二光譜函數(g)是所述反射的輻射的第一與第二強度(I一l, I一2)之間的強度差的度量，該處理裝置(60)進一步被設置為計算第一 (f)與第二 (g)光鐠 函數之間的相關性(C)度量，以便評估單散射事件是否來源於樣本內 基本上相同的光學深度(D)。
15. 根據權利要求14的導管，其中第三輻射波導(30c)被設置用 於將具有初始偏振(P—0)的輻射(20)傳送到樣本，該第三輻射波導 具有與第一和第二輻射波導的端部(30a，， 30b，)基本上對準的端部(30c，)。
16. 根據權利要求15的導管，其中第三輻射波導(30c)被設置用 於捕獲從樣本反射的輻射(25c),該第三輻射波導(30c)可光學連接 到所述檢測器。
17. 根據權利要求14-16中任一項的導管，其中第一 (25a)、第二 (25b)和/或第三(25c)輻射波導具有偏振保持特性。
18. —種操作用於評估樣本(100)中的光學深度(D)的光學設備 的方法，該方法包4舌利用輻射源(10)發射具有初始偏振(P 0)的輻射(20),相對於樣本設置第一 (30a)和第二 (30b)輻射波導，第一輻射波 導(30a)光學連接到所述輻射源以便向樣本發射輻射(20)，第一和 第二輻射波導具有其各自的基本上彼此對準的端部(30a，， 30b，)，這 些端部進一步被設置用於捕獲從樣本反射的輻射(25a, 25b),提供檢測器(40),其光學連接到第一和第二輻射波導，該檢測器 被設置用於在光學子帶內測量下列各項的指示-反射的輻射(25)的第一偏振(P_l)，-反射的輻射(25)的第二偏振(P_2),所述第二偏振(P_2)不 同於第一偏振(P_l ),以及-分別在第一 (30a)和第二 ( 30b )輻射波導中的反射的輻射(25a, 25b)的笫一和第二強度(1—1， I_2),以及提供處理裝置(60),其可操作地連接到所述檢測器，該處理裝置 適於在所述光學子帶內計算第一 (f)和第二 (g)光譜函數，這兩個光 譜函數(f, g)基本上指示樣本中的單散射事件-第一光譜函數(f)是反射的輻射(25)的第一 (P—1)偏振與反 射的輻射(25)的第二 (P—2)偏振之間的偏振差的度量，以及-第二光譜函數(g)是所述反射的輻射的第一與第二強度(I—1, I_2)之間的強度差的度量，由該處理裝置(60)計算第一 (f)與第二 (g)光譜函數之間的相 關性(C)度量，以便評估單散射事件是否來源於樣本內基本上相同的 光學深度(D)。
19. 一種電腦程式產品，其適於使得包括至少一個具有與其關聯 的數據存儲裝置的計算機的計算機系統能夠根據權利要求18控制光學 設備。
全文摘要
本發明涉及用於評估被來自輻射源(10)的偏振輻射照射的樣本(100)中的光學深度(D)的光學設備。第一和第二輻射波導的端部(30a』，30b』)被設置用於捕獲從樣本反射的輻射(25a，25b)。檢測器(40)測量反射的輻射(25)的第一偏振(P1)和第二偏振(P2)，以及分別在第一(30a)和第二(30b)輻射波導中的反射輻射(25a，25b)的第一和第二強度(I1，I2)。隨後，處理裝置(60)計算第一(f)和第二(g)光譜函數，這兩個光譜函數(f，g)表示樣本中的單散射事件。該處理裝置(60)進一步被設置為計算第一(f)與第二(g)光譜函數之間的相關性(C)度量，以便評估所述單散射事件是否來源於樣本內基本上相同的光學深度(D)。因此，第一和第二光譜函數之間的因果關係可以用於評估產生這兩個光譜函數的所述單散射事件是否來自樣本內的基本上相同的光學深度(D)。本發明特別有利於光學探查病人的上皮層。
文檔編號A61B5/00GK101616627SQ200880005548
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月18日 優先權日2007年2月20日
發明者A·T·M·范戈夫, B·H·W·亨德裡克斯, H·周 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司