用于環(huán)境光條件下的光學(xué)測(cè)量的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般地涉及一種用于在作為用于檢查室中的被動(dòng)照明的環(huán)境光下執(zhí)行的光學(xué)測(cè)量的方法和設(shè)備，并且更特定地，涉及一種具有用于在環(huán)境光條件下執(zhí)行的光譜測(cè)量的環(huán)境照射系統(tǒng)的光譜學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]提供疾病的實(shí)時(shí)檢測(cè)、診斷和成像的光學(xué)成像系統(tǒng)和方法在本領(lǐng)域中是已知的。這樣的系統(tǒng)在實(shí)時(shí)醫(yī)療過程期間在體內(nèi)的應(yīng)用受到不良信噪比的限制。低信噪比是來自目標(biāo)組織的光學(xué)信號(hào)的低強(qiáng)度或缺乏以及來自任何環(huán)境光的高水平的背景噪聲的結(jié)果。為了改進(jìn)信噪比，大多數(shù)已知的光學(xué)診斷系統(tǒng)和方法在測(cè)量期間阻擋環(huán)境光，忽視它，將它從背景減除，或者關(guān)閉室內(nèi)燈。然而，在醫(yī)療過程期間關(guān)閉燈光或者模糊對(duì)患者的觀察可能是不利的，并且可能是危險(xiǎn)的。另一方面，由于簡(jiǎn)單地忽視環(huán)境光或者將環(huán)境光從背景減除，有使探測(cè)器溢出和/或掩埋背景噪聲中的組織的微弱信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)，除非環(huán)境光被明確地排除了。一些其他的已知的用于排除環(huán)境光的系統(tǒng)和方法包括對(duì)探測(cè)器進(jìn)行門控或者調(diào)制信息信號(hào)并且使用鎖定探測(cè)。然而，在某些情況下，這些方法中的一些不適用于測(cè)量需要連續(xù)積分信號(hào)一秒或一分鐘至幾秒或幾分鐘的微弱拉曼信號(hào)。
[0003]—些光譜學(xué)檢查過程(諸如舉例來說，拉曼光譜測(cè)量或熒光光譜學(xué))對(duì)于來自環(huán)境光的污染可能是非常敏感的，因?yàn)槔驘晒庑盘?hào)可能極其微弱，并且甚至環(huán)境光的少量泄漏可能阻礙信號(hào)。拉曼光譜學(xué)是根據(jù)單波長(zhǎng)撞擊分子的光由于分子振動(dòng)態(tài)過渡而被分子散射的原理進(jìn)行操作的光譜學(xué)技術(shù)。所得的散射光具有不同于入射或激發(fā)光的波長(zhǎng)。散射光中所存在的波長(zhǎng)是分子的結(jié)構(gòu)的特性。散射光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)或“拉曼頻移”表示分子在樣本中的濃度。所以，無彈性地散射的輻射的光譜表示觀察的樣本內(nèi)的分子振動(dòng)的指紋圖譜。傳統(tǒng)上，激發(fā)光源(通常是激光器)連續(xù)地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)組織，并且拉曼信號(hào)隨著時(shí)間被收集。除了拉曼信號(hào)本質(zhì)上非常微弱之外，進(jìn)一步的問題是被(由于組織熒光的)熒光信號(hào)或光的發(fā)射干擾。許多化合物在暴露于可見區(qū)域中的激光時(shí)發(fā)出熒光或者發(fā)射光。熒光段一般很寬而且是無特征的，拉曼信號(hào)通常可能因熒光而模糊。
[0004]因此，需要一種具有整形的(shaped)環(huán)境照射的系統(tǒng)，使得拉曼測(cè)量可以在這樣的環(huán)境照射下進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面，提供了一種用于光譜測(cè)量的環(huán)境照射系統(tǒng)。該環(huán)境照射系統(tǒng)包括一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光二極管(LED)和控制系統(tǒng)，所述一個(gè)或更多個(gè)LED在光譜測(cè)量期間在所述區(qū)域中產(chǎn)生環(huán)境光，控制系統(tǒng)被配置為生成信號(hào)輸出到所述一個(gè)或更多個(gè)LED，使得在光譜測(cè)量期間所述一個(gè)或更多個(gè)LED被關(guān)閉。控制系統(tǒng)可以被進(jìn)一步配置為生成到所述一個(gè)或更多個(gè)LED的觸發(fā)信號(hào)，以一旦所述光譜測(cè)量完成就開啟所述一個(gè)或更多個(gè)LED。
[0006]在另一個(gè)方面，環(huán)境照射系統(tǒng)包括一個(gè)或更多個(gè)優(yōu)化RGBLED。這些RGB LED被優(yōu)化為使得紅色LED產(chǎn)生620-680nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。
[0007]在一個(gè)方面，提供了一種濾光器，該濾光器被配置為使環(huán)境照射光的可見分量通過并且阻擋環(huán)境照射光的近紅外(NIR)分量。所述一個(gè)或更多個(gè)LED的濾光后的照射光提供400-780nm波長(zhǎng)的照射光。
[0008]在另一個(gè)方面，提供一種具有環(huán)境照射系統(tǒng)的光譜學(xué)系統(tǒng)。該光譜學(xué)系統(tǒng)包括光譜學(xué)探頭、光源、探測(cè)器、顯示器以及一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光二極管(LED)，光源用于提供照射光給受檢查對(duì)象，探測(cè)器接收從對(duì)象反射和發(fā)射的返回輻射，并且測(cè)量返回輻射的光譜，顯示器與探測(cè)器通信以顯示被測(cè)光譜，所述一個(gè)或更多個(gè)LED在光譜測(cè)量期間在區(qū)域中產(chǎn)生環(huán)境光。
[0009]在一個(gè)方面，提供了一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被配置為控制光源和所述一個(gè)或更多個(gè)LED以使得當(dāng)光源被開啟時(shí)所述一個(gè)或更多個(gè)LED被關(guān)閉?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)一步包括開關(guān)，該開關(guān)開啟光源并且自動(dòng)地生成發(fā)送到所述一個(gè)或更多個(gè)LED的信號(hào)，以關(guān)閉所述一個(gè)或更多個(gè)LED?？刂茊卧梢赃M(jìn)一步與探測(cè)器通信，以當(dāng)探測(cè)器探測(cè)到返回輻射時(shí)從探測(cè)器接收輸入信號(hào)，并且自動(dòng)地生成輸出到所述一個(gè)或更多個(gè)LED的信號(hào)，以開啟所述一個(gè)或更多個(gè)LED。此外，當(dāng)光源開啟時(shí)，控制單元可以控制顯示器來關(guān)閉所述顯示器。
[0010]在另一個(gè)方面，光譜學(xué)系統(tǒng)還包括濾光器，該濾光器被配置為使環(huán)境照射光的可見分量通過并且阻擋環(huán)境照射光的近紅外(NIR)分量。
[0011]在另一個(gè)方面，環(huán)境照射光的所述一個(gè)或更多個(gè)LED是優(yōu)化RGB LED。
[0012]除了上述方面和實(shí)施方案之外，通過參照附圖和研究以下詳細(xì)描述，進(jìn)一步的方面和實(shí)施方案將變得清晰。
【附圖說明】
[0013]在整個(gè)附圖中，標(biāo)號(hào)可以被重新用于指示引用的部件之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。附圖被提供來圖示說明本文中所描述的示例實(shí)施方案，而非意圖限制本公開的范圍。附圖中的部件的大小和相對(duì)位置不一定按比例繪制。例如，各種部件的形狀和角度不按比例繪制，并且這些部件中的一些被任意地放大和定位以改進(jìn)附圖的易讀性。
[0014]圖1a是陰極射線管(CRT)監(jiān)視器的輸出光譜的圖解說明。
[0015]圖1b是液晶顯示器(IXD)監(jiān)視器的輸出光譜的圖解說明。
[0016]圖1c是發(fā)光二極管(LED)監(jiān)視器的輸出光譜的圖解說明。
[0017]圖2是手掌皮膚在不同環(huán)境照明下的拉曼光譜的曲線圖。
[0018]圖3是使用本發(fā)明的環(huán)境照射系統(tǒng)的實(shí)施方案的光譜學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。
[0019]圖4是當(dāng)圖3的光譜學(xué)系統(tǒng)的激光器被關(guān)閉并且沒有對(duì)環(huán)境光進(jìn)行整形的任何濾光器的LED環(huán)境燈被開啟時(shí)的背景信號(hào)的曲線圖。
[0020]圖5是當(dāng)濾光器被放置在LED環(huán)境光的前面以對(duì)環(huán)境光進(jìn)行整形時(shí)的、圖4的背景信號(hào)的曲線圖。
[0021 ]圖6是在LED環(huán)境光前面沒有任何濾光器(曲線601)以及在LED環(huán)境光前面安裝有濾光器(曲線602)的兩種類型的LED在拉曼波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)射光譜的曲線圖。該圖還示出背景信號(hào)的發(fā)射光譜(曲線603)。
[0022]圖7圖解式地圖示說明安裝在LED環(huán)境光的前面以對(duì)環(huán)境光進(jìn)行整形的濾光器的透射特性。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供一種用于在實(shí)時(shí)體內(nèi)光譜測(cè)量期間，更具體地，在體內(nèi)拉曼光譜測(cè)量期間，在檢查室里提供環(huán)境光的系統(tǒng)。
[0024]定義
[0025]為了本發(fā)明的目的，提供以下定義:
[0026]環(huán)境光:入射在對(duì)象上的背景光。環(huán)境光可以包括至少室內(nèi)光、頭頂燈、來自監(jiān)視器的光以及其他光源。
[0027]信噪比:目標(biāo)信號(hào)的強(qiáng)度與背景噪聲的比率。這可以通過改進(jìn)目標(biāo)信號(hào)或者通過減小背景噪聲來增大。
[0028]實(shí)時(shí):在幾秒或更短時(shí)間內(nèi)(優(yōu)選地，在I秒內(nèi))執(zhí)行的測(cè)量，該測(cè)量允許手術(shù)或治療計(jì)劃基于該測(cè)量的結(jié)果而被修改。
[0029]對(duì)象:活著的動(dòng)物、植物、病毒或細(xì)菌對(duì)象，重點(diǎn)是哺乳動(dòng)物，尤其是人類。
[0030]體內(nèi):對(duì)活著的對(duì)象內(nèi)的組織執(zhí)行的測(cè)量。
[0031]自然地，拉曼信號(hào)非常微弱，并且即使室內(nèi)光關(guān)閉，來自系統(tǒng)的監(jiān)視器的光也可能強(qiáng)得足以污染拉曼信號(hào)。這可以在圖la-c中被清晰地示出。圖1a圖示說明CRT監(jiān)視器的輸出光譜。700-900nm波段的信號(hào)被放大25倍以更好地可視化所述信號(hào)?？梢宰⒁獾?，在785-1OOOnm范圍內(nèi)存在強(qiáng)得足以污染該范圍內(nèi)的拉曼信號(hào)的兩個(gè)峰。關(guān)于圖1b所示的來自LCD監(jiān)視器的輸出光譜，可以注意到，在785-1000nm范圍內(nèi)存在強(qiáng)得足以污染該范圍內(nèi)的拉曼信號(hào)的若干個(gè)峰。750-900nm波段范圍內(nèi)的信號(hào)被放大10倍以更好地可視化所述信號(hào)。實(shí)驗(yàn)已表明，LED背光照明LCD監(jiān)視器(所謂的LED監(jiān)視器(圖1c))提供來自光譜測(cè)量點(diǎn)的三個(gè)監(jiān)視器輸出光譜之中的最佳輸出光譜。從圖1c所示的LED監(jiān)視器的輸出光譜可以注意到，在785-1000nm范圍內(nèi)不存在峰，然而，785-1000nm內(nèi)的拖尾可以潛在地強(qiáng)得足以影響熒光背景，這繼而可以影響該范圍內(nèi)的拉曼信號(hào)。750-900nm波段范圍內(nèi)的信號(hào)被放大10倍以更好地可視化所述信號(hào)。實(shí)驗(yàn)還已表明，熒光室內(nèi)燈在750-900nm范圍的波段內(nèi)的輸出光譜包括785-1000nm內(nèi)的強(qiáng)得足以污染該范圍內(nèi)的拉曼信號(hào)的若干個(gè)峰，因此熒光燈不應(yīng)被用于進(jìn)行拉曼測(cè)量的室內(nèi)光照