用于環(huán)境光條件下的光學測量的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[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照明的環(huán)境光下執(zhí)行的光學測量的方法和設備，并且更特定地，涉及一種具有用于在環(huán)境光條件下執(zhí)行的光譜測量的環(huán)境照射系統(tǒng)的光譜學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]提供疾病的實時檢測、診斷和成像的光學成像系統(tǒng)和方法在本領域中是已知的。這樣的系統(tǒng)在實時醫(yī)療過程期間在體內的應用受到不良信噪比的限制。低信噪比是來自目標組織的光學信號的低強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果。為了改進信噪比，大多數(shù)已知的光學診斷系統(tǒng)和方法在測量期間阻擋環(huán)境光，忽視它，將它從背景減除，或者關閉室內燈。然而，在醫(yī)療過程期間關閉燈光或者模糊對患者的觀察可能是不利的，并且可能是危險的。另一方面，由于簡單地忽視環(huán)境光或者將環(huán)境光從背景減除，有使探測器溢出和/或掩埋背景噪聲中的組織的微弱信號的風險，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)和方法包括對探測器進行門控或者調制信息信號并且使用鎖定探測。然而，在某些情況下，這些方法中的一些不適用于測量需要連續(xù)積分信號一秒或一分鐘至幾秒或幾分鐘的微弱拉曼信號。
[0003]—些光譜學檢查過程(諸如舉例來說，拉曼光譜測量或熒光光譜學)對于來自環(huán)境光的污染可能是非常敏感的，因為拉曼或熒光信號可能極其微弱，并且甚至環(huán)境光的少量泄漏可能阻礙信號。拉曼光譜學是根據(jù)單波長撞擊分子的光由于分子振動態(tài)過渡而被分子散射的原理進行操作的光譜學技術。所得的散射光具有不同于入射或激發(fā)光的波長。散射光中所存在的波長是分子的結構的特性。散射光的強度和波長或“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的分子振動的指紋圖譜。傳統(tǒng)上，激發(fā)光源(通常是激光器)連續(xù)地對準目標組織，并且拉曼信號隨著時間被收集。除了拉曼信號本質上非常微弱之外，進一步的問題是被(由于組織熒光的)熒光信號或光的發(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，拉曼信號通?？赡芤驘晒舛：?。
[0004]因此，需要一種具有整形的(shaped)環(huán)境照射的系統(tǒng)，使得拉曼測量可以在這樣的環(huán)境照射下進行。

【發(fā)明內容】

[0005]在一個方面，提供了一種用于光譜測量的環(huán)境照射系統(tǒng)。該環(huán)境照射系統(tǒng)包括一個或更多個發(fā)光二極管(LED)和控制系統(tǒng)，所述一個或更多個LED在光譜測量期間在所述區(qū)域中產(chǎn)生環(huán)境光，控制系統(tǒng)被配置為生成信號輸出到所述一個或更多個LED，使得在光譜測量期間所述一個或更多個LED被關閉?？刂葡到y(tǒng)可以被進一步配置為生成到所述一個或更多個LED的觸發(fā)信號，以一旦所述光譜測量完成就開啟所述一個或更多個LED。
[0006]在另一個方面，環(huán)境照射系統(tǒng)包括一個或更多個優(yōu)化RGBLED。這些RGB LED被優(yōu)化為使得紅色LED產(chǎn)生620-680nm波長范圍內的光。
[0007]在一個方面，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。所述一個或更多個LED的濾光后的照射光提供400-780nm波長的照射光。
[0008]在另一個方面，提供一種具有環(huán)境照射系統(tǒng)的光譜學系統(tǒng)。該光譜學系統(tǒng)包括光譜學探頭、光源、探測器、顯示器以及一個或更多個發(fā)光二極管(LED)，光源用于提供照射光給受檢查對象，探測器接收從對象反射和發(fā)射的返回輻射，并且測量返回輻射的光譜，顯示器與探測器通信以顯示被測光譜，所述一個或更多個LED在光譜測量期間在區(qū)域中產(chǎn)生環(huán)境光。
[0009]在一個方面，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或更多個LED以使得當光源被開啟時所述一個或更多個LED被關閉?？刂葡到y(tǒng)進一步包括開關，該開關開啟光源并且自動地生成發(fā)送到所述一個或更多個LED的信號，以關閉所述一個或更多個LED?？刂茊卧梢赃M一步與探測器通信，以當探測器探測到返回輻射時從探測器接收輸入信號，并且自動地生成輸出到所述一個或更多個LED的信號，以開啟所述一個或更多個LED。此外，當光源開啟時，控制單元可以控制顯示器來關閉所述顯示器。
[0010]在另一個方面，光譜學系統(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]在另一個方面，環(huán)境照射光的所述一個或更多個LED是優(yōu)化RGB LED。
[0012]除了上述方面和實施方案之外，通過參照附圖和研究以下詳細描述，進一步的方面和實施方案將變得清晰。
【附圖說明】
[0013]在整個附圖中，標號可以被重新用于指示引用的部件之間的對應關系。附圖被提供來圖示說明本文中所描述的示例實施方案，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)的實施方案的光譜學系統(tǒng)的實施例的示意圖。
[0019]圖4是當圖3的光譜學系統(tǒng)的激光器被關閉并且沒有對環(huán)境光進行整形的任何濾光器的LED環(huán)境燈被開啟時的背景信號的曲線圖。
[0020]圖5是當濾光器被放置在LED環(huán)境光的前面以對環(huán)境光進行整形時的、圖4的背景信號的曲線圖。
[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在拉曼波長范圍內的發(fā)射光譜的曲線圖。該圖還示出背景信號的發(fā)射光譜(曲線603)。
[0022]圖7圖解式地圖示說明安裝在LED環(huán)境光的前面以對環(huán)境光進行整形的濾光器的透射特性。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明提供一種用于在實時體內光譜測量期間，更具體地，在體內拉曼光譜測量期間，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:入射在對象上的背景光。環(huán)境光可以包括至少室內光、頭頂燈、來自監(jiān)視器的光以及其他光源。
[0027]信噪比:目標信號的強度與背景噪聲的比率。這可以通過改進目標信號或者通過減小背景噪聲來增大。
[0028]實時:在幾秒或更短時間內(優(yōu)選地，在I秒內)執(zhí)行的測量，該測量允許手術或治療計劃基于該測量的結果而被修改。
[0029]對象:活著的動物、植物、病毒或細菌對象，重點是哺乳動物，尤其是人類。
[0030]體內:對活著的對象內的組織執(zhí)行的測量。
[0031]自然地，拉曼信號非常微弱，并且即使室內光關閉，來自系統(tǒng)的監(jiān)視器的光也可能強得足以污染拉曼信號。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波段的信號被放大25倍以更好地可視化所述信號?？梢宰⒁獾剑?85-1OOOnm范圍內存在強得足以污染該范圍內的拉曼信號的兩個峰。關于圖1b所示的來自LCD監(jiān)視器的輸出光譜，可以注意到，在785-1000nm范圍內存在強得足以污染該范圍內的拉曼信號的若干個峰。750-900nm波段范圍內的信號被放大10倍以更好地可視化所述信號。實驗已表明，LED背光照明LCD監(jiān)視器(所謂的LED監(jiān)視器(圖1c))提供來自光譜測量點的三個監(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范圍內不存在峰，然而，785-1000nm內的拖尾可以潛在地強得足以影響熒光背景，這繼而可以影響該范圍內的拉曼信號。750-900nm波段范圍內的信號被放大10倍以更好地可視化所述信號。實驗還已表明，熒光室內燈在750-900nm范圍的波段內的輸出光譜包括785-1000nm內的強得足以污染該范圍內的拉曼信號的若干個峰，因此熒光燈不應被用于進行拉曼測量的室內光照