[发明专利]用于环境光条件下的光学测量的方法和设备

说明书

技术领域

本公开一般地涉及一种用于在作为用于检查室中的被动照明的环境光下执行的光学 测量的方法和设备，并且更特定地，涉及一种具有用于在环境光条件下执行的光谱测量的 环境照射系统的光谱学系统。

背景技术

提供疾病的实时检测、诊断和成像的光学成像系统和方法在本领域中是已知的。这样 的系统在实时医疗过程期间在体内的应用受到不良信噪比的限制。低信噪比是来自目标组 织的光学信号的低强度或缺乏以及来自任何环境光的高水平的背景噪声的结果。为了改进 信噪比，大多数已知的光学诊断系统和方法在测量期间阻挡环境光，忽视它，将它从背景 减除，或者关闭室内灯。然而，在医疗过程期间关闭灯光或者模糊对患者的观察可能是不 利的，并且可能是危险的。另一方面，由于简单地忽视环境光或者将环境光从背景减除， 有使探测器溢出和/或掩埋背景噪声中的组织的微弱信号的风险，除非环境光被明确地排 除了。一些其他的已知的用于排除环境光的系统和方法包括对探测器进行门控或者调制信 息信号并且使用锁定探测。然而，在某些情况下，这些方法中的一些不适用于测量需要连 续积分信号一秒或一分钟至几秒或几分钟的微弱拉曼信号。

一些光谱学检查过程(诸如举例来说，拉曼光谱测量或荧光光谱学)对于来自环境光 的污染可能是非常敏感的，因为拉曼或荧光信号可能极其微弱，并且甚至环境光的少量泄 漏可能阻碍信号。拉曼光谱学是根据单波长撞击分子的光由于分子振动态过渡而被分子散 射的原理进行操作的光谱学技术。所得的散射光具有不同于入射或激发光的波长。散射光 中所存在的波长是分子的结构的特性。散射光的强度和波长或“拉曼频移”表示分子在样 本中的浓度。所以，无弹性地散射的辐射的光谱表示观察的样本内的分子振动的指纹图谱。 传统上，激发光源(通常是激光器)连续地对准目标组织，并且拉曼信号随着时间被收集。 除了拉曼信号本质上非常微弱之外，进一步的问题是被(由于组织荧光的)荧光信号或光 的发射干扰。许多化合物在暴露于可见区域中的激光时发出荧光或者发射光。荧光段一般 很宽而且是无特征的，拉曼信号通常可能因荧光而模糊。

因此，需要一种具有整形的(shaped)环境照射的系统，使得拉曼测量可以在这样的 环境照射下进行。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于光谱测量的环境照射系统。该环境照射系统包括一个或 更多个发光二极管(LED)和控制系统，所述一个或更多个LED在光谱测量期间在所述 区域中产生环境光，控制系统被配置为生成信号输出到所述一个或更多个LED，使得在光 谱测量期间所述一个或更多个LED被关闭。控制系统可以被进一步配置为生成到所述一 个或更多个LED的触发信号，以一旦所述光谱测量完成就开启所述一个或更多个LED。

在另一个方面，环境照射系统包括一个或更多个优化RGBLED。这些RGBLED被优 化为使得红色LED产生620-680nm波长范围内的光。

在一个方面，提供了一种滤光器，该滤光器被配置为使环境照射光的可见分量通过并 且阻挡环境照射光的近红外(NIR)分量。所述一个或更多个LED的滤光后的照射光提供 400-780nm波长的照射光。

在另一个方面，提供一种具有环境照射系统的光谱学系统。该光谱学系统包括光谱学 探头、光源、探测器、显示器以及一个或更多个发光二极管(LED)，光源用于提供照射 光给受检查对象，探测器接收从对象反射和发射的返回辐射，并且测量返回辐射的光谱， 显示器与探测器通信以显示被测光谱，所述一个或更多个LED在光谱测量期间在区域中 产生环境光。

在一个方面，提供了一种控制系统，该控制系统被配置为控制光源和所述一个或更多 个LED以使得当光源被开启时所述一个或更多个LED被关闭。控制系统进一步包括开关， 该开关开启光源并且自动地生成发送到所述一个或更多个LED的信号，以关闭所述一个 或更多个LED。控制单元可以进一步与探测器通信，以当探测器探测到返回辐射时从探测 器接收输入信号，并且自动地生成输出到所述一个或更多个LED的信号，以开启所述一 个或更多个LED。此外，当光源开启时，控制单元可以控制显示器来关闭所述显示器。

在另一个方面，光谱学系统还包括滤光器，该滤光器被配置为使环境照射光的可见分 量通过并且阻挡环境照射光的近红外(NIR)分量。

在另一个方面，环境照射光的所述一个或更多个LED是优化RGBLED。