專利名稱：用于光譜分析的像差校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對一個感興趣的體積進行光譜分析的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
將光譜學(xué)技術(shù)用于分析目的之應(yīng)用可從現(xiàn)有技術(shù)中獲悉。WO02/057758 A1和WO 02/057759 A1展示了用于對流過人體毛細血管的血液成分進行體內(nèi)非侵入式光譜分析的光譜分析儀器。優(yōu)選地，通過利用共焦喇曼光譜法來測量活體內(nèi)血液分析物濃度來實現(xiàn)光譜分析，該方法允許非侵入式血液分析(NIBA)。
為了獲得可檢測光譜信號的高信噪比或信號背景比，共焦測量體積完全位于血管之內(nèi)將是有利的。一方面，這需要精確地確定人體皮膚表面之下血管的位置。另一方面，光譜系統(tǒng)的共焦測量體積必須精確地被移動到所確定的血管位置。
對于非侵入式血液分析系統(tǒng)的大多數(shù)應(yīng)用，若將系統(tǒng)分成兩個部件，即通過一光纖連接起來的一個基站和一個柔性探頭，將是有利的。較大的基站典型地包含相當(dāng)寬大的激勵激光器和光譜分析裝置，而相對較小且具有柔性的探頭提供必要的光學(xué)器件，用于將激勵光束導(dǎo)向感興趣的體積中并用于收集光譜數(shù)據(jù)。
當(dāng)要分析那些難于觸及的人體部位，象耳垂、唇、舌、鼻孔或指間皮瓣時，小型柔性探頭將特別有利。因而，其總體尺寸是探頭最重要的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之一。除了尺寸要求以外，探頭應(yīng)具有較小的重量，允許人體的最大舒適性和易接近性。
然而，探頭必須提供有效的裝置，用于將共焦測量體積引導(dǎo)至皮膚表面之下所感興趣的特定體積之內(nèi)。主要有三種不同的方法，用于將共焦測量體積移至所期望的位置。第一種方法是將物鏡和共焦測量體積相對于彼此固定，即物鏡的焦點位置不能相對于透鏡移動。在該第一種方法中，探頭的光學(xué)器件優(yōu)選地被排列成支持相關(guān)光學(xué)信號的旁軸傳播。通過相對于探頭和光學(xué)裝置移動皮膚，可有效地實現(xiàn)將共焦測量體積移至皮膚中感興趣的體積內(nèi)。
第二種方法是利用相對于探頭固定皮膚。共焦測量體積也相對于物鏡位置固定。在此情況下，可通過相對于探頭本身移動整個光學(xué)裝置或至少光學(xué)裝置的一部分，來實現(xiàn)共焦測量體積與感興趣的體積之間的所需移動。例如，探頭的外殼被剛性地固定在皮膚表面上，并允許探頭的光學(xué)裝置實施一個例如相對于探頭外殼的橫向運動。該“橫向”的表述是指基本上垂直于探頭物鏡光軸的平面。
用于相對于皮膚移動共焦測量體積的第三種方法，其是基于將探頭和物鏡剛性地固定到皮膚上，但允許相對于物鏡橫向移動該共焦測量體積。這意味著必須改變光學(xué)信號(激勵光束和所檢測到的信號光束)的入射角和物鏡。
第一和第二種方法的優(yōu)點是測量體積位于光軸上，以允許簡單的光學(xué)器件，但需要相當(dāng)復(fù)雜的機械機構(gòu)。第三種方法利用移動共焦測量體積離開光軸，從而僅需基本的機械部件，例如一個可轉(zhuǎn)動或可操縱的鏡面。由于從測量體積發(fā)出的相關(guān)光譜信號相對于物鏡光軸以非零的角度傳播，因而使用這種方法導(dǎo)致不可避免的物鏡像差。從而，所得光譜數(shù)據(jù)以多種方式受到影響。
例如，色差可導(dǎo)致光譜中較寬的線，并可能以不同的效率檢測到各種波長。這種探頭利用相對于透鏡通過光學(xué)信號的非旁軸傳播來移動共焦測量體積，因而該探頭通常需要一個具有極低像差度的復(fù)雜物鏡。這種復(fù)雜物鏡非常昂貴，因而不適于用在例如一個非侵入式血液分析系統(tǒng)的低成本探頭中。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明目的在于提供一種用于光譜系統(tǒng)的允許使用廉價光學(xué)器件的改進的光學(xué)系統(tǒng)，該光譜系統(tǒng)用于確定人體皮膚表面之下感興趣的體積內(nèi)生物結(jié)構(gòu)的特性。
本發(fā)明提供一種光譜系統(tǒng)，用于確定人體內(nèi)感興趣的體積中生物結(jié)構(gòu)的特性。該光譜系統(tǒng)包括一個物鏡，用于引導(dǎo)一激勵光束至感興趣的體積，并用于從感興趣的體積收集返回的輻射。該光譜系統(tǒng)還包括一個用于檢測來自感興趣的體積的返回輻射的檢測器，以及一個用于校正物鏡的像差的校正單元。
典型地，感興趣的體積是指人體皮膚表面之下的一個體積，該體積限定了一種諸如血管的特定生物結(jié)構(gòu)或組織的位置。優(yōu)選地，將對流過這種血管的血液進行光譜分析。以此方式，可充分地實施非侵入式血液分析(NIBA)。
優(yōu)選地，該光譜系統(tǒng)包括一個基站和一個具有緊湊設(shè)計特征的柔性探頭。該探頭的物鏡優(yōu)選地采用不可避免地具有明顯像差的低成本光學(xué)器件。使用一個校正單元，以允許校正和補償由不理想物鏡造成的像差。從而，本發(fā)明提供了一種以明顯的像差為代價，在光譜數(shù)據(jù)采集中采用低成本物鏡的有效方法。通過連續(xù)地補償這些像差，可有效地消除這種低成本光學(xué)透鏡的缺點，從而允許將這種低成本物鏡用于諸如NIBA光譜系統(tǒng)的高精度測量裝置中。
該校正單元還適于補償多種不同類型的像差。該該校正單元優(yōu)選地適于補償色差和單色像差。關(guān)于單色像差，該校正單元很好地適用于補償像散、場曲率、彗形像差、球面像差和諸如枕形畸變或桶形畸變的變形效應(yīng)。
優(yōu)選地，響應(yīng)于將激勵光束強烈地聚焦在一個指定的感興趣的體積中，獲得光譜數(shù)據(jù)。響應(yīng)于這種激勵，該光譜信號，即散射輻射，從感興趣的體積發(fā)出，并被一檢測器檢測到。為了確定感興趣的體積的成分，所關(guān)心的是所采集數(shù)據(jù)的光譜分析。換句話說，所得光譜的各種頻率成分的相對強度代表著感興趣的體積的成分。
由于物鏡的色差，光譜中的特征線可能變寬，并且/或者光譜中各種波長的強度可能改變。因而，該校正單元適于補償嚴(yán)重影響所采集光譜信息的色差。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，該光譜系統(tǒng)還包括一個可轉(zhuǎn)動反射鏡元件，用于將物鏡的一個共焦測量體積定位到感興趣的體積中。該可轉(zhuǎn)動反射鏡元件還適用于相對于物鏡光軸橫向地移動共焦測量體積。
通過橫向地移動該共焦測量體積，激勵光束和從感興趣的體積發(fā)出的返回輻射的光線相對于物鏡光軸并且/或者相對于光譜系統(tǒng)或探頭的整個光學(xué)系統(tǒng)的光軸以非平行的方式傳播。
以此方式，本發(fā)明的光譜系統(tǒng)允許改變激勵光束和所檢測到的返回輻射相對于物鏡光軸的傳播角度。
優(yōu)選地，該可轉(zhuǎn)動反射鏡元件被置入光譜系統(tǒng)的探頭中，以實現(xiàn)探頭更為牢固、廉價和有效的機械和光學(xué)設(shè)計。利用可轉(zhuǎn)動反射鏡元件來實現(xiàn)激勵光束和返回輻射的非旁軸和/或離光軸布置，關(guān)鍵性地增強了物鏡像差對所得光譜數(shù)據(jù)的影響。
由于由物鏡引入的像差強烈地依賴于返回輻射的傳播方向與物鏡光軸之間的相對角度，該校正單元有效地利用那些確定激勵型和/或返回型光線與物鏡光軸之間傳播角度的信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，校正單元適于對所檢測到的返回輻射進行校正。這樣，物鏡像差不是通過光學(xué)裝置來補償，而是將校正機制施加到在檢測光譜信號時所產(chǎn)生的信號上。已知激勵光束和物鏡光軸之間的相關(guān)傳播角，使得通過例如電信號和/或數(shù)據(jù)處理裝置來有效地實施光譜數(shù)據(jù)的校正。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，校正單元還適于利用由校正表提供的校正值。校正表的每個校正值是從感興趣的體積到物鏡光軸的橫向距離所特有的。換句話說，每個校正值是激勵和/或返回輻射與物鏡光軸之間的相關(guān)傳播角所特有的。校正表提供橫向距離，即相關(guān)傳播角與所需校正值之間的分配關(guān)系，以允許精確補償由物鏡引入的像差。這里，一個校正值可指一個標(biāo)量值、一個校正矢量或甚至一個校正矩陣。以此方式，可有效地補償多種不同的像差，無論是單色差還是色差。
優(yōu)選地，校正表是通過整個光譜系統(tǒng)的一個校準(zhǔn)步驟來獲得的。在此情況下，一個參考光譜信號是通過從位于物鏡光軸上的感興趣的體積采集光譜數(shù)據(jù)來獲得的。通過連續(xù)地橫向移動感興趣的體積和光譜系統(tǒng)的共焦測量體積，從多個不同橫向位置獲取相同光譜信號，以允許與該參考信號進行比較。
通過參考信號與多個在不同橫向位置采集的光譜信號的比較，以允許表征光譜探頭的物鏡和整個光學(xué)裝置的像差。
此外，校正表還采用二維矩陣，以允許表征物鏡像差，該像差是由感興趣的體積和共焦測量體積相對于物鏡光軸沿兩個橫向方向的橫向位移造成的。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，從感興趣的體積到物鏡光軸的橫向距離能夠由可轉(zhuǎn)動反射鏡元件的定向來確定。優(yōu)選地，可轉(zhuǎn)動反射鏡元件能夠通過某些類型的致動器來操縱。已知致動器的位置和可轉(zhuǎn)動反射鏡元件的定向，則可確定激勵光束相對于物鏡光軸的相關(guān)傳播角。這使得實現(xiàn)對那些支配物鏡像差的參數(shù)進行直觀的和直接的訪問。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，光譜系統(tǒng)還包括一個提供所關(guān)心區(qū)域圖像的成像系統(tǒng)，用于確定感興趣的體積相對于物鏡光軸的橫向位置。例如，該成像系統(tǒng)提供人體皮膚表面的一個圖像，用于識別所關(guān)心的特定體積在皮膚表面圖像中的位置。該成像系統(tǒng)還提供位于患者皮膚表面之下所關(guān)心區(qū)域的成像。通過這種涉及皮膚表面上或表面之下所關(guān)心區(qū)域的成像，可充分地移動光譜系統(tǒng)的測量體積，以便與感興趣的體積重疊。
合適的成像方法包括正交偏振光譜成像(OPSI)、共焦視頻顯微(CVM)、光學(xué)相干性層析成像(OCT)、共焦激光掃描顯微(CLSM)、基于多普勒效應(yīng)的成像和基于超聲波的成像。相應(yīng)的成像技術(shù)公開于US60/262582、US09/912127、US09/912127、EP03100689.3和EP03102481.3中，其整體作為參考在此引入。
此外，確定感興趣的體積相對于物鏡光軸的橫向位置需要某種圖形識別裝置，以在橫向圖像中識別感興趣的體積?？蛇x地，感興趣的體積的確定可通過與一操作員的互動來獲得，以在一個可見的橫向圖像中確定感興趣的體積。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，校正單元還適于校正物鏡的色差和單色差。特別地，通過利用本發(fā)明的校準(zhǔn)方法，該校正單元使用一個針對由各個橫向位置所得光譜信號與參考信號之間偏差的校正表。以此方式，原則上能夠有效地補償由于激勵光束和/或返回輻射的非旁軸傳播而出現(xiàn)的所有類型的色差或單色差。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，該校正單元還適于根據(jù)一個特征表來校正物鏡像差。該特征表在制造該物鏡時產(chǎn)生，且指示出每個特定物鏡的像差。與校正表相比，該特征表僅僅是該物鏡所特有的，而不是探頭的整個光學(xué)裝置所特有的。此外，該特征表通常指明了物鏡的像差和缺陷，當(dāng)該物鏡被例如用在不同類型的光譜系統(tǒng)中時，該表可用于物鏡像差的通用校正。因此，該特征表不僅是一個特定光學(xué)裝置中一個物鏡的像差所特有的，而且是該物鏡通用的各種光學(xué)像差所特有的。
由于該特征表是在物鏡制造過程之后直接產(chǎn)生的，該特征表對于每個單獨的物鏡是特有的。這使得能夠表征和補償一個低成本光學(xué)透鏡在質(zhì)量上的變化。以此方式，將由本發(fā)明的光譜系統(tǒng)校正單元實施的校正步驟可單獨地適用于多種不同的物鏡。此外，當(dāng)例如由于衛(wèi)生原因，探頭的零件采用可置換元件時，一個物鏡可甚至由另一個物鏡替換，且該校正單元可通過利用其相應(yīng)的特征表而精確地自適用于該替換透鏡。因而不必為確定該替換透鏡的像差而進行新的校準(zhǔn)。
在另一個方面中，本發(fā)明提供一種用于光譜系統(tǒng)的計算機程序產(chǎn)品，該光譜系統(tǒng)用于確定人體內(nèi)感興趣的體積中生物結(jié)構(gòu)的特性。該光譜系統(tǒng)具有一個物鏡，用于將激勵光束引導(dǎo)至感興趣的體積，并用于從感興趣的體積收集返回輻射。該光譜系統(tǒng)還包括一個檢測器，用于檢測從感興趣的體積的返回輻射，且該計算機程序產(chǎn)品包括計算機程序方法，用于分析該返回輻射，并用于對該返回輻射進行校正，以校正物鏡的像差。
在另外一個方面中，本發(fā)明提供一種用于對光譜系統(tǒng)的物鏡進行像差校正的方法，該光譜系統(tǒng)被設(shè)計用于確定人體內(nèi)感興趣的體積中生物結(jié)構(gòu)的特性。用于進行像差校正的方法包括以下步驟利用物鏡將激勵光束引導(dǎo)至感興趣的體積，并從感興趣的體積收集返回輻射；在第二步驟中，從感興趣的體積發(fā)出的返回輻射被檢測到；在最后一步驟中，對檢測到的返回輻射實施一個校正步驟，以校正由物鏡引入的像差。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明并不局限于特定類型的喇曼光譜法，而是也可使用其它光譜學(xué)技術(shù)。這包括(i)基于喇曼散射的其它方法，包括受激喇曼光譜法和相干反斯托克斯喇曼光譜法(CARS)，(ii)紅外光譜法，特別是紅外吸收光譜法、傅立葉變換紅外(FTIR)光譜法和近紅外(NIR)漫反射光譜法，(iii)其它散射光譜技術(shù)，特別是熒光光譜法、多光子熒光光譜法和反射光譜法，以及(iv)其它光譜學(xué)技術(shù)，例如光聲光譜法、偏振測定和泵浦-探測光譜法。適用于本發(fā)明的優(yōu)選的光譜學(xué)技術(shù)為喇曼光譜法和熒光光譜法。


以下將參照附圖更為詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1示出了光譜系統(tǒng)的一個方框圖，圖2示出了一個用于實施像差校正步驟的流程圖，圖3示出了一個流程圖，該流程用于產(chǎn)生本發(fā)明校正步驟的校正表。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明光譜系統(tǒng)100的一個方框圖。該光譜系統(tǒng)100包括一個成像系統(tǒng)102。該光譜系統(tǒng)100包括光譜單元104，該光譜單元104包括一個光源，該光源典型地為一個在近紅外范圍(NIR)工作的激光源，該光譜單元104還包括一個檢測器，該檢測器典型地采用一個光譜儀。該光譜系統(tǒng)包括一個校正單元106、一個光譜分析系統(tǒng)108和一個校正表110。此外，光譜系統(tǒng)100包括一個光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置具有至少一對透鏡、一個物鏡118、一個分色鏡114和一個可轉(zhuǎn)動反射鏡112。光源，例如NIR激光器，被用在光譜模塊104中，因而在此未明確示出。
該方框圖示出了從感興趣的體積120發(fā)出的返回輻射124的光路。典型地，激勵光束沿著與返回輻射相同的光路但沿相反方向傳播。以此方式，物鏡的功能成為雙重的。首先，它用于將激勵光束聚焦到感興趣的體積中，其次，它提供對來自感興趣的體積的返回輻射的收集。例如，該激勵光束可利用分色光束分離器被耦合到返回輻射的光路中。
對于本發(fā)明，并不嚴(yán)格要求激勵光束與返回輻射沿著相同的光路傳播。原則上，激勵光束可以任意合適的聚焦裝置聚焦到感興趣的體積中。
返回輻射124在進入光譜單元104的檢測器之前，以非旁軸的方式穿過透鏡和反射鏡系統(tǒng)而傳播。在圖1所示實施例中，感興趣的體積120橫向地與成像系統(tǒng)102和物鏡118的光軸116分開。橫向距離122可由可轉(zhuǎn)動反射鏡112充分地控制。換句話說，可轉(zhuǎn)動反射鏡112的定向確定了感興趣的體積120距光軸116的橫向距離122。由于由低成本物鏡118引入的像差強烈地依賴于橫向距離122，該橫向距離的信息必須被提供給校正單元106。
通過使可轉(zhuǎn)動反射鏡112傾斜，如箭頭所示，光譜系統(tǒng)100的共焦測量體積可被有效地引導(dǎo)至感興趣的體積120中。從感興趣的體積120發(fā)出的光譜信號被分色鏡114反射，最終由光譜單元104的檢測器檢測到，產(chǎn)生一個相應(yīng)的檢測信號。一方面，該檢測信號指示了感興趣的體積120的成分的光譜，另一方面，該檢測信號指示了由物鏡118引入的像差。該檢測信號從光譜單元104被傳送到校正單元106。
校正單元106適于處理所獲得的檢測信號，以補償由物鏡118引入的像差。優(yōu)選地，該校正單元106有效地利用校正表110。優(yōu)先采用查找表形式的該校正表110提供針對感興趣的體積120距離光軸116的橫向距離122的校正信號。為了應(yīng)用該校正表110的合適的校正值，校正單元106也需要指示橫向距離122的信息。
橫向距離122既可由可轉(zhuǎn)動反射鏡112的定向來確定，也可通過由成像系統(tǒng)102獲得的圖像檢查來確定。從而，該成像系統(tǒng)102與可轉(zhuǎn)動反射鏡112均被連接到校正單元106。以此方式，可通過簡單地從可轉(zhuǎn)動反射鏡112傳送一個控制信號至校正單元106，由可轉(zhuǎn)動反射鏡112的定向來推導(dǎo)出所需的橫向距離122的信息。附加地或可選地，可通過分析一個利用成像系統(tǒng)102獲取的可見圖像，來充分地獲得感興趣的體積120的橫向距離122。
典型地，感興趣的體積的位置由成像系統(tǒng)來確定。如果已知該位置并由此知道其到光軸的距離，控制單元傳送一個信號至可轉(zhuǎn)動反射鏡，以將測量體積瞄準(zhǔn)目標(biāo)體積。移動激勵光束的焦點，從而移動了測量體積，以便基本上與感興趣的體積120重疊。
使用成像系統(tǒng)102還允許在一個由成像系統(tǒng)102提供的可見圖像中直觀地選擇一個感興趣的體積120。感興趣的體積120的選擇既可通過置于本發(fā)明光譜系統(tǒng)100之內(nèi)的圖形識別裝置來實施，也可通過與一操作員的互動來實施。然而，成像系統(tǒng)102被充分地校準(zhǔn)，以便精確地確定感興趣的體積120距離光譜系統(tǒng)的光軸116的橫向距離122。分色鏡114用于在空間上將頻率偏移的光譜信號從成像信號中分離出來。
在校正單元106利用校正表110和橫向距離122的信息對所獲得的檢測信號實施像差補償之后，再將像差已被補償?shù)墓庾V傳送到光譜分析單元108，以便對所采集的光譜數(shù)據(jù)進行光譜分析。一旦由光譜儀108完成了光譜分析，則可獲得測量體積，例如流過感興趣的體積120的血液的成分的可靠信息。
所示光譜系統(tǒng)100可劃分為一個基站和一個柔性緊湊探頭。優(yōu)選地，僅光學(xué)部件112、114、118必須置于該柔性探頭之內(nèi)。所有其它部件，例如光譜單元104、成像系統(tǒng)102、校正單元106以及光譜儀108可充分地置于該基站內(nèi)。在此情況下，基站與探頭之間光和/或電信號的傳送必須通過光纖和/或?qū)щ娫硖峁?。?yōu)選地，還將一個用于產(chǎn)生激勵光束的近紅外激光器置入該基站中。
與利用可轉(zhuǎn)動反射鏡112從感興趣的體積收集返回輻射相同的方式，將激勵光束聚焦到感興趣的體積120中。這樣，感興趣的體積的激勵與相應(yīng)光譜數(shù)據(jù)的采集可由同一光學(xué)裝置來實現(xiàn)。這使得實現(xiàn)了光譜系統(tǒng)100的探頭的緊湊、價廉和柔性設(shè)計。
圖2示出了一個用于實施本發(fā)明像差校正步驟的流程圖。在此，在第一步200中，利用成像系統(tǒng)102獲取一個所關(guān)心區(qū)域，例如人體皮膚表面的一個區(qū)域或者皮膚表面之下的一個區(qū)域的可視圖像。然后，在步驟202中，既可通過成像系統(tǒng)102的圖形識別裝置，也可通過與一操作員的互動來確定一個感興趣的體積120。一旦已經(jīng)在所獲取的圖像中確定了感興趣的體積，則光譜系統(tǒng)的激勵光束必須被引導(dǎo)并聚焦到感興趣的體積120中。
假設(shè)感興趣的體積的激勵與光譜數(shù)據(jù)的光學(xué)采集基于同一光學(xué)裝置，在步驟204中，可轉(zhuǎn)動反射鏡112被轉(zhuǎn)動一個角度α，以便將光譜系統(tǒng)的共焦測量體積橫向地移動到感興趣的體積120。
一旦激勵光束的焦點以及光學(xué)裝置的共焦檢測體積基本上與感興趣的體積120重疊，則在步驟206中，感興趣的體積受到激勵光束的激勵，以便激發(fā)用于產(chǎn)生光譜數(shù)據(jù)所需的散射過程。
在步驟208中，在利用激勵光束使感興趣的體積120曝光的過程中，從感興趣的體積中檢測到相應(yīng)的返回輻射。該返回輻射指示了光譜數(shù)據(jù)，且由光譜單元104檢測到。所檢測到的返回輻射指示了光譜和由低成本物鏡118引入的像差。
由于像差強烈地依賴于感興趣的體積相對于物鏡光軸的橫向位置，在步驟210中，從校正表中獲得一個校正值，并將其提供給校正單元106。該校正值是針對感興趣的體積120的橫向距離和返回輻射的波長所特定的。而感興趣的體積的橫向距離又可利用可轉(zhuǎn)動反射鏡112的角度α來確定。一旦正確的校正值已被校正單元106獲得，則對所檢測到的返回輻射實施一個相應(yīng)的校正步驟，即在步驟212中，對由光譜單元104獲得的電信號進行相應(yīng)的像差補償。
最后，在最終步驟214中，已進行像差補償?shù)墓庾V，以及因此已被校正的信號由光譜分析系統(tǒng)108進行光譜分析，以便得到感興趣的體積120的成分的精確信息，其中該已被校正的信號指示了已被校正的光譜。
圖3示出了一個用于產(chǎn)生校正表的流程圖，該校正表將被本發(fā)明的光譜系統(tǒng)100的校正單元106使用。在第一步300中，記錄一個校準(zhǔn)或參考信號。在此情況下，校準(zhǔn)或參考信號是指位于物鏡118的光軸上的感興趣的體積120的所檢測到的光譜數(shù)據(jù)。假設(shè)在此構(gòu)造中，物鏡118的像差最小，從而可被忽略。
在下一個步驟302中，具有相關(guān)的感興趣的體積120的皮膚或校準(zhǔn)采樣相對于物鏡118的光軸116在橫向平面中連續(xù)地被移動。在下一個步驟304中，可轉(zhuǎn)動反射鏡112轉(zhuǎn)動一個角度α，以使物鏡118的共焦測量體積跟蹤感興趣的體積120。以此方式，保證了光譜系統(tǒng)的共焦測量體積保持在感興趣的體積120之內(nèi)。
在相繼的步驟306中，對于感興趣的體積120的每個橫向位置，由光譜單元104檢測到返回輻射。由于光學(xué)信號的非平行或非旁軸傳播，該返回輻射，即光譜信號受到物鏡118的像差的影響。在緊接的步驟308中，每個所檢測到的信號與校準(zhǔn)信號進行比較，以求解出針對感興趣的體積120的每個橫向位置的像差。由于步驟308中所進行的比較，在下一個步驟310中確定了一個相應(yīng)的校正值。該校正值可為標(biāo)量、矢量或甚至一個多維矩陣。
一旦在步驟310中已經(jīng)確定感興趣的體積的一個特定橫向位置的校正值，則在最終步驟312中，該校正值被存儲在一個校正表中。該校正表提供可轉(zhuǎn)動反射鏡112的傾角α與相應(yīng)的校正值之間的分配關(guān)系。應(yīng)當(dāng)指出，皮膚相對于物鏡的橫向位移是一個二維位移。換句話說，皮膚及其感興趣的體積120可在基本上垂直于光譜系統(tǒng)的光軸116的平面內(nèi)移動。
參考數(shù)字列表100光譜系統(tǒng)102成像系統(tǒng)104光譜單元106校正單元108光譜分析單元110校正表112可轉(zhuǎn)動反射鏡114分色鏡116光軸118物鏡120感興趣的體積122距離光軸的橫向距離124返回輻射
權(quán)利要求
1.一種光譜系統(tǒng)(100)，用于確定人體的感興趣的體積(120)中生物結(jié)構(gòu)的特性，其包括一個物鏡(118)，用于引導(dǎo)激勵光束至感興趣的體積并且從感興趣的體積收集返回輻射，一個檢測器(104)，用于檢測來自感興趣的體積的返回輻射，一個校正單元(106)，用于校正所述物鏡的像差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光譜系統(tǒng)(100)，還包括一個可轉(zhuǎn)動反射鏡元件(112)，用于將所述物鏡(118)的一個測量體積定位到感興趣的體積(120)中，所述可轉(zhuǎn)動反射鏡元件適于相對于所述物鏡的光軸(116)橫向地移動所述測量體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的光譜系統(tǒng)(100)，其中所述校正單元(106)適于對所檢測到的返回輻射進行校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的光譜系統(tǒng)(100)，其中所述校正單元(106)適于利用由一個校正表(110)提供的校正值，每個校正值是從感興趣的體積(120)到所述物鏡(118)的所述光軸(116)的橫向距離(122)所特有的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項的光譜系統(tǒng)(100)，其中從感興趣的體積(120)到所述物鏡(118)的所述光軸(116)的所述橫向距離(122)是由所述可轉(zhuǎn)動反射鏡元件(112)的定向來確定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的光譜系統(tǒng)(100)，還包括一個成像系統(tǒng)(102)，其提供所關(guān)心區(qū)域的圖像以便確定感興趣的體積(120)的所述橫向位置(122)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的光譜系統(tǒng)(100)，其中所述校正單元(106)適于校正所述物鏡(118)的色差和單色差。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的光譜系統(tǒng)(100)，其中所述校正單元(106)適于根據(jù)一個特征表來校正所述物鏡(118)的像差，所述特征表是在制造所述物鏡時產(chǎn)生的并且指示出每個特定物鏡的像差。
9.一種用于光譜系統(tǒng)(100)的計算機程序產(chǎn)品，從而用于確定人體的感興趣的體積(120)中生物結(jié)構(gòu)的特性，所述光譜系統(tǒng)具有一個物鏡(118)，用于將一激勵光束引導(dǎo)至感興趣的體積(120)中并且從感興趣的體積收集返回輻射，所述光譜系統(tǒng)還具有一個檢測器(104)，用于從感興趣的體積檢測返回輻射，所述計算機程序產(chǎn)品包括計算機程序方法，用于分析所述返回輻射，對所述返回輻射進行校正，以校正所述物鏡的像差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的計算機程序產(chǎn)品，還包括適于控制一個可轉(zhuǎn)動反射鏡元件(112)的程序方法，用于將所述物鏡(118)的一個測量體積定位到感興趣的體積(120)中，所述可轉(zhuǎn)動反射鏡元件適于相對于所述物鏡的所述光軸(116)橫向地移動所述測量體積。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的計算機程序產(chǎn)品，還包括適于分析一個由成像系統(tǒng)(102)提供的所關(guān)心區(qū)域的圖像的計算機程序方法，用于確定感興趣的體積(120)相對于所述物鏡(118)的所述光軸(116)的橫向位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項的計算機程序產(chǎn)品，還包括適于根據(jù)一個特征表來校正所述物鏡(118)的像差的計算機程序方法，所述特征表是在制造所述物鏡時產(chǎn)生的并且指示出每個特定物鏡的像差。
13.一種用于對光譜系統(tǒng)(110)的物鏡(118)進行像差校正的方法，所述光譜系統(tǒng)(110)被設(shè)計成用于確定人體的感興趣的體積(120)中生物結(jié)構(gòu)的特性，所述進行像差校正的方法包括以下步驟利用物鏡將激勵光束引導(dǎo)至感興趣的體積中并且從感興趣的體積收集返回輻射，檢測來自感興趣的體積的返回輻射，對檢測到的返回輻射實施一個校正步驟，以校正所述物鏡的像差。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中校正步驟的實施包括以下步驟確定感興趣的體積(120)與所述物鏡(118)的所述光軸(116)之間的橫向距離(122)，獲取針對所確定的橫向距離的一個校正值，利用所獲得的校正值，對檢測到的返回輻射實施一個校正步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光譜系統(tǒng)(100)，用于確定人體的感興趣的體積(120)中生物結(jié)構(gòu)的特性。該光譜系統(tǒng)(100)包括一個低成本物鏡(118)，用于引導(dǎo)激勵光束至感興趣的體積(120)并且從感興趣的體積(120)收集返回輻射(124)。在檢測到返回輻射(124)，即光譜信號之后，一個校正單元(106)對由該低成本物鏡(118)引入的光譜信號的像差進行補償。由于所述物鏡(118)的像差強烈地依賴于感興趣的體積(120)距離物鏡(118)的光軸(116)的橫向距離(122)，該校正單元(106)有效地使用一個校正表(110)，該校正表(110)提供了校正值與感興趣的體積(120)的各個橫向位置(122)之間的分配關(guān)系。
文檔編號G01J3/28GK1973233SQ200580020590
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者M·C·范比克, W·H·J·倫森, G·盧卡森, M·范德沃特, B·L·G·巴克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司