專利名稱：用于光學(xué)身體分析的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及用于身體部分(諸如較低 皮膚層)的光學(xué)分析的裝置。本發(fā)明特別地涉及用于檢測皮膚層特性和組 成的非侵入性光學(xué)皮膚分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對病人的皮膚的光學(xué)測量經(jīng)常被用來檢測生物參數(shù)。例如，近紅外
(NIR)光譜學(xué)(spectroscopy)是用于確定組織和血液中血糖濃度的一 種非侵入性方法。NIR光譜經(jīng)常被用于糖尿病血糖控制。這操作如下首 先，光源用NIR光經(jīng)由與皮膚接觸的光學(xué)探頭照亮身體部分，然后，由體 液和人體組織反射的光在所述探頭中被探測到。
專利申請JP06 - 052444公開了例如通過抑制表面反射的光來觀察受 檢身體的放大表面的設(shè)備。
這種類型的測量(其中探頭與皮膚接觸)存在的問題是來自在皮膚 上的探頭的壓力改變了光在皮膚細(xì)胞表皮、纖維真皮層和脂肪組織層的散 射。因此，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的缺點(diǎn)在于探頭的重量影響了皮下層 (underneath skin layer)的物理狀態(tài)，從而以不可靠的方式改變了特 性測量和組分濃度。
因此，希望設(shè)計(jì)一種分析裝置，其最小程度地影響取樣條件(sampling condition)，使得取樣條件至少能夠在可重復(fù)的皮膚光譜測量中保持一 致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種裝置，其最小程度地改變分析條件 (analysis condi t ions )從而允i午得到可再現(xiàn)的測量條件。為了處理上 述的關(guān)注的問題，本發(fā)明更確切地涉及對身體進(jìn)行光學(xué)分析的裝置，其首 先包括照明和探測頭、和光學(xué)耦合器。所述照明和探測頭包括光源和探測 器，所述光源用于通過光學(xué)耦合器照亮要分析的身體部分，所述探測器用 于接收被身體部分所漫反射的光。該光學(xué)耦合器從所述照明和探測頭機(jī)械地解耦合，且被適用于以與身體部分的外表面接觸。
所述裝置通過將探測頭接觸壓力降至(keep)最小值來保持取樣條件 不變。換句話來說，光學(xué)耦合器和身體部分之間的接觸最小程度地影響該 身體部分的物理(physical)特性。實(shí)際上，與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相反，只有 光學(xué)耦合器被放置于身體部分(例如皮膚表面)上，并且當(dāng)光學(xué)耦合器與 照明和探測頭之間的機(jī)械強(qiáng)度會將照明和探測頭限制到光學(xué)耦合器上時(shí)， 這樣的機(jī)械強(qiáng)度會很小。因此，本發(fā)明的裝置最小化了由整體分析設(shè)備對 在研究中的身體部分的物理環(huán)境引起的微擾(perturbation)。如果物理 狀態(tài)由于該光學(xué)耦合器的重量或是光學(xué)耦合器和身體部分的外表面之間 的接觸壓力而被稍微改變，那么物理平衡在較低的皮膚層中可能很快被建 立起來，組分濃度和物理特性只會暫時(shí)受到影響。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述裝置進(jìn)一步包括位置單元，該位置單元
適用于調(diào)整所述照明和探測頭相對于光學(xué)耦合器的位置，從而使得探測器 通過光學(xué)耦合器接收由光源產(chǎn)生的并被身體部分漫反射的光。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述光學(xué)耦合器由重量輕的材料制成。在一 個(gè)特定的實(shí)施例中，所述照明和探測頭進(jìn) 一 步包括被置于所述探測器前方 的透鏡，用來有選擇地聚集關(guān)于感興趣區(qū)域射出(emerge)的光，以便實(shí)現(xiàn)
更準(zhǔn)確的測量或更短的測量時(shí)間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在所述光源之前放置透鏡，以向期望測量的區(qū)域 投射光。所述透鏡允許使用擴(kuò)展的光源，如燈泡，勝于點(diǎn)光源(如激光)， 可以用于更安全和成本更低的設(shè)備。
在另一個(gè)實(shí)施例中，定位所述光源和所述探測器以防止由光學(xué)耦合器 直接反射的光進(jìn)入到所述探測器。這樣，只有被樣本漫反射的光進(jìn)入所述 探測器。由于已被直接反射離開光學(xué)耦合器的光不包含任何有價(jià)值的信 息，所以這個(gè)實(shí)施例改善了測量信噪比。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也可以在另一個(gè)實(shí)施例 中實(shí)現(xiàn)，在所述另一個(gè)實(shí)施例中光源和探測器各自包含有偏振器，其中一 個(gè)偏振器的偏振方向正交于另一個(gè)偏振器的偏振方向。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)耦合器在其邊緣上包含斜面(chamfer), 所述斜面用于防止來自所述光學(xué)耦合器的直接反射被導(dǎo)向所述探測器。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所述位置單元包括至少兩個(gè)位置敏感光探測器 (photo detector)，所述位置敏感光探測器適用于當(dāng)照明和探測頭相對于 光學(xué)耦合器被正確地放置時(shí)，接收被反射離開斜面的光。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)耦合器通過折射率匹配流體或 凝膠體與身體部分接觸。


日J(rèn)
以闡明，其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的第 圖2是根據(jù)本發(fā)明的第 圖3是根據(jù)本發(fā)明的第 圖4是根據(jù)本發(fā)明的第 圖5是根據(jù)本發(fā)明的第 圖6是根據(jù)本發(fā)明的第 圖7是根據(jù)本發(fā)明的第 在這些圖中，相同的附
一實(shí)施例的裝置的示意圖 二實(shí)施例的裝置的示意圖 三實(shí)施例的裝置的示意圖 四實(shí)施例的裝置的示意圖 五實(shí)施例的裝置的示意圖 六實(shí)施例的光學(xué)耦合器的示意圖 六實(shí)施例的裝置的示意圖。 圖標(biāo)記表示相似或相同的對象。
以及
具體實(shí)施例方式
參考圖1，裝置1包括光學(xué)耦合器2以及照明和探測頭3。
光學(xué)耦合器2被放置于將要分析的身體部分4的外層。該外層例如是 病人的皮膚。光學(xué)耦合器2可以是具有明確輪廓(well define)的光滑 表面的一片透明材料。通常使用光學(xué)耦合器來校正皮膚粗糙度，使得當(dāng)皮 膚被照亮?xí)r，被照亮的表面的凹凸度(relief )已知。這使得預(yù)測多少光 被反射以及多少光穿透皮膚變得較容易。光學(xué)耦合器2還可以結(jié)合折射率 匹配流體或凝膠體5，折射率匹配流體或凝膠體5被置于光學(xué)耦合器2和 皮膚4之間以防止存在于皮膚-耦合器的界面處的任何氣泡。所述折射率 匹配流體5最小化了通過光學(xué)耦合器2和皮膚4或在兩者之間的界面處的 光的反射。所述流體或凝膠體5還可以是平鋪在皮膚表面4上并和光學(xué)耦 合器2的折射率相匹配的一種膠質(zhì)。
光學(xué)耦合器2可以是由重量輕的材料制成，使得它在皮膚表面4上施 加最小的壓力，從而最小程度地影響身體部分4的較低皮膚層的物理狀態(tài)。 如前面所說明的，組分濃度和物理特性(如散射)因此根據(jù)不會被改變或 者僅僅改變得非常細(xì)微，從而導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)可靠的測量。
照明和探測頭3安裝在支架10上。所述支架10可以通過位置單元6移動，位置單元6可允許所述頭3的6軸(3種平移，3種旋轉(zhuǎn))運(yùn)動。 在這個(gè)實(shí)施例中，頭3的照明部分和探測部分相互依賴，然而也可以設(shè)計(jì) 一個(gè)所述兩部分獨(dú)立運(yùn)動的實(shí)施例。此外，支架6可以允許較少的平移和 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即，支架6可以是5軸或更少軸。
照明和探測頭3包括諸如燈泡或激光器之類的光源7，光源7與反射 鏡8結(jié)合來照亮皮膚區(qū)域。它還包括諸如光纖或CCD矩陣之類的探測器9。
位置單元IO可以調(diào)整照明和探測頭3相對于光學(xué)耦合器2的位置， 使得探測器9經(jīng)過光學(xué)耦合器2接收至少一部分由光源7產(chǎn)生的、被皮膚
區(qū)域漫反射后的光。
圖2顯示了另一個(gè)實(shí)施例，其中在探測器9前添加了透鏡20,以更有 效地聚集來自于樣本皮膚4上感興趣位置的光。透鏡20的使用允許更好 地限定被期望收集漫反射的光的表面區(qū)域。實(shí)際上， 一般來說，透鏡更有 效地捕獲進(jìn)入任何表面區(qū)域的光。被探查的體積依賴于照明和探測頭3的 位置。另外，探測到的漫反射光信號的強(qiáng)度依賴于存在于樣本體積中的分 子數(shù)量。從而樣本體積的知識有助于確定感興趣的分子的濃度。這個(gè)實(shí)施 例的好處是，使用透鏡20可以對被探查的樣本體積的重建有幫助，樣本 體積如剛才說明的是用于定量分析的基本參數(shù)。另一個(gè)好處是，通過使用 透鏡20，來自感興趣區(qū)域的光的較大部分被捕獲并發(fā)射(launch)到探測 器9中。結(jié)果，被聚集的信號水平更高，允許更精確的測量，或更短的測 量時(shí)間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，在所述頭3中包括另一個(gè)透鏡30， 以將來自于光源7的光導(dǎo)向至樣本皮膚表面4的期望區(qū)域。"多納圈形狀 (donut shaped)"的透鏡有利于用來在樣本表面4上投射環(huán)狀的光。眾所 周知，在光學(xué)分析中，環(huán)狀照明提供在施加到皮膚上的光強(qiáng)和導(dǎo)致最佳效 果的照明表面之間的好的折衷。
透鏡30的優(yōu)點(diǎn)在于，點(diǎn)光源(諸如激光器)并不是必需的，因此允 許更安全和成本更低的設(shè)備。
在另一個(gè)例示性實(shí)施例中，將透鏡20， 30集成為一個(gè)物理元件。
在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，光源7和探測器9被以這樣的方式 放置使得直接反射離開光學(xué)耦合器2的光不能進(jìn)入探測器9。例如，照 明用的透鏡20和反射鏡8產(chǎn)生平行光束，該平行光束以一定角度入射到 光學(xué)耦合器2的表面上，該角度與探測器9的探測角度不匹配。這樣，只有已被樣本漫反射的光能夠進(jìn)入探測器9。這是有利的，因?yàn)橹苯臃瓷潆x 開光學(xué)耦合器2的光不包含關(guān)于皮膚區(qū)域4的有用信息，并且如果探測則 導(dǎo)致產(chǎn)生增強(qiáng)的背景信號。
在如圖5所示的另一個(gè)實(shí)施例中，偏振器51被放置在探測器入口 9 的前方，偏振方向正交于前述偏振器51的偏振方向的另一個(gè)偏振器50被 放置于光源7的前方。這個(gè)實(shí)施例防止直接反射離開光學(xué)耦合器2的光進(jìn) 入探測器9，因?yàn)橹苯臃瓷涞墓饩哂斜黄衿?1阻礙的偏振。在皮膚4中 已被漫反射的光被去偏振，并可以部分地通過探測器9前方的偏振器51。
在圖6中所示的另一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)耦合器2的形狀被適配成阻止 來自于光學(xué)耦合器2的不想要的反射光進(jìn)入探測器9。這可以通過在光學(xué) 耦合器2的上表面的邊緣上生成斜面60來實(shí)現(xiàn)。
在圖7顯示的例示性實(shí)施例中，被直接反射離開光學(xué)耦合器2的斜面 60的光可被用于確定照明和探測頭3和光學(xué)耦合器2之間的距離。位置敏 感光探測器70、 71被添加到所述頭3上，探測器70、 71探測被反射離開 斜面60的光。 一旦被反射離開斜面60的光已被探測到，就可以知道探測 頭30和光學(xué)耦合器2的相對定位，即，垂直距離和水平位置。第二組光 探測器(這里沒有顯示)可以測量頭3在所述探測器70、 71組之間的線 的方向上的傾斜。第三組位置敏感光探測器(在圖7上也沒有顯示)可以 被置于所述探測器70、 71組之間的線之外，來探測與第一傾斜方向正交 的方向上的傾斜。
雖然本發(fā)明在附圖和前述說明中被圖示說明和詳細(xì)描述，但是這種圖 示說明和描述應(yīng)該被認(rèn)為是說明性的或例示性的而不是限制性的；本發(fā)明 并不局限于公開的實(shí)施例。
例如，所述位置單元6可以為操作者提供視覺輔助，來幫助他調(diào)整所 述頭3的位置或控制機(jī)動化的支架IO來自動地調(diào)節(jié)所述頭3的位置。
在通過研究附圖、公開內(nèi)容和附加的權(quán)利要求來實(shí)施要求保護(hù)的本發(fā) 明過程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解和實(shí)現(xiàn)被公開的實(shí)施例的其他變化。 在權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括"不排除其他元件，并且"一"、"一個(gè)"不排 除多個(gè)。
權(quán)利要求
1.用于身體光學(xué)分析的裝置(1)，包括照明和探測頭(3)，包括光源(7)，用于通過光學(xué)耦合器(2)來照亮待分析的身體部分(4)，以及探測器(9)，其用于通過所述光學(xué)耦合器(2)接收被所述身體部分(4)漫反射的光，所述光學(xué)耦合器(2)從所述照明和探測頭(3)機(jī)械地解耦，并且適用于與所述身體部分(4)的外表面接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括位置單元(6),該位置單元 適用于調(diào)整所述照明和探測頭(3)相對于所述光學(xué)耦合器(2)的位置， 從而使得所述探測器通過所述光學(xué)耦合器接收由所述光源(7)產(chǎn)生的并 由所述身體部分(4)漫反射的光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述光學(xué)耦合器(2)是重量輕的耦 合器，當(dāng)所述光學(xué)耦合器(2)被放置到所述身體部分(4)上時(shí)，它對所 述身體部分(4)施加最小的壓力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述光學(xué)耦合器(2)通過折射率匹 配的流體或凝膠體(5)與所述身體部分(4)接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述探測器(9)至少包括光纖和在 所述光纖前方的透鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述光源(7)包括透鏡(30)，所 述透鏡(30)適用于將由所述光源產(chǎn)生的光聚焦在所述身體部分的確定的 較低皮膚區(qū)域上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述探測器(9)包括透鏡(20)， 所述透鏡(20)適用于將從所述身體部分(4)的確定的較低皮膚層所漫 反射的光聚焦到所述探測器(9)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述光源(7)被放置在所述探測器 (9)的周圍，并且所述透鏡是多納圈形狀的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述光源(7)和所述探測器(9) 被放置以防止由所述光學(xué)耦合器(2)直接反射的光進(jìn)入所述探測器(9)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述光源(7)和所述探測器(9) 中的每一個(gè)包括偏振器(50， 51),其中一個(gè)偏振器的偏振方向與另一個(gè)偏振器的偏振方向正交。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述光學(xué)耦合器(2)包括在外圍 邊緣上的斜面(60)，所述斜面(60)適用于防止由所述光源發(fā)射的并被 直接反射離開所述光學(xué)耦合器(2)的光被導(dǎo)向所述探測器(9)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述照明和探測頭(3)包括至少 兩個(gè)位置敏感光探測器(70， 71)，所述位置敏感光探測器適用于接收由 所述光源(7)發(fā)射的并被直接反射離開所述斜面(60)的光。
13. 對身體部分進(jìn)行光學(xué)分析的方法，包括步驟 相對于被放置到所述身體部分(4)的外層上的光學(xué)耦合器(2)定位照明和探測頭(3)，所述照明和探測頭(3)從所述光學(xué)耦合器(2)機(jī) 械地解耦，所述照明和探測頭(3)至少包括光源(7)和探測器(9)， 所述光源(7)用于通過所述光學(xué)耦合器(2)照亮所述身體部分(4)， 所述定位允許所述探測器(9)接收由所述光源(7)產(chǎn)生的光已被所述身 體部分(4)漫反射之后的至少一部分。
全文摘要
一種對身體進(jìn)行光學(xué)分析的裝置，其包括照明和探測頭以及光學(xué)耦合器。所述照明和探測頭包括光源，用于通過所述光學(xué)耦合器來照亮待分析的身體部分；和探測器，用于接收被所述身體部分漫射的光。所述光學(xué)耦合器被從所述照明和探測頭機(jī)械地解耦，且適用于與所述身體部分的外表面接觸，這時(shí)所述光學(xué)耦合器和所述身體部分之間的接觸最小程度地影響該身體部分的物理特性。所述裝置可以進(jìn)一步包括位置單元，其適用于調(diào)整照明和探測頭相對于光學(xué)耦合器的位置，使得所述探測器通過所述光學(xué)耦合器接收由所述光源產(chǎn)生的并被所述身體部分漫反射的光。
文檔編號A61B5/00GK101516258SQ200780035912
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者G·盧卡森, W·倫森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司