專利名稱：可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學檢測方法，特別涉及一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法。
背景技術(shù)：
光學檢測方法是目前應(yīng)用最廣的無損信息檢測方法。當特定波長或波段的光入射到介質(zhì)上，由于介質(zhì)中成分、濃度以及顆粒大小等不同因素的影響，造成介質(zhì)的吸收、散射特性的不同，經(jīng)介質(zhì)的透射光或反射光也因此攜帶不同的光學特性，通過分析這些特性就可以獲得介質(zhì)中成分、濃度及顆粒大小等信息。正是基于這樣的原理，物質(zhì)成分、濃度的光學測量已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。近年來，人體內(nèi)成分的無創(chuàng)測量已成為人們最為關(guān)注的課題，特別是人體血糖濃度的無創(chuàng)測量，它的成功將會免去全世界數(shù)以億計的糖尿病患者因有創(chuàng)測糖而帶來的痛苦和不適。
以人體內(nèi)成分無創(chuàng)光學檢測方法為例，目前已有的介質(zhì)信息檢測方法可分為透射法、擴散反射法、衰減全反射(ATR)法。透射法為光源和檢測器分別在被檢部位兩側(cè)，接收透過組織的光。美國專利US Patent No.4,621,643(NewJr.，et al.，1986)就是一個采用透射方法測量指尖脈搏和血氧飽和度的例子。很明顯，透射法所接收到的是光所經(jīng)過的路徑上的所有信息。由于被測個體差異很大，即使相對于同一個體，時間差異也很嚴重，這就限制了透射對人體內(nèi)微量成分的檢測。擴散反射法為光源和檢測器位于被檢部位的同側(cè)，接收光的信號來源于組織的后向散射光成分。擴散反射法的優(yōu)點是發(fā)射和接收均處于被測介質(zhì)同一側(cè)，減小了個體差異和部位差異的影響。但是擴散反射法一般都采用接觸式測量，以消除介質(zhì)表面反射光的影響，如美國專利US PatentNo.5,028,787(Rosenthal R.D.，et al.，1991)US Patent No.5,070,874(Barnes R.H.，et al.，1991)，以及日本專利特許公開8-27235(小足克衞，等，1996)，PCT專利WO95/06431(Robinson M.R.，1995)等。但是，正因為測頭和被測部位的接觸，接觸壓力，以及接觸時的熱傳導過程使被測部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分分布產(chǎn)生變化，對測量結(jié)果產(chǎn)生很大的干擾。衰減全反射(ATR)法是利用全反射原理使樣品和光束產(chǎn)生多次作用，以提高輸出信號對作用成分的靈敏度。美國專利US Patent No.4,169,676(Kaiser N.，1979)首先利用ATR方法測量血液中的代謝物成分。最近，Berman等人(US Patent No.6,430,424，2002)發(fā)明了一種利用ATR原理實現(xiàn)人體血糖濃度的無創(chuàng)檢測方法。但是ATR方法測量的只是介質(zhì)表層的信息，而且需要接觸測量。
綜上所述，非接觸測量是介質(zhì)信息無創(chuàng)檢測方法中最理想的方法。然而非接觸測量帶來的最大問題是如何分離介質(zhì)的表層信息與深層信息。也就是說，要實現(xiàn)介質(zhì)深層信息的檢測就必須消除表層信息的影響。否則，表層信息與深層信息一同匯聚到接收端，將大大影響測量結(jié)果的準確性。同樣，要實現(xiàn)介質(zhì)深層信息的檢測就必須消除表層信息的影響。如檢測皮膚表面的粗糙度時，就必須消除深層組織的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法。提出了幾種分離介質(zhì)表層與深層信息的檢測方法，為實現(xiàn)非接觸測量奠定了基礎(chǔ)。
當一束光線從空氣入射到被測介質(zhì)(以皮膚為例)上，其反射光中包含兩種成分，見圖1。一種為鏡面反射成分。研究表明(Anderson R.R.，“The optics ofhuman skin，”J.Invest.Dermatol.，7713-19，1981)，由于皮膚與空氣的折射率差別很大，因此，有將近4％～7％的入射光在二者交界處發(fā)生反射。這部分反射光符合菲涅耳公式，與光的入射角度，偏振態(tài)和組織的相對折射率相關(guān)。當入射光為偏振光時，該部分反射光的偏振態(tài)與入射光的偏振態(tài)相同。且當光矢量平行于入射面的偏振光以布儒斯特角(梁銓廷，《物理光學》，北京機械工業(yè)出版社，1980)入射時，基本不存在該部分反射光。通過對鏡面反射光成分進行分析，就可以得到皮膚表層組織的特性。另一種成分為后向散射光成分。當光照射在皮膚上時，有93％～96％的入射光進入了組織。在組織內(nèi)經(jīng)過多次散射和吸收，因散射作用，其中部分光會以后向散射光形式重新逸出皮膚，成為反射光的一部分。實驗證明，偏振光在混濁介質(zhì)中傳輸，由于經(jīng)多次散射事件，會喪失其偏振態(tài)。后向散射光成分在組織的傳輸過程中，經(jīng)歷了多次散射事件，因此，當偏振光入射時，其后向散射光成分為非偏振光。由于這部分光與深層組織發(fā)生了相互作用，攜帶了豐富的深層組織信息。通常，這部分信息是無創(chuàng)檢測所關(guān)注的重點。
根據(jù)以上原理，我們發(fā)明了可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，具體技術(shù)是這樣實現(xiàn)的如圖2所示，由光源1經(jīng)過一個入射單元2照射在被測樣品組織40上，經(jīng)過接收單元3處理后，由檢測器4完成檢測。
在這里需要強調(diào)的是，光照射在被測樣品組織40上，可以經(jīng)過一個測頭，但測頭不是直接接觸被測樣品組織，而是非接觸方法。通過調(diào)整入射單元和接收單元的參數(shù)可以實現(xiàn)表層與深層信息的分離。
在本發(fā)明中，入射單元和接收單元可以根據(jù)不同的方法進行設(shè)計，下面分別描述1.偏振法實驗表明，當偏振光照射在皮膚表面時，表面的鏡面反射光成分仍為偏振光，進入深層組織，經(jīng)多次散射而重新逸出表面的后向散射光，由于經(jīng)過了多次散射事件，喪失了其偏振態(tài)。
據(jù)此原理，利用如圖3所示裝置即可實現(xiàn)表層與深層信息的分離。在入射單元中，光束首先由偏振片5進行起偏，將非偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光，再經(jīng)聚焦透鏡6將線偏振光匯聚在被測部位皮膚表面上，在接收單元中，在接收光路中經(jīng)深層組織的反射光以及皮膚表面的反射光都通過透鏡7收集，并通過檢偏偏振片8，匯聚在檢測器9上。為了接收深層組織的信息，將偏振片8旋轉(zhuǎn)至與偏振片5正交，此時由于經(jīng)深層組織的后向反射光喪失了偏振特性，可以到達檢測器，而皮膚表面的反射光具有保偏特性，維持原有的偏振態(tài)，因此無法通過偏振片8，這樣就可以消除表面反射信息。
為了接收表面反射的信息，旋轉(zhuǎn)偏振片8使其和偏振片5平行。此時接收到的光是表面反射信息和深層信息的結(jié)合。由于，深層信息已經(jīng)由正交偏振態(tài)下獲得，在平行偏振態(tài)下的反射信息中扣除正交偏振狀態(tài)下的深層信息，即可獲得表面反射信息。
2.擋光法由于鏡面反射光符合菲涅耳定理，盡管皮膚表面為粗糙表面，其表面反射光為若干微小鏡面反射光組成，發(fā)生反射處為光在皮膚上的入射點處。而后向散射光，在組織內(nèi)多次散射，路徑為任意，因此，部分后向散射光出射處與入射點有一定的距離。于是，我們采用擋光的方法來分離表面反射光和經(jīng)深層組織的后向散射光。
為了接收深層組織的信息，必須消除表面反射光的影響，于是采用圖4(a)的原理。在入射單元中，采用擋光板10，擋光板采用不透光的薄板，將其垂直放置于被測部位之上，盡量靠近被測部位，但不接觸。入射光和接收光路分別處于擋光板的兩側(cè)，反射光中經(jīng)組織表面反射的部分都處于入射光的同一側(cè)，因此被擋光板阻斷。在接收單元中，經(jīng)深層組織的反射光繞過擋板，在接收側(cè)反射出來，由匯聚透鏡7收集。匯聚到檢測器9上。因此，檢測器上收集到的光都來自于深層組織的反射光，而消除了表面反射光的干擾。
為了接收表面反射的信息，必須消除深層組織后向散射光的影響，于是采用圖4(b)的原理。在入射單元中，采用擋光板39，擋光板采用不透光的薄板，其中心開有極小的小孔，將其覆蓋在被測部位之上方，盡量靠近被測部位，但不接觸。入射光點穿過小孔，經(jīng)小孔出射的反射光基本不包含深層組織的后向散射光，而只含有表面反射光，從而消除了深層組織的后向散射光的干擾。
3.空間成像法空間成像法是利用幾何光學的方法實現(xiàn)表層組織反射光和深層組織反射光的分離。
如圖5(a)，在入射單元中，入射光以會聚形式照射在皮膚表面上，因為反射效應(yīng)是發(fā)生在光入射點處，在接收單元中，利用成像關(guān)系，將接收光路的成像點避開光入射點，其距離應(yīng)大于1mm。再由光闌11對一些雜散光予以消除。因此，檢測器9上收集到的光都來自于深層組織的反射光，而表面反射光由于成像關(guān)系無法進入檢測器，從而消除了表面反射光的干擾。同樣，如圖5(b)，當接收光路的成像點和入射光點盡量重合，其距離應(yīng)小于1mm。且經(jīng)光闌11對一些雜散光予以消除后，接收到的基本是表層組織的反射光。
4.布儒斯特角法根據(jù)布儒斯特定律，當入射角為布儒斯特角時，偏振態(tài)平行于入射面的光，其反射光基本為零。因此，如果入射光的偏振態(tài)為平行于入射面，并以布儒斯特角θB入射，則表面反射光基本為零，從而消除了表面反射光，實現(xiàn)了表層組織反射光和深層組織反射光的分離。
如圖6所示，在入射單元中，光首先經(jīng)偏振片5起偏，使入射光得到偏振態(tài)為平行于入射面，再經(jīng)透鏡6會聚后照射在皮膚上，其入射角度約為皮膚表面的布儒斯特角。在接收單元中，以會聚法接收后向散射光，會聚光路的成象點盡量避開入射光點。在此，要特別說明的是布儒斯特角和入射光的波長有關(guān)，對于單波長的測量光路布儒斯特角是固定的，入射角度設(shè)定為和布儒斯特角相等；而對于多波長的測量光路布儒斯特角隨波長的變化而變化，因此將入射角度設(shè)定為最小布儒斯特角。


圖1皮膚反射光中的兩種成分；圖2可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法原理框圖；圖3偏振法原理圖；圖4(a)用擋光板消除組織表面反射光示意圖；圖4(b)用擋光板消除經(jīng)深層組織的反射光示意圖；圖5(a)用空間成像法消除組織表面反射光示意圖；圖5(b)用空間成像法消除經(jīng)深層組織的反射光示意圖；圖6布儒斯特角法原理圖；圖7實施例1實驗裝置圖；圖8平行入射偏振光在不同入射角下表層與深層組織反射光的能量變化；圖9偏振法光譜測量實驗裝置；圖10偏振法測量皮膚的后向散射光光譜圖；圖11擋光法光譜測量實驗裝置；圖12空間成像法光譜測量實驗裝置；圖13空間成像法測量皮膚的后向散射光光譜。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明實施例1本實驗針對上述可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法的原理，設(shè)計一個完整的驗證實驗方法。該實驗以新鮮豬皮為實驗樣品，利用擋光法，將反射光中的鏡面反射光成分與后向散射光成分分開進行研究，實驗證明了以線偏振光為光源時，其鏡面反射成分保持原有偏振態(tài)，而進入組織經(jīng)過多次散射事件的后向散射光會喪失其偏振態(tài)，變成非偏振光，從而驗證了偏振法的實現(xiàn)原理。此外，該實驗還驗證了擋光法和布儒斯特角法的實現(xiàn)原理。
實驗裝置如圖7所示以632.8nm的HeNe激光器12(型號1101P，UNIPHASE INC.)為光源，輸出功率4mW，其輸出光為線偏振光，偏振度為0.995。在透鏡13和透鏡15之間設(shè)置有光闌14，用于消除激光器帶來的雜散光。光經(jīng)過透鏡13和15聚焦于樣品，反射光經(jīng)透鏡16采集后用NEWPORT公司的光功率計19(型號835)接收，探頭18的型號為818，響應(yīng)頻段385～1100nm。在探頭前以偏振片17為檢偏器，檢測反射光的偏振態(tài)。其中樣品架可以按照自身的中心軸進行旋轉(zhuǎn)，以便調(diào)整入射光的入射角度。接收架包括透鏡16、偏振片17和檢測探頭18固定在以樣品架為中心，以接收部分能夠在的圓形軌道上，以便調(diào)整接收角度。
實驗采用豬的腹部的新鮮皮膚作為樣品，將其制為40×40mm厚度為10mm的樣品塊。
(1)偏振法和擋光法驗證實驗偏振度是用于定量分析光束中偏振成分和非偏振成分的一個參數(shù)。一般定義為PL=|Imax-IminImax+Imin|---(1)]]>偏振度PL的范圍在0到1之間，當PL＝1，光束為完全偏振光；當PL＝0，光束為非偏振光；在其他情況，光束為部分偏振光。
我們以擋光方法研究表面反射光和深層組織的后向散射光的偏振特性。研究鏡面反射成分時，擋光方法采用圖4(b)，擋光片39的設(shè)計參數(shù)為厚度0.2mm，中心孔1.5mm。研究后向散射成分時，擋光方法采用圖4(a)，在樣品表面放置擋光板10，使鏡面反射光無法進入檢測器。
以30°入射，無擋光板情況下，在鏡面反射處接收，旋轉(zhuǎn)偏振片17，測出此時的Imax和Imin。換上擋光板39，擋光板10，分別測量鏡面反射光成分和后向散射光成分的Imax和Imin，數(shù)據(jù)見表1。
表1偏振度檢測實驗結(jié)果全部反射光鏡面反射光后向散射光Imax1.66 1.50 0.045Imin0.53 0.07 0.042PL0.52 0.91 0.03實驗發(fā)現(xiàn)，當偏振片17的偏振態(tài)平行于入射光偏振態(tài)時，能量最大。當偏振片17偏振態(tài)垂直入射光偏振態(tài)時，能量最小。
從表中表明，放上擋光板10后，所接收到的光為后向散射光，其偏振度基本上為零，由此證明偏振光進入組織后，經(jīng)過多次散射后基本喪失其偏振態(tài)。
同時，當不用任何擋光板時，光功率計所接收到的光為部分偏振光，偏振度PL為0.52，加上擋光板39，即遮住深層組織的后向散射光后，其光束的偏振度提高了75％，為0.91。考慮擋光板39的厚度及小孔的直徑大小，不可能完全消除深層組織完全失偏的后向散射光對偏振度的影響，因此，基本上可以認為表面反射光是線偏振光，而且其偏振態(tài)與入射光的偏振態(tài)平行。這就驗證了利用偏振法分離表面反射光和深層組織反射光是切實可行的。
另外，從消除表面反射光的擋光實驗中，該實驗中采用的是擋光板10，接收光的偏振度基本上為零(PL＝0.03)，表明利用擋光法消除表面反射光的可行性。同樣為了消除深層組織反射光，采用擋光板39，接收光的偏振度為0.91，這也驗證了利用擋光法消除深層反射光的可行性。因此，該實驗驗證了利用擋光法分離表面反射光和深層組織反射光的可行性。
(2)布儒斯特角法的驗證實驗本實驗主要研究布儒斯特角對反射光中表面反射成分和深層反射成分的影響。在圖7的實驗裝置中，以偏振態(tài)平行于入射面的偏振光入射入射角變動范圍為20°～74°測量間隔為2°，旋轉(zhuǎn)偏振片17分別記錄不同入射角下的最大出射能量Imax和最小出射能量Imin。根據(jù)前述原理，表面反射光能量IR為IR＝Imax-Imin(2)本驗證實驗采用同時旋轉(zhuǎn)樣品架和接收架，從而調(diào)整入射角度和接收角度，使接收角度和鏡面反射角基本保持一致。圖8為實驗結(jié)果，從理論分析和實驗結(jié)果同時可以看出盡管皮膚是復雜表面，但其表面反射光成分是符合菲涅爾公式，當光矢量平行于入射面的偏振光入射樣品表面時，同樣存在布儒斯特角，約為56°，此時表面反射光成分基本為零。而經(jīng)深層組織的后向散射光基本不受布儒斯特角的影響。因此該實驗驗證了采用布儒斯特角法分離表面反射光和深層組織反射光的可行性。
下面針對不同的表層與深層信息分離原理構(gòu)建了幾種用于人體內(nèi)成分檢測的非接觸測量裝置，特別是人體內(nèi)血糖的無創(chuàng)測量裝置。這些裝置使用近紅外分光光譜法，近紅外使用波段為0.8～2.5mm。其中包含水的吸收峰6900cm-1，糖的合頻吸收譜帶4710，4400，4300cm-1，糖的一級倍頻吸收譜帶6200，5920，5775cm-1，糖的二級倍頻吸收譜帶960～1200cm-1。
實施例2偏振法實施例該實施例采用偏振法消除組織表面反射光，實現(xiàn)了人體內(nèi)成分非接觸光譜測量，特別是人體血糖的無創(chuàng)測量。測量裝置如圖9，實驗對象為一志愿者的手掌，光譜測量由FT光譜儀20(Spectrum GX FTIR spectrometer，Perkin-Elmer Inc.)完成，采用250W溴鎢燈作外部光源32，經(jīng)透鏡33輸入到FT中，再經(jīng)FT分光后透射到反射鏡21上，再經(jīng)會聚透鏡22耦合到近紅外導光光纖23中，從該光纖輸出的光經(jīng)透鏡24和偏振片34會聚到被測部位手掌41上。反射光由透鏡27、偏振片35和28耦合到導光光纖30中，再由透鏡31會聚到FT的檢測器上。其中25和29為可旋轉(zhuǎn)調(diào)整架，用于調(diào)整入射和接收角度。偏振片34將入射光轉(zhuǎn)換成線偏振光，偏振態(tài)平行于入射面。在接收端使用偏振片35，其偏振態(tài)為垂直于入射面，以消除表面反射光。
使用該測量裝置對手掌41進行光譜測量，測量時入射角度為45度。其光譜如圖10，從譜圖上可以看出，在6900cm-1波數(shù)上能量為接近于零。這是因為水在此處有較強的吸收峰。來自深層組織的反射光由于水的吸收，在光譜上表現(xiàn)為能量幾乎為零。因此可以說明所接收到的光也均為來自深層組織的后向散射光。從而實現(xiàn)了表面反射光和深層反射光的分離。
實施例3擋光法實施例該實施例采用擋光法消除組織表面反射光，實現(xiàn)了人體內(nèi)成分非接觸光譜測量，特別是人體血糖的無創(chuàng)測量。測量裝置如圖11，系統(tǒng)采用AOTF作分光器件42。系統(tǒng)光源32采用250W鹵鎢燈，經(jīng)透鏡33入射到AOTF晶體上，AOTF晶體受計算機38控制的射頻驅(qū)動模塊37驅(qū)動，對輸入光實現(xiàn)分光掃描。分光后的光經(jīng)會聚透鏡22耦合到導光光纖23中，再經(jīng)透鏡24會聚到被測部位(手掌41)上。擋光片26消除了表面反射光，經(jīng)組織內(nèi)部的反射光由透鏡27和28耦合到導光光纖30，再由透鏡31會聚到近紅外光電檢測器35上。最后由A/D轉(zhuǎn)換器36采樣到計算機38中。其中近紅外光電檢測器可以采用InGaAs檢測器或者PbS檢測器。旋轉(zhuǎn)調(diào)整架25和29，用于調(diào)整入射角度和接收角度。
使用該測量裝置對同一志愿者的手掌的同一部位進行光譜測量。其光譜和圖10類似，因此可以說明所接收絕大部分來自于來自深層組織的后向散射光。從而實現(xiàn)了表面反射光和深層反射光的分離。
實施例4空間成像法實施例該實施例采用空間成像法消除組織表面反射光，實現(xiàn)了人體內(nèi)成分非接觸光譜測量，特別是人體血糖的無創(chuàng)測量。測量裝置如圖12，其核心部件也是FT光譜儀。與偏振法不同是，測量裝置中取消了偏振片，且在接收單元為了消除雜散光的干擾，使用了一個光闌44。使用空間成像法消除表面反射光時，必須滿足入射點與接收成像點之間的距離大于1mm。
使用該測量裝置對手掌41進行光譜測量，測量時入射角度為45度。其光譜如圖13，從譜圖上可以看出所接收到的光均為來自深層組織的后向散射光。從而實現(xiàn)了表面反射光和深層反射光的分離。
實施例5布儒斯特角法實施例該實施例采用布儒斯特角法消除組織表面反射光，實現(xiàn)了人體內(nèi)成分非接觸光譜測量，特別是人體血糖的無創(chuàng)測量。布儒斯特角法測量裝置和偏振法測量裝置基本類似，只是接收端不再需要偏振片。由于布儒斯特角是光波波長的函數(shù)，因此該測量裝置中應(yīng)調(diào)整入射角度略小于56度，以滿足所有波長都能最大限度的接近布儒斯特角。
使用該測量裝置對同一志愿者的手掌的同一部位進行光譜測量。其光譜和圖13類似，因此可以說明所接收絕大部分來自于來自深層組織的后向散射光。從而實現(xiàn)了表面反射光和深層反射光的分離。
權(quán)利要求
1.一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，由光源經(jīng)過一個入射單元照射在被測樣品組織上，經(jīng)過接收單元處理后，由檢測器完成檢測；其特征是測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)介質(zhì)表層與深層信息的分離；而且光學測頭和被測樣品組織是非接觸的。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是所述的入射單元和接收單元是采用偏振法；在入射單元中，光束首先由偏振片(5)進行起偏，將非偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光，再經(jīng)聚焦透鏡(6)將線偏振光匯聚在樣品表面上，在接收單元中，在接收光路中經(jīng)樣品深層的反射光以及樣品表面的反射光都通過透鏡(7)收集，并通過檢偏偏振片(8)，匯聚在檢測器(9)上；為了接收樣品深層信息，將偏振片(8)旋轉(zhuǎn)至與偏振片(5)正交，此時由于經(jīng)樣品深層的后向反射光喪失了偏振特性，可以到達檢測器，而樣品表面的反射光具有保偏特性，維持原有的偏振態(tài)，因此無法通過偏振片，這樣就可以消除表面反射信息；為了接收表面反射的信息，旋轉(zhuǎn)偏振片(8)使其和偏振片(5)平行，此時接收到的光即包含表面反射信息又包含深層信息，將此信息扣除在正交偏振狀態(tài)下的深層信息，即可獲得表面反射信息。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是所述的入射單元和接收單元是采用擋光法；為接收樣品深層信息，采用擋光板(10)垂直放置于被測樣品之上，盡量靠近被測樣品，但不接觸，入射光和接收光路分別處于擋光板的兩側(cè)，反射光中經(jīng)樣品表面反射的部分都處于入射光的同一側(cè)，因此被擋光板阻斷；在接收單元中，經(jīng)樣品深層的反射光繞過擋板，在接收側(cè)反射出來，由匯聚透鏡(7)收集，匯聚到檢測器(9)上；檢測器上收集到的光都來自于樣品深層的反射光，而消除了表面反射光的干擾；為接收表面反射的信息采用擋光板(39)，其中心開有極小的小孔，將其覆蓋在被測樣品之上方，盡量靠近被測樣品，但不接觸；入射光點穿過小孔，經(jīng)小孔出射的反射光基本不包含深層后向散射光，而只含有表面反射光，從而消除了樣品深層后向散射光的干擾。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是所述的入射單元和接收單元是采用空間成像法；在入射單元中，入射光以會聚形式照射在樣品表面上，因為反射效應(yīng)是發(fā)生在光入射點處，在接收單元中，利用成像關(guān)系，將接收光路的成像點避開光入射點，再由光闌(11)對一些雜散光予以消除；檢測器9上收集到的光都來自于樣品深層的反射光，而表面反射光由于成像關(guān)系無法進入檢測器，從而消除了表面反射光的干擾；當接收光路的成像點和入射光點重合，且經(jīng)光闌(11)對一些雜散光予以消除后，接收到的基本是樣品表面的反射光。
5.如權(quán)利要求5所述的一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是所述的入射單元和接收單元是采用空間成像法；利用該方法可以構(gòu)成樣品深層信息測量裝置，其中入射光點和接收成像光點的距離應(yīng)大于1mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是所述的入射單元和接收單元是采用布儒斯特角法；在入射單元中，光首先經(jīng)偏振片(5)起偏，使入射光得到偏振態(tài)為平行于入射面，再經(jīng)透鏡(6)會聚后照射在樣品上；對于單波長的測量光路布儒斯特角是固定的，入射角度設(shè)定為和布儒斯特角相等；而對于多波長的測量光路布儒斯特角隨波長的變化而變化，因此將入射角度設(shè)定為最小布儒斯特角；在接收單元中，以會聚法接收后向散射光，會聚光路的成象點盡量避開入射光點。
7.如權(quán)利要求1所述的可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是利用偏振法、擋光法、空間成像法及布儒斯特角法的任意一種方法都可以構(gòu)成樣品濃度的測量裝置，該測量裝置不受樣品表面反射的影響，樣品和測量裝置是非接觸的。
8.如權(quán)利要求1所述的可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是利用偏振法、擋光法、空間成像法及布儒斯特角法的任意一種方法都可以構(gòu)成人體內(nèi)成分無創(chuàng)檢測的測量裝置，特別是無創(chuàng)血糖的測量方法及裝置；測量裝置不受被測部位表面反射的影響，測量部位和測量裝置是非接觸的。
9.如權(quán)利要求1所述的可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，其特征是利用偏振法、擋光法、空間成像法及布儒斯特角法的任意一種方法都可以構(gòu)成樣品測量的近紅外分光光譜測量裝置，其中采用分光器件實現(xiàn)波長范圍為0.8～2.5mm內(nèi)任意波段的光譜測量；也可以構(gòu)成由單數(shù)或復數(shù)波長的激光二極管作光源的樣品成分測量裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，該方法特別適用于構(gòu)建非接觸測量裝置，但也可以通過該方法實現(xiàn)接觸式測量；如在擋光法中，擋光板可以和被測樣品接觸。
11.如權(quán)利要求1所述的可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法，在實際應(yīng)用中，可以采用表層信息與深層信息相結(jié)合的方法；如在偏振法中，起偏偏振片和檢偏偏振片的偏振態(tài)平行時，所獲得的信息含有深層和表層的全部信息，經(jīng)計算可以獲得表層信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學檢測方法，特別涉及一種可分離介質(zhì)表層與深層信息的光學檢測方法。為實現(xiàn)非接觸測量奠定了基礎(chǔ)。它是由光源經(jīng)過一個入射單元照射在被測樣品組織上，經(jīng)過接收單元處理后，由檢測器完成檢測；測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)介質(zhì)表層與深層信息的分離；而且光學測頭和被測樣品組織是非接觸的。在本發(fā)明中，入射單元和接收單元可以根據(jù)偏振法、擋光法、空間成像法、布儒斯特角法等不同的方法進行設(shè)置。
文檔編號G01N21/49GK1485605SQ0212927
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者徐可欣, 邱慶軍, 蘇翼雄 申請人:天津市先石光學技術(shù)有限公司