[发明专利]利用光的传播模式测量物质中的光学不均匀性和其他属性

说明书

分案申请说明

本申请是申请日为2004年6月4日、进入国家阶段日为2006年1月24日的申请号为200480021343.0(国际申请号PCT/US2004/017649)、题为“利用光的传播模式测量物质中的光学不均匀性和其他属性”的发明专利申请的分案申请。

本PCT申请要求以下四个美国临时申请的权益：

1、序列号60/475,673，2003年6月4日递交，题为“Method and Apparatus for Acquiring Images of Optical Inhomogeneity in Substances”；

2、序列号60/514,768，2003年10月27日递交，题为“Coherence-Gated Optical Glucose Monitor”；

3、序列号60/526,935，2003年12月4日递交，题为“Method and Apparatus for Acquiring Images of Optical Inhomogeneity in Substances”；和

4、序列号60/561,588，2004年4月12日递交，题为“Acquiring Information of Optical Inhomogeneity and Other Properties in Substances”。

此外，此PCT申请要求2004年6月3日递交的、题为“MEASUREMENTS OF OPTICAL INHOMOGENEITY AND OTHER PROPERTIES IN SUBSTANCES USING PROPAGATION MODES OF LIGHT”的待审美国申请No.________的优先权。

上述美国申请的全部公开内容在此一并作为参考，并作为本PCT申请的一部分。

技术领域

本申请涉及多种物质的非侵入、光学探测，包括但不限于人类和动物的皮肤、身体组织和器官。

背景技术

通过非侵入光学手段来勘测物质是许多研究的目标，因为物质中的光-物质相互作用的不均匀性可以揭示其结构、组成、生理和生物信息。多种基于光学相干区域反射法(OCDR)的技术可以用于多种物质的光学探测，包括但不限于人类和动物的皮肤、身体组织和器官，以提供这些物质的层析成像测量。

在许多OCDR系统中，将来自光源的光分为采样光束和基准光束，分别沿两个分离的光路传播。光源可以是部分相干光源。采样光束沿着其自身的光路传播，照射在待研究的物质(或样品)上，而基准光束沿分离的路径朝向基准表面传播。然后，使样品反射的光束与基准表面反射的光束彼此叠加，以进行光学干涉。因为基于波长的相位延迟的缘故，干涉不会导致可观察的条纹，除非采样和基准光束的两个光路长度非常近似。这提供了测距的物理机制。分束器可以用于分路来自光源的光，并组合反射采样光束和反射基准光束，以便在光检测器进行检测。使用相同的器件来分路和重组辐射主要是根据公知的迈克尔逊(Michelson)干涉仪。在Born和Wolf的“光学原理(Principles of Optics)”，Pergamon Press(1980)中总结了针对部分相干光的干涉的发现和理论。

自由空间Michelson干涉仪中的低相干光用于测量目的。基于光纤元件的光学干涉仪用在以低相干光作为表现物质的特性的手段的多种仪器中。光纤OCDR的多种实施例可以在以下文件中所公开的器件中找到：Sorin等，美国专利5,202,745；Marcus等，美国专利5,659,392；Mandella等，美国专利6,252,666；以及Tearney等，美国专利6,421,164。将OCDR以特定光学结构应用在医学诊断中已经公知为“光学相干层析成像”(OCT)。

图1示出了用在如美国专利6,421,164和其他公开中所公开的多种光纤OCDR系统中的典型光学布局。光纤分束器与两根光纤啮合，这两根光纤分别用于传导Michelson结构中的采样和基准光束。对于这些和其他实施方式中的大多数共同的是，首先，将来自低相干光源的光辐射分为两个分离的光束，其中采样光束在样品波导中传播，与样品相互作用，而基准光束在基准波导中传播。然后，光纤分束器组合来自样品的反射辐射和来自基准波导的基准光，以引起干涉。

发明内容