[发明专利]用于生物组织体内测量的光耦合器

说明书

连续波(CW)分光光度计已经被广泛用于在生物组织体内确定一个光吸收色素(例如血红蛋白，氧化血红蛋白)的浓度。例如，这种CW分光光度计以脉冲血氧测定计把光引入手指或耳垂，测量该光线的衰减，并因此根据比尔莱姆勃特(Beer Lambert)公式或修正的比尔莱姆勃特公式估价其浓度。该比尔莱姆勃特公式(1)描述了在吸收成分(C)、衰灭系数(8)、光子的迁移路径长度<L>和被衰减的光强度(I/I_o)之间的关系。 log [ I / I o ] < L > = Σ ∈ i C i - - - - ( 1 ) ]]>但是直接应用该比尔莱姆勃特公式存在多种问题。由于组织的结构和生理特性的显著的改变，迁移光子的路径长度也会显著改变，并且不能够简单地从光源和检测器的几何位置来确定。此外，光子的迁移路径的长度的本身是关于吸收成分的浓度的函数。结果是，穿过一个具有高血红蛋白浓度的器官的路径长度将会不同于具有低血红蛋白浓度的同一器官的路径长度。而且，由于许多生物组织成分的吸收系数是波长相关的，所以该路径长度时常取决于光的波长。解决这一问题的一个结论是同时地确定ε、C和(L)，但是利用迄今已知的脉冲血氧测定计是不可能作到这一点的。

而且，对于一个小体积组织(例如手指)的量化测量来说，光子的逃逸会引入严重的误差，因为从该组织逃逸的光子被计数为被吸收的光子。归咎于光对于被测组织的不规则的耦合或输入和输出端口的相对几何特性的改变，还会出现其它的误差。

时间分解(TRS-脉冲)和调相(PMS)的分光光度计能够直接测量迁移光子的平均路径长度，但是只有在当是以相当大的光源-检测器间距收集频谱时，才能执行时间分解或频率分解的频谱的正确的量化。对于小体积的组织，例如耳垂、手指或活体检样来说，这样的间距是难于实现的。

因此，需要与一个分光光度计系统一起使用的一个光耦合器和量化地测量小体积生物组织的方法。

本发明实现一种利用可见或红外辐射检测相当小体积的所感性趣的生物组织的分光光度系统。

根据本发明的一个方面，是一个分光光度系统，利用引入到穿过被测物的一条路径的可见或红外辐射检测相当小体积的所感性趣的被测物(例如生物组织、固体、液体或气体状态的有机或无机物质)。该系统包括一个分光光度计，具有一个光的输入端口，用于把辐射引入到该被测物；一个光的检测端口，用于检测已经迁移通过在被测物中的该条路径的辐射；光子逃逸防止装置，围绕该相当小的所感性趣的被测物放置并用于限制所引入的光子逃逸到该被测物的外部；以及一个处理装置，用于根据在所引入的和所检测的辐射之间的改变，确定被测物的光学特性。

根据本发明的另一方面，是一个利用可见或红外辐射对于相当小体积的所感性趣的生物组织进行检测的系统，它包括一个分光光度计，具有用于在一个光的输入端口将辐射引入的一个光源；一个用于检测已经迁移通过从输入端口到一个光的检测端口的路径的辐射的检测器；以及一个处理器，用于估价在所引入的和所检测的辐射之间的改变。该系统还包括一个相当大的体积的光介质，形成一个光子逃逸的防止装置，具有可选择的散射和吸收特性；定位装置，用于把所感性趣的生物组织定位到迁移路径中，以便产生一个生物组织-介质的光路径，该光介质实际上限制光子从生物组织-介质光路径的逃逸；以及一个处理装置，用于根据生物组织-介质光路径的所检测的光学特性和光介质的散射和吸收特性，以确定该生物组织的一个生物特性。

本发明的这两方面的优选实施例包括下述的一个或多个特征。

光子逃逸的防止装置包括围绕该被测物的一个可选光特性的一个光介质。该可选光特性是一个吸收或散射系数。