專利名稱：用于光學(xué)成像系統(tǒng)的光學(xué)探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及監(jiān)視組織中的氧水平的光學(xué)成像系統(tǒng)。更具體地，本 發(fā)明涉及包括不對稱地布置在光學(xué)探針的傳感器頭上的光源和檢測器。
背景技術(shù)：
近紅外光譜已經(jīng)用于對動(dòng)物和人的對象的各種生理屬性進(jìn)行非侵入式 測量。近紅外光譜的基本原理是生理組織包括對于近紅外波有高散射和比 較低的吸收的各種發(fā)色團(tuán)。介質(zhì)中的許多物質(zhì)可以與傳播通過的近紅外光 波互相作用或者干涉。例如，人類組織包括諸如含氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、水、脂類和細(xì)胞色素的許多發(fā)色團(tuán)，其中血紅蛋白在約700nm至約 900nm光譜范圍中是主要的發(fā)色團(tuán)。因而，已經(jīng)應(yīng)用近紅外光譜來測量生 理組織中的氧水平，如組織血紅蛋白氧飽和以及總血紅蛋白濃度。針對近紅外光譜已經(jīng)研發(fā)各種技術(shù)，例如，時(shí)間分辨光譜法 (TRS)、相調(diào)制光譜法(PMS)和連續(xù)波光譜法(CWS)。在均質(zhì)和半 無限的模型中，TRS和PMS兩者已經(jīng)用來通過求解光子擴(kuò)散方程式來獲 得生理介質(zhì)的具有吸收系數(shù)和降低了的散射系數(shù)的光譜，并計(jì)算含氧和脫 氧血紅蛋白的濃度以及組織氧飽和。CWS通常設(shè)計(jì)成求解修改了的Beer-Lambert 方程式， 并測量含氧和脫氧血紅蛋白的濃度的變化。盡管具有提供血紅蛋白濃度以及氧飽和的能力，但TRS和PMS的一 個(gè)主要缺陷是該設(shè)備體積大，且昂貴。CWS可以以低成本制造，但是其用 途受到限制，因?yàn)槠洳荒軓暮跹t蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度的變化計(jì) 算氧飽和。光學(xué)擴(kuò)散成像和光譜學(xué)(ODIS)允許基于光子散射和吸收的測量而對 組織進(jìn)行特征化。在諸如人類組織的組織中，近紅外光被極大地散射，并 被最小地吸收。通過將光學(xué)信號發(fā)送到組織并測量在組織表面上的相應(yīng)的漫反射系數(shù)或者透射系數(shù)來實(shí)現(xiàn)光學(xué)擴(kuò)散成像。散射由組織的異類結(jié)構(gòu)引起，因而是細(xì)胞的密度和細(xì)胞的核大小的指 標(biāo)。通過與發(fā)色團(tuán)互相作用而引起吸收。ODIS發(fā)射光通過傳感器進(jìn)入組 織。發(fā)射該光的光源和檢測該光的檢測器的位置允許確定測量的深度。含 氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白之比可以用來允許大致實(shí)時(shí)測量氧(例如，氧 飽和水平)。在ODIS系統(tǒng)內(nèi)，與組織表面接觸的傳感器一般具有以大致對稱的布局布置在其上的光纖。即，耦合到光源的光纖以相對于耦合到光學(xué)檢測器 的光纖大致對稱的方位布置。盡管對稱的方位有效地允許測量氧飽和水 平，但是這種傳感器的測量經(jīng)常比較困難，因?yàn)閭鞲衅鲀?nèi)光纖的精確布置是關(guān)鍵。此外，當(dāng)組織的解剖結(jié)構(gòu)或者基本(underlying)結(jié)構(gòu)不是大致對 稱時(shí)，使用具有對稱方位的傳感器使得不易進(jìn)行精確測量。m: 帝亜—子山u,左六^ 曰生i。土 并口 f嬰r4^女TTT白匕"^r曰^r口4子/r存; ？立"處 四im ， —rm女々t u^年乂合幼市l(wèi)itei、 7rmT 且p乂1工hj hJ匕，i 、只'r力u初、;a千構(gòu)的組織上使用的傳感器。即，期望一種具有用于光源的光纖和用于檢測 器的光纖的布局的傳感器，該布局便于用于具有幾乎任何解剖結(jié)構(gòu)的組發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及具有傳感器的探針，所述傳感器支撐光源光纖和檢測器光纖，使得光源光纖具有相對于檢測器光纖大致不對稱的布置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，傳感器裝置適用于光學(xué)成像系統(tǒng)中，并被布置成接觸諸如組織的身體，該傳感器裝置包括第一光源結(jié)構(gòu)、第二光源結(jié)構(gòu)和檢測器裝置。第一光源結(jié)構(gòu)提供第一束光，第二光源結(jié)構(gòu)提供第二束光。檢測器裝置包括各具有中心點(diǎn)的檢測器結(jié)構(gòu)，并在第一束光和第二束光反射離開身體之后接收第一束光和第二束光。檢測器裝置被布置成限定了經(jīng)過每個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)的第一軸線，從第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距 離不等于第二光源結(jié)構(gòu)到第一軸線的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，從第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距離和從第二光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距離之間的差至少約為0.03毫米。在這實(shí)施例中，從第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距離可以約為0.020毫米，從第二光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距離可以約為0.24毫米。具有傳感器或者傳感器頭的探針(其中，傳感器或者傳感器頭具有相 對于檢測器結(jié)構(gòu)非對稱方位的光源結(jié)構(gòu))使得能夠利用傳感器頭來監(jiān)視具 有基本解剖結(jié)構(gòu)(其大致不對稱)的組織。缺少對稱性有效地放松了與制 造這種傳感器相關(guān)聯(lián)的制造公差。與耦合到光源的光纖的偏離方位相關(guān)聯(lián) 的任何衰減通常通過使用針對光學(xué)成像系統(tǒng)執(zhí)行的軟件代碼裝置來補(bǔ)償。 因而，可以比較容易地根據(jù)需要來改變所施加的補(bǔ)償量，以適應(yīng)光纖相對 于傳感器的定位誤差。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，適用于光學(xué)成像系統(tǒng)中的傳感器裝置包括布 置成提供第一束光的第一光源結(jié)構(gòu)和布置成提供第二束光的第二光源結(jié) 構(gòu)。傳感器裝置還包括檢測器裝置，檢測器裝置包括具有第一中心點(diǎn)的第 一檢測器結(jié)構(gòu)和具有第二中心點(diǎn)的第二檢測器結(jié)構(gòu)。檢測器裝置被布置成 在第一束光和第二束光反射離開身體之后接收第一束光和第二束光。第一 光源結(jié)構(gòu)相對于檢測器裝置的方位與第二光源結(jié)構(gòu)相對于檢測器裝置的方 位之間不對稱。根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種用于使用光學(xué)系統(tǒng)對組織進(jìn)行氧飽和測 量的方法，該光學(xué)系統(tǒng)利用具有傳感器頭的探針，在傳感器頭中，第一光 源結(jié)構(gòu)和第二光源結(jié)構(gòu)相對于傳感器頭的檢測器結(jié)構(gòu)偏離，所述方法包括 將傳感器頭定位成與組織接觸，以及將光通過第一光源結(jié)構(gòu)和第二光源結(jié) 構(gòu)透射進(jìn)入組織。所述方法還包括在檢測器結(jié)構(gòu)處接收來自組織的反射 光，反射光包括衰減特性，并且使用多個(gè)光電檢測器處理反射光，其中， 使用多個(gè)光電檢測器處理反射光包括使用衰減補(bǔ)償器補(bǔ)償衰減特性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，探針布置成用作光學(xué)系統(tǒng)的一部分，光學(xué)系 統(tǒng)布置成監(jiān)視組織中的氧水平，所述探針包括耦合接口，耦合接口布置成 允許探針被耦合到多個(gè)光源和多個(gè)檢測器。探針的傳感器頭被布置成接觸 所述組織，并支撐第一光源結(jié)構(gòu)、第二光源結(jié)構(gòu)和檢測器裝置。第一光源 結(jié)構(gòu)和第二光源結(jié)構(gòu)被布置成經(jīng)由耦合接口被耦合到多個(gè)光源，而檢測器 裝置被布置成通過耦合接口耦合到多個(gè)檢測器、第一光源結(jié)構(gòu)相對于檢測器裝置的方位與第二光源結(jié)構(gòu)相對于所述檢測器裝置的方位之間不對稱。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測器裝置包括各具有中心點(diǎn)的檢測器結(jié)構(gòu)。在這 實(shí)施例中，在第一束光和第二束光反射離開組織之后檢測器裝置接收第一 束光和第二束光。檢測器裝置限定了第一軸線，所述第一軸線經(jīng)過多個(gè)檢 測器結(jié)構(gòu)的每個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)，使得從第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第 一軸線的距離不等于從第二光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距離。在閱讀以下詳細(xì)描述并研究各種附圖時(shí)，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)將 變得明顯。


通過結(jié)合附圖來參照以下描述，可以最佳地理解本發(fā)明，附圖中圖1A是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有傳感器頭的光學(xué)成像系統(tǒng)的框圖，其中傳感器頭包括相對于檢測器偏離布置的光源。圖IB是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有傳感器頭的光學(xué)成像系統(tǒng) (即，圖1A的光學(xué)成像系統(tǒng))的框圖，其中傳感器頭包括相對于檢測器偏離布置的光源。圖2A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有一對光源的傳感器頭的示意表示，其中， 一對光源相對于一對檢測器偏離布置。圖2B是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例具有一對光源的傳感器頭的示意表示，其中， 一對光源相對于一組四個(gè)檢測器偏離布置。圖2C是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例具有一對光源的傳感器頭的示意表 示，其中， 一對光源相對于一組四個(gè)檢測器偏離布置。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與傳感器頭相關(guān)聯(lián)的光源和檢測器的 框圖。圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用具有光源的傳感器頭的一種方法的 處理流程圖，其中光源相對于檢測器偏離布置。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例包括控制臺和可解耦合的探針的光學(xué)成像系 統(tǒng)的示意表示，其中，可解耦合的探針包括具有光源的傳感器頭，所述光 源相對于檢測器偏離布置。 '具體實(shí)施方式
傳感器頭使得光纖耦合到光源上，并布置在相對于耦合到檢測器的光 纖而偏離的方位，以允許在被監(jiān)視的組織不大致對稱的區(qū)域中利用傳感器 頭。通常通過軟件來補(bǔ)償與耦合到光源的光纖的偏離方位相關(guān)聯(lián)的任何衰 減。這樣的傳感器頭比較容易制造，因?yàn)轳詈系焦庠吹墓饫w的布置剛性更 低(即，通過使用補(bǔ)償衰減的軟件可以校正光纖布置的任何輕微變動(dòng))。 此外，使用軟件來補(bǔ)償與傳感器頭上的光纖布置相關(guān)聯(lián)的衰減基本上能夠 使傳感器頭用于對稱或者不對稱的組織解剖結(jié)構(gòu)兩者。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到，傳感器頭的大致正下面的組織體積可以 是均質(zhì)或者非均質(zhì)，這取決于該體積內(nèi)包含的實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)傳 感器頭定位在脂肪組織的厚的區(qū)域上的皮膚上時(shí)，包含含氧血紅蛋白的印戒(signet)細(xì)胞和毛細(xì)管的分布大致比較均勻(即，對稱和均質(zhì))。然 而，傳感器頭可以定位在這樣的組織體積上，所述組織體積中的基本結(jié)構(gòu) 包括動(dòng)脈、靜脈、骨頭、腱、軟骨、筋膜、肌肉或者色斑。這種組織可以 具有不對稱的解剖結(jié)構(gòu)，使光被例如反射性或者吸收性的區(qū)域不對稱地反 射或者吸收。補(bǔ)償衰減的軟件可以消除與反射離開諸如骨頭的結(jié)構(gòu)的光相 關(guān)聯(lián)的讀數(shù)。耦合到光源并以相對于耦合到檢測器的光纖偏離的方位定位 在傳感器頭中的光纖可以促進(jìn)透射和讀取避開諸如骨頭的結(jié)構(gòu)的光。因 而，偏離光源光纖方位的使用便于形成專業(yè)化的傳感器頭，該專業(yè)化的傳 感器頭可以用來測量身體的許多不同部位的氧飽和。圖1A是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有傳感器頭的光學(xué)成像系統(tǒng)的框 圖，其包括以相對于檢測器裝置偏離的方位布置的光源裝置。光學(xué)成像系 統(tǒng)100包括經(jīng)由連接接口 112耦合的單元104和探針108。連接接口 112 一般是帶有激光器安全互鎖裝置的光密性互連裝置，激光器安全互鎖裝置 布置成大致防止當(dāng)探針108沒有耦合到單元104時(shí)激光器的光通過連接接 口 112發(fā)出。連接接口 112通常包括連接到單元104的面板連接器(未示 出)和連接到探針108的纜線連接器(未示出)。單元104包括第一光源116和第二光源120。第一光源116和第二光源120在描述的實(shí)施例中各為雙波長光源。換言之，第一光源116提供兩個(gè)波長光，第二光源120提供兩個(gè)波長的光。第一光源116和第二光源 120可以各包括提供較低頻率的光束或者脈沖的激光二極管和提供較高頻 率的光束或者脈沖的激光二極管。例如，第一光源116和第二光源120可 以各包括提供約690納米(nm)波長的可見紅光的激光二極管和提供約 830nm波長的近紅外光的激光二極管。然而，應(yīng)該理解到，與第一光源 116和第二光源120相關(guān)聯(lián)的激光二極管產(chǎn)生的光的波長可以大幅度地改 變。由第一光源116發(fā)出的光和由第二光源120發(fā)出的光經(jīng)由光纖(未示 出)提供到合束器124。每個(gè)與第一光源116相關(guān)聯(lián)的激光二極管和每個(gè) 與第二光源120相關(guān)聯(lián)的激光二極管設(shè)置在單獨(dú)的光纖(未示出)上。合 束器124有效地合并來自第一光源116的各激光二極管的光和合并來自第 二光源120的各激光二極管的光。合并的光然后經(jīng)由輸出光纖(未示出) 提供到連接接口 112。輸出光纖布置成允許合并的或者組合的光被均勻化 以確保當(dāng)光進(jìn)入連接接口 112時(shí)光大致均勻地分布在輸出光纖上。通過連接接口 112，光提供到探針108的傳感器頭128。在傳感器頭 128內(nèi)，光纖(未示出)將與第一光源116相關(guān)聯(lián)的合并光和與第二光源 120相關(guān)聯(lián)的合并光提供到傳感器頭128的布置成接觸組織132的表面。 光纖(未示出)定位成它們具有相對于與單元104內(nèi)的光電檢測器136相 關(guān)聯(lián)的光纖(未示出)偏離的方位。光源光纖和檢測器光纖的方位將在以 下參照圖2A-2C描述。當(dāng)傳感器頭128使光透射進(jìn)入組織132時(shí)，反射光被與光電檢測器 136耦合的光學(xué)檢測器光纖(未示出)收集。 一般，至少兩個(gè)光電檢測器 136包括在單元104內(nèi)，并構(gòu)造成對由第一光源116和第二光源120透射 的光靈敏。單元104內(nèi)的衰減補(bǔ)償器140大致布置成補(bǔ)償由于光源光纖 (未示出)相對于檢測器光纖(未示出)的偏離的方位而造成的反射光的 任何衰減。在一個(gè)實(shí)施例中，衰減補(bǔ)償器140使用數(shù)學(xué)算法來有效地提供 補(bǔ)償，該算法構(gòu)成比率，在該比率中衰減系數(shù)可以出現(xiàn)在分子和分母兩者 中，因而可以被抵消。這樣的比率可以以衰減因子對估計(jì)傳感器頭128下面的組織132的光學(xué)屬性的影響較小的方式使用由光電檢測器136檢測到 的光強(qiáng)度。應(yīng)該理解到，衰減補(bǔ)償器140 —般可以大致結(jié)合到執(zhí)行確定氧 飽和水平的算法的軟件或者硬件中。圖1B是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1A的光學(xué)成像系統(tǒng)100的框圖， 其示出了光源(即，圖1A的第一光源116和第二光源120)發(fā)出的光的路 徑。當(dāng)?shù)谝还庠?16發(fā)出兩個(gè)波長的光時(shí)，第一波長152a的光和第二波長 152b的光提供到合束器124，合束器124有效地將該光合并成光束152c， 并將其通過例如光源光纖提供到傳感器頭128。類似地，當(dāng)?shù)诙庠?20 發(fā)出兩個(gè)波長的光時(shí)，第一波長156a的光和第二波長156b的光由合束器 124合并成光束156c，并將其提供到傳感器頭128。光束152c、 156c透射 進(jìn)入組織132，反射離開組織132，然后通過傳感器頭128到光電檢測器 136。如之前所述，光源光纖布置成使得在被布置為與組織接觸的傳感器頭 表面處，光源光纖具有相對于光學(xué)檢測器光纖偏離的方位。參照圖2A， 將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述光源光纖相對于檢測器光纖的方位。傳感器頭 200可以大致具有任何形狀或者尺寸，并是探針的一部分，而探針是測量 組織中的氧飽和水平的整個(gè)系統(tǒng)的一部分。傳感器頭200布置成容納光源 裝置240a， 240b和檢測器裝置208a， 208b。為了易于論述，盡管光源裝 置204a， 204b —般是耦合到光源的光纜或者光纖，檢測器裝置208a， 208b—般是耦合到光電檢測器的光纜或者光纖，但這里將光源裝置204a， 204b稱為光源，檢測器裝置208a， 208b稱為檢測器。光源204a， 204b布置成使它們相對于檢測器208a， 208b偏離地布 置。即，光源204a和204b相對于至少一個(gè)軸線不與檢測器208a， 208b等 距離。檢測器208a， 208b布置成使檢測器208a， 208b的中心線214大致 平行于x-軸線212a。通常，中心線214穿過各個(gè)檢測器208a， 208b的中 心點(diǎn)。光源204a， 204b布置成使光源204a的中心線216平行于光源204b 的中心線218，但是與中心線218不重合。中心線216穿過光源204a的中 點(diǎn)，并平行于x軸線212a，而中心線218穿過光源204b的中點(diǎn)，并平行 于x軸線212b。中心線214和中心線216之間沿著y軸線212b的距離yl與中心線 214和中心線218之間的距離y2不同。盡管距離y2示出為大于距離yl， 但應(yīng)該理解到距離yl也可以大于距離y2。距離y2和距離yl之間不同是 光源204a， 204b相對于檢測器208a， 208b偏移布置，或者大致不平衡布 置的一般特點(diǎn)。換言之，有效地使光源204a， 204b的布置缺少對稱。一般，可以與一對檢測器結(jié)合使用兩個(gè)以上的檢測器來監(jiān)視組織中的 氧飽和。例如，三個(gè)或者四個(gè)檢測器可以用來檢測由一對光源提供并反射 離開組織表面的光。應(yīng)該理解到， 一些光可以在組織表面之下的各種深度 處從組織反射。即，光可以反射離開組織表面以及離開表面下方的組織。 在表面下并允許光被反射的組織可以深達(dá)約組織表面下一厘米。圖2B是 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例布置成包括一對光源(更確切地說， 一對光源裝置)和 四個(gè)檢測器(更確切地說，四個(gè)檢測器裝置)的傳感器頭的示意表示。傳 感器頭220包括四個(gè)檢測器228a-d，它們布置成使撿測器228a-d的中心點(diǎn) 沿著大致平行于x軸線232a的中心線234大致對齊。傳感器頭220還包括 光源224a， 224b，它們各包括中心點(diǎn)。平行于x軸線232a的中心線236 穿過光源224a的中心點(diǎn)，平行于x軸線232a的中心線238穿過光源224b 的中心點(diǎn)。在所描述的實(shí)施例中，中心線234和中心線236之間沿著y軸線232b 的距離yl不等于中心線234和中心線238之間沿著y軸線232b的距離 y2。距離yl可以約為0.2毫米(mm)，例如為約0.197mm，而距離y2可 以大致為0.24mm，例如0.236mm。應(yīng)該理解到，距離yl和距離y2可以 取決于任何數(shù)量的因素而大幅度改變。這些因素包括但不限于光源224a， 224b和檢測器228a-d的整體尺寸、傳感器頭220的整體尺寸和傳感器頭 220打算的應(yīng)用。盡管距離y2示出為大于距離yl，但距離yl也可以大于 距離y2。 一般，距離y2和距離yl之間的差至少約為0.3mm。例如，距離 y2和距離yl的差可以約為l.Omm。光源224a， 224b和檢測器228a-d的位置可以大幅度改變。例如，對 于光源224a， 224b和檢測器228a-d的直徑各約為lmm的實(shí)施例，光源 224a， 224b的中心點(diǎn)可以相對于x軸線232a分開約0.22mm的距離d2，并分開約為0.04mm的距離y4。檢測器228a-d可以布置成使中心線234從 傳感器頭220的頂邊緣偏離約為0.06mm的距離y3，并布置成使相鄰檢測 器228a-d分開約0.06mm至約0.07mm之間的距離dl。當(dāng)檢測器228a-d和 光源224a， 224b如上所述間隔開時(shí)，傳感器頭200可以具有沿著x軸線 232a的約0.34mm的寬度，和沿著y軸線232b的約為0.49mm的高度。然 而，傳感器頭220 —般具有可以大幅度改變的尺寸，例如可以取決于傳感 器頭220打算的應(yīng)用而改變的尺寸。盡管已將傳感器相對于檢測器的位置缺少對稱描述為傳感器和檢測器 之間的距離相對于y軸線不相等，但是缺少對稱也可以代替或者附加地具 有相對于x軸線缺少對稱。接著參照圖2C，將描述包括一對光源的傳感器 頭，所述一對光源相對于一組四個(gè)檢測器沿著x軸線偏離布置。傳感器頭 240包括四個(gè)檢測器248a-d，不過檢測器248a-d的數(shù)量可以改變。檢測器 248a-d布置成使中心線254大致平行于x軸線252a，并穿過各個(gè)檢測器 248a-d的中心點(diǎn)。第一檢測器248a和最后的檢測器248d (即相對于x軸 線252a分開最遠(yuǎn)的檢測器)用來限定檢測器248a-d的中心對分線262。中 心對分線262平行于y軸線252b，并布置成使得從檢測器248a的中心點(diǎn) 到中心對分線262的距離x3大致等于從檢測器248d的中心點(diǎn)到中心對分 線262的距離x4。即，中心對分線262布置成穿過檢測器248a的中心點(diǎn) 與檢測器248d的中心點(diǎn)之間的中點(diǎn)，使得中心對分線262大致垂直于中 心線254。如所示，第一光源244a的中心點(diǎn)和第一檢測器248a的中心點(diǎn)沿著大 致平行于y軸線252b的中心線257對齊。類似地，第二光源244b的中心 點(diǎn)和最后檢測器248d的中心點(diǎn)沿著大致平行于y軸線252b的中心線259 對齊。但是，應(yīng)該理解到，中心線257可以不必穿過第一檢測器248a的中 心點(diǎn)，中心線259可以不必穿過最后檢測器248d的中心點(diǎn)。S卩，中心線 257實(shí)際上是大致平行于y軸線252b并穿過第一光源244a的線，而中心 線259實(shí)際上是大致平行于y軸線252b并穿過第二光源244b的線。中心線257和中心對分線262之間的距離xl不等于中心線259和中心 對分線262之間的距離x2，換言之，第一光源244a和第二光源244b距離中心對分線262的距離不相等。因而，光源244a， 244b定位在相對于x軸 線偏離或者不平衡的方位。光源通常布置成發(fā)出特定波長的光。如上所述，由光源發(fā)出的較低波 長的光可以具有約690nm的波長，而光源發(fā)出的較高波長的光可以具有約 830nm的波長。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例與傳感器頭相關(guān)聯(lián)的光源和 檢測器的框圖。第一光源可以包括產(chǎn)生波長約為690nm的光的激光二極管 302a以及產(chǎn)生波長約為830nm的光的激光二極管302b。類似地，第二光 源可以包括產(chǎn)生波長約為690nm的光的激光二極管306a，以及產(chǎn)生波長 約為830nm的光的激光二極管。合束器310布置成使由激光二極管302a、 302b發(fā)出的光能夠被合并到 光纖312上，光纖312設(shè)置到傳感器頭322。合束器310還布置成使得由 激光二極管306a、 306b發(fā)出的光能夠被合并到光纖316上，光纖316設(shè)置 到傳感器頭322。由光纖312、 316透射通過組織或者其它表面的光被反 射，反射的光被有效地捕集在光纖324上，光纖324將反射光提供到光電 檢測器318。光電檢測器318布置成對波長約為690nm和約為830nm的光 靈敏，并通常具有比較高的增益。參照圖4，將根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例描述使用具有傳感器頭的血氧計(jì)監(jiān) 視組織中的氧飽和的方法，血氧計(jì)帶有傳感器頭，在該傳感器頭中光源相 對于檢測器處于偏離的方位。使用血氧計(jì)的處理400在步驟404開始，其 中抵靠組織施加探針，即包括傳感器頭的探針，在該傳感器頭中光源定位 在相對于檢測器偏離的方位。在步驟408， 一旦傳感器頭定位成與組織接 觸，與探針關(guān)聯(lián)的第一光源Sl將較低波長的光脈沖發(fā)送進(jìn)入組織中。第 一光源Sl可以包括如上所述產(chǎn)生波長約為690nm的可見紅光的激光二極 管，不過第一光源Sl產(chǎn)生的光的較低波長可以改變。 一般，第一光源Sl 是產(chǎn)生兩個(gè)波長的光的光源裝置。因而，第一光源Sl可以包括兩個(gè)大致 分開的激光二極管產(chǎn)生兩個(gè)波長的光。在步驟S412，與探針相關(guān)聯(lián)的檢測器裝置檢測約690nm的光。如上 所述，當(dāng)約690nm的光透射進(jìn)入組織時(shí)，約690nm的光反射進(jìn)入檢測器 裝置，使得檢測器裝置中包括的檢測器(例如，光電檢測器)收集反射光。然后在步驟416，第一光源S2發(fā)送較低波長的光脈沖(在所描述實(shí)施 例中為約690nm的光脈沖)。在步驟420中，檢測器裝置檢測和收集約 690nm的反射光。在步驟424中， 一旦第一光源Sl和第二光源S2都發(fā)射了較低波長的 光，則第一光源Sl將較高波長的光脈沖發(fā)送進(jìn)入組織。較高波長的光脈 沖可以是由第一光源Sl所包括的激光二極管產(chǎn)生的約830nm近紅外光。 在約830nm的光脈沖透射進(jìn)入組織然后反射之后，處理流程進(jìn)行到步驟 428，其中檢測器裝置檢測反射光。在步驟432中，第二光源S2發(fā)送較高波長的光脈沖(例如，波長約 為830nm的光)，然后在步驟436中反射離開組織并反射進(jìn)入檢測器裝 置。在步驟440中， 一旦檢測器裝置已經(jīng)從兩個(gè)傳感器都接收到較低波長 和較高波長的反射光，則血氧計(jì)的數(shù)據(jù)獲取裝置處理與接收到的反射光相 關(guān)聯(lián)的信息。處理接收到反射光可以包括執(zhí)行以計(jì)算方式或者其它方式補(bǔ) 償與反射光相關(guān)聯(lián)的衰減的軟件或者硬件以確定與組織相關(guān)聯(lián)的氧水平。 一旦數(shù)據(jù)獲取裝置處理了該信息，監(jiān)視組織的氧飽和水平的處理完成。然 而，應(yīng)該理解到，圖4的步驟可以重復(fù)進(jìn)行以大致連續(xù)地監(jiān)視氧飽和水 平。利用本發(fā)明的具有傳感器頭的探針的血氧計(jì)可以包括探針可以耦合到 的便攜式控制臺單元。如圖5所示，控制臺500可以包括屏幕504，該屏 幕布置成顯示正被監(jiān)視的組織的氧飽和水平。屏幕504可以是觸摸屏，還 可以布置成表示探針520何時(shí)正在使用，并將表示當(dāng)監(jiān)視的氧飽和水平可 能有問題時(shí)的警報(bào)提供給使用者。控制臺500包括面板連接器508，探針520的連接器528可以連接到 面板連接器508以允許使用探針520的傳感器頭530監(jiān)視氧飽和水平。光 纜(未示出)用來允許光在探針520的連接器528和傳感器頭530之間經(jīng) 過，并大致嵌在纜線外殼534中?？刂婆_500和探針520可以是可從 Fremont, California的ViOptix, Inc.購買的ODISsey Tissue Oximeter的一部 分。盡管僅僅已經(jīng)描述本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是應(yīng)該理解到本發(fā)明可以在不脫離本發(fā)明的精神或者范圍的情況下以許多其它具體形式來實(shí)施。例如，光源發(fā)出的波長已經(jīng)描述為約690nm和約830nm。然而，基本上可以 由光源發(fā)出任何波長。傳感器頭安裝到的探針可以具有各種不同的構(gòu)造。例如，探針可以包 括便于對組織進(jìn)行點(diǎn)測量的手持件。此外，傳感器頭的構(gòu)造還可以取決于 傳感器頭所用到的特定應(yīng)用而改變。例如光纖探針的探針(其上安裝傳感器頭)使用光纜來將光學(xué)信號運(yùn) 輸進(jìn)出組織。光纜可以具有任何長度，并且可以針對每個(gè)光源包含一個(gè)雙 波長光源光纖，針對每個(gè)檢測器包含一個(gè)檢測器。在一個(gè)實(shí)施例中，光纜 可以約為三米長，并且光源光纖和檢測器光纖可以各具有約lmm的直 徑。光源光纖的中心點(diǎn)和檢測器光纖的中心點(diǎn)己經(jīng)大體描述為方位大致為 圓形的光鄉(xiāng)T的中心點(diǎn)。應(yīng)該理解到，在一些情況下，當(dāng)光纖的方位不是大 致的圓形時(shí)，中心點(diǎn)可以是光纖的大致中心點(diǎn)。與本發(fā)明的各種方法相關(guān)聯(lián)的步驟可以廣泛地改變。在不脫離本發(fā)明 的精神或者范圍的情況下可以對步驟進(jìn)行添加、改變、除去和重新排序。 因而，本示例應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是示例性的而非限制性的，并且本發(fā)明不被限制到 此處給出的細(xì)節(jié)，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)修改。
權(quán)利要求
1.一種傳感器裝置，所述傳感器裝置適用于光學(xué)成像系統(tǒng)中，所述傳感器裝置布置成接觸身體，所述傳感器裝置包括第一光源結(jié)構(gòu)，所述第一光源結(jié)構(gòu)布置成提供第一束光；第二光源結(jié)構(gòu)，所述第二光源結(jié)構(gòu)布置成提供第二束光；以及檢測器裝置，所述檢測器裝置包括多個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)，所述檢測器結(jié)構(gòu)各具有中心點(diǎn)，所述檢測器裝置被布置成在所述第一束光和所述第二束光被反射離開至少所述身體之后接收所述第一束光和所述第二束光，其中，所述檢測器裝置被布置成限定了第一軸線，所述第一軸線經(jīng)過所述多個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的每個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)，并且其中，從所述第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離不等于從所述第二光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述第一光源結(jié)構(gòu)是耦 合到第一光源的第一光纜，所述第一光源結(jié)構(gòu)是耦合到第二光源的第二光 纜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述多個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)是 耦合到多個(gè)光電檢測器的多個(gè)光學(xué)檢測器光纜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述傳感器裝置是探針 的一部分，并且其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)是血氧計(jì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，從所述第一光源結(jié)構(gòu)的 所述中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離和從所述第二光源結(jié)構(gòu)的所述中心點(diǎn)到 所述第一軸線的距離之間的差至少為約0.03毫米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器裝置，其中，所述第一光源結(jié)構(gòu)具有 約1毫米的直徑，所述第二光源結(jié)構(gòu)具有約1毫米的直徑，并且所述多個(gè) 檢測器結(jié)構(gòu)的每個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)具有約1毫米的直徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器裝置，其中，從所述第一光源結(jié)構(gòu)的 所述中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離是約0.020毫米，并且從所述第二光源 結(jié)構(gòu)的所述中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離是約0.24毫米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述多個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)包 括至少兩個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)。
9. 一種傳感器裝置，所述傳感器裝置適用于光學(xué)成像系統(tǒng)中，所述傳 感器裝置被布置成接觸身體，所述傳感器裝置包括第一光源結(jié)構(gòu)，所述第一光源結(jié)構(gòu)布置成提供第一束光； 第二光源結(jié)構(gòu)，所述第二光源結(jié)構(gòu)布置成提供第二束光；以及 檢測器裝置，所述檢測器裝置包括具有第一中心點(diǎn)的第一檢測器結(jié)構(gòu) 和具有第二中心點(diǎn)的第二撿測器結(jié)構(gòu)，所述檢測器裝置被布置成在所述第 一束光和所述第二束被反射離開所述身體之后接收到所述第一束光和所述 第二束光，其中，所述第一光源結(jié)構(gòu)相對于所述檢測器裝置的方位與所述 第二光源結(jié)構(gòu)相對于所述檢測器裝置的方位之間不對稱。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器裝置，其中，所述檢測器裝置被布 置成限定了經(jīng)過所述第 一 中心點(diǎn)和所述第二中心點(diǎn)的第 一軸線，所述檢測 器裝置還被布置成限定了第二軸線，所述第二軸線垂直于所述第一線并經(jīng) 過所述第一中心點(diǎn)和所述第二中心點(diǎn)之間中點(diǎn)，其中，從所述第一光源結(jié) 構(gòu)的第一光源中心點(diǎn)到所述第二軸線的距離不等于從所述第二光源結(jié)構(gòu)的 第二光源中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器裝置，其中，所述第一光源結(jié)構(gòu)是 耦合到第一光源的第一光纜，所述第二光源結(jié)構(gòu)是耦合到第二光源的第二光纜。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器裝置，其中，所述第一檢測器結(jié)構(gòu) 和所述第二檢測器結(jié)構(gòu)是耦合到多個(gè)光電檢測器的光學(xué)檢測器纜線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器裝置，其中，所述傳感器裝置是探針的一部分，并且其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)是血氧計(jì)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器裝置，其中，所述第一光源結(jié)構(gòu)具 有約1毫米的直徑，所述第二光源結(jié)構(gòu)具有約1毫米的直徑，所述第一檢 測器結(jié)構(gòu)具有約1毫米的直徑，并且所述第二檢測器結(jié)構(gòu)具有約1毫米的 直徑。
15. —種用于使用光學(xué)系統(tǒng)對組織進(jìn)行氧飽和測量的方法，所述光學(xué)系統(tǒng)包括具有傳感器頭的探針，其中，所述傳感器頭的第一光源結(jié)構(gòu)和第 二光源結(jié)構(gòu)相對于所述傳感器頭的檢測器結(jié)構(gòu)偏離，所述方法包括 將所述傳感器頭定位成與所述組織接觸；將光通過所述第一光源結(jié)構(gòu)和所述第二光源結(jié)構(gòu)透射進(jìn)入所述組織； 在所述檢測器結(jié)構(gòu)處接收來自所述組織的反射光，所述反射光包括衰 減特性；并且使用多個(gè)光電檢測器處理所述反射光，其中，使用所述多個(gè)光電檢測 器處理所述反射光包括使用衰減補(bǔ)償器補(bǔ)償所述衰減特性。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述衰減特性是由所述傳感 器頭的所述第一光源結(jié)構(gòu)和所述第二光源結(jié)構(gòu)相對于所述檢測器結(jié)構(gòu)的偏 離造成的，并且其中，所述檢測器結(jié)構(gòu)被布置成限定了第一軸線，所述第 一軸線經(jīng)過每個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)，并且從所述第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn) 到所述第一軸線的距離不等于從所述第二光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到所述第一軸 線的距離。
17. —種探針，所述探針布置成用作光學(xué)系統(tǒng)的一部分，所述光學(xué)系 統(tǒng)布置成監(jiān)視組織中的氧水平，所述探針包括耦合接口 ，所述耦合接口布置成允許所述探針被耦合到多個(gè)光源和多 個(gè)檢測器；以及傳感器頭，其被布置成接觸所述組織，所述傳感器頭被布置成支撐第 一光源結(jié)構(gòu)、第二光源結(jié)構(gòu)和檢測器裝置，所述第一光源結(jié)構(gòu)和所述第二 光源結(jié)構(gòu)被布置成經(jīng)由所述耦合接口耦合到所述多個(gè)光源，所述檢測器裝 置被布置成通過所述耦合接口耦合到所述多個(gè)檢測器，其中，所述第一光 源結(jié)構(gòu)相對于所述檢測器裝置的方位與所述第二光源結(jié)構(gòu)相對于所述檢測 器裝置的方位之間不對稱。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的探針，其中，所述第一光源結(jié)構(gòu)和所述第 二光源結(jié)構(gòu)被布置成將來自所述多個(gè)光源的光提供到所述組織，并且所述 多個(gè)檢測器被布置成將反射離開所述組織的光提供到所述多個(gè)檢測器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的探針，其中，所述檢測器裝置包括多個(gè)檢 測器結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)各具有中心點(diǎn)，所述檢測器裝置被布置成在所述第一束光和所述第二束光反射離開所述組織之后接收所述第一束光 和所述第二束光，所述檢測器裝置被布置成限定了第一軸線，所述第一軸 線經(jīng)過所述多個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的每個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)，其中，從所述第 一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離不等于從所述第二光源結(jié)構(gòu)的 中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的探針，其中，從所述第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離和從所述第二光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離之間的差至少約為0.03毫米。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的探針，其中，所述檢測器裝置包括具有第 一中心點(diǎn)的第一檢測器和具有第二中心點(diǎn)的第二檢測器，所述檢測器裝置 被布置成限定了經(jīng)過所述第一中心點(diǎn)和所述第二中心點(diǎn)兩者的第一軸線， 所述檢測器裝置還被布置成限定了第二軸線，所述第二軸線垂直于所述第 一線并經(jīng)過所述第一中心點(diǎn)與所述第二中心點(diǎn)之間的中點(diǎn)，其中，從所述 第一光源結(jié)構(gòu)的第一光源中心點(diǎn)到所述第二軸線的距離不等于從所述第二 光源結(jié)構(gòu)的第二光源中心點(diǎn)到所述第一軸線的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于監(jiān)視組織中氧飽和水平的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一方面，用在光學(xué)成像系統(tǒng)中的傳感器裝置包括第一光源結(jié)構(gòu)、第二光源結(jié)構(gòu)和檢測器裝置。第一光源結(jié)構(gòu)提供第一束光，第二光源結(jié)構(gòu)提供第二束光。檢測器裝置包括具有中心點(diǎn)的檢測器結(jié)構(gòu)，并在第一和第二束光反射離開外表面之后接收第一和第二束光。檢測器裝置被布置成限定了第一軸線，所述第一軸線經(jīng)過每個(gè)檢測器結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)，并且從第一光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距離不等于從第二光源結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)到第一軸線的距離。
文檔編號A61B5/1455GK101272735SQ200680033121
公開日2008年9月24日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者建-民·毛, 瓊·林, 羅伯特·拉什 申請人:維奧普蒂克斯公司