通過衰減全反射(atr)進行的成像的制作方法
【專利說明】

【發明內容】

[0001]本發明涉及一種用于衰減全反射紅外光譜分析分析(ATR-紅外光譜分析)的裝置。
【背景技術】
[0002]在紅外光譜分析中，通過使用波長范圍位于紅外線的光得到要進行光譜分析的樣本的分子光譜。在有機和無機材料中，紅外射線典型地通過一個或者多個分子的機械振動的激發被吸收。在比較小的分子的情況下也有可能激發轉動能級。因為作為量子力學本征態的振動能量或者轉動能量對于分子來說是特征性的，所以從吸收光譜可以得出分子和分子的鍵。紅外光譜分析因此實現物質的定量的結構說明，對其的認定基于基準光譜進行。
[0003]紅外光譜分析的一個特殊的實施是衰減全反射紅外光譜分析(ATR-紅外光譜分析)。在此，按照現有技術是在反射元件中通過全反射引導紅外射線。如果這種全反射在樣本和反射元件之間的界面上進行，那么在全反射的地方紅外線光就指數地進入樣本中。這些進入的易消散的波和樣本相互作用，以此，對于該樣本為特征性的頻率范圍被吸收。因此，被吸收的頻率范圍現在就在全反射光線的光譜中缺失。有利的是，在ATR紅外光譜分析中也可以對所使用的紅外射線不可穿透和以此不能得到透射光譜的物質或者樣本進行光譜分析。此外，ATR紅外光譜分析適合用于液態的和/或粉末的樣本。對ATR紅外光譜分析的很多應用來說，除了光譜信息之外還需要位置分辨，也就是說樣本的成像。然而按照現有技術，這種成像的缺點是受強烈噪聲影響。尤其ATR紅外光譜分析在外科中的應用的情況下，需要有較高的信號強度和以此對健康和患病組織的較高的區分銳度。在外科中應用時，已知的ATR紅外光譜的另外的缺點在于，樣本始終被液體、尤其水和/或血液包圍。周圍的水會導致在約4 μπι到10 μ m的光譜范圍中的強烈吸收，這和組織的真正的測量信號重疊。

【發明內容】

[0004]
[0005]本發明要解決的技術問題在于，提供一種用于ATR紅外光譜分析的裝置，所述裝置實現含水的或者粉末的樣本的信號良好和位置分辨的測量。此外本發明要解決的技術問題在于提供一種相應的方法。
[0006]所述技術問題通過具有獨立權利要求1的特征的裝置解決。在從屬權利要求中給出了本發明的有利的擴展方案和改進方案。在方法方面通過權利要求11解決所述技術問題。
[0007]按照本發明的用于衰減全反射紅外光譜分析的裝置包括光源、射束成型部和探測器，所述光源用于發射光線、尤其紅外光線，所述探測器用于要進行光譜分析的樣本的圖像的探測。此外，所述裝置包括反射矩陣，所述反射矩陣具有多個反射元件，所述反射元件設計用于通過內部全反射進行光線引導。所述反射元件有規律地布置在一個面的兩個相互垂直的方向上，以便其形成矩陣。尤其地，所述面可以彎曲。由此，在和所述面的兩個相互垂直的方向垂直的方向上反射元件是相互錯移的。此外，第一部分區域中的各個反射元件具有突出成形的壓緊面，所述壓緊面朝向要進行光譜分析的樣本、尤其含水的或者粉末的樣本。所述壓緊面由此形成在樣本和反射元件之間的邊界面。
[0008]由壓緊面的凸出的形狀可以得到多個優點。一方面凸出的形狀實現光線通過內部全反射的引導。另一方面通過壓緊面的凸出的形狀結合為矩陣的規則布置，把不可壓縮的液體、尤其水和/或血液在壓緊到樣本上的情況下擠到通過凸出的形狀形成的通道中。以此，在紅外光譜分析中干擾性的液體、尤其水和/或血液，可以通過形成的通道流走。以此例如可以顯著地減小水吸收的干擾性影響，所述水吸收位于整個中間的紅外線波長范圍中、尤其在從4μπι到ΙΟμπι的范圍內。有利的是，以此可以不需要高準備開銷地對含水的和/或粉末的樣本進行光譜分析。
[0009]這在外科中的應用情況下是尤其有利的，手術期間的組織檢查不允許進行準備，并且組織大多由復雜的液體、尤其被血液包圍。在要進行光譜分析的組織上的水和/或血液被有意地通過凸出的壓緊面的壓緊被擠壓并且通過形成的通道由測量地點排走。此外有利的是，將反射元件的布置適配于器官的表面、例如肝臟或者腎臟的表面。以此實現反射矩陣和要檢查的器官之間的齊平的接觸。通過適配，反射元件有規律地布置在彎曲的、相仿于器官的表面的面中。
[0010]有利地，反射元件在面中形成矩陣。通過布置為矩陣，在ATR紅外光譜分析中每個反射元件對應恰好一個像素，以此實現要進行光譜分析的樣本的位置分辨。
[0011]在用于使用按照本發明的裝置的紅外光譜分析的按照本發明的方法的情況下實施下面的步驟:
[0012]-使用紅外光源形成紅外光線，
[0013]-光線進入反射元件中，
[0014]-使用至少一個紅外探測器探測由反射元件反射的光線。
[0015]所述方法實現至少一個反射元件的照射和從反射元件射出的或者由其反射的光線的探測。以此可以得到要進行光譜分析的樣本的ATR紅外光譜分析。
[0016]在有利的設計中反射元件可以在第一部分區域中構建為半圓柱形。以此在按照本發明的作為矩陣的布置情況下構建為平行通道。在此，例如通道沿著相互垂直的方向延伸。
[0017]有利地，通過半圓柱形狀實現光線的全反射。
[0018]尤其有利的是，不可壓縮的液體可以通過平行的通道流走。尤其不可壓縮的液體被從全反射位置和以此從測量地點擠走。
[0019]在尤其有利的設計中，反射元件可以在第一部分區域中構建為半球形。以此在按照本發明的作為矩陣的布置情況下分別在矩陣的兩個互相垂直的方向上形成平行的通道。以此，通道的數量增多，以此提高液體的流量。尤其有利的是，通過半球形的設計光線可以經歷多次全反射，以此提高信號和以此提高信噪比。
[0020]在尤其有利的設計中，反射元件可以在第一部分區域中構建為棱錐形。以此得到和權利要求3同樣的優點。有利的是，棱錐具有矩形的基面，這使和可以構建為六面體形的第二部分區域的連接變得簡單。
[0021]反射元件的第二部分區域可以構建為六面體形。第二部分區域的六面體形狀實現反射元件作為矩陣的簡單和恰好匹配的或者齊平的布置。有利的是，通過反射元件的齊平的連接，不可壓縮的液體穿過通道流出并且不會被引導到第二部分區域的背離樣本的表面上。
[0022]在優選的實施形式中反射矩陣的反射元件可以具有反光、尤其例如反射紅外線的涂層。以此可以影響光線的引導，以得到多次全反射。以此提高信噪比。例如，光線的圓周式引導也是可能的。作為對于反光的涂層的替代或者補充，也可以使用多種具有不同的折射率的材料。通過折射率的專門的調整，可以實現光線的預期的、尤其具有多次全反射的引寸ο
[0023]反射元件可以包括材料ZnSe、Ge、Si或者金剛石中的至少一種。通過所述材料的高折射率實現光線的內部全反射。尤其有利的是Ge，其具有約為4的折射率。以此可以在成像方法中實現較高的分辨率。
[0024]反射矩陣的有利的進一步設計包括多重反射晶體。所述多重反射晶體實現將同一光線多次引至反射元件。以此得到在反射元件的壓緊面上的多個反復的全反射，以此提高信號強度和以此提高信噪比。根據樣本以此強烈清楚顯示出特征吸收光譜帶。
[0025]多重反射元件可以布置為相對于反射矩陣能夠移動。以此可以將多重反射元件定位在反射矩陣的任意的反射元件上方。該定位可以通過可移動性對于每個反射元件依次進行，以此有利地得到具有較高信噪比的位置分辨。
[0026]在有利的進一步設計中，多重反射元件和反射元件的第二部分區域具有基本相同的折射率。以此，可以避免在多重反射元件/反射元件的邊界面上的、對光路具有負面影響的光線折射。
[0027]按照有利的設計，光線可以沿反射矩陣移動，以便每個單個的反射元件至少被照射一次。通過光線沿反射矩陣的移動，實現了掃描的方法。反射矩陣的每個反射元件至少被照射一次，以此實現樣本成像的方法。有利地，一個像素對應于反射元件的一個測量信號。以此對于每個像素記錄ATR