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专利名称：脂水比的确定的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定与样品的化学组成有关的參数的设备，并且更具体地涉及用于确定样品中的脂水比(lipid-water ratio)和散射的设备、方法、以及计算机程序。
背景技术：
为了改善介入的结果，确定介入装置前的组织的类型是很重要的。例如在肿瘤学的情况下，如果活组织检查针的尖端肯定在疑似组织中，则进行活组织检查的程序将得到改善。并且在手术期间，现场发现肿瘤的边界将大大地改善手术的結果。另外的应用是检测食物的质量。例如，指示了脂含量和“新鮮度”的简单的装置将在日常生活中在各种情况 下对消费者有帮助。在许多应用中，确定样品中的脂水比和散射是期望的。一个该应用是检测食品的质量。用于确定脂水比的设备对监控动物或人体中的脂水比也可能是有利的。能够确定样品中的脂水比和散射的现行的设备可能使用复杂、耗时和/或昂贵。存在能够测量样品构成的设备。例如，在近红外线(NIR)范围中测量的分光计能够測量反射光谱，从所述反射光谱能够推导出水和脂肪。然而，此设备并不简单、紧凑、或成本低。对于诸如家庭应用的很多应用来说，用于确定样品中的脂水比和/或散射參数的紧凑、简单、并且成本低的设备可能是有利的。參考文献US 7486985 B2涉及用于表征活体中，例如血管壁中，的组织以确定该组织是健康的还是患病的的方法及装置。然而，该參考文献并没有描述用于确定样品中的脂水比和/或散射參数的简单的设备。因此，用于确定样品中的脂水比和/或散射參数的改进的设备将是有利的，并且特别是用于确定样品中的脂水比和/或散射參数的简单的、紧凑的和原理上低成本的设备将是有利的。

发明内容
本发明优选地探索减轻或消除确定样品中的脂水比和/或散射的上述缺点。特别是，提供能够以简单的、紧凑的、以及有成本效益的方式来确定样品中的脂水比和/或散射參数的设备、方法、以及计算机程序可以看作是本发明的目的。本发明的另外的目的是提供对现有技术的替代方案。因而，打算通过提供用于确定关联的样品中的脂水比的设备在本发明的第一方面中获得上述目的和数个其它目的，所述设备包括-光源，以及-光探測器，所述光源以及所述光探測器布置为测量所述样品在有限数量的选择的且独特的(distinct)波长处的光学參数，并且布置为在所述选择的且独特的波长λ_1、λ_2、以及入_3处分别測量第一、第二、以及第三光学參数，
其中，水在λ _1处的光吸收系数与水在λ _2处的光吸收系数基本上类似，并且脂在λ _1处的光吸收系数与脂在λ _2处的光吸收系数基本上类似，并且其中，所述设备能够基于在λ_1处和λ_2处测量的所述第一和第二光学參数以及在λ_3处测量的所述第三光学參数·来确定所述样品的脂水比。本发明特别是，但不排它地，对以简单的、紧凑的、以及有成本效益的方式来确定样品中的脂水比和/或散射參数是有利的。由于本发明使得能够利用有限数量的选择的且独特的波长来确定样品中的脂水比和/或散射參数，因而可以设计简单的、紧凑的、以及原理上低成本的设备。此外，其可以使得能够省略昂贵的分光计，所述分光计能够测量样品的光谱。此外，在一些实施例中，由于可以仅利用在有限数量的选择的且独特的波长处的測量来确定样品中的脂水比和/或散射參数，并且由于所述选择的且独特的波长使得能够相对直接地推导样品中的脂水比和/或散射參数，所以本发明可能导致相对快速的測量。应当理解的是，“波长”包括“窄波长区间”。此外，表述“基本上类似干”被理解为包括精确类似的数学抽象和指定值附近的区间，诸如对应于实验不确定性的区间。在此上下文中，实验不确定性表示关于波长的不确定性，但是也表示关于其它參数的不确定性，诸如强度，由于测量的強度的不确定性转化为波长区间，波长区间的大小在确定的波长处取决于在该特定的波长处测量的強度关于波长的斜率。表述“基本上类似于”还被理解为包括相对偏差，诸如O. 01%,O. 1%、1. 0%、5. 0%的相对数值偏差或包括绝对偏差，诸如O. Inm,I. Onm、或IOnm的绝对数值偏差。光学參数被理解为在探测器处的光強度。能够用以測量这个的配置包括(I)漫反射，即，源与探測器在同一侧，(2)透射測量，S卩，组织例如是夹在源与探測器之间。然而，其它的配置也是可能的。光学參数的測量能够以各种方式执行，诸如通过光路中的不同位置处的各种滤光器系统、以不同波长段发射的光源、或用于不同波长段的探測器。下文进ー步对此进行详细说明。所述样品可以为任何样品，诸如组织或食品的样品。存在能够测量样品的构成的设备，但是它们使用起来不简单和容易。例如，在NIR中的分光计能够測量反射光谱，从所述反射光谱能够推导出水和脂(參照图I)。由于昂贵的探测器阵列，诸如InGaAs探测器阵列，这并不是低成本的设备。InGaAs探测器阵列目前是相当昂贵的。点探測器会便宜得多。在本发明的实施例中，使用了点探測器，诸如InGaAs点探測器。这可以使设备更便宜。本发明能够使用在肿瘤学领域中，或其它脂水比和散射的确定是重要的保健应用中。此外，其能够用于食品エ业中。在这些应用中，脂水比和散射的量是要确定的重要的參数。在特别有用的实施例中，所述设备还布置为访问包括关于各种组织类型的信息的数据库，并识别样品最有可能包括哪ー种组织类型或多种组织类型，并且其中，所述识别是基于脂水比的。这样的优点是可以以此方式获得关于组织类型的有价值的信息。在替代实施例中，数据库包括关于一般的，即，来自动物(和从例如奶和奶酪导出的食品)以及植物(例如，坚果和其它的含脂的原料)，的食品的信息。在本发明的另ー实施例中，所述第一选择的波长λ_1和所述第二选择的波长λ _2选择为使得能够解开散射和吸收对所述光学參数的作用。这可能是有利的，因为散射和吸收都是感兴趣的參数，但是，只有当他们能够被解开以便一个參数的测量不会被另ー个妨碍才是有利的。在又一实施例中，所述设备还能够经由散射參数与所述第一和第二光学參数之间的直接关系来确定所述散射參数。使用要确定的所述散射參数与所述第一和第二光学參数之间的直接关系可能是有利的，因为可以相对快速地使用诸如数学函数或查找表的直接关系。另ー可能的优点是可以定量地确定散射參数。又一可能的优点是可以明确地确定散射參数。与，例如，可能包括散射參数与第一和第二光学參数之间的非直接关系的拟合程序相比，此特定的实施例从而可以更快速并且更不�：�。在另ー实施例中，所述设备还能够基于所述散射參数来确定指示新鮮度的參数。已经由本发明人确定，包含在包含水的介质中的脂的各种样品是乳液状的。乳液的质量随 时间改变并且将最终导致在乳液泡囊的尺寸的改变。这将对与乳液泡囊的尺寸有联系的散射參数具有强的影响。因而，此特定的实施例的可能的优点是能够评估样品的新鮮度。在本上下文中，新鮮度被理解为指示了样品的原始质量被保留到何种程度的參数。因而，期望样品原始地具有高新鮮度，所述新鲜度随时间而退化。新鮮度的退化可能取决于若干因素，诸如时间、原始质量、以及存储条件。新鮮度在若干应用中可以是重要的參数。特别是新鮮度可能是对评估食品的质量有关的。在又一实施例中，所述设备还包括具有不同波长段的多个光源和/或具有不同波长段的多个光探測器，其中所述波长段中的两个对应于λ_1和λ_2。包括具有不同波长段的多个光源的优点可能是波长的选择是由光源给出的，并且因此既不需要宽带光源也不需要滤光器。另ー可能的优点是能够使得设备相对地便宜、简单、以及紧凑。类似地，具有不同波长段的多个光探測器可能使得能够使用单个宽带光源，而在光源与探測器之间不使用滤光器。所述光源可以包括发光二级管(LED)或激光源。在另ー实施例中，所述设备还包括处理器，所述处理器布置为用于-接收从在λ_1处测量的所述第一光学參数导出的信息，-接收从在λ_2处测量的所述第二光学參数导出的信息，-接收从在λ_3处测量的所述第三光学參数导出的信息，-基于从所述第一光学參数导出的所述信息和从所述第二光学參数导出的所述信息来计算散射參数，以及-基于从所述散射參数导出的信息和从所述第三光学參数导出的信息来计算脂水比。包括处理器的优点可以为于是可以以更短时间、自动地、并且更可靠地进行计算。在又一实施例中，所述波长λ_1和λ_2被选择为与波长组{740. Onm; 773. Onm}、{955. Onm;1000. Onm}> {1010. Onm;1128. 5nm}> {1150. 5nm;1251. Onm}> 或{1380. 9nm; 1663. 9nm}中的任何ー个基本上相同。通过很仔细地分别测量对于水和脂的吸收光谱并且检查光谱，已经将特定的波长组识别为满足以下情况的波长组水在λ_1处的光吸收系数与水在λ _2处的光吸收系数基本上类似并且脂在λ _1处的光吸收系数与脂在λ _2处的光吸收系数基本上类似。在另ー实施例中，所述光源及所述光探測器与介入装置相关地布置，以便能够确定在所述介入装置附近的样品的脂水比。所述介入装置可以为内窥镜、活组织检查针、导管等中的任何一种。此实施例对于微创程序(minimally invasive procedure)可以是有利的。在又一实施例中，所述设备布置为用于测量包括λ_1、λ_2、以及λ_3的四个不同波长处的光学參数。如果测量了四个点，则能够实现对于非线性影响的更好的补偿，并且因此，结果可以更准确。注意到，另外的測量，包括在其它波长处的测量，可能进ー步改善准确度。根据本发明的第二方面，本发明还涉及ー种方法，所述方法包括以下步骤-測量(SI)第一选择的且独特的波长λ_1处的第一光学參数，
-測量(S2)第二选择的且独特的波长λ_2处的第二光学參数，-測量(S3)第三选择的且独特的波长λ_3处的第三光学參数，以及-基于所述第一光学參数和所述第二光学參数来确定(S4)散射參数，以及-基于所述散射參数和所述第三光学參数来确定(S5)脂水比，其中，水在λ _1处的光吸收系数与水在λ _2处的光吸收系数基本上类似，并且脂在λ _1处的光吸收系数与脂在λ _2处的光吸收系数基本上类似。在另ー实施例中，所述方法还包括以下步骤-測量第四选择的且独特的波长λ_4处的第四光学參数，所述第四光学參数也用于确定脂水比的步骤中，其中，所述第三波长λ_3对于水具有与水在λ_1处和λ _2处的吸收系数基本上相同的吸收系数，并且脂在λ_4处的吸收系数与脂在λ_1处和λ _2处的吸收系数基本上相同。通过选择满足上述标准的四个波长，预期的是，在其上进行测量并且其中直线与λ_1、λ_2、以及λ _3相交的样品不包含脂。相应地，如果线与λ_1、λ_2、以及λ _4相交，则预期的是样品不包含水。在又一实施例中，波长组λ_1、λ_2、λ_3、以及λ_4与波长组{1150.5nm;1251.0nm; 1274. Onm; 1360. Onm}基本上相同。通过很仔细地分别测量对于水和脂的吸收光谱，已经将此特定的波长组识别为满足以下情况的波长组水在λ_1处的光吸收系数与水在λ_2处的光吸收系数基本上类似，并且脂在λ _1处的光吸收系数与脂在λ _2处的光吸收系数基本上类似，并且第三波长λ _3对于水具有与水在λ_1处和λ _2处的吸收系数基本上相同的吸收系数，并且脂在λ _4处的吸收系数与脂在λ_1处和λ _2处的吸收系数基本上相同。在本发明的又一实施例中，根据权利要求的任何ー个的方法，利用以下步骤中的任何一个来确定脂水比-将测量的光学參数插入到查找表中，-测量另外的光学參数并将模型拟合到若干测量的光学參数，其中，所述模型包括所述脂水比作为输入參数，-将若干所测量的光学參数与基于漫射理论的解析近似进行比较，和/或-将若干所测量的光学參数与蒙特卡罗计算的结果进行比较。这些步骤中的任何一个的优点可能是其能够是自动化的并且其可以产生脂水比的更快速和/或更精确的确定。根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序，所述计算机程序产品适用于使得计算机系统能够操作处理器，所述计算机系统包括至少ー个计算机，所述至少一个计算机具有与其关联的数据存储构件，所述处理器布置为用于-接收从第一光学參数导出的信息，-接收从第二光学參数导出的信息，-接收从第三光学參数导出的信息，-基于从所述第一光学參数导出的所述信息和从所述第二光学參数导出的所述信息来计算散射參数，以及-基于从所述散射參数导出的信息和从所述第三光学參数导出的信息来计算脂水比。根据本发明的第四方面，本发明还涉及ー种用于确定关联的样品中的脂水比的系 统，包括根据第一方面所述的设备，所述系统还包括数据库，所述数据库包括关于所述样品的脂水比的信息。所述数据库还可以包括关于各种组织类型的信息，以便使得能够确定样品最有可能包括哪ー种组织类型或多种组织类型。所述数据库可以替代地包括关于一般的，即，来自动物(和从例如奶和奶酪导出的食品)以及植物(例如，坚果和其它的含脂的原料)，的食品的信息。本发明的所述第一、第二、第三、以及第四方面均可以与任何其它方面組合。參照以下描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显，并且将參照以下描述的实施例，阐述本发明的这些和其它方面。


现在将參考附图更详细地描述根据本发明的用于确定脂水比和散射设备、方法、以及计算机程序。图示出了实施本发明的ー种方式并且不应被解释为对落入所附的权利要求组的范围内的其它可能的实施例的限制。在图中图I示出了脂肪组织的測量光谱(实画线)的范例。也示出了模型拟合的光谱(虚线);图2示出了用于导出脂/水比和散射參数的具有四个测量位置的光谱的一部分的范例；图3不出了基于滤光器的设备实施例；图4示出了基于借助于色散装置(例如，光柵)和孔的波长选择的设备实施例；图5示出了根据本发明的实施例的设备的图表描绘；以及图6为根据本发明的方面的方法的流程图。
具体实施例方式描述了包含光源及探測器的设备。在范例实施例中，探測器能够探测至少四个良好定义的窄波长段中的光的量，而源的波长范围足够宽以覆盖所有这些窄波长段。替代地，源能够发射这些窄波长段中的光，而探测器响应足够地宽以覆盖所有这些窄波长段。假设波长位置大致位于以下位置处(1)1150. 5nm,(2)1251nm,以及波长段1260_1400nm中的两个位置(3)和(4)。这些位置处测量的强度为Sp S2、S3和S4，对应于波长λ_1，λ_2, λ_3和入_4。图2中示出了波长已经被标记的范例光谱，其中，纵轴以纳米(nm)示出了波长(λ )并且横轴以任意単位示出了強度(I)。反射強度取决于散射和非线性方式的吸收。为了解开(disentangle)这两个，我们如下进行。在波长(I)和(2)处，水和脂的吸收系数能够在下面的表I中找到。表I :在各种波长处水和脂的吸收系数表。
权利要求
1.一种用于确定关联的样品中的脂水比的设备(100)，包括 -光源(S)，以及 -光探測器(PD)， 所述光源(S)以及所述光探測器(PD)布置为测量所述样品在有限数量的选择的且独特的波长处的光学參数，并且布置为在所述选择的且独特的波长λ_1、λ_2、以及λ_3处分别测量第一、第二、以及第三光学參数， 其中，水在λ_1处的光吸收系数与水在λ _2处的光吸收系数基本上类似，并且脂在入_1处的光吸收系数与脂在λ _2处的光吸收系数基本上类似，并且 其中，所述设备能够基于在λ_1处和λ _2处测量的所述第一和第二光学參数以及在λ _3处测量的所述第三光学參数来确定所述样品的脂水比。
2.根据权利要求I所述的设备(100)，其中，所述第一选择的波长λ_1和所述第二选择的波长λ _2选择为使得能够解开散射和吸收对所述光学參数的作用。
3.根据权利要求I所述的设备(100)，其中，所述设备(100)还能够经由散射參数(sp)与所述第一和第二光学參数之间的直接关系来确定所述散射參数(sp)。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，其中，所述设备还能够基于所述散射參数(sp)来确定指示新鲜度的參数。
5.根据权利要求I所述的设备(100)，其中，所述设备(100)还包括具有不同波长段的多个光源(S)和/或具有不同波长段的多个光探測器(PD)，其中所述波长段中的两个对应于 λ _1 和 λ _2。
6.根据权利要求I所述的设备(100)，其中，所述设备(100)还包括处理器(108)，所述处理器(108)布置为用于 -接收从在λ_1处测量的所述第一光学參数导出的信息(101)， -接收从在λ _2处测量的所述第二光学參数导出的信息(102)， -接收从在λ _3处测量的所述第三光学參数导出的信息(103)， -基于从所述第一光学參数导出的所述信息(101)和从所述第二光学參数导出的所述信息(102)来计算散射參数(SP)，以及 -基于从所述散射參数(sp )导出的信息和从所述第三光学參数导出的信息(103 )来计算脂水比(Iw)。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中，所述设备(100)还布置为访问包括关于各种组织类型的信息的数据库，并识别所述样品最有可能包括哪ー种组织类型或多种组织类型，并且其中所述识别是基于所述脂水比的。
8.根据权利要求I所述的设备(100)，其中，所述波长λ_1和λ_2被选择为与波长组{740. Onm;773. Onm}、{955. Onm;1000. Onm}、{1010. Onm;1128. 5nm}、{1150. 5nm;1251. Onm}、或{1380. 9nm; 1663. 9nm}中的任何一个基本上相同。
9.根据权利要求I所述的设备(100)，其中，所述光源及所述光探測器与介入装置相关地布置，以便能够确定在所述介入装置附近的样品的脂水比。
10.根据权利要求I所述的设备(100)，其中，所述设备布置为用于測量包括λ_ι、入_2、以及λ _3的四个不同波长处的光学參数。
11.一种用于确定样品中的脂水比的方法，所述方法包括以下步骤-測量(Si)第一选择的且独特的波长λ_ι处的第一光学參数， -測量(S2)第二选择的且独特的波长λ _2处的第二光学參数， -測量(S3)第三选择的且独特的波长λ _3处的第三光学參数，以及 -基于所述第一光学參数和所述第二光学參数来确定(S4)散射參数，以及 -基于所述散射參数和所述第三光学參数来确定(S5)脂水比， 其中，水在λ_1处的光吸收系数与水在λ _2处的光吸收系数基本上类似，并且脂在入_1处的光吸收系数与脂在λ _2处的光吸收系数基本上类似。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤 -測量第四选择的且独特的波长λ _4处的第四光学參数，所述第四光学參数也用于确定脂水比的步骤中，其中，所述第三波长λ_3对于水具有与水在λ_1处和λ_2处的吸收系数基本上相同的吸收系数，并且脂在λ _4处的吸收系数与脂在λ_1处和λ_2处的吸收系数基本上相同。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，利用以下步骤中的任何一个来确定所述脂水比(Iw) -将测量的光学參数插入到查找表中， -测量另外的光学參数并将模型拟合到若干测量的光学參数，其中，所述模型包括所述脂水比作为输入參数， -将若干所测量的光学參数与基于漫射理论的解析近似进行比较，和/或 -将若干所测量的光学參数与蒙特卡罗计算的结果进行比较。
14.一种适用于使得计算机系统能够操作处理器的计算机程序产品，所述计算机系统包括至少ー个计算机，所述至少一个计算机具有与其关联的数据存储构件，所述处理器布置为用于 -接收从第一光学參数导出的信息(101 )， -接收从第二光学參数导出的信息(102)， -接收从第三光学參数导出的信息(103)， -基于从所述第一光学參数导出的所述信息(101)和从所述第二光学參数导出的所述信息(102)来计算散射參数(SP)，以及 -基于从所述散射參数导出的信息(sp )和从所述第三光学參数导出的信息(103 )来计算脂水比(Iw)。
15.一种用于确定关联的样品中的脂水比的系统，包括根据权利要求I所述的设备，所述系统还包括数据库，所述数据库包括关于所述样品的脂水比的信息。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定样品的脂水比和散射参数的设备、方法、以及计算机程序。特别是，本发明涉及一种设备，该设备包括光源以及探测器，所述光源以及所述探测器布置为测量各种波长处的光学参数，其中波长选择为使得在两个波长处，水和脂的吸收系数基本上相同。这使得能够确定散射参数。在第三波长处的另外的测量使得能够确定脂水比。根据特定的实施例，所述光源和所述探测器与介入装置相关地布置，以便在介入期间能够就脂水比和散射来对组织进行检查。
文档编号G01N21/35GK102858233SQ201180019716
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年4月21日
发明者B·H·W·亨德里克斯, J·J·L·霍里克斯, G·W·吕卡森, R·纳沙贝, M·范德沃尔特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司