Неинвазивный анализ материала - заявка 2017101020 на патент на изобретение в РФ

1. Способ анализа материала (100), включающий в себя этапы:
размещение оптической среды (10) на поверхности материала таким образом, что по меньшей мере участок поверхности (12) оптической среды (10) находится в контакте с поверхностью материала;
излучение возбуждающего светового луча с длиной волны возбуждения через участок поверхности (12) оптической среды (10), который находится в контакте с поверхностью материала, на поверхность материала;
излучение зондирующего светового луча через оптическую среду (10) на участок поверхности (12) оптической среды (10), который находится в непосредственном контакте с поверхностью материала, таким образом, что зондирующий световой луч и возбуждающий световой луч на границе раздела оптической среды (10) и поверхности материала, от которой отражается зондирующий световой луч, перекрываются;
непосредственное или опосредованное обнаружение отклонения отраженного зондирующего светового луча в зависимости от длины волны возбуждающего светового луча; и
анализ материала (100) на основании обнаруженного отклонения зондирующего светового луча в зависимости от длины волны возбуждающего светового луча.
2. Способ по п. 1, включающий в себя дополнительный этап:
ориентирование зондирующего светового луча, так что зондирующий световой луч на границе раздела между оптической средой (10) и поверхностью материала полностью отражается.
3. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором возбуждающий световой луч представляет собой инфракрасный световой луч.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором возбуждающий световой луч представляет собой модулированный по интенсивности, в частности, импульсный возбуждающий световой луч.
5. Способ по п. 4, в котором частота модуляции, особенно частота повторения импульсов, составляет от 5 до 2000 Гц, предпочтительно от 10 до 1000 Гц и особенно предпочтительно от 20 до 700 Гц.
6. Способ по п. 4 или 5, причем этап излучения возбуждающего светового луча повторяется для различных частот модуляции, и этап анализа материала (100) включает в себя анализ материала (100) на основании обнаруженных отклонений зондирующего светового луча в зависимости от длины волны и частоты модуляции возбуждающего светового луча.
7. Способ по п. 6, причем этап анализа материала (100) включает в себя вычитание значения, которое основано на отклонении зондирующего светового луча, которое было обнаружено при первой частоте модуляции, из значения, которое основано на отклонении зондирующего светового луча, которое было обнаружено при второй частоте модуляции; или
причем этап анализа материала (100) включает в себя деление значения, которое основано на отклонении зондирующего светового луча, которое было обнаружено при первой частоте модуляции, на значение, которое основано на отклонении зондирующего светового луча, которое было обнаружено при второй частоте модуляции.
8. Способ по п. 6, причем этап анализа материала (100) содержит вычитание значений, которые основаны на отклонениях зондирующего светового луча, которые были обнаружены при первой частоте модуляции для различных длин волн возбуждающего светового луча, из значений, которые основаны на отклонениях зондирующего светового луча, которые были обнаружены при второй частоте модуляции для различных длин волн возбуждающего светового луча, причем упомянутые значения предпочтительно являются спектральными значениями интенсивности поглощения; или причем этап анализа материала (100) включает в себя деление значений, которые основаны на отклонениях зондирующего светового луча, которые были обнаружены при первой частоте модуляции для различных длин волн возбуждающего светового луча, на значения, которые основаны на отклонениях зондирующего светового луча, которые были обнаружены при второй частоте модуляции для различных длин волн возбуждающего светового луча, причем упомянутые значения предпочтительно являются спектральными значениями интенсивности поглощения.
9. Способ по любому из пп. 6-8, причем этап анализа включает в себя соотнесение значений, которые основаны на отклонениях зондирующего светового луча, которые были обнаружены при различной частоте модуляции, с различными областями в материале (100), предпочтительно с лежащими на различной глубине областями в материале (100).
10. Способ по любому из пп. 4-9, в котором возбуждающий световой луч модулируют с помощью оптического прерывателя (22).
11. Способ по любому из пп. 4-10, в котором обнаружение отклонения зондирующего светового луча включает в себя усиление соответствующего измеренного сигнала синхронным усилителем (50).
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором длину волны возбуждающего светового луча изменяют, в частности,
длину волны циклически перестаивают в пределах предопределенного диапазона длин волн, или
характеристические длины волн, особенно длины волн поглощения предполагаемого вещества, устанавливают целенаправленным образом.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов,
причем возбуждающий световой луч представляет собой возбуждающий лазерный луч; и/или
причем зондирующий световой луч является зондирующим лазерным лучом.
14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором поляризацию зондирующего светового луча устанавливают таким образом, что отклонение отраженного зондирующего светового луча максимально.
15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором возбуждающий световой луч генерируют с помощью квантового каскадного лазера (20).
16. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором длина волны возбуждения выбрана в диапазоне от 6 мкм до 13 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 11 мкм.
17. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором возбуждающий световой луч фокусируют посредством оптического элемента на упомянутой поверхности (12) оптической среды (10), причем оптический элемент включает в себя, в частности, параболическое зеркало (23).
18. Способ по п. 17, в котором оптический элемент юстируют с помощью лазера (60) юстировки, который излучает видимый свет.
19. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором длина волны зондирующего светового луча лежит в видимом диапазоне.
20. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором отклонение зондирующего светового луча определяют
с помощью фотодетектора, в частности, фотодиода (40), который расположен позади ирисовой диафрагмы (41), или
с помощью PSD.
21. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором зондирующий световой луч перед обнаружением отклонения по меньшей мере еще один раз, предпочтительно от двух до более пяти раз отражают обратно в область перекрытия с возбуждающим световым лучом на границе раздела.
22. Способ по любому из предыдущих пунктов, причем материал (100) представляет собой кожу пациента, включающий в себя дополнительный этап:
подготовку поверхности кожи путем нанесения и снятия полоски ткани для удаления омертвевших клеток кожи,
причем полоска ткани имеет материал, прилипающий к поверхности кожи.
23. Способ по любому из предыдущих пунктов, причем материал (100) представляет собой кожу пациента, и анализ материала (100) включает в себя
определение уровня сахара в крови пациента,
определение содержания воды в коже пациента,
определение белкового состава кожи пациента или
определение белкового состава кожи пациента в различных слоях кожи.
24. Способ по любому из предыдущих пунктов, причем материал (100):
представляет собой текущую или неподвижную жидкость или эмульсию, и анализ материала (100) включает в себя определение содержания сахара, спирта, жира и/или белка в жидкости;
представляет собой топливо, и анализ материала (100) включает в себя определение содержания спирта, сложного метилового эфира рапсового масла, свинца или бензола в топливе,
представляет собой пресную или соленую воду, и анализ материала (100) включает в себя определение загрязнения воды; или
представляет собой биологическую жидкость.
25. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором с длиной волны возбуждающего светового луча, на основе обнаруженного отклонения зондирующего светового луча, соотносят значение интенсивности поглощения.
26. Способ по п. 22 или 23 и п. 25, причем анализ материала (100) включает в себя определение уровня сахара в крови пациента, и в котором значение интенсивности поглощения сравнивают с калибровочным значением интенсивности поглощения, которое представляет значение интенсивности поглощения кожи пациента при известном уровне сахара в крови и той же длине волны возбуждающего светового луча.
27. Способ по п. 26, причем текущий уровень сахара в крови пациента определяют на основе сравнения, причем определенный уровень сахара в крови тем больше отклоняется от уровня сахара в крови при калибровке, чем больше значение интенсивности поглощения отклоняется от калибровочного значения интенсивности поглощения.
28. Система для анализа материала (100), включающая в себя:
оптическую среду (10);
устройство (20) для излучения возбуждающего светового луча с длиной волны возбуждения,
причем устройство (20) для излучения возбуждающего светового луча размещено таким образом, что излученный возбуждающий световой луч проникает в оптическую среду (10) и вновь выходит из нее в предопределенной точке на поверхности (12) оптической среды (10); и
измерительное устройство, причем измерительное устройство содержит устройство (30) для излучения зондирующего светового луча, которое расположено таким образом, что излученный зондирующий световой луч проникает в оптическую среду (10), и в процессе работы зондирующий световой луч и возбуждающий световой луч перекрываются на границе раздела оптической среды (10) и поверхности материала, на которой зондирующий лазерный луч отражается,
и причем измерительное устройство включает в себя устройство (40, 50, 51, 52) для приема отраженного зондирующего светового луча и для непосредственного или опосредованного обнаружения отклонения отраженного зондирующего светового луча.
29. Система по п. 28, причем зондирующий световой луч в процессе работы полностью отражается на границе раздела между оптической средой (10) и поверхностью материала.
30. Система по любому из пп. 28 и 29, причем возбуждающий световой луч представляет собой инфракрасный световой луч.
31. Система по любому из пп. 28-30, причем зондирующий световой луч представляет собой модулированный по интенсивности, в частности, импульсный зондирующий световой луч,
причем устройство (40, 41, 50, 51, 52) для приема отраженного зондирующего светового луча и для непосредственного или опосредованного обнаружения отклонения отраженного зондирующего светового луча предпочтительно включает в себя синхронный усилитель (50).
32. Система по п. 31, в которой частота модуляции, в частности, частота повторения импульсов составляет от 5 до 2000 Гц, предпочтительно от 10 до 1000 Гц и особенно предпочтительно от 20 до 700 Гц.
33. Система по п. 31 или 32, дополнительно включающая в себя оптический прерыватель (22), причем оптический прерыватель (22) размещен в ходе луча возбуждающего светового луча и выполнен с возможностью модуляции интенсивности возбуждающего светового луча.
34. Система по любому из пп. 28-33, причем возбуждающий световой луч представляет собой возбуждающий лазерный луч, и устройство (20) для излучения возбуждающего светового луча выполнено с возможностью излучения возбуждающих лазерных лучей различных частот возбуждения.
35. Система по любому из пп. 28-34, с оптическим элементом, который предназначен для фокусировки возбуждающего светового луча в предопределенной точке, причем упомянутый оптический элемент предпочтительно включает в себя параболическое зеркало.
36. Система по п. 35, дополнительно включающая в себя лазер (60) юстировки, который служит для ориентирования упомянутого оптического элемента.
37. Система по любому из пп. 28-36, в которой устройство (20) для излучения возбуждающего светового луча представляет собой квантовый каскадный лазер (20).
38. Система по любому из пп. 28-37, в которой устройство (20) для излучения возбуждающего светового луча является перестраиваемым в диапазоне длин волн возбуждения от 6 мкм до 13 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 11 мкм.
39. Система по любому из пп. 28-38, причем длина волны зондирующего светового луча лежит в видимом диапазоне.
40. Система по любому из пп. 28-39, причем устройство (40, 41, 50, 51, 52) для приема отраженного зондирующего светового луча и для непосредственного или опосредованного обнаружения отклонения отраженного зондирующего светового луча включает в себя
фотодетектор, особенно фотодиод (40), и ирисовую диафрагму (41), причем фотодетектор расположен позади ирисовой диафрагмы (41), или
PSD.
41. Система по любому из пп. 28-40, в которой зондирующий световой луч перед обнаружением отклонения по меньшей мере еще один раз, предпочтительно от двух до пяти раз отражается обратно в область перекрытия с возбуждающим световым лучом на границе раздела.
42. Устройство для определения уровня сахара в крови пациента, которое включает в себя следующее:
систему по любому из пп. 28-41,
средство управления для установки различных длин волн возбуждающего светового луча, и
логический или вычислительный блок (52), который выполнен так, чтобы на основе обнаруженных отклонений зондирующего светового луча в зависимости от длины волны возбуждения определять уровень сахара в крови в коже пациента, когда оптическая среда приводится в контакт с кожей пациента таким образом, что возбуждающий световой луч, выходящий в упомянутой предопределенной точке из оптической среды (10), проникает в кожу.
43. Устройство для анализа материала (100), включающее в себя следующее:
систему по любому из пп. 31-33,
средство управления для установки различных частот модуляции возбуждающего светового луча и
логический или вычислительный блок (52), который выполнен так, чтобы анализировать материал (100) посредством обнаруженных отклонений зондирующего светового луча при различных частотах модуляции, когда оптическая среда приводится в контакт с материалом (100) таким образом, что возбуждающий световой луч, выходящий в упомянутой предопределенной точке из оптической среды (10), проникает в материал (100).
44. Устройство для анализа материала (100) по п. 43, причем материал (100) представляет собой кожу пациента, и логический или вычислительный блок (52) выполнен так, чтобы на основе обнаруженных отклонений зондирующего светового луча при различных частотах модуляции анализировать различные слои кожи пациента.
45. Устройство для анализа компонентов жидкости или эмульсии, которое включает в себя следующее:
систему по любому из пп. 28-41,
средство управления для установки различных длин волн возбуждающего светового луча и
логический или вычислительный блок (52), который выполнен так, чтобы на основе обнаруженных отклонений зондирующего светового луча в зависимости от длины волны возбуждения определять компоненты жидкости или эмульсии, когда оптическая среда приводится в контакт с жидкостью или эмульсией таким образом, что возбуждающий световой луч, выходящий в упомянутой предопределенной точке из оптической среды (10), проникает в жидкость или эмульсию.
Наверх