[發(fā)明專利]內(nèi)窺式激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010964835.4
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112229830A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫晨薇;王遠航;步揚;吳芳;王向朝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發(fā)明公開了一種針刺式內(nèi)窺激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，包括針刺式LIBS探頭和主機系統(tǒng)兩部分。主機系統(tǒng)包括光譜儀，探測器，微控制器，氣體裝置，計算機，可編程延時器，激光光源，照明光源，光源耦合系統(tǒng)，致動連接器；針刺式LIBS探頭包括氣體輸入通道、氣體輸出通道、套管、第三光纖、聚焦透鏡、反射鏡面、氣孔。本系統(tǒng)采用針刺式LIBS探頭，集成LIBS系統(tǒng)、內(nèi)窺系統(tǒng)和微創(chuàng)技術(shù)，可以深入到待測物體內(nèi)部進行微量元素的檢測掃描。本發(fā)明解決現(xiàn)有的光纖LIBS系統(tǒng)無法對物體內(nèi)部進行元素檢測的問題，并且集成成像單元可實現(xiàn)待測物體內(nèi)部的光學(xué)成像，具有實時、微損、靈敏度高等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，特別是一種針刺式內(nèi)窺激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，可實現(xiàn)待測物體內(nèi)部的多種微量元素檢測。

背景技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是利用高能短脈沖激光誘導(dǎo)待測物體表面產(chǎn)生等離子體，通過分析等離子體發(fā)射光譜對待測樣品所含元素進行定性及定量分析的一種測量技術(shù)。與其他檢測手段相比，LIBS技術(shù)具有可原位檢測，樣本微損甚至無損，可實現(xiàn)多種元素同時高精度分析等特點。

光纖LIBS利用光纖傳輸高能短脈沖激光，激光誘導(dǎo)待測物體表面產(chǎn)生等離子體，利用光纖傳輸?shù)入x子體發(fā)射光譜信號到探測器，通過分析所探測的光譜信息對待測樣品所含元素進行定性和定量分析。相對于傳統(tǒng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)，光纖LIBS更加適合需要小空間等特殊場合的監(jiān)測需求。

LIBS在生物醫(yī)療領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。通過對生物組織或器官中微量元素進行定性或定量分析，可以鑒別病變和健康組織，可以進行癌癥等疾病的診斷和激光手術(shù)中的在線反饋。在正常的生理條件下，采用LIBS檢測生物體內(nèi)微量元素時，由于生物體內(nèi)環(huán)境和待測組織或器官的組成成分復(fù)雜，會導(dǎo)致待檢測微量元素最低檢測限較高等問題。

現(xiàn)有的LIBS技術(shù)通過增設(shè)稀有氣體吹掃、磁空約束腔、微波發(fā)生器等方式從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行改進，提高檢測靈敏度，降低信噪比；通過使用光纖縮小探頭尺寸(參見在先技術(shù)[1]曾曉雁,曾慶棟,李祥友,郭連波,段軍,賀超等.(0).基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀.)。

但現(xiàn)有LIBS技術(shù)只能對待測組織或器官表面進行徑向檢測，而難以對生物體內(nèi)部的待測物體進行定位和掃描檢測，限制了LIBS在某些生物醫(yī)療領(lǐng)域(如臨床診斷、實時反饋等)的應(yīng)用。因此需要對現(xiàn)有的LIBS結(jié)構(gòu)進行改進以滿足生物體內(nèi)微量元素的檢測需求。

微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)旨在減少醫(yī)療期間被損壞的組織或器官量，從而減少患者恢復(fù)時間、減輕患者不適并且減少有害的副作用。此類微創(chuàng)技術(shù)一般通過患者解剖結(jié)構(gòu)中的自然孔口或通過一個或多個手術(shù)切口來執(zhí)行。臨床醫(yī)生可以將醫(yī)療工具插入或通過這些自然孔口或切口，以到達目標組織部位，通過針刺插入的方式是一種常用的插入方式，常與內(nèi)窺成像技術(shù)相結(jié)合。內(nèi)窺成像技術(shù)可對實驗動物或人體內(nèi)部組織或器官進行形態(tài)學(xué)或功能性成像，但僅能對組織或器官的表面進行成像，無法對其組成元素進行分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種內(nèi)窺式激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，實現(xiàn)對待測物體微量元素的原位、現(xiàn)場、實時檢測。將微創(chuàng)技術(shù)和內(nèi)窺成像技術(shù)與LIBS技術(shù)相結(jié)合，通過針刺插入的方式實現(xiàn)對生物體內(nèi)部組織或器官中微量元素的定性及定量分析。發(fā)明實例中包含成像單元，可對待測物體表面進行成像。本發(fā)明可以對難以直接檢測的生物體內(nèi)部組織或器官進行微量元素分析，吹掃等結(jié)構(gòu)減少生物體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境對檢測結(jié)果的影響，對于LIBS在生物醫(yī)療領(lǐng)域(癌癥等疾病的臨床診斷等)的發(fā)展具有重要意義。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：