專(zhuān)利名稱(chēng)：表征生物組織的方法和裝置的制作方法
表征生物組織的方法和裝置 本發(fā)明涉及表征生物組織的方法。本發(fā)明還涉及執(zhí)行該方法的系統(tǒng)。 更具體地，本發(fā)明涉及表征生物組織(例如植物葉)的系統(tǒng)和方法，該生物組織包
括第一發(fā)色熒光化合物(例如葉綠素)和具有輕微的熒光性或完全不具有熒光性的第二發(fā)
色化合物(例如類(lèi)黃酮)。該表征旨在確定生物組織中發(fā)色熒光化合物和第二發(fā)色化合物
的含量。生物組織的這種表征是非常有用的，因?yàn)樯锝M織中發(fā)色熒光化合物和第二發(fā)色
化合物的含量表示了與相關(guān)組織的構(gòu)成和生物狀態(tài)有關(guān)的信息，并有利于對(duì)產(chǎn)生該生物組
織的實(shí)體進(jìn)行管理和治療。 文獻(xiàn)FR 2830325公開(kāi)了一種光學(xué)儀器，其能夠測(cè)量包括發(fā)色熒光化合物和具有 輕微的熒光性或完全不具有熒光性的第二發(fā)色化合物的生物組織樣本的光吸收特性。該文 獻(xiàn)中公開(kāi)的方法包括對(duì)通過(guò)用具有不同波長(zhǎng)的第一和第二輻射照射生物組織樣本來(lái)激勵(lì) 熒光化合物而產(chǎn)生的熒光進(jìn)行測(cè)量。上述一個(gè)輻射被第二化合物稍微吸收或完全不吸收， 而另一個(gè)輻射則被相對(duì)較好地吸收。通過(guò)測(cè)量由兩個(gè)輻射產(chǎn)生的熒光并得到測(cè)得的熒光的 比率，該方法可測(cè)量樣本的光吸收特性，并從而可測(cè)量生物組織中第二化合物的含量。
該技術(shù)還包括通過(guò)對(duì)生物組織中的發(fā)色熒光化合物的差分吸收測(cè)量來(lái)對(duì)該化合 物的含量進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，如文獻(xiàn)US 4986665中所述。通常，這種測(cè)量利用兩個(gè)光源一個(gè)位 于該化合物的吸收帶，另一個(gè)位于該吸收帶之外。 然而，目前不存在通過(guò)上述測(cè)量方法共同測(cè)量生物組織中的發(fā)色熒光化合物和具 有輕微的熒光性或不具有熒光性的第二發(fā)色化合物的含量的系統(tǒng)。 本發(fā)明的目的在于提出通過(guò)上述測(cè)量方法共同測(cè)量生物組織中的發(fā)色熒光化合 物和第二發(fā)色化合物的含量的方法和系統(tǒng)。 因此本發(fā)明提出了一種用于表征生物組織樣本的方法，該生物組織樣本包括第一 發(fā)色熒光化合物和第二發(fā)色化合物，該處理包括以下步驟-通過(guò)對(duì)生物組織(尤其是發(fā)色熒光化合物)的吸收特性進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定樣本 中該發(fā)色熒光化合物的含量；-通過(guò)對(duì)發(fā)色熒光化合物的熒光進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定樣本中第二發(fā)色化合物的含 術(shù)語(yǔ)"第二發(fā)色化合物"表示具有輕微的熒光性或完全不具有熒光性的發(fā)色化合 物。 術(shù)語(yǔ)"生物組織"表示從活體(例如，植物、人體或動(dòng)物)得到的組織。生物組織 的一個(gè)實(shí)例是植物葉。 第二發(fā)色化合物的含量確定是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，在此無(wú)需詳細(xì)描述。對(duì)此 更多的細(xì)節(jié)，可參見(jiàn)文獻(xiàn)FR 2830325，其教導(dǎo)包含在本申請(qǐng)中。同樣，發(fā)色熒光化合物的含 量確定通過(guò)測(cè)量差分吸收而實(shí)現(xiàn)，這也是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，也無(wú)需在此詳細(xì)描述。其 更多的細(xì)節(jié)可參見(jiàn)文獻(xiàn)US 4986665。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員非顯而易見(jiàn)的是對(duì)生物組織中發(fā)色熒光化合物和第二發(fā)色 化合物的含量進(jìn)行聯(lián)合確定，因?yàn)榘讼嗤陌l(fā)色熒光化合物的吸收測(cè)量和熒光測(cè)量的這兩種確定被認(rèn)為是不兼容的。事實(shí)上，當(dāng)前已知的方法都是分別執(zhí)行這些確定的，因?yàn)槠?利用了波長(zhǎng)互不兼容的光源進(jìn)行測(cè)量。這使得本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為這兩個(gè)確定不能聯(lián)合地 執(zhí)行。 有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可聯(lián)合地執(zhí)行這兩個(gè)確認(rèn)，對(duì)表征生物組織和管 理生物組織所取自的實(shí)體具有一定的有用性。此外，對(duì)生物組織中的發(fā)色熒光化合物和第 二發(fā)色化合物的含量進(jìn)行聯(lián)合確定使得可在時(shí)間和精度上相對(duì)于本領(lǐng)域現(xiàn)有的方法具有 優(yōu)勢(shì)。 此外，有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可非破壞性地現(xiàn)場(chǎng)表征生物組織。 根據(jù)本發(fā)明的方法還可包括確定與發(fā)色熒光化合物的含量和第二發(fā)色化合物
的含量之間的比率成比例的量。在非限制性的示例性應(yīng)用中，例如，生物組織為植物葉，
其包括葉綠素為發(fā)色熒光化合物并包括苯丙素類(lèi)或多酚族化合物(例如類(lèi)黃酮)為第
二發(fā)色化合物，根據(jù)本發(fā)明的方法可確定與植物葉中的葉綠素含量和類(lèi)黃酮含量之比成
比例的量。研究表明，葉綠素/類(lèi)黃酮的比率由沿植物葉的穩(wěn)定性區(qū)域和區(qū)分氮需求的
更精確會(huì)g力所表征。參見(jiàn)Aur6lie Cartelat等的文章"Optically assessed contents
of leaf polyphenolics and chlorophyll asindicators of nitrogen deficiency in
wheat (Triticum aestivum L ) ，，， FieldCrops Research, 2005， 91 :p. 35-49。 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式，確定樣本中第二發(fā)色化合物的含量包括以下
操作-由第一發(fā)射裝置向樣本的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第一和第二光學(xué)輻射，第一 和第二光學(xué)輻射都選擇為引發(fā)發(fā)色熒光化合物的熒光輻射；-由第一測(cè)量裝置進(jìn)行的第一測(cè)量，測(cè)量由第一和第二光學(xué)輻射引發(fā)的熒光輻射； 以及-根據(jù)第一測(cè)量確定樣本中第二發(fā)色化合物的含量。
類(lèi)似地，確定樣本中發(fā)色熒光化合物的含量包括以下操作-由第二發(fā)射裝置向樣本的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第三和第四光學(xué)輻射，第三 和第四光學(xué)輻射都旨在由發(fā)色熒光化合物部分但以不同量地吸收；-由第二測(cè)量裝置進(jìn)行的第二測(cè)量，測(cè)量第三和第四光學(xué)輻射中的至少一個(gè)未吸 收部分；以及-根據(jù)第二測(cè)量確定樣本中發(fā)色熒光化合物的含量。 第三和第四輻射的未吸收部分是指第三和第四輻射中被發(fā)色熒光化合物反射或 透射的部分。 第一測(cè)量可包括在第一發(fā)射裝置所在的側(cè)進(jìn)行至少一次測(cè)量。在這種情況下，第 一測(cè)量裝置至少部分地位于第一發(fā)射裝置所在的側(cè)。測(cè)量的熒光輻射是朝向第一發(fā)射裝置 傳播的熒光輻射。 第一測(cè)量可包括在與第一發(fā)射裝置相反的側(cè)進(jìn)行至少一次測(cè)量。在這種情況下， 第一測(cè)量裝置至少部分地位于與第一發(fā)射裝置相反的側(cè)。測(cè)量的熒光輻射是朝向與第一發(fā) 射裝置相反的側(cè)傳播的熒光輻射。 此外，第二測(cè)量可包括在第二發(fā)射裝置所在的側(cè)進(jìn)行至少一次測(cè)量。在這種情況 下，第二測(cè)量裝置至少部分地位于第二發(fā)射裝置所在的側(cè)，并對(duì)朝向第二發(fā)射裝置傳播的、第三和第四輻射中未被發(fā)色熒光化合物吸收的部分(即，第三和第四輻射中被發(fā)色熒光化 合物反射的部分)進(jìn)行測(cè)量。 第二測(cè)量還可包括在與第二發(fā)射裝置相反的側(cè)進(jìn)行至少一次測(cè)量。在這種情況 下，第二測(cè)量裝置至少部分地位于與第二發(fā)射裝置相反的側(cè)，并對(duì)朝向與第二發(fā)射裝置相 反的側(cè)傳播的、第三和第四輻射中的未吸收部分(即，第三和第四輻射中被發(fā)色熒光化合 物透射的部分)進(jìn)行測(cè)量。 此外，第一測(cè)量裝置和第二測(cè)量裝置可包括共享的檢測(cè)裝置，該方法還包括在樣
本和檢測(cè)裝置之間執(zhí)行至少一次第一濾波，該第一濾波旨在-至少部分地阻止第一和第二輻射穿過(guò)而通向檢測(cè)裝置；以及-至少部分地允許第三和第四輻射中未被樣本吸收的部分穿過(guò)而通向檢測(cè)裝置。 事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明的方法可包括使用單一的檢測(cè)裝置用于測(cè)量發(fā)色熒光化合物
的熒光輻射并用于測(cè)量第三和第四輻射中未被該化合物吸收的部分。使用單一的檢測(cè)裝置
引起了這些測(cè)量過(guò)程(即，一方面通過(guò)發(fā)色熒光化合物的熒光方法測(cè)量生物組織中第二發(fā)
色化合物的含量，另一方面通過(guò)發(fā)色熒光化合物的差分吸收測(cè)量發(fā)色熒光化合物的含量)
中涉及的波長(zhǎng)不兼容性的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的方法使得可通過(guò)在樣本和單一的檢測(cè)裝置之
間進(jìn)行第一濾波來(lái)解決這一 問(wèn)題。 對(duì)兩個(gè)測(cè)量使用單一的濾波裝置有利地以較低成本實(shí)現(xiàn)，需要較小空間，并滿(mǎn)足 了當(dāng)用于兩個(gè)測(cè)量的檢測(cè)裝置分開(kāi)時(shí)與生物組織的測(cè)量表面和檢測(cè)裝置之間的光學(xué)耦合 相關(guān)的約束。 當(dāng)檢測(cè)裝置是例如CCD照相機(jī)的圖像獲取裝置時(shí)，單一檢測(cè)和濾波裝置的有益效 果變得顯而易見(jiàn)。在這種情況下，確保了可建立由第一、第二、第三和第四輻射產(chǎn)生的圖像 之間的像素與像素的對(duì)應(yīng)。 根據(jù)本發(fā)明的方法的有利版本，除了單一的檢測(cè)裝置之外，單一的測(cè)量裝置也可 用于發(fā)色熒光化合物的熒光輻射和來(lái)自第二發(fā)射裝置的未被該化合物吸收的輻射的聯(lián)合 此外，根據(jù)本發(fā)明的方法可有利地包括發(fā)射裝置和樣本之間的第二濾波，以阻止
向樣本的方向發(fā)射的輻射的至少一部分。這一濾波操作可包括去除由第一和第二發(fā)射裝置
朝向樣本發(fā)射的輻射中的不期望部分。 根據(jù)本發(fā)明，將第一輻射選擇為使其波長(zhǎng) 1.不在第二發(fā)色化合物的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及 2.不在發(fā)色熒光化合物的熒光的激發(fā)波長(zhǎng)帶內(nèi)； 并將第二輻射選擇為使其波長(zhǎng) 3.包含在第二發(fā)色化合物的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及 4.包含在發(fā)色熒光化合物的熒光的激發(fā)波長(zhǎng)帶內(nèi)。 類(lèi)似地，將第三輻射選擇為使其波長(zhǎng) 1.包含在發(fā)色熒光化合物的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及 2.不在第二發(fā)色化合物的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)； 并將第四輻射選擇為使其波長(zhǎng) 3.不在發(fā)色熒光化合物的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及
4.不在第二發(fā)色化合物的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)。 有利地，第二 (或第一)光學(xué)輻射可以預(yù)定的強(qiáng)度發(fā)射，第一 (或第二)光學(xué)輻射 以可變的強(qiáng)度發(fā)射，從而使由第一和第二輻射中的每個(gè)引發(fā)的熒光輻射在強(qiáng)度上相等。將 第一輻射的強(qiáng)度隨著控制信號(hào)而調(diào)整，控制信號(hào)與由第一輻射和所述第二輻射引發(fā)的熒光 輻射相關(guān)。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可控制發(fā)色熒光化合物的可變熒光的效應(yīng)，從而對(duì) 生物組織中第二發(fā)色化合物的含量進(jìn)行更快速更精確的確定。 此外，第一和第二輻射的強(qiáng)度可以預(yù)定頻率具有相移地交替地變化，第三和第四
輻射的強(qiáng)度也是如此，從而允許對(duì)以下各項(xiàng)單獨(dú)測(cè)量-由第一和第二輻射中的每個(gè)引發(fā)的每個(gè)熒光輻射；以及-第三和第四輻射中的每個(gè)中未被生物組織吸收的部分。 根據(jù)本發(fā)明的方法的有利特性，可交替地執(zhí)行確定發(fā)色熒光化合物的含量和確定 第二發(fā)色化合物的含量。 此外，每個(gè)輻射都可以發(fā)射為脈沖形式。例如，在確定組織中的第二發(fā)色化合物的 含量時(shí)，可以預(yù)定頻率交替地發(fā)射第一和第二輻射的脈沖。 此外，第一、第二、第三和第四輻射的強(qiáng)度可周期性地變化，例如以正弦或準(zhǔn)正弦 調(diào)制，并具有不同的調(diào)制頻率，從而允許對(duì)以下各項(xiàng)單獨(dú)測(cè)量
-由第一和第二輻射中的每個(gè)引發(fā)的每個(gè)熒光輻射；以及
-第三和第四輻射中的每個(gè)中未被生物組織吸收的部分。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了將根據(jù)本發(fā)明的方法用于表征植物葉的使用，其 中，發(fā)色熒光化合物是葉綠素，第二發(fā)色化合物包括多酚族化合物或苯丙素類(lèi)化合物，尤其 是類(lèi)黃酮。使用的輻射的波長(zhǎng)可選擇為大約為以下值
-第一輻射650nm
-第二輻射370nm
-第三輻射720nm ;以及
-第四輻射780nm。 有利地，根據(jù)本發(fā)明的使用還可包括根據(jù)作為葉綠素和多酚的含量的函數(shù)的氮的 可用性的影響確定碳分布規(guī)律。參見(jiàn)Sylvie Meyer等人的文章"Relationships between optically assessed polyphenols andchlorophyll contents, and leaf mass per area ratio in woody plants :asignature of the carbon—nitrogen balance within leaves 7 "， Plant, Cell andEnviro騰nt， 2006， 29 :p. 1338-1348。 其它使用可被設(shè)想，例如表征葉中的類(lèi)胡蘿卜素向葉綠素的激發(fā)能量傳輸效率。 在這種情況下，類(lèi)胡蘿卜素作為第二非熒光的發(fā)色化合物。 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出了用于表征生物組織樣本的系統(tǒng)，該樣本包括第一 發(fā)色熒光化合物和第二熒光化合物，該系統(tǒng)包括-第一裝置，通過(guò)對(duì)發(fā)色熒光化合物的熒光進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定樣本中第二發(fā)色化 合物的含量；以及-第二裝置，通過(guò)對(duì)發(fā)色熒光化合物的吸收特性進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定樣本中發(fā)色熒 光化合物的含量。 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包括計(jì)算裝置，用于確定與發(fā)色熒光化合物的含量和第二發(fā)色化合物的含量之比成比例的值。這些計(jì)算裝置可包括用于電子或計(jì)算處理裝置中的程 序。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，第一裝置可包括-第一發(fā)射裝置，向樣本的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第一和第二光學(xué)輻射，第一和 第二光學(xué)輻射都選擇為引發(fā)發(fā)色熒光化合物的熒光輻射；-第一測(cè)量裝置，測(cè)量由第一和第二光學(xué)輻射引發(fā)的熒光輻射；以及
-計(jì)算裝置，根據(jù)對(duì)熒光輻射的測(cè)量確定樣本中第二發(fā)色化合物的含量；
第二裝置可包括-第二發(fā)射裝置，向樣本的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第三和第四光學(xué)輻射，第三和 第四光學(xué)輻射都旨在由發(fā)色熒光化合物部分吸收；-第二測(cè)量裝置，測(cè)量第三和第四光學(xué)輻射中的至少一個(gè)未吸收部分；以及
-計(jì)算裝置，根據(jù)對(duì)第三和第四光學(xué)輻射中的至少一個(gè)未吸收部分的測(cè)量確定樣 本中發(fā)色熒光化合物的含量； 在此實(shí)施方式的的有利版本中，第一測(cè)量裝置和第二測(cè)量裝置包括共享的檢測(cè)裝
置，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在樣本和檢測(cè)裝置之間的第一濾波裝置，第一濾波裝置旨在-至少部分地阻止第一和第二輻射穿過(guò)而通向檢測(cè)裝置；以及-至少部分地允許第三和第四輻射的未吸收部分穿過(guò)而通向檢測(cè)裝置。 特別地，檢測(cè)裝置可包括硅光電二極管，其一方面檢測(cè)檢測(cè)由第一和第二輻射中
的每個(gè)引發(fā)的發(fā)色熒光化合物的熒光輻射，另一方面檢測(cè)第三和第四輻射的未吸收部分。
此外，第一濾波裝置可包括至少一個(gè)濾光鏡。 根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，檢測(cè)裝置設(shè)置在組織樣本的一側(cè)，第一和第二發(fā)射 裝置設(shè)置在組織樣本的另一側(cè)。檢測(cè)裝置檢測(cè)-朝向與第一和第二輻射裝置相反的側(cè)傳播的熒光輻射；以及-朝向與第一和第二輻射裝置相反的側(cè)傳播的第三和第四輻射的未吸收部分，即， 第三和第四輻射中由發(fā)色熒光化合物透射的部分。 在第一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)例如可提供為鉗的形式。 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施方式，檢測(cè)裝置與第一和第二發(fā)射裝置設(shè)置在組織
樣本的相同側(cè)。在此實(shí)施方式中，檢測(cè)裝置檢測(cè)-朝向第一和第二輻射裝置所在的側(cè)傳播的發(fā)色熒光化合物的熒光輻射；以及
-朝向第一和第二輻射裝置所在的側(cè)傳播的第三和第四輻射中未被發(fā)色熒光化合 物吸收的部分，即，第三和第四輻射中由發(fā)色熒光化合物反射的部分。 有利地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還可包括對(duì)檢測(cè)裝置檢測(cè)的輻射進(jìn)行放大和/或分析 的裝置。 此外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還可包括設(shè)置在發(fā)射裝置和樣本之間的第二濾波裝置， 用于阻止向樣本的方向發(fā)射的輻射中的至少一個(gè)不期望部分。 該系統(tǒng)還可包括命令和控制裝置，其將控制信號(hào)提供至第一發(fā)射裝置，以使第一 和第二光學(xué)輻射引發(fā)的輻射在強(qiáng)度上基本相等。 此外，該系統(tǒng)可有利地包括同步裝置，將同步信號(hào)提供至第一和第二發(fā)射裝置，以 使
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-第一和第二輻射的強(qiáng)度具有相移地周期性變化；以及
-第三和第四輻射的強(qiáng)度具有相移地周期性變化。 另一方面，作為一種選擇，該系統(tǒng)可包括調(diào)制裝置，為發(fā)射裝置提供調(diào)制信號(hào)，以 使第一、第二、第三和第四輻射的強(qiáng)度以不同調(diào)制頻率周期性地(例如正弦地)變化。
根據(jù)對(duì)非限制性實(shí)施方式的詳細(xì)描述和以下附圖，本發(fā)明的其它特性和有益效果 將顯而易見(jiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的圖示； 圖1之二是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的圖示； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實(shí)施方式中的測(cè)量原理的圖示； 圖2之二是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施方式中的測(cè)量原理的圖示； 圖3是用可用于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的不同組件獲得的測(cè)量靈敏度的表示； 圖4和圖5是可用于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的不同組件獲得的植物葉的熒光和透射范
圍的表示；以及 圖6是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實(shí)施方式用于葡萄皮表征的圖示。
以下描述的非限制性的示例性實(shí)施例涉及用于對(duì)植物葉中的葉綠素(發(fā)色熒光 化合物)和多酚(第二發(fā)色化合物)的含量進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量的系統(tǒng)。多酚的測(cè)量由文獻(xiàn)FR 2830325中描述的葉綠素?zé)晒夥椒▓?zhí)行。葉綠素的測(cè)量由測(cè)量葉綠素中的差分吸收而實(shí)現(xiàn)。
圖1和圖1之二示出了對(duì)植物葉中的葉綠素和多酚的含量進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量的這種系 統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施方式。在這兩個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)具有兩個(gè)部分發(fā)射部10和接收部20。 在圖1所示的第一實(shí)施方式中，發(fā)射部10和接收部20分別設(shè)置在植物葉樣本30的兩側(cè)， 而在第二實(shí)施方式中，發(fā)射部10和接收部20設(shè)置在植物葉樣本30的同一側(cè)。
在任一實(shí)施方式中，發(fā)射部10包括照射植物葉樣本30的前表面的四個(gè)輻射源11 、 12、 13、 14。如圖1和圖1之二所示，源11-14中的每個(gè)與脈沖電源16-19中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)， 并由同步信號(hào)Ss控制。源11、12用于測(cè)量葉30中的多酚含量，并引發(fā)葉綠素的熒光。另 兩個(gè)源13、14用于測(cè)量由葉綠素引起的吸收，從而確定樣本30中的葉綠素含量。發(fā)射部10 還包括光學(xué)濾波器Fl，其位于源11和12與樣本30之間。 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的接收部20包括檢測(cè)器21，其優(yōu)選地為根據(jù)檢測(cè)到的輻射提 供電信號(hào)的硅光電二極管，檢測(cè)器21與光學(xué)濾波器F2相關(guān)聯(lián)，光學(xué)濾波器F2位于樣本30 與檢測(cè)器21之間。濾波器21的功能是-阻止來(lái)自激勵(lì)源11和12的輻射朝向檢測(cè)器21通過(guò)；-部分地或完全地傳送來(lái)自另兩個(gè)源13和14的輻射中未被葉綠素吸收的部分； 以及-還部分地或完全地傳送由源11和12發(fā)射的光學(xué)輻射引發(fā)的葉綠素?zé)晒獍l(fā)射。
濾波器F1用來(lái)改善源11和12發(fā)射的輻射的光譜純度，并阻止從這些源產(chǎn)生的任 何輻射(對(duì)應(yīng)于濾波器F2的靈敏度帶)。 系統(tǒng)的接收部20還包括命令和控制單元22以及用于將電源16-19同步從而將源 11-14同步的單元23。該系統(tǒng)的接收部還包括測(cè)量和轉(zhuǎn)換單元24、計(jì)算單元25，計(jì)算單元 25包括連接于一個(gè)或多個(gè)外圍設(shè)備26的計(jì)算裝置， 一個(gè)或多個(gè)外圍設(shè)備26包括存儲(chǔ)裝置、 數(shù)據(jù)傳輸裝置、以及例如屏幕和鍵盤(pán)的用戶(hù)接口 。最后，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的接收部20包
11括用于放大由檢測(cè)器21提供的電信號(hào)的放大裝置27。 源12、13、14具有固定的強(qiáng)度，該強(qiáng)度由用戶(hù)預(yù)先編程或者可由用戶(hù)調(diào)整。源11 的強(qiáng)度是可變的并受控制單元22的控制?？刂茊卧?2通過(guò)控制信號(hào)Se作用于電源19，以 調(diào)整源11的強(qiáng)度，使由源11引發(fā)的葉綠素?zé)晒獾扔谟稍?2引發(fā)的葉綠素?zé)晒?。?1-14 的啟動(dòng)由包括電子同步裝置的同步單元23控制，同步單元23通過(guò)同步信號(hào)Ss作用于電源 16-19。 圖2和圖2之二分別是第一和第二實(shí)施方式中的測(cè)量原理和不同輻射的光學(xué)路徑 的圖示。參照?qǐng)D2和圖2之二，四個(gè)源11-14優(yōu)選地為發(fā)光二極管(LED)并照射葉30的相 同表面31。源11和12分別用于發(fā)射兩個(gè)輻射111和121，這兩個(gè)輻射旨在引發(fā)葉綠素33 的熒光并分別引發(fā)兩個(gè)熒光輻射112和122。另兩個(gè)源13和14分別用于發(fā)射兩個(gè)輻射131 和141，旨在由葉30(更精確地，由葉綠素33)部分地吸收但吸收不同的量。
圖2表示-葉綠素發(fā)射的朝向源11和12的相反側(cè)的熒光輻射112和122 ;以及
-輻射131和141的透射部分。 在系統(tǒng)的接收部20和發(fā)射部10位于葉的相反兩側(cè)的第一實(shí)施方式中，檢測(cè)器21 檢測(cè)朝向與源11-14相反的一側(cè)發(fā)射的輻射。事實(shí)上，在第一實(shí)施方式中，檢測(cè)器21另一 方面還檢測(cè)朝向葉的后表面35發(fā)射的熒光以測(cè)量多酚含量34，并檢測(cè)葉30的透光度從而 可確定葉綠素含量33。
圖2之二表示-由輻射111和121引發(fā)和由葉綠素發(fā)射的朝向源11和12的熒光輻射112和 122 ;以及-輻射131和141的反射部分。 在第二實(shí)施方式中，由于系統(tǒng)的接收部20與發(fā)射部IO位于葉的相同側(cè)，因此檢測(cè) 器21檢測(cè)朝向源發(fā)射的輻射。事實(shí)上，在第二實(shí)施方式中，檢測(cè)器21—方面用來(lái)檢測(cè)朝向 葉的前表面31發(fā)射的熒光以測(cè)量多酚34的含量，另一方面檢測(cè)輻射131和141中由葉30 反射的部分以測(cè)量葉30的反射率從而可確定葉綠素33的含量。 第一和第二實(shí)施方式基本是等價(jià)的，因?yàn)樵谏锝M織中反射率和透射率是相關(guān) 的。 在任一實(shí)施方式中，每個(gè)源11-14的波長(zhǎng)都根據(jù)待測(cè)量的化合物的吸收帶、其技 術(shù)特征(例如光譜純度或功率)、其商業(yè)可用性和成本、以及與檢測(cè)器21相關(guān)的一個(gè)或多個(gè) 濾波器F2的商業(yè)可用性和成本而選擇。 為了葉30內(nèi)的多酚34和葉綠素33的聯(lián)合測(cè)量，檢測(cè)器21是硅光電二極管。濾 波器F2是Schott (德國(guó))的3毫米R(shí)G715濾色器。這種濾波器的光譜傳輸帶對(duì)900nm是 720咖(一半高度，45%透射)和更大。 源11發(fā)射紅光范圍內(nèi)的輻射111，在該范圍內(nèi)，多酚34不會(huì)吸收輻射，該輻射引發(fā) 葉綠素33的熒光并引起熒光輻射112的發(fā)射，該輻射用作測(cè)量多酚34的吸收的參考。該 源的波長(zhǎng)優(yōu)選地為650nm(可避免由花色素苷吸收)，并設(shè)定葉綠素a和b的吸收光譜的等 吸收點(diǎn)。源12發(fā)射紫外范圍內(nèi)的輻射121，其波長(zhǎng)位于多酚34的吸收帶內(nèi)，該輻射引發(fā)葉 綠素33的熒光并引起熒光輻射122的發(fā)射。源12的波長(zhǎng)例如可為大約370nm。 UV源的實(shí)例為Roithner Lasertechnik NS370L或UVLED370-10 二極管。 源11和12分別通過(guò)發(fā)射輻射111和121連續(xù)照射葉30。根據(jù)多酚34在葉中的含 量，紫外輻射121由葉的表皮以可變量吸收，而紅光輻射111則不被吸收。輻射111和112 引發(fā)葉綠素33的熒光，然后分別發(fā)射紅光范圍內(nèi)和近紅外范圍內(nèi)的熒光輻射112和122， 其強(qiáng)度與葉綠素33接收的輻射111和121的強(qiáng)度成比例。熒光輻射112和122 —方面朝 向葉30的前表面31發(fā)射(圖2之二)，另一方面朝向葉30的后表面35發(fā)射(圖2)。由 源ll和12激發(fā)的熒光發(fā)射的比率的測(cè)量使得可確定表皮的透光率，從而可通過(guò)以下關(guān)系 確定其多酚級(jí)別或含量 Me" = C0log
f/廠
(1) 其中，phen是葉30的表皮中多酚的含量(單位為毫微摩爾/平方厘米)，C。是常 量，F(xiàn)K和FOT是由源11和12激勵(lì)的葉綠素所發(fā)射的熒光輻射112和122的強(qiáng)度。
在檢測(cè)濾波器F2的帶寬限制下，源13發(fā)射720nm的輻射131。該輻射由葉綠素 部分吸收，未被吸收的部分一方面如圖2之二所示朝向葉的前表面31傳播，另一方面如圖 2所示朝向葉的后表面35傳播。 源14發(fā)射780nm或更大波長(zhǎng)的輻射141。輻射141幾乎不被葉綠素33吸收或僅 被其稍微吸收，未被吸收的部分朝向葉30的前表面31傳播(圖2之二 )或朝向葉30的后 表面35傳播(圖2)。源14用作測(cè)量葉30中的葉綠素33的含量的參考。波長(zhǎng)分別為720 和780nm的輻射131和141的未吸收部分的強(qiáng)度的差分使得可通過(guò)以下關(guān)系估計(jì)葉綠素含
cA/ = C，
log
'780
720
一c
(2) 其中chl是葉30中的葉綠素含量(單位為微克/平方厘米)，Q和C2是常量，178。 和172。分別是輻射141和131未被葉綠素33吸收的的部分的強(qiáng)度。 熒光輻射122和112中的每個(gè)以及輻射131和141中未被吸收的部分的每個(gè)都由 檢測(cè)器21至少部分地檢測(cè)，檢測(cè)器21生成與檢測(cè)到的輻射的強(qiáng)度成比例的電信號(hào)Sm。然
后，電信號(hào)Sm由放大裝置27放大，將放大的電信號(hào)Sma—方面提供給測(cè)量和轉(zhuǎn)換單元24、另
一方面提供給命令和控制單元22。測(cè)量和轉(zhuǎn)換單元24對(duì)信號(hào)S 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信 號(hào)Sn提供給計(jì)算單元25。 命令和控制單元22根據(jù)放大的數(shù)字信號(hào)S 生成控制信號(hào)Se。控制信號(hào)S。然后用 于調(diào)整源11發(fā)射的輻射111的強(qiáng)度。信號(hào)Se是分別由源11和12發(fā)射的輻射111和121 引發(fā)的葉綠素的熒光輻射112和122的強(qiáng)度的函數(shù)。如上所述，控制信號(hào)Sc生成為使由輻 射111和121引發(fā)的熒光輻射的強(qiáng)度相等。 控制信號(hào)Sc還提供至計(jì)算單元25，其根據(jù)信號(hào)Sn和控制信號(hào)SJ十算葉30中葉綠 素33和多酚34的含量。 同步單元23通過(guò)提供至電源16-19的同步信號(hào)Ss將整個(gè)系統(tǒng)與測(cè)量和轉(zhuǎn)換單元 以及命令和控制單元22同步。 葉綠素/多酚的比率可通過(guò)計(jì)算單元25確定。已經(jīng)說(shuō)明，該比率由沿著葉30的
13穩(wěn)定性區(qū)域表征，并能更好地確定植物的氮需求，而孤立獲取的多酚或葉綠素沿著葉變化 并根據(jù)提供的氮的劑量而變化。從而，葉綠素/多酚的比率是用于作物管理的重要指示。
源11-14、濾波器Fl和F2、檢測(cè)器的其它光譜組合可根據(jù)如下幾點(diǎn)而設(shè)想
-將由熒光測(cè)量的化合物可不使用紫外線而是使用藍(lán)光(450nm)、綠光(530nm) 或琥珀黃光(590nm)范圍內(nèi)的激勵(lì)來(lái)測(cè)量花色素苷；以及-濾色器F2 :例如RG695(Schott，德國(guó))的濾波器可使用大約710nm的源13，或者 例如RG9的濾波器可使用大約730nm的源13。在第一種情況下，源12可優(yōu)選地使用另一波 長(zhǎng)使其可發(fā)射大約620或630nm的輻射。 圖3示出了隨波長(zhǎng)(單位為nm)和使用的濾波器F2而變化的、葉30中葉綠素33 的含量測(cè)量的_ A T/ A Chl靈敏度(單位為cm2/ U g)。如St6phane Jacquemoud禾口 Fr6d6ric Baret在"PROSPECT:A Model ofLeaf Optical Properties Spectra" (Remote Sens. Environ. ， 1990. 34 :p. 75-91)中所述，通過(guò)用Prospect模型進(jìn)行仿真來(lái)獲得該靈敏度。對(duì) 于葉綠素含量在40至80 ii g/cm2之間變化的平均值，用RG695型濾波器F2和710nm的源 13獲得的靈敏度41大于用RG715型濾波器F2和720nm的源獲得的靈敏度42，靈敏度42 又大于用RG9型濾波器F2和730nm的源獲得的靈敏度。該圖還示出了葉30的透射帶44。
為了簡(jiǎn)化上述實(shí)施例中涉及的不同波長(zhǎng)的顯示和比較，圖4和圖5示出了葉30的 后表面35的熒光帶51 、葉30的透射帶44、RG695濾波器的光譜帶52、RG715濾波器的光譜 帶53、RG9濾波器的光譜帶54、以及a類(lèi)葉綠素、b類(lèi)葉綠素和櫟精(其為多酚)各自的吸 收帶55、56和57。 在以上描述的所有情況中，根據(jù)下文所述過(guò)程執(zhí)行測(cè)量。首先，將源11和12交替 激活，以引發(fā)葉綠素?zé)晒?。如文獻(xiàn)FR 2830325所述對(duì)熒光強(qiáng)度的比率進(jìn)行測(cè)量。將源12 的強(qiáng)度保持固定，并調(diào)整參考源11的強(qiáng)度，以使葉發(fā)射的熒光強(qiáng)度相等。然后，由參考源11 發(fā)射的光強(qiáng)度使得可確定葉30內(nèi)的多酚含量。 然后，將用于測(cè)量葉綠素的源交替地激活，并測(cè)量輻射13和14未被葉吸收的部 分。這使得可通過(guò)上文的關(guān)系式(2)推導(dǎo)出葉綠素含量。 意外的是，在發(fā)射部10和接收部20分別位于待表征的生物組織的兩側(cè)的第一實(shí) 施方式中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將生物實(shí)體直接插入在發(fā)射部10和接收部20之間，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng) 可用于表征厚組織或厚生物實(shí)體的生物組織。在這種情況下，可在生物實(shí)體的至少一部分 上直接執(zhí)行實(shí)體生物組織的表征，而無(wú)需取得組織樣本。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)例如可在莖、種 子、整個(gè)水果或水果片上直接執(zhí)行生物組織的表征。在可由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)執(zhí)行表征的 水果中，非限制性地可包括李子、櫻桃、橄欖、漿果類(lèi)(例如葡萄)、黑醋栗和醋栗。因此，在 第一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可更快速、更簡(jiǎn)單且更便宜地執(zhí)行生物組織的表征。
通常，測(cè)試顯示了通過(guò)對(duì)生物實(shí)體的生物組織執(zhí)行測(cè)量來(lái)測(cè)量
-組織中發(fā)色熒光化合物的含量；-組織中僅具有輕微的熒光性或不具有熒光性的發(fā)色化合物的含量；或
-以上二者， 上述測(cè)量可在包括該組織的實(shí)體或至少其厚部分上直接執(zhí)行。這些測(cè)量還可在厚 組織上執(zhí)行。因此，并入了通過(guò)組織測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)可用在厚組織上，或直接用于插入在系 統(tǒng)的發(fā)射部和接收部之間的實(shí)體上。示例性地，文獻(xiàn)FR 2830325中描述的通過(guò)組織的測(cè)量
14可在其組織待表征的生物實(shí)體上直接執(zhí)行。 在第一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可為如圖6所示的鉗60的形式，其示出了 發(fā)射部10和接收部20。將待表征的生物組織或代表征的生物組織的生物實(shí)體直接插入鉗 的兩部分之間。示例性地，圖6示出了使用鉗60表征葡萄61。葡萄的一個(gè)外表面接收從 源11、12、13、14發(fā)出的輻射111、121、131、141，這些輻射由葡萄皮62部分地吸收但以不同 量吸收。由輻射111和121引發(fā)的熒光輻射112和122、以及輻射131和141的透射部分在 通過(guò)果肉63之后由檢測(cè)器21在相對(duì)的外表面檢測(cè)。測(cè)量的發(fā)色熒光化合物是葉綠素，第 二發(fā)色化合物在第一變體中是苯丙素類(lèi)族中的一種，或者在第二變體中是花青苷族中的一 種。因此，使用的輻射可具有在以下值周?chē)x擇的波長(zhǎng)
-第一輻射650nm;-第二輻射對(duì)于測(cè)量苯丙素類(lèi)族的化合物為370nm，對(duì)于測(cè)量花青苷族的化合物
為530或590nm ;-第三輻射720nm ;以及-第四輻射780nm。 當(dāng)然，鉗60包括圖6中未示出的上文所述的控制裝置、同步裝置或調(diào)制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式可提供為便攜式裝置的形式或安裝在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和生 物領(lǐng)域中任何機(jī)器上的裝置。 可設(shè)想根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的兩個(gè)重要的非限制性的應(yīng)用-用便攜式的或安裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的裝置對(duì)農(nóng)作物的氮需求進(jìn)行無(wú)接觸的或遠(yuǎn)程
的估計(jì)，用于引導(dǎo)農(nóng)業(yè)實(shí)踐，尤其用在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中；-對(duì)動(dòng)物組織或人體組織進(jìn)行體內(nèi)表征，尤其是用于腫瘤的早期檢測(cè)，將例如原卟 啉IX(發(fā)射峰值為630nm和690nm)的血紅蛋白衍生物作為發(fā)色熒光化合物、將黑色素作為 發(fā)色化合物的聯(lián)合檢測(cè)。
有利地，本發(fā)明可-用單一的檢測(cè)器執(zhí)行生物組織內(nèi)的發(fā)色熒光化合物和第二發(fā)色化合物的含量的-使系統(tǒng)小型化以獲得便攜式的、易于使用的、獨(dú)立且低成本的裝置； _使用發(fā)光二極管作為輻射源；-通過(guò)將輻射源置于生物組織的前表面并將檢測(cè)器置于生物組織的后表面的配 置，使測(cè)量點(diǎn)周?chē)目臻g需求最小化，并使光學(xué)耦合最優(yōu)化；-將輻射源的波長(zhǎng)和檢測(cè)器的靈敏度帶的組合最優(yōu)化，以執(zhí)行精確靈敏的測(cè)量； 以及-將光學(xué)中常用的濾色器設(shè)置在檢測(cè)器和生物組織之間。 本發(fā)明不限于上述詳細(xì)描述的實(shí)施例，并可用于表征任何類(lèi)型的生物組織。
權(quán)利要求
一種用于表征生物組織樣本(30)的方法，所述樣本包括第一發(fā)色熒光化合物(33)和第二發(fā)色化合物(34)，所述方法包括以下操作-通過(guò)對(duì)所述發(fā)色熒光化合物(33)的熒光進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定所述樣本(30)中所述第二發(fā)色化合物的含量，所述確定包括以下步驟-由第一發(fā)射裝置(11，12)向所述樣本(30)的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第一光學(xué)輻射(111)和第二光學(xué)輻射(121)，所述第一光學(xué)輻射和第二光學(xué)輻射(111，121)都選擇為引發(fā)所述發(fā)色熒光化合物(33)的熒光輻射(112，122)；-由第一測(cè)量裝置測(cè)量由所述第一光學(xué)輻射和第二光學(xué)輻射(111，121)引發(fā)的所述熒光輻射(112，122)；以及-根據(jù)所述第一測(cè)量確定所述樣本(30)中所述第二發(fā)色化合物(34)的含量；-通過(guò)對(duì)所述發(fā)色熒光化合物(33)的吸收特性進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定所述樣本(30)中所述發(fā)色熒光化合物(33)的含量，所述確定包括以下操作i.由第二發(fā)射裝置(13，14)向所述樣本(30)的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第三光學(xué)輻射(131)和第四光學(xué)輻射(141)，所述第三光學(xué)輻射和第四光學(xué)輻射(131，141)都旨在由所述發(fā)色熒光化合物(33)部分吸收；ii.由第二測(cè)量裝置測(cè)量所述第三光學(xué)輻射和第四光學(xué)輻射(131，141)中的至少一個(gè)未吸收部分；以及iii.根據(jù)所述第二測(cè)量確定所述樣本(30)中所述發(fā)色熒光化合物(33)的含量；所述第一測(cè)量裝置和所述第二測(cè)量裝置包括共享的檢測(cè)裝置(21)，所述方法還包括在所述樣本(30)和所述檢測(cè)裝置(21)之間進(jìn)行至少一個(gè)第一濾波，所述第一濾波旨在-至少部分地阻止所述第一輻射和第二輻射(111，121)穿過(guò)而通向所述檢測(cè)裝置(21)；以及-至少部分地允許所述第三輻射和第四輻射(131，141)的所述未吸收部分穿過(guò)而通向所述檢測(cè)裝置(21)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一測(cè)量包括在所述第一發(fā)射裝置所 在的側(cè)進(jìn)行至少一次測(cè)量。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一測(cè)量包括在與所述第一發(fā)射裝置 相反的側(cè)進(jìn)行至少一次測(cè)量。
4. 如權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，所述第二測(cè)量包括在所述第二發(fā)射裝置 所在的側(cè)進(jìn)行測(cè)量。
5. 如權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，所述第二測(cè)量包括在與所述第二發(fā)射裝 置相反的側(cè)進(jìn)行測(cè)量。
6. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，將所述第一輻射(111)選擇為使 其波長(zhǎng)`1. 不在所述第二發(fā)色化合物(34)的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及`2. 包含在所述發(fā)色熒光化合物(33)的激發(fā)波長(zhǎng)帶內(nèi)；將所述第二輻射(121)選擇為使其波長(zhǎng)`3. 包含在所述第二發(fā)色化合物(34)的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及`4. 包含在所述發(fā)色熒光化合物(33)的激發(fā)波長(zhǎng)帶內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述第三輻射(131)選擇為 使其波長(zhǎng)1. 包含在所述發(fā)色熒光化合物(33)的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及2. 不在所述第二發(fā)色化合物(34)的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；將所述第四輻射(141)選擇為使其波長(zhǎng)3. 不在所述發(fā)色熒光化合物(33)的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)；以及4. 不在所述第二發(fā)色化合物(34)的吸收波長(zhǎng)帶內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括在所述發(fā)射裝置(11-14) 和所述樣本(30)之間進(jìn)行第二光學(xué)濾波，用來(lái)阻止向所述樣本(30)的方向發(fā)射的輻射 (11-14)的一部分。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二光學(xué)輻射(121)以預(yù) 定的強(qiáng)度發(fā)射，所述第一光學(xué)輻射(111)以可變的強(qiáng)度發(fā)射，從而使由所述第一輻射和第 二輻射(111,121)中的每個(gè)引發(fā)的熒光輻射(112,122)在強(qiáng)度上相等。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將所述第一輻射(111)的強(qiáng)度隨著控制信 號(hào)(S。)而調(diào)整，所述控制信號(hào)與由所述第一輻射(111)和所述第二輻射(121)引發(fā)的熒光 輻射(112,122)相關(guān)。
11. 如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一輻射和第二輻射 (111,121)的強(qiáng)度在相移上以預(yù)定頻率交替地變化，所述第三輻射和第四輻射(131,141) 的強(qiáng)度也是這樣。
12. 如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述輻射(111,121,131， 141)中的每個(gè)都以脈沖的形式發(fā)射。
13. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，交替地執(zhí)行對(duì)所述發(fā)色熒光化合 物(33)的含量的確定和對(duì)所述第二發(fā)色化合物(34)的含量的確定。
14. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，還包括確定與所述發(fā)色熒光化合 物(33)的含量和所述第二發(fā)色化合物(34)的含量之間的比率成比例的量。
15. 權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法用于表征植物葉(30)的使用，其中，所述發(fā) 色熒光化合物(33)是葉綠素，所述第二發(fā)色化合物(34)包括多酚族化合物或苯丙素類(lèi)化 合物。
16. 如權(quán)利要求15所述的使用，其特征在于， -將所述第一輻射(111)的波長(zhǎng)選擇為大約650nm ; -將所述第二輻射(121)的波長(zhǎng)選擇為大約370nm ; -將所述第三輻射(131)的波長(zhǎng)選擇為大約720nm;以及 -將所述第四輻射(141)的波長(zhǎng)選擇為大約780nm。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的使用，其特征在于，還包括根據(jù)葉綠素和多酚的含量確 定植物的氮需求。
18. 用于表征生物組織樣本的系統(tǒng)，所述樣本包括第一發(fā)色熒光化合物(33)和第二發(fā) 色化合物(34)，所述系統(tǒng)包括-第一裝置，通過(guò)對(duì)所述發(fā)色熒光化合物(33)的熒光進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定所述樣本 (30)中所述第二發(fā)色化合物的含量，所述第一裝置包括i. 第一發(fā)射裝置(11，12)，向所述樣本(30)的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第一光學(xué)輻射 (111)和第二光學(xué)輻射(121)，所述第一光學(xué)輻射(111)和第二光學(xué)輻射(121)都選擇為引 發(fā)所述發(fā)色熒光化合物(33)的熒光輻射(112,122);ii. 第一測(cè)量裝置，測(cè)量由所述第一光學(xué)輻射和第二光學(xué)輻射(111,121)引發(fā)的所述 熒光輻射(112,122);以及iii. 計(jì)算裝置(25)，根據(jù)對(duì)所述熒光輻射(112,122)的測(cè)量確定所述樣本(30)中所 述第二發(fā)色化合物(34)的含量；-第二裝置，通過(guò)對(duì)所述發(fā)色熒光化合物(33)的吸收特性進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，確定所述樣 本(30)中所述發(fā)色熒光化合物(33)的含量，所述第二裝置包括i. 第二發(fā)射裝置(13，14)，向所述樣本(30)的方向發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的第三光學(xué)輻射 (131)和第四光學(xué)輻射(141)，所述第三光學(xué)輻射(131)和第四光學(xué)輻射(141)都旨在由所 述發(fā)色熒光化合物(33)部分吸收；ii. 第二測(cè)量裝置，測(cè)量所述第三光學(xué)輻射和第四光學(xué)輻射(131,141)中的至少一個(gè) 未吸收部分；以及iii. 計(jì)算裝置(25)，根據(jù)對(duì)所述第三光學(xué)輻射和第四光學(xué)輻射(131,141)中的至少一 個(gè)未吸收部分的測(cè)量確定所述樣本(30)中所述發(fā)色熒光化合物(33)的含量；所述第一測(cè)量裝置(21)和所述第二測(cè)量裝置(21)包括共享的檢測(cè)裝置(21)，所述系 統(tǒng)還包括設(shè)置在所述樣本(30)和所述檢測(cè)裝置之間的第一濾波裝置(F2)，所述第一濾波 裝置(F2)旨在:-至少部分地阻止所述第一輻射和第二輻射(111,121)穿過(guò)而通向所述檢測(cè)裝置；以及-至少部分地允許所述第三輻射和第四輻射(131,141)的所述未吸收部分穿過(guò)而通向 所述檢測(cè)裝置(21)。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)裝置包括硅光電二極管(21)，其 用來(lái)一方面，檢測(cè)由所述第一輻射和第二輻射(111,121)中的每個(gè)引發(fā)的所述發(fā)色熒光化 合物(33)的熒光輻射(H2，122)，以及另一方面，至少部分地檢測(cè)所述第三輻射和第四輻射(131,141)的未吸收部分。
20. 如權(quán)利要求18或19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濾波裝置(F2)包括至少一 個(gè)濾色器(F2)。
21. 如權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)裝置與所述第一 發(fā)射裝置和第二發(fā)射裝置設(shè)置在所述組織樣本的同一側(cè)。
22. 如權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)裝置設(shè)置在所述 組織樣本的一側(cè)，所述第一發(fā)射裝置和第二發(fā)射裝置設(shè)置在所述組織樣本的另一側(cè)。
23. 如權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量裝置還包括放大 裝置(27)，對(duì)檢測(cè)到的輻射(112， 122， 131， 141)進(jìn)行放大。
24. 如權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述發(fā)射裝 置(11-14)和所述樣本(30)之間的第二濾波裝置(Fl)，用于阻止向所述樣本(30)的方向 發(fā)射的輻射(111， 121， 131， 141)的至少一部分。
25. 如權(quán)利要求18至24中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括命令和控制裝置(24)，其向所述第一發(fā)射裝置(11， 12)提供控制信號(hào)(S。)，從而使由所述第一輻射和第二輻射(111,121)引發(fā)的所述發(fā)色熒光化合物(33)的所述熒光輻射(112,122)在強(qiáng)度上基本相等。
26. 如權(quán)利要求18至25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括同步裝置(23)，其向所述第一發(fā)射裝置和第二發(fā)射裝置(11-14)提供同步信號(hào)(S》，以使-所述第一輻射和第二輻射(111,121)的強(qiáng)度在相位上相互周期性變化；以及一所述第三輻射和第四輻射(131,141)的強(qiáng)度在相位上相互周期性變化。
27. 如權(quán)利要求18至26中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括計(jì)算裝置(26)，用于確定與所述發(fā)色熒光化合物(33)的含量和所述第二發(fā)色化合物(34)的含量之間的比率成比例的量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對(duì)生物組織(30)中的第一發(fā)色熒光化合物和第二發(fā)色化合物的含量進(jìn)行聯(lián)合確定的方法和系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)發(fā)色熒光化合物(33)的差分吸收進(jìn)行光學(xué)測(cè)量實(shí)現(xiàn)發(fā)色熒光化合物(33)的含量確定，通過(guò)對(duì)發(fā)色熒光化合物(33)的熒光進(jìn)行光學(xué)測(cè)量而實(shí)現(xiàn)第二發(fā)色化合物的含量確定。本發(fā)明利用適當(dāng)選擇的光學(xué)輻射(11-14)，并使用單一的檢測(cè)裝置(21)和測(cè)量裝置對(duì)兩個(gè)確定中的這些輻射進(jìn)行至少一個(gè)濾波操作。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101784881SQ200880015690
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者佐瀾·克洛維可, 尼克拉·莫伊斯, 耶維斯·茍拉斯, 讓-露珂·艾拉爾 申請(qǐng)人:弗斯-A公司;國(guó)家科研中心;巴黎南大