專利名稱：用于未受影響的材料分析的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于未受影響的材料分析(unaffected materialanalyse)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
為了例如檢測、定位及確定材料的變化、偏差、變異、差異、缺陷等中的至少一種以 及為了檢查所希望的材料分布和所不希望的材料分布，對材料及其性質(zhì)的研究在許多技術(shù) 領(lǐng)域內(nèi)都是所希望的且是必要的。這樣的材料分析之前已經(jīng)通過被切割并直觀地研究的材料，或者通過被去除并在 例如顯微鏡下研究的部分材料(已經(jīng)獲得的材料樣本)發(fā)生了。這種在該材料取樣期間發(fā) 生的機械處理通常破壞所檢查的材料(至少在由其中獲取樣本的那部分材料內(nèi))，或者該 機械處理會促使或引起其他類型的材料變化，或者發(fā)生所不希望的材料變化的風(fēng)險。材料可以是人造材料或天然材料。材料可以是無機材料或有機材料(例如活組 織)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種使得執(zhí)行用于在材料中檢測并分析材料偏差、變 異、差異等中的至少一種的未受影響的材料分析成為可能的方法及裝置。該目的通過具有由權(quán)利要求1所闡明的技術(shù)特征的方法以及裝置具有由權(quán)利要 求9所闡明的技術(shù)特征來實現(xiàn)。


本發(fā)明將在此參考附圖來描述。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的基本思想是使得將對材料2中較硬的或較軟的區(qū)域1的檢測與直接發(fā)生 的對所測區(qū)域的材料分析結(jié)合成為可能。這將在不需要任何形式的取樣的情況下直接于材 料中執(zhí)行，不需要去除任何材料。這導(dǎo)致對材料的影響保持最小并且它使得避免由材料的 去除而引起的將來的材料變化成為可能。這在下文將稱作“未受影響的材料分析”。借助同 一個裝置3來實行這種方法應(yīng)當(dāng)是可能的，這也是基本思想。根據(jù)本發(fā)明的一種方法是要在用于檢測并分析材料2中硬度與其他材料不同(材 料偏差)的至少一個區(qū)域1的未受影響的材料分析過程中使用，其中材料2的基本性質(zhì)(所 希望的性質(zhì))是已知的。該方法包括檢測硬度(剛度)與已知的材料不同的區(qū)域1，硬度與其他材料有差異 的區(qū)域1。區(qū)域1的檢測通過使用被布置成與材料2接觸的觸覺傳感器4來進(jìn)行。觸覺傳感 器4獲取硬度的差異，并且這些差異被記錄并被分析。這可以手動進(jìn)行或者由機器來進(jìn)行；它可以被激活或者是自動的；可以使用不同的記錄系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、報告系統(tǒng)等； 以及與這些系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的裝置可以是不同的。在檢測具有偏差的硬度(剛度)的區(qū)域1時，用色譜光A來照射所測區(qū)域1。色譜 光的能量被部分地傳輸給所測區(qū)域1中的材料。由區(qū)域1反射的色譜光已經(jīng)將能量傳輸給 了區(qū)域1中的材料。通過記錄能量的變化而獲得光譜。該方法還包括對已經(jīng)獲得的光譜的分析以便獲得關(guān)于在所測區(qū)域內(nèi)所存在的材 料的物理及化學(xué)的分子結(jié)構(gòu)的信息。該反射將顯示出隨材料的特性而定的特定外形(特定 光譜)。分析可以由人工手動進(jìn)行或者由機器進(jìn)行；它可以被激活或者是自動的。由該方 法所應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域而定，將已經(jīng)獲得的光譜與常見的物質(zhì)的光譜以及與該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的 物質(zhì)的光譜進(jìn)行比較是適當(dāng)?shù)?。對具有不同硬度的區(qū)域1的檢測通過促使實現(xiàn)與觸覺傳感器4的接觸來進(jìn)行，該 觸覺傳感器4適合的是共振傳感器。共振傳感器的主要組件是元件5 (陶瓷壓電元件(a piezoelectric element，a ceramic))，其中借助電路來促使元件5以與振動的吉他琴弦近 似相同的方式振動(振蕩)。元件5在特定的頻率(其共振頻率)下振動。當(dāng)隨后將負(fù)載 (例如材料2)布置成與振動元件5的一端接觸時，材料的聲阻抗將會影響振動元件(振蕩 系統(tǒng))，使得它在新的共振頻率下振動。元件5振動的頻率由傳感器所接觸的材料的硬度 (剛度)來確定。如果將傳感器4沿材料2移動，則能夠記錄頻率的連續(xù)變化，而且能夠獲 得并定位一個或多個硬度不同的區(qū)域1。所記錄(登記)的頻率變化(頻率的差異)取決 于傳感器所接觸的材料的硬度(剛度)。因而，根據(jù)本發(fā)明的方法包括激活電路6以便促使在共振傳感器4內(nèi)所包含的元 件5振動以獲得共振頻率，以及將元件4布置成與材料2接觸，在此之后能夠測量元件的共 振頻率的差異并使其與傳感器所接觸的材料的硬度相關(guān)聯(lián)，由此能夠測出具有不同硬度的 區(qū)域1。該方法包括為了獲得色譜光而使用激光。使用拉曼光譜儀7 (拉曼傳感器)是適 當(dāng)?shù)那矣欣模摾庾V儀7具有被布置成與材料接觸的探針8。拉曼光譜儀7包括用于 照射的激光源9，以及用于分析的裝置及單元。已經(jīng)證明該傳感器的使用在對組織內(nèi)的癌變 的檢測中是有價值的。腫瘤能夠得以揭示，因為這些通常顯示出與健康組織(例如前列腺 組織)的化學(xué)組成不同的另外的化學(xué)組成。腫瘤使組織產(chǎn)生改變的分子組成，并且這反映 于由拉曼光譜儀7所記錄的光譜中。根據(jù)本發(fā)明的裝置3是使未受影響的材料分析成為可能的并有可能使用于所述 方法的裝置3。該裝置包括為了檢測硬度與已知材料2相比有差異的至少一個區(qū)域1而布 置成與材料2接觸的觸覺傳感器4。觸覺傳感器4是包括元件5及電路的共振傳感器，所述 電路被激活并促使該元件振動以便獲得共振頻率。元件5是壓電元件。裝置3還包括裝置9，該裝置9是發(fā)射色譜光的并以光線A照射所測區(qū)域1以便獲 得能夠被重現(xiàn)為光譜的反射光B的激光源，以及最后包括包含檢測器(沒有在圖中示出) 的以及分析已經(jīng)獲得的光譜并給出關(guān)于該區(qū)域內(nèi)的材料的信息(其物理及化學(xué)的分子結(jié) 構(gòu))的裝置10。裝置3包括拉曼光譜儀7是適當(dāng)?shù)模摾庾V儀7又包括構(gòu)成激光通過其中進(jìn)行傳播的光學(xué)纖維的末端的探針8，激光源9以及用于分析及信息處理的裝置10。用于 分析及信息處理的裝置10大概可以是手動的或基于機器的；它可以被激活或是自動的。本發(fā)明的方法和裝置這兩方面，都主要在醫(yī)學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域之內(nèi)得到了發(fā)展及試 驗，在醫(yī)學(xué)上用于在體內(nèi)的組織中(在前列腺中)診斷腫瘤(癌瘤)的未受影響的材料分 析已經(jīng)在活組織上進(jìn)行了。組織病理學(xué)是用于顯示出組織中癌瘤的存在的一種常見方法。它包括通常用顯微 鏡在活體外部檢測和確認(rèn)體內(nèi)的病態(tài)的組織變化的存在。組織病理學(xué)是費時的方法，該方 法需要能夠通常以活組織檢查的形式進(jìn)行準(zhǔn)確取樣的并且能夠研究、分析及評估樣本并準(zhǔn) 確地解釋結(jié)果的技術(shù)人員，在活組織檢查中組織樣本借助插入組織中的儀器來獲得。在某些情況下使用這種已知的方法可能是有疑問的，例如在前列腺癌的情形 中，在美國和歐洲前列腺癌是影響男人的最常見的癌癥形式。通常不可能通過心悸 (palpitation)(用手來分析)也不可能通過任何商業(yè)上可用的成像方法(例如超聲波)來 定位前列腺內(nèi)的腫瘤，以及這還使得取樣及分析是不確定的且有疑問的。前列腺的心悸通過醫(yī)生使用手指檢查前列腺組織的硬度經(jīng)由患者的直腸進(jìn)行。醫(yī) 生在尋找較硬的區(qū)域，因為通常的情況是腫瘤比周圍的健康組織更硬。即使醫(yī)生能夠感覺 到較硬的區(qū)域并懷疑有癌癥存在，也難以確定腫瘤在前列腺中的確切位置。為了確定任何 可能的癌瘤的位置，必須獲取前列腺中的幾個隨機位置的活組織檢查以便獲得癌瘤的位置 及范圍的更清晰圖像。活組織檢查的獲取伴隨著在皮膚和組織中造成創(chuàng)傷并且這會增加并 發(fā)癥產(chǎn)生的風(fēng)險，例如以感染的形式，因為這種類型的取樣發(fā)生于接近肛門的富含細(xì)菌的 區(qū)域中。對已經(jīng)獲得的樣本執(zhí)行最終的分析也是困難的。已經(jīng)證明的情況是相對來說常檢 測不到存在的癌癥。已經(jīng)估算出通常每執(zhí)行10例活組織檢查就有3例檢測不到存在的癌 癥的情況發(fā)生。由于要分析的樣本必須從體內(nèi)去除，因而病理分析在體外執(zhí)行而不能在體內(nèi)(在 生物體內(nèi))執(zhí)行的事實還伴隨著錯誤評價材料樣本及其相關(guān)病情的風(fēng)險，因為存在樣本在 其由體內(nèi)去除的過程中受到機械改變及化學(xué)改變的風(fēng)險。共振傳感器的主要組件是為陶瓷壓電元件的元件，其中借助電路促使該元件以與 振動的吉他琴弦近似相同的方式振動。該元件在特定的頻率(其共振頻率)下振動。當(dāng) 隨后將負(fù)載(例如材料)布置成與振動元件5的一端接觸時，材料的聲阻抗將會影響振蕩 系統(tǒng)，使得它在新的共振頻率下振動。元件振動的頻率由傳感器所接觸的材料的硬度(剛 度)確定。如果傳感器沿材料移動，則能夠記錄頻率的連續(xù)變化，而且能夠測出并定位一個 或多個硬度不同的區(qū)域。所記錄的頻率變化(頻率的差異)取決于傳感器所接觸的材料硬 度(剛度)。已經(jīng)證明該傳感器的使用在對組織內(nèi)的癌變的檢測中是有價值的。腫瘤能夠得以 揭示，因為腫瘤通常比健康的組織(例如前列腺組織)更硬。拉曼光譜儀是一種基于光的方法，在該方法中材料由單色光(通常為激光)照射。 撞擊材料(樣本)的單色光引起材料中的受照分子運動并且引起光的波長在整個能夠檢測 的波長范圍內(nèi)變化，以及部分光以光譜(色譜)的形式反射回來。該光譜得到了解釋并提 供關(guān)于材料的分子組成的以及關(guān)于分子的性質(zhì)的詳細(xì)信息。根據(jù)本發(fā)明的裝置3 (儀器)結(jié)合兩種檢測技術(shù)以便不僅提高診斷可靠性而且能夠提供關(guān)于包括何種類型的細(xì)胞變化的補充信息。診斷將是更好的且更可靠的，因為用同 一個裝置來檢測材料偏差(腫瘤)的存在并同時對它進(jìn)行分析和研究是可能的。而且，對 于部分材料(組織)被去除的取樣來說相對常見的感染風(fēng)險得以降低。該方法及裝置3能夠被應(yīng)用于其他技術(shù)領(lǐng)域，在該其他技術(shù)領(lǐng)域中材料的組分已 經(jīng)被積聚于硬度與所希望的材料不同的結(jié)構(gòu)，或者在該其他技術(shù)領(lǐng)域中材料由于種種原因 之一已經(jīng)獲得了硬度與所希望的材料不同的另一種材料或其他幾種材料的積聚。情況還可 以是積聚的材料比已知的周圍材料更軟。在此所提供的描述能夠容易地調(diào)整使得它對未受 影響的材料分析、檢驗同樣是有效的，其該分析和檢驗中材料不是活組織。能夠使根據(jù)本發(fā)明的裝置3成為相對小的。當(dāng)前有可能將觸覺傳感器5和拉曼光 譜儀探針8放置入同一個裝置主體C。裝置主體C能夠由一只手握持。發(fā)射色譜光的拉曼 光譜儀9的裝置以及執(zhí)行分析的裝置10同樣能夠布置于該裝置主體內(nèi)，或者這些可以完全 地或部分地位于該主體自身的外部，被布置成與其他功能部件連接。如下結(jié)構(gòu)是適當(dāng)?shù)男问綖楣舱駛鞲衅鞯挠|覺傳感器5被布置于拉曼探針8的周 圍，該拉曼探針8則位于中心。共振傳感器5和拉曼探針8應(yīng)當(dāng)具有在相同面上接觸的表 面5a和表面8a，使得有可能使該裝置對著材料布置并且使得有可能在接觸的相同時期期 間使用共振傳感器5和拉曼光譜儀7這兩者。裝置3的主體C可以具有帶有擴展的主體3a的鋼筆(pen)的形狀，該主體3a提 供能夠被由正執(zhí)行分析的人員的一只手抓住并握持的區(qū)域。該裝置應(yīng)當(dāng)具有能夠以穩(wěn)固且 清晰的方式緊靠材料2布置的部分3b (點)。使用電纜或其他饋入裝置或這兩種裝置以正常的方式來進(jìn)行電連接(連接裝置 等)是適當(dāng)?shù)?。裝置3能夠以各種方式連接到計算機11，所獲得的測量值在該計算機11中 能夠被存儲，分析及處理，并且與其他的相關(guān)數(shù)據(jù)比較。裝置3 (儀器)在例如癌癥手術(shù)的過程中是大有好處的，因為腫瘤將在其范圍及類 型方面得到明確限定，而這使得外科醫(yī)生有可能在為了安全起見不需要去除大量的健康組 織的情況下徹底地去除癌癥或腫瘤。根據(jù)本發(fā)明的裝置(儀器)存在許多應(yīng)用。從醫(yī)學(xué)的觀點來看，存在人體的大部 分都能夠被分析，被研究的可能。裝備這種技術(shù)的胃窺鏡(胃窺鏡是用來在胃部及胃腸道 之內(nèi)察看的長的且可彎曲的儀器)將會是很強大的并且有可能將這種胃窺鏡用于許多不 同的診斷過程及分析。該方法及裝置還能夠被用來診斷其他種類的癌癥，例如皮膚癌及乳 腺癌。
權(quán)利要求
一種用于檢測和分析材料(2)內(nèi)的至少一種材料偏差的未受影響的材料分析的方法，其特征在于通過使用被布置為與材料(2)接觸的觸覺傳感器(4)對所述材料中硬度不同的區(qū)域(1)進(jìn)行檢測，用色譜光(A)對所檢測的區(qū)域進(jìn)行照射以獲得光譜形式的反射光(B)，以及對所獲得的光譜進(jìn)行分析以獲得關(guān)于所述材料的物理及化學(xué)的分子結(jié)構(gòu)的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對硬度不同的所述區(qū)域(1)進(jìn)行檢測通過將所述觸覺 傳感器(4)布置成與所述區(qū)域(1)接觸來進(jìn)行，該觸覺傳感器(4)是共振傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中電路(6)被激活以便促使包含于所述共振傳感器(4) 之內(nèi)的元件(5)振動、振蕩以獲得共振頻率，以及其中所述元件(5)被布置成與所述材料(2)接觸，在此之后能夠檢測所述元件(5)的共振頻率的差異并將該差異與所述傳感器所 接觸的材料(2)的硬度關(guān)聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述元件(5)是壓電元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一權(quán)利要求的方法，其中使用激光來獲得所述色譜光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一權(quán)利要求的方法，其中使用拉曼光譜儀(7)進(jìn)行所述照 射和分析。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求的方法，其中所述未受影響的材料分析在活組 織上執(zhí)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述未受影響的材料分析在活組織上執(zhí)行以便檢測并 分析腫瘤。
9.一種使得用于檢測和分析材料(2)中的至少一種材料偏差的未受影響的材料分析 成為可能的裝置(3)，其特征在于為了檢測在所述材料(2)中至少一個硬度不同的區(qū)域(1)而布置成與所述材料(2)接 觸的觸覺傳感器(5)，發(fā)射色譜光(A)并以該光照射所檢測的區(qū)域(1)以獲得光譜形式的反射光(B)的裝置 (7、8、9)，以及分析所獲得的光譜并給出關(guān)于所述區(qū)域中的材料的信息的裝置(10)，其中所述信息是 所述材料的物理及化學(xué)的分子結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述觸覺傳感器(4)是共振傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述共振傳感器(4)包括元件(5)和電路(6)，該電 路(6)被激活并促使所述元件(5)振動、振蕩以獲得共振頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述元件(5)是壓電元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中的任一權(quán)利要求的裝置，包括激光源(9)以獲得所述色譜光。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，包括拉曼光譜儀(7)，而該拉曼光譜儀(7)又包括所述激 光源(9)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-14中的任一權(quán)利要求的裝置，其使用于活組織的未受影響的材料 分析中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，用于檢測并分析腫瘤。
17.根據(jù)權(quán)利要求9-16中的任一權(quán)利要求的裝置，其中所述觸覺傳感器(4)以及發(fā)射色譜光的所述裝置(9)的至少一部分被布置于能夠由一只手握持的主體之內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述觸覺傳感器(4)被布置于發(fā)射色譜光的所述裝 置(9)的周圍，所述裝置(9)則位于所述主體的中心。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測并分析材料2中的至少一種材料偏差的未受影響的材料分析的方法。該方法的特征在于，通過使用被布置成與材料接觸的觸覺傳感器4對材料2中硬度不同的區(qū)域1進(jìn)行檢測，用色譜光A對所檢測的區(qū)域進(jìn)行照射以獲得光譜形式的反射光B，以及對所獲得的光譜進(jìn)行分析以獲得關(guān)于材料的物理及化學(xué)的分子結(jié)構(gòu)的信息。本發(fā)明還涉及一種裝置。
文檔編號G01N21/65GK101842701SQ200880109861
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月1日
發(fā)明者K·拉姆塞爾, O·林達(dá)爾 申請人:生物諧振器公司