BR112021007607A2 - dispositivo de palpação óptica, sistema e método para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra - Google Patents

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Qi Fang
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Abstract

DISPOSITIVO DE PALPAÇÃO ÓPTICA, SISTEMA E MÉTODO PARA AVALIAR UMA PROPRIEDADE MECÂNICA DE UM MATERIAL DE AMOSTRA. A presente divulgação fornece um dispositivo de palpação óptica para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra. O dispositivo compreende um corpo tendo uma porção de detecção e uma camada de detecção posicionada na porção de detecção do corpo e tendo uma superfície de detecção posicionada para contato direto ou indireto com uma área de superfície do material de amostra. A camada de detecção é deformável e tem uma propriedade óptica dependente de deformação predeterminada. O dispositivo compreende adicionalmente um detector de luz posicionado para detectar a luz transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção. O dispositivo de palpação óptica é disposto de modo que, quando a superfície de detecção da camada de detecção está em contato direto ou indireto com a área de superfície do material de amostra e uma pressão é aplicada tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra, devido à propriedade óptica dependente de deformação ou pressão da camada de detecção, a propriedade mecânica do material de amostra seja mensurável ao detectar a luz que é transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção.

Description

DISPOSITIVO DE PALPAÇÃO ÓPTICA, SISTEMA E MÉTODO PARA AVALIAR UMA PROPRIEDADE MECÂNICA DE UM MATERIAL DE AMOSTRA CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere, em geral, a um dispositivo e a um método para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra usando palpação óptica, e se refere mais particularmente, embora não exclusivamente, a um dispositivo de palpação óptica baseado na câmera digital e ao método para caracterizar uma elasticidade do material de amostra.
ANTECEDENTES
[002] Técnicas de elastografia baseada em imageamento óptico, imageamento de ultrassom e MRI são comumente usadas para medir uma deformação em um material de amostra, como um tecido biológico, e avaliar a rigidez e outras propriedades mecânicas da amostra.
[003] Nos últimos anos, houve um desenvolvimento substancial em elastografia baseado em tomografia de coerência óptica (OCT) que fornece informações em profundidades até vários milímetros dentro do material de amostra com uma resolução de poucos micrômetros. Por exemplo, o presente requerente desenvolveu uma técnica de palpação óptica (OP) que é revelada no pedido de patente internacional PCT n° PCT/AU2016/000019. A técnica de OP revelada usa uma camada de detecção compatível comprimida contra uma superfície de uma amostra biológica e usa OCT para medir uma alteração na espessura da camada introduzida pela compressão baseada em forças entre a camada de detecção e o tecido. A palpação óptica baseada em OCT depende tipicamente de interferometria.
[004] A presente invenção fornece aprimoramento adicional.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[005] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um dispositivo de palpação óptica para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra, o dispositivo compreendendo: um corpo tendo uma porção de detecção; uma camada de detecção posicionada na porção de detecção do corpo e tendo uma superfície de detecção posicionada para contato direto ou indireto com uma área de superfície do material de amostra, a camada de detecção sendo deformável e tendo uma propriedade óptica dependente de deformação predeterminada; e um detector de luz posicionado para detectar a luz transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção; em que o dispositivo de palpação óptica é disposto de modo que, quando a superfície de detecção da camada de detecção está em contato direto ou indireto com a área de superfície do material de amostra e uma pressão é aplicada tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra, a camada de detecção seja deformada e, devido à propriedade óptica dependente de deformação predeterminada da camada de detecção, a propriedade mecânica do material de amostra é mensurável ao detectar a luz que é transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção.
[006] Modalidades da presente invenção fornecem um dispositivo de palpação óptica simplificado e econômico. Adicionalmente, o uso do dispositivo de palpação óptica é simplificado em comparação a dispositivos de palpação óptica baseados em OCT. O dispositivo pode ser relativamente leve, portátil e pode ser disposto para acoplamento sem fio a um computador ou similares.
[007] Em uma modalidade específica, a camada de detecção é compressível, e a propriedade óptica dependente de deformação é uma propriedade óptica dependente de compressão. A camada de detecção pode ser compressível de modo que a mesma sofra expansão lateral mínima após carregamento axial.
[008] A propriedade óptica dependente de deformação da camada de detecção pode ser transmissividade dependente de compressão, polarização, absorção de luz ou espalhamento de luz. Alternativamente, a propriedade óptica dependente de deformação pode se referir a uma faixa de comprimentos de onda da luz que é transmitida pelo menos através de uma porção da camada de detecção, de modo que, por exemplo, a luz que é transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção tenha cor dependente de deformação.
[009] Em um exemplo, a camada de detecção deformável compreende um material de silicone e pode ter cavidades de ar distribuídas em toda a camada de modo que a camada de detecção tenha opacidade predeterminada.
[010] O detector de luz pode ser uma câmera compreendendo um dispositivo acoplado à carga (CCD) ou um arranjo de CCD.
[011] O corpo pode ser alongado e pode ter a porção de detecção em uma extremidade na qual a camada de detecção é posicionada.
[012] O dispositivo de palpação óptica pode ser um dispositivo portátil.
[013] O dispositivo de palpação óptica pode compreender adicionalmente uma fonte de luz para direcionar a luz para dentro da camada de detecção.
[014] A fonte de luz e o detector de luz podem ser posicionados no interior do corpo.
[015] O dispositivo óptico pode compreender adicionalmente um detector de movimento para detectar uma posição da camada de detecção ou o dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra.
[016] A propriedade mecânica pode ser elasticidade e a luz detectada pode ser indicativa de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção em resposta à pressão aplicada, a distribuição da tensão e/ou deformação que é associada à propriedade mecânica do material de amostra.
[017] Em uma modalidade, a avaliação de uma propriedade mecânica do material de amostra compreende determinar uma deformação do material de amostra como um resultado da pressão aplicada.
[018] O dispositivo de palpação óptica pode compreender adicionalmente pelo menos um dispositivo que mede deslocamento e força posicionado na superfície de detecção da camada de detecção para medir uma força e deslocamento resultante de regiões da superfície de detecção. O dispositivo que mede deslocamento e força pode compreender um endentador. Em uma modalidade, uma pluralidade de endentadores é incorporada na camada de detecção na superfície de detecção para estar em contato com o material de amostra para possibilitar a medição tanto da força sobre o material de amostra quanto a distância pela qual o endentador empurra o tecido.
[019] O material de amostra pode ser um tecido biológico ou um material biológico. Alternativamente, o material de amostra pode compreender outro material elástico ou deformável, como um material polimérica que pode ter uma dureza ou flexibilidade não uniforme.
[020] O dispositivo de palpação óptica pode compreender adicionalmente, quando a camada de detecção está em contato indireto com a área de superfície do material de amostra, uma camada fina, como uma bainha transparente para proteger o material de amostra de estar em contato direto com a camada de detecção. Em uma modalidade, a camada de detecção forma uma parte de, ou é fornecida na forma de, bainha.
[021] O detector de luz pode compreender uma câmera, como uma câmera estereoscópica. O detector de luz também pode compreender um dispositivo semelhante a um smartphone. O dispositivo semelhante ao smartphone pode compreender uma microlente desafixável e/ou plataforma impressa em 3D para posicionar o material de amostra.
[022] Em uma modalidade da presente invenção, o dispositivo de palpação óptica forma uma parte de um dispositivo cirúrgico robótico.
[023] Em outra modalidade da presente invenção, alguns ou todos os componentes do dispositivo de palpação óptica são posicionados em ou dentro de um cateter balão disposto de modo que o dispositivo de palpação óptica possa ser usado para determinar uma propriedade mecânica de uma porção do material de amostra dentro da qual, em uso, o cateter balão é posicionado. A camada de detecção pode ser posicionada no exterior de, e/ou fixada a, um balão do cateter balão.
[024] Pelo menos alguns ou todos os componentes do dispositivo de palpação óptica também podem ser posicionados em ou dentro de uma agulha, sonda ou artroscópio, a agulha, a sonda ou o artroscópio tendo uma janela na qual a camada de detecção é posicionada de modo que a propriedade mecânica do material de amostra na qual agulha, a sonda ou o artroscópio está posicionado em uso possa ser determinada.
[025] O dispositivo de palpação óptica também pode compreender uma luva e componentes do dispositivo de palpação óptica podem ser incorporados na luva de modo que medições de palpação óptica sejam possíveis por um usuário que move uma porção da luva com os componentes do dispositivo de palpação óptica sobre a amostra de material quando o usuário usa a luva.
[026] Adicionalmente, a camada de detecção é fornecida na forma de uma lente e o dispositivo de palpação óptica pode ser disposto para se posicionar em um olho de um paciente e para determinar variações em pressão e/ou rigidez do olho.
[027] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um dispositivo de palpação óptica para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra, o dispositivo compreendendo: um corpo tendo uma porção de detecção; uma camada de detecção posicionada na porção de detecção do corpo e tendo uma superfície de detecção posicionada para contato direto ou indireto com uma área de superfície do material de amostra, a camada de detecção sendo deformável e tendo um marcador ou padrão oticamente detectável; e um sistema óptico tendo capacidade de fornecer informações que podem ser usadas para determinar um movimento do marcador ou padrão em relação ao sistema óptico e após a deformação da camada de detecção, as informações sendo fornecidas para um plano ortogonal a uma direção de propagação de luz; em que o dispositivo de palpação óptica é disposto de modo que, quando a superfície de detecção da camada de detecção está em contato direto ou indireto com a área de superfície do material de amostra e uma pressão é aplicada ao longo de tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra, a camada de detecção seja deformada e informações relacionadas à propriedade mecânica do material de amostra possam ser fornecidas ao medir uma alteração na posição do marcador ou padrão em relação ao sistema óptico.
[028] O marcador ou padrão detectável pode ser intrínseco à camada de detecção. Alternativamente, o marcador ou padrão detectável pode ser revestido externamente, endentado ou pode ser uma estrutura criada por uma fonte de luz na superfície de detecção da camada de detecção.
[029] Em uma modalidade, o sistema óptico compreende pelo menos dois componentes de detector de luz separados para detectar a luz refletida ou transmitida a partir do marcador ou padrão. A luz detectada por cada um dos pelo menos dois detectores pode ser usada para obter informações associadas a uma distribuição de profundidade de deformação ao longo da camada de detecção. Cada detector de luz pode ser uma câmera compreendendo um dispositivo acoplado à carga (CCD) ou um arranjo de CCD.
[030] Em uma modalidade alternativa, o sistema óptico compreende um arranjo de elementos ópticos, como microlentes, para detectar a luz transmitida através da camada de detecção, e que é posicionado de modo que uma posição de profundidade do marcador ou padrão possa ser determinada. O sistema óptico pode compreender um detector de luz que pode ser fornecido na forma de uma câmera, que pode compreender um dispositivo acoplado à carga (CCD) ou um arranjo de CCD.
[031] O corpo pode ser alongado e pode ter a porção de detecção em uma extremidade na qual a camada de detecção é posicionada.
[032] O dispositivo de palpação óptica pode compreender adicionalmente uma fonte de luz para direcionar luz para o interior da camada de detecção. A fonte de luz e o detector de luz podem ser posicionados no interior do corpo.
[033] O dispositivo de palpação óptica pode ser um dispositivo portátil.
[034] O sistema óptico compreende uma câmera, como uma câmera estereoscópica. O sistema óptico também pode compreender um dispositivo baseado em smartphone. O dispositivo baseado em smartphone pode compreender uma microlente desafixável e/ou plataforma impressa em 3D para posicionar o material de amostra.
[035] Os marcadores podem compreender partículas transparentes. Os marcadores também podem compreender partículas fluorescentes ou partículas fotoluminescentes.
[036] O dispositivo de palpação óptica é disposto de modo que fotografias e propriedades mecânicas do material de amostra possam ser adquiridas simultaneamente.
[037] O dispositivo óptico pode compreender adicionalmente um detector de movimento para detectar uma posição da camada de detecção ou o dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra.
[038] A propriedade mecânica pode ser elasticidade e a luz detectada pode ser indicativa de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção em resposta à pressão aplicada, a distribuição da tensão e/ou deformação que é associada à propriedade mecânica do material de amostra.
[039] Em uma modalidade, avaliar uma propriedade mecânica do material de amostra compreende determinar uma deformação do material de amostra como um resultado da pressão aplicada.
[040] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra, o sistema compreendendo: o dispositivo de palpação óptica de acordo com o primeiro ou o segundo aspecto da presente invenção; um processador acoplado ao dispositivo de palpação óptica e configurado para receber um sinal indicativo de informações associadas à luz detectada pelo detector de luz; em que as informações podem ser usadas para obter uma medida da propriedade mecânica do material de amostra.
[041] O sistema pode compreender adicionalmente uma interface gráfica, em comunicação com o processador, e que facilita a formação de uma imagem da camada de detecção usando as informações, a imagem incluindo características indicativas de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção causada pela pressão aplicada através da camada de detecção e através de pelo menos o material de amostra (subjacente).
[042] O processador pode ser fornecido na forma de um computador, como computador do tipo desktop, um telefone móvel ou quaisquer outros dispositivos, como um computador do tipo tablet ou qualquer outra forma adequada.
[043] O processador pode ser acoplado ao dispositivo de palpação óptica de uma maneira com fio ou de modo sem fio, como ao usar tecnologia WiFi ou Bluetooth.
[044] O processador pode compreender uma unidade de processamento gráfico (GPU) e usa algoritmo de GPU para acelerar o processamento a fim de adquirir imagens em tempo real da camada de detecção e imagens em tempo real incluindo características indicativas de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção causada pela pressão aplicada.
[045] O processador pode ser configurado adicionalmente para fornecer realidade aumentada (RA) ou realidade virtual (RV) em que as respectivas imagens em tempo real da camada de detecção são sobrepostas em relação às respectivas imagens em tempo real incluindo características indicativas de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção. As respectivas imagens sobrepostas podem ser projetadas em uma tela ou incorporadas em um óculos de RV, com um valor numérico quantitativo da propriedade mecânica do material de amostra indicado.
[046] O processador pode ser configurado para receber um sinal de cada um dos pelo menos dois detectores de luz separados, cada sinal sendo indicativo de informações associadas à luz detectada pelos pelo menos dois detectores de luz. Os respectivos sinais podem ser usados para formar uma imagem óptica da camada de detecção que usa a interface gráfica, a imagem óptica incluindo características indicativas de uma distribuição de profundidade de deformação ao longo da camada de detecção. Adicionalmente, o processador pode ser configurado para controlar o detector de luz que pode ser um detector de imagem para obter uma sequência de imagens em uma sequência predeterminada quando o dispositivo é estacionário ou quando o dispositivo é movido ou escaneado ao longo do material de amostra.
[047] Adicionalmente, o processador pode ser disposto para receber sinais do detector de movimento para detectar uma posição (alteração de) da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra, de modo que um mapa ou escaneamento da distribuição da deformação da camada de detecção possa ser formado ao usar a sequência de imagens e as informações do detector de movimento quando o dispositivo é movido ou escaneado ao longo do material de amostra.
[048] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é fornecido um método para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra, o método compreendendo: fornecer o material de amostra; fornecer um sistema de acordo com o terceiro aspecto; o método compreendendo adicionalmente: posicionar a camada de detecção em relação ao material de amostra de modo que a superfície de detecção esteja em contato direto ou indireto com uma área de superfície do material de amostra; aplicar uma pressão tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra; e detectar a luz transmitida ou refletida a partir de pelo menos uma porção da camada de detecção.
[049] O processador do sistema de acordo com o terceiro aspecto da presente invenção pode ser disposto adicionalmente para receber um sinal indicativo de uma posição da camada de detecção ou do dispositivo de palpação óptica em relação ao material de amostra.
[050] Em uma modalidade, o método compreende fornecer uma interface gráfica em comunicação com o processador para formar uma imagem da camada de detecção ao usar as informações, a imagem incluindo características indicativas de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção causada pela pressão aplicada através da camada de detecção e através de pelo menos uma porção da área subjacente de superfície do material de amostra.
[051] O processador pode ser fornecido na forma de um computador, como um computador do tipo desktop ou um telefone móvel ou quaisquer outros dispositivos móveis, como um computador do tipo tablet.
[052] O método pode compreender adicionalmente determinar uma deformação do material de amostra como um resultado da pressão aplicada com a finalidade de avaliar a propriedade mecânica do material de amostra.
[053] A deformação do material de amostra pode ser determinada ao analisar, usando o microprocessador ou GPU, uma distribuição de pixel na imagem óptica formada.
[054] De acordo com uma modalidade adicional da presente invenção, o método compreende: fornecer um detector de movimento para detectar uma posição da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra;
mover o dispositivo de palpação óptica ao longo de uma pluralidade de áreas de superfície do material de amostra enquanto (i) aplica uma pressão tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção de uma respectiva área de superfície do material de amostra de modo que a camada de detecção seja comprimida e (ii) detectar simultaneamente a luz transmitida através de, ou refletida a partir de, pelo menos uma porção da camada de detecção para cada uma dentre a pluralidade de áreas de superfícies do material de amostra, ou detectar sequencialmente luz durante o movimento do dispositivo ao longo do material de amostra; e detectar um movimento ou alteração nas coordenadas da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra.
[055] O método pode compreender adicionalmente usar o processador e a interface gráfica para montar uma sequência de imagens de acordo com o movimento detectado ou alteração nas coordenadas com a finalidade de obter um mapa da tensão indicativo de uma distribuição da tensão ao longo da camada de detecção em relação à pluralidade de áreas de superfície do material de amostra.
[056] Em uma modalidade, o método pode compreender fornecer um dispositivo de palpação óptica compreendendo pelo menos dois detectores de luz posicionados para detectar a luz transmitida ou refletida através da mesma porção da camada de detecção com a finalidade de obter informações associadas a uma distribuição de profundidade de deformação ao longo da camada de detecção.
[057] O método pode compreender adicionalmente formar uma imagem de deformação indicativa de uma distribuição de profundidade de deformação e incorporar a imagem de deformação com o mapa da tensão indicativo de uma distribuição da tensão ao longo da camada de detecção e exibe tanto a imagem de deformação quanto o mapa da tensão em dispositivos de RA ou RV, como óculos de RV.
[058] Em uma modalidade específica, o dispositivo de palpação óptica compreende uma câmera e um detector de movimento para detectar uma posição ou movimento da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra, o método compreendendo: fornecer um detector de movimento para detectar uma posição da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra; em que a etapa de aplicar uma pressão tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra compreende aplicar diferentes pressões variadas tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção do material de amostra, compreendendo mover uma porção do dispositivo de palpação óptica com a camada de detecção em relação à amostra de material para aplicar as diferentes pressões variadas; em que a etapa de detectar a luz transmitida ou refletida a partir de pelo menos uma porção da camada de detecção é conduzida ao usar a câmera e, enquanto as diferentes pressões variadas são aplicadas de modo que as imagens sejam detectadas para uma sequência de pressões; em que a propriedade mecânica, como tensão, do material de amostra pode ser determinada a partir da alteração na propriedade óptica da camada de detecção detectada com as imagens gravadas para a sequência de pressões; e em que a deformação da amostra de material pode ser determinada a partir de um movimento determinado da sonda em relação à amostra de material, o movimento sendo determinado ao usar o detector de movimento fornecido;
pelo qual, uma propriedade mecânica não linear da amostra de material pode ser determinada.
[059] A invenção será entendida mais completamente a partir da descrição a seguir de modalidades específicas da invenção. A descrição é fornecida com referência aos desenhos anexos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[060] Não obstante a quaisquer outras formas que podem estar contidas no escopo da divulgação conforme definido no Sumário, as modalidades específicas serão descritas agora apenas a título de exemplo com referência aos desenhos anexos nos quais: A Figura 1 mostra um dispositivo de palpação óptica de acordo com uma modalidade da presente invenção; As Figuras 2a a 2h mostram imagens que ilustram a influência de uma determinada compressão de uma camada de detecção na transmissão de luz através de uma camada de detecção de acordo com as modalidades da presente invenção; A Figura 3(a) mostra uma imagem de uma camada de detecção usada para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra de acordo com as modalidades adicionais da presente invenção. A Figura 3(b) mostra uma imagem indicativa de uma distribuição de profundidade de deformação com a camada de detecção mostrada na Figura 7(b) ao usar o sistema de palpação óptica de acordo com as modalidades adicionais da presente invenção. A Figura 4 mostra uma representação esquemática de um sistema óptico usado para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra de acordo com uma modalidade adicional da presente invenção; A Figura 5 mostra uma representação esquemática de um sistema óptico alternativo usado para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra de acordo com a modalidade adicional da presente invenção; A Figura 6 mostra um fluxograma de um método de palpação óptica de avaliação de uma propriedade mecânica de um material de amostra de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura 7 mostra uma representação esquemática de um dispositivo cirúrgico robótico compreendendo um dispositivo de palpação óptica de acordo com uma modalidade; A Figura 8 mostra uma representação esquemática de um cateter balão compreendendo um dispositivo de palpação óptica de acordo com uma modalidade; A Figura 9 mostra uma representação esquemática que ilustra um método para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra desempenhado de acordo com uma modalidade adicional e que usa o dispositivo de palpação óptica da Figura 1 ou 4; A Figura 10 mostra uma representação esquemática de um dispositivo de palpação óptica incorporado em uma luva de acordo com uma modalidade; e A Figura 11 mostra uma representação esquemática de um dispositivo de palpação óptica incorporado em um sistema de lente de contato de acordo com outra modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS
[061] As modalidades da presente invenção se referem a um dispositivo e a um método para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra usando palpação óptica.
[062] A palpação óptica é uma técnica que pode ser usada para mapear a tensão de superfície de um material de amostra, como um tecido biológico ou material biológico, em que uma carga compressiva é aplicada a uma camada de detecção posicionada contra o material de amostra. Sabe-se tendo uma camada de detecção deformável compreendendo um material de silicone transparente e que é incompressível de modo que se comprima e deforma sob a aplicação de carga compressiva ao expandir em um plano transversal à carga aplicada para conservar seu volume. A espessura da camada de detecção se altera, assim, em resposta à rigidez local do material subjacente e a OCT é usada tipicamente para medir e imagear a alteração na espessura introduzida por compressão na camada de detecção colocada no material de amostra. A imagem de OCT codifica uma distribuição da tensão ou um mapa da tensão da camada de detecção que está relacionado à tensão de superfície do material de amostra. A palpação óptica baseada em OCT exige tipicamente o escaneamento de profundidade (ou corte de profundidade) de toda a espessura da camada de detecção com a finalidade de obter informações relacionadas a uma distribuição de profundidade de deformação e determinar adicionalmente a deformação experimentada pela camada de detecção. A tensão experimentada pela camada de detecção pode, então, ser determinada baseada na deformação determinada e uma curva da tensão e deformação do material da camada de detecção. A elasticidade do material de amostra pode, então, ser determinada quantitativamente usando a tensão e a deformação determinadas.
[063] A presente invenção propõe uma técnica de palpação óptica simplificada que permite obter uma medida da tensão de superfície experimentada pela camada de detecção (e indicativo da tensão na superfície do material de amostra) e permite subsequentemente avaliar uma propriedade mecânica do material de amostra sem a necessidade de escaneamento de profundidade de OCT.
[064] De acordo com as modalidades da presente invenção, o dispositivo de palpação óptica e o método de palpação óptica têm como base a câmera digital.
A propriedade mecânica se refere à elasticidade ou rigidez do material de amostra, e o material de amostra pode ser um tecido biológico pelo qual o método e o dispositivo podem ser usados especificamente para aplicações médicas, como imageamento de margem de câncer em que as informações sobre localização e tamanho de um tumor podem ser obtidas para um tratamento de câncer, ou como avaliação de cicatriz em dermatologia. No campo médico, sabe-se de fato que anormalidades, como tecido doente, podem alterar a elasticidade de tecido biológico. Por exemplo, tecido canceroso é tipicamente “mais rígido” que o tecido mole saudável circundante. O material de amostra pode ser alternativamente um material biológico, como um material alimentício em que uma aplicação pode ser monitoramento de qualidade alimentar. Em outra modalidade, o material de amostra pode ser qualquer material elástico e deformável, como um material polimérico que pode ter uma dureza ou flexibilidade não uniforme. Por exemplo, uma aplicação não médica pode ser detecção de têxteis em que o material de amostra pode compreender borracha ou géis.
[065] Será entendido adicionalmente pelo técnico no assunto que outros materiais de amostra podem ser considerados, bem como outras aplicações, e outras propriedades mecânicas podem ser avaliadas, como viscoelasticidade ou ainda propriedades mecânicas não lineares.
[066] Em uma modalidade específica, a técnica proposta usa uma camada de detecção que é deformável e é compressível. A camada de detecção tem uma propriedade óptica predeterminada que se altera após a aplicação de uma pressão ou carga em pelo menos uma porção de superfície da camada de detecção e de compressão subsequente da camada de detecção, isto é, a camada de detecção compreende um material tendo uma propriedade óptica predeterminada que é dependente de compressão.
[067] O uso de uma camada de detecção que é compressível é vantajoso pelo seguinte motivo. A aplicação de uma carga em uma superfície da camada de detecção compressível resulta na camada de detecção sendo comprimida sem expandir em uma direção lateral, isto é, a camada de detecção não se expande em um plano transversal à carga aplicada, em que um volume da camada de detecção não é conservado. Como um resultado, qualquer atrito e/ou rugosidade de superfície que são prováveis de ocorrer ao usar uma camada de detecção incompressível podem ser reduzidos substancialmente e uma alteração mais acentuada na espessura da camada de detecção, como uma função de "rigidez diferente" do material de amostra subjacente, pode ser observada e medida. A resolução espacial eficaz da técnica de palpação óptica pode ser aprimorada subsequentemente, o que pode permitir adicionalmente aprimorar uma precisão com a qual a propriedade mecânica pode ser determinar.
[068] Com referência à Figura 1, o dispositivo de palpação óptica 100 de acordo com uma modalidade específica da presente invenção é um dispositivo portátil 100 no formato de uma caneta compreendendo um corpo 102 tendo uma porção de detecção 104, a camada de detecção 106 que é posicionada na porção de detecção 104, e um detector de luz 108 que é posicionado de modo que, em uso, a luz transmitida através da camada de detecção 106 possa ser detectada. Na presente modalidade, o corpo 102 é alongado e compreende o detector de luz 108, que é fornecido na forma de uma câmera, como uma câmera de dispositivo acoplado à carga (CCD) digital. A camada de detecção 106 é compressível, tem uma propriedade óptica dependente de compressão e é, preferencialmente, afixada de modo rígido à porção de detecção 104 em uma extremidade 109 do corpo alongado 102. A porção de detecção 104 é, preferencialmente, uma janela de imageamento que é afixada à extremidade 109 do corpo alongado 102 e pode ser substituída facilmente se for quebrada ou arranhada. A camada de detecção 106 tem uma superfície de detecção 110 posicionada para contato direto com uma área de superfície 112 de um material de amostra 114. Alternativamente, a superfície de detecção 110 pode estar em contato direto ou indireto com o material de amostra 114 e uma camada fina (não mostrada) compreendendo látex ou outro material plástico, como uma bainha cirúrgica transparente compatível pode, por exemplo, ser posicionada entre a superfície de detecção 110 e o material de amostra 114 para prevenir a contaminação do tecido biológico e garantir condições estéreis. A câmera 108 é posicionada tipicamente de modo que a distância de trabalho entre a câmera 108 e a área de superfície 112 do material de amostra 114 corresponda aproximadamente a alguns centímetros. O dispositivo de palpação óptica 100 é disposto de modo que, quando a superfície de detecção 110 da camada de detecção 106 está em contato com a área de superfície 112 do material de amostra 114 e uma pressão é aplicada tanto através da camada de detecção 106 quanto através de uma porção da área de superfície 112 do material de amostra 114, a camada de detecção 106 seja comprimida e a propriedade óptica dependente de compressão predeterminada da camada de detecção 106 influencie na luz dentro da camada de detecção 106 de modo que a luz detectada pela câmera 108 seja uma medida para a propriedade mecânica do material de amostra 114.
[069] Em uma modalidade específica da presente invenção, conforme ilustrado nas Figuras 2a a 2h, a propriedade óptica dependente de compressão da camada de detecção 106 é transmissividade dependente de compressão. A camada de detecção 106 é configurada para ser opaca quando nenhuma compressão é aplicada e se torna mais transparente após a aplicação de uma pressão, isto é, após a aplicação de uma pressão através da camada de detecção 106, mais luz está sendo transmitida através da camada de detecção 106.
[070] Com referência às Figuras 2a a 2h, é mostrada uma ilustração 200 de como uma carga aplicada em níveis de pressão diferente influencia na luz dentro da camada de detecção 106. Especificamente, as Figuras 2a a 2d correspondem a imagens que ilustram a simulação da aplicação de uma carga com pressão crescente através da camada de detecção 106 usando um dedo. A camada de detecção 106 é afixada a uma placa de vidro 202, como por meio de uma cola, de modo que a camada de detecção 106 não "deslize" ou se mova em relação à placa de vidro 202, e de modo que a aplicação de uma carga possa resultar essencialmente em uma compressão da camada de detecção 106 ao longo de uma espessura da camada de detecção 106 e não resulte em qualquer movimento lateral da camada de detecção 106. A Figura 2a corresponde à aplicação de uma carga com a pressão mais baixa, enquanto a Figura 2d corresponde à aplicação de uma carga com a pressão mais alta. As Figuras 2e a 2h são imagens formadas ao usar câmera de CCD digital e se referem respectivamente às Figuras 2a-2d. Pode ser observado que, à medida que a carga é aplicada com pressão crescente, a camada de detecção 106 se torna mais transparente dentro da região da carga aplicada, isto é, onde o dedo aplica pressão, como nas áreas 204 e 206 nas Figuras 2g e 2h.
[071] Em uma modalidade específica, a camada de detecção 106 compreende uma mistura de açúcar e silicone e é fabricada de acordo com um método que permite alcançar uma opacidade particular em um estado para o qual nenhuma compressão é aplicada à camada de detecção. O açúcar é misturado com silicone à medida que o silicone cura e o açúcar é dissolvido subsequentemente com água com a finalidade de obter uma camada de silicone de detecção 106 tendo cavidades de ar distribuídas ao longo de toda a camada, a camada de detecção 106 tendo uma textura similar à textura de uma esponja. As interfaces de ar e silicone dentro da camada de detecção 106 causam reflexões de luz e fornecem a aparência opaca inicial da camada de detecção 106 já que nenhuma compressão é aplicada. As Figuras 2a e 2e ilustram um exemplo da opacidade da camada de detecção 106 já que muito pouca pressão é aplicada à camada de detecção.
[072] A aplicação de carga compressiva a uma área de superfície da camada de detecção 106 resulta na compressão e fechamento de cavidades de ar dentro da camada de detecção 106, pelos quais possibilita-se que uma quantidade de luz aumentada seja transmitida através da camada de detecção 106. Ao colocar uma câmera digital nas proximidades da superfície da camada de detecção 106 que não está em contato com uma superfície do material de amostra 114, isto é, na proximidades da superfície oposta à superfície de detecção 110 da camada de detecção 106, uma alteração na luz detectada pela câmera digital está relacionada diretamente à tensão na área de superfície 112 do material de amostra 114. A presença de cavidades de ar na camada de detecção auxilia no fornecimento da propriedade de compressibilidade da camada de detecção, isto é, uma camada de detecção caracterizada por uma relação de Poisson relativamente baixa, em que a tendência da camada de detecção expandir em direções transversais à direção de compressão é relativamente minimizada.
[073] A camada de detecção 106 pode ter quaisquer dimensões apropriadas para serem afixadas a uma determinada porção de detecção de uma porção de corpo de um dispositivo de palpação óptica de acordo com as modalidades da presente invenção. Nas modalidades específicas de um dispositivo de palpação óptica em formato de caneta 100, prevê-se que a camada de detecção 106 seja cilíndrica em formato com diâmetro de aproximadamente 10 mm e uma altura de aproximadamente 1 mm. Entretanto, será entendido que qualquer outro formato e/ou dimensões são previstos adicionalmente.
[074] O dispositivo de palpação óptica baseado na câmera 100 é acoplado de modo sem fio, como ao usar WiFi ou Bluetooth, a um microprocessador 116 em comunicação com uma interface gráfica 118, pela qual um sistema 120 para avaliar uma propriedade mecânica do material de amostra 114 é formado. O microprocessador 116 pode ser fornecido na forma de um computador, como um computador do tipo desktop, ou em forma de um dispositivo móvel, como um computador do tipo tablet ou um telefone móvel. O microprocessador 116 é configurado para receber, em uso, um sinal elétrico do dispositivo de palpação óptica 100, o sinal sendo de informações associadas à luz detectada pela câmera de CCD 108. As informações podem, então, ser usadas pelo microprocessador 116 e pela interface gráfica e podem ser convertidas em uma imagem. A imagem pode ser do tipo conforme ilustrado nas Figuras 2e a 2h e é indicativa de uma distribuição da tensão e deformação ao longo da camada de detecção 106, em relação à área de superfície 112 do material de amostra 114 que é afetado pela pressão aplicada.
[075] A implementação do dispositivo 100 como um dispositivo em formato de caneta portátil 100 conectado de modo sem fio a um microprocessador 116 e à interface gráfica 118 permite fornecer um dispositivo de palpação óptica compacto com usabilidade aumentada. O dispositivo de palpação óptica em formato de caneta portátil 100 pode, por exemplo, atingir áreas remotas de um material de amostra, o que é particularmente vantajoso para aplicações médicas para atingir áreas de um tecido biológico não facilmente acessíveis usando sistemas ou dispositivos de palpação óptica baseados em OCT convencionais. Além disso, o custo associado ao dispositivo de palpação óptica definido de acordo com as modalidades da presente invenção é substancialmente inferior ao custo associado a dispositivos de palpação óptica baseados em OCT convencionais.
[076] Será entendido que o dispositivo de palpação óptica baseado na câmera 100 pode, entretanto, ser conectado alternativamente com fio ao microprocessador 116 em comunicação com a interface gráfica 118.
[077] Será entendido que é previsto, em uma modalidade alternativa, usar uma camada de detecção configurada para ter outras propriedades ópticas dependentes de compressão e, por exemplo, ser transparente quando nenhuma compressão é aplicada e se torna cada vez mais túrbida após a aplicação de pressão. Adicionalmente, em outras modalidades, a camada de detecção pode ter uma propriedade de polarização de luz, absorção de luz e espalhamento de luz dependente de compressão.
[078] Em uma modalidade alternativa, também é previsto ter uma camada de detecção que é deformável, entretanto, não compressível, e tendo uma propriedade óptica dependente de deformação predeterminada em que a camada de detecção compreende um material que altera a cor após a aplicação de uma pressão, em que uma alteração na cor poderia, em uso, ser detectada pela câmera digital 108 e usada para formar uma imagem indicativa de uma distribuição da tensão e deformação ao longo da camada de detecção 106 em relação à tensão na área de superfície 112 do material de amostra 114.
[079] A fim de avaliar a elasticidade do material de amostra 114 na área de superfície 112, a deformação através da camada de detecção 106 como um resultado da aplicação da carga precisa ser determinada direta ou indiretamente ao medir uma alteração na espessura da camada de detecção 106 como um resultado da carga aplicada.
[080] A deformação pode ser determinada direta ou indiretamente ao usar a imagem formada. Nessa modalidade, a propriedade óptica dependente de compressão da camada de detecção 106 é calibrada de modo que uma alteração na intensidade de luz detectada pelo detector de luz 108 (modalidade na qual a propriedade óptica dependente de compressão é transmissividade de luz dependente de compressão) possa ser associada a um valor de deformação. Como um resultado, alterações na luz detectada pelo detector de luz 108 podem ser usadas como uma medição de deformação experimentada pela camada de detecção 106.
[081] Alternativamente, a deformação e a elasticidade do material de amostra 114 na área de superfície 112 podem ser avaliadas diretamente de modo quantitativo usando um endentador ou um arranjo de endentadores colocado na superfície de detecção 110 da camada de detecção 106 em contato com a área de superfície 112 do material de amostra 114. Os endentadores pequenos permitem medir uma profundidade de deslocamento da superfície de detecção 110 ao longo de uma espessura da camada de detecção 106 após a aplicação da pressão, que se refere ao deslocamento da área de superfície 112 do material de amostra 114 em uma direção transversal à carga aplicada.
[082] A deformação 𝜀 experimentada pela camada de detecção 106 como um resultado da aplicação da pressão pode ser, em geral, determinada conforme a seguir: ∆𝐿 − ∆𝐿0 𝜀= ∆𝐿0 em que ε se refere à deformação da camada de detecção 106, ΔL se refere à profundidade de deslocamento da superfície de detecção 110 em uma direção transversal à carga aplicada e resultando na alteração na espessura da camada de detecção 106 devido à aplicação da pressão. ΔL0 se refere a uma espessura inicial da camada de detecção 106 antes da aplicação da carga adequada. Especificamente, na presente modalidade para a qual a camada de detecção 106 é compressível e tem uma propriedade óptica dependente de compressão predeterminada, uma calibração é usada para correlacionar uma profundidade de deslocamento da superfície de detecção 110 a uma alteração na espessura da camada de detecção 106 quando em comparação à espessura inicial da camada de detecção 106 como um resultado da carga aplicada.
[083] Como uma medida da elasticidade do material de amostra 114 na área da área de superfície 112, o módulo de Young E do material de amostra 114 pode ser determinado tipicamente de modo quantitativo de acordo com a equação (1): 𝝈𝒄𝒂𝒎𝒂𝒅𝒂 𝒅𝒆 𝒅𝒆𝒕𝒆𝒄çã𝒐 𝐸= (𝟏) 𝜺𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒂𝒎𝒐𝒔𝒕𝒓𝒂
[084] Em que E se refere ao módulo de Young da amostra de silicone, σcamada de detecção se refere à tensão determinada através da camada de detecção 106, e εmaterial de amostra se refere à deformação distribuída dentro do material na área da área de superfície 112.
[085] Na modalidade que usa um endentador colocado na superfície de detecção 110 da camada de detecção 106 em contato com a área de superfície 112 do material de amostra 114, uma medida quantitativa da elasticidade do material de amostra 114 pode ser determinada mais especificamente de acordo com a equação (2) a seguir: 𝟏 𝟏 − 𝒗𝟐𝒊 𝟏 − 𝒗𝟐𝒔 = + (𝟐) 𝑬𝒓 𝑬𝒊 𝑬𝒔
[086] Onde 𝑬𝒓 é o módulo reduzido do material de amostra 114, isto é, uma combinação do material de amostra 114 e deformações elásticas de endentador, 𝑬𝒔 e 𝒗𝒔 são respectivamente o módulo de Young e a relação de Poisson do material de amostra 114, e 𝑬𝒊 e 𝒗𝒊 são respectivamente o módulo de Young e a relação de Poisson do endentador. Nessa equação, 𝑬𝒊 e 𝒗𝒊 podem ser caracterizados previamente, 𝒗𝒔 pode ser estimada para a maioria dos materiais sólidos, e 𝑬𝒓 pode ser expresso como: √𝝅𝑺 𝑬𝒓 = 𝟐𝜷√𝑨𝒑 (𝒉𝒄 )
onde 𝑨𝒑 (𝒉𝒄 ) é a área projetada da endentação na profundidade de contato 𝒉𝒄 , 𝑨𝒑 (𝒉𝒄 ) pode ser calculado baseado na geometria de endentador; 𝜷 é uma constante geométrica pré-conhecida; 𝑺 é a rigidez do contato que pode ser indicado a partir da curva de deslocamento da tensão após descarregamento do endentador, tanto com tensão quanto com deslocamento da ponta de endentador que está em contato com o material de amostra mensurável a partir desse dispositivo e método. Como tal, 𝑬𝒓 é um parâmetro mensurável na Equação (2). Ao substituir 𝑬𝒓 , 𝑬𝒊 , 𝒗𝒊 𝒂𝒏𝒅 𝒗𝒔 na Equação (2), o valor de módulo de Young da amostra 𝑬𝒔 pode ser derivado.
[087] Além disso, uma fonte de luz (não mostrada) pode ser fornecida dentro do corpo 102 para direcionar luz para o interior da camada de detecção. A câmera 108 dentro do corpo 102 é, então, configurada para capturar luz transmitida pela camada de detecção 106 em resposta ao recebimento da luz da fonte de luz.
[088] De acordo com outro aspecto específico da presente invenção, a camada de detecção 106 é deformável ou móvel e pode ser incompressível. A camada de detecção 106 compreende um marcador ou padrão oticamente detectável que é impresso sobre a superfície de detecção 110 da camada de detecção 106. Alternativamente, o marcador ou padrão pode estar na forma de um revestimento ou endentação na superfície de detecção 110 da camada de detecção 106 ou pode ser criado por uma fonte de luz que projeta uma determinada estrutura ou padrão de luz sobre o material de amostra.
[089] Com referência à Figura 3(a), é mostrada uma imagem 300 de uma camada de detecção 106 compreendendo um padrão pontilhado 302.
[090] Nessa modalidade, o dispositivo de palpação óptica 100 compreende um sistema óptico tendo capacidade de fornecer informações que podem ser usadas para determinar um movimento do marcador ou padrão, como um padrão pontilhado 302, em relação ao sistema óptico após a deformação da camada de detecção 106 em resposta à carga aplicada.
[091] O sistema óptico nessa modalidade compreende dois detectores de luz separados, como dois detectores de luz separados 108. Com referência à Figura 4, é mostrado um sistema óptico estereoscópico 400 do dispositivo de palpação óptica 100 de acordo com essa modalidade específica da presente invenção. O sistema óptico 400 compreende dois detectores de luz 402, 404 fornecidos na forma de câmeras separadas por uma distância d e posicionadas para detectar a luz refletida ou transmitida a partir do padrão pontilhado 302 e um plano ortogonal a uma direção de propagação da luz. O sistema óptico 400 busca criar uma visão estereoscópica com a finalidade de estimular a visão binocular de dois olhos, o que permite adicionalmente, em uso, obter informações quanto à profundidade das características de deformação distribuídas ao longo da camada de detecção 106 após a camada da pressão.
[092] Nessa modalidade, um microprocessador similar ao microprocessador 116 recebe informações das duas câmeras 402, 404, e duas respectivas imagens das áreas de superfície 406, 408 da superfície de detecção 110 da camada de detecção 106 podem ser formadas associadas às câmeras 402, 404, respectivamente. O padrão pontilhado 302 é disposto de modo que o mesmo possa ser relativamente bem conhecido e corregistrado pelas duas câmeras 402, 404, e de modo que uma correlação entre as duas imagens possa ser obtida. Como as características em um padrão pontilhado são exclusivas em todos os lugares, um erro de corregistro mínimo pode ser alcançado por um algoritmo de correção simples.
[093] Conforme pode ser observado na Figura 4, na visão estereoscópica, um elemento localizado em uma distância relativamente longe D das câmeras 402, 404 resultará em um foco sobre os dois detectores de luz correspondentes com uma pequena diferença de coordenada ou pequena disparidade conforme indicado na Figura 4 por segmentos ‘uL – uR’ relacionados ao ponto 410 na distância mais distante das áreas de superfície 406, 408. Em contrapartida, um elemento localizado em uma distância relativamente próxima D das câmeras 402, 404 resultará em um foco sobre os dois detectores de luz correspondentes com uma alta diferença de coordenada ou alta disparidade conforme indicado pelos segmentos ‘uL – uR’ relacionados ao ponto 412. Um corregistro das duas imagens obtidas a partir das câmeras 402, 404 permite respectivamente obter um mapa de disparidade, que é uma indicação qualitativa direta da distribuição de profundidade de elementos de deformação dentro da camada de detecção
106.
[094] A Figura 3(b) mostra uma imagem 303 indicativa de uma distribuição de profundidade de deformação obtida ao usar a camada de detecção 106 da Figura 3(a) e o sistema óptico da Figura 4. A distribuição de profundidade de deformação é representada qualitativamente na forma de uma escala de cor, em que a extremidade vermelha 304 da escala de cor 306 indica que uma porção correspondente da camada de detecção 106 experimenta uma deformação mais pronunciada como um resultado da carga aplicada em comparação à extremidade azul 308 da escala de cor 306 que indica que uma porção correspondente da camada de detecção 106 experimenta uma deformação menos pronunciada como um resultado da carga aplicada.
[095] Uma análise de distribuição de pixel da imagem 300 desempenhada ao usar um algoritmo de processamento de imagem digital permite obter informações de profundidade quantitativas de elementos de deformação dentro da camada de detecção 106, que se referem à deformação experimentada pelo material de amostra 114 na área de superfície 112.
[096] O estereoscópio que compreende as câmeras 402, 404 pode ser, por exemplo, feito por alguns componentes prontos para uso, como câmeras endoscópicas de USB. Uma técnica de impressão em 3D pode ser usada para personalizar uma forma ou um formato do estereoscópio, por exemplo, um invólucro impresso em 3D para sustentar as duas câmeras 402, 404.
[097] Será entendido que, apesar da presente modalidade ilustrada na Figura 4 ter sido ilustrada em relação às duas câmeras 402, 404, mais de duas câmeras podem ser usadas, o que pode permitir obter informações mais precisas para restringir uma distribuição de profundidade de deformação ao longo da camada de detecção 106.
[098] Adicionalmente, é previsto em uma modalidade que o detector de luz do dispositivo de palpação óptica, como detector de luz 108 do dispositivo de palpação óptica 100, seja fornecido na forma de uma câmera de um dispositivo do tipo smartphone ou de outro dispositivo baseado em smartphone. Na modalidade do dispositivo de palpação óptica 100 que compreende o sistema óptico 400, também é previsto que o sistema óptico 400 compreenda um dispositivo baseado em smartphone. Nessas modalidades, o dispositivo baseado em smartphone pode ser equipado adicionalmente com uma microlente desafixável e/ou plataforma impressa em 3D para posicionar o material de amostra.
[099] Com referência à Figura 5, é mostrado um sistema óptico alternativo 500 que pode ser usado para obter uma indicação direta de uma distribuição de profundidade de elementos de deformação dentro da camada de detecção 106 (deformável ou móvel, incompressível e compreendendo um padrão pontilhado). O sistema óptico 500 compreende um arranjo de microlentes 502 para detectar a luz transmitida através da camada de detecção, as microlentes 502 sendo posicionadas de modo que uma posição de profundidade d de elementos do padrão pontilhado possa ser determinada. O sistema óptico 500 permite desempenhar um imageamento de campo de luz da camada de detecção 106 deformável incompressível, em que uma imagem pode ser formada, a imagem sendo indicativa de uma distribuição de profundidade de elementos de deformação dentro da camada de detecção 106. O sistema óptico 500 compreende adicionalmente um detector de luz 504, uma lente principal 506 posicionada na porção de detecção, similar à porção de detecção 104 do dispositivo de palpação óptica 100. As microlentes 502 são posicionadas em uma distância din a partir da lente principal 506 e uma posição fx a partir do detector de luz 604. Conforme pode ser observado na Figura 5, a localização lateral e o ângulo de cada raio de luz 510 transmitido através da camada de detecção 106 podem ser detectados pelo detector de luz 504 por meio das microlentes 502. Similarmente, para o sistema óptico telescópico 400, elementos posicionados em diferentes distâncias d, d’, d” a partir do detector de luz 504 resultarão na diferente distribuição de pixel D, D’, D” desses elementos e as informações de profundidade podem ser obtidas ao analisar a distribuição de pixel em uma imagem formada ao usar o processamento de imagem digital, por exemplo. Quanto à modalidade do sistema óptico estereoscópico 400, o padrão pontilhado da camada de detecção pode ser relativamente bem conhecido e corregistrado pelas microlentes 502 e pelo detector de luz 504.
[0100] Com referência à Figura 6, é mostrado um fluxograma de um método de palpação óptica baseado na câmera 600 para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra de acordo com uma modalidade específica da presente invenção.
[0101] Similar à técnica de palpação óptica baseada em OCT, o presente método permite obter informações relacionadas à elasticidade do material de amostra 114. O presente método é, entretanto, substancialmente simplificado, já que o mesmo pode ser implementado usando um dispositivo e sistema compacto e também pode ser implementado de modo sem fio, o que pode ser vantajoso, em particular, para aplicações médicas no tecido biológico, pois pode permitir atingir áreas de um material de amostra, de outro modo, relativamente difíceis de acessar.
[0102] Na etapa 602, um material de amostra, como o material de amostra 114 é fornecido. Em uma modalidade específica, o material de amostra 114 é um tecido biológico. Entretanto, conforme mencionado acima, o material de amostra 114 pode ser alternativamente um material biológico ou qualquer material elástico ou deformável, como um material polimérico que pode ter uma dureza ou flexibilidade não uniforme, por exemplo.
[0103] Na etapa 604, um dispositivo de palpação óptica é fornecido, como o dispositivo de palpação óptica 100 ou dispositivo de palpação óptica compreendendo o sistema óptico 400 ou 500 para avaliar a propriedade mecânica do material de amostra 114.
[0104] Na etapa 606, a camada de detecção 106 é posicionada em relação ao material de amostra 114 de modo que a superfície de detecção 110 esteja em contato direto com a área de superfície 112. Será observado que a camada de detecção 106 pode ser posicionada alternativamente de modo que a superfície de detecção 110 esteja em contato indireto com a área de superfície 112, por exemplo, ao usar uma camada fina (não mostrada) compreendendo látex ou outro material plástico, como bainha cirúrgica, posicionado entre a superfície de detecção 110 e o material de amostra 114 para prevenir contaminação do tecido biológico e garantir condições estéreis.
[0105] Na etapa 608, uma pressão é aplicada através da camada de detecção 106 e através de pelo menos uma porção da área de superfície 112 do material de amostra 114.
[0106] Na etapa 610, o detector de luz 108 do dispositivo de palpação óptica 100 ou detectores de luz 402 e 404 do sistema óptico 400 ou detector de luz 504 do sistema óptico 500 detecta luz transmitida ou refletida a partir de pelo menos uma porção da camada de detecção 106. A luz detectada é uma medida para a propriedade mecânica do material de amostra. Em particular, a luz detectada é usada para determinar uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção 106 em resposta à pressão aplicada.
[0107] Um microprocessador 116 em comunicação com uma interface gráfica 118 é fornecido adicionalmente na forma de um computador, como um computador do tipo desktop ou qualquer outro dispositivo móvel, como um computador do tipo tablet ou um telefone móvel. O microprocessador 116 é acoplado ao dispositivo de palpação óptica 100 e é configurado para receber um sinal elétrico do dispositivo 100, o sinal sendo indicativo de informações associadas à luz detectada pelo detector de luz 108. O sinal recebido e as informações correspondentes são, então, usados pela interface gráfica 118 para formar uma imagem da camada de detecção 106. A imagem inclui características que são indicativas de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção 106 causada pela pressão aplicada através da camada de detecção 106 e através de pelo menos uma porção da área de superfície subjacente 112 do material de amostra 114. A distribuição da tensão e/ou deformação ser refere, portanto, à área de superfície 112 do material de amostra 114 que é afetada pela pressão aplicada. O microprocessador 116 pode, então, ser usado adicionalmente para desempenhar uma análise da distribuição de pixel ao longo da imagem óptica para quantificar a deformação do material de amostra 114 na área de superfície 112.
[0108] A resolução óptica das medições depende tipicamente de como a propriedade óptica dependente de deformação da camada de detecção 106 influencia a luz transmitida através da camada de detecção 106 e, mais especificamente, da faixa dinâmica da propriedade óptica dependente de deformação. Adicionalmente, a resolução óptica das medições depende da sensibilidade da câmera 108 para detectar alterações na luz transmitida através da camada de detecção 106, ou da sensibilidade das câmeras 402, 404 ou do detector de luz 504 para corregistrar as características do padrão pontilhado.
[0109] A resolução óptica fornecida por dispositivos de palpação óptica baseados em OCT convencionais está tipicamente na faixa entre 100 μm e 200 μm. De acordo com as modalidades da presente invenção, a resolução óptica do dispositivo de palpação óptica baseado na câmera pode variar entre 10 μm e 200 μm dependendo da resolução do sistema óptico usado e da deformação física da camada de detecção 106. Em particular, de acordo com a modalidade na qual a camada de detecção 106 é compressível, isto é, em que o movimento transversal da camada de detecção 106 é restrito, uma resolução óptica do dispositivo de palpação óptica baseado na câmera dentro da faixa entre 10 μm e 20 μm pode ser alcançada possivelmente. Adicionalmente, a elasticidade do material de amostra 114 na área da área de superfície 112 pode ser avaliada em uma profundidade de até 3 mm abaixo da superfície do material de amostra 114. Em comparação, uma técnica de palpação óptica baseada em OCT conhecida permite avaliar a elasticidade de um material de amostra em uma profundidade de 1 a 2 mm abaixo da superfície. Consequentemente, o dispositivo de palpação óptica baseado na câmera 100 e no método 600 de acordo com as modalidades da presente invenção fornecem a vantagem de uma palpação aprimorada com resolução óptica similar e de campo de visão aprimorado dentro do material de amostra 114 quando em comparação a técnicas de palpação óptica atualmente conhecidas.
[0110] Adicionalmente, o método 600 pode compreender fornecer um detector de movimento (não mostrado) para detectar uma posição da camada de detecção 106 ou do dispositivo 100 em relação ao material de amostra 114 quando o dispositivo 100 é movido ou escaneado em relação à superfície do material de amostra 114. Assim, as coordenadas x e y para a camada de detecção 106 ou para o dispositivo 100 através da superfície do material de amostra 114 podem ser obtidas.
O método 600 pode, então, compreender mover o dispositivo de palpação óptica 100 através de uma pluralidade de áreas de superfície 112 do material de amostra 114 em um plano paralelo à superfície do material de amostra 114 e desempenhar simultaneamente as etapas 608 e 610 para cada uma dentre a pluralidade de áreas de superfície 112 através do material de amostra 114. Assim, o microprocessador 116 e a interface gráfica 118 podem ser usados para formar uma sequência de imagens da camada de detecção 106 à medida que o dispositivo 100 é movido através do material de amostra 114 de modo que uma alteração na distribuição de deformação ao longo da camada de detecção 106 possa ser rastreada e observada à medida que o dispositivo 100 é movido ou escaneado através do material de amostra 114. Alternativamente, uma imagem da camada de detecção 106 pode ser adquirida para cada uma dentre a pluralidade de áreas de superfície 112 e o microprocessador 116 e a interface gráfica 118 podem, então, ser usados para montar as respectivas imagens como uma função das coordenadas (x,y) da camada de detecção ou do dispositivo através do material de amostra para formar uma única imagem característica da distribuição de deformação ao longo da camada de detecção para uma área do material de amostra 114 incluindo a pluralidade de áreas de superfície estudadas 112. Ao detectar um movimento ou uma alteração nas coordenadas da camada de detecção 106 em relação ao material de amostra 114 no plano paralelo à superfície do material de amostra 114 e adquirir uma imagem para cada uma dentre a pluralidade de áreas de superfície 112, a posição da camada de detecção 106 ou do dispositivo 100 em relação ao material de amostra 114 pode ser rastreada e uma representação global da distribuição de deformação e/ou tensão ao longo de várias áreas escaneadas 112 do material de amostra 114 pode ser obtida e observada em uma única imagem. Um mapa da tensão e/ou mapa de deformação do material de amostra 114 pode, assim, ser obtido. A distribuição de pixel de cada uma dentre a pluralidade de imagens ópticas pode, então, ser analisada por processamento de imagem digital de modo que uma medida quantitativa da deformação seja obtida. O valor da tensão pode, então, ser determinado a partir de uma curva da tensão e deformação conhecida do material compreendendo a camada de detecção 106, e a elasticidade do material de amostra 114 pode ser determinada subsequentemente de modo quantitativo ao usar a equação (1) definida acima.
[0111] O processador 116 pode compreender adicionalmente uma GPU e um algoritmo de GPU para acelerar o processamento de modo que imagens em tempo real da camada de detecção 106 possam ser adquiridas bem como imagens em tempo real incluindo as características indicativas de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção causada pela pressão aplicada.
[0112] É previsto, então, que o método 600 seja implementado ao usar dispositivos de RA ou dispositivos de RV, como um óculos de RV, pelos quais as imagens em tempo real incluindo características de uma distribuição da tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção 106 podem ser sobrepostas em relação às imagens em tempo real da camada de detecção 106 e projetadas sobre uma tela ou incorporadas nos óculos de RV de modo que o sentido de toque possa ser melhorado.
[0113] Adicionalmente, o dispositivo de palpação óptica baseado na câmera, como o dispositivo 100 ou como o dispositivo de palpação óptica compreendendo o sistema óptico 400 ou 500 pode ser incorporado em um robô cirúrgico ou endoscópio de vídeo com as respectivas imagens sobrepostas projetadas sobre uma tela, o que poderia permitir fornecer a sensação tátil durante a cirurgia.
[0114] A Figura 7 mostra um exemplo de um dispositivo cirúrgico robótico 700 que incorpora um dispositivo de palpação óptica baseado na câmera 702, que pode corresponder ao dispositivo de palpação óptica 100 ou ao dispositivo de palpação óptica compreendendo o sistema óptico 400 ou 500. O dispositivo de palpação óptica 702 funciona como um dos braços cirúrgicos, permitindo que o dispositivo cirúrgico robótico 700 observe o local cirúrgico ao usar a câmera digital e meça a propriedade mecânica de um material de amostra (não mostrado) ao usar a camada de detecção 106 e o método 600. Adicionalmente, as informações relacionadas à propriedade mecânica medida do material de amostra podem ser usadas para guiar um operador do dispositivo cirúrgico robótico 700 através de sensibilidade tátil e/ou imageamento do local cirúrgico, isto é, material de amostra em investigação. O dispositivo cirúrgico robótico 700 pode compreender adicionalmente outros braços ou ferramentas cirúrgicas 704.
[0115] A Figura 8 ilustra uma modalidade em que alguns componentes de um dispositivo de palpação óptica baseado na câmera, que pode corresponder ao dispositivo de palpação óptica 100 ou ao dispositivo de palpação óptica compreendendo o sistema óptico 400 ou 500, são posicionados em ou dentro de um cateter balão 800. O cateter balão 800 compreende um balão 802 e um cateter 804. Conforme mostrado na Figura 8, uma câmera 806 do dispositivo de palpação óptica (ou câmeras estereoscópicas 806, 806’ para um dispositivo de palpação óptica compreendendo o sistema óptico 400 ou 500) é posicionada dentro do balão 802 e uma camada de detecção 808 do dispositivo de palpação óptica é posicionada no exterior do balão 802, que é fixado à superfície externa do balão 802. Para medir uma propriedade mecânica de um material de amostra (não mostrado), o balão 802 é desinflado inicialmente e o cateter 804 é inserido em um local alvo do material de amostra, por exemplo, uma via aérea ou vaso onde o material de amostra é um tecido biológico. Quando o cateter atinge o local alvo, o balão é inflado de modo que a camada de detecção 808 seja comprimida contra o material de amostra. A câmera ou câmeras do dispositivo de palpação óptica podem, então, ser usadas para medir uma propriedade mecânica do material de amostra, como a elasticidade, usando o método 600. O dispositivo de palpação óptica e o cateter balão podem ser dispostos adicionalmente de modo que, para medir simultaneamente a propriedade mecânica, a câmera ou câmeras sejam usadas para adquirir uma fotografia do local alvo. Nesse exemplo particular do material de amostra que é um tecido biológico, o cateter pode incorporar adicionalmente outras ferramentas cirúrgicas, como uma lâmina ou dreno de fluido para funcionar em conjunto com o dispositivo de palpação óptica. Quando a medição e a operação são feitas, o balão 802 é desinflado novamente, e o cateter pode ser retirado do local de medição.
[0116] Será entendido adicionalmente que, alternativamente, também é previsto ter pelo menos alguns ou todos os componentes do dispositivo de palpação óptica (como dispositivo de palpação óptica 100 ou compreendendo o sistema óptico 400 ou 500) posicionado em ou dentro de uma agulha, uma sonda ou um artroscópio, a agulha, a sonda ou o artroscópio tendo uma janela na qual a camada de detecção do dispositivo de palpação óptica é posicionada, de modo que uma propriedade mecânica do material de amostra no qual a agulha, a sonda ou o artroscópio está em uso posicionado possa ser determinada.
[0117] A Figura 9 ilustra uma aplicação adicional em que o dispositivo de palpação óptica baseado na câmera de acordo com as modalidades da divulgação é usado para determinar as propriedades mecânicas não lineares de um material de amostra.
A Figura 9 ilustra uma modalidade em que o método 600 é usado adicionalmente para medir as propriedades mecânicas não lineares de um material de amostra 900 ao aplicar diferentes pressões variadas, conforme ilustrado em 902, 902’ e 902’’. O dispositivo de palpação óptica 904 compreende, nessa modalidade particular, um estereoscópio com duas câmeras 906, 906’, uma janela de imageamento 908 e uma camada de detecção de silicone 910. Será entendido que o dispositivo de palpação óptica 904 pode compreender alternativamente uma única câmera 906. O dispositivo de palpação óptica 904 é usado para comprimir continuamente a camada de detecção 910 e a porção 912 do material de amostra 900 e o dispositivo de palpação óptica 904 com a camada de detecção 910 é movido em relação ao material de amostra 900 para aplicar as diferentes pressões variadas.
A câmera/câmeras 906 podem gravar vídeos contínuos da camada comprimida em uma taxa de quadro de, por exemplo, 24 quadros por segundo ou mais, enquanto as diferentes pressões variadas são aplicadas e à medida que o dispositivo de palpação óptica 904 se move em relação ao material de amostra 900. Um mapa da tensão do material de amostra 900 pode ser obtido a partir do vídeo gravado da camada de detecção 910, e uma deformação do material de amostra 900 pode ser calculada a partir da velocidade de movimento do dispositivo de palpação óptica 904 em relação ao material de amostra 900, que pode ser medido ao usar um giroscópio incorporado no dispositivo de palpação óptica 904. Ao determinar a tensão e a deformação do material de amostra, a elasticidade do material de amostra 900 pode ser estimada.
Em particular, as propriedades mecânicas não lineares do material de amostra podem ser medidas, como módulo tangente do material de amostra, uma vez que os mapas da tensão podem ser adquiridos em diferentes pontos de deformação.
[0118] A Figura 10 ilustra uma modalidade adicional em que um dispositivo de palpação óptica baseado na câmera fornecido de acordo com as modalidades da presente invenção, tal dispositivo de palpação óptica 100 ou o dispositivo de palpação óptica compreendendo o sistema óptico 400 ou 500 é incorporado em uma luva cirúrgica 1000. O dispositivo de palpação óptica baseado na câmera 1002 é fixado a uma porção da luva 1000, que é disposta de modo que um operador cirúrgico possa, em uso, vestir a luva e prosseguir para uma medição da tensão de um material de amostra alvo e para a avaliação da propriedade mecânica do material de amostra alvo, como tecido biológico alvo ao desempenhar as etapas 606 a 610 do método 600. Uma fotografia do material de amostra ou tecido alvo também pode ser obtida. Além disso, o operador cirúrgico que veste a luva pode mover a porção da luva 1000 compreendendo o dispositivo de palpação óptica 1002 ao longo do material de amostra para obter medições da tensão e avaliar a propriedade mecânica do material de amostra ao longo de uma área predeterminada do material. Uma vez que as medições são feitas, o dispositivo de palpação óptica baseado na câmera 1002 pode ser desafixado da luva cirúrgica 1000 para o operador cirúrgico para conduzir outras operações cirúrgicas. A compatibilidade do dispositivo de palpação óptica baseada na câmera com a luva cirúrgica pode apresentar a vantagem de que o tempo exigido para obter uma medição da propriedade mecânica do material de amostra, como tecido nesse exemplo particular, pode ser reduzido substancialmente.
[0119] Será observado que, apesar de a presente modalidade ter sido descrita em relação a uma luva cirúrgica, o dispositivo de palpação óptica pode ser incorporado em outros tipos de luvas que podem ser usados em relação a outros aplicativos em que o material de amostra pode não ser limitado a um tecido biológico.
[0120] A Figura 11 ilustra outra modalidade em que um dispositivo de palpação óptica baseado na câmera fornecido de acordo com as modalidades da presente invenção, como o dispositivo de palpação óptica 100 ou o dispositivo de palpação óptica compreendendo o sistema óptico 400 ou 500 é incorporado em um sistema de lente de contato 1100. Nessa modalidade, a camada de detecção do dispositivo de palpação óptica é fornecida na forma de uma lente 1102 disposta para se posicionar na superfície de um olho 1104 de um paciente. À medida que a pressão ocular se altera, a espessura da camada de detecção 1104 se altera em conformidade. As câmeras 1106 do dispositivo de palpação óptica são dispostas de modo que a alteração na espessura da camada de detecção 1104 possa ser medida, pela qual variações na pressão ocular e/ou na rigidez do olho podem ser determinadas.
[0121] Nas reivindicações que seguem e na descrição anterior da invenção, exceto quando o contexto exigir, de outro modo, devido à linguagem de expressão ou implicação necessária, a palavra “compreender” ou variações, como “compreende” ou “compreendendo”, é usada em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença dos recursos apresentados, mas não impede a presença ou adição de recursos adicionais em várias modalidades da invenção.

Claims (40)

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo de palpação óptica para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra, caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo tendo uma porção de detecção; uma camada de detecção posicionada na porção de detecção do corpo e tendo uma superfície de detecção posicionada para contato direto ou indireto com uma área de superfície do material de amostra, a camada de detecção sendo deformável e tendo uma propriedade óptica dependente de deformação predeterminada; e um detector de luz posicionado para detectar a luz transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção; em que o dispositivo de palpação óptica é disposto de modo que, quando a superfície de detecção da camada de detecção está em contato direto ou indireto com a área de superfície do material de amostra e uma pressão é aplicada tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra, a camada de detecção seja deformada e, devido à propriedade óptica dependente de deformação predeterminada da camada de detecção, a propriedade mecânica do material de amostra é mensurável ao detectar a luz que é transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção.
2. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de detecção é compressível e a propriedade óptica dependente de deformação é uma propriedade óptica dependente de compressão.
3. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a camada de detecção é compressível de modo que a mesma sofra expansão lateral mínima após carregamento axial.
4. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a propriedade óptica dependente de deformação da camada de detecção é transmissividade dependente de compressão, polarização de luz, absorção de luz ou espalhamento de luz.
5. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a propriedade óptica dependente de deformação se refere a uma faixa de comprimentos de onda da luz que é transmitida pelo menos através de uma porção da camada de detecção, de modo que a luz que é transmitida através de pelo menos uma porção da camada de detecção tenha cor dependente de deformação.
6. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de palpação óptica é um dispositivo portátil ou endoscópio de vídeo.
7. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma fonte de luz para direcionar luz para dentro da camada de detecção, a fonte de luz e o detector de luz sendo posicionados dentro do corpo.
8. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um detector de movimento para detectar uma posição da camada de detecção e/ou do dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra.
9. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a propriedade mecânica é elasticidade e a luz detectada é indicativa de uma distribuição de tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção em resposta à pressão aplicada, a distribuição de tensão e/ou deformação sendo associada à propriedade mecânica do material de amostra.
10. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um dispositivo que mede deslocamento e força posicionado na superfície de detecção da camada de detecção para medir uma força e deslocamento resultante de regiões da superfície de detecção.
11. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o material de amostra é um tecido biológico ou um material biológico.
12. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o detector de luz compreende uma câmera.
13. Sistema de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a câmera é uma câmera estereoscópica.
14. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o detector de luz compreende um dispositivo semelhante ao smartphone.
15. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo semelhante ao smartphone compreende uma microlente desafixável e/ou plataforma impressa em 3D para posicionar o material de amostra.
16. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de palpação óptica forma uma parte de um dispositivo cirúrgico robótico.
17. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns ou todos os componentes do dispositivo de palpação óptica são posicionados em ou dentro de um cateter balão disposto de modo que o dispositivo de palpação óptica possa ser usado para determinar uma propriedade mecânica de uma porção do material de amostra dentro da qual, em uso, o cateter balão é posicionado.
18. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a camada de detecção é posicionada no exterior de e/ou fixada a um balão do cateter balão.
19. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns ou todos os componentes do dispositivo de palpação óptica são posicionados em ou dentro de uma agulha, uma sonda ou um artroscópio, a agulha a sonda ou o artroscópio tendo uma janela na qual a camada de detecção é posicionada de modo que a propriedade mecânica do material de amostra na qual agulha, a sonda ou o artroscópio está posicionado em uso possa ser determinada.
20. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende uma luva e em que componentes do dispositivo de palpação óptica são incorporados na luva de modo que as medições de palpação óptica sejam possíveis por um usuário que move uma porção da luva com os componentes do dispositivo de palpação óptica sobre a amostra de material quando o usuário usa a luva.
21. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada de detecção é fornecida na forma de uma lente.
22. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de palpação óptica é disposto para posicionar em um olho de um paciente e para determinar variações na pressão e/ou rigidez do olho.
23. Dispositivo de palpação óptica para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra, caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo tendo uma porção de detecção; uma camada de detecção posicionada na porção de detecção do corpo e tendo uma superfície de detecção posicionada para contato direto ou indireto com uma área de superfície do material de amostra, a camada de detecção sendo deformável e tendo um marcador ou padrão opticamente detectável; e um sistema óptico capaz de fornecer informações que podem ser usadas para determinar um movimento do marcador ou padrão em relação ao sistema óptico e após a deformação da camada de detecção, as informações sendo fornecidas para um plano ortogonal a uma direção de propagação de luz; em que o dispositivo de palpação óptica é disposto de modo que, quando a superfície de detecção da camada de detecção está em contato direto ou indireto com a área de superfície do material de amostra e uma pressão é aplicada tanto ao longo da camada de detecção quanto de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra, a camada de detecção seja deformada e informações relacionadas à propriedade mecânica do material de amostra podem ser fornecidas ao medir uma alteração na posição do marcador ou padrão em relação ao sistema óptico.
24. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico compreende pelo menos dois componentes de detector de luz separados posicionados para detectar a luz refletida ou transmitida a partir do marcador ou padrão.
25. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 23,
caracterizado pelo fato de que o sistema óptico compreende um arranjo de elementos ópticos, como microlentes, para detectar a luz transmitida através da camada de detecção, e que são posicionados de modo que uma posição de profundidade do marcador ou padrão possa ser determinada.
26. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de palpação óptica é um dispositivo portátil.
27. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 23, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico compreende uma câmera.
28. Sistema de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a câmera é uma câmera estereoscópica.
29. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 28, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico compreende um dispositivo baseado em smartphone.
30. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o dispositivo baseado em smartphone compreende uma microlente desafixável e/ou plataforma impressa em 3D para posicionar o material de amostra.
31. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 30, caracterizado pelo fato de que os marcadores compreendem partículas transparentes.
32. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 27, caracterizado pelo fato de que os marcadores compreendem partículas fluorescentes ou partículas fotoluminescentes.
33. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 30, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é disposto de modo que as fotografias e propriedades mecânicas do material de amostra possam ser adquiridas simultaneamente.
34. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 33, caracterizado pelo fato de que compreende um detector de movimento para detectar uma posição ou movimento da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra.
35. Dispositivo de palpação óptica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 34, caracterizado pelo fato de que a propriedade mecânica é elasticidade e a luz detectada é indicativa de uma distribuição de tensão e/ou deformação ao longo da camada de detecção em resposta à pressão aplicada, a distribuição de tensão e/ou deformação sendo associadas à propriedade mecânica do material de amostra.
36. Sistema para avaliar uma propriedade mecânica de um material de amostra, caracterizado pelo fato de que compreende: o dispositivo de palpação óptica, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 35; um processador acoplado ao dispositivo de palpação óptica e configurado para receber um sinal indicativo de informações associadas à luz detectada pelo detector de luz; em que as informações podem ser usadas para obter uma medida da propriedade mecânica do material de amostra.
37. Sistema, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que o processador é acoplado ao dispositivo de palpação óptica de uma maneira com fio ou de modo sem fio, como ao usar tecnologia WiFi ou Bluetooth.
38. Método para avaliar a propriedade mecânica de um material de amostra, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer o material de amostra; fornecer um sistema, conforme definido na reivindicação 36 ou 37; o método compreendendo adicionalmente: posicionar a camada de detecção em relação ao material de amostra de modo que a superfície de detecção esteja em contato direto ou indireto com uma área de superfície do material de amostra; aplicar uma pressão tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra; e detectar a luz transmitida ou refletida a partir de pelo menos uma porção da camada de detecção.
39. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um detector de movimento para detectar uma posição da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra; mover o dispositivo de palpação óptica ao longo de uma pluralidade de áreas de superfície do material de amostra enquanto (i) aplica uma pressão tanto através da camada de detecção quanto através de pelo menos uma porção de uma respectiva área de superfície do material de amostra de modo que a camada de detecção seja comprimida e (ii) detectar simultaneamente a luz transmitida através de, ou refletida a partir de, pelo menos uma porção da camada de detecção para cada uma dentre a pluralidade de áreas de superfícies do material de amostra, ou detectar sequencialmente luz durante o movimento do dispositivo ao longo do material de amostra; e detectar um movimento ou alteração nas coordenadas da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra.
40. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de palpação óptica compreende uma câmera e um detector de movimento para detectar uma posição ou movimento da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra, o método compreendendo: fornecer um detector de movimento para detectar uma posição da camada de detecção ou do dispositivo em relação ao material de amostra quando o dispositivo é movido ou escaneado em relação a uma superfície do material de amostra; em que a etapa de aplicar uma pressão tanto através da camada de detecção quanto de pelo menos uma porção da área de superfície do material de amostra, compreende aplicar diferentes pressões variadas tanto através da camada de detecção quanto de pelo menos uma porção do material de amostra, compreendendo mover uma porção do dispositivo de palpação óptica com a camada de detecção em relação ao material de amostra para aplicar as diferentes pressões variadas; em que a etapa de detectar a luz transmitida ou refletida a partir de pelo menos uma porção da camada de detecção é conduzida ao usar a câmera e, enquanto as diferentes pressões variadas são aplicadas de modo que as imagens sejam detectadas para uma sequência de pressões; em que a propriedade mecânica, como tensão, do material de amostra pode ser determinada a partir da alteração na propriedade óptica da camada de detecção detectada com as imagens gravadas para a sequência de pressões; e em que a deformação da amostra de material pode ser determinada a partir de um movimento determinado da sonda em relação à amostra de material, o movimento sendo determinado ao usar o detector de movimento fornecido; pelo qual, uma propriedade mecânica não linear da amostra de material pode ser determinada.
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