CN101842701A - 用于未受影响的材料分析的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测并分析材料2中的至少一种材料偏差的未受影响的材料分析的方法。该方法的特征在于，通过使用被布置成与材料接触的触觉传感器4对材料2中硬度不同的区域1进行检测，用色谱光A对所检测的区域进行照射以获得光谱形式的反射光B，以及对所获得的光谱进行分析以获得关于材料的物理及化学的分子结构的信息。本发明还涉及一种装置。

Description

用于未受影响的材料分析的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于未受影响的材料分析(unaffected materialanalyse)的方法和装置。
背景技术
为了例如检测、定位及确定材料的变化、偏差、变异、差异、缺陷等中的至少一种以及为了检查所希望的材料分布和所不希望的材料分布，对材料及其性质的研究在许多技术领域内都是所希望的且是必要的。
这样的材料分析之前已经通过被切割并直观地研究的材料，或者通过被去除并在例如显微镜下研究的部分材料(已经获得的材料样本)发生了。这种在该材料取样期间发生的机械处理通常破坏所检查的材料(至少在由其中获取样本的那部分材料内)，或者该机械处理会促使或引起其他类型的材料变化，或者发生所不希望的材料变化的风险。
材料可以是人造材料或天然材料。材料可以是无机材料或有机材料(例如活组织)。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种使得执行用于在材料中检测并分析材料偏差、变异、差异等中的至少一种的未受影响的材料分析成为可能的方法及装置。
该目的通过具有由权利要求1所阐明的技术特征的方法以及装置具有由权利要求9所阐明的技术特征来实现。
附图说明
本发明将在此参考附图来描述。图1示出了根据本发明的装置的示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是使得将对材料2中较硬的或较软的区域1的检测与直接发生的对所测区域的材料分析结合成为可能。这将在不需要任何形式的取样的情况下直接于材料中执行，不需要去除任何材料。这导致对材料的影响保持最小并且它使得避免由材料的去除而引起的将来的材料变化成为可能。这在下文将称作“未受影响的材料分析”。借助同一个装置3来实行这种方法应当是可能的，这也是基本思想。
根据本发明的一种方法是要在用于检测并分析材料2中硬度与其他材料不同(材料偏差)的至少一个区域1的未受影响的材料分析过程中使用，其中材料2的基本性质(所希望的性质)是已知的。
该方法包括检测硬度(刚度)与已知的材料不同的区域1，硬度与其他材料有差异的区域1。区域1的检测通过使用被布置成与材料2接触的触觉传感器4来进行。触觉传感器4获取硬度的差异，并且这些差异被记录并被分析。这可以手动进行或者由机器来进行；它可以被激活或者是自动的；可以使用不同的记录系统、处理系统、反馈系统、报告系统等；以及与这些系统关联的装置可以是不同的。
在检测具有偏差的硬度(刚度)的区域1时，用色谱光A来照射所测区域1。色谱光的能量被部分地传输给所测区域1中的材料。由区域1反射的色谱光已经将能量传输给了区域1中的材料。通过记录能量的变化而获得光谱。
该方法还包括对已经获得的光谱的分析以便获得关于在所测区域内所存在的材料的物理及化学的分子结构的信息。该反射将显示出随材料的特性而定的特定外形(特定光谱)。
分析可以由人工手动进行或者由机器进行；它可以被激活或者是自动的。由该方法所应用的技术领域而定，将已经获得的光谱与常见的物质的光谱以及与该技术领域内的物质的光谱进行比较是适当的。
对具有不同硬度的区域1的检测通过促使实现与触觉传感器4的接触来进行，该触觉传感器4适合的是共振传感器。共振传感器的主要组件是元件5(陶瓷压电元件(a piezoelectric element，a ceramic))，其中借助电路来促使元件5以与振动的吉他琴弦近似相同的方式振动(振荡)。元件5在特定的频率(其共振频率)下振动。当随后将负载(例如材料2)布置成与振动元件5的一端接触时，材料的声阻抗将会影响振动元件(振荡系统)，使得它在新的共振频率下振动。元件5振动的频率由传感器所接触的材料的硬度(刚度)来确定。如果将传感器4沿材料2移动，则能够记录频率的连续变化，而且能够获得并定位一个或多个硬度不同的区域1。所记录(登记)的频率变化(频率的差异)取决于传感器所接触的材料的硬度(刚度)。
因而，根据本发明的方法包括激活电路6以便促使在共振传感器4内所包含的元件5振动以获得共振频率，以及将元件4布置成与材料2接触，在此之后能够测量元件的共振频率的差异并使其与传感器所接触的材料的硬度相关联，由此能够测出具有不同硬度的区域1。
该方法包括为了获得色谱光而使用激光。使用拉曼光谱仪7(拉曼传感器)是适当的且有利的，该拉曼光谱仪7具有被布置成与材料接触的探针8。拉曼光谱仪7包括用于照射的激光源9，以及用于分析的装置及单元。已经证明该传感器的使用在对组织内的癌变的检测中是有价值的。肿瘤能够得以揭示，因为这些通常显示出与健康组织(例如前列腺组织)的化学组成不同的另外的化学组成。肿瘤使组织产生改变的分子组成，并且这反映于由拉曼光谱仪7所记录的光谱中。
根据本发明的装置3是使未受影响的材料分析成为可能的并有可能使用于所述方法的装置3。该装置包括为了检测硬度与已知材料2相比有差异的至少一个区域1而布置成与材料2接触的触觉传感器4。触觉传感器4是包括元件5及电路的共振传感器，所述电路被激活并促使该元件振动以便获得共振频率。元件5是压电元件。
装置3还包括装置9，该装置9是发射色谱光的并以光线A照射所测区域1以便获得能够被重现为光谱的反射光B的激光源，以及最后包括包含检测器(没有在图中示出)的以及分析已经获得的光谱并给出关于该区域内的材料的信息(其物理及化学的分子结构)的装置10。
装置3包括拉曼光谱仪7是适当的，而该拉曼光谱仪7又包括：构成激光通过其中进行传播的光学纤维的末端的探针8，激光源9以及用于分析及信息处理的装置10。用于分析及信息处理的装置10大概可以是手动的或基于机器的；它可以被激活或是自动的。
本发明的方法和装置这两方面，都主要在医学的技术领域之内得到了发展及试验，在医学上用于在体内的组织中(在前列腺中)诊断肿瘤(癌瘤)的未受影响的材料分析已经在活组织上进行了。
组织病理学是用于显示出组织中癌瘤的存在的一种常见方法。它包括通常用显微镜在活体外部检测和确认体内的病态的组织变化的存在。组织病理学是费时的方法，该方法需要能够通常以活组织检查的形式进行准确取样的并且能够研究、分析及评估样本并准确地解释结果的技术人员，在活组织检查中组织样本借助插入组织中的仪器来获得。
在某些情况下使用这种已知的方法可能是有疑问的，例如在前列腺癌的情形中，在美国和欧洲前列腺癌是影响男人的最常见的癌症形式。通常不可能通过心悸(palpitation)(用手来分析)也不可能通过任何商业上可用的成像方法(例如超声波)来定位前列腺内的肿瘤，以及这还使得取样及分析是不确定的且有疑问的。
前列腺的心悸通过医生使用手指检查前列腺组织的硬度经由患者的直肠进行。医生在寻找较硬的区域，因为通常的情况是肿瘤比周围的健康组织更硬。即使医生能够感觉到较硬的区域并怀疑有癌症存在，也难以确定肿瘤在前列腺中的确切位置。为了确定任何可能的癌瘤的位置，必须获取前列腺中的几个随机位置的活组织检查以便获得癌瘤的位置及范围的更清晰图像。活组织检查的获取伴随着在皮肤和组织中造成创伤并且这会增加并发症产生的风险，例如以感染的形式，因为这种类型的取样发生于接近肛门的富含细菌的区域中。对已经获得的样本执行最终的分析也是困难的。已经证明的情况是相对来说常检测不到存在的癌症。已经估算出通常每执行10例活组织检查就有3例检测不到存在的癌症的情况发生。
由于要分析的样本必须从体内去除，因而病理分析在体外执行而不能在体内(在生物体内)执行的事实还伴随着错误评价材料样本及其相关病情的风险，因为存在样本在其由体内去除的过程中受到机械改变及化学改变的风险。
共振传感器的主要组件是为陶瓷压电元件的元件，其中借助电路促使该元件以与振动的吉他琴弦近似相同的方式振动。该元件在特定的频率(其共振频率)下振动。当随后将负载(例如材料)布置成与振动元件5的一端接触时，材料的声阻抗将会影响振荡系统，使得它在新的共振频率下振动。元件振动的频率由传感器所接触的材料的硬度(刚度)确定。如果传感器沿材料移动，则能够记录频率的连续变化，而且能够测出并定位一个或多个硬度不同的区域。所记录的频率变化(频率的差异)取决于传感器所接触的材料硬度(刚度)。
已经证明该传感器的使用在对组织内的癌变的检测中是有价值的。肿瘤能够得以揭示，因为肿瘤通常比健康的组织(例如前列腺组织)更硬。
拉曼光谱仪是一种基于光的方法，在该方法中材料由单色光(通常为激光)照射。撞击材料(样本)的单色光引起材料中的受照分子运动并且引起光的波长在整个能够检测的波长范围内变化，以及部分光以光谱(色谱)的形式反射回来。该光谱得到了解释并提供关于材料的分子组成的以及关于分子的性质的详细信息。
根据本发明的装置3(仪器)结合两种检测技术以便不仅提高诊断可靠性而且能够提供关于包括何种类型的细胞变化的补充信息。诊断将是更好的且更可靠的，因为用同一个装置来检测材料偏差(肿瘤)的存在并同时对它进行分析和研究是可能的。而且，对于部分材料(组织)被去除的取样来说相对常见的感染风险得以降低。
该方法及装置3能够被应用于其他技术领域，在该其他技术领域中材料的组分已经被积聚于硬度与所希望的材料不同的结构，或者在该其他技术领域中材料由于种种原因之一已经获得了硬度与所希望的材料不同的另一种材料或其他几种材料的积聚。情况还可以是积聚的材料比已知的周围材料更软。在此所提供的描述能够容易地调整使得它对未受影响的材料分析、检验同样是有效的，其该分析和检验中材料不是活组织。
能够使根据本发明的装置3成为相对小的。当前有可能将触觉传感器5和拉曼光谱仪探针8放置入同一个装置主体C。装置主体C能够由一只手握持。发射色谱光的拉曼光谱仪9的装置以及执行分析的装置10同样能够布置于该装置主体内，或者这些可以完全地或部分地位于该主体自身的外部，被布置成与其他功能部件连接。
如下结构是适当的：形式为共振传感器的触觉传感器5被布置于拉曼探针8的周围，该拉曼探针8则位于中心。共振传感器5和拉曼探针8应当具有在相同面上接触的表面5a和表面8a，使得有可能使该装置对着材料布置并且使得有可能在接触的相同时期期间使用共振传感器5和拉曼光谱仪7这两者。
装置3的主体C可以具有带有扩展的主体3a的钢笔(pen)的形状，该主体3a提供能够被由正执行分析的人员的一只手抓住并握持的区域。该装置应当具有能够以稳固且清晰的方式紧靠材料2布置的部分3b(点)。
使用电缆或其他馈入装置或这两种装置以正常的方式来进行电连接(连接装置等)是适当的。装置3能够以各种方式连接到计算机11，所获得的测量值在该计算机11中能够被存储，分析及处理，并且与其他的相关数据比较。
装置3(仪器)在例如癌症手术的过程中是大有好处的，因为肿瘤将在其范围及类型方面得到明确限定，而这使得外科医生有可能在为了安全起见不需要去除大量的健康组织的情况下彻底地去除癌症或肿瘤。
根据本发明的装置(仪器)存在许多应用。从医学的观点来看，存在人体的大部分都能够被分析，被研究的可能。装备这种技术的胃窥镜(胃窥镜是用来在胃部及胃肠道之内察看的长的且可弯曲的仪器)将会是很强大的并且有可能将这种胃窥镜用于许多不同的诊断过程及分析。该方法及装置还能够被用来诊断其他种类的癌症，例如皮肤癌及乳腺癌。

Claims (18)

1.一种用于检测和分析材料(2)内的至少一种材料偏差的未受影响的材料分析的方法，其特征在于：
通过使用被布置为与材料(2)接触的触觉传感器(4)对所述材料中硬度不同的区域(1)进行检测，
用色谱光(A)对所检测的区域进行照射以获得光谱形式的反射光(B)，以及
对所获得的光谱进行分析以获得关于所述材料的物理及化学的分子结构的信息。
2.根据权利要求1的方法，其中对硬度不同的所述区域(1)进行检测通过将所述触觉传感器(4)布置成与所述区域(1)接触来进行，该触觉传感器(4)是共振传感器。
3.根据权利要求2的方法，其中电路(6)被激活以便促使包含于所述共振传感器(4)之内的元件(5)振动、振荡以获得共振频率，以及其中所述元件(5)被布置成与所述材料(2)接触，在此之后能够检测所述元件(5)的共振频率的差异并将该差异与所述传感器所接触的材料(2)的硬度关联。
4.根据权利要求3的方法，其中所述元件(5)是压电元件。
5.根据权利要求1-4中的任一权利要求的方法，其中使用激光来获得所述色谱光。
6.根据权利要求1-5中的任一权利要求的方法，其中使用拉曼光谱仪(7)进行所述照射和分析。
7.根据权利要求1-6中的任一权利要求的方法，其中所述未受影响的材料分析在活组织上执行。
8.根据权利要求7的方法，其中所述未受影响的材料分析在活组织上执行以便检测并分析肿瘤。
9.一种使得用于检测和分析材料(2)中的至少一种材料偏差的未受影响的材料分析成为可能的装置(3)，其特征在于：
为了检测在所述材料(2)中至少一个硬度不同的区域(1)而布置成与所述材料(2)接触的触觉传感器(5)，
发射色谱光(A)并以该光照射所检测的区域(1)以获得光谱形式的反射光(B)的装置(7、8、9)，以及
分析所获得的光谱并给出关于所述区域中的材料的信息的装置(10)，其中所述信息是所述材料的物理及化学的分子结构。
10.根据权利要求9的装置，其中所述触觉传感器(4)是共振传感器。
11.根据权利要求9的装置，其中所述共振传感器(4)包括元件(5)和电路(6)，该电路(6)被激活并促使所述元件(5)振动、振荡以获得共振频率。
12.根据权利要求11的装置，其中所述元件(5)是压电元件。
13.根据权利要求9-12中的任一权利要求的装置，包括激光源(9)以获得所述色谱光。
14.根据权利要求13的装置，包括拉曼光谱仪(7)，而该拉曼光谱仪(7)又包括所述激光源(9)。
15.根据权利要求9-14中的任一权利要求的装置，其使用于活组织的未受影响的材料分析中。
16.根据权利要求15的装置，用于检测并分析肿瘤。
17.根据权利要求9-16中的任一权利要求的装置，其中所述触觉传感器(4)以及发射色谱光的所述装置(9)的至少一部分被布置于能够由一只手握持的主体之内。
18.根据权利要求17的装置，其中所述触觉传感器(4)被布置于发射色谱光的所述装置(9)的周围，所述装置(9)则位于所述主体的中心。
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