CN102123663B - 测量生物组织一个区域机械特性的装置 - Google Patents

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Abstract

测量生物组织一个区域机械特性的装置(D)，包括气源，允许沿着轴线Y-Y向该组织区域喷射一股压缩空气；和光源，沿着轴线Y-Y向该组织区域发出一个光束，该装置设置用来实现皮肤的测量，包括：一个轴线Y-Y的管子，其端部用来放置在待检查的皮肤区域附近，引导气体喷射流；光传感器(4)，与轴线Y-Y错开，用来收集皮肤区域反射回来的光束一的部分光线。

Description

测量生物组织一个区域机械特性的装置
本发明涉及测量生物组织一个区域机械特性的装置，包括气源，用于沿着轴线Y-Y向该组织区域喷射一股压缩气体；和光源，用于沿着轴线Y-Y向该组织区域发出一个光束。
WO 03/020122描述了一种利用一股光束和一个空气喷射系统测量眼睛内部压力的装置。
可是该系统是用来测量眼睛内部的压力的，而不是用来测量角膜的适当特征的。
另外，角膜具有不同于其他生物组织的结构，特别是它的透明特性，这使按照WO 03/020122的装置不能推广应用。
为了改善皮肤的特征研制了大量的处理方法。这个演变建立一种对能够在处理之前和之后测量皮肤特征的装置的需求。
此外，操作时，皮肤所需要的切口将造成瘢痕，局部地改变皮肤的特征。若能在这个部位测量皮肤特征的演变，则可以有效地量化引起的基因。
按照本发明的装置的目的尤其在于回应上述要求。
按照本发明，前面定义类型的测量生物组织一个区域机械特性的装置，其特征在于，该装置设置用来实现皮肤的测量，包括：
●管子，用来在轴线Y-Y上喷射气体，其自由端用来放置在待检查的皮肤区域的附近，引导气体喷射流；
●光传感器，与轴线Y-Y错开，用来收集被皮肤区域反射的光束的一部分光线。
所使用的光束最好是激光束。此外该光束可以具有70和350μm之间的直径。
该管子可以具有小于或等于5mm，特别是2mm的直径。
该装置可以包括一台计算机，它能够通过三角测量确定光束在该皮肤区域上的入射点水平上的位移。
最好测量给定的气体流量下皮肤所产生的变形，或者测量给定的变形所使用的气体流量。该传感器和该所检验的皮肤区域之间的距离可以在65和95mm之间。
所使用的气体最好是空气。
参照附图阅读下面对推荐的实施方式的绝非限制性的描述，人们将会看到本发明的其他特征和优点。附图中：
图1是按照本发明的装置的透视图；
图2是图1的装置沿着II-Il平面的剖面图；
图3是说明测量皮肤变形以及所利用的机械应力随着时间变化的曲线；
图4是图2的详图，更具体地说明图1装置所发射的光束在皮肤上的反射；而
图5是类似于图4的视图，说明皮肤不变形和变形时所述光束的反射。
在按照本发明测量皮肤特性的装置的一个实施方式的所有描述中，诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“水平”和“垂直”等相对术语，应理解为当测量皮肤特性的装置安放在病人身上的状态，下文中定义的轴线Y-Y是垂直的。
正如人们可以在图1和图2看到的，按照本发明的装置D包括外壳B，其中放置激光源1，沿轴线Y-Y发射一个光点2。该激光光点沿着轴线Y-Y在管3的内部延伸。
当该光点遇见障碍物，例如，病人的皮肤时，该光点被反射，一部分被反射的光线被传感器4检测到。传感器4可以是被称为电荷耦合传感器的CCD传感器，但也可以是MOS型或CMOS型的。
管3包括接头5，允许来自气源S的气体注入。
所使用的气体最好是空气。该气体通过电磁阀7经导管6由气源S送来。
管3的上部用位于接头5上面的透明窗玻璃8气密地封闭。这样，激光光点2可以由光源1在管3中发射，而同时来自电动阀7的气体向管3下端流动，但不能渗透到被窗玻璃8封闭的管3上端以外。
计算机9放置在外壳B中。计算机9能够从光源1和传感器4提供的信息出发，通过三角测量确定光点2在病人皮肤P上的入射点位置。
运行时，压缩空气通过电动阀7注射允许使病人在管3延长线上的皮区域受到机械力作用。
通过调节气体的流量，这个机械应力可以改变频率和强度。
受力的皮肤P区域的扩展是由管3的直径定义的。为了进行准确的点状测量，直径宜小。最好利用内径小于或者等于5mm的管子。所描述的实施方式使用内径2mm的管3。
由于只进行一点测量，测量进行得非常快捷而且不必利用成本非常高的快速摄像机。
激光光点2由光源1按照轴线Y-Y投射，在管3的内部向下传播。激光光点的直径d在70μm至350μm之间变化。光点2投射在病人皮肤P的表面上，并被部分地反射。光的反射部分，特别是光线rm，用传感器4检测。
光点2在皮肤P上的反射更具体地示于图4。从管3出来的直径d的光点2反射为多股光线r。更具体地区分出从入射皮肤P各点的光线反射产生的光线r1max和r2max，其中法线n1max和n2max与轴线Y-Y形成一个最大角度。光线r1max和r2max允许定义张角为的圆锥，从光点22反射的所有光线都存在于其中。在这些反射的光线中间，光线rm与轴线Y-Y构成角度α，用传感器4检测。
传感器4或相应的装置，包括透镜E和角度α测量装置。传感器4是线性类型的，由基本的传感器对准构成，或者由安排成模具形状的基本的传感器构成。这种安排允许用传感器4确定光线rm的入射点坐标。
所发射的光束2的轴线Y-Y和传感器4系统的光学轴之间的角度保持恒定。从图5可以看到，随着光束2在皮肤上的入射点变化及其变形，反射的光线射落在传感器4不同的点上。测量在传感器4上观察到的位移便可以确定角度α的变化。因而所测量的偏差(下垂度)是从已知系统的诸如传感器4和轴线Y-Y之间的距离等几何特征计算角度α出发推导出来的。
入射光线在传感器4上的入射，在计算机9中通过三角测量进行分析，可以测量皮肤P跟随气体喷射流诱发的应力的变形。
利用光点2按照不同的轴线Y-Y的反射便于利用三角测量确定入射点在该皮肤上的坐标。
该三角测量是以几何的方法实现的。知道装置的几何参数，特别是光源1和传感器4之间的角度α和这两者之间的距离，便可用三角公式确定光源1和皮肤P之间的距离。也可以利用干涉测量法，但是实现起来比较复杂。
机械应力在变形测量轴上产生。照明发射，就是说光点2在机械应力轴下传输，以便保证测量点始终位于变形的底部。以一个相对于机械应力轴的角度发射照明(光束)，为了肯定达到最大偏差，意味着不再是测量一个点，而是一个面。
气体流量调节器(未示出)，装在电动阀7的上游，可以调节气体的流量并改变机械应力的频率和极值(extremite)。
在图3可以看到，气体流量(粗线)和测量的偏差(较细的线条)随时间变化的记录。这举例说明皮肤P参照所施加的应力而产生的变形大小。在干扰附近人们观察到被测量的变形和所施加的应力之间的相关性。在时间刻度上在0和10000之间，偏差和流量两者都增大，接着在10000和50000之间两者都达到稳定，然后两者骤降。
该装置允许在离开传感器465至95mm的距离处进行测量。
直径70μm至350μm的激光光点允许检测皮肤1.5μm的变形。
所使用的测量频率可以达到50kHz，但为了改善性能，最好用10kHz。
可以改变所施加的荷载，可以按正弦曲线缓慢变化，除了身体内部压力的简单测量以外，还可以测量皮肤固有的粘弹性参数。
尤其应该指出，在加载/卸载周期中进行测量、给定变形的气体流量测量和给定气体流量的变形测量的可能性。
此外把测量扩展到不限于一个点。该装置可以用于全身。特定的机箱，未示出，可以使该装置达到全身并保证机械应力垂直于接触的区域。

Claims (9)

1.测量生物组织一个区域机械特性的装置(D)，包括：气源，用于沿着轴线Y-Y向该组织区域喷射压缩空气；和光源(1)，用于沿着轴线Y-Y向该组织区域发出光束(2)，其特征在于，该装置(D)设置用来实现皮肤(P)上的测量，并包括：
●管子(3)，用于在轴线Y-Y上喷射气体，其自由端用来放置在待检查的皮肤区域(P)附近，引导该气体喷射流，
●光传感器(4)，与轴线Y-Y错开，用来收集该皮肤区域反射的光束(2)的一部分光线；
●计算机(9)，能够通过三角测量确定皮肤区域(P)在光束(2)入射点水平上的位移，
管子(3)的上部用透明窗玻璃(8)气密地封闭，这样，由光源(1)发射的光束(2)可进入管子(3)。
2.按照权利要求1的装置(D)，其特征在于，该光束(2)是激光束。
3.按照权利要求1或2的装置(D)，其特征在于，该光束(2)直径在70和350μm之间。
4.按照权利要求1或2的装置(D)，其特征在于，该管子(3)直径小于或者等于5mm。
5.按照权利要求4的装置(D)，其特征在于，该管子(3)直径为2mm。
6.按照权利要求5的装置(D)，其特征在于，对于给定的气体流量测量皮肤(P)所产生的变形。
7.按照权利要求5的装置(D)，其特征在于，对于给定的变形测量所使用的气体流量。
8.按照权利要求1或2的装置(D)，其特征在于，传感器(4)和被检验的皮肤区域(P)之间的距离在65和95mm之间。
9.按照权利要求1或2的装置(D)，其特征在于，所使用的气体是空气。
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