TW201310020A - 具定位單元之光學檢測裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學檢測裝置用以檢測一組織，其包括一發光單元、一光感測單元以及一定位單元。發光單元發射至少一波長之光線進入組織。光感測單元係感測由組織射出之光線而產生一感測訊號，光感測單元與組織之相對位置為可變。定位單元具有至少三訊號傳輸端，其中一訊號傳輸端與光感測單元之距離係實質固定。當光感測單元移動以檢測組織之各部位時，可藉由定位單元對光感測單元進行定位以得知各個檢測部位之位置，便於建立全區檢測資料庫。

Description

具定位單元之光學檢測裝置

本發明係關於一種光學檢測裝置，特別關於一種具有定位單元之光學檢測裝置。

隨著科技的進步，醫療檢測技術也從侵入式(invasive)檢測進步到非侵入式(non-invasive)檢測。其中，非侵入式檢測就如利用近紅外線照射人體並檢知穿出人體之光線來進行組織檢測。

而在進行檢測的過程中，常會移動光學檢測裝置來檢測不同部位，然而，這些檢測部位之檢測資料卻無法整合在一起，進而不易依據這些檢測資料作全面性的分析及判讀。

因此，如何提供一種光學檢測裝置，能夠將各個檢測部位之資料整合起來，以利全面性的分析及判讀而提升檢測效能，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種夠將各個檢測部位之資料整合起來，以利全面性的分析及判讀，而提升檢測效能之光學檢測裝置。

為達上述目的，依據本發明之一種光學檢測裝置用以檢測一組織，其包括一發光單元、一光感測單元以及一定位單元。發光單元發射至少一波長之光線進入組織。光感測單元係感測由組織射出之光線而產生一感測訊號，光感測單元與組織之相對位置為可變。定位單元具有至少三訊號傳輸端，其中一訊號傳輸端與光感測單元之距離係實質固定。

在一實施例中，發光單元係發射具有特定波段之一光線、或輪流發射不同波長之光線、或同時發射載於不同頻率之不同波長之光線。藉由發光單元發出具有特定波段或複數波長之光線，可提升光學檢測裝置的檢測效能。

在一實施例中，發光單元具有一光源及一導光元件，導光元件係導引光源所發射之光線進入組織。藉此可避免光源發出之光線漏失而降低入射光強度，並有利於更精確的檢測。

在一實施例中，光感測單元包含至少一光感測元件及一遮光元件，光感測元件係固設於遮光元件，發光單元位於遮光元件內。藉由發光單元設置於遮光元件內，可減少環境光線干擾，且整個光學檢測裝置可小型化而提升檢測便利性及產品競爭力。遮光元件例如為一罩體。遮光元件之一內表面、或一外表面或一內部具有一導電層、一導電體或一導線，藉由導電層、導電體或導線可將驅動訊號傳送至位於遮光元件內之發光單元，而驅動其發光。這實為一創新設計。

在一實施例中，光感測單元包含一罩體及一光感測元件陣列，光感測元件陣列位於罩體之一表面以感測從組織射出之光線。當罩體移動到任一區域，光感測元件陣列皆可清楚地感測由該區域射出之光線，而得到該區域對應該光感測元件陣列之各點的檢測資料，進而提升檢測效能。再配合定位單元之定位，可將組織全區的檢測資料提升至光感測元件陣列的解析度等級。

在一實施例中，光感測單元包含複數光感測元件，發光單元至該等光感測元件之距離係實質相等。藉由複數光感測元件，可對同一區域作出雙倍的檢測，且該等檢測訊號可提供雙重驗證，也可藉由函數來整合該等檢測訊號進而提升檢測效能。函數例如為log函數。

在一實施例中，光感測單元包含一分光器及一光感測元件，分光器係將由組織射出之光線分為複數波長之光線並傳送至光感測元件。分光器可在時間域(time domain)、或頻率域(frequency domain)或空間域(space domain)上進行分光。時間域指的是分光器在時間軸上依序分出不同波長的光線並傳送至光感測元件，頻率域指的是將不同頻率之載波進行解調以得到載於載波之不同波長光線，空間域指的是分光器在空間上一次分出不同波長的光線並傳送至光感測元件。

在一實施例中，訊號傳輸端可為一訊號接收端、或一訊號發送端、或一訊號接收/發送端。且定位單元所傳輸之訊號包含波訊號及音訊號之至少一，可例如整合光定位與音波定位。

承上所述，由於定位單元之一訊號傳輸端(例如第一訊號傳輸端)與光感測單元之距離係實質固定，因此當光感測單元移動以檢測組織各部位時，第一訊號傳輸端亦隨著光感測單元移動，並與定位單元之其他兩訊號傳輸端進行訊號傳輸，藉此可定位第一訊號傳輸端之位置，同時亦得知光感測單元之位置，因此可藉由定位單元對光感測單元進行定位而得知各個檢測部位之位置，而夠將各個檢測部位之資料整合起來，便於建立全區檢測資料庫，以利全面性的分析及判讀，而提升檢測效能。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之光學檢測裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為本發明第一實施例之一種光學檢測裝置1的示意圖，其係用以檢測一組織T，例如是人體、動物、植物或藥物之組織，於此係以人體組織為例。

光學檢測裝置1包含一發光單元11、一光感測單元12以及一定位單元13。發光單元11發射至少一波長之光線進入組織T。發光單元可發射具有特定波段之一光線，波段波長例如介於320nm至1100nm，包含了紫外光、可見光及近紅外線(near Infrared,NIR)波長。發光單元亦可發射不同波長之光線。當發光單元11欲發射不同波長之光線時，發光單元11可包含複數發光元件，例如發光二極體，於不同時間點發出不同波長光線；或者，發光單元11可包含複數發光元件，可同時發出不同波長光線，該等光線分別載於不同頻率之載波上，之後再由光感測單元12進行解調；或者，發光單元11可發射一波段波長之光線，再藉由濾波輪(filter wheel)、聲光可調諧濾波器(acousto-optical tunable filter,AOTF)或液晶可調諧濾波器(liquid crystal tunable filter,LCTF)來發出不同波長的光線。上述之發光元件例如為發光二極體(LED)或雷射二極體(laser diode)。

藉由發光單元發出具有特定波段或複數波長之光線，其中不同波長光線可對應至不同檢測項目，進而可提升光學檢測裝置的檢測效能。

另外，本實施例之發光單元11具有一光源111及一導光元件112，導光元件112係導引光源111所發射之光線進入該組織。光源111可包含單一發光元件或複數發光元件，導光元件112於此係以光纖為例，另外，其可為導光條或其他導光體。藉由導光元件112之導引光線，可避免光源111發出之光線漏失而降低入射光強度，並有利於更精確的檢測。

光感測單元12係感測由組織T射出之光線而產生一感測訊號。由組織T射出之光線可以包含入射光之射出、或激發該組織產生射出光線、或導致該組織或鄰近組織產生射出之光線。光感測單元12與組織T之相對位置為可變，藉由操作光感測單元12而使其移動，可改變光感測單元12與組織T之相對位置。

本實施例之光感測單元12包含至少一光感測元件121及一遮光元件122，遮光元件122係避免外界光線進入遮光元件122內，光感測元件121固設於遮光元件122。遮光元件122係以罩體為例，且發光單元之導光元件112之一出光部係位於遮光元件122內。如此，光源111所發出之光線經由導光元件112而射入組織T內，且入射點大約位於遮光元件122之中央，然後由組織T射出之光線係入射至位於遮光元件122之頂面之光感測元件121，而由光感測元件進行感測以產生感測訊號。

其中，當發光單元11於不同時間發射不同波長光線時，則光感測元件121，例如為一攝像機，於不同時間點進行攝像。當發光單元11藉由將不同波長之光線載於載波上時，光感測單元12可包含一解調器及一光感測元件，解調器可將不同頻率之載波進行解調而得到載於載波之不同波長光線，而該等光線再經由光感測單元12進行感測。當發光單元11發射具有特定波段之光線時，光感測單元12可包含一分光器123及一光感測元件121(如圖2所示)。分光器123係將由組織射出之光線分為複數波長之光線並傳送至光感測元件121。分光器123可在時間域(time domain)或空間域(space domain)上進行分光。時間域指的是分光器123在時間軸上依序分出不同波長的光線並傳送至光感測元件121，時間域的分光可例如藉由濾波輪、聲光可調諧濾波器、液晶可調諧濾波器來實施。空間域指的是分光器123在空間上一次分出不同波長的光線並傳送至光感測元件121，而空間域的分光可例藉由分光鏡(spectroscopic prism)或光柵(grating)來實施。

另外，光感測元件121可為單一光感測元件、或一光感測元件陣列、或一攝像機，可例如包含光二極體(photo diode)、光敏電阻(photo resistor)或光電倍增管(Photomultiplier tube)，光二極體所構成的例如是電荷耦合元件(CCD)或互補式金氧半感測元件(CMOS)。光敏電阻例如是硫化鎘光感測元件。

定位單元13具有至少三訊號傳輸端131、132、133，其中一訊號傳輸端131與光感測單元12之距離係實質固定，較佳者為訊號傳輸端131與光感測單元12之相對位置係實質固定。訊號傳輸端131、132、133可為一訊號接收端、或一訊號發送端、或一訊號接收/發送端，只要定位單元13同時存在訊號發送與訊號接收的情況即可。當然，訊號傳輸端的數目越多，定位的精確度可進一步升級。定位單元13所傳輸之訊號可包含波訊號(例如光波、微波…)及音訊號之至少一。且所傳輸之訊號可內含特定資訊以表明是哪一訊號傳輸端所發送之訊號。

由於定位單元13之一訊號傳輸端131與光感測單元之距離係實質固定，因此當光感測單元12移動以檢測組織T各部位時，訊號傳輸端131亦隨著光感測單元移動，並與定位單元之其他兩訊號傳輸端132、133進行訊號傳輸，藉此可定位訊號傳輸端131之位置，同時亦得知光感測單元12之位置，因此可藉由定位單元13對光感測單元12進行定位而得知各個檢測部位之位置，而夠將各個檢測部位之資料整合起來，便於建立全區檢測資料庫，以利全面性的分析及判讀，而提升檢測效能。

圖3為本發明第二實施例之一種光學檢測裝置2的示意圖，光學檢測裝置2包含一發光單元21、一光感測單元22及一定位單元23。與第一實施例主要不同在於，發光單元21係位於光感測單元22之一遮光元件222內。藉由發光單元21設置於遮光元件222內，整個光學檢測裝置2可小型化而提升檢測便利性及產品競爭力。遮光元件222之一內表面、或一外表面或一內部可具有一導電層、一導電體或一導線，藉由導電層、導電體或導線可將驅動訊號傳送至位於遮光元件222內之發光單元21，而驅動其發光，其中，遮光元件222亦可在頂面穿孔讓導電體或導線通過。於此，係以導線24位於遮光元件222之外表面為例，導線24延伸至遮光元件222內以連接發光單元21。另外，本實施例用以驅動發光單元21之驅動電路係與光感測單元22置放於同一殼體內。

另外，如圖1及圖3所示，第一實施例之定位單元13之訊號傳輸端131係位於遮光元件122內，而第二實施例之定位單元23之訊號傳輸端231係位於遮光元件222外。

圖4為本發明第三實施例之一種光學檢測裝置3的示意圖。光學檢測裝置3包含一發光單元31、一光感測單元32及一定位單元33。與第二實施例主要不同在於，光感測單元32包含一罩體322及一光感測元件陣列321，光感測元件陣列321位於罩體322之一表面，例如頂面。光感測元件陣列321位於罩體322之一表面以感測從組織射出之光線。當罩體322移動到任一區域，光感測元件陣列321皆可清楚地感測由該區域射出之光線，而得到該區域對應光感測元件陣列321之各點的檢測資料，進而提升檢測效能。再配合定位單元33之定位，可將組織T全區的檢測資料提升至光感測元件陣列321的解析度等級。

在本實施例中，罩體322之內表面可為吸光材質，藉此，光感測元件陣列321可接收由組織T射出但不經由罩體322內表面反射之光線。此外，上述之罩體或遮光元件亦可內嵌光纖以導引光線至光感測單元，藉此提升感測效能。

另外，在本實施例中，發光單元31之驅動方式可沿用第二實施例之導電層、導電體或導線的方式來實施，於此不再贅述。

圖5為本發明第四實施例之一種光學檢測裝置4的示意圖。光學檢測裝置4包含一發光單元41、一光感測單元42及一定位單元43。光學檢測裝置4係整合至一可攜式通訊裝置上。其中，定位單元43之一訊號傳輸端431設置於光學檢測裝置4之側邊，並與光感測單元42之距離係實質固定。由於定位之技術特徵已於上述實施例詳述，故於此不再贅述。

當使用者操作光學檢測裝置4檢測其組織時，需使光學檢測裝置4靠近身體並移動以進行檢測。發光單元41發射至少一波長之光線進入組織T，光感測單元42係感測由組織T射出之光線而產生一感測訊號。由於檢測的技術特徵已於上述實施例詳述，於此不再說明。

需補充的是，光感測單元42包含複數光感測元件421、422(於此係以兩個為例)，發光單元41至該等光感測元件421、422之距離係實質相等，於此光感測元件421、422分別位於發光單元41之左、右兩側。藉由複數光感測元件421、422，可對同一區域作出雙倍的檢測，且該等檢測訊號可提供雙重驗證，也可藉由函數來整合該等檢測訊號進而提升檢測效能。函數例如為log函數。

以下進一步說明利用函數來整合該等檢測訊號進而提升檢測效能。其中並以乳房腫瘤檢測為例。

光學檢測裝置4之處理單元係可使兩光感測元件421、422所產生之該等感測訊號建立一函數關係而對應產生複數處理訊號，並依據該等處理訊號決定組織是否具有腫瘤。於此，處理訊號之波形如圖7所示，本實施例之處理訊號係藉由圖6A與圖6B之兩光感測元件421、422之感測訊號建立一函數關係而產生，且各處理訊號係由該等光感測元件421、422接收發光單元41發出之光線所產生之感測訊號來產生。需先說明，發光單元係輪流發射多種波長之光線，假設圖6A所示之波形係藉由設置於發光單元41之右側(R)的光感測元件421所產生，而圖6B所示之波形係藉由設置於發光單元41之左側(L)的光感測元件422所產生。這樣，圖7所示之波形係由log(L)-log(R)所形成。如此，當圖7所示之橢圓虛線區域出現時，即證明腫瘤存在並得知腫瘤位置。在實施上，當處理單元分析到橢圓虛線區域時，光學檢測裝置4可發出嗶嗶聲提醒使用者，而這時腫瘤之位置即在發光單元41附近。本實施例藉由特定運算法將感測訊號結合而簡化訊號處理過程並提升腫瘤偵測準確度，進而能讓使用者自行檢測以達到預防或提早發現之效果。

綜上所述，由於定位單元之一訊號傳輸端(例如第一訊號傳輸端)與光感測單元之距離係實質固定，因此當光感測單元移動以檢測組織各部位時，第一訊號傳輸端亦隨著光感測單元移動，並與定位單元之其他兩訊號傳輸端進行訊號傳輸，藉此可定位第一訊號傳輸端之位置，同時亦得知光感測單元之位置，因此可藉由定位單元對光感測單元進行定位而得知各個檢測部位之位置，而夠將各個檢測部位之資料整合起來，便於建立全區檢測資料庫，以利全面性的分析及判讀，而提升檢測效能。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1～4．．．光學檢測裝置

11、21、31、41．．．發光單元

111．．．光源

112．．．導光元件

12、22、32、42．．．光感測單元

121、221、421、422．．．光感測元件

122、222．．．遮光元件

123．．．分光器

13、23、33、43．．．定位單元

131～133、231～233、331～333、431～433．．．訊號傳輸端

321．．．光感測元件陣列

322．．．罩體

T．．．組織

圖1為本發明第一實施例之一種光學檢測裝置的示意圖；

圖2為本發明藉由分光器進行分光的示意圖；

圖3為本發明第二實施例之一種光學檢測裝置的示意圖；

圖4為本發明第三實施例之一種光學檢測裝置的示意圖；

圖5為本發明第四實施例之一種光學檢測裝置的示意圖；

圖6A及圖6B分別為本發明之兩光感測元件的感測訊號之波形圖；以及

圖7係藉由函數整合複數光感測元件之感測訊號之波形圖。

1．．．光學檢測裝置

11．．．發光單元

111．．．光源

112．．．導光元件

12．．．光感測單元

121．．．光感測元件

122．．．遮光元件

13．．．定位單元

131～133．．．訊號傳輸端

T．．．組織

Claims (13)

1. 一種光學檢測裝置，係用以檢測一組織，包括：一發光單元，係發射至少一波長之光線進入該組織；一光感測單元，係感測由該組織射出之光線而產生一感測訊號，該光感測單元與該組織之相對位置為可變；以及一定位單元，具有至少三訊號傳輸端，其中一訊號傳輸端與該光感測單元之距離係實質固定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該發光單元係發射具有特定波段之一光線、或發射不同波長之光線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該發光單元具有一光源及一導光元件，該導光元件係導引該光源所發射之光線進入該組織。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該光感測單元包含至少一光感測元件及一遮光元件，該光感測元件係固設於該遮光元件，該發光單元位於該遮光元件內。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學檢測裝置，其中該遮光元件為一罩體。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光學檢測裝置，其中該遮光元件之一內表面、或一外表面或一內部具有一導電層、一導電體或一導線。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該光感測單元包含一罩體及一光感測元件陣列，該光感測元件陣列位於該罩體之一表面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該光感測單元包含複數光感測元件，該發光單元至該等光感測元件之距離係實質相等。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該光感測單元包含一分光器及一光感測元件，該分光器係將由該組織射出之光線分為複數波長之光線並傳送至該光感測元件。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該光感測單元包含一解調器及一光感測元件，該解調器係將由該組織射出之光線進行解調並傳送至該光感測元件。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該訊號傳輸端為一訊號接收端、或一訊號發送端、或一訊號接收/發送端。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，其中該定位單元所傳輸之訊號包含波訊號及音訊號之至少一。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光學檢測裝置，該發光單元所發出之光線，其波長包含紫外光、或可見光、或近紅外光。