SE531527C2 - Förfarande vid och en anordning för opåverkad materialundersökning - Google Patents

Description

531 53? materialavlägsning kan undvikas. l fortsättningen kallas detta opàverkad materialundersökning. Grundtanken är också att detta förfarande ska kunna utföras med hjälp av en och samma anordning 3.

Ett förfarande enligt uppflnningen är avsett att användas vid opàverkad materialundersökning för detektering och analysering av åtminstone ett område 1 med härdhetsskillnad jämfört med materialet i övrigt, en materialavvikelse, i ett material 2 där materialets grundegenskaper, önskade egenskaper, är kända.

Förfarandet innefattar detektering av ett område 1 med annan hårdhet, styvhet, än det kända materialet, ett omrâde 1 med hàrdhetsskillnad jämfört med materialet i övrigt. Detekteringen av omrâdet 1 sker genom att en taktil sensor 4 används och ansätts mot materialet 2. Den taktila sensom 4 avläser skillnader i hårdhet och dessa skillnader registreras och analyseras.

Detta kan ske manuellt eller maskinellt, aktiverat eller automatiskt, med olika avläsningssystem, behandlingssystem, àterkopplingssystem, redovisningssystem och liknande och därtill hörande anordningar. 4 När ett område 1 med avvikande hårdhet, styvhet, år detekterat bestrálas det detekterade omrâdet 1 med kromatografiskt ljus A. Det kromatografiska ljusets energi överförs delvis till materialet i det detekterade området 1. Det kromatografiska ljuset som àterreflekteras från omrâdet 1 har avgett energi till materialet i området 1. Genom att registrera energiändringen erhålls ett ljusspektrum.

Förfarandet innefattar också analysering av det erhållna ljusspektrumet för erhållande av information avseende den fysiska och kemiska molekylära uppbyggnaden i materialet som finns i det detekterade omrâdet. Beroende på vilket materialet är kommer reflektionen att uppvisa en specifik bild, ett specifikt ljusspektrum.

Analyseringen kan ske manuellt eller maskinellt, både aktiverat och automatiskt. Beroende av det teknikomràde inom vilket förfarandet används jämförs det erhållna ljusspektrumet lämpligen med ljusspektrum av vanligt förekommande ämnen och substanser inom teknikomràdet.

Detekteringen av omrâdet 1 med hàrdhetsskillnad sker genom ansältâfide âV de" fakma sensorn 4, lämpligen en resonanssensor. En resonanssensorns huvudkomponenl äl' ell element 5, ett piezoelektriskt element, en keram, som sättas i svängning, ungefär som en vibrerande gitarrsträng, med hjälp av en elektrisk krets. Elementet 5 svänger med en särskild v: vt íïäü 52? frekvens, resonansfrekvens. När sedan en last, exempelvis ett material 2, ansätts mot ena änden av det svängande elementet 5 kommer materialets akustiska impedans att påverka det svängande elementet, det osciilerande systemet, så att det svänger med en ny resonansfrekvens. Frekvensen med vilken elementet 5 vibrerar avgörs av hàrdheten, styvheten, på det material sensorn är i kontakt med. Flyttas sensorn 4 över ett material 2 kan kontinuerliga frekvensändringar registreras och ett eller flera områden 1 med olika hårdhet kan detekteras och lokaliseras. Registrerade frekvensändringar, frekvensskillnader, beror av hàrdheten, styvheten, pà det material som sensorn sätts i kontakt med.

Förfarandet enligt uppfinningen innefattar följaktligen aktivering av en elektrisk krets 6 för att sätta elementet 5 innefattat i resonanssensorn 4 i svängning för erhållande av en resonansfrekvens och ansättning av elementet 4 mot materialet 2 varefter en resonansfrekvensskilinad hos elementet kan uppmätas och korreleras med hárdheten på det material sensorn är i kontakt med varvid ett område 1 med annan hårdhet kan upptäckas.

Förfarandet innefattar användning av laserljus för erhållande av det kromatografiska ljuset.

Det är lämpligt och fördelaktigt att använda en Ramanspektrometer 7, en Ramansensor, med en prob 8 som kommer till anläggning mot materialet. Ramanspektrometem 7 innefattar en laserljuskälla 9 för bestràlningen och anordningar och enheter för analyseringen.

Användandet av en sådan sensor har visat sig vara värdefullt för detektion av cancerösa vävnadsförändringar. Tumörer kan avslöjas då dessa vanligtvis uppvisar en annan kemisk sammansättning än frisk vävnad, exempelvis prostatavävnad. Tumörer ger upphov till en ändrad molekylär sammansättning av vävnaden och detta återspeglas i det spektrum som registreras med Ramanspektrometern 7.

En anordning 3 enligt uppfinningen 'ar en anordning 3 som möjliggör opàverkad materialundersökning och som går att använda under förfarandet. Anordningen innefattar en taktil sensor 4 som ansâtts mot materialet 2 för detektering av åtminstone ett område 'i med hàrdhetsskiilnad jämfört med det kända materialet 2. Den taktila sensorn 4 är ef! resonanssensor innefattande ett element 5 och en elektrisk krets som aktiveras och sätter elementet i svängning för erhållande av en resonansfrekvens. Elementet 5 är ett piezoelektriskt element.

Anordningen 3 innefattar vidare en anordning 9, en laserljuskälla, som avger kromatografiskt ljus och som bestràlar det detekterade omrâdet 1 med ljuset A för erhållande av âterreflekterat ljus B som kan återges som ett ljusspektrum och slutligen en anordning 10 som innefattar en detektor (ej visad i figuren) och som analyserar det erhållna ljusspektrumev v\ 535 52? och ger information om materialet i området, dess fysiska och kemiska molekylära uppbyggnad.

Anordningen 3 innefattar lämpligen en Ramanspektrometer 7 som i sin tur innefattar en prob 8 som utgör änden av en optisk fiber genom vilken laserljuset gär, laserljuskällan 9 och analys- och informationsanordningen 10. Analys- och informationsanordningen 10 kan vara mer eller mindre manuell eller maskinell, aktiverad eller automatiserad.

Denna uppfinning, både förfarandet och anordningen, hart huvudsak utvecklats och provats inom det medicinska teknikomràdet där den opåverkade materialundersökningen har utförs 'på levande vävnad, för diagnostiserlng av tumörer, cancertumörer, i vävnad, i prostatakörtlar in vívo.

En vanligt förekommande metod för att påvisa cancer i vävnad är histopatologi, vilket innebär att sjukliga vävnadsförändringar detekteras och fastställs in vitro,_ utanför den levande organismen, vanligtvis medflmikroskop. Histopatologi är en tidskrävande metod som fordrar kunnig personal som kan utföra korrekt provtagning, vanligtvis i form av en biopsi där man tar ett vävnadsprov med hjälp av ett instrument som införs i vävnaden, och som kan undersöka, analysera och utvärdera provet och tolka detta resultat korrekt.

Denna kända metod kan vara problematisk att använda vid vissa situationer, exempelvis vid prostatacancer, vilken är den mest förekommande cancerformen bland män i Europa och USA. Tumörer i prostatan går oftast inte att lokalisera med vare sig palpering, undersökning med händerna, eller någon kommersiellt tillgänglig avbildningsmetod, till exempel ultraljud. vilket gör vidare provtagning och analys osäkeroch problematisk.

Palpering av prostatan går till så att en läkare, via patientens ändtarm, undersöker prostatavävnadens hårdhet med sina fingrar. Läkaren letar efter förhàrdnader dà det vanligtvis är så att tumörer är hårdare än omkringliggande frisk vävnad. Även om läkaren kan känna förhàrdnader och misstänka närvaro av cancer är det svan att exakt bestämma tumörens placering i prostatan. För att fastställa var en eventuell cancertumör sitter är det nödvändigt att slumpmässigt ta biopsier från flera ställen av prostatan för att få en tydligare bild av cancerns placering och utbredning. Att ta biopsier vilket medför sar i hud och vävnad ökar risken för att komplikationer tillstöter, exempelvis i form av infektioner då denna typ av provtagning sker i ett bakterierikt område vid ändtarmsmynningen. Även den avslutande analysen av det tagna provet är svår att utföra. Det har visat sig att det är relativt vanligt att 53? EE? en föreliggande cancer inte upptäcks. Det har uppskattats att detta sker så ofta som vid 3 av 10 gjorda biopsi-undersökningar.

Det faktum att histopatoiogiska analyser genomförs in vitro och inte kan genomföras in vivo, i den levande organismen, eftersom det prov som ska analyseras måste avlägsnas fràn kroppen medför ytterligare risker för felbedömningar av materialprovet, och danill relaterat sjukdomstillstånd, då provet riskerar att utsättas för både mekaniska och kemiska förändringar i och med avlägsnandet från kroppen.

Resonanssensorns huvudkomponent är ett element. ett piezoelektriskt element, en keram, som kan sättas i svängning, ungefär som en vibrerande gltarrsträng, med hjäip av en elektrisk krets. Elementet svänger med en särskild frekvens, resonansfrekvens. När sedan en last, exempelvis ett material, ansåtts mot ena änden av det svängande elementet kommer dess akustiska impedans att påverka det oscillerande systemet så att det svänger med en ny resonansfrekvens. Frekvensen med vilken elementet vibrerar avgörs av hàrdheten, styvheten, på det material sensorn är i kontakt med. Flyttas sensorn över ett material kan kontinuerliga frekvensändringar registreras och ett eller flera områden med olika hårdhet kan ' detekteras och lokaliseras. Registrerade frekvensändringar, frekvensskillnader, beror av hårdheten, styvheten, på det material som sensorn sätts i kontakt med.

Användandet av en sådan sensor har visat sig vara värdefullt för detektion av cancerösa vävnadsförändringar. Tumörer kan avslöjas då dessa vanligtvis är hårdare än frisk vävnad, exempelvis prostatavävnad. i Ramanspektroskopi är en ljusbaserad metod där man bestrålar materialet med monokromatiskt ljus, vanligtvis laserljus. Det monokromatiska ljuset som träffar ett material, ett prov, sätts de belyste molekylerna i materialet i rörelse och ger upphov till våglångdsförändringar hos ljuset som sprids ut över detekterbara våglängder och delar av ljuset reflekteras tillbaka i form av ett spektrum, ett spektrum av färger. Detta spektrum tolkas och ger detaijerad information om materialets molekylära sammansättning och molekylernas egenskaper.

En anordning 3, ett instrument, enligt uppfinningen kombinerar två detektionstekniker för att den diagnostiska tråffsäkerheten skall öka och för att även kunna ge kompletterande information om vilken typ av cellförändring det rör sig om. Diagnostiseringen blir bättre OGh säkrare då man med en och samma anordning kan både detektera förekomst av en ' materialawikelse, tumör, och analysera den vid samma tidpunkt. Dessutom minskar risken 10 15 25 50 55 531 52? för infektioner som är relativt vanliga vid provtagning där delar av materialet, vävnaden, avlägsnas.

Förfarandet och anordningen 3 kan appliceras pà andra teknikomràden där ett materials beståndsdelar har anhopats till strukturer med annan hårdhet än det önskade materialet eller där material av olika orsaker har erhållit anhcpningar av annat/andra material med annan hårdhet än det önskade materialet. Det kan också vara så att det anhopade materialet är mjukare än det kända omkringliggande materialet. Den beskrivning som görs här ovan kan enkelt anpassas till att även gälla opàverkad materialprovning där materialet inte är levande vävnad.

En anordning 3 enligt uppfinningen kan göras relativt liten. Det är i dagsläget möjligt att placera en taktil sensor 5 och en Ramanspektometerprob 8 i en och samma anordningskropp C. Anordningskroppen C kan hållas med en hand. Ramanspektrometerns anordning 9 som avger kromatografiskt ljus och en anordning 10 som analyserar kan också vara anordnade i kroppen eller så kan hela eller delar av dessa befinna sig utanför själva kroppen men stá i förbindelse med övriga funktioner.

Uppbyggnaden är lämpligen sådan att den taktila sensorn 5, i form av en resonanssensor, är anordnad kring en Ramanprob 8 som då är orienterad i mitten. Resonanssensorn 5 och Ramanproben 8 bör ha anliggningsytor 5a och Ba i samma plan för att anordningen ska kunna anläggas mot materialet och för att bade Resonanssensorn 5 och Ramanspektrometern 7 ska kunna användas under samma anliggningstillfälle.

Anordningen 3 kroppen C, kan ha formen av en penna med en utsträckt kroPP 32 $°m erbjuder ett omrâde som kan greppas och hållas av en hand hos den person 'som Ulföf undersökningen. Anordningen bör ha en del 3b. en spets, som tydligt och àskàdligt kan anläggs mot materialet 2.

Elanslutningar, kopplingsanordningar och dyligt sker lämpligen på vanligt Sätt Via Siaddaf och/eller annan matningsanordning. Anordningen 3 kan på olika sätt anslutas till en dator 11 där erhållna mätvärden kan lagras, analyseras och bearbetas och jämföras med anna" relaterad data.

Anordningen 3, instrumentet, är till stor nytta exempelvis vid operationer av cancer eftersom en tumör blir väl definierad i fråga om både utbredning och typ vilket medför att kirurgerna 53% 52? kan avlägsna hela tumören/cancern utan att behöva avlägsna mängder med frisk vävnad för att vara pà den säkra sidan.

Tillämpningarna för en anordning, ett instrument, enligt uppfinningen är otaliga. Ur medicinsk synvinkel kan potentiellt stora delar av den mänskliga kroppen undersökas. Ett gastroskoP. ett långt böjbart instrument som används för att "titta in i magsäck och tarmar, utrustat med denna teknik skulle bli väldigt kraftfull och skulle kunna användas för många olika diagnostiseringar och undersökningar. Förfarandet och anordningen kan också användas vid diagnostisering av andra typer av cancer, till exempel vid hudcancer och bröstcancer. .__-___

Claims (18)

1. 53"l 52? Patentkrav Förfarande vid opàverkad materialundersökning för detektenng och analysering av åtminstone en materialavvikelse i ett material (2) k ä n n e t e c k n at a v detekterlng av ett område (t) med härdhetsskillnad i materialet (2) genom användning av en taktil sensor (4) som ansätts mot materialet, bestràlning av det detekterade omrâdet med kromatografiskt ljus (A) for erhållande av àterreflekterat ljus (B) i forrn av ett ljusspektrum och analysering av det erhàilna ljusspektrumet för erhållande av information avseende materialets fysiska och kemiska molekylära uppbyggnad.

2. Forfarande enligt krav 1 där detekteringen av området (1) med hàrdhetsskillnader sker genom ansättande av den taktil sensorn (4) som är en resonanssensor.

3. Förfarande enligt krav 2 där en elektrisk krets (6) aktiveras för att sätta ett element (5) innefattat i resonanssensorn (4) i svängning för erhållande av en resonansfrekvens och där elementet (5) ansätts mot materialet (2) varefter en resonansfrekvenssklllnad hos elementet (5) kan uppmätas och korreleras med hàrdheten pà det material (2) sensorn är i kontakt med. .

4. Förfarande enligt krav 3 där elementet (5) är ett piezoelektriskt element. .

5. Förfarande enligt nagot av kraven 1-4 där laserljus används för erhållande av det kromatografiska ljuset. .

6. Förfarande enligt något av kraven 1-5 där en Ramanspektrometer (7) används föl' besträlningen och analyseringen. .

7. Förfarande enligt nàgot av kraven l-6 där den opåverkade materialundersökningen utförs pà levande vävnad. .

8. Förfarande enligt krav 7 där den opåverkade materialundersökningen utförs På levande vävnad för detektering och analysering av tumörer. .

9. Anordning (3) som möjliggör opàverkad materialundersökning för detektering och analysering av åtminstone en materialavvikelse i ett material (2) kännetecknad av en taktil sensor (5) som ansätts mot materialet (2) för detektering av åtminstone ett omrâde (1) med hàrdhetsskillnad i materialet (2), en anordning (7, 8, 9) som avger krornatografiskt ljus (A) och som bestràlar det detekterade omrâdet (1) med ljuset för erhållande av áterreflekterat ljus (B) i form av ett ljusspektrum och en anordning (10) som analyserar det erhållna ljusspektrumet och ger information om materialet i området, dess fysiska och kemiska molekylâra uppbyggnad.

10. Anordning enligt krav 9där den taktila sensorn (4) är en resonanssensor.

11. Anordning enligt krav 9 där resonanssensom (4) innefattar ett element (5) och en elektrisk krets (6) som aktiveras och sätter elementet (5) i svängning för erhållande av en resonansfrekvens.

12. Anordning enligt krav 11 där elementet (5) är ett piezoelektnskt element.

13. Anordning enligt något av kraven 9-12 innefattande en laserliuskälla (9) för erhållande av det kromatogratiska ljuset.

14. Anordning enligt krav 13 innefattande en Ramanspektrometer (7) som i Sin 'fiUf innefattar laserljuskällan (9).

15. Anordning enligt något av kraven 9-14 för användning vid opåverkad materialundersökning av levande vävnad.

16. Anordning enligt krav 15 för detektering och analysering av tumörer.

17. Anordning enligt något av kraven 9-16 där den taktila sensorn (4) och àtminSißfle efl det av anordningen (9) som avger kromatografiskt ljus är anordnade i en kropp som kan hållas med en hand.

18. Anordning enligt krav 17 där den taktila sensorn (4) är anordnad kring anflldnlnge" (9) som avger kromatografiskt ljus som då är orienterad i mitten av kroppen.