TWI579577B - 基於磁特性檢測技術的檢測方法、造影方法與相關裝置 - Google Patents

Description

基於磁特性檢測技術的檢測方法、造影方法與相關裝置

本發明是有關於一種檢測方法、造影方法以及相關的裝置，且特別是關於一種磁特性檢測方法、磁特性檢測裝置、造影裝置以及造影方法。

在傳統的直流磁特性檢測方法中，常見藉由馬達與振動桿以較低的振動頻率(例如是100赫茲以下的頻率)來帶動樣品振動，使直流磁化量變成交流磁訊號，進而透過感應線圈量測樣品的磁特性變化。然而，前述振動式磁特性檢測技術具有馬達負載過大、雜訊較高、震幅不足與振動桿容易歪偏等缺點，使得量測出來的磁特性變化容易失真，並且對於改變樣品的溫度特性進行探討也較為困難。換言之，一個較佳的振動式磁特性檢測裝置以及振動式磁特性檢測方法仍是本領域技術人員努力的目標之一。

另一方面，現存的交流磁特性檢測方法與非直流磁訊號 為基礎的磁性造影技術，往往需要高激發磁場以及高靈敏度的磁性感測交流磁訊號。特別是所運用的交流激發磁場，經常造成電磁鐵線圈需要高功率消耗。因此，提出一個低功耗的交流磁特性檢測方法與磁性造影技術，也同樣是本領域技術人員努力的目標之一。

本發明提供磁特性檢測方法、磁特性檢測裝置、造影裝置以及造影方法。磁特性檢測方法是基於直流磁場以及振動波的整合激發場來進行磁特性感測，並據以提供磁特性檢測結果。更進一步而言，本發明所提出的磁特性檢測方法與磁特性檢測裝置還易於實施，並且可對待測物的溫度進行控制，同時有較佳的靈敏度。基於相同的磁特性檢測技術而進一步提出的造影裝置與造影方法，具有較低的功率消耗，且易於與其它造影方式整合，達到良好的造影效果。

本發明的範例實施例提出一種磁特性檢測方法，適於檢測至少一待測物的磁特性。磁特性檢測方法包括下列步驟。選擇性地施加直流磁場於待測物以磁化待測物。提供振動波至待測物，其中振動波為音波或超音波。感測待測物的磁特性變化以提供磁特性檢測結果。

本發明的範例實施例提出一種磁特性檢測裝置，適於檢測至少一待測物的磁特性。磁特性檢測裝置包括直流磁場產生裝 置、振動波源以及感應線圈。直流磁場產生裝置用於選擇性地施加直流磁場於待測物以磁化待測物。振動波源提供振動波至待測物，其中振動波為音波或超音波。感應線圈設置於待測物的周圍，用以感測待測物的磁特性變化。

本發明的範例實施例提出一種造影方法，適於對至少一待測物進行造影。造影方法包括下列步驟。施加直流磁場於前述待測物以磁化待測物。提供振動波至前述待測物，其中振動波為音波或超音波。掃描待測物的磁特性變化，並依據待測物的磁特性變化，產生相關於待測物的磁性造影影像。

本發明的範例實施例提出一種造影裝置，適於對至少一待測物進行造影。造影裝置包括直流磁場產生裝置、振動波源、感應線圈以及影像處理裝置。直流磁場產生裝置用於施加直流磁場於前述待測物以磁化待測物。振動波源提供振動波至待測物，其中振動波為音波或超音波。感應線圈用以靜止地或移動地掃描待測物的磁特性變化。影像處理裝置耦接至感應線圈，依據待測物的磁特性變化，產生相關於待測物的磁性造影影像。

基於上述，本發明範例實施例所提供的磁特性檢測方法，選擇性地施加直流磁場於待測物並提供振動波至待測物，然後感測待測物的磁特性變化。振動波例如為音波或超音波。前述磁特性檢測方法以及相關的磁特性檢測裝置易於實施，同時有較佳的靈敏度。另一方面，基於相同的磁特性檢測方法的造影裝置與造影方法，具有較低的功率消耗，且易於與其它造影方式整合， 可達到良好的造影效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧磁特性檢測裝置

120、420‧‧‧直流磁場產生裝置

140、440‧‧‧振動波源

160、160a、460‧‧‧感應線圈

470‧‧‧影像處理裝置

180‧‧‧傳導裝置

190‧‧‧待測物溫度控制裝置

400‧‧‧造影裝置

Sa‧‧‧待測物

DC‧‧‧直流磁場

T‧‧‧標靶成分

BO‧‧‧生物體

C‧‧‧細胞

S120、S140、S160‧‧‧磁特性檢測方法的步驟

S420、S440、S460、S480‧‧‧造影方法的步驟

下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。

圖1是依照本發明一實施例所繪示的磁特性檢測方法的流程圖。

圖2A是依照本發明一實施例所繪示的磁特性檢測裝置的示意圖。

圖2B是依照本發明一另實施例所繪示的磁特性檢測裝置的示意圖。

圖3是依照本發明又一實施例所繪示的磁特性檢測裝置的示意圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示的造影裝置的示意圖。

圖5是依照本發明一實施例所繪示的造影方法的流程圖。

圖6是依照本發明另一實施例所繪示的造影方法的示意圖。

現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所 述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。

於本發明的範例實施例所提供的磁特性檢測方法，主要以音波或超音波形式的振動波來振動待測物，並且感測待測物的磁特性變化，藉以提供磁特性檢測結果。前述磁特性檢測技術方法以及相關的磁特性檢測裝置，相較於傳統以馬達與振動桿來帶動待測物振動進而量測磁特性的方式，具有較高的振動頻率，並且容易產生較高的磁感應電壓，有助於待測物磁特性變化的量測。此外，基於前述磁特性檢測方法，本發明的其它範例實施例所提供的造影裝置以及造影方法能達到低功率消耗的要求，並且易於與超音波造影技術結合，達到同時提供功能性造影與結構性造影的功效。

圖1是依照本發明一實施例所繪示的磁特性檢測方法的流程圖。參照圖1，磁特性檢測方法包括下列步驟。首先，選擇性地施加直流磁場於待測物以磁化待測物(步驟S120)，並且提供振動波至待測物，其中振動波為音波或超音波(步驟S140)，而音波或超音波皆為力學波。接著，感測待測物的磁特性變化(步驟S160)以提供磁特性檢測結果。

具體而言，在檢測一個待測物的磁特性時，首先選擇是否對待測物施加直流磁場以提升待測物的磁化量。接著，提供力學波形式的振動波至待測物以振動待測物。在本實施例中，振動波音波或超音波，並且振動波的頻率例如是不低於1000赫茲，但 本發明不以此為限。在本發明其它實施例中，振動波的頻率在選擇上更例如是不低於20000赫茲，並且振動波為超音波。當待測物被磁化且振動時，其磁特性隨振動產生變化。此時，透過感測待測物的磁特性變化，即可完成待測物的磁特性檢測。另一方面，還可以依據待測物的磁特性變化而進行造影。以下將提供數個實施例，藉以詳細說明前述磁特性檢測方法以及相關應用。

圖2A是依照本發明一實施例所繪示的磁特性檢測裝置的示意圖。參照圖2A，磁特性檢測裝置100適於檢測待測物Sa的磁特性，並且包括直流磁場產生裝置120、振動波源140、感應線圈160以及傳導裝置180。直流磁場產生裝置120置於待測物Sa的周遭，並且用於選擇性地施加直流磁場DC於待測物Sa以磁化前述待測物Sa。直流磁場產生裝置120例如是無消耗功率的磁鐵組或者是低消耗功率的電磁鐵組。振動波源140用以提供振動波，並且透過傳導裝置180將振動波傳導至待測物Sa。振動波源140所提供的振動波為音波或超音波，並且振動波的頻率例如為不低於1000赫茲(Hz)。於本發明另一實施例中，振動波較佳地為超音波，並且其頻率不低於20000赫茲，而振動波源140則例如為超音波片。需要注意的是，在圖2A的實施例中，直流磁場DC的方向與振動波的傳導方向(行進方向)雖然是垂直交叉而為直角，但本發明並不以此為限。在本發明的其它實施例中，直流磁場DC的方向與振動波的傳導方向(行進方向)也可以不為垂直交叉而呈現非直角的夾角。

感應線圈160設置於待測物Sa的周圍，用以感測待測物Sa的磁特性變化。於本實施例中，感應線圈160例如是多對的平面線圈，對應地設置於待測物Sa的兩側，並且介於直流磁場產生裝置120之間。然而，於本發明的另一實施例中，若待測物較小，則感應線圈160例如是螺線管線圈組。圖3是依照本發明又一實施例所繪示的磁特性檢測裝置的示意圖。如圖3所示，感應線圈160a圍繞待測物Sa，並且是位於直流磁場產生裝置120之中。

具體而言，待測物Sa置於前述直流磁場DC時，其經由磁化而可以被感應出磁矩。當待測物Sa隨振動波而振動時，由於磁通量的變化而使得感應線圈160或160a對應感測到感應電壓。磁通量的變化與感應電壓的關係如下。

其中，V(單位為伏特)為感應電壓、φ(單位為韋伯)為磁通量、B ₀ 為磁通密度、A _coil 為線圈感應面積而ω為變化頻率。由方程式(1)可知，感應線圈160或160a所測得的感應電壓變化可以用於計算相關於待測物Sa的磁通量，進而推估待測物Sa的磁特性變化。具體而言，感應線圈160或160a所測得的感應電壓更提供至連接於磁特性檢測裝置100的電腦、伺服器或其它計算機裝置，並且由前述計算機裝置推估待測物Sa的磁特性變化。

如同前述，本實施例的磁特性檢測裝置100中，振動波 源140提供的振動波為超音波或音波，並且例如是具有不低於1000赫茲的振動頻率。對應而言，傳統以馬達與振動桿來帶動待測物振動的方式，其振動頻率通常低於100赫茲。若不考量其它參數的變化，由方程式(1)可知，待測物Sa受振動波影響而振動時，感應線圈160或160a所測得的感應電壓，是大於待測物以馬達與振動桿振動時，感應線圈所測得的感應電壓。換言之，本實施例的磁特性檢測裝置100採用振動波源140，可以提升磁特性檢測的靈敏度。

參照圖2A與圖3，在磁特性檢測裝置100中，振動波例如是超音波或者是音波。若藉由空氣等媒介傳輸振動波至待測物Sa，振動波是較容易衰減，並且也較難維持良好的振動品質。因此，為了能較佳的將振動波由振動波源140傳輸至待測物Sa，傳導裝置180設置於振動波源140與待測物Sa之間。傳導裝置180的一端抵接於振動波源140，傳導裝置180的另一端抵接於待測物Sa，而振動波源140所提供的振動波經由傳導裝置180而傳導至待測物Sa。

於本實施例中，傳導裝置180為內含液狀物質的軟性導管，或者是軟性棒狀體。液狀物質包括水，而軟性導管與軟性棒狀體由軟性材質製成，並且軟性材質包括仿體、矽膠、橡膠、塑膠、尼龍以及樹脂。仿體例如是由純水、鹽水以及吉利丁所製成。值得一提的是，內含液狀物質的軟性導管或者是軟性棒狀體可以較佳地維持並傳導振動波至待測物Sa。此外，在本發明另一實施 例中，振動波源140也可以是儘量貼近待測物Sa，藉以在不具有傳導裝置180的情況下，傳輸振動波至待測物Sa。

在磁特性檢測中，待測物Sa的溫度變化同樣也會影響到待測物Sa的磁特性，進而影響到檢測結果。因此，待測物溫度的維持與控制，同樣也是一項重要的課題。圖2B是依照本發明一另實施例所繪示的磁特性檢測裝置的示意圖。參照圖2B，在本實施例中，磁特性檢測裝置100更包括待測物溫度控制裝置190，而待測物溫度控制裝置190耦接至傳導裝置180，並以傳導裝置180為***介，控制待測物Sa的待測物溫度。舉例而言，待測物溫度控制裝置190例如是加熱器，可以透過加熱傳導裝置180，藉以改變待測物的溫度。

值得注意的是，在前述的實施例中，傳導裝置180例如是內含液狀物質的軟性導管，而液狀物質例如是水。由於水的比熱容為4200(JKg^-1K^-1)，因此在本發明的一實施例中，透過調整並且注入不同溫度的水於軟性導管內，同樣可以協助調整待測物Sa的待測物溫度。

在前述的磁特性檢測裝置100以及磁特性檢測方法中，主要是以整合直流磁場以及振動波來檢測待測物Sa的磁特性變化，而其中振動波更例如是音波或超音波。在本發明的另一範例實施例中，更基於圖1所示的磁特性檢測方法而提出一種造影裝置以及相關的造影技術。

圖4是依照本發明一實施例所繪示的造影裝置的示意 圖。參照圖4，於本實施例中，造影裝置400適於對待測物進行造影，並且造影裝置400包括直流磁場產生裝置420、振動波源440、感應線圈460以及影像處理裝置470。於本實施例中，待測物例如是生物體BO內的標靶成分(Targeted Component)T，但不限於此。於本發明其它實施例中，待測物還可以直接為生物體BO。直流磁場產生裝置420用於施加直流磁場DC於生物體BO以磁化生物體BO內的標靶成分(Targeted Component)T或者是生物體BO。詳細而言，標靶成分T例如是佈有特殊生物探針(Bioprobe)的磁性奈米粒子，其用以標定具有對應生物標記(Biomarker)的細胞C。舉例來說，標靶成分T例如是用以標定具有特殊蛋白質的癌細胞。

以待測物為標靶成分T為例，標靶成分T經磁化後，造影裝置400的振動波源440更提供振動波至生物體BO與標靶成分T，而振動波例如是音波或超音波。於本實施例中，振動波的頻率例如是不低於1000赫茲，但本發明不以此為限。此時，標靶成分T對應振動波而產生磁特性(例如是磁通量)的變化。振動波源440可以是貼著或者是貼近於生物體BO的體表面並產生振動波，也可以是產生振動波後，藉由傳導裝置(未繪示於圖4)將振動波提供至生物體BO。在本發明的一實施例中，振動波源440或傳導裝置可以沿生物體BO的體表面移動以改變振動波的作用區域。值得注意的是，在圖4中，直流磁場DC的方向與振動波的傳導方向(行進方向)雖然是垂直交叉而為直角，但本發明並不以此為限，而直流磁場DC的方向與振動波的傳導方向(行進方向)還可以不為垂直交 叉而呈現非直角的夾角。

感應線圈460可靜止或移動於生物體BO之上來檢測磁特性變化。值得注意的是，當感應線圈460掃描到標靶成分T時，感應線圈460上的感應電壓應具有較大的變化或者是較大的電壓讀值。影像處理裝置470則耦接至感應線圈460，並且依據標靶成分T以及生物體BO的磁特性變化，產生相關於標靶成分T以及生物體BO的磁性造影影像。影像處理裝置470例如是連接於感應線圈460或者是造影裝置400的電腦、伺服器或其它計算機裝置。前述的磁性造影影像為功能性造影，並且可用於協助尋找特定細胞的位置，例如是癌細胞的位置。

值得注意的是，基於所選用的振動波源440，造影裝置400還可以輕易地整合磁性造影功能以及超音波造影功能。具體而言，在本發明的另一實施例中，造影裝置400更包括振動波探測單元(未繪示)，並且振動波源440所提供的振動波為超音波，其頻率不低於1000000赫茲。振動波探測單元耦接至影像處理裝置470，並且可動地抵接至生物體BO的表面，用以沿生物體BO的體表面探測生物體BO以及標靶成分T反射振動波所產生的反射振動波。影像處理裝置470則依據所接收的反射振動波，產生相關於生物體BO以及標靶成分T的振動波造影影像。由於振動波為超音波，因此本實施例所指的振動波造影影像，即為超音波造影影像，並且為結構性造影。藉此，本實施例所提供的造影裝置400，可以同時提供磁性造影影像以及超音波造影影像，用以作為 後續醫療診斷上的參考。另一方面，前述實施例所提供的造影裝置400，也很容易可以整合其它類型的超音波造影裝置以完善造影功能。

前述實施例所提供的造影裝置400，還可以作為影像引導而進一步地運用於燒灼手術或微創手術中。常見的燒灼手術，包括以射頻能量、以微波能量、以聚焦超音波或者是以雷射來作為燒灼的手段，而其中高強度聚焦超音波(High intensity frequency ultrasound,HIFU)手術則是近來相當受矚目的燒灼手術之一。在以高強度聚焦超音波執行燒灼的過程中，一般是以核磁共振造影(Magnetic Resonance Imaging,MRI)技術所產生的影像來作為引導。然而，核磁共振造影既耗時，又需要昂貴的器材，使得HIFU手術無法降低時間與金錢上的開銷。然而，若能在HIFU手術中，透過前述實施例所提供的造影裝置400來產生磁性造影影像，即可正確地引導高強度聚焦超音波對正確的腫瘤位置或患部進行燒灼。如此，既可省去等待核磁共振造影的時間，又可以減少花費。

圖5是依照本發明一實施例所繪示的造影方法的流程圖。參照圖5，造影方法可以是適用於前述圖4所示的造影裝置400，但本發明不限於此。造影方法適於對待測物進行造影，而待測物例如是生物體BO或者是生物體內BO的標靶成分T。造影方法包括下列步驟。首先，施加直流磁場DC於待測物以磁化待測物(步驟S420)。接著，提供振動波至待測物，其中振動波為音波或超音波(步驟S440)，並且振動波的頻率例如為不低於1000赫茲。 掃描待測物的磁特性變化(步驟S460)，然後依據待測物的磁特性變化，產生相關於待測物的磁性造影影像(步驟S480)。

值得注意的是，在本發明另一實施例中，造影方法更包括沿待測物的物體表面探測待測物反射振動波所產生的反射振動波，然後依據所接收的反射振動波產生相關於待測物的振動波造影影像。具體而言，前述造影方法除了提供磁性造影影像外，更用於提供超音波造影影像。對應地，在本實施例中，振動波為超音波，並且振動波的頻率不低於1000000赫茲。

圖6是依照本發明另一實施例所繪示的造影方法的示意圖。如前述，在造影方法之中，直流磁場DC的主要磁化對象也可是生物體BO。具體而言，當提供直流磁場DC磁化生物體BO時，如以振動波源440來提供一個振動波脈衝，則感應線圈460可以收到磁鬆弛訊號，作為核磁共振(NMR)訊號。透過將振動波聚焦於生物體BO的不同位置，可以依據所收集的磁鬆弛訊號來進行生物體BO的三維核磁造影(MRI)。

綜上所述，本發明範例實施例所提供的磁特性檢測方法，選擇性地施加直流磁場於待測物並提供振動波至待測物，然後感測待測物的磁特性變化。振動波為力學波，其例如是為音波或超音波。前述磁特性檢測方法以及相關的磁特性檢測裝置更藉由傳導裝置傳輸振動波至待測物，並且傳導裝置例如是內含液狀物質的軟性導管或軟性棒狀體。待測物溫度控制裝置同時透過傳導裝置控制待測物的溫度。藉此，磁特性檢測裝置以及磁特性檢 測方法易於實施，同時有較佳的靈敏度，還可以有效地控制待測物的溫度。另一方面，基於相同的磁特性檢測方法的造影裝置與造影方法，具有較低的功率消耗，且易於與其它造影方式整合，可達到良好的造影效果。

雖然本發明已呈現多個實施例如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S120、S140、S160‧‧‧磁特性檢測方法的步驟

Claims (14)

1. 一種磁特性檢測方法，適於檢測至少一待測物的磁特性，該磁特性檢測方法包括：選擇性地施加一直流磁場於該待測物以磁化該待測物；提供一振動波至該待測物使該待測物振動，其中該振動波為音波或超音波；以及感測該待測物的一磁特性變化。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁特性檢測方法，其中提供該振動波至該待測物的步驟，更包括：以一傳導裝置傳導該振動波至該待測物，其中該振動波由一振動波源所提供，該傳導裝置設置於該振動波源與該待測物之間，該傳導裝置的一端抵接於該振動波源，該傳導裝置的另一端抵接於該待測物，且該傳導裝置為內含一液狀物質的一軟性導管或一軟性棒狀體，該液狀物質包括水，而該軟性導管與軟性棒狀體由一軟性材質製成，並且該軟性材質包括仿體、橡膠、矽膠、塑膠、尼龍以及樹脂。
3. 如申請專利範圍第2項所述之磁特性檢測方法，更包括：以該傳導裝置為一***介，控制該待測物的一待測物溫度。
4. 一種磁特性檢測裝置，適於檢測至少一待測物的磁特性，該磁特性檢測裝置包括：一直流磁場產生裝置，用於選擇性地施加一直流磁場於該待測物以磁化該待測物； 一振動波源，提供一振動波至該待測物使該待測物振動，其中該振動波為音波或超音波；以及一感應線圈，設置於該待測物的周圍，用以感測該待測物的一磁特性變化。
5. 如申請專利範圍第4項所述之磁特性檢測裝置，更包括：一傳導裝置，設置於該振動波源與該待測物之間，藉以傳導該振動波至該待測物，其中該傳導裝置的一端抵接於該振動波源，該傳導裝置的另一端抵接於該待測物，該傳導裝置為內含一液狀物質的一軟性導管或一軟性棒狀體，該液狀物質包括水，而該軟性導管與軟性棒狀體由一軟性材質製成，並且該軟性材質包括仿體、橡膠、矽膠、塑膠、尼龍以及樹脂。
6. 如申請專利範圍第5項所述之磁特性檢測裝置，更包括：一待測物溫度控制裝置，耦接至該傳導裝置，並以該傳導裝置為一***介，控制該待測物的一待測物溫度。
7. 一種造影方法，適於對至少一待測物進行造影，該造影方法包括：施加一直流磁場於該待測物以磁化該待測物；提供一振動波至該待測物使該待測物振動，其中該振動波為音波或超音波；掃描該待測物的一磁特性變化；以及依據該待測物的該磁特性變化，產生相關於該待測物的一磁性造影影像。
8. 如申請專利範圍第7項所述之造影方法，其中該待測物為一生物體或該生物體內的一標靶成分。
9. 如申請專利範圍第7項所述之造影方法，更包括：沿該待測物的表面探測該待測物反射該振動波所產生的一反射振動波；以及依據所接收的該反射振動波產生相關於該待測物的一振動波造影影像。
10. 如申請專利範圍第9項所述之造影方法，其中該振動波為超音波，並且該振動波的頻率不低於1000000赫茲。
11. 一種造影裝置，適於對至少一待測物進行造影，該造影裝置包括：一直流磁場產生裝置，用於施加一直流磁場於該待測物以磁化該待測物；一振動波源，提供一振動波至該待測物使該待測物振動，其中該振動波為音波或超音波；一感應線圈，用以靜止地或移動地掃描該待測物的一磁特性變化；以及一影像處理裝置，耦接至該感應線圈，依據該待測物的該磁特性變化，產生相關於該待測物的一磁性造影影像。
12. 如申請專利範圍第11項所述之造影裝置，其中該待測物為一生物體或該生物體內的一標靶成分。
13. 如申請專利範圍第11項所述之造影裝置，更包括： 一振動波探測單元，耦接至該影像處理裝置，該振動波探測單元可動地抵接至該待測物的表面，用以探測該待測物反射該振動波所產生的一反射振動波，其中該影像處理裝置依據所接收的該反射振動波產生相關於該待測物的一振動波造影影像。
14. 如申請專利範圍第13項所述之造影裝置，其中該振動波為超音波，並且該振動波的頻率不低於1000000赫茲。