一种评估材料的力学性能的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于评估材料的力学性能的装置，具体地，杨式模量或弹性模量。所述装置包括传感层，所述传感层具有用于与所述材料的表面区域接触的接触表面。所述传感层具有压力敏感的特性或尺寸。所述装置还包括检测器，其被布置成检测至少通过传感层传播的电磁辐射。所述装置被布置成，当传感层的接触表面与材料的表面区域接触且在材料的表面区域的至少一部分上施加负载时，所检测到的电磁辐射可以用来确定所述传感层的一部分内的应力，所确定的应力指示该材料的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种评估材料的力学性能的装置和方法专利
本专利技术大体上涉及一种用于评估材料的力学性能的装置和方法，特别是，而不是仅涉及用于评价生物组织的弹性的医学装置和方法。专利技术背景生物组织的力学性能与其结构和功能有关，且可能会因疾病而改变。例如，癌组织通常比周围的软组织“更硬”，并且通常的做法是医生通过用手指施加压力来手触诊患者的软组织以识别癌组织。然而，触觉是主观的，使用手触诊难以准确识别癌组织的程度。为了以更可重复、客观的方式给出组织的力学性能对比，成像技术已被开发，例如超声弹性成像，光学相干弹性成像和磁共振弹性成像。尽管出现了这些成像技术，医生在许多临床情况下仍然常常采取手触诊。专利技术简述本专利技术的第一方面提供了一种用于评估材料的力学性能的装置，所述装置包括传感组件，所述传感组件包括：具有压力敏感的特性或尺寸的传感层；和用于接收与传感层的至少一部分相互作用的电磁辐射的电磁辐射接收器；其中所述传感组件被布置成当所述传感层位于所述材料的表面区域并且施加负载到所述材料的表面区域的至少一部分和所述传感层的至少一部分时，所接收到的与传感层相互作用的电磁辐射可用于确定传感层的所述至少一部分内的应变，所确定的应变指示所述材料的力学性能。如本文所用，术语“材料”意指包含具有力学性能(如弹性或粘弹性)的任何物质，包括，例如，生物材料(如生物组织)，有机材料(如食品)，和非生物性材料(如硅材料)等。所述传感层可以具有已知的硬度，然后可以利用电磁辐射由所确定的应变来确定应力。所述装置可布置成在传感层的至少一部分内的应变可以利用在传感层的界面或内部反射的反射电磁辐射来确定，例如顶部和底部界面或内部界面，如果所述传感层包括分层结构。所述传感层可布置成与材料的表面区域直接或间接接触。所述装置还可以被布置成，确定材料的一部分内的应变，从使得可以利用材料的一部分内确定的应变和传感层的一部分内确定的应力来评估所述材料的力学性能。例如，所述材料的一部分可以包括材料的外层部分或另一适当部分。本专利技术的实施例具有显著的优点。例如，由于了解传感层的材料性质，通过确定传感层处的应力，可以确定与材料的力学性能相关的定性信息，如材料一区域的力学性能的相对变化。在医学领域中，所述装置可以提供一种手触诊的触觉被复制的光学触诊技术。除了触觉之外，该装置可以具有对材料的力学性能变化的客观性、高空间分辨率和高灵敏度。以这种方式，例如，可以改善定位病变组织的程度的准确性，并且该装置可以用于引导外科医生。在一具体实施例中，所述元件是手套或套管。所述传感组件可以位于或连接到手套的一个或多个手指部分的尖端处或在套管的尖端处。这在医学领域具有优势。例如，通过将传感组件并入或连接到手套的一个或多个手指部分或套管上，当用户穿戴手套或套管时，手触诊可以与由设备执行的光触诊同时执行，并且沿材料移动指尖，所述材料可以是生物组织。或者，所述元件可以例如是夹子或类似物。在另一实施例中，所述装置包括探针，例如细长探针。在本实施例中，所述传感组件可以并入或连接到探针的远端部分。例如，探针可以至少是以下之一：手持式探针、细长探针、内窥镜探针、血管内探针、机械臂和针探针，例如活检针探针。在这方面，可以远程控制该装置。例如，传感组件可以连接到远程控制的机械臂上。在医学领域中，传感组件可以是可定位的，使得在使用手触诊不成功的位置可以评估生物组织的力学性能的相对变化。例如，该装置可用于微创手术。在本专利技术的一具体实施例中，传感组件被布置成手动施加负载。传感组件可以被布置成，当用户戴上传感组件和元件时，用户可以通过传感层手动施加负载(例如用手指按压)到材料的表面区域。在本专利技术的另一实施例中，传感组件可包括用于施加负载的执行器。所述执行器可被布置成产生均匀或交变的负载。所述负载通常是压缩负载。然而，也可以是其它类型的负载，如压缩、吸力、剪切、光热、空气射流、声辐射力、扭转和扩展。负载可以是静态的或动态的。力学性能可能与材料的弹性有关，如生物组织的弹性。例如，力学性能可能与材料的杨氏模量或其他模量有关。或者，力学性能可能与粘弹性或任何其他力学性能有关。在一实施例中，传感层是柔性的。具体地，传感层可被布置成符合材料的表面区域。特别是，传感层可以至少沿着传感层的厚度变形。此外，传感层通常具有至少沿着传感层厚度的弹性。如果通过传感层将负载施加到表面区域的一部分，柔性传感层有助于将负载基本均匀地传递到材料上。因此，可以减小传感层和材料的表面区域之间的空气间隙。所述装置可以布置成使得传感层至少沿着传感层的厚度变形，以响应于施加到材料的表面区域的至少一部分的负载。在这方面，所接收到的电磁辐射可用于确定传感层的变形，例如确定在施加负载期间传感层的厚度。在这方面，所述电磁辐射可以在传感层的界面区域被偏转或反射。例如，所述装置可被布置成采用干涉测量，诸如低相干干涉测量法，来确定传感层的顶部和底部界面的相对位置。所述传感层可以至少透射所检测到的电磁辐射。所述传感层可以至少部分地由硅材料构成。然而，也可以是其他材料和材料的组合。在一实施例中，所述装置包括光源，所述光源被布置成向至少一个传感层发射电磁辐射。特别是，所述光源可以被布置成通过传感层将电磁辐射导入材料。接收器可以是电磁辐射的检测器。或者，该装置可以包括与接收器分开的检测器。接收器还可以被布置成从光源发射电磁辐射并进入传感层。在一实施例中，所述装置被布置成使用以下至少一种：光学相干断层扫描、共焦荧光显微镜、光学相干弹性成像。在一特定的例子中，所发射的电磁辐射是红外光，例如近红外光。在一具体实施例中，所述装置被布置成确定所述材料的力学性能。例如，可以确定材料的杨氏模量或任何其它合适的模量。在这方面，所述装置或相应的进一步的装置可以被布置成确定材料内的应变，例如利用光学相干弹性成像(OCE)。可以计算所确定的应变与所述传感层的该部分的应力之间的关系，从而定量确定所述材料的力学性能。在一实施例中，所述装置被布置成传感层是可移除的。在一实施例中，所述装置包括检测器阵列，从而使得可以确定在接触表面的某一区域的横向位置上的应力。例如，所述装置可包括一束光纤，所述一束光纤包括具有分布在与上述横向位置相关联的区域上的端部的纤维。在另一实施例中，所述装置被布置成跨所述传感层的区域横向扫描，从而使得可以确定跨所述传感层的区域的横向位置上的应力。例如，所述装置可包括扫描镜，例如检流计镜。利用上述实施例，可以产生2D或3D应变图或2D或3D应力图，其指示材料的一区域上的力学性能的变化。在一具体实施例中，所述装置是医学装置，且所述材料是生物组织，如人或动物的软组织。软组织可伴有或可包括病变组织，如癌组织。软组织的具体例子可能是结缔组织、肌腱、脂肪和肌肉组织。为了便于理解，术语“病变”在整个专利说明书中被用作组织异常的同义词，包括例如，可能是良性的、前恶性的、恶性的或任何其他病变或异常状态的病变或肿瘤。或者，所述材料可以是非生物材料，例如，硅材料或任何其他合适的材料。所述装置还可以被布置成使用与力学性能有关的信息，如力学性能在一区域上的相对变化，以确定两种不同类型材料部分之间的界面位置。例如，在医学领域中，所述装置可被布置成确定是否存在病变的生物组织。通过这种方法，可以识别病变组织的程度。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于评估材料力学性能的装置，所述装置包括：传感组件，所述传感组件包括：具有压力敏感的特性或尺寸的传感层；和用于接收与传感层的至少一部分相互作用的电磁辐射的电磁辐射接收器；其中所述传感组件被布置成当所述传感层位于所述材料的表面区域并且施加负载到所述材料的表面区域的至少一部分和所述传感层的至少一部分时，所接收到的与传感层相互作用的电磁辐射可用于确定所述传感层的至少一部分内的应变，所确定的应变指示所述材料的力学性能；和其中，所述装置包括用于将所述传感组件连接到构件上的元件，从而使得所述传感组件的移动或定位可以经由所述构件控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.30 US 62/110,1081.用于评估材料力学性能的装置，所述装置包括：传感组件，所述传感组件包括：具有压力敏感的特性或尺寸的传感层；和用于接收与传感层的至少一部分相互作用的电磁辐射的电磁辐射接收器；其中所述传感组件被布置成当所述传感层位于所述材料的表面区域并且施加负载到所述材料的表面区域的至少一部分和所述传感层的至少一部分时，所接收到的与传感层相互作用的电磁辐射可用于确定所述传感层的至少一部分内的应变，所确定的应变指示所述材料的力学性能；和其中，所述装置包括用于将所述传感组件连接到构件上的元件，从而使得所述传感组件的移动或定位可以经由所述构件控制。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述构件是用户的身体部分，藉此具有传感组件的元件可由用户穿戴。3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述传感层硬度已知且所述电磁辐射可用于由所确定的应变来确定应力。4.如权利要求3所述的装置，其中，所述装置还被布置成确定材料的一部分内的应变，从而使得可利用所确定的材料的一部分内的应变和所确定的传感层的一部分处的应力确定所述材料的力学性能。5.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述装置被布置成可以利用所接收到的在传感层界面处或在传感层内反射的电磁辐射来确定所述传感层的至少一部分内的应变。6.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述传感层被布置成与材料的表面区域直接接触。7.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述身体部分是用户的手的至少一部分。8.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，使用中的所述元件至少部分地包围所述身体部分。9.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述元件是套管。10.如权利要求1-8任一项所述的装置，其中，所述元件为手套。11.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述传感组件被布置成手动施加负载。12.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述电磁辐射接收器也被布置成从源发射电磁辐射并进入传感层。13.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述传感层被布置成与材料的表面区域相符合。14.如权利要求9所述的装置，其中，所述传感层至少沿着传感层的厚度变形。15.如权利要求14所述的装置，其中，当施加负载时，所检测到的电磁辐射被用于确定传感层的厚度。16.如上述权利要求任一项所述的装置被布置成采用以下至少一种：光学相干断层扫描、共焦荧光显微镜和光学相干弹性成像。17.如上述权利要求任一项所述的装置被布置成通过装置的传感层施加所述负载到材料的表面区域。18.如上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述装置是医学装置且所述材料是生物组织，其中，所述医学装置被布置成使用与力学性能有关的信息来识别是否存在病变的生物组织。19.一种评估材料力学性能的方法，所述方法包括：提供材料；使用用于连接传感组件的元件将传感组件连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·麦克劳克林，D·D·桑普森，B·F·肯尼迪，K·M·肯尼迪，
申请(专利权)人：西澳大利亚大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU