專利名稱：具有聲學(xué)元件的活檢設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種活檢設(shè)備、特別是一種用于提供關(guān)于待分析的物質(zhì)的聲學(xué)特 性的信息的活檢設(shè)備，涉及一種用于定位活檢設(shè)備的系統(tǒng)和一種用于定位活檢設(shè)備的方 法。
背景技術(shù)：
為了正確診斷癌癥，通常進(jìn)行活檢。這可以經(jīng)由內(nèi)窺鏡的腔或經(jīng)由活檢針來完成。 例如，針活檢用于經(jīng)由直腸從前列腺獲取活檢物質(zhì)。為了找到進(jìn)行活檢的正確位置，可以使 用各種成像模式，比如X射線、MRI和超聲波。在前列腺癌的情況下，在大多數(shù)情況下所述 針由插入到直腸的超聲探針引導(dǎo)。盡管有幫助，但是這些引導(dǎo)方法遠(yuǎn)沒有達(dá)到最優(yōu)。存在與活檢直接相關(guān)的兩個(gè)主 要問題分辨率是有限的；并且這些成像模式在大多數(shù)情況下不能區(qū)分良性的與惡性的組織。結(jié)果，不能肯定活檢組織是否是從應(yīng)當(dāng)被分析的組織內(nèi)的正確位置處獲得的。醫(yī) 生幾乎是盲目地進(jìn)行活檢，并且即使在組織的檢查之后沒有檢測到癌細(xì)胞，他們也不能肯 定他們沒有完全遺漏正確的點(diǎn)。為了提高命中率，可以增加進(jìn)行針活檢的數(shù)量。由于每次 活檢產(chǎn)生一個(gè)切口并且可能導(dǎo)致并發(fā)癥，所以這不是優(yōu)選的解決方案。從超聲波成像可知，腫瘤由于其不同的聲學(xué)特性，即不同的阻抗(其依賴于聲音的 速度和特定的比重)和不同的衰減，而給出了相對(duì)于周圍組織的反差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的可以是提供一種改進(jìn)的活檢設(shè)備，該設(shè)備提供關(guān)于周圍物質(zhì) 的聲學(xué)特性的信息，以使得醫(yī)生能夠確保所述活檢設(shè)備被定位在所述物質(zhì)內(nèi)期望的位置。這些可以通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)。在各個(gè)從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā) 明的其他實(shí)施例。一般地，根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備包括細(xì)長的桿和尖端部分，并且提出了位于所述 活檢設(shè)備的所述尖端部分處的換能器元件，其中所述活檢設(shè)備適于提供關(guān)于待分析的物質(zhì) 的聲學(xué)特性的信息。換言之，本發(fā)明的第一方面可被看做基于這樣的思想來提供一種適于根據(jù)待分析 物質(zhì)的聲學(xué)特性(例如速度)對(duì)所述物質(zhì)進(jìn)行活檢的設(shè)備，其中關(guān)于所述物質(zhì)的聲學(xué)特性的 信息由所述活檢設(shè)備中所包含的換能器元件提供。關(guān)于所述聲學(xué)特性的信息可以是區(qū)分物 質(zhì)(例如身體的組織)的信息。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的活檢設(shè)備可以適于對(duì)例如人體的不同區(qū)域(例如前列 腺、乳房/乳腺等)進(jìn)行活檢以排除或檢測作為例如癌性病變的異常。而且，所述活檢設(shè)備 可以適于執(zhí)行其他控制和數(shù)據(jù)處理功能，例如分析功能、顯示功能等等。所述活檢設(shè)備可以 包括其他組件，例如分析單元、控制單元等等。
首先，所述活檢設(shè)備不是成像設(shè)備，而是用于檢測各種聲學(xué)物質(zhì)特性(例如組織特 性)的設(shè)備。無論如何，包括所述活檢設(shè)備的系統(tǒng)可以包括成像設(shè)備或可以被用作成像設(shè) 備。而且，所述設(shè)備不僅可以用于引導(dǎo)活檢的進(jìn)行，而且可以用于進(jìn)行“聲學(xué)活檢”，即在不 移除組織的情況下進(jìn)行診斷。所述活檢設(shè)備可以用在醫(yī)院中。下文中，根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的可能的細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將基于三個(gè)示范性實(shí) 施例而被解釋。根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備可以用于在將活檢設(shè)備的尖端部分插入到待分析的物質(zhì) 中時(shí)測量諸如組織之類的物質(zhì)的聲學(xué)特性，一旦所述組織被穿刺則這可以允許區(qū)分例如健 康組織與癌組織。例如，與健康組織相比，癌組織可以對(duì)例如超聲信號(hào)有不同的影響。這可以在所檢 測到的信號(hào)中看到。例如，聲信號(hào)的振幅可以是吸收和散射的度量，而延遲時(shí)間可以是諸如組織的物 質(zhì)中聲信號(hào)的速度的度量。作為示例，乳腺腫瘤中聲音的速度可以是49-90m/s，其高于健康 組織中聲音的速度。發(fā)出所述信號(hào)的換能器元件也可以測量所述信號(hào)的反射，以便計(jì)算所述活檢設(shè)備 必須進(jìn)一步被插入多遠(yuǎn)以到達(dá)所述腫瘤。所述測量過程包括信號(hào)穿過組織。而且，經(jīng)過活檢設(shè)備的信號(hào)也可被分析，這可以 實(shí)現(xiàn)檢測靠近活檢設(shè)備的尖端部分的不同組織類型，即所述活檢設(shè)備可以允許測量所述活 檢設(shè)備的尖端相對(duì)于癌組織的位置。所述活檢設(shè)備可以進(jìn)一步允許基于彈性成像的測量，這意味著相同解剖結(jié)構(gòu)在壓 縮狀態(tài)和松弛狀態(tài)中的圖像的組合給出了比傳統(tǒng)的單獨(dú)超聲更好的反差。彈性成像是基于與人工觸診類似的原理的，其中檢查者可以檢測到腫瘤是因?yàn)樗?們感覺起來比周圍組織更硬。在彈性成像中，可以將機(jī)械力(壓縮或振動(dòng))施加到軟組織， 并且諸如超聲(US)或磁共振(MR)成像之類的常規(guī)成像技術(shù)可以用于創(chuàng)建軟組織變形的圖 (map)。當(dāng)軟組織的區(qū)域內(nèi)存在離散的硬度不均勻性(例如腫瘤)時(shí)，在該位置處將發(fā)生振動(dòng) 幅度的改變。所述癌組織在被壓縮和松弛之后可能與健康組織表現(xiàn)不同。通常，健康組織 擁有更好的彈性并且松弛得更快。由于所述針的插入可以導(dǎo)致組織的局部壓縮，所以可能 有用的是不時(shí)地停止插入過程并且讓組織松弛，隨后繼續(xù)進(jìn)行所述針的插入。當(dāng)所述針被推入時(shí)，可以取得超聲反射信息，并且當(dāng)停止推入讓組織松弛時(shí)，隨后 組合所述測量數(shù)據(jù)并觀察例如腫瘤的邊界相對(duì)于活檢設(shè)備定位在哪里。尋找不同類型的組 織的分界基于所述組織的輕微的聲學(xué)阻抗失配(阻抗=密度X介質(zhì)中的聲速)，其導(dǎo)致了超 聲反射。在壓縮期間，健康組織和癌組織二者都被壓迫，并且二者的密度增加。當(dāng)組織松弛 時(shí)，健康組織由于其彈性而恢復(fù)得更快，因此由于兩種類型的組織的密度的臨時(shí)失配而使 得發(fā)生了反差的增加。而且，例如腫瘤也可以在組織不壓縮的情況下被檢測。通過在插入之后就改變針 的角度，所述針可以瞄準(zhǔn)這樣的位置，在該位置中所述針接收到由于反射的超聲引起的信 號(hào)強(qiáng)度的最大值。利用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的活檢設(shè)備，可以基于例如高頻數(shù)據(jù)(例如超聲數(shù)據(jù))實(shí)現(xiàn)例如關(guān)于待分析物質(zhì)的聲學(xué)特性的信息的生成。此外，可以基于例如低頻數(shù)據(jù)(例如， 低頻超聲、聲音、次聲、振動(dòng)、手動(dòng)地將壓力施加到待分析物質(zhì)，等等)實(shí)現(xiàn)例如關(guān)于待分析 物質(zhì)的其他聲學(xué)特性和/或彈性特性的信息的生成。提供關(guān)于不同物質(zhì)特性的信息的能力可以通過調(diào)適所述換能器元件以使得它們 能夠檢測不同頻譜內(nèi)的機(jī)械位移而實(shí)現(xiàn)。已知對(duì)不同頻譜中機(jī)械刺激的響應(yīng)依賴于待分析 物質(zhì)的物理特性，一方面關(guān)聯(lián)于彈性成像特性且另一方面關(guān)聯(lián)于超聲特性的物質(zhì)特性可以 從響應(yīng)信號(hào)導(dǎo)出。所述機(jī)械刺激可以例如由所述換能器元件本身或手動(dòng)地生成。機(jī)械位移可以被解釋為例如所述物質(zhì)(特別是細(xì)胞或組織)的最小移動(dòng)或振動(dòng)。例 如，細(xì)胞或顯微的組織結(jié)構(gòu)的位移可以由超聲壓力波引起，聯(lián)合的宏觀組織結(jié)構(gòu)的位移可 以通過將壓力施加到所述物質(zhì)并且例如手動(dòng)地或通過由換能器元件誘導(dǎo)緩慢的振動(dòng)而緩 慢散布所述壓力而引起。在上述本發(fā)明的第一方面，“換能器元件”可以是為了包括測量或信息傳遞的各種 目的而將一種類型的能量或物理屬性轉(zhuǎn)換為另一種類型的(例如電的、電子的或機(jī)電的)設(shè) 備(例如壓力傳感器)。本發(fā)明的換能器元件可以能夠同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、測量和轉(zhuǎn)換不 同的屬性、以及傳遞和/或處理與其相關(guān)的信息。換能器元件可以是例如小型陶瓷元件或單晶。在所述活檢設(shè)備可能是一次性的情 況下，可以使用低成本的換能器元件。這可以包括例如微電機(jī)的換能器元件，比如壓電的或 電容性的微電機(jī)薄膜換能器元件。所述換能器元件可以以柔性形式實(shí)現(xiàn)。而且，它可以形 成各種形狀、尺寸和大小。存在多種可能的方式來致動(dòng)所述換能器元件。所述換能器元件可以發(fā)出并接收各 種頻率和/或振幅和/或時(shí)間間隔的信號(hào)。“物質(zhì)”可以包括所有種類的活組織或死組織，例如人類組織，特別是上皮組織(例 如皮膚的表面和消化道的內(nèi)襯)、結(jié)締組織(例如血、骨組織)、肌肉組織和神經(jīng)組織(例如， 腦、脊髓和周圍神經(jīng)系統(tǒng))。“物質(zhì)”可以進(jìn)一步包括食品、生物材料、合成材料、流體或粘性物質(zhì)等等。所述細(xì)長的桿的遠(yuǎn)端可被稱為尖端。該尖端可以是圓形的并且/或者包括至少一 個(gè)邊。該邊可以以不同形狀形成?？梢詫⑺鲞呑兗怃J以使得諸如組織之類的物質(zhì)當(dāng)活檢 設(shè)備在其中操作時(shí)可以被切割或容易被刺入。根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的一個(gè)方面，所述換能器元件可以是超聲換能器元件。所述換能器元件可以發(fā)出高頻譜的聲信號(hào)，所述高頻譜表示優(yōu)選地高于20kHz直 到I-IOGHz的頻率。所述頻譜可以不被限于高頻譜，所述換能器元件可以進(jìn)一步發(fā)出低頻譜聲信號(hào)， 所述低頻譜表示低于20kHz的頻率。根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的另一方面，第一換能器元件可以適于發(fā)送和/或接收信 肩、ο“發(fā)送”可以表示例如發(fā)射任何種類的信號(hào)(例如超聲信號(hào))到所述物質(zhì)中或物質(zhì) 上并且/或者將機(jī)械壓力施加到所述物質(zhì)中或物質(zhì)上?！敖邮铡笨梢允抢鐧z測所述物質(zhì)的或來自所述物質(zhì)的信號(hào)(例如，反射、阻抗)。也 可以使用更高的諧波反射信號(hào)的檢測，這可以允許提高反射信號(hào)的信噪比，并且以此方式可以改進(jìn)不同物質(zhì)類型(例如組織類型)的檢測。為了允許更高的諧波操作，可以使用寬帶換能器元件。特別地，可以應(yīng)用具有 >100%的帶寬的薄膜微電機(jī)換能器元件。根據(jù)所述活檢設(shè)備的第一實(shí)施例，所述活檢設(shè)備的所述桿可以包括在所述桿的遠(yuǎn) 側(cè)區(qū)域處外圍地布置的遠(yuǎn)端，其中所述活檢設(shè)備的桿可以進(jìn)一步包括平坦的前表面，其中 所述平坦的前表面可以小于所述桿的橫截面，其中所述平坦的前表面可以相對(duì)于所述桿在 中心布置，其中所述換能器元件可以定位在所述平坦的前表面。根據(jù)所述桿的尖端和/遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的幾何形狀的實(shí)施例，定義了所述平坦的前表面 的所述桿的一部分可以與所述桿材料整體地形成或作為桿材料上的單獨(dú)元件來形成，例如 桿材料的腔或突起(例如銷)或設(shè)置在桿材料上的附加對(duì)象。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的一個(gè)方面，所述換能器元件可以適于沿著所述活檢設(shè) 備的細(xì)長桿的縱軸方向發(fā)射窄射束。所述換能器元件可以在一個(gè)定義的方向上發(fā)出例如聚焦的超聲信號(hào)。因此，可以 僅僅測量直接定位在所述窄射束中或附近的物質(zhì)的聲學(xué)特性。利用該方法，所述活檢設(shè)備 可以達(dá)到很高的精確度。窄射束可以在技術(shù)上利用換能器元件來實(shí)現(xiàn)，所述換能器元件的平表面的長度和 寬度的值高于由所述換能器元件發(fā)出的信號(hào)的波長。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，所述活檢設(shè)備的桿可以包括具有內(nèi)部空間并且在所述 桿的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域處被外圍地布置的遠(yuǎn)端，其中所述換能器元件可以定位在所述內(nèi)部空間的第 一內(nèi)側(cè)壁處，并且其中所述換能器元件的主信號(hào)散布方向可以被定向在沿著與所述內(nèi)部空 間的第一內(nèi)側(cè)壁相對(duì)的第二內(nèi)側(cè)壁的方向。該配置的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在已知的距離處總是存在將反射所述超聲的參考表面， 因此所記錄的第一回波可以給出組織中的聲速。而且，可以連續(xù)地測量被瞬時(shí)穿透的組織 層的聲學(xué)特性(例如速度、衰減)。這種配置可以允許使用更高的超聲頻率，因?yàn)橛伤鰮Q能器元件發(fā)出的信號(hào)必 須僅僅透入一小段距離(更高的頻率導(dǎo)致更強(qiáng)的吸收)，這意味著所述換能器的厚度可以減 小，從而便于集成到所述針中。例如，對(duì)于PVDF (聚偏氟乙烯)的IMHz壓電換能器元件，所述盤在沒有背襯的情 況下的最小厚度是大約750微米，這意味著整個(gè)換能器的厚度超過1mm。對(duì)于基于PZT (鉛 鋯酸鹽)的化合物，所述壓縮波速度更高。在15MHz的PVDF換能器的情況下，所述盤的最小 厚度是大約50微米，這使得它容易集成到所述針中。PZT的相同的換能器需要140微米厚的盤。當(dāng)超聲波以衰減系數(shù)α通過吸收介質(zhì)傳播時(shí)，根據(jù)下面的表達(dá)式初始強(qiáng)度Itl在 距離d處減小為Id Id=I0exp (-2 ad)組織的典型α值在5MHz的頻率f處可以是50m—1。對(duì)于具有Imm內(nèi)徑的活檢設(shè)備或 針，所得的2-mm聲長度根據(jù)上述公式將得到82%的透射。該配置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，所檢測的信號(hào)依賴于來自硬反射器的脈沖回波，而不 是依賴于在組織中的隨機(jī)聲散射(其可能更具魯棒性)。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個(gè)方面，第一和第二內(nèi)側(cè)壁定義了 “U”的兩個(gè)平行 分支，并且所述換能器元件是平坦的。因此，布置在“U”的一個(gè)分支的第一內(nèi)側(cè)壁上的換能器元件的表面可以平行于 “U”的第二分支，其在超聲測量期間可以用作硬反射器。所述換能器元件可以是平坦的，使得它可以集成到所述活檢設(shè)備的尖端，以使得 所述換能器元件的表面與相對(duì)的金屬壁的表面平行。優(yōu)選地，所述換能器可以與所述針壁聲學(xué)隔離，以便避免接收通過所述針傳輸?shù)男盘?hào)。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，所述活檢設(shè)備可以包括多個(gè)換能器元件。所述活檢設(shè)備，特別是所述活檢設(shè)備的桿的尖端部分，可以包括至少兩個(gè)換能器 元件。每個(gè)換能器元件可以發(fā)送和/或接收信號(hào)。存在多種可能的方式來致動(dòng)所述多個(gè)換能器元件。一個(gè)或多個(gè)所述方式可以發(fā)出 并接收各種頻率和/或振幅和/或時(shí)間間隔的信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的一個(gè)方面，所述多個(gè)換能器元件可以適于發(fā)出信號(hào)， 并且所述多個(gè)換能器元件中的另一個(gè)可以適于檢測所述信號(hào)的延遲時(shí)間和/或振幅和/或 反射。由一個(gè)換能器元件發(fā)出的信號(hào)可以行進(jìn)到另一個(gè)換能器元件，可由其測量所述信 號(hào)的延遲時(shí)間和/或振幅。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的另一方面，所述換能器元件可以沿著相對(duì)于所述活檢 設(shè)備的細(xì)長桿的縱軸的不同方向來定向。所述換能器元件可以被布置在所述活檢設(shè)備的桿上，以使得所述換能器元件的主 信號(hào)散布方向可以沿著所述不同方向來定向，以使得可以發(fā)送信號(hào)到所述活檢設(shè)備的尖端 部分的周圍區(qū)域或其他換能器元件并檢測來自所述周圍區(qū)域或其他換能器元件的信號(hào)，以 分析所述物質(zhì)，其中所述活檢設(shè)備的尖端部分被有利地準(zhǔn)確插入。而且，該配置可以允許協(xié) 調(diào)或同步所述彼此被聲學(xué)地耦合的換能器元件。根據(jù)本發(fā)明的任何活檢設(shè)備的一個(gè)方面，所述活檢設(shè)備可以是活檢針，或者所述 活檢設(shè)備可以包括一適于容納用于取得組織樣本的針的空桿，例如插管、套管針或?qū)Ч堋Ｋ龌顧z設(shè)備的細(xì)長桿可以包括與所述桿的縱軸平行的孔腔。在該孔腔中，可以 引入針以取得所述活檢設(shè)備的尖端部分已經(jīng)插入其中的物質(zhì)的樣本。所述活檢設(shè)備也可以是插管、套管針或?qū)Ч?。根?jù)本發(fā)明的任何活檢設(shè)備的另一方面，所述活檢設(shè)備可以進(jìn)一步包括能夠發(fā)射 和接收光的光纖。所述活檢設(shè)備可以包括聲學(xué)和光學(xué)傳感器和制動(dòng)器的組合。所述活檢設(shè)備可以包 括至少一個(gè)光纖，其中所述光纖發(fā)送光并且在與所述活檢設(shè)備的尖端部分已經(jīng)插入到其中 的組織相互作用之后接收所述光。所述光纖可以被連接到例如能夠利用光學(xué)模式(例如，反射光譜法、熒光光譜法、 自體熒光光譜法、差分路徑長度光譜法、拉曼光譜法、光學(xué)相干斷層成像術(shù)、光散射光譜法 或多光子熒光光譜法)探測在所述活檢設(shè)備前面或附近的組織的控制臺(tái)。所述光學(xué)模式可以用于例如在目標(biāo)物質(zhì)中精細(xì)定位所述活檢設(shè)備的尖端部分。所述光學(xué)信息可以通過例如光譜分析來分析。而且，所述光學(xué)信息或所分析的光學(xué)信息可以 被配準(zhǔn)到例如附加的非侵入式成像模式的圖像中。提出了定位根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的系統(tǒng)。一般地，所述系統(tǒng)包括如上所述的活 檢設(shè)備，和分析單元和處理單元和顯示單元?！胺治觥笨杀唤忉尀樯婕安煌匦?例如彈性)的物質(zhì)的探究和檢測與生理狀態(tài)相 比可能的異常的存在和尺寸或檢測病理狀態(tài)以及證明沒有異常。所述“分析單元”可以接收模擬信號(hào)并且將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以及實(shí)現(xiàn)分析、控 制和處理功能。所述分析單元可以與所述活檢設(shè)備分離或包含在所述活檢設(shè)備中。所述分 析單元可以進(jìn)一步包括例如控制單元、顯示單元等。所述分析單元可以經(jīng)由電纜、電導(dǎo)體或 無線連接而與所述活檢設(shè)備耦合。定位根據(jù)本發(fā)明的第二方面的活檢設(shè)備的系統(tǒng)也可以包括至少一個(gè)附加的成像 模式，例如超聲、磁共振成像、計(jì)算機(jī)斷層成像、X射線等等?！愕兀岢隽艘环N定位根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的方法。所述方法包括以下步驟 在具有組織的感興趣對(duì)象中操作所述活檢設(shè)備；借助換能器元件發(fā)出超聲信號(hào)；借助所述 換能器元件接收由所述組織反射的信號(hào)；借助分析單元獲得區(qū)分活檢設(shè)備尖端部分前面或 附近的組織的信息；借助所述分析單元的信息精細(xì)定位所述活檢設(shè)備。所述方法的步驟可以部分地以任意順序或以如上所述的順序執(zhí)行。所述方法中使 用的所述活檢設(shè)備可以是如上所述的關(guān)于第一方面的活檢設(shè)備。所述活檢設(shè)備可以應(yīng)用到所述感興趣對(duì)象的表面。所述感興趣對(duì)象可以是應(yīng)當(dāng)被 分析的任何種類的物質(zhì)(例如組織)。為了分析位于所述物質(zhì)內(nèi)部的區(qū)域，可能必需的是將 所述活檢設(shè)備的一部分、特別是所述活檢設(shè)備的尖端部分插入到所述物質(zhì)。插入所述活檢設(shè)備的過程可以由人(例如醫(yī)生)或自動(dòng)地借助技術(shù)工具來執(zhí)行?？?能必需的是，監(jiān)視將所述活檢設(shè)備插入到所述物質(zhì)的過程。這可以例如由附加的成像設(shè)備 (例如超聲波、磁共振成像、計(jì)算機(jī)斷層成像、X射線等)來完成。在另一個(gè)步驟中，諸如超聲信號(hào)之類的高頻信號(hào)可以從所述活檢設(shè)備的至少一個(gè) 換能器元件被發(fā)送到待分析的物質(zhì)中。該信號(hào)可以在所述物質(zhì)中根據(jù)所述物質(zhì)的特定特性 (例如組織的彈性)而被反射、散射、衰減、延遲或另外地被改變。表示反射的高頻信號(hào)的所 得信號(hào)可以從所述物質(zhì)被傳輸?shù)剿龌顧z設(shè)備并且可以被至少一個(gè)換能器元件接收。該所 得信號(hào)包括信息，在可能的后續(xù)分析步驟中根據(jù)所述信息能夠獲得所述物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(例如 所述組織的彈性特性)。所得的信號(hào)可以被傳輸?shù)椒治鰡卧Ｔ摲治鰡卧梢蕴幚硭邮盏男盘?hào)。所處理 的信號(hào)可以在可以例如是所述分析單元的一部分的顯示器處被顯示。所處理的信號(hào)也可以 聲學(xué)地被呈現(xiàn)。所顯示的和/或聲學(xué)地呈現(xiàn)的信號(hào)表示區(qū)分所述活檢設(shè)備的尖端部分前面或附 近的組織的信息。借助該信息，可以改變所述活檢設(shè)備相對(duì)于待分析物質(zhì)的位置，使得可以 達(dá)到對(duì)所述活檢設(shè)備的精細(xì)定位。根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括從所述活檢設(shè)備發(fā)送低頻信號(hào)(例如壓力、振 動(dòng)等等)到應(yīng)當(dāng)被分析的物質(zhì)中或物質(zhì)上的附加步驟。該信號(hào)可以在所述物質(zhì)內(nèi)或所述物 質(zhì)上根據(jù)物質(zhì)的特定彈性特性(例如組織的彈性特性)被反射。表示被反射的低頻信號(hào)的所得信號(hào)可以從所述物質(zhì)被傳輸?shù)剿龌顧z設(shè)備并且被至少一個(gè)換能器元件接收。所得信號(hào) 包括信息，在可能的后續(xù)分析步驟中根據(jù)所述信息能夠獲得所述物質(zhì)的特定彈性特性(例 如所述組織的彈性特性)。所述活檢設(shè)備針對(duì)感興趣對(duì)象的表面的調(diào)適和/或所述活檢設(shè)備的尖端部分插 入到所述物質(zhì)中、高頻信號(hào)和可能的低頻信號(hào)的發(fā)送和/或接收和/或所述信息到所述分 析單元的傳輸可以同時(shí)進(jìn)行。本發(fā)明涉及一種用于圖像處理設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序，使得根據(jù)本發(fā)明的方法可以在 適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)上執(zhí)行。所述計(jì)算機(jī)程序優(yōu)選地被加載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲(chǔ)器中。所述數(shù) 據(jù)處理器因此被裝備以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。所述計(jì)算機(jī)程序也可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 處，例如⑶-Rom。所述計(jì)算機(jī)程序也可以通過如萬維網(wǎng)之類的網(wǎng)絡(luò)提供并且可以從這種網(wǎng) 絡(luò)下載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲(chǔ)器中。必須注意，本發(fā)明的實(shí)施例參照了不同主題進(jìn)行描述。特別地，參照方法類型的權(quán) 利要求描述一些實(shí)施例，而參照裝置類型的權(quán)利要求描述其他實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人 員將從上文和下文的描述中推斷，除非另外聲明，除了屬于一種類型的主題的特征的任意 組合之外，涉及不同主題的特征之間的任意組合也被認(rèn)為是本申請(qǐng)所公開的。本發(fā)明的上面定義的方面和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)也可以從下文所描述的實(shí)施例 的實(shí)例導(dǎo)出并且參照實(shí)施例的實(shí)例而被闡釋。下面將參照實(shí)施例的實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā) 明，但本發(fā)明不限于所述實(shí)施例的實(shí)例。


圖1示出在超聲引導(dǎo)下經(jīng)由直腸進(jìn)行活檢的示意圖。圖加示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的活檢設(shè)備的尖端部分的等距視圖的示意性表不。圖2b示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的活檢設(shè)備的尖端部分的側(cè)視圖的示意性表7J\ ο圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的活檢設(shè)備的尖端部分的等距視圖的示意性表不。圖北示出所述活檢設(shè)備的尖端部分的縱向截面的示意性表示；所述設(shè)備的尖端 的背側(cè)的一部分是可見的，盡管它不在截面中。圖3c從右到左示出通過平面B的活檢設(shè)備的橫向截面的示意性表示。圖3d從左到右示出通過平面B的活檢設(shè)備的橫向截面的示意性表示。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的尖端部分的示意性表示。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的活檢設(shè)備的使用的示意性表示。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意性表示。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的方法的不同步驟的示意性表示。圖8示出由根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備對(duì)從所述物質(zhì)接收的信號(hào)的信號(hào)處理步驟的 示意性表示。附圖中的圖示僅僅是示意性的并且未按比例繪制。注意到在不同附圖中，相似的 元件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式如圖加和圖2b所示，根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的尖端部分23的細(xì)長桿25包括孔 腔36，其可以包括例如用于活檢過程的常規(guī)針(比如空心金屬針)，桿25的材料可被定位在 所述孔腔周圍。所述活檢設(shè)備的桿25包括遠(yuǎn)端34，其被外圍地布置在所述桿的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域。所述活 檢設(shè)備的桿25進(jìn)一步包括可以相對(duì)于桿25在中心布置的平坦的前表面22。所述平坦的前 表面32可以位于布置在桿25上的銷31上。所述銷31可以是桿的一部分(例如桿的突起) 或連接到桿的分離的對(duì)象。用于發(fā)射和/或接收超聲波的換能器元件27被布置在平坦的前表面32上。所述 換能器27的導(dǎo)線39可以被嵌入桿25中。所述換能器元件適于沿著所述活檢設(shè)備的細(xì)長桿25的縱軸的方向發(fā)射窄射束 33。所述窄射束可被發(fā)射到周圍物質(zhì)中。所述窄射束可以在所述物質(zhì)中根據(jù)所述物質(zhì)的特定特性(例如取決于所述物質(zhì)的 彈性特性的聲學(xué)特性)而被反射、散射、衰減、延遲或以其它方式改變。如果例如一個(gè)物質(zhì)的 兩個(gè)相鄰部分或兩個(gè)相鄰的不同物質(zhì)在它們的彈性特性方面不同，則所述活檢設(shè)備的尖端 部分的位置可以基于由所述換能器元件接收的信號(hào)變化而被指定。以此方式，利用根據(jù)本 發(fā)明的第一方面的活檢設(shè)備，它能夠建立例如組織中腫瘤相對(duì)于活檢設(shè)備的尖端的位置。而且，如果預(yù)先已知不同物質(zhì)的不同特征值(例如聲速)，則可以根據(jù)由所述換能 器元件接收的信號(hào)來識(shí)別物質(zhì)的種類(例如正常組織、癌組織等等)。這可以允許利用根據(jù) 本發(fā)明的活檢設(shè)備作出診斷，例如體外診斷。圖3a示出具有所述細(xì)長桿25和靠近桿25的遠(yuǎn)端34布置的換能器元件27的活 檢設(shè)備的尖端部分23。如圖北所示，根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的尖端部分23的細(xì)長桿25是空心桿，其包 括含有活檢區(qū)域41的針35，例如用于活檢過程的空心金屬針。用于發(fā)射和/或接收超聲波的換能器元件27靠近桿25的遠(yuǎn)端34布置。換能器 元件27的導(dǎo)線39可以被嵌入在桿25中。一旦檢測到組織中可疑地點(diǎn)，可以將針35推出并撤回以收集活檢物質(zhì)?！癇”定義了軸向截面。如圖3c所示，在所述遠(yuǎn)端的區(qū)域中，所述活檢設(shè)備的桿25是“U”形的，所述“U” 的兩個(gè)平行分支包括第一內(nèi)側(cè)壁45和第二內(nèi)側(cè)壁47。所述桿25包括內(nèi)部空間43。換能 器元件27被平行于第一內(nèi)側(cè)壁45布置。圖3d示出換能器27的主信號(hào)散布方向49，所述散布方向被定向?yàn)閺牡谝粌?nèi)側(cè)壁 45到第二內(nèi)側(cè)壁47的方向。第一內(nèi)側(cè)壁45或換能器元件27與第二內(nèi)側(cè)壁47之間的距離 是已知的。第二內(nèi)側(cè)壁47可以在超聲測量期間用作硬反射器。所述換能器元件27必須與第一內(nèi)側(cè)壁45和桿25聲學(xué)隔離以便避免接收經(jīng)過所 述針傳輸?shù)男盘?hào)。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備的尖端部分23的細(xì)長桿25是空心桿，其包括含有活檢區(qū)域41的針35，例如用于活檢過程的空心金屬針。用于發(fā)射和/或接收超聲波的各種換能器元件27被布置在所述活檢設(shè)備的桿上， 使得所述換能器元件的主信號(hào)散布方向可以被定向在不同方向。換能器元件27的導(dǎo)線39 可以被嵌入在桿25中。一旦檢測到組織中可疑地點(diǎn)，可以將針35推出并撤回以收集活檢物質(zhì)。圖5示出使用根據(jù)本發(fā)明的活檢設(shè)備來確定何處可以進(jìn)行活檢的示意性圖示。位于所述活檢設(shè)備的尖端部分23處的換能器元件27與感興趣對(duì)象Z/的前表面 之間的距離被定義為“a”，其中“a”是可變的。在所述感興趣對(duì)象的前表面與后表面之 間的距離被定義為“b”，其中b具有固定的值。Z1表示位于換能器元件27與感興趣對(duì)象Z/ 的前表面之間的物質(zhì)。物質(zhì)&可以是例如組織，感興趣對(duì)象可以是例如所述組織內(nèi)部 的腫瘤。在所述活檢設(shè)備和感興趣對(duì)象的布置的示圖下面，示出了脈沖回波等候響應(yīng)的回 波圖。所述信號(hào)被換能器元件27接收?！凹印北硎緭Q能器元件27與感興趣對(duì)象的前表面之 間的距離的兩倍?！?b”表示感興趣對(duì)象的前表面與后表面之間的距離的兩倍?！?a”是可 變的，而“2b”是固定值。EO表示回波0，El表示回波1，而E2表示回波2。用戶誘導(dǎo)的壓縮歸因于所述針朝腫瘤插入組織中。當(dāng)必須在松弛的位置取得超聲 波圖像時(shí)，所述活檢設(shè)備不再被推入到組織中，而是被終止，同時(shí)等待一定的時(shí)間間隔以便 允許組織松弛。由于健康組織比腫瘤松弛的更快，相對(duì)于在將所述針推入組織時(shí)利用局部 壓縮取得的超聲波圖像，所以定界區(qū)域中的反差增加。根據(jù)所述兩個(gè)信號(hào)(或更多信號(hào)，如 果在松弛期間執(zhí)行了更多的測量)的組合，如所述回波圖中所見，可以建立所述針尖端與所 述腫瘤之間的距離。當(dāng)回波0趕上回波1時(shí)，所述針將接近所述腫瘤，并且當(dāng)隨后回波1消失時(shí)，所述 針進(jìn)入腫瘤所以可以進(jìn)行活檢。盡管可能是次級(jí)重要的，所述腫瘤邊界的后方界限也可以 在回波2中看到，這可以幫助避免在進(jìn)行活檢的同時(shí)推動(dòng)所述針超出所述腫瘤的界限。如圖6所示，所述活檢設(shè)備的尖端部分23位于待分析的物質(zhì)71中?；顧z設(shè)備21 被連接到分析單元77，其被布置在活檢設(shè)備21外部。分析單元77經(jīng)由電纜76(可替代地， 經(jīng)由電導(dǎo)體或無線連接)與活檢設(shè)備21的尖端部分23處的至少一個(gè)換能器元件27耦合。 可替代地，所述分析單元或分析單元的一部分可以包含在活檢設(shè)備21中并且/或者包含在 至少一個(gè)所述換能器元件27中。分析單元77可以經(jīng)由電纜、電導(dǎo)體或無線連接與顯示單 元79耦合。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第三方面的方法的不同步驟的示意性表示。一個(gè)步驟Sl是在具有組織的感興趣對(duì)象中操作所述活檢設(shè)備。該步驟還可以包 括將所述活檢設(shè)備的一部分(例如尖端部分)插入到對(duì)象中。在另一個(gè)步驟S2中，借助所述活檢設(shè)備的至少一個(gè)換能器元件將超聲波信號(hào)傳 輸?shù)酱治龅膶?duì)象中。另一個(gè)步驟S3是借助所述換能器元件接收由所述組織反射的信號(hào)。另一個(gè)步驟S4是借助分析單元獲得區(qū)分在所述活檢設(shè)備的尖端部分前面或附近 的組織的信息。
還有一步驟S5，根據(jù)由分析單元獲得的信息，對(duì)活檢設(shè)備進(jìn)行精細(xì)定位。圖8示出換能器元件27與待分析的物質(zhì)71之間的信號(hào)的信號(hào)發(fā)送路徑和信號(hào)處 理步驟的示意性表示。超聲波信號(hào)73從換能器元件27被傳輸?shù)酱治龅奈镔|(zhì)71中。該信號(hào)可以在所 述物質(zhì)的邊界處根據(jù)所述物質(zhì)的特定結(jié)構(gòu)特性被反射。因此，所得的信號(hào)表示被物質(zhì)反射 的信號(hào)75，其包括關(guān)于物質(zhì)71的構(gòu)造的信息。該反射信號(hào)75可以從物質(zhì)71被傳輸?shù)綋Q能 器元件27并且可以被換能器元件27接收。由所述物質(zhì)反射的信號(hào)75被傳輸?shù)椒治鰡卧?7以供進(jìn)一步處理。而且，超聲波 信號(hào)73也可以被傳輸?shù)椒治鰡卧?7。所述分析單元還適于接收其他信號(hào)74，例如來自成像設(shè)備、控制單元的信號(hào)等。由 所述分析單元77接收的信號(hào)可以被處理并且隨后在單獨(dú)的顯示單元79處被顯示。應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語“包括”不排除其他元件和步驟，并且“一”不排除復(fù)數(shù)。還可以將 與不同實(shí)施例相關(guān)聯(lián)而描述的元件組合起來。還應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng) 被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。附圖標(biāo)記列表 21活檢設(shè)備23活檢設(shè)備的尖端部分 25細(xì)長桿 27換能器元件 31銷32平坦的前表面 33窄射束 34遠(yuǎn)端 ；35針 36孔腔 39導(dǎo)線 41活檢區(qū)域 43內(nèi)部空間 45第一內(nèi)側(cè)壁 47第二內(nèi)側(cè)壁 49主信號(hào)散布方向 71待分析的物質(zhì) 73超聲信號(hào) 74其他信號(hào)75被所述物質(zhì)反射的信號(hào) 76電纜 77分析單元 78分析單元的信息信號(hào) 79顯示單元EO回波0 El回波1 E2回波2 Sl操作活檢設(shè)備 S2發(fā)送超聲 S3接收信號(hào) S4獲得信息 S5精細(xì)定位
權(quán)利要求
1.一種活檢設(shè)備，具有細(xì)長桿(25)和尖端部分(23)，以及 換能器元件(27)，其位于所述活檢設(shè)備的尖端部分，其中所述活檢設(shè)備適于提供關(guān)于待分析物質(zhì)(71)的聲學(xué)特性的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中換能器元件是超聲換能器元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述換能器元件適于發(fā)送和/或接收信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述活檢設(shè)備的桿包括一遠(yuǎn)端(34)，所述遠(yuǎn)端被外圍地布置在所述桿的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域處，其中所述活檢設(shè)備的桿進(jìn)一步包括平坦的前表面(32)， 其中所述平坦的前表面小于所述桿的橫截面， 其中所述平坦的前表面相對(duì)于所述桿在中心布置， 其中所述換能器元件定位在所述平坦的前表面處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，所述換能器元件適于沿著所述活檢設(shè)備的細(xì)長桿的縱軸的方向發(fā)射窄射束(33)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述活檢設(shè)備的桿包括一遠(yuǎn)端，所述遠(yuǎn)端具有內(nèi)部空間(43)并且被外圍地布置在 所述桿的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域處，其中所述換能器元件定位在所述內(nèi)部空間的第一內(nèi)側(cè)壁(45)處，并且 其中所述換能器元件的主信號(hào)散布方向(49)被定向在與所述內(nèi)部空間的第一內(nèi)側(cè)壁 相對(duì)的第二內(nèi)側(cè)壁(47)的方向上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中第一和第二內(nèi)側(cè)壁定義了 “U”的兩個(gè)平行分支，并且 其中所述換能器元件是平坦的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述活檢設(shè)備包括多個(gè)換能器元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述多個(gè)換能器元件之一適于發(fā)出信號(hào)，并且所述多個(gè)換能器元件中另一個(gè)適于 檢測所述信號(hào)的延遲時(shí)間和/或振幅和/或反射。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述換能器元件被定向在相對(duì)于所述活檢設(shè)備的細(xì)長桿的縱軸的不同方向上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備， 其中所述活檢設(shè)備是活檢針。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述活檢設(shè)備包括適于容納用于取得組織樣本的針(35)的空心桿。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述活檢設(shè)備進(jìn)一步包括能夠發(fā)射和接收光的光纖。
14.一種定位活檢設(shè)備的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-根據(jù)權(quán)利要求1的活檢設(shè)備，和 -分析單元(77)，和 -處理單元，和 -顯示單元(79)。
15. 一種定位根據(jù)權(quán)利要求1的活檢設(shè)備的方法，所述方法包括以下步驟 -在具有組織的感興趣對(duì)象中操作所述活檢設(shè)備； -借助換能器元件發(fā)送超聲信號(hào)； -借助換能器元件接收被所述組織反射的信號(hào)；-借助分析單元獲得區(qū)分所述活檢設(shè)備的尖端部分前面或附近的組織的信息； -借助所述分析單元的信息精細(xì)定位所述活檢設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活檢設(shè)備、特別是一種包括具有用于提供關(guān)于待分析物質(zhì)的聲學(xué)特性的信息的換能器元件的桿的活檢設(shè)備；一種定位活檢設(shè)備的系統(tǒng)；以及一種定位活檢設(shè)備的方法。所述活檢設(shè)備可以適于對(duì)人體的不同區(qū)域進(jìn)行活檢以排除或檢測作為癌性病變的異常。所述活檢設(shè)備可以用于在將所述活檢設(shè)備的尖端部分插入到所述待分析物質(zhì)中的同時(shí)測量所述物質(zhì)的聲學(xué)特性。所述活檢設(shè)備可以進(jìn)一步允許基于彈性成像的測量。
文檔編號(hào)A61B17/34GK102056559SQ200980121756
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者H. W. 亨德里克斯 B., 馬雷斯卡 D., 克利 M., 凱珀 S., 德拉迪 S. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司