DE69729745T2

DE69729745T2 - Vorrichtung zur bilderzeugung der prostata

Info

Publication number: DE69729745T2
Application number: DE69729745T
Authority: DE
Inventors: P. Armen SARVAZYAN
Original assignee: Artann Laboratories Inc
Current assignee: Artann Laboratories Inc
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: EP0955890A4; JP2001500026A; EP0955890A1; DE69729745D1; EP0955890B1; US5785663A; ES2224219T3; AU1960697A; WO1997031572A1; ATE270072T1

Description

HINWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anwendung ist eine continuation-in-part der am 21. Dezember 1992 eingereichten Patentanmeldung der Vereinigten Staaten von Amerika mit der Seriennr. 07/994,109.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Visualisierung geometrischer und mechanischer Parameter der Prostata sowie zur Diagnose von Prostataerkrankungen unter Einsatz einer Matrix bzw. eines Arrays von Drucksensoren und eines Positions-/Orientierungsensors, welche in der Spitze einer gegliederten transrektalen Sonde befestigt ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Frühdiagnose der Bildung von Tumoren, insbesondere jener von Krebs verursachten Tumoren, ist ein Problem gewesen, welches man durch verschiedene Techniken wie sonographische Bildgebung, NMR, Röntgen und dergleichen zu lösen versucht hat.
Eine der sichersten und ältesten Techniken bei der Erkennung pathologischen Gewebes ist die Palpation (Fingeruntersuchung). Die Palpation, d. h. die Untersuchung unter Einsatz des Tastsinns basiert auf den Elastizitätsunterschieden normaler Gewebe und bestimmter Läsionen. Die Palpation ist eine üblicherweise eingesetzte Technik zur Erkennung von Prostata- und Brustkrebs. Von einer Reihe von Autoren wurden verschiedene Arten von Vorrichtung zur Imitation der Palpation zur Tumorerkennung unter Verwendung verschiedener Arten von Drucksensoren vorgeschlagen. So haben beispielsweise Frei et al., U.S. Patent Nr. 4,250,894, ein Instrument zur Brustuntersuchung vorgeschlagen, welches sich einer Mehrzahl von beabstandeten piezoelektrischen Streifen bedient, welche von einem Druckelement gegen den untersuchten Körper gepreßt werden, welches eine bestimmte periodische oder ständige Belastung auf das Gewebe unter den Streifen ausübt.
Von Gentle (Gentle CR, Mammobarographie: A possible method of mass breast screening, J. Biomed. Eng. 10, 124–126, 1988) wurde ein anderes Prinzip zur Bewertung des Druckverteilungsmusters über der komprimierten Brust vorgeschlagen. Die Druckverteilung wird durch Anwendung des Prinzips der vernichteten gesamten inneren Reflexion zur Erzeugung einer Helligkeitsverteilung visuell überwacht. Mittels dieser Technik, welche als Mammobarographie bezeichnet wird, sind simulierte Knoten von bis zu nur 6 mm Durchmesser in Mammaprothesen nachgewiesen worden. Diese Technik kann laut Gentle zur Brustreihenuntersuchung verwendet werden; es sind jedoch niemals quantitative Daten über Knoten in realen Brüsten veröffentlicht worden. Dieser Mangel wurde mit der unzulänglichen Empfindlichkeit des Erfassungssystems erklärt. Es gilt anzumerken, daß die Entwicklung von Drucksensoren für die medizinische Anwendung meist nicht zum Nachahmen von Palpation, sondern für die Überwachung des Blutdrucks und für die Analyse der Ausbreitung der Pulswellen in Blutgefäßen gemacht wurde (siehe z. B. die U.S. Patente mit den Nr. 4,423,738; 4,799,491; 4,802,488; 4,860,761).
Ein weiterer Ansatz zur Bewertung der Gewebselastizität nutzt indirekte Einrichtungen wie konventionelle Bildgebungsmodalitäten (Ultraschall oder NMR), welche fähig sind, Bewegung eines Gewebes zu erfassen, welches einer äußeren Kraft ausgesetzt ist. Ein Ansatz versucht, die Steifigkeit oder Elastizität von Gewebe durch die Anwendung von Ultraschall-Bildgebungsverfahren zu bestimmen, während das Gewebe bei niedrigen Frequenzen schwingt. Siehe z. B. K. J. Parker et al, U.S. Patent Nr. 5,099,848; RM. Lerner et al., Sono-Elasiticity: Medical Elasticitiy Images Derived from Ultrasound Signals in Mechanically Vibrate Targets, Acoustical Imaging, Vol. 16, 317 (1988); T. A. Krouskop et al., A Pulsed Doppler Ultrasonic System for Making Non-Invasive Measurment of Mechanical Properties of Soft Tissues, 24 J. Rehab. Res. Dev. Vol. 24, 1 (1987); Y. Yamakoshi et al., Ultrasonic Imaging of Internal Vibration of Soft Tissue Under Forced Viration, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 7, No. 2, Page 45 (1990).
Ein weiteres Verfahren, welche zur Messung und Darstellung der Elastizität von Gewebe vorgeschlagen wurde, wird in Ophir et al., U.S. Pat. Nr. 5,107,837, 5,293,870, 5,143,070 und 5,178,147 beschrieben. Dieses Verfahren umfaßt das Aussenden von Ultraschallwellen entlang eines Pfads in das Gewebe sowie das Erfassen einer Echosequenz, welche Folge der sonographischen Pulswelle ist. Das Gewebe wird dann entlang des Pfads komprimiert (oder alternativ aus dem komprimierten Zustand dekomprimiert), und während einer solchen Kompression wird ein zweiter Puls von Ultraschallwellen entlang des Pfads in das Gewebe gesendet. Die zweite Echosequenz, welche aus dem zweiten Ultraschallwellepuls resultiert, wird erfaßt, und anschließend werden die Differenzverschiebungen von ausgewählten Echosegmenten der ersten und zweiten Echosequenzen gemessen. Ein ausgewähltes Echosegment der Echosequenz, d. h. ein reflektiertes RF Signal, entspricht einer bestimmten Echoquelle innerhalb des Gewebes entlang der Strahlenachse des Wandlers. Zur Messung der Komprimierbarkeit der Geweberegionen werden im Echosegment Zeitverschiebungen untersucht.
Sarvazyan et al. haben vor kurzem eine Vorrichtung zur Elastizitätsdarstellung der Prostata mittels einer transrektalen Ultraschallsonde (U.S. Patent Nr. 5,265,612) entwickelt. Diese Vorrichtung erlaubt den Ärzten die quantitative und objektive Charakterisierung von Elastizitätsmodulen von Prostatageweben. Die Charakterisierung der Elastizität sowie ihre Darstellung erfolgt durch die Beurteilung des Musters der internen Spannung in der Prostata und den umgebenen Geweben durch Anwendung der konventionellen transrektale Sonographie. Die Verteilung der inneren Spannung erhält man durch sonographische Darstellung der Prostata in zwei Ebenen ihrer Deformation bzw. Verformung. Die Verformung wird durch Verändern des Drucks der Flüssigkeit, welche die Umhüllung um die transrektale Sonde bzw. den transrektalen Fühler füllt, erzielt. Neben der Elastizität gehören die geometrischen Parameter des Tumors, wie sein Volumen oder Durchmesser zu den anderen Tumorparametern, welche sein Entwicklungsstadium anzeigen. Lacoste et al., U.S. Patent Nr. 5,178,148, haben ein Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Tumor oder einer Drüse, insbesondere der Prostata, unter Verwendung einer intrakavitären Sensor-Sonde, insbesondere einer transrektalen Sonde, veröffenlicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur transrektalen Bildgebung der Prostata basiert auf einer neuen Technik medizinischer Bildgebung, wie sie im Grundlagenpatent beschrieben ist, welche hier als mechanische Bildgebung (Mechanical Imaging "MI") bezeichnet wird. Das Wesentliche an der MI ist die Rekonstruktion der inneren Struktur der Weichteile durch Messung eines Druckmusters der Oberfläche mittels einer Matrix von Drucksensoren bzw. eines Drucksensor-Arrays. Das Muster der mechanischen Spannung und seine Veränderungen als Funktion des angewandten Drucks sowie der Zeit enthält umfassende Informationen über die mechanischen Eigenschaften und die Geometrie der inneren Strukturen der Körpergewebe.
Die vielversprechendsten Anwendungen der MI-Vorrichtungen liegen in jenen Bereichen der Medizin, in welchen sich die Palpation als ein empfindliches Instrument bei der Erfassung und Überwachung von Erkrankungen einschließlich des Prostatakrebs erwiesen hat. Die Palpation, d. h. die Abtastung des Rektums mit dem Finger (DRE) ist derzeit das geläufigste Verfahren zur Erfassung von Prostatakrebs. Trotz des offenkundigen Nutzens der diagnostischen Information, welche die DRE verschafft, gibt es weder technische Einrichtungen noch Vorrichtungen; welche im Stande sind, Daten zu liefern, welche jenen ähnlich sind, die ein erfahrener Untersucher mit dem Finger erheben kann. Zur Untersuchung der Drüse führt der Arzt einen Finger in das Rektum ein, wobei er die Drüse durch die Rektumwand hindurch fühlt, und sucht nach Abnormalitäten hinsichtlich ihrer Größe, Kontur, Konsistenz und Lokalisation. Eine harte, knotige oder verhärtete Prostata, welche durch eine routinemäßige DRE entdeckt wird, kann der erste Hinweis auf Krebs sein.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung basiert auf dem Einsatz einer transrektalen Sonde bzw. Fühlers mit einer gelenkigen Spitze zum Einführen in das Rektum und mit Steuerungen zum Bewegen der Spitze in mehreren Freiheitsgraden. Die Spitze übt einen ähnlichen Druck wie ein menschlicher Finger aus. Die Drucksensoren, welche an der Spitze befestigt sind, messen die lokale Druckverteilung. Ferner ist ein Positions-/Orientierungssensor an der Spitze befestigt, um die Position der Spitze entsprechend einem bestimmten, vom Drucksensor-Array gemessenen Druckmuster zu bestimmen. Die Signale des Drucksensor-Arrays und des Positions-/Orientierungssensors werden zum Berechnen eines virtuellen Musters von Eigenschaften wie Spannung und Druck der untersuchten Prostata verwendet. Unter der Annahme, daß das Gewebe homogen ist, und daß es Abmessungen hat, welche aus den gemessenen Daten geschätzt werden, wird ein theoretisches Modell der untersuchten Prostata festgelegt. Anschließend werden die theoretischen Muster von Spannung und Druck unter Verwendung des theoretischen, geometrischen Modells ausgewertet. Das virtuelle Muster und das theoretische Muster von Spannung und Druck werden verglichen, und die Differenzen weisen auf den Ort und die relative Härte eines Bereichs abweichender Elastizität hin. Dann wird das theoretische Modell durch Verändern der räumlichen Verteilung der Elastizität angepaßt, um diese Differenzen auf ein Minimum zu reduzieren. Diese Einstellung der geometrischen und mechanischen Parameter des Modells wird iterativ wiederholt, bis die Differenzen weniger als einen vorbestimmter Wert bzw. ein vorbestimmtes Niveau betragen. Auf diese Weise wird ein inverses mechanisches Problem gelöst, und man erhält eine räumliche Verteilung des Elastizitätsmoduls im untersuchten Gewebeteil. Die resultierende Verteilung wird zur Entwicklung und zum Anzeigen einer Darstellung der untersuchten Prostata verwendet.
Bevor im einzelnen auf die Figuren eingegangen werden soll, und ohne auf eine besondere postulierte Theorie gebunden zu werden, werden die theoretischen Aspekte der Erfindung diskutiert. Ein Druckmuster auf der Oberfläche eines untersuchten Gewebeabschnitts ermöglicht vor dem Hintergrund der gegebenen Rahmenbedingungen die Rekonstruktion von inneren Strukturen im darunterliegenden Gewebe sowie die Bewertung der relativen Härte oder Nachgiebigkeit in lokalisierten Arealen. Die vorliegende Erfindung verwendet das Verhältnis zwischen den Elastizitätsunterschieden in lokalisierten Bereichen innerhalb des Gewebes, das Spannungsmuster auf der Oberfläche des Gewebes und das innere Belastungs- bzw. Druckmuster. Diese Beziehung bildet die theoretischen Grundlagen eines Verfahrens zur Erfassung und Quantifizierung von Gewebsabnormalitäten.
Beim Berechnen der mechanischen Gewebseigenschaften basieren die Berechnungen auf einem Modell eines Gewebes, welches als linearelastisches und nicht komprimierbares Medium angenommen wird. Ein solcher Ansatz ist eine erste Näherung, welche ausreicht, um alle Fragen zu beantworten, welche bei der Darstellung von mechanischer Elastizität auftreten.
Die graphischen Darstellungen, welche in der detaillierten Beschreibung der Erfindung diskutiert werden, basieren dementsprechend auf Berechnungen aus den allgemeinen, unten dargestellten Gleichungen. Die folgenden Gleichungen sind im wesentlichen Gleichungen für die dreidimensionale lineare Elastizitätstheorie für nicht komprimierbare Medien wie Gewebe oder andere wasserbasierte Systeme, welche ein System mit einer Poisson-Zahl von 0,5 darstellen (Sarvazyan et al., Biophysical Bases of Elasticity Imaging, Acoustical Imaging, Vol. 21, 223, 1995).
Die Gleichungen für ein dynamisches Gleichgewicht lauten:

(1) wobei gilt: U, V, W sind Verschiebungskomponenten; ρ ist die Dichte des Mediums; und σ_ij sind Komponenten des Spannungstensors. Die Spannungsmuster müssen auf ein Druckmuster bezogen werden. Für inkompressible Medien (beispielsweise Gewebe oder andere wasserbasierte Systeme) wird dieses Verhältnis durch die folgenden Gleichungen gegeben:
(2) σxx = P + 2 μExx σyy = P + 2 μEyy σxx = P + 2 μExx σxy = 2 μExy σxz = 2 μExz σyz = 2 μEyz wobei
eine Poisson-Zahl ist, E das Young'sche Modul ist, und

Durch Verbinden der Gleichungen (1) und (2) können wir drei Gleichungen erhalten, welche nur drei Unbekannte U, V, W, enthalten, bei welchen es sich um Verschiebungskomponenten sowie den unbekannten Druck P handelt.
Eine zusätzliche Gleichung ist die Gleichung der Inkompressibilität, welche das Divergieren des Verschiebungsvektors gegen 0 zeigt:
Die letztgenannte Gleichung gibt die Bedingung wieder, daß, wenn eine Kraft auf das weiche Gewebe ausgeübt wird, sich die gesamte Gewebeverformung auf Änderungen der Form des weichen Gewebes, nicht jedoch des Volumens bezieht, da die Poisson-Zahl 0,5 beträgt, d. h., daß das Massen-Kompressionsmodul von weichen biologischen Geweben um einige Größenordnungen höher als das Scher-Elastizitätsmodul ist.
Die mechanischen Charakteristika des Gewebes betreffen nicht nur die oben diskutierte Elastizität, sondern ebenso die Viskosität. Das Gewebe ist daher ein viskoelastisches Material, welches einer Beschreibung in den viskösen sowie den elastischen Komponenten bedarf. Die Viskosität beeinflußt die erhaltenen Informationen, da bei einem viskoelastischen Material eine Zeitverzögerung zwischen der Aufbringung der Kraft und jeder auftretenden Verschiebung besteht. In einem dynamischen Modus, in welchem Kraft über die Zeit aufgebracht wird, bietet die Entwicklung von Spannungen über die Zeit die Information über die Viskosität.
Im Falle viskoelastischer Medien sollten die Komponenten des Spannungstensors in Gleichung (2) die folgenden zusätzlichen Terme für die Scherviskosität, μ*
aufweisen.
Das Schermodul und das Young'sche Modul von weichem Gewebe unterscheiden sich um einen Faktor von drei, da die Poisson-Zahl 0,5 beträgt. Während jedes Modul zur Untersuchung des Gewebes verwendet werden kann, wird in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung das Young'sche Modul verwendet.
Im Falle harmonischer Störungen kann eine zeitliche Abhängigkeit leicht aus diesen Gleichungen eliminiert werden, und man erhält das System der Differentialgleichungen für Amplituden.
Mit den vorangegangenen und anderen Zielen, Vorteilen und Eigenschaften der Erfindung, welche sich im folgenden darstellen, kann der Gegenstand bzw. die Art der Erfindung mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung, die angehängten Ansprüche und zahlreiche in der Zeichnung dargestellten Ansichten klarer verstanden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische Darstellung eines Modells eines weichen „Gewebes", welche eine Vorrichtung zum Bestücken von inkorporierten Drucksensoren darstellt, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
2 zeigt die Vorrichtung von 1 nach Bestücken des Gewebes, und stellt eine typische Druckkurve entlang einer Gewebsfläche dar;
3 ist ähnlich der Gewebskompression aus 2, und stellt die Wirkung des Vorliegens eines Tumors im Gewebe dar;
4 ist eine Darstellung der in 3 gezeigten Anordnung, wobei ein Kolben das Gewebe von einer der Druckscheibe gegenüberliegenden Seite verformt;
5 ist eine schematische Darstellung von Bestückungsparametern für ein untersuchtes Gewebsmodell und eines Tumors in einem solchen Gewebe; Differenzdruckverhältnis;
5A ist eine Darstellung eines errechneten Differenzdruckverhältnisses entlang der Fläche unter sich ändernder Verhältnisse der Elastizitätsmodule zwischen dem umgebenden Gewebe und einem Tumor;
6 ist eine graphische Darstellung des berechneten Verhältnisses zwischen dem Differenzdruckverhältnis und den Verhältnissen der Elastizitätsmodule für eine Bestückungsanordnung, wie sie in 5 gezeigt ist;
7 ist eine schematische Darstellung ähnlich jener aus (5), wobei bestimmte Bestückungsparameter dargestellt sind;
7A ist eine graphische Darstellung des berechneten Differenzdruckverhältnisses entlang der Fläche bei verschiedenen Tiefen eines Tumors in dem in 7 gezeigten Gewebe;
8 ist eine graphische Darstellung des berechneten Differenzdruckverhältnisses bezogen auf den Durchmesser eines Tumors, welcher in unterschiedlichen Tiefen des in 5 gezeigten Tumors erfaßt wird;
9 ist eine graphische Darstellung des berechneten Differenzdruckverhältnisses bezogen auf den Durchmesser eines Tumors bei verschiedenen Verhältnissen der Elastizitätsmodule zwischen dem umgebenen Gewebe und dem Tumor;
10A ist eine Seitenschnitt-Darstellung eines erfindungsgemäßen transrektalen Fühlers;
10B ist eine Detailansicht eines Pistolengriffs für einen erfindungsgemäßen transrektalen Fühler;
10C ist die Draufsicht auf eine gelenkige Fühlerspitze;
11A–C sind detaillierte Ansichten der Fühlerspitze, welche ein Drucksensor-Array bzw. -anordnung und einen Positions-/Orientationssensor zeigen;
12A–C sind detaillierte Ansichten des Fühlergelenks, welche die Gelenkigkeit der Fühlerspitze ermöglicht;
13 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Vorrichtung;
14A ist eine Querschnittansicht, welche den Bezug des Fühlers, der Rektumwand und der Prostata mit einem innenliegenden Knoten zueinander zeigt;
14B ist eine schematische Ansicht, welche virtuelle Linien gleichen Drucks zeigt, welcher aus den unter Verwendung des Positionssensors und des Drucksensor-Arrays der vorliegenden Erfindung erhaltenen Werten berechnet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezug auf die Zeichnung gilt, daß gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. 1 stellt einen Teil eines Weichteilgewebes 10 dar, welches auf einer Basis 11 getragen wird, welche eine flache, steife Scheibe 12 trägt, die geeignet ist, mit Druck aus einem Kraftgenerator 13 beaufschlagt zu werden. Eine Reihe von individuellen Drucksensoren, welche mit 15 bezeichnet sind, sind an der Bodenfläche der Scheibe 12 vorgesehen, um den Druck in einem Array über der Fläche des Gewebes 10 aufzunehmen.
2 stellt ein Druckprofil P(x) des homogenen Gewebes 10 dar, wenn dieses verformt bzw. deformiert ist. 3 stellt ein Druckprofil eines homogenen Gewebes in einer gepunkteten Linie und das Profil des Gewebes 10 mit einem Einschluß 18 in durchgehender Linie dar. Der Unterschied bzw. die Differenz zwischen diesen beiden Druckprofilen, wie sie in 3 gezeigt sind, liefert Informationen über die Präsenz, den Ort und die relative Elastizität des Einschlusses 18 bezogen auf das umgebende Gewebe 10. Das Druck- bzw. Belastungsmuster auf der Fläche des Gewebes 10, wie es in 3 gezeigt ist, wird in diesem Fall in Form des Druckprofils P(x) dargestellt. Dieses Druckmuster hängt von der Präsenz eines Einschlusses 18 ebenso ab wie von den Dimensionen bzw. Abmessungen des Gewebes 10, angrenzenden anatomischen Eigenschaften dieses Gewebes wie das Vorliegen eines Knochens, und auf der geometrischen Beziehung zwischen Gewebe 10, Stützelement 11 und Verformungselement 12. Der Unterschied bzw. die Differenz zwischen dem gemessenen Profil P(x) und dem Profil P₀(x), welches durch die gepunktete Linie gezeigt und theoretisch für ein homogenes Modell dieses Gewebes unter denselben Rahmenbedingungen berechnet ist, enthält direkte Informationen über den Einschluß, im Gegensatz zum Druckprofil P(x) selbst.
4 stellt schematisch dar, wie die vorliegende Erfindung die Größe des Druckprofils erhöht und somit das Erfassen eines Einschlusses verbessert. In diesem Fall wird das Gewebe 10 auf einer Basis 11 gelagert bzw. getragen, und ein schematisch gezeigter Kolben oder Block 24, der auch als sogenannter „Finger" bezeichnet wird, wie er bei der Palpation verwendet wird, ist auf dieser Basis vorgesehen und in das Gewebe eingebracht und komprimiert das Gewebe in einem lokalen, mit 26 bezeichneten Bereich direkt unter dem Einschluß 18, bei welchem es sich um einen Tumor handeln kann.
Die dargestellten Druckprofile, welche schematisch über der Druckplatte 12 (welche wie die zuvor erläuterte verschoben wird) angeordnet ist, stellt die vom Drucksensor 15 erhobenen Werte dar. P(x) wird als eine Strichlinie dargestellt und entspricht im wesentlichen dem in 3 dargestellten Profil. P^*(x), welches durch eine Linie 28 dargestellt wird, stellt das Druckprofil dar, welches sich aus dem Vorliegen bzw. dem Vorhandensein des Kolbens 24 unmittelbar unter dem Tumor ergibt. Der Kolben 24 wirkt wie ein Fühler bzw. eine Sonde, um im gewünschten Bereich (beispielsweise Einschluß 18) zusätzlich zur allgemeinen Kompression des Gewebes 10 zwischen der Scheibe 12 und der Basis 11 eine zusätzliche Komprimierung zu erzeugen. Dies führt zu einer wesentlichen Zunahme bzw. Anstieg des Druckprofils P^*(x), welches ein Maximum bei P^* _max direkt über dem Tumor erreicht. Durch Vergleich der entsprechenden Druckprofile P(x) und P^*(x) kann man erkennen, daß man von den Drucksensoren (um eine Abnormalität anzuzeigen) eine viel größere Amplitude des Druckprofils erhalten kann, wenn ein Fühler (beispielsweise ein Kolben 24) oder eine andere zusätzliche Kompressionskraft auf den Bereich eines Tumors gerichtet ist. Eine Veränderung in der Druckprofilamplitude auf Grund des Kolbens 24 ist in diesem Fall als ΔP^* = P^* – P dargestellt.
Die 5 bis 9 sind schematische Beispiele, um die Anwendbarkeit der Theorie auf die offengelegten Verfahren und Vorrichtungen zu zeigen, und um den Bereich von Variablen und der gemessenen Parameter zu zeigen, welche zur Berechnung bedeutender Werte für eine quantitative Analyse und Evaluation zur Verfügung stehen. Die Gewebsdarstellungen sollen keinen speziellen Bereich eines menschlichen Körpers darstellen.
In 5 zeigt eine schematische Darstellung ein Gewebe mit einem hierin enthaltenen Tumor einer gewissen Größe und Lokalisation. Die Kurve aus 5 stellt ein spezielles, berechnetes Differenzdruckverhältnis als eine Funktion der Distanz bzw. des Abstandes entlang der horizontalen Achse auf der Gewebsfläche dar. Die Kurve bzw. der Graph basiert auf den in 5 gezeigten Dimensionen mit bestimmten Werten, wie sie beispielsweise in 5A aufgelistet sind. Das Symbol (E) stellt das Elastizitätsmodul (Young'sche Modul) des Tumors, und (E₀) stellt das Elastizitätsmodul (Young'sches Modul) des umgebenden Gewebes dar. Ein Verhältnis dieser beiden Elastizitätsmodule (E/E₀) stellt einen Indikator der Härte des Tumors bezogen auf das umgebende Gewebe dar.
Es ist bekannt, daß sich das Young'sche oder Scher-Elastizitätsmodul eines Tumors signifikant vom Elastizitätsmodul des umgebenden Gewebes unterscheidet. So können beispielsweise Karzinome ein Elastizitätsmodul haben, welches das 10-fache des Elastizitätsmoduls normalen Gewebes beträgt. In manchen Fällen unterscheidet sich das Elastizitätsmodul von Tumoren jedoch nicht wesentlich von jenem normalen Gewebe, was den Tumor „nicht tastbar" macht. Die 5 und 5A zeigen, daß das Differenzdruckprofilverhältnis, nämlich (ΔP/P₀) (eine Änderung der Amplitude des an einem Einschluß gemessenen Drucks geteilt durch den Druck in den Bereich normalen Gewebes), in dem den Tumor umgebenden Bereich recht sensibel für Änderungen des Elastizitätsmodul-Verhältnisses (E/E₀) ist.
In 5 hat ein „Block" eines Gewebes 10 von einer Basis zum Kontaktpunkt mit den Drucksensoren 15 eine Höhe H und eine Länge L, welche sich entlang der „X"-Richtung (d. h. eine horizontale Achse) erstreckt. Ein Tumor 30 ist im Gewebe 10 positioniert und um einen Abstand unter der Belastungsscheibe 12 angeordnet, welcher (h) entspricht und weist einen Durchmesser (d) auf. Der Tumor 30 ist entlang der horizontalen Achse unter einem Abstand (a) von einem linken Rand des Gewebes 10 angeordnet.
Bei 5A handelt es sich um eine Kurve, welche das Differenzdruckverhältnis (ΔP/P₀)(auf der vertikalen Achse sind Werte aufgetragen) als eine Funktion des Abstandes entlang der X-Achse vom linken Rand des Gewebes nach rechts darstellt. Die Position des Tumors 30 bei (a) ist in 5A durch eine vertikale Strichlinie angezeigt. Es sind mehrere Verläufe von (ΔP/P₀) als eine Funktion von (X/L) gezeigt, wobei jede einem gegebenen Verhältnis der Elastizitätsmodule (E/E₀) entsprechen, welches die relative Härte zwischen einem Tumor und normalem Gewebe anzeigt.
Mit den Parametern, welche die in 5A gezeigten Werte haben, zeigen die Verläufe bzw. Graphen, daß eine Tumor/Gewebskombination mit einem Elastizitätsmodulverhältnis (E/E₀), von nur 1,5 (d. h. der Tumor hat ein Elastizitätsmodul, welches das 1,5-fache jenes des umgebenden Gewebes beträgt) eine erfaßbare Veränderung des Drucksignals von etwa 3% für den Bereich beobachtet wird, welcher den Tumor umgibt. Dies bedeutet, daß selbst Tumoren, welche nicht viel härter als das umgebende Gewebe sind, leicht erfaßt werden können. Es ist bekannt, daß beispielsweise ein Brusttumor mittels Palpation aufgefunden werden kann, (wobei es sich um die einzige verfügbare Technik zum Bestimmen von Elastizität handelt), jedoch ist die Palpation nur dann zuverlässig, wenn der Tumor soweit vorangeschritten ist, daß sein Young'sches Modul mehr als 5 bis 10 mal größer als jenes des umgebenen Gewebes ist. Das Differenzdrucksignal (ΔP/P₀) zeigt eine größere Wirkung bzw. Wert in Nähe des Tumors, wenn das Elastizitätsmodulverhältnis (E/E₀) 2, 5 oder mehr beträgt. Ist das Elastizitätsmodulverhältnis in diesem Falle jedoch größer als 7,5 (beispielsweise 10), so besteht keine wesentliche Zunahme im Differenzdruckprofil gegenüber jenem, welches jenes für E/E₀ = 7,5 gezeigt ist.
Sind Tumoren oder Einschlüsse weicher als das umgebende Gewebe, beträgt das Verhältnis (E/E₀) beispielsweise 0,5, so ist ein wesentlicher Unterschied im Differenzdruckprofil (ΔP/P₀) im Bereich des Tumorbereichs zu beobachten. Ein betonterer Effekt tritt auf, wenn das Verhältnis E/E₀ 0,25 beträgt. Durch die Beobachtung einer relativ kleinen Veränderung im Druckprofil (lediglich 2–10%) kann man Tumoren erkennen, welche eine vergleichsweise kleine Änderung im Elastizitätsmodul haben. Diese klinisch signifikanten Werte werden unter Verwendung eines Drucksensor-Arrays erhalten, welches sich über die Fläche des Gewebes und außerhalb des Gewebes erstreckt, welche eine Antwort des Druckprofils während der Kompression des Gewebes mißt.
6 stellt die Veränderungen des gemessenen bzw. gefühlten Drucks als eine Funktion der Änderung des Elastizitätsmodulverhältnisses (E/E₀) dar.
Ähnlich der Darstellung in den 5 und 5A zeigt 6, daß eine leicht zu erzielende Auflösung von wenigen Prozent beim Druckprofilverhältnis (ΔP/P₀) erlauben kann, Einschlüsse zu erkennen, welche sich vom umgebenden Gewebe in der Härte in einem Maß unterscheidet, welches sich einer palpatorischen Erkennung entzieht. Dieser Graph basiert auf einem Gewebeblock 10 mit den Parametern wie sie etwa in 6 dargestellt sind. Die Werte auf der horizontalen Achse (E/E₀) sind auf logarithmischer Basis wiedergegeben, um einen Vergleich zu erleichtern.
Die 7 und 7A zeigen, daß die Möglichkeit zum Erkennen eines Tumors innerhalb eines Gewebeblocks vom Abstand des Tumors zur Gewebefläche bzw. -oberfläche (Haut) und zu den Drucksensoren abhängt. Wie in 7 zu sehen ist, hat der Gewebeblock 10 einen hierin angeordneten Tumor 30', und die vertikale Höhe des Tumors ist in diesem Beispiel als d₁, die seitliche Breite des Tumors ist als d₂ dargestellt. Der Parameter (a) gibt den Abstand des Tumors von seiner Position von der linken Seite des Gewebeblocks an. In 7A sind eine Reihe von Werten für die in 7 gezeigten Abmessungen aufgeführt. 7A zeigt den berechneten Verlauf des Druckprofilverhältnisses (ΔP/P₀) (die Druckveränderung des Tumorgewebes bezogen auf normales Gewebe dividiert durch den ohne Tumor erfaßten Druck) als eine Funktion von (X/L) entlang der X-Achse. Dieser Graph zeigt, daß eine bedeutende Veränderung im Druckprofilverhältnis (ΔP/P₀) von etwa 0,3 beobachtet wird, wenn der Tumor einen geringen Abstand (h = 5 oder 10 mm) von der Gewebsfläche hat, und daß eine kleinere Änderung im Druckprofilverhältnis auftritt, wenn der Tumor weit von der Fläche (beispielsweise h = 30 mm) entfernt liegt. Doch selbst bei tiefliegendem Tumor (h = 30 mm) ist die Änderung des Druckprofilverhältnisses noch wahrnehmbar (mit ΔP/P₀ um 0,1, was noch meßbar ist), um eine Gewebsabnormalität bei etwa X/L = 0,70 anzuzeigen. Das Verhältnis von (E/E₀) ist gleich 2 anzunehmen.
8 zeigt die Wirkung bzw. Auswirkung auf die Möglichkeit, eine Druckänderung mit den Sensoren 15 als eine Funktion der Änderung des Durchmessers d des Tumors 30 sicherzustellen. Wie in 8 zu sehen ist, beträgt das Elastizitätsmodulverhältnis (E/E₀) 5, und der Graph zeigt einen Ausdruck von (ΔP/P₀) gegenüber bzw. gegen d für einen Tumor mit h = 10 mm (durch die Linie 32 angezeigt) und einen Tumor mit h = 20 mm (durch die Linie 34 angedeutet). Das Druckverhältnis (ΔP/P₀) am Punkt der Oberfläche oberhalb des Tumors ist entlang der vertikalen Achse aufgetragen, wobei der Durchmesser d des Tumors entlang der horizontalen Achse aufgetragen ist.
Die mit 35 bezeichnete Bezugslinie ist mehr oder weniger die Basislinie für die Empfindlichkeit der Messung des Verhältnisses (ΔP/P₀), welche mit den bestehenden Drucksensoren leicht erzielt werden kann. Eine Genauigkeit von etwa drei Prozent ist für Drucksensoren gut erzielbar, und die Basislinie 35 spiegelt eine Änderung von etwa drei Prozent wieder, was eine klare Indikation auf das Vorliegen eines Tumors in normalem Gewebe mit einem Durchmesser (d) im Bereich von 1 bis 2 mm gibt. 8 zeigt, daß die Veränderung des Druckverhältnisses größer ist, je größer der Tumor ist.
9 stellt erneut die Veränderung im Druckprofilverhältnis (ΔP/P₀) am Punkt der Fläche oberhalb des Tumors als eine Funktion des Durchmessers (d) des Tumors dar. Diesmal ist die Tiefe (h) des Tumors unter dessen Sensoren 15 jedoch auf 10 mm festgesetzt, und ein Graph ist für den Fall dargestellt, daß das Elastizitätsmodulverhältnis (E/E₀) gleich 5 (durch die obere Kurve 38 angezeigt) und für (E/E₀) gleich 2 (durch die untere Kurve 40 angezeigt) beträgt. Wie erwartet wird eine um so wesentlichere bzw. größere Änderung im Druckprofilverhältnis (ΔP/P₀) für einen gegebenen Durchmesser des Tumors und der Tumor um so einfacher erfaßt, je größer der Unterschied bzw. die Differenz im Elastizitätsmodul zwischen dem Tumor und dem umgebenden Gewebe (ein größeres Verhältnis (E/E₀)) ist. Nimmt man das Verhältnis (ΔP/P₀) als ein Anzeichen für die Sensibilität bzw. Empfindlichkeit, so kann man die Linie (E/E₀ = 5) beobachten, welche einen Schwellenwert für die Sensibilität kreuzt (durch die gestrichelte Linie 39 angedeutet), was angibt, daß ein Tumor im Bereich von 1 mm erfaßt werden kann. Beträgt ein Elastizitätsmodulverhältnis 2 (Kurve 40), so kann man beobachten, daß ein Tumor von 2,5 mm Durchmesser (d) erfaßt werden könnte. Es ist bekannt, daß Palpation die Erfassung von Tumoren nur ab einem Durchmesser von 8 bis 10 mm, nicht jedoch kleiner erlaubt. Der Graph bzw. die Kurve in 9 zeigt quantitativ, wie die Erfassungsvorrichtung (Drucksensoren) im wesentlichen sensibler werden (auf einer relativen Basis, d. h. es wird eine größere Änderung im Druckprofilverhältnis (ΔP/P₀) beobachtet), wenn das Elastizitätsmodulverhältnis (E/E₀) des Tumorgewebes relativ zum normalen Gewebe zunimmt.
Die 10A–C, 11A–C und 12A–C zeigen Schnittansichten und wesentliche Elemente einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des transrektalen mechanischen Bildgebungsfühlers. Mit Bezug auf die Längsansicht des in 10A gezeigten Fühlers 100 weist der Fühler 100 eine bewegbare Spitze 102 auf, welche ein Array von Drucksensoren 101 und einen Positions-/Orientationssensor 103 (Aufnahme- bzw. Meßelement der 3 SPACE^® INSIDERTRACK^TM Position-/Orientations-Führungsvorrichtung, hergestellt durch Polhemus Inc., Colchester, VT) aufweist. Die Auflösung der mit diesem speziellen System erreichbaren 3D-Positionsmessungen beträgt 0,2 mm, vorausgesetzt, daß der maximale Abstand zwischen der elektronischen Haupteinheit (außerhalb des Fühlers befestigt) und dem Meßelement 103 (an der Innenseite der Spitze 102 des Fühlers 100 befestigt) nicht mehr als 50 cm beträgt. Die Spitze 102 des Fühlers 100 kann signifikant dünner als ein Finger eines Arztes hergestellt werden. Die Spitze 102 ist mit einer steifen Röhre 111 verbunden, welche wiederum an einem Pistolengriff 114 befestigt ist. Eine entsorgbare Gummiumhüllung 113 bedeckt die gesamte Spitze 102 ebenso wie die Röhre 111. Die elektrischen Verbindungen für das Drucksensor-Array sowie für den Positionssensor werden von einem Kabel bzw. einer Leitung 112 (teilweise gezeigt) getragen. Ein bewegliches Gelenk zwischen der Spitze 102 und der Röhre 111, welche in 12 detailliert gezeigt ist, ist vorgesehen, um der Spitze eine Bewegung über Winkelbereiche von 0 bis +/–45° vertikal und +/–90° horizontal zu ermöglichen. Das Gelenk besteht aus Scheiben 105 und 107, welche eine vertikale Bewegung ermöglichen, und Scheiben 108 und 110, welche eine horizontale Bewegung ermöglichen, zwei Schritt-Motoren 121 und 122 im Griff treiben Steuerungskabel 106 und 109 an, wobei sie das Positionieren der Fühlerspitze 102 basierend auf Befehle eines Bedieners hin ermöglichen. Die Position der Spitze 102 des Fühlers wird durch Drücken der verschiedenen am Griff 114 vorgesehenen Knöpfe, einem Zwei-Positionenschalter 123, 124 für hoch/runter-Betrieb und einem weiteren Zwei-Positionenschalter 125, 126 für links/rechts-Betrieb gesteuert. Zusätzlich zu den Schritt-Motoren weist der Griff ferner eine gedruckte Platine (PCB) mit der gesamten zum Bedienen der Motoren nötigen Elektronik ebenso wie eine erste Ebene der Datenerfassungsschaltung auf. Die Steuerungskabeleinheiten 106 und 109 werden von zwei Rollen bzw. Walzen 115 gespannt, welche mit Spannfedern 116 verbunden sind. Die Federn 116 sind an einem Sicherheitsschalter 117 befestigt, welcher mit dem Handgriff mittels einer Sicherheitsfeder 118 verbunden ist. Der Widerstand der Feder 118 ist derart kalibriert, daß die auf den Patienten ausgeübten Kräfte gewisse Sicherheitslimits niemals übersteigen können. Der Bediener kann die Spannung der Kabeleinheit 106 und 109 durch Ziehen am Sicherheitsschalter 117 lösen, falls es irgendwelche Anzeichen gibt, daß der Patient Unbehagen oder Schmerz empfindet. Neben diesen mechanischen Sicherheitsmechanismen ist es ferner möglich, einen Sensor zu nutzen, welcher die Spannung der Federn 116 überwacht, welcher die Bewegung der Schrittmotoren 121 und 122 stoppt, falls ein vorgewähltes Spannungsniveau erreicht ist. Eine Biopsie-Nadel (nicht gezeigt) kann alternativ am Fühler 100 zum Entnehmen einer Gewebsprobe vorgesehen sein.
Die 11A–C und 12A–C sind Detailansichten der Fühlerspitze und des Gelenks, welches die Bewegung der Fühlerspitze erlaubt. Der Drucksensor 101 weist zur Verwendung im Prostata-Transrektal-Fühler 100 einen piezoelektrischen Polyvinylidenflouridfilm (PVDF)(wie durch AMP Inc., Valley Forge, PA, hergestellt) auf. Auch andere Drucksensoren können verwendet werden. Die PVDF-Film-Drucksensoren sind jedoch hochsensibel, einfach im Umgang, lassen sich exzellent mit weichen biologischen Geweben verwenden und sind leicht bzw. einfach erhältlich. Es gibt verschiedene Arten, um den PVDF-Film auf der Spitze 102 des transrektalen Fühlers 100 zu befestigen, um als ein Drucksensor zu dienen. In einem der möglichen Mustern der Sensoranordnung (11C) sind zwei lange 1 × 12 mm Sensoren auf jeder Seite des Arrays angeordnet. Diese werden verwendet, um Informationen zu bieten, wie gleichmäßig der Druck über dem Array aufgebracht wird. Diese Information wird dem Bediener derart angezeigt, daß er oder sie die Position des Sensors während der Untersuchung einstellen kann, um eine gleichmäßigere Druckverteilung zu schaffen. Sie kann auch verwendet werden, um jene Punkte der gesammelten Daten herauszufiltern, wo das Array relativ zur Fläche der Prostata geneigt ist.
13 ist eine schematische Darstellung, welche die Verarbeitung von Signalen 200 vom Fühler 100 zeigt. Daten 210 vom Drucksensor und Daten 220 vom Positions-/Orientierungssensor werden zum Berechnen der virtuellen Druck- und Spannungsmuster 230 kombiniert. Ein ideales geometrisches Modell 240 der Prostata wird aus einer Datenbank 250 erzeugt und weiterhin angepaßt, um den geschätzten Dimensionsparametern der untersuchten Prostata zu entsprechen. Unter Einsatz dieses angepaßten geometrischen Models 260 werden theoretische Spannungs- und Druckmuster evaluiert und mit den entsprechenden virtuellen Spannungs- und Druckmustern verglichen, wobei die Unterschiede bzw. die Differenzen zum Erzeugen eines mechanischen Models 270 verwendet werden. Dieses mechanische Model wird unter Hinzufügen von relevanten Werten aus der Datenbank zum Erzeugen und Anzeigen eines Bildes 280 genutzt.
14A zeigt das Verhältnis des Fühlers der Rektumwand und einer Prostata mit einem Knoten im Querschnitt. 14B stellt die virtuellen Linien gleichen Drucks dar, welche aus den Daten berechnet wurden, welche vom Positionssensor- und Drucksensor-Array erhalten wurden. In 14B als P = 0, P₁, P₂ und P₃ bezeichnete Linien gleichen Drucks, welche unterschiedlichen Druckniveaus entsprechen, sind auf das virtuelle Druckprofil bezogen. Ein Teil bzw. ein Schnitt einer Prostatakontur, welche in 14B durch die fett gedruckte Linie gezeigt ist, wird unter Verwendung der Profildaten bei gleichem Druck und der Nicht-Linearität des Druck-/Spannungsverhältnisses rekonstruiert. Bei niedrigen Druckniveaus, wenn sich die Kompression im wesentlich auf die Bewegung des Gewebes der Rektumwand bezieht, verhält sich das System linear. An einem bestimmten Kompressionsniveau weist die Schleife der Druck-/Spannungskurve eine scharfe Zunahme auf, was den Widerstand des Prostatagewebes widerspiegelt. In jedem Bereich über der Prostata gibt es einen Punkt im Raum, wo das Druck-/Spannungsverhältnis beginnt, seine Schleife bzw. seinen Verlauf stark zu verändern. Die durch diese Punkte, welche einem bestimmten Niveau von Nicht-Linearität des Druck-/Spannungsverhältnisses entspricht, gebildete Fläche wird durch die geometrischen Parameter der untersuchten Prostata bestimmt und kann zum Abschätzen der Kontur der Prostata, welche in 14B durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, bestimmt werden. Die 14B schematisch gezeigten Daten bzw. Werte können ebenfalls zum Evaluieren des virtuellen Spannungsmusters verwendet werden. Das virtuelle Spannungsmuster erhält man durch Berechnen der Druckwerte, welche den Punkten auf der Fläche bzw. Oberfläche entsprechen, welche durch die gestrichelte Linie gezeigt ist. Sowohl das Profil des virtuellen Drucks wie der virtuellen Spannung werden ferner genutzt, um ein mechanisches Model der untersuchten Prostata unter Verwendung weiterer relevanter Informationen aus einer allgemeinen Datenbank zu bilden, wie in 13 gezeigt ist.
Bei herkömmlicher medizinischer Bildgebung zeigt die Vorrichtung üblicherweise die Struktur eines Gegenstandes in Form einiger gemessener physikalischer Eigenschaften an. Das auf dieses Weise erzielte Bild ist oft weit von dem entfernt, wie der aktuell bzw. tatsächlich untersuchte Bereich des Körpers oder eines Organs aussehen würde, wäre es direktem Sonnenlicht ausgesetzt oder von einem Künstler gezeichnet. Es bedarf daher eines Experten für eine spezielle Art der Bildanalyse, um dem Arzt mitzuteilen, welche Information des Bildes für die Diagnose relevant ist. Als Folge eines weiter verbreiteten Einsatzes leistungsfähiger Computereinrichtungen und Datenbanken ist ein alternativer Ansatz der Bildgebung, die sogenannte Wissens-Basierte-Bildgebung bekannt geworden bzw. entstanden (Sarvazyan et al., A new philosophie of medical imaging, Medical Hypoheses 36, 327-335, 1991, hiermit durch Bezug Bestandteil geworden). Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Verwendung des untenstehend kurz beschriebenen Wissens-Basierten-Ansatzes. Unter Verwendung Wissens-Basierter-Bildgebung kann ein Rechner ein 3D-Bild einer untersuchten „normalen" Prostata in einem Speicher speichern und dieses Bild gemäß den gemessenen Daten anpassen (transformieren), um ein Bild zu erzeugen, das die tatsächlich bzw. aktuell untersuchte Drüse repräsentiert bzw. wiedergibt. Ein solches bildhaftes 3D-Bild oder seine Querschnitte weisen zudem Daten der mechanischen Eigenschaften der Prostata auf. Es wird für einen Arzt bedeutend einfacher, Abnormalitäten des untersuchten Organs zu erkennen, welche auf einem solchen Bild dargestellt sind. Das Expertensystem nutzt ferner das Wissen über Charakteristika verschiedener Typen und Stadien von Prostatakrebs, um auf jede als schlecht definierte und verdächtige Region im Model hinzuweisen, oder um auf jede Abnormalität oder Abweichung von dem, wie eine "normale" Prostata aussehen sollte, einfach hinzuweisen. Der Arzt kann ferner auch neue Informationen, welche auf anderen Tests oder Untersuchungen an derselben Prostata basieren, in den Computer eingeben, wobei die Wissensbasis „lernt" und „sich ausdehnt".
Ist ein 3D-Model der tatsächlich bzw. aktuell untersuchten Prostata im Computer gespeichert, so muß es vom Benutzer auf eine Weise präsentiert werden, welche es ermöglicht, in einem Bild zugleich die äußeren als auch die inneren Eigenschaften zu sehen. Dies bedeutet, daß das 3D-Bild auf dem Bildschirm Informationen über geometrische Eigenschaften der Prostata ebenso wie räumliche Verteilung der Elastizität und Informationen über die Oberflächentextur enthalten sollte. Das Bild kann dem Benutzer zudem anzeigen, welche Bereiche der untersuchten Prostata als schlecht definiert sind und weiterer Untersuchung bedürfen, um eine vollständige Diagnose zu erzielen. Es gibt verschiedene leistungsfähige Verfahren der 3D-Darstellung bzw. – Visualisierung welche für diese Aufgabe geeignet sein können wie Polygon basierte Flächenverfahren, ray-cast-volume-rendering und cross-section-slicing.
Obwohl an dieser Stelle bestimmte, derzeit bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen besonders beschrieben wurden, ist es für Fachleute, an welche sich die Erfindung richtet, offenkundig, daß ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung Variationen und Änderungen der verschiedenen gezeigten und hierin beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können. Es ist dementsprechend beabsichtigt, daß die Erfindung nur auf das erforderliche Maß durch die angefügten Ansprüche und die anwendbaren Gesetzesnormen beschränkt ist.

Claims

Vorrichtung zur mechanischen Bildgebung der menschlichen Vorsteherdrüse, bestehend aus einer Sonde (100), wobei die Sonde derart ausgestaltet ist, daß sie in das menschliche Rektum eingeführt werden kann, so daß sie sich in der Nähe der menschlichen Vorsteherdrüse befindet, gekennzeichnet durch eine bewegliche Spitze (102) an einem Ende der Sonde (100), wobei die Spitze mehrere Freiheitsgrade besitzt und innerhalb des Rektums bewegt werden kann, um gegen Bereiche der Vorsteherdrüse zu drücken und das Gewebe im Bereich der Vorsteherdrüse zu verformen; einen Positionssensor (103), der in der beweglichen Spitze (102) zur Bestimmung der Positionen der beweglichen Spitze befestigt ist; ein Drucksensor-Array (101), bestehend aus mehreren Drucksensoren, welche auf der beweglichen Spitze befestigt und derart ausgerichtet sind, daß sie ein lokales Druckmuster über dem mittels der beweglichen Spitze verformten Gewebes erkennen; und eine Einrichtung (230) zum Verarbeiten von Signalen, welche vom Drucksensor-Array und vom Positionssensor erfaßt werden, um eine räumliche Verteilung geometrischer und mechanischer Eigenschaften der Prostata zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die geometrischen und mechanischen Eigenschaften der Prostata aus der Gruppe von Eigenschaften ausgewählt sind, welche die Größe, Form, Kontur, Asymmetrie, globale Härte, Knotenförmigkeit, Konsistenz und räumliche Verteilung der Elastizitätsmodule umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Drucksensor-Array (101) mehrere einzelne Sensoren aufweist, von denen jeder aus einem piezoelektrischen Polymerfilm hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Positionssensor ein drahtloser Remote-Positionssensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Spitze an einem Ende einer fingerartigen Röhre angeordnet ist; und ein Griff (114) am anderen Ende der fingerartigen Röhre befestigt ist, wobei der Griff Steuerungen (123–126) zum Bewegen der beweglichen Spitze in einer Vielzahl von Freiheitsgraden aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sonde eine Biopsienadel zur Entnahme einer Probe in einem Bereich sich unterscheidender Elastizität sowie eine Einrichtung zum Leiten der Biopsienadel in diesen Bereich sich unterscheidender Elastizität aufweist.