IT201800007825A1 - ELECTRONIC SYSTEM AND PROBE FOR DETECTION OF TUMOR MASSES. - Google Patents
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Description
SISTEMA ELETTRONICO E SONDA PER LA RILEVAZIONE DI MASSE TUMORALI ELECTRONIC SYSTEM AND PROBE FOR DETECTION OF TUMOR MASSES
La presente invenzione si riferisce ad ed ad un sistema di rilevazione ed un metodo atti ad individuare la presenza di tessuto tumorale in stretta prossimità o sui margini di resezione, durante gli interventi chirurgici. Grazie all’imaging ed ai programmi di screening l’individuazione di neoplasia sempre più piccole ha visto l’affermarsi della chirurgia mininvasiva che presuppone un atto chirurgico radicale, cioè che i margini di resezione chirurgici siano liberi da neoplasia. The present invention relates to and to a detection system and a method suitable for identifying the presence of tumor tissue in close proximity to or on the resection margins, during surgical interventions. Thanks to imaging and screening programs, the identification of ever smaller neoplasia has seen the emergence of minimally invasive surgery which requires a radical surgical act, that is, that the surgical resection margins are free from neoplasia.
Attualmente i sistemi per la valutazione dei margini si basano sull’esperienza del chirurgo, sulla valutazione macroscopica intraoperatoria da parte del patologo e sull’esame istopatologico a posteriori. Purtroppo in circa il 20% dei casi è necessario un secondo intervento per “allargare” e correggere la non radicalità del primo Currently, the margin assessment systems are based on the surgeon's experience, on the macroscopic intraoperative assessment by the pathologist and on the post histopathological examination. Unfortunately, in about 20% of cases, a second intervention is required to "broaden" and correct the non-radical nature of the first
Durante le operazioni chirurgiche di riduzione delle masse tumorali, per esempio per il cancro al seno (lumpectomia), in generale il chirurgo ha difficoltà nel determinare l’estensione della massa stessa. Nella maggior parte dei casi, l’identificazione dei margini della massa avviene quindi sulla base dell’esperienza del chirurgo o usando analisi anatomo-patologiche a posteriori sulle porzioni di tessuto rimosso. E’ stato stimato che circa 20% dei casi richiedono quindi un secondo intervento di riduzione per correggere le imprecisioni del primo intervento. During surgery to reduce tumor masses, for example for breast cancer (lumpectomy), in general the surgeon has difficulty in determining the extent of the mass itself. In most cases, the identification of the margins of the mass therefore takes place on the basis of the surgeon's experience or using anatomo-pathological analyzes on the removed tissue portions. It has been estimated that about 20% of cases therefore require a second reduction intervention to correct the inaccuracies of the first intervention.
In alternativa al suddetto metodo basato sull’esperienza, sono note allo stato dell’arte sonde di rilevazione delle masse tumorali basate sull’emissione di onde elettromagnetiche. Tramite l’utilizzo di tali sonde si può stimare l’estensione della massa tumorale determinandone il contorno. As an alternative to the aforementioned method based on experience, probes for detecting tumor masses based on the emission of electromagnetic waves are known in the state of the art. Through the use of these probes it is possible to estimate the extent of the tumor mass by determining its contour.
In particolare, nel brevetto US2008021343 si descrivono rispettivamente una sonda, un sistema e metodi per caratterizzare il tessuto mediante le sue proprietà dielettriche. La sonda rileva una caratteristica fisica del tessuto per definire e delimitarne il volume, ed il suo contorno. In particular, patent US2008021343 describes respectively a probe, a system and methods for characterizing the tissue by means of its dielectric properties. The probe detects a physical characteristic of the tissue to define and delimit its volume, and its contour.
Preferibilmente, la caratterizzazione del tessuto avviene sostanzialmente in tempo reale. Preferably, the characterization of the fabric occurs substantially in real time.
La sonda per la caratterizzazione del tessuto è configurata per lavorare a contatto con una superficie del tessuto e per applicare ad esso segnali elettrici, aventi una lunghezza d'onda prefissata. I segnali elettrici riflessi dal tessuto vengono rilevati e misurati. The tissue characterization probe is configured to work in contact with a tissue surface and to apply electrical signals to it having a predetermined wavelength. The electrical signals reflected by the tissue are detected and measured.
Nel brevetto 6.546.787 , si descrive un apparecchio e un metodo per rivelare delimitare un tessuto maligno, racchiuso in un tessuto sano. L'apparecchio comprende un ago avente un estensimetro, montato su una delle pareti degli aghi. I segnali di deformazione vengono raccolti quando l'ago viene spostato attraverso il tessuto. L'ago viene inserito in punti diversi per consentire la raccolta dei dati da punti diversi all'interno del tessuto. I dati vengono inviati insieme alle sue coordinate spaziali a un sistema computerizzato, che fornisce un'immagine della struttura del tessuto esaminato. In the patent 6,546,787, an apparatus and a method for detecting delimit a malignant tissue, enclosed in a healthy tissue, is disclosed. The apparatus comprises a needle having a strain gauge mounted on one of the walls of the needles. Warp signals are picked up as the needle is moved through the fabric. The needle is inserted at different points to allow data to be collected from different points within the fabric. The data is sent together with its spatial coordinates to a computerized system, which provides an image of the structure of the tissue examined.
La domanda di brevetto WO9712553 fornisce un apparecchio per delimitare e definire un margine o bordo predeterminato di tessuto sano attorno a un tumore. L'apparecchio include un ago da inserire nel corpo del paziente verso il tessuto maligno. L'ago contiene fili di margine che servono a creare una gabbia contenente il tessuto maligno al suo interno. L'ago deve raggiungere una distanza predeterminata tra 7 e 13 mm e preferibilmente 10 mm dal tessuto maligno prima che i fili vengano dispiegati per creare la gabbia. La gabbia viene quindi utilizzata per guidare il chirurgo che esegue l’asportazione, della porzione di tessuto, in modo che il tessuto rimosso includa il tessuto maligno con un margine pulito sufficiente attorno ad esso. Patent application WO9712553 provides an apparatus for delimiting and defining a predetermined margin or edge of healthy tissue around a tumor. The apparatus includes a needle to be inserted into the patient's body towards the malignant tissue. The needle contains margin threads that serve to create a cage containing the malignant tissue within it. The needle must reach a predetermined distance between 7 and 13 mm and preferably 10 mm from the malignant tissue before the threads are deployed to create the cage. The cage is then used to guide the surgeon who removes the portion of tissue, so that the removed tissue includes the malignant tissue with a sufficient clean margin around it.
Nella domanda di brevetto US2006253107 si descrive una sonda per la rilevazione di masse tumorali, in particolare nel seno, che presenta due sensori. In particolare, la sonda comprende un sensore realizzato tramite un cavo coassiale atto a determinare il tipo di tessuto intorno alla massa tumorale ed un secondo sensore ad ultrasuoni, in grado di misurare la distanza dalla superfice ove viene realizzato il taglio con il bisturi per l’asportazione della massa tumorale e la superficie della massa tumorale stessa. Patent application US2006253107 describes a probe for detecting tumor masses, in particular in the breast, which has two sensors. In particular, the probe comprises a sensor made by means of a coaxial cable suitable for determining the type of tissue around the tumor mass and a second ultrasound sensor, capable of measuring the distance from the surface where the cut is made with the scalpel for the excision of the tumor mass and the surface of the tumor mass itself.
La presente invenzione si propone di realizzare una sonda di rilevazione di masse tumorali ed in particolare di margini (contorni) delle masse tumorali, che sia in grado di aumentare la profondità di penetrazione nel tessuto rispetto ai dispositivi di tradizionali consentendo quindi una valutazione patologica più precisa (perpendicolare alla superficie invece che lungo la superficie) e richiedendo un numero inferiore di misurazioni per campione. The present invention proposes to realize a probe for detecting tumor masses and in particular margins (contours) of tumor masses, which is able to increase the depth of penetration into the tissue compared to traditional devices, thus allowing a more precise pathological evaluation. (perpendicular to the surface instead of along the surface) and requiring fewer measurements per sample.
Tale sonda utilizza di uno spettro di frequenze predeterminato differente da quello dei dispositivi dello stato dell’arte citati, ed eventualmente l’utilizzo di misure di elasticità. This probe uses a predetermined frequency spectrum different from that of the aforementioned state-of-the-art devices, and possibly the use of elasticity measurements.
Inoltre, tramite tale sonda si possono raggiungere profondità di penetrazione attorno a circa 2/3 mm. Moreover, through this probe it is possible to reach depth of penetration around 2/3 mm.
La presente invenzione riguarda un sistema avente le caratteristiche della allegata rivendicazione 1. The present invention relates to a system having the characteristics of the attached claim 1.
La presente invenzione riguarda inoltre una sonda avente le caratteristiche della allegata rivendicazione 8. The present invention also relates to a probe having the characteristics of the attached claim 8.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione saranno meglio chiari ed evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, di una forma di realizzazione con riferimento alla figure allegate che illustrano rispettivamente: • la fig. 1 rappresenta una vista schematica del sistema nel suo complesso e la sonda in vista laterale secondo la presente invenzione; The characteristics and advantages of the present invention will be better clear and evident from the following, exemplary and non-limiting description of an embodiment with reference to the attached figures which respectively illustrate: • fig. 1 represents a schematic view of the system as a whole and the probe in side view according to the present invention;
• la fig. 2 rappresenta una vista frontale della punta della sonda (lato tessuto). • fig. 2 shows a front view of the probe tip (tissue side).
Con riferimento alle citate figure il sistema di rilevazione delle masse tumorali comprendente una unità elettronica U che controlla una sonda di rilevazione 2 che si presenta di forma allungata, ad esempio paragonabile ad una matita, ma in ogni caso si tratta di un dispositivo brandeggiabile. With reference to the aforementioned figures, the tumor mass detection system comprising an electronic unit U which controls a detection probe 2 which has an elongated shape, for example comparable to a pencil, but in any case it is a pivoting device.
Esso è dotato di sensori nella parte terminale, da usarsi durante le operazioni chirurgiche di riduzione delle masse tumorali, per esempio per il cancro al seno. La sonda viene posta a contatto del punto da asportare chirurgicamente, e grazie ai sensori fornisce un'indicazione in tempo reale (in-vivo), circa la natura del punto stesso, sano o tumorale, così da ottimizzare il lavoro del chirurgo. It is equipped with sensors in the terminal part, to be used during surgery to reduce tumor masses, for example for breast cancer. The probe is placed in contact with the point to be surgically removed, and thanks to the sensors it provides an indication in real time (in-vivo), about the nature of the point itself, healthy or tumor, so as to optimize the surgeon's work.
Tale sonda può essere in modo equivalente utilizzata per analizzare il tessuto già escisso (ex-vivo). Rispetto alle normali analisi anatomo-patologiche, l’invenzione è in grado di fornire un’indicazione in tempo reale, durante l’operazione chirurgica. Questo permette al chirurgo, a lato del tavolo operatorio, su pezzo operatorio già escisso (ex vivo), un utilizzo estensivo dell’invenzione, non limitandosi ad analizzare solo pochi casi critici. This probe can be used in an equivalent way to analyze tissue that has already been excised (ex-vivo). Compared to normal pathological analyzes, the invention is able to provide an indication in real time, during the surgical operation. This allows the surgeon, at the side of the operating table, on an already excised (ex vivo) operating piece, an extensive use of the invention, not limiting himself to analyzing only a few critical cases.
Tale sonda presenta una punta 21 nella quale comprende almeno un sensore elettromagnetico nell’intervallo di frequenze delle microonde realizzato tramite un cavo coassiale rigido troncato 23. Le frequenze emesse sono selezionabili e comprese in un intervallo da 0.5 a 50 GHz, con una preferenza, dal punto di vista tecnologico per le frequenze inferiori a 4 GHz. This probe has a tip 21 in which it comprises at least one electromagnetic sensor in the microwave frequency range made by means of a truncated rigid coaxial cable 23. The emitted frequencies are selectable and included in a range from 0.5 to 50 GHz, with a preference, from technological point of view for frequencies below 4 GHz.
L’ unità di elaborazione elettronica U comprende mezzi di generazione ed analisi del segnale inviato dal cavo coassiale e misura il coefficiente di riflessione complesso del punto sotto misura dalla sonda, ricavando la permettività dielettrica del tessuto stesso. Da tale parametro si può derivare la natura del punto sotto misura, sfruttando il fatto che tessuti sani e tessuti neoplastici hanno, statisticamente, valori differenti di permettività dielettrica. The electronic processing unit U includes means for generating and analyzing the signal sent by the coaxial cable and measures the complex reflection coefficient of the point under measurement by the probe, obtaining the dielectric permittivity of the tissue itself. From this parameter it is possible to derive the nature of the point under measurement, exploiting the fact that healthy tissues and neoplastic tissues have, statistically, different values of dielectric permittivity.
La sonda comprende inoltre almeno un secondo sensore in grado di misurare l’elasticità del tessuto. The probe also includes at least a second sensor capable of measuring the elasticity of the fabric.
Tale secondo sensore può essere di deformazione ed accelerazione, da cui ricavare il modulo di Young, il quale a sua volta fornisce un’indicazione sull’elasticità del punto sotto misure. A titolo di esempio, si possono utilizzare sensori piezoelettrici, MEMS, resistivi eccc. This second sensor can be for deformation and acceleration, from which to derive the Young's modulus, which in turn provides an indication of the elasticity of the point under measurement. By way of example, piezoelectric, MEMS, resistive sensors, etc.can be used.
Tale sensore è preferibilmente associato alla terminazione posteriore 22 della sonda. Nella terminazione posteriore è anche previsto il collegamento della sonda con l’unità di elaborazione, ad esempio tramite un cavo C. This sensor is preferably associated with the rear end 22 of the probe. The rear termination also provides for the connection of the probe with the processing unit, for example via a C cable.
La valutazione delle proprietà elastiche permette di risolvere una serie di casi ambigui non identificabili con le sole onde elettromagnetiche di cui al paragrafo precedente. The evaluation of the elastic properties allows to solve a series of ambiguous cases not identifiable with only the electromagnetic waves referred to in the previous paragraph.
Rispetto alle normali analisi anatomo-patologiche, l’invenzione è in grado di fornire un’indicazione in tempo reale, durante l’operazione chirurgica. Questo permette al chirurgo un utilizzo estensivo dell’invenzione, non limitandosi ad analizzare solo pochi casi critici. Compared to normal pathological analyzes, the invention is able to provide an indication in real time, during the surgical operation. This allows the surgeon to use the invention extensively, not limiting himself to analyzing only a few critical cases.
Le proprietà dielettriche dei tessuti offrono un nuovo strumento diagnostico per discriminare le lesioni mammarie ed estendono il dominio di questa capacità alle microonde, in quanto ad una determinata frequenza, il grado in cui le proprietà dielettriche differiscono tra i tessuti sani e tumorali è più evidente. The dielectric properties of tissues offer a new diagnostic tool for discriminating breast lesions and extend the domain of this capability to microwaves, as at a given frequency, the degree to which dielectric properties differ between healthy and cancerous tissues is most evident.
L’intervallo di frequenze utilizzato tra 0,5 e 50 GHz e la forma della sonda consentono alla sonda di ricevere informazioni nel tessuto fino ad una profondità di 3 mm. In questo modo è possibile identificare con precisione il “confine” tra il tessuto tumorale ed il tessuto sano. The frequency range used between 0.5 and 50 GHz and the shape of the probe allow the probe to receive information in the tissue up to a depth of 3 mm. In this way it is possible to precisely identify the "border" between the tumor tissue and the healthy tissue.
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