CN101868192A - 组织标志 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于标记身体组织(6)中的疾患(16)的组织标志(1，1′)。本发明建议：组织标志(1，1′)包括应答器(2)，所述应答器(2)可被电磁射线(8)激活，激活后应答器(2)发射作为电磁射线(9)的定位信号(9)，借助于该定位信号可确定身体组织(6)中组织标志(1，1′)的位置。本发明还涉及一种用于确定这种组织标志(1，1′)的位置的系统和将RFID标签作为用于标记身体组织中的疾患(16)的组织标志(1，1′)的应用。按照本发明的一个具有优点的实施例，组织标志(1，1′)是可生物降解的。

Description

组织标志
本发明涉及一种用于标记身体组织中疾患的组织标志。
在医学中经常进行手术来从身体组织中取出组织样品，尤其是在诊断或治疗病人的肿瘤、原本状态或其它局限于局部的疾病时。典型地，在医生借助于已知的技术手段(触摸，X射线，MRI，超声波等)来确认对存在疾病的怀疑后进行活体组织检查，以确定在发现疾患的区域中的细胞是否是癌细胞。活体组织检查可以是开放的或经皮进行的活体组织检查。在开放的身体组织检查中在疾患区域中的组织物质完全或部分地被取出。在经皮的活体组织检查通常用针状器械进行，检查中少量的组织、必要时只有个别细胞被取出用于病理检查。在所有的情况下为了精确地进行手术，应能够尽可能精确地定位疾患部位，即疾患的中心位置，以及疾患的边缘。精确地识别疾患的边缘是重要的，以保证在相应手术中取走全部疾患。
现有技术已公开了各种用于标记和定位疾患的技术。
实际中经常应用导管引导，如US5221269所述。这种导管引导尤其是应用于胸部疾患的定位。导管引导装置包括一个引导线，它在其末端有一螺旋形的线圈结构。此引导线借助于一个空心探针被引入胸部，并在成像系统的监测下被引导到疾患位置。在该位置处引导线末端上的螺旋形线圈被固定在身体组织中。接着引导线的空心探针被取走，而引导线仍固定在疾患区域组织的位置处。导线用于在后续的手术中引导医生到疾患位置上。引导线保留在组织中，并且在治疗结束后才取走。
此外，现有技术还已公开了所谓主动的组织标志。一个这样的组织标志例如在US7135978B2之中描述。此组织标志由一个线圈组成，它是一个高频谐振回路的组成部件。为了标记身体组织中的疾患，线圈被植入身体中相应位置上。该组织标志可借助于高频谐振回路在相应的激励下辐射的电磁场而无线定位。这种形式的组织标志也具有以下缺点：直到相应治疗结束它一直保留在身体组织中，并且在治疗结束后必须通过单独的手术取出。从而加重了病人的负担。
基于上述背景，本发明的目的在于提供一种改进的身体组织标志。特别是此组织标志应可以使身体组织中的疾患可靠地定位，同时病人对身体组织标志的负担应尽可能少。
本发明如此完成上述任务：组织标志包括一个应答器，此应答器可由电磁射线激活，尤其是由应答器发射作为电磁射线的定位信号，借助此信号可确定身体组织中组织标志的位置。
本发明的基本思想是应用已知类型的应答器作为用于标记身体组织中疾患的组织标志。
RFID标签特别适合于作为组织标志。RFID是已知的一种无接触识别和定位方法。RFID系统由一个位于被识别物体上并识别此物体的应答器和一个用于读出应答器ID的读取设备组成。RFID应答器(也称作RFID标签)通常包括一个天线及一个具有模拟部分和数字部分的集成电路。模拟部分(收发器)用于接收和发送电磁射线。数字部分具有一个数据存储器，在其中可存储应答器的识别数据。在更为复杂的RFID应答器中电路的数字部分具有冯诺依曼结构。由读取设备产生的高频电磁场通过RFID应答器的天线被接收。一旦天线处于读取设备的电磁场中，则在天线中产生感应电流，应答器被该电流激活。如此激活的应答器通过电磁场接收来自读取设备的命令。应答器产生应答信号，它包含读取设备所请求的数据。按照本发明，应答信号是定位信号，借助于该信号来确定身体组织中标志的位置。
因此，根据本发明使用RFID应定器作为组织标志具有以下优点：组织标志可完全植入到身体组织中，而无需像已知的导线引导那样，使穿透皮肤的引导线持续保留在身体中。
RFID标签特别好地适合于作为组织标志，因为它具有非常小的结构尺寸。当前的技术可以制造微型的RFID应答器，它只有灰尘颗粒的大小。已知具有0.05×0.05mm大小的RFID应答器。这种应答器工作在1千兆赫兹范围及更高的甚高频之下。这种微型RIFD应答器可很容易地保留在身体组织内。在治疗结束后不需要通过手术去除。这种非常小的RFID应答器也可以非常简单地植入到身体组织中所希望的地方。在最简单的情况下，这可以由小直径的空心探针在成像设备的监测下完成。
根据本发明的组织标志的应答器合乎目的地被构造成被动的应答器，并且电路的供电由接收电磁射线时在天线中产生的感应电流完成。具有优点的是，被动应答器具有小的结构尺寸，因为它不需要例如以电池形式进行自己的主动能量供给。应答器发射定位信号所需的能量由激活应答器的电磁射线提供。合乎目的的是，应答器为了向其集成电路供电而具有一个电容器，该电容器由在天线中产生的感应电流充电。由于持续的能量供应是由电容器保证的，应答器的天线尺寸可以很小，这又构成应用应答器作为组织标志的优点。
按照本发明所述组织标志的另一个具有意义的改进方案，应答器与至少一个传感元件相连接，并且应答器发射出作为电磁射线的传感元件的传感信号。这样，应答器不仅用于标记身体组织中的疾患，而且也用于传输在相应疾患位置上所记录的传感信号。应答器与相应的传感元件-例如温度传感器、压力传感器或pH传感器相连接。应答器以无线方式传输作为模拟信号或数字信号的传感信号。
根据本发明所述组织标志的一个特别具有优点的实施例，组织标志是生物可降解的。如果组织标志是可生物降解的，则在需要组织标志的手术结束后完全可以不进行手术来取出组织标志。在组织标志是可生物降解的情况下，也可应用较大尺寸的应答器。可以使包括应答器在内的所有组织标志部件由可生物降解材料制成，并且组织标志所有部件的表面被构造为使得生物降解能力得到保证。应答器的集成电路主要由硅构成，它不仅是可生物降解的，而且是生物适应的。对于天线、以及必要时对于组织标志的其它部件可以简单地选用已知的可生物降解的和生物适应的材料。特别合理的是，本发明所述组织标志的应答器被埋入到一个可生物降解的外壳中，其中生物降解时间可由外壳的厚度和/或外壳的成份预先确定。通过这种方式，生物降解时间可适配于使用组织标志的手术的持续时间。已知作为生物可降解的和生物适应的材料的各种聚合物、陶瓷和金属材料适合作为用于本发明所述组织标志的外壳。
采用目前的技术，可用印刷法制造RFID标签。以这种方法印制的RFID标签非常好地适合作为根据本发明的组织标志。例如可以设想在生物材料基片上印制作为组织标志的RFID标签。
如上所述，对于手术的精确实施而言重要的是能够尽可能精确地定位疾患的部位，即疾患的中心位置和疾患的边缘。为此可以具有优点地利用多个根据本发明的组织标志。例如可用单个组织标志来标记疾患的中心，而其它的组织标志被置于疾患的边缘，从而可使手术医生识别疾患的精确边界。组织标志的各个RFID标签可以在其电子数据存储器中存储有关被标记的疾患的医学数据，从而使医生在查询相应的RFID标签时总是能得到有关疾患的附加数据，这些附加数据对于手术的实施是重要的。例如可以在用作标记疾患中心的组织标志的RFID标签的数据存储器中保存关于疾患部位大小的信息。通过这种方式，医生得到有关待取走的组织量的信息，以保证全部疾患被去除。由于各个RFID标志可基于其个体的识别数据而相互区别，这可被用来主要标记用于所实施的手术的“路径点”。医生在进行手术时可按事先规定的顺序相继走过这些“路径点”。
用于确定本发明所述组织标志的位置的系统包括用于发送激活组织标志应答器的电磁射线的发送单元、用于接收由应答器发送的定位信号的接收单元以及用于分析定位信号的分析单元。发送单元、接收单元和分析单元一起构成一个读取设备，其原理上就像通常用于读取RFID标签的读取设备一样，并且分析单元扩展了用于借助定位信号确定组织标志位置的功能。可以设想采用多个接收单元，这些接收单元接收应答器发出的定位信号。由在相应接收单元的位置处的定位信号的场强可推断出应答器与接收单元的距离。如果知道了应答器与置于确定位置的不同接收单元之间的距离，则由此可借助于分析单元确定应答器的精确位置，从而由该信息得到组织标志的精确位置。
问题是定位信号的场强被身体组织衰减。身体组织由于其电特性部分吸收应答器所发射的电磁射线。由于这个原因，借助于定位信号的场强确定位置在某些情况下可能不够精确。为了解决这个问题，分析单元可以被设计为借助于定位信号的电磁射线在相应接收单元的位置处的相位来确定组织标志的位置。如果适当选择定位信号的频率，身体组织的电特性对定位信号相位的影响是很小的。这里应答器应如此被设计为使得它以相干方式、即以确定的和恒定的相位发送定位信号。
如果如前所述那样借助于定位信号的电磁射线的相位来确定位置，应该注意的是，相位值与空间位置间的明确对关关系只在一定距离以内是可能的，该距离小于定位信号的波长。在更大的距离的情况下，还需要确定电磁波在应答器与相应接收单元之间的过零点数目。
为了实现位置确定中尽可能高的精度，有意义的是可以将应答器和所属的接收单元构造为使得它们在两个或更多不同频率下工作。这样可以实现逐级定位过程，以便逐级提高定位精度。通过产生低频和相应大波长的定位信号，可以首先进行粗略但明确的位置确定。为了提高精度，随后转换到更高的频率，或者定位信号的频率逐级提高。在较高频率的情况下，为取得特定的空间分辨率而对相位进行确定的分辨率的要求降低了。在逐级提高频率时，用于确定应答器与接收单元间的精确距离的过零点数目可以被求出。为了尽可能精确地确定位置，可以设想频率在两个方向上变化，即由低到高和由高到低变化。根据用于确定位置所需覆盖的频率范围，可能需要提供两个或更多个天线，这些天线与应答器电路相连接，并且分别为每个天线分配了一特定的频率范围。同样也可设想使用多个组织标志，这些组织标志分别包括多个独立的应答器，这些应答器在不同的频率下工作。
按照该系统的另一个合理改进，提供了一个用于确定医疗器械相对于组织标志位置的位置的瞄准装置。这个瞄准装置确定手术所用医疗器械相对于本发明所述组织标志的位置和/或方位。通过这种方式，瞄准装置可以指示医生他必须在什么方向上引导医疗器械，以使该器械(或其尖端)抵达组织标志位置，并从而抵达疾患位置。同时，瞄准装置可向医生指示器械与组织标志的距离，从而使医生获得有关路径距离的信息，所述器械需要向前推进这个距离才能抵达疾患位置。瞄准装置的显示例如可包括一个箭头表示，它指示医生应在什么方向上移动此器械。同样也可设想指示借助声音信号或振动信号给出。瞄准装置可直接安装在医疗器械上或者可安装在其上。同样好的是，目标装置与医疗器械分离。为了确定医疗器械相对于组织标志位置的位置和/或方位，医疗器械可具有一个或多个RFID标签，其位置以上面已说明的方式和方法被确定。可以设想，通过印刷法以已知的方式将RFID标签设置在医疗器械上。作为替代，也可以使本发明所述系统的发送单元和/或接收单元与医疗器械相连接，以便检测该器械与组织标志的相对位置。有意义的是，所述系统的发送单元和/或接收单元可以具有方向性，以检测组织标志所发射的定位信号相对于医疗器械指向的方向。
在应用本发明所述组织标志时可能出现该标志在身体组织中“移动”的问题，这使得疾患的位置不再与组织标志的位置相一致。为了检测和排除这个问题，有意义的是以确定的几何结构植入两个或更多个组织标志。如果在检查各个组织标志的位置时发现它们在体内的相对排列相对于原来的结构已发生变化，则意味着至少一个组织标志“移动”了。在这种情况下，该标志被评定为不再可用。被认为不太可能出现的情况是：多个组织标志以同一方式“移动”并保持它们的相对几何结构。
本发明所述组织标志适用于放射治疗中的焦点标记。所标记的疾患可以在确定了组织标志在身体组织中的位置后自动被置于照射治疗射线源的射线路径中或其焦点上。同样，射线源或其准直光学元件可瞄准疾患位置。也可以很好地自动将射线源的准直仪调整到对应于(最好用多个本发明所述组织标志标记的)疾患的边界的目标轮廓上。
下面借助附图详细说明本发明的实施例。如图所示：
图1是本发明所述组织标志的简要示图；
图2示出根据本发明用于确定组织标志位置的系统；
图3示出具有本发明所述瞄准装置的医疗器械。
图1中所示组织标志整体用附图标记1表示。它包括一个应答器2，该应答器由集成电路3和天线4组成。组织标志1被配置成可生物降解的。为了能获得合理的降解时间，组织标志1具有一个包围应答器2的可生物降解的外壳5。生物降解时间由外壳5的厚度、成份及其表面结构预先确定。通过外壳5的适当的表面结构还可以避免组织标志在身体组织中的“移动”。粗糙的或多孔的表面结构对于生物可降解性是有帮助的，并且促使组织生长到外壳中，从而使组织标志1可靠地固定到被标记的疾患位置处。
图2所示系统用于确定一个组织标志1在病人身体组织6中的位置。该系统包括一个发送单元7，它发射电磁射线8。射线8被组织标志1的应答器接收。应答器被接收到的射线8激活，使得它发送一个作为高频电磁射线9的定位信号。这个由组织标志1的应答器发送的定位信号9被三个位于空间中确定位置处的接收单元10，11和12接收。接收单元10，11和12与分析单元13相连接，分析单元借助于在相应接收单元10，11和12的位置处的定位信号的电磁射线的强度和相位计算出组织标志1的位置。
图3示出具有瞄准装置15的医疗器械14。瞄准装置15用于确定医疗器械14相对于位于身体组织6中的组织标志1或1′位置的位置。组织标志1用于标记疾患16的中心。组织标志1′沿着疾患16的边缘排列，以使得可以识别疾患16的大小。瞄准装置15包括发送单元7和接收单元10(见图2)。瞄准装置15发送电磁射线8，组织标志1或1′的应答器被射线8激活并被激励发送出定位信号9。瞄准装置15借助于它所接收到的定位信号9确定器械14相对于组织标志1或1′的相对位置和/或方位。各个组织标志1或1′可借助于各个应答器的标识数据被区分。在进行手术时，医生可以选择某个他想用器械14接近的组织标志1或1′。瞄准装置15与一个显示器17相连接，该显示器向医生指示医疗器械14的前进方向或方位，使得医疗器械被引导到所选择的组织标志1或1′的位置。为此，显示器17显示箭头18，它给医生一个明确的指示，以使得器械14有正确的指向。

Claims (23)

1.一种用于标记身体组织(6)中疾患(16)的组织标志，其特征在于，组织标志(1，1′)包括应答器(2)，该应答器(2)能够被电磁射线(8)激活，激活后应答器(2)发送作为电磁射线的定位信号(9)，借助该定位信号能够确定组织标志(1)在身体组织(6)中的位置。
2.如权利要求1所述的组织标志，其特征在于，应答器(2)具有集成电路(3)和与该集成电路相连接的天线(4)，所述天线用于接收和发射电磁射线。
3.如权利要求2所述的组织标志，其特征在于，应答器(2)被构造成被动的应答器，其中电路(3)的供电由接收电磁射线时在天线(4)中产生的感应电流完成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的组织标志，其特征在于，组织标志(1，1′)具有与应答器(2)相连接的传感元件，其中应答器(2)发送作为电磁射线的传感元件的传感信号。
5.如权利要求1至4中任一项所述的组织标志，其特征在于，组织标志(1)是可生物降解的。
6.如权利要求5所述的组织标志，其特征在于，组织标志(1，1′)具有包围应答器(2)的可生物降解的外壳(5)，其中生物降解时间能够由外壳(5)的厚度和/或成份预先确定。
7.如权利要求1至6中任一项所述的组织标志，其特征在于，应答器(2)是RFID标签。
8.如权利要求7所述的组织标志，其特征在于，有关被标记疾患的医学数据被存储或能够被存储在RFID标签的电子数据存储器中。
9.一种用于确定如权利要求1至8中任一项所述的组织标志(1，1′)在身体组织(6)中的位置的系统，其特征在于，该系统具有用于发射激活组织标志(1，1′)的应答器(2)的电磁射线(8)的发送单元(7)，用于接收应答器(2)所发送的定位信号(9)的接收单元(10，11，12)，以及用于分析定位信号(9)的分析单元(13)。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，分析单元(13)被设计为借助于在接收单元(10，11，12)的位置处的定位信号(9)的电磁射线的相位确定组织标志(1，1′)的位置。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，该系统还具有瞄准装置(15)，该瞄准装置用于确定医疗器械(14)相对于组织标志(1，1′)的位置的位置和/或方位。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述瞄准装置(15)具有显示器(17)，该显示器向引导医疗器械(14)的人员指示医疗器械(14)的前进方向和/或其方位，使得所述医疗器械被引导到组织标志(1，1′)的位置处。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述瞄准装置(15)被安装或能够安装到医疗器械(14)上。
14.如权利要求9至13中任一项所述的系统，其特征在于，发送单元和/或接收单元(7，10，11，12)具有方向性。
15.如权利要求9至14中任一项所述的系统，其特征在于，利用分析单元(13)能够借助于由组织标志(1)的应答器(2)发送并由接收单元(10，11，12)接收的标识信号来识别组织标记(1，1′)。
16.用于确定身体组织(6)中组织标志(1，1′)位置的方法，其特征在于，借助于发送单元(7)发送一个电磁信号(8)，此信号被组织标志(1，1′)的应答器(2)接收，接着应答器(2)发送一个定位信号(9)，它被接收单元(10，11，12)接收，并且借助于与接收单元(10，11，12)相连接的分析单元(13)由定位信号(9)确定组织标志(1，1′)的位置。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，组织标志(1，1′)是可生物降解的。
18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，借助于所述瞄准装置(15)确定医疗器械(14)相对于组织标志(1，1′)的位置的位置和/或方位，并且向引导该医疗器械(14)的人员指示医疗器械(14)的前进方向和/或方位，使得它被引导到组织标志(1，1′)的位置。
19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，按照所确定的组织标志(1，1′)的位置，将被标记的疾患置于放射治疗射线源的射线路径中和/或将射线源的射线指向疾患位置。
20.应用RFID标签作为用于标记身体组织(6)中疾患(16)的组织标志(1，1′)。
21.如权利要求20所述的应用，其特征在于，RFID标签是可生物降解的。
22.应用RFID标签作为放射治疗中的焦点标志。
23.如权利要求21所述的应用，其特征在于，RFID标签具有一个可生物降解的外壳(5)。
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