CN102056559A - 具有声学元件的活检设备 - Google Patents

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CN102056559A CN2009801217569A CN200980121756A CN102056559A CN 102056559 A CN102056559 A CN 102056559A CN 2009801217569 A CN2009801217569 A CN 2009801217569A CN 200980121756 A CN200980121756 A CN 200980121756A CN 102056559 A CN102056559 A CN 102056559A
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M.克利
S.德拉迪
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Abstract

本发明涉及一种活检设备、特别是一种包括具有用于提供关于待分析物质的声学特性的信息的换能器元件的杆的活检设备；一种定位活检设备的系统；以及一种定位活检设备的方法。所述活检设备可以适于对人体的不同区域进行活检以排除或检测作为癌性病变的异常。所述活检设备可以用于在将所述活检设备的尖端部分插入到所述待分析物质中的同时测量所述物质的声学特性。所述活检设备可以进一步允许基于弹性成像的测量。

Description

具有声学元件的活检设备
技术领域
本发明总体涉及一种活检设备、特别是一种用于提供关于待分析的物质的声学特性的信息的活检设备，涉及一种用于定位活检设备的系统和一种用于定位活检设备的方法。
背景技术
为了正确诊断癌症，通常进行活检。这可以经由内窥镜的腔或经由活检针来完成。例如，针活检用于经由直肠从前列腺获取活检物质。为了找到进行活检的正确位置，可以使用各种成像模式，比如X射线、MRI和超声波。在前列腺癌的情况下，在大多数情况下所述针由插入到直肠的超声探针引导。
尽管有帮助，但是这些引导方法远没有达到最优。存在与活检直接相关的两个主要问题：分辨率是有限的；并且这些成像模式在大多数情况下不能区分良性的与恶性的组织。
结果，不能肯定活检组织是否是从应当被分析的组织内的正确位置处获得的。医生几乎是盲目地进行活检，并且即使在组织的检查之后没有检测到癌细胞，他们也不能肯定他们没有完全遗漏正确的点。为了提高命中率，可以增加进行针活检的数量。由于每次活检产生一个切口并且可能导致并发症，所以这不是优选的解决方案。
从超声波成像可知，肿瘤由于其不同的声学特性，即不同的阻抗（其依赖于声音的速度和特定的比重）和不同的衰减，而给出了相对于周围组织的反差。
发明内容
因此，本发明的目的可以是提供一种改进的活检设备，该设备提供关于周围物质的声学特性的信息，以使得医生能够确保所述活检设备被定位在所述物质内期望的位置。
这些可以通过根据独立权利要求的主题实现。在各个从属权利要求中描述了本发明的其他实施例。
一般地，根据本发明的活检设备包括细长的杆和尖端部分，并且提出了位于所述活检设备的所述尖端部分处的换能器元件，其中所述活检设备适于提供关于待分析的物质的声学特性的信息。
换言之，本发明的第一方面可被看做基于这样的思想来提供一种适于根据待分析物质的声学特性（例如速度）对所述物质进行活检的设备，其中关于所述物质的声学特性的信息由所述活检设备中所包含的换能器元件提供。关于所述声学特性的信息可以是区分物质（例如身体的组织）的信息。
根据本发明的第一方面的活检设备可以适于对例如人体的不同区域（例如前列腺、乳房/乳腺等）进行活检以排除或检测作为例如癌性病变的异常。而且，所述活检设备可以适于执行其他控制和数据处理功能，例如分析功能、显示功能等等。所述活检设备可以包括其他组件，例如分析单元、控制单元等等。
首先，所述活检设备不是成像设备，而是用于检测各种声学物质特性（例如组织特性）的设备。无论如何，包括所述活检设备的系统可以包括成像设备或可以被用作成像设备。而且，所述设备不仅可以用于引导活检的进行，而且可以用于进行“声学活检”，即在不移除组织的情况下进行诊断。
所述活检设备可以用在医院中。
下文中，根据本发明的活检设备的可能的细节、特征和优点将基于三个示范性实施例而被解释。
根据本发明的活检设备可以用于在将活检设备的尖端部分插入到待分析的物质中时测量诸如组织之类的物质的声学特性，一旦所述组织被穿刺则这可以允许区分例如健康组织与癌组织。
例如，与健康组织相比，癌组织可以对例如超声信号有不同的影响。这可以在所检测到的信号中看到。
例如，声信号的振幅可以是吸收和散射的度量，而延迟时间可以是诸如组织的物质中声信号的速度的度量。作为示例，乳腺肿瘤中声音的速度可以是49-90m/s，其高于健康组织中声音的速度。
发出所述信号的换能器元件也可以测量所述信号的反射，以便计算所述活检设备必须进一步被插入多远以到达所述肿瘤。
所述测量过程包括信号穿过组织。而且，经过活检设备的信号也可被分析，这可以实现检测靠近活检设备的尖端部分的不同组织类型，即所述活检设备可以允许测量所述活检设备的尖端相对于癌组织的位置。
所述活检设备可以进一步允许基于弹性成像的测量，这意味着相同解剖结构在压缩状态和松弛状态中的图像的组合给出了比传统的单独超声更好的反差。
弹性成像是基于与人工触诊类似的原理的，其中检查者可以检测到肿瘤是因为它们感觉起来比周围组织更硬。在弹性成像中，可以将机械力（压缩或振动）施加到软组织，并且诸如超声（US）或磁共振（MR）成像之类的常规成像技术可以用于创建软组织变形的图（map）。当软组织的区域内存在离散的硬度不均匀性（例如肿瘤）时，在该位置处将发生振动幅度的改变。所述癌组织在被压缩和松弛之后可能与健康组织表现不同。通常，健康组织拥有更好的弹性并且松弛得更快。由于所述针的插入可以导致组织的局部压缩，所以可能有用的是不时地停止插入过程并且让组织松弛，随后继续进行所述针的插入。
当所述针被推入时，可以取得超声反射信息，并且当停止推入让组织松弛时，随后组合所述测量数据并观察例如肿瘤的边界相对于活检设备定位在哪里。寻找不同类型的组织的分界基于所述组织的轻微的声学阻抗失配（阻抗=密度x介质中的声速），其导致了超声反射。在压缩期间，健康组织和癌组织二者都被压迫，并且二者的密度增加。当组织松弛时，健康组织由于其弹性而恢复得更快，因此由于两种类型的组织的密度的临时失配而使得发生了反差的增加。
而且，例如肿瘤也可以在组织不压缩的情况下被检测。通过在插入之后就改变针的角度，所述针可以瞄准这样的位置，在该位置中所述针接收到由于反射的超声引起的信号强度的最大值。
利用根据本发明的第一方面的活检设备，可以基于例如高频数据（例如超声数据）实现例如关于待分析物质的声学特性的信息的生成。此外，可以基于例如低频数据（例如，低频超声、声音、次声、振动、手动地将压力施加到待分析物质，等等）实现例如关于待分析物质的其他声学特性和/或弹性特性的信息的生成。
提供关于不同物质特性的信息的能力可以通过调适所述换能器元件以使得它们能够检测不同频谱内的机械位移而实现。已知对不同频谱中机械刺激的响应依赖于待分析物质的物理特性，一方面关联于弹性成像特性且另一方面关联于超声特性的物质特性可以从响应信号导出。所述机械刺激可以例如由所述换能器元件本身或手动地生成。
机械位移可以被解释为例如所述物质（特别是细胞或组织）的最小移动或振动。例如，细胞或显微的组织结构的位移可以由超声压力波引起，联合的宏观组织结构的位移可以通过将压力施加到所述物质并且例如手动地或通过由换能器元件诱导缓慢的振动而缓慢散布所述压力而引起。
在上述本发明的第一方面，“换能器元件”可以是为了包括测量或信息传递的各种目的而将一种类型的能量或物理属性转换为另一种类型的（例如电的、电子的或机电的）设备（例如压力传感器）。本发明的换能器元件可以能够同时发送和接收数据、测量和转换不同的属性、以及传递和/或处理与其相关的信息。 
换能器元件可以是例如小型陶瓷元件或单晶。在所述活检设备可能是一次性的情况下，可以使用低成本的换能器元件。这可以包括例如微电机的换能器元件，比如压电的或电容性的微电机薄膜换能器元件。所述换能器元件可以以柔性形式实现。而且，它可以形成各种形状、尺寸和大小。
存在多种可能的方式来致动所述换能器元件。所述换能器元件可以发出并接收各种频率和/或振幅和/或时间间隔的信号。
“物质”可以包括所有种类的活组织或死组织，例如人类组织，特别是上皮组织（例如皮肤的表面和消化道的内衬）、结缔组织（例如血、骨组织）、肌肉组织和神经组织（例如，脑、脊髓和周围神经系统）。“物质”可以进一步包括食品、生物材料、合成材料、流体或粘性物质等等。
所述细长的杆的远端可被称为尖端。该尖端可以是圆形的并且/或者包括至少一个边。该边可以以不同形状形成。可以将所述边变尖锐以使得诸如组织之类的物质当活检设备在其中操作时可以被切割或容易被刺入。
根据本发明的活检设备的一个方面，所述换能器元件可以是超声换能器元件。
所述换能器元件可以发出高频谱的声信号，所述高频谱表示优选地高于20kHz直到1-10GHz的频率。
所述频谱可以不被限于高频谱，所述换能器元件可以进一步发出低频谱声信号，所述低频谱表示低于20kHz的频率。
根据本发明的活检设备的另一方面，第一换能器元件可以适于发送和/或接收信息。
“发送”可以表示例如发射任何种类的信号（例如超声信号）到所述物质中或物质上并且/或者将机械压力施加到所述物质中或物质上。
“接收”可以是例如检测所述物质的或来自所述物质的信号（例如，反射、阻抗）。也可以使用更高的谐波反射信号的检测，这可以允许提高反射信号的信噪比，并且以此方式可以改进不同物质类型（例如组织类型）的检测。
为了允许更高的谐波操作，可以使用宽带换能器元件。特别地，可以应用具有>100%的带宽的薄膜微电机换能器元件。
根据所述活检设备的第一实施例，所述活检设备的所述杆可以包括在所述杆的远侧区域处外围地布置的远端，其中所述活检设备的杆可以进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杆的横截面，其中所述平坦的前表面可以相对于所述杆在中心布置，其中所述换能器元件可以定位在所述平坦的前表面。
根据所述杆的尖端和/远侧区域的几何形状的实施例，定义了所述平坦的前表面的所述杆的一部分可以与所述杆材料整体地形成或作为杆材料上的单独元件来形成，例如杆材料的腔或突起（例如销）或设置在杆材料上的附加对象。
根据本发明的第一实施例的一个方面，所述换能器元件可以适于沿着所述活检设备的细长杆的纵轴方向发射窄射束。
所述换能器元件可以在一个定义的方向上发出例如聚焦的超声信号。因此，可以仅仅测量直接定位在所述窄射束中或附近的物质的声学特性。利用该方法，所述活检设备可以达到很高的精确度。
窄射束可以在技术上利用换能器元件来实现，所述换能器元件的平表面的长度和宽度的值高于由所述换能器元件发出的信号的波长。
根据本发明的第二实施例，所述活检设备的杆可以包括具有内部空间并且在所述杆的远侧区域处被外围地布置的远端，其中所述换能器元件可以定位在所述内部空间的第一内侧壁处，并且其中所述换能器元件的主信号散布方向可以被定向在沿着与所述内部空间的第一内侧壁相对的第二内侧壁的方向。
该配置的优点在于，可以在已知的距离处总是存在将反射所述超声的参考表面，因此所记录的第一回波可以给出组织中的声速。而且，可以连续地测量被瞬时穿透的组织层的声学特性（例如速度、衰减）。
这种配置可以允许使用更高的超声频率，因为由所述换能器元件发出的信号必须仅仅透入一小段距离（更高的频率导致更强的吸收），这意味着所述换能器的厚度可以减小，从而便于集成到所述针中。
例如，对于PVDF（聚偏氟乙烯）的1MHz压电换能器元件，所述盘在没有背衬的情况下的最小厚度是大约750微米，这意味着整个换能器的厚度超过1mm。对于基于PZT（铅锆酸盐）的化合物，所述压缩波速度更高。在15MHz的PVDF换能器的情况下，所述盘的最小厚度是大约50微米，这使得它容易集成到所述针中。PZT的相同的换能器需要140微米厚的盘。
当超声波以衰减系数α通过吸收介质传播时，根据下面的表达式初始强度I0在距离d处减小为Id：
Id=I0exp（-2αd）
组织的典型α值在5MHz的频率f处可以是50m-1。对于具有1mm内径的活检设备或针，所得的2-mm声长度根据上述公式将得到82%的透射。
该配置的另一个优点在于，所检测的信号依赖于来自硬反射器的脉冲回波，而不是依赖于在组织中的随机声散射（其可能更具鲁棒性）。
根据本发明的第二实施例的一个方面，第一和第二内侧壁定义了“U”的两个平行分支，并且所述换能器元件是平坦的。
因此，布置在“U”的一个分支的第一内侧壁上的换能器元件的表面可以平行于“U”的第二分支，其在超声测量期间可以用作硬反射器。
所述换能器元件可以是平坦的，使得它可以集成到所述活检设备的尖端，以使得所述换能器元件的表面与相对的金属壁的表面平行。
优选地，所述换能器可以与所述针壁声学隔离，以便避免接收通过所述针传输的信号。
根据本发明的第三实施例，所述活检设备可以包括多个换能器元件。
所述活检设备，特别是所述活检设备的杆的尖端部分，可以包括至少两个换能器元件。每个换能器元件可以发送和/或接收信号。
存在多种可能的方式来致动所述多个换能器元件。一个或多个所述方式可以发出并接收各种频率和/或振幅和/或时间间隔的信号。
根据本发明的第三实施例的一个方面，所述多个换能器元件可以适于发出信号，并且所述多个换能器元件中的另一个可以适于检测所述信号的延迟时间和/或振幅和/或反射。
由一个换能器元件发出的信号可以行进到另一个换能器元件，可由其测量所述信号的延迟时间和/或振幅。
根据本发明的第三实施例的另一方面，所述换能器元件可以沿着相对于所述活检设备的细长杆的纵轴的不同方向来定向。
所述换能器元件可以被布置在所述活检设备的杆上，以使得所述换能器元件的主信号散布方向可以沿着所述不同方向来定向，以使得可以发送信号到所述活检设备的尖端部分的周围区域或其他换能器元件并检测来自所述周围区域或其他换能器元件的信号，以分析所述物质，其中所述活检设备的尖端部分被有利地准确插入。而且，该配置可以允许协调或同步所述彼此被声学地耦合的换能器元件。
根据本发明的任何活检设备的一个方面，所述活检设备可以是活检针，或者所述活检设备可以包括一适于容纳用于取得组织样本的针的空杆，例如插管、套管针或导管。
所述活检设备的细长杆可以包括与所述杆的纵轴平行的孔腔。在该孔腔中，可以引入针以取得所述活检设备的尖端部分已经插入其中的物质的样本。所述活检设备也可以是插管、套管针或导管。
根据本发明的任何活检设备的另一方面，所述活检设备可以进一步包括能够发射和接收光的光纤。
所述活检设备可以包括声学和光学传感器和制动器的组合。所述活检设备可以包括至少一个光纤，其中所述光纤发送光并且在与所述活检设备的尖端部分已经插入到其中的组织相互作用之后接收所述光。
所述光纤可以被连接到例如能够利用光学模式（例如，反射光谱法、荧光光谱法、自体荧光光谱法、差分路径长度光谱法、拉曼光谱法、光学相干断层成像术、光散射光谱法或多光子荧光光谱法）探测在所述活检设备前面或附近的组织的控制台。
所述光学模式可以用于例如在目标物质中精细定位所述活检设备的尖端部分。所述光学信息可以通过例如光谱分析来分析。而且，所述光学信息或所分析的光学信息可以被配准到例如附加的非侵入式成像模式的图像中。
提出了定位根据本发明的活检设备的系统。一般地，所述系统包括：如上所述的活检设备，和分析单元和处理单元和显示单元。
“分析”可被解释为涉及不同特性（例如弹性）的物质的探究和检测与生理状态相比可能的异常的存在和尺寸或检测病理状态以及证明没有异常。
所述“分析单元”可以接收模拟信号并且将它们转换为数字信号以及实现分析、控制和处理功能。所述分析单元可以与所述活检设备分离或包含在所述活检设备中。所述分析单元可以进一步包括例如控制单元、显示单元等。所述分析单元可以经由电缆、电导体或无线连接而与所述活检设备耦合。
定位根据本发明的第二方面的活检设备的系统也可以包括至少一个附加的成像模式，例如超声、磁共振成像、计算机断层成像、X射线等等。
一般地，提出了一种定位根据本发明的活检设备的方法。所述方法包括以下步骤：在具有组织的感兴趣对象中操作所述活检设备；借助换能器元件发出超声信号；借助所述换能器元件接收由所述组织反射的信号；借助分析单元获得区分活检设备尖端部分前面或附近的组织的信息；借助所述分析单元的信息精细定位所述活检设备。
所述方法的步骤可以部分地以任意顺序或以如上所述的顺序执行。所述方法中使用的所述活检设备可以是如上所述的关于第一方面的活检设备。
所述活检设备可以应用到所述感兴趣对象的表面。所述感兴趣对象可以是应当被分析的任何种类的物质（例如组织）。为了分析位于所述物质内部的区域，可能必需的是将所述活检设备的一部分、特别是所述活检设备的尖端部分插入到所述物质。
插入所述活检设备的过程可以由人（例如医生）或自动地借助技术工具来执行。可能必需的是，监视将所述活检设备插入到所述物质的过程。这可以例如由附加的成像设备（例如超声波、磁共振成像、计算机断层成像、X射线等）来完成。
在另一个步骤中，诸如超声信号之类的高频信号可以从所述活检设备的至少一个换能器元件被发送到待分析的物质中。该信号可以在所述物质中根据所述物质的特定特性（例如组织的弹性）而被反射、散射、衰减、延迟或另外地被改变。表示反射的高频信号的所得信号可以从所述物质被传输到所述活检设备并且可以被至少一个换能器元件接收。该所得信号包括信息，在可能的后续分析步骤中根据所述信息能够获得所述物质的结构（例如所述组织的弹性特性）。
所得的信号可以被传输到分析单元。该分析单元可以处理所接收的信号。所处理的信号可以在可以例如是所述分析单元的一部分的显示器处被显示。所处理的信号也可以声学地被呈现。
所显示的和/或声学地呈现的信号表示区分所述活检设备的尖端部分前面或附近的组织的信息。借助该信息，可以改变所述活检设备相对于待分析物质的位置，使得可以达到对所述活检设备的精细定位。
根据本发明的方法可以进一步包括从所述活检设备发送低频信号（例如压力、振动等等）到应当被分析的物质中或物质上的附加步骤。该信号可以在所述物质内或所述物质上根据物质的特定弹性特性（例如组织的弹性特性）被反射。表示被反射的低频信号的所得信号可以从所述物质被传输到所述活检设备并且被至少一个换能器元件接收。所得信号包括信息，在可能的后续分析步骤中根据所述信息能够获得所述物质的特定弹性特性（例如所述组织的弹性特性）。
所述活检设备针对感兴趣对象的表面的调适和/或所述活检设备的尖端部分插入到所述物质中、高频信号和可能的低频信号的发送和/或接收和/或所述信息到所述分析单元的传输可以同时进行。
本发明涉及一种用于图像处理设备的计算机程序，使得根据本发明的方法可以在适当的系统上执行。所述计算机程序优选地被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器因此被装备以实现本发明的方法。所述计算机程序也可以存储在计算机可读介质处，例如CD-Rom。所述计算机程序也可以通过如万维网之类的网络提供并且可以从这种网络下载到数据处理器的工作存储器中。
必须注意，本发明的实施例参照了不同主题进行描述。特别地，参照方法类型的权利要求描述一些实施例，而参照装置类型的权利要求描述其他实施例。然而，本领域技术人员将从上文和下文的描述中推断，除非另外声明，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为是本申请所公开的。
本发明的上面定义的方面和其他方面、特征和优点也可以从下文所描述的实施例的实例导出并且参照实施例的实例而被阐释。下面将参照实施例的实例更详细地描述本发明，但本发明不限于所述实施例的实例。
附图说明
图1示出在超声引导下经由直肠进行活检的示意图。
图2a示出根据本发明的第一实施例的活检设备的尖端部分的等距视图的示意性表示。
图2b示出根据本发明的第一实施例的活检设备的尖端部分的侧视图的示意性表示。
图3a示出根据本发明的第二实施例的活检设备的尖端部分的等距视图的示意性表示。
图3b示出所述活检设备的尖端部分的纵向截面的示意性表示；所述设备的尖端的背侧的一部分是可见的，尽管它不在截面中。
图3c从右到左示出通过平面B的活检设备的横向截面的示意性表示。
图3d从左到右示出通过平面B的活检设备的横向截面的示意性表示。
图4示出根据本发明的第三实施例的尖端部分的示意性表示。
图5示出根据本发明的第一实施例的活检设备的使用的示意性表示。
图6示出根据本发明的系统的示意性表示。
图7示出根据本发明的方法的不同步骤的示意性表示。
图8示出由根据本发明的活检设备对从所述物质接收的信号的信号处理步骤的示意性表示。
附图中的图示仅仅是示意性的并且未按比例绘制。注意到在不同附图中，相似的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
如图2a和图2b所示，根据本发明的活检设备的尖端部分23的细长杆25包括孔腔36，其可以包括例如用于活检过程的常规针（比如空心金属针），杆25的材料可被定位在所述孔腔周围。
所述活检设备的杆25包括远端34，其被外围地布置在所述杆的远侧区域。所述活检设备的杆25进一步包括可以相对于杆25在中心布置的平坦的前表面22。所述平坦的前表面32可以位于布置在杆25上的销31上。所述销31可以是杆的一部分（例如杆的突起）或连接到杆的分离的对象。
用于发射和/或接收超声波的换能器元件27被布置在平坦的前表面32上。所述换能器27的导线39可以被嵌入杆25中。
所述换能器元件适于沿着所述活检设备的细长杆25的纵轴的方向发射窄射束33。
所述窄射束可被发射到周围物质中。
所述窄射束可以在所述物质中根据所述物质的特定特性（例如取决于所述物质的弹性特性的声学特性）而被反射、散射、衰减、延迟或以其它方式改变。如果例如一个物质的两个相邻部分或两个相邻的不同物质在它们的弹性特性方面不同，则所述活检设备的尖端部分的位置可以基于由所述换能器元件接收的信号变化而被指定。以此方式，利用根据本发明的第一方面的活检设备，它能够建立例如组织中肿瘤相对于活检设备的尖端的位置。
而且，如果预先已知不同物质的不同特征值（例如声速），则可以根据由所述换能器元件接收的信号来识别物质的种类（例如正常组织、癌组织等等）。这可以允许利用根据本发明的活检设备作出诊断，例如体外诊断。
图3a示出具有所述细长杆25和靠近杆25的远端34布置的换能器元件27的活检设备的尖端部分23。
如图3b所示，根据本发明的活检设备的尖端部分23的细长杆25是空心杆，其包括含有活检区域41的针35，例如用于活检过程的空心金属针。
用于发射和/或接收超声波的换能器元件27靠近杆25的远端34布置。换能器元件27的导线39可以被嵌入在杆25中。
一旦检测到组织中可疑地点，可以将针35推出并撤回以收集活检物质。
“B”定义了轴向截面。
如图3c所示，在所述远端的区域中，所述活检设备的杆25是“U”形的，所述“U”的两个平行分支包括第一内侧壁45和第二内侧壁47。所述杆25包括内部空间43。换能器元件27被平行于第一内侧壁45布置。
图3d示出换能器27的主信号散布方向49，所述散布方向被定向为从第一内侧壁45到第二内侧壁47的方向。第一内侧壁45或换能器元件27与第二内侧壁47之间的距离是已知的。第二内侧壁47可以在超声测量期间用作硬反射器。
所述换能器元件27必须与第一内侧壁45和杆25声学隔离以便避免接收经过所述针传输的信号。
如图4所示，根据本发明的活检设备的尖端部分23的细长杆25是空心杆，其包括含有活检区域41的针35，例如用于活检过程的空心金属针。
用于发射和/或接收超声波的各种换能器元件27被布置在所述活检设备的杆上，使得所述换能器元件的主信号散布方向可以被定向在不同方向。换能器元件27的导线39可以被嵌入在杆25中。
一旦检测到组织中可疑地点，可以将针35推出并撤回以收集活检物质。
图5示出使用根据本发明的活检设备来确定何处可以进行活检的示意性图示。
位于所述活检设备的尖端部分23处的换能器元件27与感兴趣对象Z1’的前表面之间的距离被定义为“a”，其中“a”是可变的。在所述感兴趣对象Z1’的前表面与后表面之间的距离被定义为“b”，其中b具有固定的值。Z1表示位于换能器元件27与感兴趣对象Z1’的前表面之间的物质。物质Z1可以是例如组织，感兴趣对象Z1’可以是例如所述组织内部的肿瘤。
在所述活检设备和感兴趣对象的布置的示图下面，示出了脉冲回波等候响应的回波图。所述信号被换能器元件27接收。“2a”表示换能器元件27与感兴趣对象的前表面之间的距离的两倍。“2b”表示感兴趣对象的前表面与后表面之间的距离的两倍。“2a”是可变的，而“2b”是固定值。
E0表示回波0，E1表示回波1，而E2表示回波2。
用户诱导的压缩归因于所述针朝肿瘤插入组织中。当必须在松弛的位置取得超声波图像时，所述活检设备不再被推入到组织中，而是被终止，同时等待一定的时间间隔以便允许组织松弛。由于健康组织比肿瘤松弛的更快，相对于在将所述针推入组织时利用局部压缩取得的超声波图像，所以定界区域中的反差增加。根据所述两个信号（或更多信号，如果在松弛期间执行了更多的测量）的组合，如所述回波图中所见，可以建立所述针尖端与所述肿瘤之间的距离。
当回波0赶上回波1时，所述针将接近所述肿瘤，并且当随后回波1消失时，所述针进入肿瘤所以可以进行活检。尽管可能是次级重要的，所述肿瘤边界的后方界限也可以在回波2中看到，这可以帮助避免在进行活检的同时推动所述针超出所述肿瘤的界限。
如图6所示，所述活检设备的尖端部分23位于待分析的物质71中。活检设备21被连接到分析单元77，其被布置在活检设备21外部。分析单元77经由电缆76（可替代地，经由电导体或无线连接）与活检设备21的尖端部分23处的至少一个换能器元件27耦合。可替代地，所述分析单元或分析单元的一部分可以包含在活检设备21中并且/或者包含在至少一个所述换能器元件27中。分析单元77可以经由电缆、电导体或无线连接与显示单元79耦合。
图7示出根据本发明的第三方面的方法的不同步骤的示意性表示。
一个步骤S1是在具有组织的感兴趣对象中操作所述活检设备。该步骤还可以包括将所述活检设备的一部分（例如尖端部分）插入到对象中。
在另一个步骤S2中，借助所述活检设备的至少一个换能器元件将超声波信号传输到待分析的对象中。
另一个步骤S3是借助所述换能器元件接收由所述组织反射的信号。
另一个步骤S4是借助分析单元获得区分在所述活检设备的尖端部分前面或附近的组织的信息。
还有一步骤S5，根据由分析单元获得的信息，对活检设备进行精细定位。
图8示出换能器元件27与待分析的物质71之间的信号的信号发送路径和信号处理步骤的示意性表示。
超声波信号73从换能器元件27被传输到待分析的物质71中。该信号可以在所述物质的边界处根据所述物质的特定结构特性被反射。因此，所得的信号表示被物质反射的信号75，其包括关于物质71的构造的信息。该反射信号75可以从物质71被传输到换能器元件27并且可以被换能器元件27接收。
由所述物质反射的信号75被传输到分析单元77以供进一步处理。而且，超声波信号73也可以被传输到分析单元77。
所述分析单元还适于接收其他信号74，例如来自成像设备、控制单元的信号等。由所述分析单元77接收的信号可以被处理并且随后在单独的显示单元79处被显示。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件和步骤，并且“一”不排除复数。还可以将与不同实施例相关联而描述的元件组合起来。还应当注意，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。
附图标记列表
21活检设备
23活检设备的尖端部分
25细长杆
27换能器元件
31销
32平坦的前表面
33窄射束
34远端
35针
36孔腔
39导线
41活检区域
43内部空间
45第一内侧壁
47第二内侧壁
49主信号散布方向
71待分析的物质
73超声信号
74其他信号
75被所述物质反射的信号
76电缆
77分析单元
78分析单元的信息信号
79显示单元
E0回波0
E1回波1
E2回波2
S1操作活检设备
S2发送超声
S3接收信号
S4获得信息
S5精细定位

Claims (15)

1. 一种活检设备，具有细长杆（25）和尖端部分（23），以及
换能器元件（27），其位于所述活检设备的尖端部分，
其中所述活检设备适于提供关于待分析物质（71）的声学特性的信息。
2. 根据权利要求1的设备，
其中换能器元件是超声换能器元件。
3. 根据权利要求1的设备，
其中所述换能器元件适于发送和/或接收信息。
4. 根据权利要求1的设备，
其中所述活检设备的杆包括一远端（34），所述远端被外围地布置在所述杆的远侧区域处，
其中所述活检设备的杆进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杆的横截面，
其中所述平坦的前表面相对于所述杆在中心布置，
其中所述换能器元件定位在所述平坦的前表面处。
5. 根据权利要求4的设备，
所述换能器元件适于沿着所述活检设备的细长杆的纵轴的方向发射窄射束（33）。
6. 根据权利要求1的设备，
其中所述活检设备的杆包括一远端，所述远端具有内部空间（43）并且被外围地布置在所述杆的远侧区域处，
其中所述换能器元件定位在所述内部空间的第一内侧壁（45）处，并且
其中所述换能器元件的主信号散布方向（49）被定向在与所述内部空间的第一内侧壁相对的第二内侧壁（47）的方向上。
7. 根据权利要求6的设备，
其中第一和第二内侧壁定义了“U”的两个平行分支，并且
其中所述换能器元件是平坦的。
8. 根据权利要求1的设备，
其中所述活检设备包括多个换能器元件。
9. 根据权利要求8的设备，
其中所述多个换能器元件之一适于发出信号，并且所述多个换能器元件中另一个适于检测所述信号的延迟时间和/或振幅和/或反射。
10. 根据权利要求8的设备，
其中所述换能器元件被定向在相对于所述活检设备的细长杆的纵轴的不同方向上。
11. 根据权利要求1的设备，
其中所述活检设备是活检针。
12. 根据权利要求1的设备，
其中所述活检设备包括适于容纳用于取得组织样本的针（35）的空心杆。
13. 根据权利要求1的设备，
其中所述活检设备进一步包括能够发射和接收光的光纤。
14. 一种定位活检设备的系统，所述系统包括
- 根据权利要求1的活检设备，和
- 分析单元（77），和
- 处理单元，和
- 显示单元（79）。
15. 一种定位根据权利要求1的活检设备的方法，所述方法包括以下步骤：
- 在具有组织的感兴趣对象中操作所述活检设备；
- 借助换能器元件发送超声信号；
- 借助换能器元件接收被所述组织反射的信号；
- 借助分析单元获得区分所述活检设备的尖端部分前面或附近的组织的信息；
- 借助所述分析单元的信息精细定位所述活检设备。
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