DE102012220284B4

DE102012220284B4 - Three devices and two imaging techniques for biological tissue

Info

Publication number: DE102012220284B4
Application number: DE102012220284.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Spruck; Dr. Jaud Johann; Dr. Alvarez Diez Cristina
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: DE102012220284A1

Abstract

Bildgebende Vorrichtung (1) für ein biologisches Gewebe (2), die aufweist – einen aktiven Taster (6), welcher – einen Taststift (7), der eine Tastspitze trägt, – einen Aktuator (10), der die Tastspitze gegen eine Gewebeoberfläche (5) in einer ersten Richtung (z) um einen bestimmten Vorschub vorschiebt und dadurch der Gewebeoberfläche (5) eine Verformung (11) verleiht, wobei der bestimmte Vorschub durch einen Weg definiert ist, – eine Kraftmesseinrichtung, die eine Kraft misst, welche der Aktuator (10) für die bestimmte Verformung (11) aufbringt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorrichtung (1) eine Steuereinrichtung (C) aufweist, die den aktiven Taster (6) zum bestimmten Vorschub ansteuert und aus Weg und gemessener Kraft ein Elastizitätsmodul des Gewebes (2) längs der ersten Richtung (z) ermittelt, – die Kraftmesseinrichtung einen im aktiven Taster (6) angeordneten Kraftsensor (9), der eine erste Kraft misst, mit der der aktive Taster (6) ohne Betätigung des Aktuator (10) gegen die Gewebeoberfläche (5) drückt, und eine Nullkraftmesseinrichtung (12) aufweist, die eine zweite Kraft misst, mit der der aktive Taster (6) bei Betätigung des Aktuators (10) gegen die Gewebeoberfläche (5) drückt, wobei die Steuereinrichtung (C) oder die Kraftmesseinrichtung die gemessene Kraft aus einer Differenz zwischen zweiter und erster Kraft bestimmt.Imaging device (1) for a biological tissue (2), which has - an active button (6), which - a stylus (7) carrying a probe tip, - an actuator (10) which pushes the probe tip against a tissue surface ( 5) advances in a first direction (z) by a certain advance and thereby gives the tissue surface (5) a deformation (11), the certain advance being defined by a path, - a force measuring device that measures a force which the actuator (10) applies for the specific deformation (11), characterized in that - the device (1) has a control device (C) which controls the active button (6) for the specific feed and a modulus of elasticity from the path and measured force of the tissue (2) along the first direction (z), the force measuring device has a force sensor (9) arranged in the active button (6), which measures a first force with which the active button (6) is actuated without actuating the actuator (10 ) g egen presses the tissue surface (5), and has a zero force measuring device (12) which measures a second force with which the active button (6) presses against the tissue surface (5) when the actuator (10) is actuated, the control device (C ) or the force measuring device determines the measured force from a difference between the second and first force.

Description

Für die Untersuchung von lebendem biologischen Gewebe werden radiologische Methoden eingesetzt. Die Kontrastbildung beruht dort auf Unterschieden im Absorptionsverhalten, z. B. von Absorption der Röntgenstrahlung in der klassischen Röntgenabbildung oder in der Computertomographie. Weichteile des Gewebes ergeben aufgrund der geringen Absorptionsunterschiede jedoch keine besonders guten Kontraste. Hierzu wurden Kernspinresonanztomographieverfahren entwickelt. Diese sind mit erheblichem Aufwand verbunden.Radiological methods are used to study living biological tissue. The contrast formation is based there on differences in the absorption behavior, z. B. of absorption of X-rays in the classical X-ray imaging or in computed tomography. However, soft tissues of the fabric do not give particularly good contrasts due to the low absorption differences. Nuclear magnetic resonance imaging was developed for this purpose. These are associated with considerable effort.

Darüber hinaus ist es bekannt, Ultraschallverfahren einzusetzen. Diese können gut dezentral, also z. B. bei einem Hausarzt, zur Anwendung kommen, führen jedoch nicht für alle Gewebetypen zu befriedigenden Kontrasten. Darüber hinaus hängt die Eindringtiefe eines Ultraschallsignals von der verwendeten Frequenz ab. Die Abbildung reicht um so tiefer, je geringer die Frequenz ist. Leider steigt die Auflösung proportional mit der Frequenz. Beim Ultraschallverfahren kommen deshalb Frequenzen zwischen 1 und 40 MHz zum Einsatz. Problematisch bei Ultraschallabbildungen ist es weiter, daß Lufteinschlüsse im Gewebe, beispielsweise im Magendarmtrakt, eine Ultraschallabbildung völlig unmöglich machen, da Ultraschallwellen nicht durch Lufteinschlüsse hindurch dringen.In addition, it is known to use ultrasonic methods. These can be well decentralized, so z. As in a family doctor, are used, but do not lead to all types of tissue to satisfactory contrasts. In addition, the penetration depth of an ultrasonic signal depends on the frequency used. The picture is the deeper the lower the frequency. Unfortunately, the resolution increases proportionally with the frequency. In the ultrasonic method therefore frequencies between 1 and 40 MHz are used. The problem with ultrasound imaging is that air pockets in the tissue, for example in the gastrointestinal tract, make ultrasound imaging completely impossible, since ultrasonic waves do not penetrate through air pockets.

Die US 2011/0054354 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln dynamischer und statischer Gewebeeigenschaften. Die US 6500119 B1 offenbart ein bildgebendes Verfahren für Strukturen im Körpergewebe. Die Veröffentlichung G. Boyer et al., „In vivo characterization of viscoelastic properties of human skin using dynamic micro-indention”, Proceedings of the 29th Annual International Conference of the IEEE EMBS, Lyon, Frankreich, 23.–26. August 2007, S. 4584–4587 befasst sich mit dem Charakterisieren elastischer Eigenschaften der menschlichen Haut.The US 2011/0054354 A1 describes a method for determining dynamic and static tissue properties. The US 6500119 B1 discloses an imaging method for structures in body tissue. The publication G. Boyer et al., "In vivo characterization of viscoelastic properties of human skin using dynamic micro-indention", Proceedings of the 29th Annual International Conference of the IEEE EMBS, Lyon, France, 23.-26. August 2007, pp. 4584-4587 is concerned with characterizing elastic properties of human skin.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildgebung für biologisches Gewebe zu schaffen, welche zum einen mit geringem Aufwand, d. h. lokal, z. B. in hausärztlicher Praxis, zur Anwendung kommen kann, und zum anderen die Frequenzproblematik der Ultraschallabbildung vermeidet.The invention has for its object to provide an imaging of biological tissue, which on the one hand with little effort, d. H. locally, z. B. in primary care practice, can be used, and on the other hand avoids the frequency problem of ultrasound imaging.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch drei bildgebende Vorrichtungen und zwei Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen.The problem underlying the invention is solved by three imaging devices and two methods according to the independent claims.

Die bildgebende Vorrichtung kann besonders so ausgebildet werden, daß der aktive Taster und die Kraftmeßeinrichtung/Wegmeßeinrichtung in einem Meßkopf, z. B. einem Handteil, zusammengefaßt werden. Damit ist eine Bedienung analog zu einem Ultraschallgerät erreicht.The imaging device can be particularly designed so that the active probe and the force measuring / Wegmeßeinrichtung in a measuring head, for. B. a hand part summarized. This operation is analogous to an ultrasound device achieved.

Die Erfindung verwendet einen Taster, der um einen bestimmten Vorschub bewegt wird und die Gewebeoberfläche verformt. Dabei kann entweder die Kraft oder der Weg des Vorschubs vorgegeben werden. Die jeweils andere Größe, also der erreichte Weg oder die nötige Kraft wird erfaßt. Es gibt somit zwei Varianten – eine kraftmessende und eine wegmessende. Sie sind komplementär.The invention uses a stylus which is moved by a certain feed and deforms the tissue surface. In this case, either the force or the path of the feed can be specified. The respective other size, ie the path reached or the necessary force is detected. There are thus two variants - a force-measuring and a wegmessende. They are complementary.

Die Erfindung arbeitet im Gegensatz zu Ultraschallsensoren nicht mit hohen Frequenzen, mit dem Vorteil, daß sie nicht entsprechend hinsichtlich ihrer Eindringtiefe begrenzt ist. Darüber hinaus wird ein prinzipiell anderes Auswerteverfahren als bei der Ultraschallbildgebung verwendet, da das lokale Elastizitätsmodul des Gewebes ermittelt wird. Dazu wird das Gewebe mittels des Tasters hinsichtlich einer bekannten Größe (in Form von Weg oder Kraft) deformiert und die dieser Deformation vom Gewebe entgegengebrachte Wirkung (Kraft oder Weg) gemessen.The invention does not operate at high frequencies, unlike ultrasonic sensors, with the advantage that it is not adequately limited in its penetration depth. In addition, a fundamentally different evaluation method is used than in ultrasound imaging, since the local elastic modulus of the tissue is determined. For this purpose, the tissue is deformed by means of the probe with respect to a known size (in the form of path or force) and measured the deformation of this effect (force or path) of the tissue.

Um eine zuverlässige Messung zu gewährleisten, liegt bevorzugt das Gewebe, z. B. ein Körperteil, auf einer Unterlage auf, und der Abstand des Tasters zu dieser Referenzunterlage ist bekannt.In order to ensure a reliable measurement, preferably the tissue, z. As a body part, on a pad, and the distance of the probe to this reference pad is known.

Zum Ermitteln des Elastizitätsmoduls ist es erforderlich, die Kraft/den Weg zu messen, welche/welcher sich bei dem bestimmten Vorschub der Tastspitze und der Gewebeverformung einstellt. Bei der Messung ist zu berücksichtigen, daß der Taster üblicherweise auch ohne Betätigung des Aktuators gegen das Gewebe gedrückt wird, was selbstverständlich auch bereits zu einer Gewebedeformation führt. Für die Bestimmung des Elastizitätsmoduls muß diese Kraft/dieser Weg als Nullwert abgezogen werden. Hierfür bieten sich verschiedene Möglichkeiten:

1. Die aktiven Taster können mit einem Wegsensor oder einem Kraftsensor ausgerüstet werden, der auch ohne Betätigung des Aktuators die entsprechende Größe an der Tastspitze erfaßt. Damit kann einfach der Weg/die Kraft gemessen werden, der/die sich beim Aufsetzen des Tasters auf die Gewebeoberfläche einstellt. Dies stellt einen ersten Weg/eine erste Kraft dar und entspricht dem genannten Nullwert. Bei Betätigung des Aktuators wird die Messung fortgesetzt, so daß ein zweiter Weg/eine zweite Kraft gemessen wird. Zieht man den einen ersten Weg/die erste Kraft vom zweiten Weg/der zweiten Kraft ab, erhält man den Weg/die Kraft, der/die sich beim bestimmten Vorschub der Tastspitze einstellt. Eine Realisierungsmöglichkeit für einen Weg-/Kraftsensor, der in einem derart ausgestalteten aktiven Taster zur Anwendung kommen kann, ist ein Piezoelement. Andere Realisierungsmöglichkeiten für den Weg-/Kraftsensor verwenden optische Meßverfahren, beispielsweise indem Strahlung von einer Lichtquelle über einen Lichtweg zu einem Detektor geführt wird, wobei der Lichtweg über ein optisches Element läuft, das am Taststift des aktiven Tasters befestigt ist. Die Verschiebung des Taststiftes führt bei diesem Meßprinzip zu einer Verschiebung des optischen Elementes, damit zu einer Veränderung des Lichtweges und zu einer Änderung des Signals des Detektors. Beispiele für optische Elemente sind Spiegel oder Linsen, die direkt am Taststift oder an einem einseitigen Hebel angebracht sind, der vom Taststift betätigt wird. Letztere Variante verstärkt die Amplitude der Bewegung des optischen Elementes und damit die Stärke der Lichtwegänderung.
2. Zur Ermittlung des Nullwertes kann ein passiver Fühler verwendet werden, der vorteilhafterweise möglichst nahe neben dem Taster liegt. Der passive Fühler ist ohne Aktuator ausgestattet und misst die erste Kraft/den ersten Weg, d. h. die Kraft/den Weg, die/der sich einstellt, weil die Vorrichtung auf die Gewebeoberfläche aufgesetzt ist, ohne daß der aktive Taster betätigt wäre. Der aktive Taster misst als zweite Kraft/zweiten Weg die Kraft/den Weg, die/den der Aktuator aufbringen muß, um den bestimmten Vorschub der Tastspitze auszuführen. Diese Ausgestaltung hat zum einen den Vorteil, daß vergleichsweise einfache Sensoren verwendet werden können, die lediglich den Spitzenwert der wirkenden Kraft/des erreichten Wegs messen müssen. Zum anderen kann eine Änderung des Nullwertes während des Vorschubes berücksichtigt werden, da der passive Fühler kontinuierlich misst. Zur Messung der ersten Kraft/des ersten Weges am passiven Fühler können die selben Meßeinrichtungen verwendet werden, die für die aktiven Taster oben erwähnt wurden.
3. Der Nullwert kann auch kontaktlos erfaßt werden, wenn neben den Tastern Abstandssensoren angeordnet sind, die den Abstand zwischen der Vorrichtung und der Gewebeoberfläche bestimmen. Jeder Wert, der den geometrischen Abstand zwischen Abstandssensor und Ruhelage der Tastspitze unterschreitet, ist auf eine Deformation der Gewebeoberfläche zurückzuführen, die vom Nullwert der Kraft/des Weges herrührt. Im Falle der Wegmessung ist damit bereits das Nötige erreicht. Im Falle der Kraftmessung kann zusammen mit dem Kraftwert, der für die bestimmte Verformung erforderlich ist, auch der Nullwert der Kraft aus der Abweichung vom geometrischen Abstand zwischen Abstandssensor und unausgelenkter Tastspitze leicht ermittelt werden, so daß im Endeffekt die Kraft gemessen wird, welche aus dem bestimmten Vorschub der Tastspitze herrührt. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine besonders genaue Messung, z. B. wenn optische Abstandssensoren nach der Methode der Triangulation zum Einsatz kommen.

To determine the modulus of elasticity, it is necessary to measure the force / path which is established at the particular feed of the probe tip and tissue deformation. When measuring it should be noted that the probe is usually pressed against the tissue without actuation of the actuator, which of course also already leads to a tissue deformation. For the determination of the modulus of elasticity, this force / this path must be subtracted as a zero value. There are various possibilities for this:

1. The active buttons can be equipped with a displacement sensor or a force sensor, which detects the corresponding size at the probe tip even without actuation of the actuator. It is thus easy to measure the path / force that is set when the probe is placed on the tissue surface. This represents a first path / a first force and corresponds to the said zero value. Upon actuation of the actuator, the measurement is continued so that a second path / force is measured. If one subtracts the first path / the first force from the second path / the second force, one obtains the path / force which is established at the specific feed of the probe tip. One realization possibility for a displacement / force sensor which can be used in an active pushbutton configured in this way is a piezoelectric element. Other realization possibilities for the displacement / force sensor use optical Measuring method, for example, by radiation from a light source via a light path to a detector, wherein the light path passes over an optical element which is attached to the stylus of the active button. The displacement of the stylus results in this measurement principle to a shift of the optical element, thus changing the light path and a change in the signal of the detector. Examples of optical elements are mirrors or lenses mounted directly on the stylus or on a one-sided lever actuated by the stylus. The latter variant amplifies the amplitude of the movement of the optical element and thus the strength of the Lichtwegänderung.
2. To determine the zero value, a passive sensor can be used, which is advantageously as close as possible to the probe. The passive sensor is equipped without an actuator and measures the first force / path, ie the force / path that is established because the device is placed on the tissue surface without the active button being actuated. The active button measures, as a second force / second path, the force / path that the actuator must apply in order to perform the particular feed of the probe tip. This embodiment has the advantage that comparatively simple sensors can be used, which only have to measure the peak value of the acting force / distance achieved. On the other hand, a change in the zero value during the feed can be taken into account because the passive sensor measures continuously. To measure the first force / path on the passive probe, the same measuring devices mentioned above for the active probes can be used.
3. The zero value can also be detected without contact, if, in addition to the buttons distance sensors are arranged, which determine the distance between the device and the tissue surface. Any value that falls below the geometric distance between the distance sensor and the rest position of the probe tip is due to a deformation of the tissue surface resulting from the zero value of the force / the path. In the case of the distance measurement, the necessary has already been achieved. In the case of force measurement, together with the force value required for the particular deformation, the zero value of the force from the deviation from the geometric distance between distance sensor and undirected probe tip can be easily determined, so that in the end the force is measured, which from the determined feed of the probe tip. This procedure allows a particularly accurate measurement, for. B. if optical distance sensors are used by the method of triangulation.

Zur Bildgewinnung ist es nötig, die Position zu erfassen, an der das Elastizitätsmodul ermittelt wurde. Dabei genügt in den meisten Fällen die Erfassung der Relativposition zum vorherigen Meßort. Es ist deshalb bevorzugt, daß eine Positionsbestimmungseinrichtung vorgesehen wird, welche eine Relativbewegung gegenüber der Gewebeoberfläche erfaßt. Diese Positionsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise mittels einer auf der Gewebeoberfläche laufenden Kugel oder mittels einer optischen Messung, wie sie von einer Computermaus bekannt ist, arbeiten. Die Positionsbestimmungseinrichtung liefert ihre Meßwerte an die Steuereinrichtung, welche auf Basis dieser Meßwerte und der bestimmten Werte für das Elastizitätsmodul des Gewebes eine Kartierung des überstrichenen Gewebes vorsieht.For image acquisition, it is necessary to detect the position at which the elastic modulus was determined. It is sufficient in most cases, the detection of the relative position to the previous measurement location. It is therefore preferred that a position determining device is provided which detects a relative movement relative to the tissue surface. This position-determining device can operate, for example, by means of a ball running on the tissue surface or by means of an optical measurement, as is known from a computer mouse. The position-determining device supplies its measured values to the control device which, on the basis of these measured values and the determined values for the modulus of elasticity of the tissue, provides a mapping of the swept-over tissue.

Die wegmessende Variante gibt die Kraft vor, mit der die Tastspitze gegen das Gewebe gedrückt wird. Dabei kann es geschehen, daß das Gewebe keine ausreichende Gegenkraft bereitstellt, so daß die Tastspitze theoretisch ad infinitum vorgeschoben würde. Dies ist natürlich technisch nicht möglich, da der Hub des Aktuators begrenzt ist. Für einen solchen Fall gibt es zwei Optionen. Wenn erkannt wird, daß der gemessene Weg dem Maximalweg des Aktuators entspricht, wird von der Steuereinrichtung ein Wert für das Elastizitätsmodul ermittelt und angegeben, daß der tatsächliche Wert des Elastizitätsmoduls größer sein könnte. Der Wert wird z. B. geeignet gekennzeichnet, daß er nur eine Untergrenze für den tatsächlichen Wert darstellt. Alternativ wird die beim bestimmten Vorschub verwendete Kraft herabgesetzt und der bestimmte Vorschub wiederholt, ggf. so lange, bis entweder eine technisch vorgegebene Mindestkraft des Aktuators erreicht ist, oder bis ein Weg gemessen wird, der kleiner ist als der maximale Hub des Aktuators.The distance-measuring variant specifies the force with which the probe tip is pressed against the tissue. It may happen that the tissue does not provide sufficient counterforce, so that the probe tip would theoretically advanced ad infinitum. Of course this is not technically possible because the stroke of the actuator is limited. There are two options for such a case. If it is detected that the measured path corresponds to the maximum travel of the actuator, a value for the modulus of elasticity is determined by the control device and indicated that the actual value of the modulus of elasticity could be greater. The value is z. B. suitably characterized in that it represents only a lower limit for the actual value. Alternatively, the force used at the particular feed is reduced and the particular feed repeated, if necessary, until either a technically predetermined minimum force of the actuator is reached, or until a distance is measured which is smaller than the maximum stroke of the actuator.

Bei der kraftmessenden Variante kann ein analoges Problem auftreten, daß nämlich eine Kraft gemessen wird, die an der unteren oder oberen Grenze des Kraftmeßbereiches der Kraftmeßeinrichtung liegt. In diesem Fall kann der Weg des bestimmten Vorschubes geeignet modifiziert werden. Zeigt die Kraftmeßeinrichtung eine Kraft an, welche den Maximalwert der meßbaren Kraft erreicht oder ihm innerhalb gewisser Grenzen, beispielsweise bis auf Differenz 10%, nahekommt, wird der Weg reduziert und die Messung wiederholt. Bei einem am unteren Bereich der meßbaren Kraft liegenden Wert (oder bei einem von diesem um maximal 10% abweichenden Wert) wird der Weg entsprechend erhöht.In the force-measuring variant, an analogous problem can occur, namely that a force is measured which is located at the lower or upper limit of the force measuring range of the force measuring device. In this case, the path of the particular feed can be suitably modified. If the force measuring device indicates a force which reaches the maximum value of the measurable force or approaches it within certain limits, for example to a difference of 10%, the path is reduced and the measurement is repeated. At a value lying at the lower range of the measurable force (or at a value deviating from this by a maximum of 10%), the travel is correspondingly increased.

Für die genannten Vorgehensweisen mit Variation der Kraft bzw. des Weges sind bevorzugt die Grenzen hinsichtlich des Aktuators zu beachten. Sollte eine weitere Verstellung nicht möglich sein, kann die bereits erwähnte Markierung des ermittelten Wertes für das Elastizitätsmodul als möglicherweise zu klein oder zu groß (je nach Grenze, die erreicht wird) vorgenommen werden.For the mentioned procedures with variation of the force or the travel, the limits with regard to the actuator are to be considered. If further adjustment is not possible, the already mentioned marking of the determined value for the modulus of elasticity may possibly be added small or too large (depending on the limit that is reached).

Insbesondere bei der Ausgestaltung der bildgebenden Vorrichtung mit einem Meßkopf, z. B. einem Handteil, der manuell über die Gewebeoberfläche geführt wird, ist es zu bevorzugen, eine Bezugsebene zu definieren, welche dem unausgelenkten Taster entspricht. Es ist deshalb bevorzugt, den Taster durch eine Auflage zu begrenzen, welche die Referenzebene festlegt. Diese Auflage kann beispielsweise in Form zweier Rollen, die links und rechts des Tasters angebracht sind und die in derselben Ebene liegen, wie die unausgelenkte Tastspitze, realisiert werden.In particular, in the embodiment of the imaging device with a measuring head, z. As a handpiece, which is manually guided over the tissue surface, it is preferable to define a reference plane corresponding to the undeflected button. It is therefore preferred to limit the probe by a support which determines the reference plane. This edition can be realized for example in the form of two rollers, which are mounted on the left and right of the button and which lie in the same plane as the undeflected Tastspitze.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergänzt, wie bereits erwähnt, die Ultraschallmessung. Es ist deshalb bevorzugt, mit dem Handteil einen Ultraschallmeßkopf starr zu verbinden, um eine Bildgebung auf zwei Kanälen zu erreichen.As already mentioned, the method according to the invention supplements the ultrasound measurement. It is therefore preferred to rigidly connect an ultrasound probe to the handpiece to achieve imaging on two channels.

Für eine quer zur z-Richtung aufgelöste Kartographierung des Elastizitätsmoduls muß entweder eine Verschiebung eines oder mehrerer aktiver Taster (gegebenenfalls kombiniert mit passiven Fühlern) erfolgen. Die Vorrichtung weist bevorzugt für eine solche Ausführungsform eine entsprechende Querverschiebeeinrichtung auf, welche zum Scannen der Gewebeoberfläche dient. Manuelle Verschiebung ist auch möglich.For a mapping of the modulus of elasticity resolved transversely to the z-direction, either a displacement of one or more active probes (optionally combined with passive probes) must take place. The device preferably has a corresponding transverse displacement device for such an embodiment, which serves for scanning the tissue surface. Manual shift is also possible.

Alternativ kann ein Array von aktiven Tastern (gegebenenfalls mit passiven Fühlern) in Form eines Meßkopfes ausgebildet werden. Ein solcher Meßkopf hat den Vorteil, daß er in seiner Handhabung einem bekannten Ultraschallmeßkopf entspricht. Er kann auch manuell verschoben werden, um ein größeres Gebiet abzubilden.Alternatively, an array of active probes (optionally with passive probes) may be formed in the form of a measuring head. Such a measuring head has the advantage that it corresponds in its handling a known Ultraschallmeßkopf. It can also be moved manually to map a larger area.

Prinzipiell misst die Vorrichtung bzw. das Verfahren zu einer bekannten Vorschubstrecke die Rückstellkraft des Gewebes oder zu einer bekannten Vorschubkraft die Wegstrecke und damit in beiden Varianten lokal Gewebeeigenschaften, was eine Tiefenabbildung ermöglicht.In principle, the device or the method to a known feed distance measures the restoring force of the tissue or to a known feed force the distance and thus in both variants locally tissue properties, which allows a depth image.

Besonders bevorzugt wird der Taster in eine periodische Bewegung, beispielsweise eine Schwingung gebracht, wobei Frequenzen zur Anwendung kommen, die um Größenordnungen niedriger sind, als bei konventioneller Ultraschallbildgebung.Particularly preferably, the probe is brought into a periodic movement, such as a vibration, with frequencies are used, which are orders of magnitude lower than in conventional ultrasound imaging.

Vorrichtung bzw. Verfahren können auch einen endoskopischen Taster realisieren. Die Vorrichtung fühlt dann innenliegende Gewebeoberflächen ab. Dazu kann eine differentielle Anordnung gewählt werden, bei der mindestens zwei aktive Taster von einem Zentrum aus in zwei entgegengesetzte Richtungen arbeiten und eine Querkraft erzeugen. Durch Rotation der Taster innerhalb eines Gewebehohlraums kann dieser abgetastet werden.Device or method can also realize an endoscopic probe. The device then senses internal tissue surfaces. For this purpose, a differential arrangement can be selected, in which at least two active probes operate from one center in two opposite directions and generate a transverse force. By rotation of the probe within a tissue cavity this can be scanned.

Die Vorrichtung kann in einer Ausführungsform auch als Array aus mehreren aktiven Tastern ausgebildet werden. Diese Taster können beispielsweise in Form einer Linie angeordnet werden. Die bereits erwähnte Definition einer Referenzebene kann dann einfach durch längliche Walzen, die links und rechts der Linie liegen, verwirklicht sein. Kombiniert man eine solche mindestens linienförmig oder zweidimensionale, d. h. feldförmige Anordnung von aktiven Tastern, ist es zu bevorzugen, zwei wirklich beabstandete Positionsbestimmungseinrichtungen zu verwenden, welche die Relativbewegung über die Gewebeoberfläche erfassen, da dann damit auch eine Rotation des Handteils, d. h. des Arrays von Tastern erfaßt werden kann.The device may also be formed in one embodiment as an array of multiple active buttons. These buttons can be arranged for example in the form of a line. The already mentioned definition of a reference plane can then be realized simply by means of elongated rollers which lie to the left and to the right of the line. If one combines such an at least line-shaped or two-dimensional, d. H. field-shaped arrangement of active buttons, it is preferable to use two really spaced position-determining devices, which detect the relative movement over the tissue surface, since then also a rotation of the hand part, i. H. the array of buttons can be detected.

Ein Array aus mehreren aktiven Tastern kann natürlich auch mit passiven Fühlern kombiniert werden, beispielsweise indem in einer linienförmigen Anordnung aktive Taster mit passiven Fühlern abwechseln. In einem zweidimensionalen Muster können mehrerer solcher Linien nebeneinander liegen, die jeweils so verschoben sind, daß ein aktiver Taster in den derart gebildeten Zeilen und Spalten nur von passiven Fühlern benachbart ist und umgekehrt.Of course, an array of multiple active probes can also be combined with passive probes, for example by alternating active probes with passive probes in a linear array. In a two-dimensional pattern, a plurality of such lines may be juxtaposed, each shifted so that an active stylus in the rows and columns thus formed is adjacent only by passive probes, and vice versa.

Ein Array kann die Steuereinrichtung in einer weiteren Ausführungsform in einen Pulsbetrieb versetzen, indem Stoßwellen in das Gewebe eingebracht werden und durch gleichzeitige Aufnahme mittels mehrerer Taster bzw. soweit vorgesehen Fühler eine Art Wellenfrontdetektion reflektierter Stoßwellen aufgenommen wird. Diese Information kann dann in ein entsprechendes tiefenauflösendes Bild des Gewebes umgesetzt werden.An array can put the control device in a further embodiment in a pulsed operation by shock waves are introduced into the tissue and is recorded by simultaneous recording by means of several buttons or sensors provided as far as a kind wavefront detection of reflected shock waves. This information can then be translated into a corresponding depth-resolving image of the tissue.

Eine besonders bevorzugte Anwendung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens liegt darin, Elastizitätsmodulwerte des Gewebes zu erfühlen und zu kartographieren. Dadurch können sowohl anatomische Strukturen, wie beispielsweise Sehnen, Knochen, Muskelstränge etc. abgebildet werden als auch krankhafte Veränderungen, wie beispielsweise Tumore, Verhärtungen, Zerrungen etc.A particularly preferred application of the device or method is to sense and map elastic modulus values of the tissue. As a result, both anatomical structures, such as tendons, bones, muscle strands, etc. can be imaged as well as pathological changes, such as tumors, hardening, strains, etc.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bildgebung in biologischem Gewebe, 1 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a device for imaging in biological tissue;

2 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, 2 a schematic sectional view of a device according to a second embodiment,

3 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, 3 a schematic plan view of a device according to a third embodiment,

4 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, 4 a schematic sectional view of an apparatus according to a fourth embodiment,

5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der 4, 5 a plan view of the device of 4 .

6 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung der 4 in einem anderen Meßzustand, 6 a sectional view of the device of 4 in another state of measurement,

7 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform, 7 a schematic plan view of an apparatus according to a fifth embodiment,

8, 10 schematische Schnittdarstellungen einer Ausführungsform gemäß einer fünften Ausführungsform, 8th . 10 schematic sectional views of an embodiment according to a fifth embodiment,

9 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung der 8 und 10, 9 a schematic plan view of the device of 8th and 10 .

11 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform und 11 a schematic plan view of a device according to a sixth embodiment and

12–15 verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für einen Wegsensor, der in einer beschriebenen Ausführungsform zum Einsatz kommen kann. 12 - 15 various implementation options for a displacement sensor, which can be used in a described embodiment.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Bildgebung in biologischem Gewebe beschrieben. Diese Vorrichtung basiert auf einem Meßprinzip, das lokal Werte für das Elastizitätsmodul des Gewebes ermittelt. Das Elastizitätsmodul wird ermittelt, indem ein Taster gegen das Gewebe um einen bestimmten Vorschub vorgeschoben wird. Der bestimmte Vorschub ist entweder durch den Vorschubweg oder die Kraft, mit der der Taster gegen die Gewebeoberfläche gedrückt wird, charakterisiert. Die jeweils andere Größe, also die Kraft bzw. der Weg wird gemessen. Diese beiden Ansätze sind, wie bereits erwähnt, komplementär. Die nachfolgende Figurenbeschreibung deckt zum Teil beide Alternativen ab. Soweit nachfolgend die Vorrichtung nur anhand einer der beiden Alternativen erläutert wird, sei die Beschreibung der anderen Alternative davon automatisch mit umfaßt.Hereinafter, various embodiments of a biological tissue imaging apparatus will be described. This device is based on a measuring principle that determines local values for the elastic modulus of the tissue. The modulus of elasticity is determined by advancing a stylus against the tissue by a certain amount. The particular feed is characterized either by the feed path or the force with which the button is pressed against the tissue surface. The other size, ie the force or the way is measured. These two approaches are, as already mentioned, complementary. The following description of the figures covers in part both alternatives. As far as the device is explained below only one of the two alternatives, the description of the other alternative thereof is automatically included.

1 zeigt schematisch eine Schemadarstellung einer Vorrichtung 1 zum Erfassen eines biologischen Gewebes 2. Das biologische Gewebe 2 besteht aus mehreren Schichten, die hier schematisch als Gewebsschichten 3 und 4 dargestellt sind. Die Gewebsschicht 4 ist exemplarisch als eine Art Einschluß gezeigt. Das Gewebe 2 hat eine Oberfläche 5. Die Elastizität des Gewebes 2 entlang der Richtung z, welche nachfolgend auch als Tiefenrichtung bezeichnet wird, hängt von der Struktur des Gewebes 2 ab. Insofern sind die Verhältnisse einer Ultraschallabbildung sehr ähnlich. Während ein Ultraschallsensor jedoch die Absorption für Ultraschallschwingungen, also bei Frequenzen im Megahertzbereich erfaßt, verwendet die hier beschriebene Vorrichtung zur Abbildung des Gewebes das Elastizitätsmodul in einem völlig anderen, sehr viel tieferen Frequenzbereich und deformiert die Gewebeoberfläche 5. 1 schematically shows a schematic representation of a device 1 for detecting a biological tissue 2 , The biological tissue 2 consists of several layers, here schematically as tissue layers 3 and 4 are shown. The tissue layer 4 is exemplarily shown as a kind of inclusion. The tissue 2 has a surface 5 , The elasticity of the tissue 2 along the direction z, which will also be referred to as the depth direction hereinafter, depends on the structure of the fabric 2 from. In this respect, the conditions of an ultrasound image are very similar. However, while an ultrasonic sensor senses absorption for ultrasonic vibrations, at megahertz frequencies, the tissue imaging apparatus described herein uses the modulus of elasticity in a completely different, much lower frequency range and deforms the tissue surface 5 ,

Die Vorrichtung 5 weist mindestens einen Taster 6 auf, der einen Taststift 7 mit darin angebrachter Tastspitze hat. Die Tastspitze kann beispielsweise als Tastkugel 8 ausgebildet sein und dient dazu, die Gewebeoberfläche 5 einzudrücken, wodurch eine Verformung 11 entsteht. Der Taststift 7 ist an einem Aktuator 10 befestigt, wobei zwischen Taststift 7 und Aktuator 10 ein Sensor 9 angebracht ist, welcher in einer kraftmessenden Variante die Gegenkraft, die das Gewebe 2 der Verformung 11 entgegensetzt, misst. In einer wegmessenden Variante ist der Sensor 9 ein Wegsensor.The device 5 has at least one button 6 on, a stylus 7 with probe tip attached. The probe tip can, for example, as a probe ball 8th be formed and serves to the tissue surface 5 depress, causing a deformation 11 arises. The stylus 7 is on an actuator 10 attached, being between stylus 7 and actuator 10 a sensor 9 is attached, which in a force-measuring variant, the counterforce, the tissue 2 the deformation 11 opposes, measures. In a wegmessenden variant is the sensor 9 a displacement sensor.

In der kraftmessenden Variante steuert ein Steuergerät C der Vorrichtung 1 den Aktuator 10 um eine bestimmte Verformungsstrecke, d. h. den Vorschub der Kugel 8 entlang der Richtung z an und liest den (Kraft-)Sensor 9 aus, der die Gegenkraft, die das Gewebe 2 dieser Verformung entgegensetzt, erfaßt.In the force measuring variant, a control device C controls the device 1 the actuator 10 by a certain deformation distance, ie the advance of the ball 8th along the direction z and reads the (force) sensor 9 out, which is the counterforce that the tissue 2 opposes this deformation, detected.

In der wegmessenden Variante steuert ein Steuergerät C der Vorrichtung 1 den Aktuator 10 so an, dass dieser mit einer bestimmten Kraft die Kugel 8 entlang der Richtung z gegen die Oberfläche 5 drückt an und liest den (Weg-)Sensor 9 aus, der den Vorschub der Tastkugel 8 gegen das Gewebe erfaßt.In the distance measuring variant controls a controller C of the device 1 the actuator 10 so that this with a certain force the ball 8th along the direction z against the surface 5 presses and reads the (distance) sensor 9 off, which is the feed of the probe ball 8th detected against the tissue.

Die Steuereinrichtung C ermittelt aus dem bekannten und dem gemessenen Wert für Kraft/Weg das lokale Elastizitätsmodul des Gewebes 2 längs der Richtung z. Um die Oberfläche 2 abzufühlen, ist der Taster 6 in einer Ausführungsform mit einem Scanner 15 verbunden, der den Taster 6 über die Gewebeoberfläche 5 verschiebt.The control device C determines from the known and the measured value for force / displacement the local modulus of elasticity of the tissue 2 along the direction z. To the surface 2 to feel, is the button 6 in an embodiment with a scanner 15 connected to the button 6 over the tissue surface 5 shifts.

Dieser Scanner 15 ist optional. Z. B. kann der Taster 6 auch im Sinne eines herkömmlichen Ultraschallkopfes ausgebildet sein kann, der von einem Bediener, welcher die Untersuchung durchführt, manuell über die Gewebeoberfläche 5 geführt wird.This scanner 15 is optional. For example, the button 6 may also be designed in the sense of a conventional ultrasound head manually by the operator performing the examination over the tissue surface 5 to be led.

Ein einzelner Taster 6 erlaubt eine Ortsauflösung quer zur Richtung z, wenn eine bekannte Verschiebung quer zur Richtung z, z. B. mit Hilfe des Scanners 15, ausgeführt wird, oder mehrere Taster 6 nebeneinander angeordnet sind. A single button 6 allows a spatial resolution transverse to the direction z when a known displacement transversely to the direction z, z. B. with the help of the scanner 15 , is executed, or multiple buttons 6 are arranged side by side.

Gemäß 2 sind mehrere Taster 6 in einem Meßkopf 14 zusammengefaßt. In der Bauweise der 2 ist darüber hinaus die Messung anders ausgebildet, als in der Bauweise der 1. Natürlich kann auch die Wegmessung gemäß 1 ebenfalls in einem Meßkopf 14 mit einem Array von Tastern 6 zur Anwendung kommen.According to 2 are several buttons 6 in a measuring head 14 summarized. In the construction of the 2 In addition, the measurement is designed differently than in the construction of the 1 , Of course, the distance measurement according to 1 also in a measuring head 14 with an array of buttons 6 come into use.

Die Messung erfolgt in der Bauweise der 2 dadurch, daß im Meßkopf nicht nur mehrere aktive Taster 6, sondern auch passive Fühler 12 vorgesehen sind, einen Nullwert der Kraft/des Weges ohne aktiv bewirkte Gewebedeformation 11, d. h. ohne Vorschub der Tastkugel 8 erfaßt, da die Fühler 12 an Gewebestellen anliegen, die nicht durch Aktuatoren 10 verformt werden. Auf diese Weise erfolgt eine differentielle Messung. Im Meßkopf 14 sind die Spitzen der aktiven Taster 6, z. B. die Tastkugeln 8, und der passiven Fühler 12, die Fühlerspitzen 13 haben, in einer Ebene angeordnet.The measurement takes place in the construction of the 2 in that not only several active buttons in the measuring head 6 , but also passive sensors 12 are provided, a zero value of the force / the way without actively effected tissue deformation 11 ie without advancing the probe ball 8th grasped, since the feelers 12 at tissue sites that are not affected by actuators 10 be deformed. In this way, a differential measurement takes place. In the measuring head 14 are the tips of the active buttons 6 , z. B. the Tastkugeln 8th , and the passive sensor 12 , the feeler tips 13 have arranged in a plane.

3 zeigt eine Draufsicht auf eine Weiterbildung der Bauweise der 2, in der nun die Taster 6 und die Fühler 12 in einem zweidimensionalen Feld angeordnet sind, das den Meßkopf 14 bildet. Dieser Meßkopf 14 kann ähnlich einem Ultraschallmeßkopf von einem Benutzer über die Gewebeoberfläche 5 geführt werden. 3 shows a plan view of a development of the construction of 2 in which now the buttons 6 and the feelers 12 are arranged in a two-dimensional field, the measuring head 14 forms. This measuring head 14 can be similar to an ultrasound probe by a user across the tissue surface 5 be guided.

Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da in der Benutzung eine weitgehende Analogie zu herkömmlichen Ultraschallgeräten gegeben ist. Bei solchen Ultraschallgeräten sind es Benutzer gewohnt, den Ultraschallkopf fest auf die Gewebeoberfläche aufzudrücken, um etwaige Lufteinschlüsse zu vermeiden und einen innigen Kontakt zwischen Ultraschallschwinger und Gewebe zu realisieren. Ein solches Andrücken des Meßkopfes 14 auf die Gewebeoberfläche 5 wird durch die Fühler 12 meßtechnisch egalisiert, da die Kraft, mit der der Meßkopf 14 an die Gewebeoberfläche 5 gedrückt wird, lokal in direkter Nachbarschaft zu den aktiven Tastern 6 bekannt ist. Durch eine einfache Differenzbildung der vom Fühler 12 gemessenen Kraft und der Kraft, welche an den aktiven Tastern 6 gemessen wird, kann man einfach die Rückstellkraft des Gewebes lokal aufgelöst ermitteln.This embodiment is particularly advantageous, since in use a broad analogy to conventional ultrasound devices is given. In such ultrasound devices, users are accustomed to press the ultrasound head firmly on the tissue surface in order to avoid any air pockets and to realize intimate contact between the ultrasound transducer and tissue. Such a pressing of the measuring head 14 on the tissue surface 5 gets through the feelers 12 metrologically equalized, since the force with which the measuring head 14 to the tissue surface 5 is pressed locally in the immediate vicinity of the active buttons 6 is known. By a simple difference of the sensor 12 measured force and the force acting on the active buttons 6 is measured, you can simply determine the restoring force of the tissue locally resolved.

Die Aktuatoren werden bevorzugt in eine periodische Bewegung ausgelenkt.The actuators are preferably deflected into a periodic movement.

Wenn die Aktuatoren im Pulsbetrieb arbeiten, kann durch gleichzeitige Aufnahme an mehreren Tastern 6 und ggf. auch Fühlern 12 eine Detektion von Stoßwellen erfolgen, die in das Gewebe 2 eingebracht und dort in der Tiefe rückgestreut wurden. Dies entspricht in etwa einer optischen Wellenfrontdetektion, hier nun jedoch in mechanischer Umsetzung.If the actuators work in pulsed mode, can be achieved by simultaneous recording on multiple buttons 6 and possibly also feelers 12 A detection of shock waves takes place in the tissue 2 were introduced and backscattered there in the depth. This corresponds approximately to an optical wavefront detection, but here in mechanical implementation.

4 zeigt als schematische Schnittdarstellung den Meßkopf 14 der Vorrichtung 1 in einer weiteren Ausgestaltung. Der Meßkopf realisiert dabei exemplarisch ein Handteil, das in seiner Bedienung dem Handstück herkömmlicher Ultraschallmeßgeräte ähnelt oder gleich kommt. In Ergänzung zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen hat die Ausführungsform der 4 zusätzlich eine relative Positionsmeßvorrichtung in Form einer optischen Maus 16. Diese Begriff ist deshalb hier verwendet, da das Meßverfahren, welches ausgeführt wird, dem einer optischen Computermaus gleicht. Im Ergebnis liefert die optische Maus 16 relative Positionsdaten an das Steuergerät C (in 4 nicht eingezeichnet) und erlaubt damit die Relativbewegung des Meßkopfes 14 über die Gewebeoberfläche 5 zu erfassen. Zur Definition einer Referenzebene, aus welcher die Tastkugel 8 ausgelenkt wird, ist auf beiden Seiten der Tastkugel 8 eine entsprechenden Auflageeinrichtung vorgesehen, hier beispielshalber durch Rollen 17, 18 realisiert. Sie definieren eine Referenzebene, die so gewählt ist, daß die Spitze der Tastkugel 8 bei nicht betätigtem Aktuator 10 genau in dieser Referenzebene liegt. Die Wegmessung, bzw. die Definition des bestimmten Vorschubes ist dann auf diese Referenzebene bezogen. Die 4 und 6 zeigen die Verhältnisse bei unterschiedlichen Gewebsschichten 3, 4. 4 zeigt das Eindringen der Tastkugel 8 in ein weiches Gewebe, so daß die Tastkugel tiefer als die Referenzebene zu liegen kommt. 6 zeigt die Verhältnisse bei einer „Verhärtung”, deckt also einen Fall ab, in dem die Gewebeoberfläche gegenüber der Referenzebene eine Erhebung aufweist. 4 shows a schematic sectional view of the measuring head 14 the device 1 in a further embodiment. The measuring head realized by way of example a hand part, which is similar in operation to the handpiece conventional Ultraschallmeßgeräte or equal. In addition to the embodiments already described, the embodiment of the 4 in addition, a relative position measuring device in the form of an optical mouse 16 , This term is therefore used here because the measuring method that is performed is similar to that of an optical computer mouse. As a result, the optical mouse provides 16 relative position data to the control unit C (in 4 not shown) and thus allows the relative movement of the measuring head 14 over the tissue surface 5 capture. To define a reference plane from which the probe ball 8th is deflected, is on both sides of the probe ball 8th provided a corresponding support means, here by way of example by rolling 17 . 18 realized. They define a reference plane that is chosen so that the tip of the probe ball 8th when the actuator is not actuated 10 lies exactly in this reference plane. The displacement measurement or the definition of the specific feed is then related to this reference plane. The 4 and 6 show the conditions with different tissue layers 3 . 4 , 4 shows the penetration of the probe ball 8th in a soft tissue, so that the probe ball is lower than the reference plane to lie. 6 shows the conditions in a "hardening", thus covering a case in which the tissue surface opposite the reference plane has a survey.

5 zeigt eine Schemaansicht des Meßkopfes 14 von der Unterseite, d. h. von der Seite, welche auf die Gewebeoberfläche 5 aufgesetzt wird. Die Darstellung entspricht also der Ansicht der 3. Gut zu erkennen ist, daß zwei optische Mäuse 16 vorgesehen sind, so daß nicht nur lineare Relativbewegungen gegenüber der Gewebeoberfläche 5 erfaßt werden, sondern auch Rotationen. Dies erleichtert die Kartierung des überstrichenen Gewebes. Auch ist zu erkennen, daß die aktiven Taster 6 mit ihren Tastkugeln 8 in einer Linie angeordnet sind, in der sie sich mit passiven Fühlern 6, welche die Fühlerspitzen 13 haben, abwechseln. 5 shows a schematic view of the measuring head 14 from the bottom, ie from the side, which points to the tissue surface 5 is put on. The representation thus corresponds to the view of 3 , Good to see is that two optical mice 16 are provided so that not only linear relative movements relative to the tissue surface 5 be detected, but also rotations. This facilitates the mapping of the swept tissue. It can also be seen that the active buttons 6 with their tactile balls 8th arranged in a line in which they deal with passive feelers 6 which the feeler tips 13 have, take turns.

7 zeigt eine alternative Ausgestaltung, in der Zeilen, welche ausschließlich aus Tastern 6 bestehen, neben einer Zeile aus passiven Fühlern 12 angeordnet ist. Die Zeilen sind dabei derart gegeneinander verschoben, daß die Tastkugeln 8 in einer Zick-Zack-Anordnung mit den Fühlerspitzen 13 liegen. 7 shows an alternative embodiment, in the lines, which exclusively from buttons 6 exist next to a line of passive probes 12 is arranged. The lines are shifted from each other in such a way that the Tastkugeln 8th in a zigzag arrangement with the feeler tips 13 lie.

Die 8 und 10 zeigen weitere Ausführungsformen, die denen der 4 und 6 ähneln. Allerdings ist hier zusätzlich ein Ultraschallmeßkopf 19 starr am Meßkopf 14 angekoppelt. Damit kann eine ideale Kombination von Ultraschallmessung und Tastmessung erreicht werden.The 8th and 10 show further embodiments that those of 4 and 6 resemble. However, here is an additional Ultraschallmeßkopf 19 rigidly on the measuring head 14 coupled. Thus, an ideal combination of ultrasonic measurement and tactile measurement can be achieved.

Die 9 und 11 zeigen, daß natürlich auch mehrere rein aktive Taster 6 in einer Zeile angeordnet werden können (9) bzw. die Zick-Zack-Anordnung der 7 auch nur mit aktiven Tastern 6 ausgeführt werden kann.The 9 and 11 show that, of course, several purely active button 6 can be arranged in one line ( 9 ) or the zig-zag arrangement of 7 also only with active buttons 6 can be executed.

Die 12 bis 15 betreffen die Wegmessung der Tastkugel 8 durch optische Einrichtungen. In 12 ist ein Hebel mit dem Taststift 7 so verbunden, daß ein Spiegel 21 am freien Ende des einseitigen Hebels liegt. Er wird mit Strahlung aus einer LED 22 beleuchtet, welche je nach Stellung des Spiegels 21 und damit nach Auslenkung des Taststiftes 7 auf unterschiedliche Detektoren 23, 24 bzw. unterschiedliche Abschnitte eines ortsauflösenden Sensors, beispielsweise eines CCD-Sensors, gelangt.The 12 to 15 concern the displacement measurement of the probe ball 8th through optical devices. In 12 is a lever with the stylus 7 connected so that a mirror 21 located at the free end of the one-sided lever. He is using radiation from an LED 22 illuminated, which depending on the position of the mirror 21 and thus after deflection of the stylus 7 on different detectors 23 . 24 or different sections of a spatially resolving sensor, for example a CCD sensor, passes.

Durch Auslesen des CCD-Sensors kann damit die Stellung des Taststiftes 7 einfach ermittelt werden. Dies zeigen die 12 und 13, welche unterschiedliche Positionen der Tastkugel 8 und damit unterschiedliche Stellungen des Spiegels 21 verdeutlicht.By reading the CCD sensor can thus the position of the stylus 7 easily determined. This is shown by the 12 and 13 which different positions of the probe ball 8th and thus different positions of the mirror 21 clarified.

Gemäß 14 wird die Strahlung von der LED 22 ebenfalls über einen Lichtweg geführt, der ein optisches Element beinhaltet, das mit dem Taststift 7 verbunden ist. Anders als in den 12 und 13 ist das optische Element hier kein Spiegel, welcher über einen Hebel 20 mit dem Taststift 7 verbunden ist, sondern eine Linse 25, die am Taststift 7 angebracht ist und die Strahlung von der LED auf die Detektorelemente 23, 24 oder einen ortsauflösenden Detektor bündelt. Die Lage des derart erzeugten Spots auf dem Detektor erlaubt es, die Position des Taststiftes 7 zu ermitteln.According to 14 is the radiation from the LED 22 also passed over a light path that includes an optical element with the stylus 7 connected is. Unlike in the 12 and 13 the optical element here is not a mirror, which via a lever 20 with the stylus 7 is connected, but a lens 25 on the stylus 7 is attached and the radiation from the LED to the detector elements 23 . 24 or a spatially resolving detector bundles. The location of the spot thus produced on the detector allows the position of the stylus 7 to investigate.

15 zeigt, daß es möglich ist, einen Spiegel 21 auch ohne Hebel 20 mit dem Taststift 7 zu verbinden. Es ist exemplarisch am Ende, das der Tastkugel 8 gegenüberliegt. Je nach Lage der Tastkugel 8 liegt der Spiegel 21 damit höher oder tiefer, was sich auf die Reflexion der von der LED 21 abgegebenen Strahlung auswirkt. Eine Blende 26 steht exemplarisch für entsprechende Mittel zur Strahlformung bei der Ausführungsform der 15, die natürlich auch in den Ausführungsformen der 11 bis 14 vorgesehen seien können. Natürlich kann mit der Blende auch eine Abschattung vor direkt von der Lichtquelle kommender Strahlung, also vor Strahlung, die nicht über den Spiegel läuft, bewirkt werden. 15 shows that it is possible to have a mirror 21 even without levers 20 with the stylus 7 connect to. It is exemplary in the end, that of the Tastkugel 8th opposite. Depending on the location of the probe ball 8th is the mirror 21 Thus, higher or lower, which is due to the reflection of the LED 21 emitted radiation. A panel 26 is exemplary of corresponding means for beam shaping in the embodiment of the 15 , which of course also in the embodiments of the 11 to 14 can be provided. Of course, with the aperture also a shading in front of the light source directly from radiation, so before radiation, which does not run over the mirror, be effected.

Claims

Imaging device ( 1 ) for a biological tissue ( 2 ), which has - an active button ( 6 ), which - a stylus ( 7 ), which carries a stylus tip, - an actuator ( 10 ), the tip of the probe against a tissue surface ( 5 ) in a first direction (z) advances by a certain feed and thereby the tissue surface ( 5 ) a deformation ( 11 ), wherein the determined feed is defined by a path, - a force measuring device which measures a force which the actuator ( 10 ) for the particular deformation ( 11 ), characterized in that - the device ( 1 ) has a control device (C), the active button ( 6 ) to the specific feed and out of path and measured force a modulus of elasticity of the tissue ( 2 ) determined along the first direction (z), - the force measuring device one in the active button ( 6 ) arranged force sensor ( 9 ), which measures a first force with which the active button ( 6 ) without actuation of the actuator ( 10 ) against the tissue surface ( 5 ), and a zero force measuring device ( 12 ), which measures a second force with which the active button ( 6 ) upon actuation of the actuator ( 10 ) against the tissue surface ( 5 ), wherein the control device (C) or the force measuring device determines the measured force from a difference between the second and first force.

Imaging device ( 1 ) for a biological tissue ( 2 ), which has - at least one active button ( 6 ), which - a stylus ( 7 ), which carries a stylus tip, - an actuator ( 10 ), the tip of the probe against a tissue surface ( 5 ) in a first direction (z) advances by a certain feed and thereby the tissue surface ( 5 ) a deformation ( 11 ), wherein the determined feed is defined by a path, - a force measuring device which measures a force which the actuator ( 10 ) for the particular deformation ( 11 ), characterized in that - the device ( 1 ) has a control device (C), which has the at least one active button ( 6 ) to the specific feed and out of path and measured force a modulus of elasticity of the tissue ( 2 ) along the first direction (z), - the force measuring device per active button ( 6 ) - a passive sensor ( 12 ), which is next to the probe tip on the tissue surface ( 5 ) comes to rest and has a first force sensor which measures a first force with which the passive sensor ( 12 ) against the tissue surface ( 5 ), A second force sensor ( 9 ), which measures a second force with which the active button ( 6 ) upon actuation of the actuator ( 10 ) against the tissue surface ( 5 ), and wherein the control device (C) or the force measuring device determines the measured force from a difference between the second and the first force.

Imaging device ( 1 ) according to claim 2, characterized in that several groups of active buttons ( 6 ) and passive sensors ( 12 ) are formed, wherein the groups are arranged in an array and a measuring head ( 14 ) form.

Imaging device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the array is rectangular.

Imaging device ( 1 ) according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the probe tip a Tastkugel ( 8th ).

Imaging device ( 1 ) for a biological tissue ( 2 ), which has - at least one active button ( 6 ), which - a stylus ( 7 ), which carries a stylus tip, - an actuator ( 10 ), the tip of the probe against a tissue surface ( 5 ) in a first direction (z) advances by a certain feed and thereby the tissue surface ( 5 ) a deformation ( 11 ), wherein the predetermined feed is defined by a force with which the probe tip is advanced, - a path measuring device ( 9 ), which measures a distance traveled by the probe tip at the particular feed, comprises, - a control device (C), which controls the at least one active probe ( 6 ) to the specific feed and from force and measured path a modulus of elasticity of the tissue ( 2 ) along the first direction (z), characterized in that - the path measuring device ( 9 ) a light source ( 22 ), one on the stylus ( 7 ) and with this movable, optical component ( 21 . 25 ) and a light receiver ( 23 . 24 ), wherein the light source ( 22 ) Light along a light path to the light receiver ( 23 . 24 ) and the optical component ( 21 . 25 ) is arranged in the light path.

Imaging device ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the probe tip a Tastkugel ( 8th ).

Imaging device ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the optical component ( 21 . 25 ) a lens ( 25 ) or a mirror ( 21 ).

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the displacement measuring device ( 9 ) comprises at least one distance sensor, the at least one active button ( 6 ), wherein the at least one distance sensor adjacent to the at least one active button ( 6 ) the distance to the undeformed tissue surface ( 5 ).

Imaging device ( 1 ) according to claim 9, characterized in that - the path measuring device ( 9 ) per active button ( 6 ) - a passive sensor ( 12 ) as a distance sensor, which next to the probe tip on the tissue surface ( 5 ) comes to the plant and has a first displacement sensor, which measures a first path to which the passive sensor ( 12 ) is displaced with respect to a reference plane, and - a second displacement sensor ( 9 ), which measures a second path around which the active button ( 6 ) upon actuation of the actuator ( 10 ) is displaced with respect to a reference plane, and - the control device (C) or the path measuring device ( 9 ) determines the measured force from a difference between the second and first paths.

Imaging device ( 1 ) according to claim 9 or 10, characterized in that several groups of active button ( 6 ) and distance sensor are formed, wherein the groups are arranged in an array and a measuring head ( 14 ) form.

Imaging device ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the array is rectangular.

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the control device (C) each active button ( 6 ) in a periodic movement, which in each period the probe tip on the tissue surface ( 5 ) and then moved away from this again.

Imaging device ( 1 ) according to claim 13, characterized in that the periodic movement is a vibration.

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that it comprises a transverse displacement device ( 15 ) having the at least one active button ( 6 ) transversely to the first direction (z) and a position signal for the at least one active button ( 6 ), wherein the control device (C) detects the position signal and spatially resolved the elastic modulus of the tissue ( 2 ).

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that it is designed as a hand-held device which has a position-determining device ( 16 ), which has a Relative movement relative to the tissue surface ( 5 ) detected.

Imaging process for a biological tissue ( 2 ), where at least one active button ( 6 ), which has a stylus ( 7 ), which carries a stylus tip is used, wherein at various points of a tissue surface ( 5 ) - the at least one active button ( 6 ) against the tissue surface ( 5 ) is advanced by a certain amount in a first direction (z) to the tissue surface ( 5 ) a deformation ( 11 ), wherein the determined feed is defined by a path, - a force which is responsible for the deformation ( 11 ) by the at least one active button ( 6 ), is measured, and - from the path and the measured force, a modulus of elasticity of the tissue ( 2 ) along the first direction (z), characterized in that - for measuring the force required to deform ( 11 ) is required, adjacent to each active button ( 6 ) at least one passive sensor ( 12 ), which applies a first force to the tissue surface ( 5 ), and one on each of the active buttons ( 6 ) acting second force and the deformation ( 11 ) of the tissue surface ( 5 ) force is determined as a difference between the second and first force.

Imaging method according to claim 17, characterized in that the probe tip is a probe ball ( 8th ).

Imaging process for a biological tissue ( 2 ), where at least one active button ( 6 ), which has a stylus ( 7 ), which carries a stylus tip is used, wherein at various points of a tissue surface ( 5 ) - the at least one active button ( 6 ) against the tissue surface ( 5 ) is advanced by a certain amount in a first direction (z) to the tissue surface ( 5 ) a deformation ( 11 ), wherein the determined feed is defined by a force with which the stylus tip is advanced, - a path traveled by the stylus tip at the particular advancement, and - a modulus of elasticity of the tissue from the force and the measured path ( 2 ) along the first direction (z), characterized in that - for measuring the distance adjacent each active button ( 6 ) at least one passive sensor ( 12 ), which measures a first path around which the passive sensor ( 12 ) is moved relative to a reference plane, and a second path is measured, by which each of the active buttons ( 6 ) is shifted relative to the reference plane, and the path traveled by the probe tip at the particular feed is determined as a difference between the second and first paths.

An imaging method according to claim 19, characterized in that the probe tip a Tastkugel ( 8th ).

Imaging method according to claim 17 or 19, characterized in that a plurality of groups of active buttons ( 6 ) and passive sensor ( 12 ) are formed, wherein the groups are arranged in an array and a measuring head ( 14 ) form.

Imaging method according to one of claims 17 to 21, characterized in that each button ( 6 ) is moved periodically, wherein in each period the probe tip on the tissue ( 2 ) and then moved away from it again.

An imaging method according to claim 22, characterized in that the periodic motion is a vibration.