DE102015101834A1 - Method and device for detection and localization of micro-stimulated particles - Google Patents

Method and device for detection and localization of micro-stimulated particles Download PDF

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Ralf Stephan
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    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und Lokalisierung von Partikeln mittels elektromagnetischer Wellen. Dazu werden folgende Schritte ausgeführt: Auswahl von Partikeln (01) mit vorbestimmten magnetischen oder thermischen Eigenschaften, die eine Mikrostimulation ermöglichen; Einbringen der Partikel (01) in ein Untersuchungsobjekt; Aussenden elektromagnetischer Wellen (07) zum Untersuchungsobjekt (02, 03) und Empfangen eines zurückgestreuten Signals (08). Erfindungsgemäß wird eine zeitlich veränderliche äußere Kraft in das Untersuchungsobjekt eingeprägt, wobei diese Kraft so ausgewählt ist, dass sie aufgrund der vorbestimmten Eigenschaften der Partikel (01) ebendiese magnetisch oder thermisch mikrostimuliert. Das zurückgestreute Signal (08) wird ausgewertet durch Korrelation des Zeitverlaufes des zurückgestreuten Signals (08) und der Änderung der äußeren Kraft über die Zeit. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Detektion und Lokalisierung von in einem Untersuchungsobjekt (02, 03) enthaltenen Partikeln (01).The invention relates to a method for the detection and localization of particles by means of electromagnetic waves. For this purpose, the following steps are carried out: selection of particles (01) with predetermined magnetic or thermal properties which enable micro-stimulation; Introducing the particles (01) into an examination object; Emitting electromagnetic waves (07) to the examination subject (02, 03) and receiving a backscattered signal (08). According to the invention, a temporally variable external force is impressed into the examination object, wherein this force is selected such that it microstimulates the same magnetically or thermally on the basis of the predetermined properties of the particles (01). The backscattered signal (08) is evaluated by correlating the time course of the backscattered signal (08) and the change in external force over time. The invention also relates to a device for detecting and localizing particles (01) contained in an examination object (02, 03).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion und Lokalisierung von mikrostimulierten Partikeln innerhalb eines Untersuchungsobjektes unter Verwendung elektromagnetischer Wellen. Solche Partikel werden vorzugsweise als ein Kontrastmittel in ein biologisches Gewebe eingebracht, welches durch die Detektion der Partikel untersucht werden soll. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildgebung von Zielobjekten, welche mithilfe der Partikel detektiert, lokalisiert und sichtbar gemacht werden sollen. Bei diesen Zielobjekten kann es sich beispielsweise um Tumore oder anderweitig veränderte Bereiche innerhalb von biologischen Geweben handeln. The present invention relates to a method and apparatus for detecting and localizing micro-stimulated particles within an examination subject using electromagnetic waves. Such particles are preferably introduced as a contrast agent into a biological tissue, which is to be examined by the detection of the particles. Furthermore, the invention relates to a method and a device for imaging target objects, which are to be detected, localized and visualized by means of the particles. These targets may be, for example, tumors or otherwise altered areas within biological tissues.

Die DE 36 50 644 T2 beschreibt ein Verfahren zur Kernspinresonanz-Bildgebung, bei dem biologisch aktive magnetische Partikel als Kontrastmittel verwendet werden. Die Druckschrift beschreibt insbesondere auch die Herstellung magnetischer Partikel. The DE 36 50 644 T2 describes a method for nuclear magnetic resonance imaging in which biologically active magnetic particles are used as contrast agents. The document in particular also describes the production of magnetic particles.

Die WO 2011 117724 A2 zeigt ein Verfahren zur Bildgebung biologischer Objekte unter Anwendung eines Radarsystems, welches Mikrowellen aussendet und empfängt. Es wird das Ziel verfolgt, die Auflösung zu erhöhen und tiefere Gewebeschichten zu erreichen, indem ein Bild aus einer Ansammlung an Empfangssignalen von verschiedenen Bewegungszuständen generiert wird. Dies geschieht unter der Annahme, dass sich die darzustellenden veränderten Gewebeteile über die Zeit bewegen. Die Bewegung wird beispielsweise durch den Herzschlag ausgelöst. Durch diese natürliche Bewegung erfolgt eine Verschiebung der ausgesendeten und am Gewebe reflektierten Mikrowellen auf Grundlage des Dopplereffektes. The WO 2011 117724 A2 shows a method of imaging biological objects using a radar system that emits and receives microwaves. The goal is to increase the resolution and to achieve deeper tissue layers by generating an image from a collection of received signals from different states of motion. This is done on the assumption that the altered tissue parts to be displayed move over time. The movement is triggered, for example, by the heartbeat. Due to this natural movement, the emitted and tissue-reflected microwaves are displaced on the basis of the Doppler effect.

Aus der EP 2 692 289 A1 ist eine Vorrichtung zur Bildgebung von Geweben, Tumoren, Strukturen, Läsionen und Ablationen bekannt. Ziel ist es, eine weiche Bildgebung von tiefem Gewebe zu realisieren. Dabei soll eine Kombination aus einer Ultraschalltechnologie mit einer Radarsensorik zum Einsatz kommen. Die Ultraschalltechnologie umfasst zumindest zwei fokussierte Ultraschallstrahlen und dient dazu, eine Vibration des Zielgewebes auszulösen, während die Radarsensorik die dadurch Doppler-verschobene Antwort misst. From the EP 2 692 289 A1 A device is known for imaging tissues, tumors, structures, lesions and ablations. The aim is to realize a soft imaging of deep tissue. In this case, a combination of an ultrasonic technology with a radar sensor will be used. The ultrasound technology includes at least two focused ultrasound beams and serves to induce vibration of the target tissue while the radar sensor measures the resulting Doppler-shifted response.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ausgehend von diesem Stand der Technik darin zu sehen, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion und Lokalisierung von Partikeln innerhalb eines Untersuchungsobjektes unter Verwendung elektromagnetischer Wellen bereit zu stellen, wobei insbesondere der spezifische Kontrast verbessert und eine qualitativ bessere und wesentlich höhere Lokalisierungsgenauigkeit erreicht werden soll. Dies soll für verschiedene Untersuchungsobjekte ermöglicht werden, insbesondere auch bei der Untersuchung von tiefer liegendem biologischen Gewebe. It is an object of the present invention, starting from this prior art, to provide an improved method and apparatus for detecting and locating particles within an object of examination using electromagnetic waves, in particular improving the specific contrast and providing a better quality and better performance much higher localization accuracy should be achieved. This should be made possible for different examination objects, in particular also for the examination of deeper lying biological tissue.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 7. The above object is achieved by a method according to the appended claim 1 and by a device according to the attached independent claim 7.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Detektion und Lokalisierung von Partikeln mittels elektromagnetischer Wellen. Die Partikel bilden eine Testsubstanz oder sind in dieser enthalten und zeichnen sich durch vorbestimmte Eigenschaften aus, welche beim Einbringen einer äußeren Kraft eine Mikrostimulierung der Partikel zur Folge haben. Die Mikrostimulation stellt im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Veränderung des Aktivitätsniveaus der Partikel dar. Die Detektion und Lokalisierung der Partikel wird mithilfe einer Niederleistungs-Radarsensorik durchgeführt. Bei den vorbestimmten Eigenschaften der Partikel handelt es sich insbesondere um magnetische oder auch thermische Eigenschaften, sodass die Mikrostimulation aufgrund dieser Eigenschaften eine Veränderung des magnetischen oder thermischen Aktivitätsniveaus hervorruft. The method according to the invention serves for the detection and localization of particles by means of electromagnetic waves. The particles form or are contained in a test substance and are characterized by predetermined properties, which result in the introduction of an external force micro-stimulation of the particles. For the purposes of the present invention, microstimulation represents a change in the activity level of the particles. The detection and localization of the particles is carried out by means of a low-power radar sensor system. The predetermined properties of the particles are, in particular, magnetic or thermal properties, so that the microstimulation causes a change in the magnetic or thermal activity level due to these properties.

Die Radarsensorik sendet in an sich bekannter Weise elektromagnetische Wellen zu einem Untersuchungsobjekt und empfängt die von diesem Objekt zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen, welche im Folgenden als Signale bezeichnet werden, da in den Wellen nach der Reflektion am Untersuchungsobjekt Informationen über Position und ggf. Bewegung des die Wellen reflektierenden Objektes abgelegt sind. Das Aussenden und Empfangen der elektromagnetischen Wellen erfolgt mit einer elektromagnetischen Sensorik, die zumindest eine Sendeantenne, eine Empfangsantenne und eine Auswerteelektronik umfasst. The radar sensor sends in a conventional manner electromagnetic waves to an object to be examined and receives the backscattered by this object electromagnetic waves, which are referred to as signals, as in the waves after reflection on the object under investigation information about position and possibly movement of the waves are stored reflective object. The transmission and reception of the electromagnetic waves takes place with an electromagnetic sensor system which comprises at least one transmitting antenna, one receiving antenna and evaluation electronics.

In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden Partikel nach ihren vorbestimmten Eigenschaften ausgewählt. Die Partikel bilden eine oder sind Bestandteil einer Testsubstanz bei welcher es sich vorzugsweise um ein Kontrastmittel handelt. Die vorbestimmten Eigenschaften der Partikel weichen von solchen des Untersuchungsobjektes ab, damit im späteren Verlauf des Verfahrens die Partikel detektiert und lokalisiert werden können. Die vorbestimmten Eigenschaften sind bevorzugt magnetische oder thermische Eigenschaften. Die vorbestimmten Eigenschaften der Partikel sind so gewählt, dass sie eine Mikrostimulation durch Einprägen einer äußeren Kraft ermöglichen. Grundsätzlich sind daher auch Lösungen denkbar, bei denen mechanische, fluidische oder dielektrische Eigenschaften der Partikel beeinflusst werden. In a further step of the method, particles are selected according to their predetermined properties. The particles form or are part of a test substance, which is preferably a contrast agent. The predetermined properties of the particles differ from those of the examination subject so that the particles can be detected and located later in the process. The predetermined properties are preferably magnetic or thermal properties. The predetermined properties of the particles are chosen to allow micro-stimulation by impressing an external force. In principle, therefore, solutions are conceivable in which mechanical, fluidic or dielectric properties of the particles are influenced.

In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird die Testsubstanz in das Untersuchungsobjekt eingebracht. Das Einbringen der Testsubstanz kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann die Testsubstanz bei einem biologischen Objekt beispielsweise über Injektionen oder Stoffwechselvorgänge eingebracht werden. In a further step of the method, the test substance is introduced into the examination subject. The introduction of the test substance can be done in various ways. Thus, the test substance can be introduced in a biological object, for example via injections or metabolic processes.

In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird eine phasen-, amplituden- oder frequenzgesteuerte physikalische Kraft von außen in das Untersuchungsobjekt eingeprägt, welche während der Beobachtungszeit variiert wird. Die Auswahl der vorbestimmten Eigenschaften der Partikel bestimmt die Art der Kraft, welche von außen auf das Objekt eingebracht werden muss, damit die Partikel mikrostimuliert werden können. Dementsprechend wird eine äußere Krafteinwirkung besonders bevorzugt durch magnetische Felder realisiert. Infolge der Krafteinwirkung werden die mikrostimulierten Partikel zu einer Bewegung veranlasst, welche wiederum über die Beobachtungszeit variiert. In a further step of the method, a phase, amplitude or frequency-controlled physical force is impressed from outside into the examination object, which is varied during the observation time. The selection of the predetermined properties of the particles determines the type of force which must be applied to the object from the outside, so that the particles can be micro-stimulated. Accordingly, an external force is particularly preferably realized by magnetic fields. As a result of the force, the micro-stimulated particles are caused to move, which in turn varies over the observation time.

Trifft nun eine, durch die Radarsensorik ausgesendete, elektromagnetische Welle auf die Partikel, wird sie aufgrund der durch die Mikrostimulation induzierten Bewegung der Partikel Doppler-verschoben zurückgestreut. Die Dopplerverschobenen Anteile der rückgestreuten elektromagnetischen Wellen unterscheiden sich daher deutlich von den Anteilen, die von umgebenden Bestandteilen des Untersuchungsobjektes oder von nicht mikrostimulierten Partikeln reflektiert werden. If an electromagnetic wave emitted by the radar sensor system now strikes the particles, it is scattered back Doppler-shifted due to the movement of the particles induced by the microstimulation. The Doppler-shifted components of the backscattered electromagnetic waves therefore differ significantly from the portions that are reflected by surrounding components of the examination object or by non-micro-stimulated particles.

Weiterhin erfolgt ein Auswerten des Signals, welches die durch die mikrostimulierten Partikel zurückgestreuten Wellen repräsentiert. Dafür werden der Zeitverlauf des zurückgestreuten Signals und die Änderung der von außen eingebrachten Kraft über die Zeit korreliert. Der Zeitverlauf des zurückgestreuten Signals zeigt beispielsweise, ob eine Phasenverschiebung oder eine Frequenzänderung stattgefunden hat. Furthermore, the signal is evaluated, which represents the waves backscattered by the micro-stimulated particles. For this purpose, the time course of the backscattered signal and the change in the external force are correlated over time. The time course of the backscattered signal shows, for example, whether a phase shift or a frequency change has taken place.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Beobachtung einer mechanischen Bewegung, die durch die Mikrostimulation hervorgerufen wird, eine sehr gute Entkopplung zwischen dem anregenden Kraftfeld und dem Radarsignal erreicht wird. Durch die Mikrostimulation der Partikel erfolgt eine Erhöhung des Signalkontrastes zu umliegenden Regionen des zu untersuchenden Objektes. Die aus der Mikrostimulation resultierende Bewegung moduliert das zurückgestreute Signal über den Dopplereffekt und erlaubt damit eine dynamische Kontrasterhöhung im Vergleich zu den bisher angewendeten statischen bzw. zeitlich unkorrelierten Verfahren zur Kontrasterhöhung. Damit ermöglicht es das Verfahren bei der Untersuchung biologischer Gewebe, tiefere Gewebeschichten zu erreichen und die Auflösung bei der Bildgebung des zu untersuchenden Objektes zu erhöhen. A particular advantage of the method according to the invention is that a very good decoupling between the exciting force field and the radar signal is achieved by the observation of a mechanical movement, which is caused by the microstimulation. The micro-stimulation of the particles increases the signal contrast to surrounding regions of the object to be examined. The movement resulting from the microstimulation modulates the backscattered signal via the Doppler effect and thus allows a dynamic increase in contrast compared to the previously used static or temporally uncorrelated contrast enhancement methods. In this way, when investigating biological tissue, the method makes it possible to achieve deeper tissue layers and to increase the resolution during imaging of the object to be examined.

Besonders bevorzugt wird das Verfahren in der biomedizinischen Diagnostik bei der Suche nach verändertem Gewebe in biologischen Objekten angewendet, beispielsweise um Tumore lokalisieren zu können. In diesem Fall ist das Untersuchungsobjekt ein biologisches Objekt und das Zielobjekt ein krankhaft verändertes Gewebe. Zur Untersuchung des Objektes muss sich die Testsubstanz mit den mikrostimulierbaren Partikeln nach dem Einbringen in das biologische Objekt in dem veränderten Gewebe anreichern, so dass ein Konzentrationsunterschied an Partikeln zwischen dem gesunden und dem veränderten Gewebe entsteht. The method is particularly preferably used in biomedical diagnostics in the search for altered tissue in biological objects, for example in order to be able to localize tumors. In this case, the examination object is a biological object and the target object is a pathologically changed tissue. To examine the object, the test substance with the micro-stimulable particles must accumulate in the altered tissue after introduction into the biological object, so that a difference in concentration of particles arises between the healthy and the changed tissue.

Allgemeine Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens ist eine ausreichende Elastizität des zu detektierenden Zielobjektes, so dass eine selektive Bewegung der Partikel einschließlich des sie direkt umgebenden Materials ermöglicht wird. Beispielsweise ist ein Nachweis eingebrachter Partikel in Blutgefäßen, Drüsen- oder Bindegewebe als Umgebungen mit jeweils recht hoher Elastizität möglich. A general prerequisite for the application of the method is sufficient elasticity of the target object to be detected so that a selective movement of the particles, including the material directly surrounding them, is made possible. For example, it is possible to detect incorporated particles in blood vessels, glandular or connective tissue as environments with very high elasticity in each case.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Testsubstanz ausgewählt, welche magnetisierbare Partikel (Magnetpartikel) enthält. Die Kraft, die notwendig ist, um diese Magnetpartikel zu mikrostimulieren, soll bevorzugt durch ein inhomogenes Magnetfeld eingebracht werden. Das Magnetfeld soll bevorzugt durch einen, durch eine Spule fließenden, zeitlich veränderlichen Strom erzeugt werden. Durch die Anziehungs- bzw. Abstoßungswirkung des Magnetfeldes auf die Magnetpartikel in der Testsubstanz werden diese Partikel in eine schwingende Bewegung versetzt (Mikrostimulation). In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a test substance is selected which contains magnetizable particles (magnetic particles). The force necessary to micro-stimulate these magnetic particles should preferably be introduced by an inhomogeneous magnetic field. The magnetic field should preferably be generated by a time-varying current flowing through a coil. The attraction or repulsion effect of the magnetic field on the magnetic particles in the test substance causes these particles to oscillate (microstimulation).

Als elektromagnetische Sensorik wird bevorzugt eine Ultrabreitband-Radarsensorik bereitgestellt. Diese sendet Mikrowellen aus und empfängt das durch die sich bewegenden Magnetpartikel Doppler-verschobene Signal. Dieses Signal wird ausgewertet, indem der Zeitverlauf des zurückgestreuten Signals mit der Kraftänderung des Magnetfeldes über die Zeit korreliert wird. As electromagnetic sensors, an ultra-wideband radar sensor is preferably provided. This emits microwaves and receives the Doppler-shifted signal due to the moving magnetic particles. This signal is evaluated by correlating the time course of the backscattered signal with the force change of the magnetic field over time.

Ein bevorzugter Anwendungsfall des Verfahrens ist die biomedizinische Diagnostik. Alternativ kann das Verfahren auch bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung oder für bildgebende Untersuchungsmethoden angewendet werden. A preferred application of the method is biomedical diagnostics. Alternatively, the method can also be used in the non-destructive testing of materials or for imaging examination methods.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion und Lokalisierung von Partikeln mittels elektromagnetischer Wellen beinhaltet eine Radarsensorik aus Sendeantenne, Empfangsantenne und Auswerteelektronik und ein Mittel zur Erzeugung eines Kraftfeldes, welches von außen in ein Untersuchungsobjekt eingeprägt werden kann. Das Mittel zur Erzeugung eines Kraftfeldes kann beispielsweise gebildet sein durch eine Magnetspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes, durch eine Membran zur Erzeugung von Ultraschallwellen oder durch einen Mikrowellenstrahler zur Erzeugung einer Mikrowellenstrahlung. The device according to the invention for the detection and localization of particles by means of electromagnetic waves includes a radar sensor system comprising transmitting antenna, receiving antenna and evaluation electronics and a means for generating a force field which can be impressed from outside into an examination object. The means for generating a force field can be formed for example by a magnetic coil for generating a magnetic field, by a membrane for generating ultrasonic waves or by a microwave emitter for generating a microwave radiation.

Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Einheit zur Bildgebung, welche eine Abbildung der detektierten und lokalisierten Partikel in dem beobachteten Gebiet erstellt. Die Auflösung der Struktur des beobachteten Gebiets verwendet eine Kombination der elektromagnetischen Sensorinformationen, der beobachteten Variation der Trägerphase des Signals, Daten über die Zeit-Frequenzabhängigkeiten und Intensitätsangaben zur eingeprägten äußeren Kraft. In a particularly preferred application, the apparatus further comprises an imaging unit that creates an image of the detected and localized particles in the observed area. The resolution of the structure of the observed area uses a combination of the electromagnetic sensor information, the observed variation of the carrier phase of the signal, data on the time-frequency dependencies, and intensity data on the impressed external force.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen: Further details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention, with reference to the drawing. Show it:

1: eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a schematic representation of a preferred embodiment of a device according to the invention;

2: zwei Diagramme, welche den Signalverlauf des zurückgestreuten Signals
a) ohne Mikrostimulation
b) mit Mikrostimulation
abbilden.
2 Two diagrams showing the waveform of the backscattered signal
a) without microstimulation
b) with microstimulation
depict.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung von biologischem Gewebe, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Anwendung bringt. 1 shows a schematic diagram of a device according to the invention for the investigation of biological tissue, which brings a method according to the invention for use.

Um das erfindungsgemäße Verfahren anwenden zu können, wird im dargestellten Beispiel eine magnetisierbare Partikelart ausgewählt, welche im Folgenden als Magnetpartikel 01 bezeichnet werden. Die Magnetpartikel 01 werden als Kontrastmittel in ein Untersuchungsobjekt eingebracht, welches biologischer Natur ist und neben gesundem Gewebe 02 auch krankhaft verändertes Gewebe 03 umfasst. Die Magnetpartikel 01 sammeln sich in dem krankhaft veränderten Gewebe 03 an. In order to be able to use the method according to the invention, a magnetizable particle type is selected in the example shown, which is referred to below as magnetic particles 01 be designated. The magnetic particles 01 are introduced as contrast agents in an examination object, which is biological in nature and in addition to healthy tissue 02 also pathologically altered tissue 03 includes. The magnetic particles 01 accumulate in the pathologically altered tissue 03 at.

Zur Detektion und Lokalisierung der Magnetpartikel 01 wird eine Radarsensorik bereitgestellt, bei welcher es sich beispielsweise um eine Ultrabreitband-Radarsensorik handeln kann. Die Radarsensorik umfasst eine Sendeantenne 04, eine Empfangsantenne 06 und eine Auswerteelektronik (nicht gezeigt). Die Sendeantenne 04 wird so vor dem Untersuchungsobjekt positioniert, dass die durch die Sendeantenne 04 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen 07 das Untersuchungsobjekt erreichen. Die elektromagnetischen Wellen 07 können beispielsweise Mikrowellen sein. Die Empfangsantenne 06 wird so in der Nähe des Untersuchungsobjekts positioniert, dass ein durch das Untersuchungsobjekt zurückgestreutes Signal 08 von der Empfangsantenne 06 aufgenommen werden kann. For detection and localization of magnetic particles 01 a radar sensor system is provided, which may be, for example, an ultra-wideband radar sensor. The radar sensor comprises a transmitting antenna 04 , a receiving antenna 06 and an evaluation (not shown). The transmitting antenna 04 is positioned in front of the object to be examined by the transmitting antenna 04 radiated electromagnetic waves 07 reach the examination object. The electromagnetic waves 07 may be microwaves, for example. The receiving antenna 06 is positioned in the vicinity of the examination subject such that a signal scattered back by the examination subject 08 from the receiving antenna 06 can be included.

Des Weiteren ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform eine elektrische Spule 09 als Mittel zur Erzeugung eines Kraftfeldes vorgesehen. Die Spule 09 ist so positioniert, dass ein durch sie aufgebautes zeitveränderliches Magnetfeld 10 das Untersuchungsobjekt erreicht und auf die Magnetpartikel 01 einwirkt. Furthermore, at the in 1 shown embodiment, an electric coil 09 provided as means for generating a force field. The sink 09 is positioned so that a time-varying magnetic field built up by it 10 the object under investigation reaches and onto the magnetic particles 01 acts.

Alternativ können als Mittel zur Erzeugung eines Kraftfeldes beispielsweise Kondensatoren zum Aufbau eines elektrischen Feldes eingesetzt werden, wobei die durch dieses Kraftfeld mikro-zu-stimulierenden Partikel elektrisch leitfähig sein müssen. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise Wärmeenergie eintragen, um die Partikel thermisch zu stimulieren. Alternatively, as a means for generating a force field, for example, capacitors can be used to build up an electric field, whereby the particles to be micro-stimulated by this force field must be electrically conductive. In this way, for example, heat energy can be entered to thermally stimulate the particles.

In einem weiteren Schritt wird durch die Spule 09 das Magnetfeld 10 aufgebaut. Die Eigenschaften des Magnetfeldes 10 ändern sich über die Zeit, wozu die Spule 09 mit einem veränderlichen Strom gespeist wird. Infolgedessen wird durch das Magnetfeld 10 eine zeitlich veränderliche äußere Kraft in das Untersuchungsobjekt einprägt. Dadurch werden die Magnetpartikel 01 in eine schwingende Bewegung versetzt (Mikrostimulation). Diese Bewegung ist durch den in 1 dargestellten Doppelpfeil am Magnetpartikel 01 symbolisiert. In a further step is through the coil 09 the magnetic field 10 built up. The properties of the magnetic field 10 change over time, including the coil 09 is fed with a variable current. As a result, the magnetic field 10 imprinting a temporally variable external force into the object to be examined. This will cause the magnetic particles 01 put into a swinging motion (micro stimulation). This movement is through the in 1 illustrated double arrow on the magnetic particle 01 symbolizes.

Werden nun von der Sendeantenne 04 elektromagnetische Wellen 07 in Richtung des Untersuchungsobjektes gesendet, werden diese Wellen durch die mikrostimulierten Magnetpartikel 01 reflektiert und aufgrund der mechanischen Bewegung Dopplerverschoben zurückgestreut. Durch den auftretenden Dopplereffekt werden auf den elektromagnetischen Wellen 07 Informationen abgelegt, beispielsweise über eine Phasenverschiebung, so dass die elektromagnetischen Wellen 07 als Signal 08 zurückgesendet und durch die Empfangsantenne 06 aufgenommen werden. Die zur Radarsensorik gehörende Auswerteelektronik wertet das zurückgestreute Signal 08 durch Korrelation des Zeitverlaufes des zurückgestreuten Signals 08 und der Änderung der äußeren Kraft über die Zeit aus. Become now by the transmitting antenna 04 electromagnetic waves 07 sent in the direction of the object under investigation, these waves are caused by the micro-stimulated magnetic particles 01 reflected and scattered due to the mechanical movement Doppler pushed back. Due to the occurring Doppler effect are on the electromagnetic waves 07 Information stored, for example, via a phase shift, so that the electromagnetic waves 07 as a signal 08 sent back and through the receiving antenna 06 be recorded. The transmitter belonging to the radar sensor evaluates the backscattered signal 08 by correlating the time course of the backscattered signal 08 and the change in external force over time.

2 zeigt zwei Diagramme, die den Spannungsverlauf des zurückgestreuten Signals in Abhängigkeit von der Frequenz abbilden. Während 2a den Verlauf der elektromagnetischen Wellen für den Fall zeigt, dass die die Wellen reflektierenden Partikel nicht mikrostimuliert wurden, zeigt 2b den Verlauf für den Fall, dass die elektromagnetischen Wellen durch mikrostimulierte Partikel zurückgestreut werden. Es ist zu erkennen, dass nur geringe und schwer auszuwertende Veränderungen im Spannungsverlauf erfolgen, wenn die Partikel nicht mikrostimuliert werden (2a). Dagegen zeigt 2b einen deutlichen Spannungsausschlag, der an einer Stimulationsfrequenz fstim auftritt, wenn die elektromagnetischen Wellen durch vom eingeprägten Kraftfeld mikrostimulierte Partikel zurückgestreut werden. 2 shows two diagrams that map the voltage waveform of the backscattered signal as a function of the frequency. While 2a the course of the electromagnetic waves in the case shows that the particles reflecting the waves were not micro-stimulated shows 2 B the course in the event that the electromagnetic waves are scattered back by micro-stimulated particles. It can be seen that only slight and difficult-to-evaluate changes in the course of the voltage take place if the particles are not micro-stimulated ( 2a ). On the other hand shows 2 B a significant voltage excursion, which occurs at a stimulation frequency f stim , when the electromagnetic waves are scattered back by microstimulated particles injected by the impressed force field.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101
Magnetpartikel magnetic particles
0202
gesundes Gewebe healthy tissue
0303
krankhaft verändertes Gewebe pathologically altered tissue
0404
Sendeantenne transmitting antenna
0505
06 06
Empfangsantenne receiving antenna
07 07
elektromagnetische Wellen electromagnetic waves
08 08
zurückgestreutes Signal backscattered signal
09 09
Spule Kitchen sink
10 10
Magnetfeld magnetic field

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3650644 T2 [0002] DE 3650644 T2 [0002]
  • WO 2011117724 A2 [0003] WO 2011117724 A2 [0003]
  • EP 2692289 A1 [0004] EP 2692289 A1 [0004]

Claims (9)

Verfahren zur Detektion und Lokalisierung von Partikeln mittels elektromagnetischer Wellen, folgende Schritte umfassend: – Auswahl von Partikeln (01) mit vorbestimmten magnetischen oder thermischen Eigenschaften, die eine Mikrostimulation ermöglichen; – Einbringen der Partikel (01) in ein Untersuchungsobjekt; – Aussenden elektromagnetischer Wellen (07) zum Untersuchungsobjekt (02, 03) und Empfangen eines zurückgestreuten Signals (08); gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Einprägen einer zeitlich veränderlichen äußeren Kraft in das Untersuchungsobjekt, wobei diese Kraft so ausgewählt ist, dass sie aufgrund der vorbestimmten Eigenschaften der Partikel (01) ebendiese magnetisch oder thermisch mikrostimuliert; und – Auswerten des zurückgestreuten Signals (08) durch Korrelation des Zeitverlaufes des zurückgestreuten Signals (08) und der Änderung der äußeren Kraft über die Zeit. Method for the detection and localization of particles by means of electromagnetic waves, comprising the following steps: - selection of particles ( 01 ) having predetermined magnetic or thermal properties enabling microstimulation; Introduction of the particles ( 01 ) into a research object; - emission of electromagnetic waves ( 07 ) to the examination object ( 02 . 03 ) and receiving a backscattered signal ( 08 ); characterized by the following steps: imprinting a temporally variable external force into the object to be examined, this force being selected in such a way that, on the basis of the predetermined properties of the particles ( 01 ) these are microstimulated magnetically or thermally; and - evaluating the backscattered signal ( 08 ) by correlation of the time course of the backscattered signal ( 08 ) and the change in external force over time. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (01) in ein biologisches Gewebe als Untersuchungsobjekt eingebracht werden. Method according to claim 1, characterized in that the particles ( 01 ) are introduced into a biological tissue as the examination object. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Wellen (07) Mikrowellen zum Untersuchungsobjekt ausgesendet werden. Method according to claim 1 or 2, characterized in that as electromagnetic waves ( 07 ) Microwaves are sent to the examination object. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich veränderliche äußerliche Kraft durch Erzeugen eines zeitlich veränderlichen Kraftfeldes eingeprägt wird, welches ausgewählt ist aus der Gruppe: ein magnetisches Feld oder ein Feld mit veränderlicher Wärmeenergie. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the time-varying external force is impressed by generating a time-varying force field which is selected from the group: a magnetic field or a field with variable heat energy. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein inhomogenes Magnetfeld durch Bestromen einer Spule (09) mit einem zeitlich veränderlichen Strom erzeugt und dem Untersuchungsobjekt eingeprägt wird. A method according to claim 4, characterized in that an inhomogeneous magnetic field by energizing a coil ( 09 ) is generated with a temporally variable current and impressed on the examination object. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der in das Untersuchungsobjekt eingeprägten äußeren Kraft amplituden-, phasen- oder frequenzgesteuert erfolgt. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the change of the impressed into the examination object external force is amplitude, phase or frequency controlled. Vorrichtung zur Detektion und Lokalisierung von in einem Untersuchungsobjekt (02, 03) enthaltenen Partikeln (01) mittels elektromagnetischer Wellen (07) umfassend: eine Radarsensorik, die zumindest eine Sendeantenne (04), eine Empfangsantenne (06) und eine Auswerteelektronik besitzt; und ein Mittel (09) zur Erzeugung eines Kraftfeldes (10), welches auf das Untersuchungsobjekt (02, 03) einwirkt; wobei die Vorrichtung für die Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 konfiguriert ist. Device for detecting and localizing in an examination subject ( 02 . 03 ) contained particles ( 01 ) by means of electromagnetic waves ( 07 ) comprising: a radar sensor system comprising at least one transmitting antenna ( 04 ), a receiving antenna ( 06 ) and has an evaluation; and a means ( 09 ) for generating a force field ( 10 ), which points to the examination object ( 02 . 03 ) acts; the device being configured to carry out a method according to any one of claims 1 to 6. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung eines Kraftfeldes durch eine Spule (09) gebildet ist, die von einem zeitlich veränderlichen Strom durchflossen wird, um ein Magnetfeld (10) zu erzeugen. Apparatus according to claim 7, characterized in that the means for generating a force field by a coil ( 09 ), which is traversed by a time-varying current to a magnetic field ( 10 ) to create. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Einheit zur Bildgebung umfasst, welche der Darstellung eines beobachteten Gebietes innerhalb des Untersuchungsobjektes dient. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that it further comprises a unit for imaging, which serves the representation of an observed area within the examination subject.
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