DE10257169A1 - Method and apparatus for in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body - Google Patents

Method and apparatus for in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body

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DE10257169A1 DE2002157169 DE10257169A DE10257169A1 DE 10257169 A1 DE10257169 A1 DE 10257169A1 DE 2002157169 DE2002157169 DE 2002157169 DE 10257169 A DE10257169 A DE 10257169A DE 10257169 A1 DE10257169 A1 DE 10257169A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereichs eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere zur Unterscheidung von Körperkonkrementen vom umgebenden Gewebe im Zielbereich, mit den Schritten: a) im Wesentlichen zerstörungsfreie Anregung des Zielbereichs (2) durch mindestens ein optisches Anregungssignal, b) Detektion mindestens eines vom angeregten Zielbereich (2) emittierten akustischen, thermischen und/oder mechanischen Antwortsignals, c) Analyse des detektierten Antwortsignals bezüglich seiner Eigenschaften, insbesondere seiner periodischen Eigenschaften und/oder seiner Schwingungsmoden, und d) Zuordnung der Eigenschaften des analysierten Antwortsignals und/oder des Anregungssignals zu vorbestimmten Eigenschaftsklassen, die jeweils mindestens eine Materialbeschaffenheit des angeregten Zielbereichs (2) repräsentieren. The invention relates to a method for in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body, in particular for distinguishing Körperkonkrementen from the surrounding tissue in the target area, comprising the steps of: a) is substantially non-destructive excitation of the target area (2) by at least one optical excitation signal b) detecting at least one (from the excited target area 2) emitted acoustic, thermal and / or mechanical response signal, c) analyzing the detected response signal with respect to its properties, particularly its periodic properties and / or its vibrational modes, and d) association of the properties of the analyzed response signal and / or of the excitation signal at predetermined property classes, which each represent at least one material properties of the excited target area (2). Es wird dadurch ein verbessertes Verfahren zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereichs eines menschlichen oder tierischen Körpers angegeben. It is thus indicated in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body an improved process for.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereiches eines menschlichen oder tierischen Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 42. The invention relates to a method for in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body according to the preamble of claim 1 and a device suitable for carrying out the method according to the invention apparatus according to the preamble of claim 42nd
  • Die in vivo Erkennung unterschiedlicher Materialien spielt im klinischen Bereich bei Diagnose und Therapie eine große Rolle. The different in vivo detection materials plays in the clinical field in diagnosis and treatment a major role. Eine solche Materialerkennung wird beispielsweise bei einer endoskopischen Steinzertrümmerung (Lithotripsie) verwendet, um eine gezielte Zerstörung von Körperkonkrementen, insbesondere von Nierensteinen oder Gallensteinen, zu ermöglichen. Such a material recognition is used for example in an endoscopic lithotripsy (lithotripsy) to enable a targeted destruction of Körperkonkrementen, in particular kidney stones or gallstones. Die Materialerkennung ist insbesondere dann wichtig, wenn die Materialbearbeitung bzw. Zerstörung von Körperkonkrementen mittels hoher eingestrahlter Laserenergien durchgeführt werden soll, da eine Schädigung des umliegenden Gewebes durch den Laserpuls ausgeschlossen sein muss. The material detection is particularly important when the material processing or destruction by means of high Körperkonkrementen irradiated laser energy is to be performed, since damage to the surrounding tissue must be excluded by the laser pulse.
  • Aus der From the EP 0 312 650 A1 EP 0312650 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit Hilfe eines Lasers bekannt, bei dem von einem zu bearbeitenden Körperkonkrement zurückreflektiertes Licht zur Steuerung des materialbearbeitenden Lasers verwendet wird. discloses a method and apparatus for material processing using a laser, used in the light reflected back from a to be processed Körperkonkrement light for controlling the material-processing laser.
  • Aus der From the US 4, 939, 336 US 4, 939, 336 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit einem Laser bekannt, bei der das von einem zu bearbeitenden Stein zurückgestreute Licht über eine Detektoranordnung zur Steuerung des materialbearbeitenden Lasers verwendet wird. discloses a method and apparatus for material processing with a laser, wherein the back-scattered from a stone to be machined light is used a detector arrangement for controlling the material-processing laser.
  • Die bekannten Verfahren zur Erkennung von Körperkonkrementen können beispielsweise durch die Anwesenheit von Einblutungen ihrer Detektionsleistung eingeschränkt sein. The known methods for the detection of Körperkonkrementen may be limited for example by the presence of hemorrhage their detection performance.
  • Die bei dem Erkennungsverfahren eingesetzte optische Detektionsmethode muss auch unter den praktisch auftretenden ungünstigen Bedingungen, wie hohem Streulichtanteil, wechselnden Oberflächenverhältnissen der Targetoberfläche, sowie bei wechselnden Faserpositionen, Neigungswinkeln und unterschiedlichen Abständen der optischen Faser im Bezug zum Targetmaterial einsetzbar sein. The utilized in the recognition method optical detection method must be used under the practically occurring adverse conditions, such as high proportion of scattered light, changing surface conditions of the target surface, as well as changing fiber positions, angles of inclination and different distances of the optical fiber in relation to the target material. Bekannte Verfahren eignen sich auch ua nicht für den sofortigen klinischen Einsatz im Hinblick auf ein vorliegendes Targetmaterial mit unbekannten Materialbestandteilen, da hierbei vor jeder Analyse des zu untersuchenden Materials wesentliche materialspezifische Parameter immer zuvor zu ermitteln sind, damit daraufhin erst die kritische Voreinstellung der Maßgaben für die Analyse erfolgen kann. Known methods do not lend themselves well among other things, for immediate clinical use in terms of a present target material with unknown material components as essential material-specific parameters are always accommodating to determine this before any analysis of the investigated material, so that then only the critical setting any conditions for the analysis can be performed. Ein prinzipieller Nachteil dieses und anderer bekannter Verfahren, welche zu Analysezwecken vornehmlich die stofflichen Eigenschaften zur Identifikation, Klassifizierung bzw. zur Materialerkennung heranziehen, indem sie versuchen, eine Kennzeichnung der im Targetgebiet vorliegenden Stoffe aufgrund von bestimmten spektroskopischen Merkmalen zu gewinnen ist, dass im Falle des praktisch vorliegenden Targetmaterials mit einer Vielzahl unterschiedlicher Stoffe mit jeweils unbekannten und unterschiedlichen Zusammensetzungen und Konzentrationen sowie mit inhomogener räumlicher Verteilung dies, wie dem Fachmann auf diesem Gebiet hinlänglich bekannt ist, zu einem äußerst komplexem Spektralen Verhalten mit kaum übersehbaren Variabilitäten führen kann. A principal disadvantage of this and other known methods, which for analytical purposes mainly use the material properties for identification, classification or for material recognition, by trying labeling the present in the target area materials because of certain spectroscopic features is to win, that in case of practically present target material with a plurality of different substances each having unknown and different compositions and concentrations as well as with an inhomogeneous spatial distribution of this, as the skilled person in this field is well known, can result in an extremely complex spectral behavior with little overseeable variabilities. Dadurch ergibt sich für die bekannten Verfahren dieser Art der grundsätzliche Nachteil, dass eine eindeutige und schnelle Feststellung bestimmter signifikanter spektraler Merkmale praktisch kaum möglich ist, wodurch die Nutzung spektraler Informationen zur Gewinnung materialspezifischer Merkmale sowie eine Klassifizierung und Erkennung unter den auftretenden praktischen Bedingungen in den meisten Fällen ausgeschlossen ist. By results for the known method of this type of basic disadvantage that a clear and rapid detection of specific significant spectral characteristics is hardly possible practically, making the use of spectral information for the recovery of material-specific features as well as a classification and detection under the prevailing practical conditions in most is excluded cases. Besonders in dem bei den meisten Laserapplikationen vornehmlich genutzten sichtbaren Spektralbereich bzw. nahen Infrarotbereich zeigen zB verschiedene Gewebetypen keine gewebespezifisch ausgezeichneten charakteristischen und signifikanten und für eine Kennzeichnung nutzbaren Absorptionsbanden. Particularly in the predominantly used in most laser applications the visible spectrum and the near infrared range as different tissue types show excellent tissue-specific characteristic and significant and useful for marking absorption bands. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet außerdem gut bekannt ist, treten bei einer spektroskopischen Analyse von durchblutetem Gewebe lediglich die für Blut spezifischen spektralen Merkmale in Form der charakteristischen Hämoglobinbanden signifikant in Erscheinung, was bei den bekannten Verfahren, welche die optischen spektralen Parameter zur Feststellung des Vorliegens von Gewebe- bzw. Steinmaterial ausnutzen, zu dem Nachteil führt, dass es im Falle von Einblutungen, welche beim klinischen Einsatz zB der Laserlithotripsie mit entsprechender Häufigkeit auftreten können, je nach Art des verwendeten und auf spektroskopischen Methoden gestützten Analyseverfahren zu unvermeidlichen Fehlern führen kann. As the person skilled in the art also is well known to occur in a spectroscopic analysis of perfused tissue only the specific blood spectral characteristics in the form of the characteristic hemoglobin bands significantly in appearance, which in the known methods, which the optical spectral parameters to determine the existence take advantage of tissue or stone material, leads to the disadvantage that it can in case of bleeding, which can occur in clinical use, for example, the laser lithotripsy with a corresponding frequency, depending on the nature of the analysis methods used, and based on spectroscopic methods lead to inevitable errors. Besonders nachteilig ist zB, wenn bei Laserithotripsie Verfahren dieser Art, welche unter bestimmten Umständen ohne zusätzliche Sichtkontrolle erfolgen und damit plötzlich auftretende Einblutungen somit nicht festgestellt werden können, dass in diesem Fall, bedingt durch eine fehlerhafte Feststellung von Steinmaterial anstelle von Gewebematerial, eine gewebe-schädigende Abgabe der hohen Laserenergie erfolgen kann. Is particularly disadvantageous for example when at Laserithotripsie process of this kind, which take place in some circumstances without any additional visual inspection and sudden bleeding can not be found so that requires a tissue-in this case, by an erroneous determination of stone material instead of fabric material, can take place damaging delivery of high laser energy. Ebenso ist es auch denkbar, dass es auch bereits beim Vorliegen von gut durchbluteten Gewebebereichen wie zB Parenchymgeweben zu unbeabsichtigten Schädigungen dieser gegenüber anderen weniger durchbluteten Gewebetypen zu besonders stark absorbierenden und darüber hinaus auch noch besonders strahlungsempfindlichen Geweben führt. Likewise, it is also conceivable that it already leads in the presence of well-vascularized tissue areas such as Parenchymgeweben unintended damage to those over other less perfused tissue types to be particularly highly absorbent and beyond even more radiation-sensitive tissues.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereiches eines menschlichen oder tierischen Körpers anzugeben. The object of the present invention to provide an improved method and an improved apparatus for in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • Demgemäss wird das erfindungsgemäße Verfahren zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereiches eines menschlichen oder tierischen Körpers derart durchgeführt, dass zunächst das Zielbereich eine zerstörungsfreien Anregung mittels mindestens eines optischen Anregungssignals erfährt. Accordingly, the inventive method is performed in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body such that the first target region, a non-destructive undergoes excitation by means of at least one optical excitation signal. Das vom angeregten Zielbereich emittierte, mindestens eine akustische und/oder mechanische Antwortsignal wird anschließend detektiert und dann einer Analyse zur Ermittlung seiner Eigenschaften, insbesondere seiner periodischen Eigenschaften und/oder seiner Schwingungsmoden, unterworfen. The excited by the emitted target area, at least one acoustic and / or mechanical response signal is then detected and then subjected to analysis to determine its properties, particularly its periodic properties and / or its modes of vibration. Die aus der Analyse ermittelten Eigenschaften des detektier ten Antwortsignals werden dann zu Eigenschaftsklassen, die jeweils mindestens eine Materialbeschaffenheit des angeregten Zielbereichs repräsentieren, zugeordnet. The determined from the analysis of properties of the detektier th response signal are then property classes, which each represent at least one material properties of the excited target area assigned. Durch die Zuordnung der Eigenschaften des detektierten Antwortsignals zu einer Eigenschaftsklasse lässt sich auf diese Weise eine Aussage über die homogene oder heterogene Materialbeschaffenheit des angeregten Zielbereichs treffen. By assigning the characteristics of the detected response signal to a property class can make a statement about the homogeneous or heterogeneous material properties of the excited target area in this way.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt den photoakustischen Effekt aus. The inventive method utilizes the photoacoustic effect. Der photoakustische Effekt äußert sich dergestalt, dass die in einen Probenkörper eingestrahlte optische Strahlungsenergie von diesem absorbiert wird und innerhalb des Probenkörpers in mechanische Schwingungen umgesetzt wird. The photoacoustic effect manifests itself such that the irradiated into a specimen optical radiation energy is absorbed by this and is implemented within the sample body into mechanical vibrations. Diese mechanischen Schwingungen können dann an der Oberfläche des Probenkörpers oder in dessen Umgebung als mechanische Schwingungen und/oder als akustisches Signal detektiert werden. These mechanical vibrations may then be detected on the surface of the specimen or in the environment as mechanical vibrations and / or as an acoustic signal.
  • So ist vorteilhaft, dass zur Detektion nicht die bekannten optischen Detektionsverfahren verwendet werden, da diese systembedingt beim Auftreten der genannten ungünstigen Bedingungen keine hinreichend stabile und sichere Feststellung der Materialeigenschaften aufgrund der optischen Parameter durch das in die optische Faser rückgestreuten Lichtes gestatten. Thus, it is advantageous that not known optical detection methods are used for detection, as these due to the system do not allow sufficiently stable and secure determination of the material properties due to the optical parameters by the backscattered in the optical fiber light upon the occurrence of the adverse conditions mentioned.
  • Zur Bewirkung einer spezifischen Anregung des Zielbereiches und zur Unterscheidung des detektierten akustischen und/oder mechanischen Antwortsignals von Artefakten wird das mindestens eine optische Anregungssignal von mindestens einer bezüglich spezifischer Parameter, insbesondere der Anregungswellenlänge, der Anregungsenergie, der Phase, der zeitlichen Ausdehnung und/oder der Pulsfolge steuerbaren Lichtquelle erzeugt. In order to effect a specific stimulation of the target area and discriminating the detected acoustic and / or mechanical response signal of artifacts is the at least one optical excitation signal of at least one with respect to specific parameters, in particular the excitation wavelength, the excitation energy of the phase, the temporal extent and / or generated pulse train controllable light source. Als Lichtquelle ist hier vorteilhaft insbesondere ein Laser vorgesehen, da mit einem solchen zum einen die notwendigen Anregungsenergien bereitgestellt werden können und zum anderen die Parameter des Lasers reproduzierbar und in einem weiten Rahmen variiert werden können. As the light source, in particular a laser is provided here advantageous since with such on the one hand the necessary excitation energies can be provided, and secondly the parameters of the laser can be reproducibly and varies within a wide range. Die unterschiedlichen Parameter der Lichtquelle und insbesondere des Lasers können innerhalb eines Anregungssignals auch eine Sequenz durchlaufen. The different parameters of the light source and in particular of the laser can also pass through a sequence within an excitation signal. Auf diese Weise kann eine spezifische Anregungssequenz des Anregungssignals, die beispielsweise auf die spezifischen Eigenschaften des erwarteten Materials abgestimmt ist, erzeugt werden. In this manner, a specific excitation sequence of the excitation signal, which is tuned for example to the specific properties of the expected material, are produced. Bei der nachfolgenden Auswertung des detektierten Antwortsignals kann die Analyse so unter anderem auch auf das spezifische Anregungssignal gestützt werden. In the subsequent evaluation of the detected response signal analysis can be so well supported in part to the specific excitation signal.
  • Die Detektion des mechanischen und/oder akustischen Antwortsignals kann je nach Anwendungsfall und Praktikabilität mit mindestens einem innerhalb und/oder außerhalb des Körpers angeordneten Detektor vorgenommen werden. The detection of the mechanical and / or acoustic response signal may be made with at least one arranged inside and / or outside the body detector according to the application and practicability. Bei Verwendung mehrerer Detektoren kann zum einen die Signalqualität durch Aufsummierung verbessert werden und zum anderen lassen sich auf diese Weise die Ausbreitungscharakteristiken der mechanischen und/oder akustischen Wellen feststellen. When using multiple detectors for a signal quality can be improved by adding up, and the other can be identified in this way the propagation characteristics of the mechanical and / or acoustic waves. Die Anwendung von mindestens zwei unterschiedlichen Detektoren an unterschiedlichen Detektionsorten ermöglicht weiterhin, aus der Beziehung der daraus resultierenden mindestens zwei Antwortsignale zueinander die räumliche Ausbreitungsrichtung und/oder die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Antwortsignals zu bestimmen sowie den Zielbereich zu lokalisieren. The use of at least two different detectors at different detection sites further enables to determine another spatial propagation direction and / or the propagation speed of the response signal from the relationship of the resulting at least two response signals, as well as to localize the target area.
  • Um die Analyse des Antwortsignals effizient mit einem hohen Informationsanteil und einem geringen Rauschanteil durchführen zu können, kann das detektierte Antwortsignal vor der Analyse insbesondere durch Verstärken, Filtern, Transformieren und andere Möglichkeiten zur Verbesserung des Signal/Rauschabstandes und/oder durch Mittelwertbildung aufbereitet werden. In order to perform the analysis of the response signal efficiently with a high information content and a low amount of noise, the detected response signal prior to analysis particularly by amplifying, filtering, transforming, and other possibilities for the signal / noise ratio and / or improvement can be rendered by averaging. Zur genauen Bestimmung des vom Anregungssignal initiierten Antwortsignals können Anregungssignal und Antwortsignal miteinander korreliert werden, um aus den Korrelationsdaten die Beziehungen der beiden Signale zueinander bestimmen zu können und überflüssige Signalanteile, beispielsweise Echos, zu unterdrücken. For a precise determination of the excitation signal initiated by the response signal excitation signal and response signal may be correlated to each other determine the relationships of the two signals from the correlation data and unnecessary signal components to suppress, for example, echoes. Aus den Korrelationsdaten mehrere Antwortsignale lassen sich diese aufgrund der ermittelten zeitlichen und/oder der Phasenkorrelationsdaten miteinander synchronisieren und/oder in eine andere gewünschte zeitliche und/oder gewünschte Phasenbeziehung zueinander setzen. From the correlation data more response signals these can be synchronized based on the determined temporal and / or phase correlation data with each other and / or set in a different desired temporal and / or desired phase relationship to each other. Durch Synchronisation der Antwortsignale lässt sich das Signal/Rauschverhältnis weiter verbessern. By synchronizing the response signals, the signal / noise ratio can be further improved. Das derart aufbereitete Antwortsignal steht nun für die folgende Analyse bereit. The thus prepared response signal is now available for the following analysis.
  • Bei der Analyse des detektierten Antwortsignals oder des aufbereiteten und/oder korrelierten Antwortsignals werden unter anderem die im Antwortsignal enthaltenen periodischen Eigenschaften ermittelt. In analyzing the detected response signal or the processed and / or correlated response signal inter alia, the periodic characteristics contained in the response signal are determined. Um einen genauen Aufschluss über das Material des angeregten Zielbereiches zu erhalten, können bei der Analyse weiterhin aus den periodischen Eigenschaften die Schwingungseigenschaften, insbesondere die photoakustischen Schwingungsmoden des detektierten Antwortsignals ermittelt werden. In order to obtain an accurate indication of the material of the excited target range, the vibration characteristics, in particular the photo-acoustic modes of vibration of the detected response signal can be calculated when the analysis continues from the periodic characteristics. Diese Ermittlung der photoakustischen Schwingungsmoden des angeregten Zielbereichs werden vorteilhaft mittels des bekannten Verfahrens der dynamischen Analyse gewonnen. This determination of the photoacoustic vibrational modes of the excited target area advantageously be obtained by the known method of the dynamic analysis.
  • Weiterhin können die periodischen Eigenschaften von sich im Zielbereich ereignenden Kavitationsereignissen ermittelt werden. Furthermore, the periodic properties of events taking place in the target area cavitation events can be determined. Auch aus den ermittelten Kavitationsperioden lassen sich Rückschlüsse auf das Material des angeregten Zielbereiches ziehen. Conclusions on the material of the excited target area can be drawn also from the determined Kavitationsperioden.
  • Aus den in der Analyse ermittelten Eigenschaften des detektierten Antwortsignals lassen sich Rückschlüsse auf die Materialbeschaffenheit des Zielbereiches ziehen. From the determined properties in the analysis of the detected response signal, conclusions on the material properties of the target area can be drawn. Zur einfachen Handhabung und zur direkten Auswertung der Eigenschaften eines angeregten Zielbereichs werden die in der Analyse gewonnenen Eigenschaften des analysierten Antwortsignals vorbestimmten Eigenschaftsklassen zugeordnet, die wiederum bestimmte Materialeigenschaften repräsentieren. For ease of handling and for the direct evaluation of the properties of the excited target area gained in the analysis of properties of the analyzed response signal predetermined property classes to be assigned, which in turn represent specific material properties. Die Zuordnung der Eigenschaften des analysierten Antwortsignals des angeregten Zielbereiches wird insbesondere aufgrund der ermittelten Korrelationseigenschaften der periodischen Eigenschaften, der Schwingungseigenschaften und/oder der Kavitationseigenschaften durchgeführt. The assignment of the properties of the analyzed response signal of the excited target area is especially performed on the basis of the detected properties of the periodic characteristics, the vibration characteristics and / or cavitation. Die Vorbestimmung der Zusammenfassung bestimmter Eigenschaften zu Eigenschaftsklassen und der zu den Eigenschaftsklassen gehörigen Materialbeschaffenheiten kann analytisch und/oder empirisch erfolgen. The predetermination of the summary of certain properties characteristic classes and the classes associated with the property material textures can be done analytically and / or empirically. Auf analytischem Wege werden die jeweiligen Materialien auf ihre jeweiligen Schwingungseigenschaften hin theoretisch/analytisch untersucht. the respective materials to their respective vibration characteristics through theoretical / analytically examined analytically. Auf empirischem Wege wird eine hinreichende Anzahl von Testmessungen an den interessierenden Materialien durchgeführt und deren Erkenntnisse zu signifikanten Eigenschaften zusammengefasst. Empirically test a sufficient number of measurements on the materials of interest is performed and summarized their findings on significant properties. Die jeweils auf analytischem und/oder auf empirischem Wege gewonnenen Erkenntnisse werden dann zu Eigenschaftsklassen zusammengefasst, die jeweils für ein Material signifikante Eigenschaften aufweisen. The findings in each case analytically and / or empirically are then combined into property classes, which have significant properties of each material.
  • Eine einfache Unterscheidung zwischen einem Körperkonkrement und dieses umgebende Gewebe lässt sich beispielsweise so durchführen, dass bei Vorliegen periodischer Komponenten im analysierten Antwortsignal von einer Festkörperbeschaffenheit des Zielbereiches, also dem Vorliegen eines Körperkonkrements ausgegangen wird. A simple distinction between a Körperkonkrement and tissue surrounding it can for example be carried out so that the starting material in the presence of periodic components in the analyzed response signal from a solid-state nature of the target area, ie the existence of a Körperkonkrements. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass der photoakustische Effekt in Festkörpern bereits bei niedrigeren Energien auftritt, als bei vorwiegend liquiden Materialien. Here, the knowledge is used that the photoacoustic effect occurs in solids at lower energies than in predominantly liquid materials. Aus spezifischen periodischen Komponenten des analysierten Antwortsignals des Zielbereiches, insbesondere den erkannten photoakustischen Schwingungsmoden, lässt sich in einer feiner ausgeführten Klassifizierung auf das spezifische Material eines Festkörpers schließen. For specific periodic components of the analyzed response signal of the target region, in particular the detected photoacoustic vibration modes, it can be concluded in a fine classification performed on the specific material of a solid.
  • In die Zuordnung der jeweiligen Eigenschaften des detektierten Antwortsignals zu den jeweiligen Eigenschaftsklassen können auch Parameter des Anregungssignals eingehen. Also parameters of the excitation signal can be included in the assignment of the respective properties of the detected response signal to the respective property classes. Dabei ist insbesondere zu beachten, dass spezifische periodische Eigenschaften eines spezifischen Materiales nur unter ebenso spezifischen Anregungsbedingungen auftreten. It should be noted in particular that specific periodic properties of a specific material occur only as specific excitation conditions. Die jeweils analysierten Schwingungseigenschaften des angeregten Zielbereiches können also auch im Zusammenhang mit den Anregungsbedingungen, insbesondere mit der Anregungsenergie, der Anregungswellenlänge und der Anregungspulsform in Verbindung gesetzt werden, um auf das jeweilige Material zu schließen. Each analyzed vibration characteristics of the excited target area can be set in connection in connection with the excitation conditions, in particular with the excitation energy of the excitation wavelength and the excitation pulse shape so to close to the respective material.
  • In einer weiteren Variante der Erfindung werden die bei einer Variation der Anregungsbedingungen auftretenden Variationen des detektierten Antwortsignals in die Beurteilung der Materialbeschaffenheit mit aufgenommen. In a further variant of the invention, the variations occurring in a variation of the excitation conditions of the detected response signal are included in the assessment of the material properties. Dabei wird insbesondere durch eine Variation der Anregungswellenlänge und/oder der Anregungsintensität ein spezifisches Verhalten des jeweiligen angeregten Zielbereiches initiiert, so dass aus den resultierenden Eigenschaften des detektierten Antwortsignals wiederum auf spezifische Materialeigenschaften zurück geschlossen werden kann. In this case, in particular initiated by a variation of the excitation wavelength and / or the excitation intensity in a particular behavior of the respective excited target area, so that it can be closed back on specific material properties of the resulting properties of the detected response signal in turn.
  • Auch aus den Eigenschaften der Kavitationsereignisse im Zielbereich lassen sich unter Berücksichtigung der jeweiligen Anregungsbedingungen spezifische Materialeigenschaften schließen. can be taking into account the excitation conditions, specific material properties from the properties of cavitation within the target range. Bei einer Variation der Anregungsbedingungen lässt sich auch hier aus der jeweils resultierenden Variation der Kavitationsbedingungen spezifische Materialeigenschaften ableiten. In a variation of excitation conditions, specific material properties can be derived here from the in each case resulting variation of the cavitation.
  • Weiterhin lässt auch die Ausbreitungsrichtung und/oder die Ausbreitungsgeschwindigkeit des vom Zielbereich emittierten akustischen und/oder mechanischen Antwortsignals eine Zuordnung des Zielbereiches zu mindestens einer Eigenschaftsklasse zu. Furthermore, the propagation direction and / or the velocity of propagation of the light emitted from the target area of ​​the acoustic and / or mechanical response signal allows a mapping of the target region to at least one property class. Hierbei wird unter anderem die Erkenntnis genutzt, dass im Festkörper sowohl Transversal- als auch Longitudinalwellen übertragen werden können, wohingegen in einer flüssigen Phase wie zB weichem Gewebematerial nur Longitudinalwellen transportiert werden können. Here, among other things, the knowledge is used that in the solid state both transverse and longitudinal waves also can be transmitted, whereas only longitudinal waves can be transported in a liquid phase, such as soft tissue material.
  • Zur einfachen Einordnung des detektierten Antwortsignals, beispielsweise durch einen Operateur, kann dieses akustisch und/oder optisch dargestellt werden. For easy classification of the detected response signal, for example by an operator, this can be represented acoustically and / or optically. Dabei können auch die Anregungsbedingungen, insbesondere die Parameter des Anregungssignals in die akustische und/oder optische Darstellung mit eingehen. Here, the excitation conditions, in particular the parameters of the excitation signal in the audible and / or visual presentation can respond with. Zur akustischen Darstellung des Antwortsignals und/oder des Anregungssignals kann ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet werden. For acoustic representation of the response signal and / or the excitation signal, a voltage controlled oscillator (VCO) can be used. Der das erfindungsgemäße Verfahren verwendende Operateur, der beispielsweise eine Lichtleitfaser endoskopisch in einen Körperhohlraum zur Steinzertrümmerung eingeführt hat, kann so aufgrund der resultierenden Toncharakteristika einfach bestimmen, ob sich das Ende der Lichtleitfaser im Bereich des Körperkonkrements befindet, oder ob die Lichtleitfaser in Richtung des umgebenden Gewebes deutet. The surgeon, the inventive method be used which has adopted, for example, an optical fiber endoscopically into a body cavity for stone fragmentation, so can determine whether the end of the optical fiber is in the range of Körperkonkrements, or due to the resulting sound characteristics simply whether the optical fiber in the direction of the surrounding tissue indicated. Befindet sich das Ende der Lichtleitfaser im Bereich des zu zertrümmernden Steines, so kann der Operateur eine zur Materialbearbeitung geeigneten Laserimpuls auslösen. the end of the optical fiber in the region of to-be-crushed stone is, the surgeon may trigger a suitable material for forming laser pulse.
  • Für eine optische Darstellung des Antwortsignals und/oder des Anregungssignals kann weiterhin eine graphische Repräsentation beispielsweise auf einem Bildschirm verwendet werden. For a visual representation of the response signal and / or the excitation signal a graphical representation can further be used for example on a screen. Dabei werden die Anregungssignale und die Antwortsignale vorteilhaft parametrisiert auf in einem Koordinatensystem dargestellt. Here, the excitation signals and the response signals are represented advantageous parameterized on in a coordinate system. Beispielsweise wird vorteilhaft das Anregungssignal auf der Abzisse und das Antwortsignal auf der Ordinate eines Koordinatensystems abgebildet. For example, the excitation signal is mapped to the abscissa and the response signal on the ordinate of a coordinate system advantageous. Die sich bei Anregung des Zielbereiches und anschließender Detektion des Antwortsignals auf dem Bildschirm ausbildenden Graphen, Muster und Trajektorien lassen sich charakteristisch einer bestimmten Materialbeschaffenheit zuordnen. The forming on the screen upon excitation of the target area and subsequent detection of the response signal graphs, patterns and trajectories can be characteristic of a particular material properties associate.
  • In einer weiteren Variante der Erfindung werden die jeweiligen Eigenschaften des Antwortsignals zusammen mit den Anregungsbedingungen in mehrdimensionalen Merkmalvektoren zusammengefasst, die ebenfalls auf einem Bildschirm dargestellt werden können. In a further variant of the invention, the respective properties of the response signal are combined together with the excitation conditions in multi-dimensional feature vectors may also be displayed on a screen. Die sich in dem jeweiligen Merkmalsraum ergebenden Darstellungen sind ebenfalls wiederum spezifisch für eine bestimmte Materialbeschaffenheit. The representations arising in the respective feature space are also, in turn, specific to a particular material properties.
  • Um einen Operateur bei seiner Arbeit zuverlässig zu unterstützen, werden die Schritte zur Erkennung der Materialbeschaffenheit des Zielbereiches kontinuierlich oder periodisch wiederholt. To assist a surgeon in his work reliably, the steps for identifying the material properties of the target area are continuously or periodically repeated. Dadurch wird eine stete Kontrolle des Zielbereichs vorgenommen. This is carried out constant monitoring of the target area.
  • Die Zuordnung des Zielbereiches zu einer Materialbeschaffenheit kann auch zur automatischen Steuerung der Materialbearbeitung des Zielbereiches, insbesondere zur Lithotripsie verwendet werden. The assignment of the target area to a material properties can also be used for automatic control of the material processing the target area, in particular for lithotripsy. Bei einer solchen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der materialbearbeitende Laserimpuls von dem Verfahren automatisch freigegeben. In such an embodiment of the method the material-processing laser pulse from the process is automatically released. Der bedienende Operateur muss sich so nur um die endoskopische Führung der jeweiligen Lichtleitfaser kümmern, die Auslösung des jeweiligen steinzerstörenden Impulses erfolgt dann automatisch. The serving operator must take care so only the endoscope guide of the respective optical fiber, the triggering of the respective stone destructive pulse then takes place automatically. In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Auslösung eines materialbearbeitenden Impulses, beispielsweise durch einen Operateur, erst dann freigegeben, wenn im angeregten Zielbereich eine bestimmte Materialbeschaffenheit, insbesondere ein Körperkonkrement detektiert wurde. In another embodiment of the method according to the invention the triggering of a material-working pulse, for example by an operator is only released if a certain material properties, especially a Körperkonkrement was detected in the excited target area. Auf diese Weise können Schädigungen des umgebenden Gewebes oder versehentliches Auslösen des materialbearbeitenden Laserimpulses vermieden werden, wodurch die Betriebssicherheit des Verfahrens erhöht wird. In this way, damage to the surrounding tissue or accidental firing of the material-processing laser pulse can be avoided, thus the reliability of the process is increased.
  • In einer Erweiterung des Verfahrens wird zusätzlich zu dem detektierten mechanischen und/oder akustischen Antwortsig nals des angeregten Zielbereiches auch mindestens ein Ultraschallsignal des Zielbereiches mittels Ultraschall-Echoskopie detektiert. In an extension of the method, at least one ultrasonic signal of the target region is detected by means of ultrasonic echo replica in addition to the detected mechanical and / or acoustic Antwortsig Nals of the excited target area. Unterschiedliche Verfahren der Ultraschall-Echoskopie sind weithin bekannt und werden im klinischen Bereich vielfach eingesetzt. Different methods of ultrasonic echo copy are well known and are used in clinical settings often.
  • Vorteilhaft wird das mit dem Ultraschall-Echoskopieverfahren generierte und empfangene Ultraschallsignal mit mindestens einem optischen Anregungssignal und/oder mindestens einem photoakustischen Antwortsignal korreliert. which is advantageously generated with ultrasonic echo replica method and correlates received ultrasonic signal with at least one optical excitation signal and / or at least one photoacoustic response signal. Über die gewonnenen Korrelationsdaten lassen sich das Ultraschallsignal mit mindestens einem Anregungssignal und/oder mit mindestens einem Antwortsignal synchronisieren und/oder in eine andere vorgegebene zeitliche Beziehung und/oder eine vorgegebene Phasenbeziehung zueinander setzen. the ultrasonic signal with at least one excitation signal and / or the obtained correlation data can be synchronized with at least one response signal and / or set in a different predetermined time relationship and / or a predetermined phase relationship to each other. Auf diese Weise können gleichzeitig ein Ultraschallbild und eine Auskunft über die Materialbeschaffenheit des interessierende Zielbereiches gewonnen werden. In this way, an ultrasound image and information about the material properties of interest target range can be obtained simultaneously.
  • Da auch das Ultraschallsignal durch die mechanischen Schwingungen des optisch angeregten Zielbereiches moduliert wird, lassen sich auch aus den empfangenen Ultraschallsignalen durch Bestimmung periodischer Eigenschaften und/oder Bestimmung der photoakustischen Schwingungsmoden des Ultraschallsignals Eigenschaften des Zielbereichs erfahren. Since the ultrasonic signal is modulated by the mechanical vibrations of the optically excited target area may be learned characteristics of the target area, even from the received ultrasonic signals by determining periodic characteristics and / or determining the photoacoustic vibration modes of the ultrasonic signal.
  • Eine übersichtliche Darstellung des Zielbereiches lässt sich erreichen, wenn das mit dem Ultraschall-Echoskopieverfahren gewonnene Ultraschallbild mit den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Materialbeschaffenheiten des jeweiligen Zielbereiches versehen wird. A clear view of the target area can be achieved when the ultrasonic image obtained by the ultrasound echo replica method with the obtained by the inventive process material conditions of each target area is provided. Im Ultraschallbild können so unterschiedliche Materialbeschaffenheiten angegeben und markiert werden und übersichtlich dargestellt werden, wodurch die Arbeit eines Operateurs unterstützt wird. In the ultrasound image so different material textures can be specified and marked, and are clearly displayed, whereby the work of an operator is supported. Es ist dabei von Vorteil, die Erzeugung einer Darstellung eines Ultraschallbildes und/oder die Darstellung eines Ultra schallbildes durch mindestens ein Antwortsignal steuerbar vorzusehen. It is advantageous to provide controllably generating a representation of an ultrasound image and / or the representation of an ultrasound image by at least a response signal.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 42 gelöst. The object is further achieved by an apparatus for performing the method described with the features of claim 42nd
  • Demgemäß weist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mindestens eine Lichtquelle zur optischen Anregung eines Zielbereiches in einem menschlichen oder tierischen Körper auf, mindestens einen an dem oder in dem Körper angeordneten Detektor zur Detektion mechanischer und/oder akustischer Antwortsignale, mindestens ein Analysenmittel zur Analyse der Eigenschaften der detektierten Antwortsignale und mindestens ein Darstellungsmittel zur Darstellung des Antwortsignals und/oder der Eigenschaften des analysierten Antwortsignals auf. Accordingly, the apparatus for carrying out the method at least one light source for optical excitation of a target region in a human or animal body, at least one disposed at or in the state detector for detection of mechanical and / or acoustic response signals, at least one analysis means for analyzing the properties of the detected response signals and at least one display means for displaying the response signal and / or the properties of the analyzed response signal.
  • Um eine hinreichend energetische und modulierbare Lichtquelle zur Verfügung zu haben, bietet es sich an, einen Laser als Lichtquelle zu verwenden. In order to have a sufficiently energetic and modulated light source available, it is advisable to use a laser as a light source. Der Laser ist bezüglich seiner Parameter, insbesondere seiner Wellenlänge, seiner Intensität und seiner Pulsfolge relativ einfach steuerbar. The laser is in terms of its parameters, in particular its wavelength, its intensity and its pulse repetition relatively easily controllable.
  • Die Lichtquelle kann entweder an dem Endoskop selbst angebracht sein oder es wird eine Lichtleitfaser zur Leitung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes vorgesehen. The light source may be attached to the endoscope itself either or it is provided an optical fiber for guiding the light emitted from the light source. Diese Lichtleitfaser lässt sich einfach an einem Endoskop anordnen. This optical fiber can be easily arranged on an endoscope.
  • Ein preiswerter und zuverlässiger Detektor zur Detektion mechanischer und/oder akustischer Schwingungen wird durch Piezoelemente ausgeführt. A cheaper and more reliable detector for detecting mechanical and / or acoustic vibrations is performed by piezo elements.
  • Zusammenfassend ist zu konstatieren, dass die vorliegende Erfindung auf einem Verfahren und Vorrichtung zur Bestrahlung von Körpergeweben, Körperflüssigkeiten bzw. festen Körperkonkrementen mit Hilfe von spezifisch ausgewiesener Strahlungsenergie basiert. In summary, it can be stated that the present invention is directed to a method and apparatus for the irradiation of body tissues, body fluids or solid Körperkonkrementen based with the aid of specifically designated radiant energy. Der mit der Strahlungsenergie beaufschlagte Zielbereich (Targetmaterial) zeigt aufgrund der eingebrachten photonischen Energien verschiedenartige photoinduzierte Reaktionen, welche sowohl zur diagnostischen Befundung aber auch zu unterschiedlichen therapeutischen Zwecken bzw. zur Materialbearbeitung genutzt werden können. The applied to the radiation energy target area (target material) shows various photo-induced reactions, which can also be used for different therapeutic purposes or for material processing both for diagnostic reporting but due to the introduced photonic energy. Dabei kann auch eine selektive therapeutische Anwendung und/oder Materialbearbeitung unter Feedback-kontrollierten Bedingungen erfolgen, wenn aus dem Diagnoseverfahren entsprechende Informationen abgeleitet werden und diese dabei festgestellten Materialeigenschaften dazu dienen, die Vorgaben für eine spezifizierte und entsprechend kontrollierte Einstellung der Strahlungsparameter und Abgabe der Strahlungsenergie für die jeweils zu erfolgende therapeutische Anwendung bzw. Materialbearbeitung zu ermöglichen. In this case a selective therapeutic application and / or material processing can be performed under feedback-controlled conditions, if appropriate information is derived from the diagnostic methods and serve this thereby established material properties to the requirements for a specified and correspondingly controlled adjustment of the radiation parameter, and delivery of the radiation energy for to allow the taking place in each therapeutic application or material processing.
  • Die Wirkungen der Strahlungsenergien auf das Targetmaterial können einerseits darin bestehen, dass bestimmte photoinduzierte entropische bzw. elastische reversible Zustände in dem vorliegenden Targetmaterial angeregt werden und andererseits bei bestimmten, höheren Strahlungsenergien auch spezifische gewünschte irreversible Strukturänderungen wie beispielsweise Photoablation und/oder Photothermoplastie an Geweben bzw. auch eine Zertrümmerung oder Fragmentierung von Körperkonkrementen (Gallensteine, Nierensteine, Blasensteine, Speichelsteine ua) erzielt werden. The effects of radiation energy to the target material can on the one hand are that certain photo-induced entropic or elastic reversible states in the present target material are excited and on the other hand in certain, higher radiation energy also specific desired irreversible structure change such as photoablation and / or Photothermoplastie to tissues or a disintegration or fragmentation of Körperkonkrementen (gallstones, kidney stones, bladder stones, salivary stones, etc.) are achieved. Die mit einer gezielten Beaufschlagung mit entsprechend spezifizierter Strahlungsenergie einhergehenden unterschiedlichen Wechselwirkungen bei unterschiedlichen Strahlungsparametern mit dem jeweiligen Targetmaterial können in der Weise genutzt werden, dass mit Hilfe entsprechend spezifizierter optischer Anregungs- und geeigneter Detektions- und Analyseverfahren eine zerstörungsfreie in vivo Analyse zur Feststellung der Materialeigenschaften des bestrahlten Targetgebietes ermöglicht wird. The inflammation associated with a selective exposure with correspondingly specified radiant energy different interactions with different radiation parameters with the respective target material can be used in such a way that with the help of appropriately specified optical excitation and suitable detection and analysis process, a non-destructive in vivo analysis to determine the material properties of the irradiated target area is possible. Auf der Grundlage dieser Analyseergebnisse kann in unmittelbarer Folge eine selektive und kontrollierte therapeutische Anwendung bzw. Materialbearbeitung desselben Zielbereichs und Targetmaterials erzielt werden, wobei zur Prozessautomatisierung entsprechend geeignete Feedback Verfahren implementiert werden können. Based on this analysis results in immediate succession a selective and controlled therapeutic application or material processing of the same target area and target material can be achieved, with correspondingly suitable feedback methods can be implemented for process automation.
  • Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung an, mit dem in einem ersten Schritt eine zerstörungsfreie in vivo Analyse des jeweils vorliegenden Targetmaterials erreicht wird, mit der eine Feststellung und Klassifizierung bzw. Erkennung des Materials bzw. bestimmter Materialeigenschaften aufgrund seiner unterschiedlichen Materialzusammensetzungen und/oder Struktureigenschaften und/oder seines strukturdynamischen bzw. rheologischen Verhaltens möglich ist. The present invention provides a method and a device, a non-destructive is achieved in vivo analysis of the respectively present target material with which, in a first step, with which a detection and classification or identification of the material or certain material properties due to its different material compositions, and / or structural properties and / or its structural dynamic and rheological behavior is possible. In einem folgenden Schritt kann daraufhin eine gezielte und selektive Anwendung der auf denselben Zielbereich und das selbe Targetmaterial eingebrachten Strahlungsenergie zu verschiedenartigen therapeutischen Zwecken sowie zur Bearbeitung des Targetmaterials nach den Maßgaben der vorangegangenen in vivo Analyseergebnisse erfolgen. In a following step, then a specific and selective application of the introduced to the same target area and the same target material radiant energy to various therapeutic purposes as well as for the processing of the target material on the bases of the foregoing can be carried out in vivo analysis results. Dabei erfolgt der Therapieprozess oder Materialbearbeitungsprozess durch jeweils aktuell spezifizierte und kontrollierbare unterschiedlichen Einstellungen der Strahlungsenergie sowie durch andere relevante Strahlungsparameter im Verlauf des Diagnoseprozesses bzw. durch entsprechend geeignete Feedback-Prozessroutinen. Here, the process of treatment or material treatment process is carried out by respectively currently specified and controllable different settings of the radiant energy as well as other relevant radiation parameters in the course of the diagnostic process, or by correspondingly suitable feedback process routines.
  • Im Falle der Anwendung der Verfahren und Vorrichtung auf dem Gebiet der Laserlithotripsie bietet die Erfindung die Möglichkeit, dass nur im Falle des Vorliegens des zu bearbeitenden Steinmaterials die zur Plasmaauslösung und Steinzertrümmerung erforderliche hohe Laserenergie selektiv appliziert wird. In the case of application of the method and apparatus in the field of laser lithotripsy, the invention offers the possibility that only in the case of the presence of the stone material to be processed, the required for plasma initiation and lithotripsy high laser energy is selectively applied. Dadurch wird gewährleistet, dass die zur Lithotripsie verwendete hohe Laserenergie zu keinem Zeitpunkt auf das zu schonende Gewebe trifft. This ensures that the high laser energy used for lithotripsy is true at any time to be gentle tissue. Damit wird jede unerwünschte kolla terale Schädigung des den Stein umgebenden Gewebes mit Sicherheit ausgeschlossen. Thus any unwanted kolla teral damage to the surrounding tissue the stone is safely excluded. Es ist weiterhin eine zuverlässige und sichere selektive Materialbearbeitung auch ohne Sichtkontrolle möglich, wobei auch im Falle eines Blindverfahrens die selektive Steinfragmentierung ohne Schädigung des umgebenden Gewebes erreicht wird, was durch eine entsprechend geeignete automatisierte Feedback-Prozesskontrolle erreicht werden kann. It is also a reliable and safe selective material processing possible without visual inspection, and also in the case of a blind process, the selective stone fragmentation is achieved without damage to the surrounding tissue, which can be achieved by a correspondingly suitable automated feedback process control. Hierbei werden die vor jedem Bearbeitungsschritt und bei jedem vorangehenden Analyseschritt jeweils festgestellten Analysedaten zur Feedback Kontrolle des selektiven Laser-Bearbeitungsverfahren verwendet. Here, the front of each processing step and in any preceding analysis step in each case determined analysis data for feedback control of the selective laser machining method can be used.
  • Zur Feststellung der im Zielbereich jeweils vorliegenden Materialeigenschaften werden zu Analysezwecken verschiedene photoinduzierte Wechselwirkungen mit dem Targetmaterial einzeln oder in Kombination ausgenutzt, um daraus zuverlässige, eindeutige und signifikante targetspezifische Merkmale zur Diskrimination, Klassifizierung, Material- und Strukturerkennung zu erhalten, wobei die hieraus abgeleiteten erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil einer für die Anwendung hinreichenden Trennschärfe aufweist und auf einfache und unmittelbare Weise ein geeignetes Analyseergebnis erzielt wird. In order to determine the respectively present in the target area material properties for purposes of analysis, various photo-induced interactions are individually with the target material or utilized in combination to therefrom to obtain reliable, clear and significant target-specific features for discriminating, classification, material and structure recognition, wherein the derived therefrom method of the invention has the advantage of a sufficient selectivity for the application and is achieved in a simple and immediate way, a suitable analysis result.
  • Ebenso führt die zur Festsstellung von Materialeigenschaften auf das Zielbereich eingebrachte Strahlungsenergie in keinem Fall zu einer optischen Plasmaemission bzw. einer Denaturierung, Schädigung, Zerstörung oder Perforation des zu analysierenden biologischen Gewebes. Likewise, the introduced for detection of material properties on the target area radiation energy results in no case to an optical plasma emission or denaturation, damage, destruction or perforation of the biological tissue to be analyzed.
  • Vorteilhaft werden deshalb nur geringe Strahlungsenergien zur Anregung des Zielbereichs verwendet, welche zwar zu einer entsprechend spezifizierten im Sinne des Analyseverfahrens notwendigen optischen Anregung des Targetmaterials führen, jedoch eine Schädigung gänzlich ausschließen. therefore only low radiation energy for excitation of the target area can be advantageously used, which, while leading to a correspondingly specified necessary for the purposes of the analysis method optical excitation of the target material, but which exclude damage altogether.
  • Das Erkennungsverfahren kann sowohl mit unterschiedlichen Lasertypen bei verschiedenen Wellenlängen als auch mit gepulsten Lasern mit verschiedenen Laserpulsdauern sowie auch für CW Laser bzw. modulierte CW-Laser angewendet werden. The detection method can be used both with different types of lasers at different wavelengths as well as pulsed lasers with different laser pulse durations and also for CW laser or modulated CW laser.
  • Die Verwendung nicht-optischer Detektionssysteme hat den Vorteil, dass zur Feststellung der Materialeigenschaften die unterschiedliche strukturelle Dynamik der durch optische Anregung des Targetmaterials ausgelösten photoakustischen, photothermischen bzw. photoelastischen Effekte ausgenutzt wird. The use of non-optical detection systems has the advantage that for determining the material properties of the different structural dynamics of the induced by optical excitation of the target material photoacoustic photothermal or photoelastic effect is utilized to advantage. Der prinzipielle Vorteil dieser Detektionsart ist darin zu sehen, das hierbei das detektierte Signal ausschließlich von der im Targetmaterial tatsächlich absorbierten Strahlungsenergie abhängt, wodurch keine Störungen der Messung durch die bei derartigen Materialien üblicherweise auftretende starke Streustrahlung auftreten können und damit die diesbezüglichen Nachteile der bekannten optischen Detektionsverfahren entfallen. The principal advantage of this type of detection is the fact that in this case depends on the detected signal exclusively from the actually absorbed in the target material radiant energy, whereby no disturbance of the measurement can occur due to the usually occurring in such materials strong scattered radiation and the relevant disadvantages of the known optical detection method omitted. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass zur effektiven Anregung des Targetmaterials zu Analysezwecken, praktisch unbeschränkte Möglichkeiten nutzbarer Strahlungsenergien zur Verfügung stehen, wobei mit ganz unterschiedlichen Strahlungsquellen und Bestrahlungsbedingungen gearbeitet werden kann. Another advantage is the fact that for analysis for effective excitation of the target material, virtually unlimited possibilities of usable radiation energies are available, being possible to work with very different radiation sources and irradiation conditions. Somit kann die zur Anregung verwendete photonische Emission grundsätzlich mit weitgehend beliebiger spektraler Verteilung und außerdem über einen extrem breitbandigen Wellenlängenbereich erfolgen, woraus sich der Vorteil einer weitgehend freien Wahl der je nach Anwendung eingesetzten Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche sowie der verwendeten Strahlungsquelle ergibt. Thus, the photonic emission used for excitation can be done in principle with essentially any desired spectral distribution and also over an extremely wide band wavelength range, resulting in the advantage of a substantially free choice of the wavelengths or wavelength ranges used depend on the application and the radiation source used is obtained. Die gegenüber den bekannten Verfahren besonders vorteilhafte hohe Nachweisempfindlichkeit des Detektionsverfahrens in Verbindung mit der mit dieser Lösung erreichbaren hohen Spezifität und Selektivität des Analyseverfahrens ist in dem wesentlichen Unterschied begründet, dass sich die zu untersuchenden Gewebematerialien grundsätzlich nicht eindeutig und hinreichend genau hinsichtlich ihrer rein stofflichen Kennzeichen differenzie ren lassen, da sich die meisten Gewebe bezüglich ihres stofflichen Gehaltes und Zusammensetzung nicht signifikant unterscheiden. The particularly advantageous compared to the known processes high detection sensitivity of the detection method in conjunction with the achievable with this solution high specificity and selectivity of the analysis method is due to the significant difference that the to be examined fabric materials differentiation principle not clear and sufficiently precise in terms of their purely material characteristics let reindeer, because differ most tissues in terms of their material content and composition is not significant. Die entsprechenden Gewebetypen unterscheiden sich aber auf signifikante Weise hinsichtlich ihrer morphologischen Strukturen, welche wiederum auf unmittelbare Weise mit den funktionellen physiologischen Eigenschaften verknüpft sind. but the corresponding tissue types differ in a significant manner with respect to their morphological structures, which are in turn linked in an immediate way with the functional physiological properties. Die Analyse dieser strukturellen Kennzeichen bringt somit den Vorteil mit sich, dass damit die Anwendung strukturdynamischer und rheologischer Analyseverfahren zur Feststellung und genauen Differenzierung von Gewebeeigenschaften sowie zur funktionalen Charakterisierung geeignet sind. The analysis of these structural characteristics thus has the advantage that for the application to structural dynamic and rheological analysis methods are suitable for detection and accurate differentiation of tissue properties and for functional characterization.
  • Daher ist der Einsatz entsprechender akustischer bzw. mechanischer Schwingungsdetektoren oder anderer bekannte Verfahren vorteilhaft, mit welchen die vom Zielbereich bei optischer Anregung ausgehenden thermischen, akustischen bzw. elastischen Wellen nachgewiesen werden können. Therefore, the use of corresponding acoustic or mechanical vibration detectors, or other known method is advantageous, with which emanating from the target area upon optical excitation of thermal, acoustic and elastic waves can be detected.
  • Die Detektion dieser thermischen, akustischen bzw. elastischen Wellen weist den weiteren Vorteil auf, dass diese sich über große Distanzen im Körpergewebe selbst linear ausbreiten und bis zur Körperoberfläche gelangen, wo sie ohne zusätzlich in den Körper einzubringende Sensoren und ohne weiteren Aufwand mittels an der Körperoberfläche angebrachte Sensoren leicht detektiert werden können. The detection of these thermal, acoustic or elastic waves has the further advantage that they propagate themselves linearly over large distances in the body tissue and to the body surface get where they without additionally introduced into the body sensors and without any further effort by the body surface sensors mounted can be easily detected. Diese Lösung weist den weiteren Vorteil auf, dass durch das Anbringen weiterer zusätzlicher Sensoren an unterschiedlichen Positionen auf der Körperoberfläche eine räumliche und zeitliche Zuordnung der vom Zielbereich emittierten akustischen Wellen möglich ist. This solution has the further advantage that by attaching further additional sensors at different positions on the body surface is possible spatial and temporal assignment of the emitted acoustic waves from the target area. Die simultane Registrierung mit mehreren Detektoren bei unterschiedlichen Detektorpositionen und/oder der Einsatz entsprechend angeordneter und operativ miteinander gekoppelter Sensoren zB zur fokussierten Detektion auf bestimmte ausgewählte Targetpunkte bzw. Targetbereiche ist im Besonderen auch deshalb vorteilhaft, da mit dieser Lösung neben einer räumlichen Positionsbestimmung der akustischen Quelle auch noch weitere zusätzliche signifikante targetspezifischen Merkmale bezüglich der unterschiedlichen akustischen Abstrahlungscharakteristiken in Verbindung mit den anderen aufgrund der im Targetmaterial selbst stattfindenden photoakustischen, photothermischen bzw. photoelastischen Wechselwirkungen gewonnenen strukturdynamischen Merkmalen zu Analysezwecken und ebenso auch zur Beurteilung des mit jeder therapeutischen Strahlungsexposition erreichten Therapieerfolges oder aber zur Bewertung des jeweils durch die Laserenergie bewirkten Bearbeitungszustandes sowie der Effektivität der Simultaneous recording with a plurality of detectors at different detector positions, and / or the use of correspondingly arranged and operatively coupled to each other sensors, for example for focused detection on certain selected target points and target areas is also advantageous in particular because with this solution, in addition to a spatial position determination of the acoustic source for analysis even more significant additional target-specific features relating to the different acoustic emission characteristics in conjunction with the other recovered because of the self takes place in the target material photoacoustic, photothermal or photo elastic interactions structural dynamic characteristics and as well as for assessment of efficacy achieved with any therapeutic radiation exposure or to evaluation of each caused by the laser energy processing status and the effectiveness of Bearbeitung genutzt werden können. Machining can be used.
  • Zum Beispiel unterscheiden sich feste Materialien wie Steinkonkremente gegenüber weichem Gewebematerial nicht nur hinsichtlich ihrer strukturellen Verschiedenartigkeit, sondern ebenso signifikant im Hinblick auf ihre unterschiedlichen Schallausbreitungseigenschaften, wobei Festkörper-Konkremente sowohl eine transversale als auch longitudinale Wellenausbreitung besitzen, aber im Gegensatz dazu im weichen Körpergewebe ausschließlich nur longitudinale Wellenausbreitung stattfindet. For example, solid materials differ as Steinkonkremente against soft tissue material not only in terms of their structural diversity, but also significant in terms of their different sound propagation properties, solid concretions have both transverse and longitudinal wave propagation, but in contrast, the soft body tissue exclusively longitudinal wave propagation takes place. Diese dem Fachmann bekannten unterschiedlichen Eigenschaften der akustischen Wellenausbreitung werden vorteilhaft zu den erfindungsgemäßen Analysenzwecken sowie zur Erzielung einer zuverlässigen Diskriminationleistung, Materialklassifizierung bzw. Materialerkennung genutzt. These known to those skilled different characteristics of acoustic wave propagation advantageously be used to give the novel analytical purposes as well as for achieving a reliable Diskriminationleistung, material classification and material recognition.
  • So ist es besonders dann vorteilhaft, wenn dadurch, wie zB im Fall einer Laser-Lithotripsie die Anwendung ohne Sichtkontrolle (Blindverfahren) erfolgt und mit dieser Lösung der jeweils erreichte Fragmentierungsgrad des Steinkonkrementes leicht bestimmt und entsprechend angezeigt werden kann. Thus, it is particularly advantageous if this can be effected as for example in the case of a laser lithotripsy the application without visual inspection (blind method), and easily determined with this solution, the degree of fragmentation of the respectively reached Steinkonkrementes and displayed accordingly. Ein zusätzlicher Nutzen ergibt sich auch aus der Tatsache, dass beim Einsatz im Blindverfahren mit der erfindungsgemäßen Lösung auch eine Navigations- und Positionierungshilfe leicht zu realisieren ist, was zur Erreichung einer für die effektive Steinzertrümmerung optimalen Faserposition bzw. eines op timalen Steinkontaktes ausgenutzt werden kann. An additional benefit also stems from the fact that when used in a blinded manner with the inventive solution, a navigation and positioning aid is easy to implement, which can be exploited to achieve optimal for effective lithotripsy fiber position and an op timalen stone contact. Diese Lösung weist den Vorteil auf, dass eine Navigation und Sondierung auch größerer Zielbereiche auch noch in den Fällen besteht, wenn eine endoskopische Sichtkontrolle aufgrund des mangelnden Zugangs für das Endoskop zwar unmöglich ist, aber aufgrund des erheblich geringeren Faserdurchmessers der Laserfaser ein Zugang dieser Faser in bestimmte Kavitationen mit geringerem Lumen wie zB Gallengänge dennoch möglich ist. This solution has the advantage that a navigation and exploratory also consists of larger target areas in the cases when an endoscopic visual inspection due to the lack of access for the endoscope is indeed impossible, but due to the significantly smaller fiber diameter of the laser fiber access this fiber in certain cavitation with lower lumens such as biliary ducts is still possible. Durch diese Lösung wird der sichere klinische Anwendungsbereich erheblich erweitert. This solution of safe clinical application is greatly expanded.
  • Das Erkennungsverfahren zur Feststellung der Materialeigenschaften kann auch ohne jegliche vorherige Kenntnis der Art und Zusammensetzung der Materialbestandteile sofort und ohne entsprechende Voruntersuchungen überall klinisch angewendet werden. The detection method for determining the material properties can be applied anywhere clinically immediately and without proper preliminary investigations without any prior knowledge of the nature and composition of the constituent materials. Es wird der vorteilhafte Zusammenhang zwischen den unterschiedlichen strukturellen, strukturdynamischen und funktionellen rheologischen Eigenschaften von Körpermaterialien ausgenutzt. It utilizes the advantageous relationship between the different structural, functional and structural dynamic rheological properties of body materials. Diese Lösung gründet sich auf der Kenntnis, dass zwischen den morphologischen Eigenschaften biologischer Gewebestrukturen und ihrer damit korrespondierenden spezifischen physiologischen Funktionalität ein wechselseitiger Bedingungszusammenhang besteht. This solution is based on the knowledge that there is a reciprocal relationship between the condition morphological properties of biological tissue structures and their corresponding thereto specific physiological functionality. Wie aus der Strukturtheorie, Strukturbiologie und Biophysik der Gewebe bekannt ist, konstituieren sich die gewebsmorphologischen Strukturbildungprozesse mit entsprechend ausgewiesener adaptiver Plastizität und die damit verknüpfte funktionelle physiologische bzw. pathophysiologische Funktionalität gegenseitig auf hochspezifische und komplementäre Weise. As the tissue is known from the structural theory, Structural Biology and Biophysics, the gewebsmorphologischen structure formation processes constitute with correspondingly designated adaptive plasticity and functional physiological or pathophysiological functionality associated therewith each other in a highly specific and complementary manner. Die erfindungsgemäße Detektion und Ermittlung bestimmter im Targetgebiet jeweils vorliegender äußerst signifikanter gewebselastischer Eigenschaften (Gewebsrheologie) sowie ihrer damit in Zusammenhang stehenden hochspezifischen strukturellen bzw. stukturdynamischen Merkmale wird vorteilhaft zur sensitiven und sicheren Feststellung, selektiven Unterscheidung, Klassifizierung und Erkennung von biologischen Materialien und/oder festen Körper konkrementen eingesetzt. The detection according to the invention and the detection of certain in the target area each present very significant gewebselastischer properties (Gewebsrheologie) as well as their related thereto highly specific structural or stukturdynamischen characteristics is advantageously fixed to the sensitive and safe finding selective distinction, classification and detection of biological materials and / or body concretions used. Weitere vorteilhafte Anwendungen der Erfindung sind darin zu sehen, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung damit ebenso unterschiedliche neuartige in vivo Analysewerkzeuge für biomedizinische Forschungszwecke zur Aufklärung vielfältiger biologischer Energie- und Strukturumwandlungsprozesse oder struktureller Schwingungsmoden und ihrer Dynamik möglich sind, wie zB bei verschiedenartigen zellulären Organisationsprozessen oder bei morpho- genetischen Entwicklungsphasen und Wachstumsprozesse, welche sich durch spezifische Konformationsänderungen und/oder Aktivierungszustände auszeichnen. Further advantageous applications of the invention include the fact that this also different novel in vivo analysis tools for biomedical research purposes to educate diverse biological energy and structural transformation processes or structural vibration modes and their dynamics are possible with the help of the inventive solution, such as in various cellular organization processes or at morphogenetic stages of development and growth processes, which are characterized by specific conformational changes and / or activation states. Hierbei spielen bestimmte gewebsmechanische Funktionalitäten, wie Plastizität, Entropische Elastizität oder Viskoelastizität eine bedeutende Rolle. Here certain gewebsmechanische functionalities such as plasticity, Entropic elasticity or viscoelasticity play a significant role. Auch die Möglichkeit zur in vivo Untersuchung verschiedener Mechanismen der Mechanotransduktion oder bestimmter photoelastischer und thermoelastische Transduktionsprozesse, uvam eröffnet damit weitreichende Anwendungsperspektiven für zukünftige biotechnologische, biomedizinische in vivo Analyseverfahren und klinische Diagnoseverfahren. The possibility for the in vivo study of different mechanisms of mechanotransduction or certain photoelastic and thermoelastic transduction processes, and much more, opening up broad application prospects for future biotechnology, biomedical in vivo analysis methods and clinical diagnostic procedures. Denkbar sind außerdem auch verschiedenartige Nutzungen zur selektiven und feedback-kontrollierten biomedizinischen Intervention zB zur selektiven photoelastisch, photothermisch bzw. photoakustisch induzierten strukturellen Integration bzw. Desintegration in ausgewählten regionalen Gewebekompartimenten, zellulären Strukturen oder zur gezielten Erzeugung und Servo- Kontrolle spezifischer Anisotropien und Gradientenfelder, viskoelastischer und gewebsrheologischer Zustände, sowie bestimmter lokaler Mikroakzellerationen. It is also conceivable various uses for selectively and feedback-controlled biomedical intervention, for example, for selectively are also photo elastically photothermal or photo acoustically induced structural integration or disintegration in selected regional tissue compartments, cellular structures or for the targeted production and servo control of specific anisotropies and gradient fields, viscoelastic and gewebsrheologischer states, as well as certain local Mikroakzellerationen. Weitere denkbare Anwendungen ergeben sich nach den Prinzipien des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der gezielten Beaufschlagung von ausgewählten biologischen Mikro- und Nanostrukturen mit spezifisch steuerbarer Strahlungsenergie mit Hilfe geeigneter optischer Applikatoren und durch die damit erreichbare photoinduzierte selektive lokale sonische Anregung oder Sono-Stimulation, zur Erzielung verschiedenartiger kontrollierbarer hochspezifischer physiologischer Wirkungen, wie zB die spezifische Beeinflussung bestimmter spezifischer lokaler zellulärer Motilitäten, Oberflächen- und Volumenänderungen oder von Transport- und Regulations-prozessen bzw. die Servo Steuerung oder Modulation physiologisch relevanter fluid-dynamischer Pumpmechanismen oder gezielte Beeinflussung mikrozirkulatorischer hämodynamischer Parameter. Other possible applications are possible according to the principles of the inventive method in connection with the selective exposure of selected biological micro- and nanostructures with specific controllable radiant energy with the aid of suitable optical applicators and by the so achievable photoinduced selective local sonic excitation or Sono-stimulation, to obtain different types of controllable highly specific physiological effects, such as the specific influence of certain specific local cellular motilities, surface and volume changes or from transport and regulatory processes and the servo control or modulation of physiologically relevant fluid-dynamic pumping mechanisms or specific influencing microcirculatory hemodynamic parameters. Im Rahmen einer selektiven und kontrollierten laserinduzierten Schockwellenanwendung ergibt sich die erfindungsgemäße Möglichkeit sowohl zum Einsatz des Verfahrens für verschiedenartige konservative physiotherapeutische bzw. orthopädische Schockwellenbehandlungen als auch zu deren invasiver Anwendung. As part of a selective and controlled laser induced shock wave application according to the invention results in the possibility to both the use of the method for various conservative physiotherapy or orthopedic shock wave treatments, as well as for their invasive application.
  • Ein besonderer prinzipieller Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin begründet, dass die mittels optischer Anregung im Targetmaterial erzeugten und mit Hilfe des bezeichneten Detektionsverfahrens nachweisbaren und entsprechend analysierbaren strukturdynamischen Ordnungszustände weitgehend unabhängig von den Eigenschaften der spektralen Emission der jeweils eingesetzten anregenden Strahlungsenergie sind, wodurch sich eine weitgehend uneingeschränkte Auswahl der hierfür einsetzbaren Bestrahlungssysteme ergibt. A particular principal advantage of the inventive solution is based on the fact that the structural dynamic states of order generated by optical excitation in a target material and detectable by the detection method indicated and according analyzable are largely independent of the characteristics of the spectral emission of the exciting radiation energy used in each case, resulting in a largely unrestricted choice of useable for this purpose irradiation systems results. Es ergibt sich die Möglichkeit das Verfahren auch über einen extrem breiten Wellenlängenbereich zB vom Mikrowellen-, IR-, VIS-, oder UV-Bereich bis hin zur Röntgen- oder Gammastrahlung zur Anregung zu nutzen. This results in the possibility of the method is also an extremely wide range of wavelengths, for example, from the microwave, infrared, VIS or UV region up to the X-ray or gamma radiation to be used for excitation.
  • Weiterhin wird eine entsprechend geeignete Operationalisierung des zerstörungsfreien in vivo Erkennungsverfahrens und Material-erkennungssystems mit entsprechendend ausgewählten korrespondierenden Applikatorssystemen herbeigeführt. Furthermore, a correspondingly suitable operationalization of the non-destructive in vivo detection method and material recognition system is brought about with entsprechendend selected corresponding Applikatorssystemen. Diese Applikatorsysteme, welche zur selektiven Beaufschlagung des jeweils vorliegenden Targetmaterials geeignet sind und welche mit entsprechend ausgewählten und für die Erreichung der jeweiligen Materialbearbeitungsaufgabe bzw. therapeutischen Aufgabe geeigneten Bestrahlungsart arbeiten und wodurch, auf der Grundlage der festgestellten Materialeigenschaften, eine entsprechend kontrollierte Abgabe der Strahlungsenergien mit jeweils genau definierten Bestrahlungsparametern erreicht wird. This applicator systems which are suitable for the selective actuation of the respective existing target material and which operate with appropriately selected and suitable for achieving the respective material processing task or therapeutic task of irradiation and whereby, on the basis of the determined material properties, a correspondingly controlled delivery of the radiation energies, each with precisely defined irradiation parameters is achieved. Diese Operationalisierung wird gegebenenfalls unter online Bedingung unter Implementierung bestimmter anwendungsspezifischer Prozessroutinen durchgeführt. This operationalization is optionally carried out under online condition under implementation of certain application-specific process routines.
  • Eine derartige zB halbautomatische Prozessroutine kann ua darin bestehen, dass nachdem die Materialeigenschaft mit Hilfe des Erkennungssystems, aufgrund entsprechend geeigneter spezifischer Merkmale, jeweils automatisch festgestellt wurde, der Anwender aufgrund dieser Daten nach seinen eigenen Maßgaben, die zum Erreichen seiner spezifischen und mit Hilfe der selektiven Strahlungsapplikation bewirkten, Bearbeitung bzw. therapeutischen Intervention solange fortsetzt, bis das Bearbeitungsziel aufgrund des nach jedem Bearbeitungsschritt mittels des Erkennungssystems festgestellten gewünschten Fortschritts erreicht wird. Such, for example, semi-automatic process routine may inter alia consist in that after the material property with the aid of the recognition system was in each case determined automatically on the basis of correspondingly suitable specific characteristics of the user based on these data according to its own provisos that its specific and using the selective for achieving radiation application effected, continuing processing or therapeutic intervention until the processing object is achieved due to the determined after each processing step by means of the detection system desired progress. Damit der jeweils erreichte Fortschritt der Bearbeitung und das Erreichen des Bearbeitungszieles für den Anwender zu jedem Zeitpunkt leicht erkennbar ist, sind entsprechende Mittel vorgesehen, welche aufgrund einer geeigneten visuellen und/oder akustischen Repräsentation und Anzeige der aktuellen Analysedaten, eine schnelle und leichte Beurteilung der Effektivität bzw. des Erfolges der Bearbeitung erlauben. So that the respective progress achieved processing and reaching the processing target for the user is easily identifiable at all times, adequate resources are provided, which due to a suitable visual and / or audible representation and display of the current analysis data, a quick and easy assessment of the effectiveness or allow the success of the processing. Hierzu können vorteilhaft im Sinne des Verfahrens unterschiedliche bekannte parametrische und/oder symbolische Repräsentationstechniken zur jeweils geeigneten online Darstellung des akuten Analyseergebnisses eingesetzt werden, welche dem Anwender auch zusätzliche Sondierungs- und/oder Navigations- und/oder Positionierungshilfen zur optimalen Applikation der Strahlungsenergien wie zB zur gezielten Führung und selektiven Positionierung einer in die entsprechende Kavitation eingebrachten optischen Faser bieten. To this end, various known parametric and / or symbolic representation techniques can be used advantageously for each appropriate online presentation of acute analysis result in the context of the process that the user additional exploratory and / or navigation and / or positioning aids for the optimal application of the radiation energy, such as for to provide specific guidance and selective positioning of an inserted into the corresponding cavitation optical fiber.
  • Vorteilhaft können auch entsprechende Hilfsmittel vorgesehen sein, welche eine leichte Bedienbarkeit und schnelle Einstellung der erforderlichen Bestrahlungsparameter gestatten. Advantageously also appropriate aids can be provided which allow for ease of use and quick adjustment of the irradiation required parameters. Diese im Sinne der Erfindung eingesetzte Prozessroutine dient einerseits der Kontrolle für eine gezielte, effektive und selektive Materialbearbeitung und andererseits auch als Sicherheitssystem, welches in jedem Fall eine unerwünschte und schädigende Applikation der Strahlungsenergie auf das zu schonende Material bzw. umgebende Gewebe mit Sicherheit ausschließt. This process routine used in the context of the invention serves on the one hand of control for a selective, effective and selective material processing and on the other hand as a safety system, which eliminates in any case an undesired and harmful application of the radiation energy to the to gentle material or surrounding tissue with certainty. Neben einer halbautomatischen Operationalisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ebenso automatische Prozessroutinen denkbar, mit deren Hilfe eine direkte Feedback-Kontrolle möglich ist. In addition to a semi-automatic operationalization of the inventive method as automatic process routines are possible that allow a direct feedback control is possible. Hierzu können aus den gewonnenen Analyse-Prozessdaten entsprechend geeignete Kontrollparameter in Echtzeit abgeleitet werden, welche dann zur Steuerung und Regelung der verschiedenen Bestrahlungsparameter verwendet werden. For this purpose, in accordance with appropriate control parameters can be derived in real time, which are then used for controlling and regulating the various irradiation parameters obtained from the analysis of process data. Vorteilhaft ist es, wenn diese Prozessroutinen auch eine entsprechende Steuerungslogik enthalten, welche mit Hilfe entsprechend implementierter Sicherheitskriterien die verschiedenen Risiken einer Fehlbedienung und Fehlbehandlung sowie eine Gewebeschädigung ausschließt. it if this process routines also include an appropriate control logic, which excludes using correspondingly implemented safety criteria the various risks of misuse and mishandling and tissue damage is advantageous.
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der Figuren anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings of the Figures with reference to three embodiments. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereichs eines menschlichen oder tierischen Körpers, schematic representation of the inventive method and the inventive apparatus for in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body,
  • 2 2 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform mit automatischer oder halbautomatischer Materialbearbeitung, und schematic representation of the method and apparatus of the invention in a second embodiment with automatic or semi-automatic machining, and
  • 3 3 schematische Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung der schematic representation of the method and apparatus of the 2 2 mit zusätzlichem Ultraschall-Echoskopieverfahren. with additional ultrasonic echo copy process.
  • In In 1 1 ist schematisch der Vorgang der Materialerkennung und die dazu erforderliche Vorrichtung gezeigt. is shown schematically the process for recognizing the material and the required for this device. Eine optische Faser An optical fiber 1 1 wird von dem Operateur in das betreffende Zielbereich is used by the surgeon in the targeted area 2 2 des Körpers des zu behandelnden Patienten, beispielsweise mit Hilfe eines Endoskops, geführt. the body of the patient to be treated, for example, performed with the aid of an endoscope. Durch die Lichtleitfaser Through the optical fiber 1 1 kann über einen Laser can a laser 7 7 (laser sources) ein optisches Anregungssignal in den Zielbereich (Laser sources), an optical excitation signal in the target region 2 2 geleitet werden. are conducted. Die einzelnen Parameter des Lasers The individual parameters of the laser 7 7 werden über eine Kontrolleinrichtung be a control device 6 6 (laser paramter control) manuell oder automatisch kontrolliert. (Laser control paramter) controlled manually or automatically. Über die Kontrolleinrichtung About the control device 6 6 lassen sich so beispielsweise die Laserwellenlänge beziehungsweise die Laserwellenlängen, die Intensität des Lasers, die Bestrahlungsdauer bzw. die Pulsfolge und deren jeweilige Variation einstellen. can thus be, for example, the laser wavelength or the laser wavelengths, adjust the intensity of the laser, the irradiation time or the pulse sequence and their respective variation.
  • Der Zielbereich The target area 2 2 kann so über die Lichtleitfaser can so via the optical fiber 1 1 mit dem Laser with the laser 7 7 mit einem in seinen Parametern spezifizierten optischen Anregungssignal beaufschlagt werden. are supplied with a specified optical parameters in its excitation signal. Über die Kontrolleinrichtung About the control device 6 6 lassen sich auch unterschiedliche Parameterprofile für den Laser can also be different parameter profiles for the laser 7 7 abrufen bzw. Folgen von unterschiedlichen Parameterprofilen als Sequenzen durchlaufen. through recall or consequences of different parameter profiles as sequences. Ein derartiges Parameterprofil ist unter anderem durch mehrere Werte für die entsprechenden zu durchlaufenden Folgen von Anregungssequenzen spezifiziert, wie beispielsweise den hierbei applizierten Strahlungsenergien und Strahlungsleistungen, den dynamischen Parametern, den Modulationsarten (zB AM, FM, PM, PRBSC) und den Modulationsparametern (zB Modulationsfrequenz, Modulationsgrad), den spektralradiometrischen Parametern (zB Wellenlängen, spektrale Zusammensetzung) sowie den Strahlungsfeldparametern sowie den ent sprechenden räumlichen Bestrahlungspositionen auf dem Probenkörper. Such a parameter profile is specified, inter alia, by a plurality of values ​​for the corresponding to continuous sequences of excitation sequences, such as the case applied radiation energies and radiant powers, the dynamic parameters, the modulation types (for example, AM, FM, PM, PRBSC) and the modulation parameters (such as modulation frequency , degree of modulation), the spectroradiometric parameters (eg, wavelength, spectral composition) and the radiation field parameters and the ent speaking spatial irradiation positions on the sample body.
  • Außerhalb oder innerhalb des Körpers des zu behandelnden Patienten ist ein Detektor Outside or inside the body of the patient to be treated is a detector 8 8th angebracht, mit dem akustische und/oder mechanische Antwortsignale aufgenommen werden können. attached, can be included with the acoustic and / or mechanical response signals. Durch den Detektor By the detector 8 8th werden die von dem angeregten Zielbereich be excited from the target area 2 2 ausgesendeten akustischen und/oder mechanischen Antwortsignale, die als Reaktion auf das optische Anregungssignal emittiert werden, aufgenommen. emitted acoustic and / or mechanical response signals, which are emitted in response to the optical excitation signal was added. Diese vom Detektor This from the detector 8 8th aufgenommenen Antwortsignale werden zunächst in einer Aufbereitungsstufe recorded response signals are initially in a preparation stage 8a 8a (detector signal processing) aufbereitet. (Detector signal processing) treated. Die Aufbereitung der Antwortsignale umfasst dabei beispielsweise eine Verstärkung des Signals, eine Filterung, insbesondere mit einem Bandpassfilter, eine Transformation des Antwortsignals, eine Mittelwertbildung oder andere Methoden zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses. The preparation of the response signals comprises, for example an amplification of the signal, a filtering, in particular with a band-pass filter, a transformation of the response signal, an averaging, or other methods for improving the signal / noise ratio. Das in der Aufbereitungsstufe That in the preparation stage 8a 8a aufbereitete Signal wird nun in einer Analysestufe conditioned signal is now in a stage of analysis 11 11 (analysing procedures) analysiert. (Analyzing procedures) analyzed.
  • Zur Analyse des Antwortsignals werden beispielsweise die periodischen Eigenschaften des detektierten Antwortsignals ermittelt. the periodic characteristics of the detected response signal are determined for example for the analysis of the response signal. Dies geschieht beispielsweise über bekannte Methoden wie die Fast-Fourier Transformation (FFT), Wavelet oder anderen. This happens for example by known methods such as Fast Fourier Transform (FFT), wavelet or other. Mittels des bekannten Verfahrens der dynamischen Analyse können weiterhin die Schwingungsmoden des angeregten Zielbereiches aus dem Antwortsignal ermittelt werden, die durch den photoakustischen Effekt bei optischer Anregung des Zielbereiches By the known method of the dynamic analysis of the vibrational modes of the excited target area can further be determined from the response signal generated by the photoacoustic effect in optical excitation of the target region 2 2 angeregt werden. be encouraged. Weiterhin kann auch die Kavitationsperiode von im angeregten Zielbereich erfolgenden Kavitationsereignissen ermittelt werden. Furthermore, the Kavitationsperiode of verification in the excited target area cavitation events can be determined. Kavitation tritt im Zielbereich durch die Vaporisation der liquiden Phase und der darauffolgenden adiabatischen Abkühlung auf. Cavitation occurs in the target area by the vaporisation of the liquid phase and the subsequent adiabatic cooling.
  • In einer Zuordnungseinheit In an allocation unit 12a 12a (classification and recognition) werden nun die ermittelten Eigenschaften des Antwort signals zu Eigenschaftsklassen zugeordnet, die jeweils Materialeigenschaften repräsentieren. (Classification and recognition), the determined properties of the response signal are assigned to classes now property, each representing material properties. Diese Einordnung der Eigenschaften des Antwortsignals kann auch unter Zuhilfenahme der Anregungsparameter des optischen Anregungssignals erfolgen. This classification of the characteristics of the response signal can also be done with the help of the excitation parameters of the optical excitation signal.
  • Die Einordnung der Eigenschaften des Antwortsignals kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. The classification of the characteristics of the response signal can be done in different ways. In einer besonders einfachen Variante der Erfindung wird das Antwortsignal lediglich daraufhin untersucht, ob im Zielbereich nach der optischen Anregung überhaupt ein spezifisches photoakustisches Ereignis stattfindet. In a particularly simple variant of the invention, the response signal is only examined to determine if at all takes place in a particular photo acoustic event in the target area to the optical excitation. Aufgrund der Kenntnis der Materialeigenschaften bei unterschiedlichen Anregungsbedingungen ist es so möglich, zu entscheiden, ob die optische Anregung eines Festkörpers oder des diesen umgebenden Gewebes betroffen hat. Based on the knowledge of the material properties at different excitation conditions, it is possible to decide whether the optical excitation of a solid body or its surrounding tissue is affected. Im Falle des Festkörpers sind im Antwortsignal spezifische Schwingungsmoden bei einer bestimmten Anregungsenergie erkennbar, wobei im Falle der Anregung des umgebenden Gewebes bei dieser Anregungsenergie dann noch keine Schwingungsmoden nachweisbar sind. In the case of the solid-specific vibration modes are seen in the response signal at a particular excitation energy, wherein in case of the excitation of the surrounding tissue at this excitation energy then no vibration modes can be detected.
  • In einem zweiten Zuordnungsverfahren wird dem Umstand Rechnung getragen, dass unterschiedliche homogene oder heterogene Materialien unterschiedliche photoakustische Schwingungsmoden aufweisen. In a second allocation process takes into account that different homogeneous or heterogeneous materials have different photoacoustic vibration modes. Werden bei höheren Anregungsenergien auch Schwingungsmoden im Bereich des Gewebes angeregt, so weisen diese ein vollkommen anderes Spektrum auf, als beispielsweise die eines Steines. Also vibration modes excited in the region of the tissue at higher excitation energies, they have a completely different spectrum than, say, a stone. Die Analyse des angeregten Zielbereiches kann hier beispielsweise auch derart erfolgen, dass die analysierten Signale als zwei- oder mehrdimensionale Vektoren repräsentiert sind und beispielsweise auf einem Bildschirm aufgetragen werden. The analysis of the excited target area can here for example, also be made such that the analyzed signals are represented as a two- or multi-dimensional vectors, and are applied, for example on a screen. Die resultierenden Bahnkurven bzw. Trajektorien sind jeweils spezifisch für das angeregte Material des Zielbereiches. The resulting trajectories or trajectories are respectively specific for the excited material of the target area. Weiterhin verändern sich die Bahnkurven spezifisch unter verschiedenen Anregungsbedingungen, insbesondere bei unterschiedlichen Anregungswellenlän gen und unterschiedlichen Anregungsenergien. Furthermore, the trajectories change specifically under different excitation conditions, in particular at different Anregungswellenlän gen and different excitation energies. Auch diese durch Veränderung der Anregungsbedingungen initiierten Veränderungen des Antwortsignals können eine spezifische Signatur des Materials abgeben. These initiated by changing the conditions of excitation changes the response signal may provide a specific signature of the material.
  • Eine weitere einfache Möglichkeit der Unterscheidung zwischen Gewebe und Körperkonkrement im angeregten Zielbereich kann derart durchgeführt werden, dass das aufbereitete Antwortsignal oder das analysierte Antwortsignal hörbar gemacht wird. Another easy way of distinguishing between tissue and Körperkonkrement excited target area can be performed such that the conditioned response signal or the analyzed response signal is made audible. Dies kann durch Einsatz bekannter Verfahren und Mittel zur Audifikation und/oder Sonifikation erreicht werden. This can be achieved by use of known methods and means for audification and / or sonification. Das aufbereitete oder analysierte Signal wird dabei im einfachen Fall beispielsweise auf einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) gegeben und so im Hörbereich des menschlichen Gehörs hörbar gemacht. The processed or analyzed signal shall be given in a simple case, for example, a voltage-controlled oscillator (VCO) and thus made audible in the audible range of human hearing. In diesem Falle können zur weiteren Signalaufbereitung zum Zweck der Audifikation und/oder Sonifikation bestimmte Filtermethoden, mathematische Transformationen, Verfahren zur Verlangsamung bzw. zur Beschleunigung der Signalantworten, verschiedenartige Modulationsverfahren, Encodierungsverfahren, Signalsyntheseverfahren und/oder weitere bekannte Mittel zur Erzeugung unterschiedlicher, durch das jeweilige Antwortsignal ausgelöster, parametrisch entsprechend gesteuerter und/oder modulierter elektroakustischer Klangeffekte verwendet werden. In this case can for further signal processing for the purpose of audification and / or sonification certain filtering methods, mathematical transforms, methods of slowing or accelerating of the signal responses, various modulation methods, Encodierungsverfahren, signal synthesis method and / or other known means for generating different, respective by the response signal triggered, parametrically in accordance with a controlled and / or modulated electromagnetic acoustic sound effects are used. Der Operateur kann so einfach zwischen dem umgebenden Gewebe und einem Körperkonkrement, insbesondere einem Gallen- oder Nierenstein aufgrund der rezipierten Tonhöhe, des rezipierten Klanges und/oder der rezipierten tonalen Muster unterscheiden. The operator can thus easily distinguish between the surrounding tissue and a Körperkonkrement, in particular a biliary or renal stone-received because of the pitch of the sound-received and / or reception are tonal pattern. Zur Zerstörung des jeweiligen Körperkonkrementes kann der Operateur so den richtigen Zeitpunkt und die richtige Position der Lichtleitfaser bestimmen. The destruction of the respective Körperkonkrementes the surgeon can then determine the right time and the right position of the optical fiber.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Analyse und Einordnung des detektierten Antwortsignals ist die Bestimmung der Kavitationseigenschaften des angeregten Zielbereiches. A further possibility for the analysis and classification of the detected response signal is to determine the cavitation of the excited target area. Hierbei sind wiederum unterschiedliche Methoden anwendbar. Here again, different methods are applicable. Zum einen ist es möglich, die durch die Kavitation im Zielbereich angeregten Schwingungsmoden des jeweiligen Materials im Zielbereich zu messen und diese so zu behandeln, wie bereits weiter oben beschrieben. First, it is possible to measure the excited by the cavitation in the target area vibrational modes of the material in the target area and treat them as described above. Aus den Schwingungsmoden des Zielbereiches können so die unterschiedlichen Materialien aufgrund der signifikanten Unterschiede im Spektrum der Schwingungsmoden der jeweiligen Materialien ermittelt werden. From the vibrational modes of the target area can thus be determined, the different materials due to the significant differences in the spectrum of the vibration modes of the respective materials.
  • Eine weitere Möglichkeit bietet sich durch die Ermittlung der Kavitationsperioden selbst. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Kavitationsperioden zum einen abhängig von der eingestrahlten Energie und der eingestrahlten Wellenlänge sind, zum anderen eine deutliche Abhängigkeit vom angeregten Material aufweisen. A further possibility is by identifying the Kavitationsperioden itself. Here, the knowledge is utilized that the Kavitationsperioden are dependent on the one of the irradiated energy and the radiated wavelength, on the other hand a clear dependence on the material excited exhibit. Aufgrund der Erkenntnis des Anregungssignals kann so aus der ermittelten Kavitationsperiode auf das Material geschlossen werden. Due to the realization of the excitation signal can thus be concluded from the determined Kavitationsperiode to the material.
  • In einer parametrisierten dynamischen Methode wird die Kavitationsperiode für unterschiedliche Anregungsenergien bestimmt. In a parameterized dynamic method, the Kavitationsperiode for different excitation energies is determined. Der Verlauf der Kavitationsperioden bei Variation der Anregungsenergie ist ebenfalls signifikant für unterschiedliche Materialien. The course of Kavitationsperioden with variation of the excitation energy is also significant for different materials. Diese parametrisierte dynamische Methode kann weiterhin auch mit unterschiedlichen Anregungswellenlängen und Anregungsdynamiken durchgeführt werden. This parameterized dynamic method can still be carried out with different excitation wavelengths and excitation dynamics.
  • Aus der Analyse der Kavitationseigenschaften bzw. der im Zielbereich angeregten Schwingungsmoden kann weiterhin bei Kenntnis der Anregungsbedingungen erkannt werden, ob im Zielbereich eine Einblutung stattfindet. From the analysis of cavitation or the excited vibrational modes in the target area can be detected by knowing the excitation conditions continue, whether a hemorrhage occurs in the target area. Da Hämoglobin charakteristische spektrale Absorptionseigenschaften zeigt, verändern sich die angeregten Schwingungsmoden oder die Kavitationsperioden im Zielbereich bei einer Einblutung, da die Anregung des Zielbereiches aufgrund des Hämoglobins charakteristisch modifiziert wird. Since hemoglobin shows characteristic spectral absorption characteristics, the excited vibrational modes or Kavitationsperioden change in the target area at a hemorrhage, since the excitation of the target region is modified due to characteristic of hemoglobin. Die Identifikation von Einblutungen kann auch bei der Analyse der Schwingungsmoden vorgenommen werden, da sich die Anregungsbedingungen des Zielbereichs signifikant aufgrund der charakteristischen Hämoglobin-Banden ändern. The identification of bleeding may also be made in the analysis of vibration modes, because the excitation conditions of the target area change significantly due to the characteristic hemoglobin gangs.
  • Eine weitere Analysemöglichkeit bietet sich, wenn mindestens zwei Detektoren Another analysis option is available when at least two detectors 8 8th verwendet werden, deren Signalform bezüglich ihrer Phase, ihrer Intensität und/oder ihrer Laufzeit miteinander verglichen werden oder miteinander korreliert werden, so dass sich eine Ausbreitungsrichtung des emittierten Antwortsignals feststellen lässt. are used whose waveform are compared with respect to their phase, intensity and / or its duration or are correlated with each other, so that a propagation direction of the emitted response signal can be established. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass sich im Festkörper sowohl Transversalwellen als auch Longitudinalwellen ausbreiten können, wohingegen in der flüssigen Phase sowie in weichem Gewebe nur Longitudinalwellen Ausbreitung finden. The knowledge is used that can spread both transverse and longitudinal waves in solids, whereas find only longitudinal waves propagating in the liquid phase and in soft tissue. Aufgrund dieser Kenntnis lässt sich hier wiederum einfach eine Unterscheidung zwischen einem Körperkonkrement und dem umgebenden Gewebe durchführen. Because of this knowledge is a distinction between a Körperkonkrement and the surrounding tissue can be here again perform simple.
  • Desweiteren lassen sich ebenso die mit den Gesetzen der Schallausbreitung verbundenen unterschiedlichen Strahlungscharakteristiken bei der akustischen Wellenausbreitung zwischen weichem Gewebematerial und hartem Steinmaterial im Sinne der Erfindung zur Feststellung und Diskrimination des jeweils optisch angeregten Targetmaterials nutzen. Furthermore, as can be used associated with the laws of acoustic propagation different radiation characteristics in the acoustic wave propagation between soft tissue material and hard stone material according to the invention for the detection and discrimination of the respective optically excited target material. So ist es allgemein bekannt, dass nur beim Vorliegen von Festkörpern (Steinmaterial) sich neben den auch im weichen Gewebematerial auftretenden Longitudinalwellen zusätzliche Transversalwellen auftreten. It is well known that only the presence of solids (stone material), additional transverse waves occur in addition to appearing in the soft fabric material longitudinal waves. Dieser Unterschied wird erfindungsgemäß in der Weise genutzt, dass hierbei auch eine Analyse der entsprechenden Schallwellen-Laufzeiten sowie der räumlichen Richtungsabhängigkeit der von dem optisch angeregten Targetmaterial emittierten Schallfelder zur Anwendung kommt, wobei vorteilhaft geeignete Detektionssysteme in entsprechender Anzahl bzw. mit entsprechend geeigneter räumlicher Anordnung in Bezug zur Akustischen Targetquelle eingesetzt werden können. This difference is used according to the invention in such a way that in this case an analysis of the corresponding sound wave run times as well as the spatial directionality of the light emitted by the optically excited target material sound fields is used, wherein advantageously suitable detection systems appropriate number or with correspondingly suitable spatial arrangement in reference can be used to target acoustic source. Neben den akustischen Detektionsverfahren, welche in der näheren Umgebung des Targetgebietes intrakorporal eingbracht werden, ist es auch besonders vorteilhaft, dass ebenso verschiedenartige extrakorporale Detektionssysteme auf der Körperoberfläche zu dem erfindungsgemäßen Zweck eingesetzt werden können. In addition to the acoustic detection methods, which are eingbracht intracorporeal in the vicinity of the target area, it is also particularly advantageous that as various extracorporeal detection systems can be used on the body surface to the inventive purpose. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass auf weitere zusätzliche elektrische Signalleitungen bzw. entsprechend ausgebildete optische Fasern gänzlich verzichtet werden kann, welche zum Zweck der elektrischen Übertragung der Sensorsignale und der Spannungsversorgung der Detektorelemente bzw. zur optischen bzw. akustischen Übertragung der Schallsignale dienen. This method offers the advantage that it can be completely omitted to further additional electric signal lines respectively correspondingly designed optical fibers, which are for the purpose of the electrical transmission of the sensor signals and the power supply of the detector elements or for optical or acoustic transfer of the acoustic signals. Stattdessen kann auf einfache Weise die freie und lineare Schallwellenausbreitung durch das Körpergewebe ohne zusätzlich eingebrachtes Trägermaterial bis hin zur Körperoberfläche vorteilhaft ausgenutzt werden, wobei eine einfache und flexible Wahl der geeigneten Detektionsorte und Detektoranordnungen getroffen werden kann was ebenso einen schnellen Austausch der zum Einsatz kommenden Detektorsysteme gestattet. Instead, the free and linear acoustic wave propagation with an easy and flexible selection of the appropriate detection sites and detector arrays can be made can be advantageously utilized by the body tissue without additionally introduced carrier material up to the body surface in a simple manner, which also allows a quick replacement of the coming to the insertion detection systems , Aufgrund der erfindungsseitigen Erkenntnis lassen sich ebenso aus den spezifischen zeitlichen Korrelationen zwischen der Laseranregung und den jeweils detektierten photoakustischen Signalen bzw. den am Targetmaterial reflektierten Ultraschall-Echosignalen weitere signifikante Merkmale zum Zwecke der Stein/Gewebeerkennung als auch zur artefaktfreien Signaldetektion sowie zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses vorteilhaft im Sinne der Erfindung nutzen. Due to the invention-side recognition can be also made of the specific temporal correlations between the laser excitation, and the respective detected photoacoustic signals and the reflected on the target material ultrasound echo signals more significant features for the purpose of stone / tissue detection as well as for artifact-free signal detection as well as to increase the signal / use noise ratio advantageous for the purposes of the invention. Die mit diesem Verfahren erreichte Verbesserung des S/N-Verhältnisses zieht den Vorteil nach sich, dass unter diesen Bedingungen eine weitere Verringerung der zur Anregung erforderlichen Laserleistung möglich ist, was zu einer optimalen Schonung des stein-umgebenden Gewebes führt. The improvement of the S / N ratio achieved by this method takes advantage ensues that under these conditions, a further reduction of the required laser power for excitation is possible, which results in an optimum protection of the stone-surrounding tissue.
  • Dem gesamten Verfahren zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereiches eines menschlichen oder tierischen Körpers liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass mittels einer parametrisch gesteuerten optischen Anregung des Zielbereichs intrinsische photoelastische, photoakusti sche und photothermische Eigenschaften des angeregten Zielbereiches mittels Analyse periodischer Eigenschaften festgestellt werden können und einem spezifischen Materialtyp zugeordnet werden können. The entire process for the in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body is thus based on the realization that by means of a parametrically controlled optical excitation of the target area intrinsic photoelastic, photoakusti specific and photo-thermal properties of the excited target area can be detected by analysis of periodic characteristics and can be associated with a specific type of material. Mit der charakteristischen Anregung werden bestimmte dadurch erzielbare intrinsische probenspezifische nichtlineare Effekte, wie zB photoelastische, photoakustische oder photothermische Transduktionsprozesse ausgenutzt, um damit eine charakteristische Signatur der komplexen Eigenschaften des Probenkörpers zu erhalten. With the characteristic excitation are certain value achievable intrinsic sample-specific non-linear effects, such as photoelastic, photoacoustic or photothermal transduction exploited in order to obtain a characteristic signature of the complex properties of the specimen. Diese im Probenkörper stattfindenden nichtlinearen intrinsischen Transduktionsprozesse hängen auf charakteristische Weise unter anderem sowohl von den jeweils vorliegenden strukturelastischen, plastoelastischen, thermodynamischen und optischen Eigenschaften sowie von der stofflichen Zusammensetzung des Probenmaterials als auch von der Beschaffenheit seiner Oberfläche ab und sind im Zusammenhang mit den entsprechend gewählten Anregungsbedingungen kennzeichnend, für die Art, Materialeigenschaft und Zusammensetzung des Probenkörpers. This takes place in the sample body nonlinear intrinsic transduction processes depend in a characteristic manner, inter alia, both of the respectively present structure elastic, plasto-elastic, thermodynamic and optical properties as well as the material composition of the sample material as well as on the nature of its surface, and are associated with the corresponding selected excitation conditions featuring for the type, material properties and composition of the specimen. Das Verfahren zielt dabei darauf ab, aufgrund dieser multiplen und miteinander interagierenden komplexen aber dadurch auch hochsignifikanten dispersiven photonisch induzierten Wechselwirkungen gleichsam eine Art von komplexer Signatur (Fingerprint) von dem Probenkörper unter operativen in vivo Bedingungen zu erhalten. The method aims thereby it from, due to this multiple and mutually interacting complex but this also highly significant dispersive photonic interactions induced as it were a kind of complex signature (fingerprint) of the sample body under operating conditions to obtain in vivo.
  • Das Verfahren diskriminiert, erkennt und interpretiert die mittels multipler parametrischer Strahlungsanregung des Probenkörpers ausgelösten komplexen modalen Schwingungsereignisse und deren modaler Abstrahlung und ist in der Lage, den erkannten vorliegenden Probekörper zu orten und anzuzeigen. The method discriminates recognizes and interprets the triggered by means of multiple parametric excitation radiation of the probe complex modal vibration events and their modal radiation and is able to localize the detected present specimen and display.
  • Für eine automatisierte bzw. halbautomatisierte Klassifikation der Antwortsignale können verschiedenartige Entscheidungsalgorithmen, wie z. For automated or semi-automated classification of response signals various decision algorithms such. B. Schwellendiskriminatoren, spektrale Fensterdiskriminatoren, Fuzzydiskrimatoren, neuronale Netze und anderes mehr eingesetzt werden. B. Schwellendiskriminatoren spectral window discriminators, Fuzzydiskrimatoren, neural networks and other longer be used. Eine weitere Mög lichkeit der Analyse bzw. der Klassifikation des Antwortsignals liegt darin, bestimmte in der Analyse des Antwortsignals gewonnene Eigenschaften des detektierten Antwortsignals zusammen mit den Anregungsbedingungen in einem n-dimensionalen Merkmalsraum abzulegen. Another Mög friendliness of the analysis and the classification of the response signal is to store them in an n-dimensional feature space certain obtained in the analysis of the response signal characteristics of the detected response signal together with the excitation conditions. Jede Messung wird somit mit ihren Anregungsparametern und mit ihren signifikanten Analyseparametern auf einen Punkt im n-dimensionalen Merkmalsraum abgebildet. Each measurement is thus imaged with their excitation parameters and their analysis parameters significant to a point in n-dimensional feature space. Anhand bereits bekannter Merkmalsvektoren kann so entschieden werden, welchem Material ein bestimmter Merkmalsvektor zugeordnet werden soll. On the basis of already known feature vectors can be decided as to which material a certain feature vector to be assigned.
  • In In 2 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. there is shown another embodiment of the invention. Dabei wird wiederum eine oder mehrere Lichtleitfasern Here again, one or more optical fibers 1 1 (beam delivery) durch den Operateur an das Zielbereich des Körpers des zu behandelnden Patienten (Beam delivery) by the surgeon to the target area of ​​the body of the patient to be treated 2 2 herangeführt. introduced. Das Zielbereich The target area 2 2 wird dann mit einer entsprechend spezifizierten Impulsfolge bzw. einem oder mehreren definierten Folgen entsprechend modulierter Laserstrahlung optisch angeregt. is then optically excited with an accordingly specified pulse sequence or one or more defined sequences corresponding modulated laser radiation. Die Bedingungen der jeweils applizierten Strahlung werden durch die hierzu entsprechend ausgewählten Laserquellen The conditions of the applied radiation in each case by the appropriately selected for this purpose laser sources 7 7 (laser sources), sowie durch die jeweils damit einstellbaren Laserparameter (Laser sources), as well as by the respective adjustable so that the laser parameters 6 6 (laser parameter control) vorher festgelegt und zu entsprechenden vordefinierten Gruppen von Anregungssequenzen zusammengefasst, welche in Form entsprechend gespeicherter Datensätze vorliegen können. (Laser parameter control) previously determined and are combined to respective predefined groups of excitation sequences which may be present in the form in accordance with stored data records. Aufgrund der in den unterschiedlichen Anregungssequenzen enthaltenen Parameterprofile Because the information contained in the different excitation sequences parameter profiles 4 4 (parameter setting), die aus den entsprechenden gespeicherten Datensätzen stammen, werden mittels einer entsprechenden Steuereinheit (Parameter setting), derived from the corresponding stored data sets by means of a corresponding control unit 5 5 (parametric drive), die Laserparameter mittels einer entsprechenden Prozessroutine (Parametric drive), the laser parameters by means of a corresponding process routine 6 6 (laser parametric control) automatisch derart kontrolliert, dass die Laserquellen (Laser parametric control) is automatically controlled such that the laser sources 7 7 (laser sources) die entsprechend spezifizierte Strahlung emittieren. (Laser sources) emit the radiation in accordance with specified.
  • Hierzu können unterschiedliche und verschiedenartige Bestrahlungs-Quellen, -Bedingungen und -Parameter zur geeigneten An regung bzw. Stimulation des vorliegenden Targetmaterials im Zielbereich To this end, different and various irradiation sources, conditions and parameters to appropriate to be able motionless or stimulation of this target material in the target area 2 2 einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um mit Hilfe der detektierten und auf sensitive und selektive Weise von der Struktur des Targetmaterials abhängigen Ausbildung von thermischen, elastischen bzw. akustischer Wellenfelder bestimmte targetspezifische Merkmale anhand einer strukturdynamischen Analyse zu gewinnen. be used individually or in combination with each other to gain using the detected and dependent on sensitive and selective manner from the structure of the target material formation of thermal, elastic and acoustic wavefields certain target-specific features using a dynamic structural analysis. Damit ergeben sich vielfältige unterschiedliche Ausführungsformen des Analyseverfahrens bzw. des Bearbeitungs- oder Therapieverfahrens in Verbindung mit den hierzu erforderlichen Prozessroutinen für die jeweils gewünschten Anwendungen, wie zB der selektiven und spezifisch steuerbaren Bearbeitung des Targetmaterials zum Zwecke der Ablation, plastischen Verformung (Thermoplastie, Angioplastie etc.), Lasersektion von Gewebematerial, Laserkoagulation oder zur Zertrümmerung (Fraktionierung) von festen Körperkonkrementen. This allows various different embodiments of the analytical procedure or of the processing or treatment method in connection with this required process routines for the particular desired applications, such as the selective and specific controllable processing of the target material for the purpose of ablation, plastic deformation (thermoplasty, angioplasty, etc .), the laser section of fabric material, laser coagulation or destruction (fractionation) of solid Körperkonkrementen. Denkbar ist hierbei außerdem eine gleichzeitige Bearbeitung von Gewebematerialien zum Zwecke einer Biostimulation oder Photodynamischen Therapie oder einer konservativen photoinduzierten physiotherapeutischen Ultraschallbehandlung bzw. Schockwellentherapie. It is conceivable here also a simultaneous processing of web materials for the purposes of biostimulation or photodynamic therapy, or a conservative photoinduced physiotherapeutic treatment or ultrasonic shock wave therapy.
  • Unterschiedliche denkbare Formen einer dynamisch dispersiven und/oder spektral dispersiven Laseranregung können eingesetzt werden, wie zB eine transiente Anregung mit einem oder einer Serie kurzer Laserpulse bzw. durch eine entsprechend gewählte periodische- und/oder randomisierte- und/oder parametrische Laseranregung mit Hilfe einer modulierten CW-Laserquelle mit spezifisch ausgewiesener Amplitudenmodulation und/oder Frequenzmodulation und/oder Pulscode-Modulation, sowie durch eine aufgrund von unterschiedlichen spektralen Parametern spezifizierte Laseranregung bei verschiedenen Wellenlängen, welche allesamt einzeln oder in Kombination jeweils eine auf spezifische Weise definierte Dynamische Eingangsfunktion für das untersuchte Anregungs- und Detektions-System darstellt und wodurch in Verbindung mit der jeweils detektierten Dynamischen Ausgangsfunktion die das Targetmate rial auf signifikante Weise kennzeichnende Systemübertragungseigenschaft ermittelt werden kann. Different conceivable forms of a dynamic dispersive and / or spectrally dispersive laser excitation may be used, such as randomisierte- a transient excitation with one or a series of short laser pulses, or by an appropriately selected periodische- and / or and / or parametric laser excitation by means of a modulated CW laser source with specifically designated amplitude modulation and / or frequency modulation and / or pulse code modulation, and by a specified due to different spectral parameters laser excitation at different wavelengths, all of which individually or in combination in each case a defined specific manner Dynamic input function for the investigated excitation -, and detection system and whereby the transmission system characteristic property can be determined in connection with the respective detected output dynamic function of the target mate rial in a significant way.
  • In einer speziellen Ausführungsform wurde als Laserquelle In a specific embodiment, was used as a laser source 7 7 ein Freddy-Laser verwendet. Freddy a laser is used. Das hierbei einsetzbare Parameterprofil weist zwei unterschiedliche Laserwellenlängen bei 532 nm und 1064 nm mit einer abstufbaren Laserenergie im Bereich von 20 mJ bis 124 mJ und der Möglichkeit zur wahlweisen Einzelpuls-, Doppelpuls- bzw. Tripelpulsanregung mit einer variierbaren Pulsfrequenz bis zu 15 Hz auf. The case can be used parameter profile has two different laser wavelengths at 532 nm and 1064 nm with a abstufbaren laser energy in the range of 20 mJ to 124 mJ, and the ability to selectively single pulse, Doppelpuls- or Tripelpulsanregung with a variable pulse frequency up to 15 Hz. Dieses Lasersystem liefert die notwendigen Voraussetzungen für eine frequenzdispersive Anregung bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen, wobei der Grünanteil bei 532 nm konstant eine Energie von ca. 18 mJ aufweist wohingegen der Infrarotanteil bei 1064 nm im gesamten vorgegebenen Laserenergiebereich variierbar ist. This laser system provides the necessary conditions for a frequency-excitation at two different wavelengths, wherein the amount of green at 532 nm constant having an energy of about 18 mJ whereas the infrared component at 1064 nm in the entire predetermined range of laser energy can be varied. Weiterhin liefert das Lasersystem aufgrund der wählbaren Mehrfachpulsanregung sowie der Möglichkeit zur Pulsfrequenzvariation ebenso die Voraussetzung für eine zeitdispersive Laseranregung. Further, the laser system on the basis of the selectable multi-pulse excitation and the possibility of heart rate variation also provides the prerequisite for a time dispersive laser excitation.
  • Mit Hilfe einer Anzahl entsprechend ausgebildeter extrakorporal- und/oder intrakorporal eingesetzter Detektorsysteme With the help of a number corresponding to a trained extrakorporal- and / or intracorporeal inserted detector systems 8 8th (n-detectors), welche an entsprechend ausgewählten unterschiedlichen Positionen des Körpers des Patienten angebracht sind, werden die von dem angeregten Zielbereich (N-detectors), which are attached to appropriately selected different positions of the patient's body, the excited from the target area to be 1 1 ausgehenden Antwortsignale empfangen und einer weiteren Signalverarbeitung received outgoing response signals and further signal processing 8a 8a (detector signal processing) unterzogen. (Detector signal processing) subjected. Hierbei können die detektierten Antwortsignale bekannten und verfügbaren analogen und/oder digitalen Verfahren wie zB bestimmten mathematischen Signaltransformationen, Filtertechniken, Korrelationstechniken bzw. Techniken zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses und andere unterzogen werden, um damit optimale Voraussetzungen für den nachfolgenden Analyseschritt Here, the detected response signals known and available analog and / or digital processes, such as certain mathematical signal transforms, filtering techniques, correlation techniques or technologies to improve the signal / noise ratio and others are subjected to thus optimal conditions for the subsequent analysis step 11 11 (analyzing procedures) zu schaffen. (Analyzing procedures) to create. Als Detektorsysteme können zwei bzw. drei piezoelektrische Aufnehmer an der Körperoberfläche des Patienten in geeigneter Wei se so angebracht werden, dass die vom Zielbereich imitierten akustischen Signale an unterschiedlichen Körperpositionen empfangen werden und dann in getrennten Kanälen entsprechend weiterverarbeitet werden. The detector systems of two or three piezoelectric transducers on the body surface of the patient may be suitably Wei se be fitted so that the imitated acoustic from the target range signals are received at different body locations and are then further processed accordingly in separate channels. Mittels eines entsprechenden Bandpassfilters werden außerdem Artefakte, wie beispielsweise Körpergeräusche hinreichend unterdrückt. By means of a respective band-pass filter are also artifacts such as body sounds sufficiently suppressed.
  • Als nächster Schritt werden mit Hilfe geeigneter bekannter Korrelationsverfahren As a next step, using suitable known correlation method 9 9 (signal correlation) die zeitlichen bzw. Phasenkorrelationen (Signal correlation), the temporal or phase correlations 10 10 (phasing and timing) bezüglich der zeitlichen Beziehungen zwischen der jeweils erfolgenden Laseranregung (Phasing and timing) with respect to the temporal relationship between each successful laser excitation 6 6 und den detektierten Antwortsignalen and the detected response signals 9 9 ermittelt. determined. Weiterhin ist es möglich, die jeweiligen Antwortsignale miteinander entsprechend zu synchronisieren bzw. hinsichtlich einer zu erzielenden gewünschten zeitlichen Beziehung wie zB gemäß den unterschiedlichen Signallaufzeiten und bezüglich der dabei auftretenden Zeitdifferenzen entsprechend zu modifizieren, so dass die daraus ermittelten Informationen über die zeitlichen Beziehungen zwischen der jeweils erfolgenden Laseranregung und den unterschiedlichen Signalantworten eines oder mehrerer Detektoren Furthermore, it is possible to synchronize the respective response signals each corresponding to, or modify with respect to a to be achieved desired temporal relationship, such as according to the different signal propagation times and with respect to the time differences which occur accordingly so that the information on the temporal relationships between the respectively determined therefrom success laser excitation and the various signal responses of one or more detectors 8 8th an unterschiedlichen räumlichen Positionen bei der nachfolgenden Analyse genutzt werden können. can be used at different spatial positions in the subsequent analysis. Die zeitliche Synchronisation der jeweiligen Antwortsignale erfolgt dabei hinsichtlich des Zeitpunktes der Abgabe der Anregungssignale mit Hilfe entsprechender Triggerschaltungen, wodurch eine zeitliche kohärente Aufsummierung einer bestimmten Anzahl von Antwortsignalen möglich ist, wodurch das Signal/Rauschverhältnis verbessert wird. If the time synchronization of the respective response signals thereby regarding the timing of delivery of the excitation signals by means of appropriate trigger circuits, whereby a temporal coherent summation of a predetermined number of response signals is possible, thus reducing the signal / noise ratio is improved. Dadurch können auch entsprechend schwache Antwortsignale eines mit geringer Laserenergie (zB 20 mJ) angeregten Zielbereiches Thereby, also according to a weak response signals with low laser energy (for example, 20 mJ) excited target area 2 2 noch ausreichend nachgewiesen werden. be adequately demonstrated. Dadurch wird die Nachweisempfindlichkeit der Detektion vergrößert. Thus, the detection sensitivity of detection is increased. Des weiteren sorgt die zeitliche Synchronisation der Antwortsignale untereinander und mit den Laserimpulsen ebenso für eine Bestimmung der Schalllaufzeiten bzw. der Schallausbreitungsgeschwindigkeiten, welche einerseits zur Ortung des Zielbereiches und andererseits auch zur zeitlichen Ausblendung von reflektierten akustischen Signalanteilen genutzt wird. Furthermore, the time synchronization of the response signals provides one another and to the laser pulses, as well as for a determination of the sound travel times or the sound propagation speed, which is used on one hand for locating the target area and on the other hand also for temporal suppression of reflected acoustic signal components. Mit Hilfe eines entsprechend eingestellten Zeitfensters können so nur die jeweils direkten und unreflektierten Antwortsignale erfasst werden. With the help of an appropriately set time window only the most direct and unreflective response signals can be captured that way.
  • In Verbindung mit dem parametrisch spezifizierten Anregungsprofil In connection with the parametrically specified excitation profile 4 4 der Laserbestrahlung einschließlich dessen zeitlicher Determinierung werden die damit korrelierenden und entsprechend aufbereiteten Antwortsignale eines oder mehrerer Signalkanäle einer nachfolgenden Analyse of laser irradiation, including the temporal determination, the correlating and correspondingly processed response signals of one or more signal channels a subsequent analysis 11 11 (analyzing procedures) unterzogen. (Analyzing procedures) subjected.
  • Bei der Analyse wird eine bestimmte Anzahl an Eigenschaften des jeweiligen Antwortsignals ermittelt. In the analysis of a certain number of properties of the response signal is determined. Die zu ermittelnden Eigenschaften können aufgrund empirisch bzw. analytisch gewonnener Erkenntnisse ausgewählt werden. The to be determined properties can be selected based on empirical and analytical knowledge gained. Zur Analyse werden verschiedene Analysestrategien einzeln oder in Kombination eingesetzt. For the analysis various analyzing strategies are used individually or in combination. Harte Körperkonkremente unterscheiden sich von weichem Gewebematerial unter anderem hinsichtlich ihrer durch die jeweils spezifizierte Laseranregung ausgelösten und verschiedenartigen modalen Schwingungszustände sowie hinsichtlich ihres materialspezifischen unterschiedlichen spektralen Absorptionsverhaltens, welches sich an Hand von entsprechenden kombinierten dynamischen Merkmalen des jeweiligen Antwortsignals in Verbindung mit entsprechenden energieabhängigen Schwellenmerkmalen sowie bestimmten wellenlängenabhängigen Merkmalen sicher nachweisen lässt. Hard Körperkonkremente differ from soft tissue material, among other things with regard to their release by the respectively specified laser excitation and various modal vibrational states and in terms of their material specific different spectral absorption characteristics, which is on the basis of corresponding combined dynamic characteristics of the respective response signal in conjunction with appropriate energy-dependent threshold features, and certain wavelength-dependent features can be safely detected.
  • In einer einfachen Form des Verfahrens werden die aus der Dynamik der angeregten Schwingungsmoden gewonnenen Merkmale, welche zB mittels einer entsprechenden dynamischen Analyse gewonnen werden, mit den jeweils spezifischen charakteristischen Schwellenenergien bei unterschiedlichen Laserwellenlängen kombiniert. In a simple form of the method the characteristics derived from the dynamics of the excited vibrational modes are obtained by means of a corresponding dynamic analysis which, for example, combined with the respective specific characteristic threshold energies at different laser wavelengths. In diesem Fall kann die Zuordnung zu den Eigenschaftsklassen darauf beschränkt werden, festzustellen, ob bei einer bestimmten Laserenergie und Laserwellenlänge überhaupt Schwingungsmoden im angeregten Zielbereich vorhanden sind. In this case, the allocation to the property classes may be limited to determine whether any vibration modes in the excited target area are available at a specific laser energy and laser wavelength.
  • Eine weitere, ebenfalls mit geringem Aufwand zu realisierende Lösung ergibt sich durch die Anwendung der Erkenntnis, dass sich die optisch angeregten Schwingungsmoden sowie die Ausbreitung der diesbezüglichen akustischen Wellenfronten in dem umgebenden Körpergewebe für festes Steinmaterial bzw. weiches Gewebematerial auf signifikante Weise unterscheiden. Another, also be realized with little effort solution is obtained by applying the realization that the optically excited oscillation modes as well as the propagation of the related acoustic wave fronts in the surrounding body tissue differ for solid stone material or soft tissue material in a significant manner. Das Steinmaterial bzw. das Gewebematerial wirken hierbei als die entsprechenden charakteristischen Schallquellen. The stone material or fabric material effect here than the corresponding characteristic sound sources. Zur Analyse werden die synchronisierten Antwortsignale von zwei oder mehreren Detektoren an unterschiedlichen Detektorpositionen auf der Körperoberfläche des Patienten genutzt und diese in Form von zwei- bzw. mehrdimensionalen Signalvektoren dargestellt. For analysis, the synchronized response signals from two or more detectors are used at different detector positions on the body surface of the patient, and these are displayed in the form of two- or multi-dimensional signal vectors. Die erzeugten Bahnkurven der Signalvektoren beschreiben demzufolge charakteristische Trajektorien, welche eine eindeutige Zuordnung zu Eigenschaftsklassen und damit eine Stein/Gewebeklassifizierung- und -erkennung ermöglichen. consequently, the trajectories of the signal vectors generated describe characteristic trajectories which thus enable accurate correlation to property classes and a stone / Gewebeklassifizierung- and recognition.
  • Eine Auswertung der signifikanten Trajektorienverläufe bei repetiver bzw. periodischer Anregung und/oder unter Mehrfachpulsanregung und/oder unter verschiedenen Energien und/oder Anregungswellenlängen lässt sich zu weiterreichenden Analysezwecken nutzen. An evaluation of the significant Trajektorienverläufe at repetiver or periodic stimulation and / or multi-pulse excitation and / or under different energies and / or excitation wavelengths can be used to more extensive analysis. Dabei wird jeweils der Verlauf der jeweiligen Trajektorien zur Zuordnung zu Eigenschaftsklassen verwendet. Here, the course of the respective trajectories of the map is used to property classes, respectively.
  • In einer weiteren einfachen Ausführungsform der Erfindung stützt sich die Zuordnung zu Eigenschaftsklassen auf eine Hörbarmachung der entsprechend aufbereiteten und analysierten Antwortsignale. In another simple embodiment of the invention, the assignment of property classes to an audibility of the appropriately prepared and analyzed response signals based. Hierbei werden für jeden Kanal die Antwortsignale in der Weise aufbereitet, dass das jeweils mit einem entsprechenden Bandpass gefilterte und mit den Laser impulsen synchronisierte Antwortsignal einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) auf eine festgelegte Art ansteuert, so dass die detektierten dynamischen Schwingungsformen in Form eines auf charakteristische Weise in der Tonhöhe dynamisch veränderten akustischen Tonsignals repräsentiert wird. Here, the response signals are processed in such a manner for each channel that each filtered with a corresponding bandpass and with the laser pulses synchronized response signal drives a voltage controlled oscillator (VCO) to a predetermined manner so that the detected dynamic waveforms in the form of a characteristically as is represented in pitch dynamically changing acoustic sound signal. Der Operateur kann dann anhand der jeweiligen charakteristischen Tonhöhenveränderung feststellen, ob sich die Lichtleitfaser The surgeon can then determine from the respective characteristic pitch change whether the optical fiber 1 1 im Zielbereich im Bereich eines Steines oder im Bereich des den Stein umgebenden Gewebes befindet. is within the target range within the range of a stone or in the area surrounding the stone fabric. Aus diesem frequenzmodulierten Antwortsignalen lassen sich wiederum geeignete Merkmale für eine automatische Steinerkennung gewinnen. For this frequency modulated response signals suitable features for automatic recognition stone in turn can be obtained.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Ausführung des Verfahrens bildet sich durch die bei Laseranregung mit bestimmten Laserenergien auftretende Ausbildung von Kavitationen im Zielbereich. A further possibility for carrying out the method is formed by the laser excitation occurs in particular with laser energies forming of cavitations in the target area. Wie bekannt ist, dehnen sich Kavitationsblasen unter der Wirkung der eingebrachten Laserenergie aus und kollabieren mit einer charakteristischen Kavitationsdynamik bzw. -periodik. As is known, cavitation bubbles expand under the effect of the applied laser energy and collapse with a characteristic Kavitationsdynamik or -periodik. Aus den mit Hilfe einer spezifizierten Laseranregung erzeugten und mit dieser synchronisierten und detektierten Antwortsignalen werden dann die charakteristischen und materialspezifischen Kavitationsperioden anhand der dabei erzeugten unterschiedlichen Schwingungsmoden ermittelt. the characteristic and material specific Kavitationsperioden are then determined based on the thus generated vibration modes different from the data generated with reference to a specified laser excitation and synchronized therewith, and the detected response signals. Vorteilhaft können dabei die Zeitdifferenzen zwischen dem Auftreten des ersten und zweiten Kavitationssignals (T2 – T1) = TK ermittelt werden. Advantageously, the time differences between the occurrence of the first and second Kavitationssignals (T2 - T1) can thereby = TK be determined. Diese charakteristischen Werte für die Kavitationsperiode TK, sowie ihre signifikante Abhängigkeit von den Laserparametern, wie z. These characteristic values ​​for Kavitationsperiode TK, as well as its significant dependence on the laser parameters such. B. von der Laserenergie E und/oder der Laserwellenlänge λ werden aus dem Zusammenhang mit dem jeweils durchlaufenden Anregungsprofil ermittelt. B. of the laser energy E and / or the laser wavelength λ is determined from the connection with the respective continuous excitation profile.
  • Die Kavitationsperioden können bei jeweils ausgewählten Laserenergien und ausgewählten Laserwellenlängen bestimmt werden, wobei jeweils der eine oder andere Parameter konstant gehalten wird. The Kavitationsperioden can be determined at each selected laser energies and selected laser wavelengths, wherein each of the one or the other parameter constant. Aus den auf diese Weise gewonnenen Daten lassen sich wiederum signifikante Informationen hinsichtlich der zu bestimmenden Eigenschaften des jeweils vorliegenden Probenmaterials im Zielbereich erhalten. turn from the acquired data thus significant information regarding the characteristics to be determined on the particular sample material can be obtained in the target area. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Kennlinien der Kavitationsperiode TK (E) bei einer festen Wellenlänge λ und variablen Energien E für unterschiedliche Materialien grundsätzlich eine signifikanten unterschiedlichen Verlauf aufweist. This embodiment is based on the realization that the characteristics of the Kavitationsperiode TK (E) at a fixed wavelength λ and variable energy E for various materials in principle has a significant different profile. Beispielsweise liegen die Kavitationsperioden für Gallensteine bei dem eingesetzten Lasersystem mit einem Energiebereich von E = 30 bis 120 mJ im Bereich von TK = 400 bis 800 ms, wobei die TK (E)-Kennlinien ein weitgehend mit der Laserenergie E linear ansteigenden Verlauf aufweisen. For example, the Kavitationsperioden for gallstones, the employed laser system are with an energy of E = 30 to 120 mJ in the range from DC = 400 to 800 ms, where the TK (E) curves have a largely with the laser energy E linearly increasing curve. Im Gegensatz dazu treten die Kavitationen bei Geweben erst bei wesentlich höheren Energieschwellen auf, beispielsweise im Fall einer Gallenblase bei Energien größer als 60 mJ und zeigen außerdem über den gesamten Kennlinienbereich hinweg weitaus geringere Werte der Kavitationsperiode TK als Gallensteine. In contrast, the cavitations occur in tissues only at significantly higher energy thresholds, for example in the case of a gallbladder at energies greater than 60 mJ and also show across the entire characteristic range much lower values ​​of Kavitationsperiode TK as gallstones. Beispielsweise beträgt die Kavitationsperiode für Gallenblasengewebe For example, the Kavitationsperiode for gall bladder tissue 500 500 ms bei einer eingestrahlten Energie von 120 mJ, wobei die Kavitationsperiode für Gallensteine ms at an irradiated energy of 120 mJ, the Kavitationsperiode for gallstones 800 800 ms bei einer eingestrahlten Leistung von 120 mJ beträgt. ms at an irradiated power of 120 mJ. Damit lassen sich Steine und das umgebende Gewebe klar voneinander unterscheiden. Thus stones and surrounding tissues can be clearly distinguished.
  • Dieses Verfahren kann weiterhin durch die Messung wellenlängendispersiver Eigenschaften verbessert werden. This method can be further improved by the measurement of wavelength characteristics. Hierzu werden die Kavitationsperiodenkennlinien bezüglich der Energie und der Wellenlänge bei bestimmten Energien und bestimmten Wellenlängen ermittelt, woraus einerseits zusätzliche Informationen über die Art des Probenmaterials gewonnen werden können und wodurch andererseits auch die Trennschärfe der Stein/Gewebeerkennung zusätzlich verbessert wird. For this purpose the Kavitationsperiodenkennlinien be determined with respect to the energy and the wavelength at specific energies and specific wavelengths, from which the one hand, additional information about the nature of the sample material can be obtained and thereby the other hand, also the selectivity of the stone / tissue recognition is further improved.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich die Möglichkeit gegeben, Einblutungen im Zielbereich im Verlauf einer Lithotripsiebehandlung zu erkennen. In a further embodiment of the invention, the possibility is given, in addition to detect bleeding in the target area during a lithotripsy treatment. Dies ist besonders in den Fällen vorteilhaft, wenn der Einsatz des beanspruchten Verfahrens im Blindverfahren erfolgen soll und dabei klinisch relevante Informationen über das Vorliegen bzw. über das Maß akuter Einblutungen von Bedeutung sind oder wenn eine gesicherte Information über das Vorliegen von besonders blutreichem Gewebematerial, wie z. This is particularly advantageous in cases where the use of the claimed method is to take place in a blind process, while clinically relevant information about the presence or about the extent of acute hemorrhage are important or if a secured information about the presence of particular blood-rich tissue material, such as z. B. Parenchymgewebe oder von stark durchbluteten Gewebekompartimenten oder Vaskularisationen für die weitere Behandlung entscheidend ist. B. parenchymal tissue or highly perfused tissue compartments or vascularisation for further treatment is crucial. Der Ausführungsform liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die Absorptionseigenschaften des Hämoglobins sehr charakteristische Banden aufweisen, wodurch mit Hilfe einer entsprechend spezifizierten wellenlängendispersiven und energiedispersiven Anregung des Probenmaterials eine sichere Erkennung von Einblutungen oder blutreichen Gewebetypen möglich ist. The embodiment is based on the recognition that the absorption properties of hemoglobin have very characteristic bands, whereby a reliable detection of hemorrhage or blood-rich tissue types is possible by means of a correspondingly specified wavelength dispersive and energy dispersive excitation of the sample material. Aus den Daten kann ebenso ein Maß für den Durchblutungsgrad von Geweben abgeleitet werden. From the data a measure of the degree of perfusion of tissues can also be derived.
  • Die aus der Analyse gewonnenen Eigenschaften des detektierten Antwortsignals werden zusammen mit den entsprechenden Daten der Anregungsparameter in Merkmaldatensätze umgewandelt und anschließend zu mehrdimensionalen Merkmalvektoren zusammengefasst, entsprechend klassifiziert und zur Erkennung von Stein- bzw. Gewebematerial genutzt. The data obtained from the analysis of properties of the detected response signal are converted together with the corresponding data of the excitation parameters in feature data records, and then combined to form multi-dimensional feature vectors are classified accordingly and used for the detection of stone or fabric material.
  • Hierbei können verschiedene geeignete Kriterien jeweils einzeln oder im Zusammenhang verwendet werden. Here, various suitable criteria can be used individually or in conjunction. Je nach Ausführungsform kommen hierzu zB die beim Vorliegen von Stein- bzw. Gewebematerial unterscheidbaren dynamischen und/oder räumlichen Signalparameter zur Anwendung, welche sich aus den jeweils materialspezifisch determinierten Dynamischen Systemübertragungseigenschaften ergeben. for this purpose, depending on the embodiment, for example the distinguishable in the presence of stone or fabric material dynamic and / or spatial signal parameters are used, which result from the respective material-specific deterministic dynamic system transmission characteristics. Wie bekannt ist, lassen sich aus dem systemtheoretischen Zusammenhang zwischen der entsprechend gewählten Dynamischen Eingangsfunktion in Form der optischen Anregungsfunktion der Laserbestrahlung und den vom Targetmaterial ausgehenden und entsprechend detektierten Dynamischen Ausgangsfunktion die durch die Wechselwirkungen im Targetmaterial sowie durch das Übertragungsmedium spezifizierte Dynamischen Systemübertragungseigenschaften bestimmen. As is known, can be determined specified by the interactions in the target material and by the transmission medium dynamic system transmission characteristics of the system theoretical relationship between the corresponding selected input dynamic function in the form of optical excitation function of the laser radiation and the outgoing from the target material and accordingly the detected dynamic output function.
  • Erst nach der Feststellung von Steinmaterial werden die mittels entsprechender Steuersignale Only after the detection of the stone material by means of corresponding control signals are 13 13 (control signal derivation) über eine Feedback-Kontrollschleife (Control signal derivation) via a feedback control loop 14 14 (feedback control), (Feedback control) 15 15 (cControl signal processing) daraufhin die für die selektive Steinbearbeitung, beispielsweise die Laserlithotripsie erforderlichen Laserleistungen, Pulsfolgen und Pulsfrequenzen bzw. Wellenlängen in der Art eingestellt, dass mittels des Behandlungsstrahls eine Steinfragmentierung erreicht wird. (CControl signal processing) then set the necessary for the selective stone working, for example, the laser lithotripsy laser power, pulse sequences and pulse frequencies or wavelengths in the manner that a stone fragmentation is achieved by means of the treatment beam. Der Wechsel zwischen dem Materialerkennungsmodus und dem Bearbeitungsmodus erfolgt automatisch durch entsprechend implementierte Prozessroutinen The change between the material recognition mode and the editing mode is performed automatically by suitably implemented process routines 16 16 (procedural control) bzw. halbautomatisch durch den Anwender mittels Bedieneinheiten (Procedural control) or semi-automatically by the user by means of operating units 17 17 (user platform). (User platform).
  • Nach der Feststellung von Steinmaterial werden entsprechende Steuersignale erzeugt After the determination of stone material corresponding control signals are generated 13 13 , welche in Form einer entsprechenden automatisierten Feedbackkontrolle Which in the form of a corresponding automated feedback control 14 14 und einer nachfolgenden weiteren entsprechend geeigneten Signalaufbereitung and a subsequent further correspondingly suitable signal conditioning 15 15 unterzogen wird. is subjected. Damit werden dann die Laserparameter auf den vorher bestimmten und entsprechend ausgewählten Steinbearbeitungsmodus eingestellt, wodurch mittels der Lichtleitfaser Thus, the laser parameters are then adjusted to the predetermined and selected in accordance with stone processing mode, which means the optical fiber 1 1 eine entsprechend hohe und zur Steinzertrümmerung ausreichende Laserleistung ausschließlich auf das festgestellte Steinmaterial aufgebracht wird. a correspondingly high and sufficient for lithotripsy laser power is applied exclusively to the detected stone material. Nach wiederholter bzw. periodischer Anwendung der Bearbeitung kommt es zur beabsichtigten Fragmentierung des Steinmaterials, wobei das den Stein umgebende Gewebe geschont wird. After repeated or periodic application of machining it comes to the intended fragmentation of the stone material, the stone surrounding tissue is spared.
  • Die Steinbearbeitung wird entweder unter automatischer Feedbackkontrolle zB beim Einsatz des beanspruchten Verfahrens ohne Sichtkontrolle oder aber aufgrund einer Maßgabe des O perateurs, z. The stone machining is either under automatic feedback control, for example, the use of the claimed process without visual inspection or as a result of the provisions of O perateurs, z. B. nach Inspektion des Fragmentierungsgrades, solange fortgesetzt, bis das Behandlungsziel erreicht worden ist. B. after inspection of the degree of fragmentation, is continued until the treatment target has been reached. Im Falle der Feststellung von Gewebematerial wird der Diagnosemodus entweder automatisch oder durch entsprechende Maßgaben des Anwenders bzw. Operateurs fortgesetzt. In the case of determination of tissue material of the diagnostic mode is either automatically or by appropriate provisos continued to the user or surgeon. Hierzu werden die für diesen Anregungsmodus spezifizierten Bestrahlungsparameter mit Hilfe der entsprechend gewählten Analyseroutine vom Anwender mit Hilfe eines entsprechenden Interfaces zur Prozesskontrolle For this, the specified for this mode of excitation irradiation parameters using the appropriately chosen analysis routine by the user using a corresponding interfaces are for process control 16 16 sowie einer entsprechend ausgebildeten Benutzeroberfläche as well as a correspondingly configured user interface 17 17 festgelegt. established.
  • Neben bestimmten Eingabemedien In addition to specific input devices 17a 17a (input actuators) stehen dem Anwender bzw. dem Operateur mit dem Interface (Input actuators) are available to the user or the operator to the interface 16 16 und der Benutzeroberfläche and user interface 17 17 auch verschiedene entsprechend ausgebildete Ausgabemedien also appropriately trained different output media 17b 17b (output representations) zur Verfügung. (Output representations) are available. Die Ausgabemedien The output media 17b 17b ermöglichen, unterschiedliche Darstellungsmittel und Darstellungsarten, wie z. allow different means of presentation and display modes such. B. grafische Anzeigen mit entsprechenden Formen mathematischer, logischer, numerischer, grafischer bzw. symbolischer Repräsentationen oder entsprechende farbgrafische Encodierungen von systembezogenen bzw. prozessbezogenen Parametern und ihre funktionellen, logischen und semantischen Zusammenhänge zu repräsentieren. to represent as graphic displays with the corresponding forms of mathematical, logical, numeric, graphic or symbolic representations or graphical encodings corresponding color with system-related and process-related parameters and their functional, logical, and semantic relationships. Eine vorteilhafte Echtzeitprozessvisualisierung kann weiterhin durch Darstellungen von funktionalen Beziehungen, Graphen oder Übertragungseigenschaften, Zustandsvariablen, Zustandsräumen, Merkmalräumen, Vektorräumen, Trajektorienplots, Lorenzplots, Poincareplots und verschiedenen Mappingverfahren erreicht werden. An advantageous real-time process visualization can also be achieved by representations of functional relationships, graphs or transmission characteristics, state variables, state rooms feature spaces, vector spaces, Trajektorienplots, Lorenz curve, Poincareplots and different mapping methods.
  • Es besteht weiterhin die Möglichkeit, bestimmte Teile des Prozessablaufs oder diesen in seiner Gesamtheit halbautomatisch oder automatisch zu kontrollieren, wobei die automatisierte Stein/Gewebeerkennung ebenso auch parallel zu einer entsprechenden subjektiven Bewertung, Klassifizierung und Erkennung durch den Anwender erfolgen kann. There is also the possibility of certain parts of the process flow or control these semi-automatic or automatic in its entirety, with the automated Stone / tissue recognition as can also be done in parallel with a corresponding subjective evaluation, classification and detection by the user.
  • Die Steuerung und Regelung der verschiedenartigen Bearbeitungsprozesse und/oder ihre Feedback-Kontrolle nach den Maßgaben der bei jedem Analysezyklus festgestellten Materialeigenschaften erfolgt anhand von entsprechend spezifizierten Kontrollparametern, welche hinsichtlich der jeweils verwendeten Ausführungsform und Anwendung vorher bestimmt werden. The control and regulation of the various machining processes and / or their feedback control according to the standards of the detected during each analysis cycle takes place based on material properties corresponding to the specified control parameters, which are determined with respect to the embodiment used in each case and application beforehand.
  • In In 3 3 ist das Verfahren der is the method of 2 2 um eine zusätzliche Ultraschallanalysemöglichkeit ergänzt. supplemented by an additional ultrasound analysis option.
  • Parallel zur akustischen Detektion der vom Zielbereich ausgehenden Schallwellenfront werden entsprechende Ultraschall-Echoskopieverfahren eingesetzt, wobei der hierbei verwendete Schallkopf Parallel to the acoustic detection of the sound emanating from the target area wavefront corresponding ultrasound echo replica techniques are used, the transducer used in this case 18 18 (US echoscopy scanner) auf denselben durch Strahlung entsprechend angeregten Zielbereich (US echo copy scanner) according to the same excited by radiation target area 2 2 ausgerichtet wird. is aligned. Damit werden die entsprechenden Ultraschallbilder in einer oder mehreren der jeweils vorgegebenen bekannten Scanmoden, wie zB A-mode, B-mode, TM-mode, 4D-mode und anderen jeweils vom identischen Zielbereich Thus, the corresponding ultrasound images in one or more of the respective predetermined known scanning modes, such as A-mode, B-mode, TM-mode, 4D-mode and the other in each of the identical target area 2 2 gewonnen. won.
  • Bei der Bilderzeugung und Bildverarbeitung Upon imaging and image processing 21 21 (US imaging procedures) der Ultraschallbilder werden die zeitlichen Beziehungen der Bildgebung für jeden Ultraschallstrahl im jeweiligen Scankanal bzw. im zeitlichen Verlauf eines entsprechenden Scanalgorithmus auf eine geeignete Weise sowohl mit der Strahlungsanregung als auch mit der photoakustischen Detektion (US imaging procedures) of the ultrasound images are the timing relationships of the imaging for each ultrasound beam in the respective scanning channel or over time of a respective scanning algorithm in a suitable manner to both the excitation radiation and with the photoacoustic detection 8 8th und/oder mit der Detektion thermischer Wellen and / or with the detection of thermal waves 19 19 (thermal wave detector) und/oder weiteren anderen denkbaren eingesetzten intrakorporalen und/oder extrakorpuralen Detektionsverfahren (Thermal wave detector), and / or further other conceivable intracorporeal and / or detection methods used extrakorpuralen 20 20 (other detection schemes) miteinander entsprechend synchronisiert und korreliert (Other detection schemes) synchronized with each other corresponding to and correlated 21a 21a (phasing and timing procedures). (Phasing and timing procedures). Dabei können aufgrund der im Prozess aktuell auftretenden zeitlichen Beziehungen, wie beispielsweise hinsichtlich der Schallwellenlaufzeiten und/oder hinsichtlich der dynamischen Verhältnisse bzw. Kinetiken diese durch entsprechend ausgebildete Mittel auf vorbestimmte Weise aufeinander abgestimmt werden. In this case, this can be adjusted by correspondingly formed means in a predetermined manner to each other due to the current occurring in the process temporal relations, such as in terms of sound wave duration and / or with regard to the dynamic conditions and kinetics.
  • Zur gezielten Abstimmung werden auch entsprechende aus der Korrelation For targeted consultation are also appropriate from the correlation 10 10 gewonnene geeignete Korrelationsdaten des photoakustischen Verfahrens verwendet. obtained suitable correlation data of the photoacoustic method used. So werden bestimmte, sowohl mit der Anregung als auch untereinander zeitkorrelierte Bildscans von dem Probenkörper gewonnen, wie zB adaptive images, faced images, strain images, occurrence Images und modular Images. So be certain, won both the excitation and with each other time-correlated image scans of the specimen, such as adaptive images, faced images, strain images, occurrence Images and modular images. Diese Bilder können anhand der Ultraschallbilder bzw. der Bildsequenzen und/oder der thermografischen Bilder und/oder der Infrarotbilder oder von andersartigen Bildern erstellt werden, welche durch Anwendung weiterer entsprechender geeigneter bildgebender Verfahren erzeugt werden. These images can be created on the basis of the ultrasound images or image sequences and / or of the thermographic images and / or infrared images or other types of images which are generated by using other corresponding suitable imaging techniques.
  • Weiterhin können auch entsprechende bekannte Mittel der Bildbearbeitung eingesetzt werden Furthermore, appropriate known means of image processing can be used 21b 21b (encoding and symbolization procedures), wodurch unter anderem bestimmte gewünschte oder ausgezeichnete Bildbereiche entsprechend markiert werden können. (Encoding and symbolization procedures), whereby certain desired or excellent image areas can be marked in accordance with, among other things. Hierzu kann mit Hilfe bekannter und entsprechend geeigneter Verfahren z. For this purpose, with the aid of known suitable methods and corresponding z. B. einer gezielte ortszeitliche Steuerung der Bildhelligkeit bzw. des Bildkontrastes und/oder eine gezielte parametrisch gesteuerte selektive Ortsfrequenzfilterung oder -anfärbung zur Markierung bestimmter Bildbereiche und/oder bestimmter zeitlicher Beziehungen der entsprechenden Bildsequenzen bewirkt werden. B. a targeted local timing of the image brightness and the image contrast and / or a targeted parametrically controlled selective spatial frequency filtering or -anfärbung for marking of particular image areas and / or specific time relationships of corresponding image sequences are effected. Die mit Hilfe der Bildgebung gewonnenen und entsprechend bearbeiteten, adaptierten und zeitlich korrelierten Bildinformationen werden mittels verschiedener Prozessroutinen The obtained with the aid of imaging and correspondingly machined, adapted and temporally correlated image information by means of various process routines 22 22 (adapted frame procedures) zur Darstellung (Adapted frame procedures) to represent 23 23 (correlated adapted Images) gebracht. (Correlated angepasst Images) brought. Die Prozessinformationen werden dann in Form einer entsprechend wählbaren Repräsentation The process information is then in the form of a corresponding selectable representation 17b 17b entsprechend dargestellt, welche dem Anwender verschiedene Alternativen hinsichtlich der entsprechend signifikanten Vi sualisierungsformen zur besseren Beurteilung der Eigenschaften des Zielbereiches erlaubt. displayed according to which the user various alternatives with respect to the corresponding significant Vi sualisierungsformen allows for better assessment of the characteristics of the target area.
  • Die in den adaptierten und zeitkorrelierten Bildinformationen enthaltenen und sich hinsichtlich ihrer unterschiedlichen Relevanz und Signifikanz unterscheidenden Bildparameter und Bildmerkmale werden dann mittels einer Parameter- und Merkmalsextraktion The image parameters and image features contained in the adapted and time-correlated image information which are different in terms of their different relevance and significance are then by means of a parameter and feature extraction 24 24 (parameter and feature extraction) entsprechend extrahiert, wobei zB aus den strukturellen Eigenschaften bestimmte Texturparameter bzw. bestimmte Texturmerkmale gewonnen werden. (Parameter and feature extraction) extracted accordingly, for example, be recovered from the structural properties of certain texture parameters or specific texture features. Ebenso lassen sich aus den miteinander korrelierten Beziehungen zwischen der Anregung und den dabei komplementär zueinander ermittelten und am Probenkörper reflektierten Wellenfronten bestimmte Eigenschaften der Schallabstrahlcharakteristik sowie der Schallausbreitungsbedingungen ableiten, woraus dann entsprechende relevante Parameter bzw. signifikante Merkmale ermittelt werden. Likewise, can be derived certain properties of the Schallabstrahlcharakteristik and the sound propagation conditions from the correlated with each other relations between the excitation and the determined thereby complementary to each other and reflected on the sample body wavefronts, from which corresponding relevant parameters or significant features are determined.
  • Die zusätzlich gewonnenen Informationen über die Eigenschaften des Zielbereiches werden nach entsprechender Parameter bzw. Merkmalextraktion The information about the characteristics of the target area are additionally obtained, after appropriate parameters or feature extraction 24 24 hinsichtlich ihrer spatiotemporalen Korrelation ausgewertet evaluated in terms of their spatio-temporal correlation 25 25 (spatiotemporal image correlations) und diese zusätzlichen Ergebnisse dem nachgeschalteten und entsprechend erweiterten Analyseverfahren zugeführt. (Spatiotemporal image correlations) and these additional results fed to the downstream and correspondingly extended analysis procedures.
  • Entsprechendes gilt auch für die parallel eingesetzten und auf komplementäre Weise miteinander korrelierten echoskopischen The same applies to the parallel employed and correlated with each other in a complementary manner echoskopischen 18 18 , photoakustischen , Photoacoustic 8 8th , photothermischen bzw. radiometrischen , Or photothermal radiometric 19 19 und/oder anderen geeigneten intrakorporal und/oder extrakorporal applizierten Nachweisverfahren and / or other suitable intracorporeal and / or extracorporeally applied detection methods 20 20 . , Diese mittels entsprechender Detektoren synchron zueinander registrierten Antwortsignale werden in entsprechenden Signalkanälen parallel entsprechend weiterverarbeitet This means of appropriate detectors synchronously with one another registered response signals are further processed according to parallel in respective signal channels 8a 8a , wobei aus den jeweiligen Zeitsignalen einerseits die dynamische Signalkorrelation Wherein from the respective timing signals on the one hand, the dynamic signal correlation 9 9 bezüglich ihrer jeweiligen Phasenlage und/oder Zeitbeziehung ermittelt werden und wobei andererseits aus den jeweils parallel dazu eingesetzten bildgebenden Verfahren be determined with respect to their respective phase position and / or time relation and on the other hand from each parallel imaging techniques used for this purpose 18 18 , . 19 19 ebenso die spatiotemporalen Implikationen as well as the spatio-temporal implications 25 25 hinsichtlich ihrer auf entsprechende Weise in den Bildinformationen erhaltenen Korrelationen bzw. funktionalen Zusammenhänge ermittelt werden. be determined in terms of their obtained in a corresponding manner in the image information correlations or functional relationships. Darüber hinaus werden ebenso auch die zwischen den parallel eingesetzten und zueinander komplementären verschiedenen Nachweisverfahren sowie die in den entsprechend zugeordneten Kanälen übertragenen Zeit- und/oder Bildsignale untereinander korreliert In addition, the complementary between the parallel and mutually different detection methods used as well as the data transmitted in the corresponding channels assigned time and / or image signals are well correlated with each other 26 26 (complemetary correlatinos). (Complemetary correlatinos). Diese entsprechenden Korrelationen werden dann dem in der Ausführungsform nach These respective correlations are then in the embodiment according to the 2 2 beschriebenen Analyseverfahren zugeführt und entsprechend weiterverarbeitet. fed analysis method described and further processed accordingly.
  • Die dem selektiven Lithotripsieverfahren mit selektiver Stein/Gewebeerkennung zugrunde liegenden technischen Merkmale sind also dadurch gekennzeichnet, dass dazu einerseits ein geeigneter Laserstrahl (treatment beam) mit einer hohen Energie und entsprechend ausgezeichneten Strahlungsparametern zum Zwecke der Steinzertrümmerung eingesetzt wird, wobei es im Zielbereich zum dielektrischen Durchbruch in Verbindung mit einer Plasmaauslösung und damit zu der beabsichtigten Fragmentierung des Steinkonkrementes kommt. The selective Lithotripsieverfahren with selective Stein / tissue recognition underlying technical features are therefore characterized in that to one part, a suitable laser beam (treatment beam) having a high energy, and accordingly excellent radiation parameters is used for the purpose of lithotripsy, which is in the target area to the dielectric breakdown in conjunction with a plasma activation and thus comes to the intended fragmentation of Steinkonkrementes. Andererseits wird zum Zwecke der Feststellung der im Zielbereich vorliegenden Materialeigenschaften und im besonderen zur in vivo Stein/Gewebeerkennung der gleiche oder ein weiterer geeigneter Laserstrahl mit möglichst geringer Energie und mit entsprechend ausgezeichneten Strahlungsparametern in der Weise eingesetzt, dass im Verlauf der Stein/Gewebeerkennung ein unerwünschter dielektrischer Durchbruch bzw. eine Plasmaentstehung mit Sicherheit ausgeschlossen wird, damit keine schädigende Laserwirkung auf das umgebende bzw. den Stein einbettende Gewebe erfolgt. On the other hand, for purposes of determining the present in the target area material properties and used in particular for in vivo Stein / tissue detection of the same or another suitable laser beam with minimum energy and with correspondingly excellent radiation parameters in such a way that an unwanted in the course of stone / tissue detection dielectric breakdown and plasma formation is excluded with certainty that no harmful effect on the surrounding laser or the stone embedding tissue occurs. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die verschiedenen bei der Laseranregung des Zielbereichs unterhalb der Plasmaschwelle erzielbaren bekannten re versiblen photothermischen, photoelastischen oder photoakustischen Effekte ausgenutzt, um hierdurch eine zerstörungsfreie Stein/Gewebe-Diskrimination zu erreichen, welche auf der Detektion und Analyse der im Targetmaterial spezifisch anregbaren materialspezifischen und leicht unterscheidbaren strukturelastischen dynamischen Moden beruht. In the inventive process, the various below the Threshold Plasma recoverable at the laser excitation of the target area known re versiblen photothermal, photoelastic or photoacoustic effects are used to thereby achieve a non-destructive stone / tissue discrimination which specifically stimulable on the detection and analysis of the target material material-specific and easily distinguishable structural elastic-dynamic modes based. Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das mit Hilfe einer entsprechend geeigneten dynamischen Applikation der Laserstrahlung im gepulsten bzw. modulierten Betrieb das optisch angeregte Targetmaterial im Zielbereich eine materialspezifisch determinierte Quelle thermischer- und/oder elastischer- und/oder akustischer Wellenfelder darstellt, welche mittels geeigneter Detektoren nachgewiesen und im Sinne der Erfindung entsprechend ausgewertet werden können. This solution is based on the finding that by means of a correspondingly suitable dynamic application of the laser radiation in pulsed or modulated operation, a material-specific deterministic source thermischer- and / or representing the optically excited target material in the target area elastischer- and / or acoustic wave fields, which means can be detected and evaluated accordingly suitable detectors in accordance with the invention.
  • Ebenso wirkt das mit dem Laser unter diesen Bedingungen optisch angeregte Targetmaterial im Zielbereich für einen auf dieses Gebiet ausgerichteten Ultraschallstrahl als ein materialspezifisch determinierter Ultraschall-Reflektor, wobei sich das Reflexionsverhalten unter der dynamisch gesteuerten Laseranregung auf signifikante Weise verändert. Likewise does this with a laser under these conditions optically excited target material in the target area for an aligned on this region ultrasound beam as a material-specific deterministic ultrasonic reflector, wherein the reflective properties of the dynamically controlled laser excitation changed in a significant way. Die mittels eines Ultraschallempfängers empfangenen Echosignale von der optoakustisch angeregten Targetoberfläche können aufgrund der hierin enthaltenen materialspezifischen Merkmale im Sinne der Erfindung entsprechend ausgewertet werden. The received by an ultrasonic receiver echo signals of the opto-acoustically excited target surface can be evaluated in accordance with the purposes of the invention due to the contained herein material-specific characteristics. Vorteilhaft lassen sich zum Senden und Empfang von Ultraschallsignalen auch die bekannten Ultraschall-Echoskopieverfahren mit entsprechender zusätzlicher Steuerschaltung zu dem erfindungsgemäßen Zweck einsetzen. also known ultrasonic echo copy methods, with associated additional control circuit can advantageously be used for the purpose of this invention is for transmitting and receiving ultrasonic signals.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Analyse-Laserstrahl direkt mit Hilfe derselben, auch zum Zwecke der Lithotripsieanwendung bestimmten Laserquelle erzeugt, wobei die jeweils zu Analysezwecken bzw. zu Therapiezwecken verwendeten Strahlungsparameter durch entsprechende Mittel auf die hierzu erforderlichen unterschiedlichen Bedingungen, einer geeigneten zerstörungsfreien Anregung des Targetmaterials mit entsprechend niedrigen Laserenergien (unterhalb der Plasmaschwelle), aber auch zur destruktiven Materialbearbeitung mit entsprechend hohen Laserenergien, aktuell eingestellt werden können. In one embodiment of the invention the analysis laser beam is generated directly by the same, given also for the purpose of Lithotripsieanwendung laser source, wherein the radiation parameters used for analysis in each case, or for therapeutic purposes by suitable means to the required purpose different conditions, a suitable non-destructive excitation of the target material with correspondingly low laser energies (below the threshold plasma), but also for destructive material processing with sufficiently high laser energies, can be currently adjusted. Im Fall einer durch das Analysesystem eindeutig festgestellten positiven Steinerkennung werden mit Hilfe einer entsprechend geeigneten Feedback-Prozess-Steuerungsroutine die zur Durchführung einer Steinzertrümmerung erforderlichen Laserparameter automatisch eingestellt. In the case of a clearly identified by the analysis system positive recognition stone necessary for the implementation of a lithotripsy laser parameters are set automatically by means of a correspondingly appropriate feedback process control routine. Dieser Vorgang kann bis zum Erreichen eines vorgegebenen Fragmentierungsgrades des Steines entsprechend wiederholt werden. This process can be repeated according to reach a predetermined degree of fragmentation of the stone.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird der Laserstrahl zum Zwecke der Analyse mittels einer zusätzlichen, gesonderten Laserquelle unabhängig von der zur Materialbearbeitung eingesetzten Laserquelle erzeugt, so dass beide Laserstrahlungen zusammen in eine gemeinsame Faser optisch eingekoppelt werden, welche dann auf das vorliegende Targetmaterial gerichtet ist. In another embodiment, the laser beam is generated for the purpose of analysis by means of an additional, separate laser source independent of the for material processing laser source, so that the two laser radiations are optically coupled together in a common fiber which is then directed to the present target material. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung getrennter Fasersysteme hierzu. However, it is also conceivable to use separate fiber systems for this purpose. Diese Ausführung in Form einer Zweistrahl Anordnung ist besonders in dem Fall vorteilhaft, wenn unter Umständen vielseitigere Anregungsbedingungen wünschenswert sind. This embodiment in the form of a two-beam arrangement is advantageous particularly in the case where more versatile excitation conditions are desirable under certain circumstances. So ist die Anregung grundsätzlich nicht mehr auf die Verwendung der gleichen Wellenlänge bzw. auf die Verwendung kurzer Laserpulse wie beim Therapie-Laser-System beschränkt, sondern lässt eine weitgehend freie Wahl der für Analysezwecke verwendbaren optimal abgestimmten Laserwellenlängen sowie der jeweils am besten geeigneten Puls- bzw. Modulationsparameter zu. So the suggestion is basically no longer limited to the use of the same wavelength and on the use of short laser pulses as in therapy laser system, but leaves a largely free choice of usable for analysis optimally tuned laser wavelengths as well as the most suitable in each case pulse or modulation parameters. Für den Fall, dass zB ein modulierter CW-Analyse-Laser in Verbindung mit einem notwendigerweise gepulsten Therapie-Laser in einer Zweistrahl-Anordnung eingesetzt wird, ergibt sich der Vorteil, dass der CW-Analyse-Laser für eine kontinuierliche Analyse bzw. zur Untersuchung größerer Zielbereiche bzw. zum Zweck einer Navigations- und Positionierungshilfe im Falle eines Blindverfahrens verwendet werden kann. In the event that, for example, a modulated CW analysis laser in conjunction with a necessarily pulsed treatment laser is used in a two-beam arrangement, there is the advantage that the CW analysis laser for continuous analysis and to investigate larger target areas or for the purpose of navigation and positioning aid, in the case of a blind method may be used. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit zur Erzielung verschiedenartiger und jeweils zweckmäßig einsetzbarer Modulationsarten (zB AM, FM, PCM etc.) und Modulationsparameter (zB Modulationsfrequenzen, Modulationsgrade, FM-Hub, Frequenz-Sweeps uvam). In addition, the possibility of achieving different types and each functional usable modulation types (eg AM, FM, PCM, etc.) and modulation parameters yields (eg modulation frequencies, modulation levels, FM deviation, frequency sweeps and many others).
  • Neben der Anwendung der Erfindung zur selektiven feedback gesteuerten Laser-Lithotripsie mit implementierter zerstörungsfreier in vivo Stein/Gewebe-Erkennung werden im folgenden beispielhaft erweiterte Anwendungsmöglichkeiten dargestellt. In addition to the application of the invention for the selective feedback controlled laser lithotripsy implemented with non-destructive in vivo stone / tissue identification in the following by way of example extended application possibilities are shown. Vorteilhaft lassen sich die beanspruchten Verfahren und Vorrichtungen im Bereich der klinischen Endoskopie zum Zwecke einer Laserstimulierten Funktionellen Endoskopie (LFE) einsetzen. the claimed methods and apparatus in the field of clinical endoscopy for the purpose of laser-stimulated functional endoscopy (LFE) can be used advantageously. Diese Lösung weist den Vorteil auf, dass zusätzlich zur bekannten phänomenologischen morphologischen Befundung durch Inspektion des Endoskopischen Bildes ebenso eine objektive zerstörungsfreie in vivo Funktionsdiagnostische Analyse gleichzeitig mit dem aktuell inspizierten Gewebebereich erfolgen kann. This solution has the advantage that in addition to the known phenomenological morphological findings by inspection of the endoscopic image as an objective non-destructive function in vivo diagnostic analysis can be performed simultaneously with the currently inspected area of ​​tissue.
  • Eine diesbezügliche, hier nicht gezeigte Ausführungsform weist zu diesem Zweck ein optisches System auf, welches beispielhaft aus entsprechend ausgebildeten optischen Fasern bestehen kann, die sowohl in den Endoskopiekanal als auch in den Arbeitskanal eingebracht werden. In this respect, not shown here embodiment comprises for this purpose an optical system, which may consist of correspondingly designed optical fibers by way of example, which are introduced in both the endoscopic channel and into the working channel. Zur Erzeugung des Anregungslichtes können verschiedenartige Laser-Quellen mit entsprechend ausgebildeten Laser-Generatoren und Treibern sowie Laser-Controllern eingesetzt werden. To generate the excitation light different types of laser sources with correspondingly shaped laser generators and drivers and laser controllers can be used. Das Analyse-System besteht aus der operativen Verbindung der entsprechend ausgebildeten Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Anregung des Gewebematerials, im funktionellen Zusammenhang mit bestimmten geeigneten Verfahren und Vorrichtungen zum Nachweis der photoinduzierten spezifischen Gewebereaktionen, wie zB mit Hilfe entsprechend ausgebildeter Photoakustischer Detektionssysteme und/oder mittels entsprechend ausgebildeter Ultraschall-Echoskopie-Verfahren. The analysis system consists of the operational connection of the correspondingly constructed methods and apparatus for optical excitation of the fabric material, in functional connection with some suitable methods and devices for the detection of the photo-induced specific tissue reactions such as correspondingly formed using Photoacoustic detection systems and / or by means of appropriate trained ultrasound echo replica method.
  • Grundlage aller dieser Anwendungen sind die spezifischen unter entsprechender photonischer Anregung bzw. Stimulation auftretenden dynamischen entropisch-elastischen und/oder thermoelastischen und/oder rheologischen Zustandsänderungen der Gewebe. Based on all of these applications are the specific occurring under appropriate photonic excitation or stimulation dynamic entropy-elastic and / or thermoelastic and / or rheological changes of state of the tissue. Somit kann die Funktionelle Morphologie zahlreicher und verschiedenartiger physiologisch bzw. pathophysioplogisch veränderter Gewebetypen mit Hilfe der beanspruchten systemanalytischen Verfahren und Vorrichtung zerstörungsfrei und unter in vivo Bedingungen objektiv untersucht werden. Thus, the functional morphology numerous and various physiologically or pathophysioplogisch modified tissue types by means of the claimed system analytical method and apparatus can be objectively examined non-destructively and under in vivo conditions. Neben dem Vorteil einer gezielt lokalisierbaren Applikation photonischer Energien auf bestimmte Gewebeareale besteht außerdem die Möglichkeit, die hierbei eingesetzten Strahlungsparameter für den jeweiligen Anwendungsfall weitgehend frei auszuwählen und diese im Verlauf des Prozesses entweder nach den entsprechend vorgegebenen Kontrollparametern oder nach den aus den Analysedaten ermittelten Maßgaben auf rekursive Weise zu kontrollieren (Feedback-Kontrolle). In addition to the advantage of a selectively locatable application photonic energies to certain tissue areas it is also possible to select the radiation parameters employed for this purpose for the particular application largely free and these in the course of the process of according to predetermined control parameters and according to determined from the analysis data provisos on either recursive controlling manner (feedback control). Die erfindungsgemäße und entsprechend spezifizierte endoskopische Strahlungsapplikation kann ebenso vorteilhaft zu Zwecken der selektiven Biostimulation unter Feedback-Kontrolle hinsichtlich der jeweils zu erzielenden Stimulationswirkungen genutzt werden. Endoscopic radiation application of the invention and appropriate cable can be used equally beneficial for purposes of selective bio-stimulation with feedback control to be achieved in terms of each stimulation effects. Zum Beispiel lassen sich durch eine gezielte endoskopische Laseranregung in den verschiedenen Gewebearten und an unterschiedlichen Gewebeschichten bzw. Gewebekompartimenten eine Vielzahl verschiedenartiger bekannter Wirkungen auf die in vivo ablaufenden biochemischen, biophysikalischen subzellulären, zellulären bzw. interzellulären Prozesse zu entsprechenden therapeutischen Zwecken erzielen. For example, can be by targeted endoscopic laser excitation in the different tissues and at different layers of tissue or tissue compartments a variety of different types of known effects on the processes occurring in vivo biochemical, biophysical subcellular, cellular and intercellular processes to appropriate therapeutic purposes achieve.
  • Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur in vivo Gewebe-Funktionsdiagnostik zB an verschiedenartigen Bindegeweben wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass derartige sogenannte bradytrophe Gewebearten jeweils eine ganz spezifische signifikante und physiologisch relevante strukturelle Plastizität besitzen. When using the inventive method for in vivo tissue diagnosis function, for example, to various connective tissues, the finding is utilized in each case that such so-called bradytrophic tissue types have a very specific and significant physiologically relevant structural plasticity. Derartige gewebsrheologische Merkmale lassen sich demzufolge aufgrund der mittels einer geeigneten Laseranregung akut induzierten reversiblen entropisch-elastischen Zustandsänderungen sowie durch die damit verbundene Analyse der hierbei auftretenden strukturdynamischen Moden zur gewebsdiagnostischen Befundung nutzen. Such features can be gewebsrheologische accordingly due to the use by means of a suitable laser excitation induced acute reversible entropy-elastic state changes and by the related analysis of this occurring structural dynamic modes for gewebsdiagnostischen diagnosis. Der Einsatz des beanspruchten Verfahrens sowie der entsprechenden Vorrichtungen zur non-destruktiven und funktionellen in vivo Gewebediagnostik ist überall dann vorteilhaft, wo eine Entnahme von Gewebeproben zB mittels Biopsie und mit nachträglicher histologischer in vitro Laboruntersuchung vermieden werden soll oder muss. The use of the claimed method and the corresponding devices for non-destructive and functional in vivo tissue diagnosis is everywhere advantageous where or removal of tissue samples for example by biopsy and subsequent histological with is to be avoided in vitro laboratory test must. Ein wesentlicher Nachteil herkömmlicher bekannter Histologischer Untersuchungen von entnommenem Biopsie-Material besteht darin, dass diese verfahrensbedingt nur eine entsprechend verzögerte sowie stichprobenartige in vitro Befundung gestattet. A substantial disadvantage of conventionally known Histological studies of retrieved biopsy material is that this method requires only a correspondingly delayed permitted as well as random in vitro diagnosis. Ein weiterer grundsätzlicher Nachteil aller bekannten in vitro Untersuchungs-methoden ist darin zu sehen, dass durch die Entnahme der Gewebeproben und durch die damit verbundene Isolierung des Gewebes aus seinem morphologischen und funktionellen Zusammenhang sowie auch als Folge der Anwendung entsprechender histologischer Präparationstechniken, lediglich Untersuchungen unter weitgehend unphysiologischen Bedingungen möglich sind. Another fundamental disadvantage of all known in vitro investigative methods is the fact that through the removal of tissue samples and the resulting isolation of the tissue from its morphological and functional relationship as well as a result of the application of any histological preparation techniques, only investigations under largely non-physiological conditions are possible. Diese prinzipiellen Nachteile werden durch die Anwendung des beanspruchten in vivo Verfahrens vermieden. This principal disadvantages are avoided by the use of the claimed process in vivo. Des weiteren ist die Anwendung der Erfindung im Gegensatz zu den bekannten Histologischen Methoden nicht nur auf wenige Stichproben beschränkt, sondern ermöglicht demnach auch ein großflächiges Gewebe-Screening unter den jeweils akut vorherrschenden physiologischen bzw. pathophysiologischen Bedingungen. Furthermore, the application of the invention, unlike the known histological methods is not limited to just a few samples, but therefore also enables an extensive tissue screening under the particular prevailing acute physiological or pathophysiological conditions.
  • Ein besonderer Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen eine Gewebeentnahme erforderlich ist, besteht darin, dass sich die Gewebeuntersuchungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren immer am intakten Gewebe und an demselben Substrat jederzeit wiederholt werden können, wodurch sich der zusätzliche Nutzen ergibt, dass sich dadurch sowohl kinetische als auch verlaufsdiagnostische Untersuchungen anstellen lassen. A particular advantage over the known methods in which a tissue sample is required, is that the tissue analysis by the inventive method always intact tissue and on the same substrate can be repeated at any time, thereby increasing the added value shows that both characterized can do kinetic and running diagnostic tests. Zudem sind die dabei festgestellten unterschiedlichen physiologischen bzw. pathophysiologischen Funktionalitäten aufgrund der Erhaltung der intakten Gewebemorphologie immer wieder reproduzierbar und auch objektiv quantifizierbar. In addition, it identified different physiological and pathophysiological functions because of the preservation of tissue morphology are always reproducible and objectively quantifiable. Damit ergibt sich überhaupt erst die Möglichkeit mit Hilfe des beanspruchten Verfahrens zu einer objektiven und therapiebegleitenden Bewertung der Wirkungen bestimmter therapeutischer Interventionen zu kommen, wodurch sich auch die Möglichkeit einer feedback-kontrollierten selektiven und am unmittelbaren Therapieerfolg gemessenen wirksamen Behandlung ergibt. Thus only the possibility of using the claimed process results at all to come to an objective and therapy-accompanying assessment of the effects of certain therapeutic interventions, resulting in the possibility of a feedback-controlled selective and measured on the immediate success of therapy effective treatment has ended. Ebenso werden die mit einer Entnahme von Gewebeproben verbundenen Risiken und Nebenwirkungen damit ausgeschlossen. Likewise, the risks and side effects associated with taking tissue samples are excluded. Weiterführende Anwendungen der Erfindung sind auch darin zu sehen, dass diese im Sinne einer erweiterten klinischen Gewebediagnostik und/oder zur Aufklärung vielfältiger strukturdynamischer zellulärer bzw. gewebsrheologischer Prozesse wie zB an unterschiedlichen Gewebekompartimenten oder Gefäßabschnitten vorteilhaft eingesetzt werden kann. Further applications of the invention are also to be seen that this can be used advantageously for the purposes of an extended clinical tissue diagnostics and / or to investigate a variety of structural dynamic cellular processes such as gewebsrheologischer or at different tissue compartments or vessel sections. Denkbar ist zB, dass mittels einer entsprechend spezifizierte Laser-Anregung an bestimmten Gefäßabschnitten in Verbindung mit einem im Sinne der Erfindung geeigneten Detektionsverfahren, diese ebenso auch als Tracer Methoden für unterschiedliche Kreislaufparameter (zB Flow, Pulse Transit Time, Compliance ua) zur Bestimmung verschiedener klinisch relevanter hämodynamischer bzw. vaso-elastischer oder vaso-motorischer Parameter Verwendung finden können. It is conceivable, for example, that different means of an appropriately specified laser excitation at particular vessel sections in conjunction with a suitable within the meaning of the invention, detection method, this as well as a tracer methods for different circuit parameters (such as flow, Pulse Transit Time, compliance, etc.) for the determination of clinically can find relevant hemodynamic or vaso-elastic or vaso-motor of parameters.
  • Weitere vorteilhafte Anwendungen der Erfindung ergeben sich auch überall dort, wo bestimmte Volumenänderungen oder auch andere vielfältige spezifische gewebsmechanische Aktivitäten und Reaktivitäten auftreten können, welche sich dann in unterschiedlichen Formen von Bewegungen, lokalen Akzellerationen, Stofftransport-Prozessen und Gradientenbildungen oder in strukturellen-, rheologischen-, oder viskoelastischen Phasenübergängen manifestieren. Further advantageous applications of the invention are also everywhere where certain changes in volume or other various specific gewebsmechanische activities and reactivity may occur, which then in various forms of movements, local Akzellerationen, mass transfer processes and Gradientenbildungen or strukturellen-, rheologischen- manifest, or viscoelastic phase transitions.
  • Weitere vorteilhafte Anwendungen der Erfindung ergeben sich durch den Einsatz der besonderen Ausführungsform gemäß Further advantageous applications of the invention result from the use of the particular embodiment in accordance with 3 3 . , Dieses komplementäre photoakustisch-echoskopische Analyseverfahren lässt sich in Verbindung mit den im Zusammenhang damit eingesetzten verschiedenen bildgebenden Ultraschallverfahren verwenden. This complementary photoacoustically-echoskopische analysis methods can be used in conjunction with the order used in connection various imaging ultrasound procedures. Durch die Nutzung der mit den bekannten Ultraschallverfahren darstellbaren Bildmoden (zB A,-B-, TM-mode) in Verbindung mit den durch die Laseranregung hervorgerufenen struktur-dynamischen Gewebezustände, werden mittels einer zeitlich korrelierten photoakustischen und echoskopischen Bilderzeugung, neuartige funktionsspezifische Bilddarstellungen möglich (zB occurence imaging, strain imaging, phased imaging etc.). By using the displayable with the known ultrasonic method, image mode (eg, A, -B, TM-mode) in conjunction with the induced by the laser excitation structure-dynamic tissue states are possible (using a time-correlated photoacoustic and echoskopischen imaging novel function-specific image representations eg occurence imaging, strain imaging, imaging phased etc.). Hierbei werden synchron zur Laseranregung die Ultraschallbilder bestimmter photoakustisch angeregter Gewebekompartimente in ihrer zueinander korrelierenden Phasenbeziehung entsprechend ausgewertet und dargestellt. Here, the ultrasonic images of certain photo acoustically excited tissue compartments in their mutually correlated phase relationship to be evaluated and displayed according to synchronous to the laser excitation. Die unter diesen Bedingungen synchron zueinander auftretenden unterschiedlichen Kontraste können vorteilhaft für eine morphologisch-funktionelle Gewebediagnostik ausgenutzt werden. The occurring under these conditions synchronously mutually different contrasts can be advantageously used for a morphological and functional tissue diagnostics. Das bezeichnete eröffnet damit gänzlich neue zueinander komplementäre funktionsdiagnostische Befundungen von Geweben im Zusammenhang mit den bekannten Ultraschall-Bildgebenden Verfahren hinsichtlich einer weitreichenden Analyse bzw. Diagnostik unterschiedlicher gewebespezifischer photothermischer, thermochemischer, thermodynamischer, photochemischer und biochemischer Transduktionsprozesse, Regenerationsprozesse oder Wachstumsprozesse, welche allesamt unmittelbar mit den jeweils spezifischen entropisch-elastischen strukturdynamischen Zustandsänderungen verbunden sind. so that the designated opens up completely new mutually complementary functional diagnostic medical findings of tissues in connection with the prior art ultrasonic imaging techniques in terms of a wide-ranging analysis or diagnosis of different tissue-specific photo-thermal, thermochemical, thermodynamic, photochemical and biochemical transduction, regeneration processes or growth processes, which all directly linked to the are respectively specific entropy-elastic structural dynamic state changes. Die systematische Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht die Evaluierung und Quantifizierung spezifischer Gewebemerkmale (zB Morphogenese, Diversifizierung, Differenzierung, Rigidität, Plastizität, Viskoelastizität, Rheologie uvam). The systematic application of the method according to the invention enables the evaluation and quantification of specific tissue characteristics (eg, morphogenesis, diversification, differentiation, rigidity, plasticity, viscoelasticity, rheology and many others).
  • Weitere vorstellbare Anwendungen der erfindungsgemäßen Verfahrens können zB auch darin bestehen, dass anstelle eines Ultraschall-Bildgebenden Verfahrens ebenso auch entsprechend geeignete Thermographische bildgebende Verfahren (zB Thermal Imaging) vorteilhaft eingesetzt werden können. Other conceivable applications of the method of the invention may for example also consist in that instead of an ultrasonic imaging method as correspondingly suitable Thermographic imaging techniques (for example Thermal Imaging) can be advantageously employed.
  • Eine weitere denkbare Ausführungsform wäre ebenfalls geeignet für die Erzielung zusätzlicher photothermischer Kontraste, welche im Sinne der Erfindung zur in vivo Diagnostik von Gewebe auch in Verbindung mit den bisher bezeichneten Ausführungsformen eingesetzt werden können. A further conceivable embodiment would also be suitable for achieving additional photothermal contrasts, which can be used for the purposes of the invention for in vivo diagnosis of tissue in connection with the previously indicated embodiments. Hierbei liefern die gewebespezifischen sogenannten heat dissipation functions, die thermischen Diffusionslängen, Wärmeleitzahlen, Wärmeübergänge sowie entsprechende thermoregulatorische Parameter ua geeignete klinisch relevante Merkmale zB über die Gewebedurchblutung, Stoffwechselaktivität, Diffusionsvorgänge uvam (Klinischer Einsatz zB bei Arthroskopischen bzw. Lapraskopischen Verfahren). Here, the tissue-specific so-called heat dissipation functions, the thermal diffusion length, thermal conductivity, thermal transitions and corresponding thermoregulatory parameters provide, inter alia, suitable clinically relevant features for example on tissue perfusion, metabolic activity, diffusion processes and many others (Clinical use for example in arthroscopic and laparoscopic procedures).
  • Darüber hinaus lassen sich die erfindungsgemäßen Verfahren über die klinisch-diagnostischen Anwendungen hinweg ebenso auch zur quantitativen und objektiven Dosimetrie verschiedener physikalischer Therapieverfahren wie zB bei der konservativen Lasertherapie oder konservativen extrakorporalen Stosswellentherapie anwenden. Furthermore, the method according to the invention on the clinical diagnostic applications of time as well as the quantitative and objective dosimetry of different physical therapy methods such as in the conservative laser therapy or conservative extracorporeal shock wave therapy can be applied.

Claims (55)

  1. Verfahren zur in vivo Erkennung der Materialbeschaffenheit eines Zielbereichs eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere zur Unterscheidung von Körperkonkrementen vom umgebenden Gewebe im Zielbereich, mit den Schritten: a) Im Wesentlichen zerstörungsfreie Anregung des Zielbereichs ( A method for in vivo detection of the material properties of a target area of ​​a human or animal body, in particular for distinguishing Körperkonkrementen from the surrounding tissue in the target area, comprising the steps of: Substantially nondestructive a) excitation of the target area ( 2 2 ) durch mindestens ein optisches Anregungssignal, b) Detektion mindestens eines vom angeregten Zielbereich ( ) By at least one excitation optical signal, b) detecting (at least one from the excited target area 2 2 ) emittierten akustischen, thermischen und/oder mechanischen Antwortsignals, c) Analyse des mindestens einen detektierten Antwortsignals bezüglich seiner Eigenschaften, insbesondere seiner periodischen Eigenschaften und/oder seiner Schwingungsmoden, und d) Zuordnung der Eigenschaften des mindestens einen analysierten Antwortsignals und/oder mindestens eines Anregungssignals zu vorbestimmten Eigenschaftsklassen, die jeweils mindestens eine Materialbeschaffenheit des angeregten Zielbereichs ( ) Emitted acoustic, thermal and / or mechanical response signal, c) analysis of at least a detected response signal with respect to its properties, particularly its periodic properties and / or its vibrational modes, and d) association of the characteristics of the at least one analyzed response signal and / or at least one excitation signal to predetermined feature classes that (in each case at least one material properties of the excited target area 2 2 ) repräsentieren. ) Represent.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Anregungssignal von mindestens einer bezüglich Parameter, insbesondere der Anregungswellenlänge, der Anregungsenergie, der Phase, der zeitlichen Ausdehnung und/oder der Pulsfolge steuerbaren Lichtquelle ( Method according to claim 1, the at least one excitation signal of at least one with respect to parameters, especially the excitation wavelength, the excitation energy of the phase, the temporal extension and / or the pulse train controllable light source ( 7 7 ), insbesondere einem Laser, erzeugt wird. ), In particular a laser, is generated.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregungssignal mindestens eine vorgebbare Sequenz unterschiedlicher Parameter durchläuft. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation signal passes through at least one predetermined sequence of different parameters.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal mit mindestens einem innerhalb und/oder außerhalb des Körpers angeordnetem Detektor ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the response signal (with at least one arranged inside and / or outside the body detector 8 8th ) detektiert wird. ) Is detected.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei an unterschiedlichen Detektionsorten angeordnete Detektoren ( A method according to claim 4, characterized in that at least two arranged at different detection sites detectors ( 8 8th ) zur Detektion mindestens zweier Antwortsignale vorgesehen sind. ) Are provided for detecting at least two response signals.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Beziehung der mindestens zwei Antwortsignale zueinander, insbesondere aus der zeitlichen, der intensitätsmäßigen und/oder der phasenmäßigen Beziehung zueinander, die räumliche Ausbreitungsrichtung, der Ort, die Quelle und/oder die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Antwortsignals bestimmt wird. A method according to claim 5, characterized in that determined from the relationship of at least two response signals to each other, in particular from the time, the intensity of moderate and / or the phase proper relationship to each other, the spatial propagation direction, the location, source and / or the propagation speed of the response signal becomes.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das detektierte Antwortsignal vor der Analyse insbesondere durch Verstärken, Filtern, Transformieren, Verbessern des Signal/Rauschabstandes und/oder Mittelwertbildung aufbereitet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detected response signal is conditioned prior to analysis particularly by amplifying, filtering, transforming, improving the signal / noise ratio and / or averaging.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das detektierte Antwortsignal mit dem Anregungssignal zur Bestimmung der zeitlichen und/oder der Phasenkorrelationsdaten korreliert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detected response signal is correlated with the excitation signal to determine the time and / or phase correlation data.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierten Antwortsignale aufgrund der zeitlichen und/oder Phasenkorrelationsdaten miteinander synchronisiert werden und/oder in eine gewünschte zeitliche oder Phasenbeziehung zueinander gesetzt werden. A method according to claim 8, characterized in that the detected response signals are synchronized with each other due to the time and / or phase correlation data and / or set in a desired time or phase relationship to each other.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse des detektierten Antwortsignals die periodischen Eigenschaften des detektierten Antwortsignals ermittelt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the periodic characteristics of the detected response signal are determined in the analysis of the detected response signal.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseigenschaften, insbesondere die photoakustischen Schwingungseigenschaften des detektierten Antwortsignals ermittelt werden. A method according to claim 10, characterized in that the vibration properties, in particular the photo-acoustic vibration characteristics of the detected response signal are determined.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem detektierten Antwortsignal die Schwingungsmoden, insbesondere die photoakustischen Schwingungsmoden, des angeregten Zielbereichs mittels dynamischer Analyse ermittelt werden. The method of claim 10 or 11, characterized in that the oscillation modes, in particular the photo-acoustic vibration modes of the excited target area are determined by dynamic analysis of the detected response signal.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitationsperiode von im angeregten Zielbereich erfolgenden Kavitationsereignissen ermittelt wird. A method according to claim 10, characterized in that the Kavitationsperiode is determined by taking place in the excited target area cavitation events.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Eigenschaften des analysierten Antwortsignals zu Eigenschaftsklassen aufgrund der ermittelten Korrelationseigenschaften, periodischen Eigenschaften, Schwingungseigenschaften und/oder Kavitationseigenschaften durchgeführt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the assignment of the analyzed properties of the response signal to feature classes based on the determined correlation properties, periodic properties, vibration characteristics and / or cavitation is performed.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen periodischer Komponenten des analysierten Antwortsignals, insbesondere beim Vorliegen von Schwingungsmoden, der Zielbereich einer Eigenschaftsklasse zugeordnet wird, die Festkörperbeschaffenheit repräsentiert. A method according to claim 14, characterized in that in the presence of periodic components of the analyzed response signal, in particular in the presence of vibrational modes, the target area of ​​a property class is assigned, represents the solid texture.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass spezifische periodische Komponenten des analysierten Antwortsignals, insbesondere die Schwingungsmoden, Eigenschaftsklassen zugeordnet werden, die spezifische Festkörper repräsentieren. A method according to claim 15, characterized in that specific components of the analyzed periodic response signal, particularly the modes of vibration property classes are assigned representing specific solid.
  17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuordnung der Eigenschaften des analysierten Antwortsignals zu den Eigenschaftsklassen die Anregungsbedingungen, insbesondere die Parameter des Anregungssignals eingehen. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the mapping of the properties of the analyzed response signal to the feature classes enter the excitation conditions, in particular the parameters of the excitation signal.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zielbereich ( A method according to claim 17, characterized in that the target area ( 2 2 ) bei Vorliegen periodischer Komponenten des analysierten Antwortsignals bei einer vorbestimmten Anregungsintensität und/oder einer vorbestimm ten Anregungswellenlänge Festkörpereigenschaften zugeschrieben werden. ) Be attributed in the presence of periodic components of the analyzed response signal at a predetermined excitation intensity and / or a vorbestimm th excitation wavelength solid state properties.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation der Anregungsbedingungen, insbesondere der Anregungswellenlänge und/oder der Anregungsintensität, vorgenommen wird und aus der Variation der Eigenschaften des detektierten Antwortsignals die Zuordnung des Zielbereichs zu einer die Materialbeschaffenheit repräsentierenden Eigenschaftsklasse vorgenommen wird. The method of claim 17 or 18, characterized in that a variation in the excitation conditions, in particular the excitation wavelength and / or of the excitation intensity is performed, and the assignment of the target area to the material properties representing property class is carried out from the variation of properties of the detected response signal.
  20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Anregungsbedingungen des Anregungssignals und der ermittelten Kavitationsperiode eine Zuordnung des Zielbereichs zu mindestens einer Eigenschaftsklasse vorgenommen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a mapping of the target area is carried out to at least one property class from the excitation conditions of the excitation signal and the Kavitationsperiode determined.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einer Variation der Anregungsbedingungen, insbesondere einer Variation der Wellenlänge und/oder der Intensität, resultierende Variation der Kavitationsperiode zur Zuordnung des Zielbereichs zu mindestens einer Eigenschaftsklasse genutzt wird. A method according to claim 20, characterized in that the used of a variation of the excitation conditions, in particular a variation of the wavelength and / or intensity variation of the resulting Kavitationsperiode for allocation of the target region to at least one property class.
  22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbreitungsrichtung und/oder Ausbreitungsgeschwindigkeit des vom angeregten Zielbereich emittierten akustischen, thermischen und/oder mechanischen Antwortsignals zur Zuordnung des Zielbereichs ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spread direction and / or propagation velocity of the light emitted from the excited target area acoustic, thermal and / or mechanical response signal to the mapping of the target area ( 2 2 ) zu mindestens einer Eigenschaftsklasse genutzt wird. ) Is used for at least one property class.
  23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das detektierte Antwortsignal, das aufbereitete Antwortsignal und/oder das analysierte Antwortsignal akustisch und/oder optisch dargestellt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detected response signal, the processed response signal and / or the analyzed response signal is displayed acoustically and / or optically.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsbedingungen, insbesondere die Parameter des Anregungssignals, in die akustische und/oder optische Darstellung eingehen. A method according to claim 23, characterized in that enter the excitation conditions, in particular the parameters of the excitation signal in the audible and / or visual presentation.
  25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal und/oder das Anregungssignal über einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) und/oder andere Mittel hörbar gemacht wird. The method of claim 23 or 24, characterized in that the response signal and / or the excitation signal through a voltage controlled oscillator (VCO) and / or other means is made audible.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal und/oder das Anregungssignal auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden. A method according to any one of claims 23 to 25, characterized in that the response signal and / or excitation signal are visualized on a screen.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregungssignal und/oder das Antwortsignal parametrisch in Form von Koordinaten repräsentiert und dargestellt wird. A method according to claim 26, characterized in that the excitation signal and / or the response signal represented parametrically in the form of coordinates and is represented.
  28. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zur Erkennung der Materialbeschaffenheit des Zielbereichs kontinuierlich oder periodisch wiederholt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steps for identifying the material properties of the target area to be continuously or periodically repeated.
  29. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung des Zielbereichs zu einer eine Materialbeschaffenheit repräsentierende Eigenschaftsklasse zur Steuerung einer Materialbearbeitung des Zielbereichs ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mapping of the target area (to a material property representing texture class for controlling a material processing of the target region 2 2 ), insbesondere zur Lithotripsie, verwendet wird. in particular, used for lithotripsy).
  30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialbearbeitung des Zielbereichs mit einem hochenergetischen optischen Signal nur dann möglich ist, wenn die Eigenschaften des Zielbereichs ( A method according to claim 29, characterized in that a material processing of the target area is possible with a high-energy optical signal only when the characteristics of the target area ( 2 2 ) mindestens einer bestimmten Eigenschaftsklasse zugeordnet sind. ) Are associated with at least one specific property class.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Schritt der Materialbearbeitung wiederum eine Erkennung der Materialbeschaffenheit des Zielbereichs ( A method according to any one of claims 29 or 30, characterized in after a step of material processing that again (detection of the material properties of the target region 2 2 ) vorgenommen wird. is made).
  32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbearbeitung in einem vorgegebenen, insbesondere kurzen oder pulsförmigen, Zeitabschnitt erfolgt und darauf eine erneute Ermittlung der Materialbeschaffenheit des Zielbereichs ( A method according to claim 31, characterized in that the material processing is effected in a predetermined, in particular short or pulsed, time period and then re-determination of the material properties of the target area ( 2 2 ) durchgeführt wird. ) is carried out.
  33. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ultraschallsignal des Zielbereichs ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one ultrasonic signal of the target area ( 2 2 ) mittels Ultraschall Echoskopie detektiert wird. ) Is detected by means of ultrasonic echo replica.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsignal mittels mindestens einem Ultraschallsender ( A method according to claim 33, characterized in that the ultrasonic signal (by means of at least one ultrasonic transmitter 18 18 ) ausgesendet und mittels mindestens einem Ultraschallempfänger ( ) Sent out and (by means of at least one ultrasonic receiver 18 18 ) detektiert wird. ) Is detected.
  35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ultraschallsignal mit mindestens einem Anregungssignal und/oder mindestens einem Antwortsignal korreliert wird. A method according to claim 33 or 34, characterized in that at least one ultrasound signal is correlated with at least one excitation signal and / or at least one response signal.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsignal mit mindestens einem Anregungssignal und/oder mindestens einem Antwortsignal synchronisiert und/oder in eine vorgegebene zeitliche Beziehung und/oder Phasenbeziehung zueinander gesetzt wird. A method according to claim 35, characterized in that the ultrasonic signal synchronized with at least one excitation signal and / or at least one response signal and / or is set in a predetermined time relationship and / or phase relationship.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass aus den vom angeregten Zielbereich ( A method according to any one of claims 33 to 36, characterized in that (in the excited from the target area 2 2 ) reflektierten Ultraschallsignalen Eigenschaften des Zielbereichs ermittelt werden. ) Reflected ultrasound signals characteristics of the target area can be determined.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsignale zur Ermittlung ihrer Eigenschaften, insbesondere ihrer periodischen Eigenschaften, analysiert werden. A method according to claim 37, characterized in that the ultrasound signals to determine their properties, especially their periodic properties that are analyzed.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften des Ultraschallsignals, insbesondere unter Einbeziehung der Anregungsbedingungen, mindestens einer Eigenschaftsklasse zugeordnet werden, die jeweils mindestens eine Materialbeschaffenheit repräsentiert. A method according to claim 38, characterized in that the characteristics of the ultrasonic signal, especially involving the excitation conditions, at least one property class are assigned, each represents at least one of materials.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das detektierte Ultraschallsignal optisch und/oder akustisch dargestellt wird. Method according to one of claims 33 to 39, characterized in that the detected ultrasonic signal is displayed optically and / or acoustically.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Bereiche des Zielbereichs ( The method of claim 40, characterized in that certain areas of the target area ( 2 2 ) in einer optischen Darstellung aufgrund der aus dem Antwortsignal und/oder dem Ultraschallsignal ermittelten Eigenschaften markiert werden. ) Are marked in a visual representation based on the detected from the response signal and / or the ultrasonic signal characteristics.
  42. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung einer Darstellung eines Ultraschallbildes und/oder die Darstellung eines Ultraschallbildes durch mindestens ein Antwortsignal steuerbar ist. The method of claim 40 or 41, characterized in that the generation of a representation of an ultrasound image and / or the representation of an ultrasound image by at least a response signal is controllable.
  43. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einer Lichtquelle ( Device for implementing the method, at least one of the preceding claims (in accordance with at least one light source 7 7 ) zur optischen Anregung eines Zielbereiches ( ) (For the optical excitation of a target area 2 2 ) in einem menschlichen oder tierischen Körper, mindestens einem am oder im Körper anordbaren Detektor ( ) (In a human or animal body, at least one of which can be arranged on or in the state detector 8 8th ) zur Detektion mechanischer und/oder akustischer Antwortsignale, mindestens einem Analysemittel ( ) (For the detection of mechanical and / or acoustic response signals, at least one analysis means 11 11 ) zur Analyse der Eigenschaften der detektierten Antwortsignale und mindestens einem Darstellungsmittel ( ) (For the analysis of properties of the detected response signals and at least one display means 17b 17b , . 100 100 ) zur Darstellung des Antwortsignals und/oder der Eigenschaften des analysierten Antwortsignals. ) For displaying the response signal and / or the properties of the analyzed response signal.
  44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein Laser ( Device according to claim 43, characterized in that the light source (a laser 7 7 ) ist. ) Is.
  45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ( Device according to claim 44, characterized in that the laser ( 7 7 ) bezüglich seiner Parameter, insbesondere seiner Wellenlänge, seiner Intensität und seiner Pulsfolge, modulierbar ist. ) Can be modulated in terms of its parameters, in particular its wavelength, its intensity and its pulse sequence.
  46. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtleitfaser ( Device according to one of the preceding claims 43 to 45, characterized in that an optical fiber ( 1 1 ) zur Leitung des von der Lichtquelle ( ) For guiding the (from the light source 7 7 ) emittierten Lichtes vorgesehen ist. ) Light emitted is provided.
  47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser ( Device according to claim 46, characterized in that the optical fiber ( 1 1 ) und/oder die Lichtquelle ( () And / or the light source 1 1 ) an einem Endoskop angeordnet sind. ) Are disposed on an endoscope.
  48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Detektor ( Device according to one of claims 43 to 47, characterized in that at least one detector ( 8 8th ) als Piezo-Element ausgebildet ist. ) Is designed as a piezo element.
  49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zuordnungsmittel ( Device according to one of claims 43 to 48, characterized in that at least one assignment means ( 12a 12a ) zur Zuordnung der Eigenschaften des analysierten Antwortsignals zu mindestens einer Eigenschaftsklasse. ) For allocating the analyzed properties of the response signal to at least one property class.
  50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellungsmittel ( Device according to one of claims 43 to 49, characterized in that the representation means ( 17b 17b , . 100 100 ) einen über einen spannungsgesteuerten Oszillator und/oder andere Mittel angesteuerten akustischen elektroakustischen Wandler, insbesondere einen Lautsprecher, umfassen. ) A driven on a voltage controlled oscillator and / or other acoustic electro-acoustic transducer, in particular a loudspeaker comprise.
  51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellungsmittel ( Device according to one of claims 43 to 50, characterized in that the representation means ( 17b 17b , . 100 100 ) mindestens einen Bildschirm umfassen. ) Comprise at least one screen.
  52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass Korrelationsmittel ( Apparatus according to one of claims 43 to 51 that the correlation means ( 9 9 ) zur Korrelation des Anregungssignals mit dem Antwortsignal vorgesehen sind. ) Are provided for correlating the excitation signal with the response signal.
  53. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 43 bis 52, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Aufnahme von Ultraschallbildern ( Device according to one of the preceding claims 43 to 52, characterized by a device for receiving ultrasound images ( 18 18 ). ).
  54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallkopf ( Device according to claim 53, characterized in that an ultrasonic head ( 18 18 ) mit mindestens einer Ultraschallquelle und mindestens einem Ultraschalldetektor vorgesehen ist. ) Is provided with at least one ultrasonic source and at least one ultrasonic detector.
  55. Vorrichtung nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung einer Darstellung eines Ultraschallbildes und/oder die Darstellung eines Ultraschallbildes vorgesehen sind, die durch mindestens ein Antwortsignal steuerbar sind. Device according to claim 53 or 54, characterized in that means for generating a representation of an ultrasound image and / or the representation of an ultrasound image are provided, which are controllable by at least one response signal.
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