JP2001500026A

JP2001500026A - 前立腺のイメージング方法および装置

Info

Publication number: JP2001500026A
Application number: JP09530983A
Authority: JP
Inventors: サーバジアン，アーメン，ピー．
Original assignee: アータンラボラトリーズ
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2001-01-09
Also published as: EP0955890A4; EP0955890A1; EP0955890B1; WO1997031572A1; ATE270072T1; US5785663A; DE69729745D1; ES2224219T3; DE69729745T2; AU1960697A

Abstract

(57)【要約】圧力センサ・アレー（１０１）を用い、前立腺の幾何学的で機械的なパラメータを視覚化して前立腺疾患を診断するための装置と方法について開示している。直腸に挿入するための関節でつながれた先端部（１０２）を有するプローブ（１００）は、人間の指によって印加されるのと同様に前立腺に指圧力を印加する。圧力および位置配向センサー（１０３）は、先端部（１０２）に備えられている。アレー（１０１）からの信号は、ストレスおよび歪などの特性の仮想パターンを計算するために用いられる。仮想および理論的なパターンは比較されて、差分は検査されている組織の相違している弾力性部位の存在と位置とを示すのに用いられ、そして検査された前立腺の画像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】前立腺のイメージング方法および装置関連出願に関する参照本願は、１９９２年１２月２１日に出願の米国特許出願番号０７／９９４、１０９の一部継続出願であり、この完全な開示が本明細書中に参照により引用される。発明の背景技術分野本発明は、連結式経直腸プローブの先端部に取り付けられる圧力センサーアレー及び位置／配向センサーを使用して前立腺の幾何学的および機械的なパラメータを視覚化し前立腺疾患を診断するための方法と装置に関するものである。従来技術の説明腫瘍、特に癌によって引き起こされる腫瘍の初期形成を診断することは、超音波イメージング、核磁気共鳴像、Ｘ線などの、様々な技術を用いて解決しようと試みられてきた課題を有する。病変組織を検出する最も安全でかつ最も旧い技術の一つとしては、触診法（指診法）がある。触診法、すなわち触覚を用いている検査は、正常組織および特定の病巣の弾力性の有意差に基づくものである。触診法は、前立腺及び乳癌を検出するのに一般的に用いられる技術であった。数人の著者は、異なる型の圧力センサを用いて腫瘍を検出するための触診法を模倣した様々な型の装置を提案した。例えば、フレイ(Frei)ら、米国特許第４，２５０，８９４号には、複数の離間式圧電片(spaced piezoelect ric strip)の下の組織に所定の周期的または安定したストレスを与える圧力部材によって試験される身体に押しつけられる圧電細片を用いる胸部検査用機器が報告された。圧迫胸部での圧力分布パターンの異なる評価原理が、ジェントル(Gentle)（ジェントルシーアール(Gentle CR)、マンモバログラフィ：アポッシブルメソッドオブマスブレストスクリーニング(Mammobarography:a possible method of mass breast screening)、ジェイバイオメドエング(J．Biomed． Eng.)、１０、１２４〜１２６、１９８８年）によって提案された。この圧力分布は、減衰全反射の原理を用いて輝度分布を形成することによって光学的にモニターされる。「マンモバログラフィ(Mammobarography)」と称される、上記技術を用いることにより、６ｍｍ以下の直径の胸部人工補綴材内の刺激された腫瘍が検出された。ジェントル(Gentle)によると、この技術は、胸部の集団検診を目的として使用できる；しかしながら、実際の胸部における腫瘍に関する定量的なデータは公表されなかった。このような未公開は、記録システムの不十分な感受性によって説明された。ほとんどの医療用途の圧力センサの開発は触診法を模倣することではなく血圧をモニターし血管中の脈波の伝達を分析することを目的としてなされてきたことを特筆すべきである（例えば、米国特許第４，４２３，７３８号；第４，７９９，４９１号；第４，８０２，４８８号；第４，８６０，７６１号を参照）。組織の弾力性を評価する他の方法は、外力を受けた組織の運動を検出することができる公知のイメージング様式（超音波またはＭＲＩ）等の、間接的な手段を用いるものである。一つのアプローチとしては、低周波数で組織を振動させながら超音波イメージング技術を適用することによって組織の相対的な硬さまたは弾力性を測定しようとするものがある。例えば、ケイジェイパーカー(K.J．Parker)ら、米国特許第５，０９９，８４８号；アールエムレナー(R.M．Lerner)ら、ソノ−エラスティシティー：メディカルエラスティシティーイメージェスデライブドフロムウルトラサウンドシグナルズインメカニカリーバイブレーテッドターケッツ(Sono-Elasti city:Medical Elasticity Images Derived From Ultrasound Signals in Mechan ically Vibrated Tarqets)、アカウスティカルイメージング(Acoustical Imag ing)、１６巻、３１７（１９８８年）；ティーエイクロスコフ(T.A Krouskop) ら、アパルスドドップラーウルトラソニックシステムフォーメイキングノン−インベーシブメジャメントオブメカニカルプロパティーズオブソフトティッシュー(A Pulsed Doppler Ultrasonic System for Maki ng Non-Ivasive Measurement of Mechanical Properties of Soft Tissue )、２４ジェイレハブレスデブ(J．Rehab．Res．Dev.)、２４巻、１（１９８７年）；ワイ・ヤマコシ(Y Yamakoshi)ら、ウルトラソニックイメージングオブインターナルバイブレーシヨンオブソフトティッシューアンダーフォースドバイブレーション(Ultrasonic Imaging of Internal Vibr ation of Soft Tissue Under Forced Vibration)、アイイーイーイートランスアクションズオンウルトラソニックス、フェロエレクトリックス、アンドフリークェンシーコントロール(IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferro electrics，and Frequency Control)、７巻、Ｎｏ．２、４５ページ（１９９０年）を参照。組織の弾力性の測定及びイメージングに関して報告された他の方法が、オフイア(Ophir)ら、米国特許第５，１０７，８３７号、第５，２９３，８７０号、第５，１４３，０７０号および第５，１７８，１４７号に記載される。この方法は、超音波を組織中への路に沿って発して、超音波振動から生じるエコー配列を検出することからなる。次に、この組織を路に沿って圧迫し（または圧迫状態から減荷し）、このような圧迫中に、第二の超音波振動を組織中への路に沿って発する。この第二の超音波振動から生じるエコー配列を検出した後、第一及び第二のエコー配列の所定のエコーセグメントの変位差を測定する。エコー配列の所定のエコーセグメント、即ち、反射ＲＦシグナルは、変換器のビーム中心軸に沿った組織内の特定のエコー源に相当する。エコーセグメントの時間シフトを試験して、組織領域の圧縮性を測定する。サーバジアン(Sarvazyan)らは、近年、超音波直腸プローブを用いた前立腺の弾力性イメージング装置を開発した（米国特許第５，２６５，６１２号）。この装置により、医師が前立腺組織の弾性率を定量的かつ客観的に知ることができる。この弾力性の特徴付およびイメージングは、公知の経直腸超音波検査を用いて前立腺及び周辺組織の内部歪パターンを評価することによってなされる。この内部歪パターンは、前立腺を２つの変形レベルで超音波によりイメージングすることによって得られる。変形は、経直腸プローブ周辺のシースを満たす液体における圧力を変えることによって提供される。弾力性に加えて、発達段階を反映する他の腫瘍パラメータとしては、容積または直径等の、腫瘍の幾何学パラメータが挙げられる。ラコステ(Lacoste)ら、米国特許第５，１７８，１４８には、空洞検出プローブ(endocavity detector probe)、特に経直腸プローブを用いて、腫瘍または腺、特に前立腺の容積を測定する方法が開示された。発明の概要本発明の前立腺の経直腸イメージング方法および装置は、本明細書では機械的イメージング(Mechanical Imaging)（「ＭＩ」）と称される、包括特許に記載される新規な医用イメージング技術に基づくものである。ＭＩの本質は、圧力検知アレーを用いて表面ストレスパターンを測定することによって、体の軟組織の内部構造の再構築である。機械的ストレスのパターンならびに適用される圧力及び時間の関数としてのその変化は、体の組織の内部構造の機械特性および幾何学的配置の包括的な情報を含む。ＭＩ装置の最も有望な用途は、触診法が前立腺癌等の疾患を検出及びモニターする際の感受性のある道具であることが証明される医療分野におけるものである。触診法、すなわち、直腸指診法（ＤＲＥ）は、現在、前立腺癌の検出の最も一般的な方法である。ＤＲＥによって得られる診断情報の明白な有用性にもかかわらず、熟練した検査員の指で得られるのと同様のデータをもたらすことができる技術手段及び装置は存在しない。腺を調べるためには、医師は、指を直腸内に挿入し、直腸壁を介して腺にさわって、その寸法、輪郭、硬さおよび局在化の異常を調べる。定常的なＤＲＥにて発見される硬い、小結節性または硬結性の前立腺は、癌の最初の指標となる可能性がある。本発明による装置および方法は、直腸に挿入するために連結式先端部(articul ated tip)および様々な自由度でこの先端部を動かすためのコントロールを有する経直腸プローブの使用に基づくものである。この先端部は、人間の指によって印加されるのと同様の圧力を印加する。この先端部に取り付けられる圧力センサーは、限局の圧力分布を測定する。また、位置／配向センサーは、圧力センサアレーによって測定される特定の圧力パターンに相当する先端部の位置を測定するために先端部中に設けられる。圧力センサアレーおよび位置／配向センサーからの信号を用いて、検査された前立腺に関するストレスや歪等の特性の仮想パターンを算出する。検査された前立腺の理論的な幾何学モデルは、組織が均一でかつ測定データから評価される寸法を有すると仮定して定義される。次に、ストレス及び歪の理論的なパターンを、上記理論的な幾何学モデルを用いて評価される。このストレス及び歪の仮想パターンおよび理論的なパターンを比較し、この際、差異は異なる弾性領域の位置および相対的な硬度を示す。さらに、この理論的な幾何学モデルを、差異が最小限になるように弾性の空間的分布を変化させることによって調節する。このモデルの幾何学的及び機械的なパラメータの調節を、上記差異が予め選択されたレベル未満になるまで反復して繰り返す。これにより、逆位の機械的な問題は解決し、弾性率の空間的な分布が検査されている組織部分で得られる。このようにして得られた分布を用いて、検査された前立腺の画像を造り、表示する。図面を参照して詳述する前に、特定の仮定の理論によって制限されるものではないが、本発明の理論的な概念を説明する。所定の境界条件で調査された組織部分の表面の圧力パターンにより、基礎組織における内部構造を再構築し、さらに局所領域の組織の相対的な硬度及び軟度を評価することができる。本発明は、組織内の局所領域における弾力性の相違の関係、組織の表面におけるストレスパターン、および内部の歪パターンを利用するものである。上記関係は、組織の異常性を検出及び定量化する方法の理論的な基礎を形成する。組織の機械的性質を算出する際の、計算は、直線的に弾力性のある非圧縮性の媒質である際の組織のモデルを基礎とする。このようなアプローチは、機械的な弾力性のイメージングに生じる全ての疑問を解くのに十分な第一の近似である。したがって、発明の詳細な説明において論議されるグラフの説明は、下記一般式からの計算に基づく。以下の式は、組織または他の水系システム、即ち、０．５のポアソン比を有するシステム等の非圧縮性媒体に関する弾力性の３次元線形理論の一般式である。（サーバジアン(Sarvazyan)ら、バイオフィジカルベイセスオブエラスティシティーイメージング(Biophisical Bases of Elasticity Imaging)、２１巻、２２３、１９９５年）。動的平衡に関する式は以下のとおりである：ただし、Ｕ、Ｖ、Ｗは、変位の成分であり； ρは、媒体の密度であり；および σ_ijはストレステンソルの成分である。ストレスのパターンは、水味のパターンに関連しなければならない。非圧縮性媒体（例えば、組織または他の水系システム）に関するこの関係は、下記式で示される。ただし、式（１）及び（２）を組み合わせることによって、我々は、変位の成分である３つの未知数、Ｕ、Ｖ、Ｗ、および未知の圧力Ｐのみを含む３式を得ることができる。さらなる式としては、変位のベクターの開度がゼロに等しいことを示す非圧縮性の下記式がある：この最後の式は、力の軟組織にかかる際には、ポアソン比が０．５であるため、すべての組織の変形が軟組織の容積ではなく形状の変化に関連し、軟生体組織の体積圧縮弾性率が剪断弾性率よりかなりのオーダー高い値であるという状態を示すものである。組織の機械特性には、説明される弾力性だけでなく粘性もまた含まれる。したがって、組織は、粘性及び弾力性双方のある成分中の説明を要する粘弾性材料である。粘性は、粘弾性材料では、力の付加と生じる変位との間に時間の遅延があるため、受け取られる情報に影響を与える。力を経時的に付加するような動的なモードでは、経時的なストレスの発達により粘性に関する情報が得られる。粘弾性媒体の場合には、式（２）におけるストレステンソルの成分は、剪断粘性率、μ^*、に関するさらなる下記表現を有しなければならない。軟組織の剪断弾性率およびヤング率は、ポアソン比は０．５であるため、３倍異なる。いずれかの率を組織の検査に使用してもよいが、ヤング率を本発明の説明では使用する。高調波障害(harmonic disturbance)の場合には、時間への依存が上記式から容易に除去でき、振幅に関する微分方程式のシステムが得られるであろう。以下で明らかになるであろう本発明の前記及び他の目的、利点および態様により、本発明の性質は、以下の発明の詳細な説明、請求の範囲及び図面に示されるいくつかの図を参照することでより明瞭に理解される。図面の簡単な説明図１は、本発明において用いられる圧力センサを組み込んた負荷を加える装置を図示した、軟らかい「組織」のモデルの図を示している；図２は、組織に荷重を与えた後の図１の装置であり、組織表面を横切る典型的な圧力曲線を示している；図３は、図２における組織の圧縮と同様であり、組織内に腫瘍が存在する効果を示している；図４は、圧力板に対向する側から組織を変形させているピストンを有する、図３において示された構造の図であり；図５は、検査されているモデル組織のための負荷パラメータおよびこの種の組織における腫瘍の概略を示している；圧力差比；図５Ａは、周囲組織と腫瘍との間の異なる弾性率比で、表面を横切る計算した圧力差比の線描を示している；図６は、図５に示される荷重を与えている構造で、圧力差比と弾性率比との間の計算された関係を示すグラフ；図７は、例示されるある種の負荷パラメータを有する図５に示されるそれと同様の略図である；図７Ａは、図７で示される組織における腫瘍の相違している深度での表面を横切る計算された圧力差比のグラフを示している；図８は、図５で示す腫瘍の相違している深度で検出された腫瘍の直径に対する計算された圧力差比のグラフを示している；図９は、周囲組織および腫瘍間の異なる弾性率比で、腫瘍の直径に対する計算された圧力差比のグラフを示している；図１０Ａは、本発明による経直腸的なプローブを示す横断面図る；図１０Ｂは、本発明による経直腸的なプローブのためのピストル握りハンドルを示す詳細図；図１０Ｃは、関節でつながれたプローブ先端部を示す平面図；図１１Ａ‐Ｃは、圧力センサアレイおよび位置／配向センサーを示しているプローブ先端部の詳細図；図１２Ａ‐Ｃは、プローブ先端部の関節接合ができるようにするプローブ関節の詳細図；図１３は、本発明による方法と装置を示す回路図；図１４Ａは、プローブ、直腸壁および内部小結節を有する前立腺の関係を示す断面図；および、図１４Ｂは、本発明の位置センサおよび圧力センサ・アレイを用いて得られるデータから計算された圧力に等しい仮想線を示す線図である。発明の詳細な説明ここで図面を参照して、同様の機械要素が同様の数字によって示されている。図１は、ベース１１上に支持された軟組織１０の一部を図示しており、その軟組織１０は、力発生装置１３からの圧力が上面に及ぼされ得る扁平な堅い板１２を支えている。１５で示される個々の圧力センサのシリーズが、組織１０表面を横切るアレイにおける圧力を検知するために、板１２の底面に備えられている。図２は、均一な組織１０が変形させられたときの圧力プロフィールＰ（ｘ）を表している。図３は、点線にて、均一な組織圧の分布ないしプロフィールを例示し、実線にて、混在物１８を有する組織１０についてのプロフィールを例示している。図３に示されるこれら２つの圧力プロフィール間の相違ないし差分は、混在物１８の周囲の組織１０に関して、混在物１８の存在、位置および相対弾力性における情報を提供する。図３に示されるような組織１０表面上のひずみないし変形パターンは、この場合、圧力プロフィールＰ（ｘ）の形で表される。この変形パターンは、組織１０の寸法、骨の存在のようなその組織の近隣の解剖学的構造の特徴、組織１０と支持部材１１と変形部材１２との幾何学的な関係に依存するだけでなく、混在物１８の存在にも依存している。それゆえ、計測したプロフィールＰ（ｘ）と、点線によって示されると共に同じ境界条件の下でその組織の相同のモデルのために理論的に計算されたプロフィールＰｏ（ｘ）との間の差分は、変形プロフィールＰ（ｘ）そのものよりもむしろ、混在物についての直接的な情報を含んでいる。図４は、本発明が、いかにして、圧力プロフィールの振幅を高め、もって混在物の検出を向上させているかを略図で例示している。この例では、組織１０はベース１１の上に支えられ、さらに、そのベース１１には、触診法において用いられているような「指」とも呼ばれる図式的に示されたピストンまたはブロック２４が備えられ、そのピストンまたはブロック２４は、組織の中に突出され、腫瘍であり得る混在物１８の真下に２６で示される局部における組織を圧縮するようになる。圧力板１２（あらかじめ説明した同じものを置き換えられる）の上に図式的に配置して表された圧力プロフィールは、圧力センサ１５によって提供されるデータを表している。Ｐ（ｘ）は、破線として表され、実質的に図３に示されるプロフィールである。ライン２８によって示されるＰ^*（ｘ）は、腫瘍の真下のピストン２４の存在に起因して生じる圧力プロフィールを表している。ピストン２４は、板１２とベース１１との間の組織１０の一般的な圧縮に加えて、要求された部位（例えば、混在物１８）における余分な圧縮を引き起こすために、プローブのように作動する。この結果は、本質的に、腫瘍の真上で最大値Ｐ^*ｍａｘに達する圧力プロフィールＰ^*（ｘ）を増加することになる。それぞれの圧力プロフィールＰ（ｘ）およびＰ^*（ｘ）を比較することによって、プローブ（例えばピストン２４）または他の余分な圧縮力が腫瘍の部位に向けられたときに、圧力プロフィールの非常により大きい振幅を圧力センサ（異常を示すため）から得ることができることがわかる。この場合、ピストン２４を原因として生じる圧力プロフィール振幅における変化は、ΔＰ^*＝Ｐ^*−Ｐで示される。図５−９は、開示した方法および装置への理論の適用を説明し、定量分析および定量的評価を行なうのに意味がある値を計算するために利用し得る変数や測定パラメータの範囲を示すための図示例である。人体のいかなる特有の部分を表すため、組織の図解は意味がないものである。図５において、略図は、ある寸法の大きさで、ある位置に腫瘍を有する組織を例示している。図５Ａのグラフは、組織表面上の水平軸に沿う距離の関数として、特に計算された圧力差比を例示している。グラフは、例えば図５Ａにリストされるようなある値を有する図５に示される寸法に基づいている。記号（Ｅ）は、腫瘍の弾性率（ヤング率）を表し、記号（Ｅｏ）は、組織の周囲の弾性率（ヤング率）を表している。これらの２つの弾性率の比（Ｅ／Ｅｏ）は、周囲の組織に対する腫瘍の硬度の度数ないし示度を提供する。腫瘍のヤング率またはせん断弾性率が周囲の組織の弾性率から変化することは知られている。例えば、癌腫は、正常組織の弾性率の１０倍の弾性率を有している。しかし、いくらかの事例においては、腫瘍の弾性率は「触知不可能な(nonpa lpable)」腫瘍を作っている正常組織のそれと、実質的に異ならないかもしれない。図５および５Ａは、腫瘍の周囲の領域における圧力差プロフィール比すなわち（ΔＰ／Ｐｏ）（正常組織の部位における圧力で割った、混在物で測定された圧力の振幅における変化）は、弾性率比（Ｅ／Ｅｏ）における変化に非常に敏感であることを示している。図５において、組織１０の「塊(block)」は、基礎から圧力センサ１５への接触点までの高さＨを有し、「Ｘ」方向（すなわち水平の軸）に沿って伸びている長さＬを有する。腫瘍３０は、組織１０内に位置し、負荷板１２の下の（ｈ）に等しい距離だけ離れて位置し、直径（ｄ）を有する。腫瘍３０は、組織１０の左縁から水平軸に沿って距離（ａ）に位置する。図５Ａは、組織１０の左縁から右へのＸ軸に沿う距離の関数として、圧力差比（ΔＰ／Ｐｏ）（垂直軸に示される値）を図示しているグラフである。（ａ）での腫瘍３０の位置は、図５Ａには鉛直な点線によって示されている。（Ｘ／Ｌ）の関数としていくつかの（ΔＰ／Ｐｏ）のプロットないし描線が示されており、それぞれ、与えられた弾性率の比（Ｅ／Ｅｏ）に対応しており、その弾性率の比は腫瘍と正常組織との間の相対硬度を示している。図５Ａに示される値を有するパラメータで、プロットないし描線は、腫瘍／組織の組み合わせが１．５だけの弾性係数比（Ｅ／Ｅｏ）を有する、すなわち腫瘍は周囲組織の１．５倍の弾性係数を有しており、およそ３％の圧力信号における検出可能な変化が腫瘍を取り巻いている部位として観測されることを図示している。このことは、周囲組織よりもそれほど硬くない腫瘍であっても非常に簡単に検出できることを意味している。例えば、胸部における腫瘍が触診法（弾力性を評価するために唯一の利用できる技術である）によって検出できることは知られているが、触診法は、腫瘍がそのヤング率が周囲組織のヤング率の５倍から１０倍大きくなるように進行した場合においてのみ信頼できるものである。圧力差信号（ΔＰ／Ｐｏ）は、弾性率比（Ｅ／Ｅｏ）が少なくとも２または５であるときに、腫瘍の近くでより顕著な効能を示す。しかしながら、弾性率比が７．５（例えば１０）より大きい場合においては、圧力差プロフィールは、実質的に、Ｅ／Ｅｏ＝７．５で示されるよりも上への増加がない。腫瘍または混在物が周囲組織よりより軟らかいとき、例えば、比（Ｅ／Ｅｏ）が０．５であるとき、腫瘍の部位における圧力差プロフィール（ΔＰ／Ｐｏ）における本質的な較差ないし差は、容易に観察し得る。より顕著な効能は、比（Ｅ／Ｅｏ）が０．２５であるときに起こる。それゆえに、圧力プロフィールにおける比較的小さい変化（わずか２−１０％）を観測することによって、弾性率において比較的小さい変化を有する腫瘍を検出することが可能となる。この臨床上重要な意義を持つデータは、組織を圧縮している間に圧力プロフィールの応答を測定するため、組織表面を横切って組織の外部を伸びる圧力センサアレイを用いることによって得られる。図６は、弾性率比（Ｅ／Ｅｏ）における変化の関数として検出される圧力における変化を例示している。図５および５Ａにおける図示と同様に、図６は、触診による検出が許容されない程度の硬度において、圧力プロフィール比（ΔＰ／Ｐｏ）における数パーセントの簡単になし遂げられる分解能が、周囲組織から異なる混在物を検出することを可能にすることを示している。グラフは、図６に示されるようなパラメータを有する組織ブロック１０に基づいている。比較目的を容易にするために、水平軸（Ｅ／Ｅｏ）上の値は、対数関数的な基礎上に与えられる。図７および図７Ａは、塊組織内の腫瘍を検出する能力が組織表面（皮膚）や圧力センサからの腫瘍の距離に依存することを示している。図７に示すように、塊組織１０はその中に腫瘍３０’があり、この例では、腫瘍の垂直方向の高さはｄ₁で表され、腫瘍の横方向の幅はｄ₂で表されている。パラメータ（ａ）は、塊組織の左側から腫瘍の位置までの腫瘍の距離を表している。図７に示す寸法の一組の値は、図７Ａに載っている。図７Ａは、Ｘ軸に沿う（Ｘ／Ｌ）の関数として、圧力プロフィール比（ΔＰ／Ｐ₀）（腫瘍なしで検出された圧力で割った正常組織に対する腫瘍組織の圧力変化）を計算してプロットしたものである。このグラフは、腫瘍が組織表面から短い距離（ｈ＝５または１０ｍｍ）にある場合には約０．３の圧力プロフィール比（ΔＰ／Ｐ₀）で大きな変化が観察されること、また、腫瘍が表面（例えば、ｈ＝３０ｍｍ）から離れている場合には圧力プロフィールには小さな変化しか起こらないことを示している。しかし、腫瘍が深い場合（ｈ＝３０ｍｍ）であっても、圧力プロフィールの変化はなお容易に認識することができ（ΔＰ／Ｐ₀は完全に測定可能な約０．１である）、約Ｘ／Ｌ＝０．７０で組織異常が示される。（Ｅ／Ｅ₀）の比は２とされている。図８は、腫瘍３０の直径ｄの変化の関数として、センサ１５によって圧力の変化を確認しうる能力に関する結果を示している。図８に示すように、弾性係数比（Ｅ／Ｅ₀）は５であり、グラフは、ｈ＝１０ｍｍの腫瘍（線３２で示す）とｈ＝２０ｍｍの腫瘍（線３４で示す）についてのｄに対する（ΔＰ／Ｐ₀）をプロットしたものである。腫瘍より上の表面の点における圧力比（ΔＰ／Ｐ₀）は、垂直軸に沿って示され、腫瘍の直径ｄは水平軸に沿って示されている。３５で示される基準線は、大体、既存の圧力センサについて容易に得ることができる比（ΔＰ／Ｐ₀）の測定感度の基準線である。圧力センサに対する約３パーセントの精度は完全に達成可能であり、基準線３５は約３パーセントの変化を表しており、これによって、直径（ｄ）が１〜２ミリメートルの範囲内にある正常組織内の腫瘍の存在がはっきりと示されることになる。図８は、腫瘍が大きくなるほど圧力比の変化が大きいことを示している。図９もまた、腫瘍の直径（ｄ）の関数として腫瘍より上の表面の点での圧力プロフィール比（ΔＰ／Ｐ₀）の変化を示している。しかし、今回は、センサ１５より下の腫瘍の深さ（ｈ）は１０ｍｍに設定されており、プロットは、弾性係数比（Ｅ／Ｅ₀）が５の場合（上側の曲線３８で示す）と（Ｅ／Ｅ₀）が２の場合（下側の曲線４０で示す）について提供されている。予測されるように、腫瘍と周辺組織との間の弾性係数の差が大きくなるほど（比（Ｅ／Ｅ₀）が大きくなるほど）、ある一定の直径の腫瘍に対する圧力プロフィール比（ΔＰ／Ｐ₀）の変化が大きくなり、腫瘍の検出が容易になる。比（ΔＰ／Ｐ₀）を感度の指標とすると、感度のしきい値レベル（破線３９で示す）と交差する線（Ｅ／Ｅ₀＝５）が観察でき、１ｍｍの範囲の腫瘍の検出が可能であることを示している。弾性係数比が２の場合（曲線４０）には、直径（ｄ）２．５ｍｍの腫瘍を検出できたことが観察されうる。触診法では直径が８〜１０ｍｍを超える場合にのみ腫瘍を検出することができ、それより小さい場合にはできないことは、周知である。図９のグラフは、正常組織に対する腫瘍組織の弾性係数比（Ｅ／Ｅ₀）が増加するにつれてどのようにすれば検出装置（圧力センサ）の感度が大幅に向上するか（相対ベースで、つまり、圧力プロフィール比（ΔＰ／Ｐｏ）のより大きな変化が観察される）を定量的に示している。図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、および図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明による経直腸的メカニカル・イメージング・プローブの一実施例の断面図および主要な要素を示している。図１０Ａに示すプローブ１００の縦断面図を参照すると、プローブ１００は、一列に並んだ圧力センサ１０１と、位置／方向センサ１０３（Polhemus Inc.,Colchester,VTによって作られた3SPACE（登録商標）INSIDETRAK（商標）位置／方向追跡装置の検出素子）とを含む可動チップ１０２を有している。主要な電子装置（プローブの外側に固定された）と検出素子１０３との間の最大距離（プローブ１００の先端部１０２の内部を取り付けたたこと）が５０ｃｍ以下であるとすれば、この特定のシステムによって達成可能な３Ｄ位置測定の分解能は０．２ｍｍである。プローブ１００のチップ１０２は、医師の指よりもかなり薄く作ることができる。チップ１０２は剛性チューブ１１１と組み合わされて、ピストル握りハンドル１１４に取り付けられる。取り外し自在のゴム製シース１１３によってチューブ１１１のみならずチップ１０２全体が覆われる。圧力センサアレイや位置センサに対する電気的接続は、ケーブル１１２（部分的に示す）によって行われる。図１２に詳細に示すチップ１０２とチューブ１１１間のフレキシブルジョイントは、チップを角度が０°から垂直方向に０〜±４５°、水平方向に±９０°までの範囲で関節により結合するために設けられている。ジョイントは、垂直方向の運動を許容するディスク１０５，１０７と、水平方向の運動を許容するディスク１０８，１１０とから成る。ハンドル内の二つのステッパーモータ１２１，１２２はコントロールケーブル１０６，１０９を駆動し、オペレータのコマンドに基づいて、プローブチップ１０２の位置決めを可能にする。プローブ１０２チップの位置はハンドル１１４上の各種ボタン、アップ／ダウン用の２位置スイッチ１２３，１２４、左／右操作用の他の２位置スイッチ１２５，１２６を押すことによってコントロールされる。ステッパーモータに加えて、ハンドルには、第１段階のデータ獲得回路のみならず、モータの動作に必要な全てのエレクトロニクスを備えたプリント回路基板（ＰＣＢ）も含まれている。コントロールケーブル１０６，１０９は、引張りばね１１６につながれた二つのローラ１１５によって引っ張られている。ばね１１６は、安全ばね１１８を介してハンドルに結合されている安全スイッチ１１７上に載置されている。ばね１１８の抵抗は、患者の体験する力が決して一定の安全な限界値を超えないように調節されている。オペレータは、患者が不快感または苦痛を体験している徴候があれば、安全スイッチ１１７で引っ張ることによってケーブル１０６，１０９の張力を手動でゆるめることができる。この機械的安全機構に加えて、ばね１１６の張力を監視してあらかじめ選択された張力レベルに達した時にステッパーモータ１２１，１２２の動作を停止させるセンサを用いることも可能である。また、組織のサンプルを採取するため、プローブに穿刺針（図示せず）を設けることができる。図１１Ａ〜図１１Ｃおよび図１２Ａ〜図１２Ｃは、プローブチップおよび該プローブチップの関節結合を許容するジョイントの詳細図である。前立腺の経直腸的プローブ１００に使用される圧力センサ１０１は、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）圧電フィルム（例えば、AM PInc.,Val ley Forge,PAによって製造された）を用いる。他の圧力センサを用いることもできる。しかし、ＰＶＤＦフィルム圧力センサは、感度が高く、一緒に作動させやすく、柔らかい生物組織とのマッチングがすぐれており、容易に入手可能である。圧力センサとして機能させるためにＰＶＤＦフィルムを経直腸的プローブ１００のチップ１０２に載置しうる方法には、いくつかある。センサ配置の一つの可能なパターンでは（図１１Ｃ）、アレイのそれぞれの側に二つの長い１×１２ｍｍのセンサが設けられている。これらは、圧力がどのくらい均等にアレイ上にかかっているかの情報を提供するために、６２．５×５ｍｍの列の二つのエンドセンサと一緒に使用される。この情報はオペレータに表示されるので、オペレータは試験中センサの位置を調節して圧力分布の均等化を図ることができる。また、前記情報は、前立腺の表面に対して傾斜したアレイによって得られた収集データの点をフィルタで除去するのに使用することもできる。図１３は、プローブ１００からの信号２００の処理を示す概略図である。圧力センサデータ２１０と位置／方向センサデータ２２０を結合して、ストレスとひずみの仮想パターンを計算する２３０。前立腺の理想的な幾何学的モデル２４０を、データベース２５０から生成し、さらに、試験した前立腺の推定される寸法パラメータに合致するように調整する。この調整された幾何学的モデル２６０を用いて、ストレスとひずみの理論的パターンを評価し、仮想的なストレスやひずみのパターンとそれぞれ比較し、その差を用いて前立腺のメカニカルモデル２７０を形成する。データベースからの関連データを加えたこのメカニカルモデルを用いて、画像２８０を形成し表示する。図１４Ａは、横断面における、プローブ、直腸壁、および小結節を有する前立腺の関係を示す。図１４Ｂは、位置センサおよび圧力センサアレイによって得られたデータから計算される等圧力の仮想線を示す。異なる圧力レベルに対応するＰ＝０、Ｐ₁、Ｐ₂およびＰ₃として図１４Ｂにおいて示される等圧力線は、仮想歪プロフィールに関連している。太字破線によって図１４Ｂに示される前立腺輪郭の分画は、等圧力プロファイルデータおよび歪／ストレス関係の非直線性を用いて復元される。圧縮が主に直腸壁組織の運動に関連している時の低レベルの圧力において、システムは直線的にふるまう。ある種のレベルの圧縮において、歪／ストレス曲線のスロープは、前立腺組織の抵抗性を反映する鋭敏な増加を示す。前立腺にわたる各部位において、歪／ストレス関係が急激にスロープに変化し始める空間における点がある。歪／ストレス関係の非直線性のある種のレベルに対応するこれらの点によって形成される曲面は、調べられる前立腺の幾何学パラメータによって決定され、破線によって図１４Ｂに示される前立腺の輪郭を推定するために用いることができる。図１４Ｂに模式的に示されるデータはまた、仮想ストレスパターンを見積もるのに用いることができる。仮想ストレスパターンは、破線によって示される表面の点に対応する圧力の値を計算することによって得られる。仮想歪および仮想ストレスプロフィールは更に、図１３に示すように、一般のデータベースからの関連情報を付加的に用いながら、検査される前立腺の機械的モデルを形成するのに用いられる。従来の医学的画像においては、装置は通常、いくらか測定した物理的特性に基づいて、対象物の構造を表示する。このような方法で得られるイメージは、白日の下に曝されたかまたは芸術家によって描かれたなら、身体または器官の実際に検査された部位がどのように見えるかということから、しばしば非常にかけ離れている。したがって、特有なタイプの影像解析の専門家は、画像からのどのような情報が診断に関連しているかを内科医に話すことが要求される。現在、強力なコンピュータ装置およびデータベースのより広い使用の結果として、イメージングへの代替アプローチ、いわゆる知識に基づいたイメージング（Knowledge-Base d Imaging）（サルバジアン（sarvazyan）ほか、アニューフィロソフィーオブメディカルイメージング（A new philosophy of medical imaging），メディカルハイパスィシス（Medical Hypothesis）３６，３２７−３３５，１９９１，本明細書で参照により引用される）が、出現し始めた。本発明の方法は、以下に簡単に述べる知識に基づいたアプローチの使用を含んでいる。知識に基づいたイメージングを用いることにより、コンピュータは、検査されている「正常な」前立腺の３次元画像を記憶装置に記憶することができ、そして、測定されたデータに応じてこの画像を調整し（変換し）、実際に検査された腺を表す画像が生じる。このような生き生きとした３次元画像またはその横断面は、付加的に、前立腺の機械的特性上のデータを含んでいる。内科医にとって、この種の画像に表現された検査される器官の異常を認識することは、きわめて容易であろう。更に、エキスパートシステムでは、異なるタイプの特性や前立腺癌の病期についての知識が用いられ、モデルにおけるどんな不完全に定義された疑わしい部位でも指摘することができ、あるいは、「正常」な前立腺に見られるものからのいかなる異常や逸脱をも示すことができる。この点で、内科医はまた、コンピュータに他の検査に基づく新しい情報、あるいは同じ前立腺について行われた検査を入力することができ、知識は、「学習」して「拡大する」。一旦、実際に検査された前立腺の３次元モデルがコンピュータに記憶されると、外部および内部の特徴を一つの画像にして見ることができるように、ユーザでに提供することができる。これは、スクリーン上の３次元画像は、弾力性と表面組織情報の空間的分布と同様に、前立腺の幾何学的な特徴についての情報を含むべきことを意味している。加えて、画像は、ユーザーに、検査された前立腺のいずれの領域が、不完全に定義され、完全な診断を行うために更に検査をされることを必要とするかを示すべきである。例えば、多角形ベースの表面法、光線投射体積表現、および横断面スライシングなどの、この作業に適し得るいくつかの可能性のある３次元可視化方法がある。本発明のある種の好ましい実施の形態がここで特に記載されているが、本発明に関する当業者にとって、ここで示され記載された各種の実施の形態の変形および修正が、本発明の精神と範囲から逸脱することなく行うことができることは明らかである。したがって、本発明は、添付された請求の範囲および法律の適用可能な規則により要求範囲までにだけ限定されるように意図している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成９年９月２６日（１９９７．９．２６）【補正内容】動的平衡に関する式は以下のとおりである：ただし、Ｕ、Ｖ、Ｗは、変位の成分であり； ρは、媒体の密度であり；および σ_ijはストレステンソルの成分である。ストレスのパターンは、水味のパターンに関連しなければならない。非圧縮性媒体（例えば、組織または他の水系システム）に関するこの関係は、下記式で示される。ただし、式（１）及び（２）を組み合わせることによって、我々は、変位の成分である３つの未知数、Ｕ、Ｖ、Ｗ、および未知の圧力Ｐのみを含む３式を得ることができる。さらなる式としては、変位のベクターの開度がゼロに等しいことを示す非圧縮性の下記式がある：この最後の式は、力の軟組織にかかる際には、ボアソン比が０．５であるため、すべての組織の変形が軟組織の容積ではなく形状の変化に関連し、軟生体組織の体積圧縮弾性率が剪断弾性率よりかなりのオーダー高い値であるという状態を示すものである。コントロールケーブル１０６，１０９は、引張りばね１１６につながれた二つのローラ１１５によって引っ張られている。ばね１１６は、安全ばね１１８を介してハンドルに結合されている安全スイッチ１１７上に載置されている。ばね１１８の抵抗は、患者の体験する力が決して一定の安全な限界値を超えないように調節されている。オペレータは、患者が不快感または苦痛を体験している徴候があれば、安全スイッチ１１７で引っ張ることによってケーブル１０６，１０９の張力を手動でゆるめることができる。この機械的安全機構に加えて、ばね１１６の張力を監視してあらかじめ選択された張カレベルに達した時にステッパーモータ１２１，１２２の動作を停止させるセンサを用いることも可能である。また、組織のサンプルを採取するため、プローブに穿刺針（図示せず）を設けることができる。図１１Ａ〜図１１Ｃおよび図１２Ａ〜図１２Ｃは、プローブチップおよび該プローブチップの関節結合を許容するジョイントの詳細図である。前立腺の経直腸的プローブ１００に使用される圧力センサ１０１は、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）圧電フィルム（例えば、AMP Inc.,Val ley Forge,PAによって製造された）を用いる。他の圧力センサを用いることもできる。しかし、ＰＶＤＦフィルム圧力センサは、感度が高く、一緒に作動させやすく、柔らかい生物組織とのマッチングがすぐれており、容易に入手可能である。圧力センサとして機能させるためにＰＶＤＦフィルムを経直腸的プローブ１００のチップ１０２に載置しうる方法には、いくつかある。センサ配置の一つの可能なパターンでは（図１１Ｃ）、アレイのそれぞれの側に二つの長い１×１２ｍｍのセンサが設けられている。これらを用いて、圧力がどのくらい均等にアレイ上にかかっているかの情報を提供する。この情報はオペレータに表示されるので、オペレータは試験中センサの位置を調節して圧力分布の均等化を図ることができる。また、前記情報は、前立腺の表面に対して傾斜したアレイによって得られた収集データの点をフィルタで除去するのに使用することもできる。図１３は、プローブ１００からの信号２００の処理を示す概略図である。圧力センサデータ２１０と位置／方向センサデータ２２０を結合して、ストレスとひずみの仮想パターンを計算する２３０。前立腺の理想的な幾何学的モデル２４０を、データベース２５０から生成し、さらに、試験した前立腺の推定される寸法パラメータに合致するように調整する。この調整された幾何学的モデル２６０を用いて、ストレスとひずみの理論的パターンを評価し、仮想的なストレスやひずみのパターンとそれぞれ比較し、その差を用いて前立腺のメカニカルモデル２７０を形成する。データベースからの関連データを加えたこのメカニカルモデルを用いて、画像２８０を形成し表示する。請求の範囲１．周囲組織より異なる弾力を有する管状の身体体腔からアクセス可能な組織部分内の部位を確認する方法であって、前記組織部分に人間の指によって印加される圧力と同様の方法で、検査される組織部分の複数の位置にわたって圧力を印加する手段により変形を起こし、これにより前記組織部分にストレスと歪を生ぜしめる前記組織部分に変形を引き起こす工程と、前記変形により引き起こされる圧力の空間的分布を測定し分析する工程と、を有する方法。２．前記組織の複数の部位での限局性の圧力分布を測定する工程と、前記各測定された限局性の圧力分布に応じて前記圧力を印加する手段の位置を決定する工程と、前記限局性の圧力分布と前記対応する位置を用いてストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の実際のパターンを計算する工程と、前記組織部分に対し境界条件を与えるように、均一な組織を有する前記組織部分の幾何学モデルを定める工程と、前記幾何学モデルに対しストレスと歪の少なくとも一つの性状の理論的なパターンを評価する工程と、前記組織部分内の組織の異なる弾性の部位の前記存在と位置を示す前記差を得るために、前記理論的なパターンと前記実際のパターン間の前記差を比較する工程と、前記組織部分の弾性モデルの空間的分布を得るために、前記ストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の前記実際のパターンと、前記幾何学モデルに対するそれぞれの理論的パターンとの間の差を最小となるように、前記幾何学モデルにおける弾性の空間的分布を変化させることによって前記の幾何学モデルを調整する工程と、をさらに含む請求の範囲第１項記載の方法。３．前記変形は、管状の身体体腔内で複数の自由度の圧力印加手段の運動により生ぜしめられる請求の範囲第１項記載の方法。４．前記管状の身体体腔は、圧力を感知するための管状の体腔の内面における複数の位置の圧力を感知し、位置センサの前記位置を決定するように、前記プローブに合った圧力検知アレーを有する関節連結のプローブを受け止めるための大きさを有している請求の範囲第１項記載の方法。５．前記管状の身体体腔は、前記人間の直腸であり、前記組織部分は前記人間の前立腺である請求の範囲第１項記載の方法。６．異なる弾力の部位を確認し、該部位が悪性腫瘍を表すという可能性を評価する工程と、組織の標本を集めるために異なる弾力性の部位に対し穿刺針の目標を定める工程と、をさらに有する請求の範囲第５項記載の方法。７．周囲組織より異なる弾力を有する管状の身体体腔からアクセス可能な組織部分内の部位を確認する装置であって、前記組織部分に人間の指によって印加される圧力と同様の方法で圧力を印加する手段により変形を起こし、これにより前記組織部分にストレスと歪を生ぜしめる前記組織部分の変形を引き起こす手段と、前記組織の複数の部位での限局性の圧力分布を測定する手段と、前記各測定された限局性の圧力分布に応じて前記圧力を印加する手段の位置を決定する手段と、前記限局性の圧力分布と前記対応する位置を用いてストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の実際のパターンを計算する手段と、前記組織部分に対し境界条件を与えるように、均一な組織を有する前記組織部分の幾何学モデルを定める手段と、前記幾何学モデルに対しストレスと歪の少なくとも一つの性状の理論的なパターンを評価する手段と、前記組織部分内の組織の異なる弾性の部位の前記存在と位置を示す前記差を得るために、前記理論的なパターンと前記実際のパターン間の前記差を比較する手段と、前記組織部分の弾性モデルの空間的分布を得るために、前記ストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の前記実際のパターンと、前記幾何学モデルに対するそれぞれの理論的パターンとの間の差を最小となるように、前記幾何学モデルにおける弾性の空間的分布を変化させることによって前記の幾何学モデルを調整する手段と、を有する装置。８．前記圧力印加手段は、管状の身体体腔の範囲内で複数の自由度でもって移動可能となるように関節でつながれる請求の範囲第７項記載の装置。９．前記圧力印加手段は、前記管状の体腔の内面における複数の位置の圧力を感知するように、前記プローブに合った圧力検知アレーを有する関節連結のプローブである請求の範囲第７項記載の装置。１０．人間の前立腺の像を機械的に造るための装置であって、複数の自由度を有するように関節でつながれ、前記人間の前立腺に近ずくように、また前記人間の直腸の中に挿入可能となるように構成された形状を有し、前記直腸内で可動で、前記前立腺の部位に対して加圧し、前記前立腺の部位の組織を変形させるようにした先端部と、前記の関節連結の先端部の位置を決定するための前記関節連結の先端部に取り付けられる位置センサと、関節連結の先端部によって変形される組織の上の局所の圧力分布を検出するように位置付けられかつ関節連結の先端部に載置された複数の圧力センサからなる圧力検知アレーと、前記前立腺の幾何学的かつ機械的な特性の空間的分布を得るように、前記圧力検知アレーと前記の位置センサによって検出された信号を処理する手段と、を有する装置。１１．前記前立腺の幾何学的な機械的な特性は、寸法、外形、輪郭、非対称性、グローバル硬度、モジュール性、一貫性および弾性率の空間的分布の群から選択される請求の範囲第１０項記載の装置。１２．前記圧力検知アレーは、各々が圧電性ポリマ薄膜から作られた複数の個々のセンサーを有する請求の範囲第１０項記載の装置。１３．前記位置センサは、遠隔ワイアレスノ位置センサである請求の範囲第１０項記載の装置。１４．前記人間の前立腺における腫瘍を検出するための装置であって、一つの端部で関節連結の先端部を有する指のような管からなるプローブと、前記関節連結の先端部に載置された圧力検知アレーと、前記関節連結の先端部の位置を決定するための前記関節連結の先端部に取り付けられる位置センサと、複数の自由度をもって前記関節連結の先端部を動かし制御するための、前記指のような管の前記他の末端に付けられるハンドルとを有し、前記プローブは、前記人間の前立腺に近ずくように、また前記人間の直腸の中に挿入可能となるように構成された形状を有し、前記関節連結の先端部は、前記直腸内で可動で、前記前立腺の部位に対して加圧し、前記前立腺の部位の組織を変形させるようにし、前記の圧力検知アレーは、前記関節連結の先端部によって変形させられた前記組織の上の局所の圧力分布を検出するように、また異なる弾力性の部位を検出するように、前記関節連結の先端部に位置された複数の圧力センサを有する装置。１５．前記プローブが、異なる弾性を有する部位における標本を集めるための穿刺針と、異なる弾性のその部位に前記穿刺針の目標を定めるための手段と、を含む請求の範囲第１４項記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．周囲組織より異なる弾力を有する管状の身体体腔からアクセス可能な組織部分内の部位を確認する方法であって、前記組織部分に人間の指によって印加される圧力と同様の方法で圧力を印加する手段により変形を起こし、これにより前記組織部分にストレスと歪を生ぜしめる前記組織部分に変形を引き起こす工程と、前記組織の複数の部位での限局性の圧力分布を測定する工程と、前記各測定された限局性の圧力分布に応じて前記圧力を印加する手段の位置を決定する工程と、前記限局性の圧力分布と前記対応する位置を用いてストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の実際のパターンを計算する工程と、前記組織部分に対し境界条件を与えるように、均一な組織を有する前記組織部分の幾何学モデルを定める工程と、前記幾何学モデルに対しストレスと歪の少なくとも一つの性状の理論的なパターンを評価する工程と、前記組織部分内の組織の異なる弾性の部位の前記存在と位置を示す前記差を得るために、前記理論的なパターンと前記実際のパターン間の前記差を比較する工程と、前記組織部分の弾性モデルの空間的分布を得るために、前記ストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の前記実際のパターンと、前記幾何学モデルに対するそれぞれの理論的パターンとの間の差を最小となるように、前記幾何学モデルにおける弾性の空間的分布を変化させることによって前記の幾何学モデルを調整する工程と、を有する方法。２．前記変形は、管状の身体体腔内で複数の自由度の圧力印加手段の運動により生ぜしめられる請求の範囲第１項記載の方法。３．前記管状の身体体腔は、圧力を感知するための管状の体腔の内面における複数の位置の圧力を感知し、位置センサの前記位置を決定するように、前記プローブに合った圧力検知アレーを有する関節連結のプローブを受け止めるための大きさを有している請求の範囲第１項記載の方法。４．前記管状の身体体腔は、前記人間の直腸であり、前記組織部分は前記人間の前立腺である請求の範囲第１項記載の方法。５．異なる弾力の部位を確認し、該部位が悪性腫瘍を表すという可能性を評価する工程と、組織の標本を集めるために異なる弾力性の部位に対し穿刺針の目標を定める工程と、をさらに有する請求の範囲第５項記載の方法。６．周囲組織より異なる弾力を有する管状の身体体腔からアクセス可能な組織部分内の部位を確認する装置であって、前記組織部分に人間の指によって印加される圧力と同様の方法で圧力を印加する手段により変形を起こし、これにより前記組織部分にストレスと歪を生ぜしめる前記組織部分の変形を引き起こす手段と、前記組織の複数の部位での限局性の圧力分布を測定する手段と、前記各測定された限局性の圧力分布に応じて前記圧力を印加する手段の位置を決定する手段と、前記限局性の圧力分布と前記対応する位置を用いてストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の実際のパターンを計算する手段と、前記組織部分に対し境界条件を与えるように、均一な組織を有する前記組織部分の幾何学モデルを定める手段と、前記幾何学モデルに対しストレスと歪の少なくとも一つの性状の理論的なパターンを評価する手段と、前記組織部分内の組織の異なる弾性の部位の前記存在と位置を示す前記差を得るために、前記理論的なパターンと前記実際のパターン間の前記差を比較する手段と、前記組織部分の弾性モデルの空間的分布を得るために、前記ストレスと歪からなる性状の群から取り出される少なくとも一つの性状の前記実際のパターンと、前記幾何学モデルに対するそれぞれの理論的パターンとの間の差を最小となるように、前記幾何学モデルにおける弾性の空間的分布を変化させることによって前記の幾何学モデルを調整する手段と、を有する装置。７．前記圧力印加手段は、管状の身体体腔の範囲内で複数の自由度でもって移動可能となるように関節でつながれる請求の範囲第６項記載の装置。８．前記圧力印加手段は、前記管状の体腔の内面における複数の位置の圧力を感知するように、前記プローブに合った圧力検知アレーを有する関節連結のプローブである請求の範囲第６項記載の装置。９．人間の前立腺の像を機械的に造るための装置であって、複数の自由度を有するように関節でつながれ、前記人間の前立腺に近ずくように、また前記人間の直腸の中に挿入可能となるように構成された形状を有し、前記直腸内で可動で、前記前立腺の部位に対して加圧し、前記前立腺の部位の組織を変形させるようにした先端部と、前記の関節連結の先端部の位置を決定するための前記関節連結の先端部に取り付けられる位置センサと、関節連結の先端部によって変形される組織の上の局所の圧力分布を検出するように位置付けられかつ関節連結の先端部に載置された複数の圧力センサからなる圧力検知アレーと、前記前立腺の幾何学的かつ機械的な特性の空間的分布を得るように、前記圧力検知アレーと前記の位置センサによって検出された信号を処理する手段と、を有する装置。１０．前記前立腺の幾何学的な機械的な特性は、寸法、外形、輪郭、非対称性、グローバル硬度、モジュール性、一貫性および弾性率の空間的分布の群から選択される請求の範囲第９項記載の装置。１１．前記圧力検知アレーは、各々が圧電性ポリマ薄膜から作られた複数の個々のセンサーを有する請求の範囲第９項記載の装置。１２．前記位置センサは、遠隔ワイアレスノ位置センサである請求の範囲第９項記載の装置。１３．前記人間の前立腺における腫瘍を検出するための装置であって、一つの端部で関節連結の先端部を有する指のような管からなるプローブと、前記関節連結の先端部に載置された圧力検知アレーと、前記関節連結の先端部の位置を決定するための前記関節連結の先端部に取り付けられる位置センサと、複数の自由度をもって前記関節連結の先端部を動かし制御するための、前記指のような管の前記他の末端に付けられるハンドルとを有し、前記プローブは、前記人間の前立腺に近ずくように、また前記人間の直腸の中に挿入可能となるように構成された形状を有し、前記関節連結の先端部は、前記直腸内で可動で、前記前立腺の部位に対して加圧し、前記前立腺の部位の組織を変形させるようにし、前記の圧力検知アレーは、前記関節連結の先端部によって変形させられた前記組織の上の局所の圧力分布を検出するように、また異なる弾力性の部位を検出するように、前記関節連結の先端部に位置された複数の圧力センサを有する装置。１４．前記プローブが、異なる弾性を有する部位における標本を集めるための穿刺針と、異なる弾性のその部位に前記穿刺針の目標を定めるための手段と、を含む請求の範囲第１３項記載の装置。