專(zhuān)利名稱(chēng)：評(píng)估組織的系統(tǒng)和方法
評(píng)估組織的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請(qǐng)的交互參考依照35U. S. Cl 19. (e)，本申請(qǐng)對(duì)2008年5月16日提出的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng) No61/0M100有優(yōu)先權(quán)，并且為該臨時(shí)申請(qǐng)的非臨時(shí)申請(qǐng)。這里引入其全部說(shuō)明供參考。
背景技術(shù)：
1.政府利益的說(shuō)明本發(fā)明在國(guó)家健康學(xué)會(huì)授予的No. R01EB000720的資助下，得到政府支持縮減為 實(shí)踐，因此，政府對(duì)本發(fā)明有一些權(quán)利。2.發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及定量評(píng)估腫瘤的系統(tǒng)和方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明包括使用壓電傳感 器檢測(cè)腫瘤的存在，確定其尺寸，確定其位置，辯識(shí)其類(lèi)型，確定其侵入性和/或確定其惡 性。3.先前技術(shù)的簡(jiǎn)要說(shuō)明成功治療癌的關(guān)鍵是早期發(fā)現(xiàn)。然而，早期發(fā)現(xiàn)和辯識(shí)癌的生長(zhǎng)嚴(yán)重地依賴(lài)傳感 器的能力和篩選技術(shù)。目前有各種不同的傳感器和工具用于研究軟組織的機(jī)械性質(zhì)和作出 軟組織的圖像。通常的軟組織傳感器的其中一種形式是利用一個(gè)引起位移的外力施加器和一個(gè) 測(cè)量阻力的外部位移計(jì)[1，2]。該外力施加器可以是液壓的或壓電的，而該外部位移計(jì)可以 為光學(xué)的或壓電的。然后，這些傳感器在工作過(guò)程中需要提取或破壞組織樣品，因?yàn)楸匦枨?割樣品，以便與傳感器一致和裝在傳感器內(nèi)。示例性的軟組織成像工具包括計(jì)算機(jī)X射線 斷層術(shù)(CT)，磁共振成像(MRI)，超聲(US)，T-掃描(TS)和超聲彈性術(shù)(UE) [3-8] 0 CT掃 描[10]利用計(jì)算機(jī)軟件獲取360度X射線圖和重構(gòu)3D組織結(jié)構(gòu)。MRI掃描[11]利用強(qiáng) 大的磁場(chǎng)和無(wú)線電波形成診斷用的組織圖像。US掃描[12]通過(guò)組織傳遞高頻波和撲捉回 聲形成組織結(jié)構(gòu)圖像。TS[7]測(cè)量低電平生物電流，以產(chǎn)生組織的電阻抗性質(zhì)的實(shí)時(shí)圖像。 UE掃描[14]評(píng)估在固定的機(jī)械應(yīng)力下通過(guò)組織的回聲時(shí)間，并將它與沒(méi)有應(yīng)力時(shí)的相同 的組織的回聲時(shí)間比較。然后得到組織的應(yīng)變圖，由該圖利用通常的轉(zhuǎn)換技術(shù)形成2D的彈 性模量分布圖像。觸覺(jué)成像[12]工具，例如早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法使用陣列壓力傳感器探測(cè)空 間的組織剛度變化。目前，早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法在乳房癌篩選中使用，以便通過(guò)組織 密度對(duì)比發(fā)現(xiàn)不正常的組織。早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法是FDA唯一批準(zhǔn)的乳房癌篩選 方法，它的一般靈敏度為85%，但在無(wú)線電密致乳房中減小至65% [9]。然而，在這些篩選 過(guò)程中，假的正像的發(fā)生率高。事實(shí)上只有大約15-30%的乳房活組織檢查得出惡性的診 斷。雖然篩選40歲以上的婦女是有效的，但篩選乳房組織密致的婦女，早期胸部腫瘤X射 線測(cè)定法不是有效的。另外，早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法和其它觸覺(jué)成像工具不能探測(cè)腫 瘤界面性質(zhì)。由于隱藏不正常生長(zhǎng)的許多組織在壓縮下比周?chē)恼＝M織堅(jiān)硬，在發(fā)現(xiàn)和診斷不正常組織中，發(fā)現(xiàn)組織堅(jiān)硬度的改變?nèi)找娉蔀橹匾囊蛩?。例如，乳房癌為鈣化的組織， 它比正常的乳房組織堅(jiān)硬7倍多[10-13]。同樣，血小板內(nèi)襯的血管也比正常的健康的血管 堅(jiān)硬。美國(guó)專(zhuān)利No7497133公布了一種可用于通過(guò)測(cè)量組織的堅(jiān)硬度探測(cè)腫瘤的壓電 指形傳感器。從腫瘤的剪切模量與彈性模量的比(G/E)或通過(guò)利用二個(gè)壓電指形傳感器， 一個(gè)用于推，一個(gè)用于測(cè)量由推產(chǎn)生的腫瘤運(yùn)動(dòng)，直接靈敏地測(cè)量腫瘤的可動(dòng)性，可得到腫 瘤的可動(dòng)性。該專(zhuān)利得出結(jié)論，在腫瘤區(qū)G/E之比高于周?chē)＝M織的G/E比，并且癌區(qū) 域的高得多的G/E比表示與周?chē)恼＝M織比較，在剪切下的腫瘤可動(dòng)性比壓縮下的該比 小。雖然，病人推斷這些測(cè)量可進(jìn)行非侵入性乳房癌惡性的篩選，但沒(méi)有說(shuō)明確定惡性，侵 入性或腫瘤類(lèi)型的方法。結(jié)果，很需要精確地和不侵入地探測(cè)和辯識(shí)腫瘤。還需要開(kāi)發(fā)一種探測(cè)腫瘤堅(jiān)硬 度度，以確定腫瘤的類(lèi)型，惡性和/或侵入性的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明涉及測(cè)量彈性模量和剪切模量的傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 傳感器，加電壓至第二個(gè)電極的裝置，與所述傳感器連接的測(cè)量裝置和可自動(dòng)或手動(dòng)使所 述傳感器定位的定位裝置。在另一方面中，本發(fā)明涉及評(píng)估組織的方法。該方法包括加一組不同大小的力至 組織的一個(gè)或多個(gè)位置，檢測(cè)由于所述的所加的力引起的相應(yīng)位移，確定作用在組織的這 些位置上的力-該力是所加電壓引起的力和由組織變形產(chǎn)生的反力的綜合，得到多個(gè)位置 的彈性模量和/或剪切模量，從所述的彈性和/或剪切模量確定不正常生長(zhǎng)的侵入性，腫瘤 的惡性或存在。在另一方面中，本發(fā)明提供在組織樣件中測(cè)量不正常組織的尺寸和/或位置的能 力。通過(guò)使用具有多個(gè)不同寬度的PEFS的PEFS陣列測(cè)量組織樣件，即組織接觸區(qū)域的彈 性模量和厚度可確定不正常組織的尺寸和/或位置。通過(guò)利用不同寬度，因而是不同的深 度靈敏度的PEFS測(cè)量組織樣件的彈性模量，可以計(jì)算不正常組織的彈性模量和厚度與周 圍組織的彈性模量。從這些計(jì)算可以確定在組織樣件內(nèi)不正常組織的尺寸以及不正常組織 的深度和位置。


圖1(a)為包括至少一個(gè)PEFS，一個(gè)測(cè)量裝置和一個(gè)自動(dòng)的傳感器定位裝置的 PEFS系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；圖1 (b)為PEFS的相片；圖2(a)為驅(qū)動(dòng)電極和測(cè)量電極在壓電層頂面上的PZT/不銹鋼懸臂的簡(jiǎn)圖；圖2 (b)為帶有驅(qū)動(dòng)PZT層和測(cè)量PZT層與L形懸臂的PZT/不銹鋼懸臂的簡(jiǎn)圖；圖2 (c)為帶有驅(qū)動(dòng)PZT層和測(cè)量PZT層與U形懸臂的PZT/不銹鋼懸臂的簡(jiǎn)圖；圖2 (d)為帶有驅(qū)動(dòng)PZT層和測(cè)量PZT層與方形懸臂的PZT/不銹鋼懸臂的簡(jiǎn)圖；圖3為PEFS陣列的簡(jiǎn)圖；圖4(a)為利用PEFS作標(biāo)準(zhǔn)的壓縮測(cè)量以確定彈性模量的簡(jiǎn)圖4(b)為利用PEFS作壓痕的壓縮測(cè)量以確定彈性模量的簡(jiǎn)圖；圖4(c)為利用PEFS作標(biāo)準(zhǔn)的剪切測(cè)量以確定剪切模量的簡(jiǎn)圖；圖4(d)，為利用PEFS作壓痕的剪切測(cè)量的簡(jiǎn)圖；圖5 (a)為放置壓電懸臂作彈性模量測(cè)量的光滑夾雜物的相片；圖5(b)為放置壓電懸臂作與皺紋的方向垂直的剪切測(cè)量的的粗糙夾雜物的相 片；圖6 (a)為作為在由C145作成的光滑(完全方形)和粗糙(開(kāi)放的圓)夾雜物的 χ方向上離夾雜物的中心的距離的函數(shù)的彈性模量的圖形；圖6(b)為作為在由C145作成的光滑(完全方形)和粗糙(開(kāi)放的圓)夾雜物的 y方向上離夾雜物產(chǎn)的中心的距離的函數(shù)的彈性模量的圖形；圖7(a)為利用PEFS加與皺紋的方向平行(χ方向)的剪切力的簡(jiǎn)圖；圖7(b)為利用PEFS加與皺紋的方向垂直(y方向)的剪切力的簡(jiǎn)圖；圖8 (a)為作為在由C145作成的光滑(完全方形)和粗糙(開(kāi)放的圓)夾雜物的 χ方向上離夾雜物的中心的距離的函數(shù)的剪切模量的圖形；圖8(b)為作為在由C145作成的光滑(完全方形)和粗糙(開(kāi)放的圓)夾雜物的 y方向上離夾雜物的中心的距離的函數(shù)的剪切模量的圖形；圖9(a)為作為在由CM，C92和C145作成的粗糙和光滑夾雜物的χ方向的距離的 函數(shù)的G/E比的圖形；圖9(b)為作為在由CM，C92和C145作成的粗糙和光滑夾雜物的y方向的距離的 函數(shù)的G/E比的圖形；圖10(a)為作為由C92作成的粗糙和光滑夾雜物的夾雜物深度的函數(shù)的彈性模量 的圖形；圖10(b)為作為由C92作成的粗糙和光滑夾雜物的夾雜物深度的函數(shù)的剪切模量 的圖形；圖10 (c)為作為由C92作成的粗糙和光滑夾雜物的夾雜物深度的函數(shù)的G/E比的 圖形；圖11為掃描路徑的簡(jiǎn)圖；圖12為作為Q = 0°，30°，60° 90°時(shí)離夾雜物中心的距離的函數(shù)的G/E比的 圖形；圖13(a)為在插入圖中表示的作為在各種深度嵌入的作模型的粘土夾雜物的深 度的函數(shù)的彈性模量的圖形；圖13(b)為作為PEFS接觸區(qū)域的寬度的函數(shù)的深度靈敏度極限的圖形；圖14(a)為在嵌入在明膠中的夾雜物的中心之上的進(jìn)行同步的楊氏模量測(cè)量的 二個(gè)PEFS的簡(jiǎn)圖；圖14(b)為作為夾雜物深度的函數(shù)的彈性模量的圖形；圖15(a)為在嵌入在明膠基塊中的深度的夾雜物的中心之上的進(jìn)行彈性模量測(cè) 量的PEFS的簡(jiǎn)圖；圖15(b)為作為夾雜物深度的函數(shù)的彈性模量的圖形；圖16(a)為作為乳房組織的距離的函數(shù)的彈性模量(E)和剪切模量(G)的輪廓的圖形；圖16(b)為作為乳房組織的距離的函數(shù)的剪切模量與楊氏模量的比(G/E)的圖 形；圖17(a)為包含侵入性的導(dǎo)管惡性腫瘤的切開(kāi)的乳房組織的相片；圖17(b)為圖17(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的彈性模量(E)的掃描。在腫瘤處的 彈性模量比周?chē)M織的高；圖17(c)為圖17(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的剪切模量(G)的掃描。在腫瘤處的 剪切模量比周?chē)M織的高；圖17(d)為圖17(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的G/E的掃描6序值> 0. 7表示邊界 粗糙，是典型的侵入性的導(dǎo)管惡性腫瘤；圖18(a)為包含原位導(dǎo)管惡洪瘤的切開(kāi)的乳房組織的相片；圖18(b)為圖18(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的彈性模量(E)的掃描。在腫瘤處的 彈性模量比周?chē)M織的高；圖18(c)為圖18(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的剪切模量(G)的掃描。在腫瘤處的 剪切模量比周?chē)M織的高；圖18(d)為圖18(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的G/E的掃描。腫瘤G/E值約為0. 3 與乳管內(nèi)形成的非侵入性的導(dǎo)管惡性腫瘤一致；圖19(a)為包含增生的切開(kāi)的乳房組織的相片；圖19(b)為圖19(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的彈性模量(E)的掃描。在腫瘤處的 彈性模量比周?chē)M織的高；圖19(c)為圖19(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的剪切模量(G)的掃描。在腫瘤處的 剪切模量比周?chē)M織的高；圖19(d)為圖19(a)所示的切開(kāi)的乳房組織的G/E的掃描，表示G/E的值大約為 0. 5 ；圖20為作為病人年齡的函數(shù)的正常的乳房組織的彈性和剪切模量的圖形；圖21 (a)為乳房切除術(shù)的組織樣品的E圖；圖21 (b)為乳房切除術(shù)的組織樣品的G圖；圖21 (C)為乳房切除術(shù)的組織樣品的G/E圖；圖22為使用PEFS得到的腫瘤尺度測(cè)量對(duì)由病理學(xué)得到的腫瘤尺寸測(cè)量的圖形；圖23 (a)為4X 1壓縮的PEF陣列原型，在她的背上有進(jìn)行在病人右乳房上測(cè)量的 機(jī)器人臂；圖23 (b)為圖23 (a)的PEFS陣列的相片；圖M為作為在組織上的位置的函數(shù)的彈性模量的圖形；圖25為深度靈敏度對(duì)寬度/PEFS或PEFS陣列的接觸面積的圖形；圖沈(a)表示要裝配的4個(gè)PEFS陣列；圖^(b)表示夾緊在夾持器中的位置上的圖26(a)的PEFS陣列；圖沈(c)表示圖沈(b)的夾持器的頂部；圖沈(d)表示圖沈(b)的夾持器的底部；圖27 (a)為表示利用具有第一深度靈敏度Da的第一 PEFS測(cè)量的組織樣品的彈性模量EaW圖形；圖27 (b)為表示利用具有第一深度靈敏度A的第一 PEFS測(cè)量的組織樣品的彈性 模量&的圖形；圖27 (C)為表示利用具有第一深度靈敏度D。的第一 PEFS測(cè)量的組織樣品的彈性 模量&的圖形；圖觀為表示利用PEFS檢查具有頂部皮膚層和下部脂肪層的組織模型的圖；圖^(a)為表示利用2個(gè)PEFS探測(cè)以確定在乳房組織樣品中的不正常組織的深 度的組織樣品的圖；圖^(b)為表示利用3個(gè)PEFS (E1, E2, E3)確定附著在乳房基底上的不正常組織的 深度的需要探測(cè)的組織樣品的圖；圖29(c)為表示利用4個(gè)PEFS (E1, E2, E3, E4)確定懸掛在乳房?jī)?nèi)的不正常組織的 深度的需要探測(cè)的組織樣品的圖。
具體實(shí)施例方式為了說(shuō)明，參考各個(gè)示例性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的原理。雖然這里說(shuō)明的是本發(fā)明 的一些實(shí)施例，但技術(shù)員知道，同樣的原理同樣可用于其它裝置和方法中。在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā) 明的實(shí)施例前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不限于所示的具體實(shí)施例的細(xì)節(jié)。這里所用的術(shù)語(yǔ) 是為了說(shuō)明而不是限制。另外，雖然這里所述的一些方法參考按一定次序排列的步驟，但技 術(shù)員知道，在許多情況下可按任何次序進(jìn)行這些步驟，并且該方法也不限于所述步驟的具 體安排。必需說(shuō)明，如在這里和所附權(quán)利要求書(shū)中所用的那樣，單個(gè)形式“一”和“該”除非 另有說(shuō)明，表示多個(gè)參照物。這樣，技術(shù)員知道，例如“一個(gè)傳感器”包括多個(gè)傳感器及其等 價(jià)件。另外，術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”，“一個(gè)或多個(gè)”和“至少一個(gè)”可以互換使用。還要說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“包 括”和“具有”也可互換使用。本發(fā)明涉及利用壓電指形傳感器(PER5)系統(tǒng)100探測(cè)和/或辯識(shí)評(píng)估組織，特別 是軟組織，不正常生長(zhǎng)的系統(tǒng)和方法。該P(yáng)EFS系統(tǒng)可包括至少一個(gè)PEFS 1，測(cè)量裝置2，和 自動(dòng)的傳感器定位裝置3。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，PEFS 1可包括能使用簡(jiǎn)單的電氣裝 置同時(shí)工作的作動(dòng)器和傳感器。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以使用PEFS 1在體內(nèi)測(cè)量組織的彈性和剪切性質(zhì)。通過(guò)定 量地確定組織的剪切模量，彈性模量和/或剪切模量與彈性模量的比(以后稱(chēng)為“G/E比”)， 可用PEFS 1確定在組織內(nèi)包含的腫瘤的存在，尺寸，位置，類(lèi)型，侵入性和/或惡性。可利 用本發(fā)明的方法探測(cè)，篩選和/或確認(rèn)各種不同類(lèi)型的癌組織的存在，并且特別適用于發(fā) 現(xiàn)乳房癌，前列腺癌，皮膚癌或肝癌。1.壓電指形傳感器(PEFS)系統(tǒng)如圖1所示，本發(fā)明的PEFS系統(tǒng)100可包括至少一個(gè)與測(cè)量裝置2連接的PEFS 1，用以產(chǎn)生組織的彈性模量，剪切模量和/或G/E比的空間分布的圖像，圖形或數(shù)字表示。 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該P(yáng)EFS系統(tǒng)還可包括一個(gè)自動(dòng)或手動(dòng)的傳感器定位裝置3。該裝 置3附著在組織表面上并可使PEFSl相對(duì)于組織表面定位。本發(fā)明的該至少一個(gè)PEFSl可作成懸臂，它包括至少一個(gè)與至少一個(gè)非壓電層5粘接的壓電層4，并包括至少一個(gè)將電壓加在該至少一個(gè)壓電層4上和從該壓電層4轉(zhuǎn)換感 應(yīng)電壓的導(dǎo)電元件6，7。圖2(a)表示驅(qū)動(dòng)電極6和測(cè)量電極7與壓電層4的同一側(cè)連接的一個(gè)實(shí)施例。 第三電極6’可放在壓電層4的相反側(cè)上。圖2(b)-2(d)表示另一個(gè)實(shí)施例，它包括用于驅(qū) 動(dòng)PEFS 1的電極6，6’在相對(duì)的表面上的第一壓電層4，用于測(cè)量PEFS 1的位移的非壓電 層和電極7，7’在相對(duì)的表面上的第二壓電層5’。為了便于同時(shí)加力和測(cè)量位移，本壓電懸 臂傳感器可作成二個(gè)電路系統(tǒng)。第一電路可用于將驅(qū)動(dòng)力加在PEFS 1上。在一個(gè)示例性 實(shí)施例中，加力電路在圖2(a)所示的第一實(shí)施例中，可包含與電極6，6’連接的電源10。另 外，在圖2(b)-2(d)所示的第二實(shí)施例中，電源10可與在第一壓電層4上的電極6和6’連 接。第二電路可用于檢測(cè)和定量測(cè)量由所加的驅(qū)動(dòng)力引起的PEFS 1的位移。如在圖2(a) 所示的第一實(shí)施例中所示，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電壓測(cè)量電路可包含與電極7和6’連 接的電壓測(cè)量裝置11。另外，在圖2(b)-2(d)所示的第二實(shí)施例中，電壓測(cè)量裝置11可與 第二壓電層5’上的電極7和7’連接。PEFS 1可在沒(méi)有圖2(a)所示的實(shí)施例中的測(cè)量電極7或沒(méi)有圖2 (b) _2 (d)所示 的實(shí)施例中的第二壓電層5’和電極7，7’的情況下工作。在壓縮或剪切情況下，這些零件 可用測(cè)量壓電懸臂的位移的其它裝置，例如激光或壓電位移計(jì)代替。然而，沒(méi)有由第一實(shí)施 例中的電極7或第二實(shí)施例中的第二壓電層5’和電極7，7’提供的自檢測(cè)能力，該裝置不 能在體內(nèi)或原地測(cè)量形狀復(fù)雜的組織。PEFS 1可有便于組織分析的各種不同形狀和結(jié)構(gòu)。示例性的結(jié)構(gòu)可包括L形，U-L 形，U形，方形，矩形，0形或具有各種長(zhǎng)度和寬度的錐形結(jié)構(gòu)。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中， PEFS 1可具有可精確測(cè)量軟組織的剪切模量的L形尖端和以避免病人的不舒適的應(yīng)變程 度小于大約0.1%可忽略的材料。最好，PEFS 1作成小的懸臂探頭，其一個(gè)或多個(gè)懸臂的指 適合于檢測(cè)前列腺癌，乳房癌，皮膚癌或肝癌。一個(gè)示例性實(shí)施例中，PEFS 1為能夠同時(shí)將力加在組織上和可檢測(cè)組織的相應(yīng)地 引起的位移的懸臂的全電氣傳感器。這個(gè)自激勵(lì)和自檢測(cè)的能力使PEFS 1可利用其懸臂 的尖端直接測(cè)量復(fù)雜形狀的樣件的彈性和剪切模量。在工作中，PEFS 1懸臂的尖端鄰近和 /或與組織表面接觸。為了產(chǎn)生引起PEFS 1的相應(yīng)位移的彎曲力，將電壓加在壓電層4的 驅(qū)動(dòng)電極6上。傳感器尖端與組織接觸的情況下，組織的阻力使懸臂的位移改變，較堅(jiān)硬的 組織產(chǎn)生較小彎曲。作用在組織上的凈力為由所加電壓產(chǎn)生的力與阻止組織變形的反力的 綜合。PEFSl懸臂的彎曲在底部的測(cè)量PZT層中產(chǎn)生與懸臂尖端位移成比例的感應(yīng)壓電電 壓。由檢測(cè)電極7感應(yīng)產(chǎn)生的壓電電壓，可測(cè)量懸臂尖端的位移。在給定的測(cè)試中，仔細(xì)監(jiān) 視懸臂尖端的位移可精確測(cè)量產(chǎn)生的力和組織表面的位移。然后，可利用這個(gè)信息精確地 確定組織樣件的機(jī)械性質(zhì)。例如，可利用凈力對(duì)位移的圖的斜度確定組織的彈性模量，剪 切模量或G/E比。PEFS 1的檢測(cè)靈敏度可以很高。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，PEFS 1的深度 檢測(cè)靈敏度為PEFS 1的寬度的約二倍。例如，Icm寬的PEFS 1可測(cè)量，發(fā)現(xiàn)和分析深度達(dá) 到約2cm的組織。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，PEFS系統(tǒng)100可包括多個(gè)排列成陣列的PEFSl，以便于 實(shí)時(shí)進(jìn)行壓縮和剪切測(cè)量?？梢灾圃焯筋^寬度變化或探頭寬度相同的寬度范圍小于Imm至 幾cm的PEFS陣列，評(píng)估深度達(dá)幾十cm的軟材料/組織的剛度變化，而空間分辯率增加小于1mm。通過(guò)調(diào)整PEFS接觸區(qū)域的寬度，可進(jìn)一步提高和定制深度靈敏度。為了得到適當(dāng) 的測(cè)量速度，優(yōu)選的PEFS寬度范圍為l_15mm。PEFS的形狀和尺寸可以任意，陣列的接觸表 面直徑約為5-lOcm。該陣列可由任何尺寸的PEFS形成。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該P(yáng)EFS 陣列可由接觸面積為大約為0. 1X0. Imm-IOXlOmm的PEFS制成。該P(yáng)EFS的尺寸為寬約 1-lOmm，長(zhǎng)約l-3cm。如圖3的實(shí)施例所示，每一個(gè)PEFS可在不銹鋼片的一側(cè)上設(shè)有長(zhǎng)的驅(qū) 動(dòng)PZT層和在不銹鋼片的另一側(cè)上設(shè)有較短的檢測(cè)PZT層。如圖4(c)-4(d)所示，為了測(cè) 量剪切模量，該陣列的所有PEFS與組織表面垂直。另外，如圖4(a)-4(b)所示，為了測(cè)量彈 性模量，該陣列的PEFS與組織表面平行。PEFS陣列可包括多個(gè)均勻或變化尺寸的PEFS，形成適當(dāng)尺寸的組織接觸表面。該 PEFS陣列可通過(guò)利用金剛石鋸或鋼絲鋸切刀將預(yù)先粘接的PZT/不銹鋼雙層或PZT/不銹鋼 /PZT多層切成平行的PEFS制成。如圖3所示，再將單個(gè)的PEFS排列和裝配成陣列。在一 個(gè)示例性實(shí)施例中，可定制該陣列與具體的組織表面的輪廓和尺寸相適應(yīng)。另外，除了便于進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程外，PEFS陣列增加深度靈敏度。PEFS 1陣列的深度 檢測(cè)靈敏度可約為陣列的PEFS 1的綜合寬度的二倍。將幾個(gè)PEFS排列成陣列和使相鄰的 PEFS 1的測(cè)量同步，可使多個(gè)PEFS 1如同具有寬的接觸表面的一個(gè)傳感器一樣，從而提高 裝置的深度靈敏度。PEFS系統(tǒng)100還可包括與PEFS 1或PEFS 1陣列的工作相應(yīng)的測(cè)量裝置2。測(cè)量 裝置2可為任何電氣裝置，例如與計(jì)算機(jī)連接的示波器或電壓計(jì)。在圖2(a)所示的第一實(shí) 施例中，可用該電氣裝置測(cè)量在壓電層4上的電極7和6’之間的感應(yīng)電壓形式的懸臂位 移，或在圖2(b)所示的第二實(shí)施例中，可測(cè)量第二壓電層5’的電極7和7’之間的感應(yīng)電 壓。可以與加的力一起使用這些電壓得到力位移圖?？梢岳迷搱D的斜度推導(dǎo)測(cè)試的組織 的彈性模量，剪切模量和/或G/E比。測(cè)量裝置2可以用數(shù)字，圖形或其它方法顯示由PEFS 1得到的測(cè)量和/或根據(jù)這些測(cè)量的計(jì)算，包括彈性模量，剪切模量和/或G/E比。在一個(gè) 實(shí)施例中，測(cè)量裝置2可分析數(shù)據(jù)并以極坐標(biāo)表示組織不正常的位置，以便用圖形和精確 地確定在測(cè)試的組織內(nèi)或相對(duì)于該組織的不正常組織的位置。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，測(cè) 量裝置2可為能從陣列中的多個(gè)PEFSl處理多個(gè)測(cè)量的便攜式的電氣測(cè)量裝置。最好可 對(duì)該測(cè)量裝置編程，以自動(dòng)地推導(dǎo)與具體的組織樣件相應(yīng)的彈性模量，剪切模量和/或G/E 比。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，測(cè)量裝置2可實(shí)時(shí)成像和/或圖形表示這些計(jì)算。最好， 測(cè)量裝置2可使用能在體內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，掃描和成像的數(shù)據(jù)處理速度。更優(yōu)選的是， 測(cè)量裝置2為便攜式的和可使分析的數(shù)據(jù)和/或組織的計(jì)算的性質(zhì)可視化。在一個(gè)示例性 實(shí)施例中，測(cè)量裝置2可為尺寸與口袋計(jì)算器一樣的便攜式裝置，和可用電或基于電池的 電源工作。PEFS 1或PEFS陣列也可與便于使PEFS 1相對(duì)于軟組織定位的自動(dòng)和/或手動(dòng) 的定位裝置3連接。雖然可手動(dòng)地將PEFSl放置在組織表面上，但如圖1所示，可以使用自 動(dòng)的定位裝置3，更有效，更快和/或更精確地放置PEFS1。另外，可以使用自動(dòng)的定位裝 置3將PEFSl從一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)至另一個(gè)位置，加速測(cè)量過(guò)程和便于在體內(nèi)臨床使用該裝置。 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該自動(dòng)定位裝置3可為可3D自動(dòng)定位的可編程的機(jī)器人臂，例如 CrustCrawlerAX-12SmartArmw/CM-5Bundle。另外，自動(dòng)定位裝置3也可為利用一組步進(jìn)電機(jī)的三維定位器。2.使用壓電指形傳感器(PEFS)系統(tǒng)的方法本發(fā)明的方法為利用PEFS 1確定在組織內(nèi)包含的腫瘤的類(lèi)型，侵入性和/或惡性 的非侵入的方法。該方法包括放置PEFS 1或PEFS 1的陣列與組織表面接觸。在一個(gè)實(shí)施 例中，可用與手摸相同的方法，通過(guò)接觸和摩擦組織表面，將PEFS 1加在組織表面上。因 此，PEFS 1的功能如同電子指一樣，它通過(guò)用電的方法加力至組織上和用電子方法測(cè)量組 織的位移，可進(jìn)行電子觸診。如圖2(b)所示，加電壓至PEFS 1的壓電層4上可使PEFSl工作。由于反壓電效 應(yīng)，該電壓使PEFSl彎曲，在傳感器的懸臂尖端產(chǎn)生力和位移。懸臂的彎曲在PEFSl的壓電 層4或5中產(chǎn)生與懸臂的尖端的位移成比例的感應(yīng)壓電電壓。因此，通過(guò)小心監(jiān)視懸臂尖端 的位移和確定作為由所加的電壓產(chǎn)生的力與由組織變形產(chǎn)生的反力的綜合的作用在組織 上的凈力，可以相對(duì)于沒(méi)有組織樣件時(shí)的尖端的期望位移，根據(jù)懸臂尖端的位移確定具體 的組織樣件的彈性模量和剪切模量?？梢岳梦灰茰y(cè)量確定具體的組織樣件的彈性模量， 剪切模量和G/E比。如圖5(a)所示，為了測(cè)量彈性模量，可放置PEFS 1與組織表面接觸。加電壓至 PEFS 1的情況下，PEFS在組織上，在與組織表面垂直的方向產(chǎn)生力，引起PEFS 1的尖端在 組織平面上垂直位移。通過(guò)測(cè)量所加的力和懸臂尖端產(chǎn)生的位移，可確定在樣件上產(chǎn)生的 凈力和從力位移曲線的斜率得到組織的彈性模量。可以利用PEFSl直接確定任何方向，包 括組織樣件的長(zhǎng)度，寬度或厚度的組織的彈性模量。在一些情況下，可利用測(cè)量的彈性模 量篩選存在不正常的組織。特別是，具有不正常大的彈性模量的組織表示存在不正常的組織。 如圖5(b)所示，為了測(cè)量剪切模量，放置PEFS 1與組織表面接觸。將電壓加在 PEFSl上，在與組織表面平行的方向上，在組織上產(chǎn)生力，結(jié)果，使PEFS 1的尖端產(chǎn)生水平 位移。通過(guò)測(cè)量所加的力和懸臂尖端產(chǎn)生的位移，可確定在組織上產(chǎn)生的凈力和從凈力位 移曲線推導(dǎo)組織的剪切模量。當(dāng)在任何方向，包括組織樣件的長(zhǎng)度或?qū)挾确较蛏献骷羟羞\(yùn) 動(dòng)時(shí)，可以利用PEFSl直接確定組織的剪切模量。當(dāng)篩選測(cè)試時(shí)，可以利用測(cè)量的剪切模量 分布圖確定不正常組織的存在。特別是，具有不正常大的剪切模量的組織可表示存在不正 常的組織。表示界面區(qū)域光滑的剪切模量測(cè)量可以是非侵入性腫瘤的指標(biāo)，這時(shí)代表粗糙和 多枝的界面區(qū)域的剪切模量測(cè)量可能是侵入性腫瘤的指標(biāo)。不受理論限制，可設(shè)想當(dāng)在與 侵入腫瘤的界面的多枝和粗糙的突起部分垂直的特定方向測(cè)量時(shí)，因?yàn)樵谇秩肽[瘤的界面 區(qū)域中，組織的互鎖性質(zhì)使在界面區(qū)域的組織樣件的可動(dòng)性比少互聯(lián)的非侵入腫瘤的界面 區(qū)域中的組織小，因此侵入和非侵入的腫瘤的剪切模量的測(cè)量不同。同樣，剪切模量也可為 確定惡性的工具。雖然組織樣件的彈性模量分布圖或剪切模量分布圖可幫助確定腫瘤的位置，尺寸 和深度，以及不正常組織的存在，但組織樣件的G/E比的比較可進(jìn)一步提供確定不正常性 的信息。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，彈性和/或剪切模量分布圖可延伸至正常/健康組織區(qū) 域，以便提供正常/健康組織的基線彈性和/或剪切模量值。這樣，可對(duì)任何病人進(jìn)行處理， 因?yàn)椴恍枰鲈摬∪说恼?健康組織的彈性或剪切模量的假設(shè)，本方法實(shí)際上測(cè)量這些值。另外，本預(yù)測(cè)方法的精度和特殊性提高，因?yàn)槭褂妹恳粋€(gè)病人的正常/健康組織的測(cè)量 值作為比較的基礎(chǔ)，因而可容許不同病人的組織堅(jiān)硬度變化G/E比為具體組織樣件的剪切模量與彈性模量的比。特別是，可利用這種比較確定 不正常組織界面區(qū)域的性質(zhì)的信息。在一些情況下，可利用該信息得到腫瘤惡性，侵入性和 類(lèi)型。如果從有不正常組織的單個(gè)剪切和/或彈性模量分布圖知道，則在不正常組織的 位置上，小于約0. 7，更好是0. 5或更小，最好是約0. 3或更小的低G/E比可表示有非侵入 腫瘤，如在原位的惡性腫瘤；而0. 7或更大的高G/E比可表示有侵入性腫瘤，如侵入性惡性 腫瘤。同樣，還可利用G/E比確定惡性。確定惡性的第一步驟為辯識(shí)腫瘤是否被組織邊界 限制，不然它會(huì)改變組織的剛度特性。如果腫瘤不受限制，則0. 7或更大的G/E比可表示惡 性。如果腫瘤被限制，例如原位的惡性導(dǎo)管惡性腫瘤的情況，則約0. 3或更大的G/E比可 表示惡性。值地注意的是，本發(fā)明的PEFS系統(tǒng)100和方法極有效和精確，在檢測(cè)乳房不正常 時(shí)可達(dá)到約100%的靈敏度，對(duì)于G/E > 0. 7的不受限制的腫瘤或G/E > 0. 3的受限制的腫 瘤，在檢測(cè)惡性或侵入性惡性腫瘤時(shí)，可達(dá)到約96%的靈敏度和的特殊性，在檢測(cè)G/E > 0. 7的惡性時(shí)，可達(dá)到約89%的靈敏度，約82%的特殊性。對(duì)于機(jī)械地密致的乳房組織， 在檢測(cè)G/E > 0. 7的不受限制的腫瘤或G/E > 0. 3的受限制的腫瘤的惡性時(shí)，該方法可達(dá) 到約94%的靈敏度和約63%的特殊性。另外，在檢測(cè)G/E > 0. 7的機(jī)械地密致的乳房組織 的惡時(shí)，可達(dá)到約93%的靈敏度和約80%的特殊性。對(duì)于本應(yīng)用，惡性的特殊性為非癌預(yù)測(cè)數(shù)除以實(shí)際的非癌病理學(xué)診斷數(shù)乘以100。 侵入性惡性腫瘤的特殊性為非侵入性惡性腫瘤的預(yù)測(cè)數(shù)除以實(shí)際的非侵入性惡性腫瘤的 病理學(xué)診斷數(shù)乘以100。對(duì)于本應(yīng)用，惡性的靈敏度為癌預(yù)測(cè)數(shù)除以實(shí)際的癌病理學(xué)診斷數(shù) 乘以100。侵入性惡性腫瘤的靈敏度為侵入性惡性腫瘤預(yù)測(cè)數(shù)除以實(shí)際侵入性惡性腫瘤病 理學(xué)診斷數(shù)乘以100。惡性的精度為被癌病理學(xué)診斷確認(rèn)的癌預(yù)測(cè)數(shù)和被非癌病理學(xué)診斷 確認(rèn)的非癌預(yù)測(cè)數(shù)之和除以情況的總數(shù)乘以100。侵入性惡性腫瘤的精度為被侵入性癌病 理學(xué)診斷確認(rèn)的侵入性惡性腫瘤預(yù)測(cè)數(shù)和被非侵入性癌病理學(xué)診斷確認(rèn)的非侵入性癌預(yù) 測(cè)數(shù)之和除以情況的總數(shù)乘以100。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為假的正像閱讀比現(xiàn)行的早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法少很多， 從而減少進(jìn)行早期胸部X射線測(cè)定的假正像結(jié)果的許多不需要的活組織檢查的需要。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，使用本發(fā)明的方法靈敏度非常高，忽視癌組織的可能性 非常低。這很重要，因?yàn)橹灰褂镁涂杀ＷC本發(fā)明的方法是可靠的癌篩選方法。G/E比還可用于辯識(shí)特殊形式的惡性或良性腫瘤。具體地說(shuō)，約為0. 5的G/E比， 更好是約為0. 5-0. 6的G/E比可表示增生，而約為0. 3的G/E比，更好是約為0. 2-0. 4，與由 樣件的一個(gè)或多個(gè)單個(gè)的剪切和彈性模量圖得到的辯識(shí)存在不正常組織綜合，可表示原位 惡性腫瘤或良性腫瘤，例如纖維細(xì)胞或纖維脂肪。雖然健康組織的G/E比也可約為0. 3，但 G/E比在這個(gè)范圍的癌組織和腫瘤仍可用其剪切和彈性模量比健康的周?chē)M織高來(lái)辯識(shí)。 例如，良性腫瘤的G/E比可為約0.3，與健康組織一樣，但良性腫瘤的剪切模量和彈性模量 的單個(gè)測(cè)量比健康組織的剪切模量和彈性模量的單個(gè)測(cè)量高，因此，在這些情況下可預(yù)測(cè) 存在良性腫瘤。
在原位惡性腫瘤的情況下，還必需考慮問(wèn)題組織的位置，以完成預(yù)測(cè)是否有癌組 織。在這種情況下，周?chē)M織，例如乳導(dǎo)管可限制癌組織，從而改變?cè)诮缑鎱^(qū)域中的癌組織 的剪切和/或彈性模量。結(jié)果，由于界面區(qū)域受周?chē)M織的限制，原位惡性腫瘤的G/E比一 般約為0. 3。然而，在這些情況下，由于單個(gè)的剪切和彈性模量與健康組織的不同，還可使用 單個(gè)的剪切和彈性模量的測(cè)量預(yù)測(cè)存在原位惡性腫瘤。雖然良性腫瘤，如纖維細(xì)胞腫瘤的 剪切模量和彈性模量比周?chē)慕】到M織的高，但由G/E約為0. 3的單個(gè)彈性模量圖或剪切 模量圖辯識(shí)的包括不正常組織仍可肯定地預(yù)測(cè)的所有原位惡性腫瘤。本發(fā)明的方法還包括人為地增加腫瘤的察覺(jué)的界面的粗糙度的步驟，以便提高惡 性，侵入性或腫瘤類(lèi)型的指標(biāo)的靈敏度。還可增加察覺(jué)的界面粗糙度用以檢查位于組織下 面很深的腫瘤或形成大的互鎖網(wǎng)絡(luò)的腫瘤。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可通過(guò)增加掃描路徑 相對(duì)于界面突出部分的角度來(lái)增加察覺(jué)的界面粗糙度。對(duì)于本發(fā)明，掃描路徑的角度指當(dāng) 加剪切力時(shí)，PEFS 1相對(duì)于界面突出部分的取向。如圖5(b)所示，通過(guò)使PEFS 1圍繞其 縱軸線相對(duì)于組織樣件轉(zhuǎn)動(dòng)可得到不同的掃描角度。優(yōu)選的角度為至少30°，較好為至少 60°，最好為約90°。當(dāng)分析和診斷組織樣件時(shí)，可以使用測(cè)量裝置2，以便在極坐標(biāo)中表示不正常組織 的位置，根據(jù)彈性模量，剪切模量和/或G/E的測(cè)量，用圖形和精確地確定在測(cè)試組織內(nèi)或 相對(duì)于該組織的不正常組織的位置。另外，還可利用測(cè)量裝置2定量地確定和用圖表示不 正常組織的尺寸和深度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可將不正常組織的位置和尺寸在2D或3D 圖上顯示，以便于外科手術(shù)。本發(fā)明的PEFS系統(tǒng)100和方法比先前技術(shù)的腫瘤檢測(cè)和評(píng)估方法有明顯的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明的方法可通過(guò)定量測(cè)量組織剛度篩選腫瘤的類(lèi)型，侵入性和惡性，并且不依賴(lài)腫瘤 和周?chē)M織之間的密度差別或血管基因。任何腫瘤學(xué)家或內(nèi)科醫(yī)生不需要高度熟練的輻射 學(xué)家的說(shuō)明單向和均勻地使用這些定量測(cè)量，而可客觀的確定腫瘤的存在，尺寸，位置，類(lèi) 型，侵入性和/或惡性。另外，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)100為評(píng)估組織樣件的非常有效的裝置，并特別適合 在體內(nèi)的組織成像。PEFS系統(tǒng)100是靈敏的和可發(fā)現(xiàn)小于約0. 5cm的微小腫瘤(在所述情 況下癌的尺寸為3mm)。這些腫瘤常被早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法，超聲波，和/或觸診所忽 略，這些方法的尺寸靈敏度極限一般約為1cm。PEFS極精確和高度靈敏，產(chǎn)生現(xiàn)存技術(shù)不能 匹敵的結(jié)果。與篩選測(cè)試，例如早期胸部腫瘤的X射線測(cè)定法，磁共振成像，超聲成像和可 視化觸診成像比較，PEFS系統(tǒng)100具有更高的靈敏度和辯識(shí)存在腫瘤以及可預(yù)測(cè)腫瘤惡性 和侵入性的特殊性如上所述通過(guò)改變PEFS傳感器或PEFS陣列的寬度，可進(jìn)一步提高或定 制深度靈敏度。本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)為可發(fā)現(xiàn)在機(jī)械地密致的組織中的腫瘤，其惡性和侵入性 惡性腫瘤。例如，在乳房癌檢測(cè)中，本發(fā)明的裝置適合于由51-75%腺組織組成的非均勻 的密致組織和由大于75%的腺組織組成的極密致組織。這些說(shuō)明取自BI-RADS乳房顯像 資料(BI-RADS Breast Imaging Lexicon)，可在 http//www, radiologyassistant. nl/ en/4349108442109中找到。該來(lái)源將早期胸部腫瘤的X射線測(cè)定法分為4個(gè)不同的類(lèi)別。 這很重要，因?yàn)?0歲以下的女人的乳房組織會(huì)落入這二個(gè)類(lèi)別中的一個(gè)中，而早期胸部腫 瘤X射線測(cè)定法的成像方法不能很好的適合從極密致乳房組織區(qū)別腫瘤。
另外，因?yàn)楸景l(fā)明的PEFS系統(tǒng)100不靠輻射或電磁波工作，因此病人不會(huì)暴露在 作為測(cè)試結(jié)果的有害影響中，并且可在任何時(shí)間不用關(guān)心對(duì)健康的不利影響重復(fù)測(cè)試。這 對(duì)想跟蹤快速生長(zhǎng)的癌的內(nèi)科醫(yī)生特別有利。作為對(duì)比，例如早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法 一類(lèi)的篩選處理一年只可進(jìn)行一次。本發(fā)明的方法也是非侵入的和溫和的，需要的應(yīng)變小 于己1%，因此病人的不舒適最小或沒(méi)有。另外，PEFS系統(tǒng)100也是便攜式的，不貴并容易 進(jìn)行大量生產(chǎn)，可以廣泛實(shí)現(xiàn)。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明可測(cè)量在組織樣件中的不正常組織的尺寸和/或位置。 通過(guò)利用具有不同寬度，即組織接觸區(qū)域的PEFSl的PEFS陣列測(cè)量組織樣件和不正常組織 的彈性模量和厚度，可確定不正常組織的尺寸和/或位置。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可利用 具有3個(gè)或更多PEFS’ 1的PEFS’陣列分析在組織表面上或其附近的不正常組織，和可利 用具有5個(gè)或更多的PEFS’ 1的PEFS’陣列發(fā)現(xiàn)懸掛在或支承在組織的遠(yuǎn)端底面上的不正 常組織。通過(guò)利用不同寬度的PEFS’ 1測(cè)量組織樣件的彈性模量和結(jié)果是不同深度的靈敏 度，可以計(jì)算不正常組織的彈性模量和厚度與周?chē)M織的彈性模量。從這些計(jì)算可以確定 不正常組織的尺寸以及在組織樣件內(nèi)的不正常組織的深度和位置。如上所述，從組織圖可 確定不正常組織的長(zhǎng)度和寬度。利用深度靈敏度為Ivh2A3的帶有3個(gè)PEFS’ 1的PEFS陣列，可確定不正常組織 的深度和位置。每一個(gè)PEFS’的彈性模量E1, E2, &可用上述方法得到。通過(guò)解以下的式 (1)-(3),
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測(cè)從由腫瘤惡性，腫瘤侵入性和癌組織的存在和類(lèi)型構(gòu)成的組中選擇的一個(gè) 或多個(gè)條件的存在的評(píng)估組織的方法，其特征在于，其包括下列步驟利用至少一個(gè)包括壓電材料的傳感器將一組剪切力加在所述組織的多個(gè)位置上； 利用所述傳感器檢測(cè)由在所述組織上加所述組剪切力產(chǎn)生的至少一組剪切位移； 由所加的剪切力和由組織變形產(chǎn)生的反剪切力的綜合，確定所述位置產(chǎn)生的凈剪切 力；以及從該凈剪切力和相應(yīng)的剪切位移推導(dǎo)在所述位置的所述組織的剪切模量； 利用至少一個(gè)包括壓電材料的傳感器，將一組壓縮力加在所述組織的所述位置上； 利用所述傳感器檢測(cè)由加所述壓縮力在所述組織上產(chǎn)生的至少一組壓縮位移； 從所加的壓縮力和由組織變形產(chǎn)生的反壓縮力的綜合，確定在所述位置上產(chǎn)生的凈壓 縮力；推導(dǎo)相應(yīng)的壓縮位移；從該凈壓縮力推導(dǎo)在所述位置上的所述組織的彈性模量； 在所述位置上建立所述組織的所述剪切模量與所述彈性模量的比的圖； 根據(jù)所述彈性模量和剪切模量中的至少一個(gè)，與所述組織的所述剪切模量與所述的彈 性模量的比的圖綜合，評(píng)估所述組織，以預(yù)測(cè)從由腫瘤惡性，腫瘤侵入性和癌組織的存在與 類(lèi)型構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)或多個(gè)條件的存在。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述位置形成所述組織 的剪切模量圖的步驟，在所述評(píng)估步驟中使用所述剪切模量圖。
3.如權(quán)利要2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述位置形成所述組織的 彈性模量圖的步驟，在所述評(píng)估步驟中使用所述彈性模量圖。
4.如權(quán)利要3所述的方法，其特征在于，基本上與所述組織的表面縐紋垂直產(chǎn)生所述 剪切力。
5.如權(quán)利要4所述的方法，其特征在于，剪切模量與彈性模量的所述比大于0.7的情況 下，所述評(píng)估步驟預(yù)測(cè)存在侵入性惡性腫瘤。
6.如權(quán)利要4所述的方法，其特征在于，剪切模量與彈性模量的所述比大于0.7，或剪 切模量與彈性模量的所述比為0. 3-0. 4，并且所述組織的所述剪切和彈性模量中的一個(gè)大 于健康組織的剪切或彈性模量的情況下，所述評(píng)估步驟預(yù)測(cè)存在組織性惡性。
7.如權(quán)利要3所述的方法，其特征在于，所述評(píng)估步驟包括從所述組織的所述剪切模 量圖和/或所述彈性模量圖預(yù)測(cè)不正常組織存在的步驟。
8.如權(quán)利要4所述的方法，其特征在于，所述評(píng)估步驟預(yù)測(cè)不正常組織的存在和類(lèi)型。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，剪切模量與彈性模量的所述比為0.4-0. 6的 情況下，所述評(píng)估步驟預(yù)測(cè)存在增生。
10.如權(quán)利要9所述的方法，其特征在于，剪切模量與彈性模量的所述比約為0.5的情 況下，所述評(píng)估步驟預(yù)測(cè)存在增生。
11.如權(quán)利要8所述的方法，其特征在于，根據(jù)剪切模量和彈性模量中的一個(gè)與健 康組織的剪切模量或彈性模量的不同，組織的位置，以及剪切模量與壓縮模量的比約為 0. 3-0. 4，所述評(píng)估步驟預(yù)測(cè)不正常組織的存在和類(lèi)型。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的癌組織為原位癌。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器為包括可同時(shí)將剪切 或壓縮力加在所述組織的至少一個(gè)位置上的多個(gè)傳感器的一個(gè)陣列。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的壓縮力為壓印的壓縮力。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極和 所述加剪切和壓縮力至所述組織的所述位置上的步驟包括將一組電壓加在所述驅(qū)動(dòng)電極 上的步驟。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于篩選來(lái)辯識(shí)或診斷從由乳房 癌，前列腺癌，皮膚癌或肝癌構(gòu)成的組中選擇的癌的類(lèi)型。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括進(jìn)行從由活組織檢查，外 科手術(shù)，早期胸部腫瘤X射線測(cè)定法，輻射成像和電磁成像構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)附 加過(guò)程的步驟。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括增強(qiáng)惡性，侵入性或腫瘤類(lèi)型的 指標(biāo)的步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述增強(qiáng)所述指示的步驟包括增加被察 覺(jué)的腫瘤的界面粗糙度的步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述的增加被察覺(jué)的腫瘤的界面粗糙度 的步驟包括沿著掃描路徑，以大于60度的角度，將剪切力加在所述組織的表面縐紋上的步馬聚ο
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述角度約為90度。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該組織為非均質(zhì)地密致的乳房組織。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該組織為極密致的乳房組織，
24.一種確定不正常組織深度的方法，其特征在于，包括下列步驟利用至少3個(gè)每一個(gè)包括不同寬度的壓電材料的傳感器，將剪切力加在所述組織的至 少一個(gè)位置上；利用所述傳感器檢測(cè)由加所述剪切力在所述組織上產(chǎn)生的每一個(gè)所述傳感器的至少 一個(gè)剪切位移；從所加剪切力和由組織變形產(chǎn)生的反剪切力的綜合，確定每一個(gè)所述傳感器在所述位 置產(chǎn)生的凈剪切力；從凈剪切力和相應(yīng)的剪切位移，推導(dǎo)在所述至少一個(gè)位置上所述組織的剪切模量； 利用所述3個(gè)傳感器中的每一個(gè)，將壓縮力加在所述組織的所述位置上； 利用所述傳感器檢測(cè)由加所述壓縮力在所述組織上產(chǎn)生的每一個(gè)所述傳感器的壓縮 位移；從所加壓縮力和由組織變形產(chǎn)生的反壓縮力的綜合，確定每一個(gè)所述傳感器在所述至 少一個(gè)位置產(chǎn)生的凈壓縮力；推導(dǎo)每一個(gè)所述傳感器的相應(yīng)的壓縮位移；從凈壓縮力推導(dǎo)在所述位置上的所述組織的彈性模量；以及計(jì)算在所述位置上所述不正常組織的深度。
25.一種確定底部支持的不正常組織的深度和高度的方法，其特征在于，包括下列步驟利用至少3個(gè)每一個(gè)包括不同寬度的壓電材料的傳感器，將剪切力加在所述組織的至 少一個(gè)位置上；所述剪切力在所述組織上產(chǎn)生的每一個(gè)所述傳感器的至于少一個(gè)剪切位移； 從所加剪切力和由組織變形產(chǎn)生的反剪切力的綜合，確定每一個(gè)所述傳感器在所述位 置產(chǎn)生的凈剪切力；從凈剪切力和相應(yīng)的剪切位移，推導(dǎo)在所述至少一個(gè)位置上所述組織的剪切模量； 利用所述3個(gè)傳感器中的每一個(gè)，將壓縮力加在所述組織的所述位置上； 利用所述傳感器檢測(cè)由加所述壓縮力在所述組織上產(chǎn)生的每一個(gè)所述傳感器的壓縮 位移；從所加壓縮力和由組織變形產(chǎn)生的反壓縮力的綜合，確定每一個(gè)所述傳感器在所述至 少一個(gè)位置產(chǎn)生的凈壓縮力；推導(dǎo)每一個(gè)所述傳感器的相應(yīng)的壓縮位移； 從凈壓縮力推導(dǎo)在所述位置上的所述組織的彈性模量；以及 計(jì)算在所述位置上所述底部支持的不正常組織的深度和高度。
26. 一種確定懸掛的不正常組織的深度和高度的方法，其特征在于，包括下列步驟 利用至少4個(gè)每一個(gè)包括不同寬度的壓電材料的傳感器，將剪切力加在所述組織的至 少一個(gè)位置上；利用所述傳感器檢測(cè)由加所述剪切力在所述組織上產(chǎn)生的每一個(gè)所述傳感器的至于 少一個(gè)剪切位移；從所加剪切力和由組織變形產(chǎn)生的反剪切力的綜合，確定每一個(gè)所述傳感器在所述位 置產(chǎn)生的凈剪切力；從凈剪切力和相應(yīng)的剪切位移，推導(dǎo)在所述至少一個(gè)位置上所述組織的剪切模量； 利用所述4個(gè)傳感器中的每一個(gè)，將壓縮力加在所述組織的所述位置上； 利用所述傳感器檢測(cè)由加所述壓縮力在所述組織上產(chǎn)生的每一個(gè)所述傳感器的壓縮 位移；從所加壓縮力和由組織變形產(chǎn)生的反壓縮力的綜合，確定每一個(gè)所述傳感器在所述至 少一個(gè)位置產(chǎn)生的凈壓縮力；推導(dǎo)每一個(gè)所述傳感器的相應(yīng)的壓縮位移；從凈壓縮力推導(dǎo)在所述位置上的所述組織的彈性模量；以及計(jì)算在所述位置上所述懸掛的不正常組織的深度和高度。
全文摘要
一種測(cè)量彈性模量和剪切模量的傳感器系統(tǒng)和評(píng)估組織的方法。本發(fā)明涉及利用壓電指形傳感器系統(tǒng)(PEFS)確定不正常生長(zhǎng)的存在和/或特征的方法。PEFS系統(tǒng)可用于篩選腫瘤和各種形式的癌。PEFS系統(tǒng)可用于各種皮膚病的情況。
文檔編號(hào)G01N33/483GK102066928SQ200980122516
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者萬(wàn)·Y·施, 哈奇·耶金吉, 施魏恒, 艾瑞帝·布魯克斯 申請(qǐng)人:德瑞索大學(xué), 費(fèi)城健康教育公司隸屬于德瑞索大學(xué)醫(yī)療學(xué)院