(57)【要約】本発明は、経直腸的プローブを有する前立腺をリアルタイムで機械的に画像化するための方法に関する。この方法では、診察処理中に、前立腺の画像が統合されリアルタイムで表示される。好ましい実施例は、直腸内にはまるサイズの、前立腺の平均的な軸方向長さよりも長い触覚センサを有するヘッドを備えたプローブ、電子ユニットとディスプレイからなるコンパクトな前立腺診察装置である。圧力検出部のヘッドは前立腺に対して押されながら前立腺に移動し、検査領域の機械的な構成に特徴付けられた信号を発生する。動作追跡システムに基づく加速度計は前立腺の診察中に圧力変換アレイの位置を決めるためにプローブ内に取り付けられる。電子ユニットは、前立腺の機械的および幾何学的形態を演算するための圧力と動作データを受信するプローブのハンドル内に組み込まれ、ディスプレイ上にそれを表示する。
2004527302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約２５ｍｍから約４０ｍｍの範囲の平均的な前立腺の軸方向長さを超える長さ寸法を持つ触覚センサを備えた経直腸的プローブを直腸の所望の深さまで挿入するステップと、
前記前立腺に重なる所望の軌跡に沿って前記触覚センサが移動している間、前記触覚センサから圧力応答データと動作データを取得するステップと、
前記前立腺の断面を特徴づける１つまたは複数の内圧曲線をリアルタイムで演算し表示するステップと、
前記圧力応答データと動作データから圧力変化応答のパターンを演算するステップと、
前記圧力変化応答から前立腺の機械的な画像と前立腺の内部構造を統合するステップと、
前記１つまたは複数の内圧曲線と前記機械的な画像を表示するステップと、
を含むことを特徴とする前立腺をリアルタイムで機械的に画像化する方法。
【請求項２】
前記触覚センサは、触覚センサアレイと前立腺に対する前記触覚センサアレイの周期的な圧迫から生じるそれぞれの前記軌跡に沿う前記触覚センサの機構部分からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前立腺に対する前記触覚センサの前記圧迫の前に、さらに、
前記触覚センサ中心下に前立腺を位置させるために初期の圧迫位置を調整するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記所望の軌跡は、少なくとも直腸の軸に沿う括約筋を通る１つの半径方向の軌跡と少なくとも前立腺の一方の側から他へ通過する１つの横方向の軌跡で形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記周期的な圧迫は、プローブ軸に沿う前記触覚センサの振動を伴うことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記内圧曲線は、前立腺を圧迫する前記触覚センサによって引き起こされた前立腺の変形の事実をリアルタイムで表示することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記内圧曲線は、前立腺を圧迫している間の前記触覚センサに与えられる力の事実を表示することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記動作データは、動作追跡システムに基づく加速度計から取得され、前立腺に関連する前記触覚センサの位置は、直線化速度および角加速度を積算するステップによって演算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記動作データは、動作追跡システムに基づく磁力計から取得されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記内圧曲線は、その明るさとコントラストとが次第に消えていく複数のカラーコードラインとして表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記カラーコードラインは、約１秒の時定数で消えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
直腸内で嵌るサイズで、シャフトによりハンドルと接続された、約２５ｍｍから約４０ｍｍの範囲の平均的な前立腺の軸方向長さを超える長さ寸法を持つ触覚センサを備えたヘッドを備えたプローブと、
前記触覚センサからの圧力応答データと動作データを受信する電子ユニットと、
前記圧力応答データと動作データから前立腺の断面を特徴づける内圧曲線をリアルタイムで演算する手段と、
前記圧力応答データと動作データから前立腺の機械的な画像を演算する手段と、
前立腺とその内部構造の前記内圧曲線と前記機械的な画像を表示する前記ハンドルに接続されたディスプレイと、
前記電子ユニットを制御するために機能し前記ハンドルに取り付けられた制御ホイールと、
を有することを特徴とする前立腺をリアルタイムで機械的に画像化する装置。
【請求項１３】
前記触覚センサは、圧力変換アレイと動作追跡システムからなることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記圧力変換アレイのそれぞれの圧力変換器は、マイクロマシンである圧電抵抗変換器であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記圧力変換アレイのそれぞれの圧力変換器は、圧電ポリマー変換器であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記圧力変換アレイのそれぞれの圧力変換器は、容量性の変換器であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記動作追跡システムは、複数の加速度計からなることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数の加速度計のうちの少なくとも２つは、前記触覚センサを前立腺に対抗して押している間、重力と慣性の信号成分を分離するため、プローブの軸に沿う方向を持った感知軸を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
プローブの軸に沿う方向を持った前記加速度計の１つは、直腸内で前記プローブが嵌っているときに、前記シャフトに接続され括約筋に隣接した前記ハンドルの第１の端部の前記シャフトに位置され、プローブの軸に沿う方向を持った２番目の前記加速度計の１つは、前記ハンドルの第２の端部に位置されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記加速度計の少なくとも２つは、前立腺の診察の間前記プローブの回転角と仰角を決める傾斜センサとして使用されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記加速度計の少なくとも２つは、前立腺の診察の間前記プローブの方位角加速度を決めるために使用されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記動作追跡システムは、前立腺の診察の間プローブの位置を決めるための複数の磁力計を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２３】
前記ディスプレイは、診察モードの第１位置と調査モードの第２位置において前記ディスプレイに固定するためのヒンジが備えられた支持部を介して前記ハンドルに接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ヘッドと前記シャフトをカバーし、前記フレキシブルカバーを前記ハンドルに取り付けるために固定するフレキシブルカバーをさらに有することを特徴とする請求項１２に
記載の装置。
【請求項２５】
前記フレキシブルカバーは使い捨てであることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記触覚センサは、前記ヘッドをカバーするシースの形状に形成され電気コネクタによって前記シャフトに接続された圧力変換器を有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２７】
前記圧力変換器のシースは、使い捨てであることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記圧力変換器のヘッドを有する前記シャフトは、電気コネクタによって前記ハンドルに着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２９】
前記圧力変換器のヘッドを有する前記シャフトは、使い捨てであることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記組織または腺、または隣接した前記組織または腺にプローブを当てるステップと、
所望の軌跡に沿って前記触覚センサを移動している間、前記触覚センサから圧力応答データと動作データを取得するステップと、
前記組織または腺の断面を特徴づける１つまたは複数の内圧曲線をリアルタイムで演算し表示するステップと、
前記圧力応答データと動作データから圧力変化応答のパターンを演算するステップと、
前記圧力変化応答から前記組織または腺およびその内部構造の機械的な画像を統合するステップと、
前記１つまたは複数の内圧曲線と前記機械的な画像を表示するステップと、
を含むことを特徴とする組織または腺をリアルタイムで機械的に画像化する方法。
【請求項３１】
前記方法は、前記組織または腺の診察中に用いられることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記方法は、前記組織または腺の薬物治療中または治療後に用いられることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記組織または腺、または隣接した前記組織または腺にプローブを当てる手段と、
所望の軌跡に沿って前記触覚センサを移動している間、前記触覚センサから圧力応答データと動作データを取得する手段と、
前記組織または腺の断面を特徴づける１つまたは複数の内圧曲線をリアルタイムで演算し表示する手段と、
前記圧力応答データと動作データから圧力変化応答のパターンを演算する手段と、
前記圧力変化応答から前記組織または腺およびその内部構造の機械的な画像を統合する手段と、
前記１つまたは複数の内圧曲線と前記機械的な画像を表示する手段と、
を含むことを特徴とする組織または腺をリアルタイムで機械的に画像化するシステム。
【請求項３４】
前記プローブは、前記組織または腺の診察中に用いられることを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記プローブは、前記組織または腺の薬物治療中または治療後に用いられることを特徴
とする請求項３３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、国立予防衛生研究所、国立ガン研究所により授与されたＳＢＩＲ授与物Ｎｏ．１Ｒ４３  ＣＡ８２６２０−０１Ａ１における政府のサポートによって行われた。政府は本発明において一定の権利を有している。
【０００２】
発明の背景
１．発明の技術分野
本発明は前立腺を機械的に画像化するための方法および装置に関する。本発明はまた、たとえば口、耳、直腸その他の溝（これらを含むがこれらには限定されない）といった人間の自然な開口を通じて、組織および腺を機械的に画像化することに対して適用することができる。本発明はまた、たとえば胸のような、組織または腺の凝りまたは弾性に関する測定に適用することができる。人間と動物、両方の生と死のすべてのケースにおいて、機械的な画像化は１つのテーマである。
【０００３】
２．関連技術の説明
前立腺癌を早期に検出する従来の方法にはデジタル直腸診察（ＤＲＥ）が含まれる。デジタル直腸診察または触診（これは感触の感覚を用いる診察である）は、正常な組織と一定の傷害を持つ組織における明らかな弾性の相違に基づいて行われる。触診は開業医と専門医が一般的に行うテストであり、４０歳以上のすべての人のために年１回予防的に行われる身体的な診察の１つとして推奨されている。触診の有効性と信頼性は診察者の技量のレベルによる。というのは、ＣＡ癌ジョーン、リトラップ他によって記述された、臨床医のための前立腺癌早期発見の利益とコスト、４３巻、ページ１３４−１４９（１９９３）に記載されているように、測定器としての指は量的な情報をまったく提供せず、したがって、診察者は彼／彼女が指によって検知しているものを触診における彼らの以前の経験と直感的に関係づけなければならないからである。スミス他によって記述された、前立腺癌の発見におけるデジタル直腸診察の診察者間の変動性、泌尿器学、４５巻、ページ７０−７４（１９９５）で説明しているように、経験豊かな泌尿器科医の触診による発見の不一致率は約２０％であることがわかる。おそらく癌検診を手がける経験の少ない診察者間の不一致率はもっと高い。ある傷害が触診されたら、異常性の文書化は医師の記述またはフリーハンドの図の精度に依存する。
【０００４】
何人かの著者が種々のタイプの圧力センサを使って腫瘍を検出する触診に似た様々なタイプの計測器を提案した。例えば米国特許Ｎｏ．４２５０８９４号では、胸診察のための計測器を記述する。その計測器は間隔をおいて配置された複数の圧電性のストリップを用いている。そのストリップは圧力要素によって試験されたボディー内に圧縮され、与えられた周期的なまたは定常的な応力がそのストリップの下の組織にかけられる。
【０００５】
組織の弾力を測定する別の方法は、外力に従って動く組織の動きを検出する従来の画像処理（超音波またはＭＲＩ）のような間接的は方法を用いることである。低周波で組織を振動させている間、１回のアプローチにより、超音波画像技術を適用して組織の相対的な凝りまたは弾力性を決定することが試みられる。たとえば、米国特許Ｎｏ．５，０９９，８４８号のＪ．Ｊパーカー他、Ｒ．  Ｍラーナー他、音響−弾力性：機械的に振動した目標物における超音波信号から派生した医学的弾力性画像，音響画像  １６巻，３１７（１９８８）；Ｔ．Ａ．クロースコップ他；柔らかい組織の機械的性質の非観血的マーキングのためのパルスドドップラー超音波システム  ２４Ｊ．レハブ．レス．デヴ．  ２４巻  １（１９８７）；Ｙ．ヤマコシ他、強制振動下の柔らかい組織の内部の振動の超音波の画像処理，超音波誘電体と周波数制御のＩＥＥＥトランザクション，７巻、Ｎｏ．２、４５ページ（１９９０）。
【０００６】
サーバジャンその他の米国特許Ｎｏ．６，１４２，９５９号、５，９２２，０１８号および５，８３６，８９４号は経直腸的プローブを用いることによって前立腺を機械的に画像化する装置を開示している。前立腺の画像化は、プローブによって押し付けられた前立腺の応力パターンの隙間の変化を測定することによって達成される。その装置は、医師に対して前立腺の機械的および幾何学的形態を定量的にかつ客観的に特徴付けることができる。しかしながら、前立腺を診察している間、医師はリアルタイムのフィードバックが得られず、このことは情報収集効果を減少させることになる。
【０００７】
このため、前立腺を触診し機械的に画像化する改良されたリアルタイムの方法および装置を提供することが望まれる。
【０００８】
発明の概要
本発明は、経直腸的プローブを有する、前立腺をリアルタイムで機械的に画像化する方法に関する。本発明は、前立腺の電子的な触診を行うための手段、触覚センサを用いた状態での前立腺の他覚的なおよび量的な評価を提供している。この方法において、前立腺の画像は診察期間中にリアルタイムで統合され表示される。好ましい実施例において、コンパクトな前立腺診察装置は、直腸内にはまるサイズの、平均的な前立腺の軸方向長さを超える長さ寸法を持つ触覚センサを備えたヘッドを備えたプローブ、電子ユニットとディスプレイを有している。圧力検出部のヘッドは前立腺に対して押されながら前立腺に移動し、検査領域の機械的な構成に特徴付けられた信号を発生する。動作追跡システムに基づく加速度計は前立腺の診察中に圧力変換アレイの位置を決めるためにプローブ内に取り付けられる。電子ユニットは、前立腺の機械的および幾何学的形態を演算するための圧力と動作データを受信するプローブのハンドル内に組み込まれ、ディスプレイ上にそれを表示する。
【０００９】
むしろ、触覚センサは調査された前立腺に関するプローブの座標を決定するための動作追跡システムとして用いられる複数の加速度計を含む。本発明の好ましい他の実施例において、触覚センサは、動作追跡システムを基礎とする磁力計を有する。したがって、圧力応答は結果を機械的に画像化するためにリアルタイムで用いられる。代わりに、その方法と装置は、どのような組織または腺でもリアルタイムで機械的に画像化するために使用できる。
【００１０】
本発明は次の図面を参照してさらに詳しく説明される。
【００１１】
図面の簡単な説明
図１は、触覚センサとプローブハンドルに取り付けられた二次元ディスプレイを有する電子ユニットとを含む本発明にかかるプローブの実施例の斜視図である。図２は、前立腺の診察中に触覚センサを備えたヘッドの相対的な位置を例示した概略図である。図３は、図２に示した範囲で前立腺に対してプローブを押し付けることによって得られた演算された前立腺の断面を特徴づけるリアルタイムな内圧曲線の斜視図である。図４は、本発明の方法の実施例に関する前立腺の装置の二次元の前立腺画像をリアルタイムに統合する方法を特徴づけるための形状図である。図５Ａは、本発明の装置の好適な実施例に関する、動作追跡システムを基礎とする加速度計を備えた触覚センサとプローブハンドルに取り付けられた二次元ディスプレイを有する電子ユニットとを含むプローブの横断面図である。図５Ｂは、図５Ａに示されたプローブの背面図である。図６Ａは、調査位置に固定された二次元ディスプレイを備えたプローブの側面と背面を示す図である。図６Ｂは、使い捨てできる圧力センサヘッドを含むプローブヘッドの横断面図である。図６Ｃは、使い捨てできる圧力変換器を含むプローブの断面図である。図７Ａは、本発明の装置の実施例に関する動作追跡システムを基礎とする加速度計の概略図である。図７Ｂは、本発明の装置の実施例に関する動作追跡システムを基礎とする磁力計の概略図である。図８は、本発明の方法の実施例に関する診察上の情報を得るためのステップを示すフローチャートである。図９は、本発明の装置の実施例に関するシステムの機能的な構造を示す概略図である。
【００１２】
詳細な説明
公報は発明の好ましい実施例をさらに詳細に説明するために用いられる。その一例は添付した図面に記載されている。可能な限り、同一の参照数字は、同一または同類の部分を参照するために、図面と明細書で用いられる。前立腺の経直腸的画像のための方法は、ここで参照文献として盛り込まれている、米国特許Ｎｏ．６，１４２，９５９号、５，９２２，０１８号および５，８３６，８９４号に記載されている医療画像の技術を基礎とする。この方法は、ここでは機械的に画像化する（ＭＩ）ものとして参照される。ＭＩの本質は、圧力検知アセンブリを使って表面ストレスパターンを測定することによって柔らかい体内組織の内部の構造を復元することである。機械的応力およびパターン、適用された圧力に応じたその変化および時間は体内組織の内部構造の機械的性質と幾何学的配置に関する総合的な情報を含む。
【００１３】
図１は、直腸内にはまるサイズの前立腺プローブの好適な実施例の斜視図である。プローブ１０はヘッド１１上に取り付けられた触覚センサ１３を有している。触覚センサ１３はそれが前立腺に押し付けられて前立腺に移動すると、触覚センサ１３に与えられた力に応じた信号を生成する。プローブ１０はハンドル１６に接続されたシャフト１２をさらに有している。制御ホイール１７はハンドル１６内に形成されている。二次元ディスプレイ１５は、ディスプレイサポート１４によってハンドル１６に取り付けられている。もう一つの方法として、ディスプレイはプローブハンドル内に組み込むことができる。そのディスプレイまたは１台以上のディスプレイを１つのサポート上か１つ以上のサポート上に接続するか取り付けるかことができる。電子ユニット（図１には図示していない）はハンドル１６内に組み込まれている。
【００１４】
前立腺の診察を行っている間、本発明にしたがって、プローブ１０は直腸内に挿入され、直腸内でハンドル１６を用いて操作される。実際には、ヘッド１１が直腸内で動かされ、前立腺に対して押し付けられる。電子ユニットは触覚センサ１３が与えた力に応じ触覚センサ１３によって生成された電気信号を受信し、リアルタイムで前立腺の断面を特徴付ける圧力の輪郭を演算する。圧力の輪郭は、ディスプレイ１５上で視覚化される。前立腺の診察の最初の段階においては、プローブ１３の挿入深さは視覚センサ１３の中央に近い位置となるように調節される。前立腺の診察の次の段階においては、前立腺は、前立腺およびその内部構造を機械的に画像化する演算を行うためにプローブ１０の圧力応答と動作データを収集して所望の軌跡にしたがって触診される。
【００１５】
本発明の好ましい実施例においては、触覚センサ１３は検査された前立腺に関するプローブの座標を決定する動作追跡システムとして使用される複数の加速度計を含む。本発明の他の好適な実施例においては、触覚センサ１３は方向追跡システムに基づく磁力計を有する。その後、圧力応答データは、さらに下記に詳細に説明されているように、結果を機械的に画像化するためにリアルタイムに使用される。
【００１６】
もう一つの方法として、プローブ１０は対象の自然な開口を通じて対象の腺または組織に対して適用することによってどのような腺または組織に対してもまたそれに隣接する腺または組織にも用いることができる。プローブ１０はまたドラッグデリバリーまたは他の種類の治療中、またはドラッグデリバリーまたは他の種類の治療後にも用いることができる。
【００１７】
図２は、本発明の方法の具体例にしたがって前立腺２３に対してプローブ１０を周期的に押し付ける前立腺の診察中に触覚センサ１３を備えたヘッド１１の相対的な位置を例示した概略図である。まず、プローブ１０のヘッド１１は、前立腺の位置づれを最小化するために前立腺２３に対して押し付けずにＹ軸に沿って直腸内に所望の深さまで挿入される。第２に、ヘッド１１は、前立腺２３の軸Ｙに沿うリアルタイムな断面画像をディスプレイ１５上に入手するために、軌跡２４上に位置される場所で前立腺２３に押し付けられる。むしろ、触覚センサ１３は前立腺２３の軸方向長さよりも長い長さ寸法を持っている。好ましい実施例の触覚センサ１３は、約２５ｍｍから約４５ｍｍの範囲で変動する一般的な平均的な前立腺の軸方向長さを超える長さ寸法を持つ。したがって、単一の圧縮の後に全体の前立腺により得られた圧力パターンを観察することができる。第３に、ヘッド１１は前立腺２３に接触させる触覚センサ１３を有している。この触覚センサ１３は触覚センサ１３の中央に近い前立腺２３の位置を調整するために軸Ｙに沿って動かされる。第４に、軌跡２６に沿う複数の場所で前立腺２３に対して押している間、前立腺２３の一方の側から他方の側に横方向に移行するように、ヘッド１１は軌跡２５、２６に沿って動かされる。軌跡２６に沿う周期的な押し付けは、Ｘ軸に沿う前立腺の幾何学的な特徴を提供する。ヘッド１１の振動といった他の方法は、軸Ｙに沿う機械的な画像化のリニアの解像度を増大させるため、前立腺２３に対する同時押し付けを括約筋２２からヘッド１１の半径方向に加えることができる。
【００１８】
図３に示されるように、検査された前立腺の断面３２，３３および３４を特徴付けるリアルタイムの内圧曲線は図２に示す位置の括約筋２２を基点とする座標系２１に示されるように前立腺に対してプローブを押し付けた結果として得られる。前立腺に対するすべての押し付けは、軸Ｚに沿う垂直方向で現される。断面３２、３３および３４は、前立腺に対する各押し付けがリアルタイムで演算され、下記の手順に従って等しい圧力Ａｉのラインによってディスプレイ上に表される。
【００１９】
図４は、前立腺に対してプローブを押し付けている間、二次元の前立腺画像をリアルタイムに統合する方法を特徴づけるための具体例を示す形状図である。圧力レベル間の区別をさらに良好なものとするためには、触覚センサ１３の圧力変換の異なる圧力レベルの表示には色スケールを用いることが効果的である。瞬間的な圧力応答データは色コード化ライン４２として視覚化できる。座標ＹとＦ（ξ）を持つ地形図４１のライン４２の位置は、診察された前立腺に関連する触覚センサの位置を表している。触覚センサの位置と圧力変換器の圧力はプローブのヘッドが前立腺に対して押されると変化する。同様に、ライン４２は、ライン４２の前の位置の着色された跡を見せるように、矢印４３によって示されるようにディスプレイ１５上の座標Ｆ（ξ）に沿ってシフトされる。ディスプレイ１５上に描かれたそれぞれのラインは、ライン４２の位置の相違の視覚認知を向上させるために約１秒の時定数内でその明るさとコントラストを失って徐々に消える。
【００２０】
ディスプレイ１５上の座標Ｙは、図４に示すように触覚センサ１３に沿う縦座標である。種々のパラメータはＦ（ξ）座標として用いることができる。この方法の好適な実施例においては、座標Ｆ（ξ）は、すべての圧力変換器又は触覚センサ１３の変換器の部分からの平均圧力である。この方法の他の好適な実施例においては、座標Ｆ（ξ）は、Ｚ座標の空間的な位置である（図３参照）。さらにこの方法の他の好適な実施例においては、座標Ｆ（ξ）は実行時間である。同一圧力のライン４４は、二次元カラーディスプレイ１５上に引かれうる。望ましくは、ライン４４は前立腺の形状を表示するために所望のカラーを持ち、ライン４５はより高い圧力に対応する前立腺内で増大した硬さによってカラー領域を表示する所望の第２のカラーを持つ。圧力データの圧力勾配解析は、前立腺の形状およびその内部構造を決定付けるために用いられる。
【００２１】
図５Ａおよび５Ｂ、図６Ａおよび６Ｂは、動作追跡システム５０を基礎とする加速度計を有する触覚センサ１３を持つ図１に示した装置１０の好ましい実施例をさらに詳細に示したものである。加速度計を基礎とする動作追跡システム５０は、少なくとも２つの３軸加速度計５３、５５を有している。これらの加速度計５３、５５は重力と慣性の信号要素を区別するために使用できる。好ましくは、加速度計５３は、前立腺を診察している間、加速度計５３が括約筋の近くに位置され、プローブ１０の角度測定の感度がリニアな加速度のそれよりもさらに良くなるように、ヘッド１１に近いハンドル１６に位置されることができる。加速度計５５は、前立腺を診察する間、加速度計５５がプローブ１０の角度測定の感度がリニアな加速度のそれよりもさらに良くなるように、ヘッド１１から最大の距離でハンドル１６に位置されるのが好ましい。付加的な加速度計はシャフト１２またはヘッド１１に組み込むことができる。
【００２２】
前立腺をリアルタイムに機械的に画像化する装置の触覚センサ１３はヘッド１１に組み込まれる。触覚センサ１３は圧力変換アレイ５２を有している。圧力変換アレイ５２は、好ましくは、弾性の合成物で覆われた、複数の圧電ポリマー変換器、またはマイクロマシンである圧電抵抗変換器、または容量性の変換器を有している。
【００２３】
カバー５６は、ヘッド１１とシャフト１２とを覆う。カバー５６は柔軟であることが好ましい。カバー５６はリング５７をハンドル１６に固定することによって保持される。カバー５６は使用後にプローブ１０から取り外され、次の使用前に処分することができる。その後、新しいカバー５６が、次の使用前に前立腺の診察の衛生管理のためにヘッド１１とシャフト１２に被せられる。例えば、カバー５６はラテックスなどの薄い伸縮自在な素材で成形することができる。
【００２４】
好ましい実施例において、触覚センサ１３は一般的に約２５ｍｍから４５ｍｍの間で変化する平均的な前立腺の軸方向長さを超える長さ寸法を有している。他の好ましい実施例においては、圧力検出ヘッド６０は、図６Ｂに示されるように、電気的および機械的コネクタ６２によってハンドル１６に取り外し自在に接続された圧力変換器６１を有している。圧力変換器６１を含む圧力検出ヘッド６０は使い捨てとすることができる。
【００２５】
好ましい他の実施例において、プローブヘッド６５は、ハンドル１６に固定して取り付けられ、圧力検出変換器６１は図６Ｃに示される電気的および機械的コネクタ６２およびロック６４によってハンドル１６に取り外し自在に取り付けることができる。本実施例では、圧力検出変換器６１は使い捨てである。
【００２６】
電子ユニット５４、電源５８とコンピュータポート５９は、好ましくは、ハンドル１６に納めることができる。電子ユニット５４は触覚センサ１３および加速度計５３、５５に接続される。電源５８は電子ユニット５４に接続される。ハンドル１６に設置された制御ホイール１７は、前立腺の診察処理の間、「開始」と「停止」信号を生成するために、および図６Ａに示されているように調査モードを行うために使用される。調査モードにおいて、医師は種々の患者から受け取った蓄積データまたは外部コンピュータへの転送データをディスプレイ１５で考察できる。ディスプレイ１５は、図５に示される診察モードおよび図６Ａに示される調査モードの２箇所でディスプレイ１５を固定するヒンジ６０が装備されたディスプレイ支持部１４によってハンドル１６に接続される。診察モードにおいては、ディスプレイ１５は、前立腺の内部構造と前立腺の幾何学的パラメータの視覚化のために前立腺に対して押し付けている間、検査される前立腺の断面を特徴付ける圧力分布をリアルタイムで表示する。
【００２７】
図７Ａには、本発明の方法の好適な実施例に関する動作追跡システム５０を基礎とする加速度計の図が示されている。動作追跡システム５０を基礎とする加速度計は、少なくとも２つの３軸加速度計５３、５５を含み、それらは前立腺の診察中プローブの動きに応じてアナログ信号を生成する。加速度計５３と５５の距離７２および相対的な方向が知られている限り、三次元の軌跡は、加速度計５３と５５から受け取られたすべてのアナログ信号および固定された位置に関連するプローブヘッドの復元の２つを統合することによって測定することができる。
【００２８】
加えて、改善された軌跡の精度は、次のことを考慮することによって決定される。３軸加速度計５３は図の矢印７２のように、前立腺に押し付けている間は括約筋の近くに位置されるので、軸Ｙ１に沿った感度を有する加速度計５３はプローブの仰角データ７３を決めるための傾斜センサとして用いられる。感知軸Ｙ１とＹ２を有する加速度計５３，５５からの同期したデータ解析は、仰角データ７３の角加速度への影響を阻止することを可能にする。プローブの垂直方向の動きは、プローブの仰角の変化を考慮している加速度計５３のＺ１と加速度計５３のＺ２の２つの信号を統合することによって決定することができる。前立腺の断面（図４に示されている）を視覚化するための座標Ｚのより精密な決定のため、加速度計５３の傾斜Ｘ１と加速度計５５の傾斜Ｘ２から軸７２に関する回転データを追加することができる。前立腺を押し付けているある場所からＸ軸（図２参照）に沿う他の場所へのプローブの横方向の変位を決定するために、加速度計からの異なる信号Ｘ１とＸ２がプローブの回転と仰角の変化を考慮することができるように統合される。触覚センサにおける最大圧力を有する位置に関連するプローブの軌跡を演算するために０動作加速を有する開始空間位置として、前立腺を押し付けている間、触覚センサの最大の圧力を有する位置を考慮することは有益である。
【００２９】
方位追跡システム７５を基礎とする磁力計の図７Ｂは、本発明の方法の好適な実施例を示している。方位追跡システム７５を基礎とする磁力計は、前立腺の診察中、プローブを動かしているときに地球の磁場に関するプローブの位置の変化によってアナログ信号を生じる少なくとも１つの三軸磁力計７４を含んでいる。プローブの位置がわかっている限り、前立腺を押し付けている相対的な場所が決定できる。もうひとつの方法として、動作追跡システムは、加速度計と磁力計の組み合わせ、またはジャイロスコープと加速度計の組み合わせを基礎とすることができる。
【００３０】
図８は、２次元または３次元の前立腺画像を演算する好ましい方法のフローチャートである。触覚センサ１３の圧力変換アレイからの圧力データおよび動作追跡システム５０からの位置データは、前立腺の診察の間にリアルタイムで取得される。圧力データセット８１から触覚センサ１３のすべての圧力変換器から取得した圧力に対応するアナログ信号は、Ａ（ｐｉ，ｔ）によって表される。ここで、ｐｉは時刻ｔで番号ｉを有する圧力変換器の圧力信号である。プローブの加速度と角方位を示すアナログ信号は、動作追跡システム５０（Ｂ（ｂｊ，ｔ）として表される動作データセット８２である。ここで、ｂｊは、時刻ｔで加速度計ｊに関連する信号である。）受信した前立腺診察中のプローブの動きに応じて生成される。動作追跡システム５０を基礎とする加速度計は、上述のような傾斜センサとして用いられる加速度計からの応答を取得することができる。ブロック８３において、圧力データセット８１は、絶対圧力データＰ（ｉ，ｔ）に変換する。ここで、Ｐは時刻ｔで変換器ｉに与えられる力であり、圧力変換器５２のキャリブレーションデータにしたがって演算される。
【００３１】
ブロック８４において、データＰ（ｉ、ｔ）は、前立腺の動きに関連する力測定のエラーおよび人為的な結果からノイズの発生を減少させるため、たとえばドーバー出版株式会社  Ｔ．Ｊ．リブリンの「近似関数の紹介」  ニューヨーク（１９６９）によって開示されているような従来の近似した方法で処理される。ブロック８５において、訂正データＰ（ｉ、ｔ）は表示できるフォーマットで送信され、ディスプレイ１５に表示される。ブロック８６でのすべての動作は前立腺の診察の間にリアルタイムで生成される。
【００３２】
同時に、前立腺の診察データは、ブロック８７で蓄積されている前記圧力データセットＰ（ｉ、ｔ）と動作データセットＢ（ｂｊｔ）を含む。ブロック８８において、触覚センサ１３のそれぞれの圧力変換器５２の座標が括約筋２２（図２参照）を基点とする座標系で演算され、検査された前立腺の圧力応答のパターンＰ（ｘ，ｙ，ｚ）が演算される。ブロック８９において、勾配｛Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）｝によって表される圧力変化応答のパターンはたとえばＤレッドフェンおよびＣ．キャプベルによるマットラブ  ５  ハンドブック
スプリンガ−バーラグ  株式会社  ニューヨーク（１９９８）によって開示されているような従来の方法によって前立腺の圧力応答のパターンから演算される。ブロック９１において、前立腺の内側構造の機械的および幾何学的特徴が圧力変化応答から決定される。ブロック９０では、前立腺Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）の圧力応答パターンは、前立腺の幾何学的特徴を決定するために対象を圧力変化応答に関連する前立腺内部の堅い組織からずらすために訂正される。ブロック９２では、前立腺の画像はブロック９１で生成されたデータとブロック９０で生成されたデータとによって統合される。同一圧力のほぼスムースな表面になったら、圧力変化応答のパターンを用いて前立腺内の硬さ分布を演算することができる。検査された前立腺の表面は、繰返しアルゴリズムによって前立腺の表面の法線に沿ってＰ（ｘ、ｙ、ｚ）の二次導関数の最大値を演算することによって得ることができる。
【００３３】
統合された画像は、ハンドル１６に接続された二次元のまたはリニアのディスプレイ上に表示することができる。触覚センサ１３に適用された圧力の平均レベル、その位置、圧力変換器の現実の軌跡およびプローブの動きに対する所望のパターンの軌跡は、同じディスプレイ上において前立腺画像上の面投影としてリアルタイムで表示することができる。
【００３４】
図９は、図５において示されたプローブ１０のハンドル１６に設置された電子ユニット５４の好ましい実施例の概略図である。複数の圧力変換要素９３は触覚センサ１３を形成する。圧力検出回路９５は、前立腺の診察の間、触覚センサ１３のそれぞれの圧力変換要素９３に与えられた力を検出するために圧力変換要素９３によって出力された個々の信号を増幅し変換するための複数の増幅器、変換器、積分器を形成する。複数の増幅器９４は、前立腺に押し付けている間プローブの位置を検出するために、そしてある押し付け位置から別の押し付け位置へのプローブの移動を検出するために加速度動作追跡システム５０のそれぞれの加速度計５３，５４によって出力された信号を増幅する。増幅器９４と９５からの増幅信号はマルチプレクサ９６に与えられる。多重化された信号はアナログ−デジタル変換器９７によってデジタル信号に変換され、プロセッサ９８に供給される。プロセッサ９８は、図３，４，８に示されている方法で説明したように、前立腺の診察中におけるそれぞれの圧力変換要素９３の位置を演算するために、前立腺およびその周辺の組織の機械的な画像を近づけそして訂正するために、前立腺の幾何学的な特徴および損傷、小結節、硬い組織などのような前立腺内部構造の機械的な特徴を検出するために、前立腺の画像を統合するために、信号処理のために使用される。
【００３５】
ディスプレイ１５（ディスプレイスクリーンとコントローラを含む）は、プロセッサ９８に接続される。従って、前立腺の診察過程と診察の最終結果が前立腺の画像としてリアルタイムで表示される。制御ホイール１７は、前立腺の診察過程、データ分析およびデータ再調査をコントロールするためのドライバー９９を介してプロセッサ９８と接続される。プロセッサ９８は、データと制御信号を送るためのアナログ−デジタル変換器９７とマルチプレクサ９６と通信する。記憶装置１００は、格納されたデータを外部のコンピュータに転送するためのコンピュータポート５９を有するプロセッサ９８により生成された前立腺の診察結果を蓄えるための電子ユニット５４において用いられうる。
【００３６】
上記の実施例は発明の原理を代表して応用することができる多くの可能な特定の実施例のうちのほんのわずかのものを説明していることがわかる。多くのそしてさまざまな装置はこれらの原理にしたがって当業者が発明の精神と範囲を逸脱せずにたやすく発明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】触覚センサとプローブハンドルに取り付けられた二次元ディスプレイを有する電子ユニットとを含む本発明にかかるプローブの実施例の斜視図である。
【図２】前立腺の診察中に触覚センサを備えたヘッドの相対的な位置を例示した概略図である。
【図３】図２に示した範囲で前立腺に対してプローブを押し付けることによって得られた演算された前立腺の断面を特徴づけるリアルタイムな内圧曲線の斜視図である。
【図４】本発明の方法の実施例に関する前立腺の装置の二次元の前立腺画像をリアルタイムに統合する方法を特徴づけるための形状図である。
【図５Ａ】本発明の装置の好適な実施例に関する、動作追跡システムを基礎とする加速度計を備えた触覚センサとプローブハンドルに取り付けられた二次元ディスプレイを有する電子ユニットとを含むプローブの横断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されたプローブの背面図である。
【図６Ａ】調査位置に固定された二次元ディスプレイを備えたプローブの側面と背面を示す図である。
【図６Ｂ】使い捨てできる圧力センサヘッドを含むプローブヘッドの横断面図である。
【図６Ｃ】使い捨てできる圧力変換器を含むプローブの断面図である。
【図７Ａ】本発明の装置の実施例に関する動作追跡システムを基礎とする加速度計の概略図である。
【図７Ｂ】本発明の装置の実施例に関する動作追跡システムを基礎とする磁力計の概略図である。
【図８】本発明の方法の実施例に関する診察上の情報を得るためのステップを示すフローチャートである。
【図９】本発明の装置の実施例に関するシステムの機能的な構造を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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