202650. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés lágy biológiai szövetek rugalmasságának noninvazív akusztikai viszgálatához
1 HU 202 650 B 2 A találmány orvosi módszerekre vonatkozik, nevezetesen egyrészt eljárást nyújt lágy biológiai szövetek rugalmasságának noninvazív akusztikus meghatározásához, másrészt berendezést ad az eljárás foganatosításához. A találmányt legelőnyösebben a diagnosztikai célokra, valamint több betegség kezelésének ellenőrzésére lehet felhasználni, amelyek a test szöveteinek mechanikai tulajdonságaiban beálló változásokkal járnak. Manapság egyre lényegesebb kérdésnek tekintik a betegségek diagnózisának pontosabbá és objektívabbá való tételét A rugalmasság egy olyan jellemző, amely tükrözi a biológiai szövetek szerkezeti állapotát és ennek megfelelően a szervezetben lejátszódó fizikális folyamatokat A rugalmasságot hosszú idő óta a diagnózist befolyásoló tényezőként kezelik például a betegek tapintás útján történő vizsgálatánál. A volumelasztikus tulajdonságok noninvazív értékelésére ismert egy olyan eljárás, amelynek során ellenőrzik egy élő szövet viszkoelasztikus tulajdonságainak pillanatnyi lengéseit (lásd az US 4,580,574 számú szabadalmi iratot). Ezen ismert eljárás lényege abban van, hogy a vizsgálandó élő szövetet két plánparalel módon elrendezett piezoelektromos átalakító közé helyezik el. A piezoelektromos átalakítók közül az egyiknek a távolsága állítható annak érdekében, hogy megvalósítható legyen a szövettel az akusztikai érintkezés. Az egyik piezoelektromos átalakítót nagyfrekvenciás generátorra, a másikat amplitúdó demodulátoron át jelanalizátorra csatlakoztatják, amely jelanalizátor oszcillográfot tartalmaz. A nagyfrekvenciás generátor a piezoelektromos átalakítóban lengéseket kelt, amelyek a szövetben volumelasztikus ultrahanghullámokat keltenek, amelyeket a második piezoelektromos átalakító fog fel. A második piezoelektromos átalakítóról a jel demoduláció útján rájut az osczillográfra, amelyen megfigyelhetők a jel amplitúdójának változásai. A szövetben keltett rezonáns ultrahang lengések frekvenciája és azok amplitúdója jellemzi a szövet viszkoelasztikus tulajdonságait. A szövet ellenőrzésére szolgáló ezen ismert eljárás lehetővé teszi néhány fiziológiai folyamat, különösen a vér mikrokeringésében beálló változások kiértékelését. Mivel azonban a volumelasztikus tulajdonságokat ellenőrzik, amelyek a testi szövetekben csak néhány százalékos mértékig változnak, ezért ez a kiértékelés nem lehet elegendően pontos. Ennélfogva lehetetlen ezen eljárással a szövetek nyírási tulajdonságainak ellenőrzése. Az eljárás ugyanis csak nagyfrekvenciás tartományban (1 MHz frekvenciát meghaladóan) valósítható meg, ahol a csúsztató hullámok nagyon kicsinyek (néhány tucat mikrométer), és következésképpen ezen hullámok csillapítása igen nagy. A szövetállapot ellenőrzésének pontossága ezen ismert eljárásban azért is lecsökken, mert nem lehetséges a piezoelektromos átalakítók között elhelyezett szövetdarab különböző mértékű kompressziójának figyelembevétele. Ezen túlmenően sokféle szövet esetében nehézkes egy duplafelületű akusztikus kapcsolatot létesíteni a piezoelektromos átalakítók és a vizsgálandó szövet között és ezért a mérési pontosság emiatt is lecsökken, olyannyira, hogy lehetetlenné válik a különböző testrészeken a szövetek rugalmasságának ellenőrzése. A testi szövetek szerkezeti szerveződését jellemző egyik fontos tulajdonság az anizotrópia vagyis a szövet mechanikus tulajdonságainak változása különböző irányokban. Ezen ismert eljárással az anizotrópia nem értékelhető ki. A biológiai szövetek rugalmas csúsztatási tulajdonságainak kiértékelési lehetőségét V. I. Passechnik és A. P. Sarvazyan: „Izmok kontrakciójának vizsgálati lehetősége a kontraháló izom viszkoelasztikus tulajdonságainak mérése útján” című munkájában ismerteti a Studia biophysica, Berlin, 13. kötet, 1969., 2. füzet 143-150. oldal), ahol mért tárgyként izolált izmot alkalmaznak. Egy érzékelővel ellátott piezoelektromos átalakító segítségével az izomban alacsony frekvenciás akusztikus rezgéseket (450 Hz, 1200 Hz) keltettek, és egy másik piezoelektromos átalakítóval ezeket a rezgéseket egy meghatározott távolságban felfogták. Eközben mérték az izom feszültségét a kontrakció különböző mértékei mellett A csúsztatási rugalmassági modulust a felfogott jel amplitúdóját és fázisát jellemző értékek mérése alapján határozták meg. A testi szövetek csúsztatási rugalmasságának noninvazív meghatározására ismert egy tökéletesebb eljárás (R. O. Rotts, D. A. Chrisiman, E. M. Rusas: „Az emberi bőr in vivo dinamikus mechanikai tulajdonságai” J. Biomechanics, 16. kötet, 6.szám 365-372. oldal, 1983). Ezen eljárás során a csúsztató vagy transzverzális hullámok keltésére egy regisztráló szolgált, amelynek érzékelője hozzáért a szövet felszínéhez. A hanghullámok felfogására egy adaptert használtak. A méréseket 200- 1000 Hz frekvenciatartományban hajtották végre. A mérések során a regisztrált rezgéseket fehér zajforrással keltették és a mérés üzemi frekvenciáját frekvencia spektrumanalizátor segítségével választották ki. Mérési paraméterként a transzverzális hullámcár terjedési sebességét és csillapításának értékét választották. A körülírt kísérletek során a szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy alacsony frekvenciás tartományban az ismertetett eljárással a szövetben keltett hullámok tisztán transzverzális hullámok, és azok a felszíni rétegben (a bőrben) lokalizálódnak és ezért a bőr rugalmasságának szelektív felületi mérése ezen frekvenciatartományban (200 Hz-1000 Hz) lehetséges, míg nagyobb frekvenciák esetében ez az ellenőrzés a hullámok mélységi lokalizációjának elégtelensége miatt nehézkes. Ez a következtetés vitatható, mert a transzverzális hullámok 5-50 m/sec sebességen és 1000 Hz mellett a testi szövetben a hullámhosszúság ennek megfelelően 5-50 mm értékű. Ezzel szemben azonban tetszőleges fajtájú felületi hullámok lokalizációs mélysége azonban nem lehet kisebb, mint hullámhosszúságuk. Ennek következtében a hullámok lokaliációs mélysége ezen frekvenciatartományban végrehajtott mérések esetében akkora lehet, hogy a szubkután szerkezeti elemek, különösen a csontszövetek lényeges mértékben befolyásolják a mérési eredményeket Az ismertetett eljárás során a testi szövetek rugalmassági tulajdonságainak kiértékeléséhez érintőirányú hullámokat alkalmaztak, amelyek tisztán csúsztató deformációt hoztak létre. Ismeretesen a biológiai szövetek bonyolult felépítésűek és anizotrópok, és nagy mennyiségben tartalmaznak fibrillózus szerkezeteket A tisztán csúsztató deformációk esetében azonban a vékonyszálú szöveti alakzatok jelentéktelen mértékben befolyásolják a szövet rugalmasságát, és ezért a tisztán transzverzális hullámok sebessége az ilyen anizotróp alakzatokkal szemben csak gyengén érzékeny. Ugyanakkor azonban 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
