发明内容
本发明的优选实施例的目的是,提供可以允许最好以自动方式采样的活组织检查装置和方法。本发明的优选实施例的另一目的是,提供活组织检查装置和方法,它们允许待检组织块的方便穿透。本发明的优选实施例的又一目的是,提供活组织检查装置和方法,它们允许方便切断组织样本。本发明的优选实施例的再一目的是,提供活组织检查装置和方法,它们有助于医生对获取的组织样本进行处理。本发明的优选实施例的再一目的是,提供活组织检查装置,它可由医生方便地操作。本发明的优选实施例的再一目的是,提供活组织检查装置和方法,它们允许单独分开的组织样本在防腐剂中存储。
在第一方面中,本发明提供用于从生物活体获取至少一个组织样本的活组织检查装置,该装置包括:
带有适合于导入到该活体中的远端的空心针;
用于切除该至少一个组织样本的切割机构;
带有空腔的样本容纳装置,该空腔用于容纳该至少一个切除的组织样本,该样本容纳装置可容纳到空心针中并可在其中移动;
用于在空心针中在一第一延伸位置和一第二缩回位置之间移动样本容纳装置的输送装置,在第一延伸位置处,带有空腔的样本容纳装置处于远端位置,并且切割机构可以切下该至少一个组织样本,在第二缩回位置处,带有空腔的样本容纳装置处于一近端位置,该输送装置包括可弯伸长元件;
该伸长元件可偏离空心针的纵向而弯曲,和所述活组织检查装置还包括用于卷起所述可弯伸长元件的卷绕装置。
该输送装置(或输送机构)可以与切割机构和紧凑的驱动器系统联接,并且该紧凑驱动器系统具有所有需要的控制和机构。用于将组织抽入(或吸入)样本容纳腔中的可选真空供给单元可以与手柄单元整体形成或者可以设置在一外部或独立单元中。该输送机构最好能够使得多组织样本以快速、有效和可靠程序收集和去除。切割机构最好使得组织样本能够快速有效切断。尽管也可以应用电灸,但是这可以例如用弹簧加载的机构的转动切刀实现。手柄单元可以包括驱动器,该驱动器将所需驱动力和移动传递给输送和切割机构。这可以例如通过几种装置实现,最通常的是弹簧、马达或空气动力驱动。
本活组织检查装置的输送装置可以包括用于在空心针中移动样本容纳装置的任何合适系统,即能够将样本容纳装置从第一延伸(即远端)位置拉到第二缩回(即近端)位置,并能够将样本容纳装置从第二缩回位置推动到第一延伸位置。用于在空心针中移动样本容纳装置的输送装置包括可弯伸长元件,如钢丝,两根或多个绞合线,如Bowden电缆或任何其他柔性或可弯元件。该伸长元件最好可远离空心针的纵向弯曲,即可横向弯曲,并且最好在横向上具有足够硬度或足够支承,以防止在将样本容纳装置从第二缩回位置推到第一延伸位置时该可弯伸长元件向外挠曲。
优选地,卷绕装置设置用于卷绕该可弯伸长元件,该卷绕装置最好设置在该装置的近端处,如至少第二缩回位置的近端。在该可弯伸长元件包括在一次性单元中的实施例中,可弯伸长元件可连接到例如活组织检查装置的手柄单元或固定单元上,该卷绕装置最好整合在一次性单元中,如下面更加详细描述的那样。
该可弯伸长元件可以具有圆形或非圆形截面的纵向延伸部分,例如多边形横截面,如三角形或矩形。多边形横截面赋予可弯伸长元件可以带齿的可能性,用于由驱动齿轮啮合。于是,在一个实施例中,该可弯伸长元件包括一行规则间隔的齿,该持基本垂直于伸长元件的纵轴延伸。在本实施例中,活组织检查装置可以具有可转动齿轮,该齿轮具有带齿的轮缘,用于和伸长元件的齿相互作用,从而在空心针中沿着纵轴移动伸长元件。一个或多个支承件可以设置用于在横向上支承可弯伸长元件,以避免其挠曲,该支承件包括例如两个相对壁区域,该壁区域设置有对应于可弯伸长元件的厚度的相互间隙,该可弯伸长元件在纵向上在壁区域之间自由滑动。类似地,该可弯伸长元件在相对的辊子元件之间滑动。
为了允许样本容纳装置相对于可弯伸长元件转动,该样本容纳装置可以利用回转接头固定或连接到可弯伸长元件上。
从上面的讨论中,将认识到的是,该样本容纳装置可以具有一长度,该长度基本短于空心针的长度,并且该可弯伸长元件的远端可以连接到样本容纳装置的近端上,从而可弯伸长元件导致该样本容纳装置在空心针中移动。
也将理解的是,本发明的活组织检查装置可以包括带有用于驱动输送装置的动力源和马达的手柄单元,并且该输送装置、空心针和样本容纳装置可以包括在一次性单元中,该一次性单元可释放地固定到手柄单元上。驱动接口最好设置成将手柄单元中马达的驱动力传递给一次性单元中的可弯伸长元件。
由于可弯伸长元件在空心针中移动,当组织样本在样本容纳装置的空腔中移动时,其内壁可能接触组织样本,所以卷绕装置在组织样本获取期间可能受到活体组织和/或体液污染。无论卷绕装置是否包括在一次性单元中或活组织检查装置的其它部分中,如手柄单元,卷绕装置都可以形成螺旋线。该螺旋线可以由例如至少一个壁元件形成,该壁元件设置使得,防止可弯伸长元件的卷绕部分之间的接触,以避免卷绕的可弯伸长元件的失控弯曲或尺寸改变。
形成手持单元的本发明的活组织检查装置的实施例,最好也包括该手持单元中的输送装置,例如可弯伸长元件。将认识到的是,该手柄单元最好具体实现为手持单元,该手持单元容纳所有所需的动力、液体和真空源以及用于针和样本容纳装置和击发机构的可能的驱动机构,比较下面。一般地,本发明的整个活组织检查装置都可以包括在手持单元中,该活组织检查装置包括空心针、切割机构、样本容纳装置、输送装置、可选液体供给单元和此处所提到的所有其他结构元件。
从下面的描述中,更多实施例和特征将变得明确。样本从取样点或取样位置(或获取位置)到收集点或收集位置(或样本喷射)的输送最好利用样本容纳装置连接到其上的平的带齿杆进行,该杆最好用如聚丙烯之类的聚合材料制成,该样本容纳装置处于例如独木舟状件状的容器的形式,以在一旦已经切断样本时保持组织样本。该样本容纳装置可以具有用于容纳组织样本的侧向面对的开口,并可以具有一个或几个真空口,以使得组织能够通过施加真空抽取到样本容纳装置中。由于活组织检查装置定位在将采样的组织中,所以组织样本的切断可以利用同轴的活塞系统进行,该系统包括带有尖锐远端(即圆周切割边缘)的并能够轴向移动的弹簧加载外切割套管(即空心针),和带有能够穿透组织的尖锐尖端的内导向套管。该内导向套管可以是不可由此处所述的输送装置移动的或被其可移动的。该内套管可以具有侧向面对的切口(或空腔),该切口能够使组织脱出到套管的内腔中和等待的样本容纳装置中。样本容纳装置和/或切断的组织样本的输送系统可在内套管的内腔中轴向移动,例如使样本容纳装置前进和缩回。用于驱动输送机构的动力可以由电动或气动驱动器单元输送。将样本从样本容纳装置排出和排入到合适的输送容器中可以利用收集(或喷射)点处的液体或加压空气进行。
该可弯伸长元件可以包括在一侧上带齿的平杆,并且可以用合适的聚合体材料制成,如聚丙烯或NylonTM。该可弯伸长元件在内套管系统中纵向移动,并能够使组织样本从活组织检查装置的远尖端处的获取位置,例如样本容纳装置的第一延伸位置,输送到喷射点,例如样本容纳装置的第二缩回位置。它可以紧紧地安装到内套管的壁上,以确保进入内套管的横向硬度。上侧上的空腔可以能够使真空施加到该系统的远端上。内套管系统的远点可以以连接装置为特征,以使得内套管与待检组织块,例如肿瘤临时联接。
该可弯伸长元件(或杆)可以用真空阀门与样本容纳装置联接。根据排出(即冲洗)腔的应用和设计,该真空阀门可以具有几种不同构造。该平的带齿杆可以在内套管中建立真空通道。该样本容纳装置可以在采样程序期间容纳组织,并将采样的组织保持在其从采样或获取的点到收集点的路线上。可以设置过滤器或网,以确保不会有组织逃逸出容器。
由于样本容纳装置准备排空(或喷射),所以带齿杆和样本容纳装置之间的联接机构可以允许样本容纳装置相对于平杆的回转移动,以有助于排空程序。
该带齿的杆可以与小齿轮相互作用,允许小齿轮的转动运动转变为带齿杆的线性移动,以使得获取的组织样本的退出和样本容纳装置的定位能够在内套管系统中,即在空心针中进行。该小齿轮可以是金属的或陶瓷材料的,以确保耐久性。
用于驱动样本容纳装置或小齿轮的马达可以是电动机。可以设置两个电池和开关(打开/关闭开关),用于启动和驱动马达。该马达可以是气动的,它可以使该系统MRI兼容。
卷绕装置可以包括放置在手柄中的线轴状部件,以使得带齿杆能够随其缩回而卷绕。从而,带齿杆将不会突出超过输送机构的近端较远。尤其是当在较深解剖深度获取活组织时,这是优点。或者,该带齿杆可以远离其纵向方向弯曲。
可以包括导向轮,以随着该组件前进到内套管系统中而稳定该平杆和样本容纳装置。
活组织检查装置的驱动器单元可以包括如下部件:整合在合适设计的手柄中的一个或多个马达。该马达可以基本具有两个主要功能,即当样本已经准备用于切割时,使得该平的带齿杆与样本容纳装置前进和缩回,和竖起和释放击发机构。一旦该系统投入工作,则该切割机构的竖起可以自动导致自动跟随切割机构的击发的样本容纳装置的缩回、排空和延伸。装置的控制可以来自于例如踏板的压下或按钮的选择。该驱动器单元可以是电动驱动或气动驱动,并且最好是独立的完全自主的单元,带有其自己的动力源、真空源和组织收集容器。可以构造成能够(通过选择)进行一个或多个下述操作模式:步进、半自动或全自动。
该真空供给和排出机构可以是容纳驱动器单元的手柄的整体部分,或者它们可以放置在外部单元中。该排出机构(或喷射系统)可以使用空气压力、水冲洗或排出组织的第三种方法。
作为带齿杆的备用品,例如钢丝之类的线可以用作输送机构。该钢丝可以是单根线,或者它能够具有带有或不带有芯线的两根或多根绞合线,从所谓的Bowden电缆已知的原理。该Bowden电缆可以如上所述那样卷绕。为了能够使这种线发挥作用,用于卷绕线的线轴可以在其表面中具有适合于线的尺寸的凹槽,并且该线圈可以悬挂在紧密安装的容纳单元中,从而形成用于线的通道。硬线与该合适通道的组合使用使得样本容纳装置能够在导向内套管中缩回和前进。
在活组织检查装置的缺省位置处,带有样本容纳装置的平杆可以进行最大延伸,并且样本容纳装置可以放置在该切割系统的远端中。外套管可以进行最大延伸,随着系统前进到病人体内而覆盖内套管中的组织容纳口。
当采样顺序开始时,可以启动驱动器单元,以开始弹簧加载的击发机构的竖起,如下面更加详细描述的那样,并且可以将外套管拉向装置的近端,打开组织容纳口。一旦外套管已经缩回以打开组织容纳口,可以将真空施加到内套管的内腔,将组织吸入组织容纳口,并进入样本容纳装置。
在切割机构已经缩回之后,样本采集机构可以释放弹簧加载的击发机构,使外套管快速前进,切断组织样本。在切断组织样本之后,带有样本容纳装置的平的带齿杆可以缩回,并将活组织样本带向收集(或喷射)点。
当其退出内套管,以有助于样本的排出(或喷射)时,内套管的近端处的机构可以接合和回转样本容纳装置。随着样本容纳装置进入排出腔,可以自动释放液流,以将组织样本冲出样本容纳装置并进入合适的容器。冲洗液体最好是盐水,可能含有用于保存样本或将其准备用于实验的添加剂。
已经完成排出循环之后,该平的带齿杆和样本容纳装置前进,并且样本容纳装置可以定位在内套管的远端中,准备新的循环。在采样顺序完成之后,外套管可以留在缺省位置处,以关闭组织容纳口,准备去除活组织检查针。该组织存储容器可以从活组织检查装置拆下,并送给病理学家,以进一步分析。
样本容纳装置的尖端可以是圆锥形的,并可以构造成起到穿透点、组织容纳口、样本容器和切割板的作用。
在本发明中,活组织检查针的外径可以在从0.5毫米到5.0毫米的范围内,如在从1.2毫米到3。0毫米的范围中。活组织检查针通常用不锈钢制成,但是也可以使用与MRI兼容的其它材料,如钛。
为了准确控制样本容纳装置在空心针中的移动,样本容纳装置和空心针可以将形状加工使得,防止所述平面中样本容纳装置和空心针之间的相对转动运动。例如,外切割套管或空心针可以包括第一定向装置,该第一定向装置适合于和样本容纳装置的匹配第二定向装置共同作用,从而在基本垂直于样本容纳装置的运动轴线的平面中在外切割套管内部对样本容纳装置进行导向和定向。该定向装置可以确保样本容纳装置的样本喷射孔在基本垂直于其运动轴线的平面中可靠定位,从而支承抽取的组织样本的自动喷射。例如,椭圆切割套管和样本容纳装置可以具有椭圆轮廓,或者可以在切割套管(外针)的内壁上设置向内突起,该突起接合样本容纳装置中的相对应凹槽。
本发明的活组织检查装置可以包括适合于包括冲洗液体的液体供给单元,该液体供给单元可以通过空心液体输送构件可操作地连接到样本容纳装置的空腔上,从而允许通过液体冲洗喷射组织样本。
在活组织程序和随后所获取的组织样本的重新获取以保持待检组织的结构完整并允许进行精确诊断期间,如上所述的该液体供给单元允许对该至少一个获取的组织样本的谨慎处理。而且,单独抽取的组织核心或样本可以有利地分开,以能够具有更好的诊断能力。在如前列腺样本之类的多数种类的组织样本方面,这是有利的。另外,液体冲洗,以将该至少一个组织样本从样本容纳装置的空腔喷出允许自动的快速活组织程序,使得病人具有最小损伤和由医生对所获取组织样本进行的最小手动处理。
冲洗液体最好是防腐剂,其中在从样本容纳装置的空腔喷射之后将存储所获取的组织样本。冲洗液体可以例如包括盐水或福尔马林。将认识到的是,由于可以在冲洗液体的作用下单独导致喷射,所以为了将所获取的组织样本从样本容纳装置的空腔中去除,需要例如通过镊子对活体组织样本的非粗糙处理。空腔可以具有基本圆形横截面。本发明的活组织检查装置的尤其有利的实施例可以完全手持,并包括整体真空供给和液体供给机构以及动力源,从而消除对单独(或外部)真空、流体和动力源的任何需要。或者,该真空供给和/或动力源可以设置在活组织检查装置外部,并通过合适的电源导体和真空软管连接到其上。
在一个实施例中,本发明的活组织检查装置包括用于组织样本抽取和输送的封闭系统,以避免体液的泄漏,操作人员暴露到生物危害下和所抽取组织样本的污染。该实施例确保所抽取组织样本的手动处理最小化,并且因此确保可能的处理损伤最小化。
空心针最好限定纵向延伸的环形本体部分,它限定空心针中的共同延伸的纵向空腔,并且样本容纳装置中的空腔可以具有用于容纳该至少一个组织样本的横向开口。
在本发明的一个实施例中,该切割机构包括空心针的远端处的圆周切割边缘,如下面更加详细描述的那样。为了允许圆周切割边缘切断有效地组织,样本容纳装置和空心针最好可相对于彼此移动,从而样本容纳装置可以处于它从针的远尖端突出的突出位置,和它容纳在空心针中的缩回位置,并且该装置的远端由所述圆周切割边缘和可能的样本容纳装置的圆锥形尖端限定。
为了将活体组织抽吸或吸入到样本容纳装置的空腔中,本发明的活组织检查装置最好包括用于在样本容纳装置的空腔中产生抽吸效果的真空泵,该真空泵通过样本容纳装置中纵向延伸的通道和/或通过由空心针限定的纵向延伸通道与样本容纳装置的空腔流体连通。例如,可以在样本容纳装置的底部设置一个或多个真空口,如在限定样本容纳装置中空腔的底部的壁区域中,空腔通过该真空口与空心针的内部流体连通,该空心针又与真空泵流体连通。或者,可以在形成样本容纳装置中空腔的侧面部分的侧壁中设置一个或多个真空口,空腔通过该真空口与空心针的内部或者与样本容纳装置中纵向延伸的通道流体连通,该空心针的内部或样本容纳装置中的通道与真空泵流体连通。优选地,该真空泵只在每次获取组织样本的较短时间段中,即在切断组织样本之前不久工作。真空泵的工作控制可以例如联接到切断机构的控制上和/或联接到输送装置的控制上,从而只有当样本容纳装置处于其第一延伸位置时,或者在样本容纳装置已经到达该第一延伸位置之后的预定时间段中,或在切割机构启动切断组织样本之前的预定时间段中,该真空泵才工作。或者,该真空泵的控制可以联接到切割机构的控制上,例如使得真空泵在空心针缩回,以暴露样本容纳装置的空腔时启动,比较对用于切断组织样本的击发机构的下面的描述,并且使得真空泵的操作在已经切断组织样本时停止。
由本发明的活组织检查装置所获取的该至少一个组织样本最好以自动方式获取,从病人的解剖组织抽取,从样本容纳装置喷出,并单独放置在合适的组织存储容器中的存储和/或防腐剂中。于是,操作人员(或病理学家)把精力集中在优化组织采样和使病人痛苦最小化上。
在本发明的活组织检查装置中,当样本容纳装置处于其第二缩回位置,液体供给单元可以可操作地连接到样本容纳装置的空腔上,并且当样本容纳装置处于其第一延伸位置时,液体供给单元最好与样本容纳装置的空腔断开连接。该第一延伸位置通常是组织随着切断机构切断组织样本而收集到样本容纳装置的空腔中的位置,即第一延伸位置,其中带有其空腔的样本容纳装置处于远端位置。该第二缩回位置是近端位置,其中所获取的组织样本可以从样本容纳装置的空腔喷出。优选地,用于将液体从液体供给单元泵送到样本容纳装置的空腔的泵整体形成在该活组织检查装置中。该泵可以有利地包括较廉价的蠕动泵。例如,该蠕动泵可以合并到装置的手柄部分中。在一个实施例中,该蠕动泵可释放地连接到该活组织检查装置的手柄部分上,从而由于蠕动泵接合空心液体输送构件的一部分(例如,塑料或弹性软管或管)而有利于液体供给单元的更换。在一个实施例中,设置夹紧机构,它将空心液体输送构件与蠕动泵紧紧地保持在一起,该夹紧机构最好可用手释放。作为备选方案,或者对蠕动泵的补充,液体供给单元可以包括注射器状的液体供给腔和可移动地设置在该液体供给腔中的柱塞。和泵相同,液体供给单元可以可释放地固定到手柄单元上,从而允许其方便地更换。
本发明的活组织检查装置可以包括手柄单元,该手柄单元容纳或合并有如电池组之类的动力源,和用于驱动输送装置的马达。该手柄单元最好不合并有在组织获取期间与活体组织、体液或病人的解剖组织物理接触的装置或元件,从而手柄单元可以重复使用,即可用于每个都包括从病人抽取多个组织样本的几个活组织检查程序。输送装置、空心针和样本容纳装置最好包括在一次性单元中,该一次性单元可释放地固定到手柄单元上,该输送装置、空心针和样本容纳装置都作为同样或不可避免在组织获取期间接触活体组织、体液或病人的解剖组织的部件。该一次性单元往往用于单个活组织检查程序,以及对从病人解剖组织中的获取位置获取的一个或多个组织样本的处理。如下面详细描述的那样,一旦该一次性单元的外空心针在获取位置就位,则利用活组织检查装置的优选实施例,在不更换一次性单元的情况下,可以获取多个组织样本。
冲洗腔可以最好设置在一次性单元中,该冲洗腔适合于样本容纳容器与活组织检查装置的连接。因此,该样本容纳装置最好与第二缩回位置中的冲洗腔对准,然而考虑到其它布置,其中所获取的组织样本利用冲洗液体从样本容纳装置中的空腔输送到冲洗腔,并从冲洗腔输送到样本收集容器。该样本收集容器可以限定至少一个空腔,并最好限定数个空腔,用于容纳所获取的组织样本,从而当样本容纳装置处于第二缩回位置时,一个或多个空腔可以与样本容纳装置的空腔连通。该样本收集容器最好可释放地安装到一次性单元上。用于容纳组织样本的该至少一个空腔可以例如包括用于容纳单个组织样本的数个空腔,该样本收集容器还包括用于改变空腔相对于样本容纳装置的相对位置的移动或转动机构,从而在不同时间获取的不同组织样本可以冲洗到单独的空腔中。例如,空腔可以环绕设置在可转动盘上,该盘的转动由活组织检查装置(或活组织检查系统)的控制系统控制,以在活体组织样本已经喷射到先前容器空腔中时,将随后的容器空腔与冲洗腔和/或样本容纳装置自动对准。
也称为“组织存储容器”的样本收集容器可以例如具有10-100毫升的容积,如20-30毫升。该液体供给单元或液体容器可以例如具有5-30毫升的容积,如5-15毫升,如大致10毫升。
该冲洗腔可以连接到流体供给单元的出口阀上,该流体供给单元可以如所述的那样加压。该冲洗腔的壁中的开口允许液体从加压的液体供给单元移动到冲洗腔。在冲洗腔的侧面上,与加压的液体供给开口相对,排出管可以设置成引到单独存储所获取组织样本的组织存储容器。该排出管可以由滑动阀或另一合适的关闭机构打开和关闭。
冲洗液体冲击和排出被保持在样本容纳装置的空腔中的组织样本,该组织样本通过样本容纳装置的空腔喷出。该冲洗液体随后承载组织样本通过排出管并进入组织存储容器。冲洗液体进出冲洗腔的流动可由可滑动阀的操作控制。在一个实施例中,该可滑动阀可操作地连接到阀弹簧上,该阀弹簧确保处于其缺省位置的阀关闭通向加压流体供给的开口以及通向组织存储容器的排出管。或者,用于在空心针中移动样本容纳装置的输送装置可以导致阀的打开和关闭,该输送装置包括例如可弯伸长元件。于是,该输送装置的一部分可以与阀或者与用于打开和关闭阀的装置相互作用。一般地,可以设置防止在施加真空将组织吸入样本容纳装置的空腔中时将冲洗液体抽入空心针的内腔装置。
当样本容纳装置朝第二缩回位置移动时,该样本容纳装置或输送装置接触可滑动阀。该样本容纳装置的继续缩回导致将可滑动阀被推向冲洗腔的后侧,从而通向液体供给单元的开口和通向组织存储容器的排出管都打开。该操作允许流体进入冲洗腔,并且样本移过排出管进入存储容器。在该过程期间,阀弹簧通过机械压缩积蓄势能,或者积蓄电能。在组织样本已经冲出样本容纳装置之后,一旦再次朝第一延伸位置前进,从而例如通过电能或存储在弹簧中的势能的释放来关闭阀。
该组织存储容器可以基本为圆形,并包括数个单独的可识别的腔,其中每个腔都适合于容纳组织样本。该存储容器可以包括可操作连接到驱动器单元中合适的驱动机构上的可移动部分,例如手柄单元,从而允许腔随着活组织程序进行和获取多个组织样本而自动变化。于是,单个组织样本最好捕获在每个腔中,并且腔的随后变化确保了每个组织样本及其相关存储液封闭在组织存储容器中。
单个组织样本可以随后通过它们在样本容纳装置中的相应的放置进行识别,并且可以进而对单个腔进行命名、编码或通过其他方式使其可辨认/识别。可以包括计数器,以帮助操作人员记住所获取活组织的数量。为了进一步使活组织自动化,组织存储容器的所有腔中的几个可以部分预填充防腐剂,如浓缩福尔马林或另外合适的防腐剂。以这种方法,喷射到冲洗腔中的冲洗液起到至少两个目的:(1)将组织样本从样本容纳装置承载到存储容器中,和(2)将存储容器中的防腐剂的浓度调节到适合于组织样本的存储的水平。
为了有利于样本容纳装置的组织穿透,该样本容纳装置可以包括或形成为带有尖锐远尖端的套管。该套管在空心针中与空心针同轴延伸。
前述真空冲洗机构的一个备选实施例将成对的注射器柱塞系统用作注射器柱塞系统和真空工作风扇的备选装置。本真空冲洗机构包括成对的注射器腔,每个注射器腔都带有可滑动地设置在每个腔的内腔中的柱塞。
第一腔起到真空供给单元的作用,并包括两个开口,每个开口都安装有单向阀。当封闭在该腔中的柱塞缩回时,一个阀允许空气进入腔的内腔。该阀与切割套管的近端流体连通。当该柱塞缩回时,空气流出空心针的内腔,并产生真空。该真空连通空心针的内腔并进入样本容纳装置的内腔或组织腔,在该处,它接合并将组织通过样本容纳装置的横向开口吸出,并使之进入容器的内腔。当柱塞向前移动时,另一阀允许空气逃逸。
该真空供给柱塞可以由齿轮齿条系统或容纳在手柄单元中的其他联接机构驱动。
其它单元包括加压的液体供给单元。它包括注射器状的腔和可移动地设置在所述腔内的柱塞,并具有两个开口,每个开口都安装有单向阀。当封闭在该腔中的柱塞缩回时,一个阀允许如盐水、水等之类的冲洗液进入该腔所限定的空腔。该阀通过密封连接连接到液体供给源上。该液体供给源可以包括具有较软壁的塑料容器,从而响应于柱塞的缩回,冲洗液从液体供给单元抽出并进入腔的内腔。塑料容器的壁随着容器排空而向内塌陷,确保了没有空气进入系统。通过柱塞的随后向前移动,冲洗液从腔的内腔通过出口阀喷射到冲洗腔中。
加压的液体供给柱塞可操作连接到驱动器单元上,并且安装在例如柱塞的轴上的合适的动力传动部件或联接装置可以向柱塞提供向后移动。该柱塞的向前移动最好由弹簧驱动,该弹簧可操作地连接到柱塞的轴上。当柱塞的轴向后移动时,势能存储在弹簧中。在给定点处,该轴释放,并且释放存储在弹簧中的势能,以将柱塞向前移动,并从腔中喷出冲洗液。在活组织循环的末端处,该柱塞轴再次由动力传递机构接合,并且可以开始新的循环。
本发明的活组织检查装置还可以包括:
第一个用户可操作的击发机构,用于使得空心针和样本容纳装置在远端方向上纵向移动,从而在待检组织块处或其附近穿透活体组织;
第二个用户可操作的击发机构,用于使得空心针在远端方向上从第一位置纵向移动到第二位置,在第一位置中,该样本容纳装置从空心针的远端突出,在第二位置中,空心针基本容纳样本容纳装置的空腔,从而在获取位置处从其余活体组织上切断所述组织样本。
应当理解的是,该第一用户可操作的击发机构是可选的,即该活组织检查装置可以只包括第二击发机构。该第一击发机构可以有利地合并到单独模块中,该单独模块在其组装期间可能安装或不安装到该装置上。
该第一击发机构用于穿透待检组织块,例如肿瘤,由于例如硬度或由于待检组织块的松散支承连接,这种穿透可能难以环绕活体的组织。松散支承连接可能导致待检组织块在来自活组织检查针的尖端的压力下移动,和滑过待检组织块,不将其穿透。已经发现,通过基本同时最好以较高速度击发内针和外针,可能接触并穿透甚至松散支承的组织块。下面,外针和样本容纳装置的基本同时击发将称为“双射”。
该活组织检查装置可以包括第一和第二用户可操作击发机构的控制系统,该控制系统构造使得,一次只可以启动其中一个击发机构。该控制系统可以以电控装置为基础,该电控装置将控制信号提供给击发机构的一个或多个马达和其他元件。为了加速组织获取,该控制系统可以构造成在第一击发机构的击发之后自动启动第二击发机构,即使得组织样本在待检组织块的穿透之后自动切断。
第一和第二击发机构可以包括相应的能量存储和释放机构。将存储的能量可以例如由电驱动的马达提供。该能量释放机构可以受到控制,以基本同时释放所存储的能量,以基本同时击发外空心针和样本容纳装置(双射,第一击发机构)或者单独击发外空心针(“单射”,第二击发机构)。该能量存储装置可以例如包括如压缩弹簧之类的弹簧。于是,第一击发机构可以包括第一压缩弹簧,第二击发机构可以包括第二压缩弹簧,并且该装置还可以包括用于加载第一和第二弹簧以及在其加载之后释放弹簧的至少一个加载机构。该加载机构可以包括用于将一个或多个驱动器的移动传递给弹簧的一个或多个元件。该驱动器可以例如包括至少一个线形驱动器和/或至少一个马达,其转动运动可以转换成一个或两个压缩弹簧的线性移动。这种移动的转换可以例如经齿轮/齿条驱动或者经从带有可线性移动构件的转动轮的表面突出的构件的抵靠提供。对于大多数应用,第一和第二弹簧中的每一个所提供的力可以是20-150牛,如40-80牛,如大致50牛。
该第一击发机构可以连接到针驱动构件上,该针驱动构件固定到空心针上,以将第一弹簧或其他能量存储装置的击发力传递给空心针。第一和第二击发机构、空心针、样本容纳装置和针驱动构件最好都包括在一次性单元中,该一次性单元可释放地连接到手柄单元上。第一弹簧最好可连接到用于在空心针中移动样本容纳装置的输送装置上,并且该第一弹簧还可以连接到针驱动元件上。从而,在第一击发机构的释放之后,空心针和样本容纳装置可以纵向移动。
第一动力驱动元件、例如马达,可以设置用于驱动输送装置,以在空心针中将样本容纳单元向后和向前移动。为了使对第一击发机构所提供的击发力的阻力最小化,加载机构可以构造成,在第一弹簧的加载之后,将输送装置与马达脱离联接,该输送装置最好在第一击发机构击发时可与样本容纳装置一起在空心针中移动。在一个实施例中,马达的移动经齿轮驱动传递给输送装置,该输送装置包括例如可弯伸长元件。在第一击发机构的击发期间,接合输送装置的齿轮驱动的齿轮可以保持与输送装置接合,以保持其稳定。于是,输送装置与马达的脱离接合可以在一位置处进行,该位置比齿轮驱动和输送装置之间的接合的实际位置更加靠近传动链中的马达。前述稳定在输送装置包括可弯伸长元件的实施例中尤其有用。
第一和第二击发机构可以包括共同的触发元件和用于移动该触发元件的第二动力驱动元件。该触发元件可以例如包括可线性移动构件或可转动构件,如齿轮。该活组织检查装置的控制系统可以构造使得,在触发元件的第一移动阶段可以加载和击发第一击发机构,并且在触发元件的第二移动阶段,可以加载和击发第二击发机构。例如,如果触发元件包括具有特定行程的可线性移动构件,则第一移动阶段可以对应于该行程的一部分,并且第二移动阶段可以对应于该行程的第二部分。或者,如果该触发元件包括可转动元件,则第一移动阶段可对应于例如90°的初始角度的转动,并且第二移动阶段可对应于例如另一90°的随后角度的转动。
如电动机或气动马达之类的一个单独马达可以方便地推动或驱动输送装置与第一和第二击发机构。于是,将认识到的是,马达的第一和第二移动阶段可以分别用于加载第一和第二击发机构,而另一移动阶段,例如触发元件的另一170°转动可以用于样本容纳装置在第一延伸位置和第二缩回位置之间的移动。
于是,将认识到的是,该触发元件可以相对于击发机构和输送装置设置,从而其在第一方向上的移动导致第一和第二击发机构中的至少一个击发,并且使得触发元件在第一方向上的进一步移动导致输送装置的移动,以将样本容纳装置从第一延伸位置移动到第二缩回位置,用于所获取的组织样本的喷射。这可能例如发生在触发元件的几乎360°的转动期间,比较积累到350°的上述角度范围的例子。触发元件在第二方向上的移动或转动,例如相对线性移动的相对转动,可以导致输送装置的移动,以将样本容纳装置从第二缩回位置移动到第一延伸位置,用于获取其他组织样本和/或用于击发其他双射。该触发元件在第二方向上的移动可以导致第一和/或第二击发机构的重新设置,以重新设置机构,用于双射和/或单射的随后循环。
活组织检查装置的控制系统可以包括电启动螺线管,用于使该第一击发机构的传递构件移动到触发元件的移动路径中。例如,该触发元件可以包括具有从其表面突出的向外突出元件的可转动轮。当螺线管尚未导致第一击发机构的传递构件移动到触发元件的移动路径中时,该突出元件移过第一击发机构,在触发元件的移动期间不将其启动。于是,将只有第二击发机构启动。然而,如果螺线管启动,则向外突出的元件接合第一击发机构的传递构件,并且在可能加载和击发第二击发机构之前,触发元件的移动将加载和击发第一击发机构。应当理解的是,该螺线管或者可以设置成移动触发元件,从而其移动路径与第一击发机构的传递构件重合。
万一活组织检查装置具体实现为手持单元,则第一和第二击发机构可能有利地形成该手持单元的一部分。
在一个实施例中,活组织检查装置的控制系统构造成,在预定循环中操作击发机构和输送装置。这种循环可能例如包括如下步骤:
如果该装置的操作人员已经通过例如经由手持单元中的接口对控制系统提供相对应的输入而开始双射,则可选择地进行双射;
启动可选地包括在所述装置中的真空泵,以将组织抽吸或切断到样本容纳装置的空腔中;
进行单射,以切断组织样本,并且在切断之前或之后中断真空吸入;
将样本容纳装置移动到第二缩回位置;
例如通过如下所述的液体冲洗从样本容纳装置喷射组织样本;
将样本容纳装置返回到第一延伸位置;
该控制系统可以例如进行编程或者预编程,以实现其他循环,例如多次重复如下步骤:
进行单射;
将样本容纳装置移动到第二缩回位置;
从样本容纳装置喷射组织样本;及
将样本容纳装置返回到第一延伸位置,从而在用户不干预的情况下在单独的切断(即单射)操作之间获取数个组织样本。
活组织检查装置可以还包括用于控制输送装置的移动和将样本容纳装置停止在第二缩回位置的控制系统。第二缩回位置通常是样本容纳装置的位置,其中至少一个切断的组织样本可以从样本容纳装置的空腔喷出。为了使得将样本容纳装置停留在正确位置的任务与操作装置的医生无关,前述控制系统可以构造成将样本容纳装置自动停止在第二缩回位置处。在一个实施例中,该控制系统包括用于探测样本容纳装置和/或其中的空腔的位置的传感器。例如,当样本容纳装置在其第二缩回位置处或其附近时,光电池或机电开关可以设置用于给控制系统提供信号。或者,或另外,该控制系统可以设置成自动探测第一延伸位置和第二缩回位置之间的距离。
于是,将认识到的是,该控制系统可能允许活组织检查装置用不同长度的不同针自动操作,为了使控制系统适应特定的针长度,装置的使用者对构造没有要求。万一空心针和样本容纳装置包括在一次性单元中,该一次性单元可释放地连接到装置的手柄单元上,则很容易进行具有另一不同长度的空心针的更换。由于控制系统在不需要特定用户输入使控制系统适应特定针长度的情况下的将样本容纳装置停止在第二缩回位置处的能力,这种更换更加有利,并且活组织检查装置关于样本容纳装置在第二缩回位置中的正确定位更加可靠。
该控制系统可以例如构造成自动探测在一次性单元连接到手柄单元上之后样本容纳装置的第一延伸位置和第二缩回位置之间的距离。因此,该控制系统可以构造成探测一次性单元在手柄单元中的放置或更换,例如利用整合到手柄单元中的传感器,并响应于这种探测,开始两个位置之间的距离的前述探测。
为了实现该探测,一次性单元可以包括电子存储器,并且手柄单元可以包括电子接口,用于取得存储在电子存储器中的信息,该电子接口构造成将信息通讯给控制系统。应当理解的是,活组织检查装置的一次性单元和其他元件,例如手柄单元之间的通讯能力构成本发明的独立方面,这可能得益于这里公开的其他特征的存在,但不是必须需要其存在。例如,容纳控制系统的单元可以是手持单元或非手持单元。电子存储器可以例如包括四个端子序列EEPROM、EPROM或含有端子地线、Vdd、CLK的ROM和双向数据线中的三个,如序列EEPROM ATMEL AT24C01。存储在电子存储器中的信息可以例如表示样本容纳装置的第一延伸位置和第二缩回位置之间的距离,外空心针的长度和/或可弯伸长元件的长度。
作为对电子存储器的备用或补充,控制系统可能包括用于探测什么时候样本容纳装置到达其移动范围的近端极限的传感器,该移动范围最好预先限定。该近端极限可以例如是第二缩回位置,或者离第二缩回位置预定距离的位置,该预定距离独立于针的长度,即当更换一次性单元时不会改变。样本容纳装置的远端极限可以例如是第一延伸位置。用于探测样本容纳装置到达近端极限的传感器可以例如探测物理特征的变化,例如电流或电压、磁场的改变,或声学、光学或机械参数的变化。该传感器可以包括霍尔传感器、分压计、电流测量装置或机械开关。
例如,该输送装置可以包括位置或移动信号发生器,用于向控制系统产生表示样本容纳装置的纵向位置或移动的位置或移动信号。在本实施例中,该控制系统构造成,在将空心针和样本容纳装置安装到手柄单元上之后:
启动输送装置,以将样本容纳装置缩回到其近端极限,并记录近端极限中的位置或移动信号;及
将记录的位置信号用作用于随后在组织获取之后将样本容纳装置阻止在第二缩回位置的位置参照点。优选地,驱动力从马达传递给输送装置,该马达由微控制器控制,该微控制器接收位置或移动信号作为输入,根据该输入产生马达的输出。
为了获得样本容纳装置的期望位置控制,该控制系统可以包括至少一个脉冲发生装置,如霍尔元件,用于根据样本容纳装置的移动或位置产生脉冲。样本容纳装置的近端极限可以由样本容纳装置的机械止挡器限定,当样本容纳装置接触该机械止挡器时使得脉冲产生中发生变化。
万一输送装置受到来自电动机的驱动力,则作为霍尔元件的备用品或补充的传感器可以包括用于测量通过马达的马达电流的电流或电压传感器。因此,马达电流超过预定阈值的危险可以用作样本容纳装置已经到达其近端极限,即机械止挡器的指示器。
前述位置信号发生器可以包括分压计,该分压计例如设置在用于将驱动力传递给输送装置的传动轴上。
在将一次性单元安装到手柄单元上之后,该控制系统可以进行初始运转或校准循环,以将样本容纳装置移动到其远端极限和/或近端极限,以确定针的长度、样本容纳装置的第一延伸位置和第二缩回位置之间的距离或任何其他值,这可使得控制系统能够将样本容纳装置停止在第二缩回位置。该初始运转最好使样本容纳装置返回缺省位置,例如第一延伸位置。
手柄单元、空心针、样本容纳装置、输送装置和控制系统,及本活组织检查装置的所有其他可选部件都可以包括在手持单元中。
在第二独立方面,本发明提供用于活组织检查装置的一次性单元,用于从生物活体获取至少一个组织样本,该一次性单元包括:
带有适合于导入到活体中的远端部分的空心针;
用于切断该至少一个组织样本的切割机构;
带有用于容纳该至少一个切断的组织样本的空腔的样本容纳装置,该样本容纳装置可容纳在空心针中,并可在其中移动;
用于在空心针中移动样本容纳装置的输送装置,该输送装置包括可弯伸长元件;
用于将一次性单元连接到位于一次性单元外部的一外部单元上的接口,该外部单元包括带有电源的驱动单元,该接口适合于将驱动单元的驱动力传递给输送装置;以及
用于卷起可弯伸长元件的卷绕装置。
该外部单元可以例如包括如上所述的手柄单元。
在第三独立方面,本发明提供用于从生物活体获取至少一个组织样本的活组织检查装置,该装置包括:
带有适合于引入到活体中的远端部分和第一定向装置的空心针;
用于切断组织样本的切割机构;
带有用于容纳切断的组织样本的空腔和第二定向装置的样本容纳装置,该样本容纳装置可容纳在空心针中,并在其中在第一延伸位置和第二缩回位置之间移动;
用于在空心针中移动样本容纳装置的输送装置;
其中第一和第二定向装置共同作用,将样本容纳装置定向在垂直于样本容纳装置的运动轴线的平面中。
在上面结合本发明的第一方面更加详细地描述了这种定向装置。
具体实施方式
附图1示出了具有本发明特征的活组织检查装置的简化示意性说明。该装置包括活组织检查针108,该活组织检查针包括空心针50,其中设置有可纵向移动的组织样本容纳装置52。该样本容纳装置包括锥形远尖端54和用于容纳组织样本的空腔或独木舟状件56。该样本容纳装置包括真空口58,该真空口与独木舟状件56流体连通,以允许一旦独木舟状件放置在生物体内的待检位置处则将组织吸入到独木舟状件中。由真空泵(未示出)提供真空。空心针50的远端部分提供圆周切割边缘60,用于切断吸入到独木舟状件56中的组织样本。该装置包括弹簧加载的击发机构,该击发机构在附图1中用螺旋弹簧62示意性地说明,该击发机构设置成在向前(远)方向上移动空心针50,以切断吸入到独木舟状件56中的组织样本。在该装置的近端处,提供样本冲洗腔109,独木舟状件56中的切断组织样本可以从该冲洗腔喷入样本容器64中。更为特殊的是,带有独木舟状件56的样本容纳装置52从第一延伸位置缩回到第二缩回位置,在该第一延伸位置,如图1所示,独木舟状件56从空心针50的远端突出,在第二缩回位置,独木舟状件56在样本冲洗腔109中与上下开口对准。如盐水之类的冲洗液体应用于将组织样本从独木舟状件56喷射到样本容器64中,该冲洗液体在蠕动泵118的帮助下从液体容器114经空心液体输送构件或管116输送。
为了在附图1中所示的第一缩回位置和第二缩回位置之间移动带有独木舟状件56的样本容纳装置52,提供包括可弯伸长元件66的输送装置,该可弯伸长元件处于可弯杆或线的形式。该可弯杆或线的下表面带有齿,从而它可以与设置成纵向移动该杆或线66的可转动齿轮或小齿轮68接合,从而在空心针50中向后和向前移动样本容纳装置52。设置电机70用于将驱动力施加到齿轮或小齿轮68上,并且设置导向轮72用于稳定可弯柔性杆或线66。为了在独木舟状件56缩回用于组织样本喷射时控制杆或线66,提供用于该杆或线66的卷绕装置74。
附图1中示意性说明的活组织检查装置操作如下:开始,设置样本容纳装置52和空心针50,使得样本容纳腔或独木舟状件56由空心针50覆盖,即使得样本容纳装置52的锥形远尖端54的外表面形成空心针50的外表面的锥形远端延长部。在该构造中,针108使得穿透病人的形体组织,例如通过由外科医生手动插入到病人体内。一旦针已经穿透待检组织块,例如肿瘤,则空心针50缩回到附图1中所示的位置,从而挤压弹簧62,于是将空心针的击发机构加载。然后,通过真空口58抽取真空,以将组织吸入到独木舟状件56中。空心针50的击发机构随后释放,并且空心针50向前,即在远端方向上被击发到覆盖独木舟状件56的其初始位置。该向前击发导致空心针的圆周切割边缘60切断独木舟状件56中的组织样本。然后,该样本容纳装置52缩回到其第二缩回位置,其中独木舟状件56与样本冲洗腔对准。通过齿轮68在顺时针方向上的转动导致该样本容纳装置的移动,该齿轮68接合柔性杆或线66,该柔性杆或线又连接到样本容纳装置52上。在独木舟状件56的缩回位置中,冲洗液体的流动强制通过样本冲洗腔,以将组织样本从独木舟状件喷射到样本容器64中。一旦已经完成喷射,则中断冲洗液体的流动,并且齿轮68逆时针转动,以使得柔性杆或线66在远端方向上移动,从而将样本容纳装置52向后推动到其第一延伸位置。然后,可以重复一次或多次包括组织样本获取和喷射的上述循环,以在不将空心外针50从活体的待检位置缩回的情况下获得几个组织样本。
应当理解的是,设置在附图1中所示活组织检查装置的近端处的元件,即包括弹簧62的击发机构、齿轮或小齿轮68、马达70、导向轮72、卷绕装置74、可选地该样本容器64、样本冲洗腔109、液体容器114、管116、泵118和真空泵(未示出)可以方便地整合到如下面所附的本发明的实施例的描述中所阐述的手柄单元中。
附图2是本发明所述活组织检查装置的实施例的分解视图。该装置包括左盖部分100和右盖部分102,以及设置在盖部分之间的齿轮架单元104以及包括活组织检查针108和样本冲洗腔109的一次性单元106。还提供第一击发机构110,用于以如下面详细解释的第一模式击发活组织检查针。该第一击发机构110形成整合单元,该整合单元在本活组织检查装置中是可选的。齿轮架单元104包括用于以如下面详细解释的第二模式击发活组织检查针的第二击发机构112。该右盖部分102形成容纳用于将液体输送到一次性单元106的冲洗系统,以将活体组织样本从样本冲洗腔109中喷出。该冲洗系统包括液体容器114,空心液体输送构件或管116连接到该液体容器上,该管限定弯管部分117。为了将液体从容器114通过管116输送到样本冲洗腔109,提供蠕动泵118,用于接合管116的弯管部分117。当安装在右盖部分102上时,弯管部分117利用一对夹爪120、122紧紧地保持在蠕动泵118上。当组装时,左右盖部分100、102、齿轮架104和冲洗系统114-122形成手柄单元105,一次性单元106可释放地固定到该手柄单元上。设置包括内轴衬126的锁定把手124,以将一次性单元106可释放地固定到手柄单元105上。
在附图3-6中进一步公开了该液体冲洗系统。在右盖部分102的外表面上,设置缺口128、130(参见附图2)和132,分别用于容纳液体容器114、蠕动泵118和管116。一对突起134设置在缺128的上下边缘部分处,以将容器固定在该缺口128中。液体容器114和管116是一次性元件,活组织检查装置的操作人员可以以规律的原则将其更换。这些元件的更换不需要拆卸泵118,该泵在容器114和管116的更换期间正常保持连接到右盖部分102上。在附图3中,夹爪120、122打开,并且容器114和管116很容易放置到形成在右盖部分102中的相对应缺口128、130和132中。附图4说明了容纳在右盖部分中的容器1114和管116,其中弯管部分117充分放置在泵118的圆周周围。在附图4中,夹爪120和122打开,而在附图5中,该夹爪部分地回转到它们的关闭位置,并且在附图6中,夹爪120、122完全回转到它们的关闭位置,其中它们保持弯管部分117与泵118紧密接触。当容器114和管116这样安装在右盖102中时,管116的自由末端连接到一次性单元106中的导管上(比较附图2),用于提供从容器114到一次性单元的样本冲洗腔109的流体通道。
现在将参照附图7的分解视图进一步描述在附图2中大体说明的第一击发机构110。该击发机构110设置成基本同时击发活组织检查装置的样本容纳装置52和外针50。返回参照附图1,于是可以基本同时击发样本容纳装置52和外空心针50。这种同时击发对于穿透待检组织块是有用的,例如肿瘤,由于例如硬度或由于待检组织块松散地支承连接到活体的环绕组织上,这种穿透可能是困难的。松散支承连接可能导致待检组织块因来自活组织检查针的尖端的压力而移动,以及滑过该待检组织块,而没有将其穿透。已经发现,通过以较高速度基本同时击发内外针,可能接触并穿透甚至松散支承的组织块。下面,包括外针和样本容纳装置的基本同时击发的特征将称为“双射”。
下面将参照附图8-26描述附图7的双射击发机构110的操作方法。该机构包括主轴136,该主轴沿纵向穿过并平行于挤压弹簧138的纵轴延伸,并且穿过滑动件140。双射框架142将弹簧138和滑行件140支承在相对壁区域144、146之间。这在附图2中也是可见的,从附图2中也可以清楚看到,滑行件140的自由末端141通过开口107延伸到一次性单元106中,该自由末端141接合轭182(比较附图13),该轭又接合固定到空心针50的外表面上的针驱动器111。在弹簧138下面,螺线管148延伸穿过框架,在框架相对侧上,螺线管延伸穿过螺母150、压缩弹簧152并进入螺线管保持器154中。该螺线管保持器经延伸穿过杠杆156并进入螺线管保持器154的螺线管连接器轴158接合双射杠杆156。杠杆156的上枢转销160相对于框架142受到可枢转地支承,并延伸通过框架突起162,从而螺线管148可能使杠杆156绕着枢转销160枢转。该双射机构110还包括滑轨164、滑动爪166、弹簧爪168和传递构件(impart)170。两个通道设置在该传递构件170中,第一通道172用于螺线管连接器轴158,第二通道174用于主轴136。传递构件复位弹簧173设置在传递构件170和滑行件140的远端面对表面143之间。
附图8包括有助于双射,即基本同时击发外空心针50和样本容纳装置52的活组织检查装置的结构。附图7中以分解视图说明的双射击发机构110组装和安装到齿轮架单元104上(比较附图2),该齿轮架单元104也支承一次性单元106。在附图8中,出于清楚的目的,只是部分示出了该齿轮架单元。马达驱动的带齿触发轮176设置用于使得压缩弹簧138压缩(比较附图7),如在下面参照附图11-17所解释的那样。
如附图9和10的端视图中所示,杠杆156具有两个位置,如附图9中所示的倾斜位置,和如附图10中所示的垂直位置。压缩弹簧152使得杠杆156通常朝附图9的倾斜位置被偏压,出于清楚的目的,在附图9和10中省略了该压缩弹簧152。在活组织检查装置的操作人员试图基本同时击发外空心针50和样本容纳装置,即进行双射的情况下,例如经盖100、102的外表面上的键盘向活组织检查装置的电子控制系统提供适当的输入(比较附图2)。该双射动作通过螺线管148的启动开始,使杠杆156绕着上枢转销160枢转,从而杠杆从附图9的倾斜位置枢转到附图10的垂直位置。
随后,如附图11中所示,触发轮176在箭头178的方向上转动。在该转动的过程期间,从触发轮176的表面突出的第一承载元件180接触传递构件170,从而该传递构件170沿着螺线管连接器轴158在远端方向上移动。传递构件170的行程由杠杆的侧壁限定。于是,当传递构件170已经到达附图12中所示的位置时,其不可能在远端方向上进一步移动。如将在下面详细描述的那样,该传递构件170的移动导致滑行件140(比较附图7)、针驱动器111(比较附图2和8)以及外空心针50和样本容纳装置52在远端方向上移动,同时压缩弹簧138受到压缩,受到压缩的压缩弹簧138在附图12中示出并在附图11中省略。用于基本同时击发内针和外针的击发机构现在被加载。
在附图13中以透视图说明了加载的击发机构。压缩弹簧138加载,并且轭182已经移动到近端,即附图13中所示的缩回位置。该轭182经由接合形成在滑行件140的自由末端141中的缺口的加压销(forcingpin)202(比较附图18)连接到滑行件140上,并且轭182接合针驱动器111,从而触发轮176在箭头178方向上的转动(比较附图11)导致轭182以及针驱动器111和外针50靠近移动。于是,该外空心针可以从附图8中所示的其第一延伸位置移动到附图13的其第二缩回位置。如在附图13中进一步说明的那样,轭182限定其中容纳滑块186的凹口184,该滑块具有向外突出的中心件188。在轭182的缩回期间,即双射击发机构的装载期间,向下压迫该中心件188,以接合可弯伸长元件66,该可弯伸长元件固定到样本容纳装置52上。随着中心件188在架座的靠近移动期间与接合构件(未示出)接合,该接合构件可以例如形成外壳(未示出)的一部分,导致中心件188的所需向下移动。因此,当轭182在靠近方向上移动时,中心件188同样靠近移动,并且可弯元件66和样本容纳装置52与滑块186的中心件188共同移动。
在所示实施例中,可弯元件66包括带齿柔性线或柔性齿条,它由与带齿柔性线66的齿接合的前进齿轮190(比较附图19)驱动。于是齿轮190的转动可能导致可弯伸长元件66和样本容纳装置52根据齿轮190的转动方向而远离或靠近移动。支承辊192设置用于稳定柔性线66,即当该柔性线在远端方向上移动,以在远端方向上推动样本容纳装置52时防止其向上挠曲。
在一个实施例中,可弯伸长元件66用尼龙6-6制成。该可弯伸长元件可以具有基本圆形的横截面,带有平的上下表面,从而该元件使得线形成有平的上下表面和弧形左右表面。例如,该元件的直径可以是大致1.2毫米,在平的上下表面之间的截面尺寸大致为0.85毫米。在一个实施例中,外针50具有大致2.1毫米的外径和大致1.8毫米的内径,样本收集装置52的外径在本实施例中大致为1.8毫米,样本容纳装置的内径为1.5毫米。
当传递构件170已经移动到附图12和13中所示的其近极限端时,限定凸轮196的弹簧偏压释放件(release hatch)194接合在滑行件140的下表面上的远端面向边缘,如附图14中所示。由于该释放件194隐藏在杠杆156和触发轮176后面,所以它在附图11-13中不可见。该释放件194可转动地受到弹簧偏压,从而凸轮196沿着滑行件140的下表面滑动,直到传递构件170以及滑行件140已经到达近极限端为止。
在此阶段,触发轮176的转动中断,并且螺线管148停用,从而压缩弹簧152(比较附图7)使杠杆156返回附图9中所示的倾斜位置。因此,第一承载元件180(比较附图11和12)松散地接触传递构件170,并且传递构件复位弹簧173迫使传递构件170向后回到其初始位置,即其远极限端,如附图15中所示。然而,由于释放件194接合滑行件140,如附图14中所示,所以弹簧138保持加载,因此防止滑行件140、轭182、针驱动器111、外针50、滑块186、带齿柔性线66和样本容纳装置52在远端方向上移动。现在,该击发机构准备击发,即释放弹簧138,以基本同时击发外针50和样本容纳装置52。
附图16和17的侧正视图从一侧面示出了该装置,该侧面与附图11-15中观察的侧面相对。于是,该装置的远端在附图16和17中为左侧。现在假设触发轮176在箭头178的方向上转动(比较附图11),于是该触发轮在附图16和17中逆时针转动。现在,连接到触发轮187上的第二承载元件200接触释放件194的近端部分,于是使得该释放件在附图16和17中顺时针转动(附图13中逆时针)。作为该转动的结果,释放件194的凸轮196向下移动,从而其在滑行件140上的抵靠得到释放。从而,压缩弹簧138得到释放,如附图17中所示,并且击发双射。
在本发明的一个实施例中,用于双射的压缩弹簧138在双射机构的加载期间压缩20-25毫米,如上所述,对应于针50和样本容纳装置的20-25毫米的移动。因此,在本实施例中,针50和样本容纳装置52已经在远端方向上分别在附图16和17中所示的两位置之间移动20-25毫米。
现在将参照附图19-26进一步描述合并有上述与双射击发机构连接的几个元件的一次性单元106。该一次性单元106包括带齿柔性线66的驱动齿轮204。十字形驱动轴206从驱动齿轮204的侧表面突出,该十字形驱动轴206接合齿轮架104中相对应形状的构件(比较附图2)。该齿轮架104包括用于对十字形驱动轴206提供驱动力的马达。该驱动齿轮204设置成驱动第一中间齿轮208,该第一中间齿轮又设置成驱动第二中间齿轮209,该第二中间齿轮驱动前进齿轮190,该前进齿轮与第二中间齿轮209同轴设置在与第二中间齿轮的平面相邻的平面中,从而适当啮合部分设置在第二中间齿轮209和前进齿轮190的相对表面处。这些啮合部分提供可释放相互连接,从而在击发双射之前,第二中间齿轮209与前进齿轮190脱离啮合。形成轭182的一部分的臂191导致该脱离啮合,该臂从而与架座一起移动。当已经击发双射时,第二齿轮209和前进齿轮190恢复相互啮合。带齿柔性线66的近端区域67变宽,并包括用于由滑块186的中心件188的凸缘部分189接合的凹口69。附图18中所示的外壳元件210容纳螺旋卷绕凹槽,用于在样本容纳装置52缩回到其第二缩回位置时容纳带齿柔性线66,在该第二缩回位置,独木舟状件56与冲洗腔109对准(比较附图2)。
在附图20和21中,滑块186的中心件188受到提升,与带齿柔性线66的加宽近端部分67脱离接合。在元件的该相互位置中,可以通过利用适当的马达(未示出)对十字形驱动轴206提供驱动力,移动带齿柔性线66,该马达可以有利地整合到齿轮架104中。在附图22和23中,架座182已经部分缩回,如上面参照附图9-13所述,这使得中心件188接合带齿柔性线66的加宽近端部分67。在轭182的进一步缩回之后,第一架座臂183接合针驱动器111中的凹口113,并且第二架座臂187接合滑块186中的凹口185,也比较附图24和25的顶视图。
在中心件188与带齿柔性线的加宽部分67接合之后,但在针驱动器111和带齿柔性线66的缩回用于加载双射击发机构之前(比较附图8-17的上面的描述),第二中间齿轮209(比较附图19的上面的描述)与前进齿轮190脱离啮合,如附图24和25中所示,该第二中间齿轮209啮合附图24中的前进齿轮190,并在附图25中脱离啮合。因此,柔性带齿线66的驱动齿轮机构不对双射击发机构的加载和释放形成阻力。在备选实施例中,为了稳定线66,即防止其挠曲,前进齿轮190在加载和击发期间保持与线66接合。在这个实施例中,第一中间齿轮208(比较附图20-23)可以有利地与前进齿轮190脱离联接,以减小阻力。
附图25和26大体描述了用于在加载针50用于单射时锁定驱动齿轮204的锁定机构220,比较下面附图27-31的描述。如将理解的那样,在单射期间,只有外针50缩回并击发,而由于锁定机构220接合十字形驱动轴206,所以可弯伸长元件66和样本容纳装置52的位置锁定或固定。
现在将参照附图27-31进一步描述第二击发机构,该第二击发机构使得外针50与其远端圆周切割边缘60(比较附图1)在远端方向上击发以切割独木舟状件56中的活体组织。将理解的是,只有外针50受到击发,样本容纳装置52保持不受第二击发机构112的影响。外针50的该击发将在下面称为“单射”。上面参照双射描述的触发轮176也在单射中使用。在附图27中,触发轮176处于和附图11中所述相同的位置。如果螺线管148不启动,并且双射杠杆156处于附图9的位置,则由于传递构件170不处于承载元件180的平面中,所以触发轮176在箭头178方向上的转动(比较附图11和27)不导致第一承载元件180接触传递构件170(比较附图11)。结果,不加载第一击发机构,即用于双射的击发机构。因此,触发轮176自由转动到附图28的位置处。或者,如果螺线管148启动,并且双射杠杆156因此处于附图10的位置,则触发轮从附图27的位置到附图28的位置的转动使得双射击发机构加载,如参照附图10-17所描述的那样。一旦触发轮已经到达附图28的位置,并且双射击发机构已经可选地加载和击发,则从触发轮176与附图28中可见表面相对的侧表面突出的第三承载元件300接触连接到触发臂304上的竖直传递凸轮302上,该臂304在枢轴306处可枢转地连接到手柄单元105上(比较附图2)。在其上端处,触发臂304形成接合传输元件310的叉308,该传输元件的近端抵靠压缩弹簧62的远端,并且其远端经可枢转安装的元件312连接到针驱动器111上。
元件312可枢转地安装到固定在压缩弹簧62上的滑动支承构件314上,并向上弹性偏压到27和28中所示的倾斜位置。滑动支承构件314经与传输元件310成整体的连接器313连接到触发臂304上。当双射击发机构将如上面参照附图7-26所述的那样加载时,元件312保持在基本非倾斜位置处(未示出),以允许针驱动器111滑过元件312的上表面,轭182迫使元件312到其非倾斜位置处(比较例如附图13)。
在触发轮176的进一步转动之后,由于第三承载元件300传递给触发臂304的传递凸轮302,比较附图29,所以触发臂304绕着其枢轴306转动。结果,由于弹簧的近端受到适当支承,所以压缩弹簧62受到压缩。将认识到的是,在附图29的位置中,外针50已经缩回,从而样本容纳装置52的独木舟状件56(比较附图1)将远端暴露到外针50的远端部分。于是,附图29的位置对应于附图1的位置。在该位置处,经真空口58对独木舟状件56抽真空,以将活体组织吸入到独木舟状件56中。在附图30中,触发轮176已经进一步转动到第三承载元件300释放其与触发臂304的传递凸轮302接合并且因此使压缩弹簧62卸载的位置处,从而向前,即在远端方向上释放并发射(即击发)针驱动器111。从而,外针50的圆周切割边缘60将吸入到独木舟状件56中的组织(比较附图1)切断,从而现在切断的组织样本容纳在独木舟状件56中。
在附图31的分解视图中进一步说明了单射击发机构112。支承轴316延伸穿过压缩弹簧62并由轴衬318和锁紧垫圈320在其近端支承。该支承轴316的远端延伸穿过滑动支承构件314,其中受到一对轴衬322支承。枢转销315设置用于可枢转元件312。为了确保触发臂304在近端方向上受到偏压,偏压机构324经弹簧元件326安装到触发臂304上,其一个末端固定到设置在触发臂304上的接合凹槽328中。该弹簧元件326的另一相对末端固定到形成传递凸轮302的门元件330上(比较附图27-29)。压缩弹簧336设置用于将可枢转元件312朝向上倾斜位置偏压,在该倾斜位置,它与针驱动器111的近端表面接触(比较附图27-30)。
如上面参照附图27-31所述,触发轮176的转动导致单射击发机构的加载和击发,用于切断目前收集在样本容纳装置52的独木舟状件56中的活体组织样本(比较附图1)。触发轮176的进一步转动导致可弯伸长元件66在近端方向上的移动(比较附图1和19-23),以将独木舟状件56从其第一延伸位置移动到其第二缩回位置,在第一延伸位置中,该独木舟状件容纳在空心针50的远端部分中,在第二缩回位置中,与冲洗腔109对准(比较例如附图27-30),用于利用液体冲洗喷射活体组织样本。现在将参照示出驱动轮340的附图32-36进一步描述可弯伸长元件66的该移动,该驱动轮形成了带齿弧形部分342和连接部分344。该连接部分344的自由末端可枢转地安装到辊子346上,该辊子可在形成在承载器板350中的曲线轨道348中滑动。该驱动轮340在带齿弧形部分231的中心点352处受到可转动地支承。从附图36中将理解的是,驱动轮340经352处的可转动支承连接到触发轮176上,在可转动支承处,驱动轮340连接到形成切口356的凸轮垫圈354上,该切口用于和辊子346的直径减小部分347接合。该凸轮垫圈354接合固定到触发轮176上的圆形元件358。在触发轮176从附图11中所示的初始位置转动到附图30中所示的位置期间,切口356与辊子346脱离接合,并且因此驱动轮340不转动。在触发轮176的进一步转动之后,凸轮垫圈354的切口356接合辊子346,从而在曲线轨道348中向下迫使驱动轮340的连接部分344的自由末端。这又导致驱动轮340绕着其可转动支承352转动,从而驱动轮340从附图32的位置转动到附图34的位置。
在驱动轮340如上所述的转动期间,驱动轮340的带齿弧形部分342接合在附图32-34中未示出的齿轮传动装置。在附图36中部分可见的该齿轮传动装置包括由驱动轮的带齿弧形部分342接合的第一齿轮360。该第一齿轮360驱动第二齿轮362。第一齿轮360的轴364安装在第一套管366中,并且第二齿轮362的轴368延伸穿过十字形加强构件369,并接合连接器370,该连接器对包括在一次性单元106中的驱动齿轮204提供驱动力传输相互连接(比较附图2和8)。该一次性单元206也容纳可弯伸长元件66,用于在空心针50中移动样本容纳装置52(附图2)、冲洗腔109和用于卷绕可弯伸长元件66的卷绕装置74(附图35)。为了不覆盖卷绕装置74而在附图35中省略的驱动齿轮204驱动中间齿轮208和前进齿轮190,该前进齿轮又接合可弯伸长元件66的齿。当可弯伸长元件66在近端方向上移动,以缩回样本容纳装置,用于喷射所获组织样本时,该可弯伸长元件卷绕到卷绕装置74中,形成螺旋形,这允许可弯伸长元件66以可控方式卷绕和退绕。
齿轮架104(比较附图2)包括附图36中所示的其它元件。驱动马达372设置用于经过齿轮驱动374驱动触发轮176。另一马达376设置用于经心轴377与齿轮378和379驱动通过液体冲洗喷射样本的蠕动泵118(比较附图2-6)。导向轴衬380设置用于连接器370,以将一次性单元106容纳在手柄单元105中(比较2)。真空泵382设置用于产生真空抽吸,以将活体组织抽吸到样本容纳装置52的独木舟状件56中(比较附图1和2),该真空泵382经适当的管子(未示出)和真空口58与独木舟状件56流体连通。
在附图37和38中示意性地说明了上面分别参照附图9-17和27-35描述的关于双射和单射的触发轮176的循环。附图37示出了参照附图28-34描述的触发轮的移动循环。从附图28的位置,触发轮转动大约290°到达附图34的位置。在转动的第一阶段S-1期间,压缩弹簧62受到压缩,该第一阶段对应于触发轮176从附图28的位置到附图29的位置的转动。在S-2,第三承载元件300松散地接触竖直传递凸轮302,从而将弹簧62卸载。现在,触发轮176已经将凸轮垫圈354转动到切口356接合辊子346的位置处。在转动的随后阶段S-3期间,触发轮176进一步转动,以将驱动轮340从附图32的位置转动到附图34的位置,从而将样本容纳装置52向后拉动到其第二缩回位置,在该位置,独木舟状件56对准冲洗腔109,用于喷射收集在独木舟状件56中的切断的组织样本。现在,触发轮176的转动反向,如附图37中的黑箭头所示。在附图37中用S-4表示的反向转动阶段期间,触发轮176将驱动轮340从附图34的位置移回到附图32的位置,从而将样本容纳装置52移动到外针50的远端部分,即样本容纳装置的第一延伸位置。在S-5中,样本容纳装置52现在处于其远端极限位置处,并且凸轮垫圈354的切口356(比较附图36)与辊子346脱离接合。触发轮176的反向转动的最终阶段S-6为空转,其中触发轮176从大致等于附图40的位置移动到附图28的位置。紧接着在该S-6转动的终止之前,第三承载元件300接触并经过传递凸轮302,该传递凸轮在近端方向上受到弹簧元件326偏压(比较附图31)。如果将切断其他组织样本,则现在可以重复上述循环。
在附图38中,导致上述参照附图9-17的双射的触发轮176的转动阶段叠加到附图37中所示的S-1-S-6的转动阶段上。在第一转动阶段D-1期间,触发轮176从附图11的位置转动到附图12的位置,以挤压压缩弹簧138(比较例如附图12)。在进一步的转动D-2之后,压缩弹簧138卸载,以基本同时击发外针50和样本容纳装置52,即将触发轮从附图16的位置移动到附图17的位置。现在像如上参照附图37所述的那样进行该S-1-S-6转动阶段。在最后的反向转动阶段D-3期间,触发轮176从略微位于附图12中所示位置(附图12中逆时针转动的触发轮)的上游的位置转动到附图11的位置。由于螺线管148(比较附图9和10)未启动,从而双射杠杆156被偏压到附图9的其倾斜位置,传递构件170不处于第一承载元件180的平面中(比较附图11和12),从而承载元件180可以自由通过到附图11的位置,不接触传递构件170。
在本发明的一个实施例中,活组织检查装置的控制系统构造使得,单射程序自动排列在双射程序之后。在其他实施例中,在不引起单射程序的情况下,可以启动双射。
将认识到的是,该装置的操作可以由操作人员经设置在例如手柄单元105的外表面上的适当的触摸屏系统(比较附图2)控制,包括上述参照附图9-35所述的双射和单射程序的启动以及喷射冲洗的启动。
在上述参照附图1-38描述的实施例中,除了某些电子控制元件之外,如螺线管148(比较例如附图9和10)、马达372、真空泵382(附图36)和用于组织样本喷射的液体冲洗的蠕动泵118,针50和样本容纳装置52的移动的控制广泛以机械装置为基础。然而,应当理解的是,该控制系统可以合并其他电子元件。例如,双射和单射击发机构可以由电控的单独马达驱动,并且单射和双射的第一和第二机构的加载和击发分别可以合并用于导致各部分的适当接合和脱离接合的电子控制元件。
附图39和40说明了控制系统的两个备选实施例,该控制系统用于判断样本容纳装置52的第一延伸位置及其第二延伸位置之间的距离,以例如提供外空心针50的长度的自动探测。
该控制系统使用微控制器400恒定监视手柄单元105的马达单元372的转动。与此同时,该系统利用适当的位置传感器371(比较附图36)监视其中一个传动轴的位置,该传动轴是传递从马达单元到可弯伸长元件66的移动的齿轮系统的一部分。于是,可以实时知道可弯伸长元件的位置,并且该系统可以根据可弯伸长元件的长度,从而根据外针50的长度构造自己(比较例如附图2)。
附图39和40中的实施例包括三个传感器,它们直接连接到手柄单元105中的马达单元372上,并记录马达的转动,比较附图39。这些传感器可以是霍尔传感器类型或类似类型,并且它们的输出馈送到马达驱动器单元402和微处理器400。当马达单元372启动并开始转动时,运动从马达输送到可弯伸长元件66。只要可弯伸长元件在外空心针50的腔内自由移动,则恒定流量的脉冲从霍尔传感器馈送到马达驱动器402和微处理器400。当可弯伸长元件到达其移动范围的末端时,停止马达372的转动,并中断来自传感器的脉冲的恒定流量。微处理器400记录脉冲的该停止。
作为附加措施,微处理器400可能记录前述传动轴的位置。关于传动轴的位置的信息可以由安装在传动轴上的分压计提供。从该分压计的电刷可以反映传动轴的当前位置和对应于300度转动角的可弯伸长元件66的整个移动范围。由于记录了可弯伸长元件66到达其第二缩回位置时轴的位置,并可以利用来自分压计的输出再次发现,通过逐渐减小其速度并在到达与可弯伸长元件66的第二缩回位置相对应的位置之前不久将其停止,微处理器400可以减小马达上的磨损。
直接测量马达372的转动的备选或补充方案是测量通过马达的马达电流。该测量的结果可以输送到微控制器或微处理器,其中合适的微处理器程序或软件包括预先限定的电流阈值。马达电流的测量可以用整合有微控制器或相对应外部装置的采样A/D转换器进行。只要可弯伸长元件66在外空心针50的腔内自由移动,则马达上的载荷基本恒定,从而马达电流也恒定。当载荷因杆或齿条已经达到其移动范围的末端而增大时,马达电流增大。当电流到达预先限定的阈值时,作为控制系统的整体部分的马达驱动器单元记录电流变化。同时,微控制器可以记录传动轴的位置。可以由来自例如分压计的合适的电或光信号提供关于传动轴的位置的信息。
将关于可弯伸长元件66的信息传输给微控制器的第三种方法是使用机械装置,如弹簧加载的销,该销滑动到可弯伸长元件66或样本容纳装置52的凹口中。同样,可以使用光机械装置。