CN102215741B - 带光纤的针 - Google Patents

Abstract

针干预广泛地用于肿瘤学领域以进行组织活检以便检查组织是否为癌性的。为了使这些干预更可靠，需要哪种组织在针前方的反馈。实现这个目的的一种方式是使用光学光谱法。这需要将纤维集成到针内。这些纤维用于传递光来照射在针前方的组织且收集从组织反射来的光。本发明提出将纤维远端集成于针的偏斜面中使得至少一个源-检测器纤维对具有大于针外径的距离。

Description

带光纤的针

技术领域

本发明大体而言涉及带光纤的针。特别地，本发明涉及一种基于光学光谱法进行组织检查来诊断组织是否为癌性的小直径针。

背景技术

针干预广泛地用于肿瘤学的领域以进行组织活检以便检查组织是否为癌性的。为了使这些干预更可靠，需要哪种组织在针前方的反馈。实现这个目的的一种方式是使用光学光谱法。这需要将纤维集成到针内。这些纤维用于传递光来照射在针前方的组织且收集自组织反射的光。

可用于辨别组织的重要特征是存在于反射光谱中的吸收峰。一般而言，组织在可见光范围中的吸收相当低（通常吸收系数μ_a =0.1 cm^-1)。这意味着当源-检测器纤维端部彼此靠近时，吸收作用在光谱上变得相当小且因此难以检测。

各种针干预，诸如进行活检可受益于针前方这种组织的特征描述。但是，这些针干预的较强趋势是，使针具有尽可能小的外径从而尽可能多地减小患者创伤。因此，这种趋向小外径针的趋势与下面的要求冲突：纤维应尽可能远地分开以在测量的反射光谱中具有可检测的吸收特征。

在诸如期刊Journal of Biomedical Optics第8卷(2003)第121-147页中由U. Utzinger和R.R. Richards-Kortum所发表的“Fiber optic probes for biomedical optical spectroscopy”文章中描述了各种光纤探针。这些探针具有大体上较钝的探针端部，导致比探针直径更小的纤维端部距离。

发明内容

本发明的目的可以是将源-检测器纤维集成到针尖内使得针外径小同时在所测量的反射光谱中仍具有可检测的吸收特征。

这些可通过根据独立权利要求中的每一个的主题来实现。在相应附属权利要求中描述了本发明的另外的实施例。

一般而言，根据本发明的针包括：

杆；

在杆远端的针尖，其中针尖由斜面形成；

第一纤维，第一纤维能传输光，其中第一纤维的端表面位于斜面顶部；以及

第二纤维，第二纤维能传输光，其中第二纤维的端表面位于斜面底部。

针斜面可大体上偏斜以允许容易地进入组织内。因此，‘斜面’表示允许将针引入到组织内的几何结构。通常，针杆包括圆形截面。针杆，特别是中空针杆的远端被切割形成椭圆形表面，其相对于杆的纵向轴线倾斜。另外，在杆的纵向轴线与倾斜表面（即，斜面）之间限定一定角度。斜面形成在针的最远端的尖锐针尖。而且，在杆的外表面与斜面的倾斜表面之间的边缘可为尖锐的。

词语“斜面顶部”应表示斜面部分表面的区域，该区域邻近斜面与杆之间的远端边缘。即，位于斜面顶部的纤维可位于斜面的椭圆形表面的长轴处，靠近远端边缘（即，尖锐的针尖）。

另一方面，‘斜面底部’表示斜面部分表面的区域，该区域位于斜面顶部的径向相对（diametric）处。即，位于斜面底部的纤维可位于斜面的椭圆表面的长轴上或其附近或其相邻旁侧，靠近斜面与杆之间的近端边缘。

但是，词语‘斜面’也可涵盖在针尖处的类似结构，该结构有益于将针引入到组织内。举例而言，斜面可为凸表面或凹表面，或者斜面可为若干小表面的组合，其中这些表面由台阶或边缘而彼此连接。也可能杆的截面并未完全由斜面切割使得留有钝区域，即，相对于杆的纵向轴线垂直地定向。这种‘钝’端可包括圆形边缘或也可形成圆形前边缘。作为另一示范，锐利边缘可由对称排列或不对称排列的两个或多个偏斜表面形成以形成针尖。

根据本发明的一实施例，斜面与杆成锐角，使得针包括尖锐的针尖。优选地，锐角可为大约20°。

根据本发明的一实施例，针杆具有一定外径，第一纤维的端表面和第二纤维的端表面被布置成彼此距一定距离。优选地，在纤维各端部之间的距离大于该杆的直径。举例而言，该距离是该直径的超过1.1倍。特别地，该距离是该直径的超过1.25倍。优选地，该距离是该直径的超过1.5倍。

取决于针的预期用途，对于脑活检针，针外径可为2.108 mm；且对于常见活检针或者神经穿刺针在1.27 mm与2.108 mm之间；对于细抽吸针在0.711 mm与2.108 mm之间；对于硬膜外针在0.711 mm与1.473 mm之间；且对于针电极可为2.108 mm或更小。

根据本发明的另一实施例，该针还包括第三纤维，第三纤维能传输光，其中第三纤维的端表面位于斜面底部在第二纤维的端表面附近。在此情况下，第二纤维和第三纤维可位于斜面表面的长轴旁侧。

举例而言，对于1.3mm的针直径，斜面顶部的纤维与在斜面底部的纤维之一之间的距离可为2.46 mm，且在斜面底部的两个纤维之间的距离可为0.37 mm。

应当指出的是该距离是从纤维之一的中心轴线至纤维中的另一纤维的中心轴线来测量的。

根据本发明的另一实施例，针杆由内管和外管形成，其中在内管与外管之间提供一空间，在该空间中容纳纤维。

根据本发明的又一实施例，带有纤维的针可用于光学组织检查系统中，其中该系统还包括：光源，其与针的纤维之一连接；光检测器，其与针的纤维中的另一个连接，其中来自光源且从纤维之一的端表面发射的光在进入纤维中的另一纤维时能够由光检测器检测到；处理单元，其用于处理来自光检测器的数据；以及监视器，其用于使所处理的数据可视化。

在这种系统中，在针偏斜面中的纤维远端提供至少一个源-检测器纤维对，其距离A大于针的外径D，其中A > 1.1D或者甚至A>1.25D，且优选地A>1.5D。如果b是针斜面的尖角，可计算下面的方程式：

 (1)

在针在斜面顶部具备第一纤维且在斜面底部具备第二纤维和第三纤维的情况下，第一纤维可用作光源，其发射光到周围组织内，且第二纤维和第三纤维可为收集反射光的两个检测器纤维。

本发明还可涉及用于根据本发明的系统的处理单元的计算机程序。该计算机程序优选地加载到数据处理器的工作存储器内。但是，计算机程序也可在如万维网的网络上提供且可从此网络下载到数据处理器的工作存储器内。计算机程序可控制光的发射，可处理来自检测器纤维近端的光检测器的信号。这些数据然后可在监视器上可视化。

还应当指出的是本发明的实施例参考不同的主题来描述。特别地，某些实施例参考应用步骤来描述，而其它实施例参考装置或系统来描述。但是，本领域技术人员将从上文的描述和下文的描述领悟到：除非另外被告知，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合，关于不同主题的特征之间的任何组合也认为随本申请公开。

上文所限定的方面和本发明的其它方面、特征和优点也可从下文将描述的实施例的实例得出，且参考实施例的实例来解释。本发明将参考实施例的实例在下文中更详细地描述，但本发明并不限于这些详细描述。

附图说明

图1示出根据本发明的第一实施例的针的尖部的截面图。

图2示出根据本发明的第一实施例的针的正视图。

图3示出根据本发明的第二实施例的针的正视图。

图4是根据本发明的第二实施例的针的尖部的等距视图。

图5是根据本发明的系统的示意图，该系统包括根据本发明的第三实施例的针。

在附图中的图示只是示意性的且未必按照比例绘制。应当指出的是在不同附图中，相同或相似元件具备相似的附图标记。

具体实施方式

图1是根据本发明的第一实施例的针的尖部的截面图。针100包括杆110，杆110具有纵向轴线或中心轴线150。形成平行于中心轴线的两个孔或通道，纤维130、140分别位于两个孔或通道中。这些纤维，即第一纤维130和第二纤维140分别包括端表面132、142。

另外，杆110在其远端被切割形成斜面120。斜面120是偏斜表面，其可分成被称作斜面顶部122的区域和被称作斜面底部124的区域。另外，斜面120与杆110的中心轴线成角度b。角度b优选地为大约20°的锐角。

第一纤维130的端表面132位于斜面顶部且第二纤维140的端表面142位于斜面底部。在将纤维端部定位于杆中的通道或孔中后，斜面与纤维端部可一起可被抛光。以此方式，可实现平滑或平坦表面，包括纤维的两个端表面，其中这种抛光端表面提供良好光学特征。

如在图1中进一步描绘，限定距离A，其从第一纤维130的端表面132的中部至第二纤维140的端表面142的中部进行测量。

图2是根据本发明的第一实施例的针的正视图。图2示出斜面120以及第一纤维的端表面132和第二纤维的端表面142。而且，针100的杆的通常为圆形的截面限定直径D。距离A（参看图1）大于针外径D，其中A > 1.1D或甚至A >1.25D，且优选地A>1.5D. 

其中b为斜面尖角，可计算以下方程式

 (1)

在第一实施例的情况下，其中针在斜面顶部具备第一纤维且在斜面底部具备第二纤维，则第一纤维可用作光源，其发射光到周围组织内，且第二纤维可用作收集反射光的检测器纤维。

图3是根据本发明的第二实施例的针的正视图。一般而言，第二实施例类似于第一实施例。第二实施例也包括杆，与杆成锐角的斜面，在斜面顶部的第一纤维和在斜面底部的第二纤维。

此外，根据第二实施例的针包括具有端表面252的第三纤维。第三纤维布置于一通道或贯通孔中，该通道或贯通孔平行于杆的中心轴线且因此平行于第一纤维和第二纤维的通道。另外，第三纤维的端表面252位于第二纤维的端表面附近，在斜面220底部224处。

在第二实施例的情况下，其中针在斜面顶部具备第一纤维且在斜面底部具备第二纤维和第三纤维，则第一纤维可用作光源，其发射光到周围组织内，且第二纤维和第三纤维可用作收集反射光的检测器纤维。

图4以等距视图示出根据第二实施例的针的尖部。此视图示出斜面表面以及纤维的端表面的实际形状基本上为椭圆形。

图5示出根据本发明的系统。该系统包括根据本发明第三实施例的针300。在此图示中，针300是针尖部分310、内管352、外管350和保持器部分360的组件。而且，示出在针中的两个纤维330和340。

针的重要部分是针尖，其中制造两个或三个孔。在每个孔中，通过胶合来安装纤维。针尖通过焊接或胶合而固定到内管和外管，其中内管和外管的内径和外径适于对应于位于针尖部分的近杆部段处的相应结构。可实现在管之间的空间356。在针尖部分中的贯通孔可向该空间356开放。从针尖部分的孔出来的纤维330、340位于的两个管之间的中空空间356内。

针尖、纤维和两个管一旦组装后就被固定到针保持器上。在保持器内，内管与连接器连接，例如注射器或其它管件可固定到该连接器上。以此方式，流体的体积可通过内管和针尖部分的通道354分配，而不会与纤维相互作用。针保持器360还包含用于纤维的单独的出口362。在组装针尖、纤维、管和保持器之后，将针的斜面320（即，针尖）抛光以获得适合于纤维的适当表面品质。

为了使针的不同部分具有适当性质，针尖部分可由金属、合金或陶瓷材料制成，且杆管可由金属材料制成，其中金属材料应当是MRI兼容的，例如钛。

另外，该系统包括光源332、光检测器242、处理单元370和监视器380。处理单元370能控制光源332以发光到纤维330内使得光将通过在斜面顶部320处的纤维330的远端表面发射到周围组织内。取决于哪种组织在斜面前方，或多或少的发射光将在斜面底部方向中反射以在另一纤维340处接收。通过纤维340，光将被引导至光检测器342，光检测器342适于将光转变成电信号。这些电信号将例如由电线发送到处理单元。处理单元将处理对应于电信号的数据使得所处理的数据可在监视器380上可视化。基于所述可视化数据，能诊断组织是否为癌性的。

在下文中，根据本发明的示范性针将关于其外径、其插入深度和其优选用途来描述。

活检针可具有1.27mm至2.108mm的外径，其长度的100mm至150mm可插入到组织内，且可用于颈部、头部、乳房、前列腺和肝中的软组织核心活检。

软组织的细抽吸针可具有0.711mm至2.108mm之间的外径，其长度的100mm至150mm可插入软组织内，且可用于软组织抽吸。

脑活检针可具有2.108mm的外径，其长度的150mm至250mm可插入软组织内，且可用于诊断脑活检。

神经穿刺针可具有1.27mm至2.108mm的外径，其长度的150mm至200mm可插入软组织内，其中这种针允许对脑中损伤的非创伤接近。

硬膜外针可具有0.711mm至1.473mm的外径，高达150mm的长度可插入组织内，且可用于脊髓区治疗，诸如硬膜外腔中的类固醇注射。

最后，针电极可具有2.108 mm和更小的外径，其长度的高达250mm可插入软组织内，且可用于例如肿瘤的射频消融。

虽然在附图和前文的描述中详细地示出和描述了本发明，这些说明和描述被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的，本发明并不限于所公开的实施例。

所公开的实施例的另外的变型可由本领域技术人员在实践所主张的本发明时，通过学习附图、公开的内容和所附权利要求书而理解和实行。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”并不排除多个。处理单元可实现权利要求中所陈述的若干项目的功能。在相互不同附属的权利要求中陈述特定措施的简单事实并不表示不能使用这些措施的组合来取得益处。计算机程序可存储/分布于合适介质上，诸如光学存储介质或者与其它硬件一起供应或作为其它硬件的部分供应的固态介质，但也可以其它方式进行分布，诸如经由因特网或者其它有线或无线电信系统进行分布。在权利要求中的任何附图标记不应被理解为限制其范围。

附图标记列表

100, 200, 300 针

110, 210 杆

120, 220, 320 斜面

122 斜面顶部

124, 224 斜面底部

130, 330 第一纤维

132, 232 第一纤维的端表面

140, 340 第二纤维

142, 242 第二纤维的端表面

150 针的纵向轴线

252 第三纤维的端表面

310 针尖部分

332 光源

342 光检测器

350 外管

352 内管

354 通道

356 在内管与外管之间的空间

360 保持器部分

362 开口

370 处理单元

380 监视器

Claims (7)

1.一种针（100, 200），包括

-杆（110, 210）， 

-针尖，其在所述杆远端，其中所述针尖由斜面（120, 220）形成，

-第一纤维（130, 230），所述第一纤维能传输光，其中所述第一纤维的端表面（132, 232）位于所述斜面顶部（122, 222），

-第二纤维（140, 240），所述第二纤维能传输光，其中所述第二纤维的端表面（142, 242）位于所述斜面底部（124, 224），以及

-第三纤维，所述第三纤维能传输光，其中所述第三纤维的端表面（252）位于所述斜面底部（224），靠近所述第二纤维的端表面（242）,

其中所述针的结构满足以下不等式：

，其中A为从所述第一纤维的端表面的中部至所述第二纤维的端表面的中部进行测量的距离，D为所述杆的外径，b为所述斜面的尖角。

2.根据权利要求1所述的针，

-其特征在于，A是D的超过1.5倍。

3.根据权利要求1所述的针，

-其特征在于D在0.711mm与2.108mm之间。

4.根据权利要求1所述的针，其特征在于，b为锐角。

5.根据权利要求4所述的针，其特征在于b为20°。

6.根据权利要求1所述的针（300），其特征在于还包括内管（352）和外管（350），其中在所述内管与所述外管之间形成空间（356），其中所述空间中容纳有纤维。

7.一种用于光学组织检查的系统，所述系统包括：

-根据权利要求1所述的针（100, 200, 300），

-光源（332），其与所述针（300）的第一纤维(330)连接，

-光检测器（342），其与所述针（300）的第二和第三纤维(340)连接，其中来自所述光源并从所述第一纤维的端表面发出的光在进入所述第二和第三纤维时能由所述光检测器检测到，

-处理单元（370），其用于处理来自所述光检测器的数据，以及

-监视器（380），其用于使所处理的数据可视化。