CN102395312A - 具有在斜面的切割作用面中的集成光纤的探针 - Google Patents

Abstract

探针包括末端部分、保持器部分、轴、以及能够传输光线的光纤，其中轴包括连接到末端部分的远端部，以及连接到保持器部分的近端部，其中末端部分包括斜面、切割作用面、以及用于容纳光纤的至少一个通道，以及其中光纤的端部区段被定位在通道中以及光纤的端部表面被定位在切割作用面中的一个上。通过作用面，便于将探针引入到组织中。本发明的另一个方面是一种制造这种探针的方法。

Description

具有在斜面的切割作用面中的集成光纤的探针

技术领域

本发明大体涉及一种具有集成光纤的探针。特别地，本发明涉及一种用于基于光谱学的组织检查的小直径探针，例如诊断组织是否为癌性的。

本发明还涉及一种包括这种探针的用于光学组织检测的系统。

背景技术

探针介入广泛地应用在肿瘤学领域，用于进行组织的活体检查，从而检测组织是否是癌性的。为了使这些介入更加可靠，需要反馈探针前部是何种组织。实现方式是利用光谱学。这需要将光纤集成到探针中。这些光纤被用于传输光线，从而照亮探针前部的组织以及搜集从组织返回的反射光。

然而，存在的问题是如何将这些光纤集成到探针中，而不会损坏探针的最初功能，由此改变探针的外部部分或者内部部分(例如用于采取组织样本)。这意味着光纤必须被集成到探针壁的内部同时仍然能够在探针远端部构造出不同的光纤设置。这是特别重要的，原因是探针末端的光纤设置决定了特定光学特性测量值的灵敏度。例如，光纤末端的倾斜或者两根光纤末端之间的距离影响着测量信号。

这个方面的重要特征是探针斜面前部所探测的组织体积。探测体积通常是香蕉形状并且依赖于光源-探测器光纤的距离、光纤出口的形状以及光纤的定向。当光纤远端部集成到探针斜面中的时候出现的问题是不能允许挤压部分或凹进，原因是这会影响到探针插入组织中时探针的轨迹，从而由于挤压部分而损坏组织或者会导致在凹进部分收集到不想要的组织。结果使得光纤远端部的成形以及定向是不可能的，限制了光纤端部几何形状的可能性以及由此限制了探针前部的探测体积。

问题是如何将光源-探测器光纤集成到探针斜面中而不会在斜面上形成凹进或者挤压部分，同时仍然在设计探针前部探测体积时具有自由度。

此外，使用光学光纤的探针特别地适用于提供探针前部组织的生理信息。这种包含光纤的探针需要这些光纤被连接到光学控制台。在控制台，光线可被连接到这些光纤中从而照亮探针前部的组织，同时，从组织反向散射以及向后连接到光纤中的光线可在控制台中被探测到并且被还处理。这意味着探针可以通过光纤而连接到控制台。

发明内容

本发明的目的是提供一种探针，其在探针远端部具有至少一个光纤出口。本发明的另一个目的是提供一种探针，其可以可靠地使用、更容易地操作、以及更适当地无菌化。

本发明的另一个目的是提供一种使用该探针的系统。

本发明的这些及其它目的是通过根据各个独立权利要求的主题而实现的。本发明的其它实施例在各个从属权利要求中描述。

大体上，根据本发明的探针包括末端部分以及能够传输光线的光纤，其中末端部分包括斜面、切割作用面、以及用于容纳光纤的至少一个通道，以及其中光纤的端部区段被定位在通道中以及光纤的端部表面被定位在切割作用面的一个上。

首先，对几何形状方面进行限定以用于更好的理解。探针包括纵向主轴线，通常是旋转对称轴的中心轴线。此外，探针的末端部分相对于主轴线成角度地被切割从而形成斜面。观察斜面的倾斜表面以及轴意味着从“上方”观察。相应地，探针“下方”是与“上方”相对。斜面的尖锐末端指向探针的“前部”。由此，从“侧部”观察，可以观察到斜面与主轴线之间的角度。

本发明的主要方面是探针的末端，该末端包括斜面和作用面。“作用面”可以是小的以及平坦的表面。通常地，“作用面”可以通过切除主体的小区域而形成，从而获得具有相对于主体其它表面的边缘的表面。作用面的轮廓可受到切割角度的影响。此外，作用面的表面可以是凹入的或者凸出的，即作用面可以弯曲以形成局部圆柱体形状。作用面的边缘可优选地变尖或者可以被倒圆以及由此变钝。

大体上，能够通过切割组织或者使组织移动而将探针或者仪器引入到组织中。因此，探针或者仪器的边缘将会变尖或者变钝。可以理解的是，切割与移动组织或者挤压组织的组合也是可行的。根据应用，探针或仪器可或多或少地切割或者移动。

根据本发明，作用面与斜面一起可实现移动和切割的组合。作用面提供了组织与作用面接触的一些区域，可不被切割而是仅仅挤压到侧部。另一方面，边缘(特别是如果锋利的话)将会提供组织的切割。由此，根据本发明探针的末端部分可具有多个刃以切割组织，并且作用表面使组织移动同时探针被引入到组织中。可以看到有利的是，多个较小的切割连同相当数量的挤压将会便于探针的引入并且能导致较少的疼痛。

“斜面”指的是几何结构，其中探针的轴包括圆形横截面，以及探针轴的远端部、特别是中空探针的轴的远端部被切割从而使得形成椭圆表面，该表面相对于轴的纵向轴线倾斜。此外，在轴的纵向轴线与倾斜表面(即斜面)之间限定出角度。

措词“斜面”还可包括在探针末端的类似结构，该结构可用于将探针引入到组织中。例如，斜面可以是凹入或凸出表面，或者斜面可以是多个小表面的组合，其中这些表面通过台阶或者边缘而彼此连接。还可行的是，轴的横截面没有被斜面完全地切割，从而保留钝形区域，即相对于轴的纵向轴线垂直或者以其它钝角定向。这种钝角端部可以包括倒圆边缘或者还可形成倒圆的前导边缘。

应当认识的是，斜面可与轴形成锐角，从而使得探针包括尖锐末端。优选地，锐角为大约20°。

切割作用面可具有多种不同形式和定向。由此，当如在根据本发明的探针中那样在这些作用面上集成光纤出口时，多种光纤出口几何形状变得可行。尽管切割作用面的调整是由对于探针所需的切割特性而严格地确定，但是它们允许在设计光纤出口几何形状中的大量自由度。此外，归因于切割作用面的定向，以及由此光纤端部的定向，使得不需要光纤端部的突出。

根据本发明的实施例，探针包括相对于探针的中心轴线对称地设置的一对侧部作用面，或者探针包括相对于探针中心轴线对称地设置的一对前部作用面。

“侧部作用面”可通过对探针的轴在斜面区域的侧部进行切割而形成。知道的是，从主轴线到侧部的角度可以是尖锐角度以及作用面的表面还可以相对于探针向上或者向下倾斜。

“前部作用面”可通过以相对于主轴线成钝角而对斜面的尖锐末端进行切割而形成。由此，通常形成两个附加表面，在它们之间形成有边缘，其中所述边缘定位在末端中部。两个作用表面的每一个都相对于侧部倾斜并且可向上或者向下倾斜。

根据本发明另一个实施例的探针可包括一对光纤，其中光纤的端部表面可被定位在不同的作用面中。光纤可被定位在位于探针不同侧的作用面中或者两根光纤都被定位在探针的一侧上，其中分别地，一根光纤的端部表面可被定位在侧部作用面上以及另一根光纤可被定位在前部作用面上。

应当知道的是，在光纤的大致圆形横截面的情况下，光纤端部表面可具有圆形形状或者椭圆形状。根据光纤在对应作用面终止的角度，光纤端部表面的形状将会被影响以及由此影响到发出或者接收光线的方向。

根据本发明的另一个实施例，探针还包括连接器部分，其中光纤的近端部区段被定位在连接部分中，以便与位于探针与控制台之间的光纤线缆相连接，该控制台包括光源和光探测器。由此，光纤的近端部被刚性地安装在探针上。换句话说，不会有光纤区段引导到探针保持器部分之外。

有利地，探针的制造、无菌化和操作被显著地简化，单独的光纤线缆由于这部分可以重新使用而能够被制成更加鲁棒，并且用于准备设备的工作流程变得更容易，原因是这个单独的光纤线缆能够事先准备，即探针不需要被从它的无菌环境拆开。

根据本发明，具有光纤的探针可被用于光学组织检测的系统中，其中该系统还包括与探针的一根光纤相连的光源，与探针的另一根光纤相连的光探测器，其中来自于光源并且从该一根光纤的端部表面发射的光线在进入到该另一根光纤时可被光探测器探测，处理单元用于处理来自于光探测器的数据，以及监视器用于处理数据的可视化。在探针与光源和/或光探测器之间可设置单独的光纤线缆。

还认识到的是，本发明的实施例参考不同主题进行描述。特别地，某些方面参考装置或系统进行描述而其它方面参考方法步骤进行描述。然而，本领域技术人员能够从上面的以及接下来的描述中收集到，除非以其它方式指出，在属于一种类型主题的特征的任意组合之外在涉及不同主题特征之间的任意组合也被认为是通过该申请而被公开。

限定了本发明的上述及其它方面、特征及优点的方面还能够从此后描述的实施例的示例而推导出以及根据实施例的示例而进行解释。本发明接下来参考实施例的示例而进行更详细的描述，然而本发明并没有受限于这些实施例。

附图说明

图1显示了根据本发明一个实施例的探针以及示意性系统的侧视图和顶视图。

图2显示了使单独的光纤线缆与根据本发明的探针连接方面的示意性全视图以及详细视图。

图3a和3b显示了根据本发明实施例的探针的末端部分的顶视图和侧视图。

图4a和4b显示了末端部分的顶视图和侧视图，该末端部分包括在侧部作用面的光纤端部。

图5a和5b显示了末端部分的顶视图和侧视图，该末端部分包括在探针的一个侧部的光纤端部。

图6显示了流程图，说明了用于制造根据本发明的探针的不同步骤。

附图中的说明仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。知道的是，在不同附图中，相似的元件采用相似的附图标记。

具体实施方式

如图1中所示，根据本发明一个实施例的探针100包括轴110、在轴的末端部分的斜面120、光纤130、以及保持器部分160。根据该示例性实施例，轴长度为150mm以及直径为1.3mm。此外，斜面与轴的轴线形成20°的角度。

在该实施例中，从远端部(即斜面120)延伸、穿过轴110到达保持器部分160的光纤130通过保持器部分160的开口而到达探针之外。

各个光纤的端部表面可被设置成彼此相隔。优选地，光纤端部之间的距离大于轴的直径。例如，该距离可以大于直径的1.1倍。特别地，该距离可以大于直径的1.25倍。优选地，该距离可以大于直径的1.5倍。换句话说，在探针末端部分的光纤端部之间的距离应当尽可能地大。

知道的是，该距离是从一根光纤的中心轴线到另一根光纤的中心轴线测量的。此外，知道的是，上面提到的尺寸是示例性的并且并非为了限制发明的范围。根据提到的尺寸，可以为探针提供大小量级和关系，该探针用于根据光谱学而进行组织检查。

作为示例，根据探针的打算用途，探针的外部直径可以是2.108mm以用于大脑活体检查探针，在1.27mm与2.108mm之间以用于常规活体检查探针或者神经刺穿探针，在0.711mm与2.108mm之间以用于细针穿刺探针，在0.711mm与1.473mm之间以用于硬膜探针，以及可以是2.108mm或者更小以用于针电极。

轴110可包括具有不同直径的两个中空圆柱体。所述两个圆柱体的使用能够容易地将光纤结合到探针中。此外，分离式末端部分的使用可以在组装照明及收集光纤端部几何形状时具有更大的自由度，而不需要在整个探针长度上进行复杂的固定。

探针的末端部分以及探针的轴可由金属制成，其中金属可以是MRI相容的，例如钛。探针末端还可由陶瓷材料制成。其优点在于可以模制成各种形状同时仍然允许尖锐及鲁棒的探针末端。

保持器部分160设置有通道，从而将固定到轴中的光纤从探针末端向着外界引导。该保持器部分具有附加的功能，以提供光纤周围的强度，从而防止光纤在探针近端部出现大的弯曲角度。保持器部分可通过注塑模制而制成。

此外，附图1示意性地显示了根据本发明系统的元件。该系统包括探针100、光源332、光探测器342、处理单元370以及监视器380。处理单元370能够控制光源332将光线发射到光纤130中，从而使得光线穿过在斜面120顶部的光纤130的远端部表面而进入周围组织。根据斜面前方组织的类型，更多或者更少的发射光线将会在斜面底部的方向上被反射，从而被另一根光纤接收。通过所述另一根光纤，光线将会被引导到光探测器342，该探测器适合于将光线转变为电信号。这些电信号将会通过例如导线而被发送到处理单元370。处理单元将会处理与电信号相对应的数据，从而使得处理后的数据能够在监视器380上可视。根据所述可视信号，能够诊断出组织是否为癌性的。

图2显示了光纤线缆490与探针400的保持器部分460的连接。为了连接到控制台，单独的光纤连接器线缆490可被使用或者光纤线缆预先连接到控制台。该单独的光纤线缆不需要是无菌的。假如需要无菌化，则可将塑料无菌套管放置在线缆周围，这种套管已经常见地应用在医疗设备中。

为了使探针400与光纤线缆490相连接，在探针400设置连接器部分470，以及在光纤线缆490对应地形成连接器部分480。如图2的详细视图中所示，安装在保持器部分460的连接器部分470包括在其前表面的较小端部部分472和凹部(未示出)。另一方面，在光纤线缆490上的连接器部分480在轴向方向上包括中空部分482、销状元件484以及前部表面486。

在连接器部分470、480的连接过程中，销状元件484将会被容纳在连接器部分470的凹部中，以及较小的端部部分472将会接合在相对连接器部分480的中空部分482中。与连接器部分480的钝的前部表面486相齐平，定位有至少一个光纤端部。探针中光纤的对应端部被定位在连接器部分470的凹部的端部表面中。这样，易于在两个连接器部分之间以及由此在探针光纤与光纤线缆之间实现适当且可靠的连接。

知道的是，探针上的刚性连接器470能够连接探针中的一根光纤或者多根。在图2的示例中，在光纤线缆490端部的连接器部件480的销状元件484的端部表面486可以看到三根光纤端部。

在探针上可设有仅仅一个连接器，多个连接器也是可预见的。连接器还可提供与其它信号(例如电信号)的连接。

在图3a的侧视图以及图3b的顶视图中，显示了根据本发明实施例的探针的末端部分。末端部分可由适当的金属材料或者合金制成或者由陶瓷材料制成。

末端部分1包括轴部分4、具有尖锐末端的斜面3、侧部作用面6、以及前部作用面5。在两个前部作用面5之间，形成有前部切割刃7。轴部分4的表面与前部作用面5之间的下部边缘形成下部切割刃9。从前部作用面5到侧部，即在前部作用面5与侧部作用面6之间，形成有侧部切割刃8。

切割作用面可具有多种不同形式和定向。当将光纤出口集成到这些位置时，可以形成各种光纤出口的几何形状。尽管切割作用面的调整由探针所需的切割特性而严格地确定，但是仍然允许在设计光纤出口几何形状时的大量自由度。

在所示示例中，每个侧部作用面6是平行于z轴线延伸并且相对于x轴线以小角度倾斜的平坦表面。另一方面，每个前部作用面5也是平坦表面，但是相对于x轴线和z轴线成角度地倾斜。

可以预见到，侧部作用面6的定向可相对于x轴线具有其它角度并且也可以与z轴线形成角度。前部作用面可相对于x轴线具有或大或小的锐角以及相对于z轴线形成其它角度。甚至于前部作用面平行于z轴线的定向也是可行的。作为另一个替换性方案，前部作用面5和/或侧部作用面6可面向下方。

有利地，切割作用面可被涂层覆盖，该涂层不仅影响切割特性而且提高了光学特性。例如，涂层可充当从光纤端部发射出的光线的散光器。

在附图4a和4b中显示了示例，其中光纤出口10集成在两侧上的切割作用面6中。由此，光纤端部看起来更加向外，由此导致了更大的探测体积20，还部分地探测到探针的旁边。

在图5a和5b中所示的实施例中，光纤出口10和15被分别地集成到切割作用面6和5中。标识为20的光线探测体积看起来更朝向探针的一侧。

通过对比图4a和5a可以看到，光纤端部10的位置可以在作用表面上的不同位置上。如上所讨论，最好使两个光纤端部之间的距离尽可能地大。由此，在图4的示例中，光纤端部10可在作用面6的中部。与之相反，在图5a中，由于光纤端部10和15都定位在探针的一侧，因此光纤端部10定位成靠近侧部作用面6的表面的上部或近端部，从而使得光纤端部10与15之间的距离达到最大。

除了光纤出口集成在至少一个作用面之外，光纤出口还可以被集成到其它部分中，例如斜面3和/或轴部分4。

图6是流程图，显示了用于制造根据本发明的探针的方法的步骤。可以理解的是，针对该方法而描述的步骤是主要步骤，其中这些主要步骤可以分化或者划分成多个子步骤。此外，在这些主要步骤之间还可设置子步骤。由此，只有子步骤对于理解根据本发明方法的原理是重要的，才会仅仅提到这些子步骤。

根据本发明方法的步骤S1是末端部分的制造，其中这个制造包括在轴向方向上形成至少一个通道以及形成作用面。

步骤S2是将至少一根光纤的端部区段定位在相应通道中，其中所述定位可包括通过例如胶粘来固定至少一根光纤。

步骤S3是将轴的远端部与末端部分相连接。

步骤S4是将轴的近端部与保持器部分相连接，其中至少一根光纤将会穿过轴并且进入到保持器部分中。

步骤S5是通过安装在保持器部分的连接器部分而固定至少一根光纤的近端部。

根据本发明的方法的步骤S6是末端部分的抛光并且尤其是至少一根光纤端部表面的抛光，从而使得至少一根光纤的端部表面与末端部分的表面相齐平。

知道的是，至少一根纤维在相应通道中的固定可以通过胶粘来实现，以及使轴与末端部分和/或保持器部分的连接可以通过焊接或者通过胶粘来实现。

根据本发明的探针可被用于微创探针介入(例如腰疼介入)或者癌症诊断领域的活体检查或者需要对探针周围的组织进行特征化的情况下。

接下来，描述根据本发明示例性探针的外部直径、插入长度以及它们的优选用途。

活体检查探针的外部直径为1.27mm直到2.108mm，可以插入到组织中长度为100mm到150mm，并且可用于脖子、头部、胸部、前列腺以及肝脏中的软组织核心活体检查。

软组织的细针穿刺探针的外部直径可为0.711m到2.108mm之间，可以插入到软组织中长度为100mm到150mm，并且可用于软组织的穿刺。

脑部活体检查探针的外部直径可为2.108mm，可以插入到组织中长度为150mm到250mm，并且可用于诊断脑部活体检查。

神经刺穿探针的外部直径可为1.27mm到2.108mm，可被插入到组织中长度为150mm到200mm，其中这种探针允许对于脑部损伤的非创伤解决方法。

硬膜探针的外部直径可在0.711mm到1.473mm之间，而可被插入到组织中直到150mm长度，以及可被用于脊柱核心区域的治疗，例如在硬膜体积的类固醇注射。

最后，针电极的外部直径可为2.108mm，以及更小，可以插入到组织中直到250mm长度，以及可被用于肿瘤的射频消融。

尽管本发明已经在附图中以及前面的描述中进行解释和详细描述，但是这种解释和描述被认为是说明性的以及示例性的以及并非限制性的，本发明没有局限于公开的实施例。

通过对附图、说明书以及附加权利要求的学习，本领域技术人员在实施要求保护的发明中，可以理解和实施公开实施例的其它变化。在权利要求中，术语“包括”并没有排除其它元件，并且不确定的单数并没有排除多个。单个单元可实现权利要求中列举的多个项目的功能。在相互不同从属权利要求中列举出某些特征并不表示这些特征的组合不能用于获利。权利要求中的任何附图标记都不被认为是范围的限制。

附图标记

100，400     探针

4，110       轴

3，120       斜面

10，15，130  光纤

1            末端部分

5            前部作用面

6            侧部作用面

7            前部切割刃

8            侧部切割刃

9            下部切割刃

20           探测体积

160，460     保持器部分

332          光源

342          光探测器

370          处理单元

380          监视器

470，480     连接器部分

472          较小端部部分

482          中空部分

484          销状元件

486          前部表面

490          光纤线缆

Claims (8)

1.一种探针(100，400)，包括：

末端部分(1)；以及

能够传输光线的光纤(10，15，130)；

其中，所述末端部分包括斜面(3，120)、切割作用面(5，6)、以及用于容纳相应光纤的至少一个通道；以及

所述光纤的端部区段被定位在所述通道中，并且所述光纤的端部表面被定位在所述切割作用面的一个上。

2.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述切割作用面包括相对于所述探针的中心轴线对称设置的一对侧部作用面(6)。

3.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述切割作用面包括相对于所述探针的中心轴线对称设置的一对前部作用面(5)。

4.如权利要求2或3所述的探针，其特征在于，所述探针包括一对光纤，其中所述一对光纤的端部表面被定位在位于所述探针的不同侧的作用面(5，6)上。

5.如权利要求2和3所述的探针，其特征在于，所述探针包括一对光纤(10，15，130)，其中，两根光纤被定位在所述探针(100，400)的一侧，并且所述光纤中的一根光纤的端部表面定位在侧部作用面(6)中，而所述光纤中的另一根光纤的端部表面定位在前部作用面(5)中。

6.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述光纤(10，15，130)的近端部区段定位在连接器部分(470)中，以便与位于所述探针(100，400)与控制台之间的光纤线缆(490)相连接，所述控制台包括光源(332)和光探测器(342)。

7.一种用于光学组织检查的系统，所述系统包括：

如权利要求1所述的探针(100，400)；

与所述探针的所述光纤(10，150，130)中的一根光纤相连接的光源(332)；

与所述探针的所述光纤(10，150，130)中的另一根光纤相连接的光探测器(342)，其中，来自于所述光源并且从所述光纤中的所述一根光纤的端部表面发射的光线在进入所述光纤中的一根光纤时能够被所述光探测器探测；

用于处理来自于所述光探测器的数据的处理单元(370)；以及

用于观看处理后的数据的监视器(380)。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

将所述探针(100，400)的光纤(10，15，130)的所述近端部与所述光源(332)或者所述光探测器(342)相连接的光纤线缆(490)。

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