CN103327876A - 反向旋转眼科扫描器驱动机构 - Google Patents

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CN103327876A CN2012800058336A CN201280005833A CN103327876A CN 103327876 A CN103327876 A CN 103327876A CN 2012800058336 A CN2012800058336 A CN 2012800058336A CN 201280005833 A CN201280005833 A CN 201280005833A CN 103327876 A CN103327876 A CN 103327876A
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Abstract

提供了一种用于眼科显微手术过程的内腔探针（100），包括：包括马达（125）的手持件（160）、连接到所述手持件的套管组件（120）和将马达连接到套管组件的传动系统（127）。套管组件具有外管（140）和与外管同心的内管（130），内管和外管的每一个能够绕纵向轴线旋转且具有近端和远端。传动系统使外管绕纵向轴线在第一方向上旋转，使内管绕纵向轴线在相反的第二方向上旋转。还提供一种使用如上所述的套管组件沿线性轨迹扫描光束的方法。

Description

反向旋转眼科扫描器驱动机构
相关申请的交叉参考
本申请要求2011年1月21日提交的美国临时专利申请系列号No.61/434942的优先权。
技术领域
本文描述的实施例涉及显微手术探针领域。尤其是,本文描述的实施例涉及内窥镜光学相干断层扫描（OCT）领域和眼科显微手术技术。
背景技术
显微手术过程的领域快速发展。典型地，这些过程涉及能够到达被治疗或诊断的组织的探针的使用。这种过程使用具有连接到远程控制台中的控制器装置的探针的内窥镜手术器械。现有的探针在操作上非常复杂，时常需要使用复杂机械系统操作的移动零件。在很多情况下，在探针的设计中包括电动马达。多数现有技术装置的成本使得它们难以在一次或仅几次手术过程后丢弃。此外，现有技术装置的复杂性通常导致探针具有几毫米的截面。这些探针对于眼科显微手术技术而言其实用性很小。在眼科手术中，优选一（1）mm或更少的尺寸，以便在不损坏不相关组织的情况下进出典型涉及的区域。
允许用于诊断或治疗目的的光的方向随时间变化的扫描机构已被用于内窥镜手术器械中。这些器械一般使用提供在组织的延伸区域上的成像、治疗或二者的探针，而不需要内窥镜相对于其周围运动。然而，由于以低成本提供紧凑形式的复杂驱动机构的困难性，开发与眼科手术兼容的扫描内腔探针的努力已减慢。对于可能需要具有固定或受控制的相对速度的反向旋转轴的向前扫描探针尤其如此。例如，美国专利No.7364543（‘543专利）公开了旋转扫描探针，其全部内容在此通过参考并入。在专利‘543中，两个不同齿轮马达被用于探针中的反向旋转的管，不必要地使得探针设计和实施变得复杂。此外，由于每个马达仅用于移动一个元件，马达功率不能有效使用。
因此，需要用于显微手术探针的简单和有效的旋转机构。
发明内容
一种根据本文公开的实施例的用于显微手术过程的内腔探针可包括：包括马达的手持件、连接到所述手持件的套管组件和将马达连接到套管组件的传动系统。进一步，套管组件可包括能够绕纵向轴线旋转的外管和与所述外管同心的能够绕纵向轴线旋转的内管。所述外管和所述内管每一个具有近端和远端，其中传动系统使外管绕纵向轴线在第一方向上旋转和使所述内管绕纵向轴线在相反的第二方向上旋转；进一步，其中所述外管的近端和所述内管的近端之间形成的近端空间包括传动系统的至少一部分。
一种根据本文公开的一些实施例的在用于显微手术过程的内腔探针中使用的套管组件可包括能够绕纵向轴线旋转的外管和与所述外管的至少一部分同心的能够绕纵向轴线旋转的内管。所述外管和所述内管可具有近端和远端，在所述外管的近端和所述内管的近端之间、在径向方向和纵向方向上形成近端空间。进一步的实施例可包括设置在近端空间中的、且对所述外管和所述内管提供反向旋转运动的传动系统。
一种根据本文公开的实施例的用于显微手术过程的内腔探针可包括：包括马达的手持件、连接到所述手持件的套管组件和将所述马达连接到所述套管组件的传动系统。所述套管组件可包括能够绕纵向轴线旋转的外管和与所述外管同心且能够绕所述纵向轴线旋转的内管。所述外管和所述内管均可具有近端和远端；其中所述传动系统使内管和外管反向旋转；并且其中通过马达经由所述传动系统实现所述外管和内管的反向旋转运动。
一种根据本文公开的实施例的使用套管组件沿线性轨迹扫描光束的方法可包括提供穿过所述套管的轴线的光束的步骤。根据本文公开的实施例的方法可还包括使用所述套管的近端空间中的传动系统对外管和内管提供反向旋转运动的步骤；其中所述外管和所述内管的每一个均是中空的且在其远端具有光学元件。此外，如上所述的方法可包括使用所述传动系统中的至少一个齿轮控制所述外管和所述内管的相对旋转速度的步骤。
下面将参考附图进一步详细描述本发明的这些和其它实施例。
附图说明
图1A示出根据一些实施例的包括光学扫描元件、手持件和连接线缆的显微手术内腔探针。
图1B示出图1A的显微手术内腔探针的局部剖视详图，根据一些实施例，其包括机械致动器、两个同心驱动管、旋转扫描元件和反向旋转扫描元件。
图2A示出根据一些实施例的套管组件的局部剖视图，该套管组件包括图1B中示出的两个同心驱动管且具有近端空间。
图2B示出根据另一实施例的套管组件的局部剖视图，该套管组件包括具有近端空间的两个同心驱动管。
图3示出根据又另一实施例的套管组件的局部剖视图，该套管组件包括具有近端空间的两个同心驱动管。
图4示出根据一些实施例的套管组件的局部剖视图，该套管组件包括在近端空间中的机械致动器，该致动器进一步包括齿轮驱动器。
图5示出根据一些实施例的图4中的套管组件的俯视图。
在附图中，具有相同附图标记的元件具有相同或相近的功能。
具体实施方式
利用内窥镜器械的显微手术过程可包括探针，该探针具有简单和成本有效的驱动连接机构。探针可以是由专门人员直接操纵的手持探针。在一些实施例中，探针可被设计成由机械手或计算机控制的装置控制。探针具有靠近操作控制者（专家或装置）的近端和靠近组织或与组织接触的远端。根据本文公开的实施例的探针可具有小尺寸，容易从近端操纵且对周围组织的侵害最小。在远端，探针端带有末梢，探针的末梢在位于末梢附近的目标组织上执行某些动作。例如，探针可从其末梢发送光，接收从经由末梢连接的组织反射或散射的光。探针的末梢可包括能够使末梢执行其动作的可移动元件。
图1A示出根据一些实施例的包括光学扫描元件110、手持件150和连接线缆195的手术内腔探针100。根据一些实施例，扫描元件110可还被称为“套管组件”。元件110包括内腔探针100的远端，所述远端可沿探针纵向轴线伸长且具有有限的截面。例如，在一些实施例中，套管组件110可以具有约0.5mm的直径（D2），而手持件150可具有直径（D1）为几个毫米例如12-18mm的大致圆柱形形状。
在一些实施例中，组件110可与组织接触——包括显微手术过程的目标组织。因而，组件110可涂覆有防止组织感染或被污染的材料。此外，手术过程和协议可建立用于组件110的卫生标准。例如，理想的是组件110在使用一次之后丢弃。在一些情况下，组件110可在至少每次在不同病人上或在身体的不同部分中执行手术过程后丢弃。
内腔探针10和组件110的实施例可遵守工业标准，诸如EN ISO14971（2007），“医疗设备—风险管理在医疗设备上的应用”，ISO/TS20993（2006），“医疗器材生物性评估-风险管理过程指引”，ISO14001（2004），“环境管理体系—使用要求与指引”，ISO15752（2009）“眼科仪器—眼内照明器—光辐射安全的基本要求和测试方法”，和ISO15004-2（2007）：“眼科仪器-基本要求和测试方法-第2部分-光危害防护”。所有以上引用的标准文件的全部内容通过参考在此并入。
手持件150与元件110相比可更靠近探针的近端且可具有更大的截面。根据一些实施例，元件150可适用于内腔探针100的手动操作。元件150可适用于自动机器操作或用于通过自动装置或远程操作装置保持。虽然组件110可与活组织接触，但元件150不可与活动组织直接接触。因而，即使元件150可遵守卫生标准，这些标准与组件110使用的卫生标准相比也较松。例如，元件150可包括内腔探针100的在丢弃之前可重复使用的零件和部件。
因而，如本文公开的内腔探针100的一些实施例在元件150中可包括复杂的部件，而在组件110中可包括较不昂贵的可更换的部件。一些实施例可具有一次性的可移除元件110，而手持件150可被多于一次地使用。手持件150可被气密地密封，以便避免组织被从手持件150中的内部元件发出的颗粒或烟气污染。在一些实施例中，套管组件110可通过粘接被固定到手持件150。根据其它实施例，组件110可从手持件150拆除以允许容易地更换内腔探针100，以用于重复的过程。与图1A一致的一些实施例可具有一次性元件150和一次性组件110。
一些实施例中可包括线缆195以将内腔探针100连接到远程控制台或控制器装置（图1A中未示出）。线缆195可包括能量传输元件，以将电能或气动能量传输到机械致动器、马达或元件150内部的马达。线缆195可包括传输元件以将光学信息和能量，例如激光束，从远程控制台或控制器传至组织。光学传输元件可也将光学信息从组织传至远程控制台或控制器用于处理。例如，线缆195可包括至少一个或更多光纤以将光传输到组织和传输来自组织的光。在一些实施例中，一根光纤可将光传输到组织，而另一根光纤可传输来自组织的光。此外，一些实施例可经由一根光纤将光传输到组织或传输来自组织的光。
根据内腔探针100的一些实施例，可没有线缆195，探针可以实现无线访问。在这种实施例中，手持件150中可包括电池以对马达和光学光源提供电能。此外，在手持件150是无线的情况下，手持件150可包括收发器装置以从探针到控制器和从控制器到探针发送和接收数据和命令。在这种实施例中，手持件150可还包括具有存储电路的处理器电路以处理数据、控制组件110和控制收发器装置。
图1B示出图1A中的显微手术内腔探针100的局部剖视细节，根据一些实施例，其包括马达125、传动系统127和同心的管130、140。在图1B中还示出了静止套管120、连接到内管130的旋转扫描元件160、连接到管140的反向旋转扫描元件170、窗口180和光学传输元件190。传输元件190可包括一或多根光纤。如上所述，元件190在组件110的近端可连接到线缆195，且可将光传输到组织和传输来自组织的光。
在一些实施例中，马达125可以是电动马达。一些实施例可包括使用流体流动来产生运动的马达。例如，在根据图1A和图1B的实施例中，气动机构可被用作马达125。马达125可包括编码器以提供马达内的旋转轴在每一个时间点的位置的指示。根据一些实施例，编码器可经由线缆195或无线地连接到远程控制台中的控制器。
在例如图1B中示出的一些实施例中，套管组件110可在手持件150内部延伸。在组件110的在组件150内部的部分中，组件110可进一步包括传动系统127。如下所述，系统127可包括轴和一组齿轮以将马达125的运动传到组件110中的移动部件。
马达125和传动系统127的另外实施例可以是如在下述美国专利申请中详细公开的那样：所述美国专利申请与本申请同日提交、申请人为Mike Papac、Mike Yadlowsky和John Huculak、代理人案号No.3835/45463.38、转让给爱尔康实验室公司的、名称为“气动驱动的眼科扫描内腔探针”，其全部内容通过参考在此并入。
根据图1B的实施例，内管130可以其对称轴线沿着探针纵向轴线（LA）的状态对准。内管130可以是由对组件110提供刚性和对元件160提供支撑的材料制成的中空管。旋转扫描元件160可被附接到内管130。根据用于显微手术过程的一些实施例，元件160可以是光学元件。例如，在向前扫描OCT技术中，元件160可包括透镜，所述透镜的平坦端部之一相对于透镜的光轴以预定角度切除。在一些实施例中，透镜可以其光轴沿着探针纵向轴线的状态布置，且其斜切端部在透镜的远端侧。在一些实施例中，元件160中的透镜可以是GRIN透镜。
根据图1B的实施例，外管140可包括连接到反向旋转扫描元件170的反向旋转套管。管140可以是由对组件110提供刚性且对元件170提供支撑的材料制成的中空管，其对称轴线沿着探针纵向轴线（LA）对准。根据用于显微手术过程中的一些实施例，元件170可以是光学元件。例如，在向前扫描OCT技术中，元件170可包括透镜，所述透镜的平坦端部之一相对于透镜的光轴以预定角度切除。在一些实施例中，GRIN透镜可以其光轴沿着探针纵向轴线的状态布置，其成斜切端部在透镜的近端侧。在一些实施例中，元件170中的透镜可以是GRIN透镜。
在上述实施例中，光学元件160和光学元件170可沿探针纵向轴线在两者之间形成空间或间隙。在一些实施例中，元件160、170之间的间隙可以由任一侧上的透镜的两个斜切面限制。在内管130和外管140反向旋转时，穿过元件160和元件170的光束可相对于探针纵向轴线偏转一角度θ，该角度θ由元件160和170中的斜切面的相对朝向限定。在元件160和170绕着探针纵向轴线完成一整圈的旋转时，光束完成大致沿着位于包含探针纵向轴线的平面中的一条线的完整扫描。根据以上描述的一些实施例可在OCT-扫描过程中使用探针。OCT扫描过程一般包括通过A-扫描获得深度图像。沿着线的A扫描的集合可形成被称为B扫描的2维图像。在这种情况下，两个反向旋转光学元件160、170可提供用于OCT成像的光束的B扫描。
如上获得的B扫描可沿着与探针纵向轴线垂直（LA）的径向方向上、在以探针纵向轴线（LA）为中心且与探针纵向轴线（LA）垂直的投影平面上大致对准。B扫描在投影平面上的特定朝向可通过元件160、170在它们的最大光束偏转位置处的朝向来确定。在一些实施例中，可获得最大光束偏转的位置是元件160、170中包含的透镜的两个斜切面彼此相对、其间形成梯形间隙的位置。因而元件160、170相对于投影平面的精确朝向限定了径向B扫描在投影平面上的朝向。因而，通过调整元件160、170的旋转速度，由光束在投影平面上形成的径向B扫描可绕探针纵向轴线旋转。结果，在一些实施例中，A和B扫描的集合可形成圆锥的立体部分，其轴线沿着探针纵向轴线，具有孔径角θ。例如，角θ可以是任何构造的元件160、170的光束的最大偏转角度。在一些实施例中，当元件160、170中包含的透镜的两个斜切面彼此相对时产生该最大偏转角度。
使用用于OCT扫描的内腔探针的一些实施例可提供并非包含在包括探针纵向轴线的平面中的完美线条的B扫描。由根据以上描述实施例的内腔探针100提供的B扫描可具有类似伸长的数字“8”的形状，大致沿着包含探针纵向轴线的平面中的线。B扫描的形状的细节可由例如元件160、170之间的参数例如间隙的尺寸来确定。形成的B扫描的形状可还取决于限定由元件160、170形成的间隙的斜切表面之间的角度。而且，B扫描的形状可通过光学元件160、170的折射率和元件160、170之间的间隙内的材料的折射率来确定。
将内管130称为“旋转”和将外管140称为“反向旋转”只是一种随意性的称呼方式，意在确定管130和140之间的、绕轴线LA的相对运动。在一些实施例中，在管130“顺时针”旋转时，管140可“逆时针”旋转。可存在其中管130“逆时针”旋转而管140“顺时针”旋转的相反构造。
根据与图1B一致的实施例，可设置窗口180。而且，在用于OCT扫描的探针100的实施例中，附接到静止套管120的窗口180可对组件110中的光学部件提供保护。窗口180可防止来自目标组织的流体污染透镜160、170或侵入它们之间的间隙。因而，窗口180可保证透镜160、170保持在由空气或具有特定折射率的任何其它流体围绕的环境中。
与图1B一致的一些实施例可包括静止套管120。套管120可对组件110提供保护遮盖件。而且，套管120可防止或减少由于作用在外管140旋转上的粘弹性力而在目标组织中引起的剪切应变。静止套管120的使用是可选的，且可通过内腔探针100将被引入之处的目标组织的类型确定。
用于形成套管元件120、130和140的材料可以是任意的各种生物相容性材料。例如，一些实施例可包括由不锈钢或塑料制成的元件120、130和140。而且，一些实施例可使元件120、130、140的部分或整体涂覆有保护层。涂覆材料可以是金层或一些生物相容性聚合物。在一些实施例中，涂覆层的作用可以是对组件110中的移动零件提供润滑和减轻摩擦。例如，涂覆材料可以减少管140的内表面和管130的外表面之间的摩擦。在一些实施例中，涂覆层的作用可以是对与组件110直接接触的组织提供保护。
与图1A和1B一致的实施例可包括具有可拆除套管组件110的手持件150。组件110可通过卡扣机构或插接机构容易地从手持件150拆除。手持件150可包括连接到管120、130和140的近端的轴承和轴套（图1B中未示出）以对组件110提供支撑和稳定。
在例如如图1A和1B中示出的实施例中，理想的是显微手术内腔探针100具有最小的截面积。这可减少手术过程在目标组织上的侵害，特别是在感兴趣的区域附近的区域的侵害。为了限制内腔探针100中的套管组件的截面积，探针的移动零件中包含的机械元件需要被彼此靠近地设置。为了实现此目的，例如图2A和2B中描绘的实施例可使外管140的上部具有较大直径。除此之外，内管130的上部可具有较小的直径，如图2B所示。这将如下详细描述。
表I示出根据一些实施例如图1A和1B中标注的不同元件的尺寸的范围。在表I中，“ID”指内径，“OD”指外径。表I中的单位是微米（1μm=10-6m）。表1中提供中的尺寸是名义尺寸，且在不同实施例中根据具体应用能改变。例如，一些实施例可使内腔探针尺寸相对于表I中示出的改变约50%。在用于光学显微手术过程的内腔探针10的实施例中，优选地，“OD”小于约1至1.5mm。
表I
元件 OD最大 OD最小 ID最大 ID最小
120 647.7 635 609.6 571.5
140 546.1 533.4 495.3 469.9
130 419.1 406.4 381 355.6
190 342.9 330.2 152.4 139.7
根据与图1A和图1B一致的实施例，手持件150的长度L1是3-4英寸（约7.5cm至10cm）。套管组件110的长度L2是30mm。根据一些实施例，除了图1A中示出的长度L2之外，套管组件110可具有在手持件150内部延伸的部分。手持件150的锥形部的长度L3可取决于人机工程学和美观考虑。在一些实施例中，长度L3可以是大约6mm。
图2A示出根据一些实施例的组件200-1的局部剖视图，包括图1B所示的同心驱动管130-1和140。管130-1可以是笔直的圆柱形部件，与管140同心且具有比管140小的直径。管140可包括两个部分：近端的140a和远端的140b。部分140a和140b的每一个均可与管130-1同心，具有比管130-1大的直径。在与图2A一致的一些实施例中，部分140a可具有比部分140b大的直径。该构造在管140的近端区域提供另外的空间220，从而可在组件200-1中设置机械部件。一些实施例在近端空间220中可包括齿轮、垫圈、密封垫和轴。
图2B示出根据一些实施例的组件200-2的局部剖视图，包括同心驱动管130-2和140。尽管图2B中的管140可以是结合图2A描述的那种管，但是管130-2可包括近端部130a和远端部130b。在与图2B一致的一些实施例中，部分130a可具有比部分130b小的直径。因而，组件200-2中的近端空间220和与组件200-1一致的实施例相比进一步增加。
根据与图2A和2B一致的实施例，可以设置连接部210来连接管140中的部分140a、140b。连接部210可以构造成使得部分140a和140b之间不能相对运动。在一些实施例中，连接部210可由允许部分140a和140b之间有一定运动量的橡胶材料或一些其它弹性材料制成。这可对组件200-1和200-2提供一定程度的柔性，这对于减少内腔探针100在目标组织中引起的应变可能是理想的。在一些实施例中，理想的是在连接部210中提供防水密封材料，从而来自组织的湿气或流体不能污染空间220和管130和140之间的空间。使连接部210气密地密封空间220和管130和140之间的空间可还保护目标组织不受来自组件200-1或200-2内部的颗粒或材料污染。根据与图2B一致的实施例，连接部210可还被用于连接管130-2中的部分130a和130b。
图3示出根据一些实施例的包括同心驱动管130和140的组件300的局部剖视图。如在组件200-1和200-2中，外管140可具有近端部140a，该近端部具有比远端部140b大的直径。此外，与组件300一致的实施例可包括连接近端部140a和远端部140b的喇叭形部分310。如图3所示，尽管部分140a、310、140b可被连接到一起，但是它们可由不同材料制成且具有不同的物理特性。在一些实施例中，部分140a、310、140b可由相同材料制成且具有类似的物理特性。例如图3中示出的实施例可实现在远端具有减少的截面积且具有宽近端空间220的组件300。这可能增加组件300中的管130和140之间的间隙。尽管这可能导致不太精确的公差，但是可显著减少组件300的成本。
图4示出根据一些实施例包括传动系统127的组件400的局部剖视图，该传动系统127进一步包括轴410和齿轮415-1和415-2。与图4一致的实施例还可包括将内管130连接到外管140的轴承420和将外管140连接到静止外套管120的轴承425。静止套管120可被附接到组件400且保持旋转管相对于驱动齿轮的定位。静止套管120已结合图1进行了详细描述。管140中的连接部210与近端部140a和远端部140b一起可以与如上结合图2详细描述的一样。轴承420和425分别减轻管130和140之间的内部空间、以及静止套管120和管140之间的内部空间的摩擦。轴承420和425的使用可取决于组件400的长度和管130和140的直径。例如，外管140的直径相对于组件400的长度的纵横比可确定轴承420和425的使用和它们沿探针纵向轴线的相互间距离。
如图4所示，手持件150可包括在其远端中的、套管组件110的一部分。而且，手持件150可包括形成密封件450的弹性材料，以避免手持件150的内部和被处理的组织之间的材料的任何污染或交换。密封件450可由弹性材料例如橡胶或生物相容性聚合物制成。而且，在一些实施例中，密封件450可由例如铜或铝的金属制成。
根据与图4一致的实施例，传动系统127可设置在近端空间220中。传动系统127可以是将马达125（图4中未示出）的动作传给内管130和外管140的传动机构。为了提供管130和管140的旋转运动，传动系统127可包括轴410和齿轮415-1和415-2。轴410被连接到马达125，所述马达使轴410绕其轴线旋转。根据图4，轴410可与探针纵向轴线平行。一些实施例可使轴410在不与探针纵向轴线平行的方向上对准。例如，在与图4的概念一致的一些实施例中，轴410可处于与探针纵向轴线垂直的平面中。而且，根据图4，轴410可通过绕其轴线旋转而提供运动。一些实施例可使轴410通过绕其轴线线性和周期性上下移动而对管130和140提供运动。
根据图4，齿轮415-2可在部分130-1中被连接到内管，齿轮415-1可在部分140c中连接到外管140。部分130c可以是管130中的近端外侧的部分。部分140c可以是管140的近端内侧的部分。部分140c可设置在外管140的部分140a中。为了将管130、140连接到齿轮415-1和415-2，部分130c、140c可分别包括在管130、140切削形成或者附接到管130、140上的齿轮齿。所述部分130c、140c中的齿轮齿可与传动系统127中的两个分离的齿轮415上的对应齿啮合。一些实施例可使用摩擦齿轮例如聚合物盘来代替带齿的齿轮。与图4一致的实施例可使齿轮415-1和415-2由各种材料例如不锈钢、塑料或硬化橡胶形成。其它金属例如铜或铝也可被用于形成齿轮415-1和415-2。
图4还示出沿纵向方向在外管140和内管130的近端之间的间隙空间460。间隙空间460为传动系统127的不可与内管130接触的部分提供空间。例如，在与图4一致的实施例中，间隙空间460为直径比齿轮415-2大的齿轮415-1提供空间。因而，齿轮415-1可使管140旋转而不会与内管130接触或妨碍管130的旋转。
传动系统127中的齿轮415-1和415-2可构造成利用同一驱动轴410使内管130在一个方向上旋转而外管140在相反方向上旋转。这可允许管130、140同步反向旋转。在一些实施例中，例如在图4中示出的，齿轮415-1和415-2可被以两个齿轮可沿相同方向旋转的方式附接到轴410。齿轮415-1可经由部分140c连接到管140的内侧。齿轮415-2可经由部分130c连接到管130的外侧。因而，在轴410以给定方向旋转时可获得管130和140之间的反向旋转效果。通过使用具有适当半径关系的齿轮415-1和415-2，管130的旋转速度可相对于管140的反向旋转速度进行调整。例如，在与图4一致的实施例中，将轴410连接到内管130的齿轮415-2可具有比将轴410连接到外管140的齿轮415-1小的直径。这可导致内管130相对于管140以相同速度和相反方向旋转。管130、140相对速度的不同设置可通过传动系统127中的齿轮415-1和415-2提供。
一些实施例可使用具有在管130和140中提供不同旋转速度的半径的齿轮415-1和415-2。例如，一些实施例可以构造成使得内管130完成一圈，外管完成10或者100反向圈。通常，内管130完成P圈，外管140可完成Q圈，而P和Q可以是任意的两个整数。此外，管140的旋转频率和管130的旋转频率之间的比率可以是无理数。在一些实施例中，一个管（130或140）之一的旋转频率可以是另一管（140或130）的旋转频率的谐函数。
而且，为了最小化与套管组件110直接接触的组织的磨损，传动系统127的一些实施例可提供“络纱（spooling）”运动。“络纱”运动使得管130、140在某个方向上旋转一周，下一周则切换成在相反方向上旋转。因而，扫描效果仍是线性轨迹，但是组件110周围的组织经受较小的剪切力。
根据与图4一致的一些实施例，马达125（参考图1）可使轴410具有从1Hz（每秒一圈）到1kHz（每秒一千圈）或更多的旋转速度。轴410绕与轴线LA大致平行且径向偏离比管130的OD的一半大的距离的轴线（SA）旋转。在另外的方面中，轴线SA与轴线LA偏离比管140中的部分140b的OD的一半大但是比管120的OD一半小的距离。
齿轮415-1和415-2以及内管130和外管140的相对尺寸决定了管140和130的旋转速度。在一些实施例中，管130、140可均以几RPM（每分钟的转数）到几十RPM或更高（例如100RPM或更高）的速度旋转。当管130和140的相对旋转速度在几十RPM内时，散热不会引起足以影响周围组织的热梯度。而且，在几十RPM的相对旋转速度条件下，经由润滑剂涂层的散热可足以避免套管组件110的热分解。这种润滑剂涂层可以是如上所述的聚合物涂层或特氟龙。
在一些实施例中，管130、140的旋转速度和反向旋转速度可以相当高，诸如8200RPM或更高。例如，在内腔探针10被用于OCT扫描的实施例中，可能希望快速旋转速度。在这种情况下，管130、140的最大旋转速度可由OCT扫描器的检测器采集速度限制。而且，使用“络纱”运动的一些实施例可使用双倍于连续运动速度的、管130和140的旋转速度和反向旋转速度。例如，在用于OCT扫描的内腔探针10的实施例中，使用“络纱”运动的构造可以以利用连续运动的构造的速度的两倍速度旋转，以完成相同的B扫描。在OCT扫描实施例中高旋转速度可以是理想的，以便产生3D立体成像。
图5示出根据一些实施例俯瞰的如图4中的套管组件110。根据图5，轴410可逆时针旋转，齿轮415-1通过其齿接合到部分140c而使外管140进行逆时针旋转运动。进而，齿轮415-2通过其齿接合到部分130c使内管130进行顺时针旋转运动。为了清楚，图4中的其它元件在图5中未示出。
根据本文公开的实施例的探针可提供简单、有效的机构以在两个同心管中产生精确控制的反向旋转运动。这种探针可被用作OCT成像探针或多点激光探针。尽管探针可具有3维布局，但是它们可能在截面上高度受限，且在某一方向上伸长。此外，在一些实施例中，探针可以是轴对称的——至少在探针的可包括远端的部分是轴对称的。
在OCT成像技术中，具有相干长度的光束通过使用探针可被引导到目标组织中的某一点。相干长度提供分辨率深度，当在探针的远端改变时可展开以产生组织的被照明部分的深度图像（A-扫描）。2-维组织图像可经由B扫描获得。在一些实施例中，B扫描是沿着组织的截面的直线。此外，通过沿着组织中的不同线重复执行B扫描，可提供组织的3D再现。在一些实施例中，B扫描可以是具有相同长度且布置在距离公共交叉点一定半径内的一组线。因而，多个B扫描提供组织中圆形区域的图像，具有一定深度。
根据用于OCT成像的探针10的一些实施例，针对每个B扫描步骤可完成多个A扫描。例如，512个A扫描可被用于完成一个B扫描。一些实施例可使用每个B扫描周期较少数量的A扫描，因而允许以更快的速率进行B扫描过程。在这种情况下，可以进一步增加管130和140的旋转和反向旋转速度。
为了获得复杂的扫描线组——包括以预选择图案布置的B扫描线，可以使用探针10中的内管130和外管140。管130、140可包括专用光学部件，所述部件移动以使光束沿希望方向转向。该运动的精确控制对于OCT过程的功效而言是重要的。特别地，运动的可重复性是需要的，从而A扫描可沿B扫描线对准以符合连续图像。在一些实施例中，探针中可移动零件的运动可以是具有封闭轨迹的周期循环。例如，轨迹可以是以探针纵向轴线为中心的圆形。探针纵向轴线可以是光学系统的光轴。
根据本文公开的一些实施例，具有对称轴线的实质上一维探针可提供绕探针纵向轴线的径向B扫描。为了实现这一点，反向旋转管130、140可相应地由传动系统127同步使用。例如，反向旋转管130、140可提供光束在与探针纵向轴线垂直且以其为中心的平面中沿径向方向的光学扫描。这种布置可使用Wu等的论文中详细描述的光学元件（J.Wu,M.Conry,C.Gu,F.Wang,Z.Yaqoob,和C.Yang;“Paired-angle-rotation scanning optical coherence tomographyforward-imaging probe（成对角旋转扫描光学相干断层向前成像探针）”Optics Letters,31(9)1265(2006)），其全部内容通过参考在此并入。一些实施例在传动系统127中可包括同步机构，使得管130、140的相对相位和速度可按需要调整。因而，管130、140可提供沿着包括探针纵向轴线的平面的线性径向扫描。此外，通过调整管130和140的相对角速度和相位，径向扫描的平面可绕探针纵向轴线旋转。如上所述的一些实施例可构造成使得径向扫描不是完美的线性。即，光束不能沿包含在包括探针纵向轴线的平面内的完美直线移动。在一些实施例中，运动可大致接近平面，在大致靠近平面中的线的伸长轨迹上。在一些实施例中，光束的轨迹可在与探针纵向轴线垂直且以其为中心的平面上形成伸长的“8”字图案。
在一些实施例中，OCT技术使用向前扫描过程。在这种情况下，光学照明在探针纵向轴线的向前方向上发生。在向前扫描中，在与探针纵向轴线垂直的平面中目标组织可在探针前方。因而，从探针末端前进到组织的光和从组织回到探针的光可在与探针纵向轴线大致平行的方向上行进。在使用向前扫描的一些实施例中，目标组织可大约垂直于探针纵向轴线，但不是精确地垂直。此外，在一些实施例中，从探针行进到目标组织和从目标组织行进到探针的光不能与探针纵向轴线平行，而是形成关于探针纵向轴线的对称图案。例如，在向前扫描中照亮目标组织的光可形成绕着探针纵向轴线的圆锥体或其部分。同样，内腔探针10在向前扫描中收集的光可来自包括探针纵向轴线周围的锥段部分的3D区域中的目标组织。
在一些实施例中，OCT技术可使用侧部成像。例如，在侧部成像中，目标组织可与包含探针纵向轴线的平面平行。在与此类似的情形下，理想的是在绕着探针纵向轴线的圆形轨迹上移动照明光斑以产生目标组织的封闭圆形图像。这种情形可在涉及血管内过程的显微手术中出现。例如，在冠状动脉血管造影术中冠状动脉的内壁在沿着动脉内腔的圆柱状剖面中可使用本文公开的实施例完全扫描。
一些实施例可使用如本文提供的内腔探针10用于传输意图用于治疗目的的激光。例如，在光动力疗法中，激光可被扫描以激活以前输送到目标组织的药物中的化学试剂。在一些实施例中，激光可被用于选择性地从目标区域消融或去除组织或剩余材料。在诸如以前描述的实施例中，被输送的光的精确控制由探针末端的可移动部件提供。
需要注意的是，根据本文公开的一些实施例的旋转运动到线性运动的转变提供了执行线性运动的平滑机制。虽然旋转运动可被连续提供，但是周期性的线性运动可能需要机械元件的停止和加速——如果直接尝试的话。机械元件的停止和加速经受摩擦是不希望的。
上述本发明实施例仅是示例性的。本领域技术人员可从这些具体公开中认识到各种替代实施例。这些替代实施例也意图在本发明的范围内。如此，本发明仅由以下权利要求限制。

Claims (25)

1.一种用于显微手术过程的内腔探针，包括：
手持件，所述手持件包括马达；
套管组件，所述套管组件连接到所述手持件；
传动系统，所述传动系统将所述马达连接到所述套管组件；
所述套管组件包括：外管，所述外管能够绕纵向轴线旋转；内管，所述内管与所述外管同心，且能够绕所述纵向轴线旋转；所述外管和所述内管均具有近端和远端，其中，所述传动系统使所述外管绕着所述纵向轴线在第一方向上旋转，并且使所述内管绕着所述纵向轴线在相反的第二方向上旋转；并且形成在所述外管的近端和所述内管的近端之间的近端空间包括所述传动系统的至少一部分。
2.如权利要求1所述的内腔探针，其中，所述内管的近端在纵向方向上提供用于所述传动系统的间隙空间。
3.如权利要求1所述的内腔探针，进一步包括与所述外管同心且在所述外管外部的静止管，所述静止管具有近端和远端。
4.如权利要求1所述的内腔探针，其中所述显微手术过程涉及光的使用，所述内腔探针包括：
光学部件，所述光学部件附接到所述外管和所述内管；并且
所述外管和所述内管的反向旋转运动提供光束的扫描；并且
所述外管和所述内管是中空的。
5.如权利要求4所述的内腔探针，其中所述光学部件包括附接到所述内管和所述外管中的每一个的至少一个透镜。
6.如权利要求5所述的内腔探针，其中至少两个透镜形成间隙，且所述透镜的面对所述间隙的侧部相对于每个透镜的轴线以一定角度被切除。
7.如权利要求6所述的内腔探针，其中所述至少一个透镜包括至少一个GRIN透镜。
8.如权利要求4所述的内腔探针，其中所述光学部件包括至少一个棱镜。
9.如权利要求4所述的内腔探针，其中所述光学部件包括至少一个衍射元件。
10.如权利要求1所述的内腔探针，其中所述外管的近端具有比远端大的直径，以提供近端空间。
11.如权利要求10所述的内腔探针，其中所述内管的近端具有比远端小的直径以增加近端空间。
12.如权利要求1所述的内腔探针，还包括有位于所述外管和所述内管之间的轴承；所述轴承沿着所述外管和所述内管之间的空间以有规律的间隔布置。
13.如权利要求1所述的内腔探针，包括位于所述外管外部的静止套管。
14.如权利要求13所述的内腔探针，包括设置在所述静止套管和所述外管之间的轴承。
15.一种在用于显微手术过程的内腔探针中使用的套管组件，包括：
外管，所述外管能够绕纵向轴线旋转；
内管，所述内管与所述外管同心，能够绕所述纵向轴线旋转；
所述外管和所述内管具有近端和远端，
形成在所述外管的近端和所述内管的近端之间的近端空间，所述近端空间在径向方向和纵向方向上延伸；
传动系统，所述传动系统被设置在所述近端空间中且提供所述外管和所述内管的反向旋转运动。
16.如权利要求15所述的组件，进一步包括连接至手持件的可拆除的部分，所述手持件包括连接到所述传动系统的马达。
17.如权利要求15所述的组件，进一步包括与所述外管同心且在所述外管外部的静止套管，所述静止套管具有近端和远端。
18.一种用于显微手术过程的内腔探针，包括：
手持件，所述手持件包括马达；
套管组件，所述套管组件连接到所述手持件；
传动系统，所述传动系统将所述马达连接到所述套管组件；
所述套管组件包括：外管，所述外管能够绕纵向轴线旋转；内管，所述内管与所述外管同心，能够绕所述纵向轴线旋转；所述外管和所述内管均具有近端和远端，其中所述传动系统使所述外管和所述内管反向旋转，并且通过所述马达经由所述传动系统实现所述外管和所述内管的反向旋转运动。
19.如权利要求18所述的内腔探针，其中所述传动系统驱动所述外管的内侧和所述内管的外侧。
20.如权利要求18所述的内腔探针，其中所述内管和所述外管之间的间隙在所述近端中比在所述远端中大，使得所述传动系统的一部分位于所述近端的间隙中。
21.如权利要求20所述的内腔探针，其中所述内管和所述外管的远端的直径小于1mm。
22.如权利要求21所述的内腔探针，其中手持件的直径小于1cm。
23.如权利要求22所述的内腔探针，其中所述传动系统包括连接到所述外管的第一齿轮和连接到所述内管的第二齿轮。
24.如权利要求23所述的内腔探针，其中所述传动系统包括连接到所述外管的内侧和所述内管的外侧的一个齿轮。
25.一种使用套管组件沿线性路径扫描光束的方法，包括如下步骤：
提供穿过所述套管的轴线的光束；
使用在所述套管的近端空间中的传动系统来提供外管和内管的反向旋转运动，其中所述外管和所述内管均是中空的且在其远端具有光学元件；以及
使用所述传动系统中的至少一个齿轮来控制所述外管和所述内管的相对旋转速度。
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