CN104768451B - 用于获得病理信息的具有光子活检设备的系统 - Google Patents

用于获得病理信息的具有光子活检设备的系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种包括管构件、中空杆及细长的光纤体的活检设备。所述中空杆能够具有远端以及杆部分，其中，面向侧面的(面朝侧面的)槽形成在所述杆的这一远端部分中。所述细长的光纤体能够包括具有远端的至少一个光纤，优选地至少两个光纤。所述管构件能够相对于所述杆在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述槽被所述管构件所覆盖，在所述第二位置中，所述槽不被所述管构件所覆盖。在所述杆内，所述光纤体能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述光纤的所述远端定位于所述杆的所述远端处，同时所述细长的光纤体延伸通过所述槽，在所述第二位置中，所述至少一个光纤的所述远端被定位为接近所述槽。

Description

用于获得病理信息的具有光子活检设备的系统
技术领域
本发明总体上涉及一种包括用于体内组织检查并且用于体外组织检查的工具的系统。具体而言，本发明涉及包括具有光纤及侧槽的活检设备的系统，其用于体内组织检查并且用于获取可以额外地经历体外组织检查的活检组织。
背景技术
传统病理学利用体外分析的组织样本。因此，体内组织状态(例如所述体内组织的代谢状态)的相关信息中的一些在这一过程中丢失了，从而不能够在用于组织病理诊断的组织切片上被测量到。组织活检通常由外科医师或介入放射人员来执行，并且之后由放射人员来检查。用于获得活检组织的示范性工作流程描绘在图1中。为了将活检设备(通常是具有外管构件500以及带有侧凹口的杆500的针)准确地定位于可疑组织中，一般使用诸如超声或X射线的图像引导来确定正确的位置。尽管成像可以提供对针的朝向感兴趣区域的粗糙引导，但是使用标准成像模态利用活检针来精确识别小的病变或肿瘤的边界常常是挑战。因而，活检组织经常是在错误位置处获取的，这增加了错诊的风险。额外的挑战是许多肿瘤中存在异质性，其中，例如，需要在肿瘤的不同区域中的多个活检组织，并且这需要在肿瘤组织的不同部分中的更准确的定位。活检组织位置与之后的活检组织病理分析之间的关联对于评定异质性以及要选择的优化(靶向的)治疗而言是重要的。随着例如在乳癌中的在外科手术之前的新辅助癌症治疗的增加的使用，这变得更加重要。
存在诸如功能性MRI成像以及PET-CT成像的提供体内信息的各种成像设备。由于上面所描述的困难，难以将由这些成像模态获得的信息链接到来自从身体获取的活检切片的组织病理结果，因为链接到活检组织的正确位置是困难的，部分是因为成像模态的有限的分辨率。
为了更准确地将在图像引导下的活检针定位于可疑组织中，可能需要在设备的尖端处的组织感测。当前的活检针常常不具有这样的组织反馈可能性。最近，已经报道了具有集成到所述设备中的光纤的细长的介入设备，所述光纤提供来自在所述设备的尖端处的组织的反馈。这样的设备允许朝向可疑组织的小的体积的精细引导，尤其是针对在成像中未示出足够对比度的组织。为了允许组织辨别，这些设备采用漫反射光谱(DRS)。对于DRS而言，这样的设备应当被设计为具有在源与探测器光纤之间的最大可能距离，以确保优化的组织特性。
专利申请US2005070818A1涉及一种用于从活检位点收集组织样本的活检设备。所述活检设备包括共同协作的插管器组件、切割器组件以及内窥镜组件。
专利申请US2005203419A1涉及一种用于在芯针活检期间执行光谱学的侧射探头。所述光学探头包括照光纤及探测光纤，所述照射探头将光传递到邻近侧窗的组织，所述探测光纤从相同的组织收集光并将所述光传递到光谱学仪器。基于光谱学测量的结果，光学探头可以从所述针收回并且切割器前进以采集邻近所述侧窗的组织样本。
专利US6564087B1涉及一种用于光学干涉断层摄影的光纤光学针探头。光纤光学针探头包括针、光纤以及光束探测器。所述针的壁的部分能够发送光。所述射束探测器将光从光纤引导到被成像的内部结构，并且通过壁的透明部分从所述结构接收光。致动设备移动针、光纤或光束探测器以扫描样品的内部结构。
专利申请US2002128570A1涉及一种灌注敏感活检提取器。公开了一种用于量化灌注并且移除在生命体中的位点处的活检样本的技术，其中，将具有灌注传感器的仪器引入到在要被研究的位点处的身体中，于此处探询组织。当灌注传感器产生指示灌注的、有活性的组织的信号时，收集活检样品。
发明内容
鉴于在尖端处的组织感测能够确保设备准确地定位于感兴趣位置处，可期望正确地从相同位置获得活检。为此，需要特殊设计以确保恰当 的组织样本被捕捉在活检设备的槽中。在组织测量期间，活检设备的槽在不同于在设备的尖端处的光纤端部的位置的位置处。需要特殊的结构，以使得当在组织感测完成后获取活检组织时，活检设备的槽定位于其中发生最后组织感测的位置处。
对于具有侧槽的活检设备而言，槽设置的存在严格约束了在设备内集成光纤。结果，光纤将被限制于设备的杆的较低部分，从而实现在尖端处的小的并且可能是不足的源-探测器光纤距离。
活检设备能够包括若干可移动部分，所述可移动设备在全自动活检枪的情况下利用突然移动以高速被弹出。相应地，光纤需要以确保其机械稳定性并且不限制活检枪的可用性的方式进行集成。
此外，用于获得活检组织的典型的工作流程不应被改变。
一个目的可以被视为以这样的方式将光纤集成在活检设备(针)的尖端处，即使得：(1)所获得组织样本(活检组织)是与在取得所述活检组织之前通过光纤观察的所述组织相同的；(2)针对组织表征能够实现足够的源-探测器光纤距离；并且(3)该修改不需要在标准活检流程的临床工作流程中的改变。以下能够被看作另外的目的：将体内信息，例如代谢信息组合到标准组织病理学，以获得改进的病理数据集；在个体细胞水平上将常规病理染色结果与这样的信息相集成；并且提供与细胞的生物特性及性能有关、与改进的诊断(包括治疗响应监测)相关的更完全的信息。
换言之：本发明的目的是提供用于获得单个组织样本，即相同组织样本的体内及体外病理信息的系统及方法。这和另外的目的由独立权利要求的主题所解决。从属权利要求中描述了另外的实施例。
本发明提出了用于在活检设备的尖端处增加组织感测的集成的解决方案。所述活检设备包括在所述设备的所述尖端处的光学感测部分以及具有侧槽的杆，其特征在于，在获取所述活检组织之前的所述光学感测部分的位置和当获取所述活检组织时的所述槽的近端位置基本上相同。因此，所述杆被向前推动(如在图3的步骤B中)时将填充有组织的所述槽已经在图3的步骤A中被感测到了。
总体而言，根据实施例的系统能够包括活检设备，所述活检设备具有管构件、中空杆以及细长的光纤体。所述中空杆能够具有远端以及邻近 所述远端的杆部分，其中，面向侧面的(面朝侧面的)表面槽形成在所述杆的这一部分中。所述细长的光纤体能够包括具有远端的至少一个光纤，优选地至少两个光纤。
所述光纤体能够可移动地被容纳在所述中空杆内，并且所述杆能够可移动地被容纳在所述管构件内，其中，所述管构件能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述槽被所述管构件所覆盖，在所述第二位置中，所述槽不被所述管构件所覆盖，并且其中，所述光纤体能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述光纤的所述远端定位于所述杆的所述远端处，所述细长的光纤体延伸通过所述槽，在所述第二位置中，所述至少一个光纤的所述远端关于所述槽近端地定位。
相应地，活检设备的所述杆被形成为中空杆，所述中空杆提供用于插入具有集成的光纤的细长的体的空间。在设备(针)定位期间，所述杆的全部体积，包括所述槽，现在由所述光纤体占用，并且允许将所述光纤引导到具有足够大的源-探测器光纤距离的所述尖端，以确保准确的组织表征。
当获取所述活检组织时，从所述杆释放所述光纤体，并且所述槽的全部体积对于固定所述活检组织而言变得可用。因此，除在针定位期间的所增加的组织感测功能外，在临床工作流程内的使用仍然与用于常规活检针基本上相同。
根据实施例，所述光纤体包括在所述光纤体的远端处的斜面，其中，所述至少一个光纤的所述远端定位于所述光纤体的所述斜面处，其中，由所述光纤的所述前表面及所述斜面的所述表面形成光滑表面。备选地，所述至少一个光纤的所述远端能够突出超过所述光纤体的所述斜面。备选地，所述至少一个光纤的所述远端能够定位为在所述光纤体内部邻近所述斜面。此外，所述光纤的所述前表面能够具有与所述光纤体的所述斜面不同的角。
“斜面”是允许将所述针引入到组织中的几何结构。通常，针的杆包括圆形横断面。针杆的所述远端被切割，使得形成椭圆形表面，所述椭圆形表面相对于所述杆的纵轴是倾斜的。所述斜面在所述针的最远端处形成尖锐的尖端。应注意，所述斜面能够与所述杆形成锐角，使得所述针包 括尖锐的尖端。优选地，所述锐角能够是近似20°。
根据实施例，所述光纤体的所述斜面与所述中空杆的所述远端的所述倾斜的表面一起能够形成允许将所述设备引入到组织中的几何结构。
在下文中，针对更好的理解将定义几何方面。首先，所述设备包括纵主轴，所述纵主轴通常是旋转对称的杆的中心轴。此外，以与所述主轴的一角度切割所述设备的所述尖端部分以形成所述斜面。所述斜面的所述尖锐的尖端被引导到所述针的“前方”。因此，从“侧面”看，能够识别在所述斜面与所述主轴之间的所述角，并且进一步地，能够向在所述侧面(即侧向地)形成的凹口上看以及向所述凹口内看。
应注意，在所述光纤的基本上圆形的横断面的情况下，在所述斜面中的所述开口处的光纤的所述端部表面能够具有圆形形状或椭圆形形状。取决于其中所述光纤将终止于所述斜面表面的所述角，所述光纤的所述端部表面将受影响，并且因此发射的或接收的光的方向将受影响。
所述光纤体具有外径，并且所述光纤的所述端部表面以到彼此的距离被布置在所述体之内。优选地，在所述光纤端部之间的所述距离大于所述体的直径。例如，所述距离大于所述直径的1.1倍。特别是，所述距离能够大于所述直径的1.25倍。优选地，所述距离能够大于所述直径的1.5倍。换言之，在所述光纤端部之间的所述距离应尽可能地大。这样的距离是从所述光纤中的一个的中心轴到所述光纤中的另一个的中心轴测量的。
应理解，所述管构件能够包括锐化的远边缘。
根据又一个实施例，在所述中空杆的远端与所述槽之间插入体能够被布置在所述活检设备的所述中空杆内，其中，所述插入体能够包括开口，当所述光纤体在所述第一位置中时，即当所述光纤体在所述(一个或多个)光纤的所述远端定位于所述杆的所述远端的位置中、同时所述细长光纤体延伸通过所述槽时，所述开口用于容纳所述至少一个光纤的所述远端。
根据另一个实施例，所述活检设备还能够包括用于注射或提取流体的通道。这样的通道能够是形成在所述光纤体中并且在纵轴方向中延伸通过这一体的额外的通道，但是也能够形成在所述杆的壁中，或在所述光纤体与所述杆之间，或者在所述杆与所述外管构件之间。
根据又一个实施例，所述活检设备还能够包括组织收回通道，其中， 吸取设备能够向所述通道应用真空，以收回组织样本。例如，在移除所述光纤体之后，其中所述光纤体被容纳在所述杆内的所述通道能够用于收回样本。备选地，所述通道能够形成于在所述光纤之间的所述光纤体中，所述光纤优选地尽可能多地布置在所述细长的体的对侧。
根据另一个实施例，所述活检设备还包括控制台，所述控制台包括光源、光探测器以及处理单元，所述处理单元用于处理由所述光探测器提供的信号，其中，所述光源和所述光探测器中的一个能够提供波长选择性。所述光源能够是激光器、发光二极管或过滤光源中的一个，并且所述控制台还能够包括光纤开关、分束器或二向色光束组合器中的一个。此外，所述设备能够适于执行来自包括以下组中的至少一个：漫反射光谱、漫射光学断层摄影、差分路径长度光谱以及拉曼光谱。
所述系统还能够包括适于体外组织检查的设备，和/或存储容器，所述存储容器用于接收所提取的组织样本，并且用于存储通过体内组织检查和/或体外组织检查获得的病理信息。
根据另一方面，提供了一种用于获得与组织样本相关的病理信息的方法，所述方法总体上包括以下步骤：从体内组织检查获得信息，从体外组织检查获得信息，其中，首先体内地然后体外地对相同的组织样本进行检查。
所述体内组织检查包括来自以下项的组中的至少一个：漫反射光谱、荧光光谱、漫射光学断层摄影、差分路径长度光谱以及拉曼光谱。另一方面，所述体外组织检查包括以下中的至少一个：制作组织切片；通过苏木精和曙红和/或特定生物标记物来染色；以及光学地扫描。
根据另一个实施例，所述方法还能够包括将通过体内组织检查获得的所述信息与通过体外组织检查获得的所述信息进行集成的步骤。例如，所述体内获得的信息能够用于解读所述体外获得的信息。
所述方法还能够包括由存储容器存储所述组织样本的所述病理信息的步骤，所述病理信息是通过体内组织检查和/或通过体内组织检查获得的，所述存储容器还能够适于接收组织样本。
本发明的上面所定义的方面和其它方面、特征和优点也可以从下文中将要描述的实施例的范例来获取到并且参考实施例的范例予以解释。本 发明在下文中参考实施例的范例得以更详细地描述，但本发明不限于所述实施例的范例。
附图说明
图1是利用已知针来获取活检组织的图示。
图2示出了根据第一实施例的活检设备。
图3图示了利用图2的设备来获取活检组织的步骤。
图4示出了根据第二实施例的活检设备。
图5图示了利用图3的设备来获取活检组织的步骤。
图6示出了包括活检设备及控制台的系统。
图7示出了血液、水及脂肪的吸收系数的对数图。
图8示出了针对胶原蛋白、弹性蛋白、NADH及FAD的荧光曲线。
图9是图示了根据实施例的方法的步骤的流程图。
附图中的图示仅是示意性的且未按比例绘制。应注意，如果合适，则类似元件在不同图中被提供有相同的附图标记。
附图标记列表：
10 杆
12 插入体
13 开口
15 远端
20 凹口
30 斜面
35 光纤体
40 光纤
45 通道/开口
50 管构件
55 远边缘
60 控制台
64 光源
66 光探测器
68 监测器
70 吸取设备
80 用于体外组织检查的设备
90 存储容器
100 杆
200 槽
500 外构件
具体实施方式
在图2中，示出了活检设备的第一实施例，其具有中空杆10、光纤体35以及外管构件50。中空杆10包括远端或尖端15，所述远端或尖端形成倾斜的表面，其中，在中空杆具有圆形横断面的情况下，所述倾斜的表面具有椭圆的形状。此外，侧向凹口或槽20形成在杆中，其中，槽20基本上是由侧向开口以及在纵轴方向中延伸通过杆的膛的一部分形成的。
由细长的并且固定的元件形成光纤体35，在所述细长的并且固定的元件中提供了用于容纳光纤40的通道。光纤体包括在其远端处的斜面30。外管构件50包括尖锐的远边缘。为了更好的可视化，光纤体在图2中在中间位置中，其中，斜面30在槽20内。
针对组织感测，需要远端在活检设备的尖端15处的用于照射并且收集光的光纤40。光纤的近端可以连接到能够传送并且接收光的光学控制台。
针对优化的组织感测，需要朝向设备尖端15引导至少两个光纤40(源和探测器)，并且光纤尖端端部应当具有距彼此最大的距离。根据第一实施例，这由中空杆实现，所述中空杆提供用于插入光纤体35的空间，所述光纤体具有光纤40，其中，所述光纤以足够的源-探测器光纤距离集成在尖端处，即在斜面30处。
在典型的临床工作流程中，活检设备被插入到患者内，所述活检设备具有外管构件50(切割套管)，所述外管构件覆盖杆10的槽20以确保光滑的突出(图3中的步骤A)。因此，在这一步骤中槽20不暴露于组织，并且在不变更工作流程的情况下在杆10中的中空空间(包括槽20)能够由光纤体占用。提出的解决方案允许在针定位期间的在尖端处的额外的组织 表征。
在目标位置处，杆10被弹出然而光纤体依然在其位置中(图3中的步骤B)。从而，槽20不再由管构件50占用，并且能够以常规方式获得活检组织(图3中的步骤C)。
鉴于中空杆10以及管构件50是可移动部分，故在整个流程期间光纤体依然可以在固定的位置处。由于具有集成的光纤40的光纤体35是不移动的，所以所述设计可与快速(全自动的)发射机构兼容，其中，以高的速度相继地运行工作流程步骤B和C。因此，规避了强机械力损坏光纤40的风险。
能够以这样的方式选择杆10的长度及位置，即使得当在弹射(步骤B)后被暴露时，光纤体35面对槽20的近侧。这允许仅仅在获取活检组织(步骤C)之前，对准呈现在槽20中的组织的特性。利用这一选项，能够从槽中的组织原位执行确认测量，并且能够确保在活检样本与光测量之间的最优相关性。这对于具有人工或半自动的发射机构的活检设备而言尤其有用，在所述活检设备中，能够在用户定义的时间延迟的情况下运行工作流程步骤2和3，以允许在槽中的额外的组织测量。
图4示出了活检设备的不同于第一实施例的第二实施例，在所述第二实施例中，插入体12被插入在中空杆10的在远端15与槽20之间的部分中。插入体12可以是在尖端处的小的固定的元件，借助于所述小的固定的元件，中空杆的尖端在活检期间能够被关闭。为了更好的可视化，光纤体在图4中在中间位置中，光纤40的突出端在槽20内。
在杆10的弹出期间，组织可以进入杆的中空尖端部分并且可以被具有洞的突出杆切割(步骤B)。插入体12可以确保被切割的组织的量是用于获得合适的活检的医学上需要的仅绝对极小值。
插入体12具有两个或多个(圆锥形)开口/通道13，所述开口/通道仅仅大到足够(通常大约100μm)用于朝向杆10的尖端15宽松地引导光纤40。光纤体35相应地被适配，使得光纤40从体突出已知的长度以匹配到插入体12的引导通道13中。优选地插入体的尺寸被最小化(仅若干毫米)，以降低所需要的光纤40从光纤体35的体突出的长度。
此外，能够在杆内或在光纤体中实现用于应用真空的小的开口，并 且所述小的开口可以用于在杆10已经被弹出(步骤B)之后，将组织吸取到槽20内，以确保活检组织具有足够的尺寸。通过这一方式，针对槽中的组织在获得活检组织之前被表征的情况，低压可以确保组织被带到与面对暴露的槽20的近侧的光纤40密切接触。
这样的开口45被示意性图示在图2中，其中，这一开口可以被形成在杆10内，在光纤体35内，但也可以作为在杆10与光纤体35之间的间隙。
并入小的开口以应用低压也能够允许对在考虑中的血液/组织的同时生物/生理分析，从而获得更好的活检质量。低压能够用于吸取小量(微升)的身体流体(例如血液/血清、胆汁等)以用于即时生化分析，所述生化分析能够用于补充光学组织特性。
为此，优选地由在光纤体之内的小的真空开口实现低压，使得在描述的设计内能够在尖端处(图3中的工作流程步骤A)并且也在槽中(图3中的步骤B)执行血液采样。能够由适当的探测器(例如芯片级微流体设备和/或MEMS)分析吸收的血液/细胞，所述探测器连接到真空通道的远端，从而实现即时分析。
例如，基于MEMS的pH传感器能够允许基于pH的肿瘤(酸性的)对正常(碱性的)组织的补充分类。除pH传感器之外，也可以使用能够表征考虑中的组织样本的特性的其他特定传感器。这能够充当用于在困难情况下支持光学组织感测的称赞的方法，并且从而甚至进一步改进光子活检流程的结果。
应注意，‘斜面’还可以在针的尖端处具有用于将针引入到组织中的另一形状或结构。例如，斜面可以是凸状或凹状表面，或斜面可以是若干小表面的组合，其中，这些表面通过台阶或边缘彼此连接。也能够是，杆的横截面不被斜面完全切割，以使得留下钝(即，例如，相对于杆的纵轴垂直地取向的)的区域。这样的‘钝的’端部可以包括圆化的边缘或也可以形成圆化的前边缘。作为另一实例，可以通过对称地或不对称地布置以形成设备的尖端的两个或多个倾斜的表面来形成尖锐边缘。
如图6中所示的，介入设备的光纤40连接到光学控制台60。所述光纤能够被理解为光导或光学波导。在实施例中，控制台60包括光源64 和光学探测器66，所述光源采取有嵌入式快门的卤素宽带光源的形式。光学探测器66能够解析具有基本上在波长光谱的可见和红外区域中的波长(例如，从400nm到1700nm)的光。光源64和探测器66的组合允许漫反射测量。针对关于漫反射测量的详细论述，参见R.Nachabe、B.H.W.Hendriks、A.E.Desjardins、M.van der Voort、M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg.的“Estimation of lipidand water concentrations in scattering media with diffuse opticalspectroscopy from 900to 1600nm”，J.Biomed.Opt.15，037015(2010年)。
任选地，例如当在图像引导下获取活检组织时，控制台还能够耦合到能够对身体的内部进行成像的成像模态。在这一情况下，当活检组织被获取到活检组织容器时，还能够存储内部的图像。在这一情况下，光学活检针的体内信息、活检组织的病理信息以及活检组织被获取的位置被集合到一起以用于改进的病理学。
另一方面，还能够设想其它光学方法(如通过采用多个光纤的漫射光学断层成像术、差分路径长度光谱学、荧光和拉曼光谱学)来提取组织性质。
在图6中另外示出的是吸取设备70、用于获得体外病理信息的设备80以及存储容器90。吸取设备可以连接到活检设备的近端，使得能够通过活检设备将低压或真空应用于相同的远端，尤其是应用于在活检设备的远端处的槽。
设备80可以通过有线或无线的方式连接到控制台60，以交换如控制命令或表示被检查的组织样本的病理方面的数据的信息。设备80可以是包括光学扫描器以及图像管理系统的数字病理系统，以使得能够：对组织染色图像进行数字化、存储、获取及处理；读取存储在存储盒容器中的信息并且将这一信息与要被呈现给病理医师的数字化的染色数据集相集成。除此之外，来自光子活检设备的数据集或者可以被呈现为紧邻组织病理图形或者所述两种数据集可以融合在图像中，以图像的特定着色模式为特征并且可通过图像的特定着色模式来识别。例如，在体内测量的氧气水平能够被增加为红色，其中，深红意指低氧并且亮红能够意指高氧水平。此外，来自FTIR或拉曼的分子空间分布能够被增加为到特定分子的病理切片的 颜色编码的映射。
可以使组织样本，其首先可以经历体内组织检查(即，在生命体内的检查)并且其其次可以经历借助设备80的体外组织检查，位于容器90中。还能够在组织活检组织或活检组织的部分上执行分子诊断(例如，测序或PCR)。
用于活检的存储容器还可以是使得在体内和/或体外获得的光学信息能够存储在所述存储容器上。这可以是能够在病理部门处由数字病理设备读出的条码标签。其还能够是微芯片，在所述微芯片中能够电子地存储光学信息。除存储实际信息外，还能够存储其中可以获取信息的“地址”或“链接”。
根据另一个实施例，容器80可以被放置于控制台60中。然后在光子活检设备附着于控制台时，数据能够被写在容器上。数据能够以条码的形式被写在或者能够以电子形式存储在容器上的芯片中。
处理器将所测量的光谱转换为指示组织状态的生理参数，并且监测器68可以用于使结果可视化。
可在处理器上执行的计算机程序可以被提供在适合的介质(例如，与处理器一起供应或作为处理器的一部分的光学存储介质或固态介质)上，但也可以以其它方式分布，例如，经由因特网或其它有线或无线通信系统来分布。
针对荧光测量，控制台必须能够将激发光提供到至少一个源光纤，同时通过一个或多个探测光纤探测由组织生成的荧光。激发光源可以是激光器(例如，半导体激光器)、发光二极管(LED)或过滤光源(例如，过滤汞灯)。总体而言，由激发光源发射的波长短于待探测的荧光的波长的范围。优选的，使用探测过滤器滤出激发光以便避免由激发光引起的探测器的可能超负荷。当存在需要彼此区分开的多个荧光实体时，需要波长选择探测器，例如，分光仪。
在荧光测量将与漫反射测量组合的情况下，可以将用于测量荧光的激发光提供到相同的源光纤作为用于漫反射的光。这可以通过(例如)使用光纤开关或分束器或者具有聚焦光学设备的二向色光束组合器来实现。备选地，可以使用单独的光纤来提供荧光激发光及用于漫反射测量的光。
为执行光谱学，可以使用定制的Matlab 7.9.0(Mathworks,Natick,MA)算法装配采集的光谱。在这一算法中，实施普遍认可的分析模型，即，通过参考文献T.J.Farrel、M.S.Patterson和B.C.Wilson的“A diffusion theory model of spatially resolved,steady-state diffuse reflectance for the non-invasive determination of tissueoptical properties”，Med.Phys.19，第879至888页(1992年)引入的模型，在此通过引用将其整体并入。这一引用的模型的输入变元是吸收系数μa(λ)、约化散射系数μ's(λ)和在探针的尖端处的发射光纤与收集光纤之间的中心距。
在下面的部分中，将简要解释所述模型。所使用的公式主要基于Nachabé等人的工作，并且因此参考R.Nachabe、B.H.W.Hendriks、M.van der Voort、A.E.及H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of biological chromophores using diffuseoptical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength range toinclude 1000to 1600nm”，Optics Express，第18卷、第1432至1442页(2010年)，在此通过引用将其整体并入，并且进一步参考R.Nachabe、B.H.W.Hendriks、A.E.Desjardins、M.vander Voort、M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of脂质and waterconcentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from900to1600nm”，J.Biomed.Opt.15，037015(2010年)，在此通过引用将其整体并入。
双幂函数(double power law function)能够用于描述约化散射的波长依赖性，其中波长λ以nm表达并且被规范化为λ0＝800nm的波长值。参数α对应于处于这一特定波长处的约化散射幅度。
在这个方程式中，约化散射系数表达为米氏(Mie)散射和瑞利散射的总和，其中ρMR是米氏散射对总散射的约化散射分数。米氏散射的约化散射斜率表示为b并且与颗粒大小有关。针对吸收体的同质分布，总光吸收系数μa(λ)能够被计算为吸收体的消光系数和体积分数的乘积(参见图8)：
替代将吸收系数μa(λ)建模为通过感兴趣的4个发色团的各自浓度来加权的吸收系数的总和，决定将组织吸收系数表达为：
其中对应于血液的吸收并且对应于一起在所探测体积中的水和脂质的吸收。水和脂质的体积分数是vWL＝[脂质]+[H2O]，而v血液代表在150mg/ml的全血中针对血红蛋白的浓度的血液体积分数。
因子C是考虑色素封入(pigment packaging)的效应及针对吸收光谱的形状变化的波长依赖性校正因子。这一效应能够通过以下事实来解释：组织中的血液局限于总体积的极小分数，即，血管。血管的中心附近的血红细胞因此吸收比周边处的血红细胞少的光。有效地，当同质地分布于组织内时，更少血红细胞将产生与离散血管中所分布的实际数目的血红细胞相同的吸收。校正因子能够被描述为：
其中R表示以cm表达的平均血管半径。与血液有关的吸收系数由下式给出：
其中和分别表示含氧血红蛋白HbO2和脱氧血红蛋白Hb的基本消光系数光谱。总血红蛋白量中的含氧血红蛋白分数记为αBL＝[HbO2]/([HbO2]+[Hb])，并且公知为血液氧饱和度。由于在所测量组织中的水和脂质的存在的吸收被定义为：
在这一情况下，与脂质和水一起的总浓度有关的脂质的浓度能够写作αWF＝[脂质]/([脂质]+[H2O])，其中，[脂质]和[H2O]分别对应于脂质的浓度(0.86g/ml的密度)和水的浓度。
使Eq.6中所定义的吸收系数的表达中的将水参数和脂质参数相关而非单独地估计水和脂质体积分数的这一方式对应于基本函数的协方差的最小化以拟合得到更稳定的拟合结果，参考R.Nachabe、B.H.W.Hendriks、M.van der Voort、A.E.及H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of biological chromophores using diffuseoptical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength range toinclude 1000to 1600nm”，Optics Express，第18卷、第1432至1442页(2010)。为进一步解释和验证这一定理，参考R.Nachabe、B.H.W.Hendriks、A.E.Desjardins、M.van der Voort、M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg的引文“Estimation of lipid and waterconcentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from900to1600nm”，J.Biomed.Opt.15，037015(2010年)。
例如，可借助于所描述的算法来获取光学组织性质，例如，不同组织发色团(例如，血红蛋白、含氧血红蛋白、水、脂肪等)的散射系数和吸收系数。这些性质在正常健康组织与病变(癌性)组织之间不同。
正常组织中主宰可见和近红外范围中的吸收的主要吸收成分是血液(即，血红蛋白)、水和脂肪。在图8中，呈现了作为波长的函数的这些发色团的吸收系数。注意，血液主宰可见范围中的吸收，而水和脂肪主宰近红外范围中的吸收。
总吸收系数是例如血液、水和脂肪的吸收系数的线性组合(因此，针对每一分量，图7中所示出的值乘以其体积分数)。通过将所述模型拟合到测量值同时使用针对散射的幂次定律，可以确定血液、水和脂肪的体积分数以及散射系数。
辨别光谱中的差异的另一方式是通过使用主成分分析。这一方法允许对光谱中的差异的分类，并且因此允许组织之间的辨别。除漫反射之外，也可以测量荧光。然后例如还能够测量如胶原蛋白、弹性蛋白、NADH及FAD的参数(参见图8)。尤其是，比率NADH/FAD，其被称为光学氧化还原参数，是感兴趣的，因为所述比率是针对组织的代谢状态的指示器，如在Zhang Q.等人的“Turbidity-free fluorescence spectroscopy of biologicaltissue”，Opt.Lett.，第25卷、第19号、第1451至1453页(2000年)中描述的，所述比率在癌症细胞中被改变，并且假设在对癌症细胞的有效处置后改变。
还能够探测身体对外源荧光团的反应，能够由光学活检设备探测所述反应。此外，这些还能够通过如基于扩散光学成像的光学乳房摄影的成像模态，链接到外源荧光团的测量值。
描述的设备能够用在诸如腰痛介入或者获取活检组织的微创针介入 中，用在癌症诊断领域中，或者用在其中需要针的周围的组织特性的情况下。
在下面中，将相对于其外径、其插入长度以及其优选的使用来描述示范性针设备。
活检针可以具有1.27mm直至2.108mm的外径，可以利用其长度的100mm至150mm插入到组织中，并且可以用在颈部、头部、乳房、前列腺以及肝脏中的软组织核心活检中。
软组织的精细吸入针可以具有在0.711mm与2.108mm之间的外径，可以利用其长度的100mm至150mm插入到软组织中，并且可以用于吸入软组织。
脑部活检针可以具有2.108mm的外径，可以利用其长度的150mm直至250mm插入到组织中，并且可以用于诊断性脑部活检。
最后，设备可以包括具有2.108mm及更小的外径的针电极，所述电极可以插入到组织中直至其长度的250mm，并且可以用于对例如肿瘤的射频消融。
图9中的流程图图示了根据本文描述的实施例执行的步骤的原理。应理解，描述的步骤是主要步骤，其中，这些主要步骤可以被区分或被划分为若干子步骤。此外，在这些主要步骤之间也可以有子步骤。在步骤S1中，光子活检设备定位于生命体的组织内。这可以在图像引导下来执行。此外，可以借助于由在活检设备内的光纤提供的组织检查来控制所述定位。
在步骤S2中，当到达针对活检的目标区域时，执行体内组织检查以获得与特定组织有关的体内信息。
在步骤S3中，从生命体提取被检查的组织。可以或者通过移走具有密封在活检设备的槽中的组织样本的所述活检设备，或者利用应用真空并且通过被提供在活检设备中的通道吸出组织样本，来实现所述提取。提取出的组织样本然后可以被转移到用于体外组织检查的设备。
应注意，如果必要的话，吸取出组织样本并且因此将活检设备的尖端留在目标区域中可以提供在原先的组织检查的附近再次执行所述方法的可能性。这在对前面的组织样本进行提取及体外检查之后可以立即被决定。
在步骤S4中，在先前提取的组织样本上执行体外组织检查。所述步 骤可以包括任何必要的准备步骤，例如，制作组织切片及利用H&E和/或利用特定生物标记物来对切片染色。还可以使用数字病理系统对组织切片进行数字化。
在步骤S5中，将在体内获得的信息与在体外获得的信息进行组合和/或集成。这还能够是执行在组织活检组织或活检组织的部分上的分子诊断数据(例如，测序或PCR)。
在步骤S6中，可以使组织样本位于存储容器中，以保存所述样本。与组织一起，全部获得的信息可以在容器处，例如在电子芯片中，其中，所述信息可以包括体内病理数据、体外病理数据、表示在其中获取活检组织的位置的信息等。换言之，在完成方法期间接收的全部数据可以与在存储容器中的样本存储在一起。
尽管已经在附图和前文描述中详细图示并描述了本发明，但是这样的图示和描述应被视为说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于获得病理信息的系统，包括：
活检设备，其包括：
管构件(50)，
中空杆(10)，所述杆具有远端(15)，其中，面朝侧面的槽(20)在所述杆中邻近所述杆的所述远端被形成，其中，所述杆可移动地被容纳在所述管构件内，以及
细长的光纤体(35)，其包括至少一个光纤(40)，所述光纤具有远端，其中，所述光纤体被容纳在所述中空杆内，
其中，所述管构件(50)能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述槽(20)被所述管构件所覆盖，在所述第二位置中，所述槽不被所述管构件所覆盖，并且
其中，所述中空杆(10)能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述光纤(40)的所述远端被定位于所述杆(10)的所述远端处，同时所述细长的光纤体延伸通过所述槽，在所述第二位置中，所述至少一个光纤的所述远端被定位为接近所述槽。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述活检设备的所述光纤体(35)包括所述光纤体的远端处的斜面(30)，所述至少一个光纤(40)的所述远端被定位为邻近所述光纤体的所述斜面，并且其中，当所述光纤体在所述第一位置中时，所述光纤体的所述斜面被定位为邻近所述中空杆的所述远端。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个光纤突出超过所述光纤体的所述远端，并且其中，插入体(12)被布置在所述中空杆的所述远端(15)与所述槽(20)之间的所述活检设备的所述中空杆内，其中，所述插入体包括开口(13)，所述开口用于在所述光纤体处于所述第一位置中时容纳所述至少一个光纤(40)的突出的所述远端。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述活检设备还包括用于注射或提取流体的通道(45)。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述槽(20)适于容纳要从组织取得的组织样本。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，还包括用于应用真空的吸取设备(70)，其中，所述活检设备还包括组织收回通道，其中，所述吸取设备适于向所述通道应用真空。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，还包括控制台(60)，所述控制台包括光源(64)、光探测器(66)以及处理单元，所述处理单元用于处理由所述光探测器提供的信号，所述控制台适于体内组织检查。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，还包括适于体外组织检查的设备(80)。
9.根据权利要求7所述的系统，还包括存储容器(90)，所述存储容器用于接收提取的组织样本，并且用于存储通过体内组织检查和/或体外组织检查获得的病理信息。
10.一种用于获得与组织样本相关的病理信息的方法，所述方法包括以下步骤：
借助于适于体外组织检查的设备来从体外组织检查获得信息，
将通过借助于根据权利要求7所述的系统的体内组织检查而获得的信息与通过体外组织检查而获得的所述信息进行整合。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述体内组织检查包括来自包括以下项的组中的至少一个：漫反射光谱、荧光光谱、漫射光学断层摄影、差分路径长度光谱以及拉曼光谱。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述体外组织检查包括以下中的至少一项：制作组织切片；通过苏木精和曙红和/或特定生物标记物来染色；以及光学地扫描。
13.根据权利要求10至11中的任一项所述的方法，还包括由存储容器存储所述组织样本的所述病理信息的步骤，所述存储容器还适于接收组织样本。
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