CN105188560B - 用于活检和治疗的器械及方法 - Google Patents

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Abstract

一种活检和治疗装置，包括：针刺单元，用于保持和插入活检针；成像模块，包括超声探头和用于以往复动作移动所述探头的致动器；第一弓形滑动件；第二弓形滑动件，所述第二弓形滑动件与所述第一弓形滑动件和连杆机构滑动接合，所述第一弓形滑动件被安装到所述连杆机构；所述连杆机构被布置以使所述第一弓形滑动件和第二弓形滑动件在竖直平面内移动；所述针刺单元被安装到所述弓形滑动件，其中所述第一弓形滑动件和第二弓形滑动件被安装成互相垂直，以使所述针刺单元围绕相应的第一主轴和第二主轴旋转。

Description

用于活检和治疗的器械及方法
技术领域
本发明涉及患者的活检和治疗。具体地，本发明涉及用于自动进行此活检和治疗的方法和器械。
背景技术
当怀疑有前列腺癌时，建议做前列腺穿刺活检。这是个外科手术过程，其中从前列腺中提取小的组织样本，并由病理学家在显微镜下检查该样本，而且病理学家是专门通过对细胞、组织和器官的研究来辨识疾病的医生。该过程大约需要15分钟，并且通常是由泌尿科医生借助于经直肠超声(TRUS)探头进行。在TRUS的帮助下，医生将活检枪(带有弹簧加载的细长针的手持式装置)引导通过直肠壁，进入前列腺出现异常的区域。
直肠壁薄，因此能够用活检枪将针准确地放置到前列腺的异常部位中，且对其它组织的伤害较小。当活检枪被激活时，针能够在顷刻间提取被称作核(core)的细长圆柱形组织(约1mm x 18mm)。活检针细小，直径仅1.2mm,长约200mm。一旦针进入前列腺，则所述枪上的滑动鞘打开，闭合到组织样本上，并且针被退出。
然而，前列腺活检的当前实践可能包括：
1、随机的活检部位：所取得的组织样本的最大总体积例如在14核方法中可被计算为约220mm3，并且直径为40mm的典型前列腺的体积大小为约33500mm3。因此，该活检核就体积而言只占前列腺的约0.6％。在未准确知悉癌症部位的情况下，随机活检协议将不可能持续产生高的癌症检出率。
2、不准确的针刺：虽然活检由TRUS引导，但已知在手动控制下，活检针可能无法准确且迅速地到达期望的位置。根据泌尿科医生的技能和经验，发生厘米级误差是常见的。
3、前列腺的运动：在活检期间，TRUS在直肠中的平移运动或任何运动将导致前列腺运动。这样一来，无法再准确确定要提取用于诊断的细胞在前列腺中的确切位置。
4、受限的2D引导：用于活检引导的TRUS是2D超声图像。由于活检部位以3D形式分布，所以外科医生难以想象活检部位的整体图像，并且难以准确且直观地识别活检部位。
5、经直肠的：由于大多数癌症发生在前列腺的顶部区域，与常规的经直肠活检相比，经会阴活检被认为具有更高的获取癌组织的几率。此外，经会阴活检被认为“更清洁”，因为其穿刺点是在皮肤上，而不是在直肠上。
6、多个针进入点：使用经直肠的手段，将要穿透直肠壁的孔的数目将由活检样本的数目决定。因为在直肠中存在有害物质，通过直肠壁的多个插入点也将增加感染的几率。
在检测到组织中的癌细胞时，则对患者进行治疗。在治疗期间，在将放射性粒子递送到前列腺的过程中会发生许多皮肤穿刺。因此，存在对于开发能够解决目前的前列腺活检及治疗环境的上述缺点的发明的需求。
发明内容
按照第一方面，本发明提供一种活检和治疗装置，包括：针刺单元，用于保持和插入活检针；成像模块，包括超声探头和用于以往复动作移动所述探头的致动器；第一弓形滑动件；第二弓形滑动件，所述第二弓形滑动件与所述第一弓形滑动件和连杆机构滑动接合，所述第一弓形滑动件被安装到所述连杆机构；所述连杆机构被布置以使所述第一弓形滑动件和第二弓形滑动件在竖直平面内移动；所述针刺单元被安装到所述弓形滑动件，其中所述第一弓形滑动件和第二弓形滑动件被安装成互相垂直，以使所述针刺单元围绕相应的第一主轴和第二主轴旋转。
按照第二方面，本发明提供一种活检和治疗装置，包括：针刺单元，用于保持和插入活检针；成像模块，包括超声探头和用于以往复动作移动所述探头的致动器；弓形滑动件，所述弓形滑动件被安装到第一线性滑动件；旋转连杆机构，所述旋转连杆机构与所述弓形滑动件滑动接合；所述第一线性滑动件被布置为使所述弓形滑动件平行于第一主轴移动；所述第一线性滑动件被安装到第二线性滑动件，所述第二线性滑动件被布置为使所述第一线性滑动件平行于第二主轴移动；所述针刺单元被安装到所述旋转连杆机构，其中所述弓形滑动件和旋转连杆机构被安装为互相垂直，以使所述针刺单元围绕所述第一主轴和第二主轴旋转。
按照第三方面，本发明提供一种活检和治疗装置，包括：针刺单元，用于保持和插入活检针；成像模块，包括超声探头和用于以往复动作移动所述探头的致动器；弓形滑动件和平行连杆机构，所述弓形滑动件被安装到所述平行连杆机构；与所述弓形滑动件滑动接合的旋转连杆机构上；所述平行连杆机构被布置以使所述弓形滑动件和旋转连杆机构在竖直平面内移动；所述针刺单元被安装到所述弓形滑动件上，其中所述弓形滑动件和旋转连杆机构被安装为互相垂直，以使所述针刺单元围绕相应的第一主轴和第二主轴旋转。
根据本发明的活检和治疗器械的设计使活检针刺单元能够以笛卡尔坐标和极坐标移动。当需要从器官提取许多组织样本用于诊断时，这一构思消除了在皮肤上多次穿刺的需要。另外，较少的针进入点意味着患者感染的风险将大大减小。
本发明的极坐标功能和笛卡尔坐标功能的组合使得能够根据操作需要构筑多条锥形的运动包络线。该器械构筑多条锥形包络线的能力对于特别是在前列腺活检环境中的操作是非常有利的，因为耻骨可能妨碍针插入器官。
在一个实施例中，所述锥形包络线的枢转点位于所述针刺单元的接触点处，以使所述针在插入之前，该枢转点实际上在患者皮肤表面上。在常规方法或先前的发明中，该枢转点通常位于针刺单元本身的内部。当枢转点位于针刺单元内部时，该单元一端的轻微运动将导致该单元另一端的运动，这是在操作过程中令人担忧的主要原因，因为这会影响到系统精度。因此，虚拟枢转点的构思确保系统精度不会受到针刺单元上的任何不利的或残留的运动影响。由于现在枢转点和待诊断器官之间的距离更小，系统精度进一步提高，从而使针偏离其预定轨道的误差最小化。
在一个实施例中，该装置可包括针鞘。所述针鞘可包括两端带有放大突起的细不锈钢杆，所述针鞘可以被装载到针刺单元中，从而形成通道以引导活检枪至器官的方向和轨迹。在由活检枪从该器官中提取血液组织期间，针鞘可以消除对针刺单元污染的风险。为了进一步降低发生该污染的可能性，针刺单元可以包括印迹(blot)或凹口，以允许侧装载单件式针鞘，而不是通过针刺单元的前方和后方装载两件式针鞘。因此，侧装载可减少交叉污染，并减少系统的安装时间。
在进一步的实施例中，该装置可包括机动化的针制动器，以基于来自超声探头或成像装置的其它设施的图像数据确定预先计算的针深度，提高活检的精度和可靠性。常规活检以手动方式进行，导致精度不足。此外，使用机动化的针制动器使器官中的特定点能够被识别，用于提取血液样本以供诊断。
为了防止该器械在操作期间被患者污染，在操作期间可将透明盖布安装覆盖该器械，并且与集成到针刺单元上的槽状保持机构接合。这在器械和患者之间形成屏障，使其不存在交叉污染。
在活检或治疗期间，尽管使用超声探头鞘的TRUS平移运动，也可以使前列腺不动。这在前列腺中提供预定点，针将能够对准该预定点用于组织提取，并导致更可靠的活检结果。
在一个实施例中，第一和第二弓形滑动件可关于一枢转点同心。以此方式，针刺单元因一个或两个弓形滑动件产生的任何运动均不会影响针刺单元的接触点的位置。
在进一步的实施例中，所述枢转点可位于针刺单元的接触点处。
在一个实施例中，所述针刺单元可包括针保持器，用于在插入期间保持针，所述保持器包括用于在横向于插入方向的方向上接纳针的凹口。
在一个实施例中，所述针刺单元可包括针制动器，该针制动器被布置以设定所述针的预定穿透深度，因此具有自动防止过度插入的设施，或替代地，具有自动地将针插入到通过预先检查确定的位置。
在一个实施例中，该装置可包括用于覆盖所述活检和治疗装置的盖布，所述针刺单元包括凹口，该盖布被布置为与该凹口接合。以此方式，防止该装置交叉污染。具有接合凹口也确保了密封，用以进行更好的保护。
在一个实施例中，所述成像模块可包括探头鞘，该探头鞘被定位在所述探头上并被布置为能够与所述探头相对往复运动。在探头上设置探头鞘使该鞘能够被插入患者体内，且充当抵抗因探头移动引起的变化的支持物。
在一个实施例中，所述装置可被布置为基于下列参数中的一个或多个参数进行活检和治疗程序：在所述竖直平面内被限定为坐标位置的针插入点、相对于所述第一主轴的第一角度、相对于所述第二主轴的第二角度以及所述针的穿透深度。因此，该装置可具有在一个或多个特定参数下操作的灵活性。使用所有参数，该装置可以将接触点定位到患者的特定插入点。基于预先检查，相对于各主轴的特定角度也可以提供到达期望位置(诸如肿瘤)的最佳途径。然后，所述穿透深度可以准确地将针引导至所需位置。因此，根据本实施例的装置可具有被预先编程的全部相关参数，从而使该成像单元能够仅追踪针的预期进展。
在进一步的实施例中，本发明提供一种活检和治疗装置，包括：针刺单元，用于保持和插入活检针；成像模块，包括超声探头和用于以往复动作移动所述探头的致动器；弓形滑动件，所述弓形滑动件被安装到第一线性滑动件；旋转连杆机构，所述旋转连杆机构与所述弓形滑动件滑动接合；所述第一线性滑动件被布置为使所述弓形滑动件平行于第一主轴移动；所述第一线性滑动件被安装到第二线性滑动件，所述第二线性滑动件被布置为使所述第一线性滑动件平行于第二主轴移动；所述针刺单元被安装到所述旋转连杆机构，其中所述弓形滑动件和旋转连杆机构被安装为互相垂直，以使所述针刺单元围绕所述第一主轴和第二主轴旋转。
附图说明
参考例示本发明的可能布置的附图，将便于进一步描述本发明。本发明的其它布置也是可能的，因此附图的特殊性不应被理解为代替本发明的先前描述的概括性。
图1是患者的横截面图，显示针向前列腺进入的点；
图2是根据现有技术的活检和治疗装置的正视图；
图3是根据本发明的一个实施例的活检和治疗装置的正视图；
图4是患者的横截面图，显示用于进入到患者体内的枢转点；
图5是根据本发明另一实施例的活检和治疗装置的等轴侧视图；
图6是图5的活检和治疗装置的正视图；
图7是图5的活检和治疗装置的前正视图；
图8是根据本发明另一实施例的活检和治疗装置的正视图；
图9是根据本发明另一实施例的活检和治疗装置的前视图；
图10A和10B是图9的活检和治疗装置的平面图；
图11A和11B是图9的活检和治疗装置的正视图；
图12是图9的活检和治疗装置的前视图。
具体实施方式
图1示出患者5的横截面图，显示直肠10、前列腺15和膀胱20。此外，为活检的目的，图1示出枢转点25，该枢转点25邻近会阴以便形成锥形包络线30，从而定位装置以在枢转点25处通过针的插入35进行活检。针45由如图2所示的现有技术的装置40在枢转点处插入，由插入直肠10的超声探头65引导。针45被插入前列腺15中，以提取材料。图1的锥形包络线由两个枢转点55、60提供。针刺单元50受依附于装置40的运动而被移动，该运动将针刺装置沿线性滑动件移动，线性滑动件由于枢转点55、60而能够使针刺装置并因此使针45围绕锥形包络线旋转。针的旋转点(即枢转点)成为前球接头60，前球接头60接近于会阴壁的表面，但不在会阴壁的表面处。于是，通过将针刺单元50抵靠会阴壁放置，然后旋转针刺单元以便定位针45用于插入，球接头60和会阴壁之间的偏移意味着针的放置的潜在误差。探头65将识别该偏移，从而要求进一步的重复，以将针刺单元50放置在依据球形接头60和会阴壁之间的偏移得出的正确位置。这增加了设置时间，更不必说患者的焦虑，并且如果操作人员不希望进行足够的重复以获得针45的完美放置，还增加了误差可能性。
图3是根据本发明一个实施例的活检和治疗装置75的侧视图。该图示出针进入(the needle entry)，该器械包括：
i.针刺单元77，其既能够用锥形途径又能够用笛卡尔途径(Conical andCartesian approach)通过会阴壁到达前列腺，和
ii.成像单元78，其包括超声探头112、探头保持器115以及超声探头鞘110。
图4是截面图，图中示出：
i.通过会阴壁到达前列腺的锥形途径(Conical approach)，利用针刺单元的Y轴旋转140，即围绕Y轴旋转；以及针刺单元的X轴旋转135，即围绕X轴旋转；和
ii.通过会阴壁到达前列腺的笛卡尔途径(Cartesian approach)，因为针刺单元能够在上下方向150和左右方向145上机动动作。
图5、图6和图7使用线示意图示出该器械。在图5中，该器械被安装在支撑平台80上，支撑平台80可被移动以便接近患者。针刺单元的Y轴旋转140通过一对上部和下部径向滑动轴承或第一弓形滑动件(85)实现，其中该对径向滑动轴承由微型驱动器(microdrive)(95)驱动。针刺单元的X轴旋转135通过一对上部和下部径向滑动轴承或第二弓形滑动件(90)实现，其中该对径向滑动轴承由微型驱动器(98)驱动。这四个子单元将形成被称为旋转头(100)的组件。此旋转头的设计和构思使整个针刺单元能够围绕共同的虚拟枢转点旋转，从而增强设备在活检期间的可靠性。
针鞘保持机构(105)被构建在针刺单元中，以使针鞘被侧装载，即沿横向于针的插入方向的方向装载。这就使针的转移和更换更容易且更便利，从而使来自不同患者的血液样本的交叉污染的风险最小化。
图6是使用线示意图示出的该器械的侧视图。成像单元包括超声探头鞘(110)，当前列腺的超声图像由超声探头(120)获取时，该超声探头鞘(110)用以固定前列腺。超声探头被安装在探头保持器(115)上。
图7是使用线示意图示出的该器械的前视图。针刺单元的上下竖直运动由平行连杆机构(155)和机动线性致动器(160)控制。针刺单元的左右水平运动由平行连杆机构(165)和机动线性致动器(117)控制。平行连杆机构(155)和(165)确保即使针刺单元在Y轴平面上以曲线轨迹移动，旋转头(100)也保持在竖立的位置。
图8是使用线示意图示出的该器械的侧视图，其中透明塑料盖布(180)被用于覆盖活检装置。透明塑料盖布(160)用凹口与装置牢固接合，以防止器械与患者之间的任何交叉污染，在本示例中的凹口是一对凹槽保持机构(185)。
图9至图11B示出根据本发明另一实施例的器械(197)。在图9中，该器械(197)被安装在支撑平台(80)上，支撑平台(80)可被移动以便将探头(110)和旋转头(200)接近患者放置。与前面的实施例一样，针刺单元(77)的X轴旋转(135)通过一对上部和下部的径向滑动轴承或弓形滑动件(90)实现，其中该对径向滑动轴承由微型驱动器(98)驱动。在该新的实施例中，针刺单元(77)的Y轴旋转(140)通过多个臂实现，该多个臂形成由微型驱动器(225)驱动的旋转连杆机构(205)。这四个子单元(77，90，205和225)将形成旋转头(200)。所述多个臂包括在针刺单元(77)和驱动器(225)之间的第一对臂，和在驱动器(225)和弓形滑动件(90)之间的第二对臂。该两对臂被安装成以便均与其间的驱动器(225)形成平行四边形连杆，从而使该平行四边形连杆伸出和缩回。
图10A和10B是器械(197)的平面图。图10A示出了伸出到Y轴旋转(140)的一个极限的针刺单元(77)。图10B示出了缩回到Y轴旋转(140)的另一极限的针刺单元(77)。这些运动对应于参照图4描述的运动。旋转连杆机构(205)是由细长的金属构件或臂(210A，210B，215A和215B)制成的机械连杆机构。臂215A从臂210A延伸，并且彼此旋转接合。类似地，臂215B从臂210B延伸，并且彼此旋转接合。臂(210A、210B、215A和215B)被布置为使得臂215A和215B能够在伸出时相对臂210A和210B以某个角度延伸(如图10A所示)，或者缩回靠近臂210A和210B以使针刺单元(77)移动到Y轴旋转140的另一极限(如图10B所示)。臂210A和210B被安装到弓形滑动件(90)和Y轴线性滑动件(195)，弓形滑动件(90)被安装到Y轴线性滑动件(195)上。作为旋转头的一部分，针刺单元(77)被安装到臂215A和215B上。弓形滑动件被安装为垂直于臂(210A、210B、215A和215B)，以使臂210A和210B相对于臂215A和215B的伸出和缩回转换成针刺单元(77)围绕相应的X轴和Y轴的旋转，从而在X-Y平面或者竖直平面内形成包络线(235)，如图12所示。该旋转头的设计和构思使整个针刺单元(77)能够围绕图12中例示的共同虚拟枢转点(230)旋转，从而增强设备在活检期间的可靠性。
微型驱动器(225)被用于驱动针刺单元(77)的Y轴旋转。作为旋转头(200)的一部分，针刺单元(77)被安装到沿Y轴滑动的Y轴线性滑动件或第一线性滑动件(195)以及机动线性致动器(220)上。因此，线性滑动件(195)为针刺单元(77)提供竖直运动。机动线性致动器可以是任何适合类型的线性致动器，其包括但不限于齿轮齿条致动器、轮轴致动器或电致动器。Y轴线性滑动件(195)被安装到X轴线性滑动件(190)上。因此，针刺单元(77)的水平运动由沿X轴滑动的X轴线性滑动件(190)提供。X轴或第二线性滑动件(190)以及Y轴线性滑动件(195)被布置以确保即使针刺单元(77)在X-Y或竖直平面内以曲线轨迹移动，旋转头(200)也保持在竖立的位置。
图11A和11B是使用线示意图示出的器械(197)的正视图。图11A例示针刺单元(77)伸出到X轴旋转(135)的一个极限。图11B例示针刺单元(77)缩回到X轴旋转(135)的另一极限。此运动对应于参照图4描述的运动。
鉴于前述说明，还存在该器械的第三实施例。使用图7中的平行连杆机构165的器械可以与图5和图8的弓形滑动件以及图8的旋转连杆机构205组合。该装置代表了本文限定的特征的逻辑排列，因此仍落在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种活检和治疗装置，所述活检和治疗装置包括：
针刺单元，用于保持和插入活检针；
成像模块，包括超声探头和用于以往复动作移动所述探头的致动器；第一弓形滑动件；
第二弓形滑动件，所述第二弓形滑动件与所述第一弓形滑动件和连杆机构滑动接合，所述第一弓形滑动件被安装到所述连杆机构上；
所述连杆机构被布置以使所述第一弓形滑动件和所述第二弓形滑动件在竖直平面内移动；所述针刺单元被安装到所述第一弓形滑动件和所述第二弓形滑动件，
其中所述第一弓形滑动件和第二弓形滑动件被安装成互相垂直，以使所述针刺单元围绕相应的第一主轴和第二主轴旋转；以及
其中，所述成像模块包括位于所述探头上的探头鞘，并且所述探头鞘被布置为能够与所述探头相对往复运动。
2.根据权利要求1所述的活检和治疗装置，其中，所述第一弓形滑动件和第二弓形滑动件关于一枢转点同心。
3.根据权利要求2所述的活检和治疗装置，其中，所述枢转点位于所述针刺单元的接触点处。
4.根据权利要求1所述的活检和治疗装置，其中，每个弓形滑动件包括一对径向滑动轴承。
5.根据权利要求1所述的活检和治疗装置，其中，所述第一弓形滑动件和第二弓形滑动件形成旋转头的一部分。
6.根据权利要求1所述的活检和治疗装置，其中，所述针刺单元包括用于在插入期间保持活检针的针保持器，所述针保持器包括用于在横向于插入方向的方向上接纳所述活检针的凹口。
7.根据权利要求1所述的活检和治疗装置，其中，所述针刺单元包括针制动器，所述针制动器被布置以设定所述活检针的预定穿透深度。
8.根据权利要求1所述的活检和治疗装置，进一步包括用于覆盖所述活检和治疗装置的盖布，所述针刺单元包括凹口，所述盖布被布置为与所述凹口接合。
9.根据权利要求1所述的活检和治疗装置，其中所述活检和治疗装置被布置为基于下列参数中的一个或多个参数进行活检程序：在所述竖直平面内被限定为坐标位置的针插入点、相对于所述第一主轴的第一角度、相对于所述第二主轴的第二角度以及所述活检针的穿透深度。
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