CN105578970A - 活检装置和使用活检装置得到组织体积的层析图像的方法 - Google Patents

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Abstract

一种活检装置总体上包括：套管主体，其具有纵轴和沿着纵轴延伸的探测区，在该探测区中限定样本接纳窗，该样本接纳窗用于当执行活检时接纳周围组织的样本；以及多个光纤，其沿着套管主体的外部部分安装，多个光纤中的每个光纤都具有在套管主体的探测区中的光纤端部，多个光纤中的至少一个光纤适于利用由至少一个光发生器生成的光学信号来照射周围组织，并且多个光纤中的至少一个光纤适于利用至少一个光检测器来检测光学信号响应，该光学信号响应是由光学信号在周围组织中的传播造成的。

Description

活检装置和使用活检装置得到组织体积的层析图像的方法
相关申请的引用
本专利申请要求2013年7月26日提交的美国临时申请序列号61/858,867的优先权，该申请的内容以引用方式由此并入。
技术领域
本申请涉及用于立体定向穿刺活检(诸如，脑室穿刺活检)的类型的活检针。
背景技术
脑瘤代表了所有新型癌症病例中的不可忽略部分。护理标准是实现显著影响存活率的最大切除并之后进行放疗和化疗的开颅手术。通过怀疑的肿瘤的类型和级别通知进行切除的决定，通过术前的磁共振成像(下文中，MRI)或计算机断层扫描(下文中，CT)，并且通过基于位于功能区或其它关键结构中的损伤的永久神经缺陷的可能性进行风险/得益估计，来粗略评估肿瘤的类型和级别。
当需要进行精确的神经病理诊断时，执行立体定向脑室穿刺活检(下文中，BNB)，以便在手术之前收集组织或者用收集组织来取代手术，从而提供比成像更敏感并且具体的信息(肿瘤类型、级别、生长模式)。BNB的主要指征是深部病变、多发性病变和身体不好的手术病人体内的病变。BNB过程以基于术前图像确定在何处获得样本以及大致可获得多少样本开始。这些图像在手术室中与针在空间上共同对准，从而允许使用神经导航系统(例如，得自Medtronic公司的StealthStation)将针定位在目标区域中。通常，可能需要用多次针进出(系列活检)来确保可得到最相关的病理学信息来确定最佳治疗。
在传统BNB中，活检针包括内部套管和外部套管、针挡和吸气管。将外部套管(大约2mm的直径)附连于刚性的立体定向框架并且将针缓慢插入穿过颅骨中的钻孔。两个套管都具有敞口的矩形窗，通过抽吸将组织牵引到该窗中，此时旋转内部套管来切割样本，然后抽出内部套管，固定样本。
BNB的主要目标是对病变的最恶性部分进行取样。如果该过程成功，则通过组织病理学分析进行正确诊断，不需要进行其它步骤。然而，当前的护理标准会造成误诊，这是因为由于对准不精确或者对于对准过程而言次要的患者移动而导致地理位置丢失。用于指导活检的术前图像中的肿瘤特异性不足也会诱发误诊。实际上，BNB病例的重要部分需要进行第二过程，因为例如在坏死或正常的组织中取得非诊断样本。此外，由于目标的不适当定义而导致一些过程得到非代表性的样本，这造成肿瘤分型和分级不正确，。为了减少误诊，在该过程期间有时对冻结切片执行术中神经病理估计，但相比于花费数天的染色切片的组织病理学估计，这是耗时、成本高并且明显不太明确和准确的。
其它明显的限制是速率变化很大并且会诱发发病率和死亡率的颅内出血。这是由在进行切割期间被吸入内部套管的重要血管破裂造成的。外科医生在BNB期间没有触及血管的位置；因此，这种风险一直存在。因此，尽管相比于开颅手术侵害性低得多，但BNB还是带有重大风险。
发明内容
提供了一种解决现有技术相关问题的活检装置。提供了一种装入多个光纤的活检装置，该多个光纤设置在活检装置的外表面上，以便利用光学信号照射周围组织体积并且检测由周围组织体积中的光学信号的传播而造成的光学信号响应。光学信号响应可提供降低误诊和出血风险的信息。本公开内容的活检装置可用于使用光学图像重构算法，在本地或者以层析成像方式检测并且量化肿瘤特异性的内源性或外源性生物光学标记。活检装置可用于光谱活检系统中，以便为机械活检过程提供指导，该机械活检过程可包括诸如荧光检测和/或反射率检测和/或非弹性散射(例如，拉曼(Raman)光谱信号)之类的多种检测方案。
因此，根据第一实施例，提供了一种活检装置，所述活检装置包括：套管主体，所述套管主体具有纵轴和沿着所述纵轴延伸的探测区，在所述探测区限定样本接纳窗，所述样本接纳窗用于当执行活检时接纳周围组织的样本；以及多个光纤，所述多个光纤沿着所述套管主体的外部部分安装，所述多个光纤中的每个光纤都具有位于所述套管主体的所述探测区中的光纤端部以及另一个光纤端部，所述另一个光纤端部能够与至少一个光发生器和至少一个光检测器中的至少一个光学连接，所述多个光纤中的每个光纤都适于利用由所述至少一个光发生器生成的光学信号来照射所述周围组织，并且所述多个光纤中的每个光纤都适于利用所述至少一个光检测器来检测光学信号响应，所述光学信号响应是由所述光学信号在所述周围组织中的传播造成的。
另外，根据第一实施例，所述多个光纤周向地彼此分隔开。
另外，根据第一实施例，所述多个光纤的光纤端部中的每个光纤端部都周向地彼此对准。
另外，根据第一实施例，所述光纤端部中的每个光纤端部都与邻接所述多个光纤的周向对准的光纤端部的环状重定向表面的一部分光学耦合，所述环状重定向表面具有与所述纵轴形成非垂直角度和非零角度的法线轴。
另外，根据第一实施例，所述环状重定向表面是经抛光的圆柱形管。
另外，根据第一实施例，所述光纤端部中的每个光纤端部都与沿着成角度轴对准的重定向表面光学耦合，所述成角度轴与所述套管主体的所述纵轴形成非零角度。
另外，根据第一实施例，所述重定向表面沉积在与对应的光纤端部邻接的棱镜上。
另外，根据第一实施例，所述多个光纤的所述光纤端部中的每个光纤端部都纵向延伸到所述样本接纳窗。
另外，根据第一实施例，所述多个光纤周向地并且均匀地分布在所述套管主体的所述外部部分上。
另外，根据第一实施例，所述多个光纤的所述光纤端部中的每个光纤端部都至少在所述套管主体的与所述样本接纳窗相对的周缘侧上延伸。
另外，根据第一实施例，所述多个光纤中的至少一个光纤适于利用光学信号来照射所述周围组织并适于检测光学信号响应。
另外，根据第一实施例，其中，所述套管主体具有从其径向凹进的凹陷，所述凹陷的径向深度至少等于或大于所述多个光纤中的至少一个光纤的直径，所述光纤的所述光纤端部位于所述凹陷中。
另外，根据第一实施例，所述套管主体包括：内部套管，所述内部套管具有内部样本接纳窗并具有内径；以及外部套管，所述外部套管具有外部样本接纳窗并具有外径，所述外径大于所述内部套管的所述内径，所述外部套管适于以所述内部套管至少围绕所述外部套管的纵轴相对于所述外部套管能够旋转这样的方式来沿着所述外部套管的所述纵轴接纳所述内部套管；其中，当所述内部样本接纳窗和所述外部样本接纳窗彼此对准时，所述活检装置处于打开形态，并且当所述内部样本接纳窗和所述外部样本接纳窗彼此未对准时，所述活检装置处于关闭形态。
另外，根据第一实施例，上面安装有所述多个光纤的所述套管主体的外部部分是所述外部套管的外部部分，并且其中，所述多个光纤上面设置有能够生物相容的保护体。
根据第二实施例，提供了一种用于为机械活检过程提供指导的光谱活检系统，所述系统包括：根据第一实施例所述的活检装置；至少一个光发生器，所述至少一个光发生器与所述多个光纤中的至少一个光纤光学耦合，以便向所述多个光纤中的至少一个光纤提供光学信号；至少一个光检测器，所述至少一个光检测器与所述多个光纤中的至少一个光纤光学耦合，以便检测所述光学信号响应并且生成与所述光学信号响应相关联的光学信号响应数据；计算装置，所述计算装置操作地连接到至少一个光检测器，适于从至少一个光检测器接收所述光学信号响应数据，并适于基于所述光学信号响应数据来确定所述周围组织的光学性质；以及输出装置，所述输出装置操作地连接到所述计算装置，以便显示所确定的光学性质，所述光学性质将用于指导所述机械活检过程。
另外，根据第二实施例，至少一个光发生器包括宽带光发生器，所述宽带光发生器用于利用包括宽带光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，至少一个光检测器是用于检测所述光学信号响应的光谱仪，所确定的光学性质指示在所述周围组织中出现的漫反射。
另外，根据第二实施例，所述计算装置还适于判断当所述光学信号响应的所述漫反射具有增大的吸收性和血红蛋白光谱特征的至少其中之一时，所述周围组织是否包括血红蛋白。
另外，根据第二实施例，至少一个光发生器包括荧光激发发生器，所述荧光激发发生器用于利用包括荧光激发光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，所述至少一个光检测器是用于检测所述光学信号响应的光谱仪，所确定的光学性质指示在所述周围组织中出现的荧光。
另外，根据第二实施例，荧光激发滤光片与所述至少一个光检测器光学耦合，以便对所述荧光激发波长进行过滤。
另外，根据第二实施例，所述计算装置还适于判断当所述光学信号响应的所述荧光具有在光学标记的发射光谱中的增强的强度或荧光特征的至少其中之一时，所述周围组织是否包括所述光学标记。
另外，根据第二实施例，所述至少一个光发生器包括近红外光发生器，所述近红外光发生器用于利用包括近红外光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，所述至少一个光检测器是光谱仪，所述光学性质属于在所述周围组织中出现的拉曼散射。
另外，根据第二实施例，近红外光滤光片与所述至少一个检测器光学耦合，以便从所述光学信号响应中过滤出所述近红外光。
另外，根据第二实施例，至少一个光发生器与多个光纤中的至少一个光纤之间的所述光学耦合包括第一光学复用器和至少一个光学开关，能控制所述至少一个光学开关，以防止所述光沿着所述多个光纤中的所述至少一个光纤中的对应光纤透射；其中，至少一个光检测器与所述多个光纤中的所述至少一个光纤之间的所述光学耦合包括第二复用器和所述至少一个光学开关，能控制所述至少一个光学开关，以防止所述光沿着所述多个光纤中的至少一个光纤中的对应光纤透射；其中，所述计算装置适于使用所述至少一个光学开关来只沿着所述多个光纤中的一个光纤提供所述光学信号，所述计算装置还适于使用所述至少一个光学开关来检测来自所述多个光纤中的所述至少一个光纤的其中每个的多个局部光学信号响应的其中之一，所述计算装置还适于基于所述多个局部光学信号响应来确定所述光学性质。
另外，根据第二实施例，在时间上顺序地执行针对所述多个光纤中的所述至少一个光纤的其中每个来检测所述多个局部光学信号响应，所述计算装置还适于基于所述多个局部光学信号响应来构建代表所述周围组织中的所述光学性质分布的层析图像。
根据第三实施例，提供了一种用于使用在组织体积中提供的活检装置来得到所述组织体积的层析图像的方法，所述方法还包括以下步骤：使用提供于所述活检装置的外部部分上的多个光纤中的至少一个光纤，来利用光学信号照射所述组织体积；检测与所述多个光纤中的其它光纤相关联的多个局部光学信号响应；将所述多个局部光学信号响应中的每个局部光学信号响应都与围绕套管主体的探测区的所述组织体积的径向部分相关联；针对所述多个光纤中的每个光纤重复进行所述照射、所述检测以及所述关联，并得到局部光学响应的径向分布；以及基于所述局部光学响应的径向分布并基于校准数据，来处理所述组织体积的所述层析图像。
另外，根据第三实施例，更新经处理的层析图像，以使得当所述活检装置在所述组织体积中移动时，新的层析图像被处理；以及基于所得到的至少一个先前处理的层析图像，来输出三维层析图像。
另外，根据第三实施例，所述光学信号包括宽带光信号，所述多个局部光学信号指示在所述组织体积中的反射，所述层析图像指示在所述组织体积中存在血红蛋白。
另外，根据第三实施例，所述光学信号包括荧光激发信号，所述多个局部光学信号指示荧光，所述层析图像指示在所述组织体积中存在光学标记。
本领域的技术人员在阅读了本公开内容之后，将清楚关于本改进措施的许多其它特征及其组合。
附图说明
在附图中，
图1是根据本公开内容的第一实施例的活检装置的示意性侧视图，其中，在外部套管的一部分上分布有光纤；
图2是图1中的活检装置的剖视图；
图3A是处于关闭形态的图1中的活检装置的示意性纵剖图；
图3B是处于打开形态的图1中的活检装置的示意性纵剖图；
图3C是处于抽吸模式的图1中的活检装置的示意性纵剖图；
图4是根据本公开内容的第二实施例的活检装置的透视图，其中，在外部套管上分布有光纤；
图5是图4中的活检装置的示意性纵剖图；
图6是图4中的活检装置的剖视图；
图7是示出了可用于图4中的活检装置的尺寸值的表；
图8是根据本公开内容的第三实施例的活检装置的透视图，其中，在内部腔体内有光纤；
图9是图8中的活检装置的示意性纵剖图；
图10是图8中的活检装置的外部视图；
图11是带电动反射镜的根据本公开内容的第四实施例的活检装置的透视图；
图12是图11中的活检装置的示意性纵剖图；
图13是根据本公开内容的光谱系统的第一示例的示意图；
图14是根据本公开的光谱系统的第二示例的示意图；
图15是图4中的活检装置的示意性剖视图，示出了检测光纤中的每个检测光纤的数量；
图16是重构算法的示例的流程图；
图17A是归一化强度与图4中的活检装置的外部套管上的光纤中的每个光纤的数量的关系的曲线图，其中，数据是当活检装置处于同质介质(同质正弦图)和处于异质介质(异质正弦图)中时得到的；
图17B是图17A中的同质数据和异质数据之差与图4中的活检装置的外部套管上的光纤中的每个光纤的数量的关系的曲线图；
图18A示出重构后的吸收曲线图的示例；以及
图18B示出了使用重构算法得到的层析曲线图的示例。
具体实施方式
参考附图，并且更具体来说，参考图1至图3C，用110总体地示出根据第一实施例的活检装置。活检装置110是一体的光学活检针，其可以提供降低误诊和出血风险的信息。本公开内容的装置可用于使用光学图像重构算法来在本地或者以层析成像方式检测并且量化肿瘤特异性的内源性或外源性生物光学标记(荧光和/或反射率和/或非弹性散射-即，拉曼(Raman)光谱学)。可以结合本公开内容的装置使用的可能的光学标记是荧光分子原卟啉IX(PpIX)，公知在服用内源性前体药物5-氨基乙酰丙酸(ALA)之后，荧光分子原卟啉IX被累积在脑瘤以及其它肿瘤类型中。与此同时，可使用结构成像技术检测解剖学标志，解剖学标志可用于通过例如感测和定位血管来进一步提高该过程的准确性和安全性，从而防止破裂并且避免与出血相关的并发症。
参考图1，活检装置110的第一实施例包括具有限定在探测区116中的样本接纳窗114的套管主体112。限定样本接纳窗114的边缘的至少某些边缘可以是切割边缘，以使得对装置110的操纵可允许利用切割边缘切割样本。套管主体112具有用于例如接纳组织样本的内部腔体120，能通过样本接纳窗114触及内部腔体120。套管主体112的探测区116处于管状体118的远端并且沿着其纵轴轴向地延伸。在图1中示出的实施例中，样本接纳窗114设置在管状体的横向侧面上，并位于探测区116内。尽管示出探测区116延伸到管状体118的顶端部分122，但它还可延伸到与顶端部分122分隔开的位置。
装置110的第一实施例具有沿着管状体118的外部部分124安装的光纤126。在这个示例中，光纤沿着管状体118的周缘部分纵向延伸，与具有样本接纳窗114的周缘部分相对。光纤中的每个光纤都具有在探测区116中延伸并且与样本接纳窗114轴向对准的光纤端部128以及可连接到光发生器或光检测器的另一个光纤端部(图13中用29示出)。光纤端部128彼此周向地(和/或径向地)分隔开，从而它们可在单个轴向位置沿着套管主体112的外部部分124的其周缘部分均匀地分布。在该第一实施例中，外部部分124可选地具有比套管主体112中的顶端部分122小的直径，以便在顶端部分122的直径内隐藏其上的光纤126。外部部分124具有与套管主体112的顶端部分122形成肩部130的凹陷131，凹陷131具有至少等于或大于光纤直径的径向深度133(在图3示出)。如果适当选择并且创建不同部件，则可容易地装配活检装置110。应当预期，使用术语“周向地”并非将套管主体仅限制为圆形的形状。首先，可制造定制的外部套管140，以提供顶端比标准外部套管所具有的顶端大的嵌入式外部部分124。
光纤端部128中的每个光纤端部都与重定向表面132光学耦合，重定向表面132适于将来自光纤126的光从管状体118向外重定向，以便利用光学信号照射周围组织，或者以便从周围组织接收光学信号响应。重定向表面132在与管状体118的纵轴形成非零角度的成角度轴上对准。在该第一实施例中，以沉积在安装于管状体118上的棱镜面上的反射表面的形式来提供重定向表面132。在其它实施例中，重定向表面132可以是反射表面或折射表面。例如，反射表面可沉积在光纤126中的每个光纤的解理面上，或者其可以是以用于为光纤126中的每个光纤提供重定向表面132的经抛光的圆柱形管形式提供的环状重定向表面。重定向表面132可以替代地是利用折射棱镜或者通过对可例如以45°角或任何合适角度进行解理的光纤端部128进行抛光而得到的折射表面。光纤126包括照射光纤126A和检测光纤126B。照射光纤126A可连接到光发生器，以便从其接收光学信号并且以照射周围组织，而检测光纤126B可连接到光检测器，以便检测由光学信号在周围组织中传播而造成的光学信号响应。在某些实施例中，可使用照射光纤126A作为检测光纤126B，反之亦然，而在例如在图15示出的其它实施例中，照射光纤126A将仅仅用于进行照射并且检测光纤126B将仅仅用于进行检测。如以下将描述的，光发生器和光检测器的组合可提供反射率测量、和/或荧光测量和/或非弹性散射测量(即，拉曼散射)，以便确定所查询(interrogate)的组织的光学性质。
参考图2(其示出了图1中的活检装置110的剖视图)，套管主体112包括接纳在外部套管140内的内部套管138。套管主体112具有支承管142，支承管142接纳嵌入式外部部分124。套管主体112具有生物可相容的保护层144，生物可相容的保护层144围绕支承管142和光纤126而涂覆，以便在活检装置110被插入生物组织样本中时保护活检装置110。在该实施例中，存在二十二(22)个光纤126，但取决于应用，可提供更多或更少的光纤。
活检装置110的设计可适于产生装置110周围的组织的图像，以便检测肿瘤核心和附近的血管。在所有光纤126之中，某些可用于漫射光学层析成像(DOT)，而其它可用于荧光光谱分析或拉曼光谱分析。在具有二十二(22)个光纤126的装置110的实施例中，二十(20)个可用于DOT和荧光，而另外两(2)个可用于拉曼光谱分析，这些种类的光纤126例如交替使用。光纤126将光漫射到活检装置110之外，而且还捕获用于检测肿瘤核心和/或周围血管的光。根据实施例，光被光纤126中的一个光纤漫射，并且被以同一成像模式操作的所有其它光纤捕获。对所有其它光纤126重复该过程，以产生活检装置110的外部套管的周围环境的完全重构。
如遍及图3A至图3C看到的，内部套管138具有内部样本接纳窗150并且外部套管140具有外部样本接纳窗152。在图3A中，活检装置110是关闭形态，因为内部样本接纳窗150和外部样本接纳窗152没有对准。例如，活检装置的操作人员(例如，外科医生)可在使用光纤126确定周围组织156的样本154的光学性质的同时将活检装置110保持在关闭形态。如果所确定的样本154的光学性质指示了例如肿瘤，则操作人员可旋转外部套管138，使得活检装置110抵达打开形态，即，如图3B中所示，当内部样本接纳窗150和外部样本接纳窗152彼此对准时。在处于打开形态时，活检装置110可以被操纵为通过如图3C中所示将周围组织156中的肿瘤的样本154抽吸到内部腔体120中、或者通过使用限定用于取出样本的窗的边界的切割边缘来取出周围组织156中的肿瘤的样本154。
图4至图6示出了装置210的第二实施例，该装置210包括具有扩大的顶端222、具有窗214的外部套管240。限定窗214的边缘中的至少某些边缘可以是切割边缘，以使得对装置210的操纵可允许利用切割边缘切割样本。外部套管240的扩大的顶端222处于管状体218的远端。扩大的顶端222和管状体218同时限定装置210的内部腔体220，经由窗214触及样本。
据称，顶端222被扩大，因为其外径略大于管状体218的外径，由此限定肩部230。装置210因此包括众多光纤226，这些光纤226均匀地围绕管状体218分布并且接近于活检装置210的顶端222的肩部230而终止。在实施例中，提供六十四(64)个光纤226，并且可以通过可被消毒的生物可相容的护套244(图6)来保护这些光纤226。可在装置110上提供更多或更少的这样的光纤15。光纤15可被无缝连接到光学硬件(通过例如SMA连接器)，从而允许实现不同类型的信号检测。如图5中所示，在光纤226的远端处，靠近肩部230，可(例如，相对于光纤226的纵轴成45度地)加工小反射镜232，以便垂直于装置210来引导光(图5)。小反射镜232是引导光的众多配置之一，至于其它配置，参照装置110。
如果适当选择并且创建不同的部件，则可容易地装配活检装置210。首先，可制造定制的外部套管240(例如，～1.9mm的直径)，以提供标准外部套管所没有的扩大的顶端222。可通过对圆柱形铝管进行抛光来制成反射镜232，并且随后将反射镜232插入外部套管的外部(它可以靠在肩部230之上)。为了具有光纤226包围管状体218的紧密装配，可预先将它们紧附于支承管242上(图6)，支承管242可服帖地包围装置210的管状体218而吻合。为了这样做，认为要创建可固定管状体218和光纤226的垂直安装。一旦每个部件都保持垂直(例如，在各种重物的帮助下)，可使用光学粘合剂将光纤226(22个光纤，25μm的芯直径，245μm的涂层直径、NA＝0.1，Thorlabs)以周向、等距和均匀分布的方式紧附于圆柱体。可使用相同的粘合剂将支承管242、重定向表面232(例如，90°的反射镜或棱镜，确保垂直于活检装置进行照射)和外部套管240固定在一起。一旦这三个部件被固定，就可增加保护层244。在实施例中，保护层244可由热收缩的特氟龙管组成，该特氟龙管可以是生物可相容的并且能被消毒。参考图6，内部套管238(例如，～0.8mm的直径)被示出在外部套管240的内部腔体内并且能相对于外部套管240移动。尽管以上提到的制造技术涉及活检装置210，但该技术还可用于活检装置110或者根据本公开内容的活检装置的任何合适的实施例。在图7中，提供了示出活检装置210的尺寸的表。这些尺寸是以举例方式提供的，而并不被理解为是限制性的。这些尺寸是：内部套管238和外部套管240的大致厚度是250微米，而对于支承管242有三种不同的直径。
参考图8至图10，用310示出根据第三实施例的活检装置。装置310包括具有顶端322、具有窗314的外部套管340。外部套管340的顶端322处于管状体318的远端，与其形成一体，提供统一直径的连续表面，直至到达最后。管状体318具有内部腔体320，经由窗314触及样本。
光纤326设置在管状体318的内部腔体320内，并且布置成形成台阶的行。在所例示的实施例中，光纤326处于内部腔体320底部并且可受到光学透明材料的保护。这里，所有光纤326都可以进行DOT和荧光成像。该活检装置310还使用加工的反射镜332(例如，以45°进行加工)来垂直于活检装置310的纵轴进行成像。
为了实现如图8至图10中示出的装置310的结构，可创建具有底部的行的形状的模具。通过这样做，支承件将在适当的位置用于光纤326和反射镜332，从而它们可以被紧附在一起。此后，可将支承件紧附于柔性片材，该柔性片材将用于将光纤326的组件插入管状体318内部。第二行、第三行和第四行(等)将全部用同样方式进行装配。将使用模具来安放光纤326和反射镜332，模具将设置它们相对于先前的行的位置。一旦完成装配，就可插入片材并且将其紧附于管状体318的内部腔体320的内部。为了确保光纤326受到保护，可将特氟龙管保护层安放在它们上方(诸如，用于图1至图3中的活检装置110以及用于图4至图6中的活检装置210)。
参考图11至图12，用410示出根据第三实施例的活检装置。装置410包括具有顶端422、具有窗414的外部套管440。外部套管440的顶端422处于管状体418的远端，并与其形成一体，提供了统一直径的连续表面，直至到达最后。管状体418具有内部腔体420，经由窗414触及样本。
装置410可只使用一个光纤426和反射镜432、以及一个微电机460，其中，反射镜432的中心紧附于电机轴。光纤426将信号携带到直至反射镜432，反射镜432垂直于装置410发送该信号。在外部套管440的顶端422增加树脂玻璃(Plexiglas)窗462，这样使信号可以经过它。旋转微电机460允许光学信号360度旋转，从而提供了周围组织的完整图像。利用装置410的这种设计，整合各种成像模式(DOT、光学相干层析成像(OCT)、拉曼光谱分析和荧光成像)。光纤426可处于环状支承件464的中心，从而可确保其与反射镜432对准。所有这些部件可被手动紧附于内部腔体420内部并且可随后受到保护特氟龙护套444的保护。
参考图13，示出了的第一示例，该光谱活检系统70用于为用于与活检装置110、210、310、以及410中的任一个结合使用的机械活检过程提供指导，尽管其被示出为与具有六十四(64)个光纤226的活检装置210结合使用。用72示出光发生器，光发生器产生被导向第一光学复用器74的光学信号，第一光学复用器74可将光导向用于照射周围组织的照射光纤226A。一旦由光学信号进行照射，用检测光纤226B测量光学信号响应。检测光纤226B将光学信号响应导向第二光学复用器76，第二光学复用器76可将光学信号响应导向用78示出的光检测器。光检测器是分析光学信号响应的光谱的光谱仪。例如，光谱仪通常提供指示强度计数与波长的关系的数据。第一光学复用器74和第二光学复用器76分别被表现为1×N，其中，N指代与其连接的照射光纤或检测光纤的数量。光纤226可由能够将复用器74和复用器76耦合到光纤226的光学开关80来控制，以发送来自光发生器72的光，并且收集将被发送到光检测器78的光。光检测器78通常适于生成与光学信号响应相关联的光学信号响应数据。光学信号响应数据将被提供给用82示出的计算装置，例如，计算装置可用于控制光学开关80、光发生器72、光检测器78和复用器74、76。计算装置82适于基于从光检测器78接收到的光学信号响应数据来确定光学性质。一旦确定了光学性质，就可例如在与计算装置82可操作连接的输出装置84上向外科医生显示该光学性质。光谱活检系统70是可适于检测特定分析物或其组合的众多可能选项之一。事实上，光发生器72可包括均适于特定使用的多种类型的光发生器的组合并且光检测器78可包括与多种类型的光检测器(例如，一个高分辨率光谱仪(例如，用于拉曼光谱分析)和一个低分辨率光谱仪(例如，用于反射和荧光))关联的滤光片的组合。
使用系统70，可通过执行以下示例性步骤来获取层析成像的数据：在组织体积中提供活检装置；通过向多个照射光纤中的一个照射光纤提供光学信号，来利用光学信号照射组织体积；检测与多个检测光纤中的对应检测光纤相关联的多个局部光学信号响应；将多个局部光学信号响应中的每个局部光学信号响应都与围绕套管主体的探测区的组织体积的辐射部分相关联；针对多个照射光纤中的每个照射光纤重复进行所述照射、所述检测和所述关联并且得到部分光学响应的径向分布；基于所述部分光学响应的径向分布和标准数据，来处理组织体积的层析图像。还可包括以下步骤：在组织体积的至少另一个深度处提供活检装置；并得到提供所述活检装置处的至少另一个深度中的每个深度的层析图像；并基于所得到的至少两个层析图像，来确定三维层析图像。应当预期，可更新经处理的层析图像，从而一旦得到三维层析图像，就可向手术人员显示该三维层析图像，从而使他/她能够对周围组织是否包括例如血管或癌细胞作出决策，并且还决定取出(或不取出)组织的样本。例如，如果活检装置110包括均匀分布在外部套管140的一半周缘上并且从第1光纤至第22光纤进行编号的22个光纤126，则光学信号被传播到第1光纤中并且针对第2光纤至第22光纤检测局部光学信号响应。随后，光学信号被传播到第2光纤中并且针对第3光纤至第22光纤以及第1光纤检测局部光学信号响应。通过重复地执行，该检测过程可提供21个光学信号响应的22个组，这些响应可用于使用由计算装置82处理的重构算法来产生层析图像。在其它实施例中，可存在只用作为照射光纤的光纤126和只用作为检测光纤的其它光纤126。
系统70中的各个部件取决于预期的使用。例如，照明系统70可产生光谱漫反射信号，以便基于增大的组织吸收性和/或氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光谱特征和浓度来检测血红蛋白(局限于血管中)。在这种情况下，光发生器72可以是白光灯并且光检测器78可以是在电磁谱的可见部分和NIR部分中具有检测灵敏度的便携式光谱仪。
为了表征组织，照明系统70可对外源性标记(例如，荧光团)执行光谱荧光检测。在这些情况下，光发生器72可以是单个波长或可调谐激光器或发光二极管(LED)，并且光检测器78可以是在电磁谱的可见部分和NIR部分中具有检测灵敏度的便携式光谱仪。该检测可包括合适的滤光片，以便在对荧光激发信号进行过滤的同时检测荧光发射。在对组织的自体荧光进行光谱荧光检测的情况下。要求在激励时的可调谐性可能致使信号更为特定，如此可能是必要的要求。还考虑使用波长稳定的NIR激光器和高灵敏度的光谱检测器对拉曼光谱(非弹性散射)进行光谱检测。
照明系统70可用于使用例如活检装置210来获取超光谱层析图像数据，至于活检装置110、310和410中的任一个，也可如此。根据来自光发生器72的反射光谱来计算层析图像数据，提供了光发生器72作为用于生成进入照射光纤226中的宽带光的白光源。尽管这里呈现了基于22个光纤的设计，但可实施详细的模拟研究，以确定源和检测器光纤的最佳数量和配置，所以它可以是多于22个光纤或少于22个光纤。照射/检测和控制系统可具有与受软件控制的光学复用器(例如，OceanOptics)连接的20W钨卤光源(例如，OceanOptics)。
参考图14，例示了光谱活检系统170的第二示例，该光谱活检系统170用于为用于与活检装置110、210、310、以及410的其中任一个结合使用的机械活检过程提供指导，尽管其被示出为与具有六十四(64)个光纤226的活检装置210结合使用。光发生器172包括：白光灯源86，其用于提供宽带光；第一LED88，其用于提供包括第一荧光激发波长(例如，405nm)的荧光激发光以及第二LED90，其用于提供包括第二荧光激发波长(例如，455nm)的荧光激发光。三个光发生器86、88、90连接到第二光纤开关91，利用由光发生器86、88、90的其中任一个生成的光学信号来照射围绕活检装置110的组织。光检测器178可具有连接于其上的滤光轮92。滤光轮178包括多个滤光片，每个滤光片均被设计用于光发生器86、88、90中的对应的光发生器。在该示例中，照射光纤226A经由第一滤光片95(例如，窄的高抑制、大衰减带通滤光片)连接到近红外(NIR)激光器94(例如，785nm的拉曼激光器)，以使(NIR激光器94与第一滤光片95之间的)光纤的(非特定于组织的)非弹性特征进入检测光纤226B中的传播最小化，检测光纤226B经由第二滤光片97(例如，高通滤光片)连接到高分辨率光谱仪96(例如，拉曼光谱仪)。第一滤光片97可使与组织弹性散射相关联的信号贡献最小化(通常，比目标用于检测的非弹性贡献大几个数量级)并且进一步减少光纤的非弹性特征(非特定于组织的)的传播。例如，对于荧光和拉曼光谱分析，可将滤光片92、95和97设置在光路中，设置在光纤126的光纤端部128处靠近于重定向表面132，或者设置在活检装置外部，较靠近于光发生器和光检测器。本领域中公知与拉曼光谱分析相关联的挑战。事实上，公知的是弹性(瑞利(Rayleigh))散射信号比非弹性(拉曼)信号高几个数量级，因此必须谨慎选择第一滤光片95和第二滤光片97，以便适当地对弹性(瑞利)散射信号进行过滤。用于得到这些滤光片的方法的示例可在Marple等人的美国专利申请公开序列号US2012/0236303A1和Marple的美国专利序列号8,175,423中有所描述。在另一个实施例中，拉曼激光器和拉曼光谱仪分别被提供有光发生器172和光检测器178。为了清晰起见，在图14中没有例示计算装置和输出装置。
活检装置10、210、310和410可通过将荧光和/或拉曼光谱与用于利用漫射光进行成像的新颖层析成像方法相结合，来降低与立体定向脑室穿刺活检(BNB)相关联的风险。另一方面，层析成像允许360度重构装置附近的吸收系数，从而指示血管的存在。另一方面，使用例如原卟啉IX的荧光光谱分析和/或拉曼光谱分析可有助于辨别癌症组织。这两种技术都可有效地减少所需要的活检数量以及降低BNB相关的出血的风险。
在单个波长处执行重构算法(如下面呈现的)(所以，图17A至图18B示出了单波长重构)，尽管预期到可针对利用光检测器获取的所有波长执行该算法。事实上，可使用多个波长来进一步提高重构精度。作为在一个波长处重构吸收系数μa的替代方式，可使用氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白(脑室中主要的吸收体)的已知吸收光谱，来利用以下公式重构它们的体积浓度。
μa(λ)＝cHb[StO2μa(λ)oxyHb+(1-StO2)μa(λ)deoxyHb]。
这样可提高重构的特异性(血红蛋白：血管的替代品)。
本公开内容的活检装置允许基于局部漫反射光谱中的血红蛋白的不同光学吸收特征，来对血管进行辨别(和/或分类)和定位。
已经创建了核心PpIX量化技术。因此，剩下的挑战是血管检测/定位。本公开内容涉及对血管与针的距离进行准确估计的算法。
根据本公开内容，使用围绕活检装置周缘的多个点处的反射光谱作为全短距离、多光谱光学层析图像重构算法的输入，并且初步结果支持既可检测血管又可估计血管位置的事实。可在术前扫描时观察到的对比度增强区域相距1cm处发起荧光和反射率测量，随后可通过增强区域以及1cm以外频繁地(每～2mm，取决于针前进的速率和数据处理时间)对轮廓进行取样，从而可辨别最好地取得组织样本的位置(基于CPpIX和本征光学生物标志)，并且示出在与针轨迹相距(至少)2mm内是否存在明显的血管(>～0.5mm直径)。
在本公开内容的活检装置中，内部套管的小直径(例如，<2mm)可限制组织可被吸入和切割的成都。因此，需要检测这个距离内的血管，以降低出血的风险。可使用由于血管吸收而得到的光学对比度(空间和光谱上的)来检测这些血管并且确定它们的位置和距离，因为多形性成胶质细胞瘤(GBM)中的血管的光学对比度可在470nm时高达10:1而在705nm时高达30:1。光谱数据可定位血管深度，因为由于在波长较长时组织取样深度较大，导致浅血管在470nm时比在705nm时更清晰易见。因此，血管相对于光源72和检测器78的位置可以致使间隙原子探针所测得的检测到的漫反射光谱的幅度和形状都发生可定量的改变。
考虑针对血管检测和定位用两种方法。首先，使用多光谱“近场”介观光学层析成像(MOT)方法(以下的方法1)，根据在不同波长增量(例如，2-10nm)中的每个波长处进行众多空间上和光谱上可分辨的测量结果(例如，256个)来重构活检装置周围的3DHbR和HbO2图像。
其次，可使用非层析成像方法(以下的方法2)，其中，可利用来自仅仅几个测量结果的通过干预组织而造成的血红蛋白光谱中的失真来在本地(而非层析成像地)估计血管与探针表面的距离。相对于MOT，这种方法对噪声和错误传播可能不太敏感。这两种技术都可使用来自同一超光谱检测系统的数据。方法2比方法1相对更直接，因为不需要重构层析图像。
下面涉及将根据多个局部光学信号响应来计算层析图像的层析成像方法。它描述了可在反射和荧光配置中与活检装置110、210、310或410同时使用的重构算法的示例。在光学显微术中，检测到的光被最低程度地散射，从而得到非常高(μm)的空间分辨率和极小的穿透深度(～100-200μm)。相反，用于大体积成像的漫射光学层析成像(DOT)利用散射(漫射)光并且依赖于用于说明光子路径统计分布的光传输模型，从而导致相对差的分辨率(通常，几毫米)。本公开内容提出了一种介观方法，在该方法中，取样体积和分辨率介于显微术的取样体积和分辨率与DOT的取样体积和分辨率之间。不同于传统的DOT几何，成像体积位于照射光纤和检测光纤外部，在给定本公开的活检装置的尺寸的情况下，照射光纤和检测光纤的光纤端部的间隔通常是大约～0.5mm至5mm。对于这些距离，漫射近似可能不是适宜的；因此，使用的是适于本公开内容的活检装置的检测几何的重构算法(涉及MonteCarlo模拟)(包括边界条件)，其中，该算法适于在吸收与散射相当的可见范围内确定围绕活检装置的组织的光学性质。
参考图16，提供了用于例如与活检装置110、210、310或410结合使用的重构算法的示例性流程图。假设将利用图15示出的活检装置210来执行该实验。在这些情况下，活检装置210包括分布在外部套管240的周缘上并且从第1检测光纤至第12检测光纤进行编号的十二(12)对照射光纤226A和检测光纤226B，则光学信号被传播到第一照射光纤(未编号)并且针对第1光纤至第12光纤检测局部光学信号响应。随后，光学信号被传播到第2照射光纤(未编号)中并且针对第1光纤至第12光纤检测局部光学信号响应。按时间顺序地重复执行，该检测过程可提供12组光学信号响应(或者局部光学信号响应的径向分布)，可组合这些响应来产生正弦图(在图17A和图17B示出了同质和异质正弦图的示例)，该正弦图将进一步用于使用由计算装置82处理的重构算法来产生层析图像。为了标准根据本公开内容的活检装置，将在活检装置处于同质介质中时获取正弦图(下文中被称为“同质正弦图”)。一旦适当获取了同质正弦图，就可校准照射光纤和检测光纤中的每个光纤，使其具有对应的增益或性能。在图16中的流程图的框6中包括该校准步骤。在诸如生物组织之类的异质介质中使用活检装置时，例如，任何不均一性可以以指示所述不均一性的方式来吸收光。例如，如果血细胞分布的位置靠近活检装置110的第12检测光纤，则相比于原本在同质介质中会检测到的光，在该位置处检测到的光会有所改变。因此，本文中提供的重构算法将测得的异质正弦图与模拟的异质正弦图进行比较，以便找到与测得的异质正弦图相符的模拟的异质正弦图。图18B示出基于测得的正弦图的围绕活检装置110的重构吸收。照射光纤的顶端与检测光纤的顶端之间的距离越大，检测到的光穿透到组织体积中越深(如图15中所示)，这样应该允许恢复了例如直至与活检装置110相距2mm或更大的信息。
更具体地讲，该算法包括：得到框5处示出的测得的正弦图；使用框6处示出的校准同质正弦图来校准测得的正弦图；模拟诸如框1、2、3、4处同时示出的正弦图之类的同质正弦图和异质正弦图；将模拟的正弦图与测得的正弦图进行比较，直到满足诸如框7和8处示出的标准之类的某一标准；以及当满足诸如框9处示出标准之类的某一标准时，得到重构的正弦图。比较步骤可包括非线性均方方法(信赖域反射算法)，其需要在模拟的正弦图的模拟中使用到的参数的初始猜测和边界(下界限和上界限)。诸如LSQNONLIN之类的MATLAB功能可适于此比较步骤。
模拟的正弦图可得自由于在波长λ处以及与离开活检装置(或针)(rneedle,φ＝0,ztop)的位置(rn,φn,zn)处的小吸收摄动Δμa导致的光强度改变(摄动)，用以下给出：
其中，雅可比行列式(Jacobian)J是源检测器对m的光子轨迹的统计平均值。索引n记下有限元网格中的节点，并且可使用MonteCarlo模拟来针对每个源-检测器对计算J，并且假设围绕活检装置的组织体积中的光学性质(即，散射系数μs、各向异性因子g和吸收系数，μa＝εC，即，消光系数与两个主要生色团(或外源性标记)HbR和HbO2的浓度的乘积)恒定:
等式1可以被写成矩阵形式ΔI＝JΔC，其中，各行对应于来自给定波长处的一个源-检测器对的测量值，并且其中，J的各行是在有限元网格中的一个节点处计算出的光子灵敏度。
其中，ΔCHbR和ΔCHbO2是基线值周围的血红蛋白浓度中的摄动。假设散射是恒定的。这里所关注的参数是分布于本公开内容的活检装置周围的本地ΔCHbR和ΔCHbO2值。可以利用例如共轭梯度算法来求解等式3，共轭梯度算法被调整为使噪声传播最小化，还使目标函数||ΔC-ΔI||2最小，如在引用的H.Dehghani,M.E.Eames,P.K.Yalavarthy,S.C.Davis,S.Srinivasan,C.M.Carpenter,B.W.Pogue,以及K.D.Paulsen的“NearinfraredopticaltomographyusingNIRFAST:Algorithmfornumericalmodelandimagereconstruction(使用NIRFAST的近红外光学层析成像：用于数值模型和图像重构的算法)”(CommunNumerMethodsEng25,711-732(2008))中呈现的。尽管事实是问题是本征非线性的(J是光学性质的函数)，但雅克比行列式在重构期间可不被更新，因为对于神经外科工作流程而言，这样是非常耗时的(使用MonteCarlo)。尽管在恢复对比度方面不太精确，但在DOT中已经示出了线性近似，以提供精确的光学对比度定位。因此，可使用从单个2D平面中获取的数据来重构图像，而可以执行3D的图像重构。
在图像重构之前的测量预处理/校准可能是关键的，并且其可能涉及归一化步骤，在归一化步骤中，可参照背景将各记录转换成摄动。简单的一步式校准过程将涉及在同质光学虚像(公知的光学性质)中获取完整的层析成像数据集。由于获取的圆柱形几何结构而导致所有投影(在给定的激光注入点处取得的测量结果)应该是相同的：可以计算各检测器-源对的相对增益。所提出的算法利用归一化数据集：因此不需要绝对校准，尽管是可实现的。
数据校准例程和/或使用除了强度外的数据类型(例如，光谱衍生物)也将被认为处理了光-组织耦合中的差异。可能的问题是正在确定的解决方案，例如，靠近针的小血管可能具有与更远离的大血管相同的光学信号。使用多个光谱上可分辨的测量结果可以分辨这些模糊。
可借助MonteCarlo模拟(MCS)得到模拟的正弦图。使用这些MCS作为光传播模型。在该示例中，散射和各向异性系数可被认定是恒定的并且光学对比度近似于仅仅源自吸收。这个近似是通过我们在进行神经外科手术期间已经在人类患者体内进行的组织光学性质测量来激发的。层析成像数据可通过利用它们各自的检测点，用适宜的预定源和检测器大小和数值孔径来模拟不同激光注入点而得到。通过四面体网格为探针的几何结构建模并且使用QianqianFang在科学公开物“QianqianFang,Mesh-basedMonteCarlomethodusingfastray-tracinginPlückercoordinates,Biomed.Opt.Express1(1),165-175(2010)”和“QianqianFangandDavidR.Kaeli,Acceleratingmesh-basedMonteCarlomethodonmodernCPUarchitectures,Biomed.Opt.Express3(12),3223-3230(2012)”中描述的基于网格的MonteCarlo(MMC)来执行模拟。
至于模拟的正弦图，允许光子作为当量分组沿着特定轨迹进行传播。这些被称为光子分组(PP)。与在第一吸收事件中将被完全吸收的单个光子形成对照，PP逐渐失去其重量，从而允许更好的统计相关性的较长路径。每个MCS(用于各源-检测器对和相关联的大量注入的光子)都输出检测到的光子分组(PP)的部分路径长度(PPL)。PPL代表对于给定PP的四面体网格的各区域(组织)中行进的距离。可借助Beer-Lambert定律来计算分组的强度，从而允许当分组传播到吸收介质中时评价光的衰减。因此，在给定检测器处测得的总强度是检测到的各光子分组的能量之和：
其中，I是给定检测点处检测到的强度，N是该点处检测到的光子的数量，K是区域的数量，sk是对于光子n而言的区域k中的部分路径长度。通过记录每个PP的PPL，可针对各种吸收系数重新调节层析成像测量：利用来自单个MCS的单个数据集，我们可得到大范围异质介质的正弦图，如图16中的框1处阐述的。
对于本公开内容的活检装置边缘周围的各照射光纤，光谱上可分辨的测量结果(405-750nm)可由各照射光纤进行记录，并且对应于以上提到的源-检测器分离。可以根据模拟的和实验体模数据来确定重构图像所需的最佳数量的波长。可优化数据采集，以确保在所有波长处并且在动态范围的光检测器(即，光谱仪)内获取足够的信噪比(SNR)。可实现自动化的可变积分时间例程，并且可以跨血红蛋白敏感的光谱范围来研究用于使SNR最大化的最佳方法。
图18B示出了使用专用于活检装置110、210、310和410的重构算法和网格得到的层析图像。例如，可使用网格生成器(举例来说，诸如CGAL网格)来将活检装置周围的区域的坐标转换成与MMC相兼容的四面体网格。周围的组织可被近似为划分到某一数量(等于活检装置110的光纤的数量)的象限中的圆柱体(例如，半径＝15mm，高度＝30mm)。随后，将各象限径向划分成子区域。考虑32个光纤的情况，网格被划分到32个象限中，这些象限中的每个象限接着径向地细分6份，从而在根据本公开内容的活检装置的检测/激励区域周围形成192个区域。介质还在该范围上下被划分为32个。在这种情况下，可存在总共256个区域。
如可理解的，以上所描述和例示的示例旨在只是示例性的。由所附权利要求书指示保护范围。

Claims (28)

1.一种活检装置，所述活检装置包括：
套管主体，所述套管主体具有纵轴和沿着所述纵轴延伸的探测区，在所述探测区中限定样本接纳窗，所述样本接纳窗用于当执行活检时接纳周围组织的样本；以及
多个光纤，所述多个光纤沿着所述套管主体的外部部分安装，所述多个光纤中的每个光纤都具有位于所述套管主体的所述探测区中的光纤端部、以及另一个光纤端部，所述另一个光纤端部适于能够与至少一个光发生器和至少一个光检测器中的至少一个光学连接，所述多个光纤中的每个光纤都适于利用由所述至少一个光发生器生成的光学信号来照射所述周围组织，并且所述多个光纤中的每个光纤都适于利用所述至少一个光检测器来检测光学信号响应，所述光学信号响应是由所述光学信号在所述周围组织中的传播引起的。
2.根据权利要求1所述的活检装置，其中，所述多个光纤周向地彼此分隔开。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的活检装置，其中，所述多个光纤的所述光纤端部中的每个光纤端部都周向地彼此对准。
4.根据权利要求3所述的活检装置，其中，所述光纤端部中的每个光纤端部都与邻接所述多个光纤的周向对准的光纤端部的环状重定向表面的一部分光学耦合，所述环状重定向表面具有与所述纵轴形成非垂直角度和非零角度的法线轴。
5.根据权利要求4所述的活检装置，其中，所述环状重定向表面是经抛光的圆柱形管。
6.根据权利要求1或2所述的活检装置，其中，所述光纤端部中的每个光纤端部都与沿着成角度轴对准的重定向表面光学耦合，所述成角度轴与所述套管主体的所述纵轴形成非零角度。
7.根据权利要求6所述的活检装置，其中，所述重定向表面沉积在与对应的光纤端部邻接的棱镜上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的活检装置，其中，所述多个光纤的所述光纤端部中的每个光纤端部都纵向延伸到所述样本接纳窗。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的活检装置，其中，所述多个光纤周向地并且均匀地分布在所述套管主体的外部部分上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的活检装置，其中，所述多个光纤的所述光纤端部中的每个光纤端部都至少在所述套管主体的与所述样本接纳窗相对的周缘侧上延伸。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的活检装置，其中，所述多个光纤中的至少一个光纤适于利用光学信号来照射所述周围组织并适于检测光学信号响应。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的活检装置，其中，所述套管主体具有从其径向凹进的凹陷，所述凹陷的径向深度至少等于或大于所述多个光纤中的至少一个光纤的直径，所述光纤的所述光纤端部位于所述凹陷中。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的活检装置，其中，所述套管主体包括：
内部套管，所述内部套管具有内部样本接纳窗并具有内径；以及
外部套管，所述外部套管具有外部样本接纳窗并具有外径，所述外径大于所述内部套管的所述内径，所述外部套管适于以所述内部套管至少围绕所述外部套管的纵轴相对于所述外部套管能够旋转这样的方式来沿着所述外部套管的所述纵轴接纳所述内部套管；
其中，当所述内部样本接纳窗和所述外部样本接纳窗彼此对准时，所述活检装置处于打开形态，并且当所述内部样本接纳窗和所述外部样本接纳窗未彼此对准时，所述活检装置处于关闭形态。
14.根据权利要求13所述的活检装置，其中，上面安装有所述多个光纤的所述套管主体的外部部分是所述外部套管的外部部分，并且其中，所述多个光纤上面设置有能够生物相容的保护体。
15.一种用于为机械活检过程提供指导的光谱活检系统，所述系统包括：
根据权利要求1至14中任一项所述的活检装置；
至少一个光发生器，所述至少一个光发生器与所述多个光纤中的至少一个光纤光学耦合，以便向所述多个光纤中的至少一个光纤提供光学信号；
至少一个光检测器，所述至少一个光检测器与所述多个光纤中的至少一个光纤光学耦合，以便检测所述光学信号响应并且生成与所述光学信号响应相关联的光学信号响应数据；
计算装置，所述计算装置操作地连接到至少一个光检测器，适于从至少一个光检测器接收所述光学信号响应数据，并适于基于所述光学信号响应数据来确定所述周围组织的光学性质；以及
输出装置，所述输出装置操作地连接到所述计算装置，以便显示所确定的光学性质，所述光学性质将用于指导所述机械活检过程。
16.根据权利要求15所述的光谱活检系统，其中，至少一个光发生器包括宽带光发生器，所述宽带光发生器用于利用包括宽带光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，至少一个光检测器是用于检测所述光学信号响应的光谱仪，所确定的光学性质指示在所述周围组织中出现的漫反射。
17.根据权利要求16所述的光谱活检系统，其中，所述计算装置还适于：当所述光学信号响应的所述漫反射具有增大的吸收性和血红蛋白光谱特征的至少其中之一时，判断所述周围组织是否包括血红蛋白。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的光谱活检系统，其中，至少一个光发生器包括荧光激发发生器，所述荧光激发发生器用于利用包括荧光激发光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，所述至少一个光检测器是用于检测所述光学信号响应的光谱仪，所确定的光学性质指示在所述周围组织中出现的荧光。
19.根据权利要求18所述的光谱活检系统，其中，荧光激发滤光片与所述至少一个光检测器光学耦合，以便对所述荧光激发波长进行过滤。
20.根据权利要求18和19中任一项所述的光谱活检系统，其中，所述计算装置还适于：当所述光学信号响应的所述荧光具有在光学标记的发射光谱中的增强的强度或荧光特征的至少其中之一时，判断所述周围组织是否包括所述光学标记。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的光谱活检系统，其中，所述至少一个光发生器包括近红外光发生器，所述近红外光发生器用于利用包括近红外光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，所述至少一个光检测器是光谱仪，所述光学性质属于在所述周围组织中出现的拉曼散射。
22.根据权利要求23所述的光谱活检系统，其中，近红外光滤光片与所述至少一个检测器光学耦合，以便从所述光学信号响应中过滤出所述近红外光。
23.根据权利要求15至20中任一项所述的光谱活检系统，
其中，至少一个光发生器与多个光纤中的至少一个光纤之间的所述光学耦合包括第一光学复用器和至少一个光学开关，能控制所述至少一个光学开关，以防止所述光沿着所述多个光纤中的所述至少一个光纤中的对应光纤透射；
其中，至少一个光检测器与所述多个光纤中的至少一个光纤之间的所述光学耦合包括第二复用器和所述至少一个光学开关，能控制所述至少一个光学开关，以防止所述光沿着所述多个光纤中的至少一个光纤中的对应光纤透射；
其中，所述计算装置适于使用所述至少一个光学开关来只沿着所述多个光纤中的一个光纤提供所述光学信号，所述计算装置还适于使用所述至少一个光学开关来检测来自所述多个光纤中的所述至少一个光纤的其中每个的多个局部光学信号响应的其中之一，所述计算装置还适于基于所述多个局部光学信号响应来确定所述光学性质。
24.根据权利要求23所述的光谱活检系统，其中，在时间上顺序地执行针对所述多个光纤中的所述至少一个光纤的其中每个来检测所述多个局部光学信号响应，所述计算装置还适于基于所述多个局部光学信号响应来构建代表所述周围组织中的所述光学性质分布的层析图像。
25.一种用于使用在组织体积中所提供的活检装置来得到所述组织体积的层析图像的方法，所述方法包括：
使用在所述活检装置的外部部分上所提供的多个光纤中的至少一个光纤，来利用光学信号照射所述组织体积；
检测与所述多个光纤中的其它光纤相关联的多个局部光学信号响应；
将所述多个局部光学信号响应中的每个局部光学信号响应都与围绕套管主体的探测区的所述组织体积的径向部分相关联；
针对所述多个光纤中的每个光纤重复进行所述照射、所述检测以及所述关联，并得到局部光学响应的径向分布；以及
基于所述局部光学响应的径向分布并基于校准数据，来处理所述组织体积的所述层析图像。
26.根据权利要求25所述的方法，所述方法还包括：
更新经处理的层析图像，以使得当所述活检装置在所述组织体积中移动时，新的层析图像被处理；以及
基于得到的至少一个先前处理的层析图像来输出三维层析图像。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述光学信号包括宽带光信号，所述多个局部光学信号指示在所述组织体积中的反射，所述层析图像指示在所述组织体积中存在血红蛋白。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述光学信号包括荧光激发信号，所述多个局部光学信号指示荧光，所述层析图像指示在所述组织体积中存在光学标记。
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