CN107148245A - 干细胞的基因分析和生成的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种外科手术处理装置包含被配置成使组织破碎并采用破碎的组织提供完整细胞(诸如干细胞)的水射流。可以以许多方式中的一种或多种来使用该完整细胞，诸如用于基因或其他测试，并且该完整细胞可以被鉴定为干细胞。在许多实施方式中，该完整细胞包括干细胞。在许多实施方式中，水射流被配置成使组织破碎。可以采用具有大小比组织碎片更小的孔隙的过滤器来收集破碎组织。在许多实施方式中，采用水射流的空化用于使包含完整干细胞的组织破碎。水射流可包括浸没在含有水的液体中的水射流以便形成多个致脱脉冲。可以采用足以使组织破碎的频率来生成该多个致脱脉冲。该致脱脉冲可以生成使组织破碎的空化。

Description

干细胞的基因分析和生成的方法及装置
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2014年9月5日、标题为“GENE ANALYSIS AND GENERATION OFSTEM CELL METHODS AND APPARATUS”的美国临时专利申请序列号62/046,290[代理人案卷号41502-711.101]的优先权，其全部公开内容通过引用而并入本文。
本申请的主题涉及以下申请：提交于2013年2月28日、标题为“AUTOMATED IMAGE-GUIDED TISSUE RESECTION AND TREATMENT”的PCT/US2013/028441[代理人案卷号41502-705.601]；提交于2013年9月6日、标题为“AUTOMATED IMAGE-GUIDED TISSUE RESECTIONAND TREATMENT”的美国申请序列号61/874,849[代理人案卷号41502-708.101]；提交于2014年3月31日、标题为“AUTOMATED IMAGE-GUIDED TISSUE RESECTION AND TREATMENT”的美国申请序列号61/972,730[代理人案卷号41502-708.102]；提交于2014年6月30日、标题为“AUTOMATED IMAGE-GUIDED TISSUE RESECTION AND TREATMENT”的美国申请序列号62/019,305[代理人案卷号41502-708.103]；提交于2014年6月27日、标题为“TISSUE SAMPLINGAND TREATMENT METHODS AND APPARATUS”的美国申请序列号62/018,359[代理人案卷号41502-710.101]；提交于2014年6月30日、标题为“FLUID JET TISSUE ABLATION ANDINDUCED HEMOSTATIS(AQUABLATION)METHODS AND APPARATUS”的美国申请序列号62/019,299[代理人案卷号41502-712.101]；上述文献的全部公开内容均通过引用而并入本文。
本专利申请的主题还涉及以下申请：以US 20110184391公开的、提交于2010年2月4日的标题为“MULTI FLUID TISSUE RESECTION METHODS AND DEVICES”的美国申请序列号12/700,568[代理人案卷号41502-703.501]；以及提交于2011年2月4日、在2011年11月8日以WO2011097505公开的标题为“MULTI FLUID TISSUE RESECTION METHODS AND DEVICES”的PCT申请PCT/US2011/023781；上述文献的全部公开内容均通过引用而并入本文。
技术领域
本发明的领域涉及细胞和组织的采样以及组织的处理，并且更具体地涉及诸如前列腺等器官的采样和处理。
背景技术
治疗诸如患者等受试者的现有方法和装置可能在至少一些情况下导致不太理想的结果。例如，现有的前列腺外科手术方法可能在至少一些情况下导致较长的愈合时间以及不太理想的结果。
尽管癌症的早期诊断和治疗可以提供改善的结果，但现有的诊断和治疗癌症的方法和装置可能是不太理想的。在至少一些情况下，患有良性前列腺增生症(BPH)的患者还可能患有可能不会像理想地那样被尽快地诊断的前列腺癌(PCa)。而且，现有的用于治疗癌症的方法和装置可能不太理想地适合于例如与其他治疗组合。
诸如前列腺等的许多器官包含外壁或包膜，其包括敏感神经或血管。对神经或血管的损伤可能导致器官的功能下降，并且现有的方法和装置可能没能提供在器官的包膜和壁附近的组织的理想移除。例如，对前列腺包膜神经的损伤可能导致下降的性交能力，并且在至少一些情况下对眼睛的视神经或血管的损伤可能导致下降的视力。
而且，在至少一些情况下现有的用于对组织进行采样以收集细胞的方法和装置可能导致不太理想的结果。将期望提供一种用于从患者移除完整细胞的装置，以使得该细胞可以用于诊断或其他应用。例如，已知干细胞在许多癌症中发挥重要作用并且可以是癌症诊断的适合测试靶标。例如，前列腺干细胞牵涉前列腺疾病状态(包括BPH和前列腺癌)的发展。此外，从采样的组织生成的细胞系可能在癌症研究和治疗(诸如基于细胞的治疗)中具有有价值的用途。
鉴于上述内容，提供用于外科手术以及诊断和治疗癌症的改进的方法和装置将是有帮助的。理想地，此类方法将提供易损组织结构(诸如器官的神经和血管)的改进的治疗，并且确定癌症的存在或不存在并提供具有改善的结果的改进的治疗。
发明内容
本发明的实施方式提供了用于收集具有完整细胞的组织样品的改进的方法和装置。外科手术处理装置包含被配置成使组织破碎并采用破碎的组织提供完整细胞(诸如干细胞)的水射流。可以以许多方式中的一种或多种来使用该完整细胞(诸如用于基因或其他测试)，并且该完整细胞可以被鉴定为干细胞。在许多实施方式中，该完整细胞包括干细胞。可以以许多方式中的一种或多种来使用收获的干细胞，并且该收获的干细胞可用于生成多能干细胞系，或者用于诊断患者。在许多实施方式中，水射流被配置成使组织破碎。可以采用具有大小比组织碎片更小的孔隙的过滤器来收集破碎组织。在许多实施方式中，采用水射流的空化(cavitation)用于使包含完整干细胞的组织破碎。水射流可以包括浸没在含有水的液体中的水射流以便形成多个致脱脉冲(shedding pulse)，从而使组织破碎。可以采用足以使组织破碎的频率来生成该多个致脱脉冲。该致脱脉冲可以包括蒸汽空腔，该蒸汽空腔可以合并到使组织破碎的空化气团中。
在许多实施方式中，基本固定流速系统用于收获破碎组织。流入外科手术部位的流体的速率可以基本匹配流出外科手术部位的流体，以便抑制外科手术部位的体积的变化。泵可以被配置成以类似于水射流的流动的速率从该部位吸取包括碎片的流体。当使用吹入时，从该部位吸取的速率可以类似于射流和吹入的组合流动，尽管在至少一些实施方式中可能不提供吹入。在许多实施方式中，利用轻微压强将流体储器耦合到外科手术部位，以便抑制压强随着外科手术部位的体积的变化的显著变化。
尽管本发明的实施方式特别针对前列腺的经尿道处理，但本发明的某些方面也可用于处理和收集诸如脑、心脏、肺、肠、眼、皮肤、肾、肝、胰腺、胃、子宫、卵巢、睾丸、膀胱、耳、鼻、口等其他器官的组织，诸如骨髓、脂肪组织、肌肉、腺体及粘膜组织、脊髓及神经组织、软骨等软组织，诸如牙齿、骨骼等硬生物组织，以及诸如鼻窦、输尿管、结肠、食道、肺道、血管和咽喉等体腔及通道。本文所公开的设备可以通过已存在的体腔插入，或者通过在身体组织中形成的开口而插入。
附图说明
通过参考以下对在其中利用本公开内容原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述和附图，将获得对本公开内容的特征和优点的更好的理解；在附图中：
图1为根据实施方式、适合用于进行尿道内前列腺组织减积术的设备的示意图；
图2A-图2D图示了图1的设备在进行前列腺组织减积术中的使用；
图3A和图3B示出了根据实施方式的用于处理患者的系统；
图4A示出了根据实施方式、采用基本恒定的压强和可变的流动对外科手术部位进行的压强调节；
图4B示出了根据实施方式、采用提供基本固定的流体流动和基本恒定的压强的泵对外科手术部位进行的流量调节；
图5A示出了根据许多实施方式的适用于合并的器官；
图5B示出了根据许多实施方式、采用装置处理的图5A的前列腺；
图6示出了根据实施方式、用于从患者的外科手术部位移除完整细胞的装置；
图7A示出了图6的装置的结构；
图7B示出了根据实施方式的对于人眼可见的消融焰；
图7C示出了如图7B中的消融焰的高速图像；
图7D示出了根据实施方式的多个致脱脉冲和对消融射流的扫除以在多个重叠位置上提供平滑且受控的组织侵蚀；
图7E示出了根据实施方式的切割的最大组织穿透深度及通过喷嘴的流速；
图7F示出了作为选择性组织移除模型的马铃薯的选择性移除，其中将猪的血管定位在马铃薯的切口之上；
图8示出了根据实施方式、被配置成接收包含完整细胞的破碎组织样品的过滤器；
图9A-图9D示出了根据实施方式、被适配成从外科手术部位的局部区域移除完整细胞的图6的装置；
图10A-图10D示出了使用如本文所述的装置从患者移除的前列腺组织的组织切片的图像；以及
图11示出了根据实施方式、从患者移除包含完整细胞的组织的方法。
具体实施方式
通过参考以下对在其中利用本发明实施方式的原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述和附图，将获得对本公开内容的特征和优点的更好的理解。
虽然详细描述包含许多细节，但这些细节不应解释为对本发明的范围加以限制，而是仅仅说明本发明的不同示例和方面。应当理解，本发明的范围包括未在上文详细讨论的其他实施方式。在本文所公开的本发明的方法和装置的布置、操作和细节中可以做出对本领域技术人员而言显而易见的各种其他修改、改变和变动，而不偏离如本文所述的本发明的精神和范围。
如本文所公开的实施方式可以用于收集例如脂肪细胞和前列腺组织，以及许多其他类型的组织，诸如来自其他器官的组织。如本文公开的实施方式非常适合于收集与癌症有关的细胞，并且可以用于检测收获的完整细胞的表面上的生物标志物。可替代地或组合地，可以采用所收获的细胞来进行基因测试。在许多实施方式中，该细胞可以用于生成例如多能干细胞系。
如本文所公开的方法和装置非常适合于与除了前列腺之外的许多其他组织一起使用。例如采用与前列腺组织有关的实施方式，如本文公开的细胞组织收获方法和装置例如允许外科医生处理前列腺并收获组织。
本文所公开的实施方式可以以许多方式中的一种或多种相组合来提供对患者的改进的治疗。所公开的实施方式可以与现有方法和装置相组合来提供改进的治疗，举例而言，诸如与已知的前列腺外科手术以及其他组织和器官的外科手术方法相组合。应当理解，如本文所描述的任何一个或多个结构和步骤可以与本文所描述的方法和装置的任何一个或多个另外的结构和步骤相组合，附图和支持文本提供了根据实施方式的描述。根据如本文所公开的实施方式适合于合并的组织移除的方法和装置描述于以下申请中：提交于2013年2月28日、标题为“AUTOMATED IMAGE-GUIDED TISSUE RESECTION AND TREATMENT”的PCT/US2013/028441[代理人案卷号41502-705.601]；提交于2013年9月6日、标题为“AUTOMATEDIMAGE-GUIDED TISSUE RESECTION AND TREATMENT”的美国申请序列号61/874,849[代理人案卷号41502-708.101]；提交于2014年3月31日、标题为“AUTOMATED IMAGE-GUIDED TISSUERESECTION AND TREATMENT”的美国申请序列号61/972,730[代理人案卷号41502-708.102]；提交于2014年6月30日、标题为“AUTOMATED IMAGE-GUIDED TISSUE RESECTIONAND TREATMENT”的美国申请序列号62/019,305[代理人案卷号41502-708.103]；提交于2014年6月27日、标题为“TISSUE SAMPLING AND TREATMENT METHODS AND APPARATUS”的美国申请序列号62/018,359[代理人案卷号41502-710.101]；提交于2014年6月30日、标题为“FLUID JET TISSUE ABLATION AND INDUCED HEMOSTATIS (AQUABLATION)METHODS ANDAPPARATUS”的美国申请序列号62/019,299[代理人案卷号41502-712.101]；上述文献的全部公开内容先前已通过引用而并入本文。
虽然如本文所述的细胞收获是在前列腺外科手术的背景下介绍的，但如本文所述的方法和装置也可用于从任何身体组织和任何身体器官及血管，诸如脑、心脏、肺、肠、眼、皮肤、肾、肝、胰腺、胃、子宫、卵巢、睾丸、膀胱、耳、鼻、口，诸如骨髓、脂肪组织、肌肉、腺体及粘膜组织、脊髓及神经组织、软骨等软组织，诸如牙齿、骨骼等硬生物组织，以及诸如鼻窦、输尿管、结肠、食道、肺道、血管和咽喉等体腔及通道收获细胞。
如本文所使用的，A和/或B包括A、或B及其组合。
如本文所使用的，术语Aquablation包括用水或任何其他流体进行的消融。
如本文所使用的，词语观察用仪器(scope)、望远镜(telescope)内窥镜和细胞观察镜(cytoscope)可互换使用。
如本文所使用的，术语AquaBeam、焰、流体焰、流体气团、夹带区域和空化区域可互换使用。
如本文所使用的“处理器”包括一个或多个处理器，例如，单一处理器，或者例如分布式处理系统的多个处理器。如本文所述的控制器或处理器通常包含用以储存指令以便实现过程步骤的有形介质，并且处理器可例如包括中央处理器、可编程阵列逻辑、门阵列逻辑或现场可编程门阵列中的一种或多种。
如本文所使用的相似字符和数字标识相似元件。
如本文所使用的，显示器上所示的实时图像包括在所示事件的数秒内示出的图像。例如，组织结构的实时成像包括在显示器上提供所获取的图像的约10秒内的实时图像。
如本文所使用的，术语远侧和近侧是指从装置参考的位置，并且可以与解剖参考物相反。例如，探头的远侧位置可对应于患者的细长部分的近侧位置，而探头的近侧位置可对应于患者的细长部分的远侧位置。
自动化机器人控制-其中水射流的移动是机械化的，并且处于采用预选例程的计算机控制之下-允许采用手动控制所不可能实现的准确且极其精细的切除。优点包括过程所需时间减少、并发症较少、结果改善和外科医生所需培训时间较少。这些改进中的许多改进来源于减少或消除对于进行处理的医生的手动灵巧度的需求。自动化控制还允许将喷嘴的切割能力增大到采用完全手动控制无法达到的水平。在过程的不太关键部分期间，例如，在对待操作的区域的初始选择及补充切割和烧灼期间，可以手动地控制系统。即使在方案的那些不太关键阶段期间，由自动化控制所提供的提高的精度和平顺性也可提供对手抖动的减少和滤除。另一显著优点在于，自动化允许过程的预先测试或“预演”。当选择切割例程时，可以使用操纵杆或其他控制元件来选择区域的界限，以便在不进行切割的模拟过程期间定位激光。可以在切割开始之前做出改变，以便可以在开始实际过程之前纠正错误。
援引并入
已经通过引用而并入如以下文献中所描述的图1至图2D的主题及相应文本信息：以US 20110184391公开的、提交于2010年2月4日的标题为“MULTI FLUID TISSUERESECTION METHODS AND DEVICES”的美国申请序列号12/700,568[代理人案卷号41502-703.501]；以及提交于2011年2月4日、在2011年11月8日以WO2011097505公开的标题为“MULTI FLUID TISSUE RESECTION METHODS AND DEVICES”的PCT申请PCT/US2011/023781；上述文献的全部公开内容先前已通过引用而并入本文。
参照图1，根据本发明的原理构建的示例性前列腺组织减积设备10包括导管组装件，该导管组装件通常包括具有远端14和近端16的轴杆12。轴杆12通常为聚合物挤压件，其包括从近端16处的衬套18延伸到远端14附近位置的1个、2个、3个、4个或更多个轴向管腔。轴杆12通常具有在15cm到25cm范围内的长度和在1mm到10mm—通常2mm到6mm范围内的直径。轴杆将具有足够的柱强度，从而使其可以向上经男性尿道而引入(如下文详细描述的)。
轴杆将包括定位在能量递送区域20中的能量源，其中能量源可以是如下文更详细讨论的多种特定组件中的任一种。在能量递送区域的远侧，可膨胀锚固球囊24定位在轴杆的远端14处或者非常靠近该远端14的位置。球囊将通过一个轴向管腔连接至通过衬套18连接的球囊膨胀源26。除了能量源22和球囊膨胀源26之外，衬套还将可选地包括针对输注/冲洗源28、抽吸(真空)源30和/或吹入(加压CO2或其他气体)源32的连接。在示例性实施方式中，输注或冲洗源28可以通过轴向管腔(未示出)连接至在球囊锚固件24的近侧和能量递送区域20的远侧的一个或多个递送端口34。抽吸源30可以连接至通常定位在能量递送区域20的近侧的第二端口或开口36，而吹入源32可以连接至通常也位于能量递送区域的近侧的附加端口38。应理解，端口34、36和38的位置并不是关键的，尽管某些位置可能导致本文所述的特定优点，并且应理解，管腔和递送装置可由附加的导管、管道等来提供，这些附加的导管、管道例如包括可定位在轴杆12之上的同轴套筒、鞘套等。
虽然本发明实施方式是参照人类前列腺描述的，但应当理解，这些实施方式可以通用地用于处理哺乳动物前列腺。现参照图2A-图2D，前列腺组织减积设备10通过男性尿道U引入到位于紧靠膀胱B的远端的前列腺P内的区域。在图2A中示出了解剖结构。一旦导管10已被定位成使得锚固球囊24刚好位于膀胱颈BN的远端处(图2B)，则球囊可膨胀，优选地膨胀至基本上占据膀胱的整个内部，如图2C中所示。一旦锚固球囊24膨胀，则前列腺组织减积设备10的位置将会固定并稳定在尿道U内，以便将能量递送区域20定位在前列腺P内。应当理解，能量递送区域20的恰当定位仅依赖于锚固球囊24在膀胱内的膨胀。由于前列腺位于紧靠膀胱颈BN近端处，因此通过将能量递送区域的远端间隔得非常靠近球囊的近端(通常在0mm到5mm，优选1mm到3mm的范围内)，可以恰当地定位递送区域。在锚固球囊24已经膨胀之后，可以向前列腺递送能量用于减积，如图2C中的箭头所示。一旦能量已在期望的表面区域上递送了一段时间，则可以停止能量区域，并且前列腺将会减积从而减轻尿道上的压强，如图2D中所示。此时，可以通过端口34递送冲洗流体，并将冲洗流体抽吸至端口36，如图2D中所示。可选地，在处理之后，可使用烧灼球囊和/或支架将该区域烧灼，该烧灼球囊和/或支架可使用经改动的或单独的导管设备来放置。
图3A和3B示出了根据实施方式的用于处理患者的系统。系统400包括处理探头450并且可任选地包括成像探头460。处理探头450耦合至控制台420和连接件430。成像探头460耦合至成像控制台490。患者处理探头450和成像探头460可耦合至公共基座440。患者由患者支持器449所支撑。处理探头450采用臂442耦合至基座440。成像探头460采用臂444耦合至基座440。
将患者置于患者支持器449上，以使得处理探头450和超声探头460可以插入到患者体内。可以将患者置于许多位置中的一个或多个位置，举例而言，诸如俯卧位、仰卧位、直立位或倾斜位。在许多实施方式中，将患者置于截石位，并且可以例如使用足镫。在许多实施方式中，处理探头450在患者的第一侧以第一方向插入到患者体内，而成像探头在患者的第二侧以第二方向插入到患者体内。例如，处理探头可从患者的前侧插入到患者的尿道中，而成像探头可从患者的后侧经直肠插入到患者的肠内。处理探头和成像探头可在患者体内放置成使尿道组织、尿道壁组织、前列腺组织、肠组织或肠壁组织在其间延伸。
处理探头450和成像探头460可以以许多方式中的一种或多种方式插入到患者体内。在插入过程中，每个臂可包括基本解锁配置，使得可以期望地旋转和平移探头，从而将探头插入到患者体内。当探头已插入到期望的位置时，可以锁定臂。在锁定配置下，探头可以以许多方式中的一种或多种方式相对于彼此定向，举例而言，诸如定向成平行、偏斜、水平、倾斜或非平行。使用如本文所述的角度传感器来确定探头的定向可能是有帮助的，以便将成像探头的图像数据映射(map)至处理探头坐标参考。使组织图像数据映射至处理探头坐标参考空间可允许由诸如医生等操作者准确地靶向和处理被鉴定用于处理的组织。
在许多实施方式中，处理探头450耦合至成像探头460，以基于来自成像探头460的图像将处理与探头450对准。所述耦合可以用如图所示的公共基座440来实现。可替代地或组合地，处理探头和/或成像探头可包括磁体以保持探头在穿过患者的组织的情况下对准。在许多实施方式中，臂442是可移动且可锁定的臂，使得处理探头450可定位在患者的期望位置上。当已将探头450定位在患者的期望位置上时，可以用臂锁427来锁定臂442。成像探头可以用臂444耦合至基座440，可以用于在处理探头被锁定到位时调整探头的对准。臂444可例如包括在成像系统或者控制台和用户界面的控制下的可锁定且可移动的探头。可移动臂444可以是可微致动的，以便可以以较小的移动(例如，相对于处理探头450约1毫米)来调整成像探头440。
在许多实施方式中，处理探头450和成像探头460耦合至角度传感器，以便可以基于成像探头460与处理探头450的对准来控制所述处理。角度传感器495采用支持器438耦合至处理探头450。角度传感器497耦合至成像探头460。角度传感器可包括许多类型的角度传感器中的一种或多种。例如，角度传感器可包括测角计、加速计及其组合。在许多实施方式中，角度传感器495包括3维加速计，以确定处理探头450的三维定向。在许多实施方式中，角度传感器497包括3维加速计，以确定成像探头460的三维定向。可替代地或组合地，角度传感器495可包括测角计，以确定处理探头450沿着处理探头的细长轴的角度。角度传感器497可包括测角计，以确定成像探头460沿着成像探头460的细长轴的角度。角度传感器495耦合至控制器424。成像探头的角度传感器497耦合至成像系统490的处理器492。或者，角度传感器497可耦合至控制器424，并且还可以进行组合。
控制台420包括显示器425，该显示器425耦合至用于控制处理探头450的组件中的处理器系统。控制台420包括具有存储器421的处理器423。通信电路422耦合至处理器423和控制器422。通信电路422耦合至成像系统490。控制台420包括耦合至锚固件24的内窥镜35的组件。输注冲洗控制件28耦合至探头450，以控制输注和冲洗。抽吸控制件30耦合至探头450，以控制抽吸。内窥镜426可以包括控制台420的组件，并且可以是可随探头450插入以对患者进行处理的内窥镜。控制台420的臂锁427耦合至臂422，以便锁定臂422或者使臂422可自由移动以将探头450插入到患者体内。
控制台420可包括泵419，该泵419耦合至如本文所述的载体和喷嘴。
处理器、控制器以及控制电子器件和电路可以包括许多合适的组件中的一种或多种，诸如一个或多个处理器、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)以及一个或多个存储器存储器件。在许多实施方式中，控制电子器件控制图形用户界面(下文称为“GUI”)的控制面板，以提供根据用户指定处理参数的前置程序规划，以及提供对外科手术过程的用户控制。
处理探头450包括锚固件24。在用探头450向能量递送区域20递送能量的同时锚固件24锚固探头450的远端。探头450可包括如本文所述的喷嘴200。探头450采用连接件430耦合至臂422。
连接件430包括用于例如基于患者的图像将能量递送区域20移动至期望的患者靶位置的组件。连接件430包括第一部分432和第二部分434和第三部分436。第一部分432包括基本固定的锚固部分。该基本固定的锚固部分432固定至支持器438。支持器438可构成连接件430的参考系。支持器438可包括刚性底座或框架或壳体，以便将臂442刚性而牢固地耦合至处理探头450。第一部分432保持基本固定，而第二部分434和第三部分436移动以将能量从探头450导引至患者。第一部分432固定至距锚固件24基本恒定的距离437。锚固件24与连接件的固定的第一部分432之间的基本固定的距离437使处理准确地放置。第一部分424可包括线性致动器，以便在处理区域20中将高压喷嘴准确地定位在沿着探头450的细长轴的期望的轴向位置。
探头450的细长轴通常在探头450靠近连接件430的近侧部分与具有附接于其上的锚固件24的远端之间延伸。第三部分436控制围绕该细长轴的旋转角度。在对患者处理期间，处理区域20与连接件的固定部分之间的距离439参考锚固件24而变化。距离439响应于计算机控制而进行调整，以便设置参考锚固件24的沿着处理探头的细长轴的靶位置。连接件的第一部分保持固定，而第二部分434调整处理区域沿着所述轴的位置。连接件的第三部分436响应于控制器424而调整围绕所述轴的角度，使得可以参考锚固件24非常准确地控制在处理角度下沿着所述轴的距离。探头450可包括在支持器438与锚固件24之间延伸的刚性构件，诸如脊杆，以使得从连接件430到锚固件24的距离在处理期间保持基本恒定。处理探头450耦合至如本文所述的处理组件，以允许采用一种或多种形式的能量来进行处理，该能量诸如来自射流的机械能、来自电极的电能或者来自诸如激光源等光源的光能。光源可包括红外光、可见光或紫外光。能量递送区域20可在连接件430的控制下移动，以便向患者的靶组织递送预期形式的能量。
成像系统490包括存储器493、通信电路494和处理器492。相应电路中的处理器492耦合至成像探头460。臂控制器491耦合至臂444，以便精确地定位成像探头460。
图4A示出了用基本恒定的压强和可变的流动对外科手术部位进行的压强调节。将盐水袋置于一定高度以提供基本恒定的压强调节。可以将盐水袋置于与约50至100mm汞柱(以下称为“mmHg”)相对应的高度。盐水袋耦合至如本文所述的灌洗端口。收集袋耦合至如本文所述的灌洗端口、抽吸端口或吸入端口中的一个或多个。所述收集袋收集用如本文所述的水射流消融探头450移除的组织。
图4B示出了用提供基本固定的流体流动的泵对外科手术部位进行的流动流体调节。泵以基本固定的流速从外科手术部位移除流体。举例而言，泵可以包括蠕动泵。泵被配置用于以与Aquablation盐水流速基本相同的速率或更大的速率移除流体，以便抑制在外科手术部位的压强增加。例如，蠕动泵可以耦合至包括如本文所述的组织移除端口456C的歧管的抽吸端口。通过提供流速至少为组织消融射流的流速的泵而提供了改善的吸入，这是因为当泵保持基本固定的流速时可使可能堵塞组织移除开口和通道的消融组织经受更大的压强量，从而移除将堵塞通道的物质。
来自盐水袋的灌洗流动可以保持打开以便提供至少两个功能：1)基于盐水袋的高度保持压强；以及2)提供安全止回阀，以在蠕动泵未正常发挥作用的情况下让人在视觉上看到呈粉色的流进入所述袋。
在备选实施方式中，泵的流动包括可变速率，以便在患者体内靠近外科手术部位处提供基本恒定的压强。对所治疗的器官的压强和泵的可变流速的主动感测可以包括闭环压强调节系统。可以将泵耦合至诸如压强传感器等传感器，并且改变流速以保持基本恒定的压强。压强传感器可位于许多位置中的一个或多个位置，举例而言，诸如在处理探头上、在探头的抽吸通道内、在探头外表面的凹陷中、在耦合至外科手术部位的探头的内表面上或者在通向控制台上的泵的入口附近。
图5A示出了根据实施方式的适合于合并的器官。该器官可包括如本文所述的许多器官中的一个或多个，例如，前列腺。在许多实施方式中，例如，该器官包括包膜以及包含在该包膜内的组织以及位于该包膜外部上的包膜血管和神经。在许多实施方式中，该器官包括前列腺。例如，前列腺可以包括诸如良性前列腺增生症的增生症或癌症及其组合。在许多实施方式中，增生组织可以包括位于患者体内的在其中可能没有检测到癌症的组织。在许多实施方式中，包膜血管和神经沿着前列腺的外表面延伸。在许多实施方式中，增生组织可以位于前列腺上方。在许多实施方式中，增生组织可包括具有关于组织是包括癌组织还是包括良性组织的未知特异性的组织。
图5B示出了根据实施方式、采用装置处理的图5A的前列腺。在许多实施方式中，根据组织移除轮廓来移除前列腺的组织。例如，该组织移除轮廓可由基于如本文描述的图像引导的组织移除的预定组织移除轮廓组成。或者，该组织移除轮廓可由采用手持组织移除装置移除的组织的移除轮廓组成。在许多实施方式中，例如，将诸如前列腺等器官的组织移除到包膜内以便减小从组织可移除轮廓到包膜外部的距离。
在许多实施方式中，将组织处理装置(诸如具有可扩展支持器的导管)放置在器官内以便使限定移除轮廓和包膜的剩余组织与可扩展支持器接合。
在许多实施方式中，移除器官内的组织以使得器官(诸如前列腺)的包膜仍然保持完整，这具有保留包膜或可能围绕包膜的外表面延伸的血管神经的完整性的优点。在许多实施方式中，这种包膜组织移除受到抑制以便保留包膜以及相应组织结构(诸如包膜血管和/或神经)的完整性。组织移除轮廓可以限定与诸如前列腺等器官的被移除组织相对应的空腔。在许多实施方式中，包膜附近的一部分组织可包括诸如癌组织或被鉴定为具有成为癌组织的可能性的组织(诸如在器官的上方部分或其他部分中的增生组织)等的组织。
图6示出了用于从患者的外科手术部位移除完整细胞的装置600。例如，装置600可以包括如本文描述的系统10或系统400的一个或多个组件。该装置包括可插入到外科手术部位的探头650。该探头包括：喷嘴610，其被配置成向外科手术部位提供流体流以使组织破碎；以及端口630，其被配置成接收来自外科手术部位的组织。该端口耦合至过滤器636，过滤器636被配置成接收来自外科手术部位的包含完整细胞的组织。该过滤器还可耦合至安置过滤器的收集装置638。可选地，该收集装置可耦合至外部真空泵640，外部真空泵640被配置成提供附加的负压以帮助收集破碎组织。
所述装置还可以包括：从流体源614延伸到喷嘴以生成流体流的第一通道612，以及从端口朝向过滤器延伸以输送破碎组织远离外科手术部位的第二通道632。该流体源可包括连接到第一通道的第一泵616，第一泵616被配置成将来自流体源的流体流驱动到喷嘴。该第二通道还可耦合至第二泵634，第二泵634被配置成将破碎组织从端口输送至过滤器。
在一些实施方式中，第一泵的流速和第二泵的流速被配置成基本类似，以使得以与采用流体流注入外科手术部位的流体的速率类似的速率来移除组织碎片和流体。
喷嘴和端口可以被配置成在患者体内提供封闭的外科手术部位650，以使得在外科手术部位内保持恒定的流体体积。该装置还可以包括流体储器660以及在流体储器与外科手术部位之间延伸的通道662。该流体储器可以帮助适应第一泵的流速与第二泵的流速之间的任何差值，以使得封闭的外科手术部位的体积保持基本恒定并且抑制在外科手术部位处的压强增加。在第一泵或第二泵中的一个或多个未正常发挥作用的情况下(例如当组织碎片堵塞端口时)，该流体储器可以提供安全止回阀。
有关实施方式的研究表明，封闭外科手术部位的基本固定的压强可以轻柔地处理完整细胞并允许碎片组织流到包括过滤器的收集设备。
图7A示出了根据如本文所述的装置(诸如装置600)的实施方式的示例性探头。在图7A的示例性实施方式中，该装置可用于从患者的前列腺P移除完整细胞。该装置包括如本文所述的前列腺组织减积设备10，其中该设备包括探头450，探头450可插入到男性尿道U以到达位于紧邻患者膀胱B的远端的前列腺内的外科手术区域。该探头包括喷嘴610以将流体流618递送至外科手术区域，并且由此从前列腺移除多个组织碎片642。该探头还包括一个或多个端口630以接收来自外科手术部位的浆液644，其中该浆液包括来自流体流的流体以及从前列腺移除的组织碎片。该流体流可通过第一通道612递送至喷嘴，第一通道612连接至包括第一泵的流体源。可通过第二通道632将该浆液从外科手术部位输送至被配置成接收浆液的过滤器。
喷嘴可包括与从喷嘴释放的流体流的直径相对应的内部受限直径。该喷嘴的内部受限直径可在约25um到约500um的范围内，优选在约100um到约200um的范围内，更优选在120um到150um的范围内。
流体流可包括液体或气体中的一种或多种。例如，液体流体流可包括水或盐水中的一种或多种。液体流体流可被配置成以液体消融射流620的形式离开喷嘴，从而引起前列腺组织的空化并使组织分裂成多个碎片。
图7B示出了根据实施方式的对于人眼可见的消融焰。
图7C示出了如图7B中的消融焰的高速图像。该图像是以约1/400秒的速度拍摄的。
图7B和图7C的数据表明，消融焰包括在从喷嘴释放时随消融流生成的多个白色气团。与实施方式相关的研究表明，空化气团可以以特征致脱频率脱离射流。每个气团的长度992与气团的致脱频率和速度相关。射流的相对较冷的消融焰包括对应于射流的切割长度的长度990，可以如本文所述调整所述切割长度以将组织切割至受控的深度。在许多实施方式中，在如图7C中所示的非切割配置中，射流的喷嘴被置于致脱气团的长度992的至少约四分之一处，以便允许在气团碰撞组织之前基本形成致脱气团。这种致脱气团向更大的横截面大小的发散还可以提供改善的组织移除，这是因为气团可分布至更大的组织区域，并且提供在射流的脉冲之间的改善的重叠。
除了射流的冲击压力之外，与图像的白色气团相对应的高度湍流和激荡的区域显著有助于如本文所述的组织消融。白色气团包括多个空化区域。当向水中注入加压水时，在喷嘴出口附近的剪切层内的低压区域中生成小空化。该小空化可以包括空化旋涡。该空化旋涡彼此合并，从而形成在高速图像中表现为空化气团的较大的离散空化结构。当与组织相互作用时，这些空化气团提供有效的消融。不受任何特定理论的束缚，认为碰撞组织的空化气团与限定碰撞组织的空化的高速流体相结合，导致与空化相关的对组织的大量侵蚀。
如本文所述的喷嘴和压强可被配置成提供脉动气团，例如通过由本领域普通技术人员基于本文所提供的教导对喷嘴角度的控制来提供脉动气团。在许多实施方式中，流体递送元件的喷嘴包括空化射流，以便改善组织的消融。
流体递送元件喷嘴和压强可被布置成提供适合于移除组织的致脱频率，并且可以位于探头上以提供改善的组织切除。
在许多实施方式中，“焰”的“白色气团”包括“夹带”区域，在该夹带区域周围的水被抽入或“夹带”到射流中。与实施方式相关的研究表明，流体的夹带可能与致脱频率相关。
根据实施方式，从射流脱离的气团的致脱频率和大小可以用于提供组织消融。致脱频率可以与探头围绕纵轴的扫除角速率相结合，以提供每个气团与组织相互作用的位置的重叠。
图7D示出了根据实施方式的多个致脱脉冲995和消融射流的扫除，以在多个重叠位置997上提供平滑且受控的组织侵蚀。当使用泵时，该致脱频率可显著快于泵的频率，从而为搏动泵的每个脉冲提供多个致脱气团。探头的扫除速率可与致脱频率相关以提供改善的组织移除，例如采用被配置用于提供重叠脉冲的致脱气团。
在许多实施方式中，系统包括频率小于致脱脉冲的频率的泵，以便向泵的每个脉冲提供多个致脱脉冲。泵可以具有至少约50Hz，例如在约50Hz至约200Hz范围内的脉冲率，并且致脱脉冲包括至少约500Hz的频率，例如在约1kHz至约10kHz范围内的频率。
尽管图示了泵的脉冲，但还可以采用连续流泵提供相似的脉冲气团扫描。
虽然喷嘴可以以许多方式中的一种或多种进行配置，但在许多实施方式中，喷嘴包括在约0.02至约0.3范围内的斯特劳哈尔数(以下称为“St”)，例如在约0.10至约0.25范围内的斯特劳哈尔数，以及在许多实施方式中在约0.14至约0.2范围内的斯特劳哈尔数。
在许多实施方式中，斯特劳哈尔数被定义为：
St＝(Fshed)*(W)/U
其中Fshed为致脱频率，W为空化射流的宽度，而U为出口处的射流速度。本领域普通技术人员可以修改如本文所述的喷嘴，以便获得适合于根据本文所述的实施方式组合的致脱频率，并且可以进行实验以确定适合于组织移除的气团长度和致脱频率。
提供多个致脱气团的喷嘴配置适合于与如本文所述的一个或多个探头一起使用。该喷嘴可布置成具有端口以便将液体射流浸没在液体中，从而采用浸没在液体中的射流生成多个致脱脉冲。
流体流的流速可在约10ml/min到约500ml/min的范围内，优选在约50ml/min到约250ml/min的范围内。离开喷嘴的流体消融射流可具有在约0.01mm/sec到约50mm/sec的范围内，优选在约0.1mm/sec到约5mm/sec的范围内的纵向速度。
探头可被配置成使得流体消融射流在组织移除程序期间旋转，以使得可以从外科手术部位内的各个位置收集组织样品。流体消融射流在组织移除过程中的旋转可在0到360度的范围内，优选在约30度到约300度的范围内。射流围绕探头的纵轴的角速度可在约10
deg/sec到约2000deg/sec的范围内，优选在约180deg/sec到约900deg/sec的范围内。组织移除程序的轮廓的纵向长度可在约0.1mm到约300mm的范围内，优选在约1mm到约70mm的范围内。
实验
图7E示出了根据实施方式的切割的最大组织穿透深度与经过喷嘴的流速。最大穿透深度基本对应于射流的包含“冷”aquablation焰的空化气泡的长度。消融的最大组织穿透深度直接对应于流速，并且在许多实施方式中与流速线性相关。
图7E的插图示出了根据实施方式，对马铃薯进行切割，作为前列腺BPH模型。马铃薯的最大穿透深度密切对应于BPH的最大切割深度。示出了通过如本文所述的喷嘴和旋转探头、采用对应于在约50ml/min至约250ml/min范围内的速率的10种不同流动设置切割马铃薯。最大穿透深度在50ml/min下的约4mm到约250ml/min下的约20mm的范围内。
在许多实施方式中，对于如本文所述的适当配置的喷嘴，空化气团的生长和长度包括流速的函数，其与注入压强成比例，反之亦然。随着压强增大，表示为图7E的最大穿透深度的最大侵蚀半径表现为线性增大。
可以通过使用已知的高压泵迫使水以连续流或脉动流穿过喷嘴来产生高速空化射流。由于蒸汽空腔的不稳定性质，无论泵产生何种流动类型，空化现象都将是脉动式的，并且即使在如本文所述的连续流动射流中，空化的形成也将是脉动式的。不受特定理论的束缚，认为脉动式和连续流动水射流两者都将在给定的时间量中导致等量的材料侵蚀。在许多实施方式中，喷嘴几何形状被配置成提供如本文所述的流动动力学和空化过程。在许多实施方式中，喷嘴被配置用于抑制水射流出口处的紧缩—-这可能与在喷嘴自身内可能发生的空化有关。在许多实施方式中，尖锐的角导致水与壁分离，并且朝向喷嘴中心线汇聚，这将进一步缩窄水射流路径，同时减小由喷嘴壁造成的摩擦效应。这导致增大的速度，并伴随着相应的压强下降和蒸汽空腔形成。蒸汽空腔形成将会影响总体流动动力学，这是因为蒸汽空腔的最终瓦解导致湍流并可以影响侵蚀深度。本领域普通技术人员可以进行实验来确定适当的喷嘴几何形状和流速，以提供如本文所述的组织移除而无需过多实验。
Aquablation
如本文所述的浸没水射流切割具有利用空化现象来治疗患有良性前列腺增生症(BPH)的患者的能力。射流通过压强脉冲和由瓦解的蒸汽空腔所导致的微射流来移除在BPH中可见的过量软组织生长。可以通过改变设备喷嘴的位置和定向，例如通过沿着前后方向平移喷嘴或者通过旋转喷嘴达180度，来操纵水射流的方向。
由于蒸汽空腔形成及其侵蚀强度是注入压强和流动动力学两者的函数，因此可以通过配置压强和喷嘴几何形状来控制材料的深度。更大的注入压强将会导致更快的出口速度。如本文所讨论的，喷嘴几何形状还可以根据收缩而增大速度，并且将会影响在水射流通过文丘里效应离开时压强下降的程度。这些因素可以导致空化气团在瓦解和释放压强脉冲和微射流之前可以生长并行进到更长的距离。已对Aquablation系统的喷嘴几何形状和压强设置进行优化，以提供使用者精确控制并确保空化射流仅移除期望的良性组织生长。
本文所提供的图像示出了根据实施方式的组织侵蚀深度与压强成何种函数关系。相比于其他图像，这些图像示出了针对较低的注入压强的较小的空化气团长度和对应的组织切除深度。
在许多实施方式中，如本文所述的Aquablation能够在抑制对动脉和静脉的移除和损伤的情况下移除例如BPH等过量组织生长。由空化导致的压强脉冲和微射流超出侵蚀软组织生长所需的阈值能量，并且可对血管等具有更高阈值能量的其他结构造成最小的损伤。重复而集中的压强脉冲和微射流可能造成对血管系统的疲劳应力并导致出血，但如本文所述的Aquablation系统算法和处理指令被配置设计用于抑制这样的损伤。
在许多实施方式中，抑制了有害栓子的生成。例如，蒸汽空腔形成可以受益于血流中已存在的微小空气核。空化可以在不向系统中引入任何额外的空气的情况下导致所述核的生长。此外，一旦局部射流压强超过蒸汽压强，空腔将会瓦解，使得空气窝可还原至其原始核大小。在许多实施方式中，由于空化依赖于并可能受限于尿道周围的盐水溶液自带的微量空气，因此抑制了栓子形成，并且当射流压强开始上升时，蒸汽空腔快速消散。
如本文所述的Aquablation利用了这一现象。这种天然自限性的侵蚀半径和使用低损伤阈值能量精确地消融组织而同时将对于诸如动脉等具有较高密度细胞结构的附近结构的损伤最小化的独特能力使得如本文所述的Aquablation成为治疗BPH的有用外科手术工具。与如本文所述的空化的近等温性质相结合，可以减轻附带损伤并提供改善的愈合和改善的安全特性。
图7F示出了作为选择性组织移除模型的马铃薯的选择性移除，其中将猪血管定位在马铃薯的切口之上。在切割之前将猪血管放置在马铃薯上，使得猪血管暴露于伴随空化的水射流以便移除马铃薯。Aquablation切除了软马铃薯组织模型(该模型是对BPH中可见的良性组织生长的近似替代)而未对猪血管造成严重损伤。
虽然图7A的实施方式描述了用于从前列腺组织移除细胞的装置，但本领域技术人员将会理解该装置可适用于移除器官的其他组织的细胞。
图8示出了根据实施方式、被配置成接收包含完整细胞的破碎组织642样品的过滤器636。该过滤器通过第二通道632耦合至外科手术部位。该第二通道还耦合至第二泵634，第二泵634被配置成将破碎组织从端口输送至过滤器。该第二泵可包括以正位移移动组织样品的蠕动泵635，其中该蠕动泵可被配置成速率与驱动流体流的第一泵的速率基本类似(例如类似于在约10％，例如5％或更少之内)的泵。或者，第二泵可包括以负压强移动组织样品的真空泵，其中该真空泵可配置有诱捕器(trap)以保持样品和泵机构的无菌性。
过滤器可包括具有多个孔隙大小的多个孔隙637。该孔隙大小的尺寸可设置成大于被移除的组织的完整细胞643的尺寸，以使得可采用过滤器来收集包含细胞的组织碎片。
过滤器还可耦合至安置过滤器的收集装置638，其中该过滤器是可移除且可代替的。可选地，该收集装置可耦合至外部真空泵640，外部真空泵640被配置成提供附加的负压以帮助收集破碎组织。一旦组织样品已经被收集在过滤器中，就可从收集装置移除该过滤器并将该过滤器传送用于收获置于组织中的完整细胞，或者用于如本文所述的其他程序。
可对被移除的包含完整细胞的组织进行分析以用于诊断目的(诸如用于癌症的诊断)。例如，可对被移除的前列腺组织进行分析以用于前列腺癌(PCa)或良性前列腺增生症(BPH)的诊断。可经由组织学或免疫组织化学来分析组织碎片中癌症的存在。此外，可收获组织碎片内的完整细胞并将其用于细胞分析以检测癌症。研究已表明，前列腺干细胞根据它们是正常、BPH或PCa干细胞而显示不同生物标志物(Prajapati等人,Biomed Res Int2013；2013:107954)。可使用本领域公知的方法来从组织碎片中分离细胞，诸如通过胶原酶消化组织并随后重复离心来释放并分离细胞。可将被分离的细胞进行体外扩展，然后经由如本领域中公知的免疫细胞化学或流式细胞术对该细胞的生物标志物表达进行分析。可分析前列腺干细胞的以下生物标志物中的一种或多种：CD44、p63、Sca-1、CD133、p27Kip1、CD117、Trop2、CD49f、AR、CK5,8、PSCA。例如当它们显示轮廓p63(+)AR(-)CK5(+)8(-)时，可将前列腺干细胞鉴定为正常，或者例如当它们显示轮廓p63(+)AR(+)CK5(+)8(-)PSCAhi时，可将它们鉴定为BPH，或者例如当它们显示轮廓p63(-)AR(+)CK5(-)8(-)PSCAhi时，可将它们鉴定为前列腺癌。将细胞鉴定为正常、BPH或PCa干细胞可以帮助诊断组织样品中的BPH或PCa，并帮助决定对患者的后续治疗过程。
还可对包含完整细胞的被移除组织进行处理以生成用于研究和治疗的细胞系。例如，可从被切除的前列腺组织收获前列腺干细胞以便生成多能干细胞系用于在癌症研究和基于细胞的治疗中的潜在应用。如本文所述，可从组织碎片中收获细胞并将该细胞进行体外扩展。可经由如本领域中公知的免疫磁珠分选或荧光激活细胞分选(FACS)来对显示干细胞的细胞-表面标志物(诸如CD44、整合素α2β1、D133和CK6a)的细胞进行分选。可将分选的细胞进行体外扩展并随后检验其靶生物标志物的表达，诸如经由逆转录酶聚合酶链反应(RT-PCR)和凝胶电泳、蛋白质印迹法、免疫细胞化学或流式细胞术。还可评估经分选的细胞在体外或在体内分化的能力。一些研究已经表明，可从切除的人前列腺组织得到多能干细胞系，其具有在前列腺病症的研究以及再生医学中的潜在应用(Prajapati等人，J StemCell Res Ther2014；4:1)。
如本文所述的用于移除包含完整细胞的组织的装置还可被配置成实现从外科手术部位内的局部区域移除组织碎片。
图9A-9D示出了根据实施方式、被适配成从外科手术部位的局部区域652移除完整细胞的装置600。在图9A-9D的示例性实施方式中，该装置用于从患者的前列腺P移除完整细胞。该装置的探头450可通过尿道U穿过以到达膀胱B。如图9A和9B中所示，探头可在由箭头201指示的方向上向近侧缩回以便诸如采用液体射流620来移除从前列腺P的基底到前列腺的顶部的组织。当组织被移除时，被切除的组织可通过端口630吸入到通道632内，该通道632将组织输送至过滤器。
为了从局部区域收获组织和细胞，可将前列腺P分成切割区域Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6和Z7。该区域Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6和Z7可以是矢状区域并且探头(以及液体射流)可随着探头缩回而完全旋转。该区域Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6和Z7可以是横向区域并且探头(以及液体射流)可随着探头缩回而部分旋转。
当液体射流在区域Z1中切割时，所得到的组织碎片可被收集在耦合至端口的过滤器中，该过滤器被指定用来接收来自区域Z1的组织样品。当液体射流开始从区域Z1中的切割移动到区域Z2时，该装置可被配置成具有接收来自区域Z2的样品的新过滤器。类似地，每次液体射流从一个切割区域过渡到下一个时，新的过滤器可被配置用于替换前一过滤器，以便将从每个切割区域移除的组织收集在单独、适当指定的过滤器中。
可以以许多方式来实现当液体射流从一个切割区域过渡到下一个时过滤器的替换。例如，每个端口可位于特定切割区域中，并耦合至连接到单独过滤器的单独通道，每个过滤器被指定用于特定的切割区域。或者，将端口耦合至过滤器的通道还可耦合至连接到单独过滤器的多个通道，并且可在这些通道的接合处安置阀，以使得该阀可被配置成当液体射流从一个区域移动到下一个时将被移除的组织样品重新导引到不同的过滤器。
将前列腺P划分成7个切割区域仅仅是举例而言。可使用前列腺P的不同数目的划分。例如，可基于组织相对于探头的深度(参见图9C中所示的区域Z1A、Z1B和Z1C)和/或基于径向位置(参见图9D中所示的区域Z1X、Z1Y和Z1Z)将区域Z1划分成两个或更多个区域。
局部组织和细胞移除可以帮助改善被移除样品的诊断分析和被切除器官的后续处理。例如，在分析被移除的组织和细胞样品以用于癌症检测中，能够分析从外科手术部位内的不同区域收集的样品可以提供关于癌组织在器官内的位置的信息。通过鉴定癌症在被切除的器官内的位置，可以有针对性地而非均匀地进行治疗。均匀治疗可导致对邻近组织、血管、神经以及剩余非癌组织的过量和不希望的附带损伤。该治疗可被适配并且按剂量设置成反映被切除器官的不同区域之间的癌症的严重性。
局部组织和细胞移除还可以帮助改善细胞收获的方面。例如，器官内的不同区域可以包括不同的细胞群，并且能够从自器官内的不同区域收集的样品收获细胞可以帮助改善收获特定群的细胞的效率。在人类前列腺中，前列腺干细胞通常以约0.5-1％的低百分比存在于上皮室的基底层内(Prajapati等人,Biomed Res Int 2013；2013:107954)。局部组织和细胞移除可以通过实现更简化的收获程序(其中细胞主要是从来自已知含有干细胞的局部区域的样品中收获的)来帮助改善收获前列腺干细胞以用于生成多能干细胞系的效率。
图10A到10D示出了使用如本文所述的装置600从患者移除的前列腺组织的组织学切片的图像。患者是作为临床研究的一部分的针对前列腺增生症而进行治疗的人类受试者。每幅图都是来自不同患者的组织学切片。组织碎片是使用包括被配置成在外科手术部位递送液体射流的探头的装置从患者中移除的。组织学切片表明，该装置能够移除具有完整结构特征(包括完整细胞643)的组织的大碎片，如由遍及组织切片嵌入的深染色的细胞核所示的。取得了来自38个受试者的组织学切片，并且所有这些组织学样品都显示了完整干细胞。基于本文中提供的教导，本领域普通技术人员可以进行测试来表明组织碎片的细胞的细胞核包括干细胞。
图11示出了根据实施方式、从患者移除包含完整细胞的组织的方法1100。在步骤1110中，如本文所述的从患者移除包含完整细胞的组织。在步骤1112中，传送包含一个或多个被移除的组织样品的一个或多个过滤器用于移除后程序。移除后程序可包括例如组织样品的诊断分析1120或从组织样品收获细胞1150。
诊断分析可包括组织切片的分析1130或完整细胞的分析1140。对于组织切片分析，在步骤1132中，通过将组织碎片样品固定并切片来制备组织切片。在步骤1134中，经由诸如组织学1101或免疫组织化学(IHC)1102等方法将组织切片进行染色分析及分析。对于完整细胞的分析，首先在步骤1142中从组织样品移除完整细胞，例如经由组织的胶原酶消化和离心以从组织中分离细胞。在步骤1144中，将细胞在体外培养并扩展，并且在步骤1146中，经由诸如RT-PCR和凝胶电泳1103、蛋白质印迹法1104、免疫细胞化学(ICC)1105或流式细胞术1106等方法来分析细胞的靶生物标志物表达。
对于从组织样品收获细胞，在步骤1152中从组织移除细胞，例如经由组织的胶原酶消化和离心以从组织中分离细胞。在步骤1154中，将细胞在体外培养并扩展。在步骤1156中，经由诸如免疫磁珠分选1107或荧光激活细胞分选(FACS)1108等方法来对表达靶生物标志物的细胞进行分选。在步骤1158中，将分选的细胞进一步进行体外扩展。在步骤1160中，通过经由诸如RT-PCR和凝胶电泳、蛋白质印迹法、ICC或流式细胞术等方法检验细胞的靶生物标志物表达1162，或者通过评估细胞在体外或体内分化的能力1164来评估经分选并扩展的细胞的特性和纯度。
虽然本文已经示出并描述了本公开内容的优选实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅以示例的方式提供。在不偏离本公开内容范围的情况下，多种变化、改变和替换对于本领域技术人员而言将会是显而易见的。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以采用本文所述本公开内容实施方式的各种替代方案。因此，本发明的范围应当仅由随附权利要求及其等同方案的范围来限定。

Claims (32)

1.一种用于从患者的外科手术部位移除完整细胞的装置，该装置包含：
可插入到外科手术部位的探头，该探头包含：
喷嘴，其被配置成向外科手术部位提供流体流以使组织破碎，以及
端口，其接收来自外科手术部位的组织；
过滤器，其耦合至端口以便接收包含来自外科手术部位的完整细胞的破碎组织。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述过滤器包含具有多个孔隙大小的多个孔隙，并且其中所述多个孔隙大小的尺寸设置为大于所述完整细胞的尺寸以便利用所述过滤器收集包含完整细胞的多个碎片。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述喷嘴包含与从喷嘴释放的流体流的直径相对应的内部受限直径，并且其中所述喷嘴被配置成将组织分离成多个具有大小比内部受限直径更大的尺寸的碎片。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述喷嘴和所述端口被布置成向所述端口提供浆液，该浆液包含多个碎片和所述流体流的流体。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述喷嘴被配置成采用液体射流的空化来使组织破碎。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述喷嘴布置有端口以便将液体射流浸没在液体中，从而采用浸没在液体中的射流来生成多个致脱脉冲。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述喷嘴和端口被布置成在患者体内提供封闭的外科手术部位。
8.根据权利要求1所述的装置，还包含从流体源延伸到所述喷嘴以生成流体流的第一通道和从所述端口朝向所述过滤器延伸的第二通道。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一流体源包含连接到所述第一通道的第一泵。
10.根据权利要求9所述的装置，还包含连接到所述第二通道的第二泵，所述第一泵包含第一流速，所述第二泵包含第二流速，所述第一流速类似于第二流速，以便以类似于利用所述流注入所述外科手术部位的流体的所述第一速率的所述第二速率来移除组织碎片和流体。
11.根据权利要求10所述的装置，还包含流体储器，一通道从所述流体储器延伸到所述外科手术部位以便适应所述第一流速与所述第二流速之间的差值并抑制患者体内封闭的外科手术部位的体积的变化。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体流包括液体或气体中的一种或多种。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体流包括液体流，所述液体流包括水或盐水中的一种或多种。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述细胞包括器官的腺体组织的细胞。
15.一种用于从患者收获完整细胞的装置，该装置包含：
水射流，其用于从患者移除组织的样品；
导管，其包含用于输送移除的样品的抽吸管；
可致动组装件，其流体耦合至所述抽吸管以抽吸所述样品；以及
收集装置，其耦合至所述抽吸管以收集所述样品，其中所述收集装置包含过滤器元件；
其中所述样品包含完整干细胞。
16.根据权利要求1所述的装置，其中流速在约10ml/min到约500ml/min的范围内，或者其中所述流速在约50ml/min到250ml/min的范围内。
17.根据权利要求1所述的装置，其中内部喷嘴直径在约50um到250um的范围内，或者其中所述内部喷嘴直径在约120um到150um的范围内。
18.根据权利要求1所述的装置，其中所述喷嘴围绕所述探头的细长轴旋转的角速度在每秒约10度到每秒2000度的范围内，或者其中所述喷嘴的角速度在每秒约180度到900度的范围内。
19.根据权利要求1所述的装置，其中所述喷嘴沿着所述探头的细长轴的纵向速度在约0.01mm/秒到约50mm/秒的范围内，或者在约0.1mm/秒到约5mm/秒的范围内。
20.根据权利要求1所述的装置，其中采用水射流处理的时间在约0.1分钟到约60分钟的范围内，或者其中所述时间在约1分钟到约10分钟的范围内。
21.根据权利要求1所述的装置，其中所述探头围绕细长轴的旋转处理角度在约0到360度的范围内，或者在约30度到300度的范围内。
22.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理的纵向长度在约0.1mm到约300mm的范围内，或者在约1mm到约70mm的范围内。
23.根据权利要求1所述的装置，其中用于从所述外科手术部位吸取流体的泵包括真空泵或流泵中的一种或多种。
24.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包含用于从多个位置收集破碎组织的多个过滤器，并且其中所述多个过滤器中的每一个对应于处理的区域以便将采用过滤器获得的样品映射到处理位置。
25.根据权利要求1所述的装置，还包含过滤器。
26.一种用于从患者的外科手术部位收获干细胞的方法，该方法包括：
将具有空化管的导管插入患者体内；
使用水射流使来自器官的组织破碎；
通过所述空化管吸取破碎组织；以及
将破碎组织的样品收集在包含过滤器元件的收集装置中。
27.根据权利要求26所述的方法，其中从所述外科手术部位移除组织的样品包括前述权利要求中任一项所述的一个或多个参数。
28.根据权利要求26所述的方法，还包括组织映射。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括调整收集装置以进行组织映射。
30.根据权利要求26所述的方法，其中所述方法还包括以下的一项或多项：诊断-组织染色(组织学，IHC)、细胞染色和/或分选(ICC、FACS、免疫磁珠分选)；标志物-细胞表面抗原、细胞内蛋白或基因。
31.根据权利要求26所述的方法，其中所述方法还包括多能干细胞收获。
32.一种方法，该方法包括：
提供根据前述权利要求中任一项所述的装置。
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