CN117355250A

CN117355250A - 用于肿瘤检测的外科荧光探针

Info

Publication number: CN117355250A
Application number: CN202280036620.3A
Authority: CN
Inventors: K·巴克利; G·努南; T·斯特里奇
Original assignee: Stryker European Operations Ltd
Current assignee: Stryker European Operations Ltd
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2024-01-05
Also published as: WO2022238982A1; EP4337084A1; AU2022271575A1

Abstract

一种用于在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统。该光学传感器系统包括被配置为选择性地发射激发光的激发源；探针，其包括：被耦合到激发源并被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的光的至少一根光纤；顺从性构件，其被耦合到所述至少一根光纤，所述顺从性构件是至少部分半透明的并且被配置为响应于被外科工具接合而变形；和指示器元件，其被配置为响应于接收到指示器信号而发光；光学检测模块，其被耦合到所述至少一根光纤并被配置为基于所收集的光而生成信号；和控制器，其被配置为基于所述信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成所述指示器信号。1.一种用于在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统，该光学传感器系统包括：‑探针，其包括：‑顺从性构件，所述顺从性构件被配置成响应于被外科工具接合而变形，顺从性构件包括电极、至少部分地布置在顺从性构件内并且被配置为响应于接收到指示器信号而发光的指示器元件；检测模块，其耦合到所述至少一根光纤并被配置为基于所述信号而生成信号；和控制器，其操作地连接到光学检测模块，并被配置为基于信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成指示器信号。

Description

用于肿瘤检测的外科荧光探针

背景技术

神经胶质瘤可能始于大脑或脊部柱的神经胶质细胞中。通常进行外科手术、更具体为肿瘤切除术来切除肿瘤。肿瘤切除外科手术的目标是实现大体全切除(GTR)。胶质瘤的非常具有侵袭性的形式是胶质母细胞瘤。在胶质母细胞瘤患者中，已经证明GTR可以将患者的寿命延长约40％(例如，从10个月延长至14个月)。对于低级别神经胶质瘤患者来说，GTR增加了总体生存机会。

5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)通常在外科手术前几个小时给到患者。5-ALA是血红蛋白合成途径中天然存在的化合物。在癌细胞中，血红蛋白合成被破坏，并且该途径在被称为原卟啉IX(PPIX)的中间化合物处停滞。在外科手术期间，医疗专业人员可能会用外科显微镜发出的激发光(即蓝光)来照射脑组织区域。该外科手术可以在黑暗或昏暗的手术室环境中进行。含有PPIX的高级别肿瘤细胞吸收激发光并发射具有特定光学特征的红色荧光。该荧光可以被医疗专业人员从外科显微镜中观察到。

一旦识别出目标组织，医疗专业人员就会将外科显微镜切换回标准白光照明并继续切除目标组织。在整个外科手术过程中，医疗专业人员在用白光和激发光照射组织之间来回切换，以确保切除适当的目标组织，直到肿瘤切除完成。每次用来自外科显微镜的激发光照射目标区域时，存在于肿瘤部位的PPIX可能会由于强激发光照射引起的光漂白效应而降解。

荧光引导手术增加了高级别肿瘤(例如胶质母细胞瘤)中GTR的机会。目前，低级别肿瘤的GTR相对较低，因为：由于肿瘤细胞只发出低水平的荧光，而人眼不够敏感，即使使用外科显微镜也不足以检测到如此低水平的荧光，所以不能使用5-ALA改善低级别肿瘤的切除效果。需要一种改进的荧光引导外科系统，以提高实现GTR的机会。

这里提供的背景描述是为了概括介绍本公开的上下文。在本背景技术部分中描述的范围内，本发明人的工作，以及在提交时可能不符合现有技术的本描述的方面，既不明确地、也不隐含地被承认为相对于本公开的现有技术。

发明内容

在一特征中，描述了一种用于在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统。光学传感器系统包括激发源、探针、光学检测模块和控制器。激发源被配置为选择性地发射激发光。该探针包括至少一根光纤，该光纤被耦合至激发源并且被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的光。探针还包括耦合至所述至少一根光纤的顺从性构件，该顺从性构件是至少部分半透明的并且被配置为响应于被外科工具接合而变形。所述至少一根光纤的一部分设置在顺从性构件的内部。探针还包括指示器元件，该指示器元件至少部分地布置在顺从性构件内并且被配置为响应于接收到指示器信号而发光。光学检测模块被耦合到所述至少一根光纤并且被配置为基于所收集的光生成信号。控制器被操作地连接到光学检测模块并且被配置为基于该信号确定组织特征并且基于所确定的组织特征生成指示器信号。

在一特征中，描述了一种用于在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统。光学传感器系统包括激发源、探针、光学检测模块和控制器。激发源被配置为选择性地发射激发光。该探针包括至少一根光纤，该光纤被耦合至激发源并被配置成用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的光。该探针还包括耦合至所述至少一根光纤的远端的传感器本体。探针还包括被配置为由外科工具操纵的突部。突部在所述传感器本体附近被耦合到所述至少一根光纤。该探针还包括指示器，该指示器被配置为响应于接收到指示器信号而提供指示。光学检测模块被耦合到所述至少一根光纤并且被配置为基于所收集的光而生成信号。控制器被操作地连接到光学检测模块并且被配置为基于所述信号确定组织特征并且基于所确定的组织特征生成指示器信号。

在一特征中，描述了一种用于光学探针的附件。光学探针包括至少一根光纤、指示器元件和传感器。所述至少一根光纤被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的荧光。指示器元件被配置为发射指示光。传感器本体包括至少部分半透明的顺从性材料，以便允许激发光、荧光和指示光中的至少一种穿过。顺从性材料由电绝缘且热绝缘的材料形成，并且被配置为响应于被外科工具接合而变形。

在一特征中，描述了一种使用光学传感器系统检测从脑组织发射的光的方法。光学传感器系统包括激发源、探针和光学检测模块。探针包括耦合至激发源的至少一根光纤。探针还包括耦合到所述至少一根光纤并且可变形的顺从性构件。顺从性构件是至少部分半透明的。探针还包括至少部分设置在顺从性构件内的指示器元件。光学检测模块被耦合到所述至少一根光纤和被操作地连接到光学检测模块的控制器。该方法包括定位抽吸工具，使得突出部在抽吸工具的内腔附近。该方法还包括用抽吸工具施加抽吸，使得突出部被置于抽吸工具的内腔内。该方法还包括利用抽吸工具将顺从性构件移动至期望的位置。该方法还包括改变抽吸工具的抽吸力，使得抽吸力释放顺从性构件。该方法还包括利用激发源发射激发光。该方法还包括利用所述至少一根光纤用激发光照射脑组织。该方法还包括利用所述至少一根光纤收集来自脑组织的荧光。该方法还包括利用光学检测模块基于所收集到的荧光生成信号。该方法还包括利用控制器基于所述信号确定组织特征。该方法还包括利用控制器基于所确定的组织特征生成指示器信号。该方法还包括响应于接收到指示器信号而利用指示器元件发光。

在一特征中，描述了一种使用光学传感器系统检测从脑组织发射的光的方法。光学传感器系统包括激发源、探针和光学检测模块。探针包括耦合至激发源的至少一根光纤。探针还包括耦合到所述至少一根光纤并且可变形的顺从性构件。顺从性构件是至少部分半透明的。探针还包括至少部分设置在顺从性构件内的指示器元件。光学检测模块耦合到所述至少一根光纤和操作地连接到光学检测模块的控制器。该方法包括使顺从性构件与外科工具接合，使得顺从性构件的至少一部分变形。该方法还包括利用外科工具将顺从性构件移动至期望的位置。该方法还包括用激发源发射激发光。该方法还包括利用所述至少一根光纤用激发光照射脑组织。该方法还包括利用所述至少一根光纤收集来自脑组织的荧光。该方法还包括利用光学检测模块基于收集到的荧光而生成信号。该方法还包括利用控制器基于该信号确定组织特征。该方法还包括利用控制器基于所确定的组织特征生成指示器信号。该方法还包括响应于接收到指示器信号而用指示器元件发光。

在一特征中，描述了一种用于在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统。光学传感器系统包括激发源、探针、光学检测模块和控制器。激发源被配置为选择性地发射激发光。该探针包括至少一根光纤，该光纤耦合至激发源并且被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的光。探针还包括耦合到所述至少一根光纤并且至少部分半透明的顺从性构件。顺从性构件被配置为响应于被外科工具接合而变形。所述至少一根光纤的一部分设置在顺从性构件的内部。该探针还包括指示器，该指示器被配置为响应于接收到指示器信号而提供指示。光学检测模块被耦合到所述至少一根光纤并且被配置为基于所收集的光生成信号。控制器被操作地连接到光学检测模块并且被配置为基于信号确定组织特征并且基于所确定的组织特征生成指示器信号。

根据详细描述、权利要求书和附图，本公开的其他应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

通过详细描述和附图，本公开将得到更全面地理解。

图1描绘了根据本公开的教导的神经外科系统。

图2描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的功能框图。

图3描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的超声外科系统。

图4描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的组织检测系统。

图5描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的组织检测系统的功能框图。

图6A和6B描绘了根据本公开的教导的组织检测系统的光学模块。

图7A和7B描绘了根据本公开的教导的组织检测系统的光学模块的一些部件的分解图。

图8描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括承载件。

图9描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括夹子。

图10描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括突出部。

图11描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括锚固器。

图12描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括具有多个脊部的顺从性构件。

图13描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括具有突出部的顺从性构件。

图14描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括具有圆柱形形状的顺从性构件。

图15描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括具有圆锥形状的顺从性构件。

图16描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括具有矩形形状的顺从性构件。

图17描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括具有可倒置C形的顺从性构件。

图18A和18B描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针具有在漫射位置和聚焦位置中示出的可倒C形。

图19描绘了组织检测系统的样本探针的横截面区域(area)，根据本公开的教导该样本探针。

图20描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括处于被照亮状态的顺从性构件。

图21描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针的一部分处于被照亮状态。

图22描绘了组织检测系统的样本探针，根据本公开的教导该样本探针包括同轴光纤。

图23描绘了根据本公开的教导的正在被超声手持件组件接合的组织检测系统的样本探针。

图24描绘了根据本公开的教导的正在被抽吸工具接合的组织检测系统的样本探针。

图25描绘了根据本公开的教导的正在被双极镊子接合的组织检测系统的样本探针。

图26描绘了限定内腔的组织检测系统的样本探针。

图27A和27B描绘了组织检测系统的样本探针，其包括用于提供刺激和/或接收来自大脑的电信号的一个或多个电极。

图28描绘了组织检测系统的样本探针，其包括允许探针在手术部位处从顺从性构件断开连接和利用扫描仪对顺从性构件进行成像的连接器。

在附图中，附图标记可被重复使用来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

本发明人认识到，需要一种神经外科肿瘤切除系统和/或方法，能够在切除肿瘤的过程中在白光操作条件下(即，不需要黑暗或昏暗的手术室)检测低水平的荧光。还需要一种能够减少(缩短)用激发光照射目标区域的时间量(长短)以减少光漂白效应的系统。另外，由于外科显微镜无法在深腔中充分照射激发光，因此需要一种能够在深腔中照射激发光的系统。还需要一种有助于肿瘤的间变性病灶的术中检测的系统，这是很重要的，因为找到间变性病灶(anaplastic focus)对于精确的组织病理学诊断和最佳的患者治疗是必要的。

虽然本公开具体讨论了与通过施用5-ALA以可视化PPIX的荧光来切除脑肿瘤的目标组织有关的外科手术，但是本公开的教导可以扩展到其他类型的外科手术，用于检测其他类型的组织，并检测其他类型的荧光团(Hypericin，Hexvix，Idocyanine Green“ICG”等)。例如，可以使用ICG来帮助医疗专业人员在外科手术过程中可视化血管。ICG可以结合到在血液中发现的血浆蛋白。ICG被近红外光激发并且发射近红外光，发射的近红外光具有比激发ICG的近红外光稍长的波长。

参考图1，提供了解决现有技术的缺点的神经外科系统100。神经外科系统100可包括外科导航系统104、外科显微镜108和外科推车114。外科导航系统104包括容纳导航计算机110的推车组件106。导航计算机110也可以被称为导航控制器。导航接口与导航计算机110操作地通信。导航接口可包括一个或多个输入设备，所述输入设备可被用于将信息输入到导航计算机110中或以其他方式选择/控制导航计算机110的某些方面。导航接口包括一个或多个显示器120。这样的输入设备可以包括交互式触摸屏显示器/菜单、键盘、鼠标、麦克风(语音激活)、手势控制设备等。

导航计算机110可被配置为存储大脑的一个或多个术前或术中图像。任何合适的成像设备可被用于提供所述大脑的术前或术中图像。例如，任何2D、3D或4D成像设备，例如等中心荧光透视、双平面荧光透视、超声、计算机断层扫描(CT)、多层计算机断层扫描(MSCT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)、光学相干断层扫描(OCT)。这些图像也可以以二维、三维或四维获得和显示。在更先进的形式中，还可以通过合并患者数据或其他数据来实现身体的四维表面渲染区域，所述其他数据来自图谱或解剖模型图或来自通过MRI、CT或超声心动图模式捕获的术前图像数据。

导航计算机110可以在显示器120上生成所述大脑的一个或多个图像。导航计算机110还可以与外科显微镜108连接。例如，显示器120可以显示与外科显微镜108的视场相对应的图像。当导航计算机110可以包括多于一个显示器时，其中一个这样的显示器显示外科显微镜108的视场，而另一这样的显示器可以显示大脑的术前或术中图像。

跟踪系统124被耦合到导航计算机110并且被配置用于感测附接到外科工具或患者的一个或多个跟踪元件的位置。跟踪系统124可以被配置用于跟踪附接到外科工具或患者的有源或无源(active or passive)红外跟踪元件。可以使用的外科导航系统104的示例是可从Stryker商购获得的Nav3i^TM。外科导航系统104可以具有如在美国专利No.7,725,162B2和美国专利文献No.2020/0100849A1中描述的各种功能和特征，它们的全部内容都被通过引用方式并入本文。

外科显微镜108包括被配置用于提供一定范围的放大倍率(例如，从大约2倍到大约50倍)的一个或多个物镜。外科显微镜108可以具有具有预定范围区域的视场。外科显微镜108被配置用于荧光显微镜检查，例如用于检测PPIX。外科显微镜108可包括一个或多个激发源(例如，被配置用于发射可见光谱中的光的激发源或被配置用于发射红外光谱中的光的激发源)，以用激发光照射脑组织111以引起PPIX发荧光。外科显微镜108还可以包括能够检测PPIX或ICG的荧光波长的辐射的相机。

外科推车114可包括外科系统112、组织检测系统116和超声外科系统118。显示器121可以联接到外科推车并且操作地连接到外科系统112、组织检测系统116和超声外科系统118，以显示与每个相应系统112、116和118相关的信息。医疗专业人员可以使用超声外科系统118和/或外科系统112来消融患者大脑的目标组织。超声外科系统118可以包括超声控制台128和超声手持件组件130。

外科系统112可以包括外科工具和用于控制外科工具的各个方面的外科控制台115。医疗专业人员还可以使用外科工具在组织上执行任何手术操作，例如，用于消融组织，用于从组织抽吸流体或碎片，用于烧灼组织，或它们的组合。在一示例中，外科系统112可以对应于抽吸系统，其中外科工具对应于用于从手术部位处去除流体和/或碎片的抽吸工具156。抽吸系统可以具有多种特征，如在美国专利No.8,267,934B2中所描述的，其全部内容被通过引用方式并入本文。

在另一示例中，外科系统112可以包括双极镊子160作为外科工具。双极镊子160可以具有如在美国专利No.8,361,070B2中描述的特征，其全部内容被通过引用方式并入本文。虽然本公开讨论并示出外科工具可以包括抽吸工具156和双极镊子160，但是外科系统112和外科工具可以包括其他工具。在另一示例中，外科工具可以包括神经刺激器、解剖器或消融设备(例如，RF消融设备和/或激光消融设备)。医疗专业人员在执行外科手术时可以采用任何数量的外科系统和任何数量的外科工具。

组织检测系统116可以包括控制台168和样本元件164。当脑组织111对应于目标组织时，控制台168可以向医疗专业人员提供实时指示。组织检测系统116基于由荧光团引起的由目标组织发射的荧光来确定脑组织111何时对应于目标组织。在一实例中，荧光团可以对应于PPIX。在另一例子中，荧光团可以对应于ICG。基于PPIX发射的荧光的强度和波长，组织检测系统116可以确定存在目标组织。

参考图2，示出了神经外科系统100的示意图。尽管组织检测系统116能够执行与外科显微镜108类似的功能(即，允许医疗专业人员检测PPIX的存在)，但组织检测系统116可以与外科显微镜108相结合地使用以改善肿瘤切除手术的结果和实现GTR的机会。

在外科手术期间，医疗专业人员可以首先在激发光(例如，蓝光)下用外科显微镜108观察患者的脑组织111，以识别出脑组织111的哪一部分对应于由红色荧光证明的目标组织。医疗专业人员可以将外科显微镜108切换回标准白光照明以获得更好的可见性并开始切除目标组织。

在开始切除之前，医疗专业人员可以将样本探针164、具体为样本探针164的顺从性构件272放置在目标组织上。医疗专业人员可以用一只手中的超声手持件组件130和另一只手中的双极镊子160来执行目标组织的切除。在切除手术期间，医疗专业人员可以在他/她使用双极镊子160或超声手持件组件130时移动顺从性构件272。样本探针164被设计成易于由许多不同的外科工具接合，包括、但不限于双极镊子160、超声手持件组件130和抽吸工具156。

当医疗专业人员正在切除目标组织时，控制台168可以起作用以通过样本探针164来向医疗专业人员提供脑组织111中的目标组织的实时指示。根据本公开的教导的组织检测系统116防止医疗专业人员在医疗专业人员正在对目标组织进行切除时不得不在外科显微镜108的各种照明设置之间来回切换(即，用激发光和白光照明组织)。当医疗专业人员接近目标组织的边缘时这一点变得尤其重要，因为医疗专业人员希望实现GTR(切除所有目标组织)，还希望保留尽可能多的健康组织完好无损。

参考图3，超声手持件组件130可包括超声手持件132，该超声手持件132包括近端和远端。超声手持件组件130还可以包括套筒136和超声尖端140，超声尖端140可以耦合到超声手持件132的远端。套筒136可被配置用于向超声尖端140和/或手术部位提供冲洗。还设想，套筒136还可以配置成向超声尖端140提供吸力(aspiration)。超声尖端140可包括被配置用于消融、切割、成形和/或去除生物组织的切割特征。超声手持件组件130可以具有如在美国专利No.6,497,715B2；6,955,680B2；6,984,220B2以及PCT公开文献WO 2020/068756A1中描述的各种特征；这些文献都被整体以引用方式并入本文。

超声手持件组件130还可以包括电缆144或其他电源线，其包括被配置用于将超声手持件组件130联接到电源的电源连接器148或适配器，所述电源例如被配置用于调节超声手持件组件130的各个方面的超声控制台128。超声控制台128还可以被配置用于调节超声手持件组件130的冲洗和/或吸力功能以优化超声手持件组件130的性能。可以使用的超声外科系统的示例可以从Stryker商购获得，包括Sonopet IQ Ultrasonic Aspirator。超声控制台128可以基于从组织检测系统116接收的信号来控制各种操作参数。

参考图4和5，组织检测系统116包括样本元件164和控制台168。样本元件164经由连接器299连接至控制台168。样本元件164包括指示器光纤260、激发光纤264、收集光纤268和顺从性构件272。控制台168可以包括控制器204、用户接口208、电源212、光学器件模块215和微控制器220。光学器件模块215可以包括光学器件块216、光谱仪224、激发源228和光学连接器229。下面将更详细地讨论每个部件的功能。

用户接口208可以包括用于显示来自控制器204或微控制器226的输出的显示器，这些可以集成到单一一个设备中或者彼此通信。用户接口208还可以包括被配置为由医疗专业人员参与(engage)的一个或多个输入装置(例如，按钮、触摸按钮、开关等)。电源212可以向控制台168的各部件供电。控制台168可以包括探针端口173，样本探针164的连接器299被连接在探针端口173中。然后光纤260、264、268可以经由光学连接器229连接到光学器件块216。控制台168还可以包括用于建立到外科系统112、超声外科系统118或任何其他系统的通信链路的电端口174。

激发源228可以通过激发光纤264用激发光照射目标组织。激发源228可以被配置为发射激发光(例如，约405nm的蓝光或在400nm至500nm范围内的蓝光)。激发源228还可以被配置为发射对应于其他波长的激发光，例如与可见光谱中除蓝光之外的其余部分相关联的波长(例如，大于500nm但小于700nm)、与紫外光谱(小于400nm)和/或红外光谱(大于700nm)相关联的波长。激发源228可以包括任何数量的光源，例如发光二极管(LED)、脉冲激光器、连续波激光器、调制激光器、滤光白光源等。

激发源228可以不同的状态操作，所述不同状态包括下述中的至少一个：开状态，关状态，以第一频率发射光的第一闪烁状态，以不同于该闪烁状态的第二频率发射光的第二闪烁状态，以第一强度发射光的第一强度状态，以不同于第一强度的第二强度发射光的第二强度状态，以及如上所述的不同的颜色状态(即，不同的波长)。

当激发源228包括多个激发源(例如第一激发源、第二激发源和第三激发源)时，第一激发源可以被配置为发射可见光谱的预定波长的第一激发光，第二激发源可以被配置为发射对应于红外光谱的第二波长范围(例如，700nm至1mm)的红外光，并且第三激发源可被配置为发射具有不同于第一预定波长的可见光的预定波长的第三激发光。换句话说，第一激发源可被配置用于发射将激发第一荧光团(例如PPIX)的光，第二激发源可被配置用于发射第二预定波长的可见光，第二预定波长例如代表绿光，并且第三激发源可以被配置用于发射将激发第二荧光团(例如ICG)的红外光。

控制器204可以控制激发源228的操作，例如用于以前面提到的状态之一操作激发源228。控制器204可以通过改变激发源228的操作参数来控制激发源228的操作。操作参数可以对应于时间设置、功率设置或另一合适的设置。时间设置可以包括脉冲宽度。脉冲宽度可以基于光谱仪224的积分时间。下面更详细地讨论光谱仪224的积分时间。

参考图6A和6B，示出了光学器件块216。光学连接器229可以耦合到光学器件块216。光学器件块216可以包括由金属或另一合适的材料构成的外壳274，并且可以完全包围光学器件块216的部件232。图7B示出了光学器件块216，其中外壳的顶部被移除，使得光学器件块216的部件232可见。光学器件块216可以是L形的并且包括第一部分280和第二部分284。激发源228可以耦合到光学器件块216的第一部分280。光谱仪224可以耦合到光学器件块216的第二部分284。

另外参考图7A和7B，示出了光学器件模块215的部件232的分解图，示出了激发光的光学路径285和来自脑组织111的被收集光的光学路径287。第一部分280可以包括用于激发光从所述一个或多个激发源228经由激发光纤264行进至脑组织111的光学路径285。光学路径285可以由光学块的第一部分280中的部件232限定。第二部分284可以包括用于使所收集的光从脑组织111经由收集光纤268行进到光谱仪224的光学路径287。光学路径287可以由光学块的第二部分284中的部件232限定。光学块的部件232可以包括任何光学部件，例如激光线滤波器和一个或多个长通滤波器。光学器件块216可以包括其他光学部件，例如一个或多个镜子、透镜、光学连接器、光纤和/或任何其他合适的光学部件。

在图7A中，激发源228发射激发光，该激发光行进通过一个或多个部件232，例如激光线滤波器和/或长通滤波器。激光线滤波器或带通滤波器可以被配置为拒绝由激发源228产生的不想要的噪声(例如，较低电平的跃迁、等离子体和辉光)。换句话说，激光线滤光器可以被配置用于净化(clean up)激发光或使激发光更加单色。长通滤波器可以被配置用于将光沿着激发光纤264反射到脑组织111。激发源228可以被配置为经由激发光纤264将未经过滤的激发光(即，可以省略滤波器)传送到目标组织。激发光纤264可以将激发光经由样本探针164引导至脑组织111。

收集光纤268可以被配置为在脑组织111被激发之后收集来自脑组织111的光(即，荧光和环境光)。由于手术室中的各种源(例如外科显微镜108、外科手术灯或手术室中的任何其他设备)引起的环境光和/或背景光的存在，从脑组织111收集的光可能包括环境光和/或背景光。参考图7B，由收集光纤收集的光穿过光学器件块216的第二部分284的部件232，例如长通滤波器。在光穿过这些部件232之后，光可以进入耦合到光学器件块216的光谱仪224。

虽然提供的示例是激发光纤264和收集光纤268被描述为单独的光纤，但是可以提供单一一根光纤，使其配置为执行激发光纤264和收集光纤268的功能。在此配置中，可能必须需要一个或多个其他光学部件。虽然为了简单起见将激发光纤264、收集光纤268和指示器光纤260作为单一一根光纤讨论，但是应当理解，可能存在多于一根的光纤。例如，激发光纤264可以包括一束激发光纤，收集光纤268可以包括一束收集光纤，并且指示器光纤260可以包括一束指示器光纤，所有这些都以类似的方式连接至上面讨论的单一光纤连接部。在另一示例中，激发光纤264可以包括任意数量的串联连接的光纤，收集光纤268可以包括任意数量的串联连接的光纤，并且指示器光纤260可以包括任意数量的串联连接的光纤。

光谱仪224被配置为将过滤后的光学信号(即，过滤后的光)转换成电信号形式的光谱信号。微控制器220被配置为控制光谱仪224的操作。可以使用的光谱仪系统的示例可以从Hamamatsu商购获得，包括微型光谱仪系列C12880MA。光谱仪224可以包括入口狭缝、准直透镜/镜子、透射光栅元件、聚焦镜和图像传感器。入口狭缝可以接收来自光学器件块216的所收集的光，然后该光穿过准直透镜/镜子。准直透镜/镜子将通过入口狭缝收集的光进行准直并将其引导到光栅元件上。光栅元件将来自准直透镜的入射光分离成不同的波长，并使每个波长的光以不同的衍射角通过或反射离开。聚焦透镜或镜子根据波长将由光栅元件分散成的各波长的光在图像传感器的线性排列的像素上形成图像。

每个波长都被光电转换成电信号(即光谱信号)。图像传感器以特定时间间隔输出入射到每个像素上的光信号(即图像传感器将光信号转换为电信号并输出)。该时间间隔可以被称为积分定时。微控制器220可以被配置为基于来自控制器204的指令来控制光谱仪224的操作，例如积分定时。微控制器220经由通信接口(例如，串行外围接口(SPI))将光谱信号转发到控制器204。

如前所述，由于环境光可能存在于在目标组织处收集的光学信号中并且因此存在于由光谱仪224提供的光谱信号中，所以控制器204可以被配置为执行一种或多种控制功能或方法以从光谱信号中去除环境光或噪声(即，与环境光相关联的波长)，以准确地检测脑组织111何时对应于目标组织，如目标组织中存在的PPIX所证明的。环境光被去除之后的光谱信号可以被称为修正光谱信号。

控制器204可以基于所述修正光谱信号生成指示信号。例如，控制器204可以将PPIX强度与预定强度阈值进行比较，并且响应于PPIX强度超过阈值，控制器204可以生成指示信号。激发源228可以响应于接收到指示信号而发射光，所述光沿着指示器光纤260行进并照亮样本探针164的一部分。例如，控制器204可以控制激发源228以当检测到高于阈值的PPIX时发射绿光(例如，约520-564nm的波长)或者当检测到ICG时发射黄光(例如，波长565-590nm)。可选地，如上所述，控制器204可以控制除耦合到指示器光纤的指示器之外的指示器，例如控制光源，即响应于接收到指示信号而开启探针上的光源。

控制器204可以经由通过电端口174建立的通信链路与超声控制台128通信。例如，电线可以插入电端口并且还插入超声控制台128内以建立所述通信链路。还可以无线地建立通信链路。控制器204可以基于检测到的组织的类型通知超声控制台128。当目标组织存在或不存在时，控制器204可以通知超声控制台128。

基于从控制器204提供的信息，超声控制台128可以调整一个或多个操作参数。例如，当目标组织存在时，切除率可能不受限制；然而，当目标组织不存在时，切除率可能受到限制，以防止超声手持件组件130切割健康组织。在这样的示例中，超声控制台128可以基于是否检测到目标组织来控制供应给超声手持件组件130的驱动信号，例如电压、电流或两者。虽然提供了控制器204可以与超声控制台128通信的示例，但是控制器204可以与诸如外科控制台115之类的其他外科设备通信，以基于目标组织的存在或不存在来控制各种外科工具(例如，双极镊子160、神经刺激器、解剖器、消融设备等)。

总体参考图8-23，下面将详细描述样本探针164。样本探针164可包括光纤260、264、268、顺从性构件272、连接器299、以及可选的护套292。光纤260、264、268可以耦合在连接器299和样本探针164的远端358之间。样本探针164的远端358可以包括透镜或其他光学部件，以允许到和来自目标组织的光的收集和通过。护套292可包围光纤260、264、268，以便提供保护并屏蔽光纤260、264、268免受环境影响。护套292可以由任何合适的材料形成，包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚二氟乙烯等。护套292的外表面可以是亲水性的。护套292的外表面的一部分还可以具有小锯齿，以便增加护套292与其接触的任何表面之间的抓持。在一些示例中，光纤的一部分可耦合到外科工具(即，双极镊子160、超声手持件组件130或抽吸工具156)的电缆或抽吸管线之一，光纤的第二部分可以与外科工具分离。这允许探针在用户移动外科工具以执行手术(例如切除组织)时停靠在适当的位置。

参考图8，承载件(carrier)可以耦合到护套292的至少一部分。承载件可以被配置为呈现不同的形状，继而控制承载件耦合到其中的护套292的那部分的形状。承载件可以是线材302或其他可塑性部件，其包括被配置用于附接到护套292的第一部分的第一附接部分304和被配置用于附接到护套292的第二部分的第二附接部分306。线材302可以附接在第一附接部分304和第二附接部分306之间。医疗专业人员可以根据需要弯折线材302或可塑性构件，以便固定护套292的相关部分的形状。

在另一示例中，承载件可以包括张力调节机构。张力调节机构可以被配置为调节施加到护套292的张力的量。张力调节件包括第一调节构件、第二调节构件和柔性缆线。第一调节构件可以耦合至顺从性构件和护套292的第一部分。第二调节构件耦合至护套292的第二部分。柔性缆线可以连接在第一调节构件和第二调节构件之间。第二调节构件可以被配置成沿着护套292可滑动地移动并且以便调节施加到护套292的张力的量。当第二调节构件处于第一位置时，第二调节构件比其处于第二位置时更靠近顺从性构件272。在第一位置，柔性缆线可以处于非刚性状态，并且样本探针164可以自由移动，就好像不存在约束移动的张力调节机构一样。当第二调节构件处于第二位置时，柔性缆线可以处于刚性状态，并且柔性缆线中的张力约束联接在第一调节构件和第二调节构件之间的护套292那部分的移动。

参考图9，抓持元件310可以可拆卸地耦合到靠近顺从性构件272的护套292。因此，抓持元件310可以靠近顺从性构件设置。抓持元件310可以被实施为紧固件，该紧固件被配置为附接至患者的一部分，以便防止样本探针164从期望的位置移动。抓持元件310可包括护套附接部分312和患者接合部分314。护套附接部分312可包括管状套筒，其具有滑动配合(snug fit)并且被配置成通过医疗专业人员施加力而沿着护套292滑动。患者接合部分314可以被安装或以其他方式附接至护套附接部分312。患者接合部分314可以包括被配置为附接到患者或患者附近的无生命部件的夹子或夹具。

参考图10，抓持元件310’还可以实现为被配置用于由外科工具接合的突部(tab)316。作为突部的替代方案，顺从性构件可限定管状结构，其包括直径稍大于抽吸工具156的内腔的孔、孔口或空腔，使得抽吸工具156可插入穿过所述孔、孔口或空腔。抽吸工具156可以接合突部316，以便将顺从性构件272引导到大脑的难以到达的部分，例如大脑的深窄腔。

替代地，顺从性构件可以没有任何突部或抓持元件，但可以包括磁性或含铁材料，使得顺从性构件可以通过使用分别包括含铁金属或磁性材料的外科工具来操纵。

参考图11，锚固件320可被耦合到护套292或光纤并且可沿着护套292的长度滑动。医疗专业人员可以将锚固件320放置在沿着护套292的长度的任何位置处，以便将样本探针164锚固到感兴趣的点。所述感兴趣的点可以对应于无菌区和非无菌区之间的过渡点，例如在患者体外或接触皮肤或骨骼，而不是脑组织。锚固件320可以是圆柱形的。这样，锚固件320可包括通过弯曲表面332连接的两个基部端部324、328。弯曲表面332可形成有通孔336，样本探针164被插入穿过该通孔336。锚固件320可以由金属或能够抵抗样本探针164的重量并将样本探针164锚固到特殊感兴趣点的另一合适的致密材料形成。

另外参考图12-17，顺从性构件272可以在样本探针164远端处可拆卸地耦合到护套292和/或光纤。在一些实施方式中，顺从性构件272可从样本探针164移除，使医疗专业人员可以到达大脑的深窄腔，否则在附接有顺从性构件272的情况下样本探针164将无法到达该脑腔中。

顺从性构件272可以对可见光至少部分半透明，并且在一些实施方式中，被配置为响应于被外科工具(例如双极镊子160、抽吸工具156或超声手持件组件130)接合而变形。顺从性构件272可以由可变形的、电绝缘的且热绝缘的任何合适的材料形成。

顺从性构件272的材料可以选择为折射率匹配。换句话说，顺从性构件272的材料可选择为使得顺从性构件272的折射率在组织的折射率和/或光纤264、268的折射率的预定阈值内，使得经过光纤264、268和组织之间的光的折射最少。收集光纤268可具有大约1.5至1.6范围内的折射率，顺从性构件272可具有大约1.45的折射率，并且组织可具有大约在1.395至1.410之间变化的折射率。

顺从性构件272的材料可以基于顺从性构件272的其他期望的光学特性(例如将来自激发光纤264和/或指示器光纤260的光广泛地分散到周围环境的能力)来选择。顺从性构件可以由聚合物形成。在某些实施例中，顺从性构件可以是泡沫。顺从性构件可以包括生物可吸收材料，例如聚氨酯。可生物吸收是指被人体或动物体完全代谢的能力。顺从性构件可以由选自硅酮、聚氯乙烯、水凝胶、聚氨酯、多糖、纤维素、聚乳酸及其组合的材料形成。顺从性构件可以具有10-50、10-40或10-30的洛氏肖氏硬度(Rockwell Shore Hardness)00或0-20或0-10的洛氏肖氏硬度A。

顺从性构件272可以是球形的。可选地，对于球形构造，顺从性构件272可以包括孔口，该孔口可以将样本探针164的远端的一部分暴露于环境。顺从性构件272可以具有光滑的表面或者可以在外表面上包括一个或多个特征，这使得诸如双极镊子160或抽吸工具156的外科工具更容易接合顺从性构件272。例如，参考图12，所述一个或多个特征可以包括多个脊部，所述多个脊部包括沿着外表面延伸的第一脊部344和第二脊部346。双极镊子160可以使用尖齿在第一脊部344或第二脊部346处接合顺从性构件272，使得顺从性构件272不会从双极镊子160或任何其他外科工具的抓握处滑出。

虽然在本公开的若干方面中顺从性构件被描述为顺从性的，但是在一些实施方式中，顺从性构件可以不是顺从性的或不是可变形的，并且在这种情况下，顺从性构件可以被称为定位构件，其中定位构件可包括在上面关于顺从性构件描述的任何特征，除响应于被外科工具接合而变形的能力之外。

参考图13，所述一个或多个特征可包括突出部348。突出部348可以沿着相对于收集光纤268和/或激发光纤264中至少一者的轴线横向(或以任何角度)的轴线延伸。突出部348的尺寸可以设计成被至少部分地设置在抽吸工具156或超声手持件组件130的内腔内。这样，当突出部348设置在该内腔内时可以用抽吸工具156施加抽吸，并且医疗专业人员可以将顺从性构件272移动到期望的位置。突出部是可选的，并且不必须包括在探针的所有配置中。突出部可以从顺从性构件的外表面延伸，并且可选地可以与顺从性构件成一体。突出部可被包括在定位构件实施方式中。

如前面的附图所示，顺从性构件272被示出为具有球形形状，但是应当理解，顺从性构件272可以呈现任何形状。如图14-17所示，顺从性构件272可以具有如图14中所示的管状形状、如图15中所示的圆锥形形状、如图16中所示的矩形或立方体形状，或者如图17中所示，具有倒C形形状，所述倒C形形状允许顺从性构件272的远侧部分相对于样本探针164的远端移动，使得样本探针164能够以漫射(diffused)模式或聚焦模式照射目标区域，如在前面段落中更详细讨论的。

如图18A和18B所示，顺从性构件272可包括第一部分352、中心部分354和第二部分356。中心部分354可包括孔口，样本探针164的远端358被插入穿过该孔口。在漫射位置，第一部分352和第二部分356可以从样本探针164的远端358向前延伸，使得样本探针164将漫射的激发光(即，在所有方向上扩散的光)递送至目标区域。在漫射位置，第一部分352的至少一部分和第二部分356的至少一部分可以彼此接触。在聚焦位置，第一部分352和第二部分356可以被卫生专业人员向后折叠或倒转(peel)，使得顺从性构件272的中心部分354设置在第一部分352和第二部分356的前面并且更靠近样本探针164的远端358。在聚焦位置，样本探针164的远端358被暴露并被配置为将聚焦的激发光(即，直接从样本探针164引导出并且可以进入小目标区域的光)递送到目标区域。应当理解，在漫射位置中比在聚焦位置中激发光更加漫射。类似地，在聚焦位置比在漫射位置时激发光更加聚焦。

参考图19，示出了样本探针164的一种实施方式的横截面。如前所述，样本探针164的护套292可以包围光纤260、264、268，以便提供保护并且屏蔽光纤260、264、268免受环境影响。在一些示例中，激发光纤264和收集光纤268可以设置成比指示器光纤260更靠近顺从性构件272或定位构件的远侧部分。如先前所讨论的，顺从性构件272可以包括在远侧部分处的孔口，该孔口将激发光纤264和收集光纤268暴露于环境，使得激发光纤264能够用激发光照射目标区域并且收集光纤268能够收集来自目标区域的光，而无需使所述来自目标区域的光直接穿过形成顺从性构件/定位构件的材料。顺从性构件272可包括第一半球和第二半球，其中激发光纤264和收集光纤268设置在第一半球中，而指示器光纤260设置在第二半球中。

如图20所示，当指示器光纤260的尖端(tip)设置有顺从性构件272时，来自指示器光纤260的光可以照亮顺从性构件272以指示目标组织的存在。然而，在一些示例中，比如在图21和22中所示的，指示器光纤260根本没有布置在顺从性构件272内，相反指示器光纤260可以照射样本探针164的另一部分，并且可以终止于在顺从性构件外面的远端260T处。

在这样的示例中，参考图22，样本探针164可以是具有中心芯362和外部通道366的同轴光纤360。外部通道366的侧壁的至少一部分可以是透明的。激发光纤264和收集光纤268可以设置在中心芯362内，而指示器光纤260设置在外部通道366内。中心芯362的远侧部分可设置在顺从性构件272内。指示器光纤260可以通过外部通道366的侧壁发射光。样本探针164可具有暴露部分368，在该部分中护套292不覆盖同轴光纤360的整个长度，使得通过侧壁发射的光经由暴露部分368对医疗专业人员可见。暴露部分368可以位于顺从性构件272附近，以便当医疗专业人员正在切除组织时确保医疗专业人员能够看到发出的指示器光。可选地，暴露部分368可以用能透过看到的(clear)或透明的塑料片或其他合适的材料覆盖。因此，外部通道的侧壁可以是透明的并且被配置为允许指示器元件(例如LED)将光漫射到周围区域。

在另一示例中，如上所述，指示器光纤260可以完全省略。相反，样本探针164可以包括响应于接收到激活信号而被激活的发光二极管(LED)。LED可设置在顺从性构件272附近并耦合到护套292的外表面或沿着样本探针164的另一合适位置处。在另一示例中，可以提供其他形式的指示，例如由与控制台168相关联的扬声器产生的听觉指示或由附接到样本探针164的触觉设备产生的触觉指示。换句话说，指示器形式可以采取指示器元件(例如光源)的形式，指示器元件不必须采取光纤的形式，指示器元件不必须设置在或部分地设置在顺从性构件或定位构件内，指示器元件可被定位在顺从性构件的近侧或远侧，并且可选地，指示器元件可以呈现为控制台上的图标或显示元件。

参考图23-25，示出了接合样本探针164的各种外科工具。在图23和24中，超声手持件组件130或抽吸工具156直接接合顺从性构件272；然而，如前所述，顺从性构件272可包括突出部348(由于设置在内腔中而从视图中隐藏)，该突出部可适配到超声手持件组件130或抽吸工具156的内腔中。一旦超声手持件组件130或抽吸工具156耦合到顺从性构件272，医学专业人员就可以施加抽吸以将顺从性构件272移动到期望的位置。在图24中，顺从性构件272被具有尖齿372、376的双极镊子160接合。如图所示，顺从性构件272包括先前描述的多个脊部340、344。顺从性构件272可以在所述多个脊部340、344之一或两者处被双极镊子160夹紧。

可以使用跟踪系统并将其耦合至导航计算机。跟踪系统被配置为感测附接到探针的一个或多个跟踪元件的姿态(即位置和定向)并将该姿态提供给导航计算机。跟踪元件可以是有源或无源的红外跟踪元件。包括跟踪系统的外科导航系统104的示例是Nav3i^TM，其可从Stryker商业购得。外科导航系统104可以具有如在美国专利No.7,725,162B2和美国专利公开No.2020/0100849A1中所描述的各种功能和特征，它们的全部内容都被通过引用方式并入本文。

现在参考图26，诸如顺从性构件的构件272’限定内腔273。这可以允许用户将外科工具定位成穿过它。在此配置中，顺从性构件272’可耦合到光纤，如通篇所描述的。顺从性构件272’可以呈环形或圆柱形的形状。如上所述的，指示器可以设置在顺从性构件272’内，例如LED，或者指示器光纤的远端可以设置在顺从性构件272’内。内腔的尺寸可以设计成允许外科工具的一部分穿过其中放置。内腔的尺寸可以不同，但直径至少为0.5cm，或者直径从0.3cm至1.5cm变化。

参照图27A和27B，定位构件272”包括被定位在构件272”的表面上的一个或多个电极400。定位构件可以是通篇描述的顺从性构件，但可以可选地省略用于光学检测的光纤。电极400可以彼此间隔开，使得它们可以与抵接该构件272”的圆周或外表面的组织接触。电极400可以耦合到检测模块，该检测模块处理电极接收的电信号以确定组织类型，例如被电极接触的组织是否是关键结构。例如，电极可以促进脑组织的功能绘图(mapping)、生物阻抗分析或其他电分析。检测模块可以耦合到指示器404，例如LED或光纤。在指示器是LED或其他光源的情况下，构件272”可以包括导体406。指示器404可以在检测到目标组织时点亮，例如在已经检测到关键组织类型时点亮红色，在已经检测到非关键组织类型时点亮绿色。示例性的处理技术和电极构造可以在美国专利No.8,442,653和美国专利10,918,857以及美国专利公开No.20080027346中找到，它们的全部内容被通过引用方式并入本文。示例性技术包括功能性脑绘图、脑电图、脑磁图、皮层电图或其组合。探针可以被放置成使得电极被放置在：大脑的特殊区域上，和/或，在不与大脑的所述特殊区域接触但电耦合到大脑的第二位置处的颅内或颅外血管或其他组织上、穿过所述颅内或颅外血管或其他组织或所述颅内或颅外血管或其他组织内部，并通过电极接收的信号监控来自所述特殊区域的大脑活动。

参见图28，探针164’可以包括连接器500，其允许顺从性构件272’”从光纤和/或导体分离并保留在手术部位处。在这样的实施方式中，顺从性构件272’”可以包括不透射线材料。在使用探针期间，顺从性构件272’”可被与探针分离并且可使用成像器(例如MRI扫描仪或CT扫描仪)对手术部位进行成像。将不透射线材料引入顺从性构件272”’允许顺从性构件相对于其他关键结构被可视化。设想不透射线材料是钆，但还设想其他不透射线材料。还设想仅仅顺从性构件的一部分被从探针移除，并且该被移除的部分包含不透射线材料并且利用成像器可视化。不透射线材料可以分散在顺从性构件中，或者可被接收在凹区域中。

国际申请No.PCT/IB2022/052294的全部内容被通过引用方式并入本文，并且各方面可以与本文描述的探针结合使用。

前述描述本质上仅仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，虽然本公开包括特殊示例，但是本公开的真实范围不应当受到如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后其他修改将变得显而易见。应当理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，虽然上面将每个示例描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何示例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其他示例的特征中实现和/或与任何其他示例的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的示例不是相互排斥的，并且一个或多个示例与彼此的排列仍然在本公开的范围内。

元件之间(例如，控制器、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“下一个”、“在之上”、“之上”、“之下”和“布置”。除非明确描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是直接关系，其中第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件，但也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间存在一个或多个中间元件(空间上或功能上)。

如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为意指使用非排他性逻辑OR的逻辑(AOR B OR C)，并且不应当被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个、和C中的至少一个”。术语子集不一定要求真子集。换句话说，第一集合的第一子集可以与(等于)第一集合同延。

在附图中，如箭头所指示的，箭头的方向通常展示了图示感兴趣的信息流(例如数据或指令)。例如，当元素A和元素B交换多种信息，但从元素A传输到元素B的信息与图示相关时，箭头可以从元素A指向元素B。该单向箭头并不意味着没有其他信息从元素B传输到元素A。此外，对于从元素A发送到元素B的信息，元素B可以向元素A发送对该信息的请求或接收确认。

在本申请中，包括下面的定义，术语“控制器”或“模块”可以用术语“电路”代替。术语“控制器”可以指、是其一部分或包括：专用集成电路(ASIC)；可编程片上系统(PSoC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享处理器电路、专用处理器电路或组处理器电路)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享存储器电路、专用存储器电路或组存储器电路)；提供所描述功能的其他合适的硬件部件；或者上述的一些或全部的组合，例如在片上系统中。

控制器可以包括具有一个或多个收发器的一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以实现连接到局域网(LAN)或无线个域网(WPAN)的有线或无线接口。LAN的示例包括Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)标准802.11-2016(也称为WIFI无线网络标准)和IEEE标准802.3-2015(也称为ETHERNET有线网络标准)。WPAN的示例包括Bluetooth Special Interest Group的BLUETOOTH无线网络标准和IEEE标准802.15.4。

控制器可以使用接口电路与其他控制器通信。尽管控制器在本公开中可以被描述为在逻辑上直接与其他控制器通信，但是在各种实施方式中，控制器实际上可以经由通信系统进行通信。通信系统可以包括物理和/或虚拟网络设备，例如集线器、交换机、路由器、网关和收发器。在一些实施方式中，通信系统连接到或跨越广域网(WAN)，例如Internet。例如，通信系统可以包括使用包括Multiprotocol Label Switching(MPLS)和虚拟私人网络(VPN)在内的技术通过Internet或点对点租用线路连接到彼此的多个LAN。

在各种实施方式中，控制器的功能可以分布在经由通信系统连接的多个控制器之间。例如，多个控制器可以实现由负载平衡系统分布的相同功能。在另一示例中，控制器的功能可以在服务器(也称为远程或云)控制器和客户端(或用户)控制器之间划分。

控制器的一些或全部硬件特征可以使用用于硬件描述的语言来定义，例如IEEE标准1364-2005(通常称为“Verilog”)和IEEE标准1076-2008(通常称为“VHDL”)。硬件描述语言可以用于制造和/或编程硬件电路。在一些实施方式中，控制器的一些或所有特征可以由诸如IEEE 1666-2005(通常称为“SystemC”)等的语言来定义，该语言涵盖如下所述的代码和硬件描述。

如上所使用的，术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”涵盖执行来自多个控制器的部分或全部代码的单一一个处理器电路。术语“组处理器电路”涵盖与附加处理器电路相结合以执行来自一个或多个控制器的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖分立管芯(die)上的多个处理器电路、单一一个管芯上的多个处理器电路、单一一个处理器电路的多个核心、单一一个处理器电路的多个线程、或者以上的组合。术语“共享存储器电路”涵盖存储来自多个控制器的部分或全部代码的单一一个存储器电路。术语“组存储器电路”涵盖与附加存储器相结合以存储来自一个或多个控制器的一些或全部代码的存储器电路。

术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。如本文所使用的，术语“计算机可读介质”不涵盖通过介质(例如在载波上)传播的瞬态电或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)以及光学存储介质(例如CD、DVD或蓝光盘)。

本申请中描述的装置和方法可以部分或全部由专用计算机来实现，该专用计算机通过配置通用计算机以执行包含在计算机程序中的一个或多个特殊功能而创建。上述功能块和流程图元素可以用作软件规范，其可以通过熟练的技术人员或程序员的例行工作转化为计算机程序。计算机程序包括存储在至少一种非暂时性计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特殊设备交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript Object Notation)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以使用以下语言的语法编写：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、/>HTML5(超文本标记语言第五版)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、/>Visual/>Lua、MATLAB、SIMULINK和/>

附加保护条款：

I.一种在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统，所述光学传感器系统包括：被配置为选择性地发射激发光的激发源；探针，所述探针包括：至少一根光纤，其被耦合到激发源并被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的光；顺从性构件，其被耦合到所述至少一根光纤，所述顺从性构件是至少部分半透明的并且被配置为响应于被外科工具接合而变形，其中所述至少一根光纤的一部分设置在所述顺从性构件的内部；指示器，其被配置为响应于接收到指示器信号而提供指示；光学检测模块，其被耦合到所述至少一根光纤并被配置为基于所收集的光而生成信号；和控制器，其操作地连接到光学检测模块并被配置为基于所述信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成指示器信号。

II.根据条款I所述的光学传感器系统，还包括指示器光纤，其中激发源被进一步限定为第一激发源，其中指示器包括耦合到指示器光纤的第二激发源，并且指示包括响应于接收到指示器信号而由第二激发源产生的光。

III.根据条款I所述的光学传感器系统，其中，所述指示器包括响应于接收到指示器信号而被激活的发光二极管(LED)。

IV.根据条款I所述的光学传感器系统，其中，所述指示器包括扬声器并且所述指示包括响应于接收到指示器信号而由扬声器生成的可听声音。

V.根据条款II所述的光学传感器系统，其中，所述指示器是被配置为耦合到外科工具和所述至少一根光纤中的至少一者的触觉设备，其中所述指示是响应于接收指示器信号而由触觉设备产生的触觉反馈的形式。

VI.一种用于光学探针的附件，所述光学探针包括至少一根光纤，所述光纤被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的荧光，所述光学探针还包括被配置为发射指示光的指示器元件，所述附件包括：传感器本体，其包括至少部分半透明的顺从性材料，以便允许激发光、荧光和指示光中的至少一种穿过，所述顺从性材料由电绝缘且热绝缘的材料形成并且被配置为响应于被外科工具接合而变形。

VII.一种使用光学传感器系统检测从脑组织发射的光的方法，所述光学传感器系统包括激发源，包括耦合到所述激发源的至少一根光纤的探针，所述探针还包括被耦合到所述至少一根光纤并且至少部分半透明的顺从性构件光纤，所述顺从性构件包括突出部，所述探针还包括至少部分地设置在顺从性构件内的指示器元件，被耦合到所述至少一根光纤的光学检测模块以及操作地连接到光学检测模块的控制器，所述方法包括定位抽吸工具，使得所述突出部在抽吸工具的内腔附近；用抽吸工具施加抽吸，使得所述突出部被置于抽吸工具的内腔内；以及利用抽吸工具将顺从性构件移动至期望的位置；改变抽吸工具的抽吸力，使得所述抽吸力释放顺从性构件；利用激发源发射激发光；利用所述至少一根光纤用所述激发光照射脑组织；利用所述至少一根光纤收集来自脑组织的荧光；利用光学检测模块基于收集到的荧光产生信号；利用控制器基于所述信号确定组织特征；利用控制器基于所确定的组织特征生成指示器信号；以及响应于接收到指示器信号而利用指示器元件发光。

VIII.一种在外科手术中检测组织类型的传感器系统，所述传感器系统包括：探针，所述探针包括：

顺从性构件，其被配置为响应于被外科工具接合而变形，所述顺从性构件包括电极；

指示器元件，其被配置为响应于接收到指示器信号而发光；

检测模块，其被耦合到电极并被配置为基于电极接收到的电信号而生成检测信号；和

控制器，其操作地连接到检测模块并被配置为基于检测信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成指示器信号。

IX.一种在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统，所述光学传感器系统包括：激发源，其被配置为选择性地发射激发光；探针，所述探针包括：至少一根光纤，其被耦合到激发源并被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的光；顺从性构件，其被耦合到所述至少一根光纤，所述顺从性构件是至少部分半透明的并且被配置为响应于被外科工具接合而变形，其中所述至少一根光纤的一部分设置在所述顺从性构件的内部；指示器，其被配置为响应于接收到指示器信号而提供指示；光学检测模块，其被耦合到所述至少一根光纤并被配置为基于所收集的光而生成信号；和控制器，其操作地连接到光学检测模块并被配置为基于所述信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成指示器信号。

X.一种使用光学传感器系统检测从脑组织发射的光的方法，所述光学传感器系统包括激发源，包括耦合到所述激发源的至少一根光纤的探针，所述探针还包括耦合到所述至少一根光纤并且可变形的顺从性构件，所述顺从性构件是至少部分半透明的，所述探针还包括至少部分地设置在顺从性构件内的指示器元件，耦合到所述至少一根光纤的光学检测模块以及操作地连接到所述光学检测模块的控制器，所述方法包括：将顺从性构件与外科工具接合，使得顺从性构件的至少一部分变形；利用外科工具将顺从性构件移动至期望的位置；利用激发源发射激发光；利用所述至少一根光纤用激发光照射脑组织；利用所述至少一根光纤收集来自脑组织的荧光；利用光学检测模块基于收集到的荧光产生信号；利用控制器基于所述信号确定组织特征；利用控制器基于所确定的组织特征生成指示器信号；以及响应于接收到指示器信号而利用指示器元件发光。

XI.一种在外科手术中检测组织类型的传感器系统，所述光学传感器系统包括：探针，所述探针包括：

包括电极或光纤的构件；

指示器元件，其被耦合到所述构件并被配置为响应于接收到指示器信号而发光；

检测模块，其被耦合到所述电极或光纤，并被配置为基于所述电极或光纤接收到的信号生成检测信号；和

控制器，其操作地连接到检测模块并且被配置为基于所述信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成指示器信号。

XII.根据条款XI所述的传感器系统，其中，所述构件限定内腔，所述内腔的尺寸设定为允许外科工具的一部分穿过其中放置。

XIII.根据条款XI所述的传感器系统，其中，所述探针包括连接器，并且其中所述构件能够利用所述连接器从所述至少一个探针拆卸，并且其中所述构件包括不透射线材料。

XIV.根据条款XIII所述的传感器系统，其中，不透射线材料包括钆。

XV.根据条款XI所述的传感器系统，其中，所述构件是生物可吸收的。

XVI.根据条款XI所述的传感器系统，其中，所述构件由选自硅酮、聚氯乙烯、水凝胶、聚氨酯、多糖、纤维素、聚乳酸及其组合的材料形成。

XVII.根据条款XI所述的传感器系统，其中，所述指示器元件与所述构件一起设置。

XVIII.根据条款XI所述的传感器系统，其中，所述构件被进一步限定为顺从性构件。

XIX.根据条款XVIII所述的传感器系统，其中，所述顺从性构件具有10-50的洛氏肖氏硬度00，或0-20的洛氏肖氏硬度A。

Claims

1.一种用于在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统，所述光学传感器系统包括：

激发源，其被配置为选择性地发射激发光；

探针，所述探针包括：

至少一根光纤，其被耦合到激发源并被配置为用激发光照射目标组织并收集来自目标组织的光；

顺从性构件，其被耦合到所述至少一根光纤，所述顺从性构件是至少部分半透明的并且被配置为响应于被外科工具接合而变形，其中所述至少一根光纤的一部分设置在所述顺从性构件的内部；和

指示器元件，其被配置为响应于接收到指示器信号而发光；

光学检测模块，其被耦合到所述至少一根光纤并被配置为基于从目标组织收集的光而生成信号；和

控制器，其被操作地连接到光学检测模块，并被配置为基于所述信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成所述指示器信号。

2.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件由电绝缘且热绝缘的材料构成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件包括沿外表面延伸的脊部。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件包括突出部，所述突出部的尺寸设计成至少部分地设置在抽吸工具的内腔内。

5.根据权利要求4所述的光学传感器系统，其中，所述突出部从所述顺从性构件的外表面延伸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述探针还包括包围所述至少一根光纤的至少一部分的护套。

7.根据权利要求6所述的光学传感器系统，还包括被耦合到所述护套或所述至少一根光纤的承载件，所述承载件被配置为呈现不同的形状。

8.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中，所述承载件是在所述护套的第一部分和所述护套的第二部分之间紧挨着所述护套耦合的线材，所述护套的第一部分和第二部分之间的所述护套的第三部分呈现承载件的形状。

9.根据权利要求6所述的光学传感器系统，其中，所述探针包括被耦合到所述护套并且靠近所述顺从性构件设置的抓持元件。

10.根据权利要求9所述的光学传感器系统，其中，所述抓持元件包括紧固件，所述紧固件被配置为附接到患者的一部分以防止所述探针移离期望的位置。

11.根据权利要求9所述的光学传感器系统，其中，所述抓持元件包括用于被外科工具接合以将所述顺从性构件引导至期望的位置的突部。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述至少一根光纤或所述护套的表面是亲水性的。

13.根据权利要求6至12中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述探针还包括锚固器，所述锚固器被耦合到所述至少一根光纤或护套并且被配置为将所述至少一根光纤或护套的至少一部分锚固到一位置，所述位置位于患者体外。

14.根据权利要求13所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件由生物可吸收的材料形成。

15.根据权利要求13所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件具有10-50的洛氏肖氏硬度00，或0-20的洛氏肖氏硬度A。

16.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述至少一根光纤的第一部分被耦合到外科工具的电缆，并且所述至少一根光纤的第二部分被与所述外科工具脱离耦合。

17.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中：

所述探针被配置为在第一模式或第二模式中用所述激发光照射所述组织；以及

在所述第一模式中，所述至少一根光纤用漫射的激发光照射组织，并且在所述第二模式中，所述至少一根光纤用聚焦的激发光照射组织。

18.根据权利要求17所述的光学传感器系统，其中，在所述第一模式中，所述至少一根光纤的远端被定位在相对于所述顺从性构件的一部分的第一位置，并且，在所述第二模式中，所述至少一根光纤的远端被定位在相对于所述顺从性构件的所述一部分的第二位置。

19.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述探针包括连接器，其中所述顺从性构件是利用所述连接器能从所述至少一根光纤拆卸的，并且其中所述顺从性构件包括不透射线材料。

20.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述激发源被进一步限定为第一激发源，所述光学传感器系统还包括第二激发源，其中所述指示器元件包括被耦合到所述第二激发源的指示器光纤，所述第二激发源被配置为响应于指示器信号而发光。

21.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件限定内腔，所述内腔的尺寸设计为允许所述外科工具的一部分穿过所述内腔放置。

22.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述指示器元件包括发光二极管(LED)，所述发光二极管被配置为响应于所述指示器信号而发光。

23.根据权利要求20、21或22中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述第一激发源、所述发光二极管和所述第二激发源中的至少一个能够以不同的状态操作，所述不同的状态包括下述中的至少一个：开状态、关状态、以第一频率发射光的第一闪烁状态、以不同于第一闪烁状态的第二频率发射光的第二闪烁状态、以第一强度发射光的第一强度状态、以不同于第一强度的第二强度发射光的第二强度状态、以第一颜色发射光的第一颜色状态、以及以不同于第一种颜色的第二颜色发射光的第二颜色状态。

24.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件限定球形状。

25.根据权利要求24所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件包括第一半球和第二半球，所述至少一根光纤的一部分完全设置在所述第一半球和所述第二半球中的至少一个内。

26.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件由选自硅树脂、聚氯乙烯、水凝胶、聚氨酯、多糖、纤维素、聚乳酸及其组合的材料形成。

27.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述至少一根光纤被进一步限定为耦合到所述激发源并且配置为发射所述激发光的激发光纤，所述光学传感器系统还包括耦合到所述光学检测模块并且配置为收集来自目标组织的光的收集光纤。

28.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述探针包括同轴光纤，所述同轴光纤包括中心芯和外部通道，所述指示器元件设置在所述外部通道内，并且所述至少一根光纤设置在所述中心芯内。

29.根据权利要求28所述的光学传感器系统，其中，所述中心芯的尖端设置在所述顺从性构件内部并且靠近所述顺从性构件的远侧部分。

30.根据权利要求28所述的光学传感器系统，其中，所述外部通道的侧壁是透明的并且被配置为允许所述指示器元件将光漫射到周围区域。

31.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器系统，其中，所述顺从性构件的折射率在所述组织的折射率的0.05以内，使得经过所述顺从性构件和组织之间的光的折射最少。

32.一种用于在外科手术中检测组织类型的光学传感器系统，所述光学传感器系统包括：

激发源，其被配置为选择性地发射激发光；

探针，所述探针包括：

传感器本体，其被耦合到所述至少一根光纤的远端；

突部，其被配置为由外科工具操纵，所述突部在所述传感器本体附近耦合到所述至少一根光纤；

指示器，其被配置为响应于接收到指示器信号而提供指示，

光学检测模块，其被耦合到所述至少一根光纤并被配置为基于所收集的光生成信号；

控制器，其被操作地连接到光学检测模块并被配置为基于所述信号确定组织特征并基于所确定的组织特征生成所述指示器信号。