CN1320048A - 光导向装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适于与光束(66)对齐的一装置(40),该装置包括具有光束进入点的一装置主体(43)、一光传导通道、以及被装置(40)承载并与光束的进入点分隔开的一感测体(25)。感测体(25)用来指示装置(40)和光束(66)之间的对齐。光束(66)在装置(40)内沿着通道行进至感测体(25)。光导向装置设置在通道的内部以增强对齐的精确度。光导向装置具有形成其内部的导向通道的壁。当设置在装置(40)的内部时,光导向装置的壁阻挡未对齐的光线到达感测体(25),但允许对齐的光束通过装置(40)中的导向通道传导至感测体(25)。

Description

光导向装置和方法
本发明的背景
1．本发明的领域
本发明总的涉及在光传导介质内引导光束的领域，具体讲，涉及在光传导介质内沿预定路径引导光束的结构。
2．背景技术
可视光束例如激光经常使用在涉及成像设备的各种过程中，以确定接近表面下的目标例如病人体内的肿瘤或其他区域的进入点和角度。在这些过程中，可视光束通常作为用侵入装置接近表面下的目标的可视的引导，侵入装置保持在与光束对齐的位置。在计算机层析X射线摄影或X射线透视的过程中，成像用来定位和确定需要处理或医疗检查的表面下的目标的位置。一旦确定表面下的目标的位置，医生可使用成像装置来选择用侵入装置例如针、导液管、定位线或其他活组织检查工具接近表面下目标的所需路径，以进行必须的程序。选定合乎需要的路径之后，通过使该侵入装置保持与所选定的路径对齐，医生将该侵入装置沿路径引导至目标。
实践中，在医疗程序的过程中恒定地保持侵入装置与选定的路径的对齐是困难的。该保持对齐问题的一个解决办法揭示在专利申请系列08/859,380“带有对齐指示的能量导向装置和方法”(“Energy Guided Apparatus And MethodWith Indication of Alignment”)，该申请被引述在此。描述在该申请中的是一个可视光束例如激光，该光束沿预定的路径被引导至病人体内的预选定的目标，由此照亮路径并使医生能够看清该路径。描述在该申请中的侵入装置具有一光传导通道，该通道允许光束通过一个开口进入到该装置中并在光传导通道内传导。如果光束和侵入装置适当地对齐，光束传输通过该通道并到达一传感器，该传感器通过散射可视光或通过适于具体应用的其他方式来指示对齐。
对于正确、精确和有效地完成医疗程序，可视光束与侵入装置的对齐的精确度是重要的。因为一般应用在医疗中的激光束具有较高的能量集中度，从侵入装置的光传导通道的内表面上反射的未对齐的激光束仍然能够到达传感器，由此错误地指示侵入装置与密集的激光束之间的对齐。这会显著降低激光束和该装置的对齐的精确度，由此导致医疗程序的错误进行。例如，距激光源750毫米的距离聚焦在1毫米的点上的5mW的激光具有等同于以750毫米的距离观察35,000瓦的灯泡的可视的光强。其结果是，这样强度的非对齐的激光束可从传导通道的内表面上反射并错误地指示侵入装置与密集的激光束的对齐。
本发明的简要说明
因此本发明的一个目的是：通过界定位于该装置中的一个路径，只有基本对齐的光束才可沿该路径传导并到达一对齐指示器，该对齐指示器是响应照亮的一传感器的形式，来增强可视光束与一侵入装置之间对齐的精确度。
本发明的另一目的是：通过在该装置内设置一结构，该结构可防止未对齐的可视光束接触对齐指示器，来排除对对齐作出错误的肯定指示的可能。
本发明的另一目的是：通过使用在侵入装置内引导光束的一种方法，来减小未对齐的可视光束接触对齐指示器的可能性。
本发明的另一目的是将引导光束的该结构结合到不同类型的侵入装置中。
本发明提供适于与光束对齐的一种器械，该器械包括具有光束进入点的一器械主体、一光传导通道和被该器械承载并与光束的进入点分隔开的一感测装置。该感测装置提供该装置与光束之间的对齐或未对齐的指示。光束沿着光传导通道在装置内行进，该光传导通道从进入点延伸至感测装置。一个或多个光导向装置设置在光传导通道的内部以增强该器械与光束之间对齐的精确度。该光导向装置具有在导向装置内形成导向通道的一个壁。当设置在该器械中时，导向装置的壁阻挡未对齐的光束到达感测装置，但允许对齐的光束沿预定路径传导通过器械内的通道并到达感测装置。
还提供了在瞄准设备中将可视光束与侵入装置对齐的一种方法。该瞄准设备产生光束，光束在进入点进入到侵入装置中并在该装置内沿光传导通道传导。该方法要求设置至少一个光导向体，光导向体界定光束在装置内传导的预定路径。当定位该装置，使光束沿着由一个或多个导向装置界定的路径在装置内行进时，使用者将观察到该装置承载的感测装置的响应。该响应指示光束和该装置之间的对齐或未对齐。
通过参考以下的描述和附图，对于本领域中的技术人员，本发明的这些和其他目的及优点将变得愈加显而易见。
附图的简要说明
图1是与本发明的光导向装置一起使用的瞄准设备和一侵入装置的示意图。
图1A是一侵入装置的一个端部的立体图，光束从该端部进入到该装置中。
图2是示出对准直作出错误的肯定指示的一光导通道的剖视图。
图3是带有两个位于光导通道中的本发明的光导向装置的一侵入装置的剖视图。
图4是本发明的光导向装置的一种形式的立体图。
图5是本发明的光导向装置的另一形式的立体图。
图6是带有光导向装置的一注射器实施例的剖视图。
图7是带有按照本发明的另一实施例的一传感器的光导通道的剖视图。
较佳实施例的详尽说明
如1所示的是与可视光束66一起使用以接近表面之下的目标50的一侵入装置40的一个例子。该侵入装置可以是注射器、活组织检查针、套管、钻孔器或类似装置。如图1所示，较佳地与本发明的装置结合使用的一瞄准设备60提供可视光束66，光束66向着表面下的目标50沿预定的路径65行进。大多数情况下，通过使用成像设备例如X射线装置、计算机层析X射线摄影机、或磁共振成像机械来确定表面下的目标50的位置。
光束66照射在物体80的表面52上，以预定的点和预定的角度穿入。该点和角度一起来帮助界定直至表面下的目标50的瞄准路径线65，也就是指预定的路径65。当沿着路径65行进至目标50时，可视光束66可用来引导侵入装置40以将要描述的方式沿路径65接近目标50。
瞄准设备60较佳地是Landi等人的美国专利5,212,720中描述的双发射类型的瞄准设备，其内容引述在此。在该瞄准设备中，沿着通过使用两个发射源、一X射线源61和较佳地为激光源的可视的光源62所得到的预定路径65瞄准透过X射线但不透明的物体的的表面下的区域，如80处所示。
一旦瞄准设备60已将可视光束66沿着预定的路径65引导至表面下的目标50，如40所指示的侵入装置可用来穿透表面52以接近表面下的目标50。表面52可以是病人的身体、或一个结构例如墙壁、船体或其他表面结构，需要引导一侵入装置穿过它以接近表面下的目标。
如图1和1A所示，按照本发明的较佳实施例，侵入装置40包括一主体43，主体43在其一个端部35处带有开口36。与主体43相关的一发射传导介质44包括一传导通道45，可视光束66可沿传导通道45传导。可视光束通过开口36进入到装置40中并在该装置内沿通道45行进，直到它到达感测装置25。感测装置25可用响应可视光的任何材料制造，或者是响应其他类型的电磁传输的传感器。感测装置可以设置响应它接收到的射线的可视的指示，或者它可设置响应接收到的射线的可听到的或其他类型的指示。所有这些变化都处在本发明的范围之内。
可视光束66可以是能够照亮预定路径65并使其可视的任何类型的射线，例如准直光束或激光光束。本发明的较佳实施例建议使用激光光束。
本领域的技术人员可理解到，与图1中49处的所示相似，具有用以经皮地接近表面下的目标的各种装置的广泛的装置和工具可包括带有开口36的主体43、传导通道45和感测装置25。除医疗装置外，这些装置包括钻孔器、扩孔器、冲孔器或用来穿过表面以到达表面下的目标的其他工具。
装置40类型的侵入装置的结构的详尽描述、以及操作该装置的方法的详尽描述提供在专利系列申请08/859,380“引导能量的装置和使用对齐指示的方法”(“Energy Guided Apparatus And Method With Indication of Alignment”)，将其内容引述在此，以供参考。
侵入装置40的射线传导介质44包括界定传导通道45的内表面20，如图2所示。从图2中可看出，进入到传导通道45中的可视光束66没有与预定的路径65对齐。然而，较高强度的光束66可能在内表面20的点A处反射并到达感测装置25，驱动该感测装置并使其错位地指示光束66和侵入装置40之间的对齐。
为了防止在图2所示的情况下未对齐的光束到达感测装置25，一光导向装置设置在光传导通道45中。例如，图3示出带有多个光导向装置30的侵入装置40，光导向装置30可增强侵入装置40和可视光束66之间对齐的精确性。依据侵入装置的具体设计或使用时的具体设置，该装置可具有一个或多个导向装置30。每个光导向装置包括不透光或基本不透光的材料制成的一主体，该主体延伸越过通道45的截面区域并具有一个开口或通路，该开口的尺寸和位置仅使与路径65一致或基本一致的射线或光束从中通过。如图3、4和5所示，光导向装置30包括围绕界定路径的通道32的壁34。本发明的光导向装置30的尺寸和形状能够使其固定在传导通道45的内部并在该装置的使用寿命内保持在那里。这可通过装置30的周边与通道45的内表面20之间的摩擦适配来完成，或通过胶粘剂或其他物质将装置30的周边粘结在表面20上。
装置30的目的是仅允许基本沿预定路径65传导的光束66在传导通道45内行进通过界定路径的通道32并到达感测装置25。如图3中的26的指示，不沿预定路径65行进的光束将撞击不透光的壁34，因此，将不会通过光导向装置30在侵入装置40内传导，并不会照亮感测装置25。
当传导通道45容纳有几个分隔开的光导向装置时，如图3所示，相邻光导向装置之间的距离d和界定路径的通道32的长度L较佳地不是彼此的倍数，以使未对齐的可视光束被光导向装置截住。
因此，每个光导向装置可被视为准直挡板，仅允许适当对齐的光速从中通过，而截住或阻挡未适当对齐的光束。
一般而言，依据具体应用的要求和制造上的限制，光导向装置30可以是各种形状和尺寸。在本发明的较佳实施例中，图4所示类型的大致圆柱形的光导向装置30与侵入装置40的传导通道45的大致圆柱形的形状和尺寸相符合。当光导向装置30被设置在传导通道45中时，该光导向装置的界定路径的通道32与传导通道45基本共轴线，如图3所示。对于在带有一个或多个光导向装置30的传导通道45内行进的光束66，只有基本沿预定路径65传导的光束66才能够到达感测装置25。反射的光束例如未与预定路径65对齐的光束26将到达光导向装置30的壁34，而不会在传导通道45内进一步传导。
光导向装置30还可以是带有开口的薄板39的形式，如图5所示。板39中的开口38起到相同的目的，即仅允许与预定路径65基本共轴线的光束在传导通道45内传导并到达感测装置25。光导向装置30的具体实施例的选择取决于侵入装置所需的不同设计特征或使用该装置的具体情况。
按照本发明的侵入装置的另一实施例是图6所示的注射器，该注射器带有一个柱塞80，柱塞80在圆柱体33内运动，刺穿体49例如一根针连接在圆柱体33上。柱塞80包括光传导通道45、用以增强注射器和可视光束66之间对齐精确度的多个光导向装置30、以及用以指示对齐的感测体25。在该实施例中，光导向装置30位于柱塞80中的光传导通道45中。该光导向装置的形状、尺寸和数目可依据注射器的具体设计特征而改变。使用在本发明注射器实施例中的该类型的光导向装置与上述描述在图4-5中的装置相似。依据所需的对齐的精确度和制造上的限制，光传导通道中的光导向装置30的数目可以变化。
本发明的光导向装置可用任何不透明的材料来制造，例如适于所需应用的塑料或金属。
依据以上的描述，本领域的技术人员可理解到，本发明的光导向装置可使用在许多种侵入装置中，该侵入装置具有针例如抽液针(例如羊水诊断针)或可使用在本发明中的其他针。本发明还可用于提高应用在各种活组织检查技术中的装置的对齐的精确度，各种活组织检查技术包括细胞抽吸、液体抽吸、组织的活体解剖、以及共轴线的经皮的活组织检查技术。
而且，本发明还可用于需要采用改进的导向机构的任何侵入装置中。例如，可给套管针、插入镜、导液管等等设置一射线传导通道、一个或多个光导向装置和响应射线束例如沿预定路径被引导至表面下的目标的可视光束的感测体。
图7示出带有按照本发明的光导向装置的另一侵入装置，即具有光传导通道45、光导向装置30和感测体25的钻孔装置。设置能量传导介质44以包含在端部35具有开口36的光传导通道45。
光传导通道45从开口36延伸至感测体25，光传导通道45与钻头24的轴线共轴线地对齐。设置在通道45内部的光导向装置与参照图3-5描述的光导向装置的布置相似。
本发明的光导向装置30都是具有从中通过的一个通道的不透光的主体的形式，并定位在光传导通道45中，使开口36保持在一个尺寸，既允许使用者能够容易地操作该装置，又能使其与光束66对齐，开口36的尺寸比通过光导向装置30的开口或通道的尺寸大。此外，与没有一个或多个光导向装置30而仅将吸收光或发散光的形成物或涂层设置在表面20上的情况相比，可以确信将光导向装置30设置在光传导通道45中是有优点的。这是因为在许多情况下激光束的强度足以克服这些表面形成物和/或涂层的作用并允许未适当对齐的光束到达感测装置25。为了改进对未对齐光束的阻挡，本发明提供与足够程度的不反射表面20一起使用的光导向装置，它们的使用能够使未对齐的光束在到达感测装置25之前被截止在通道45的内部。可使用本领域的技术人员众所周知的吸收或发散光的材料将表面20制成不反射光的表面。
因此，显然本发明可达到其预期的目的。尽管已详尽描述了本发明的实施例，但这是用于举例说明，并非限制。

Claims (29)

1．在一个侵入装置中，该侵入装置具有在一端带有一个开口的一主体，并具有位于其内用于传导通过该开口进入该侵入装置的射线束，以及被该装置承载并与该开口分隔开的一感测体，该感测体用以指示该装置与射线束之间的对齐或未对齐，该射线传导区域包括：
设置在该侵入装置的主体内的一通道，该通道允许射线束在该装置内传导并到达感测体；以及
设置在该开口和感测体之间的通道内部的指示一个导向体，该导向体界定射线束在通道内传导的预定路径，以致该侵入装置与射线束对齐。
2．如权利要求1所述的射线传导区域，其特征在于：该通道是圆柱形的。
3．如权利要求2所述的射线传导区域，其特征在于：该导向体是圆柱形的并与该通道共轴线。
4．如权利要求1所述的射线传导区域，其特征在于：还包括位于沿着通道的间隔开的位置处的多个导向体。
5．如权利要求4所述的射线传导区域，其特征在于：诸导向体具有相似的形状和尺寸，诸导向体均匀地分布，使两相邻导向体之间的距离和与预定路径同直线的导向体的尺寸不是彼此的倍数。
6．如权利要求4所述的射线传导区域，其特征在于：诸导向体是不均匀分布的。
7．如权利要求1所述的射线传导区域，其特征在于：该导向体是用不透光的材料制造的。
8．如权利要求1所述的射线传导区域，其特征在于：导向体的形状与通道的形状一致。
9．如权利要求1所述的射线传导区域，其特征在于：该能量束是可视光束。
10．如权利要求1所述的射线传导区域，其特征在于：该能量束是激光束。
11．用以在一射线传导体内引导射线束的一种装置，该射线传导体与一器械相联系并具有一开口，射线束通过该开口进入到射线传导体的内部，该装置包括：
设置在射线传导体内部的一个细长的通道，射线束通过开口进入通道并在通道内传导，该通道具有一纵向轴线；以及
设置在通道中的至少一个射线导向体，该导向体界定射线束在通道内传导的预定路径并与通道的纵向轴线对齐。
12．如权利要求11所述的装置，其特征在于：还包括位于沿着通道的间隔开的位置处的多个导向体。
13．如权利要求11所述的装置，其特征在于：还包括响应射线束的接触的一感测体，该感测体被能量传导介质承载并与该开口分隔开。
14．如权利要求11所述的装置，其特征在于：该导向体是不透光材料制造的并具有界定传导的预定路径的一开口。
15．如权利要求11所述的装置，其特征在于：该通道是圆柱形的。
16．如权利要求11所述的装置，其特征在于：导向体的形状与通道的形状一致。
17．如权利要求11所述的装置，其特征在于：该能量束是可视光束。
18．如权利要求11所述的装置，其特征在于：该能量束是激光束。
19．用以在射线传导体内引导射线束的一种方法，该射线传导体与一器械相联系并具有设置在其内和具有一纵向轴线的一细长的通道，该方法包括：
设置至少一个射线导向体，导向体的形状可使其接纳在射线传导体的通道内；以及
在通道内定位该射线导向体，导向体界定了预定路径，射线束沿着该路径在射线传导体内传导。
20．如权利要求19所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：沿着通道在其内部以分隔开的位置设置多个导向体。
21．如权利要求19所述的方法，其特征在于：该射线束是准直的可视光束。
22．适于与光束对齐的一器械，该器械包括：
具有光束进入点的一器械主体；
被器械主体承载的一感测装置，该感测装置与光束的进入点分隔开并提供该器械和光束之间对齐或未对齐的指示；
与器械主体相联系的一传导装置，用以将光束从进入点引导至感测装置；以及
设置在传导装置内的至少一个导向体，该导向体界定光束沿传导装置在其内部传导的预定路径。
23．如权利要求22所述的装置，其特征在于：该传导装置包括位于器械主体内的一细长的光传导通道。
24．用以在一设备中将光束与一器械对齐的一种方法，该设备包括提供光束的装置，该器械具有被其承载的一感测装置和光束的进入点，该方法包括以下步骤：
提供光束；
设置至少一个导向体，该导向体界定光束在器械内传导的路径；
定位该器械，使光束通过进入点行进到该器械中；以及
观察感测装置的响应，该响应指示光束和器械之间的对齐或未对齐。
25．在包括用以将射线束引导至体内的预选定的目标的装置的设备中，应用一侵入装置以通过刺穿体表来接近预定的目标，射线束照射在体表上的合乎需要的刺入点处，射线束的方向指示刺入体内的侵入装置的所需角度和轴线，该侵入装置包括：
具有一末端和一近端的一细长的射线传导部分，所述细长的射线传导部分适于在所述近端接纳射线束并将射线束传导至所述末端；
用以经皮地接近该目标的装置；
夹置在用以经皮地接近目标的所述装置和所述射线传导部分的所述末端之间的射线响应装置，在经皮地接近目标的所述装置与射线束轴向对齐时，所述射线响应装置用来散射可视光；以及
设置在射线传导部分中、射线响应装置和该末端之间的至少一个导向体，用以界定射线束沿着射线传导部分在其内传导的预定路径。
26．将针插入到体内的一种器械，该器械与一成像设备和一装置一起使用，该成像设备具有将光束引导至体内的预选定的目标的工具，该装置具有光束的进入点，该器械包括：
具有一末端和一近端的一细长的光传导部分，所述细长的光传导部分适于接纳入射在所述近端处的光束并将入射的光束传导至所述末端；
与所述细长的光传导部分同直线且共轴线的一个针部；
夹置在所述针部和所述细长的光传导部分的所述末端之间的光响应装置，在所述细长的光传导部分与光束轴向对齐时，所述光响应装置散射光束；以及
设置在光传导部分中、光响应装置和该末端之间的至少一个导向体，用以界定光束沿着光传导部分在其内传导的预定路径。
27．用以沿着预定路径并以预定的刺入角度刺入表面下的目标的一种设备，该设备包括：
位于所述设备的一端用以刺穿表面的装置；
位于所述设备的另一端并连接所述刺穿装置的一细长的射线传导部分；
夹置在所述细长的射线传导部分和用以刺穿表面的所述装置之间、用以散射可视光的装置；
所述细长的射线传导部分适于具有一个直线延伸的射线传导通道，该通道从所述细长的射线传导部分的近端延伸并终止在用以散射可视光的所述装置内，所述直线延伸的射线传导通道与用以刺穿表面的所述装置共轴线且同直线；以及
设置在该通道中的至少一个导向体，用以界定射线束沿该通道在其内部传导的预定路径。
28．在侵入过程中用以提供沿侵入装置的预定路径的精确导向的一种方法，在该过程中该侵入装置轴向地插入到体内，该方法包括以下步骤：
用光束照亮该预定路径；
使该装置与光束轴向对齐，从而能够使光束从该装置中发出；
使光束进入到该侵入装置中，在该装置与照亮的预定路径轴向对齐时，可视光从该装置承载的感测装置上发出；
在光束进入侵入装置后，沿着传导的预定路径在装置内引导光束；
沿着预定路径移动该对齐的装置，同时通过监控从该装置发出的可视光来保持该装置与光束的轴向对齐；以及
将该对齐的装置插入到体内，同时通过监控从该装置发出的可视光来保持该装置与光束的轴向对齐。
29．在包括用以将射线束引导至体内的预选定的目标的装置的设备中，应用一侵入装置以通过刺穿体表来接近预定的目标，射线束照射在体表上的合乎需要的刺入点处，射线束的方向指示刺入体内的侵入装置的所需角度和轴线，该侵入装置包括：
具有一末端和一近端的一细长的射线传导部分，所述细长的射线传导部分适于在所述近端接纳射线束并将射线束传导至所述末端；
用以经皮地接近该目标的装置；
夹置在用以经皮地接近目标的所述装置和所述射线传导部分的所述末端之间的射线响应装置，所述射线响应装置指示用于经皮地接近目标的所述装置与射线束之间的适当对齐；以及
设置在射线传导部分中、射线响应装置和该末端之间的至少一个导向体，用以界定射线束沿着射线传导部分在其内传导的预定路径。
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