CN206887114U - 生物标记物检测识别系统及装置 - Google Patents

Abstract

生物标记物检测器用于检测生物物质并且向使用者告知该生物物质。更具体地，生物标记物检测器涂层层置于外科手术器械上，并能够使外科手术器械的使用者得知何时该外科手术器械到达关键体液诸如脑脊液或者关键组织诸如神经组织，由此允许使用者做出相应的反应并且避免医源性损伤。

Description

生物标记物检测识别系统及装置

相关申请的交叉领域

本申请要求2014年6月19日提交的标题为“生物标记物检测识别系统及装置(BIOMARKER DETECTION AND IDENTIFICATION SYSTEM AND APPARATUS)”的美国临时申请No.62/014,513的权益。

技术领域

所公开的实用新型涉及用于检测和识别生物物质的生物标记物检测器。更具体地，生物标记物检测器可以涂覆在针上，以使得当针插入患者体内时，经涂覆的针的使用者能够检测体液。

背景技术

努力改进手术结果和成本结构——特别是脊柱外科手术——导致了微创手术的使用量的增加。这些手术通常使用图像引导模态，例如荧光透视、CT、神经刺激器以及最近的多普勒超声波测试。微创脊柱手术、疼痛处理手术、神经阻滞、超声波引导干预、活组织检查和经皮置入或开放性手术中置入尽管通常涉及的风险小于外科手术的风险，但仍然存在无效结果和医源性损伤的风险，例如感染、中风、麻痹和死亡，因为包括但不限于器官、软组织，血管结构和神经组织——例如灾难性的脊髓——的各种结构被穿透。无论执业医生的经验如何，损伤都有可能发生，因为外科手术器械必须穿过几层身体组织和体液才到达脊柱管中的期望空间。

为进行说明，施用许多药物的脊柱区域的鞘内(或蛛网膜下腔)腔室容纳神经根和脑脊液(CSF)，并位于包围中枢神经系统的三个膜中的两个膜之间。中枢神经系统的最外膜是硬膜，第二膜是蛛网膜，并且第三膜即最内膜是软膜。鞘内腔位于蛛网膜与软膜之间。为了到达该区域，外科手术器械必须首先通过皮肤层、脂肪层、椎间韧带、黄韧带、硬膜外腔、硬膜、硬膜下腔以及鞘内腔。此外，在使用针给药的情况下，整个针开口必须在蛛网膜下腔内。

由于涉及将外科手术器械插入鞘内腔中的复杂性，脊髓和神经组织的穿透是微创脊柱手术和脊柱外科手术的已知并发症。此外，一些手术需要使用较大的外科手术器械。例如，脊髓刺激——一种将小的引线插入脊柱硬膜外腔中的微创脊柱手术的形式——需要将14号针引入脊柱硬膜外腔中以便刺穿刺激器导线。这种规格的针在技术上更难以控制，从而造成更高的发病风险。并发症可包括硬膜撕裂、脊髓液泄漏、硬膜外静脉破裂及随后的血肿以及脊髓或神经的直接穿透从而导致麻痹。当执业医生无法检测到针或外科手术设备梢端在关键的解剖结构中的置入时，会发生这些和其他高风险情况，例如脊柱干预和射频消蚀。

目前，这种结构的检测是依赖于操作者的，其中，操作者利用触觉感觉、造影剂、解剖标记触诊以及在图像引导模态下的可视化。患者的安全性依赖于执业医生在触觉感受和图像解释方面的训练和经验。即使额外的训练和经验可以帮助执业医生，但由于可以自然产生或以瘢痕组织的形式从重复手术中产生的解剖变异性，医源性损伤仍可能不受执业医生经验和技术的控制而发生。一些手术中的专科训练如射频消融没有足够严格来确保反应能力；即使经过训练，手术结果也是相当可变的。在进行硬膜外注射和脊柱外科手术的情况下，黄韧带的厚度、硬膜外腔的宽度、硬膜扩张、硬膜外脂肪过多症、硬膜隔膜以及瘢痕组织的可变性都对传统的验证方法增加挑战，即使对于经验丰富的操作者亦是如此。此外，当神经再生时，通常一年或更久，重复射频术通常不太有效并且更加困难，因为再生后的神经分布形成额外的解剖变异性。

不存在提供对关键组织和体液的客观、可靠、一致、实时的反馈的装置。此外，即使根据全世界的护理标准每年进行数百万脊柱手术，甚至客观装置反馈的概念也还没有被程序性专家所接受。

实用新型内容

公开了能够检测和识别至少一种生物物质诸如体液或组织的生物标记物检测器。在一些实施方式中，生物标记物检测器可以检测两种或更多种生物物质并且准确地指示正在检测哪种生物物质。可由人或机器操作的检测器可用于人或动物，并且能够连续或间歇地检测。例如，涂覆有生物标记物检测器涂层的针和探针能够在实际手术时检测体液和神经组织，该体液包括但不限于血液、脑脊液。

附图说明

图1图示了所公开的实用新型在使用中的示例。

图2图示了所公开的实用新型在使用中的示例。

图3图示了所公开的实用新型的示例。

图4A图示了所公开的实用新型的示例。

图4B图示了所公开的实用新型的示例。

图5图示了所公开的实用新型的示例。

图6图示了所公开的实用新型的示例。

图7示出了目前用于脊柱手术的示例针。

图8示出了目前用于脊柱手术的针的示例。

具体实施方式

本公开涉及用于检测生物物质如体液和组织的生物标记物检测器。将参照附图对生物标记物检测器的各种实施方式进行详细描述，其中，相同的附图标记表示几个视图中的相同的部件和组件。对各种实施方式的参照不限制本文公开的生物标记物检测器的范围。此外，本说明书中阐述的任何示例不旨在是限制性的，并且仅阐述生物标记物检测器的多种可能的实施方式中的一些实施方式。应当理解的是，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，当现实情况暗示或提出了变通时，可以考虑各种省略和等同替代，但是这些均旨在涵盖应用或实施方式。此外，应当理解的是，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被认为是限制性的。

在一个实施方式中，生物标记物检测器是安置于手术或治疗器械或设备上的涂层，这些器械或设备例如但不限于针、解剖刀、装置、起搏器、电极、血管内导管、管腔内导管、端口、护套以及可植入泵。图3图示了涂覆有生物标记物检测器涂层的涂覆的指示器304内的探针302，其中，指示器306对操作者可见。图4A和图4B图示了经涂覆的针和探针，其中，图4A示出了具有可移除的隔膜覆盖部402的针，隔膜覆盖部402覆盖指示器404和针406的暴露的切割表面，并且图4B示出了在隔膜覆盖部已移除并且指示器404被暴露的状态下的针。

在一个实施方式中，在医疗器械的在应用期间连续或间歇地暴露的整体、一些部分或者仅梢端上具有生物标记物检测器涂层。生物标记物检测器可以通过传送确认信号——例如但不限于视觉或音频信号——来指示生物物质的检测。

在一个实施方式中，针上的涂层具有化学敏感表面。该表面可以对各种体液和组织敏感。它可以对那些流体和组织起反应，类似于石蕊纸对不同的pH值起反应。

例如，具有生物标记检测器涂层的针可以与超声波结合使用，其中，针或单独的装置的颜色可以根据体液或组织而改变。例如，针或单独的装置在核磁共振成像(MRI)上可以是可见的，并且当它更靠近脊柱时，它可能变暗。这可能发生，是因为涂层与其接触的体液和组织之间的相互作用可能引起不同类型或不同强度的反应。针或单独的装置可以起反应以在体液和组织距离脊柱较近的情况下给出较暗的颜色，并且起反应以在体液和组织距离脊柱较远的情况下给予较浅的颜色，反之亦然。因此，在MRI扫描中与硬膜外腔接触的针或单独的装置将比与鞘内腔接触的针或单独的装置颜色更浅。可以通过内腔、通道、导管、电传导或涂层将信号从设备的穿透部分发送到设备的未暴露的部分。

在另一个实施方式中，生物标记物检测器可以是与针一起被移送的单独的装置。在一些实施方式中，生物标记物检测器可以附接至针的外表面。在另一个实施方式中，生物标记物检测器可以在导管内被携带并且在使用者的作用下暴露于体液和组织。在又一个实施方式中，生物标记物检测器可以是未附接至针而是由针引导的分离部件。

在一个实施方式中，针或单独的装置上的涂层传送仅一种类型的体液或组织的确认信号。因此，取决于使用者想要识别的脊柱的区域，将使用不同的涂层。例如，如果使用者想要进入鞘内腔，则使用者将需要下述涂层，该涂层仅在到达鞘内腔时发出信号，并且当该涂层进行通过外部硬膜外腔时不会发出信号。

在另一个实施方式中，针或单独的装置上的相同涂层可以传送与针或单独的装置相互作用的各种类型的体液或组织的确认信号。例如，如果针或单独的装置配备有诸如蜂鸣声的音频信号功能，则针或单独的装置可以在与各种体液和组织相互作用时给予可听信号。为了区分变化的组织和体液，如果针或单独的装置暴露于更靠近脊柱的体液和组织，则针或单独的装置可以给予具有较短间隔的蜂鸣声。因此，当到达硬膜外腔时的蜂鸣声之间的时间长度将比当到达鞘内腔时的蜂鸣声之间的时间长度更长。在另一个示例中，经涂覆的针或单独的装置可以具有发光机构，该发光机构在涂层对特定类型的组织或体液起反应时被激活。

在一个实施方式中，针或单独的装置上的涂层可以具有以组织或体液对光起反应的方式检测多种类型的组织和体液的涂层。例如，具有涂层或经涂覆的梢端的针或单独的装置可以具有经涂覆的梢端对其起反应或对其进行读取的发光机构。该发光机构可以在使用者启动时被激活，并且可以是由位于针本身上的闪光灯发出的光，或者发光机构可以是在配合位置中插入身体的单独的另一装置。梢端可以在光从周围组织或体液反射时对光起反应或对光进行读取。根据当光从组织或体液反射并到达经涂覆的梢端时的光的波长，检测器可以确定与其接触或接近的组织或体液是什么类型。在检测到光时，梢端可以将读取结果电子地发送到计算和显示系统以供使用者读取。计算和显示系统可以是单独的装置，或者计算和显示系统可以容纳在针本身之内。

类似地，在另一个实施方式中，针或单独的装置可以阻断从周围结构反射的声波。基于周围组织或体液的类型，声波波形将改变，并且检测器可以基于波形识别周围组织或体液的性质。当针或单独的装置穿过各种组织和体液前进时，声波的波形将改变。计算系统可以将声波的波形与同特定组织或体液一致的现有波形匹配，并且可以向使用者指示组织或体液是什么。

期望的组织或体液的检测可以在对操作者干扰最小至没有干扰的情况下发生，这极大地增强了使用这些器械和其他装置所常规进行的种类繁多的医疗手术的安全性。该检测器可用于微创脊柱手术以及多种其他医学学科。

检测器可以通过验证一种或更多种体液和组织类型来帮助减少医源性损伤和更精确的置入，从而赋予治疗益处。例如，当执业医生在患者的脊柱上进行诸如层间注射的手术时，诸如针的器械将在到达脊髓104之前穿过CSF 102，如图1所示。如果CSF 102可以经由针和探针器械或具有插塞器械的导管检测到，则当任一器械涂覆有生物标记物检测器涂层并且生物标记物检测器涂层可以提供该检测的通知时，该通知可以通过告知执业医生他或她正在靠近脊髓而帮助减少医源性损伤。图7和图8图示了用于注射到脊柱中或脊柱附近的典型的针，这些针可以涂覆有生物标记物检测器涂层。

生物标记物检测器可以用作保护性警告系统，通过使用指示器系统指示特定生物物质的存在来将器械的实时位置告知外科医生、手术实施者或机器。当器械用于经椎间孔注射时，如图2所示，如果器械接触到CSF、血液、神经或其他组织，则指示器系统可以警告执业医生。这个警告为患者和提供者等增加了安全度。不管生物物质是骨、血液、神经、软骨、韧带、恶性肿瘤还是器官，设备的反馈有助于置入的精确性并且增加安全性。图5图示了所公开的装置的一个实施方式，其中，探针502用作指示器。图6图示了所公开的装置的一个实施方式，其中，指示器602位于可移除的隔膜上，或者替代性地，隔膜保护指示器602直到使用者期望确认为止。

在一个实施方式中，检测系统是由人监控的机器人或其他自动化系统。在另一个实施方式中，检测系统是人工操作的，并且在装置的操作中不涉及机器。在一些实施方式中，无论是听觉还是视觉信号，都可以是相对或绝对信号。例如，信号可以提供对包围涂层的体液或组织的类型进行测量得到的绝对值。替代性地，当涂层从一种类型的体液或组织移动至另一种类型的体液或组织移时，信号可以指示与先前值不同的值，例如更大或更小的值。

用于干细胞和药物治疗的有意的脊柱血管访问从未在此之前进行过。此外，几十年来，注射抗凝剂是绝对禁忌。有新的证据支持保持抗凝治疗并发症风险低并提供保护以免于血栓形成的想法。这个证据为这些治疗打开了有意的脊柱血管访问的大门。目前，在腰椎经椎间孔硬膜外类固醇注射期间使用抗凝治疗是根据每个患者的独特风险在个案基础上进行的。幸运的是，在无意中将类固醇注射到脊柱脉管系统中的情况下，保持抗凝降低了脊柱动脉闭塞的风险。地塞米松是一种直径为0.5微米的非聚集性非颗粒类固醇，其指数地小于红细胞，并且也降低了脊柱动脉闭塞的概率。所公开的实用新型可以有助于进一步进行有意的脊柱血管注射。

考虑到脊柱动脉闭塞和麻痹的潜在的灾难性副作用，类固醇的直接脊髓根动脉注射仍然是禁忌，并且不是故意追求的，即使已经进行类固醇的鞘内给药，对于诸如疱疹后神经痛的深度疼痛的情况具有显着的治疗效果。此外，接受鞘内鸦片剂给药。类似类固醇的鸦片剂具有随物质种类而不同的亲脂特性。作为脊柱疼痛止痛剂的鸦片剂的相对效力随着施用于脊髓越近，指数地增加。口服的硬膜外和鞘内药剂的镇痛效力分别以1、10和100的因子而变化。因此，将这种趋势外推到脊柱脉管系统提供了比口服给药高1000倍的效力因子。此外，在介入性脊柱手术中观察到的血管摄取，虽然在技术上是终止手术的原因，但是在地塞米松给予其具有明显止痛作用的安全性特征的情况下是可继续进行的。

在患者抗凝血的情况下将药理学药剂直接给药至脊髓循环中将提供新一代镇痛，新证据在于(a)允许保留用于硬膜外类固醇注射的抗凝血，(b)地塞米松显示不阻塞动脉循环，以及(c)亲脂性药物的相对效力随着与脊髓接触越近，指数地增加。通过直接脊柱动脉注射提供的1000倍的更高效力可以允许引入微量的药物。

使用微量的药物有几个好处。几十年来，已向急性脊髓损伤患者施用口服和静脉内类固醇以减少病理生理机制的二级级联，病理生理机制包括炎症反应、局部缺血、脂质过氧化、细胞凋亡、体液和电解质紊乱以及产生自由基，该自由基产生神经胶质瘢痕、再生障碍。然而，它们的效力指数地降低，与硬膜外、鞘内或根动脉给药相比具有较大副作用，例如在儿科人群中由于免疫抑制的感染风险。直接脊柱动脉注射可以允许使用较少的药物，并导致较高的功效以及较少的副作用。

尽管脊柱干预、注射和外科手术具有许多相关风险，但是使用所公开的生物标记物检测器确认神经和骨组织对这些情况提供了改善效力。能够区分腰椎间盘纤维环和髓核组织可以提高腰椎间盘造影术、腰椎经皮椎间盘减压和椎间盘内干细胞治疗的精确性。

与经涂覆的针和探针相接触的各种组织和体液类型的检测通过在包括血液和CSF的关键结构已经被针接触到时告知提供者和/或机器，从而允许提供者有实时反馈，并在进一步推针之前给予暂停而降低灾难性并发症的概率。相同的安全优势适用于颈椎和胸椎层间硬膜外类固醇注射、硬膜外麻醉和导管置入和脊髓抽搐。

许多医学病症可以受益于这种新技术。例如，给予这种新技术对具有脊髓炎症或创伤的疾病的影响是深远的。至少硬膜外的给药——如果不是鞘内或脊髓根动脉类固醇——具有减少由于脊髓损伤所带来的继发性病理的巨大潜力。

此外，患有中枢神经系统的变性神经系统病症——包括多发性硬化症——的急性发作的患者同样是研究的理由，因为脊柱类固醇给药的效力程度具有阻止发作和使复发缓解性疾病减速的能力。抗炎药剂的脊柱内给药提供了减少的副作用表现、更大顺应性的机会以及再次阻止急性发作的能力。

此外，难以产生药物顺应性的患有精神病的患者，由于脊柱给药的效力增加，可能获益于相关药物的硬膜外注射。硬膜外注射也使系统性副作用最小化。特别是在严重的急性病例中，口服剂量的各种精神药物可能具有不良的副作用，例如降低顺应性的锥体束外特征。脊柱给药可以使诸如锂、氯丙嗪和氟哌啶醇的药剂的副作用最小，因为可以使用相对微剂量来治疗症状。

最后，尽管目前可以执行将干细胞引入到椎管中，但这需要外科手术，该外科手术诱导瘢痕组织并且需要数百万个细胞来诱导移植物。脊柱给药将具有较少侵入性，可以增加更新到脊髓的缺血性区域的特异性，因此，可以更有效并且具有更小的风险。在完全脊髓损伤的情况下，通过根动脉引入低于脊髓损伤水平的干细胞几乎没有风险，因为在更近端水平处的创伤已经出现。Adamkiewicz的动脉是一个狭窄的1.2毫米直径的目标，但承担了到脊髓的直接血管通路。21.3％且双侧存在的SI椎孔的偶发性血管渗透率与腰椎中的其他部位相比几乎是双倍的。在一个实施方式中，针和探针或具有插塞器的微导管可以识别根动脉并增大血管渗透的可能性。使用所公开的技术以及多普勒超声波测试，执业医生可以一直实现递送类固醇、干细胞或微量浓缩的镇痛药或药物的这个或另一个动脉目标。具有230微米的最小直径的前脊柱动脉提供足够的直径以适应直接血管注射，如上所述，这可以增大摄入到脊髓的缺血性区域的特异性。

可以检测生物物质——包括神经组织和动脉循环——的针和探针以及具有插塞器的导管可以促进有意的根动脉进入，从而允许介入医师将类固醇、干细胞、药物、纳米探针或其他止痛剂直接置入脊髓循环。这取决于介入医师或机器能够在损伤水平下将物质直接递送至脊髓循环。该装置检测神经结构和血管结构的能力促进脊柱血管进入。对于更常规的程序，血管结构的简单检测消除了药物的非有意血管给药，从而降低了灾难性副作用的可能性。

所公开的技术可以减少与脊柱手术相关的灾难性并发症，降低与脊柱手术相关的脊髓损伤的严重性，为诸如多发性硬化症的退行性中枢神经系统(CNS)病症提供新的治疗，并增强止痛效果。此外，该警报系统可以使机械化手术系统能够精确地执行脊柱手术。

Claims (9)

1.一种生物标记物检测器，包括：

医疗器械，所述医疗器械包括针和探针；

位于所述医疗器械的所述针和所述探针中的至少一者上的涂层，其中，所述涂层构造成检测至少一种生物物质；以及

指示系统，所述指示系统位于所述针和所述探针中的至少一者上，其中，所述指示系统配置成在所述涂层检测到所述生物物质之后指示所述至少一种生物物质的存在，其中，所述指示系统包括在所述涂层与所述至少一种生物物质相接触时被激活的发光机构。

2.根据权利要求1所述的生物标记物检测器，其中，所述涂层位于所述探针上，并且其中，所述指示系统位于所述探针的第二端部上，并且当所述医疗器械插入到患者体内时所述指示系统对所述生物标记物检测器的使用者是可见的。

3.根据权利要求2所述的生物标记物检测器，其中，所述涂层被限制至所述探针的第一端部的一部分上。

4.根据权利要求1所述的生物标记物检测器，其中，所述涂层位于所述针的第一端部上，并且其中，所述指示系统位于所述针的第二端部上。

5.根据权利要求1所述的生物标记物检测器，其中，所述指示系统的至少一部分位于另一装置上。

6.根据权利要求1所述的生物标记物检测器，其中，所述指示系统在视觉上指示所述至少一种生物物质的存在。

7.根据权利要求1所述的生物标记物检测器，其中，所述指示系统在听觉上指示所述至少一种生物物质的存在。

8.根据权利要求1所述的生物标记物检测器，其中，所述指示系统指示所述检测器检测到的所述生物物质的类型。

9.一种生物标记物检测器，所述生物标记物检测器包括：

医疗器械，所述医疗器械包括具有插塞器的导管；

涂层，所述涂层位于所述导管的第一端部上，其中，所述涂层构造成检测至少一种生物物质；以及

指示系统，所述指示系统位于所述导管的第二端部上，其中，所述指示系统配置成在所述涂层检测到所述生物物质之后指示所述至少一种生物物质的存在，并且其中，所述指示系统是在所述涂层与所述至少一种生物物质相接触时被激活的发光机构。