RU2243002C2 - Method and device for determining needle end position in biological tissues - Google Patents

Method and device for determining needle end position in biological tissues Download PDF

Info

Publication number
RU2243002C2
RU2243002C2 RU2002131357/14A RU2002131357A RU2243002C2 RU 2243002 C2 RU2243002 C2 RU 2243002C2 RU 2002131357/14 A RU2002131357/14 A RU 2002131357/14A RU 2002131357 A RU2002131357 A RU 2002131357A RU 2243002 C2 RU2243002 C2 RU 2243002C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
needle
radiation
tissue
fiber
light guide
Prior art date
Application number
RU2002131357/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002131357A (en
Inventor
С.М. Латыев (RU)
С.М. Латыев
В.А. Волчков (RU)
В.А. Волчков
Д.В. Шпаков (RU)
Д.В. Шпаков
В.А. Зверев (RU)
В.А. Зверев
Молленхауер Олаф (DE)
Молленхауер Олаф
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики"
Priority to RU2002131357/14A priority Critical patent/RU2243002C2/en
Publication of RU2002131357A publication Critical patent/RU2002131357A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2243002C2 publication Critical patent/RU2243002C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine; medical engineering.
SUBSTANCE: method involves introducing light guide into needle cavity. Polished distal end of the light guide is matched with the needle end. Reflected radiation is supplied to and taken off from biological tissue. Intensity and spectral characteristics of radiation are measured or structure and color of image reflected from the biological tissues passed by the needle end in succession. The measured characteristics are compared to known ones. The differences are interpreted to identify the biological tissues. The device has optically connected radiation source, beam splitter, optical light guide having distal and proximal ends and photosensor which output is connected to video monitor. The distal end of the light guide is removable. It is mounted in medical needle pavilion. The polished end face of the distal light guide end is combined with needle end.
EFFECT: high accuracy and reliability in identifying needle end position in biological tissue of interest.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для определения расположения конца иглы шприца в биологических тканях, например, при осуществлении эпидуральной анестезии, чрезкожной пункции полостей сердца, диагностических манипуляциях в тканях легкого, диагностике и последующем лечении тромботических заболеваний артериовенозной системы и т.д.The invention relates to medical equipment and is intended to determine the location of the end of the syringe needle in biological tissues, for example, when performing epidural anesthesia, percutaneous puncture of heart cavities, diagnostic manipulations in lung tissues, diagnosis and subsequent treatment of thrombotic diseases of the arteriovenous system, etc.

Известен способ для эндоскопического выявления раковой ткани (Патент Германии (DE) №4110228, МПК 5 А 61 В 1/06, H 04 N 7/18, РЖ ИСМ 7-05-94), основанный на флюоресценции маркированного вещества в раковой ткани под действием модулированного света, подводимого световодом, размещенным в эндоскопическом зонде, и наблюдении изображения, создаваемого отводимым по волокну флюоресцирующим излучением, на телевизионном мониторе.A known method for the endoscopic detection of cancerous tissue (German Patent (DE) No. 4110228, IPC 5 A 61 B 1/06, H 04 N 7/18, RJ ISM 7-05-94), based on the fluorescence of the marked substance in the cancerous tissue under the action of modulated light supplied by a light guide placed in the endoscopic probe, and observing the image created by the fluorescent radiation removed from the fiber on a television monitor.

Недостатком подобного способа для идентификации расположения рабочего конца зонда в биологической ткани является невысокая точность идентификации из-за недостаточной определенности расположения световода относительно рабочего конца зонда и ткани, а также необходимость использования маркирующего вещества, флюоресцирующего под действием света, которое для большинства биологических тканей обладает нейротоксичным действием.The disadvantage of this method for identifying the location of the working end of the probe in biological tissue is the low accuracy of identification due to insufficient determination of the location of the fiber relative to the working end of the probe and tissue, as well as the need to use a marking agent that fluoresces under the influence of light, which for most biological tissues has a neurotoxic effect .

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ определения расположения конца иглы в биологической ткани, находящейся в эпидуральном пространстве позвоночного канала, описанный в учебном пособии для врачей: Морган мл. Д.Э., Мэгид С. Михаил. Клиническая анестезиология - М./СПб., Бином / Невский диалект, 1998 (с.303-304).The closest in technical essence and adopted for the prototype is a method for determining the location of the end of the needle in biological tissue located in the epidural space of the spinal canal, described in the manual for doctors: Morgan ml. D.E., Magid S. Michael. Clinical anesthesiology - M. / St. Petersburg., Binom / Nevsky dialect, 1998 (p.303-304).

Этот способ основан на тактильных ощущениях пальцев руки врача к сопротивлению при прохождении через биологические ткани конца иглы и давлению на поршень шприца (способ "утраты сопротивления") или на фиксации момента исчезновения капли изотонического раствора хлорида натрия из павильона иглы под действием отрицательного давления в эпидуральном пространстве (способ "висячей капли").This method is based on the tactile sensations of the doctor’s fingers against resistance when passing through the biological tissues of the end of the needle and pressure on the syringe plunger (the method of “loss of resistance”) or on fixing the moment of disappearance of a drop of isotonic sodium chloride solution from the needle pavilion under the influence of negative pressure in the epidural space (hanging drop method).

Недостатком этого способа является субъективность ощущений врача, приводящая к ошибкам определения момента вхождения конца иглы шприца в идентифицируемую ткань, особенно в случае, когда игла оказывается обтурированной (отверстие в игле закупорено), и возможной перфорации (повреждения) твердой мозговой оболочки спинного мозга, вызывающей опасности и осложнения при эпидуральных блокадах (см. Светлов В.А., Козлов С.П. Опасности и осложнения центральных сегментарных блокад. Анестезиология и реаниматология. 2000, №5, с.86).The disadvantage of this method is the subjectivity of the doctor’s sensations, which leads to errors in determining the moment when the end of the syringe needle enters the identifiable tissue, especially when the needle is obstructed (the hole in the needle is clogged), and possible perforation (damage) of the dura mater of the spinal cord, causing danger and complications of epidural blockages (see Svetlov VA, Kozlov SP. Dangers and complications of central segmental blockades. Anesthesiology and intensive care. 2000, No. 5, p. 86).

Известно устройство, которое может быть использовано для определения положения рабочего конца эндоскопического зонда относительно биологических тканей (Эндоскоп с лазерной видеокамерой, патент США, №5172685, 5 А 61 В 1/06, РЖ ИСМ 7-14-94).A device is known that can be used to determine the position of the working end of an endoscopic probe relative to biological tissues (Endoscope with a laser video camera, US patent No. 5172685, 5 A 61 V 1/06, RZH ISM 7-14-94).

Устройство содержит источник оптического излучения, световод, по которому подводится и отводится оптическое излучение, зонд, в который вставлен световод, светоделитель, установленный на оптическом пути, для освещения биологической ткани и направления отраженного излучения на фотодатчик, вырабатывающий сигнал, пропорциональный количеству света, видеомонитор, вход которого соединен с фотодатчиком.The device contains an optical radiation source, a fiber through which optical radiation is supplied and removed, a probe into which a fiber is inserted, a beam splitter installed on the optical path for illuminating biological tissue and directing reflected radiation to a photosensor that generates a signal proportional to the amount of light, a video monitor, whose input is connected to the photosensor.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет точно определить расстояние между искомой тканью и рабочим концом зонда, так как расположение рабочего конца световода относительно рабочего конца зонда и искомой биологической ткани является недостаточно определенным, а также не позволяет использовать вместо зонда стандартные одноразовые иглы, так как рабочий конец световода стационарно установлен в эндоскопическом зонде.A disadvantage of the known device is that it does not accurately determine the distance between the desired tissue and the working end of the probe, since the location of the working end of the fiber relative to the working end of the probe and the desired biological tissue is not well defined, and also does not allow the use of standard disposable needles instead of the probe, since the working end of the fiber is stationary mounted in the endoscopic probe.

Известна также игла для прицельной пункционной биопсии щитовидной железы (патент RU 2033758 С1, от 30.04.1995), которая по совокупности существенных признаков наиболее близка предлагаемому изобретению и выбрана в качестве прототипа.Also known is a needle for targeted puncture biopsy of the thyroid gland (patent RU 2033758 C1, dated April 30, 1995), which, by the set of essential features, is closest to the invention and is selected as a prototype.

Игла выполнена в виде трубки со специально расположенными отверстиями в боковых ее стенках и с косым срезом рабочего конца, установленным в ее павильоне сменным обтурирующим мандреном, выполненным в виде цилиндра, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру иглы и углом среза рабочего конца мандрена, равным углу среза иглы, содержащей приспособление для фиксации положения мандрена, ультразвуковой аппарат, на экране которого визуализируется расположение рабочего конца иглы относительно биологической ткани.The needle is made in the form of a tube with specially located holes in its side walls and with an oblique cut of the working end installed in its pavilion with a replaceable obturating mandrel made in the form of a cylinder whose diameter corresponds to the inner diameter of the needle and the cut angle of the working end of the mandrel equal to the cut angle of the needle containing a device for fixing the position of the mandrel, an ultrasound apparatus, on the screen of which the location of the working end of the needle relative to biological tissue is visualized.

Недостатком известного устройства является невысокая точность определения момента вхождения конца иглы в искомую ткань из-за того, что отверстия в боковых стенках иглы для создания ультразвуковых датчиков положения рабочего конца иглы расположены на некотором расстоянии от ее рабочего среза, неоднозначности и изменчивости связей между измеряемой плотностью и типом биологической ткани, а также невозможность использования стандартных одноразовых игл, медицинских игл и отказа от применения маркирующего ткань вещества.A disadvantage of the known device is the low accuracy of determining the moment of entry of the end of the needle into the desired fabric due to the fact that the holes in the side walls of the needle to create ultrasonic sensors for the position of the working end of the needle are located at a certain distance from its working section, ambiguity and variability of the connections between the measured density and type of biological tissue, as well as the inability to use standard disposable needles, medical needles and the refusal to use tissue-marking substances.

Обеспечиваемый изобретением технический результат заключается в повышения точности и упрощении определения положения конца иглы в биологических тканях за счет однозначности определения момента вхождения конца иглы в ткань, использования стандартных одноразовых медицинских игл и отказа от применения маркирующего ткань вещества.The technical result provided by the invention is to increase the accuracy and simplify the determination of the position of the end of the needle in biological tissues due to the uniqueness of determining the moment of entry of the end of the needle into the tissue, the use of standard disposable medical needles and the rejection of the use of a tissue-marking substance.

Указанная задача в заявляемом способе определения расположения конца иглы в биологических тканях решается следующим образом.The specified problem in the inventive method for determining the location of the end of the needle in biological tissues is solved as follows.

В павильоне медицинской иглы размещают рабочий конец световода с возможностью его последующего удаления, совмещают полированный торец рабочего конца световода с рабочим срезом концом иглы, вводят иглу в ткань, производят облучение ткани оптическим излучением при помощи световода, преобразовывают отраженный от ткани оптический сигнал в электрический сигнал, регистрируют излучение, отраженное от последовательно проходимых концом иглы биологических тканей, наблюдают сигнал в виде графика на видеомониторе, анализируют характеристики отраженного излучения, сравнивая характер изменения измеренных значений с известным характером изменений отраженного излучения от различных тканей, и по характеру изменения этих значений определяют положение конца иглы, причем анализируют значения интенсивности отраженного излучения или его спектральные характеристики, или структуру и цвет создаваемого изображения.The working end of the fiber is placed in the pavilion of the medical needle with the possibility of its subsequent removal, the polished end of the working end of the fiber is combined with the working cut by the end of the needle, the needle is inserted into the tissue, the tissue is irradiated with optical radiation using the fiber, the optical signal reflected from the fabric is converted into an electrical signal, register radiation reflected from the biological tissues sequentially passed by the needle end, observe a signal in the form of a graph on a video monitor, analyze the characteristics of counter radiation, comparing the nature of the change in the measured values with the known nature of the changes in reflected radiation from various tissues, and the position of the tip of the needle is determined by the nature of the changes in these values, and the intensity values of the reflected radiation or its spectral characteristics, or the structure and color of the generated image are analyzed.

Устройство для определения положения конца иглы в биологических тканях, отличающееся тем, что содержит оптически соединенные источник оптического излучения, светоделитель, оптический световод и фотодатчик, выход которого соединен с видеомонитором, причем конец световода установлен в павильоне медицинской иглы с возможностью удаления из нее, а полированный торец конца световода совмещен с концом иглы.A device for determining the position of the end of the needle in biological tissues, characterized in that it contains optically connected optical radiation source, a beam splitter, an optical fiber and a photo sensor, the output of which is connected to a video monitor, the end of the fiber being installed in the pavilion of the medical needle with the possibility of removal from it, and polished The end of the fiber end is aligned with the end of the needle.

Так как различные биологические ткани имеют различные коэффициенты поглощения, отражения и другие спектральные характеристики оптического излучения для определенных длин волн, то интенсивность и спектральный состав отраженного излучения будут различны для разных биологических тканей (см., например, Хайруллина А.Я. и др. "Банк данных по оптическим и биофизическим свойствам крови, биотканей и биожидкостей в видимой и ближней ИК-областях спектра", Оптический журнал, №3, 1997). Изображения, создаваемые отраженным от различных биологических тканей излучением, также имеют различную структуру и цвет.Since different biological tissues have different absorption, reflection, and other spectral characteristics of optical radiation for certain wavelengths, the intensity and spectral composition of reflected radiation will be different for different biological tissues (see, for example, Khayrullina A.Ya. et al. " Databank on the optical and biophysical properties of blood, biological tissues and biofluids in the visible and near infrared spectral regions ", Optical Journal, No. 3, 1997). Images created by radiation reflected from various biological tissues also have a different structure and color.

Изменение интенсивности и спектрального состава излучения от биологических тканей при их последовательном прохождении концом иглы регистрируется с помощью фотодатчика (фотоприемника(ов)), преобразуется в электрический сигнал и в виде графика или изображения объекта наблюдения отображается на видеомониторе или мониторе компьютера.The change in the intensity and spectral composition of radiation from biological tissues during their successive passage by the tip of the needle is recorded using a photosensor (photodetector (s)), converted into an electrical signal and displayed as a graph or image of an object of observation on a video monitor or computer monitor.

На основании проведенных практических экспериментов известно относительное изменение подобного графика или структуры и цвета изображения при прохождении иглой различных тканей, например при эпидуральной анестезии ткани кожного покрова, жировой ткани, мышечной ткани, ткани межпозвонковой (межостистой) связки, ткани желтой связки, ткани эпидурального пространства, ткани твердой мозговой оболочки и ткани спинного мозга. Совмещение полированного рабочего конца световода с концом иглы позволяет получить на видеомониторе сигнал, соответствующий оптическому излучению, отраженному от биологической ткани, через которую в данный момент времени проходит конец иглы со световодом, что однозначно определяет момент вхождения иглы в идентифицируемую ткань и повышает тем самым точность идентификации биологической ткани.Based on the conducted practical experiments, the relative change in a similar graph or structure and color of the image is known when the needle passes through various tissues, for example, during epidural anesthesia of skin tissue, adipose tissue, muscle tissue, intervertebral (interspinous) ligament tissue, yellow ligament tissue, epidural tissue, dura mater and spinal cord tissue. The combination of the polished working end of the fiber with the end of the needle allows you to get a signal on the video monitor corresponding to the optical radiation reflected from the biological tissue, through which at the given moment the end of the needle passes through the fiber, which unambiguously determines the moment the needle enters the identified tissue and thereby increases the accuracy of identification biological tissue.

После идентификации ткани рабочий конец световода удаляется (вытаскивается) из павильона иглы, что позволяет использовать одноразовые стандартные иглы.After identification of the fabric, the working end of the fiber is removed (pulled out) from the needle pavilion, which allows the use of standard disposable needles.

Сущность предлагаемых изобретений поясняется фиг.1, где в качестве примера изображены экспериментальные графики относительного изменения электрического сигнала с фотодатчика при последовательном прохождении концом иглы биологических тканей животного, полученные для трех длин волн излучения: красного - а, желтого - б, синего - в (здесь, например, жировая ткань расположена в диапазоне нахождения конца иглы на глубине 10-20 мм, ткань желтой связки - в диапазоне 40-50 мм, ткань эпидурального пространства - в диапазоне 52-58 мм), а также фиг.2 и 3, где изображены принципиальные схемы устройства для осуществления предлагаемого способа.The essence of the proposed inventions is illustrated in Fig. 1, where, as an example, experimental graphs of the relative changes in the electrical signal from the photosensor during sequential passage of the biological tissue of the animal through the tip of the needle, obtained for three radiation wavelengths: red - a, yellow - b, blue - c (here for example, adipose tissue is located in the range of the end of the needle at a depth of 10-20 mm, the tissue of the yellow ligament is in the range of 40-50 mm, the tissue of the epidural space is in the range of 52-58 mm), as well as figure 2 and 3, where from razheny schematic circuit device for implementing the proposed method.

Устройство (фиг.2) содержит иглу 1 со вставленным в ее полость рабочим концом световода 2 и приспособление 3 для совмещения и фиксации положения полированного торца рабочего конца световода с концом иглы. Торец рабочего конца световода 2, совмещенный с концом иглы 1, может иметь скос, выполненный под углом не более угла, определяемого числовой апертурой световода, что позволяет получить отраженное излучение от ткани, а второй конец световода 2 размещен в корпусе 4, где расположены оптически соединенные светоделитель 5, источник света 6, фотодатчик 7, выход которого соединен с видеомонитором компьютера 8.The device (figure 2) contains a needle 1 with a working end of a fiber 2 inserted into its cavity and a device 3 for combining and fixing the position of the polished end of the working end of the fiber with the end of the needle. The end face of the working end of the optical fiber 2, combined with the end of the needle 1, can have a bevel made at an angle no more than the angle determined by the numerical aperture of the optical fiber, which allows one to receive reflected radiation from the fabric, and the second end of the optical fiber 2 is placed in the housing 4, where optically connected a beam splitter 5, a light source 6, a photosensor 7, the output of which is connected to a video monitor of a computer 8.

Приспособление 3 для совмещения и фиксации положения полированного торца рабочего конца световода с концом иглы может быть выполнено в виде цангового зажима или съемного кольца, имеющего шлиц для зажима винтом (см. Справочник конструктора точного приборостроения. /Под ред. Литвина Ф.Л., М-Л, Машиностроение, 1964, стр. 414-416). Светоделитель 5 может быть выполнен в виде полупрозрачного зеркала, а источником излучения 6 могут быть управляемые светодиоды с различными длинами волн или широкодиапазонные источники света - лампа накаливания, “белый” светодиод. Фотодатчик 7 может быть выполнен в виде приемника оптического излучения типа фотодиода либо ПЗС-матрицы, если на монитор передается изображение ткани. Для улучшения преобразования отраженного от биологической ткани пучка лучей в электрический сигнал может быть использован объектив 9, передающий излучение со второго торца конца световода на фотоприемник. При использовании в качестве источника света лампы накаливания или "белого" светодиода для работы в наиболее чувствительном диапазоне длин волн света может использоваться светофильтр(ы) 10.The device 3 for combining and fixing the position of the polished end of the working end of the optical fiber with the end of the needle can be made in the form of a collet clamp or a removable ring having a slot for clamping with a screw (see the Designer Handbook of Precision Instrumentation. / Ed. Litvin F.L., M -L, Mechanical Engineering, 1964, pp. 414-416). The beam splitter 5 can be made in the form of a translucent mirror, and the radiation source 6 can be controlled LEDs with different wavelengths or wide-range light sources — an incandescent lamp, a “white” LED. The photosensor 7 can be made in the form of an optical radiation receiver such as a photodiode or a CCD matrix if a tissue image is transmitted to the monitor. To improve the conversion of the beam of rays reflected from the biological tissue into an electrical signal, a lens 9 can be used that transmits radiation from the second end of the fiber end to the photodetector. When using an incandescent lamp or a “white” LED as a light source, the filter (s) 10 can be used to operate in the most sensitive wavelength range of light.

Сигнал с фотоприемника поступает в контроллер (компьютер) 11, где обрабатывается и в виде графика передается на монитор (дисплей) 8. Контроллер может также управлять коммутацией светодиодов.The signal from the photodetector enters the controller (computer) 11, where it is processed and transmitted in the form of a graph to the monitor (display) 8. The controller can also control the switching of the LEDs.

После определения положения конца иглы в искомой ткани (например, ткани эпидурального пространства) световод удаляется (вытаскивается) из павильона иглы для того, чтобы к игле подсоединить шприц либо установить катетер и т.п. Это позволяет использовать одноразовые иглы. Световод 2 может быть также одноразовым.After determining the position of the end of the needle in the desired tissue (for example, tissue of the epidural space), the light guide is removed (pulled out) from the needle pavilion in order to connect a syringe to the needle or to install a catheter, etc. This allows the use of disposable needles. The light guide 2 can also be disposable.

Устройство (фиг.3) содержит иглу 1, световод 2, вставленный рабочим концом в иглу, полированный торец которого совмещен с концом иглы и зафиксирован с помощью приспособления 3. Второй конец световода 2 расположен в корпусе 4, где расположен светоделитель 5, выполненный в виде разветвителя на два жгута, по одному из которых производится подсветка от источника излучения широкого диапазона длин волн света 6, а по другому отраженное излучение попадает в фотодатчик 7, выполненный в виде спектрофотометра, где определяются, например, спектры излучения, поглощения или другие спектральные характеристики излучения, отраженного от биологических тканей, прилегающих к концу иглы и совмещенному с ним рабочему торцу световода. Результаты спектрального анализа обрабатываются с помощью компьютерной программы и поступают на дисплей компьютера 8. Фотодатчик 7 может быть выполнен также в виде видеокамеры, которая преобразует изображение ткани со второго конца световода в электрический сигнал с последующей передачей его на видеомонитор.The device (Fig. 3) comprises a needle 1, a light guide 2 inserted by the working end into a needle, the polished end of which is aligned with the end of the needle and fixed with the help of device 3. The second end of the light guide 2 is located in the housing 4, where the beam splitter 5 is made, made a splitter into two bundles, one of which is illuminated from a radiation source of a wide range of light wavelengths 6, and the other, reflected radiation enters the photosensor 7, made in the form of a spectrophotometer, where, for example, radiation spectra are determined , absorption or other spectral characteristics of radiation reflected from biological tissues adjacent to the end of the needle and the working end of the fiber combined with it. The results of spectral analysis are processed using a computer program and are sent to the display of computer 8. The photosensor 7 can also be made in the form of a video camera, which converts the tissue image from the second end of the fiber into an electrical signal, followed by its transmission to a video monitor.

После определения расположения конца иглы в искомой ткани волоконный оптический жгут вытаскивается из павильона иглы.After determining the location of the end of the needle in the desired fabric, the optical fiber bundle is pulled out of the needle pavilion.

Предлагаемый способ реализуется с помощью заявляемого устройства (фиг.2) следующим образом.The proposed method is implemented using the inventive device (figure 2) as follows.

Вставляют в полость стандартной иглы 1 рабочий конец световода 2, совмещают его полированный рабочий торец с концом иглы и фиксируют их друг относительно друга приспособлением 3. Включают источник излучения 6, вводят иглу в кожную ткань пациента и начинают последовательно продвигать ее в тканях, измеряя с помощью приемника 7 интенсивность отраженного излучения, результаты измерения которого наблюдаются в виде графика на мониторе 8. Сравнивая характер изменения измеренных значений с известным характером изменений интенсивности отраженного излучения от различных тканей, идентифицируют расположение конца иглы в ткани и, в частности, в ткани эпидурального пространства. Для более точной и надежной идентификации источником излучения могут быть коммутируемые светодиоды с различными длинами волн (например, видимая и ближняя инфракрасная области) либо перед коммутируемым приемником излучения установлены различные светофильтры. Если в качестве приемника используется ПЗС-матрица, то на видеомониторе наблюдают изображение ткани и по ее структуре и цвету идентифицируют положение в ней конца иглы, так как ткань, прилегающая к концу иглы и совмещенному с ней полированному торцу рабочего конца световода, переносится световодом на торец второго конца световода.Insert the working end of the light guide 2 into the cavity of the standard needle 1, combine its polished working end with the end of the needle and fix them relative to each other with the device 3. Turn on the radiation source 6, insert the needle into the patient’s skin tissue and begin to sequentially advance it in the tissues, measuring with the receiver 7, the intensity of the reflected radiation, the measurement results of which are observed in the form of a graph on the monitor 8. Comparing the nature of the change in the measured values with the known nature of the changes in the intensity of the reflected of radiation from various tissues, identify the location of the end of the needle into the tissue and, in particular, into the epidural space fabric. For a more accurate and reliable identification, the source of radiation can be switched LEDs with different wavelengths (for example, visible and near infrared), or different filters are installed in front of the switched radiation receiver. If a CCD array is used as a receiver, then the image of the tissue is observed on the video monitor and the position of the end of the needle is identified by its structure and color, since the fabric adjacent to the end of the needle and the polished end of the working end of the fiber combined with it are transferred by the fiber to the end the second end of the fiber.

По варианту устройства фиг.3 предлагаемый способ реализуется следующим образом.According to a variant of the device of FIG. 3, the proposed method is implemented as follows.

Вставляют в полость иглы 1 рабочий конец световода 2, совмещают его полированный рабочий торец с концом иглы и фиксируют их взаимное расположение приспособлением 3. Включают источник излучения 6, вводят иглу в кожную ткань пациента и начинают последовательно продвигать ее в тканях, измеряя спектрофотометром 7 спектральные характеристики отраженного от ткани излучения, передаваемые на компьютерный монитор 8. Так как спектры поглощения, отражения и другие спектральные характеристики у каждого вещества различны, то по ним идентифицируют биологическую ткань. Если фотодатчик 7 выполнен в виде видеокамеры, то при продвижении иглы наблюдают на мониторе изображения прилегающих к ее концу тканей и по известной их структуре и цвету идентифицируют искомую ткань.Insert the working end of the light guide 2 into the cavity of the needle 1, combine its polished working end with the end of the needle and fix their relative position with the device 3. Turn on the radiation source 6, insert the needle into the patient’s skin tissue and begin to sequentially advance it in the tissues, measuring spectral spectrophotometer 7 radiation reflected from tissue transmitted to a computer monitor 8. Since the absorption, reflection, and other spectral characteristics of each substance are different, they identify bio logical fabric. If the photosensor 7 is made in the form of a video camera, then while advancing the needle, images of tissues adjacent to its end are observed on the monitor and the desired fabric is identified by their known structure and color.

Предлагаемые способ и устройство определения положения конца иглы в биологических тканях позволяют перейти от способов, существующих в настоящее время на практике, основанных на субъективных тактильных и зрительных ощущениях врача к объективным измерениям, основанным на известном законе о различных спектрах излучения и поглощения оптического излучения различными веществами, либо непосредственно наблюдать ткань, что повышает точность определения момента вхождения конца иглы в идентифицируемую ткань.The proposed method and device for determining the position of the end of the needle in biological tissues allows you to move from methods that currently exist in practice, based on the subjective tactile and visual sensations of the doctor to objective measurements based on the well-known law on various emission spectra and absorption of optical radiation by various substances, or directly observe the tissue, which increases the accuracy of determining the moment of entry of the end of the needle into the identified tissue.

По сравнению с известными способами и прототипом повышается точность определения положения иглы, так как рабочий конец иглы совмещен с полированным торцом рабочего конца световода, контактирующим с искомой биологической тканью, отражающей оптическое излучение и несущее информацию о виде ткани, отпадает также необходимость использования маркирующего ткань вещества. Однозначность определения момента вхождения конца иглы со световодом, например, в ткань эпидурального пространства уменьшает (исключает) вероятность пункции твердой мозговой оболочки спинного мозга, вызывающей опасности и осложнения при эпидуральных блокадах, что повышает качество лечения. Возможность удаления световода из павильона иглы после идентификации биологической ткани позволяет использовать одноразовые стандартные медицинские иглы, в частности, при проведении эпидуральной анестезии, что упрощает идентификацию, исключает возможное инфицирование и также повышает качество лечения.Compared with the known methods and prototype, the accuracy of determining the position of the needle is increased, since the working end of the needle is combined with the polished end of the working end of the fiber, which is in contact with the desired biological tissue that reflects optical radiation and carries information about the type of tissue, there is also no need to use a tissue-marking substance. The unambiguous determination of the moment of entry of the end of the needle with the light guide, for example, into the tissue of the epidural space reduces (excludes) the likelihood of puncture of the dura mater of the spinal cord, causing dangers and complications in epidural blockages, which improves the quality of treatment. The ability to remove the fiber from the needle pavilion after identification of biological tissue allows the use of disposable standard medical needles, in particular, during epidural anesthesia, which simplifies identification, eliminates possible infection and also improves the quality of treatment.

Claims (5)

1. Способ определения положения конца иглы в биологических тканях, отличающийся тем, что в павильоне медицинской иглы размещают дистальный конец световода с возможностью его последующего удаления, совмещают полированный торец дистального конца световода с концом иглы, вводят иглу в ткань, производят облучение ткани оптическим излучением при помощи световода, преобразовывают отраженный от ткани оптический сигнал в электрический сигнал, регистрируют излучение, отраженное от последовательно проходимых концом иглы тканей, наблюдают его на видеомониторе, анализируют характеристики отраженного излучения, сравнивая характер изменения измеренных значений с известным характером изменений отраженного излучения от различных тканей, и по характеру изменения этих значений определяют положение конца иглы.1. The method of determining the position of the end of the needle in biological tissues, characterized in that the distal end of the fiber is placed in the pavilion of the medical needle with the possibility of its subsequent removal, the polished end of the distal end of the fiber is combined with the end of the needle, the needle is inserted into the fabric, the tissue is irradiated with optical radiation when using the light guide, they convert the optical signal reflected from the tissue into an electrical signal, register the radiation reflected from the tissues sequentially passed by the end of the needle, observe it a video monitor, analyze the characteristics of the reflected radiation, by comparing the variation of the measured values with the known nature of the reflected radiation changes from various tissues, and the nature of change of these values determine the position of the needle end. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализируют значения интенсивности отраженного излучения.2. The method according to claim 1, characterized in that they analyze the values of the intensity of the reflected radiation. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализируют спектральные характеристики отраженного излучения.3. The method according to claim 1, characterized in that they analyze the spectral characteristics of the reflected radiation. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализируют структуру и цвет создаваемого отраженным излучением изображения.4. The method according to claim 1, characterized in that the structure and color of the image generated by the reflected radiation are analyzed. 5. Устройство для определения положения конца иглы в биологических тканях, отличающееся тем, что содержит оптически соединенные источник оптического излучения, светоделитель, оптический световод и фотодатчик, выход которого соединен с видеомонитором, причем дистальный конец световода установлен в павильоне медицинской иглы с возможностью удаления из нее, а полированный торец дистального конца световода совмещен с концом иглы.5. A device for determining the position of the end of the needle in biological tissues, characterized in that it contains optically connected optical radiation source, a beam splitter, an optical fiber and a photosensor, the output of which is connected to a video monitor, and the distal end of the fiber is installed in the pavilion of the medical needle with the possibility of removal from it and the polished end face of the distal end of the fiber is aligned with the end of the needle.
RU2002131357/14A 2002-11-21 2002-11-21 Method and device for determining needle end position in biological tissues RU2243002C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002131357/14A RU2243002C2 (en) 2002-11-21 2002-11-21 Method and device for determining needle end position in biological tissues

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002131357/14A RU2243002C2 (en) 2002-11-21 2002-11-21 Method and device for determining needle end position in biological tissues

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002131357A RU2002131357A (en) 2004-05-27
RU2243002C2 true RU2243002C2 (en) 2004-12-27

Family

ID=34387292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002131357/14A RU2243002C2 (en) 2002-11-21 2002-11-21 Method and device for determining needle end position in biological tissues

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2243002C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013013142A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 The Research Foundation Of State University Of New York System and method for ct-guided needle biopsy
RU2516554C2 (en) * 2012-05-16 2014-05-20 Ооо "Сонар" Method for needle position checking in posterior epidural space in epidural block
RU2533978C2 (en) * 2009-04-28 2014-11-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Biopsy guide system with ultrasonic sensor, and method for using it
RU2535611C2 (en) * 2009-04-15 2014-12-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Needle with integrated fibres in bevel cutting edges
RU2562229C2 (en) * 2009-05-28 2015-09-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Device for monitoring of position of distal end of tube with respect to blood vessel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МОРГАН Д.Э. и др. Клиническая анестезиология. - М.-СПб.: Бином, 1998, с.303 и 304. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2535611C2 (en) * 2009-04-15 2014-12-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Needle with integrated fibres in bevel cutting edges
RU2533978C2 (en) * 2009-04-28 2014-11-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Biopsy guide system with ultrasonic sensor, and method for using it
RU2562229C2 (en) * 2009-05-28 2015-09-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Device for monitoring of position of distal end of tube with respect to blood vessel
WO2013013142A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 The Research Foundation Of State University Of New York System and method for ct-guided needle biopsy
US10010308B2 (en) 2011-07-21 2018-07-03 The Research Foundation For The State University Of New York System and method for CT-guided needle biopsy
RU2516554C2 (en) * 2012-05-16 2014-05-20 Ооо "Сонар" Method for needle position checking in posterior epidural space in epidural block

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6594518B1 (en) Device and method for classification of tissue
JP2022120003A (en) Apparatus, systems and methods for mapping of tissue oxygenation
US6590651B1 (en) Apparatus and method for determining tissue characteristics
EP2814375B1 (en) Photonic probe apparatus with integrated tissue marking facility
US20050181333A1 (en) System and method for detecting dental caries
US20090326385A1 (en) Obtaining optical tissue properties
US20200397378A1 (en) Apparatus and methods for optical position sensing
WO2009157825A1 (en) A method and device for diagnosing ear conditions
WO2015200712A1 (en) Optical sensor for needle-tip tissue identification and diagnosis
US20200305717A1 (en) Optical Detection Method and Device for Optical Detection of the Condition of Joints
EP2609849B1 (en) Device and method for endoscopic fluorescence detection
WO1999030608A1 (en) Apparatus and method for determining tissue characteristics
RU2243002C2 (en) Method and device for determining needle end position in biological tissues
EP3282928A1 (en) Detection of anisotropic biological tissue
JP6042073B2 (en) Laparoscopic diagnostic equipment
CN110916728A (en) Puncture biopsy method and device based on optical fiber transmission type fluorescence life guidance
CN116763239A (en) Broad spectrum fluorescent endoscope device
CN217338517U (en) Wide-spectrum fluorescence endoscope device
RU203175U1 (en) VIDEO FLUORESCENCE DEVICE FOR ANALYSIS OF THE INTRATUAL DISTRIBUTION OF PHOTOSENSIBILIZERS OF THE FAR RED AND NEXT INFRARED RANGE OF MALIGNANT NAVIGATIONS OF THE HEAD AND NECK
WO2012127378A1 (en) An apparatus for optical analysis of an associated tissue sample
NL2025324B1 (en) A Surgical Tool, System and Method for Tissue Characterisation
JPH04131746A (en) Laser diagnostic device
CN116982915A (en) Image and spectrum combined detection system based on endoscope and application method thereof
RU35232U1 (en) Spectral device for monitoring and monitoring the process of photodynamic therapy and laser fluorescence diagnostics
Benaron et al. Automated classification of tissue by type using real-time spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20070809

QC41 Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20070809

Effective date: 20120723

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121122