專利名稱：具有在斜面的切割作用面中的集成光纖的探針的制作方法
技術領域：
本發明大體涉及一種具有集成光纖的探針。特別地，本發明涉及一種用于基于光譜學的組織檢查的小直徑探針，例如診斷組織是否為癌性的。本發明還涉及一種包括這種探針的用于光學組織檢測的系統。
背景技術：
探針介入廣泛地應用在腫瘤學領域，用于進行組織的活體檢查，從而檢測組織是否是癌性的。為了使這些介入更加可靠，需要反饋探針前部是何種組織。實現方式是利用光譜學。這需要將光纖集成到探針中。這些光纖被用于傳輸光線，從而照亮探針前部的組織以及搜集從組織返回的反射光。然而，存在的問題是如何將這些光纖集成到探針中，而不會損壞探針的最初功能， 由此改變探針的外部部分或者內部部分(例如用于采取組織樣本)。這意味著光纖必須被集成到探針壁的內部同時仍然能夠在探針遠端部構造出不同的光纖設置。這是特別重要的，原因是探針末端的光纖設置決定了特定光學特性測量值的靈敏度。例如，光纖末端的傾斜或者兩根光纖末端之間的距離影響著測量信號。這個方面的重要特征是探針斜面前部所探測的組織體積。探測體積通常是香蕉形狀并且依賴于光源-探測器光纖的距離、光纖出口的形狀以及光纖的定向。當光纖遠端部集成到探針斜面中的時候出現的問題是不能允許擠壓部分或凹進，原因是這會影響到探針插入組織中時探針的軌跡，從而由于擠壓部分而損壞組織或者會導致在凹進部分收集到不想要的組織。結果使得光纖遠端部的成形以及定向是不可能的，限制了光纖端部幾何形狀的可能性以及由此限制了探針前部的探測體積。問題是如何將光源-探測器光纖集成到探針斜面中而不會在斜面上形成凹進或者擠壓部分，同時仍然在設計探針前部探測體積時具有自由度。此外，使用光學光纖的探針特別地適用于提供探針前部組織的生理信息。這種包含光纖的探針需要這些光纖被連接到光學控制臺。在控制臺，光線可被連接到這些光纖中從而照亮探針前部的組織，同時，從組織反向散射以及向后連接到光纖中的光線可在控制臺中被探測到并且被還處理。這意味著探針可以通過光纖而連接到控制臺。
發明內容
本發明的目的是提供一種探針，其在探針遠端部具有至少一個光纖出口。本發明的另一個目的是提供一種探針，其可以可靠地使用、更容易地操作、以及更適當地無菌化。本發明的另一個目的是提供一種使用該探針的系統。本發明的這些及其它目的是通過根據各個獨立權利要求的主題而實現的。本發明的其它實施例在各個從屬權利要求中描述。大體上，根據本發明的探針包括末端部分以及能夠傳輸光線的光纖，其中末端部分包括斜面、切割作用面、以及用于容納光纖的至少一個通道，以及其中光纖的端部區段被定位在通道中以及光纖的端部表面被定位在切割作用面的一個上。首先，對幾何形狀方面進行限定以用于更好的理解。探針包括縱向主軸線，通常是旋轉對稱軸的中心軸線。此外，探針的末端部分相對于主軸線成角度地被切割從而形成斜面。觀察斜面的傾斜表面以及軸意味著從“上方”觀察。相應地，探針“下方”是與“上方” 相對。斜面的尖銳末端指向探針的“前部”。由此，從“側部”觀察，可以觀察到斜面與主軸線之間的角度。本發明的主要方面是探針的末端，該末端包括斜面和作用面。“作用面”可以是小的以及平坦的表面。通常地，“作用面”可以通過切除主體的小區域而形成，從而獲得具有相對于主體其它表面的邊緣的表面。作用面的輪廓可受到切割角度的影響。此外，作用面的表面可以是凹入的或者凸出的，即作用面可以彎曲以形成局部圓柱體形狀。作用面的邊緣可優選地變尖或者可以被倒圓以及由此變鈍。大體上，能夠通過切割組織或者使組織移動而將探針或者儀器引入到組織中。因此，探針或者儀器的邊緣將會變尖或者變鈍。可以理解的是，切割與移動組織或者擠壓組織的組合也是可行的。根據應用，探針或儀器可或多或少地切割或者移動。根據本發明，作用面與斜面一起可實現移動和切割的組合。作用面提供了組織與作用面接觸的一些區域，可不被切割而是僅僅擠壓到側部。另一方面，邊緣(特別是如果鋒利的話)將會提供組織的切割。由此，根據本發明探針的末端部分可具有多個刃以切割組織，并且作用表面使組織移動同時探針被引入到組織中。可以看到有利的是，多個較小的切割連同相當數量的擠壓將會便于探針的引入并且能導致較少的疼痛。“斜面”指的是幾何結構，其中探針的軸包括圓形橫截面，以及探針軸的遠端部、特別是中空探針的軸的遠端部被切割從而使得形成橢圓表面，該表面相對于軸的縱向軸線傾斜。此外，在軸的縱向軸線與傾斜表面(即斜面)之間限定出角度。措詞“斜面”還可包括在探針末端的類似結構，該結構可用于將探針引入到組織中。例如，斜面可以是凹入或凸出表面，或者斜面可以是多個小表面的組合，其中這些表面通過臺階或者邊緣而彼此連接。還可行的是，軸的橫截面沒有被斜面完全地切割，從而保留鈍形區域，即相對于軸的縱向軸線垂直或者以其它鈍角定向。這種鈍角端部可以包括倒圓邊緣或者還可形成倒圓的前導邊緣。應當認識的是，斜面可與軸形成銳角，從而使得探針包括尖銳末端。優選地，銳角為大約20°。切割作用面可具有多種不同形式和定向。由此，當如在根據本發明的探針中那樣在這些作用面上集成光纖出口時，多種光纖出口幾何形狀變得可行。盡管切割作用面的調整是由對于探針所需的切割特性而嚴格地確定，但是它們允許在設計光纖出口幾何形狀中的大量自由度。此外，歸因于切割作用面的定向，以及由此光纖端部的定向，使得不需要光纖端部的突出。根據本發明的實施例，探針包括相對于探針的中心軸線對稱地設置的一對側部作用面，或者探針包括相對于探針中心軸線對稱地設置的一對前部作用面。“側部作用面”可通過對探針的軸在斜面區域的側部進行切割而形成。知道的是， 從主軸線到側部的角度可以是尖銳角度以及作用面的表面還可以相對于探針向上或者向下傾斜。
“前部作用面”可通過以相對于主軸線成鈍角而對斜面的尖銳末端進行切割而形成。由此，通常形成兩個附加表面，在它們之間形成有邊緣，其中所述邊緣定位在末端中部。 兩個作用表面的每一個都相對于側部傾斜并且可向上或者向下傾斜。根據本發明另一個實施例的探針可包括一對光纖，其中光纖的端部表面可被定位在不同的作用面中。光纖可被定位在位于探針不同側的作用面中或者兩根光纖都被定位在探針的一側上，其中分別地，一根光纖的端部表面可被定位在側部作用面上以及另一根光纖可被定位在前部作用面上。應當知道的是，在光纖的大致圓形橫截面的情況下，光纖端部表面可具有圓形形狀或者橢圓形狀。根據光纖在對應作用面終止的角度，光纖端部表面的形狀將會被影響以及由此影響到發出或者接收光線的方向。根據本發明的另一個實施例，探針還包括連接器部分，其中光纖的近端部區段被定位在連接部分中，以便與位于探針與控制臺之間的光纖線纜相連接，該控制臺包括光源和光探測器。由此，光纖的近端部被剛性地安裝在探針上。換句話說，不會有光纖區段引導到探針保持器部分之外。有利地，探針的制造、無菌化和操作被顯著地簡化，單獨的光纖線纜由于這部分可以重新使用而能夠被制成更加魯棒，并且用于準備設備的工作流程變得更容易，原因是這個單獨的光纖線纜能夠事先準備，即探針不需要被從它的無菌環境拆開。根據本發明，具有光纖的探針可被用于光學組織檢測的系統中，其中該系統還包括與探針的一根光纖相連的光源，與探針的另一根光纖相連的光探測器，其中來自于光源并且從該一根光纖的端部表面發射的光線在進入到該另一根光纖時可被光探測器探測，處理單元用于處理來自于光探測器的數據，以及監視器用于處理數據的可視化。在探針與光源和/或光探測器之間可設置單獨的光纖線纜。還認識到的是，本發明的實施例參考不同主題進行描述。特別地，某些方面參考裝置或系統進行描述而其它方面參考方法步驟進行描述。然而，本領域技術人員能夠從上面的以及接下來的描述中收集到，除非以其它方式指出，在屬于一種類型主題的特征的任意組合之外在涉及不同主題特征之間的任意組合也被認為是通過該申請而被公開。限定了本發明的上述及其它方面、特征及優點的方面還能夠從此后描述的實施例的示例而推導出以及根據實施例的示例而進行解釋。本發明接下來參考實施例的示例而進行更詳細的描述，然而本發明并沒有受限于這些實施例。
圖1顯示了根據本發明一個實施例的探針以及示意性系統的側視圖和頂視圖。圖2顯示了使單獨的光纖線纜與根據本發明的探針連接方面的示意性全視圖以及詳細視圖。圖3a和北顯示了根據本發明實施例的探針的末端部分的頂視圖和側視圖。圖如和4b顯示了末端部分的頂視圖和側視圖，該末端部分包括在側部作用面的光纖端部。圖如和恥顯示了末端部分的頂視圖和側視圖，該末端部分包括在探針的一個側部的光纖端部。
圖6顯示了流程圖，說明了用于制造根據本發明的探針的不同步驟。附圖中的說明僅僅是示意性的并且沒有按比例繪制。知道的是，在不同附圖中，相似的元件采用相似的附圖標記。
具體實施例方式如圖1中所示，根據本發明一個實施例的探針100包括軸110、在軸的末端部分的斜面120、光纖130、以及保持器部分160。根據該示例性實施例，軸長度為150mm以及直徑為1.3mm。此外，斜面與軸的軸線形成20°的角度。在該實施例中，從遠端部(即斜面120)延伸、穿過軸110到達保持器部分160的光纖130通過保持器部分160的開口而到達探針之外。各個光纖的端部表面可被設置成彼此相隔。優選地，光纖端部之間的距離大于軸的直徑。例如，該距離可以大于直徑的1. 1倍。特別地，該距離可以大于直徑的1. 25倍。優選地，該距離可以大于直徑的1. 5倍。換句話說，在探針末端部分的光纖端部之間的距離應當盡可能地大。知道的是，該距離是從一根光纖的中心軸線到另一根光纖的中心軸線測量的。此外，知道的是，上面提到的尺寸是示例性的并且并非為了限制發明的范圍。根據提到的尺寸，可以為探針提供大小量級和關系，該探針用于根據光譜學而進行組織檢查。作為示例，根據探針的打算用途，探針的外部直徑可以是2. 108mm以用于大腦活體檢查探針，在1. 27mm與2. 108mm之間以用于常規活體檢查探針或者神經刺穿探針，在 0. 711mm與2. 108mm之間以用于細針穿刺探針，在0. 711mm與1. 473mm之間以用于硬膜探針，以及可以是2. 108mm或者更小以用于針電極。軸110可包括具有不同直徑的兩個中空圓柱體。所述兩個圓柱體的使用能夠容易地將光纖結合到探針中。此外，分離式末端部分的使用可以在組裝照明及收集光纖端部幾何形狀時具有更大的自由度，而不需要在整個探針長度上進行復雜的固定。探針的末端部分以及探針的軸可由金屬制成，其中金屬可以是MRI相容的，例如鈦。探針末端還可由陶瓷材料制成。其優點在于可以模制成各種形狀同時仍然允許尖銳及魯棒的探針末端。保持器部分160設置有通道，從而將固定到軸中的光纖從探針末端向著外界引導。該保持器部分具有附加的功能，以提供光纖周圍的強度，從而防止光纖在探針近端部出現大的彎曲角度。保持器部分可通過注塑模制而制成。此外，附圖1示意性地顯示了根據本發明系統的元件。該系統包括探針100、光源 332、光探測器；342、處理單元370以及監視器380。處理單元370能夠控制光源332將光線發射到光纖130中，從而使得光線穿過在斜面120頂部的光纖130的遠端部表面而進入周圍組織。根據斜面前方組織的類型，更多或者更少的發射光線將會在斜面底部的方向上被反射，從而被另一根光纖接收。通過所述另一根光纖，光線將會被引導到光探測器342，該探測器適合于將光線轉變為電信號。這些電信號將會通過例如導線而被發送到處理單元370。 處理單元將會處理與電信號相對應的數據，從而使得處理后的數據能夠在監視器380上可視。根據所述可視信號，能夠診斷出組織是否為癌性的。圖2顯示了光纖線纜490與探針400的保持器部分460的連接。為了連接到控制臺，單獨的光纖連接器線纜490可被使用或者光纖線纜預先連接到控制臺。該單獨的光纖線纜不需要是無菌的。假如需要無菌化，則可將塑料無菌套管放置在線纜周圍，這種套管已經常見地應用在醫療設備中。為了使探針400與光纖線纜490相連接，在探針400設置連接器部分470，以及在光纖線纜490對應地形成連接器部分480。如圖2的詳細視圖中所示，安裝在保持器部分 460的連接器部分470包括在其前表面的較小端部部分472和凹部(未示出)。另一方面， 在光纖線纜490上的連接器部分480在軸向方向上包括中空部分482、銷狀元件484以及前部表面486。在連接器部分470、480的連接過程中，銷狀元件484將會被容納在連接器部分470 的凹部中，以及較小的端部部分472將會接合在相對連接器部分480的中空部分482中。與連接器部分480的鈍的前部表面486相齊平，定位有至少一個光纖端部。探針中光纖的對應端部被定位在連接器部分470的凹部的端部表面中。這樣，易于在兩個連接器部分之間以及由此在探針光纖與光纖線纜之間實現適當且可靠的連接。知道的是，探針上的剛性連接器470能夠連接探針中的一根光纖或者多根。在圖2 的示例中，在光纖線纜490端部的連接器部件480的銷狀元件484的端部表面486可以看到三根光纖端部。在探針上可設有僅僅一個連接器，多個連接器也是可預見的。連接器還可提供與其它信號(例如電信號)的連接。在圖3a的側視圖以及圖北的頂視圖中，顯示了根據本發明實施例的探針的末端部分。末端部分可由適當的金屬材料或者合金制成或者由陶瓷材料制成。末端部分1包括軸部分4、具有尖銳末端的斜面3、側部作用面6、以及前部作用面 5。在兩個前部作用面5之間，形成有前部切割刃7。軸部分4的表面與前部作用面5之間的下部邊緣形成下部切割刃9。從前部作用面5到側部，即在前部作用面5與側部作用面6 之間，形成有側部切割刃8。切割作用面可具有多種不同形式和定向。當將光纖出口集成到這些位置時，可以形成各種光纖出口的幾何形狀。盡管切割作用面的調整由探針所需的切割特性而嚴格地確定，但是仍然允許在設計光纖出口幾何形狀時的大量自由度。在所示示例中，每個側部作用面6是平行于ζ軸線延伸并且相對于χ軸線以小角度傾斜的平坦表面。另一方面，每個前部作用面5也是平坦表面，但是相對于χ軸線和ζ軸線成角度地傾斜。可以預見到，側部作用面6的定向可相對于χ軸線具有其它角度并且也可以與ζ 軸線形成角度。前部作用面可相對于X軸線具有或大或小的銳角以及相對于Z軸線形成其它角度。甚至于前部作用面平行于ζ軸線的定向也是可行的。作為另一個替換性方案，前部作用面5和/或側部作用面6可面向下方。有利地，切割作用面可被涂層覆蓋，該涂層不僅影響切割特性而且提高了光學特性。例如，涂層可充當從光纖端部發射出的光線的散光器。在附圖如和4b中顯示了示例，其中光纖出口 10集成在兩側上的切割作用面6中。 由此，光纖端部看起來更加向外，由此導致了更大的探測體積20，還部分地探測到探針的旁邊。
在圖fe和恥中所示的實施例中，光纖出口 10和15被分別地集成到切割作用面 6和5中。標識為20的光線探測體積看起來更朝向探針的一側。通過對比圖如和如可以看到，光纖端部10的位置可以在作用表面上的不同位置上。如上所討論，最好使兩個光纖端部之間的距離盡可能地大。由此，在圖4的示例中，光纖端部10可在作用面6的中部。與之相反，在圖fe中，由于光纖端部10和15都定位在探針的一側，因此光纖端部10定位成靠近側部作用面6的表面的上部或近端部，從而使得光纖端部10與15之間的距離達到最大。除了光纖出口集成在至少一個作用面之外，光纖出口還可以被集成到其它部分中，例如斜面3和/或軸部分4。圖6是流程圖，顯示了用于制造根據本發明的探針的方法的步驟。可以理解的是， 針對該方法而描述的步驟是主要步驟，其中這些主要步驟可以分化或者劃分成多個子步驟。此外，在這些主要步驟之間還可設置子步驟。由此，只有子步驟對于理解根據本發明方法的原理是重要的，才會僅僅提到這些子步驟。根據本發明方法的步驟Sl是末端部分的制造，其中這個制造包括在軸向方向上形成至少一個通道以及形成作用面。步驟S2是將至少一根光纖的端部區段定位在相應通道中，其中所述定位可包括通過例如膠粘來固定至少一根光纖。步驟S3是將軸的遠端部與末端部分相連接。步驟S4是將軸的近端部與保持器部分相連接，其中至少一根光纖將會穿過軸并且進入到保持器部分中。步驟S5是通過安裝在保持器部分的連接器部分而固定至少一根光纖的近端部。根據本發明的方法的步驟S6是末端部分的拋光并且尤其是至少一根光纖端部表面的拋光，從而使得至少一根光纖的端部表面與末端部分的表面相齊平。知道的是，至少一根纖維在相應通道中的固定可以通過膠粘來實現，以及使軸與末端部分和/或保持器部分的連接可以通過焊接或者通過膠粘來實現。根據本發明的探針可被用于微創探針介入(例如腰疼介入)或者癌癥診斷領域的活體檢查或者需要對探針周圍的組織進行特征化的情況下。接下來，描述根據本發明示例性探針的外部直徑、插入長度以及它們的優選用途。活體檢查探針的外部直徑為1.27mm直到2. 108mm，可以插入到組織中長度為 IOOmm到150mm，并且可用于脖子、頭部、胸部、前列腺以及肝臟中的軟組織核心活體檢查。軟組織的細針穿刺探針的外部直徑可為0. 711m到2. 108mm之間，可以插入到軟組織中長度為IOOmm到150mm，并且可用于軟組織的穿刺。腦部活體檢查探針的外部直徑可為2. 108mm，可以插入到組織中長度為150mm到 250mm,并且可用于診斷腦部活體檢查。神經刺穿探針的外部直徑可為1.27mm到2. 108mm，可被插入到組織中長度為 150mm到200mm，其中這種探針允許對于腦部損傷的非創傷解決方法。硬膜探針的外部直徑可在0. 711mm到1. 473mm之間，而可被插入到組織中直到 150mm長度，以及可被用于脊柱核心區域的治療，例如在硬膜體積的類固醇注射。最后，針電極的外部直徑可為2. 108mm,以及更小，可以插入到組織中直到250mm長度，以及可被用于腫瘤的射頻消融。盡管本發明已經在附圖中以及前面的描述中進行解釋和詳細描述，但是這種解釋和描述被認為是說明性的以及示例性的以及并非限制性的，本發明沒有局限于公開的實施例。通過對附圖、說明書以及附加權利要求的學習，本領域技術人員在實施要求保護的發明中，可以理解和實施公開實施例的其它變化。在權利要求中，術語“包括”并沒有排除其它元件，并且不確定的單數并沒有排除多個。單個單元可實現權利要求中列舉的多個項目的功能。在相互不同從屬權利要求中列舉出某些特征并不表示這些特征的組合不能用
于獲利。權利要求中的任何附圖標記者
附圖標記
100,400探針
4，110軸
3，120斜面
10，15，130光纖
1末端部分
5前部作用面
6側部作用面
7前部切割刃
8側部切割刃
9下部切割刃
20探測體積
160,460保持器部分
332光源
342光探測器
370處理單元
380監視器
470,480連接器部分
472較小端部部分
482中空部分
484銷狀元件
486前部表面
490光纖線纜
權利要求
1.一種探針(100，400)，包括末端部分⑴；以及能夠傳輸光線的光纖(10，15，130)；其中，所述末端部分包括斜面(3，120)、切割作用面(5，6)、以及用于容納相應光纖的至少一個通道；以及所述光纖的端部區段被定位在所述通道中，并且所述光纖的端部表面被定位在所述切割作用面的一個上。
2.如權利要求1所述的探針，其特征在于，所述切割作用面包括相對于所述探針的中心軸線對稱設置的一對側部作用面(6)。
3.如權利要求1所述的探針，其特征在于，所述切割作用面包括相對于所述探針的中心軸線對稱設置的一對前部作用面(5)。
4.如權利要求2或3所述的探針，其特征在于，所述探針包括一對光纖，其中所述一對光纖的端部表面被定位在位于所述探針的不同側的作用面(5，6)上。
5.如權利要求2和3所述的探針，其特征在于，所述探針包括一對光纖(10，15，130)， 其中，兩根光纖被定位在所述探針(100，400)的一側，并且所述光纖中的一根光纖的端部表面定位在側部作用面(6)中，而所述光纖中的另一根光纖的端部表面定位在前部作用面 (5)中。
6.如權利要求1所述的探針，其特征在于，所述光纖(10，15，130)的近端部區段定位在連接器部分G70)中，以便與位于所述探針(100，400)與控制臺之間的光纖線纜(490)相連接，所述控制臺包括光源(33 和光探測器(342)。
7.一種用于光學組織檢查的系統，所述系統包括如權利要求1所述的探針(100,400)；與所述探針的所述光纖(10，150，130)中的一根光纖相連接的光源(332)；與所述探針的所述光纖(10，150，130)中的另一根光纖相連接的光探測器(342)，其中，來自于所述光源并且從所述光纖中的所述一根光纖的端部表面發射的光線在進入所述光纖中的一根光纖時能夠被所述光探測器探測；用于處理來自于所述光探測器的數據的處理單元(370)；以及用于觀看處理后的數據的監視器(380)。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，還包括將所述探針(100，400)的光纖(10，15，130)的所述近端部與所述光源(33 或者所述光探測器(34 相連接的光纖線纜090)。
全文摘要
探針包括末端部分、保持器部分、軸、以及能夠傳輸光線的光纖，其中軸包括連接到末端部分的遠端部，以及連接到保持器部分的近端部，其中末端部分包括斜面、切割作用面、以及用于容納光纖的至少一個通道，以及其中光纖的端部區段被定位在通道中以及光纖的端部表面被定位在切割作用面中的一個上。通過作用面，便于將探針引入到組織中。本發明的另一個方面是一種制造這種探針的方法。
文檔編號A61B5/00GK102395312SQ201080016665
公開日2012年3月28日 申請日期2010年4月12日 優先權日2009年4月15日
發明者A·布勞恩, A·德雅爾丹, B·亨德里克斯, M·范德沃爾特, R·哈貝爾斯, R·納沙貝 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司