活检装置和使用活检装置得到组织体积的层析图像的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的引用
[0002] 本专利申请要求2013年7月26日提交的美国临时申请序列号61/858,867的优先 权，该申请的内容以引用方式由此并入。
技术领域
[0003] 本申请涉及用于立体定向穿刺活检(诸如，脑室穿刺活检)的类型的活检针。
【背景技术】
[0004] 脑瘤代表了所有新型癌症病例中的不可忽略部分。护理标准是实现显著影响存活 率的最大切除并之后进行放疗和化疗的开颅手术。通过怀疑的肿瘤的类型和级别通知进行 切除的决定，通过术前的磁共振成像(下文中，MRI)或计算机断层扫描(下文中，CT)，并且通 过基于位于功能区或其它关键结构中的损伤的永久神经缺陷的可能性进行风险/得益估 计，来粗略评估肿瘤的类型和级别。
[0005] 当需要进行精确的神经病理诊断时，执行立体定向脑室穿刺活检（下文中，BNB)， 以便在手术之前收集组织或者用收集组织来取代手术，从而提供比成像更敏感并且具体的 信息(肿瘤类型、级别、生长模式hBNB的主要指征是深部病变、多发性病变和身体不好的手 术病人体内的病变。BNB过程以基于术前图像确定在何处获得样本以及大致可获得多少样 本开始。这些图像在手术室中与针在空间上共同对准，从而允许使用神经导航系统（例如， 得自Medtronic公司的Stealth Station)将针定位在目标区域中。通常，可能需要用多次针 进出（系列活检)来确保可得到最相关的病理学信息来确定最佳治疗。
[0006] 在传统BNB中，活检针包括内部套管和外部套管、针挡和吸气管。将外部套管(大约 2mm的直径)附连于刚性的立体定向框架并且将针缓慢插入穿过颅骨中的钻孔。两个套管都 具有敞口的矩形窗，通过抽吸将组织牵引到该窗中，此时旋转内部套管来切割样本，然后抽 出内部套管，固定样本。
[0007] BNB的主要目标是对病变的最恶性部分进行取样。如果该过程成功，则通过组织病 理学分析进行正确诊断，不需要进行其它步骤。然而，当前的护理标准会造成误诊，这是因 为由于对准不精确或者对于对准过程而言次要的患者移动而导致地理位置丢失。用于指导 活检的术前图像中的肿瘤特异性不足也会诱发误诊。实际上，BNB病例的重要部分需要进行 第二过程，因为例如在坏死或正常的组织中取得非诊断样本。此外，由于目标的不适当定义 而导致一些过程得到非代表性的样本，这造成肿瘤分型和分级不正确，。为了减少误诊，在 该过程期间有时对冻结切片执行术中神经病理估计，但相比于花费数天的染色切片的组织 病理学估计，这是耗时、成本高并且明显不太明确和准确的。
[0008] 其它明显的限制是速率变化很大并且会诱发发病率和死亡率的颅内出血。这是由 在进行切割期间被吸入内部套管的重要血管破裂造成的。外科医生在BNB期间没有触及血 管的位置；因此，这种风险一直存在。因此，尽管相比于开颅手术侵害性低得多，但BNB还是 带有重大风险。
【发明内容】
[0009] 提供了一种解决现有技术相关问题的活检装置。提供了一种装入多个光纤的活检 装置，该多个光纤设置在活检装置的外表面上，以便利用光学信号照射周围组织体积并且 检测由周围组织体积中的光学信号的传播而造成的光学信号响应。光学信号响应可提供降 低误诊和出血风险的信息。本公开内容的活检装置可用于使用光学图像重构算法，在本地 或者以层析成像方式检测并且量化肿瘤特异性的内源性或外源性生物光学标记。活检装置 可用于光谱活检系统中，以便为机械活检过程提供指导，该机械活检过程可包括诸如荧光 检测和/或反射率检测和/或非弹性散射(例如，拉曼(Raman)光谱信号)之类的多种检测方 案。
[0010] 因此，根据第一实施例，提供了一种活检装置，所述活检装置包括:套管主体，所述 套管主体具有纵轴和沿着所述纵轴延伸的探测区，在所述探测区限定样本接纳窗，所述样 本接纳窗用于当执行活检时接纳周围组织的样本；以及多个光纤，所述多个光纤沿着所述 套管主体的外部部分安装，所述多个光纤中的每个光纤都具有位于所述套管主体的所述探 测区中的光纤端部以及另一个光纤端部，所述另一个光纤端部能够与至少一个光发生器和 至少一个光检测器中的至少一个光学连接，所述多个光纤中的每个光纤都适于利用由所述 至少一个光发生器生成的光学信号来照射所述周围组织，并且所述多个光纤中的每个光纤 都适于利用所述至少一个光检测器来检测光学信号响应，所述光学信号响应是由所述光学 信号在所述周围组织中的传播造成的。
[0011] 另外，根据第一实施例，所述多个光纤周向地彼此分隔开。
[0012] 另外，根据第一实施例，所述多个光纤的光纤端部中的每个光纤端部都周向地彼 此对准。
[0013] 另外，根据第一实施例，所述光纤端部中的每个光纤端部都与邻接所述多个光纤 的周向对准的光纤端部的环状重定向表面的一部分光学耦合，所述环状重定向表面具有与 所述纵轴形成非垂直角度和非零角度的法线轴。
[0014] 另外，根据第一实施例，所述环状重定向表面是经抛光的圆柱形管。
[0015] 另外，根据第一实施例，所述光纤端部中的每个光纤端部都与沿着成角度轴对准 的重定向表面光学耦合，所述成角度轴与所述套管主体的所述纵轴形成非零角度。
[0016] 另外，根据第一实施例，所述重定向表面沉积在与对应的光纤端部邻接的棱镜上。
[0017] 另外，根据第一实施例，所述多个光纤的所述光纤端部中的每个光纤端部都纵向 延伸到所述样本接纳窗。
[0018] 另外，根据第一实施例，所述多个光纤周向地并且均匀地分布在所述套管主体的 所述外部部分上。
[0019] 另外，根据第一实施例，所述多个光纤的所述光纤端部中的每个光纤端部都至少 在所述套管主体的与所述样本接纳窗相对的周缘侧上延伸。
[0020] 另外，根据第一实施例，所述多个光纤中的至少一个光纤适于利用光学信号来照 射所述周围组织并适于检测光学信号响应。
[0021] 另外，根据第一实施例，其中，所述套管主体具有从其径向凹进的凹陷，所述凹陷 的径向深度至少等于或大于所述多个光纤中的至少一个光纤的直径，所述光纤的所述光纤 端部位于所述凹陷中。
[0022] 另外，根据第一实施例，所述套管主体包括：内部套管，所述内部套管具有内部样 本接纳窗并具有内径；以及外部套管，所述外部套管具有外部样本接纳窗并具有外径，所述 外径大于所述内部套管的所述内径，所述外部套管适于以所述内部套管至少围绕所述外部 套管的纵轴相对于所述外部套管能够旋转这样的方式来沿着所述外部套管的所述纵轴接 纳所述内部套管;其中，当所述内部样本接纳窗和所述外部样本接纳窗彼此对准时，所述活 检装置处于打开形态，并且当所述内部样本接纳窗和所述外部样本接纳窗彼此未对准时， 所述活检装置处于关闭形态。
[0023] 另外，根据第一实施例，上面安装有所述多个光纤的所述套管主体的外部部分是 所述外部套管的外部部分，并且其中，所述多个光纤上面设置有能够生物相容的保护体。
[0024] 根据第二实施例，提供了一种用于为机械活检过程提供指导的光谱活检系统，所 述系统包括:根据第一实施例所述的活检装置;至少一个光发生器，所述至少一个光发生器 与所述多个光纤中的至少一个光纤光学耦合，以便向所述多个光纤中的至少一个光纤提供 光学信号；至少一个光检测器，所述至少一个光检测器与所述多个光纤中的至少一个光纤 光学耦合，以便检测所述光学信号响应并且生成与所述光学信号响应相关联的光学信号响 应数据;计算装置，所述计算装置操作地连接到至少一个光检测器，适于从至少一个光检测 器接收所述光学信号响应数据，并适于基于所述光学信号响应数据来确定所述周围组织的 光学性质；以及输出装置，所述输出装置操作地连接到所述计算装置，以便显示所确定的光 学性质，所述光学性质将用于指导所述机械活检过程。
[0025] 另外，根据第二实施例，至少一个光发生器包括宽带光发生器，所述宽带光发生器 用于利用包括宽带光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，至少一个光检测器 是用于检测所述光学信号响应的光谱仪，所确定的光学性质指示在所述周围组织中出现的 漫反射。
[0026] 另外，根据第二实施例，所述计算装置还适于判断当所述光学信号响应的所述漫 反射具有增大的吸收性和血红蛋白光谱特征的至少其中之一时，所述周围组织是否包括血 红蛋白。
[0027] 另外，根据第二实施例，至少一个光发生器包括荧光激发发生器，所述荧光激发发 生器用于利用包括荧光激发光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，所述至少 一个光检测器是用于检测所述光学信号响应的光谱仪，所确定的光学性质指示在所述周围 组织中出现的荧光。
[0028] 另外，根据第二实施例，荧光激发滤光片与所述至少一个光检测器光学耦合，以便 对所述荧光激发波长进行过滤。
[0029] 另外，根据第二实施例，所述计算装置还适于判断当所述光学信号响应的所述荧 光具有在光学标记的发射光谱中的增强的强度或荧光特征的至少其中之一时，所述周围组 织是否包括所述光学标记。
[0030] 另外，根据第二实施例，所述至少一个光发生器包括近红外光发生器，所述近红外 光发生器用于利用包括近红外光的所述光学信号来照射所述周围组织，并且其中，所述至 少一个光检测器是光谱仪，所述光学性质属于在所述周围组织中出现的拉曼散射。
[0031] 另外，根据第二实施例，近红外光滤光片与所述至少一个检测器光学耦合，以便从 所述光学信号响应中过滤出所述近红外光。
[0032] 另外，根据第二实施例，至少一个光发生器与多个光纤中的至少一个光纤之间的 所述光学耦合包括第一光学复用器和至少一个光学开关，能控制所述至少一个光学开关， 以防止所述光沿着所述多个光纤中的所述至少一个光纤中的对应光纤透射;其中，至少一 个光检测器与所述多个光纤中的所述至少一个光纤之间的所述光学耦合包括第二复用器 和所述至少一个光学开关，能控制所述至少一个光学开关，以防止所述光沿着所述多个光 纤中的至少一个光纤中的对应光纤透射;其中，所述计算装置适于使用所述至少一个光学 开关来只沿着所述多个光纤中的一个光纤提供所述光学信号，所述计算装置还适于使用所 述至少一个光学开关来检测来自所述多个光纤中的所述至少一个光纤的其中每个的多个 局部光学信号响应的其中之一，所述计算装置还适于基于所述多个局部光学信号响应来确 定所述光学性质。
[0033] 另外，根据第二实施例，在时间上顺序地执行针对所述多个光纤中的所述至少一 个光纤的其中每个来检测所述多个局部光学信号响应，所述计算装置还适于基于所述多个 局部光学信号响应来构建代表所述周围组织中的所述光学性质分布的层析图像。
[0034] 根据第三实施例，提供了一种用于使用在组织体积中提供的活检装置来得到所述 组织体积的层析图像的方法，所述方法还包括以下步骤:使用提供于所述活检装置的外部 部分上的多个光纤中的至少一个光纤，来利用光学信号照射所述组织体积;检测与所述多 个光纤中的其它光纤相关联的多个局部光学信号响应;将所述多个局部光学信号响应中的 每个局部光学信号响应都与围绕套管主体的探测区的所述组织体积的径向部分相关联;针 对所述多个光纤中的每个光纤重复进行所述照射、所述检测以及所述关联，并得到局部光 学响应的径向分布；以及基于所述局部光学响应的径向分布并基于校准数据，来处理所述 组织体积的所述层析图像。
[0035]另外，根据第三实施例，更新经处理的层析图像，以使得当所述活检装置在所述组 织体积中移动时，新的层析图像被处理；以及基于所得到的至少一个