本發(fā)明總體上涉及一種包括具有光纖和用于體內(nèi)組織檢查的側(cè)向凹口的活檢裝置的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對于肺癌的早期診斷來說，通常從肺部獲取小的活檢物。這類活檢物可例如通過活檢針的經(jīng)皮插入，或通過使具有活檢工具的支氣管鏡經(jīng)由工作通道進入肺部氣道(支氣管)中來獲得。對于后者，可使用若干類型的活檢工具來獲得不同種類的組織樣本，如鉗夾活檢物、針抽吸活檢物，和用于細胞學(xué)的刷拭活檢物。樣本應(yīng)具有足夠的尺寸以向病理醫(yī)師提供用于適當(dāng)評估的充足物質(zhì)。

典型的支氣管鏡裝備有視覺確認工具，從而允許在獲取活檢物之前對組織樣本進行檢查。然而，具有集成光學(xué)元件的這類支氣管鏡的尺寸不允許在視覺確認的情況下從肺內(nèi)的邊遠區(qū)域(小支氣管)探取組織。這類區(qū)域可通過使較小的柔性活檢工具通過支氣管鏡的工作通道突出來達到，但視覺確認不再可用。此外，視覺檢查僅可確認在支氣管的表面上可見病變的存在。對于通常發(fā)源于支氣管壁后面的腫瘤在早期階段的檢測來說，視覺檢查受固有的淺表信息的限制。此外，柔性工具的尺寸將決定該工具可插入支氣管中多深，并且因此應(yīng)盡可能緊湊。對于非常小的支氣管，重要的是該工具能夠側(cè)視：如果檢測方法僅是向前定向的，則不能檢測支氣管壁后面的病變，因為沒有留用于使工具末端的前面朝向懷疑的病變定位的空間。

因此，潛在的惡性病變經(jīng)常未被注意到和/或在錯誤的位置獲取活檢物，從而導(dǎo)致漏報?；顧z物的數(shù)目也應(yīng)保持最少，因為所獲得的每個活檢物具有在肺部中引起內(nèi)部出血的風(fēng)險。

添加組織感測的方式是通過將光纖添加至柔性活檢工具。在專利申請EP 0910284 B1中描述了一示例，其中在中心具有纖維的鉗夾工具被整合成基于光學(xué)光譜學(xué)進行組織感測。研究已表明，基于組織中的散射和水分可將肺部腫瘤與正常的肺實質(zhì)區(qū)分開。為了確定這些組織參數(shù)，發(fā)送和接收纖維的纖維端部應(yīng)充分地分開，以可靠地確定這些參數(shù)。此外，為了確定這些參數(shù)，探針必須能夠感測超出支氣管壁的肺實質(zhì)。這意味著纖維端部必須分開至少0.5mm，更優(yōu)選地分開1mm。

將光纖添加至活檢工具的其它方式公開于專利申請WO 2014/132110 A1、WO 00/42906 A2和WO 2014/068468 A1中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服這些限制，需要用于活檢工具的新構(gòu)思，并且所述新構(gòu)思應(yīng)包括以下特征中的一些或全部：

所述工具應(yīng)能夠沿側(cè)向方向側(cè)視組織表征和組織收集。

所述工具應(yīng)允許3D組織表征(達到數(shù)毫米)以檢測支氣管壁后面的病變，即所述光纖端部應(yīng)分開至少0.5mm，更優(yōu)選地彼此分開1mm。深入組織表征(3D)可使用漫反射光譜學(xué)來實現(xiàn)。為此，可將光學(xué)光導(dǎo)(纖維)并入支氣管鏡活檢工具中以在獲取活檢物之前提供關(guān)于目標位置的組織具體信息。

所述工具應(yīng)允許直接從先前表征的位置采集足夠尺寸的組織樣本以用于病理檢查。

所述工具可具有柔性末端，從而允許進入非常小的支氣管。

此外，所述工具可具有在活檢后燒灼組織以防止進一步出血的能力。

問題是如何將光譜組織感測添加至小的柔性活檢工具，這樣在同一位置處獲取活檢物之前允許穿過小支氣管的壁側(cè)視組織體積的光學(xué)表征。

根據(jù)本發(fā)明，提出一種裝置，所述裝置提供了目標部位的增加的診斷率。本發(fā)明提出用于以下的解決方案：(i)通過光譜感測進行病變檢測和位置確認和(ii)穿過支氣管壁的進行側(cè)向取樣。這個和其它問題通過獨立權(quán)利要求的主題解決。在從屬權(quán)利要求中描述進一步的實施例。

通常，將光纖并入活檢裝置中，該活檢裝置包括具有柔性末端的導(dǎo)管。末端的尺寸允許進入小支氣管(2mm直徑，或更小)并且允許獲得足夠大的組織樣本以允許病理組織分類。兩個光纖以下述方式布置，所述方式是由源和檢測纖維限定的光路徑將探測也是活檢機構(gòu)的目標的相同組織體積。至少一個纖維的端部被設(shè)置在所述裝置的末端附近。所述纖維和所述活檢機構(gòu)以下述方式整合，所述方式允許垂直于所述裝置的縱向方向，即從所述裝置的側(cè)向，探測相當(dāng)大體積的組織。

根據(jù)一實施例的一種系統(tǒng)，包括具有中空軸桿的活檢裝置，所述軸桿具有壁和遠側(cè)端部部分，其中在所述遠側(cè)端部部分中形成面向側(cè)向的凹口。至少兩個光纖被布置在所述軸桿的所述壁中，使得所述纖維的端部表面被布置成沿縱向方向相對于所述凹口布置在相反位置處。

切割元件可被可移動地容納在所述中空軸桿內(nèi)，其中所述切割元件可形成為在所述工具末端內(nèi)能夠移動的切割錐。作為選擇，所述切割元件可以是小刷子。這樣可允許通過經(jīng)刷子在暴露的凹口內(nèi)的移動和/或旋轉(zhuǎn)從懷疑病變刮擦組織細胞來獲得組織樣本。這種組織取樣方式可最小化出血的風(fēng)險并且得到充分的組織細胞以用于細胞學(xué)檢查。

根據(jù)一實施例，所述光纖中的至少一個的所述端部表面相對于所述中空軸桿的縱向軸線傾斜。通過使纖維端部的末端以一定角度傾斜，可將光輸出引導(dǎo)遠離所述纖維的軸線。例如，石英光纖和人部肺組織的傾斜界面處的折射率不匹配導(dǎo)致產(chǎn)生以不同方向進入組織的多個(實質(zhì)上兩個)光束。這種效應(yīng)依賴于傾斜角度。

根據(jù)一實施例，在所述光纖中的至少一個的傾斜的端部表面處可設(shè)置反射層。應(yīng)注意，所述反射層可由反射顆粒形成，其中所述反射顆粒可在所述纖維的所述末端的傾斜表面處以單獨地形成的滴或?qū)釉O(shè)置。作為選擇，在傾斜的纖維表面前方可設(shè)置空氣泡。

根據(jù)一實施例，可設(shè)置附加光纖，所述附加光纖以下述方式布置在所述軸桿中，所述方式是所述光纖中的至少一個和所述附加光纖通過傾斜的所述端部表面光學(xué)地耦合。被引導(dǎo)穿過光纖并且由所述傾斜的端部表面反射的那束光由附加纖維接收，或反之亦然。取決于所述端部表面的傾斜角度，光將以預(yù)定角度進行反射。應(yīng)理解，所述附加光纖的取向應(yīng)當(dāng)是沿反射光的方向以接收盡可能多的反射光。

根據(jù)一實施例，所述活檢裝置可進一步包括至少兩個附加光纖，所述至少兩個附加光纖被布置在所述軸桿中，使得所述纖維的端部表面被設(shè)置成沿側(cè)向方向相對于所述凹口設(shè)置在相反位置處。所述多個光纖可呈規(guī)則的圖案布置。例如，光纖可布置在所述軸桿中或布置在所述軸桿處，使得兩行端部表面分別布置在所述凹口的兩側(cè)。下面將參照附圖描述進一步的示例。

根據(jù)一實施例，所述活檢裝置的所述光纖可包括用于發(fā)射光的至少一個源纖維和用于接收光的至少一個檢測器纖維。所述檢測器纖維和所述源纖維可被布置成使得可觀察到在所述凹口上方或與所述凹口相鄰的包含組織的空間。

根據(jù)一實施例，所述光纖的所述端部表面可布置在所述凹口的外側(cè)，即，在形成所述凹口的所述軸桿的所述壁(前壁、側(cè)壁和/或后壁)中。替代地和/或另外地，所述光纖的所述端部表面可布置在所述凹口中，即，在所述凹口的底部表面中。例如，光纖可被包括在所述工具內(nèi)側(cè)以用于允許對所述凹口內(nèi)的所采集的組織樣本進行表征的目的。這將增加關(guān)于所采集的組織樣本實際上具有診斷價值的更多信心。

根據(jù)一實施例，所述活檢裝置可進一步包括用于注射或抽取流體的通道，例如用于注射藥品或造影劑，或用于抽取體液樣本。所述活檢裝置的整合式管也可用于利用液體(水溶液)沖洗和引流氣道以用于診斷目的。所述活檢裝置可進一步包括抽吸裝置，所述抽吸裝置適于向所述通道施加真空。

根據(jù)一實施例，所述活檢裝置可進一步包括控制臺，所述控制臺包括光源、光檢測器和用于處理由所述光檢測器提供的信號的處理單元，所述控制臺適于進行體內(nèi)組織檢查。所述光源和所述光檢測器中的一個可提供波長選擇性。所述光源可以是激光、發(fā)光二極管或濾波光源中的一種，并且所述控制臺可進一步包括纖維開關(guān)、光束分離器或二色光束組合器中的一種。此外，所述裝置可適于執(zhí)行出自下述組的至少一種，所述組由以下各項組成：漫反射光譜法、漫射光學(xué)斷層掃描、差分路徑長度光譜學(xué)和拉曼(Raman)光譜學(xué)。

根據(jù)一實施例，所述活檢裝置可進一步包括能夠?qū)崿F(xiàn)所述活檢裝置的電磁追蹤的裝置。例如，側(cè)視活檢工具的末端可裝備有這種裝置，以允許所述工具在肺部內(nèi)的導(dǎo)航。這提供了超出支氣管鏡的視覺可達范圍對活檢工具進行受控導(dǎo)航的能力，并且，同時，其還提供了使用如本文所述的光譜感測的現(xiàn)場組織確認。用于電磁追蹤(EM追蹤)的裝置可以是線圈，或可以是包括電感器和電容器的LC電路，其中所述電感器可形成為線圈。用于EM追蹤的裝置可形成為無源裝置，所述無源裝置被配置來通過外部磁場激活，例如通過MRI系統(tǒng)的磁場，從而響應(yīng)于激活磁場而形成磁場，這繼而可由MRI單元感測到，使得所述裝置能夠在MRI圖像中被追蹤。此外，例如呈LC電路的形式的裝置可制作在Si晶片上。應(yīng)注意，所述活檢裝置的分離的末端部分可與用于EM追蹤的裝置一起制作在Si晶片上，其中所述分離的末端部分隨后可固定至所述活檢裝置的軸桿。

根據(jù)一實施例，所述活檢裝置可進一步包括在所述軸桿的所述遠側(cè)端部部分處的不透射線材料，以用于增強那個部分在熒光圖像中的可見性。

根據(jù)一實施例，所述活檢裝置的所述軸桿的所述遠側(cè)端部部分可被配置成緊接在獲取活檢物之后用于燒灼。這將防止在活檢部位大量出血的風(fēng)險(可能是潛在地致命的)。

所述活檢裝置也可以下述方式設(shè)計，所述方式是多個活檢物可被獲取并存儲在套管內(nèi)而不必在獲取下一個活檢物之前例如從氣道完全移除探針?？墒┘诱婵找栽谇懈钪髮⒒顧z樣本進一步吸取至所述套管中。對于每一新樣本，活檢物芯將被進一步吸取回所述套管中。一旦獲取所有活檢物，在將探針從氣道移除之后，可移除所述活檢物。

本發(fā)明的以上限定的方面和其它方面、特征和優(yōu)點也可從下文中將要描述的實施例的示例得出，并且參照實施例的示例加以解釋。下文將參照實施例的示例更詳細地描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于所述實施例。

附圖說明

圖1是根據(jù)第一實施例的活檢裝置的末端部分的側(cè)視圖。

圖2是根據(jù)第二實施例的活檢裝置的末端部分的側(cè)視圖。

圖3a是根據(jù)第三實施例的活檢裝置的末端部分的側(cè)視圖，并且圖3b是根據(jù)第三實施例的活檢裝置的末端部分的俯視圖。圖3c至圖3e示出布置在凹口處的光纖的端部表面的示例性圖案。

圖4是根據(jù)第一實施例的包括切割元件的活檢裝置的末端部分的側(cè)視圖。

圖5是根據(jù)第二實施例的包括切割元件的活檢裝置的末端部分的側(cè)視圖。

圖6示出包括活檢裝置和控制臺的系統(tǒng)。

圖7示出血液、水和脂肪的吸收系數(shù)的對數(shù)圖。

圖8示出膠原蛋白、彈性蛋白、NADH和FAD的熒光曲線。

附圖中的圖示僅是示意性的，并不是按比例繪制。應(yīng)注意，在適用的情況下，在不同的圖中類似的元件具有相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1示出根據(jù)第一實施例的活檢裝置的末端部分的側(cè)視圖，該活檢裝置包括具有面向側(cè)面的凹口20的軸桿10和兩個光纖30、34。該軸桿的末端部分形成有鈍的遠側(cè)端部12，即具有修圓的邊緣。該軸桿的端部可具有部分球形的表面。該軸桿的這種鈍的端部表面有利于使軸桿穿過體內(nèi)的現(xiàn)有路徑，例如穿過支氣管進入肺中，而不傷害它們。該凹口包括前邊緣22、后端24和底部28，其中該凹口的邊緣22、24被修圓，使得在軸桿的末端部分處沒有鋒利的邊緣。

第一光纖30可具有端部表面32，該端部表面被切割成相對于軸桿軸線具有傾斜角。在第一光纖32的傾斜的端部表面32被布置成面向活檢裝置的軸桿的前面而且還面向軸桿的側(cè)面并遠離軸桿的情況下，發(fā)射的光的折射將向側(cè)方引導(dǎo)光44。

另外，第一光纖30可具有直切的端面，即垂直于纖維軸線切割的端面，如圖2中所示。第一光纖30被可整合在活檢裝置的末端部分中，使得直切的端面面向具有限定角度的反射表面38(鏡子)以引導(dǎo)光44遠離纖維軸線。對于垂直反射，鏡子的傾角應(yīng)為45°。所提出的鏡子構(gòu)思允許使用標準的光纖將光相對于活檢裝置的軸桿軸線引導(dǎo)至側(cè)面。

在圖1和圖2的實施例中，光纖32、34被以允許探查垂直于所述末端的軸線的組織體積(圍繞所述末端的組織)的方式整合。優(yōu)選地，所述纖維相對于所述末端部分的凹口20被定位在相反位置處。光44被引導(dǎo)遠離所述活檢裝置的軸線并且被引導(dǎo)入組織體積中。因此，所述光纖被布置成用于沿光學(xué)路徑并且在一體積內(nèi)感測，所述體積沿所述軸桿的縱向方向在所述光纖的端部表面之間延伸。換句話說，所述光纖被布置成用于感測在所述光纖的端部表面之間的相對于所述軸桿的方向是縱向的路徑中的光學(xué)特征的變化。

對于定位在所述工具末端內(nèi)的第二光纖34，光可沿附加光纖40并且經(jīng)過所述附加光纖被引導(dǎo)出所述末端，所述附加光纖是以所述附加光纖收集由反射表面重定向的光的方式被整合的。

首先，第二光纖34的末端可包括端部表面36，該端部表面相對于細長軸桿的軸線傾斜，使得經(jīng)過所述纖維發(fā)射的光將沿預(yù)期方向引導(dǎo)，例如，垂直于所述軸桿的軸線。第二光纖34的傾斜的端部表面36前方的空氣將在所述傾斜表面處導(dǎo)致光的適當(dāng)反射。這在圖1中示例性地示出。

為改善反射，可提供附加反射層38來作為第二光纖34的直切的端部表面36前方的傾斜表面，以改善發(fā)射的/接收的光的反射以朝向預(yù)期的方向。這在圖2中示例性地示出。

作為選擇，可在纖維末端的前方設(shè)置反射顆粒，其中所述反射顆?？梢苑蛛x地形成的滴或?qū)釉O(shè)置，以將光從第二光纖34引導(dǎo)至附加纖維40或反之亦然。

反射表面38與第一光纖30的直切的纖維末端端部32之間的空隙空間(間隙)可填充增強所述端部表面的平滑度的(半)透明膠(對于可見波長和近紅外波長來說)。

應(yīng)注意，可將具有不同于所述膠的折射率的附加的散射但不吸收的顆粒(如二氧化鈦，TiO2)添加至膠混合物。對于收集纖維，這將具有的優(yōu)點是來自被照亮的組織的更多光可通過散射被耦合至所述纖維中，且由此改善信號增益。

圖3a示出活檢裝置的第三實施例的側(cè)視圖，該活檢裝置具有軸桿10、凹口20、用于容納切割元件50的通道14以及光纖42，所述光纖被布置在所述軸桿中，且端面設(shè)置于所述凹口處。應(yīng)注意，第一實施例、第二實施例和/或第三實施例的特征的組合可以是有利的。例如，第三實施例也可包括如以上結(jié)合第一實施例和第二實施例描述的光纖30、34。另外，第一實施例和/或第二實施例也可包括用于容納切割元件50或用于抽吸的通道14。

如圖3a的側(cè)視圖以及圖3b中的這個實施例的俯視圖中所示，光纖42被布置在軸桿10的鄰接所述凹口的側(cè)邊緣26的壁中，并且沿著所述活檢裝置的軸線。光纖42可被布置在所述活檢裝置的邊界內(nèi)，尤其是嵌入軸桿10的側(cè)向壁中。多個光纖42中的每一個可連接至單個光學(xué)端口。因此，一個光纖可從凹口20中的一個空間上良好限定的位置發(fā)射或接收光信號。

如圖3c、圖3d和圖3e中示例性所示，多對光源和檢測器纖維42可定位在凹口20中，以提供均勻的纖維分布，從而允許光44被發(fā)射至組織中并且從組織接收。一對光源和檢測器纖維可定位在垂直于軸桿10的軸線的直線上，并且后續(xù)成對的光源和檢測器纖維也以一個共同的距離定位。凹口20的整個長度可由均勻分布的光纖覆蓋。作為選擇，所述纖維可以幾何學(xué)的方式分布，使得一個源纖維與兩個或更多個光學(xué)檢測器纖維形成一對，如圖3e中所示。

參照圖4，末端設(shè)計允許基本上從光學(xué)地探查的同一體積采集組織樣本。組織活檢物可使用完全整合的可移動切割元件50固定在凹口20中。切割元件自身可具有帶有鋒利邊界的凹口或凹陷52，所述鋒利邊界可用于通過旋轉(zhuǎn)所述元件來切割組織樣本，如由圖4中的箭頭所示。在工具朝目標位置插入期間，切割元件處于“閉合”位置。在目標部位處，且在光譜組織表征之后，切割凹陷52可移動至“打開”位置，即通過朝軸桿10中的凹口20旋轉(zhuǎn)，以允許組織進入凹陷52。這可通過施加負壓來輔助，例如經(jīng)由通過魯爾鎖(Luer-lock)連接至切割元件50的后端的空注射器。通過將套管凹口旋轉(zhuǎn)回到“閉合”位置來獲得組織樣本。在圖4中進一步示出的是可整合至所述活檢裝置的末端部分中的裝置16，該裝置允許對末端部分的電磁追蹤。應(yīng)理解，這種裝置首先也可設(shè)置在所述末端部分的任何其它適當(dāng)位置處，其次也可設(shè)置在本文所公開的任何其它實施例中。

作為選擇，如圖5中所示，切割元件50可具有在前表面中的凹陷54，并且在所述前表面與圓周表面之間的邊緣變鋒利。這種切割元件50可被向前頂推以切割正處于中空軸桿10的凹口20中的一探針的組織。作為示例，在圖5中進一步示出的是所述活檢裝置的末端部分的一部分18，該部分18可由不透射線材料制成，以便在熒光圖像中提供所述末端部分的增強的可見性。應(yīng)理解，這種材料首先也可設(shè)置在所述末端部分的任何其它適當(dāng)位置處，其次也可設(shè)置在本文所公開的任何其它實施例中。

如圖6中所示，介入裝置的纖維40連接至光學(xué)控制臺60。光纖可被理解為光導(dǎo)或光波導(dǎo)。在一實施例中，控制臺60包括呈鹵素寬帶光源形式的具有嵌入式快門的光源64，和光學(xué)檢測器66。光學(xué)檢測器66可解析具有基本上處于波長譜的可見區(qū)和紅外區(qū)中的波長(如從400nm至1700nm)的光。光源64和檢測器66的組合允許漫反射測量。關(guān)于漫反射測量的詳細論述，參見R.Nachabe,B.H.W.Hendriks,A.E.Desjardins,M.van der Voort,M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg,“利用從900至1600nm的漫射光譜法評估散射介質(zhì)中的脂類和水濃度”(Estimation of lipid and water concentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from 900to1600nm),J.Biomed.Opt.15,037015(2010)。

可選地，也可能的是所述控制臺聯(lián)接至能夠?qū)ι眢w內(nèi)部成像的成像模態(tài)，例如在圖像引導(dǎo)下獲取活檢物時。在這種情況下，當(dāng)將活檢物獲取至活檢物的容器時，也可存儲內(nèi)部的圖像。在這種情況下，將光學(xué)活檢針的體內(nèi)信息、活檢物的病理學(xué)信息以及獲取活檢物的位置被集合在一起以用于高級病理學(xué)。

另一方面，也可設(shè)想到其它光學(xué)方法，如通過使用多個光纖的漫射光學(xué)斷層掃描、差分路徑長度光譜學(xué)、熒光光譜學(xué)和拉曼光譜學(xué)，以提取組織性質(zhì)。

在圖6中進一步示出的是抽吸裝置70、用于獲得體外病理學(xué)信息的裝置80和存儲容器90。所述抽吸裝置可連接至所述活檢裝置的近側(cè)端部，使得負壓或真空可通過所述活檢裝置施加至所述活檢裝置的遠側(cè)端部，尤其施加至所述活檢裝置的遠側(cè)端部處的凹口。

裝置80可通過有線或無線方式連接至控制臺60，以用于交換比如控制命令或表示所檢查的組織樣本的病理方面的數(shù)據(jù)的信息。裝置80可以是數(shù)字病理學(xué)系統(tǒng)，該數(shù)字病理學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)掃描器和圖像管理系統(tǒng)，以能夠?qū)崿F(xiàn)組織染色圖像的數(shù)字化、存儲、檢索和處理，讀取存儲在存儲箱容器中的信息，以及將該信息與數(shù)字化的染色數(shù)據(jù)集合進行整合，以呈現(xiàn)給病理醫(yī)師。除此之外，可緊接著組織病理學(xué)圖像之后呈現(xiàn)來自光子活檢裝置的數(shù)據(jù)集合，或者這兩個數(shù)據(jù)集合可融合在通過圖像的特定著色圖案表征并且可識別的圖像中。例如，在體內(nèi)測量的氧水平可被添加為紅色，其中深紅色意味著低氧水平并且鮮紅色將意味著高氧水平。另外，來自FTIR或拉曼法的分子空間分布可被添加被編碼的色彩，以映射至特定分子的病理學(xué)載片。

首先經(jīng)受體內(nèi)組織檢查(即活體內(nèi)的檢查)并且其次通過裝置80經(jīng)受體外組織檢查的組織樣本可位于容器90中。也可對組織活檢物或活檢物的一部分執(zhí)行分子診斷(例如排序或PCR)。

用于活檢物的存儲容器可進一步使得體內(nèi)和/或體外獲得的光學(xué)信息可存儲在該存儲容器上。這可以是可在病理學(xué)部門通過數(shù)字病理學(xué)裝置讀取的條形碼標簽。其也可以是微芯片，光學(xué)信息可以電子方式存儲在該微芯片中。代替存儲實際信息，也可存儲可檢索信息的“地址”或“鏈接”。

根據(jù)另一實施例，容器80可放置在控制臺60中。當(dāng)光子活檢裝置附接至控制臺時，數(shù)據(jù)隨后可被書寫在容器上。數(shù)據(jù)可以條形碼的形式書寫或可被以電子方式存儲在容器上的芯片中。

處理器將測量的光譜變換成指示組織狀態(tài)的生理參數(shù)，并且監(jiān)視器68可用來顯現(xiàn)結(jié)果。

在處理器上可執(zhí)行的計算機程序可在合適的介質(zhì)上提供，比如與處理器一起供應(yīng)或作為處理器的一部分供應(yīng)的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但也可以其它形式分布，比如經(jīng)由因特網(wǎng)或其它有線或無線通信系統(tǒng)。

對于熒光測量，控制臺必須能夠在通過一個或多個檢測纖維檢測組織生成的熒光時將激發(fā)光提供給至少一個源纖維。激發(fā)光源可以是激光(例如半導(dǎo)體激光)、發(fā)光二極管(LED)或濾波光源，如濾波汞燈。通常，由激發(fā)光源發(fā)射的波長比將被檢測的熒光的波長范圍短。優(yōu)選的是使用檢測濾波器過濾掉激發(fā)光，以便避免由激發(fā)光造成的檢測器的可能過載。當(dāng)存在需要彼此區(qū)別的多個熒光實體時，需要波長選擇的檢測器，例如分光儀。

假使熒光測量將與漫反射測量組合，則用于測量熒光的激發(fā)光可被提供給同一源纖維作為用于漫反射的光。這可通過例如使用纖維開關(guān)或具有聚焦光學(xué)元件的光束分裂器或二色光束組合器來實現(xiàn)。作為選擇，分離的纖維可用于提供熒光激發(fā)光和用于漫反射測量的光。

為執(zhí)行光譜學(xué)，可使用定制的Matlab 7.9.0(Mathworks,Natick,MA)算法擬合所獲取的光譜。在這種算法中，實施廣泛接受的分析模型，即由下述文獻介紹的模型，所述文獻是T.J.Farrel,M.S.Patterson和B.C.Wilson,“用于組織光學(xué)性質(zhì)非侵入式確定的空間分辨的穩(wěn)態(tài)漫反射的擴散理論模型(A diffusion theory model of spatially resolved,steady-state diffuse reflectance for the non-invasive determination of tissue optical properties)”，Med.Phys.19(1992)第879-888頁，該文獻據(jù)此通過引用方式整體地并入本文。用于該文獻的模型的輸入變元是吸收系數(shù)μ_a(λ)、降散射系數(shù)μ′_s(λ)和在探針的末端處的發(fā)射纖維與收集纖維之間的中心至中心的距離。

在以下部分中，將簡要地解釋所述模型。所使用的公式主要基于Nachabé等人的工作，并且因此參考R.Nachabe，B.H.W.Hendriks，M.van der Voort，A.E.和H.J.C.M.Sterenborg的“使用漫射光學(xué)光譜學(xué)評估生物發(fā)色團：擴展UV-VIS波長范圍至包括1000-1600nm的益處(Estimation of biological chromophores using diffuse optical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength range to include 1000to 1600nm)”，Optics Express，第18卷，2010，第1432至1442頁，該文獻據(jù)此通過引用的方式整體地并入本文中，并且此外參考R.Nachabe，B.H.W.Hendriks，A.E.Desjardins，M.van der Voort，M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg的“利用從900至1600nm的漫射光譜法評估散射介質(zhì)中的脂類和水濃度(Estimation of lipid and water concentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from 900to 1600nm)”，J.Biomed.Opt.15，037015(2010)，該文獻也據(jù)此通過引用的方式整體地并入本文。

雙冪律函數(shù)可用來描述降散射的波長相依性，其中波長λ以nm表示，并且被標準化至λ₀＝800nm的波長值。參數(shù)α對應(yīng)于在這個特定波長處的降散射振幅。

在這個方程式中，降散射系數(shù)被表示為米氏散射(Mie scattering)和瑞利散射(Rayleigh scattering)的和，其中ρ_MR是米氏散射對總降散射的分數(shù)。米氏散射的降散射斜率表示為b并且與粒子尺寸有關(guān)。對于吸收劑的均勻分布，總光吸收系數(shù)μ_a(λ)可計算為吸收劑的消光系數(shù)和體積分數(shù)的乘積(參見圖8)。

代替將吸收系數(shù)μ_a(λ)模型化為通過所關(guān)注的四個發(fā)色團的各自濃度加權(quán)的吸收系數(shù)的和，決定將組織吸收系數(shù)表達為

其中對應(yīng)于血的吸收，并且對應(yīng)于所探測體積中的水和脂類一起的吸收。水和脂類的體積分數(shù)為ν_WL＝[脂類]+[水]，而ν_血表示對于150mg/ml的全血中的血紅蛋白的濃度來說的血體積分數(shù)。

因數(shù)C是依賴于波長的校正因數(shù)，該校正因數(shù)解釋了色素封裝的影響并且為吸收光譜的形狀改變。這個影響可通過組織中的血局限于總體積(即血管)的極小分數(shù)來解釋。血管中心附近的紅血細胞因此比周邊處的那些紅血細胞吸收更少的光。實際上，當(dāng)在組織內(nèi)均勻地分布時，較少的紅血細胞將產(chǎn)生與分布在離散血管中的紅血細胞的實際數(shù)目相同的吸收。校正因數(shù)可描述為

其中R表示以cm為單位的平均血管半徑。與血有關(guān)的吸收系數(shù)由下式給出

其中和分別表示氧合血紅蛋白HbO₂和脫氧血紅蛋白Hb的基本消光系數(shù)光譜。血紅蛋白總量中的氧合血紅蛋白分數(shù)被記錄為α_BL＝[HbO₂]/([HbO₂]+[Hb])，并且通常稱為血氧飽和度。由于所測量的組織中的水和脂類的存在造成的吸收被定義為

在這種情況下，與脂類和水一起的總濃度有關(guān)的脂類的濃度可寫為α_WF＝[脂類]/([脂類]+[水])，其中[脂類]和[水]分別對應(yīng)于脂類(0.86g/ml的密度)和水的濃度。

使公式6中定義的吸收系數(shù)的表達式中的水和脂類參數(shù)相關(guān)而不是單獨地估計水和脂類體積分數(shù)的這種方式，對應(yīng)于用于擬合的基本函數(shù)的協(xié)方差的最小化，從而導(dǎo)致產(chǎn)生相較于下述文獻更穩(wěn)定的擬合，所述文獻是R.Nachabe，B.H.W.Hendriks，M.van der Voort，A.E.和H.J.C.M.Sterenborg的“使用漫射光學(xué)光譜學(xué)評估生物發(fā)色團：擴展UV-VIS波長范圍至包括1000-1600nm的益處(Estimation of biological chromophores using diffuse optical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength range to include 1000to 1600nm),Optics Express，第18卷，2010，第1432至1442頁。對于這個定理的進一步解釋和驗證，參考文獻R.Nachabe，B.H.W.Hendriks，A.E.Desjardins，M.van der Voort，M.B.van der Mark，和H.J.C.M.Sterenborg的“利用從900至1600nm的漫反射光學(xué)光譜法評估散射介質(zhì)中的脂類和水濃度(Estimation of lipid and water concentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from 900to 1600nm)，J.Biomed.Opt.15，037015(2010)。

例如，通過所描述的算法，可得出光學(xué)組織性質(zhì)，如不同組織發(fā)色團的散射系數(shù)和吸收系數(shù)：例如血紅蛋白、氧合血紅蛋白、水、脂肪等。這些性質(zhì)在正常健康組織與患病(患癌)組織之間是不同的。

正常組織中在可見范圍和近紅外范圍中主導(dǎo)吸收的主要吸收組分是血(即血紅蛋白)、水和脂肪。在圖8中，給出了這些發(fā)色團的作為波長的函數(shù)的吸收系數(shù)。請注意，血主導(dǎo)在可見范圍內(nèi)的吸收，而水和脂肪主導(dǎo)在近紅外范圍內(nèi)的吸收。

總吸收系數(shù)是例如血、水和脂肪的吸收系數(shù)的線性組合(因此，對于每一種成分，圖7中所示的那個成分的值乘以其體積分數(shù))。通過在使用用于散射的冪律時將模型擬合至測量，可確定血、水和脂肪的體積分數(shù)以及散射系數(shù)。

用來區(qū)別光譜中差異的另一種方式是通過利用主成分分析。這種方法允許光譜中差異的分類并且因此允許組織之間的區(qū)別。除漫反射以外，還可測量熒光。隨后，例如也可測量如膠原蛋白、彈性蛋白、NADH和FAD的參數(shù)(參見圖8)。特別地，被稱為光學(xué)氧化還原參數(shù)的比率NADH/FAD是受關(guān)注的，因為它是用于組織的新陳代謝狀態(tài)的指示，如在Zhang Q.等的“生物組織的無濁度熒光光譜學(xué)(Turbidity-free fluorescence spectroscopy of biological tissue)”，Opt.Lett.，2000 25(19)，第1451至1453頁中所描述，該光學(xué)氧化還原參數(shù)在癌細胞中改變并且被認為在癌細胞的有效治療時改變。

也可檢測身體對外生熒光團的響應(yīng)，所述外生熒光團可通過光學(xué)活檢裝置檢測。此外，通過基于漫射光學(xué)成像的如光學(xué)乳房X線照相術(shù)的成像模態(tài)，這些也可鏈接至外生熒光團的測量。

所描述的裝置可用于微創(chuàng)針介入術(shù)中，比如腰痛介入術(shù)或在癌癥診斷領(lǐng)域中獲取活檢物，或在需要針周圍的組織表征的情況下。

在下文中，將就示例性針裝置的外徑、其插入長度和其優(yōu)選用途來描述所述示例性針裝置。

活檢針可具有1.27mm至2.108mm的外徑，可以插入組織中其長度的100mm至150mm，并且可用于頸部、頭部、胸部、前列腺和肝臟中的軟組織芯狀活檢中。

軟組織的細微抽吸針可具有介于0.711mm與2.108mm之間的外徑，可以插入軟組織中其長度的100mm至150mm，并且可用于軟組織的抽吸。

腦部活檢針可具有2.108mm的外徑，可以插入組織中其長度的150mm直至250mm，并且可用于診斷腦部活檢物。

最后，所述裝置可包括具有2.108mm和更小的外徑的針電極，所述電極可插入組織中達到其長度的250mm，并且可用于例如腫瘤的射頻消融。

盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的圖示和描述被認為是圖示性或示例性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附的權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的本發(fā)明時，能夠理解并實現(xiàn)所公開的實施例的其他變型。

在權(quán)利要求書中，詞“包括”不排除其它元件，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。事實僅在于，在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述的某些措施不表明不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求書中的任何附圖標記不應(yīng)被視為限制范圍。

附圖標記列表：

10 軸桿

12 遠側(cè)末端

14 通道

16 用于EM追蹤的裝置

18 不透射線材料

20 凹口

22 前邊緣

24 后邊緣

26 側(cè)邊緣

28 底部

30 第一光纖

32 端部表面

34 第二光纖

36 端部表面

38 反射層

40 附加光纖

42 光纖

44 光路徑

50 切割元件

52 側(cè)凹陷

54 前凹陷

60 控制臺

64 光源

66 光檢測器

68 監(jiān)視器

70 抽吸裝置

80 用于體外組織檢查的裝置

90 存儲容器