用于临床应用的显微操纵设备制造技术

一种显微操纵设备包括限定所述设备的纵向z轴的外管，并且内管至少部分地安置在所述外管内。所述内管具有连续工作通道和延伸穿过其的内窥镜探针。转向机构可控制地改变所述内管的远端相对于装置z轴的横向x，y位置，并且消融能量输送装置沿所述z轴延伸穿过所述设备。造影剂输送机构通过所述连续工作通道或通过所述外管的内腔将造影剂输送到所述内管的所述远端。图像处理器分析来自所述内窥镜探针的图像，并且控制器基于所述分析的图像光学地确定所述内管的所述远端的位移幅度，所述位移幅度用作对所述转向机构的反馈。

Micromanipulation equipment for clinical application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于临床应用的显微操纵设备本公开涉及适合用于临床应用如显微内镜检查和消融的显微操纵设备。为了表征组织，可以在临床干预之前和期间进行活检。如果怀疑可能存在病变，医生可能会进行活检。当前，使用机械装置进行活检，所述机械装置取出组织样本以提交给组织学家，组织学家可以在实验室中评估组织的状况。临床显微内镜检查是一种成像方式，其可从人体内部实时获取组织学样图像，如图1所示。这些光学活检可以使临床医生对临床部位进行原位、体内评估，以帮助诊断病变。这种方法有很多优点。可以在手术过程中对患者进行诊断，并且因此可以避免因等待组织学报告而进行的重复干预。对于在术中分析样本的情况，这也缩短了手术过程的时间。无需与试样进行机械交互即可进行活检，因此可以避免“压碎伪像”。普通活检的组织学图像可能大(例如2至3mm或更大)，而显微内镜检查(光学活检图像非常小，例如约0.24mm)。可以通过镶嵌技术对更大的视野进行活检，这是传统的夹式活检无法实现的。可以将获取的图像“缝合”在一起以形成组织区域的大图，并且因此可以潜在地识别肿瘤边界。反过来，这使临床医生在切除肿瘤时更加保守，尤其是在手术过程中，如乳腺肿瘤切除和早期胃癌的内镜黏膜切除。这项技术已通过MaunaKeaTechnologies(Cellvisio,MKT,France)以基于探针的共聚焦显微内镜检查形式而商业化。可以在标准内窥镜下部署已开发的探针。显微内镜检查技术可能有一些缺点。高倍率探针的视场可能为几百微米。这意味着对于临床医生而言，保持探针与组织之间的稳定接触通常是挑战性的。在存在来自患者的呼吸运动和来自临床医生的颤动的情况下，尤其如此。一种解决方案是使用采用力控制技术[1，2]、基于弹簧的技术[3]、[4]或气动方法[5]的机电式手持仪器。另一个挑战是获取大面积镶嵌图。研究人员已经将显微内镜检查探针集成到具有液压致动的手持式设计[3]、蛇形机器人[6]和精密工业机器人[7]中。研究人员还将探针集成到腔内使用的扫描机构中。通过沿螺旋轨迹致动探针，可以建立腔的大规模图像，以帮助切除乳房组织边缘。一种装置使用可膨胀的气球来稳定周围的组织，同时探针在表面上进行扫描。本专利技术的一个目的是提供适合于进行显微内镜检查技术并为其提供附加功能的显微操纵设备的改进。根据一个方面，本专利技术提供一种显微操纵设备，其包括：外管，其限定设备的纵向z轴；和内管，其至少部分地安置在外管内并具有延伸穿过其的连续工作通道，所述内管进一步包括延伸穿过的内窥镜探针；转向机构，其被配置成可控制地改变内管的远端相对于装置z轴的横向x，y位置；和消融能量输送装置，其沿z轴延伸穿过设备。消融能量输送装置可以在内管或外管的远端处包括至少一个消融电极。消融能量输送装置可包括用于将光能传输到内管的远端的光纤。消融能量输送装置可以包括至少一个电导体，所述至少一个电导体穿过内管并且在内管的远端处联接到至少一个电极。消融电极可以是可缩回的。显微操纵设备可以进一步包含造影剂输送机构，所述造影剂输送机构被配置成将造影剂输送到内管的远端。造影剂输送机构可以通过内管的连续工作通道或通过外管的内腔输送造影剂。内窥镜探针可以包括延伸穿过内管的工作通道的成像光纤。内管可在第一纵向位置处联接到外管，以形成延伸至内管的远端的悬臂。转向机构可以包括偏转装置，所述偏转装置定位在外管内在第一纵向位置和内管的远端之间的中间位置处。偏转装置可被配置成使悬臂式内管在外管内横向偏转，以便调节内管的远端相对于装置z轴的x，y位置。偏转装置可以包括一对电致动可旋转凸轮表面，所述凸轮表面被配置成抵靠内管的两个不平行支承表面，以实现内管在横向于装置z轴的选定方向上的运动。内管的两个支承表面可以包括联接到内管的V形截面部件的倾斜的两个表面。内管联接到外管的第一纵向位置可以包括锚固点，所述锚固点从装置z轴横向偏移以提供从装置z轴的偏置。所述一对凸轮表面可以包括各自围绕内管的一对驱动元件。邻近第一纵向位置的内管的部分可以被成形为用于局部减小邻近第一纵向位置的内管刚度。转向机构可以进一步被配置成可控制地改变内管的远端相对于外管的纵向z位置。转向机构可以被配置成控制内管相对于外管的纵向z位置，以通过内管的远端对检查的试样施加预编程的轴向力。显微操纵设备可以进一步包括图像处理器，所述图像处理器被配置成分析来自成像光纤的图像。显微操纵设备可以进一步包括控制器，所述控制器被配置成基于分析的图像，光学地确定内管的远端的位移幅度。控制器可以被配置成使用光学确定的位移幅度作为对转向机构的反馈。现在将通过实例并参考附图来描述本专利技术的实施例，在附图中：图1示出了可通过临床显微内镜检查获得的常规图像；图2示出了涵盖肿瘤的活检部位和用于标记切除区域的临床消融技术的示意图；图3示出了显微操纵设备的透视侧视图；图4示出了图3的显微操纵设备的远端的特写透视图；图5和6示出了用于与图4的显微操纵设备使用的可能的消融接触布置机构的远端的特写透视图；图7示出了用于与图4的显微操纵设备使用的可能的消融电极布置机构的远端的特写透视图；图8是示出了显微操纵设备的设计原理的示意图；图9示出了一系列的示出显微操纵设备的操作的端视图；图10示出了图9的显微操纵设备的透视图；图11示出了一系列的示出替代显微操纵设备的操作的端视图；图12示出了图11的显微操纵设备的透视图；图13示出了用于改进控制的显微操纵设备的另一种配置的透视图；图14示出了在部分地拆解状态下图10的显微操纵设备的透视图；图15示出了示出图5至7的设备的力补偿透热电极的操作的原理的示意性侧视图；图16示出了并有用于造影剂注入机构的致动器的显微操纵设备的透视侧视图；图17示出了并有观察屏的显微操纵设备的透视侧视图；图18示出了可用于图10和12的设备中的显微操纵凸轮系统中的两个替代位置；图19出了使用图9和10的设备进行的薄纸的图像扫描的结果；图20示出了使用图9和10的设备取出的胃组织的图像扫描的结果；图21示出了系统部件的框架概观；图22示出了系统的控制原理图；图23示出了轴的移动效果的图示，以及轴向变化随轴长的变化的图形表示；图24示出了凸轮辊机构位置的分析：(左)在分析期间探索四个不同的位置配置和(右)四个不同配置的模拟工作空间结果；图25(a-c)示出了在网格图案上的视觉伺服结果；图26示出了当使用电动平移台引入运动时的视觉伺服镶嵌图结果，以及示出当前位置(来自镶嵌图的实际位置)和期望(命令)位置的曲线图；图27示出了在有1.25mm/s的随机运动干扰的情况下对网格图案模型不进行视觉伺服和进行视觉伺服的镶嵌图结果图28(a-b)示出在施加外部干扰时对镜头纸(a)和结肠组织(b)不进行视觉伺服和进行视觉伺服的镶嵌图结果；图29示出了在不进行和进行视觉伺服的情况下乳腺组织扫描的镶嵌图结果，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显微操纵设备，其包括：/n外管，其限定所述设备的纵向z轴；和/n内管，其至少部分地安置在所述外管内并具有延伸穿过其的连续工作通道，所述内管进一步包含延伸穿过其的内窥镜探针；/n转向机构，其被配置成可控制地改变所述内管的远端相对于装置z轴的横向x，y位置；和/n消融能量输送装置，其沿所述z轴延伸穿过所述设备。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170425 GB 1706565.71.一种显微操纵设备，其包括：
外管，其限定所述设备的纵向z轴；和
内管，其至少部分地安置在所述外管内并具有延伸穿过其的连续工作通道，所述内管进一步包含延伸穿过其的内窥镜探针；
转向机构，其被配置成可控制地改变所述内管的远端相对于装置z轴的横向x，y位置；和
消融能量输送装置，其沿所述z轴延伸穿过所述设备。


2.根据权利要求1所述的显微操纵设备，其中所述消融能量输送装置进一步包括在所述内管或所述外管的所述远端处的至少一个消融电极。


3.根据权利要求1所述的显微操纵设备，其中所述消融能量输送装置包括：
用于将光能传输到所述内管的所述远端的光纤；或
至少一个电导体，其穿过所述内管并在所述内管的所述远端处联接到至少一个电极。


4.根据权利要求2或权利要求3所述的显微操纵设备，其中所述消融电极是可缩回的。


5.根据权利要求1所述的显微操纵设备，其进一步包含造影剂输送机构，所述造影剂输送机构被配置成通过所述内管的所述连续工作通道或通过所述外管的内腔将造影剂输送到所述内管的所述远端。


6.根据权利要求1所述的显微操纵设备，其中所述内窥镜探针包括延伸穿过所述内管的所述工作通道的成像光纤。


7.根据权利要求1所述的显微操纵设备，其中：
所述内管在第一纵向位置处联接到所述外管，以形成延伸到所述内管的所述远端的悬臂，并且
所述转向机构包括偏转装置，所述偏转装置定位在所述外管内，在所述第一纵向位置和所述内管的所述远端之间的中间位置处，所述偏转装置被配置成使悬臂式内管在所述外管内横向偏转，以便调节所...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·贾塔加纳，光忠·杨，C·J·佩恩，
申请(专利权)人：帝国科学，技术与医学学院，
类型：发明
国别省市：英国;GB