脑活检的装置和方法制造方法及图纸

一种脑活检装置，包括具有用于获取脑组织样本的取样窗

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】脑活检的装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于
2020
年
12
月
31
日提交的美国临时申请
No.63/132,827
的权益，在此其全部内容以引用方式并入本文中，包括任何表格
、
图表或附图
。


[0003]本专利技术总体上涉及脑活检，并且具体涉及活检插管的设计
、
活检插管的操纵和脑活检的手术流程
。

技术介绍

[0004]脑活检是一种获取疑似脑肿瘤的患者病灶中的小块组织，并用其进行组织学检查和肿瘤类型
/
分级确定的手段
。
与去除一部分颅骨以暴露大脑的开放式活检或开颅手术相比，立体定向脑活检是一种更有效
、
侵入性更小
、
风险更低和恢复时间更短的方法
。
一般而言，立体定向穿刺活检具有相对较高的诊断率，但有可能导致误诊断样本和诊断错误
。
在立体定向穿刺活检之前，目标病变的位置通过磁共振成像
(MRI)
或计算机断层扫描
(CT)
图像识别
。
在操作过程中，首先通过光学跟踪系统或电磁跟踪系统的导航或患者头部的超声图像将活检套管手动插入目标区域
。
然后，神经外科医生用注射器手动施加抽吸压力并进行侧切以获取组织标本
。
相应地，该过程存在两个主要挑战：
1)/>准确导航和套管插入目标病灶，以及
2)
获得足够的活检产量以进行准确的组织学检查
。
[0005]关于导航和套管插入，术前
CT
和
MRI
图像通常用于定位肿瘤病变并规划插管插入点和轨迹，同时避开大脑的功能区域
。
在术中阶段，在固定患者颅骨后，使用光学跟踪系统
、
电磁跟踪系统或实时超声图像实现图像空间和物理空间之间空间数据映射的配准
。
一旦确定了空间关系，就可以使用手术钻和活检套管等神经外科工具进行手术
。
[0006]然而，
CT
和
MRI
的空间分辨率在毫米量级，可能无法发现大脑中的小血管，因此小血管被忽略在插管插入轨迹规划中
。
在这种情况下，由于血管破裂，活检过程中可能会发生出血
。
此外，还缺乏了解采样窗方向对脑出血的发生和程度的影响的信息
。
[0007]关于获得足够的活检产量以进行准确的组织学检查，施加的抽吸压力
、
活检插管的类型和大小起着重要作用
。
通常，仪器由连接到手持部分的外套管和内套管组成
。
将套管引入目标区域后，通过真空将脑肿瘤组织样本吸入窗口，通过切割机构进行侧切，然后取出
。
[0008]许多不限于脑活检的活检装置使用由注射器或真空泵产生吸力
。
然而，为了安全地获得足够数量的活检样本进行组织学检查，外科医生不应凭经验施加吸入压力，而应根据特定脑肿瘤组织的刚度和生物力学来确定
。
根据肿瘤位置
、
肿瘤类型和肿瘤分级，每个肿瘤的刚度和生物力学可能会有所不同
。
因此，需要一种脑活检系统，实现准确导航和套管插入目标病变，并安全获取足以进行组织学检查的活检标本
。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种用于脑活组织检查的方法和系统
。
在一些实施例中，该方法和系统包括获取患者大脑的
MRI/CT
图像和识别要进行活组织检查的受试者大脑中的病变位置
。
[0010]该方法和系统还包括获取受试者大脑的增强造影图像以发现病变周围的微小血管，基于此确定采样窗口的方向
。
[0011]该方法和系统还包括获取受试者大脑的
MR/
超声弹性成像图像，具体针对待活组织检查的病变位置周围的脑物质
。
本专利技术的系统能量化脑组织的硬度，特别是病变的脑组织和病变周围的脑组织，并计算该区域的硬度指数
。
[0012]该方法和系统还包括跟踪系统，例如光学或电磁跟踪系统，其用于测量对象大脑的
MRI/CT/
超声图像中抽吸插管的位置坐标
。
[0013]该系统还包括至少一个机械臂，该机械臂装有脑活检装置和抽吸插管
。
根据计算出的
MR/
超声弹性成像图像的刚度指数，针对要整体抽吸或活检的各个病灶计算抽吸压力范围，并且通过压力控制单元将计算出的抽吸压力施加到活检插管
。
[0014]该系统还包括位于抽吸插管内的组织阻断器，用以避免高抽吸压力下过多的活检产量，并减少抽吸部位处出血的几率
。
[0015]本专利技术的方法和系统有利于定制活检产量同时提高脑活检安全性
。
[0016]通过以下描述和说明性附图，可以更详细地理解本专利技术及其特征
。
附图说明
[0017]图
1(a)
是本专利技术中脑活检装置的侧视放大图，图
1(b)
是该装置的俯视放大图
。
[0018]图2描述了位于脑活检装置底部的线性运动模块，其控制套管的插入和取出
。
[0019]图3为脑活检装置中部的真空压力产生器，其控制活塞产生负压
。
[0020]图4为脑活检装置上部的侧切模块，其控制注射器和内套管的转动进行侧切
。
[0021]图5上半部分描述了活检外插管，下半部为活检内插管和注射器，其通过装有压力传感器的三通模块连接
。
[0022]图
6(a)
描述了一组位于内插管和外插管处的耦合器，用于采样窗口方向控制
。
图
6(b)
描述了用于采样窗口方向控制的耦合器的工作原理
。
[0023]图
7(a)
至
7(c)
描述了在脑活检过程中内外插管打开采样窗时的工作原理，图
7(d)
至
7(f)
描述了内外套管在闭合采样窗时的工作原理
。
[0024]图
8(a)
描述了位于活检内插管远端开口的具有不同长度
、
不同大小和不同形状的组织阻断器
。
[0025]图
8(b)
为通过激光或机械加工切割而成的活检内插管采样窗附近的组织阻断器
。
[0026]图9说明了基于弹性成像法确定组织阻断器性能的过程
。
[0027]图
10(a)
和
(b)
说明了本专利技术中的插管与原始插管在活组织检查过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种脑活检装置，包括：具有用于获取脑组织样本的取样窗和组织阻断器的活检插管；插入和取出活检插管的线性运动模块；具有压力传感器的真空压力产生器，用于产生和控制真空压力；将脑组织样本保留在采样窗内的侧切模块；容纳所述活检插管
、
所述直线运动模块
、
所述真空压力产生器和所述侧切模块的框架；和控制直线运动模块和侧切模块的运动，并控制真空压力发生器的真空压力的控制器
。2.
根据权利要求1所述的脑活检装置，其特征在于，所述活检插管包括：末端为钝头，靠近其远端末端有侧窗的外空心管；具有钝端和靠近其远端的侧窗，并且靠近侧窗有组织阻断器的内空心管；一组耦合器，位于所述外插管和内插管上，控制采样窗口方向；位于内空心管近端的三通接头；和位于所述外空心管的近端处的标记和位于所述内空心管的近端处的标记，用于指示所述取样窗的打开和关闭位置；其中，所述三通接头连接内空心管
、
真空发生器和压力传感器
。
其中，所述内空心管与所述外空心管同心，并可在外空心管内转动和平移
。
其中，内空心管上的侧窗和外空心管上的侧窗完全插入外空心管时位于同一轴向位置，形成取样窗；其中，通过旋转内空管来打开和关闭采样窗，并通过关闭采样窗来吸取和切断脑组织样本
。3.
根据权利要求2所述的脑活检装置，其特征在于，所述一组耦合器包括一个位于所述内套管处的具有杆的耦合器和一个位于所述外套管处的具有槽的耦合器，所述槽与所述杆的形状和高度相匹配；其中，所述槽的形状为局部圆弧形，使其沿一个方向跟随所述杆的转动，而当所述杆沿相反方向转动时保持不动
。4.
根据权利要求2所述的脑活检装置，其特征在于，所述压力传感器测量由所述真空压力发生器施加到所述内空心管的真空压力，并向所述控制器发送命令以进行压力控制
。5.
根据权利要求2所述的脑活检装置，其特征在于，所述组织阻断器为具有至少一种长度
、
至少一种开口，且所述开口的形状选自圆形
、
半圆形
、
三角形
、
矩形
、
菱形
、
方形
、
星形
、
五边形
、
八边形等结构；其中，组织阻断器开口的长度
、
数量和形状的选择影响产生的真空压力的范围
。6.
根据权利要求2所述的脑活检装置，其特征在于，所述组织阻断器还可以通过将所述内空心管靠近所述取样窗的部分折叠形成，所述折叠部分封闭所述内空心管的管腔，同时留有空隙用于空气连接
。7.
根据权利要求1所述的脑活检装置，其特征在于，所述直线运动模块包括：用于将所述活检套管插入目标点的直线驱动机构；用于在到达所述目标点后固定所述活检插管的夹紧机构；和包含所述线性驱动机构和夹紧机构的外壳，所述外壳被固定到机器人臂或另一个被动
或主动保持器作为其末端执行器
。8.
根据权利要求7所述的脑活检装置，其特征在于，所述直线运动模块中的直线驱动机构还包括：电机；和由所述电机驱动的丝杠响应于来自所述电机的指令线性移动所述活检插管
。9.
根据权利要求7所述的脑活检装置，其特征在于，所述直线运动模块中的夹持机构还包括：用于固定套管的旋转电机；由所述旋转电机驱动的用于插管固定的凸轮连杆机构；和由所述凸轮连杆机构驱动的用于固定所述活检插管的零件
。10.
根据权利要求1所述的脑活检装置，其特征在于，所述真空压力产生器利用外部压力源或装置内嵌的压力源实现真空的产生
。11.
根据权利要求1所述的脑活检装置，其特征在于，所述真空压力产生器包括：固定在其上的托架和用于所述托架线性移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峥，陈达明，叶敏馨，冼艺天，赵伟仁，
申请(专利权)人：香港中文大学，
类型：发明
国别省市：