脑活检的装置和方法

本发明总体上涉及脑活检，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。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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

1、本发明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。

2、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。

3、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。本发明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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、本发明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。

8、通过以下描述和说明性附图，可以更详细地理解本发明及其特征。

技术特征：

1.一种脑活检装置，包括：

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：

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；

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：

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：

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：

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：

12.根据权利要求11所述的脑活检装置，其特征在于，所述真空压力产生器中的直线驱动机构包括：

13.根据权利要求1所述的脑活检装置，其特征在于，所述侧切模块包括：

14.根据权利要求13所述的脑活检装置，其特征在于，所述侧切模块中的旋转机构还包括：

15.一种用于获得患者脑部活组织检查的方法，该方法包括：

16.根据权利要求15所述的获取患者脑活检组织的方法，其特征在于，所述第二步通过人工智能获取显示小血管分布的图像。

17.根据权利要求15所述的获取患者脑活检组织的方法，其特征在于，所述第三步包括计算包括目标点坐标的插管轨迹，该轨迹被发送至所述机械臂的控制器来递送脑活检装置。

18.根据权利要求15所述的获取患者脑活检组织的方法，其特征在于，所述第三步包括计算所述目标点处采样窗的方位，所述活检插管的方位由所述机械臂或所述活检装置控制。

19.根据权利要求15所述的获取患者脑活检组织的方法，其特征在于，所述第四步通过磁共振弹性成像(mre)或超声弹性成像生成显示患者脑部刚度分布的3d/2d弹性图。

20.根据权利要求19所述的用于获得患者脑活检组织的方法，其中所述3d/2d弹性图帮助确定将由所述活组织检查装置产生并被发送到所述活组织检查装置的控制器的真空压力值。

21.根据权利要求19所述的用于获得患者活检组织的方法，其中，所述3d/2d弹性图能基于刚度评估来选择组织阻断器的类型、尺寸和长度。

22.根据权利要求15所述的获取患者脑活组织切片的方法，其特征在于，所述第五步中的配准通过光学跟踪系统、电磁跟踪系统或实时超声图像进行。

技术总结
一种脑活检装置，包括具有用于获取脑组织样本的取样窗(30)和组织阻断器(31‑33)的活检插管(28)；插入和取出活检插管(28)的线性运动模块；具有压力传感器(24)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(30)内的侧切模块；容纳所述活检插管(28)、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。

技术研发人员：李峥,陈达明,叶敏馨,冼艺天,赵伟仁
受保护的技术使用者：香港中文大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16