手术工具 技术领域 本发明总体上涉及医疗装置的领域， 并且本发明涉及手术工具， 诸如用于组织移 除的活组织检查工具等。
背景技术 现今广泛使用微创手术以代替大手术， 或者将该微创手术用作为初步程序以允许 检查对象 ( 例如， 患者身体 ) 的患病 / 异常组织。在这种程序中， 相对小的手术工具通常被 引导通过身体部位朝向其中感兴趣的区域 ( 例如， 利用身体中的天然腔 ( 内腔 )， 或最小的 手术开口， 例如单孔或多孔腹腔镜检测 )。
十分常见的情况是， 这种微创手术不能够正好在移除该组织部之前实时检查感兴 趣的区域 ( 例如， 在其上的组织类型 )。 已经开发各种技术以便于在移除组织部时实施组织 检查， 并且这些技术例如在下述出版物中被描述 ：
美国专利 No.4,955,383 公开了一种通过检测在测试时段期间存在于测试部位的 区域中的多个测量位置的每个与至少一个基准位置之间的对象中的电磁场的相应电势来 确定人或动物对象上的测试部位的症状是否存在的方法和设备。 代表性电势在测试周期期 间针对每个测量位置被独立地获得， 并且这些代表性电势在测试周期结束时被比较， 以获 得表示是否存在症状的代表性电势之间的关系。
美国专利公告 No.2002/128570 公开了一种用于在活体的部位处定量灌注以及移 除活组织检查试样的技术， 其中， 具有灌注传感器的仪器在待被调查的部位处被引入到身 体内以在此探查组织。当灌注传感器产生表明被灌注的活组织的信号时， 活组织检查标本 被收集。
美国专利 No.6,546,787 公开了诊断成像方法， 还公开了检测组织结构的边缘的 方法以及生物响应针系统， 这些方法依赖于使用在针或多个针穿过组织时由应变仪提供的 应变信号， 该应变仪被安装在一个或更多个针的壁上。该系统采用被安装在针壁上的应变 仪以及向用户提供反馈的应变监视器。
发明内容 本领域需要通过提供简单且有效的原位组织定征装置来便于手术过程， 该组织定 征装置能够被容易地结合到已知的手术工具 ( 例如， 活检针 ) 中。
根据本发明， 提供一种新颖的传感器结构， 该传感器结构基于阻抗受控的信号传 输并且能够被结合到实际上任何已知类型的手术工具中。因此， 本发明提供一种新颖的 手术工具， 该手术工具具有组织移除组件并且承载利用阻抗受控的信号传输的组织定征组 件。该组织定征组件被安装到所述手术工具上， 使得组织定征正好在实施组织移除过程之 前能够被应用并且不会影响该组织移除过程。
在这一点上， 下述内容应当被理解 ： 在许多情况下通过感应待被定征的组织中的 高频电磁 (EM) 场 ( 例如， 在无线电频率 (RF) 和微波 (MW) 频率条件范围内的高频电磁场 )
来操作常规 EM 组织定征装置 / 传感器， 例如近场 EM 传感器。因此， 这种常规 EM 组织定征 装置 / 传感器通常构造成具有阻抗受控的信号传输结构， 例如同轴信号传输线， 该同轴信 号传输线包括由柔性管状绝缘层围绕的内部导体信号线， 该柔性管状绝缘层继而由管状导 电屏蔽物围绕。
然而， 由于这种阻抗受控的信号传输线的同轴结构， 因此这种线通常占据相当大 的体积 ( 例如， 相对于内部导体信号线的体积而言 )， 且因此将这种电磁组织定征传感器容 纳在小 / 窄的手术工具 ( 例如， 活组织检查工具 / 针 ) 内是麻烦且复杂的， 并且在不修改手 术工具自身的情况下几乎是不可能的。
此外， 由于通常每条同轴信号传输线均适于将阻抗受控的信号仅运送到一个同轴 感测区域中， 因此甚至对于相对大的手术工具而言利用多个传感器 ( 即， EM 组织定征传感 器 ) 也可能是不切实际的。这是因为需要一束同轴阻抗受控的信号线 ( 每个传感器一条 ) 沿所述手术工具穿过。
EM 组织定征传感器 ( 例如， 近场 EM 传感器 ) 通常具有同轴孔 ( 即， 限定感测表面 的同心感测孔 )。 在用于阻抗受控的信号传输的常规方法中， 同轴信号传输线必须取向成垂 直于所述传感器的所述感测表面 / 扁平。结果， 在所述传感器应当被容纳在长形手术工具 的侧表面 ( 多个侧表面 ) 上的构造中， 需要使得同轴信号传输线弯曲以允许其在垂直方向 上接近所述手术工具的所述侧表面。 继而， 在所述手术工具中需要附加空间， 以用于容纳所 述线的弯曲半径， 从而使得这种构造更不适用于窄的手术工具。 此外， 一些手术工具 ( 例如， 活检针 ) 被构造成具有限定中空腔的外壳， 该中空腔 在工具操作中具有一些功能性目的 ( 诸如， 在其中收集并容纳组织试样 )。 在这种手术工具 中， 阻抗受控的信号传输结构应当沿所述外壳的表面 ( 从所述手术工具的内部或外部 ) 延 伸以使得其不阻碍所述手术工具的正确操作。因此， 使用具有相对大的截面尺寸 ( 例如， 在 所述手术工具的所需截面尺寸的量级 ) 的同轴线也可能是不切实际的。
而且， 一些手术工具具有相对于彼此能够移位 / 移动的可动部。传送常规类型的 阻抗受控的同轴信号传输结构 ( 例如， 同轴线 ) 使其沿这种手术工具的所述可动部延伸并 且在所述可动部之间延伸是难以实现的， 因为这种同轴线的弯曲半径相对大， 且因此可能 需要施加相当大的力以便弯曲。
上述问题在本发明中通过利用 EM 组织定征传感器 ( 多个传感器 ) 来解决， 所述 EM 组织定征传感器具有与其成一体的大致扁平的阻抗受控的信号传输结构 ( 例如， 扁平供给 结构 )。 阻抗受控的扁平供给结构 ( 诸如， 带和微带结构 ) 与一个或更多个电磁组织定征传 感器成一体， 由此允许通过利用具有相对小体积的扁平结构以将阻抗受控的信号传输提供 给所述传感器以及从所述传感器提供该阻抗受控的信号传输。
信号传输结构 ( 多个结构 ) 以及与其成一体的组织定征传感器 ( 在本文中统称为 组织定征组件 ) 能够例如利用所谓的柔性或刚性 - 柔性电路技术或其组合来制造。能够直 接在所述手术工具的一个或更多个表面 ( 或表面 ) 上 ( 与所述表面成一体 ) 实施制造这种 组织定征组件 ( 例如， 使得所述信号传输结构被附接到所述工具的表面和 / 或与所述表面 成一体 )。 通常， 能够与所述手术工具无关地实施或与所述手术工具原位实施制造所述组织 定征组件， 例如， 该组件被装配 / 附接 / 结合到所述手术工具。
因此， 根据本发明， 所述组织定征组件 ( 所述信号传输结构以及与其成一体的所
述 EM 组织定征传感器 ( 多个传感器 )) 构造成具有大致扁平形状的因素 ( 例如， 其长度和 宽度特征长度比例显著大于其厚度 )。这允许沿各种类型的小 / 窄的手术工具和 / 或在所 述小 / 窄的手术工具内设置所述阻抗受控的信号传输结构 ( 多个结构 )， 而不需要扩大所述 工具的尺寸或不需要中断其正确功能性。根据本发明的技术形成的所述扁平的 EM 组织定 征传感器能够被容纳在所述手术工具的外表面和 / 或内表面上。
根据本发明所述的手术工具可以是任何手术工具， 例如组织移除和收集工具 ( 诸 如， 活组织检查工具 ) ； 以及其它手术工具 ( 诸如组织消融工具 )。更具体地， 本发明结合限 定在工具操作中具有特定功能的中空腔的类型的活组织检查工具 ( 例如， 针 ) 使用， 且因此 在下文关于该具体应用被描述。然而， 应当注意的是， 本发明不局限于该具体实施例。考虑 到包含腔的长形手术工具， 所述扁平阻抗受控的信号传输结构能够沿所述手术工具 ( 或其 外壳 ) 的表面 ( 多个表面 ) 延伸， 使得所述扁平阻抗受控的信号传输结构不会干扰所述手 术工具的正确操作。在这一点上， 应当理解的是， 为了本应用的目的， 术语 “长形工具” 是指 这样的结构， 该结构具有在组织检查 / 移除过程 ( 例如， 通过该过程将所述工具带到待被检 查的组织 ) 中被包括的远端区域并且具有通常保持在所述组织旁边的近端区域， 并且不需 要由这种结构的任何几何形状 / 形状限制。然而， 典型地， 这种工具具有长形几何形状 ( 细 长的 )， 并且本发明能有利地用于这种工具中。
根据本发明， 在共平面构造中实施所述 EM 组织定征传感器与所述信号传输结构 ( 多个结构 ) 一体化， 在所述共平面构造中存在由所述传感器和所述信号传输结构 ( 多个结 构 ) 公共的至少一个连续表面。因此， 所述信号传输结构能够被连接到所述传感器并且平 行于该传感器的感测表面， 这允许设置整个组织定征组件以便沿所述手术工具的一个或更 多个表面并且邻近于所述一个或更多个表面延伸， 而不会占据在其上的相当大的体积， 而 仅占据既不影响所述工具的常规操作也不需要对现有工具进行任何修改的体积。
由于使用扁平信号传输结构 ( 例如， 微带或带 - 平面供给结构 )， 该构造与利用所 述同轴信号传输线 ( 或电缆 ) 的其它阻抗受控的信号传输相比是有利的， 因而使得能够容 纳阻抗受控的信号同时占据所述手术工具内的最小体积。而且， 扁平信号传输结构可形成 为柔性结构， 该柔性结构使得该结构能够沿所述手术工具的弯曲表面和 / 或邻近于所述弯 曲表面弯曲 ( 例如， 静态弯曲 )， 并且还使得所述信号传输结构以及所述手术工具的柔性元 件一起弯曲 ( 动态弯曲 )， 或者在所述信号传输结构在所述工具的可动部之间延伸的区域 中弯曲。 此外， 在这种扁平阻抗受控的信号传输结构中， 在用于多个传感器的单个结构中能 够包括多条信号线， 因而使得能够进一步减小用于容纳多条信号传输线的体积。
因此， 根据本发明的广义方面， 提供一种供在从对象移除组织过程中使用的手术 工具。 所述手术工具具有近端区域和远端区域并且包括位于所述远端区域处的至少一个传 感器， 所述至少一个传感器适于在所述手术工具的操作期间感测在该手术工具的远端区域 附近的组织的一个或更多个预定状况。所述手术工具包括大致扁平的信号传输结构， 该信 号传输结构和所述至少一个传感器电连接并且在所述远端区域处的所述传感器的位置与 所述近端区域之间延伸。 所述信号传输结构被构造成用于在所述至少一个传感器与所述近 端区域之间提供阻抗受控的信号传输。
根据本发明的一些实施方式， 所述手术工具构造成为活组织检查工具 ( 例如， 活 检针 ) 并且可包括用于收集在其中的被移除的组织的腔。根据本发明的一些实施方式， 所述信号传输结构包括导电层以及与所述至少一个 传感器相关联的至少一条信号连接线。优选地， 所述信号传输结构与位于所述手术工具的 所述远端区域上的至少一个传感器成一体 ( 例如， 与其具有至少一个公共连续表面 )。
位于所述手术工具的所述远端区域处的至少一个传感器能够构造并操作为组织 定征传感器 ( 例如， 包括同轴感测孔 )。 优选地， 所述传感器是近场电磁传感器， 该近场电磁 传感器包括由导电材料围绕的所述同轴感测孔， 使得当所述工具在操作时， 所述传感器通 过所述同轴感测孔面向组织部。这种近场电磁传感器可包括例如内部导体元件， 所述内部 导体元件被联接到所述同轴感测孔的内部并且被电联接到所述信号传输结构的信号连接 线。
本发明的所述手术工具可包括电阻型近场电磁传感器 ( 多个传感器 )， 所述电阻 型近场电磁传感器的所述内部导体元件与所述周围的导电材料电绝缘。 所述电阻型传感器 ( 多个传感器 ) 可包括电绝缘材料， 所述电绝缘材料覆盖所述传感器的感测区域， 用于使得 所述近场电磁传感器与组织绝缘。另选地， 这种电阻型传感器可构造成在使所述内部导体 元件和所述周围导电材料直接接触组织时执行测量。另选地或另外， 本发明的所述手术工 具可包括电感型近场电磁传感器 ( 多个传感器 )。 在这类传感器中， 所述内部导体元件被电 连接到围绕所述同轴感测孔的所述导电材料。 根据本发明的一些实施方式， 所述信号传输结构包括柔性结构， 所述柔性结构被 构造且操作成用于通过其进行阻抗受控的信号传输。在一些情况下， 所述信号传输结构的 柔性允许该信号传输结构沿着所述手术工具横过同时使得该信号传输结构在所述手术工 具的弯曲表面附近弯曲。 另选地或另外， 根据本发明的一些实施方式， 所述手术工具具有可 延伸部， 所述可延伸部能够相对于其近端区域在缩回位置和抽出位置之间移位， 所述柔性 结构被电连接到被容纳在所述可延伸部上的至少一个传感器并且允许所述可延伸部在所 述缩回位置和所述抽出位置之间抽出和缩回。
应当理解的是， 本发明的所述手术工具可包括至少为两个的多个传感器， 所述多 个传感器中的至少一个是位于所述手术工具的所述远端区域上的所述传感器。 所述多个传 感器被设置成沿所述近端区域和所述远端区域之间的方向处于间隔开的关系。
附图说明 为了理解本发明以及看出本发明在实践中如何被实施， 现将参照附图仅通过非限 制性实施例来描述本发明的实施方式， 在附图中 ：
图 1 示出了根据实施方式的包括组织定征组件的手术工具的示意图 ；
图 2A 至图 2J 例示了结合根据本发明的组织定征组件的各种手术工具。图 2A 和 图 2B 是根据本发明的两种类型的活检针的示意图 ； 图 2C 和图 2D 例示了用于多次活组织检 查采样的手术工具 ； 图 2E 示出了用于组织采样、 移除和收集的手术工具的实施例， 所述手 术工具包括导管和夹持机构 ； 图 2F 是与可偏转活组织检查消融导管相关联的手术工具的 示意图， 所述手术工具包括用于采样和消融组织的两个钳部 ； 图 2G 和图 2H 是手术工具的俯 视图和截面图的示意图， 所述手术工具包括定位在该手术工具的组织收集腔内的组织定征 传感器 ； 图 2I 示出了手术工具的另一实施例， 所述手术工具包括真空连通通道以及位于组 织定征传感器附近的一个或更多个真空端口 ； 图 2J 例示了包括可偏转活检钳导管的手术
工具 ； 图 3A 至图 3C 示出了根据本发明的组织定征组件的不同剖面图， 所述组织定征组 件包括与组织定征传感器成一体的阻抗受控的信号传输结构 ；
图 4A、 图 4B 和图 4C 示出了适于待用于本发明的组织定征组件中的阻抗受控的信 号传输结构的实施例， 图 4A 示出了带状平面结构 ； 图 4B 示出了微带状平面结构 ； 以及图 4C 示出了具有多条信号传输线的微带状平面结构 ；
图 5A 至图 5F 示出了适于用于本发明的组织定征传感器的构造的实施例。图 5A 至图 5D 例示了具有六边形几何形状的感测区域轮廓的传感器， 图 5E 和图 5F 例示了具有矩 形几何形状的感测区域的传感器单元 ； 图 5A 至图 5C 例示了具有圆形截面的内部导体元件 的传感器， 并且图 5D 至图 5F 示出了在内部导体元件的远端处具有各种其他几何形状的横 截面的传感器 ； 图 5A 至图 5C 以及图 5F 示出了电阻型传感器， 其中内部导体元件与相应的 感测区域的轮廓电绝缘， 并且图 5D 和图 5E 示出了电感型传感器， 所述电感型传感器具有与 相应的感测区域的轮廓电连接的内部导体元件 ；
图 6 是包括利用具有本发明的组织定征组件的手术工具的测量装置的测量系统 的框图， 所述测量装置具有校准和探针控制 (CPC) 单元 ； 以及
图 7A 和图 7B 更具体地例示了图 6 的测量装置的构造。具体实施方式
现参照图 1， 图 1 示意性地示出了根据本发明实施方式的手术工具 100， 该手术工 具构造成可操作用于组织移除和收集过程 / 操作。手术工具具有近端区域 PR 和远端区域 DR 并且限定用于收集被移除的组织试样的腔 CV。 手术工具 100 包括组织移除组件和组织定 征组件。该组织定征组件包括被设置在手术工具 100 的远端区域 DR 处的至少一个传感器 ( 在本实施例中四个传感器 S1、 S2、 S3 和 S4)， 所述传感器被连接到手术工具 100 的至少一 个阻抗受控的信号传输结构， 所述至少一个阻抗受控的信号传输结构在近端区域 PR 和远 端区域 DR 之间延伸并且在远端区域 DR 内进一步朝向在其上的传感器的位置延伸。因此， 阻抗受控的信号传输结构在近端区域 PR 和传感器之间提供受控的阻抗信号传输。在本实 施例中示出了两个阻抗受控的信号传输结构 (ST1 和 ST2) 分别被连接到相应的传感器 S1、 S2、 S3 和传感器 S4 的感测区域。
实际上， 信号传输结构 ST1 连同被电连接到其上的传感器 S1、 S2、 S3 以及信号传输 结构 ST2 连同其相关的传感器 S4 限定两个组织定征组件 TCA1 和 TCA2。应当理解的是， 通 常根据本发明的手术工具 100 可包括一个或更多个这种组织定征组件。
在本实施方式中例示的手术工具 100 是活检针。手术工具 100 的远端区域 DR 适 于被插入 / 刺入到待被检查的对象 / 组织块 ( 体内或体外 )， 并且能够从该对象 / 组织块移 除并收集组织部 ( 多个组织部 )/ 试样 ( 多个试样 )。从被检查的组织块移除的组织试样 ( 多个组织试样 ) 被收集在手术工具 100 的腔 CV 内。手术工具 100 的近端区域 PR 能够用 作手术工具 100 的手柄并且在组织移除和收集过程 / 操作期间通常保持在被检查的对象 / 组织块之外。在其中收集组织块的腔 CV 被限定在远端区域 DR 的至少一部分中并且还延伸 到手术工具 100 的近端区域 PR， 例如以便能够在腔 CV 内收集多个组织试样。
被设置在手术工具 100 的近端区域 DR 处的传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 具有面向手术工具 100 的外部的感测区域 / 表面， 使得在用手术工具操作 ( 例如， 组织收集过程 ) 期间， 当远端区域 DR 被插入到组织块中时， 传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 中的至少一些的感测区域暴 露于该组织块。在这方面， 应当注意的是， 以虚线示出的传感器 S1 和 S2 被定位在手术工具 100 的后侧上的外表面处。
还应当理解的是， 虽然在本实施方式中四个传感器和两个阻抗受控的信号传输结 构被示出为两个组织定征组件 TCA1 和 TCA2 的一部分， 但是根据本发明， 在被结合到手术工 具 100 中的一个或更多个组织定征组件中， 能够实施并布置不同数量的传感器和 / 或阻抗 受控的信号传输结构。例如， 能够仅使用一个传感器和单个信号传输结构。而且， 和每个信 号传输结构相连接的传感器的数量能够从一个传感器变化为高达数百个甚至更多的传感 器阵列。如果不止一个传感器被连接到一个信号传输结构， 那么该信号传输结构通常包括 多条信号连接线， 每条信号连接线均被连接到不同的传感器。 还应当注意， 当多个传感器被 容纳在手术工具上时， 传感器可以是相同或不同类型的。多个传感器类型允许检查在手术 工具附近的组织的不同性质 / 状况， 而相同类型的多个传感器允许空间映射组织的某些参 数 / 状况。
优选地， 手术工具 100 的阻抗受控的信号传输结构 ST1 和 ST2 是大致扁平的结构， 因此其能够被容纳在手术工具的小尺寸部和 / 或窄部中 ( 诸如， 位于工具的针部上 )。 在本 实施例中， 组织定征组件 TCA1 和 TCA2 被形成为一体结构 / 电路， 在该一体结构 / 电路中， 传感器 S1、 S2 和 S3 与信号传输结构 ST1 成一体， 传感器 S4 与信号传输结构 ST2 成一体。 信号传输结构 ST1 和 ST2 在位于手术工具 100 的远端区域 DR 处的传感器与工具 的近端区域 PR 处之间延伸， 并且被构造且可操作成用于在该传感器与所述近端区域之间 提供阻抗受控的信号传输。在本实施例中， 信号传输结构 ST2 仅被电连接到位于手术工具 100 的前侧处的传感器 S4。被电连接到三个传感器 S1、 S2 和 S3 的信号传输结构 ST1 沿手 术工具的后侧延伸， 在该后侧处， 所述信号传输结构 ST1 被连接到传感器 S1 和 S2 并且从传 感器 S1 和 S2 的上游绕手术工具的封闭远端 DE 弯曲 / 缠绕并且被电连接到在手术工具 100 的末端上定位在其上的传感器 S3。
利用在手术工具的远端区域上的一个或更多个传感器允许确定围绕手术工具的 组织的不同状况和 / 或提供同一参数值的更精确的测量 / 分布。而且， 在将手术工具插入 / 移动到组织块内期间， 提供对该手术工具穿透的不同组织 ( 多个组织 )( 组织类型 ) 的扫 描， 从而能够利用来自于传感器的信息 ( 例如， 信号 )。 如上所述， 不同类型的传感器的多个 传感器的布置使得能够利用数据 / 信号来定征被定位在手术工具 100 的远端区域 DR 附近 的组织的各种各样的预定参数 / 状况。另选地或另外， 利用不止一个相同类型的传感器使 得能够空间映射面向 / 围绕远端区域 DR 的介质或组织的性质， 即使当手术工具 100 相对于 组织块不移动时。根据在手术工具 100 上的传感器的数量和尺寸来确定通过传感器的组织 的空间覆盖率和分辨率。而且， 当每个传感器针对与其感测区域联接的组织 / 介质的性质 的值结合时， 传感器中的每个的感测区域 / 表面的尺寸确定每个传感器定征的特征检测尺 寸。
如上所述， 适用于本发明的传感器类型是阻抗受控感测的 ； 该传感器类型还可包 括射率 (RF) 和 / 或微波 (MW) 传感器以及其他电传感器或磁性传感器中的一个或更多个。 更具体地， 在本实施方式中， 传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 被构造并操作成为近场 EM 传感器， 该近
场 EM 传感器通过在定位在该传感器的感测表面附近的组织区域内感应与由信号发生器传 输到该组织区域的信号相对应的近 EM 场来操作。每个具体传感器类型的感应场的构造和 强度取决于邻近 / 紧邻传感器的感测表面的组织区域的介电性质。
因此， 在利用手术工具进行手术过程 ( 例如， 由活检针进行的组织收集过程 ) 期 间， 传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 能够感测定位在远端区域 DR 附近的组织块的一个或更多个预定 状况。在传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 是近场电磁传感器的本发明的实施方式中， 射率 (RF) 信号 通过被连接到传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 上的相应的阻抗受控的信号传输结构 ST1 和 ST2 被传 输到这些传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 以及从这些传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 被传输。通过分析经 由信号传输结构 ST1 和 ST2 传输的信号来获得组织定征， 以确定与在传感器 S1、 S2、 S3 和 S4 的感测区域附近的组织的一部分的阻抗相对应的组织的一个或更多个预定状况。因此， 信号传输结构 ST1 和 ST2 提供通过其的阻抗受控的信号传输。
在本非限制性实施例中， 手术工具 100 被构造为中空长形外壳 EN， 该外壳 EN 在其 内部限定腔 CV 并且具有在其远端 DE 封闭的管状形状。腔 CV 具有用于收集被移除的组织 的凹槽 RS， 该凹槽 RS 被形成在手术工具 100 的远端区域 DR 处。
手术工具 100 包括多个传感器 (S1-S4)， 所述传感器被电连接到诸如带或微带状 结构的扁平信号传输结构 ST1 和 ST2 并且与该信号传输结构 ST1 和 ST2 成一体。这种信号 传输结构能够被构造为大致扁平 ( 薄 ) 结构 ( 例如， 它们的长度和宽度特征长度比例显著 大于它们的厚度 )， 从而允许沿手术工具的外壳传送阻抗受控的信号传输结构 ( 多个传输 结构 )， 而不会中断通过腔 CV 的组织收集功能。将在下文参照图 4A 至图 4C 描述被构造成 带或微带状信号传输结构的这种扁平阻抗受控的信号传输结构 ST1 和 ST2。这种扁平信号 传输结构能够沿手术工具 100 的一个或更多个表面被传送并且邻近于该一个或更多个表 面， 从而不会中断手术工具的操作并且不占据相当大的体积。扁平信号传输结构 ( 多个传 输结构 ) 例如能够通过合适的浆糊 / 胶水被附接 / 粘接到手术工具 100 的壁 / 表面， 和/ 或该扁平信号传输结构例如能够被定位 / 约束在手术工具 100 的一个或更多个表面中的凹 部 ( 多个凹部 ) 内。另选地或另外， 信号传输结构的至少一部分能够与手术工具的一个或 更多个表面成一体， 例如这样的表面可能用作信号传输结构的接地平面 / 表面， 如将在下 文进一步描述的。
优选地， 扁平阻抗受控的信号传输结构 ST1 和 ST2 是柔性结构， 从而允许沿弯曲路 径 ( 例如， 手术工具 100 的弯曲表面 ) 传送信号传输结构 ST1 和 ST2 并且还使得能够实现 与手术工具的可动部接合的结构的动态弯曲。例如在本实施例中， 信号传输结构 ST1 在手 术工具 100 的末端上 ( 在远端 DE 上 )( 沿其纵向方向 ) 弯曲， 使得传感器 S3 能够被容纳在 远端 DE 附近。此外， 由于在本实施例中的手术工具 100 具有柱体形状， 因此信号传输结构 ST1 和 ST2 在其延伸附接到手术工具 100 的侧壁的区域处横跨其宽度方向上弯曲。
应当注意的是， 在本实施例中， 传感器 S1-S4 以共平面联接的方式被物理地联接 到它们相应的信号传输结构 ST1 和 ST2。 实际上， 不同于同轴信号传输结构， 根据本发明， 信 号传输结构被联接成平行于传感器的感测区域 / 表面并且不像在典型的同轴信号传输线 中的那样垂直于该感测区域 / 表面联接。
传感器 ( 至少一个传感器， 例如在上述实施例中的传感器 S4) 以及与其相关联的 信号传输结构 ( 例如， ST2) 被一起形成为整体结构式构造， 其中， 传感器和信号传输结构具有至少一个公共的连续表面。 信号传输结构连同近场组织定征传感器的构造和操作将参照 图 3A 至图 3C 在下文被描述。
如上所指出， 将柔性信号传输结构结合到手术工具内是有利的， 还因为这使得能 够将传感器定位在手术工具的可动部和 / 或可缩回部上。现将描述适于利用本发明的手术 工具的构造的各种实施例， 尤其是用于组织移除和收集的手术工具。 在这些实施例中， 组织 定征传感器 ( 多个传感器 ) 被安装到活组织检查工具 ( 例如， 活检针 ) 上， 例如利用被定位 在手术工具的可动部 / 可缩回部上的一个或更多个传感器。
参照图 2A， 图 2A 示出了被构造成结合组织定征感测组件的活检针 200A 的根据本 发明的手术工具的实施方式。 在该实施例中， 使用常规构造的刚性类型针， 其例如类似于在 美国专利公告 No.2007/208271 中所述的针。活检针 200 包括外套管 414 以及被螺纹连接 在该外套管 414 内的内套管 416， 内套管 416 包括适于刺穿组织的封闭远端组织刺穿尖端 412 以及被设置在尖端 412 附近的侧部组织采样端口 426。活检针 200 包括被定位在内套 管的远端组织刺穿尖端 412 上的一对组织定征传感器 S11 以及被定位在外套管 414 的外表 面上处于远端的三个一组组织定征传感器 S12。三个一组传感器 S12 被电连接到扁平信号 传输结构 ST12， 该扁平信号传输结构 ST12 沿外套管 414 的外表面朝向其近端区域延伸并且 构造成用于在传感器与近端区域之间提供阻抗受控的信号传输。类似地， 一对组织定征传 感器 S11 还与单独的扁平信号传输结构 ST11 相关， 该信号传输结构 ST11 沿内套管 416 的 外表面朝向其近端区域延伸。这里， 在内套管 416 的近端终止于外套管的中空腔内的情况 下， 信号传输结构 ST11 可在外套管 414 的腔内朝向其近端延伸， 用于向该近端提供信号传 输。因此， 在这样的情况下， 信号传输结构 ST11 在外套管 414 内的延伸能够被构造成具有 足够的长度和柔性， 以允许内套管 16 相对于外套管 414 的位置缩回并接触。 图 2B 示 出 了 另 一 类 型 的 活 检 针 200B， 该 活 检 针 200B 类 似 于 例 如 在 US2007/0016101 中所描述的。这里， 通过使得管心针 530 绕其轴线旋转由此推动在活组织 检查部位处的组织样本进入到凹槽 535 中， 来实施组织移除 ( 切割 )。承载针 530 的套管 520 相对于其缩回位置轴向向外移位并且绕其轴线沿与管心针 530 的旋转方向相反的方向 旋转。在套管 520 运动期间， 在其远端处的刀刃 525 切断在活组织检查部位处的组织使其 进入到管心针 530 的凹槽 535 中。在横跨凹槽 535 轴向且径向通过时， 套管 520 在其中径 向捕获更大的活组织检查样本。一个或更多个传感器 S 被安装到管心针 530 上， 使得感测 区域暴露于与管心针相邻的组织同时柔性信号传输结构 ( 未示出 ) 沿管心针的外表面通过 而不阻碍组织移除和收集的一般过程。
图 2C 和图 2D 例示了本发明如何能够结合到构造成用于多种活组织检查采样的手 术工具 200C 中。这种手术工具例如在美国专利 No.5,573,008 中被描述。手术工具可以与 内窥镜装置 211( 例如， 胃镜、 结肠镜或结肠纤维内窥镜 ) 相关， 该内窥镜装置经由内窥镜通 道被引入该身体中。在这种情况下， 活组织检查工具 ( 一个这样的工具 210 在附图中被示 出 ) 能够被构造为柔性结构， 其中远端采样部 216 能够从内窥镜 211 延伸以用于切割并存 储来自患者的身体表面 218( 例如， 来自胃肠道或支气管道中的表面 ) 的组织试样。例如， 活组织检查工具能够构造成具有内腔 ( 例如， 柔性的 )， 使得该活组织检查工具例如在脉管 应用中能够在导丝上前进。采样部 216 承载一个或更多个组织定征传感器 ( 总体上用 S 表 示 )。如图 2D 所示， 采样部 216 可包括内部构件 20 和外部切割构件 22， 该内部构件 20 用
于在其内部空间 25 中存储多个连续采集的活组织检查试样 1、 2、…、 5。通过该构造， 类似 于上述实施例， 将感测元件 S 连接到工具的在身体之外的近端部的柔性信号传输结构沿活 组织检查工具 210 的表面延伸， 从而允许组织移除和存储的常规过程。
图 2E 示出了用于组织试样移除和收集以用于进一步医学分析的手术工具 200E 的又一实施例。手术工具 200E 包括配置有夹持机构的导管 220， 该夹持机构由被安装到 轴 228 上并且能够从轴 228 延伸的夹持构件 226 形成。这种机构例如在美国专利公告 No.2006/0178699 中被描述。 夹持构件被构造成切割元件或例如沿其边缘配置有切割元件。 在夹持机构的打开构造中夹持构件 226 被相对于轴 228 的纵向轴线向外偏压并且能够移位 到关闭夹持位置， 在该关闭夹持位置中， 夹持构件 226 捕获被移除的组织。夹持构件是柔性 的以用于在其打开位置和关闭位置之间移动。 组织定征传感器 S 被适当地安装到工具 200E 上， 使得感测区域位于夹持构件的内侧上并且因此在处于夹持机构的打开位置中时暴露于 在工具附近的组织， 而柔性信号传输结构 ( 未示出 ) 沿夹持构件的内表面延伸并且进一步 沿其内部的轴延伸。
图 2F 例示了与可偏转活检消融导管相关联的手术工具 200F， 如在美国专利 No.5,957,863 中所描述的。手术工具 ( 活检导管 )200F 包括两个钳部 152 和 154， 其用于 采样组织部分并且用于消融异常的组织。钳部能够在其打开和关闭位置之间移动 ( 在附图 中示出打开位置 )。当关闭时， 这两个钳部 ( 通过其中空部 156 和 158) 形成腔， 且当打开 时， 将消融电极部 160 和 162 的电极表面暴露到工具附近的组织， 从而允许实施所述消融。 传感器 S 被设置在所述工具上， 该传感器被安装成使得感测区域位于钳部的内侧上并且因 此当钳部处于其打开位置时能够定征该组织， 并且柔性信号传输结构沿该工具朝向其近端 延伸， 从而接合该工具的内表面或外表面。 图 2G 和图 2H 分别示出了根据本发明的实施方式的手术工具 600 的另一实施方式 的俯视图和剖面图。图 2H 是沿如图 2G 所示的剖面线 CS 剖取的手术工具 600 的剖面图。 手术工具 600 被与图 1 中的手术工具 100 类似地构造成用于组织移除和收集。在手术工具 100 中以及在本实施例的手术工具 600 中所示的共同元件用相同的附图标记表示。
在本实施例中， 传感器 S1 和 S2 被定位在腔 CV 的面向由凹槽 RS 所限定的腔的开 口的内表面上。因此， 在由手术工具 600 实施的组织收集操作期间， 传感器 S1 和 S2 的感测 区域 / 表面暴露于在腔 CV 内的组织部。
并且可选地， 手术工具 600 包括真空连通通道。在本实施例中， 外壳 EN 或其部分 包括双壁结构， 该双壁结构包括外壳的内壁 IW 和外壁 OW， 在内壁 IW 和外壁 OW 之间限定真 空连通通道 VC。外壳的内壁 IW 被插设在腔 CV 和真空连通通道 VC 之间并且包括真空端口 / 开口 VP， 真空端口 / 开口 VP 在传感器 S1 和 S2 附近朝向腔 CV 敞开。在操作中， 通过真空 通道 VC 将真空施加到端口 VP， 从而使得能够朝向传感器 S1 和 S2 的感测区域 / 表面接合 / 附接 / 联接位于凹槽 RS 附近的组织。
应当理解的是， 真空连通通道 VP 内的真空能够被选择性地利用以使得将组织联 接到传感器以及从传感器分离组织。还应当注意的是， 真空连通通道 VC 内的真空状态能够 被独立地控制 ； 或在腔 CV 也能够保持真空状况的情况下， 真空连通通道 VC 内的真空状态还 能够与腔 CV 内的真空状态相关联。而且， 真空通道 VC 还能够用来经由真空端口 VP 施加超 压， 例如以便从传感器 S1 和 S2 附近拆离 / 分离组织部。应当注意的是， 另选地或另外， 手
术工具 600 的其他传感器 ( 例如， 传感器 S4) 也能够与在其附近 ( 例如， 在手术工具的外表 面上 ) 的真空端口相关联。
图 2I 示出了与图 2A 的手术工具相类似地构造成用于组织移除和收集的手术工具 900。在图 2A 的手术工具中以及在本实施例的手术工具 900 中所示的共同元件用相同的附 图标记表示。
手术工具 900 包括真空连通通道 VC。在本实施例中， 外套管 414 或其部分与内套 管 416 间隔开， 从而在外套管 414 和内套管 416 之间限定真空连通通道 VC。外套管 414 包 括朝向套管 414 的在传感器 S12 附近的外表面敞开的真空端口 / 开口 VP。在操作中， 经由 真空通道 VC 将真空施加到端口 VP， 从而使得能够朝向传感器 S12 的感测区域 / 表面接合 / 附接 / 联接位于套管 414 的远端附近的组织。另外， 并可选地， 套管 414 在其远端包括弹性 构件 420， 该弹性构件构造成在前部增强至真空端口 / 开口 VP 的真空连通。
图 2J 例示了与可偏转活检钳导管相关联的手术工具 200J。手术工具 ( 活检导 管 )200J 包括用于采样组织部的两个钳部 152 和 154。钳部能够在其打开和关闭位置之间 移动 ( 在附图中示出打开位置 )。传感器 S 被设置在该工具上并且被安装成使得其感测区 域位于钳部的内侧上， 因而当钳部处于其打开位置时允许定征该组织。柔性信号传输结构 ( 未示出 ) 沿手术工具 200J 朝向其近端延伸， 从而接合工具的内表面或外表面。 通常应当理解的是， 在本发明的不同实施方式中上文所述的手术工具能够用于微 创手术， 例如腹腔镜手术中。这种手术工具还可用于机器人辅助手术和 / 或还可用于非侵 害手术中的检查。
信号传输结构的柔性允许将本发明的传感器装置与实际上任何已知的组织移除 手术工具结合。如上所述， 该工具可以是能够沿通过身体部的其传播轴线 ( 工具的纵向轴 线 ) 和 / 或沿相对于该传播轴线倾斜的轴线延伸的种类的工具， 例如该工具被安装成使得 感测区域位于该工具的可延伸部上。
组织定征传感器以及信号传输结构优选地通过所谓的柔性或刚性 - 柔性电路技 术制成。这些技术被用于本发明中， 以用于提供阻抗受控的信号传输结构的扁平且柔性 / 弹性的构造以及还提供组织定征传感器与信号传输结构的共平面联接 ( 和 / 或一体化 )。 如上所述， 信号传输结构和传感器的扁平且共平面构造允许将传感器及其信号传输结构沿 手术工具的具有窄构造或中空构造的平面 / 或弯曲表面 / 表面定位。由于该扁平且柔性的 阻抗受控的信号传输结构相比于其他阻抗受控的信号传输结构占据较小的体积， 因此这种 结构能够被结合到小的手术工具上而不会扩大手术工具的尺寸。
而且， 这种信号传输结构的柔性允许将该信号传输结构缠绕在具有小弯曲半径的 手术工具的弯曲表面上和 / 或在手术工具的这样的区域处传送信号传输结构， 在该区域中 发生手术工具的一个或更多个部件的重复运动 ( 例如， 弯曲或抽出 - 缩回 )。应当注意的 是， 本当利用手术工具的传输结构的柔性时本发明的技术仍使得一条或更多条高频信号传 输线能够通过该传输结构到达手术工具的传感器。
现参照图 3A 至图 3C， 图 3A 至图 3C 更具体地示出了根据本发明的实施方式的扁平 组织定征感测组件 300 的实施例的不同剖面图， 该扁平组织定征感测组件 300 能够被结合 到长形和 / 窄手术工具内。在本文例示出的组织定征组件 300 包括以共平面的关系电联接 到一起的组织定征传感器 S 以及扁平的阻抗受控的信号传输结构 ST。图 3A 和图 3B 示出了
扁平组织定征组件 300 的前侧和后侧 ； 传感器 S 的感测区域 SR 被限定在其前侧。沿图 3A 和图 3B 的线 CS 截取的扁平组织定征组件 300 的截面在图 3C 中被示出。示出了信号传输 结构 ST 的宽度 W、 长度 L 和厚度 T 的尺寸。
如所示， 组织定征组件 300 包括限定感测表面 / 区域 SR 的传感器 S 以及信号传输 结构 ST。传感器 S 被构造为近场 EM 传感器， 其限定由导电材料 116 围绕的感测表面 ( 同轴 孔 )SR。信号传输结构 ST 是柔性的并且与传感器 S 成一体， 使得信号传输结构 ST 和传感器 S 具有至少一个公共连续表面 ( 层 )127。信号传输结构 ST 具有第一层 125， 在第一层 125 中， 信号连接线 122 定位成与传感器 S 相关联， 例如被电连接 / 联接到传感器 S( 例如， 电连 接 / 联接到内部导体元件 IC( 如图 5A 所示的传感器中的元件 118))、 被电连接 / 联接到其 信号线 112， 该信号线 112 位于传感器 S 的第一传感器层 115 上。信号传输结构 ST 具有第 二导电层 126， 该第二导电层 126 被电联接到传感器 S 的导电材料 116 上。
传感器 S 是多层结构， 其包括至少第一传感器层 115( 包括所述信号线 112) 以及 第二导电层 117， 该第二导电层 117 包括导电材料 116 并且限定 / 包围传感器 S 的感测区域 SR 的外周。层 115 和 117 彼此电绝缘 ( 例如， 通过利用电绝缘层压板、 粘合剂、 涂层或附加 绝缘层实现 )。在本实施例中， 通过提供绝缘 ( 介电 ) 层 127 来获得该电绝缘， 绝缘层 127 用作用于传感器 S 的层 117 和层 115 的衬底层并且对于信号传输结构 ST 来说也是公共的。 因此， 信号传输结构 ST 的第一层 125 和第二层 126 通过该电绝缘层 127 彼此电绝缘。
电绝缘层 127 被形成为一体的组织定征组件 300 的公共连续表面。另外， 信号传 输结构 ST 的导电层 126 和传感器 S 的第二导电层 117 被形成为一体的组织定征组件 300 的公共连续表面。
应当注意的是， 在本实施例中， 信号传输结构 ST 被构造成具有被连接到一个传感 器 S 的单条信号连接线 122。然而， 通常而言， 根据本发明的组织定征组件可包括被电连接 到同一信号传输结构的多个传感器。在这种情况下， 信号传输结构 ST 通常构造成具有位于 第一层 125 上的多条信号连接线 122， 这些信号连接线 122 与多个传感器相关联 / 电连接。 应当注意， 在组织定征组件 300 包括多个传感器并且这些传感器被设置成使得传感器中的 至少一个的信号连接线 ( 多条信号连接线 ) 横穿其他传感器 ( 多个传感器 ) 的感测区域 ( 在其他传感器的感测区域下面横过 ) 的情况下， 优选的是在所述其他传感器 ( 多个传感 器 ) 的第二导电层和第一传感器层之间包括附加导电层， 以便从通过传感器中的至少一个 信号连接线传输的信号掩蔽 ( 例如， 电磁掩模 ) 该传感器的感测区域。
如上所述， 本发明不局限于信号传输结构 ST 中的任何具体数量的信号线 122。通 常， 如图 4A 至图 4C 所示， 信号传输结构 ST 限定至少一条信号连接线 122。然而， 横穿信号 传输结构 ST 的信号连接线的数量能够根据手术工具上的传感器的期望数量以及根据一些 因素 ( 例如信号传输结构 ST 的所需最大宽度、 所需的最小信噪比 (SNR)) 而变化。由于信 号连接线 122 之间的间距影响这些线 122 之间的串扰并且降低信号传输的 SNR， 因此超过信 号传输结构 ST 中的信号连接线 122 的一定数量， 信号传输结构 ST 的宽度 W 应当加宽以便 保持 SNR 的期望水平。
同样如上所述， 将一个或更多个组织定征传感器装配到手术工具的远端区域中使 得能够测量在组织的近端区域中的不同性质并且在一些构造中使得还能够映射该组织的 一些特征。然而应当注意的是， 用于这种传感器的其中一个先决条件是提供这样的信号传输结构 ST， 该信号传输结构 ST 被电联接到传感器 ( 多个传感器 ) 并且适于能够从所述传 感器读出数据 ( 例如， 呈 EM 信号的形式 )。当信号连接线被需要以便以高频 ( 例如， 高于 1Mhz) 传播 EM 信号时， 提供能够装配到小手术工具内的具有小尺寸的信号传输结构 ST 是 尤其麻烦的。在这种高频下， EM 信号沿信号连接线 122( 其连同第二导电层 126 用作波导 ) 作为导模 ( 或导波 ) 传播， 且因此这种信号可遭受延其路径的各种干扰， 从而损害这种信号 的精确性。这些干扰可包括例如由信号线的各种因素引起的吸收率和反射率， 所述因素例 如是阻抗变化 ( 例如， 由于材料的变化和 / 或沿其传播路径的几何尺寸的变化 ) 或由于例 如缺乏信号连接线 122 的电屏蔽或由于信号连接线 122 彼此接近引起的与其他信号的干涉 和 / 或串扰 ( 例如， 不同信号传输线之间的串扰 )。
因此， 为了保持可靠且精确的信号传输， 承载传感器的 EM 信号的信号传输结构 ST 被阻抗控制并且可选地还被电屏蔽。 通常， 这种信号传输结构包括至少一条信号线， 所述至 少一条信号线以良好限定的、 固定的、 空间关系定位到与其相关联的至少一个导电表面并 且被设置在该至少一个导电表面附近。信号线和导电表面由介电非导电材料衬垫间隔开。 信号线和导电表面之间的空间关系以及信号线的尺寸和介电衬垫的材料确定线的阻抗。
在图 4A 和图 4B 中示出了适合用作本发明的手术工具中的信号传输结构的这种阻 抗受控的结构的一些实施例， 在图 4A 和图 4B 中分别示出了用于信号传输或信号通信的带 状平面供给结构 300A 和微带状平面供给结构 300B。 这些结构包括类似的功能元件， 所述类 似的功能元件包括信号连接线 310 以及相对于该信号线成固定空间关系的一个或更多个 导电表面 320。信号线路和导电表面由介电非导电材料衬垫 ( 未示出 ) 间隔开。导电表面 320 还可对于在信号线 310 上传播的 EM 信号提供电掩蔽 ( 屏蔽 )。通常， 带状结构 300A 提 供信号连接线 310 的更好的电屏蔽， 因为带状结构 300A 包括从线 310 两侧定位的两个导电 表面 320。 然而， 为了同样的理由， 带状结构通常比微带状结构 300B 柔性更差 ( 该结构在其 下破裂 ( 或屈服或达到疲劳 ) 的最小弯曲半径以及使得该结构能够弹性或可逆转地变形的 最小弯曲半径在带状结构 300A 中更高 )。应当注意的是， 导电表面 320 可与手术工具的一 个或更多个表面成一体。例如， 这种表面可用作信号传输结构的接地平面 / 表面。
根据本发明， 每个传感器 S( 或其每束 ) 可与信号传输结构 ST 的专用信号连接线 122 相关联。线 122 构造成用于通过其传播 EM 信号且因此传播信号到其对应的传感器 S 以 及从其对应的传感器 S 传播信号。 同时， 可能期望允许信号传输结构 ST 的静态或动态弯曲。 这可以是有利的， 例如以便使得信号传输结构的柔性能够实现手术工具的不同区域 / 部分 之间的相对运动和 / 或以便允许沿手术工具的弯曲表面弯曲该信号传输结构 ST， 从而允许 将信号传输结构紧密装配到该弯曲表面上。例如， 当手术工具具有管状形状 ( 例如， 信号传 输结构 ST 应当被装配到该手术工具内或其上 ) 或当寻求在其上定位组织定征传感器的手 术工具的可缩回部 / 可抽出部的前后运动时， 这可能是尤其重要的。
因此， 阻抗受控的信号传输结构以及可能柔性结构都通过利用平面 ( 即， 扁平 ) 信 号传输结构在本发明中被实现。应当理解的是， 用于本申请目的的术语 “平面” 和 “扁平” 实 际上表示至少在其区域内的相对薄的结构， 因此该结构在该区域内能够弯曲。 而且， 本发明 的传感器单元具有共平面构造， 这意味着传感器部和信号传输部包括至少一个共同的连续 表面。
图 4C 示出了根据本发明一些实施方式的信号传输结构 400 的实施例。信号传输结构 400 被形成为微带状平面供给结构构造并且包括第一信号层 405 和第二导电层 406， 该 第一信号层 405 包括两个间隔开的信号线 411 和 409， 第二导电层 406 与第一信号层 405 电 绝缘。信号层 405 和第二导电层 406 由介电的非导电材料衬垫 ( 未示出 ) 间隔开。信号线 411 和 409 以及导电层 406 实际上形成两个微带状供给结构 401A 和 402A 的共平面布置， 其 中信号线之间的间距 d1A 用于防止信号线 411 和 409 之间的串扰。导电层和信号层之间的 间距 d2A、 介电衬垫 ( 未示出 ) 的类型以及信号线的宽度确定信号传输结构的阻抗。应当理 解的是， 虽然在图 4C 的实施例中仅示出了两条信号线 411 和 409， 但是能够在每个信号传输 频带中设置一条或两条以上这样的信号线。还应当理解的是， 信号传输结构 400 能够被形 成为带状平面供给结构， 在该情况下， 该信号传输结构 400 包括附加导电层。
因此， 根据诸如允许串扰的程度、 所需带宽、 待通过信号传输结构的信号线的数量 以及所需的带柔性 ( 例如， 不对带造成结构损坏的传输频带的最小可能弯曲半径 ) 的这样 的参数的期望值， 尤其要设计信号传输结构的信号传输频带的类型。 另外， 在一些实施方式 中， 需要信号传输结构的柔性， 以便允许传感器相对于探针壳体的连续且重复运动。
参照图 5A， 图 5A 示出了根据具体但非限制的实施例的近场 EM 传感器的构造。该 图示出了传感器 S 的剖面图。传感器 S 被构造成近场 EM 传感器单元 S 并且限定感测区域 SR、 内部导体元件 118 和导电材料 116， 该感测区域 SR 用作相对于 EM 场的孔 / 开口或窗口 ( 由传感器感应的 EM 场驻留 / 存在于该区域 )， 该内部导体元件 118 具有远端和近端 ( 相对 于传感器单元的内部 )， 该近端和远端被容纳成使得该远端位于感测区域 SR 内， 并且该导 电材料 116 围绕感测区域 SR， 例如形成在传感器单元的外周处的导电轮廓 / 边界。应当理 解的是， 通常感测区域 SR 不局限于平面区域而通常是体积形式的区域。内部导体元件 118 的远端被定位在该感测区域内， 而不必定位在感测表面中， 例如在感测表面下面。 内部导体 元件的远端部由导电轮廓围绕。应当理解的是， 内部导体 118 通过感测区域 SR 内的传感器 的介电材料 ( 多个介电材料 ) 与导电轮廓 116 分离。如将在下文进一步描述的， 内部导体 元件 118 通过其相对端 ( 近端 ) 部被电联接 ( 例如， 物理连接 ) 到信号线 ( 在此未示出 )。
内部导体元件 118 例如可以成横穿多层 “柔性电路” 传感器的一些层的电镀通孔。 当传感器 S 被操作时 ( 即， 当 EM 信号被传输到传感器时 )， 该传感器用作近场 EM 传感器， 该近场 EM 传感器在其感测区域 SR 内， 并因此在位于感测区域 SR 附近的组织区域中感应近 场 EM 场。在所述组织区域中被感应的 EM 场的类型、 范围和幅度取决于组织的电气特征并 且取决于感应信号的频率。因此， 在所述组织区域中被感应的 EM 信号的类型和 / 或幅度和 / 或相位的分析提供表示在感测区域附近的组织的特征的数据。
传感器 S 的轮廓可以是任何合适形状的， 例如如图 5A 至图 5D 所示的六边形以及 如图 5E 和图 5F 所示的矩形。传感器 S 的内部导体元件 118 还可以是任何合适截面形状， 例如圆形 ( 图 5A 至图 5C) 以及其它形状 ( 图 5D 至图 5F)。
在本发明的一些实施方式中， 手术工具中的至少一个传感器被构造成电阻型 EM 近场传感器。 这种电阻型传感器中的每个均包括内部导体元件 118， 该内部导体元件 118 与 周围的导电材料 ( 轮廓 )116 电绝缘。这在图 5A 至图 5C 以及图 5F 的实施例中被示出。电 阻型传感器还可包括电绝缘材料， 该电绝缘材料覆盖感测区域从而使得相应的传感器单元 与对象绝缘。另选地， 电阻型传感器单元可构造成执行测量， 而内部导体元件 118 和周围导 电材料 116 与该对象直接接触。另选地或另外， 根据本发明的一些其它实施方式， 手术工具的至少一个传感器被 构造成电感型传感器。这种传感器例如在图 5D 和图 5E 中被示出， 所述传感器使得其内部 导体元件 118 被连接到围绕相应感测区域的导电材料 116。
应当注意的是， 配置有组织定征组件的手术工具能够与合适的校准系统相关， 该 校准系统包括能够连接到信号产生和接收单元 ( 例如， 网络分析仪 ) 的校准单元， 所述信号 产生和接收单元用于获得在位于传感器的感测区域 SR 附近的组织区域中被感应的 EM 信号 的类型和 / 或幅度和 / 或相位。这在图 6 中被示意性地示出， 图 6 以框图的方式示出了总 体上标记为 10 的测量系统。系统 10 包括能够被连接到分析仪 16 的测量装置 12。本发明 的测量装置 12 包括一个或更多个传感器单元 100 以及校准和探针控制 (CPC) 单元 12B。分 析仪 16 包括信号产生和接收单元 14 并且还包括合适的通信单元 ( 未示出 )， 所述通信单元 用于处理与 CPC 单元 12B 的数字和 / 或模拟通信。
信号产生和接收单元 14 可以是任何已知合适的类型的并且因此不必要被详细描 述， 仅要注意的是， 该信号产生和接收单元 14 被构造且操作成用于传输和接收 RF 信号。信 号产生和接收单元 14 可以构造并操作成矢量网络分析仪 (VNA)， 其用于记录 RF 信号的相 对幅度和相位。 信号产生和接收单元 14 构造用于实施下述动作 ： 经由其信号端口传输并接 收 RF 信号 ； 分析所接收的信号以确定该信号的幅度以及可选地相位， 这些幅度和相位表示 该信号与校准负载的相互作用 ； 以及传送检校参数。 信号产生和接收单元 14 还构造成用于 利用检校参数来测量测量装置 12 的 RF 响应。分析仪 16 可具有附加特征， 例如可以对安全 性问题负责以防止再使用测量装置 12 或将其它未被授权的测量装置安装到该系统中。分 析仪 16 还可向测量装置 12 提供下述设备中的至少一个 ： 电源 ； 用于处理与测量装置 12 进 行数字和 / 或模拟通信的机构 ； 真空 / 压力通信 19 ； 液体分配管线 ； 光学信号通信 ； 超声信 号通信 ； 以及向测量装置 12 中的消融 / 切割设备 / 工具提供控制和动力， 用户和 / 或机器 输入和 / 或输出 ； 以及提供对待用于测量装置 12 中的其它类型的探针的控制。
图 7A 和图 7B 示出了测量系统 10 的构造的具体的但非限制性的实施例。测量装 置 12 包括传感器单元 100 以及与该传感器单元 100 一体的 CPC 12B， 它们都被容纳在公共 壳体 12C 中。传感器单元 100 经由具有合适连接器的电缆被连接到 CPC 12B。在图 7A 的实 施例中， 在分析仪 16 和测量装置 12 之间仅存在一个 RF 信号连接 (RF 端口连接 )。在图 7B 的实施例中， 在分析仪 16 和测量装置 12 之间存在两个 RF 信号连接 (RF 端口连接 )。如附 图所示， 真空 / 压力通信线路可被用于向传感器单元 100 提供真空 / 压力通信 19。
应当理解的是， 本发明的实施方式可利用在分析仪 16 和测量装置 12 之间的不止 两个的 RF 信号连接。通常在分析仪单元和测量装置之间存在 n 个这样的 RF 信号连接 (RF 端口连接 )， 其中 n 是等于或大于 1 的整数。
CPC 单元 12B 经由 RF 级连接器 C5 被连接到传感器单元 100。RF 级连接器 C5 通常 被连接到本发明的手术工具 ( 例如， 在其近端 ) 的组织定征组件 ( 例如， 图 1 的 TCA1) 的 信号传输结构 ( 例如， 图 1 的 ST1)。因此， RF 级连接器 C5 适于在组织定征组件的传感器与 CPC 单元之间提供其传送一个或更多个 RF 信号。应当理解的是， RF 级连接器 C5 可与多个 RF 通道 ( 例如一个 RF 通道用于每个传感器 ) 相关联， 并且 CPC 单元可操作用于将 RF 信号 从信号产生和接收单元 14 切换 / 引导到与不同传感器相关联的不同 RF 通道。
CPC 单元 12B 包括分别与已知 RF 反射系数的多个校准负载相关联的多个端子并且包括存储器设备。存储器设备携带表示 RF 反射系数的记录数据以及表示 CPC 单元的 RF 传送系数的记录数据。 该构造使得能够计算传感器单元的感测表面内的每个传感器单元的 RF 响应， 同时保持传感器单元与 CPC 单元成一体。应当理解的是， CPC 还可用于将 EM 信号 选择性地引导到一个或更多个传感器单元。
优选地， CPC 单元 12B( 被实施为印刷电路板 ) 被封闭在壳体内， 该壳体具有 RF 盖， 以向 CPC 单元 12B 提供机械强度和电磁抗扰。壳体的机械强度使得通过消除几何变形而能 够更好地校准， 例如由于 CPC 单元的机械应力或环境变化而可能发生这种几何变形。该变 形可导致 CPC 单元内的 RF 信号的传播变化， 从而导致校准性能退化。壳体的电磁抗扰使得 通过降低 CPC 单元 12B 与传感器单元 100 的 RF 干扰以及通过降低外部 RF 源与 CPC 单元 12B 的 RF 干扰而能够更好地校准。CPC 单元 12B 的连接器可被结合到壳体内。壳体可构造 成使得能够实现测量装置 12 在各种环境状况下的操作并且使得通过利用辐射和 / 或气体 能够实现测量装置的杀菌。校准单元 12B 通常可具有任何合适构造， 优选地如在转让给本 发明的受让人的共同在审的国际申请 PCT/IL2009/000611 中公开的那些构造中的任一种， 所述文献以引用的方式并入本文中。
返回到图 6， 可选地根据本发明的一些实施方式， 手术工具与控制单元 17( 控制 器 ) 相关联或可包括控制单元 17， 该控制单元 17 与显示器 18( 例如， 用户界面系统或图形 用户界面 (GUI)) 相关联。控制器 17 能够与分析仪单元 16 相连接并且可适用于接收和分 析表示传感器的读出结果的数据以及适用于将与传感器的读出结果相对应 ( 或与由此测 量的预定状况相对应 ) 的信息呈现在显示器 18 上。在本实施例中， 控制器包括处理器和存 储器模块并且适于处理以及可选地存储与来自传感器的读出结果相对应的信息并且还允 许后处理该信息 ( 例如， 以从其确定统计信息 )。
通过控制器 17 分析 / 处理表示来自传感器的读出结果的数据 ( 例如， 表示由此感 测到的预定状况的数据 ) 可包括例如空间映射由手术工具的多个传感器测量的预定状况。 因此， 这种空间映射可能与手术工具上的传感器的位置之间的空间关系一起呈现在显示器 18 上。
另选地或另外， 控制器 17 可适于处理表示来自传感器的读出结果的数据以及确 定与由传感器测量的预定状况的分布相对应的统计信息。 这种统计信息可包括例如统计参 数， 例如这些预定状况的空间和 / 或时间分布的这种平均值和标准偏差。该统计信息可通 过显示器 18 呈现给用户， 以藉此向用户提供关于手术工具的远端区域附近的组织的特征 的补充信息。
另外或另选地， 当工具基于在它们之间具有已知的空间关系的一个或更多个传感 器的连续读数之间的比较在该组织 / 身体内移动时， 控制器 17 还可适于重构传感器的读数 的空间配准。这还允许在手术工具在组织中运动期间扫描该组织。
还应当注意的是， 可选地， 一个或更多个位置传感器和 / 或状态位置传感器 ( 未示 出 ) 还可被结合到手术工具内。位置传感器可构造成提供手术工具相对于被检查的物质 / 组织的位置指示 ( 例如， 这种传感器可定位在工具的定位器上 )。 状态位置传感器可构造用 于提供手术工具的不同可动部件 / 部分的相对位置 ( 例如， 活检针的内套管和外套管之间 的相对位置 ) 的指示。因此， 控制器 17 可利用来自这些位置传感器和状态位置传感器的读 出结果来确定手术工具和 / 或其子部件在该组织内的位置。此外， 这种位置能够与由组织定征传感器测量的预定状况进一步一起使用并且与其同步， 以提供组织定征传感器的读数 的空间重构。
可选地， 当组织定征传感器被定位在组织采样端口的不同位置 ( 例如， 图 1 中的凹 槽 RS) 时， 来自位置传感器和状态位置传感器的输出能够被用于使组织定征传感器 ( 多个 传感器 ) 的读出结果和组织收集 / 采样之间空间同步。例如， 当图 2A 中的传感器 S11 提供 需要或要求组织采样的读数时， 位置传感器的输出可被使用， 以便指示手术工具应当前进 / 抽出多长以便使得被指示用于采样的组织处于组织采样端口 426 的区域内。
本领域技术人员将容易理解的是， 在不偏离由所附权利要求书限定的本发明范围 的前提下可对在上文描述的本发明的实施例作出各种修改和变化。