DE69734978T2

DE69734978T2 - Optische biopsiezangen

Info

Publication number: DE69734978T2
Application number: DE69734978T
Authority: DE
Inventors: S. Norman NISHIOKA; T. Kevin SCHOMACKER
Original assignee: General Hospital Corp
Current assignee: General Hospital Corp
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: EP0902647A1; JPH11509459A; CA2253646A1; JP3220165B2; WO1997041777A1; EP0902647B1; US5843000A; DE69734978D1; ATE314008T1; CA2253646C

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der medizinischen Diagnose und Behandlung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Zangenvorrichtung mit einer integrierten optischen Faser und fernsteuerbaren Biopsiezangenfunktionen sowie deren Verwendung bei der medizinischen Diagnose. Der Katheter ist für die in-vivo-Gewebeidentifikation von Gewebearten durch optische Techniken mittels der optischen Faser und Aufnehmen einer Biopsieprobe von identifizierten Gewebebereichen für die Entnahme aus dem Körper zur konventionellen Untersuchung und Analyse geeignet.
Hintergrund des Standes der Technik
Es wurden bereits viele Arten von Biopsiezangen für die medizinische in-vivo-Diagnose und die Behandlung von verschiedenen Krankheiten entwickelt. Diese Vorrichtungen sind für die Gewebeentnahme im Körper vorgesehen, zum Beispiel bei endoskopischen, laparoskopischen und vaskulären Maßnahmen, um für die Analyse und Identifikation von Gewebearten Biopsieproben zu gewinnen. Diese Biopsiezangenvorrichtungen weisen im allgemeinen an ihrem distalen Ende kleine Schneidbacken auf, die vom proximalen Ende ferngesteuert betätigt werden, nachdem das distale Ende der Vorrichtung zu der interessierenden Stelle gebracht oder navigiert wurde.
Bei den herkömmlichen Biopsiezangenvorrichtungen ist es schwierig, die genaue Position der distalen Spitze relativ zu dem verdächtigen erkrankten Bereich zu erkennen, insbesondere wenn das interessierende Gebiet sehr klein ist. Zum Lokalisieren oder Identifizieren von Stellen innerhalb des Körpers wurden verschiedene Arten von optischen Kathetern und Sonden entwickelt. Ein Verfahren zur in-vivo-Diagnose und -Behandlung von Gewebe mit einem optischen Führungsdraht ist im US-Patent 5 439 000 von SpectraScience, Inc. beschrieben. Eine Art eines bekannten System für interne Biopsien verwendet einen optischen Katheter zum Lokalisieren der Stelle, woraufhin der optische Katheter dann durch eine Biopsiezange ersetzt wird, um eine Probe zu entnehmen. Diese Vorgehensweise kann jedoch zu Fehlern und Unsicherheiten in der Plazierung der Biopsiezange bezüglich einer vorher identifizierten kleinen Struktur oder Fläche führen.
Es wurden auch bereits andere Systeme vorgeschlagen, bei denen die Vorrichtung zum optischen Betrachten oder Abbilden gleichzeitig auch eine Schneideinrichtung enthält, um einen verdächtigen Bereich visuell zu lokalisieren und dann eine Probe zu entnehmen. Zum Beispiel betrifft die PCT-Anmeldung WO 83/03189 von Laserscope, Inc. eine chirurgische Vorrichtung für interne Operationen. Es ist eine starre Gewebetrenneinrichtung vorgesehen, die den Hohlraum vergrößert, der durch ein Betrachtungssystem betrachtet werden kann. Neben dem Betrachtungssystem befindet sich eine Gewebeaufnahmeeinrichtung. Diese Vorrichtungen sind jedoch durch ihre Dicke benachteiligt, die erforderlich ist, um das Abbildungssystem und das Schneidbetätigungssystem aufzunehmen, was ihre Verwendung in sehr kleinen Bereichen ausschließt. Ein anderer Nachteil dieser bekannten Systeme ist der Versatz oder die "Parallaxe" zwischen der Sichtachse des Abbildungssystems und der Schneidposition der Biopsieproben-Entnahmevorrichtung, so daß die Biopsieprobe immer von einer Stelle entnommen wird, die etwas von der Stelle entfernt ist, die durch die Optik betrachtet wird. Bei sehr kleinen interessierenden Strukturen kann dies zu einem Verlust an Genauigkeit führen.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine integrierte optische Biopsiezange geschaffen mit
einem flexiblen Katheterkörper mit einer Durchgangsbohrung und einem proximalen und einem distalen Ende; und mit
einer sich durch den Katheterkörper erstreckenden optischen Faser, die mit ihrem proximalen Ende an ein elektrooptisches Gewebeanalysesystem anschließbar ist, wobei das distale Ende der optischen Faser am distalen Ende des Katheterkörpers angeordnet ist und seine optische Sichtachse auf eine in der Nähe der distalen Spitze des Katheterkörpers liegende Gewebeanalysezone gerichtet ist; wobei die integrierte optische Biopsiezange dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt
am distalen Ende des Katheterkörpers angebrachte Schneidbacken zum Öffnen und Schließen in einer Biopsie-Schneidbewegung, wobei die Schneidbacken so angeordnet sind, daß ihre geschlossene Schneidposition auf der optischen Sichtachse und im Sichtfeld der optischen Faser in der Gewebeanalysezone liegt; und
einen Betätigungsmechanismus, der zum Steuern des Öffnens und Schließens der Schneidbacken beim Abschneiden einer Biopsieprobe in der Gewebeanalysezone mit den Schneidbacken funktionell verbunden ist.
Die erfindungsgemäße integrierte Faseroptik-Biopsiezange ist sehr dünn, so daß sie auch in sehr kleinen Bereichen von Interesse verwendet werden kann, wobei das optische Gesichtsfeld und die Biopsiezone zur Probenentnahme genau aufeinander ausgerichtet sind.
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine optische Biopsiezange, die zur Gewebeidentifikation sowohl durch optische Techniken als auch durch eine Probenentnahme geeignet ist. Die Zange weist einen länglichen Katheterkörper zum Einführen in den Körper und zum Navigieren zu dem interessierenden Bereich auf. Das distale Ende der Zange umfaßt ein Paar Schneidbacken und die Spitze einer optischen Faser, die durch die Zange verläuft. Das proximale Ende umfaßt einen Steuergriff zum Manipulieren der Zange und zum Betätigen der Backen.
Die vorliegende Erfindung kann dazu verwendet werden, ein Verfahren für eine Gewebediagnose an einer Stelle innerhalb des Körpers auszuführen. Das Verfahren umfaßt das Einführen einer integrierten optischen Biopsiezange mit einem flexiblen Katheterkörper mit einer sich dadurch erstreckenden optischen Faser in den Körper, wobei das distale Ende der optischen Faser so angeordnet ist, daß ihr optisches Sichtfeld auf die Gewebeana lysezone in der Nähe der distalen Spitze des Katheterkörpers gerichtet ist. Die optische Biopsiezange umfaßt des weiteren Schneidbacken, die zum selektiven Öffnen und Schließen in einer Biopsie-Schneidbewegung in der Gewebeanalysezone am distalen Ende des Katheterkörpers angebracht sind, und einen Betätigungsmechanismus, der zum selektiven Steuern des Öffnens und Schließens der Schneidbacken funktionell mit den Backen verbunden ist. Das Gewebe in der Gewebeanalysezone am distalen Ende der Zange wird mittels eines elektrooptischen Gewebeanalysesystems, das mit dem proximalen Ende der optischen Faser verbunden ist, spektroskopisch untersucht. Die optische Biopsiezange wird spektroskopisch im Körper zu dem interessierenden Bereich geführt, der durch die spektroskopische Analyse der Gewebeart in der Gewebeanalysezone an der distalen Spitze des Katheterkörpers identifiziert wurde. An der Stelle der optischen Gewebeanalysezone wird dann durch Betätigen des Betätigungsmechanismusses eine Biopsieprobe abgeschnitten, die anschließend aus dem Körper entnommen wird.
In einer Ausführungsform sind die Schneidbacken so angebracht, daß sie zum Abschneiden von dazwischen befindlichem Gewebe durch eine Schwenkbewegung oder eine andere Bewegung zusammengebracht werden können, wobei die Schneidbacken mit der optischen Faser verbunden sind, die sich durch den Katheterkörper zum Griff am proximalen Ende der Vorrichtung erstreckt, und von dieser gesteuert werden. Die optische Faser erstreckt sich von ihrem proximalen Ende mit der Verbindung zu einem elektrooptischen Analysegerät durch den Griff und den Katheterkörper zur distalen Spitze und strahlt Lichtenergie auf das Gewebe an der Stelle der Spitze ein und nimmt Lichtenergie von dort auf. Die Faserspitze ist zu den Backen in deren Kontakt- und Schneidzone koaxial ausgerichtet, so daß die Biopsieprobe exakt von dem Punkt genommen wird, der im Sichtfeld der optischen Faser liegt.
In einer anderen Ausführungsform sind die Schneidbacken so angebracht, daß sie durch Drähte, die durch den Katheterkörper zum Steuergriff verlaufen, zum Abschneiden von dazwischen befindlichem Gewebe durch eine Schwenkbewegung oder eine andere Bewegung zusammengebracht werden. Die optische Faser erstreckt sich von ihrem proximalen Ende mit der Verbindung zu einem elektrooptischen Analysegerät durch die Vorrichtung zur distalen Spitze und strahlt Lichtenergie auf das Gewebe an der Stelle der Spitze ein und nimmt Lichtenergie von dort auf. Die Faserspitze ist zu den Backen in deren Kontakt- und Schneidzone koaxial ausgerichtet, so daß die Biopsieprobe exakt von dem Punkt genommen wird, der im Sichtfeld der optischen Faser liegt.
Ein Anwendungsbeispiel für die Erfindung ist die Diagnose von artierellen oder vaskulären Verengungen, etwa atherosklerotischen Läsionen und Thromben. Nach der Identifikation kann der geeignete therapeutische Katheter, etwa für eine Ballon-Angioplastik, zur Medikamentenabgabe oder zur Laserablation, einen Führungsdraht entlang vorgeschoben werden, um den Patienten zu behandeln. Die vorliegende Erfindung kann auch auf vielen anderen Gebieten nützlich sein, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, der Onkologie, der Urologie, der Gastroenterologie, der Neurochirurgie, der allge meinen Chirurgie, in der Geburtshilfe/Gynäkologie usw. Sie kann bei laparoskopischen Maßnahmen für zusätzliche diagnostische Informationen und/oder zur Führung einer therapeutischen Einrichtung (z.B. einem Laser oder einer Schneid/Koagulationseinrichtung wie einer bipolaren Elektrokauterisationseinrichtung) verwendet werden.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen auch aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen optischen Biopsiezange;
2 eine vergrößerte Schnittansicht des distalen Endes der Zange der 1 bei offenen Zangenbacken;
3 eine Ansicht des distalen Endes der Zange der 1 bei geschlossenen Zangenbacken;
4 eine perspektivische Ansicht der Faserrohranordnung und der dazugehörenden Komponenten für das distale Ende der Vorrichtung der 2;
5A eine vergrößerte Aufsicht auf eine Komponente am distalen Ende der Vorrichtung der 2;
5B eine seitliche Schnittansicht längs der Linie 5B–5B in der 5A;
5C eine Endansicht der Komponente am distalen Ende der Vorrichtung der 2;
6A und 6B zeigen eine Auf- bzw. Seitenansicht einer Schneidbackenkomponente am distalen Ende der Vorrichtung der 2;
7 zeigt eine Gesamtansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Biopsiezange; und
8 eine Schnittansicht des distalen Endes einer optischen Biopsiezange gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In der 1 wird eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen integrierten optischen Biopsiezange insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Zange 10 ist für den Gebrauch im Inneren des Körpers vorgesehen, zum Beispiel in Verbindung mit endoskopischen, laparoskopischen und vaskulären Maßnahmen. Die Zange 10 weist einen Steuergriffabschnitt 12 am proximalen Ende, einen Mittelabschnitt 14, der sich über die Hauptlänge der Vorrichtung erstreckt, und eine distales Ende 16 auf, das gegenüberliegende Zangen-Schneidbacken und das distale Ende einer optischen Faser umfaßt, wie es genauer noch weiter unten erläutert wird.
Wie im linken Abschnitt der 2 zu sehen, besteht der Hauptkörper oder die Länge der Zange 10 aus koaxialen inneren und äußeren Rohrelementen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das innere Rohrelement ein hohles Kunststoffrohr 20, und das äußere Rohrelement oder der Katheterkörper ist eine Spule 22. Die Spule 22 ist eine eng gewickelte Spiralspule aus Edelstahl, wie sie allgemein bei Kathetern und Führungsdrähten verwendet wird. Alternativ kann das äußere Rohrelement aus einem weiteren Kunststoffrohr bestehen oder aus einem Kunststoff-Metall-Verbundmaterial anstelle der Spule 22. Das Kunststoffrohr 20 befindet sich in der Spule 22, und diese Komponenten sind mit Bezug zueinander so bemessen, daß sich das Rohr 20 in der Spule 22 während der Betätigung der Backen axial frei bewegen kann, wie es weiter unten noch erläutert wird.
Im Innenrohr 20 befinden sich ein Paar von Steuerdrähten 40, 41 und die optische Faser 50. Diese Komponenten erstrecken sich zusammen mit der äußeren Spule 22 und dem inneren Kunststoffrohr 20 über die Hauptlänge der Vorrichtung vom distalen Ende 16 bis zum Griffabschnitt 12. Am Griff laufen die Spule 22 und das Rohr 20 durch eine Kunststoffhülse 24, die zur Verstärkung und zur Spannungsentlastung dient, in eine Bohrung 25 in der Spitze 13 des Griffs 12. Die Kunststoffhülse 24 und das proximale Ende der Spule 22 werden von der Spitze 13 des Griffs 12 aufgenommen und sind daran etwa durch eine Verbindung damit befestigt.
Das innere Kunststoffrohr 20, die Steuerdrähte 40, 41 und die Faser 50 sind an der Spitze 13 nicht befestigt, sondern verlaufen durch die Bohrung 25 und durch ein Edelstahl-Verstärkungsrohr 29 zum Gleitstück 30, das in einem Schlitz 28 im Griff 12 beweglich ist. Das Verstärkungsrohr 29, das Rohr 20 und die Steuerdrähte 40, 41 sind am Gleitstück 30 befestigt und bilden damit zusammen einen Betätigungsmechanismus für die Zange 10. Eine Bewegung des Gleitstücks 30 bewirkt eine axiale Bewegung des Verstärkungsrohrs 29, des Rohrs 20 und der Steuerdrähte 40, 41 relativ zur Spule 22, die zum Betätigen der Schneidbacken verwendet wird. Am Griff 12 und am Gleitstück 30 sind Schlaufen 26 und 27 vorgesehen, die Fingerlöcher bilden, die beim Ergreifen und Manipulieren der Zange von Nutzen sind.
Die optische Faser 50 erstreckt sich in einem Schutzkabel oder einer Schutzhülle 32 durch das Gleitstück 30 und aus dem Griff 12 heraus, um mit elektrooptischen Einheiten (nicht gezeigt) verbunden zu werden, die das Beleuchtungslicht für die Faser erzeugen und die das vom Zielort am distalen Ende der Zange zurückkommende Licht aufnehmen und analysieren. Die erfindungsgemäße optische Biopsiezange kann mit jeder Art von elektrooptischer Technik zum Führen der Zange verwendet werden. Dies umfaßt Betrachtungs- und Abbildungssysteme, Systeme, bei denen weißes Licht eingestrahlt wird, um im interessierenden Gebiet Farbstoffe anzuregen, und spektroskopische Techniken zur Identifikation von Gewebetypen durch eine Spektralanalyse des Lichts, das von Gewebe zurückkommt, das mit Licht bestimmter Wellenlängen bestrahlt wird. Bei solchen spektroskopischen Techniken wird die Eigenschaft gewisser Gewebetypen ausgenutzt, Licht charakteristischer Wellenlängen zu reflektieren oder darunter zu fluoreszieren.
Wie in den 2, 5A, 5B und 5C zu sehen, umfaßt das distale Ende 16 der optischen Zange eine Joch 60, das als Befestigungselement für die Schneidbacken dient. Das Joch 60 kann aus Edelstahl herausgearbeitet sein oder aus einem anderen geeigneten Material gebildet sein. Es weist allgemein einen proximalen Bereich oder Abschnitt auf, der mit dem Bezugszeichen 61 bezeichnet ist, einen Mittelabschnitt 62 und einen distalen Ab schnitt 63 mit nach innen gekrümmten gegenüberliegenden distalen Endabschnitten 63a und 63b. Das Joch 60 weist auch eine durchgehende Bohrung 64 auf. Jeder der gegenüberliegenden distalen Endabschnitte 63a und 63b weist eine eingeformte bogenförmige Nut 65 (5B und 5C) auf, die einen Führungsschlitz für das distale Ende der Faser 50 bildet. Der Durchmesser der durch die bogenförmigen Nuten 65 gebildeten Bohrung kann an den distalen Endabschnitten 63a und 63b stufenförmig kleiner werden. Die Abschnitte 61 und 62 haben einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt. Der Abschnitt 61 hat einen Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Spule 22 entspricht, während der Abschnitt 62 einen Durchmesser hat, der der Außenabmessung der Spule 22 entspricht, so daß das Ende der Spule 22 vom Abschnitt 61 aufgenommen und damit verbunden werden kann. Die proximale Endfläche 56 des Jochs 60 ergibt zusammen mit dem distalen Ende 21 des Innenrohrs 20 einen Begrenzungsanschlag für die Faserrohranordnung 52, wenn sie im Außenrohr 22 vorgeschoben wird, um die Backen zu öffnen. Der Mittelabschnitt 62 weist ein Paar von Löchern 68, 69 auf, die Stifte 72, 73 zum Festhalten der Backen aufnehmen.
Der distale Abschnitt 63 springt relativ zum Abschnitt 62 zurück, wie in den Seitenansichten der 2 und 5B zu sehen ist, damit die Backen 80 und 81 sich daran anlegen können, wenn sie geschlossen sind (3), und sich ein dünnes Profil ergibt, das die Einführung und Navigation erleichtert. Der distale Abschnitt 63 weist auch einen eingeformten vertikalen Schlitz 70 auf, der auf die Größe der Befestigungsenden der Hebelarme 85 der Backen abgestimmt ist. Die Innenwand 71 des distalen Abschnitts 63 springt relativ zum Schlitz 70 nach außen vor, um Platz für die Enden der Steuerdrähte 40 und 41 zu schaffen.
Die Backen 80 und 81 sind einander ähnlich, so daß nur einer davon genauer beschrieben wird. Die beiden Backen sind spiegelbildlich identisch, nur ihre Zacken sind versetzt, so daß sie ineinandergreifen. Wie in den 6A und 6B zu sehen, weist der Backen 80 einen hinteren Hebel- oder Befestigungsabschnitt 85 und einen Becher- oder Probenaufnahmeabschnitt 82 mit scharfen Zacken 83 zum Abschneiden der Gewebeprobe auf. Der Hebelabschnitt 85 weist ein Loch 84 zur Aufnahme des Stiftes 72 zum Festhalten der Backen auf, der auch Schwenkpunkt dient. Im vorderen Scheitelpunkt des dünnen Abschnitts befindet sich ein Loch 86 zur Aufnahme des Endes des Steuerdrahts 40 (oder 41), der an seiner Spitze unter einem rechten Winkel abgequetscht oder umgebogen ist, damit er wirkungsvoll aufgenommen wird. Die Steuerdrähte sind aus einem Draht, der steif genug ist, um beim Öffnen gegen die Backen drücken zu können, der jedoch auch flexibel genug ist, um sich zu biegen, wenn die Drähte zurückgezogen werden, um die Backen zusammenzuziehen.
Wie in der 2 zu sehen, umfaßt das distale Ende 16 der optischen Zange auch eine Faserrohranordnung 52. Diese umfaßt wiederum ein Rohr 54, das aus Edelstahl herausgearbeitet ist oder aus einem anderen geeigneten Material gebildet wird. Das Ende des Kunststoffrohrs 20 überlappt das Ende 55 des Rohrs 54 und ist mit dem Rohr 54 verbunden. Die Steuerdrähte 40, 41 und die optische Faser 50 laufen vom Kunststoffrohr 20 in das Rohr 54 hinein. Die optische Faser und die Steuerdrähte verlaufen axial durch das Rohr 54 und sind mit dem Rohr 54 durch Epoxidharz oder einen anderen geeigneten Klebstoff verbunden. Die optische Faser 50 umfaßt einen Mantel 87 aus Polyamid oder einem ähnlichen Material und ein äußeres Schutzrohr 88 aus zum Beispiel Edelstahl. Der Mantel 87 erstreckt sich über die ganze Länge der optischen Faser von ihrem proximalen Ende zu ihrem proximalen Ende. Das Schutzrohr 88 erstreckt sich vom distalen Ende der optischen Faser bis zumindest einem Punkt innerhalb des distalen Endes des Rohrs 54. Das distale Ende der optischen Faser 50 schließt bündig mit dem Ende der Schutzrohrs 88 ab und kann in Abhängigkeit von den gewünschten optischen Eigenschaften eine Linse oder eine Beschichtung aus klarem Epoxidharz aufweisen. Das Schutzrohr 88 am distalen Ende der optischen Faser ist dafür vorgesehen, diesem Festigkeit zu verleihen, damit die Faser nicht durch Pinzetten und dergleichen verletzt wird, wenn aus den Biopsiebacken das Gewebe herausgenommen wird.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, wird bei der Betätigung das Gleitstück 30 zur Rückseite des Griffs 12 zurückgezogen, um die Backen zu schließen. Dadurch bewegen sich (in der 2 nach links) das Kunststoffrohr 20, die Faserrohranordnung 52, die Steuerdrähte 40, 41 und die optische Faser 50. Die optische Faser wird davon in das Joch 60 zurückgezogen, und der Zug auf den Steuerdrähten schließt die Backen. In dieser Konfiguration hat das distale Ende den gleichen kleinen Durchmesser wie der Hauptkörper des Zangenkatheters, und die geschlossenen Backen haben eine glatte, runde Form, die das Einführen und die Navigation im vaskulären, endoskopischen oder laparoskopischen System erleichtert. Bezüglich des distalen Endes der optischen Faser sind die Schneidbacken koaxial angeordnet.
Nachdem sie in den allgemein interessierenden Bereich gebracht wurden, können die Backen der Zange durch Vorwärtsdrücken des Gleitstücks 30 am Steuergriff geöffnet werden. Dadurch bewegen sich (in der 2 nach rechts) das Kunststoffrohr 20, die Faserrohranordnung 52, die Steuerdrähte 40, 41 und die optische Faser 50. Die Steuerdrähte drücken gegen die Backen, wodurch sich diese öffnen. Gleichzeitig fährt die Spitze der optischen Faser axial vor. Das distale Ende oder die Spitze der optischen Faser befindet sich am distalen Ende des Katheterkörpers, wobei die optische Sichtachse oder Sichtachse der Faser auf die Gewebeanalysezone vor der distalen Spitze des Katheterkörpers und auf den Kontaktbereich der Schneidbacken gerichtet ist, wenn diese in ihre geschlossene Schneidposition gebracht werden. Die Vorrichtung kann dann für die optische Gewebeidentifikation benutzt werden. Wenn ein erkrankter Bereich erkannt wird und eine Biopsie erforderlich ist, wird am Gleitstück 30 gezogen, wodurch die Spitze der Faser zurückgezogen wird und gleichzeitig die Backen geschlossen werden und genau an der Stelle, die mit der Faser betrachtet wurde, eine Biopsieprobe abgeschnitten wird. Die Biopsieprobe wird genau an der Gewebestelle abgeschnitten, die im spektroskopischen Analyseschritt bestimmt wurde, ohne daß dazu eine Bewegung oder eine Neupositionierung des Katheterkörpers erforderlich ist. Die Zange kann dann aus dem Patienten herausgezogen werden, um die Probe für die Analyse zu entnehmen. Die Analyse der entnommenen Probe kann mit den bekannten Labortechniken erfolgen, um die Feststellungen an der Gewebeprobe durch die spektroskopische Analyse zu bestätigen.
Die erfindungsgemäße optische Biopsiezange wird für die spektroskopische Analyse von Gewebe in der Gewebeanalysezone am distalen Ende der Zange mittels eines elektrooptischen Gewebeanalysesystems verwendet, das mit dem proximalen Ende der optischen Faser verbunden ist. Die optische Biopsiezange wird innerhalb des Körpers spektroskopisch zu dem interessierenden Gebiet geführt, das durch die spektroskopische Analyse des Gewebetyps in der Gewebeanalysezone an der distalen Spitze des Katheterkörpers identifiziert wird.
In der 7 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen integrierten optischen Biopsiezange dargestellt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet ist. Die optische Zange 90 ist der optischen Zange 10 der 1 ähnlich, und entsprechende Elemente haben auch das gleiche Bezugszeichen erhalten. Die optische Biopsiezange ist für die Verwendung innerhalb des Körpers vorgesehen, zum Beispiel in Verbindung mit endoskopischen, laparoskopischen oder vaskulären Maßnahmen. Die Zange 90 umfaßt einen Griffabschnitt 91 und einen Betätigungshebel 92 am proximalen Ende, einen Mittelabschnitt 14, der sich über die Hauptlänge der Vorrichtung erstreckt, und ein distales Ende 16. Das distale Ende 16 umfaßt Zangen-Schneidbacken 80 und 81 und das distale Ende der optischen Faser 50, das von einem Kunststoffrohr aufgenommen wird, das dem Kunststoffrohr 20 der Zange 10 entspricht und das in der in den 1 bis 6 für die Zange 10 gezeigten Art durch eine Hülse 24 verläuft.
Das obere Ende 93 des Betätigungshebels 92 ist an einem Schwenkstift 94 an den Griff 91 angelenkt. Die Zange 90 umfaßt ein Verstärkungsrohr, das dem Verstärkungsrohr 29 der Zange 10 entspricht und das das faseroptische Rohr und die Steuerdrähte 40 und 41 umschließt. Die Steuerdrähte verlaufen um einen Zapfen 95 und sind in der Nähe des im Griff liegenden oberen Endes 93 des Betätigungshebels 92 an diesem befestigt. Das optische Faserrohr erstreckt sich wie oben mit Bezug zu der optischen Biopsiezange 10 beschrieben in einer Schutzhülle 32 aus dem Griff heraus. Im Griff 91 und im Betätigungshebel 92 sind Schlaufen 97 vorgesehen, die Fingerlöcher bilden, die beim Ergreifen und Manipulieren der Zange von Nutzen sind. Der Betätigungshebel weist gekrümmte Abschnitte 99 auf, die Fingerauflagen bilden, die zusammen mit der herabhängenden Betätigungshebelanordnung der Zange 90 die Ergonomie des Instruments verbessern.
Die Backen 80 und 81 sind offen, wenn die relativen Positionen zwischen dem Griff 91 und dem Betätigungshebel 92 wie in der 6 gezeigt sind. Wenn der Betätigungshebel 92 in Richtung des Pfeiles 89 nach hinten zum Griff bewegt wird, werden die Steuerdrähte 40 und 41 um den Zapfen 95 gezogen, wodurch die optische Faser zurückgezogen und die Backen 80 und 81 auf eine ähnliche Weise wie bei der Betätigung der Zange 10 geschlossen werden. Wenn der Betätigungshebel in die entgegengesetzte Richtung be wegt wird, werden die Steuerdrähte im Rohr 20 vorgeschoben, wodurch sich die Backen öffnen.
In der 8 ist das distale Ende 106 einer integrierten optischen Biopsiezange gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die optische Biopsiezange umfaßt eine optische Faser 150 und gegenüberliegende Zangen-Schneidbacken 180 und 181, die der optischen Faser und den Backen der Zange 10 der 1 bis 6 ähnlich sein können. Die optische Faser 150 der optischen Biopsiezange umfaßt ein äußeres rohrförmiges, hüllenartiges Element oder einen Katheterkörper 110, der der äußeren Hülle oder Spule 22 (2) entspricht, und eine Verstärkungsabdeckung 116, die zum Beispiel aus einem Metallspule oder einem Kabel, einer Nylonhülle oder einer anderen geeigneten Abdeckung bestehen kann. Die verstärkte optische Faser ist in der Umhüllung 110 axial beweglich. Die optische Biopsiezange umfaßt des weiteren ein rohrförmiges Gleitelement 120, das mit der optischen Faser verbunden und damit bewegbar ist und das mit den Backen 180 und 181 verbunden ist, um diese zu betätigen, wenn die optische Faser in der äußeren Umhüllung 110 bewegt wird.
Die optische Biopsiezange umfaßt einen geeigneten Griff (nicht gezeigt), der das Betätigen des rohrförmigen Gleitelements 120 erleichtert. Vorzugsweise ist der Griff dem Griff 12 (1) der optischen Biopsiezange 10 ähnlich, er kann jedoch auch jede An von Betätigungsmechanismus aufweisen, mit dem der optischen Faser 150 der optischen Biopsiezange eine bidirektionale axiale Bewegung erteilt werden kann. Wie auch in der 1 gezeigt, erstreckt sich bei einer solchen Anordnung die optische Faser 150, die sich in der äußeren Umhüllung befindet, über die Hauptlänge der Vorrichtung vom distalen Ende 106 bis zum Griff. Das proximale Ende der Umhüllung 110 verläuft durch eine Hülse wie die Hülse 24 und ist an der Spitze des Griffs befestigt. Die Hülse sorgt dort für eine Verstärkung und eine Spannungsentlastung, wo die Umhüllung 110 am Griff angebracht ist. Das proximale Ende der optischen Faser 150 verläuft auch durch die Hülse 24 und ist distal zum proximalen Ende der optischen Faser 150 am Gleitstück 30 des Griffs 12 befestigt. Der Endabschnitt der optischen Faser 150 erstreckt sich durch das Gleitstück und aus dem Griff heraus, um auf die Weise mit geeigneten elektrooptischen Einheiten verbunden zu werden, wie es bei der optischen Faser 50 der optischen Biopsiezange 10 beschrieben ist. Das Gleitstück 30 des Griffs drückt auf die verstärkte optische Faser 150, die wiederum auf das rohrförmige Gleitelement 120 drückt, um die Backen der optischen Biopsiezange zu öffnen, und zieht an der verstärkten optischen Faser und damit am rohrförmigen Gleitelement 120, um die Backen zu schließen.
Die erfindungsgemäße optische Biopsiezange kann mit jeder An von elektrooptischer Technik zum Führen der Zange verwendet werden. Dies umfaßt Betrachtungs- und Abbildungssysteme, Systeme, bei denen weißes Licht eingestrahlt wird, um im interessierenden Gebiet Farbstoffe anzuregen, und spektroskopische Techniken zur Identifikation von Gewebetypen durch eine Spektralanalyse des Lichts, das von Gewebe zurückkommt, das mit Licht bestimmter Wellenlängen bestrahlt wird. Bei solchen spektroskopischen Techniken wird die Eigenschaft gewisser Gewebetypen ausgenutzt, Licht charakteristischer Wellenlängen zu reflektieren oder darunter zu fluoreszieren.
Wenn die optische Biopsiezange mit Bezug zur 8 genauer betrachtet wird, ist die Umhüllung 110 ein flexibler hohler Katheter, der aus einem Kunststoffrohr oder einem Kunststoff-Metall-Verbundmaterial mit einer durchgehenden Öffnung oder Bohrung bestehen kann. Zum Beispiel kann die äußere Umhüllung 110 denen von Wegwerf-Biopsiezangen ähnlich sein, die meist bei Koloskopen für den oberen und unteren gastrointestinalen Trakt und bei Bronkoskopen für den Kehlkopf und Bronchus verwendet werden. Alternativ kann die äußere Umhüllung 110 ein starres Rohr sein, etwa wie jenes für Biopsiezangen, die meist bei Zystoskopen, Kolposkopen und Laparoskopen verwendet werden.
An ihrem distalen Ende verläuft die optische Faser 150 durch eine zentrale Bohrung 119 in einem rohrförmigen Gleitelement 120, das seinerseits in einem Befestigungselement oder einem Backenhalteblock 122 angeordnet ist, der als Befestigungselement für die Schneidbacken 180, 181 dient. Der Backenhalteblock 122 kann aus Edelstahl herausgearbeitet sein oder aus einem anderen geeigneten Material. Der Backenhalteblock 122 weist eine durchgehende Bohrung 124 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt auf. Die Innenabmessungen des Backenhalteblocks entsprechen den Außenabmessungen der äußeren Umhüllung 110, die an dem Halteblock auf eine geeignete Weise befestigt ist, etwa mit Kitt oder durch Krimpen. Die Backen 180, 181 sind am Halteblock 122 angelenkt, der dazu ein Paar von Löchern für die Aufnahme von Stiften 130, 132 aufweist, die durch Ösen 134 in den Backen verlaufen, um die Backen 180, 181 an Ort und Stelle zu halten. Die Anbringung der Backen am Halteblock mittels der Ösen 134, wie es in der Seitenansicht der 8 zu sehen ist, ermöglicht es, daß sich die Backen 180, 181 an das vordere Ende des Halteblocks anlegen, wenn sie geschlossen sind, so daß das distale Ende der Zange zur leichteren Einführung und Navigation ein dünnes Profil aufweist. Der Backenhalteblock 122 enthält einen Schlitz zur Steuerung der Bewegung der Backen 180 und 181.
Das rohrförmige Gleitelement 120 ist in der Bohrung 124 im Backenhalteblock 122 angeordnet und kann sich bei der Betätigung der Backen im Halteblock 122 axial frei bewegen. Die Faser 150 ist auf eine geeignete Weise am rohrförmigen Gleitelement 120 befestigt, etwa mit Kitt. Die Backen 180, 181 sind mit dem rohrförmigen Gleitelement 120 über ein Paar von Verbindungsgliedern 136, 138 verbunden, die starre Elemente sind und die als Verbindungsmechanismus zum Verbindung der Schneidbacken mit dem rohrförmigen Gleitelement dienen. Das eine Ende 139 des Verbindungsgliedes 136 ist über einen Stift 140 mit dem rohrförmigen Gleitelement 120 verbunden. Das andere Ende 141 des Verbindungsgliedes 136 ist über einen Stift 142 mit dem Backen 180 verbunden. Gleichermaßen ist das eine Ende 144 des Verbindungsgliedes 138 über einen Stift 146 mit dem rohrförmigen Gleitelement 120 verbunden und das andere Ende 148 davon über einen Stift 149 mit dem Backen 181. Eine axiale Bewegung der optischen Faser in der Richtung des Pfeiles 154 beim Zurückziehen der optischen Faser bewirkt somit eine axiale Bewegung des rohrförmigen Gleitelements 120, wodurch die Verbindungsglieder 136, 138 um ihre Enden 139 und 144 geschwenkt werden und die Backen zusammengezogen werden, um die Schneidbacken 180, 181 zu betätigen. Die hintere Fläche 151 am distalen Ende 152 des rohrförmigen Gleitelements 120 ist dafür vorgesehen, mit der vorderen Fläche 153 des Backenhalteblocks 122 in Eingriff zu kommen und so als Bewegungsbegrenzungsanschlag zu dienen, der die axiale Bewegung des rohrförmigen Gleitelements 120 beim Zurückziehen der optischen Faser 150 begrenzt. Wenn die optische Faser 150 in der Umhüllung vorgeschoben wird, bewegt sich das rohrförmige Gleitelement 120 axial in die entgegengesetzte Richtung, wodurch die Verbindungsglieder 136, 138 die Backen auseinander bewegen. Die vordere Fläche 161 am proximalen Ende 162 des rohrförmigen Gleitelements 120 ist dafür vorgesehen, mit der hinteren Fläche 163 des Backenhalteblocks 122 in Eingriff zu kommen und so als Bewegungsbegrenzungsanschlag zu dienen, der die axiale Bewegung des rohrförmigen Gleitelements 120 beim Zurückziehen der optischen Faser 150 begrenzt. Sowohl am proximalen Ende als auch am distalen Ende des rohrförmigen Gleitelements 120 befinden sich somit Begrenzungsanschläge, die sowohl ein zu weites Vorschieben als auch zu weites Zurückziehen der optischen Faser 150 verhindern.
Wie auch in der 1 gezeigt, wird bei der Verwendung der optischen Biopsiezange zuerst die optische Faser 150 vollständig zurückgezogen (durch Zurückziehen des Gleitstücks 30 zur Rückseite des Griffs), um das rohrförmige Gleitelement 120 in der Richtung des Pfeiles 154 zu bewegen, bis seine hintere Fläche 151 mit der vorderen Fläche 153 des Backenhalteblocks 122 in Eingriff kommt. In dieser Position sind die Verbindungsglieder 136 und 138 nach hinten gezogen und die Backen 180, 181 zusammengezogen, so daß die Backen geschlossen sind. In dieser Konfiguration hat das distale Ende 106 der Zange im wesentlichen den gleichen kleinen Durchmesser wie die äußere Umhüllung 116 des Hauptkörperabschnitts der optischen Biopsiezange, und die geschlossenen Backen haben eine glatte, runde Form, die das Einführen und die Navigation durch den Biopsiekanal eines Endoskops zum Beispiel erleichtern.
Der die Endoskopie durchführende Arzt schiebt die optische Biopsiezange durch den Biopsiekanal des Endoskops zu dem allgemein interessierenden Bereich, etwa eine Gewebestelle oder eine Gewebeanalysezone in einem Körper, die durch das Bezugszeichen 170 angezeigt wird. An Ort und Stelle in dem allgemein interessierenden Bereich können die Zangenbacken durch Vorschieben des Gleitstücks 30 geöffnet werden, wodurch die optische Faser 150 durch den Griff nach vorne geschoben wird. Dadurch bewegt sich das rohrförmige Gleitelement 120 nach vorne (in der 8 nach rechts), wodurch wiederum die Verbindungsglieder 136 und 138 geschwenkt werden. Beim Schwenken der Verbindungsglieder drücken sie gegen die Backen, so daß sich diese öffnen. Gleichzeitig wird die distale Spitze der optischen Faser 150 axial bis über die Backen hinaus vorgeschoben. Die Zange kann dann für die optische Gewebeidentifikation verwendet werden.
Wenn ein erkrankter Bereich festgestellt und eine Biopsie davon erforderlich ist, wird das Gleitstück 30 zurückgezogen, wodurch die optische Faser 150 und damit das rohrförmige Gleitelement 120 zurückgezogen werden, wodurch sich die Spitze der opti schen Faser zurückzieht, gleichzeitig die Backen schließen und dabei eine Biopsieprobe an exakt der Stelle abgeschnitten wird, die bei der Betrachtung durch die optische Faser lokalisiert wurde. Um die Gewebeprobe zu entnehmen, hält der endoskopierende Arzt das Instrument am Griff und zieht das Gleitstück des Griff vorsichtig zurück, wodurch die optische Faser und das rohrförmige Gleitelement 120 zurückgezogen werden und sich die optische Faser von der Gewebeoberfläche entfernt. Beim Zurückziehen der optischen Faser beginnen sich die Backen zu schließen, wenn das rohrförmige Gleitelement in der Richtung des Pfeiles 154 bewegt wird. Während die Backen geschlossen werden, drückt der endoskopierende Arzt sanft auf das Instrument, um die Backen auf die Gewebeoberfläche zu drücken, so daß die Backen beim Schließen eine Gewebeprobe ergreifen. Wenn die Backen geschlossen sind, zieht der Arzt die ganze Anordnung von der Gewebeoberfläche weg und zieht dann die optische Biopsiezange aus dem Endoskop heraus, so daß die Gewebeprobe entnommen werden kann.
Die vorliegende Erfindung umfaßt damit eine optische Biopsiezange. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß die Spitze der optischen Faser 50 (und der optischen Faser 150) koaxial zur und perfekt ausgerichtet ist mit der Zone, in die die beiden Backen 80, 81 (und die Backen 180, 181) eingreifen und in der die Probe genommen wird. Es gibt damit keinen Versatz oder "Parallaxenfehler" zwischen dem Punkt, an dem die optischen Messungen erfolgen, und dem Punkt, von dem die Biopsieprobe genommen wird. Zusammen mit dem schlanken und kompakten Profil der Vorrichtung bei zurückgezogenen Backen ist dies eine erhebliche Verbesserung gegenüber den bekannten Vorrichtungen. Gemäß einem weiteren Merkmal kann die Faseroptikanordnung mit der optischen Faser und dem rohrförmigen Gleitelement der Biopsiezange als Wegwerfanordnung hergestellt werden, wobei der Rest der Biopsiezange eine nicht wegwerfbare Einheit ist. Der Hauptvorteil der Zange 100 gegenüber der Zange 10 ist, daß, da keine Steuerdrähte 40, 41 für die Biopsiebacken erforderlich sind, optische Fasern mit einem größeren Durchmesser verwendet werden können, um das erfaßte Signal besser aus dem Rauschen herauszuheben.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß wir eine verbesserte optische Biopsiezange geschaffen haben, die dem Arzt eine größere Genauigkeit und Kontrolle über den Diagnoseprozeß wie bisher ermöglicht. Die Erfindung wurde zwar anhand von zwei beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, es ist jedoch klar, daß innerhalb des Umfangs der Erfindung Abänderungen der Formen, Materialien und der Anordnung möglich sind.

Claims

Integrierte optische Biopsiezange (10), mit einem Katheterkörper (20, 22) mit einer Durchgangsbohrung (25), einem proximalen und einem distalen (16) Ende; und mit einer sich durch den Katheterkörper (20, 22) erstreckenden Lichtleitfaser (50), die mit ihrem proximalen Ende an ein elektrooptisches Gewebeanalysesystem anschließbar ist, wobei das distale Ende der Lichtleitfaser (50) am distalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) angeordnet ist und seine optische Sichtachse auf eine nahe der distalen Spitze des Katheterkörpers (20, 22) befindliche Gewebeanalysezone (170) gerichtet ist; mit am distalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) angebrachten Schneidbacken (80, 81) zum selektiven Öffnen und Schließen bei einer Biopsie-Schneidbewegung; und mit einem mit den Schneidbacken (80, 81) funktional verbundenen Betätigungsmechanismus (30, 20, 52, 40, 41) zum selektiven Steuern des Öffnens und Schließens der Schneidbacken (80, 81) beim Abschneiden einer Biopsieprobe in der Gewebeanalysezone; dadurch gekennzeichnet, daß der Katheterkörper flexibel ist und die Schneidbacken so angeordnet sind, daß ihre geschlossene Schneidposition auf der optischen Sichtachse und im Sichtfeld der Lichtleitfaser (50) in der Gewebeanalysezone liegt.
Zange nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsmechanismus (30, 20, 52, 40, 41) ein am distalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) angeordnetes und relativ zum Katheterkörper (20, 22) axial bewegliches rohrförmiges Gleitelement (120) sowie einen die Schneidbacken (80, 81) mit dem rohrförmigen Gleitelement (120) verbindenden Hebelmechanismus (136, 138) umfaßt.
Zange nach Anspruch 2, wobei die Lichtleitfaser (50) axial zum Katheterkörper (20, 22) zwischen einer vorgeschobenen und einer zurückgezogenen Position bewegbar ist und das rohrförmige Gleitelement (120) an der Lichtleitfaser (50) befestigt ist und zum Steuern des Öffnens und des Schließens der Schneidbacken (80, 81) vom proximalen Ende des Katheterkörpers (20) aus mit der Lichtleitfaser (50) bewegbar ist.
Zange nach Anspruch 2, wobei der Betätigungsmechanismus (30, 20, 52, 40, 51) funktional mit der Lichtleitfaser (50) verbunden ist, um die distale Spitze der Lichtleitfaser (50) beim Schließen der Schneidbacken (80, 81) zurückzuziehen.
Zange nach Anspruch 2, mit einem am distalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) an diesem angebrachten Befestigungselement (60) zum Befestigen der Schneidbacken (80, 81), wobei das rohrförmige Gleitelement (120) relativ zu dem Befestigungselement (60) axial bewegbar ist und zusammen mit diesem einen ersten Wegbegrenzungsanschlag (161, 163) zum Verhindern eines zu weiten Vorschiebens der Lichtleitfaser und einen zweiten Wegbegrenzungsanschlag (151, 153) zum Verhindern eines zu weiten Zurückziehens der Lichtleitfaser festlegt.
Zange nach Anspruch 1, ferner mit einem Befestigungselement (60), das zum Anbringen der Schneidbacken (80, 81) am distalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) mit diesem verbunden ist.
Zange nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsmechanismus (30, 20, 52, 40, 41) ein mit den Schneidbacken (80, 81) verbundenes rohrförmiges Gleitelement (120) aufweist und das Öffnen und Schließen der Schneidbacken (80, 81) mittels einer axialen Bewegung des rohrförmigen Gleitelements (120) bewirkt.
Zange nach Anspruch 7, ferner mit einem am proximalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) vorgesehenen Griff (12), der das proximale Ende der Lichtleitfaser (50) zum Anschluß an ein elektrooptisches Gewebeanalysesystem aufnimmt, wobei der Katheterkörper (20, 22) an dem Griff (12) befestigt und die Lichtleitfaser (50) relativ zu dem Griff (12) bewegbar ist.
Zange nach Anspruch 2, wobei der Hebelmechanismus (136, 138) ein erstes und ein zweites Verbindungsglied (136, 138) zum Verbinden der Schneidbacken (80, 81) mit dem rohrförmigen Gleitelement (120) aufweist.
Zange nach Anspruch 9, wobei die Schneidbacken (80, 81) jeweils einen Befestigungsbereich (85) und einen Probenaufnahmebereich (82) aufweisen, und wobei das erste und das zweite Verbindungsglied (136, 138) mit den jeweiligen Schneidbacken (80, 81) zwischen dem Befestigungsbereich (85) und dem Probenaufnahmebereich (82) verbunden sind.
Zange nach Anspruch 1, ferner mit einem am distalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) befestigten Befestigungselement (60) zum Anbringen der Schneidbacken (80, 81), und mit einem am distalen Ende des Katheterkörpers (20, 22) befestigten rohrförmigen Gleitelement (120), das relativ zum Befestigungselement (60) axial bewegbar ist und zusammen mit diesem einen ersten Wegbegrenzungsanschlag (161, 163) zum Verhindern einer zu weiten Vorwärtsbewegung der Lichtleitfaser und einen zweiten Wegbegrenzungsanschlag (151, 153) zum Verhindern eines zu weiten Zurückziehens der Lichtleitfaser definiert.