医学诊断设备以及对人体或动物体内受关注区域进行标识和/或治疗的方法

贾亚克里希南·哈纳德拉帕恩, 瑞琪·利姆, 克里佩什·瓦伊德亚纳塞恩, 邓绍强, 西德尔·苏

2012年12月26日

2010年1月26日

2010年1月26日

新加坡科技研究局

A61B1/273GK102843954SQ201080065234

医学 诊断 体内 人体 动物 设备 以及

1.一种医学诊断设备，包括 被配置成感测受关注区域的传感器；以及 标记装置，所述标记装置被配置成一旦触发则从所述标记装置中释放标记元件，以对受关注区域进行标识和/或治疗2.根据权利要求I所述的医学诊断设备， 其中，所述传感器包括图像传感器或者生化传感器3.根据权利要求2所述的医学诊断设备， 其中，所述图像传感器包括由光学成像仪、超声成像仪、热成像仪、光声成像仪以及断层扫描仪构成的组中的任一种4.根据权利要求2所述的医学诊断设备， 其中，所述生化传感器包括由PH传感器、微流体传感器以及温度传感器构成的组中的任一种5.根据权利要求1-4中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述标记装置包括弹性元件和联接到所述弹性元件的触发元件；所述弹性元件被配置成一旦所述触发元件发生触发，则所述弹性元件从第一位置沿着移动方向移动到第二位置，以从所述标记装置中释放所述标记元件6.根据权利要求5所述的医学诊断设备， 其中，所述标记装置还包括联接到所述触发元件的定位元件，所述定位元件被配置成将所述弹性元件保持在第一位置7.根据权利要求6所述的医学诊断设备， 其中，所述触发元件被配置成一旦触发则移除或破坏所述定位元件，以使得所述弹性元件能够从第一位置移动到第二位置8.根据权利要求6或7所述的医学诊断设备， 其中，所述的被配置成移除或破坏所述定位元件的触发元件包括加热元件，所述加热元件被配置成当被触发时将热量供给到所述定位元件，以损坏所述定位元件9.根据权利要求5-8中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述标记装置还包括闩锁和第一引导结构，其中所述闩锁联接到所述弹性元件，使得如果所述弹性元件从第一位置移动到第二位置，则所述闩锁沿着所述移动方向移动；其中所述闩锁联接到第一引导结构，使得所述闩锁沿着所述移动方向的移动由第一引导结构引导10.根据权利要求9所述的医学诊断设备， 其中，所述标记装置还包括联接到所述闩锁的活塞，所述活塞沿着所述移动方向远离所述闩锁并远离所述弹性元件延伸11.根据权利要求10所述的医学诊断设备， 其中，所述标记装置还包括适于引导所述标记元件沿着所述移动方向移动的第二引导结构，其中所述活塞和所述标记元件相联接使得所述活塞的移动导致所述标记元件的移动12.根据权利要求11所述的医学诊断设备， 其中，第二引导结构具有腔形构造，所述腔形构造包括延伸穿过所述医学诊断设备的壳体的开口13.根据权利要求12所述的医学诊断设备， 其中，所述弹性元件从第一位置向第二位置的移动导致所述活塞移入腔的内部，从而将所述标记元件从所述标记装置中推出14.根据权利要求13所述的医学诊断设备， 其中，所述腔的开口覆盖有薄膜15.根据权利要求5-14中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述弹性元件在第一位置时处于压缩状态16.根据权利要求5-15中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述弹性元件包括弹簧17.根据权利要求6-16中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述定位元件包括至少一条线绳18.根据权利要求17所述的医学诊断设备， 其中，每条线绳是单股线或者多股线19.根据权利要求5-18中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述触发元件被来自外部源的触发信号激活20.根据权利要求1-19中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述标记元件包括主体段和引导段21.根据权利要求20所述的医学诊断设备， 其中，所述引导段包括锥形尖端22.根据权利要求21所述的医学诊断设备， 其中，所述锥形尖端被配置成增强在受关注区域处的穿透深度23.根据权利要求20-22中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述主体段是实心结构24.根据权利要求20-22中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述主体段包括中空空间25.根据权利要求24所述的医学诊断设备， 其中，所述中空空间被配置成存储医学成像对比度增强材料26.根据权利要求25所述的医学诊断设备， 其中，所述医学成像对比度增强材料用于在增强X射线成像或核磁共振成像中对所述标记元件的检测27.根据权利要求25或26所述的医学诊断设备， 其中，所述医学成像对比度增强材料包括用于X射线成像的硫酸钡或者用于核磁共振成像的氧化铁28.根据权利要求24所述的医学诊断设备， 其中，所述中空空间被配置成容纳药物29.根据权利要求24所述的医学诊断设备， 其中，所述中空空间被配置成用于活体组织检查采集30.根据权利要求24所述的医学诊断设备，其中，所述中空空间被配置成容纳能被用于局部去除在受关注区域处的癌细胞的纳米粒子31.根据权利要求24所述的医学诊断设备， 其中，所述中空空间被配置成容纳经由荧光或磷光而能增强受关注区域的可见性的材料32.根据权利要求1-31中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述标记元件包含生物相容性材料33.根据权利要求1-32中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述标记元件涂有生物相容性材料34.根据权利要求32或33所述的医学诊断设备， 其中，所述生物相容性材料包括钛或硅35.根据权利要求1-31中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述标记元件包含生物再吸收性材料36.根据权利要求5-35中任一项所述的医学诊断设备，还包括 天线，所述天线被配置成从外部源接收用于触发所述触发元件的触发信号，并且被配置成将代表所记录的受关注区域的图像的数据发送到外部接收器；和电源，所述电源被配置成向所述传感器和所述天线供电37.根据权利要求1-36中任一项所述的医学诊断设备， 其中，所述医学诊断设备包括由内窥镜设备、内窥镜胶囊、超声成像仪、光学相干断层扫描仪、胃镜以及结肠镜构成的组中的任一种38.一种对人体或动物体内受关注区域进行标识和/或治疗的方法，所述方法包括 将包括至少一个标记装置的医学诊断设备放到人体或动物体内，所述标记装置包括标记元件； 将触发信号发送到所述的至少一个标记装置；以及 一旦在所述的至少一个标记装置处接收到所述触发信号，则从所述的至少一个标记装置中释放所述标记元件39.根据权利要求38所述的方法， 其中，从外部源无线地发送所述触发信号40.根据权利要求38所述的方法， 其中，所述触发信号基于由所述医学诊断设备的传感器所记录的身体图像而在所述医学诊断设备内产生

各个实施例总体上涉及一种医学诊断设备以及对人体或动物体内受关注区域进行标识和/或治疗的方法

下面将参照附图详细描述医学诊断设备以及对人体或动物体内受关注区域进行标识和/或治疗的方法的实施例应明白的是，在不改变本发明本质的情况下，可以在各个方面对下面描述的实施例进行修改图2示出了根据本发明一个实施例的医学诊断设备200的示意图医学诊断设备200可以包括传感器202、电源206、天线204以及一个或多个标记装置208 (标记装置208的细节示于图3)为了说明的目的，图2中仅示出了两个标记装置208在一个实施例中，标记装置208可以设置在电源206和传感器202之间标记装置208可以收容在医学诊断设备200的相应壳体210中标记装置208在医学诊断设备200中的布置方式在其他实施例中可能有所不同医学诊断设备200可以作为内窥镜设备实施，例如作为可被吞服以诊断与诸如胃肠道相关的疾病的内窥镜胶囊实施但是，本发明不限于此例如，所述医学诊断设备还可以是超声成像仪、光学相干断层扫描仪、胃镜以及结肠镜超声成像仪、光学相干断层扫描仪、胃镜以及结肠镜可以分别作为能够经由口腔或肛门引入到人体或动物体内的装置来实现在其他实施例中，不同类型的医学诊断设备200可用于诊断与人体或动物体不同部位相关的疾病医学诊断设备200的传感器202可以感测受关注区域，例如，随着医学诊断设备200从胃肠道中经过可以感测一部分或整个胃肠道传感器202可以作为记录受关注区域的图像的图像传感器实施，例如，随着医学诊断设备200从胃肠道中经过可以记录胃肠道(或其一部分)的图像图像传感器可以包括但不限于光学成像仪、超声成像仪、热成像仪、光声成像仪以及断层扫描仪同时，天线204可将所记录的图像(例如无线地)发送到外部接收器，例如数据处理系统(未示出)数据处理系统可对所记录的图像进行处理，并且可将图像实时地(即，随着医学诊断设备200从胃肠道中经过)显示在显示屏上，供医生观看在从所记录的图像中观察到胃肠道中的一个或多个区域可能需要进一步诊断、检查或治疗(例如损伤)的情况下，可以向天线204(例如无线地)发出用于触发一个或多个标记装置208的触发信号在一个实施例中，当医生按下数据处理系统的按钮时，可将触发信号从外部源(例如数据处理系统)发出在另一实施例中，可基于医学诊断设备200的传感器202所记录的身体(例如胃肠道)的图像而在医学诊断设备200内产生触发信号在一个实施例中，传感器202可以作为诸如pH传感器(可基于pH水平来感测受关注区域)或者温度传感器(可基于温度来感测受关注区域)等生化传感器实施从而，天线204可将所测得的pH值或者所测得的温度(例如无线地)发送到外部接收器，例如数据处理系统(未示出)数据处理系统可处理所测得的PH值或者所测得的温度，并且可将所测得的PH值或者所测得的温度显示在显示屏上所测得的pH值或者所测得的温度可以用图表来显示，该图表利用数字和/或色彩来表示所测得的PH值或者所测得的温度在另一实施例中，传感器202可作为诸如微流体传感器等生化传感器实施·一旦接收到触发信号，则一个或多个标记装置208可从标记装置208中释放标记元件，以对一个或多个受关注区域进行标识可选择地或者额外地，标记元件可用来治疗一个或多个受关注区域例如，标记元件可含有化学品或者可由化学品构成，并且化学品可从标记元件中释放(或者，如果标记元件由化学品构成，那么标记元件可完全溶解)以用于治疗例如在一个或多个受关注区域处的溃疡在一个实施例中，标记元件可被构成为在一个或多个受关注区域处进行机械治疗或者任何其他类型的治疗电源206可在患者的整个检查期间对传感器202和天线204供电图3示出了可用于医学诊断设备200中的标记装置208的示意性剖视图标记装置208可以包括弹性元件302和联接到弹性元件302的触发元件304标记装置208的触发可导致触发元件304的触发在触发元件304发生触发时,弹性元件302可被配置成沿着箭头305所指的移动方向从第一位置移动到第二位置在一个实施例中，弹性元件302可以是弹簧触发元件304可以是加热元件弹性元件302从第一位置向第二位置的移动可使得标记元件326从标记装置208上被释放并且贴附到胃肠道上对受关注区域进行标识在标记元件326从标记装置208中释放后，大约O. 5N至大约2. 5N的力可足以使得标记元件326贴附到胃肠道上因此，可基于弹性元件302在压缩后的释放力来选择弹性元件302在弹簧用作弹性元件302的情况下，可基于胡克定律来计算弹簧的释放力F=-kx (I)其中，k是弹簧常数，X是距平衡位置的位移因此，在弹簧用作弹性元件302的情况下，可基于在从最大压缩状态释放后能产生大约3N力的弹簧的力常数来选择弹性元件302标记装置208还可包括联接到弹性元件302的闩锁306在一个实施例中，弹性元件302的一端308可固定到闩锁306上，而弹性元件302的另一端310可固定到壳体210的底座312上円锁306可进一步联接到第一引导结构314在一个实施例中,第一引导结构314可包括设置在弹性元件302的相对两侧的两个竖向构件316第一引导结构314的布置方式在其他实施例中可有所不同第一引导结构314可设置在壳体210的底座312上方标记装置208还可包括定位元件318定位元件318可联接到触发元件304定位元件318也可联接到闩锁306在一个实施例中，定位元件318可包括至少一条线绳所述的至少一条线绳可邻近于第一引导结构314的各个竖向构件316设置所述的至少一条线绳可以是单股线在另一实施例中，所述的至少一条线绳可以是多股线定位元件318可被配置成在标记装置208触发之前将弹性元件302保持在第一位置因此，理想的是，基于例如材料抗拉强度(以使其在标记装置208触发之前经受住弹性元件302的力)和低能量需求(以在标记装置208触发时立即断开)来选择定位元件318标记装置208可包括联接到闩锁306的活塞320活塞320可沿着移动方向305远离闩锁306并远离弹性元件302延伸标记装置208也可包括第二引导结构322第二引导结构322可具有腔形构造， 该腔形构造包括延伸穿过壳体210的开口 324腔322的开口 324可盖有薄膜325薄膜325可以包括但不限于聚氨酯和聚二甲基硅氧烷(硅树脂)覆盖开口 324的薄膜325可帮助防止标记元件326在触发之前离开标记装置208标记装置208的标记元件326可收容在壳体210的第二引导结构322中如上所述，标记元件326可从标记装置208中被释放而对一个或多个受关注区域进行标识从而，可以从标记元件326的位置确定一个或多个受关注区域的位置标记元件326的位置可通过X射线成像来确定因此，理想的是，标记元件326包含生物相容性且在X射线成像下可见(即，具有高的X射线强度吸收)的材料穿过致密材料透射的X射线强度由下式得出I=I0exp (- μ e) (2)其中，I是透射的X射线强度，I0是入射的X射线强度，μ是线性衰减系数(单位为cnT1), e是材料厚度(单位为cm)因此，标记元件326可包含生物相容性材料在一个实施例中，标记元件326可涂有生物相容性材料生物相容性材料可以包括但不限于钛和硅在另一实施例中，标记元件326可包含生物再吸收性材料生物再吸收性材料可以包括但不限于己内酯、丙交酯以及聚乙交酯聚合物利用上式(2)的理论计算表明，100 μ m厚的钛可具有97%的X射线强度吸收利用上式(2)的理论计算表明，IOOym厚的硅可具有44%的X射线强度吸收因此，由钛或硅制成的标记元件326可提供足以产生高对比度X射线图像的X射线强度吸收，从而用于确定受关注区域的位置此外，钛和硅可适用于植入式医学装置在其他实施例中，标记元件326可包含生物降解性材料图4a示出了标记元件326的剖视图图4b示出了标记元件326的仰视图图5a示出了标记元件326的照片标记元件326可具有约800 μ m的高度ht以及约700 μ m的最大直径dt标记元件326可包括引导段402和主体段404在一个实施例中，引导段402可呈圆锥形在其他实施例中，引导段402的形状可有所不同引导段402可包括用于对受关注区域进行标识的锥形尖端406锥形尖端406可增强在受关注区域处的穿透深度引导段402可具有约82. 37°的角α引导段402的锥形尖端406可具有约10 μ m的半径弓丨导段402可具有400 μ m的高度Ii1和约700 μ m的最大直径(I1图5b示出了标记元件326的主体段404的中空空间408的照片在一个实施例中，主体段404可呈圆柱形主体段404的形状在其他实施例中可有所不同主体段404可包括用于存储医学成像对比度增强材料的中空空间408在一个实施例中，主体段404可以是实心结构(即，主体段404没有中空空间)这样，整个标记元件326或者标记元件326的主体段404可涂有医学成像对比度增强材料可选择地，医学成像对比度增强材料可与用来制造标记元件326或主体段404的材料相混合主体段404可具有400 μ m的高度h2以及约700 μ m的恒定直径d2中空空间408可具有约400 μ m的高度h3以及约500 μ m的恒定直径d3中空空间408可容纳约78. 5nL的医学成像对比度增强材料医学成像对比度增强材料可用来增强在例如X射线成像或核磁共振成像中对标记元件408的检测医学成像对比度增强材料可以包括但不限于用于例如X射线成像的硫酸钡以及用于例如核磁共振成像的氧化铁硫酸钡(BaSO4)由于其不透射线因而可被选作X射线对比度增强材料为了获得高对比度的X射线图像，X射线密度应等于每Cm2的BaSO4至少O. Ig (O. lg/cm2BaS04)理论计算表明，具有中空空间408的主体段404可具有约222 μ m的最小厚度，以实现等于O. Ig/Cm2BaSO4的X射线密度因而，如图4a和图4b所示，标记元件326可被设计成使得具有中 空空间408的主体段404可具有约200 μ m的厚度(t)图6a示出了填充有硫酸钡的钛标记元件602的X射线图像图6b示出了填充有硫酸钡的硅标记元件604的X射线图像从图6a和图6b的X射线图像中可以看出，硫酸钡606可改善钛608和硅610的X射线强度吸收下面描述标记装置208经触发以对人体或动物体内受关注区域进行标识的操作细节图7示出了对人体或动物体内受关注区域进行标识和/或治疗的流程图700在步骤702，可将具有包括标记元件的至少一个标记装置的医学诊断设备放到人体或动物体内在步骤704，可将触发信号发送到所述的至少一个标记装置在步骤706，一旦在所述的至少一个标记装置处接收到所述触发信号，则可从所述的至少一个标记装置中释放标记元件在标记装置208触发之前，如图3所示，弹性元件302可被定位元件318固定在第一位置弹性元件302在第一位置时可处于压缩状态在弹性元件302的第一位置时，活塞320可接触标记元件326如图8所示，随着医学诊断设备200从胃肠道802中经过，医学诊断设备200的传感器202可感测胃肠道的一部分或全部如果在医学诊断过程中从所记录的图像中观察到胃肠道802中的可能需要进一步诊断、检查或治疗的一个或多个区域(例如损伤)804，那么根据医生或最终用户的要求可从外部源将触发信号无线地发送到医学诊断设备200可选择地，可基于所记录的图像在医学诊断设备200内产生触发信号一旦触发，则触发元件304可移除或者破坏定位元件318在一个实施例中，触发元件304可以是加热元件，在触发后该加热元件可将热量供给到定位元件318以使定位元件318熔化在定位元件318被触发元件304移除或破坏之后，弹性元件302处于第一位置(即，压缩状态)的释放力可使得弹性元件302从第一位置沿着移动方向305向第二位置移动图9示出了当弹性元件302在第二位置时标记装置208的剖视图弹性元件302从第一位置到第二位置的移动可使得R锁306沿着移动方向305移动円锁306沿着移动方向305的移动可由第一引导结构314引导也就是说，随着闩锁306沿着移动方向305移动，闩锁306可沿着第一引导结构314移动从而，活塞320可移动到第二引导结构(腔)322中结果，标记元件326可从第二引动结构322的开口 324被推出薄膜325会由于标记元件326从标记装置208中释放而被戳破如图10所示，标记元件326可在受关注区域804处贴附到胃肠道802(例如胃肠道的粘膜层)上标记元件326可保留在胃肠道中，以用作对需要进一步治疗、诊断和/或外科手术的受关注区域804进行识别的标志可以通过胃肠道802的X射线成像来确定标记元件326的位置(即，受关注区域的位置)可以制造标记装置208的样机以进行实验图Ila示出了标记装置样机1100的主视图照片图Ilb示出了标记装置样机1100的俯视图照片图12a示出了标记装置样机1100的示意性剖视图图12b示出了标记装置样机1100的示意性俯视图标记装置样机1100可由铝制成标记装置样机1100可具有约16. 3mmX 10. OmmX5. 5mm的尺寸在一个实施例中，医学诊断设备200的标记装置208可具有约5mm的直径以及约5mm的高度图13示出了可用于标记装置样机1100内的各个部件(例如，弹性元件302、触发元件304、闩锁306、定位元件318以及活塞320)的布置方式1300的照片标记装置样机·1100可包括弹簧形式的弹性元件302弹簧302可具有约2mm的高度以及约I. 2mm的直径标记装置样机1100可包括直径约O. 2_的尼龙线形式的定位元件318标记装置样机1100可包括加热线圈形式的触发元件304利用标记装置样机1100，可以对猪小肠进行体外实验可进行这样的实验来评估标记装置208的用于释放标记元件326的弹射机制以及标记元件326穿透到身体组织内的深度诸如猪肠组织与标记元件326之间的距离以及标记元件326的穿透角度等参数可得到评估实验的固定参数可以是标记元件326的大约800 μ m的总高度以及大约3N的弹簧释放力图14示出了标记装置样机1100的实验设立方案1400的照片可利用销钉1406将猪肠组织1402固定在聚苯乙烯泡沫塑料块1404上具有标记元件326 (未示出)的标记装置样机1100可位于猪肠组织1402前方在实验期间，一旦触发，则标记装置样机1100的加热线圈304可熔化尼龙线318从而，弹簧302可从第一位置移到第二位置标记元件326可从标记装置样机1100中被释放并且可贴附到猪肠组织1402上图15示出了被嵌入猪肠组织1402中的标记元件326的照片图16a示出了被嵌入猪肠组织1402中的填充有硫酸钡的钛标记元件1602以及填充有硫酸钡的硅标记元件1604的照片图16b示出了被嵌入猪肠组织1402中的填充有硫酸钡的钛标记元件1602以及填充有硫酸钡的硅标记元件1604的X射线图像1606从X射线图像1606可以清晰地看到钛标记元件1602和娃标记元件1604在猪肠组织1402上的位置因此，具有标记装置208的医学诊断设备200可提供一种用于对受关注区域(例如病变部位)进行定位的简单且有效的方式由于通过标记元件326对病变部位的位置进行了标识，所以可通过显示在X射线图像上的标记元件326的位置来确定病变部位的位置因而，可不必进行进一步试验来确定病变部位的确切位置此外，可以缩短进一步治疗的程序性时间，并且可以降低患者的不舒适感进一步的诊断、治疗或手术可以更准确具有标记装置208的医学诊断设备200还可提供一种用于对病变部位进行定位的更快方式，这是由于可实时地(即，在对例如胃肠道进行检查的期间内)标识出病变部位的位置此外，具有标记装置208的医学诊断设备200可提供一种对胃肠道的无线诊断具有标记装置208的医学诊断设备200可微型化并且可要求低功率另外，医学诊断设备200可被设计使得触发时仅标记元件326从相应的标记装置208中被释放医学诊断设备200的其他部件保留在医学诊断设备200的内部这能确保没有部件从医学诊断设备200的表面伸出因而，能够避免整个医学诊断设备200被贴附到胃肠道上的情况在其他实施例中，具有标记装置208的医学诊断设备200可以用于多种目的，例如药物输送、流体取样以及内窥镜成像在一个实施例中，当具有标记装置208的医学诊断设备200可被用于局部治疗法(例如药物输送)时，标记元件326的中空空间408可被配置成容纳药物在其他实施例中，标记元件326可被药物代替在其他实施例中，标记元件326可含有药物在另一实施例中，当具有标记装置208的医学诊断设备200可被用于活组织检查采集(例如流体取样)时，标记元件326的中空空间408可被配置成用于活组织检查采集在又一实施例中，当具有标记装置208的医学诊断设备200可被用于局部切除/去除癌细胞时，标记元件326的中空空间408可被配置成容纳纳米粒子纳米粒子可以包括但不限于金纳米粒子射频(RF)/超声/光束可被用来使标记元件326破损并可用来加热 纳米粒子，以局部切除/去除在受关注区域(例如胃肠道中病变部位)处的癌细胞/组织在另一实施例中，中空空间408可被配置成容纳经由诸如荧光或磷光法而能增强受关注区域的可见性的材料虽然已经参照特定实施例具体地示出和描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的范围和精神的情况下，可对本发明的实施例在形式和细节上作出各种变化因而，本发明的范围由所附权利要求书表示，并且意图包括落入权利要求等同物的意思和范围内的所有变化