专利名称：将针进入体内可视化的系统及方法每天人们都进行着牵涉到血管穿刺的成千上万次治疗过程。众所周知，在手术期间施给急救液、血液成分和麻醉剂，或抽出血液作生化分析都需要静脉穿刺。静脉穿刺往往是施给静脉化合物时的限速步骤，其可能需要花费长达半个小时，或当病人是新生、婴幼、 老龄、肥胖、或烧伤病人时可能花费更长时间。尽管总的说来因手术室和医护人员必须等待放好静脉线而给我们的社会带来巨大经济负担，放置静脉线造成的延迟事实上可能危及生命。而且，还存在与临床医生未能找到血管引起的多次穿刺有关的其它问题。有时难以完成静脉穿刺的原因是血管往往在组织内相对较深的地方，由于组织的吸收和散射光学性质，使血管在正常条件下不可能被可视化。而且，如果操作次数太多，血管就可能痉挛和收缩，会使情况更糟。因此，医护人员需要在静脉穿刺期间实时地将血管可视化，以便降低病人的风险，节省时间和降低过程成本。而且，缩短过程时间减少了医护人员与可能被污染的针的接触。最后，血管组织的可视化可以提供关于像血栓、肿瘤或血管畸形之类的某些疾病的重要诊断和治疗信息。二十世纪七十年代中期，设计出了据称使外科医生具备了将浅表血管可视化的能力的仪器。该仪器由当紧贴在皮肤上时透照皮下组织并帮助将浅表血管可视化的可见光源组成。血管透照仪利用了血液和组织的不同吸收性质。因为血液强烈地吸收某些光波长，而脂肪和皮肤吸收其它波长，所以据称医护人员可以用肉眼直观地辨别皮下血管的位置。该透照仪基本上不再使用了，因为除了用于浅表血管的穿刺之外，它无法提供血管与组织之间足够有用的对比度。而且，一些型号的透照仪还烫伤病人。基于透照仪的失败，几篇参考文献建议使用穿过表面组织到达深血管的深度但也被血液高度吸收的照射波长。例如，参见Cheong，W-F等人的“A Review of the Optical Properties of Biological Tissues,，，IEEE Journ. Quant. Elec. , 26 :2166-2185 (1990)。 但是，这些参考文献都未公开有效照射和检测血管的体结构的有效手段。后来的设备通过应用偏振器来检测从身体反射的后向散射照射得出了更有效的结果。例如，参见通过引用并入本文中、发明名称为“Method and Apparatus for Detecting Electro-magnetic Reflection from Biological Tissue” 的美国专利第 6，032，070 号。 通过使用从目标组织异常散射的反射电磁辐射，这些方法使医务人员能够以相对于其周围组织的高对比度有效观看诸如血管之类的解剖结构。于是，目前的过程使临床医务人员能够将诸如血管之类的内部解剖结构可视化
本公开的系统和方法是根据现有技术中通过当前可用技术还没有完全解决的问题和需要而开发的。因此，这些系统和方法被开发以使得医务人员不仅能够将内部解剖结构可视化，而且能够将体内的针可视化。在一个方面，提供了一种将针进入体内可视化的系统，该系统包括针；辐射散射涂层(本文有时简称为“涂层”或“针涂层”)；以及辐射可视化设备。该辐射散射涂层可以是近红外辐射散射涂层或红外辐射散射涂层。该针涂层被涂覆在该针的至少一部分上。一些实施方式可以包括如下特征之一个或多个。该涂层可以包括一种或多种聚合物。该涂层可以包括氟化乙丙烯(FEP)或聚四氟乙烯(PTFE)。该涂层可以包括对入射的近红外辐射进行散射的颜料和染料中的至少一种。该涂层可以包括浸润构造(saturating feature)，诸如通道、沟槽或孔隙。该涂层可仅仅涂覆在针尖上。可替代的是，该涂层可以涂覆在除针尖之外的整个针上。该涂层可以使用由涂覆部分和未涂覆部分构成的图案来涂覆针。该辐射可视化设备可以包括基于断层照相术、光谱学或谱成像进行可视化的检测器。在另一个方面，将针进入体内可视化的系统包括针；涂覆在针上的辐射散射涂层，该涂层包括氟化乙丙烯(FEP)或聚四氟乙烯(PTFE)的至少一种，该涂层进一步包括辐射散射颜料和辐射散射染料中的至少一种；以及辐射可视化设备。一些实施方式可以包括如下特征之一个或多个。该涂层可以包括浸润构造。该涂层可以只涂覆在针的针尖上。该辐射可视化设备可以包括基于断层照相术、光谱学或谱成像进行可视化的检测器。在另一个方面，将针进入血管内可视化的方法包括提供具有辐射散射涂层的针； 提供辐射可视化设备；将针插入体内；以及使用该辐射可视化设备监视针朝向血管的推进。一些实施方式可以包括如下特征之一个或多个。当针尖被可视化为进入身体的血管中时，可以停止针的推进。在针涂层上可以包括浸润构造。辐射散射涂层可以只布置在针的针尖上。因此，本系统的实现使得临床医务人员不仅能够将内部解剖结构可视化，而且能够随着针被推进到体内将针可视化。由于使临床医生能够将内部结构可视化，所以可以更迅速和更准确地进行静脉穿刺过程。为了使人们容易理解实现本发明的上述和其它特征和优点的方式，将参考例示在附图中的特定实施例对上面简述的本发明作更具体描述。这些图只描绘了本发明的典型实施例，因此不应该视作限制本发明的范围。图1是依照一个代表性实施例的成像系统和具有辐射散射涂层的针的示意图；图2是依照一个代表性实施例的并入头盔装置中的成像系统和具有辐射散射涂层的针的示意图；图3是依照一个代表性实施例的针的透视图；图4是依照一个代表性实施例的具有辐射散射涂层的针的透视图；图5是依照另一个代表性实施例的具有辐射散射涂层的针的透视图；图6是依照又一个代表性实施例的具有辐射散射涂层的针的透视图7是依照又一个代表性实施例的具有带浸润构造的辐射散射涂层的针尖的透视图；图8A是依照又一个代表性实施例，沿着图7的线8-8截取的具有带浸润构造的辐射散射涂层的针尖的一个前视图；图8B是依照又一个代表性实施例的具有带浸润构造的辐射散射涂层的针尖的另一个前视图；以及图9是依照又一个代表性实施例的具有带浸润构造的辐射散射涂层的针尖的透视图。5物或共聚物。例如，在一个实施例中，涂层包括经由熔融挤出、涂覆、或浸渍而施加于针的氟化乙丙烯(FEP)(例如，来自Daikin的Neofloil 、和来自Hoechst的Hostafloil )。在一些实施例中，该涂层包括聚四氟乙烯(PTFE)(例如，来自Dupont的Teflon FEP)。由于FEP有可能是高度透明的，所以可以涂覆在针上而不引起病人或医务人员的注意或不分散病人或医务人员的注意力。作为附加或替代，在一些实施例中，针22或针涂层沈包括对入射的近红外辐射进行散射的颜料或染料。例如，吲哚青绿(ICG)染料在SOOnm附近强烈吸收，而组织在该处相对透身寸(Flock, S.等，“Thermal Damage of Blood Vessels using Insocyanine Green and a Pulsed Alexandrite Laser, "Lasers Med. Sci. ,8 185-196 (1993)) 于是，与针涂层一起布置的或涂覆在针上的ICG染料可以反射SOOnm照射。在其它一些实施例中，将别的NIRAR不透明或NIRAR反射物质应用于针22或针涂层26。为了改进所显示图像的可视化，可以将针涂层沈施加于整个针22、针尖图 1-2和4中所示)、或整个针减去针尖的部分(图5中所示)。另外，在一些实施例中，如图 6所示，诸如交替的涂覆区和未涂覆区之类的针涂层沈的图案被应用于针22。OTR辐射使医务人员能够检测通过深达12厘米的身体组织的信号反射 (“Interpreting Hemoglobin and Water Concentration, Oxygen Saturation, and Scattering Measured in Vivo by Near-infrared Breast Tomography,，，Sudhadra Sinivasan et.al.PNAS，October 14，2003，vol. 100, no. 21) 另外，在深达 1. 5 厘米的深度上可以获得很高对比度的图像。OTR照射对于血管或静脉成像尤其有用。在成像过程中，血管或静脉相对于针尖M的位置是正确放置针的关键。在没有针涂层的情况下，针使大多数入射光偏离检测器36。这种效果使得难以确定针是否进入了静脉，因为静脉在显示器38上也表现为黑色。于是，针尖可被涂覆或不涂覆，以便在成像期间，根据涂层的性质提供针尖的易区分的图像。如图所示，在一些情况下，显示器38将血管4 呈现为比周围组织暗。这样，临床医生将血管4 的位置可视化。并且，在一些实施例中，针涂层的性质使涂层在显示器中被显示得较暗。因此，临床医生可以准确迅速地将较暗的被涂覆的针尖引入血管中。在其它一些实施例中，针涂层的性质使它被显示成较亮的物体，在这种情况下，被涂覆的针尖将被显示成较亮的物体，其可以消失在较暗的血管中以保证针尖M被正确放置。因此，针涂层使医务人员能够更有效地将针引入体内。针22和针涂层沈可以与多种辐射可视化系统一起使用。图1的辐射可视化系统 20仅仅例示了可以与本发明的针和针涂层一起使用的辐射可视化系统或设备的几种可能实施例之一。为了例示的目的，现在说明可视化系统20的操作和配置。首先，为了观看内部解剖结构，光源30将入射光束32辐射在生物组织40上，使得该光束部分透过生物组织直到被目标解剖结构42吸收。图像检测器36 (例如，可从Dage-MTI公司获得的(XD-72型号摄像机)检测主要从围绕目标解剖结构并且与该解剖结构具有不同的吸收波长的组织反射的反射光；34。在一些实施例中，图像检测器36通过视频信号44与监视器38连接，以便以图像形式将从组织反射的入射光的强度信息显示在监视器上。如果使用多色光源，则应该由一个或多个带通滤波器48过滤掉使目标结构成像的有用范围之外的波长。可替代的是，成像检测器可以只检测有用范围之内的波长，诸如对于电荷耦合器件(CCD)红外摄像机(例如， 可从 Electrophysics Corp. Fairfield NJ.获得的 CCD1350-1 红外 CCD 摄像机和 9300-00 图像增强器)的情况。可替代的是，可以使用实时数字图像处理器(例如，可从Dage-MTI 公司获得的CSP-2000处理器)过滤掉由多色光源生成的缺乏信息的波长。在本发明的一个可替代实施例中，诸如偏振滤波器(例如，可从Ealing Electro-Optics Ind. ,Holliston,Mass.或 Oriel Corp. , Stratford, Conn.获得)之类的偏振光学元件46a与激光器或其它单色光源结合使用。举例来说，单色光源包括可从New Focus, Inc. Sunnyvale Calif.获得的 61 型号激光二极管、可从 Micracor，Inc. , Acton Mass.获得的 Micralase 型号、禾口可从 McDonnell Douglas Aerospace, St. Louis Mo.获得的MDL-DLAW10。偏振滤波器通过使入射光相对于组织在特定平面内偏振，使异常反射光具有易区分的偏振。然后，在检测器前面的第二偏振光学元件46b优先选出来自光源的异常反射辐射。携带很少图像信息的多次散射辐射通常随机偏振，因此不会通过第二偏振光学元件46b并投射到图像检测器12上。在将多色光源用于光源30的情况下，可以将偏振滤波器与带通滤波器48、电荷耦合器件红外摄像机或这些设备的任意组合一起使用。当光源 30包含激光器或其它单色光源时，也可以使用这些元件的任意组合。在其它实施例中，系统结合了用于对身体的内部解剖结构成像的其它成像系统。 例如，在一些实施例中，成像系统利用数字图像处理器、帧捕获器(诸如可从Dage-MTI公司获得的CSP-2000处理器)、和投射至少两个波长的光源。在一些实施例中，成像系统利用准直器来消除散射光。在一些实施例中，成像系统进行反射图像34的相位调制检测。在这些实施例中， 入射激光34由调制源30进行相位调制，调制源30控制光相位调制器观，诸如旋转的非球面镜或克尔盒(例如，可从 Meadowlark Optics, Longmont Colo.、Advanced Optronics Inc. , San Jose Calif.、或 Ninds Instruments Inc. ,Nillsboro Oreg.获得)。该调制源控制相敏成像检测器，诸如液晶视频电视。因此，图像检测器只测量与入射光具有相同调制状态的反射光。所有其它光线从测量中被去除。现在参照图2，在一些实施例中，成像系统100利用目标解剖结构的双目立体成像。在这些实施例中，通过使用两个成像检测器136a和136b(例如，可从FJW Optical Systems Inc.，Palatine, 111.获得的带有聚焦目镜和物镜的8900型号红外敏感摄像机) 检测来自目标组织区的反射光的两个角度，而将三维深度信息并入图像内。在这个实施例的一种变体中，将光源 130(例如，可从 McDonnell Douglas Aerospace, St. Louis,Mo.获得的MDL-DLAW10激光二极管连同可从Thor-Labs，Newton N. J.获得的LDlOOl驱动器和12V DC 电源)安装在头盔(例如，可从 Wfelch-Allyn Inc.，Skaeneateles Falls, N. Y.获得的医生头灯)上，该头盔又支撑这两个成像检测器136a和13乩。可选地，该光源的输出可以利用二极管激光准直光学元件(例如，可从Thor-Labs，Newton, N.J.获得的LT110P-B型号)来聚焦，以便在大约20英寸的距离处产生约Imm的光斑。入射光32从目标组织被反射回来变成34。可以将双目立体成像系统的变体并入本发明的系统和方法中。现在参照图3，按照一个代表性实施例来描述针22。针22包括位于针22近端的针接口 202。针杆206从针接口 202的远端开始延伸。在针的远端形成斜切针尖208以便于进入体内。该针还包括远端部分对，其大约是针尖长度的两到三倍。在一些实施例中，如图4所示，针涂层210只涂覆在针尖208上，或只涂覆在针的远端部分M上。可替代的是，在一些实施例中，如图5所示，针涂层210涂覆在除针尖208 以外的整个针杆206上。在其它一些实施例中，如图6所示，使用涂覆部分和未涂覆部分的图案将针涂层210涂覆在针杆206、针尖208、或远端M上。该针进一步包括从远端到近端延伸通过针的内腔204。现在参照图7，将针22描绘为具有针涂层210。在针涂层210内可以包括一个或多个浸润构造302。浸润构造使血液能够充满针涂层210，使针涂层210发生毛细现象，或浸润针涂层210，以便使涂层的散射性质失效。在一些实施例中，血液对辐射的吸收或散射与针涂层210不同，于是，当血液使可能透明的涂层浸润时，入射在浸润的涂层上的辐射与入射在血管上的辐射具有相同或基本相同的响应。因此，当医务人员在显示器38上观看反射光34的图像时，可以观察到针涂层210的浸润，以保证正确地进入血管。当与具有回流构造(flashkick feature)的针一起使用时，浸润构造302使医务人员能够在没有辐射可视化设备的情况下直接见到回流之前，将沿着针的回流可视化。例如，当与具有针涂层210的针22 —起使用辐射可视化设备时，医务人员可以将针尖进入目标解剖结构(诸如血管)中的过程可视化。随着血液开始沿着针流动，诸如在导引针与导管之间流动，当血液使针涂层210失效时，医务人员仍然可以使用辐射可视化设备看到回流。 由于血液可能被显示得比涂层暗，所以当它浸润该浸润构造302时，使涂层显得较暗。这样的构造使医务人员能够使用辐射可视化设备/系统而不是观察显示器和针插入部位二者来进行整个针插入过程。在一些实施例中，浸润构造是针涂层内的通道、孔隙、沟槽或其它类似构造中的一者或多者。现在参照图7-8B，在一些实施例中，针涂层包括沿着针22的长度延伸的一个或多个浸润构造。图8A和8B例示了沿着图7的线8截取的针的远端的前视图。如图所描绘， 针杆206包括内腔306和外部针涂层210。该涂层包括具有至少部分进入针涂层中并且沿着针的长度延伸的通道或沟槽的形式的一个或多个浸润构造30 和302b。在一些实施例中，浸润构造30 被布置在针涂层的外部。在其它一些实施例中，浸润构造302b被布置在针涂层的内部。另外，在一些实施例中，如图8B所示，浸润构造302c遍布整个针涂层。血液可以沿着或通过浸润构造302a-302c流动或在其中发生毛细现象。图9描绘了针22上的针涂层210。针涂层210包括用作浸润构造的多个孔隙304。 随着血液与针涂层接触，血液经由毛细现象或其它手段被吸入其中。一旦在针涂层内，血液就使针涂层失效，使医务人员能够识别出血液已经浸润到针涂层内。因此，浸润构造使得回流在体外可见之前，回流能够沿着处于体内的针被识别。因此，本发明系统的实施例使临床医务人员不仅能够将内部解剖结构可视化，而且能够随着针被推进到体内将针可视化。将辐射散射涂层应用在针上使临床医生能够将身体的内部结构可视化。增强的可视化可以使得静脉穿刺过程在没有带辐射散射涂层的针的情况下也能够被更迅速准确地执行。本发明可以在不偏离这里所宽泛描述和所要求的结构、方法或其它基本特性的情况下以其它特定形式具体化。所述的实施例无论从那个方面都只能被视作例示性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书指出，而不是由前面的描述指出。在权利要求书的等同含义和范围内的所有变化都包含在其范围之内。


提出了将针进入体内可视化的系统。该系统包括用于进入体内的针。在该针的至少一部分上涂覆有辐射散射涂层。该系统另外还包括辐射可视化设备，该辐射可视化设备检测被引向目标体的辐射的反射，该系统使医务人员能够观看到诸如血管之类的解剖结构以及体内的插入针。