Optically Sensorized, Actuated Needles for Oncological Applications

用于肿瘤学应用的光学传感驱动针

基本信息

  • 批准号:
    9984206
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.63万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-26 至 2021-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Optically Sensorized, Actuated Needles for Oncological Applications Intelligent Fiber Optic Systems Corporation (IFOS) 2363 Calle del Mundo, Santa Clara, CA 95054-1008 www.ifos.com PROJECT SUMMARY/ABSTRACT (MAXIMUM 30 LINES) In this Direct-to-Phase-II SBIR application, IFOS and Texas A&M University propose to develop and validate an actively steered, tendon-actuated, small-caliber needle for precise imaging-assisted percutaneous procedures with focus on deep tissue biopsies. Interviews with clinicians have confirmed that steering capability would greatly improve clinical methods for biopsy and drug delivery. With current methods, precise needle placement is not always possible in procedures targeting deep tissue, where routes of entry are restricted due to anatomical obstructions and the need to avoid vital organs. Furthermore, as the needle is inserted, forces from the surrounding tissue cause the needle to deflect off the planned path. Such deviations result in multiple reinsertions, adding to patient discomfort and procedure time, and compromising the effectiveness of minimally invasive procedures. The proposed active steering can compensate for deflection encountered during insertion, which becomes increasingly significant as the path to the target lengthens. The active steering concept is based on linear servo motors that actuate needle tip flexion through connected tendon fibers. The design feature of a hollow NiTi needle allows for applications like drug delivery and laser ablation when another needle is inserted within the host needle core. This design also incorporates a removable core with attached fiber Bragg gratings to sense obstructing internal body parts, reducing the need for assistive MR imaging during the procedure. Imaging technologies are still options if the operator wants to view these obstructions during the procedure, since the needle itself is MRI compatible. In prior work, bending rates of over 2 degrees per second have been repeatably achieved in phantoms that mimic the properties of human prostate tissue, and, we have implemented a thinner needle design, an intuitive console design concept, and a closed-loop control system that enables real-time needle curvature and in situ tissue reaction force measurements. The initial effort is designed to demonstrate still greater deflection efficiency using various needle insertion strategies and finalize the design of the clinically deployable needle and the associated controlling console with input from experts and potential consumers. This work will lead to further development activities, including thinner needle designs, an enhanced console design for implementation, and a closed-loop control system that enables real-time needle curvature and in situ tissue reaction force measurements. The IFOS team will also investigate steering protocols that would take advantage of axial rotation and other known passive control strategies, thereby adding bending degrees-of-freedom and dexterity to the needle system. These studies will culminate in a series of in vivo experiments, targeting liver/kidney biopsy and drug delivery procedures. Optimizing the needle for these specific clinical applications will drive the innovative IFOS product towards commercialization.
肿瘤应用的光学传感性,驱动的针头 智能光纤系统公司(IFOS) 2363 Calle del Mundo,圣克拉拉,加利福尼亚州95054-1008 www.ifos.com 项目摘要/摘要(最多30行) 在此直接到II SBIR应用程序中,Ifos和Texas A&M大学建议开发和验证 积极转动的,肌腱驱动的小口径针,用于精确成像辅助经皮 侧重于深层组织活检的程序。与临床医生的访谈已经确认转向 能力将大大改善活检和药物输送的临床方法。使用当前方法,精确 针对深层组织的过程并非总是可以放置针头 由于解剖学障碍和避免重要器官的需要而受到限制。此外,由于针是 插入,周围组织的力会导致针偏离计划的路径。这样的偏差 导致多次重新插入,增加了患者的不适和程序时间,并损害了 微创程序的有效性。提出的主动转向可以补偿挠度 在插入过程中遇到的情况随着目标延长的延长而变得越来越重要。 主动转向概念基于线性伺服电动机,该电动机通过连接的针刺屈曲弯曲 肌腱纤维。空心NITI针的设计功能允许使用药物和激光等应用 当将另一针插入宿主针芯中时消融。该设计还包含了可移动的 带有附着的纤维bragg光栅的核心,可以感觉到内部身体部位阻塞,从而减少了辅助的需求 MR成像在过程中。如果操作员想查看这些成像技术仍然是选项 手术过程中的障碍物,因为针本身是MRI兼容的。在先前的工作中,弯曲率为 在模仿人的特性的幻像中,每秒重复实现了超过2度 前列腺组织,我们已经实施了较薄的针头设计,直观的控制台设计概念和一个 闭环控制系统,可以实时针头曲率和原位组织反应力 测量。 最初的努力旨在证明使用各种针头插入的挠度效率更高 策略并最终确定临床可部署针的设计以及与之相关的控制控制台 专家和潜在消费者的投入。这项工作将导致进一步的发展活动,包括 较薄的针头设计,增强的实施控制台设计以及一个闭环控制系统,该系统 实现实时针头曲率和原位组织反作用力测量。 IFOS团队还将调查将利用轴向旋转和其他其他优势的转向协议 已知的被动控制策略,从而将弯曲程度和灵巧性添加到针头 系统。这些研究将在一系列的体内实验中达到高潮,靶向肝脏/肾脏活检和药物 交货程序。优化针对这些特定临床应用的针将推动创新的IFOS 商业化的产品。

项目成果

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