CN114129253A - 用于组织分析的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于组织分析的装置和方法。根据本发明的具有光接收装置(16)和用于确定组织特性(G)的光谱仪装置(20)的组织分析装置(10)为此目的包括与分配装置(23)连接的评估装置(22)。评估装置(22)用于确定生物组织的至少一个组织特性(G)，例如其类型或疾病感染。分配装置用于分配合适的透射曲线模型(26)，该透射曲线模型对光接收装置(16)的污染建模。对于不同的污染程度，提供了不同的透射曲线模型，其包括可以分别确定的每个组织特性(G)的可靠性值(R)。利用本发明的概念，不仅可以实现组织分析，而且此外还可以指示已执行的分析的可靠性，即组织特性(G)的指示有多可靠。

Description

用于组织分析的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种特别是用于集成在外科手术装置中的用于组织分析的装置和方法。
背景技术
已知通过电火花或电产生的等离子体影响生物组织，并分析由此产生的光，以便关于被治疗的组织得出结论。为此，WO 2011/055369 A2公开了一种用于等离子体消融的导管，其中该导管包括邻近消融电极布置的光纤形式的光接收装置。从光纤接收的光被供应给分析装置，例如光谱仪，并且经受光谱分析，以能够特别地区分电火花是否作用于沉积物，即所谓的斑块，特别是光谱的磷线被监测(254 nm)。
从EP 2 659 846 B1中还可以知道被治疗的组织种类或其他组织特性，例如像非恶性或恶性的确定。为了进行组织识别，根据火花光的光谱组成来分析作用在生物组织上的火花光。同样在这里，在火花附近接收源自火花的光是必要的。
众所周知，在通过火花对活组织执行干预的过程中，会在影响组织分析的光接收窗口上形成沉积物。作为补救措施，EP 2 815 713 B1提出通过静止或流动的液体形成光接收窗口。这将抵消光接收窗口上炭黑或其他污染物沉积的趋势。然而，液体没有几何限定的形状，并且它们不能特别用于伴有过热产生的等离子体应用中。
根据这些和其他影响因素，在基于从火花或等离子体发射的光在光学上确定组织特性期间，会产生根据特定情况的不确定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于确定组织识别可靠性的概念。
这个目的通过根据权利要求1的装置以及根据权利要求13的方法来解决:
根据本发明的组织分析装置用于组织识别。对光的光谱组成进行评估，用于由火花对生物组织的影响而产生。为此，组织分析装置包括光接收装置，其用于接收由于电火花或等离子体对生物组织的影响而产生的光。光接收装置可以是例如光纤的端表面、附连在其上的物镜等。特别地，光接收装置优选地布置在相应外科手术器械的电极附近，并因此靠近正在形成的火花或等离子体。由于这个原因，光接收装置可能会受到一定的污染或还有劣化。污染可能是由碳黑、组织颗粒、灰尘、盐晶体或类似物的沉积导致的。从光接收装置接收的光被供应给光谱仪装置，光谱仪装置确定光的至少一个、优选多个波长的光强度，并向表征光强度的评估装置提供信号。评估装置根据表征光强度的信号来确定数据，其中数据表征至少一个组织特性。组织特性是指表征组织的任何特征，例如像组织类型(骨骼、血液、结蹄组织、肌肉、神经、器官组织等或者也可以是不同的肿瘤组织)。待区分的组织特性也可以是组织类型内的特性，例如，它是健康组织还是溃疡组织、肿瘤组织、感染组织、死亡组织等。
分配装置是组织分析装置的一部分，用于将可靠性值分配给由评估装置确定的数据。分配装置被配置为基于光接收装置的污染来确定可靠性值。污染的确定是间接进行的，因为光谱被评估是由光谱仪装置产生的。光谱可以源自已知光谱组成的光源，或者也可以源自发出作用于组织的火花的光。如果光源自已知光谱组成的光源，则评估特别简单。从光谱仪装置提供的光谱中，则可以直接得出污染的类型和程度，并因此可以对污染进行分类。不同的污染类别可以对应于不同的透射曲线，该透射曲线像滤光曲线一样影响由光源发射并由光接收装置接收的光。不同组织特性(例如不同组织类型)的可靠性值可以分配给不同的透射曲线。例如，同样在严重污染的情况下，某些组织类型仍然可以以相当可靠的方式被识别，而其他组织类型不能以相当可靠的方式被识别，即使在低污染的情况下。
然而，在这种污染确定的方案中，必须不时使用测试装置，以便向光接收装置提供已知光谱组成的光。光源可以是测试装置的一部分，其被布置成使得从其发射的光被光接收装置检测到。例如，如果在相应器械的电极上不存在火花，则光源可以是总在发光的光源。如果存在火花，则可以将其关闭(不发光)。
作为替代，测试装置可以使用外科手术区域照明作为光源。如果外科手术区域照明发射与组织识别相关的波长范围内的光，那么这尤其适用。此外，如果外科手术区域照明的亮度足够恒定，那么这是有利的。如果器械尚未被激活并且作为一个选项，总是在器械尚未被激活的情况下，可以执行测试。
在另一个实施例中，这种光源被省略，或者外科手术区域照明不用于测试目的。相反，从火花发射并由光接收装置接收的光被供应给光谱仪装置，光谱仪装置确定所分配的光谱。在这种情况下，分配装置可以与包含多个透射曲线模型的数据块连接，这些透射曲线模型是不同污染的特性。透射曲线模型又是滤光曲线，可以区分它们的定性形状和它们的波长相关衰减值。在这种情况下，分配装置被配置为辨识与记录的光谱匹配的透射曲线模型。
在两个实施例中，数据集被分配给透射曲线模型，该透射曲线模型将不同的可靠性值分配给不同的组织特性。这些数据用于进一步评估光谱。例如，如果制造商或使用者正在限定至少98%的可靠性值，并且如果该示例中的有效透射曲线模型仅对于原则上可以确定的组织特性中的一些而言包括高于该极限的可靠性，则分配装置可以被配置为仅指示那些被提供足够可靠性的组织类型。作为替代，可以指示每个确定的组织特性的相关可靠性值。为了避免治疗误差，低可靠性可以通过光学或声学方式发出信号。
附图说明
本发明的有利实施例的进一步细节从从属权利要求、附图或相应的描述中得到。附图示出了:
图1是示意性框图说明中的组织分析装置，
图2是用于阐明基本操作原理的组织分析装置的一部分，
图3是光接收装置的不同污染的透射曲线模型，
图4是依赖于污染类型和污染量级（程度）的可靠性值的空间说明图，
图5是不同组织特性随着增加的污染的不同的可靠性曲线，
图6是具有测试装置的组织分析装置的框图。
具体实施方式
图1示出了组织分析装置10，其被配置为基于由影响生物组织11的火花12产生的光来识别特定的组织特性G。火花12可以源自外科手术器械14的电极13，该电极13由设备15供应电力。例如，以这样的方式电极13被供应射频电流：射频电流流经组织11和相应的反电极。例如，器械14是单极器械，其需要中性电极以便闭合电路，中性电极必须附连到患者(而图1中未示出)。组织分析装置10还可以与双极器械合作，双极器械包括两个或更多个电极，在电极之间点燃火花。一旦火花12或由其产生的等离子体射流触及组织11，就产生了光的外观，其光谱允许关于组织11的类型和状况即特性的结论。
组织分析装置10可以是器械14的一部分，或者也可以被配置为单独的单元，用于确定这样的组织特性G。组织分析装置10被配置为确定和指示组织的相关特性，例如，与火花接触的是哪种类型的组织(例如，***或器官组织)。
光接收装置16是组织分析装置10的一部分，光接收装置16例如是光导体17的形式，其远端18形成光接收窗口，并且布置在电极13和/或火花12附近。光接收窗口也可以由透镜、物镜等形成。
光接收装置16连接到光谱仪装置20，并将接收的由火花12产生的光提供给光谱仪装置20。光谱仪装置20被配置成确定光的光谱。光谱由不同波长光呈现的光强度表征。任何种类的光谱仪都可适合作为光谱仪装置20，其可适合在导体21上输出表征不同光波长下不同光强度的信号。
导体21将光谱仪装置20与评估装置22连接，评估装置22被配置为从光谱仪装置20测量的光谱(即，从由其输出的信号)确定组织特性G。待确定的组织特性G可以是组织类型或者也可以是组织类型的特定特征。例如，可以检查组织类型(肌肉组织、骨组织、脂肪组织、血液等)的特定特征(离子含量、磷含量或其他细微特征)。为此，评估装置可以基于许多不同的组织样本进行训练，并且可以包括相应的学习算法或其他学习结构。为此，评估装置22也可以使用明确限定的计算算法或其他评估算法。评估装置22产生表征组织特性的数据D。例如，数据D可以适于指示组织类型，以区分恶性组织与非恶性组织等。
组织分析装置10另外包括分配装置23，该分配装置23被配置为将可靠性值R分配给数据D。数据D以及可靠性值R可以经由导体24提供给显示装置25。可靠性值是基于透射测量值确定的，并适用于所有后续数据D，直到下一次透射测量。因此，组织分类的可靠性以及潜在降低的可靠性被准提前分配给测量值。
评估装置22、与其连接的分配装置23以及它们的合作在来自图2中的更多细节中是显而易见的。分配装置23特别地用于确定特定组织特性G可以被确定的可靠程度。一般来说，可靠性随着光接收装置16的污染增加而降低。然而，这并不同样适用于所有待确定的组织特性G。例如，在光接收装置或其光接收窗口已经受到显著污染的情况下，像脂肪组织仍然可以很好地与骨组织区分开来；而在污染程度更低的情况下，例如相似组织类型的更细微区分或者非恶性和恶性组织的区分可能已经变得不可靠。
光接收窗口的污染改变了其透射特性。光接收窗口上的沉积物具有类似于滤光器的效果，并因此具有光谱扭曲效果。分配装置可以提供各种透射曲线模型26，其具有针对不同污染物V (V1、V2…Vn)的特性。例如，无污染V1的透射曲线具有全通特性，而透射曲线V2…Vn是具有低通或带通特性的透射曲线，或者是具有多个最小值、最大值和/或拐点的滤光曲线的透射曲线。为此，图3示出了在污染从1增加到8期间透射曲线的典型变化。曲线显示了取决于光波长λ的光强度I。
在识别组织特性G期间，对于具有不同污染V1到Vn的每个透射曲线模型26，获得不同的可靠性值R。这在图5中针对类型A到类型F的不同组织类型进行了说明。同样，类似于图3，污染从1到8进行编号，这对应于污染程度的增加。在除了类型C和E之外的几乎所有组织类型中的污染程度为1的情况下，仍然获得接近100%的可靠性。随着污染程度的增加(2、3、4等)，可靠性根据组织类型而降低，其中降低量不同。这适用于组织类型A到F以及其他组织特性G或组织特征。在限定的污染程度下，例如3，一些组织特性G，例如类型B的特性，仍然可以被可靠地确定，类型D在某种程度上是可靠的，而例如，其他类型或特性不再可靠。该信息，即哪个组织特性G可以以哪种可靠性来确定，是V1到Vn的每个透射曲线模型26的一部分。
评估装置22首先确定期望的组织特性G，例如组织类型。分配装置23然后基于相应的有效透射曲线模型26 (V1、V2…或Vn)将相应的可靠性值R分配给该特性。两种数据都可以经由导体24提供给显示装置25并在那里显示。因此，数据D表征例如所辨识的组织类型或另一组织特性G。可靠性值R由此表征已经确定的组织特性G具有的可靠性。
至少在本发明的一个实施例中，可靠性值R的确定可以在实际应用之前进行。这样，可靠性值R也可以随后分配给在操作期间测量的透射率。例如，在具有100%透射率的纤维应用于测试组织之前，可以记录光谱并对组织进行分类。随后，可以使用不同的透射曲线模型来模拟不同的污染。利用这些透射曲线模型，组织则可以被再次分类。通过与100%透射率分类的组织进行比较，可以确定哪个透射曲线模型在组织分析的可靠性方面恶化到何种程度。
然后，可以在应用过程中使用它，以决定在应用过程中测量的具有特定透射率的纤维对于当前的组织分类是否仍然足够好。
如果可靠性值R跌落低于限定或选定的极限，则也可能阻止组织特性G(数据D)的指示。
透射曲线模型26可以是仅表征污染增加的一维模型，如由图3和图5中显而易见的。然而，也可以配置不同污染的分类，从而可以区分污染类型T和污染量级或程度K。例如，污染类型可能取决于污染种类(炭黑沉积物、组织沉积物、其他烟雾沉积物)。如果相应的粒度不同，那么情况可能尤其如此。那么污染程度K可以表征所形成的沉积物的厚度。例如，污染类型T可以限定不同的滤光曲线，例如低通或带通或不同基本特性的组合，而污染程度表征滤光曲线的截止频率、斜率或其他参数。
分配装置23必须从所提供的透射曲线模型26中选择最匹配相应污染的模型。为此，参考图2。对于第一光谱27，在特定组织类型(例如肌肉组织)上的未污染光接收装置16的情况下，光谱将被符号化为记录的光谱。存在以不同强度I出现的多条谱线A、B、C。谱线的数量和它们的强度取决于相应的组织类型。它们仅在图2中形象地示出。如果现在，由于光接收装置16的污染，不同的光谱28被记录在相应的组织上，例如肌肉组织，其谱线由于污染而被修改。虽然光谱27示出了谱线A、B、C，但是光谱28包括谱线A、B、C，即一条或多条谱线具有的强度I低于清洁的光接收装置16具有强度的情况。然而，如果外科医生知道光谱产生于哪个组织，并且如果该信息可用于评估装置22，则外科医生可以基于与理想光谱27相比的光谱28的修改来确定哪个透射曲线模型26一定影响了光谱的修改，并且可以从可用模型V1到Vn的组中选择相应的透射曲线模型。在选择透射曲线模型时，评估装置22同时从分配装置23获得可靠性的评估，利用该评估可以识别特定的组织特性。因为已知透射曲线模型对于所有其他组织特性G的可靠性值R，所以外科医生可以连续地使用他/她的器械工作，并且可以影响不同的组织类型，同时显示装置25总是向他/她指示所确定的组织特性G(例如组织类型)和分配的可靠性值R，已经利用分配的可靠性值R识别组织特性G(例如组织类型)。
可以在预定的时间间隔之后，例如分别在一秒或多秒之后，检查相应透射曲线模型的选择。还可以基于激活时间和迄今为止的污染率来外推透射模型。可以利用透射测量值在限定的时间间隔内或在给定的机会下检查外推，例如在器械激活之间。外科医生不需要进行单独的校准。
在本发明的修改中，还可以提供测试装置30，如图6中所示。其包括光源31，利用光源31，具有限定光谱组成的光可以被供应给光接收装置16的光接收窗口。控制装置34由此协调测试过程，因为其不时地激活光源31，使得光进入光接收装置16的光接收窗口。光谱仪20经由开关32将其在该测试条件下的数据输出到透射分类器33，该透射分类器33确定污染程度K和/或污染类型T。测试的启动及其进展的控制受到控制装置34的控制，该控制装置34可以是测试装置30的一部分。
替代地，外科手术区域照明可以用作光源31。为此，可以使用短的操作中断，在此期间电极13不发射火花12。控制装置34可以相应地使用这些操作中断并处理用于确定合适的透射曲线模型的例程。
由透射分类器33提供的污染程度K和/或污染类型T被供应给分配装置23，分配装置23继而选择与参考图2提供的先前描述相似的匹配透射曲线模型26。透射测量值提供关于污染程度的信息。透射分类器33和/或分配装置23可以被配置为确定可比较的透射曲线模型(从库中选择)并确定哪些组织分类具有哪些可靠性R是可能的。因此，透射分类器33和/或分配装置23可以被配置为基于污染程度和/或污染类型在可比较的透射曲线模型之间执行内插。
如果测试终止，则控制装置34再次切换开关32，使得由光谱仪20供应的信号被导向至评估装置22，评估装置22现在再次根据从火花光获得的光谱确定期望的组织特性。这些组织特性以数据的形式提供给显示装置25，显示装置25指示组织特性。
这样，透射分类器33和分配装置23可以根据测量的透射率进行预测组织分类的结果有多好。例如，通过使用被污染的实际纤维，组织分类提供了92%的正确结果。在清洁的纤维的情况下，组织分类器提供例如96%的正确结果。借助于透射分类器33，测量的透射率现在可以细分为例如达到92%和更好的透射率以及组织分类的预期品质低于92%的透射率。
数据D被提供给组织分类器33，用于确定组织类型的组织确定。组织类型和确定的可靠性值R现在被供应给显示装置25。它可以显示可靠性值R。如果可靠性值低于阈值，那么显示装置也可以发出信号。阈值可以是固定的，或者以可变的方式限定。
根据本发明的组织分析装置10具有光接收装置16和用于确定组织特性G的光谱仪装置20，该组织分析装置10为此目的包括与分配装置23连接的评估装置22。评估装置22用于确定生物组织的至少一个组织特性G，例如其类型或疾病感染。分配装置用于分配合适的透射曲线模型26，该模型对光接收装置16的污染建模。对于不同的污染程度，提供了不同的透射曲线模型，其包括可以分别确定的每个组织特性G的可靠性值R。利用本发明的概念，不仅可以实现组织分析，而且此外还可以实现进行分析的可靠性的指示，即组织特性G的指示有多可靠。
参考符号列表:
10 组织分析装置
11 生物组织
12 火花
13 电极
14 器械
15 设备
16 光接收装置
17 光导体
18 光导体 17的远端
20 光谱仪装置
21 导体
22 评估装置
G 组织特性
D 数据
23 分配装置
24 导体
25 显示装置
26 透射曲线模型
V, V1 … Vn 污染/透射曲线
I 光强度
λ 光波长
T 污染类型
K 污染程度
R 可靠性值
27 第一光谱
28 不同光谱
30 测试装置
31 光源
32 开关
33 透射分类器
34 控制装置
35 光纤联接器。

Claims (15)

1.组织分析装置(10)，特别地用于集成在手术器械(14)和/或用于供应所述器械的设备(15)中，
具有光接收装置(16)，其用于接收由组织(11)上的电火花(12)或等离子体的影响而产生的光，
具有光谱仪装置(20)，其用于确定不同波长的光的光强度，
具有评估装置(22)，其用于从表征至少一个组织特性(G)的光强度中确定数据(D)，
具有分配装置(23)，其用于基于确定的污染(V)分配和/或确定参考或针对组织特性(G)的可靠性值(R)。
2.根据权利要求1所述的组织分析装置，其特征在于，所述分配装置(23)被配置为基于由所述光谱仪装置确定的光强度来执行所述污染(V)的分类。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组织分析装置，其特征在于，提供测试装置(30)，所述测试装置(30)被配置为对污染进行分类。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组织分析装置，其特征在于，所述分类包括将所述污染(V)分配给一种或多种污染类型(T)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组织分析装置，其特征在于，所述测试装置(30)被配置为检测所述污染(V)的程度(K)。
6.根据权利要求4或5所述的组织分析装置，其特征在于，所述分配装置(23)被配置为基于所述污染(V)来确定所述可靠性值(R)，其中所述可靠性值(R)对于将由所述评估装置(22)确定的所述组织特性(G)是特定的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组织分析装置，其特征在于，所述分配装置(23)包括关于利用其识别特定组织特性(G)的可靠性值(R)与污染(V)之间的关系的模型。
8.根据权利要求7所述的组织分析装置，其特征在于，所述模型是数据集合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组织分析装置，其特征在于，所述分配装置(23)包括多个透射曲线模型(26)，所述透射曲线模型具有针对不同的污染(V)的特性。
10.根据权利要求9所述的组织分析装置，其特征在于，所述分配装置(23)基于由所述光谱仪装置(20)获得的光谱(28)选择匹配的透射曲线模型(26)。
11.根据权利要求9或10所述的组织分析装置，其特征在于，针对每个组织特性(G)为每个透射曲线模型(26)分配可靠性值(R)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的组织分析装置，其特征在于，提供用于确定污染(V)的测试装置(30)，所述测试装置包括发射多光谱光的光源(31)。
13.根据权利要求12所述的组织分析装置，其特征在于，所述测试装置(30)被配置成基于多个光波长来确定所述污染(V)。
14.用于组织分析的方法，特别是在外科手术期间，
在外科手术期间利用光接收装置(16)接收光，其中由于组织(11)上的电火花(12)或等离子体的影响产生光，
其中根据接收的光确定不同光波长(λ)的光强度(I)，
其中从所述光强度(1)确定表征至少一个组织特性(G)的数据(D)，
其中确定所述光接收装置(16)的污染(V)，
其中可靠性值(R)被分配给由评估装置(22)基于确定的污染(V)确定的数据(D)，
其中，如果分配的可靠性值(R)超过阈值，则指示组织特性(G)和分配的可靠性值(R)，或者仅指示所述组织特性(G)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，根据待确定的组织特性(G)来限定测试间隔。
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