CN117956944A - 分析肾结石的***和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括光导纤维的***，该光导纤维包括第一光学模块和闸门。闸门能够在关闭和打开状态之间移动以形成狭缝。至少一个存储介质可以被包括，其上具有编码的可执行指令，该可执行指令在由至少一个处理器执行时，致使***执行方法，该方法包括将来自第一光学模块的光通过狭缝引导到所述结石上以形成配对线，在配对线之间具有间距；以及基于与光导纤维的远端尖端的距离和对线之间的间距来确定结石的大小。

Description

分析肾结石的***和方法
相关申请
本申请要求于2021年9月17日提交的在35U.S.C§119下的美国临时专利申请第63/261,340号的优先权，其通过引用完全并入本文。
技术领域
本公开通常涉及用于在患者体腔内进行微创医疗手术的***和方法。更具体地，本公开的实施例涉及用于识别与患者体内的目标(例如，结石、异物和/或组织)相关的信息的设备和方法。
背景技术
尿石症是肾结石在人的尿路内形成的疾病。肾结石是可以致使疼痛、出血、梗阻或感染的小而硬的结石。肾结石是由钙、磷酸盐和尿酸盐的沉积形成。
肾结石的大小可以不同。输尿管镜检查通常需要通过将结石碎片抓在篮子里并沿着输尿管将其拉出体外来提取结石碎片。例如，较小的结石可以具有更大的机会来通过尿路并排出体外。相比之下，更大的结石可能需要通过输尿管镜由存储合金线篮设备取出，或者甚至用碎石将其破碎成较小的碎片。
泌尿科医生偶尔尝试移除这样的结石碎片，但却发现碎片太大以至于不能通过输尿管移除，因为内窥镜下的结石碎片大小估计是主观的，并且可能存在错误。泌尿科医生通常很难确定哪种方法对特定的结石是合理、安全和有效的。目前的方法不能提供与肾结石相关的足够的信息来指导泌尿科医生准确地为特定患者设计治疗。
因此，存在对可以准确地向操作者传达与肾结石相关的信息的设备的持续需要。本公开的解决方案解决了本领域的这些和其他问题。
发明内容
根据本公开的某些方面，公开了用于在体内分析肾结石的***。应该注意的是，虽然本公开的***主要描述为分析一个或多个肾结石，但可以设想，该***还可以用于在体内分析患者中的其他物体，包括但不限于胆结石、存在于唾液道中的结石、存在于胆道中的结石，胰腺结石和血管结石。该***可以包括探针，该探针包括光导纤维，该光导纤维包括第一光学模块和狭缝闸门。石板闸门能够在关闭和打开的状态之间移动以形成狭缝。至少一个存储介质可以被包括其上具有编码的可执行指令，该可执行指令在由至少一个处理器执行时致使***执行方法，该方法包括：将来自第一光学模块的光通过狭缝引导到结石上以形成配对线，其中在配对线之间形成间距；以及基于距光导纤维的远端尖端的距离和配对线之间的间距来确定结石的大小。
根据本公开的某些方面，狭缝包括竖直线。
根据本公开的某些方面，狭缝包括交叉线。
根据本公开的某些方面，狭缝包括具有公共交点的至少三条线。
根据本公开的某些方面，光导纤维包括被配置为用于碎石的第二光学模块。
根据本公开的某些方面，探针具有被配置为光纤供电***(PoF)的一个或多个光纤。
根据本公开的某些方面，光导纤维是多芯光纤，其具有至少两个由输尿管镜的手柄内的高功率LED模块所照亮的光纤芯。
根据本公开的某些方面，该***包括被电耦合到至少两个光纤芯和高功率LED模块的放大器。
根据本公开的某些方面，光导纤维是多芯光纤，包括至少两个由输尿管镜的手柄内的激光所照亮的光纤芯。
根据本公开的某些方面，光导纤维包括相机。
根据本公开的某些方面，至少一个处理器被配置为执行包括由第一光学模块将配对线聚焦到结石上的方法。
根据本公开的某些方面，至少一个处理器被配置为执行以下方法，其包括：从光导纤维的相机接收结石的一个或多个图像；以及通过应用一个或多个图像处理算法从一个或多个图像的一个或多个帧中提取信息来计算线之间的间距。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析光导纤维的物体近距离(object near distance)和近激光间隙(near laser gap)。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析光导纤维的物体远距离(object far distance)和远激光间隙(far laser gap)。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析光导纤维的已知激光距离和已知激光间距。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括：通过将像素与距结石的距离和结石的宽度进行比较来分析与第一光学模块通信的相机的焦距。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括使用阈值算法来从一个或多个帧分割配对线；使用连通分量分析来分离所分割的配对线；从所分割的配对线中的每个提取中心线；从中心线中的每个提取具有一定间隔的多个点；计算从中心线之一的每个点到另一中心线的多个点的最短距离；以及对最短距离进行平均以计算配对线之间的间距。
根据本公开的某些方面，由于结石的一个或多个不平坦表面，配对线是弯曲的。
根据本公开的某些方面，配对线之间的间距相对于光导纤维距结石的距离而变化。
根据本公开的某些方面，光导纤维越接近结石，间距越小。
根据本公开的某些方面，光导纤维离结石越远，间距越大。
根据本公开的某些方面，确定结石的大小的步骤包括确定光导纤维的光纤之间的间距。
根据本公开的某些方面，确定结石的大小的步骤包括确定狭缝的厚度和长度。
根据本公开的某些方面，公开了用于在体内分析肾结石的方法。该方法可以包括将来自光导纤维的第一光学模块的光通过狭缝引导到结石上以形成配对线；以及基于距光导纤维的远端尖端的距离和配对线之间的间距来确定结石的大小。
根据本公开的某些方面，该方法可以包括由第一光学模块将在配对线之间具有间距的配对线聚焦到结石上。
根据本公开的某些方面，该方法可以包括使用光导纤维的第二光学模块来执行碎石。
根据本公开的某些方面，在第一光学模块通过狭缝将光引导到结石上以形成配对线的同时，第二光学模块用于执行碎石。
根据本公开的某些方面，该方法可以包括将配对线缠绕在结石周围以生成视觉地形。
根据本公开的某些方面，该方法可以包括相对于配对线校准与光导纤维耦合的相机，以确定相机与配对线之间的深度；以及由经校准的相机基于深度来确定结石的大小。
根据本公开的某些方面，该方法可以包括：从光导纤维的相机接收结石的一个或多个图像；以及通过应用一个或多个图像处理算法以从一个或多个图像的一个或多个帧中提取信息来计算线之间的间距。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析光导纤维的物体近距离和近激光间隙。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析光导纤维的物体远距离和远激光间隙。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析光导纤维的已知激光距离和已知激光间距。
根据本公开的某些方面，应用一个或多个图像处理算法的步骤包括：通过将像素与距结石的距离和结石的宽度进行比较来分析与第一光学模块通信的相机的焦距。
根据本公开的某些方面，该方法可以包括向用户呈现指示结石的大小的通知，该通知包括音频和/或视觉指示。
为了实现上述和相关目的，本文结合以下描述和附图来描述某些说明性方面。然而，这些方面仅指示可以采用所要求保护的主题的原理的各种方式中的一些方式，并且所要求保护主题旨在包括所有这样的方面及其等价物。当结合附图考虑时，其他优点和新颖特征可以从以下详细描述中变得显而易见。
附图说明
被包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的各种示例性方面并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1示出了根据本公开的某些方面的示例性***的示意图。
图2示出了使用图1的***的示例性方法的示意图。
图3示出了在第一构造中图1所示的***的远端尖端的前平面横截面图。
图4示出了在第二构造中图1所示的***的远端尖端的前平面横截面图。
图5A示出了在第一构造中图1所示的***的另一示例性远端尖端的前平面横截面图。
图5B示出了具有狭缝图案的图5A的光纤的前平面图。
图5C示出了具有狭缝图案的图5A的光纤的前平面图。
图5D示出了具有狭缝图案的图5A的光纤的前平面图。
图6A是解释图1的***的距离测量操作的示意图。
图6B是解释图1的***的距离测量操作的示意图。
图7A示出了由光导纤维拍摄的肾结石的示例目标图像。
图7B示出了处于第二状态的图7A的示例目标图像。
图7C示出了处于第三状态的图7A的示例目标图像。
图7D示出了呈现在距离图中的图7A的示例目标图像。
图7E示出了处于第四状态的图7A的示例目标图像。
图7F示出了处于第五状态的图7A的示例目标图像。
图8A示出了由光导纤维拍摄的肾结石的示例目标图像。
图8B示出了处于第二状态的图8A的示例目标图像。
图8C示出了处于第三状态的图8A的示例目标图像。
图8D示出了处于第四状态的图8A的示例目标图像。
图8E示出了处于第五状态的图8A的示例目标图像。
图9描绘了根据本公开的某些方面的使用***来分析目标的方法的流程图。
图10描绘了根据本公开的某些方面的使用***来分析目标的方法的流程图。
具体实施方式
以下更详细地描述了本公开的特定方面。如果与通过引用并入的术语和/或定义相冲突，则本文所提供的术语和定义具有控制权。
本公开的特定方面可以重复各种示例中的参考数字和/或字母。这种重复是出于简单和清晰的目的，并且其本身并不规定所讨论的各种实施例和/或构造之间的关系。不同的实施例可以具有不同的优点，并且任何实施例都不一定需要特定的优点。
如本文使用的，术语“包括”、“包括有”或其任何其他变体旨在涵盖非排他性包含，使得包括元素列表的过程、方法、组合物、物品或装置不仅包括那些元素，而且可以包括未明确列出或这样的过程、方法，组合物，物品或装置固有的其他元素。术语“示例性”用在“示例”而非“理想”的意义上。
如本文使用的，除非上下文另有规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式。
如本文使用的，“近似”和“大约”是指与参考数字或值几乎相同。如本文使用的，术语“近似”和“大约”应理解为包含所指定量或值的±10％(例如，“大约90％”可指81％至99％的值的范围。
如本文使用的，“操作者”可以包括医生、外科医生或与混合***的输送或使用相关联的任何其他独立或递送仪器，如贯穿本公开所描述的这样的***。
如本文使用的，当元件被称为“被连接”或“被耦合”到另一个元件时，它可以直接被连接或被耦合到另一元件，或者可以存在介入元件。相反，如果元件被称为“直接被连接”或“直接被耦合”到另一个元件，则不存在介入元件。
本公开的示例涉及用于控制将能量施加到被布置在患者的体腔(诸如肾、膀胱或输尿管的管腔)内的物体的设备和方法。
应该理解，本公开可以被体现为方法、***和/或计算机程序产品。因此，本公开可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。此外，本公开可以在具有体现在介质中的计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上采取计算机程序产品的形式。任何合适的计算机可读介质可以被利用，其包括硬盘、CD-ROM、光学存储设备或磁存储设备。
例如，本文中被称为“存储器”的计算机可用或计算机可读介质可以是，但不限于，电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体***、装置、设备或传播介质。计算机可读介质的更具体的示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机软盘、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤和便携式光盘只读存储器(portablecompact disc read-only memory，CD-ROM)。应该注意的是，计算机可用或计算机可读介质甚至可以是纸张或在其上打印程序的另一合适的介质，因为该程序可以经由例如纸张或其他介质的光学扫描而被电子捕获，则如果必要的话以合适的方式编译、解释或以其他方式处理，然后存储在计算机存储器中。
本公开还使用流程示意图和框图来描述。应该理解，(流程图和框图的)每个块以及块的组合可以由计算机程序指令来实施。这些程序指令可以被提供给处理器电路，诸如微处理器、微控制器或其他处理器，使得在一个或多个处理器上执行的指令创建用于实施在一个或多个块中所指定的功能的装置。计算机程序指令可以由一个或多个处理器执行以致使要由一个或多个处理器执行的一系列操作步骤产生计算机所实施的过程，使得在一个或多个处理器上执行的指令提供用于实施在一个或多个块中所指定的功能的步骤。
应该理解，块支持用于执行所指定的功能的装置的组合、用于执行所指定的功能的步骤的组合以及用于执行所指定的功能的程序指令装置。还将理解，每个块以及块的组合可以由执行所指定的功能或步骤，或专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的***来实施。
图1示出了根据本公开的第一示例的用于递送能量的***100。***100可以包括光导纤维160(例如，激光光纤)，并且可以被配置为在远端处朝向目标T(例如，结石、异物和/或组织)递送能量127。光纤160可以包括一个或多个通道以传送光束B1、B2，或者从目标T的一个或多个目标图像接收光或接收与目标T的一个或多个目标图像相关的光。在一些方面，光纤160可以承受患者的扭曲条件(例如，作为柔性导管的一部分)并且当邻近目标T时从其远端尖端递送能量127。一个或多个LED或激光二极管可以被放置在与光纤160通信的***100的手柄中。光纤160可以用于使光束B1、B2通过由光纤160的闸门形成的狭缝，以在所期望的目标T上形成线L1、L2(图2)。
***100可以包括可操作地被耦合到显示器306的处理器302。在一些示例中，处理器302和显示器306可以被布置在单个手持单元内，诸如，具有电容性输入的用户界面的平板电脑。在其他示例中，处理器302和显示器306可以是模块化的，并且可以由任何合适的机制彼此连接。显示器306可以是任何图形用户界面，诸如允许用户向处理器302发送命令的触摸屏输入设备。在其他示例中，鼠标和/或键盘(未示出)可操作地被耦合到处理器302。多个显示器设备(具有或不具有输入能力)可以被部署在操作套件内或外的备用站点。这可以包括用于传播到替代的预退出/第三方显示器/位置的视频输出流。
与***100的状态和组件相关的信息可以被存储在可由处理器302或使用传统数据通信协议的远程计算***访问的计算机可读存储器中。存储器可以是本地存储器，或者在其中存储信息的存储器可以远离***100。处理器302可以使用诸如通过网络340的传统数据通信技术来访问远程存储器。
处理器302可以被耦合到电子器件308、内窥镜设备、荧光镜312、患者监测设备320以及用于分析目标T的任何其他部件或仪器。处理器302通常可以被配置为接受来自***和***部件的信息，并根据各种算法处理信息以产生用于分析目标T以及控制电子器件308、内窥镜设备310、荧光镜312、患者监测设备320和诸如此类的图像的控制信号。处理器302可以接受来自***100和***部件的信息，根据各种算法处理信息，并产生可以被指向目标T的信息信号，分析来自目标T的一个或多个图像，修改来自目标T的一个或多个图像，确定视觉指示，并且将相关信息通信到一个或多个数字显示器(例如，用户界面)，以便向用户通知***状态、部件状态、过程状态或由***监视的任何其他有用信息(例如，目标T的大小)。处理器302可以是数字IC处理器、模拟处理器或在***100的操作期间能够执行图像处理算法、目标分析算法和/或控制算法的任何其他合适的逻辑或控制***。
电子器件308可以包括光学能量源，诸如钬(Ho)激光源、钬：YAG(Ho:YAG)激光源、掺钕：YAG(Nd:YAG)激光源、半导体激光二极管、磷酸钛钾晶体(KTP)激光源和二氧化碳(CO2)激光源、氩激光源、准分子激光源，二极管激光源，或另一合适的激光源。在一些示例中，激光源可以是激光二极管。激光二极管可以用光束照明目标区域，该光束可以穿过由闸门163形成的狭缝(例如，竖直线)，并且可以被安装在导管、探针或其他合适的细长构件(例如，内窥镜构件)的远端。在一些示例中，可以使用高功率LED模块(例如，超发光)来代替激光源。在一些示例中，可以使用强脉冲光源来代替激光源。电子器件308还可以包括成像处理单元(imaging processing unit，IPU)(例如，单元316)以及放大器314。
在示例中，电子器件308可以包括用于由探针与目标T的直接接触(例如，通过使用图5A的模块266)执行碎石过程的气动控制设备。在该示例中，处理器302可以控制空气压力和频率以及灌溉激活和流速。处理器302还可以能够经由网络340连接(并且连接到服务器342)并且从HIS、PACS和EMR获得患者相关的数据。然后该数据可以被处理并被显示在显示器306上。该***还可以允许处理器302将基于过程统计和信息的更新数据发送回HIS、PACS和EMR。
在这方面，处理器302可以经由网络340(诸如，因特网)被耦合到一个或多个服务器342。一个或多个服务器342可以向处理器302提供信息(例如患者的电子医疗记录)。记录可以包括由一个或多个卫生保健提供者为患者收集的标准医疗和临床数据，并且可以构成患者的全面病史。电子医疗记录可以包括与执行碎石过程的医生相关的患者信息，诸如先前的结石病史、对麻醉的过敏、患者是否使用血液稀释剂，以及其他信息。
内窥镜设备310可以是任何合适的内窥镜构件，例如内窥镜、输尿管镜、肾镜、结肠镜、宫腔镜、子宫镜、支气管镜、膀胱镜、鞘管或导管。监测设备320可以包括被配置为测量血压、脉搏率、温度和外周毛细血管血氧饱和度(SpO2)以及其他患者生命体征的传感器。设备320的部分可以被布置在患者的皮肤上、患者体内，或者可以远离患者被定位。
参考图2，光纤160被示出已在尿路40内推进以分析目标T。操作者可以通过自然孔口或切口将光纤160***尿路40中。然后，操作者可以在目标T的范围内操纵光纤160，并通过狭缝发射光束B1、B2，以在目标T上形成多条线L1、L2。
参考图3，示出了光纤160的截面3-3处的远端的特写横截面图。光纤160可以是具有外壳161的多芯光纤，外壳161具有穿过其中的管腔。光纤160可以被配置为在远端处朝向目标T递送能量127。光纤160可以包括至少两个可以通过其使部件(诸如，光学模块168、光纤供电(Power-Over-Fibe，POF)165和其他部件)行进的光纤芯。
在某些方面中，光纤160可以包括在(例如，激光光纤和/或LED光纤)内轴向延伸的至少一个光学模块168。模块168可以包括被定位在光纤160的光源通道中的一个或多个激光和/或LED模块，其被配置为在近端接收光或激光能量，并向远端传送光或激光能量。在一些方面中，模块168可以被配置为携带来自一个或多个位于近端的光源(诸如，一个或多个激光发光二极管)的光。模块168可以接收从电子器件308的能量所传送的能量，并且可以经由能量127将接收到的能量递送到目标T。
成像设备162(例如，相机)还可以被包括在外壳161内，并且可以包括被配置为向处理器302提供图像的任何合适的设备(例如，相机、CMOS成像传感器、其他固态设备和一个或多个玻璃或聚合透镜，其产生表示设备162前面的组织或其他物体的图像的电子图像信号)。设备162可以是低光敏、低噪声视频VGA、CMOS、彩色成像器或更高分辨率的传感器，诸如SVGA、SXGA或XGA。设备162的视频输出可以是包括PAL、NTSC或高清晰度视频格式的任何常规格式，并且可以由任何有线或无线机制传送给处理器302。
狭缝闸门163可以被包括在光纤160的远端处，并且被配置为打开或关闭以便将模块168暴露以控制从其的能量递送。闸门163可以在引导件164的远端，其可以被配置为允许闸门163向内和远离模块168滑动。在一些方面中，闸门163可以由引导件164移动或以其它方式致动以形成狭缝169(例如，当两个闸门163朝向彼此移动时)。引导件164可以是微机电***(micro-electro mechanical system，MEMS)致动器，诸如微型小齿轮或静电或磁性致动器。闸门163可以包括面向对方取向的至少两个部分以产生狭缝，能量127可穿过该狭缝以形成聚焦在目标T上的光束B1、B2。在一些示例中，闸门163可以包括至少两个矩形部分，其可以从打开状态(图3)致动到朝向彼此推进以形成图4中的狭缝169。应该理解，在闸门163的打开状态下，光学模块168可用于执行与确定目标T的大小或以另外地分析目标T分离的程序。例如，光学模块168可以用于通过移动闸门163完全打开以暴露模块168来执行碎石术(例如，用激光能量轰击目标T)。
虽然图3-图4中描绘了具有至少两个矩形构件以形成狭缝169的闸门163，但闸门163不受此限制，并且可以考虑其他形状来形成狭缝169，包括但不限于圆形构件、新月形构件、半球形构件，或者能够打开和关闭以形成狭缝的任何其他形状，来将光束B1、B2聚焦在目标T上以形成彼此面对的线L1、L2，从而将能量127修改为光束。
在图4中，在形成狭缝169的情况下，由于模块168可以是多芯光纤，因此模块168可以将能量127递送到对应的目标T，其中光束B1、B2从相应的光纤模块168在其通过时形成。狭缝169可以将光束B1、B2的形状从相对点状的形状修改以在目标T上形成双线L1、L2，如图7A-图8E中更清楚地解释和描绘的。这些线L1、L2可以被缠绕在目标T周围以提供视觉形貌，并且通过例如相对于线L1、L2校准设备162，从目标T到光纤160的远端尖端的距离可以根据线L1、L2之间的间距来确定。如下所述，利用该信息可以确定目标T的大小。
在一些方面，处理器302可以由操作员使用来管理***100并执行其他功能，诸如打开或关闭闸门163，如图3-图4之间所示，以及致动从模块168指向目标T的能量递送。应该理解，包括那些光纤160(诸如，模块168)的本文所公开的***的部件，可以被包装在输尿管镜的手柄内。处理器302可以被配置为执行存储在***100的存储器或另一位置中的程序指令，以根据本文所述的实施例执行各种功能。此外，应该理解，处理器302可以被定位远离***100，并且还可以用于执行本文所述的各种功能。
参考图5A，示出了具有可包含光纤260的元件并沿其整个长度延伸的外壳261的光纤260的另一横截面平面图。可以设想，图5A的光纤260可以代替***100的光纤160使用，也可以作为其额外使用，使得操作员可以使用所示出的***来分析目标T，同时还执行碎石过程。模块268可以被包括在内并且可以在光纤260内轴向延伸。类似于模块168，模块268可以被配置用于测量目标T的大小，并且包括一个或多个激光或LED模块。光纤260还可以包括第二光学模块266，其可以用于碎石。在光纤260中具有多个模块266、268是特别有利的，因为操作者可以在一个或多个碎石过程期间同时检查目标T的大小。与光纤160一样，光纤260还可以包括成像设备262和一个或多个PoF光纤265。
图5B示出了具有由闸门263a形成的交叉(例如，形成T或加号的两条线)或T形狭缝的模块266a的可选狭缝图案。图5C示出了具有至少三条相交线的模块266b的可选狭缝图案，该相交线具有类似地由对应的移动和/或固定闸门263b形成的公共交叉点。优选地，本公开的所有狭缝图案可以具有可用于确定距离的由一个狭缝形成的至少双线，并且狭缝图案的其他线可以是来自其他狭缝的单线。交点可以是每条线的中心。图5D示出了具有超过两条相交线的模块266c的可选狭缝图案，包括至少三条相交线、至少四条相交线等，在每个方面下都具有类似地由移动和/或固定闸门263c形成的公共中心相交点。
图6A示出了使用由光束B1、B2通过闸门163形成的线L1、L2分析目标T的大小的测量操作的示意图。这里，模块168根据测量了模块168、闸门163和由模块168指向目标T的线L1、L2之间的距离的算法来进行操作。光可以由设备162在一个或多个目标图像中反射和检测。这样的操作和相关的一个或多个算法可以由处理器302执行或与处理器302结合执行。例如，处理器302可致使模块168递送能量127，并利用与通过由闸门163形成的狭缝169的光相关的距离测量算法，其利用激光模型三角形相似性，根据以下公式：
其中，F是成像设备162的焦距，P是成像设备162的像素，DW是距目标T的距离，以及w是目标T的宽度。应该理解，线L1、L2可以在由模块168(例如，经由设备162)拍摄和/或接收的目标图像中被初始检测到，如图7A-图8E的操作中所示。
图6B示出了以焦距F的函数为前提的操作示意图。返回图6A，由于本示例中的成像设备162的焦距F以及激光间距Ls和激光距离LD是已知的，因此图6A的剩余元素可以由处理器302确定，根据以下公式：
其中SN是物体近距离，GN是近激光间隙，SF是物体远距离，以及GF是远激光间隙。在一些方面，图6A的算法中的激光距离LD可以由光学器件代替，以与由闸门163形成的狭缝保持一致的间距。基于一个或多个测量操作，目标T的大小可以被确定并被通信给操作员，此外以便在目标大小准确度的前提下，及时、安全地通知由患者接收到的治疗，等等。也就是说，上述操作可以在短时间内以相对高精度准确地测量模块168和目标T之间的距离，从而测量目标T的大小。
在另一示例中，线间隙和深度之间的相关性可以由处理器302通过使用参考表或数据库来执行。例如，其中f(Z)函数是没有数值解的复杂公式。处理器302可以执行校准步骤(例如，对设备162的校准)以确定/>和Z之间的关系。例如，当/>个像素时，***100可以测量Z＝5mm，当/>＝10个像素时测量Z＝8mm，等等。参考表或数据库可以在一个或多个碎石过程期间用作参考。
图7A至图7F示出了测量目标T的一个序列的示例。特别地，图7A示出了在光纤160在患者体内被推进到治疗部位之后初始状态下由光纤160的设备162拍摄的目标T(例如，肾结石)的示例目标图像400。图像400示出了目标T在患者体内存在时的粗略轮廓，其中线L1、L2已被聚焦到目标T上。如所示出的线L1、L2是相对直的。还可以看出，在线L1、L2之间形成了间隙或间距。由于线比周围环境亮得多，因此简单的阈值算法(图7B)可以从帧中分割线。具体而言，在图7B中，图像400由处理器302执行的一个或多个图像处理算法修改为图像400’。特别地，阈值算法可以取比图像400的周围环境更亮的线L1、L2，并修改图像400以形成图像400’，以便从目标T的帧分割线，从而形成所分割的配对线L1’、L2’。
虽然未示出，但图7B至图7F中的背景可以是深色或不透明的，以便于观察目标T的轮廓，但不能太亮以至于冲洗掉线L1’、L2’。连通分量分析可以在图像400’上被执行，如图7C所示，以分离两条线L1’、L2’并形成线L1”、L2”。在一些方面，线L1”、L2”可以从所分割的线L1’、L2’中被提取(图7E和图7F)。为了提取线L1”、L2”，首先可以计算图7D的距离图M。图7D中所示的距离图M可以以类似于等高线图的方式给出所分割的线L1’、L2’中每个像素到其边界的距离。
在图7E中，中心线现在被提取以修改线L1”、L2”以形成所分割的线L1”’和L2”’。图7E的线L1”’、L2”’可以沿着图7D的距离图的脊。在某些方面，像素离边界越远，其距离值将越大。然后，在图7F中，沿着L1”’、L2”取具有一定间隔的点，以形成线L1””、L2””。特别地，从中心线取间隔，并计算从L1””的每个点到另一中心线L2””的点的最短距离。然后可以对距离进行平均，以精确地计算两条线之间的间隙。
虽然图7A至图7E所示的操作中，线L1、L2被描绘为相对直的、平面的和/或以其他方式非弯曲的，但也可以设想，类似的操作可以被执行以确定目标T的大小，其中目标T的表面相对不平坦或以其他方式形状不对称，如图8A至图8E所示，其示出了通过图7A-图7E的类似操作对不均匀目标T拍摄的目标图像500进行修改，以便确定目标T的大小和其他相关信息。虽然图8A至图8E中未示出，但可以设想，距离图M还可以用于提取中心线，以提供分割线中每个像素到相应边界的距离，如图7D所示。
在一些示例中，照射在目标T上的线L1、L2之间的间距可以相对于设备162和/或模块168距目标T的距离而变化。例如，设备162和/或模块168离目标T越近，线L1和L2之间的间隙或间距就越小。另一方面，设备162和/或模块168离目标T越远，线L1、L2之间的间隙或间距就越大。所确定的线L1、L2之间的间隙或间距可以确定设备162和/或模块168离目标T有多远。此外，如上述图6A-图6B所示的所确定的L1、L2线之间的间隙或者间距以及光纤160的纤维之间的间距、狭缝169的厚度和线L1、L2的长度可以有利于精确确定目标T的大小。
图9描述了本公开的任何***的方法或用途600。方法600的步骤610可以包括将来自光导纤维的第一光学模块的光通过狭缝引导到结石上以形成配对线。方法600的步骤620可以包括基于距光导纤维的远端尖端的距离和配对线之间的间距来确定结石的大小。方法600可以在步骤620之后结束。在其他实施例中，根据上述示例的附加步骤可以被执行。
图10描述了本公开的任何***的方法或用途700。方法700的步骤710可以包括使用阈值算法来从一个或多个帧中分割配对线。方法700的步骤720可以包括使用连通分量分析来分离所分割的配对线。方法700的步骤730可以包括从所分割的配对线中的每一个提取中心线。方法700的步骤740可以包括从中心线中的每一个提取具有一定间隔的多个点。方法700的步骤750可以包括计算从中心线之一的每个点到另一中心线的多个点的最短距离。方法700的步骤760可以包括对最短距离进行平均以计算配对线之间的间距。方法700可以在步骤760之后结束。在其他实施例中，根据上述示例的附加步骤可以被执行。
本公开的***、方法和操作可以使操作者能够做出更快和更智能的决策，以增强临床结果，减少手术时间，减少在手术过程期间所需的认知负荷，并减少总体手术成本。通过考虑本公开的实施例的说明书和实践，本公开的其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。虽然本公开的某些特征是在示例性过程的上下文中讨论的，但是根据所公开的一般原理，组合物、***和方法可以用于其他医疗过程。因此，当前所公开的实施例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。因此，从上述内容中显而易见的是，虽然已示出和描述了本公开的特定形式，但在不偏离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改，并且在其等效物的含义和范围内的所有改变都将包含在本公开中。旨在将说明书和示例仅视为示例性的，本公开的真实范围和精神由以下权利要求指示。

Claims (15)

1.一种用于在体内分析肾结石的***，所述***包括：
光导纤维，其包括第一光学模块和闸门，所述闸门能够在关闭和打开状态之间移动以形成狭缝；
至少一个处理器；以及
至少一个存储介质，其上具有编码的可执行指令，所述可执行指令在由所述至少一个处理器执行时，致使所述至少一个处理器执行以下方法，所述方法包括：
将来自所述第一光学模块的光通过所述狭缝引导到结石上以形成配对线，在所述配对线之间具有间距；以及
基于距所述光导纤维的远端尖端的距离和所述配对线之间的间距来确定所述结石的大小。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述狭缝是竖直线或交叉线。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的***，其中所述狭缝包括具有公共交点的至少三条线。
4.根据任一前述权利要求所述的***，所述光导纤维包括被配置为用于碎石的第二光学模块。
5.根据任一前述权利要求所述的***，其中所述光导纤维是多芯光纤，其包括至少两个由输尿管镜的手柄内的LED模块所照亮的光纤芯。
6.根据任一前述权利要求所述的***，所述至少一个处理器被配置为以下方法，包括：由所述第一光学模块将所述配对线聚焦到所述结石上。
7.根据权利要求1所述的***，所述至少一个处理器被配置为执行以下方法，包括：
从所述光导纤维的相机接收所述结石的一个或多个图像；以及
通过应用一个或多个图像处理算法从所述一个或多个图像的一个或多个帧中提取信息来计算线之间的间距。
8.根据权利要求7所述的***，其中应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析所述光导纤维的物体近距离和近激光间隙。
9.根据权利要求7所述的***，其中应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析所述光导纤维的物体远距离和远激光间隙。
10.根据权利要求7所述的***，其中应用一个或多个图像处理算法的步骤包括分析所述光导纤维的已知激光距离和已知激光间距。
11.根据权利要求7所述的***，其中应用一个或多个图像处理算法的步骤包括：通过将像素与距所述结石的距离和所述结石的宽度进行比较来分析与所述第一光学模块通信的所述相机的焦距。
12.根据权利要求7所述的***，其中应用一个或多个图像处理算法的步骤包括：
使用阈值算法从所述一个或多个帧分割所述配对线；
使用连通分量分析来分离所分割的配对线；
从所分割的配对线中的每个提取中心线；
从所述中心线中的每个提取具有一定间隔的多个点；
计算从中心线之一的每个点到另一中心线的多个点的最短距离；以及
对所述最短距离进行平均以计算所述配对线之间的间距。
13.根据权利要求1所述的***，其中确定所述结石的大小的步骤还包括确定所述光导纤维的光纤之间的间距。
14.根据权利要求1所述的***，其中确定所述结石的大小的步骤还包括确定所述狭缝的厚度和长度。
15.一种使用权利要求1-14中所述的任一项所述的***在体内分析肾结石的方法，包括：
将来自光导纤维的第一光学模块的光通过狭缝引导在结石上以形成配对线；以及
基于距所述光导纤维的远端的距离和所述配对线之间的间距来确定所述结石的大小。
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