DE112020003713T5

DE112020003713T5 - Endoskopisches lasersystem mit laserverriegelung

Info

Publication number: DE112020003713T5
Application number: DE112020003713.4T
Authority: DE
Inventors: Brian M. Talbot; Sergey A. Bukesov; Kurt G. Shelton; Rachel D. Schnakenberg; Maria Rao
Original assignee: Gyrus ACMI Inc
Current assignee: Gyrus ACMI Inc
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-04-21
Also published as: US11723720B2; US20230355308A1; CN114401661A; JP7368597B2; JP2022544125A; JP2023171592A; US20210038309A1; WO2021026157A1

Abstract

Es werden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung der Vorwärtsbewegung einer chirurgischen Laserfaser in einem Endoskop und zur Bereitstellung eines Verriegelungsfeedbacks für den chirurgischen Laser offenbart. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Richten von Licht von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel, das optische Erfassen einer Menge des von dem Ziel reflektierten Lichts, das Übertragen der optisch erfassten Lichtmenge durch eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt, das Bestimmen einer Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage der optisch erfassten Lichtmenge und das Erzeugen eines Steuersignals für das chirurgische Lasersystem zum Einstellen der Laseremission durch die Laserfaser.

Description

INANSPRUCHNAHME DER PRIORITÄT
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. § 119(e) der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/882,837, die am 5. August 2019 eingereicht wurde, der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/893,913, die am 30. August 2019 eingereicht wurde, und der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 63/027,079, die am 19. Mai 2020 eingereicht wurde, auf die hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Dieses Dokument bezieht sich allgemein auf chirurgische Laser und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Bestimmung des Vorschubs einer chirurgischen Laserfaser in einem Endoskop und zur Bereitstellung eines Verriegelungsfeedbacks für den chirurgischen Laser.
HINTERGRUND
Laser- oder Plasmasysteme wurden für die Abgabe von chirurgischer Laserenergie an verschiedene Behandlungsbereiche wie Weich- oder Hartgewebe eingesetzt. Beispiele für die Lasertherapie sind Ablation, Koagulation, Vaporisation, Fragmentierung usw. Bei der Lithotripsie wird der Laser eingesetzt, um Konkremente in Niere, Gallenblase, Harnleiter und anderen steinbildenden Regionen zu zerkleinern oder um große Konkremente in kleinere Fragmente zu zerlegen.
Endoskope werden normalerweise verwendet, um dem Arzt einen visuellen Zugang zum Inneren eines Patienten zu ermöglichen. Ein Endoskop wird in der Regel in den Körper eines Patienten eingeführt, sendet Licht an ein zu untersuchendes Ziel (z. B. eine Anatomie oder ein Objekt) und sammelt das vom Objekt reflektierte Licht. Das reflektierte Licht enthält Informationen über das zu untersuchende Objekt und kann verwendet werden, um ein Bild des Objekts zu erstellen. Einige Endoskope verfügen über einen Arbeitskanal, durch den der Anwender eine Absaugung durchführen oder Instrumente wie Bürsten, Biopsienadeln oder Pinzetten einführen kann, oder er kann eine minimalinvasive Operation durchführen, um unerwünschtes Gewebe oder Fremdkörper aus dem Körper des Patienten zu entfernen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Feedbacksteuerung eines chirurgischen Lasersystems die folgenden Schritte: Richten von Licht von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel; optisches Erfassen einer Menge des von dem Ziel reflektierten Lichts; Übertragen der optisch erfassten Lichtmenge durch eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt; Bestimmen einer Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage der optisch erfassten Lichtmenge; und Erzeugen eines Steuersignals für das chirurgische Lasersystem zum Einstellen der Laseremission durch die Laserfaser.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Laserfeedback-Steuerungssystem: ein Endoskop mit einem optischen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er eine von einem Ziel reflektierte Lichtmenge als Reaktion auf die Beleuchtung des Ziels von einem distalen Ende des Endoskops aus erfasst; eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt, wobei die Laserfaser so konfiguriert ist, dass sie die erfasste, von dem Ziel reflektierte Lichtmenge überträgt; und einen Controller, der so konfiguriert ist, dass er auf der Grundlage der optisch erfassten Lichtmenge eine Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops bestimmt und ein Steuersignal für ein chirurgisches Lasersystem erzeugt, um die Laseremission durch die Laserfaser einzustellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung: mindestens einen Prozessor und mindestens einen nicht-transitorischen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor bewirken, dass die Vorrichtung zumindest Folgendes ausführt: Richten von Licht von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel; optisches Erfassen einer Menge des gerichteten Lichts, das von dem Ziel reflektiert wird; Übertragen der optisch erfassten Lichtmenge durch eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt; Bestimmen, basierend auf der optisch erfassten Lichtmenge, einer Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops; und Erzeugen eines Steuersignals für ein chirurgisches Lasersystem, um die Laseremission durch die Laserfaser einzustellen.
Diese Zusammenfassung ist ein Überblick über einige der Lehren der vorliegenden Anmeldung und soll keine ausschließliche oder erschöpfende Behandlung des vorliegenden Gegenstands sein. Weitere Einzelheiten über den vorliegenden Gegenstand sind der ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zu entnehmen. Andere Aspekte der Offenbarung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung und beim Betrachten der Zeichnungen, die einen Teil davon bilden, ersichtlich, die alle nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen sind. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche und ihre gesetzlichen Entsprechungen definiert.
Figurenliste
Verschiedene Ausführungsformen sind in den Figuren der beigefügten Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Diese Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung und sind nicht als erschöpfende oder ausschließliche Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands gedacht.

1 ist eine schematische Seitenansicht eines Systems, das ein Endoskop und einen chirurgischen Laser verwendet.
2 ist eine schematische Darstellung des Systems von 1 in der Endansicht.
3 ist eine grafische Darstellung der Lichtquellenspektren, die mit verschiedenen Endoskopen verwendet werden.
4 ist eine grafische Darstellung der optischen Absorptionsspektren von Wasser, Hämoglobin, Oxyhämoglobin und Melanin.
5 ist eine grafische Darstellung von Lichtquellenspektren, die durch eine chirurgische Laserfaser in verschiedenen Abständen von der Endoskopspitze erfasst werden.
6 ist eine schematische Seitenansicht eines Teils des Endoskops des Systems von 1, die die Abstände der chirurgischen Laserfaser von der Spitze des Endoskops zeigt.
7 ist eine grafische Darstellung von Daten, die einen erfassten Reflexionsgrad einer chirurgischen Laserfaser des Systems von 1 zeigen.
8A und 8B sind Versuchsaufbauten, die zeigen, wie das Licht in verschiedene Lösungen abgelenkt wird.
9 ist eine grafische Darstellung von Daten, die den Reflexionsgrad in einer Simulation einer möglichen klinischen Umgebung zeigen.
10 ist ein Diagramm, das eine transparente Auskleidung des Lumens des Arbeitskanals eines Endoskops zeigt.
11 zeigt ein Beispiel eines Endoskops, das eine reflektierende Beschichtung über einer transparenten Auskleidung des Arbeitskanals eines Endoskops aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Schäden an Endoskopen während chirurgischer Eingriffe können zu kostspieligen Reparaturen am Endoskop, Verzögerungen bei chirurgischen Eingriffen und/oder Schäden an anderen Geräten führen. Derzeit gibt es bei laserendoskopischen Verfahren keine Möglichkeit, das Innere des Endoskops vor unbeabsichtigter Laseremission zu schützen, während sich die Laserfaser im Arbeitskanal eines Endoskops befindet. Unbeabsichtigte Laseremissionen können zu Rückreflexionen führen, die das Lasersystem beschädigen können, oder zu physischen Beschädigungen des Endoskops, wodurch die Navigation des Instruments durch den Benutzer oder die Visualisierung der Zielbereiche des Patienten beeinträchtigt wird.
Die Fähigkeit zu erkennen, wenn eine Laserfaser aus einem Endoskop herausgetreten ist, kann dazu beitragen, Schäden an der Ausrüstung und Verzögerungen bei der Operation zu vermeiden. Dies kann mit den hier beschriebenen Geräten zur Durchführung eines endoskopischen Verfahrens erkannt werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen befassen sich mit dem Problem des versehentlichen Auslösens eines chirurgischen Lasersystems innerhalb eines Endoskops, indem Verfahren eingesetzt werden, um zu erkennen, wann eine chirurgische Laserfaser von innerhalb des Arbeitskanals eines Endoskops in den Bereich außerhalb des Endoskops übergeht. Die Verfahren nutzen die mit dem endoskopischen Instrument verbundene(n) Lichtquelle(n) und die chirurgische Laserfaser, die zur Behandlung des Patienten verwendet wird. In das chirurgische Lasersystem ist ein optisches Feedbacksystem integriert, das die Laseremission durch die Laserfaser begrenzt, während sich die Laserfaser noch im Endoskop befindet. Diese Verriegelungsfunktion des Systems kann bei einer Vielzahl von Endoskopen und Laserfasergrößen eingesetzt werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen schützen auch vor Fasern, die innerhalb des Endoskops brechen. Selbst wenn die chirurgische Laserfaser das Endoskop verlassen hat, aber die Faser innerhalb des Endoskops bricht, ist das System in der Lage, den Bruch als neue „Spitze“ der chirurgischen Laserfaser zu erkennen und festzustellen, dass sich die neue Spitze (die jetzt das Ende ist) noch im Endoskop befindet, wodurch weitere Laseremissionen innerhalb des Endoskops verhindert werden.
Die Verfahren können durch Messung der optisch erfassten Reflexion durch die chirurgische Laserfaser hindurch durchgeführt werden. Das reflektierte Licht stammt von der Lichtquelle, die bei dem endoskopischen Verfahren verwendet wird. Die Lichtquelle kann aus einer breiten Palette von Lichtquellen ausgewählt werden. Wird ein durch die chirurgische Laserfaser zurückreflektiertes Signal nicht optisch erfasst (oder liegt die optische Erfassung unter einem vorgegebenen Wert), wird festgestellt, dass sich die chirurgische Laserfaser im Arbeitskanal des Endoskops befindet. Die optische Erfassung eines reflektierten Signals, das größer als ein festgelegter Wert ist und durch die chirurgische Laserfaser zurückgeworfen wird, führt zu der Feststellung, dass die chirurgische Laserfaser so weit durch den Arbeitskanal vorgeschoben wurde, dass sie das Endoskop verlassen hat. Auf diese Weise kann die Position des distalen Endes der chirurgischen Laserfaser ermittelt werden, bevor die Laserenergie abgegeben wird.
In 1 ist ein System mit einem Endoskop und einem chirurgischen Laser zur Verwendung in chirurgischen Endoskopieverfahren allgemein mit 10 dargestellt und wird im Folgenden als „System 10“ bezeichnet. Das System 10 umfasst ein Endoskop 20, das funktionsfähig mit einem Laser 40 und einem Feedbackanalysator 50 verbunden ist. Das Endoskop 20 umfasst eine chirurgische Laserfaser 22, mindestens eine Lichtquelle 24 und einen optischen Detektor 30 (der eine Kamera umfassen kann). Die chirurgische Laserfaser 22, die Lichtquelle 24 und der optische Detektor 30 befinden sich in einer Hülle 34 (dargestellt in 2). Der Laser 40 ist funktionsfähig mit der chirurgischen Laserfaser 22 und dem Feedbackanalysator 50 verbunden, die beide vom Endoskop 20 entfernt sein können. Der Laser 40 kann eine Laserverriegelung 42 enthalten. Der Feedbackanalysator 50 ist funktionsfähig mit der Laserverriegelung 42 verbunden und kann einen Prozessor 54 und einen Speicher 56 mit zugehörigem Programmcode umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das System 10 Eingabedaten an ein anderes System, wie z. B. einen Bildprozessor 44, liefern, wodurch ein Monitor oder eine andere Art von Anzeige dem Benutzer Informationen anzeigt, wobei die angezeigten Informationen für die Emissionsfähigkeiten des Lasers 40 relevant sind.
Wie in 2 dargestellt, ist die Hülle 34 röhrenförmig und hat einen allgemein kreisförmigen Querschnitt, der einen Arbeitskanal 36 definiert. Die chirurgische Laserfaser 22, die Lichtquelle 24 (zwei sind dargestellt) und der optische Detektor 30 sind in geeigneter Weise innerhalb des Arbeitskanals 36 angeordnet. Obwohl diese Komponenten in einem gewissen Abstand zueinander dargestellt sind, können diese Komponenten in dem Arbeitskanal 36 in geeigneter Weise dicht gepackt sein und in Kontakt miteinander stehen oder einen minimalen Abstand dazwischen haben.

Was den Laser 40 betrifft, so kann ein solches faserintegriertes Lasersystem für endoskopische Verfahren verwendet werden, da es in der Lage ist, Laserenergie durch ein flexibles Endoskop zu leiten und Hart- und Weichgewebe wirksam zu behandeln. Diese Lasersysteme erzeugen einen Laserausgangsstrahl in einem breiten Wellenlängenbereich von Ultraviolett (UV) bis Infrarot (IR) (200 Nanometer (nm) bis 10000 nm). Einige faserintegrierte Laser erzeugen einen Ausgang in einem Wellenlängenbereich, der von Weich- oder Hartgewebe stark absorbiert wird, z. B. 1900 nm bis 3000 nm für die Wasserabsorption oder 400 nm bis 520 nm für die Absorption von Oxyhämoglobin und/oder Desoxyhämoglobin. Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung einer Liste von IR-Lasern, die im Bereich hoher Wasserabsorption (1900 nm bis 3000 nm) emittieren. Tabelle 1: IR Lasertypen

Laser	Wellenlänge λ (nm)	Absorptionskoeffizient µ_k (cm^-1)	Optische Penetrationstiefe δ (µm)
Thulium-Faserlaser:	1908	88 / 150	114/67
Thulium-Faserlaser:	1940	120/135	83 / 75
Thulium YAG	2010	62 / 60	161 /167
Holmium YAG	2120	24 / 24	417 / 417
Erbium YAG	2940	12000 / 1000	1/10

Einige faserintegrierte Lasersysteme erzeugen eine Laserlichtleistung in einem Wellenlängenbereich, der vom weichen oder harten Zielgewebe nur minimal absorbiert wird. Diese Art von Laser ermöglicht eine wirksame Gewebekoagulation aufgrund einer Eindringtiefe, die dem Durchmesser einer kleinen Kapillare entspricht, z. B. etwa 5 Mikrometer (µm) bis etwa 10 µm. Beispiele für Laserquellen, die in dieser Ausführungsform eingesetzt werden können, sind unter anderem

a) UV-VIS-emittierende InXGal-XN-Halbleiterlaser (z. B. GaN, bei dem die Emission 515 nm bis 520 nm beträgt, und InXGal-XN, bei dem die Emission 370 nm bis 493 nm beträgt).
b) GaXII-XAs, bei denen die Emission 750 nm bis 850 nm beträgt; und
c) InXGal-XAs, bei denen die Emission 904 nm bis 1065 nm beträgt.

Eine endoskopische Lichtquelle (z. B. die Lichtquelle 24), wie sie für ein endoskopisches Verfahren verwendet werden würde, kann in Verbindung mit einem chirurgischen Lasersystem (z. B. dem Laser 40) und der Faser (z. B. der chirurgischen Laserfaser 22) verwendet werden, um die Laserverriegelung 42 am System 10 bereitzustellen. Bei der endoskopischen Lichtquelle kann es sich um eine beliebige Lichtquelle handeln, die in der Lage ist, eine geeignete Beleuchtung zu liefern, und die mit einem geeigneten Endoskop kompatibel ist. 3 zeigt bei 300 die Spektren von drei verschiedenen Lichtquellen - UV-VIS-Lichtquelle 310, Endoskop-Lichtquelle 320 und VIS-Lichtquelle 330, von denen jede als Lichtquelle 24 verwendet werden kann, die zur Erfassung vorläufiger Daten mit einer Vielzahl von Endoskopen verwendet werden kann. Eine solche Lichtquelle 24, die normalerweise als weißes Licht für das Verfahren angezeigt wird, kann sich auch in den UV- und IR-Bereich erstrecken. Dieser erweiterte Wellenlängenbereich der Lichtquelle 24 kann für den Feedbackanalysator 50 des Systems 10 besonders nützlich sein.

Die in Tabelle 2 aufgeführten Lichtquellen sind zusätzliche Lichtquellen und Wellenlängen, die in den endoskopischen Lichtquellen verwendet werden können, um eine genaue Reflexion in einem optimalen Bereich zu fördern: Tabelle 2: Lichtquellen für das Spektroskopiesystem

Anwendung	Wellenlängenbereich	Typ
Farbe/VIS/NIR	360-3200 nm	Wolfram-Halogen
DUV	190-400 nm	Deuterium
UV	215-400 nm	Deuterium
UV/VIS/NIR Reflexion/Absorption	215-2500 nm	Deuterium/Halogen
UV/VIS/NIR Absorption	200-2500 nm	Deuterium/Halogen
UV/VIS	200-1000 nm	Xenon
FTIR	2000-25000 nm	Siliziumkarbid
UV/VIS/IR Fluoreszenz	Mehrere schmale Emission	LED, Laserdiode

Bezugnehmend auf 1 und 2 kann in einer beispielhaften Ausführungsform des Systems 10 das Licht der Lichtquelle 24 vom Endoskop 20 (oder einem beliebigen Endoskop) übertragen werden, das zur Behandlung eines Patienten verwendet wird, solange die Möglichkeit besteht, das Licht der Lichtquelle 24 auf einen Zielbereich zu richten. Das Endoskop 20 kann starr, halbsteif oder flexibel sein. Zu den Endoskopen 20, die bei laserchirurgischen Verfahren verwendet werden können, gehören Ureteroskope, Zystoskope, Nephroskope und Resektoskope. Das hier beschriebene System 10 kann mit jeder beliebigen Kombination aus Endoskoptyp und Flexibilität sowie mit jedem anderen, nicht genannten Endoskop verwendet werden, das für die Aufnahme einer chirurgischen Laserfaser zur Patientenversorgung ausgelegt ist.
Die mit dem System 10 durchgeführten chirurgischen Eingriffe werden über die chirurgische Laserfaser 22 durchgeführt. Eine chirurgische Laserfaser 22 kann einen Kerndurchmesser in einem Bereich von etwa 50 µm bis etwa 1000 µm haben. Das Material, aus dem die chirurgische Laserfaser 22 besteht, ist mit der Wellenlänge kompatibel, die zur Übertragung der Laserenergie verwendet wird, sollte aber auch die Durchlässigkeit für die von der Lichtquelle 24 kommende und vom Zielbereich reflektierte Wellenlänge ermöglichen.
Der optische Detektor 30 liest das reflektierte Licht, das durch die chirurgische Laserfaser 22 zum Zielbereich gelangt. Ein Lichtquellensignal von der Lichtquelle 24, das vom Zielbereich zum optischen Detektor 30 reflektiert wird, wird ebenfalls gesammelt und zusammen mit dem reflektierten Licht von der chirurgischen Laserfaser 22 an den Feedbackanalysator 50 geliefert.
Der optische Detektor 30 kann ein spezieller optischer Detektor sein, der auf die für das System 10 interessante Wellenlänge abgestimmt ist, oder er kann ein in das System 10 integriertes Spektroskopiesystem sein. Im System 10 können Spektroskopie-/Spektrometrietechniken eingesetzt werden, die in der Physik und Chemie zur Identifizierung verschiedener Materialien durch das von diesen Materialien reflektierte, transmittierte, emittierte oder absorbierte Spektrum verwendet werden. Die optische Spektroskopie ist ein leistungsfähiges Verfahren, das zur einfachen und schnellen Analyse von organischen und anorganischen Materialien eingesetzt wird und folgende Vorteile aufweist: a) einfache Integration in ein Faserlasersystem; b) zerstörungsfreie Verfahren zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Materialien; c) Ermöglichung des Nachweises von Materialzusammensetzungen in Echtzeit; und d) Anwendbarkeit auf Analysen verschiedener Arten von Materialien (z. B. Hart- und Weichgewebe, Steine und dergleichen). Es können noch weitere Vorteile bestehen.
Die folgenden spektroskopischen Techniken können allein oder in Kombination eingesetzt werden, um die chemische Zusammensetzung des Gewebes zu analysieren und das spektroskopische Feedback zu erstellen:
UV-VIS-Reflexionsspektroskopie: Dieses Verfahren sammelt Informationen aus dem von einem Objekt reflektierten Licht, ähnlich den Informationen, die das Auge oder ein von einer hochauflösenden Kamera aufgenommenes Farbbild liefert, jedoch quantitativer und objektiver. Die Reflexionsspektroskopie liefert Informationen über das Material, da die Lichtreflexion und -absorption von seiner chemischen Zusammensetzung und seinen Oberflächeneigenschaften abhängt. Es ist auch möglich, mit dieser Technik eindeutige Informationen sowohl über die Oberflächen- als auch die Volumeneigenschaften der Probe zu erhalten. Die Reflexionsspektroskopie kann eine wertvolle Technik sein, um die Zusammensetzung von Hart- oder Weichgewebe zu erkennen.
Fluoreszenzspektroskopie: Hierbei handelt es sich um eine Art der elektromagnetischen Spektroskopie, bei der die Fluoreszenz einer Probe analysiert wird. Dabei wird ein Lichtstrahl, in der Regel UV-Licht, verwendet, der eine Materialverbindung anregt und sie dazu bringt, Licht zu emittieren, normalerweise im sichtbaren oder IR-Bereich. Das Verfahren eignet sich für die Analyse einiger organischer Komponenten wie Hart- und Weichgewebe.
Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR): Dies ist ein Verfahren zur einfachen und schnellen Materialanalyse. Diese Technik hat eine relativ gute räumliche Auflösung und liefert Informationen über die chemische Zusammensetzung des Materials.
Raman-Spektroskopie: Die chemische Raman-Analyse zeigt eine gute Genauigkeit bei der Identifizierung von harten und weichen Gewebebestandteilen. Da es sich um eine Technik mit hoher räumlicher Auflösung handelt, ist sie auch für die Bestimmung der Verteilung von Komponenten innerhalb eines Ziels nützlich.
In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Arten der Spektroskopie innerhalb des Endoskops 20 verwendet werden, um das Vorhandensein von reflektiertem Licht zu erkennen. Ein vom Ziel reflektiertes Signal der endoskopischen Lichtquelle kann schnell erfasst und durch die chirurgische Laserfaser an das Spektrometer weitergeleitet werden. Alternativ kann der Detektor auch ein einfaches optisches Modul sein, das auf die Erkennung der relevanten endoskopischen Wellenlänge ausgerichtet ist.
Wie in 1 und 2 dargestellt, verwendet der Feedbackanalysator 50 das durch die chirurgische Laserfaser 22 zurückgestrahlte Licht als Rückmeldung, um festzustellen, ob das distale Ende der chirurgischen Laserfaser 22 über das distale Ende des Arbeitskanals 36 des Endoskops 20 hinaus vorgerückt ist. In einigen Ausführungsformen kann der Feedbackanalysator 50 feststellen, dass sich die chirurgische Laserfaser 22 vollständig im Arbeitskanal 36 befindet, und kann dies dem Benutzer beispielsweise durch ein rotes Licht (oder ein ähnliches Signal) anzeigen. Auf der Grundlage der Rückmeldung kann der Feedbackanalysator 50 mit der Laserverriegelung 42 verbunden werden, um zu verhindern, dass der Laser 40 aktiviert wird, selbst wenn er sich im Emissionsmodus befindet und der Benutzer einen absichtlichen Versuch unternimmt, den Laser zu aktivieren. Die Laserverriegelung 42 würde auch das unbeabsichtigte Aktivieren des Lasers 40 verhindern. Solange die chirurgische Laserfaser 22 das Endoskop 20 nicht verlassen hat, indem sie aus der Hülle 34 herausragt, wird der Laser 40 aufgrund der Reflexion der Lichtquelle 24, die durch die chirurgische Laserfaser 22 zurückgeliefert wird, nicht aktiviert.
Eine Laseremission kann von Weich- oder Hartgewebe, Stein usw. stark absorbiert werden. In 4 sind optische Absorptionsspektren, die in verschiedenen Medien über einen Wellenlängenbereich gemessen wurden, allgemein bei 400 dargestellt. Dargestellt sind Spektren für Wasser 410A-410C (bei 75 %, 100 % bzw. 4 % Konzentration), Spektren für Hämoglobin (Hb) 420, Spektren für Oxyhämoglobin (HbO₂) 430 und Spektren für Melanin 440A-440D (für Volumenanteile von Melanosomen von 2 %, 13 %, 30 % bzw. 100 %). Die Wellenlängen für die Wasserabsorption liegen im Bereich von 1900 nm bis 3000 nm. Die Wellenlängen für Oxyhämoglobin und/oder Oxyhämoglobin bewegen sich im Bereich von 400 nm bis 520 nm.
1, 4, 5 und 6 zeigen, wie das Endoskop 20 in Verbindung mit dem System 10 verwendet werden kann. 4 zeigt die Absorption der Lasertechnologie in verschiedenen Medien. Obwohl viele chirurgische Laser in Wasser oder Hämoglobin stark absorbiert werden, gibt es im Inneren eines Endoskops nur wenige Medien, die das Wasser absorbieren können, was ein Grund dafür sein kann, dass das Innere eines Endoskops durch Laserenergie beschädigt wird. 1 zeigt den grundlegenden Aufbau des Systems 10 zur Erfassung des Reflexionsgrads der Lichtquelle 24. 5 zeigt bei 500 den spektroskopischen Ausgang 510 des von der Lichtquelle 24 reflektierten Lichts, wie es durch die chirurgische Laserfaser 22 detektiert wird, während sich die chirurgische Laserfaser 22 durch den Arbeitskanal 36 des Endoskops 20 bewegt (entweder vorwärts oder rückwärts). 6 zeigt den grundlegenden Aufbau der chirurgischen Laserfaser 2.2, wie sie durch den Arbeitskanal 36 läuft und ein distales Ende des Endoskops 20 verlässt.
7 zeigt Machbarkeitsdaten zur Identifizierung des Zeitpunkts, zu dem die chirurgische Laserfaser 22 den Arbeitskanal 36 verlässt, im Allgemeinen unter 700. Die Daten wurden gesammelt, indem eine chirurgische Laserfaser 22 mit einem 200-µm-Kern in ein flexibles Ureteroskop vorgeschoben wurde, wobei eine kompatible Lichtquelle 24 als Lichtsignalquelle diente. Diese Durchführbarkeitsdaten 700 zeigen einen signifikanten Anstieg 710 eines detektierten Signals 720, wenn sich die chirurgische Laserfaser 22 zum Ende des Arbeitskanals 36 bewegt, und dass es möglich ist, zwischen der in den Arbeitskanal 36 zurückgezogenen und über ihn hinaus vorgeschobenen chirurgischen Laserfaser 22 zu unterscheiden. Mit dieser Erkennungstechnik können die Daten des optischen Detektors 30 im Feedbackanalysator 50 verarbeitet werden, um eine unbeabsichtigte Laseremission zu verhindern.
8A und 8B zeigen einen Simulationsaufbau 800, bei dem Licht von der chirurgischen Laserfaser 22 in einen Behälter mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung und Kalziumoxalat-Hydratpulver abgelenkt wird, wodurch ähnliche Zusammensetzungen simuliert werden, wie sie bei einem klinischen Eingriff auftreten können. 8A zeigt einen Versuchsaufbau, bei dem das Licht in eine phosphatgepufferte Lösung 810 (PBS 810) abgelenkt wird, und 8B zeigt einen Versuchsaufbau, bei dem das Licht in PBS mit Kalziumoxalat-Hydrat 820 abgelenkt wird. Der Aufbau in 8B liefert eine trübe, weiße Calciumoxalat-Hydrat-Lösung 820 (schattiert dargestellt) im Gegensatz zu einer klaren und transparenten phosphatgepufferten Lösung 810. Die Calciumoxalat-Hydrat-Lösung 820 kann zusätzliche Reflexion und Lichtstreuung fördern.
Die Datenpunkte in 9 bei 900 veranschaulichen die Reflexion, wenn das Licht des Endoskops 20 in die PBS- (offene Kreise) und die PBS-Calciumoxalat-Lösung (PBS mit COM, gefüllte Kreise) abgelenkt wird. Bei 910 zeigen diese Daten eine höhere Erkennung des Quellenlichtsignals, während sich die chirurgische Laserfaser 22 im Arbeitskanal 36 des Endoskops 20 befindet, und dass die Datentrends dieselben sind wie bei der Prüfung in Luft. Die im Feedbackanalysator 50 implementierten Algorithmen wären in der Lage, Trends in den Daten zu berücksichtigen und zu bestimmen, wann die chirurgische Laserfaser 22 aus dem distalen Ende des Endoskops 20 herausragt.
Schäden am Endoskop, die durch versehentliches Aktivieren des Lasers innerhalb des Arbeitskanals 36 entstehen, können auf eine transparente Auskleidung des Arbeitskanals des Endoskops 20 zurückgeführt werden. 10 ist ein Diagramm 1000, das eine transparente Auskleidung 1010 auf dem Lumen des Arbeitskanals 36 zeigt. Während des chirurgischen Eingriffs kann eine unbeabsichtigte Laseremission, wenn sich die Laserfaser 22 im Arbeitskanal 36 befindet, dazu führen, dass die Laserenergie 1001 aus den Seiten der transparenten Auskleidung 1010 austritt, was zu einer Beschädigung der inneren Komponenten des Endoskops 20 führen kann, z. B. derjenigen, die an die transparente Auskleidung 1010 und an das distale Ende des Endoskops 20 angrenzen.
Das vorliegende Dokument erörtert gemäß verschiedenen Beispielen Lösungen zur Vermeidung oder Verringerung von Schäden aufgrund versehentlicher Laseraktivierung aus dem Arbeitskanal 36. 11 zeigt ein Beispiel eines Endoskops 1100, das eine reflektierende Beschichtung 1020 über der transparenten Auskleidung 1010 des Arbeitskanals 36 aufweist. Die reflektierende Beschichtung 1020 kann im Wellenlängenbereich der Laseremission aus reflektierendem Material wie Aluminium, Silber, Gold oder Kupfer bestehen. In einigen Beispielen kann die reflektierende Oberfläche eine reflektierende Beschichtung aus Bariumsulfat, Magnesiumoxid, Polytetrafluorethylen (PTFE), einer dielektrischen hochreflektierenden Beschichtung (FIR), einem dichroitischen Spiegel oder einer reflektierenden photonischen Struktur umfassen. Die reflektierende Beschichtung 1002 kann u. a. durch Vakuummetallisierung/-abscheidung, Sprühbeschichtung, Aufdampfen, leitfähige Lackierung oder Flammspritzen aufgebracht werden.
Wie in 11 dargestellt, kann die von der Laserfaser 22 emittierte Laserenergie 1002, wenn sie sich innerhalb des Arbeitskanals 36 befindet, im Wesentlichen von der reflektierenden Beschichtung 1020 reflektiert werden. Die Laserenergie 1002 prallt an den Wänden der Auskleidung 1010 ab und breitet sich zum distalen Ende des Arbeitskanals 36 und aus diesem heraus aus. Auf diese Weise kann das Ausmaß der durch die Laserdispersion verursachten Schäden an verschiedenen Komponenten des Endoskops erheblich reduziert werden. Ein Endoskop mit der hier beschriebenen reflektierenden Beschichtung des Arbeitskanals kann vorteilhaft versehentliche Beschädigungen des Endoskops während des Eingriffs minimieren, die Eingriffs- und Reparaturkosten für wiederverwendbare Endoskope reduzieren und die Zeitspanne, in der die wiederverwendbaren Endoskope außer Betrieb sind, verkürzen. In einigen Beispielen kann die reflektierende Beschichtung auf die Auskleidungen eines Endoskops für den einmaligen Gebrauch aufgebracht werden, wodurch versehentliche Beschädigungen, die bei mehreren Endoskopen für ein Verfahren auftreten können, minimiert werden.
Im Folgenden werden verschiedene nicht begrenzte, beispielhafte Ausführungsformen näher beschrieben. Die nachstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen können in Verbindung mit einem oder mehreren anderen Aspekten oder beispielhaften Ausführungsformen ausgeführt werden. Das heißt, die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, wie die unten beschriebenen, können in jeder beliebigen Kombination implementiert, praktiziert oder verwendet werden (zum Beispiel jede Kombination, die geeignet, praktikabel und/oder machbar ist) und sind nicht nur auf die hier beschriebenen und/oder in den beigefügten Ansprüchen enthaltenen Kombinationen beschränkt.
Beispiel 1 ist ein Verfahren zur Feedbacksteuerung eines chirurgischen Lasersystems, wobei das Verfahren umfasst: Richten von Licht von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel; optisches Erfassen einer Menge des von dem Ziel reflektierten Lichts; Übertragen der optisch erfassten Lichtmenge durch eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt; Bestimmen, basierend auf der optisch erfassten Lichtmenge, einer Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops; und Erzeugen eines Steuersignals für das chirurgische Lasersystem, um die Laseremission durch die Laserfaser anzupassen.
Der Gegenstand von Beispiel 1 enthält in Beispiel 2 optional, wobei das Bestimmen der Position des distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops enthält: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, Bestimmen, dass sich das distale Ende der Laserfaser über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, Bestimmen, dass sich das distale Ende der Laserfaser nicht über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt, und Erzeugen eines Steuersignals, um den Laser daran zu hindern, Laserenergie durch die Laserfaser auszusenden.
Der Gegenstand von Beispiel 2 enthält in Beispiel 3 optional die Bereitstellung eines ersten Indikators für den Benutzer, dass sich das distale Ende der Laserfaser über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt, und eines zweiten Indikators, dass sich das distale Ende der Laserfaser nicht über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt.
In Beispiel 4 enthält der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-3 optional, wobei die Bestimmung der Position des distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops auf einer Zunahme oder einer Steigerungsrate der erfassten Lichtmenge über die Zeit basiert.
In Beispiel 5 enthält der Gegenstand eines oder mehrere der Beispiele 1-4 optional, wobei das Erzeugen des Steuersignals für das chirurgische Lasersystem enthält: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, Erzeugen eines Steuersignals, um dem chirurgischen Lasersystem zu erlauben, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, Erzeugen eines Steuersignals, um zu verhindern, dass das chirurgische Lasersystem Laserenergie durch die Laserfaser eimittiert.
Der Gegenstand von Beispiel 5 enthält in Beispiel 6 optional das Erfassen einer Wellenlänge des gerichteten Lichts unter Verwendung eines optischen Detektors, wobei die Erzeugung des Steuersignals für das chirurgische Lasersystem zur Emission von Laserenergie weiterhin auf der erfassten Wellenlänge des gerichteten Lichts basiert.
Der Gegenstand von Beispiel 6 enthält in Beispiel 7 optional die Identifizierung des Ziels als einen von einer Vielzahl von Zieltypen auf der Grundlage des von dem Ziel reflektierten Lichts unter Verwendung eines Feedbackanalysators; und wobei die Erzeugung des Steuersignals für das chirurgische Lasersystem zur Einstellung der Laseremission ferner auf der Identifizierung des Ziels basiert.
Der Gegenstand von Beispiel 7 enthält in Beispiel 8 optional die Bestimmung einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften des von dem Ziel reflektierten Lichts unter Verwendung eines Spektroskopiesystems und die Identifizierung des Ziels auf der Grundlage der einen oder mehreren spektroskopischen Eigenschaften.
Der Gegenstand von Beispiel 8 enthält in Beispiel 9 optional, wobei die Bestimmung einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften die Verwendung von mindestens einem der folgenden Verfahren enthält: UV-VIS-Reflexionsspektroskopie; Fluoreszenzspektroskopie; Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie; oder Raman-Spektroskopie.
Beispiel 10 ist ein Laserfeedback-Steuerungssystem, das Folgendes umfasst: ein Endoskop mit einem optischen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er eine von einem Ziel reflektierte Lichtmenge als Reaktion auf die Beleuchtung des Ziels von einem distalen Ende des Endoskops erfasst; eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt, wobei die Laserfaser so konfiguriert ist, dass sie die erfasste Lichtmenge, die von dem Ziel reflektiert wird, überträgt; und einen Controller, der so konfiguriert ist, dass er: basierend auf der optisch erfassten Lichtmenge eine Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops bestimmt und ein Steuersignal für ein chirurgisches Lasersystem erzeugt, um die Laseremission durch die Laserfaser einzustellen.
Der Gegenstand von Beispiel 10 enthält in Beispiel 11 optional, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die Position des distalen Endes der Laserfaser bestimmt, enthaltend: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, bestimmt er, dass das distale Ende der Laserfaser über das distale Ende des Endoskops hinausragt; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, bestimmt er, dass das distale Ende der Laserfaser nicht über das distale Ende des Endoskops hinausragt.
In Beispiel 12 enthält der Gegenstand eines oder mehrere der Beispiele 10 bis 11 optional eine Laserverriegelung, die mit dem chirurgischen Lasersystem verbunden ist, wobei die Laserverriegelung so konfiguriert ist, dass sie gemäß dem Steuersignal dem chirurgischen Lasersystem ermöglicht, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren, wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, und das chirurgische Lasersystem daran hindert, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren, wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist.
In Beispiel 13 enthält der Gegenstand eines oder mehrere der Beispiele 10 bis 12 optional: ein Spektroskopiesystem, das so konfiguriert ist, dass es eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften aus dem von dem Ziel reflektierten Licht bestimmt; und einen Feedbackanalysator, der so konfiguriert ist, dass er das Ziel auf der Grundlage der einen oder mehreren spektroskopischen Eigenschaften als einen von einer Vielzahl von Zieltypen identifiziert; wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er das Steuersignal für das chirurgische Lasersystem erzeugt, um die Laseremission auf der Grundlage der Identifizierung des Ziels weiter anzupassen.
Der Gegenstand von Beispiel 13 enthält in Beispiel 14 optional, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage einer Zunahme oder einer Steigerungsrate der erfassten Lichtmenge über die Zeit bestimmt.
Beispiel 15 ist eine Vorrichtung, umfassend: mindestens einen Prozessor und mindestens einen nicht-transitorischen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor bewirken, dass die Vorrichtung mindestens Folgendes durchführt: Richten von Licht von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel; optisches Erfassen einer Menge des gerichteten Lichts, das von dem Ziel reflektiert wird; Übertragen der optisch erfassten Lichtmenge durch eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt; Bestimmen, basierend auf der optisch erfassten Lichtmenge, einer Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops; und Erzeugen eines Steuersignals für ein chirurgisches Lasersystem, um die Laseremission durch die Laserfaser einzustellen.
Der Gegenstand von Beispiel 15 enthält in Beispiel 16 optional, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, um mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung zu veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, zu ermitteln, dass sich das distale Ende der Laserfaser über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, zu ermitteln, dass sich das distale Ende der Laserfaser nicht über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt, und ein Steuersignal zu erzeugen, um zu verhindern, dass das chirurgische Lasersystem Laserenergie durch die Laserfaser aussendet.
In Beispiel 17 enthält der Gegenstand eines oder mehrere der Beispiele 15-16 optional, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, die Position des distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage eines Anstiegs oder einer Anstiegsrate der erfassten Lichtmenge über die Zeit zu bestimmen.
In Beispiel 18 enthält der Gegenstand eines oder mehrere der Beispiele 15 bis 17 optional, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, Erzeugen eines Steuersignals, um dem chirurgischen Lasersystem zu erlauben, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, Erzeugen eines Steuersignals, um zu verhindern, dass das chirurgische Lasersystem Laserenergie durch die Laserfaser emittiert.
Der Gegenstand von Beispiel 18 enthält in Beispiel 19 optional, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: Identifizieren des Ziels als einen von einer Vielzahl von Zieltypen auf der Grundlage des von dem Ziel reflektierten Lichts; und Erzeugen eines Steuersignals für das chirurgische Lasersystem, um die Laseremission auf der Grundlage der Identifizierung des Ziels anzupassen.
Der Gegenstand von Beispiel 19 enthält in Beispiel 20 optional, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: Bestimmen einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften des von dem Ziel reflektierten Lichts; und Identifizieren des Ziels als einen der Vielzahl von Zieltypen auf der Grundlage der einen oder mehreren spektroskopischen Eigenschaften.
Zusätzliche Hinweise
Die obige ausführliche Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen Elementen weitere Elemente enthalten. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung denken jedoch auch an Beispiele, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Darüber hinaus ziehen die Erfinder auch Beispiele in Betracht, bei denen eine beliebige Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwendet wird, entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere hier gezeigte oder beschriebene Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon).
In diesem Dokument werden die Begriffe „eine/eine“ oder „ein“, wie in Patentdokumenten üblich, verwendet, um eines oder mehr als eines einzuschließen, unabhängig von allen anderen Fällen oder Verwendungen von „mindestens einem“ oder „eines oder mehrere“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um sich auf ein nicht ausschließendes „oder“ zu beziehen, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ enthält, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Begriffe „enthalten“ und „in denen“ als einfache Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Auch in den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „enthalten“ und „umfassend“ offen, d. h. ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das Elemente zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgeführten Elementen enthält, fällt immer noch in den Anwendungsbereich des Anspruchs. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. lediglich als Kennzeichnung verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen an ihre Gegenstände stellen.
Die obige Beschreibung dient der Veranschaulichung und ist nicht restriktiv. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, z. B. von einem Fachmann, der sich mit der obigen Beschreibung auskennt. Die Zusammenfassung wird in Übereinstimmung mit 37 C.F.R. §1.72(b) zur Verfügung gestellt, um dem Leser zu ermöglichen, die Art der technischen Offenbarung schnell zu erfassen. Sie wird mit der Maßgabe vorgelegt, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. In der obigen ausführlichen Beschreibung können auch verschiedene Merkmale zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu vereinfachen. Dies ist nicht so zu verstehen, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten Ausführungsform liegen. Daher werden die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich genommen eine separate Ausführungsform darstellt, und es wird in Betracht gezogen, dass diese Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Umfang der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.

Claims

Verfahren zur rückgekoppelten Steuerung eines chirurgischen Lasersystems, wobei das Verfahren umfasst: Richten von Licht von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel; optisches Erfassen einer Menge des vom Ziel reflektierten Lichts; Übertragen der optisch erfassten Lichtmenge durch eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt; Bestimmen einer Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage der optisch erfassten Lichtmenge; und Erzeugen eines Steuersignals für das chirurgische Lasersystem, um die Laseremission durch die Laserfaser einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Position des distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops enthält: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, Bestimmen, dass sich das distale Ende der Laserfaser über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, die Bestimmung, dass sich das distale Ende der Laserfaser nicht über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt, und die Erzeugung eines Steuersignals, um den Laser daran zu hindern, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass einem Benutzer ein erster Indikator für das distale Ende der Laserfaser, das sich über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt, und ein zweiter Indikator für das distale Ende der Laserfaser, das sich nicht über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt, angezeigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bestimmung der Position des distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops auf einer Zunahme oder einer Steigerungsrate der erfassten Lichtmenge im Laufe der Zeit basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erzeugen des Steuersignals für das chirurgische Lasersystem Folgendes enthält: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, Erzeugen eines Steuersignals, um dem chirurgischen Lasersystem zu erlauben, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, das Erzeugen eines Steuersignals, um das chirurgische Lasersystem daran zu hindern, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Erfassen einer Wellenlänge des gerichteten Lichts unter Verwendung eines optischen Detektors umfasst, wobei das Erzeugen des Steuersignals für das chirurgische Lasersystem zur Emission von Laserenergie ferner auf der erfassten Wellenlänge des gerichteten Lichts basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner das Identifizieren des Ziels als einen von einer Vielzahl von Zieltypen auf der Grundlage des von dem Ziel reflektierten Lichts unter Verwendung eines Feedbackanalysators umfasst; und wobei das Erzeugen des Steuersignals für das chirurgische Lasersystem zum Einstellen der Laseremission weiterhin auf der Identifizierung des Ziels basiert.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die Bestimmung einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften des von dem Ziel reflektierten Lichts unter Verwendung eines Spektroskopiesystems und die Identifizierung des Ziels auf der Grundlage der einen oder mehreren spektroskopischen Eigenschaften umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bestimmung einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften die Verwendung von mindestens einer der folgenden Eigenschaften enthält: einer UV-VIS-Reflexionsspektroskopie; einer Fluoreszenzspektroskopie; einer Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie; oder einer Raman-Spektroskopie.
Laserfeedback-Steuersystem, umfassend: ein Endoskop mit einem optischen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er eine von einem Ziel reflektierte Lichtmenge in Reaktion auf die Beleuchtung des Ziels von einem distalen Ende des Endoskops aus erfasst; eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt, wobei die Laserfaser so konfiguriert ist, dass sie die erfasste Menge des vom Ziel reflektierten Lichts überträgt; und einen Controller, der konfiguriert ist, um: auf der Grundlage der optisch erfassten Lichtmenge eine Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops zu bestimmen; und ein Steuersignal für ein chirurgisches Lasersystem zu erzeugen, um die Laseremission durch die Laserfaser einzustellen.
Laserfeedback-Steuersystem nach Anspruch 10, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die Position des distalen Endes der Laserfaser bestimmt, enthaltend: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, zu bestimmen, dass sich das distale Ende der Laserfaser über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, zu bestimmen, dass das distale Ende der Laserfaser nicht über das distale Ende des Endoskops hinausragt.
Laserfeedback-Steuersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 11, das eine mit dem chirurgischen Lasersystem verbundene Laserverriegelung umfasst, wobei die Laserverriegelung so konfiguriert ist, dass sie gemäß dem Steuersignal: dem chirurgischen Lasersystem ermöglicht, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren, wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist; und das chirurgische Lasersystem daran hindert, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren, wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist.
Laserfeedback-Steuersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das ferner umfasst: ein Spektroskopiesystem, das so konfiguriert ist, dass es eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften aus dem von dem Ziel reflektierten Licht bestimmt; und einen Feedbackanalysator, der so konfiguriert ist, dass er das Ziel als einen von einer Vielzahl von Zieltypen auf der Grundlage der einen oder mehreren spektroskopischen Eigenschaften identifiziert; wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er das Steuersignal für das chirurgische Lasersystem erzeugt, um die Laseremission auf der Grundlage der Identifizierung des Ziels weiter anzupassen.
Laserfeedback-Steuersystem nach Anspruch 13, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage eines Anstiegs oder einer Anstiegsrate der erfassten Lichtmenge über die Zeit bestimmt.
Vorrichtung, umfassend: mindestens einen Prozessor; und mindestens einen nicht-transitorischen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung zumindest dazu veranlassen, Folgendes durchzuführen: Richten von Licht von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel; optisches Erfassen einer Menge des gerichteten Lichts, das von dem Ziel reflektiert wird; Übertragen der optisch erfassten Lichtmenge durch eine Laserfaser, die sich durch einen Arbeitskanal des Endoskops erstreckt; Bestimmen einer Position eines distalen Endes der Laserfaser relativ zu dem distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage der optisch erfassten Lichtmenge; und Erzeugen eines Steuersignals für ein chirurgisches Lasersystem zur Einstellung der Laseremission durch die Laserfaser.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, zu bestimmen, dass sich das distale Ende der Laserfaser über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, festzustellen, dass sich das distale Ende der Laserfaser nicht über das distale Ende des Endoskops hinaus erstreckt, und Erzeugen eines Steuersignals, um zu verhindern, dass das chirurgische Lasersystem Laserenergie durch die Laserfaser aussendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, die Position des distalen Endes der Laserfaser relativ zum distalen Ende des Endoskops auf der Grundlage eines Anstiegs oder einer Anstiegsrate der erfassten Lichtmenge über die Zeit zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: wenn die optisch erfasste Lichtmenge größer als ein festgelegter Wert ist, Erzeugen eines Steuersignals, um dem chirurgischen Lasersystem zu erlauben, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren; und wenn die optisch erfasste Lichtmenge kleiner als ein festgelegter Wert ist, Erzeugen eines Steuersignals, um das chirurgische Lasersystem daran zu hindern, Laserenergie durch die Laserfaser zu emittieren.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: Identifizieren des Ziels als einen von einer Vielzahl von Zieltypen auf der Grundlage des von dem Ziel reflektierten Lichts; und Erzeugen eines Steuersignals für das chirurgische Lasersystem, um die Laseremission auf der Grundlage der Identifizierung des Ziels anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der mindestens eine nicht-transitorische Speicher und der Computerprogrammcode so konfiguriert sind, dass sie mit dem mindestens einen Prozessor die Vorrichtung veranlassen, mindestens Folgendes durchzuführen: Bestimmen einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften des von dem Ziel reflektierten Lichts; und Identifizieren des Ziels als einen der Vielzahl von Zieltypen auf der Grundlage der einen oder mehreren spektroskopischen Eigenschaften.