DE112020003749T5 - Selektives laserzünden für gewebesicherheit - Google Patents

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Sergey A. Bukesov
Rachel D. Schnakenberg
Kurt G. Shelton
Brian M. Talbot
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Abstract

Es werden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Identifizieren unterschiedlicher Strukturtypen mit unterschiedlicher Zusammensetzung, in vivo, und zum entsprechenden Anpassen der chirurgischen Laserausgabe bei einem medizinischen Eingriff offenbart. Ein beispielhaftes Laserbehandlungssystem umfasst ein Lasersystem, das konfiguriert ist, um einen Laserstrahl zur Abgabe an ein Ziel in einem Körper zu erzeugen, und eine Regelungsschaltung, die konfiguriert ist, um ein vom Ziel reflektiertes Signal als Reaktion auf von einer Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu empfangen und um aus dem reflektierten Signal eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften zu erzeugen. Die Regelungsschaltung kann das Ziel als einen von mehreren Strukturtypen, wie beispielsweise Gewebetypen oder Konkrementtypen mit entsprechenden Zusammensetzungen, unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, identifizieren. Das Lasersystem kann gesteuert werden, um in einem Betriebsmodus basierend auf der Zielidentifikation zu arbeiten.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/882,837 , eingereicht am 5. August 2019, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/017,450 , eingereicht am 29. April, 2020, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das vorliegende Dokument bezieht sich allgemein auf ein laserchirurgisches System und insbesondere auf ein Laser-Endoskopiesystem zum selektiven Anwenden chirurgischer Laser auf ein Ziel unter Beibehaltung der Gewebesicherheit.
  • HINTERGRUND
  • Endoskope werden typischerweise verwendet, um Zugang zu einer im Körperinneren gelegenen Stelle eines Patienten zu bieten, so dass ein Arzt einen visuellen Zugang erhält.
    Einige Endoskope werden in der minimalinvasiven Chirurgie verwendet, um unerwünschtes Gewebe oder Fremdkörper aus dem Körper des Patienten zu entfernen.
    Ein Nephroskop wird beispielsweise von einem Kliniker verwendet, um das Nierensystem zu untersuchen und verschiedene Eingriffe unter direkter visueller Kontrolle durchzuführen. Bei einer perkutanen Nephrolithotomie (PCNL) wird ein Nephroskop durch die Lende des Patienten in das Nierenbecken eingeführt. Konkremente oder Massen aus verschiedenen Bereichen eines Körpers, einschließlich zum Beispiel der Harnwege, der Gallenblase, der Nasenwege, des Magen-Darm-Trakts, des Magens oder der Mandeln, können sichtbar gemacht und extrahiert werden.
  • Laser- oder Plasmasysteme sind verwendet worden, um chirurgische Laserenergie an verschiedene Zielbehandlungsbereiche wie Weich- oder Hartgewebe bereitzustellen. Beispiele für die Lasertherapie sind Ablation, Koagulation, Verdampfung, Fragmentierung usw. Bei Lithotripsieanwendungen wurde der Laser verwendet, um Konkrementstrukturen in Niere, Gallenblase, Harnleiter und anderen steinbildenden Regionen aufzubrechen oder große Konkremente in kleineren Fragmenten zu entfernen. Bei der endoskopischen Lasertherapie ist es wünschenswert, dass Laser nur auf Zielbehandlungsstrukturen (z. B. Konkremente oder Krebsgewebe) angewendet und nicht zu behandelnde Gewebe vor unbeabsichtigter Laserbestrahlung verschont werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das vorliegende Dokument beschreibt Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Identifizieren unterschiedlicher Gewebe- oder Konkrementtypen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, in vivo, während eines medizinischen Eingriffs, wie zum Beispiel einer Laser-Endoskopie, und zum automatischen Anpassen der Therapie entsprechend dem identifizierten Gewebe- oder Konkrementtyp. Ein beispielhaftes elektrochirurgisches Behandlungssystem umfasst ein elektrochirurgisches Energiesystem, das konfiguriert ist, um elektrochirurgische Energie zur Abgabe an ein Ziel in einem Körper einer Person zu erzeugen, und eine Regelungsschaltung, die konfiguriert ist, um ein von dem Ziel reflektiertes Signal als Reaktion auf die von einer Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu empfangen und aus dem reflektierten Signal eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften zu erzeugen. Die Regelungsschaltung kann das Ziel als einen von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften identifizieren und einen Betriebsmodus des elektrochirurgischen Energiesystems basierend auf der Identifizierung des Ziels bestimmen. In einem Beispiel kann die Regelungsschaltung das elektrochirurgische Energiesystem steuern, um elektrochirurgische Energie an einen bestimmten Zieltyp von Interesse bereitzustellen, wie etwa einen Konkrementyp oder Krebsgewebe, und um die Lasereinstellung basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp oder Konkrementtyp anzupassen.
  • Beispiel 1 bezieht sich auf ein elektrochirurgisches Behandlungssystem, umfassend: ein elektrochirurgisches Energiesystem, das konfiguriert ist, um elektrochirurgische Energie zur Abgabe an ein Ziel in einem Körper eines Patienten zu erzeugen; und eine Regelungsschaltung, die konfiguriert ist zum: Empfangen eines von dem Ziel reflektierten Signals als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung, die von einer Lichtquelle erzeugt wird; Erzeugen einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften aus dem empfangenen reflektierten Signal; Identifizieren, unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, des Ziels als einen von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen; und Bestimmen eines Betriebsmodus des elektrochirurgischen Energiesystems basierend auf der Identifizierung des Ziels, wobei der Betriebsmodus die Abgabe oder das Zurückhalten der Abgabe der elektrochirurgischen Energie umfasst, oder einer Energieparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem.
  • In Beispiel 2 umfasst der Gegenstand von Beispiel 1 optional, dass das elektrochirurgische Energiesystem ein Lasersystem umfasst, das konfiguriert ist, um einen Laserstrahl zur Abgabe an das Ziel im Körper des Patienten zu erzeugen, und die Energieparametereinstellung eine Laserparametereinstellung umfasst.
  • In Beispiel 3 umfasst der Gegenstand von Beispiel 2 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist zum: Erzeugen eines Reflexionsspektrums unter Verwendung des empfangenen reflektierten Signals, wobei das Reflexionsspektrum Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen repräsentiert; und zum Erzeugen der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, einschließlich des Extrahierens von einem oder mehreren spektralen Merkmalen aus dem Reflexionsspektrum, einschließlich: einer Reflexionsintensität bei einer spezifischen Wellenlänge; eines statistischen Merkmals des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen; oder ein grafisches Merkmal einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums.
  • In Beispiel 4 umfasst der Gegenstand von Beispiel 3 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um das Ziel, unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, als eine Konkrementstruktur oder eine anatomische Struktur zu identifizieren.
  • In Beispiel 5 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 3-4 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist, zum: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Konkrementtypen mit seinen jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; Anpassen einer Laserparametereinstellung für das Lasersystem basierend auf dem klassifizierten Konkrementtyp des Ziels; und Erzeugen eines Steuersignals an das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Konkrementtyps gemäß der eingestellten Laserparametereinstellung abzugeben.
  • In Beispiel 6 umfasst der Gegenstand von Beispiel 5 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um das Ziel als ein Konkrementtyp zu klassifizieren, einschließlich mindestens eines von: einem Kalziumphosphat (CaP)-Stein; einem Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP)-Stein; einem Monohydrat-Calciumoxalat (COM)-Stein; einem Konkrement auf Cholesterinbasis; einem Dihydrat-Calciumoxalat (COD)-Stein; oder einem Harnsäure(UA)-Stein.
  • In Beispiel 7 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 3-6 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist, zum: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Gewebetypen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp des Ziels.
  • In Beispiel 8 umfasst der Gegenstand von Beispiel 7 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist zum: Klassifizieren des Ziels als einen Behandlungsbereich oder nicht zu behandelnden Bereich unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und zum Erzeugen eines Steuersignals an das Lasersystem, um einen Laserstrahl an den Behandlungsbereich abzugeben und um die Abgabe eines Laserstrahls an den nicht zu behandelnden Bereich zu unterdrücken.
  • In Beispiel 9 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 7-8 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist zum: Klassifizieren des Ziels als normales Gewebe oder Krebsgewebe unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen eines Steuersignals an das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Krebsgewebes abzugeben, und um die Abgabe eines Laserstrahls zurückzuhalten, wenn das Ziel als normales Gewebe klassifiziert wird.
  • In Beispiel 10 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-9 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um den Betriebsmodus des elektrochirurgischen Energiesystems zu bestimmen, einschließlich eines ersten Betriebsmodus, wenn das Ziel als Konkrementstruktur identifiziert wird, eines zweiten Betriebsmodus, wenn das Ziel als anatomische Struktur identifiziert wird, oder eines dritten Betriebsmodus, wenn das Ziel weder als anatomische Struktur noch als Konkrementstruktur identifiziert wird.
  • In Beispiel 11 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 2-9 optional ein Endoskop, das mit dem Lasersystem gekoppelt ist, wobei das Endoskop die Regelungsschaltung und mindestens einen optischen Weg beinhaltet, der konfiguriert ist, um den Laserstrahl und/oder das vom Ziel reflektierte Signal und/oder die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu übertragen.
  • In Beispiel 12 umfasst der Gegenstand von Beispiel 11 optional, dass die Regelungsschaltung ferner konfiguriert ist zum: Berechnen einer Entfernung zwischen dem Ziel und einem distalen Ende des mindestens einen optischen Wegs unter Verwendung mindestens einer der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems einschließlich des Abgebens des Laserstrahls an das Ziel, wenn (1) das Ziel als ein Behandlungsstrukturtyp identifiziert wird und (2) die berechnete Entfernung innerhalb eines spezifizierten Laserbrennbereichs liegt.
  • In Beispiel 13 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 11-12 optional, dass der mindestens eine optische Weg einen ersten optischen Weg umfasst, der dazu konfiguriert ist, das von dem Ziel reflektierte Signal an einen spektroskopischen Sensor zu übertragen, der mit der Regelungsschaltung gekoppelt ist.
  • In Beispiel 14 umfasst der Gegenstand von Beispiel 13 optional, dass der erste optische Weg ferner konfiguriert ist, um den Laserstrahl zu dem Ziel zu übertragen.
  • In Beispiel 15 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 13-14 optional, dass der erste optische Weg ferner konfiguriert ist, um die elektromagnetische Strahlung von der Lichtquelle zum Ziel zu übertragen.
  • In Beispiel 16 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 13-15 optional, dass der mindestens eine optische Weg einen zweiten optischen Weg umfasst, der von dem ersten optischen Weg getrennt ist, wobei der zweite optische Weg dazu konfiguriert ist, den Laserstrahl zum Ziel zu übertragen.
  • In Beispiel 17 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 11-16 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um die eine oder mehrere der spektroskopischen Eigenschaften weiter unter Verwendung von Informationen über einen Außendurchmesser des mindestens einen optischen Wegs zu erzeugen.
  • In Beispiel 18 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 11-17 optional, dass die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um die eine oder mehrere der spektroskopischen Eigenschaften weiter unter Verwendung von Informationen über einen Vorsprungswinkel eines distalen Endes des mindestens einen optischen Wegs relativ zu dem Endoskop zu erzeugen.
  • In Beispiel 19 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-18 optional, dass die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung eine oder mehrere der folgenden umfasst: ultraviolette Wellen; sichtbare Lichtwellen; oder Infrarotwellen.
  • In Beispiel 20 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-19 optional, dass die Regelungsschaltung mit einem spektroskopischen Sensor gekoppelt ist, der konfiguriert ist, um das von dem Ziel reflektierte Signal als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung, die die Zielstruktur beleuchtet, zu erfassen, wobei der spektroskopische Sensor eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Fourier-Transformations-Infrarot (FTIR) Spektrometer; ein Raman-Spektrometer; ein UV-VIS-Spektrometer; ein UV-VIS-IR-Spektrometer; oder ein Fluoreszenzspektrometer.
  • In Beispiel 21 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-20 optional, dass die Regelungsschaltung mit einem Bildgebungssensor gekoppelt ist, der konfiguriert ist, um das von dem Ziel reflektierte Signal als Reaktion darauf zu erfassen, dass die elektromagnetische Strahlung die Zielstruktur beleuchtet.
  • Das Beispiel 22 betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrochirurgischen Energiesystems, um einem Ziel in einem Körper einer Person elektrochirurgische Energie zuzuführen, wobei das Verfahren umfasst: Beleuchten des Ziels mit elektromagnetischer Strahlung, die von einer Lichtquelle erzeugt wird; Erfassen, über einen spektroskopischen Sensor, der mit einer Regelungsschaltung verbunden ist, eines Signals, das von dem Ziel als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung reflektiert wird; Erzeugen der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften über die Regelungsschaltung unter Verwendung des erfassten reflektierten Signals; Identifizieren des Ziels über die Regelungsschaltung als einen von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen, über die Regelungsschaltung, eines Steuersignals, um ein elektrochirurgisches Energiesystem in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels zu betreiben, wobei der Betriebsmodus die Abgabe oder das Zurückhalten der Abgabe der elektrochirurgischen Energie oder einer Energieparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem umfasst.
  • In Beispiel 23 umfasst der Gegenstand von Beispiel 22 optional, dass das Steuersignal erzeugt wird, um ein Lasersystem in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels zu betreiben, wobei der Betriebsmodus das Abgeben oder Zurückhalten der Lieferung eines Laserstrahls oder eine Laserparametereinstellung für das Lasersystem umfasst.
  • In Beispiel 24 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 22-23 optional das Erzeugen eines Reflexionsspektrums unter Verwendung des erfassten reflektierten Signals, wobei das Reflexionsspektrum Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen darstellt, und wobei das Erzeugen der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften das Extrahieren eines oder mehrerer spektraler Merkmale aus dem Reflexionsspektrum umfasst, umfassend: eine Reflexionsintensität bei einer bestimmten Wellenlänge; ein statistisches Merkmal des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen; oder ein grafisches Merkmal einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums.
  • In Beispiel 25 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 23-24 optional das Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Konkrementtypen mit seinen jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, Anpassen einer Laserparametereinstellung für das Lasersystem basierend auf dem klassifizierten Konkrementtyp des Ziels, und Erzeugen eines Steuersignals für das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Konkrementtyps gemäß der eingestellten Laserparametereinstellung abzugeben.
  • In Beispiel 26 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 23-25 optional das Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Gewebetypen unter Verwendung der einen oder der mehreren spektroskopischen Eigenschaften und das Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp des Ziels.
  • In Beispiel 27 umfasst der Gegenstand von Beispiel 26 optional: Klassifizieren des Ziels als Behandlungsbereich oder nicht zu behandelnden Bereich unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen eines Steuersignals für das Lasersystem, um einen Laserstrahl an den Behandlungsbereich abzugeben und um die Abgabe eines Laserstrahls an den nicht zu behandelnden Bereich zu unterdrücken.
  • In Beispiel 28 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 26-27 optional: Klassifizieren des Ziels als normales Gewebe oder Krebsgewebe unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen eines Steuersignals für das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Krebsgewebes abzugeben und um die Abgabe eines Laserstrahls zurückzuhalten, wenn das Ziel als normales Gewebe klassifiziert wird.
  • In Beispiel 29 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 23-28 optional, dass das bestimmte Betriebsmodus des elektrochirurgischen Energiesystems einen von einem ersten Betriebsmodus, wenn das Ziel als eine Konkrementstruktur identifiziert wird, einem zweiten Betriebsmodus, wenn das Ziel als eine anatomische Struktur identifiziert wird, oder einem dritten Betriebsmodus umfasst, wenn das Ziel weder als anatomische Struktur noch als Konkrementstruktur identifiziert wird.
  • In Beispiel 30 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 23-29 optional das Berechnen eines Abstands zwischen dem Ziel und einem distalen Ende eines einem Endoskop zugeordneten optischen Wegs unter Verwendung von mindestens einer der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften und das Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems einschließlich des Abgebens des Laserstrahls an das Ziel, wenn (1) das Ziel als Behandlungsstrukturtyp identifiziert wurde und (2) die berechnete Entfernung innerhalb eines spezifizierten Laserbrennbereichs liegt.
  • In Beispiel 31 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 23-30 optional, dass das Erzeugen des einen oder der mehreren spektroskopischen Eigenschaften das Verwenden von Geometrie- und Positionierungsinformationen über mindestens einen optischen Weg umfasst, der einem Endoskop zugeordnet ist und konfiguriert ist, um den Laserstrahl, und/oder das dem vom Ziel reflektierte Signal und/oder die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu übertragen, wobei die Geometrie- und Positionierungsinformationen einen Außendurchmesser des mindestens einen optischen Wegs und/oder einen Vorsprungswinkel eines distalen Endes des mindestens einen optischen Wegs relativ zu dem Endoskop umfassen.
  • Das Beispiel 32 betrifft mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium, das Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren einer Maschine ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, Operationen auszuführen, die Folgendes umfassen: Beleuchten eines Ziels in einem Körper einer Person mit elektromagnetischer Strahlung, die von einer Lichtquelle erzeugt wird; Empfangen eines von dem Ziel reflektierten Signals als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung; Erzeugen der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften unter Verwendung des reflektierten Signals; Identifizieren des Ziels unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften als einen von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen; und Erzeugen eines Steuersignals zum Betreiben eines elektrochirurgischen Energiesystems in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels, wobei der Betriebsmodus das Abgeben oder Zurückhalten der Lieferung von elektrochirurgischer Energie oder eine Energieparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem umfasst.
  • In Beispiel 33 umfasst der Gegenstand von Beispiel 32 optional, dass das Steuersignal erzeugt wird, um ein Lasersystem in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels zu betreiben, wobei der Betriebsmodus das Abgeben oder Zurückhalten der Lieferung eines Laserstrahls oder eine Laserparametereinstellung für das Lasersystem umfasst.
  • In Beispiel 34 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 32-33 optional, dass die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner das Erzeugen, unter Verwendung des empfangenen reflektierten Signals, eines Reflexionsspektrums, das Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen darstellt, umfassen, und wobei der Vorgang des Erzeugens der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften das Extrahieren eines oder mehrerer spektralen Merkmale aus dem Reflexionsspektrum umfasst:, umfassend: eine Reflexionsintensität bei einer spezifischen Wellenlänge; ein statistisches Merkmal des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen; oder ein grafisches Merkmal einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums.
  • In Beispiel 35 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 32-34 optional, dass der Vorgang des Identifizierens des Ziels als einen von mehreren Strukturtypen das Identifizieren des Ziels als eine Konkrementstruktur oder eine anatomische Struktur unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften umfasst.
  • In Beispiel 36 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 32-35 optional, dass die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner Folgendes umfassen: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Konkrementtypen mit seinen jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; Anpassen einer Laserparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem basierend auf dem klassifizierten Konkrementtyp des Ziels; und Erzeugen eines Steuersignals für das elektrochirurgische Energiesystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Konkrementtyps gemäß der angepassten Laserparametereinstellung abzugeben.
  • In Beispiel 37 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 32-36 optional, dass die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner Folgendes umfassen: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Gewebetypen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp des Ziels.
  • In Beispiel 38 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 32-37 optional, dass die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner Folgendes umfassen: Berechnen eines Abstands zwischen dem Ziel und einem distalen Ende eines einem Endoskop zugeordneten optischen Wegs unter Verwendung von mindestens einer der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems einschließlich des Abgebens des Laserstrahls an das Ziel, wenn (1) das Ziel als ein Behandlungsstrukturtyp identifiziert wird und (2) die berechnete Entfernung innerhalb eines spezifizierten Laserbrennbereichs liegt.
  • In Beispiel 39 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 32-38 optional, dass der Vorgang des Erzeugens der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften das Verwenden von Geometrie- und Positionierungsinformationen über mindestens einen optischen Weg umfasst, der einem Endoskop zugeordnet ist, und konfiguriert ist, um den Laserstrahl und/oder das von dem Ziel reflektierte Signal und/oder die von der Lichtquelle erzeugt elektromagnetischen Strahlung zu übertragen, wobei die Geometrie- und Positionierungsinformationen einen Außendurchmesser des mindestens einen optischen Wegs oder einen Vorsprungswinkel eines distalen Endes des mindestens einen optischen Wegs relativ zu dem Endoskop umfassen.
  • Diese Zusammenfassung liefert einen Überblick über einige der Lehren der vorliegenden Anmeldung und soll keine ausschließliche oder erschöpfende Behandlung des vorliegenden Gegenstands darstellen. Weitere Einzelheiten zum 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, klar werden, wobei jede nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente definiert.
  • Figurenliste
  • In den Abbildungen der beigefügten Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen beispielhaft dargestellt. Diese Ausführungsformen sind illustrativ und sollen keine erschöpfenden oder ausschließlichen Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands darstellen.
    • zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems veranschaulicht, das konfiguriert ist, um einer Zielstruktur in einem Körper, wie beispielsweise einer anatomischen Struktur oder einer Konkrementstruktur, eine Lasertherapie bereitzustellen.
    • zeigt ein Blockdiagramm, das ein Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung und einen Teil der Umgebung darstellt, in der das System verwendet werden kann.
    • zeigt ein Diagramm, das Beispiele von normalisierten Reflexionsspektren verschiedener Nierensteintypen veranschaulicht.
    • zeigt ein Diagramm, das Beispiele von normalisierten Reflexionsspektren verschiedener Nierengewebetypen veranschaulicht.
    • - zeigen Diagramme, die ein Beispiel eines Endoskops veranschaulichen, das konfiguriert ist, um eine Lasertherapie mit Rückkopplungssteuerung bereitzustellen.
    • - zeigen Diagramme, die einen Abschnitt eines beispielhaften Endoskops veranschaulichen, das konfiguriert ist, um eine Lasertherapie mit Rückkopplungssteuerung bereitzustellen.
    • veranschaulicht ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems mit einem Endoskop, das in ein Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung integriert ist, das eine Kamerarückkopplung empfängt.
    • veranschaulicht ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems mit einem Endoskop, das in das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung integriert ist, das eine spektroskopische Sensorrückkopplung empfängt.
    • - veranschaulichen ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems, das ein Endoskop mit einem integrierten MehrfaserZubehör umfasst.
    • zeigt ein Laserbehandlungssystem, das eine dedizierte Spektroskopie-Signalfaser und eine separate chirurgische Laserfaser umfasst.
    • zeigt ein Beispiel einer Kalibrierungskurve, die eine Beziehung zwischen einer spektroskopischen reflektierten Signalintensität und dem Abstand zwischen einem distalen Ende einer Faser und einer Zielstruktur unter Verwendung des von der Zielstruktur reflektierten Rückkopplungssignals darstellt.
    • zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Lasersystems veranschaulicht, um einen Laserstrahl an eine Zielstruktur in einem Körper eines Subjekts, wie beispielsweise eine anatomische Struktur oder eine Konkrementstruktur, abzugeben.
    • zeigt ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Maschine veranschaulicht, auf welcher eine oder mehrere der hierin erörterten Techniken (z. B. Methoden) ausgeführt werden können.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die Laserendoskopie ist ein medizinischer Eingriff zum Betrachten und Operieren eines inneren Organs und zum Anwenden eines chirurgischen Lasers an einen Zielkörperbereich, um einen bestimmten diagnostischen oder therapeutischen Effekt zu erzielen. Die Laserendoskopie wurde zur Behandlung von Weich- und Hartgewebe (z. B. zum Beschädigen oder Zerstören von Krebszellen) oder bei Lithotripsieanwendungen verwendet. Bei PCNL kann ein Arzt beispielsweise ein starres Endoskop durch einen Schnitt im Rücken eines Patienten und in die Niere des Patienten einführen. Durch das Endoskop kann der Arzt bestimmte Konkremente in der Niere oder im oberen Harnleiter lokalisieren, die Konkremente in kleinere Fragmente brechen, indem er das Konkrement durch das Endoskop mit einem relativ leistungsstarken Infrarotlaserstrahl beleuchtet. Der Laserstrahl kann ein Konkrement in kleinere Fragmente ablatieren. Die Konkrementfragmente können dann aus der Niere entnommen werden. Das Endoskop kann ein Endoskop, ein Nephroskop und/oder ein Zystoskop umfassen.
  • Bei der endoskopischen Lasertherapie ist es wünschenswert, unterschiedliche Gewebe zu erkennen, Laserenergie nur auf Zielbehandlungsstrukturen (z. B. Krebsgewebe oder ein bestimmter Konkrementtyp) anzuwenden und die Aussetzung eines nicht zu behandelnden Gewebes (z. B. ein normales Gewebe) einer Laserbestrahlung zu vermeiden oder zu reduzieren. Herkömmlicherweise wird die Erkennung einer interessierenden Zielbehandlungsstruktur manuell durch eine Bedienungsperson durchgeführt, beispielsweise durch Sichtbarmachen der chirurgischen Zielstelle und ihrer Umgebung durch ein Endoskop.
    Eine solche manuelle Vorgehensweise kann zumindest in einigen Fällen, wie beispielsweise aufgrund eines engen Zugangs zu einer Operationsstelle, die eine eingeschränkte chirurgische Sicht bietet, an Genauigkeit mangeln, und kann möglicherweise nicht die Zusammensetzung des Ziels bestimmen. Biopsie-Techniken werden verwendet, um die Zielstruktur (z. B. Gewebe) aus dem Körper zu extrahieren, um ihre Zusammensetzung in vitro zu analysieren.
    Bei vielen klinischen Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, die Gewebezusammensetzung in vivo zu bestimmen, um die Operationsdauer und - komplexität zu reduzieren und die Therapiewirksamkeit zu verbessern.
    Bei der Laserlithotripsie beispielsweise, bei der ein Laser zum Aufbrechen oder Pulverisieren von Konkrementen verwendet wird, würde die automatische und in vivo Erkennung von Konkrementen eines bestimmten Typs (zum Beispiel, die chemische Zusammensetzung eines Nierensteins oder eines pankreato-biliären Steins oder eines Gallenblasensteins) und die ihre Unterscheidung von umgebenden Gewebe würden einem Arzt ermöglichen, eine Lasereinstellung (z. B. Leistung, Belichtungszeit oder Schusswinkel) anzupassen, um den Zielstein effektiver abzutragen, während gleichzeitig eine Bestrahlung von nicht zu behandelndem Gewebe in der Nähe des Zielsteins vermieden wird.
  • Die konventionelle endoskopische Lasertherapie hat auch die Einschränkung, dass der Gewebetyp (z. B. die Zusammensetzung) bei einem Eingriff nicht kontinuierlich überwacht werden kann. Während eines endoskopischen Eingriffs gibt es viele bewegliche Teile, und das vom Endoskop aus betrachtete Gewebe kann sich während des Eingriffs ändern. Da die herkömmlichen Biopsietechniken die Entnahme einer Gewebeprobe erfordern, um die Zusammensetzung zu identifizieren, können sie die Zusammensetzung des Gewebes während des gesamten Eingriffs nicht überwachen. Die kontinuierliche Überwachung und Erkennung des Strukturtyps (z. B. Weich- oder Hartgewebetyp, normales Gewebe versus Krebsgewebe oder Zusammensetzung von Konkrementstrukturen) an der Spitze des Endoskops kann Ärzten mehr Informationen geben, um die Behandlung während des Eingriffs besser anpassen zu können. Wenn ein Arzt beispielsweise einen Konkrement mit einer harten Oberfläche, aber einem weichen Kern pulverisiert, können kontinuierliche Informationen über die Gewebezusammensetzung durch das Endoskop dem Arzt ermöglichen, die Lasereinstellung basierend auf der kontinuierlich erkannten Zusammensetzung der Konkrementoberfläche anzupassen, z. B. von einer ersten Einstellung, die besser auf der harten Oberfläche des Konkrements agiert, zu einer zweiten unterschiedlichen Einstellung, die auf dem weichen Kern des Konkrements besser wirkt.
  • Zumindest aus den obigen Gründen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen ungedeckten Bedarf an Systemen und Verfahren erkannt, die in der Lage sind, unterschiedliche Strukturtypen mit jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen in vivo zu identifizieren und die Therapie entsprechend der Identifizierung von Strukturtypen anzupassen.
  • Hierin beschrieben sind Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Identifizieren verschiedener Strukturtypen mit unterschiedlicher Zusammensetzung in vivo und zum entsprechenden Anpassen der chirurgischen Laserleistung in einem medizinischen Eingriff. Ein beispielhaftes Laserbehandlungssystem umfasst ein Lasersystem, das konfiguriert ist, um einen Laserstrahl zur Abgabe an ein Ziel in einem Körper zu erzeugen, und eine Regelungsschaltung, die konfiguriert ist, um ein vom Ziel reflektiertes Signal als Reaktion auf von einer Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu empfangen und um aus dem reflektierten Signal eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften zu erzeugen. Die Regelungsschaltung kann das Ziel als einen von mehreren Strukturtypen identifizieren, wie beispielsweise Gewebetypen oder Konkrementtypen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften. Das Lasersystem kann gesteuert werden, um in einem Betriebsmodus basierend auf der Zielidentifikation zu arbeiten. Der Betriebsmodus kann das Abgeben oder Zurückhalten der Abgabe des Laserstrahls oder eine Laserparametereinstellung für das Lasersystem umfassen. In einem Beispiel kann die Regelungsschaltung das Lasersystem so steuern, dass es einen Laserstrahl auf ein interessierendes Ziel abfeuert, wie beispielsweise einen Konkrementtyp oder Krebsgewebe, und die Lasereinstellung basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp oder Konkrementtyp anpassen.
  • Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren gemäß verschiedenen hierin erörterten Ausführungsformen stellen eine verbesserte in vivo-Zielstrukturdiagnostik und Lasertherapie bereit. Hierin beschriebene Merkmale können in Bezug auf ein Endoskop, Laserchirurgie, Laserlithotripsie, Lasereinstellungen und/oder Spektroskopie verwendet werden. Beispiele für Ziele und Anwendungen können Laserlithotripsie von Konkrementen und Laserinzision oder Verdampfung von Weichgewebe umfassen.
    In einem Beispiel eines endoskopischen Systems, das die hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet, können Gewebe- oder Konkrementtypen oder Zusammensetzungen in vivo identifiziert und überwacht werden. Automatische und in vivo Identifizierung von Gewebetypen oder Konkrementtypen wie der chemischen Zusammensetzung eines Ziels können verwendet werden, um Lasereinstellungen für eine optimale Abgabe von Laserenergie anzupassen. Die Fähigkeit zur kontinuierlichen Überwachung und Identifizierung von Gewebetypen oder Konkrementtypen ermöglicht die sofortige Anpassung von Lasereinstellungen. Zum Beispiel kann gemäß verschiedenen Aspekten des vorliegenden Dokuments ein Lasersystem Eingabedaten an ein anderes System, wie beispielsweise einen Bildprozessor, liefern, wodurch der Eingriffsmonitor dem Benutzer Informationen anzeigen kann, die für den medizinischen Vorgang relevant sind. Ein Beispiel dafür ist, während eines Eingriffs verschiedene Weichteile, Gefäße, Kapselgewebe und verschiedene chemische Zusammensetzungen in demselben Ziel, wie beispielsweise einem Konkrement, im Sichtfeld klarer zu identifizieren. Durch eine verbesserte Erkennung und Klassifizierung der Zielstruktur kann der Patient vor versehentlichen Laseraktivierungen oder vor einem falsch gezielten Laserstrahl geschützt und eine verbesserte Therapieeffizienz und Gewebesicherheit erreicht werden.
  • Gemäß verschiedenen hierin erörterten Ausführungsformen stellt das vorliegende Dokument auch Techniken zum Schätzen und Steuern eines Abstands zwischen einer Laserfaser und einer Zielstruktur bereit. Wenn sich beispielsweise ein geeignetes Zielelement (z. B. eine Krebsläsion oder Konkremente) nicht innerhalb der Reichweite des Lasers befindet, kann der Laser „blockiert“ werden, d. h. am Feuern gehindert werden. Wenn die vorliegende Technologie beispielsweise bei einer Laserlithotripsie verwendet wird, kann der Laser blockiert werden, wenn sich kein Konkrement innerhalb der Laserreichweite befindet (z. B. wenn sich nur Gewebe innerhalb der Laserreichweite befindet). Diese blockierende Steuerung kann auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass sich ein Ziel innerhalb der optimalen Strahlentfernung befindet, um die Leistung eines bestehenden Laserlithotripsiesystems zu verbessern, Energie zu sparen, die Patientensicherheit zu erhöhen und die Wirksamkeit der Konkrementablation zu verbessern.
  • zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems 100 veranschaulicht, das konfiguriert ist, um eine Laserbehandlung an einer Zielstruktur 122 in einem Körper eines Subjekts bereitzustellen, wie beispielsweise einer anatomischen Struktur (z. B. Weichgewebe, Hartgewebe oder abnormales Gewebe, wie z. B. Krebsgewebe) oder einer Konkrementstruktur (z. B. Nierensteine oder Bauchspeicheldrüsensteine oder Gallenblasensteine). Das Laserbehandlungssystem 100 kann ein Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 und mindestens ein Lasersystem 102 beinhalten. Das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 kann konfiguriert sein, um ein von dem Ziel reflektiertes Signal als Reaktion auf von einer Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu empfangen, eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften unter Verwendung des reflektierten Signals von dem Ziel zu erzeugen, das Ziel als eines von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen zu identifizieren (z. B. ein Konkrementtyp oder ein Gewebetyp) und einen Betriebsmodus des Lasersystems basierend auf dem identifizierten Strukturtyp zu bestimmen. Das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, wie etwa industriellen und/oder medizinischen Anwendungen zur Behandlung von weichem (z. B. nichtverkalktem) oder hartem (z. B. verkalktem) Gewebe oder Konkrementen wie Nieren- oder Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteinen. In einigen Beispielen kann das Laserbehandlungssystem 100 eine präzise gesteuerte therapeutische Behandlung von Geweben oder anderen anatomischen Strukturen (z. B. Gewebeablation, Koagulation, Verdampfung oder dergleichen) oder die Behandlung von nichtanatomischen Strukturen (z. B. die Ablation oder Pulverisierung von Konkrementstrukturen) bereitstellen.
  • Das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 kann mit einem oder mehreren Lasersystemen in Wirkverbindung stehen. zeigt das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung, das mit einem ersten Lasersystem 102 und optional (in gestrichelten Linien gezeigt) mit einem zweiten Lasersystem 104 verbunden ist. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung werden zusätzliche Lasersysteme in Betracht gezogen. Das erste Lasersystem 102 kann eine erste Laserquelle 106 und zugehörige Komponenten umfassen, wie etwa eine Stromversorgung, eine Anzeige, Kühlsysteme und dergleichen. Das erste Lasersystem 102 kann auch einen ersten optischen Weg 108 beinhalten, der operativ mit der ersten Laserquelle 106 gekoppelt ist. In einem Beispiel beinhaltet der erste optische Weg 108 eine optische Faser. Der erste optische Weg 108 kann dazu konfiguriert sein, Laserstrahlen von der ersten Laserquelle 106 zur Zielstruktur 122 zu übertragen.
  • Das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 kann Rückkopplungssignale 130 von der Zielstruktur 122 analysieren und das erste Lasersystem 102 und/oder das zweite Lasersystem 104 steuern, um geeignete Laserausgaben zum Bereitstellen eines gewünschten therapeutischen Effekts zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 Eigenschaften der Zielstruktur 122 während eines therapeutischen Eingriffs (z. B. Abtragen von Konkrementen wie Nierensteinen in kleinere Fragmente) überwachen, um zu bestimmen, ob das Gewebe vor einem anderen therapeutischen Eingriff (z. B. Blutgerinnung) entsprechend ablatiert wurde.
  • In einem Beispiel kann die erste Laserquelle 106 dazu konfiguriert sein, eine erste Ausgabe 110 bereitzustellen. Die erste Ausgabe 110 kann sich über einen ersten Wellenlängenbereich erstrecken, wie etwa einen, der einem Teil des Absorptionsspektrums der Zielstruktur 122 entspricht. Die erste Ausgabe 110 kann eine effektive Ablation und/oder Karbonisierung der Zielstruktur 122 bereitstellen, da die erste Ausgabe 110 über einem Wellenlängenbereich liegt, der dem Absorptionsspektrum des Gewebes entspricht.
  • In einem Beispiel kann die erste Laserquelle 106 so konfiguriert sein, dass die erste Ausgabe 110, die im ersten Wellenlängenbereich emittiert wird, einer hohen Absorption (z. B. über etwa 250 cm-1) der einfallenden ersten Ausgabe 110 durch das Gewebe entspricht. In beispielhaften Aspekten kann die erste Laserquelle 106 eine erste Ausgabe 110 zwischen ungefähr 1900 Nanometer (nm) und ungefähr 3000 nm (z. B. entsprechend einer hohen Absorption durch Wasser) und/oder zwischen ungefähr 400 nm und ungefähr 520 nm emittieren (z. B. entsprechend einer hohen Absorption durch Oxy-Hämoglobin und/oder Desoxy-Hämoglobin). Bemerkenswerterweise gibt es zwei Hauptmechanismen der Lichtwechselwirkung mit einem Gewebe: Absorption und Streuung. Bei hoher Absorption eines Gewebes (Absorptionskoeffizient größer als 250 cm-1) dominiert der erste Absorptionsmechanismus, bei geringer Absorption (Absorptionskoeffizient kleiner als 250 cm-1), beispielsweise Laser im Wellenlängenbereich 800-1100 nm, dominiert der Streumechanismus.
  • Für die erste Laserquelle 106 können verschiedene kommerziell erhältliche Lasersysteme von medizinischer Qualität geeignet sein. Beispielsweise können Halbleiterlaser wie InXGal-XN-Halbleiterlaser verwendet werden, die die erste Ausgabe 110 im ersten Wellenlängenbereich von ungefähr 515 nm und ungefähr 520 nm oder zwischen ungefähr 370 nm und ungefähr 493 nm bereitstellen. Alternativ können Infrarot-(IR)-Laser wie die in Tabelle 1 unten zusammengefassten verwendet werden. Tabelle 1 Beispielsliste geeigneter IR-Laser
    Laser Wellenlänge λ (nm) Absorptionskoeffizient µa (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 12,000/1,000 1/10
  • Das optionale zweite Lasersystem 104 kann eine zweite Laserquelle 116 zum Bereitstellen einer zweiten Ausgabe 120 und zugehörige Komponenten wie etwa Stromversorgung, Anzeige, Kühlsysteme und dergleichen umfassen.
    Das zweite Lasersystem 104 kann entweder operativ von der ersten Laserquelle 106 getrennt oder alternativ mit dieser operativ gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Lasersystem 104 eine zweite optische Faser 118 (getrennt von dem ersten optischen Weg 108) beinhalten, die operativ mit der zweiten Laserquelle 116 gekoppelt ist, um die zweite Ausgabe 120 zu übertragen. Alternativ kann der erste optische Weg 108 dazu konfiguriert sein, sowohl die erste Ausgabe 110 als auch die zweite Ausgabe 120 zu übertragen.
  • In bestimmten Aspekten kann sich die zweite Ausgabe 120 über einen zweiten Wellenlängenbereich erstrecken, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet. Dementsprechend kann es keine Überlappung zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich geben. Alternativ können der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich einander zumindest teilweise überlappen. In vorteilhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann der zweite Wellenlängenbereich möglicherweise nicht Teilen des Absorptionsspektrums der Zielstruktur 122 entsprechen, wo die einfallende Strahlung stark von Gewebe absorbiert wird, das zuvor nicht abgetragen oder karbonisiert wurde.
    In einigen dieser Aspekte kann der zweite Ausgang 120 vorteilhafterweise kein karbonisiertes Gewebe abtragen. Ferner kann in einer anderen Ausführungsform der zweite Ausgang 120 karbonisiertes Gewebe abtragen, das zuvor abgetragen wurde. In zusätzlichen Ausführungsformen kann die zweite Ausgabe 120 zusätzliche therapeutische Wirkungen bereitstellen. Zum Beispiel kann die zweite Ausgabe 120 besser zum Koagulieren von Gewebe oder Blutgefäßen geeignet sein.
  • zeigt ein Blockdiagramm, das ein Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200 und zumindest einen Teil der Umgebung darstellt, in der es verwendet werden kann. Das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200, das ein Beispiel für das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 ist, kann einen Rückkopplungs-Analysator 240, einen Speicher 250 und eine Laserregelung 260 beinhalten. Der Rückkopplungs-Analysator 240 kann gemäß einem Aspekt des hierin beschriebenen Gegenstands einen spektroskopischen Sensor 242 umfassen, der konfiguriert ist, um ein von der Zielstruktur 122 reflektiertes spektroskopisches Signal zu erfassen und aus dem reflektierten Signal eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften zu erzeugen. Die spektroskopischen Eigenschaften können Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, Reflexionsspektrum, Absorptionsindex und dergleichen umfassen. Beispiele des spektroskopischen Sensors 242 können unter anderem ein Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektrometer, ein Raman-Spektrometer, ein UV-VIS-Spektrometer, ein UV-VIS-IR-Spektrometer oder ein Fluoreszenzspektrometer umfassen. Jeder spektroskopische Sensor 242 entspricht einer Spektroskopie-Technik. Beispielsweise kann die UV-VIS-Reflexionsspektroskopie verwendet werden, um Informationen aus dem von einem Objekt reflektierten Licht zu sammeln, ähnlich den Informationen, die vom Auge gewonnen werden, oder einem Farbbild, das von einer hochauflösenden Kamera aufgenommen wurde, jedoch mehr quantitativ und objektiv. Die Reflexionsspektroskopie kann Informationen über das Material liefern, da die Lichtreflexion und -absorption von seiner chemischen Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften abhängen. Informationen über Oberflächen- und Körpereigenschaften der Probe können mit dieser Technik gewonnen werden. Die Reflexionsspektroskopie kann verwendet werden, um die Zusammensetzung von Hart- oder Weichgewebe zu erkennen. Die Fluoreszenzspektroskopie ist eine Art elektromagnetischer Spektroskopie, die die Fluoreszenz einer Probe analysiert. Sie umfasst die Verwendung eines Lichtstrahls, normalerweise ultraviolett, der eine Materialverbindung anregt und bewirkt, dass die Materialverbindung Licht emittiert, typischerweise im sichtbaren oder IR-Bereich. Das Verfahren kann zur Analyse einiger organischer Komponenten wie Hart- und Weichgewebe angewendet werden. Die FTIR-Spektroskopie kann zur schnellen Materialanalyse verwendet werden, hat eine relativ gute räumliche Auflösung und gibt Aufschluss über die chemische Zusammensetzung des Materials. Die Raman-Spektroskopie kann zur Identifizierung von Hart- und Weichgewebekomponenten verwendet werden. Als Technik mit hoher räumlicher Auflösung ist sie auch nützlich, um die Verteilung von Komponenten innerhalb eines Ziels zu bestimmen.
  • Die oben beschriebenen Spektroskopie-Techniken können allein oder in Kombination verwendet werden, um die von der Zielstruktur 122 reflektierten Rückkopplungssignale 130 zu analysieren, um die spektroskopische Rückkopplung zu erzeugen, und um spektroskopische Eigenschaften zu extrahieren, die Strukturtypen mit jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen anzeigen.
  • Der Rückkopplungs-Analysator 240 kann optional einen Bildgebungssensor 244 beinhalten. Beispiele des Bildgebungssensors 244 können in einer Ausführungsform eine Bildgebungskamera umfassen, wie etwa eine CCD- oder CMOS-Kamera, die für ultraviolette (UV), sichtbare (VIS) oder infrarote (1R) Wellenlängen empfindlich ist. In einigen Ausführungsformen kann der spektroskopische Sensor 242 mehr als einen einzelnen hier aufgeführten Spektrometer- oder Bildgebungskameratyp umfassen, um das Erfassen und Erkennen verschiedener Merkmale (z. B. karbonisiertes und nicht karbonisiertes Gewebe, Gefäßsysteme und dergleichen) zu verbessern.
  • In einigen Beispielen kann der spektroskopische Sensor 242 eines der hier aufgeführten Spektrometer umfassen und kann zusätzlich auf Abbildungsfähigkeiten eines Endoskops basieren, das während eines therapeutischen Eingriffs verwendet wird. Beispielsweise kann ein Endoskop zum Visualisieren eines anatomischen Merkmals während eines therapeutischen Eingriffs (z. B. einer Laserablation eines Tumors) verwendet werden. In solchen Fällen können die bildgebenden Fähigkeiten des Endoskops durch den spektroskopischen Sensor 242 erweitert werden. Herkömmliche Endoskope können beispielsweise eine Schmalband-Bildgebung bereitstellen, die für eine verbesserte Visualisierung anatomischer Merkmale (z. B. Läsionen, Tumoren, Gefäße und dergleichen) geeignet ist. Die Kombination des spektroskopischen Sensors 242 mit der endoskopischen Bildgebung (Weißlicht- und/oder Schmalband-Bildgebung) kann die Erkennung von Gewebeeigenschaften, wie zum Beispiel ein Karbonisierungsgrad, verbessern, um die Abgabe einer therapeutischen Behandlung präzise zu steuern.
  • In einem Beispiel kann der spektroskopische Sensor 242 operativ an einen Signalübertragungsweg 280 gekoppelt sein. Der Signalübertragungsweg 280 kann eine optische Faser mit optischen Eigenschaften beinhalten, die für die Übertragung von spektroskopischen Signalen, die von dem Gewebe reflektiert werden, an den spektroskopischen Sensor 242 geeignet sind. Alternativ kann der spektroskopische Sensor 242 operativ mit dem ersten optischen Weg 108 des ersten Lasersystems 102 und/oder dem zweiten optischen Weg 118 des zweiten Lasersystems 104 gekoppelt sein und dadurch spektroskopische Signale über den ersten optischen Weg 108 und/oder den zweiten optischen Weg 118 detektieren.
  • Der Rückkopplungs-Analysator 240 kann einen oder mehrere von einem Zieldetektor 246 oder einem Zielklassifikator 248 beinhalten. Der Zieldetektor 246 kann dazu konfiguriert sein, die Zielstruktur 122 als eine von mehreren Strukturkategorien unter Verwendung der spektroskopischen Eigenschaften zu identifizieren, wie die, die von dem spektroskopischen Sensor 242 erzeugt werden, optional in Kombination mit den Abbildungseigenschaften, die von dem optionalen Abbildungssensor 244 erfasst werden. In einem Beispiel kann der Zieldetektor 246 die Zielstruktur 122 als eine Kategorie einer Konkrementstruktur oder als eine Kategorie einer anatomischen Struktur unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften identifizieren. Beispiele für Konkrementstrukturen können Steine oder Steinfragmente in verschiedenen steinbildenden Regionen wie Harnwege, Gallenblase, Nasenwege, Magen-Darm-Trakt, Magen oder Mandeln sein. Beispiele einer anatomischen Struktur können unter anderem Weichgewebe (z. B. Muskeln, Sehnen, Bänder, Blutgefäße, Faszien, Haut, Fett und Fasergewebe), Hartgewebe wie Knochen, Bindegewebe wie Knorpel, umfassen.
  • In einem Beispiel kann der Rückkopplungs-Analysator 240 ein Reflexionsspektrum unter Verwendung des empfangenen reflektierten Signals erzeugen und ein oder mehrere spektrale Merkmale aus dem Reflexionsspektrum extrahieren. Das Reflexionsspektrum repräsentiert Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen. Das Reflexionsvermögen kann als Bruchteil der einfallenden elektromagnetischen Leistung bestimmt werden, die an einer Materialgrenzfläche reflektiert wird. Es repräsentiert die Wirksamkeit der Materialoberfläche bei der Reflexion von Strahlungsenergie, wie beispielsweise elektromagnetischer Strahlung, die von einer Lichtquelle emittiert wird. Das Reflexionsspektrum kann als Datenarray oder als grafische Darstellung formatiert sein, die auch als spektrale Reflexionskurve bezeichnet wird. In einem Beispiel repräsentiert das Reflexionsspektrum das Reflexionsvermögen über Wellenlängen in einem Bereich von ungefähr 400-1000 nm.
  • Bezugnehmend auf die , können unterschiedliche Kategorien von Strukturen unterschiedliche Reflexionsintensitäten aufweisen. Zum Beispiel kann sich das Reflexionsspektrum einer Konkrementstruktur (z. B. eines Nierensteins) von einem Reflexionsspektrum einer anatomischen Struktur (z. B. weiches oder hartes Gewebe einer Person) unterscheiden. Als Beispiel zeigt Beispiele von normalisierten Reflexionsspektren verschiedener Nierensteintypen. Die Reflexionsspektren entsprechen einem Wellenlängenbereich von ca. 400-700 nm und sind auf die Reflexionsintensität bei 700 nm normiert. Als Beispiel zeigt normalisierte Reflexionsspektren verschiedener Nierengewebetypen. Die Reflexionsspektren entsprechen einem Wellenlängenbereich von ca. 400-900 nm und sind auf die Reflexionsintensität bei 900 nm normiert.
  • Wie in gezeigt, zeigen die Reflexionsspektren von Konkrementen einen nahezu monotonen Anstieg des Reflexionsvermögens, wenn die Wellenlänge von 400-700 nm ansteigt. Im Gegensatz dazu, wie in , zeigen die Reflexionsspektren von Nierengewebe eine signifikante Variation des Reflexionsvermögens im Wellenlängenbereich von 400-650 nm und eine nahezu monotone Abnahme des Reflexionsvermögens, wenn die Wellenlänge von 650 nm auf 850 nm ansteigt.
  • Ein oder mehrere spektrale Merkmale können aus einem Reflexionsspektrum oder einem normalisierten Reflexionsspektrum einer bekannten Konkrementstruktur extrahiert werden, wie in dargestellt. 3 (im Folgenden als „Reflexionsmerkmale der Konkremente“ bezeichnet). In ähnlicher Weise können ein oder mehrere spektrale Merkmale aus einem Reflexionsspektrum oder einem normalisierten Reflexionsspektrum einer bekannten anatomischen Struktur extrahiert werden, wie in gezeigt (im Folgenden als „Gewebereflexionsmerkmale“ bezeichnet). Beispiele für die charakteristischen Reflexionsmerkmale können das Reflexionsspektrum (oder das normierte Reflexionsspektrum) bei einer bestimmten Wellenlänge oder über einen Wellenlängenbereich, einen aus dem Reflexionsspektrum berechneten statistischen Wert (z. B. eine Variation des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen, eine Rate einer Änderung des Reflexionsvermögens über einen Wellenlängenbereich oder dergleichen) oder ein grafisches Merkmal umfassen, das die Morphologie mindestens eines Teils der spektralen Reflexionskurve (z. B. eine Steigung, eine Krümmung, ein Segment der Kurve oder dergleichen) darstellt. Die Konkrementreflexionsmerkmale und die Gewebereflexionsmerkmale können im Speicher 250 des Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200 gespeichert werden.
  • Um die Zielstruktur 122 entweder als Konkrementstruktur oder als anatomische Struktur zu identifizieren, kann der Zieldetektor 246 in einem Beispiel ein oder mehrere Zielreflexionsmerkmale aus einem Reflexionsspektrum extrahieren, das aus dem spektroskopischen Signal erzeugt wird, das von der Zielstruktur 122 reflektiert wird. Der Zieldetektor 246 kann die Zielstruktur 122 als Konkrementstruktur identifizieren, wenn das Zielreflexionsmerkmal einen Merkmalsschwellenwert überschreitet oder in einen Wertebereich fällt, oder als Nierengewebe, wenn das Zielreflexionsmerkmal unter den Merkmalsschwellenwert fällt oder außerhalb des Wertebereichs liegt. Der Merkmalsschwellen- oder Wertebereich kann unter Verwendung der Konkrementreflexionsmerkmale und der Gewebereflexionsmerkmale bestimmt werden. In einem Beispiel kann der Merkmalsschwellenwert als einer bestimmt werden, der die Konkrementreflexionsmerkmale und die Gewebereflexionsmerkmale mit einer spezifizierten Marge trennt.
  • In einigen Beispielen kann der Zieldetektor 246 den Trend der Reflexionsintensitäten der Zielstruktur 122 über einen Wellenlängenbereich bestimmen und die Zielstruktur 122 basierend auf dem Trend der Reflexionsintensitäten (oder dem „Reflexionstrend“) identifizieren. In einem Beispiel kann der Reflexionstrend innerhalb eines ersten Bereichs von 400-550 nm erzeugt werden. Die Zielstruktur 122 kann als Konkrementstruktur identifiziert werden, wenn ein monotoner Anstieg des Reflexionsvermögens im ersten Wellenlängenbereich nachgewiesen wird. Die Zielstruktur 122 kann als Nierengewebe identifiziert werden, wenn im ersten Wellenlängenbereich kein monotoner Anstieg des Reflexionsvermögens vorhanden ist. In einem anderen Beispiel kann der Reflexionstrend innerhalb eines zweiten Bereichs von 650-700 nm erzeugt werden. Die Zielstruktur 122 kann als Konkrementstruktur identifiziert werden, wenn im zweiten Wellenlängenbereich ein monotoner Anstiegstrend des Reflexionsvermögens vorhanden ist. Die Zielstruktur 122 kann als Nierengewebe identifiziert werden, wenn im zweiten Wellenlängenbereich ein monotoner Abnahmetrend vorliegt.
  • In einem anderen Beispiel kann der Zieldetektor 246 die Zielstruktur 122 als eine Konkrementstruktur oder eine anatomische Struktur unter Verwendung eines Template-Matching-Ansatzes identifizieren. Das Zielreflexionsvermögensmerkmal kann mit mindestens einem der Konkrementreflexionsvermögensmerkmale oder mindestens einem der Gewebereflexionsvermögensmerkmale, die in dem Speicher 250 gespeichert sind, verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein Übereinstimmungskriterium erfüllt ist. Zum Beispiel kann die Zielstruktur 122 als Konkrementstruktur identifiziert werden, wenn eine Unähnlichkeitsmetrik zwischen dem Zielreflexionsmerkmal und dem Konkrementreflexionsmerkmal unter einem ersten Ähnlichkeitsschwellenwert liegt, oder als Nierengewebe identifiziert werden, wenn eine Unähnlichkeitsmetrik zwischen dem Zielreflexionsmerkmal und dem Gewebereflexionsmerkmal unter einem zweiten Ähnlichkeitsschwellenwert liegt.
  • Zusätzlich zu dem Unterschied zwischen den Kategorien in den Reflexionsspektren, wie z. B. zwischen einer Konkrementstruktur und einer anatomischen Struktur, wie in und vergleichsweise zwischen den und dargestellt, können verschiedene Strukturtypen innerhalb derselben Kategorie unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Reflexionsspektren. Als Beispiel zeigt ein Beispiel eines kategorieinternen Unterschieds in Reflexionsspektren zwischen einer Vielzahl von Konkrementtypen. Wie darin dargestellt, hat ein Brushit-Stein (der eine Art von Calciumphosphat (CaP)-Stein ist) 311 über einen Wellenlängenbereich von 400-700 nm ein höheres normalisiertes Reflexionsvermögen als ein Dihydrat-Calciumoxalat-(COD)-Stein 312, der ein höheres normalisiertes Reflexionsvermögen als ein Calciumoxalat-Monohydrat (COM)-Stein 313 hat, der ein höheres normalisiertes Reflexionsvermögen als ein Magnesium-Ammonium-Phosphat-Stein (MAP) 314 aufweist. Als Beispiel zeigt einen kategorieinternen Unterschied in den Reflexionsspektren zwischen einer Vielzahl von Nierengewebetypen. Wie darin dargestellt, neigt das normalisierte Reflexionsvermögen der Blase 321 dazu, über einen Wellenlängenbereich von 400-900 nm höher zu sein als das normalisierte Reflexionsvermögen von Harnleiter 322, Kelch 323, Medulla 324 und Kortex 325. Innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs (z. B. 450-500 nm) hat der Harnleiter 322 ein höheres normalisiertes Reflexionsvermögen als der Kelch 323, der ein höheres normalisiertes Reflexionsvermögen als die Medulla 324 hat, die ein höheres normalisiertes Reflexionsvermögen als der Kortex 325 aufweist.
  • Der Zielklassifikator 248 kann einen kategorieinternen Unterschied in Reflexionsspektren zwischen verschiedenen Strukturtypen derselben Kategorie wie oben beschrieben verwenden, um die Zielstruktur 122 als einen von mehreren Strukturtypen derselben Kategorie zu klassifizieren, wie beispielsweise einen bestimmten Gewebetyp innerhalb von einer identifizierten Kategorie einer anatomischen Struktur oder als ein bestimmter Konkrementtyp innerhalb einer identifizierten Kategorie einer Konkrementstruktur. In einem Beispiel kann der Zielklassifikator 248 einen identifizierten Konkrement als einen von Konkrementtypen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen klassifizieren, wie etwa einen CaP-Stein, einen MAP-Stein, einen COM-Stein, einen CSB-Stein, einen Cholesterin-basierten Konkrement, oder einen Harnsäure(UA)-Stein. Die Klassifizierung kann auf einem oder mehreren von einem Reflexionsvermögen bei einer bestimmten Wellenlänge, einem statistischen Merkmal (z. B. einer Varianz oder einer anderen Variationsmetrik) des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedenen Wellenlängen oder einem grafischen Merkmal basieren, das aus einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums erzeugt wird. Z.B., basierend auf den unterschiedlichen normalisierten Reflexionsspektren zwischen verschiedenen Steintypen, wie in gezeigt, kann der Zielklassifikator 248 ein normalisiertes Reflexionsvermögen bei einer bestimmten Wellenlänge (z. B. 550 nm) oder in einem Wellenlängenbereich mit einem oder mehreren Schwellenwerten vergleichen, um die Zielstruktur 122 als einen bestimmten Konkrementtyp zu klassifizieren.
  • In einem anderen Beispiel kann der Zielklassifikator 248 konfiguriert sein, um eine identifizierte anatomische Struktur als einen von mehreren Gewebetypen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften zu klassifizieren. In einem Beispiel kann der Zielklassifikator 248 konfiguriert sein, um das identifizierte Nierengewebe als einen von Gewebetypen mit definierten anatomischen Orten zu klassifizieren, wie etwa Kelchgewebe, Kortexgewebe, Medulla-Gewebe oder Harnleitergewebe. Beispielsweise, basierend auf den unterschiedlichen normalisierten Reflexionsspektren zwischen verschiedenen Gewebetypen, wie in gezeigt, kann der Zielklassifikator 248 die Zielstruktur 122 als einen bestimmten Gewebetyp basierend auf einem Vergleich zwischen dem normalisierten Reflexionsvermögen bei einer bestimmten Wellenlänge (z. B. 480 nm) oder in einem bestimmten Wellenlängenbereich und einem oder mehreren Reflexionsschwellenwerten klassifizieren.
  • In einem anderen Beispiel kann der Zielklassifikator 248 konfiguriert sein, um eine identifizierte anatomische Struktur als normales Gewebe oder anormales Gewebe (z. B. Krebsgewebe) zu klassifizieren. Normales und krebsartiges Gewebe können unterschiedliche Reflexionsspektren mit unterschiedlichen Formen und Spitzenpositionen aufweisen (d. h. die Wellenlänge, bei der das Reflexionsspektrum einen Spitzenwert über einen Wellenlängenbereich erreicht). Der Klassifikator 248 kann konfiguriert sein, um eine identifizierte anatomische Struktur als einen Behandlungsbereich (z. B. Tumor oder Polyp, deren Entfernung vorgesehen ist) oder einen nicht zu behandelnden Bereich (z. B. Blutgefäße, Muskeln, usw.) zu klassifizieren. Die Klassifizierung kann auf einem Reflexionsvermögen bei einer bestimmten Wellenlänge, und/oder einem statistischen Merkmal (z. B. einer Varianz oder einer anderen Variationsmetrik) des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedenen Wellenlängen und/oder auf einem grafischen Merkmal (z. B. einer Steigung) basieren, das aus einer graphischen Darstellung des Reflexionsspektrums erzeugt wird.
  • Zurück zu , kann die Laserregelung 260 mit dem Rückkopplungs-Analysator 240 und einem Lasersystem 202 in Wirkverbindung stehen. Das Lasersystem 202 kann das erste Lasersystem 102, das optionale zweite Lasersystem 104 und/oder beliebige zusätzliche Lasersysteme darstellen. Der Laserregelung 260 kann das damit operativ verbundene Lasersystem 202 gemäß einem oder mehreren hierin beschriebenen Steueralgorithmen steuern, um die Laserausgaben des einen oder der mehreren Lasersysteme zu steuern, um einen gewünschten therapeutischen Effekt in der Zielstruktur 122 zu erzeugen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Laserregelung 260 Prozessoren beinhalten, wie etwa Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) oder jede andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltung sowie beliebige Kombinationen solcher Komponenten zum Ausführen einer oder mehrerer der der Laserregelung 260 zugeschriebenen Funktionen. Optional kann die Laserregelung 260 durch drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen mit dem Rückkopplungs-Analysator 240 und dem Lasersystem 202 gekoppelt sein. Die Laserregelung 260 kann mit dem Rückkopplungs-Analysator 240 kommunizieren (z. B. über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen) und einen Betriebsmodus des Lasersystems 202 basierend auf der Identifizierung der Zielstruktur 122 (wie etwa durch den Zieldetektor 246) oder basierend auf der Klassifizierung der Zielstruktur 122 (wie etwa durch den Zielklassifikator 248) bestimmen.
  • In einigen Beispielen kann das Lasersystem 202 einem von zwei unterschiedlichen Betriebsmodi oder Zuständen zugeordnet sein: einem ersten Zustand, in dem das Lasersystem 202 eine Laserausgabe erzeugt, und einem zweiten Zustand, in dem ein Lasersystem 202 keine Laserausgabe erzeugt. Zum Beispiel kann das erste Lasersystem 102 einen ersten Zustand aufweisen, in dem eine erste Ausgabe 110 (z. B. über den ersten Wellenlängenbereich) erzeugt wird, und einen zweiten Zustand, in dem die erste Ausgabe 110 nicht erzeugt wird. In ähnlicher Weise kann das zweite Lasersystem 104 einen ersten Zustand aufweisen, in dem eine zweite Ausgabe 120 (z. B. über den zweiten Wellenlängenbereich) erzeugt wird, und einen zweiten Zustand, in dem die zweite Ausgabe 120 nicht erzeugt wird. In solchen Ausführungsformen kann die Laserregelung 260 das Lasersystem 220 steuern, indem sie Steuersignale sendet, die den Betriebszustand des Lasersystems vom ersten Zustand in den zweiten Zustand oder vom zweiten Zustand in den ersten Zustand ändern. In einigen Beispielen kann das Lasersystem 202 zusätzliche Zustände aufweisen, beispielsweise einen dritten Zustand, in dem eine Laserausgabe gemäß einer anderen Laserbestrahlungsparametereinstellung (z. B. einem anderen Wellenlängenbereich und/oder einer Leistungsausgabe) erzeugt wird.
    Dementsprechend können zusätzliche Steuersignale von der Laserregelung 260 an das/die Lasersystem(e) gesendet werden, um deren Zustände von ihrem aktuellen Zustand in einen oder mehrere zusätzliche Zustände zu ändern (z. B. vom ersten Zustand in den dritten Zustand, vom zweiten Zustand in den dritten Zustand, vom dritten Zustand in den ersten Zustand und vom dritten Zustand in den zweiten Zustand), um Laserausgaben zu erzeugen, die einen gewünschten therapeutischen Effekt bereitstellen.
  • In einem Beispiel kann die Laserregelung 260 ein erstes Steuersignal an das Lasersystem 202 erzeugen, um in einem ersten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn das Ziel als eine Konkrementstruktur identifiziert wird, ein zweites Steuersignal an das Lasersystem erzeugen, um in einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn das Ziel als anatomische Struktur identifiziert wird, und ein drittes Steuersignal an das Lasersystem erzeugen, um in einem dritten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn das Ziel weder als anatomische Struktur noch als Konkrementstruktur identifiziert wird. In einem Beispiel kann der erste Betriebsmodus das Aktivieren des Lasersystems 202 umfassen, um einen Laserstrahl abzugeben, der mit einer ersten Bestrahlungsparametereinstellung programmiert ist, um die identifizierten Konkremente, wie beispielsweise Konkremente, zu entfernen oder zu pulverisieren. In einem Beispiel kann der zweite Betriebsmodus das Zurückhalten der Laserabgabe oder das Abgeben eines Laserstrahls, der mit einer zweiten Bestrahlungsparametereinstellung programmiert ist, die sich von der ersten Bestrahlungsparametereinstellung unterscheidet, an ein identifiziertes Gewebe umfassen. In einem Beispiel kann der dritte Betriebsmodus das Deaktivieren des Lasersystems 202 umfassen, um die Lieferung von Laserenergie zu unterbinden. Die Laserbestrahlungsparameter können unter anderem Wellenlänge, Leistung, Leistungsdichte, Pulsparameter (z. B. Pulsbreite, Pulsrate, Amplitude, Arbeitszyklus), Belichtungszeit, Gesamtdosis oder Energie umfassen.
  • In einigen Beispielen kann die Laserregelung 260 den Betriebsmodus des Lasersystems 202 basierend auf der Klassifizierung der Zielstruktur 122 als einen von mehreren Konkrementtypen bestimmen, wie etwa ein CaP-Stein, ein MAP-Stein, ein COM-Stein, ein CSB-Stein, ein Stein auf Cholesterinbasis oder ein Harnsäure-(UA)-Stein, wie durch den Zielklassifikator 248 bestimmt. Die Laserregelung 260 kann die Bestrahlungsparametereinstellung basierend auf der Klassifizierung des Konkrementtyps anpassen und ein Steuersignal erzeugen, um das Lasersystem 202 zu steuern, um Laserenergie an die Zielstruktur 122 gemäß der angepassten Bestrahlungsparametereinstellung abzugeben.
  • In einigen Beispielen kann die Laserregelung 260 den Betriebsmodus des Lasersystems 202 basierend auf der Klassifizierung der Zielstruktur 122 als einen von mehreren Gewebetypen bestimmen, wie etwa Nierengewebe an verschiedenen anatomischen Stellen (z. B. Kelchgewebe, Kortexgewebe, Medulla-Gewebe oder Harnleiter-Gewebe, wie in gezeigt), normales oder abnormales Gewebe (z. B. Krebsgewebe), Behandlungsbereich (z. B. Tumor oder Polyp, der entfernt werden soll) oder als einen nicht zu behandelnden Bereich (z. B. Blutgefäße, Muskeln usw.). Die Laserregelung 260 kann die Bestrahlungsparametereinstellung basierend auf der Klassifizierung des Gewebetyps anpassen und ein Steuersignal an das Lasersystem 202 senden, das Laserenergie an die identifizierte anatomische Struktur gemäß der angepassten Bestrahlungsparametereinstellung abgibt.
  • In einigen Beispielen können Bestrahlungsparametereinstellungen jeweils für mehrere Konkrementtypen und/oder für mehrere Gewebetypen bestimmt werden. Eine Konkrementtyp-Bestrahlungsparametereinstellungs-Übereinstimmung oder eine Gewebetyp-Bestrahlungsparametereinstellungs-Übereinstimmung kann erzeugt und in dem Speicher 250, wie beispielsweise in einer Nachschlagetabelle, einem assoziativen Array oder dergleichen gespeichert werden. Die Laserregelung 260 kann eine dieser gespeicherten Übereinstimmungen verwenden, um eine Bestrahlungsparametereinstellung zu bestimmen, die dem klassifizierten Konkrementtyp oder dem klassifizierten Gewebetyp entspricht.
  • In verschiedenen Beispielen kann der Rückkopplungs-Analysator 240 die Zielstruktur 122 kontinuierlich überwachen, Rückkopplungs-Signale sammeln und analysieren und kontinuierlich mit der Laserregelung 260 kommunizieren. Dementsprechend kann die Laserregelung 260 die Lasersysteme weiterhin in einem oder mehreren Zuständen halten, bis eine Änderung der Rückkopplung erkannt wird (z. B. eine andere Kategorie der Zielstruktur 122, ein anderer Gewebetyp oder ein anderer Konkrementtyp). Wenn eine Änderung der Rückkopplung erfasst wird, kann die Laserregelung 260 mit dem einen oder den mehreren Lasersystemen kommunizieren und ihren Zustand oder ihre Zustände ändern, um eine gewünschte therapeutische Wirkung zu erzielen. Alternativ oder zusätzlich kann die Laserregelung 260 mit einem Bediener (z. B. medizinischem Fachpersonal) kommunizieren und eine oder mehrere Ausgabe(n) über ein oder mehrere Ausgabesysteme anzeigen, die das Rückkopplungssignal anzeigen, und kann optional die Bedienungsperson anweisen, eine oder mehrere Behandlungsprozeduren mit dem ersten Lasersystem und/oder dem zweiten Lasersystem durchzuführen, um einen gewünschten therapeutischen Effekt zu erzielen.
  • In hierin beschriebenen veranschaulichenden Beispielen kann die Laserregelung 260 mehr als ein Lasersystem steuern, indem sie den Betriebszustand jedes Lasersystems ändert. Gemäß einem Aspekt kann die Laserregelung 260 jedes Lasersystem unabhängig steuern. Zum Beispiel kann die Laserregelung 260 ein eindeutiges Steuersignal an jedes Lasersystem senden, um jedes Lasersystem unabhängig von den anderen Lasersystemen zu steuern. Alternativ kann die Laserregelung 260 ein gemeinsames Signal senden, um ein oder mehrere Lasersysteme zu steuern.
  • Das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200 kann mit einem Ausgabesystem 270 in Wirkverbindung stehen. Das Ausgabesystem 270 kann mit Benutzern und/oder anderen Systemen kommunizieren und/oder empfangene Signale und Informationen, die von dem Rückkopplungs-Analysator 240 erzeugt werden, an Benutzer und/oder an andere Systeme liefern, wie beispielsweise ein Spülsaug-/Pumpsystem, das für eine therapeutische Behandlung verwendet wird, oder eine optische Anzeigesteuerung, oder andere Systeme. Beispiele für die gelieferten Signale und Informationen können das Rückkopplungssignal 130 (z. B. spektroskopische Signale, die von dem Zielgewebe oder den Konkrementen reflektiert werden), spektroskopische Eigenschaften, die durch den spektroskopischen Sensor 242 erzeugt werden, oder optional bildgebende Eigenschaften, die durch den optionalen Bildsensor 244 erzeugt werden, die Identifizierung der Zielstruktur 122, die durch den Zieldetektor 246 erzeugt wird, oder die Klassifizierung der Zielstruktur 122 umfassen, die durch den Zielklassifikator 248 erzeugt wird. In einem Beispiel kann das Ausgabesystem 270 eine Anzeige 272 beinhalten, wie etwa einen Bildschirm (z. B. einen Touchscreen) oder alternativ einen visuellen Indikator (z. B. LED-Lichter einer oder mehrerer Farben). In einem Beispiel kann das Ausgabesystem 270 ein akustisches Ausgabesystem 274 beinhalten, das in der Lage ist, akustische Signale bereitzustellen (z. B. Lautsprecher, ein Alarmsystem und dergleichen). Das Ausgabesystem 270 kann eine oder mehrere Ausgaben (z. B. LED-Lichter einer ersten Farbe, eine erste Nachricht auf dem Bildschirm, einen Alarmton eines ersten Tons) bereitstellen, um anzuzeigen, dass eine gewünschte therapeutische Wirkung (z. B. die Ablation von Konkrementstrukturen wie z. B. Nierensteine oder die Karbonisierung von abnormalem Gewebe wie Krebsgewebe) erreicht wurde. In einigen Beispielen kann das Ausgabesystem 270 eine oder mehrere unterschiedliche Ausgaben bereitstellen, wenn gewünschte therapeutische Wirkungen nicht erreicht wurden. Zum Beispiel kann das Ausgabesystem 270 eine oder mehrere Ausgaben bereitstellen (z. B. LED-Lichter einer zweiten Farbe, eine zweite Nachricht auf dem Bildschirm, ein Alarmton eines zweiten Tons), um anzuzeigen, dass ein gewünschter therapeutischer Effekt nicht erreicht wurde.
    In einigen Beispielen können therapeutische Wirkungen auf verschiedene identifizierte Strukturkategorien (z. B. Konkremente im Vergleich zu anatomischen Strukturen) oder verschiedene klassifizierte Strukturtypen (z. B. verschiedene Typen von Konkrementen, wie in gezeigt, oder verschiedene Typen von Gewebe, wie in gezeigt) auf dem Ausgabesystem 270 unter Verwendung entsprechend unterschiedlicher Ausgaben (z. B. LED-Lichter unterschiedlicher Farben, unterschiedlicher Meldungen auf dem Bildschirm oder unterschiedlicher Alarmtöne) angezeigt werden. Solche Ausgaben können den Bediener (z. B. einen Arzt) veranlassen, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, wie beispielsweise das Bereitstellen einer zusätzlichen Behandlung unter Verwendung des einen oder der mehreren Lasersysteme.
  • Gemäß einem Aspekt des vorliegenden Dokuments kann das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101 oder eine Variante davon, wie das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200, zumindest teilweise in einem Endoskop implementiert sein, das in einem medizinischen Eingriff verwendet wird, um Konkremente (z. B. Nieren- oder Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteine oder Steinfragmente) oder anatomische Strukturen wie Tumorgewebe zu brechen und zu entfernen. Ein Laserlithotripsie kann durch das Nephroskop gebildet werden. veranschaulicht eine Seitenansicht eines beispielhaften Endoskops 400. veranschaulicht eine Endansicht der distalen Spitze des Endoskops 400. Beispiele des Endoskops 400 können neben anderen Arten von Endoskopen mit unterschiedlichen Anwendungen ein Nephroskop, ein Zystoskop, ein Ureteroskop umfassen. Das Endoskop umfasst einen Körper 402, der zumindest teilweise in eine Niere eines Patienten einführbar ist. Der Körper 402 kann einen Griff, eine Nabe oder einen anderen greifbaren proximalen Abschnitt 404, einen länglichen starren Abschnitt 406, der sich von dem greifbaren proximalen Abschnitt 404 erstreckt, und einen flexiblen distalen Abschnitt 408 beinhalten, der sich distal von dem länglichen starren Abschnitt 406 zu einem distalen Ende 410' erstreckt. Eine Gelenksteuerung 414 kann sich an dem greifbaren proximalen Abschnitt 404 befinden. Die Gelenksteuerung 414 kann durch einen Daumen der menschlichen Hand betätigbar sein, wenn die menschliche Hand den greifbaren proximalen Abschnitt 404 ergreift. Die Gelenksteuerung 414 kann die Position des flexiblen distalen Abschnitts 408 einstellen.
    An dem greifbaren proximalen Abschnitt 404 kann auch ein elektrischer Anschluss 424 angeordnet sein, der (z. B. über einen oder mehrere Drähte 126, die sich entlang des Körpers 402 erstrecken) mit einem Substrat 416 (wie in gezeigt) verbunden sein kann, das sich am distalen Ende 410 des Körpers 402 befindet. Das Substrat 416 kann eine Leiterplatte und/oder eines Hybridchip und/oder eine Keramikkomponente oder andere geeignete Komponenten oder Elemente umfassen. Der elektrische Anschluss 424 kann einen elektrischen Strom empfangen, um die Leiterplatte auf dem Substrat 416 mit Strom zu versorgen. Das Substrat 416, wie beispielsweise die Leiterplatte, kann ein digitales Videosignal drahtlos an eine Anzeigevorrichtung übermitteln, die sich außerhalb des Endoskops 400 befindet, wie beispielsweise eine Benutzervorrichtung, eine Anzeige, ein Computermonitor, eine Heads-up-Anzeige, eine tragbare Anzeige, eine Virtual-Reality-Anzeige, eine Augmented-Reality-Anzeige und andere.
  • Eine optische Faser 428 (wie in gezeigt), die ein Beispiel für den ersten optischen Weg 108 von ist, kann in das Endoskop 400 integriert sein. Zum Beispiel kann sich die optische Faser 428 entlang eines Arbeitskanals im Körper 402 des Endoskops 400 erstrecken. In einigen Beispielen kann die optische Faser 428 vom Endoskop getrennt sein. Zum Beispiel kann die optische Faser 428 vor der Verwendung entlang eines Arbeitskanals des Endoskops eingeführt werden und nach der Verwendung aus einem Arbeitskanal des Endoskops entnommen werden.
  • Die optische Faser 428 kann über einen geeigneten Verbinder mit einem Laser oder Laseremitter außerhalb des Endoskops 400 gekoppelt sein und einen Laserstrahl an die Zielstruktur, wie beispielsweise eine Konkrementstruktur, abgeben, um sie in Steinfragmente abzutragen. Der von dem Laserstrahler erzeugte Laserstrahl kann eine Wellenlänge aufweisen, die einem spektralen Absorptionspeak von menschlichem Blut und Kochsalzlösung entspricht, beispielsweise 2100 nm, 1942 nm und andere. Beispielsweise können Wellenlängen im Bereich zwischen 1900 nm und 3000 nm einem Spektralbereich entsprechen, in dem Wasser absorbierend ist, während Wellenlängen zwischen 400 nm und 520 nm einem Spektralbereich entsprechen können, in dem Oxy-Hämoglobin und/oder Desoxy-Hämoglobin absorbierend ist. Beispielsweise kann ein Thulium-Faserlaser einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1908 nm oder 1940 nm erzeugen, ein Thulium:YAG-Laser kann einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2010 nm erzeugen, ein Holmium:YAG-Laser kann einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2120 nm erzeugen und ein Erbium:YAG-Laser kann einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2940 nm erzeugen. Andere Wellenlängen in diesen Bereichen können ebenfalls verwendet werden. Im Allgemeinen kann die Abgabe eines Laserstrahls, der eine signifikante Absorption in Blut und Kochsalzlösung aufweist, von Vorteil sein, da ein solcher Laserstrahl in das umgebende Gewebe minimal invasiv sein kann, was eine Beschädigung des Gewebes an oder in der Nähe der Konkrementstruktur reduzieren oder beseitigen kann. Der Laser kann Licht mit einer Ausgangsleistung bereitstellen, die in einen geeigneten Ausgangsleistungsbereich fällt, beispielsweise zwischen 20 Watt und 120 Watt, zwischen ungefähr 20 Watt und ungefähr 120 Watt und andere. Diese Ausgangsleistungsbereiche sind lediglich Beispiele, und andere geeignete Ausgangsleistungen oder Ausgangsleistungsbereiche können ebenfalls verwendet werden. Die optische Faser 428 kann eine Multimode-Faser oder eine Singlemode-Faser sein.
  • An dem greifbaren proximalen Abschnitt 404 kann sich eine Laserregelung 432 befinden. Der Laserregelung 432 kann einen Zustand des Laserstrahls zwischen einem Betriebszustand („ein“) und einem Nicht-Betriebszustand („aus“) umschalten. Zum Beispiel kann die Laserregelung 432 ein drahtgebundenes und/oder drahtloses Signal an einen Laser richten, der sich außerhalb des Endoskops 400 befindet. Das Signal kann den Laser ein- oder ausschalten. Bei einigen Implementierungen kann ein Arzt eine oder mehrere Einstellungen des Lasers, wie beispielsweise die Ausgangsleistung, an einem Gehäuse des Lasers anpassen. In einigen Implementierungen kann der Arzt eine oder mehrere Einstellungen des Lasers über die Laserregelung 432 anpassen.
  • Während eines typischen Eingriffs kann der Arzt die Laserregelung 432 so manipulieren, dass der Laser für eine Zeitdauer, wie beispielsweise eine Minute, zwei Minuten, drei Minuten, vier Minuten oder eine beliebige geeignete Zeitdauer, betriebsbereit sein kann. Während des Laserbetriebs kann der Arzt den Körper 402 manipulieren, um den abgegebenen Laserstrahl über eine Oberfläche der Konkrementstruktur zu bewegen. In einigen Beispielen sind der Laserleistungspegel und die Belichtungszeiten derart, dass der Arzt die Laserleistung sicher von Hand ein- und ausschalten kann, ohne dass ein mechanischer oder automatisierter Belichtungsmechanismus erforderlich ist. Die Laserleistung kann auch niedrig genug sein, so dass eine zufällige Belichtung von umgebendem Gewebe das Gewebe nicht beschädigen kann.
  • Der Arzt kann die Konkrementstruktur abtragen, indem er die Oberfläche der Konkrementstruktur pulverisiert. Das Pulverisieren kann die Konkrementstruktur kontrolliert abreiben und kann Konkrementpartikel erzeugen, die kleiner sein können als Konkrementfragmente, die durch Fragmentieren oder Brechen der Konkrementstruktur erhalten werden. Ein typischer Nierenstein kann beispielsweise zwischen etwa 1 mm und etwa 20 mm groß sein. Das Fragmentieren oder Brechen des Nierensteins kann zu Steinfragmenten führen, die kleiner als die Größe des Steins sein können, beispielsweise zwischen einigen mm und weniger als etwa 10 mm groß. Beim Pulverisieren des Nierensteins können Nierensteinpartikel entstehen, die kleiner als etwa 1 mm sein können.
  • Um Konkremente oder Steinfragmente zu entfernen, kann der Arzt eine Steinrückgewinnungsvorrichtung, wie etwa einen Korb, verwenden, der durch eine Öffnung im Endoskop 400 passieren kann. Der Arzt kann das Steinrückgewinnungsvorrichtung verwenden, um einzelne Fragmente auszuwählen und zu entfernen. Zusätzlich oder anstelle der Steinrückgewinnungsvorrichtung kann das Endoskop 400 ein Spülsystem umfassen, um die Steinfragmente wegzuspülen. Das Spülsystem kann eine Spülsteuerung 438 beinhalten, die sich an dem greifbaren proximalen Abschnitt 404 befindet, und kann einen Fluss von Spülflüssigkeit durch ein Spüllumen 434 und das Absaugen von Flüssigkeit und Abfall durch ein Sauglumen 436 betriebsmäßig steuern.
  • Das Endoskop 400 kann optional ein Rohr, eine Kammer, einen zusätzlichen Arbeitskanal oder einen anderen Durchgang 440 in einem Körper des Endoskops 400 beinhalten. Ein Arzt kann den Durchgang 440 verwenden, um ein separates Werkzeug oder Instrument einzusetzen, wie beispielsweise einen Lithotripter, einen Steinfangkorb oder ein anderes geeignetes Werkzeug oder Instrument.
  • Das Endoskop 400 kann ein Visualisierungssystem am distalen Ende 410 des Körpers 402 beinhalten, um einem Bediener zu ermöglichen, die Steinfragmente zu visualisieren. Das Visualisierungssystem kann einen Arbeitsbereich von Konkrementen (z. B. Nieren- oder Pankreobiliär- oder Gallenblasensteine) beleuchten und kann ein Videobild oder ein oder mehrere statische Bilder des beleuchteten Bereichs der Konkremente erzeugen. Das Visualisierungssystem kann das Videobild an eine Anzeige wie beispielsweise den Videomonitor leiten. Die Anzeige kann sich außerhalb des Endoskops 400 befinden und während des Eingriffs zur Beseitigung des Konkrements sichtbar sein.
  • Das Visualisierungssystem kann mindestens eine Lichtquelle 418 beinhalten, die sich auf dem Substrat 416 befindet. Das Substrat 416 kann eine Leiterplatte sein, die die Lichtquelle 418 mechanisch unterstützt und elektrisch versorgt. Beispiele der Lichtquelle 418 können unter anderem Leuchtdioden (LED) und Xenonlicht umfassen. In einem Beispiel kann die Lichtquelle 418 Licht distal weg von dem distalen Ende 410 des Körpers 402 emittieren, um die Konkremente zu beleuchten. In einigen Beispielen kann eine externe Lichtquelle (z. B. außerhalb des Endoskops 400) verwendet werden, um Licht bereitzustellen, das durch den Körper 402 (beispielsweise über einen optischen Weg darin) übertragen wird, um die Konkremente zu beleuchten. Die Lichtquelle 418 kann weißes Licht emittieren, um die Konkremente zu beleuchten. Weißes Licht kann es dem Arzt ermöglichen, Verfärbungen oder andere farbbasierte Effekte auf den Konkrementen oder auf dem Gewebe in der Nähe des distalen Endes 410 des Körpers 402 zu beobachten. Die Lichtquelle 418 kann blaues Licht emittieren, um die Konkremente zu beleuchten. Blaues Licht kann gut geeignet sein, um eine thermische Gewebeausbreitung anzuzeigen und dadurch Schäden im Gewebe zu erkennen. Andere Farben und/oder Farbbänder wie Rot, Bernstein, Gelb, Grün oder andere können verwendet werden.
  • Jede Lichtquelle 418 kann an eine optionale Linse 420 (siehe gekoppelt sein, die die Lichtausgabe von der Lichtquelle 418 winkelmäßig einstellen kann. Die Linse 420 kann die Lichtausgabe von der Lichtquelle 418 verengen. Die Linse 420 kann die Lichtausgabe von der Lichtquelle 418 erweitern. Eine solche Winkeleinstellung kann dazu beitragen, dass die Konkremente und das Gewebe innerhalb eines bestimmten Blickwinkels ausreichend beleuchtet werden.
  • Das Visualisierungssystem kann eine Kamera 422 (siehe beinhalten, die sich auf dem Substrat 416 befindet. Das Substrat 416 kann eine Leiterplatte sein, die die Kamera 422 mechanisch unterstützt und elektrisch versorgt. Die Kamera 422 kann ein Videobild oder ein oder mehrere statische Bilder der beleuchteten Konkremente aufnehmen. Das Videobild kann in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit mit relativ kurzer Latenzzeit für die Verarbeitung sein, damit der Arzt die Konkremente und das umgebende Gewebe beobachten kann, während der Arzt den Körper 402 und die Bedienelemente des Endoskops 400 manipuliert. Die Kamera 422 kann ein Objektiv und einen Multipixelsensor umfassen, der sich in einer Brennebene des Objektivs befindet. Der Sensor kann ein Farbsensor sein, beispielsweise ein Sensor, der Intensitätswerte für rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht für jedes Pixel im Videobild bereitstellt. Die Leiterplatte kann ein digitales Videosignal erzeugen, das das aufgenommene Videobild der beleuchteten Konkremente darstellt. Das digitale Videosignal kann eine Videowiederholrate von 10 Hz, 20 Hz, 24 Hz, 25 Hz, 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz oder eine andere geeignete Videowiederholrate aufweisen.
  • veranschaulicht ein weiteres Beispiel eines Endoskops, das bei Urethroskopien verwendet werden kann, auch bekannt als Ureteroskop 470. Ähnlich dem Endoskop 400 kann das Ureteroskop 470 verwendet werden, um eine Lasertherapie mit Rückkopplungssteuerung bereitzustellen. Das Ureteroskop 470 beinhaltet einen greifbaren proximalen Abschnitt 474, der sich von dem greifbaren Abschnitt 404 des Endoskops 400 unterscheidet. Das Ureteroskop 470 kann einen schlanken länglichen Schaft 476 umfassen, der das Einführen des Endoskops in kleinere Harnleiter unterstützt und die Sichtbarkeit maximiert, wenn es mit einer Zugangshülse verwendet wird.
  • Die veranschaulichen verschiedene Beispiele eines Endoskops und seiner Verwendung in einem Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung, wie etwa dem Laserbehandlungssystem 100. zeigt eine aufgeschnittene Zeichnung eines langgestreckten Körperabschnitts eines beispielhaften Endoskops 510, das verschiedene Komponenten umfasst, und zeigt eine Querschnittsansicht des länglichen Körpers des Endoskops 510. Das Endoskop 510 kann eine Laserfaser 512, ein Beleuchtungslicht 514 und eine Kamera 516 beinhalten. Die Laserfaser 512 ist ein Beispiel für den optischen Weg 108 des Lasersystems 102 oder des Lasersystems 202. Die Laserfaser 512 kann sich entlang eines Arbeitskanals 513 innerhalb des länglichen Körpers des Endoskops 510 erstrecken. In einigen Beispielen kann die Laserfaser 512 vom Endoskop getrennt sein. Beispielsweise kann die Laserfaser 512 vor der Verwendung entlang eines Arbeitskanals des Endoskops eingeführt und nach der Verwendung aus einem Arbeitskanal des Endoskops entnommen werden.
  • Das Beleuchtungslicht 514 kann ein Teil eines Visualisierungssystems sein, das es einem Bediener ermöglicht, die Zielstruktur (z. B. Gewebe- oder Konkrementstrukturen) zu visualisieren. Beispiele des Beleuchtungslichts können eine oder mehrere LEDs umfassen, die dazu konfiguriert sind, Licht distal vom distalen Ende des langgestreckten Körpers des Endoskops zu emittieren, um das Feld der Zielstruktur zu beleuchten. In einem Beispiel kann das Beleuchtungslicht 514 weißes Licht emittieren, um die Zielstruktur zu beleuchten. Weißes Licht kann es dem Arzt ermöglichen, Verfärbungen oder andere farbbasierte Effekte auf den Konkrementen oder auf dem Gewebe in der Nähe des distalen Endes des Endoskopkörpers zu beobachten. In einem Beispiel kann das Beleuchtungslicht 514 blaues Licht emittieren, um die Zielstruktur zu beleuchten. Blaues Licht kann gut geeignet sein, um eine thermische Gewebeausbreitung anzuzeigen und dadurch Schäden im Gewebe zu erkennen. Es können auch andere Farben und/oder Farbbänder verwendet werden, wie beispielsweise Rot, Bernstein, Gelb, Grün oder andere.
  • Die Kamera 516 ist ein Teil des Visualisierungssystems. Die Kamera 516 ist ein Beispiel für den Bildsensor 244. Die Kamera 516 kann ein Videobild oder ein oder mehrere statische Bilder der beleuchteten Zielstruktur und der Umgebung aufnehmen. Das Videobild kann in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit mit einer relativ kurzen Latenzzeit für die Verarbeitung erzeugt werden, so dass der Arzt die Zielstruktur beobachten kann, während der Arzt das Endoskop handhabt. Die Kamera 516 kann ein Objektiv und einen Multipixelsensor umfassen, der sich in einer Brennebene des Objektivs befindet. Der Sensor kann ein Farbsensor sein, beispielsweise ein Sensor, der Intensitätswerte für rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht für jedes Pixel im Videobild bereitstellt. Die Leiterplatte kann ein digitales Videosignal erzeugen, das das aufgenommene Videobild der beleuchteten Konkremente darstellt. Das digitale Videosignal kann eine Videowiederholrate von 10 Hz, 20 Hz, 24 Hz, 25 Hz, 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz oder eine andere geeignete Videowiederholrate aufweisen.
  • veranschaulicht ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems 600 mit einem Endoskop 510, das in ein Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 integriert ist, das eine Kamerarückkopplung empfängt. Das Laserbehandlungssystem 600, das ein Beispiel für das Laserbehandlungssystem 100 ist, umfasst das Endoskop 510, das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610, eine Laserquelle 620 und eine Lichtquelle 630. In verschiedenen Beispielen kann ein Teil oder die Gesamtheit des Laserbehandlungssystems mit Rückkopplungssteuerung 610 in das Endoskop 510 eingebettet sein.
  • Das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610, das ein Beispiel für das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200 ist, umfasst ein Spektrometer 611 (ein Beispiel des spektroskopischen Sensors 242), einen Rückkopplungs-Analysator 612 (ein Beispiel von mindestens einem Teil des Rückkopplungs-Analysators 240) und eine Laserregelung 613 (ein Beispiel der Laserregelung 260). Die Laserquelle 620 ist ein Beispiel für das Lasersystem 202 und kann an die Laserfaser 512 gekoppelt sein. Faserintegrierte Lasersysteme können aufgrund ihrer Fähigkeit, Laserenergie durch ein flexibles Endoskop zu leiten und Hart- und Weichgewebe effektiv zu behandeln, für endoskopische Eingriffe verwendet werden. Diese Lasersysteme erzeugen einen Laserausgangsstrahl in einem breiten Wellenlängenbereich vom UV- bis zum IR-Bereich (200 nm bis 10000 nm). Einige faserintegrierte Laser erzeugen eine Leistung in einem Wellenlängenbereich, der von weichem oder hartem Gewebe stark absorbiert wird, beispielsweise 1900-3000 nm für die Wasserabsorption oder 400-520 nm für die Oxyhämoglobin- und/oder Desoxyhämoglobin-Absorption. Tabelle 1 oben zeigt eine Zusammenfassung von IR-Lasern, die im Bereich hoher Wasserabsorption 1900-3000 nm emittieren.
  • Einige faserintegrierte Laser erzeugen eine Ausgabe in einem Wellenlängenbereich, der vom weichen oder harten Zielgewebe minimal absorbiert wird. Diese Lasertypen bieten eine effektive Gewebekoagulation aufgrund einer Eindringtiefe, die dem Durchmesser einer kleinen Kapillare von 5 bis 22 pm ähnelt. Beispiele für die Laserquelle 620 können unter anderem UV-VIS-emittierende InxGa1-xN-Halbleiterlaser wie GaN-Laser mit einer Emission bei 515-520 nm, InxGa1-xN-Laser mit einer Emission bei 370-493 nm, GaxAl1-xAs-Laser mit einer Emission bei 750-850 nm, oder InxGai-xAs-Laser mit einer Emission bei 904-1065 nm umfassen.
  • Die Lichtquelle 630 kann ein Signal der elektromagnetischen Strahlung erzeugen, das über einen ersten optischen Weg, der sich entlang des langgestreckten Körpers des Endoskops erstreckt, an die Zielstruktur 122 übertragen werden kann. Der erste optische Weg kann sich innerhalb des Arbeitskanals 513 befinden. In einem Beispiel kann der erste optische Weg eine optische Faser sein, die von der Laserfaser 512 getrennt ist. In einem anderen Beispiel, wie in gezeigt, kann das Signal der elektromagnetischen Strahlung durch dieselbe Laserfaser 512 übertragen werden, die zum Übertragen von Laserstrahlen verwendet wird. Die elektromagnetische Strahlung tritt aus dem distalen Ende des ersten optischen Wegs aus und wird auf die Zielstruktur und die Umgebung projiziert. Wie in gezeigt, befindet sich die Zielstruktur in Sichtweite der endoskopischen Kamera 516, so dass als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung, die auf die Zielstruktur und die Umgebung projiziert wird, die endoskopische Kamera 516 (wie beispielsweise eine CCD- oder CMOS-Kamera) das von der Zielstruktur 122 reflektierte Signal erfassen, ein Bildgebungssignal 650 der Zielstruktur erzeugen und das Bildgebungssignal an das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 abgeben kann.
  • Zusätzlich zu oder anstelle des Rückkopplungssignals (z. B. Bildgebungssignal), das durch das Kamerasystem 516 erzeugt und übertragen wird, kann in einigen Beispielen das von der Zielstruktur reflektierte Signal zusätzlich oder alternativ gesammelt und durch einen separaten Faserkanal oder eine Laserfaser, wie sie beispielsweise dem Endoskop 510 zugeordnet ist, an das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 übertragen werden. veranschaulicht ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems 700, das das Endoskop 510 umfasst, das in das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 integriert ist, das konfiguriert ist, um eine spektroskopische Sensorrückkopplung zu empfangen. Ein reflektiertes spektroskopisches Signal 750 (das ein Beispiel für die Rückkopplungssignale 130 von und ist) kann durch denselben optischen Weg, wie beispielsweise die Laserfaser 512, die zum Übertragen der elektromagnetischen Strahlung von der Lichtquelle 630 zur Zielstruktur verwendet wird, zurück zum Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 gelangen. In einem anderen Beispiel kann das reflektierte spektroskopische Signal 750 über einen zweiten optischen Weg, wie etwa einen von der ersten die elektromagnetische Strahlung von der Lichtquelle 630 zur Zielstruktur übertragenden Lichtleitfaser separaten Lichtwellenleiterkanal, zu dem Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 gelangen.
  • Das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 kann ein oder mehrere Rückkopplungssignale (z. B. das Bildgebungssignal 650 der Zielstruktur oder das reflektierte spektroskopische Signal 750) analysieren, um einen Betriebszustand für die Laserquelle 620 zu bestimmen. Das Spektrometer 611 kann eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften aus dem einen oder den mehreren Rückkopplungssignalen erzeugen, beispielsweise unter Verwendung eines oder mehrerer von einem FTIR-Spektrometer, einem Raman-Spektrometer, einem UV-VIS-Spektrometer, einem UV-VIS-IR-Spektrometer oder einem Fluoreszenzspektrometer, wie oben unter Bezugnahme auf den spektroskopischen Sensor 242 erörtert. Der Rückkopplungs-Analysator 612 kann dazu konfiguriert sein, die Zielstruktur als eine von mehreren Strukturkategorien oder Strukturtypen zu identifizieren oder zu klassifizieren, wie etwa durch Verwenden des Zieldetektors 246 und/oder des Zielklassifikators 248. Die Laserregelung 613 kann konfiguriert sein, um einen Betriebsmodus des Lasersystems 620 zu bestimmen, wie oben in ähnlicher Weise unter Bezugnahme auf erörtert. Die Lichtquelle 630 kann elektromagnetische Strahlung in einem optischen Bereich von UV bis IR erzeugen. Tabelle 2 unten.
  • Die Tabelle stellt Beispiele der Lichtquelle 630 für das spektroskopische System dar, wie sie auf die hier diskutierten Beispiele anwendbar sind. Tabelle 2: Lichtquellen für ein spektroskopisches System
    Anwendung Wellenlängenbereich Typ
    Farbe/VIS/NIR 360-2500 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 Mehrfache enge Emission LED, Laserdiode
  • In einigen Beispielen kann der Rückkopplungs-Analysator 612 einen Abstand 660 (wie in gezeigt) zwischen dem distalen Ende der Laserfaser 512 und der Zielstruktur 122 oder zwischen dem distalen Ende des optischen Wegs zum Empfangen und Zurückübertragen des reflektierten Signals zum Spektrometer 611 und der Zielstruktur 122. Der Abstand 660 kann unter Verwendung einer spektroskopischen Eigenschaft, wie etwa eines Reflexionsspektrums, das von dem Spektrometer 611 erzeugt wird, berechnet werden. Die Laserregelung 613 kann die Laserquelle 620 steuern, um Laserenergie an die Zielstruktur 122 abzugeben, wenn der Abstand 660 eine Bedingung erfüllt, wie beispielsweise das Unterschreiten eines Schwellenwerts (dth) oder innerhalb eines spezifizierten Laserfeuerbereichs. In einem Beispiel, wenn die Zielstruktur 122 als beabsichtigter Behandlungsstrukturtyp identifiziert wird (z. B. ein bestimmter Weichgewebetyp oder ein bestimmter Konkrementtyp), aber die Zielstruktur 122 nicht innerhalb der Reichweite des Lasers liegt (z. B. d > dth), kann die Laserregelung 613 ein Steuersignal erzeugen, um die Laserquelle 620 „zu blockieren“ (d.h. zu verhindern, dass die Laserquelle 620 feuert). Informationen über den Abstand 660 und ein Hinweis darauf, dass die Zielstruktur außerhalb des Laserbereichs (d > dth) liegt, können dem Arzt präsentiert werden, der dann das Endoskop 510 einstellen kann, um z. B. das distale Ende der Laserfaser 512 neu und näher zu dem Ziel zu positionieren. Die Entfernung 660 sowie der Zielstrukturtyp können überwacht und kontinuierlich bestimmt und dem Arzt präsentiert werden. Wenn das Ziel als beabsichtigter Behandlungsstrukturtyp erkannt wird und sich innerhalb des Laserbereichs (d <= dth) befindet, kann die Laserregelung 613 ein Steuersignal zum „Entriegeln“ der Laserquelle 620 erzeugen, und die Laserquelle 620 kann auf die Zielstruktur 122 zielen und diese befeuern, gemäß dem Laserbetriebsmodus (z. B. Leistungseinstellung). Beispiele von Verfahren zum Berechnen des Abstands 660 aus spektroskopischen Daten werden unten diskutiert, beispielsweise unter Bezugnahme auf .
  • In einigen Beispielen kann das Spektrometer 611 dazu konfiguriert sein, die spektroskopischen Eigenschaften (z. B. Reflexionsspektren) weiter unter Verwendung von Informationen über die Geometrie und Positionierung des optischen Wegs zu erzeugen, der konfiguriert ist, um die elektromagnetische Strahlung von der Lichtquelle zum Ziel zu übertragen. Zum Beispiel kann ein Außendurchmesser der Laserfaser 512 oder ein Außendurchmesser eines separaten optischen Wegs zum Übertragen des vom Ziel reflektierten spektroskopischen Signals zum Spektrometer 611 oder ein Vorsprungswinkel der Faser oder des Wegs von dem Endoskop 510 die Intensität des reflektierten Signals beeinflussen. Der Außendurchmesser und/oder der Vorsprungswinkel können gemessen und an das Spektrometer 611 geliefert werden, um die Reflexionsspektraldaten zu erhalten. Der Abstand 660 zwischen der Zielstruktur und dem distalen Ende der Faser, wie oben erörtert, kann unter Verwendung der Spektraldaten, des gemessenen Außendurchmessers der Faser oder des optischen Wegs und seines Vorsprungswinkels und/oder der Eingangssignale von dem endoskopischen Bildprozessor berechnet werden.
  • Die veranschaulichen ein Laserbehandlungssystem 800, das ein Endoskop 810 mit einem integrierten Mehrfaserzubehör umfasst, und ein chirurgisches Lasersystem, das das Laserbehandlungssystem mit Rückkopplungssteuerung 610 und die Laserquelle 620 umfasst. Das Mehrfaserzubehör umfasst einen optischen Weg 816, der zum Übertragen des spektroskopischen Signals zurück zum Spektrometer 611 sowie zum Abgeben von Oberflächenlaserenergie von der Laserquelle 620 an die Zielstruktur verwendet wird. Die Laserregelung 613 kann den Zeitpunkt des Laserfeuerns so steuern, dass die Übertragung des spektroskopischen Signals und die Abgabe von Laserenergie zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen können. Das Mehrfaserzubehör beinhaltet auch eine Vielzahl von Lichtquellenfasern 814, die in das Endoskop 810 eingebettet sind und sich entlang einem länglichen Körper des Endoskops 810 erstrecken. Als Beispiel und nicht als Einschränkung zeigt sechs Lichtquellenfasern 814, die radial verteilt den optischen Weg 816 umgeben, beispielsweise entlang eines Umfangs in Bezug auf den optischen Weg 816 auf dem radialen Querschnitt des länglichen Körpers des Endoskops. In dem in gezeigten Beispiel kann sich der optische Weg 816 im Wesentlichen an der zentralen Längsachse des länglichen Körpers des Endoskops 810 befinden. Eine andere Anzahl von Lichtquellenfasern und/oder andere Positionen der Lichtquellenfasern relativ zu dem optischen Weg 816 können verwendet werden. Zum Beispiel veranschaulicht zwei Lichtquellenfasern 814, die radial an gegenüberliegenden Seiten des optischen Wegs 816 positioniert sind.
  • Die Lichtquellenfasern 814 können mit der Lichtquelle 630 gekoppelt sein, wie oben unter Bezugnahme auf die und erörtert wurde. Alternativ können die Lichtquellenfasern 814 mit dem Beleuchtungslicht 514 gekoppelt sein, wie in den gezeigt. Licht von der Endoskop-Lichtquelle, entweder das Beleuchtungslicht 514 (z. B. von einer oder mehreren LEDs) oder die entfernte Lichtquelle 630, beispielsweise außerhalb des Endoskops, kann die Funktionen des Beleuchtens des Ziels und des Erzeugens eines von der Zieloberfläche reflektierten spektroskopischen Signals erfüllen, das für die spektroskopische Analyse gesammelt werden kann. Der Rückkopplungs-Analysator 612 kann den Abstand 660 zwischen dem distalen Ende des Endoskops 810 und der Zielstruktur 122 bestimmen, wie in ähnlicher Weise in den 6 und 7 gezeigt.
  • veranschaulicht ein Laserbehandlungssystem 900, das eine Variante des Laserbehandlungssystems 800 ist. Anstatt Laserenergie durch den optischen Weg 816 zuzuführen, kann eine separate chirurgische Laserfaser 820 verwendet werden, um oberflächliche Laserenergie von der Laserquelle 620 an die Zielstruktur abzugeben. Der optische Weg 816 wird als dedizierte Spektroskopie-Signalfaser zum Übertragen des spektroskopischen Signals zurück zum Spektrometer 611 verwendet.
  • zeigt ein Diagramm, das eine Kalibrierungskurve 1000 darstellt, die eine Beziehung zwischen einer spektroskopischen reflektierten Signalintensität (z. B. eines spektroskopischen Signals, das von der Zielstruktur als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung reflektiert wird) und dem Abstand 660 zwischen einem distalen Ende einer Faser und einer Zielstruktur unter Verwendung des von der Zielstruktur reflektierten Rückkopplungssignals darstellt, wie in den dargestellt. Die Kalibrierungskurve 1000 kann durch Messen der reflektierten Lichtintensität in unterschiedlichen Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde erzeugt werden, wenn die Zielstruktur durch elektromagnetische Strahlung mit einer spezifischen Wellenlänge (z. B. 450 nm oder 730 nm) projiziert wird. Analysen eines spektroskopischen Signals ermöglichen durch Referenzieren der Kalibrierkurve eine schnelle Abschätzung der Entfernung.
  • Ein beispielhafter Prozess zum Erzeugen der Kalibrierungskurve ist wie folgt.
    Zuerst kann ein Referenzwert für jeden Abstand berechnet werden. Die Kalibrierkurve selbst darf nicht zur Abstandsbestimmung verwendet werden, da die Lichtreflexionsintensität von der Reflexion der Probe usw. abhängt. Eins Beispiel für einen Referenzwert zum Aufheben des Reflexionseffekts der Probe ist wie folgt: Referenzwert=dl/dx*1/l
    Figure DE112020003749T5_0001
  • Während eines chirurgischen in vivo-Eingriffs kann eine Bedienungsperson die Faser oder das Endoskop bei kontinuierlicher Aufzeichnung der spektroskopischen Rückkopplung bewegen, bis die Reflexionsspektren der Zielgewebezusammensetzung erfasst werden können.
  • Bezugnehmend auf Abb. In 10 kann ein erstes Spektrum im Abstand x1 gemessen werden, wo die reflektierte Lichtintensität I1 ist. Zu diesem Zeitpunkt sind der tatsächliche Wert von x1 und die Kurve der reflektierten Signalintensität unbekannt.
    Dann kann das distale Ende der Faser oder des Endoskops (Reflexlichtdetektor) kontinuierlich bewegt werden, und die nächste reflektierte Lichtintensität I2 kann entsprechend dem Abstand x2 gemessen werden. x2 kann nahe bei x1 liegen, so dass die Kurve zwischen x1 und x2 als linear angenähert werden kann. Zu diesem Zeitpunkt sind x1, x2 und die Kurve der reflektierten Signalintensität unbekannt. Ein Vergleichswert kann unter Verwendung von I1, I2 und Delta(x2-x1) wie folgt berechnet werden: Vergleichswert=Delta ( I 2 -I 1 ) /Delta ( x 2 -x 1 ) *1/I 1
    Figure DE112020003749T5_0002
  • Dann werden die Referenzwerte nach einem Wert gesucht, der mit dem Vergleichswert identisch ist. Wenn nur ein Referenzwert (xr) gefunden wird, der mit dem in Gleichung (2) angegebenen Vergleichswert identisch ist, kann xr als Abstand von x1 bestimmt werden. Wenn es zwei Referenzwerte (xr1, xr2) gibt, kann das distale Ende der Faser oder des Endoskops (Reflexionslichtdetektor) weiter bewegt werden und die nächste Reflexionslichtintensität I3 entsprechend dem Abstand x3 kann gemessen werden. x3 kann nahe an x2 liegen, so dass die Kurve zwischen X2 und x3 als linear angenähert werden kann. Zu diesem Zeitpunkt sind x1, x2, x3 und die Kurve der reflektierten Signalintensität unbekannt. Ein neuer Vergleichswert kann wie folgt unter Verwendung von 11, 12, 13, Delta (x2-x1) und Delta (x3-x2) berechnet werden. Vergleichswert=Delta ( I 3 -I 2 ) /Delta ( x 3 -x 2 ) *1/I 2
    Figure DE112020003749T5_0003
    Dann werden die Referenzwerte nach einem Wert gesucht, der mit xr1 + Delta (x2-x1) und xr2 + Delta (x2-x1) identisch ist. Die Referenzwerte können mit dem in Gleichung (3) angegebenen Vergleichswert verglichen werden. Der Abstand, deren Referenzwert dem Vergleichswert ähnlicher ist, wird als tatsächlicher Abstand geschätzt.
  • Während des chirurgischen in vivo-Eingriffs kann ein beispielhafter Eingriff das Bewegen der Faser oder des Endoskops bei kontinuierlicher Aufzeichnung der spektroskopischen Rückkopplung umfassen, bis die Reflexionsspektren der Zielzusammensetzung erfasst werden. Im hauptsächlichen Fall, in dem sich das spektroskopische distale Ende auf das Ziel zubewegt, ist die Intensität des erfassten reflektierten Lichts anfangs schwach und wird mit Verringerung des Abstands zwischen dem Ziel und einem Faserende erhöht. Zum Beispiel wurde das erste Spektrum im Abstand d1 gemessen, wo die reflektierte Lichtintensität I1 beträgt. Ein weiteres leichtes Bewegen des distalen Endes der Faser oder des Endoskops in Richtung des Ziels bei kontinuierlichem Sammeln der Reflexionsdaten wurde ausgeführt, und das Verfahren konnte die nächste Reflexionslichtintensität I2 in dem Abstand d2 messen. Das Verfahren kann dann die Berechnung des Wertes der reflektierten Signaländerungen umfassen. Steigung = Delta (I2 - I1) / Delta (d2 - d1) [1]. Um den Wert der berechneten Steigung unabhängig von der reflektierten Lichtintensität zu machen, kann die berechnete Steigung normalisiert werden. Die endgültige Formel zum Berechnen der Steigung des reflektierten Lichts bei einem gemessenen Abstand lautet: Steigung ( normalisiert ) = [ Delta ( I 2 -I 1 ) /Delta ( d 2 -d 1 ) ] /I 0 Wobei I 0 =MITTEL ( I 1 ,I 2 )
    Figure DE112020003749T5_0004
  • Das Verfahren kann dann die berechnete Steigung mit derjenigen auf der Kalibrierungskurve in einer Bibliothek vergleichen, um die Schätzung des erforderlichen Abstands zu ermöglichen. Alle Berechnungen können schnell mit einer Software durchgeführt werden.
  • zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 1100 zum Steuern eines Lasersystems veranschaulicht, um einen Laserstrahl an eine Zielstruktur in einem Körper eines Subjekts abzugeben, wie beispielsweise eine anatomische Struktur (z. B. Weichgewebe, Hartgewebe oder abnormales Gewebe, wie beispielsweise Krebsgewebe) oder eine Konkrementstruktur (z. B. Nieren- oder Pankreobiliieren- oder Gallenblasensteine). Das Verfahren 1100 kann in einem Laserbehandlungssystem, wie etwa dem Laserbehandlungssystem 100 oder einer Variante davon, wie etwa dem Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200, implementiert und von diesem ausgeführt werden. Obwohl die Prozesse des Verfahrens 1100 in einem Flussdiagramm dargestellt sind, müssen sie nicht notwendigerweise in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden. In verschiedenen Beispielen können einige der Prozesse in einer anderen Reihenfolge als der hier veranschaulichten durchgeführt werden.
  • Bei 1110 wird ein Ziel im Körper einer Person mit elektromagnetischer Strahlung beleuchtet, die von einer Lichtquelle, wie etwa der Lichtquelle 630, erzeugt wird. Die Lichtquelle kann elektromagnetische Strahlung innerhalb eines optischen Bereichs von UV bis IR erzeugen. Beispiele der Lichtquellen und entsprechenden Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung sind in Tabelle 2 oben gezeigt. Die elektromagnetische Strahlung kann über einen optischen Weg, der sich entlang eines langgestreckten Körpers eines Endoskops erstreckt, zur Zielstruktur übertragen werden, wie z. B. oben unter Bezugnahme auf die erörtert. Alternativ kann die Lichtquelle ein Beleuchtungslicht umfassen, wie beispielsweise eine oder mehrere LEDs eines Visualisierungssystems, das an einem distalen Ende eines Endoskops positioniert ist und konfiguriert ist, um die Zielstruktur und die Umgebung während einer Endoskopie zu beleuchten, wie in den dargestellt.
  • Bei 1120 kann ein von dem Ziel als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung reflektiertes Signal von einem spektroskopischen Sensor erfasst werden, beispielsweise unter Verwendung eines spektroskopischen Sensors 242 oder einer Variante davon. Beispiele eines spektroskopischen Sensors können unter anderem ein Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektrometer, ein Raman-Spektrometer, ein UV-VIS-Spektrometer, ein UV-VIS-IR-Spektrometer oder ein Fluoreszenzspektrometer umfassen. Das reflektierte Signal kann über einen optischen Weg, wie beispielsweise den Signalübertragungsweg 250, wie in gezeigt, oder den optischen Weg 816, wie in gezeigt, an den spektroskopischen Sensor übertragen werden. Der optische Weg weist optische Eigenschaften auf, die zur Übertragung von spektroskopischen Signalen, die vom Gewebe reflektiert werden, zum spektroskopischen Sensor geeignet sind. Alternativ kann der spektroskopische Sensor operativ mit einer Laserfaser zum Übertragen von Laserstrahlen gekoppelt sein, wie beispielsweise dem ersten optischen Weg 108 oder der zweiten optischen Faser 118, wie in gezeigt, die Laserfaser 512 von oder den optischen Weg 816, wie in gezeigt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das reflektierte Signal von dem Ziel als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung unter Verwendung eines oder mehrerer Bildgebungssensoren, wie beispielsweise des Bildgebungssensors 244, wie in gezeigt, erfasst werden. Beispiele des Bildgebungssensors können in einer Ausführungsform eine Bildgebungskamera umfassen, wie etwa eine CCD- oder CMOS-Kamera, die für ultraviolette (UV), sichtbare (VIS) oder infrarote (IR) Wellenlängen empfindlich ist. Die Kamera kann in ein Endoskop eingebettet sein, wie zum Beispiel die Kamera 516, die in das Endoskop 510 eingebaut ist, wie in den dargestellt.
  • Bei 1130 können eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften aus dem erfassten reflektierten Signal erzeugt werden, beispielsweise unter Verwendung des Rückkopplungs-Analysators 240, wie in gezeigt. Die spektroskopischen Eigenschaften können Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, Reflexionsspektrum, Absorptionsindex und dergleichen umfassen. Die spektroskopischen Eigenschaften können auf eine Strukturkategorie hinweisen (z. B. anatomisches Gewebe oder Konkremente) oder spezifische Strukturtypen, die auf die chemische Zusammensetzung der Zielstruktur hinweisen. In einem Beispiel können die spektroskopischen Eigenschaften ein Reflexionsspektrum umfassen, das Reflexionsintensitäten über mehrere Wellenlängen darstellt. Das Reflexionsvermögen kann als Bruchteil der einfallenden elektromagnetischen Leistung bestimmt werden, die an einer Materialgrenzfläche reflektiert wird. Es repräsentiert die Wirksamkeit der Materialoberfläche bei der Reflexion von Strahlungsenergie, wie beispielsweise elektromagnetischer Strahlung, die von einer Lichtquelle emittiert wird. Das Reflexionsspektrum kann als Datenarray oder als grafische Darstellung formatiert sein, die auch als spektrale Reflexionskurve bezeichnet wird.
  • Die spektroskopischen Eigenschaften können ein oder mehrere charakteristische Spektralmerkmale umfassen, die aus einem Referenzspektrum extrahiert wurden. Beispiele für die charakteristischen Reflexionsmerkmale können die Reflexionsintensität (oder die normierte spektrale Reflexionsintensität) bei einer bestimmten Wellenlänge oder über einen Wellenlängenbereich, einen aus dem Reflexionsspektrum berechneten statistischen Wert (z. B. eine Variation des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen, eine Änderungsrate des Reflexionsvermögens über einen Wellenlängenbereich oder dergleichen) oder ein grafisches Merkmal umfassen, das die Morphologie mindestens eines Teils der spektralen Reflexionskurve darstellt (z. B. eine Steigung, eine Krümmung, ein Segment der Kurve oder ähnliches).
  • In einigen Beispielen können die spektroskopischen Eigenschaften (z. B. die Reflexionsspektren) ferner unter Verwendung von Geometrie- und Positionierungsinformationen über mindestens einen optischen Weg erzeugt werden, der einem Endoskop zugeordnet ist und konfiguriert ist, um die Laserstrahlen, und/oder das vom Ziel reflektierte Signal und/oder die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu übertragen. Die Geometrie- und Positionierungsinformationen können einen Außendurchmesser des mindestens einen Strahlengangs und/oder einen Vorsprungswinkel eines distalen Endes des mindestens einen Strahlengangs relativ zu dem Endoskop umfassen.
  • Bei 1140 kann die Zielstruktur auf Grundlage der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften als einer von mehreren Strukturtypen mit entsprechenden Zusammensetzungen identifiziert werden, wie etwa unter Verwendung des Rückkopplungs-Analysators 240. In einem Beispiel kann die Zielstruktur als eine Kategorie einer Konkrementstruktur oder als eine Kategorie einer anatomischen Struktur identifiziert werden, wie etwa unter Verwendung des Zieldetektors 246. Beispiele der Konkrementstruktur können Steine oder Steinfragmente in verschiedenen steinbildenden Regionen wie Harnwege, Gallenblase, Nasenwege, Magen-Darm-Trakt, Magen oder Mandeln umfassen. Beispiele der anatomischen Struktur können unter anderem Weichgewebe (z. B. Muskeln, Sehnen, Bänder, Blutgefäße, Faszien, Haut, Fett und Fasergewebe), Hartgewebe wie Knochen, Bindegewebe wie Knorpel, umfassen. Wie oben unter Bezugnahme auf die diskutiert, können Konkrementstrukturen (z. B. ein Nierenstein) und anatomische Strukturen (z. B. weiches oder hartes Gewebe einer Person) unterschiedliche Reflexionsspektren aufweisen. Aus dem Reflexionsspektrum der Zielstruktur extrahierte Spektralmerkmale können verwendet werden, um die Zielstruktur entweder als Konkrementstruktur oder als anatomische Struktur (z. B. weiches oder hartes Gewebe) zu kategorisieren, wie oben unter Bezugnahme auf die und beschrieben.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Zielstruktur als einer von mehreren Konkrementtypen oder als einer von mehreren Gewebetypen klassifiziert werden, wie etwa unter Verwendung des Zielklassifikators 248. Wie in gezeigt, können verschiedene Strukturtypen innerhalb derselben Kategorie (z. B. Konkrementkategorie oder Kategorie anatomischer Strukturen) unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen. Solche kategorieinternen spektralen Reflexionsunterschiede können verwendet werden, um die Zielstruktur als einen bestimmten Strukturtyp zu klassifizieren, wie beispielsweise einen bestimmten Gewebetyp innerhalb einer identifizierten Kategorie einer anatomischen Struktur, oder als einen bestimmten Konkrementtyp innerhalb einer identifizierten Kategorie einer Konkrementstruktur. Die Klassifizierung kann auf dem Reflexionsvermögen bei einer bestimmten Wellenlänge, und/oder einem statistischen Merkmal (z. B. einer Varianz oder einer anderen Variationsmetrik) des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedenen Wellenlängen und/oder einem grafischen Merkmal basieren, das aus einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums generiert wird. In einem Beispiel kann ein identifiziertes Ziel des Konkrements (z. B. ein Nierenstein) als einer von mehreren Konkrementtypen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen klassifiziert werden, wie z. B. ein CaP-Stein, ein MAP-Stein, ein COM-Stein, ein CSB-Stein, ein Cholesterin-basierter Stein oder ein Harnsäure (UA)-Stein. In einem Beispiel kann ein identifiziertes Gewebeziel als einer von Gewebetypen mit unterschiedlichen anatomischen Orten klassifiziert werden. Zum Beispiel kann ein Nierengewebeziel als ein Kelchgewebe, Kortexgewebe, Medulla-Gewebe oder Harnleitergewebe klassifiziert werden. In einem anderen Beispiel kann ein identifiziertes Gewebeziel als normales Gewebe oder anormales Gewebe (z. B. Krebsgewebe) klassifiziert werden. In noch einem anderen Beispiel kann ein identifiziertes Gewebeziel als Behandlungsbereich (z. B. Tumor oder Polyp, das entfernt werden soll) oder Nicht-Behandlungsbereich (z. B. Blutgefäße, Muskel usw.) klassifiziert werden. Aus dem Reflexionsspektrum der Zielstruktur extrahierte Spektralmerkmale können verwendet werden, um die Zielstruktur als einen bestimmten Konkrementtyp oder einen bestimmten Gewebetyp zu kategorisieren, wie oben unter Bezugnahme auf die und beschrieben wurde.
  • Bei 1150 kann ein Steuersignal erzeugt werden, um ein Lasersystem in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels zu betreiben, z. B. unter Verwendung der Laserregelung 260. Der Betriebsmodus kann das Abgeben oder Zurückhalten der Abgabe des Laserstrahls oder eine Laserparametereinstellung für das Lasersystem umfassen. In einem Beispiel kann das Lasersystem in einem ersten Betriebsmodus arbeiten, wenn das Ziel als eine Konkrementstruktur identifiziert wird, in einem zweiten Betriebsmodus, wenn das Ziel als anatomische Struktur identifiziert wird, oder in einem dritten Betriebsmodus, wenn das Ziel weder als anatomische Struktur noch als Konkrementstruktur identifiziert wird. In einem Beispiel kann der erste Betriebsmodus dem Aktivieren des Lasersystems entsprechen, um einen Laserstrahl abzugeben, der mit einer ersten Bestrahlungsparametereinstellung programmiert ist, um die identifizierten Konkremente, wie beispielsweise Nierensteine, zu entfernen oder zu pulverisieren. In einem Beispiel kann der zweite Betriebsmodus dem Zurückhalten der Abgabe von Laserenergie an das identifizierte Gewebe oder dem Abgeben eines Laserstrahls entsprechen, der mit einer zweiten Bestrahlungsparametereinstellung programmiert ist, die sich von der ersten Bestrahlungsparametereinstellung unterscheidet, um das identifizierte Gewebe zu behandeln. In einem Beispiel kann der dritte Betriebsmodus dem Deaktivieren des Lasersystems zum Unterbinden der Abgabe von Laserenergie entsprechen. Beispiele der Laserbestrahlungsparameter können unter anderem Wellenlänge, Leistung, Leistungsdichte, Pulsparameter (z. B. Pulsbreite, Pulsrate, Amplitude, Arbeitszyklus), Belichtungszeit, Gesamtdosis oder Energie umfassen.
  • In einigen Beispielen können Bestrahlungsparametereinstellungen jeweils für mehrere Konkrementtypen und/oder für mehrere Gewebetypen bestimmt werden. Eine Konkrementetyp-Bestrahlungsparametereinstellungs-Übereinstimmung oder eine Gewebetyp-Bestrahlungsparametereinstellungs-Übereinstimmung kann erzeugt und in dem Speicher 250 gespeichert werden, wie beispielsweise in einer Nachschlagetabelle, einem assoziativen Array oder dergleichen. Die Laserregelung 260 kann eine dieser gespeicherten Übereinstimmungen verwenden, um eine Bestrahlungsparametereinstellung zu bestimmen, die dem klassifizierten Konkrementtyp oder dem klassifizierten Gewebetyp entspricht.
  • In einigen Beispielen kann die Bestimmung des Betriebsmodus des Lasersystems ferner auf einem Abstand 660 zwischen der Zielstruktur und einem distalen Ende des optischen Wegs basieren, wie etwa zwischen dem distalen Ende der Laserfaser 512 und der Zielstruktur 122, wie in den gezeigt, oder zwischen dem distalen Ende des optischen Wegs 816 zum Empfangen und Übertragen des reflektierten Signals und der Zielstruktur 122, wie in den gezeigt. Der Abstand 660 kann unter Verwendung einer spektroskopischen Eigenschaft berechnet werden, wie beispielsweise eines Reflexionsspektrums. Zusätzlich können in einigen Beispielen der gemessene Außendurchmesser der Faser oder des Lichtwegs und sein Vorsprungswinkel und/oder Eingangssignale von dem endoskopischen Bildprozessor verwendet werden, um den Abstand 660 zu berechnen.
  • Das Lasersystem kann so gesteuert werden, dass es Laserstrahlen an die Zielstruktur abgibt, wenn der Abstand 660 eine Bedingung erfüllt, wie beispielsweise das Unterschreiten eines Schwellenwerts oder innerhalb eines spezifizierten Laserfeuerbereichs. In einem Beispiel, wenn die Zielstruktur als beabsichtigter Behandlungsstrukturtyp identifiziert wird (z. B. ein bestimmter Weichgewebetyp oder ein bestimmter Konkrementtyp), aber die Zielstruktur nicht innerhalb der Reichweite des Lasers liegt (z. B. d > dth), kann ein Steuersignal erzeugt werden, um die Laserquelle zu „blockieren“ und zu verhindern, dass sie auf das Ziel feuert. Informationen über den Abstand 660 und dass die Zielstruktur außerhalb des Laserbereichs (d > dth) liegt, können dem Arzt präsentiert werden, der dann das Endoskop einstellen kann, um beispielsweise das distale Ende der Laserfaser neu zu positionieren. Der Abstand 660 sowie der Zielstrukturtyp können kontinuierlich überwacht und dem Arzt präsentiert werden. Wenn das Ziel als beabsichtigter Behandlungsstrukturtyp erkannt wird und sich innerhalb der Reichweite des Lasers befindet (d<=dth), kann ein Steuersignal erzeugt werden, um die Laserquelle zu „entriegeln“, um Laserstrahlen auf die Zielstruktur entsprechend der Laserbetriebsart zu richten und abzufeuern (z. B. die Leistungseinstellung). Der Abstand 660 kann unter Verwendung einer vorab erzeugten Kalibrierungskurve berechnet werden, die eine Beziehung zwischen einer spektroskopischen reflektierten Signalintensität und dem Abstand 660 zwischen einem distalen Ende einer Faser und einer Zielstruktur darstellt, wie oben unter Bezugnahme auf beschrieben.
  • veranschaulicht allgemein ein Blockdiagramm einer beispielhaften Maschine 1200, auf der eine oder mehrere der hierin erörterten Techniken (z. B. Methoden) ausgeführt werden können. Teile dieser Beschreibung können sich auf den Rechenausrüstungen verschiedener Teile des Laserbehandlungssystems 100 (z. B. das Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 101), des Laser-Regelungssystem mit Rückkopplung 200 oder einer in einem Endoskop wie etwa dem Endoskop 400 integrierten Regelungsschaltung beziehen.
  • In alternativen Ausführungsformen kann die Maschine 1200 als eigenständiges Gerät arbeiten oder kann mit anderen Maschinen verbunden (z. B. vernetzt) sein. In einer vernetzten Konfiguration kann die Maschine 1200 als eine Server-Maschine, eine Client-Maschine oder beide in Server-Client-Netzwerkumgebungen arbeiten. In einem Beispiel kann die Maschine 1200 als Peer-Maschine in einer Peer-to-Peer (P2P) (oder einer anderen verteilten) Netzwerkumgebung agieren. Die Maschine 1200 kann ein Personal Computer (PC), Tablet-PC, Set-Top-Box (STB), Personal Digital Assistant (PDA), Mobiltelefon, Web-Appliance, Netzwerkrouter, Switch oder Bridge oder jede Maschine sein, die Anweisungen ausführen kann (sequentiell oder anderweitig), die Prozesse angeben, die von dieser Maschine ausgeführt werden sollen. Obwohl nur eine einzelne Maschine dargestellt ist, soll der Begriff „Maschine“ auch jede Kombination von Maschinen umfassen, die einzeln oder gemeinsam einen Satz (oder mehrere Sätze) von Anweisungen ausführen, um eine oder mehrere der hierin erörterten Methoden auszuführen, wie Cloud Computing, Software as a Service (SaaS), andere Computer-Cluster-Konfigurationen.
  • Beispiele, wie hierin beschrieben, können eine Logik oder eine Anzahl von Komponenten oder Mechanismen umfassen oder durch diese funktionieren. Schaltungsgruppen sind eine Sammlung von Schaltungen, die in materiellen Einheiten implementiert sind, die Hardware enthalten (z. B. einfache Schaltungen, Gatter, Logik usw.). Die Zugehörigkeit zu einer Schaltungsgruppe kann im Laufe der Zeit und der zugrunde liegenden Hardwarevariabilität flexibel sein. Schaltungsgruppen umfassen Elemente, die einzeln oder in Kombination beim Betrieb bestimmte Operationen ausführen können. In einem Beispiel kann die Hardware der Schaltungsgruppe unveränderlich sein, um eine spezifische Operation auszuführen (z. B. fest verdrahtet). In einem Beispiel kann die Hardware der Schaltungsgruppe variabel verbundene physikalische Komponenten (z. B. Ausführungseinheiten, Transistoren, einfache Schaltungen, usw.) umfassen, einschließlich eines computerlesbaren Mediums, das physikalisch modifiziert ist (z. B. magnetisch, elektrisch, durch bewegliche Platzierung unveränderlicher massereicher Partikel, usw.), um Anweisungen der spezifischen Operation zu codieren. Beim Verbinden der physikalischen Komponenten werden die zugrundeliegenden elektrischen Eigenschaften einer Hardwarekomponente geändert, beispielsweise von einem Isolator zu einem Leiter oder umgekehrt.
    Die Anweisungen ermöglichen es eingebetteter Hardware (z. B. den Ausführungseinheiten oder einem Lademechanismus), Elemente der Schaltungsgruppe in Hardware über die variablen Verbindungen zu erzeugen, um im Betrieb Teile der spezifischen Operation auszuführen. Dementsprechend ist das computerlesbare Medium kommunikativ mit den anderen Komponenten der Schaltungsgruppe gekoppelt, wenn das Gerät in Betrieb ist. In einem Beispiel kann jede der physischen Komponenten in mehr als einem Element von mehr als einer Schaltungsgruppe verwendet werden. Beispielsweise können im Betrieb Ausführungseinheiten in einer ersten Schaltung einer ersten Schaltungsgruppe zu einem Zeitpunkt verwendet und von einer zweiten Schaltung in der ersten Schaltungsgruppe oder von einer dritten Schaltung in einer zweiten Schaltungsgruppe zu einem anderen Zeitpunkt wiederverwendet werden.
  • Die Maschine (z. B. ein Computersystem) 1200 kann einen Hardwareprozessor 1202 (z. B. eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Hardwareprozessorkern oder eine beliebige Kombination davon), einen Hauptspeicher 1204 und einen statischen Speicher 1206 umfassen, von denen einige oder alle über eine Zwischenverbindung (z. B. einen Bus) 1208 miteinander kommunizieren können.
    Die Maschine 1200 kann ferner eine Anzeigeeinheit 1210 (z. B. eine Rasteranzeige, Vektoranzeige, holografische Anzeige usw.), eine alphanumerische Eingabevorrichtung 1212 (z. B. eine Tastatur) und eine Benutzerschnittstellen-(UI- )Navigationsvorrichtung 1214 (z. B. eine Maus) umfassen. In einem Beispiel können die Anzeigeeinheit 1210, die Eingabevorrichtung 1212 und die UI-Navigationsvorrichtung 1214 eine Touchscreen-Anzeige sein. Die Maschine 1200 kann zusätzlich eine Speichervorrichtung (z. B. eine Festplatteneinheit) 1216, eine Signalerzeugungsvorrichtung 1218 (z. B. einen Lautsprecher), eine Netzwerkschnittstellenvorrichtung 1220 und einen oder mehrere Sensoren 1221 umfassen, wie z. B. einen GPS-Sensor, Kompass, Beschleunigungsmesser oder andere Sensoren. Die Maschine 1200 kann eine Ausgabesteuerung 1228 umfassen, wie etwa eine serielle (z. B. ein universeller serieller Bus (USB)), parallele oder andere drahtgebundene oder drahtlose Verbindung (z. B. Infrarot (IR), Nahfeldkommunikation (NFC) usw.), um mit einem oder mehreren Peripheriegeräten (z. B. einen Drucker, Kartenleser usw.) zu kommunizieren oder diese zu steuern.
  • Die Speichervorrichtung 1216 kann ein maschinenlesbares Medium 1222 beinhalten, auf dem ein oder mehrere Sätze von Datenstrukturen oder Anweisungen 1224 (z. B. Software) gespeichert sind, die eine oder mehrere der hierin beschriebenen Techniken oder Funktionen verkörpern oder von diesen verwendet werden. Die Anweisungen 1224 können sich auch vollständig oder zumindest teilweise innerhalb des Hauptspeichers 1204, innerhalb des statischen Speichers 1206 oder innerhalb des Hardwareprozessors 1202 während ihrer Ausführung durch die Maschine 1200 befinden. In einem Beispiel kann einer oder eine beliebige Kombination des Hardwareprozessors 1202, des Hauptspeichers 1204, des statischen Speichers 1206 oder der Speichervorrichtung 1216 maschinenlesbare Medien bilden.
  • Obwohl das maschinenlesbare Medium 1222 als ein einzelnes Medium dargestellt ist, kann der Begriff „maschinenlesbares Medium“ ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z. B. eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Caches und Server) umfassen, die konfiguriert sind, um die eine oder mehrere Anweisungen 1224 zu speichern.
  • Der Begriff „maschinenlesbares Medium“ kann jedes Medium umfassen, das Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine 1200 speichern, codieren oder tragen kann und die die Maschine 1200 veranlassen, eine oder mehrere der Techniken der vorliegenden Offenbarung auszuführen, oder das in der Lage ist, Datenstrukturen zu speichern, zu codieren oder zu tragen, die von solchen Anweisungen verwendet werden oder mit diesen verbunden sind. Nicht einschränkende Beispiele für maschinenlesbare Medien können Festkörperspeicher und optische und magnetische Medien umfassen. In einem Beispiel umfasst ein massenhaft maschinenlesbares Medium ein maschinenlesbares Medium mit einer Vielzahl von Partikeln mit unveränderlicher (z. B. Ruhe-)Masse. Dementsprechend sind massenhaft maschinenlesbare Medien keine sich vorübergehend ausbreitenden Signale. Spezifische Beispiele von massenhaft maschinenlesbaren Medien können umfassen: nichtflüchtige Speicher, wie etwa Halbleiterspeichervorrichtungen (z. B. elektrisch programmierbare Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbare programmierbare Festwertspeicher (EPSOM)) und Flash-Speichervorrichtungen; Magnetplatten, wie interne Festplatten und Wechselplatten; magnetooptische Platten; und CD-ROM- und DVD-ROM-Platten.
  • Die Anweisungen 1224 können ferner über ein Kommunikationsnetzwerk 1226 unter Verwendung eines Übertragungsmediums über die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 1220 unter Verwendung eines beliebigen einer Reihe von Übertragungsprotokollen (z. B. Frame Relay, Internetprotokoll (IP), Übertragungssteuerungsprotokoll (TCP)), User Datagram Protocol (UDP), Hypertext Transfer Protocol (HTTP) usw.) übertragen oder empfangen werden. Beispielhafte Kommunikationsnetzwerke können ein lokales Netzwerk (LAN), ein Weitverkehrsnetzwerk (WAN), ein Paketdatennetzwerk (z. B. das Internet), Mobiltelefonnetzwerke (z. B. Mobilfunknetze), Plain Old Telephone (POTS)-Netzwerke, und drahtlose Datennetze (z. B. die Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11-Standardfamilie, bekannt als WiFi®, die IEEE 802.16-Standardfamilie, bekannt als WiMax®), die IEEE 802.15.4-Standardfamilie, Peer-to-Peer (P2P) Netzwerke, unter anderem umfassen. In einem Beispiel kann die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 1220 einen oder mehrere physische Buchsen (z. B. Ethernet-, Koaxial- oder Telefonbuchsen) oder eine oder mehrere Antennen beinhalten, um eine Verbindung mit dem Kommunikationsnetzwerk 1226 herzustellen. In einem Beispiel kann die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 1220 eine Vielzahl von Antennen umfassen, um drahtlos unter Verwendung von mindestens einem von Single Input Multiple Output (SIMO), Multiple Input Multiple Output (MIMO) oder Multiple Input Single Output (MISO)-Techniken zu kommunizieren. Der Begriff „Übertragungsmedium“ soll jedes immaterielle Medium umfassen, das Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine 1200 speichern, codieren oder tragen kann, und umfasst digitale oder analoge Kommunikationssignale oder ein anderes immaterielles Medium, um die Kommunikation solcher Software zu erleichtern.
  • Zusätzliche Bemerkungen
  • Die obige ausführliche Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können Elemente enthalten, die zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen sind. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung ziehen jedoch auch Beispiele in Betracht, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente bereitgestellt werden. Darüber hinaus ziehen die Erfinder der vorliegenden Erfindung auch Beispiele in Betracht, die eine beliebige Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwenden, entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hier gezeigt oder beschrieben werden.
  • In diesem Dokument werden die Begriffe „ein“ oder „eine“ verwendet, wie es in Patentdokumenten üblich ist, um eine oder mehrere einzuschließen, unabhängig von anderen Fällen oder Verwendungen von „mindestens einer“ oder „einer oder mehreren“. In diesem Dokument bezieht sich der Begriff „oder“ auf ein nicht ausschließliches oder, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ umfasst, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Begriffe „einschließlich“ und „in denen“ als einfache englische Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Auch in den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „einschließlich“ und „umfassend“ offen, d. h. ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das in einem Anspruch zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff aufgeführten Elemente weitere Elemente enthält, wird immer noch als in den Umfang dieses Anspruchs fallend angesehen. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“ und „dritter“ usw. nur als Bezeichnungen verwendet und sollen nicht numerische Anforderungen an die entsprechenden Objekte auferlegen.
  • Die obige Beschreibung soll veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder einer oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, beispielsweise durch einen Durchschnittsfachmann nach Durchsicht der obigen Beschreibung. Das Abstract wird bereitgestellt, um 37 C.F.R. §1.72(b) zu genügen, damit der Leser die Art der technischen Offenlegung schnell feststellen kann. Sie wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht dazu verwendet wird, den Umfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder einzuschränken. Außerdem können in der obigen ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu rationalisieren. Dies sollte nicht dahingehend interpretiert werden, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offenbarten Ausführungsform liegen. Somit werden die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als separate Ausführungsform steht, und es wird erwogen, dass solche Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Abwandlungen miteinander kombiniert werden können. Der Umfang der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, auf die diese Ansprüche Anspruch haben, bestimmt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/882837 [0001]
    • US 63/017450 [0001]

Claims (39)

  1. Elektrochirurgisches Behandlungssystem, umfassend: ein elektrochirurgisches Energiesystem, das konfiguriert ist, um elektrochirurgische Energie zur Abgabe an ein Ziel in einem Körper eines Patienten zu erzeugen; und eine Regelungsschaltung, die konfiguriert ist zum: Empfangen eines von dem Ziel reflektierten Signals als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung, die von einer Lichtquelle erzeugt wird; Erzeugen einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften aus dem empfangenen reflektierten Signal; Identifizieren, unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, des Ziels als einen von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen; und Bestimmen eines Betriebsmodus des elektrochirurgischen Energiesystems basierend auf der Identifizierung des Ziels, wobei der Betriebsmodus die Abgabe oder das Zurückhalten der Abgabe der elektrochirurgischen Energie oder eine Energieparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem umfasst.
  2. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das elektrochirurgische Energiesystem ein Lasersystem umfasst, das konfiguriert ist, um einen Laserstrahl zur Abgabe an das Ziel im Körper des Patienten zu erzeugen, und die Energieparametereinstellung eine Laserparametereinstellung umfasst.
  3. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach Anspruch 2, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist zum: Erzeugen eines Reflexionsspektrums unter Verwendung des empfangenen reflektierten Signals, wobei das Reflexionsspektrum Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen repräsentiert; und zum Erzeugen der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, einschließlich des Extrahierens von einem oder mehreren spektralen Merkmalen aus dem Reflexionsspektrum, einschließlich: einer Reflexionsintensität bei einer spezifischen Wellenlänge; eines statistischen Merkmals des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen; oder eines grafischen Merkmals einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums.
  4. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach Anspruch 3, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um das Ziel, unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, als eine Konkrementstruktur oder eine anatomische Struktur zu identifizieren.
  5. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 3-4, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist, zum: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Konkrementtypen mit seinen jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; Anpassen einer Laserparametereinstellung für das Lasersystem basierend auf dem klassifizierten Konkrementtyp des Ziels; und Erzeugen eines Steuersignals an das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Konkrementtyps gemäß der eingestellten Laserparametereinstellung abzugeben.
  6. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach Anspruch 5, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um das Ziel als ein Konkrementtyp zu klassifizieren, einschließlich mindestens eines von: einem Kalziumphosphat (CaP)-Stein; einem Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP)-Stein; einem Monohydrat-Calciumoxalat (COM)-Stein; einem Konkrement auf Cholesterinbasis; einem Dihydrat-Calciumoxalat (COD)-Stein; oder einem Harnsäure(UA)-Stein.
  7. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 3-6, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist, zum: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Gewebetypen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp des Ziels.
  8. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach Anspruch 7, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist zum: Klassifizieren des Ziels als einen Behandlungsbereich oder nicht zu behandelnden Bereich unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und zum Erzeugen eines Steuersignals an das Lasersystem, um einen Laserstrahl an den Behandlungsbereich abzugeben und um die Abgabe eines Laserstrahls an den nicht zu behandelnden Bereich zu unterdrücken.
  9. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 7-8, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist zum: Klassifizieren des Ziels als normales Gewebe oder Krebsgewebe unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen eines Steuersignals an das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Krebsgewebes abzugeben, und um die Abgabe eines Laserstrahls zurückzuhalten, wenn das Ziel als normales Gewebe klassifiziert wird.
  10. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um den Betriebsmodus des elektrochirurgischen Energiesystems zu bestimmen, einschließlich eines ersten Betriebsmodus, wenn das Ziel als Konkrementstruktur identifiziert wird, eines zweiten Betriebsmodus, wenn das Ziel als anatomische Struktur identifiziert wird, oder eines dritten Betriebsmodus, wenn das Ziel weder als anatomische Struktur noch als Konkrementstruktur identifiziert wird.
  11. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 2-9, umfassend ein Endoskop, das mit dem Lasersystem gekoppelt ist, wobei das Endoskop die Regelungsschaltung und mindestens einen optischen Weg beinhaltet, der konfiguriert ist, um den Laserstrahl und/oder das vom Ziel reflektierte Signal und/oder die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu übertragen.
  12. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach Anspruch 11, wobei die Regelungsschaltung ferner konfiguriert ist zum: Berechnen einer Entfernung zwischen dem Ziel und einem distalen Ende des mindestens einen optischen Wegs unter Verwendung mindestens einer der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems einschließlich des Abgebens des Laserstrahls an das Ziel, wenn (1) das Ziel als ein Behandlungsstrukturtyp identifiziert wird und (2) die berechnete Entfernung innerhalb eines spezifizierten Laserbrennbereichs liegt.
  13. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 11-12, wobei der mindestens eine optische Weg einen ersten optischen Weg umfasst, der dazu konfiguriert ist, das von dem Ziel reflektierte Signal an einen spektroskopischen Sensor zu übertragen, der mit der Regelungsschaltung gekoppelt ist.
  14. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach Anspruch 13, wobei der erste optische Weg ferner konfiguriert ist, um den Laserstrahl zu dem Ziel zu übertragen.
  15. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 13-14, wobei der erste optische Weg ferner konfiguriert ist, um die elektromagnetische Strahlung von der Lichtquelle zum Ziel zu übertragen.
  16. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 13-15, wobei der mindestens eine optische Weg einen zweiten optischen Weg umfasst, der von dem ersten optischen Weg getrennt ist, wobei der zweite optische Weg dazu konfiguriert ist, den Laserstrahl zum Ziel zu übertragen.
  17. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 11-16, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um die eine oder mehrere der spektroskopischen Eigenschaften weiter unter Verwendung von Informationen über einen Außendurchmesser des mindestens einen optischen Wegs zu erzeugen.
  18. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 11-17, wobei die Regelungsschaltung konfiguriert ist, um die eine oder mehrere der spektroskopischen Eigenschaften weiter unter Verwendung von Informationen über einen Vorsprungswinkel eines distalen Endes des mindestens einen optischen Wegs relativ zu dem Endoskop zu erzeugen.
  19. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 1-18, wobei die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung eine oder mehrere der folgenden umfasst: ultraviolette Wellen; sichtbare Lichtwellen; oder Infrarotwellen.
  20. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 1-19, wobei die Regelungsschaltung mit einem spektroskopischen Sensor gekoppelt ist, der konfiguriert ist, um das von dem Ziel reflektierte Signal als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung, die die Zielstruktur beleuchtet, zu erfassen, wobei der spektroskopische Sensor eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Fourier-Transformations-Infrarot (FTIR) Spektrometer; ein Raman-Spektrometer; ein UV-VIS-Spektrometer; ein UV-VIS-IR-Spektrometer; oder ein Fluoreszenzspektrometer.
  21. Elektrochirurgisches Behandlungssystem nach einem der Ansprüche 1-21, wobei die Regelungsschaltung mit einem Bildgebungssensor gekoppelt ist, der konfiguriert ist, um das von dem Ziel reflektierte Signal als Reaktion darauf zu erfassen, dass die elektromagnetische Strahlung die Zielstruktur beleuchtet.
  22. Verfahren zum Steuern eines elektrochirurgischen Energiesystems, um einem Ziel in einem Körper einer Person elektrochirurgische Energie zuzuführen, wobei das Verfahren umfasst: Beleuchten des Ziels mit elektromagnetischer Strahlung, die von einer Lichtquelle erzeugt wird; Erfassen, über einen spektroskopischen Sensor, der mit einer Regelungsschaltung verbunden ist, eines Signals, das von dem Ziel als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung reflektiert wird; Erzeugen einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften über die Regelungsschaltung unter Verwendung des erfassten reflektierten Signals; Identifizieren des Ziels über die Regelungsschaltung als einen von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen, über die Regelungsschaltung, eines Steuersignals, um ein elektrochirurgisches Energiesystem in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels zu betreiben, wobei der Betriebsmodus die Abgabe oder das Zurückhalten der Abgabe der elektrochirurgischen Energie oder eine Energieparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Steuersignal erzeugt wird, um ein Lasersystem in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels zu betreiben, wobei der Betriebsmodus das Abgeben oder Zurückhalten der Lieferung eines Laserstrahls oder eine Laserparametereinstellung für das Lasersystem umfasst.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22-23, umfassend das Erzeugen eines Reflexionsspektrums unter Verwendung des erfassten reflektierten Signals, wobei das Reflexionsspektrum Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen darstellt, und wobei das Erzeugen der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften das Extrahieren eines oder mehrerer spektraler Merkmale aus dem Reflexionsspektrum umfasst, umfassend: eine Reflexionsintensität bei einer bestimmten Wellenlänge; ein statistisches Merkmal des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen; oder ein grafisches Merkmal einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23, umfassend: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Konkrementtypen mit seinen jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, Anpassen einer Laserparametereinstellung für das Lasersystem basierend auf dem klassifizierten Konkrementtyp des Ziels, und Erzeugen eines Steuersignals für das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Konkrementtyps gemäß der angepassten Laserparametereinstellung abzugeben.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-24, ferner umfassend: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Gewebetypen unter Verwendung der einen oder der mehreren spektroskopischen Eigenschaften und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp des Ziels.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, umfassend: Klassifizieren des Ziels als Behandlungsbereich oder nicht zu behandelnden Bereich unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen eines Steuersignals für das Lasersystem, um einen Laserstrahl an den Behandlungsbereich abzugeben und um die Abgabe eines Laserstrahls an den nicht zu behandelnden Bereich zu unterdrücken.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-27, umfassend: Klassifizieren des Ziels als normales Gewebe oder Krebsgewebe unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Erzeugen eines Steuersignals für das Lasersystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Krebsgewebes abzugeben und um die Abgabe eines Laserstrahls zurückzuhalten, wenn das Ziel als normales Gewebe klassifiziert wird.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-28, wobei das bestimmen des Betriebsmodus des elektrochirurgischen Energiesystems einen von einem ersten Betriebsmodus, wenn das Ziel als eine Konkrementstruktur identifiziert wird, einem zweiten Betriebsmodus, wenn das Ziel als eine anatomische Struktur identifiziert wird, oder einem dritten Betriebsmodus umfasst, wenn das Ziel weder als anatomische Struktur noch als Konkrementstruktur identifiziert wird, umfasst.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-29, umfassend: Berechnen eines Abstands zwischen dem Ziel und einem distalen Ende eines einem Endoskop zugeordneten optischen Wegs unter Verwendung von mindestens einer der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems einschließlich des Abgebens des Laserstrahls an das Ziel, wenn (1) das Ziel als Behandlungsstrukturtyp identifiziert wurde und (2) die berechnete Entfernung innerhalb eines spezifizierten Laserbrennbereichs liegt.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-30, wobei das Erzeugen des einen oder der mehreren spektroskopischen Eigenschaften das Verwenden von Geometrie- und Positionierungsinformationen über mindestens einen optischen Weg umfasst, der einem Endoskop zugeordnet ist und konfiguriert ist, um den Laserstrahl, und/oder das dem vom Ziel reflektierte Signal und/oder die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu übertragen, wobei die Geometrie- und Positionierungsinformationen einen Außendurchmesser des mindestens einen optischen Wegs und/oder einen Vorsprungswinkel eines distalen Endes des mindestens einen optischen Wegs relativ zu dem Endoskop umfassen.
  32. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium, das Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren einer Maschine ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, Operationen auszuführen, die Folgendes umfassen: Beleuchten eines Ziels in einem Körper einer Person mit elektromagnetischer Strahlung, die von einer Lichtquelle erzeugt wird; Empfangen eines von dem Ziel reflektierten Signals als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung; Erzeugen der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften unter Verwendung des reflektierten Signals; Identifizieren des Ziels unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften als einen von mehreren Strukturtypen mit ihren jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen; und Erzeugen eines Steuersignals zum Betreiben eines elektrochirurgischen Energiesystems in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels, wobei der Betriebsmodus das Abgeben oder Zurückhalten der Ausgabe von elektrochirurgischer Energie oder eine Energieparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem umfasst.
  33. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 32, wobei das Steuersignal erzeugt wird, um ein Lasersystem in einem Betriebsmodus basierend auf der Identifizierung des Ziels zu betreiben, wobei der Betriebsmodus das Abgeben oder Zurückhalten der Ausgabe eines Laserstrahls oder eine Laserparametereinstellung für das Lasersystem umfasst.
  34. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 32-33, wobei die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner das Erzeugen, unter Verwendung des empfangenen reflektierten Signals, eines Reflexionsspektrums, das Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen darstellt, umfassen, und wobei der Vorgang des Erzeugens der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften das Extrahieren eines oder mehrerer spektralen Merkmale aus dem Reflexionsspektrum umfasst, umfassend: eine Reflexionsintensität bei einer spezifischen Wellenlänge; ein statistisches Merkmal des Reflexionsvermögens über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen; oder ein grafisches Merkmal einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums.
  35. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 32-34, wobei der Vorgang des Identifizierens des Ziels als einen von mehreren Strukturtypen das Identifizieren des Ziels als eine Konkrementstruktur oder eine anatomische Struktur unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften umfasst.
  36. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 32-35, wobei die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner Folgendes umfassen: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Konkrementtypen mit seinen jeweiligen unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; Anpassen einer Laserparametereinstellung für das elektrochirurgische Energiesystem basierend auf dem klassifizierten Konkrementtyp des Ziels; und Erzeugen eines Steuersignals für das elektrochirurgische Energiesystem, um einen Laserstrahl an das Ziel des klassifizierten Konkrementtyps gemäß der angepassten Laserparametereinstellung abzugeben.
  37. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 32-36, wobei die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner Folgendes umfassen: Klassifizieren des Ziels als einen von mehreren Gewebetypen unter Verwendung der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems basierend auf dem klassifizierten Gewebetyp des Ziels.
  38. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 32-37, wobei die Anweisungen die Maschine veranlassen, Operationen durchzuführen, die ferner Folgendes umfassen: Berechnen eines Abstands zwischen dem Ziel und einem distalen Ende eines einem Endoskop zugeordneten optischen Wegs unter Verwendung von mindestens einer der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften; und Bestimmen eines Betriebsmodus des Lasersystems einschließlich des Abgebens des Laserstrahls an das Ziel, wenn (1) das Ziel als ein Behandlungsstrukturtyp identifiziert wird und (2) die berechnete Entfernung innerhalb eines spezifizierten Laserbrennbereichs liegt.
  39. Mindestens ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 32-38, wobei der Vorgang des Erzeugens der einen oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften das Verwenden von Geometrie- und Positionierungsinformationen über mindestens einen optischen Weg umfasst, der einem Endoskop zugeordnet ist und konfiguriert ist, um den Laserstrahl und/oder das von dem Ziel reflektierte Signal und/oder die von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zu übertragen, wobei die Geometrie- und Positionierungsinformationen einen Außendurchmesser des mindestens einen optischen Wegs und/oder einen Vorsprungswinkel eines distalen Endes des mindestens einen optischen Wegs relativ zu dem Endoskop umfassen.
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