用于安全激光碎石的瞄準光束檢測的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體涉及微創(chuàng)醫(yī)療設備和手術(procedure)，并且特別涉及控制使用內(nèi)窺鏡的定向能量手術的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]激光碎石是在從尿路(包括尿道、膀胱、輸尿管和腎)去除結石中廣泛使用的微創(chuàng)手術。為了執(zhí)行激光碎石，內(nèi)窺鏡(諸如，膀胱鏡、輸尿管鏡、或者腎鏡)被插入到尿路中到結石位置，并且光纖被引入到內(nèi)窺鏡的工作通道中。向前推動光纖，直到其從工作通道的遠端開口出去并且變得接近結石為止。通過光纖將激光束發(fā)射到結石上，使得結石吸收激光束能量并且碎裂。
[0003]如果在光纖仍然在內(nèi)窺鏡的工作通道內(nèi)而不是伸出遠端開口時發(fā)射激光束，則激光束可能損傷工作通道、以及周圍組織。已經(jīng)提出了針對該問題的多種解決方案。例如，美國專利申請公開2013/0072753描述了一種用于防止醫(yī)療設備的無意激勵的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有近端、遠端、以及從近端延伸到遠端的中腔(lumen)的伸長管。中腔被配置成容納具有活動狀態(tài)和非活動狀態(tài)的醫(yī)療設備。檢測系統(tǒng)確定醫(yī)療設備的遠端相對于伸長管的遠端的位置，并且控制醫(yī)療設備的激勵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]以下描述的本發(fā)明的實施方式提供了可以用于在內(nèi)窺鏡手術中控制能量發(fā)射的方法和裝置。
[0005]從而，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種醫(yī)療裝置，該醫(yī)療裝置包括:內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡包括被配置成插入到體腔中的遠端，并且該內(nèi)窺鏡包括成像組件，該成像組件被配置成捕捉并且輸出體腔的接近遠端的區(qū)域的圖像。該裝置包括能量引導件和能量源，能量源被配置成通過能量引導件發(fā)射能量脈沖?？刂茊卧慌渲贸商幚韴D像以在體腔中識別目標物質(zhì)，并且檢驗通過能量引導件引導的瞄準光束被入射在目標物質(zhì)上，并且響應于這樣的檢驗，激勵能量源以經(jīng)由能量引導件將能量脈沖引導到目標物質(zhì)。
[0006]在一些實施方式中，該裝置包括照明源，照明源被配置成通過能量引導件引導瞄準光束。
[0007]在一些實施方式中，能量引導件穿過內(nèi)窺鏡到遠端處的開口。通常，內(nèi)窺鏡包括穿過內(nèi)窺鏡到末端處的開口的工作通道，并且能量引導件被配置成通過工作通道插入。能量引導件可以被配置成通過內(nèi)窺鏡的末端處的開口伸出，使得能量引導件的遠尖端接近目標物質(zhì)。在所公開的實施方式中，內(nèi)窺鏡被配置成通過病人的尿路插入，其中，目標物質(zhì)是結石，并且其中，由能量源發(fā)射的脈沖被配置成將被結石吸收并且由此導致結石碎裂。
[0008]通常，能量引導件包括光纖，并且能量源包括激光器。
[0009]在所公開的實施方式中，控制單元被配置成當在圖像中未出現(xiàn)將被入射在目標物質(zhì)上的瞄準光束時禁止能量源的操作?？蛇x地，控制單元可以被配置成在將能量脈沖發(fā)射到目標物質(zhì)之后的預定義的時間間隔期間延遲禁止能量源的操作。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，還提供一種用于執(zhí)行內(nèi)窺鏡手術的方法，該方法包括:設置內(nèi)窺鏡和能量引導件，所述內(nèi)窺鏡包括被配置用于插入到體腔中的遠端，能量引導件被配置成插入到所述體腔中。通過所述能量引導件將瞄準光束引導至所述體腔中。捕捉所述體腔的接近所述遠端的區(qū)域的圖像，并使用圖像處理器處理所述圖像，以在所述體腔中識別目標物質(zhì)，并且檢驗所述瞄準光束被入射在所述目標物質(zhì)上。響應于這樣的檢驗，激勵能量源以經(jīng)由所述能量引導件將能量脈沖引導到所述目標物質(zhì)。
[0011]本發(fā)明將從與附圖一起獲得的本發(fā)明的實施方式的以下詳細說明被更全面地理解，其中:
【附圖說明】
[0012]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于激光碎石的系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖2是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的激光碎石系統(tǒng)中的控制臺的元件的框圖；
[0014]圖3是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于控制碎石手術的方法的流程圖；以及
[0015]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的用于激光碎石的系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]相信，激光碎石系統(tǒng)在本領域中是已知的并且通常使用高功率紅外線激光器(諸如，鈥YAG激光器)來生成發(fā)射在目標結石的能量脈沖。還相信，用于擊碎結石的激光束通常對于人眼和標準圖像傳感器是不可見的，并且從而可以使用另一種照明源(諸如，可見LED或激光源)來生成可見瞄準光束。該瞄準光束通常可以通過光纖或者其它類似設備被引導并且被布置成撞擊激光束的目標。通過使用瞄準光束，瞄準光束點可以出現(xiàn)在當正在使用內(nèi)窺鏡查看目標區(qū)域時形成的圖像中，并且從而使得操作該系統(tǒng)的醫(yī)生看到來自光纖的能量將入射到哪里。
[0017]為了避免損害周圍組織，醫(yī)生應該確保在發(fā)射激光之前，瞄準光束被入射在結石上。瞄準光束點在結石上的合適觀測還應該幫助防止在光纖仍然在工作通道內(nèi)側而不是應當?shù)某蚰繕诉m當遠地伸出時激光器的誤發(fā)射(misfiring)。然而，實際上，結石在治療期間易于移動，并且操縱內(nèi)窺鏡和光纖很難，要求大量靈活性并且非常小心。結果，誤發(fā)射通常發(fā)生，導致對病人組織和內(nèi)窺鏡的損害。
[0018]以下描述的本發(fā)明的實施方式旨在通過在允許激光器被激勵之前，檢驗出瞄準光束被適當?shù)厝肷湓谀繕私Y石上，來防止激光器的誤發(fā)射?？梢詫崿F(xiàn)該目標的一種方式是通過處理由內(nèi)窺鏡相機捕捉的圖像。除了防止損害組織和裝置的益處之外，該方法可以在如下方面特別有利:其可以通過將合適處理和控制能力添加到現(xiàn)有激光碎石系統(tǒng)來簡單地被實現(xiàn)，而不對系統(tǒng)硬件進行大量修改或添加。
[0019]從而，在所公開的實施方式中，具有被配置用于插入到體腔中的遠端的內(nèi)窺鏡包括以下中的一個或更多個:
[0020]?成像組件，所述成像組件捕捉并且輸出體腔的接近遠端的區(qū)域的圖像；
[0021]?能量引導件，所述能量引導件可以或可以不穿過內(nèi)窺鏡到內(nèi)窺鏡的遠端處的開口或者區(qū)域；以及
[0022].能量源，所述能量源被耦合以通過能量引導件發(fā)射能量脈沖。
[0023]此外，如前所述，照明源可以通過能量引導件來引導瞄準光束。另選地，假設能量源包括激光器，該激光器可以被配置成除了發(fā)射高功率能量脈沖之外還發(fā)射低功率可見光束以用作瞄準光束，來代替單獨照明源。
[0024]控制單元處理由成像組件輸出的圖像以識別體腔中的目標物質(zhì)(諸如，結石)，并且檢驗出瞄準光束被入射在目標物質(zhì)上。基于該檢驗，控制單元激勵能量源以經(jīng)由能量引導件將能量脈沖引導到目標物質(zhì)上。另外，控制單元可以禁止能量源的操作。
[0025]在以下描述的實施方式中，內(nèi)窺鏡包括工作通道，能量引導件包括光纖，并且能量源包括激光器。光纖通過上述工作通道被插入，使得光纖的遠尖端從工作通道的遠開口伸出，接近目標物質(zhì)。內(nèi)窺鏡被配置成通過病人的尿路插入，其中，由激光器發(fā)射的脈沖被吸收并且由此使得結石(諸如，腎結石)碎裂。
[0026]雖然以下描述的實施方式通過舉例特別是對激光碎石作出參考，但是本發(fā)明的原理絕不限于該特定治療環(huán)境。而是，在另選實施方式中，可以在不僅使用激光器而且還使用其它類型的能量源(諸如，聲源或者微波源)的其它類型的治療手術中，加以必要的變更來應用在此描述的圖像處理和控制的方法。而且，雖然這些實施方式特別致力于尿路的治療，但是在此描述的系統(tǒng)和方法可以類似地應用在其它體腔(諸如，腸道、呼吸系統(tǒng)、以及心血管系統(tǒng))內(nèi)以及在胸腔和腹腔內(nèi)的內(nèi)窺鏡治療中、以及神經(jīng)外科和牙科手術中，或者應用在可以使用激光器或者其它定向能量源的身體中的任何位置。
[0027]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于激光碎石的系統(tǒng)20的示意圖。系統(tǒng)操作者22通常是醫(yī)生(諸如，泌尿科醫(yī)師)，使合適內(nèi)窺鏡24的遠端進入到病人26的體腔(膀胱、輸尿光或者腎)中。如在插圖中所示，操作者22操縱內(nèi)窺鏡24以使內(nèi)窺鏡的遠端接近目標物質(zhì)(諸如，結石28)。
[0028]如本領域中已知的，內(nèi)窺鏡的遠端處的成像組件30(包括圖像傳感器和合適成像光學元件)捕捉體腔內(nèi)的在遠端附近的區(qū)域的圖像，并且經(jīng)由線32將相應圖像信號發(fā)送到控制臺40。另選地，成像組件可以包括光纖圖像引導件(未示出)，光纖圖像引導件將該區(qū)域的圖像傳送到內(nèi)窺鏡的近端處的圖像傳感器。通常，成像組件30還包括照明源(如本領域中已知的)，照明源用于照亮被捕捉的圖像的區(qū)域，但是為了簡單起見，該元件在圖中也被省略。
[0029I內(nèi)窺鏡24包含從內(nèi)窺鏡的近端延伸到遠端的工作通道34。操作者22通過工作通道34插入能量引導件(通常是合適光纖36)，直到光纖的遠端穿過工作通道的遠端開口伸出到結石28附近。用于使結石28碎裂的高功率紅外線激光束和可見瞄準光束從控制臺40穿過光纖36到光纖的遠端，在遠端處，高功率紅外線激光束和可見瞄準光束入射在結石28上(只要內(nèi)窺鏡24被適當?shù)孛闇?。
[0030]控制臺40包括圖2中所示的控制和輻射部件。操作者22可以經(jīng)由合適用戶接口元件(諸如，腳踏板42)和/或內(nèi)窺鏡24的手柄44上的控制件與這些部件交互?？刂婆_40在顯示器38上并且還可以通過其它手段(諸如，音頻和/或觸覺輸出)將信息提供給操作者22。通常，顯示器38示出由成像組件30捕捉的圖像，在該情況下，該圖像包括結石28的圖像46。當光纖36被適當?shù)夭渴鹪诠ぷ魍ǖ?4的遠端的外面并且瞄準結石28時，瞄準光束將在結石上形成亮點，其表現(xiàn)為圖像46上的光束點48。點48可以通過其特征尺寸、形狀和顏色(例如，綠色)來識別。
[0031]圖2是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的控制臺40的元件的框圖。合適激光器50(諸如，鈥YAG激光器)的脈沖光束通過光學元件54被對準并且引導到光纖36的近端。照明源52(諸如，可見LED或基于激光的源)發(fā)射瞄準光束，該瞄準光束由光學元件54類似地聚集到光纖36。另選地，如前所述，除了高功率碎石脈沖之外，激光器50可以被配置成發(fā)射低功率可見光束以用作瞄準光束，在該情況下，可以不需要照明源52。
[0032]控制單元56監(jiān)測和控制激光器50和照明源52的操作。通常，控制單元56包括通用可編程處理器，通用可編程處理器具有用于執(zhí)行在此描述的功能的合適接口和軟件。另選地或者另外地，這些功能中的一些或所有可以由數(shù)字信號處理器和/或通過可編程或硬接線硬件邏輯執(zhí)行。雖然在圖2中并且在以下描述中，控制單元56被示出為包括某些特定