热敏光学探头的制作方法

热敏光学探头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及热敏光学探头。一种引导能量至组织的方法包括如下起始步骤，确定靶标组织位置和／或靶标组织边界，定位消融装置用于输送能量至靶标组织，以及将一个或多个热敏光学探头定位在带监视的组织区域中。每个热敏光学探头适于利用进入热敏光学探头的一个或多个光纤部分的光线响应热量的光谱特性。该方法还包括如下步骤，施加能量至消融装置，继续消融而接收阈值热量剂量的消融区域的尺寸和/或位置使用由一个或多个热敏光学探头生成的至少一个电信号来显示在监视器上，确定显示在监视器上的消融区域是否大于靶标组织边界，以及如果确定了显示在监视器上的消融区域大于靶标组织边界时，则终止消融。
【专利说明】热敏光学探头
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于执行医学过程的系统、装置和方法。更具体地，本公开涉及适用于热消融期间使用的热敏光学探头、包括该热敏光学探头的电外科系统、以及使用该热敏光学探头引导能量至组织的方法。
【背景技术】
[0002]电外科是在外科过程(procedure)期间应用电能和/或电磁能来切断、切割、消融、凝结、烧灼、密封或其他处理生物组织。在电能和/或电磁能引入组织时，能量-组织交互产生了分子的激励，这产生了导致热量生成的分子运动。电外科通常使用手持件来进行，所述手持件包括适于在电外科过程期间将能量传递至组织部位的外科器械(例如，末端执行器、消融探头、或电极)、可操作以输出能量的电外科发生器、以及可操作地连接所述外科器械至发生器的电缆组件。
[0003]某些疾病的治疗(treatment)需要破坏例如肿瘤的恶性组织的生长。电磁辐射能够用于加热和破坏肿瘤细胞。治疗可包括将消融探头插入已经识别为恶性肿瘤的组织中。一旦定位了探头，电磁能量通过探头传输至周围组织。超声成像应用是肿瘤定位和消融装置布置通常使用的一种经济有效的方法。
[0004]具有多种不同类型的能用于执行消融过程(procedure)的设备。通常，消融过程中使用的设备包括能量发生源(power generating source),例如微波或射频(RF)电外科发生器，其用作能量源，以及外科器械(例如，具有天线组件的微波消融探头)，其用于引导能量至靶标组织。所述发生器和外科器械通常通过电缆组件可操作地耦合，所述电缆组件具有多个导体，其用于从发生器传输能量至所述器械、以及用于在器械和发生器之间传输控制、反馈和识别信号。
[0005]使用电外科器械来消融、密封、烧灼、凝结、和/或脱水组织会导致一定程度的周围组织热量伤害。例如，电外科脱水会导致由热效应引起的不期望的组织破坏，而其中围绕正在施加电外科能量的组织的健康组织会通过本领域公知为“热扩散”的效应而被热破坏。在发生热扩散期间，来自操作部位的过多热量会直接传导至邻近组织，和/或来自操作部位所处理组织的蒸汽释放会导致对周围组织的破坏。发生器的启动持续时间直接涉及组织中产生的热量。产生的热量越大，热扩散至邻近组织的可能性越大。
[0006]电外科期间用于控制电外科发生器的当前可用系统和方法包括临床医生根据需要通过电流、电压、阻抗、和/或功率测量来监视和调节输送至组织部位的能量量，使得能够以导致附近周围最小附带破坏来实现组织部位的适当组织效应。这些系统和/或方法通常需要临床医生将期望的组织效应转换成电外科发生器上的功率设定，以及在必要时，调节功率设定以补偿与电外科过程相关联的组织变化(例如，组织干燥)，使得可以实现期望的组织效应。
[0007]确定消融区域的尺寸和/或评估消融组织的边界会是很难的。能够理解，电外科过程期间限定热扩散可能性等减少了对邻近目的治疗部位的周围组织结构无意的和/或不期望附带破坏的可能性。电外科过程期间控制和/或监视热扩散深度可以辅助临床医生来评估电外科过程期间的组织改变和/或变化。
[0008]例如，由于已经广泛可得到的增强的空间分辨率、精度和对比机制，医学成像在临床环境中以及在基本的生理学和生物学研究中已经成为重要组成部分。医学成像现在组合了各种模态，其无创地捕获人体的结构和功能。这种图像以许多不同的方式来获得和使用，包括使用医学图像来进行恶性疾病的诊断、分级和治疗管理。
[0009]由于它们的解剖细节，计算机层析成像(CT)和磁共振成像(MRI)此外还适于评定肿瘤与局部结构的接近度。CT和MRI扫描产生可由射线学者顺序观察的身体二维(2D)轴向图像、或切片，射线学者从这些视图看到或推断实际的三维(3D)解剖结构。
[0010]医学图像处理、分析和可视化在疾病诊断和监视中、以及此外的手术规划和治疗过程监视中起到了日益增加的重要作用。不幸的是，组织升温和热量破坏在超声图像中不能产生足够的对比以使得能够确定消融区域的尺寸和评估消融组织的边界。

【发明内容】

[0011]一直存在用于控制和/或监视实时组织效应以改进患者安全性、减少风险、和/或改进患者结果的系统、装置和方法的持续需求。具有用于消融边界评估和反馈控制的术中技术的需求。
[0012]根据本公开的一个方面，提供了一种引导能量至组织的方法。该方法包括以下起始步骤，确定靶标组织位置和/或靶标组织边界，定位消融装置用于输送能量至靶标组织，以及将一个或多个热敏光学探头定位在待监视的组织区域中。每个热敏光学探头适于利用进入热敏光学探头的一个或多个光纤部分的光线响应热量的光谱特性。该方法还包括如下步骤，施加能量至消融装置，继续消融而接收阈值热量剂量的消融区域的尺寸和/或位置使用由一个或多个热敏光学探头生成的至少一个电信号来显示在监视器上，确定显示在监视器上的消融区域是否大于靶标组织边界，以及如果确定了显示在监视器上的消融区域大于靶标组织边界，终止消融。
[0013]根据本公开的另一个方面，提供了一种电外科系统。该电外科系统包括电外科能量发生源、可操作地关联电外科能量发生源的能量施加器、适于利用进入热敏光学探头的一个或多个光纤部分的光线响应热量的光谱特性的热敏光学探头、以及通信耦合至热敏光学探头的处理器单元。所述处理器单元适于生成至少一个电信号，用于至少部分基于由热敏光学探头响应热量生成的至少一个电信号来控制与电外科能量发生源相关联的至少一个操作参数。
[0014]根据本公开的另一个方面，提供了一种引导能量至组织的方法。该方法包括以下起始步骤，确定靶标组织位置和/或靶标组织边界，定位消融装置用于输送能量至靶标组织，以及将一个或多个热敏光学探头定位在待监视的组织区域中。每个热敏光学探头适于利用进入热敏光学探头的一个或多个光纤部分的光线响应热量的光谱特性。该方法还包括如下步骤，传输来自电外科能量发生源的能量穿过能量施加器至靶标组织，获取表示至少一个热敏光学探头的至少一个光纤部分对由传递至靶标组织的能量产生的热量的响应的热分布数据，以及基于组织消融率确定与电外科能量发生源相关联的至少一个操作参数，所述组织消融率至少部分地基于一个或多个热敏光学探头的响应。[0015]在各个方面的任一个中，能量施加器可机械耦合至一个或多个热敏光学探头。
[0016]在各个方面的任一个中，与电外科能量发生源相关联的一个或多个操作参数可以选自由温度、阻抗、功率、电流、电压、操作模式、以及电磁能量施加持续时间组成的组。
[0017]电磁能量通常通过增加能量或减少波长分类为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。如该说明书中所使用的，“微波”通常指代300兆赫兹(MHz)(3xl08周期/秒)至300千兆赫(GHz) (3χ10η周期/秒)频率范围的电磁波。
[0018]如该说明书中所使用的，“消融过程”，通常指代任何消融过程，诸如微波消融、射频(RF)消融或微波消融辅助切除。如该说明书中所使用的，“能量施加器”通常指代能够用于从诸如微波或RF电外科发生器的能量发生器传输能量至组织的任何装置。如该说明书中所使用的，“传输线路”通常指代能够用于从一点到另一点传播信号的任何传输介质。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]本公开的热敏光学探头、包括该热敏光学探头的电外科系统、以及使用该热敏光学探头引导能量至组织的方法的目的和特征在通过参照附图来理解各个实施方式的描述时将对于本领域普通技术人员变得显而易见。
[0020]图1是根据本公开一个实施方式的电外科系统的示意图，诸如单极电外科系统；
[0021]图2是根据本公开的电外科系统的另一实施方式的示意图；
[0022]图3是根据本公开一个实施方式的以剖面图示出的热敏光学探头的示意图，其示出了布置用于输送能量至组织区域的RF消融装置；
[0023]图4是根据本公开一个实施方式的以剖面图示出的图3的热敏光学探头的示意图，其示出了图2的布置用于输送能量至组织区域的能量施加器；
[0024]图5是根据本公开一个实施方式的图3的热敏光学探头的部分探头构件的放大、剖面图，其示出了根据热敏光学探头升温的光谱映射图的示意表示；
[0025]图6A是根据本公开一个实施方式的以剖面图示出的用于监视诸如消融过程期间的热量分布的系统的示意图，其包括光源和探测器，示出了类似于图3的热敏光学探头的部分热敏光学探头；
[0026]图6B是根据本公开一个实施方式的图6A所指示细节区域的放大、纵向剖面视图，其示意了部分热敏光学探头；
[0027]图7A是根据本公开一个实施方式的诸如吸收性介质的介质的光学特性的可逆变性(modification)和/或变化的示意表示；
[0028]图7B是根据本公开一个实施方式的诸如吸收性介质的介质的光学特性的不可逆变性和/或变化的示意表示；
[0029]图7C是根据本公开一个实施方式的诸如漫射介质的介质的光学特性的可逆变性和/或变化的示意表示；
[0030]图7D是根据本公开一个实施方式的诸如漫射介质的介质的光学特性的不可逆变性和/或变化的示意表示；
[0031]图8是根据本公开一个实施方式的图3的热敏光学探头的示意表示，其示出了描绘消融前按透射图解表示和绘图的彩色图配置的曲线图；
[0032]图9是根据本公开一个实施方式的图3的热敏光学探头的示意表示，其示出了描绘消融期间按透射图解表示和绘图的彩色图配置的曲线图；
[0033]图10是根据本公开一个实施方式的电外科系统的示意图，其包括图3的热敏光学探头，示出了布置用于输送能量至靶标组织的能量施加器阵列；
[0034]图11是根据本公开一个实施方式的电外科系统的示意图，其除了能量输送装置的构造外都类似于图10的电外科系统；
[0035]图12是示意根据本公开一个实施方式的引导能量至组织的方法的流程图；以及
[0036]图13是示意根据本公开另一实施方式的引导能量至组织的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0037]下文中，本公开的热敏光学探头、包括热敏光学探头的电外科系统、以及用于引导能量至组织的方法的实施方式将参照附图进行描述。在整个附图的描述中相似附图标记指代相似或相同的元件。如附图中所示以及说明中所使用的，以及如传统的当指代对象的相对位置时，术语“邻近”指代更接近使用的装置部分或其部件，以及术语“远”指代更远离使用者的装置部分或其部件。
[0038]该说明书会使用短语“在一个实施方式中”、“在各实施方式中”、“在一些实施方式中”、或“在其他实施方式中”，它们每个可以指代根据本公开的一个或多个相同的或不同的实施方式。
[0039]本公开的各个实施方式提供了一种热敏光学探头，其适于利用进入探头的不同部分的光线的光谱特性。本公开的各个实施方式提供了适于密封、烧灼、凝结/脱水和/或切割血管和维管组织、消融组织、或另外改变患者的组织或器官的电外科系统和器械，其中本公开的热敏光学探头适于提供反馈以使得外科医生能够在过程中选择性地将能量施加器定位在组织中，和/或可使得外科医生能够根据需求调节输送至组织的能量，以促进过程的有效执行，例如消融过程。
[0040]本公开的电外科系统和器械的各个实施方式使用由本公开的热敏光学探头提供的热分布信息来评估组织的消融边界和/或脱水率。各实施方式可使用RF或微波频率或其他频率的电磁能量来执行。
[0041]根据本公开的各实施方式，基于由本公开的热敏光学探头提供的热分布信息来调节和/或控制电外科能量发生源的一个或多个操作参数，例如用于维持恰当的消融率、或用于确定何时组织已经完全脱水和/或过程已经完成。
[0042]在过程中，诸如消融或其他热处理(treatment)过程中，热量诸如在具有不同组织特性的界面上会不均匀地分布，以及消融的精确监视会需要温度分布的多点测量。上述热敏光学探头可以以各种配置插入或定位邻近组织，例如用于使得能够进行消融边界的可视化评估，或使得临床医生能够确定消融率和/或过程何时已经完成、和/或能够触发安全过程和/或控件，例如减少功率水平和/或关闭输送至能量施加器的能量的控件。
[0043]本公开的电外科系统的各个实施方式使用由本公开的热敏光学探头提供的热分布信息来触发安全过程和/或控件，例如，基于例如组织消融率和/或消融边界评估来减少功率水平和/或关闭输送至能量施加器的能量的控件。
[0044]本公开的热敏光学探头的各个实施方式是对电磁辐射不敏感和/或不电抗性的，以及可以在加热时实时进行组织监视，例如使得临床医生能够确定消融区域的尺寸和/或评估消融组织的边界，和/或用于提供实时反馈以控制消融或其他热处理过程。
[0045]本公开的热敏光学探头与以下装置一起使用、可通过机械耦合至、和/或结合至任何合适类型的手持医学装置或电外科能量输送装置中使用，所述手持医学装置或电外科能量输送装置包括手持件，其具有外科器械，诸如开口装置、导管型装置、内窥镜装置、以及直接接触的、表面输送装置。
[0046]图1示意性地示出了单极电外科系统(通常示为I)，其配置用于选择性地施加电外科能量至患者P的靶标组织。电外科系统I通常包括手持件2，其通过传输线路4耦合至电外科能量发生源20。手持件2包括外科器械14，其具有一个或多个电极用于治疗患者P的组织(例如，电外科笔、电外科切割探头、消融电极等)。在一些实施方式中，如图1所示，手持件2包括控制组件30。在施加电外科能量时，能量从有源电极穿过患者P传送至外科部位，并到达返回电极6 (例如，定位在患者大腿或背上的板(plate))。
[0047]电外科能量通过电外科能量发生源20供应至器械14。能量发生源20可以是适于与电外科装置一起使用的任何发生器，用于生成具有可控频率和功率水平的能量，以及可配置以提供各种频率的电磁能量。能量发生源20可配置以各种模式操作，诸如消融、单极和双极切割、凝结、和其他模式。控制组件30可包括各种机构，其适于生成用于调节和/或控制电外科能量发生源20的一个或多个操作参数(例如，温度、阻抗、功率、电流、电压、操作模式、和/或电磁能量施加持续时间)的信号。
[0048]器械14可通过如供给线路4的传输线路来电气耦合至电外科能量发生源20的有源终端23，以使得器械14来凝结、消融和/或其他方式地处理组织。能量经由例如返回线路8的传输线路通过返回电极22返回至电外科能量发生源20，所述返回线路8连接至能量发生源20的返回终端22。在一些实施方式中，活性终端23和返回终端22可配置以分别与器械14和返回电极6相关联的插头(未示出)接口，所述器械14和返回电极6例如分别布置在供给线路4和返回线路8末端。
[0049]系统I可包括多个返回电极6，其布置以通过最大化与患者P的整体接触面积来最小化组织破坏的机率。能量发生源20和返回电极6可另外地或可替代地配置用于监视所谓的“组织-患者”接触，以确保在它们之间存在充分的接触以进一步最小化组织破坏的机率。活性电极可用于在液体环境中操作，其中组织沉浸在电解液中。
[0050]图2示意性示出了电外科系统(通常示为10)，其包括能量施加器或探头100。探头100通常包括天线组件12，并可包括耦合至天线组件12的供给线(或轴杆)110。供给线110可包括同轴电缆，其可以是半刚性或柔性的。传输线路15可提供以将供给线110电气耦合至电外科能量发生源28，例如微波或RF电外科发生器。
[0051]供给线110可通过例如盐水或水的流体冷却以改进能量处理，并可包括不锈钢套筒。传输线路15可另外地或可替代地提供导管(未示出)，其配置以从冷却剂源18提供冷却剂至探头100。在一些实施方式中，如图2所示，供给线110经由传输线路15耦合至连接器17，其还操作地将探头100连接至电外科能量发生源28。能量发生源28可以是适于与电外科装置一起使用的任何发生器，并可以配置以提供各种频率的能量。
[0052]在一些实施方式中，如图2所示，天线组件12是双极微波天线组件，但其他的天线组件，例如单极或漏波天线组件，也可以利用这里所说明的原理。定位在天线组件12远端的是端帽或锥形部120，其可以终止于锐利尖端123以使得能够以最小阻力插入组织中。适于用作能量施加器100的、具有锐利尖端的直探头的一个实例以商标名EVIDENT?市售可得，其由Covidien Surgical Solutions of Boulder公司提供。端帽或锥形部120可包括其他形状，诸如但不限于圆形、平头、方形、六边形、或圆锥形的尖端123。
[0053]在微波消融期间，例如使用电外科系统10，探头100插入或放置邻近组织，并且微波能量供给至此。一个或多个热敏光学探头，其在后面说明书中更加详细地描述，可相对探头100 (和/或相对靶标区域)定位。探头100可由外科人员使用传统的外科技术例如经皮地或在组织上面放置。临床医生可预定施加微波能量的时长。使用探头100的微波能量施加的持续时间可依据待破坏的组织区域中和/或周围组织中的热分布进展。
[0054]多个电极100可以各种安装配置来放置以基本同时消融靶标组织区域，以使得更快的过程成为可能。多个探头100能够用于协同地产生大的消融或同时消融单独的部位。消融体积与天线设计、天线性能、同时使用的能量施加器的数量、消融时间和瓦数、以及如组织阻抗的组织特性相关。
[0055]在操作中，具有波长IambdaU )的微波能量传输通过天线组件12并辐射进入周围介质，例如组织。用于有效辐射的天线长度可取决于有效波长Xrff，其依据所处理介质的介电性能。微波能量以波长λ传播通过的天线组件12可依据周围介质具有不同的有效波长Arff，例如肝脏组织相对于乳房组织。
[0056]图3和图4示出了根据本公开一个实施方式的热敏光学探头(通常示为300)，其包括细长探头构件320。在图3中，热敏光学探头300示出定位在RF消融装置102的附近，所述RF消融装置102定位用于输送能量至靶标组织“Τ”。在图4中，热敏光学探头300示出定位在图2的能量施加器100的附近，所述能量施加器100定位用于输送能量至靶标组织“Τ”。热敏光学探头300适于利用进入探头构件320的不同部分的光线的光谱特性。图5中更加详细地示出了根据本公开的适于用于组织消融应用中的热敏光学探头的一个实施方式，诸如图3和图4中的热敏光学探头300。
[0057]可提供传输线路315以将热敏光学探头300电气耦合至显示装置(或屏幕)360，诸如平板显示器，例如IXD(液晶显示器)、等离子显示平板(TOP)、有机发光二极管(OLED)、或电子发光显示器(ELD)，用于为使用者提供各种输出信息。在一些实施方式中，暴露至一定程度热量的加热区域的尺寸和/或位置可显示在显示装置360上，以为消融装置的使用者提供实时反馈，例如允许消融边界的视觉评估，和/或使得使用者能够确定消融率和/或何时已经完成该过程。热敏光学探头300可包括头部311，其可配置以在其中接收传输线路315的远端部。
[0058]热敏光学探头300可另外地或可替代地包括指示单元(未示出)，其适于提供可感知的感觉警示，这可以是声音、视觉、或其他感觉警报。指示单元可提供可感知的感觉警示以指示加热区域已经接收到超过一定阈值的热量，或提供一个或多个可感知的感觉警示以使得使用者确定消融率或其他反馈。
[0059]细长探头构件320可由合适材料形成，诸如柔性、半刚性或刚性材料。热敏光学探头300的厚度可以最小化以例如减少对外科部位的损伤和/或有利于装置300的精确放置，以允许外科医生以对周围健康组织最小伤害地治疗和/或监视靶标组织。在一些实施方式中，如图3和图4所示，端帽或锥形部320定位在探头构件320的远端337。端帽或锥形部320可终止于锋利尖端323以使得能够以最小阻力地插入组织“T”中。端帽或锥形部320可包括其他形状，诸如圆形、平头、方形、六边形、或圆锥形的尖端323。
[0060]各种医学成像模态，例如计算机层析成像(CT)扫描或超声，可用于将能量输送装置102和/或热敏光学探头300引导进入待治疗的组织区域“T”。热敏光学探头300的形状、尺寸和数量可不同于图3和图4所描绘的配置。
[0061]图5示出了根据本公开一个实施方式的图3的热敏光学探头的部分探头构件320，其示出了根据热敏光学探头升温的光谱映射图的示意表示。热敏光学探头300包括光纤410，其纵向布置在探头构件320中。光纤410光学地耦合至光源(例如，图6所示的光源655)。光纤410可纵向延伸探头构件320的基本整个长度、或其部分长度。在未示出的可替代实施方式中，光纤410可包括多个间隔光纤段，它们独立地耦合至一个或多个光源。
[0062]在不同波长上具有不同透明度特征的滤色镜(color filter)420涂覆、沉积或以其他方式布置在光纤410上。滤色镜420可沿热敏光学探头300的长度连续分布，或热敏光学探头300可配置具有一个或多个不同颜色的离散区域。热敏光学探头300可包括各自与多个不同滤镜区域(例如，不同波长或波长带的滤镜区域)相关联的多个光纤410部的各种配置，从而产生彩色图配置(例如，图8和图9中所示出的彩色图850)，以用于评估热敏光学探头300的不同部分。
[0063]在一些实施方式中，如图5所不,滤色镜420包括关联光纤410第一部分“P1”布置的具有第一特征波长(例如，红光波长)的第一滤镜区、关联第二部分“P2”布置的具有第二特征波长(例如，红-橙光波长)的第二滤镜区、关联第三部分“P3”布置的具有第三特征波长(例如，黄光波长)的第三滤镜区、关联第四部分“P4”布置的具有第四特征波长(例如，黄-绿光波长)的第四滤镜区、关联第五部分“P5”布置的具有第五特征波长(例如，绿光波长)的第五滤镜区、以及关联光纤410的第六部分“P6”布置的具有第六特征波长(例如，蓝光波长)的第六滤镜区。尽管图5中不出了与光纤410的六个部分关联布置的具有不同特征波长的滤色镜420的六个滤镜区，但应该理解，可以使用具有期望特征波长的任何合适配置的滤镜区。
[0064]穿过滤镜420传播的光线会被滤色镜420部分吸收；然而，光线能够穿过匹配传播光束波长的区域的滤色镜420。在所示意实例中，如图5的左下侧细节放大区域示意表示的，第一波长(例如，红光波长，通过虚线箭头线指示)的光线能够穿过与光纤410的第一部分“P1”关联的滤色镜420第一滤镜区，而第二波长(例如，绿光波长，如通过实线箭头线指示)的光线在第一部分“P1”中被吸收。参照图5的右下侧细节放大区域示意表示的，第二波长(例如，绿光波长，如通过实线箭头线指示)的光线能够穿过与光纤410的第五部分“P5”关联的滤色镜420第五滤镜区，而第一波长(例如，红光波长，通过虚线箭头线指示)的光线在第五部分“P5”中被吸收。
[0065]热敏材料430涂覆、沉积、或布置在滤色镜420上。响应所接收的热量超过一定阈值，热敏材料430可呈现光学特性的变化。热敏材料430可以是吸收性的(例如，热致变色材料，其响应热量而改变颜色)或漫射性的(例如，响应某些热量水平的散射材料)。在一些实施方式中，热致变色材料可以是热致变色染料(或热致变色染料的混合物)。热敏材料430对热量的响应可以是可逆的，例如，光学特性在冷却时返回至非加热配置。热敏材料430对热量的响应可以是不可逆的，例如，介质在热量消散后保持变化和/或变形。
[0066]热敏材料430由外壳440覆盖。在一些实施方式中，外壳640可具有某些光学特性以最优化热敏光学探头300的响应。外壳440或其部分可以是透明的、漫射的或反射的。在一些实施方式中，夕卜壳440可构造为光学透明的材料以使得来自光源655(图6A)的射线输送穿过光纤410、滤色镜420以及热敏材料430至探测器685。在该配置中，外壳440作为光引导来将所传输的射线输送通过光纤420和热敏材料430至探测器685。
[0067]在一些实施方式中，外壳440的内表面可由漫射性材料制成，例如以允许改进的光学I禹合。在其他实施方式中，夕卜壳440的内表面可由反射材料制成,例如以将射线反射回光纤410中。具有光谱编码响应的反射射线可通过与入射射线相同的光纤410输送至探测器 685。
[0068]图6A示出了根据本公开一个实施方式的诸如在消融过程期间用于监视热量分布的系统(通过示为600)，其包括光源655和探测器685，示出了类似于图3的热敏光学探头300的部分热敏光学探头。图6B示出了图6A的热敏光学探头的部分探头构件635的放大、剖面视图。
[0069]参照图6B，探头构件635包括光纤610，其纵向布置在探头构件635中。光纤610光学地耦合至光源655。在不同波长上具有不同透明特征的滤色镜620涂覆、沉积或以其他方式布置在光纤610上。热敏光学探头300可包括分别与多个不同滤镜区(例如，不同波长或波长带的滤镜区)关联的多个光纤610部的各种配置，从而产生彩色图配置(例如，图8和9中所示出的彩色图850)，以用于评估热敏光学探头的不同部分。热敏材料630涂覆、沉积、或以其他方式布置在滤色镜620上。响应所接收的热量超过一定阈值，热敏材料630可呈现光学特性的变化。热敏材料630可以是吸收性的(例如，热致变色材料，其相应热量而改变颜色)或漫射性的(例如，响应某些热量水平的散射材料)。在一些实施方式中，热致变色材料可以是热致变色染料(或热致变色染料的混合物)。热敏材料630对热量的响应可以是可逆的，例如，光学特性在冷却时返回至非加热配置。热敏材料630对热量的响应可以是不可逆的，例如，介质在热量消散后保持变化和/或变形。热敏材料630由外壳640涂覆。
[0070]电外科系统600可包括显示装置360，以允许信息的呈现，所述信息诸如加热至一定热量水平的光学探头600的一个或多个区域的位置和尺寸。例如，在探头600的一些部分加热高于一定热量时，来自探测器685的光谱编码信号能够被装置360解码以确定该加热区域的位置和尺寸。位置(例如，距离探头600的近端或远端的距离)和区域尺寸可是以图形化呈现在显示装置360上，其中沿光学探头600的加热区域通过彩色或任意其他方法来突出。
[0071]通过利用进入本公开热敏光学探头的探头构件635 (或探头构件320)的不同部分的光线的光谱特性，用于在显示装置上提供视觉分布信息，从而提供视觉辅助，可以使得外科医生在组织中选择性地定位能量施加器(例如，图2和图4中所示的探头100)，和/或使得外科医生能够根据需求监视和调节输送至组织的能量。在一些实施方式中，由热敏光学探头300产生的一个或多个电信号允许系统对与能量输送装置相关的一个或多个参数和/或与电外科能量发生源(例如，图9中所示的能量发生源28)关联的一个或多个参数的自动反馈控制，诸如用于促进诸如消融过程的有效执行。
[0072]图7A图解示意了介质710诸如在热消融期间响应热量施加从第一状态“SI” (例如，低温、彩色显现)至第二状态“S2”(例如，高于变迁温度、无色)的光学特性的可逆变性和/或变化。介质710可以是吸收性热敏介质，以及可以包括大量市售染料和颜料中的任意种。介质710可以是能够响应温度刺激而变色的任何合适的可逆转或不可逆转热致变色材料。[0073]在一些实施方式中，热致变色材料可以是具有不同临界温度限度的热致变色染料混合物。如说明书中所使用的，热致变色染料的“临界温度”通常指代响应温度刺激开始变色时的温度。期望的是根据组织消融来调节染料变迁温度。介质710可在大范围的光谱上响应。
[0074]图7B图解示意了介质730诸如在热消融期间响应热量施加从第一状态“S3” (例如，低温、彩色显现)至第四状态“S4”(例如，高于变迁温度、无色)的光学特性的不可逆变性和/或变化。介质710可以是吸收性热敏介质，以及可以在大范围的光谱上响应。
[0075]图7C图解示意了介质750诸如在热消融期间响应热量施加从第五状态“S5” (例如，低温、低散射)至第六状态“S6”(例如，高温、高散射)的光学特性的可逆变性和/或变化。介质750可以是漫射性热敏介质，以及可以在大范围的光谱上响应。漫射性热敏材料层在过渡到液相后会彻底地改变散射性质。
[0076]图71图解示意了介质770诸如在热消融期间响应热量施加从第七状态“S7” (例如，低温、低散射)至第八状态“S8”(例如，高温、高散射)的光学特性的不可逆变性和/或变化。介质770可以在大范围的光谱上响应。在一些实施方式中，介质770可以是漫射性热敏介质，并可由具有合适熔融温度的物质(例如，聚合物)来组成。
[0077]图8是根据本公开一个实施方式的图3的热敏光学探头300的示意图，其示出了描绘热消融前按透射绘图的与热敏光学探头300相关联的图解表示彩色图850的曲线图。在一些实施方式中，其中宽带光源(白光)用于输送光线至热敏光学探头300。在加热前，针对波长敏感性的校准和调节后的初始响应是平坦的，如图8所示。
[0078]在探头300的一些区域(图9中描绘为“R”)被加热并接收到一定水平的热量时，该区域中热敏层的光学透射的变化引起光学响应的变化，因此引起探头由于热量的光谱编码响应。光谱编码信号含有涉及加热区域(光谱映射图)位置的信息。例如，如图9所示，在热敏层的某些部分由于加热改变了它的透明度时，来自宽带光源(图8)的初始平坦响应不再平坦。探头300构造成使得当探头300的每个部分与滤色镜的独特颜色相关联时，光谱编码响应可由设备360解码，例如，以确定探头300的哪个区被加热。
[0079]图10是根据本公开一个实施方式的电外科系统(通常示为100)的示意图，其包括布置用于对靶标区域“T”能量输送的电磁能量输送装置或能量施加器阵列50。能量施加器阵列50可包括一个或多个能量施加器或探头。
[0080]在一些实施方式中，如图10所不，电外科能量系统1000包括两个热敏光学探头300。应该理解，可使用任何合适数量的热敏光学探头300。在一些实施方式中，一个或多个热敏光学探头可另外地、或可替代地机械耦合至能量输送装置或其部件(例如，图11所示的能量输送装置60的支撑构件56)。热敏光学探头300的相对位置可不同于图10中所描绘的配置。
[0081]在图10所示的实施方式中，能量施加器阵列50包括三个探头51、52和53，它们具有不同长度并布置为彼此基本平行。这些探头可具有相似的或不同的直径，可延伸相同或不同的长度，并可具有锥形尖端的末端。在一些实施方式中，这些探头可设置有冷却剂腔，并可通过轮毂(hub)(图10中所示的轮毂534)集成关联在一起，所述轮毂提供对探头的电连接和/或冷却剂连接。另外地，或可替代地，这些探头可包括冷却剂流入和流出端口，以促进冷却剂的流入和流出冷却剂腔。
[0082]探头51、52、53通常分别包括辐射段“R1”、“R2”和“R3”，它们可操作地分别由供给线(或轴杆)51a、52a和53a连接至电外科能量发生源516，例如微波或RF电外科发生器。在一些实施方式中，能量发生源516配置为提供从约300MHz至约IOGHz可操作频率的微波。能量发生源516可配置以提供各种频率的电磁能量。
[0083]可提供传输线路510、511和512以分别将供给线51a、52a、和53a耦合至电外科能量发生源516。位于每个探头51、52、和53远端的分别是尖端部5lb、52b、和53b，它们可配置以插入人体器官“0R”中或任意其他组织中。尖端部51b、52b和53b可以锋利尖端终止以使得以最小阻力插入组织中。能量施加器阵列50的探头的形状、尺寸和数量可不同于图10中所描绘的配置。
[0084]根据本公开一个实施方式的电外科系统1000包括用户界面550。用户界面550可包括显示装置521，诸如但不限于平板图形LCD (液晶显示器)，其适于可视化地显示一个或多个用户接口元件(例如，图10中所示的523、524和525)。在一个实施方式中，显示装置521包括触屏性能，例如通过使用铁笔或指尖接触显示装置521的显示面板来与显示装置521直接物理交互而接收用户输入的能力。
[0085]用户界面550可另外地、或可替代地包括一个或多个控件522，其可包括但不限于开关(例如，推扭开关、触发开关、滑动开关)和/或连续致动器(例如，旋转或线性电位计、旋转或线性编码器)。在一个实施方式中，控件522具有专用功能，例如显示对比度、电源打开/关闭等。控件522还可具有根据电外科系统1000的可操作模式变化的功能。用户界面元件(例如图10所示的523)可设置以指示控件522的功能。
[0086]如图10所示，电外科系统1000可包括参考电极519 (这里还称作“返回”电极)。返回电极519可经由传输线路520电气耦合至能量发生源516。在过程中，返回电极519可定位接触患者皮肤或器官“0R”的表面。在外科医生启动能量施加器阵列50时，返回电极519和传输线路520可作为返回电流路径，用于来自能量发生源516的电流流动通过探头51、52、530
[0087]在微波消融中，例如使用电外科系统1000，能量施加器阵列“E”插入或放置邻近组织，以及微波能量供应至此。超声或计算机层析成像(CT)引导可用于将能量施加器阵列50精确引导至待处理组织区域中。临床医生可预定施加微波能量的时长。施加持续时间可依据多个因子，诸如能量施加器设计、同时使用的能量施加器数量、肿瘤尺寸和位置、以及肿瘤是继发癌还是原发癌。使用能量施加器阵列50的微波能量施加持续时间可依据待破坏的组织区域和/或周围组 织中热量分布的进展。
[0088]图10示出了靶标组织，包括在剖面图中由实线“T”表示的消融靶标组织。期望通过以致死热量提升的容积完全吞噬靶标区域“T”来消融靶标区域“T”。靶标区域“T”例如可以是通过医学成像系统530已经探测到的肿瘤。
[0089]根据各个实施方式的医学成像系统530包括具有任意合适成像模态的一个或多个图像采集装置(例如，图10中所示的扫描器515)。医学成像系统530可另外地、或可替代地包括医学成像器(未示出)，其可操作的基于输入像素数据形成图像可视化表示。医学成像系统530可包括计算机可读存储介质，诸如内部存储单元576，其可包括能够存储表示由扫描器515接收的超声图像(和/或来自其他模态的图像)的图像数据的内存卡和可移除存储器。在一些实施方式中，医学成像系统530可以是能够使用不同模态的多模态成像系统。根据本公开实施方式的医学成像系统530可包括能够产生表示感兴趣解剖区域的数字数据的任何装置。
[0090]表示一个或多个图像的图像数据可在医学成像系统530和处理器单元526之间传输。医学成像系统530和处理器单元526可利用有线通信和/或无线通信。处理器单元526可包括任何类型的计算装置、计算电路、或能够执行存储在计算机可读存储介质(未示出)中一系列指令的任意类型的处理器或处理电路，所述介质可以是能够存储代码和/或数据的任何装置或介质。处理器单元526可适于运行操作系统平台和应用过程。处理器单元526可从键盘(未示出)、如鼠标、游戏杆或轨迹球的定点装置、和/或通信耦合至处理器单元526的其他装置接收用户输入。
[0091]如图10中所示，任何合适成像模态(modality)的扫描器515可布置接触器官“0R”以提供图像数据。作为示意性实例，图10中两条虚线515A限定了扫描器515、如实时超声扫描器的检查区域。
[0092]在图10中，围绕靶标区域“T”的虚线558表示穿过器官“0R”的剖面图的消融等温线。这种消融等温线可以是达到约50°C或更高可能温度的表面。消融等温线容积的形状和尺寸，如虚线558所示意，可受多个因子影响，包括能量施加器阵列50的配置、辐射段“R1”、“R2”和“R3”的几何结构、探头51、52和53的冷却、消融时间和瓦特数、以及组织特性。
[0093]处理器单元526可连接至一个或多个显示装置(例如，图10中所示的521)，用于显示来自处理器单元26的输出，这可供临床医生用来在诸如消融术的过程期间实时地、或接近实时地可视化靶标区域“T”、消融等温线容积558、和/或消融边界。
[0094]在一些实施方式中，从热敏光学探头300采集的实时数据和/或接近实时数据，其包括热分布信息，例如表示消融过程期间热敏光学探头300的一个或多个滤镜区的数据，可从处理器单元526输送至一个或多个显示器装置。处理器单元526适于分析图像数据，包括热分布信息，用于基于例如组织消融率和/或消融边界的评估来确定与能量施加器阵列50相关联的一个或多个参数和/或与电外科能量发生源516相关联的一个或多个参数。
[0095]电外科系统1000可包括库580，其包括多个热敏光学探头300 (和/或光线610部)轮廓或覆盖层(overlay) 582^582#如说明书中所使用的，“库”通常指代任何仓库、数据总库、数据库、缓冲器、存储单元等。每个覆盖层SSZ1-SSZn可包括表征和/或针对特定热敏光学探头配置的热剖面，例如彩色图配置、和/或曝光时间。
[0096]根据本公开一个实施方式的库580可包括数据库584，其配置用于存储和检索能量施加器数据，例如与一个或多个能量施加器(例如图10中所不的51、52和53)和/或一个或多个能量施加器阵列(例如，图10所示的50)相关的参数、和/或与一个或多个热敏光学探头300和/或其光纤部610 (例如，图5中所示的光纤部“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“Ρ5”和“Ρ6”)相关联的参数。存储在库580中的、和/或从PACS数据库(未示出)可检索的图像和/或非图形数据可用于配置电外科系统1000和/或其控制操作。例如，热分布信息，例如在消融过程期间根据本公开实施方式的表示一个或多个热敏光学探头300和/或其光纤610的部分和/或与此关联的滤镜区的数据，可用作反馈工具以控制器械的和/或临床医生的动作，例如以使得临床医生能够避免消融某些结构，诸如大的血管、健康器官或重要隔膜。
[0097]图11图解示意了根据本公开一个实施方式的电外科系统(通常示为1100)，其类似于图10的电外科系统1000，除了电磁能量输送装置(或能量施加器阵列)60的配置，以及与图10的电外科系统相同部件的进一步描述将出于简明而省略。
[0098]能量施加器阵列60包括图10的探头51、52和53以及支撑构件56，其配置为提供支撑件至探头51、52和53。支撑构件56类似于图10所示的能量施加器阵列50的支撑构件55,除了图11的支撑构件56配置为支撑热敏光学探头300。在一些实施方式中，热敏光学探头300可拆卸地耦合至支撑构件56。在未示出的可替代实施方式中，支撑构件56可配置为支撑多个热敏光学探头300，它们可定位在相对于探头51、52和53的任意各个位置。
[0099]在图7中，图3A的热敏光学探头300示出定位在能量输送装置750的附近，其定位用于输送能量至组织区域“T”。各种医学成像模态，例如计算机层析成像(CT)扫描或超声，可用于引导能量输送装置750和/或热敏光学探头300进入待处理的组织区域“T” [0100]下文中，参照图12和图13描述引导能量至组织的方法。应该理解，这里提供的方法的各步骤可在不脱离本公开范围的情况下组合地和以不同于这里呈现的顺序执行。
[0101]图12是示意根据本公开一个实施方式引导能量至组织的方法的流程图。在步骤1210中，靶标组织(例如肿瘤)“T”位置和/或靶标组织“T”边界通过使用医学成像来确定。可以使用任意合适的医学成像技术，例如超声、磁共振成像(MRI)、或计算机层析成像(CT)。
[0102]在步骤1220中，消融装置(例如，能量施加器60)被定位以输送能量至靶标组织“T”。能量施加器可直接插入组织“T”中，插入通过管腔，例如血管、针或导管，在手术期间通过临床医生置于体内，或通过其他合适方法定位在体内。超声引导可用于引导能量施加器60进入待处理组织区域“T”中。能量施加器60可操作地与电外科能量发生源516相关联。
[0103]在步骤1230中，热敏光学探头300定位在待监视组织区域中。超声引导可用于引导热敏光学探头300进入待监视组织区域“T”中。热敏光学探头300适于利用进入热敏光学探头300的一个或多个光纤部分(例如，光纤部“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“P5”和“P6”)的光线响应热量的光谱特性。
[0104]在步骤1240中，来自电外科能量发生源516的能量施加至能量施加器60。电外科能量发生源516能够产生以RF或微波频率或任何其他频率的能量。
[0105]在步骤1250中，消融继续，而接收的热量超过一定阈值的消融区域的尺寸和/或位置通过使用由一个或多个热敏光学探头300生成的一个或多个电信号来显示在监视器上。
[0106]在步骤1260中，做出显示在监视器上的消融区域是否大于步骤1210中确定肿瘤边界的决定。
[0107]在步骤1270，如果确定了步骤1260中显示在监视器上的消融区域大于肿瘤边界，则终止消融。否则，如果确定了步骤1260中显示在监视器上的消融区域不大于肿瘤边界，则重复步骤1250。[0108]图13是示意根据本公开一个实施方式的引导能量至组织的方法的流程图。在步骤1310中，肿瘤“T”位置和/或肿瘤“T”边界通过使用医学成像来确定。
[0109]在步骤1320中，消融装置(例如，能量施加器60)插入组织“T”中。超声引导可用于引导能量施加器60进入待处理组织区域“T”中。能量施加器60机械耦合至热敏光学探头300。热敏光学探头300适于利用进入热敏光学探头300的一个或多个光纤部分(例如，光纤部“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“P5”和“P6”)的光线响应热量的光谱特性。能量施加器60可操作地与电外科能量发生源516相关联。
[0110]在步骤1340中，来自电外科能量发生源516的能量施加至能量施加器60。电外科能量发生源516能够产生以RF或微波频率或任何其他频率的能量。
[0111]在步骤1350中，消融继续，而接收的热量超过一定阈值的消融区域的尺寸和/或位置通过使用由一个或多个热敏光学探头300生成的一个或多个电信号来显示在监视器上。[0112]在步骤1360中，做出显示在监视器上的消融区域是否大于步骤1310中确定肿瘤边界的决定。
[0113]在一些实施方式中，可基于组织消融率和/或消融边界评估来触发安全过程和/或控件，例如减少功率水平和/或关闭输送至能量施加器的能量的控件。在一些实施方式中，处理器单元526配置以生成一个或多个电信号用于控制与电外科能量发生源516关联的一个或多个操作参数，可适于基于例如组织消融率和/或消融组织边界与靶标组织边界的接近度来减少功率水平和/或关闭能量输送。
[0114]上述热敏光学探头、电外科装置和系统、以及引导能量至靶标组织的方法适用于各种开放和内窥镜外科过程。
[0115]上述热敏光学探头可以以各种配置插入或放置邻近组织，例如用于使得能够进行消融边界的可视化评估，或使得临床医生能够确定消融率和/或过程何时已经完成、和/或能够触发安全过程和/或控件，例如减少功率水平和/或关闭输送至能量施加器的能量的控件。
[0116]在上述实施方式中，基于由本公开的热敏光学探头提供的热分布信息来调节和/或控制电外科能量发生源的一个或多个操作参数，例如用于维持恰当的消融率、或用于确定何时组织已经完全脱水和/或过程已经完成。
[0117]虽然已经出于示意性和描述性目的参照附图对各实施方式进行了详细描述，但应该理解，本公开的过程和设备并不因此构造为限制。对于本领域技术人员显而易见的是，可在不偏离本公开范围的情况下做出前述实施方式的各种修改。
【权利要求】
1.一种电外科系统,包括: 电外科能量发生源； 能量施加器，可操作地与电外科能量发生源关联； 热敏光学探头，适于利用光线的光谱特性来评估热敏光学探头的一个或多个光纤部分对热量的响应；以及 处理器单元，通信耦合至热敏光学探头，其中所述处理器单元生成至少一个电信号，用于至少部分基于由热敏光学探头响应热量生成的至少一个电信号来控制与电外科能量发生源相关联的至少一个操作参数。
2.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述热敏光学探头耦合至所述能量施加器。
3.根据权利要求1所述的电外科系统，其中与电外科能量发生源相关联的所述至少一个操作参数可以选自由温度、阻抗、功率、电流、电压、操作模式、以及电磁能量施加持续时间组成的组。
4.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述处理器单元连接至至少一个显示装置，用于显示靶标组织位置和靶标组织边界中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的电外科系统，其中所述显示装置基于由热敏光学探头生成的至少一个电信号来显示接收 的热量超过一定阈值的消融区域。
6.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述处理器单元基于消融组织与靶标组织边界的接近度来控制电外科能量发生源的功率水平。
7.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述处理器单元基于组织消融率来控制电外科能量发生源的功率水平。
8.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述至少一个操作参数基于组织消融率来确定，所述组织消融率至少部分地基于所述至少一个热敏光学探头对热量的响应来确定。
9.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述处理器单元基于由热敏光学探头产生的热分布数据来确定电外科能量发生源的至少一个操作参数。
10.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述能量施加器是配置为输送微波能量至组织的微波天线。
11.根据权利要求1所述的电外科系统，其中所述热敏光学探头包括至少一根光纤、布置在所述至少一根光纤上的至少一个滤色镜区域、以及布置在所述至少一个滤色镜上的热敏材料。
12.根据权利要求1所述的电外科系统,其中所述热敏光学探头包括至少一根光纤；布置在所述至少一根光纤上的多个滤色镜区域、所述多个滤色镜区域中的每个具有彼此不同的特征波长；以及布置在所述多个滤色镜区域上的热敏材料。
13.—种电外科系统,包括: 电外科能量发生源； 多个能量施加器，可操作地与电外科能量发生源相关联； 多个热敏光学探头，每个热敏光学探头配置以利用光线的光谱特性来评估多个热敏光学探头中一个的一个或多个光纤部分对热量的响应；以及 至少一个处理器单元，通信耦合至所述多个热敏光学探头，其中所述至少一个处理器单元生成至少一个电信号，用于至少部分基于由所述多个热敏光学探头中的至少一个响应热量生成的至少一个电信号来控制与电外科能量发生源相关联的至少一个操作参数。
14.根据权利要求13所述的电外科系统，其中所述多个热敏光学探头中的至少一个包括至少一根光纤、布置在所述至少一根光纤上的至少一个滤色镜区域、以及布置在所述至少一个滤色镜上的热敏材料。
15.根据权利要求13所述的电外科系统,其中所述多个热敏光学探头中的至少一个包括至少一根光纤；布置在所述至少一根光纤上的多个滤色镜区域、所述多个滤色镜区域中的每个具有彼此不同的特征波长；以及布置在所述多个滤色镜区域上的热敏材料。
16.一种用于监视组织消融的装置，包括: 探头，其具有锥形部以利于探头插入组织中，所述探头包括: 光纤; 至少一个滤色镜，布置在至少部分所述光纤上； 热敏材料，布置在所述至少一个滤色镜上，所述热敏材料响应热量呈现光学特性中的变化；以及 探测器，在探头插入组织中时从探头接收光线，所述探测器基于从探头接收的光线的光谱特性产生信号，所述信号指示至少部分所述探头已经经受热量。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述探头包括布置在光纤的多个部分上的多个滤色镜区域。
18.根据权利要求16所述的装置，还包括布置在热敏材料上的外壳。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述外壳包括光学透明材料。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述探测器在探头插入组织时接收透射穿过外壳的光线。
【文档编号】A61B18/18GK203483508SQ201320811039
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2012年10月2日
【发明者】A·沙罗诺夫 申请人:柯惠有限合伙公司