医疗激光设备和系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月9日提交的美国临时申请第62/628,513号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

1.领域

本发明总体上涉及医疗激光设备和系统，并且更特别地涉及用于与具有两种或更多种照明模式的内窥镜系统一起使用的医疗激光设备和系统。

2.现有技术

医疗激光已经利用在多种治疗程序中，包括，例如，各种内窥镜程序。通常，这些程序需要精确地控制能量的传送，以便成功地完成期望的程序。

通常，利用外科手术探针将激光能量传送至目标组织。外科手术探针通常包括耦接至能量源例如激光器的能量引导件，例如，光学纤维，其中，探针可以被定位，使得探针的端头被定位成邻近于目标组织。激光能量从光学纤维的端头引导出到目标组织的期望的部分上。要求耦接至激光源的激光光学纤维在某种程度上是柔性的，使得可以操纵光学纤维。激光系统可以包括，例如，铥纤维激光器，其用于生成通过光学纤维传送至目标组织的激光。能够以不同的治疗模式例如切割(切除)模式和凝结(止血)模式操作激光。

执行特定程序的医疗专业人员将光学纤维操纵至目标组织附近的位置中，并且为各种治疗设置激光功率和模式，取决于治疗，其可能需要不同的功率和模式设置，例如，汽化模式或凝结模式。

用于治疗组织的激光波束通常对于人眼和标准图像传感器是不可见的。因此，可以使用另一照明源来生成可见的瞄准波束。通过使用瞄准波束，瞄准波束斑点可以出现在当使用内窥镜观看目标区域时形成的图像中。

此外，内窥镜视频成像系统具有辅助早期检测微小损伤例如癌症，以及手术前准确诊断患病区域的功能。除了正常光成像之外，系统还包含使用特定光谱的特定光成像功能。内窥镜视频成像系统可以具有至少两种照明模式，白光(正常光)照明和特定光照明模式。内窥镜还具有照明模式切换功能，照明模式切换功能从白光模式改变成特定光照明模式，或者从特定光照明模式改变成白光模式。

技术实现要素：

因此，提供了医疗激光设备。医疗激光设备包括：能量引导件；第一能量源，其被配置成生成通过能量引导件用于治疗目标组织的能量；第二能量源，其被配置成通过能量引导件向目标组织发射第一瞄准波束和第二瞄准波束，第二瞄准波束具有与第一瞄准波束不同的至少一个特性；以及包括硬件的控制器，控制器被配置成：接收指示至少两种照明模式中的由内窥镜使用以对目标组织进行照明的照明模式的信号；以及基于所指示的照明模式，控制第二能量源以输出第一瞄准波束或第二瞄准波束。

其中，当指示白光照明模式时，控制器可以控制第二能量源，以发射具有500nm至550nm的范围内的波长的第一瞄准波束。

其中，当指示特殊光照明模式时，控制器可以控制第二能量源，以发射具有635nm至690nm的范围内的波长的第一瞄准波束。特殊光模式可以是窄带成像模式、自动荧光成像模式或红外成像模式中的一种。

控制器还可以被配置成接收指示在来自内窥镜的图像中是否能够识别出由第一瞄准波束或第二瞄准波束导致的斑点的信号。当在图像中不能识别出斑点时，控制器还被配置成将第一瞄准波束或第二瞄准波束中的一个切换成第一瞄准波束或第二瞄准波束中的另一个。控制器还可以被配置成接收指示在来自内窥镜的图像中是否能够识别出由第一瞄准波束或第二瞄准波束中的另一个导致的斑点的信号。当在图像中不能识别出由于第一瞄准波束或第二瞄准波束中的另一个导致的斑点时，控制器可以被配置成控制第一能量源，以禁止第一能量源生成用于治疗目标组织的能量。

至少一个特性可以选自由波长、功率水平和发射图案组成的组。

能量引导件可以是激光纤维。

第一能量源可以是治疗激光波束。

还提供了包括硬件的内窥镜控制器，其中，内窥镜控制器与内窥镜一起使用。内窥镜控制器被配置成：输出指示内窥镜的照明模式的第一信号；检测由于由瞄准波束能量源生成的瞄准波束导致的斑点在由内窥镜中的图像传感器捕获的图像中是否可见；以及基于检测来输出第二信号。

仅在在图像中不能检测到斑点的情况下可以输出第二信号。

瞄准波束可以是第一瞄准波束；以及在在图像中不能检测到斑点的情况下，第二信号可以指示激光设备将第一瞄准波束改变为第二瞄准波束，第二瞄准波束具有与第一瞄准波束不同的至少一个特性。

又提供了医疗系统，包括：医疗激光设备，医疗激光设备包括：能量引导件；第一能量源，其被配置成生成通过能量引导件用于治疗目标组织的能量；第二能量源，其被配置成通过能量引导件向目标组织发射第一瞄准波束和第二瞄准波束，第二瞄准波束具有与第一瞄准波束不同的至少一个特性；以及包括硬件的第一控制器，第一控制器被配置成：接收指示至少两种照明模式中的由内窥镜使用以对目标组织进行照明的照明模式的第一信号；基于所指示的照明模式，控制第二能量源，以输出第一瞄准波束或第二瞄准波束；以及包括硬件的第二控制器，第二控制器与内窥镜一起使用，第二控制器被配置成：向第一控制器输出指示至少两种照明模式中的由内窥镜使用的照明模式的第一信号。

当指示白光照明模式时，第一控制器可以控制第二能量源，以发射具有500nm至550nm的范围内的波长的第一瞄准波束。

当指示特殊光照明模式时，第一控制器可以控制第二能量源，以发射具有635nm至690nm的范围内的波长的第一瞄准波束。特殊光模式可以是窄带成像模式、自动荧光成像模式或红外成像模式中的一种。

第二控制器还可以被配置成：输出指示在来自内窥镜的图像中是否能够识别出由第一瞄准波束或第二瞄准波束导致的斑点的第二信号；以及第一控制器还可以被配置成：接收第二信号；以及当在图像中不能识别出斑点时，将第一瞄准波束或第二瞄准波束中的一个切换成第一瞄准波束或第二瞄准波束中的另一个。

第二控制器还可以被配置成：输出指示在来自内窥镜的图像中是否能够识别出由第一瞄准波束或第二瞄准波束导致的斑点的第二信号；以及第一控制器还可以被配置成：接收第二信号；以及当在图像中不能识别出由于第一瞄准波束或第二瞄准波束中的另一个导致的斑点时，控制第一能量源，以禁止第一能量源生成用于治疗目标组织的能量。

至少一个特性可以选自波长、功率水平和发射图案组成的组。

能量引导件可以是激光纤维。

第一能量源可以是治疗激光波束。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中，贯穿附图，相同的附图标记表示相同的部分，其中：

图1示出了具有内窥镜、激光设备、内窥镜处理器和内窥镜光源的医疗系统。

图2示出了包括图1的内窥镜的远端的图1的医疗系统的示意图。

图3示出了图1的医疗系统的操作的第一方法的流程图。

图4示出了图1的医疗系统的操作的第二方法的流程图。

具体实施方式

现在参照图1，其示出了具有内窥镜102、内窥镜处理器103、光源104、激光设备106和显示器108的医疗系统100的整体配置。如图1中所示，内窥镜102包括被配置成被插入到对象中、对对象的内部进行成像并且生成对象的内部的图像信号的插入部110；内窥镜处理器103对由内窥镜102捕获的图像信号执行预定的图像处理，并且控制医疗系统100的至少部分；光源104生成用于内窥镜102的照明光，具有至少两种照明模式；激光设备106具有用于生成通过能量引导件112治疗目标组织的能量的第一能量源以及被配置成通过能量引导件112向目标组织发射两个或更多个瞄准波束的第二能量源；以及显示装置108显示瞄准波束以及已经经过由内窥镜处理器103执行的图像处理的图像信号的图像。

内窥镜102包括：被插入到对象中的插入部110；在插入部110的近端部侧的要由操作者握住的操作单元107；以及从操作单元107延伸的柔性通用线缆114。尽管图1示出了胃肠(gi)内窥镜，但是本文中公开的设备和系统不限于gi内窥镜，并且还具有用于与其他类型的内窥镜例如输尿管镜、或膀胱镜、或用于其他治疗程序的内窥镜一起使用的特定功用。

使用光纤(光导)、电缆、光学纤维等形成插入部110。插入部110包括：包含之后要描述的成像单元的远端部110a；包括多个弯曲件的可弯曲的弯曲部110b；以及设置在弯曲部110b的近端部侧上的柔性的柔性管部110c。远端部110a设置有：照明光导120(参见图2)，其经由照明透镜122(参见图2)对对象的内部进行照明；观察单元，其包括图像传感器，例如，ccd、或cmos以及对对象的内部进行成像的物镜系统118(参见图2)；与治疗工具通道102a(参见图2)连通的插入口107b；以及空气/水供应喷嘴(未示出)。

操作单元107包括：用于使弯曲部110b沿上下方向和右左方向弯曲的弯曲旋钮107a；治疗工具例如医疗钳或能量引导件112通过其被插入到对象的体腔中的治疗工具插入端口107b；以及用于操作外围装置例如内窥镜处理器103、光源装置104、空气供应装置、水供应装置和气体供应装置的多个开关107c。治疗工具，例如，能量引导件112可以从治疗工具插入端口107b插入并且穿过通道102a，使得能量引导件112的远端在插入部110的远端处从通道102a的开口102b(参见图2)露出。

通用线缆114包括光纤、电缆等。通用线缆114在其近端处进行分支。分支端的一端是连接器114a，以及分支端的另一近端是连接器114b。连接器114a可附接至内窥镜处理器103的连接器/可从内窥镜处理器103的连接器拆卸。连接器114b可附接至光源104/可从光源104拆卸。通用线缆114经由连接器114b和光导120(参见图2)将从光源104发射的照明光传播至远端部110a。此外，通用线缆114经由电缆中的信号线124(参见图2)并且经由连接器114a将由之后要描述的图像传感器116(参见图2)捕获的图像信号传输至内窥镜处理器103。

内窥镜处理器103对从连接器114a输出的图像信号执行预定的图像处理，并且控制构成医疗系统100的部件的至少部分。

光源104包括发射具有一种或更多种照明特性—被称为照明模式—的光的一个或更多个光源、冷凝器透镜等。这样的光源可以是，例如，氙气灯、led(发光二极管)、ld(激光二极管)或其任意组合。在内窥镜处理器103的控制下，光源104从其一个或更多个光源发射光，并且将光提供至经由通用线缆114的光导和连接器114b连接的内窥镜102，作为用于作为目标的对象的内部的照明光。照明模式可以是白光照明模式或特殊光照明模式，例如，窄带成像模式、自动荧光成像模式或红外成像模式。特殊光照明可以集中并增强特定波长的光，例如，产生使浅表微血管和粘膜表面结构更好地形象化，以增强粘膜的不规则的细微对比。

显示器108包括，例如，液晶显示器、有机电致发光(el)显示器等。显示器108显示包括已经由信息处理设备103经由视频电缆108a进行预定图像处理的图像的各种类型的信息。这允许操作者在观看由显示器108显示的图像(体内图像)的同时通过操作内窥镜102来观察和确定对象内部的期望位置的行为。

现在参照图2，示意性地示出了图1的医疗系统100。激光设备106用于与能量引导件112例如激光纤维一起使用。能量引导件通过治疗插入端口107b被设置在通道102a中并且包括远端112a，远端112a从通道102a的远端开口102b向远侧延伸，以便被配置成将治疗能量引导至目标组织。能量引导件112的近端操作上连接至激光设备106。

激光设备106包括耦接至能量引导件112的近端、用于生成激光能量的两个或更多个能量源。这样的能量源可以由用户通过输入例如激光设备106上的按钮106a或脚踏开关(未示出)，通过软件或显示器108上的用户界面的输入或如本领域中已知的手动或自动的其他输入来选择。第一能量源202光学上耦接至能量引导件112，并且可以被配置成生成通过能量引导件112用于治疗目标组织的能量。例如，第一能量源202可以是铥激光器，用于生成用于通过光导112传送至目标组织以在不同的治疗模式，例如，切割(切除)模式和凝结(止血)模式下操作的激光。本领域中已知的用于组织的这样的治疗的其他能量源、或者任何其他治疗模式也可以被用于第一能量源202，例如，ho:yag、nd:yag和co2以及本领域已知的其他内容。

两个或更多个能量源还可以包括第二能量源204，第二能量源204也光学上耦接至能量引导件112并且被配置成通过能量引导件112向目标组织发射至少两个瞄准波束，其中，第一瞄准波束具有不同于第二瞄准波束的至少一个特性。这样的区别特性可以是波长、功率水平、和/或发射图案。例如，第一瞄准波束可以具有500nm至550nm的范围内的波长，而第二瞄准波束可以具有635nm至690nm的范围内的波长。可以基于由内窥镜处理器103处理的图像中的瞄准波束的可见性来选择不同瞄准波束的特性，并且不同瞄准波束的特性在由光源104提供的某些照明模式下可以显示在显示器108上。

激光设备106还包括包含硬件例如cpu的控制器206，控制器206控制包括第一能量源202和第二能量源204的激光设备106的操作。激光设备106还可以包括操作上耦接至能量引导件112并且在控制器206的控制下的传感器208。如本领域中已知的，传感器208被配置成检测从能量引导件112的远端112a通过能量引导件112并且返回至传感器208的反射光，使得传感器208可以确定从光源104输出至光导120的照明模式。也就是说，这样的传感器208检测被用于对目标组织进行照明的照明模式。这样的反射光检测可以类似于1999年1月19日公布的美国专利5,860,972中描述的内容，其内容通过引用被并入本文。

光源104包括一个或更多个光源，例如，在控制器214的控制下的第一光源210和第二光源212。光源210、212可以由用户通过输入例如，光源104上的按钮104a或脚踏开关(未示出)，通过软件或显示器108上的用户界面或本领域中已知的手动或自动的其他输入来选择。第一光源210和第二光源212光学上耦接至光导120，以将如上面所描述的不同的照明模式提供至光导120。尽管对于每种照明模式示出了不同的光源，但是单个光源可以通过使用滤光器、透镜等被设置成产生具有不同特性的照明模式。

内窥镜处理器103还包括包含硬件例如cpu的控制器216，用于控制内窥镜102、显示器108、光源104和/或激光设备106。如上面所讨论的，控制器216通过通用线缆114中的线124从图像传感器116接收信号，以对该信号进行处理，以便生成用于在显示器108上观看的图像/视频。这样的图像不仅包括在光源104的照明下要被治疗的组织的目标区域，而且包括当第一能量源202被激活并且能量引导件112被用于治疗目标组织时由激光设备106生成的瞄准波束。内窥镜处理器103包括一个或更多个输入例如内窥镜处理器103上的按钮103a或脚踏开关(未示出)，通过软件或显示器108上的用户界面的输入或本领域中已知的手动或自动的其他输入。

现在将关于图3中示出的流程图来描述图1的医疗系统100的使用。在将内窥镜102插入至目标组织部位之后，在300处，用户在显示器108上观看目标组织。目标组织的这样的观看与在302处设置并且由光源104的光源210、212中的一个输出的照明模式一致。这样的照明模式可以由用户通过本领域中已知的任何方式的选择来设置，或者由控制器214、216中的任一个基于预定标准进行的确定来自动地设置。

在304处，由控制器206做出关于以下的确定：第一能量源202是否被激活(开启)以及是否将治疗能量传送至能量引导件112。在确定第一能量源202没有将治疗能量传送至能量引导件112的情况下，则在304n处，控制器206不激活第二能量源204以生成瞄准波束。在确定第一能量源202正在将治疗能量传送至能量引导件112的情况下，则在304y处，控制器206激活第二能量源204，在306处，以生成第一瞄准波束或第二瞄准波束中的一个。

在308处，控制器206根据由内窥镜使用以对目标组织进行照明的照明模式来确定照明模式，例如，接收指示所使用的照明模式的类型的信号。提供至控制器206的照明模式信号可以是来自用户在光源104的输入104a处的手动输入，以引导光源控制器214向内窥镜处理器103的控制器216输出信号，控制器216又向激光设备控制器206输出信号。这样的手动输入也可以是来自内窥镜处理器103的输入，例如，按钮103a。光源控制器214也可以将指示照明模式的信号直接输出至激光设备控制器206。输入也可以经由内窥镜上的按钮107c通过信号线107d到达内窥镜处理器103的控制器216，信号又被中继至激光设备的控制器206。激光设备106的控制器206还可以从传感器208接收指示内窥镜所使用的照明模式的信号，传感器检测由通过能量引导件112的反射光正在使用的照明，并且控制器206处理这样的检测并基于来自传感器208的输出来确定照明模式。此外，内窥镜处理器103的控制器216可以分析来自图像传感器116的图像信号，以及基于这样的图像信号确定照明模式，并且将这样的确定输出至激光设备106的控制器206。还可以采用其他传感器(未示出)，例如，在内窥镜102的远端处或者内窥镜处理器103中，用于确定内窥镜正在使用的照明模式。

在310处，对瞄准波束是否适合于所确定的照明模式做出确定。这样的确定可以基于操作上连接至控制器206的查找表(lut)中反映的历史数据，其中，lut将照明模式对应于瞄准波束特性。这样的lut可以存储照明模式(或照明光的波长)和与这样的照明模式或这样的照明模式的波长一起使用的瞄准波束的相应的波长的数据。在确定正在使用的瞄准波束适合于与正在使用的照明模式一起使用的情况下，则不需要改变正在使用的瞄准波束，并且在310y处，该处理继续以对目标组织进行成像，直到在310n处做出正在使用的瞄准波束不适合于与正在使用的照明模式一起使用的确定为止。一旦在预定的间隔下或者一旦发生预定的事件，例如，关闭第一能量源并且然后再次开启，就可以做出这样的确定。

然而，在在310n处确定正在使用的瞄准波束不适合于与正在使用的照明模式一起使用的情况下，则在312处基于所指示的照明模式控制第二能量源204以改变瞄准波束。例如，当确定了白光照明模式时，控制器206可以控制第二能量源204以发射具有500nm至550nm的范围内的波长的第一瞄准波束。替选地，在确定特殊光照明模式的情况下，则控制器206可以控制第二能量源204以发射具有635nm至690nm的范围内的波长的第二瞄准波束。如上面所讨论的，例如，特殊光模式可以是窄带成像模式、自动荧光成像模式或红外成像模式中的一个。

现在将关于图4中示出的流程图来描述图1的医疗系统100的另一使用，其中，300、302、304和306基本上如上面所描述的。在激光设备106激活瞄准波束中的一个例如第一瞄准波束或第二瞄准波束的情况下，在314处做出关于在来自内窥镜102的图像中是否能够识别出由第一瞄准波束或第二瞄准波束导致的斑点的确定。也就是说，控制器216分析来自图像传感器116的图像信号，以确定正在使用的瞄准波束斑点在目标组织的图像中是否可见。对图像数据中的斑点的这样的确定在本领域中是公知的，例如，通过像素比较以确定与斑点的预期尺寸和/或形状相对应的图像的区域中的像素数据的差异(不连续性)。此外，如果检测到斑点但是差异低于某个预定阈值，则在用户从图像中清楚地识别斑点将具有困难的情况下，这样的确定可以认为斑点是不可见的。

在图像中检测到斑点或充分地检测斑点的情况下，则在314y处继续对图像和斑点进行成像、照明和显示，直到这样的确定改变或者激光设备不再激活第一能量源202为止。在314n处，在图像中不能检测到或者没有充分检测斑点的情况下，则在316处控制器216向激光设备控制器206输出信号，以切换成第一瞄准波束或第二瞄准波束中的不同的一个。

在318处，控制器216做出类似的确定，以确定在来自内窥镜102的图像中是否能够识别出由第一瞄准波束或第二瞄准波束中的不同的一个导致的斑点。在在图像中检测到斑点或充分地检测斑点的情况下，则在318y处继续对图像和斑点进行成像、照明和显示，直到这样的确定改变或者激光设备不再激活第一能量源202为止。在318n处，在图像中不能检测到或者没有充分检测斑点的情况下，作为安全措施，在320处，控制器可以向激光设备控制器206输出信号来控制第一能量源，以禁止第一能量源生成用于治疗目标组织的能量。

尽管关于柔性内窥镜进行描述，但是上述设备和方法也对刚性类型的内窥镜具有功用。另外，尽管激光设备106被描述成分离的装置，但是其特征可以被并入至光源和内窥镜处理器中的一个或两者中，其中，可以使用公共控制器以进行本文中指示的确定和控制。

尽管已经示出和描述了被认为是优选的实施方式，但是当然将理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以容易地进行形式或细节中的各种修改和改变。因此，其旨在是本发明不限于所描述和示出的确切形式，而是应当被构想成覆盖可能落入所附权利要求的范围内的所有修改。