具有照明控制的激光系统的制作方法

具有照明控制的激光系统
1.优先权声明
2.本技术根据35 u.s.c.
§
119(e)要求2019年8月5日提交的美国临时专利申请序列号62/882,837、2019年8月30日提交的美国临时专利申请序列号62/894,226以及2020年5月19日提交的美国临时专利申请序列号63/027,090的优先权的权益，这些美国临时专利申请通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本文档总体上涉及内窥镜系统，并且更具体地涉及用于在内窥镜手术期间控制目标的照明以进行目标识别的系统和方法。


背景技术：

4.内窥镜通常用于提供到病人的内部位置的通路，使得医师被提供有可视通路。内窥镜通常被插入患者的身体，将光递送到被检查的目标(例如，目标解剖结构或对象)，并且收集从该对象反射的光。反射光携带关于被检查的对象的信息。一些内窥镜包括工作通道，通过该工作通道，操作者可以执行抽吸或传递诸如刷子、活检针或镊子的器械，或者执行微创外科手术以从患者的身体去除不想要的组织或外来对象。
5.激光或等离子体系统已经用于将外科手术激光能量递送到各种目标治疗区域，例如软组织或硬组织。激光疗法的示例包括烧蚀、凝结、汽化、破碎等。在碎石术应用中，激光已经被用于分解肾、胆囊、输尿管以及其他形成结石的区域中的积石结构，或者将大的积石烧蚀成较小的碎块。


技术实现要素：

6.本文档描述了用于在内窥镜手术期间识别目标的系统、装置和方法。内窥镜目标识别系统包括：内窥镜，该内窥镜具有内窥镜照明源；光纤，该光纤能够插入通过该内窥镜的工作通道，并且耦合至不同于该内窥镜照明源的非内窥镜照明源；以及控制器。该控制器可以在至少一个内窥镜照明源从第一模式改变为第二模式时，向非内窥镜照明源发送控制信号以通过该光纤发射诊断光束。第二模式具有比第一模式低的照明量。该控制器可以基于入射在目标上的诊断光束和从该目标反射的来自诊断光束的光来确定该目标的成分。
7.示例1是在内窥镜手术期间识别目标的方法。该方法包括以下步骤：将内窥镜的照明模式从第一模式改变为第二模式，该第一模式具有第一照明量，并且该第二模式具有低于该第一量的第二照明量；当该内窥镜的照明模式处于第二模式时，使非内窥镜照明源在该内窥镜的远端附近发射诊断光束，该诊断光束被引导在目标处；以及基于入射在该目标上的诊断光束和从该目标反射的来自诊断光束的光来确定该目标的成分。
8.在示例2中，示例1的主题可选地包括，其中，该内窥镜的照明模式的改变包括：调节至少一个内窥镜照明源，以在第一模式和第二模式下提供相应的照明量。
9.在示例3中，示例1至2中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该内窥镜
的照明模式的改变包括：当该内窥镜的照明模式处于第一模式时，使第一内窥镜照明源发射照明光，并且当该内窥镜的照明模式处于第二模式时，使不同的第二内窥镜照明源发射照明光，该照明光在该内窥镜的远端附近发射。
10.在示例4中，示例1至3中的任何一个或更多个的主题可选地包括接收触发信号以使该非内窥镜照明源发射诊断光束，其中，该照明模式从第一模式到第二模式的改变响应于触发信号而进行。
11.在示例5中，示例1至4中的任何一个或更多个的主题可选地包括接收目标的图像，其中，该照明模式从第一模式到第二模式的改变响应于所接收的目标的图像的亮度或强度的改变而进行。
12.在示例6中，示例1至5中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该诊断光束包括从激光源发出的激光束。
13.在示例7中，示例1至6中的任何一个或更多个的主题可选地包括，在该非内窥镜照明源已经停止发出该诊断光束之后，将该照明模式从第二模式改变回到第一模式。
14.在示例8中，示例1至7中的任何一个或更多个的主题可选地包括第二模式，该第二模式可以包括关闭该内窥镜的照明。
15.在示例9中，示例1至8中的任何一个或更多个的主题可选地包括，当该照明模式处于第二模式时，在显示器上显示该目标的图像，该图像包括目标的先前图像或目标的当前图像的修改图像。
16.在示例10中，示例1至9中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该目标包括积石目标，并且其中，确定该目标的成分包括：确定该积石目标的第一部分的第一成分，以及确定该积石目标的第二部分的第二成分，该第二成分不同于该第一成分。
17.在示例11中，示例10的主题可选地包括：对第一激光设置进行编程或者建议用户对该第一激光设置进行编程，以将该积石目标的第一部分作为目标；以及对该第二激光设置进行编程或者建议用户对第二激光设置进行编程，以将该积石目标的第二部分作为目标，该第二激光设置不同于该第一激光设置。
18.示例12是一种包括以下的装置：至少一个处理器；以及包括计算机程序代码的至少一个非暂态存储器，该至少一个非暂态存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使该装置：将内窥镜的照明模式从第一模式改变为第二模式，该第一模式具有第一照明量，并且该第二模式具有低于第一量的第二照明量；当该内窥镜的照明模式处于第二模式时，使非内窥镜照明源在该内窥镜的远端附近发射诊断光束，该诊断光束被引导在目标处；以及基于入射在该目标上的诊断光束和从该目标反射的来自诊断光束的光来确定该目标的成分。
19.在示例13中，示例12的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使该装置改变该内窥镜的照明模式，包括：调节至少一个内窥镜照明源，以在第一模式和第二模式下提供相应的照明量。
20.在示例14中，示例12至13中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使该装置改变该内窥镜的照明模式，包括：当该内窥镜的照明模式处于第一模式时，使第一内窥镜照明源发射照明光，并且当该内窥镜的照明模式处于第二模式时，使不同的第二内窥镜照明源发射照明光，
该照明光在内窥镜的远端附近发射。
21.在示例15中，示例12至14中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用至少一个处理器使该装置：接收触发信号以使该非内窥镜照明源发射该诊断光束，并且响应于该触发信号，将该照明模式从第一模式改变为第二模式。
22.在示例16中，示例12至15中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使该装置：响应于该目标的图像的亮度或强度的改变，将该照明模式从第一模式改变为第二模式。
23.在示例17中，示例12至16中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使该装置：在该非内窥镜照明源已经停止发出该诊断光束之后，将该照明模式从第二模式改变回到第一模式。
24.在示例18中，示例12至17中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该诊断光束包括从激光源发出的激光束。
25.在示例19中，示例12至18中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该第二模式包括关闭该内窥镜的照明。
26.在示例20中，示例12至19中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使该装置在该照明模式处于第二模式时在显示器上显示该目标的图像，其中，该图像是由该内窥镜的成像系统拍摄的先前图像或者由该内窥镜的成像系统发送的该目标的当前图像的修改图像。
27.在示例21中，示例12至20中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使装置：确定积石目标的第一部分的第一成分，以及确定该积石目标的第二部分的第二成分，该第二成分不同于该第一成分。
28.在示例22中，示例21的主题可选地包括，其中，该至少一个存储器和该计算机程序代码被配置成利用该至少一个处理器使该装置：对第一激光设置进行编程或者建议用户对该第一激光设置进行编程，以将该积石目标的第一部分作为目标；以及对第二激光设置进行编程或者建议用户对该第二激光设置进行编程，以将该积石目标的第二部分作为目标，该第二激光设置不同于该第一激光设置。
29.示例23是内窥镜目标识别系统。该系统包括：内窥镜，该内窥镜包括至少一个内窥镜照明源；可插入通过该内窥镜的工作通道的光纤，该光纤耦合至不同于该至少一个内窥镜照明源的非内窥镜照明源；以及控制器，该控制器被配置成：当该至少一个内窥镜照明源从第一模式改变为第二模式时，生成到该非内窥镜照明源的控制信号，以通过该光纤并且在该内窥镜的远端附近发射诊断光束，该第一模式具有第一照明量，并且该第二模式具有低于该第一量的第二照明量；以及基于入射在目标上的诊断光束和从该目标反射的来自诊断光束的光来确定该目标的成分。
30.在示例24中，示例23的主题可选地包括，其中，该光纤耦合至非内窥镜照明源，该非内窥镜照明源包括被配置成发出包括激光束的诊断光束的激光源。
31.在示例25中，示例23至24中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该内窥镜包括第一内窥镜照明源和不同的第二内窥镜照明源，该第一内窥镜照明源被配置成在该
内窥镜的照明模式处于第一模式时发射照明光，该第二内窥镜照明源在该内窥镜的照明模式处于第二模式时发射照明光，该照明光在内窥镜的远端附近发射。
32.在示例26中，示例23至25中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该控制器被配置成：响应于触发信号，生成到该内窥镜的控制信号，以将该照明模式从第一模式改变为第二模式。
33.在示例27中，示例23至26中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中：该内窥镜包括成像系统，该成像系统被配置成拍摄该目标的图像；并且该控制器被配置成：响应于该目标的图像的亮度或强度的改变，生成到该内窥镜的控制信号，以将该照明模式从第一模式改变为第二模式。
34.在示例28中，示例23至27中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该控制器被配置成：在该非内窥镜照明源已经停止发出该诊断光束之后，生成到该内窥镜的控制信号，以将该照明模式从第二模式改变回到第一模式。
35.在示例29中，示例23至28中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该第二模式包括关闭该内窥镜的照明。
36.在示例30中，示例23至29中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中：该内窥镜包括成像系统，该成像系统被配置成拍摄该目标的图像；并且该控制器被配置成在该照明模式处于第二模式时生成到显示器的控制信号以显示该目标的图像，其中，该图像是该目标的先前图像或该目标的当前图像的修改图像。
37.在示例31中，示例23至30中的任何一个或更多个的主题可选地包括，其中，该控制器被配置成：确定积石目标的第一部分的第一成分，以及确定该积石目标的第二部分的第二成分，该第二成分不同于该第一成分。
38.在示例32中，示例31的主题可选地包括，其中，该控制器被配置成：对第一激光设置进行编程或者生成对该第一激光设置进行编程的推荐，以将该积石目标的第一部分作为目标；以及对第二激光设置进行编程或者生成对该第二激光设置进行编程的推荐，以将该积石目标的第二部分作为目标，该第二激光设置不同于该第一激光设置。
39.本概述是本技术的一些教导的概述，而不是旨在是本主题的排他性或穷举性处理。关于本主题的其他细节在详细描述和所附权利要求中找到。在阅读和理解以下详细描述并查看形成其一部分的附图时，本公开内容的其他方面对于本领域技术人员将是明显的，这些详细描述和附图中的每一个不应被理解为限制性意义。本公开内容的范围由所附权利要求及其合法的等同物限定。
附图说明
40.在附图的各图中通过示例的方式示出了各种实施方式。这样的实施方式是说明性的并且并非旨在是本主题的穷尽或排他实施方式。
41.图1示出了包括激光反馈控制系统的示例性激光治疗系统的示意图。
42.图2a至图2b示出了包括血红蛋白(hb)和氧合血红蛋白(hbo2)的不同类型组织的吸收光谱的示例。
43.图3a至图3c示出了包括正常组织和碳化组织的不同类型组织、hb、hbo2和黑色素的吸收光谱的示例。
44.图4是示出激光输出的穿透深度的图。
45.图5是示出用于提供激光输出的激光反馈控制系统的框图。
46.图6至图7是示出用于基于由激光反馈控制系统生成的反馈来控制一个或更多个激光系统的算法的示例的流程图。
47.图8示出了使用两个光学波长提供组织烧蚀和凝结的示例性双激光系统的时序图。
48.图9a至图9b示出了插入有激光光纤的内窥镜的示例。
49.图10a至图10b示出了反馈控制激光治疗系统的示例。
50.图11a至图11b是示出用于使用诸如激光束的诊断光束来识别目标的内窥镜系统的示例的图。
51.图12和图13a至图13b是示出用于识别目标类型(例如用于识别不同类型的肾结石的成分)的反射光谱的图。
52.图14至图15示出了与图13a至图13b中的几种类型的结石的uv波长和反射光谱的不同部分对应的光峰。
53.图16a至图16b示出了在uv-vis光谱仪上从各种软组织和硬组织成分捕获的反射光谱的示例。
54.图16c示出了典型结石成分的ftir光谱的示例。
55.图16d示出了一些软组织和硬组织成分的ftir光谱的示例。
56.图17至图18示出了激光治疗系统的示意图。
57.图19a至图19b示出了使用若干(例如，n个)激光脉冲列生成的组合激光脉冲列的示例。
58.图20示出了具有光谱反馈的示例性光谱系统的示意图。
59.图21a至图21d示出了具有多光纤配置的内窥镜激光系统的示例。
60.图22是示出如在光谱光纤递送系统中使用的多光纤系统的示例的框图。
61.图23a至图23b示出了具有源光输入和光谱反馈信号的多光纤附件的示例。
62.图24a至图24d是示出计算激光递送系统(例如，光纤)的远端与目标之间的距离的示例性方法的图。
63.图25a至图25b示出了组织与光谱探针远端之间的距离对来自目标的反射光的光谱的影响。
64.图26示出了用于使用诸如激光束的诊断光束来识别目标的内窥镜系统的示例。
65.图27示出了用于目标组织或积石结构的激光治疗的具有不同脉冲能量或功率水平的激光脉冲序列的图。
66.图28是示出可以在其上执行本文中讨论的任何一个或更多个技术(例如，方法)的示例机器的框图。
具体实施方式
67.本文中描述的是用于在内窥镜手术期间识别目标的系统、装置和方法。内窥镜目标识别系统包括：内窥镜，其具有内窥镜照明源；光纤，其能够插入通过内窥镜的工作通道，并且耦合至与内窥镜照明源不同的非内窥镜照明源；以及控制器。控制器可以在至少一个
内窥镜照明源从第一模式改变为第二模式时，向非内窥镜照明源发送控制信号，以通过光纤发射诊断光束。第二模式具有比第一模式低的照明量。控制器可以基于入射到目标上的诊断光束和从目标反射的来自诊断光束的光来确定目标的成分。
68.在内窥镜激光疗法中，期望识别不同的组织、仅向目标治疗结构(例如，癌组织或特定积石类型)施加激光能量、以及避免或减少非治疗组织(例如，正常组织)暴露于激光辐射。常规地，由操作者人工地执行关注的目标治疗结构的识别，例如通过内窥镜使目标手术部位及其周围环境可视化。至少在一些情况下，例如由于紧密接近提供受限外科手术视野的操作部位，这样的人工方法可能缺乏准确性，并且可能不确定目标的成分。已经使用活组织检查技术从身体中提取目标结构(例如，组织)以在体外分析其成分。然而，在许多临床应用中，期望在体内确定组织成分以减少外科手术时间和复杂性并且提高治疗功效。例如，在应用激光以破碎积石或使积石粉末化的激光碎石术中，自动且在体内识别特定类型的积石(例如，肾结石或胰胆结石或胆囊结石的化学成分)并且将其与周围组织区分开将允许医师调整激光设置(例如，功率、曝光时间或触发角)以更有效地烧蚀目标结石，同时避免照射邻近目标结石的非治疗组织。
69.常规的内窥镜激光疗法还具有不能在手术中连续监测组织类型(例如，成分)的限制。在内窥镜手术期间存在许多移动部件，并且从内窥镜观看到的组织可能在整个手术中改变。因为常规的活组织检查技术需要去除组织样本以识别成分，所以它们不能在整个手术中监测组织的成分。在内窥镜的尖端处的结构类型(例如，软组织或硬组织类型、正常组织相对于癌变组织、或积石结构的成分)的连续监测和识别可以给予医师更多的信息以更好地适应在手术期间的治疗。例如，如果医师正在使具有硬表面但具有软核的肾积石粉末化，通过内窥镜的连续组织成分信息可以允许医师基于连续检测到的结石表面成分来调整激光设置，例如从在结石的硬表面上表现更好的第一设置调整到在结石的软核上表现更好的不同的第二设置。
70.如本文中描述的一些特征可以提供能够例如在医疗应用(例如，软组织或硬组织)中通过内窥镜在体内识别各种目标的成分的方法和装置。该方法和装置可以允许用户在整个手术中连续地监测通过内窥镜观看到的目标的成分。该方法和装置还具有与激光系统结合使用的能力，其中该方法可以向激光系统发送反馈，以基于目标的成分调整设置。该特征可以允许在用户选择的原始激光设置的设定范围内即时调整激光设置。
71.如本文中描述的一些特征可以用于提供一种系统和方法，该系统和方法在体内测量诸如目标的化学成分的差异并且建议激光设置或自动地调整激光设置以更好地实现期望的效果。目标和应用的示例包括肾积石的激光碎石术和软组织的激光切割或汽化。在一个示例中，提供了三个主要部件：激光器、光谱系统和反馈分析器。在示例中，激光系统的控制器可以基于目标成分利用适当的激光参数设置对激光疗法进行自动地编程。在示例中，可以基于用光谱数据训练的机器学习算法来控制激光器。附加地或替选地，用户(例如，医师)可以在手术期间连续地接收目标类型的指示，并且被提示调整激光设置。通过调整激光设置并且使激光疗法适应于单个积石目标的成分部分，可以更快和以更高效能的方式执行结石烧蚀或结石粉末化手术。
72.如本文中描述的一些特征可以提供用于向反馈分析器提供数据输入以包括互联网连接性和与具有测量功能的其他外科手术设备的连接性的系统和方法。另外，激光系统
可以向诸如图像处理器的另一系统提供输入数据，由此手术监测器可以向用户显示与医疗手术相关的信息。例如，这样的一个示例是在手术期间更清楚地识别视野中的不同软组织、脉管系统、囊组织以及同一目标例如结石中的不同化学成分。
73.如本文中描述的一些特征可以提供用于识别诸如不同组织类型或不同积石类型的不同目标类型的系统和方法。在某些情况下，单个积石结构(例如肾、膀胱、胰胆或胆囊结石)可能在其整个体积中具有两种或更多种不同的成分，例如透钙磷石、磷酸钙(cap)、草酸钙二水合物(cod)、草酸钙单水合物(com)、磷酸镁铵(map)或基于胆固醇或基于尿酸的积石结构。例如，目标积石结构可以包括cod的第一部分和com的第二部分。根据一个方面，本文档描述了用于基于体内光谱数据的连续地收集和分析来连续地识别包含在单个目标(例如，单个结石)中的不同成分的系统和方法。可以根据所识别的目标成分来适配治疗(例如，激光疗法)。例如，响应于识别出目标结石中的第一成分(例如，cod)，可以利用第一激光参数设置(例如，功率、曝光时间或触发角等)对激光系统进行编程，并且激光系统相应地递送激光束以烧蚀第一部分或使第一部分粉末化。在激光疗法期间可以连续地收集和分析光谱数据。响应于识别出正在被处理的同一目标结石中与第一成分不同的第二成分(例如，com)，可以例如通过利用与激光参数设置不同的第二激光参数设置(例如，差异功率、或曝光时间、或触发角等)对激光系统进行编程并且相应地递送激光束以烧蚀同一目标结石的第二部分或使同一目标结石的第二部分粉末化来调整激光疗法。在一些示例中，在激光系统中可以包括多个不同的激光源。可以由不同的激光源来处理不同成分的结石部分。可以通过识别结石类型来确定要使用的适当激光。
74.如本文中描述的一些特征可以关于用于各种应用的激光系统来使用，其中结合不同类型的激光源可能是有利的。例如，本文中描述的特征可以适用于工业或医疗设置，例如医疗诊断、治疗和外科手术。本文中描述的特征可以关于内窥镜、激光外科手术、激光碎石术、激光设置和/或光谱学来使用。
75.图1示出了根据本公开内容的说明性示例的包括激光反馈控制系统100的示例性激光治疗系统的示意图。激光反馈控制系统100的示例应用包括集成到激光系统中以用于许多应用，例如用于治疗软(例如，非钙化)组织或硬(例如，钙化)组织或结石结构(例如，肾或胰胆或胆囊结石)的工业和/或医疗应用。例如，本文中公开的系统和方法可以用于递送精确控制的治疗处理，例如烧蚀、凝结、汽化等，或者使积石结构烧蚀、碎裂或粉末化。
76.参照图1，激光反馈控制系统100可以与一个或更多个激光系统可操作地通信。虽然图1示出了连接至第一激光系统102并且可选地(以虚线示出)连接至第二激光系统104的激光反馈系统，但是在本公开内容的范围内可以设想附加的激光系统。
77.第一激光系统102可以包括第一激光源106和相关联的部件(例如电源、显示器、冷却系统等)。第一激光系统102还可以包括第一光纤108，该第一光纤与第一激光源106可操作地耦合。第一光纤108可以被配置成用于将来自第一激光源106的激光输出传输至目标组织122。
78.在一个示例中，第一激光源106可以被配置成提供第一输出110。第一输出110可以在第一波长范围上延伸。根据本公开内容的一些方面，第一波长范围可以对应于目标组织122的吸收光谱的一部分。吸收光谱表示在激光波长范围的吸收系数。图2a通过示例的方式示出了水210的吸收光谱。图2b通过示例的方式示出了氧合血红蛋白221的吸收光谱和血红
蛋白222的吸收光谱。在这样的示例中，因为第一输出110在与组织的吸收光谱对应的波长范围上，所以第一输出110可以有利地提供目标组织122的有效烧蚀和/或碳化。
79.例如，第一激光源106可以被配置成使得在第一波长范围发射的第一输出110对应于组织对入射的第一输出110的高吸收(例如，超过约250cm-1
)。在示例方面，第一激光源106可以发射在约1900纳米与约3000纳米之间(例如，对应于水的高吸收)和/或在约400纳米与约520纳米之间(例如，对应于氧合血红蛋白和/或脱氧血红蛋白的高吸收)的第一输出110。显然，存在光与组织相互作用的两种主要的机制：吸收和散射。当组织的吸收高(吸收系数超过250cm-1
)时，第一吸收机制占主导地位，而当吸收低(吸收系数小于250cm-1
)时，例如800nm至1100nm波长范围的激光，散射机制占主导地位。
80.各种商业上可获得的医疗级激光系统可以适用于第一激光源106。例如，可以使用诸如inxga1-xn半导体激光器的半导体激光器，其在约515纳米和约520纳米或在约370纳米与约493纳米之间的第一波长范围内提供第一输出110。替选地，可以使用红外(ir)激光器，例如下表1中总结的那些。
81.表1适用于第一激光源106的ir激光器的示例列表
[0082][0083]
参照图1，本公开内容的激光治疗系统可以可选地包括第二激光系统104。如前所述，第二激光系统104包括：第二激光源116，其用于提供第二输出120；以及相关联的部件，例如电源、显示器、冷却系统等。第二激光系统104可以可操作地与第一激光源106分离，或者替选地，可操作地耦合至第一激光源106。在一些示例中，第二激光系统104可以包括第二光纤118(与第一光纤108分离)，第二光纤可操作地耦合至第二激光源116，以用于传输第二输出120。替选地，第一光纤108可以被配置成传输第一输出110和第二输出120两者。
[0084]
在某些方面，第二输出120可以在与第一波长范围不同的第二波长范围上延伸。因此，在第一波长范围与第二波长范围之间可以不存在任何交叠。替选地，第一波长范围和第二波长范围可以彼此至少部分地交叠。根据本公开内容的一些方面，第二波长范围可以不对应于目标组织122的吸收光谱中的入射辐射被先前未被烧蚀或碳化的组织强吸收(例如，如图2所示)的部分。在一些这样的方面，第二输出120可以有利地不对未碳化的组织进行烧蚀。此外，在另一示例中，第二输出120可以对先前已经被烧蚀的碳化组织进行烧蚀。在附加示例中，第二输出120可以提供附加的治疗效果。例如，第二输出120可以更适合于对组织或血管进行凝结。
[0085]
激光发射可以被软组织或硬组织、结石等高度吸收。通过示例的方式，图3a至图3c示出了不同组织类型的吸收光谱。图3a分别示出了正常组织(烧蚀前)311的吸收光谱和碳化组织(烧蚀后)312的吸收光谱。图3b示出了在特定波长范围(例如，450nm至850nm)内，吸收光谱随激光波长遵循指数衰减。(图3a和图3b中所示的数据源：http://omlc.org/spectra/hemoglobin/)。图3c示出了在不同介质中测量的光学吸收光谱，包括水331a至331c(分别在75％、100％和4％浓度下)的光谱、血红蛋白(hb)332的光谱、氧合血红蛋白
(hbo2)333的光谱和黑色素334a至334d(分别在2％、13％、30％和100％中的黑色素体的体积分数)的光谱。(图3c中所示的数据源：http://www.americanlaserstudyclub.org/laser-surgery-education/)。水吸收的波长在1900nm至3000nm的范围内。氧合血红蛋白和/或氧合血红蛋白的波长在400nm至520nm的范围内。虽然许多外科手术激光器在水或血红蛋白中被高度吸收，但是在窥镜内部，存在有限的介质来吸收水，这可能是内窥镜内部可能被激光能量损坏的原因。
[0086]
图4示出了诸如第二输出120的激光输出的穿透深度。(图4中所示的数据源：http://www.americanlaserstudyclub.org/laser-surgery-education/)。如其中所见，由于穿透深度与小毛细管的特征尺寸(例如，在约5μm至约10μm之间)相当，第二输出120可以适合于有效凝结。此外，在某些示例中，参照图3a和图3b，第二波长范围可以对应于被尚未碳化的组织对第二输出120的低吸收，但是已被碳化的组织的高吸收(例如，通过第一输出110的烧蚀)。明显地，第二输出120的光谱特性对应于碳化组织对入射的第二输出120的高(例如，大于约250cm-1
)吸收。合适的第二激光源的示例包括具有在约750纳米与约850纳米之间的第二波长范围中的第二输出120的ga
x
al
1-x
a，或者具有在约904纳米与约1065纳米之间的第二波长范围内的第二输出120的in
x
ga
1-x
a。
[0087]
虽然上面描述了具有适合于被组织(正常和/或碳化)吸收的部分地交叠光谱的两个激光系统，但是在替选示例中，代替第二激光系统104，第一激光系统102可以提供第二输出120。在示例中，第一激光系统102可以提供在第一波长范围内的第一输出110，其适合于先前未被烧蚀的“正常”组织的高吸收(例如，如图2所示)，以及在第二波长范围内的第二输出120，其对应于在被碳化之前的组织的低吸收，和/或更适合于凝结(例如，如图3a和图3b所示)。第一激光系统102可以提供在附加波长范围内的附加输出。
[0088]
再次参照图1。根据示例性示例，激光治疗系统包括激光反馈控制系统100。现在参照图5，如前所述，激光反馈控制系统100可以对来自目标组织122的反馈信号130进行分析，并且控制第一激光系统102和/或第二激光系统104以生成用于提供期望治疗效果的适当激光输出。例如，激光反馈控制系统100可以在治疗过程(例如，烧蚀)期间监测目标组织122的性质，以确定组织是否在另一治疗过程(例如，血管的凝结)之前被适当地烧蚀。因此，激光反馈控制系统100可以包括反馈分析器140。
[0089]
继续参照图5，根据一个示例，反馈分析器140可以监测组织的光谱性质。光谱性质可以包括诸如反射率、吸收指数等的特性。因此，反馈分析器140可以包括光谱传感器142。光谱传感器142可以包括傅立叶变换红外光谱仪(ftir)、拉曼光谱仪、uv-vis反射光谱仪、荧光光谱仪等。ftir是用于常规、简便和快速材料分析的方法。该技术具有相对良好的空间分辨率并且给出关于材料的化学成份的信息。拉曼光谱在识别硬组织和软组织成分方面具有良好的准确性。作为高空间分辨率技术，其还可以用于确定目标内成分的分布。uv-vis反射光谱学是从物体反射的光收集信息的方法，该信息类似于从眼睛或由高分辨率摄像机产生的彩色图像产生的信息，但更定量且客观。反射光谱提供关于材料的信息，因为光反射和吸收取决于其化学成分和表面性质。还可以使用该技术获得关于样本的表面和整体性质两者的独特信息。反射光谱学可以是识别硬组织或软组织成分的有价值的技术。荧光光谱是对来自样本的荧光进行分析的一种类型的电磁光谱。它涉及使用通常为紫外线的光束，其通常在可见或ir区域中激发材料化合物并且使材料化合物发射光。该方法适用于对某些有
机成分例如硬组织和软组织的分析。
[0090]
在示例中，反馈分析器140可以可选地包括成像传感器144(例如，对紫外(uv)、可见(vis)或红外(ir)波长敏感的ccd或cmos摄像机)。在一些示例中，光谱传感器142可以包括多于本文中所列出的单个类型的光谱仪或成像摄像机，以增强对各种特征(例如，碳化和非碳化组织、脉管系统等)的感测和检测。
[0091]
在一些示例中，光谱传感器142(也称为光谱仪)可以包括本文中列出的任何光谱仪，并且可以附加地依赖于在治疗过程中使用的内窥镜的成像能力。例如，内窥镜可以用于在治疗过程(例如，肿瘤的激光烧蚀)期间使解剖特征可视化。在这样的情况下，内窥镜的成像能力可以由光谱传感器142增强。例如，常规内窥镜可以提供适合于解剖特征(例如病变、肿瘤、脉管系统等)的增强可视化的窄带成像。通过将光谱传感器142与内窥镜成像(白光和/或窄带成像)组合，可以增加对组织性质(例如碳化水平)的检测，以精确地控制治疗处理的递送。
[0092]
再次参照图5，光谱传感器142可以可操作地耦合至信号检测光纤150。在这样的示例中，信号检测光纤150可以具有适合于将光谱信号从组织传输到光谱传感器142的光学性质。替选地，光谱传感器142可以可操作地耦合至第一激光系统102的第一光纤108和/或第二激光系统104的第二光纤118，并且由此经由第一光纤108和/或第二光纤118检测光谱信号。
[0093]
继续参照图1和图5，激光反馈控制系统100包括激光控制器160，激光控制器与光谱传感器142、第一激光系统102和可选的第二激光系统104中的每一个可操作地通信。激光控制器160可以根据在本文中描述的一个或更多个控制算法来控制可操作地连接至其的一个或更多个激光系统(例如，第一激光系统102、第二激光系统104和/或任何附加激光系统)，以控制来自一个或更多个激光系统的激光输出，从而在目标组织122中产生期望的治疗效果。
[0094]
激光控制器160可以包括处理器，例如微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或任何其他等效集成或离散逻辑电路，以及用于执行归因于激光控制器160的功能中的一个或更多个的这样的部件的任何组合。可选地，激光控制器160可以通过有线或无线连接耦合至光谱传感器142和一个或更多个激光系统(例如，第一激光系统102、第二激光系统104以及本文中未示出的可选激光系统)。
[0095]
激光控制器160可以与反馈分析器140通信(例如，通过有线或无线连接)以接收来自反馈分析器140的一个或更多个反馈信号。激光控制器160可以基于反馈信号确定目标组织122的一个或更多个性质，如将在本文中进一步描述的。例如，激光控制器160可以将反馈信号的振幅与当前最小和最大振幅进行比较，并且确定组织的性质(例如，碳化、凝结等)。
[0096]
在一些示例中，反馈分析器140可以连续地监测目标组织122并且连续地与激光控制器160通信以提供反馈信号。因此，激光控制器160可以继续将激光系统保持在一个或更多个状态，直到检测到反馈信号的振幅改变。当检测到光谱信号的振幅的改变时，激光控制器160可以与一个或更多个激光系统通信并且改变它们的状态，以递送期望的治疗效果。替选地或另外地，激光控制器160可以与操作者(例如，健康护理专业人员)通信，并且经由指示反馈信号的一个或更多个输出系统显示一个或更多个输出，并且可以可选地指示操作者利用第一激光系统和/或第二激光系统执行一个或更多个治疗过程，以递送期望的治疗效
果。
[0097]
在本文中描述的说明性示例中，激光控制器160可以通过改变激光系统的状态来控制一个或更多个激光系统。根据一个方面，激光控制器160可以独立地控制每个激光系统。例如，激光控制器160可以向每个激光系统发送不同的控制信号，以独立于其他激光系统来控制每个激光系统。替选地，激光控制器160可以发送公共信号以控制一个或更多个激光系统。
[0098]
在一些示例中，激光系统中的每一个可以与两个不同的状态相关联：其中激光系统生成激光输出的第一状态，以及其中激光系统不生成激光输出的第二状态。例如，第一激光系统102可以具有生成第一输出110(例如，在第一波长范围上)的第一状态和不生成第一输出110的第二状态。类似地，第二激光系统104可以具有生成第二输出120(例如，在第二波长范围上)的第一状态和不生成第二输出120的第二状态。在这样的示例中，激光控制器160可以通过发送将激光系统的状态从第一状态改变为第二状态或从第二状态改变为第一状态的控制信号来控制一个或更多个激光系统。此外，可选地，每个激光系统可以具有附加的状态，例如其中生成在不同的波长范围上的激光输出的第三状态。因此，可以由激光控制器160将附加的控制信号发送至激光系统，以将它们的状态从其当前状态改变为一个或更多个附加状态(例如，第一状态到第三状态、第二状态到第三状态、第三状态到第一状态以及第三状态到第二状态)，以生成提供期望的治疗效果的激光输出。
[0099]
示例激光系统控制算法
[0100]
图6和图7是示出根据本公开内容中描述的一些示例的用于使用激光反馈控制系统100来控制一个或更多个激光系统的算法的示例的流程图。根据如图6所示的控制算法600，在步骤602处，可以由反馈分析器140(例如，光谱传感器142或成像传感器144)检测第一信号(例如，光谱信号)。在步骤604处，激光控制器160可以接收来自反馈分析器140的第一信号。第一信号可以对应于第一性质。在步骤606处，激光控制器160可以确定第一信号是否大体上等于第一预设值。例如，激光控制器160可以将第一信号的振幅与目标值或预设极值(例如，最大或最小振幅)进行比较，并且确定目标组织122的第一性质。第一性质可以指示接受治疗处理(例如，使组织烧蚀或碳化)之后的组织的特性。激光控制器160可以基于第一性质(第一信号与第一预设值之间的比较)确定已经获得期望的治疗效果，并且在步骤608处，可以向第一激光系统102发送第一控制信号以从第一激光系统102的第一状态改变为第一激光系统102的第二状态。根据示例，这可能引起第一激光系统102由于令人满意的治疗效果(例如，烧蚀)的递送而不再生成第一输出110。替选地，如果在步骤606处，确定第一信号并不大体上等于第一预设(不充分烧蚀)，则激光控制器可以不发送任何控制信号，并且反馈分析器可以继续监测第一信号。
[0101]
可选地，在步骤612处，反馈分析器140可以接收与第一信号不同的第二信号。第二信号可以指示具有第二预设值的目标组织的第一性质。例如，来自组织的反射光的振幅在第二信号中可以与在第一信号中不同。在可选步骤614处，可以由激光控制器160接收第二信号。在可选步骤616处，激光控制器160可以确定第二信号是否大体上等于第二预设。例如，第二信号(例如，光谱信号或图像)可以指示目标组织122未被第一输出110的吸收碳化(例如，测量的信号振幅小于经烧蚀的组织的光谱信号或图像的预设最大振幅)。在一些情况下，这样的状况可能指示不充分的烧蚀或其他不令人满意的治疗效果，并且可能期望继
续递送激光输出以可以使组织烧蚀。因此，在可选步骤618处，激光控制器160可以与第一激光系统102通信以发送第二控制信号。第二控制系统可以将第一激光系统102保持在第一状态(例如，以继续递送第一输出110)。替选地，如果第一激光系统处于第二状态(例如，关闭)，则在可选步骤620处，第二控制信号可以将第一激光系统的状态改变为第一状态(例如，开启)，例如，以继续向目标组织递送附加的烧蚀。
[0102]
在可选步骤620处，在激光控制器160确定治疗条件的满意递送之后，激光控制器160可以执行附加的控制操作以递送附加的激光输出(例如，以不同的波长)，从而递送附加的治疗效果。
[0103]
图7示出了用于控制双激光系统的控制算法。算法700可以适合于激光控制器160与两个或更多个激光系统可操作地通信的情况。在一些这样的示例中，如前所述，第一激光系统102可以被配置成用于递送第一输出110(例如，在第一波长范围内)，并且第二激光系统104可以被配置成用于递送第二输出120(例如，在与第一波长范围不同的第二波长范围内)。控制算法700可以控制第一激光系统102、第二激光系统104和可选的附加激光系统。
[0104]
根据控制算法700，在步骤702处，可以由反馈分析器140检测第一信号(例如，光谱信号或图像)。在步骤704处，激光控制器160可以接收来自反馈分析器140的第一信号。在步骤706处，激光控制器160可以确定第一信号是否大体上等于第一预设值(例如在第一预设的指定公差容限内)。例如，激光控制器160可以将第一信号的振幅与目标值或预设极值(例如，最大或最小振幅)进行比较，并且确定目标组织122的第一性质。第一性质可以指示接受治疗处理(例如，使组织烧蚀或碳化)之后的组织的特性。激光控制器160可以基于第一性质满足目标值或预设标准来确定已经获得期望的治疗效果，并且可以在步骤708处向第一激光系统102发送第一控制信号，以从第一激光系统102的第一状态改变为第一激光系统102的第二状态。例如，激光控制器160可以基于来自经烧蚀的组织的反射光来确定烧蚀已经令人满意，并且向第一激光系统发送第一控制信号以将第一激光系统转为关闭(off)状态。替选地，在说明性示例中，激光控制器160可以向操作者(例如，健康护理专业人员)提供输出以指示已经达到期望的治疗效果，和/或指示操作者将第一激光系统的状态改变为“关闭”状态。
[0105]
在步骤708处，激光控制器160还可以向第二激光系统104发送第四信号，以从第二激光系统104的第二状态改变为第二激光系统104的第一状态。例如，第二激光系统104可以更适合于对碳化组织进行烧蚀。因此，在检测到组织已经被充分碳化时(例如，在步骤708处)，在一些情况下，激光控制器160可以发送第一控制信号以关闭第一激光系统102，并且发送第四控制信号以开启第二激光系统104。图8示出了第一激光系统和第二激光系统的状态的示例时序图。
[0106]
在一些示例中，可以同时发送第一控制信号和第四控制信号。替选地，可以相继发送第一控制信号和第四控制信号。
[0107]
返回至图7，在可选步骤710处，反馈分析器140可以检测与第一信号不同的第二信号(例如，光谱信号或图像)。例如，第二信号可以指示目标组织122未被第一输出110的吸收碳化(例如，测量的信号振幅大于经烧蚀的组织的光谱信号的预设最大振幅)。在一些情况下，这样的状况可能指示不充分的烧蚀或不令人满意的其他治疗效果，并且可能期望继续递送激光输出以使得组织可以被烧蚀。在可选步骤712处，激光控制器可以接收第二信号，
并且在可选步骤714处，将第二信号与第二预设值进行比较。如果第二信号大体上等于第二预设值(例如在第二预设的指定公差容限内)，则在可选步骤716处，激光控制器160可以向第一激光系统发送第二控制信号，并且向第二激光系统发送第三控制信号。图8示出了第一激光系统和第二激光系统的状态的示例时序图。
[0108]
在一些示例中，第二控制信号可以将第一激光系统从第二状态(例如，关闭)改变为第一状态(例如，开启)。替选地，如果第一激光系统处于第一状态(例如，开启)，则第二控制信号可以将第一激光系统102保持在第一状态(例如，以继续递送第一输出110)。可选地，在步骤716处，如果第二激光系统104处于其第一状态，则激光控制器160可以向第二激光系统104发送第三控制信号，从而将第二激光系统104从第二激光系统104的第一状态(例如，开启)改变为第二激光系统104的第二状态(例如，关闭)。替选地，如果第二激光系统处于第二状态，则第三控制信号可以将第二激光系统104保持在第二状态(例如，关闭)。
[0109]
根据一些示例，第一激光系统102和第二激光系统104中的每一个的第一状态可以分别对应于由第一激光源106生成第一输出110和由第二激光源116生成第二输出120。因此，第一激光系统102和第二激光系统104中的每一个的第一状态可以表示“开启”状态。在一些这样的示例中，第一激光系统102和第二激光系统104中的每一个的第二状态可以对应于“关闭”状态。
[0110]
参照图5，激光反馈控制系统100可以包括一个或更多个输出系统170。一个或更多个输出系统170可以与用户和/或其他系统(例如用于治疗处理的冲洗抽吸/泵送系统，或光学显示控制器，或其他系统)通信和/或向用户和/或其他系统递送信号。在一些示例中，输出系统170可以包括显示器172。显示器172可以是屏幕(例如，触摸屏)，或者替选地，可以简单地是视觉指示器(例如，一种或更多种颜色的led灯)。在附加示例中，输出系统170可以包括能够提供听觉信号的听觉输出系统174(例如，扬声器、报警系统等)。输出系统170可以提供一个或更多个输出(例如，第一颜色的led灯、屏幕上的第一消息、第一音调的警报声)以指示已经实现期望的治疗效果。例如，可以在步骤610处以及可选地在步骤620处提供输出。在另外的可选示例中，在尚未实现期望的治疗效果时，输出系统170可以提供一个或更多个不同的输出。例如，输出系统170可以提供一个或更多个输出(例如，第二颜色的led灯、屏幕上的第二消息、第二音调的警报声)以指示尚未实现期望的治疗效果。这样的输出可以提示操作者(健康护理专业人员)采取一个或更多个步骤(例如，使用一个或更多个激光系统执行附加的处理步骤以提供附加的激光输出)。
[0111]
图8示出了根据通过利用两个光学波长递送组织烧蚀和凝结的示例的具有激光反馈控制系统100的双激光系统的时序图。然而，如前所述，激光反馈控制系统100可以与单个或多个光学波长系统一起使用，以优化激光疗法或其他类型的治疗效果到目标组织122的递送。可以以任何顺序递送治疗效果，包括同时递送。替选地，可以在不同时间递送治疗效果。
[0112]
根据示例，可以将来自第一激光系统102和第二激光系统104的激光能量例如在示例中连续地递送至目标(例如，组织表面)。第一激光系统和第二激光系统可以经由同一光纤递送各自的激光能量。替选地，第一激光系统和第二激光系统可以经由各自不同的光纤递送各自的激光能量。具有振幅a
max
的光学反馈信号810从组织表面反射，并且可以由反馈分析器140检测和分析。第一激光系统和第二激光系统可以交替它们各自的操作状态(例
如，开启状态或关闭状态)。如图8所示，第一激光系统102可以切换至其第一状态，或保持在其第一状态(例如，开启)820a，而第二激光系统104可以切换至或保持在第二状态(例如，关闭)。第一激光可以用于对组织进行烧蚀和碳化。在第一激光系统102的操作期间，可以由激光控制器160接收第一信号，并且第一信号可以指示组织的高吸收，直到其振幅减小到阈值水平a
min
。来自第一激光系统102的输出的波长可以在目标的吸收光谱中的第一波长范围内，例如适合于目标组织的有效碳化的波长。组织具有高的激光能量吸收。在示例中，第一激光输出在uv-vis或深红外波长范围内。
[0113]
然后，激光控制器160可以改变激光系统的状态，使得第一激光系统102处于第二状态(例如，关闭)，并且第二激光系统104处于第一状态(例如，开启)830a。来自第二激光系统104的输出可以被碳化组织高度地吸收，使得碳化组织被烧蚀，从而有效地去除碳化。来自第二激光系统104的输出的波长可以在目标的吸收光谱中的第二波长范围内。第二波长范围可以与第一激光系统102的输出的第一波长范围不同。来自第二激光系统104的输出的波长也可以适合于有效的凝结。在示例中，第二激光输出在红外波长范围内(例如，100μm至300μm)。由于脱碳过程，信号(例如，第二信号)的振幅返回接近初始水平a
max
。激光控制器160可以相应地改变激光器的状态，使得第一激光系统102处于第一状态(例如，开启)，并且第二激光系统104处于第二状态(例如，关闭)。可以重复该过程，使得第一激光系统102和第二激光系统104以如图8所示的交替方式分别重复地切换到它们的开启状态820b和830b，直到实现期望的组织烧蚀和/或凝结。在一些示例中，可以将如在本文中讨论的光学反馈信号810提供给能够可控地对与激光能量不同的电外科能量进行调整和优化的电外科系统。
[0114]
具有目标识别的示例内窥镜系统
[0115]
图9至图11示出了可以如何完全地在内窥镜内执行目标成分分析。目标成分分析可以通过激光光纤和潜在地在数字内窥镜的远侧尖端上的摄像机经由光谱来执行。
[0116]
图9a至图9b示出了插入有激光光纤的内窥镜的示例。示例性内窥镜910的细长体部分包括各种部件，包括激光光纤912、照明源914和摄像机916。激光光纤912是激光系统102或激光系统202的光学路径108的示例。激光光纤912可以沿内窥镜910的细长体内的工作通道913延伸。在一些示例中，激光光纤912可以与内窥镜分离。例如，激光光纤912可以在使用之前沿内窥镜的工作通道馈送，并且在使用之后从内窥镜的工作通道取回。
[0117]
照明源914可以是允许操作者可视化目标结构(例如，组织或积石结构)的可视化系统的一部分。照明源的示例可以包括一个或更多个led，其被配置成远离内窥镜的细长体的远端向远端发射光以对目标结构的视野照明。在示例中，照明源914可以发射白光以对目标结构照明。白光可以允许医师观察内窥镜主体远端附近的组织上或积石上的变色或其他基于颜色的效果。在示例中，照明源914可以发射蓝光以对目标结构照明。蓝光可以很好地适合于显示热组织扩散，从而检测组织中的损伤。也可以使用其他颜色和/或色带，例如红色、琥珀色、黄色、绿色或其他。
[0118]
摄像机916是可视化系统的一部分。摄像机916是成像传感器244的示例。摄像机916可以捕获被照明的目标结构和周围环境的视频图像或一个或更多个静态图像。视频图像可以是实时的或者几乎是实时的，具有相对短的处理时延，使得医师在其操纵内窥镜时可以观察目标结构。摄像机916可以包括透镜和位于透镜的焦平面处的多像素传感器。传感器可以是颜色传感器，例如为视频图像中的每个像素提供红光、绿光和蓝光的强度值的传
感器。电路板可以产生表示被照射积石的捕获视频图像的数字视频信号。数字视频信号可以具有10hz、20hz、24hz、25hz、30hz、40hz、50hz、60hz的视频刷新率或另一合适的视频刷新率。
[0119]
图10a至图10b示出了反馈控制激光治疗系统的示例。在图10a中，激光治疗系统1000a包括内窥镜910，该内窥镜与接收摄像机反馈的反馈控制激光治疗系统1010集成。作为激光治疗系统100的示例的激光治疗系统1000a包括：内窥镜910、反馈控制激光治疗系统1010、激光源1020和光源1030。在各种示例中，反馈控制激光治疗系统1010的一部分或全部可以嵌入内窥镜910中。
[0120]
作为激光反馈控制系统200的示例的反馈控制激光治疗系统1010包括：光谱仪1011(光谱传感器242的示例)、反馈分析器1012(反馈分析器240的至少一部分的示例)和激光控制器1013(激光控制器260的示例)。激光源1020是激光系统202的示例，并且可以耦合至激光光纤912。光纤集成激光系统可以用于内窥镜手术，因为其能够使激光能量通过柔性内窥镜并且有效地治疗硬组织和软组织。这些激光系统在从uv到ir区域(200nm至10000nm)的宽波长范围内产生激光输出束。一些光纤集成激光器在被软组织或硬组织高度吸收的波长范围内产生输出，例如对于水吸收为1900nm至3000nm，或者对于氧合血红蛋白和/或脱氧血红蛋白吸收为400nm至520nm。上表1是在高水吸收范围1900nm至3000nm内发射的ir激光器的总结。
[0121]
一些光纤集成激光器在被目标软组织或硬组织最小地吸收的波长范围内产生输出。由于类似于5μm至10μm的小毛细管的直径的穿透深度，这些类型的激光器提供了有效的组织凝结。激光源1020的示例可以包括发射in
x
ga
1-x
n半导体激光器的uv-vis，例如具有515nm至520nm的发射的gan激光器、具有370nm至493nm的发射的in
x
ga
1-x
n激光器、具有750nm至850nm的发射的ga
x
al
1-x
as激光器或者具有904nm至1065nm的发射的in
x
ga
1-x
as激光器等。
[0122]
光源1030可以产生电磁辐射信号，该电磁辐射信号可以经由沿内窥镜的细长体延伸的第一光学路径传输到目标结构122。第一光学路径可以位于工作通道913内。在示例中，第一光学路径可以是与激光光纤912分离的光纤。在另一示例中，如图10a所示，电磁辐射信号可以通过用于传输激光束的同一激光光纤912传输。电磁辐射离开第一光学路径的远端并且投射到目标结构和周围环境。如图10a所示，目标结构在内窥镜摄像机916的视野内，使得响应于电磁辐射投射到目标结构和周围环境，诸如ccd或cmos摄像机的内窥镜摄像机916可以收集从目标结构122反射的信号，产生目标结构的成像信号1050，并且将成像信号递送至反馈控制激光治疗系统1010。在一些示例中，除了ccd或cmos摄像机之外的成像系统，例如激光扫描，可以用于收集光谱响应。
[0123]
除了通过摄像机系统916生成和传输的反馈信号(例如，成像信号)或代替通过摄像机系统916生成和传输的反馈信号，在一些示例中，从目标结构反射的信号可以附加地或替选地被收集并且通过例如与内窥镜910相关联的单独的光纤通道或激光光纤传输到反馈控制激光治疗系统1010。图10b示出了激光治疗系统1000b的示例，该激光治疗系统包括与反馈控制激光治疗系统1010集成的内窥镜910，该反馈控制激光治疗系统被配置成接收光谱传感器反馈。反射光谱信号1070(其是图1和图2的反馈信号130的示例)可以通过用于将电磁辐射从光源1030传输至目标结构的同一光学路径(例如激光光纤912)传播回反馈控制
激光治疗系统1010。在另一示例中，反射光谱信号1070可以通过诸如与将电磁辐射从光源1030传输至目标结构的第一光纤分开的光纤通道的第二光学路径传播到反馈控制激光治疗系统1010。
[0124]
反馈控制激光治疗系统1010可以对一个或更多个反馈信号(例如，目标结构的成像信号1050或反射光谱信号1070)进行分析，以确定激光源1020的操作状态。例如通过使用如以上参照光谱传感器242所讨论的ftir光谱仪、拉曼光谱仪、uv-vis光谱仪、uv-vis-ir光谱仪或荧光光谱仪中的一个或更多个，光谱仪1011可以根据一个或更多个反馈信号生成一个或更多个光谱性质。反馈分析器1012可以被配置成：例如通过使用目标检测器246或目标分类器248中的一个或更多个来将目标结构识别或分类为多个结构类别或结构类型中的一个。如以上参照图2类似地讨论的，激光控制器1013可以被配置成确定激光系统1020的操作模式。
[0125]
光源1030可以产生在从uv到ir的光学范围内的电磁辐射。下面的表2呈现了适用于本文中讨论的示例的用于光谱系统的光源1030的示例。
[0126]
表2：用于光谱系统的光源
[0127][0128]
在一些示例中，反馈分析器1012可以确定激光光纤912的远端与目标结构122之间的距离1060(如图10a所示)，或者用于接收反射信号并将其发送回光谱仪1011的光学路径的远端与目标结构122之间的距离1060。可以使用光谱仪1011产生的诸如反射光谱的光谱性质来计算距离1060。如果距离1060满足条件，例如低于阈值(d
th
)或在指定的激光射程内，则激光控制器1013可以控制激光源1020将激光能量递送至目标结构122。在示例中，如果目标结构122被识别为预期的治疗结构类型(例如，指定的软组织类型或指定的积石类型)但是目标结构122不在激光的范围内(例如，d》d
th
)，则激光控制器1013可以产生控制信号以“锁定”激光源1020(即，防止激光源1020发射)。可以将关于距离1060的信息和目标结构在激光范围之外(d》d
th
)的指示呈现给医师，然后医师可以调整内窥镜910，例如重新定位激光光纤912的远端以移动至更靠近目标。可以连续地监测和确定距离1060以及目标结构类型并且将其呈现给医师。当目标被识别为预期的治疗结构类型并且在激光范围内(d《＝d
th
)时，激光控制器1013可以产生控制信号以“解锁”激光源1020，并且激光源1020可以根据激光操作模式(例如，功率设置)瞄准目标结构122并且发射。下面例如参照图24a至图24d讨论
根据光谱数据计算距离1060的方法的示例。
[0129]
在一些示例中，光谱仪1011可以被配置成另外使用关于下述光学路径的几何形状和定位的信息来生成光谱性质(例如，反射光谱)，该光学路径被配置成将电磁辐射从光源传输至目标。例如，激光光纤912的外径或者用于将从目标反射的光谱信号传输至光谱仪1011的单独光学路径的外径、或者所述光纤或路径从内窥镜910突出的角度可以影响反射信号的强度。可以测量外径和/或突出角度并且将其提供给光谱仪1011以获得反射光谱数据。可以使用光谱数据、光纤或光学路径的测量的外径以及光纤或光学路径的突出角度和/或来自内窥镜图像处理器的输入信号来计算如上所述的目标结构与光纤的远端之间的距离1060。
[0130]
图11a至图11b是示出用于使用诊断光束来识别目标的内窥镜系统的示例的图。如图11a所示，内窥镜系统1100a可以包括内窥镜1110和光纤1120a，光纤1120a可以通过内窥镜1110的工作通道1112插入。内窥镜1110可以包括至少一个内窥镜照明源1130，或者经由内窥镜端口1114另外耦合到至少一个内窥镜照明源1130。至少一个内窥镜照明源1130可以可控地提供不同的照明量。当通过工作通道1112插入时，光纤1120a可以例如经由内窥镜端口1114耦合至非内窥镜照明源1140。非内窥镜照明源1140可以与至少一个内窥镜照明源1130不同。非内窥镜照明源1140可以通过光纤1120a并且在内窥镜1110的远端1116附近发射诊断光束1142。光纤1120a可以将诊断光束1142引导在目标1001处。在示例中，非内窥镜照明源1140可以是被配置成发出包括激光束的诊断光束的激光源。在各种示例中，白光灯、led光源或荧光透视光源可以通过内窥镜的工作通道插入或通过诸如腹腔镜端口的另一端口插入。
[0131]
内窥镜系统1100a可以包括控制器1150。控制器1150可以以不同的操作模式可控地操作至少一个内窥镜照明源1130，操作模式包括例如具有第一照明量的第一模式和具有比第一量低的第二照明量的第二模式。在示例中，控制器1150可以响应于触发信号生成这样的控制信号以改变照明模式(例如，从第一模式到第二模式)。在示例中，内窥镜包括成像系统1160，成像系统可以拍摄目标1001的图像，并且控制器1150可以响应于目标的图像的亮度或强度的改变而生成到内窥镜的控制信号以改变照明模式(例如，从第一模式到第二模式)。此后将第一模式称为高照明模式，并且此后将第二模式称为低照明模式。在示例中，可以由诸如被配置成在高照明模式下发射照明光的第一内窥镜照明源以及被配置成在低照明模式下发射照明光的不同的第二内窥镜照明源的各个不同的内窥镜照明源提供高照明模式和低照明模式。可以在内窥镜1110的远端1116附近发射照明光。在示例中，照明光可以穿过工作通道1112内与光纤1120a不同的光学路径。光学路径可以将照明光1132引导在诊断光束所投射到的同一目标1001处。
[0132]
当至少一个内窥镜照明源1130从高照明模式改变为低照明模式时，控制器1150可以向非内窥镜照明源1140生成控制信号以发射诊断光束1142(例如，具有低于治疗水平的能量的激光束)。在示例中，低照明模式包括关闭内窥镜的照明。通过在低照明模式下使目标部位处的照明变暗，可以增强入射到目标上的诊断光束从目标的反射，这可以帮助改进目标识别。
[0133]
在一些示例中，当照明模式处于第二模式时，控制器1150可以向显示器生成控制信号以显示目标的图像，其中图像是目标的当前图像的先前图像或修改图像。控制器1150
可以基于入射到目标上的诊断光束和从目标反射的来自诊断光束的光来确定目标的成分。在示例中，控制器1150可以确定积石目标的第一部分的第一成分，并且确定积石目标的第二部分的不同的第二成分。基于所识别的目标的不同部分的成分，控制器1150可以对第一激光设置进行编程，或者生成对第一激光设置进行编程的建议，以将积石目标的第一部分作为目标。控制器1150还可以对与第一激光设置不同的第二激光设置进行编程，或者生成对第二激光设置进行编程的建议，以将积石目标的第二部分作为目标。
[0134]
在示例中，在非内窥镜照明源1140已经停止发出诊断光束1142之后，控制器1150可以向内窥镜生成控制信号，以将照明模式从低照明模式改变回高照明模式。
[0135]
图11b示出了作为内窥镜系统1100a的变型的内窥镜系统1100b的示例。在该示例中，诊断光束1142可以通过光纤1120b传输。与插入内窥镜1110的工作通道1112中的光纤1120a不同，光纤1120b可以被设置成与工作通道1112分开。在如图11b所示的一些示例中，可以通过与用于递送内窥镜照明光的内窥镜端口1114分开的辅助端口1115(例如示例中的腹腔镜端口)来递送诊断光束1142。光纤1120b可以被定位成使得内窥镜1110的远端116和光纤1120b的远端都对准目标1001。
[0136]
图12和图13a至图13b是示出用于经由uv-vis光谱或uv-vis-ir光谱识别不同类型的目标(例如用于识别若干不同类型的肾结石的成分)的反射光谱数据的图。通过将uv-vis光谱仪或uv-vis-ir光谱仪对准包括草酸钙结石(单水合物)、草酸钙结石(二水合物)、磷酸钙结石、磷酸铵镁结石和尿酸结石在内的五种主要类型的肾结石的图像中的每一个来收集反射光谱数据。在示例中，电磁辐射可以包括在10nm至400nm之间的一个或更多个紫外波长。在另一示例中，如图12所示，可以在200nm至1100nm的波长范围内从光谱仪对用于识别不同类型目标的反射光谱重新编码。其中示出了肾结石成分的反射光谱，包括磷酸铵镁(am mag)水合物、草酸钙(ca)单水合物、草酸钙(ca)水合物、磷酸钙(ca)和尿酸。在较低波长范围(例如，低于400nm)比在较高波长范围(例如，高于400nm)更可辨别出这些结石成分的反射光谱。图13a示出了图12所示的反射光谱在200nm至400nm波长范围内的一部分，包括磷酸铵镁水合物光谱1310、草酸钙单水合物光谱1320、草酸钙水合物光谱1330、磷酸钙光谱1340和尿酸光谱1350。该uv波长范围是在结石图像的光谱中可以识别差异的一个区域。图13b示出了各种肾结石成分在400nm至700nm波长范围内的反射光谱，包括胱氨酸光谱1360、尿酸光谱1370和草酸钙单水合物光谱1380。利用uv-vis光谱或uv-vis-ir光谱，可以区分不同类型的目标，例如不同类型的肾结石。
[0137]
因此，由于uv波长范围有希望区分不同的目标成分(例如，诸如肾结石)，因此在系统内需要允许分析该区域的光源。图14示出了分别覆盖约250nm、280nm、310nm和340nm的uv波长范围的相应部分的光峰值1410、1420、1430和1440。图15利用来自图13a至图13b的几种类型的结石的归一化反射光谱覆盖这些光峰值1410至1440。这些光峰值1410至1440表明了潜在的光源，其将允许光谱仪对uv波长中的目标成分进行分析。
[0138]
图16a示出了在uv-vis光谱仪上从各种组织类型捕获的归一化反射光谱的示例，包括软骨光谱1610、骨头光谱1620、肌肉光谱1630、脂肪光谱1640和肝脏组织光谱1650。图16b示出了在uv-vis光谱仪上从各种软组织和硬组织捕获的归一化反射光谱的另一示例，包括软骨光谱1610、骨头光谱1620、肌肉光谱1630、脂肪光谱1640、肝脏组织光谱1650和血管光谱1660。图16a至图16b所示的反射光谱数据表明了从可以在内窥镜的工作通道内利用
的方法对目标的成分分析的可行性。类似于从结石图像捕获的光谱，uv-vis区域可以用于识别不同类型的目标。图16c示出了典型的结石成分的ftir光谱的示例，并且图16d是关于一些软组织和硬组织成分的示例ftir光谱。
[0139]
示例激光治疗系统
[0140]
如本文所述的特征可以与用于各种应用的激光系统相关地使用，其中结合不同类型的激光源可能是有利的。例如，本文所述的特征可以适用于诸如医疗诊断、治疗和外科手术过程的工业或医疗环境。
[0141]
如本文所述的特征可以与光谱系统一起使用，该光谱系统可以与光纤集成激光系统和内窥镜组合使用。
[0142]
图17至图18示出了根据本公开内容中描述的各种示例的激光治疗系统的示意图。激光治疗系统可以包括被配置成递送指向目标的激光能量的激光系统以及被配置成耦合至该激光系统的激光反馈控制系统。该激光系统可以包括一个或更多个激光模块1710a至1710n(例如，固态激光模块)，其可以发射从uv到ir的相似或不同的波长。选择集成激光模块的数目、它们的输出功率、发射范围、脉冲形状和脉冲列，以平衡系统成本和向目标递送期望效果所需的性能。
[0143]
一个或更多个激光模块1710a至1710n可以与光纤集成，并且被包括在激光耦合系统中。光纤集成激光系统由于其使激光能量通过柔性内窥镜并且有效治疗硬组织和软组织的能力而可以用于内窥镜手术。这些激光系统产生从uv到ir区域的宽波长范围(例如，200nm到10000nm)中的激光输出光束。一些光纤集成激光产生在被软组织或硬组织高度吸收的波长范围——例如用于水吸收的1900nm至3000nm或用于氧合血红蛋白吸收和/或脱氧血红蛋白吸收的400nm至520nm——中的输出。各种ir激光可以用作内窥镜手术中的激光源，例如以上参照表1描述的那些。
[0144]
激光模块1710a至1710n可以分别包括集成到光纤中的许多固态激光二极管，以便增加输出功率且将发射递送到目标。一些光纤集成激光产生在被目标软组织或硬组织最小地吸收的波长范围内的输出。由于类似于小毛细管的直径5μm至10μm的穿透深度，这些类型的激光提供有效的组织凝结。根据本公开内容中的各种示例描述的光纤集成激光模块1710a至1710n具有若干优点。在示例中，由激光模块发射的光具有对称的光束质量、圆形和平滑(均匀化)的强度轮廓。紧凑的冷却装置被集成到激光模块中，并且使整个系统紧凑。光纤集成激光模块1710a至1710n可以容易地与另一光纤部件组合。另外，光纤集成激光模块1710a至1710n支持标准光纤连接器，其允许模块在大多数光学模块没有对准的情况下良好地操作。此外，光纤集成激光模块1710a至1710n可以容易地被替换而不改变激光耦合系统的对准。
[0145]
在一些示例中，激光模块可以产生在由例如软组织或硬组织、结石、骨骼、牙齿等一些材料高度吸收的波长范围——例如用于水吸收的1900nm至3000nm或用于氧合血红蛋白吸收和/或脱氧血红蛋白吸收的400nm至520nm——中的激光输出，如图3c所示。在一些示例中，激光模块可以产生在被诸如软组织或硬组织、石头、骨头、牙齿等的目标低吸收的波长范围中的激光输出。由于类似于小毛细管的直径(例如，5μm至10μm)的穿透深度，这种类型的激光提供更有效的组织凝结，如图3c所示。商业上可获得的固态激光器是用于激光模块的潜在发射源。用于激光模块的激光源的示例可以包括发射uv-vis的in
x
ga
1-x
n半导体激
光器，例如gan(发射515nm至520nm)或in
x
ga
1-x
n(发射370nm至493nm)、gaxal1-xas激光器(发射750nm至850nm)或inxga1-xas激光器(发射904nm至1065nm)。这样的激光源也可以应用于组织凝结应用。
[0146]
激光反馈控制系统可以包括一个或更多个子系统，包括例如光谱系统1720、反馈分析器1730以及激光控制器1740。
[0147]
光谱系统1720
[0148]
光谱系统1720可以将控制光信号从光源发送到目标，例如但不限于积石、软组织或硬组织、骨头或牙齿或工业目标，并且收集从目标反射的光谱响应数据。该响应可以通过单独的光纤、激光光纤或内窥镜系统被递送到光谱仪。该光谱仪可以将数字光谱数据发送到系统反馈分析器1730。用于光谱系统的覆盖从uv到ir的光学范围的光源的示例可以包括以上参照表2描述的那些。图20示出了示例中具有反馈分析器1730的光谱系统1720的示意图。
[0149]
光谱学是一种可以用于简单和快速分析有机材料和无机材料的有力方法。根据本公开内容中描述的各种示例，光谱光源可以被集成到单独的光纤通道、激光光纤或内窥镜系统中。从目标反射的光源信号可以被例如包含诸如ccd或cmos传感器的检测器的成像系统快速地收集并递送到光谱仪，成像系统可以被包括在数字内窥镜中。也可以使用其他成像系统如激光扫描来收集光谱响应。光谱学具有若干优点。它可以容易地与光纤激光递送系统1701集成。它是一种检测和分析材料化学成分的无损技术，并且可以实时执行分析。光谱学可以用于分析不同类型的材料，包括例如硬组织和软组织、积石结构等。
[0150]
各种光谱技术可以单独或组合使用，以分析目标化学成分并且创建光谱反馈。这样的光谱技术的示例可以包括uv-vis反射光谱法、荧光光谱法、傅里叶变换红外光谱法(fourier-transform infrared spectroscopy，ftir)或拉曼光谱法等。以上表2给出了覆盖从uv到ir的光学区域并且可以应用于示例的、用于光谱系统的光源的示例。钨卤光源通常用于在可见光和近ir范围内进行光谱测量。氘光源以其稳定输出而著称，并且它们用于uv吸收或反射测量。卤素光与氘光的混合产生宽光谱范围的光源，提供从200nm至2500nm的平滑光谱。氙光源用于需要长寿命和高输出功率的应用中，例如荧光测量中。led和激光二极管光源以精确的波长提供高功率；它们具有长寿命、短的预热时间和高稳定性。光谱光源可以集成到单独的光纤通道、激光光纤或内窥镜系统中。从目标反射的光源信号可以被快速地检测并且通过单独的光纤通道或激光光纤递送到光谱仪。
[0151]
反馈分析器1730
[0152]
反馈分析器1730可以接收来自各种源的输入，包括来自光谱仪的光谱响应数据，以建议或直接调整激光系统操作参数。在示例中，反馈分析器1730可以将光谱响应数据与目标成分数据的可用数据库类库(library)进行比较。基于该光谱系统反馈，信号分析器检测目标材料成分，并且建议激光操作模式(也称为激光设置)，例如用于至少一个激光模块的操作参数，以实现对所识别的组织成分的有效组织治疗。操作参数的示例可以包括至少一个激光波长、脉冲或连续波(continuous wave，cw)发射模式、峰值脉冲功率、脉冲能量、脉冲速率、脉冲形状和来自至少一个激光模块的脉冲的同时或顺序发射。尽管没有明确描述，但顺序脉冲包括脉冲串，其组合以递送所选择的脉冲能量。本文所述的脉冲通常是指开始与停止从激光模块进行激光发射之间的时间。在每个脉冲期间的激光能量的强度可以变
化，以具有增加或减少的斜坡或正弦曲线的形状，或者单独的或与脉冲的序列组合的任何其他形状，只要保持所选择的平均激光功率即可。例如，如果仅有一个脉冲，则在2hz的频率处发生具有1j脉冲能量的2w平均功率设置。然而，能量也可以作为以2hz的速率发生的快速连续的两个0.5j脉冲被递送。这些脉冲中的每一个可以具有相似的脉冲形状，或者不同的脉冲形状。反馈分析器1730利用算法和输入数据来直接调整或者建议诸如以上示例中描述的参数的激光操作参数。
[0153]
在一些示例中，反馈分析器1730可以利用输入数据来基于专门开发的算法计算和控制激光递送系统1701(光纤)的远端与目标之间的距离。在移动目标(例如，积石)的情况下，反馈分析器1730可以调整或者建议激光操作参数，该激光操作参数使用水中的蒸汽泡来产生抽吸效应，以将超过预定阈值的目标拉得更靠近光纤的远端。这个特征使得用户需要施加的努力最小化，以保持与移动目标的有效治疗距离。目标与光纤的远端之间的距离可以使用光谱数据、每个光纤的已知外径及其从内窥镜的突出角度和/或来自内窥镜图像处理器的输入信号来计算。图24a至图24d通过计算激光递送系统1701(光纤)的远端与目标之间的距离的示例方法示出。光谱反射信号对目标与激光递送系统1701之间的距离的依赖关系在图24a至图24b示出。图24a示出了在组织与光谱探针远端之间的不同距离处测量的730nm处的反射信号强度的示例。图24b示出了在组织与光谱探针远端之间的不同距离处测量的450nm处的反射信号强度的示例。这样的依赖性可以使用光谱数据和关于激光递送系统几何形状的信息来确定。光谱信号的分析允许快速估计距离并将该信息递送给用户。
[0154]
图24c是光纤与组织目标之间的距离计算的示例性算法。在一个示例中，光谱系统将控制光信号从光源发送到目标，从该目标收集光谱响应数据，将该响应信号递送到光谱仪，并且将数字光谱数据从光谱仪发送到反馈分析器。如图24c所示，校准曲线1000使用从目标结构反射的反馈信号表示光谱反射信号强度(例如，响应于电磁辐射从目标结构反射的光谱信号)与例如如图10至图11所示的光纤的远端与目标结构之间的距离1060之间的关系。当目标结构被特定波长(例如，450nm或730nm)的电磁辐射投射时，可以通过测量组织与光谱探针远端之间不同距离处的反射信号强度来生成校准曲线1000。通过参考校准曲线，光谱信号的分析允许距离的快速估计。
[0155]
生成校准曲线的示例性过程如下。首先，可以计算每个距离的参考值。校准曲线本身可能不用于识别距离，因为光反射强度取决于样本的反射率等。用于消除样本的反射率的影响的参考值的一个示例如下：
[0156]
参考值＝di/dx*1/i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0157]
在体内外科手术过程期间，操作者可以移动光纤或内窥镜，连续记录光谱反馈，直到可以检测到目标组织成分的反射光谱。
[0158]
参照图24c，可以在距离x1处测量第一光谱，其中反射信号强度是i1。在该时刻，x1的实际值和反射信号强度的曲线是未知的。然后，光纤或内窥镜远端(反射光检测器)可以连续地移动，并且可以测量对应于距离x2的下一个反射光强度i2。x2可以接近x1，使得x1与x2之间的曲线可以近似为线性的。在该时刻，x1、x2以及反射信号强度的曲线是未知的。可以使用i1、i2和delta(x
2-x1)如下计算比较值：
[0159]
比较值＝delta(i
2-i1)/delta(x
2-x1)*1/i1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0160]
然后，在参考值中搜索与比较值相同的参考值。如果发现仅有一个参考值(xr)与
式(2)中给出的比较值相同，则xr可以确定为距离x1。如果存在两个参考值(x
r1
、x
r2
)，则光纤或内窥镜远端(反射光检测器)可以继续移动，并且可以测量对应于距离x3的下一个反射光强度i3。x3可以接近x2，使得x2与x3之间的曲线可以近似为线性的。在该时刻，x1、x2、x3以及反射信号强度的曲线是未知的。可以使用i1、i2、i3、delta(x
2-x1)和delta(x
3-x2)如下计算新的比较值。
[0161]
比较值＝delta(i
3-i2)/delta(x
3-x2)*1/i2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0162]
然后，搜索参考值以寻找与x
r1
+delta(x
2-x1)and x
r2
+delta(x
2-x1)相同的参考值。参考值可以与式(3)中给出的比较值进行比较。将参考值与比较值更相似的距离估计为实际距离。
[0163]
参照图24d，在体内外科手术过程中，示例方法可以包括移动光纤或内窥镜，连续记录光谱反馈，直到检测到目标成分的反射光谱。在主要情况下，当光谱远端朝向目标移动时，检测到的反射光的强度最初将是弱的，并且将随着目标与光纤末端之间的距离的减小而增大。例如，在反射信号强度为i1的距离d1处测量第一光谱。继续朝向目标轻微地移动光纤或内窥镜远端，同时连续地收集反射数据，并且该方法可以测量对应于距离d2的下一个反射光强度i2。该方法然后可以包括计算反射信号强度变化斜率＝delta(i
2-i1)/delta(d
2-d1)的值。为了使计算的斜率的值独立于反射信号强度，可以将计算的斜率标准化。计算在测量距离处的反射信号强度变化斜率的最终公式变为：
[0164]
斜率(标准化)＝[delta(i
2-i1)/delta(d
2-d1)]/ioꢀꢀꢀ
(4)
[0165]
其中：io＝average(i1，i2)
[0166]
然后，该方法可以将计算的斜率与库中的校准曲线上的斜率进行比较，以允许估计所需距离。所有的计算都可以使用软件快速完成。
[0167]
图25a至图25b示出了组织与光谱探针远端之间的距离对来自目标的反射光的光谱的影响。图25a示出了各种软组织类型的示例性的标准化uv-vis反射光谱，包括膀胱内皮光谱2511、胃内皮光谱2512、胃平滑肌谱2513、输尿管光谱2514、输尿管内皮2515、肾盏光谱2516、膀胱肌光谱2517以及髓质光谱2518。图25b示出了在组织与光谱探针远端之间的不同距离例如从0至0.25英寸记录的特定组织的示例性uv-vis反射光谱。图25a示出了动物软组织谱的一些示例。图25b呈现了在组织与光谱探针远端之间的不同距离处记录的组织的示例性uv-vis反射光谱。在该示例中，在目标组织与所呈现的光谱探针远端之间的不同距离处测量450nm和730nm的两个光谱最大值处的反射信号强度，如以上参照图24a至图24b所讨论的。
[0168]
激光控制器1740
[0169]
激光控制器1740可以与激光耦合系统集成。激光耦合系统将一个或更多个激光模块(例如，固态激光模块)耦合至光纤中。激光控制器1740可以耦合至反馈分析器1730，其可以将具有建议的设置的优化信号直接发送到激光控制器1740(自动模式)，或者请求操作者批准调整激光设置(半自动模式)。图17是全自动激光系统的示意图。图18是半自动激光系统的示意图，其中该系统需要用户批准，例如经由包括输入1850和显示1860的用户接口。在示例中，可以在设置范围内调整激光设置，在示例中，该设置范围可以由用户在手术开始时预先确定。
[0170]
在一些示例中，激光控制器1740可以组合两个或更多个激光脉冲列以创建组合激
光脉冲列。图19a示出了示例，其中激光控制器1740可以生成多个(例如，n个)激光脉冲列1910a至1910n，将激光脉冲列1910a至1910n组合成组合脉冲列1920，并且在1930处利用组合脉冲列暴露目标。图19b是示出组合自从不同激光模块发射的三个不同激光列1941a、1941b以及1941c的输出激光脉冲列1942的示例的图。如其中所示，激光列1941a、1941b和1941c可以根据反馈分析器信号在不同时间开启，和/或在不同时间关闭。在如本文中所示的示例中，输出组合激光脉冲列1942可以包括激光列1941a、1941b和1941c中的两者或两者以上在时间上交叠的部分。
[0171]
通过激光模块1910a至1910n、光谱系统1720和反馈分析器1730的组合，如本文所述的激光反馈系统1740可以通过内窥镜连续地识别目标的成分并且在整个手术中更新激光设置。
[0172]
激光系统的主要部件可以根据目标医疗过程容易地定制。例如，激光控制器1740支持不同的激光类型及其组合。这允许更宽范围的输出信号选项，包括功率、波长、脉冲速率、脉冲形状和轮廓、单个激光脉冲列和组合激光脉冲列。激光系统的操作模式可以针对每个期望的光学效果而被自动地调整或者建议。光谱系统收集关于目标材料的信息，该信息可用于诊断目的，并且用于确认激光参数对于目标是最佳的。反馈分析器1730可以自动地优化激光系统的操作模式，并且降低人为错误的风险。
[0173]
物联网(iot)系统1750
[0174]
在一些示例中，激光系统可以包括可选iot系统1750，其支持将光谱数据库类库存储在云1752上，支持对光谱和最优设置数据库类库的快速访问，并且实现云1752与反馈分析器1730之间的通信。数据的云存储支持使用人工智能(artificial intelligence，ai)技术来向反馈分析器1730提供输入，并且支持对算法和数据库改进的立即访问。
[0175]
根据本文描述的各种示例，iot系统1750可以包括其中激光系统的部件可以通过因特网与其他部件通信并交互的网络。iot支持对存储在云1752上的光谱数据库类库的快速访问，并且执行云1752与反馈分析器1730之间的通信。另外，如果需要，可以通过网络远程监测和控制激光系统的所有部件。这样成功连接的示例是医疗物联网(也称为健康物联网)是用于医疗和健康相关目的的iot的可用应用，其包括用于研究和监测的数据收集和分析。
[0176]
在各种示例中，iot系统1750可以支持对各种云资源的访问，包括对目标结构(例如，积石结构或解剖组织)的基于云的检测、识别或分类。在一些示例中，机器学习(machine learning，ml)引擎可以在云1752中实现以提供基于云的目标检测、识别或分类的服务。ml引擎可以包括经训练的ml模型(例如，可在一个或更多个微处理器上执行的机器可读指令)。ml引擎可以从激光系统接收目标光谱数据或检索存储在云1752中的目标光谱数据，执行目标检测、识别或分类，并且生成诸如表示组织类型(例如，正常组织或癌变，或在特定解剖部位处的组织)或积石类型(例如，具有特定成分的肾、膀胱、胰胆或胆囊结石)的标签的输出。在手术之前或期间从患者收集的其他临床数据中，目标光谱数据可以在手术结束时或其他安排的时间被自动上传到云1752。替选地，可以提示系统用户(例如，临床医生)将数据上传到云1752。在一些示例中，输出可以另外包括目标被识别为组织或积石的概率，或目标被分类为特定组织类型或积石类型的概率。系统用户(例如，临床医生)可以使用这样的云服务来获得例如在执行内窥镜激光手术时关于体内目标组织或积石的近实时信息。
[0177]
在一些示例中，ml引擎可以包括训练模块，其被配置成使用诸如存储在云1752中的训练数据来训练ml模型。训练数据可以包括与目标信息相关联的光谱数据，例如识别目标类型(例如，积石类型或组织类型)的标签。训练数据可以包括基于各种组织类型和/或积石类型的光谱分析的实验室数据。另外地或替选地，训练数据可以包括从体外或体内的多个患者获取的临床数据。在一些示例中，可以在将患者临床数据(例如，光谱数据)上传到云1752以使用经训练的ml模型来训练ml模型或执行目标检测、识别或分类之前，从患者临床数据移除患者识别信息。系统可以将去识别的患者临床数据与识别数据源(例如，医院、激光系统识别、手术时间)的标签相关联。临床医生可以在手术期间或之后分析和确认目标类型(例如，积石或组织类型)，并且将目标类型与去识别的患者临床数据相关联以形成训练数据。使用去识别的患者临床数据可以有利地增加基于云的ml模型的鲁棒性，因为来自大的患者群体的附加数据可以被包括以训练ml模型。这还可以增强ml模型识别罕见积石类型的性能，因为来自罕见积石类型的光谱数据难以在临床上或从实验室获得。
[0178]
可以使用各种ml模型架构和算法，诸如决策树、神经网络、深度学习网络、支持向量机等。在一些示例中，ml模型的训练可以连续地或周期性地执行，或者在附加光谱数据可用的时候接近实时地执行。训练涉及算法上调整一个或更多个ml模型参数，直到被训练的ml模型满足指定的训练收敛准则。所得到的经训练的ml模型可以被用于基于云的目标检测、识别或分类。通过利用存储在云1752中的大量数据以及不断或周期性地添加到其中的附加数据训练的ml模型，如本文所述的具有云连接的基于ml的目标识别可以提高体内目标检测、识别和分类的准确性和鲁棒性。
[0179]
示例内窥镜激光系统
[0180]
图21a至图21d示出了包括具有集成多光纤附件的内窥镜2110的内窥镜激光系统2100a和2100b以及包括如图10a所示的反馈控制激光治疗系统1010和激光源1020的外科手术激光系统的示例。替选地，光谱响应可以由包含诸如ccd或cmos传感器的检测器的成像系统收集并递送到光谱仪。目标成分分析可以经由穿过多光纤附件的一个或更多个芯的光谱来执行，同时用穿过多光纤附件的一个或更多个其他芯传输的光源照射目标。
[0181]
如图21a所示，内窥镜激光系统2100a包括多光纤附件，该多光纤附件包括用于将光谱信号传输回到光谱仪1011以及用于将外科手术激光能量从激光源1020递送到目标结构的光学路径2116。在示例中，光学路径2116包括嵌入内窥镜2110的细长主体内并沿其延伸的光纤。在另一示例中，光学路径2116包括沿内窥镜2110的细长主体延伸的两个或更多个光纤。激光控制器1013可以控制激光发射的定时，使得光谱信号的传输和激光能量的递送在不同时间或同时发生。
[0182]
多光纤附件可以包括嵌入内窥镜2110的细长主体中并且沿其延伸的两个或更多个光源光纤2114。作为示例而非限制，图21c示出了内窥镜2110的细长主体的径向剖视图，其中多个光源光纤2114和光学路径2116纵向定位在内窥镜的细长主体内，并且光源光纤2114围绕光学路径2116径向分布，例如在内窥镜的细长主体的径向横截面上沿着相对于光学路径2116的圆周。在图21c所示的示例中，光学路径2116可以定位在内窥镜2110的细长主体的基本上中心纵向轴线处。作为示例而非限制，六个光源光纤可以围绕光学路径2116定位，如图21c所示。可以使用其他数目的光源光纤和/或光源光纤相对于光学路径2116的其他位置。例如，图21d示出了径向定位在光学路径2116的相对侧的两个光源光纤2114。光源
光纤2114可以耦合至光源1030。替选地，光源光纤2114可以耦合至照明源914，如图9a至图9b所示。来自内窥镜光源或者是照明源914(例如，一个或更多个led)或者是诸如内窥镜外部的远程光源1030的光可以起到对目标照明和产生从目标表面反射的光谱信号的功能，该光谱信号可以被收集用于光谱分析。反馈分析器1012可以确定内窥镜2110的远端与目标结构122之间的距离1060，类似于图10至图11所示。
[0183]
图21b示出了包括多光纤附件的内窥镜激光系统2100b。代替通过光学路径2116递送激光能量，单独的激光光纤2120可以用于将外科手术激光能量从激光源1020递送到目标结构。光学路径2116用作用于将光谱信号传输回到光谱仪1011的专用光谱信号光纤。
[0184]
图22和图23a至图23b示出了可以用于光谱光纤递送系统中的多光纤系统的示例，例如以上参照图21a至图21d所讨论的。在如图22所示的示例中，多光纤系统2200包括耦合至光源并且被配置成将照明光引导到目标处的第一光纤2210，以及耦合至光谱仪并且被配置成将指示目标的光谱性质的反射信号(例如，从目标反射的光)传输到光谱仪的单独的第二光纤2220。
[0185]
图23a至图23b是具有源光输入和光谱反馈信号的示例性多光纤附件的示意图。如图23a所示，多光纤附件2300a可以包括远侧部分2310、过渡部分2320a和近侧部分2330a。远侧部分2310包括轴和邻近远侧部分2310的过渡部分2320a，该轴可以被定尺寸和成形成包封第一光纤2210和第二光纤2220。第一光纤2210和第二光纤2220可以嵌入远侧部分2310的纵轴中并且沿其延伸。该轴可以被定尺寸和成形成延伸穿过内窥镜的工作通道。在一些示例中，第一光纤2210可以包括各自耦合至光源的两个或更多个光纤，以及/或者第二光纤2220可以包括一个或更多个光纤。在一些示例中，如图21c至图21d所示，第二光纤2220可以围绕第一光纤2210径向地分布。在示例中，第二光纤2220中的至少一个可以沿轴的基本上中心纵向轴线延伸。两个或更多个第一光纤2210可以径向地定位在沿轴的中心纵向轴线延伸的第二光纤2220的相对侧处。
[0186]
近侧部分2330a包括被配置成连接至光源的第一连接器2332，以及被配置成连接至光谱仪的第二连接器2334。过渡部分2320a使远侧部分2310和近侧部分2330a互连，并且可以被配置成将第一连接器2332耦合至第一光纤2210并且将第二连接器2334耦合至第二光纤2220。这样，过渡部分2320a提供光纤2210和2220从相应的第一连接器2332和第二连接器2334到单个轴中的过渡。
[0187]
该轴可以包括从远侧部分2310朝远侧延伸的可插入远端2312。可插入远端2312可以被配置成插入患者体内。近侧部分2300a可以与手柄相关联(例如，包括在手柄内)，以便用户操作多光纤附件2300a。在示例中，多光纤附件2300a的至少一部分(例如，远侧部分2310、过渡部分2320a或近侧部分2330a中的一个或更多个)可以被包括在内窥镜的工作通道中或者可插入到内窥镜的工作通道中。
[0188]
图23b示出了多光纤附件2300b的另一示例，其是多光纤附件2300a的变型。在图23b所示的示例中，近侧部分2330b还可以包括第三连接器2336，其被配置成将激光源耦合至光纤2210或2220中的一个。与图23a类似，过渡部分2320b将远侧部分2310和近侧部分2330b互连。从激光源生成的激光能量可以从近侧部分2330b通过光纤2210或2220中的一个传输到远侧部分2310，并且经由可插入的远端2312递送到目标治疗部位。在一些示例中，多光纤附件2300b还可以包括与光纤2210或2220不同的激光光纤。激光光纤可以被定位在内
窥镜的工作通道中，例如在轴内。从激光源生成的激光能量可以通过激光光纤传输到远侧部分2310。
[0189]
激光系统的示例应用
[0190]
根据本文档中各种示例描述的激光系统可以用于许多应用中，例如内窥镜硬组织或软组织外科手术，以改进烧蚀、凝结、汽化或其他激光效应的有效性。
[0191]
用于组织外科手术应用的激光系统的一个应用是关于使用激光系统来提供有效的组织烧蚀和凝结，而不是像在诸如激光和等离子体设备的商业设备上经常使用的那样使用两个不同的脚踏板。示例系统利用两个或更多个固态激光模块，其在通过光纤耦合至激光控制器中的两个不同波长发射，以及uv-vis反射光谱系统，其将光谱信号递送到反馈分析器，该反馈分析器在被调节之前向用户建议替选设置。
[0192]
在一个示例中，诸如由于类似于小毛细管的直径的穿透深度，可以提供两个激光模块，包括可以以高组织吸收光学波长发射以用于更有效的烧蚀/碳化过程的第一激光模块，以及可以以较低组织吸收光学波长发射以用于更有效的凝结的第二激光模块。第一激光模块的示例可以包括发射uv-vis的inxga1-xn半导体激光：gan——发射515nm至520nm；inxga1-xn——发射370nm至493nm或者在1900nm至3000nm的高水吸收范围内发射的ir激光以及如表1中所总结的那些。第二激光模块的示例可以包括具有750nm至850nm的发射的gaxal1-xas，或具有904nm至1065nm的发射的inxga1-xas。第一激光模块和第二激光模块两者都可以利用激光耦合系统耦合至激光控制器中。
[0193]
光谱光源可以被集成到单独的光纤通道、激光光纤或内窥镜系统中。从目标反射的光谱光源信号可以被快速地检测并通过单独的光纤通道或激光光纤被递送到光谱仪。替选地，该光谱系统可以从包含诸如ccd或cmos传感器的检测器的成像系统收集光谱信号。基于该光谱系统反馈，信号分析器可以检测目标材料成分，并且建议第一激光模块设置或第二激光模块设置以实现有效的组织治疗，并且将信号递送到用于向用户提供建议的设置信息的输出系统。
[0194]
该示例允许通过利用具有由反馈分析器系统控制的光学波长的两个或更多个激光脉冲进行组织烧蚀和凝结。然而，反馈控制可以与单个或多个光学波长系统一起使用，以优化特定效果向目标的同时递送。这些效果可以仅从用户的角度同时发生；本文所述的特征不限于在完全相同的时间递送波长。
[0195]
图8中呈现了具有光谱反馈的激光的示例时间操作图。如其中所述，具有振幅a
max
的光学反馈信号被连续地递送到目标表面并从目标表面反射，并且被信号分析器检测和分析。然后，用户可以开启第一激光，或者在选择烧蚀软组织之后保持第一激光开启，而第二激光关闭。在第一激光的操作期间，光学反馈信号被碳化组织高度吸收，直到其幅度减小到阈值水平a
min
。然后，该信号分析器改变激光的状态，使得第一激光被关闭，而第二激光被开启。第二激光被碳化组织高度吸收；从而烧蚀碳化组织，有效去除碳化。第二激光的波长也提供有效的凝结。由于脱碳过程，光学反馈脉冲的幅度返回到接近初始水平a
max
。当这种情况发生时，信号分析器将激光的状态改变回第一激光被开启而第二激光被关闭。可以重复以上过程，直到实现所需量的组织烧蚀和凝结。
[0196]
激光系统的另一个应用是关于有效的激光碎石过程以破碎患者体内的肾或膀胱结石。本技术涉及一种使用多波长激光能量的过程，该多波长激光能量具有被目标吸收较
少的波长以首先加热目标，然后较强的吸收波长以破碎目标，例如肾结石。在激光碎石术期间，由于光热效应，可能发生肾或膀胱结石破碎。高激光能量可以被积石吸收，从而导致温度快速升高到化学分解阈值以上，导致其分解和破碎。在一个示例中，激光碎石术可以包括两阶段过程。第一阶段是预加热阶段，其中使用第一波长的激光能量加热结石，该第一波长的激光能量使得结石进行较低激光能量吸收。随后的第二阶段包括施加具有第二波长的激光能量，这使得结石进行比第一波长更强的激光能量吸收。这样的多步骤过程允许更好地控制气泡的产生并且降低在破碎过程中产生的冲击波的强度(降低结石退动效应)。
[0197]
在示例中，激光系统利用两个或多个固态激光模块，其以通过光纤耦合至激光控制器中的两个不同波长发射，以及光谱系统，其将光谱信号递送到反馈分析器，该反馈分析器在被调节之前向用户建议替选设置。第一激光模块可以以较低的结石/水吸收光学波长发射，用于高效预热；并且第二激光模块可以以高结石/水吸收的光学波长发射，以更有效地破碎结石。本技术中的第一激光模块可以产生较低结石或水吸收波长的输出。该激光器提供有效且均匀的结石预加热。用于第一激光模块的第一激光源的示例可以包括具有750nm至850nm的发射的gaxal1-xas，或者具有904nm至1065nm的发射的inxga1-xas。第二激光源的示例可以包括发射uv-vis激光的inxga1-xn半导体激光器，例如具有515nm至520nm的发射的gan激光器，或具有370nm至493nm的发射的inxga1-xn激光器，或者在1900nm至3000nm的高的水和结石吸收范围内发射的ir激光器，以及如表1中所总结的那些。
[0198]
第一激光模块和第二激光模块都可以利用激光耦合系统耦合至激光控制器中。光谱光源可以集成到单独的光纤通道、激光光纤或内窥镜系统中。从目标反射的光谱光源信号可以被快速地检测并通过单独的光纤通道或激光光纤被递送到光谱仪。替选地，光谱系统可以从包含诸如ccd或cmos传感器的检测器的成像系统收集光谱信号。
[0199]
基于光谱系统反馈，信号分析器可以检测目标材料成分，并且建议第一激光模块设置或第二激光模块设置以实现有效的多步骤结石处理过程，并且将信号递送到用于向用户提供建议的设置信息的输出系统。通过利用来自激光模块的两个或更多个激光脉冲，激光系统可以同时地递送有效的积石预加热和破碎，其中激光模块具有由反馈分析器系统控制的光学波长。然而，反馈控制可以与单个或多个光学波长系统一起使用，以优化特定效果向目标结石成分的同时递送。
[0200]
激光系统的又一应用是关于执行硬组织(例如牙齿、骨头等)的烧蚀的过程，其中需要高激光输出功率。然而，基于100℃的低温水蒸发的软组织激光外科手术的有效性，硬组织切割过程需要非常高的烧蚀温度，高达5,000℃。为了递送增强的输出功率，激光系统可以耦合更多数量的激光模块以将积分输出功率增加到足以治疗目标的水平。以下激光器可以用作发射源：发射uv-vis的inxga1-xn半导体激光器：gan——发射515nm至520nm；inxga1-xn——发射370nm至493nm或ir激光器1900nm至3000nm以及如表1中所总结的那些。适用于本示例的激光模块的激光源可以包括，例如发射750nm至850nm的gaxal1-xas激光器，或发射904nm至1065nm的inxga1-xas激光器。
[0201]
激光模块可以集成到具有激光耦合系统的激光控制器中。为了实现所需的高功率，可以将大量激光模块耦合至系统中。光谱光源可以集成到单独的光纤通道、激光光纤或内窥镜系统中。从目标反射的光谱光源信号可以被快速地检测并且通过单独的光纤通道或激光光纤被递送到光谱仪。替选地，光谱系统可以从包含诸如ccd或cmos传感器的检测器的
成像系统收集光谱信号。
[0202]
基于光谱系统反馈，信号分析器可以检测目标材料成分，并且建议激光模块设置和激光模块的数量，以实现所需的输出功率、有效的多步骤治疗过程，并且将信号递送到用于向用户提供建议的设置信息的输出系统。通过增加涉及治疗过程的激光模块的数目，激光系统可以同时递送所需的高激光输出功率，所述治疗过程利用具有由反馈分析器系统控制的光学波长的两个或更多个激光脉冲。反馈控制可以与单个或多个光学波长系统一起使用，以优化特定效果向目标结石成分的同时递送。这些效果可以仅从用户的角度同时发生；但是不限于在完全相同的时间递送波长。
[0203]
本文所述的特征可以用于提供识别目标的成分的方法。在一些情况下，目标可以是医疗目标，例如通过使用外科手术附件的体内软组织和硬组织。该附件可以以内窥镜或腹腔镜方式使用。该附件可以包括包含多个光纤的单个设备，目的是至少一个光纤提供源照明，并且至少一个光纤将反射光引导到光谱仪。这允许用户在整个手术中使用或不使用直接内窥镜可视化来连续地监测组织或目标的成分。这也具有与激光系统结合使用的能力，其中附件可以向激光系统发送反馈以基于组织或目标的成分调整设置。该特征将允许在用户选择的原始激光设置的设置范围内即时调整激光设置。如本文所述的特征可以与光谱系统一起使用，该光谱系统可以与光纤集成激光系统一起使用。光谱光源可以通过多光纤附件中的至少一个光纤传输。从目标反射的光源信号可以被快速地收集并且经由多光纤中的附加光纤被递送到光谱仪。
[0204]
示例方法可以利用光谱输入数据来基于算法计算和控制激光递送系统1701(例如光纤)的远端与组织或者目标之间的距离。该方法可以应用于体内外科手术过程的软组织和硬组织类型两者。目标与光纤的远端之间的距离可以基于光谱数据的分析来计算。每根光纤的外径及其从内窥镜的突出角度影响反射光的强度；反射光的强度被测量以获得光谱数据。利用如本文所述的特征，可以在不由具有不同数值孔径值的光顺序地照射的情况下计算距离。
[0205]
在移动积石的情况下，该方法可以控制距离并且可以调整或者建议激光操作参数，该激光操作参数使用水中的蒸汽泡产生抽吸效应以将超过预定阈值的目标拉得更靠近光纤的远端。这个特征使得用户需要施加的努力最小化，以保持与移动目标的有效治疗距离。
[0206]
根据在该文档中讨论的各种示例的uv-vis-ir反射光谱法可以单独使用或与其他光谱技术结合使用，以产生光谱反馈，包括在体内诊断或治疗过程期间分析材料化学成分和测量反射光强度。反射光可以产生与高分辨率摄像机所产生的眼睛或彩色图像相同的信息，但是它更定量和客观地进行。反射光谱提供关于材料的信息，因为光反射和吸收取决于其化学成分和表面性质。还可以使用该技术来获得关于样本的表面和整体性质的独特信息。
[0207]
激光系统的另一应用是关于识别目标类型的过程，例如在激光碎石术期间确定积石目标的成分。根据本文讨论的一些示例，内窥镜系统具有光源，并且光源通过内窥镜的光导向人体内的目标提供照明光。医师使用激光系统在来自内窥镜系统的照明光下破碎结石。如果激光系统用于检测结石成分，这种情况可能引起一些麻烦。从结石反射的光较弱，并且另一方面，来自内窥镜系统的照明光较强。因此，在通过内窥镜系统照射下，可能难以
分析结石的成分。
[0208]
图26示出了内窥镜系统2600的示例，内窥镜系统被配置成使用诊断光束例如激光束来识别目标(例如，识别结石目标的成分)。系统2600可以包括控制器2650，其可以控制内窥镜光源2630和激光发生器模块2640两者。控制器2650可以检测由医师通过激光系统输入命令以激活结石成分检测模式。控制器2650可以随后向内窥镜光源2630发送命令以停止照明，或从高照明模式切换到低照明模式，其中在某一时间段内将减少量的照明投射到目标上。在这样的低照明或无照明期间，激光系统2640可以向目标发射激光束并接收来自结石的反射光。检测器2660可以使用反射光执行目标识别。通过在低照明模式下减弱目标部位处的照明(或关闭照明)，可以增强入射到目标上的激光束从目标的反射，这可以帮助改善目标识别。
[0209]
一旦检测器2660确定目标识别完成，检测器2660就可以向控制器2650发送终止命令。然后控制器2650可以发送命令以重新照射目标，或从低照明切换回到高照明模式。在一个示例中，当内窥镜光源2630接收到停止照射或从高照明模式切换到低照明模式的命令时，内窥镜系统2600中的图像处理器2670可以捕获目标的静止图像，并且在该时间段期间将该静止图像显示在内窥镜系统的监测器上。已经考虑了用于识别目标的内窥镜系统2600的变型，例如以上参照图11a至图11b所讨论的那些变型。
[0210]
图27示出了具有不同脉冲能量或功率水平的激光脉冲的序列的图表2700，例如可以包括第一脉冲列2710和第二脉冲列2720。第二脉冲列2720中的脉冲具有比第一脉冲列2710的脉冲高的能量或功率水平。第一脉冲列2710和第二脉冲列2720可以由相应的激光源生成，并且每个以相应的激光束的形式从内窥镜的远端发射。第一脉冲列2710可以在时间上基本恒定地生成，诸如在特定时间段上(例如，由用户控制)。第二脉冲列2720可以在时间上间歇地生成，诸如在递送第一脉冲列2710的特定时间段上。例如，第二脉冲列2720可以在第一脉冲列2710的两个脉冲之间递送，或者在第一脉冲列2710的两个列之间递送。在图27所示的示例中，第一脉冲列2710中的脉冲具有恒定的能量或功率水平，并且第二脉冲列2720包括具有比第一脉冲列2710高的能量或功率水平的仅一个脉冲。在一些示例中，第二脉冲列2720可以包括均具有比第一脉冲列2710更高的能量或功率水平的两个或更多个脉冲。
[0211]
如图27所示的激光脉冲的序列可以被激光碎石系统使用，以提供积石结构(例如，肾)的破裂和破碎。如图27所示，该序列在图表的x方向上表示时间，但是也用积石或其他目标上的位置“a”和“b”来注释。因此，激光脉冲的序列表示具有不同脉冲能量或功率水平的激光脉冲的时空模式。在该示例中，位置“a”位于或靠近结石或其他目标的中心，并且位置“b”位于或靠近结石或其他目标的外围。在位置“a”与“b”之间发出的激光脉冲示出了当激光光纤140从位置“a”平移到位置“b”时或者当激光光纤140从位置“b”平移到位置“a”时发出的脉冲，例如可以包括使用致动器。第一脉冲列2710可以被选择成在不使目标结石破碎的情况下在目标结石中引起裂纹。因此，在图27中，可以在位置“a”开始朝向结石中心发出这样的第一脉冲列2710，然后朝向结石外围的位置“b”前进，并且然后朝向结石中心的位置“a”返回，此时可以在第一次尝试破碎目标结石时递送较高能量的脉冲2720。如果通过较高能量脉冲2720的这样的破碎不成功，则可以递送从朝向结石中心的位置向朝向结石外围的位置“b”前进的另外的第一脉冲列2710，并且然后朝向结石中心的位置“a”返回，此时，可以
在第二次尝试破碎目标结石时递送另一个较高能量脉冲2720。进一步的反复也是可能的。朝向结石外围的相同或不同位置“b”可以用于各个反复，其中不同反复中的不同位置“b”沿从位置“a”到这样的不同外围位置“b”的路径产生多个裂纹。优选地，仅朝向结石的中心使用较高能量脉冲2720，例如以便最小化第二脉冲列2720对附近组织的影响。
[0212]
在一些示例中，如图27所示的具有不同脉冲能量或功率水平的激光脉冲的序列可以由在目标部位提供止血或凝结的内窥镜系统使用。在示例中，第一脉冲列2710和第二脉冲列2720可以以时空模式，例如时间上的交替方式，被递送到目标部位以促进有效的止血或凝结过程。
[0213]
具有不同能量或功率水平的脉冲，例如第一脉冲列2710和第二脉冲列2720，可以经由可由用户操作的致动器，例如按钮或脚踏板，可控地激活。例如，用户可以使用第一激活模式(例如，按钮或脚踏板的单次按压)来激活第一脉冲列2710的递送，并且使用第二激活模式(例如，按钮或脚踏板的两次按压)来激活第二脉冲列2720的递送。在示例中，第一脉冲列2710和第二脉冲列2720可以经由相应的单独致动器来控制。另外地或替选地，第一脉冲列2710和第二脉冲列2720可以例如基于来自目标的反馈信号而被可控地自动激活。例如，光谱仪可以收集目标的光谱数据，并且反馈分析器可以分析光谱数据以识别积石结构的不同部分的成分。至少基于这样的识别，不同能量脉冲，例如第一脉冲列2710或第二脉冲列2720，可以被递送到具有分别识别的成分的目标的不同部分。
[0214]
图28一般地示出了本文所讨论的技术(例如，方法)中的任何一个或更多个可在其上执行的示例机器2800的框图。本描述的部分可以应用于根据如在本文档中讨论的示例的激光治疗系统的各个部分的计算框架。
[0215]
在替选实施方式中，机器2800可以作为独立设备操作或者可以连接(例如，联网)至其他机器。在联网部署中，机器2800可以在服务器-客户端网络环境中以服务器机器、客户端机器或两者的能力操作。在示例中，机器2800可以用作对等(peer-to-peer，p2p)(或其他分布式)网络环境中的对等机器。机器2800可以是个人计算机(personal computer，pc)、平板pc、机顶盒(set-top box，stb)、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、移动电话、web设备、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行指定该机器要采取的动作的指令(顺序的或其他方式的)的任何机器。此外，虽然仅示出了单个机器，但是术语“机器”还应被理解为包括单独地或联合地执行一组(或多组)指令以执行本文讨论的任何一个或更多个方法的机器的任何集合，所述方法是诸如云计算、软件即服务(software as a service，saas)、其他计算机集群配置。
[0216]
如本文所述，示例可以包括逻辑或多个部件或机制，或者可以由逻辑或多个部件或机制操作。电路集是在包括硬件(例如，简单电路、门、逻辑等)的有形实体中实现的电路的集合。电路集成员资格可以随着时间和底层硬件可变性而灵活。电路集包括在操作时可以单独或组合地执行指定操作的成员。在示例中，电路集的硬件可以被不变地设计成执行特定操作(例如，硬连线)。在示例中，电路集的硬件可以包括可变地连接的物理部件(例如，执行单元、晶体管、简单电路等)，包括物理地修改(例如，磁性地、电气地、可移动放置不变的大量粒子等)以编码特定操作的指令的计算机可读介质。在连接物理部件时，硬件组成部分的底层电性质被改变，例如从绝缘体到导体，反之亦然。指令使嵌入式硬件(例如，执行单元或加载机制)能够经由可变连接创建硬件中的电路集的成员，以在操作时执行特定操作
transfer protocol，http)等)中的任一个使用传输介质在通信网络2826上发送或接收。示例通信网络可以包括局域网(local area network，lan)、广域网(wide area network，wan)、分组数据网络(例如，因特网)、移动电话网络(例如，蜂窝网络)、简易老式电话(plain old telephone，pots)网络和无线数据网络(例如，电气和电子工程师协会(institute of electrical and electronics engineer，ieee)802.11标准族(被称为)、ieee 802.16标准族(被称为))、ieee802.15.4标准族、对等(peer-to-peer，p2p)网络等。在示例中，网络接口设备2820可以包括一个或更多个物理插孔(例如，以太网、同轴或电话插孔)或一个或更多个天线以连接至通信网络2826。在示例中，网络接口设备2820可以包括多个天线，以使用单输入多输出(single-input multiple-output，simo)、多输入多输出(multiple-input multiple-output，mimo)或多输入单输出(multiple-input single-output，miso)技术中的至少一个来无线地通信。术语“传输介质”应当被认为包括能够存储、编码或携带用于由机器2800执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号或其他无形介质以促进这样的软件的通信。
[0222]
附加信息
[0223]
以上详细说明包括对附图的参照，附图形成详细说明的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实践本发明的具体实施方式。这些实施方式在此也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了所示出或描述的那些元素之外的元素。然而，本发明人还设想了其中仅提供了所示出或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑了使用关于特定示例(或其一个或更多个方面)或关于本文所示或所述的其他示例(或其一个或更多个方面)所示或所述的那些元素(或其一个或更多个方面)的任何组合或排列的示例。
[0224]
在本文档中，如在专利文档中常见的，术语“一”或“一个”被用于包括一个或多于一个，而与“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或使用无关。在本文档中，除非另有说明，否则术语“或”用于指非排他性的或，使得“a或b”包括“a但不是b”、“b但不是a”以及“a和b”。在本文档中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的简单英语等价物。另外，在所附权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，包括除了在权利要求中的这样的术语之后列出的那些元素之外的元素的系统、设备、制品、组合物、制剂或过程仍被视为落入该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在对其对象施加数值要求。
[0225]
以上描述旨在是说明的而非限制的。例如，上述示例(或其一个或更多个方面)可以彼此组合使用。例如，本领域的普通技术人员在阅读以上描述之后可以使用其他实施方式。摘要被提供以符合37c.f.r.
§
1.72(b)，以允许读者快速确定技术公开内容的性质。应当理解，它不是用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上详细描述中，各种特征可以被分组在一起以使本公开内容流线化。这不应被解释为意味着未要求保护的公开特征对于任何权利要求都是必不可少的。相反，发明主题可能不在于少于特定公开的实施方式的所有特征。因此，所附权利要求在此作为示例或实施方式并入详细说明中，其中，每个权利要求作为单独的实施方式独立存在，并且预期这样的实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这样的权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。