用于安全激光碎石的瞄准光束检测的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及微创医疗设备和手术(procedure)，并且特别涉及控制使用内窥镜的定向能量手术的装置和方法。
【背景技术】
[0002]激光碎石是在从尿路(包括尿道、膀胱、输尿管和肾)去除结石中广泛使用的微创手术。为了执行激光碎石，内窥镜(诸如，膀胱镜、输尿管镜、或者肾镜)被插入到尿路中到结石位置，并且光纤被引入到内窥镜的工作通道中。向前推动光纤，直到其从工作通道的远端开口出去并且变得接近结石为止。通过光纤将激光束发射到结石上，使得结石吸收激光束能量并且碎裂。
[0003]如果在光纤仍然在内窥镜的工作通道内而不是伸出远端开口时发射激光束，则激光束可能损伤工作通道、以及周围组织。已经提出了针对该问题的多种解决方案。例如，美国专利申请公开2013/0072753描述了一种用于防止医疗设备的无意激励的系统。该系统包括具有近端、远端、以及从近端延伸到远端的中腔(lumen)的伸长管。中腔被配置成容纳具有活动状态和非活动状态的医疗设备。检测系统确定医疗设备的远端相对于伸长管的远端的位置，并且控制医疗设备的激励。
【发明内容】
[0004]以下描述的本发明的实施方式提供了可以用于在内窥镜手术中控制能量发射的方法和装置。
[0005]从而，根据本发明的一个实施方式，提供了一种医疗装置，该医疗装置包括:内窥镜，该内窥镜包括被配置成插入到体腔中的远端，并且该内窥镜包括成像组件，该成像组件被配置成捕捉并且输出体腔的接近远端的区域的图像。该装置包括能量引导件和能量源，能量源被配置成通过能量引导件发射能量脉冲。控制单元被配置成处理图像以在体腔中识别目标物质，并且检验通过能量引导件引导的瞄准光束被入射在目标物质上，并且响应于这样的检验，激励能量源以经由能量引导件将能量脉冲引导到目标物质。
[0006]在一些实施方式中，该装置包括照明源，照明源被配置成通过能量引导件引导瞄准光束。
[0007]在一些实施方式中，能量引导件穿过内窥镜到远端处的开口。通常，内窥镜包括穿过内窥镜到末端处的开口的工作通道，并且能量引导件被配置成通过工作通道插入。能量引导件可以被配置成通过内窥镜的末端处的开口伸出，使得能量引导件的远尖端接近目标物质。在所公开的实施方式中，内窥镜被配置成通过病人的尿路插入，其中，目标物质是结石，并且其中，由能量源发射的脉冲被配置成将被结石吸收并且由此导致结石碎裂。
[0008]通常，能量引导件包括光纤，并且能量源包括激光器。
[0009]在所公开的实施方式中，控制单元被配置成当在图像中未出现将被入射在目标物质上的瞄准光束时禁止能量源的操作。可选地，控制单元可以被配置成在将能量脉冲发射到目标物质之后的预定义的时间间隔期间延迟禁止能量源的操作。
[0010]根据本发明的一个实施方式，还提供一种用于执行内窥镜手术的方法，该方法包括:设置内窥镜和能量引导件，所述内窥镜包括被配置用于插入到体腔中的远端，能量引导件被配置成插入到所述体腔中。通过所述能量引导件将瞄准光束引导至所述体腔中。捕捉所述体腔的接近所述远端的区域的图像，并使用图像处理器处理所述图像，以在所述体腔中识别目标物质，并且检验所述瞄准光束被入射在所述目标物质上。响应于这样的检验，激励能量源以经由所述能量引导件将能量脉冲引导到所述目标物质。
[0011]本发明将从与附图一起获得的本发明的实施方式的以下详细说明被更全面地理解，其中:
【附图说明】
[0012]图1是示出根据本发明的一个实施方式的用于激光碎石的系统的示意图；
[0013]图2是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的激光碎石系统中的控制台的元件的框图；
[0014]图3是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的用于控制碎石手术的方法的流程图；以及
[0015]图4是示出根据本发明的另一个实施方式的用于激光碎石的系统的示意图。
【具体实施方式】
[0016]相信，激光碎石系统在本领域中是已知的并且通常使用高功率红外线激光器(诸如，钬YAG激光器)来生成发射在目标结石的能量脉冲。还相信，用于击碎结石的激光束通常对于人眼和标准图像传感器是不可见的，并且从而可以使用另一种照明源(诸如，可见LED或激光源)来生成可见瞄准光束。该瞄准光束通常可以通过光纤或者其它类似设备被引导并且被布置成撞击激光束的目标。通过使用瞄准光束，瞄准光束点可以出现在当正在使用内窥镜查看目标区域时形成的图像中，并且从而使得操作该系统的医生看到来自光纤的能量将入射到哪里。
[0017]为了避免损害周围组织，医生应该确保在发射激光之前，瞄准光束被入射在结石上。瞄准光束点在结石上的合适观测还应该帮助防止在光纤仍然在工作通道内侧而不是应当的朝向目标适当远地伸出时激光器的误发射(misfiring)。然而，实际上，结石在治疗期间易于移动，并且操纵内窥镜和光纤很难，要求大量灵活性并且非常小心。结果，误发射通常发生，导致对病人组织和内窥镜的损害。
[0018]以下描述的本发明的实施方式旨在通过在允许激光器被激励之前，检验出瞄准光束被适当地入射在目标结石上，来防止激光器的误发射。可以实现该目标的一种方式是通过处理由内窥镜相机捕捉的图像。除了防止损害组织和装置的益处之外，该方法可以在如下方面特别有利:其可以通过将合适处理和控制能力添加到现有激光碎石系统来简单地被实现，而不对系统硬件进行大量修改或添加。
[0019]从而，在所公开的实施方式中，具有被配置用于插入到体腔中的远端的内窥镜包括以下中的一个或更多个:
[0020]?成像组件，所述成像组件捕捉并且输出体腔的接近远端的区域的图像；
[0021]?能量引导件，所述能量引导件可以或可以不穿过内窥镜到内窥镜的远端处的开口或者区域；以及
[0022].能量源，所述能量源被耦合以通过能量引导件发射能量脉冲。
[0023]此外，如前所述，照明源可以通过能量引导件来引导瞄准光束。另选地，假设能量源包括激光器，该激光器可以被配置成除了发射高功率能量脉冲之外还发射低功率可见光束以用作瞄准光束，来代替单独照明源。
[0024]控制单元处理由成像组件输出的图像以识别体腔中的目标物质(诸如，结石)，并且检验出瞄准光束被入射在目标物质上。基于该检验，控制单元激励能量源以经由能量引导件将能量脉冲引导到目标物质上。另外，控制单元可以禁止能量源的操作。
[0025]在以下描述的实施方式中，内窥镜包括工作通道，能量引导件包括光纤，并且能量源包括激光器。光纤通过上述工作通道被插入，使得光纤的远尖端从工作通道的远开口伸出，接近目标物质。内窥镜被配置成通过病人的尿路插入，其中，由激光器发射的脉冲被吸收并且由此使得结石(诸如，肾结石)碎裂。
[0026]虽然以下描述的实施方式通过举例特别是对激光碎石作出参考，但是本发明的原理绝不限于该特定治疗环境。而是，在另选实施方式中，可以在不仅使用激光器而且还使用其它类型的能量源(诸如，声源或者微波源)的其它类型的治疗手术中，加以必要的变更来应用在此描述的图像处理和控制的方法。而且，虽然这些实施方式特别致力于尿路的治疗，但是在此描述的系统和方法可以类似地应用在其它体腔(诸如，肠道、呼吸系统、以及心血管系统)内以及在胸腔和腹腔内的内窥镜治疗中、以及神经外科和牙科手术中，或者应用在可以使用激光器或者其它定向能量源的身体中的任何位置。
[0027]图1是示出根据本发明的一个实施方式的用于激光碎石的系统20的示意图。系统操作者22通常是医生(诸如，泌尿科医师)，使合适内窥镜24的远端进入到病人26的体腔(膀胱、输尿光或者肾)中。如在插图中所示，操作者22操纵内窥镜24以使内窥镜的远端接近目标物质(诸如，结石28)。
[0028]如本领域中已知的，内窥镜的远端处的成像组件30(包括图像传感器和合适成像光学元件)捕捉体腔内的在远端附近的区域的图像，并且经由线32将相应图像信号发送到控制台40。另选地，成像组件可以包括光纤图像引导件(未示出)，光纤图像引导件将该区域的图像传送到内窥镜的近端处的图像传感器。通常，成像组件30还包括照明源(如本领域中已知的)，照明源用于照亮被捕捉的图像的区域，但是为了简单起见，该元件在图中也被省略。
[0029I内窥镜24包含从内窥镜的近端延伸到远端的工作通道34。操作者22通过工作通道34插入能量引导件(通常是合适光纤36)，直到光纤的远端穿过工作通道的远端开口伸出到结石28附近。用于使结石28碎裂的高功率红外线激光束和可见瞄准光束从控制台40穿过光纤36到光纤的远端，在远端处，高功率红外线激光束和可见瞄准光束入射在结石28上(只要内窥镜24被适当地瞄准)。
[0030]控制台40包括图2中所示的控制和辐射部件。操作者22可以经由合适用户接口元件(诸如，脚踏板42)和/或内窥镜24的手柄44上的控制件与这些部件交互。控制台40在显示器38上并且还可以通过其它手段(诸如，音频和/或触觉输出)将信息提供给操作者22。通常，显示器38示出由成像组件30捕捉的图像，在该情况下，该图像包括结石28的图像46。当光纤36被适当地部署在工作通道34的远端的外面并且瞄准结石28时，瞄准光束将在结石上形成亮点，其表现为图像46上的光束点48。点48可以通过其特征尺寸、形状和颜色(例如，绿色)来识别。
[0031]图2是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的控制台40的元件的框图。合适激光器50(诸如，钬YAG激光器)的脉冲光束通过光学元件54被对准并且引导到光纤36的近端。照明源52(诸如，可见LED或基于激光的源)发射瞄准光束，该瞄准光束由光学元件54类似地聚集到光纤36。另选地，如前所述，除了高功率碎石脉冲之外，激光器50可以被配置成发射低功率可见光束以用作瞄准光束，在该情况下，可以不需要照明源52。
[0032]控制单元56监测和控制激光器50和照明源52的操作。通常，控制单元56包括通用可编程处理器，通用可编程处理器具有用于执行在此描述的功能的合适接口和软件。另选地或者另外地，这些功能中的一些或所有可以由数字信号处理器和/或通过可编程或硬接线硬件逻辑执行。虽然在图2中并且在以下描述中，控制单元56被示出为包括某些特定