CN102770087A - 用于在微创手术中为组织的切割、切除和消融提供激光引导和聚焦的设备、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本文所提供和描述的是根据本公开的设备、系统、计算机可访问介质、程序和方法的示例性实施方式，这些示例性实施例可以用于例如在微创手术中为组织的切割、切除和/或消融提供激光引导和聚焦。例如，设置有示例性设备，该示例性设备可以包括至少一个光学元件，至少一个光学元件可被构造成对在可以构造成插入到身体内的结构中提供的光进行折射和/或衍射，其中，至少一个光学元件构造成接收处于第一角度的光并产生处于第二角度的折射和/或衍射的光，第二角度相对于光轴可以与第一角度不同。可被构造成控制光学元件的示例性致动装置可以至少部分地设置或定位在至少一个结构内。

Description

用于在微创手术中为组织的切割、切除和消融提供激光引导和聚焦的设备、系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求2009年9月14日提交的美国专利申请No.61/242,202的优先权，其全部内容通过参引并入本文中。
技术领域
本发明总体涉及用于在微创手术中为组织的切割、切除和/或消融提供激光引导和聚焦的设备、系统以及方法。
背景技术
微创外科技术可以以对患病器官的后期治疗作用的最小影响对于可靠的癌症控制提供可能。在为很多疾病的微创手术提供仪器方面已经有了一定的进步。尽管CO2激光的使用已经被广泛认可并可以被认为是有效且精确的手术刀，但仍可能在很大程度上限制在外科医生无障碍地接近组织的手术中。(参见，例如Polanyi、Bredemei.Hc等，1970；Jako，1972；Mihashi、Jako等，1976；Garden、Obanion等，1988)。CO2激光胜过其他激光的特别优势在于，CO2激光可以通过水而被容易地吸收，而水是大多数生物组织的主要成分。这可以有助于使热扩散以及对邻近的正常组织的伤害最小化，使得CO2激光对于在例如重要的解剖学结构附近的手术是特别有用的。
CO2激光也可以用于密封小的血管和淋巴，从而很可能使出血以及来自肿瘤的淋巴转移的风险最小化。通过适当的外科光学器件，CO2激光的组织相互作用可以有利地用于在对正常组织的最小伤害的情况下对肿瘤进行精确切除，使得在不折衷治疗的情况下尽可能地保持功能。然而，CO2激光的示例性劣势可能涉及其光束可能不能在除空气之外的任何介质中传播。由于CO2激光束有可能不能够沿玻璃或常规的光纤传播，因此它的使用或许已经基本受限于“视线”应用，其中CO2激光束可以被传递过中空的、填充有空气的、直线式刚性器械或内诊镜。因此，该技术和CO2激光的内窥镜应用可能已经被限制在例如口部、咽部、喉部以及颈部的肿瘤治疗。
此外，任何类型的外科手术激光通过光纤进入体腔内的传输，可能已经例如通过将光纤的末端尖部带到组织附近以便保持高的功率密度，而被限制到在附近区域中使用。使得便于这种激光束的灵活、可变且精确的操作变得非常困难。
用于CO2激光以及其他外科手术激光的内窥镜应用的仪器已经经历了改进与提高，但接近具有不利的解剖学特征的某些患者的喉部和咽部可能仍存在问题。常规技术的这种局限性很大程度上可能是造成大量患者无法获得的某些外科手术的潜在益处的原因，上述患者例如是肿瘤相对较难接近从而无法通过例如内窥镜CO2激光仪器来进行外科切除术的患者。因此，这些患者中的很多已经通过使用包括具有或不具有化学疗法的射线疗法的非外科手术方案来进行治疗，以避免已经由常规外科手术对患者的生命质量造成的潜在破坏性影响。然而，这种非外科手术“器官保留”方法可能会经常引起永久并且明显的副作用，这些副作用会彻底地改变在治疗后存活的患者的生活。
目前，在外科手术中用于CO2激光(和其他激光)的较广泛使用的传输方法之一可能是可以包括激光源的“视线”系统，该激光源可以将能量传递到经由铰接臂联接至手术显微镜的显微操纵器。例如，HartTemelkuran等已经描述了用于CO2外科手术激光的空心光纤传输系统，该空心光纤传输系统可以有助于向有限的空间内提供激光束(参见例如Temelkuran，Hart等2002)。如所描述的，纤维可以将来自激光源的光传送至纤维的、可被用作“激光手术刀”的末端。然而，由于纤维传输技术存在一些关于视线技术的局限性，因此纤维传输技术的使用可能不是理想的。另外，纤维传输技术会带来某些其他问题。
例如，与视线传输技术相类似，如果要在有限的空间内使用利用纤维传输技术的设备，则重要的是在外部操纵该设备。另外，由于离开纤维的激光束会迅速地发散，因此，纤维可能应该精确地放置在组织附近以便切割或消融组织。如果纤维被放置的过远(例如，超过一毫米)，则功率密度可能会下降并且激光手术刀会变得无效。然而，如果纤维尖端接触组织，则其会灼烧和/或变得成为阻碍。此外，由于难于在有限的封闭空间内利用通过在不均匀的组织表面上移动的手持式纤维而被导向的激光来保持切口的一致深度，精确地操纵纤维在体腔内的工作端部会是对内镜外科手术的挑战。而且，应该很可能需要为将被远程控制的激光束提供复杂的机电系统。
已经描述了具有可能适于内窥镜应用的尺寸的某些扫描器。(参见例如Fountain和Knopp 1992；Dohi，Sakuma等2003；Wu，Conry等2006；以及Tsia，Goda等2009)。这些器件中的很多可以是下述器械：这些器械最初可能已经特别地设置用于内窥镜成像，并且后来仅被考虑用于执行组织修复并相应地改变。然而，成像扫描器和外科激光扫描器的技术要求通常不是一样的，而且可能是非常不同的。虽然成像扫描器通常会需要规则的扫描图案以产生图像，但外科激光扫描器通常可以利用扫描器的任意并且精确的变化以处理可能涉及典型激光外科手术图案的离散的近点和远点。因此，为外科手术提供的常规设备被描述成具有扫描器的在身体外部的光学和机械控制器。(参见，例如Fountain和Knopp 1992)。内窥镜器件已被描述成具有设计成被插入到身体内的光学器件，而且具有在身体外部的机械控制器。(参见，例如Dohi，Sakuma等2003；Wu，Conry等2006)。这些系统具有某些局限性和相关问题，例如，与定位力从外部马达向内部光学器件的远程传送相关的空间和时间不准确度。另外，成像设备可被设置成使其可被用于原则上据称不具有机械运动的激光外科手术，并可以被内在化。(参见，例如Tsia，Goda等2009)。然而，该器件需要可调谐激光器，因此将可能不能够与像是例如CO2激光的外科手术激光一起工作。
因此，会存在处理和/或克服上述不足和局限性中的至少一些的需要，并且需要提供根据在如本文中进一步详细地描述的本公开的装置和方法的示例性实施方式。
发明内容
实际上，本公开的某些示例性实施方式的目的之一可以是解决本文中上述的示例性问题和/或克服普遍与现有技术相关的、例如在本文中描述的示例性缺陷。因此，例如，在本文中所提供和描述的是根据本公开的示例性设备、系统、程序以及方法的某些示例性实施方式，这些示例性实施方式可以用于在微创手术中为组织的切割、切除和/或消融提供激光引导和聚焦。
根据本公开的一个示例性实施方式，提供了一种示例性设备，该示例性设备可以包括至少一个光学元件，至少一个光学元件可以构造成对在可以构造成被插入到身体内的至少一个结构中提供的光进行折射和/或衍射，其中，光学元件中的至少一个构造成接收处于第一角度的光，并产生处于第二角度的折射光和/或衍射光，第二角度可以相对于光轴(例如，穿过光学元件的中心的直线)与第一角度不同。示例性致动装置也可以至少部分地设置和定位在至少一个结构内，示例性致动装置可被构造成对光学元件中的至少一个进行控制以改变折射光和/或衍射光的第二角度。至少一个光可以是激光，并且第二角度可以是一致的。光学元件中的至少两个的结构可以设置成产生折射光和/或衍射光。
根据本公开的某些示例性实施方式，示例性元件中的至少一个可以是光楔或棱镜、和/或光栅，所述光栅例如是具有可变空间频率的光栅、声光光栅(acoustoopical grating)、固定光栅、全息透射光栅、闪耀光栅等等。示例性装置可以进一步构造成对光学元件中的至少一个进行控制以改变折射光和/或衍射光的第二角度以及折射光和/或衍射光的一致的第三角度，其中，一致的第三角度不同于一致的第二角度。示例性致动装置可以以手动方式、机械方式、电气方式、机电方式和/或遥控方式来控制。例如，示例性致动装置可以至少部分地通过机械和/或机电装置来控制。
根据本公开的某些示例性实施方式，还可以设置一种示例性光纤构型，该示例性光纤构型可被构造成提供贯穿其中的至少一个光。例如，该示例性光纤构型可被构造成将光传输至光学元件中的至少一个。还可以设置有可选择地与光学元件中的至少一个相关的至少一个透镜，至少一个透镜设置在例如位于光学元件之间、位于光学元件与光纤构型之间或位于光学元件之后的光学路径中。
根据本公开的某些示例性实施方式，可以设置有另外的装置，另外的装置可被构造成提供激光并可被控制成以便对折射光和/或衍射光向示例性结构中的目标组织的传输深度进行改变。例如，另外的装置可以包括消融激光器、切割激光器和/或切除激光器。也可以设置有接收装置，该接收装置的结构可以设定成设置在身体中并且构造成能够接收来自示例性结构中的目标组织的至少一个另外的光，例如可见光。例如，接收装置可以包括至少一个光检测器，至少一个光检测器例如可以是电荷耦合器件(CCD)、光纤束和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器，并且至少一个光检测器可以构造成提供目标组织的至少一个图像。
此外，还可以设置有附加装置，该附加装置可以构造成为目标组织提供另外的光，并且该附加装置的结构可以设置成位于身体内。还可以设置有特定装置，该特定装置可以通过例如(i)用户控制的方式和/或(ii)自动方式来便于光的应用的可视控制。另外，外部构型可以设置和定位在身体的外部，该外部构型可以构造成将光传输至结构。该外部构型可以进一步地构造成在时间上顺序地和/或同时地提供光的多个频率。例如，该外部构型可以是或包括可调谐激光器装置。
根据本公开的某些示例性实施方式，可以设置有至少一个散射(dispersive)元件，至少一个散射元件可以构造成使光在散射元件的旋转期间沿径向方向以特定的波长相关角转向和/或折射，从而使光以旋转运动移动。例如，外部构型可以构造成改变光的波长以便使光径向地运动和/或构造成被旋转以使光运动。
根据本公开的另一个示例性实施方式，可以设置有下述示例性设备，该示例性设备可以尤其(inter alia)包括多个光学元件，这些光学元件可以构造成反射光，例如激光，并且可以设置在可被构造成插入到身体内的至少一个结构中。例如，光学元件的第一构型可以定位成或控制成接收处于第一角度的光并且产生处于第二角度的第一反射光，其中，第二角度相对于光轴可以与第一角度不同。光学元件的第二构型的结构可以设置成接收第一反射光并产生处于第三角度的第二反射光，其中，第三角度相对于光轴可以与第二角度不同。
致动装置也可以至少部分地设置和定位在上述结构内，致动装置可以构造成控制光学元件的第一构型和/或第二构型以改变光的第二角度和/或第三角度。光学构件的第三构型的结构可以设置成和/或光学构件的第三构型被控制成接收第二反射光并产生处于第四角度的第三反射光，第四角度相对于光轴可以与第三角度不同。光学构件的第四构型的结构可以设置成和/或光学构件的第四构型被控制成接收第三反射光并产生以第五角度朝向身体的第四反射光，第五角度相对于光轴可以与第四角度不同。致动装置可以进一步构造成控制光学元件中的至少一个以改变反射光相对于光轴的第二角度和反射光相对于光轴的第三角度，其中，第一角度和/或第二角度可以是一致的。致动装置可以以手动方式、机械方式、电气方式、机电方式和遥控方式中的至少一种被控制，例如至少部分地通过机械装置被控制。
第二构型的结构可以进一步设置成产生第二反射光，以使其具有圆柱形形状。第一构型和/或第二构型可以是或包括具有锥形形状的至少一个部分。例如，第一构型可以是或包括锥形镜，第二构型可以是或包括锥形截面镜。第三构型和/或第四构型可以是或包括具有抛物面形状的至少一个部分。例如，第三构型可以是或包括抛物面截面镜，第二构型可以是或包括抛物面镜。
根据本公开的又一个示例性实施方式，提供一种用于提供激光引导和聚焦的示例性方法，该示例性方法可以尤其包括：限定图案以照射身体中的至少一个部分；以及利用致动装置基于图案来控制设置在壳体中的至少一个光学元件以折射和/或衍射至少一个光。壳体的结构可以设置成被插入到身体内，和/或致动装置的结构可以设置成被插入到身体内。
该示例性方法尤其还可以包括：提供光；控制光学元件中的至少一个以改变折射光和/或衍射光的角度；以及控制至少一个光以便改变折射光和/或衍射光向结构中的目标组织的传输。根据本公开的某些示例性实施方式，该示例性方法尤其还包括：对光学元件中的至少一个的至少一个位置和/或方向或者对折射光和/或衍射光进行监测；基于位置和/或方向产生至少一个信号；以及基于信号对光学元件中的至少一个的位置和/或方向进行控制。
根据本公开的又一个示例性实施方式，提供了一种示例性计算机可访问介质，该示例性计算机可访问介质可以是非瞬时性的并且可以具有存储于其上的、用于提供激光引导和聚焦的计算机可执行指令，当被硬件处理装置执行时，计算机可执行指令对硬件处理装置进行配置以执行特定的程序，例如，限定图案以照射身体中的至少一个部分；以及利用致动装置基于图案对设置在壳体中的至少一个光学元件进行控制以对至少一个光进行折射和/或衍射。壳体和/或致动装置的结构可以设置成被插入到身体内。
示例性处理装置可以进一步构造成：控制源装置以提供至少一个光；控制光学元件中的至少一个以改变折射光和/或衍射光相对于光轴的角度；和/或通过改变光的至少一个特征来控制源装置，从而改变折射光和/或衍射光向身体中的目标位置的传输的位置。另外，根据本公开的某些示例性实施方式，示例性处理装置可以进一步构造成：对光学元件中的至少一个的位置和/或方向或者对折射光和/或衍射光进行监测；基于位置和/或方向产生至少一个信号；以及基于信号对光学元件中的至少一个的位置和/或方向进行控制。
根据本公开的再一个示例性实施方式，示例性方法可以有助于将激光引导和/或聚焦在身体内的目标组织上或将激光引导和/或聚焦至身体内的目标组织，该示例性方法可以尤其包括：从身体内的位置定位身体内的目标组织；以及利用具有插入到身体内的壳体的特定装置来建立器件相对于目标组织的位置。示例性方法还可以包括：通过在组织的图像上描绘出将利用至少一个电磁辐射进行切割的路径来产生控制信号；限定将由至少一个电磁辐射作用的区域；和/或对至少一个电磁辐射的位置进行实时地控制。此外，示例性方法可以包括：利用设置在壳体中的至少一个致动装置，基于控制数据控制设置在壳体中的至少一个光学元件，以折射和/或衍射至少一个光。所述至少一个光可以是激光，所述路径可以基于预定的图案。
根据本公开的又一个示例性实施方式，可以提供一种示例性计算机可访问介质，该示例性计算机可访问介质可以是非瞬时性的，并且可以具有存储于其上的、用于将激光引导和/或聚焦在身体内的目标组织上或将激光引导和/或聚焦至身体内的目标组织的计算机可执行指令，当被硬件处理装置执行时，计算机可执行指令对硬件处理装置进行配置以执行特定的程序，例如：从身体内的位置定位身体内的目标组织；以及利用具有插入到身体内的壳体的特定装置来建立器件相对于目标组织的位置。利用计算机可执行指令来执行的示例性程序还可以包括：通过在组织的图像上描绘将利用至少一个电磁辐射切割的路径来产生控制数据；限定将由至少一个电磁辐射作用的区域；和/或对至少一个电磁辐射的位置进行实时地控制。此外，示例性指令可以对处理装置进行配置，以利用设置在壳体中的至少一个致动装置，基于控制数据控制设置在壳体中的至少一个光学元件，从而例如对至少一个光进行折射和衍射中的至少一种。所述至少一个光可以是激光，所述路径可以基于预定的图案。
当结合所附权利要求阅读本公开的示例性实施方式的以下详细说明时，将更清楚地理解本公开的示例性实施方式的这些以及其他目的、特征和优点。
附图说明
为了更加完整地理解本公开及其优点，现在结合附图参照以下描述：
图1是根据本公开的示例性实施方式的内窥镜激光手术刀系统的示图；
图2是根据本公开的第一示例性实施方式的图1的示例性激光手术刀系统的激光扫描内窥镜头部的透视图；
图3A是可以包括在图2中示出的激光扫描内窥镜头部的示例性实施方式中的光学元件的侧视图；
图3B是利用图3A的示例性光学元件产生的示例性扫描几何图形的图示；
图4A是可以包括在根据本公开的第二示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的光学元件的简图；
图4B是由图4A的示例性光学元件产生的示例性扫描几何图形的图示；
图5A是可以包括在根据本公开的第三示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的特定的光学元件的简图；
图5B是由图5A的示例性光学元件产生的示例性扫描几何图形的图示；
图6A是可以包括在根据本公开的第四示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的又一光学元件的简图；
图6B是由图6A的示例性光学元件产生的示例性扫描几何图形的图示；
图7A是可以包括在根据本公开的第五示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的另外的光学元件的图示；
图7B是由图7A的示例性光学元件产生的示例性扫描几何图形的图示；
图8A是可以包括在根据本公开的第六示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的再一光学构型的图示；
图8B是由图8A的示例性光学元件产生的示例性扫描几何图形的图示；
图9A是根据本公开的示例性实施方式的内窥镜激光手术刀器件的图示和在该内窥镜激光手术刀器件的头部部分处的截面视图；
图9B是根据本公开的另一示例性实施方式的内窥镜激光手术刀器件的图示和在该内窥镜激光手术刀器件的头部部分处的截面视图；
图10是根据本公开的示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部连同其代表性尺寸的侧视截面图；
图11是根据本公开的示例性实施方式的伺服控制定位系统的透视图；
图12A是根据本公开的示例性实施方式的示例性扫描器几何图形的图示；
图12B是根据本公开的另一示例性实施方式的示例性扫描器几何图形的图示；
图13A是由根据本公开的示例性实施方式的器件或装置产生的示例性扫描图案的示例性图像；
图13B是根据本公开的又一示例性实施方式的示例性扫描器几何图形的图示；
图13C是根据本公开的示例性实施方式的另外的示例性扫描图案的图示；
图14是根据本公开的另外的示例性实施方式的器件的侧视图；
图15是根据本公开的又一示例性实施方式的系统的框图的图示；
图16是根据本公开的某些示例性实施方式的示例性程序的流程图；以及
图17是根据本公开的另外的示例性实施方式的示例性程序的流程图。
在整个附图中，除非另作说明，否则相同的参考数字和符号用于表示所示出的实施方式的相同特征、元件、部件或部分。此外，尽管现在将参照附图详细地描述本主题公开，该描述是结合所示实施方式进行的。旨在在不偏离本主题公开的真实范围和精神的情况下，可以对所描述的实施方式做出改变和改型。
具体实施方式
为了解决和/或克服上述缺陷中的至少一些，根据本公开可以提供器件、装置、设备、非瞬时性计算机可访问介质和方法的示例性实施方式。例如，可以将能够通过外科医生远程控制的小的示例性扫描器引入体腔内，以对激光进行导向。激光可以利用例如两个或更多个小的旋转光楔被传输至体腔并在组织之上进行扫描。使用例如可以被称为里斯莱棱镜对(Risley prism pair)的一个示例性棱镜装置的优势之一在于，该示例性棱镜装置可以被制成具有很小的型面，例如不比光纤(10mm以下)的直径大很多，并且该示例性棱镜装置可以置于内窥镜的末端。一个或更多个透镜可以用于聚焦光并且提高传输至组织的功率密度和/或调整器件的操作深度。使用装置/系统的这种示例性实施方式可以便于通过柔性或刚性导管来对传输到相对地可接近的体腔内的激光进行准确操纵。该示例性实施方式也可以采用铰接臂和/或直线式视线激光器传输程序/装置。
例如，系统的示例性实施方式可以包括成像器件，例如摄像机，该成像器件可以设置在扫描器邻近、附近和/或固定至扫描器，以向用户(例如，外科大夫)提供实时内窥镜图像，用户则可以在视频上描绘图形以在组织的图像上建立特定的扫描途径。然后，该途径可以被转换成适当的光楔运动，从而以适当的速度和轨迹在组织上进行扫描。可替代地或另外地，用户可以根据如在视频监视器上显示的视频流，通过指示器或操纵杆(或鼠标、触摸屏、数码笔、跟踪球等等)直接地控制激光路径和传输。示例性系统也可以构造成或结构设置成改变激光束在组织上的焦距以调节不同的操作深度，从而便于激光在体腔内的实时三维控制。
使用根据本公开的器件、系统、设备、非瞬时性计算机可访问介质和装置的示例性实施方式的示例性激光传输装置可以设置成以便执行和/或采用多个构型。例如，可以包括一个或更多个管道和/或通道，一个或更多个管道和/或通道包括例如用于光子带隙的管道和/或用于CO2激光传输的空心光纤。还可以包括用于激光的传输的直接的视线构型和/或利用具有根据本公开的某些示例性系统的铰接臂传输机构。例如，根据本公开的器件、系统、设备、非瞬时性计算机可访问介质和装置的示例性构型可以提供用于例如通过使负透镜运动以控制焦点来执行深度调整。某些示例性构型可以不依赖于一些或所有光纤。例如，根据本公开的器件、系统、设备、非瞬时性计算机可访问介质和装置的示例性实施方式可以利用多种特定的电磁辐射源，多种特定的电磁辐射源可以与能够用于执行外科手术的波长的一些或全部一起操作，多种特定的电磁辐射源包括例如1064nm的Nd:YAG、488nm和684nm的氩和氪离子(Argon and Krypton lon)等等。此外，根据本公开的某些示例性实施方式，内窥镜头部和本体可以由例如可以便于相对容易地清洁和杀菌的生物相容性材料组成。
图1示出根据本公开的示例性实施方式的内窥镜激光手术刀系统的示图。在图1中示出的内窥镜激光手术刀系统可以包括激光扫描内窥镜头部100，该激光扫描内窥镜头部100安装在喉镜或内窥镜105的运端上。这里，参照图2-图11对喉镜或内窥镜的激光扫描内窥镜头部的示例性实施方式进一步地描述。内窥镜头部100中的示例性成像器件可以通过视频流将体腔110中的组织的静态、实时或运动的图像中继至处理器115，其中，处理器115可以例如以用户可读取的格式将图像显示在监视器和/或屏幕120上。用户(例如，外科医生)可以利用输入器件125，输入器件125可以是图形输入器件(例如，鼠标、控制杆、触摸屏、数码笔、跟踪球等等)，图形输入器件可被用于通过所需激光切割的路径的图示来覆盖实时图像。计算机控制装置130可以被编程和/或激活以将显示器上的图形路径的笛卡尔坐标转换成用于扫描器的角坐标，其中，上述角坐标可以被发送至扫描器控制器135。扫描器控制器135可以将坐标转换成可以被传送到内窥镜头部100中的马达的电指令信号。例如，扫描器控制器135也可以通过光纤145或另一个激光传输系统来激活激光器140并控制传输至扫描器的激光光强。
根据本公开的某些示例性实施方式，马达可以实时地响应于图形输入器件的运动而被致动，以例如通过用户提供对扫描器的直接控制。还可以利用刚性手术喉镜代替柔性内窥镜，例如喉镜105。如图1所示，根据本公开的示例性系统可以包括电光衰减器，该电光衰减器可以由例如为计算机控制器130的计算机控制器控制并用于调节激光器(例如激光器140)的强度。光纤145可以是单模光纤。可替代地，光纤145可以是多模光纤。此外，例如，光纤145可以是空心或光子带隙光纤。根据本公开的某些示例性实施方式，激光向内窥镜扫描头部100的直接传输或激光通过铰接臂的传输可以与光纤145结合使用或取代使用光纤145。也可以使用无线电频率(或包括其波段的无线电频率)以使扫描器控制单元135与位于扫描头部100中的局部处理器对接。此外，可以使用例如电池的局部动力源，该局部动力源可以位于扫描头部100中(或附近)以为操作器件提供动力。而且，可以将激光源140结合或包括在内窥镜扫描头部100中或内部。因此，根据本公开的某些示例性实施方式，可以在没有与身体的外部的任何物理连接的情况下操作示例性器件；或者，如果使用外部激光源，则仅具有用于激光的传输的到达身体的外部的物理连接。
图2示出根据本公开的第一示例性实施方式的图1的示例性激光手术刀系统的激光扫描内窥镜头部的透视图。例如，在图2中示出的激光扫描内窥镜头部可以具有一个或更多个示例性透射元件210和225(例如，折射和/或衍射元件)，一个或更多个示例性透射元件210和225使其中心在光轴200上对准。至少一个光束205可以通过光传输机构/装置206传输，以相对于光轴200的第一角度Φ1入射在第一元件210上。如图2所示，光束205可以通过示例性的第一元件210而被折射或衍射，并以相对于光轴200的不同的第二角度Φ2射出。光束205也可以以围绕光轴的旋转角和/或方位角从第一元件210射出，其中，旋转角和/或方位角取决于第一元件210围绕光轴200的旋转角
Figure BDA0000153754460000131
旋转角
Figure BDA0000153754460000132
可以由例如在伺服控制定位装置中的角位置传感器220和马达215致动和/或控制。根据一个示例性实施方式，示例性马达215可以设置在内窥镜头部中，或设置在内窥镜头部附近。
如在图2中进一步示出的，示例性第二元件225可以接收相对于光轴200处于第一角度Φ2的光，并且可以引起光束205的进一步的折射或衍射，使得所形成的光束205以相对于光轴的第三角度Φ3射出，并具有围绕光轴200的旋转和/或方位角。根据该示例性装置，光束205从第二元件225射出处的围绕光轴200的旋转角
Figure BDA0000153754460000133
取决于第二器件225的另一个旋转角
Figure BDA0000153754460000134
第二器件225可以由例如在伺服控制定位构型中操作的第二角位置传感器235和第二马达230致动和/或控制。因此，根据图2所示的示例性装置，从第二元件225射出的光的角度可以具有以下相关性：Φ3(Φ1，
Figure BDA0000153754460000135
)。
此外，示例性聚焦元件240可以包括在图2所示的示例性系统中。特别地，图2所示的示例性装置可以构造成使得聚焦元件240跟随两个元件210、225，以使光束205聚焦到例如体腔内的目标组织上。在图2中示出以及在此描述的部件可以容置或定位在结构和/或壳体250中，结构和/或壳体250可以构造成、尺寸设置成或结构设置成插入根据本公开的示例性器件可以应用的人、动物或任意其他生物的体腔内。
图3A示出根据本公开的第一示例性实施方式的图1的示例性激光手术刀系统的激光扫描内窥镜头部的功能图示。示例性光学元件300、310例如各自可以是光楔或棱镜、或衍射光栅、或其任意组合和/或混合物。根据激光扫描内窥镜头部的某些示例性实施方式，图2所示的光学元件210、225与图3所示的光学元件300和310可以是相同的或基本相似的。
图3B示出利用图3A的示例性光学元件生成的示例性扫描图案320的图示。如图3B所示，扫描图案320(例如，被扫描区域)可以由从第二元件225射出的光束205限定，并因此取决于光学元件210、225的相应的旋转角
Figure BDA0000153754460000141
图4A示出可以包括在根据本公开的第二示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的另外的光学元件的侧视图。图4A所示的示例性光学元件400、410可以用于具有与图2所示的示例性激光扫描内窥镜头部相同或相似的基本构型的示例性器件中。然而，根据图4A所示的器件的示例性实施方式，第一光学元件400可以是具有可变节距的固定(例如，非旋转)光栅。例如，第一光学元件400可以是声光器件或液晶器件。光学元件400可以通过改变光栅节距v来改变衍射光束的第二角Φ2。也如图4A所示，第二光学元件410可以是能够围绕光轴旋转以引起衍射光束的折射和/或衍射的光楔或棱镜、或衍射光栅。示例性光学元件400、410可以使其中心在光轴上对准。
图4B示出由图4A的示例性光学元件400、410生成的示例性扫描图案420的图示。如图4B所示，所产生的扫描图案420可以是具有与第一光学元件400的固定光栅的母线(ruling)正交的长轴的椭圆。
图5A示出可以包括在根据本公开的第三示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的特定的光学布局的侧视图。基于与图2所示的示例性激光扫描内窥镜头部相似的基本构型，或基于图2所示的示例性激光扫描内窥镜头部的基本构型，根据本公开的示例性器件可以具有单个光学元件500，如图5A所示。例如，光学元件500可以是具有可变节距的单个旋转衍射光栅，例如声光器件或液晶器件。衍射角(或仰角)Φ2可以通过改变光栅的节距v而被改变。围绕光轴的角(或方位角)可以通过使光学元件500旋转过角
Figure BDA0000153754460000142
而被改变。
图5B是由图5A的示例性光学元件500产生的示例性扫描图案520的图示。如图5B所示，由图5A所示的、根据本公开的器件的示例性实施方式产生的扫描图案520可以是圆。圆的半径530可以取决于光学元件500的光栅节距。
图6A示出可以包括在根据本公开的第四示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的又一个光学元件装置的侧视图。图6A所示的示例性光学元件600、610也可以用于具有与图2所示的示例性激光扫描内窥镜头部的基本构型相同或相似的基本构型的示例性器件中。然而，根据图6A所示的器件的示例性实施方式，光学元件600、610可以均为分别具有可变节距v1和v2的固定(例如，非旋转)和正交衍射光栅，例如声光器件或液晶器件。如图6A所示，从光学元件610射出的光束的衍射角Φ3可以取决于光束的入射角Φ1以及光学元件600和610的相应的光栅节距v1和v2。因此，例如，根据本公开的某些示例性实施方式，可以通过改变和/或控制光栅的节距来改变折射和/或衍射的光向身体中的目标位置的传输的位置，而不需要使用任何的致动器、马达和/或传感器以改变和/或控制光学元件的位置和/或方向。
图6B示出由图6A的示例性光学元件600、610产生的示例性扫描图案620的图示。如图6B所示，该实施方式的所产生的扫描图案620是具有取决于光学元件600和610的相应的两个光栅的节距v1和v2的笛卡儿坐标的矩形。
此外，根据本公开的某些示例性实施方式，可以通过改变和/或控制入射光束的至少一个特征，例如光的频率和/或波长，来改变折射和/或衍射的光向身体中的目标位置的传输的位置，而例如不需要使用任何的致动器、马达和/或传感器以改变和/或控制光学元件的位置和/或方向。
图7A示出可以包括在根据本公开的第五示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的另一个光学装置的侧视图。图7A中示出的示例性光学元件700、710可以用于具有与图2所示的示例性激光扫描内窥镜头部的基本构型相同或相似的基本构型的示例性器件中。类似于图4A所示的构型，第一光学元件700可以是具有可变节距的固定(例如，非旋转)光栅，第二光学元件710可以是光楔或棱镜、或具有固定节距的衍射光栅。类似于图4A所示的构型，第二光学元件710可以相对于光轴旋转，以引起衍射光束的折射或衍射。然而，不同于图4A所示的示例性构型，根据图7A所示的示例性实施方式，衍射光束的第二角Φ2(仰角)可以通过改变入射光束的频率和/或波长而被改变。
图7B示出由图7A的示例性光学元件700、710生成的再一个示例性扫描图案720的图示。如图7B所示，根据图7A所示的本公开的器件的示例性实施方式的所产生的扫描图案720，例如是具有与光栅方向正交的长轴的椭圆。
图8A示出可以包括在根据本公开的第六示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部中的又一个光学装置的侧视图。根据图8A所示的本公开的器件的示例性实施方式具有与图7A中示出的示例性器件的示例性实施方式相似的构型，其中，具有可变频率/波长的入射光束。然而，不同于图7A所示的示例性构型，图8A所示的示例性构型具有单个光学元件800，该光学元件800可以是能够围绕光轴旋转以引起衍射光束的旋转方位角的光楔或棱镜、或具有固定节距的衍射光栅。
图8B是由图8A的示例性光学元件800产生的示例性扫描图案820的图示。如图8B所示，根据图8A所示的本公开的器件的示例性实施方式的所产生的扫描图案820可以是圆形的。
图9A示出根据本公开的示例性实施方式的内窥镜激光手术刀器件的图示和在该内窥镜激光手术刀器件的头部部分处的截面图。如图9所示，该示例性器件包括空心光纤945，空心光纤945能够将CO2红外激光传输至内窥镜扫描头部900。该示例性器件可以被构造成使得激光和/或光可以首先通过负透镜905而被扩展，然后被正透镜910校准以填充扫描光学棱镜或光楔915、960的孔隙(aperture)。第一扫描光学棱镜或光楔915可以安装在通过一系列轴承925保持就位的刚性环(或环支座)920上。环920可以通过例如超声马达930来旋转。磁性环935可以附连至刚性环920，并且磁性环935的位置可以例如通过霍尔传感器阵列940而被测量和/或监测。超声马达930和霍尔位置传感器940可以在伺服回路装置中响应于从扫描器控制单元，例如图1所示的扫描器控制单元135，传输的运动指令，通过例如局部处理器950而被控制。运动指令可以经由信号总线955或多种其他有线的和/或无线的通信系统和协议(protocols)而被传输。
如图9A中进一步示出的，第二光楔或棱镜光机电单元/装置960可以位于第一机械单元之后(例如，与第一机械单元相比，更运离光源地定位)，并且第二光楔或棱镜光机电单元/装置960可以包括第二棱镜、安装环、轴承阵列、环形磁体以及霍尔位置传感器。第二机械单元/装置960也可以是在局部处理器950的伺服控制之下。聚焦正透镜965可以使内窥镜头部与体腔接触，并且可以限定内窥镜扫描头部的工作距离、操作范围和分辨率。
根据图9A所示的内窥镜激光手术刀系统、器件、设备以及装置的示例性实施方式，扫描器光学器件中的一些或所有可以由硒化锌(ZnSe)组成并构造成用于与CO2激光一起使用。尽管本领域普通技术人员鉴于本文中的教示可以理解能够使用其他材料，但由于硒化锌与其他可利用的材料相比的相对低的体积吸收系数和良好的抗反射特性，使用ZnSe可以是优选的。
内窥镜头部可以包括相邻于扫描器并与扫描器械具有固定关系的纤维镜970和/或其他内窥镜成像器件。纤维镜970可以构造成提供或便于体腔内的组织样本的照明，以及将实时视频图像中继至外部视频处理器和图像显示器，例如图1中所示的视频处理器115和显示器120。与视频图像相关的数据和/或信息也可以存储在存储装置和/或存储器件中，存储装置和/或存储器件可以包括用于随后的显示和/或处理的硬件非瞬时性计算机可访问介质。
根据本公开的系统、器件、设备和装置的某些示例性实施方式，在内窥镜头部中可以设置有构造成平行(或基本上平行)于纤维镜970的一个或更多个附加通道。例如，这种附加通道在尺寸和/或截面形状方面可以变化，并且可以构造成并用于提供来自例如体腔的液体、气体和/或小固体的传输和/或移除。例如，这种附加通道也可以构造成和/或用于外科手术器械、器件、工具、检测器和/或传感器等等的插入和移除。
根据图9A所示的系统、器件、设备以及装置的示例性实施方式，内窥镜头部可以通过活动联接器980安装在Kleinstasser或Steiner手术喉镜975的端部处，活动联接器980可以通过滑轮系统985和外部操纵杆锁990提供内窥镜扫描头部的随动运动。也可以将内窥镜扫描头部安装到柔性内窥镜上，例如消化内镜(gastroendoscope)或乙状结肠镜。作为替代使用纤维镜(或与纤维镜相结合)的方案，成像传感器，例如CCD或CMOS成像芯片，可以结合到示例性扫描头部内，以提供例如组织的实时图像。在示例性扫描头部900中也可以设置有单独的照明路径。
此外，根据本公开的另一个示例性实施方式，可以将两个或更多个成像器件(例如，检测器芯片、成像器件和/或纤维镜)结合到示例性扫描头部中，以产生体腔内的组织的立体图像，该立体图像可以用来为用户(例如，手术外科医生)提供对器件的更好控制。根据这种示例性实施方式，前聚焦镜头可以被调整以改变例如扫描头部的工作距离、操作范围以及激光点尺寸。也可以使用根据本公开的系统、器件、设备以及装置的某些以下示例性实施方式，这些实施方式构造成或结构设置成用于通过机电装置远程地定位扫描头部900，以便提供用于例如在远距离医学中使用系统、器件、设备以及装置的这种示例性实施方式。通信接口可以用于便于例如实时直接通信和/或经由互联网的通信，以便于不在现场的用户远程地控制和/或使用示例性系统、器件、设备以及装置。模拟和/或预编程程序的执行也可以用来克服任何时间延迟，其中，任何时间延迟可能由不在现场的用户引起并且另外在执行某些时间关键手术中带来可能的困难。也可以将加速计和/或稳定系统结合或包括在扫描器头部中，以便例如补偿在手术期间的任何不想要的运动。
图9B示出根据本公开的另一示例性实施方式的内窥镜激光手术刀器件901的图示和在该内窥镜激光手术刀器件901的头部部分902处的截面图。用于CO2激光传输的空心纤维可以用于根据本公开的某些示例性实施方式的内窥镜激光手术刀器件901。也可以包括和/或利用除扫描光学器件之外的其他元件/部件/装置，并且这些其他元件/部件/装置可以定位成例如邻近扫描光学器件。例如，这些其他元件/部件/装置可以包括例如(a)照明通道903(例如，光纤或LED)；(b)视频通道904(例如，视频通道904可以包括CCD和/或光纤束)；(c)激光传输通道905(例如，单或多模光纤、铰接臂传输构型或视线传输构型)；(d)机电控制通道906，机电控制通道906可以用于两个或更多个分离和独立的光学扫描元件907、908；(e)其他同轴光束成形和聚焦元件909(例如，聚焦和/或校正光学器件)；(f)远程控制系统，该远程控制系统可以用于定位和/或定向内窥镜头部(例如，该远程控制系统可以包括成角控制线和滑轮)；以及(g)用于例如传输和/或移除液体、气体、小固体和/或其他器械、器件和工具的附加通道、工作管道和/或器械。
如图9B所示，光学元件907、908(例如，光楔和/或棱镜)的旋转和控制器可以定位或设置在根据本公开的某些示例性实施方式的内窥镜头部902中，并且构造成/结构设置成执行根据本公开的另外的示例性实施方式的、用于小型化和精确性的某些示例性方法和程序。这可以例如通过使用位于内窥镜头部902中的可以被远程控制的微型马达和/或致动器来实现。根据本公开的示例性实施方式，由于光学元件907、908可以具有较小的质量或重量，因此可以在内窥镜头部902中使用小的致动器，并且保持示例性器件、系统、设备和/或装置的精确性和速度。例如，示例性机械系统可以用来响应于用户的(外科医生的)与视频图像和定位器件的交互作用而控制光楔907、908的简单和复杂的运动和/或旋转，所述简单和复杂的运动和/或旋转包括例如加速度、反转和循环。可以设置有示例性成像和照明通道以便于在内窥镜头部的前面到大约2cm-10cm的深度的区域恢复和生成例如200条线(或更好)的内窥镜图像。本领域的普通技术人员应当理解的、成像屏幕的笛卡尔空间与示例性光学元件的双角空间之间的数学关系可以有利于示例性的结果。
另外，根据本公开的某些示例性实施方式，光检测器和/或分析器可以结合到扫描器头部中。信息和/或数据可以从光检测器获得并且被实时显示，在存储装置和/或存储器件中被处理和/或存储，并且可以实时地或随后被利用以分析来自外科手术激光器的散射光和/或从组织反射的光。这种示例性数据、信息和/或分析可以例如用于评估和/或检查激光器件、系统、方法、装置和/或设备的性能以及激光手术的效果。
尽管本文已经描述了某些类型的光学元件，但本领域普通技术人员鉴于本公开的教示应当理解，根据本公开的某些示例性实施方式，可以在扫描器中使用相对低成本的锗光学器件。也可以使用激光控制器与各种不同光学器件的结合装置。例如，表1示出根据本公开的某些示例性实施方式的用于激光控制器与不同光学器件的示例性组合的示例性数值数据和参数。本领域普通技术人员基于本公开的教示应当理解的是，根据本公开的某些示例性实施方式，可以使用激光控制器与不同光学器件的其他示例性组合。
Figure BDA0000153754460000191
Figure BDA0000153754460000201
表1：用于根据本公开的激光控制器和不同光学器件的示例性组合的示例性数值数据和参数
图10示出根据本公开的示例性实施方式的激光扫描内窥镜头部1000连同其代表性尺寸的截面侧视图，其中，扫描器光学器件的直径可以限定外科手术激光束的数值孔径。例如，如图10所示，根据本公开的示例性实施方式的扫描器光学器件1010的直径可以为大约8mm。对于扫描器光学器件1010的直径而言，也可以在大约2mm到14mm的范围内。用于扫描器光学器件1010的直径的其他示例性范围可以是4mm到12mm、6mm到10mm(或其近似值)等等。应当理解的是，根据本公开的某些示例性实施方式，扫描器光学器件1010的直径可以小于2mm或大于15mm。例如，扫描器光学器件1010的直径为大约8mm，孔径可以为大约5mm。
如图10进一步示出的，头部1000的直径1020可以取决于示例性系统中的除光学器件之外的其他元件和/或部件，例如成像通道、照明通道和器械通道、马达、处理器、控制系统等等。例如，头部1000的直径1020可以为大约16mm，如图10所示。对于头部1000的直径1020而言，也可以在大约8mm到24mm的范围内。例如，头部1000的直径1020也可以是10mm到22mm、12mm到20mm(或其近似值)等等。应当理解的是，根据本公开的某些示例性实施方式，头部1000的直径1020可以小于8mm或大于24mm。头部1000的直径1020可以取决于若干因素，这些因素例如包括：采用本系统的应用、包括在头部中的特征(例如，通道)以及相关的制造可行性和费用。因此，考虑到与生产可以包括在根据本公开的示例性系统和器件中的光学器件和其他元件相关的精确制造和技术，可以生产具有连续的更小直径的头部并因此被认为是根据本公开的。
头部1000的长度可以取决于用于进行扫描的光学元件的光学设计、选择和/或构型。例如，头部1000的长度1030可以为大约17mm，如图10所示。对于头部1000的长度1030而言，也可以在大约9mm到25mm的范围内。此外，头部1000的长度1030可以是11mm到23mm、13mm到21mm(或其近似值)等等。例如，根据本公开的某些示例性实施方式，长度1030可以小于9mm或大于25mm。
图11示出根据本公开的示例性实施方式的伺服控制定位系统的透视图。图11所示的示例性扫描器可以包括一个或更多个光纤1145，光纤1145可以构造成将光传输至示例性系统、器件、设备、装置等等。两个或更多个镜头1100、1105可以扩展和/或校准光束以填充扫描器元件的孔隙。第一扫描光楔1110可以通过磁性环1120安装至安装环1115，磁性环1120相对于安装环1115同心地固定。超声马达1125可以构造成以由微处理器/频率发生器装置1130控制的方向和加速度来使安装环1115旋转。四个或更多个正交磁性检测器1135的阵列可以将磁性环的旋转位置中继(和/或通信)至装置1130。超声马达1125和检测器1135可以通过例如伺服控制装置中的信号总线1140连接至装置1130。也可以使用可以使超声马达1125和检测器1135有线地和/或无线地连接至装置1130的其他通信系统、构型和/或协议。可以设置有第二扫描器单元/装置，该第二扫描器单元/装置可以具有设置在内窥镜头部中的第二光楔1150、另外的安装环1155、另一个磁性环1160、另一个超声马达1165以及位置传感器阵列1170。聚焦透镜1175例如可以建立扫描器的分辨率、工作距离和工作范围直径。装置1130可以经由信号总线1180连接至外部扫描器控制器，例如图1中所示的计算机控制装置130。
图12A示出代表由根据本公开的示例性实施方式的示例性光学元件和/或装置产生的扫描图案的几何简图1200的图示，几何简图1200可以基于示例性模型。例如，图12A示出的示例性几何简图1200可以利用根据本公开的示例性器件、装置、系统、设备等等产生，根据本公开的示例性器件、装置、系统、设备等等可以包括两个或更多个光学元件或其示例性模型，光学元件例如为图3A所示的光学元件300、310。可以用来产生几何简图1200的光楔和/或相应的模型可以包括例如如图11所示的两个光楔1110、1150。例如，在图12A中示出可以用于相应的示例性模型中的示例性变型。
图12B示出具有可以用于根据本公开的示例性实施方式的模型中的变量的示例性几何简图1220。示例性几何简图1220可以与图12A所示的几何简图1220相同或基本相似。应当理解的是，如例如通过比较图12A和图12B所示出的，用于分别产生两个示例性简图1200、1220和/或可以分别通过两个示例性简图1200、1220而建立模型的几何图形和/或图案可以是不同的。尽管如图12B所示的几何简图1220可以通过示例性器件的操作的模型产生和/或代表示例性器件的操作的模型，但几何简图1200、1220关于角度的几何图形可以彼此不同，其中，示例性器件的操作的模型可以与用于产生扫描图案和/或由简图1200表示(例如，利用两个或更多个光楔)的示例性器件相同或基本相似。例如，如图12B所示，可以具有由不同的角度产生的间隙1230，间隙1230可以由变量σ建立模型，表示用于产生对应于几何简图1220的扫描图案的光学元件之间的距离。如图12A所示，在该示例性实施方式中，间隙1230不存在，并且σ没有出现在几何简图1200中。
例如，以下示例性等式可以与根据本公开的示例性实施方式的模型一起使用，例如对应于如图12A和图12B所示的示例性简图1200、1220的示例性模型。
r1＝(n1-1)×β1
r2＝(n2-1)×β2
Figure BDA0000153754460000221
Figure BDA0000153754460000222
R = X 2 + Y 2
&theta; = a tan ( Y / X ) , X > 0 ; &pi; + a tan ( Y / X ) , X < 0
其中，ri是从轴线的径向位移，βi是光楔角度，σ是两个光楔之间的距离，R和θ是极坐标中的目标点的半径和角度，X和Y是笛卡尔坐标中的位置，以及ni是光楔的折射率。
图13A是由根据本公开的示例性实施方式的器件产生的示例性扫描图案1305的示例性图像1300。为了产生示例性扫描图案1305，设置有示例性软件装置(例如，一组计算机可执行指令)，该示例性软件装置可以存储在硬件计算机可访问介质中，该硬件计算机可访问介质在被执行时对硬件处理装置进行配置以执行程序，从而经由控制器利用光学器件便于和/或控制示例性系统的操作，以绘制和描绘对应于图13A中所示的扫描图案1305的辐照路径。
例如，图像1305可以是由通过根据本公开的示例性实施方式制造和使用的示例性器件扫描和控制的激光束，在一张热敏纸上实现的痕迹的照片。示例性痕迹可以是预先编程的路径，该预先编程的路径建立在图1所示的计算机控制器130中并通过图1所示的扫描器控制器135执行。
因此，在附录中所提供的是可以用于执行根据本公开的示例性程序的示例性编码，示例性程序可以例如生成在图13A的示例性图像1300中示出的扫描图案1305。
例如，在附录中示出的示例性程序可以与通过空心或光子带隙纤维传输的CO2激光一起使用。这种示例性装置和/或系统可以与例如用于CO2激光器的马达控制器和工业Zn-Se光学器件联接。例如，某些示例性马达控制方程可以经由计算机软件和/或例如为Matlab的编程语言而得到利用。如在以上所描述的，可以使用用于激光的纤维传输构型以及直接的激光传输程序。
根据这种示例性实施方式，在视频图像空间中的所需点和光学元件的旋转位置之间的示例性关系可以由以下等式以与在上文中参照图12A描述的相似的方式表示。例如，如果r1＝r2＝r，则对于每个点(x，y)的角度可以通过以下等式计算：
Figure BDA0000153754460000241
Figure BDA0000153754460000242
其中，x＝Rcos(θ)以及y＝Rsin(θ)
例如，这种示例性等式(或方程)可以提供用于扫描图案空间中的每个点的每个光楔的绝对角度，该绝对角度然后可以被转换成相对角度，每个光楔可以旋转上述相对角度以从之前的点获得所需的点(例如，获得介于35°与37°之间的角，光楔可以从35°的起始点旋转大约2°)。根据本公开的该示例性实施方式的示例性程序，该示例性角度则可以通过某些情况而被校验以确保光楔每次从一个点旋转到另一个点所采取的都是最短路径(例如，确保光楔旋转与355°相对的-5°)。然后，示例性角度被带入“马达旋转相对”方程(如在附录中提供的示例性编码和程序中所示出的)，“马达旋转相对”方程将马达旋转指令传送至示例性马达控制器。在所附的附录中提供了示例性程序和编程指令的进一步的细节，这些细节包括提供根据本公开的某些示例性实施方式使用的功能和指令的描述的注释。
图13B示出可以根据本公开的示例性实施方式使用的示例性光楔或棱镜扫描器1310的图示。如在上文中所描述的，示例性系统中的扫描器可以包括例如分别可以使激光束或其他光弯曲一定角度的两个或更多个同轴的圆形光楔和/或棱镜。该弯曲角1315可以取决于例如光楔参数和激光或光的波长。对于小的角度，关系可以由例如α～Φn(λ)表示，其中，α是弯曲角(被称为衍射角)，Φ是光楔或棱镜的角度，以及n(λ)是光楔或棱镜材料的折射的光学指数，该光学指数取决于光的波长λ。例如，根据本公开的某些示例性实施方式，可以使用硒化锌(ZnSe)作为具有在CO2激光的波长为10.6μm情况下指数为2.34的光学材料。
图13C示出根据本公开的示例性实施方式的另外的示例性扫描图案1320的图示。例如，通过旋转一个光楔或棱镜，光束可以在环形运动中以固定的角度被扫描，并且根据与目标的距离，光束可以产生具有例如固定直径的扫描圆1321。如果两个或更多个光楔或棱镜相对于彼此串联地使用，则光束可以扫描过圆形区域1325中的任意点，其中，圆形区域1325具有例如等于由单个光楔扫描产生的扫描圆1321的直径的两倍的直径。
第一光楔可以使光束旋转角度
Figure BDA0000153754460000243
以便为第二棱镜提供光束，第二棱镜然后产生用于该光束的第二角度如果两个角度相等并彼此相反，则光束将提供很小的净角变化或无净角变化。如果这些角度彼此相等并沿相同的方向定向，则光束将可能经受单个光楔的双倍(或大约为双倍)角变化。这种类型的示例性扫描系统的特征可以在于，相应的扫描区域的外周可以由单对角度唯一地限定。例如，圆形区域中的每个点可以由两对角度限定，中心可以由无数对角度限定。因此，为了对从圆的一侧通过中心到达另一侧的直线进行扫描，光楔例如可以沿相反的方向同时运动。这种示例性光学器件/装置可以用于精确的光学对准，并且可以由多个马达和控制系统有效地以及容易地操作，多个马达和控制系统包括例如伺服控制和/或机电马达和系统。
图14示出根据本公开的另外的示例性实施方式的另一个器件/装置1400的侧视图。如图14所示，示例性器件/装置1400可以用于通过锥形镜1410和锥形截面镜1420将入射激光束1405扩展成例如更宽的中空圆柱形(或管状)光束。然后，光束可以通过抛物面截面镜1430聚焦在抛物面镜1440上，例如与入射激光束1405在相同或基本相同的轴线上。抛物面镜1440可以安装在双轴角形台架(biaxial angular stage)上以控制反射束1460的方向。图14所示的示例性实施方式的其中一个优势在于，示例性器件/装置1400可以保持相对于相对较大的孔隙的相对较小的型面。例如，可以利用具有较高空间频率的角部件，而不需要使用用于相对较大的示例性聚焦束角频谱的中间频率部件或低频率部件。
图15示出根据本公开的系统的示例性实施方式的示例性框图。例如，根据本公开的示例性程序可以通过处理装置和/或计算装置1510执行。这种处理/计算装置1510可以例如完全地是计算机/处理器1520或是计算机/处理器1520的部分、或者包括但不限于计算机/处理器1520，计算机/处理器1520可以包括例如一个或更多个微处理器，并使用存储在计算机可访问介质(例如，RAM、ROM、硬盘驱动器或其他存储器件)上的指令。
如图15所示，可以设置有(例如与处理装置1510通信的)例如计算机可访问介质1530(例如，如上所述，例如为硬盘、软盘、记忆棒、CD-ROM、RAM、ROM等等或其集合或组合的存储器件)。计算机可访问介质1530可以包括在其上的可执行指令1540。附加地或可替代地，可以与计算机可访问介质1530分离地设置有存储装置1550，存储装置1550可以向处理装置1510提供指令，以便配置处理装置以执行例如如上所述的某些示例性程序、过程和方法。
此外，示例性处理装置1510可以设置有或包括输入/输出装置1570，输入/输出装置1570可以包括例如有线网络、无线网络、互联网、内部互联网、数据收集探针、传感器等等。如图15所示，示例性处理装置(计算装置)1510可以与示例性显示装置1560通信，根据本公开的某些示例性实施方式，示例性显示装置1560例如可以是触摸屏，该触摸屏构造用于除从处理装置输出信息外，还将信息输入到处理装置。此外，示例性显示器1560和/或存储装置1550可以用于以用户可访问的格式和/或用户可读取的格式显示和/或存储数据。本文中以上描述的示例性程序可以利用图15中所示以及本文中所描述的示例性系统来执行。
图16示出根据本公开的某些示例性实施方式的程序的流程图。如图16所示，该示例性程序可以在例如图15的处理/计算装置1510上执行或通过例如图15的处理/计算装置1510来执行，并通过可以包括图15的存储装置1550的硬件计算机可访问介质进行存储。处理/计算装置1510例如可以是图1的计算机控制器130或包括在图1的计算机控制器130中。处理/计算装置1510可以访问存储装置1550以获得可以用于配置处理/计算装置1510以执行这种示例性程序的指令。例如，根据本公开的某些示例性实施方式，在子进程1610开始，示例性处理/计算装置1510可以在子进程1620中限定图案以辐照身体中的至少一部分。在子进程1630中，示例性处理/计算装置1510可以利用致动装置基于图案来控制设置在壳体中的至少一个光学元件，以折射和/或衍射光。例如，壳体和/或致动装置可以构造成被插入到身体内。
图17示出根据本公开的某些示例性实施方式的另一个程序的流程图。如图17所示，示例性程序可以至少部分地在例如图15所示的处理/计算装置1510上执行和/或通过例如图15所示的处理/计算装置1510执行，并且示例性程序可以由可以包括图15的存储装置1550的硬件计算机可访问介质进行存储。例如，处理/计算装置1510可以是图1的计算机控制器130或包括在图1的计算机控制器130中。处理/计算装置1510可以访问存储装置1550以获得可以用于配置处理/计算装置1510以执行这种示例性程序的指令。
例如，在子进程1710开始，根据本公开的示例性实施方式的器件(例如，内窥镜)可以从身体内的位置定位身体中的目标组织。在子进程1730中，示例性处理/计算装置1510可以利用例如具有被插入到身体内的壳体的特定装置来建立器件相对于目标组织的位置。然后，示例性处理/计算装置1510可以通过如下方式产生控制数据：(i)在子进程1740中，在组织的图像上描绘出利用至少一个电磁辐射切割的路径；(ii)在子进程1750中，限定由至少一个电磁辐射作用的区域；和/或(iii)在子进程1760中，实时地控制至少一个电磁辐射的位置。然后，在子进程1770中，示例性处理/计算装置1510可以基于控制数据，通过设置在壳体中的至少一个致动装置来控制设置在壳体中的至少一个光学元件，以折射和/或衍射至少一个光。例如，示例性路径可以基于根据本公开的某些示例性方式的图案，壳体和/或致动装置的结构可以设置成插入到身体内。
示例性应用
尽管根据本公开的引导和聚焦系统/装置的示例性实施方式可以用于改进头部和颈部癌症的微创手术治疗，但也可以使用这种示例性系统/装置来治疗其他解剖学区域的疾病以及与其他类型的激光波长一起工作。应用的其他示例性区域可以包括腹腔镜微创手术、胃肠微创手术、泌尿微创手术以及胸腔镜微创手术。
前述内容仅说明了本公开的原理。鉴于本文中的以及特别是在所附权利要求中的教示，所述实施方式的各种改变和变型对于本领域技术人员来说是明显的。因此，应当理解的是，本领域技术人员将能够想出尽管未在本文中明确地示出或描述但却体现本公开的原理并因此落入本公开的精神和范围内的许多系统、装置和方法。另外，以上涉及的所有公开和参考通过参引将其全部内容并入本文中。应当理解的是，本文中描述的示例性程序可以存储到任意的计算机可访问介质上，任意的计算机可访问介质包括硬盘驱动器、RAM、ROM、可换式磁盘、CD-ROM、记忆棒等等，并且本文中描述的示例性程序可以通过处理装置执行，该处理装置可以是微处理器、小型计算机、宏指令、主机等等。另外，就现有技术知识未通过参引明确地并入上文中而言，其全部内容明确地结合在本文中。以上涉及的所有出版物通过参引将其全部内容并入本文。
附录
I.脚本文件用于通过设定参数、限定所需的激光路径以及向每个马达发送必须的指令而完全地运行系统。调用以下页面上列出的各种函数(ControlMotorMASTER.m)：
Figure BDA0000153754460000281
Figure BDA0000153754460000291
Figure BDA0000153754460000311
II.用于设定马达参数的马达初始化函数。向马达驱动器/控制器发送命令。(MotorInitialization.m)：
Figure BDA0000153754460000312
Figure BDA0000153754460000321
Figure BDA0000153754460000331
III.马达归位函数，其将马达位置归零。(MotorHome.m)
Figure BDA0000153754460000332
Figure BDA0000153754460000351
Figure BDA0000153754460000361
IV.发送相对于马达的当前位置移动每个马达的所需指令的马达相对旋转函数。(MotorRotateRelative.m)
Figure BDA0000153754460000362
V.将(x，y)点转换为每个光楔的旋转角度的函数。(xy2th1th2.m)
Figure BDA0000153754460000372

Claims (81)

1.一种设备，包括：
至少一个光学元件，所述至少一个光学元件构造成对至少一个光进行折射和衍射中的至少一种；
构造成插入到身体内的至少一个结构，其中，所述至少一个光学元件设置在所述至少一个结构中，所述至少一个光学元件构造成接收处于一个第一角度的所述至少一个光，并且所述至少一个光学元件产生处于第二角度的至少一个折射光或衍射光，所述第二角度相对于光轴与所述第一角度不同；以及
致动装置，所述致动装置构造成控制所述至少一个光学元件以改变所述至少一个折射或衍射光的所述第二角度，其中，所述装置至少部分地位于所述至少一个结构内。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个光是激光。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二角度是一致的。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个光学元件是多个光学元件，并且所述光学元件中的至少两个构造成产生所述至少一个折射光或衍射光。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个光学元件是棱镜和光栅中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述至少一个光学元件是具有可变空间频率的光栅。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述至少一个光学元件是声光光栅。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述至少一个光学元件是固定光栅。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述固定光栅是全息传输光栅和闪耀光栅中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述装置进一步构造成控制所述至少一个光学元件，以改变所述至少一个折射光或衍射光的所述第二角度和所述至少一个折射光或衍射光的不同于一致的所述第二角度的一致的第三角度。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动装置被以手动方式、机械方式、电气方式、机电方式和遥控方式中的至少一种控制。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动装置至少部分地由机械装置控制。
13.根据权利要求1所述的设备，还包括光纤构型，所述光纤构型构造成提供穿过其的所述至少一个光。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述光纤构型构造成将所述至少一个光传输至所述至少一个光学元件。
15.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个透镜，所述至少一个透镜与所述至少一个光学元件光学地相关联。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述至少一个光学元件是多个光学元件，并且所述至少一个透镜设置在所述光学元件之间的光学路径中。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述至少一个透镜设置在所述至少一个光学元件和所述光纤构型之间的光学路径中。
18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个透镜在光学路径中设置在所述至少一个光学元件之后。
19.根据权利要求1所述的设备，还包括另外的装置，所述另外的装置构造成提供所述至少一个光并且被控制成改变所述至少一个折射光或衍射光向所述至少一个结构中的目标组织的传输深度。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述另外的装置包括消融激光器、切割激光器和切除激光器中的至少一个。
21.根据权利要求1所述的设备，还包括接收装置，所述接收装置构造成设置在身体中并且被构造成接收来自所述至少一个结构中的目标组织的至少一个另外的光。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述至少一个另外的光是可见光。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述接收装置包括至少一个光检测器。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述至少一个光检测器是电荷耦合器件(CCD)、光纤束和互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器中的至少一个。
25.根据权利要求23所述的设备，还包括附加装置，所述附加装置构造成向所述目标组织提供所述至少一个另外的光，并且所述附加装置构造成使所述附加装置位于身体内。
26.根据权利要求21所述的设备，其中，所述接收装置构造成提供所述目标组织的至少一个图像，并且所述设备还包括特定装置，所述特定装置有助于通过(i)用户控制方式和(ii)自动方式中的至少一种对所述至少一个光的应用进行可视控制。
27.根据权利要求1所述的设备，还包括外部构型，所述外部构型构造成将所述至少一个光传输至所述至少一个结构，并且所述外部构型位于身体的外部。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述外部构型进一步构造成以在时间上顺序地和同时地中的至少一种方式控制所述至少一个光的频率。
29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述外部构型包括可调谐的激光装置。
30.根据权利要求28所述的设备，还包括至少一个散射元件，所述至少一个散射元件构造成在所述至少一个散射元件的旋转期间，沿径向方向以特定的波长相关角对所述至少一个光进行转向和反射中的至少一种，以使所述至少一个光在旋转运动中移动。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，包括以下情况中的至少一种：
(i)所述外部构型进一步构造成改变所述至少一个光的波长，以使所述至少一个光径向地运动，以及
(ii)所述至少一个散射元件进一步构造成被旋转，以使所述至少一个光运动。
32.一种设备，包括：
至少两个光学元件，所述至少两个光学元件构造成反射至少一个光；以及
构造成插入到身体内的至少一个结构，
其中，所述光学元件设置在所述至少一个结构中，
其中，所述光学元件的第一构型被定位成或被控制成接收处于第一角度的所述至少一个光，并且产生处于第二角度的至少一个第一反射光，所述第二角度相对于光轴与所述第一角度不同，
其中，所述光学元件的第二构型构造成接收所述至少一个第一反射光并且产生处于第三角度的至少一个第二反射光，所述第三角度相对于所述光轴与所述第二角度不同。
33.根据权利要求32所述的设备，还包括致动装置，所述致动装置构造成控制所述光学元件的所述第一构型和所述第二构型中的至少一个，以改变所述至少一个光的所述第二角度或所述第三角度，其中，所述装置至少部分地位于所述至少一个结构内。
34.根据权利要求32所述的设备，其中，所述光学元件的第三构型构造成或被控制成接收所述至少一个第二反射光，并且产生处于第四角度的至少一个第三反射光，所述第四角度相对于所述光轴与所述第三角度不同。
35.根据权利要求34所述的设备，其中，所述光学元件的第四构型构造成或被控制成接收所述至少一个第三反射光，并且产生以第五角度朝向身体的至少一个第四反射光，所述第五角度相对于所述光轴与所述第四角度不同。
36.根据权利要求32所述的设备，还包括致动装置，所述致动装置构造成对所述光学元件的所述第一构型和所述第二构型中的至少一个进行控制，以改变所述至少一个光的所述第五角度，其中，所述装置至少部分地位于所述至少一个结构内。
37.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第二构型进一步构造成产生所述至少一个第二反射光，以具有圆柱形形状。
38.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第一构型和所述第二构型中的至少一个包括具有锥形形状的至少一个部分。
39.根据权利要求37所述的设备，其中，所述第一构型包括锥形镜。
40.根据权利要求37所述的设备，其中，所述第二构型包括锥形截面镜。
41.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第三构型和所述第四构型中的至少一个包括为抛物面形的至少一个部分。
42.根据权利要求40所述的设备，其中，所述第三构型包括抛物面截面镜。
43.根据权利要求40所述的设备，其中，所述第四构型包括抛物面镜。
44.根据权利要求32所述的设备，其中，所述至少一个光是激光。
45.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第二角度是一致的。
46.根据权利要求32所述的设备，其中，所述致动装置进一步构造成控制所述光学元件中的至少一个，以改变所述反射光的所述第二角度和所述反射光的所述第三角度，所述第三角度相对于所述光轴与所述第二角度不同，其中，所述第一角度和所述第二角度是一致的。
47.根据权利要求32所述的设备，其中，所述致动装置被以手动方式、机械方式、电气方式、机电方式和遥控方式中的至少一种控制。
48.根据权利要求32所述的设备，其中，所述装置至少部分地通过机械装置控制。
49.根据权利要求32所述的设备，还包括光纤构型，所述光纤构型被构造成提供穿过其的所述至少一个光。
50.根据权利要求49所述的设备，其中，所述光纤构型被构造成将所述至少一个光传输至所述光学元件中的至少一个。
51.根据权利要求32所述的设备，还包括至少一个透镜，所述至少一个透镜与所述光学元件中的至少一个光学地相关联。
52.根据权利要求51所述的设备，其中，所述至少一个透镜设置在所述光学元件之间的光学路径中。
53.根据权利要求51所述的设备，其中，所述至少一个透镜设置在所述光学元件中的所述至少一个与所述光纤构型之间的光学路径中。
54.根据权利要求51所述的设备，其中，所述至少一个透镜在光学路径中设置在所述光学元件之后。
55.根据权利要求32所述的设备，还包括另外的装置，所述另外的装置构造成提供所述至少一个光，并且被控制成改变所述反射光向所述至少一个结构中的目标组织的传输深度。
56.根据权利要求55所述的设备，其中，所述另外的装置包括消融激光器、切割激光器和切除激光器中的至少一个。
57.根据权利要求32所述的设备，还包括接收装置，所述接收装置设置在身体中并被构造成接收来自所述至少一个结构中的目标组织的至少一个另外的光。
58.根据权利要求57所述的设备，其中，所述至少一个另外的光是可见光。
59.根据权利要求57所述的设备，其中，所述接收装置包括至少一个光检测器。
60.根据权利要求57所述的设备，其中，所述至少一个光检测器包括电荷耦合器件(CCD)、光纤束和互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器中的至少一个。
61.根据权利要求60所述的设备，还包括附加装置，所述附加装置构造成向所述目标组织提供所述至少一个另外的光，并且所述附加装置位于身体内。
62.根据权利要求57所述的设备，其中，所述接收装置构造成提供所述目标组织的至少一个图像，并且所述接收装置还包括另一个装置，所述另一个装置有助于通过(i)用户控制方式和(ii)自动方式中的至少一种对所述至少一个光的应用进行的可视控制。
63.根据权利要求32所述的设备，还包括外部构型，所述外部构型构造成将所述至少一个光传输至所述至少一个结构，并且所述外部构型位于身体的外部。
64.根据权利要求63所述的设备，其中，所述外部构型进一步构造成以在时间上顺序地和同时地中的至少一种方式控制所述至少一个光的频率。
65.根据权利要求64所述的设备，其中，所述外部构型包括可调谐的激光装置。
66.一种用于提供激光引导和聚焦的方法，所述方法包括：
-限定图案以照射身体中的至少一个部分；
-利用致动装置基于所述图案对设置在壳体中的至少一个光学元件进行控制，以对至少一个光进行折射和衍射中的至少一种，其中，所述壳体构造成插入到身体内，并且所述致动装置构造成使所述致动装置插入到身体内。
67.根据权利要求66所述的方法，还包括提供所述至少一个光。
68.根据权利要求66所述的方法，还包括对所述光学元件中的至少一个进行控制，以改变所述至少一个折射光或衍射光的角度。
69.根据权利要求66所述的方法，还包括对所述至少一个光进行控制，以改变所述至少一个折射光或衍射光向所述至少一个结构中的目标组织的传输深度。
70.根据权利要求66所述的方法，还包括：
-对所述光学元件中的至少一个的至少一个位置或方向或者对所述至少一个折射光或衍射光进行监测；
-基于所述至少一个位置或所述至少一个方向来生成至少一个信号；以及
-基于所述至少一个信号对所述光学元件中的至少一个的位置和方向中的至少一个进行控制。
71.一种计算机可访问介质，所述计算机可访问介质具有存储于其上的用于提供激光引导和聚焦的计算机可执行指令，在由硬件处理装置执行时，所述计算机可执行指令将所述硬件处理装置配置成：
-限定图案以照射身体中的至少一个部分；
-利用致动装置基于所述图案对设置在壳体中的至少一个光学元件进行控制，以对至少一个光进行折射和衍射中的至少一种，其中，所述壳体构造成插入到身体内，并且所述致动装置构造成使所述致动装置成插入到身体内。
72.根据权利要求71所述的计算机可访问介质，其中，所述处理装置进一步构造成对源装置进行控制以提供所述至少一个光。
73.根据权利要求71所述的计算机可访问介质，其中，所述处理装置进一步构造成对所述光学元件中的至少一个进行控制，以改变所述至少一个折射光或衍射光相对于光轴的角度。
74.根据权利要求71所述的计算机可访问介质，其中，所述处理装置进一步构造成通过改变所述至少一个光的至少一个特性来对源装置进行控制，以改变所述折射光或衍射光向身体中的目标位置的传输深度。
75.根据权利要求71所述的计算机可访问介质，其中，所述处理装置进一步构造成：
-对所述光学元件中的至少一个的位置或者对所述至少一个折射光、衍射光或反射光进行监测；
-基于所述位置或方向生成至少一个信号；以及
-基于所述至少一个信号对所述光学元件中的至少一个的位置和方向中的至少一个进行控制。
76.一种用于将激光引导到身体内的目标组织上和将激光聚焦至身体内的目标组织中的至少一个的方法，所述方法包括：
-从身体内的位置对身体内的所述目标组织进行定位；
-利用具有插入在身体内的壳体的特定装置来建立器件相对于所述目标组织的位置；
-通过以下方式中的至少一种来生成控制数据：(i)在所述组织的图像上描绘出将利用至少一个电磁辐射进行切割的路径，(ii)限定将被所述至少一个电磁辐射作用的区域，和(iii)实时地控制所述至少一个电磁辐射的位置；以及
-利用设置在所述壳体中的至少一个致动装置，基于所述控制数据来控制设置在所述壳体中的至少一个光学元件，以对至少一个光进行折射和衍射中的至少一种。
77.根据权利要求76所述的方法，其中，所述至少一个光是激光。
78.根据权利要求76所述的方法，其中，所述路径基于预定的图案。
79.一种计算机可访问介质，所述计算机可访问介质具有存储于其上的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于将激光引导到身体内的目标组织上和将激光聚焦至身体内的目标组织中的至少一个，在被硬件处理装置执行时，所述计算机可执行指令将所述硬件处理装置配置成：
-从身体内的位置对身体内的所述目标组织进行定位；
-利用具有插入在身体内的壳体的特定装置来建立器件相对于所述目标组织的位置；
-通过以下方式中的至少一种来生成控制数据：(i)在所述组织的图像上描绘出将利用至少一个电磁辐射进行切割的路径，(ii)限定将被所述至少一个电磁辐射作用的区域，和(iii)实时地控制所述至少一个电磁辐射的位置；以及
-利用设置在所述壳体中的至少一个致动装置，基于所述控制数据来控制设置在所述壳体中的至少一个光学元件，以对至少一个光进行折射和衍射中的至少一种。
80.根据权利要求79所述的计算机可访问介质，其中，所述至少一个光是激光。
81.根据权利要求76所述的计算机可访问介质，其中，所述路径基于预定的图案。
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