CN104284635A - 电手术系统、电手术设备和用于操作电手术系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种具有光学反馈功能的用于对患者的组织(200)执行电手术的电手术系统(100)。电手术设备(105)具有电极部分(110)，所述电极部分具有集成于其中的光导(114)。光学单元(160)执行对组织类型和/或状况的光学表征，并且被布置为执行对所述组织类型和/或状况的分析。控制单元(170)基于对所述组织类型和/或状况的所述分析而生成反馈控制信号(FEEDCON)，光导允许探查例如仅处于执行例如切割的所述电极部分(110)的前面几毫米的所述组织。作为由根据本发明的所述光学单元中的光谱仪执行的快速、可靠分析的结果，所述系统能够主动对哪种组织处于电手术部分的前面，即对哪种组织处于所述电手术设备或电手术“刀”的“锋刃”的前面做出反应。

Description

电手术系统、电手术设备和用于操作电手术系统的方法

技术领域

本发明涉及一种具有光学反馈功能的用于对相关联对象，例如，患者执行电手术的电手术系统。本发明还涉及对应的电手术设备、用于操作电手术系统的对应方法。

背景技术

在电手术中，将高频(HF)的，又称为射频(RF)的电流施加至组织，以便根据向组织输送电能的模式而对组织进行切割、使其凝固、使其脱水和/或对其烧灼。这样的设备在大量的手术流程中使用的事实已经表明电手术设备或电手术单元(ESU)的有用性，在临床实践中又以该设备的最初发明人之一William T.Bovie医生的名字被命名为“Bovie”设备。

外科医生能够根据电手术设备前面的组织决定使用该设备的哪一操作模式，例如，切割和/或凝固。然而，问题在于外科医生不能预先知道正处于设备下面的是哪种组织，因为组织通常看不到。因此，外科医生必须在使用模式之前做出决定，或者必须尔后对组织所发生的情况做出反应。例如，其可能造成流血，那么就必须在其后采取行动止血。另一个问题涉及并发症，因而在外科医生进行操作时，其想要避免对患者的关键组织结构造成不利影响。同样，外科医生不能预先知道，因为其不能总是预测或者确定位于前面的组织结构。

在美国专利US7749217中描述了一种电手术设备，其中，将光传输系统置于设备的手持件中(参考图1，现有技术)。所述光传输系统能够将光束聚焦到工作的电手术电极附近或上，以检测血液量，而且在检测到大量血液时电手术能量发生器的对应控制能够例如从切割模式自动切换至混合或结合的切割和凝固模式，即反应控制。此外，美国专利US7749217中公开的电手术设备具有内在的缺点，即，由于操纵部分上的远程位置的原因，所述光传输系统通常相当不精确。由于所探测到的光中的大部分被表面所反射，因而几乎不能检测到处于所述表面下面的组织的信息。而且，所述光系统只能检测血液。

本发明的发明人认识到了改进的电手术系统将带来好处，并因此设计出本发明。

发明内容

获得一种改进的电手术系统将是有利的。还期望能够在电手术系统中实现改进的光学反馈。总之，本发明优选以单一的方式或者任意组合的方式缓解、减轻或者消除上文提及的缺陷中的一者或多者。具体而言，可以将提供解决现有技术的上述问题或者其他问题的方法视为本发明的目的。

为了更好解决这些问题中的一者或多者，本发明的第一方面涉及一种具有光学反馈功能的用于对相关联对象执行电手术的电手术系统，所述系统包括：

-能够提供高频(HF)信号的电手术电源，

-电手术设备，所述设备包括：

-操纵部分，以及

-电极部分，所述电极部分电连接至所述电手术电源，以接收所述高频(HF)信号，从而在使所述电极部分与所述对象接触和/或处于所述对象附近时执行电手术，

-光导，所述光导集成到所述电极部分中，从而将离开所述光导的光出射位置和/或进入所述光导的光入射位置定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与所述光入射位置和所述光出射位置中的至少一个之间，

-用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元，所述光学单元光学连接至所述光导，以分别向所述对象的组织发射光辐射以及从所述对象的组织接收对应的光辐射，所述光学单元包括：

-能够发射辐射的光辐射源，

-能够接收来自所述组织的对应辐射、并且还被布置为执行对所述组织类型和/或状况的分析的对应光谱仪，以及

-连接至所述光学单元的控制单元，所述控制单元能够基于对所述组织类型和/或状况的所述分析来生成反馈控制信号。

本发明尤其但不是唯一地有利于获得一种电手术系统，在所述系统中，使电极部分与光导集成，所述光导耦合至光学单元，以将光耦合到接触和/或接近电极部分的切割部分，即接触和/或接近“锋刃电极”的组织中，继而收集反射回光导的光，并根据在锋刃电极前面测得的光信号生成能够用来为使用所述电手术系统的外科医生提供预测性和/或主动的反馈的反馈控制信号。

具体而言，本发明的有利之处在于，其可以实现将光耦合到接触和/或接近电极部分的切割部分的组织中，从而收集被反射回光导的组织内的漫散射光。因而，光可以传播到组织中，并且还探查了表面下更深的结构。这一点相比于主要探测来自表面的反射光的现有技术更为有利。如果电手术设备与组织接触，那么能够显著降低表面背反射。

将一个或多个光导集成到锋刃电极中的事实允许探查只处于执行例如切割的电极部分的前面例如几毫米的组织。作为由根据本发明的光学单元中的光谱仪执行的快速、可靠分析的结果，所述系统能够主动对哪种组织处于电手术部分，即电手术设备或电手术“刀”的“锋刃”的前面做出反应。例如，在接近重要的神经结构时，电手术系统可以关闭或改变模式，以避免对其切割。另一个范例是，在接近较大的血管时，能够将所述设备切换至在对血管进行切割之前预先使血管凝固的模式，等等。

此外，本发明的光谱仪的先进的分析还允许在电手术系统的使用期间对一种组织的各种状况进行区分，例如，区分正常组织和恶性组织，从而当例如在手术流程期间从患者身上去除恶性组织时得到对外科医生非常有益的辅助。

还值得注意的是，与常规手术刀一样，电手术设备的使用也极大地依赖于使用它们的外科医生的技术和经验，本发明由于促成了预测性反馈因而能够便于经验不那么多的外科医生更容易地使用，具体而言，自动避免切割到特定种类的组织的可能性可以表示相对于临床安全而言的重要优势。

电手术设备的工作电极或电极部分又称为电手术设备的“锋刃”，因为其功能与刀的切割部分类似。因而，在本申请中，用于将至少部分电能输送至组织的电手术工作电极部分可以与“锋刃”互换称谓。

在本发明的背景中，电手术设备的操纵部分可以是适于或者被布置为将所述设备握持在外科医生的手中的部分，即，手柄或手持件。然而，所述操纵部分也可以适于机器人操纵，即，一部分适于固着到手术机器人的抓取设备上，例如，所述机器人可以是da手术机器人系统。优选将所述操纵部分与所述电手术设备的电极部分电隔离。

本发明中应用的光导可以包括能够引导任何种类的电磁辐射的光导，任何种类的电磁辐射例如为红外辐射、可见光、紫外线、X射线辐射等。所述光导可以包括若干子光导，如下文将更为详细解释的。

电手术自1926年就已知了，并且可以将其广义地定义为应用高频(HF)电能以便对组织进行切割，使其凝固，使其脱水和/或对其烧灼。可以根据频率、波形、电压、电流等通过各种方式输送HF功率，如电手术领域技术人员已知的。当前，在不局限于任何具体理论的情况下，可以设想电流密度是电流经由对组织的焦耳加热带来电手术效果的机制中的决定性参数。注意，其根本上不同于所谓的电灼烧，在电灼烧中使用导电体的直流(DC)加热对组织加热。因而，对于电手术而言，可以在组织内执行加热，而不是在电极部分中。

可以通过至少两种不同的方式执行电手术；即，双极方式，其中，两个电极部分与将受到影响的组织发生接触，以及单极方式，其中，将电极部分施加到对象的组织上，并将对象身体上的更远程的电极，例如，所谓的分散式板用于返回电路。可以通过全部两种方式实施本发明。

可以将组织广义地定义为介于细胞和整个或完全有机体之间的细胞组织层面。注意，可以将血液定义为“连接”组织，尽管其具有流体特征。类似地，也可以将淋巴液和骨骼看作是连接种类的组织。

有利地，反馈控制信号可以被布置为在使用电手术系统的同时向外科医生提供反馈，例如，触觉、听觉和/或视觉反馈。额外地或备选地，可以将所述反馈控制信号传送至电手术电源，并且根据电手术系统的操作模式，所述反馈控制信号能够改变和/或终止电手术系统的当前操作模式，例如，从切割变为凝固或者其他临床相关变化。

在有利的实施例中，与具体组织部分相关的反馈控制信号可以是在对所述具体组织部分执行电手术之前生成的。因而，本发明可以在电手术的主动模式中被操作，例如，在一个模式中，电手术系统在某种程度上不会执行一些不期望的操作，即“危害安全”模式，这是由于反馈控制信号避免了电手术发生器执行特定操作或者进入特定模式。

有利地，所述电极部分可以具有细长形状，所述电极部分具有最接近操纵部分的近端以及相对于操纵部分的远端，光出射位置和/或光入射位置被定位在所述电极部分的远端。因而，根据本发明的电手术系统本身不限于实施手术的电手术设备的任何具体的几何结构或者用于将光导连同电手术设备的电极部分集成到一起的构造。

可以将根据本发明的光导划分为若干子光导，例如，划分为个体光纤。或者，可以应用若干光导。优选地，所述光导，尤其是光出射位置和光入射位置可以装配有适当的透镜或者本领域技术人员已知的用于执行组织的光学分析的其他种类的光学部件。

所述光导优选包括至少两个或三个子光导，至少一个子光导用于发射对组织进行辐照的光辐射，并且至少一个子光导用于接收来自组织的光辐射。有利地，则所述光导和所述光学单元可以被布置为提供所述组织相对于所述光导的出射位置和入射位置的空间信息和/或位置。因而，例如在具有适当布置的三个或更多子光导(光纤)的情况下，长短光路径可以提供电手术设备周围的简单空间分辨率。

其还能够使空间信息与反馈信号组合，例如，在关键血管或神经接近电手术锋刃时提高声音。

更有利地，所述反馈控制信号(FEEDCON)可以基于对组织类型和/或状况的分析，从而使其进一步取决于所述组织相对于光导的入射位置和出射位置的空间信息和/或位置。其又可以由此实现电手术设备的方向特异性操作，例如，沿特定方向切割，而沿相对于电手术设备的其他方向则不进行切割。

一般而言，用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元可以基于下述光学技术中的一个或多个：漫反射、荧光、拉曼、OCT和多光子成像。也预见到对于本领域技术人员而言可以容易地取得，从而与本发明结合的其他光学技术。更一般而言，可以在本发明的背景下应用可以通过光导(与电手术电极集成)执行光传送的任何光学技术。

有利地，用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元可以基于漫反射光谱测定技术，出射位置和入射位置被定位为具有充分的相对距离，以执行漫反射光谱测定。漫射理论可能需要特定最小相互距离，否则可以使用已知参考。

锋刃中的光导与组织接触或接近，从而使来自组织表面的反向散射光的量显著降低是尤其有利的。之后，探测散射到组织中并对组织中的更深处进行探查的光；其被称为“漫反射光”，所述技术被称为“漫反射光谱测定”。受到漫反射的光含有表面下的组织的信息，这对于分析是很重要的。

有利地，其中，所述光学单元包括专用处理器和具有组织特异性吸收系数等的数据库，从而执行组织类型和/或状况分析。

在一个实施例中，所述电手术设备还被布置为执行对组织的传导性测量，将所述测量的结果传送至控制单元，并应用于生成反馈控制信号，以实现所述系统中的更为先进的控制和反馈。

在另一实施例中，所述电手术设备还可以被布置为通过所述光导执行对组织的光学成像，将光学图像传送至控制单元，并应用于生成反馈控制信号，以实现所述系统中的更为先进的控制和反馈。

在第二方面中，本发明涉及一种应用到具有光学反馈功能的用于对相关联对象执行电手术的电手术系统中的电手术设备，所述设备包括：

-操纵部分，以及

-电极部分，所述电极部分被布置为电连接至电手术电源，以接收所述高频(HF)信号，从而在使所述电极部分接触所述对象和/或处于所述对象附近时执行电手术，以及

-光导，所述光导集成到所述电极部分中，从而将离开所述光导的光出射位置和/或进入所述光导的光入射位置定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与所述光入射位置和所述光出射位置中的至少一个之间。

在第三方面中，本发明涉及一种用于操作具有光学反馈功能的用于对相关联对象执行电手术的电手术系统的方法，所述方法包括：

-提供能够提供高频(HF)信号的电手术电源，

-提供电手术设备，所述设备包括：

-操纵部分，以及

-电极部分，所述电极部分电连接至所述电手术电源，以接收所述高频(HF)信号，从而在使所述电极部分接触所述对象和/或处于所述对象附近时执行电手术，

-光导，所述光导集成到所述电极部分中，从而将离开所述光导的光出射位置和/或进入所述光导的光入射位置定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与所述光入射位置和所述光出射位置中的至少一个之间，

-提供用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元，所述光学单元光学连接至所述光导，以分别向所述对象的组织发射光辐射(120)以及从所述对象的组织接收对应的光辐射，所述光学单元包括：

-能够发射辐射的光辐射源，

-能够接收来自所述组织的对应辐射、并且还被布置为执行对所述组织类型和/或状况的分析的对应光谱仪，并且

-提供连接至所述光学单元的控制单元，所述控制单元能够基于对所述组织类型和/或状况的所述分析来生成反馈控制信号(FEEDCON)。

总之，可以通过在本发明范围之内的任何可能方式组合并结合本发明的各方面。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点从下文所述实施例将变得显而易见并将参考下文所述实施例得以阐述

附图说明

将参考附图仅通过举例描述本发明的实施例，附图中

图1是来自美国专利US7749217的电手术设备的现有技术范例，

图2是根据本发明的电手术系统的示意图，

图3是根据本发明的电手术设备的示意图，

图4-7是根据本发明的各种电手术设备的示意图，

图8示出了人体中存在的一些最为重要的生色团，即血液、水和脂肪的吸收谱，并且

图9是根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1是来自美国专利US7749217的电手术设备的现有技术范例，其中，将光传输系统定位于设备的手持件12中。所述光传输系统能够将光束聚焦到工作的电手术电极16附近或上，以检测血液量，并且在检测到大量血液时电手术能量发生器(未示出)的对应控制能够例如从切割模式自动切换至混合或结合的切割和凝固模式，即所述电手术设备的反应控制。

图2是根据本发明的电手术系统100的示意图。电手术系统100具有光学反馈功能以对相关联对象的组织200执行电手术。所述系统包括能够提供用于电手术的高频(HF)信号的电手术电源150。

此外，电手术设备105包括用于由外科医生或机器人设备(两者均未示出)进行操纵的操纵部分130，以及电极部分110，所述电极部分如箭头151所示电连接至电手术电源ESG150，以接收所述高频HF信号，从而在使电极部分110与所述对象200接触和/或处于所述对象200附近时执行电手术。

额外地，所述电手术设备具有光导114，所述光导被集成到所述电极中，从而将光导的光出射位置和光入射位置115定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与光出射位置和光入射位置之间。在这一构造中，光出射位置和光入射位置是相同的，但是下文将示出不是这种情况下的其他构造。

用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元160光学连接至所述光导，以如双箭头虚线120所示分别将光学辐射发射至对象的组织200并从对象的组织200接收对应的光学辐射。所述光学单元包括能够发射辐射的光辐射源160a，以及能够接收来自组织的对应辐射并且还被布置为执行对组织类型和/或状况的分析的对应光谱仪160b，如下文将更为详细解释的。

此外，所述电手术系统包括连接至光学单元160的控制单元170，所述控制单元能够基于对组织类型和/或状况的分析而生成反馈控制信号FEEDCON。在图2中，将信号FEEDCON示为用于控制电手术发生器150，例如，反馈环路能够自动选择电发生器150的操作模式。

在图3A中，通过示意性截面图示出了根据本发明的电手术设备105的实施例。电手术设备105包括锋刃或延伸部109连同附着于其上的电极部分110，所述锋刃或延伸部具有两个集成到锋刃109中的光导114a和114b以及电极部分，如图所示。光导114连接至光学控制台160(图3未示出)。电极110电连接至电控制台150，电控制台150能够向锋刃发送电信号，从而引生各种处置，例如，对组织进行切割、使其凝固、使其脱水和/或对其烧灼。电极110能够对组织200执行这些处置。因而，电手术设备105包括操纵部分130、延伸部109(在其上使电极部分110与光导114集成)和光出射位置和光入射位置115，所述光出射位置和光入射位置使所述电极部分的至少留下的部分处于操纵部分130与位置150之间，或者换言之，按照直接物理距离测量，或者按照沿电手术设备105的投影测量，电极110的离操纵部分130最近的部分比光出射位置和光入射位置115更接近操作部分130。

在这一实施例的前视图3B中示出了光出射位置114a和光入射位置114b，连同覆盖着延伸部109的圆形的周缘部分的电极部分110。光出射位置和光入射位置115之间的距离d对于漫反射光谱测定是很重要的，因为这一距离确定了准确度，并且还确定了所述漫反射光谱测定所探查的区域的空间深度，探查深度大致为d/2。电手术设备105根据手术应用和状况可以具有其他形状，从前视图来看，可以为矩形、方形、椭圆形等。此外，电极部分110可以覆盖电手术设备105的周缘部分的全部或仅一部分。或者，电极部分110可以完全覆盖延伸部109，只留下通往光出射位置和光入射位置115的专用小孔。再或者，可以通过诸如传导玻璃或光透明金属的传导透明材料来透射光出射位置和光入射位置115，从而使电极部分110能够完全覆盖连接至操纵部分130的延伸部109。

根据本发明的优选实施例，将光导114a之一连接至光学控制台160中的光源，所述光源将照射与锋刃110接触的组织。由第二光导114b收集通过与锋刃110接触的组织200传播的散射光，并将所述散射光引导向光学单元160，参照图2。在这里对光进行光谱分析。能够由光谱特征确定处于电极部分110前面的组织类型和/或状况。例如，使用白光源并探测漫反射光，能够检测到诸如水、血脂、血氧、胆汁、β胡萝卜素等的各种生色团的存在和浓度。之后，使用这些参数识别诸如神经组织、血管、肌肉组织等的组织。在下述参考文献中描述了对此进行分析的方式：

J.Farrel,M.S.Patterson和B.C.Wilson的“A diffusion theory model ofspatially resolved,steady-state diffuse reflectance for the non-invasivedetermination of tissue optical properties”(Med.Phys.19(1992)第879-888页)。

R.Nachabé，B.H.W.Hendriks，A.E.Desjardins，M.van der Voort，M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of lipid and waterconcentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from900to1600nm”(J.Biomed.Opt.15，037015(2010))。

Rami Nachabé，Benno H.W.Hendriks，Marjolein van der Voort，AdrienE.Desjardins和Henricus J.C.M.Sterenborg的“Estimation of biologicalchromophores using diffuse optical spectroscopy:benefit of extending theUV-VIS wavelength range to include1000to1600nm”(Optics Express18(2010)第l432页)。

Rami Nachabé，Daniel J.Evers，Benno H.W.Hendriks，Gerald W.Lucassen，Marjolein van der Voort，Jelle Wesseling和Theo J.M.Ruers的“Effect of bile absorption coefficients on the estimation of liver tissue opticalproperties and related implications in discriminating healthy and tumoroussamples”(Biomedical Optics Express2(2011)第600页)。

也能够使用荧光检测确定组织成分，参考hang等人，Optics Letters25(2000)第1451页。

通过引用将所有上述参考文献全文并入本文。

在操纵部分130上能够具有模式选择开关(未示出)，从而根据光学控制台160识别出的信号选择不同的操作模式。

图4-7是与图3所示的变型类似的根据本发明的各种电手术设备的示意图。

在图4中，电极部分110覆盖延伸部109的整个周缘，如从图4B的前视图看出的。此外，将电极部分110b定位在中央部分中。电极部分110b例如，在双极电手术中可以相对于外围的电极部分110a、110c处于另一电势处。

通常可以利用两个、三个、四个、五个或更多电极实施本发明，根据设计规格或手术状况要求，每个电极均可被独立控制或者被共同控制。

在这一实施例中，设备105中使用的光纤或子光导114具有金属缓冲器。所述缓冲器一方面为光纤提供了保护，使其避免受到电手术产生的热的损害，另一方面其能够充当电连接。此外，所述金属缓冲器还可以用于通过使用锡焊或熔焊而不是胶粘将光纤安装到延伸部109中。在将不只一个子光导114集成到延伸部109中时，能够使用金属缓冲器之间的电阻测量结果选择所要使用的光纤。还能够对锋刃的金属部分进行分段，使得甚至方向性切割是可能的。

在图5中，另一实施例具有三个子光导114a、114b、114c，它们分别具有对应的光出射位置和光入射位置115a、115b、115c，所述三个子光导能够用于检测并避免由于在组织内操作锋刃电极而产生的组织表征中的假象。电手术处置可以改变锋刃电极紧密附近的组织的光学性质，并由此影响组织区分。例如，在操作期间局部组织环境的水含量通常会蒸发，蒸发程度取决于操作模式(例如，切割、凝固、脱水、烧灼)。

如果存在两个光导，如图3和图4所示，那么能够通过将光纤距离d选择为充分大，从而使探查体积处于锋刃前面的充分大的d/2距离处并因此不含有来自锋刃附近的当前处置组织的显著贡献，来避免光学组织表征中的假象的影响。对于这种情况而言，应当选择足够大的d以确保对于所有可用的操作模式(例如，切割、凝固、脱水、烧灼)而言都使得假象最小化。

如果像图5的这一实施例中一样存在两个以上的光导，那么能够探查到锋刃前面的不同距离处的不同体积。在这种情况下，处置对光信号的可能的影响将不被视作是假象，而是可以帮助医师决定是必须继续当前部位的处置还是能够停止当前部位的处置的额外信息来源。

例如，其允许利用处置期间光信号的变化来监测接近锋刃的辐射R1(从出射位置115a出来并进入入射位置115b的粗虚线箭头)所穿越的体积中的处置的进展。同时，离电极部分110较远的辐射R2(也是从出射位置115a出来，但是进入入射位置115c的粗虚线箭头)所穿越的组织体积则不受或者不显著受处置的影响，并提供来自附近的未经处置的组织的信息。这允许医师决定何时何处继续附近组织中的处置和/或在有必要的情况下切换至不同的操作模式。

在与具有三个子光导的图5的实施例类似的图6中，具有不同的光导配置，因而在这一实施例中，子光导114a和114c相对于具有电极部分110a和110c的细长延伸部109朝向侧面位置。因而，在图6C的对延伸部109的顶视图中，子光导114a穿过电极部分110终止于光学位置115a，如该图示意性所示。这将使得空间和方向信息能够从由漫反射光谱测定进行的光学分析中检索到，例如，通过使光辐射从光学端部位置115b出射并经由反射性散射重新进入光学入射位置115a和115c。在这一实施例中，各个子光导远端处于电极部分110的不同位置上，使得组织结构的取向检测变为可能。例如，在将光导对定位于延伸部109的相对位置处时，这能够根据电手术电极部分110从哪一侧接近所述结构而被推断出。

在图7中，示出了又一实施例，其中，电手术设备105包括延伸部109的顶端部分111，顶端部分111可连同光出射位置和光入射位置115一起发生位移，如双箭头A所示。因而，子光导114也是柔性的或者是可延伸的。因而，能够将电极110与集成的、非传导尖锐顶端部分111组合，顶端部分111含有用于锋刃电极110前面的光学组织表征的两个或更多光导114a和114b。

例如，针状顶端部分或者顶端件111由非传导材料制成并且具有两个光导114a和114b，两个光导114a和114b能够用于插入电极部分或“锋刃”110前面的组织200(未示出)，并用于对组织体积进行光学表征。可以对顶端件111的突出程度进行选择，从而使得电极110和光导115的末端之间具有充分的距离，由此允许在不受可能出现在锋刃电极110的紧密附近中的处置假象的影响的情况下表征锋刃前面的组织。

这一设计的一个优点在于，当在操作期间使电极部分或锋刃110朝前移动时，所述设备提供了探查处于正在靠近的锋刃前面的特定距离处的未受处置的组织的可能性。

也能够通过某种方式设计顶端件111，使得允许对其从锋刃110的突出程度进行调整，并由此对锋刃电极和光导末端之间的距离进行调整。医师能够选择最适于当前处置方法和组织类型的距离。这一实施例扩展了所述设备的能力，以探查处于锋刃电极前面的多个距离处的未经处置的组织体积。

在图7的实施例中，将顶端部分111的突出程度示意性示为朝前的线性位移，如双箭头A所示，但是也可以设想其他位移，例如，枢轴位移或者侧向位移。

图8示出了人体中存在的一些最为重要的生色团，即血液、水和脂肪的吸收谱，以应用于下面的算法中。示出了根据波长的去氧血红蛋白(Hb)524、氧合血红蛋白(HbO2)526、水528和脂肪530。

在下文中描述了用于从反射光谱测定法的光谱中提取信息的算法。本申请的发明人参与了能够用于由反射谱导出不同组织生色团(例如，血红蛋白、氧合血红蛋白、水、脂肪、胶原蛋白和弹性蛋白)的诸如散射系数和吸收系数的光学组织性质的算法的开发。这些性质在正常组织和病变组织之间可能存在不同。基于这一知识，能够对各种组织进行区分和/或对组织的各种状况进行区分。本发明的发明人开发出了这一算法，从而能够在利用本申请中描述的电手术系统执行电手术的背景下执行充分确定的快速光学分析。

将利用通过分析导出的用于反射光谱测定法的方程来执行谱拟合，最近在以本申请的一些发明人为作者的以下科学文献中已经对此给出了描述：Nachabé等人的“Estimation of lipid and water concentrations in scatteringmedia with diffuse optical spectroscopy from900to1600nm”(Journal ofBiomedical Optics15(3)，1(2010年五月/六月))，在此通过引用将该文献全文并入本文，并且在下文中将其称为[Nachabé2010a]。本作者的另一篇科学文献为R.Nachabé等人的“Estimation of biological chromophores usingdiffuse optical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength rangeto include1000to1600nm”(Optics Express18，第1432-1442页(2010))，在此通过引用将该文献全文并入本文，并且下文将其称为。

在[Nachabé2010a]的第2部分中，更具体而言在2.3这一部分中描述了漫反射模型。通过下式给出了反射分布R：

$\begin{array}{c}R\left(\mathrm{\ρ}\right)=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}R(\mathrm{\ρ},z_0)\mathrm{\δ}(z_0-1/{\mathrm{\μ}}_t^{\′})d{z}_0\\ =\frac{d}{4\mathrm{\π}}[\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_t^{\′}}({\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}+\frac{1}{{\tilde{r}}_1})\frac{e^{-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}{\tilde{r}}_1}}{{\tilde{r}}_2^2}+(\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_t^{\′}}+2z_b)({\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}+\frac{1}{{\tilde{r}}_2})\frac{e^{-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}{\tilde{r}}_2}}{{\tilde{r}}_2^2}]\end{array}---\left(1\right)$

其中

${\tilde{r}}_1={[{\mathrm{\ρ}}^2+{(1/{\mathrm{\μ}}_t^{\′})}^2]}^{1/2}$

${\tilde{r}}_2={[{\mathrm{\ρ}}^2+{((1/{\mathrm{\μ}}_t^{\′})+2z_b)}^2]}^{1/2}$

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}==\sqrt{3{\mathrm{\μ}}_a[{\mathrm{\μ}}_a+{\mathrm{\μ}}_s(1-g)]}$

在这一方程中，描述与组织的相互作用的概率的三个宏观参数是：均以cm^-1为单位的吸收系数μ_a和散射系数μ_s以及作为散射角的平均余弦的g。此外，通过下式给出了表示与组织相互作用的总机会的总的简化的衰减系数μ_t'

μ_t'＝μ_a+μ_s(1-g)  (2)

反射系数a'是相对于相互作用的总概率而言的散射概率

a'＝μ_s/μ_t'  (3)

我们假设处于深度z₀＝1/μ_t'上的点源，并且无边界失配，因而z_b＝2/(3μ_t')。

为了简化方程，我们引入了简化的散射系数μ_s'，其定义为：

μ_s'＝μ_s(1-g)  (4)

本领域技术人员将认识到，选择哪一散射系数(简化的散射系数μ_s'或者传统的散射系数μ_s)的选择主要是方便的问题，因为能够从一个方便地转换为另一个(对g使用合理的猜测或计算)。因而，此后应当理解也能够利用μ_s完成涉及μ_s'的任何运算，反之亦然。

此外，我们假设能够将简化的散射系数写作：

μ_s'(λ)＝aλ^-b  (5)

其中，λ是波长，并且a和b是固定参数。

正常组织中主导可见光范围和近红外范围的吸收的主要吸收成分是血液(即血红蛋白)、水和脂肪。

总吸收系数是探查的样本中的生色团(例如，血液、水和脂肪)的吸收系数(如图8所示)的线性组合。血液主导可见光范围的吸收，而水和脂肪则主导近红外范围的吸收。

对于每一成分而言，必须使图8所示的值乘以其体积分率。通过在使用针对散射的幂定律的同时拟合上述公式，能够确定所存在的生色团(例如，血液、水、脂肪、胶原蛋白和弹性蛋白)的体积分率以及散射系数。利用这一方法，能够将测得的光谱转换成能够用于例如区分不同组织的生理参数。

应当注意，能够通过各种方式执行表示相关联组织200的光谱的数据的测量，例如，借助处于光路径中的不同位置上的各种滤波系统、按照一个或多个划定的波长带进行发射的一个或多个光源160a、或者针对不同的划定波长带的光谱仪(包括探测器)、或适用于不同的划定波长带的探测器。这是本领域技术人员普遍理解的。还能够在源位置处利用不同的调制频率对各个波长带进行调制，并在探测器处对其解调(在已公开的专利申请WO2009/153719中对这一技术给出了描述，在此通过引用将其全文并入文本)。能够在不背离本发明的范围的情况下设想各种其他修改，例如，使用包括一个或多个探测器的不只一个光谱仪160b或者使用具有不同波长带的不只一个光源，例如，发光二极管(LED)或激光源。

因而，图8示出了人体中存在的一些最为重要的生色团，即血液、水和脂肪的吸收谱。该图示出了根据波长的去氧血红蛋白(Hb)524、氧合血红蛋白(HbO2)526、水528和脂肪530的吸收系数。注意，血液主导可见光范围的吸收，而水和脂肪则主导近红外范围的吸收。该图的第一水平轴上是以纳米(nm)给出的波长(λ，lambda)，第二纵轴上是以厘米倒数(1/cm)给出的吸收系数μ_a(mu_a)。

图9是根据本发明的用于操作具有光学反馈功能的用于对相关联对象执行电手术的电手术系统100的方法的流程图，所述方法包括：

S1提供能够提供高频(HF)信号的电手术电源150，

S2提供电手术设备105，所述设备包括：

-操纵部分130，以及

-电极部分110，所述电极部分电连接至所述电手术电源，以接收所述高频(HF)信号，从而在使所述电极部分接触所述对象和/或处于所述对象附近时执行电手术，

-光导114，所述光导集成到所述电极部分中，从而将离开所述光导的光出射位置115a和/或进入所述光导的光入射位置115b定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与所述光入射位置和所述光出射位置中的至少一个之间，

S3提供用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元160，所述光学单元光学连接至所述光导，以分别向所述对象的组织发射光辐射120以及从所述对象的组织接收对应的光辐射，所述光学单元包括：

-能够发射辐射的光辐射源160a，

-能够接收来自所述组织的对应辐射、并且还被布置为执行对所述组织类型和/或状况的分析的对应光谱仪160b，并且

S4提供连接至所述光学单元的控制单元170，所述控制单元能够基于对所述组织类型和/或状况的所述分析来生成反馈控制信号FEEDCON。

简而言之，本发明涉及一种具有光学反馈功能的用于对患者的组织200执行电手术的电手术系统100。电手术设备105具有电极部分110，所述电极部分具有集成于其中的光导114。光学单元160执行对组织类型和/或状况的光学表征，并且被布置为执行对组织类型和/或状况的分析。控制单元170基于对组织类型和/或状况的分析而生成反馈控制信号FEEDCON。光导允许探查仅处于执行例如切割的电极部分110的前面例如几毫米的组织。作为由根据本发明的光学单元中的光谱仪执行的快速、可靠分析的结果，所述系统能够主动对哪种组织处于电手术部分，即电手术设备或电手术“刀”的“锋刃”的前面做出反应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实施请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，量词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，所述介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种具有光学反馈功能的用于对相关联对象执行电手术的电手术系统(100)，所述系统包括：

-能够提供高频(HF)信号的电手术电源(150)，

-电手术设备(105)，所述设备包括：

-操纵部分(130)，以及

-电极部分(110)，所述电极部分电连接至所述电手术电源，以接收所述高频(HF)信号，从而在使所述电极部分与所述对象接触和/或处于所述对象附近时执行电手术，以及

-光导(114)，所述光导集成到所述电极部分中，从而将离开所述光导的光出射位置(115a)和/或进入所述光导的光入射位置(115b)定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与所述光入射位置和所述光出射位置中的至少一个之间，

-用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元(160)，所述光学单元光学连接至所述光导，以分别向所述对象的组织发射光辐射(120)以及从所述对象的组织接收对应的光辐射，所述光学单元包括：

-能够发射辐射的光辐射源(160a)，

-能够接收来自所述组织的对应辐射、并且还被布置为执行对所述组织类型和/或状况的分析的对应光谱仪(160b)，以及

-连接至所述光学单元的控制单元(170)，所述控制单元能够基于对所述组织类型和/或状况的所述分析来生成反馈控制信号(FEEDCON)。

2.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，所述反馈控制信号被布置为在使用所述电手术系统的同时向外科医生提供反馈，例如触觉、听觉和/或视觉反馈。

3.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，所述反馈控制信号被传送至所述电手术电源，并且，根据所述电手术系统的操作模式，所述反馈控制信号能够改变和/或终止所述电手术系统的当前操作模式。

4.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，与具体组织部分相关的所述反馈控制信号是在对所述具体组织部分执行电手术之前生成的。

5.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，所述电极部分具有细长形状，所述电极部分具有最接近所述操纵部分的近端以及相对于所述操纵部分的远端，所述光出射位置和/或所述光入射位置被定位在所述电极部分的所述远端。

6.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，所述光导包括至少两个或三个子光导，至少一个子光导用于发射对组织进行辐照的光辐射，并且至少一个子光导用于接收来自所述组织的光辐射。

7.根据权利要求6所述的电手术系统，其中，所述光导和所述光学单元被布置为提供所述组织相对于所述光导的出射位置和入射位置的空间信息和/或位置。

8.根据权利要求7所述的电手术系统，其中，基于对所述组织类型和/或状况的所述分析的所述反馈控制信号(FEEDCON)还取决于所述组织相对于所述光导的出射位置和入射位置的所述空间信息和/或位置。

9.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，用于对组织类型和/或状况进行光学表征的所述光学单元基于下述光学技术中的一个或多个：漫反射、荧光、拉曼、OCT和多光子成像。

10.根据权利要求1和6所述的电手术系统，其中，用于对组织类型和/或状况进行光学表征的所述光学单元基于漫反射光谱测定技术，所述出射位置和所述入射位置被定位为具有充分的相对距离，以执行漫反射光谱测定。

11.根据权利要求10所述的电手术系统，其中，所述光学单元包括专用处理器和具有组织特异性吸收系数的数据库，以执行组织类型和/或状况分析。

12.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，所述电手术设备还被布置为执行组织的传导性测量，所述测量的结果被传送至所述控制单元，并被应用于生成所述反馈控制信号。

13.根据权利要求1所述的电手术系统，其中，所述电手术设备还被布置为通过所述光导执行对组织的光学成像，光学图像被传送至所述控制单元，并被应用于生成所述反馈控制信号。

14.一种应用于具有光学反馈功能的用于对相关联对象执行电手术的电手术系统(100)中的电手术设备(105)，所述设备包括：

-操纵部分(130)，以及

-电极部分(110)，所述电极部分被布置为电连接至电手术电源，以接收所述高频(HF)信号，从而在使所述电极部分接触所述对象和/或处于所述对象附近时执行电手术，以及

-光导(114)，所述光导集成到所述电极部分中，从而将离开所述光导的光出射位置(115a)和/或进入所述光导的光入射位置(115b)定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与所述光入射位置和所述光出射位置中的至少一个之间。

15.一种用于操作具有光学反馈功能的用于对相关联对象执行电手术的电手术系统(100)的方法，所述方法包括：

-提供能够提供高频(HF)信号的电手术电源(150)，

-提供电手术设备(105)，所述设备包括：

-操纵部分(130)，以及

-电极部分(110)，所述电极部分电连接至所述电手术电源，以接收所述高频(HF)信号，从而在使所述电极部分接触所述对象和/或处于所述对象附近时执行电手术，

-光导(114)，所述光导集成到所述电极部分中，从而将离开所述光导的光出射位置(115a)和/或进入所述光导的光入射位置(115b)定位为使所述电极部分的至少一部分处于所述操纵部分与所述光入射位置和所述光出射位置中的至少一个之间，

-提供用于对组织类型和/或状况进行光学表征的光学单元(160)，所述光学单元光学连接至所述光导，以分别向所述对象的组织发射光辐射(120)以及从所述对象的组织接收对应的光辐射，所述光学单元包括：

-能够发射辐射的光辐射源(160a)，

-能够接收来自所述组织的对应辐射、并且还被布置为执行对所述组织类型和/或状况的分析的对应光谱仪(160b)，并且

-提供连接至所述光学单元的控制单元(170)，所述控制单元能够基于对所述组织类型和/或状况的所述分析来生成反馈控制信号(FEEDCON)。