CN106572878A - 具有光学反馈的组织封闭设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在组织封闭过程期间确定组织封闭的状态的方法。根据所公开的方法，光学探查射束被用于照射组织区域。根据已经通过所述组织区域或者已经由所述组织区域返回的所述光学探查射束的部分来生成指示所述组织区域中的光学散射的信号。通过光学散射信号中的转折点和拐点在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。还公开了一种用于根据所述方法使用的基于能量的组织封闭或组织切割设备。

Description

具有光学反馈的组织封闭设备
技术领域
本发明涉及一种用于指示组织封闭的状态的方法，并且具体应用于手术领域。所述方法可以与基于能量的组织封闭或组织切割设备结合使用。
背景技术
在手术中，基于能量的组织封闭设备被用在诸如腹腔镜检查的流程中，以止血地封闭血管和动脉。这样的设备，也已知为组织黏合或组织熔接(tissue-welding)设备，向组织区域应用热，以便诱发诸如蛋白质的变性、组织的脱水的组织变换并且更改胶原蛋白键。通常通过例如在诸如由Covidien公司销售的LigasureTM的夹钳设备中的接触组织的电极以射频(RF)或高频RF的形式向组织区域递送能量。设想了其他设备以光学或热能量的形式向组织区域递送能量。在利用基于能量的组织切割设备的介入之后，在某种程度上还能够在其余组织上出现组织封闭。
由于组织成分会在不同患者之间和在身体的不同部分中显著地改变，因此分别在封闭或切割过程期间对组织封闭或组织切割设备设置进行调整通常是必要的，以便获得最佳的可能封闭。目前，组织的热和电阻抗被用作反馈信号以控制设备的RF设置。然而，这些参数通常仅提供关于组织的部分信息，这限制由这样的反馈提供的益处。
美国专利5762609涉及在这样的手术工具中对光学反馈的使用，其中，其公开了在组织熔接设备中在手术介入期间动态地确定组织状态。US5762609公开了在特定波长处测量光学透射，并且测量光学参数，诸如吸光度、散射、各向异性因子、弹性散射、偏振和荧光性。通过诸如类别分析和部分成分回归的经验性分析和技术，使用这样的数据，对特定组织状态的确定被建议为可能的。
为了解决以上技术和系统的缺点，本发明试图改进在组织封闭或组织切割过程期间形成的组织封闭的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于识别诸如组织封闭的开始和组织封闭的终止的组织状态的经改进的方法。该方法可以在组织封闭过程期间使用，以便确认组织封闭的完整性，并且还控制被用在这样的流程中的组织封闭或组织切割设备的封闭功率或能量。本发明的另外的目的是提供一种用于与所述方法结合使用的设备。
根据本发明的一个方面，公开了一种用于确定组织封闭的状态的方法。所述方法包括以下步骤：利用光学探查射束来照射组织区域；接收已经通过所述组织区域或者已经由所述组织区域返回的光学探查射束的至少部分；根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的光学散射的信号；基于所述光学散射信号中的转折点和拐点在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。所述方法可以被用于更为准确地指示组织封闭的开始。所述组织区域备选地可以是基于能量的组织封闭或组织切割设备的组织封闭区。
根据本发明的另一方面，还基于所述光学散射信号中的第二转折点来指示组织封闭的开始，其中，所述光学散射信号中的所述第二转折点在所述拐点之后。对第二转折点的监测改进了组织封闭的开始的指示的可靠性。
根据本发明的另一方面，还基于所述光学散射信号中的第二拐点来指示组织封闭的开始，其中，所述光学散射信号中的所述第二拐点在所述第二转折点之后。对所述第二拐点的监测改进了组织封闭的开始的指示的可靠性。
根据本发明的另一方面，所述方法还包括指示组织封闭的终止的步骤。基于所述光学散射信号中的第三转折点来指示组织封闭的终止，其中，所述光学散射信号中的所述第三转折点在所述第二转折点之后。组织封闭的终止的确定在识别何时降低或关闭组织封闭设备的功率以便防止组织的炭化中是重要的。
根据本发明的另一方面，所述方法还包括根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的水含量的信号的步骤；其中，紧接在所述转折点之前还基于组织中的水含量的减少来指示组织封闭的所述开始。以这种方式对水含量的监测可以被用于确认组织封闭的开始。
根据本发明的另一方面，所述方法还包括根据所接收的光学探查射束来生成指示以下中的至少一项的信号的步骤：在所述组织区域中的水、胶原蛋白、脂质、弹性蛋白、β-胡萝卜素、番茄红素、α-胡萝卜素、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白、高铁血红蛋白或外源性染料含量；其中，还基于穿过预定阈值的所述参数中的至少一个参数来指示组织封闭的开始或者指示组织封闭的终止。这样的额外的信号的生成可以被用于进一步改进对组织封闭的状态的确定的准确度。
根据本发明的另一方面，公开了一种具有用于执行本发明的各个方法方面的指令的计算机程序产品。所述计算机程序产品可以是计算机可读数据载体，诸如CD、DVD、磁盘驱动器、存储卡、ROM、RAM或者存储在服务器上的能下载的文件。
根据本发明的其他方面，公开了根据以上组织状态来控制热或光学组织封闭设备的组织封闭功率的方法，以及采用这样的方法的各种组织封闭或组织切割设备。
附图说明
图1示意性图示了夹钳型组织封闭工具101，其具有嵌入在其夹钳口中的光纤。
图2图示了存在于人体中的最为重要的发色团中的一些，尤其是血液、水和脂质，的可见和近红外范围中的光学吸收谱。
图3图示了胶原蛋白、弹性蛋白、NADH和FAD的作为波长的函数的荧光强度。
图4图示了在猪肠的示范性部分上执行的两个分离的组织封闭流程期间的组织的光学散射的时间相关性。
图5图示了组织的水含量的对应时间相关性。
图6示意性图示了另一种夹钳型组织封闭工具601，其具有嵌入在其夹钳口中的光纤。
图7图示了在组织封闭过程的各个阶段期间的作为时间(步1到17，水平轴)的函数的透射(积分带强度，垂直轴)。
具体实施方式
为了改进在组织封闭过程期间对组织状态的确定，关于钳子或者其中RF能量被用于封闭组织的夹钳型组织封闭设备描述了本发明。然而，应当意识到，本发明还适用于在具有其他形式的能量递送以及在封闭期间的其他形式的组织保留的组织封闭设备中识别组织封闭状态。本发明还应用于诸如电手术刀的组织切割设备中。在这样的设备中，由所述刀对组织的切割可以用于封闭其余的组织；结果，本发明可以被用于监测所得到的封闭的完整性并且提供向切割过程反馈以优化所述封闭。本发明的方法通常还应用于手术探头；例如，在组织封闭过程已经被执行之后的组织封闭状态的确定。
本发明源于对在基于能量的组织封闭过程期间对组织成分发生的特异性改变的洞悉。通过监测指示这些改变的光学参数，可以提供组织封闭的状态的更准确的确定。
图1示意性图示了夹钳型组织封闭工具101，其具有嵌入在其夹钳口中的光纤。图1的组织封闭工具被用于生成与组织封闭的不同状态相对应的实验光学数据。在图1中，示出了两条光纤102、103。源光纤102被用于利用光学探查射束来照射示范性组织区域104，诸如人类或动物身体的部分；并且检测器光纤103接收已经由封闭工具101的组织封闭区域105内的组织区域104返回的光学探查射束中的一些。在该配置中，光学反射和散射令由源光纤102递送的光学探查射束的一些返回到检测器光纤103；光学探查射束的其余部分透射通过组织区域104，或者在其内(由此在组织封闭区域105内)被吸收。光纤102、103分别在其远端106、107处与未示出的光源和未示出的分光光度计通信。使用生成从可见波长范围到红外的波长的宽带卤素光源，所述源具有在400nm到1700nm的范围中的显著发射。这样的配置通常被称为漫反射装置。在操作期间，所述分光光度计测量已经由组织封闭区域105内的组织104返回的光学探查射束的谱。在组织封闭期间，组织封闭工具101的夹钳口108、109被靠近到示范性组织区域104上，而RF功率被应用到嵌入在夹钳口108、109内的电极，以便将能量递送到组织区域，以便加热并且最终封闭所述组织。结果，可以在组织封闭过程期间随时间采集已经由组织封闭区域105返回的探查射束的光谱。这些谱通常由光学反射和散射效应来主导。
在图1中图示的设备被用于调查在猪肠的示范性部分上执行的组织封闭过程期间随时间发生的漫反射谱中的改变。光学参数随后使用算法从所述谱中提取，发明人先前已经对所述算法的开发做出了贡献。所述算法能够被用于根据反射谱来导出光学组织性质，诸如不同组织发色团的散射系数和吸收系数：例如，去氧血红蛋白、氧合血红蛋白、高铁血红蛋白、胆汁、β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、番茄红素、水、脂质、胶原蛋白、弹性蛋白以及外源性染料。这些性质可以在组织封闭流程的过程期间改变，并且也在不同组织类型之间不同。基于该知识，能够在各种组织封闭状态、不同种类的组织之间进行辨别和/或在组织的各种状况之间进行辨别。本发明已经开发了这种算法，使得能够在利用电手术系统执行电手术的背景下执行足够确定和实时的光学分析，如在本申请中所描述的。
为了提取期望的光学参数，可以使用定制的Matlab 7.9.0(Mathworks，Natick，MA)算法来拟合所采集的谱。在该算法中，实施广泛接受的分析模型，亦即，由T.J.Farrel、M.S.Patterson和B.C.Wilson的参考文献“A diffusion theory model of spatiallyresolved,steady-state diffuse reflectance for the non-invasive determinationof tissue optical properties”(Med.Phys.19(1992)，第879-888页)所介绍的模型，通过引用将其整体并入本文。针对该参考文献的模型的输入参数是吸收系数μa(λ)、降低的散射系数μs’(λ)以及在探头的端部处的发射和收集光纤之间的中心到中心的距离。
在以下部分中，将简要解释所述模型。所使用的公式主要基于Nachabé等人的工作，并且因此参考R.Nachabe、B.H.W.Hendriks、M.van der Voort、A.E.和H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of biological chromophores using diffuseoptical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength range toinclude 1000to 1600nm”(Optics Express，第18卷、第1432-1442页(2010))，通过引用将其整体并入本文，并且此外，参考R.Nachabe、B.H.W.Hendriks、A.E.Desjardins、M.van derVoort、M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of lipid and waterconcentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from900to 1600nm”(J.Biomed.Opt.15，037015(2010))，通过引用将其整体并入本文。
双幂律函数能够被用于描述降低的散射的波长相关性，其中，波长λ以nm来表达并且被归一化到λ0＝800nm的波长值。参数α对应于在该特定波长处的降低的散射幅度。
在该等式中，降低的散射系数被表达为米氏散射和瑞利散射的和，其中，ρMR是米氏对总降低的散射分数。米氏散射的降低的散射斜率被指代为b并且与粒子尺寸相关。针对吸收体的均匀分布，总光吸收系数μa(λ)能够被计算为吸收体的消光系数和体积分数的乘积(参见图2)：
该总吸收能够被写为：
其中，μa 组织(λ)是由于血液、水和脂质的吸收，并且其中，μa 其他(λ)对应于其余的发色团，诸如β-胡萝卜素、高铁血红蛋白、胆汁、胶原蛋白、弹性蛋白。
替代于将吸收系数μa 组织(λ)建模为由感兴趣的四种发色团的相应浓度加权的吸收系数的和，决定将针对血液、水和脂质的组织吸收系数表达为：
其中，对应于通过血液的吸收，并且对应于通过被探查的体积中的水和脂质一起的吸收。水和脂质的体积分数为νWL＝[脂质]+[水]，而v血液表示针对150mg/ml的整体血液中的血红蛋白的浓度的血液体积分数。
因子C是波长相关的校正因子，其考虑颜料包装的效应并且针对吸收谱的形状进行更改。该效应能够通过如下事实来解释：组织中的血液被限制于总体体积，亦即血管的非常小的分数。因此，在血管的中心附近的红血细胞比在周边处的那些红血细胞吸收更少的光。有效地，当在组织内均匀分布时，较少红血细胞将产生与在分立血管中分布的实际数量的红血细胞相同的吸收。所述校正因子能够被描述为：
其中，R表示以cm表达的平均血管半径。由下式给出与血液相关的吸收系数：
其中，和分别表示氧合血红蛋白HbO2和去氧血红蛋白Hb的基本消光系数谱。在血红蛋白的总量中的氧合血红蛋白分数被标注为：αBL＝[HbO2]/([HbO2]+[Hb])并且常常被已知为血氧饱和度。由于在所测量的组织中的水和脂质的存在的吸收被定义为：
在这种情况下，与脂质和水一起的总浓度相关的脂质的浓度能够被写为αWF＝[脂质]/([脂质]+[水])，其中，[脂质]和[水]分别对应于脂质(0.86g/ml的密度)和水的浓度。
在等式6中定义的吸收系数的表达中将水和脂质参数相关(而并非分离地估计水和脂质体积分数)的这种方式对应于用于拟合的基函数的协方差的最小化，其导致更稳定的拟合，参考R.Nachabé、B.H.W.Hendriks、M.van der Voort、A.E.和H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of biological chromophores using diffuse optical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength range to include 1000to 1600nm”(Optics Express，第18卷、第1432-1442页(2010))一文。为了进一步的解释和验证该原理，参考R.Nachabe、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 water concentrations inscattering media with diffuse optical spectroscopy from 900to 1600nm”(J.Biomed.Opt.15，037015(2010))一文。
例如，借助所描述的算法，可以导出光学组织性质，诸如不同组织发色团的散射系数和吸收系数：例如，血红蛋白、氧合血红蛋白、水、脂肪等。为了进一步解释，还参见R.Nachabé、D.J.Evers、B.H.W.Hendriks G.W.Lucassen、M.van der Voort、J.Wesseling和T.J.M.Ruers的“Effect of bile absorption coefficient on the estimation ofliver tissue optical properties and related implications in discriminatinghealthy and tumorous samples”(Bomedical Optcis express 2，第600-614页(2011))。
图2图示了存在于人体中的最为重要的发色团中的一些，尤其是血液、水和脂质，的可见和近红外范围中的光学吸收谱。曲线图示出了作为波长的函数的去氧血红蛋白(Hb)220、氧合血红蛋白(HbO2)221、水222和脂质223的吸收系数。应当注意到，血液主导在可见光范围中的吸收，而水和脂质在近红外光范围中主导。曲线图在其第一、水平轴上具有以纳米(nm)给出的波长(λ，拉姆达)，并且在其第二、垂直轴上具有以厘米倒数(1/cm)给出的吸收系数μa(mu_a)。
总吸收系数是例如血液、水和脂肪(因此，针对每个分量，在图2中示出的值乘以其体积分数)的吸收系数的线性组合。在使用针对散射的幂定律时，通过将所述模型拟合到测量结果，可以确定血液、水和脂肪的体积分数以及散射系数。当包括其他发色团(诸如β-胡萝卜素、胆汁、胶原蛋白以及弹性蛋白)时，能够以相同的方式来确定这些。
除了漫反射测量之外，还能够使用以上描述的漫反射装置来测量荧光谱。这允许测量诸如胶原蛋白、弹性蛋白、NADH和FAD的参数，其荧光强度在图3中对着波长来绘图。被称为光学氧化还原参数的比率NADH/FAD是感兴趣作为组织的新陈代谢状态的指标的(参见例如M.Müller和B.H.W.Hendriks在J.Biomed.Optics的“Recovering intrinsicfluorescence by Monte Carlo modelling”(第18卷、第027009-1到027009-13页(2013))一文)，其也能够被用于辨别组织。
应当注意，除了关于图1所描述的方式之外，能够以各种方式执行对对表示组织区域104的光谱的数据的测量。例如，可以使用在光学路径的不同位置中的滤波器系统；一个或多个光源可以将光供应到或者实际上替换在图1中的源光纤102，所述光源被配置为在一个或多个界定的波长带中进行发射。此外，可以使用针对不同的界定的波长带的包括检测器的分光计，或者所述检测器可以具有不同的界定的波长带。这被理解为是本领域技术人员公知的。还能够在源处利用不同的调制频率来调制各种波长带，并且在检测器处对这些波长带进行去调制。在公布的专利申请WO2009/153719中描述了该技术，通过引用将其整体并入本文。在不背离本发明的范围的情况下，能够设想各种其他变型；例如，使用包括一个或多个检测器的超过一个分光计或者使用利用不同波长带的超过一个光源，诸如发光二极管(LED)或激光源。
图4图示了在猪肠的示范性部分上执行的两个分离的组织封闭流程期间的组织的光学散射的时间相关性。图5图示了组织的水含量的对应时间相关性。弥散光学反射谱是使用图1的夹钳型组织封闭工具测量的，并且，针对图4的光学散射以及针对图5的水含量是使用上文描述的漫反射模型从所述谱中提取的。在图4和图5中，由水平或时间轴来指示组织封闭过程的四个阶段。在夹钳前相位期间，组织封闭工具的钳口围绕肠，但不靠近到组织上。在夹钳相位期间，组织封闭工具的钳口被夹钳到肠上，但没有将RF能量应用到电极上。在封闭相位期间，功率被应用到电极，并且在后期相位期间关闭所述功率。
特征性地，在组织封闭相位期间，图4图示了光学散射的初始升高，直到达到针对肠1所识别的第一转折点TP1。跟随第一转折点TP1，所述散射通过第一拐点POI1。组织封闭被认为在该第一拐点POI1的时间处开始；因此，在光学散射信号中的转折点TP1与拐点POI1在时间上的相继发生之后。
在紧接在转折点TP1之前的时间间隔期间；因此，在利用光学探查射束对组织区域的照射的开始、或者将组织封闭设备夹钳到组织上、或者在其处激活组织封闭设备的组织封闭能量的时间与转折点TP1的时间之间的时间间隔期间；能够在图5中看到对应的水含量降低。在该时段期间在组织中的水含量的降低因此可以被视为对组织封闭的开始的确认。发明人考虑到了，在散射信号中的第一转折点TP1指示来自组织的蒸汽的生成。
跟随散射信号中的第一拐点POI1的时间，对应的水含量在封闭相位期间在将RF功率应用到组织封闭工具的钳口时不表现为显著改变。结果，水含量极少提供关于组织封闭何时已经完成的引导。然而，所述光学散射在组织封闭相位期间不显著地改变。跟随第一拐点POI1，在图4中的光学散射到达第二转折点TP2。因此，光学散射中的第一转折点TP1、拐点POI1和第二转折点TP2在时间上的相继发生可以被视为对组织封闭的开始的确认。
跟随第二转折点TP2，在图4中的光学散射通过第二拐点POI2。因此，光学散射中的第一转折点TP1、拐点POI1、第二转折点TP2和第二拐点POI2在时间上的相继发生可以被视为对组织封闭的开始的进一步确认。
跟随第二转折点TP2，在图4中的光学散射通过第三转折点TP3。发明人将该转折点TP3认为指示组织封闭的终止。结果，组织封闭的终止可以由第二转折点TP2和第三转折点TP3在时间上的相继发生来指示。在第三转折点TP3之后向封闭工具继续应用能量被认为导致组织损伤，最终导致组织炭化。结果，该点TP3指示降低或禁止组织封闭工具向组织应用能量的合适的时间。
类似地，但是，在图4和图5中针对肠2图示了延迟特性，其图示了定制针对正在被封闭的特定组织的组织封闭过程的需要，以便避免将过多的能量递送到所述组织，造成灼伤或炭化的风险。
图6示意性图示了另一夹钳型组织封闭工具601，其具有嵌入在其夹钳口中的光纤。除了由图1中图示的光学装置提供的反射、散射和荧光数据之外，图6的组织封闭工具可以被用于生成对应于组织封闭的不同状态的光学透射数据。在图6中，源光纤602被用于利用光学探查射束来照射示范性组织区域604，诸如人类或动物身体的部分；并且检测器光纤603接收已经由组织封闭区域105内的组织区域604返回的光学探查射束中的一些。第二检测器光纤610接收已经通过组织封闭区域605的光学探查射束中的一些。除了由图1中的配置所采集的光学测量结果之外，在图6中的配置允许测量组织封闭区域605的光学透射。换言之，图6的组织封闭工具还提供指示已经通过组织封闭区域或组织区域的光学探查射束的数据。光纤602在其远端606处与未示出的光源通信。光纤603、610在其远端607、611处与未示出的分光光度计通信，所述分光光度计包括未示出的射束切换机构，其被配置为在分别由光纤603或610接收的探查射束的部分的检测之间有选择地进行切换。结果，分光光度计可以有选择地执行对分别已经由组织封闭区域605返回或者通过组织封闭区域605的探查射束的部分的测量。使用生成从可见波长范围到红外的光学波长的宽带卤素光源，所述源具有近似在400nm到1700nm的范围中的显著发射。所述射束切换机构可以包括能旋转或者能变形的镜子、射束分裂器等。对已经通过组织封闭区域的光学探查射束的测量备选地可以在没有对已经由所述组织封闭区域返回的光学探查射束的测量的情况下来完成；因此，在一些配置中，预期一起忽略检测器光纤603和射束切换机构。
在图6中图示的设备被用于研究在组织封闭流程期间的猪肠的示范性部分的光学透射。图7图示了在组织封闭过程的各个阶段期间的作为时间的函数(步1到17，水平轴)的透射(积分带强度，垂直轴)。图7的曲线图可以与图4和图5的曲线图相关，以便改进对组织感测状态的指示的准确度。在组织封闭的开始处(步5)，观察到跟随有转折点的透射的陡峭的初始升高，以及然后的光学透射的减少和第二转折点。因此，在组织封闭过程期间，光学透射在光学透射的第一转折点与光学透射的第二转折点之间减小。在光学透射中的第二转折点之后，所述透射再次增加,直到在步15处完成组织封闭。这些光学透射观测是根据Floume等人的题为“Optical,thermal,and electrical monitoring of radio-frequencytissue modification”(J.Biomedical Optics 15、第018003-1页(2010))的出版物的。因此，对已经通过组织封闭区域的光学探查射束的至少部分的光学透射测量结果可以被用于进一步改进对组织封闭的开始或终止的指示。这些光学透射测量结果可以例如与光学散射中的先前描述的改变(诸如第一转折点TP1的时间、第一拐点POI1的时间、第二转折点TP2的时间、第二拐点POI2的时间)的任何组合相关，以进一步改进对组织封闭的开始或终止的指示。
其他光学参数可以从所测量的光谱中提取并且被用于补充上文所描述的在光学散射中的改变，以便进一步改进对组织封闭的开始或者对组织封闭的终止的指示的准确度。指示组织区域中的胶原蛋白、脂质、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白或者高铁血红蛋白含量的光学参数还可以通过将上文所描述的弥散理论模型应用于使用上文所描述的漫反射光谱学装置采集的光谱、或者应用于在光学透射或荧光检测配置中采集的谱来确定。
对组织封闭的开始和组织封闭的终止的以上指示可以被用在组织封闭设备或组织切割设备中，以指示何时已经达到特定的组织封闭状态。这些状态中的一个或多个状态还可以由组织封闭或组织切割工具来使用，以控制其组织封闭或组织切割功率或能量。通过以这种方式向所述设备提供反馈，可以实现经改进的组织封闭，因为能够针对经历封闭过程的组织的特定类型来定制能量或功率。通过阻止过多的功率或能量被递送到组织，所述设备能够提供最优的封闭，因为能够避免诸如组织炭化的不期望的相位。
在一个实施例中，基于能量的组织封闭或组织切割设备具有组织封闭区；所述组织封闭设备包括：能量递送单元，其用于将能量递送到组织封闭区内的组织区域；光源，其被配置为利用光学探查射束来照射组织封闭区的至少部分；至少一个光学检测器，其被配置为接收已经通过组织封闭区或者已经从组织封闭区内返回的光学探查射束的至少部分；以及光学分析单元，其被配置为：根据所接收的光学探查射束来生成指示组织封闭区中的光学散射的信号；并且基于光学散射信号中的转折点与拐点在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。基于能量的组织封闭设备例如可以是电手术组织封闭设备，诸如电手术组织熔接设备；并且基于能量的组织切割设备例如可以是电手术切割设备，诸如电手术刀。光学分析单元例如可以包括处理器。所述能量递送单元例如可以是RF功率源、热功率源或光学功率源。
在另一实施例中，基于能量的组织封闭设备还包括与所述能量递送单元操作性通信的能量管理单元；其中，所述能量管理单元被配置为基于组织封闭的开始来控制由所述能量递送单元递送的能量。所述功率可以在该相位中下降以实现较长的封闭时段，或者增加，以便快速封闭所述组织。
在另一实施例中，所述能量管理单元可以被配置为在时间上在光学散射信号中的第一转折点TP1之后改变组织封闭设备的能量或功率。所述能量或功率可以在该点处增加或减小并且是期望的减小。
在另一实施例中，所述能量管理单元可以被配置为在光学散射信号中的第一转折点TP1和第二转折点TP2在时间上的相继发生之后改变组织封闭设备的能量或功率。期望能量或功率应当增加，以便实现更快速的组织封闭。
在另一实施例中，所述能量管理单元可以被配置为跟随光学散射信号中的第二转折点TP2和所述光学散射信号的第三转折点TP3在时间上的相继发生而使组织封闭设备的能量或功率减小。期望地，能量或功率应当减小，因为这些事件指示组织封闭过程的终止。优选地，所述能量或功率应当在该阶段处被关闭。
下文借助于多个范例描述了本发明。
第1范例。一种确定组织封闭的状态的方法，所述方法包括以下步骤：
利用光学探查射束来照射组织区域；
接收已经通过所述组织区域或者已经由所述组织区域返回的所述光学探查射束的至少部分；
根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的光学散射的信号；
基于光学散射信号中的转折点(TP1)和拐点(POI1)在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。
第2范例。根据范例1所述的方法，其中，还基于所述光学散射信号中的第二转折点(TP2)来指示组织封闭的开始，其中，所述光学散射信号中的所述第二转折点(TP2)在拐点(POI1)之后。
第3范例。根据范例2所述的方法，其中，还基于所述光学散射信号中的第二拐点(POI2)来指示组织封闭的开始，其中，所述光学散射信号中的所述第二拐点(POI2)在所述第二转折点(TP2)之后。
第4范例。根据范例2所述的方法，还包括指示组织封闭的终止的步骤；其中，基于所述光学散射信号中的第三转折点(TP3)来指示组织封闭的终止，其中，所述光学散射信号中的所述第三转折点(TP3)在所述第二转折点(TP2)之后。
第5范例。根据范例1-4中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的水含量的信号，
其中，紧接在所述转折点(TP1)之前还基于所述组织中的水含量的减少来指示组织封闭的开始。
第6范例。根据范例1-4中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：根据所接收的光学探查射束来生成指示以下中的至少一项的信号：在所述组织区域中的水、胶原蛋白、脂质、弹性蛋白、β-胡萝卜素、番茄红素、α-胡萝卜素、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白、高铁血红蛋白或者外源性染料含量；
其中，还基于穿过预定阈值的所述参数中的至少一个参数来指示组织封闭的开始或者组织封闭的终止。
第7范例。一种控制热或光学组织封闭设备的组织封闭功率的方法，包括以下步骤：
通过执行根据范例1-6中的任一项所述的方法来确定组织封闭的开始；并且
基于所指示的组织封闭的开始来改变所述组织封闭功率。
第8范例。根据范例7所述的方法，其中，在时间上在所述光学散射信号中的所述转折点(TP1)之后改变所述组织封闭功率。
第9范例。根据范例8所述的方法，其中，在所述光学散射信号中的所述转折点(TP1)和所述第二转折点(TP2)在时间上的相继发生之后改变所述组织封闭功率。
第10范例。根据范例9所述的方法，其中，跟随所述光学散射信号中的所述第二转折点(TP2)与所述光学散射信号的所述第三转折点(TP3)在时间上的相继发生而减小所述组织封闭功率。
第11范例。根据范例1-10中的任一项所述的方法，其中，根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的光学散射的信号的步骤包括以下步骤：
测量所接收的光学探查射束的光谱的至少部分；并且
将漫反射模型应用于所接收的光学探查射束的所述光谱。
第12范例。根据范例5或6中的任一项所述的方法，其中，根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的水含量的信号的步骤，或者根据所接收的光学探查射束来生成指示以下中的至少一项的信号的步骤：在所述组织区域中的胶原蛋白、脂质、弹性蛋白、β-胡萝卜素、番茄红素、α-胡萝卜素、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白、高铁血红蛋白或者外源性染料含量；是通过以下步骤生成的：
将漫反射模型应用于所接收的光学探查射束的光谱；并且
分离光谱中的来自以下中的至少一项的吸收谱的所述光谱的散射分量：水、胶原蛋白、脂质、弹性蛋白、β-胡萝卜素、番茄红素、α-胡萝卜素、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白、高铁血红蛋白或者外源性染料含量。
第13范例。一种包括指令的计算机程序产品，所述计算机程序产品当在计算机上执行时令所述计算机执行根据范例1-12中的任一项所述的方法。
第14范例。一种具有组织封闭区(105、605)的基于能量的组织封闭或组织切割设备(101、601)；所述设备包括：
能量递送单元(108、109、608、609)，其用于向所述组织封闭区(105、605)内的组织区域(104、604)递送能量；
光源(102、602)，其被配置为利用光学探查射束在所述组织封闭区的至少部分处进行照射；
至少一个光学检测器(103、603、610)，其被配置为接收已经通过所述组织封闭区或者已经从所述组织封闭区内返回的光学探查射束的至少部分；以及
光学分析单元，其被配置为：
根据所接收的光学探查射束生成指示所述组织封闭区中的光学散射的信号；并且被配置为：
基于所述光学散射信号中的转折点(TP1)和拐点(POI1)在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。
第15范例。根据范例14所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，还包括与所述能量递送单元操作性通信的能量管理单元；
其中，所述能量管理单元被配置为基于组织封闭的开始来控制由所述能量递送单元递送的能量。
总而言之，公开了一种用于确定组织封闭的状态的方法，其中，光学探查射束被用于照射组织区域。根据已经通过所述组织区域或者已经由所述组织区域返回的所述光学探查射束的部分来生成指示所述组织区域中的光学散射的信号。通过所述光学散射信号中的转折点与拐点在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。还公开了用于根据所述方法使用的基于能量的组织封闭或组织切割设备。
尽管在附图或描述中详细图示和描述了本发明，这样的图示和描述应当被认为是说明性或示范性的，而非限制性的，本发明并不限于所公开的实施例，并且通常能够被用在确定手术探头中的组织封闭状态中。

Claims (19)

1.一种具有组织封闭区(105、605)的基于能量的组织封闭或组织切割设备(101、601)；所述设备包括：
能量递送单元(108、109、608、609)，其用于向所述组织封闭区(105、605)内的组织区域(104、604)递送能量；
光源(102、602)，其被配置为利用光学探查射束照射所述组织封闭区的至少部分；
至少一个光学检测器(103、603、610)，其被配置为接收已经通过所述组织封闭区或者已经从所述组织封闭区内返回的所述光学探查射束的至少部分；以及
光学分析单元，其被配置为：
根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织封闭区中的光学散射的光学散射信号；并且
基于所述光学散射信号中的转折点(TP1)和拐点(POI1)在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。
2.根据权利要求1所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，还基于所述光学散射信号中的第二转折点(TP2)来指示组织封闭的所述开始，其中，所述光学散射信号中的所述第二转折点(TP2)在所述拐点(POI1)之后。
3.根据权利要求1所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，还基于所述光学散射信号中的第二拐点(POI2)来指示组织封闭的所述开始，其中，所述光学散射信号中的所述第二拐点(POI2)在所述第二转折点(TP2)之后。
4.根据权利要求2所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，所述光学分析单元还被配置为指示组织封闭的终止；其中，基于所述光学散射信号中的第三转折点(TP3)来指示组织封闭的所述终止，其中，所述光学散射信号中的所述第三转折点(TP3)在所述第二转折点(TP2)之后。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，所述光学分析单元还被配置为根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的水含量的信号；
其中，紧接在所述转折点(TP1)之前还基于组织中的水含量的减少来指示组织封闭的所述开始。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，所述光学分析单元还被配置为根据所接收的光学探查射束来生成指示以下中的至少一项的信号：所述组织区域中的水、胶原蛋白、脂质、弹性蛋白、β-胡萝卜素、番茄红素、α-胡萝卜素、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白、高铁血红蛋白或者外源性染料含量，
其中，还基于穿过预定阈值的所述参数中的至少一个参数来指示组织封闭的所述开始或者组织封闭的所述终止。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，所述光学分析单元被配置为通过以下项来生成指示所述组织封闭区中的光学散射的所述光学散射信号：
测量所接收的光学探查射束的光谱的至少部分；并且
根据所接收的光学探查射束的所测量的光谱的所述至少部分提取所述光学散射信号。
8.根据权利要求1-6中的任一项所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，所述光学分析单元被配置为通过以下项来生成指示所述组织封闭区中的光学散射的所述光学散射信号：
测量所接收的光学探查射束的光谱的至少部分；并且
将漫反射模型应用到所接收的光学探查射束的所述光谱。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，其中，所述光学散射信号是光学散射系数。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的基于能量的组织封闭或组织切割设备，还包括与所述能量递送单元操作性通信的能量管理单元；
其中，所述能量管理单元被配置为基于组织封闭的所述开始来控制由所述能量递送单元递送的所述能量。
11.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令当在计算机上执行时，令所述计算机执行确定组织封闭的状态的方法，所述方法包括以下步骤：
利用光学探查射束来照射组织区域；
接收已经通过所述组织区域或者已经由所述组织区域返回的所述光学探查射束的至少部分；
根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的光学散射的光学散射信号；
基于所述光学散射信号中的转折点(TP1)和拐点(POI1)在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始。
12.根据权利要求11所述的计算机程序产品，其中，还基于所述光学散射信号中的第二转折点(TP2)来指示组织封闭的所述开始，其中，在所述光学散射信号中的所述第二转折点(TP2)在所述拐点(POI1)之后。
13.根据权利要求12所述的计算机程序产品，还包括指示组织封闭的终止的方法步骤；其中，基于所述光学散射信号中的第三转折点(TP3)来指示对组织封闭的所述终止，其中，所述光学散射信号中的所述第三转折点(TP3)在所述第二转折点(TP2)之后。
14.根据权利要求11-13中的任一项的计算机程序产品，还包括根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的水含量的信号的方法步骤；
其中，紧接在所述转折点(TP1)之前还基于组织中的水含量的减少来指示组织封闭的所述开始。
15.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令当在计算机上执行时，令所述计算机执行控制热学组织封闭设备或光学组织封闭设备的组织封闭功率的方法，所述方法包括以下步骤：
通过执行以下步骤来确定组织封闭的开始：
利用光学探查射束来照射组织区域；
接收已经通过所述组织区域或者已经由所述组织区域返回的所述光学探查射束的至少部分；
根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的光学散射的光学散射信号；
基于所述光学散射信号中的转折点(TP1)和拐点(POI1)在时间上的相继发生来指示组织封闭的开始；并且
基于组织封闭的所指示的开始来改变所述组织封闭功率。
16.根据权利要求11-15中的任一项所述的计算机程序产品，其中，根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的光学散射的光学散射信号的方法步骤包括以下步骤：
测量所接收的光学探查射束的光谱的至少部分；并且
从所接收的光学探查射束的所测量的光谱的所述至少部分提取所述光学散射信号。
17.根据权利要求11-15中的任一项所述的计算机程序产品，其中，根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的光学散射的光学散射信号的方法步骤包括以下步骤：
测量所接收的光学探查射束的光谱的至少部分；并且
将漫反射模型应用到所接收的光学探查射束的所述光谱。
18.根据权利要求11-17中的任一项所述的计算机程序产品，其中，所述光学散射信号是光学散射系数。
19.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中，根据所接收的光学探查射束来生成指示所述组织区域中的水含量的信号的方法步骤；是通过以下步骤生成的：
将漫反射模型应用到所接收的光学探查射束的光谱；并且
分离所述光谱中的来自以下中的至少一项的吸收谱的所述光谱的散射分量：水、胶原蛋白、脂质、弹性蛋白、β-胡萝卜素、番茄红素、α-胡萝卜素、氧合血红蛋白、去氧血红蛋白、高铁血红蛋白或者外源性染料含量。
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