CN109414288A - 激光胸骨刀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于切割患者的胸骨(22；8)的切割装置(1)，其包括激光源、光束调节结构、支承件和可选地校正装置(14)。激光源适于产生切割激光束(15)。光束调节机构布置成沿着胸骨(22；8)处的预先限定的切割几何形状引导由激光源产生的切割激光束(15)。支承件(12)承载激光源。支承件(12)具有安装结构(122)，该安装结构适于被固定在患者的肋骨架上，使得激光源相对于胸骨(22；8)处于预定位置。校正装置(14)适于自动识别导致激光源的切割激光束(15)偏离预先限定的切割几何形状的激光源相对于胸骨(22；8)的移动。校正装置还适于自动调节激光源相对于胸骨(22；8)的位置，以校正激光源的切割激光束(15)相对于预先限定的切割几何形状的偏差。

Description

激光胸骨刀

技术领域

本发明涉及一种切割装置，该切割装置包括激光源、光束调节机构和支承件。激光源适于产生切割激光束。光束调节机构适合于沿着胸骨处的预先限定的切割几何形状引导由激光源产生的切割激光束。支承件承载激光源。这些装置可以用于在各种医疗应用中切割患者的胸骨。

背景技术

在许多医疗应用中，人或动物的骨出于不同目的而被切割或钻削。例如，为了纠正骨的形状，已知向骨施加一次或多次切割并沿切口将骨重新塑形。为了除去骨中的肿瘤，或者为了更换牙齿，常见的做法是在颌骨中钻孔并在钻出的孔中设置植入物作为人工齿根。为了施加这些切割，根据切割的具体情形使用许多类型的器械或工具。

更具体地，在各种医疗或外科应用中，人的胸骨被切割。例如，为了进入胸腔器官，例如，为了在胸外科手术中进入心脏，胸骨被切开以便可以打开肋骨架。由此，垂直内嵌切口通常沿着胸骨形成，此后胸骨被分开或裂开。由于肋骨架内部空间中的器官和其它组织是高度敏感的并且对于患者的健康至关重要，因此胸骨必须被精确且仔细地分开。这是特别困难的，因为胸骨是相对较厚和强壮的骨骼结构，并且诸如心脏和肺的重要器官与其接触。

作为切割胸骨的器械，广泛使用机械工具，例如传统锯或摆锯、压电骨凿等。借助此类切骨器械切割骨一般隐含的原理对于所有不同类型的器械基本上相同。亦即，相应器械在骨表面上施加机械应力，直至超过表面硬度并且器械进入骨中。

除了传统的机械截骨器械之外，近年来还开发了替代的骨切割器械，其允许还对诸如胸骨的厚而坚固的骨骼进行相对精确和轻柔的切割。例如，在WO 2011/035792 A1中，描述了一种计算机辅助和机器人引导的激光骨凿，其即使骨骼相对较厚且坚固，也可以进行高精度和轻柔的骨切割。所述激光骨凿包括安装到机械手臂上的激光头。当激光头提供激光束时，机械手臂沿着待切割骨处的预先限定的切割几何形状引导激光头。因此，机械手臂允许激光头在所有方向和取向上的非常精确和相对快速的移动。然后激光束撞击骨骼并连续烧蚀骨组织，直至产生预定的切割几何形状。与传统的机械工具相比，激光切割具有许多优点，例如相对快速的反应(例如，针对在紧急情况下停止干预)，相对较小的附带损害和相对较高的精度，特别是涉及复杂的切割几何形状时。特别重要的是，当使用激光适当切割时，骨的表面不会被机械工具的摩擦损伤，所述机械工具将骨暴露于高温、机械应力并用产生的碎屑阻塞多孔表面。激光骨凿还包括辅助装置，比方说用于冷却和加湿激光束-骨接触区域周围的组织的喷头、用于去除切割过程所产生的碎屑的碎屑喷嘴和自动跟踪机构。与已知的用于切割骨的机械方法相比，激光切割骨的表面可以保持原始的骨小梁结构，其不会阻挡血液流动，这对于开始愈合过程是重要的。

尽管上述类型的已知激光骨凿在允许包括胸骨在内的所有种类的骨的复杂切割的医学适应症方面是相当普遍的，但是这种骨凿且特别是其机械手臂比较大。此外，它们通常比较昂贵，使得许多可以使用这种骨凿的单位负担不起。

因此，需要一种相对节省成本且便利的装置，其允许精确、快速和可靠地切割患者的胸骨。

发明内容

根据本发明，通过如独立权利要求1的特征限定的装置来解决这种需求。优选实施例是从属权利要求的主题。

具体而言，本发明是一种用于切割患者的胸骨的切割装置。该切割装置包括适于产生切割激光束的激光源、用于沿着胸骨处的预先限定的切割几何形状引导由激光源产生的切割激光束的光束调节结构、和承载激光源的支承件。该支承件具有安装结构，该安装结构待被固定在患者的肋骨架上，使得激光源相对于胸骨处于预定位置。

本文所使用的术语“胸骨”或胸骨指的是长扁平骨，其形状像领带，并且位于胸部的中心。它经由软骨与肋骨连接，形成肋骨架的前部，并因此有助于保护心脏、肺和主要血管。胸骨可以分成三个区域，即从上到下为柄状体、本体和剑突。由此，术语“骨”是指自然人或动物的骨以及人工骨或骨替代物。

本文所使用的术语“激光源”可以指的是完整的激光装置或具体指激光装置的供激光束离开的单个部位。例如，激光源可以是激光装置的激光头或光纤或波导(例如中空纤维)的输出端处的光学部件——从激光装置出现的光在其中被准直，或激光装置从其中发出切割激光束的其它物品。典型地，激光装置包括多个部分，例如具有功率装置的固定基站、控制器、编程元件等。它们通常还包括激光头或手柄，其可相对于基站灵活地移动，例如，使用具有一系列反射镜的铰接臂来搅扰激光束。激光束通常在手柄或激光头的一部分(例如光学部分或聚焦光学器件)处离开激光装置，使得根据本发明，该部分可以是激光源。

本文所使用的术语“切骨几何形状(osteotomic geometry)”是指为了规定要施加的切割而对胸骨或骨限定的任何几何形状。这种切骨几何形状例如可以是要沿着其切割骨的直线或曲线或限定介入骨的目标方式的更复杂的几何形状。切骨几何形状通常在术前规划步骤中预先限定。可以基于对骨收集的数据，例如计算机断层扫描数据，来预先限定它。

可以借助计算机来预先限定切骨几何形状。它也可以直接在胸骨上限定，而不需要来自例如计算机断层扫描等的术前数据。例如，这可以使用光学跟踪摄像机和外科医生用来指向期望切口的起点和终点的光学指针工具来执行。然后可以将这种选择传输到激光胸骨刀控制单元。此外，对于切骨几何形状的这种直接定义，软件程序然后可以提示外科医生或手术施行者所需的切割几何形状及其参数，例如正弦切割，其中手术施行者可以选择切口的起点和终点内的周期数。另外，该软件还可以提示与可以基本上垂直于胸骨的默认角度不同的激光束入射角。

精确地引导切割激光束的可能选择在于光束调节结构将激光源移动到预定位置和方向。因此，术语“预定位置和取向”可以指的是任何预定位置和预定取向，其允许激光源将合适的光束传递到胸骨，以便沿预先限定的切割几何形状烧蚀它。因此，预定的位置和取向可以与预先限定的切割几何形状相关联。因此，可以在胸骨附近预先限定位置，使得由激光源产生的激光束可以不受阻碍地到达胸骨。激光源的取向能以使得由激光源产生的切割激光束可以成优选的骨撞击角度直接到达切割面的方式被预先限定。这种预先限定的骨撞击角度例如可以是基本上直角。

精确引导切割激光束的另一种可能的选择是从激光源、反射镜铰接臂或光纤的输出准直器出射的激光束借助具有线性电机的二维(XY)或三维(XYZ)位移平台借助安装在固定位置或扫描器中的平坦或曲形反射镜引导到胸骨。

在要切开胸骨的医疗应用中，可能有利的是切割激光束是脉冲激光束。由此，所述激光源可以是固态铒激光源，或者特别是固态铒掺杂的钇铝石榴石激光源。这种激光束的脉冲可以是亚微秒脉冲。因此，切割激光束可以由固态铒激光装置(例如下面描述的固态铒激光源)产生。这些装置和脉冲激光束允许胸骨的骨组织的精确和有效的烧蚀，而对胸骨的骨结构没有或有最小的附带损伤。除了诸如二极管激光器或闪光灯泵浦激光器的各种类型的固态铒激光器之外，可以使用任何其它脉冲激光束，例如已知也烧蚀骨组织的固态钬或CO₂气体激光束。

切割的激光束可以具有在约2900纳米(nm)至约3000nm的范围内的波长，或者特别地，约2940nm的波长。这种波长特别是可以适于传送至骨组织。激光脉冲可以具有在1皮秒至约100毫秒的范围内的时宽，或特别地100微秒至约2毫秒的时宽。选择激光和为了校正特性而进行的调节对于有效地去除骨组织是至关重要的，并且因此对于沿着切割几何形状的骨组织的有效烧蚀是至关重要的。

优选地，切割装置还包括校正装置，该校正装置适于自动识别导致激光源的切割激光束偏离预定的切割几何形状的激光源相对于胸骨的运动。本文所使用的术语“激光源相对于胸骨的移动”包括激光源的移动和胸骨的移动以及两者的同时移动，只要牵涉到两者之间的引起偏离预先限定的切割几何形状的相对移动。校正装置优选地还适于自动调节激光源相对于胸骨的位置，以校正激光源的切割激光束相对于预先限定的切割几何形状的偏差。由此，在一个优选实施例中，校正装置适于在识别出与预先限定的切割几何形状有偏差时停止产生切割激光束，并在该偏差被校正时恢复切割激光束的产生。

出于识别目的，校正装置优选地包括传感器，该传感器适于提供与切割激光束和胸骨相对于彼此的位置有关的空间信号。这种传感器可以是或包括适于向胸骨提供和构思距离激光束的距离激光源、适于向胸骨提供和构思声波的超声波传感器、适于监测胸骨的摄像机、适于向胸骨提供和构思红外光的红外传感器等。

校正装置还可以具有计算设备或在计算设备上执行的软件应用程序。这样的计算设备可以被实施为自动评估与激光源相对于胸骨的自动识别的运动相关的信号或信息。特别地，它可以适于评估由所述传感器提供的信号。

为了调节激光源相对于胸骨的位置以便校正激光源的切割激光束相对于预先限定的切割几何形状的偏差，校正装置可以连接到光束调节结构。特别地，它可以向光束调节结构提供命令，以便移动激光源或以其他方式调整切割激光束以校正识别出的偏差。由此，命令可以由计算设备生成和提供。

在使用中，在其中尤其预先限定切割几何形状的术前计划之后，切割装置经由其支承件的安装结构而被安装到患者的肋骨架上。由此，激光源相对于胸骨处于明确限定的位置。特别是由于患者在胸骨被切断时仍在呼吸，肋骨不断移动。由于切割装置借助安装结构直接附接到患者，因此它与肋骨架一起移动，从而可以实现不需要进一步的运动补偿。因此，根据本发明的切割装置作为相对便利的装置允许精确且可靠地切割患者的胸骨。

然而，在本发明的一个实施例中，附加校正装置不断地并且自动地识别激光头的该明确限定的位置的偏差并自动校正识别出的偏差。如上所述，可以通过移动激光源和/或通过重新成形切割激光束来实施这种校正。这可以允许提供提高的切割精度，特别是在切割装置与胸骨之间可能发生相对移动或者这种相对移动比较大的情况下。

优选地，支承件包括承载元件，并且校正装置适于自动识别承载元件相对于胸骨的移动。特别地，承载元件可以固定地连接到安装结构。通过监测承载元件相对于胸骨的移动，校正装置允许有效地校正激光源相对于胸骨的偏差。

由此，支承件优选地包括激光器支架，激光源固定地安装到该激光器支架上，并且激光器支架优选可移动地连接到承载元件。由于激光源可以相对于胸骨运动，以便将切割激光束正确地提供给胸骨，因此很难区分激光源的即切割胸骨所需的一部分移动和激光源的例如由于呼吸运动而非有意地引起的另一部分移动。通过设置如上所述的激光器支架，可以有效地将激光源的移动的这两个部分分离开。特别地，通过监测承载元件，校正装置仅识别激光源的移动的非有意部分，而校正装置没有注意到或考虑该必要部分。

切割装置优选地包括适合相对于承载元件移动激光源的驱动单元。特别地，该驱动单元可以适于沿着胸骨的切割几何形状移动切割激光束。利用这种驱动单元，切割激光束可以沿着切割几何形状自动或半自动地移动。例如，驱动单元可以是可编程的，使得在术前规划步骤中，可以适当地调节它。驱动单元允许提高烧蚀骨组织以切割胸骨时的效率和精度。而且，校正装置可以操纵驱动单元以便修正识别出的偏差。例如，校正装置可以连接到驱动单元并向其提供控制信号。这样，可以有效地补偿激光源与胸骨之间的偏差。

由此，驱动装置优选地包括适于相对于承载元件移动激光源的线性电机。这种线性电机允许快速且精确地移动激光源。这样，通过移动激光源或其一部分，可以沿着胸骨的切割几何形状有效地引导由激光源产生的切割激光束。此外，这种线性电机可以有效地提供激光源的移动的校正。特别地，作为安全特征，每当胸骨的位置需要校正时，切割装置可暂时停止激光束的产生，直至实现空间校正。

替代地或附加地，驱动单元优选地包括光束定向器，其适于调节由激光源产生的切割激光束的提供方向。由此，光束定向器优选地包括适于使激光源相对于承载元件倾斜的铰接电机或安装在铰接电机中或任何类型的扫描器中的反射镜。替代地或附加地，光束定向器优选地包括可调节的光学器件，其适于重定向由激光源产生的切割激光束。可调节的光学器件可以包括使由激光源提供的切割激光束偏向的反射镜，其中该反射镜可以围绕一轴线旋转，使得切割激光束可以围绕360°径向地提供。这种铰接电机和/或光学器件允许以任何期望的方式精确地提供切割激光束。这允许应用比较复杂的切割几何形状并精确地校正所识别的偏差。

支承件的安装结构被实施为以固定方式连接到胸骨。例如，它可以具有允许可释放地但固定地安装在胸骨上的夹持或夹紧装置。而且，它可以包括螺钉和螺钉凹槽，用于拧到肋骨上。优选地，支承件的安装结构包括多个腿，每个腿具有脚部，该脚部成形为固定到患者肋骨架的一根肋骨上。这样，可以有效地固定和定义激光头相对于胸骨的位置。

或者，支承件的安装结构优选地包括中空支柱，该中空支柱成形为固定到肋骨架的多个肋骨上并且定位成使得激光源的切割激光束穿过其中空内部空间。这种支柱允许切割装置相对于胸骨精确定位，并同时允许覆盖激光束并屏蔽由于切割胸骨而产生的碎屑。

优选地，支承件的安装结构包括一个或多个带，其适于将安装结构固定到肋骨架上。这种带可以作为其它安装手段的附加手段或替代手段应用。带允许切割装置快速、轻柔且容易地固定到肋骨架上。它还允许预先固定切割装置，使得例如通过螺钉进行的最终固定在需要时可以方便地应用。

在使用中，切割装置在切割几何形状处或沿着切割几何形状烧蚀胸骨。在激光烧蚀期间产生碎片，其中所产生的碎屑借助切割激光束以相对高的速度例如以约2000m/s从骨移开。从骨的角度来看，通过切割激光束进行的烧蚀可以被称为无碎片的，因为小梁结构没有被碎屑污染。而且，它可以被称为冷(光或激光)烧蚀，因为使用本文描述的装置和方法没有观察到骨表面的熔化。然而，为了排空切割患者胸骨时产生的碎屑，切割装置优选地包括抽吸元件或碎屑提取单元，其适于去除由切割激光束撞击胸骨所产生的碎屑。这种抽吸或碎屑提取可以有助于保持切割几何形状和其周围空间的清洁。

为了冷却和润湿被施加切割激光束的胸骨，切割装置可以包括喷嘴或喷嘴阵列。由此，多流体喷嘴可以是特别有效的。冷却流体可以是无菌氯化钠。它允许最大限度地减少从切割激光束-骨组织接触区域到骨的其它区段的传热。因此，可以防止或最大限度地减少骨组织的附带损伤。

优选地，切割装置包括适于检测施加至胸骨的烧蚀的深度的深度检测单元。这种单元允许精确地烧蚀骨组织至期望深度。由此，可以考虑骨组织的性质的变化。例如，深度检测单元可以向中央控制单元连续提供与被烧蚀的骨组织的深度有关的信息，所述中央控制单元响应于该信息而调节切割激光束和/或驱动装置。这允许胸骨的有效和安全切割。

优选地，切割装置包括自动聚焦装置，其适于自动调节切割激光束关于胸骨的切割几何形状的焦点。这种自动聚焦装置允许将焦点与进行的烧蚀连续适配。在一个有利实施例中，自动聚焦装置与上述深度检测单元组合。由此，自动聚焦装置优选地适配于按照通过深度检测单元检测出的深度来调节切割激光束的焦点。这样，可以自动调节切割激光束的焦点，以便确保预先限定的切割激光束强度在切割几何形状处撞击胸骨。由此，可以按照被烧蚀的骨组织的相应深度连续调节焦点。自动聚焦装置可以包括抛物面反射镜。而且，它可以是切割装置的激光源，例如，通过成为从其中出射切割激光束的元件。

优选地，切割装置包括深度控制单元，该深度控制单元设置成在胸骨被切割到预定程度时停止激光源产生切割激光束。考虑到胸骨仅通过很薄的隔膜与心脏和肺分离开，能够控制沿着整个切割几何形状的切割深度可能是非常重要的。特别地，可能重要的是控制切割深度和轮廓以便能够一旦胸骨被完全切割或恰好在此时点之前停止切割激光束的产生，从而留下非常薄的残留骨，以便一旦提供了整个切割几何形状外科医生便可以在结束时轻松地将它分割开。因此，与切割相结合的术语“预定程度”可以指的是与胸骨的深度一致或基本上胸骨的深度。

存在一些优选的合适方式来实现这种深度控制单元。在一个实施例中，深度控制单元是基于激光的光学相干断层摄影(OCT)设备。通过使用这种OCT设备和可以与切割激光束以同轴模式传播的附加激光束，可以实时控制切割深度，例如，在每次激光照射之后立即控制切割深度。

在另一实施例中，深度控制单元是基于激光的光-声光谱传感器。使用这种激光光-声光谱(PAS)传感器可以允许判断最后一次射击是否遇到硬组织或软组织。因此，可以有效地得出胸骨是否被完全切开的结论。

通常，当切割胸骨时或在每次激光脉冲之后，有碎屑飞离切口。这些碎屑可能暴露在高温下，这意味着任何可能存在于切割路径中的病原体都无法存活。然而，用切割装置的碎屑消除单元捕获碎屑可能是有意义的。该单元可以例如包括抽吸装置，该抽吸装置可以定位在切口附近。或者，这可以用单独的器械完成。

附图说明

在下文中将借助于示例性实施例并参考所附示意图更详细地描述根据本发明的切割装置，在附图中：

图1示出安装在肋骨架上的根据本发明的切割装置的第一实施例的一部分的透视图；

图2示出图1的切割装置的顶视图，其中移除了壳体；

图3示出图1的切割装置的侧视图，其中移除了壳体；

图4示出图1的切割装置的正视图，其中移除了壳体；

图5示出图1的切割装置的电子单元的透视图；

图6示出图1的切割装置的介质配线(media wiring)的透视图；

图7示出图1的切割装置的激光源的细节；以及

图8示出用于切开胸骨的复杂切割几何形状的透视图。

具体实施方式

在以下描述中，出于方便的原因使用某些术语且并非旨在限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”指的是图中的方向。所述术语包括清楚地提到的用语以及它们的派生词和具有相似含义的用语。此外，可能使用诸如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或特征结构与另一元件或特征结构的关系。这些空间相对术语旨在除图中所示的位置和取向以外还涵盖使用或操作中的装置的不同位置和取向。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为在其它元件或特征结构“之下”或“下方”的元件将在其它元件或特征结构“上方”或“上面”。因此，示例性术语“在...之下”可以涵盖上方和下方的位置和取向两者。所述装置可以其它方式取向(旋转90度或处于其它取向)，并且文中使用的空间相对描述得以相应地阐释。同样，对于沿着和围绕各种轴线的运动的描述包括各种特殊的装置位置和取向。

为了避免附图以及对各个方面和示例性实施例的说明的重复，应当理解的是，许多特征是多个方面和实施例共有的。从说明或附图省略一个方面并不意味着该方面从结合了该方面的实施例缺失。相反，该方面可以为了清楚起见而被省略并且避免了冗长的说明。在此上下文中，以下适用于本说明书的其余部分：如果为了使附图清楚，附图包含未在说明书的直接相关部分中阐述的附图标记，则可在之前或之后的说明章节中参照该附图标记。此外，为了清晰起见，如果在一个附图中未对一个部件的所有特征设置附图标记，则参照示出同一部件的其它附图。两个或以上附图中的相似标号表示相同或相似的元件。

图1示出根据本发明的切割装置1的一个实施例。切割装置1包括承载壳体11和校正装置14的支承件12。激光源16(图1中不可见)布置在壳体11中并由支承件12承载，其适于产生或提供切割激光束15。

支承件12具有带四个腿122的安装结构。每个腿具有支柱1221和脚部1222，脚部1222适于借助螺钉1223固定在患者的肋骨架2的肋骨21之一上。特别地，脚部1222配备有凹形的下表面，其成形为接纳肋骨架2的肋骨21之一。为了将安装结构固定到肋骨架2上，至少在腿122的脚部1222被旋拧到肋骨21上时，支承件12包括带123。带123布置在肋骨架2周围并以普通方式被紧固。当固定到肋骨架2上时，切割装置1定位在肋骨架2的胸骨22上方。

支承件12还具有作为承载元件的承载板121，其连接到四个腿122。腿122与承载板121之间的连接是可调节的，使得承载板121与胸骨22之间的距离可以是变化的。一旦调节好，腿122和承载板121就牢固地连接，使得承载板121的位置和取向相对于胸骨22被预先限定，只要胸骨22和肋骨21不相对于彼此移动即可。

切割装置1还包括校正装置14，该校正装置14具有安装在支承件12的承载板121上的作为传感器的一个或多个摄像机141。摄像机141指向胸骨22，或更具体地指向胸骨22的一个区域，在此胸骨22被切割激光束15撞击。摄像机141适于提供与承载板121以及因此激光源16(图1中不可见)和切割激光束15相对于胸骨22的位置有关的空间信号。校正装置14还包括在电子单元17(图1中不可见)中实现的计算单元，其接收并评估摄像机141的空间信号。当识别承载板121相对于胸骨22的位置的偏差时，校正装置14的计算单元向驱动单元19(图1中不可见)提供控制信号以校正该偏差。为了与计算装置17通信和其它交互，切割装置1包括介质配线13。

在图2中，示出了不带壳体11和介质配线13的切割装置。由此，可见激光装置18的激光施加器182安装在支承板121上。激光施加器182具有纤维连接器1821，介质配线13的光纤可以连接到该纤维连接器1821。激光施加器182具有出口，切割激光束15的光从该出口出射。在图2中，激光施加器182在向上的方向上提供切割激光束15光。

激光装置18还具有第一再定向反射镜187，其使切割激光束15向左偏转90°通过透镜单元187。通过透镜单元187扩宽了切割激光束15。在透镜单元187的左侧，激光装置包括第二再定向反射镜188，其使扩宽的激光束15在向下的方向上偏转90°。由此，切割激光束15沿着激光施加器182行进，直至其撞击激光装置18的第三再定向反射镜189。第三再定向反射镜189再次使扩宽的切割激光束15向左偏转90°，在此它被再定向至抛物面反射镜构件16。

抛物面反射镜构件16可以以各种方式进行调节。特别地，它具有可以调节锥度或几何形状的抛物面反射镜。扩宽的切割激光束15撞击抛物面反射镜构件16的抛物面反射镜，其一方面将它朝胸骨22再定向，另一方面聚焦切割激光束15。因此，抛物面反射镜构件16形成切割装置1的激光源。通过调节抛物面反射镜的锥度，可以适配切割激光束15的焦点或几何形状。抛物面反射镜构件16被控制成自动使切割激光束15在胸骨22处聚焦。因此，它还形成了切割装置1的自动聚焦装置，其也允许精确地调节切割激光束15在切割几何形状221处的强度。这样，可以在胸骨22处有效地烧蚀骨组织。此外，调节抛物面反射镜构件16限定了切割装置1出射切割激光束的方向。由此，抛物面反射镜构件16被控制成向胸骨22施加预先限定的切割几何形状221。

抛物面反射镜构件16被固定在激光器支架124上，激光器支架124可移动地连接到承载板121。激光器支架124连接到水平x轨道126和垂直y轨道125。抛物面反射镜构件16、激光器支架124、x轨道126和y轨道125共同形成激光装置1的驱动单元9的光束调节机构或光束定向器。驱动单元19还具有铰接电机(hinge motor，铰链式电机)，其适于使激光器支架124倾斜，以便调节从抛物面反射镜构件16提供切割激光束15的方向。它还包括使激光器支架124沿着x轨道126和y轨道125移动的线性电机。为了精确地沿着预先限定的切割几何形状221切割胸骨22，调节抛物面反射镜构件16。一旦达到抛物面反射镜构件16的适当调节范围，就停止产生切割激光束15，并通过移动并使它倾斜来重新定位抛物面反射镜构件16。当适当地重新定位时，继续沿着切割几何形状221切割胸骨22。

图3从侧面示出切割装置1。由此，可见摄像机141指向胸骨22，或更具体地，指向其中切割激光束15撞击组织的胸骨部位。此外，可见抛物面反射镜构件16具有两个插口作为可以与控制装置和/或数据传输装置连接的接口。

图4从正面示出切割装置。抛物面反射镜构件16向左侧倾斜，这允许有效地接收来自第三再定向反射镜189的扩宽的切割激光束15。切割装置1还包括碎屑提取单元的抽吸鼻部(图中未示出)。该抽吸鼻部适于排空由于切割激光束15撞击胸骨22而产生的碎屑。

在图5中，示出了切割装置1的电子单元17。它经由介质配线13连接到切割装置1的壳体11和其它相应部件。电子单元17包括气体和液体控制装置171、深度检测单元172、包括校正装置的计算单元的处理单元173和显示器174。此外，它配备有激光装置18的固态掺铒钇铝石榴石(Er:YAG)激光器181，激光器181连接到激光施加器182。深度检测单元172适于检测由切割激光束15施加到胸骨22的烧蚀深度。

如图3所示，介质配线13包括前冷却介质管131、后冷却介质管132、气体管144、电源缆线134、深度检测单元172的深度控制光纤135、液体管136和控制器缆线137。它还收纳激光装置18的烧蚀光纤183。

电源缆线134与远离电子单元17的所有耗电体连接。由此，耗电体——比方说，特别是驱动单元的电机、摄像机141、抽吸鼻部和抛物面反射镜装置16——经由介质配线13的电源缆线134被供给电能。

前冷却介质管131和后冷却介质管132与冷却实体连接。冷却介质可以是任何液体或其它介质，例如适于冷却诸如激光源等附接的构件的基础部件(sole)。更具体而言，在前冷却介质管131中，冷却介质从冷却介质储器提供给冷却实体，而在后冷却介质管132中，经加热的冷却介质在循环通过冷却实体之后被返回。

气体管133和液体管136在激光源或抛物面反射镜构件16附近或其上与喷嘴本体(图中未示出)连接。喷嘴本体包括指向切割激光束15-胸骨22接触区域的多个双流体喷嘴。通过双流体喷嘴，由液体管136提供的液体——比方说，例如可以添加防腐剂物质的无菌氯化钠或蒸馏水——与由气体管133提供的气体在升高的压力下混合以便产生喷雾。在胸骨22的骨组织的烧蚀期间，双流体喷嘴向切割激光束15-胸骨22接触区域喷射以冷却并由此最大限度地减少骨组织中的传热。例如，双流体喷嘴可以在约3巴的压力下以约8至10ml/min的流速传送无菌氯化钠。然后通过抽吸鼻部将液体与碎屑一起从胸骨22中去除。

控制器缆线137与切割装置1的处理单元和可控部件如驱动单元的电机、摄像机141、自动聚焦装置、喷嘴本体的双流体喷嘴等连接。处理单元173经控制器缆线137与所述的可控部件通信。例如，处理单元考虑胸骨22的切割几何形状处的骨组织的烧蚀深度而自动地调节自动聚焦单元的透镜的取向。

切割激光束15的光经烧蚀光纤183从Er：YAG激光器181经由其纤维连接器1821提供给激光施加器182。为此，由激光器181产生的激光束如图4所示被引导到烧蚀光纤183中。特别地，激光装置18的Er：YAG激光器181具有光束发生器184。初始激光束离开光束发生器184并通过激光装置18的聚焦透镜185被引导到烧蚀光纤183中。在此，它行进到如上所述的激光源并离开该激光源。

类似地，作为用于烧蚀骨组织的激光束，经深度控制光纤135提供第二激光束。该第二激光束用于检测胸骨2上的烧蚀操作的深度。

在使用中，切割装置1可以应用于切割胸骨22的方法的实施例中。在使用装置1之前，准备胸骨22以便可到达切割装置1。为了准备胸骨22，可以在术前采用一些步骤。例如，可以通过计算机断层摄影获得关于胸骨22的数据。可以分析数据，并且在计算机断层摄影图像上，可以在胸骨22上限定诸如正弦线或曲线的切骨几何形状。然后可以使胸骨22可接近，并且切割装置1可以固定到肋骨架2上，使得激光源处于预定位置。

为了烧蚀胸骨22处的骨组织，处理单元173控制驱动单元，使得其将激光源与喷嘴本体一起沿着切割几何形状在胸骨2上移动。由此，由切割装置1的激光装置产生的亚微秒脉冲激光束产生成线的相邻圆形光斑。由于光斑交替地形成，所以骨组织有时间进行冷却，这允许最大限度地减少骨组织的附带损伤。

为了有效地烧蚀胸骨22处的骨组织，由激光源产生的切割激光束15被调节为具有2940nm的波长。在将切割激光束15输送至胸骨22期间，通过喷嘴本体中的双流体喷嘴喷射无菌氯化钠。这样，切割激光束15-胸骨22接触区域被冷却和润湿。

在烧蚀期间，深度控制单元172监测和控制被烧蚀的骨组织的深度。切割激光束15被调节至使得沿着切割几何形状从胸骨22精确地烧蚀骨组织的深度。

图5示出复杂切割几何形状的示例，其可以由根据本发明的切割装置在胸骨打开手术过程中提供。胸骨8沿着包含扭转结构的切割几何形状被切割成右侧第一胸骨部81和左侧第二胸骨部82。切割几何形状的结构由具有不均匀周期的周期正弦函数限定，所述不均匀周期在第一胸骨部81上产生多个不均匀的凸部811和凹部812并在第二胸骨部82上产生对应的多个不均匀的凸部821和凹部822。除此之外，正弦函数在胸骨8的近侧或内部方向上变化，从而形成非垂直的相应的切割角度。将这种非周期切割函数和扭转切割面用于打开胸骨8可保证胸腔在原始位置处再次闭合。因而，该切割几何形状仅允许第一胸骨部81和第二胸骨部82在等于初始状况的预定目标状况独特重新装配。

本说明书和图示本发明的各方面和实施例的附图不应被视为限制了限定受保护的发明的权利要求。换言之，虽然已在附图和前面的说明中详细示出和描述了本发明，但这种图示和描述应被看作说明性的或示例性的而不是限制性的。可做出各种机械的、组成的、结构的、电气的和操作上的变更而不脱离此说明书和权利要求书的精神和范围。在一些情形中，未详细示出公知的电路、结构和技术以免使本发明变得难以理解。因此，应理解的是，本领域普通技术人员可以在以下权利要求的范围和精神内作出变更和修改。特别地，本发明涵盖具有上文和下文描述的不同实施例的特征的任意组合的其它实施例。

本公开还涵盖附图所示的所有其它特征，尽管它们在前面或下面的说明中可能未被单独地描述。此外，可从本发明的主题或从所公开的主题放弃附图和说明书中描述的实施例的单一替代方案及其特征的单一替代方案。本公开包括由权利要求或示例性实施例中定义的特征组成的主题以及包含所述特征的主题。

此外，在权利要求书中，用语“包括”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个单元或步骤可实现在权利要求中叙述的多个特征的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述特定措施的单纯事实并不表示这些措施的结合不能有利地使用。与属性或值相结合的用语“本质上”、“约”、“大致”等特别是还分别明确地定义该属性或明确地定义该值。在给定数值或范围的上下文中的用语“约”指的是例如在给定值或范围的20％以内、10％以内、5％以内或2％以内的值或范围。被描述为“联接”或“连接”的部件可以电气地或机械地直接联接，或者它们可经由一个或多个中间部件间接地联接。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制保护范围。

Claims (18)

1.一种用于切割患者的胸骨(22；8)的切割装置(1)，包括：

激光源(16)，其适于产生切割激光束(15)，

光束调节结构，其用于沿着所述胸骨(22；8)处的预先限定的切割几何形状(811,812,821,822)引导由所述激光源(16)产生的切割激光束(15)，和

承载所述激光源(16)的支承件(12)，

其特征在于

所述支承件(12)具有安装结构(122)，该安装结构适于被固定在患者的肋骨架(2)上，使得所述激光源(16)相对于所述胸骨(22；8)处于预定位置。

2.根据权利要求1所述的切割装置(1)，包括校正装置(14)，其适于自动识别导致激光源(16)的切割激光束(15)偏离预先限定的切割几何形状(221；811，812，821，822)的所述激光源(16)相对于所述胸骨(22；8)的移动，并适于自动调节所述激光源(16)相对于所述胸骨(22；8)的位置以校正所述激光源(16)的切割激光束(15)相对于预先限定的切割几何形状(221；811，812，821，822)的偏差，其中所述校正装置可选地包括传感器(141)，所述传感器适于提供与所述切割激光束(15)和所述胸骨(22；8)相对于彼此的位置有关的空间信号。

3.根据权利要求2所述的切割装置(1)，其中，所述支承件(12)包括承载元件(121)并且所述校正装置(14)适于自动识别所述承载元件(121)相对于所述胸骨(22；8)的移动。

4.根据权利要求3所述的切割元件，其中，所述支承件(12)包括激光器支架(124)，所述激光源(16)固定地安装在所述激光器支架上并且所述激光器支架(124)与所述承载元件(121)可移动地连接。

5.根据权利要求4所述的切割装置(1)，包括驱动单元(19)，所述驱动单元适于使所述激光器支架(124)相对于所述承载元件(121)移动。

6.根据权利要求5所述的切割装置(1)，其中，所述驱动单元(19)包括适于使所述激光器支架(124)相对于所述承载元件(121)移动的线性电机。

7.根据权利要求5或6所述的切割装置(1)，其中，所述驱动单元(19)包括光束定向器(16,124,125,126)，其适于调节由所述激光源(16)产生的切割激光束(15)的提供方向。

8.根据权利要求7所述的切割装置(1)，其中，所述光束定向器(16,124,191,192)包括铰接电机，其适于使所述激光源(16)相对于所述承载元件(121)倾斜。

9.根据权利要求7或8所述的切割装置(1)，其中，所述光束定向器(191)包括可调节的光学器件(16,124)，其适于再定向由所述激光源(16)产生的切割激光束(15)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的切割装置(1)，其中，所述支承件(12)的安装结构(122)包括多个腿(122)，每个腿具有成形为固定到肋骨架(2)的肋骨(21)上的脚部(1222)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的切割装置(1)，其中，所述支承件(12)的安装结构(122)包括中空支柱，其成形为固定到所述肋骨架(2)的多个肋骨(21)上并定位成使得所述激光源(16)的切割激光束(15)穿过其中空内部空间。

12.根据前述权利要求中任一项所述的切割装置(1)，其中，所述支承件(12)的安装结构(122)包括适于将所述安装结构(122)固定到所述肋骨架(2)的带(123)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的切割装置(1)，包括碎屑提取单元，其适于排空由于所述切割激光束(15)撞击所述胸骨(22；8)而产生的碎屑。

14.根据前述权利要求中任一项所述的切割装置(1)，包括深度检测单元，其适于检测由所述切割装置(1)施加到所述胸骨(22；8)的烧蚀的深度。

15.根据前述权利要求中任一项所述的切割装置(1)，包括自动聚焦装置，其适于自动调节所述切割激光束(15)相对于所述胸骨(22；8)的焦点。

16.根据前述权利要求中任一项所述的切割装置(1)，包括深度控制单元，其布置成当所述胸骨(22)被切割到预定程度时停止所述激光源(16)产生切割激光束(15)。

17.根据权利要求16所述的切割装置(1)，其中，所述深度控制单元包括基于激光的光学相干断层摄影设备。

18.根据权利要求16或17所述的切割装置(1)，其中，所述深度控制单元包括基于激光的光-声光谱传感器。