CN111787851A - 用于鉴别生物组织的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于鉴别生物组织的装置，使得其能够在复杂的操作条件下，例如，由于通过切割操作而释放的污染元素的存在、由于生物组织中的水分的存在、或者由于干扰读取结果的非受控的气氛的存在来实施组织的鉴别。本发明允许构建更复杂的装置，包括切割器械，使得可以通过防止切割到在所述切割操作期间所要避免的组织中，以安全的方式实施外科手术。
Description
技术领域
本发明是一种用于鉴别生物组织的装置，使得该装置能够在复杂的操作条件下，例如，由于由切割操作而产生的元素的存在、由于生物组织中的水分的存在、或者由于可能会干扰读取结果的非受控的气氛的存在来实施组织的鉴别。
本发明允许构建更复杂的装置，包括切割器械，使得可以通过防止切割到在所述切割操作期间不受到损伤的组织中，以安全的方式实施外科手术。
背景技术
本发明的目的是具体基于LIBS(激光诱导击穿光谱法)，在实际临床条件下区分生物组织。此技术由以下构成：使高能激发激光束(典型地是Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)脉冲激光)撞击所研究的材料(在这种情况下是组织)，在需要时将其适当地聚焦，这在微观水平上产生材料的电离，电离生成等离子体羽。
所述等离子体发射光辐射，该光辐射的特征光谱(针对各个波长所发射的光强度)直接取决于材料的化学组成。因此，对等离子体的光谱的测量和分析允许获知所研究的样品的化学组成，并因此允许推断出它是什么类型的材料。因此，总体上能够区分不同类型的材料，尤其是生物组织。
当此技术在临床条件下使用时，其最重要问题之一因水分以及也因激光撞击的材料表面上或周围气氛中与组织无关的元素(如通过切割操作产生的元素)引起，水分和元素的存在使等离子体发射的光谱的出现(appearance)和/或正确测量变得困难。
在这些情况下，可能不会产生等离子体，或者会产生等离子体，但是测量光谱对应于生物组织和与组织无关的元素两者，从而使读取失真并得出可能不正确或者甚至是危险(如果诸如是否切割生物组织的决定取决于这样的读取)的结论。
存在水分或液体介质的首要原因之一是生物组织中固有地含有的水的存在；血液供应，主要在高度血管化的那些组织(如肝脏和肾脏)中；以及其它体液的存在，如，例如脑脊液和其它体液，如唾液、胆汁、精液、尿液或粘液(存在于呼吸道、消化道、生殖道、鼻道和其它中)。
除了前述困难之外，还有与装置在临床环境中使用时可以工作的情况有关的那些困难。在这些困难中，以下实例是突出的：
非身体水性介质的存在
手术期间，可能有外部液体的存在。最清楚的实例是盐水流，其一般用于冲洗以便总体上清洁外科区(术野，surgical field)，并且尤其为了减少激光切割生成的热量，从而防止燃烧。
在使用切割激光的情况下，必须应用盐水流以消散与切割相关的热效应。由于此流在一些情况下阻止了等离子体的生成，而在另一些情况下降低了生成的等离子体的强度，因此，此流连同所作用的组织的固有水分带来了(表现出，represent)额外的困难。
流血或出血
此困难因素是指外科程序期间待识别的实际组织的流血或出血，或有意或无意损伤的相邻组织或解剖结构的流血或出血所产生的血流。它构成了外在因素，其效果与水性介质产生的效果类似，此外，还必须考虑由于血液成分对激光生成的羽(羽流，plume)的作用(contribution)而引起的特征光谱的污染和偏差。在全文中，术语“污染物”及其派生词必须解释为与生物组织无关的元素，其中元素是通过切割操作产生的元素或悬浮在周围气氛中的颗粒。
其它非液态有机成分
通常，在任何外科操作或治疗操作期间，可能会生成或释放组织的其它成分。例如，用Er:YAG激光切割骨组织会在微观上使组织挥发，从而生成沉积在外科区中的颗粒(也被确认为碎片(碎屑，debris))。
待分析的不同组织的这些颗粒使识别分析的组织对象变得困难，并且会欺骗系统。出于此原因，必须从外科区清除通过用激光切割组织所生成的碎片。
再次通过实例的方式，可能会将混淆的元素引入到组织的表征中的另一成分是通过激光切割或通过借助于另一种类型的外科器械进行烧灼而生成的煅烧的有机材料。
在实验室条件下使用LIBS来识别组织是已知的，在实验室条件下，所有条件都受到极端控制，并且对组织样品进行工作，这些组织样品始终按着相同的方法学进行处理和处置，并且并非未考虑到无疑会在实际的临床情况/外科手术情况中出现的情形。
作为此准备阶段的一个实例，已知多个“准备”激光脉冲用于从组织表面去除污染物和液体的目的。所有情况均涉及在不流血或在表面上无液体的情况下的离体组织，其中通常进行数次测量，然后取平均以提高稳健性。
存在这样的公开内容：认识到常规的LIBS在盐水的存在下不能工作，并且出于此原因，使用双脉冲LIBS。
根据此技术，第一脉冲不生成可测量的等离子体，而是用于在脉冲撞击的材料表面区中产生小气泡，被称为空化气泡。所述空化气泡迅速膨胀，在材料表面和覆盖它的液体之间开放(产生，opening up)气腔，并且在第一脉冲冲击之后，典型地在50至200μs之间，此气泡达到其最大尺寸。因此，当第二脉冲撞击材料时，它被空气包围，使得生成的等离子体从而与样品未浸入时一样坚固(robust)。
迄今为止，当要在水下条件下执行LIBS时，尤其要使用双脉冲激光，如，例如用于表征水下考古材料或用于搜寻碳氢化合物。
此技术解决了样品上液体丰富的问题，但是没有解决其固有水分的问题。同样，此技术通过第一脉冲使特征测量光谱失真，增加了对样品产生的损伤。
另一个非常重要的缺点是，当存在体积不规则的液体和/或处于运动中的液体而非静态水层时，该方法会缺乏稳健性和可重复性。最后，有必要指出另一缺点，即该方法对由空化气泡产生的透镜效应而导致的不可控制的检测效率降低敏感。
考虑的技术问题是如何在组织的鉴别过程中，在经受固有水分条件、液体的存在、污染颗粒的可能存在、或甚至被污染的气氛的存在的生物组织上获得稳定、稳健并且提供良好的可重复性的等离子体羽。
尽管习惯于在实验室条件下工作的本领域技术人员会避免干扰等离子体羽生成区域来解决该技术问题，但是本发明通过并入生成气流的装置来干扰所述区域以解决所述问题，在操作模式下，所述区域包括生成等离子体羽的激光束撞击的组织区。
发明内容
根据第一发明方面，本发明是一种用于鉴别生物组织的装置，包括：
-第一激光发射器，被配置用于沿轴向X-X'发射能够在撞击生物组织时引起(产生，causing)等离子体羽的激光束；
-光谱读取单元，被配置用于测量等离子体激光生成的羽束的光谱；
-与光谱读取单元通信的中央处理单元，该中央处理单元被配置用于接收测量光谱并响应于测量光谱以鉴别值提供输出。
第一激光器是负责使激光束撞击生物组织并生成等离子体羽的部件。根据若干实施方式，激光器可以利用聚焦单元，该聚焦单元通过增加每单位面积的能量强度来将激光束的能量集中在具有比光束的截面小的面积的区域中。
根据本发明的优选实施方式，第一激光器是脉冲激光发射装置。等离子体羽在给定的光谱范围内发射电磁辐射，且其特征可在于取决于波长的辐射强度。此光谱取决于促成等离子体的形成的组织或材料。一个或多个特定波长的峰值强度的出现可能是由于特定元素或化合物的存在。
如果光束撞击组织并也撞击任何污染性材料，则在最佳情况下，羽的特征光谱并不对应于组织的光谱，而是对应于组织的光谱与存在的和组织无关的某种材料或某些材料和元素的光谱的组合。已经表明，此种情况是最佳情况，因为与组织无关的固有水分、液体和/或试剂的存在通常会引起等离子体羽的发生，因此甚至不可能实施对所述羽的光谱的读取。
该装置包括光谱读取单元，该光谱读取单元被配置用于接收至少部分的羽辐射，从而在该装置处于操作模式时确定等离子体羽的光谱。
该鉴别装置还包括中央处理单元，该中央处理单元接收羽的辐射光谱的读取，该读取经处理以用于确定取决于该读取的鉴别值。
可能存在各种鉴别标准，并且其中一些将被描述为本发明的实施方式。
对在外科手术期间可以切割的组织以及必须完整保存且因此不能切割的那些组织的鉴别存在极大的兴趣。在这些情况下，中央处理单元在其从光谱读取单元接收的光谱与适合和不适合切割的组织的光谱值之间建立比较。中央处理单元由此在输出中提供指示第一组组织(例如，适合切割的组织)的第一值和指示第二组组织(例如，不适合切割的组织)的第二值。
组织的鉴别不一定必须与鉴别的组织对象的切割相关联，而是可以实施沿路径实施读取的其它实施方式，例如，沿所述路径获得关于组织的信息。
在实施方式中，对使用一种或多种机器人外科设备也存在极大兴趣，该机器人外科设备控制所描述的用于通过一条或多条臂中的既定路径实施读取的装置，无论是进行切割还是仅执行鉴别操作。
根据本发明，为了防止光谱读取中的失真，该装置的特征在于其另外地：
包括吹送单元(blowing unit)，该吹送单元被配置用于借助于吹送或借助于抽吸或借助于吹送和抽吸在区域中提供气流，在操作模式下，该区域包含生成等离子体羽的激光束撞击的组织区。
此吹送单元在生成等离子体羽的激光束撞击的区域中建立气流，该等离子体羽主要夹带阻止或使等离子体羽难以发生的固有水分，以及可能存在并且使等离子体羽的光谱失真的与组织无关的元素，由于所述气流留下不含这些其它元素、碎片或流体的组织，所以使得等离子体羽以稳健且稳定的方式生成并且仅由组织产生。
尽管引入气流与本领域技术人员设法防止清除羽或防止其失真的做法相反，但是发现本发明解决了所考虑的问题，因为气流夹带了固有水分和可能存在的污染元素，但不夹带激光产生的羽，从而允许对其读取。
根据优选实施方式，吹送单元通过吹送(例如在压力下存储的)受控气体起作用，以防止该吹送包括其它污染元素或与组织无关的元素。气体的实例是过滤的空气或稀有气体，以防止与生成的等离子体形成反应产物。
根据极大感兴趣的另一实施方式，吹送单元被配置用于沿轴向X-X'吹送气流，即，由来自第一激光发射器的激光束限定的轴向X-X'。轴向流不仅清除与组织无关的任何元素，而且还保护靠近等离子体羽生成区域布置的任何光学器件(optic)，因为当激光撞击时任何颗粒的投射都会与气流相对并且会被阻止或清除，从而防止所述颗粒到达可能需要使用激光的光学器件。
如所指示的，等离子体羽的生成有时会生成撞击例如聚焦单元的液体的颗粒或液滴的投射，从而使其变脏。根据一个实施方式，轴向流围绕在聚焦光学器件周围，并且一旦它经过所述光学器件就会聚，从而防止任何投射的颗粒到达所述聚焦单元。
根据本发明的其它实施方式，通过抽吸获得流，使得污染元素以受控方式去除。
根据本发明的另一实施方式，结合了吹送和抽吸两者，在这种情况下其允许例如使光学部件受到保护，并且同时使借助于流去除的污染元素受到控制。
本发明的详细描述中描述了本发明的若干实施方式。
附图说明
基于以下对优选实施方式的详细描述，本发明的这些和其它特征以及优点将变得更加显而易见，该优选实施方式仅作为参考附图的说明性而非限制性实例提供。
图1显示了具有各种元件的本发明的第一实施方式的图，该元件允许鉴别装置的高效使用。
图2显示了允许在鉴别区域上吹送的部分的实施方式。
图3显示了待鉴别组织的区域(area)，在该区域上已经进行了多个测量以确定鉴别值。根据规则的矩形网格分布的点是已经执行鉴别操作的点。通过对这些值的后续处理，已经确定了与三个不同的鉴别值相对应的三个区域的识别。
图4显示了本发明的实施方式，其中借助于将区域图(map of region)投射到外科区上的投影仪，将在外科区中确定多个鉴别值之后获得的区域图提供给用户。
图5显示了本发明的实施方式，其中借助于将外科区的图像和区域图组合的显示装置，将在外科区中确定多个鉴别值之后获得的区域图提供给用户。
图6显示了本发明的实施方式，该实施方式除了实施组织的鉴别之外，还包括用于实施取决于鉴别结果的选择性切割的装置。
具体实施方式
图1显示了位于组织(T)样品上的鉴别装置的第一实施方式的图。在整个描述中将使用诸如上方、下方、右侧或左侧的相对术语。这样的术语将指代它们在图中所示的相对位置，并且这些术语必须关于将被描述为基于该装置的元件的参考方向的方向进行解释。
第一参考方向是由第一激光发射器(1)建立的被确认为X-X'的方向，在操作模式下，第一激光发射器(1)根据此方向X-X'发射激光束，并且该激光束能够在撞击生物组织时引起等离子体羽(P)。
在图1中，第一激光发射器(1)位于图的上部，并且朝向位于下部且被定位使得其根据基本上垂直于方向X-X'的表面延伸的组织(T)样品发射激光束。
在此实施方式中，该装置包括聚焦单元(3)，该聚焦单元(3)将来自第一激光发射器(1)的激光束集中在一个点上，从而增加其能量密度。聚焦单元(3)的焦点处于焦距(d)的位置，并且对应于组织(T)样品的位置所在的点，组织(T)样品接收用于生成等离子体羽(P)的激光束。
在操作模式下，本实施方式中使用的激光器发射脉冲束，并且该激光器是Nd:YAG型激光器。
当激光撞击组织(T)时，生成等离子体羽(P)，等离子体羽(P)发射具有特征光谱(S)的电磁辐射，特征光谱(S)取决于激光束撞击的组织(T)的类型。
具有取决于组织(T)的特征光谱(S)的等离子体羽(P)的部分辐射沿激光束的方向X-X'发射，并通过用于集中激光束的聚焦单元(3)观察。
图1用两条代表窄光束的线描绘了撞击组织(T)的激光束，以及借助于彼此显示更加分开且限定了较宽光束(即返回光束)的两条线，由聚焦单元(3)观察到的发射的部分。
根据方向X-X'，通过聚焦单元(3)返回的此返回光束是用于进行特征光谱(S)的测量的。
由第一激光发射器(1)发射的光束穿过光束组合器(2)，光束组合器(2)对此光束是透明的。光束组合器(2)显示处于倾斜位置，具体是在45°处，因为此光束组合器(2)对于从等离子体羽(P)返回的返回光束不透明。返回光束向左侧反射，到达光谱读取单元(4)。
光谱读取单元(4)包括确定等离子体羽(P)的特征光谱(S)的传感器，并且特征光谱(S)被传输到中央处理单元(5)，中央处理单元(5)响应于特征测量光谱(S)，根据鉴别标准建立鉴别输出值。
图1显示了接口光学器件(11)，接口光学器件(11)允许将返回光束引入到光纤(12)中，以用于将返回光束引入光谱读取单元(4)中。
此同一张图示意性地显示了吹送单元(6)，吹送单元(6)将气流吹送到形成等离子体羽(P)的区域上，以清除固有水分或位于组织(T)样品上或周围气氛中的任何污染元素。
在所描绘的图中，两个吹风机已经对称布置，以在围绕等离子体羽(P)的区域中配置轴向流。然而，通过同时或以交替的方式将吹送、抽吸、或两者进行组合的其它实施方式是可能的。尽管吹送单元(6)是本发明的必要特征，但是在以后的一些图中未显示吹送单元(6)，以使得更容易看到位于吹送单元(6)所在的位置附近的线和对象。缺少此图示并不意味着此吹送单元(6)不在那里。
图2显示了由腔室(CH)形成的吹送单元(6)的实施方式，腔室(CH)包括进气口(6.3)，以相对于大气压的超压力来升高所述腔室(CH)内的压力。
吹送单元(6)的腔室(CH)具有由透明板形成的窗口(6.2)，窗口(6.2)允许激光束和返回光束通过，并保护聚焦单元(3)。形成窗口(6.2)的透明板在聚焦单元(3)的方向上建立腔室的加压封闭(pressurized closure)。
在腔室(CH)的下部，在与窗口(6.3)相对的部分中，布置有喷嘴(6.4)，喷嘴(6.4)允许空气朝向组织(T)样品和在激光束撞击时生成等离子体羽(P)的区域流出。
根据此实施方式，实现了生成等离子体羽(P)的激光束沿轴向X-X'的空气射流，并且所述空气射流防止从生成等离子体羽(P)的区域投射的颗粒朝向窗口(6.2)和/或朝向聚焦单元(3)进入。
在此同一实施方式中，已描绘了壳体(casing)(C)，壳体(C)至少容纳聚焦单元(3)，并在其下部连接至吹送单元(6)，并在与下部相对的上部连接至第一激光发射器(1)。
根据此实施方式的此同一壳体(C)具有用于与接口光学器件(11)连接的装置，接口光学器件(11)用于与光纤(12)连接，从而形成受保护的内部空间。
图1和图2示意性地显示了对于给定实施方式，用于将雾并入到气流中的雾生成模块(6.1)，在给定实施方式中，产生等离子体羽(P)所处的气氛需要雾产生模块(6.1)。在此具体情况下，生成等离子体羽(P)所处的气氛被控制，因此雾对特征测量光谱(S)的影响也受到控制。
已经描述了光谱读取单元(4)的存在，光谱读取单元(4)将特征测量光谱(S)传输到中央处理单元(5)，中央处理单元(5)负责响应于测量光谱(S)以鉴别值提供输出。
此鉴别值响应于或取决于特征测量光谱(S)，根据所应用的鉴别标准而不同。
有关鉴别标准的第一实施方式预先建立一个或多个波长值作为与特征测量光谱(S)进行比较的值。最简单的情况由使用单个波长λ1构成，对该波长还预先建立了阈值M1。
如果特征测量光谱(S)在波长λ1下的振幅超过阈值M1，则作为鉴别操作的结果的输出值为第一值，而如果其未被超过，则输出值为第二值。
在此实施方式中，在其上形成等离子体羽(P)的组织(T)包含待鉴别组织的特征成分的情况下，波长λ1的值对应于特征测量光谱(S)中峰值强度的存在所处的波长。作为用于选择波长λ1的良好候选的值是待鉴别组织的特征成分的特征波长，换言之，该值是该成分显示峰值强度所处的波长，但该波长不对应于未鉴别组织的任何成分的峰值强度。
另一个更稳健的实施方式建立多个波长λi,i＝1,…,n，针对该波长λi预先确定n个阈值Mi,i＝1,…,n，使得验证了作为处于以下情况下的波长的条件：当组织是待鉴别组织(T)时，存在大于其预先建立的阈值的高强度值，而当组织(T)与待鉴别组织不同时，则不发生。
用于使用中央处理单元(5)实施鉴别的第二实施方式提供了具有更多信息的值，因为其对应于识别特异组织的值。
中央处理单元(5)已在内部或外部存储了与由第一激光发射器(1)在多个不同生物组织(T1,T2,T3,…,Tn)中生成的等离子体相对应的多个光谱(E1,E2,E3,…,Em)。
当中央处理单元(5)接收特征测量光谱(S)时，其将特征测量光谱(S)与多个光谱(E1,E2,E3,…,Em)进行比较，针对它们中的每个光谱确定代表相似度的值。测量相似度的实例由以下构成：预先定义规则，以该规则测量光谱的差异。规则的具体情况建立了样品的绝对值相对于预先建立的一组波长下的值的差异。
在所有比较中，提供最高相似度的比较对应于光谱，该光谱进而对应于所识别的生物组织，并且这是由中央处理单元(5)提供的作为鉴别值的输出。
中央处理单元(5)可以提供所识别的组织的更多值，例如按它们的相似度排序。
在任何情况下，都可以对读取的光谱(S)进行预处理，例如进行噪声过滤。然后将预处理过的光谱作为比较的对象。
中央处理单元(5)递送的鉴别值对应于已在其上生成等离子体羽(P)的组织(T)的点。
根据一个实施方式，鉴别装置用第一激光发射器(1)在组织(T)的多个点上实施多个激光发射，并由生成的等离子体羽(P)确定鉴别值。
此多个测量确定分布在某个区域中的多个鉴别值。实施鉴别值的这些测量的具体方式是通过利用离散化网格，该网格导致以行和列分布的点的规则分布。
图3显示了矩形区域，在该矩形区域上已实施了一组读取以利用先前生成的等离子体羽(P)来确定鉴别值，这些读取根据矩形网格分布，并借助于以行和列分布的点以图形方式表示。
利用这些值，中央处理单元(5)用与相同的鉴别值相对应的鉴别值确定采样区的区域。存在这样的数值库(numerical libraries)，其基于离散函数，在离散函数的域中建立对应于该函数采用的一个或多个值的区域。
仅作为示例性实施方式，实施区域的此种识别的具体方式由以下构成：通过插值法构建连续标量函数，该连续标量函数具有在呈现采样值的区域中定义的函数域，然后确定对应于不同鉴别值的连续函数的阶层曲线(level curves)。
在其上已进行多个测量并随后确定与鉴别结果的值相对应的区域的域被称为区域图(MR)，并且这可通过图3中的实例看到。在此具体实例中，已经实施了鉴别，其中装置将给定组织(T)的标识符作为鉴别值返回。利用组织的值，中央处理单元(5)已经建立了三个不同的区域，一个区域代表所识别的每一个组织(T)。
作为具体情况，此区域图(MR)在外科区中工作的背景下是重要的，因为它允许识别可以切割的那些组织(T)区域以及不可以切割的那些组织区域。
例如，在图3所示的区域图(MR)的具体情况下，区域R1和R2对应于可以切割的组织(T)，而区域R3对应于不可以切割的组织。
在本发明的上下文中描述了若干实施方式，这些实施方式通过切换用户接收区域地图(MR)的信息的模式来允许所述用户与装置交互。
如图4所示，在关于用户接收区域图(MR)的模式的第一实施方式中，鉴别装置并入了投影仪(10)，投影仪(10)用于将区域图(MR)的图像投射到已进行多个测量的区域上。
一旦校准，投影仪(10)就被配置使得区域图(MR)的点与已产生等离子体羽(P)的组织的点重合，区域图(MR)的点对应于已经实施读取以用于制备区域图(MR)的点，等离子体羽(P)生成所处的组织的点对应于其区域图(MR)的点。
根据此实施方式，用户在实际外科区上看到哪个组织可被切割和哪个组织不可以被切割。
将区域图(MR)投射到外科区上的具体方式是，通过为鉴别过程中所识别的每种类型的组织(T)分配不同颜色，例如对决不能被切割的组织(T)使用更醒目的颜色，如红色。
图5中显示了关于向用户提供区域图(MR)的信息的方式的第二实施方式。鉴别装置包括照相机(9)，照相机(9)用于捕获已经在其上进行了多个测量的外科区的图像。中央处理单元(5)确定区域图(MR)并生成通过将由照相机(9)捕获的图像与对应于区域图(MR)的图像组合而得到的图像。
组合两个图像的具体方式是将一定透明度施加于区域图(MR)的图像，并将其叠加在由照相机(9)捕获的图像上。结果是显示其上叠加了区域图(MR)的外科区的图像。
鉴别装置另外包括图像显示装置(8)，图像显示装置(8)使用户可以获得组合或叠加的图像。显示装置(8)的实例是监视器，或例如以眼镜形式配置的显示单元，其允许用户更加沉浸式的体验。
另一实施方式将根据所描述的任一个实例的鉴别装置与切割设备(7)相结合，切割设备(7)能够切割或不能够切割，即，被激活和去激活，使得用户能够关于已获得的鉴别信息，将其识别为适合切割以将组织(T)切割。
激活和去激活之间的切换可以是自动的或手动的。手动激活的实例是这样的实例：用户有区域图(MR)并且能够看到哪些区域适合切割，其中当他/她看到切割是可行的时候，用户激活切割。
自动激活或去激活的实例是对预先鉴别的区域执行切割的实例，并且关于所述区域，已经获得将组织(T)识别为适合切割的鉴别结果，使得一旦鉴别装置确定测量给出组织不适合切割的鉴别结果，中央处理单元(5)就使切割设备(7)去激活。
图6显示了这样的实施方式，其中切割设备(7)包括第二激光发射器(7.2)，具有足够的能量(power)引起生物组织(T)的切割。
虽然图6显示了使用不连续的线标识为切割设备(7)的第二激光发射器(7.2)和允许通过用户的致动使第二激光发射器(7.2)去激活的手动致动器(7.1)，但切割设备(7)可包含更多部件。在图6所示的实施方式中，由第二激光发射器(7.2)发射的激光束也利用了鉴别装置所使用的接口光学器件(11)、光束组合器(2)和聚焦单元(3)。
图6显示了第二激光发射器(7.2)如何通过光纤(12)发射激光束，光纤(12)到达用于读取特征光谱(S)的同一界面光学器件(11)。
根据一个实施方式，执行切割的激光发射在已经预先获得鉴别值的点处实施。
根据第二实施方式，例如借助于第二切割激光器(7.2)，沿着路径执行切割，并且当切割所到达的外科区上的区域接近被识别为不适合切割的区域时，切割停止。
换言之，由切割设备(7)执行的切割不必一定位于X-X'轴线上。切割设备(7)的另一个实例是可以用手或自动激活的手术刀。在这种情况下，切割设备(7)的激活或去激活分别使手术刀的切割刀片降低或升高。
图6显示了用手执行切割操作的切割设备的手动致动器(7.2)，并且该同一张图显示了中央处理单元(5)如何与切割设备(7)通信，以根据切割点是否处在借助于先前的鉴别操作分别被识别为适合或不适合切割的区域中而实施自动激活或去激活。
根据另一实施方式，组织(T)上的切割点建立在组织(T)与第一激光发射器生成等离子体羽(P)的点间隔开的点处。此配置的具体实例由以下构成：在预先确定的路径的点处执行切割，该点位于同一路径的实施了读取的点之后，该读取已导致鉴别。从而确保在连续的切割移动中，在切割到达不合适的所述区域之前，实施不适合切割的区域的识别。
在所有这些情况下，在提及点时，当鉴别装置相对于待鉴别组织(T)处于操作位置时，所述点对应于位于生物组织(T)的表面上的几何位置。换言之，在所有情况下，它们都是生物组织(T)表面的点。特别地，这些点是位于被称为外科区的区域中或区域图(MR)中的那些点。
在这些实施方式中，组合器(2)允许切割激光束(7.2)和来自等离子体羽(P)的返回光束的反射。
根据一个实施方式，光束组合器(2)是穿孔镜。穿孔允许来自小直径的第一激光发射器(1)的光束通过。围绕穿孔的镜的区域是反射来自等离子体羽(P)的返回光束和切割激光束(如果有的话)两者的区域。在这种情况下，切割光束将具有比穿孔更大的直径，以使得能够被镜朝向切割点或朝向聚焦单元(3)反射。
在该描述的实施方式中，装置的配置使得借助于波导建立以下连接：
-第二激光发射器(7.2)与朝向镜(2)的激光束的发射点之间的连接；
-光谱读取单元(4)与通过镜(2)的等离子体羽(P)的观察点之间的连接；或
-这两种连接。
根据一个实施方式，根据上述实例中的任一个的鉴别装置(具有或不具有切割设备(7))被安装在机器人外科设备中，例如以机器人臂的形式配置，这样允许与所述外科设备连接的鉴别装置的移动。根据一个实施方式，该装置根据由中央处理单元(5)或借助于另一个单独的中央处理单元预先建立的路径移动。根据另一实施方式，借助于外科设备的鉴别设备的移动由用户(例如，借助于操纵杆型输入装置)直接控制。
在任何实施方式中，第一激光发射器(1)、第二激光发射器(7.2)或两者都是脉冲激光器。
Claims (16)
1.一种用于鉴别生物组织(T)的装置，包括：
-第一激光发射器(1)，被配置用于沿轴向X-X'发射激光束，所述激光束能够在撞击生物组织(T)时引起等离子体羽；
-光谱读取单元(4)，被配置用于测量等离子体激光生成的羽束的光谱；
-与所述光谱读取单元(4)通信的中央处理单元(5)，所述中央处理单元(5)被配置用于接收测量光谱(S)并响应于所述测量光谱(S)以鉴别值提供输出；
其特征在于，所述装置另外包括吹送单元(6)，所述吹送单元(6)被配置用于借助于吹送或借助于抽吸或借助于吹送和抽吸在区域中提供气流，在操作模式下，所述区域包含生成所述等离子体羽的所述激光束撞击的组织(T)区。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述吹送单元(6)被定向，以沿所述轴向X-X'提供所述气流。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述吹送单元(6)包括用于将雾并入到被吹送或抽吸的气流中的雾生成模块(6.1)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述中央处理单元(5)被配置用于连续地执行以下指令：
i.通过激光生成的羽光谱读取单元(4)读取所述测量光谱(S)；
ii.至少在预先建立的波长λ1下验证所述光谱的振幅是否大于预先确定的阈值M1，所述光谱是直接读取或通过经历信号预处理读取的；
iii.提供第一鉴别值的输出，所述第一鉴别值确认在至少一个预先建立的波长λ1下测量的所述光谱的所述振幅是否已超过所述阈值M1，或者在任意其它情况下提供第二鉴别值的输出。
5.根据权利要求4所述的装置，其中步骤ii)的验证和步骤iii)的鉴别值是在n多个预先建立的波长λi,i＝1,…,n下实施的，针对所述预先建立的波长λi,i＝1,…,n预先确定n个阈值Mi,i＝1,…,n，使得所述第一鉴别值确认在所述波长λi,i＝1,…,n下所述光谱的振幅中的每一个是否超过其对应的阈值Mi,i＝1,…,n，所述光谱是直接测量或通过经历信号预处理测量的，并且所述第二鉴别值对应于任意其它情况。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中所述中央处理单元(5)被配置用于连续地执行以下指令：
i.通过激光生成的羽光谱读取单元(4)读取所述测量光谱(S)；
ii.将直接读取或通过信号预处理读取的所述光谱(S)与对应于所述第一激光发射器(1)在多个不同的生物组织(T1,T2,T3,…,Tn)中生成的所述等离子体的多个预先存储的光谱(E1,E2,E3,…,Em)进行比较，从而确定所述生物组织(Ti),i＝1..n具有与被读取的所述光谱(S)最接近的光谱；
iii.将前一步骤中确定的所述生物组织(Ti)的识别作为鉴别值提供。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置另外包括聚焦单元(3)，所述聚焦单元(3)用于根据所述轴向X-X'以给定的焦距(d)使所述激光束聚焦。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置被配置用于在操作区的区域中对所述鉴别值实施多个测量，并且其中所述中央处理单元(5)被配置用于通过所述多个测量来确定区域图(MR)，此区域图(MR)至少包括所述操作区的所述区域的中的一个或多个区域(R1，R2)和所述操作区的所述区域中的一个或多个区域(R3)，所述一个或多个区域(R1，R2)对应于第一鉴别值，所述一个或多个区域(R3)对应于第二鉴别值。
9.根据权利要求8所述的装置，包括：
图像投影仪(10)，被配置用于投射图像，所述图像至少包括由所述中央处理单元(5)生成的所述区域图(MR)。
10.根据权利要求8所述的装置，包括：
-照相机(9)，被配置用于捕获所述操作区的图像；和
-图像显示装置(8)；
其中所述中央处理单元(5)被配置用于将具有所述区域图(MR)的图像叠加在由所述照相机(9)提供的图像上，并且将所述图像的叠加发送到所述显示装置(8)，使得其能够被查看。
11.一种选择性生物组织(T)消融装置，包括：
-根据前述权利要求中任一项所述的用于鉴别生物组织的装置；
-切割设备(7)，能够自动或手动激活和去激活，被配置用于切割到所述组织(T)中，用于区分生物组织的所述装置在所述组织(T)中实施所述区分。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述切割设备(7)被配置用于：当所述生物组织区分装置以第一鉴别值提供输出时，自动使所述切割去激活，并且当所述生物组织区分装置以第二鉴别值提供输出时，自动使所述切割激活。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中所述切割设备(7)包括第二激光发射器(7.2)。
14.根据权利要求7和13所述的装置，其中所述第二激光发射器(7.2)被配置用于发射激光束，使得所述激光束的路径穿过光束组合器(2)，所述光束组合器(2)用于将来自所述第一激光发射器(1)的激光束和来自所述第二激光发射器(7.2)的激光束组合，以用于随后使两个光束的路径穿过所述聚焦单元(3)。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其中借助于波导建立以下连接：
-所述第二激光发射器(7)与朝向镜(2)的激光束的发射点之间的连接；
-所述光谱读取单元(4)与通过镜(2)的等离子体羽的观察点之间的连接；或
-这两种连接。
16.一种装置，包括：
-机器人外科设备；
-根据前述权利要求中任一项所述的装置，与所述机器人外科设备的至少一部分连接。
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