CN114206250A - 使横向定位和强度变化的激光光纤 - Google Patents

使横向定位和强度变化的激光光纤 Download PDF

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千田雅泰
谢尔盖·A·布克索夫
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Abstract

碎石术或其他医疗激光治疗系统可以包括横向地移位激光光纤的远侧部分的横向致动器，该激光光纤的远侧部分例如可以在无需在诸如工作管路的纵向通道中横向地移动携带激光光纤的内窥镜的情况下被扫描或以其他方式被控制以生成空间或时空次瞄准图案。目标结石在例如通过较高能量的冲击脉冲进行破碎之前可以例如使用较低能量的脉冲沿着图案选择性地被弱化。

Description

使横向定位和强度变化的激光光纤
相关申请的交叉引用
本申请要求按照35 U.S.C.§119(e)于2019年8月5日提交的美国临时专利申请序列号62/882,837、于2020年3月27日提交的美国临时专利申请序列号63/000,570以及于2020年5月19日提交的美国临时专利申请序列号63/027,007的优先权的权益，这些美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文档总体上涉及内窥镜激光系统，并且更具体地涉及用于使激光光纤的横向定位和激光脉冲的强度变化的系统和方法。
背景技术
在激光碎石术中，激光能量的脉冲可以经由激光光纤在内窥镜下施加至目标诸如肾脏、胆管、胆囊或其他结石例如以使结石破碎成各种片。然而，产生的各种片会散布在体内。产生的片可能太大而无法溶解或无法自然穿过身体，并且可能需要医生诸如使用抽吸装置、镊子、篮子或其他取回装置取回。取回结石碎片可能非常耗时且困难。任何产生的结石碎片的存在和性质可能会给患者带来进一步的挑战。
发明内容
该文档另外描述了激光疗法系统，诸如碎石术系统或可以包括激光光纤的其他医疗系统，该激光光纤可以被配置成用于提供变化的横向定位和变化的激光脉冲强度中的一种或两种。激光光纤的远端可以被扫描或以其他方式致动，以改变激光光纤例如相对于刚性或柔性内窥镜或其他长形医疗器械的工作管腔或其他纵向通道的中心或其他参考纵向轴线的横向定位。以这种方式，激光光纤可以被重新定位在各种横向定位中的一个或更多个横向定位处，而不需要移动或重新定位内窥镜。在这样的不同的横向定位处可以发射激光脉冲。也可以控制这样的激光脉冲的强度，以例如允许在不同的横向定位处发射不同强度的激光脉冲。激光光纤的横向定位或重新定位、激光脉冲强度的变化或这两者例如对于将激光能量的序列或图案传送到肾结石或其他结石或其他目标可能是有用的。可以选择图案以帮助改进或优化处理目标的方式——例如结石被解体的方式。这可以有助于减少解体的肾结石或其他结石或其他目标的所得碎片的大小或迁移。反过来，这可以帮助减少或避免医生对任何碎片检索的需要或复杂性。
示例1是一种激光疗法系统，其允许在无需对内窥镜进行横向重新定位的情况下经由内窥镜从不同的横向定位传送激光能量。激光疗法系统包括：激光光纤，其包括被配置成经由内窥镜的纵向通道插入患者体内的远侧部分；以及其中，激光光纤的远侧部分能够被致动成在纵向通道内并且相对于纵向通道可调节地至少横向地定位在内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
在示例2中，示例1的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分包括弯曲部。
在示例3中，示例2的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分能够围绕纵向通道旋转。
在示例4中，示例1至3中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤被配置成耦接至激光源，激光源由控制器电路系统控制以经由激光光纤提供第一激光脉冲和第二激光脉冲，其中，与第一激光脉冲相比，第二激光脉冲包括更高的能量，其中，在不需要对内窥镜进行横向地重新定位的情况下，第二脉冲与第一激光脉冲被发出时相比被横向地更靠近目标的中心发出。
在示例5中，示例1至4中的任何一项或更多项的主题可选地包括至少一个致动器，该致动器被配置成根据由控制器电路系统提供的控制信号以指定图案致动激光光纤的远侧部分的横向移位。
在示例6中，示例5的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分还能够被致动成相对于至少一个致动器纵向地可平移。
在示例7中，示例5至6中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，至少一个致动器包括：第一致动器，该第一致动器被配置成致动激光光纤的远侧部分的横向移位；以及不同的第二致动器，该第二致动器被配置成致动激光光纤的纵向平移。
在示例8中，示例5至7中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，控制器电路系统被配置成响应于目标的电磁辐射而使用反馈信号来生成用于致动至少一个致动器的控制信号。
在示例9中，示例8的主题可选地包括：其中，反馈信号包括成像数据或光谱数据。
在示例10中，示例8至9中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，控制器电路系统被配置成使用关于激光光纤的远端与目标之间的距离的信息来生成用于致动至少一个致动器的控制信号。
在示例11中，示例1至10中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分是如下中至少之一：当根据由控制器电路系统提供的控制信号被致动时，能够被电磁地、静电地或压电地致动成在纵向通道内并相对于纵向通道横向地移位。
在示例12中，示例1至11中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤被耦接至激光源，激光源由控制器电路系统控制，以在无需对内窥镜进行横向重新定位的情况下提供朝向目标的外围的较低能量激光脉冲以及朝向目标的中心的至少一个较高能量激光脉冲的横向图案。
在示例13中，示例12的主题可选地包括：其中，横向图案包括螺旋图案、蛇形图案、星形图案或之字形图案中的至少一种。
在示例14中，示例1至13中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分能够被致动成在纵向通道内并且相对于纵向通道的中心纵向轴线可调节地至少横向地定位在内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
在示例15中，示例1至14中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分能够被致动成在纵向通道内并且相对于激光光纤的中心纵向轴线可调节地至少横向地定位在内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
在示例16中，示例5至10中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，至少一个致动器被配置成：将激光光纤的远侧部分致动成在纵向通道内并且相对于纵向通道可调节地至少横向地定位在内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处，同时保持内窥镜横向静止。
在示例17中，示例16的主题可选地包括：其中，至少一个致动器位于激光光纤的远侧部分处。
在示例18中，示例16至17中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，至少一个致动器位于激光光纤的近端部分处。
示例19是一种经由内窥镜的激光疗法的方法，该激光疗法允许在无需移动内窥镜的情况下相对于目标区域至少横向地重新定向激光束。该方法包括：提供被配置成延伸通过内窥镜的纵向通道的激光光纤；以及发出或接收用以致动以下操作的控制信号：将激光光纤的远侧部分在内窥镜的纵向通道内至少横向地定位在内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
在示例20中，示例19的主题可选地包括：其中，激光光纤由控制器致动以经由激光光纤提供第一激光脉冲和第二激光脉冲，其中，与第一激光脉冲相比，第二激光脉冲包括更高的能量。
在示例21中，示例20的主题可选地包括：其中，在无需内窥镜的横向重新定位的情况下，与当第一激光脉冲被发出时相比，第二激光脉冲在激光光纤的远侧部分相对更靠近目标区域的中心时被发出。
在示例22中，示例20至21中的任一项或更多项的主题可选地包括：其中，第二激光脉冲在第一激光脉冲被发出时的指定时间间隔之后发出，并且其中，第一激光脉冲被重复地发出以将第一激光脉冲能量一致地施加到目标区域。
在示例23中，示例22的主题可选地包括：其中，第一激光脉冲在沿着图案边界朝向目标区域的横向外围被引导的同时被重复地发出，其中，第二激光脉冲被横向地更靠近目标区域的中心施加。
在示例24中，示例19至23中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以螺旋图案横向移位。
在示例25中，示例19至23中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以蛇形图案横向移位。
在示例26中，示例19至23中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以之字形图案横向移位。
在示例27中，示例19至23中的任何一项或更多项的主题可选地包括：其中，激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以星形图案横向移位。
在示例28中，示例19至27中的任何一项或更多项的主题可选地包括使用关于目标区域的至少一部分的形态或构成中的至少一个的信息来选择或控制包括不同的目标横向定位的目标图案。
在示例29中，示例19至28中的任何一项或更多项的主题可选地包括发出或接收控制信号，该控制信号用于将激光光纤的远侧部分致动成以指定的图案横向地移位，以在发出更接近目标区域的中心的多个激光脉冲中的一个激光脉冲之前朝向目标区域的横向外围发出一个或更多个激光脉冲。
示例30是一种用于经由内窥镜的激光疗法的激光疗法系统，该激光疗法允许在无需移动内窥镜的情况下朝向目标至少横向地重新定向激光束，该系统包括：激光光纤，其被配置成延伸通过内窥镜的纵向通道；以及用于发出或接收控制信号的设备，该控制信号用于将激光光纤的远侧部分至少横向地定位在内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位地定位中的选定定位处。
在示例31中，示例30的主题可选地包括：其中，激光光纤被耦接至由控制器电路系统控制以经由激光光纤提供第一激光脉冲和第二激光脉冲的激光源，其中，与第一激光脉冲相比，所述第二激光脉冲包括更高的能量，其中，在无需对内窥镜进行横向重新定位的情况下，第二脉冲与第一激光脉冲被发出时相比被横向地更靠近目标的中心发出。
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附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相同的部件。具有不同的字母后缀的相同附图标记可以代表相似的不同实例。
图1A示出了内窥镜系统的一部分的侧截面视图。
图1B示出了横向致动器和激光光纤的端视图。
图1C示出了横向致动器和具有稳定器的激光光纤的端视图。
图1D示出了内窥镜系统的一部分的侧截面视图。
图1E至图1G示出了内窥镜系统的一部分的侧截面视图的各种示例。
图1H和图1I示出了使用从目标反射的反馈信号来控制和调整激光光纤相对于内窥镜的远端的定位的系统的示例。
图2示出了内窥镜系统的一部分的侧截面视图。
图3示出了使用不同的激光能量的图表。
图4A至图4D示出了例如可以在无需移动内窥镜的情况下被横向地致动的激光束的变化空间或时空轨迹的各种示例。
具体实施方式
本文档描述了可以帮助解决在碎石术或其他激光手术或治疗期间控制结石破碎问题的方法的示例，例如可以包括使用如下激光光纤：该激光光纤可以被驱动成例如在不需要对内窥镜或其他器械进行移动或重新定位的情况下例如相对于内窥镜或其他器械的工作管路(channel)或其他纵向通道(passage)的任意参考纵轴而被横向定位或重新定位。这可以允许多个脉冲或多个脉冲的图案首先例如在不同的目标位置处、以不同的强度或通过这两种方式使目标结石破裂或以其他方式准备所述目标结石，然后使用稍后传送的激光脉冲在所需位置和强度处使结石破碎。这可能有助于使结石碎裂成足够小的片以自然地从身体中排出，从而减少、最小化或避免医生干预以去除碎片的需要。
图1A示出了内窥镜或类似的医疗系统诸如内窥镜激光碎石系统100的一部分的示例。在图1A的示例中，碎石系统100可以包括或耦接至至少一个激光源130。激光源130可以被机械地和光学地连接至激光光纤140，该激光光纤140可以包括单个光导纤维或光导纤维束。激光光纤140可以经由近端进入端口142引入以在内窥镜110或类似器械的工作管路或其他纵向通道145或管腔内延伸。内窥镜110可以包括近端手柄部分112和长形的远侧部分113，该长形的远侧部分可以被配置成例如经由孔口或切口插入到患者体内。内窥镜110可以用于提供对软(例如，非钙化)组织或硬(例如，钙化)组织的视觉检查或治疗，以及用于使肾结石或其他结石或其他目标可视化或解体或以其他方式治疗肾结石或其他结石或其他目标。
在图1A中，激光源130可以包括一个或更多个激光源，例如可以包括二极管或二极管泵浦的铥光纤激光器、钬激光器、绿光激光器、YAG激光器或其他类型的激光器。激光源130可以被配置成提供可变能量强度的激光输出。例如，较低的能量强度可以用于例如提供“瞄准”束或用于治疗软(例如，非钙化)组织，并且一种或更多种更高的能量强度可以用于例如向硬(例如，钙化)组织或结石提供“治疗”束。可以例如在逐脉冲或目标位置相关的基础上提供多个更高能量强度的治疗束水平，例如以将期望的治疗脉冲能量强度建立、调整或调谐到指定水平。
在图1A中，内窥镜110可以包括或提供可视化和照明光学器件，例如可以包括可视化光学路径160和照明光学路径150，可视化光学路径和照明光学路径中的每一个可以沿着内窥镜110的长形的主体113例如从内窥镜110的近端手柄112部分到内窥镜110的远侧部分纵向延伸。可以例如在或靠近内窥镜的近端手柄112部分处将目镜或摄像装置或成像显示器115设置在或耦接至可视化光学通路160，该目镜或摄像装置或成像显示器例如可以允许在内窥镜110的远端处或远端附近的目标区域117的用户可视化或机器可视化。这样的目标区域117可以被光170照亮，光170例如可以由照明光学路径150的近端处的照明光源118提供并且从光学照明路径150的远端发射，或者光例如可以从可以位于或靠近内窥镜的远端的LED或其他照明源发射，该LED或其他照明源例如具有纵向延伸以向其提供电力的电导体。
在图1A中，内窥镜110可以包括具有一定长度的长形的远端主体部分113。内窥镜110可以包括沿其长度延伸的工作管路或纵向通道145或其他管腔。内窥镜110可以是刚性的(例如，当插入到具有组织的区域中时是刚性的，刚性内窥镜具有足够的柱状强度以用于插入穿过长的管状解剖结构等)或柔性的(例如，柔性的诸如以遵循弯曲的解剖区域(诸如输尿管或胆道区域)的轮廓)。工作管路或纵向通道145或其他管腔可以限定延伸穿过其中的参考纵向轴线诸如中心纵向轴线，当内窥镜110的远侧部分113笔直时，该轴线笔直，而当内窥镜110的远侧部分113弯曲时，该轴线弯曲(例如，在内窥镜为柔性的实现方式中)。在内窥镜110的远侧部分113处，中心纵向轴线可以被限定为纵向地延伸通过工作管路或纵向通道145或其他管腔。
本方法可以包括提供如下能力：相对于纵向通道145——诸如相对于参考纵向轴线诸如内窥镜110的激光光纤140延伸穿过的工作管路或纵向通道145或其他管腔的中心纵向轴线——至少横向地定位或重新定位激光光纤140的远侧部分。这可以允许用户经由可视化光学路径160观察目标区域，并将内窥镜110的远侧部分定位在纵向通道145内，其中目标结石在视野中并被激光光纤140瞄准。然后，可以例如通过将激光光纤140的远侧部分定位或重新定位在内窥镜110的激光光纤140延伸穿过的工作管路或纵向通道145或其他管腔内的不同位置处来瞄准结石的不同横向位置。例如，这可以允许激光光纤140的远侧部分被选择性地定位在期望的位置处，例如被定位在XY平面上的网格上，XY平面可以被定义为正交于内窥镜110的远侧部分113的纵向通道145的中心纵向轴线延伸。
例如，可以包括致动器185，例如，该致动器可以位于内窥镜的远端处或附近，以例如致动激光光纤140的远侧部分在内窥镜110的远侧部分113的纵向通道145内以及相对于该纵向通道145的横向定位或重新定位。这可以允许在不需要使内窥镜110弯曲或横向移动的情况下对激光光纤140的瞄准进行扫描或其他横向调整。控制器电路系统120可以例如经由电通信总线127与致动器185电通信，以例如远程控制致动器185以建立激光光纤140的横向定位。电通信总线127可以包括沿着激光光纤140延伸的电连接或在内窥镜110的主体的远侧部分113内延伸的电连接，以例如与致动器185连接或与其电触点连接。
致动器185可以被控制成在内窥镜110的远侧部分113的纵向通道145内定位或重新定位激光光纤140的远侧部分，以例如允许在不需要对内窥镜110重新横向定位的情况下经由内窥镜110从不同的横向定位传送激光能量。为了说明和解释的概念性清楚起见，激光光纤140的远侧部分的这样的定位或重新定位在本文中相对于纵向参考轴线——例如中心纵向轴线或其他参考纵向轴线——进行描述。然而，由致动器185对激光光纤140的远侧部分进行的这样的横向定位或重新定位可以相对于另一个合适的固定参考位置，包括相对于诸如纵向通道145本身的内径(I.D.)的内部横向尺寸。
致动器185可以操作成致动激光光纤140的远侧部分的定位或移动，以例如将激光光纤140的远侧部分定位在多个可用的横向定位中的选定的横向定位处。可以在不需要移动内窥镜110或移动激光源130的情况下对激光光纤140的远侧部分的移动进行致动和引导。通过允许用户经由静止的可视化路径160在内窥镜110的给定定位或位置处保持目标区域117的可视化，通过激光光纤140的远侧部分进行的精确瞄准、重新瞄准或这两者(例如通过在纵向通道145内和相对于纵向通道145横向地移动激光光纤140的远侧部分)可以与便于用户定位和瞄准一起完成。
致动器185可以连接至或以其他方式可操作地耦接至激光光纤140和内窥镜110中的一者或两者例如以致动激光光纤140的远侧部分在纵向通道145内或相对于内窥镜110的横向定位。例如，致动器185可以包括电磁元件、静电元件、压电元件或其他致动元件中的一种或更多种，以例如致动或以其他方式允许激光光纤140相对于内窥镜110的工作管路或其他纵向通道145或相对于内窥镜110可以用作参照系的另一参考位置的横向定位。
例如，图1B示出了致动器185的一部分的示例的端部视图，该部分例如可以位于纵向通道145内，该部分例如可以具有圆形外围内径。如图1B中所示，致动器185可以包括至少一个永磁体或电磁体190，该至少一个永磁体或电磁体例如可以固定到激光光纤140的远侧部分。一个或更多个永磁体或电磁体190可以受到由致动器185生成的磁场或电磁场的影响。这样的磁场或电磁场可以被生成为使得致动激光光纤140的远侧部分在多个横向移位的位置之一(在图1B中通过虚线X-Y网格概念性示出)处的定位或重新定位。这样的磁场或电磁场可以经由至少一个永磁体或电磁体191生成，所述至少一个永磁体或电磁体例如可以固定在相对于纵向通道145的期望位置处，例如可以在纵向通道145的外围内径或靠近纵向通道145的外围内径处固定在纵向通道145内或内窥镜110的主体内。这样的磁场或电磁场影响可以用于将激光光纤140的远侧部分横向地移动到相对于内窥镜110的固定参照系(例如相对于内窥镜110的纵向通道145)的指定横向定位。
图1C示出了致动器185的一部分的示例，在该部分中，横向移动或定位的这样的电磁致动可以可选地与机械稳定器或定位台192组合并由其辅助，例如，该机械稳定器或定位台例如可以包括凹槽或凹部，该凹槽或凹部例如可以帮助提供多个明确限定的稳定的横向位置，激光光纤140在没有被致动器185电磁定位或重新定位时可以“停留”在这些横向位置处。例如，半圆盘形稳定器台192中以明确指定的距离间隔开的一系列线性凹槽可以定义一系列可用的横向定位，激光光纤140(或第二接合机构)可以机械地稳定在这些可用的横向定位处，并且可以从这些可用的横向定位朝向目标对象发射次瞄准(sub-targeted)的激光脉冲。这样的线性平移可以通过控制线性致动永磁体或电磁体191A至191B对永磁体或电磁体190(被固定到激光光纤140)的影响来致动，所述线性致动永磁体或电磁体191A至191B例如可以位于台192上朝向可用的横向定位的线性布置的端部。通过控制可以被固定成围绕纵向通道145的周边分布的一个或更多个永磁体或电磁体194对固定在台192上的一个或更多个永磁体或电磁体193的影响而对机械稳定器台192进行的旋转致动还可以提供旋转平面横向定位，以例如允许激光光纤140在不需要内窥镜110的横向重新定位的情况下在极坐标中进行次瞄准。稳定器中以明确定义的指定距离间隔开的凹槽的X-Y布置可以类似地定义用于在笛卡尔坐标中进行平面横向定位和次瞄准的可用的横向定位的平面矩阵。另外，第二接合机构或机械稳定器或定位台192的说明性示例可以包括棘爪或齿轮布置。
另外地或可替选地，致动器185可以在激光光纤140的远侧部分与由内窥镜110提供的固定参考系之间使用吸引力或排斥静电力或这两者，以例如相对于这样的固定参考系横向地定位或重新定位激光光纤140的远侧部分。例如本文中所描述的，这样的横向移动的静电致动可以可选地与机械稳定器或定位台192组合并由其辅助。
另外地或可替选地，致动器185可以使用压电材料或铁电材料以在激光光纤140的远侧部分与由内窥镜110提供的固定参考系之间赋加力，以例如相对于这样的固定参考系横向地定位或重新定位激光光纤140的远侧部分。例如本文中所描述的，这样的横向移动的压电致动或铁电致动可以可选地与机械稳定器或定位台192组合并由其辅助。可选地，机械稳定器或定位台192可以是机械碎石装置的一部分，该机械碎石装置可以包括在内窥镜110中或引入在内窥镜110中以例如将超声或其他机械冲击能量输送到肾结石或其他结石或其他目标对象。这可以提供另外的碎石方式，该另外的碎石方式可以为用户提供更进一步的灵活性以完成与目标对象的减少或消除或重塑有关的特定任务或目标。
通常，能够在激光光纤140的远侧部分与由内窥镜110提供的固定参考系之间赋加力的任何致动器185被单独考虑或者可选地与机械稳定器或定位台组合。通过将致动器185配置成例如经由控制电路系统120进行远程控制，激光光纤140的远侧部分的这样的横向定位或重新定位可以允许在不需要重新定位这样的内窥镜110或其他仪器的情况下对位于内窥镜110或其他仪器的远端附近的目标对象进行多个位置的次瞄准。这对用户可以将目标对象保持在视野内可能有用，而这样的次瞄准可以用于在目标对象的各种所需位置处递送所需的时空序列或激光脉冲序列，包括定制一个或更多个单独的激光脉冲的能量水平。这可以允许用户以所需的空间序列或时空序列将所需的能量递送至所需的位置，这又可以帮助确定目标对象最终将如何破碎。通过这样做，可以鼓励或获得一种或更多种所需的破碎特性。这又可以减轻破碎后的任务或并发症。
致动器185可以操作成扫描仪，以例如根据输入电压或其他控制信号将激光光纤140的前沿引导至一定角度或方向。致动器185可以被控制成引导激光光纤140的前沿141以沿着指定的空间图案或时空图案发射激光束脉冲(无需移动内窥镜110)，致动器185例如可以包括例如在空间图案或时空图案内的一个或更多个这样的次瞄准位置处逐脉冲调节激光脉冲能量强度的能力。在示例中，这样的可用的次瞄准位置之间的距离可以等于或超过激光光纤140的直径。在另一示例中，这样的次瞄准位置之间的距离可以小于激光光纤140的直径，这例如可以允许从多个可用的次瞄准位置中的相邻次瞄准位置递送的脉冲的交叠。
激光源130可以被配置成经由激光光纤140向目标对象提供变化的激光输出，变化的激光输出例如可以包括例如用于瞄准的低能量的连续波激光输出或可调节的可变较高能量的脉动激光输出。在示例中，内窥镜110的初始定位和使用激光源130进行的瞄准可以被单独使用或者与其他信息一起使用。例如，这样的其他信息可以由用户经由用户接口提供，以建立对目标结石或对象的一个或更多个位置进行次瞄准的空间图案或时空图案的一个或更多个特征。例如，通过使用由激光源130提供的瞄准或对准激光束，用户可以选择目标结石或对象的中心。这样的目标定位信息可以由控制电路系统120记录，并且可以用于发起对目标结石或对象的一个或更多个位置进行次瞄准的适当的空间图案或时空图案，该次瞄准例如可以至少部分地基于对目标结石或对象的中心的初始用户瞄准。类似地，用户可以使用由激光源130提供的瞄准激光束来选择目标结石或对象的外围上的一个或更多个位置以及目标中心，并且控制电路系统120可以记录这样的信息，并使用这样的信息来建立例如可以至少部分地基于对目标结石或对象的中心和外围进行的这样的初始用户瞄准的对目标结石或对象的一个或更多个位置进行次瞄准的适当的空间图案或时空图案。可以例如经由一个或更多个用户接口装置或传感器将其他用户输入信息或操作前或互操作成像信息提供给控制电路系统120，例如可以提供关于目标结石或对象的一种或更多种特性或目标结石或对象的环境的信息。这样的信息可以被控制电路120使用，例如基于这样的单维或多维信息来选择适当的空间或时空图案的子目标。这样的选择本质上可以是算法性的，例如可以涉及加权或混合信息或者可以使用机器学习技术或人工智能技术以例如基于涉及表现出一种或更多种相似特征的其他目标结石或对象或目标环境的训练数据来选择次瞄准的适当的空间图案或时空图案。
图1D示出了系统100的示例，系统100可以包括光导纤维140，该光导纤维可以包括远侧部分，该远侧部分例如可以包括弓形部分或其他偏轴弯曲部143或曲部，其可以与内窥镜110的中心或其他纵向轴线成一定角度定向。弯曲部143可以单独使用或与由致动器185提供的横向定位一起使用，以例如次瞄准在由内窥镜110的激光光纤140延伸穿过的工作管路或其他纵向通道145或其他管腔的内径(ID)限定的范围内或甚至范围外的一个或更多个位置。另外地或可替选地，致动器185可以可选地包括旋转致动能力，以例如使激光光纤140的弯曲的远侧部分旋转以用于次瞄准。致动器185不需要完全位于内窥镜110的远侧部分处。反而，致动器185的一部分可以位于近侧手柄112处以例如用于使激光光纤140旋转或振动，以例如获得所需的激光光纤140的弯曲或直的远侧部分的定向。另外地或可替选地，致动器185可以可选地包括弯曲致动能力，以如本文所解释的例如电磁地、静电地、压电地或以其他方式例如调节激光光纤140的远侧部分的弯曲以用于次瞄准。另外地或可替选地，次瞄准的位置、次瞄准的外围边界或这两者可以由这样的旋转致动、弯曲致动或横向致动中的一种或更多种来控制。如本文所解释的，这样的各种致动在激光瞄准(例如，连续波)或激光治疗(例如，脉冲的)期间可能有用，并且不需要移动内窥镜110或激光源130。
图1E和图1G示出了系统100的示例，其中激光光纤140可以相对于内窥镜110的远端而被纵向地轴向平移到各种定位。如图1E和图1F中所示，激光光纤140的这样的轴向平移可以包括相对于致动器185的纵向的轴向平移(例如，滑动)。这可以允许致动器185保持在内窥镜110内以例如提供激光光纤140的横向定位或重新定位，同时仍然允许在轴向上自由地重新定位激光光纤140，这例如可以包括激光光纤从内窥镜110的工作管路或其他管腔的远端向外突出，或者例如可以包括将激光光纤缩回成与内窥镜110的工作管路或其他纵向通道145或管腔平齐，或者在内窥镜110的工作管路或其他纵向通道145或管腔内被略微拉入。无论激光光纤140的远侧面141的轴向平移的定位如何，激光光纤140仍然可以相对于内窥镜110的纵向通道145或其他固定参考系而被横向地可调节定位。激光光纤140的远侧部分的横向定位可以从多个可用的横向定位(例如，如图1B的虚线网格所示)中选择。可以在不移动内窥镜110或激光源130的情况下进行激光光纤140的横向移动。图1E示出了如下示例，其中激光光纤140的远端面141可以被纵向地平移和定位以延伸出内窥镜110并进入体内，以例如完成将激光光纤190定位到期望的治疗部位。
在一些示例中，可以使用多于一个的致动器来分别致动和控制激光光纤140的不同运动。图1G示出了在内窥镜中包括两个单独的致动器的系统100的示例。在其中所示的示例中，第一致动器185A可以控制激光光纤140的纵向轴向平移，以及不同的第二致动器185B可以控制激光光纤140的横向定位。
图1H和图1I示出了系统100的示例，该系统100使用从目标反射的反馈信号来控制和调节激光光纤140相对于内窥镜110的远端的位置。可以响应于目标的电磁辐射(例如，光170)而产生反馈信号。在图1H中，通过光学路径160使目标在内窥镜摄像装置或成像装置125的视野内。响应于目标的电磁辐射，从目标反射的信号可以被内窥镜摄像装置或成像装置125收集。可以通过光学路径160将目标的成像数据传送到反馈分析器182。反馈分析器182可以包括被配置成根据成像数据生成一种或更多种光谱特性的光谱仪。控制器电路系统120可以使用一种或更多种光谱特性来调整激光源130的激光设置。反馈分析器182可以另外计算激光光纤140的远端与目标之间的距离。控制器电路系统120可以控制致动器185，以基于计算的激光光纤140的远端与目标之间的距离来调整光纤远端的定位。例如，如果计算出的距离超过期望的激光射击范围(在指定的余量内)，则控制器电路系统120可以生成控制信号以将致动器185控制成将激光光纤140朝向目标滑动直到光纤远端到达相对于目标的激光射击范围内。在一些示例中，来自反馈分析器182的目标的光谱信息可以被控制器电路系统120使用以确定经由致动器185对激光光纤140的移动和定位。
在一些示例中，除了或代替通过光学路径160传送成像信号，可以通过不同的光学路径来收集和传送从目标反射的信号。在图1I中，激光光纤140可以用于将激光束递送至目标并用于将目标的光谱数据传送回反馈分析器182。分光器183可以将反射的反馈信号引导至反馈分析器182。反馈分析器182可以根据光谱信号生成一种或更多种光谱特性，并且控制器电路系统120可以使用一种或更多种光谱特性来调整激光源130的激光设置。类似于上面参照图1H所进行的讨论，反馈分析器182可以另外计算激光光纤140的远端与目标之间的距离。控制器电路系统120可以将致动器185控制成基于计算的距离可选地连同来自反馈分析器182的目标的光谱信息来调整光纤远端的定位。
图2示出了与系统100类似的系统200的一部分的示例，其中激光源130可以包括两个激光源的组合，例如激光源130可以包括例如可以提供治疗激光束(例如，脉冲的、更高能量)的治疗激光源210以及例如可以提供瞄准束(例如，连续波，较低能量)的瞄准激光源220。治疗束210可以包括可调节或可变能量的激光脉冲。例如，较低能量的脉冲可以用于例如根据期望的或指定的空间图案或时空图案首先在结石或其他目标的目标表面上形成裂缝。然后，一个或更多个较高能量的脉冲可以用于使结石或其他目标破碎，所述结石或其他目标例如可以偏向倾向于沿着先前建立的裂缝破碎。通过这样做，可以更好地控制所得碎片的形态。
在示例中，代替或除了传送可调节或可变能量的激光脉冲之外，治疗束可以包括能够以可变峰值功率传送的激光能量。例如，代替以特定脉冲宽度和恒定幅度传送激光能量，脉冲宽度可以增加一个因子，并且幅度减小相同的因子，从而可以以不同的功率水平传送相同数量的激光能量。可变能量和可变功率可以在激光脉冲序列中一起使用或单独使用，所述激光脉冲序列例如可以根据期望的时空图案而被传送到目标区域。例如，具有长脉冲宽度的低峰值功率可以有助于使目标结石中的有机物质或无机物质蒸发(例如，对于一水草酸钙晶体，在较低温度下传送激光能量可以有助于能量穿透到更深的深度)，以例如有助于加速目标结石的热降解。在以较低峰值功率(例如，具有长脉冲宽度)传送激光能量之后，如果需要，然后可以以较高峰值功率、较短脉冲宽度来传送激光能量以在目标结石中产生热梯度。
图3示出了使用具有不同的脉冲能量或功率水平的激光脉冲的时空序列的时空图300，该时空序列例如可以包括较低能量脉冲310和较高能量激光脉冲320。在图3中，该序列表示在图的X方向上的时间，但也标注有结石或其他目标上的位置“A”和“B”。在该示例中，位置“A”在结石或其他目标的中心处或附近，而位置“B”在结石或其他目标的外围处或附近。在位置“A”与“B”之间发出的激光脉冲示出了随着激光光纤140从位置“A”被平移到位置“B”或随着激光光纤140从位置“B”被平移到位置“A”——例如可以包括使用致动器185——而发出的脉冲。可以选择较低能量脉冲310以在目标结石中引起裂缝而不使目标结石破碎。因此，在图3中，这样的较低能量脉冲310可以从位置“A”开始朝向结石的中心发出，然后朝向向着结石的外围的位置“B”行进，然后朝向结石的中心的位置“A”返回，此时较高能量脉冲320可以在第一次尝试使目标结石破碎时被传送。如果通过较高能量脉冲320进行的这样的破碎不成功，则可以将另外的较低能量脉冲310从向着结石的中心的位置朝向向着结石的外围的位置“B”进行传送，然后返回到结石的中心处的位置“A”，此时另一较高能量脉冲320可以在第二次尝试使目标结石破碎时被传送。进一步的迭代也是可能的。朝向结石的外围的相同或不同的位置“B”可以用于各种迭代，其中不同迭代中的不同位置“B”沿着从位置“A”到这样的不同外围位置“B”的这样的路径产生多个裂缝。优选地，可以仅朝向结石的中心使用较高能量脉冲320，以例如使较高能量脉冲320对附近组织的影响最小化。图3中所示的时空图案是可以例如使用致动器185获得的一种这样的图案的说明性示例，该致动器例如可以如上面解释的使用控制电路系统120远程控制。
图4A至图4D示出了空间图案或时空图案的示例，所述空间图案或时空图案例如可以在不需要用户重新定位内窥镜110的情况下使用致动器185获得，该致动器例如可以使用控制电路系统120远程控制。如本文中所解释的，激光光纤140的这样的横向定位致动可以伴随有旋转定位致动，以例如提供诸如根据极坐标的次瞄准。
在图4A中，可以从目标结石B的外围处的外围位置“B”开始发出较低能量激光脉冲，并且可以沿着螺旋路径410向中心位置“A”施加这样的脉冲，在该中心位置“A”处，较高能量脉冲可以在尝试通过较低能量脉冲对目标结石进行处理后使预先破裂或预先削弱的目标结石破碎时被发出。如本文中所解释的，多次迭代是可行的，多次迭代例如还可以可选地改变能量或功率水平中的一个或更多个。
在图4B中，较低能量激光脉冲可以在外围位置“B”处开始发出，并且可以继续沿着蜿蜒的路径420发出。较高能量激光脉冲“A”可以在初始路径上或者在蜿蜒的路径完成之后被施加在目标结石的中心位置“A”处或附近。如本文中所解释的，进一步的迭代是可行的，进一步的迭代例如可以在相同或不同的外围位置“B”处或附近开始，进一步的迭代例如还可以可选地改变能量或功率水平中的一个或更多个。
在图4C中，较低能量激光脉冲可以在外围位置“B”处开始发出，并且可以继续沿着线性段的“星形”路径发出，该“星形”路径例如从外围位置“B”到外围位置“C”到外围位置“D”到外围位置“E”到外围位置“F”再到外围位置“B”行进。然后，较高能量激光脉冲可以被发出并朝向中心位置“A”引导。
在图4D中，较低能量激光脉冲可以在外围位置“B”处开始发出，并且可以沿着之字形图案440行进穿过目标结石。然后，较高能量激光脉冲可以被发出并朝向中心位置“A”引导。如本文中所解释的，进一步的迭代是可行的，进一步的迭代例如可以在相同或不同的外围位置“B”处或附近开始，进一步的迭代例如还可以可选地改变能量或功率水平中的一个或更多个。
以上描述强调了涉及经由内窥镜器械进行碎石术的使用案例。然而，本技术也可以使用其他微创器械(例如，腹腔镜、关节镜等)或甚至使用开放手术中的引导器来应用。不需要移动引导装置的本激光次瞄准也可以与除碎石术之外的医学治疗技术一起使用，或者可以用于激光手术或涉及激光能量的靶向递送的其他用途。目标不仅可以包括肾结石、胆结石、胆囊结石或其他结石，还可以包括骨骼或软骨或其他硬组织或软组织。
在目标包括待消融或凝固的组织而不是目标结石的组织消融示例中，期望的时空图案可以包括例如以脉动的连续波或其他方式从一个或更多个激光源提供固定或可变的能量、固定或可变的功率、或者固定或可变的波长激光能量，以例如促进切割或凝结中的一种或更多种，或者在这两个或其他目标之间进行平衡或以其他方式协调。
以上详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的具体实施方式。这些实施方式在本文中也称为“示例”。这样的示例可以包括除了那些示出或描述的元素之外的元素。然而，本发明人还考虑了仅提供那些示出或描述的元素的示例。此外，本发明人还考虑了使用关于特定示例(或其一个或更多个方面)或关于本文中示出或描述的其他示例(或其一个或更多个方面)示出或描述的那些元素(或其一个或更多个方面)的任何组合或排列的示例。
如果本文档与通过引用并入的任何文档之间的用法不一致，则以本文档中的用法为准。
在本文档中，术语“一”或“一个”如专利文档中常见的那样用于包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法。在本文档中，除非另有说明，否则术语“或”用于表示非排他性的或，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”。在该文档中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作相应术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的简单英语等同物。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，权利要求中包括除了在这样的术语之后列出的那些元素之外的元素的系统、装置、物品、构成、制剂或过程仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象强加数字要求。
以上描述旨在是说明性而非限制性。例如，上述示例(或其一个或更多个方面)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读以上描述后可以使用其他实施方式。提供摘要以使读者能够快速确定技术性公开内容的性质。提交摘要是基于这样的理解：其不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上具体实施方式中，可以将各种特征组合在一起以精简本公开内容。这不应当被解释为意味着未要求保护的公开的特征对于任何权利要求都是必要的。而是，发明主题可能不在于特定的公开的实施方式的所有特征。因此，所附权利要求在此作为示例或实施方式并入具体实施方式中，每个权利要求作为单独的实施方式独立存在，并且预期这样的实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应当参照所附权利要求以及这样的权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。

Claims (31)

1.一种激光疗法系统，其允许在无需对内窥镜的横向重新定位的情况下经由所述内窥镜从不同的横向定位传送激光能量，所述激光疗法系统包括：
激光光纤，其包括被配置成经由所述内窥镜的纵向通道插入患者体内的远侧部分；以及
其中，所述激光光纤的远侧部分能够被致动成在所述纵向通道内并且相对于所述纵向通道可调节地至少横向地定位在所述内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述激光光纤的远侧部分包括弯曲部。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述激光光纤的远侧部分能够围绕所述纵向通道旋转。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述激光光纤被配置成耦接至激光源，所述激光源由控制器电路系统控制以经由所述激光光纤提供第一激光脉冲和第二激光脉冲，其中，与所述第一激光脉冲相比，所述第二激光脉冲包括更高的能量，其中，在不需要对所述内窥镜进行横向地重新定位的情况下，所述第二脉冲与所述第一激光脉冲被发出时相比被横向地更靠近目标的中心发出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，包括至少一个致动器，所述至少一个致动器被配置成根据由控制器电路系统提供的控制信号以指定图案致动所述激光光纤的远侧部分的横向移位。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述激光光纤的远侧部分还能够被致动成相对于所述至少一个致动器纵向地可平移。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的系统，其中，所述至少一个致动器包括：第一致动器，所述第一致动器被配置成致动所述激光光纤的远侧部分的横向移位；以及不同的第二致动器，所述第二致动器被配置成致动所述激光光纤的纵向平移。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的系统，其中，所述控制器电路系统被配置成响应于目标的电磁辐射而使用反馈信号来生成用于致动所述至少一个致动器的控制信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述反馈信号包括成像数据或光谱数据。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的系统，其中，所述控制器电路系统被配置成使用关于所述激光光纤的远端与所述目标之间的距离的信息来生成用于致动所述至少一个致动器的控制信号。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述激光光纤的远侧部分是如下中至少之一：当根据由控制器电路系统提供的控制信号被致动时，能够被电磁地、静电地或压电地致动成在所述纵向通道内并相对于所述纵向通道横向地移位。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中，所述激光光纤被耦接至激光源，所述激光源由控制器电路系统控制，以在无需对所述内窥镜的横向重新定位的情况下提供朝向目标的外围的较低能量激光脉冲以及朝向所述目标的中心的至少一个较高能量激光脉冲的横向图案。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述横向图案包括螺旋图案、蛇形图案、星形图案或之字形图案中的至少一种。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其中，所述激光光纤的远侧部分能够被致动成在所述纵向通道内并且相对于所述纵向通道的中心纵向轴线可调节地至少横向地定位在所述内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，其中，所述激光光纤的远侧部分能够被致动成在所述纵向通道内并且相对于所述激光光纤的中心纵向轴线可调节地至少横向地定位在所述内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
16.根据权利要求5至10中任一项所述的系统，其中，所述至少一个致动器被配置成：将所述激光光纤的远侧部分致动成在所述纵向通道内并且相对于所述纵向通道可调节地至少横向地定位在所述内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处，同时保持所述内窥镜横向静止。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述至少一个致动器位于所述激光光纤的远侧部分处。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述至少一个致动器位于所述激光光纤的近端部分处。
19.一种经由内窥镜的激光疗法的方法，允许在无需移动所述内窥镜的情况下相对于目标区域至少横向地重新定向激光束，所述方法包括：
提供被配置成延伸通过所述内窥镜的纵向通道的激光光纤；以及
发出或接收用以致动以下操作的控制信号：将所述激光光纤的远侧部分在所述内窥镜的纵向通道内至少横向地定位在所述内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位的定位中的选定定位处。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述激光光纤由控制器致动以经由所述激光光纤提供第一激光脉冲和第二激光脉冲，其中，与所述第一激光脉冲相比，所述第二激光脉冲包括更高的能量。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在无需对所述内窥镜的横向重新定位的情况下，与当所述第一激光脉冲被发出时相比，所述第二激光脉冲在所述激光光纤的远侧部分相对更靠近所述目标区域的中心时被发出。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第二激光脉冲在所述第一激光脉冲被发出时的指定时间间隔之后发出，并且其中，所述第一激光脉冲被重复地发出以将第一激光脉冲能量一致地施加到目标区域。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一激光脉冲在沿着图案边界朝向目标区域的横向外围被引导的同时被重复地发出，其中，所述第二激光脉冲被横向地更靠近所述目标区域的中心施加。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中，所述激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以螺旋图案横向移位。
25.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中，所述激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以蛇形图案横向移位。
26.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中，所述激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以之字形图案横向移位。
27.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中，所述激光光纤的远侧部分根据由控制器提供的控制信号以星形图案横向移位。
28.根据权利要求19至27中任一项所述的方法，还包括使用关于所述目标区域的至少一部分的形态或构成中至少之一的信息来选择或控制包括不同的目标横向定位的目标图案。
29.根据权利要求19至28中任一项所述的方法，还包括发出或接收控制信号，用于将所述激光光纤的远侧部分致动成以指定的图案横向地移位，以在发出更接近所述目标区域的中心的多个激光脉冲中的一个激光脉冲之前朝向目标区域的横向外围发出一个或更多个激光脉冲。
30.一种用于经由内窥镜的激光疗法的激光疗法系统，允许在无需移动所述内窥镜的情况下朝向目标至少横向地重新定向激光束，所述系统包括：
激光光纤，其被配置成延伸通过所述内窥镜的纵向通道；以及
用于发出或接收控制信号的设备，用于将所述激光光纤的远侧部分至少横向地定位在所述内窥镜的纵向通道内的多个可用的横向移位地定位中的选定定位处。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述激光光纤被耦接至由控制器电路系统控制以经由所述激光光纤提供第一激光脉冲和第二激光脉冲的激光源，其中，与所述第一激光脉冲相比，所述第二激光脉冲包括更高的能量，其中，在无需对所述内窥镜的横向重新定位的情况下，所述第二脉冲与所述第一激光脉冲被发出时相比被横向地更靠近所述目标的中心发出。
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