CN114269276B - 用于在执行基于激光的体内碎石术时进行温度监控的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在执行基于激光的碎石术时进行温度监控的系统，在所述碎石术中使用内窥镜布置，所述内窥镜布置包括用于光导体的工作通道以及冲洗液体通道，所述光导体在近端侧与激光器光学耦合并且在远端侧具有光出射孔，所述冲洗液体通道在远端侧开放地通向所述光出射孔的区域，并且在近端侧与冲洗液体容器流体地连接。该系统的突出之处在于模块单元，该模块单元包括下述部件：‑流量传感器，所述流量传感器能够沿着所述冲洗液体通道安装并且以与冲洗液体无接触的方式确定冲洗流速，‑输入器件，通过所述输入器件能够将所述激光器的运行参数传送给与所述输入器件连接的计算机单元，基于所述运行参数能够求取在所述光出射孔的位置上能够应用的激光功率，‑温度传感器，所述温度传感器能够沿着所述冲洗液体通道安装并且以与所述冲洗液体无接触的方式确定所述冲洗液体的温度，‑在所述计算机单元中实现的分析处理单元，所述分析处理单元至少基于所述冲洗流速、所述冲洗液体的温度(TS)以及经求取的所应用的激光功率以数值的方式求取在基于激光的碎石术期间在体内在所述光出射孔的位置上形成的温度T，以及‑比较器单元，所述比较器单元将经求取的温度T与阈值进行比较并且在高于所述阈值的情况下产生信号。

Description

用于在执行基于激光的体内碎石术时进行温度监控的系统
技术领域
本发明涉及一种用于在执行基于激光的体内碎石术(intrakorporalenLithotripsie)时进行温度监控的系统，在所述基于激光的体内碎石术中使用内窥镜布置，所述内窥镜布置包括用于光导体的工作通道以及冲洗液体通道(Spülflüssigkeitskanal)，所述光导体在近端侧(proximalseitig)与激光器光学耦合并且在远端侧(distalseitig)具有光出射孔，所述冲洗液体通道在远端侧开放地通向(münden)所述光出射孔的区域，并且在近端侧与冲洗液体容器流体地(fluidisch)连接。
背景技术
体内碎石术涉及一种用于碎裂结石的微创外科手术方法，所述结石例如是胆结石、尿结石或者肾结石，所述结石主要积聚在所涉及的器官的排泄管中并且能够引起剧烈疼痛或者其他医疗问题。在各种各样的已知的体内碎石术方法中，激光诱导的碎石术已经确立了地位，在激光诱导的碎石术中，能量丰富的激光辐射通过光导纤维以激光脉冲的形式应用到待碎裂的结石的位置上。通过激光脉冲与体内介质的相互作用形成蒸汽泡(Dampfblase)，由于所述蒸汽泡的脉冲状膨胀产生压力波，所述压力波导致结石的破碎。根据结石碎片的尺寸，在激光诱导的碎石术中产生的结石碎片能够以自然的方式排出或者借助适当地构造的内窥镜抓取工具来提取。
为了执行基于激光的碎石术，使用内窥镜，所述内窥镜设置有用于光导体的至少一个工作通道，所述光导体在近端侧与激光器光学耦合并且在远端侧具有光出射孔。为了能够借助内窥镜跟随通向结石的器官进口并且在处理期间给病人造成尽可能少的负担，这样的内窥镜能够设计得易弯曲且柔韧。此外，通过这样的内窥镜能够通常通过工作通道应用冲洗液体，该工作通道在远端侧开放地通向光出射孔的区域并且在近端侧与冲洗液体输送装置以及冲洗液体容器流体地连接，所述冲洗液体输送装置优选呈冲洗喷射器和/或能够控制或者调节的输送泵的形式。
借助这种内窥镜布置(所述内窥镜布置包括内窥镜和附接到该内窥镜上的上文提到的外围器具)，需要如此协调在体内在待碎裂的结石的位置上应用的激光功率以及在远端侧被排放至冲洗通道的冲洗液体的量，使得一方面能够实现有效的结石碎裂，另一方面不出现周围组织区域的由于激光造成的局部过热，该局部过热能够导致不可逆的组织损伤。在大多数情况下，这种内窥镜具有用于操作者的附加的玻璃纤维光学器件或者内窥镜注射器上的成像传感器，必须借助经计量的冲洗液体供应使该成像传感器在光学方面畅通，以便始终确保操作者的自由视角以用于监控碎裂过程。
文献US2018/0055568 A1描述一种根据这种类别的用于执行基于激光的碎石术的内窥镜布置，能够根据影响该碎石术过程的至少一个参数来调节该内窥镜布置的配属的冲洗液体输送单元，即根据碎石术过程来影响冲洗速率。除了对碎裂过程的光学监控之外，该已知的内窥镜布置还设置安装在内窥镜的远端端部上的温度传感器，该温度传感器能够检测包围该温度传感器的液体的远端侧温度，冲洗液体输送单元以该远端侧温度为基础来调节冲洗液体速率。
在根据文献DE 20 2017 102 316 U1的、已知的、适合用于执行基于激光的碎石术的医疗内窥镜中，为了温度测量的目的，在内窥镜的远端区域上也布置有环境温度传感器。
这样的配备有传感器的内窥镜布置构成高度复杂的医疗仪器，所述医疗仪器经受漫长且广泛的医疗技术许可审查。
发明内容
本发明所基于的任务在于，对用于在执行基于激光的体内碎石术时进行温度监控的系统进行扩展，在基于激光的体内碎石术中使用内窥镜布置，该内窥镜布置包括用于光导体的工作通道以及冲洗液体通道，该光导体在近端侧与激光器光学耦合并且在远端侧具有光出射孔，所述冲洗液体通道在远端侧开放地通向光出射孔的区域，并且在近端侧与冲洗液体容器流体地连接，所述扩展如此进行，使得借助根据这种类别的标准内窥镜布置也能够实现被监控的体内碎石术执行，而无需进行与医疗技术许可审查或者说认证有关的、耗费金钱和时间的开销。必须寻找如下措施：借助所述措施，为已经处在使用中的、原则上构造得适合用于基于激光的碎石术的内窥镜、激光系统和其他医疗技术设备(例如用于被动冲洗和主动冲洗的冲洗液体设备)加装适当选择的部件，以便能够在结石碎裂地点的紧邻的环境中安全地排除可能的热诱导的组织退化。
在本发明的技术方案中说明本发明所基于的任务的解决方案。以有利的方式扩展本发明构思的特征是本发明的技术方案的主题以及能够从进一步的描述中、尤其是参考实施例得知。
一般来说，在不进行冲洗的情况下，即在光导体的远端侧光出射孔的区域上不进行任何冲洗液体供给的情况下，只能够短暂地、即在几秒内进行体内激光应用，因为在不进行任何由于冲洗引起的冷却的情况下，达到并且高于大约42℃的临界温度，自该临界温度起周围的组织受到不可逆的热损伤。因此，在基于激光的碎石术期间冲洗是不可或缺的，以便确保足够的冷却。
根据大量已执行的用于基于激光的碎石术的试验，能够找到在体内应用的激光功率、冲洗液体速率、冲洗液体温度与在体内在激光脉冲应用期间出现的温度之间的可负载的(belastbar)在数值上或理论上的关联。
基于该认知，开启如下可能性：以如下方式将本身已知的具有用于光导体的至少一个工作通道的已知内窥镜与根据本发明解决方案构造的模块单元结合，该光导体在近端侧与激光器光学耦合并且在远端侧具有光出射孔，以及包括冲洗液体通道，所述冲洗液体通道与工作通道分开地构造或者与该工作通道统一地(einheitlich)构造，并且该冲洗液体通道在远端侧开放地通向光出射孔的区域，并且在近端侧与可选的冲洗液体输送单元和冲洗液体容器流体地连接：所述模块单元包括至少一个流量传感器以及至少一个温度传感器，所述至少一个流量传感器以及所述至少一个温度传感器能够分别沿着冲洗液体通道和/或与冲洗液体通道流体地连接的输入管线，沿着内窥镜布置的体外区域安装，优选以能够松脱的方式固定地安装。流量传感器如此构造和布置，使得能够以与冲洗液体无接触的方式求取冲洗流速。同样，温度传感器如此构造并且沿着冲洗液体通道和/或与冲洗液体通道流体地连接的输入管线安装，使得能够以与冲洗液体无接触的方式求取冲洗液体温度。
此外，模块单元要么包括输入器件，要么包括接口，通过该输入器件能够输入激光器的运行参数，并且将运行参数传送给与该输入器件连接的计算机单元，通过该接口能够直接传递激光器的运行参数。激光器的运行参数优选涉及激光功率，其中，通过激光脉冲频率以及单脉冲能量能够计算在光出射孔的位置上应用的激光功率。
此外，在计算机单元内实现分析处理单元，该分析处理单元基于以传感的方式检测到的冲洗流速、冲洗液体的以传感的方式检测的温度以及所求取的在体内应用的激光功率在数值上求取在基于激光的碎石术期间在体内在光出射孔的位置上形成的温度。与计算机单元分开地或者集成到计算机单元中地布置比较器单元，该比较器单元将经求取的温度与能够调设的阈值(例如42℃)进行比较，并且在高于该阈值的情况下产生信号。
此外，在一种优选的实施方式中设置有信号单元，该信号单元以无线或者有线连接的方式与比较器单元连接，并且能够通过由比较器单元产生的信号以能够触觉地、声学地和/或视觉地感知的方式出现。通过该信号单元，向执行碎石术的医生警告可能的体内的过热效应，以便通过这种方式来中断碎石术处理或者采取其他措施。
根据本解决方案的、优选构造为加装组或者加装套件的模块单元仅包括如下部件：所述部件能够模块状地安装到处在使用中的内窥镜布置上，而不损害内窥镜布置的基本功能。因此，根据本解决方案的系统构成在执行基于激光的碎石术时辅助医生的安全系统，医生通过该安全系统获得可靠且可负载的信息，以便能够以有效且保护病人的方式执行碎石术过程。
唯一的为此所需的信息涉及通过内窥镜布置借助工作通道或者冲洗液体通道在体内引入的冲洗液体的当前温度、在待碎裂的结石的位置上应用的激光功率以及通过工作通道或者冲洗液体通道在体内在激光应用的位置上引入冲洗液体的冲洗速率。
对于冲洗液体温度以及冲洗速率所需的传感器构成如下结构元件：所述结构元件能够分别以能够松脱的方式固定地安装到冲洗液体通道上和/或与冲洗液体通道流体地连接的输入管线上，所述结构元件安装在内窥镜布置的以下区域中：该区域未在体内引入到身体中。因此，优选地，呈超声波传感器形式的流量传感器适合用作确定冲洗流速的传感器。呈红外传感器形式的温度传感器适合用于检测冲洗液体温度。
为了求取在光导体的光出射孔的位置上形成的温度，需要能够在激光器上预给定的运行参数，所述运行参数涉及激光脉冲频率以及单脉冲能量。所述运行参数能够通过适当构造的输入器件来提供，例如通过键盘或者借助通过语音控制进行工作的输入器件或者通过计算机单元的激光器上的直接接口。
在计算机单元内实现的分析处理单元基于下述公式以下述方式确定在光出射孔的位置上形成的温度T：
在大量的在试管中的(in vitro)及在体外(ex vivo)执行的试验中，已证实在基于激光的碎石术期间在体内在激光应用的位置上形成的温度与所应用的激光功率、冲洗流速以及冲洗液体的温度的数值相关性。
尽管上述算法是经简化的公式关联，但借此能够足够准确地预测在基于激光的碎石术期间在结石碎裂的位置上能够预期的体内最终温度，从而使得能够排除局部过热，所述局部过热能够在基于激光的碎石术的位置的紧邻的环境中导致不可逆的组织损伤。
如果激光器不具有用于显示激光器运行的接口，则模块单元附加地包括用于识别显示激光器运行的声学信号的麦克风单元，该信号被传送给分析处理单元，用以与实际发生的激光器运行时间同步地进行信号分析处理。因此，激光器在激光器运行期间产生能够明确唯一地探测到的声学信号，所述声学信号借助麦克风单元能够以时间分辨的方式检测。
尽管负责执行碎石术的医生在执行基于激光的碎石术时是唯一决策者，但是，在另一种实施方式中，根据本解决方案构造的模块单元能够包括附加的(即除了以声学的、视觉的和/或触觉的方式出现的信号单元之外)紧急停止开关，该信号能够触发对至少用于激光源的电流供应的中断。
在另一种实施方式中，能够匹配于内窥镜布置的模块单元附加地具有用于检测在冲洗液体容器内所包含的冲洗液体量的填充状态(Füllstand)的单元。该单元构造成设置在冲洗液体容器上的传感器和/或构造成实现在计算单元中的基于软件的分析处理算法的形式，该分析处理算法基于以传感的方式检测到的冲洗流速和所测量的进行冲洗液体排放的持续时间求取当前的填充状态。代表填充状态的传感器信号或者说代表填充状态的、在数值上经求取的填充状态值至少用于监控实际状态以及用于预测直至完全排空冲洗液体容器位置的持续时间或者用于在达到最小剩余量时进行警告。通过适合的显示器以能够光学地或者声学地感知的方式向进行处理的医生示出由此获得的信息。该显示能够通过信号单元实现或者能够通过附加的显示器实现，通过该信号单元向执行碎石术的医生警告可能的体内的过热效应。
另一种实施方式能够实现对所供应的冲洗液体的温度的附加监控。为此，冲洗液体的以传感的方式检测的温度(TS)优选作为字母数字值显示在目视仪上。此外，优选将经测量的温度提供给所述比较器单元或者另外的比较器单元，其中，在冲洗液体的温度(TS)低于或者高于临界温度值的情况下产生信号，该信号用作用于进行处理的医生的警告，例如在过冷的冲洗液体的情况下进行警告，以便避免病人体温过低的危险。
在另一种可能的实施方式中，冲洗液体输送单元设置有器件，通过所述器件能够根据在光出射孔的位置上形成的温度T和/或激光器的至少一个运行参数调节冲洗液体速率。通过这种方式开启如下可能性：根据所应用的激光功率和/或干预区域中的经计算的温度主动地调节呈泵的形式的冲洗液体输送单元的冲洗液体速率。
根据本解决方案的用于在执行基于激光的碎石术时进行温度监控的系统能够用于不同的解剖区域，例如用在膀胱区域、输尿管区域或者肾盂区域中。视应用领域而定地，能够在不同的模式之间进行选择，用以匹配于所述干预。在此，该系统提供选择前列腺、膀胱模式、输尿管模式或者肾盂模式的可能性，所述模式的区别在于能够定义的警告极限和所保存的特性曲线。由此能够处理(adressieren)不同手术的个别的危险谱。
因此，该系统能够在泌尿科学方面的所有基于激光的方法中使用，尤其是在激光碎石术、激光辅助的前列腺切除术(HoLEP、ThuLEP)、激光汽化(PVP)和间质激光汽化(ILC)中使用。
附图说明
本发明的实施方式、工业可应用性
唯一的附图示出具有用于光导体2的工作通道的内窥镜1，该光导体在近端侧与激光器3光学耦合并且在远端侧具有光出射孔4。此外，内窥镜1具有冲洗液体通道5，该冲洗液体通道在远端侧开放地通向光出射孔4的区域，并且在近端侧与液体输送单元6以及液体容器7流体地连接。当然，也已知如下内窥镜：所述内窥镜将冲洗液体通道5与用于光导体2的工作通道合并为一个通道。这样的本身已知的内窥镜布置用于以基于激光的碎石术的方式碎裂体内结石8。
根据本解决方案的用于温度监控的系统涉及一种模块单元9，该模块单元能够与内窥镜布置在其体外区域中组合，该内窥镜布置包括内窥镜1、激光器3、液体输送单元6以及液体容器7，该模块单元在一种优选的实施方式中由下述部件组成：
沿着冲洗液体输入管线5，以能够松脱的方式固定地安装流量传感器10，该流量传感器优选呈超声波传感器的形式。同样沿着冲洗液体通道5或者与该冲洗液体通道流体地连接的输入管线，以能够松脱的方式固定地安装用于检测冲洗液体温度的温度传感器11，该温度传感器优选呈红外传感器的形式。借助传感器10、11产生的传感器信号S、TS以有线连接或者无线的方式传送给计算机单元12。
此外，设置有输入器件13，该输入器件优选呈通向激光器单元的用于自动的运行参数传输的接口的形式，替代地呈能够手动操作的键盘的形式，通过该键盘能够输入激光器3的运行参数。为了激光器3的运行，能够通过操作者预给定激光脉冲频率fL以及单脉冲能量EP。正是所述运行参数能够通过输入器件13被提供给计算机单元12，基于所述运行参数计算在光出射孔4的位置上能够应用的激光功率。
在计算机单元12内实现分析处理单元14，该分析处理单元基于激光器的运行参数、以传感的方式检测到的冲洗流速以及冲洗液体的温度TS以下述算法为基础求取当前在光出射孔4的位置上形成的温度：
另外，在比较器单元15中将经求取的体内温度T与能够调设的阈值进行比较，该阈值优选为TK＝42℃。在高于该阈值TK的情况下，比较器单元15产生信号SK，该信号被提供给信号单元16，该信号单元对于执行碎石术的医生来说以能够触觉地、声学地和/或视觉地感知的方式出现。
附加地，麦克风单元17与计算机单元12连接，借助该计算机单元检测激光器3的活动，以便通过这种方式保证由计算机单元12和在其中实现的分析处理单元14所处理的数据以及信号SK的在此基础上的产生与激光器3的实际运行是时间同步的。
附图标记列表
1 内窥镜
2 光导体
3 激光器
4 光出射孔
5 冲洗液体通道
6 冲洗液体输送单元
7 冲洗液体容器
8 结石
9 模块单元
10 流量传感器
11 温度传感器
12 计算机单元
13 输入器件
14 分析处理单元
15 比较器单元
16 信号单元
17 麦克风单元

Claims (21)

1.一种用于在执行基于激光的碎石术时进行温度监控的系统，在所述基于激光的碎石术中使用内窥镜布置，所述内窥镜布置包括用于光导体的工作通道以及冲洗液体通道，所述光导体在近端侧与激光器光学耦合并且在远端侧具有光出射孔，所述冲洗液体通道在远端侧开放地通向所述光出射孔的区域，并且在近端侧与冲洗液体容器流体地连接，
其特征在于，所述系统设置有能够与所述内窥镜布置组合的模块单元，所述模块单元包括下述部件：
流量传感器，所述流量传感器能够沿着所述冲洗液体通道和/或沿着与所述冲洗液体通道流体地连接的输入管线安装，并且以与冲洗液体无接触的方式确定冲洗流速，
输入器件，通过所述输入器件能够将所述激光器的运行参数传送给与所述输入器件连接的计算机单元，基于所述运行参数能够求取在所述光出射孔的位置上能够应用的激光功率，
温度传感器，所述温度传感器能够沿着所述冲洗液体通道和/或沿着与所述冲洗液体通道流体地连接的输入管线安装，并且以与所述冲洗液体无接触的方式确定所述冲洗液体的温度，
在所述计算机单元中实现的分析处理单元，所述分析处理单元至少基于所述冲洗流速、所述冲洗液体的温度(TS)以及所求取的应用的激光功率，在数值上求取在基于激光的碎石术期间在体内在所述光出射孔的位置上形成的温度T，以及
比较器单元，所述比较器单元将所求取的温度T与阈值进行比较并且在高于所述阈值的情况下产生信号。
2.根据权利要求1所述的系统，
其特征在于，所述流量传感器构造成超声波传感器的形式。
3.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述输入器件是能够手动操作的接口。
4.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述激光器的运行参数是下述能够预给定的参数：激光脉冲频率、单脉冲能量。
5.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述分析处理单元基于激光器的运行参数、以传感的方式检测到的冲洗流速以及冲洗液体的温度TS确定在所述光出射孔的位置上形成的温度T。
6.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述温度传感器构造成红外传感器的形式。
7.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述系统包括在生理上能够感知的信号单元，所述信号单元通过由所述比较器单元产生的信号以能够触觉地、声学地和/或视觉地感知的方式出现。
8.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，设置有冷却单元，所述冷却单元热耦合到所述冲洗液体通道上和/或所述冲洗液体容器上，并且所述冷却单元能够通过由所述比较器单元产生的信号控制。
9.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，设置有应急断路装置，所述应急断路装置能够通过由所述比较器单元产生的信号激活。
10.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，设置有用于产生麦克风信号的麦克风单元，所述麦克风信号记录激光器运行，并且所述麦克风单元与所述分析处理单元连接。
11.根据权利要求1或2项所述的系统，
其特征在于，所述系统构造为用于安装到处于使用中的内窥镜布置上的加装套件，所述内窥镜布置适合用于执行基于激光的碎石术。
12.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述工作通道和所述冲洗液体通道构造为统一的通道，使得沿着所述工作通道布置的光导体直接被冲洗液体环绕冲刷。
13.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述内窥镜布置具有体外区域，所述体外区域在执行所述碎石术期间保留在病人体外，
所述模块单元的温度传感器和流量传感器在所述内窥镜布置的所述体外区域中沿着所述冲洗液体通道或沿着与所述冲洗液体通道流体地连接的输入管线安装。
14.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，在所述冲洗液体容器中设置有用于计算或者直接以传感的方式检测冲洗液体的填充状态的单元，
所述用于计算或者直接以传感的方式检测冲洗液体的填充状态的单元产生与所述填充状态有关的至少一个信号。
15.根据权利要求14所述的系统，
其特征在于，所述用于计算或者直接以传感的方式检测冲洗液体的填充状态的单元是设置在所述冲洗液体容器上的传感器和/或在计算机单元中实现的基于软件的分析处理算法，所述分析处理算法基于以传感的方式检测的冲洗流速和所测量的进行冲洗液体排放的持续时间求取所述填充状态。
16.根据权利要求14所述的系统，
其特征在于，所述系统包括在生理上能够感知的信号单元，所述信号单元通过由所述比较器单元产生的信号以能够触觉地、声学地和/或视觉地感知的方式出现，所述信号能够借助所述信号单元以能够触觉地、声学地和/或视觉地感知的方式表示。
17.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述冲洗液体的以传感的方式检测的温度(TS)能够被提供给所述比较器单元，在所述冲洗液体的所述温度(TS)低于或者高于临界温度值的情况下，所述比较器单元产生信号。
18.根据权利要求1或2所述的系统，
其特征在于，所述冲洗液体通道在近端侧与能够电运行的冲洗液体输送单元连接。
19.根据权利要求18所述的系统，
其特征在于，所述冲洗液体输送单元设置有以下器件：通过所述器件能够根据在所述光出射孔的位置上形成的温度T和/或所述激光器的至少一个运行参数来调节冲洗液体速率。
20.根据权利要求3的系统，
其特征在于，所述接口是数据接口。
21.根据权利要求8所述的系统，
其特征在于，所述冷却单元能够通过由所述比较器单元产生的信号激活。
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