CN117279563A - 用于检测和去除肿瘤组织的神经外科方法和系统 - Google Patents

用于检测和去除肿瘤组织的神经外科方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117279563A
CN117279563A CN202280033799.7A CN202280033799A CN117279563A CN 117279563 A CN117279563 A CN 117279563A CN 202280033799 A CN202280033799 A CN 202280033799A CN 117279563 A CN117279563 A CN 117279563A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrical signal
tissue
light
controller
brain tissue
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280033799.7A
Other languages
English (en)
Inventor
K·巴克利
G·努南
S·福尔
D·厄斯塔斯
K·曼利
R·M·鲍德温
D·塔隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stryker European Operations Ltd
Original Assignee
Stryker European Operations Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stryker European Operations Ltd filed Critical Stryker European Operations Ltd
Publication of CN117279563A publication Critical patent/CN117279563A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0084—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A61B5/4058—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system for evaluating the central nervous system
    • A61B5/4064—Evaluating the brain
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00057—Light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/32007—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with suction or vacuum means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A61B2018/1462—Tweezers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/04—Constructional details of apparatus

Abstract

一种用于探查患者脑组织中的肿瘤组织的神经外科系统。该系统包括抽吸工具、激发源、光学仪器和控制器。抽吸工具包括限定内腔的抽吸插管、配置成传输由脑组织发射的荧光的光纤；以及被配置为选择性地发射可见光的指示器。激发源被配置为发射具有用于在肿瘤组织中诱导荧光的波长的激发光。光学仪器耦合到光纤。光学仪器被配置为转换将由脑组织发射并由光纤传输的荧光，并被配置为基于电信号确定脑组织是肿瘤性的并基于该确定激活指示器。

Description

用于检测和去除肿瘤组织的神经外科方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年3月12日提交的美国临时专利申请No.63/160,099的优先权和所有优势，其内容被通过引用方式并入本文。
背景技术
神经胶质瘤可能始于大脑或脊柱的神经胶质细胞。通常进行外科手术(更具体地肿瘤切除术)来切除肿瘤。用于肿瘤切除的外科手术的目标是实现大体全切除(GTR)。胶质瘤的一种非常具有侵袭性的形式是胶质母细胞瘤。在胶质母细胞瘤患者中，GTR已被证明可以将患者的寿命延长约40％(例如，从10个月延长至14个月)。对于较低级别神经胶质瘤患者来说，GTR增加了总体生存机会。
通常在外科手术前几个小时将5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)给到患者。5-ALA是血红蛋白合成途径中天然存在的化合物。在癌细胞中，血红蛋白合成被破坏，该途径在被称为原卟啉IX(PPIX)的中间化合物处停滞。在外科手术期间，医疗专业人员可能会用外科显微镜发出的激发光(即蓝光)照射脑组织区域。外科手术可以在黑暗或昏暗的手术室环境中进行。含有PPIX的高级别肿瘤细胞吸收激发光并发射具有特定光学特征的荧光(即红色荧光)。医疗专业人员可以通过外科显微镜观察到荧光。
一旦识别出目标组织，医疗专业人员就会将外科显微镜切换回标准白光照明，并继续切除目标组织。在整个外科手术中，医疗专业人员在用白光和激发光照射组织之间来回切换，以确保切除适当的目标组织，直到肿瘤切除完成。每一次用来自外科显微镜的激发光照射目标区域时，存在于肿瘤部位的PPIX可能会由于强激发光照射引起的光漂白效应而发生降解。
荧光引导手术增加了高级别肿瘤(例如胶质母细胞瘤)中GTR的机会。目前，低级别肿瘤的GTR相对较低，因为：由于肿瘤细胞只发出低水平的荧光，而人眼不够敏感，即使使用外科显微镜也不足以检测到如此低的荧光水平，所以不能使用5-ALA改善低级别肿瘤的切除效果。需要一种改进的荧光引导外科系统，以提高实现GTR的机会。
这里提供的背景描述是为了概括介绍本公开的上下文。在本背景技术部分中描述的范围内，本发明人的工作，以及在提交时可能不符合现有技术的本描述的方面，既不明确地、也不隐含地被承认为相对于本公开的现有技术。
发明内容
在一特征中，描述了一种用于探查患者脑组织中的肿瘤组织的神经外科系统。该神经外科系统包括被配置用于向患者的组织施加抽吸的抽吸工具。该抽吸工具包括限定内腔的抽吸插管，耦合到抽吸插管的光纤，所述光纤被配置用于传输由脑组织发射的荧光，以及耦合到抽吸插管并配置成选择性发射可见光的指示器。可见光不同于由光纤传输的荧光。神经外科系统还包括被配置用于发射激发光的激发源。激发光具有用于在肿瘤组织中诱导荧光的波长。神经外科系统还包括耦合到光纤的光学仪器。光学仪器被配置用于将由脑组织发射并由光纤传输的荧光转换成电信号。神经外科系统还包括控制器，该控制器被耦合到指示器和光学仪器并且被配置成基于电信号确定脑组织是肿瘤性的并且基于确定脑组织是肿瘤性的来激活指示器。
在一特征中，描述了一种用于检测患者的脑组织是否包括肿瘤组织的神经外科方法。使用外科系统执行的神经外科方法包括具有分别耦合到抽吸工具的光纤和指示器的抽吸工具，激发源，耦合到光纤的光学仪器，以及耦合至激发源、光学仪器、指示器的控制器。该神经外科方法包括利用抽吸工具向患者的脑组织施加抽吸。该神经外科方法还包括从激发源发射具有预定波长的激发光，以在肿瘤组织中诱导荧光。神经外科方法还包括利用光纤收集从脑组织发出的荧光。神经外科方法还包括利用光学仪器将荧光转换成电信号。该神经外科方法还包括当控制器确定电信号指示脑组织是肿瘤性的时利用控制器基于电信号激活指示器。
在一特征中，描述了一种使用外科系统在手术室中在环境光条件下检测目标脑组织是否是肿瘤性的神经外科方法。该外科系统包括：包括至少一根光纤和指示器的工作工具；耦合到该至少一根光纤的光学仪器；和耦合到该至少一根光纤的激发源；以及控制器，该控制器被连接到该光学仪器和指示器。用于检测目标组织的神经外科方法包括在外科手术期间检测从目标脑组织发出的荧光。检测荧光的步骤包括从激发源发射蓝光以诱发目标脑组织的荧光发射。检测荧光的步骤还包括利用光学仪器从所述至少一根光纤接收目标脑组织的荧光。检测荧光的步骤还包括利用光学仪器将荧光转换成电信号。该神经外科方法还包括利用控制器基于电信号确定目标脑组织是肿瘤性的。该神经外科方法还包括响应于确定目标脑组织是肿瘤性的而利用控制器激活工作工具的指示器。
本公开的其他应用领域从详细描述、权利要求书和附图中将变得显而易见。详细描述和具体示例仅出于说明的目的而并非旨在限制本公开的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，本公开将得到更全面地理解。
图1的图表描绘了根据现有技术的教导当从外科显微镜观察时肿瘤组织的红色荧光的可见度。
图2描绘了根据本公开的教导的神经外科系统。
图3描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的功能框图。
图4描绘了根据本公开内容的教导的神经外科系统的示例性抽吸工具。
图5A和图5B描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的抽吸工具的示例性手柄。
图6描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的超声外科系统。
图7描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的组织检测系统。
图8描绘了根据本公开的教导的神经外科系统的组织检测系统的功能框图。
图9A和9B描绘了根据本公开的教导的组织检测系统的光学系统。
图10A和10B描绘了根据本公开的教导的组织检测系统的光学系统的一些部件的分解图。
图11描绘了根据本公开的教导的组织检测系统的控制台的内部部分的视图。
图12A-E描绘了根据本公开的教导的组织检测系统的样本元件。
图13描绘了由根据本公开的教导的组织检测系统的光谱仪生成的被激发的光谱信号。
图14A和14B描绘了由根据本公开的教导的组织检测系统的控制器生成的第一修正光谱信号和第二修正信号。
图15描绘了拟合到由根据本公开的教导的组织检测系统的控制器生成的第二修改信号的高斯曲线。
图16描绘了根据本公开的教导的组织检测系统的控制器生成的PPIX强度。
图17描绘了利用根据本公开的教导的神经外科系统执行的外科切除手术的流程图。
图18A和18B描绘了根据本公开的教导的被耦合至超声手持件组件的组织检测系统的样本元件。
图19A和19B描绘了组织检测的样本元件和指示器元件，根据本公开的教导，它们被耦合到外科系统的双极镊子。
图20描绘了样本元件，根据本公开的教导，样本元件被耦合到抽吸系统的抽吸工具，其中护套被去除。
图21描绘了根据本公开的教导被耦合到抽吸系统的抽吸工具的样本元件。
图22描绘了根据本公开的教导被耦合到抽吸系统的抽吸工具的样本元件。
在附图中，附图标记可以重复使用以标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
本发明人认识到，需要一种神经外科肿瘤切除系统和/或方法，能够在切除肿瘤的过程中在白光操作条件下(即，不需要黑暗或昏暗的手术室)检测低水平的荧光。还需要一种能够减少(缩短)用激发光照射目标区域的时间量(长短)以减少光漂白效应的系统。另外，由于外科显微镜无法在深腔中充分照射激发光，因此需要一种能够在深腔中照射激发光的系统。最后，需要一种有助于肿瘤的间变性病灶的术中检测的系统，这是很重要的，因为找到间变性病灶(anaplastic focus)对于精确的组织病理学诊断和最佳的患者治疗是必要的。
虽然本公开具体讨论了与通过施用5-ALA以可视化PPIX的荧光来切除脑肿瘤的目标组织有关的外科手术，但是本公开的教导可以扩展到其他类型的外科手术，用于检测其他类型的组织，并检测其他类型的荧光团(Hypericin，Hexvix，Idocyanine Green“ICG”等)。例如，可以使用ICG来帮助医疗专业人员在外科手术中可视化血管。ICG可以结合到在血液中发现的血浆蛋白。ICG被近红外光激发并且发射近红外光，发射的近红外光具有比激发ICG的近红外光稍长的波长。
关于图1，图表10描述了从外科显微镜观察中时PPIX的红色荧光的可见性。在脑肿瘤切除外科手术期间，当根据现有技术的系统(即，使用外科显微镜)进行肿瘤切除手术时，包括升高浓度的PPIX的目标组织(即，肿瘤组织)可能会被无意中遗漏，这导致小于GTR。因此，更准确地检测升高浓度的PPIX的方法将被证明对于帮助实现GTR是非常有益的。空心方块40表示不产生可见荧光的样品，而实心方块44表示产生可见荧光的样品(specimen)。y轴显示CPpIx的累积水平高于0.1μg/mL的阈值。x轴表示健康组织和目标组织的可见荧光(+F)和不可见荧光(-F)。区域50代表假阴性区域，其中PPIX存在于样品中但不产生可见光。特别地，区域50内的子区域54包括低于水平58的样品，但当从外科显微镜观察时这些样品仍被认为包括PPIX的升高的水平62。因此，如果医疗专业人员错过了与该子区域相对应的PPIX，则将无法实现GTR。
参考图2，提供了解决现有技术的缺点的神经外科系统100。神经外科系统100可包括外科导航系统104、外科显微镜108、外科推车114和抽吸系统113。外科导航系统104包括容纳导航计算机110的推车组件106。导航计算机110也可以被称为导航控制器。导航接口与导航计算机110操作地通信。导航接口可包括一个或多个输入设备，所述输入设备可被用于将信息输入到导航计算机110中或以其他方式选择/控制导航计算机110的某些方面。导航接口包括一个或多个显示器120。这样的输入设备可以包括交互式触摸屏显示器/菜单、键盘、鼠标、麦克风(语音激活)、手势控制设备等。
导航计算机110可被配置为存储大脑的一个或多个术前或术中图像。任何合适的成像设备可被用于提供所述大脑的术前或术中图像。例如，任何2D、3D或4D成像设备，例如等中心荧光透视、双平面荧光透视、超声、计算机断层扫描(CT)、多层计算机断层扫描(MSCT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)、光学相干断层扫描(OCT)。这些图像也可以以二维、三维或四维获得和显示。在更先进的形式中，还可以通过合并患者数据或其他数据来实现身体的四维表面渲染区域，所述其他数据来自图谱或解剖模型图或来自通过MRI、CT或超声心动图模式捕获的术前图像数据。
导航计算机110可以在显示器120上生成所述大脑的一个或多个图像。导航计算机110还可以与外科显微镜108连接。例如，显示器120可以显示与外科显微镜108的视场相对应的图像。当导航计算机110可以包括多于一个显示器时，其中一个这样的显示器显示外科显微镜108的视场，而另一这样的显示器可以显示大脑的术前或术中图像。
跟踪系统124耦合到导航计算机110并且被配置用于感测附接到外科工具或患者的一个或多个跟踪元件的位置。跟踪系统124可以被配置用于跟踪附接到外科工具或患者的有源或无源(active or passive)红外跟踪元件。可以使用的外科导航系统104的示例是可从Stryker商购获得的Nav3iTM。外科导航系统104可以具有如在美国专利No.7,725,162B2和美国专利文献No.2020/0100849 A1中描述的各种功能和特征，它们的全部内容都被通过引用方式并入本文。
外科显微镜108包括被配置用于提供一定范围的放大倍率(例如，从大约2倍到大约50倍)的一个或多个物镜。外科显微镜108可以具有具有预定范围区域的视场。外科显微镜108被配置用于荧光显微镜检查，例如用于检测PPIX。外科显微镜108可包括一个或多个激发源(例如，被配置用于发射可见光谱中的光的激发源或被配置用于发射红外光谱中的光的激发源)，以用激发光照射脑组织111以引起PPIX发荧光。外科显微镜108还可以包括能够检测PPIX或ICG的荧光波长的辐射的相机。
外科推车114可包括外科系统112、抽吸系统113、组织检测系统116和超声外科系统118。显示器121可以耦合到外科推车并且操作地连接到外科系统112、组织检测系统116和/或超声外科系统118，以显示与每个相应系统112、116和118相关的信息。医疗专业人员可以使用超声外科系统118和/或外科系统112来消融患者大脑的目标组织。超声外科系统118可以包括超声控制台128和超声手持件组件130。
抽吸系统113可包括抽吸工具156和用于控制抽吸工具156的各个方面的抽吸单元117。抽吸管可以将抽吸工具156连接至抽吸系统113。抽吸系统113可以接收来自真空源(例如医疗设施的真空出口)的抽吸。抽吸系统113可包括一个或多个调节器或一或多个调节阀，用于控制从真空源接收的抽吸压力。抽吸系统113还可以包括一个或多个容器，用于存储由抽吸工具156收集的废物。在一示例中，抽吸系统113可以对应于墙上抽吸单元。在另一示例中，抽吸系统113可对应于便携式抽吸单元。抽吸系统113和抽吸工具156可以具有如在美国专利No.9,066,658和美国专利文献No.20180344993中描述的各种特征，它们的全部内容都被通过引用方式并入本文。
外科系统112可以包括诸如双极镊子160的外科工具、和用于控制外科工具的各个方面的外科控制台115。医疗专业人员还可以使用外科工具在组织上执行任何外科操作，例如，用于消融组织或烧灼组织。双极镊子可以具有如在美国专利No.8,361,070 B2中描述的特征，其全部内容被通过引用方式并入本文。虽然本公开讨论并示出外科工具可以包括双极镊子160，但是外科系统112和外科工具可以包括其他工具，例如神经刺激器、解剖器或消融设备(例如，RF消融设备和/或激光消融设备)。例如，外科系统和/或外科工具可以具有如在美国专利No.8,267,934中描述的各种特征，其全部内容被通过引用方式并入本文。医疗专业人员在执行外科手术时可以采用任何数量的外科系统和任何数量的外科工具。
组织检测系统116可以包括控制台168和样本元件164(被示出为耦合到超声手持件组件130)。当脑组织111对应于目标组织时，控制台168可以经由样本元件164向医疗专业人员提供实时指示。样本元件164还可以耦合到双极镊子160、抽吸工具156或其他外科工具，如下面将更详细地描述的。组织检测系统116基于由荧光团引起的由目标组织发射的荧光来确定脑组织111何时对应于目标组织。在一实例中，荧光团可以对应于PPIX。在另一例子中，荧光团可以对应于ICG。如下面将更详细讨论的，基于PPIX发射的荧光的强度和波长，组织检测系统116可以确定存在目标组织。
参考图3，示出了神经外科系统100的示意图。尽管组织检测系统116能够执行与外科显微镜108类似的功能(即，允许医疗专业人员检测PPIX的存在)，但组织检测系统116可以与外科显微镜108结合使用以改善肿瘤切除手术的结果和实现GTR的机会。
在外科手术期间，医疗专业人员可以首先在激发光(例如，蓝光)下用外科显微镜108观察患者的脑组织111，以识别出脑组织111的哪一部分对应于由红色荧光证明的目标组织。医疗专业人员可以将外科显微镜108切换回标准白光照明以获得更好的可见性并开始切除目标组织。由于样本元件164耦合到抽吸工具156，医疗专业人员不必考虑无菌区中的任何附加外科工具(即，光学探针等)。医疗专业人员可以利用一只手中的双极镊子160和另一只手中的抽吸工具156来执行目标组织的切除。
当医疗专业人员正在切除目标组织时，控制台168可以起作用以通过激活样本元件164的指示器(下面更详细地讨论)来向医疗专业人员提供脑组织111中的目标组织的实时指示。根据本公开的教导的组织检测系统116防止医疗专业人员在医疗专业人员正在对目标组织进行切除时不得不在外科显微镜108的各种照明设置之间来回切换(即，用激发光和白光照明组织)。当医疗专业人员接近目标组织的边缘时这一点变得尤其重要，因为医疗专业人员希望实现GTR，还希望保留尽可能多的健康组织完好无损。
参考图4，抽吸工具包括抽吸插管157和手柄159。抽吸插管157限定用于从患者抽吸流体、碎片和组织的内腔。手柄159是管状的，具有可以是方形的控制部分167。远端162可以是锥形的并且被配置用于接收抽吸插管157的近端161。手柄159的远端165包括真空配件，该真空配件可配置用于接收被连接到产生抽吸压力的真空源的抽吸管169。真空配件可以是标准的带钩配件、快速断开配件或本领域已知的任何其他合适的配件，以允许抽吸管流体地耦合至真空源。
另外参考图5A和图5B，控制部分167可以包括用于调节抽吸压力的泪滴形控制器170。例如，当泪滴形控制器170的任何部分都不被医疗专业人员遮盖时，抽吸压力可以最小，并且当泪滴形控制器170被完全遮盖时，抽吸压力可以处于其最大值。虽然控制部分167被描述为包括泪滴形控制器，但是控制部分167可以包括另一合适的输入装置，例如按钮或不同形状的控制器，以允许医疗专业人员改变抽吸压力。控制部分包括用于接收样本元件164的通孔171，如下面将更详细讨论的。医疗专业人员从其手柄159握持抽吸工具156，操纵抽吸工具156，使得在外科手术期间远端163接触患者的组织，以便在期望的位置处提供抽吸。虽然抽吸工具156被描述为具有Fukushima配置，但是还可以设想其他配置，例如Frazier或Poole配置。
参考图6，超声手持件组件130可包括超声手持件132，该超声手持件132包括近端和远端。超声手持件组件130还可以包括套筒136和超声尖端140，超声尖端140可以耦合到超声手持件132的远端。套筒136可被配置用于向超声尖端140和/或手术部位提供冲洗。还设想，套筒136还可以配置成向超声尖端140提供吸力(aspiration)。超声尖端140可包括被配置用于消融、切割、成形和/或去除生物组织的切割特征。超声手持件组件130可以具有如在美国专利No.6,497,715 B2；6,955,680 B2；6,984,220 B2以及PCT公开文献WO 2020/068756 A1中描述的各种特征；这些文献都被整体以引用方式并入本文。
超声手持件组件130还可以包括电缆144或其他电源线，其包括被配置用于将超声手持件组件130耦合到电源的电源连接器148或适配器，所述电源例如被配置用于调节超声手持件组件130的各个方面的超声控制台128。超声控制台128还可以被配置用于经由连接到手持件组件130的一根或多根管(图中未示出)提供冲洗和/或吸力并调节超声手持件组件130的冲洗和/或吸力功能以优化超声手持件组件130的性能。可以使用的超声外科系统的示例可以从Stryker商购获得，包括Sonopet IQ Ultrasonic Aspirator。超声控制台128可以基于从组织检测系统116接收的信号来控制各种操作参数。
参考图7和图8，组织检测系统116包括样本元件164和控制台168。样本元件164经由连接器172连接至控制台168。样本元件164可以包括检测光纤264、指示器元件296和电极266，如下文更详细讨论的。控制台168可以包括控制器204、用户接口208、电源212、光学系统215、微控制器220和映射模块(mapping module)265。光学系统215可以包括光学器件块216、光谱仪224、激发源228和光学连接器229。下面将更详细地讨论每个部件的功能。
用户接口208可以包括用于显示来自控制器204的输出的显示器。用户接口208还可以包括被配置为由医疗专业人员接合的一个或多个输入装置(例如，按钮、触摸按钮、开关等)。电源212可以向控制台168的各部件供电。控制台168可以包括探针端口173，样本元件164的连接器172连接在探针端口173中。然后检测光纤264可以经由光学连接器229连接到光学器件块216。控制台168还可以包括用于建立到外科系统112和超声外科系统118的通信链路的电端口174。控制台168还可以包括用于连接到指示器元件164的指示器端口175，如下面将更详细讨论的。
映射模块265可以包括被配置为生成用于电极266的刺激信号的装置，电极266被配置用于将刺激信号传送至脑组织111。在目标组织的手术切除期间，医疗专业人员可能需要映射脑组织111(的图)，以便确定脑组织111的哪些区域对应于功能上重要的区域。例如，大脑的功能上重要的区域负责言语或运动技能，即使确定了这些区域包括目标组织，也不能在不影响该区域的基本功能的情况下去除目标组织，那么这些区域可以选择避开。该装置可以被配置用于产生电流，然后此电流由医疗专业人员经由电极施加到脑组织111。电极可以是设置或耦合到样本元件164的外表面的独立电极，或者电极可以集成在样本元件164内，如下文更详细讨论的。映射模块265和/或电极266可以具有如在国际公开No.WO2021074265A1和美国专利No.7，150,737B2中描述的各种功能和特征，它们的全部内容被通过引用方式并入本文。控制器204可以被配置成基于电极266对脑组织111的刺激的结果生成警报。例如，控制器204可以生成将在用户接口208、显示器120或显示器121上显示的警报。该警报可以向医疗专业人员指示脑组织111是否对应于功能上重要的区域，例如与运动功能或言语功能相关联的区域。
激发源228可以通过检测光纤264用激发光照射目标组织。激发源228可以被配置为发射激发光(例如，约405nm的蓝光或在400nm至500nm范围内的蓝光)。激发源228还可以被配置为发射对应于其他波长的激发光，例如与可见光谱中除蓝光之外的其余部分相关联的波长(例如，大于500nm但小于700nm)、与紫外光谱(小于400nm)和/或红外光谱(大于700nm)相关联的波长。激发源228可以包括任何数量的光源，例如发光二极管(LED)、脉冲激光器、连续波激光器、调制激光器、滤光白光源等。
在某些情况下，激发源还可以配置用于发射对应于与上述的波长不同波长的激发光。在该实施方式中，激发源可以被称为第一激发源228和第二激发源，其中第一激发源228被配置为发射可见光谱的预定波长的第一激发光，并且第二激发光被配置为发射对应于红外光谱(例如，700nm至1mm)的第二波长范围的红外光。当存在两个激发源时，第一激发源228可以被配置为发射将激发第一荧光团例如PPIX的光，而第二激发源被配置为发射将激发第二荧光团(例如ICG)的光。
控制器204可以控制激发源228的操作。控制器204可以通过改变激发源228的操作参数来控制激发源228的操作。操作参数可以对应于时间设置、功率设置或另一合适的设置。时间设置可以包括脉冲宽度。脉冲宽度可以基于光谱仪224的积分时间。下面更详细地讨论光谱仪224的积分时间。
检测光纤264可以耦合到光学连接器229。当样本元件164耦合到外科工具(即，超声手持件组件130、抽吸工具156或双极镊子160)时，检测光纤254的远端272与外科工具的工作部分相邻，并允许将激发光传送到目标组织。
参考图9A和9B，示出了光学器件块216。光学连接器229可以耦合到光学器件块216。光学器件块216可以包括由金属或另一合适的材料构成的外部壳体274，并且可以完全包围光学器件块216的部件232。如图9B示出了光学器件块216，其中外部壳体的顶部被移除，使得光学器件块216的部件232可见。光学器件块216可以是L形的并且包括第一部分280和第二部分284。激发源228可以耦合到光学器件块216的第一部分280。光谱仪224可以耦合到光学器件块216的第二部分284。
另外参考图10A和10B，示出了光学系统215的部件232的分解图，示出了用于激发光的光学路径285和用于从脑组织111收集的光的光学路径287。第一部分280可以包括用于激发光从所述一个或多个激发源228经由检测光纤264行进至脑组织111的光学路径285。光学路径285可以由光学器件块的第一部分280中的部件232限定。第二部分284可以包括用于使所收集的光从脑组织111经由检测光纤264行进到光谱仪224的光学路径287。光学路径287可以由光学器件块的第二部分284中的部件232限定。光学器件块的部件232可以是光学部件，例如一个或多个激光线滤波器和一个或多个长通滤波器。光学器件块216可以包括其他光学部件，例如一个或多个镜子、透镜、光学连接器、光纤和/或任何其他合适的光学部件。
在图10A中，激发源228发射激发光，该激发光行进通过一个或多个部件232，例如激光线滤波器和/或长通滤波器。激光线滤波器或带通滤波器可以被配置为拒绝由激发源228产生的不想要的噪声(例如，较低电平的跃迁、等离子体和辉光)。换句话说，激光线滤光器可以被配置为清理激发光或使激发光更加单色。长通滤波器可以被配置为将光沿着检测光纤264反射到脑组织111。激发源228可以被配置为经由检测光纤264将未经过滤的激发光(即，可以省略滤波器)传送到目标组织。检测光纤264可以将激发光经由样本元件164引导至脑组织111。
检测光纤264可以被配置为从脑组织111收集光(即，荧光和环境光)。样本元件164耦合到外科工具导致远端272与外科工具的工作部分相邻以允许从目标组织收集光。
由于手术室中的各种源(例如外科显微镜108、外科手术灯或手术室中的任何其他设备)引起的环境光和/或背景光的存在，从脑组织111收集的光可能包括环境光和/或背景光。参考图10B，由检测光纤264收集的光穿过光学器件块216的第二部分284的部件232，例如长通滤波器。在光穿过这些部件232之后，光可以进入耦合到光学器件块216的光谱仪224。
检测光纤264可以耦合到光学连接器229。如下文更详细讨论的，检测光纤264的远端272可以包括透镜或其他透明材料，使得当样本元件164被定位在外科工具(即，超声手持件、抽吸工具或双极镊子)上时，样本元件164耦合到外科工具导致检测光纤264的远端272与外科工具的工作部分相邻以允许激发光被传送至目标组织。
参考图11，示出了外部壳体被移除的控制台168的视图。光学器件块216可以被直接固定(例如，通过螺栓)到控制台168的基座217，以允许光学系统215的一个或多个部件产生的热量散热。控制台168可以包括足够的空隙空间，使得多于一个的光学器件块216可以堆叠在控制台168内部。例如，内部具有各种光学部件的第二光学器件块可以堆叠在光学器件块216的上面。第二激发源可以耦合到第二光学器件块。第二光学器件块可以包括限定使第二激发源产生的光到达目标组织的光学路径的部件。
参考图12A，示出了样本元件164。样本元件164还可以包括指示器元件296。指示器元件296可以包括连接到指示器298的传输构件297。指示器298可以包括一个或多个发光二极管或另一合适的光源。指示器298被配置为响应于控制器204检测到肿瘤或目标组织而发光。指示器298可以是球形的、圆顶形的、圆柱形的或其他合适的形状。护套292可以包围检测光纤264的一部分和指示器元件296的一部分，特别是传输构件297。换句话说，护套292可以刚好终止于检测光纤264的远端272前面，从而使传输元件297、指示器298和检测光纤264至少部分地暴露。护套292可以由聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯/氯丁橡胶中的任何一种或另一合适的材料制成。电极266虽然在图12A中未示出，但是可以与样本元件164集成。例如，电极的远端可被定位成与检测光纤264的远端相邻，使得电极266的远端可以接触脑组织111。
如先前所讨论的，检测光纤264可以将激发光从光学系统215传送到脑组织111，并且检测光纤264还可以收集来自脑组织111的光并将光传送到光学系统215，光学系统215进而将滤波后的光学信号提供给光谱仪224。
样本元件164可以耦合到任何外科工具(即，超声手持件组件130、抽吸工具156或双极镊子160)，使得检测光纤264的远端272靠近外科工具的工作部分。检测光纤264的远端272可以包括透镜、准直器或允许检测光纤264将激发光传送到脑组织111并且允许检测光纤264从脑组织111收集光的另一合适的光学部件。
虽然提供的示例是检测光纤264用于将激发光传送到组织并且还收集来自组织的光，但是本系统可以替代地包括两个单独的光纤，例如收集光纤和激发光纤。收集光纤可以收集来自组织的光，并且激发光纤可以将激发光传送到组织。虽然为了简单起见，检测光纤264和在此讨论的任何其他光纤被设想为单根光纤，但是应当理解，所述光纤中的每一个可以包括多于一根光纤。例如，检测光纤264可以包括全部以类似方式连接至上面描述的单根光纤连接部的检测光纤束。在另一示例中，检测光纤264可以包括任意数量的串联连接的光纤。
参考图12B，示出了样本元件164的第二替代配置。所示的样本元件164'在功能上等同于图12A中示出的样本元件164，所以在此省略了对等同部分功能的详细讨论。与图12A所示的球形的指示器298不同，图示的指示器298’是圆柱形的。
参考图12D，示出了样本元件164的第三配置。所示的样本元件164”在功能上等同于在图12A和12B中示出的样本元件164和164’，所以在此省略了对等同部分功能的详细讨论。在该配置中，指示器元件296'与样本元件164'分开设置(即，指示器元件296不与样本元件164'集成)。指示器元件296”’可以包括传输构件297’(例如由护套遮盖的电线和/或电缆)、指示器298、以及用于将传输构件297连接到控制台168的指示器端口175的连接器299。指示器元件296可以包括用于将指示器元件296连接到控制台168的指示器端口175的连接器299。
参考图12D，示出了样本元件164的第四配置。所示的样本元件164”’在功能上等同于在图12A和图12B中示出的样本元件164、164'和164”，所以在此省略了对等同部分功能的详细讨论。这里，指示器元件296”’的传输构件297”’和指示器298可以用在下文中被称为指示器光纤的光纤代替。指示器光纤用于响应于控制器204检测到目标组织而发光。样本元件264”’还可以包括指示器部分291，当光沿着样本元件264”'行进时指示器部分291被指示器光纤照亮。指示器部分291可被靠近样本元件164的远侧部分安置，以确保当医疗专业人员正在切除组织时，医疗专业人员能够看到指示器部分291。指示器部分291可以是透明的或者也可以对应于样本元件164的护套292的去除部分。指示器光纤可以经由光学连接器耦合到光学器件块216并且接收来自激发源228或另一激发源的与激发光的波长不同的波长的光。例如，当被控制器204指令以指示检测到目标组织时，激发源可以产生绿光(例如，波长约520-564nm)。
样本元件164”’可以包括具有中心芯和被护套292遮盖的外部通道的同轴光纤。检测光纤264”’可以设置在中心芯内，而指示器光纤设置在外部通道内。样本元件164””的护套292的一部分可以被去除，使得指示器光纤可以通过外部通道的侧壁照射光以照亮指示器部分291。
控制器204可以响应于检测到目标组织而向指示器298发送激活信号。指示器298可以响应于接收到激活信号而发光。控制器204可以根据控制器204是否检测到PPIX或ICG(即，脑组织111是否对应于目标组织或血管)来控制LED使其发射不同颜色的光。例如，控制器204可以控制LED以在检测到高于阈值的PPIX时LED发射绿光(例如，波长约520-564nm)或者在检测到ICG时LED发射黄光(例如，波长565-590nm)。
光谱仪224被配置为将过滤后的光学信号(即，过滤后的光)转换成电信号形式的光谱信号。微控制器220被配置为控制光谱仪224的操作。可以使用的光谱仪系统的示例可以从Hamamatsu商购获得，包括微型光谱仪系列C12880MA。尽管贯穿本公开设想了光谱仪224，但是可以使用其他光学仪器来代替光谱仪224。光谱仪224可以包括入口狭缝、准直透镜/镜子、透射光栅元件、聚焦镜和图像传感器。入口狭缝可以接收来自光学器件块216的所收集的光，然后该光穿过准直透镜/镜子。准直透镜/镜子将通过入口狭缝收集的光进行准直并将其引导到光栅元件上。光栅元件将来自准直透镜的入射光分离成不同的波长，并使每个波长的光以不同的衍射角通过或反射离开。聚焦透镜或镜子根据波长将由光栅元件分散成各波长的光在图像传感器的线性排列的像素上形成图像。
每个波长都被光电地转换成电信号(即，光谱信号)。图像传感器以特定的时间间隔输出入射到每个像素上的光学信号(即，图像传感器将光学信号转换为电信号并输出它们)。该时间间隔可以被称为积分定时。微控制器220可以被配置为基于来自控制器204的指令来控制光谱仪224的操作，例如积分定时。微控制器220经由通信接口(例如，串行外围接口(SPI))将光谱信号转发到控制器204。
控制器204被配置为将由微控制器220提供的光谱信号实时变换成简单/可用的输出变量，以便向医疗专业人员提供无菌区内存在目标组织的指示。控制器204可以响应于检测到目标组织而照亮样本元件164的指示器298。
由于环境光可能存在于在目标组织处收集的光学信号中并且因此存在于由光谱仪224提供的光谱信号中，因此控制器204被配置为执行一种或多种控制功能或方法以从光谱信号中去除环境光(即，与环境光相关联的波长)以准确地检测脑组织111何时对应于目标组织，作为目标组织中存在的PPIX的证据。
控制器204可以被配置为以任何合适的方式使用任何合适的方法、函数或算法从光谱信号中去除环境光。在一个示例中，控制器204可以对所述一个或多个激发源228施加脉冲。控制器204可以被配置为对激发源228施加脉冲，以便收集到交替的光谱信号。在第一时段期间，控制器204可以以第一照明状态(IS1)操作激发源228，在此状态中激发源228开启并且经由检测光纤264照亮目标组织。在第二时间段期间，控制器204可以被配置成以第二照明状态(IS2)操作激发源228，在此状态中激发源228关闭并且不经由检测光纤264照亮目标组织。
当在第一时段期间激发源228处于第一照明状态(IS1)时，由光谱仪224提供并且作为从目标组织收集的光学信号的结果而生成的光谱信号应当包括当大脑组织111对应于目标组织时的红色荧光。当激发源228处于第一照明状态(IS1)时控制器204在第一时间段期间接收的光谱信号可以被称为从该点向前的被激发的光谱信号。参考图13，示出了被激发的光谱信号356，其对应于在第一时间段期间收集的红色荧光。由于存在由手术室中的各种源(例如外科显微镜108、外科手术灯或手术室中的任何其他设备)引起的环境光和/或背景光，被激发的光谱信号356显示除了与红色荧光相关的波长之外还存在宽范围的波长。参考图8B，由检测光纤264收集的光穿过光学器件块216的第二部分284的部件232，例如长通滤波器。在光穿过这些部件232之后，光可以进入被耦合到光学器件块216的光谱仪224。
当激发源228处于第二照明状态(IS2)时由光谱仪224提供并作为从目标组织收集的光学信号的结果而生成的光谱信号可能包含环境光，但不应该包含由目标组织产生的红色荧光，因为激发光需要被目标吸收组织才能发射该荧光。当激发源228处于第二照明状态(IS2)时控制器204在第二时间段期间接收的光谱信号可以被称为环境光谱信号。
参考图14A和14B，示出了目标组织的第一修正光谱信号360和第二修正光谱信号368。一个轴上显示荧光强度，另一轴上显示发射波长。控制器204可以被配置成以任何合适的方式生成第一修正光谱信号360以考虑去除环境光(即，环境光谱信号)。例如，控制器204可以被配置用于从被激发的光谱信号中减去环境光谱信号(即，从在第一照明状态(IS1)下提供的光谱信号中减去在第二照明状态(IS2)下提供的光谱信号)。在生成第一修正光谱信号360之后，控制器204可以被配置为进一步从第一修正光谱信号360中减去仍然存在的任何背景信号。
控制器204可以被配置为减去仍然存在于第一修正光谱信号中的任何背景信号以生成第二修正光谱信号。例如，控制器204可以被配置为使用基于多项式的算法，例如基于最小二乘多项式的修改形式的自动多项式拟合例程，以获得代表仍然存在的任何背景信号的基线曲线364。使用该算法的控制器204接着可以从第一修正光谱信号360减去基线曲线364以获得第二修正光谱信号368，该第二修正光谱信号368代表从目标组织发射的红色荧光，其中环境光和背景光被去除了。
控制器204可以被配置为将至少一个高斯分布/曲线拟合到光谱信号。控制器204可以将至少一个高斯分布拟合到原始光谱信号(即，被激发的光谱信号和/或环境光谱信号)、第一修正光谱信号、或者第二修正光谱信号。这可以使得能够基于拟合的结果来确定置信水平。在图15中，三个高斯曲线(372、376、380)被拟合到第二修正光谱信号368的三个剩余光谱带(即，在去除了环境光和背景光之后剩余的光谱信号)。
参考图16，控制器204可以被配置用于选择已经被拟合到PPIX的发射带(即，包括635nm的带)的高斯带并且生成所选择的带372用于实时显示，使得当样本元件164收集样本时医疗专业人员可以实时地查看PPIX强度。控制器204可以存储已经与目标组织相关联的预定强度阈值。
控制器204可以被配置为基于被拟合到高斯带的PPIX发射带的PPIX强度与预定强度阈值的比较来生成激活信号。响应于PPIX强度超过该阈值，控制器204可以生成激活信号。基于激活信号，样本元件164的指示器298可以发光，从而向医疗专业人员提供目标组织的存在性的实时指示。
控制器204可以被配置为在生成激活信号之前执行纠错过程。在纠错过程期间，控制器204可以被配置为确定任何光谱信号(原始光谱信号、被激发的光谱信号、环境光谱信号、第一修正光谱信号或第二修正光谱信号)与高斯带(例如已经被拟合到PPIX发射带的高斯带)的比率。控制器204可以被配置为计算高斯带的至少两个半峰全宽(FWHM)点。控制器204可以被配置为计算所述至少两个FWHM点距所述任何光谱信号有多远(作为它们的强度的百分比)。当该比率高于阈值(例如2％)时，控制器204可以被配置为返回使PPIX强度下降到阈值以下，并且因此控制器204不生成激活信号，即使激活信号在执行纠错过程之前已经生成。
控制器204可以经由通过电端口174建立的通信链路与超声外科控制台通信。例如，电线可以插入电端口内并且还插入超声控制台128内以建立所述通信链路。还可以无线地建立通信链路。控制器204可以基于检测到的组织的类型通知超声控制台128。控制器204可以通知超声控制台128目标组织何时存在或不存在。基于从控制器204提供的信息，超声控制台128可以调整一个或多个操作参数。例如，当目标组织存在时，切除率可能不受限制；然而，当目标组织不存在时，切除率可能受到限制，从而防止超声外科手持件切割健康组织。在这样的示例中，超声控制台可以基于是否检测到目标组织来控制被供应到超声手持件的驱动信号，例如电压、电流或两者。尽管本示例被提供为控制器204可以与超声控制台128通信，但控制器204可以可替代地与外科控制台115通信，以基于目标组织的不存在或存在来控制不同的外科工具(例如，双极镊子160、神经刺激器、解剖器、消融设备等)。
控制器204可被配置为执行一个或多个标准化例程和/或校准例程。控制器204经由用户接口208提示医疗专业人员在切除手术开始时执行校准例程，以考虑脑组织111在人与人之间的自体荧光变化。控制器204可以指示医疗专业人员利用样本元件164的检测光纤264从已知的健康脑组织111收集光以用作标准基线。基于所收集的光的特征，控制器204可以调整用来确定脑组织是否是肿瘤性的算法的一个或多个参数，例如PPIX的预定强度阈值。
在标准化例程中，在第一时间段期间，控制器204可以指示医疗专业人员收集来自光源的光(例如，附近的光)，该光源输出与样本元件164的检测光纤264一致的光谱带的光。在光学系统215已经将收集到的光转换为电信号(下文中，称为第一标准化电信号)之后，控制器204可以存储代表收集到的光的特征的第一标准化电信号。在第一时间段之后发生的第二时间段期间，控制器204可以指示医疗专业人员收集来自同一光源的光。在光学系统215已经将收集到的光转换为第二标准化信号之后，控制器204可以将在第一时间段期间获得的第一标准化信号与在第二时间段期间获得的第二标准化信号进行比较，并且使用这些结果来考虑光学读数随时间的任何变化。例如，控制器204可以调整用来确定脑组织是否是肿瘤性的算法的一个或多个参数或者光谱仪224的一个或多个设置，以考虑光学读数随时间的任何变化。
图17包括示意出根据本公开的教导的外科切除手术的流程图400。如从下面的后续描述中将理解的，该流程图仅代表用于描述为了切除目标组织而执行的典型切除手术的示例性且非限制性框图顺序，并且绝不旨在充当切除手术所有步骤的完整功能框图。
切除手术400开始于404处，其中医疗专业人员可以在激发光下使用外科显微镜108来识别目标组织。在408处，在已经识别出目标组织之后，医疗专业人员可以使用上述外科工具之一来执行目标组织的切除。在412处，在切除通过外科显微镜识别的目标组织之后，医疗专业人员确定是否存在可能对应于目标组织的任何可疑脑组织(例如，当在激发光下从外科显微镜108观察时不发射可见光但具有与目标组织相关联的特性的组织)。如果没有可疑脑组织，则切除手术可以结束；否则，切除手术继续到416。
在416处，医疗专业人员将样本元件164与可疑脑组织接合(例如，以激发脑组织并收集来自脑组织的光)。在420处，医疗专业人员确定组织是否包括PPIX，如样本元件164的指示器298所证明的。如果是，则切除手术继续执行424；否则，切除手术回头继续执行412。在424处，医疗专业人员对目标组织施加电刺激。在428处，医疗专业人员确定电刺激是否影响到患者。如果是，医疗专业人员可以选择不进行目标组织的切除；否则，切除手术继续回到408处。
参考图18-21，样本元件164可以耦合至任何外科工具。样本元件164可以耦合到超声手持件组件130(如图18A和图18B中所示)，耦合到双极镊子160(或与外科系统112相关联的任何外科工具，例如解剖器等)(如图19A和图19B中所示)，以及耦合到抽吸工具156(如图20-22所示)。样本元件164和164'和/或指示器元件296可以以任何合适的方式耦合到外科工具。例如，样本元件164(或样本元件164”和指示器元件296”)可以经由粘合剂耦合至外科工具。粘合剂可以是粘贴物或诸如胶水的物质的形式。另外或替代地，样本元件164(或样本元件164”和指示器元件296”)还可以经由参照图22更详细地讨论的固定元件或参照图21和22更详细讨论的护套耦合到外科工具。
如图18B中所示，样本元件164”可以以任何方式耦合到超声手持件组件130，只要尖端140和样本元件164”的远侧部分之间不直接接触。例如，样本元件164”’可以终止于套筒136的靠近尖端140的部分处。在另一示例中，样本元件164”’可以延伸经过套筒136，但被布置成使得尖端140和样本元件164”’之间存在足够的空白空间，以防止尖端140和样本元件164”’之间的接触。
在图19A和19B中示出的配置中，样本元件164”被示出为耦合到双极镊子160的第一钳(pincer)302的外部部分，并且指示器元件296”被示出为耦合到双极镊子160的第二钳304的内部部分。如图所示，指示器设置在第二钳的尖端附近，使得医疗专业人员可以在执行目标组织切除时观察指示器298”，而无需看工具的另一个屏幕或部分。
参考图20和图21，样本元件164被示出为耦合至抽吸工具156。检测光纤264和指示器元件296的一部分(即，传输元件297和指示器298)可以被引导穿过手柄159的通孔171。检测光纤264的远端272可被定位在抽吸插管257的远端附近。指示器298可被定位在检测光纤264的远端近侧，但比检测光纤的远端272更靠近手柄159的控制部分167的远端162。换句话说，检测光纤264的远端162可设置成比指示器298更靠近抽吸插管157的远端。另外参考图21，在检测光纤264和指示器元件296的所述一部分被馈送穿过通孔171之后，护套306可以装配在抽吸插管157、检测光纤264和传输元件297的上面。护套306可被配合到手柄159的远端162，使得远端162和通孔171被遮盖住。护套306可以恰好终止于指示器298被耦合到抽吸插管157的位置前面。检测光纤264可以从护套306下面突伸出来，使得护套306不会干扰激发光的传送或来自组织的荧光的收集。还如图所示，指示器298被完全暴露，但可以部分地被护套306遮盖。在一些配置中，护套306可以被省略。
参考图22，示出了抽吸管156’的不同配置。具体地，抽吸管156’在抽吸管156’的手柄159’中不包括通孔。相反，样本元件164”’经由固定元件308耦合至抽吸工具156’。具体地，样本元件164”’被示出通过两个固定元件耦合到抽吸插管157’。尽管仅示出了两个固定元件308，但是可以使用多于两个的固定元件308来将样本元件164耦合至抽吸插管157'或手柄159’。固定元件308可以包括夹子、带子或可以将样本元件164固定到抽吸工具156’的任何东西。
条款
条款1-一种超声外科系统，包括：被配置用于去除脑组织的超声手持件组件，该超声手持件组件；样本元件，其耦合到超声手持件组件并包括至少一根光纤，所述至少一根光纤被配置用于收集从脑组织发射的荧光；耦合到超声手持件组件的指示器，其被配置用于选择性地发射光；控制器，其被配置用于：基于所述荧光检测脑组织的类型；基于检测到的脑组织的类型激活所述指示器；并基于检测到的脑组织的类型控制超声手持件组件。
条款2-根据条款1所述的超声外科系统，其中，所述至少一根光纤被耦合到激发源，所述至少一根光纤被配置用于照射来自所述激发源的激发光，以诱发所述荧光并收集从脑组织发射的荧光。
条款3-根据条款2所述的超声外科系统，还包括耦合到控制器和样本元件的光学系统，该光学系统包括所述激发源和被配置用于将荧光转换成电信号的光学检测系统，其中控制器基于所述电信号检测脑组织的类型。
条款4-根据条款3所述的超声外科系统，其中：所述激发源被进一步限定为第一激发源，所述荧光被进一步限定为第一荧光，并且所述电信号被进一步限定为第一电信号；光学系统还包括第二激发源；所述至少一根光纤被配置为照射来自第二激发源的第二激发光以诱发从脑组织发射的第二荧光并收集所述第二荧光；光学检测系统被配置用于将第二荧光转换为第二电信号；并且所述控制器被配置用于基于第二电信号确定脑组织的第二类型。
条款5-根据条款3所述的超声外科系统，其中，所述控制器被配置成基于算法来检测脑组织的类型。
条款6-根据条款5所述的超声外科系统，其中，所述算法包括将针对健康组织或基线参数执行的校准例程。
条款7-根据条款5所述的超声外科系统，其中，所述算法被配置为通过将基线多项式曲线拟合到电信号来计算修正电信号并且从所述电信号中减去所述基线多项式曲线以去除环境光。
条款8-根据条款7所述的超声外科系统，其中，所述算法包括将至少一个高斯分布拟合到所述修正电信号。
条款9-根据条款5所述的超声外科系统，其中：所述控制器被配置为循环开启和关闭激发源；样本元件被配置为当激发源关闭并且没有用荧光照射脑组织时收集环境光；样本元件被配置为当激发源开启并且样本元件正在用荧光照射脑组织时收集环境光和荧光；并且其中所述算法包括从荧光中减去环境光。
条款10-根据条款1所述的超声外科系统，其中，所述超声手持件组件包括超声手持件和套筒，所述指示器被耦合到套筒。
条款11-根据条款1所述的超声外科系统，还包括被配置用于向脑组织施加电刺激的电极，其中当所述电刺激产生来自患者的预定义响应时，所述控制器生成警报。
条款12-一种外科系统，包括：被配置用于去除脑组织的外科工具；样本元件，其耦合到外科工具并包括至少一根光纤，所述至少一根光纤被配置用于收集(i)从脑组织发射的荧光；指示器，其被耦合至外科工具并配置成选择性地发射光；控制器，其被配置用于：基于荧光检测脑组织的类型；基于检测到的脑组织的类型激活指示器；并基于检测到的脑组织的类型控制外科工具。
条款13-根据条款12所述的外科系统，还包括耦合到控制器和样本元件的光学系统，该光学系统包括：耦合到所述至少一根光纤的激发源，所述至少一根光纤被配置为用来自激发源的激发光照射脑组织，以诱导荧光并收集从脑组织发射的荧光；和光学检测系统，其被配置为将荧光转换成电信号，其中控制器基于所述电信号检测脑组织的类型。
条款14-根据条款13所述的外科系统，其中：所述激发源被进一步限定为第一激发源，所述荧光被进一步限定为第一荧光，并且所述电信号被进一步限定为第一电信号；所述光学系统还包括第二激发源；所述至少一根光纤被配置为照射来自第二激发源的第二激发光，以诱发从脑组织发射的第二荧光并收集第二荧光；所述光学检测系统被配置为将第二荧光转换为第二电信号；并且所述控制器被配置为基于所述第二电信号确定脑组织的第二类型。
条款15-根据条款13所述的外科系统，其中，所述控制器被配置成基于算法来检测脑组织的类型。
条款16-根据条款15所述的外科系统，其中，所述算法包括将针对健康组织或基线参数执行的校准例程。
条款17-根据条款15所述的外科系统，其中，所述算法被配置成通过将基线多项式曲线拟合到电信号来计算修正电信号并且从所述电信号中减去所述基线多项式曲线以去除环境光。
条款18-根据条款17所述的外科系统，其中，所述算法包括将至少一个高斯分布拟合到修正电信号。
条款19-根据条款15所述的外科系统，其中，所述控制器被配置为循环开启和关闭激发源；样本元件被配置为当激发源关闭并且没有用荧光照射脑组织时收集环境光；样本元件被配置为当激发源开启并且样本元件用荧光照射脑组织时收集环境光和荧光；并且其中所述算法包括从荧光中减去环境光。
条款20-根据条款12所述的外科系统，其中，所述外科工具包括双极镊子。
条款21-根据条款12所述的外科系统，其中，所述外科工具包括神经刺激器。
条款22-根据条款12所述的外科系统，其中，所述外科工具包括神经解剖器。
条款23-根据条款12所述的外科系统，其中，所述外科工具包括消融设备。
条款24-根据条款12所述的外科系统，其中，所述控制器被配置为通过基于脑组织的类型的检测调整外科工具的操作参数来控制外科工具。
条款25-根据条款12所述的外科系统，进一步包括被配置用于向脑组织施加电刺激的电极。
条款26-根据条款25所述的外科系统，其中，当电刺激产生来自患者的预定义响应时，控制器生成警报。
条款27-一种外科抽吸系统，包括：被配置用于向脑组织施加抽吸的抽吸工具；耦合到抽吸工具的样本元件，其包括至少一根光纤，所述至少一根光纤被配置用于收集从脑组织发射的荧光；指示器，其被耦合到抽吸工具并被配置为选择性地发射光；控制器，其被配置为：基于荧光检测脑组织的类型；并基于检测到的脑组织的类型激活指示器。
条款28-根据条款27所述的外科抽吸系统，其中，所述至少一根光纤耦合到激发源，所述至少一根光纤被配置为照射来自所述激发源的激发光，以诱发荧光并收集从脑组织发射的荧光。
条款29-根据条款28所述的外科抽吸系统，还包括耦合到控制器和样本元件的光学系统，该光学系统包括激发源和被配置用于将荧光转换成电信号的光学检测系统，其中所述控制器基于所述电信号检测脑组织的类型。
条款30-根据条款29所述的外科抽吸系统，其中：所述激发源被进一步限定为第一激发源，所述荧光被进一步限定为第一荧光，并且所述电信号被进一步限定为第一电信号，所述光学系统还包括第二激发源；所述至少一根光纤被配置为照射来自第二激发源的第二激发光，以诱发从脑组织发射的第二荧光并收集第二荧光；所述光学检测系统被配置用于将第二荧光转换为第二电信号；并且所述控制器被配置为基于所述第二电信号确定脑组织的第二类型。
条款31-根据条款29所述的外科抽吸系统，其中，所述控制器被配置成基于算法来检测脑组织的类型。
条款32-根据条款31所述的外科抽吸系统，其中，所述算法包括将针对健康组织或基线参数执行的校准例程。
条款33-根据条款31所述的外科抽吸系统，其中，所述算法被配置成通过将基线多项式曲线拟合到电信号来计算修正电信号并且从所述电信号中减去所述基线多项式曲线以去除环境光。
条款34-根据条款33所述的外科抽吸系统，其中，所述算法包括将至少一个高斯分布拟合到修正电信号。
条款35-根据条款31所述的外科抽吸系统，其中：所述控制器被配置为循环开启和关闭激发源；样本元件被配置为当激发源关闭并且没有用荧光照射脑组织时收集环境光；样本元件被配置为当激发源开启并且样本元件用荧光照射脑组织时收集环境光和荧光；并且其中所述算法包括从荧光中减去环境光。
条款36-根据条款27所述的外科抽吸系统，还包括被配置为向脑组织施加电刺激的电极，其中当所述电刺激产生来自患者的预定义响应时，所述控制器生成警报。
条款37-根据条款27所述的外科抽吸系统，抽吸工具包括手柄部分和细长部分，样本元件被耦合到细长部分。
条款38-一种在手术室中在环境光条件下检测目标组织的方法，所述方法包括：将光纤定位在无菌区中，该无菌区包括被环境光照射的脑组织；利用光纤收集从脑组织发射的荧光；利用耦合到光纤的控制器基于从脑组织发射的荧光检测脑组织的目标组织；以及响应于目标组织的检测，激活被定位在无菌区内的指示器以产生视觉警报。
条款39-根据条款38所述的方法，其中，所述荧光响应于用来自耦合到光纤的激发源的激发光照射脑组织而从脑组织发射出来。
条款40-根据条款39所述的方法，其中，在外科手术期间检测从目标组织发射的荧光是基于算法的。
条款41-根据条款40所述的方法，其中，所述算法包括将针对健康组织或基线参数执行的校准例程。
条款42-根据条款40所述的方法，还包括耦合到光纤和控制器的光学系统，该光学系统被配置成将从目标组织收集的荧光转换成电荧光信号。
条款43-根据条款42所述的方法，其中，光学系统包括光谱仪。
条款44-根据条款42所述的方法，其中，所述算法包括通过将基线多项式曲线拟合到电荧光信号来计算修正电荧光信号，并从电荧光信号中减去基线多项式曲线以去除环境光。
条款45-根据条款44所述的方法，其中，所述算法包括将至少一个高斯分布拟合到修正电荧光信号。
条款46-根据条款40所述的方法，还包括：循环开启和关闭来自激发源的激发光；当激发光关闭且脑组织未被激发光照射时用光纤收集环境光；并且其中该算法包括从荧光中减去环境光。
条款47-根据条款38所述的方法，其中，所述光纤被集成到外科工具和独立设备中的至少一者中。
条款48-根据条款38所述的方法，其中，所述指示器包括被耦合到外科仪器的发光设备。
条款49-一种使用外科系统在手术室中在环境光条件下检测目标组织的方法，所述外科系统包括工作工具，其包括至少一根光纤，指示器，耦合到所述工作工具的光学系统，以及耦合到所述至少一根光纤的激发源，用于检测目标组织的方法包括：将工作工具定位在包括被环境光照射的脑组织的无菌区中；利用工作工具的至少一根光纤利用光学系统检测在外科手术期间从目标组织发射的荧光，其中检测荧光包括：利用所述至少一根光纤用来自激发源的蓝光照射组织；利用所述至少一根光纤收集环境光和荧光；在去除环境光的情况下，基于从目标组织发射的荧光来生成荧光信号；基于检测到的荧光确定存在目标组织；以及响应于目标组织的检测而激活工作工具的指示器。
条款50-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，其中：在第一时间段内执行利用所述至少一根光纤用来自激发源的蓝光照射组织，并且在第二时间段内不执行用蓝光照射组织；在所述第一时间段内收集环境光和荧光；检测荧光还包括：在所述第二时间段内利用所述至少一根光纤收集环境光；生成(i)基于在所述第一时间段期间收集的环境光和荧光的第一信号，(ii)基于在所述第二时间段期间收集的环境光的第二信号；以及使用基于第一信号和第二信号的算法从荧光信号中去除环境光。
条款51-根据条款50所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述算法包括基于第一信号和第二信号的差使用最小二乘多项式来计算基线曲线。
条款52-根据条款51所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述算法包括从第一信号和第二信号的差中减去基线曲线以获得荧光信号。
条款53-根据条款52所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述算法包括计算用于所述荧光信号的至少一个光谱带的至少一个高斯曲线。
条款54-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述工作工具是抽吸手柄。
条款55-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述工作工具是消融设备。
条款56-根据条款55所述的用于检测目标组织的方法，还包括基于指示器利用工作工具去除目标组织。
条款57-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述环境光包括由外科显微镜产生的光和由一个或多个外科手术灯产生的光。
条款58-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，所述外科系统包括显示器，所述方法还包括在显示器处显示荧光信号。
条款59-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述工作工具包括至少一个电极，其被配置用于向目标组织施加刺激电流，用于检测目标组织的方法还包括：
向目标组织施加电刺激；并确定目标组织的电刺激是否影响到患者。
条款60-根据条款59所述的用于检测目标组织的方法，其中，响应于确定电刺激影响到患者而控制工作工具的操作以防止工作工具在目标组织上进行操作。
条款61-根据条款60所述的用于检测目标组织的方法，其中，控制工作工具的操作包括改变工作工具的操作参数。
条款62-根据条款61所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述操作参数包括施加的电压、汲取的电流和功耗中的至少一项。
条款63-根据条款59所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述指示器被进一步限定为第一指示器，所述工作工具包括第二指示器，用于检测目标组织的方法还包括响应于确定电刺激影响到患者而激活所述第二指示器。
条款64-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述目标组织被进一步限定为第一目标组织，所述方法还包括利用所述光学系统基于从所述第二目标组织发射的第二荧光来检测第二目标组织。
条款65-根据条款64所述的用于检测目标组织的方法，进一步包括响应于检测到第二目标组织控制工作工具的操作以便防止工作工具在第二目标组织处进行操作。
条款66-根据条款64所述的用于检测目标组织的方法，其中，所述第二目标组织对应于血管。
条款67-根据条款49所述的用于检测目标组织的方法，其中，检测荧光是在小于一秒的时间内执行的。
条款68-一种使用外科系统在手术室中在环境光条件下检测和去除目标组织的方法，该外科系统包括第一工作工具、第二工作工具、包括至少一根光纤的附件、指示器、光学系统、以及耦合到所述至少一根光纤的激发源，用于检测目标组织的方法包括：将附件耦合到第一工作工具和第二工作工具中的至少一个；以及利用光学系统在外科手术期间基于从目标组织发射的荧光来检测目标组织；当第一工作工具和第二工作工具中的至少一个处于无菌区中时，响应于对目标组织的检测激活附件的指示器；当第一工作工具中的至少一个和第二工作工具中的至少一个位于无菌区内时观察附件的指示器；当第一工作工具在操作者的第一只手中时，在手术部位处执行第一外科操作；当第二工作工具在操作者的第二只手中时，响应于指示器而在手术部位处执行第二外科操作，同时将第一工作工具保持在第一只手中。
条款69-根据条款68所述的用于检测和去除目标组织的方法，其中，所述第一工作工具对应于抽吸插管，第一外科操作包括从手术部位抽吸流体。
条款70-根据条款68所述的用于检测和去除目标组织的方法，其中，所述第二工作工具对应于双极镊子。
条款71-一种使用外科系统在手术室中在环境光或显微镜光条件下检测和去除目标组织的方法，该外科系统包括抽吸插管，其包括至少一根光纤，指示器，工作工具，光学系统，和耦合到所述至少一根光纤的激发源，包括：将工作工具和抽吸插管定位在无菌区中，该无菌区包括由环境光照射的脑组织；在外科手术期间利用光学系统基于从目标组织发射的荧光来检测目标组织；当抽吸插管处于无菌区时，响应于对目标组织的检测，激活抽吸插管的指示器；当抽吸管处于无菌区内时观察抽吸插管的指示器；当抽吸插管在操作者的第一手上时，利用抽吸插管从手术部位抽吸流体；以及响应于指示器利用操作者的第二只手中的工作工具对目标组织进行操作，同时将抽吸插管保持在操作者的第一只手中。
条款72-一种使用外科系统在手术室中在环境光条件下检测目标组织的方法，该外科系统包括工作工具，其包括至少一根光纤，指示器，耦合到该工作工具的光学系统，和耦合到所述至少一根光纤的激发源，用于检测目标组织的方法包括：利用所述工作工具的至少一根光纤利用光学系统检测在外科手术期间从目标组织发射的荧光，其中检测荧光包括：利用至少一根光纤用来自激发源的蓝光照射组织；利用至少一根光纤收集环境光和荧光；在去除环境光的情况下，基于从目标组织发射的荧光来生成荧光信号；基于检测到的荧光确定存在目标组织；响应于对目标组织的检测而激活工作工具的指示器。
第73条-用于确定患者的脑组织是否是肿瘤性的光学探针系统。该光学探针系统包括样本元件，该样本元件包括被配置用于传输由脑组织发射的荧光的光纤和被配置用于选择性地发射可见光的指示器，该可见光不同于由光纤传输的荧光。该光学探针系统包括被配置用于发射激发光的激发源，该激发光具有用于在肿瘤组织中诱发荧光的波长。光学探针系统包括耦合到光纤的光学仪器，该光学仪器被配置用于将由脑组织发射的并且由光纤传输的荧光转换成电信号；以及控制器，其被耦合到指示器和光学仪器，所述控制器被配置用于：基于所述电信号确定脑组织是肿瘤性的；并基于确定脑组织是肿瘤性的而激活指示器。
前述描述本质上仅仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，虽然本公开包括特殊示例，但是本公开的真实范围不应当受到如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后其他修改将变得显而易见。应当理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，虽然上面将每个示例描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何示例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其他示例的特征中实现和/或与任何其他示例的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的示例不是相互排斥的，并且一个或多个示例与彼此的排列仍然在本公开的范围内。
元件之间(例如，控制器、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“下一个”、“在之上”、“之上”、“之下”和“布置”。除非明确描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是直接关系，其中第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件，但也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间存在一个或多个中间元件(空间上或功能上)。
如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为意指使用非排他性逻辑OR的逻辑(A OR B OR C)，并且不应当被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个、和C中的至少一个”。术语子集不一定要求真子集。换句话说，第一集合的第一子集可以与(等于)第一集合同延。
在附图中，如箭头所指示的，箭头的方向通常展示了图示感兴趣的信息流(例如数据或指令)。例如，当元素A和元素B交换多种信息，但从元素A传输到元素B的信息与图示相关时，箭头可以从元素A指向元素B。该单向箭头并不意味着没有其他信息从元素B传输到元素A。此外，对于从元素A发送到元素B的信息，元素B可以向元素A发送对该信息的请求或接收确认。
在本申请中，包括下面的定义，术语“控制器”或“模块”可以用术语“电路”代替。术语“控制器”可以指、是其一部分或包括：专用集成电路(ASIC)；可编程片上系统(PSoC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享处理器电路、专用处理器电路或组处理器电路)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享存储器电路、专用存储器电路或组存储器电路)；提供所描述功能的其他合适的硬件部件；或者上述的一些或全部的组合，例如在片上系统中。
控制器可以包括具有一个或多个收发器的一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以实现连接到局域网(LAN)或无线个域网(WPAN)的有线或无线接口。LAN的示例包括Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)标准802.11-2016(也称为WIFI无线网络标准)和IEEE标准802.3-2015(也称为ETHERNET有线网络标准)。WPAN的示例包括Bluetooth Special Interest Group的BLUETOOTH无线网络标准和IEEE标准802.15.4。
控制器可以使用接口电路与其他控制器通信。尽管控制器在本公开中可以被描述为在逻辑上直接与其他控制器通信，但是在各种实施方式中，控制器实际上可以经由通信系统进行通信。通信系统可以包括物理和/或虚拟网络设备，例如集线器、交换机、路由器、网关和收发器。在一些实施方式中，通信系统连接到或跨越广域网(WAN)，例如Internet。例如，通信系统可以包括使用包括Multiprotocol Label Switching(MPLS)和虚拟私人网络(VPN)在内的技术通过Internet或点对点租用线路连接到彼此的多个LAN。
在各种实施方式中，控制器的功能可以分布在经由通信系统连接的多个控制器之间。例如，多个控制器可以实现由负载平衡系统分布的相同功能。在另一示例中，控制器的功能可以在服务器(也称为远程或云)控制器和客户端(或用户)控制器之间划分。
控制器的一些或全部硬件特征可以使用用于硬件描述的语言来定义，例如IEEE标准1364-2005(通常称为“Verilog”)和IEEE标准1076-2008(通常称为“VHDL”)。硬件描述语言可以用于制造和/或编程硬件电路。在一些实施方式中，控制器的一些或所有特征可以由诸如IEEE 1666-2005(通常称为“SystemC”)等的语言来定义，该语言涵盖如下所述的代码和硬件描述。
如上所使用的，术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”涵盖执行来自多个控制器的部分或全部代码的单一一个处理器电路。术语“组处理器电路”涵盖与附加处理器电路相结合以执行来自一个或多个控制器的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖分立管芯(die)上的多个处理器电路、单一一个管芯上的多个处理器电路、单一一个处理器电路的多个核心、单一一个处理器电路的多个线程、或者以上的组合。术语“共享存储器电路”涵盖存储来自多个控制器的部分或全部代码的单一一个存储器电路。术语“组存储器电路”涵盖与附加存储器相结合以存储来自一个或多个控制器的一些或全部代码的存储器电路。
术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。如本文所使用的，术语“计算机可读介质”不涵盖通过介质(例如在载波上)传播的瞬态电或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)以及光学存储介质(例如CD、DVD或蓝光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以部分或全部由专用计算机来实现，该专用计算机通过配置通用计算机以执行包含在计算机程序中的一个或多个特殊功能而创建。上述功能块和流程图元素可以用作软件规范，其可以通过熟练的技术人员或程序员的例行工作转化为计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一种非暂时性计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特殊设备交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript Object Notation)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以使用以下语言的语法编写：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、/>HTML5(超文本标记语言第五版)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、/>Visual/>Lua、MATLAB、SIMULINK和/>/>

Claims (33)

1.一种用于探查患者脑组织中的肿瘤组织的神经外科系统，所述神经外科系统包括：
抽吸工具，其被配置用于向患者的组织施加抽吸，所述抽吸工具包括：
限定内腔的抽吸插管；
被耦合到抽吸插管的光纤，所述光纤被配置用于传输由脑组织发射的荧光；和
指示器，其被耦合到抽吸插管并且被配置用于选择性地发射可见光，所述可见光不同于所述光纤传输的荧光；
激发源，其被配置用于发射激发光，所述激发光具有用于在肿瘤组织中诱导荧光的波长；
被耦合到所述光纤的光学仪器，所述光学仪器被配置用于将由所述脑组织发射的并且由所述光纤传输的荧光转换为电信号；和
控制器，其被耦合到所述指示器和所述光学仪器，所述控制器被配置用于：
基于所述电信号确定所述脑组织是肿瘤性的；以及
基于确定脑组织是肿瘤性的而激活所述指示器。
2.根据权利要求1所述的神经外科系统，其中：
所述抽吸工具包括被耦合到所述抽吸插管的手柄；以及
其中，所述手柄限定用于接收抽吸管的连接器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中，所述光纤包括远端，所述光纤的远端被定位在所述指示器的远侧。
4.根据权利要求3所述的神经外科系统，其中，所述抽吸插管包括远端，所述光纤的远端被定位在所述抽吸插管的远端的近侧。
5.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中，所述指示器包括光源，所述神经外科系统还包括被耦合到所述光源和所述控制器的导体，所述导体被耦合到所述抽吸插管。
6.根据权利要求5所述的神经外科系统，其中，所述指示器的光源被配置用于发射第一颜色，所述第一颜色是与由所述激发源发射的颜色不同的颜色。
7.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中，所述抽吸工具包括限定控制部分的手柄，所述控制部分包括用于控制所述抽吸工具的操作的输入控制器。
8.根据权利要求7所述的神经外科系统，其中，所述神经外科系统还包括包围所述抽吸插管的一部分和所述光纤的一部分的护套，其中所述抽吸插管包括远端并且所述光纤包括远端，所述光纤的远端和所述抽吸插管的远端被暴露。
9.根据权利要求8所述的神经外科系统，其中，所述控制部分限定用于接收所述光纤和所述指示器的通孔。
10.根据权利要求9所述的神经外科系统，其中，所述护套被定位成遮盖所述通孔的至少一部分。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的神经外科系统，其中，所述输入控制器是用于控制所述抽吸工具的操作的泪滴形控制器。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的神经外科系统，其中，所述抽吸插管包括近端和远端，所述手柄包括近端和远端，所述抽吸插管的近端被耦合到所述手柄的远端并且所述抽吸插管的远端被配置用于接触患者。
13.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中，所述光纤被进一步限定为收集光纤，所述收集光纤被配置用于收集从组织发射的荧光，所述神经外科系统还包括耦合到所述激发源的激发光纤，所述激发光纤被配置为用激发光照射脑组织以诱发所述荧光。
14.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中，所述控制器还被配置用于：
指令医疗专业人员以收集来自患者的健康组织的光；以及
基于从患者的健康组织收集的光的特征调整用来确定脑组织是肿瘤性的算法的一个或多个参数，所述患者的健康组织对应于先前从术前图像中已被识别为非肿瘤的脑组织。
15.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中，所述控制器被配置用于：
将基线多项式曲线拟合到所述电信号；
通过从电信号中减去所述基线多项式曲线来计算修正电信号，以去除环境光；并
基于所述修正电信号确定脑组织是肿瘤性的。
16.根据权利要求15所述的神经外科系统，其中，所述控制器被配置用于将至少一个高斯拟合到所述修正电信号。
17.根据权利要求16所述的神经外科系统，其中，所述控制器被配置用于基于所述至少一个高斯和所述修正电信号执行纠错过程。
18.根据权利要求17所述的神经外科系统，其中，所述控制器被配置用于确定所述修正电信号与已经拟合到所述修正电信号的所述至少一个高斯的比率，其中，响应于所述比率低于阈值，所述控制器确定脑组织不是肿瘤性的。
19.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中，所述控制器被配置用于：
在第一时间段期间：
指令医疗专业人员以收集来自光源的光，所述光源随着时间输出一致的光谱带的光；
从光学仪器接收第二电信号，所述第二电信号代表在所述第一时间段期间从光源发射的光；以及
存储所述第二电信号；
在第一时间段之后发生的第二时间段期间：
指令医疗专业人员以收集来自光源的光；
从光学仪器接收第三电信号，所述第三电信号代表在所述第二时间段期间从所述光源发出的光；以及
存储所述第三电信号；
基于所述第二电信号与所述第三电信号的比较确定光学仪器随时间的变化；以及
基于所述变化调整用来确定脑组织是肿瘤性的算法的一个或多个参数。
20.根据前述权利要求中任一项所述的神经外科系统，其中：
所述激发源被进一步限定为第一激发源，所述荧光被进一步限定为第一荧光，所述波长被进一步限定为第一波长，并且所述电信号被进一步限定为第一电信号：
所述神经外科系统还包括被配置用于发射第二激发光的第二激发源，所述第二激发光具有用于在肿瘤组织中诱导第二荧光的第二波长；
光学仪器，其被配置用于将由脑组织发射并且由光纤传输的第二荧光转换为第二电信号；以及
所述控制器被配置用于基于所述第二电信号确定存在第二类型的组织，所述第二类型的组织是与肿瘤组织不同类型的组织，并且所述控制器被配置用于响应于确定存在所述第二类型的组织而激活所述指示器以发射第二颜色的光。
21.一种用于在手术室的外科手术期间在环境光条件下检测肿瘤组织的神经外科方法，所述方法包括：
将包括至少一根光纤和指示器的外科工具定位在包括被环境光照明的脑组织的无菌区中；
利用所述至少一根光纤收集从脑组织发射的荧光；
利用耦合到所述至少一根光纤的光学仪器将从脑组织发射的荧光转换成电信号；
利用耦合到所述至少一根光纤和光学仪器的控制器基于所述电信号检测肿瘤组织；并
响应于检测到肿瘤组织，利用所述控制器激活所述指示器以产生视觉警报。
22.一种用于检测患者的脑组织是否包括肿瘤组织的神经外科方法，外科系统包括抽吸工具，分别耦合到抽吸工具的光纤和指示器，激发源，耦合到光纤的光学仪器，以及耦合到激发源、光学仪器和指示器的控制器，所述方法包括：
利用抽吸工具向患者的脑组织施加抽吸；
从激发源发射具有预定波长的激发光，以在肿瘤组织中诱导荧光；
利用光纤收集从脑组织发出的荧光；
利用光学仪器将荧光转换成电信号；以及
当控制器确定所述电信号指示脑组织是肿瘤性的时，利用控制器基于所述电信号激活所述指示器。
23.根据权利要求22所述的神经外科方法，还包括用来自耦合到所述光纤的激发源的激发光照射所述脑组织，以诱导从所述脑组织发射荧光。
24.根据权利要求22所述的神经外科方法，还包括执行校准例程以考虑脑组织的自体荧光，并且其中执行所述校准例程包括：
基于从健康组织收集的光的特征，指令医疗专业人员收集来自健康组织的光；以及
基于从健康组织收集的光的特征调整用来确定脑组织是肿瘤性的算法的一个或多个参数，其中所述健康组织对应于先前从术前图像中已被识别为非肿瘤的组织。
25.根据权利要求22所述的神经外科方法，其中，所述光学仪器包括光谱仪，所述光谱仪执行将荧光转换成电信号的步骤。
26.根据权利要求22所述的神经外科方法，还包括计算修正电信号以从所述电信号中去除环境光，其中计算所述修正电信号包括将基线多项式曲线拟合到所述电信号并减去所述基线多项式曲线。
27.根据权利要求26所述的神经外科方法，还包括利用所述控制器将至少一个高斯拟合到所述修正电信号。
28.根据权利要求27所述的神经外科方法，还包括利用所述控制器基于所述至少一个高斯和所述修正电信号执行纠错过程。
29.根据权利要求28所述的神经外科方法，其中，执行所述纠错过程包括：
确定所述修正电信号与已经拟合到所述修正电信号的所述至少一个高斯的比率；以及
响应于所述比率低于阈值而确定脑组织不是肿瘤性的。
30.根据权利要求22所述的神经外科方法，其中，所述神经外科方法还包括：
在第一时间段期间：
指令医疗专业人员收集来自光源的光，所述光源随时间发射一致的光谱带的光；
从光学仪器接收第二电信号，所述第二电信号代表在所述第一时间段期间从光源发出的光；以及
存储所述第二电信号；
在第二时间段期间：
指令医疗专业人员收集来自光源的光；
从光学仪器接收第三电信号，所述第三电信号代表在所述第二时间段期间从所述光源发射的光；以及
存储所述第三电信号；
利用控制器，基于所述第二电信号与所述第三电信号的比较，确定光学仪器随时间的变化；并
基于所述变化，利用控制器调整用来确定脑组织是肿瘤性的算法的一个或多个参数。
31.根据权利要求22所述的神经外科方法，还包括利用所述控制器基于所述电信号中去除环境光。
32.根据权利要求31所述的神经外科方法，其中，所述电信号被进一步限定为第一电信号，所述方法还包括：
利用所述控制器循环开启和关闭来自所述激发源的激发光；
从光学仪器接收第二电信号，所述第二电信号代表当激发光关闭时收集的环境光；以及
从所述第一电信号中减去所述第二电信号。
33.一种使用外科系统在手术室中在环境光条件下检测目标脑组织是否是肿瘤性的神经外科方法，所述外科系统包括：包括至少一根光纤和指示器的工作工具，被耦合到所述至少一根光纤的光学仪器，以及被耦合到所述至少一根光纤的激发源，控制器被连接到所述光学仪器和所述指示器，用于检测目标组织的方法包括：
在外科手术期间检测从目标脑组织发射的荧光，其中检测荧光包括：
从激发源发射蓝光以诱导所述目标脑组织发射荧光；
利用光学仪器从所述至少一根光纤接收所述目标脑组织的荧光；
利用光学仪器将荧光转换成电信号；
利用控制器基于所述电信号确定所述目标脑组织是肿瘤性的；以及
响应于确定目标脑组织是肿瘤性的，利用控制器激活工作工具的指示器。
CN202280033799.7A 2021-03-12 2022-03-14 用于检测和去除肿瘤组织的神经外科方法和系统 Pending CN117279563A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163160099P 2021-03-12 2021-03-12
US63/160,099 2021-03-12
PCT/IB2022/052294 WO2022190076A1 (en) 2021-03-12 2022-03-14 Neurosurgical methods and systems for detecting and removing tumorous tissue

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117279563A true CN117279563A (zh) 2023-12-22

Family

ID=81325220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280033799.7A Pending CN117279563A (zh) 2021-03-12 2022-03-14 用于检测和去除肿瘤组织的神经外科方法和系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240148252A1 (zh)
EP (1) EP4304454A1 (zh)
JP (1) JP2024517549A (zh)
CN (1) CN117279563A (zh)
AU (1) AU2022234898A1 (zh)
WO (1) WO2022190076A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023196536A1 (en) 2022-04-06 2023-10-12 Stryker Corporation Ultrasonic surgical system
WO2024057284A2 (en) 2022-09-15 2024-03-21 Stryker European Operations Limited Neurosurgical methods and systems for detecting and removing tumorous tissue

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010034530A1 (en) 2000-01-27 2001-10-25 Malackowski Donald W. Surgery system
US6984220B2 (en) 2000-04-12 2006-01-10 Wuchinich David G Longitudinal-torsional ultrasonic tissue dissection
JP2002143177A (ja) 2000-11-07 2002-05-21 Miwatec:Kk 超音波ハンドピ−スとこれに使用する超音波ホーン
US7150737B2 (en) 2001-07-13 2006-12-19 Sci/Med Life Systems, Inc. Methods and apparatuses for navigating the subarachnoid space
JP2003190180A (ja) 2001-12-27 2003-07-08 Miwatec:Kk 複合振動超音波ハンドピ−ス
US8267934B2 (en) 2005-04-13 2012-09-18 Stryker Corporation Electrosurgical tool
US8361070B2 (en) 2007-02-19 2013-01-29 Synergetics, Inc. Non-stick bipolar forceps
US9066658B2 (en) 2010-03-23 2015-06-30 Stryker Corporation Method and system for video based image detection/identification analysis for fluid and visualization control
WO2013091090A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 University Health Network Biopsy device with integrated optical spectroscopy guidance
EP4309613A3 (en) 2013-01-16 2024-03-06 Stryker Corporation Navigation systems for indicating line-of-sight errors
JP2020522310A (ja) 2017-05-31 2020-07-30 ピラーナ メディカル エルエルシーＰｉｒａｎｈａ Ｍｅｄｉｃａｌ， ＬＬＣ 閉塞除去デバイス、システム及び方法
US20200261170A1 (en) * 2017-09-06 2020-08-20 Technion Research & Development Foundation Limited Robotic system for minimally invasive surgery
RU183278U1 (ru) * 2017-12-28 2018-09-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) Устройство для нейрохирургической аспирации со спектроскопическим и электрофизиологическим контролем
CA3113964A1 (en) 2018-09-24 2020-04-02 Stryker Corporation Ultrasonic surgical handpiece assembly
US20210052161A1 (en) * 2019-08-23 2021-02-25 Rebound Therapeutics Corporation Fluorescence imaging system
DE102019216119A1 (de) 2019-10-18 2021-04-22 Inomed Medizintechnik Gmbh Bipolarer Mappingsauger

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022190076A1 (en) 2022-09-15
JP2024517549A (ja) 2024-04-23
US20240148252A1 (en) 2024-05-09
AU2022234898A1 (en) 2023-09-28
EP4304454A1 (en) 2024-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220151702A1 (en) Context aware surgical systems
US20220361965A1 (en) User interface for a system used to determine tissue or artifact characteristics
CN117279563A (zh) 用于检测和去除肿瘤组织的神经外科方法和系统
US10244972B2 (en) Fluorescence observation device, endoscopic system, processor device, and operation method
US20220248944A1 (en) Modular endoscopic system for visualization of disease
JP2011510705A (ja) 総胆管外科手術の画像化システム
JP2020532384A (ja) 組織及び／又はアーチファクト特性を判定するために使用されるシステム及び方法
WO2020053933A1 (ja) 熱侵襲観察装置，熱侵襲観察方法
US20220313300A1 (en) Methods And Systems For Analyzing Surgical Smoke Using Atomic Absorption Spectroscopy
US20230100989A1 (en) Surgical devices, systems, and methods using fiducial identification and tracking
WO2024057284A2 (en) Neurosurgical methods and systems for detecting and removing tumorous tissue
CN117355250A (zh) 用于肿瘤检测的外科荧光探针
WO2017215031A1 (zh) 一种高分子医学内窥镜
JP2024519357A (ja) 腫瘍検出に用いる外科用蛍光プローブ
WO2023218433A1 (en) Methods and systems for surgical navigation using spatial registration of tissue fluorescence during a resection procedure
US10537225B2 (en) Marking method and resecting method
NL2025324B1 (en) A Surgical Tool, System and Method for Tissue Characterisation
US20230094881A1 (en) Surgical systems with devices for both intraluminal and extraluminal access
US11839361B2 (en) Advanced nervous tissue imaging system
US20230116781A1 (en) Surgical devices, systems, and methods using multi-source imaging
US20230098670A1 (en) Surgical devices, systems, and methods using multi-source imaging
EP4262574A1 (en) Surgical systems with devices for both intraluminal and extraluminal access
EP4216845A1 (en) Surgical systems for independently insufflating two separate anatomic spaces

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination