DE102022126810A1 - Laser-kombination mit in-vivo-ziel feedback-analyse - Google Patents

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Sergey A. Bukesov
Kurt G. Shelton
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Gyrus ACMI Inc
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Abstract

Ein Laser kann auf der Grundlage verschiedener Gewebezusammensetzungen gesteuert werden, beispielsweise in Echtzeit. Nach einer ersten Zeitspanne kann eine erste Zusammensetzung eines in-vivo Zielgebiets ermittelt werden. Auf der Grundlage der ersten Zusammensetzung kann eine Vielzahl von Lasern so gesteuert werden, dass sie Licht mit einer ersten Wellenlänge emittieren, wobei die Steuerung die Aktivierung einer ersten Kombination der Vielzahl von Lasern umfasst. Nach einer zweiten Zeitspanne kann eine zweite Zusammensetzung des in-vivo Zielgebiets identifiziert werden, die sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet. Auf der Grundlage der zweiten Zusammensetzung kann eine Vielzahl von Lasern so gesteuert werden, dass sie Licht mit einer zweiten Wellenlänge emittieren, was die Aktivierung einer zweiten Kombination aus der Vielzahl von Lasern einschließen kann. Die erste Kombination aus der Vielzahl von Lasern kann sich von der zweiten Kombination aus der Vielzahl von Lasern unterscheiden.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 22. Oktober 2021 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 63/270,730 , deren Inhalt hier vollständig aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Dieses Dokument bezieht sich allgemein, aber nicht einschränkend, auf In-vivo-Vorrichtungen, die für verschiedene In-vivo-Verfahren verwendet werden können. Genauer gesagt, aber nicht einschränkend, bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf eine Vorrichtung, die Lichtquellen verwenden kann, um ein In-vivo-Ziel abzutragen, und die die Einstellung der Lichtquellen während eines Verfahrens auf der Grundlage eines oder mehrerer Merkmale des Ziels umfassen kann.
  • HINTERGRUND
  • Verschiedene In-vivo-Verfahren beinhalten Laserchirurgie. So können beispielsweise Nierensteine bei der Laserlithotripsie abgetragen, Krebsgewebe entfernt, Einschnitte im Gewebe vorgenommen und Gewebe verdampft werden, wie bei der Behandlung der gutartigen Prostatahyperplasie (BPH). Bei der Verwendung eines Lasers zur Durchführung eines In-vivo-Verfahrens kann jedoch eine Reihe von Problemen auftreten.
  • Während eines Verfahrens zur Entfernung von Gewebe an einem in-vivo Zielgebiet kann sich beispielsweise die Zusammensetzung des Gewebes an dem in-vivo Zielgebiet ändern, wenn Gewebe entfernt wird. So kann das Gewebe beispielsweise stark vaskularisiert sein. Daher können die Parameter für einen Laser, der während der Entfernung eingesetzt wird, so eingestellt werden, dass stark vaskularisiertes Gewebe effizient entfernt wird. Sobald das stark vaskularisierte Gewebe entfernt ist, kann der Arzt jedoch während des Eingriffs auf Gewebe stoßen, das weniger vaskularisiert ist. Dennoch sind die Parameter für den Laser so eingestellt, dass hoch vaskularisiertes Gewebe anstelle von nicht hoch vaskularisiertem Gewebe entfernt wird. Daher ist die Effizienz der Gewebeentfernung geringer, was den Eingriff zur Entfernung von Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet verlängern kann.
  • Sobald der Behandler feststellt, dass sich die Zusammensetzung des Gewebes geändert hat, d. h. von stark vaskularisiertem zu weniger vaskularisiertem Gewebe, muss er die Parameter des Lasers anpassen, um die Effizienz der Entfernung des weniger vaskularisierten Gewebes zu erhöhen. Darüber hinaus kann sich der Prozess wiederholen, wenn der Arzt nach der Entfernung des weniger vaskularisierten Gewebes auf stark vaskularisiertes Gewebe stößt, wodurch dasselbe Problem wie oben beschrieben entsteht.
  • Darüber hinaus kann in einigen Fällen eine Wellenlänge des von einem Lasersystem während eines Gewebeentfernungsverfahrens emittierten Lichts stark absorbiert werden. Dabei kann es zu einer Verkohlung des Gewebes an einem in-vivo Zielgebiet kommen, so dass das Gewebe durch Rauch verdeckt oder undurchsichtig wird, so dass der Arzt, der das Gewebe entfernt, das in-vivo Zielgebiet nicht genau sehen kann. So kann der Arzt nicht erkennen, ob die Laserenergie zu weit (oder nicht weit genug) in das in-vivo Zielgebiet eindringt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Dementsprechend wird ein Ansatz benötigt, mit dem (i) ein oder mehrere Merkmale eines abzutragenden und zu entfernenden In-vivo-Ziels identifiziert werden können, beispielsweise vor oder während des Verfahrens in Echtzeit, und (ii) ein Ablationsgerät entsprechend dem einen oder den mehreren identifizierten Merkmalen gesteuert werden kann.
  • Es wird ein System zur Durchführung eines medizinischen Verfahrens (z. B. Ablation eines Ziels) an einem in-vivo Zielgebiet beschrieben. Das System kann mehrere Lasermodule mit unterschiedlichen Wellenlängen der Lichtemission umfassen. Ein Steuergerät kann die Aktivierung und/oder Deaktivierung einzelner Lasermodule steuern, z. B. auf der Grundlage einer oder mehrerer Eigenschaften des Ziels. Beispielsweise können als Reaktion auf die Laserbeleuchtung des Zielgebiets Fluoreszenz-, Reflexions-, Absorptions-, Streu- oder andere Lichtreaktionssignale von dem Zielgebiet verwendet werden, um eine Eigenschaft des Zielgebiets zu bestimmen. Ein Rückkopplungsanalysator kann zur Bestimmung eines Spektrums des emittierten Fluoreszenz-, Reflexions- oder sonstigen Antwortsignals verwendet werden. Anhand der Analyse kann das System ein oder mehrere Merkmale (wie Art, Größe, Form, Tiefe, Zusammensetzung, Zusammensetzungsprofil usw.) des Ziels bestimmen.) des Ziels bestimmen. Die ermittelte(n) Eigenschaft(en) können zur Steuerung eines oder mehrerer Lasermodule des Systems verwendet werden. Obwohl sich dieses Dokument der Kürze halber auf bestimmte Beispiele konzentriert, die ein Szenario hervorheben, in dem das Antwortsignal ein Fluoreszenz-Antwortsignal ist, könnten ein oder mehrere andere Beleuchtungs-Antwortsignale ebenfalls zusätzlich oder alternativ verwendet werden.
  • Zum Beispiel können ein oder mehrere Lasermodule in Echtzeit aktiviert und/oder deaktiviert werden. Wie hierin beschrieben, kann ein Lasermodul eine Laserquelle umfassen, so dass eine Laserquelle gesteuert wird. Der Rückkopplungsanalysator kann eine Änderung einer oder mehrerer Eigenschaften des Ziels bestimmen, die während des medizinischen Verfahrens aufgetreten ist, und der Controller kann selektiv ein oder mehrere Lasermodule in Echtzeit als Reaktion auf die bestimmte Änderung der Zieleigenschaft(en) aktivieren und/oder deaktivieren. Zur Veranschaulichung: Das eine oder die mehreren Lasermodule können auf der Grundlage einer Tiefe des Zielgebiets gesteuert werden. Die Tiefe kann sich auf den Abstand zwischen der Körperoberfläche des Patienten und dem Zielgebiet beziehen, auf die Menge des abgetragenen Materials oder Ähnliches. Außerdem kann sich die Zieltiefe auf die Art des zu entfernenden Gewebes oder auf die Art des zu analysierenden Gewebes beziehen. Wenn sich das Zielgebiet in einer ersten Tiefe befindet, kann das eine oder die mehreren Lasermodule so gesteuert werden, dass sie in einer ersten Konfiguration arbeiten, z. B. unter Verwendung vorab gespeicherter Steuerinformationen, die der ersten Tiefe entsprechen. Zur weiteren Veranschaulichung kann das System drei Lasermodule umfassen, und in der ersten Konfiguration kann ein erstes Lasermodul aktiviert werden, während die beiden anderen Lasermodule deaktiviert sind. Wenn das Ziel bis zu einer zweiten Tiefe abgetragen wurde, die sich von der ersten Tiefe unterscheidet, kann das System auf eine zweite Konfiguration umschalten, wobei vorgespeicherte Steuerinformationen verwendet werden, die der zweiten Tiefe entsprechen, um das erste Lasermodul zu deaktivieren und das zweite und dritte Lasermodul zu aktivieren.
  • Jedes Lasermodul aus der Vielzahl der Lasermodule kann Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, die wiederum unterschiedliche Eindringtiefen im Körper haben und/oder unterschiedliche Arten von Zielmaterialien mit unterschiedlichen Raten entfernen können. Daher kann durch selektives Aktivieren und/oder Deaktivieren der Lasermodule auf der Grundlage der einen oder mehreren bestimmten Eigenschaften des Ziels an der In-vivo-Stelle die Behandlungswirkung des Ziels an der In-vivo-Stelle angepasst oder optimiert werden.
  • Wenn mehrere Lasermodule ausgewählt werden, kann das von den selektiv aktivierten Lasermodulen emittierte Licht zu einem Laserlichtkombinierer geleitet werden, der das Licht von einem Ausgang jedes aktivierten Lasermoduls kombiniert. Dieses kombinierte Licht kann (z. B. über einen optischen Durchgang) zum Abtragen des In-vivo-Ziels geleitet werden. Auf diese Weise kann der Controller steuern, welche(s) Lasermodul(e) aktiviert werden soll(en), um Licht zu emittieren, und zwar auf der Grundlage der ermittelten Charakteristik(en) des Gewebes im in-vivo Zielgebiet, die vor und/oder während des medizinischen Eingriffs ermittelt werden kann. Zu einem ersten Zeitpunkt, t1, kann der Controller eine erste Kombination von Lasermodulen aktivieren, um Licht auf der Grundlage eines zuvor erfassten oder in Echtzeit ermittelten Merkmals des Ziels im in-vivo Zielgebiet zu emittieren. Zu einem späteren zweiten Zeitpunkt, t2, kann das Steuergerät eine andere zweite Kombination von Lasermodulen aktivieren, um Licht zu emittieren, das auf einer zum zweiten Zeitpunkt ermittelten Änderung der Merkmale des Ziels im in-vivo Zielgebiet basiert.
  • Figurenliste
    • zeigt ein Beispiel für Teile eines Systems, das ein Endoskop zur Verwendung bei einem Verfahren zur Entfernung von Material aus einem Zielgebiet enthalten kann.
    • zeigt ein Beispiel für verschiedene Merkmale des Endoskops aus .
    • zeigt ein Beispiel von Teilen eines Rückkopplungsanalysators des Systems von .
    • zeigt ein Beispiel für Teile eines Verfahrens zur Bestimmung eines Merkmals eines Zielgebiets.
    • zeigt ein Beispiel für die Beleuchtung eines Zielgebiets, z. B. mit gepulstem Licht.
    • zeigt ein Beispiel für die Fluoreszenzemissionen von Fluorophoren, die durch Beleuchtungslicht angeregt werden.
    • zeigt ein Beispiel für die Emission und Erfassung von Fluoreszenzantwortsignalen aus einem Zielgebiet.
    • ist ein Beispiel für die Entfernung von Gewebe aus einem Zielgebiet mit einem Laserstrahl eines Lasers, für den ein oder mehrere Parameter festgelegt oder angepasst wurden, beispielsweise auf der Grundlage des in dargestellten Verfahrens.
    • zeigt ein Beispiel für den Unterschied in der Intensität der Fluoreszenzantwort als Funktion der Wellenlänge für Tumorgewebe und gesundes Gewebe.
    • zeigt ein Beispiel für die Bestimmung eines Merkmals für ein Zielgebiet.
    • zeigt ein Beispiel für die Ausleuchtung eines Zielgebiets mit gepulstem Licht.
    • zeigt ein Beispiel für die Erfassung von Beleuchtungs- und Fluoreszenzsignalen in einem Zielgebiet.
    • Die und zeigen Komponenten einer Bildgebungsplattform im System von .
    • zeigt einen Laserkombinierer der Bildgebungsplattform im System von .
    • zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Systems zur Entfernung von Gewebe aus einem in-vivo Zielgebiet in Echtzeit.
    • ist ein Beispiel für die Entfernung von Gewebe aus einem in-vivo Zielgebiet mit Hilfe eines Laserstrahls.
    • veranschaulicht die Beleuchtung eines in-vivo Zielgebiets mit gepulstem Licht.
    • zeigt die Emission und Erfassung von Fluoreszenzsignalen aus einem in-vivo Zielgebiet.
    • zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Systems zur Entfernung von Gewebe aus einem in-vivo Zielgebiet.
    • ist eine schematische Darstellung eines computergestützten Systems zur Unterstützung klinischer Entscheidungen, das so eingerichtet ist, dass es eine Gewebezusammensetzung an einem In-vivo-Ziel bestimmt.
    • ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Softwarearchitektur zeigt, die auf einer Maschine installiert werden kann.
    • ist eine schematische Darstellung einer Maschine in Form eines Computersystems, in dem ein Satz von Anweisungen ausgeführt werden kann, um die Maschine zu veranlassen, eine oder mehrere der hier erörterten Methoden durchzuführen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Systems zur Entfernung von Gewebe, das einen Nierenstein enthalten kann, aus einem in-vivo Zielgebiet in Echtzeit. Das System kann einen Rückkopplungsanalysator umfassen, der operativ mit einer Lasersteuerung gekoppelt ist, die eine Vielzahl von Lasermodulen steuert. Der Feedback-Analysator kann die Zusammensetzung des Gewebes während der Gewebeentfernung aus dem in-vivo Zielgebiet bestimmen. Auf der Grundlage der Zusammensetzung des Gewebes im in-vivo Zielgebiet kann der Rückkopplungsanalysator eine Rückmeldung an die Lasersteuerung geben, die zur Steuerung der einzelnen Lasermodule der Vielzahl von Lasermodulen verwendet werden kann. Wenn sich die Zusammensetzung des Gewebes im in-vivo Zielgebiet ändert, kann der Rückkopplungsanalysator diese Änderung der Zusammensetzung in Echtzeit überwachen und bestimmen, d. h. wenn die Änderungen auftreten, und dies als Rückmeldung an die Lasersteuerung weitergeben. Die Lasersteuerung kann jedes Lasermodul aus der Vielzahl der Lasermodule auf der Grundlage der Zusammensetzung des Gewebes im in-vivo Zielgebiet in Echtzeit steuern.
  • Jedes Lasermodul aus der Vielzahl der Lasermodule kann Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. Die verschiedenen Wellenlängen können auf unterschiedliche Merkmale (z. B. Art, Größe, Form, Tiefe, Zusammensetzung, Zusammensetzungsprofil usw.) von zu entfernenden Geweben abzielen, z. B. mit unterschiedlichen Raten. Die mehreren Lasermodule können operativ mit einem Laserlichtkombinierer gekoppelt sein, der den Ausgang jedes Lasermoduls der mehreren Lasermodule kombinieren kann. Der Laserlichtkombinierer kann die kombinierte Laserlichtleistung an ein in-vivo Zielgebiet liefern, beispielsweise über einen optischen Durchgang. Der Ausgang des Kombinators kann zur Entfernung von Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet verwendet werden. So kann die Lasersteuerung steuern, welches Lasermodul oder welche Lasermodule aus der Vielzahl der Lasermodule auf der Grundlage der Zusammensetzung des Gewebes im in-vivo Zielgebiet Licht emittieren sollen. Zu einem ersten Zeitpunkt, t1, kann die Lasersteuerung eine erste Kombination von Lasermodulen so steuern, dass sie Licht emittieren, beispielsweise auf der Grundlage der Zusammensetzung des Gewebes im in-vivo Zielgebiet, die vom Rückkopplungsanalysator zum ersten Zeitpunkt ermittelt wurde. Zu einem zweiten Zeitpunkt, t2, kann die Lasersteuerung eine zweite Kombination von Lasermodulen, die sich von der ersten Kombination von Lasermodulen unterscheidet, so steuern, dass sie Licht auf der Grundlage der Zusammensetzung des Gewebes im in-vivo Zielgebiet emittiert, die vom Rückkopplungsanalysator zum zweiten Zeitpunkt bestimmt wurde.
  • zeigt ein Beispiel für Teile eines Systems 100, das zur Behandlung oder Entfernung von Material von einem Zielgebiet, z. B. einem in-vivo-Zielgebiet, verwendet werden kann. Das System 100 kann ein Endoskop 102 umfassen, das mit einer Plattform 104 in Verbindung steht, die dazu verwendet werden kann, einem Arzt ein Bild eines Zielgebiets zur Verfügung zu stellen, z. B. einer medizinischen Fachkraft. Das Endoskop 102 kann zum Beispiel ein Nephroskop, ein Zystoskop, ein Ureteroskop oder jede andere Art von Endoskop umfassen. Das Endoskop 102 kann einen Körper 106 umfassen, der zumindest teilweise in einen Patienten eingeführt werden kann. Der Körper 106 kann einen Griff, eine Nabe oder einen anderen greifbaren proximalen Abschnitt 108, einen länglichen starren Abschnitt 110, der sich von dem greifbaren proximalen Abschnitt 108 erstreckt, und einen flexiblen distalen Abschnitt 112, der sich distal von dem länglichen starren Abschnitt 110 zu einem distalen Ende 114 erstreckt, umfassen. An dem greifbaren proximalen Abschnitt 108 kann ein Gelenksteuergerät 116 angeordnet sein. Die Gelenksteuerung 116 kann von einem Anwender betätigt werden, wenn dieser den greifbaren proximalen Abschnitt 108 ergreift. Die Gelenksteuerung 116 kann die Position des flexiblen distalen Abschnitts 112 einstellen. Der greifbare proximale Abschnitt 108 kann auch einen elektrischen Anschluss 118 aufweisen, der (z. B. über einen oder mehrere Drähte, die sich entlang des Körpers 106 erstrecken) mit einem Substrat 200 (2) gekoppelt werden kann, das am distalen Ende 114 des Körpers 106 angeordnet sein kann. Während die hier beschriebenen Beispiele ein Endoskop umfassen, ist der vorliegende Gegenstand nicht auf ein Endoskop oder Geräte, die eine Spektroskopietechnik implementieren, beschränkt, sondern kann auch andere Arten von Behandlungsgeräten umfassen.
  • Das Endoskop 102 kann am distalen Ende 114 des Körpers 106 ein Visualisierungssystem enthalten, das es dem Arzt ermöglicht, ein Zielgebiet zu visualisieren. Das Visualisierungssystem kann einen Arbeitsbereich mit Material wie Gewebe oder Konkremente (z. B. Nieren-, Pankreas- oder Gallenblasensteine) beleuchten und ein Videobild oder ein oder mehrere statische Bilder des beleuchteten Bereichs des Materials erzeugen. Das Visualisierungssystem kann das Videobild an eine Anzeigevorrichtung 120 weiterleiten.
  • Das Visualisierungssystem kann mindestens eine Lichtquelle 202 umfassen, die sich auf dem Substrat 200 am distalen Ende 114 des Endoskops 102 befindet, wie in dargestellt. Alternativ kann die Lichtquelle am proximalen Ende des Endoskops 102 (oder getrennt vom Endoskop 102) angeordnet sein und Licht an das distale Ende des Endoskops übertragen, z. B. über eine optische Faser oder einen Beleuchtungskanal. Das Substrat 200 kann eine oder mehrere Leiterplatte(n), einen Hybridchip, ein keramisches Bauteil oder andere geeignete Komponenten oder Elemente enthalten. Der elektrische Anschluss 118 kann mit elektrischer Energie versorgt werden, um die Leiterplatte auf dem Substrat 200 zu betreiben. Die Leiterplatte oder ein anderes Substrat 200 kann digitale Videosignale drahtlos an die Anzeigevorrichtung 120 übertragen. Die Leiterplatte oder das andere Substrat 200 kann die Lichtquelle 202 mechanisch tragen und elektrisch versorgen. Zusätzlich zu der Leiterplatte oder dem anderen Substrat 200 und der Lichtquelle 202, die sich am distalen Ende 114 des Endoskops 102 befinden, kann sich auch ein Bildsensor 302 am distalen Ende 114 des Endoskops 102 befinden. Der Bildsensor 302 kann zum Beispiel eine Bildkamera, wie eine CCD- oder CMOS-Kamera, die für ultraviolette (UV), sichtbare (VIS) oder infrarote (IR) Wellenlängen empfindlich ist, umfassen.
  • Die Leiterplatte oder ein anderes Substrat 200 kann sich zusammen mit der Lichtquelle 202 alternativ an einem proximalen Abschnitt 126 des Endoskops 102 befinden, z. B. an dem greifbaren proximalen Abschnitt 108 des Endoskops 102. Das Substrat 202 kann die hierin beschriebenen Komponenten und Funktionen enthalten, wenn es sich entweder am distalen Abschnitt 114 oder am proximalen Abschnitt 126 des Endoskops 102 befindet.
  • Die Lichtquelle 202 kann unter anderem eine lichtemittierende Diode (LED) und ein Xenonlicht umfassen. Die Lichtquelle 202 kann eine LED enthalten. Die LED kann ein weißes Licht abgeben, das eine oder mehrere blaue, grüne, gelbe oder rote Wellenlängen umfassen kann. Die Lichtquelle 202 kann LEDs enthalten, die Licht mit verschiedenen Wellenlängen emittieren können, um beispielsweise dabei zu helfen, ein oder mehrere Merkmale an einem Zielgebiet zu erhalten, wie weiter unten beschrieben. In einigen Beispielen kann die Lichtquelle 202 als ein für den Benutzer sichtbares Ziellicht für das Endoskop 102 fungieren, das ein Arzt sichtbar beobachten und verwenden kann, um zu bestimmen, wohin ein Laser des Endoskops 102 gerichtet ist, während er gleichzeitig das Ziellicht zur Beleuchtung eines Zielgebiets verwendet, um ein oder mehrere Fluoreszenz- oder andere Antwortsignale von dem Zielgebiet zu erfassen, wie hierin weiter beschrieben.
  • Die Lichtquelle 202 kann Licht emittieren, das distal vom distalen Ende 114 des Körpers 106 weg gerichtet ist, um beispielsweise Material im Zielgebiet zu beleuchten. Wie oben beschrieben, kann die Lichtquelle eine externe Lichtquelle sein (z. B. außerhalb des Endoskops 102), die Licht liefert, das durch den Körper 106 des Endoskops 102 übertragen wird, z. B. durch eine optische Faser oder ein Faserbündel, um das Material im Zielgebiet zu beleuchten. Die Lichtquelle 202 kann weißes Licht aussenden, um die Konkremente zu beleuchten. Weißes Licht kann es dem Praktiker ermöglichen, Verfärbungen oder andere farbliche Effekte auf dem Material im Zielgebiet am oder in der Nähe des distalen Endes 114 des Körpers 106 zu beobachten. Die Lichtquelle 202 kann zusätzlich oder alternativ blaues Licht emittieren, um das Material im Zielgebiet zu beleuchten. Blaues Licht eignet sich gut zur Darstellung der thermischen Ausbreitung und kann somit zur Erkennung tatsächlicher oder potenzieller thermischer Schäden im Material verwendet werden. Andere Farbwellenlängen oder -bänder, wie z. B. rot, bernsteinfarben, gelb, grün oder andere, können verwendet werden. Die Lichtquelle 202 kann mit einer optischen Linse 206 gekoppelt werden, die das von der Lichtquelle 202 abgegebene Licht refraktiv oder anderweitig winkelmäßig einstellen kann. Die optische Linse 206 kann den von der Lichtquelle 202 ausgehenden Lichtstrahl verengen. Darüber hinaus kann die optische Linse 206 den von der Lichtquelle 202 ausgehenden Lichtstrahl verbreitern. Eine solche Winkeleinstellung kann dazu beitragen, dass das Material im Zielgebiet innerhalb eines bestimmten Blickwinkels ausreichend beleuchtet wird.
  • Eine optische Faser 204 oder ein Faserbündel kann in das Endoskop 102 integriert werden. Die optische Faser 204 kann sich entlang eines Faserkanals (der ein Arbeitskanal oder ein anderer Kanal als der Arbeitskanal sein kann) im Körper 106 des Endoskops 102 erstrecken. Der Lichtwellenleiter 204 kann vom Endoskop 102 getrennt sein. Die optische Faser 204 kann vor oder während der Verwendung durch den Faserkanal des Endoskops 102 geführt und nach der Verwendung aus dem Faserkanal des Endoskops 102 herausgezogen werden. Die optische Faser 204 kann mit einer Materialentfernungsvorrichtung 501 ( 5), wie z. B. einem Laserstrahler, außerhalb des Endoskops 102 gekoppelt werden, z. B. über einen geeigneten Anschluss, und kann einen Laserstrahl an Material in einem Zielgebiet zur Materialentfernung abgeben. Das Zielgebiet kann Nierensteine enthalten, die der Laserstrahl in Steinfragmente abtragen soll. Das Zielgebiet kann auch Gewebe enthalten, das der Laserstrahl vom Zielgebiet abtragen kann. Die Materialentfernungsvorrichtung 501 ist nicht auf einen Laserstrahl beschränkt. So kann beispielsweise ein Ultraschallwandler verwendet werden, um Weich- und/oder Hartgewebe aus einem Zielgebiet abzutragen.
  • Der vom Laseremitter der Materialentfernungsvorrichtung 501 erzeugte Laserstrahl kann eine Wellenlänge haben, die einer spektralen Absorptionsspitze von menschlichem Blut und Kochsalzlösung entspricht, wie z. B. 2100 nm, 1942 nm und andere. Beispielsweise können Wellenlängen im Bereich zwischen 1900 nm und 3000 nm einem Spektralbereich entsprechen, in dem Wasser lichtabsorbierend ist, während Wellenlängen zwischen 400 nm und 520 nm einem Spektralbereich entsprechen können, in dem Oxyhämoglobin und/oder Desoxyhämoglobin lichtabsorbierend ist. Die Materialabtragsvorrichtung 501 kann beispielsweise einen Thuliumfaserlaser enthalten, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1908 nm oder 1940 nm erzeugen kann. Die Materialabtragungsvorrichtung 501 kann einen Thulium:Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)-Laser enthalten, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2010 nm erzeugen kann. Die Materialabtragungsvorrichtung 501 kann ein Holmium:YAG-Laser sein, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2120 nm erzeugen kann. Die Materialabtragungsvorrichtung 501 kann einen Erbium:YAG-Laser umfassen, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2940 nm erzeugen kann. Andere Wellenlängen in diesen Bereichen können ebenfalls verwendet werden.
  • Darüber hinaus kann die Materialabtragsvorrichtung 501 einen Neodym:(YAG)-Laser (Nd:YAG) enthalten, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugen kann. Im Allgemeinen kann es vorteilhaft sein, einen Laserstrahl zu erzeugen, der eine signifikante Lichtabsorption in Blut und Kochsalzlösung aufweist, da ein solcher Laserstrahl weniger stark auf das umliegende Gewebe einwirken kann. Dies kann dazu beitragen, die Schädigung von anderem Material in der Nähe des Zielgebiets zu verringern oder zu vermeiden. Der Laser kann Licht mit einer Ausgangsleistung liefern, die in einem geeigneten Bereich der Ausgangsleistung liegt, beispielsweise zwischen 20 und 120 Watt. Die Lichtleitfaser 204 kann eine Multimode-Faser oder eine Singlemode-Faser sein.
  • Das Visualisierungssystem kann eine Bilderfassungsvorrichtung 208 enthalten, die sich auf der Leiterplatte oder einem anderen Substrat 200 befinden kann, das die Bilderfassungsvorrichtung 208 mechanisch tragen und elektrisch versorgen kann. Die Bilderfassungsvorrichtung 208 kann einen Bildsensor, wie z. B. eine Kamera, enthalten und ein Videobild oder ein oder mehrere statische Bilder des beleuchteten Materials am Ziel aufnehmen. Das Videobild kann in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit mit einer relativ kurzen Latenzzeit für die Verarbeitung aufgenommen werden, so dass der Arzt das Material am Zielgebiet und das umgebende Gewebe beobachten kann, während er den Körper 106 und die Bedienelemente des Endoskops 102 manipuliert. Die Bilderfassungsvorrichtung 208 kann ein Objektiv und einen Multi-Pixel-Fotodetektorsensor umfassen, wie z. B. ein Focal-Plane-Array (FPA), das in einer Brennebene des Objektivs angeordnet werden kann. Der Sensor kann einen Farbsensor enthalten, z. B. einen RGB-Sensor, der Intensitätswerte für rotes, grünes und blaues Licht für jedes Pixel im Videobild liefert. Die Leiterplatte kann ein digitales Videosignal erzeugen, das das aufgenommene Videobild des beleuchteten Materials im Zielgebiet darstellt. Das digitale Videosignal kann eine Bildwiederholfrequenz von 10 Hz, 20 Hz, 24 Hz, 25 Hz, 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz oder eine andere geeignete Bildwiederholfrequenz haben. In weiteren Beispielen kann die Bilderfassungsvorrichtung 208 eine spektroskopische ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder eine CMOS-Kamera (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sein.
  • In weiteren Beispielen kann die Bilderfassungsvorrichtung 208 von einem Zielgebiet emittierte Spektren erfassen und die Spektren an einen Rückkopplungsanalysator 121 der Plattform 104 liefern, beispielsweise über einen optischen Pfad 209. Der optische Pfad 209 kann eine Multimode-Lichtleitfaser oder eine Singlemode-Lichtleitfaser oder ein Faserbündel umfassen. Wie weiter unten erörtert wird, kann der Rückkopplungsanalysator 121 so eingerichtet werden, dass er ein Spektrum eines Fluoreszenz- oder anderen Antwortsignals bestimmt. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann der Rückkopplungsanalysator 121 außerdem so eingerichtet werden, dass er anhand der ermittelten Spektren ein Merkmal eines Zielgebiets identifiziert.
  • Das Endoskop 102 kann auch ein Irrigationslumen 210 und ein Absaugungslumen 212 enthalten (die jeweils gleich oder verschieden vom Arbeitskanal sein können). Das Spüllumen 210 kann ein Zielgebiet während eines Eingriffs mit Spülflüssigkeit versorgen. Darüber hinaus kann das Absaugungslumen 212 Spülmittel und Abfall von einem Zielgebiet entfernen. Das Endoskop 102 kann optional ein Rohr, eine Kammer, einen zusätzlichen Arbeitskanal oder einen anderen Durchgang 214 innerhalb des Körpers 106 des Endoskops 102 enthalten. Ein Arzt kann den Durchgang 214 verwenden, um jede Art von separatem Werkzeug oder Instrument einzusetzen, wie z. B. einen Lithotripter, einen Steinentnahmekorb oder ein anderes geeignetes Werkzeug oder Instrument.
  • Wie in dargestellt, kann das Endoskop 102 eine Lasersteuerung 122 enthalten, die sich beispielsweise am greifbaren proximalen Teil 108 befinden kann. Alternativ kann die Lasersteuerung 122 auch separat vom Endoskop 102 angeordnet sein. Die Lasersteuerung 122 kann einen Zustand des Laserstrahls zwischen einem Betriebszustand („Ein“-Zustand”) und einem Nicht-Betriebszustand („Aus“-Zustand”) umschalten. Beispielsweise kann die Lasersteuerung 122 ein drahtgebundenes und/oder drahtloses Lasersteuersignal an einen Laser leiten, der sich außerhalb des Endoskops 102 befindet. Das Lasersteuersignal kann den Laser ein- oder ausschalten. In einigen Implementierungen kann ein Arzt die Lasersteuerung 122 verwenden, um eine oder mehrere Einstellungen des Lasers anzupassen, wie z. B. die Ausgangsleistung, Impulsbreite, Impulsform und/oder Impulsfrequenz.
  • Während eines Eingriffs kann der Arzt die Lasersteuerung 122 so bedienen, dass der Laser für eine bestimmte Zeit, z. B. eine Minute, zwei Minuten, drei Minuten, vier Minuten oder eine beliebige andere geeignete Zeitspanne, in Betrieb ist. Während der Betriebszeit des Lasers kann der Anwender den Körper 106 des Endoskops 102 so manipulieren, dass der abgegebene Laserstrahl über eine Oberfläche des Materials im Zielgebiet bewegt wird. Die Laserleistung und die Belichtungszeiten können so gewählt werden, dass der Anwender die Laserleistung sicher von Hand ein- und ausschalten kann, ohne dass ein mechanischer oder automatischer Belichtungsmechanismus erforderlich ist. Die Laserleistung kann auch so niedrig sein, dass eine unbeabsichtigte Exposition des umliegenden Gewebes vermieden werden kann. Darüber hinaus kann das Endoskop 102 eine Spülsteuerung 124 enthalten oder mit dieser gekoppelt sein, die zur Steuerung des Spülmittelflusses durch das Spüllumen 210 und der Absaugung durch das Absauglumen 212 verwendet werden kann.
  • zeigt bestimmte Merkmale des Rückkopplungsanalysators 121. Der Rückkopplungsanalysator 121 kann einen Lichtdetektor 300 enthalten, der so eingerichtet ist, dass er ein Lichtsignal (z. B. Fluoreszenz, Reflexion oder ein anderes Antwortsignal) von einer Zielstruktur erfasst und das empfangene Signal analysiert, um eine Eigenschaft des Ziels zu bestimmen. Die Signalverarbeitung und -analyse kann beispielsweise die Analyse einer Fluoreszenz-, Reflexions- oder anderen Antwortsignalintensität, eines Fluoreszenzanregungsspektrums, eines Fluoreszenzemissions-, Reflexions- oder anderen Antwortsignalspektrums, einer Fluoreszenz-, Reflexions- oder anderen Antwortsignalabklingzeit oder einer anderen mit dem erfassten Fluoreszenz-, Reflexions- oder anderen Antwortsignal verbundenen Eigenschaft umfassen. Beispielsweise kann der Rückkopplungsanalysator 121 eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften aus dem erfassten Signal erzeugen. Die spektroskopischen Eigenschaften können eine oder mehrere Fluoreszenz- oder andere Antwortsignalcharakteristiken und zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere andere Antwortsignalcharakteristiken wie Reflektivität, Reflexionsspektrum, Absorptionsindex oder ähnliches umfassen. Der Lichtdetektor 300 kann unter anderem einen spektroskopischen Sensor wie ein Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer (FTIR), ein Raman-Spektrometer, ein UV-VIS-Spektrometer, ein UV-VIS-IR-Spektrometer oder ein Fluoreszenzspektrometer umfassen. Darüber hinaus eignen sich Lichtsensoren, z. B. auf Basis der CMOS- oder CCD-Technologie zur Umwandlung von Photonen in elektrische Signale mittels Photodioden. Bei den Lichtdetektoren kann es sich um einzelne Photodioden oder um eine Anordnung von Photodioden handeln, wie sie in CMOS- oder CCD-Bildgebern für Digitalkameras verwendet werden. Beide Arten dieser Vorrichtungen liefern ein elektrisches Signal, das der Intensität eines optischen Signals bei bestimmten Wellenlängen entspricht, und eignen sich für die Durchführung von Spektroskopie. Darüber hinaus können alle Arten von Spektrometern oder Spektralphotometern verwendet werden, die die Lichtintensität im Verhältnis zur Wellenlänge erfassen können. Der Lichtdetektor 300 kann einer Spektroskopiemodalität oder -technik entsprechen. Zum Beispiel kann die UV-VIS-Spektroskopie verwendet werden, um Informationen aus Fluoreszenz- oder Reflexionslicht oder anderem Reaktionslicht von einem Zielobjekt oder -gebiet zu sammeln, ähnlich wie die Informationen, die vom Auge oder einem Farbbild einer hochauflösenden Kamera stammen, aber quantitativer und objektiver sind. Die Spektroskopie kann beispielsweise Informationen über das Material auf der Grundlage des vom Zielobjekt reflektierten Lichts liefern, da die Lichtreflexion und -absorption von der chemischen Zusammensetzung und den Oberflächeneigenschaften des Materials abhängen kann. Mit dieser Technik lassen sich sowohl Informationen über die Oberflächen- als auch über die Volumeneigenschaften der Probe gewinnen. Die Reflexionsspektroskopie kann dazu verwendet werden, die Zusammensetzung von hartem oder weichem Gewebe zu erkennen. Die FTIR-Spektroskopie kann für die schnelle Materialanalyse eingesetzt werden, hat eine relativ gute räumliche Auflösung und kann Informationen über die chemische Zusammensetzung des Materials liefern. Die Raman-Spektroskopie kann zur Identifizierung von Hart- und Weichgewebebestandteilen eingesetzt werden. Als Technik mit hoher räumlicher Auflösung ist die Raman-Spektroskopie auch für die Bestimmung der räumlichen Verteilung von Materialkomponenten innerhalb eines Zielobjekts nützlich.
  • Der Lichtdetektor 300 kann auch für die Fluoreszenzspektroskopie verwendet werden. Die Fluoreszenzspektroskopie ist eine Art der elektromagnetischen Spektroskopie, bei der die Fluoreszenz einer Probe analysiert wird. Bei der Fluoreszenzspektroskopie kann ein Beleuchtungslichtstrahl, z. B. im Ultraviolettbereich, verwendet werden, der eine Materialkomponente im Zielgebiet anregt und bewirkt, dass die Materialkomponente Fluoreszenzantwortlicht, typischerweise im sichtbaren oder IR-Bereich, aussendet. Die Fluoreszenzspektroskopie kann zur Analyse einiger organischer Komponenten eingesetzt werden, z. B. zur Unterscheidung zwischen hartem und weichem Gewebe. Der Lichtdetektor 300 kann mehr als nur eine Art von Spektrometer oder Abbildungskamera enthalten, um eine breitere Fähigkeit zur Erfassung und Erkennung verschiedener Merkmale (z. B. karbonisiertes und nicht-karbonisiertes Gewebe, Gefäße oder ähnliches) zu ermöglichen. Darüber hinaus kann der Bildsensor eine oder mehrere Bildgebungsfunktionen des Endoskops 102 nutzen, die während eines therapeutischen oder diagnostischen Verfahrens zur Verfügung stehen. So kann das Endoskop 102 beispielsweise zur Visualisierung eines anatomischen Merkmals während eines therapeutischen Verfahrens (z. B. Laserablation eines Tumors oder eines Nierensteins) verwendet werden. In solchen Fällen können die endoskopischen Bildgebungsfähigkeiten des Endoskops 102 genutzt oder durch den Lichtdetektor 300 ergänzt werden. So kann das Endoskop 102 beispielsweise eine Schmalband-Bildgebung liefern, die für eine verbesserte Visualisierung eines oder mehrerer anatomischer Merkmale (z. B. Läsionen, Tumore, Gefäße, Steine oder Ähnliches) geeignet ist. Die Kombination des Lichtdetektors 300 mit der endoskopischen Bildgebung (Weißlicht und/oder Schmalbandbildgebung) kann dazu beitragen, eine oder mehrere Gewebeeigenschaften, wie z. B. den Grad der Karbonisierung, zu erkennen, wobei diese Informationen zur präzisen Steuerung der therapeutischen Behandlung verwendet werden können. Der Lichtdetektor 300 kann zum Beispiel mit einem optischen Pfad 209 gekoppelt werden. So können optische Signale, wie Fluoreszenz- oder andere Reaktionssignale, die über den optischen Pfad 209 empfangen werden, an den Lichtdetektor 300 weitergeleitet werden.
  • Der Rückkopplungsanalysator 121 kann den Bildsensor 121 zusammen mit einem oder mehreren von einem Zieldetektor 304 oder einem Zielklassifizierer 306 umfassen. Der Zieldetektor 304 kann so eingerichtet sein, dass er eine Zielstruktur als eine von mehreren Strukturkategorien identifiziert, z. B. unter Verwendung einer oder mehrerer Fluoreszenzeigenschaften des detektierten Fluoreszenz- oder anderen Antwortsignals und/oder einer oder mehrerer spektroskopischer Eigenschaften, wie sie vom Lichtdetektor 300 wie oben beschrieben erzeugt werden. Darüber hinaus kann der Zieldetektor 304 so eingerichtet sein, dass er in Kombination mit den vom Bildsensor 302 erfassten Abbildungseigenschaften eine Zielstruktur als eine von mehreren Strukturkategorien identifiziert. Zum Beispiel kann der Zieldetektor 304 ein Zielmerkmal identifizieren, um beispielsweise dabei zu helfen, eine Zielstruktur als eine Kategorie von Stein-Strukturen oder als eine Kategorie von anatomischen Strukturen zu charakterisieren, indem er eine oder mehrere Fluoreszenz- und/oder andere spektroskopische Eigenschaften des Antwortsignals verwendet. Beispiele für eine Steinstruktur können Steine oder Steinfragmente in verschiedenen steinbildenden Regionen wie dem Harnsystem, der Gallenblase, den Nasengängen, dem Magen-Darm-Trakt, dem Magen oder den Mandeln sein. Beispiele für die anatomische Struktur können Weichgewebe (z. B. Muskeln, Sehnen, Bänder, Blutgefäße, Faszien, Haut, Fett und Fasergewebe), Hartgewebe wie Knochen, Bindegewebe wie Knorpel und andere sein.
  • Der Rückkopplungsanalysator 121 kann ein Antwortsignalspektrum, z. B. ein Reflexionsspektrum, unter Verwendung eines empfangenen reflektierten Signals erzeugen und ein oder mehrere Spektralmerkmale aus dem Reflexionsspektrum extrahieren. Das Antwortsignalspektrum kann Reflexionsintensitäten über eine Vielzahl von Wellenlängen enthalten. Der Reflexionsgrad kann als Anteil der einfallenden elektromagnetischen Leistung bestimmt werden, der an einer Materialgrenzfläche reflektiert wird. Der Reflexionsgrad kann die Wirksamkeit der Materialoberfläche bei der Reflexion elektromagnetischer Strahlung darstellen. Zusätzlich zum Reflexionsgrad kann das Antwortsignal-Spektrum auch die Beleuchtungsenergie darstellen, die an einer In-vivo-Stelle absorbiert und bei einer Fluoreszenz-Antwortsignal-Wellenlänge wieder emittiert wird, auch für eine kurze Zeit, nachdem die In-vivo-Stelle nicht mehr von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Das Reflexionsspektrum kann als Datenfeld oder als grafische Darstellung wie eine spektrale Reflexionskurve formatiert werden. Beispielsweise kann das Reflexionsspektrum die Reflexion über Wellenlängen in einem Bereich von etwa 400-1000 nm darstellen.
  • Die hier beschriebene Gelenksteuerung 116, die Lasersteuerung 122, die Spülsteuerung 124, der Rückkopplungsanalysator 121 und/oder der Zieldetektor 304 können in einer einzigen Steuerung oder in separaten Steuerungen implementiert sein. Darüber hinaus können zwei oder mehr davon in einer einzigen Steuerung implementiert sein, während die anderen in separaten Steuerungen implementiert sind. Die hier verwendete(n) Steuerung(en) kann/können in Hardware, Software oder einer Kombination aus beidem implementiert sein. Die Software kann in einer beliebigen Hochsprache wie FORTRAN, PASCAL, JAVA, C, C++, C#, BASIC, verschiedenen Skriptsprachen und/oder HTML geschrieben sein. Darüber hinaus kann die Software in einer Assemblersprache implementiert werden, die an den Mikroprozessor eines Zielcomputers gerichtet ist. Die Software kann auf einem Herstellungsgegenstand verkörpert sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Diskette, ein Sprunglaufwerk, eine Festplatte, eine optische Platte, ein Magnetband, ein PROM, ein EPROM, EEPROM, ein feldprogrammierbares Gate-Array oder eine CD-ROM. Der Hardwareschaltkreis kann z. B. mit einem oder mehreren FPGA-, CPLD- oder ASIC-Prozessoren implementiert werden.
  • zeigt ein Beispiel für Teile eines Verfahrens 400 zur Bestimmung einer Materialeigenschaft in einem Zielgebiet. Bei 402 kann ein Zielgebiet mit einer Lichtquelle beleuchtet werden. Die Lichtquelle kann periodisch oder zufällig aktiviert und deaktiviert werden, um z. B. eine gepulste Beleuchtung zu erzeugen. Beispielsweise kann die Lichtquelle bei 402 aktiviert werden, um ein Ziel zu beleuchten (d. h. die Lichtquelle befindet sich in einem „Ein“-Zustand). Zur weiteren Veranschaulichung von Beispielen, die mit dem Verfahren 400 verbunden sind und hier als „erste Veranschaulichung“ bezeichnet werden, kann das Endoskop 102 bei 402 so gesteuert werden, dass ein in-vivo Zielgebiet 500 mit gepulstem Licht 502 beleuchtet wird, wobei nun Bezug auf 5 genommen wird. Die Lichtquelle 202 kann das in-vivo Zielgebiet 500 bei 402 mit weißem Licht oder anderem breitbandigen Licht von einer LED beleuchten. In der ersten Abbildung kann breitbandiges oder weißes Licht verwendet werden. Weißes Licht kann alle Wellenlängen des Lichts im sichtbaren Spektrum mit gleicher Intensität umfassen. Somit kann das weiße Licht die Wellenlängen umfassen, die Fluorophore im in-vivo Zielgebiet 500 anregen können. In der ersten Abbildung wird eine Oberfläche 504 des in vivo Zielgebiets 500 mit dem gepulsten Licht 502 beleuchtet. Genauer gesagt absorbiert die Oberfläche 504 des in-vivo Zielgebiets Energie, z. B. Photonen, die eine Anregung bewirken, z. B. die Anregung von Fluorophoren an oder unterhalb der Oberfläche 504 des in-vivo Zielgebiets.
  • In kann die Lichtquelle 202 bei 403 von einem „Ein“-Zustand, in dem die LED Licht aussendet, in einen „Aus“-Zustand geschaltet werden, in dem die LED kein Licht aussendet. Während dieser Zeit (d. h. wenn sich die gepulste Lichtquelle im „Aus“-Zustand befindet) wird bei 404 ein vom Zielgebiet emittiertes Fluoreszenzantwortsignal vom Lichtdetektor 300 des Rückkopplungsanalysators 121 als Reaktion auf die Beleuchtung erfasst. Alternativ kann bei 404 ein Reflexionsantwortsignal vom Zielgebiet durch den Lichtdetektor 300 erfasst werden. Da sich die gepulste Lichtquelle in beiden Fällen im „Aus“-Zustand befindet, müssen Fluoreszenzsignale oder Reflexionssignale oder andere Antwortsignale vom Zielgebiet nicht durch die Wellenlängen der Beleuchtungsenergie, die das Zielgebiet anregt, verdeckt oder gesättigt werden. Dies kann zu einer genaueren Bestimmung der Zieleigenschaften des Zielgebiets auf der Grundlage der erfassten Fluoreszenz-, Reflexions- oder sonstigen Antwortsignale beitragen.
  • Das Material in einem Zielgebiet kann Fluorophore enthalten, die durch bestimmte Wellenlängen des von einer Lichtquelle ausgesandten Lichts angeregt werden können. Wenn Fluorophore angeregt werden, können sie für eine kurze Zeitspanne Licht emittieren, wie in dargestellt. Insbesondere wenn ein Anregungsimpuls EP, z. B. gepulstes Breitband- oder Weißlicht, auf ein Material mit Fluorophoren gerichtet wird, klingt die von dem Material mit Fluorophoren absorbierte Energie über eine Zeit T ab, wobei die Abklingzeit proportional zu einer Intensität I ist, die mit dem zur Beleuchtung des Materials mit den Fluorophoren verwendeten Licht verbunden ist, wie in der Fluoreszenz F dargestellt. Darüber hinaus kann die Fluoreszenz F zur Bestimmung eines Fluoreszenz-Emissionsspektrums und einer Fluoreszenz-Abklingzeit verwendet werden. Ein CCD-, CMOS- oder anderer Fotosensor kann verwendet werden, um die Fluoreszenz F zu erfassen, bevor die mit der Fluoreszenz F verbundene Intensität bis zu einem Punkt abfällt, unterhalb dessen ein CCD-, CMOS- oder anderer Fotosensor die Fluoreszenz F nicht mehr erfassen kann. 404 kann die absorbierte Energie als Fluoreszenzantwortsignal erfasst werden.
  • Bei 403 kann die Lichtquelle 202 aus dem „Ein“-Zustand in Vorgang 402 in einen „Aus“-Zustand geschaltet werden. Wenn die Lichtquelle 202 in den „Aus“-Zustand geschaltet ist, kann das Verfahren 400 den Vorgang 404 in der ersten Abbildung durchführen. Insbesondere kann bei 404 die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 504 absorbierte Energie, in 7 allgemein als Energie 700 dargestellt, als Fluoreszenzantwortsignale 702 emittiert werden, die einer von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 504 emittierten Wellenlänge entsprechen können. Wenn also die in-vivo Zielgebietsoberfläche 504 mit Energie versorgt wird, können die Fluoreszenzsignale 702 einer Wellenlänge entsprechen, die von der mit Energie versorgten in-vivo Zielgebietsoberfläche 504 emittiert wird. In der ersten Darstellung können die Fluoreszenzsignale 702 über den optischen Pfad 209, die optische Faser 204 und/oder den Durchgang 214 an den Rückkopplungsanalysator 121 übertragen werden, so dass der Rückkopplungsanalysator 121 die erfasste Fluoreszenz oder andere Antwortsignale 702 analysieren kann.
  • Sobald die Fluoreszenzsignale bei 404 detektiert sind, führt das Verfahren 400 optional eine Operation 406 durch, bei der eine Fluoreszenzeigenschaft (z. B. eine Fluoreszenzintensität, ein Fluoreszenzanregungsspektrum, ein Fluoreszenzemissionsspektrum und/oder eine Fluoreszenzabklingzeit) und/oder ein mit dem Fluoreszenzsignal verbundenes Spektrum bestimmt wird. Der Rückkopplungsanalysator 121 kann zur Bestimmung der mit dem Fluoreszenzsignal verbundenen Spektren verwendet werden, wie oben beschrieben. Zusätzlich oder alternativ können Spektren aus einem Reflexionssignal oder einem normalisierten Reflexionssignal einer bestimmten Stein-Struktur eines Zielgebiets bei 406 extrahiert werden. Solche Reflexionsmerkmale können ein Reflexionsspektrum (oder normalisiertes Reflexionsspektrum) bei einer bestimmten Wellenlänge oder über einen Wellenlängenbereich, einen aus dem Reflexionsspektrum berechneten statistischen Wert (z. B. eine Variation des Reflexionsgrads über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen, eine Änderungsrate des Reflexionsgrads über einen Wellenlängenbereich oder Ähnliches) oder ein grafisches Merkmal, das die Morphologie mindestens eines Teils der spektralen Reflexionskurve darstellt (z. B. eine Steigung, eine Krümmung, ein Segment der Kurve oder Ähnliches), umfassen. Die Reflexionsmerkmale des Kalküls und die Reflexionsmerkmale des Gewebes können in den Speicherschaltungen der Plattform 104 gespeichert werden.
  • Nach der Bestimmung eines Spektrums, das mit dem Fluoreszenz-, Reflexions- oder einem anderen Antwortsignal in 406 verbunden ist, kann dann in 408 ein Merkmal des Zielgebiets unter Verwendung der Fluoreszenz- oder einer anderen Antworteigenschaft und/oder des Spektrums bestimmt werden. Um ein Merkmal des Zielgebiets zu bestimmen, kann der Zieldetektor 304 zum Beispiel bei 408 zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Zielreflexionsmerkmale aus dem bei 406 bestimmten Reflexionsspektrum extrahieren. Der Zieldetektor 304 kann das Ziel als Steinstruktur identifizieren, wenn die Fluoreszenzeigenschaft und/oder Reflexionseigenschaft oder ein anderes Antwortmerkmal einen Merkmalsschwellenwert überschreitet oder in einen Wertebereich fällt, indem er die Fluoreszenzeigenschaft und/oder Reflexionseigenschaft oder ein anderes Antwortmerkmal mit dem vorgegebenen Schwellenwert oder dem Wertebereich auf der Grundlage des Merkmals vergleicht. Zusätzlich kann der Zieldetektor 304 das Ziel als Nierengewebe identifizieren, wenn die Fluoreszenzeigenschaft und/oder das Reflexionsmerkmal des Ziels unter den vorbestimmten Schwellenwert fällt oder außerhalb des Wertebereichs auf der Grundlage des Merkmals liegt. Der vorbestimmte Schwellenwert oder Wertebereich kann unter Verwendung der Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale der Nierensteine und der Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale des Gewebes, die vor dem Verfahren in vitro und/oder in vivo erhalten wurden, bestimmt werden. Darüber hinaus kann der Schwellenwert oder der Wertebereich, der mit einem individuellen Merkmal des Targets verbunden ist, in einer Nachschlagetabelle auf der Plattform 104 gespeichert werden. In einem Beispiel kann der Schwellenwert als ein Wert bestimmt werden, der die Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale der Konkremente und die Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale des Gewebes mit einer bestimmten Spanne voneinander trennt.
  • Bei 408 kann der Zieldetektor 304 einen Trend der Fluoreszenzeigenschaften und/oder der Reflexionsintensitäten von Material in einem Zielgebiet über einen Wellenlängenbereich ermitteln und das Material auf der Grundlage des Trends der Fluoreszenzeigenschaften und/oder der Reflexionsintensitäten (oder des „Fluoreszenztrends“ oder „Reflexionstrends“) bestimmen. Beispielsweise kann der Fluoreszenztrend und/oder der Reflexionstrend innerhalb eines ersten Bereichs von 400-550 nm erzeugt werden. Das Material kann als Stein-Struktur bestimmt werden, wenn in einem ersten Wellenlängenbereich ein monoton ansteigender Fluoreszenztrend und/oder Reflexionstrend vorhanden ist. Das Material kann als Nierengewebe identifiziert werden, wenn in dem ersten Wellenlängenbereich kein monotoner Anstieg des Fluoreszenztrends und/oder des Reflexionstrends vorliegt. In einem anderen Beispiel kann der Fluoreszenztrend und/oder der Reflexionstrend innerhalb eines zweiten Bereichs von 650-700 nm erzeugt werden. Das Material kann als Stein-Struktur bestimmt werden, wenn im zweiten Wellenlängenbereich ein monotoner Anstieg des Fluoreszenztrends und/oder des Reflexionstrends vorliegt. Das Material kann als Nierengewebe bestimmt werden, wenn im zweiten Wellenlängenbereich eine monotone Abnahme des Fluoreszenztrends und/oder des Reflexionstrends zu verzeichnen ist.
  • Ein Template-Matching-Ansatz kann vom Zieldetektor 304 verwendet werden, um das Material an der In-vivo-Stelle als Steinstruktur oder anatomische Struktur zu bestimmen. Die Zielfluoreszenzeigenschaft und/oder das Reflexionsmerkmal kann mit mindestens einer der Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale der Konkremente oder mindestens einer der Materialfluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale verglichen werden, die im Speicher 308 des Rückkopplungsanalysators 121 gespeichert sind, um festzustellen, ob ein Übereinstimmungskriterium erfüllt ist. Beispielsweise kann das Material an der In-vivo-Stelle als Steinstruktur bestimmt werden, wenn eine Unähnlichkeitsmetrik zwischen der Zielfluoreszenzeigenschaft und/oder dem Reflexionsmerkmal und der Steinfluoreszenzeigenschaft und/oder dem Reflexionsmerkmal unter einer ersten Ähnlichkeitsschwelle liegt, oder als Nierengewebe identifiziert werden, wenn eine Unähnlichkeitsmetrik zwischen der Zielfluoreszenzeigenschaft und/oder dem Reflexionsmerkmal und der Gewebefluoreszenzeigenschaft und/oder dem Reflexionsmerkmal unter einer zweiten Ähnlichkeitsschwelle liegt.
  • Der Zielklassifizierer 306 kann die oben beschriebenen kategorieinternen Unterschiede in den Reflexionsspektren zwischen verschiedenen Strukturtypen derselben Kategorie verwenden, um das Material im Zielgebiet als einen von mehreren Strukturtypen derselben Kategorie zu klassifizieren, z. B. als einen bestimmten Gewebetyp innerhalb einer identifizierten Kategorie der anatomischen Struktur oder als einen bestimmten Steintyp innerhalb einer identifizierten Kategorie der Steinstruktur. Die Klassifizierung kann auf einem oder mehreren der folgenden Merkmale beruhen: Reflexionsgrad bei einer bestimmten Wellenlänge, ein statistisches Merkmal (z. B. Varianz oder eine andere Variationsmetrik) des Reflexionsgrads über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen oder ein grafisches Merkmal, das aus einer grafischen Darstellung des Reflexionsspektrums erzeugt wird. Beispielsweise kann der Zielklassifizierer 306 in Fällen, in denen das Zielgebiet Steine enthält, auf der Grundlage der unterschiedlichen normalisierten Reflexionsspektren verschiedener Steintypen einen normalisierten Reflexionsgrad bei einer bestimmten Wellenlänge (z. B. 550 nm) oder einem bestimmten Wellenlängenbereich mit einem oder mehreren Schwellenwerten vergleichen, um die Steine am in-vivo Zielgebiet als einen bestimmten Steintyp zu klassifizieren.
  • Eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften können vom Zielklassifizierer 306 verwendet werden, um eine bestimmte anatomische Struktur als einen von mehreren Gewebetypen zu klassifizieren. Beispielsweise kann der Zielklassifizierer 306 so eingerichtet werden, dass er bestimmtes Nierengewebe als einen von Gewebetypen mit unterschiedlichen anatomischen Positionen klassifiziert, wie z. B. Kelchgewebe, Kortexgewebe, Medullagewebe oder Harnleitergewebe. Beispielsweise kann der Zielklassifizierer 306 auf der Grundlage der unterschiedlichen normalisierten Fluoreszenz- und/oder Reflexionsspektren verschiedener Gewebetypen das Gewebe an der In-vivo-Stelle auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen der normalisierten Fluoreszenz und/oder Reflexion bei einer bestimmten Wellenlänge (z. B. 480 nm) oder einem bestimmten Wellenlängenbereich und einem oder mehreren Fluoreszenz- und/oder Reflexionsschwellenwerten als einen bestimmten Gewebetyp klassifizieren.
  • Der Zielklassifizierer 306 ist so eingerichtet, dass er eine bestimmte anatomische Struktur als normales Gewebe oder abnormales Gewebe (z. B. Krebsgewebe) klassifiziert. Normales und krebsartiges Gewebe kann unterschiedliche Fluoreszenz- und/oder Reflexionsspektren mit unterschiedlichen Formen und Spitzenwerten aufweisen (d. h. die Wellenlänge, bei der das Fluoreszenz- und/oder Reflexionsspektrum einen Spitzenwert in einem Wellenlängenbereich erreicht). Der Klassifikator 306 kann so eingerichtet werden, dass er die anatomische Struktur als Behandlungsbereich (z. B. Tumor oder Polyp, der entfernt werden soll) oder als Nicht-Behandlungsbereich (z. B. Blutgefäße, Muskel usw.) klassifiziert oder bestimmt. Die Klassifizierung kann auf einem oder mehreren der folgenden Merkmale beruhen: Fluoreszenz- und/oder Reflexionsgrad bei einer bestimmten Wellenlänge, ein statistisches Merkmal (z. B. Varianz oder eine andere Variationsmetrik) des Fluoreszenz- und/oder Reflexionsgrads über zwei oder mehr verschiedene Wellenlängen oder ein grafisches Merkmal (z. B. eine Steigung), das aus einer grafischen Darstellung des Fluoreszenz- und/oder Reflexionsspektrums erzeugt wird. Krebsartiges Gewebe kann im Vergleich zu nicht krebsartigem Gewebe unterschiedliche Spektren aufweisen. Daher kann der Zielklassifizierer 306 das Gewebe auf der Grundlage der Fluoreszenz-, Reflexions- oder anderer Beleuchtungsspektren klassifizieren.
  • Der Rückkopplungsanalysator 121 kann auch ein Steuergerät 310 enthalten. Die Steuerung 310 kann den Laser 510 oder ein anderes Materialabtragsgerät 501 automatisch steuern. Dies kann die Notwendigkeit einer manuellen Steuerung des Materialabtragsgeräts 501 durch einen Praktiker überflüssig machen.
  • Um zur ersten Abbildung zurückzukehren: Bei 406 werden die bei 404 erfassten Fluoreszenzsignale 702 an den Rückkopplungsanalysator 121 übertragen, der feststellt, dass ein Spektrum des Ziels ein bestimmtes Spektrum (z. B. 460 nm bis 700 nm) aufweist, wenn es mit der Lichtquelle beleuchtet wird (z. B. mit einer Wellenlänge im Bereich von 450 nm bis 500 nm). Darüber hinaus identifiziert der Rückkopplungsanalysator 121 bei 408 die Zielcharakteristik am in-vivo-Standort (z. B. Typ, Material, Zusammensetzung, Zusammensetzungsprofil, Struktur, Härte usw.) auf der Grundlage der erfassten Fluoreszenzsignale (z. B. die Formen und Spitzenpositionen der Spektren).
  • Bei 410 kann ein Behandlungsgerät optional auf der Grundlage der bei 408 identifizierten Materialeigenschaften gesteuert werden. Beispielsweise kann ein Steuersignal verwendet werden, um verschiedene Parametereinstellungen des Geräts, wie etwa eine Energieabgabe des Geräts, anzupassen. Wenn die Vorrichtung beispielsweise ein Lasersystem umfasst, können die Parametereinstellungen eine Energie eines Laserpulses, eine Pulsfrequenz, eine Laserleistung und einen Pulsmodus, eine Pulsbreite eines Laserpulses, eine Pulsform eines Laserpulses, eine Spitzenleistung eines Laserpulses oder eine Pulsfrequenz, die eine Anzahl von Laserpulsen pro Zeiteinheit darstellt, usw. umfassen. Dabei kann sich die Emission auf einen Laser beziehen, der mit diesen Parametern verbunden ist. Darüber hinaus kann 410 in Echtzeit durchgeführt werden, so dass ein oder mehrere Steuersignale von der Steuereinheit 310 an das Gerät gesendet werden können, um das Gerät während eines In-vivo-Verfahrens einzustellen, bei dem Gewebe oder eine andere Art von Detritus von einem Zielgebiet entfernt wird.
  • Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass das Material im Zielgebiet Krebsgewebe (oder in einigen Ausführungsformen einen Nierenstein) enthält, und das Gerät ein Lasergerät ist, kann die Steuereinheit 310 den Laser so steuern, dass er einen Laserstrahl abgibt, der das Krebsgewebe entfernen kann (oder in einigen Ausführungsformen den Nierenstein zertrümmert). Auf diese Weise kann das Steuergerät 310 ein Behandlungsgerät zumindest teilweise auf der Grundlage eines bestimmten ersten Merkmals steuern. Um auf die erste Abbildung zurückzukommen: Hier kann die Materialabtragungsvorrichtung 501 einen Nd:YAG-Laser umfassen. Wie bereits erwähnt, hat der Rückkopplungsanalysator 121 das Gewebe an der In-vivo-Stelle auf der Grundlage der Formen und Spitzenpositionen der Spektren als krebsartig identifiziert. Somit kann die Steuereinheit 310 bei 410 in der ersten Abbildung die Materialentfernungsvorrichtung 501 automatisch so steuern, dass sie einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von beispielsweise 1064 nm aussendet, um das krebsartige Gewebe am in-vivo Zielgebiet 500 zu entfernen, so dass die Materialentfernungsvorrichtung 501 zumindest teilweise auf der Grundlage eines ersten identifizierten Zielmerkmals gesteuert wird. Wie in 8 gezeigt, kann die automatische Steuerung 310 Signale 802 an die Materialentfernungsvorrichtung 501 senden, um Laserstrahlen 800 über die optische Faser 204 auf das in-vivo Zielgebiet 500 zu richten. Nach Abschluss von 410 ist das Verfahren 400 beendet; alternativ können die Vorgänge 402-410 iterativ durchgeführt werden, bis ein bestimmter Behandlungseffekt erreicht ist (z. B. wenn ein Nierenstein vollständig fragmentiert oder zertrümmert ist).
  • Wenn die Lichtquelle 202 zwischen einem „Ein“- und einem „Aus“-Zustand wechselt, kann während der Zeit, in der die Lichtquelle im „Aus“-Zustand ist, eine andere Anregungswellenlänge emittiert werden. Zum Beispiel kann entweder die Lichtquelle 202 oder die Materialentfernungsvorrichtung 501 in der Lage sein, die unterschiedliche Anregungswellenlänge zu emittieren. Zur weiteren Veranschaulichung kann die unterschiedliche Anregung eine Wellenlänge von 370 nm haben und eine Fluoreszenz zwischen etwa 425 nm und 550 nm erzeugen, wie in dargestellt. Wenn in Tumorgewebe vorhanden ist, spiegeln die Spektren dies wider, wie bei 900 gezeigt. Darüber hinaus können die Spektren auch das Vorhandensein von gesundem Gewebe widerspiegeln, wie bei 902 dargestellt.
  • Das Verfahren 400 kann während eines ersten Zeitraums durchgeführt werden, in dem ein erstes, mit einem Fluoreszenzsignal verbundenes Spektrum bestimmt wird und eine Eigenschaft des Materials am in-vivo Zielgebiet 500 während eines ersten Zeitraums und der Materialentfernungsvorrichtung 501 bestimmt wird und ein erstes Steuersignal, wie das Steuersignal 802, von der Steuereinheit 310 an die Materialentfernungsvorrichtung 501 gesendet wird. Dabei kann die Materialentnahmevorrichtung 501 in Echtzeit auf der Grundlage der während des ersten Zeitraums vorgenommenen Bestimmung gesteuert werden. Während eines zweiten Zeitraums kann das Verfahren 400 wiederholt werden, wobei während des zweiten Zeitraums ein zweites, mit einem Fluoreszenzsignal assoziiertes Spektrum und eine zweite Materialcharakteristik am in-vivo Zielgebiet 500 bestimmt wird und die Materialentfernungsvorrichtung 501 in Echtzeit auf der Grundlage der während des zweiten Zeitraums durchgeführten Bestimmung gesteuert wird. Insbesondere kann die Steuereinheit 310 ein Signal 804 (8) auf der Grundlage der während des zweiten Zeitraums vorgenommenen Bestimmung senden, wobei eine zweite Eigenschaft des Ziels während des zweiten Zeitraums unter Verwendung der hierin erörterten Prinzipien bestimmt werden kann. Darüber hinaus kann sich das zweite Merkmal von dem ersten Merkmal unterscheiden oder mit dem ersten Merkmal identisch sein. Beispielsweise kann das Merkmal als ein anderes als das im ersten Zeitraum ermittelte bestimmt werden. In diesem Fall kann der Laser auf der Grundlage der Ermittlung des Merkmals während des zweiten Zeitraums gesteuert werden. Auch das zweite Steuersignal 804 und die zweite Einstellung nach der zweiten Zeitperiode auf der Grundlage des zweiten Steuersignals 804 können in Echtzeit erfolgen.
  • Das Gerät kann gesteuert werden, indem man eine zweite Einstellung an einem Laser vornimmt. Die zweite Einstellung kann die Einstellung eines oder mehrerer Parameter des Lasers umfassen, wie z. B. die Energie des Laserpulses, die Pulsfrequenz, die Laserleistung und der Pulsmodus. Darüber hinaus können in einigen Beispielen ein Parameter, der nach der ersten Zeit eingestellt wird, und ein Parameter, der nach der zweiten Zeit eingestellt wird, unterschiedlich sein. So kann beispielsweise nach der ersten Zeitspanne die Energie des Laserpulses angepasst werden, während nach der zweiten Zeitspanne die Pulsfrequenz angepasst werden kann.
  • Ein Merkmal eines in-vivo Zielgebiets kann durch den Nachweis von Fluoreszenz bestimmt werden, wenn sich eine Breitband- oder Weißlichtquelle im „Aus“-Zustand befindet, nachdem das in-vivo Zielgebiet im „Ein“-Zustand beleuchtet wurde. Mehrere Lichtquellen (z. B. Leuchtdioden oder LEDs) können gepulst werden, um ein in-vivo Zielgebiet zu beleuchten, und ein Fluoreszenzantwortsignal kann gemessen werden, nachdem jede Lichtquelle gepulst wurde. Zum Beispiel kann jede Lichtquelle (z. B. LED) der mehreren Lichtquellen nacheinander eine andere Farbe mit einer ausreichend hohen Rate emittieren, so dass eine Kombination der verschiedenen Farben vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen werden kann. Bei drei Lichtquellen, bei denen eine erste Lichtquelle rotes Licht, eine zweite Lichtquelle grünes Licht und eine dritte Lichtquelle blaues Licht ausstrahlt, erzeugt die Kombination der roten, grünen und blauen Lichtquellen weißes Licht. Auch wenn hier die Farben Rot, Grün und Blau zur Erzeugung von weißem Licht diskutiert werden, können beliebige Lichtfarben verwendet werden, um ein Merkmal eines in-vivo Zielgebiets zu bestimmen. Ein Spektrum und ein Merkmal des Ziels an einem in-vivo Zielgebiet kann auf der Grundlage der Fluoreszenz bestimmt werden, die als Reaktion auf alle Lichtquellen, die das in-vivo Zielgebiet beleuchten, emittiert wird, wie in weiter beschrieben.
  • zeigt ein Beispiel für ein Verfahren 1000 zur Identifizierung eines Merkmals eines in-vivo Zielgebiets unter Verwendung mehrerer LEDs, die jeweils Licht mit einer anderen Wellenlänge aussenden. Die LEDs können nacheinander mit einer ausreichend hohen Rate ein- und ausgeschaltet werden, so dass die Kombination der verschiedenen Farben von den menschlichen Augen als weißes Licht wahrgenommen wird. Fluoreszenzsignale, die auf die zuvor aktivierte LED reagieren, können erfasst werden, während die aktuelle LED (die eine andere Lichtwellenlänge ausstrahlt) das Zielgebiet beleuchtet. Die Lichtquelle kann zum Beispiel eine rote, eine grüne und eine blaue LED umfassen. Die Lichtquelle kann während des Laservorgangs nacheinander rotes, grünes, blaues, rotes, grünes, blaues ... Licht mit einer ausreichend hohen Frequenz aussenden. Während die grüne oder blaue LED das Licht ausstrahlt, können die Fluoreszenzsignale, die auf das zuvor ausgestrahlte rote Licht reagieren, erfasst und analysiert werden. Bei 1002 kann das Zielgebiet mit einer ersten gepulsten Lichtquelle in einem „Ein“-Zustand der ersten gepulsten Lichtquelle beleuchtet werden. Die erste Lichtquelle kann z. B. einer ersten Farbe entsprechen, z. B. der Farbe Rot. Wie in dargestellt, kann das Endoskop 102 bei 1002 so gesteuert werden, dass ein in-vivo Zielgebiet 1100 mit einem ersten gepulsten Licht der ersten Farbe 1102 beleuchtet wird. In der zweiten Abbildung bei 1002 kann die Lichtquelle 202 rotes Licht von einer LED an das in-vivo Zielgebiet 1100 liefern, wobei das rote Licht dem ersten gepulsten Licht 1102 entsprechen kann. In der zweiten Abbildung kann das Endoskop 102 das in-vivo Zielgebiet 1100 beleuchten, indem die Lichtquelle das rote Licht während eines „Ein“-Zustandes emittiert, so dass eine Oberfläche 1104 des in-vivo Zielgebietes 1100 mit dem ersten gepulsten Licht 1102 in der ersten Farbe beleuchtet wird. Beispielsweise kann die Oberfläche 1104 des in-vivo Zielgebiets Photonen absorbieren, die wiederum die Anregung von Fluorophoren an der Oberfläche 1104 des in-vivo Zielgebiets verursachen können.
  • Bei 1004 kann das Zielgebiet mit einer zweiten gepulsten Lichtquelle in einer zweiten Farbe beleuchtet werden, wenn die zweite gepulste Lichtquelle „an“ ist. Die zweite Lichtquelle kann z. B. einer zweiten Farbe entsprechen, z. B. der Farbe Grün. Bei 1004 befindet sich die erste gepulste Lichtquelle, die das in-vivo Zielgebiet bei 1002 beleuchtet hat, in einem „Aus“-Zustand.
  • Während, vor oder nach 1004 kann bei 1006 ein erstes Fluoreszenzsignal von dem in-vivo Zielgebiet emittiert und detektiert werden, wenn sich das erste gepulste Lichtquellengebiet in einem „Aus“-Zustand befindet. Das Zielgebiet kann Fluorophore enthalten, die durch spezifische Wellenlängen des von einer Lichtquelle emittierten Lichts angeregt werden können. In diesem Fall kann, während das Zielgebiet mit der zweiten gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird, ein Fluoreszenzsignal erfasst werden, das als Reaktion auf die Anregung durch das erste gepulste Lichtsignal abgegeben wird. Wenn Fluorophore angeregt werden, können sie für eine kurze Zeitspanne Licht emittieren. Bei 1006, während das in-vivo Zielgebiet 1100 mit der zweiten gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird, kann eine erste Fluoreszenz, die der ersten gepulsten Lichtquelle entspricht, nachgewiesen werden.
  • Alternativ kann bei 1006 ein erstes Reflexionssignal von dem in-vivo Zielgebiet ausgesendet und erfasst werden, wenn sich das erste gepulste Lichtquellengebiet in einem „Aus“-Zustand befindet. So kann, während das Zielgebiet mit der zweiten gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird, ein Reflexionssignal erfasst werden, das als Reaktion auf die Anregung durch das erste gepulste Lichtsignal ausgesendet wird.
  • Bei 1004 kann das Endoskop 102 so gesteuert werden, dass das in-vivo Zielgebiet 1100 mit zweitem gepulstem Licht 1106 beleuchtet wird, das eine andere Farbe hat als das erste gepulste Licht 1102. Beispielsweise kann die Lichtquelle 202 bei 1004 grünes Licht von einer LED an das in-vivo Zielgebiet 1100 in einem „Ein“-Zustand liefern. Außerdem befindet sich die erste gepulste Lichtquelle bei 1004 in einem „Aus“-Zustand.
  • In der zweiten Abbildung kann, wenn das in-vivo Zielgebiet 1100 mit der zweiten gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird, während die erste gepulste Lichtquelle in einem „Aus“-Zustand ist, bei 1006 die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 absorbierte Energie, in allgemein als Energie 1200 dargestellt, als erstes Fluoreszenzsignal 1202 emittiert werden. In der zweiten Abbildung können die ersten Fluoreszenzsignale 1202 einer Wellenlänge entsprechen, die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 emittiert wird. Wenn die Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 mit dem ersten gepulsten Licht 1102 beleuchtet wird, kann die Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 erregt werden und die daraus resultierenden ersten Fluoreszenzantwortsignale 1202 können erfasst werden, die einer Wellenlänge entsprechen können, die von der erregten Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 emittiert wird. In der zweiten Abbildung kann das erste Fluoreszenzsignal 1202 über den optischen Pfad 209 an den Rückkopplungsanalysator 121 übertragen werden.
  • Bei 1008 kann das Zielgebiet mit einer dritten gepulsten Lichtquelle in einem „Ein“-Zustand der dritten gepulsten Lichtquelle beleuchtet werden, zum Beispiel mit der Farbe Blau. Bei 1008 kann die zweite gepulste Lichtquelle, die das Zielgebiet bei 1004 beleuchtet hat, in einem „Aus“-Zustand sein. In ähnlicher Weise kann die erste gepulste Lichtquelle, die das Zielgebiet bei 1002 beleuchtet hat, bei 1008 in einem „Aus“-Zustand sein.
  • Während, vor oder nach 1008 kann bei 1010 ein zweites Fluoreszenzsignal, das vom Zielgebiet emittiert wird, detektiert werden, wenn sich das zweite gepulste Lichtquellengebiet in einem „Aus“-Zustand befindet, als Reaktion auf die Beleuchtung durch die zweite gepulste Lichtquelle. Das Fluoreszenzsignal kann von dem Zielgebiet emittiert werden, während das Zielgebiet mit der dritten gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird. Bei 1010, während das in-vivo Zielgebiet 1100 mit der dritten gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird, kann eine zweite Fluoreszenz, die der zweiten gepulsten Lichtquelle entspricht, nachgewiesen werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann bei 1010 ein zweites Reflexionssignal von dem in-vivo Zielgebiet ausgesendet und erfasst werden, wenn sich das zweite gepulste Lichtquellengebiet in einem „Aus“-Zustand befindet. So kann, während das Zielgebiet mit der dritten gepulsten Lichtquelle beleuchtet wird, ein Reflexionssignal erfasst werden, das als Reaktion auf die Anregung durch das zweite gepulste Lichtsignal ausgesendet wird.
  • Nachdem die dritte gepulste Lichtquelle in einen „Aus“-Zustand geschaltet ist (und während die erste gepulste Lichtquelle in den „Ein“-Zustand geschaltet ist), kann bei 1012 ein drittes Fluoreszenzsignal, das von dem Zielgebiet emittiert wird, erfasst werden, wenn sich das Gebiet der dritten gepulsten Lichtquelle in einem „Aus“-Zustand befindet. In Beispielen wird das Fluoreszenzsignal durch die Anregung durch die zweite gepulste Lichtquelle erzeugt. Neben dem dritten Fluoreszenzsignal kann bei 1012 ein drittes Reflexionssignal vom in-vivo Zielgebiet emittiert und detektiert werden, wenn sich die dritte gepulste Lichtquelle im „Aus“-Zustand befindet.
  • Bei 1018 kann das Endoskop 102 so gesteuert werden, dass das in-vivo Zielgebiet 1100 ( ) mit drittem gepulstem Licht 1108, beispielsweise blauem Licht, beleuchtet wird. Bei 1008 kann die Lichtquelle 202 das in-vivo Zielgebiet 1100 mit blauem Licht von einer LED in einem „eingeschalteten“ Zustand bestrahlen, während die erste und die zweite gepulste Lichtquelle in einem „ausgeschalteten“ Zustand sind.
  • Da das in-vivo Zielgebiet 1100 mit dem dritten gepulsten Licht 1108 beleuchtet wird, während die erste und die zweite gepulste Lichtquelle in einem „Aus“-Zustand sind, kann bei 1010 die Energie 1200, die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 absorbiert wurde, als zweites Fluoreszenzsignal 1204 emittiert werden, das einer Wellenlänge entsprechen kann, die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 als Reaktion auf die Anregung durch das zweite gepulste Licht 1106 emittiert wird. Wenn also die Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 angeregt wird, können die Fluoreszenzsignale einer Wellenlänge entsprechen, die von der angeregten Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 als Reaktion auf die Beleuchtung durch das zweite gepulste Licht 1106 emittiert wird. In der zweiten Abbildung kann das zweite Fluoreszenzsignal 1204 über den optischen Pfad 209 an den Rückkopplungsanalysator 121 übertragen werden.
  • Nachdem das zweite Fluoreszenzsignal bei 1010 erfasst wurde, kann bei 1012 ein drittes Fluoreszenzsignal 1206 erfasst werden. Insbesondere kann das dritte Fluoreszenzsignal 1206 einer Wellenlänge entsprechen, die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 als Reaktion auf die Anregung durch das zweite gepulste Licht 1106 emittiert wird. Dementsprechend kann das Fluoreszenzsignal, wenn die Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 angeregt wird, einer Wellenlänge entsprechen, die von der angeregten Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1104 als Reaktion auf die Beleuchtung durch das dritte gepulste Licht 1108 emittiert wird. In der zweiten Abbildung können die dritten Fluoreszenzsignale 1206 über den optischen Pfad 209 an den Rückkopplungsanalysator 121 übertragen werden.
  • Während der Ansatz 1000 in die Erkennung des ersten, zweiten und dritten Fluoreszenzsignals zeigt, kann es ausreichen, eines oder zwei dieser Signale zu erkennen, um ein oder mehrere Zielmerkmale zu bestimmen. So kann es beispielsweise ausreichen, das erste Fluoreszenzsignal allein oder eine Kombination aus dem ersten und dem dritten Fluoreszenzsignal zu verwenden, um das/die Zielmerkmal(e) zu bestimmen. Nachdem das erste (und in einigen Ausführungsformen das zweite und dritte) Fluoreszenzsignal bei 1012 erfasst wurde, kann bei 1014 eine Fluoreszenzeigenschaft bestimmt werden, die mit dem/den erfassten Signal(en) verbunden ist. Beispielsweise kann ein mit dem ersten, zweiten und/oder dritten Fluoreszenzsignal assoziiertes Spektrum bestimmt werden, z. B. unter Verwendung des Feedback-Analysators 121. Alternativ kann bei 1014 ein Reflexionsgrad oder eine andere Beleuchtungseigenschaft bestimmt werden, die mit dem/den erfassten Beleuchtungssignal(en) verbunden ist.
  • Nach der Bestimmung einer Fluoreszenzeigenschaft oder eines Fluoreszenzspektrums, die mit dem ersten, zweiten und/oder dritten Fluoreszenzsignal in 1014 verbunden sind, kann in 1016 ein Merkmal des Zielgebiets unter Verwendung der Fluoreszenzeigenschaft oder des Fluoreszenzspektrums identifiziert werden. Um ein Merkmal des Zielgebiets zu identifizieren, kann der Zieldetektor 304 bei 1016 eine oder mehrere Zielfluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale aus den bei 1014 ermittelten Fluoreszenzsignalen und/oder Reflexionsspektren extrahieren. Der Zieldetektor 304 kann das Merkmal des Zielgebiets als eine Stein-Struktur identifizieren, wenn die ZielFluoreszenzeigenschaft und/oder das Reflexionsmerkmal einen Merkmalsschwellenwert überschreitet oder in einen Wertebereich fällt, indem die Fluoreszenzeigenschaft und/oder das Reflexionsmerkmal mit dem Merkmalsschwellenwert und/oder dem Wertebereich verglichen wird. Der Zieldetektor 304 kann das Merkmal des Zielgebiets als Nierengewebe identifizieren, wenn die Zielfluoreszenzeigenschaft und/oder das Reflexionsmerkmal unter den Eigenschafts- und/oder Merkmalsschwellenwert fällt oder außerhalb des Wertebereichs liegt. Die Eigenschafts- und/oder Merkmalsschwelle bzw. der Wertebereich kann anhand der Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale der Nierensteine und der Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale des Gewebes bestimmt werden. Außerdem kann die Fluoreszenzeigenschaft und/oder der Merkmalsschwellenwert oder der Wertebereich in einer Nachschlagetabelle auf der Plattform 104 gespeichert werden. Die Fluoreszenzeigenschaft und/oder der Merkmalsschwellenwert kann so festgelegt werden, dass die Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale der Konkremente und die Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsmerkmale des Gewebes mit einer bestimmten Spanne voneinander getrennt werden.
  • Bei 1016 kann der Zieldetektor 304 eine oder mehrere der Fluoreszenzeigenschaften und/oder Reflexionsintensitäten des Merkmals an einem Zielgebiet über einen Wellenlängenbereich trendmäßig bestimmen und das Merkmal auf der Grundlage des Trends der einen oder mehreren Fluoreszenzeigenschaften (oder des „Fluoreszenztrends“) und/oder der Reflexionsintensitäten (oder des „Reflexionstrends“) identifizieren, wie oben beschrieben
  • Um zur zweiten Abbildung zurückzukehren, werden bei 1014 die ersten, zweiten und/oder dritten Fluoreszenzsignale 1202-1206, die bei 1006, 1010 und 1012 erfasst wurden, an den Rückkopplungsanalysator 121 übertragen, der feststellt, dass eine Fluoreszenzeigenschaft oder ein Fluoreszenzspektrum des Gewebes an der In-vivo-Stelle ein Spektrum von 460 nm bis 700 nm aufweist, wenn es mit einer Lichtquelle in einem Bereich von z. B. 450 nm bis 500 nm beleuchtet wird. In der zweiten Abbildung kann jedes der ersten, zweiten und dritten Fluoreszenzsignale 1202-1206 gespeichert und dann gleichzeitig an den Feedback-Analysator 121 übertragen werden. Darüber hinaus identifiziert der Rückkopplungsanalysator 121 in der zweiten Abbildung bei 1016, ähnlich wie in der ersten Abbildung, das Gewebe an der In-vivo-Stelle als krebsartig, z. B. auf der Grundlage der Formen und Spitzenpositionen der Spektren.
  • Nachdem das Merkmal am Zielgebiet bei 1016, bei 1018 identifiziert wurde, kann ein Gerät, z. B. ein Behandlungsgerät, auf der Grundlage der Identifizierung des Merkmals gesteuert werden. In Beispielen kann die Steuerung des Geräts die Einstellung verschiedener Parameter des Geräts umfassen, wie die Energie des Laserpulses, die Pulsfrequenz, die Laserleistung und ein Pulsmodus, wenn das Gerät einen Laser enthält. Darüber hinaus kann 1018 in Echtzeit durchgeführt werden, wobei ein oder mehrere Parameter des Geräts während eines In-vivo-Verfahrens angepasst werden können, um Gewebe, Steine oder jede andere Art von Detritus von einer In-vivo-Stelle zu entfernen.
  • Wenn das Gewebe an der In-vivo-Stelle als krebsartig eingestuft wird, kann die Steuereinheit 310 den Laser so steuern, dass er einen Laserstrahl abgibt, der das krebsartige Gewebe entfernen kann. Wie in der zweiten Abbildung dargestellt, handelt es sich bei der Materialabtragungsvorrichtung 501 um einen Nd:YAG-Laser. Wie bereits erwähnt, identifiziert der Rückkopplungsanalysator 121 das Gewebe an der In-vivo-Stelle anhand von Formen, Peakpositionen oder anderen Eigenschaften der Spektren als krebsartig. Daher steuert die automatische Steuerung 310 bei 1016 in der zweiten Abbildung automatisch die Materialentfernungsvorrichtung 501, um einen Laserstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge (z. B. 1064 nm) zu emittieren, um das krebsartige Gewebe im in-vivo Zielgebiet 500 zu entfernen. Nach Abschluss von 1018 ist das Verfahren 1000 beendet. Alternativ können die Vorgänge 1002-1018 iterativ durchgeführt werden, bis ein Behandlungseffekt erreicht ist (z. B. wenn ein Nierenstein vollständig zertrümmert oder abgestaubt ist).
  • Wie bereits erläutert, kann die Lichtquelle so gesteuert werden, dass sie Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet. Ein oder mehrere optische Filter können verwendet werden, um die erfassten Fluoreszenzsignale zu filtern, beispielsweise um die Verwendung eines einzigen oder gemeinsamen Lichtimpulses zu ermöglichen. Beispielsweise können optische Filtertechniken verwendet werden, um Wellenlängen zu filtern, die mit der zweiten und dritten Wellenlänge verbunden sind, wodurch nur die Übertragung von Fluoreszenzsignalen ermöglicht wird, die mit der ersten Wellenlänge verbunden sind. Ebenso können optische Filtertechniken verwendet werden, um Wellenlängen zu filtern, die mit der ersten und der dritten Wellenlänge verbunden sind, wodurch nur die Übertragung von Fluoreszenzsignalen ermöglicht wird, die mit der ersten Wellenlänge verbunden sind. Darüber hinaus können optische Filtertechniken verwendet werden, um Wellenlängen zu filtern, die der ersten und zweiten Wellenlänge zugeordnet sind, wodurch nur die Übertragung von Fluoreszenzsignalen ermöglicht wird, die der dritten Wellenlänge zugeordnet sind. Daher kann eine Lichtquelle Licht mit der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge emittieren, und optische Filtertechniken können verwendet werden, um Fluoreszenzsignale zu filtern, die mit jeder der ersten, zweiten und dritten Wellenlängen verbunden sind. Darüber hinaus kann auf der Grundlage der gefilterten Wellenlängen ein Spektrum zusammen mit einer auf dem Spektrum basierenden Charakteristik bestimmt werden, um eine Behandlungsvorrichtung, wie oben beschrieben, zu steuern. Zum Beispiel kann Hardware, wie ein Wellenlängenfilter, verwendet werden, um Fluoreszenzsignale zu filtern, die mit jeder der ersten, zweiten und dritten Wellenlängen verbunden sind. Darüber hinaus kann eine Hardwarevorrichtung mit einer Software programmiert werden, die die Hardware mit der Funktionalität ausstattet, Fluoreszenzsignale zu filtern, die mit jeder der ersten, zweiten und dritten Wellenlängen verbunden sind.
  • Das Verfahren 1000 kann während eines ersten Zeitraums durchgeführt werden, in dem ein Merkmal am in-vivo Zielgebiet 500 bestimmt wird und die Materialabtragsvorrichtung 501 auf der Grundlage der Bestimmung in Echtzeit gesteuert wird. Während eines zweiten Zeitraums kann das Verfahren 1000 wiederholt werden, wobei ein Merkmal am in-vivo Zielgebiet 500 ermittelt wird und die Materialabtragsvorrichtung 501 auf der Grundlage der Ermittlung in Echtzeit gesteuert werden kann. Die ermittelte Eigenschaft kann sich zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitraum ändern. Der Laser kann in Echtzeit auf der Grundlage der Änderung oder auf der Grundlage der Ermittlung des Merkmals während des zweiten Zeitraums gesteuert werden.
  • Beispielsweise kann der Laser durch eine zweite Einstellung gesteuert werden, um einen oder mehrere Laserparameter eines Lasers anzupassen, wie z. B. die Energie des Laserpulses, die Pulsfrequenz, die Laserleistung und einen Pulsmodus. Der nach dem ersten Mal eingestellte Parameter kann ein anderer Parameter sein als der nach dem zweiten Parameter eingestellte Parameter, wie oben erläutert.
  • Echtzeit-Steuerung einzelner Lasermodule auf der Grundlage der Zielcharakteristik
  • Ein System zur Durchführung eines medizinischen Verfahrens (z. B. Ablation eines Ziels) an einem Zielgebiet wird jetzt beschrieben. Das System kann mehrere Lasermodule mit unterschiedlichen Wellenlängen der Lichtemissionen umfassen. Ein Steuergerät kann so eingerichtet werden, dass es die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Lasermodule steuert, z. B. auf der Grundlage einer oder mehrerer Eigenschaften des Ziels. Das Fluoreszenz-Antwortlicht des Zielgebiets als Reaktion auf die Beleuchtung durch eines oder mehrere der Lasermodule kann verwendet werden, um ein Merkmal des Zielgebiets zu bestimmen. Ein Rückkopplungsanalysator kann zur Bestimmung eines Spektrums des emittierten Fluoreszenzantwortsignals verwendet werden, um eine Eigenschaft des Ziels zu bestimmen.
  • Die unterschiedlichen Wellenlängen, die von den verschiedenen Lasermodulen ausgesendet werden, können unterschiedliche Eindringtiefen in den Körper haben und/oder unterschiedliche Arten von Zielen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit entfernen. Durch die selektive Aktivierung und/oder Deaktivierung eines oder mehrerer Lasermodule auf der Grundlage der definierten Merkmale des Ziels an der In-vivo-Stelle kann daher die Behandlungswirkung des Ziels an der In-vivo-Stelle angepasst oder optimiert werden. Das von den selektiv aktivierten Lasermodulen emittierte Licht kann auf einen Laserlichtkombinierer gerichtet werden. Der Laserlichtkombinierer kann das Licht von einem Ausgang jedes aktivierten Lasermoduls kombinieren und den kombinierten Ausgang auf das in-vivo Zielgebiet richten (z. B. über einen optischen Durchgang). Die vom Kombinierer abgegebene Lichtenergie kann zur Ablation eines Ziels im in-vivo Zielgebiet verwendet werden. So kann das Steuergerät anhand der Merkmale des Gewebes im in-vivo Zielgebiet, die vor oder während des Laserverfahrens erfasst werden können, steuern, welches der Lasermodule Licht emittieren soll. Zu einem ersten Zeitpunkt kann das Steuergerät eine erste Kombination von Lasermodulen aktivieren, um Licht auf der Grundlage der Merkmale des Ziels im in-vivo Zielgebiet zu emittieren, die vom Rückkopplungsanalysator zum ersten Zeitpunkt (der vor oder während des Laserverfahrens liegen kann) ermittelt wurden. Zu einem späteren zweiten Zeitpunkt kann das Steuergerät eine zweite Kombination von Lasermodulen - die sich von der ersten Kombination von Lasermodulen unterscheiden kann - ansteuern, um Licht auf der Grundlage einer Änderung (oder eines geänderten) Merkmals des Ziels im in-vivo Zielgebiet zu emittieren, wie es durch den Rückkopplungsanalysator zum zweiten Zeitpunkt bestimmt werden kann.
  • zeigt ein Beispiel für die Komponenten der Plattform 104 in größerem Detail. Die Plattform 104 kann eine optische Komponente 1300 enthalten, die optisch mit den jeweiligen Ausgängen der Lasermodule 1302-1306 gekoppelt werden kann. Beispielsweise kann die optische Komponente 1300 einen optischen Kombinator umfassen, der das von den Lasermodulen 1302-1306 ausgegebene Licht kombinieren kann. Die Plattform 104 kann auch die Lichtquelle 202 zusammen mit dem Rückkopplungsanalysator 121 und dem Controller 310 enthalten.
  • Die Lasermodule 1302-1306 können ähnlich sein wie die oben beschriebene Materialvorrichtung 501, z. B. können sie einen Thulium-Faserlaser, einen YAG oder einen Holmium:YAG enthalten. Die Steuereinheit 310 kann einzelne der Lasermodule 1302-1306 steuern, z. B. auf der Grundlage einer Abtragtiefe des Ziels oder anderer Merkmale eines Ziels. Die Steuereinheit 310 kann eine Kombination der Lasermodule 1302-1306 aktivieren und eine Kombination der Lasermodule 1302-1306 deaktivieren, z. B. auf der Grundlage einer Ablationstiefe oder einer anderen Eigenschaft des Ziels. Dies kann in Beispielen hilfreich sein, in denen einzelne der Lasermodule 1302-1306 Gewebe am Ziel mit unterschiedlichen Raten abtragen können.
  • Jedes der Lasermodule 1302-1306 kann optisch mit der optischen Komponente 1300 gekoppelt werden, z. B. über optische Fasern 1324-1328, die der oben beschriebenen optischen Faser 204 ähnlich sein können. Die optische Komponente 1300 kann den Laserausgang von jedem der Lasermodule 1302-1306 kombinieren. Die optischen Fasern 1314-1318 können an der optischen Komponente 1300 zusammengekoppelt werden, die mit dem Rückkopplungsanalysator 121 kombiniert werden kann, wie in der Plattform 104 in gezeigt.
  • zeigt ein Beispiel, bei dem die optische Komponente 1300 eine optische Baugruppe 1401 umfassen kann. Hier kann die optische Komponente 1300 erste dichroitische Spiegel 1400 umfassen, die in einem schrägen Winkel, z. B. 45°, relativ zu den Laserausgangsstrahlwegen 1402-1406 angeordnet sind, die von jedem der Lasermodule 1302-1306 empfangen werden. Einzelne der ersten dichroitischen Spiegel 1400 können Licht aus den Laserstrahlengängen 1402-1406, die von jedem der Lasermodule 1302-1306 emittiert werden, in Richtung oder entlang des optischen Weges 126 reflektieren, um so einen kombinierten Laserstrahl 1410 über die dichroitischen Spiegel 1400 zu bilden. Außerdem kann die Linse 1408 den kombinierten Laserstrahl 1410 von den Lasermodulen 1302-1306 in Richtung oder entlang des optischen Pfades 126 fokussieren. Der kombinierte Laserstrahl 1410 kann eine beliebige Kombination der Laserstrahlen 1402-1406 enthalten, z. B. nur den Laserstrahl 1402, nur den Laserstrahl 1404 oder nur den Laserstrahl 1406. Darüber hinaus kann der kombinierte Laserstrahl 1410 eine Kombination aus dem Laserstrahl 1402 und 1404, eine Kombination aus den Laserstrahlen 1402 und 1406 oder eine Kombination aus den Laserstrahlen 1404 und 1406 enthalten. Die optische Komponente 1300 kann auch Linsen 1412, 1414, 1416, 1418 enthalten, die so angeordnet sein können, dass sie die Laserstrahlen 1402-1406 auf die ersten dichroitischen Spiegel 1400 richten.
  • Darüber hinaus kann die optische Komponente 1300 auch ein Fluoreszenzantwortsignal 1418 vom in-vivo Zielgebiet an den Rückkopplungsanalysator 121 liefern, wie oben in ähnlicher Weise beschrieben. Das Fluoreszenzantwortsignal 1418 kann der optischen Komponente 1300 vom Endoskop 102 über den optischen Pfad 126 zugeführt werden. Das Fluoreszenzsignal 1418 kann durch eine Linse 1408 auf einen zweiten dichroitischen Spiegel 1420 fokussiert oder anderweitig gerichtet werden. Der zweite dichroitische Spiegel 1420 kann in einem schrägen Winkel, z. B. 45°, relativ zur Linse 1408 und/oder dem Rückkopplungsanalysator 121 (in nicht dargestellt) angeordnet sein. Hier befindet sich die dichroitische Linse 1420 in einem Pfad des Fluoreszenzsignals 1418 und kann das Fluoreszenzsignal 1418 auf den Photodetektor 208 und/oder den Rückkopplungsanalysator 121 lenken, beispielsweise zur Bestimmung einer Gewebezusammensetzung in einem vom kombinierten Laserstrahl 1410 beleuchteten in-vivo Zielgebiet, wie oben in Bezug auf die 4 und 10 erläutert.
  • zeigt ein Beispiel für Teile eines Verfahrens 1500 zur Steuerung eines Systems zur Entfernung von Gewebe aus einem Zielgebiet, z. B. in Echtzeit. Bei 1502 kann während eines Ablationsverfahrens zunächst Gewebe aus einem Zielgebiet entfernt werden. Bei dem Gewebe kann es sich um weiches oder hartes Gewebe handeln, z. B. um Nierensteine. Ein Lasermodul oder eine beliebige Kombination der Lasermodule 1302-1304 kann eine Laserquelle sein und einen Laserstrahl erzeugen, der zur Ablation von Gewebe aus einem Zielgebiet verwendet werden kann, z. B. Gewebe aus einem krebsartigen in-vivo Zielgebiet oder ein Nierenstein an einem in-vivo Zielgebiet. Ein Lasermodul oder eine beliebige Kombination der Lasermodule 1302-1304 kann vom Arzt je nach Art des aus einem in-vivo Zielgebiet zu entfernenden Gewebes ausgewählt werden.
  • Bei 1504 kann nach einer ersten Zeitspanne ein erstes Merkmal des Zielgebiets ermittelt werden. Während der Entfernung von Gewebe aus dem Zielgebiet bei 1502 kann sich die Ablationstiefe oder eine andere Eigenschaft des entfernten Gewebes ändern. Beispielsweise kann während eines ersten Zeitraums stark vaskuläres Gewebe entfernt werden, so dass weniger vaskuläres Gewebe zu entfernen ist, was von der Verwendung verschiedener Lichtwellenlängen profitieren kann, die bei der Entfernung verschiedener Gewebetypen effizienter sind. Darüber hinaus können verschiedene Wellenlängen unterschiedliche Eindringtiefen haben. Beispielsweise kann ein Nd:YAG-Laser, der Licht mit einer Wellenlänge von 1064 nm emittiert, stark vaskuläres Gewebe effizient entfernen. Licht mit dieser Wellenlänge kann jedoch weniger geeignet sein, um weniger vaskuläres Gewebe zu entfernen. Stattdessen können ultraviolett sichtbare (UV-VIS) GaN emittierende Halbleiterlaser mit einer Emission im Bereich von 515-520 nm oder UV-VIS Inx Ga1-x N emittierende Halbleiterlaser mit einer Emission im Bereich von 370-493 nm weniger vaskuläres Gewebe effizient entfernen.
  • Bei 1506 kann eine Vielzahl von Lasermodulen von der Steuereinheit 310 so gesteuert werden, dass sie auf der Grundlage der bei 1504 bestimmten ersten Eigenschaft Licht mit einer ersten Wellenlänge emittieren. Wenn sich also bei 1504 eine Eigenschaft des Zielgebiets geändert hat, kann bei 1506 die Lichtabgabe von mehreren Lasermodulen so gesteuert werden, dass das emittierte Licht eine erste Wellenlänge hat, um Gewebe effizienter oder kontrollierbarer zu entfernen.
  • Bei 1508 kann mit dem emittierten Licht der ersten Wellenlänge Gewebe aus dem Zielgebiet entfernt werden, z. B. durch Steuerung der Lichtleistung der mehreren Lasermodule bei 1506.
  • zeigt eine „dritte Darstellung“, in der die optische Komponente 1300 bei 1502 Lichtstrahlen 1600 in Richtung eines in-vivo Zielgebiets 1602 aussendet, das eine stark vaskuläre Oberfläche aufweist. Dementsprechend haben die Lichtstrahlen 1600 eine anfängliche Wellenlänge von 1064 nm, wie sie von dem allein arbeitenden Lasermodul 1302 emittiert werden kann, während sich die Lasermodule 1304 und 1306 in einem ausgeschalteten Zustand befinden.
  • zeigt dieselbe „dritte Darstellung“, in der ein erstes Merkmal des in-vivo Zielgebiets 1602 bei 1504 durch Aussenden von gepulstem Licht 1700 von der Lichtquelle 202 auf eine Oberfläche 1702 des in-vivo Zielgebiets 1602 bestimmt werden kann, beispielsweise nach einer ersten Zeitspanne der Ablation am in-vivo Zielgebiet 1602, ähnlich wie oben bei 402 und beschrieben.
  • zeigt dieselbe „dritte Darstellung“, in der bei 1504 die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 absorbierte Energie zur Emission eines Fluoreszenzantwortsignals 1802 von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets führt. Die Fluoreszenzsignale 1802 können über den optischen Pfad 209 an den Feedback-Analysator 121 übertragen werden. Der Rückkopplungsanalysator 121 kann ein erstes Merkmal bestimmen, z. B. dass das Gewebe an der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 eine geringe Vaskularität aufweist, wie in ähnlicher Weise oben unter 406 und 408 beschrieben. Da sich die Vaskularität des in-vivo Zielgebiets 1602 während des ersten Zeitraums der Ablation geändert hat, kann die Lasersteuerung 310 das von der optischen Komponente 1300 emittierte Licht so einstellen, dass Licht mit einer Wellenlänge von 532 nm emittiert wird, wenn ein grüner Nd:YAG-Laser verwendet wird, um weniger vaskuläres Gewebe effizienter oder anderweitig besser geeignet zu entfernen. Bei 1506 kann die Lasersteuerung 310 das von der optischen Komponente 1300 emittierte Licht als Reaktion auf die geänderte Gewebezusammensetzung am in-vivo Zielgebiet 1602 in Echtzeit einrichten, beispielsweise durch Deaktivieren des Lasermoduls 1302 und Aktivieren der Lasermodule 1304 und 1306, und bei 1508 diese geänderte Konfiguration verwenden, um Licht zur Entfernung von Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet 1602 abzugeben.
  • Weitere Laser, die zur Entfernung von Gefäßgewebe eingesetzt werden können, sind in Tabelle I aufgeführt: Tabelle I
    Laser Wellenlänge λ (nm) Abs orptionsko effizient µa (cm-1) Optische Eindringtiefe δ (µm)
    Thulium fiber laser: 1908 88/150 114/67
    Thulium fiber laser: 1940 120/135 83 J 75
    Thulium:YAG: 2010 62/60 161/167
    Holmium:YAG: 2120 24/24 417/1417
    Erbium: YAG: 2940 12.000 / 1.000 1/10
  • Bei 1510 in wird ein zweites Merkmal des in-vivo Zielgebiets während oder nach der Entfernung von Gewebe mit geringer Vaskularität aus dem in-vivo Zielgebiet während eines zweiten Zeitraums bei 1508 identifiziert, was die Charakteristik des entfernten Gewebes ändern kann, z. B. wenn wieder stärker vaskuläres Gewebe angetroffen wird. Das zweite Merkmal des Gewebes im in-vivo Zielgebiet kann ähnlich wie oben in den Punkten 402-408 von beschrieben bestimmt werden.
  • Bei 1512 kann eine Vielzahl von Lasermodulen gesteuert werden, indem eine zweite Kombination der Vielzahl von Lasermodulen aktiviert wird, um Licht mit der zweiten Wellenlänge auf der Grundlage des zweiten Merkmals zu emittieren, z. B. durch Aktivieren und/oder Deaktivieren geeigneter Lasermodule, um Licht zu erzeugen, das Gewebe effizienter oder auf andere Weise geeigneter entfernt. Anschließend kann bei 1514 Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet mit Hilfe des emittierten Lichts mit der zweiten Wellenlänge entfernt werden.
  • Bei 1510 kann ein zweites Merkmal des in-vivo Zielgebiets 1602 bestimmt werden, indem gepulstes Licht 1704 von der Lichtquelle 202 auf die Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 abgestrahlt wird, wie in dargestellt. Das gepulste Licht 1704 kann nach einer zweiten Zeitspanne emittiert werden, in der die Lichtstrahlen 1604 in Richtung des in-vivo Zielgebiets 1602 emittiert werden, ähnlich wie oben bei 402 und 5 beschrieben. Die absorbierte Reaktion kann zu einem emittierten Fluoreszenzsignal 1806 mit einer Emissionswellenlänge führen, die auf die Beleuchtungsenergie 1804 reagiert. Das Fluoreszenzsignal 1806 kann über den optischen Pfad 209 an den Feedback-Analysator 121 übertragen werden. Der Rückkopplungsanalysator 121 kann ein zweites Merkmal an der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 bestimmen, das nun eine hohe Vaskularität aufweist, wie oben unter 406 und 408 beschrieben.
  • Da sich die Vaskularität des in-vivo Zielgebiets 1602 während des zweiten Zeitraums, in dem das in-vivo Zielgebiet 1602 den Lichtstrahlen 1604 ausgesetzt war, verändert hat, passt die Lasersteuerung 310 (z.B. während des Verfahrens oder sogar in Echtzeit) das von der optischen Komponente 1300 in Richtung des Zielgebiets 1602 emittierte Licht so an, dass es für die Entfernung von hochvaskulärem Gewebe besser geeignet oder effizienter ist. So kann die Lasersteuerung 310 bei 1512 das von der optischen Komponente 1300 abgestrahlte Licht durch Aktivieren des Lasermoduls 1302 und Deaktivieren der Lasermodule 1304 und 1306 einstellen. Sobald die Lasersteuerung 310 das Lasermodul 1302 aktiviert und die Lasermodule 1304 und 1306 deaktiviert hat, kann um 1514 Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet 1602 mit den vom Lasermodul 1302 emittierten Lichtstrahlen 1606 entfernt werden, wie in dargestellt.
  • Um 1516 wird ein drittes Merkmal des in-vivo Zielgebiets ermittelt. Bei 1514 kann sich bei der Entfernung von Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet während einer dritten Zeitspanne die Eigenschaft des zu entfernenden Gewebes ändern. Während der dritten Zeitspanne kann vaskuläres Gewebe mit hoher Vaskularität entfernt werden. Nach der dritten Zeitspanne können die Laserstrahlen, die auf das in-vivo Zielgebiet einwirken, jedoch Gewebe mit hoher Vaskularität entfernt haben, so dass nun Gewebe mit geringer Vaskularität entfernt wird. Bei 1512 wird ein Merkmal des in-vivo Zielgebiets nach einer dritten Zeitspanne bestimmt. Das dritte Merkmal des Gewebes im in-vivo Zielgebiet kann wie in und beschrieben bestimmt werden.
  • Bei 1518 wird eine Vielzahl von Lasermodulen so gesteuert, dass sie auf der Grundlage des dritten Merkmals Licht mit einer dritten Wellenlänge emittieren. Dies kann die Aktivierung einer dritten Kombination der Vielzahl von Lasermodulen beinhalten, um Licht mit der dritten Wellenlänge zu emittieren. Dementsprechend kann, wenn bei 1516 festgestellt wird, dass sich eine Eigenschaft des in-vivo Zielgebiets geändert hat, bei 1518 die Lichtabgabe von mehreren Lasermodulen so gesteuert werden, dass das emittierte Licht mit der dritten Wellenlänge effizienter oder auf andere Weise geeigneter Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet mit emittiertem Licht mit der dritten Wellenlänge entfernen kann.
  • Bei 1516 kann ein drittes Merkmal des in-vivo Zielgebiets 1602 durch Aussenden von gepulstem Licht 1706 von der Lichtquelle 202 auf die Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 identifiziert werden, wie in gezeigt. Das gepulste Licht 1706 kann nach einer dritten Zeitspanne emittiert werden, in der die Lichtstrahlen 1606 in Richtung des in-vivo Zielgebiets 1602 ausgesendet werden, ähnlich wie oben in 402 und in 5 beschrieben.
  • Als Reaktion auf die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 absorbierte Energie 1808 können Fluoreszenzantwortsignale 1810 von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 emittiert und über den optischen Pfad 209 an den Feedback-Analysator 121 übertragen werden. Der Feedback-Analysator 121 kann ein drittes Merkmal bestimmen, bei dem das Gewebe an der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 nun eine geringe Vaskularität aufweist, wie oben unter 406 und 408 beschrieben.
  • Da sich die Vaskularität des in-vivo Zielgebiets 1602 während des dritten Zeitraums, in dem das in-vivo Zielgebiet 1602 den Lichtstrahlen 1606 ausgesetzt war, verändert hat, passt die Lasersteuerung 310 das von der optischen Komponente 1300 emittierte Licht an, beispielsweise in Echtzeit als Reaktion auf die veränderten Eigenschaften des in-vivo Zielgebiets 1702. Dabei kann das vom Lasermodul 1306 emittierte Licht so ausgewählt werden, dass das Gewebe an der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 effizient entfernt wird. So kann die Lasersteuerung 310 das von der optischen Komponente 1300 emittierte Licht einstellen, indem sie das Lasermodul 1302 und das Lasermodul 1304 deaktiviert und das Lasermodul 1306 während 1518 aktiviert. Sobald die Lasersteuerung 310 das Lasermodul 1306 aktiviert und die Lasermodule 1302 und 1304 deaktiviert hat, kann bei 1520 mit den vom Lasermodul 1306 emittierten Lichtstrahlen Gewebe aus dem in-vivo Zielgebiet 1602 entfernt werden.
  • In den bezieht sich das Merkmal auf die Vaskularität des Gewebes und die Anpassung des von der optischen Komponente 1300 emittierten Lichts als Reaktion auf die identifizierte Vaskularität. Die Merkmale des Gewebes sind nicht auf die Vaskularität des Gewebes beschränkt. Andere Beispiele können die Anwendung auf Nieren-, Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteine umfassen, wobei die Lasermodule 1302-1306 Nieren-, Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteine abtragen und sich das Merkmal auf das Merkmal der abgetragenen Nieren-, Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteine, das Vorhandensein von Nieren-, Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteinen und dergleichen bezieht. Die Beispiele können sich auch auf andere In-vivo-Verfahren beziehen, bei denen Lasermodule eingesetzt werden, z. B. zur Verdampfung von Gewebe, wie bei der Behandlung von BPH.
  • zeigt ein Beispiel für Teile eines Verfahrens 1900 zur Steuerung eines Systems, das eine Vielzahl von Lasermodulen zur Behandlung eines Zielgebiets umfasst. Bei 1902 kann ein Signal von einem Zielgebiet analysiert werden, um z. B. ein Merkmal des Zielgebiets zu bestimmen, wie oben beschrieben. Das Signal kann einer Tiefe des Ziels entsprechen. Wie oben beschrieben, kann das Merkmal einen Typ, ein Material, eine Zusammensetzung, ein Zusammensetzungsprofil, eine Struktur, eine Härte oder Ähnliches des Zielgebiets umfassen. Das Zielgebiet kann analysiert und das Merkmal bestimmt werden, wie oben unter Bezugnahme auf 4 und das Verfahren 400 sowie auf 12 und das Verfahren 1200 beschrieben.
  • Nachdem das Signal vom Zielgebiet analysiert wurde, um eine mit dem Zielgebiet verbundene Eigenschaft zu bestimmen, kann bei 1904 mindestens ein Lasermodul aus der Vielzahl der Lasermodule selektiv aktiviert werden, um einen Behandlungseffekt am Zielgebiet zu optimieren. Entweder die Lasersteuerung 310, die Steuerung 310 oder der Rückkopplungsanalysator 121 können selektiv eine bestimmte Gruppe von einem oder mehreren Lasermodulen aktivieren.
  • Die und zeigen eine vierte Darstellung, in der das gepulste Licht 1700 in ähnlicher Weise wie in 402 zusammen mit der ersten Darstellung und emittiert wird. Die von der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 absorbierte Energie 1800 kann, wie oben beschrieben, als Fluoreszenzsignal 1802 emittiert werden. Bei 1902, sobald die Fluoreszenzsignale 1802 an den Rückkopplungsanalysator 121 übertragen werden, kann der Rückkopplungsanalysator 121 ein erstes Merkmal bestimmen, bei dem das Gewebe an der Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 eine hohe Vaskularität aufweist, wie oben bei 406 und 408 beschrieben.
  • Bei 1904 kann die Lasersteuerung 310 als Reaktion auf die Feststellung, dass die Oberfläche des in-vivo Zielgebiets 1702 eine hohe Vaskularität aufweist, das Lasermodul 1302 so steuern, dass es Lichtstrahlen bei 1064 nm aussendet. Somit ist nur das Lasermodul 1302 aktiviert und strahlt während des Vorgangs 1904 Licht aus, während die Lasermodule 1304 und 1306 in einem ausgeschalteten Zustand deaktiviert bleiben.
  • Bei 1906 kann eine optische Komponente das von dem selektiv aktivierten mindestens einen Lasermodul emittierte Licht empfangen. zeigt ein Beispiel dafür, wie das optische Bauteil 1300 bei 1906 das von den Lasermodulen 1302-1306 emittierte Licht empfangen kann. Wenn hier nur das Lasermodul 1302 aktiviert ist und Licht emittiert, während die Lasermodule 1304 und 1306 deaktiviert sind und kein Licht emittieren, dann empfängt das optische Bauteil 1300 während des Vorgangs 1906 nur Licht vom Lasermodul 1302. Wenn außerdem nur die Lasermodule 1304 und 1306 aktiviert sind und Licht emittieren, während das Lasermodul 1302 deaktiviert ist und kein Licht emittiert, dann empfängt die optische Komponente 1300 während des Vorgangs 1906 nur Licht von den Lasermodulen 1304 und 1306.
  • Optional kann die optische Komponente bei 1908 das von dem selektiv aktivierten mindestens einen der mehreren Lasermodule empfangene Licht kombinieren. Wenn zum Beispiel die Lasermodule 1304 und 1306 aktiviert sind und Licht emittieren, während das Lasermodul 1302 deaktiviert ist und kein Licht emittiert, dann kombiniert die optische Komponente 1300 das von den Lasermodulen 1304 und 1306 empfangene Licht während des Vorgangs 1908. Alternativ, wenn nur das Lasermodul 1302 aktiviert ist und Licht emittiert, während die Lasermodule 1304 und 1306 deaktiviert sind und kein Licht emittieren, dann wird die optische Komponente 1300 den Vorgang 1908 nicht durchführen, da die optische Komponente 1300 nur Licht von einer einzigen Lichtquelle empfängt.
  • Nachdem entweder die optische Komponente das von dem aktivierten Lasermodul ausgestrahlte Licht bei 1906 empfangen oder die optische Komponente das empfangene Licht bei 1908 kombiniert hat, wird das empfangene oder kombinierte Licht bei 1910 auf das Zielgebiet gerichtet.
  • In der vierten Abbildung strahlt, wie oben erwähnt, nur das Lasermodul 1302 Licht aus, während die Lasermodule 1304 und 1306 ausgeschaltet bleiben. Somit empfängt die optische Komponente 1300 bei 1906 Licht vom Lasermodul 1302. Da die optische Komponente 1300 nur Licht vom Lasermodul 1302 empfängt, wird 1908 nicht ausgeführt, und stattdessen kann die optische Komponente 1300 bei 1910 von der Steuereinheit 310 gesteuert werden, um das Licht vom Lasermodul 1302 auf das in-vivo Zielgebiet 1602 zu richten.
  • Das Verfahren 1900 kann kontinuierlich durchgeführt werden. Zu einem Zeitpunkt T1 bestimmt der Rückkopplungsanalysator 121 ein Merkmal eines Zielgebiets bei 1902 und die Steuereinheit 310 aktiviert und steuert das Lasermodul 1302 zur Behandlung des Zielgebiets bei 1906 und 1910. Zu einem Zeitpunkt T2 bestimmt der Rückkopplungsanalysator 121 ein Merkmal desselben Zielgebiets bei 1902 und die Steuereinheit 310 deaktiviert das Lasermodul 1302 und aktiviert die Lasermodule 1304 und 1306. Außerdem kann die optische Komponente 1300 zum Zeitpunkt T2 Licht von den Lasermodulen 1304 und 1306 bei 1906 empfangen und bei 1908 das empfangene Licht kombinieren. Darüber hinaus kann das kombinierte Licht zum Zeitpunkt 1910 auf das Zielgebiet gerichtet werden. Dies kann für die folgenden Zeitpunkte T3 bis TN wiederholt werden.
  • Wie bereits erwähnt, kann das Signal nicht nur einer Eigenschaft des Ziels entsprechen, sondern auch einer Tiefe des Ziels. Während der Behandlung kann das von den Lasermodulen emittierte Licht zu stark absorbiert werden, was zu einer Verkohlung des Gewebes im Zielgebiet führt. Dies kann der Fall sein, wenn der Behandler zu tief in das Zielgebiet eingedrungen ist. Bei 1902 kann der Rückkopplungsanalysator 121 das Signal analysieren, um die Tiefe der Gewebeabtragung im Zielgebiet zu bestimmen. Zu den Techniken, die zur Bestimmung der Tiefe eines Ziels verwendet werden können, gehört die Absorptionsspektroskopie zur Bestimmung des Absorptionskoeffizienten in einem breiteren Wellenlängenbereich (sichtbares Infrarot (VIS-IR)), der die Tiefe bestimmt, in der Licht einer bestimmten Wellenlänge das Ziel durchdringt. In diesem Fall kann die Steuereinheit 310 auf der Grundlage der analysierten Tiefe bei 1904 eines der Lasermodule 1302-1306 aktivieren und gegebenenfalls eines der Lasermodule 1302-1306 deaktivieren. Darüber hinaus können die Vorgänge 1906 und 1910 sowie gegebenenfalls der Vorgang 1908 durchgeführt werden.
  • Tiefeninformationen, die sich darauf beziehen, welches Lasermodul der Lasermodule 1302-1306 auf der Grundlage einer Zieltiefe aktiviert und deaktiviert werden sollte, können im Speicher des Controllers 310 gespeichert werden. Die Tiefeninformationen können Kombinationen der Lasermodule 1302-1306 identifizieren, die auf der Grundlage einer Tiefe des Ziels aktiviert und deaktiviert werden sollen. Zur weiteren Veranschaulichung: Bei einer ersten Tiefe sollte die Kombination aus den Lasermodulen 1302 und 1306 aktiviert werden, während das Lasermodul 1304 deaktiviert werden sollte. Bei einer zweiten Tiefe sollte die Kombination der Lasermodule 1304 und 1306 aktiviert werden, während das Lasermodul 1302 deaktiviert werden sollte. Die Tiefeninformationen darüber, welche Kombination der Lasermodule 1302-1306 aktiviert und welche Kombination der Lasermodule 1302-1306 deaktiviert werden soll, können vor Beginn eines Verfahrens im Speicher des Steuergeräts 310 abgelegt werden.
  • In Bezug auf die 15-19 und die Methoden 1500 und 1900 sowie die dritte und vierte Abbildung kann, da verschiedene Lasermodule der Lasermodule 1302-1306 Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, das unterschiedliche Eindringtiefen haben und verschiedene Arten von Zielen mit unterschiedlichen Raten entfernen kann, durch selektive Aktivierung und Deaktivierung der Lasermodule 1302-1306 ein Behandlungseffekt eines Ziels in einem Zielgebiet optimiert oder anderweitig angepasst werden.
  • 20 zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels für ein computergestütztes klinisches Entscheidungsunterstützungssystem (CDSS) 2000, das so eingerichtet werden kann, dass es eine Vielzahl von Lasern in Echtzeit auf der Grundlage der Bestimmung sich ändernder Gewebezusammensetzungen an einer In-vivo-Stelle steuert. Das CDSS 2000 kann eine Eingabeschnittstelle 2002 umfassen, über die einem Gewebe an einer In-vivo-Stelle zugeordnete Spektren, die für einen Patienten spezifisch sind, als Eingabemerkmale für ein Modell der künstlichen Intelligenz (KI) 2004 bereitgestellt werden, wobei in Verbindung mit einem Prozessor 2006 eine Zusammensetzung des Gewebes an der In-vivo-Stelle ausgegeben wird. Eine Inferenzoperation, bei der die mit dem Gewebe an einer In-vivo-Stelle verbundenen Spektren auf das KI-Modell angewendet werden können, um eine Ausgabe 2008 zu erzeugen, die die Zusammensetzung des Gewebes an der In-vivo-Stelle beschreibt, und eine Benutzerschnittstelle (UI), über die die Zusammensetzung des Gewebes an der In-vivo-Stelle einem Benutzer, z. B. einem Kliniker, mitgeteilt wird.
  • Die Eingabeschnittstelle 1902 kann dem KI-Modell 2004 auch eine Gewebezusammensetzung liefern, wobei in Verbindung mit dem Prozessor 1906 eine Kombination von Lasermodulen ausgegeben wird, die zur Entfernung des Gewebes auf der Grundlage der Gewebezusammensetzung verwendet werden soll. Eine Inferenzoperation, bei der die Gewebezusammensetzung auf das KI-Modell angewendet werden kann, um eine Ausgabe zu erzeugen, die eine Kombination von Lasermodulen beschreibt, die zur Entfernung von Gewebe mit der Gewebezusammensetzung verwendet werden soll. In einigen Beispielen kann eine Benutzeroberfläche verwendet werden, um die Lasermodulkombination an einen Benutzer, z. B. einen Arzt, zu übermitteln.
  • Die Eingabeschnittstelle 2002 kann eine direkte Datenverbindung zwischen dem CDSS 2000 und einem oder mehreren medizinischen Geräten, wie z. B. dem Endoskop 102, enthalten, die zumindest einige der Eingangsmerkmale erzeugen. Die Eingabeschnittstelle 2002 kann während eines therapeutischen und/oder diagnostischen medizinischen Verfahrens Spektren, die mit Gewebe in einem in-vivo Zielgebiet verbunden sind, direkt an das CDSS 2000 übertragen. Die Eingabeschnittstelle kann während eines therapeutischen und/oder diagnostischen medizinischen Verfahrens eine Gewebezusammensetzung, die mit einem in-vivo Zielgebiet assoziiert ist, direkt an das CDSS 2000 übermitteln.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Eingabeschnittstelle 2002 eine Benutzerschnittstelle enthalten, die die Interaktion zwischen einem Benutzer und dem CDSS 2000 erleichtert. Zur weiteren Veranschaulichung kann die Eingabeschnittstelle 2002 eine Benutzerschnittstelle bereitstellen, über die der Benutzer manuell Spektren eingeben kann, die mit Gewebe an einer In-vivo-Stelle verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ kann die Eingabeschnittstelle 2002 dem CDSS 2000 den Zugang zu einer elektronischen Patientenakte ermöglichen, aus der ein oder mehrere Eingabemerkmale extrahiert werden können. In jedem dieser Fälle ist die Eingabeschnittstelle 2002 so eingerichtet, dass sie eines oder mehrere der folgenden Eingabemerkmale in Verbindung mit einem bestimmten Patienten zu oder vor einem Zeitpunkt erfasst, zu dem das CDSS 2000 verwendet wird, um eine Gewebezusammensetzung an einer In-vivo-Stelle zu bestimmen und eine Kombination von Lasermodulen bereitzustellen. Beispielsweise kann sich das erste Eingangsmerkmal bis zum nth Eingangsmerkmal auf Spektren beziehen, die mit Gewebe an einer In-vivo-Stelle zu verschiedenen Zeitintervallen verbunden sind. Zur weiteren Veranschaulichung kann sich das erste Eingangsmerkmal auf Spektren beziehen, die dem Gewebe an einer In-vivo-Stelle im ersten Zeitintervall zugeordnet sind, während sich das nth Eingangsmerkmal auf Spektren beziehen kann, die dem Gewebe an einer In-vivo-Stelle im nth Zeitintervall zugeordnet sind. In weiteren Beispielen kann sich das erste Eingabemerkmal bis zum nth Eingabemerkmal auf eine Gewebezusammensetzung beziehen, die dem Gewebe an einer In-vivo-Stelle in verschiedenen Zeitintervallen zugeordnet ist. Zur weiteren Veranschaulichung kann sich das erste Eingabemerkmal auf die Gewebezusammensetzung beziehen, die dem Gewebe an einer In-vivo-Stelle im ersten Zeitintervall zugeordnet ist, während sich das nth Eingabemerkmal auf die Gewebezusammensetzung beziehen kann, die dem Gewebe an einer In-vivo-Stelle im nth Zeitintervall zugeordnet ist.
  • Auf der Grundlage eines oder mehrerer der oben genannten Eingabemerkmale kann der Prozessor 2006 eine Inferenzoperation unter Verwendung des KI-Modells durchführen, um eine Zusammensetzung des Gewebes an der In-vivo-Stelle zu erzeugen und eine Kombination von Lasermodulen vorzuschlagen. Beispielsweise kann die Eingabeschnittstelle 2002 die Gewebezusammensetzung, die mit dem Gewebe an einer In-vivo-Stelle assoziiert ist, an eine Eingabeschicht des KI-Modells liefern, die diese Eingabemerkmale durch das KI-Modell an eine Ausgabeschicht weiterleitet. Das KI-Modell kann einem Computersystem die Fähigkeit verleihen, Aufgaben auszuführen, ohne explizit programmiert zu werden, indem es auf der Grundlage von Mustern, die bei der Analyse von Daten gefunden werden, Schlussfolgerungen zieht. Das KI-Modell befasst sich mit der Untersuchung und Konstruktion von Algorithmen (z. B. Algorithmen für maschinelles Lernen), die aus vorhandenen Daten lernen und Vorhersagen über neue Daten treffen können. Solche Algorithmen bauen ein KI-Modell anhand von Trainingsdaten auf, um datengestützte Vorhersagen oder Entscheidungen in Form von Ergebnissen oder Bewertungen zu treffen.
  • Zu den Modi des maschinellen Lernens (ML) gehören: überwachtes ML und unüberwachtes ML. Überwachtes maschinelles Lernen nutzt Vorwissen (z. B. Beispiele, die Eingaben mit Ausgaben oder Ergebnissen korrelieren), um die Beziehungen zwischen den Eingaben und den Ausgaben zu lernen. Das Ziel der überwachten ML ist es, eine Funktion zu erlernen, die bei gegebenen Trainingsdaten die Beziehung zwischen den Trainingsinputs und -outputs am besten annähert, so dass das ML-Modell dieselben Beziehungen implementieren kann, wenn ihm Inputs gegeben werden, um die entsprechenden Outputs zu erzeugen. Unüberwachte ML ist das Training eines ML-Algorithmus unter Verwendung von Informationen, die weder klassifiziert noch gekennzeichnet sind, und die es dem Algorithmus erlauben, auf diese Informationen ohne Anleitung zu reagieren. Unüberwachte ML ist bei der explorativen Analyse nützlich, da sie automatisch Strukturen in Daten erkennen kann.
  • Einige Aufgaben für überwachte ML sind Klassifizierungsprobleme und Regressionsprobleme. Klassifizierungsprobleme, die auch als Kategorisierungsprobleme bezeichnet werden, zielen auf die Klassifizierung von Objekten in eine von mehreren Kategorien ab (z. B. ist dieses Objekt ein Apfel oder eine Orange?). Regressionsalgorithmen zielen auf die Quantifizierung einiger Elemente ab (z. B. durch die Bereitstellung einer Punktzahl für den Wert einer Eingabe). Einige Beispiele für häufig verwendete überwachte MI,-Algorithmen sind logistische Regression (LR), Naive-Bayes, Random Forest (RF), neuronale Netze (NN), Deep Neural Networks (DNN), Matrixfaktorisierung und Support Vector Machines (SVM).
  • Zu den Aufgaben der unüberwachten ML gehören Clustering, Repräsentationslernen und Dichteschätzung. Einige Beispiele für unüberwachte ML-Algorithmen sind K-Means-Clustering, Hauptkomponentenanalyse und Autoencoder.
  • Eine andere Art des maschinellen Lernens ist das föderierte Lernen (auch bekannt als kollaboratives Lernen), bei dem ein Algorithmus auf mehreren dezentralen Geräten mit lokalen Daten trainiert wird, ohne dass die Daten ausgetauscht werden. Dieser Ansatz steht im Gegensatz zu zentralisierten Techniken des maschinellen Lernens, bei denen alle lokalen Datensätze auf einen Server hochgeladen werden, sowie zu dezentraleren Ansätzen, bei denen davon ausgegangen werden kann, dass die lokalen Datenproben identisch verteilt sind. Föderiertes Lernen ermöglicht es mehreren Akteuren, ein gemeinsames, robustes maschinelles Lernmodell zu erstellen, ohne Daten gemeinsam zu nutzen, wodurch kritische Fragen wie Datenschutz, Datensicherheit, Datenzugriffsrechte und Zugang zu heterogenen Daten gelöst werden können.
  • In einigen Beispielen kann das KI-Modell kontinuierlich oder periodisch trainiert werden, bevor der Prozessor 2006 eine Inferenzoperation durchführt. Während der Inferenzoperation können dann die patientenspezifischen Eingabemerkmale, die dem KI-Modell zur Verfügung gestellt werden, von einer Eingabeschicht durch eine oder mehrere versteckte Schichten und schließlich zu einer Ausgabeschicht weitergeleitet werden, die eine Ausgabe liefert, die der Zusammensetzung des Gewebes an der In-vivo-Stelle entspricht. Wenn die Ausgabeschicht eine Ausgabe erzeugt, die der Zusammensetzung des Gewebes an der In-vivo-Stelle entspricht, kann beispielsweise ein System, das zum Abtragen der In-vivo-Stelle verwendet wird, wie das Endoskop 102, die Plattform 104, die Lasersteuerung 122, die Lasersteuerung 310 oder der Laser 501, auf der Grundlage der Zusammensetzung eingestellt werden, um ein In-vivo-Verfahren durchzuführen.
  • Während und/oder im Anschluss an den Ableitungsvorgang kann die Zusammensetzung des Gewebes an der In-vivo-Stelle dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle (UI) mitgeteilt werden und/oder das Endoskop 102, die Plattform 104, die Lasersteuerung 122, die Lasersteuerung 310 oder den Laser 501 automatisch veranlassen, eine gewünschte Aktion, wie z. B. die Abtragung der In-vivo-Stelle, durchzuführen.
  • ist ein Blockdiagramm 2100, das ein Beispiel für Teile einer Softwarearchitektur 2102 zeigt, die auf einem oder mehreren der oben beschriebenen Geräte installiert werden kann. Die Software-Architektur 2102 kann durch Hardware wie eine Maschine 2200 implementiert werden, die Prozessoren 2210, Speicher 2230 und E/A-Komponenten 2250 umfasst. Die Software-Architektur 2102 kann einen Stapel von Schichten umfassen, wobei jede Schicht eine bestimmte Funktionalität bereitstellen kann. Beispielsweise umfasst die Softwarearchitektur 2102 Schichten wie ein Betriebssystem 2104, Bibliotheken 2106, Frameworks 2108 und Anwendungen 2110. Im Betrieb rufen die Anwendungen 2110 über den Softwarestapel API-Aufrufe 2112 (Application Programming Interface) auf und empfangen als Antwort auf die API-Aufrufe 2112 Nachrichten 2114.
  • Das Betriebssystem 2104 kann Hardwareressourcen verwalten und stellt allgemeine Dienste bereit. Das Betriebssystem 2104 kann einen Kernel 2120, Dienste 2122 und Treiber 2124 umfassen. Der Kernel 2120 kann als Abstraktionsschicht zwischen der Hardware und den anderen Softwareschichten fungieren. Der Kernel 2120 kann beispielsweise die Speicherverwaltung, die Prozessorverwaltung (z. B. Zeitplanung), die Komponentenverwaltung, die Vernetzung und die Sicherheitseinstellungen neben anderen Funktionen bereitstellen. Die Dienste 2122 können andere gemeinsame Dienste für die anderen Softwareschichten bereitstellen. Die Treiber 2124 können für die Steuerung der zugrundeliegenden Hardware zuständig sein oder eine Schnittstelle zu ihr bilden. Die Treiber 2124 können beispielsweise Anzeigetreiber, Kameratreiber, Bluetooth® -Treiber, Flash-Speicher-Treiber, serielle Kommunikationstreiber (z. B. Universal Serial Bus (USB)-Treiber), Wi-Fi® -Treiber, Audiotreiber, Energieverwaltungstreiber usw. umfassen.
  • In einigen Implementierungen bieten die Bibliotheken 2106 eine gemeinsame Low-Level-Infrastruktur, die von den Anwendungen 2110 genutzt werden kann. Die Bibliotheken 2106 können eine Hauptbibliothek 2130 (z. B. eine C-Standardbibliothek) enthalten, die Funktionen wie Speicherzuweisungsfunktionen, Funktionen zur Zeichenkettenmanipulation, mathematische Funktionen und ähnliches bereitstellen kann. Darüber hinaus können die Bibliotheken 2106 API-Bibliotheken 2132 wie Medienbibliotheken (z. B. Bibliotheken zur Unterstützung der Darstellung und Bearbeitung verschiedener Medienformate wie Moving Picture Experts Group-4 (MPEG4), Advanced Video Coding (H.264 oder AVC), Moving Picture Experts Group Layer-3 (MP3), Advanced Audio Coding (AAC), Adaptive Multi-Rate (AMR) Audio-Codec, Joint Photographic Experts Group (JPEG oder JPG) oder Portable Network Graphics (PNG)), Grafikbibliotheken (z. B., ein OpenGL-Framework, das zum zweidimensionalen (2D) und dreidimensionalen (3D) Rendering in einem grafischen Kontext auf einem Display verwendet wird), Datenbankbibliotheken (z. B. SQLite, um verschiedene relationale Datenbankfunktionen bereitzustellen), Webbibliotheken (z. B. WebKit, um Web-Browsing-Funktionen bereitzustellen) und dergleichen. Die Bibliotheken 2106 können auch eine Vielzahl anderer Bibliotheken 2134 umfassen, um den Anmeldungen 2110 viele andere APIs zur Verfügung zu stellen.
  • Die Frameworks 2108 bieten eine gemeinsame Infrastruktur auf hoher Ebene, die von den Anwendungen 2110 genutzt werden kann, gemäß einigen Implementierungen. Beispielsweise bieten die Frameworks 2108 verschiedene Funktionen der grafischen Benutzeroberfläche (GUI), Ressourcenmanagement auf hoher Ebene, Standortdienste auf hoher Ebene und so weiter. Die Frameworks 2108 können ein breites Spektrum anderer APIs bereitstellen, die von den Anwendungen 2110 genutzt werden können, von denen einige spezifisch für ein bestimmtes Betriebssystem oder eine bestimmte Plattform sein können.
  • Die Anwendungen 2110 können eine Heimanwendung 2150, eine Kontaktanwendung 2152, eine Browseranwendung 2154, eine Buchleseanwendung 2156, eine Standortanwendung 2158, eine Medienanwendung 2160, eine Nachrichtenanwendung 2162, eine Spieleanwendung 2164 und eine breite Palette anderer Anwendungen wie eine Drittanbieteranwendung 2166 umfassen. Die Anwendungen 2110 können Programme enthalten, die in den Programmen definierte Funktionen ausführen. Verschiedene Programmiersprachen können verwendet werden, um eine oder mehrere der Anwendungen 2110 zu erstellen, die auf unterschiedliche Weise strukturiert sind, wie z. B. objektorientierte Programmiersprachen (z. B. Objective-C, Java oder C++) oder prozedurale Programmiersprachen (z. B. C oder Assembler). In einem bestimmten Beispiel kann die Drittanbieteranwendung 2166 (z. B. eine Anwendung, die unter Verwendung des Android™- oder iOS™-Softwareentwicklungskits (SDK) von einer anderen Einheit als dem Anbieter der jeweiligen Plattform entwickelt wurde) eine mobile Software sein, die auf einem mobilen Betriebssystem wie iOS™, Android™, Windows® Phone oder anderen mobilen Betriebssystemen läuft. In diesem Beispiel kann die Drittanbieter-Anwendung 2166 die API-Aufrufe 2112 aufrufen, die vom mobilen Betriebssystem (z. B. dem Betriebssystem 2104) bereitgestellt werden, um die hier beschriebene Funktionalität zu erleichtern.
  • Bestimmte Beispiele werden hier so beschrieben, dass sie eine Logik oder eine Anzahl von Komponenten, Modulen oder Mechanismen enthalten. Bei den Modulen kann es sich entweder um Softwaremodule (z. B. Code, der (1) auf einem nichttransitorischen maschinenlesbaren Medium oder (2) in einem Übertragungssignal verkörpert ist) oder um hardwareimplementierte Module handeln. Ein hardwareimplementiertes Modul ist eine greifbare Einheit, die in der Lage ist, bestimmte Operationen auszuführen, und die auf eine bestimmte Weise eingerichtet oder angeordnet werden kann. In Beispielen können ein oder mehrere Computersysteme (z. B. ein eigenständiges, Client- oder Server-Computersystem) oder ein oder mehrere Prozessoren durch Software (z. B. eine Anwendung oder ein Anwendungsteil) als hardwareimplementiertes Modul eingerichtet werden, das bestimmte hier beschriebene Vorgänge durchführt.
  • Ein hardware-implementiertes Modul kann mechanisch oder elektronisch implementiert werden. Ein hardwareimplementiertes Modul kann beispielsweise eine spezielle Schaltung oder Logik enthalten, die dauerhaft eingerichtet ist (z. B. als Spezialprozessor, wie ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)), um bestimmte Operationen durchzuführen. Ein hardwareimplementiertes Modul kann auch programmierbare Logik oder Schaltkreise enthalten (z. B. innerhalb eines Mehrzweckprozessors oder eines anderen programmierbaren Prozessors), die vorübergehend durch Software zur Durchführung bestimmter Operationen eingerichtet werden.
  • Dementsprechend ist der Begriff „hardwareimplementiertes Modul“ so zu verstehen, dass er eine greifbare Einheit umfasst, sei es eine Einheit, die physisch konstruiert, dauerhaft konfiguriert (z. B. fest verdrahtet) oder vorübergehend oder vorübergehend so eingerichtet (z. B. programmiert) ist, dass sie in einer bestimmten Weise arbeitet und/oder bestimmte hier beschriebene Vorgänge durchführt. Bei Beispielen, in denen hardwareimplementierte Module vorübergehend eingerichtet (z. B. programmiert) sind, muss nicht jedes der hardwareimplementierten Module zu einem bestimmten Zeitpunkt eingerichtet oder instanziiert werden. Wenn die hardwareimplementierten Module beispielsweise einen per Software konfigurierten Mehrzweckprozessor umfassen, kann der Mehrzweckprozessor zu verschiedenen Zeitpunkten als jeweils unterschiedliche hardwareimplementierte Module eingerichtet werden. Dementsprechend kann die Software einen Prozessor beispielsweise so einrichten, dass er zu einem bestimmten Zeitpunkt ein bestimmtes hardwareimplementiertes Modul und zu einem anderen Zeitpunkt ein anderes hardwareimplementiertes Modul darstellt.
  • Hardware-implementierte Module können Informationen an andere hardwareimplementierte Module weitergeben und von diesen Informationen empfangen. Dementsprechend können die beschriebenen hardwareimplementierten Module als kommunikativ gekoppelt betrachtet werden. Wenn mehrere solcher hardwareimplementierter Module gleichzeitig vorhanden sind, kann die Kommunikation durch Signalübertragung (z. B. über geeignete Schaltungen und Busse) erfolgen, die die hardwareimplementierten Module miteinander verbindet. In Beispielen, in denen mehrere hardwareimplementierte Module zu unterschiedlichen Zeiten eingerichtet oder instanziiert werden, kann die Kommunikation zwischen solchen hardwareimplementierten Modulen beispielsweise durch die Speicherung und den Abruf von Informationen in Speicherstrukturen erfolgen, auf die die mehreren hardwareimplementierten Module Zugriff haben. Beispielsweise kann ein hardwareimplementiertes Modul eine Operation durchführen und die Ausgabe dieser Operation in einem Speichergerät speichern, mit dem es kommunikativ verbunden ist. Ein weiteres hardwareimplementiertes Modul kann dann zu einem späteren Zeitpunkt auf die Speichervorrichtung zugreifen, um die gespeicherte Ausgabe abzurufen und zu verarbeiten. Hardware-implementierte Module können auch die Kommunikation mit Eingabe- oder Ausgabegeräten einleiten und mit einer Ressource (z. B. einer Sammlung von Informationen) arbeiten.
  • Die verschiedenen Vorgänge der hier beschriebenen Beispielmethoden können zumindest teilweise von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, die vorübergehend (z. B. durch Software) oder dauerhaft so eingerichtet sind, dass sie die entsprechenden Vorgänge ausführen. Unabhängig davon, ob sie vorübergehend oder dauerhaft eingerichtet sind, können solche Prozessoren prozessorimplementierte Module darstellen, die eine oder mehrere Operationen oder Funktionen ausführen. Die hier erwähnten Module können prozessorimplementierte Module umfassen.
  • In ähnlicher Weise können die hier beschriebenen Verfahren zumindest teilweise durch einen Prozessor implementiert werden. Zum Beispiel können zumindest einige der Operationen eines Verfahrens von einem oder mehreren Prozessoren oder prozessorimplementierten Modulen durchgeführt werden. Die Ausführung bestimmter Operationen kann auf einen oder mehrere Prozessoren verteilt werden, die sich nicht nur auf einer einzigen Maschine befinden, sondern auch über eine Reihe von Maschinen verteilt sein können. Der Prozessor oder die Prozessoren können sich an einem einzigen Standort befinden (z. B. in einer Heimumgebung, einer Büroumgebung oder als Serverfarm), oder die Prozessoren können über mehrere Standorte verteilt sein.
  • Der eine oder die mehreren Prozessoren können auch so betrieben werden, dass sie die Durchführung der relevanten Operationen in einer „Cloud Computing“-Umgebung oder als „Software as a Service“ (SaaS) unterstützen. Zum Beispiel können zumindest einige der Operationen von einer Gruppe von Computern (als Beispiele für Maschinen mit Prozessoren) durchgeführt werden, wobei diese Operationen über ein Netzwerk (z. B. das Internet) und über eine oder mehrere geeignete Schnittstellen (z. B. Anwendungsprogrammschnittstellen (APIs)) zugänglich sind.
  • Teile können in digitalen elektronischen Schaltkreisen oder in Computerhardware, Firmware, Software oder in Kombinationen davon implementiert werden. Teile können unter Verwendung eines Computerprogrammprodukts implementiert werden, z. B. eines Computerprogramms, das in einem Informationsträger, z. B. in einem maschinenlesbaren Medium, zur Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, z. B. einen programmierbaren Prozessor, einen Computer oder mehrere Computer, oder zur Steuerung des Betriebs einer Datenverarbeitungsvorrichtung, z. B. einen programmierbaren Prozessor, einen Computer oder mehrere Computer, greifbar verkörpert ist.
  • Ein Computerprogramm kann in jeder beliebigen Programmiersprache geschrieben werden, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, und es kann in jeder beliebigen Form bereitgestellt werden, einschließlich als eigenständiges Programm oder als Modul, Unterprogramm oder andere Einheit, die zur Verwendung in einer Computerumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm kann zur Ausführung auf einem Computer oder auf mehreren Computern, an einem Standort oder über mehrere Standorte verteilt und über ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden, bereitgestellt werden.
  • Das Rechnersystem kann Clients und Server umfassen. Ein Client und ein Server sind im Allgemeinen voneinander entfernt und können über ein Kommunikationsnetz miteinander kommunizieren. Die Beziehung zwischen Client und Server entsteht dadurch, dass auf den jeweiligen Computern Computerprogramme laufen, die in einer Client-Server-Beziehung zueinander stehen. Bei einem programmierbaren Rechnersystem können sowohl Hardware- als auch Software-Architekturen verwendet werden. Im Folgenden werden Beispiele für Hardware- (z. B. Rechner) und Software-Architekturen aufgeführt, die eingesetzt werden können.
  • ist ein Blockdiagramm einer Maschine, in der Befehle ausgeführt werden können, um die Maschine zu veranlassen, eine oder mehrere der hier beschriebenen Methoden durchzuführen. Bei der Maschine kann es sich um eines der oben beschriebenen Geräte handeln. Die Maschine kann als eigenständiges Gerät arbeiten oder mit anderen Maschinen verbunden (z. B. vernetzt) sein. Bei einem vernetzten Einsatz kann der Rechner in der Funktion eines Servers oder eines Client-Rechners in einer Server-Client-Netzwerkumgebung oder als Peer-Rechner in einer Peer-to-Peer- (oder verteilten) Netzwerkumgebung arbeiten. Bei dem Gerät kann es sich um einen Personal Computer (PC), einen Tablet-PC, eine Set-Top-Box (STB), einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), ein Mobiltelefon, eine Web-Appliance, einen Netzwerk-Router, -Switch oder -Bridge oder ein beliebiges Gerät handeln, das in der Lage ist, Anweisungen (sequentiell oder anderweitig) auszuführen, die von diesem Gerät auszuführende Aktionen festlegen. Auch wenn nur eine einzige Maschine abgebildet ist, umfasst der Begriff „Maschine“ auch eine beliebige Ansammlung von Maschinen, die einzeln oder gemeinsam einen Satz (oder mehrere Sätze) von Anweisungen ausführen, um eine oder mehrere der hier erörterten Methoden durchzuführen.
  • Das Beispiel eines Computersystems 2200 umfasst einen Prozessor 2202 (z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) oder beides), einen Hauptspeicher 2204 und einen statischen Speicher 2206, die über einen Bus 2208 miteinander kommunizieren. Das Computersystem 2200 kann ferner eine Videoanzeigeeinheit 2210 (z. B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder eine Kathodenstrahlröhre (CRT)) umfassen. Das Computersystem 2200 umfasst auch eine alphanumerische Eingabevorrichtung 2212 (z. B. eine Tastatur), eine Navigationsvorrichtung für die Benutzeroberfläche (UI) 2114 (z. B. eine Maus), eine Plattenlaufwerkeinheit 2216, eine Signalerzeugungsvorrichtung 2218 (z. B. einen Lautsprecher) und eine Netzwerkschnittstellenvorrichtung 2220.
  • Die Antriebseinheit 2216 enthält ein maschinenlesbares Medium 2222, auf dem ein oder mehrere Sätze von Anweisungen und Datenstrukturen (z.B. Software) 2124 gespeichert sind, die eine oder mehrere der hierin beschriebenen Methoden oder Funktionen verkörpern oder von diesen verwendet werden. Die Anweisungen 2224 können sich auch vollständig oder zumindest teilweise im Hauptspeicher 2204 und/oder im Prozessor 2202 befinden, während sie von dem Computersystem 2200 ausgeführt werden, wobei der Hauptspeicher 2204 und der Prozessor 2202 ebenfalls maschinenlesbare Medien darstellen. Die Anweisungen 2224 können sich auch im statischen Speicher 2206 befinden.
  • Während das maschinenlesbare Medium 2222 in einem Beispiel als einzelnes Medium dargestellt ist, kann der Begriff „maschinenlesbares Medium“ ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z. B. eine zentrale oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Caches und Server) umfassen, die die eine oder mehrere Anweisungen oder Datenanweisungen 2224 speichern. Der Begriff „maschinenlesbares Medium“ umfasst auch jedes greifbare Medium, das in der Lage ist, Anweisungen 2224 zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, zu kodieren oder zu tragen, und das die Maschine veranlasst, eine oder mehrere der Methoden der vorliegenden Erfindung durchzuführen, oder das in der Lage ist, Datenstrukturen zu speichern, zu kodieren oder zu tragen, die von solchen Anweisungen 2224 verwendet werden oder mit ihnen verbunden sind. Der Begriff „maschinenlesbares Medium“ soll dementsprechend Festkörperspeicher sowie optische und magnetische Medien umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Zu den spezifischen Beispielen für maschinenlesbare Medien gehören nichtflüchtige Speicher, z. B. Halbleiterspeicher, z. B. löschbare programmierbare Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbare programmierbare Festwertspeicher (EEPROM) und Flash-Speicher; Magnetplatten, z. B. interne Festplatten und Wechselplatten; magneto-optische Platten sowie CD-ROM- und DVD-ROM-Platten.
  • Die Anweisungen 2224 können ferner über ein Kommunikationsnetz 2226 unter Verwendung eines Übertragungsmediums übertragen oder empfangen werden. Die Anweisungen 2224 können über die Netzwerkschnittstelle 2220 und eines der bekannten Übertragungsprotokolle (z. B. HTTP) übertragen werden. Beispiele für Kommunikationsnetze sind ein lokales Netz („LAN“), ein Weitverkehrsnetz („WAN“), das Internet, Mobilfunknetze, herkömmliche Telefonnetze (POTS) und drahtlose Datennetze (z. B. Wi-Fi- und Wi-Max-Netze). Der Begriff „Übertragungsmedium“ umfasst jedes immaterielle Medium, das in der Lage ist, Anweisungen 2224 zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, zu kodieren oder zu übertragen, und schließt digitale oder analoge Kommunikationssignale oder andere immaterielle Medien zur Erleichterung der Kommunikation einer solchen Software ein.
  • Die vorstehende ausführliche Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die Teil der ausführlichen Beschreibung sind. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung spezifische Beispiele, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Beispiele werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen Elementen weitere Elemente enthalten. Der Erfinder hält jedoch auch Beispiele für denkbar, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Darüber hinaus zieht der Erfinder auch Beispiele in Betracht, bei denen eine beliebige Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwendet wird, entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere hier gezeigte oder beschriebene Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon).
  • In diesem Dokument werden die Begriffe „a“ oder „an“, wie in Patentdokumenten üblich, verwendet, um eines oder mehr als eines einzuschließen, unabhängig von anderen Fällen oder Verwendungen von „mindestens einem“ oder „einem oder mehreren“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um sich auf ein nicht ausschließendes „oder“ zu beziehen, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ einschließt, sofern nichts anderes angezeigt wird. In diesem Dokument werden die Ausdrücke „einschließlich“ und „in denen“ als einfache Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Auch in den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „einschließlich“ und „umfassend“ offen, d. h. ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das Elemente zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgeführten Elementen umfasst, gilt immer noch als in den Anwendungsbereich des Anspruchs fallend. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. lediglich zur Kennzeichnung verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen an ihre Gegenstände stellen.
  • Die obige Beschreibung dient der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Beispiele können verwendet werden, wie ein Fachmann nach Durchsicht der obigen Beschreibung weiß. Die Zusammenfassung wird in Übereinstimmung mit 37 C.F.R. §1.72(b) zur Verfügung gestellt, um dem Leser zu ermöglichen, die Art der technischen Offenbarung schnell zu erfassen. Sie wird mit der Maßgabe vorgelegt, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Außerdem können in der obigen ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu straffen. Dies ist nicht so zu verstehen, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der Erfindungsgegenstand in weniger als allen Merkmalen eines bestimmten offenbarten Beispiels liegen. Daher werden die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als separates Beispiel steht, und es wird in Betracht gezogen, dass diese Beispiele in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 63/270730 [0001]

Claims (20)

  1. System, umfassend: eine Vielzahl von Laserquellen, wobei einzelne der Vielzahl von Laserquellen so eingerichtet sind, dass sie Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen auf ein in-vivo Zielgebiet emittieren; ein Endoskop mit einem proximalen Abschnitt und einem distalen Abschnitt, wobei der distale Abschnitt so eingerichtet ist, dass er an einer Stelle in der Nähe des in-vivo Zielgebiets eingeführt wird; eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist: ein erstes Signal aus dem in-vivo Zielgebiet zu analysieren; und zumindest teilweise auf der Grundlage der Analyse des ersten Signals, mindestens eine ersten der mehreren Laserquellen slektiv zu aktivieren, um das in-vivo Zielgebiet zu behandeln; und mindestens eine optische Komponente, die dazu eingerichtet ist: Licht, das von der mindestens ersten der mehreren Laserquellen emittiert wird, zu empfangen; und das empfangene Licht auf das in-vivo Zielgebiet zu richten.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Endoskop eine Lichtquelle umfasst, um das in-vivo Zielgebiet zu beleuchten, wobei das empfangene erste Signal in Reaktion auf die Beleuchtung durch die Lichtquelle erfolgt.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens erste der mehreren Laserquellen mehrere Laserquellen umfasst und die optische Komponente ferner eingerichtet ist, um: das von selektiv aktivierten Mehrfachlaserquellen ausgesandte Licht zu empfangen; das von den selektiv aktivierten Mehrfachlaserquellen emittierte Licht zu kombinieren; und das kombinierte Licht auf das in-vivo Zielgebiet zu richten.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, um: ein zweites Signal aus dem in-vivo Zielgebiet zu analysieren; und zumindest teilweise auf der Grundlage der Analyse des zweiten Signals selektiv mindestens eine zweite der mehreren Laserquellen zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt im in-vivo Zielgebiet anzupassen.
  5. System nach Anspruch 4, wobei die mindestens zweite der mehreren Laserquellen mehrere Laserquellen enthält und mindestens eine der mehreren Laserquellen in der mindestens zweiten der mehreren Laserquellen sich von mindestens einer der mehreren Laserquellen in der mindestens ersten der mehreren Laserquellen unterscheidet.
  6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner einen Detektor zum Erfassen des ersten Signals umfasst, wobei die optische Komponente Folgendes umfasst: einen ersten Reflektor zum Zusammenführen (i) eines ersten Laserstrahlengangs zwischen der mindestens ersten der mehreren Laserquellen und dem in-vivo Zielgebiet und (ii) eines zweiten Laserstrahlengangs zwischen der mindestens zweiten der mehreren Laserquellen und dem in-vivo Zielgebiet; und einen zweiten Reflektor zur Umleitung des ersten Signals aus dem in-vivo Zielgebiet zum Detektor.
  7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, um: ein zweites Signal aus dem in-vivo Zielgebiet zu analysieren; und zumindest teilweise auf der Analyse des zweiten Signals basierend: die mindestens eine erste der mehreren Laserquellen selektiv zu deaktivieren; und mindestens eine zweite der mehreren Laserquellen selektiv zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt im in-vivo Zielgebiet zu optimieren.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, zum: Analysieren des ersten Signals, um einen Abstand zwischen dem Endoskop und dem in-vivo Zielgebiet zu bestimmen; und zumindest teilweise auf der Grundlage des ermittelten Abstands selektiv mindestens eine zweite der mehreren Laserquellen zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt am in-vivo Zielgebiet anzupassen.
  9. System nach Anspruch 8, wobei die optische Komponente ferner eingerichtet ist, um: das von der mindestens zweiten der mehreren Laserquellen emittierte Licht zu empfangen; und das von der mindestens zweiten der mehreren Laserquellen emittierte Licht mit dem von der mindestens ersten der mehreren Laserquellen empfangenen Licht zu kombinieren.
  10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, um: zumindest teilweise auf der Grundlage des ersten Signals einen Abstand zwischen dem Endoskop und dem in-vivo Zielgebiet im Körper eines Patienten zu bestimmen; und basierend auf dem ermittelten Abstand zwischen dem Endoskop und dem in-vivo Zielgebiet: mindestens eine der mindestens ersten der mehreren Laserquellen zu deaktivieren; und selektiv mindestens eine zweite der mehreren Laserquellen zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt am in-vivo Zielgebiet anzupassen.
  11. Ein System, das Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Laserquellen, wobei einzelne der Vielzahl von Laserquellen so eingerichtet sind, dass sie Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen auf ein in-vivo Zielgebiet emittieren; ein Endoskop mit einem proximalen Abschnitt und einem distalen Abschnitt, wobei der distale Abschnitt so eingerichtet ist, dass er an einer Stelle in der Nähe des in-vivo Zielgebiets eingeführt wird; eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist: ein erstes Signal aus dem in-vivo Zielgebiet zu analysieren; und zumindest teilweise auf der Grundlage der Analyse des ersten Signals selektiv eine Kombination von Laserquellen aus der Vielzahl der Laserquellen zu aktivieren, um das in-vivo Zielgebiet zu behandeln; eine optische Komponente, die eingerichtet ist zum: Empfangen von Licht, das von der selektiv aktivierten Kombination von Lasermodulen aus der Vielzahl von Lasermodulen emittiert wird; Kombinieren des empfangenen Lichts von der selektiv aktivierten Kombination von Lasermodulen aus der Vielzahl von Lasermodulen; und Richten des kombinierte Licht auf das in-vivo Zielgebiet.
  12. System nach Anspruch 11, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, um: ein zweites Signal aus dem in-vivo Zielgebiet zu analysieren; und zumindest teilweise auf der Grundlage der Analyse des zweiten Signals selektiv eine zweite Kombination von Laserquellen aus der Vielzahl der Laserquellen zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt im in-vivo Zielgebiet anzupassen.
  13. System nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, um: ein zweites Signal aus dem in-vivo Zielgebiet zu analysieren; und zumindest teilweise auf der Analyse des zweiten Signals basierend: selektiv mindestens einen Laser der selektiv aktivierten Kombination von Laserquellen aus der Vielzahl von Laserquellen zu deaktivieren; und mindestens eine zweite Laserquelle aus der Vielzahl der Laserquellen selektiv aktivieren, um einen Behandlungseffekt am in-vivo Zielgebiet anzupassen.
  14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Signal einem Abstand zwischen dem Endoskop und dem In-vivo-Ziel entspricht und die Steuereinheit ferner eingerichtet ist, um: den Abstand zwischen dem Endoskop und dem in-vivo Zielgebiet zu analysieren; und basierend auf dem Abstand zwischen dem Endoskop und dem In-vivo-Ziel: die selektiv aktivierte Kombination von Laserquellen deaktivieren; und eine zweite Kombination von Laserquellen aus der Vielzahl der Laserquellen selektiv zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt am in-vivo Zielgebiet anzupassen.
  15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das ferner einen Detektor zum Erfassen des ersten Signals umfasst, wobei die optische Komponente Folgendes umfasst: einen ersten Reflektor zum Zusammenführen (i) eines ersten Laserstrahlengangs zwischen mindestens einer ersten der mehreren Laserquellen und dem in-vivo Zielgebiet und (ii) eines zweiten Laserstrahlengangs zwischen der mindestens zweiten der mehreren Laserquellen und dem in-vivo Zielgebiet; und einen zweiten Reflektor zur Umleitung des ersten Signals aus dem in-vivo Zielgebiet zum Detektor.
  16. System, umfassend: eine Vielzahl von Laserquellen, wobei einzelne der Vielzahl von Laserquellen so eingerichtet sind, dass sie Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge an ein in-vivo Zielgebiet emittieren; ein Endoskop mit einem proximalen Abschnitt und einem distalen Abschnitt, wobei der distale Abschnitt so eingerichtet ist, dass er an einer Stelle in der Nähe des in-vivo Zielgebiets eingeführt wird; eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist: ein mit dem in-vivo Zielgebiet assoziiertes Merkmal zu bestimmen; und zumindest teilweise auf der Grundlage des Merkmals, selektiv mindestens eine der mehreren Laserquellen zu aktivieren, um das in-vivo Zielgebiet zu behandeln; eine optische Komponente, die dazu eingerichtet ist: Licht, das von der selektiv aktivierten mindestens einen der mehreren Laserquellen emittiert wird, zu empfangen; und das empfangene Licht auf das in-vivo Zielgebiet zu richten.
  17. System nach Anspruch 16, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, um: ein zweites Merkmal zu bestimmen, das mit dem in-vivo Zielgebiet verbunden ist; und zumindest teilweise auf der Grundlage des zweiten Merkmals selektiv eine zweite Laserquelle aus der Vielzahl der Laserquellen zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt an dem in-vivo Zielgebiet anzupassen, und wobei eine der Vielzahl der Laserquellen mehrere Laserquellen umfasst und die optische Komponente ferner eingerichtet ist, um: das von den selektiv aktivierten Mehrfachlaserquellen emittierte Licht zu empfangen; und das von den selektiv aktivierten Mehrfachlasermodulen emittierte Licht zu kombinieren; und das kombinierte Licht auf das in-vivo Zielgebiet zu richten.
  18. System nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, um: ein zweites Merkmal zu bestimmen, das mit dem in-vivo Zielgebiet verbunden ist; und zumindest teilweise auf der Grundlage des zweiten Merkmals: die mindestens eine der mehreren Laserquellen selektiv zu deaktivieren; und eine zweite Laserquelle aus der Vielzahl der Laserquellen selektiv zu aktivieren, um einen Behandlungseffekt am in-vivo Zielgebiet anzupassen, wobei die zweite Laserquelle mehrere Laserquellen umfasst und die zweite Laserquelle sich von der mindestens einen der Vielzahl der Laserquellen unterscheidet.
  19. System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie eine erste Kombination von Laserquellen aus der Vielzahl von Laserquellen zumindest teilweise auf der Grundlage der Charakteristik selektiv aktiviert, um einen Behandlungseffekt im in-vivo Zielgebiet einzustellen.
  20. Das System nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das System ferner einen Detektor zum Erfassen des Merkmals umfasst, wobei das optische Bauteil Folgendes umfasst: einen ersten Reflektor zur Zusammenführung (i) eines ersten Laserstrahl-Wegs zwischen dem mindestens einen der mehreren Lasermodule und dem in-vivo Zielgebiet und (ii) eines zweiten Laserstrahl-Wegs zwischen mindestens ein zweites der Vielzahl von Lasermodulen und das in-vivo Zielgebiet; und einen zweiten Reflektor zur Umleitung des ersten Signals aus dem in-vivo Zielgebiet zum Detektor.
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