DE102023119358A1 - Modulation der einstellungen von chirurgischen geräten auf der grundlage der prognostizierten bedingungen im operationsgebiet - Google Patents

Modulation der einstellungen von chirurgischen geräten auf der grundlage der prognostizierten bedingungen im operationsgebiet Download PDF

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Kurt G. Shelton
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Abstract

Systeme und Verfahren zur automatischen Steuerung der Temperatur an der Operationsstelle während eines endoskopischen Eingriffs werden offengelegt. Ein beispielhaftes endoskopisches chirurgisches System umfasst eine endoskopische chirurgische Vorrichtung, die steuerbar mit einem medizinischen Instrument gekoppelt ist, um Energie an ein anatomisches Ziel an einer chirurgischen Stelle abzugeben, einen Temperatursensor, um die Temperaturen an der chirurgischen Stelle zu verschiedenen Zeiten während des Verfahrens zu messen, und eine Steuerschaltung, um einen Temperaturtrend oder eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der chirurgischen Stelle unter Verwendung der Temperaturmessungen zu erzeugen. Zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle kann der Steuerschaltkreis mindestens einen Betriebsparameter einstellen, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, um während des Eingriffs im Wesentlichen eine gewünschte Temperatur an der Operationsstelle zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, um eine laserinduzierte thermische Gewebeschädigung zu verhindern oder deren Schweregrad zu verringern.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Serial No. 63/369,098 , eingereicht am 22. Juli 2022, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein endoskopisches chirurgisches System und im Besonderen auf Ansätze zur Modulation einer oder mehrerer Einstellungen des endoskopischen chirurgischen Systems auf der Grundlage eines prognostizierten Zustands der Operationsstelle.
  • HINTERGRUND
  • Endoskope werden in der Regel eingesetzt, um dem Arzt einen visuellen Zugang zum Inneren des Patienten zu ermöglichen. Einige Endoskope werden in der minimalinvasiven Chirurgie eingesetzt, um unerwünschtes Gewebe oder Fremdkörper aus dem Körper des Patienten zu entfernen. Mit einem Nephroskop beispielsweise kann ein Arzt das Nierensystem untersuchen und verschiedene Eingriffe unter direkter Sichtkontrolle durchführen. Bei einer perkutanen Nephrolithotomie (PCNL) wird ein Nephroskop durch die Flanke des Patienten in das Nierenbecken eingeführt. So können Kalkablagerungen aus verschiedenen Körperregionen wie Harnwegen, Gallenblase, Nasengängen, Magen-Darm-Trakt, Magen oder Mandeln sichtbar gemacht und entfernt werden.
  • Verschiedene medizinische Instrumente wie Laser- oder Plasmasysteme wurden für die Abgabe von chirurgischer Laserenergie an verschiedene Behandlungsbereiche wie Weich- oder Hartgewebe eingesetzt. Beispiele für die Laserbehandlung sind Ablation, Koagulation, Vaporisation, Fragmentierung usw. Bei der Lithotripsie wurde der Laser eingesetzt, um Konkremente in Niere, Gallenblase, Harnleiter und anderen steinbildenden Regionen zu zertrümmern oder um große Steine in kleinere Fragmente zu zerlegen. Die Steinfragmente können über einen Arbeitskanal eines Endoskops (z. B. eines Ureteroskops) entfernt werden oder vom Patienten nach dem Eingriff auf natürliche Weise ausgeschieden werden.
  • Wärmeentwicklung ist eine potenziell gefährliche Folge der Laserbestrahlung eines anatomischen Ziels oder von Konkrementen, insbesondere in Fällen, in denen eine relativ hohe Laserleistung für die Behandlung verwendet wird, wie z. B. bei der Laserlithotripsie zur Abtragung oder Fragmentierung eines Konkrementziels von bestimmter Größe, Form, Härte oder Zusammensetzung. Ein übermäßiger Hitzestau an oder in der Nähe der Operationsstelle kann zu einer thermischen Schädigung von Gewebe oder Organen führen, die nicht zum Zielbereich gehören.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine wirksame Temperaturkontrolle an der Operationsstelle kann dazu beitragen, thermische Gewebeschäden durch Hitzestau während medizinischer Verfahren wie Laser- oder Ultraschalllithotripsie zu vermeiden. Konventionell wird die Temperatur an der Operationsstelle gemessen und dem Benutzer (z. B. einem Arzt) während des Eingriffs auf angezeigt. Der Anwender kann die Einstellungen der medizinischen Instrumente (z. B. die Laserausgangsintensität) manuell ändern oder die medizinischen Instrumente vorübergehend ausschalten, wenn die Temperatur an der Operationsstelle einen Sicherheitsgrenzwert erreicht oder überschreitet. Eine solche manuelle Temperatureinstellung bietet möglicherweise keine präzise Temperaturkontrolle an der Operationsstelle. Darüber hinaus kann die Anpassung der Einstellungen der medizinischen Instrumente (z. B. der Laserausgangsintensität) keine angemessene und schnelle Temperaturentlastung an der Operationsstelle bewirken. So kann in manchen Fällen eine Verringerung der Laserausgangsintensität oder das Abschalten des Lasers die Therapieeffizienz beeinträchtigen und/oder die Behandlungszeit verlängern. Es sollte beachtet werden, dass sich das medizinische Instrument hier auf ein Lasersystem bezieht, aber alle geeigneten medizinischen Instrumente, wie z. B. ein Ultraschallsystem, die mit einem Endoskop gekoppelt oder darin implementiert werden können, um eine Behandlung oder Diagnose eines Ziels zu ermöglichen, fallen ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zur Verbesserung der Temperaturregelung an der Operationsstelle durch automatische Anpassung einer oder mehrerer Geräteeinstellungen auf der Grundlage prognostizierter Bedingungen an der Operationsstelle, wie z. B. eines Temperaturtrends oder einer Vorhersage der zukünftigen Temperatur an oder in der Nähe der Operationsstelle. Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein beispielhaftes endoskopisches chirurgisches System eine endoskopische chirurgische Vorrichtung, die steuerbar mit einem medizinischen Instrument (z. B. einem Lasersystem) gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie während eines Eingriffs Energie (z. B. Laserenergie) an ein anatomisches Ziel an einer Operationsstelle abgibt, einen Temperatursensor, der so konfiguriert ist, dass er die Temperaturen der Operationsstelle zu verschiedenen Zeitpunkten während des Eingriffs misst; und eine Steuerschaltung, die einen Temperaturtrend oder eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur in der Nähe der Operationsstelle unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten erzeugt. Basierend zumindest teilweise auf dem erzeugten Temperaturtrend oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle kann der Steuerschaltkreis mindestens einen Betriebsparameter einstellen, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, um im Wesentlichen eine gewünschte Temperatur an der Operationsstelle während des Eingriffs zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. In diesem Dokument bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ ±10%, und in einigen Ausführungsformen ±5%. Das hier beschriebene Verfahren zur Steuerung der Temperatur an der Operationsstelle kann in vorteilhafter Weise eine thermische Schädigung des Gewebes, die durch übermäßige Energiezufuhr (z. B. Laserenergie) verursacht wird, verhindern bzw. deren Schweregrad verringern. Verschiedene Temperaturkontrollmittel ermöglichen eine vielseitigere Kontrolle der Temperatur im Operationsgebiet in Abhängigkeit von den Bedingungen im Operationsgebiet. Die alternativen Temperaturkontrollmittel (z. B. Spül- oder Saugstrom und Spülbehandlung) können dazu beitragen, eine Unterbrechung oder wesentliche Verringerung der Energieabgabe bei einem endoskopischen Verfahren (z. B. einem Laser- oder Ultraschall-Lithotripsieverfahren) zu vermeiden. Auf diese Weise lassen sich eine präzisere und schnellere Temperaturkontrolle sowie eine bessere Wirksamkeit der Lasertherapie und eine höhere Gewebesicherheit erreichen.
  • Beispiel 1 ist ein endoskopisches chirurgisches System, das Folgendes umfasst: eine endoskopische chirurgische Vorrichtung, die steuerbar mit einem medizinischen Instrument gekoppelt ist, um während eines Eingriffs Energie an ein anatomisches Ziel an einer chirurgischen Stelle abzugeben; einen Temperatursensor zum Messen von Temperaturen in der Nähe der chirurgischen Stelle zu verschiedenen Zeiten während des Eingriffs; und eine Steuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie: einen Temperaturtrend oder eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der chirurgischen Stelle zumindest teilweise auf der Grundlage der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten zu erzeugen; und zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der chirurgischen Stelle zumindest einen Betriebsparameter einzustellen, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, um im Wesentlichen eine gewünschte Temperatur an der chirurgischen Stelle während des Eingriffs zu erreichen oder beizubehalten.
  • In Beispiel 2 umfasst der Gegenstand von Beispiel 1 optional, wobei das medizinische Instrument mindestens ein Lasersystem zur Abgabe von Laserenergie an ein Konkrementziel an der Operationsstelle umfasst, wenn das endoskopische chirurgische System in Übereinstimmung mit dem eingestellten mindestens einen Betriebsparameter arbeitet.
  • In Beispiel 3 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1 bis 2 optional, wobei der Steuerschaltkreis weiter konfiguriert ist, um: eine Temperaturänderungsrate an der Operationsstelle unter Verwendung des erzeugten Temperaturtrends zu bestimmen; und den mindestens einen Betriebsparameter als Reaktion auf die bestimmte Temperaturänderungsrate, die einen vorbestimmten Schwellenwert einer Temperaturänderungsrate überschreitet, anzupassen.
  • In Beispiel 4 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1 bis 3 optional, wobei der Steuerschaltkreis weiter konfiguriert ist, um: ein trainiertes Vorhersagemodell unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeiten zu erzeugen; die Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle weiter unter Verwendung des trainierten Vorhersagemodells zu erzeugen; und den mindestens einen Betriebsparameter in Reaktion auf die Vorhersage der zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert überschreitet, anzupassen.
  • In Beispiel 5 schließt der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-4 optional ein, wobei der Steuerschaltkreis weiter konfiguriert ist, um: ein Zeitfenster für einen sicheren Betrieb unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeiten zu schätzen, wobei das Zeitfenster für einen sicheren Betrieb eine Schätzung der Zeit darstellt, die benötigt wird, um eine Temperaturgrenze für einen sicheren Betrieb an der chirurgischen Stelle zu erreichen; und den mindestens einen Betriebsparameter als Reaktion darauf anzupassen, dass das geschätzte Zeitfenster für einen sicheren Betrieb unter einen Zeitschwellenwert fällt.
  • In Beispiel 6 umfasst der Gegenstand von Beispiel 2 optional, wobei der mindestens eine einzustellende Betriebsparameter eine Laserleistungseinstellung des mindestens einen Lasersystems umfasst.
  • In Beispiel 7 umfasst der Gegenstand von Beispiel 6 optional, wobei zum Anpassen der Laserausgangseinstellung die Steuerschaltung ferner so konfiguriert ist, dass sie zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Impulsprofil umschaltet, das zumindest teilweise auf dem erzeugten Temperaturtrend oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle basiert, wobei das zweite vorbestimmte Impulsprofil eine niedrigere Durchschnittsleistung als das erste vorbestimmte Impulsprofil aufweist.
  • In Beispiel 8 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 6-7 optional, wobei zum Anpassen der Laserausgangseinstellung die Steuerschaltung ferner so konfiguriert ist, dass sie eine durchschnittliche Leistung von Laserimpulsen, die an die Operationsstelle abgegeben werden, als Reaktion auf (i) den erzeugten Temperaturtrend, der einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt, oder (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert übersteigt, reduziert.
  • In Beispiel 9 umfasst der Gegenstand von Beispiel 8 optional, wobei die Verringerung der durchschnittlichen Leistung von Laserpulsen die Verringerung von mindestens einem der folgenden Punkte umfasst: eine Pulsbreite eines Laserpulses; eine Spitzenleistung eines Laserpulses; und eine Pulsfrequenz, die eine Anzahl von Laserpulsen pro Zeiteinheit darstellt.
  • In Beispiel 10 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-9 optional ein Spül- und/oder Absaugsystem, das so konfiguriert ist, dass es ein Spülmittel in die chirurgische Stelle einbringt und Flüssigkeit daraus absaugt.
  • In Beispiel 11 umfasst der Gegenstand von Beispiel 10 optional, wobei zum Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters die Steuerschaltung ferner so konfiguriert ist, dass sie über das Spül- und/oder Absaugsystem mindestens einen Spülfluss oder einen Absaugfluss zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle einstellt.
  • In Beispiel 12 schließt der Gegenstand von Beispiel 11 optional ein, dass der Steuerkreis so konfiguriert ist, dass er den Bewässerungsstrom und/oder den Saugstrom in Reaktion auf (i) den erzeugten Temperaturtrend, der einen Temperaturanstieg mit einer Rate anzeigt, die einen Schwellenwert für die Rate überschreitet, oder (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert überschreitet, erhöht.
  • In Beispiel 13 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 11 bis 12 optional einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er einen Druck an der Operationsstelle während des Eingriffs erfasst, wobei die Steuerschaltung ferner so konfiguriert ist, dass sie den Spülstrom oder den Saugstrom über das Spül- und/oder Saugsystem selektiv erhöht, einschließlich Erhöhen des Saugstroms oder Verringern des Spülstroms, wenn der erfasste Druck eine obere Druckgrenze überschreitet; Erhöhen des Spülstroms oder des Saugstroms oder beider, wenn der erfasste Druck innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die obere Druckgrenze und eine untere Druckgrenze definiert ist; und Erhöhen des Spülstroms oder Verringern des Saugstroms, wenn der erfasste Druck unter die untere Druckgrenze fällt.
  • In Beispiel 14 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 10 bis 13 optional eine Spülmittel-Behandlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Temperatur des Spülmittels ändert, wobei die Steuerschaltung ferner so konfiguriert ist, dass sie ein Steuersignal für die Spülmittel-Behandlungseinheit erzeugt, um die Temperatur des Spülmittels vor Erreichen der Operationsstelle zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle anzupassen.
  • In Beispiel 15 umfasst der Gegenstand von Beispiel 14 optional ein Kühlsystem, das so konfiguriert ist, dass es unter der Kontrolle des Steuerkreises das Spülmittel kühlt, bevor es die Operationsstelle erreicht, wenn (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die vorhergesagte zukünftige Temperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  • In Beispiel 16 schließt der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 14-15 optional ein, dass die Spülmittel-Behandlungseinheit einen Flüssigkeitsmischer enthält, der so konfiguriert ist, dass er unter der Kontrolle des Steuerkreises mindestens zwei Spülmittelquellen mit unterschiedlichen Temperaturen mischt, bevor sie die chirurgische Stelle erreichen, und zwar als Reaktion darauf, dass (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die vorhergesagte zukünftige Temperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  • In Beispiel 17 schließt der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 2 und 6-9 optional ein, dass die endoskopische chirurgische Vorrichtung einen optischen Pfad mit einem einstellbaren distalen Abschnitt umfasst, wobei der optische Pfad so konfiguriert ist, dass er die Laserenergie auf das anatomische Ziel lenkt, wobei der Steuerschaltkreis ferner so konfiguriert ist, dass er zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der chirurgischen Stelle ein Steuersignal für einen Aktuator erzeugt, der mit dem optischen Pfad gekoppelt ist, um eine Position oder Ausrichtung des distalen Abschnitts des optischen Pfades relativ zu dem anatomischen Ziel einzustellen.
  • In Beispiel 18 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-17 optional, wobei der mindestens eine Betriebsparameter, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, mindestens eines der folgenden Merkmale umfasst: eine Temperatur eines Spülmittels, bevor es auf die Operationsstelle aufgebracht wird; eine Spülungsflussrate; eine Saugflussrate; oder eine Laserausgangseinstellung eines Lasersystems.
  • In Beispiel 19 schließt der Gegenstand von Beispiel 18 optional ein, dass die Steuerschaltung ferner so konfiguriert ist, dass sie die Einstellung mit einer Vorspannung in Richtung eines der Betriebsparameter durchführt, die zumindest teilweise auf dem erzeugten Temperaturtrend, der Vorhersage der zukünftigen Temperatur oder einem Druck an der Operationsstelle basiert.
  • In Beispiel 20 schließt der Gegenstand von Beispiel 19 optional ein, dass der Steuerungskreislauf ferner so konfiguriert ist, dass er, wenn er feststellt, dass der Druck an der Operationsstelle wesentlich unter einem maximal zulässigen Druck liegt, die Spülungsdurchflussrate und/oder die Saugdurchflussrate vor der Anpassung der Laserausgangseinstellung anpasst.
  • In Beispiel 21 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 19-20 optional, wobei der Steuerschaltkreis ferner so konfiguriert ist, dass er bei der Feststellung, dass der Druck an der Operationsstelle im Wesentlichen nahe an einem maximal zulässigen Druck liegt, die Laserausgangseinstellung vor der Einstellung der Spülungsflussrate oder der Saugflussrate anpasst.
  • In Beispiel 22 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-21 optional eine Benutzerschnittstellenvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Warnung über einen Temperaturanstieg an der Operationsstelle als Reaktion auf (i) den erzeugten Temperaturtrend, der einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert überschreitet, erzeugt.
  • In Beispiel 23 umfasst der Gegenstand von Beispiel 22 optional, wobei die Benutzerschnittstellenvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine empfohlene Einstellung des mindestens einen Betriebsparameters erzeugt und eine Benutzereingabe empfängt, um die empfohlene Einstellung zu bestätigen, abzulehnen oder zu ändern.
  • Beispiel 24 ist ein Verfahren zur Kontrolle der Temperatur an einer chirurgischen Stelle eines Patienten während eines endoskopischen Verfahrens unter Verwendung eines endoskopischen chirurgischen Systems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Richten von durch ein medizinisches Instrument erzeugter Energie auf ein anatomisches Ziel an der chirurgischen Stelle; Messen von Temperaturen in der Nähe der chirurgischen Stelle zu verschiedenen Zeitpunkten während des Verfahrens; Erzeugen eines Temperaturtrends oder einer Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der chirurgischen Stelle zumindest teilweise auf der Grundlage von Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten; und zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der chirurgischen Stelle, Einstellen mindestens eines Betriebsparameters, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, um im Wesentlichen eine gewünschte Temperatur an der chirurgischen Stelle während des Verfahrens zu erreichen oder aufrechtzuerhalten.
  • In Beispiel 25 umfasst der Gegenstand von Beispiel 24 optional die Bestimmung einer Temperaturänderungsrate an der Operationsstelle unter Verwendung des erzeugten Temperaturtrends, wobei die Anpassung des mindestens einen Betriebsparameters in Reaktion auf die bestimmte Temperaturänderungsrate erfolgt, die einen vorbestimmten Schwellenwert einer Temperaturänderungsrate überschreitet.
  • In Beispiel 26 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24-25 optional das Erzeugen eines trainierten Vorhersagemodells unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeiten, wobei das Erzeugen der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle unter Verwendung des trainierten Vorhersagemodells erfolgt, wobei das Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters als Reaktion auf die Vorhersage der zukünftigen Temperatur erfolgt, die einen vorbestimmten Temperaturschwellenwert überschreitet.
  • In Beispiel 27 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24-26 optional das Schätzen eines Zeitfensters für einen sicheren Betrieb unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten, wobei das Zeitfenster für einen sicheren Betrieb eine Schätzung der Zeit darstellt, die benötigt wird, um eine Temperaturgrenze für einen sicheren Betrieb an der chirurgischen Stelle zu erreichen, wobei das Anpassen des Betriebsparameters in Reaktion auf das geschätzte Zeitfenster für einen sicheren Betrieb erfolgt, das unter einen Zeitschwellenwert fällt.
  • In Beispiel 28 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24 bis 27 optional, wobei das Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters über mindestens ein Lasersystem das Verringern der durchschnittlichen Leistung der an die Operationsstelle abgegebenen Laserimpulse als Reaktion auf (i) den erzeugten Temperaturtrend, der einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert überschreitet, umfasst.
  • In Beispiel 29 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24 bis 28 optional, wobei das Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters über ein Spül- und/oder Absaugsystem das Erhöhen eines Spülstroms von Spülmittel in die chirurgische Stelle oder eines Absaugstroms von Flüssigkeit aus der chirurgischen Stelle als Reaktion auf (i) den erzeugten Temperaturtrend, der einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert überschreitet, umfasst.
  • In Beispiel 30 umfasst der Gegenstand von Beispiel 29 optional das Erfassen eines Drucks an der chirurgischen Stelle während des Eingriffs unter Verwendung eines Drucksensors, wobei das Einstellen von mindestens einem von dem Spülfluss oder dem Saugfluss Folgendes umfasst: Erhöhen des Saugflusses oder Verringern des Spülflusses, wenn der erfasste Druck eine obere Druckgrenze überschreitet; Erhöhen von einem oder beiden von dem Spülfluss oder dem Saugfluss, wenn der erfasste Druck innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die obere Druckgrenze und eine untere Druckgrenze definiert ist; und Erhöhen des Spülflusses oder Verringern des Saugflusses, wenn der erfasste Druck unter die untere Druckgrenze fällt.
  • In Beispiel 31 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24-30 optional, wobei das Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters das Einstellen einer Temperatur eines Spülmittels über eine mit einem Spül- und/oder Saugsystem gekoppelte Spülbehandlungseinheit vor dem Einfließen in die Operationsstelle zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle umfasst.
  • In Beispiel 32 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24-31 optional, wobei das Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters das Einstellen einer Position oder Ausrichtung eines distalen Abschnitts eines optischen Weges relativ zu dem anatomischen Ziel an der Operationsstelle und das Richten der Energie auf das anatomische Ziel über den optischen Weg umfasst.
  • In Beispiel 33 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24-32 optional, wobei der mindestens eine Betriebsparameter, der dem endoskopischen chirurgischen System zugeordnet ist, mindestens eines der folgenden Merkmale umfasst: eine Temperatur eines Spülmittels, bevor es auf die Operationsstelle aufgebracht wird; eine Spülungsflussrate; eine Saugflussrate; oder eine Laserausgangseinstellung eines Lasersystems.
  • In Beispiel 34 umfasst der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 24-33 optional auf einer Benutzerschnittstelle: Erzeugen einer Warnung über einen Temperaturanstieg an der Operationsstelle als Reaktion auf (i) den erzeugten Temperaturtrend, der einen Temperaturanstieg mit einer Rate anzeigt, die einen Schwellenwert für die Rate überschreitet, oder (ii) die Vorhersage einer zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert überschreitet; und Erzeugen einer empfohlenen Einstellung des mindestens einen Betriebsparameters und Empfangen einer Benutzereingabe, um die empfohlene Einstellung zu bestätigen, abzulehnen oder zu modifizieren.
  • Diese Zusammenfassung ist ein Überblick über einige der Lehren der vorliegenden Anmeldung und soll keine ausschließliche oder erschöpfende Behandlung des vorliegenden Gegenstands sein. Weitere Einzelheiten über den vorliegenden Gegenstand sind in der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zu finden. Andere Aspekte der Offenbarung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung und beim Betrachten der Zeichnungen, die einen Teil davon bilden, ersichtlich, wobei jede dieser Zeichnungen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche und ihre gesetzlichen Entsprechungen definiert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Verschiedene Ausführungsformen sind beispielhaft in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Diese Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung und sind nicht als erschöpfende oder ausschließliche Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands gedacht.
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Laserenergieabgabesystem zeigt, das so konfiguriert ist, dass es eine Laserbehandlung eines anatomischen Ziels an oder in der Nähe einer Operationsstelle ermöglicht.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein endoskopisches chirurgisches System mit automatischer Kontrolle des Zustands der Operationsstelle und zumindest einen Teil der Umgebung, in der das System arbeiten kann, zeigt.
    • zeigt ein Beispiel für ein endoskopisches Laserlithotripsiesystem mit automatischer Kontrolle der Operationsbedingungen.
    • 4 zeigt ein Beispiel für einen Temperaturtrend und eine Vorhersage einer zukünftigen Temperatur unter Verwendung des Trends.
    • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Kontrolle der Temperatur an der Operationsstelle während eines endoskopischen Eingriffs zur Behandlung eines anatomischen Ziels darstellt.
    • 6A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Erstellung eines Temperaturmanagementplans auf der Grundlage der Bedingungen an der Operationsstelle, wie z. B. Temperatur und Druck an der Operationsstelle, darstellt.
    • 6B ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Erstellung eines Temperaturmanagementplans mit priorisierten Mitteln zur Kontrolle der Temperatur im Operationsgebiet zeigt.
    • 7 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielmaschine zeigt, auf der eine oder mehrere der hier besprochenen Techniken (z.B. Methoden) ausgeführt werden können.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ein endoskopisches Verfahren ist ein medizinisches Verfahren zur Betrachtung und Operation eines inneren Organs und/oder zur Abgabe von Energie (z. B. Laserenergie oder Ultraschallenergie) an eine Zielregion des Körpers, um eine bestimmte diagnostische oder therapeutische Wirkung zu erzielen. Die Laserendoskopie wird beispielsweise zur Behandlung von Weich- und Hartgewebe (z. B. zur Schädigung oder Zerstörung von Krebszellen) oder für die Lithotripsie eingesetzt. Während des Verfahrens kann ein Arzt ein Endoskop durch einen Einschnitt in den Harnleiter des Patienten und in die Niere des Patienten einführen. Mit Hilfe des Endoskops kann der Arzt bestimmte Steine in der Niere oder im oberen Harnleiter lokalisieren und die Steine in kleinere Fragmente zertrümmern, indem er den Stein durch das Endoskop mit einem relativ starken Infrarot-Laserstrahl beleuchtet. Der Laserstrahl kann einen Stein in kleinere Fragmente zertrümmern. Die Steinfragmente können dann aus der Niere herausgezogen werden. Das Endoskop kann ein Endoskop, ein Nephroskop und/oder ein Zystoskop sein.
  • Laserenergie, die an die Umgebung der Operationsstelle abgegeben wird, und die Laserbehandlung eines anatomischen Ziels (z. B. Abtragung und Fragmentierung eines Konkrementen-Ziels) können zu einem Hitzestau an oder in der Nähe der Operationsstelle führen, insbesondere in Fällen, in denen eine relativ hohe Laserleistung verwendet wird, wie z. B. bei der Abtragung oder Fragmentierung eines Konkrementen-Ziels von bestimmter Größe, Härte oder Zusammensetzung. Um gefährliche Folgen wie thermische Schädigungen des Gewebes zu vermeiden, kann die Temperatur im Körper oder an der Operationsstelle während des Eingriffs überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie innerhalb eines sicheren Temperaturbereichs bleibt. Bei der konventionellen Temperaturkontrolle im Operationsgebiet wird die Temperatur in Echtzeit überwacht. Erreicht oder überschreitet die Temperaturanzeige einen Sicherheitsgrenzwert (z. B. einen voreingestellten Schwellenwert), kann der Benutzer (z. B. ein Arzt) die Laserausgangsintensität verringern oder die Laserleistung vorübergehend abschalten. Eine solche manuelle Temperatureinstellung hat mehrere Einschränkungen. Erstens kann die Temperatur an der Operationsstelle schnell ansteigen, insbesondere wenn während des Eingriffs eine hohe Laserleistung verwendet wird. Die Reduzierung oder Abschaltung der Laserleistung, wenn die Temperaturanzeige einen Sicherheitsgrenzwert erreicht oder überschreitet, kann zu spät erfolgen, um durch den Laser verursachte thermische Gewebeschäden zu verhindern. Zweitens ist der Zeitpunkt der Anpassung der Laserleistung entscheidend für die Vermeidung von Gewebeschäden ohne Beeinträchtigung der Ablations- oder Fragmentierungseffizienz. Die manuelle Anpassung der Laserleistung ist nicht nur eine Belastung für den operierenden Arzt, sondern kann auch unpräzise und unvorhersehbar sein, insbesondere für unerfahrene Ärzte. Drittens kann die Reduzierung oder Abschaltung der Laserleistung bei bestimmten chirurgischen Stellen oder Gewebeanatomien keine angemessene und schnelle Temperatursenkung bewirken. In einigen Fällen ist es nicht möglich, die Laserleistung abzuschalten oder erheblich zu reduzieren, ohne die Ablationseffizienz zu beeinträchtigen. Zumindest aus den oben genannten Gründen haben die Erfinder einen ungedeckten Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren zur automatischen und effektiveren Temperaturkontrolle erkannt, um einen Hitzestau an der Operationsstelle während eines Verfahrens wie der Laserlithotripsie oder der Ultraschalllithotripsie zu verhindern.
  • Das vorliegende Dokument beschreibt Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zur automatischen Steuerung der Einstellungen chirurgischer Geräte auf der Grundlage vorhergesagter Bedingungen, wie z. B. einer Vorhersage der künftigen Temperatur an oder in der Nähe der Operationsstelle. Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein beispielhaftes endoskopisches chirurgisches System eine endoskopische chirurgische Vorrichtung, die steuerbar mit einem medizinischen Instrument (z. B. einem Lasersystem) gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie während eines Eingriffs Energie (z. B. Laserenergie) an ein anatomisches Ziel an einer Operationsstelle abgibt; einen Temperatursensor zum Messen von Temperaturen in der Nähe der Operationsstelle zu verschiedenen Zeiten während des Eingriffs; und eine Steuerschaltung zum Erzeugen eines Temperaturtrends oder einer Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle unter Verwendung der gemessenen Temperaturen zu den verschiedenen Zeiten. Basierend zumindest teilweise auf dem erzeugten Temperaturtrend oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle kann der Steuerschaltkreis mindestens einen Betriebsparameter einstellen, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, um eine gewünschte Temperatur an der Operationsstelle während des Eingriffs zu erreichen oder im Wesentlichen aufrechtzuerhalten (z.B. ±10%, oder in einigen Ausführungsformen ±5%) . Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass thermische Gewebeschäden, die durch übermäßige Energiezufuhr (z. B. Laserenergie) an der Gewebestelle verursacht werden, verhindert oder deren Schweregrad verringert werden können.
  • Die Systeme, Vorrichtungen und Methoden gemäß den verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen verbessern die Echtzeit-Temperaturkontrolle während eines Laserendoskopieverfahrens. Die hier beschriebenen Merkmale können auch in Bezug auf ein Endoskop, Laserchirurgie, Laserlithotripsie oder Ultraschalllithotripsie, Bestrahlungsparametereinstellungen und/oder Spektroskopie verwendet werden. Beispiele für Ziele und Anwendungen können die Laserlithotripsie oder Ultraschalllithotripsie von Nierensteinen und die Laserinzision oder -vaporisation von Weichgewebe sein. In einem Beispiel für ein endoskopisches System, das die hier beschriebenen Merkmale aufweist, kann die Temperatur an der Operationsstelle überwacht und aufgezeichnet werden, und eine zukünftige Temperatur kann auf der Grundlage des Temperaturtrends vorhergesagt werden. Im Vergleich zur konventionellen Anzeige der Temperaturmessung kann die Vorhersage der zukünftigen Temperatur frühzeitige und effektivere Präventivmaßnahmen ermöglichen, lange bevor die Temperatur auf ein kritisches Niveau ansteigt, wodurch thermische Gewebeschäden verhindert und die Patientensicherheit verbessert werden.
  • Das vorliegende Dokument beschreibt verschiedene Mittel zur Temperaturkontrolle, um die Temperatur an der Operationsstelle zu regulieren, z. B. um die Temperatur unter einem kritischen Wert oder innerhalb eines gewünschten Sicherheitsbereichs zu halten. In einem Beispiel können die Laserausgangsintensität oder ein oder mehrere Laserbestrahlungsparameter (z. B. ein oder mehrere Laserpuls-Parameter wie Leistung, Dauer, Frequenz oder Pulsform, Belichtungszeit oder Abschusswinkel) angepasst werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Zufluss der Spülung in die Operationsstelle und/oder der Abfluss (Absaugung) aus der Operationsstelle reguliert werden, um die Temperatur der Operationsstelle unter Kontrolle zu halten. In einigen Ausführungsformen kann das Spülmittel vor dem Einströmen in die Operationsstelle behandelt (z. B. gekühlt) werden, um die Temperatur der Operationsstelle schneller und wirksamer zu senken. Eine oder mehrere dieser Temperaturregelungseinrichtungen können auf der Grundlage der Bedingungen im Operationsgebiet optimiert werden. Beispielsweise kann der Spül- oder Saugstrom auf der Grundlage des Gewebedrucks an oder in der Nähe der Operationsstelle so eingestellt werden, dass ein gewünschter Umgebungsdruck an oder in der Nähe der Operationsstelle erreicht oder aufrechterhalten wird, während gleichzeitig der Effekt der Temperaturregelung erzielt wird. In einigen Beispielen können mehrere Temperaturkontrollmittel (z. B. Anpassung der Laserleistung oder der Bestrahlungsparameter, Anpassung des Spül- oder Saugstroms oder Bereitstellung einer Spülbehandlung) kombiniert und/oder priorisiert werden, um eine abgestufte Temperaturkontrollstrategie auf der Grundlage des Zustands der Operationsstelle zu erstellen. Im Vergleich zum konventionellen Ansatz, der sich auf die Steuerung der Laserleistung konzentriert, bietet mit den verschiedenen Temperatursteuerungsmitteln und der in diesem Dokument beschriebenen abgestuften Temperatursteuerungsstrategie den Vorteil einer vielseitigeren Steuerung der Temperatur an der Operationsstelle in Abhängigkeit von den Bedingungen an der Operationsstelle. Die Verwendung alternativer Temperaturkontrollmittel, wie z. B. Spülung oder Absaugung und Spülbehandlung, kann dazu beitragen, eine Unterbrechung oder wesentliche Reduzierung der Laserenergieabgabe während eines Laserlithotripsieverfahrens zu vermeiden, so dass die Wirksamkeit der Lasertherapie nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Folglich können eine präzisere und schnellere Temperaturkontrolle und eine verbesserte Wirksamkeit der Lasertherapie sowie eine höhere Gewebesicherheit erreicht werden.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Laserenergiezuführungssystems 100 zeigt, das so konfiguriert ist, dass es eine Laserbehandlung eines anatomischen Ziels an oder in der Nähe einer chirurgischen Stelle 122 im Körper eines Patienten ermöglicht, wie z. B. eine anatomische Struktur (z. B. weiches Gewebe, hartes Gewebe oder abnormales Gewebe wie Krebsgewebe) oder eine Steinstruktur (z. B. Nieren-, Pankreas- oder Gallenblasenstein). In einigen Beispielen kann das Laserenergiesystem 100 eine präzise kontrollierte therapeutische Behandlung von Gewebe oder anderen anatomischen Strukturen (z. B. Gewebeablation, Koagulation, Vaporisation o. Ä.) oder eine Behandlung von nichtanatomischen Strukturen (z. B. Ablation oder Bestäubung von Konkrementen) ermöglichen.
  • Das Laserenergiezuführungssystem 100 kann ein Rückkopplungssteuerungssystem 101 und mindestens ein Lasersystem 102 umfassen, das mit dem Rückkopplungssteuerungssystem 101 in Verbindung steht. Beispielhaft und ohne Einschränkung zeigt 1 das Laser-Rückkopplungssystem, das mit einem ersten Lasersystem 102 und optional (in gestrichelten Linien dargestellt) mit einem zweiten Lasersystem 104 verbunden ist. Weitere Lasersysteme sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung denkbar. Das erste Lasersystem 102 kann eine erste Laserquelle 106 und zugehörige Komponenten wie Stromversorgung, Anzeige, Kühlsysteme und dergleichen umfassen. Das erste Lasersystem 102 kann auch einen ersten optischen Pfad 108 umfassen, der funktionell mit der ersten Laserquelle 106 gekoppelt ist. In einem Beispiel umfasst der erste optische Pfad 108 eine optische Faser. Der erste optische Pfad 108 kann so konfiguriert sein, dass er Laserstrahlen von der ersten Laserquelle 106 auf die Zielstruktur an oder in der Nähe einer Operationsstelle 122 überträgt.
  • Das Rückkopplungssteuerungssystem 101 kann Rückkopplungssignale 130 von der Zielperson empfangen. Verschiedene Rückkopplungssignale können verwendet werden, um die Laserzufuhr, die Laserenergieabgabe und/oder andere Systemparameter zu steuern, um die Wirksamkeit der Therapie zu verbessern und einen gewünschten Zustand zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, wie z. B. eine gewünschte Temperatur an oder in der Nähe der Operationsstelle, um eine laserinduzierte thermische Gewebeschädigung zu verhindern oder deren Schweregrad zu verringern. In einem Beispiel können die Rückmeldesignale 130 Signale enthalten, die den Zustand der Operationsstelle anzeigen, wie z. B. eine Temperatur oder einen Druck an oder in der Nähe der Operationsstelle während des Eingriffs. In einem Beispiel können die Rückkopplungssignale 130 ein akustisches Signal enthalten, das durch einen Laserpuls erzeugt wird, der sich durch die Medien (z. B. Flüssigkeit und Dampf) ausbreitet, auf das Ziel projiziert wird und das Ziel in Schwingung versetzt. In einem anderen Beispiel können die Rückkopplungssignale 130 ein reflektiertes elektromagnetisches Signal enthalten (z. B. reflektiertes Beleuchtungslicht, das von einer Lichtquelle ausgesendet wird). In einem weiteren Beispiel können die Rückkopplungssignale 130 ein reflektiertes Lasersignal enthalten. Das Rückkopplungssteuersystem 101 kann die Rückkopplungssignale 130 analysieren, aus den Rückkopplungssignalen 130 Signaleigenschaften erzeugen und die Laserleistung (z. B. die Energieintensität oder andere Laserbestrahlungsparameter wie Leistung, Dauer, Frequenz oder Pulsform, Belichtungszeit oder Abschusswinkel) oder andere Systemparameter entsprechend den Signaleigenschaften steuern. In einem Beispiel, in dem die Rückkopplungssignale 130 die Bedingungen an der Operationsstelle, wie z. B. die Temperatur während des Eingriffs, anzeigen, kann das Rückkopplungssteuerungssystem 101 einen Temperaturtrend oder eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle unter Verwendung der Rückkopplungssignale 130 erzeugen. Auf der Grundlage des Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur kann das Rückkopplungssteuersystem 101 die Laserleistung oder die Laserabgabe und/oder andere Systemparameter anpassen, um einen gewünschten Zustand der Operationsstelle zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, wie z. B. eine gewünschte Temperatur der Operationsstelle während des Eingriffs, um eine laserinduzierte thermische Schädigung des Gewebes zu verhindern oder zu verringern.
  • Wie in 1 dargestellt, kann das Rückkopplungssteuerungssystem 101 auf der Grundlage der Analyse der Rückkopplungssignale 130 das erste Lasersystem 102 und/oder das zweite Lasersystem 104 so steuern, dass geeignete Laserleistungen erzeugt werden, um eine gewünschte therapeutische Wirkung zu erzielen und einen gewünschten Zustand, wie z. B. eine gewünschte Temperatur an oder in der Nähe der Operationsstelle, zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, um eine laserinduzierte thermische Gewebeschädigung zu verhindern oder deren Schweregrad zu verringern. Das Regelungssystem 101 kann beispielsweise die Eigenschaften der Zielstruktur während eines therapeutischen Verfahrens (z. B. Abtragen von Steinen wie Nierensteinen in kleinere Fragmente) überwachen, um festzustellen, ob das Gewebe vor einem anderen therapeutischen Verfahren (z. B. Koagulation von Blutgefäßen) in geeigneter Weise abgetragen wurde.
  • In einem Beispiel kann die erste Laserquelle 106 so konfiguriert sein, dass sie einen ersten Ausgang 110 liefert. Die erste Leistung 110 kann sich über einen ersten Wellenlängenbereich erstrecken, beispielsweise einen Bereich, der einem Teil des Absorptionsspektrums der Zielstruktur an der Operationsstelle 122 entspricht. Die erste Ausgangsleistung 110 kann für eine effektive Ablation und/oder Karbonisierung der Zielstruktur sorgen, da die erste Ausgangsleistung 110 in einem Wellenlängenbereich liegt, der dem Absorptionsspektrum des Gewebes entspricht.
  • In einem Beispiel kann die erste Laserquelle 106 so konfiguriert sein, dass die erste Leistung 110, die im ersten Wellenlängenbereich emittiert wird, einer hohen Absorption (z. B. mehr als etwa 250 cm-1) der einfallenden ersten Leistung 110 durch das Gewebe entspricht. In Beispielaspekten kann die erste Laserquelle 106 die erste Leistung 110 zwischen etwa 1900 Nanometer (nm) und etwa 3000 nm (z. B. entsprechend einer hohen Absorption durch Wasser) und/oder zwischen etwa 400 nm und etwa 520 nm (z. B. entsprechend einer hohen Absorption durch Oxyhämoglobin und/oder Desoxyhämoglobin) emittieren. Es gibt zwei Hauptmechanismen der Lichtinteraktion mit einem Gewebe: Absorption und Streuung. Wenn die Absorption eines Gewebes hoch ist (Absorptionskoeffizient über 250 cm-1), dominiert der erste Absorptionsmechanismus, und wenn die Absorption niedrig ist (Absorptionskoeffizient unter 250 cm-1), zum Beispiel bei Lasern im Wellenlängenbereich von 800-1100 nm, dominiert der Streuungsmechanismus.
  • Für die erste Laserquelle 106 können verschiedene handelsübliche medizinische Lasersysteme geeignet sein. So können beispielsweise Halbleiterlaser wie InXGa1-XN-Halbleiterlaser verwendet werden, die den ersten Ausgang 110 im ersten Wellenlängenbereich von etwa 515 nm und etwa 520 nm oder zwischen etwa 370 nm und etwa 493 nm liefern. Alternativ können auch Infrarot-(IR)-Laser wie die in Tabelle 1 unten aufgeführten verwendet werden. Tabelle 1 Beispielliste von geeigneten IR-Lasern
    Laser Wellenlänge λ(nm) Absorptionskoeffizient µa(cm-1) Optische Eindringtiefe δ(µm)
    Thulium Faser Laser: 1908 88 / 150 114/67
    Thulium Faser Laser: 1940 120 135 83/75
    Thulim:YAG: 2010 62 / 60 161/167
    Holmium:YAG: 2120 24 / 24 417/417
    Erbium:YAG: 2940 12.000 / 1.000 1/10
  • Das optionale zweite Lasersystem 104 kann eine zweite Laserquelle 116 zur Bereitstellung eines zweiten Ausgangs 120 und zugehörige Komponenten wie Stromversorgung, Anzeige, Kühlsysteme und dergleichen umfassen. Das zweite Lasersystem 104 kann entweder operativ von der ersten Laserquelle 106 getrennt oder alternativ operativ mit dieser gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Lasersystem 104 einen zweiten optischen Pfad 118 (getrennt vom ersten optischen Pfad 108) umfassen, der operativ mit der zweiten Laserquelle 116 verbunden ist, um den zweiten Ausgang 120 zu übertragen. Alternativ kann der erste optische Pfad 108 so konfiguriert sein, dass er sowohl den ersten Ausgang 110 als auch den zweiten Ausgang 120 überträgt.
  • In bestimmten Fällen kann sich der zweite Ausgang 120 über einen zweiten Wellenlängenbereich erstrecken, der sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet. Dementsprechend kann es keine Überlappung zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich geben. Alternativ dazu können sich der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise überlappen. In vorteilhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann der zweite Wellenlängenbereich nicht mit Teilen des Absorptionsspektrums der Zielstruktur übereinstimmen, in denen die einfallende Strahlung stark von Gewebe absorbiert wird, das zuvor nicht abgetragen oder karbonisiert wurde. Bei einigen dieser Aspekte kann der zweite Ausgang 120 vorteilhafterweise kein nicht karbonisiertes Gewebe abtragen. In einer anderen Ausführungsform kann der zweite Ausgang 120 karbonisiertes Gewebe abtragen, das zuvor abgetragen worden ist. In weiteren Ausführungsformen kann der zweite Ausgang 120 zusätzliche therapeutische Wirkungen entfalten. Zum Beispiel kann der zweite Ausgang 120 besser geeignet sein, um Gewebe oder Blutgefäße zu koagulieren.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein endoskopisches chirurgisches System 200 mit automatischer Kontrolle der Operationsbedingungen und zumindest einen Teil der Umgebung zeigt, in der das System 200 arbeiten kann. Bei dem System 200 kann es sich um eine Ausführungsform des Laserenergiezuführungssystems 100 oder um ein Lithotripsiesystem handeln, das zur Zertrümmerung von verhärteten Massen wie Nierensteinen, Bezoaren, Gallensteinen und anderen Konkrementen verwendet werden kann. Das System 200 kann die Bedingungen der Operationsstelle 122 während eines Lasereingriffs überwachen und steuern, um beispielsweise die Temperatur der Operationsstelle während eines Eingriffs im Wesentlichen auf einem gewünschten Niveau zu halten, um eine durch den Laser verursachte thermische Schädigung des Gewebes zu verhindern oder deren Schweregrad zu verringern.
  • Das endoskopische chirurgische System 200 kann ein Rückkopplungssteuerungssystem 210, einen oder mehrere Sensoren 220, ein Lasersystem 230, ein Spül- und/oder Absaugsystem 240 und eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 250 umfassen. Das Rückkopplungssteuerungssystem 210, das eine Ausführungsform des Rückkopplungssteuerungssystems 101 des Laserenergiezuführungssystems 100 ist, kann einen Rückkopplungsanalysator 212 und eine Steuerschaltung 218 umfassen. Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Rückkopplungssteuersystem 210 Prozessoren wie Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) oder andere gleichwertige integrierte oder diskrete Logikschaltungen sowie beliebige Kombinationen solcher Komponenten zur Ausführung einer oder mehrerer der dem Rückkopplungssteuersystem 210 zugeordneten Funktionen umfassen. Der Rückkopplungsanalysator 212 kann kommunikativ mit einem oder mehreren Sensoren 220 gekoppelt sein, von diesen Rückkopplungssignale empfangen und die Rückkopplungssignale analysieren, um eine oder mehrere Signaleigenschaften zu erzeugen, die zur Steuerung der Bedingungen im Operationsgebiet verwendet werden können. In einem Beispiel, wie in 2 dargestellt, kann der eine oder die mehreren Sensoren 220 einen Temperatursensor 222 umfassen, der so konfiguriert ist, dass er eine Temperatur in der Nähe der Operationsstelle während eines Laserverfahrens erfasst. Beispiele für den Temperatursensor 222 können ein Thermoelement, einen Thermistor, einen Widerstandstemperaturdetektor oder einen in integrierte Schaltungen (IC) integrierten Sensor auf Halbleiterbasis umfassen. Der Temperatursensor 222 kann an einem distalen Teil eines Laserzuführungssystems (z. B. am distalen Ende eines optischen Pfads oder einer Laserfaser, um die Laserenergie zur Operationsstelle zu leiten) oder an einem distalen Teil eines Endoskops positioniert werden, um den Temperatursensor der Umgebung der Operationsstelle auszusetzen und die Temperatur darin direkt zu messen. Der eine oder die mehreren Sensoren 220 können zusätzlich einen Drucksensor 224 umfassen, um den Druck an der Operationsstelle während des Eingriffs zu messen.
  • Der Rückkopplungsanalysator 212 kann einen oder mehrere Temperaturtrendschaltungen 214 oder eine Temperaturvorhersageschaltung 216 enthalten. Die Temperaturtrendschaltung 214 kann einen Trend von Temperaturmessungen über die Zeit erzeugen. Basierend auf dem Temperaturtrend kann der Rückkopplungsanalysator 212 eine Temperaturänderungsrate (T/ΔΔt) bestimmen, die den Betrag der Temperaturänderung (Δ T) über einen Einheitszeitraum (Δ t) angibt, wie z. B. eine Temperaturanstiegsrate an oder in der Nähe der Operationsstelle.
  • In einigen Beispielen kann der Temperatursensor 222 an einer von der Operationsstelle entfernten Stelle positioniert werden, z. B. an einem Teil des Spül- und/oder Saugsystems 240, um eine „Offsite“-Temperatur zu messen, die nicht der Temperatur der Operationsstelle entspricht, aber mit ihr korreliert. Der Feedback-Analysator 212 kann die Temperatur der Operationsstelle anhand eines trainierten Schätzmodells und der gemessenen Außentemperatur schätzen. In einigen Beispielen kann die Schätzung der Temperatur an der Operationsstelle auch auf anderen Bedingungen beruhen, wie z. B. den Einstellungen für die Laserenergie (z. B. Leistung, Impulsbreite, Impulsfrequenz) des Lasersystems 230 und den Einstellungen für den Zufluss und den Abfluss der Spülung des Spül- und/oder Saugsystems 240. Die US-Patentanmeldung Nr. 15/686,465 mit dem Titel „Automatic Irrigation-Coordinated Lithotripsy“ bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Schätzung der Temperatur an der Operationsstelle unter Verwendung verschiedener Faktoren, wie z. B. der Temperatur der Spülflüssigkeit, des Spülvolumens und der auf die Operationsstelle aufgebrachten Energie. Die Gesamtheit dieses Verweises wird hier durch Bezugnahme aufgenommen.
  • Die Temperaturvorhersageschaltung 216 kann eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der chirurgischen Stelle zu einem bestimmten zukünftigen Zeitpunkt auf der Grundlage der zu verschiedenen Zeitpunkten gemessenen Temperaturen an der chirurgischen Stelle erstellen, unter der Annahme, dass die auf die chirurgische Stelle angewandte Laserenergie und die Wärmeableitungsmechanismen (z. B. natürliche oder künstlich angewandte, wie z. B. über einen Spülstrom oder andere Mittel zur Temperaturkontrolle an der chirurgischen Stelle) unverändert bleiben. In einem Beispiel kann die Temperaturvorhersageschaltung 216 ein Vorhersagemodell unter Verwendung der mehreren Temperaturmessungen erstellen und eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur unter Verwendung des Vorhersagemodells erstellen. Das Vorhersagemodell kann mit Techniken wie Kurven- und Oberflächenanpassung, Zeitreihenregression oder maschinellem Lernen (ML) erstellt werden. Das Vorhersagemodell kann durch einen Modelltrainingsvorgang unter Verwendung eines Trainingsdatensatzes erstellt werden, der zu verschiedenen Zeiten gemessene Temperaturen an der Operationsstelle und einen Modelltyp enthält. Der Trainingsprozess umfasst die algorithmische Anpassung von Modellparametern (z. B. Gewichte, die Knoten einer Eingabeschicht, Ausgabeschicht oder versteckten Schichten eines neuronalen Netzwerkmodells zugeordnet sind), bis ein Konvergenzkriterium oder ein Trainingsabbruchkriterium erfüllt ist. Das Vorhersagemodell kann ein lineares Modell oder ein nichtlineares Modell umfassen, bei dem die Temperatur an der Operationsstelle so modelliert werden kann, dass sie eine lineare Beziehung oder eine nichtlineare Beziehung zur Zeit hat. In einem Beispiel, wie in 2 dargestellt, kann die Temperaturvorhersageschaltung 216 eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur der Operationsstelle unter Verwendung des Temperaturtrends oder der Temperaturänderungsrate, die von der Temperaturtrendschaltung 214 erzeugt wurde, erstellen. 4 zeigt ein Beispiel für einen Temperaturtrend 415 und eine Vorhersage einer zukünftigen Temperatur unter Verwendung des Trends. In diesem Beispiel ist der Temperaturtrend 415, wie er von der Temperaturtrendschaltung 214 erzeugt wird, ein linearer Trend, der unter Verwendung einer Regressionsanalyse vergangener Temperaturmessungen (dargestellt durch Datenpunkte 410) zu verschiedenen Zeiten und einer aktuellen Temperatur T(t0) zum Zeitpunkt t0 (dargestellt durch Datenpunkte 420), wie sie mit dem Temperatursensor 222 gemessen wurde, erzeugt wird. Der lineare Temperaturtrend 415 kann durch eine Temperaturänderungsrate gekennzeichnet sein, die durch die Steigung des linearen Trends 415 dargestellt wird. Zum Beispiel kann die Temperaturtrendschaltung 214 die Temperaturmessungen analysieren, die in den letzten 6 Sekunden vor der aktuellen Messung um 3° C gestiegen sind, und eine Temperaturänderungsrate von +0,5° C pro Sekunde (+0,5° C /sec, wobei „+“ einen Temperaturanstieg anzeigt) bestimmen. Auf der Grundlage der aktuellen Temperatur T(t0) (z. B. 40° C) und der Temperaturanstiegsrate (z. B. +0,5° C /sec) kann die Temperaturvorhersageschaltung 216 eine zukünftige Temperatur T̃(t1), dargestellt durch den Datenpunkt 430, zu einem zukünftigen Zeitpunkt t1 (t1 = t0 +Δ t) vorhersagen. So kann beispielsweise vorhergesagt werden, dass in den nächsten 10 Sekunden (Δ t = 10 Sekunden) die vorhergesagte Temperatur der Operationsstelle T̃(t1) bis zu 45° C erreichen kann (40° C + 0,5° C /sec * 10 sec).
  • In einigen Beispielen kann die Temperaturvorhersageschaltung 216, wenn die gemessene Temperatur unter einer vorher festgelegten oberen „betriebssicheren“ Temperaturgrenze (Maximaltemperatur oder Tmax) liegt, ein Zeitfenster für den sicheren Betrieb schätzen, das die Zeit angibt, die die Temperatur benötigt, um die „betriebssichere“ Temperaturgrenze Tmax zu erreichen oder zu überschreiten. Wie in 4 dargestellt, stellt das Zeitfenster für den sicheren Betrieb Δt̃max eine geschätzte Zeitspanne zwischen der aktuellen Temperaturmessung T̃(t1) zum Zeitpunkt t1 (dargestellt als Datenpunkt 420) und der „betriebssicheren“ Temperaturgrenze Tmax zu einem geschätzten Zeitpunkt t̃max (dargestellt als Datenpunkt 440). Die Δt̃max kann auf der Grundlage des Temperaturtrends 415 geschätzt werden. Zum Beispiel kann die Temperaturvorhersageschaltung 216 für eine „sichere Operationstemperatur“ von Tmax = 60° C vorhersagen, dass die Temperatur an der Operationsstelle von der aktuellen Temperatur T(t1) von 40° C auf Tmax von 60° C in der nächsten Zeit ansteigen wird Δt̃max = (60° C - 40° C)/(0,5° C/sec) = 40 Sekunden. Informationen über den Temperaturtrend 415, die Vorhersage zukünftiger Temperaturen oder das Zeitfenster für den sicheren Betrieb Δt̃max können dem Benutzer z. B. über die Benutzerschnittstelle 250 angezeigt werden. Der Benutzer kann vor einem Temperaturanstieg an der Operationsstelle gewarnt und aufgefordert werden, geeignete Präventivmaßnahmen zu ergreifen (z. B. Anpassung der Laserleistung oder anderer Systemparameter), lange bevor die Temperatur den Grenzwert für den sicheren Betrieb erreicht, wodurch thermische Gewebeschäden verhindert und die Sicherheit des Patienten während des Eingriffs verbessert werden.
  • Der Steuerschaltkreis 218 kann durch verdrahtete oder drahtlose Verbindungen mit dem Rückkopplungsanalysator 212 verbunden sein. Der Steuerschaltkreis 218 kann die überwachte Temperatur an der Operationsstelle mit einem bestimmten Temperaturbereich vergleichen, z. B. mit der oberen „betriebssicheren“ Temperaturgrenze, wie zuvor beschrieben. Wenn die gemessene Temperatur an der Operationsstelle innerhalb des spezifischen Temperaturbereichs liegt (z. B. unterhalb der „betriebssicheren“ Temperaturgrenze), kann der Steuerschaltkreis 218 einen oder mehrere Systemparameter anpassen, wie z. B. die Laserenergieabgabe über das Lasersystem 230 und/oder den Spülstrom über das Spül- und/oder Saugsystem 240, in Übereinstimmung mit einem oder mehreren der Temperaturtrends (oder der Temperaturänderungsrate), die von der Temperaturtrendschaltung 214 erzeugt werden, oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur oder des geschätzten Zeitfensters für den sicheren Betrieb, die von der Temperaturvorhersageschaltung 216 erzeugt werden. Erfüllt die Temperatur an der Operationsstelle beispielsweise ein Kriterium, das eine Temperaturanpassung rechtfertigt (z. B. wenn die Temperaturanstiegsrate (z. B. + 0,8° C /sec) einen Schwellenwert (z. B. +0,5° C /sec) überschreitet, oder wenn die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden (z. B. 15 Sekunden) den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde, oder wenn das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation (z. B., 10 Sekunden für den Anstieg der Temperatur an der Operationsstelle auf den Grenzwert für die „sichere Operation“) kürzer ist als eine vorher festgelegte Schwellenwertlänge), dann kann die Steuerschaltung 218 automatisch einen oder mehrere Systemparameter anpassen oder den Benutzer auffordern, diese manuell einzustellen, um den Schweregrad der laserinduzierten thermischen Gewebeschädigung zu verhindern oder zu verringern, wie weiter unten noch erläutert wird.
  • Das Lasersystem 230, bei dem es sich um ein Beispiel für das Lasersystem 102 oder das Lasersystem 104 gemäß 1 handelt, kann eine Laserquelle (z. B. die erste Laserquelle 106) und einen optischen Pfad (z. B. den ersten optischen Pfad 108) umfassen, um die Laserenergie auf die Operationsstelle zu richten. Die Laserquelle kann Laserenergie in Übereinstimmung mit einer Laserausgangsintensität oder einem oder mehreren Laserbestrahlungsparametern (z. B. einem oder mehreren Laserpuls-Parametern wie Leistung, Dauer, Frequenz oder Pulsform, Belichtungszeit oder Abschusswinkel) erzeugen. Mindestens einige der Laserparameter sind programmierbar oder einstellbar, entweder automatisch, z. B. durch die Steuerschaltung 218, oder manuell durch einen Benutzer über die Benutzerschnittstelle 250. Wenn die gemessene Temperatur an der chirurgischen Stelle innerhalb des spezifischen Temperaturbereichs liegt (z. B. unterhalb der „betriebssicheren“ Temperaturgrenze), kann die Steuerschaltung 218 automatisch eine Laserausgangseinstellung in Übereinstimmung mit einem oder mehreren der Temperaturtrends (oder der Temperaturänderungsrate), die von der Temperaturtrendschaltung 214 erzeugt werden, oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur oder des geschätzten Zeitfensters für den sicheren Betrieb, die von der Temperaturvorhersageschaltung 216 erzeugt werden, anpassen. Zum Beispiel, wenn die Temperatur an der Operationsstelle ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt (die Temperaturanstiegsrate übersteigt einen Schwellenwert, oder wenn die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde, oder wenn das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als eine vorher festgelegte Schwellenwertfensterlänge), kann die Steuerschaltung 218 automatisch die durchschnittliche Leistung der an die Operationsstelle abgegebenen Laserimpulse reduzieren, beispielsweise durch Verringerung der Impulsbreite eines Laserimpulses, der Spitzenleistung eines Laserimpulses oder der Impulsfrequenz, die eine Anzahl von Laserimpulsen pro Zeiteinheit darstellt, oder mehrere davon. Durch die Verringerung der durchschnittlichen Leistung der Laserpulse kann die laserinduzierte Erwärmung an oder in der Nähe der Operationsstelle verringert werden, wodurch eine thermische Schädigung des Gewebes verhindert und die Sicherheit des Patienten während des Eingriffs verbessert wird.
  • Zusätzlich oder alternativ zur Einstellung eines oder mehrerer Laserausgangsparameter kann die Steuerschaltung 218 automatisch eine von mehreren vorgegebenen Laserausgangseinstellungen oder Impulsprofilen mit unterschiedlichen Energieausgangsniveaus auswählen, und zwar auf der Grundlage des Temperaturtrends (oder der Temperaturänderungsrate), der von der Temperaturtrendschaltung 214 erzeugt wird, oder der Vorhersage der künftigen Temperatur oder des geschätzten Zeitfensters für den sicheren Betrieb, das von der Temperaturvorhersageschaltung 216 erzeugt wird. In einem Beispiel kann die Steuerschaltung 218 automatisch zwischen mindestens einer ersten Einstellung für „hohe Leistung“ und einer zweiten Einstellung für „niedrige Leistung“ mit jeweils vorgegebenen Parameterwerten umschalten. Die Einstellung „niedrige Leistung“ hat eine niedrigere Durchschnittsleistung als die Einstellung „hohe Leistung“. Wenn die Temperatur im Operationsgebiet das Kriterium der Temperaturanpassung erfüllt, kann die Einstellung der Laserleistung automatisch auf „niedrige Leistung“ umgeschaltet werden.
  • In einigen Beispielen kann die Steuerschaltung 218, wenn die gemessene Temperatur an der Operationsstelle innerhalb des spezifischen Temperaturbereichs liegt (z. B. unterhalb der „betriebssicheren“ Temperaturgrenze), ein Steuersignal für einen Aktuator erzeugen, der mit einem optischen Pfad (z. B. einer Laserfaser) des Lasersystems 230 gekoppelt ist, um die Position oder Ausrichtung eines distalen Abschnitts (Laserabschussabschnitt) des optischen Pfads relativ zu dem anatomischen Ziel an oder nahe der Operationsstelle einzustellen. Die Einstellung der Position oder Ausrichtung des distalen Abschnitts des optischen Wegs kann die Einstellung eines Abstands zwischen dem distalen Abschnitt und dem anatomischen Ziel (dem „Faser-Ziel-Abstand“) oder eines Zielwinkels des distalen Abschnitts in Bezug auf das anatomische Ziel umfassen, und zwar in Übereinstimmung mit dem Temperaturtrend (oder der Temperaturänderungsrate), der von der Temperaturtrendschaltung 214 erzeugt wird, oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur oder dem geschätzten Zeitfenster für einen sicheren Betrieb, das von der Temperaturvorhersageschaltung 216 erzeugt wird. Wenn beispielsweise die Temperatur an der Operationsstelle ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt (z.B. wenn die Temperaturanstiegsrate einen Schwellenwert überschreitet, wenn die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde oder wenn das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als eine vorbestimmte Schwellenwertfensterlänge), kann die Steuerschaltung 218 automatisch über den Aktuator den distalen Teil des optischen Weges weiter von der Operationsstelle wegbewegen (d.h., (d.h. Vergrößerung des Faser-Ziel-Abstands) und/oder den distalen Teil des optischen Pfads drehen, um den Laser von der Operationsstelle weg zu richten (um den Zielwinkel zu vergrößern). Durch die Vergrößerung des Faser-Ziel-Abstands und/oder die Vergrößerung des Zielwinkels kann die Dichte der auf die Operationsstelle auftreffenden Laserenergie und die in die Operationsstelle übertragene laserinduzierte Wärme reduziert werden.
  • Das Spül- und/oder Absaugsystem 240 kann eine oder mehrere Spül- und/oder Absaugquellen enthalten, die einen Strom von Spülflüssigkeit (auch als Spülmittel bezeichnet, z. B. Kochsalzlösung) durch mindestens einen Spülkanal, wie er z. B. in einem Endoskop enthalten ist, während des Eingriffs zur Operationsstelle leiten können. Die Spülflüssigkeit kann die Entfernung von Gewebetrümmern, Steinfragmenten und anderen unerwünschten Stoffen durch einen Saugkanal erleichtern. Der Spülstrom hat auch eine kühlende Wirkung auf das Gewebe an oder in der Nähe der Operationsstelle und die chirurgischen Werkzeuge (z. B. endoskopische Gewebeentfernungsvorrichtung) und kann dazu beitragen, die bei der Abtragung von Steinen entstehende Wärme abzuführen. Beispiele für das Spül- und/oder Saugsystem 240 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 erörtert.
  • Wenn die gemessene Temperatur an der Operationsstelle innerhalb des spezifischen Temperaturbereichs liegt (z.B. unter der „sicheren“ Temperaturgrenze), kann die Steuerschaltung 218 automatisch einen oder mehrere Spülparameter, wie z.B. einen Spülfluss oder einen Saugfluss, in Übereinstimmung mit einem oder mehreren der Temperaturtrends (oder der Temperaturänderungsrate), die von der Temperaturtrendschaltung 214 erzeugt werden, oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur oder des geschätzten Zeitfensters für den sicheren Betrieb, die von der Temperaturvorhersageschaltung 216 erzeugt werden, einstellen. Wenn beispielsweise die Temperatur an der Operationsstelle ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt (z. B. wenn die Temperaturanstiegsrate einen Schwellenwert überschreitet oder die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde oder das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als eine vorgegebene Schwellenwertfensterlänge), kann die Steuerschaltung 218 automatisch den Spülstrom von der Spülquelle zur Operationsstelle erhöhen, um die konvektive Wärmeübertragung zu steigern. Zusätzlich oder alternativ kann der Steuerkreis 218 automatisch den Saugstrom (oder Saugdruck) erhöhen, um die Flüssigkeit effektiver von der Operationsstelle abzuziehen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern und die Temperatur der Operationsstelle zu senken.
  • Die Anwendung eines Spül- oder Saugstroms zur Kontrolle der Temperatur an der Operationsstelle kann den Druck an oder in der Nähe der Operationsstelle schwanken lassen. Beispielsweise würde ein Spülstrom in die Operationsstelle den Druck in der Operationsstelle im Allgemeinen erhöhen (positive Druckänderung), während ein Saugdruck (d. h. ein Abfluss) den Druck in der Operationsstelle im Allgemeinen verringern würde (negative Druckänderung). Solche durch Spülung und/oder Absaugung verursachten positiven oder negativen Druckänderungen können, wenn sie nicht ordnungsgemäß reguliert werden, schädlich für das Gewebe oder die Organe an oder in der Nähe der Operationsstelle sein. Um den Druck der anatomischen Umgebung während des Eingriffs unter Kontrolle zu halten und druckbedingte Gewebeschäden zu vermeiden oder zu verringern, kann das System 200 einen Drucksensor 224 enthalten, der den Druck an der Operationsstelle während des Eingriffs erfasst. Wenn die Temperatur an der Operationsstelle ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt (z. B. wenn die Temperaturanstiegsrate einen Schwellenwert überschreitet, die vorhergesagte zukünftige Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde oder das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als eine vorher festgelegte Schwellenwertfensterlänge), kann der Steuerschaltkreis 218 den Spülfluss oder den Saugfluss auf der Grundlage des gemessenen Drucks (P) an der Operationsstelle selektiv aktivieren oder anpassen. Da beispielsweise eine Erhöhung des Spülstroms in die Operationsstelle zu einer positiven Druckänderung an oder in der Nähe der Operationsstelle führen kann, kann der Steuerschaltkreis 218 den Saugstrom erhöhen, um die Temperatur der Operationsstelle zu senken, aber eine Erhöhung des Spülstroms vermeiden, um einen weiteren Anstieg des Drucks an der Operationsstelle zu verhindern, wenn der gemessene Druck an der Operationsstelle, P, eine vorher festgelegte oder vom Benutzer festgelegte obere Druckgrenze Pmax (P > Pmax) überschreitet. Beispielsweise kann der Spülstrom mit seiner aktuellen Rate beibehalten oder auf eine reduzierte Rate eingestellt oder vorübergehend deaktiviert werden. Der erhöhte Saugstrom kann auch dazu beitragen, den Druck an der Operationsstelle auf ein Niveau innerhalb des gewünschten Druckbereichs zu senken. Liegt der gemessene Druck an der Operationsstelle innerhalb eines gewünschten Druckbereichs zwischen dem oberen Druckgrenzwert Pmax und einem unteren Druckgrenzwert Pmin (Pmin <P<Pmax), kann der Steuerkreis 218 den Spülstrom oder den Saugstrom erhöhen, um die Temperatur an der Operationsstelle zu senken. Da eine Erhöhung des Saugstroms zu einer negativen Druckänderung an oder nahe der Operationsstelle führen kann, kann der Steuerkreis 218, wenn der gemessene Druck an der Operationsstelle unter die untere Druckgrenze Pmin (P<Pmin) fällt, den Spülstrom in die Operationsstelle erhöhen, um die Temperatur an der Operationsstelle zu senken, aber eine Erhöhung des Saugstroms vermeiden, um einen weiteren Druckabfall an der Operationsstelle zu verhindern. Zum Beispiel kann der Saugstrom mit seiner aktuellen Rate beibehalten oder auf eine reduzierte Rate eingestellt oder vorübergehend deaktiviert werden. Der erhöhte Spülstrom kann auch dazu beitragen, den Druck im Operationsgebiet auf ein Niveau innerhalb des gewünschten Druckbereichs zu erhöhen.
  • In einigen Beispielen kann das Spül- und/oder Absaugsystem 240 eine Spülungsbehandlungseinheit umfassen, die die Temperatur der Spülflüssigkeit (Irrigant) vor der Anwendung an der Operationsstelle einstellen kann. Wenn die gemessene Temperatur der Operationsstelle innerhalb des spezifischen Temperaturbereichs liegt (z. B. unterhalb der „betriebssicheren“ Temperaturgrenze), kann der Steuerschaltkreis 218 ein Steuersignal an die Spülungsbehandlungseinheit erzeugen, um die Temperatur der Spülflüssigkeit in Übereinstimmung mit dem Temperaturtrend (oder der Temperaturänderungsrate), der von dem Temperaturtrendschaltkreis 214 erzeugt wird, oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur oder dem geschätzten betriebssicheren Zeitfenster, das von dem Temperaturvorhersageschaltkreis 216 erzeugt wird, zu ändern. In einem Beispiel kann die Spülbehandlungseinheit ein Kühlsystem (z. B. einen Kühler oder eine Inline-Kühlung) umfassen. Wenn die Temperatur an der Operationsstelle ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt (z. B. wenn die Temperaturanstiegsrate einen Schwellenwert überschreitet, wenn die vorhergesagte Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde oder wenn das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als ein vorher festgelegter Schwellenwert), kann das Kühlsystem unter der Kontrolle des Steuerkreises 218 die Spülung abkühlen, bevor sie die Operationsstelle erreicht. In einem anderen Beispiel umfasst die Spülungsbehandlungseinheit einen Flüssigkeitsmischer. Wenn die Temperaturanstiegsrate einen Schwellenwert überschreitet, oder wenn die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde, oder wenn das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als eine vorgegebene Schwellenwertfensterlänge, kann der Flüssigkeitsmischer unter der Steuerung des Steuerkreises 218 mindestens zwei Spülmittelquellen mit unterschiedlichen Temperaturen mischen, bevor sie die Operationsstelle erreichen. Die gekühlte Spülung über das Kühlsystem oder die gemischte Spülung über den Flüssigkeitsmischer kann, wenn sie auf die Operationsstelle aufgebracht wird, die konvektive Wärmeübertragung dort verbessern und die Temperatur der Operationsstelle effektiv und effizient senken.
  • In einigen Beispielen kann die Steuerschaltung 218 die Temperatur an der Operationsstelle im Wesentlichen auf einem gewünschten Niveau oder in einem gewünschten Bereich in Übereinstimmung mit einem Temperaturmanagementplan halten. Der Temperaturmanagementplan kann eine nach Prioritäten geordnete Reihenfolge von zwei oder mehr der oben beschriebenen Temperaturkontrollmittel umfassen, darunter beispielsweise die Änderung einer Laserleistungseinstellung oder eines oder mehrerer Laserbestrahlungsparameter, die Anpassung der Position oder Ausrichtung des distalen Teils des optischen Weges (z. B. einer Laserfaser), die Aktivierung oder Anpassung eines Spülstroms in die Operationsstelle und/oder eines Saugstroms von der Operationsstelle weg oder die Änderung der Temperatur des Spülmittels vor der Anwendung auf die Operationsstelle, neben anderen Mitteln. Der Temperaturmanagementplan kann von einem Benutzer programmiert oder geändert werden, z. B. über die Benutzerschnittstellenvorrichtung 250. Die Reihenfolge der Temperaturkontrollmittel kann auf der Grundlage der Verfügbarkeit (z. B. Kühlsystem für die Spülung), der Effizienz der Temperaturkontrolle oder potenzieller negativer Auswirkungen auf die Operationsstelle festgelegt werden. In einem Beispiel kann der Temperaturmanagementplan so programmiert werden, dass eine optimale oder vom Benutzer gewählte Einstellung der Laserleistung bevorzugt beibehalten wird, während andere Geräteeinstellungen (z. B. Position oder Ausrichtung des distalen Abschnitts des optischen Pfads, Spül- und/oder Saugströme, Temperatur der Spülflüssigkeit) angepasst werden, die für das Temperaturmanagement der Operationsstelle geeignet sind. Die Beibehaltung der Laserleistungseinstellung kann während eines Laserlithotripsieverfahrens wünschenswert sein, um die Verfahrensdauer zu verkürzen und die Wirksamkeit und Effizienz der Therapie zu gewährleisten. Darüber hinaus kann eine Anpassung der Laserleistungseinstellung (z. B. eine Verringerung der durchschnittlichen Laserleistung) die Temperatur an der Operationsstelle langsam beeinflussen. In einigen Beispielen kann ein Lithotripsiesystem dazu neigen, eine vom Arzt gewählte Spitzenleistungseinstellung des Lasers beizubehalten, selbst wenn die Einstellung der Laserleistung angepasst wird. Die Laserpulsenergie kann mit der Pulsbreite und der Spitzenleistung gemäß der folgenden Gleichung (1) in Beziehung gesetzt werden: Impulsenergie = Impulsbreite * Spitzenleistung
    Figure DE102023119358A1_0001
  • So kann in einigen Fällen die Pulsenergie durch Verringerung der Pulsbreite verringert werden, ohne die Spitzenleistung zu senken. Darüber hinaus kann die durchschnittliche Laserleistung mit der Pulsenergie und der Pulsfrequenz (d. h. der Anzahl der Pulse pro Sekunde) gemäß der nachstehenden Gleichung (2) in Beziehung gesetzt werden: Durchschnittliche Leistung = Impulsnergie * Impulsfrequenz
    Figure DE102023119358A1_0002
  • Da die Flüssigkeitstemperatur proportional zur durchschnittlichen Leistung des Lasers ansteigt, kann eine Verringerung der Pulsenergie bei gleichbleibender Pulsfrequenz die vom Laser an die anatomische Stelle abgegebene durchschnittliche Leistung verringern. Durch Kombination der Gleichungen (1) und (2) ergibt sich die nachstehende Gleichung (3): Durchschnittliche Leistung = Impulsbreite * Spitzenleistung * Impulsfrequenz
    Figure DE102023119358A1_0003
  • Die Gleichung (3) definiert die Beziehung zwischen den drei Laservariablen (Pulsbreite, Spitzenleistung und Pulsfrequenz). Diese Laservariablen können einzeln oder gemeinsam angepasst werden, um eine gewünschte Durchschnittsleistung (Erwärmungspotenzial) der an eine anatomische Stelle abgegebenen Laserstrahlung zu erzeugen. Beispielsweise kann in manchen Fällen die durchschnittliche Leistung durch eine Verringerung der Pulsfrequenz bei gleichbleibender Spitzenleistung und Pulsbreite verringert werden.
  • Um durch Spülung und/oder Absaugung verursachte Druckschwankungen an oder in der Nähe der Operationsstelle zu verhindern, kann in einigen Beispielen der Temperaturmanagementplan so programmiert werden, dass die Temperaturkontrolle für die Spülung (z. B. Abkühlung der Spülung vor der Anwendung an der Operationsstelle) verwendet werden kann, bevor versucht wird, den Spül- oder Absaugfluss anzupassen. Wenn beispielsweise die gemessene Temperatur an der Operationsstelle ein Kriterium für die Temperaturanpassung erfüllt (z. B. wenn die Temperaturanstiegsrate einen Schwellenwert überschreitet, wenn die vorausgesagte Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde oder wenn das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als ein vorher festgelegter Schwellenwert), kann der Steuerkreis 218 zunächst ein Steuersignal an die Spülbehandlungseinheit des Spül- und/oder Saugsystems 240 erzeugen, um das Spülmittel vor der Anwendung an der Operationsstelle abzukühlen. Das Rückkopplungssteuersystem 210 kann dann die Temperatur der Operationsstelle neu bewerten, um festzustellen, ob sie immer noch ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt; und wenn dies der Fall ist, kann der Steuerschaltkreis 218 ein Steuersignal an das Spül- und/oder Saugsystem 240 erzeugen, um den Spülfluss und/oder den Saugfluss zu erhöhen, um die Temperatur der Operationsstelle zu senken. Die Wahl zwischen oder die Reihenfolge der Anwendung des Spülflusses und des Saugflusses kann auf dem Druck der Operationsstelle basieren, wie oben beschrieben.
    Um z. B. zu verhindern, dass die Temperatur an der Operationsstelle den Grenzwert Tmax erreicht oder überschreitet, kann das System den aktuellen Druck an der Operationsstelle, P, mit dem vorher festgelegten oder vom Benutzer angegebenen oberen Grenzwert Pmax vergleichen. Wenn der aktuelle Druck an der Operationsstelle, P, deutlich unter Pmax liegt (z. B. wenn die Differenz zwischen P und Pmax einen Schwellenwert überschreitet), kann die Zuflussrate der Spülung erhöht werden, um den konvektiven Wärmetransfer über die Spülung zu steigern. Zusätzlich oder alternativ kann der Saugstrom erhöht werden, um die Wärme effizienter von der Operationsstelle abzuführen. Liegt der aktuelle Druck P an der chirurgischen Stelle dagegen im Wesentlichen nahe bei Pmax (z. B. innerhalb einer vom Benutzer vorgegebenen oder vorbestimmten Spanne, z. B. + 10 %), kann die Laserleistungseinstellung verringert werden, anstatt die Spülungszuflussrate zu erhöhen. In Ausführungsformen, bei denen der Saugstrom aktiv gesteuert wird (z. B. über eine Pumpe), kann, wenn der aktuelle Druck an der Operationsstelle P im Wesentlichen nahe bei Pmax liegt, die Saugstromrate erhöht werden, um den Druck an der Operationsstelle zu senken, anstatt die Laserleistungseinstellung zu verringern oder zusätzlich dazu. Während das Körpergewebe im Allgemeinen einige positive Druckänderungen regulieren kann, sind viele Organe relativ unempfindlich gegenüber negativen Druckänderungen. Dementsprechend kann in einigen Beispielen versucht werden, den Spüldurchfluss zu erhöhen, bevor der Saugstrom aktiviert oder erhöht wird.
  • Das rückgekoppelte Steuersystem 210 kann dann die Temperatur an der Operationsstelle neu bewerten, um festzustellen, ob sie immer noch ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt; wenn dies der Fall ist, kann der Steuerschaltkreis 218 ein Steuersignal für das Lasersystem 230 erzeugen, um die Position oder die Ausrichtung des distalen Teils des optischen Pfads anzupassen oder um eine Laserausgangseinstellung oder einen oder mehrere Laserbestrahlungsparameter zu ändern. Die abgestufte, sequentielle Aktivierung oder Einstellung verschiedener Temperatursteuerungsmittel kann dazu beitragen, dass während des Eingriffs ein gewünschter Zustand der Operationsstelle (z. B. Temperatur, Druck) erreicht oder aufrechterhalten wird, ohne dass die Wirksamkeit und Effizienz der Therapie beeinträchtigt oder ein zusätzliches Risiko von Gewebeschäden an oder in der Nähe der Operationsstelle entsteht.
  • Die Benutzerschnittstellenvorrichtung 250 kann mit dem Rückkopplungssteuerungssystem in Verbindung stehen. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung 250 kann eine Ausgabe-/Anzeigeeinheit 252 umfassen, um Informationen anzuzeigen, darunter beispielsweise die Bedingungen im Operationsgebiet wie die Temperatur, den Druck oder andere von den Sensoren 220 erfasste Informationen, das vom Rückkopplungsanalysator 212 erzeugte Rückkopplungssignal, einschließlich des Temperaturtrends, der Vorhersage künftiger Temperaturen oder des Zeitfensters für den sicheren Betrieb (die Zeit, die die Temperatur benötigt, um den Grenzwert für den „sicheren Betrieb“ zu erreichen oder zu überschreiten), oder aktuelle Geräteeinstellungen wie die Laserausgangseinstellung oder die Spül- oder Saugflussraten usw. Die Ausgabe-/Anzeigeeinheit 252 kann UI-Elemente wie visuelle Elemente, Warnungen, taktiles Feedback oder eine beliebige Kombination davon anzeigen. Die Ausgabe-/Anzeigeeinheit 252 kann eine Warnung über einen potenziell gefährlichen Zustand an oder in der Nähe der Operationsstelle erzeugen, z. B. eine erhöhte Temperatur, die ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt, das eine präventive Temperaturanpassung rechtfertigt, oder ein erhöhter Druck an der Operationsstelle. Die Warnung kann in einem hörbaren, sichtbaren, taktilen oder anderweitig für den Menschen wahrnehmbaren Format dargestellt werden. In einem Beispiel kann die Ausgabe-/Anzeigeeinheit 252 einen Countdown-Timer, einen Fortschrittsbalken oder ein anderes UI-Element anzeigen, um das Zeitfenster für den sicheren Betrieb grafisch und/oder textlich darzustellen und dem Benutzer zu empfehlen, einen oder mehrere Systemparameter anzupassen (z. B. die Laserleistung zu verringern oder die Spülung und/oder Absaugung zu erhöhen), um die Zeit zu verlängern, bevor der Temperaturgrenzwert Tmax für den „sicheren Betrieb“ erreicht ist. Wenn beispielsweise die Temperaturvorhersageschaltung 216 vorhersagt, dass die Temperatur an der Operationsstelle in 30 Sekunden den „sicheren“ Temperaturgrenzwert Tmax erreichen wird, kann die Ausgabe-/Anzeigeeinheit 252 einen Countdown-Timer und/oder eine Empfehlung an den Benutzer anzeigen, die Lasereinstellung zu verringern oder andere Temperaturkontrollmaßnahmen wie oben beschrieben zu ergreifen, um die Zeit bis zum Erreichen von Tmax zu verlängern.
  • Die Benutzerschnittstellenvorrichtung 250 kann eine oder mehrere Eingabeeinheiten 254 enthalten, um die Programmierung des Geräts durch den Benutzer zu empfangen, wie z. B. Parameterwerte, die das Temperatureinstellungskriterium (den Schwellenwert für die Temperaturanstiegsrate, den Grenzwert für die „betriebssichere“ Temperatur oder eine Schwellenwertfensterlänge für das Zeitfenster für den sicheren Betrieb) definieren, sowie Benutzereingaben zur Anpassung der Laserleistungseinstellung, der Spül- oder Saugstromparameter und anderer Geräteparameter zur Steuerung der Temperatur im Operationsgebiet. In einigen Beispielen kann ein Benutzer über eine oder mehrere Eingabeeinheiten 254 den Temperaturmanagementplan bereitstellen, der eine priorisierte Reihenfolge von zwei oder mehr Temperaturkontrollmitteln wie oben beschrieben definiert. Beispielsweise kann ein Benutzer die Steuerschaltung 218 anweisen, zunächst die Temperatur der Spülung zu senken (falls verfügbar), ohne die Laserleistung der Spülungsdurchflussrate anzupassen. Wenn dann vorhergesagt wird, dass die Temperatur innerhalb der nächsten (Δ t) eine Schwellentemperatur (Tth) erreicht, kann die Spülflussrate und/oder die Saugflussrate erhöht und/oder die Laserleistung verringert werden. Sowohl Tth als auchΔ t können vom Benutzer über die eine oder mehrere Eingabeeinheiten 254 definiert werden. In einem Beispiel, wie in 4 dargestellt, kann Tth als Tmax gewählt werden, und Δ t kann dem Zeitfenster für den sicheren Betrieb entsprechen. Δt̃max Beispiele für priorisierte Mittel zur Steuerung der Temperatur an der Operationsstelle werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6A-6B erörtert.
  • In einigen Beispielen kann die Ausgabe-/Anzeigeeinheit 252 eine Empfehlung für vorbeugende Maßnahmen zur Verhinderung von Gewebeschäden generieren, z. B. die empfohlene Einstellung der Laserleistung oder anderer Systemparameter. Ein Benutzer kann über die eine oder mehrere Eingabeeinheiten 254 eine Eingabe machen, um die empfohlene Einstellung zu bestätigen, abzulehnen oder zu ändern.
  • 3 zeigt ein Beispiel für ein endoskopisches Laserlithotripsiesystem 300 mit automatischer Kontrolle des Zustands der Operationsstelle, das ein Beispiel für das endoskopische chirurgische System 200 sein kann. Das endoskopische Laserlithotripsiesystem 300 kann ein Endoskop 301, ein Rückkopplungssteuerungssystem 310, einen Aktuator 338, ein Spül- und/oder Saugsystem 340 und eine Spülbehandlungseinheit 342 umfassen. Das Endoskop 301 hat einen proximalen Teil und einen länglichen distalen Teil, der so konfiguriert ist, dass er während eines endoskopischen Laserlithotripsieverfahrens in eine Operationsstelle eines Patienten eingeführt werden kann. Das Endoskop 301 kann die visuelle Inspektion oder Behandlung von weichem (z. B. nicht verkalktem) oder hartem (z. B. verkalktem) Gewebe sowie die Visualisierung oder Zertrümmerung oder anderweitige Behandlung von Nierensteinen oder anderen Steinen oder anderen Zielen ermöglichen. Wie in 3 dargestellt, kann das Endoskop 301 Visualisierungs- und Beleuchtungsoptiken enthalten oder bereitstellen, wie beispielsweise einen optischen Visualisierungspfad 360 und einen optischen Beleuchtungspfad 350, die sich jeweils in Längsrichtung entlang des länglichen Körpers des Endoskops 301 erstrecken können. Ein Okular oder eine Kamera oder eine Bildanzeige kann am optischen Visualisierungspfad 360 vorgesehen oder mit diesem gekoppelt sein, um dem Benutzer oder der Maschine die Visualisierung eines Zielbereichs am oder in der Nähe eines distalen Endes des Endoskops 301 zu ermöglichen. Der Zielbereich kann durch Licht 370 beleuchtet werden, wie es von einer Beleuchtungslichtquelle 324 an einem proximalen Ende des Beleuchtungsstrahlengangs 350 bereitgestellt und von einem distalen Ende des Beleuchtungsstrahlengangs 350 emittiert wird. Die Lichtquelle 324 kann beispielsweise eine Xenon-Lampe, eine lichtemittierende Diode (LED), eine Laserdiode (LD) oder eine Kombination davon sein. In einem Beispiel kann die Lichtquelle 324 zwei oder mehr Lichtquellen umfassen, die Licht mit unterschiedlichen Beleuchtungseigenschaften emittieren, die als Beleuchtungsmodi bezeichnet werden. In einem Beispiel können die Beleuchtungsmodi einen Weißlicht-Beleuchtungsmodus oder einen speziellen Beleuchtungsmodus wie einen Schmalband-Bildgebungsmodus, einen Autofluoreszenz-Bildgebungsmodus oder einen Infrarot-Bildgebungsmodus umfassen. Eine spezielle Lichtbeleuchtung kann beispielsweise bestimmte Wellenlängen des Lichts bündeln und verstärken, was zu einer besseren Visualisierung von Gewebe oder anderen Strukturen an der Operationsstelle führt.
  • Das Lithotripsiesystem 300 kann mindestens eine Laserquelle 332 umfassen oder mit ihr gekoppelt sein, bei der es sich beispielsweise um die erste Laserquelle 106, die zweite Laserquelle 116 oder die im Lasersystem 230 enthaltene Laserquelle handeln kann. Die Laserquelle 332 kann mechanisch und optisch mit einem optischen Pfad 334 verbunden sein, der eine einzelne optische Faser oder ein Bündel von optischen Fasern umfassen kann. Der optische Pfad 334, bei dem es sich um eine Ausführungsform des ersten optischen Pfads 108 oder des zweiten optischen Pfads 118 oder des im Lasersystem 230 enthaltenen optischen Pfads handelt, kann über eine proximale Zugangsöffnung eingeführt werden, um sich in einem Arbeitskanal oder einem anderen Längskanal oder Lumen des Endoskops 301 oder eines ähnlichen Instruments zu erstrecken.
  • Das Lithotripsiesystem 300 kann einen oder mehrere Sensoren enthalten, um Informationen von dem anatomischen Ziel oder der Operationsstelle zu erfassen, wie z. B. einen Temperatursensor 222 und einen Drucksensor 224. Wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, kann der Temperatursensor 222 die Temperatur der Operationsstelle und der Drucksensor 224 den Druck an der Operationsstelle während des Eingriffs messen. Der Temperatursensor 222 und der Drucksensor 224 können an einem distalen Ende 336 des optischen Pfades 334 angeordnet sein. Alternativ können sich der Temperatursensor 222 und der Drucksensor 224 auch an anderen Stellen befinden, z. B. am distalen Ende 346 eines Spül- und/oder Saugkanals 344. In einigen Beispielen können der Temperatursensor 222 und der Drucksensor 224 mit verschiedenen Gerätekomponenten verbunden sein. Zum Beispiel kann der Temperatursensor 222 an einem distalen Ende 336 des optischen Weges 334 und der Drucksensor 224 an einem distalen Ende des Spül- und/oder Saugkanals 344 oder umgekehrt angeordnet sein.
  • Das Spül- und/oder Absaugsystem 340 (eine Ausführungsform des Spül- und/oder Absaugsystems 240) kann eine Spülquelle und eine Absaugquelle umfassen, die jeweils mit einem Arbeitskanal des Endoskops 301, z. B. einem Spül- und/oder Absaugkanal 344, in Fluidverbindung stehen. Der Spül- und/oder Saugkanal 344 kann ein gemeinsamer, vereinheitlichter Kanal sein, um den Spülungszufluss und den Saugabfluss zu verschiedenen Zeiten zu leiten. Alternativ kann der Spül- und/oder Absaugkanal 344 in einigen Beispielen zwei getrennte Kanäle umfassen, z. B. einen Spülkanal und einen Absaugkanal. Der separate Spülkanal und der Absaugkanal können parallel zueinander oder koaxial mit einer gemeinsamen Achse angeordnet sein, z. B. in einer verschachtelten Konfiguration. Die Spülquelle kann dazu dienen, den Spül- und/oder Saugkanal 344 mit Spülflüssigkeit (Spülmittel) zu versorgen. Die Bewässerungsflüssigkeit kann durch Schwerkraft oder unter Druck zugeführt werden. In einem Beispiel kann eine Pumpe einen unter Druck stehenden Spülstrom durch den Spül- und/oder Saugkanal 344 in die Operationsstelle erzeugen. Die Saugquelle kann dazu dienen, Flüssigkeit und unerwünschte Stoffe von der Operationsstelle zu einem Behälter zu ziehen, zu saugen, zu saugen, zu aspirieren oder auf andere Weise zu bewegen oder zu entfernen. Die Saugquelle kann die vorgenannten Funktionen ausführen, indem sie ein Vakuum, einen Sog oder einen Unterdruck im Spül- und/oder Saugkanal 344 erzeugt und anlegt.
  • Das Rückkopplungssteuersystem 310 kann Rückkopplungsinformationen empfangen, die von einem oder mehreren Sensoren erzeugt werden, z. B. Temperaturmessungen an der Operationsstelle, die vom Temperatursensor 222 erzeugt werden, und Druckmessungen an der Operationsstelle, die vom Drucksensor 224 erzeugt werden. Das Rückkopplungssteuerungssystem kann einen Rückkopplungsanalysator 312 und eine Steuerschaltung 318 umfassen. Der Rückkopplungsanalysator 312 (eine Ausführungsform des Rückkopplungsanalysators 212) kann die vom Temperatursensor 222 erzeugten Temperaturmessungen analysieren und eine oder mehrere Temperaturmetriken erzeugen, wie z. B. eine Temperaturanstiegsrate, eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden oder ein geschätztes Zeitfenster für einen sicheren Betrieb. Der Steuerschaltkreis 318 (eine Ausführungsform des Steuerschaltkreises 218) kann feststellen, ob die überwachte Temperatur an der Operationsstelle in einen bestimmten Temperaturbereich fällt (z. B. unter eine obere „betriebssichere“ Temperaturgrenze) und ein Temperaturanpassungskriterium erfüllt, das anzeigt, dass der Temperaturanstieg an oder nahe der Operationsstelle eine Temperaturanpassung rechtfertigt, um eine thermische Schädigung des Gewebes zu verhindern (z. B., die Temperaturanstiegsrate einen Schwellenwert überschreitet, oder wenn die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden den Grenzwert für die „sichere Operation“ überschreiten würde, oder wenn das geschätzte Zeitfenster für die sichere Operation kürzer ist als eine vorher festgelegte Schwellenwertfensterlänge), wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wenn das Kriterium der Temperaturanpassung erfüllt ist, kann die Steuerschaltung 318 automatisch einen oder mehrere Systemparameter anpassen oder den Benutzer auffordern, diese manuell einzustellen, um die Temperatur an der Operationsstelle zu regulieren und so die Schwere der laserinduzierten thermischen Gewebeschäden zu verhindern oder zu verringern.
  • Zur Regulierung der Temperatur an der Operationsstelle während eines Eingriffs können verschiedene Temperaturkontrollmittel verwendet werden. In einem Beispiel kann die Steuerschaltung 318 ein Steuersignal für die Laserquelle 332 erzeugen, um automatisch eine Laserausgangseinstellung, wie z. B. die durchschnittliche Leistung der an die Operationsstelle abgegebenen Laserimpulse, einzustellen, z. B. durch Verringerung der Impulsbreite eines Laserimpulses, der Spitzenleistung eines Laserimpulses oder der Impulsfrequenz, die eine Anzahl von Laserimpulsen pro Zeiteinheit darstellt, oder mehrere davon. In einem anderen Beispiel kann die Steuerschaltung 318 ein Steuersignal für ein Stellglied 338 erzeugen, um eine Position eines Laseremissionsendes relativ zum Ziel an der Operationsstelle einzustellen. Der Aktuator 338 kann mit einem Teil des optischen Weges 334 gekoppelt sein und in elektrischer Verbindung mit der Steuerschaltung 318 stehen. In einem Beispiel kann das Stellglied 338 am oder in der Nähe des distalen Endes des Endoskops 301 angeordnet sein. Der Aktuator 338 kann ein oder mehrere elektromagnetische Elemente, ein elektrostatisches Element, ein piezoelektrisches Element oder ein anderes Betätigungselement enthalten, um das distale Ende 336 des optischen Weges 334 in Bezug auf den Arbeitskanal oder einen anderen Längskanal des Endoskops 301 oder in Bezug auf eine andere Referenzposition, für die das Endoskop 301 als Referenzrahmen dienen kann, zu betätigen oder anderweitig eine Längs- oder Rotationspositionierung zu ermöglichen. Als Reaktion auf das Steuersignal von der Steuerschaltung 318 kann der Aktuator 338 die Position oder Ausrichtung eines distalen Endes 336 des optischen Weges 334 anpassen, wie z. B. die Anpassung der Längsposition durch Bewegen des distalen Endes 336 weiter weg von der Operationsstelle (um den Faser-Ziel-Abstand zu vergrößern) und/oder die Anpassung der Drehposition durch Lenken des distalen Endes 336 weg von der Operationsstelle (um den Zielwinkel zu vergrößern).
  • In einem weiteren Beispiel kann der Steuerschaltkreis 318 ein Steuersignal für das Spül- und/oder Saugsystem 340 erzeugen, um einen oder mehrere Spülparameter, wie z. B. einen Spülstrom oder einen Saugstrom, automatisch einzustellen. Der Spül- oder Saugstrom kann dazu beitragen, die während des Verfahrens (z. B. Laserbehandlung von Gewebe oder Zertrümmerung von Konkrementen) erzeugte Wärme abzuführen. Der Spül- oder Saugstrom kann auch dazu beitragen, Flüssigkeit und unerwünschte Stoffe (z. B. Gewebetrümmer oder Steinfragmente) zu entfernen und den Druck der Operationsstelle unter Kontrolle zu halten, so dass der Druck im Wesentlichen auf einem vom Benutzer vorgegebenen Druckniveau gehalten wird (z. B. der vom Benutzer vorgegebene Druck mit einer Toleranz von ± 5-10 %). Wenn die überwachte Temperatur an der Operationsstelle in einen bestimmten Temperaturbereich fällt (z. B. unter eine obere „betriebssichere“ Temperaturgrenze) und das Temperaturanpassungskriterium erfüllt, kann der Steuerschaltkreis 318 das Spül- und/oder Saugsystem 340 so steuern, dass der Spülstrom in die Operationsstelle automatisch erhöht wird, um die konvektive Wärmeübertragung zu steigern, und/oder der Saugstrom (oder Saugdruck) erhöht wird, um die Flüssigkeit von der Operationsstelle abzuziehen, um die Wärmeableitung zu verbessern und die Temperatur an der Operationsstelle zu senken. In einigen Beispielen kann der Spülstrom oder der Saugstrom auf der Grundlage des über den Drucksensor 224 überwachten Drucks an der Operationsstelle selektiv aktiviert oder eingestellt werden, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • In einem anderen Beispiel kann der Steuerschaltkreis 318 ein Steuersignal für die Spülungsbehandlungseinheit 342 erzeugen, um die Temperatur der Spülung automatisch einzustellen, bevor sie auf die Operationsstelle aufgetragen wird. Die Spülungsbehandlungseinheit 342 kann ein Kühlsystem (z. B. einen Kühler oder eine Inline-Kühlung) zum Kühlen der Spülung oder einen Flüssigkeitsmischer zum Mischen von mindestens zwei Spülungsmitteln mit unterschiedlichen Temperaturen umfassen. Wenn die überwachte Temperatur der Operationsstelle in einen bestimmten Temperaturbereich fällt (z. B. unter eine obere „betriebssichere“ Temperaturgrenze) und das Temperaturanpassungskriterium erfüllt, kann der Steuerkreis 318 das Spül- und/oder Saugsystem 340 so steuern, dass das Spülmittel automatisch über das Kühlsystem oder den Flüssigkeitsmischer gekühlt wird. Das Spül-/Saugsystem 340 kann dann das gekühlte Spülmittel über den Spül- und/oder Saugkanal 344 auf die Operationsstelle aufbringen, um die konvektive Wärmeübertragung darin zu verbessern und die Temperatur der Operationsstelle effektiv und effizient zu senken.
  • Der Steuerschaltkreis 318 kann einen Temperaturmanagementplan erstellen oder von einem Benutzer empfangen, der eine priorisierte Reihenfolge von zwei oder mehr Temperatursteuerungsmitteln, wie oben beschrieben, festlegt, einschließlich z. B. der Änderung einer Laserausgangseinstellung oder eines oder mehrerer Laserbestrahlungsparameter, der Anpassung der Position oder Ausrichtung des distalen Teils des optischen Weges (z. B. einer Laserfaser), der Aktivierung oder Anpassung eines Spülstroms in die Operationsstelle und/oder eines Saugstroms von der Operationsstelle weg oder der Änderung der Temperatur des Spülmittels, bevor es auf die Operationsstelle aufgebracht wird, neben anderen Mitteln.
  • In einigen Beispielen kann das Lithotripsiesystem 300 eine Kamera oder eine Bildgebungsvorrichtung 325 enthalten, um Bildgebungssignale zu sammeln, die vom Zielobjekt als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung (z. B. Beleuchtungslicht 370) des Zielobjekts an oder in der Nähe der Operationsstelle reflektiert werden. Das Bildsignal kann über den optischen Pfad 360 an den Rückkopplungsanalysator 312 übertragen werden. Alternativ kann das vom Ziel oder von der Operationsstelle reflektierte Bildsignal durch den optischen Pfad 334 übertragen werden. Ein optischer Splitter kann das reflektierte Bildsignal an den Feedback-Analysator 312 leiten. Der Rückkopplungsanalysator 312 kann ein Spektrometer enthalten, das eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften aus den Bildgebungsdaten generieren kann. Der Rückkopplungsanalysator 312 kann das Ziel als Steinziel oder anatomisches Ziel an oder in der Nähe der chirurgischen Stelle erkennen oder das Ziel anhand der einen oder mehreren spektroskopischen Eigenschaften als eine Art von Gewebe oder eine Art von Steinen mit unterschiedlicher Zusammensetzung klassifizieren. In einigen Beispielen kann der Rückkopplungsanalysator 312 den Faser-Ziel-Abstand anhand der spektroskopischen Eigenschaften berechnen oder schätzen. Die Steuerschaltung 318 kann ein Steuersignal für die Laserquelle 332 erzeugen, um eine Laserausgangseinstellung anzupassen, ein Steuersignal für den Aktuator 338, um die Position oder Ausrichtung des distalen Endes 346 eines Spül- und/oder Saugkanals 344 (z. B. den Faser-Gewebe-Abstand oder einen Zielwinkel) einzustellen, oder ein Steuersignal für das Spül- und/oder Saugsystem 340, um den Spül- oder Saugstrom auf der Grundlage der Struktur, der Zusammensetzung oder der Art des Ziels einzustellen.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zur Kontrolle des Zustands der Operationsstelle (z. B. der Temperatur der Operationsstelle) während eines endoskopischen Eingriffs zur Behandlung eines anatomischen Ziels (z. B. Weichgewebe, Hartgewebe, Krebsgewebe oder eine Steinstruktur wie Nieren-, Pankreas- oder Gallenblasensteine) zeigt. Das Verfahren 500 kann in dem endoskopischen chirurgischen System 200 oder dem endoskopischen Laserlithotripsiesystem 300 implementiert und von diesem ausgeführt werden. Obwohl die Prozesse des Verfahrens 500 in einem Flussdiagramm dargestellt sind, müssen sie nicht in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden. In verschiedenen Beispielen können einige der Prozesse in einer anderen als der hier dargestellten Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Bei 510 wird Laserenergie (z. B. Laserstrahlen oder eine Folge von Laserimpulsen) an ein anatomisches Ziel abgegeben. Die Laserenergie kann von einer Laserquelle (z. B. der ersten Laserquelle 106, der zweiten Laserquelle 116 oder der Laserquelle 332) erzeugt und durch einen optischen Pfad (z. B. den ersten optischen Pfad 108, den zweiten optischen Pfad 118 oder den optischen Pfad 334) übertragen werden. Bei 520 können die Temperaturen an der Operationsstelle zu verschiedenen Zeitpunkten während des Eingriffs gemessen werden, z. B. mit dem Temperatursensor 222. Bei 530 können die Temperaturmessungen an der Operationsstelle über die Zeit verfolgt werden, um einen Temperaturtrend zu erzeugen, z. B. unter Verwendung der Temperaturtrendschaltung 214. Zusätzlich oder alternativ kann eine Temperaturänderungsrate anhand der Temperaturmessungen an der Operationsstelle bestimmt werden. Die Temperaturänderungsrate (ΔT/Δ t) gibt den Betrag der Temperaturänderung (Δ T) über eine Zeiteinheit (Δ t) an, z. B. die Temperaturanstiegsrate an oder in der Nähe der Operationsstelle. In einigen Beispielen kann eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle zu einem bestimmten zukünftigen Zeitpunkt (z.B. in 5 Sekunden nach einer aktuellen Temperaturmessung) auf der Grundlage der Temperaturmessungen an der Operationsstelle zu verschiedenen Zeitpunkten in der Vergangenheit vor der aktuellen Messung erstellt werden, z.B. unter Verwendung der Temperaturvorhersageschaltung 216. Die Vorhersage kann unter der Annahme erfolgen, dass die auf die Operationsstelle aufgebrachte Laserenergie und die Wärmeableitungsmechanismen (z. B. natürliche oder künstlich aufgebrachte, wie z. B. über einen Spüldurchfluss oder andere Mittel zur Temperaturkontrolle der Operationsstelle) unverändert bleiben. In einigen Beispielen kann ein Vorhersagemodell auf der Grundlage früherer Temperaturmessungen zu verschiedenen Zeitpunkten erstellt werden. Es können verschiedene Modelle verwendet werden, z. B. Kurven- und Oberflächenanpassung, Zeitreihenregression oder maschinelles Lernen (ML). Das Vorhersagemodell kann anhand eines Trainingsdatensatzes trainiert werden, der zu verschiedenen Zeitpunkten gemessene Temperaturen der Operationsstelle und einen Modelltyp enthält. Der Trainingsprozess umfasst die algorithmische Anpassung von Modellparametern (z. B. Gewichte, die den Knoten einer Eingabeschicht, Ausgabeschicht oder versteckten Schichten eines neuronalen Netzmodells zugewiesen sind), bis ein Konvergenzkriterium oder ein Trainingsabbruchkriterium erfüllt ist. Das trainierte Vorhersagemodell kann verwendet werden, um die Vorhersage der zukünftigen Temperatur der Operationsstelle zu einem bestimmten zukünftigen Zeitpunkt zu erstellen. In einigen Beispielen kann, wenn die gemessene Temperatur unter einer vorher festgelegten oberen Temperaturgrenze (Maximaltemperatur) liegt, ein Zeitfenster für die sichere Operation bei 530 geschätzt werden. Das Zeitfenster für den sicheren Betrieb gibt die Zeit an, die benötigt wird, bis die Temperatur den Grenzwert für den sicheren Betrieb erreicht oder überschreitet.
  • Bei 540 kann mindestens ein Betriebsparameter, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle angepasst werden, beispielsweise unter Verwendung der Steuerschaltung 218 oder der Steuerschaltung 318. Durch die Anpassung des mindestens einen Betriebsparameters kann während des Eingriffs eine gewünschte Temperatur an der Operationsstelle erreicht oder beibehalten und eine mögliche thermische Schädigung des Gewebes aufgrund einer laserinduzierten Überhitzung an der Operationsstelle vermieden werden. Die Einstellung des mindestens einen Betriebsparameters kann automatisch erfolgen, z. B. durch die Steuerschaltung 218 oder die Steuerschaltung 318, die mit verschiedenen Geräten des endoskopischen chirurgischen Systems elektrisch verbunden ist. Alternativ können die Informationen über den Temperaturtrend, die Vorhersage künftiger Temperaturen oder das Zeitfenster für den sicheren Betrieb dem Benutzer angezeigt werden, beispielsweise über die Benutzerschnittstellenvorrichtung 250. Der Benutzer kann vor einem Temperaturanstieg an der Operationsstelle gewarnt und aufgefordert werden, geeignete Präventivmaßnahmen zu ergreifen, wie z. B. die Anpassung der Laserleistung oder anderer Systemparameter, lange bevor die Temperatur den Grenzwert für den sicheren Betrieb" erreicht.
  • Es kann versucht werden, die Temperatur auf verschiedene Weise zu steuern, z. B. durch Ändern einer Laserleistungseinstellung oder eines oder mehrerer Laserbestrahlungsparameter, durch Anpassen der Position oder Ausrichtung des distalen Teils des optischen Weges (z. B. einer Laserfaser), durch Aktivieren oder Anpassen eines Spülstroms in die Operationsstelle und/oder eines Saugstroms von der Operationsstelle weg oder durch Ändern der Temperatur des Spülmittels, bevor es auf die Operationsstelle aufgebracht wird, neben anderen Maßnahmen, wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. In einigen Beispielen kann die Temperatur der Operationsstelle in Übereinstimmung mit einem Temperaturmanagementplan gesteuert werden. 6A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Erstellung eines solchen Temperaturmanagementplans auf der Grundlage der Bedingungen an der Operationsstelle, z. B. der Temperatur und des Drucks an der Operationsstelle, darstellt. Der Temperaturmanagementplan kann eine nach Prioritäten geordnete Reihenfolge von zwei oder mehr Temperaturkontrollmitteln wie oben beschrieben enthalten. Bei 601 kann der Temperaturtrend oder die Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle, wie in Schritt 530 des Verfahrens 500 erhalten, mit einem Temperaturanpassungskriterium verglichen werden. Das Temperatureinstellungskriterium kann z.B. beinhalten, dass (i) die gemessene Temperatur an der Operationsstelle innerhalb des spezifischen Temperaturbereichs liegt (z.B. unterhalb der „betriebssicheren“ Temperaturgrenze) und (ii) mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllt ist: die Temperaturanstiegsrate überschreitet einen Schwellenwert, die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden würde die „betriebssichere“ Temperaturgrenze überschreiten; oder das geschätzte Zeitfenster für den sicheren Betrieb ist kürzer als eine vorbestimmte Schwellenwertfensterlänge. Bei 602 kann der Druck an der Operationsstelle gemessen werden, z. B. mit dem Drucksensor 224. Bei 603 kann der erfasste Druck P an der Operationsstelle mit einer vorher festgelegten oder vom Benutzer angegebenen oberen Druckgrenze Pmax, verglichen werden, die auch als maximal zulässiger Druck bezeichnet wird. In 604 kann ein Temperaturmanagementplan auf der Grundlage der Temperaturprüfung in 601 und der Druckprüfung in 603 festgelegt werden. Die Verfügbarkeit (z. B. eines Kühlsystems für die Spülung) und die Effizienz von Temperaturkontrollmitteln oder potenzielle nachteilige Auswirkungen auf die Operationsstelle können ebenfalls berücksichtigt werden, um einen individuellen Temperaturmanagementplan für den Patienten zu erstellen. Der Temperaturmanagementplan kann eine nach Prioritäten geordnete Reihenfolge von zwei oder mehr Temperaturkontrollmitteln, wie oben beschrieben, umfassen, einschließlich z. B. der Änderung einer Laserleistungseinstellung oder eines oder mehrerer Laserbestrahlungsparameter, der Anpassung der Position oder Ausrichtung des distalen Teils des optischen Weges (z. B. einer Laserfaser), der Aktivierung oder Anpassung eines Spülstroms in die Operationsstelle und/oder eines Saugstroms von der Operationsstelle weg oder der Änderung der Temperatur des Spülmittels, bevor es auf die Operationsstelle aufgebracht wird, neben anderen Mitteln. Wenn der Temperaturtrend oder die Vorhersage der zukünftigen Temperatur der Operationsstelle das Kriterium für die Temperaturanpassung bei 601 erfüllt, kann in einem Beispiel, wie in 6A gezeigt, die Prioritätenreihenfolge zwischen der Anpassung der Laserleistungseinstellung und der Anpassung des Spül- oder Saugstroms zumindest teilweise darauf beruhen, ob der Druck P an der Operationsstelle ein Niveau erreicht, das im Wesentlichen nahe der oberen Druckgrenze Pmax bei 605 liegt. Wenn der Druck P an der Operationsstelle deutlich unter Pmax liegt (z. B. wenn die Differenz zwischen P und Pmax einen Schwellenwert überschreitet), kann die Spülflussrate bei 606 erhöht werden. Wenn der Druck P an der Operationsstelle im Wesentlichen nahe bei Pmax liegt (z. B. innerhalb einer benutzerdefinierten oder vorher festgelegten Spanne von Pmax , z. B. +10 %), kann die Priorität der Temperatursteuerungseinrichtung auf der Grundlage bestimmt werden, ob eine Option zur Erhöhung des Saugstroms bei 607 verfügbar ist. Wenn der Saugstrom nicht verfügbar ist oder vom Benutzer nicht aktiviert wurde, kann die Einstellung der Laserleistung angepasst werden, z. B. durch Verringerung der Laserleistung bei 608. Wenn jedoch der Saugstrom bei 607 verfügbar und vom Benutzer aktiviert ist, kann die Saugstromrate bei 609 erhöht werden. Im Anschluss an die Temperaturkontrollvorgänge in einem der Schritte 606, 608 und 609 können andere Temperaturkontrollmittel in einem bedarfsgesteuerten Modus (z. B. durch den Benutzer aktiviert) ausprobiert werden. Die Überwachung der Temperatur der Operationsstelle kann bei 520 fortgesetzt werden.
  • 6B ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Temperaturmanagementplans mit priorisierten Mitteln zur Kontrolle der Temperatur an der Operationsstelle zeigt, was eine Ausführungsform der Schritte 540 zur Anpassung mindestens eines Betriebsparameters im Zusammenhang mit dem endoskopischen chirurgischen System sein kann, um im Wesentlichen eine gewünschte Temperatur an der Operationsstelle zu erreichen oder beizubehalten. Der Temperaturtrend, die Vorhersage einer zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle oder das geschätzte Zeitfenster für einen sicheren Betrieb, die bei 530 erzeugt wurden, können verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Temperaturanpassungskriterium bei 610 erfüllt ist. Ein solches Temperaturanpassungskriterium kann beispielsweise beinhalten, dass (i) die gemessene Temperatur an der Operationsstelle innerhalb des spezifischen Temperaturbereichs liegt (z. B. unterhalb der „betriebssicheren“ Temperaturgrenze) und (ii) mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllt ist: die Temperaturanstiegsrate überschreitet einen Schwellenwert, die Vorhersage der zukünftigen Temperatur in den nächsten X Sekunden würde die „betriebssichere“ Temperaturgrenze überschreiten; oder das geschätzte Zeitfenster für den sicheren Betrieb ist kürzer als eine vorher festgelegte Schwellenwertfensterlänge. Wenn das Kriterium in 610 nicht erfüllt ist, wird die Temperatur an der Operationsstelle als normal angesehen und es muss kein Parameter angepasst werden, und die Überwachung der Temperatur an der Operationsstelle kann in 620 fortgesetzt werden. Ist das Kriterium bei 610 erfüllt, wird bei 620 eine Option zur Kühlung der Spülung vor dem Einfließen in die Operationsstelle bereitgestellt. Wenn die Option zur Kühlung der Spülung verfügbar ist und ausgewählt wurde (z. B. vom Benutzer), kann die Spülung bei 622 gekühlt werden, bevor sie die Operationsstelle erreicht, z. B. mithilfe eines Kühlsystems (z. B. eines Kühlers oder eines in der Spüleinheit 342 enthaltenen Inline-Kühlers) oder durch Mischen von mindestens zwei Spülungsträgern mit unterschiedlichen Temperaturen. Die gekühlte Spülung kann auf die Operationsstelle aufgetragen werden, um den konvektiven Wärmeübergang zu verbessern. Die Überwachung der Temperatur der Operationsstelle kann bei 520 fortgesetzt werden.
  • Wenn die Option zur Kühlung der Spülflüssigkeit nicht verfügbar ist oder bei 620 nicht ausgewählt wurde, wird bei 630 eine Option zur Verwendung eines Spül- und/oder Saugsystems (wie das Spül- und/oder Saugsystem 240 oder das Spül- und/oder Saugsystem 340) bereitgestellt. Wie oben unter Bezugnahme auf 2 und 3 erläutert, kann das Spül- und/oder Saugsystem einen Spülstrom in die Operationsstelle und/oder einen Saugstrom (Ausfluss) von Flüssigkeit aus der Operationsstelle bereitstellen. Zusätzlich zur Unterstützung der Entfernung von Gewebetrümmern, Steinfragmenten und anderen unerwünschten Stoffen während des Eingriffs haben der Spül- und Saugstrom auch eine kühlende Wirkung auf das Gewebe an oder in der Nähe der Operationsstelle. Wenn die Option Spülung und/oder Absaugung bei 630 nicht verfügbar ist oder nicht ausgewählt wurde (z. B. vom Benutzer), können die Laserleistungseinstellungen bei 632 angepasst werden. Beispielsweise kann die durchschnittliche Leistung von Laserimpulsen verringert werden, indem die Impulsbreite eines Laserimpulses, die Spitzenleistung eines Laserimpulses oder die Impulsfrequenz, die eine Anzahl von Laserimpulsen pro Zeiteinheit darstellt, verringert wird oder werden. Durch die Verringerung der durchschnittlichen Leistung der Laserpulse kann die durch den Laser induzierte Erwärmung an oder in der Nähe der Operationsstelle verringert werden, wodurch eine thermische Schädigung des Gewebes verhindert und die Sicherheit des Patienten während des Eingriffs verbessert wird. In einigen Beispielen kann eine Position oder Ausrichtung eines distalen Abschnitts eines optischen Pfads relativ zu dem anatomischen Ziel an der Operationsstelle eingestellt werden, beispielsweise über den Aktuator 338, um die Position oder Ausrichtung des distalen Endes 336 des optischen Pfads 334 einzustellen. Die Position oder Ausrichtung kann angepasst werden, um den Abstand zwischen Faser und Ziel zu erhöhen und/oder den Zielwinkel zu vergrößern, wodurch die Dichte der auf die Operationsstelle auftreffenden Laserenergie und die in die Operationsstelle übertragene laserinduzierte Wärme verringert werden. Die Überwachung der Temperatur der Operationsstelle kann bei 520 fortgesetzt werden.
  • Wenn die Option Spülung und/oder Absaugung verfügbar ist und bei 630 ausgewählt wurde, kann bei 640 ein Druck an der Operationsstelle gemessen werden, beispielsweise mit dem Drucksensor 224. Abhängig von dem gemessenen Druck (P) an der Operationsstelle kann der Spülstrom oder der Saugstrom selektiv aktiviert oder eingestellt werden, um eine Temperaturkontrolle der Temperatur an der Operationsstelle zu erreichen. Bei 650 wird der gemessene Druck an der Operationsstelle mit einer vorher festgelegten oder vom Benutzer angegebenen oberen Druckgrenze Pmax verglichen. Wenn der gemessene Druck an der Operationsstelle, P, den Wert Pmax (P>Pmax) überschreitet, wird bei 652 nur die Saugdurchflussrate (aber nicht die Spülungsdurchflussrate) erhöht, um die Temperatur an der Operationsstelle zu senken. Zusätzlich oder alternativ kann die Durchflussrate der Spülung reduziert werden, um den Druck an der Operationsstelle zu verringern. Da eine Erhöhung des Spülstroms in die Operationsstelle zu einer positiven Druckänderung an oder nahe der Operationsstelle führen kann, sollte eine weitere Erhöhung des Spülstroms vermieden werden, um einen weiteren Anstieg des Drucks an der Operationsstelle zu verhindern. Ist der gemessene Druck an der Operationsstelle niedriger als Pmax , kann der gemessene Druck an der Operationsstelle weiter mit einem vorher festgelegten oder vom Benutzer angegebenen unteren Druckgrenzwert Pmin bei 660 verglichen werden. Liegt der gemessene Druck an der Operationsstelle innerhalb eines durch Pmin und Pmax definierten Bereichs (Pmin <P<Pmax), kann um 670 die Durchflussrate der Spülung oder der Absaugung erhöht werden, um die Temperatur an der Operationsstelle zu senken. Wenn jedoch bei 660 der gemessene Druck an der Operationsstelle unter die untere Druckgrenze Pmin (P<Pmin) fällt, wird bei 662 nur die Durchflussmenge der Spülung in die Operationsstelle (aber nicht die Durchflussmenge der Absaugung) erhöht, um die Temperatur an der Operationsstelle zu senken, aber eine Erhöhung der Durchflussmenge der Absaugung vermieden, um einen weiteren Druckabfall an der Operationsstelle zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ kann der Saugstrom reduziert werden, um den Druck an der Operationsstelle zu erhöhen. Da eine Erhöhung des Saugstroms zu einer negativen Druckänderung an oder in der Nähe der Operationsstelle führen kann, sollte eine weitere Erhöhung des Saugstroms vermieden werden, um einen weiteren Druckabfall an der Operationsstelle zu verhindern. Nach der Einstellung des Spül- oder Saugstroms bei 652, 662 oder 670 kann die Überwachung der Temperatur an der Operationsstelle bei 620 fortgesetzt werden.
  • 7 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm einer Beispielmaschine 700, auf der eine oder mehrere der hier beschriebenen Techniken (z. B. Methoden) ausgeführt werden können. Teile dieser Beschreibung können sich auf den Computerrahmen verschiedener Teile des endoskopischen chirurgischen Systems 200 oder des endoskopischen chirurgischen Systems 300 beziehen.
  • In alternativen Ausführungsformen kann die Maschine 700 als eigenständiges Gerät arbeiten oder mit anderen Maschinen verbunden (z. B. vernetzt) sein. Bei einem vernetzten Einsatz kann die Maschine 700 als Server, als Client oder als beides in einer Server-Client-Netzwerkumgebung arbeiten. In einem Beispiel kann die Maschine 700 als Peer-Maschine in einer Peer-to-Peer (P2P) (oder einer anderen verteilten) Netzwerkumgebung arbeiten. Bei dem Gerät 700 kann es sich um einen Personal Computer (PC), einen Tablet-PC, eine Set-Top-Box (STB), einen Personal Digital Assistant (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 spezifizieren. Auch wenn nur eine einzelne 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, z. B. Cloud Computing, Software as a Service (SaaS), andere Computer-Cluster-Konfigurationen.
  • Die hier beschriebenen Beispiele können eine Logik oder eine Reihe von Komponenten oder Mechanismen umfassen oder damit arbeiten. Schaltungssätze sind eine Sammlung von Schaltungen, die in greifbaren Einheiten implementiert sind, die Hardware enthalten (z. B. einfache Schaltungen, Gatter, Logik usw.). Die Zugehörigkeit zu einer Gruppe von Schaltkreisen kann im Laufe der Zeit und der zugrundeliegenden Hardwarevariabilität flexibel sein. Die Schaltkreise enthalten Elemente, die einzeln oder in Kombination bestimmte Operationen ausführen können, wenn sie in Betrieb sind. In einem Beispiel kann die Hardware des Schaltungssatzes unveränderlich so ausgelegt sein, dass sie eine bestimmte Operation ausführt (z. B. fest verdrahtet). In einem Beispiel kann die Hardware des Schaltungssatzes variabel verbundene physische Komponenten (z. B. Ausführungseinheiten, Transistoren, einfache Schaltungen usw.) umfassen, einschließlich eines computerlesbaren Mediums, das physisch modifiziert ist (z. B. magnetisch, elektrisch, bewegliche Platzierung von Partikeln mit unveränderlicher Masse usw.), um Anweisungen für den spezifischen Vorgang zu kodieren. Durch die Verbindung der physikalischen Komponenten werden die zugrundeliegenden elektrischen Eigenschaften einer Hardwarekomponente verändert, z. B. von einem Isolator zu einem Leiter oder umgekehrt. Die Anweisungen ermöglichen es der eingebetteten Hardware (z. B. den Ausführungseinheiten oder einem Lademechanismus), Elemente des Schaltungssatzes in der Hardware über die variablen Verbindungen zu erzeugen, um Teile der spezifischen Operation im Betrieb auszuführen. Dementsprechend ist das computerlesbare Medium kommunikativ mit den anderen Komponenten des Schaltungssatzes verbunden, wenn das Gerät in Betrieb ist. In einem Beispiel kann jede der physischen Komponenten in mehr als einem Mitglied von mehr als einem Schaltungssatz verwendet werden. So können beispielsweise im Betrieb Ausführungseinheiten in einem ersten Schaltkreis eines ersten Schaltungssatzes zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet und von einem zweiten Schaltkreis im ersten Schaltungssatz oder von einem dritten Schaltkreis in einem zweiten Schaltungssatz zu einem anderen Zeitpunkt wiederverwendet werden.
  • Die Maschine (z. B. das Computersystem) 700 kann einen Hardware-Prozessor 702 (z. B. eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Hardware-Prozessorkern oder eine beliebige Kombination davon), einen Hauptspeicher 704 und einen statischen Speicher 706 umfassen, die teilweise oder vollständig über eine Zwischenverbindung (z. B. einen Bus) 708 miteinander kommunizieren können. Die Maschine 700 kann ferner eine Anzeigeeinheit 710 (z. B. eine Rasteranzeige, eine Vektoranzeige, eine holografische Anzeige usw.), eine alphanumerische Eingabevorrichtung 712 (z. B. eine Tastatur) und eine Navigationsvorrichtung 714 (z. B. eine Maus) für die Benutzeroberfläche (UI) umfassen. In einem Beispiel können die Anzeigeeinheit 710, die Eingabevorrichtung 712 und die UI-Navigationsvorrichtung 714 ein Touchscreen-Display sein. Die Maschine 700 kann zusätzlich eine Speichervorrichtung (z. B. Laufwerk) 716, eine Signalerzeugungsvorrichtung 718 (z. B. einen Lautsprecher), eine Netzwerkschnittstellenvorrichtung 720 und einen oder mehrere Sensoren 721, wie z. B. einen GPS-Sensor (Global Positioning System), einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser oder andere Sensoren umfassen. Das Gerät 700 kann eine Ausgabesteuerung 728 enthalten, z. B. eine serielle (z. B. Universal Serial Bus (USB), parallele oder eine andere verdrahtete oder drahtlose (z. B. Infrarot (IR), Nahfeldkommunikation (NFC) usw.) Verbindung zur Kommunikation oder Steuerung eines oder mehrerer Peripheriegeräte (z. B. eines Druckers, Kartenlesers usw.).
  • Die Speichervorrichtung 716 kann ein maschinenlesbares Medium 722 enthalten, auf dem ein oder mehrere Sätze von Datenstrukturen oder Anweisungen 724 (z. B. Software) gespeichert sind, die eine oder mehrere der hierin beschriebenen Techniken oder Funktionen verkörpern oder von diesen verwendet werden. Die Anweisungen 724 können sich auch vollständig oder zumindest teilweise im Hauptspeicher 704, im statischen Speicher 706 oder im Hardware-Prozessor 702 befinden, während sie von der Maschine 700 ausgeführt werden. In einem Beispiel kann eine oder eine beliebige Kombination aus dem Hardware-Prozessor 702, dem Hauptspeicher 704, dem statischen Speicher 706 oder dem Speichergerät 716 ein maschinenlesbares Medium darstellen.
  • Während das maschinenlesbare Medium 722 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 zum Speichern der einen oder mehreren Anweisungen 724 konfiguriert sind.
  • Der Begriff „maschinenlesbares Medium“ kann jedes Medium umfassen, das in der Lage ist, Befehle zur Ausführung durch die Maschine 700 zu speichern, zu kodieren oder zu tragen, die die Maschine 700 veranlassen, eine oder mehrere der Techniken der vorliegenden Offenbarung auszuführen, oder das in der Lage ist, Datenstrukturen zu speichern, zu kodieren oder zu tragen, die von solchen Befehlen verwendet werden oder mit ihnen verbunden sind. Nicht einschränkende Beispiele für maschinenlesbare Medien können Festkörperspeicher sowie optische und magnetische Medien umfassen. In einem Beispiel umfasst ein maschinenlesbares Massenmedium ein maschinenlesbares Medium mit einer Vielzahl von Partikeln, die eine unveränderliche (z. B. Ruhe-) Masse haben. Dementsprechend handelt es sich bei maschinenlesbaren Massemedien nicht um vorübergehende, sich ausbreitende Signale. Spezifische Beispiele für maschinenlesbare Massenmedien sind: nichtflüchtige Speicher wie Halbleiterspeicher (z. B. elektrisch programmierbare Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbare programmierbare Festwertspeicher (EPSOM)) und Flash-Speicher; Magnetplatten wie interne Festplatten und Wechselplatten; magneto-optische Platten sowie CD-ROM- und DVD-ROM-Platten.
  • Die Anweisungen 724 können ferner über ein Kommunikationsnetz 726 unter Verwendung eines Übertragungsmediums über die Netzschnittstellenvorrichtung 720 unter Verwendung eines beliebigen Übertragungsprotokolls (z. B. Frame Relay, Internetprotokoll (IP), Übertragungssteuerungsprotokoll (TCP), Benutzerdatagramm-Protokoll (UDP), Hypertext-Übertragungsprotokoll (HTTP) usw.) übertragen oder empfangen werden. Beispiele für Kommunikationsnetze können ein lokales Netz (LAN), ein Weitverkehrsnetz (WAN), ein Paketdatennetz (z. B. das Internet), Mobilfunknetze (z. B. zellulare Netze), POTS-Netze (Plain Old Telephone) und drahtlose Datennetze (z. B, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11-Standardfamilie, bekannt als WiFi®, IEEE 802.16-Standardfamilie, bekannt als WiMax®), IEEE 802.15.4-Standardfamilie, Peer-to-Peer-Netzwerke (P2P) und andere. In einem Beispiel kann die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 720 eine oder mehrere physische Buchsen (z. B. Ethernet-, Koaxial- oder Telefonbuchsen) oder eine oder mehrere Antennen für die Verbindung mit dem Kommunikationsnetzwerk 726 enthalten. In einem Beispiel kann die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 720 eine Vielzahl von Antennen enthalten, um drahtlos zu kommunizieren, wobei mindestens eine der Techniken SIMO (Single-Input Multiple-Output), MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) oder MISO (Multiple-Input Single-Output) verwendet wird. Der Begriff „Übertragungsmedium“ umfasst jedes immaterielle Medium, das in der Lage ist, Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine 700 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.
  • Zusätzliche Hinweise
  • Die obige ausführliche Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen Elementen weitere Elemente enthalten. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung denken jedoch auch an Beispiele, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Darüber hinaus ziehen die 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 Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hier gezeigt oder beschrieben werden.
  • In diesem Dokument werden die Begriffe „ein“ oder „eine“, 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 nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Ausdrücke „einschließlich“ und „in denen“ als einfache englische 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 enthält, fällt immer noch in den Anwendungsbereich des Anspruchs. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. lediglich als Kennzeichnung verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen an ihre Gegenstände stellen.
  • Die obige Beschreibung dient der Veranschaulichung und ist nicht restriktiv. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, z. B. von einem Fachmann, der die obige Beschreibung gelesen hat. 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. In der obigen ausführlichen Beschreibung können auch verschiedene Merkmale zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu vereinfachen. 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 einer bestimmten offengelegten Ausführungsform liegen. Daher werden die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich genommen eine separate Ausführungsform darstellt, und es ist vorgesehen, dass diese Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Umfang der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.
  • 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 63/369098 [0001]
    • US 15686465 [0061]

Claims (27)

  1. Ein endoskopisches chirurgisches System, umfassend: eine endoskopische chirurgische Vorrichtung, die steuerbar mit einem medizinischen Instrument gekoppelt ist, um während eines Eingriffs Energie an ein anatomisches Ziel an einer chirurgischen Stelle abzugeben; einen Temperatursensor zum Messen von Temperaturen in der Nähe der Operationsstelle zu verschiedenen Zeiten während des Eingriffs; und eine Steuerschaltung, die eingerichtet ist zum: einen Temperaturtrend oder eine Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle zumindest teilweise auf der Grundlage der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten zu erzeugen; und zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle mindestens einen Betriebsparameter einzustellen, der dem endoskopischen chirurgischen System zugeordnet ist, um während des Eingriffs im Wesentlichen eine gewünschte Temperatur an der Operationsstelle zu erreichen oder beizubehalten.
  2. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 1, wobei das medizinische Instrument mindestens ein Lasersystem zur Abgabe von Laserenergie an ein Stein-Zielgebiet an der Operationsstelle umfasst, wenn das endoskopische chirurgische System in Übereinstimmung mit dem eingestellten mindestens einen Betriebsparameter arbeitet.
  3. Das endoskopische chirurgische System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Steuerschaltung ferner eingerichtet ist zum: Bestimmen einer Temperaturänderungsrate an der Operationsstelle unter Verwendung des erzeugten Temperaturtrends; und Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters als Reaktion darauf, dass die bestimmte Temperaturänderungsrate einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  4. Endoskopisches chirurgisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerschaltung ferner eingerichtet ist zum: Erzeugen eines trainierten Vorhersagemodells unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten; Erzeugen der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle unter weiterer Verwendung des trainierten Vorhersagemodells; und Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters in Reaktion darauf, dass die Vorhersage der zukünftigen Temperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  5. Endoskopisches chirurgisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerschaltung ferner eingerichtet ist zur: Abschätzung eines Zeitfensters für einen sicheren Betrieb unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten, wobei das Zeitfenster für einen sicheren Betrieb eine Abschätzung der Zeit darstellt, die benötigt wird, um eine Temperaturgrenze für einen sicheren Betrieb an der Operationsstelle zu erreichen; und Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters als Reaktion darauf, dass das geschätzte Zeitfenster für den sicheren Betrieb unter einen Zeitschwellenwert fällt.
  6. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine einzustellende Betriebsparameter eine Laserleistungseinstellung des mindestens einen Lasersystems umfasst, wobei die Steuerschaltung ferner so eingerichtet ist, dass sie zumindest teilweise auf dem erzeugten Temperaturtrend oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle basierend zwischen zumindest einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Pulsprofil umschaltet, wobei das zweite vorbestimmte Pulsprofil eine niedrigere Durchschnittsleistung als das erste vorbestimmte Pulsprofil aufweist.
  7. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 6, wobei zum Anpassen der Laserausgangseinstellung die Steuerschaltung ferner so eingerichtet ist, dass sie eine Durchschnittsleistung von Laserimpulsen, die an die Operationsstelle abgegeben werden, in Reaktion darauf reduziert, dass (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Rate anzeigt, die einen Schwellenwert für die Rate überschreitet, oder (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  8. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 7, wobei das Verringern der durchschnittlichen Leistung von Laserimpulsen das Verringern von mindestens einem der folgenden Punkte umfasst: einer Pulsbreite eines Laserpulses; einer Spitzenleistung eines Laserimpulses; und einer Pulsfrequenz, die eine Anzahl von Laserpulsen pro Zeiteinheit darstellt.
  9. Endoskopisches chirurgisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend ein Spül- und/oder Absaugsystem, das so eingerichtet ist, dass es ein Spülmittel in den Operationsbereich einbringt und Flüssigkeit aus diesem absaugt, wobei zum Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters die Steuerschaltung ferner so eingerichtet ist, dass sie über das Spül- und/oder Absaugsystem mindestens einen Spülstrom oder einen Absaugstrom zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der künftigen Temperatur an der Operationsstelle einstellt.
  10. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 9, wobei die Steuerschaltung so eingerichtet ist, dass sie den Spülstrom und/oder die Absaugung in Reaktion darauf erhöht, dass (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Rate anzeigt, die einen Schwellenwert für die Rate überschreitet, oder dass (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  11. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 9, das ferner einen Drucksensor umfasst, der so eingerichtet ist, dass er einen Druck an der Operationsstelle während des Eingriffs erfasst, wobei die Steuerschaltung ferner eingerichtet ist, um den Spülstrom oder den Absaugstrom über das Spül- und/oder Absaugsystem selektiv zu erhöhen, einschließlich um Erhöhen des Absaugstroms oder Verringern des Spülstroms, wenn der erfasste Druck eine obere Druckgrenze überschreitet; Erhöhung des Spülstroms oder der Absaugung oder beider, wenn der erfasste Druck innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die obere Druckgrenze und eine untere Druckgrenze definiert ist; und Erhöhen des Spülstroms oder Verringern des Absaugstroms, wenn der erfasste Druck unter die untere Druckgrenze fällt.
  12. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 9, umfassend eine Spülflüssigkeit-Behandlungseinheit, die so eingerichtet ist, dass sie die Temperatur der Spülflüssigkeit ändert, wobei die Steuerschaltung ferner eingerichtet ist, ein Steuersignal für die Spülflüssigkeits-Behandlungseinheit zu erzeugen, um eine Temperatur der Spülflüssigkeit vor Erreichen der Operationsstelle zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle einzustellen.
  13. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 12, wobei die Spülflüssigkeit-Behandlungseinheit ein Kühlsystem umfasst, das so eingerichtet ist, dass es unter der Steuerung des Steuerkreises die Spülflüssigkeit kühlt, bevor sie die Operationsstelle erreicht, und zwar in Reaktion darauf, dass (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die vorhergesagte zukünftige Temperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  14. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 12, wobei die Spülflüssigkeit-Behandlungseinheit einen Flüssigkeitsmischer enthält, der so eingerichtet ist, dass er unter der Steuerung des Steuerkreises mindestens zwei Spülflüssigkeitsquellen mit unterschiedlichen Temperaturen mischt, bevor sie die Operationsstelle erreichen, und zwar als Reaktion darauf, dass (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die vorhergesagte zukünftige Temperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  15. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 2, wobei die endoskopische chirurgische Vorrichtung einen optischen Pfad mit einem einstellbaren distalen Abschnitt umfasst, wobei der optische Pfad so eingerichtet ist, dass er die Laserenergie auf das anatomische Ziel richtet, wobei die Steuerschaltung ferner so eingerichtet ist, dass sie zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der künftigen Temperatur an der Operationsstelle ein Steuersignal für einen Aktuator erzeugt, der mit dem optischen Pfad gekoppelt ist, um eine Position oder Ausrichtung des distalen Abschnitts des optischen Pfads relativ zu dem anatomischen Ziel einzustellen.
  16. Endoskopisches chirurgisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der mindestens eine Betriebsparameter, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, mindestens eines der folgenden umfasst eine Temperatur eines Spülmittels, bevor es auf die Operationsstelle aufgebracht wird; eine Spülstrom-Durchflussrate; eine Durchflussrate der Absaugung; oder eine Laserleistungseinstellung eines Lasersystems.
  17. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 16, wobei die Steuerschaltung ferner so eingerichtet ist, dass sie die Einstellung mit einer Präferenz für einen der Betriebsparameter durchführt, die zumindest teilweise auf dem erzeugten Temperaturtrend, der Vorhersage der künftigen Temperatur oder einem Druck an der Operationsstelle beruht.
  18. Endoskopisches chirurgisches System nach Anspruch 17, wobei die Steuerschaltung ferner so eingerichtet ist, dass sie: bei der Feststellung, dass der Druck an der chirurgischen Stelle wesentlich unter einem maximal zulässigen Druck liegt, die Spülungsdurchflussrate und/oder die Absaugungsdurchflussrate vor der Einstellung der Laserleistung anzupasst; und bei der Feststellung, dass der Druck an der Operationsstelle im Wesentlichen nahe an einem maximal zulässigen Druck liegt, die Laserausgangseinstellung vor der Einstellung der Spülungsdurchflussrate oder der Absaugungsdurchflussrate einzustellt.
  19. Verfahren zur Steuerung der Temperatur an einer Operationsstelle eines Patienten während eines endoskopischen Eingriffs unter Verwendung eines endoskopischen chirurgischen Systems, wobei das Verfahren umfasst: Richten von Energie, die durch ein medizinisches Instrument erzeugt wird, auf ein anatomisches Ziel an der chirurgischen Stelle; Messen der Temperaturen in der Nähe der Operationsstelle zu verschiedenen Zeiten während des Eingriffs; Erzeugen eines Temperaturtrends oder einer Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle zumindest teilweise auf der Grundlage von Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten; und Einstellen mindestens eines Betriebsparameters, der mit dem endoskopischen chirurgischen System verbunden ist, zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle, um im Wesentlichen eine gewünschte Temperatur an der Operationsstelle während des Eingriffs zu erreichen oder aufrechtzuerhalten.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend das Bestimmen einer Temperaturänderungsrate an der Operationsstelle unter Verwendung des erzeugten Temperaturtrends, wobei das Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters in Reaktion darauf erfolgt, dass die ermittelte Temperaturänderungsrate einen vorbestimmten Schwellenwert für eine Temperaturänderungsrate überschreitet.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-20, umfassend das Erzeugen eines trainierten Vorhersagemodells unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten, wobei das Erzeugen der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle unter Verwendung des trainierten Vorhersagemodells erfolgt, wobei das Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters in Reaktion darauf erfolgt, dass die Vorhersage der zukünftigen Temperatur einen vorbestimmten Temperaturschwellenwert überschreitet.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-21, umfassend das Schätzen eines Zeitfensters für einen sicheren Betrieb unter Verwendung der Temperaturmessungen zu den verschiedenen Zeitpunkten, wobei das Zeitfenster für einen sicheren Betrieb eine Schätzung der Zeit darstellt, die benötigt wird, um eine Temperaturgrenze für einen sicheren Betrieb an der Operationsstelle zu erreichen, wobei das Anpassen des Betriebsparameters in Reaktion darauf erfolgt, dass das geschätzte Zeitfenster für den sicheren Betrieb unter einen Zeitschwellenwert fällt.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-22, wobei das Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters über mindestens ein Lasersystem das Verringern der durchschnittlichen Leistung der an die Operationsstelle abgegebenen Laserpulse als Reaktion darauf einschließt, dass (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Rate anzeigt, die eine Ratenschwelle überschreitet, oder (ii) die Vorhersage der zukünftigen Temperatur eine Temperaturschwelle überschreitet.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei das Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters über ein System zur Spülung und/oder Absaugung die Erhöhung mindestens eines Spülstroms in die Operationsstelle oder eines Absaugstroms aus der Operationsstelle als Reaktion darauf einschließt, dass (i) der erzeugte Temperaturtrend einen Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit anzeigt, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet, oder (ii) die Vorhersage einer zukünftigen Temperatur, die einen Temperaturschwellenwert überschreitet.
  25. Das Verfahren nach Anspruch 24 umfasst ferner das Erfassen eines Drucks an der Operationsstelle während des Eingriffs unter Verwendung eines Drucksensors, wobei das Einstellen des Spülstroms und/oder des Absaugstroms Folgendes umfasst: Erhöhen des Absaugstroms oder Verringern des Spülstroms, wenn der erfasste Druck eine obere Druckgrenze überschreitet; Erhöhen des Spülstroms oder des Absaugstroms oder beider, wenn der erfasste Druck innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die obere Druckgrenze und eine untere Druckgrenze definiert ist; und Erhöhen des Spülstroms oder Verringern des Absaugstroms, wenn der erfasste Druck unter die untere Druckgrenze fällt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-25, wobei das Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters das Einstellen einer Temperatur eines Spülmittels über eine Spülflüssigkeit-Behandlungseinheit, die mit einem Spül- und/oder Absaugsystem gekoppelt ist, vor dem Einfließen in die Operationsstelle zumindest teilweise auf der Grundlage des erzeugten Temperaturtrends oder der Vorhersage der zukünftigen Temperatur an der Operationsstelle umfasst.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19-26, wobei das Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters das Einstellen einer Position oder Ausrichtung eines distalen Abschnitts eines optischen Pfads relativ zu dem anatomischen Ziel an der Operationsstelle und das Richten der Energie auf das anatomische Ziel über den optischen Pfad umfasst.
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