DE112020003716T5 - Endoskopisches laserenergieabgabesystem und verwendungsverfahren - Google Patents

Endoskopisches laserenergieabgabesystem und verwendungsverfahren Download PDF

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Kurt G. Shelton
Sergey A. Bukesov
Brian M. Talbot
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Abstract

Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Abgeben von Laserenergie an ein Ziel in einem endoskopischen Verfahren werden offenbart. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Laserimpulsfolge und einer unterschiedlichen zweiten Laserimpulsfolge, die von einem distalen Ende eines Endoskops emittiert werden und auf ein Ziel auftreffen. Die erste Laserimpulsfolge weist ein erstes Laserenergieniveau auf und die zweite Laserimpulsfolge weist ein zweites Laserenergieniveau auf, das höher ist als das erste Laserenergieniveau. In einem Beispiel wird die erste Laserimpulsfolge verwendet, um Risse auf einer Oberfläche einer Konkrementstruktur auszubilden, und bewirkt die zweite Laserimpulsfolge eine Fragmentierung der Konkrementstruktur, nachdem die Risse ausgebildet wurden.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität gemäß 35 U.S.C. § 119(e) der am 5. August 2019 eingereichten vorläufigen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/882,837 und der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/894,280 , eingereicht am 30. August 2019, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Dieses Dokument bezieht sich im Allgemeinen auf endoskopische Lasersysteme und betrifft insbesondere Systeme und Verfahren zum Steuern von Laserenergie, die an ein Ziel in einem endoskopischen Verfahren abgegeben wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Endoskope werden typischerweise verwendet, um Zugang zu einer internen Stelle eines Subjekts bereitzustellen, sodass einem Arzt ein visueller Zugang bereitgestellt wird. Ein Endoskop wird normalerweise in den Körper eines Patienten eingeführt, gibt Licht an ein Ziel ab (z. B. eine Zielanatomie oder ein Zielobjekt), das untersucht wird, und sammelt Licht, das von dem Objekt reflektiert wird. Das reflektierte Licht trägt Informationen über das Objekt, das untersucht wird. Einige Endoskope beinhalten einen Arbeitskanal, durch den der Bediener ein Absaugen durchführen kann oder Instrumente wie Bürsten, Biopsienadeln oder Pinzetten passieren kann oder minimal invasive Operationen durchführen kann, um unerwünschtes Gewebe oder Fremdkörper aus dem Körper des Patienten zu entfernen.
  • Laser- oder Plasmasysteme wurden verwendet, um chirurgische Laserenergie an verschiedene Zielbehandlungsbereiche wie Weich- oder Hartgewebe abzugeben. Beispiele für die Lasertherapie beinhalten Ablation, Koagulation, Verdampfung, Fragmentierung usw. Bei Lithotripsieanwendungen wurde der Laser verwendet, um Konkrementstrukturen in Nieren-, Gallenblasen-, Harnleiter- und anderen Steinbildenden Regionen aufzubrechen oder um große Konkremente in kleinere Fragmente abzutragen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Das vorliegende Dokument beschreibt Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Abgeben von Laserenergie an ein Ziel in einem endoskopischen Verfahren. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Erzeugen einer ersten Laserimpulsfolge und einer anderen zweiten Laserimpulsfolge, die von einem distalen Ende eines Endoskops emittiert werden und auf ein Ziel auftreffen. Die erste Laserimpulsfolge weist ein erstes Laserenergieniveau auf und die zweite Laserimpulsfolge weist ein zweites Laserenergieniveau auf, das höher als das erste Laserenergieniveau ist. In einem Beispiel wird die erste Laserimpulsfolge verwendet, um Risse auf einer Oberfläche einer Konkrementstruktur auszubilden, und die zweite Laserimpulsfolge bewirkt eine Fragmentierung der Konkrementstruktur, nachdem die Risse ausgebildet werden.
  • Beispiel 1 ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Laserbehandlung an ein Ziel, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer ersten Laserimpulsfolge gemäß einem ersten Laserenergieniveau und einer zweiten Laserimpulsfolge gemäß einem zweiten Laserenergieniveau, das höher als das erste Laserenergieniveau ist; und Richten der ersten Laserimpulsfolge und der zweiten Laserimpulsfolge auf das Ziel von einem distalen Ende eines Endoskops.
  • In Beispiel 2 beinhaltet der Gegenstand von Beispiel 1 optional, dass die erste Laserimpulsfolge im Wesentlichen konstant über einen bestimmten Zeitraum erzeugt wird.
  • In Beispiel 3 beinhaltet der Gegenstand von Beispiel 2 optional, dass die zweite Laserimpulsfolge intermittierend über den bestimmten Zeitraum erzeugt wird, während dessen die erste Laserimpulsfolge erzeugt wird.
  • In Beispiel 4 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-3 optional, dass sich die zweite Laserimpulsfolge zeitlich zwischen zwei Impulsen der ersten Laserimpulsfolge befindet.
  • In Beispiel 5 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-4 optional das Erzeugen einer dritten Laserimpulsfolge gemäß dem ersten Laserenergieniveau, wobei sich die zweite Laserimpulsfolge zeitlich zwischen der ersten Laserimpulsfolge und der dritten Laserimpulsfolge befindet.
  • In Beispiel 6 beinhalten der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-5 optional das Richten der ersten und der zweiten Laserimpulsfolge auf eine Konkrementstruktur.
  • In Beispiel 7 beinhaltet der Gegenstand von Beispiel 6 optional die erste Laserimpulsfolge, die dazu konfiguriert ist, Risse auf einer Oberfläche der Konkrementstruktur auszubilden, und die zweite Laserimpulsfolge, die dazu konfiguriert ist, eine Fragmentierung der Konkrementstruktur zu verursachen, nachdem die Risse ausgebildet werden.
  • In Beispiel 8 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 1-7 optional das Richten der ersten und der zweiten Laserimpulsfolge auf ein Zielgewebe zur Hämostase oder Koagulation darin.
  • Beispiel 9 ist eine Einrichtung, die Folgendes umfasst: wenigstens einen Prozessor; und wenigstens einen nichtflüchtigen Speicher, der Computerprogrammcode, den wenigstens nichtflüchtigen einen Speicher und den Computerprogrammcode beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor zu bewirken, dass die Einrichtung: ein Lasersystem veranlasst, eine erste Laserimpulsfolge gemäß einem ersten Laserenergieniveau und eine zweite Laserimpulsfolge gemäß einem zweiten Laserenergieniveau, das höher als das erste Laserenergieniveau ist, zu emittieren; und die erste Laserimpulsfolge und die zweite Laserimpulsfolge von einem distalen Ende eines Endoskops auf ein Ziel zu richten.
  • In Beispiel 10 beinhaltet der Gegenstand von Beispiel 9 optional die erste Laserimpulsfolge, die über einen bestimmten Zeitraum im Wesentlichen konstant ist.
  • In Beispiel 11 beinhaltet der Gegenstand von Beispiel 10 optional die zweite Laserimpulsfolge, die intermittierend über den bestimmten Zeitraum emittiert wird, während dessen die erste Laserimpulsfolge erzeugt wird.
  • In Beispiel 12 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 9-11 optional, dass der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, die zweite Laserimpulsfolge zu erzeugen, die sich zeitlich zwischen zwei Impulsen der ersten Laserimpulsfolge befindet.
  • In Beispiel 13 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 9-12 optional, dass der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, eine dritte Laserimpulsfolge gemäß dem ersten Laserenergieniveau zu erzeugen und die zweite Laserimpulsfolge zu erzeugen, die sich zeitlich zwischen der ersten Laserimpulsfolge und der dritten Laserimpulsfolge befindet.
  • In Beispiel 14 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 9-13 optional, dass: der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, die erste und die zweite Laserimpulsfolge an eine Konkrementstruktur abzugeben; und die erste Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, Risse auf einer Oberfläche der Konkrementstruktur auszubilden, und dass die zweite Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, eine Fragmentierung der Konkrementstruktur zu bewirken, nachdem die Risse ausgebildet wurden.
  • In Beispiel 15 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 9-14 optional, dass der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, die erste und die zweite Laserimpulsfolge an ein Zielgewebe zur Hämostase oder Koagulation darin abzugeben.
  • Beispiel 16 ist eine nichtflüchtige Programmspeichervorrichtung, die durch eine Maschine lesbar ist und ein Programm von Anweisungen, die durch die Maschine ausführbar sind, zum Durchführen von Vorgängen greifbar verkörpert, wobei die Vorgänge Folgendes umfassen: Erzeugen einer ersten Laserimpulsfolge gemäß einem ersten Laserenergieniveau und einer zweiten Laserimpulsfolge gemäß einem zweiten Laserenergieniveau, das höher als das erste Laserenergieniveau ist; und Richten der ersten Laserimpulsfolge und der zweiten Laserimpulsfolge auf ein Ziel von einem distalen Ende eines Endoskops.
  • In Beispiel 17 beinhaltet der Gegenstand von Beispiel 16 optional, dass die erste Laserimpulsfolge im Wesentlichen konstant über einen bestimmten Zeitraum erzeugt wird und die zweite Laserimpulsfolge intermittierend über den bestimmten Zeitraum erzeugt wird, während dessen die erste Laserimpulsfolge erzeugt wird.
  • In Beispiel 18 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 16-17 optional dass die Vorgänge das Erzeugen einer dritten Laserimpulsfolge gemäß dem ersten Laserenergieniveau umfassen, wobei sich die zweite Laserimpulsfolge zeitlich zwischen der ersten Laserimpulsfolge und der dritten Laserimpulsfolge befindet.
  • In Beispiel 19 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 16-18 optional, dass die Vorgänge das Abgeben der ersten und der zweiten Laserimpulsfolge an einer Konkrementstruktur umfassen; und wobei die erste Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, Risse auf einer Oberfläche der Konkrementstruktur auszubilden, und die zweite Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, eine Fragmentierung der Konkrementstruktur zu bewirken, nachdem die Risse ausgebildet wurden.
  • In Beispiel 20 beinhaltet der Gegenstand eines oder mehrerer der Beispiele 16-19 optional, dass die Vorgänge das Abgeben der ersten und der zweiten Laserimpulsfolge an ein Zielgewebe zur Hämostase oder Koagulation darin umfassen.
  • Diese Kurzfassung ist eine Übersicht über einige der Lehren der vorliegenden Anmeldung und soll keine ausschließliche oder erschöpfende Behandlung des vorliegenden Gegenstands darstellen. Weitere Einzelheiten zum vorliegenden Gegenstand sind in der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zu finden. Andere Aspekte der Offenbarung werden für Fachleute offensichtlich, wenn sie die folgende detaillierte Beschreibung lesen und verstehen und die Zeichnungen betrachten, die einen Teil davon ausbilden, von denen jede nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente definiert.
  • Figurenliste
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele sind in den Figuren der beigefügten Zeichnungen beispielhaft veranschaulicht. Solche Ausführungsformen sind demonstrativ und nicht als erschöpfende oder ausschließliche Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands gedacht.
    • 1 veranschaulicht ein Schema eines beispielhaften Laserbehandlungssystems, das ein Laserrückkopplungssteuersystem beinhaltet.
    • 2A-2B veranschaulichen Beispiele für Absorptionsspektren verschiedener Gewebearten, einschließlich Hämoglobin (Hb) und Oxyhämoglobin (HbO2).
    • 3A-3C veranschaulichen Beispiele für Absorptionsspektren verschiedener Arten von Gewebe, einschließlich normalen Gewebes und karbonisierten Gewebes, Hb, HbO2 und Melanin.
    • 4 ist ein Diagramm, das Eindringtiefen einer Laserausgabe veranschaulicht.
    • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Laserrückkopplungssteuersystem zum Bereitstellen einer Laserausgabe veranschaulicht.
    • 6-7 sind Flussdiagramme, die Beispiele von Algorithmen zum Steuern eines oder mehrerer Lasersysteme auf Grundlage der Rückkopplung, die durch ein Laserrückkopplungssteuersystem erzeugt wird, veranschaulichen.
    • 8 veranschaulicht ein Zeitdiagramm eines beispielhaften Doppellasersystems, das eine Gewebeablation und Koagulation unter Verwendung von zwei optischen Wellenlängen bereitstellt.
    • 9A-9B veranschaulichen ein Beispiel eines Endoskops mit eingeführter Laserfaser.
    • 10A-10B veranschaulichen Beispiele von rückkopplungsgesteuerten Laserbehandlungssystemen.
    • 11A-11 B sind Diagramme, die Beispiele eines endoskopischen Systems zum Identifizieren eines Ziels unter Verwendung eines Diagnosestrahls, wie eines Laserstrahls, veranschaulichen.
    • 12 und 13A-13B sind Diagramme, die Reflexionsspektren zum Identifizieren von Zielarten, wie zum Identifizieren von Zusammensetzungen verschiedener Arten von Nierensteinen, veranschaulichen.
    • 14-15 veranschaulichen Lichtspitzen, die verschiedenen Abschnitten der UV-Wellenlänge und den Reflexionsspektren der verschiedenen Steinarten in 13A-13B entsprechen.
    • 16A-16B veranschaulichen Beispiele von Reflexionsspektren, die auf einem UV-VIS-Spektrometer aus verschiedenen Weich- und Hartgewebszusammensetzungen erfasst wurden.
    • 16C veranschaulicht Beispiele für FTIR-Spektren typischer Steinzusammensetzungen.
    • 16D veranschaulicht Beispiele für FTIR-Spektren einiger Weich- und Hartgewebezusammensetzungen.
    • 17-18 veranschaulichen schematische Darstellungen eines Laserbehandlungssystems.
    • 19A-19B veranschaulichen Beispiele einer kombinierten Laserimpulsfolge, die unter Verwendung einer Anzahl von (z. B. N) Laserimpulsfolgen erzeugt wird.
    • 20 veranschaulicht ein Schema eines beispielhaften spektroskopischen Systems mit spektroskopischer Rückkopplung.
    • 21A-21D veranschaulichen Beispiele eines endoskopischen Lasersystems mit Mehrfaserkonfiguration.
    • 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Mehrfasersystems veranschaulicht, wie es in einem spektroskopischen Faserabgabesystem verwendet wird
    • 23A-23B veranschaulichen Beispiele für ein Mehrfaserzubehör mit Quellenlichteingang und Spektroskopierückkopplungssignal.
    • 24A-24D sind Diagramme, die beispielhafte Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen dem distalen Ende des Laserabgabesystems (z. B. einer optischen Faser) und dem Ziel veranschaulichen.
    • 25A-25B veranschaulichen eine Wirkung von Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde auf die Spektren des reflektierten Lichts von dem Ziel.
    • 26 veranschaulicht ein Beispiel eines Endoskopsystems zum Identifizieren eines Ziels unter Verwendung eines Diagnosestrahls wie eines Laserstrahls
    • 27 veranschaulicht ein Diagramm einer Sequenz von Laserimpulsen mit unterschiedlichen gepulsten Energie- oder Leistungsniveaus zur Verwendung bei der Laserbehandlung von Zielgewebe oder Konkrementstrukturen.
    • 28 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Maschine veranschaulicht, an der eine oder mehrere der hierin erörterten Techniken (z. B. Methoden) durchgeführt werden können.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Hierin werden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Abgeben von Laserenergie an ein Ziel in einem endoskopischen Verfahren beschrieben. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Laserimpulsfolge und einer anderen zweiten Laserimpulsfolge, die von einem distalen Ende eines Endoskops emittiert werden und auf ein Ziel auftreffen. Die erste Laserimpulsfolge weist ein erstes Laserenergieniveau auf und die zweite Laserimpulsfolge weist ein zweites Laserenergieniveau auf, das höher als das erste Laserenergieniveau ist. In einem Beispiel wird die erste Laserimpulsfolge verwendet, um Risse auf einer Oberfläche einer Konkrementstruktur auszubilden, und die zweite Laserimpulsfolge bewirkt eine Fragmentierung der Konkrementstruktur, nachdem die Risse ausgebildet werden.
  • Bei der endoskopischen Lasertherapie ist es wünschenswert, unterschiedliches Gewebe zu erkennen, Laserenergie nur auf Zielbehandlungsstrukturen (z. B. Krebsgewebe oder eine bestimmte Konkrementart) anzuwenden und zu vermeiden oder zu reduzieren, dass Nichtbehandlungsgewebe (z. B. normales Gewebe) einer Laserbestrahlung ausgesetzt wird. Üblicherweise erfolgt die Erkennung einer Zielbehandlungsstruktur von Interesse manuell durch einen Bediener, wie durch Visualisieren der Zielchirurgiestelle und ihrer Umgebung durch ein Endoskop. Ein solcher manueller Ansatz kann wenigstens in einigen Fällen ungenau sein, etwa aufgrund eines engen Zugangs zu einer Operationsstelle, der eine eingeschränkte chirurgische Sicht bietet, und kann möglicherweise die Zusammensetzung des Ziels nicht bestimmen. Biopsietechniken wurden verwendet, um die Zielstruktur (z. B. Gewebe) aus dem Körper zu extrahieren, um ihre Zusammensetzung in vitro zu analysieren. In vielen klinischen Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, die Gewebezusammensetzung in vivo zu bestimmen, um die Operationszeit und -komplexität zu reduzieren und die Wirksamkeit der Therapie zu verbessern. Beispielsweise würde bei der Laserlithotripsie, die Laser anwendet, um Konkremente auseinanderzubrechen oder zu zerstäuben, die automatische und In-vivo-Erkennung von Konkrementen eines bestimmten Art (z. B. chemische Zusammensetzung eines Nieren- oder eines Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteins) und das Unterscheiden davon von umgebendem Gewebe es einem Arzt ermöglichen, eine Lasereinstellung (z. B. Leistung, Belichtungszeit oder Abschusswinkel) anzupassen, um den Zielstein effektiver abzutragen, während gleichzeitig das Bestrahlen von Nichtbehandlungsgewebe benachbart zu dem Zielstein vermieden wird.
  • Die herkömmliche endoskopische Lasertherapie hat ebenso eine Einschränkung, dass die Gewebeart (z. B. die Zusammensetzung) in einem Verfahren nicht kontinuierlich überwacht werden kann. Während eines endoskopischen Eingriffs gibt es viele bewegliche Teile, und das Gewebe, das vom Endoskop aus betrachtet wird, kann sich während des Eingriffs ändern. Da die herkömmlichen Biopsietechniken die Entnahme einer Gewebeprobe zum Identifizieren der Zusammensetzung erfordern, können sie die Zusammensetzung des Gewebes während des gesamten Verfahrens nicht überwachen. Eine kontinuierliche Überwachung und Erkennung der Strukturart (z. B. weiche oder harte Gewebeart, normales Gewebe gegenüber Krebsgewebe oder Zusammensetzung von Konkrementstrukturen) an der Spitze des Endoskops kann Ärzten mehr Informationen geben, um die Behandlung während des Eingriffs besser anzupassen. Wenn ein Arzt beispielsweise Nierensteine zerstäubt, die eine harte Oberfläche, jedoch einen weichen Kern aufweisen, können kontinuierliche Gewebezusammensetzungsinformationen durch das Endoskop es dem Arzt ermöglichen, die Lasereinstellung auf Grundlage der kontinuierlich erkannten Steinoberflächenzusammensetzung anzupassen, wie von einer ersten Einstellung, die auf der harten Oberfläche des Steins besser funktioniert, zu einer zweiten anderen Einstellung, die auf dem weichen Kern des Steins besser funktioniert.
  • Einige der hierin beschriebenen Merkmale können Verfahren und Einrichtungen bereitstellen, die die Zusammensetzung verschiedener Ziele beispielsweise in medizinischen Anwendungen (z. B. Weich- oder Hartgewebe) in vivo durch ein Endoskop identifizieren können. Dies kann dem Benutzer ermöglichen, die Zusammensetzung des Ziels, das durch das Endoskop während des gesamten Verfahrens betrachtet wird, kontinuierlich zu überwachen. Dies hat ebenso die Fähigkeit, in Kombination mit einem Lasersystem verwendet zu werden, wobei das Verfahren eine Rückkopplung an das Lasersystem senden kann, um die Einstellungen auf Grundlage der Zusammensetzung des Ziels anzupassen. Dieses Merkmal kann die sofortige Anpassung von Lasereinstellungen innerhalb eines vom Benutzer ausgewählten eingestellten Bereichs der ursprünglichen Lasereinstellung ermöglichen.
  • Einige der hierin beschriebenen Merkmale können verwendet werden, um ein System und Verfahren bereitzustellen, das Unterschiede, wie die chemische Zusammensetzung eines Ziels, in vivo misst und Lasereinstellungen vorschlägt oder Lasereinstellungen automatisch anpasst, um einen gewünschten Effekt besser zu erzielen. Beispiele für Ziele und Anwendungen sind die Laserlithotripsie von Nierensteinen und die Laserinzision oder - verdampfung von Weichgewebe. In einem Beispiel werden drei Hauptkomponenten bereitgestellt: der Laser, das Spektroskopiesystem und der Rückkopplungsanalysator. In einem Beispiel kann eine Steuerung des Lasersystems die Lasertherapie automatisch mit geeigneten Laserparametereinstellungen auf Grundlage der Zielzusammensetzung programmieren. In einem Beispiel kann der Laser auf Grundlage eines mit Spektroskopiedaten trainierten Algorithmus für maschinelles Lernen gesteuert werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Benutzer (z. B. ein Arzt) während des Verfahrens kontinuierlich eine Angabe der Zielart empfangen und aufgefordert werden, die Lasereinstellung anzupassen. Durch die Anpassung der Lasereinstellungen und die Anpassung der Lasertherapie an Zusammensetzungsanteile eines einzelnen Zielsteinablations- oder -zerstäubungsvorgangs kann schneller und energieeffizienter gearbeitet werden.
  • Einige der hierin beschriebenen Merkmale können Systeme und Verfahren zum Bereitstellen von Dateneingaben an den Rückkopplungsanalysator bereitstellen, um Internetkonnektivität und Konnektivität mit anderen chirurgischen Vorrichtungen mit einer Messfunktion zu beinhalten. Zusätzlich kann das Lasersystem Eingabedaten an ein anderes System, wie einen Bildprozessor, bereitstellen, wodurch der Verfahrensmonitor dem Benutzer Informationen anzeigen kann, die für das medizinische Verfahren relevant sind. Ein Beispiel hierfür ist das klarere Identifizieren von verschiedenen Weichgeweben im Sichtfeld während eines Verfahrens, Gefäßsystem, Kapselgewebe und verschiedenen chemischen Zusammensetzungen in demselben Ziel, wie beispielsweise einem Stein.
  • Einige der hierin beschriebenen Merkmale können Systeme und Verfahren zum Identifizieren verschiedener Zielarten, wie verschiedener Gewebearten oder verschiedener Konkrementarten, bereitstellen. In einigen Fällen kann eine einzelne Konkrementstruktur (z. B. ein Nieren-, Blasen-, Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasenstein) zwei oder mehr verschiedene Zusammensetzungen über ihr gesamtes Volumen aufweisen, wie Brushit, Calciumphosphat (CaP), Dihydrat-Calciumoxalat (COD), Monohydrat-Calciumoxalat (COM), Magnesiumammoniumphosphat (MAP) oder eine auf Cholesterin oder Harnsäure basierende Konkrementstruktur. Beispielsweise kann eine Zielsteinstruktur einen ersten Anteil von CSB und einen zweiten Anteil von COM beinhalten. Gemäß einem Aspekt beschreibt das vorliegende Dokument ein System und ein Verfahren zum kontinuierlichen Identifizieren verschiedener Zusammensetzungen, die in einem einzelnen Ziel (z. B. einem einzelnen Stein) enthalten sind, auf Grundlage einer kontinuierlichen Sammlung und Analyse spektroskopischer Daten in vivo. Die Behandlung (z. B. Lasertherapie) kann gemäß der identifizierten Zielzusammensetzung angepasst werden. Beispielsweise kann das Lasersystem als Reaktion auf eine Identifizierung einer ersten Zusammensetzung (z. B. CSB) in einem Zielstein mit einer ersten Laserparametereinstellung (z. B. Leistung, Aussetzungszeit oder Schusswinkel usw.) programmiert werden und Laserstrahlen entsprechend abgeben, um den ersten Anteil abzutragen oder zu zerstäuben. Während der Lasertherapie können kontinuierlich spektroskopische Daten erhoben und analysiert werden. Als Reaktion auf eine Identifizierung einer zweiten Zusammensetzung (z. B. COM), die sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet, in dem gleichen Zielstein, der behandelt wird, kann die Lasertherapie angepasst werden, etwa durch Programmieren des Lasersystems mit einer zweiten Laserparametereinstellung, die sich von der Laserparametereinstellung unterscheidet (z. B. Differenzleistung oder Aussetzungszeit oder Schusswinkel usw.), und entsprechendes Abgeben von Laserstrahlen, um den zweiten Anteil des gleichen Zielsteins abzutragen oder zu zerstäuben. In einigen Beispielen können mehrere verschiedene Laserquellen in dem Lasersystem enthalten sein. Steinanteile unterschiedlicher Zusammensetzung können mit unterschiedlichen Laserquellen behandelt werden. Der geeignete zu verwendende Laser kann durch die Identifizierung der Steinart bestimmt werden.
  • Einige der hierin beschriebenen Merkmale können in Bezug auf ein Lasersystem für verschiedene Anwendungen verwendet werden, bei denen es vorteilhaft sein kann, verschiedene Arten von Laserquellen einzubauen. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Merkmale in industriellen oder medizinischen Umgebungen geeignet sein, wie medizinische Diagnose-, therapeutische und chirurgische Verfahren. Die hierin beschriebenen Merkmale können in Bezug auf ein Endoskop, eine Laserchirurgie, eine Laserlithotripsie, Lasereinstellungen und/oder Spektroskopie verwendet werden.
  • 1 veranschaulicht ein Schema eines beispielhaften Laserbehandlungssystems, das ein Laserrückkopplungssteuersystem 100 gemäß veranschaulichenden Beispielen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet. Beispielhafte Anwendungen des Laserrückkopplungssteuersystems 100 beinhalten die Integration in Lasersysteme für viele Anwendungen, wie industrielle und/oder medizinische Anwendungen zur Behandlung von weichem (z. B. nicht verkalktem) oder hartem (z. B. verkalktem) Gewebe oder Konkrementstrukturen, wie Nieren- oder Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasensteinen. Beispielsweise können hierin offenbarte Systeme und Verfahren nützlich sein, um eine präzise gesteuerte therapeutische Behandlung, wie Ablation, Koagulation, Verdampfung und dergleichen, oder Konkrementstrukturen zu abladieren, zu fragmentieren oder zu zerstäuben.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann das Laserrückkopplungssteuersystem 100 in betriebsfähiger Kommunikation mit einem oder mehreren Lasersystemen stehen. Während 1 das Laserrückkopplungssystem zeigt, das mit einem ersten Lasersystem 102 und optional (in gestrichelten Linien gezeigt) mit einem zweiten Lasersystem 104 verbunden ist, werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zusätzliche Lasersysteme in Betracht gezogen.
  • Das erste Lasersystem 102 kann eine erste Laserquelle 106 und assoziierte Komponenten wie Leistungsversorgung, Anzeige, Kühlsysteme und dergleichen beinhalten. Das erste Lasersystem 102 kann ebenso eine erste optische Faser 108 beinhalten, die mit der ersten Laserquelle 106 wirkgekoppelt ist. Die erste optische Faser 108 kann zum Übertragen von Laserausgaben von der ersten Laserquelle 106 an das Zielgewebe 122 konfiguriert sein.
  • In einem Beispiel kann die erste Laserquelle 106 dazu konfiguriert sein, eine erste Ausgabe 110 bereitzustellen. Die erste Ausgabe 110 kann sich über einen ersten Wellenlängenbereich erstrecken. Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann der erste Wellenlängenbereich einem Abschnitt des Absorptionsspektrums des Zielgewebes 122 entsprechen. Das Absorptionsspektrum stellt Absorptionskoeffizienten in einem Bereich von Laserwellenlängen dar. 2A veranschaulicht als Beispiel ein Absorptionsspektrum von Wasser 210. 2B veranschaulicht als Beispiel ein Absorptionsspektrum von Oxyhämoglobin 221 und ein Absorptionsspektrum von Hämoglobin 222. In solchen Beispielen kann die erste Ausgabe 110 vorteilhafterweise eine effektive Ablation und/oder Karbonisierung des Zielgewebes 122 bereitstellen, da sich die erste Ausgabe 110 über einem Wellenlängenbereich befindet, der dem Absorptionsspektrum des Gewebes entspricht.
  • Beispielsweise kann die erste Laserquelle 106 derart konfiguriert sein, dass die erste Ausgabe 110, die im ersten Wellenlängenbereich emittiert wird, einer hohen Absorption (z. B. Überschreiten von etwa 250 cm-1) der einfallenden ersten Ausgabe 110 durch das Gewebe entspricht. In beispielhaften Aspekten kann die erste Laserquelle 106 eine erste Ausgabe 110 zwischen etwa 1900 Nanometern und etwa 3000 Nanometern (z. B. entsprechend einer hohen Absorption durch Wasser) und/oder zwischen etwa 400 Nanometern und etwa 520 Nanometern (z. B. entsprechend einer hohen Absorption durch Oxyhämoglobin und/oder Desoxyhämoglobin) emittieren. Es gibt zwei Hauptmechanismen der Lichtwechselwirkung mit einem Gewebe: Absorption und Streuung. Bei hoher Absorption eines Gewebes (Absorptionskoeffizient größer 250 cm-1) dominiert der erste Absorptionsmechanismus, bei geringer Absorption (Absorptionskoeffizient kleiner 250 cm-1), beispielsweise Laser im Wellenlängenbereich 800-1100 nm, dominiert der Streumechanismus.
  • Für die erste Laserquelle 106 können verschiedene handelsübliche medizintechnische Lasersysteme geeignet sein. Beispielsweise können Halbleiterlaser wie InXGa1-XN-Halbleiterlaser verwendet werden, die die erste Ausgabe 110 im ersten Wellenlängenbereich von etwa 515 Nanometern und etwa 520 Nanometern oder zwischen etwa 370 Nanometern und etwa 493 Nanometern bereitstellen. Alternativ können Infrarot(IR)-Laser, wie sie in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst sind, verwendet werden. Tabelle 1 Beispielliste geeigneter IR-Laser für die erste Laserquelle 106
    Laser Wellenlänge Absorptionskoeffizient Optische Eindringtiefe
    λ (nm) µa (cm-1) δ (µm)
    Thuliumfaserlaser: 1908 88/150 114/67
    Thuliumfaserlaser: 1940 120/135 83/75
    Thulium: YAG: 2010 62/60 161/167
    Holmium: YAG: 2120 24/24 417/417
    Erbium: YAG: 2940 12.000/1.000 1/10
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann das Laserbehandlungssystem der vorliegenden Offenbarung optional ein zweites Lasersystem 104 beinhalten. Das zweite Lasersystem 104 beinhaltet, wie zuvor erwähnt, eine zweite Laserquelle 116 zum Bereitstellen einer zweiten Ausgabe 120 und assoziierte Komponenten, wie Leistungsversorgung, Anzeige, Kühlsysteme und dergleichen. Das zweite Lasersystem 104 kann entweder betriebsmäßig von der ersten Laserquelle 106 getrennt oder alternativ betriebsmäßig an diese gekoppelt sein. In einigen Beispielen kann das zweite Lasersystem 104 eine zweite optische Faser 118 (getrennt von der ersten optischen Faser 108) beinhalten, die operativ an die zweite Laserquelle 116 gekoppelt ist, um die zweite Ausgabe 120 zu übertragen. Alternativ kann die erste optische Faser 108 dazu konfiguriert sein, sowohl die erste Ausgabe 110 als auch die zweite Ausgabe 120 zu übertragen.
  • In bestimmten Aspekten kann sich die zweite Ausgabe 120 über einen zweiten Wellenlängenbereich erstrecken, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet. Dementsprechend kann es keine Überlappung zwischen dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich geben. Alternativ können der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich wenigstens teilweise einander überlappen. Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung entspricht der zweite Wellenlängenbereich möglicherweise keinen Abschnitten des Absorptionsspektrums des Zielgewebes 122, wo einfallende Strahlung (z. B. wie in 2 veranschaulicht) durch Gewebe stark absorbiert wird, das zuvor nicht abladiert oder karbonisiert wurde. In einigen derartigen Aspekten kann die zweite Ausgabe 120 vorteilhafterweise nicht karbonisiertes Gewebe nicht abladieren. Ferner kann die zweite Ausgabe 120 in einem anderen Beispiel karbonisiertes Gewebe abladieren, das zuvor abladiert wurde. In zusätzlichen Beispielen kann die zweite Ausgabe 120 zusätzliche therapeutische Effekte bereitstellen. Beispielsweise kann die zweite Ausgabe 120 besser zum Koagulieren von Gewebe oder Blutgefäßen geeignet sein.
  • Eine Laseremission kann durch weiches oder hartes Gewebe, Stein usw. stark absorbiert werden. In den 3a-3C sind beispielhaft Absorptionsspektren verschiedener Gewebearten dargestellt. 3A veranschaulicht das Absorptionsspektrum von normalem Gewebe (vor der Ablation) 311 beziehungsweise das von karbonisiertem Gewebe (nach der Ablation) 312. 3B veranschaulicht, dass das Absorptionsspektrum innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs (z. B. 450-850 nm) einem exponentiellen Zerfall mit der Laserwellenlänge folgt. (Quelle der Daten, die in 3A und 3B gezeigt werden: http://omlc.org/spectra/hemoglobin/). 3C veranschaulicht optische Absorptionsspektren, die in verschiedenen Medien gemessen werden, einschließlich Spektren für Wasser 331A-331C (bei einer Konzentration von 75 %, 100 % beziehungsweise 4 %), Spektren für Hämoglobin (Hb) 332, Spektren für Oxyhämoglobin (HbO2) 333 und Spektren für Melanin 334A-334D (für Volumenfraktionen von Melanosomen in 2 %, 13 %, 30 % beziehungsweise 100 %). (Quelle der Daten, die in 3C gezeigt werden: http://www.americanlaserstudyclub.org/laser-surgeryeducation/). Die Wellenlängen für die Wasserabsorption liegen im Bereich von 1900 nm bis 3000 nm. Die Wellenlängen für Oxyhämoglobin und/oder Oxyhämoglobin liegen im Bereich von 400 nm bis 520 nm. Obwohl viele chirurgische Laser stark in Wasser oder Hämoglobin absorbiert werden, gibt es innerhalb eines Umfangs begrenzte Medien, um das Wasser zu absorbieren, was ein Grund dafür sein kann, dass das Innere eines Endoskops durch Laserenergie beschädigt werden kann.
  • 4 veranschaulicht die Eindringtiefe einer Laserausgabe, wie der zweiten Ausgabe 120. (Quelle der Daten, die in 4 gezeigt werden:
    • http://www.americanlaserstudyclub.org/laser-surgery-education/). Wie darin zu sehen ist, kann die zweite Ausgabe 120 aufgrund einer Eindringtiefe, die mit den charakteristischen Abmessungen einer kleinen Kapillare vergleichbar ist (z. B. zwischen etwa 5 und etwa 10 µm), für eine effektive Koagulation geeignet sein. Ferner kann in bestimmten Beispielen unter Bezugnahme auf 3A und 3B der zweite Wellenlängenbereich einer geringen Absorption der zweiten Ausgabe 120 durch Gewebe entsprechen, das nicht karbonisiert wurde, jedoch einer hohen Absorption durch Gewebe, das karbonisiert wurde (z. B. durch Ablation der ersten Ausgabe 110). Deutlich entsprechen die spektralen Eigenschaften der zweiten Ausgabe 120 einer hohen (z. B. mehr als etwa 250 cm-1) Absorption der einfallenden zweiten Ausgabe 120 durch karbonisiertes Gewebe. Beispiele für geeignete zweite Laserquellen beinhalten GaxAl1 xAs mit einer zweiten Ausgabe 120 im zweiten Wellenlängenbereich zwischen etwa 750 Nanometer und etwa 850 Nanometer oder InxGa1-xAs mit der zweiten Ausgang 120 im zweiten Wellenlängenbereich zwischen etwa 904 Nanometer und etwa 1065 Nanometer.
  • Während zwei Lasersysteme mit teilweise überlappenden Spektren, die zur Absorption durch Gewebe geeignet sind (normal und/oder karbonisiert), vorstehend beschrieben sind, kann das erste Lasersystem 102 in alternativen Beispielen anstelle des zweiten Lasersystems 104 die zweite Ausgabe 120 bereitstellen. In einem Beispiel kann das erste Lasersystem 102 eine erste Ausgabe 110 über den ersten Wellenlängenbereich, der zur hohen Absorption durch „normales“ Gewebe geeignet ist, das zuvor nicht abladiert wurde (z. B. wie in 2 veranschaulicht), und die zweite Ausgabe 120 über den zweiten Wellenlängenbereich bereitstellen, der einer geringen Absorption durch Gewebe entspricht, bevor es karbonisiert wird, und/oder besser für die Koagulation geeignet ist (z. B. wie in 3A und 3B gezeigt). Das erste Lasersystem 102 kann zusätzliche Ausgaben über zusätzliche Wellenlängenbereiche bereitstellen.
  • Es wird sich erneut auf 1 bezogen. Gemäß beispielhaften Beispielen beinhaltet das Laserbehandlungssystem ein Laserrückkopplungssteuersystem 100. Unter Bezugnahme auf 5 kann das Laserrückkopplungssteuersystem 100, wie zuvor beschrieben, Rückkopplungssignale 130 von einem Zielgewebe 122 analysieren und das erste Lasersystem 102 und/oder das zweite Lasersystem 104 steuern, um geeignete Laserausgaben zum Bereitstellen eines gewünschten therapeutischen Effekts zu erzeugen. Beispielsweise kann das Laserrückkopplungssteuersystem 100 Eigenschaften des Zielgewebes 122 während eines therapeutischen Verfahrens (z. B. Ablation) überwachen, um zu bestimmen, ob das Gewebe vor einem anderen therapeutischen Verfahren (z. B. Koagulation von Blutgefäßen) geeignet abladiert wurde. Dementsprechend kann das Laserrückkopplungssteuersystem 100 einen Rückkopplungsanalysator 140 beinhalten.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 5 kann der Rückkopplungsanalysator 140 gemäß einem Beispiel spektroskopische Eigenschaften des Gewebes überwachen. Spektroskopische Eigenschaften können Eigenschaften wie Reflexionsgrad, Absorptionsindex und dergleichen beinhalten. Dementsprechend kann der Rückkopplungsanalysator 140 einen spektroskopischen Sensor 142 beinhalten. Der spektroskopische Sensor 142 kann ein Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (FTIR), ein Raman-Spektrometer, ein UV-VIS-Reflexionsspektrometer, ein Fluoreszenzspektrometer und dergleichen beinhalten. Das FTIR ist ein Verfahren für die routinemäßige, einfache und schnelle Materialanalyse. Diese Technik hat eine relativ gute Raumauflösung und gibt Auskunft über die chemische Zusammensetzung des Materials. Die Raman-Spektroskopie hat eine gute Genauigkeit bei der Identifizierung von Hart- und Weichteilkomponenten. Als hochraumauflösende Technik ist sie ebenso zur Bestimmung der Verteilung von Komponenten innerhalb eines Ziels nützlich. Die UV-VIS-Reflexionsspektroskopie ist ein Verfahren, das Informationen aus dem von einem Objekt reflektierten Licht sammelt, ähnlich der Information des Auges oder eines Farbbildes, das von einer hochauflösenden Kamera gemacht wird, jedoch quantitativer und objektiver. Die Reflexionsspektroskopie bietet Informationen über das Material, da Lichtreflexion und - absorption von seiner chemischen Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften abhängt. Es ist ebenso möglich, unter Verwendung dieser Technik eindeutige Informationen über Oberflächen- und Masseneigenschaften der Probe zu erhalten. Die Reflexionsspektroskopie kann eine wertvolle Technik sein, um die Zusammensetzung von hartem oder weichem Gewebe zu erkennen. Die Fluoreszenzspektroskopie ist eine Art elektromagnetische Spektroskopie, die Fluoreszenz aus einer Probe analysiert. Dabei wird ein Lichtstrahl, meist ultraviolett, verwendet, der eine Materialverbindung anregt und bewirkt, dass die Materialverbindung Licht emittiert, das typischerweise im sichtbaren oder IR-Bereich liegt. Das Verfahren ist für die Analyse einiger organischer Komponenten wie hartes und weiches Gewebe anwendbar.
  • Der Rückkopplungsanalysator 140 kann in einem Beispiel optional einen bildgebenden Sensor 144 (z. B. CCD- oder CMOS-Kamera, die in ultravioletten (UV), sichtbaren (VIS) oder infraroten (IR) Wellenlängen empfindlich ist) beinhalten. In einigen Beispielen kann der spektroskopische Sensor 142 mehr als eine einzelne Art von Spektrometer oder Abbildungskamera beinhalten, die hierin aufgeführt sind, um die Erfassung und Erkennung verschiedener Merkmale (z. B. karbonisiertes und nicht karbonisiertes Gewebe, Gefäßsystem und dergleichen) zu verbessern.
  • In einigen Beispielen kann der spektroskopische Sensor 142 (ebenso als Spektrometer bezeichnet) ein beliebiges der hierin aufgeführten Spektrometer beinhalten und kann zusätzlich auf Abbildungsfähigkeiten eines während eines therapeutischen Verfahrens verwendeten Endoskops zurückgreifen. Beispielsweise kann ein Endoskop zum Visualisieren eines anatomischen Merkmals während eines therapeutischen Verfahrens (z. B. Laserablation eines Tumors) verwendet werden. In solchen Fällen können die Abbildungsfähigkeiten des Endoskops durch den spektroskopischen Sensor 142 erweitert werden. Beispielsweise können herkömmliche Endoskope eine schmalbandige Bildgebung bereitstellen, die zur verbesserten Visualisierung anatomischer Merkmale (z. B. Läsionen, Tumoren, Gefäßstruktur und dergleichen) geeignet ist. Durch Kombinieren des spektroskopischen Sensors 142 mit einer endoskopischen Bildgebung (Weißlicht- und/oder schmalbandige Bildgebung) kann die Erkennung von Gewebeeigenschaften, wie dem Grad der Karbonisierung, erhöht werden, um die Abgabe der therapeutischen Behandlung genau zu steuern.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann der spektroskopische Sensor 142 betriebsfähig an eine optische Signalerkennungsfaser 150 gekoppelt sein. In solchen Beispielen kann die optische Signalerkennungsfaser 150 optische Eigenschaften aufweisen, die zur Übertragung von spektroskopischen Signalen von dem Gewebe zu dem spektroskopischen Sensor 142 geeignet sind. Alternativ kann der spektroskopische Sensor 142 mit der ersten optischen Faser 108 des ersten Lasersystems 102 und/oder der zweiten optischen Faser 118 des zweiten Lasersystems 104 betriebsfähig gekoppelt sein und dadurch spektroskopische Signale über die erste optische Faser 108 und/oder die zweite optische Faser 118 erkennen.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 und 5 beinhaltet das Laserrückkopplungssteuersystem 100 eine Lasersteuerung 160 in betriebsfähiger Kommunikation mit jedem von dem spektroskopischen Sensor 142, dem ersten Lasersystem 102 und optional dem zweiten Lasersystem 104. Die Lasersteuerung 160 kann ein oder mehrere Lasersysteme (z. B. das erste Lasersystem 102, das zweite Lasersystem 104 und/oder beliebige zusätzliche Lasersysteme), die betriebsfähig damit verbunden sind, gemäß einem oder mehreren hierin beschriebenen Steueralgorithmen steuern, um die Laserausgaben von dem einen oder den mehreren Lasersystemen zu steuern, um einen gewünschten therapeutischen Effekt in dem Zielgewebe 122 zu erzeugen.
  • Die Lasersteuerung 160 kann Prozessoren, wie Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) oder eine beliebige andere gleichwertige integrierte oder diskrete Logikschaltung sowie beliebige Kombinationen solcher Komponenten zum Durchführen einer oder mehrerer der der Lasersteuerung 160 zugeordneten Funktionen beinhalten. Optional kann die Lasersteuerung 160 durch drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen an den spektroskopischen Sensor 142 und ein oder mehrere Lasersysteme (z. B. das erste Lasersystem 102, das zweite Lasersystem 104 und optionale Lasersysteme, die hierin nicht veranschaulicht sind) gekoppelt sein.
  • Die Lasersteuerung 160 kann mit dem Rückkopplungsanalysator 140 kommunizieren (z. B. über verdrahtete oder drahtlose Verbindungen), um ein oder mehrere Rückkopplungssignale von dem Rückkopplungsanalysator 140 zu empfangen. Die Lasersteuerung 160 kann eine oder mehrere Eigenschaften des Zielgewebes 122 auf Grundlage des Rückkopplungssignals/der Rückkopplungssignale bestimmen, wie hierin weiter beschrieben wird. Beispielsweise kann die Lasersteuerung 160 die Amplitude der Rückkopplungssignale vergleichen, um minimale und maximale Amplituden darzustellen, und eine Eigenschaft (z. B. karbonisiert, koaguliert usw.) des Gewebes bestimmen.
  • In einigen Beispielen kann der Rückkopplungsanalysator 140 das Zielgewebe 122 kontinuierlich überwachen und kontinuierlich mit der Lasersteuerung 160 kommunizieren, um Rückkopplungssignale bereitzustellen. Dementsprechend kann die Lasersteuerung 160 das Halten der Lasersysteme in einem oder mehreren Zuständen fortsetzen, bis eine Änderung der Amplitude des Rückkopplungssignals erkannt wird. Wenn eine Änderung der Amplitude des spektroskopischen Signals erkannt wird, kann die Lasersteuerung 160 mit dem einen oder den mehreren Lasersystemen kommunizieren und ihren Zustand / ihre Zustände ändern, um einen gewünschten therapeutischen Effekt abzugeben. Alternativ oder zusätzlich kann die Lasersteuerung 160 mit einem Bediener (z. B. medizinischem Fachpersonal) kommunizieren und eine oder mehrere Ausgaben(n) über ein oder mehrere Ausgabesystem(e) anzeigen, die das Rückkopplungssignal angeben, und kann optional den Bediener anweisen, ein oder mehrere Behandlungsverfahren mit dem ersten Lasersystem und/oder dem zweiten Lasersystem durchzuführen, um einen gewünschten therapeutischen Effekt abzugeben.
  • In hierin beschriebenen veranschaulichenden Beispielen kann die Lasersteuerung 160 das eine oder die mehreren Lasersysteme durch Ändern des Zustands der Lasersysteme steuern. Gemäß einem Aspekt kann die Lasersteuerung 160 jedes Lasersystem unabhängig steuern. Beispielsweise kann die Lasersteuerung 160 ein für jedes Lasersystem separates Steuersignal senden, um jedes Lasersystem unabhängig von den anderen Lasersystemen zu steuern. Alternativ kann die Lasersteuerung 160 ein gemeinsames Signal senden, um ein oder mehrere Lasersysteme zu steuern.
  • In einigen Beispielen kann jedes der Lasersysteme mit zwei unterschiedlichen Zuständen assoziiert sein: einem ersten Zustand, in dem das Lasersystem eine Laserausgabe erzeugt, und einem zweiten Zustand, in dem ein Lasersystem keine Laserausgabe erzeugt. Beispielsweise kann das erste Lasersystem 102 einen ersten Zustand aufweisen, in dem eine erste Ausgabe 110 (z. B. über den ersten Wellenlängenbereich) erzeugt wird, und einen zweiten Zustand, in dem die erste Ausgabe 110 nicht erzeugt wird. Gleichermaßen kann das zweite Lasersystem 104 einen ersten Zustand aufweisen, in dem eine zweite Ausgabe 120 (z. B. über den zweiten Wellenlängenbereich) erzeugt wird, und einen zweiten Zustand, in dem die zweite Ausgabe 120 nicht erzeugt wird. In solchen Beispielen kann die Lasersteuerung 160 das eine oder die mehreren Lasersysteme durch Senden von Steuersignalen steuern, die den Zustand des Lasersystems von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand oder von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand ändern. Ferner kann optional jedes Lasersystem weitere Zustände aufweisen, beispielsweise einen dritten Zustand, in dem eine Laserausgabe über einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich erzeugt wird. Dementsprechend können zusätzliche Steuersignale von der Lasersteuerung 160 an das Lasersystem/die Lasersysteme gesendet werden, um ihre Zustände von ihrem aktuellen Zustand in einen oder mehrere zusätzliche Zustände zu ändern (z. B. erster Zustand in einen dritten Zustand, zweiter Zustand in einen dritten Zustand, dritter Zustand in einen ersten Zustand und dritter Zustand in einen zweiten Zustand), um Laserausgaben zu erzeugen, die einen gewünschten therapeutischen Effekt bereitstellen.
  • Beispiel für Lasersystemsteueralgorithmen
  • 6 und 7 sind Flussdiagramme, die Beispiele von Algorithmen zum Steuern eines oder mehrerer Lasersysteme unter Verwendung des Laserrückkopplungssteuersystems 100 gemäß einigen Beispielen, wie in dieser Offenbarung beschrieben, veranschaulichen. Gemäß dem Steueralgorithmus 600, wie in 6 gezeigt, kann bei Schritt 602 ein erstes Signal (z. B. spektroskopisches Signal) durch den Rückkopplungsanalysator 140 (z. B. spektroskopischer Sensor 142 oder bildgebender Sensor 144) erkannt werden. Bei Schritt 604 kann die Lasersteuerung 160 das erste Signal von dem Rückkopplungsanalysator 140 empfangen. Das erste Signal kann einer ersten Eigenschaft entsprechen. Bei Schritt 606 kann die Lasersteuerung 160 bestimmen, ob das erste Signal im Allgemeinen einem ersten voreingestellten Wert entspricht. Beispielsweise kann die Lasersteuerung 160 die Amplitude des ersten Signals mit einem Zielwert oder voreingestellten Extrema (z. B. maximale oder minimale Amplituden) vergleichen und die erste Eigenschaft des Zielgewebes 122 bestimmen. Die erste Eigenschaft kann die Eigenschaften des Gewebes nach Erhalt einer therapeutischen Behandlung (z. B. abladiertes oder karbonisiertes Gewebe) anzeigen. Die Lasersteuerung 160 kann auf Grundlage der ersten Eigenschaft (Vergleich zwischen dem ersten Signal und dem ersten voreingestellten Wert) bestimmen, dass der gewünschte therapeutische Effekt erzielt wurde, und kann bei Schritt 608 ein erstes Steuersignal an das erste Lasersystem 102 senden, um von einem ersten Zustand des ersten Lasersystems 102 in einen zweiten Zustand des ersten Lasersystems 102 zu wechseln. Gemäß einem Beispiel kann dies dazu führen, dass das erste Lasersystem 102 die erste Ausgabe 110 als Ergebnis einer zufriedenstellenden Abgabe eines therapeutischen Effekts (z. B. Ablation) nicht mehr erzeugt. Alternativ, wenn bei Schritt 606 bestimmt wird, dass das erste Signal im Allgemeinen nicht der ersten Voreinstellung entspricht (nicht ausreichende Ablation), kann die Lasersteuerung keine Steuersignale senden und der Rückkopplungsanalysator kann das Überwachen des ersten Signals fortsetzen.
  • Optional kann der Rückkopplungsanalysator 140 bei Schritt 612 ein zweites Signal empfangen, das sich von dem ersten Signal unterscheidet. Das zweite Signal kann anzeigen, dass die erste Eigenschaft des Zielgewebes einen zweiten voreingestellten Wert aufweist. Beispielsweise kann die Amplitude des reflektierten Lichts aus dem Gewebe in dem zweiten Signal anders sein als in dem ersten Signal. Bei optionalem Schritt 614 kann das zweite Signal von der Lasersteuerung 160 empfangen werden. Bei optionalem Schritt 616 kann die Lasersteuerung 160 bestimmen, ob das zweite Signal im Allgemeinen der zweiten Voreinstellung entspricht. Beispielsweise kann das zweite Signal (z. B. ein spektroskopisches Signal oder Bild) anzeigen, dass das Zielgewebe 122 nicht durch Absorption der ersten Ausgabe 110 karbonisiert wird (z. B. ist eine gemessene Signalamplitude kleiner als eine voreingestellte maximale Amplitude eines spektroskopischen Signals oder Bildes von abladiertem Gewebe). In einigen Fällen kann ein solcher Zustand auf eine unzureichende Ablation oder einen anderen unbefriedigenden therapeutischen Effekt hinweisen, und es kann wünschenswert sein, die Laserausgabe fortzusetzen, damit das Gewebe abladiert werden kann. Dementsprechend kann die Lasersteuerung 160 bei dem optionalen Schritt 618 mit dem ersten Lasersystem 102 kommunizieren, um ein zweites Steuersignal zu senden. Das zweite Steuersystem kann in einem das erste Lasersystem 102 in dem ersten Zustand halten (z. B., um das Abgeben der ersten Ausgabe 110 fortzusetzen). Alternativ, wenn sich das erste Lasersystem in dem zweiten Zustand (z. B. aus) befindet, kann das zweite Steuersignal bei dem optionalen Schritt 620 den Zustand des ersten Lasersystems in den ersten Zustand (z. B. an) ändern, um beispielsweise weiterhin Ablation an das Zielgewebe abzugeben.
  • Bei dem optionalem Schritt 620, nachdem die Lasersteuerung 160 eine zufriedenstellende Abgabe des therapeutischen Zustands bestimmt, kann die Lasersteuerung 160 einen zusätzlichen Steuervorgang durchführen, um zusätzliche Laserausgaben (z. B. bei einer anderen Wellenlänge) abzugeben, um einen zusätzlichen therapeutischen Effekt / zusätzliche therapeutische Effekte abzugeben.
  • 7 veranschaulicht einen Steueralgorithmus zum Steuern eines Doppellasersystems. Der Algorithmus 700 kann in Fällen geeignet sein, in denen die Lasersteuerung 160 in betriebsfähiger Kommunikation mit zwei oder mehr Lasersystemen steht. In einigen derartigen Beispielen kann das erste Lasersystem 102 dazu konfiguriert sein, eine erste Ausgabe 110 (z. B. in einem ersten Wellenlängenbereich) abzugeben, und das zweite Lasersystem 104 kann dazu konfiguriert sein, eine zweite Ausgabe 120 (z. B. in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet) abzugeben, wie zuvor beschrieben. Der Steueralgorithmus 700 kann das erste Lasersystem 102, das zweite Lasersystem 104 und optional zusätzliche Lasersysteme steuern.
  • Gemäß dem Steueralgorithmus 700 kann bei Schritt 702 ein erstes Signal (z. B. spektroskopisches Signal oder Bild) durch den Rückkopplungsanalysator 140 erkannt werden. Bei Schritt 704 kann die Lasersteuerung 160 das erste Signal von dem Rückkopplungsanalysator 140 empfangen. Bei Schritt 706 kann die Lasersteuerung 160 bestimmen, ob das erste Signal im Allgemeinen einem ersten voreingestellten Wert entspricht (wie innerhalb einer spezifizierten Toleranzgrenze der ersten Voreinstellung). Beispielsweise kann die Lasersteuerung 160 die Amplitude des ersten Signals mit einem Zielwert oder voreingestellten Extrema (z. B. maximale oder minimale Amplituden) vergleichen und die erste Eigenschaft des Zielgewebes 122 bestimmen. Die erste Eigenschaft kann die Eigenschaften des Gewebes nach Erhalt einer therapeutischen Behandlung (z. B. abladiertes oder karbonisiertes Gewebe) anzeigen. Die Lasersteuerung 160 kann auf Grundlage, dass die erste Eigenschaft den Zielwert oder voreingestellte Kriterien erfüllt, bestimmen, dass der gewünschte therapeutische Effekt erzielt wurde, und kann bei Schritt 708 ein erstes Steuersignal an das erste Lasersystem 102 senden, um von einem ersten Zustand des ersten Lasersystems 102 in einen zweiten Zustand des ersten Lasersystems 102 zu wechseln. Beispielsweise kann die Lasersteuerung 160 auf Grundlage von reflektiertem Licht von dem abgetragenen Gewebe bestimmen, dass die Ablation zufriedenstellend war, und ein erstes Steuersignal an das erste Lasersystem senden, um das erste Lasersystem in einen AUS-Zustand zu bringen. Alternativ kann die Lasersteuerung 160 in veranschaulichenden Beispielen eine Ausgabe an einen Bediener (z. B. medizinisches Fachpersonal) bereitstellen, um anzuzeigen, dass der gewünschte therapeutische Effekt erreicht wurde, und/oder dem Bediener anzuzeigen, den Zustand des ersten Lasersystems in den Zustand „AUS“ zu ändern.
  • Bei Schritt 708 kann die Lasersteuerung 160 ebenso ein viertes Signal an ein zweites Lasersystem 104 senden, um von einem zweiten Zustand des zweiten Lasersystems 104 in einen ersten Zustand des zweiten Lasersystems 104 zu wechseln. Beispielsweise kann das zweite Lasersystem 104 besser zum Abtragen von karbonisiertem Gewebe geeignet sein. Dementsprechend kann die Lasersteuerung 160 beim Erkennen, dass das Gewebe angemessen karbonisiert wurde (z. B. bei Schritt 708), in einigen Fällen das erste Steuersignal senden, um das erste Lasersystem 102 auszuschalten, und das vierte Steuersignal senden, um das zweite Lasersystem 104 einzuschalten. Ein beispielhaftes Zeitdiagramm der Zustände des ersten Lasersystems und des zweiten Lasersystems ist in 8 gezeigt.
  • In einigen Beispielen können das erste Steuersignal und das vierte Steuersignal gleichzeitig gesendet werden. Alternativ können das erste Steuersignal und das vierte Steuersignal nacheinander gesendet werden.
  • Zurückkehrend zu 7 kann der Rückkopplungsanalysator 140 bei optionalem Schritt 710 ein zweites Signal (z. B. spektroskopisches Signal oder Bild) erkennen, das sich von dem ersten Signal unterscheidet. Beispielsweise kann das zweite Signal anzeigen, dass das Zielgewebe 122 nicht durch Absorption der ersten Ausgabe 110 karbonisiert wird (z. B. ist eine gemessene Signalamplitude größer als eine voreingestellte maximale Amplitude eines spektroskopischen Signals von abladiertem Gewebe). In einigen Fällen kann ein solcher Zustand auf eine unzureichende Ablation oder einen anderen unbefriedigenden therapeutischen Effekt hinweisen, und es kann wünschenswert sein, die Laserausgabe fortzusetzen, damit das Gewebe abladiert werden kann. Bei optionalem Schritt 712 kann die Lasersteuerung das zweite Signal empfangen und bei optionalem Schritt 714 das zweite Signal mit einem zweiten voreingestellten Wert vergleichen. Wenn das zweite Signal im Allgemeinen gleich dem zweiten voreingestellten Wert ist (wie innerhalb einer spezifizierten Toleranzgrenze der zweiten Voreinstellung), kann die Lasersteuerung 160 bei dem optionalen Schritt 716 das zweite Steuersignal an das erste Lasersystem und das dritte Steuersignal an das zweite Lasersystem senden. Ein beispielhaftes Zeitdiagramm der Zustände des ersten Lasersystems und des zweiten Lasersystems ist in 8 gezeigt.
  • Das zweite Steuersignal kann in einigen Beispielen das erste Lasersystem von dem zweiten Zustand (z. B. AUS) in den ersten Zustand (z. B. EIN) ändern. Wenn sich das erste Lasersystem in dem ersten Zustand (z. B. EIN) befindet, kann das zweite Steuersignal das erste Lasersystem 102 alternativ in dem ersten Zustand halten (z. B., um die erste Ausgabe 110 weiterhin abzugeben). Optional kann die Lasersteuerung 160 bei Schritt 716 ein drittes Steuersignal an das zweite Lasersystem 104 senden, wobei dadurch das zweite Lasersystem 104 von dem ersten Zustand (z. B. EIN) des zweiten Lasersystems 104 in den zweiten Zustand (z. B. AUS) des zweiten Lasersystems 104 geändert wird, wenn sich das zweite Lasersystem 104 in seinem ersten Zustand befindet. Alternativ kann das dritte Steuersignal das zweite Lasersystem 104 in dem zweiten Zustand (z. B. AUS) halten, wenn sich das zweite Lasersystem in dem zweiten Zustand befindet.
  • Gemäß einigen Beispielen kann der erste Zustand von jedem des ersten Lasersystems 102 und des zweiten Lasersystems 104 der Erzeugung einer ersten Ausgabe 110 durch die erste Laserquelle 106 beziehungsweise einer zweiten Ausgabe 120 durch eine zweite Laserquelle 116 entsprechen. Dementsprechend kann der erste Zustand von jedem des ersten Lasersystems 102 und des zweiten Lasersystems 104 einen „Ein“-Zustand darstellen. In einigen derartigen Beispielen kann der zweite Zustand von jedem des ersten Lasersystems 102 und des zweiten Lasersystems 104 einem „Aus“-Zustand entsprechen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 kann das Laserrückkopplungssteuersystem 100 ein oder mehrere Ausgabesysteme 170 beinhalten. Das eine oder die mehreren Ausgabesysteme 170 können mit Benutzern und/oder anderen Systemen, wie einem Bewässerungsansaug-/- pumpsystem, das für eine therapeutische Behandlung oder eine optische Anzeigesteuerung verwendet wird, oder anderen Systemen kommunizieren und/oder Signale an diese abgeben. Das Ausgabesystem 170 kann in einigen Beispielen eine Anzeige 172 beinhalten. Die Anzeige 172 kann ein Bildschirm sein (z. B. ein berührungsempfindlicher Bildschirm) oder kann alternativ einfach ein visueller Anzeiger sein (z. B. LED-Leuchten einer oder mehrerer Farben). In zusätzlichen Beispielen kann das Ausgabesystem 170 akustische Ausgabesysteme 174 beinhalten, die in der Lage sind, akustische Signale (z. B. Lautsprecher, ein Alarmsystem und dergleichen) bereitzustellen. Das/die Ausgabesystem(e) 170 kann/können eine oder mehrere Ausgaben (z. B. LED-Leuchten einer ersten Farbe, eine erste Nachricht auf dem Bildschirm, ein Alarmton eines ersten Tons) bereitstellen, um anzuzeigen, dass ein gewünschter therapeutischer Effekt erzielt wurde. Die Ausgabe(n) kann/können beispielsweise bei Schritt 610 und optional bei Schritt 620 bereitgestellt werden. In weiteren optionalen Beispielen kann/können das/die Ausgabesystem(e) 170 eine oder mehrere unterschiedliche Ausgaben bereitstellen, wenn gewünschte therapeutische Effekte nicht erzielt wurden. Beispielsweise kann/können das/die Ausgabesystem(e) 170 eine oder mehrere Ausgaben bereitstellen (z. B. LED-Leuchten einer zweiten Farbe, eine zweite Nachricht auf dem Bildschirm, ein Alarmton eines zweiten Tons), um anzeigen, dass ein gewünschter therapeutischer Effekt nicht erreicht wurde. Solche Ausgaben können den Bediener (eine medizinische Fachperson) veranlassen, einen oder mehrere Schritte durchzuführen (z. B. zusätzliche Behandlungsschritte unter Verwendung des einen oder der mehreren Lasersysteme durchzuführen, um zusätzliche Laserausgaben bereitzustellen).
  • 8 veranschaulicht ein Zeitdiagramm eines Doppellasersystems mit einem Laserrückkopplungssteuersystem 100 gemäß einem Beispiel zum Abgeben von Gewebeablation und Koagulation unter Verwendung von zwei optischen Wellenlängen. Wie zuvor beschrieben, kann das Laserrückkopplungssteuersystem 100 jedoch mit einem einzelnen oder mehreren optischen Wellenlängensystemen genutzt werden, um die Abgabe von Lasertherapie oder anderen Arten von therapeutischen Effekten an Zielgewebe 122 zu optimieren. Die therapeutischen Effekte können in beliebiger Reihenfolge, einschließlich gleichzeitig, abgegeben werden. Alternativ können die therapeutischen Effekte zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgegeben werden.
  • Gemäß einem Beispiel kann Laserenergie von einem ersten Lasersystem 102 und dem zweiten Lasersystem 104 an ein Ziel (z. B. Gewebeoberfläche) abgegeben werden, wie in einem Beispiel kontinuierlich. Das erste und das zweite Lasersystem können jeweilige Laserenergie über die gleiche optische Faser abgeben. Alternativ können das erste und das zweite Lasersystem jeweilige Laserenergie über jeweilige unterschiedliche optische Fasern abgeben. Optische Rückkopplungssignale 810 mit der Amplitude Amax werden von der Gewebeoberfläche reflektiert und können durch den Rückkopplungsanalysator 140 erkannt und analysiert werden. Das erste und das zweite Lasersystem können ihre jeweiligen Betriebszustände (z. B. einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand) abwechseln. Wie in 8 veranschaulicht, kann das erste Lasersystem 102 in seinen ersten Zustand geschaltet werden oder in seinem ersten Zustand (z. B. EIN) 820A gehalten werden, während das zweite Lasersystem 104 in einen zweiten Zustand (z. B. AUS) geschaltet oder dort gehalten werden kann. Der erste Laser kann verwendet werden, um Gewebe zu abladieren und zu karbonisieren. Während des Betriebs des ersten Lasersystems 102 kann das erste Signal von der Lasersteuerung 160 empfangen werden und kann eine hohe Absorption durch Gewebe anzeigen, bis sich seine Amplitude auf ein Schwellenniveau, Amin, reduziert. Die Wellenlänge der Ausgabe des ersten Lasersystems 102 kann in einem ersten Wellenlängenbereich in einem Absorptionsspektrum des Ziels liegen, wie einer Wellenlänge, die für eine effektive Karbonisierung des Zielgewebes geeignet ist. Das Gewebe hat eine hohe Absorption von Laserenergie. In einem Beispiel liegt die erste Laserausgabe in einem UV-VIS- oder tiefen I nfrarot-Wellenlängenbereich.
  • Die Lasersteuerung 160 kann dann den Zustand der Lasersysteme ändern, sodass sich das erste Lasersystem 102 in dem zweiten Zustand (z. B. AUS) befindet und sich das zweite Lasersystem 104 in dem ersten Zustand (z. B. EIN) 830A befindet. Die Leistung des zweiten Lasersystems 104 kann von dem karbonisierten Gewebe stark absorbiert werden, sodass das karbonisierte Gewebe abladiert wird, wodurch die Karbonisierung effektiv entfernt wird. Die Wellenlänge der Ausgabe von dem zweiten Lasersystem 104 kann in einem zweiten Wellenlängenbereich in einem Absorptionsspektrum des Ziels liegen. Der zweite Wellenlängenbereich kann sich von dem ersten Wellenlängenbereich der Ausgabe von dem ersten Lasersystem 102 unterscheiden. Die Wellenlänge der Ausgabe des zweiten Lasersystems 104 kann ebenso für eine effektive Koagulation geeignet sein. In einem Beispiel liegt die zweite Laserausgabe in einem Infrarot-Wellenlängenbereich (z. B. 100-300 µm). Aufgrund des Dekarbonisierungsvorgangs kehrt die Amplitude des Signals (z. B. des zweiten Signals) in die Nähe des ursprünglichen Niveaus Amax zurück. Die Lasersteuerung 160 kann dementsprechend den Zustand der Laser ändern, sodass sich das erste Lasersystem 102 in dem ersten Zustand (z. B. EIN) befindet und sich das zweite Lasersystem 104 in dem zweiten Zustand (z. B. AUS) befindet. Der Vorgang kann wiederholt werden, sodass das erste Lasersystem 102 und das zweite Lasersystem 104 wiederholt auf ihre EIN-Zustände 820B beziehungsweise 830B auf eine abwechselnde Weise geschaltet werden, wie in 8 veranschaulicht, bis die gewünschte Gewebeablation und/oder Koagulation erreicht ist. In einigen Beispielen können die optischen Rückkopplungssignale 810, wie hierin erörtert, an ein elektrochirurgisches System bereitgestellt werden, das elektrochirurgische Energie, die sich von Laserenergie unterscheidet, steuerbar anpassen und optimieren kann.
  • Beispiel für ein endoskopisches System mit Zielidentifikation
  • 9-11 zeigen, wie die Zielzusammensetzungsanalyse vollständig innerhalb eines Endoskops durchgeführt werden kann. Die Zielzusammensetzungsanalyse kann über Spektroskopie durch die Laserfaser und möglicherweise eine Kamera an der distalen Spitze eines digitalen Endoskops durchgeführt werden.
  • 9A-9B veranschaulichen ein Beispiel eines Endoskops mit eingeführter Laserfaser. Ein länglicher Körperabschnitt eines beispielhaften Endoskops 910 schließt verschiedene Komponenten, einschließlich einer Laserfaser 912, einer Beleuchtungsquelle 914 und einer Kamera 916, ein. Die Laserfaser 912 ist ein Beispiel für den optischen Pfad 108 des Lasersystems 102 oder des Lasersystems 202. Die Laserfaser 912 kann sich entlang eines Arbeitskanals 913 innerhalb des länglichen Körpers des Endoskops 910 erstrecken. In einigen Beispielen kann die Laserfaser 912 von dem Endoskop getrennt sein. Beispielsweise kann die Laserfaser 912 vor der Verwendung entlang eines Arbeitskanals des Endoskops zugeführt und nach der Verwendung aus einem Arbeitskanal des Endoskops herausgeholt werden.
  • Die Beleuchtungsquelle 914 kann ein Teil eines Visualisierungssystems sein, das es einem Bediener ermöglicht, die Zielstruktur (z. B. Gewebe- oder Konkrementstrukturen) zu visualisieren. Beispiele der Beleuchtungsquelle können eine oder mehrere LEDs beinhalten, die dazu konfiguriert sind, Licht distal weg von dem distalen Ende des länglichen Körpers des Endoskops zu emittieren, um das Gebiet der Zielstruktur zu beleuchten. In einem Beispiel kann die Beleuchtungsquelle 914 weißes Licht emittieren, um die Zielstruktur zu beleuchten. Weißes Licht kann es dem Arzt ermöglichen, Verfärbungen oder andere farbbasierte Effekte auf den Konkrementen oder auf dem Gewebe in der Nähe des distalen Endes des Endoskops zu beobachten. In einem Beispiel kann die Beleuchtungsquelle 914 blaues Licht emittieren, um die Zielstruktur zu beleuchten. Blaues Licht kann gut geeignet sein, um eine thermische Ausbreitung des Gewebes zu zeigen und dadurch eine Schädigung des Gewebes zu erkennen. Es können ebenso andere Farben und/oder Farbbänder, wie Rot, Bernstein, Gelb, Grün oder andere verwendet werden.
  • Die Kamera 916 ist ein Teil des Visualisierungssystems. Die Kamera 916 ist ein Beispiel für den bildgebenden Sensor 244. Die Kamera 916 kann ein Videobild oder ein oder mehrere statische Bilder der beleuchteten Zielstruktur und der umgebenden Umgebung aufnehmen. Das Videobild kann in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit mit einer relativ kurzen Latenzzeit für die Verarbeitung vorliegen, sodass der Arzt die Zielstruktur beobachten kann, während der Arzt das Endoskop manipuliert. Die Kamera 916 kann ein Objektiv und einen Multipixel-Sensor beinhalten, der sich an einer Brennebene des Objekts befindet. Der Sensor kann ein Farbsensor sein, wie ein Sensor, der Intensitätswerte für rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht für jedes Pixel im Videobild bereitstellt. Die Leiterplatte kann ein digitales Videosignal erzeugen, das das aufgenommene Videobild der beleuchteten Konkremente darstellt. Das digitale Videosignal kann eine Bildwiederholfrequenz von 10 Hz, 20 Hz, 24 Hz, 25 Hz, 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz oder eine andere geeignete Bildwiederholfrequenz aufweisen.
  • 10A-10B veranschaulichen Beispiele von rückkopplungsgesteuerten Laserbehandlungssystemen. In 10A beinhaltet ein Laserbehandlungssystem 1000A ein Endoskop 910, das in ein rückkopplungsgesteuertes Laserbehandlungssystem 1010 integriert ist, das Kamerarückkopplung empfängt. Das Laserbehandlungssystem 1000A, das ein Beispiel für das Laserbehandlungssystem 100 ist, umfasst das Endoskop 910, das rückkopplungsgesteuerte Laserbehandlungssystem 1010, eine Laserquelle 1020 und eine Lichtquelle 1030. In verschiedenen Beispielen kann ein Abschnitt oder die Gesamtheit des rückkopplungsgesteuerten Laserbehandlungssystems 1010 in das Endoskop 910 eingebettet sein.
  • Das rückkopplungsgesteuerte Laserbehandlungssystem 1010, das ein Beispiel für das Laserrückkopplungssteuersystem 200 ist, beinhaltet ein Spektrometer 1011 (ein Beispiel für den spektroskopischen Sensor 242), einen Rückkopplungsanalysator 1012 (ein Beispiel für wenigstens einen Abschnitt des Rückkopplungsanalysators 240) und eine Lasersteuerung 1013 (ein Beispiel für die Lasersteuerung 260). Die Laserquelle 1020 ist ein Beispiel für das Lasersystem 202 und kann an die Laserfaser 912 gekoppelt sein. Faserintegrierte Lasersysteme können aufgrund ihrer Fähigkeit, Laserenergie durch ein flexibles Endoskop zu leiten und hartes und weiches Gewebe effektiv zu behandeln, für endoskopische Verfahren verwendet werden. Diese Lasersysteme erzeugen einen Laserausgabestrahl in einem weiten Wellenlängenbereich von UV- bis IR-Bereich (200 nm bis 10000 nm). Einige faserintegrierte Laser erzeugen eine Ausgabe in einem Wellenlängenbereich, der stark von weichem oder hartem Gewebe absorbiert wird, beispielsweise 1900-3000 nm für Wasserabsorption oder 400-520 nm für Oxyhämoglobin- und/oder Desoxyhämoglobin-Absorption. Tabelle 1 vorstehend ist eine Zusammenfassung von IR-Lasern, die im hohen Wasserabsorptionsbereich 1900-3000 nm emittieren.
  • Einige faserintegrierte Laser erzeugen eine Leistung in einem Wellenlängenbereich, der von dem weichen oder harten Zielgewebe minimal absorbiert wird. Diese Laserarten stellen eine effektive Gewebekoagulation aufgrund einer Eindringtiefe bereit, die dem Durchmesser einer kleinen Kapillare 5-10 µm ähnelt. Beispiele für die Laserquelle 1020 können unter anderem UV-VIS emittierende InxGa1-xN-Halbleiterlaser wie GaN-Laser mit einer Emission bei 515-520 nm, InxGa1-xN-Laser mit einer Emission bei 370-493 nm, GaxAl1-xAs-Laser mit einer Emission bei 750-850 nm oder InxGa1-xAs-Laser mit einer Emission bei 904-1065 nm beinhalten.
  • Die Lichtquelle 1030 kann ein elektromagnetisches Strahlungssignal erzeugen, das über einen ersten optischen Pfad, der sich entlang des länglichen Körpers des Endoskops erstreckt, an die Zielstruktur 122 übertragen werden kann. Der erste optische Pfad kann sich innerhalb des Arbeitskanals 913 befinden. In einem Beispiel kann der erste optische Pfad eine optische Faser sein, die von der Laserfaser 912 getrennt ist. In einem anderen Beispiel, wie in 10A veranschaulicht, kann das elektromagnetische Strahlungssignal durch die gleiche Laserfaser 912 übertragen werden, die zum Übertragen von Laserstrahlen verwendet wird. Die elektromagnetische Strahlung tritt aus dem distalen Ende des ersten optischen Pfads aus und ragt in die Zielstruktur und die umgebende Umgebung hervor. Wie in 10A veranschaulicht, befindet sich die Zielstruktur innerhalb der Sicht der endoskopischen Kamera 916, sodass die endoskopische Kamera 916, wie eine CCD- oder CMOS-Kamera, als Reaktion darauf, dass die elektromagnetische Strahlung auf die Zielstruktur und die umgebende Umgebung projiziert, das von der Zielstruktur 122 reflektierte Signal sammeln, ein Bildgebungssignal 1050 der Zielstruktur erzeugen und das Bildgebungssignal an das rückkopplungsgesteuerte Laserbehandlungssystem 1010 abgeben kann. In einigen Beispielen kann ein anderes Bildgebungssystem als die CCD- oder CMOS-Kamera, wie Laserabtasten, zum Sammeln einer spektroskopischen Reaktion verwendet werden.
  • Zusätzlich zu oder anstelle des Rückkopplungssignals (z. B. des Bildgebungssignals), das durch das Kamerasystem 916 erzeugt und übertragen wird, kann in einigen Beispielen das von der Zielstruktur reflektierte Signal zusätzlich oder alternativ durch einen separaten Faserkanal oder eine Laserfaser, wie sie mit dem Endoskop 910 assoziiert ist, gesammelt und an das rückkopplungsgesteuerte Laserbehandlungssystem 1010 übertragen werden. 10B veranschaulicht ein Beispiel eines Laserbehandlungssystems 1000B, das das Endoskop 910 beinhaltet, das in das rückkopplungsgesteuerte Laserbehandlungssystem 1010 integriert ist, das dazu konfiguriert ist, spektroskopische Sensorrückkopplung zu empfangen. Ein reflektiertes spektroskopisches Signal 1070 (das ein Beispiel für die Rückkopplungssignale 130 aus 1 und 2 ist) kann zu dem rückkopplungsgesteuerten Laserbehandlungssystem 1010 durch den gleichen optischen Pfad, wie die Laserfaser 912, die zum Übertragen der elektromagnetischen Strahlung von der Lichtquelle 1030 zu der Zielstruktur verwendet wird, zurückkehren. In einem anderen Beispiel kann sich das reflektierte spektroskopische Signal 1070 über einen zweiten optischen Pfad zu dem rückkopplungsgesteuerten Laserbehandlungssystem 1010 bewegen, wie einen separaten optischen Faserkanal von der ersten optischen Faser, der die elektromagnetische Strahlung von der Lichtquelle 1030 zu der Zielstruktur überträgt.
  • Das rückkopplungsgesteuerte Laserbehandlungssystem 1010 kann ein oder mehrere Rückkopplungssignale (z. B. das Bildgebungssignal 1050 der Zielstruktur oder das reflektierte spektroskopische Signal 1070) analysieren, um einen Betriebszustand für die Laserquelle 1020 zu bestimmen. Das Spektrometer 1011 kann eine oder mehrere spektroskopische Eigenschaften aus dem einen oder den mehreren Rückkopplungssignalen erzeugen, wie unter Verwendung eines FTIR-Spektrometers, eines Raman-Spektrometers, eines UV-VIS-Spektrometers, eines UV-VIS-IR-Spektrometers und/oder eines Fluoreszenzspektrometers, wie vorstehend unter Bezugnahme auf den spektroskopischen Sensor 242 erörtert. Der Rückkopplungsanalysator 1012 kann dazu konfiguriert sein, die Zielstruktur als eine von mehreren Strukturkategorien oder Strukturarten zu identifizieren oder zu klassifizieren, wie durch Verwendung des Zieldetektors 246 und/oder des Zielklassifikators 248. Die Lasersteuerung 1013 kann dazu konfiguriert sein, einen Betriebsmodus des Lasersystems 1020 zu bestimmen, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 ähnlich erläutert.
  • Die Lichtquelle 1030 kann elektromagnetische Strahlung in einem optischen Bereich von UV bis IR erzeugen. Die nachfolgende Tabelle 2 stellt Beispiele der Lichtquelle 1030 für das spektroskopische System dar, wie es auf die hierin erörterten Beispiele anwendbar ist. Tabelle 2: Lichtquellen für spektroskopische Systeme
    Anwendung Wellenlängenbereich Art
    Farbe / VIS / NIR 360-2500 nm Wolfram-Halogen
    DOV 190-400 nm Deuterium
    UV 215-400 nm Deuterium
    UV/VIS/NIR-Reflexion/-Absorption 215-2500 nm Deuterium/Halogen
    UV/VIS/NIR-Absorption 200-2500 nm Deuterium/Halogen
    UV/VIS 200-1000 nm Xenon
    FTIR 2000-25000 nm Siliziumkarbid
    UV/VI S/IR-Fluoreszenz Mehrfach schmal emittierend LED, Laserdiode
  • In einigen Beispielen kann der Rückkopplungsanalysator 1012 einen Abstand 1060 (wie in 10A gezeigt) zwischen dem distalen Ende der Laserfaser 912 und der Zielstruktur 122 oder zwischen dem distalen Ende des optischen Pfads zum Empfangen und Übertragen des reflektierten Signals zurück zu dem Spektrometer 1011 und der Zielstruktur 122 bestimmen. Der Abstand 1060 kann unter Verwendung einer spektroskopischen Eigenschaft, wie eines Reflexionsspektrums, das durch das Spektrometer 1011 erzeugt wird, berechnet werden. Die Lasersteuerung 1013 kann die Laserquelle 1020 steuern, um Laserenergie an die Zielstruktur 122 abzugeben, wenn der Abstand 1060 eine Bedingung erfüllt, wie das Unterschreiten einer Schwelle (dth) oder innerhalb eines spezifizierten Laserschussbereichs. In einem Beispiel kann die Lasersteuerung 1013, wenn die Zielstruktur 122 als eine beabsichtigte Behandlungsstrukturart identifiziert wird (z. B. eine bestimmte Art von weichem Gewebe oder eine bestimmte Konkrementart), jedoch die Zielstruktur 122 nicht innerhalb des Bereichs des Lasers liegt (z. B. d>dth), ein Steuersignal erzeugen, um die Laserquelle 1020 zu „verriegeln“ (d. h. zu verhindern, dass die Laserquelle 1020 schießt). Informationen über den Abstand 1060 und eine Angabe, dass die Zielstruktur außerhalb des Bereichs des Lasers (d>dth) liegt, können dem Arzt dargestellt werden, der dann das Endoskop 910 anpassen kann, wie das Neupositionieren des distalen Endes der Laserfaser 912, um sich näher an das Ziel zu bewegen. Der Abstand 1060 sowie die Zielstrukturart können kontinuierlich überwacht und bestimmt und dem Arzt dargestellt werden. Wenn das Ziel als die beabsichtigte Behandlungsstrukturart erkannt wird und sich innerhalb des Bereichs des Lasers (d<=dth) befindet, kann die Lasersteuerung 1013 ein Steuersignal erzeugen, um die Laserquelle 1020 „zu entriegeln“, und die Laserquelle 1020 kann gemäß dem Laserbetriebsmodus (z. B. Leistungseinstellung) auf die Zielstruktur 122 zielen und schießen. Beispiele von Verfahren zum Berechnen des Abstands 1060 aus spektroskopischen Daten werden nachstehend erörtert, wie unter Bezugnahme auf 24A-24D.
  • In einigen Beispielen kann das Spektrometer 1011 dazu konfiguriert sein, die spektrospokopischen Eigenschaften (z.B. Reflexionsspektren ferner unter Verwendung von Informationen über Geometrie und Positionierung des optischen Pfads zu erzeugen, der dazu konfiguriert ist, die elektromagnetische Strahlung von der Lichtquelle zum Ziel zu übertragen. Beispielsweise kann ein Außendurchmesser der Laserfaser 912 oder ein Außendurchmesser eines separaten optischen Pfads zum Übertragen des vom Ziel reflektierten spektroskopischen Signals zum Spektrometer 1011 oder ein Vorsprungswinkel der Faser oder des Pfads vom Endoskop 910 die Intensität des reflektierten Signals beeinflussen. Der Außendurchmesser und/oder der Vorsprungswinkel können gemessen und dem Spektrometer 1011 bereitgestellt werden, um die Reflexionsspektraldaten zu erhalten. Der Abstand 1060 zwischen der Zielstruktur und dem distalen Ende der Faser kann, wie vorstehend erörtert, unter Verwendung der Spektraldaten, des gemessenen Außendurchmessers der Faser oder des optischen Pfads und ihres/seines Vorsprungswinkels und/oder der Eingabesignale von dem endoskopischen Bildprozessor berechnet werden.
  • 11A-11B sind Diagramme, die Beispiele eines endoskopischen Systems zum Identifizieren eines Ziels unter Verwendung eines Diagnosestrahls veranschaulichen. Wie in 11a veranschaulicht, kann ein endoskopisches System 1100A ein Endoskop 1110 und eine optische Faser 1120A, die durch einen Arbeitskanal 1112 des Endoskops 1110 eingeführt werden kann, beinhalten. Das Endoskop 1110 kann wenigstens eine endoskopische Beleuchtungsquelle 1130 beinhalten oder anderweitig über einen Endoskopzugang 1114 daran gekoppelt sein. Die wenigstens eine endoskopische Beleuchtungsquelle 1130 kann steuerbar unterschiedliche Beleuchtungsmengen bereitstellen. Die optische Faser 1120A kann, wenn sie durch den Arbeitskanal 1112 eingeführt wird, an eine nicht-endoskopische Beleuchtungsquelle 1140 gekoppelt sein, wie über den Endoskopzugang 1114. Die nicht-endoskopische Beleuchtungsquelle 1140 kann sich von der wenigstens einen endoskopischen Beleuchtungsquelle 1130 unterscheiden. Die nichtendoskopische Beleuchtungsquelle 1140 kann einen Diagnosestrahl 1142 durch die optische Faser 1120A und in der Nähe eines distalen Endes 1116 des Endoskops 1110 emittieren. Die optische Faser 1120A kann den Diagnosestrahl 1142 auf ein Ziel 1001 richten. In einem Beispiel kann die nicht-endoskopische Beleuchtungsquelle 1140 eine Laserquelle sein, die dazu konfiguriert ist, den Diagnosestrahl auszustrahlen, der einen Laserstrahl beinhaltet. In verschiedenen Beispielen können weiße Lichtlampen, LED-Lichtquellen oder Fluoroskopielichtquellen durch den Arbeitskanal des Endoskops eingeführt werden oder durch einen anderen Zugang, wie einen laparoskopischen Zugang, eingeführt werden.
  • Das endoskopische System 1100A kann eine Steuerung 1150 beinhalten. Die Steuerung 1150 kann die wenigstens eine endoskopische Beleuchtungsquelle 1130 in unterschiedlichen Betriebsmodi steuern, einschließlich beispielsweise eines ersten Modus mit einer ersten Beleuchtungsmenge und des zweiten Modus mit einer zweiten Beleuchtungsmenge, die niedriger als die erste Menge ist. In einem Beispiel kann die Steuerung 1150 ein solches Steuersignal erzeugen, um den Beleuchtungsmodus (z. B. von dem ersten Modus in den zweiten Modus) als Reaktion auf ein Auslösesignal zu ändern. In einem Beispiel beinhaltet das Endoskop ein Abbildungssystem 1160, das ein Bild des Ziels 1001 aufnehmen kann, und die Steuerung 1150 kann ein Steuersignal an das Endoskop erzeugen, um den Beleuchtungsmodus (z. B. von dem ersten Modus in den zweiten Modus) als Reaktion auf eine Änderung der Helligkeit oder Intensität eines Bildes des Ziels zu ändern. Der erste Modus wird im Folgenden als Hochbeleuchtungsmodus bezeichnet und der zweite Modus wird im Folgenden als Niedrigbeleuchtungsmodus bezeichnet. In einem Beispiel können der Hochbeleuchtungsmodus und der Niedrigbeleuchtungsmodus durch jeweilige unterschiedliche endoskopische Beleuchtungsquellen bereitgestellt werden, wie eine erste endoskopische Beleuchtungsquelle, die dazu konfiguriert ist, Beleuchtungslicht unter dem Hochbeleuchtungsmodus zu emittieren, und eine andere zweite endoskopische Lichtquelle, die dazu konfiguriert ist, Beleuchtungslicht unter dem Niedrigbeleuchtungsmodus zu emittieren. Das Beleuchtungslicht kann in der Nähe des distalen Endes 1116 des Endoskops 1110 emittiert werden. In einem Beispiel kann das Beleuchtungslicht durch einen anderen optischen Pfad als die optische Faser 1120A innerhalb des Arbeitskanals 1112 wandern. Der optische Pfad kann das Beleuchtungslicht 1132 auf dasselbe Ziel 1001 richten, auf das der Diagnosestrahl projiziert wird.
  • Die Steuerung 1150 kann ein Steuersignal an die nicht-endoskopische Beleuchtungsquelle 1140 erzeugen, um einen Diagnosestrahl 1142 (z. B. einen Laserstrahl mit einem niedrigeren als dem therapeutischen Energieniveau) zu emittieren, wenn die wenigstens eine endoskopische Beleuchtungsquelle 1130 von dem Hochbeleuchtungsmodus in den Niedrigbeleuchtungsmodus wechselt. In einem Beispiel beinhaltet der Niedrigbeleuchtungsmodus das Ausschalten der Beleuchtung des Endoskops. Durch Dimmen der Beleuchtung am Zielort im Niedrigbeleuchtungsmodus kann die Reflexion des auf das Ziel auftreffenden Diagnosestrahls vom Ziel verstärkt werden, was zu einer verbesserten Zielidentifikation beitragen kann.
  • In einigen Beispielen kann die Steuerung 1150 ein Steuersignal an eine Anzeige erzeugen, um ein Bild des Ziels anzuzeigen, während sich der Beleuchtungsmodus im zweiten Modus befindet, wobei das Bild entweder ein vorheriges Bild oder ein modifiziertes Bild eines aktuellen Bildes des Ziels ist. Die Steuerung 1150 kann eine Zusammensetzung eines Ziels auf Grundlage des auf das Ziel auftreffenden Diagnosestrahls und des Lichts von dem Diagnosestrahl, das von dem Ziel reflektiert wird, bestimmen. In einem Beispiel kann die Steuerung 1150 eine erste Zusammensetzung eines ersten Abschnitts eines Konkrementziels bestimmen und eine andere zweite Zusammensetzung eines zweiten Abschnitts des Konkrementziels bestimmen. Auf Grundlage der identifizierten Zusammensetzung verschiedener Abschnitte des Ziels kann die Steuerung 1150 eine erste Lasereinstellung programmieren oder eine Empfehlung zum Programmieren der ersten Lasereinstellung erzeugen, um auf den ersten Abschnitt des Konkrementziels zu zielen. Die Steuerung 1150 kann ferner eine zweite Lasereinstellung programmieren, die sich von der ersten Lasereinstellung unterscheidet, oder eine Empfehlung zum Programmieren der zweiten Lasereinstellung erzeugen, um auf den zweiten Abschnitt des Konkrementziels zu zielen.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung 1150, nachdem die nicht-endoskopische Beleuchtungsquelle 1140 aufgehört hat, den Diagnosestrahl 1142 auszustrahlen, ein Steuersignal an das Endoskop erzeugen, um den Beleuchtungsmodus vom Beleuchtungsmodus zurück in den Hochbeleuchtungsmodus zu ändern.
  • 11B veranschaulicht ein Beispiel des endoskopischen Systems 1100B, das eine Variante des endoskopischen Systems 1100A ist. In diesem Beispiel kann der Diagnosestrahl 1142 durch eine optische Faser 1120B übertragen werden. Im Gegensatz zu der optischen Faser 1120A, die in den Arbeitskanal 1112 des Endoskops 1110 eingeführt ist, kann die Lichtleitfaser 1120B getrennt von dem Arbeitskanal 1112 angeordnet sein. In einigen Beispielen, wie in 11B gezeigt, kann der Diagnosestrahl 1142 durch einen sekundären Zugang 1115, wie einen laparoskopischen Zugang in einem Beispiel, getrennt von dem endoskopischen Zugang 1114, der zum Abgeben von endoskopischem Beleuchtungslicht verwendet wird, abgegeben werden. Die optische Faser 1120B kann derart positioniert sein, dass das distale Ende 116 des Endoskops 1110 und das distale Ende der optischen Faser 1120B beide auf das Ziel 1001 zielen.
  • 12 und 13A-13B sind Diagramme, die Reflexionsspektraldaten zum Identifizieren verschiedener Arten von Zielen, wie zum Identifizieren von Zusammensetzungen mehrerer verschiedener Arten von Nierensteinen, mittels UV-VIS-Spektroskopie oder UV-VIS-IR-Spektroskopie veranschaulichen. Die Reflexionsspektraldaten wurden gesammelt, indem ein UV-VIS-Spektrometer oder UV-VIS-IR-Spektrometer auf jedes der Bilder der fünf Hauptarten von Nierensteinen, einschließlich Calciumoxalatstein (Monohydrat), Calciumoxalatstein (Dihydrat), Calciumphosphatstein, Struvitstein und Harnsäurestein gezielt wurde. In einem Beispiel kann die elektromagnetische Strahlung eine oder mehrere ultraviolette Wellenlängen zwischen 10 nm und 400 nm beinhalten. In einem anderen Beispiel, wie in 12 veranschaulicht, können die Reflexionsspektren, die verwendet werden, um verschiedene Arten von Zielen zu identifizieren, von dem Spektrometer in einem Wellenlängenbereich von 200-1100 nm umcodiert werden. Darin veranschaulicht sind Reflexionsspektren von Nierensteinzusammensetzungen, einschließlich Ammoniummagnesium(AM MAG)-Phosphathydrat, Calcium(CA)-Oxalatmonohydrat, Calcium(CA)-Oxalathydrat, Calcium(CA)-phosphat und Harnsäure. Die Reflexionsspektren dieser Steinzusammensetzungen sind im unteren Wellenlängenbereich (z. B. unter 400 nm) besser erkennbar als im höheren Wellenlängenbereich (z. B. über 400). 13A veranschaulicht einen Abschnitt der Reflexionsspektren, die in 12 gezeigt sind, im Wellenlängenbereich von 200-400 nm, einschließlich Ammoniummagnesiumphosphathydrat-Spektren 1310, Calciumoxalatmonohydrat-Spektren 1320, Calciumoxalathydrat-Spektren 330, Calciumphosphat-Spektren 1340 und Harnsäure-Spektren 1350. Dieser UV-Wellenlängenbereich ist ein Bereich, in dem die Unterschiede in den Spektren der Steinbilder identifiziert werden können. 13B veranschaulicht Reflexionsspektren verschiedener Nierensteinzusammensetzungen im Wellenlängenbereich von 400-700 nm, einschließlich Cystin-Spektren 1360, Harnsäure-Spektren 1370 und Calciumoxalatmonohydrat-Spektren 1380. Mit der UV-VIS-Spektroskopie oder der UV-VIS-IR-Spektroskopie ist es möglich, zwischen verschiedenen Zielarten, wie verschiedene Nierensteine, zu unterscheiden.
  • Da der UV-Wellenlängenbereich somit bei der Unterscheidung unterschiedlicher Zielzusammensetzungen, wie beispielsweise Nierensteine, vielversprechend ist, besteht der Bedarf an einer Lichtquelle innerhalb des Systems, die eine Analyse dieses Bereichs ermöglicht. 14 zeigt Lichtspitzen 1410, 1420, 1430 und 1440, die jeweiligen Abschnitte des UV-Wellenlängenbereichs um 250 nm, 280 nm, 310 nm beziehungsweise 340 nm abdecken. 15 überlagert diese Lichtspitzen 1410-1440 mit den normierten Reflexionsspektren der verschiedenen Steinarten aus 13A-13B. Diese Lichtspitzen 1410-1440 zeigen eine potenzielle Lichtquelle, die es einem Spektrometer ermöglichen würde, die Zusammensetzung des Ziels in den UV-Wellenlängen zu analysieren.
  • 16A veranschaulicht ein Beispiel für normalisierte Reflexionsspektren, die auf einem UV-VIS-Spektrometer von verschiedenen Gewebearten erfasst werden, einschließlich Knorpelspektren 1610, Knochenspektren 1620, Muskelspektren 1630, Fettspektren 1640 und Lebergewebsspektren 1650. 16B veranschaulicht ein weiteres Beispiel für normalisierte Reflexionsspektren, die auf einem UV-VIS-Spektrometer von verschiedenen weichen und harten Geweben erfasst werden, einschließlich Knorpelspektren 1610, Knochenspektren 1620, Muskelspektren 1630, Fettspektren 1640, Lebergewebsspektren 1660 und Blutgefäßspektren 1660. Die Reflexionsspektraldaten, die in 16A-16B gezeigt sind, zeigen die Durchführbarkeit der Analyse der Zusammensetzung eins Ziels aus einem Verfahren, das innerhalb des Arbeitskanals eines Endoskops verwendet werden könnte. Ähnlich wie die aus den Steinbildern aufgenommenen Spektren kann der UV-VIS-Bereich zum Identifizieren verschiedener Zielarten verwendet werden. 16C veranschaulicht ein Beispiel für FTIR-Spektren typischer Steinzusammensetzungen und 16D bezieht sich auf beispielhafte FTIR-Spektren einiger weicher und harter Gewebezusammensetzungen.
  • Beispielhaftes Laserbehandlungssystem
  • Die hierin beschriebenen Merkmale können in Bezug auf ein Lasersystem für verschiedene Anwendungen verwendet werden, bei denen es vorteilhaft sein kann, verschiedene Arten von Laserquellen einzubauen. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Merkmale in industriellen oder medizinischen Umgebungen geeignet sein, wie medizinische Diagnose-, therapeutische und chirurgische Verfahren.
  • Die hierin beschriebenen Merkmale können mit einem Spektroskopiesystem verwendet werden, das in Kombination mit einem faserintegrierten Lasersystem und einem Endoskop verwendet werden kann.
  • 17-18 veranschaulichen schematische Diagramme eines Laserbehandlungssystems gemäß verschiedenen Beispielen, wie in dieser Offenbarung beschrieben. Ein Laserbehandlungssystem kann ein Lasersystem, das dazu konfiguriert ist, Laserenergie zu einem Ziel abzugeben, und ein Laserrückkopplungssteuersystem, das dazu konfiguriert ist, an das Lasersystem gekoppelt zu werden, beinhalten. Das Lasersystem kann ein oder mehrere Lasermodule 1710A-1710N (z. B. Festkörperlasermodule) beinhalten, die eine ähnliche oder unterschiedliche Wellenlänge von UV bis IR emittieren können. Die Anzahl der integrierten Lasermodule, ihre Ausgabeleistungen, Emissionsbereiche, Impulsformen und Impulszüge werden ausgewählt, um die Systemkosten und die Leistung auszugleichen, die erforderlich sind, um die gewünschten Effekte an die Ziele abzugeben.
  • Das eine oder die mehreren Lasermodule 1710A-1710N können in eine Faser integriert sein und in einem Laserkopplungssystem enthalten sein. Faserintegrierte Lasersysteme können aufgrund ihrer Fähigkeit, Laserenergie durch ein flexibles Endoskop zu leiten und hartes und weiches Gewebe effektiv zu behandeln, für endoskopische Verfahren verwendet werden. Diese Lasersysteme erzeugen einen Laserausgabestrahl in einem weiten Wellenlängenbereich von UV- bis IR-Bereich (z. B. 200 nm bis 10000 nm). Einige faserintegrierte Laser erzeugen eine Leistung in einem Wellenlängenbereich, der von weichem oder hartem Gewebe stark absorbiert wird, beispielsweise 1900-3000 nm für die Wasserabsorption oder 400-520 nm für die Oxyhämoglobin- und/oder Desoxyhämoglobinabsorption. Als Laserquelle können bei endoskopischen Verfahren verschiedene IR-Laser verwendet werden, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben sind.
  • Die Lasermodule 1710A-1710N können jeweils aus einer Anzahl von Festkörperlaserdioden bestehen, die in eine optische Faser integriert sind, um die Ausgabeleistung zu erhöhen und die Emission an das Ziel abzugeben. Einige faserintegrierte Laser erzeugen eine Leistung in einem Wellenlängenbereich, der von dem weichen oder harten Zielgewebe minimal absorbiert wird. Diese Laserarten stellen eine effektive Gewebekoagulation aufgrund einer Eindringtiefe bereit, die dem Durchmesser einer kleinen Kapillare 5-10 µm ähnelt. Die faserintegrierten Lasermodule 1710A-1710N, wie sie gemäß verschiedenen Beispielen in dieser Offenbarung beschrieben sind, weisen mehrere Vorteile auf. In einem Beispiel weist das von einem Lasermodul emittierte Licht ein symmetrisches Strahlqualitäts-, kreisförmiges und glattes (homogenisiertes) Intensitätsprofil auf. Die kompakten Kühlanordnungen sind in ein Lasermodul integriert und machen das gesamte System kompakt. Die faserintegrierten Lasermodule 1710A-1710N lassen sich problemlos mit weiteren faseroptischen Komponenten kombinieren. Darüber hinaus unterstützen die faserintegrierten Lasermodule 1710A1-710 Standardverbinder für optische Fasern, die es den Modulen ermöglichen, gut mit den meisten optischen Modulen ohne Ausrichtung zu arbeiten. Darüber hinaus können die faserintegrierten Lasermodule 1710A-1710N einfach ausgetauscht werden, ohne die Ausrichtung des Laserkopplungssystems zu verändern.
  • In einigen Beispielen kann ein Lasermodul eine Laserausgabe im Wellenlängenbereich erzeugen, die von einigen Materialien wie weichem oder hartem Gewebe, Stein, Knochen, Zahn usw. stark absorbiert wird, beispielsweise 1900-3000 nm für die Wasserabsorption oder 400-520 nm für die Oxyhämoglobin- und/oder Desoxyhämoglobinabsorption, wie in 3C veranschaulicht. In einigen Beispielen kann ein Lasermodul eine Laserausgabe in einem Wellenlängenbereich erzeugen, der von dem Ziel niedrig absorbiert wird, wie weiches oder hartes Gewebe, Stein, Knochen, Zahn usw. Diese Laserarten stellen eine effektivere Gewebekoagulation aufgrund einer Eindringtiefe bereit, die dem Durchmesser einer kleinen Kapillare (z. B. 5-10 µm) ähnelt, wie in 3C veranschaulicht. Handelsübliche Festkörperlaser sind mögliche emittierende Quellen für die Lasermodule. Beispiele für Laserquellen für die Lasermodule können UV-VIS emittierende InxGa1-XN-Halbleiterlaser, wie GaN (Emission 515-520 nm) oder InxGa1-XN (Emission 370-493 nm), GaXAI1-XAs-Laser (Emission 750-850 nm) oder InXGa1-XAs-Laser (Emission 904-1065 nm) beinhalten. Derartige Laserquellen können ebenso für Gewebekoagulationsanwendungen geeignet sein.
  • Das Laserrückkopplungssteuersystem kann ein oder mehrere Teilsysteme umfassen, die beispielsweise ein Spektroskopiesystem 1720, einen Rückkopplungsanalysator 1730 und eine Lasersteuerung 1740 beinhalten.
  • Spektroskopiesystem 1720
  • Das Spektroskopiesystem 1720 kann ein Steuerlichtsignal von einer Lichtquelle an ein Ziel senden, wie, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, ein Konkrement, weiches oder hartes Gewebe, Bindung oder Zahn oder industrielle Ziele, und sammelt Spektralreaktionsdaten, die von dem Ziel reflektiert werden. Die Reaktion kann über ein separates Faser-, Laserfaser- oder Endoskopsystem an ein Spektrometer abgegeben werden. Das Spektrometer kann die digitalen Spektraldaten an den Systemrückkopplungsanalysator 1730 senden. Beispiele für Lichtquellen für das spektroskopische System, die einen optischen Bereich von UV bis IR abdecken, können die vorstehend unter Bezugnahme auf Tabelle 2 beschriebenen beinhalten. 20 veranschaulicht ein schematisches Diagramm des Spektroskopischen Systems 1720 mit dem Rückkopplungsanalysator 1730 in einem Beispiel.
  • Die optische Spektroskopie ist ein leistungsstarkes Verfahren, das zur einfachen und schnellen Analyse von organischen und anorganischen Materialien verwendet werden kann. Gemäß verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Beispielen kann eine spektroskopische Lichtquelle in einen separaten Faserkanal, eine Laserfaser oder ein Endoskopsystem integriert sein. Ein von dem Ziel reflektiertes Lichtquellensignal kann durch ein Abbildungssystem, das einen Detektor, wie beispielsweise einen CCD- oder CMOS-Sensor, enthält, der in einem digitalen Endoskop enthalten sein kann, schnell erfasst und an das Spektrometer abgegeben werden. Andere bildgebende Systeme wie die Laserabtastung können ebenso zum Sammeln spektroskopischer Reaktionen verwendet werden. Die optische Spektroskopie hat mehrere Vorteile. Sie kann einfach in ein Faserlaserabgabesystem 1701 integriert werden. Sie ist eine zerstörungsfreie Technik, um die chemische Zusammensetzung des Materials zu erkennen und zu analysieren, und die Analyse kann in Echtzeit durchgeführt werden. Die optische Spektroskopie kann verwendet werden, um verschiedene Arten von Materialien zu analysieren, einschließlich beispielsweise harten und weichen Gewebes, Konkrementstrukturen usw.
  • Verschiedene spektroskopische Techniken können allein oder in Kombination verwendet werden, um die chemische Zusammensetzung des Ziels zu analysieren und die spektroskopische Rückkopplung zu bilden. Beispiele für solche spektroskopischen Techniken können unter anderem UV-VIS-Reflexionsspektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) oder Raman-Spektroskopie beinhalten. In der vorstehenden Tabelle 2 sind Beispiele für Lichtquellen für das Spektroskopiesystem dargestellt, die einen optischen Bereich von UV bis IR abdecken und auf ein Beispiel anwendbar sind. Wolfram-Halogen-Lichtquellen werden häufig verwendet, um spektroskopische Messungen im sichtbaren und nahen IR-Bereich durchzuführen. Deuterium-Lichtquellen sind für ihre stabile Leistung bekannt und werden für UV-Absorptions- oder Reflexionsmessungen verwendet. Die Mischung des Halogenlichts mit dem Deuteriumlicht erzeugt eine Weitspektrenbereichlichtquelle, die ein glattes Spektrum von 200-2500 nm bereitstellt. Eine Xenon-Lichtquelle wird in Anwendungen verwendet, in denen eine lange Lebensdauer und hohe Ausgabeleistung benötigt wird, wie bei Fluoreszenzmessungen. LED- und Laserdioden-Lichtquellen stellen hohe Leistung bei einer präzisen Wellenlänge: Sie haben eine lange Lebensdauer, kurze Aufwärmzeit und hohe Stabilität. Eine spektroskopische Lichtquelle kann in ein separates Faserkanal-, Laserfaser- oder Endoskopsystem integriert sein. Ein vom Ziel reflektiertes Lichtquellensignal kann schnell erkannt und über einen separaten Faserkanal oder eine Laserfaser dem Spektrometer abgegeben werden.
  • Rückkopplungsanalysator 1730
  • Der Rückkopplungsanalysator 1730 kann Eingaben von verschiedenen Quellen empfangen, einschließlich spektroskopischer Reaktionsdaten von einem Spektrometer, um Betriebsparameter des Lasersystems vorzuschlagen oder direkt anzupassen. In einem Beispiel kann der Rückkopplungsanalysator 1730 die spektroskopischen Reaktionsdaten mit einer verfügbaren Datenbankbibliothek von Zielzusammensetzungsdaten vergleichen. Basierend auf der spektroskopischen Systemrückkopplung erkennt der Signalanalysator die Zielmaterialzusammensetzung und schlägt einen Laserbetriebsmodus (ebenso als Lasereinrichtung bezeichnet) vor, wie Betriebsparameter für wenigstens ein Lasermodul, um effektive Gewebebehandlungen für die identifizierte Gewebezusammensetzung zu erreichen. Beispiele für die Betriebsparameter können wenigstens einen Laserwellenlängen-, Impuls- oder Dauerstrich(CW)-Emissionsmodus, Spitzenimpulsleistung, Impulsenergie, Impulsrate, Impulsformen und die gleichzeitige oder sequentielle Emission von Impulsen von wenigstens einem Lasermodul beinhalten. Obwohl nicht explizit beschrieben, beinhalten die aufeinanderfolgenden Impulse Impulspakete, die sich kombinieren, um die ausgewählte Impulsenergie abzugeben. Impulse, wie hierin beschrieben, beziehen sich im Allgemeinen auf die Zeit zwischen dem Starten und Stoppen einer Laseremission von einem Lasermodul. Die Intensität der Laserenergie während jedes Impulses kann variieren, um die Form einer zunehmenden oder abnehmenden Rampe oder eines sinusförmigen Profils oder eine beliebige andere Form allein oder in Kombination mit einer Sequenz von Impulsen aufzuweisen, solange die ausgewählte durchschnittliche Laserleistung beibehalten wird. Beispielsweise erfolgt bei einer Frequenz von 2 Hz eine 2W-Durchschnittsleistungseinstellung mit einer Impulsenergie von 1 J, wenn nur ein Impuls vorhanden ist. Die Energie kann jedoch ebenso als zwei 0,5-J-Impulse in schneller Folge abgegeben werden, die mit einer Frequenz von 2 Hz auftreten. Jeder dieser Impulse kann ähnliche oder unterschiedliche Impulsformen aufweisen. Der Rückkopplungsanalysator 1730 verwendet Algorithmen und Eingabedaten, um Laserbetriebsparameter, wie sie im vorstehenden Beispiel beschrieben sind, direkt anzupassen oder vorzuschlagen.
  • In einigen Beispielen kann der Rückkopplungsanalysator 1730 Eingabedaten verwenden, um den Abstand zwischen dem distalen Ende des Laserabgabesystems 1701 (Faser) und einem Ziel auf Grundlage eines speziell entwickelten Algorithmus zu berechnen und zu steuern. Im Fall eines mobilen Ziels (z. B. Konkremente) kann der Rückkopplungsanalysator 1730 Laserbetriebsparameter anpassen oder vorschlagen, die einen Saugeffekt unter Verwendung von Dampfblasen in Wasser bilden, um Ziele zu ziehen, die über eine vorbestimmte Schwelle näher am distalen Ende der Faser liegen. Diese Funktion minimiert den Aufwand, den Benutzer aufwenden müssen, um einen effektiven Behandlungsabstand mit mobilen Zielen aufrechtzuerhalten. Der Abstand zwischen dem Ziel und dem distalen Ende der Faser kann unter Verwendung von Spektraldaten, des bekannten Außendurchmessers jeder Faser und ihres Vorsprungswinkels vom Endoskop und/oder Eingabesignalen vom endoskopischen Bildprozessor berechnet werden. 24A-24D veranschaulicht als Beispiel Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen dem distalen Ende des Laserabgabesystems 1701 (Faser) und dem Ziel. Eine Abhängigkeit eines spektroskopisch reflektierten Signals von dem Abstand zwischen dem Ziel und dem Laserabgabesystem 1701 ist in 24A-24B veranschaulicht. 24A veranschaulicht ein Beispiel für die Intensität des reflektierten Signals bei 730 nm, gemessen in verschiedenen Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde. 24B veranschaulicht ein Beispiel für die Intensität des reflektierten Signals bei 450 nm, gemessen in verschiedenen Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde. Eine solche Abhängigkeit kann anhand von Spektraldaten und Informationen über die Geometrie des Laserabgabesystems bestimmt werden. Die Analyse eines spektroskopischen Signals ermöglicht eine schnelle Schätzung des Abstands und das Abgeben dieser Informationen an den Benutzer.
  • 24C ist ein beispielhafter Algorithmus einer Abstandsberechnung zwischen der Faser und einem Gewebeziel. In einem Beispiel sendet ein spektroskopisches System ein Steuerlichtsignal von einer Lichtquelle an das Ziel, sammelt Spektralreaktionsdaten von dem Ziel, gibt das Reaktionssignal an das Spektrometer ab und sendet die digitalen Spektraldaten von dem Spektrometer an den Rückkopplungsanalysator. Eine Kalibrierungskurve 1000, wie in 24C gezeigt, stellt eine Beziehung zwischen einer spektroskopischen reflektierten Signalintensität (z. B. spektroskopisches Signal, das als Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung von der Zielstruktur reflektiert wird) und dem Abstand 1060 zwischen einem distalen Ende einer Faser und einer Zielstruktur unter Verwendung des Rückkopplungssignals dar, das von der Zielstruktur reflektiert wird, wie in 10-11 veranschaulicht. Die Kalibrierungskurve 1000 kann durch Messen der reflektierten Signalintensität bei unterschiedlichen Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde erzeugt werden, wenn die Zielstruktur durch elektromagnetische Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge (z. B. 450 nm oder 730 nm) projiziert wird. Durch Bezugnehmen auf die Kalibrierungskurve ermöglichen Analysen eines spektroskopischen Signals eine schnelle Abschätzung des Abstands.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen der Kalibrierkurve ist wie folgt. Zunächst kann für jeden Abstand ein erster Referenzwert berechnet werden. Die Kalibrierungskurve selbst darf nicht zum Identifizieren des Abstands herangezogen werden, da die Lichtreflexionsintensität vom Reflexionsvermögen der Probe 1 oder so weiter abhängt. Ein Beispiel für einen Referenzwert, um die Wirkung des Reflexionsvermögens der Probe aufzuheben, ist wie folgt: Referenzwert = dl/dx * 1/l
    Figure DE112020003716T5_0001
  • Während eines In-vivo-Operationsvorgangs kann ein Bediener die Faser oder das Endoskop mit kontinuierlicher Aufzeichnung der spektroskopischen Rückkopplung bewegen, bis die Reflexionsspektren der Zielgewebszusammensetzung erkannt werden können.
  • Unter Bezugnahme auf 24C kann ein erstes Spektrum bei einem Abstand x1 gemessen werden, wobei die Intensität des reflektierten Signals l1 ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Istwert von x1 und die Kurve der reflektierten Signalintensität unbekannt. Dann kann das distale Ende der Faser oder des Endoskops (Detektor für reflektiertes Licht) kontinuierlich bewegt werden, und die nächste Reflexionslichtintensität l2, die dem Abstand x2 entspricht, kann gemessen werden. x2 kann nahe x1 sein, sodass die Kurve zwischen x1 und x2 als linear angenähert werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist x1, x2 und die Kurve der reflektierten Signalintensität unbekannt. Ein Vergleichswert kann unter Verwendung von l1, l2 und Delta (x2-x1), wie folgt berechnet werden: Vergleichswert = Delta ( I 2 − I 1 ) /Delta ( x 2 − x 1 ) * 1 /I 1
    Figure DE112020003716T5_0002
  • Anschließend werden die Referenzwerte nach einem durchsucht, der mit dem Vergleichswert identisch ist. Wenn nur ein Referenzwert (xr) gefunden wird, der mit dem in Gleichung (2) angegebenen Vergleichswert identisch ist, kann xr als Abstand von x1 bestimmt werden. Wenn es zwei Referenzwerte (xr1, xr2) gibt, kann das distale Faser- oder Endoskopende (Detektor für reflektiertes Licht) weiterbewegt werden und die nächste Reflexionslichtintensität l3 entsprechend dem Abstand x3 gemessen werden. x3 kann nahe x2 liegen, sodass die Kurve zwischen x2 und x3 als linear angenähert werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist x1, x2, x3 und die Kurve der reflektierten Signalintensität unbekannt. Ein neuer Vergleichswert kann mit l1, l2, l3, Delta (x2-x1) und Delta (x3-x2) wie folgt berechnet werden. Vergleichswert = Delta ( I 3 − I 2 ) /Delta ( x 3 − x 2 ) * 1 /I 2
    Figure DE112020003716T5_0003
  • Anschließend werden die Referenzwerte nach einem durchsucht, der mit xr1 + Delta (x2-x1) und xr2 + Delta (x2-x1) identisch ist. Die Referenzwerte können mit dem in Gleichung (3) angegebenen Vergleichswert verglichen werden. Der Abstand, dessen Referenzwert dem Vergleichswert ähnlicher ist, wird als tatsächlicher Abstand geschätzt.
  • Unter Bezugnahme auf 24D kann während eines In-vivo-Operationsvorgangs ein beispielhaftes Verfahren das Bewegen der Faser oder des Endoskops mit kontinuierlicher Aufzeichnung der spektroskopischen Rückkopplung umfassen, bis die Reflexionsspektren der Zielzusammensetzung erkannt werden. Im Hauptfall, wenn sich das spektroskopische distale Ende zum Ziel hin bewegt, ist die Intensität des erkannten reflektierten Lichts zunächst schwach und wird mit dem Reduzieren eines Abstands zwischen dem Ziel und einem Faserende erhöht. Beispielsweise wurde das erste Spektrum auf dem Abstand d1 gemessen, wo die reflektierte Signalintensität l1 ist. Es wird weiterhin eine leichte Bewegung des distalen Endes der Faser oder des Endoskops in Richtung des Ziels mit kontinuierlichem Sammeln der Reflexionsdaten durchgeführt, und das Verfahren kann die nächste Reflexionslichtintensität l2 entsprechend dem Abstand d2 messen. Das Verfahren kann dann eine Berechnung des Werts der Änderungsneigung der reflektierten Signalintensität = Delta (I2-l1) / Delta (d2-d1) umfassen. Die berechnete Neigung kann normiert werden, um den Wert der berechneten Neigung von der reflektierten Signalintensität unabhängig zu machen. Die endgültige Formel zur Berechnung der Änderungsneigung der reflektierten Signalintensität bei gemessenem Abstand lautet: Steigung ( normiert ) = [ Delta ( I 2 − I 1 ) /Delta ( d 2 − d 1 ) ] /I o
    Figure DE112020003716T5_0004
    wobei: lo=DURCHSCHNITT(I1,I2)
  • Das Verfahren kann dann die berechnete Neigung mit derjenigen auf der Kalibrierungskurve in einer Bibliothek vergleichen, um eine Schätzung des erforderlichen Abstands zu ermöglichen. Alle Berechnungen können schnell unter Verwendung von Software durchgeführt werden.
  • 25A-25B veranschaulichen eine Wirkung von Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde auf die Spektren des reflektierten Lichts von dem Ziel. 25A veranschaulicht beispielhafte normierte UV-VIS-Reflexionsspektren verschiedener weicher Gewebearten, einschließlich Blasenendothelspektren 2511, Magenendothelspektren 2512, Magenglattmuskelspektren 2513, unterer Ureterspektren 2514, Meterendothelspektren 2515, Calyxspektren 2516, Blasenmuskelspektren 2.517 und Medullaspektren 2518. 25B veranschaulicht beispielhafte UV-VIS-Reflexionsspektren eines bestimmten Gewebes, die in unterschiedlichen Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde aufgezeichnet sind, wie von 0 bis 0,25 Zoll. 25A zeigt einige Beispiele für tierische weiche Gewebespektren. 25B stellt beispielhafte UV-VIS-Reflexionsspektren eines Gewebes dar, das in unterschiedlichen Abständen zwischen dem Gewebe und dem distalen Ende der spektroskopischen Sonde aufgenommen wurde. In diesem Beispiel wurde die reflektierte Signalintensität bei zwei Spektrenmaxima von 450 nm und 730 nm in unterschiedlichen Abständen zwischen dem Zielgewebe und dem dargestellten distalen Ende der spektroskopischen Sonde gemessen, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 24A-24B erörtert.
  • Lasersteuerung 1740
  • Die Lasersteuerung 1740 kann in ein Laserkopplungssystem integriert sein. Das Laserkopplungssystem koppelt ein oder mehrere Lasermodule (z. B. Festkörperlasermodule) in eine Faser. Die Lasersteuerung 1740 kann an den Rückkopplungsanalysator 1730 gekoppelt sein, der das optimierte Signal mit den vorgeschlagenen Einstellungen direkt an die Lasersteuerung 1740 senden kann (automatischer Modus) oder die Zustimmung des Bedieners anfordern kann, um die Lasereinstellungen anzupassen (halbautomatischer Modus). 17 ist eine schematische Darstellung eines vollautomatischen Lasersystems. 18 ist ein schematisches Diagramm eines halbautomatischen Lasersystems, bei dem das System eine Zustimmung des Benutzers erfordert, wie über eine Benutzerschnittstelle, die eine Eingabe 1850 und eine Anzeige 1860 beinhaltet. In einem Beispiel können die Lasereinstellungen innerhalb eines eingestellten Bereichs angepasst werden, der in einem Beispiel durch den Benutzer zu Beginn des Verfahrens vorbestimmt werden kann.
  • In einigen Beispielen kann die Lasersteuerung 1740 zwei oder mehr Laserimpulszüge kombinieren, um eine kombinierte Laserimpulsfolge zu erzeugen. 19A veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Lasersteuerung 1740 eine Anzahl von (z. B. N) Laserimpulszügen 1910A-1910N erzeugen, die Laserimpulszüge 1910A-1910N zu einer kombinierten Impulsfolge 1920 kombinieren und das Ziel bei 1930 mit der kombinierten Impulsfolge belichten kann. 19B ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Ausgabelaserimpulsfolge 1942 veranschaulicht, die aus den drei verschiedenen Laserzügen 1941A, 1941 B und 1941C kombiniert ist, die von verschiedenen Lasermodulen emittieren. Wie darin veranschaulicht, können die Laserzüge 1941A, 1941B und 1941C gemäß dem Rückkopplungsanalysatorsignal zu unterschiedlichen Zeiten eingeschaltet und/oder zu unterschiedlichen Zeiten ausgeschaltet werden. In dem darin veranschaulichten Beispiel kann die kombinierte Ausgabelaserimpulsfolge 1942 Abschnitte beinhalten, in denen sich zwei oder mehr der Laserzüge 1941A, 1941B und 1941C zeitlich überlappen.
  • Mit der Kombination der Lasermodule 1910A-1910N des Spektroskopiesystems 1720 und des Rückkopplungsanalysators 1730 kann das Laserrückkopplungssystem 1740, wie hierin beschrieben, kontinuierlich die Zusammensetzung eines Ziels durch ein Endoskop identifizieren und die Lasereinstellungen während eines Vorgangs aktualisieren.
  • Die Hauptkomponenten des Lasersystems lassen sich abhängig von dem zielgerichteten medizinischen Verfahren leicht anpassen. Beispielsweise unterstützt die Lasersteuerung 1740 verschiedene Laserarten und deren Kombination. Dies ermöglicht einen breiteren Bereich an Ausgabesignaloptionen, einschließlich Leistung, Wellenlänge, Impulsraten, Impulsform und -profil, Einzel-Laserimpulszügen und kombinierten Laserimpulszügen. Der Betriebsmodus des Lasersystems kann automatisch angepasst werden oder für jeden gewünschten optischen Effekt vorgeschlagen werden. Das Spektroskopiesystem sammelt Informationen über die Zielmaterialien, die für Diagnosezwecke und zur Bestätigung, dass die Laserparameter für das Ziel optimal sind, nützlich sind. Der Rückkopplungsanalysator 1730 kann den Betriebsmodus des Lasersystems automatisch optimieren und das Risiko menschlicher Fehler reduzieren.
  • Internet der Dinge(ldD)-System 1750
  • In einigen Beispielen kann das Lasersystem ein optionales IdD-System 1750 beinhalten, das das Speichern der Spektrendatenbankbibliothek in einer Cloud 1752 unterstützt, den schnellen Zugriff auf die Spektren und die optimale Einrichtung der Datenbankbibliothek unterstützt und die Kommunikation zwischen der Cloud 1752 und dem Rückkopplungsanalysator 1730 ermöglicht. Die Cloud-Speicherung von Daten unterstützt die Verwendung von Techniken der künstlichen Intelligenz (Kl), um Eingaben an den Rückkopplungsanalysator 1730 bereitzustellen, und unterstützt den sofortigen Zugriff auf Algorithmus- und Datenbankverbesserungen.
  • Gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen kann das IdD-System 1750 ein Netzwerk beinhalten, in dem die Komponenten des Lasersystems die anderen über das Internet kommunizieren und interagieren können. IdD unterstützt den schnellen Zugriff auf die Spektrendatenbankbibliothek, die in einer Cloud 1752 gespeichert ist, und führt eine Kommunikation zwischen der Cloud 1752 und dem Rückkopplungsanalysator 1730 durch. Darüber hinaus können alle Komponenten des Lasersystems bei Bedarf über das Netzwerk fernüberwacht und gesteuert werden. Ein Beispiel für eine solche erfolgreiche Verbindung ist das Internet der medizinischen Dinge (ebenso Internet der Gesundheitsdinge genannt), ist eine verfügbare Anwendung des IdD für medizinische und gesundheitsbezogene Zwecke, die Datenerhebung und -analyse für die Forschung und Überwachung beinhaltet.
  • In verschiedenen Beispielen kann das IdD-System 1750 den Zugriff auf verschiedene Cloud-Ressourcen unterstützen, einschließlich cloudbasierter Erfassung, Erkennung oder Klassifizierung einer Zielstruktur (z. B. Konkrementstrukturen oder anatomisches Gewebe). In einigen Beispielen kann eine Engine zum maschinellen Lernen (ML-Engine) in der Cloud 1752 implementiert sein, um Dienste zur cloudbasierten Zielerkennung, - identifizierung oder -klassifizierung bereitzustellen. Die ML-Engine kann ein trainiertes ML-Modell beinhalten (z. B. maschinenlesbare Anweisungen, die auf einem oder mehreren Mikroprozessoren ausführbar sind). Die ML-Engine kann spektroskopische Zieldaten von dem Lasersystem empfangen oder in der Cloud 1752 gespeicherte Zielspektroskopiedaten abrufen, eine Zielerfassung, -identifizierung oder -klassifizierung durchführen und eine Ausgabe, wie ein Etikett, das eine Gewebeart (z. B. normales Gewebe oder Krebsläsion oder Gewebe an einer bestimmten anatomischen Stelle) oder eine Konkrementart (z. B. Nieren-, Blasen-, Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenblasenstein mit einer bestimmten Zusammensetzung) darstellt, erzeugen. Die spektroskopischen Zieldaten können neben anderen klinischen Daten, die vor oder während eines Eingriffs von dem Patienten gesammelt werden, am Ende des Eingriffs oder zu einer anderen geplanten Zeit automatisch in die Cloud 1752 hochgeladen werden. Alternativ kann ein Systembenutzer (z. B. ein Kliniker) aufgefordert werden, die Daten in die Cloud 1752 hochzuladen. In einigen Beispielen kann die Ausgabe zusätzlich eine Wahrscheinlichkeit, dass das Ziel als Gewebe oder Konkremente identifiziert wird, oder eine Wahrscheinlichkeit, dass das Ziel als eine bestimmte Gewebeart oder eine Konkrementart klassifiziert wird, beinhalten. Ein Systembenutzer (z. B. ein Kliniker) kann solche Cloud-Dienste verwenden, um in vivo nahezu Echtzeitinformationen über Zielgewebe oder -steine zu erhalten, wie während der Durchführung eines endoskopischen Laserverfahrens.
  • In einigen Beispielen kann die ML-Engine ein Trainingsmodul beinhalten, das dazu konfiguriert ist, ein ML-Modell unter Verwendung von Trainingsdaten, wie in der Cloud 1752 gespeichert, zu trainieren. Die Trainingsdaten können spektroskopische Daten beinhalten, die mit Zielinformationen assoziiert sind, wie ein Tag, das Zielarten (z. B. Konkrementarten oder Gewebearten) identifiziert. Die Trainingsdaten können Labordaten beinhalten, die auf einer spektroskopischen Analyse einer Vielzahl von Gewebearten und/oder Konkrementarten basieren. Zusätzlich oder alternativ können die Trainingsdaten klinische Daten beinhalten, die von mehreren Patienten in vitro oder in vivo erworben wurden. In einigen Beispielen können patientenidentifizierende Informationen aus den klinischen Patientendaten (z. B. spektroskopischen Daten) entfernt werden, bevor solche Daten in die Cloud 1752 hochgeladen werden, um das ML-Modell zu trainieren oder eine Zielerkennung, -identifizierung oder - klassifizierung unter Verwendung eines trainierten ML-Modells durchzuführen. Das System kann die nicht identifizierten klinischen Patientendaten mit einem Tag assoziieren, das die Datenquelle identifiziert (z. B. Krankenhaus, Lasersystemidentifikation, Verfahrenszeit). Der Kliniker kann die Zielart (z. B. Konkrement- oder Gewebeart) während oder nach dem Eingriff analysieren und bestätigen und die Zielart mit den nicht identifizierten klinischen Patientendaten assoziieren, um die Trainingsdaten auszubilden. Die Verwendung des de-identifizierten klinischen Patienten kann die Robustheit des Cloud-basierten ML-Modells vorteilhaft erhöhen, da zusätzliche Daten aus einer großen Patientenpopulation zum Trainieren des ML-Modells beinhaltet werden können. Dies kann ebenso die Leistung des ML-Modells verbessern, um seltene Konkrementarten zu erkennen, da die spektroskopischen Daten von seltenen Konkrementarten klinisch oder aus einem Labor schwer zu erhalten sind.
  • Es können verschiedene ML-Modellarchitekturen und Algorithmen verwendet werden, wie Entscheidungsbäume, neuronale Netzwerke, Deep-Learning-Netzwerke, Unterstützungsvektormaschinen usw. In einigen Beispielen kann das Training des ML-Modells kontinuierlich oder periodisch oder in nahezu Echtzeit durchgeführt werden, wenn zusätzliche spektroskopische Daten zur Verfügung gestellt werden. Das Training beinhaltet das algorithmische Anpassen eines oder mehrerer ML-Modellparameter, bis das zu trainierende ML-Modell ein spezifiziertes Trainingskonvergenzkriterium erfüllt. Das resultierende trainierte ML-Modell kann bei der cloudbasierten Zielerfassung, -erkennung oder -klassifizierung verwendet werden. Mit einem ML-Modell, das durch Ausnutzung großer Datenmengen, die in der Cloud 1752 gespeichert sind, und zusätzlicher Daten, die konstant oder periodisch dazu hinzugefügt werden, trainiert wird, kann die ML-basierte Zielerkennung mit Cloud-Verbindung, wie hierin beschrieben, die Genauigkeit und Robustheit der In-vivo-Zielerfassung, -erkennung und -Klassifizierung verbessern.
  • Beispielhaftes endoskopisches Lasersystem
  • 21A-21D veranschaulichen Beispiele eines endoskopischen Lasersystems 2100A und 2100B, umfassend ein Endoskop 2110 mit einem integrierten Mehrfaserzubehör und ein chirurgisches Lasersystem, umfassend das rückkopplungsgesteuerte Laserbehandlungssystem 1010 und die Laserquelle 1020, wie in 10A veranschaulicht. Alternativ kann eine spektroskopische Reaktion durch ein Abbildungssystem, das einen Detektor, wie einen CCD- oder CMOS-Sensor, enthält, gesammelt und an das Spektrometer abgegeben werden. Die Analyse der Zielzusammensetzung kann über Spektroskopie durch einen oder mehrere der Kerne des Mehrfaserzubehörs durchgeführt werden, während das Ziel mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, die durch einen oder mehrere der anderen Kerne des Mehrfaserzubehörs übertragen wird.
  • Wie in 21A veranschaulicht, beinhaltet das endoskopische Lasersystem 2100A ein Mehrfaserzubehör, das einen optischen Pfad 2116 beinhaltet, der zum Übertragen des spektroskopischen Signals zurück zu dem Spektrometer 1011 sowie zum Abgeben von chirurgischer Laserenergie von der Laserquelle 1020 an die Zielstruktur verwendet wird. In einem Beispiel beinhaltet der optische Pfad 2116 eine optische Faser, die in einen länglichen Körper des Endoskops 2110 eingebettet ist und sich entlang desselben erstreckt. In einem anderen Beispiel beinhaltet der optische Pfad 2116 zwei oder mehr optische Fasern, die sich entlang eines länglichen Körpers des Endoskops 2110 erstrecken. Die Lasersteuerung 1013 kann das Timing des Laserschießens derart steuern, dass die Übertragung des spektroskopischen Signals und die Abgabe von Laserenergie zu unterschiedlichen Zeitpunkten oder gleichzeitig erfolgen.
  • Das Mehrfaserzubehör kann zwei oder mehr Lichtquellenfasern 2114 beinhalten, die in einen länglichen Körper des Endoskops 2110 eingebettet sind und sich entlang desselben erstrecken. Als Beispiel und nicht als Einschränkung veranschaulicht 21C eine radiale Querschnittsansicht des länglichen Körpers des Endoskops 2110, wobei eine Anzahl von Lichtquellenfasern 2114 und der optische Pfad 2116 in Längsrichtung innerhalb des länglichen Körpers des Endoskops positioniert sind und die Lichtquellenfasern 2114 radial verteilt den optischen Pfad 2116 umgeben, wie entlang eines Umfangs in Bezug auf den optischen Pfad 2116 auf dem radialen Querschnitt des länglichen Körpers des Endoskops. In dem Beispiel, wie in 21C gezeigt, kann sich der optische Pfad 2116 im Wesentlichen an der zentralen Längsachse des länglichen Körpers des Endoskops 2110 befinden. Als Beispiel und nicht als Einschränkung können sechs Lichtquellenfasern um den optischen Pfad 2116 herum positioniert sein, wie in 21C gezeigt. Eine andere Anzahl von Lichtquellenfasern und/oder andere Positionen der Lichtquellenfasern relativ zum optischen Pfad 2116 können verwendet werden. Beispielsweise veranschaulicht 21D zwei Lichtquellenfasern 2114, die radial an gegenüberliegenden Seiten des optischen Pfads 2116 positioniert sind. Die Lichtquellenfasern 2114 können an die Lichtquelle 1030 gekoppelt sein. Alternativ können die Lichtquellenfasern 2114 an die Beleuchtungsquelle 914 gekoppelt sein, wie in 9A-9B gezeigt. Licht von der Endoskoplichtquelle, entweder die Beleuchtungsquelle 914 (z. B. eine oder mehrere LEDs) oder die entfernte Lichtquelle 1030, wie außerhalb des Endoskops, kann den Funktionen des Beleuchtens des Ziels und des Erzeugens eines spektroskopischen Signals dienen, das von der Zieloberfläche reflektiert wird, die zur spektroskopischen Analyse gesammelt werden kann. Der Rückkopplungsanalysator 1012 kann den Abstand 1060 zwischen dem distalen Ende des Endoskops 2110 und der Zielstruktur 122 bestimmen, wie auf ähnliche Weise in 10-11 gezeigt.
  • 21B veranschaulicht ein endoskopisches Lasersystem 2100B, das ein Mehrfaserzubehör beinhaltet. Anstatt Laserenergie durch den optischen Pfad 2116 abzugeben, kann eine separate Laserfaser 2120 verwendet werden, um chirurgische Laserenergie von der Laserquelle 1020 an die Zielstruktur abzugeben. Der optische Pfad 2116 wird als dedizierte Spektroskopiesignalfaser verwendet, um das spektroskopische Signal zurück an das Spektrometer 1011 zu übertragen.
  • 22 und 23A-23B veranschaulichen Beispiele für das Mehrfasersystem, das in einem spektroskopischen Faserabgabesystem verwendet werden kann, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 21A-21 D erörtert wurde. In dem Beispiel, wie in 22 veranschaulicht, beinhaltet ein Mehrfasersystem 2200 eine erste Faser 2210, die an die Lichtquelle gekoppelt und dazu konfiguriert ist, Beleuchtungslicht auf das Ziel zu richten, und eine separate zweite Faser 2220, die an das Spektrometer gekoppelt und dazu konfiguriert ist, das reflektierte Signal (z. B. von dem Ziel reflektiertes Licht), das spektroskopische Eigenschaften des Ziels anzeigt, an das Spektrometer zu übertragen.
  • FIG. 23A-23BFehler! Die Bezugsquelle wurde nicht gefunden. sind Diagramme eines beispielhaften Mehrfaserzubehörs mit Quellenlichteingabe und Spektroskopierückkopplungssignal. Wie in 23A gezeigt, kann ein Mehrfaserzubehörteil 2300A einen distalen Abschnitt 2310, einen Übergangsabschnitt 2320A und einen proximalen Abschnitt 2330A beinhalten. Der distale Abschnitt 2310 beinhaltet einen Schaft, der derart bemessen und geformt sein kann, dass er die erste und die zweite Faser 2210 und 2220 umschließt, und einen Übergangsabschnitt 2320A proximal zum distalen Abschnitt 2310. Die erste Faser 2210 und die zweite Faser 2220 können in einen Längsschaft des distalen Abschnitts 2310 eingebettet sein und sich entlang desselben erstrecken. Der Schaft kann derart bemessen und geformt sein, dass er sich durch einen Arbeitskanal eines Endoskops erstreckt. In einigen Beispielen kann die erste Faser 2210 zwei oder mehr optische Fasern beinhalten, die jeweils an die Lichtquelle gekoppelt sind, und/oder die zweite Faser 2220 kann eine oder mehrere optische Fasern beinhalten. In einigen Beispielen, wie in 21C-21D veranschaulicht kann die zweite Faser 2220 radial verteilt sein und die ersten optischen Fasern 2210 umgeben. In einem Beispiel kann sich wenigstens eine der zweiten optischen Fasern 2220 entlang einer im Wesentlichen zentralen Längsachse des Schafts erstrecken. Die zwei oder mehr ersten optischen Fasern 2210 können radial an gegenüberliegenden Seiten der zweiten optischen Faser 2220 positioniert sein, die sich entlang der zentralen Längsachse des Schafts erstrecken.
  • Der proximale Abschnitt 2330A umfasst einen ersten Verbinder 2332, der dazu konfiguriert ist, mit der Lichtquelle verbunden zu werden, und einen zweiten Verbinder 2334, der dazu konfiguriert ist, mit einem Spektrometer verbunden zu werden. Der Übergangsabschnitt 2320A verbindet den distalen Abschnitt 2310 und den proximalen Abschnitt 2330A und kann dazu konfiguriert sein, den ersten Verbinder 2332 an die erste Faser 2210 und den zweiten Verbinder 2334 an die zweite Faser 2220 zu koppeln. Somit stellt der Übergangsabschnitt 2320A einen Übergang der optischen Fasern 2210 und 2220 von dem jeweiligen ersten und zweiten Verbinder 2332 und 2334 in den einzelnen Schaft bereit.
  • Der Schaft kann ein einführbares distales Ende 2312 beinhalten, das sich distal von dem distalen Abschnitt 2310 erstreckt. Das einführbare distale Ende 2312 kann dazu konfiguriert sein, in einen Patienten eingeführt zu werden. Der proximale Abschnitt 2300A kann mit einem Griff assoziiert (z. B. darin enthalten) sein, damit ein Benutzer das Mehrfaserzubehör 2300A bedienen kann. In einem Beispiel kann wenigstens ein Abschnitt des Mehrfaserzubehörs 2300A (z. B. einer oder mehrere des distalen Abschnitts 2310, des Übergangsabschnitts 2320A oder des proximalen Abschnitts 2330A) in einem Arbeitskanal eines Endoskops enthalten oder in diesen einführbar sein.
  • 23B veranschaulicht ein weiteres Beispiel des Mehrfaserzubehörs 2300B, das eine Variante des Mehrfaserzubehörs 2300A ist. In dem in 23B veranschaulichten Beispiel kann der proximale Abschnitt 2330B ferner einen dritten Verbinder 2336 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, eine Laserquelle an eine der optischen Fasern 2210 oder 2220 zu koppeln. Ähnlich wie in 23A verbindet ein Übergangsabschnitt 2320B den distalen Abschnitt 2310 und den proximalen Abschnitt 2330B. Laserenergie, die von der Laserquelle erzeugt wird, kann von dem proximalen Abschnitt 2330B zu dem distalen Abschnitt 2310 durch eine der optischen Fasern 2210 oder 2220 übertragen und über das einführbare distale Ende 2312 an eine Zielbehandlungsstelle abgegeben werden. In einigen Beispielen kann das Mehrfaserzubehör 2300B ferner eine Laserfaser beinhalten, die sich von den optischen Fasern 2210 oder 2220 unterscheidet. Die Laserfaser kann im Arbeitskanal des Endoskops, beispielsweise innerhalb des Schafts, positioniert sein. Laserenergie, die von der Laserquelle erzeugt wird, kann durch die Laserfaser an den distalen Abschnitt 2310 übertragen werden.
  • Beispielhafte Anwendungen des Lasersystems
  • Das Lasersystem, wie es in Übereinstimmung mit verschiedenen Beispielen in diesem Dokument beschrieben ist, kann in vielen Anwendungen verwendet werden, wie endoskopische harte oder weiche Gewebechirurgie, um die Wirksamkeit von Ablation, Koagulation, Verdampfung oder anderen Lasereffekten zu verbessern.
  • Eine Anwendung des Lasersystems für die Anwendung in der Gewebechirurgie besteht darin, das Lasersystem zu verwenden, um eine effektive Gewebeablation und Koagulation bereitzustellen, anstatt zwei verschiedene Fußpedale zu verwenden, wie es häufig bei kommerziellen Vorrichtungen wie Lasern und Plasmavorrichtungen geschieht. Ein beispielhaftes System verwendet zwei oder mehr Festkörperlasermodule, die bei zwei verschiedenen Wellenlängen emittieren, die durch die Fasern in die Lasersteuerung gekoppelt sind, und ein UV-VIS-Reflexionspektroskopiesystem, das Spektralsignale an den Rückkopplungsanalysator abgibt, das einem Benutzer alternative Einstellungen vor der Anpassung vorschlägt.
  • In einem Beispiel können zwei Lasermodule bereitgestellt werden, einschließlich eines ersten Lasermoduls, das bei einer hohen optischen Gewebeabsorptionswellenlänge für effizientere Ablations-/Karbonisierungsvorgänge emittieren kann, und ein zweites Lasermodul, das bei einer niedrigeren optischen Gewebeabsorptionswellenlänge für eine effizientere Koagulation emittieren kann, wie aufgrund einer Eindringtiefe, die ähnlich dem Durchmesser einer kleinen Kapillare ist. Beispiele für das erste Lasermodul können einen UV-VIS emittierenden InXGa1-XN-Halbleiterlaser beinhalten: GaN - Emission 515-520 nm; InXGa1-XN - Emission 370-493 nm oder der IR-Laser, der im hohen Wasserabsorptionsbereich 1900-3000 nm emittiert und der in Tabelle 1 zusammengefasst ist. Beispiele für das zweite Lasermodul können beinhalten:
    • GaXAI1-XAs mit einer Emission von 750-850 nm oder InXGa1-XAs mit einer Emission von 904-1065 nm. Sowohl das erste als ebenso das zweite Lasermodul können mit einem Laserkopplungssystem in die Lasersteuerung eingekoppelt werden.
  • Eine spektroskopische Lichtquelle kann in einen separaten Faserkanal, eine Laserfaser oder ein Endoskopsystem integriert sein. Ein vom Ziel reflektiertes spektroskopisches Lichtquellensignal kann schnell erkannt und durch einen separaten Faserkanal oder eine Laserfaser an das Spektrometer abgegeben werden. Alternativ könnte das Spektroskopiesystem spektroskopische Signale von einem Abbildungssystem sammeln, das einen Detektor wie einen CCD- oder CMOS-Sensor enthält. Auf Grundlage der Spektroskopiesystemrückkopplung kann der Signalanalysator die Zielmaterialzusammensetzung erkennen und eine erste oder zweite Lasermoduleinrichtung vorschlagen, um effektive Gewebebehandlungen zu erreichen, und Signale an ein Ausgabesystem abgeben, das verwendet wird, um dem Benutzer vorgeschlagene Einrichtungsinformationen bereitzustellen.
  • Dieses Beispiel ermöglicht eine Gewebeablation und Koagulation durch Verwenden von zwei oder mehr Laserimpulsen mit optischen Wellenlängen, die durch ein Rückkopplungsanalysesystem gesteuert werden. Die Rückkopplungssteuerung kann jedoch mit einem einzelnen oder mehreren optischen Wellenlängensystemen genutzt werden, um die gleichzeitige Abgabe bestimmter Effekte an Ziele zu optimieren. Diese Effekte können nur aus der Sicht des Benutzers simultan sein; Merkmale, wie sie hierin beschrieben sind, sind nicht darauf beschränkt, Wellenlängen genau zur gleichen Zeit bereitzustellen.
  • Ein beispielhaftes Zeitbetriebsdiagramm dieses Lasers mit spektroskopischer Rückkopplung wird in 8 dargestellt. Wie darin beschrieben, werden optische Rückkopplungssignale mit der Amplitude Amax kontinuierlich an die Zieloberfläche abgegeben und von dieser reflektiert und von dem Signalanalysator erkannt und analysiert. Dann kann der Benutzer den ersten Laser EINschalten oder den ersten Laser EINgeschaltet halten, nachdem er ausgewählt hat, weiches Gewebe zu abladieren, während der zweite Laser AUSgeschaltet ist. Während des Betriebs des ersten Lasers wird das optische Rückkopplungssignal von karbonisiertem Gewebe stark absorbiert, bis sich seine Amplitude auf ein Schwellenniveau Amin reduziert. Der Signalanalysator ändert dann den Zustand der Laser derart, dass der erste Laser AUSgeschaltet und der zweite Laser EINgeschaltet wird. Der zweite Laser wird stark von karbonisiertem Gewebe absorbiert; so wird das karbonisierte Gewebe abladiert, wodurch die Karbonisierung effektiv entfernt wird. Auch die Wellenlänge des zweiten Lasers stellt eine effektive Koagulation bereit. Durch den Entkarbonisierungsvorgang kehrt die Amplitude der optischen Rückkopplungsimpulse nahe an das Anfangsniveau Amax zurück. In diesem Fall ändert der Signalanalysator den Zustand des Lasers zurück, indem der erste Laser EINgeschaltet und der zweite Laser AUSgeschaltet wird. Der vorstehende Vorgang kann wiederholt werden, bis die erforderliche Menge an Gewebeablation und Koagulation erreicht ist.
  • Eine weitere Anwendung des Lasersystems bezieht sich auf ein effizientes Laserlithotripsieverfahren zur Fragmentierung eines Nieren- oder Blasensteins in einem Patienten. Die Anwendung betrifft ein Verfahren unter Verwendung von Mehrwellenlängenlaserenergie mit einer Wellenlänge mit weniger Absorption durch das Ziel, um ein Ziel zuerst zu erwärmen, und dann einer stärkeren Absorptionswellenlänge, um das Ziel zu fragmentieren, wie beispielsweise einen Nierenstein. Bei der Laserlithotripsie kann es durch einen photothermischen Effekt zu einer Fragmentierung von Nieren- oder Blasensteinen kommen. Hohe Laserenergie kann vom Stein absorbiert werden, was zu einem raschen Temperaturanstieg über die Schwelle für den chemischen Abbau führt, was zu dessen Zersetzung und Fragmentierung führt. In einem Beispiel kann eine Laserlithotripsie einen zweistufigen Vorgang beinhalten. Die erste Stufe ist eine Vorwärmstufe, bei der ein Stein mit Laserenergie einer ersten Wellenlänge erwärmt wird, die eine geringere Laserenergieabsorption durch den Stein bewirkt. Eine nachfolgende zweite Stufe schließt eine Anwendung von Laserenergie mit einer zweiten Wellenlänge ein, die eine stärkere Laserenergieabsorption durch den Stein bewirkt als die erste Wellenlänge. Ein solcher mehrstufiger Vorgang ermöglicht eine bessere Kontrolle der Dampfblasenbildung und eine Reduzierung der Stärke der erzeugten Stoßwellen über den Fragmentierungsvorgang (reduziert den Steinretropulationseffekt).
  • In einem Beispiel nutzt das Lasersystem zwei oder mehr Festkörperlasermodule, die bei zwei verschiedenen Wellenlängen emittieren, die durch die Fasern in die Lasersteuerung gekoppelt sind, und ein Spektroskopiesystem, das Spektralsignale an den Rückkopplungsanalysator abgibt, das einem Benutzer alternative Einstellungen vor der Anpassung vorschlägt. Ein erstes Lasermodul kann bei einer niedrigeren optischen Stein-/Wasserabsorptionswellenlänge für eine effiziente Vorwärmung emittieren: und ein zweites Lasermodul kann bei einer hohen optischen Stein-/Wasserabsorptionswellenlänge für eine effizientere Steinfragmentierung emittieren. Das erste Lasermodul in dieser Anwendung kann eine Leistung bei einer niedrigeren Stein- oder Wasserabsorptionswellenlänge erzeugen. Dieser Laser stellt eine effektive und gleichmäßige Steinvorwärmung bereit. Beispiele für die erste Laserquelle für das erste Lasermodul können GaXAI1-XAs mit einer Emission von 750-850 nm oder InXGa1-XAs mit einer Emission von 904-1065 nm beinhalten. Beispiele für die zweite Laserquelle können einen UV-VIS-Laser, der InXGa1-XN-Halbleiterlaser emittiert, wie GaN-Laser mit einer Emission von 515-520 nm oder InXGa1-XN-Laser mit einer Emission von 370-493 nm oder den IR-Laser, der im hohen Wasser- und Steinabsorptionsbereich, 1900-3000 nm, emittiert und der in Tabelle 1 zusammengefasst ist, beinhalten.
  • Sowohl das erste als ebenso das zweite Lasermodul können mit einem Laserkopplungssystem in die Lasersteuerung eingekoppelt werden. Eine spektroskopische Lichtquelle kann in ein separates Faserkanal-, Laserfaser- oder Endoskopsystem integriert sein. Ein vom Ziel reflektiertes spektroskopisches Lichtquellensignal kann schnell erkannt und über einen separaten Faserkanal oder eine Laserfaser dem Spektrometer abgegeben werden. Alternativ kann das Spektroskopiesystem spektroskopische Signale von einem Abbildungssystem sammeln, das einen Detektor wie einen CCD- oder CMOS-Sensor enthält.
  • Auf Grundlage der Spektroskopiesystemrückkopplung kann der Signalanalysator die Zielmaterialzusammensetzung erkennen und eine erste oder zweite Lasermoduleinrichtung vorschlagen, um einen Vorgang für effektive mehrstufige Steinbehandlungen zu erreichen, und gibt Signale an ein Ausgabesystem ab, das verwendet wird, um dem Benutzer vorgeschlagene Einrichtungsinformationen bereitzustellen. Das Lasersystem kann gleichzeitig eine effektive Steinvorwärmung und -fragmentierung abgeben, indem zwei oder mehr Laserimpulse von Lasermodulen mit optischen Wellenlängen genutzt werden, die durch ein Rückkopplungsanalysesystem gesteuert werden. Die Rückkopplungssteuerung kann jedoch mit einem einzelnen oder mehreren optischen Wellenlängensystemen genutzt werden, um die gleichzeitige Abgabe bestimmter Effekte an die Zielsteinzusammensetzung zu optimieren.
  • Eine weitere Anwendung des Lasersystems betrifft ein Verfahren zum Abladieren von hartem Gewebe, beispielsweise Zähnen, Knochen usw., bei dem eine hohe Laserausgabeleistung benötigt wird. Die Effektivität der Laserchirurgie für weiches Gewebe basierte auf der Niedertemperatur-Wasserverdampfung bei 100 °C, ein Schneidvorgang für hartes Gewebe erfordert jedoch sehr hohe Ablationstemperaturen von bis zu 5.000 °C. Um eine verbesserte Ausgabeleistung abzugeben, kann das Lasersystem eine größere Anzahl von Lasermodulen koppeln, um eine integrierte Ausgabeleistung auf ein Niveau zu erhöhen, das ausreicht, um das Ziel zu behandeln. Als Emissionsquellen können folgende Laser verwendet werden: UV-VIS emittierender InXGa1-XN-Halbleiterlaser: GaN - Emission 515-520 nm; InXGa1-XN - Emission 370-493 nm oder der IR-Laser 1900-3000 nm und der in Tabelle 1 zusammengefasst ist. Die Laserquellen für die in diesem Beispiel anwendbaren Lasermodule können beispielsweise GaXAI1-XAs-Laser mit einer Emission von 750-850 nm oder InXGa1-XAs-Laser mit einer Emission von 904-1065 nm beinhalten.
  • Die Lasermodule können mit einem Laserkopplungssystem in die Lasersteuerung integriert werden. Um den Bedarf an hoher Leistung zu archivieren, kann eine große Anzahl von Lasermodulen in das System eingekoppelt werden. Eine spektroskopische Lichtquelle kann in einen separaten Faserkanal, eine Laserfaser oder ein Endoskopsystem integriert sein. Ein vom Ziel reflektiertes spektroskopisches Lichtquellensignal kann schnell erkannt und durch einen separaten Faserkanal oder eine Laserfaser an das Spektrometer abgegeben werden. Alternativ könnte das Spektroskopiesystem spektroskopische Signale von einem Abbildungssystem sammeln, das einen Detektor wie einen CCD- oder CMOS-Sensor enthält.
  • Auf Grundlage der Spektroskopiesystemrückkopplung kann der Signalanalysator die Zielmaterialzusammensetzung erkennen und eine Lasermoduleinrichtung und Anzahl an Lasermodulen vorschlagen, um die erforderliche Ausgabeleistung zu erreichen, einen effektiven mehrstufigen Behandlungsvorgang zu erreichen, und Signale an ein Ausgabesystem abgeben, das verwendet wird, um dem Benutzer vorgeschlagene Einrichtungsinformationen bereitzustellen. Das Lasersystem kann gleichzeitig die erforderliche hohe Laserausgabeleistung abgeben, indem die Anzahl der Lasermodule, die in den Behandlungsvorgang eingeschlossen werden, unter Nutzung von zwei oder mehr Laserimpulsen mit optischen Wellenlängen, die durch ein Rückkopplungsanalysesystem gesteuert werden, erhöht wird. Die Rückkopplungssteuerung kann mit einem einzelnen oder mehreren optischen Wellenlängensystemen genutzt werden, um die gleichzeitige Abgabe bestimmter Effekte an die Zielsteinzusammensetzung zu optimieren. Diese Effekte sind möglicherweise nur aus der Sicht des Benutzers simultan; sind aber nicht darauf beschränkt, Wellenlängen genau zur gleichen Zeit bereitzustellen.
  • Die hierin beschriebenen Merkmale können verwendet werden, um ein Verfahren zum Identifizieren der Zusammensetzung eines Ziels bereitzustellen. Das Ziel kann in einigen Fällen ein medizinisches Ziel sein, wie weiches oder hartes Gewebe in vivo durch die Verwendung eines chirurgischen Zubehörs. Dieses Zubehör kann endoskopisch oder laparoskopisch verwendet werden. Das Zubehör kann aus einer einzigen Vorrichtung bestehen, die mehrere optische Fasern enthält, mit der Absicht, dass wenigstens eine Faser eine Quellenbeleuchtung und wenigstens eine Faser liefert, um reflektiertes Licht zu einem Spektrometer zu führen. Dies ermöglicht es einem Benutzer, eine Zusammensetzung des Gewebes oder eines Ziels mit oder ohne die Verwendung einer direkten endoskopischen Visualisierung während eines Verfahrens kontinuierlich zu überwachen. Dies hat ebenso die Fähigkeit, in Kombination mit einem Lasersystem verwendet zu werden, wobei das Zubehör eine Rückkopplung an das Lasersystem senden kann, um die Einstellungen auf Grundlage der Zusammensetzung des Gewebes oder des Ziels anzupassen. Dieses Merkmal ermöglicht die sofortige Anpassung von Lasereinstellungen innerhalb eines vom Benutzer ausgewählten eingestellten Bereichs der ursprünglichen Lasereinstellung. Die hierin beschriebenen Merkmale können mit einem Spektroskopiesystem verwendet werden, das mit einem faseroptischen integrierten Lasersystem verwendet werden kann. Eine spektroskopische Lichtquelle kann durch wenigstens eine der Fasern in dem Mehrfaserzubehör übertragen werden. Das vom Ziel reflektierte Lichtquellensignal kann schnell gesammelt und über eine zusätzliche Faser in der Mehrfaser an das Spektrometer abgegeben werden.
  • Ein beispielhaftes Verfahren kann spektroskopische Eingabedaten nutzen, um den Abstand zwischen einem distalen Ende des Laserabgabesystems 1701 (wie einer Faser) und einem Gewebe oder Ziel auf Grundlage eines Algorithmus zu berechnen und zu steuern. Das Verfahren kann sowohl auf weiche als auch harte Gewebearten für den In-vivo-Chirurgievorgang angewendet werden. Der Abstand zwischen dem Ziel und dem distalen Ende der Faser kann auf Grundlage von Analysen von Spektraldaten berechnet werden. Der Außendurchmesser jeder Faser und ihr Vorsprungswinkel aus dem Endoskop beeinflussen die Intensität des reflektierten Lichts, das gemessen wird, um Spektraldaten zu erhalten. Mit den hierin beschriebenen Merkmalen kann ein Abstand berechnet werden, ohne dass die Leuchten mit unterschiedlichen numerischen Aperturwerten nacheinander beleuchtet werden.
  • Im Falle mobiler Konkremente kann das Verfahren den Abstand steuern und kann laserbetriebene Parameter anpassen oder vorschlagen, die einen Saugeffekt unter Verwendung von Dampfblasen in Wasser bilden, um Ziele zu ziehen, die über einer vorbestimmten Schwelle näher am distalen Ende der Faser liegen. Diese Funktion minimiert den Aufwand, den Benutzer aufwenden müssen, um einen effektiven Behandlungsabstand mit mobilen Zielen aufrechtzuerhalten.
  • Die UV-VIS-IR-Reflexionsspektroskopie gemäß verschiedenen in diesem Dokument erörterten Beispielen kann allein oder in Kombination mit anderen spektroskopischen Techniken verwendet werden, um die spektroskopische Rückkopplung zu bilden, einschließlich Analysen der materiellen chemischen Zusammensetzung und des Messens der reflektierten Lichtintensität während eines diagnostischen oder therapeutischen In-vivo-Verfahrens. Das reflektierte Licht kann die gleiche Information ergeben wie das von der hochauflösenden Kamera gemachte Augen- oder Farbbild, macht es jedoch quantitativer und objektiver. Die Reflexionsspektroskopie bietet Informationen über das Material, da Lichtreflexion und - absorption von seiner chemischen Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften abhängt. Unter Verwendung dieser Technik ist es ebenso möglich, eindeutige Informationen über Oberflächen- und Masseneigenschaften der Probe zu erhalten.
  • Noch eine weitere Anwendung des Lasersystems betrifft ein Verfahren zum Identifizieren einer Zielart, wie das Bestimmen der Zusammensetzung eines Konkrementziels während der Laserlithotripsie. Gemäß einigen hierin erörterten Beispielen weist ein Endoskopsystem eine Lichtquelle auf und stellt die Lichtquelle ein Beleuchtungslicht für das Ziel in einem menschlichen Körper durch eine Lichtführung des Endoskops bereit. Ein Arzt verwendet das Lasersystem zum Brechen von Steinen unter dem Beleuchtungslicht aus dem Endoskopsystem. Diese Situation kann einige Probleme bewirken, wenn das Lasersystem zum Erkennen der Steinzusammensetzung verwendet wird. Das von den Steinen reflektierte Licht ist schwach und das Beleuchtungslicht des Endoskopsystems dagegen stark. Daher kann es schwierig sein, die Zusammensetzung von Steinen unter Beleuchtung durch das Endoskopsystem zu analysieren.
  • 26 veranschaulicht ein Beispiel eines Endoskopsystems 2600, das dazu konfiguriert ist, ein Ziel unter Verwendung eines Diagnosestrahls, wie eines Laserstrahls zu identifizieren (z. B., um die Zusammensetzung eines Konkrementziels zu identifizieren). Das System 2600 kann eine Steuerung 2650 beinhalten, als sowohl eine endoskopische Lichtquelle 2630 als auch ein Lasergeneratormodul 2640 steuern kann. Die Steuerung 2650 kann die Eingabe eines Befehls zum Aktivieren des Steinzusammensetzungserkennungsmodus durch den Arzt durch das Lasersystem erkennen. Die Steuerung 2650 kann dann einen Befehl an die endoskopische Lichtquelle 2630 senden, um die Beleuchtung zu stoppen oder von einem Hochbeleuchtungsmodus in einen Niedrigbeleuchtungsmodus umzuschalten, in dem eine reduzierter Menge an Beleuchtung für einen bestimmten Zeitraum auf das Ziel projiziert wird. Während eines solchen Zeitraums mit geringer Beleuchtung oder ohne Beleuchtung kann das Lasersystem 2640 einen Laserstrahl an das Ziel emittieren und das reflektierte Licht von dem Stein empfangen. Der Detektor 2660 kann eine Zielidentifizierung unter Verwendung des reflektierten Lichts durchführen. Durch Dimmen der Beleuchtung am Zielort im Niedrigbeleuchtungsmodus (oder Ausschalten der Beleuchtung) kann die Reflexion des auf das Ziel auftreffenden Laserstrahls vom Ziel verstärkt werden, was zu einer verbesserten Zielidentifikation beitragen kann.
  • Sobald der Detektor 2660 bestimmt, dass die Zielidentifikation abgeschlossen ist, kann der Detektor 2660 einen Beendigungsbefehl an die Steuerung 2650 senden. Die Steuerung 2650 kann dann einen Befehl senden, um das Ziel erneut zu beleuchten, oder von dem Niedrigbeleuchtungsmodus zurück in einen Hochbeleuchtungsmodus zu wechseln. In einem Beispiel kann ein Bildprozessor 2670 in dem Endoskopsystem 2600, wenn die endoskopische Lichtquelle 2630 den Befehl empfängt, um das Beleuchten oder Umschalten von dem Hochbeleuchtungsmodus in den Niedrigbeleuchtungsmodus zu stoppen, ein Standbild des Ziels aufnehmen und das Standbild während des Zeitraums auf dem Monitor des Endoskopsystems anzeigen. Es wurden Variationen des Endoskopsystems 2600 zum Identifizieren eines Ziels in Betracht gezogen, wie die vorstehend unter Bezugnahme auf 11A-11 B erörtert.
  • 27 veranschaulicht ein Diagramm 2700 einer Sequenz von Laserimpulsen mit unterschiedlichen gepulsten Energie- oder Leistungsniveaus, die zum Beispiel eine erste Impulsfolge 2710 und eine zweite Impulsfolge 2720 beinhalten kann. Impulse in der zweiten Impulsfolge 2720 weisen höhere Energie- oder Leistungsniveaus auf als die Impulse der ersten Impulsfolge 2710. Die erste Impulsfolge 2710 und die zweite Impulsfolge 2720 können durch jeweilige Laserquellen erzeugt werden und jeweils von einem distalen Ende eines Endoskops in Formen jeweiliger Laserstrahlen emittiert werden. Die erste Impulsfolge 2710 kann im Wesentlichen zeitlich konstant erzeugt werden, wie über einen bestimmten Zeitraum (z. B. durch einen Benutzer gesteuert). Die zweite Impulsfolge 2720 kann intermittierend in der Zeit erzeugt werden, wie über den spezifischen Zeitraum, während dessen die erste Impulsfolge 2710 abgegeben wird. Beispielsweise kann die zweite Impulsfolge 2720 zwischen zwei Impulsen der ersten Impulsfolge 2710 oder zwischen zwei Folgen der ersten Impulsfolge 2710 abgegeben werden. In dem in 27 gezeigten Beispiel weisen Impulse in der ersten Impulsfolge 2710 ein konstantes Energie- oder Leistungsniveau auf, und die zweite Impulsfolge 2720 beinhaltet nur einen Impuls mit einem höheren Energie- oder Leistungsniveau als die erste Impulsfolge 2710. In einigen Beispielen kann die zweite Impulsfolge 2720 zwei oder mehr Impulse beinhalten, die jeweils ein höheres Energie- oder Leistungsniveau als die erste Impulsfolge 2710 aufweisen.
  • Die Sequenz von Laserimpulsen, wie in 27 gezeigt, kann von einem Laserlithotripsiesystem verwendet werden, um Rissbildung und Fragmentierung einer Steinstruktur, wie beispielsweise einer Niere, bereitzustellen. Wie in 27 veranschaulicht, zeigt die Sequenz die Zeit in der X-Richtung des Diagramms, ist aber ebenso mit den Positionen „A“ und „B“ auf dem Stein oder anderen Ziel markiert. Die Folge der Laserimpulse stellt somit ein räumlich-zeitliches Muster von Laserimpulsen mit unterschiedlicher gepulsten Energie- oder Leistungsniveaus dar. In diesem Beispiel befindet sich die Stelle „A“ in oder nahe der Mitte des Steins oder anderen Ziels und die Stelle „B“ befindet sich an oder nahe einer Peripherie des Steins oder anderen Ziels. Die Laserimpulse, die zwischen den Positionen „A“ und „B“ ausgegeben werden, veranschaulichen Impulse, die ausgegeben werden, wenn die Laserfaser 140 von der Position „A“ zu der Position „B“ oder von der Position „B“ zu der Position „A“ translatiert wird, wie das Verwenden eines Aktuators beinhalten kann. Die erste Impulsfolge 2710 kann ausgewählt werden, um einen Riss im Zielstein zu induzieren, ohne den Zielstein zu fragmentieren. Somit kann in 27 eine solche erste Impulsfolge 2710 ausgehend von der Stelle „A“ in Richtung der Mitte des Steins ausgegeben werden, dann in Richtung der Stelle „B“ in Richtung einer Peripherie des Steins fortschreiten und dann in Richtung der Stelle „A“ in der Mitte des Steins zurückkehren, wobei zu diesem Zeitpunkt in einem ersten Versuch, den Zielstein zu fragmentieren, ein Impuls 2720 mit höherer Energie abgegeben werden kann. Wenn eine solche Fragmentierung durch den Impuls 2720 mit höherer Energie nicht erfolgreich ist, dann kann eine weitere erste Impulsfolge 2710 von den Stellen in Richtung der Mitte des Steins in Richtung einer Stelle „B“ in Richtung der Peripherie des Steins abgegeben werden und dann in Richtung der Stelle „A“ in der Mitte des Steins zurückkehren, wobei zu diesem Zeitpunkt in einem zweiten Versuch, den Zielstein zu fragmentieren, ein weiterer Impuls 2720 mit höherer Energie abgegeben werden kann. Auch weitere Iterationen sind möglich. Für die verschiedenen Iterationen kann die gleiche oder eine andere Stelle „B“ in Richtung der Peripherie des Steins verwendet werden, wobei verschiedene Stellen „B“ in verschiedenen Iterationen mehrere Risse entlang solcher Pfade von Stelle „A“ zu einer solchen verschiedenen Peripheriestelle „B“ erzeugen. Es kann bevorzugt sein, den Impuls 2720 mit höherer Energie nur in Richtung der Mitte des Steins zu verwenden, um so die Wirkung der zweiten Impulsfolge 2720 auf nahegelegenes Gewebe zu minimieren.
  • In einigen Beispielen kann die Sequenz von Laserimpulsen mit unterschiedlichen gepulsten Energie- oder Leistungsniveaus, wie in 27 gezeigt, von einem endoskopischen System verwendet werden, das Hämostase oder Koagulation an einer Zielstelle bereitstellt. In einem Beispiel können die erste Impulsfolge 2710 und die zweite Impulsfolge 2720 in einem räumlich-zeitlichen Muster, wie beispielsweise auf abwechselnde Weise rechtzeitig, an die Zielstelle abgegeben werden, um einen effizienten Hämostase- oder Koagulationsvorgang zu erleichtern.
  • Die Impulse mit unterschiedlichen Energie- oder Leistungsniveaus, wie die erste Impulsfolge 2710 und die zweite Impulsfolge 2720, können über einen Aktuator, der von einem Benutzer bedient werden kann, wie eine Taste oder ein Fußpedal, gesteuert aktiviert werden. Beispielsweise kann der Benutzer ein erstes Aktivierungsmuster (z. B. einen einzelnen Druck auf die Taste oder das Fußpedal) verwenden, um die Abgabe des ersten Impulszugs 2710 zu aktivieren, und ein zweites Aktivierungsmuster (z. B. einen doppelten Druck auf die Taste oder das Fußpedal) verwenden, um die Abgabe des zweiten Impulszugs 2720 zu aktivieren. In einem Beispiel können die erste Impulsfolge 2710 und die zweite Impulsfolge 2720 über jeweilige separate Aktuatoren gesteuert werden. Zusätzlich oder alternativ können die erste Impulsfolge 2710 und die zweite Impulsfolge 2720 automatisch gesteuert aktiviert werden, wie auf Grundlage eines Rückkopplungssignals von dem Ziel. Beispielsweise kann ein Spektrometer spektroskopische Daten des Ziels sammeln, und ein Rückkopplungsanalysator kann die spektroskopischen Daten analysieren, um Zusammensetzungen verschiedener Abschnitte einer Konkrementstruktur zu identifizieren. Wenigstens auf Grundlage einer solchen Identifizierung können unterschiedliche Energieimpulse, wie die erste Impulsfolge 2710 oder die zweite Impulsfolge 2720, an unterschiedliche Abschnitte des Ziels mit jeweils identifizierten Zusammensetzungen abgegeben werden.
  • 28 veranschaulicht im Allgemeinen ein Blockdiagramm einer beispielhaften Maschine 2800, auf der eine oder mehrere der hierin erörterten Techniken (z. B. Verfahren) Abschnitte dieser Beschreibung gemäß Beispielen, wie in diesem Dokument erörtert, auf das Rechengerüst verschiedener Abschnitte des Laserbehandlungssystems angewendet werden können.
  • In alternativen Ausführungsformen kann die Maschine 2800 als eigenständige Vorrichtung betrieben werden oder kann mit anderen Maschinen verbunden (z. B. vernetzt) sein. In einem vernetzten Einsatz kann die Maschine 2800 in der Kapazität einer Servermaschine, einer Clientmaschine oder beidem in Server-Client-Netzwerkumgebungen betrieben werden. In einem Beispiel kann die Maschine 2800 als Peer-Maschine in einer Peer-to-Peer(P2P)- (oder einer anderen verteilten) Netzwerkumgebung fungieren. Die Maschine 2800 kann ein Personal Computer (PC), ein Tablet-PC, eine Set-Top-Box (STB), ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein Mobiltelefon, ein Webgerät, ein Netzwerkrouter, ein Switch oder eine Brücke oder eine beliebige Maschine sein, die in der Lage ist, Anweisungen (nacheinander oder anderweitig) auszuführen, die von dieser Maschine auszuführende Aktionen spezifizieren. Während ferner nur eine einzelne Maschine veranschaulicht ist, ist der Begriff „Maschine“ ebenso so zu verstehen, dass er eine beliebige Sammlung von Maschinen beinhaltet, die einzeln oder gemeinsam einen Satz (oder mehrere Sätze) von Anweisungen ausführen, um ein beliebiges oder mehrere der hierin erörterten Verfahren, wie Cloud-Computing, Software-as-a-Service (SaaS), andere Computerclusterkonfigurationen, durchzuführen.
  • Beispiele, wie hierin beschrieben, können Logik oder eine Anzahl von Komponenten oder Mechanismen beinhalten oder können durch diese betrieben werden. Schaltungssätze sind eine Sammlung von Schaltungen, die in materiellen Einheiten implementiert sind, die Hardware beinhalten (z. B. einfache Schaltungen, Gatter, Logik usw.). Die Zugehörigkeit zu Schaltungsgruppen kann im Laufe der Zeit flexibel sein und der Hardwarevariabilität zugrunde liegen. Schaltungssätze beinhalten Elemente, die im Betrieb einzeln oder in Kombination bestimmte Vorgänge durchführen können. In einem Beispiel kann die Hardware des Schaltungssatzes unveränderlich gestaltet sein, um einen bestimmten Vorgang auszuführen (z. B. fest verdrahtet). In einem Beispiel kann die Hardware des Schaltungssatzes variabel verbundene physikalische Komponenten (z. B. Ausführungseinheiten, Transistoren, einfache Schaltungen usw.) beinhalten, die ein computerlesbares Medium beinhalten, das physikalisch modifiziert ist (z. B. magnetisch, elektrisch, bewegliche Platzierung von invarianten Massepartikeln usw.), um Anweisungen des spezifischen Vorgangs zu codieren. Beim Verbinden der physikalischen Komponenten werden die zugrunde liegenden elektrischen Eigenschaften einer Hardware beispielsweise von einem Isolator zu einem Leiter oder umgekehrt geändert. Die Anweisungen ermöglichen es eingebetteter Hardware (z. B. den Ausführungseinheiten oder einem Lademechanismus), Elemente des Schaltungssatzes in Hardware über die variablen Verbindungen zu erzeugen, um Abschnitte des spezifischen Vorgangs durchzuführen, wenn er in Betrieb ist. Dementsprechend ist das computerlesbare Medium kommunikativ mit den anderen Komponenten des Schaltungssatzelements gekoppelt, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. In einem Beispiel kann eine beliebige der physikalischen Komponenten in mehr als einem Element von mehr als einem Schaltungssatz verwendet werden. Beispielsweise können im Betrieb Ausführungseinheiten in einer ersten Schaltung eines ersten Schaltungssatzes zu einem Zeitpunkt verwendet und von einer zweiten Schaltung des ersten Schaltungssatzes oder von einer dritten Schaltung eines zweiten Schaltungssatzes zu einem anderen Zeitpunkt wiederverwendet werden.
  • Die Maschine (z. B. das Computersystem) 2800 kann einen Hardwareprozessor 2802 (z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Hardwareprozessorkern oder eine beliebige Kombination davon), einen Hauptspeicher 2804 und einen statischen Speicher 2806 beinhalten, von denen einige oder alle über eine Zwischenverbindung (z. B. Bus) 2808 miteinander kommunizieren können. Die Maschine 2800 kann ferner eine Anzeigeeinheit 2810 (z. B. eine Rasteranzeige, Vektoranzeige, holografische Anzeige usw.), eine alphanumerische Eingabevorrichtung 2812 (z. B. eine Tastatur) und eine Benutzerschnittstellen(UI)-Navigationsvorrichtung 2814 (z. B. eine Maus) beinhalten. In einem Beispiel kann die Anzeigeeinheit 2810, die Eingabevorrichtung 2812 und die UI-Navigationsvorrichtung 2814 eine berührungsempfindliche Anzeige sein. Die Maschine 2800 kann zusätzlich eine Speichervorrichtung (z. B. Antriebseinheit) 2816, eine Signalerzeugungsvorrichtung 2818 (z. B. einen Lautsprecher), eine Netzwerkschnittstellenvorrichtung 2820 und einen oder mehrere Sensoren 2821, wie einen GPS-Sensor, Kompass, Beschleunigungsmesser oder andere Sensoren, beinhalten. Die Maschine 2800 kann eine Ausgabesteuerung 2828 beinhalten, wie eine serielle (z. B. universeller serieller Bus (USB), parallele oder andere drahtgebundene oder drahtlose (z. B. Infrarot (IR), Nahfeldkommunikation (NFC) usw.) Verbindung, um zu kommunizieren oder eine oder mehrere Peripherievorrichtungen (z. B. einen Drucker, Kartenleser usw.) oder zu steuern.
  • Die Speichervorrichtung 2816 kann ein maschinenlesbares Medium 2822 beinhalten, auf dem ein oder mehrere Sätze von Datenstrukturen oder Anweisungen 2824 (z. B. Software) gespeichert sind, die durch eine oder mehrere der hierin beschriebenen Techniken oder Funktionen ausgeführt oder genutzt werden. Die Anweisungen 2824 können sich während ihrer Ausführung durch die Maschine 2800 ebenso vollständig oder wenigstens teilweise innerhalb des Hauptspeichers 2804, innerhalb des statischen Speichers 2806 oder innerhalb des Hardwareprozessors 2802 befinden. In einem Beispiel kann einer oder eine beliebige Kombination des Hardwareprozessors 2802, des Hauptspeichers 2804, des statischen Speichers 2806 und der Speichervorrichtung 2816 maschinenlesbare Medien bilden.
  • Während das maschinenlesbare Medium 2822 als ein einzelnes Medium veranschaulicht ist, kann der Begriff „maschinenlesbares Medium“ ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z. B. eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und/oder assoziierte Zwischenspeicher und Server) beinhalten, die dazu konfiguriert sind, die eine oder die mehreren Anweisungen 2824 zu speichern.
  • Der Begriff „maschinenlesbares Medium“ kann ein beliebiges Medium beinhalten, das in der Lage ist, Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine 2800 zu speichern, zu codieren oder zu tragen, und das die Maschine 2800 dazu veranlasst, eine oder mehrere der Techniken der vorliegenden Offenbarung durchzuführen, oder das in der Lage ist, Datenstrukturen zu speichern, zu codieren oder zu tragen, die von solchen Anweisungen verwendet werden oder damit assoziiert sind. Beispiele für nicht einschränkende maschinenlesbare Medien können Festkörperspeicher sowie optische und magnetische Medien beinhalten. In einem Beispiel umfasst ein maschinenlesbares Massemedium ein maschinenlesbares Medium mit mehreren Partikeln mit invarianter (z. B. Ruhe-) Masse. Maschinenlesbare Massemedien sind demnach keine flüchtigen Ausbreitungssignale. Spezifische Beispiele für maschinenlesbare Massenmedien können Folgendes beinhalten: nichtflüchtigen Speicher, wie Halbleiterspeichervorrichtungen (z. B. elektrisch programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPSOM)) und Flash-Speichervorrichtungen; Magnetplatten, wie interne Festplatten und Wechselplatten; magnetooptische Platten; und CD-ROM- und DVD-ROM-Platten.
  • Die Anweisungen 2824 können ferner über ein Kommunikationsnetzwerk 2826 unter Verwendung eines Übertragungsmediums über die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 2820 unter Nutzung eines beliebigen einer Anzahl von Übertragungsprotokollen (z. B. Frame Relay, Internetprotokoll (IP), Transportprotokoll (transmission control protocol, TCP), User-Datagram-Protokoll (UDP), Hypertext-Transfer-Protokoll (HTTP) usw.) übertragen oder empfangen werden. Beispielhafte Kommunikationsnetzwerke können unter anderem ein lokales Netzwerk (LAN), ein Weitverbundnetz (WAN), ein Paketdatennetzwerk (z. B. das Internet), Mobilfunknetze (z. B. zellulare Netze), herkömmliche Telefonnetze (POTS) 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(P2P)-Netzwerke, beinhalten. In einem Beispiel kann die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 2820 eine oder mehrere physikalische Buchsen (z. B. Ethernet-, Koaxial- oder Telefonbuchsen) oder eine oder mehrere Antennen zum Verbinden mit dem Kommunikationsnetzwerk 2826 beinhalten. In einem Beispiel kann die Netzwerkschnittstellenvorrichtung 2820 mehrere Antennen beinhalten, um drahtlos unter Verwendung von einer Single-Input Multiple-Output(SIMO)-, Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)- oder Multiple-Input Single-Output(MISO)- Technik zu kommunizieren. Der Begriff „Übertragungsmedium“ ist derart zu verstehen, dass er jedes immaterielle Medium beinhaltet, das in der Lage ist, Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine 2800 zu speichern, zu codieren oder zu tragen, und digitale oder analoge Kommunikationssignale oder ein anderes immaterielles Medium beinhaltet, um die Kommunikation dieser Software zu erleichtern.
  • Zusätzliche Anmerkungen
  • Die vorstehende detaillierte Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der detaillierten Beschreibung ausbilden. Die Zeichnungen zeigen durch Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen, in die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen werden hierin ebenso als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen, weitere Elemente beinhalten. Die vorliegenden Erfinder erwägen jedoch ebenso Beispiele, bei denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente bereitgestellt werden. Darüber hinaus erwägen die vorliegenden Erfinder ebenso Beispiele unter Verwendung einer beliebigen Kombination oder Permutation dieser Elemente, die gezeigt oder beschrieben werden (oder eines oder mehrerer Aspekte davon), 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 hierin gezeigt oder beschrieben werden.
  • In diesem Dokument werden die Begriffe „ein, eine, ein“ verwendet, wie sie in Patentdokumenten üblich sind, um eine oder mehrere, unabhängig von anderen Fällen oder Verwendungen von „wenigstens ein, eine, ein“ oder „ein, eine, ein oder mehrere“, zu beinhalten. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um sich auf ein nichtausschließliches oder derart zu beziehen, dass „A oder B“, „A, jedoch nicht B“, „B, jedoch nicht A“ und „A und B“ beinhaltet, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Begriffe „einschließlich“ und „in dem/der“ als die einfachen Äquivalente 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 Gegenstand, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das Elemente zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgeführten beinhaltet, fallen immer noch in den Umfang dieses Anspruchs. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster, erste, erstes“, „zweiter, zweite, zweites“, „dritter, dritte, drittes“ usw. lediglich als Kennzeichnung verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen an ihre Gegenstände stellen.
  • Die vorstehende Beschreibung soll veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Beispielsweise können die vorstehend beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, wie durch einen Durchschnittsfachmann bei Durchsicht der vorstehenden Beschreibung. Die Zusammenfassung wird bereitgestellt, um 37 C.F.R. §1.72(b) zu erfüllen, damit der Leser die Art der technischen Offenbarung schnell feststellen kann. Sie wird mit dem Verständnis eingereicht, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. In der vorstehenden detaillierten Beschreibung können zudem verschiedene Merkmale zusammen gruppiert werden, um die Offenbarung zu rationalisieren. Dies sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offenbarten Ausführungsform liegen. Daher werden die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich als eine separate Ausführungsform steht, und es ist in Betracht gezogen, dass solche 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, auf die diese Ansprüche Anspruch haben.
  • 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 62/882837 [0001]
    • US 62/894280 [0001]

Claims (20)

  1. Verfahren zum Bereitstellen einer Laserbehandlung an ein Ziel, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer ersten Laserimpulsfolge gemäß einem ersten Laserenergieniveau und einer zweiten Laserimpulsfolge gemäß einem zweiten Laserenergieniveau, das höher als das erste Laserenergieniveau ist; und Richten der ersten Laserimpulsfolge und der zweiten Laserimpulsfolge auf das Ziel von einem distalen Ende eines Endoskops.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Laserimpulsfolge im Wesentlichen konstant über einen bestimmten Zeitraum erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zweite Laserimpulsfolge intermittierend über den bestimmten Zeitraum erzeugt wird, während dessen die erste Laserimpulsfolge erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei sich die zweite Laserimpulsfolge zeitlich zwischen zwei Impulsen der ersten Laserimpulsfolge befindet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, ferner umfassend das Erzeugen einer dritten Laserimpulsfolge gemäß dem ersten Laserenergieniveau, wobei sich die zweite Laserimpulsfolge zeitlich zwischen der ersten Laserimpulsfolge und der dritten Laserimpulsfolge befindet.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, umfassend das Richten der ersten und der zweiten Laserimpulsfolgen auf eine Konkrementstruktur.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei: die erste Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, Risse auf einer Oberfläche der Konkrementstruktur auszubilden; und die zweite Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, eine Fragmentierung der Konkrementstruktur zu bewirken, nachdem die Risse ausgebildet wurden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, umfassend das Richten der ersten und der zweiten Laserimpulsfolge auf ein Zielgewebe zur Hämostase oder Koagulation darin.
  9. Einrichtung, Folgendes umfassend: wenigstens einen Prozessor; und wenigstens einen nichtflüchtigen Speicher, der Computerprogrammcode beinhaltet, wobei der wenigstens nichtflüchtige eine Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu Folgendem zu veranlassen: Veranlassen eines Lasersystems, eine erste Laserimpulsfolge gemäß einem ersten Laserenergieniveau und eine zweite Laserimpulsfolge gemäß einem zweiten Laserenergieniveau, das höher als das erste Laserenergieniveau ist, zu emittieren; und Richten der ersten Laserimpulsfolge und der zweiten Laserimpulsfolge auf ein Ziel von einem distalen Ende eines Endoskops.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Laserimpulsfolge über einen bestimmten Zeitraum im Wesentlichen konstant ist.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Laserimpulsfolge intermittierend über den spezifischen Zeitraum emittiert wird, während dessen die erste Laserimpulsfolge erzeugt wird.
  12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, wobei der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, die zweite Laserimpulsfolge zu erzeugen, die sich zeitlich zwischen zwei Impulsen der ersten Laserimpulsfolge befindet.
  13. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, eine dritte Laserimpulsfolge gemäß dem ersten Laserenergieniveau zu erzeugen und die zweite Laserimpulsfolge zu erzeugen, die sich zeitlich zwischen der ersten Laserimpulsfolge und der dritten Laserimpulsfolge befindet.
  14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, wobei: der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, die erste und die zweite Laserimpulsfolge an eine Konkrementstruktur abzugeben; und die erste Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, Risse auf einer Oberfläche der Konkrementstruktur auszubilden, und wobei die zweite Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, eine Fragmentierung der Konkrementstruktur zu bewirken, nachdem die Risse ausgebildet wurden.
  15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9-14, wobei der wenigstens eine nichtflüchtige Speicher und der Computerprogrammcode dazu konfiguriert sind, mit dem wenigstens einen Prozessor die Einrichtung zu veranlassen, die erste und die zweite Laserimpulsfolge an ein Zielgewebe zur Hämostase oder Koagulation darin abzugeben.
  16. Nichtflüchtige Programmspeichervorrichtung, die von einer Maschine lesbar ist und greifbar ein Programm von Anweisungen verkörpert, die von der Maschine zum Durchführen von Vorgängen ausführbar sind, wobei die Vorgänge Folgendes umfassen: Erzeugen einer ersten Laserimpulsfolge gemäß einem ersten Laserenergieniveau und einer zweiten Laserimpulsfolge gemäß einem zweiten Laserenergieniveau, das höher als das erste Laserenergieniveau ist; und Richten der ersten Laserimpulsfolge und der zweiten Laserimpulsfolge auf ein Ziel von einem distalen Ende eines Endoskops.
  17. Nichtflüchtige Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste Laserimpulsfolge im Wesentlichen konstant über einen bestimmten Zeitraum erzeugt wird und die zweite Laserimpulsfolge intermittierend über den bestimmten Zeitraum erzeugt wird, während dessen die erste Laserimpulsfolge erzeugt wird.
  18. Nichtflüchtige Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16-17, wobei die Vorgänge das Erzeugen einer dritten Laserimpulsfolge gemäß dem ersten Laserenergieniveau umfassen, wobei sich die zweite Laserimpulsfolge zeitlich zwischen der ersten Laserimpulsfolge und der dritten Laserimpulsfolge befindet.
  19. Nichtflüchtige Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16-18, wobei die Vorgänge das Abgeben der ersten und der zweiten Laserimpulsfolgen an eine Konkrementstruktur umfassen; und wobei die erste Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, Risse auf einer Oberfläche der Konkrementstruktur auszubilden, und die zweite Laserimpulsfolge dazu konfiguriert ist, eine Fragmentierung der Konkrementstruktur zu bewirken, nachdem die Risse ausgebildet wurden.
  20. Nichtflüchtige Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16-19, wobei die Vorgänge das Abgeben der ersten und der zweiten Laserimpulsfolgen an ein Zielgewebe zur Hämostase oder Koagulation darin umfassen.
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