JP2022522168A - Tissue detection system and how to use it - Google Patents
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Abstract
組織検出システムおよびその使用方法が提供される。組織検出システムは、人体の対象領域(複数可)における照射を介した蛍光の刺激を容易にし、そのような刺激の目的の視認不能または容易に視認可能ではない目的の領域を検出し、これらの目的の領域を効率的に識別する。組織検出システムは、目的の組織の照射/刺激を容易にするためのプローブ、目的の組織に適用される放射線を生成するための少なくとも1つのエミッタ、および目的の蛍光を発する組織の放射線を捕捉するための少なくとも1つの検出器を採用することができる。【選択図】図1A tissue detection system and how to use it is provided. Tissue detection systems facilitate irradiation-mediated fluorescence stimulation in the target area (s) of the human body and detect areas of interest that are invisible or not easily visible for the purpose of such stimulation. Efficiently identify the area of interest. The tissue detection system captures the probe to facilitate irradiation / stimulation of the tissue of interest, at least one emitter to generate the radiation applied to the tissue of interest, and the radiation of the tissue emitting the tissue of interest. At least one detector for the purpose can be employed. [Selection diagram] Fig. 1
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2019年2月26日に出願された米国仮特許出願第62/810,510号、2019年3月25日に出願された同第62/823,252号、および2019年4月30日に出願された同第62/840,609号の利益を主張しており、これらは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
Cross-reference to related applications This application is filed on February 26, 2019, US Provisional Patent Application No. 62 / 810,510, and filed on March 25, 2019, No. 62 / 823,252, And claims the interests of No. 62 / 840,609 filed April 30, 2019, which are incorporated herein by reference in their entirety.
本技術は、概して、人間の目には視認可能ではないか、または容易に視認可能ではないエリア(複数可)を有する人体での目的の外科手術領域を照射および刺激することにより、これらのエリアを検出し、かつこれらのエリアをユーザに効率的に識別させるための組織検出システムおよびその使用方法に関する。 The technique generally involves irradiating and stimulating a surgical area of interest in the human body that has areas that are not visible or readily visible to the human eye (s). And how to use the tissue detection system to detect these areas and allow the user to efficiently identify these areas.
外科手術を含む多くのプロセスでは、人体の領域内の目的のエリア(複数可)は、プロセスを実施する人の目には視認可能ではない場合があるが、これらのエリアは他の手段によって検出可能であり得る。しかしながら、蛍光は、手術の目的のエリア(複数可)を含む人体の領域のエリアを識別するために使用され得る。いくつかの物質は、非可視波長において蛍光を呈し得る。他の目的のエリアは、人間の目とのコントラストが低すぎて容易に視認可能ではない可能性がある。したがって、人体の目的のエリア(複数可)において蛍光を刺激することにより、そのような刺激の目的の対象となる視認不能または容易に視認可能ではないエリアを検出し、かつこれらの目的のエリアを効率的に識別するための組織検出システムおよびその使用方法が必要である。 In many processes, including surgery, areas of interest within the area of the human body (s) may not be visible to the person performing the process, but these areas may be detected by other means. It can be possible. However, fluorescence can be used to identify areas of the human body that include the area of interest (s) of surgery. Some substances may fluoresce at invisible wavelengths. Other areas of interest may be too low in contrast to the human eye to be easily visible. Therefore, by stimulating fluorescence in a target area (s) of the human body, it is possible to detect invisible or not easily visible areas that are the target of such stimulation, and to detect these target areas. There is a need for a tissue detection system and how to use it for efficient identification.
本開示の技術は、概して、組織検出システムおよびその使用方法に関する。 The techniques of the present disclosure generally relate to tissue detection systems and their use.
一態様において、本開示は、手術領域内の蛍光を局所的に刺激し、手術領域内の蛍光エリアを特定するための組織検出システムを提供し、システムは、遠位端を有するプローブであって、遠位端は、手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバであって、少なくとも1つのエミッタは、目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、少なくとも1つのエミッタに結合され、かつプローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバと、少なくとも1つの検出器および少なくとも1つの検出器光ファイバであって、少なくとも1つの検出器は、目的の手術領域内の組織物質からの蛍光を検出するように構成されており、少なくとも1つの検出器光ファイバは、少なくとも1つの検出器に結合され、かつプローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも1つの検出器および少なくとも1つの検出器光ファイバと、エミッタおよび検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、コントローラは、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つの検出器の動作を開始するように構成されており、ユーザインターフェースは、組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を含み、少なくとも1つのエミッタ光ファイバおよび少なくとも1つの検出器光ファイバの遠位端が、プローブの遠位端と併置され、少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、エミッタからの放射線をその遠位端に伝達するように構成され、少なくとも1つの検出器光ファイバは、蛍光に対応する信号を検出器に伝達するように構成される。 In one aspect, the present disclosure provides a tissue detection system for locally stimulating fluorescence within the surgical area and identifying the fluorescent area within the surgical area, wherein the system is a probe having a distal end. The distal end is a probe and at least one emitter and at least one emitter optical fiber configured to be in contact with or near contact with the tissue material of interest in the surgical area, at least one. One emitter is configured to emit radiation to stimulate fluorescence in the tissue material of interest, at least one emitter optical fiber is coupled to at least one emitter and at least a portion of the probe. At least one emitter and at least one emitter optical fiber extending through, and at least one detector and at least one detector optical fiber, where at least one detector is the tissue within the surgical area of interest. At least one detector configured to detect fluorescence from a substance, the at least one detector optical fiber is coupled to at least one detector and extends through at least a portion of the probe. And at least one detector optical fiber and a controller and user interface coupled to the emitter and detector, the controller being configured to initiate operation of at least one emitter and at least one detector. The user interface includes a controller and a user interface, which are configured to provide feedback to the operator regarding the operation of the tissue detection system, including at least one emitter optical fiber and at least one detector optical fiber. The distal end is juxtaposed with the distal end of the probe, at least one emitter optical fiber is configured to transmit radiation from the emitter to its distal end, and at least one detector optical fiber is fluorescent. It is configured to transmit the corresponding signal to the detector.
別の態様において、本開示は、手術領域内の蛍光を局所的に刺激し、手術領域内の蛍光エリアを特定するための組織検出システムを提供し、システムは、遠位端を有するプローブであって、遠位端は、手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバであって、少なくとも1つのエミッタは、目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、少なくとも1つのエミッタに結合され、かつプローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバと、目的の手術領域における組織物質からの蛍光を検出するように構成されている少なくとも1つのカメラと、エミッタおよび検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、コントローラは、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのカメラの動作を開始するように構成されており、ユーザインターフェースは、組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を含み、少なくとも1つのエミッタ光ファイバの遠位端は、プローブの遠位端と併置され、少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、エミッタからの放射線をその遠位端に伝達するように構成され、少なくとも1つのカメラは、手術領域の上に離間され、少なくとも1つのカメラは、広い視野にわたって蛍光を検出する。 In another aspect, the present disclosure provides a tissue detection system for locally stimulating fluorescence within the surgical area and identifying the fluorescent area within the surgical area, the system being a probe having a distal end. The distal end is a probe and at least one emitter and at least one emitter optical fiber configured to be in contact with or near contact with the tissue material of interest in the surgical area. One emitter is configured to emit radiation to stimulate fluorescence in the tissue material of interest, at least one emitter optical fiber is coupled to at least one emitter and at least a portion of the probe. To at least one emitter and at least one emitter optical fiber extending through, and at least one camera, emitter and detector configured to detect fluorescence from tissue material in the surgical area of interest. A combined controller and user interface, the controller is configured to initiate the operation of at least one emitter and at least one camera, the user interface providing feedback to the operator regarding the operation of the tissue detection system. The distal end of at least one emitter optical fiber is juxtaposed with the distal end of the probe and at least one emitter optical fiber is from the emitter, including a controller and user interface configured to provide. The radiation is configured to be transmitted to its distal end, at least one camera is spaced above the surgical area and at least one camera detects fluorescence over a wide field of view.
さらに別の態様において、本開示は、組織検出システムを使用する組織検出および手術の方法を提供し、方法は、組織検出システムのプローブの遠位端を、目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けることと、少なくとも1つのエミッタを使用して放射線を発生することであって、少なくとも1つのエミッタは、少なくとも1つのエミッタ光ファイバに接続されており、少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、プローブの少なくとも一部を通ってプローブの遠位端まで延在している、生成することと、放射線を、少なくとも1つのエミッタ光ファイバを通って、目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けられているプローブの遠位端に伝達することと、プローブの遠位端にある少なくとも1つのエミッタからの放射線を使用して、目的の組織物質の蛍光を刺激することと、少なくとも1つの検出器を使用して刺激された蛍光を検出することであって、少なくとも1つの検出器は、少なくとも1つの検出器光ファイバに接続されており、少なくとも1つの検出器光ファイバは、プローブの少なくとも一部を通ってプローブの遠位端まで延在している、検出することと、検出され、刺激された蛍光を使用して、目的の組織物質を識別することと、目的の組織物質を識別した後、手術中に、的の組織物質を除去することと、を含む。 In yet another embodiment, the disclosure provides a method of tissue detection and surgery using a tissue detection system, wherein the distal end of the probe of the tissue detection system is in contact with or near contact with the tissue substance of interest. At least one emitter is connected to at least one emitter optical fiber and at least one emitter optical fiber is of the probe. Producing, extending at least in part to the distal end of the probe, and radiating radiation through at least one emitter optical fiber, in contact with or near contact with the tissue material of interest. To stimulate the fluorescence of the tissue material of interest by transmitting to the distal end of the probe and using radiation from at least one emitter at the distal end of the probe, and using at least one detector At least one detector is connected to at least one detector optical fiber, the at least one detector optical fiber passing through at least a portion of the probe. Extends to the distal end of the probe, is detected, and the detected and stimulated radiation is used to identify the tissue substance of interest, and after identifying the tissue substance of interest, surgery It involves removing the tissue material of the target.
本開示の1つ以上の態様の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。本開示に記載される技術の他の特徴、目的、および利点は、本明細書および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。 Details of one or more embodiments of the present disclosure are given in the accompanying drawings and the following description. Other features, objectives, and advantages of the techniques described in this disclosure will become apparent from the specification and drawings, as well as from the claims.
以下に説明するように、人体の目的のエリア(複数可)の照射を介して蛍光を刺激し、そのような刺激の目的の視認不能または容易に視認可能ではないエリアを検出し、これらの目的のエリアを効率的に識別するためのデバイスおよび方法が提供される。組織検出システムおよび組織検出システムの使用方法は、そのような刺激、検出、および識別を容易にするために使用される。以下で論じるように、組織検出システムの実施形態は、目的の組織における蛍光を刺激し、それらの目的の組織からの蛍光を迅速かつ便利に検出するために使用される。 As described below, fluorescence is stimulated through irradiation of the target area (s) of the human body to detect invisible or not easily visible areas of the purpose of such stimulation and these purposes. Devices and methods are provided for efficiently identifying areas of. Tissue detection systems and methods of using tissue detection systems are used to facilitate such stimuli, detection, and identification. As discussed below, embodiments of tissue detection systems are used to stimulate fluorescence in tissues of interest and to detect fluorescence from those tissues of interest quickly and conveniently.
組織検出システムのいくつかの実施形態において、刺激および検出が限定された領域で行われるように、エミッタおよび検出器は、目的のエリア(複数可)の潜在的に蛍光を発する組織物質と直接接触またはほぼ接触して配置され得る。説明のために、エミッタおよび検出器は、光ファイバを使用してまたは使用せずに、プローブから分離するか、またはプローブの一部にすることができ、プローブは、エリア(複数可)内に接触して位置付けられるか、または接近して近接させられることができ、エリア(複数可)における蛍光はエミッタで刺激される可能性があり、そのような蛍光が閾値を超えた場合、エリア(複数可)における蛍光を検出器で検出することができる。いくつかの実施形態において、放出および検出は、例えば副甲状腺組織における蛍光を刺激および検出するために選択することができる近赤外線(IR)スペクトル帯域にある。 In some embodiments of the tissue detection system, the emitter and detector are in direct contact with potentially fluorescent tissue material in the area of interest (s), such that stimulation and detection occur in a limited area. Or they can be placed almost in contact. For illustration purposes, emitters and detectors can be separated from the probe or part of the probe with or without fiber optics, and the probe can be in the area (s). Fluorescence in an area (s) can be stimulated by the emitter, which can be positioned in contact or close to each other, and if such fluorescence exceeds a threshold, the area (s). Fluorescence in) can be detected by a detector. In some embodiments, emission and detection are in the near infrared (IR) spectral band, which can be selected, for example, to stimulate and detect fluorescence in parathyroid tissue.
副甲状腺物質を頸部領域の甲状腺物質または他の組織から区別するために自己蛍光を使用する方法は、米国出願第13/065,469号に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。米国出願第13/065,469号は、視認可能な範囲のすぐ外側にある約785nmの狭い波長範囲の放射線にさらされると、甲状腺と副甲状腺との両方が800nmを超え、場合によっては822nmを中心とする波長範囲で自己蛍光を発することを開示している。800nmを超える波長範囲も視認可能ではなく、副甲状腺物質の蛍光強度は、甲状腺物質の蛍光強度よりも大幅に高くなる。 A method of using autofluorescence to distinguish parathyroid material from thyroid material in the cervical region or other tissues is described in US Application No. 13 / 065,469, which is in its entirety by reference. Incorporated into the specification. U.S. Application No. 13 / 065,469 states that when exposed to radiation in a narrow wavelength range of approximately 785 nm, just outside the visible range, both the thyroid and parathyroid glands exceed 800 nm, and in some cases 822 nm. It discloses that it emits autofluorescence in the wavelength range centered on it. The wavelength range above 800 nm is also not visible, and the fluorescence intensity of the parathyroid material is significantly higher than the fluorescence intensity of the thyroid material.
蛍光の相対量のこの違いは、手術のためになる組織(例えば、副甲状腺物質、甲状腺物質、および頸部領域の他の組織)を区別するために使用され得る。説明のために、副甲状腺物質の一般的な場所はわかっていても、副甲状腺物質は手術のために視覚的に十分に正確に区別することが難しく、副甲状腺物質の識別を必要とする外科的処置では問題になる可能性があり得る。 This difference in the relative amount of fluorescence can be used to distinguish tissues that are beneficial for surgery (eg, parathyroid material, thyroid material, and other tissues in the cervical region). For the sake of explanation, although the general location of the parathyroid substance is known, the parathyroid substance is difficult to distinguish visually sufficiently accurately for surgery and requires the identification of the parathyroid substance. Treatment can be problematic.
本明細書に開示される組織検出システム10、10’、および10”、ならびに組織検出システム10、10’、および10”の使用方法は、組織の識別を必要とする外科的処置に適用可能であり得る。組織検出システム10、10’、および10”を使用して、例えば、副甲状腺物質、甲状腺物質、および頸部領域の他の組織などの組織を識別して、手術中の除去を容易にすることができる。言い換えれば、組織検出システム10、10’、および10”による組織の識別は、組織の肯定的または否定的な識別を使用して組織物質を識別することを可能にする。識別されると(肯定的または否定的な識別を介して)、組織物質は手術中に除去され得る。
The uses of the
図1に示されるように、組織検出システム10は、プローブ100、コントローラ140、およびユーザインターフェース150を含む。コントローラ140およびユーザインターフェース150は、互いに組み合わせるか、または互いに分離することができ、コントローラ140および/またはユーザインターフェース150は、例えば、組織検出システム10を使用して作成されたビデオのような画像を表示するためのディスプレイ(図5Aおよび図5Bからのディスプレイ210など)を含むことができる。
As shown in FIG. 1, the
図1に示されるように、プローブ100は、手術台160に受け入れられた患者Pに対して、操作者Oによって位置付けられ得る。図1は、手術中に操作者Oによって位置付けられて、患者Pの副甲状腺物質300などの潜在的に蛍光を発する組織物質に接触するか、または接近して近接させられるプローブ100を示す。したがって、本開示の実施形態によれば、組織検出システム10は、手術中に患者Pの露出した内頸部領域の副甲状腺物質300を(肯定的または否定的な識別を介して)検出するために使用され得る。
As shown in FIG. 1, the
副甲状腺物質300の識別は、操作者O、例えば、外科医、看護師、外科助手、または他の手術室の個人が、組織検出システム10を使用して、目的のエリア(複数可)が目で見られ得ない、目的のエリア(複数可)での手術の実施を容易にすることができるプロセスの例である。副甲状腺物質の識別の場合、副甲状腺物質は近赤外線で蛍光を発するため、視認可能ではない。隣接する甲状腺物質などの蛍光強度は、副甲状腺物質の蛍光強度とは異なる。したがって、副甲状腺物質である組織物質(肯定的な識別)と副甲状腺物質ではない組織物質(否定的な識別)とを識別することができる。したがって、プローブ100をコントローラ/ユーザインターフェース140/150と組み合わせて使用することで、目的の領域を触覚的に識別し得る。刺激および検出を含む副甲状腺組織に好適な特定のパラメータについて以下で説明するが、開示されている基本的な概念は、蛍光が刺激され得る他のアプリケーションに適用され得る。
The identification of the
図2Aは、組織検出システム10の追加の要素を示している。プローブ100は、いくつかの実施形態では、管状の形状または便利に手持ち式であり、金属、プラスチック、および/またはとりわけ複合体を含む様々な可能な物質で作製することができるいくつかの他の形状であり得る1つ以上のプローブ本体130を含み得る。
FIG. 2A shows additional elements of the
図2Aに示されるように、単一のプローブ本体130が提供され、組織検出システム10はまた、エミッタ光ファイバ(複数可)115に結合されたエミッタ(複数可)105および検出器光ファイバ(複数可)120に結合された検出器(複数可)110をそれぞれ含む。エミッタ105は、回転および/またはデバイス選択を介して目的の領域の蛍光を刺激するように、選択された波長で放射線を放出するように構成され得、光学要素125を提供して、フィルタリングを介してエミッタ105から放出される放射線をより低くまたはより高く変更することができる。さらに、検出器110は、プローブ100によって捕捉された放射線を処理するように構成される。副甲状腺物質の識別の場合、エミッタ105(光学要素125の使用の有無にかかわらず)は、副甲状腺物質の自己蛍光を容易にするために約785nmの波長で放射線を放出し、検出器110は、プローブ100によって捕捉された、副甲状腺物質が自己蛍光した808~1000nmの範囲の波長である放射線を処理するために構成される。
As shown in FIG. 2A, a
エミッタ105および検出器110は、プローブ本体130から分離するか、またはその一部とすることができる。プローブ本体130は、遠位端135を含み(図2B)、エミッタ光ファイバ(複数可)115の少なくとも一部は、少なくともプローブ本体130を通って延在し、エミッタ105からプローブ本体130の遠位端135への放射線の伝達を容易にし、検出器光ファイバ(複数可)120の少なくとも一部は、少なくともプローブ本体130を通って延在し、プローブ本体130の遠位端135から検出器110への放射線の捕捉および伝達を容易にする。図2Bに示されるように、エミッタ光ファイバ(複数可)115および検出器光ファイバ(複数可)120は、プローブ本体130の遠位端135で終端することができる。しかしながら、複数の束ねられたプローブ本体における複数のファイバなどの他の配設もまた好適であり得る。いずれの場合でも、放出および検出ファイバは、プローブ本体130の遠位端135で一緒に終端するか、または互いに接近することができる。
The
コントローラ140は、エミッタ105からの放射線の伝達を制御し、検出器110での放射線の検出を制御するために使用することができ、ユーザインターフェース150は、コントローラ140と相互作用し、かつその動作を制御するために使用され得る。使用中、エミッタ105(コントローラ/ユーザインターフェース140/150を使用する制御を介して)は、光学要素(複数可)125(1つまたは複数の光学レンズおよび/またはフィルタなどのような)とともに、エミッタ光ファイバ(複数可)115を通ってプローブ本体130の遠位端135まで蛍光を刺激するために照射するように、選択された放射線を送達するように構成される。使用中、検出器110(コントローラ/ユーザインターフェース140/150を使用する制御を介して)は、光学要素(複数可)125とともに、検出器光ファイバ(複数可)120を通ってプローブ本体130の遠位端135に収集された放射線を検出するように構成される。光学要素(複数可)125が図2Aのプローブ本体130の端部に提供されるが、ファイバ結合におけるフィルタリングのための他の配設、またはエミッタおよび検出器自体が可能である。さらに、ユーザインターフェース150は、例えば、エミッタ105および検出器110からの照射の放出および蛍光の検出をそれぞれ開始するための手または足スイッチの形態のスイッチ(図示せず)を含み得る。さらに、好適な蛍光信号が検出されたことを示す音声および/または視覚的表示があり得る。
The
手術での使用中、プローブ本体130の遠位端135は、体内の目的の領域の潜在的に蛍光を発する組織物質と物理的に接触またはほぼ接触(すなわち、少なくとも1~2cm以内)し、ユーザインターフェース150を介した操作者Oは、プローブ本体130の遠位端135が目的の領域の表面と接触しているか、またはほぼ接触している場合、放出および検出の両方を実行するようにコントローラ140に指示する。次に、目的の組織について検出された蛍光信号を、参照組織についての閾値蛍光信号と比較して、検出された蛍光信号が参照組織の存在を示しているか否かを判定する。エミッタ光ファイバ(複数可)115および検出器光ファイバ(複数可)120は、プローブ本体130の遠位端135において、およそファイバ端(複数可)のサイズの小さなエリアで終端し、この小さなエリアが表面に接触している、またはほぼ接触している場合、照射/刺激および検出にさらされるエリアは非常に小さいため、目的の組織の正確な特定を可能とする。
During surgical use, the
副甲状腺物質の識別の場合、エミッタ105は、固体レーザ、レーザダイオード、または他の好適な光源などの狭帯域光源であり得、光学要素(複数可)125を使用する調整、デバイス選択、および/またはフィルタリングの組み合わせを介するその放射線出力波長は、785nm、またはほぼその付近の狭帯域にある。検出器110は、アバランシェフォトダイオードまたは他の近赤外検出器またはIR検出器の2Dアレイであり得、これは、波長が光源波長よりも高い(例えば、800nmを超え、808~1000nmの範囲の)放射線が検出されるように、例えば、(光学要素(複数可)125の)ハイパス(またはロングパス)光学フィルタを使用する復調と協調して使用され得る。エミッタ105によって出力される放射線波長(光学要素(複数可)125を使用する調整、デバイス選択、および/またはフィルタリングの使用を介して)は、他の組織物質の識別を容易にするために、副甲状腺物質300の識別に使用されるものよりも低くまたは高く変更され得る。
For identification of parathyroid material, the
プローブ本体130(エミッタ光ファイバ(複数可)115および検出器光ファイバ(複数可)120が終端するところ)の遠位端135の小さなエリアで目的の領域の表面に接触することの有利なことの1つは、手術室の場合、かなりの量の近赤外線成分を有する可能性があり得るので、光信号が周囲光の影響を受けないことである。そのような周囲光に対する耐性は、エミッタ放射を変調し、ロックイン検出またはFFT(高速フーリエ変換)技術などの位相ロック技術を使用して蛍光信号を収集することによってさらに増加させることができる。
The advantage of contacting the surface of the region of interest in a small area of the
図3Aに示されるように、組織検出システム10または少なくともプローブ100は、内視鏡プローブ170と統合され得る。この配設において、内視鏡プローブ170は、内視鏡カメラ175、内視鏡プローブ本体180を含み、エミッタ光ファイバ(複数可)115および検出器光ファイバ(複数)120は、少なくとも内視鏡プローブ本体180の遠位端190(図3B)で、内視鏡プローブ本体180にもたらされ、内視鏡光学系185と統合される。内視鏡プローブ本体180は、遠位端190で終端するそれを通って延びる管腔195を含み、内視鏡カメラ175は、管腔195を介して遠位端190に隣接する目的の領域を視覚化することができる。これは、内視鏡プローブ本体180の遠位端190を配置するように、ガイドとして内視鏡カメラ175を使用してプロービングを行うことを可能にし、それに応じて、外科的に開く必要があるはるかにより小さなエリアの使用をサポートする。
As shown in FIG. 3A, the
組織検出システム10を使用するプロービングは、図4に示されるように、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用することができる外部カメラ200を使用することによって強化され得る。組織検出システム10とともに外部カメラ200を使用することは、組織検出システム10の動作を視覚によって指示するのとは対照的に、増加した照射および明瞭さを提供し得る。なぜなら、外部カメラ200は、より広い視野にわたって潜在的に蛍光を発する組織物質を指し示すことができるからである。組織検出システム10およびプローブ100のみを使用する場合、潜在的に蛍光を発する組織物質の潜在的な候補を目で識別する必要があるが、プローブ100の使用は、潜在的な候補の蛍光を介した確認情報の提供を容易にする。外部カメラ200をプローブ100と組み合わせて使用することにより、外部カメラ200によって提供される画像化エリアを使用して、より広い視野にわたって潜在的に蛍光を発する組織物質の候補を識別することができ、次に、プローブを、潜在的に蛍光を発する組織物質の表面に接触またはほぼ接触させることにより、プローブ100を、潜在的に蛍光を発する組織物質の候補の各々から取得した蛍光情報を介して確認のために使用することができる。外部カメラ200は、有用であるが決定的ではない可能性がある画像コントラストレベルを提供し、一方、プローブ100は、潜在的に蛍光を発する組織材料の各々において、高感度かつ定量的な測定を提供するために使用することができ、プローブ本体130の遠位端135は、それと接触またはほぼ接触するように位置付けることができ、蛍光の決定的な指標を取得および測定することができる。したがって、組織検出システム10およびプローブ100の使用を外部カメラ200と組み合わせることは、最も高い蛍光のエリア(複数)を識別するための強力な解決策を提供することができる。
Probing using the
図5Aは、内視鏡カメラ175、外部カメラ200、またはその他を含むカメラを使用する組織検出システム10の別の配設を概略的に示しており、カメラ光学系205(1つ以上の光学レンズおよび/またはフィルタなどのような)およびディスプレイ210(コンピュータモニタ/スクリーンなど)がプローブ100およびコントローラ/ユーザインターフェース140/150を使用する組織検出システム10とともに使用される。図5Aには示されていないが、エミッタ105は、コントローラ/ユーザインターフェース140/150の間に挿入され得、コントローラ/ユーザインターフェース140/150は、内視鏡カメラ175、外部カメラ200、およびディスプレイ210の動作を制御するために使用され得る。さらに、ディスプレイ210は、コントローラ140および/もしくはユーザインターフェース150から分離されるか、またはそれらと統合され得る。
FIG. 5A schematically illustrates another arrangement of the
図5Bは、代替的なプローブ220および代替的なカメラ225の実施形態を使用する組織検出システム10のさらに別の配設を概略的に示し、プローブ220は、照射のみを提供し、検出は、カメラ225によるものである。プローブ220は、操作者Oによって潜在的に蛍光を発する組織物質の表面と接触またはほぼ接触するように位置付けられ得る手持ち式の可撓性照射プローブである。さらに、カメラ225は、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用される。図5Bには示されていないが、エミッタ105は、コントローラ/ユーザインターフェース140/150の間に挿入され得、コントローラ/ユーザインターフェース140/150は、カメラ225およびディスプレイ210の動作を制御するために使用され得る。さらに、ディスプレイ210は、コントローラ140および/またはユーザインターフェース150から分離されるか、またはそれらと統合され得る。
FIG. 5B schematically illustrates yet another arrangement of the
プローブ220は、潜在的に蛍光を発する組織物質と、または蛍光が励起されている組織に対して任意の所望の角度で、接触もしくはほぼ接触させることができる。プローブ220の使用は、照射が通常到達しない目的の領域の照射/刺激を可能にする。しかしながら、目的の組織で刺激された蛍光は、プローブ本体130に組み込まれた検出器光ファイバ(複数可)120では見るのが難しい場合がある。この例は、蛍光が通常弱すぎて検出器光ファイバ(複数可)120で検出することができない表面下領域であり得る。他の例は、検出器光ファイバ(複数可)120の視野の境界または境界のすぐ外側で組織物質を蛍光することであり得る。プローブ220は、光源を目的の領域に近づけ、それは次に、放出される蛍光を増加させ、カメラ225がそれを見るおよび捕捉することを可能にする。外部カメラ225は、目的の領域全体を含むより広い視野にわたって潜在的に蛍光を発する組織物質を指し示すことができる。プローブ220は、そこからの放射線の透過を最大化するように選択された照射ファイバのみ、およびわずか1本のファイバを含むことができる。この照射ファイバ(複数可)はまた、その端部(複数可)(最終的には組織に向けられる)に1つ以上のレンズおよび/またはフィルタなどを有し得、これは、照射に応答してファイバ物質によって放出されるいずれの蛍光も排除することができる。
The
照射/刺激が手持ち式照射プローブ220で達成されるが、検出は、例えば、カメラ225を使用して、目的の領域全体の画像を見ることによって達成される場合、例えば、手術室の照明からの背景光の問題は、照射および検出の両方がプローブ100の遠位端135で達成される場合とは異なる。カメラ225は、本質的に、並列の複数の検出器と同等であり、蛍光のエリアは、画像化されたエリア内のどこにあってもよいので、上記の復調技術を直接適用することはできない。
Irradiation / stimulation is achieved with the
図6は、組織検出システム10を使用するための方法の一実施形態を示している。まず、20において、プローブ100が提供され、プローブ100は、プローブ本体135の遠位端までそれを通って延在するエミッタ光ファイバ(複数可)115と、検出器光ファイバ(複数可)120と、を含む。22において、操作者Oは、プローブ本体130の遠位端135が潜在的に蛍光を発する組織物質の表面と接触、またはほぼ接触しているという指標(視覚的またはその他)を受信する。24において、潜在的に蛍光を発する組織物質は、光学要素(複数可)125およびエミッタ光ファイバ(複数可)115を介したエミッタ105からの放射線で照射される。26において、蛍光(もしあれば)は、光学要素(複数可)125および検出器光ファイバ(複数可)120を介して検出器110によって検出される。28において、コントローラ140および/またはユーザインターフェース150は、検出器110によって検出された蛍光が閾値を超えた場合に指標を提供することができる。ステップ24、26、および28はまた、本明細書に開示される他の実施形態を用いて実施することができる。
FIG. 6 shows an embodiment of a method for using the
図7は、組織検出システム10を較正するために使用される方法の一実施形態を示す。まず、30において、プローブ本体130の遠位端135は、潜在的に蛍光を発する組織物質の表面上の様々場所に位置付けられる。32において、それぞれ、エミッタ105および検出器110を使用する放出および検出が、様々な場所の各々で開始される。検出された蛍光(もしあれば)に対応する検出された蛍光信号は、コントローラ140によって取得される。34において、コントローラ140は、所定の範囲外にある検出された蛍光信号に対応するいずれのデータも破棄する。36において、閾値レベルは、対応する検出された蛍光信号の残りのデータから統計的に導出される。したがって、そのような較正を使用して、潜在的に蛍光を発する組織物質および潜在的に蛍光を発する組織物質とは明らかに異なる他の組織の閾値レベルを取得することができる。これらの閾値レベルは、比率を計算するために使用することができ、コントローラ140および/またはユーザインターフェース150は、比率が閾値比率よりも低いかまたは高い場合、指標を提供することができる。ステップ32、34、および36はまた、本明細書に開示される他の実施形態を用いて実施することができる。
FIG. 7 shows an embodiment of the method used to calibrate the
図8を参照すると、概して数字10’によって参照される組織検出システムの代替的な実施形態が示されている。組織検出システム10’は、固体レーザ、レーザダイオード、または選択された波長で放射線を放出するように構成することができる他の好適な光源などのエミッタ230(エミッタ105と同様であり得る)を含み、そのエミッタは放出される放射線をより低くまたはより高く変更するために、変調器235によって変調され得る。変調器235は、チョッパ、ポッケルセル、音響光学変調器、または他の光変調装置などの様々なタイプのものであり得る。変調されたエミッタ信号は、エミッタ230から変調器235を介してプローブ240(代替的なプローブ220と同様であり得る)に送達され、プローブ240からの変調されたプローブ信号は、目的の領域に適用される。その後、カメラ光学系250(1つ以上の光学レンズおよび/またはフィルタなどのような)の使用の有無にかかわらず、近赤外線カメラ245が目的の領域を見る。近赤外線カメラ245は、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用することができる。近赤外線カメラ245からの信号は、復調器255からの復調信号がディスプレイ260に渡される前に、変調器235からの変調器周波数を入力として使用することもできる復調器255を通過することができる。ディスプレイ210と同様に、ディスプレイ260は、コントローラ140および/またはユーザインターフェース150から分離するか、またはそれらと統合され得る。
Referring to FIG. 8, an alternative embodiment of the tissue detection system, generally referred to by number 10', is shown. The tissue detection system 10'includes an emitter 230 (which may be similar to the emitter 105) such as a solid-state laser, a laser diode, or any other suitable light source that can be configured to emit radiation at selected wavelengths. , The emitter may be modulated by the
復調器255は、グラフィックスまたはゲームプロセッサなどの高速デジタルプロセッサ、または多数の高速並列処理アルゴリズムを実施することができるFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)の形態であり得る。近赤外線カメラ245からの画像の連続するフレームは、ピクセルごとの復調機能の対象となり、すなわち、各ピクセルは、復調器による高速並列プロセッサによって復調される。ピクセルごとの復調機能には、変調周波数へのデジタルロックインまたはフーリエ変換復調が含まれ得る。
The
復調されたビデオフレームのローリングウィンドウは、復調器255からの表示のためにディスプレイ260に連続的に渡され得、その結果、わずかな起動遅延が発生し、変調されたプローブ信号によって刺激された放射光のゲインが非常に高く、例えば手術室の照明からの背景照明が大幅に除去されるリアルタイム復調ビデオが生成され得る。
The rolling window of the demodulated video frame can be passed continuously to the
一実施形態において、近赤外線カメラ245は、近赤外線カメラ245のカメラ撮像アレイ内の各検出器によって検出された蛍光に直接対応する出力を含み得る。この場合、検出された蛍光の輝度値をピクセルごとに解析し、復調機能を復調器255の高速デジタルプロセッサで並行して実施することができる。一実施形態において。Nvidia Tegraプロセッサは、ビデオレートで数百ピクセルを並列に解析してデジタルロックイン動作を実施するようにプログラムすることができる。
In one embodiment, the near-
図9において、数字10”によって参照される組織検出システムの代替的な実施形態が示されている。組織検出システム10”は、組織検出システム10’に類似しているが、組織検出システム10”は、代わりに、両方が同一の目的の領域を画像化する、標準のビデオカメラ270(カメラ光学系205を採用することができる)および近赤外線カメラ275(カメラ光学系250を採用することができる)を採用することができる。近赤外線カメラ275は、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用することができる。この実施形態において、ピクセルロックインは、復調器255による近赤外線カメラ275からの出力に対して実施され、所定の基準を満たすピクセルは、最終的にディスプレイ260に表示される画像に蛍光を示すピクセル用の標準ビデオカメラ270からビデオのハイライトを生成するために、復調器255による標準ビデオカメラ270からの出力と混合される。
FIG. 9 shows an alternative embodiment of the tissue detection system referenced by the
実施形態の様々な態様は、ソフトウェアルーチンを実行するコンピューティングデバイス、例えば、コンピュータおよび個人用電子デバイスを含むデバイス、ならびにプログラム可能な電子機器、論理回路、および他の電子実装を含み得る処理要素およびメモリの任意の組み合わせを含み得る。レーザ、LED、および他の光源、フィルタ、レンズ、ミラー、ビームスプリッタなどを含む光学要素の様々な組み合わせを採用することができる。本明細書に記載の光学的、電子的、および処理の実施形態の詳細は例示であり、同様の要素の他の組み合わせを使用する代替的なアプローチを使用して本質的に同じ方法で同じ結果を達成することができるので、限定することを意図しない。 Various aspects of the embodiment include computing devices that perform software routines, such as devices including computers and personal electronic devices, as well as processing elements and processing elements that may include programmable electronic devices, logic circuits, and other electronic implementations. It may contain any combination of memories. Various combinations of optical elements can be employed, including lasers, LEDs, and other light sources, filters, lenses, mirrors, beam splitters, and the like. The details of the optical, electronic, and processing embodiments described herein are exemplary and have the same results in essentially the same way using an alternative approach that uses other combinations of similar elements. Is not intended to be limited, as it can be achieved.
本明細書で開示される様々な態様は、説明および添付の図面に具体的に提示される組み合わせとは異なる組み合わせで組み合わせることができることを理解されたい。本明細書に記載のプロセスまたは方法のいずれかの特定の行為または事象は、実施例に応じて異なる順序で実施されてもよく、追加、併合、または完全に省略されてもよい(例えば、すべての記載された行為または事象は、本技法を実行するために必要ではない場合がある)ことも理解されたい。加えて、本開示の特定の態様は、明確にするために単一のモジュールまたはユニットによって実施されるものとして説明されているが、本開示の技法は、例えば、医療デバイスに関連するユニットまたはモジュールの組み合わせによって実施され得ることを理解されたい。 It should be appreciated that the various aspects disclosed herein can be combined in different combinations than those specifically presented in the description and accompanying drawings. Certain acts or events of any of the processes or methods described herein may be performed in different order depending on the embodiment, may be added, merged, or omitted altogether (eg, all). It should also be understood that the acts or events described in may not be necessary to perform this technique). In addition, certain aspects of the present disclosure are described as being carried out by a single module or unit for clarity, but the techniques of the present disclosure are described, for example, in units or modules related to medical devices. Please understand that it can be carried out by a combination of.
Claims (20)
遠位端を有するプローブであって、前記遠位端は、前記手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、
少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバであって、前記少なくとも1つのエミッタは、前記目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、前記少なくとも1つのエミッタに結合され、かつ前記プローブの一部を通って延在する、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバと、
少なくとも1つの検出器および少なくとも1つの検出器光ファイバであって、前記少なくとも1つの検出器は、前記目的の手術領域内の前記組織物質からの蛍光を検出するように構成されており、前記少なくとも1つの検出器光ファイバは、前記少なくとも1つの検出器に結合され、かつ前記プローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも1つの検出器および少なくとも1つの検出器光ファイバと、
前記エミッタおよび前記検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、前記コントローラは、前記少なくとも1つのエミッタおよび前記少なくとも1つの検出器の動作を開始するように構成されており、前記ユーザインターフェースは、前記組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を備え、
前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバおよび前記少なくとも1つの検出器光ファイバの遠位端は、前記プローブの前記遠位端と併置され、前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、前記エミッタからの前記放射線をその前記遠位端に伝達するように構成され、前記少なくとも1つの検出器光ファイバは、前記蛍光に対応する信号を前記検出器に伝達するように構成されている、組織検出システム。 A tissue detection system for locally stimulating fluorescence in a surgical area and identifying a fluorescent area in the surgical area.
A probe having a distal end, wherein the distal end is configured to be placed in contact with or substantially in contact with the tissue material of interest in the surgical area.
At least one emitter and at least one emitter optical fiber, wherein the at least one emitter is configured to emit radiation to stimulate fluorescence in the tissue material of interest, said at least one. The emitter optical fiber comprises at least one emitter and at least one emitter optical fiber coupled to the at least one emitter and extending through a portion of the probe.
At least one detector and at least one detector optical fiber, wherein the at least one detector is configured to detect fluorescence from the tissue material in the surgical area of interest, said at least. One detector optical fiber comprises at least one detector and at least one detector optical fiber coupled to the at least one detector and extending through at least a portion of the probe.
A controller and user interface coupled to the emitter and the detector, wherein the controller is configured to initiate operation of the at least one emitter and the at least one detector. Equipped with a controller and a user interface, which are configured to provide feedback to the operator regarding the operation of the tissue detection system.
The distal end of the at least one emitter optical fiber and the at least one detector optical fiber is juxtaposed with the distal end of the probe, and the at least one emitter optical fiber emits the radiation from the emitter. A tissue detection system configured to transmit to the distal end, wherein the at least one detector optical fiber is configured to transmit a signal corresponding to the fluorescence to the detector.
遠位端を有するプローブであって、前記遠位端は、前記手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、
少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバであって、前記少なくとも1つのエミッタは、目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、前記少なくとも1つのエミッタに結合され、かつ前記プローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも1つのエミッタおよび少なくとも1つのエミッタ光ファイバと、
前記目的の手術領域における前記組織物質からの蛍光を検出するように構成されている少なくとも1つのカメラと、
前記エミッタおよび前記検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、前記コントローラは、前記少なくとも1つのエミッタおよび前記少なくとも1つのカメラの動作を開始するように構成されており、前記ユーザインターフェースは、前記組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を備え、
前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバの遠位端は、前記プローブの前記遠位端と併置され、前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、前記エミッタからの前記放射線をその前記遠位端に伝達するように構成され、前記少なくとも1つのカメラは、前記手術領域の上に離間され、前記少なくとも1つのカメラは、広い視野にわたって蛍光を検出する、組織検出システム。 A tissue detection system for locally stimulating fluorescence in a surgical area and identifying a fluorescent area in the surgical area.
A probe having a distal end, wherein the distal end is configured to be placed in contact with or substantially in contact with the tissue material of interest in the surgical area.
At least one emitter and at least one emitter optical fiber, wherein the at least one emitter is configured to emit radiation to stimulate fluorescence in a tissue of interest, said at least one emitter. The optical fiber comprises at least one emitter and at least one emitter optical fiber coupled to the at least one emitter and extending through at least a portion of the probe.
With at least one camera configured to detect fluorescence from said tissue material in said surgical area of interest.
A controller and user interface coupled to the emitter and the detector, wherein the controller is configured to initiate operation of the at least one emitter and the at least one camera. , A controller and a user interface, which are configured to provide feedback to the operator regarding the operation of the tissue detection system.
The distal end of the at least one emitter optical fiber is juxtaposed with the distal end of the probe so that the at least one emitter optical fiber transmits the radiation from the emitter to the distal end thereof. A tissue detection system configured, wherein the at least one camera is spaced above the surgical area and the at least one camera detects fluorescence over a wide field of view.
前記組織検出システムのプローブの遠位端を、目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けることと、
少なくとも1つのエミッタを使用して放射線を生成することであって、前記少なくとも1つのエミッタは、前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバに接続されており、前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバは、前記プローブの少なくとも一部を通って前記プローブの前記遠位端まで延在している、生成することと、
前記放射線を、前記少なくとも1つのエミッタ光ファイバを通って、前記目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けられている前記プローブの前記遠位端に伝達することと、
前記プローブの前記遠位端にある前記少なくとも1つのエミッタからの前記放射線を使用して、前記目的の組織物質の蛍光を刺激することと、
少なくとも1つの検出器を使用して前記刺激された蛍光を検出することであって、前記少なくとも1つの検出器は、少なくとも1つの検出器光ファイバに接続されており、前記少なくとも1つの検出器光ファイバは、前記プローブの少なくとも一部を通って前記プローブの前記遠位端まで延在している、検出することと、
前記検出され、刺激された蛍光を使用して、前記目的の組織物質を識別することと、
前記目的の組織物質を識別した後、前記手術中に前記目的の組織物質を除去することと、を含む、方法。 A method of tissue detection and surgery using a tissue detection system, wherein the method is
Positioning the distal end of the probe of the tissue detection system in contact with or near contact with the tissue material of interest.
Using at least one emitter to generate radiation, the at least one emitter being connected to the at least one emitter optical fiber, the at least one emitter optical fiber being at least the probe. Producing, extending through a portion to the distal end of the probe,
To transmit the radiation through the at least one emitter optical fiber to the distal end of the probe located in contact with or near contact with the tissue material of interest.
Using the radiation from the at least one emitter at the distal end of the probe to stimulate the fluorescence of the tissue material of interest.
By using at least one detector to detect the stimulated fluorescence, the at least one detector is connected to at least one detector optical fiber and the at least one detector light. Detecting that the fiber extends through at least a portion of the probe to the distal end of the probe.
Using the detected and stimulated fluorescence to identify the tissue material of interest,
A method comprising removing the tissue substance of interest during the surgery after identifying the tissue substance of interest.
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