JP2022543430A - 内視鏡レーザエネルギー送達システム及び使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、米国特許法第119条(e)に基づいて、全体として参照により本明細書に組み込まれている、2019年8月5日出願の米国仮特許出願第62/882,837号及び2019年8月30日出願の米国仮特許出願第62/894,280号の優先権の利益を主張する。
図6及び図7は、本開示に記載のいくつかの例によるレーザフィードバック制御システム100を使用して1つ以上のレーザシステムを制御するためのアルゴリズムの例を示す流れ図である。図6に示す制御アルゴリズム600によれば、ステップ602で、フィードバックアナライザ140(たとえば、分光センサ142又は撮像センサ144)によって、第1の信号(たとえば、分光信号)を検出することができる。ステップ604で、レーザコントローラ160は、フィードバックアナライザ140から第1の信号を受け取ることができる。第1の信号は、第1の特性に対応することができる。ステップ606で、レーザコントローラ160は、第1の信号が第1の事前設定値に概ね等しいかどうかを判定することができる。たとえば、レーザコントローラ160は、第1の信号の振幅を標的値又は事前設定された極値(たとえば、最大又は最小の振幅)と比較し、標的組織122の第1の特性を判定することができる。第1の特性は、治療処置を受けた後の組織(たとえば、切除又は炭化組織)の特性を示すことができる。レーザコントローラ160は、第1の特性(第1の信号と第1の事前設定値との間の比較)に基づいて、所望の治療効果が獲得されたと判定することができ、ステップ608で、第1の制御信号を第1のレーザシステム102へ送り、第1のレーザシステム102の第1の状態から第1のレーザシステム102の第2の状態へ変化させることができる。一例によれば、これにより、満足のいく治療効果(たとえば、切除)の送達の結果として、第1のレーザシステム102は第1の出力110を生成しなくなる。別法として、ステップ606で、第1の信号が第1の事前設定値に概ね等しくない(十分に切除されていない)と判定された場合、レーザコントローラは、いかなる制御信号も送らず、フィードバックアナライザは、第1の信号を引き続き監視することができる。
図9~図11は、標的組成物分析を完全に内視鏡内でどのように実行することができるかを実証する。標的組成物分析は、レーザファイバ及び場合によりデジタル内視鏡の遠位先端上のカメラによって、分光法を介して実行することができる。
本明細書に記載する特徴は、異なるタイプのレーザ源を組み込むのに有利となり得る様々な応用例のためのレーザシステムに関連して使用することができる。たとえば、本明細書に記載する特徴は、医療診断、治療、及び手術処置などの産業用又は医療用の設定において好適となり得る。
分光システム1720は、それだけに限定されるものではないが、結石、軟組織又は硬組織、骨、若しくは歯、又は産業用の標的などの標的へ、光源から制御光信号を送り、標的から反射されたスペクトル応答データを収集することができる。この応答は、別個のファイバ、レーザファイバ、又は内視鏡システムを通って、分光計へ送達することができる。分光計は、デジタルスペクトルデータをシステムフィードバックアナライザ1730へ送ることができる。UVからIRの光範囲をカバーする分光システムのための光源の例は、表2を参照して上述したものを含むことができる。図20は、一例のフィードバックアナライザ1730を有する分光システム1720の概略図を示す。
フィードバックアナライザ1730は、レーザシステム動作パラメータを提案又は直接調整するための分光計からの分光応答データを含めて、様々なソースからの入力を受け取ることができる。一例では、フィードバックアナライザ1730は、標的組成物データの利用可能なデータベースライブラリと分光応答データを比較することができる。分光システムフィードバックに基づいて、信号アナライザは、標的材料組成物を検出し、識別された組織組成物のための効果的な組織治療を実現するために、少なくとも1つのレーザモジュールに対する動作パラメータなどのレーザ動作モード(レーザセットアップとも呼ぶ)を提案する。動作パラメータの例は、少なくとも1つのレーザ波長、パルス又は連続波(CW)放出モード、ピークパルスパワー、パルスエネルギー、パルスレート、パルス形状、及び少なくとも1つのレーザモジュールからの同時又は連続のパルス放出を含むことができる。明示しないが、連続パルスは、選択されたパルスエネルギーを送達するように協働するパルスのバーストを含む。本明細書に記載するパルスは、全体として、レーザモジュールからのレーザ放出の開始と停止との間の時間を指す。選択された平均レーザパワーが維持される限り、各パルス中のレーザエネルギーの強度は変動し、増大若しくは減少する傾斜若しくは正弦波のプロファイルの形状、又は任意の他の形状を、単独で又はパルスシーケンスと組み合わせて有することがある。たとえば、1つのパルスのみが存在する場合、1Jのパルスエネルギーによる2Wの平均パワー設定が、2Hzの周波数で生じる。しかし、エネルギーは、2Hzのレートで生じる2つの0.5Jのパルスとして、間断なく送達することもできる。それらのパルスの各々は、類似した又は異なるパルス形状を有することができる。フィードバックアナライザ1730は、アルゴリズム及び入力データを利用して、上記の例に記載のものなどのレーザ動作パラメータを直接調整又は提案する。
基準値=dI/dx*1/I (1)
比較値=Δ(I2-I1)/Δ(x2-x1)*1/I1 (2)
比較値=Δ(I3-I2)/Δ(x3-x2)*1/I2 (3)
勾配(正規化)=[Δ(I2-I1)/Δ(d2-d1)]/I0 (4)
上式で、I0=AVERAGE(I1,I2)である。
レーザコントローラ1740は、レーザ結合システムと一体化することができる。レーザ結合システムは、1つ以上のレーザモジュール(たとえば、固体状態レーザモジュール)を1本のファイバに結合する。レーザコントローラ1740は、フィードバックアナライザ1730に結合することができ、フィードバックアナライザ1730は、最適化された信号を、提案された設定とともに、レーザコントローラ1740へ直接送ることができ(自動モード)、又はレーザ設定を調整するための操作者承認を要求することができる(半自動モード)。図17は、完全に自動化されたレーザシステムの概略図である。図18は、半自動化されたレーザシステムの概略図であり、システムは、入力1850及びディスプレイ1860を含むユーザインターフェースなどを介して、ユーザ承認を必要とする。一例では、レーザ設定は、設定範囲内で調整することができ、設定範囲は、一例では、処置の開始時にユーザによって事前に決定することができる。
いくつかの例では、レーザシステムは、任意選択のIoTシステム1750を含むことができ、IoTシステム1750は、スペクトルデータベースライブラリをクラウド1752に記憶することに対応し、スペクトル及び最適セットアップデータベースライブラリへの迅速なアクセスに対応し、クラウド1752とフィードバックアナライザ1730との間の通信を可能にする。データのクラウド記憶は、フィードバックアナライザ1730への入力を提供する人工知能(AI)技法の使用に対応し、アルゴリズム及びデータベース改善への瞬時アクセスに対応する。
図21A~図21Dは、図10Aに示すように、一体化されたマルチファイバアクセサリを有する内視鏡2110と、フィードバック制御式のレーザ治療システム1010及びレーザ源1020を備える手術用レーザシステムとを備える内視鏡レーザシステム2100A及び2100Bの例を示す。別法として、CCD又はCMOSセンサなどの検出器を含む撮像システムによって、分光応答を分光計へ収集及び送達することができる。分光法を介して、マルチファイバアクセサリのコアのうちの1つ以上を通して標的組成物分析を実行しながら、マルチファイバアクセサリの他のコアのうちの1つ以上を通して伝送される光源によって標的を照射することができる。
本明細書の様々な例に従って記載するレーザシステムは、切除、凝固、蒸発、又は他のレーザ作用の有効性を改善するために、内視鏡の硬組織又は軟組織手術などの多くの応用例で使用することができる。
上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を含む。図面は、例示を目的として、本発明を実施することができる特有の実施形態を示す。本明細書では、これらの実施形態を「例」とも呼ぶ。そのような例は、図示又は記載の要素以外の要素を含むことができる。しかし、本発明者らは、図示又は記載の要素のみが提供される例も企図する。さらに、本発明者らは、特定の例(又はその1つ以上の態様)に対して、又は本明細書に図示若しくは記載の他の例(又はその1つ以上の態様)に対して、図示又は記載の要素の任意の組合せ又は並べ替えを使用する例(又はその1つ以上の態様)も企図する。
Claims (20)
- 標的へレーザ治療を提供する方法であって、
第1のレーザエネルギーレベルに従って第1のレーザパルス列を生成し、前記第1のレーザエネルギーレベルより高い第2のレーザエネルギーレベルに従って第2のレーザパルス列を生成するステップと、
前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を内視鏡の遠位端から前記標的に向けるステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第1のレーザパルス列が、特有の期間にわたって実質的に一定に生成される、
ことを特徴とする方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記第1のレーザパルス列が生成されている間、前記第2のレーザパルス列が、前記特有の期間にわたって断続的に生成される、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第2のレーザパルス列が、時間的に前記第1のレーザパルス列のうちの2つのパルス間に位置する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1のレーザエネルギーレベルに従って第3のレーザパルス列を生成することをさらに含み、
前記第2のレーザパルス列が、時間的に前記第1のレーザパルス列と前記第3のレーザパルス列との間に位置する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を結石構造に向けるステップを含む、
ことを特徴とする方法。 - 請求項6に記載の方法であって、
前記第1のレーザパルス列が、前記結石構造の表面に亀裂を形成するように構成され、
前記第2のレーザパルス列が、前記亀裂が形成された後に前記結石構造の断片化を引き起こすように構成される、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の方法であって、
止血又は凝固のために前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を標的組織に向けるステップを含む、
ことを特徴とする方法。 - 少なくとも1つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも1つの非一時的メモリと、
を備える装置であって、
前記少なくとも1つの非一時的メモリ及び前記コンピュータプログラムコードが、前記少なくとも1つのプロセッサによって、前記装置に、
レーザシステムに、第1のレーザエネルギーレベルに従って第1のレーザパルス列を放出させ、前記第1のレーザエネルギーレベルより高い第2のレーザエネルギーレベルに従って第2のレーザパルス列を放出させ、
前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を内視鏡の遠位端から標的に向けさせるように構成される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9に記載の装置であって、
前記第1のレーザパルス列が、特有の期間にわたって実質的に一定である、
ことを特徴とする装置。 - 請求項10に記載の装置であって、
前記第1のレーザパルス列が生成されている間、前記第2のレーザパルス列が、前記特有の期間にわたって断続的に放出される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9~11のいずれか1項に記載の装置であって、
前記少なくとも1つの非一時的メモリ及び前記コンピュータプログラムコードが、前記少なくとも1つのプロセッサによって、前記装置に、時間的に前記第1のレーザパルス列のうちの2つのパルス間に位置する前記第2のレーザパルス列を生成させるように構成される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9に記載の装置であって、
前記少なくとも1つの非一時的メモリ及び前記コンピュータプログラムコードが、前記少なくとも1つのプロセッサによって、前記装置に、第1のレーザエネルギーレベルに従って第3のレーザパルス列を生成させ、時間的に前記第1のレーザパルス列と前記第3のレーザパルス列との間に位置する前記第2のレーザパルス列を生成させるように構成される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9~13のいずれか1項に記載の装置であって、
前記少なくとも1つの非一時的メモリ及び前記コンピュータプログラムコードが、前記少なくとも1つのプロセッサによって、前記装置に、前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を結石構造へ送達させるように構成され、
前記第1のレーザパルス列が、前記結石構造の表面に亀裂を形成するように構成され、
前記第2のレーザパルス列が、前記亀裂が形成された後に前記結石構造の断片化を引き起こすように構成される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項9~14のいずれか1項に記載の装置であって、
前記少なくとも1つの非一時的メモリ及び前記コンピュータプログラムコードが、前記少なくとも1つのプロセッサによって、前記装置に、止血又は凝固のために前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を標的組織へ送達させるように構成される、
ことを特徴とする装置。 - 機械によって可読であり、動作を実行するために前記機械によって実行可能な命令のプログラムを有形に実施する非一時的プログラム記憶デバイスであって、前記動作が、
第1のレーザエネルギーレベルに従って第1のレーザパルス列を生成し、前記第1のレーザエネルギーレベルより高い第2のレーザエネルギーレベルに従って第2のレーザパルス列を生成するステップと、
前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を内視鏡の遠位端から標的に向けるステップと、
を含むことを特徴とする非一時的プログラム記憶デバイス。 - 請求項16に記載の非一時的プログラム記憶デバイスであって、
前記第1のレーザパルス列が、特有の期間にわたって実質的に一定に生成され、
前記第1のレーザパルス列が生成されている間、前記第2のレーザパルス列が、前記特有の期間にわたって断続的に生成される、
ことを特徴とする非一時的プログラム記憶デバイス。 - 請求項16又は17に記載の非一時的プログラム記憶デバイスであって、
前記動作が、前記第1のレーザエネルギーレベルに従って第3のレーザパルス列を生成することを含み、
前記第2のレーザパルス列が、時間的に前記第1のレーザパルス列と前記第3のレーザパルス列との間に位置する、
ことを特徴とする非一時的プログラム記憶デバイス。 - 請求項16~18のいずれか1項に記載の非一時的プログラム記憶デバイスであって、
前記動作が、前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を結石構造へ送達することを含み、
前記第1のレーザパルス列が、前記結石構造の表面に亀裂を形成するように構成され、
前記第2のレーザパルス列が、前記亀裂が形成された後に前記結石構造の断片化を引き起こすように構成される、
ことを特徴とする非一時的プログラム記憶デバイス。 - 請求項16~19のいずれか1項に記載の非一時的プログラム記憶デバイスであって、
前記動作が、止血又は凝固のために前記第1のレーザパルス列及び前記第2のレーザパルス列を標的組織へ送達することを含む、
ことを特徴とする非一時的プログラム記憶デバイス。
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