用於在微創手術中為組織的切割、切除和消融提供雷射引導和聚焦的設備、系統及方法

2023-09-17 00:19:00

專利名稱：用於在微創手術中為組織的切割、切除和消融提供雷射引導和聚焦的設備、系統及方法
技術領域：
本發明總體涉及用於在微創手術中為組織的切割、切除和/或消融提供雷射引導和聚焦的設備、系統以及方法。
背景技術：
微創外科技術可以以對患病器官的後期治療作用的最小影響對於可靠的癌症控制提供可能。在為很多疾病的微創手術提供儀器方面已經有了一定的進步。儘管CO2雷射的使用已經被廣泛認可並可以被認為是有效且精確的手術刀，但仍可能在很大程度上限制在外科醫生無障礙地接近組織的手術中。(參見，例如Polanyi、Bredemei. He等，1970 ；Jako,1972 ;Mihashi、Jako 等，1976 ;Garden、0banion 等，1988)。CO2 雷射勝過其他雷射的特別優勢在於，CO2雷射可以通過水而被容易地吸收，而水是大多數生物組織的主要成分。這可以有助於使熱擴散以及對鄰近的正常組織的傷害最小化，使得CO2雷射對於在例如重要的解剖學結構附近的手術是特別有用的。CO2雷射也可以用於密封小的血管和淋巴，從而很可能使出血以及來自腫瘤的淋巴轉移的風險最小化。通過適當的外科光學器件，CO2雷射的組織相互作用可以有利地用於在對正常組織的最小傷害的情況下對腫瘤進行精確切除，使得在不折衷治療的情況下儘可能地保持功能。然而，CO2雷射的示例性劣勢可能涉及其光束可能不能在除空氣之外的任何介質中傳播。由於CO2雷射束有可能不能夠沿玻璃或常規的光纖傳播，因此它的使用或許已經基本受限於「視線」應用，其中CO2雷射束可以被傳遞過中空的、填充有空氣的、直線式剛性器械或內診鏡。因此，該技術和CO2雷射的內窺鏡應用可能已經被限制在例如口部、咽部、喉部以及頸部的腫瘤治療。此外，任何類型的外科手術雷射通過光纖進入體腔內的傳輸，可能已經例如通過將光纖的末端尖部帶到組織附近以便保持高的功率密度，而被限制到在附近區域中使用。使得便於這種雷射束的靈活、可變且精確的操作變得非常困難。用於CO2雷射以及其他外科手術雷射的內窺鏡應用的儀器已經經歷了改進與提高，但接近具有不利的解剖學特徵的某些患者的喉部和咽部可能仍存在問題。常規技術的這種局限性很大程度上可能是造成大量患者無法獲得的某些外科手術的潛在益處的原因，上述患者例如是腫瘤相對較難接近從而無法通過例如內窺鏡CO2雷射儀器來進行外科切除術的患者。因此，這些患者中的很多已經通過使用包括具有或不具有化學療法的射線療法的非外科手術方案來進行治療，以避免已經由常規外科手術對患者的生命質量造成的潛在破壞性影響。然而，這種非外科手術「器官保留」方法可能會經常引起永久並且明顯的副作用，這些副作用會徹底地改變在治療後存活的患者的生活。目前，在外科手術中用於CO2雷射(和其他雷射)的較廣泛使用的傳輸方法之一可能是可以包括雷射源的「視線」系統，該雷射源可以將能量傳遞到經由鉸接臂聯接至手術顯微鏡的顯微操縱器。例如，Hart Temelkuran等已經描述了用於CO2外科手術雷射的空心光纖傳輸系統，該空心光纖傳輸系統可以有助於向有限的空間內提供雷射束(參見例如Temelkuran, Hart等2002)。如所描述的,纖維可以將來自雷射源的光傳送至纖維的、可被用作「雷射手術刀」的末端。然而，由於纖維傳輸技術存在一些關於視線技術的局限性，因此纖維傳輸技術的使用可能不是理想的。另外，纖維傳輸技術會帶來某些其他問題。例如，與視線傳輸技術相類似，如果要在有限的空間內使用利用纖維傳輸技術的設備，則重要的是在外部操縱該設備。另外，由於離開纖維的雷射束會迅速地發散，因此，纖維可能應該精確地放置在組織附近以便切割或消融組織。如果纖維被放置的過遠(例如，超過一毫米)，則功率密度可能會下降並且雷射手術刀會變得無效。然而，如果纖維尖端接觸組織，則其會灼燒和/或變得成為阻礙。此外，由於難於在有限的封閉空間內利用通過在不均勻的組織表面上移動的手持式纖維而被導向的雷射來保持切口的一致深度，精確地操 縱纖維在體腔內的工作端部會是對內鏡外科手術的挑戰。而且，應該很可能需要為將被遠程控制的雷射束提供複雜的機電系統。已經描述了具有可能適於內窺鏡應用的尺寸的某些掃描器。(參見例如Fountain和 Knopp 1992 ；Dohi, Sakuma 等 2003 ；ffu, Conry 等 2006 ；以及 Tsia, Goda 等 2009)。這些器件中的很多可以是下述器械這些器械最初可能已經特別地設置用於內窺鏡成像，並且後來僅被考慮用於執行組織修復並相應地改變。然而，成像掃描器和外科雷射掃描器的技術要求通常不是一樣的，而且可能是非常不同的。雖然成像掃描器通常會需要規則的掃描圖案以產生圖像，但外科雷射掃描器通常可以利用掃描器的任意並且精確的變化以處理可能涉及典型雷射外科手術圖案的離散的近點和遠點。因此，為外科手術提供的常規設備被描述成具有掃描器的在身體外部的光學和機械控制器。(參見，例如Fountain和Knopp1992)。內窺鏡器件已被描述成具有設計成被插入到身體內的光學器件，而且具有在身體外部的機械控制器。(參見，例如Dohi, Sakuma等2003 ；ffu, Conry等2006)。這些系統具有某些局限性和相關問題，例如，與定位力從外部馬達向內部光學器件的遠程傳送相關的空間和時間不準確度。另外，成像設備可被設置成使其可被用於原則上據稱不具有機械運動的雷射外科手術，並可以被內在化。(參見，例如Tsia，Goda等2009)。然而，該器件需要可調諧雷射器，因此將可能不能夠與像是例如CO2雷射的外科手術雷射一起工作。因此，會存在處理和/或克服上述不足和局限性中的至少一些的需要，並且需要提供根據在如本文中進一步詳細地描述的本公開的裝置和方法的示例性實施方式。

發明內容
實際上，本公開的某些示例性實施方式的目的之一可以是解決本文中上述的示例性問題和/或克服普遍與現有技術相關的、例如在本文中描述的示例性缺陷。因此，例如，在本文中所提供和描述的是根據本公開的示例性設備、系統、程序以及方法的某些示例性實施方式，這些示例性實施方式可以用於在微創手術中為組織的切割、切除和/或消融提供雷射引導和聚焦。
根據本公開的一個示例性實施方式，提供了一種示例性設備，該示例性設備可以包括至少一個光學元件，至少一個光學元件可以構造成對在可以構造成被插入到身體內的至少一個結構中提供的光進行折射和/或衍射，其中，光學元件中的至少一個構造成接收處於第一角度的光，並產生處於第二角度的折射光和/或衍射光，第二角度可以相對於光軸(例如，穿過光學元件的中心的直線)與第一角度不同。示例性致動裝置也可以至少部分地設置和定位在至少一個結構內，示例性致動裝置可被構造成對光學元件中的至少一個進行控制以改變折射光和/或衍射光的第二角度。至少一個光可以是雷射，並且第二角度可以是一致的。光學元件中的至少兩個的結構可以設置成產生折射光和/或衍射光。根據本公開的某些示例性實施方式，示例性元件中的至少一個可以是光楔或稜鏡、和/或光柵，所述光柵例如是具有可變空間頻率的光柵、聲光光柵(acoustoopicalgrating)、固定光柵、全息透射光柵、閃耀光柵等等。示例性裝置可以進一步構造成對光學元件中的至少一個進行控制以改變折射光和/或衍射光的第二角度以及折射光和/或衍射光的一致的第三角度，其中，一致的第三角度不同於一致的第二角度。示例性致動裝置可以以手動方式、機械方式、電氣方式、機電方式和/或遙控方式來控制。例如，示例性致動裝置 可以至少部分地通過機械和/或機電裝置來控制。根據本公開的某些示例性實施方式，還可以設置一種示例性光纖構型，該示例性光纖構型可被構造成提供貫穿其中的至少一個光。例如，該示例性光纖構型可被構造成將光傳輸至光學元件中的至少一個。還可以設置有可選擇地與光學元件中的至少一個相關的至少一個透鏡，至少一個透鏡設置在例如位於光學元件之間、位於光學元件與光纖構型之間或位於光學元件之後的光學路徑中。根據本公開的某些示例性實施方式，可以設置有另外的裝置，另外的裝置可被構造成提供雷射並可被控制成以便對摺射光和/或衍射光向示例性結構中的目標組織的傳輸深度進行改變。例如，另外的裝置可以包括消融雷射器、切割雷射器和/或切除雷射器。也可以設置有接收裝置，該接收裝置的結構可以設定成設置在身體中並且構造成能夠接收來自示例性結構中的目標組織的至少一個另外的光，例如可見光。例如，接收裝置可以包括至少一個光檢測器，至少一個光檢測器例如可以是電荷耦合器件(CCD)、光纖束和/或互補金屬氧化物半導體(CMOS)檢測器，並且至少一個光檢測器可以構造成提供目標組織的至少一個圖像。此外，還可以設置有附加裝置，該附加裝置可以構造成為目標組織提供另外的光，並且該附加裝置的結構可以設置成位於身體內。還可以設置有特定裝置，該特定裝置可以通過例如(i)用戶控制的方式和/或(ii)自動方式來便於光的應用的可視控制。另外，夕卜部構型可以設置和定位在身體的外部，該外部構型可以構造成將光傳輸至結構。該外部構型可以進一步地構造成在時間上順序地和/或同時地提供光的多個頻率。例如，該外部構型可以是或包括可調諧雷射器裝置。根據本公開的某些示例性實施方式，可以設置有至少一個散射(dispersive)元件，至少一個散射元件可以構造成使光在散射元件的旋轉期間沿徑向方向以特定的波長相關角轉向和/或折射，從而使光以旋轉運動移動。例如，外部構型可以構造成改變光的波長以便使光徑向地運動和/或構造成被旋轉以使光運動。根據本公開的另一個示例性實施方式，可以設置有下述示例性設備，該示例性設備可以尤其(inter alia)包括多個光學元件，這些光學元件可以構造成反射光，例如雷射，並且可以設置在可被構造成插入到身體內的至少一個結構中。例如，光學元件的第一構型可以定位成或控制成接收處於第一角度的光並且產生處於第二角度的第一反射光，其中，第二角度相對於光軸可以與第一角度不同。光學元件的第二構型的結構可以設置成接收第一反射光並產生處於第三角度的第二反射光，其中，第三角度相對於光軸可以與第二角度不同。致動裝置也可以至少部分地設置和定位在上述結構內，致動裝置可以構造成控制光學元件的第一構型和/或第二構型以改變光的第二角度和/或第三角度。光學構件的第三構型的結構可以設置成和/或光學構件的第三構型被控制成接收第二反射光並產生處於第四角度的第三反射光，第四角度相對於光軸可以與第三角度不同。光學構件的第四構型的結構可以設置成和/或光學構件的第四構型被控制成接收第三反射光並產生以第五角度朝向身體的第四反射光，第五角度相對於光軸可以與第四角度不同。致動裝置可以進一步構造成控制光學元件中的至少一個以改變反射光相對於光軸的第二角度和反射光相對於光軸的第三角度，其中，第一角度和/或第二角度可以是一致的。致動裝置可以以手動方式、機械方式、電氣方式、機電方式和遙控方式中的至少一種被控制，例如至少部分地通 過機械裝置被控制。第二構型的結構可以進一步設置成產生第二反射光，以使其具有圓柱形形狀。第一構型和/或第二構型可以是或包括具有錐形形狀的至少一個部分。例如，第一構型可以是或包括錐形鏡，第二構型可以是或包括錐形截面鏡。第三構型和/或第四構型可以是或包括具有拋物面形狀的至少一個部分。例如，第三構型可以是或包括拋物面截面鏡，第二構型可以是或包括拋物面鏡。根據本公開的又一個示例性實施方式，提供一種用於提供雷射引導和聚焦的示例性方法，該示例性方法可以尤其包括限定圖案以照射身體中的至少一個部分；以及利用致動裝置基於圖案來控制設置在殼體中的至少一個光學元件以折射和/或衍射至少一個光。殼體的結構可以設置成被插入到身體內，和/或致動裝置的結構可以設置成被插入到身體內。該示例性方法尤其還可以包括提供光；控制光學元件中的至少一個以改變折射光和/或衍射光的角度；以及控制至少一個光以便改變折射光和/或衍射光向結構中的目標組織的傳輸。根據本公開的某些示例性實施方式，該示例性方法尤其還包括對光學元件中的至少一個的至少一個位置和/或方向或者對摺射光和/或衍射光進行監測；基於位置和/或方向產生至少一個信號；以及基於信號對光學元件中的至少一個的位置和/或方向進行控制。根據本公開的又一個示例性實施方式，提供了一種示例性計算機可訪問介質，該示例性計算機可訪問介質可以是非瞬時性的並且可以具有存儲於其上的、用於提供雷射引導和聚焦的計算機可執行指令，當被硬體處理裝置執行時，計算機可執行指令對硬體處理裝置進行配置以執行特定的程序，例如，限定圖案以照射身體中的至少一個部分；以及利用致動裝置基於圖案對設置在殼體中的至少一個光學元件進行控制以對至少一個光進行折射和/或衍射。殼體和/或致動裝置的結構可以設置成被插入到身體內。示例性處理裝置可以進一步構造成控制源裝置以提供至少一個光；控制光學元件中的至少一個以改變折射光和/或衍射光相對於光軸的角度；和/或通過改變光的至少一個特徵來控制源裝置，從而改變折射光和/或衍射光向身體中的目標位置的傳輸的位置。另外，根據本公開的某些示例性實施方式，示例性處理裝置可以進一步構造成對光學元件中的至少一個的位置和/或方向或者對摺射光和/或衍射光進行監測；基於位置和/或方向產生至少一個信號；以及基於信號對光學元件中的至少一個的位置和/或方向進行控制。根據本公開的再一個示例性實施方式，示例性方法可以有助於將雷射引導和/或聚焦在身體內的目標組織上或將雷射引導和/或聚焦至身體內的目標組織，該示例性方法可以尤其包括從身體內的位置定位身體內的目標組織；以及利用具有插入到身體內的殼體的特定裝置來建立器件相對於目標組織的位置。示例性方法還可以包括通過在組織的圖像上描繪出將利用至少一個電磁輻射進行切割的路徑來產生控制信號；限定將由至少一個電磁輻射作用的區域；和/或對至少一個電磁輻射的位置進行實時地控制。此外，示例性方法可以包括利用設置在殼體中的至少一個致動裝置，基於控制數據控制設置在殼體中 的至少一個光學元件，以折射和/或衍射至少一個光。所述至少一個光可以是雷射，所述路徑可以基於預定的圖案。根據本公開的又一個示例性實施方式，可以提供一種示例性計算機可訪問介質，該示例性計算機可訪問介質可以是非瞬時性的，並且可以具有存儲於其上的、用於將雷射引導和/或聚焦在身體內的目標組織上或將雷射引導和/或聚焦至身體內的目標組織的計算機可執行指令，當被硬體處理裝置執行時，計算機可執行指令對硬體處理裝置進行配置以執行特定的程序，例如從身體內的位置定位身體內的目標組織；以及利用具有插入到身體內的殼體的特定裝置來建立器件相對於目標組織的位置。利用計算機可執行指令來執行的示例性程序還可以包括通過在組織的圖像上描繪將利用至少一個電磁輻射切割的路徑來產生控制數據；限定將由至少一個電磁輻射作用的區域；和/或對至少一個電磁輻射的位置進行實時地控制。此外，示例性指令可以對處理裝置進行配置，以利用設置在殼體中的至少一個致動裝置，基於控制數據控制設置在殼體中的至少一個光學元件，從而例如對至少一個光進行折射和衍射中的至少一種。所述至少一個光可以是雷射，所述路徑可以基於預定的圖案。當結合所附權利要求閱讀本公開的示例性實施方式的以下詳細說明時，將更清楚地理解本公開的示例性實施方式的這些以及其他目的、特徵和優點。


為了更加完整地理解本公開及其優點，現在結合附圖參照以下描述圖I是根據本公開的示例性實施方式的內窺鏡雷射手術刀系統的示圖；圖2是根據本公開的第一示例性實施方式的圖I的示例性雷射手術刀系統的雷射掃描內窺鏡頭部的透視圖；圖3A是可以包括在圖2中示出的雷射掃描內窺鏡頭部的示例性實施方式中的光學元件的側視圖；圖3B是利用圖3A的示例性光學元件產生的示例性掃描幾何圖形的圖示；圖4A是可以包括在根據本公開的第二示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的光學元件的簡圖；圖4B是由圖4A的示例性光學元件產生的示例性掃描幾何圖形的圖示；圖5A是可以包括在根據本公開的第三示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的特定的光學元件的簡圖；圖5B是由圖5A的示例性光學元件產生的示例性掃描幾何圖形的圖示；圖6A是可以包括在根據本公開的第四示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的又一光學兀件的簡圖；圖6B是由圖6A的示例性光學元件產生的示例性掃描幾何圖形的圖示；
圖7A是可以包括在根據本公開的第五示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的另外的光學元件的圖示；圖7B是由圖7A的示例性光學元件產生的示例性掃描幾何圖形的圖示；圖8A是可以包括在根據本公開的第六示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的再一光學構型的圖不;圖8B是由圖8A的示例性光學元件產生的示例性掃描幾何圖形的圖示；圖9A是根據本公開的示例性實施方式的內窺鏡雷射手術刀器件的圖示和在該內窺鏡雷射手術刀器件的頭部部分處的截面視圖；圖9B是根據本公開的另一示例性實施方式的內窺鏡雷射手術刀器件的圖示和在該內窺鏡雷射手術刀器件的頭部部分處的截面視圖；圖10是根據本公開的不例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部連同其代表性尺寸的側視截面圖；圖11是根據本公開的示例性實施方式的伺服控制定位系統的透視圖；圖12A是根據本公開的示例性實施方式的示例性掃描器幾何圖形的圖示；圖12B是根據本公開的另一示例性實施方式的示例性掃描器幾何圖形的圖示；圖13A是由根據本公開的示例性實施方式的器件或裝置產生的示例性掃描圖案的示例性圖像；圖13B是根據本公開的又一示例性實施方式的示例性掃描器幾何圖形的圖示；圖13C是根據本公開的示例性實施方式的另外的示例性掃描圖案的圖示；圖14是根據本公開的另外的示例性實施方式的器件的側視圖；圖15是根據本公開的又一示例性實施方式的系統的框圖的圖示；圖16是根據本公開的某些示例性實施方式的示例性程序的流程圖；以及圖17是根據本公開的另外的示例性實施方式的示例性程序的流程圖。在整個附圖中，除非另作說明，否則相同的參考數字和符號用於表示所示出的實施方式的相同特徵、元件、部件或部分。此外，儘管現在將參照附圖詳細地描述本主題公開，該描述是結合所示實施方式進行的。旨在在不偏離本主題公開的真實範圍和精神的情況下，可以對所描述的實施方式做出改變和改型。
具體實施例方式為了解決和/或克服上述缺陷中的至少一些，根據本公開可以提供器件、裝置、設備、非瞬時性計算機可訪問介質和方法的示例性實施方式。例如，可以將能夠通過外科醫生遠程控制的小的示例性掃描器引入體腔內，以對雷射進行導向。雷射可以利用例如兩個或更多個小的旋轉光楔被傳輸至體腔並在組織之上進行掃描。使用例如可以被稱為裡斯萊稜鏡對(Risley prism pair)的一個示例性稜鏡裝置的優勢之一在於,該示例性稜鏡裝置可以被製成具有很小的型面，例如不比光纖(IOmm以下)的直徑大很多，並且該示例性稜鏡裝置可以置於內窺鏡的末端。一個或更多個透鏡可以用於聚焦光並且提高傳輸至組織的功率密度和/或調整器件的操作深度。使用裝置/系統的這種示例性實施方式可以便於通過柔性或剛性導管來對傳輸到相對地可接近的體腔內的雷射進行準確操縱。該示例性實施方式也可以採用鉸接臂和/或直線式視線雷射器傳輸程序/裝置。例如，系統的示例性實施方式可以包括成像器件，例如攝像機，該成像器件可以設置在掃描器鄰近、附近和/或固定至掃描器，以向用戶(例如，外科大夫)提供實時內窺鏡圖像，用戶則可以在視頻上描繪圖形以在組織的圖像上建立特定的掃描途徑。然後，該途徑可以被轉換成適當的光楔運動，從而以適當的速度和軌跡在組織上進行掃描。可替代地或另外地，用戶可以根據如在視頻監視器上顯示的視頻流，通過指示器或操縱杆(或滑鼠、觸控螢幕、數碼筆、跟蹤球等等)直接地控制雷射路徑和傳輸。示例性系統也可以構造成或結構設置成改變雷射束在組織上的焦距以調節不同的操作深度，從而便於雷射在體腔內的實時三維控制。 使用根據本公開的器件、系統、設備、非瞬時性計算機可訪問介質和裝置的示例性實施方式的示例性雷射傳輸裝置可以設置成以便執行和/或採用多個構型。例如，可以包括一個或更多個管道和/或通道，一個或更多個管道和/或通道包括例如用於光子帶隙的管道和/或用於CO2雷射傳輸的空心光纖。還可以包括用於雷射的傳輸的直接的視線構型和/或利用具有根據本公開的某些示例性系統的鉸接臂傳輸機構。例如，根據本公開的器件、系統、設備、非瞬時性計算機可訪問介質和裝置的示例性構型可以提供用於例如通過使負透鏡運動以控制焦點來執行深度調整。某些示例性構型可以不依賴於一些或所有光纖。例如，根據本公開的器件、系統、設備、非瞬時性計算機可訪問介質和裝置的示例性實施方式可以利用多種特定的電磁輻射源，多種特定的電磁輻射源可以與能夠用於執行外科手術的波長的一些或全部一起操作，多種特定的電磁輻射源包括例如1064nm的Nd:YAG、488nm和684nm的気和氪離子(Argon and Krypton Ion)等等。此外,根據本公開的某些示例性實施方式，內窺鏡頭部和本體可以由例如可以便於相對容易地清潔和殺菌的生物相容性材料組成。圖I示出根據本公開的示例性實施方式的內窺鏡雷射手術刀系統的示圖。在圖I中不出的內窺鏡雷射手術刀系統可以包括雷射掃描內窺鏡頭部100,該雷射掃描內窺鏡頭部100安裝在喉鏡或內窺鏡105的運端上。這裡，參照圖2-圖11對喉鏡或內窺鏡的雷射掃描內窺鏡頭部的示例性實施方式進一步地描述。內窺鏡頭部100中的示例性成像器件可以通過視頻流將體腔110中的組織的靜態、實時或運動的圖像中繼至處理器115，其中，處理器115可以例如以用戶可讀取的格式將圖像顯示在監視器和/或屏幕120上。用戶(例如，外科醫生)可以利用輸入器件125，輸入器件125可以是圖形輸入器件(例如，滑鼠、控制杆、觸控螢幕、數碼筆、跟蹤球等等)，圖形輸入器件可被用於通過所需雷射切割的路徑的圖示來覆蓋實時圖像。計算機控制裝置130可以被編程和/或激活以將顯示器上的圖形路徑的笛卡爾坐標轉換成用於掃描器的角坐標，其中，上述角坐標可以被發送至掃描器控制器135。掃描器控制器135可以將坐標轉換成可以被傳送到內窺鏡頭部100中的馬達的電指令信號。例如，掃描器控制器135也可以通過光纖145或另一個雷射傳輸系統來激活雷射器140並控制傳輸至掃描器的雷射光強。根據本公開的某些示例性實施方式，馬達可以實時地響應於圖形輸入器件的運動而被致動，以例如通過用戶提供對掃描器的直接控制。還可以利用剛性手術喉鏡代替柔性內窺鏡，例如喉鏡105。如圖I所示，根據本公開的示例性系統可以包括電光衰減器，該電光衰減器可以由例如為計算機控制器130的計算機控制器控制並用於調節雷射器(例如雷射器140)的強度。光纖145可以是單模光纖。可替代地,光纖145可以是多模光纖。此外，例如，光纖145可以是空心或光子帶隙光纖。根據本公開的某些不例性實施方式,雷射向內窺鏡掃描頭部100的直接傳輸或雷射通過鉸接臂的傳輸可以與光纖145結合使用或取代使用光纖145。也可以使用無線電頻率(或包括其波段的無線電頻率)以使掃描器控制單元135與位於掃描頭部100中的局部處理器對接。此外，可以使用例如電池的局部動力源，該局部動力源可以位於掃描頭部100中(或附近)以為操作器件提供動力。而且，可以將雷射源140結合或包括在內窺鏡掃描頭部100中或內部。因此，根據本公開的某些示例性實 施方式，可以在沒有與身體的外部的任何物理連接的情況下操作示例性器件；或者，如果使用外部雷射源，則僅具有用於雷射的傳輸的到達身體的外部的物理連接。圖2示出根據本公開的第一示例性實施方式的圖I的示例性雷射手術刀系統的雷射掃描內窺鏡頭部的透視圖。例如，在圖2中不出的雷射掃描內窺鏡頭部可以具有一個或更多個示例性透射元件210和225 (例如，折射和/或衍射元件)，一個或更多個示例性透射元件210和225使其中心在光軸200上對準。至少一個光束205可以通過光傳輸機構/裝置206傳輸，以相對於光軸200的第一角度①I入射在第一兀件210上。如圖2所不,光束205可以通過示例性的第一元件210而被折射或衍射，並以相對於光軸200的不同的第二角度02射出。光束205也可以以圍繞光軸的旋轉角和/或方位角從第一元件210射出，其中，旋轉角和/或方位角取決於第一元件210圍繞光軸200的旋轉角CpI。旋轉角(pi可以由例如在伺服控制定位裝置中的角位置傳感器220和馬達215致動和/或控制。根據一個示例性實施方式，示例性馬達215可以設置在內窺鏡頭部中，或設置在內窺鏡頭部附近。如在圖2中進一步示出的，示例性第二元件225可以接收相對於光軸200處於第一角度0 2的光，並且可以引起光束205的進一步的折射或衍射，使得所形成的光束205以相對於光軸的第三角度03射出，並具有圍繞光軸200的旋轉和/或方位角。根據該示例性裝置，光束205從第二元件225射出處的圍繞光軸200的旋轉角f I取決於第二器件225的另一個旋轉角f 2，第二器件225可以由例如在伺服控制定位構型中操作的第二角位置傳感器235和第二馬達230致動和/或控制。因此，根據圖2所示的示例性裝置，從第二元件225射出的光的角度可以具有以下相關性=03(01,(pi, q>2)。此外,示例性聚焦元件240可以包括在圖2所示的示例性系統中。特別地，圖2所示的示例性裝置可以構造成使得聚焦元件240跟隨兩個元件210、225，以使光束205聚焦到例如體腔內的目標組織上。在圖2中示出以及在此描述的部件可以容置或定位在結構和/或殼體250中，結構和/或殼體250可以構造成、尺寸設置成或結構設置成插入根據本公開的示例性器件可以應用的人、動物或任意其他生物的體腔內。圖3A示出根據本公開的第一示例性實施方式的圖I的示例性雷射手術刀系統的雷射掃描內窺鏡頭部的功能圖不。不例性光學兀件300、310例如各自可以是光楔或稜鏡、或衍射光柵、或其任意組合和/或混合物。根據雷射掃描內窺鏡頭部的某些示例性實施方式，圖2所示的光學元件210、225與圖3所示的光學元件300和310可以是相同的或基本相似的。圖3B示出利用圖3A的示例性光學元件生成的示例性掃描圖案320的圖示。如圖3B所示，掃描圖案320 (例如，被掃描區域)可以由從第二元件225射出的光束205限定，並因此取決於光學元件210,225的相應的旋轉角Cpl、 (P2。圖4A示出可以包括在根據本公開的第二示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的另外的光學元件的側視圖。圖4A所示的示例性光學元件400、410可以用於具有與圖2所示的示例性雷射掃描內窺鏡頭部相同或相似的基本構型的示例性器件中。然而，根據圖4A所示的器件的示例性實施方式，第一光學元件400可以是具有可變節距的固定(例如，非 旋轉)光柵。例如，第一光學元件400可以是聲光器件或液晶器件。光學元件400可以通過改變光柵節距V來改變衍射光束的第二角02。也如圖4A所示，第二光學元件410可以是能夠圍繞光軸旋轉以引起衍射光束的折射和/或衍射的光楔或稜鏡、或衍射光柵。示例性光學元件400、410可以使其中心在光軸上對準。圖4B示出由圖4A的示例性光學元件400、410生成的示例性掃描圖案420的圖示。如圖4B所示，所產生的掃描圖案420可以是具有與第一光學元件400的固定光柵的母線(ruling)正交的長軸的橢圓。圖5A示出可以包括在根據本公開的第三示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的特定的光學布局的側視圖。基於與圖2所示的示例性雷射掃描內窺鏡頭部相似的基本構型，或基於圖2所示的示例性雷射掃描內窺鏡頭部的基本構型，根據本公開的示例性器件可以具有單個光學元件500，如圖5A所示。例如，光學元件500可以是具有可變節距的單個旋轉衍射光柵，例如聲光器件或液晶器件。衍射角(或仰角)02可以通過改變光柵的節距V而被改變。圍繞光軸的角(或方位角)可以通過使光學元件500旋轉過角f而被改變。圖5B是由圖5A的示例性光學元件500產生的示例性掃描圖案520的圖示。如圖5B所示，由圖5A所示的、根據本公開的器件的示例性實施方式產生的掃描圖案520可以是圓。圓的半徑530可以取決於光學元件500的光柵節距。圖6A示出可以包括在根據本公開的第四示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的又一個光學元件裝置的側視圖。圖6A所示的示例性光學元件600、610也可以用於具有與圖2所示的示例性雷射掃描內窺鏡頭部的基本構型相同或相似的基本構型的示例性器件中。然而，根據圖6A所示的器件的示例性實施方式，光學元件600、610可以均為分別具有可變節距Vl和v2的固定(例如，非旋轉)和正交衍射光柵，例如聲光器件或液晶器件。如圖6A所不,從光學兀件610射出的光束的衍射角03可以取決於光束的入射角以及光學元件600和610的相應的光柵節距Vl和v2。因此，例如，根據本公開的某些示例性實施方式，可以通過改變和/或控制光柵的節距來改變折射和/或衍射的光向身體中的目標位置的傳輸的位置，而不需要使用任何的致動器、馬達和/或傳感器以改變和/或控制光學元件的位置和/或方向。圖6B示出由圖6A的示例性光學元件600、610產生的示例性掃描圖案620的圖示。如圖6B所示，該實施方式的所產生的掃描圖案620是具有取決於光學元件600和610的相應的兩個光柵的節距Vl和v2的笛卡兒坐標的矩形。此外，根據本公開的某些示例性實施方式，可以通過改變和/或控制入射光束的至少一個特徵，例如光的頻率和/或波長，來改變折射和/或衍射的光向身體中的目標位置的傳輸的位置，而例如不需要使用任何的致動器、馬達和/或傳感器以改變和/或控制光學元件的位置和/或方向。圖7A示出可以包括在根據本公開的第五示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的另一個光學裝置的側視圖。圖7A中示出的示例性光學元件700、710可以用於具有與圖2所示的示例性雷射掃描內窺鏡頭部的基本構型相同或相似的基本構型的示例性器件中。類似於圖4A所示的構型，第一光學元件700可以是具有可變節距的固定(例如，非旋轉)光柵，第二光學元件710可以是光楔或稜鏡、或具有固定節距的衍射光柵。類似於圖4A所示的構型，第二光學元件710可以相對於光軸旋轉，以引起衍射光束的折射或衍射。然而，不同於圖4A所示的示例性構型，根據圖7A所示的示例性實施方式，衍射光束的第二角02(仰角)可以通過改變入射光束的頻率和/或波長而被改變。 圖7B示出由圖7A的示例性光學元件700、710生成的再一個示例性掃描圖案720的圖示。如圖7B所示，根據圖7A所示的本公開的器件的示例性實施方式的所產生的掃描圖案720，例如是具有與光柵方向正交的長軸的橢圓。圖8A示出可以包括在根據本公開的第六示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部中的又一個光學裝置的側視圖。根據圖8A所示的本公開的器件的示例性實施方式具有與圖7A中示出的示例性器件的示例性實施方式相似的構型，其中，具有可變頻率/波長的入射光束。然而，不同於圖7A所示的示例性構型，圖8A所示的示例性構型具有單個光學元件800,該光學兀件800可以是能夠圍繞光軸旋轉以引起衍射光束的旋轉方位角的光楔或稜鏡、或具有固定節距的衍射光柵。圖8B是由圖8A的示例性光學元件800產生的示例性掃描圖案820的圖示。如圖8B所示，根據圖8A所示的本公開的器件的示例性實施方式的所產生的掃描圖案820可以是圓形的。圖9A示出根據本公開的示例性實施方式的內窺鏡雷射手術刀器件的圖示和在該內窺鏡雷射手術刀器件的頭部部分處的截面圖。如圖9所示，該示例性器件包括空心光纖945,空心光纖945能夠將CO2紅外雷射傳輸至內窺鏡掃描頭部900。該不例性器件可以被構造成使得雷射和/或光可以首先通過負透鏡905而被擴展，然後被正透鏡910校準以填充掃描光學稜鏡或光楔915、960的孔隙(aperture)。第一掃描光學稜鏡或光楔915可以安裝在通過一系列軸承925保持就位的剛性環(或環支座)920上。環920可以通過例如超聲馬達930來旋轉。磁性環935可以附連至剛性環920，並且磁性環935的位置可以例如通過霍爾傳感器陣列940而被測量和/或監測。超聲馬達930和霍爾位置傳感器940可以在伺服迴路裝置中響應於從掃描器控制單元，例如圖I所示的掃描器控制單元135，傳輸的運動指令，通過例如局部處理器950而被控制。運動指令可以經由信號總線955或多種其他有線的和/或無線的通信系統和協議(protocols)而被傳輸。如圖9A中進一步示出的，第二光楔或稜鏡光機電單元/裝置960可以位於第一機械單元之後(例如，與第一機械單元相比，更運離光源地定位)，並且第二光楔或稜鏡光機電單元/裝置960可以包括第二稜鏡、安裝環、軸承陣列、環形磁體以及霍爾位置傳感器。第二機械單元/裝置960也可以是在局部處理器950的伺服控制之下。聚焦正透鏡965可以使內窺鏡頭部與體腔接觸，並且可以限定內窺鏡掃描頭部的工作距離、操作範圍和解析度。根據圖9A所示的內窺鏡雷射手術刀系統、器 件、設備以及裝置的示例性實施方式，掃描器光學器件中的一些或所有可以由硒化鋅(ZnSe)組成並構造成用於與CO2雷射一起使用。儘管本領域普通技術人員鑑於本文中的教示可以理解能夠使用其他材料，但由於硒化鋅與其他可利用的材料相比的相對低的體積吸收係數和良好的抗反射特性，使用ZnSe可以是優選的。內窺鏡頭部可以包括相鄰於掃描器並與掃描器械具有固定關係的纖維鏡970和/或其他內窺鏡成像器件。纖維鏡970可以構造成提供或便於體腔內的組織樣本的照明，以及將實時視頻圖像中繼至外部視頻處理器和圖像顯示器，例如圖I中所示的視頻處理器115和顯示器120。與視頻圖像相關的數據和/或信息也可以存儲在存儲裝置和/或存儲器件中，存儲裝置和/或存儲器件可以包括用於隨後的顯示和/或處理的硬體非瞬時性計算機可訪問介質。根據本公開的系統、器件、設備和裝置的某些示例性實施方式，在內窺鏡頭部中可以設置有構造成平行(或基本上平行)於纖維鏡970的一個或更多個附加通道。例如，這種附加通道在尺寸和/或截面形狀方面可以變化，並且可以構造成並用於提供來自例如體腔的液體、氣體和/或小固體的傳輸和/或移除。例如，這種附加通道也可以構造成和/或用於外科手術器械、器件、工具、檢測器和/或傳感器等等的插入和移除。根據圖9A所示的系統、器件、設備以及裝置的示例性實施方式，內窺鏡頭部可以通過活動聯接器980安裝在Kleinstasser或Steiner手術喉鏡975的端部處,活動聯接器980可以通過滑輪系統985和外部操縱杆鎖990提供內窺鏡掃描頭部的隨動運動。也可以將內窺鏡掃描頭部安裝到柔性內窺鏡上，例如消化內鏡(gastroendoscope)或乙狀結腸鏡。作為替代使用纖維鏡(或與纖維鏡相結合)的方案，成像傳感器，例如CCD或CMOS成像晶片，可以結合到示例性掃描頭部內，以提供例如組織的實時圖像。在示例性掃描頭部900中也可以設置有單獨的照明路徑。此外，根據本公開的另一個示例性實施方式，可以將兩個或更多個成像器件(例如，檢測器晶片、成像器件和/或纖維鏡)結合到示例性掃描頭部中，以產生體腔內的組織的立體圖像，該立體圖像可以用來為用戶(例如，手術外科醫生)提供對器件的更好控制。根據這種示例性實施方式，前聚焦鏡頭可以被調整以改變例如掃描頭部的工作距離、操作範圍以及雷射點尺寸。也可以使用根據本公開的系統、器件、設備以及裝置的某些以下示例性實施方式，這些實施方式構造成或結構設置成用於通過機電裝置遠程地定位掃描頭部900，以便提供用於例如在遠距離醫學中使用系統、器件、設備以及裝置的這種示例性實施方式。通信接口可以用於便於例如實時直接通信和/或經由網際網路的通信，以便於不在現場的用戶遠程地控制和/或使用示例性系統、器件、設備以及裝置。模擬和/或預編程程序的執行也可以用來克服任何時間延遲，其中，任何時間延遲可能由不在現場的用戶引起並且另外在執行某些時間關鍵手術中帶來可能的困難。也可以將加速計和/或穩定系統結合或包括在掃描器頭部中，以便例如補償在手術期間的任何不想要的運動。圖9B不出根據本公開的另一不例性實施方式的內窺鏡雷射手術刀器件901的圖不和在該內窺鏡雷射手術刀器件901的頭部部分902處的截面圖。用於CO2雷射傳輸的空心纖維可以用於根據本公開的某些示例性實施方式的內窺鏡雷射手術刀器件901。也可以包括和/或利用除掃描光學器件之外的其他元件/部件/裝置，並且這些其他元件/部件/裝置可以定位成例如鄰近掃描光學器件。例如，這些其他元件/部件/裝置可以包括例如(a)照明通道903(例如，光纖或LED) ； (b)視頻通道904 (例如，視頻通道904可以包括CCD和/或光纖束)；(c)雷射傳輸通道905 (例如,單或多模光纖、鉸接臂傳輸構型或視線傳輸構型)；(d)機電控制通道906，機電控制通道906可以用於兩個或更多個分離和獨立的光學掃描元件907、908 ;(e)其他同軸光束成形和聚焦元件909 (例如，聚焦和/或校正光學器件)；(f)遠程控制系統，該遠程控制系統可以用於定位和/或定向內窺鏡頭部(例如，該遠程控制系統可以包括成角控制線和滑輪)；以及(g)用於例如傳輸和/或移除液體、氣體、小固體和/或其他器械、器件和工具的附加通道、工作管道和/或器械。如圖9B所示，光學元件907、908(例如，光楔和/或稜鏡)的旋轉和控制器可以定位或設置在根據本公開的某些示例性實施方式的內窺鏡頭部902中，並且構造成/結構設置成執行根據本公開的另外的示例性實施方式的、用於小型化和精確性的某些示例性方法和程序。這可以例如通過使用位於內窺鏡頭部902中的可以被遠程控制的微型馬達和/或 致動器來實現。根據本公開的示例性實施方式，由於光學元件907、908可以具有較小的質量或重量，因此可以在內窺鏡頭部902中使用小的致動器，並且保持示例性器件、系統、設備和/或裝置的精確性和速度。例如，示例性機械系統可以用來響應於用戶的(外科醫生的)與視頻圖像和定位器件的交互作用而控制光楔907、908的簡單和複雜的運動和/或旋轉，所述簡單和複雜的運動和/或旋轉包括例如加速度、反轉和循環。可以設置有示例性成像和照明通道以便於在內窺鏡頭部的前面到大約2cm-10cm的深度的區域恢復和生成例如200條線(或更好)的內窺鏡圖像。本領域的普通技術人員應當理解的、成像屏幕的笛卡爾空間與示例性光學元件的雙角空間之間的數學關係可以有利於示例性的結果。另外，根據本公開的某些示例性實施方式，光檢測器和/或分析器可以結合到掃描器頭部中。信息和/或數據可以從光檢測器獲得並且被實時顯示，在存儲裝置和/或存儲器件中被處理和/或存儲，並且可以實時地或隨後被利用以分析來自外科手術雷射器的散射光和/或從組織反射的光。這種示例性數據、信息和/或分析可以例如用於評估和/或檢查雷射器件、系統、方法、裝置和/或設備的性能以及雷射手術的效果。儘管本文已經描述了某些類型的光學元件，但本領域普通技術人員鑑於本公開的教示應當理解，根據本公開的某些示例性實施方式，可以在掃描器中使用相對低成本的鍺光學器件。也可以使用雷射控制器與各種不同光學器件的結合裝置。例如，表I示出根據本公開的某些示例性實施方式的用於雷射控制器與不同光學器件的示例性組合的示例性數值數據和參數。本領域普通技術人員基於本公開的教示應當理解的是，根據本公開的某些示例性實施方式，可以使用雷射控制器與不同光學器件的其他示例性組合。# 類型注釋曲率厚度玻璃半徑參數I參數2
無窮大
0.0000 標準0.00000.0000 0.00000.0000
(inf)
1.0000近軸0.000075.00000.1500 -5.00001.0000
傾斜表面
2.0000光楔0.00002.7200ZNSE 6.3500-0.05240.0000(TILTSURF)
3.0000標準0.00000.50006.3500 0.00000.0000
4.0000標準光楔 0.00002.7200ZNSE 6.3500 0.00000.0000
5.0000傾斜表面0.00001.00006.3500 0.05240.0000
6.0000標準雷射研究選項 0.00001.6000ZNSE 7.6200 0.00000.0000
7.0000標準LX-0620-Z-ET1.5 -0.01400.00007.6200 0.00000.0000
8.0000標準0.0000128.46032.5718 0.00000.0000
9.0000標準0.0000 0.000018.4306 0.0000 0.0000表I :用於根據本公開的雷射控制器和不同光學器件的示例性組合的示例性數值數據和參數圖10示出根據本公開的示例性實施方式的雷射掃描內窺鏡頭部1000連同其代表性尺寸的截面側視圖，其中，掃描器光學器件的直徑可以限定外科手術雷射束的數值孔徑。例如，如圖10所示，根據本公開的示例性實施方式的掃描器光學器件1010的直徑可以為大約8mm。對於掃描器光學器件1010的直徑而言，也可以在大約2mm到14mm的範圍內。用於掃描器光學器件1010的直徑的其他示例性範圍可以是4mm到12mm、6mm到IOmm(或其近似值)等等。應當理解的是，根據本公開的某些示例性實施方式，掃描器光學器件1010的直徑可以小於2mm或大於15mm。例如，掃描器光學器件1010的直徑為大約8mm,孔徑可以為大約5mmo如圖10進一步示出的，頭部1000的直徑1020可以取決於示例性系統中的除光學器件之外的其他元件和/或部件，例如成像通道、照明通道和器械通道、馬達、處理器、控制系統等等。例如，頭部1000的直徑1020可以為大約16mm，如圖10所示。對於頭部1000的直徑1020而言，也可以在大約8mm到24mm的範圍內。例如，頭部1000的直徑1020也可以 是IOmm到22mm、12mm到20mm(或其近似值)等等。應當理解的是，根據本公開的某些示例性實施方式，頭部1000的直徑1020可以小於8mm或大於24mm。頭部1000的直徑1020可以取決於若干因素，這些因素例如包括採用本系統的應用、包括在頭部中的特徵(例如，通道)以及相關的製造可行性和費用。因此，考慮到與生產可以包括在根據本公開的示例性系統和器件中的光學器件和其他元件相關的精確製造和技術，可以生產具有連續的更小直徑的頭部並因此被認為是根據本公開的。頭部1000的長度可以取決於用於進行掃描的光學元件的光學設計、選擇和/或構型。例如，頭部1000的長度1030可以為大約17mm，如圖10所示。對於頭部1000的長度1030而言，也可以在大約9mm到25mm的範圍內。此外，頭部1000的長度1030可以是Ilmm到23mm、13mm到21mm(或其近似值)等等。例如,根據本公開的某些示例性實施方式,長度1030可以小於9mm或大於25mm。圖11示出根據本公開的示例性實施方式的伺服控制定位系統的透視圖。圖11所不的不例性掃描器可以包括一個或更多個光纖1145,光纖1145可以構造成將光傳輸至不例性系統、器件、設備、裝置等等。兩個或更多個鏡頭1100、1105可以擴展和/或校準光束以填充掃描器元件的孔隙。第一掃描光楔1110可以通過磁性環1120安裝至安裝環1115，磁性環1120相對於安裝環1115同心地固定。超聲馬達1125可以構造成以由微處理器/頻率發生器裝置1130控制的方向和加速度來使安裝環1115旋轉。四個或更多個正交磁性檢測器1135的陣列可以將磁性環的旋轉位置中繼(和/或通信)至裝置1130。超聲馬達 1125和檢測器1135可以通過例如伺服控制裝置中的信號總線1140連接至裝置1130。也可以使用可以使超聲馬達1125和檢測器1135有線地和/或無線地連接至裝置1130的其他通信系統、構型和/或協議。可以設置有第二掃描器單元/裝置，該第二掃描器單元/裝置可以具有設置在內窺鏡頭部中的第二光楔1150、另外的安裝環1155、另一個磁性環1160、另一個超聲馬達1165以及位置傳感器陣列1170。聚焦透鏡1175例如可以建立掃描器的解析度、工作距離和工作範圍直徑。裝置1130可以經由信號總線1180連接至外部掃描器控制器，例如圖I中所示的計算機控制裝置130。圖12A示出代表由根據本公開的示例性實施方式的示例性光學元件和/或裝置產生的掃描圖案的幾何簡圖1200的圖示，幾何簡圖1200可以基於示例性模型。例如，圖12A示出的示例性幾何簡圖1200可以利用根據本公開的示例性器件、裝置、系統、設備等等產生，根據本公開的示例性器件、裝置、系統、設備等等可以包括兩個或更多個光學元件或其示例性模型，光學元件例如為圖3A所示的光學元件300、310。可以用來產生幾何簡圖1200的光楔和/或相應的模型可以包括例如如圖11所示的兩個光楔1110、1150。例如，在圖12A中示出可以用於相應的示例性模型中的示例性變型。圖12B示出具有可以用於根據本公開的示例性實施方式的模型中的變量的示例性幾何簡圖1220。示例性幾何簡圖1220可以與圖12A所示的幾何簡圖1220相同或基本相似。應當理解的是，如例如通過比較圖12A和圖12B所示出的，用於分別產生兩個示例性簡圖1200、1220和/或可以分別通過兩個示例性簡圖1200、1220而建立模型的幾何圖形和/或圖案可以是不同的。儘管如圖12B所示的幾何簡圖1220可以通過示例性器件的操作的模型產生和/或代表示例性器件的操作的模型，但幾何簡圖1200、1220關於角度的幾何圖形可以彼此不同，其中，示例性器件的操作的模型可以與用於產生掃描圖案和/或由簡圖1200表示(例如，利用兩個或更多個光楔)的示例性器件相同或基本相似。例如，如圖12B所示，可以具有由不同的角度產生的間隙1230，間隙1230可以由變量O建立模型，表示用於產生對應於幾何簡圖1220的掃描圖案的光學元件之間的距離。如圖12A所示，在該示例性實施方式中，間隙1230不存在，並且O沒有出現在幾何簡圖1200中。
例如，以下示例性等式可以與根據本公開的示例性實施方式的模型一起使用，例如對應於如圖12A和圖12B所示的示例性簡圖1200、1220的示例性模型。Y1 = (Ii1-I) X 3 1Y2 = (n2-l) X 旦2
r, =、/r22 - Cr2 x Sm2Itpl — —cr x cos(啊-tp2)
X = rxK COSfl + CF X COSfl +r3 X COSft
Y = rx x sin ￠), +ax sin獨 +n x sin ftR 「X2 十 Y2
[atan(F/Z), X>0;0—\ /
[；T+atan(m) Jf <0其中，&是從軸線的徑向位移，Pi是光楔角度，0是兩個光楔之間的距離，R和0是極坐標中的目標點的半徑和角度，X和Y是笛卡爾坐標中的位置，以及Iii是光楔的折射率。圖13A是由根據本公開的示例性實施方式的器件產生的示例性掃描圖案1305的示例性圖像1300。為了產生示例性掃描圖案1305，設置有示例性軟體裝置(例如，一組計算機可執行指令)，該示例性軟體裝置可以存儲在硬體計算機可訪問介質中，該硬體計算機可訪問介質在被執行時對硬體處理裝置進行配置以執行程序，從而經由控制器利用光學器件便於和/或控制示例性系統的操作，以繪製和描繪對應於圖13A中所示的掃描圖案1305的輻照路徑。例如，圖像1305可以是由通過根據本公開的示例性實施方式製造和使用的示例性器件掃描和控制的雷射束，在一張熱敏紙上實現的痕跡的照片。示例性痕跡可以是預先編程的路徑，該預先編程的路徑建立在圖I所示的計算機控制器130中並通過圖I所示的掃描器控制器135執行。因此，在附錄中所提供的是可以用於執行根據本公開的示例性程序的示例性編碼，示例性程序可以例如生成在圖13A的示例性圖像1300中示出的掃描圖案1305。例如，在附錄中示出的示例性程序可以與通過空心或光子帶隙纖維傳輸的CO2雷射一起使用。這種示例性裝置和/或系統可以與例如用於CO2雷射器的馬達控制器和工業Zn-Se光學器件聯接。例如，某些示例性馬達控制方程可以經由計算機軟體和/或例如為Matlab的程式語言而得到利用。如在以上所描述的，可以使用用於雷射的纖維傳輸構型以及直接的雷射傳輸程序。根據這種示例性實施方式，在視頻圖像空間中的所需點和光學元件的旋轉位置之間的示例性關係可以由以下等式以與在上文中參照圖12A描述的相似的方式表示。例如，如果A = r2 = r,則對於每個點(X, y)的角度可以通過以下等式計算
權利要求
1.一種設備，包括 至少ー個光學元件，所述至少ー個光學元件構造成對至少一個光進行折射和衍射中的至少ー種； 構造成插入到身體內的至少ー個結構，其中，所述至少ー個光學元件設置在所述至少一個結構中，所述至少ー個光學元件構造成接收處於ー個第一角度的所述至少ー個光，並且所述至少ー個光學元件產生處於第二角度的至少ー個折射光或衍射光，所述第二角度相對於光軸與所述第一角度不同；以及 致動裝置，所述致動裝置構造成控制所述至少ー個光學元件以改變所述至少一個折射或衍射光的所述第二角度，其中，所述裝置至少部分地位於所述至少ー個結構內。
2.根據權利要求I所述的設備，其中，所述至少ー個光是雷射。
3.根據權利要求I所述的設備，其中，所述第二角度是一致的。
4.根據權利要求I所述的設備，其中，所述至少ー個光學元件是多個光學元件，並且所述光學元件中的至少兩個構造成產生所述至少一個折射光或衍射光。
5.根據權利要求I所述的設備，其中，所述至少ー個光學元件是稜鏡和光柵中的至少ー個。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，所述至少ー個光學元件是具有可變空間頻率的光柵。
7.根據權利要求5所述的設備,其中,所述至少ー個光學兀件是聲光光柵。
8.根據權利要求5所述的設備，其中，所述至少ー個光學元件是固定光柵。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述固定光柵是全息傳輸光柵和閃耀光柵中的至少ー個。
10.根據權利要求I所述的設備，其中，所述裝置進ー步構造成控制所述至少ー個光學元件，以改變所述至少一個折射光或衍射光的所述第二角度和所述至少一個折射光或衍射光的不同於一致的所述第二角度的一致的第三角度。
11.根據權利要求I所述的設備，其中，所述致動裝置被以手動方式、機械方式、電氣方式、機電方式和遙控方式中的至少ー種控制。
12.根據權利要求I所述的設備，其中，所述致動裝置至少部分地由機械裝置控制。
13.根據權利要求I所述的設備，還包括光纖構型，所述光纖構型構造成提供穿過其的所述至少ー個光。
14.根據權利要求13所述的設備，其中，所述光纖構型構造成將所述至少ー個光傳輸至所述至少ー個光學元件。
15.根據權利要求I所述的設備，還包括至少ー個透鏡，所述至少一個透鏡與所述至少ー個光學元件光學地相關聯。
16.根據權利要求15所述的設備，其中，所述至少ー個光學元件是多個光學元件，並且所述至少ー個透鏡設置在所述光學元件之間的光學路徑中。
17.根據權利要求15所述的設備，其中，所述至少ー個透鏡設置在所述至少ー個光學元件和所述光纖構型之間的光學路徑中。
18.根據權利要求I所述的設備，其中，所述至少一個透鏡在光學路徑中設置在所述至少ー個光學元件之後。
19.根據權利要求I所述的設備，還包括另外的裝置，所述另外的裝置構造成提供所述至少ー個光井且被控制成改變所述至少一個折射光或衍射光向所述至少一個結構中的目標組織的傳輸深度。
20.根據權利要求19所述的設備，其中，所述另外的裝置包括消融雷射器、切割雷射器和切除雷射器中的至少ー個。
21.根據權利要求I所述的設備，還包括接收裝置，所述接收裝置構造成設置在身體中並且被構造成接收來自所述至少一個結構中的目標組織的至少ー個另外的光。
22.根據權利要求21所述的設備，其中，所述至少ー個另外的光是可見光。
23.根據權利要求21所述的設備，其中，所述接收裝置包括至少ー個光檢測器。
24.根據權利要求23所述的設備，其中，所述至少一個光檢測器是電荷耦合器件(CXD)、光纖束和互補金屬氧化物半導體(CMOS)檢測器中的至少ー個。
25.根據權利要求23所述的設備，還包括附加裝置，所述附加裝置構造成向所述目標組織提供所述至少ー個另外的光，並且所述附加裝置構造成使所述附加裝置位於身體內。
26.根據權利要求21所述的設備，其中，所述接收裝置構造成提供所述目標組織的至少ー個圖像，並且所述設備還包括特定裝置，所述特定裝置有助於通過(i)用戶控制方式和(ii)自動方式中的至少ー種對所述至少ー個光的應用進行可視控制。
27.根據權利要求I所述的設備，還包括外部構型，所述外部構型構造成將所述至少ー個光傳輸至所述至少一個結構，並且所述外部構型位於身體的外部。
28.根據權利要求27所述的設備，其中，所述外部構型進ー步構造成以在時間上順序地和同時地中的至少ー種方式控制所述至少ー個光的頻率。
29.根據權利要求28所述的設備，其中，所述外部構型包括可調諧的雷射裝置。
30.根據權利要求28所述的設備，還包括至少ー個散射元件，所述至少一個散射元件構造成在所述至少一個散射元件的旋轉期間，沿徑向方向以特定的波長相關角對所述至少一個光進行轉向和反射中的至少ー種，以使所述至少ー個光在旋轉運動中移動。
31.根據權利要求30所述的設備，其中，包括以下情況中的至少ー種 (i)所述外部構型進ー步構造成改變所述至少一個光的波長，以使所述至少一個光徑向地運動，以及 (ii)所述至少一個散射元件進ー步構造成被旋轉，以使所述至少ー個光運動。
32.—種設備,包括 至少兩個光學元件，所述至少兩個光學元件構造成反射至少ー個光；以及 構造成插入到身體內的至少ー個結構， 其中，所述光學元件設置在所述至少一個結構中， 其中，所述光學元件的第一構型被定位成或被控制成接收處於第一角度的所述至少一個光，並且產生處於第二角度的至少ー個第一反射光，所述第二角度相對於光軸與所述第一角度不同， 其中，所述光學元件的第二構型構造成接收所述至少ー個第一反射光並且產生處於第三角度的至少ー個第二反射光，所述第三角度相對於所述光軸與所述第二角度不同。
33.根據權利要求32所述的設備，還包括致動裝置，所述致動裝置構造成控制所述光學元件的所述第一構型和所述第二構型中的至少ー個，以改變所述至少ー個光的所述第二角度或所述第三角度，其中，所述裝置至少部分地位於所述至少ー個結構內。
34.根據權利要求32所述的設備，其中，所述光學元件的第三構型構造成或被控制成接收所述至少ー個第二反射光，並且產生處於第四角度的至少ー個第三反射光，所述第四角度相對於所述光軸與所述第三角度不同。
35.根據權利要求34所述的設備，其中，所述光學元件的第四構型構造成或被控制成接收所述至少ー個第三反射光，並且產生以第五角度朝向身體的至少ー個第四反射光，所述第五角度相對於所述光軸與所述第四角度不同。
36.根據權利要求32所述的設備，還包括致動裝置，所述致動裝置構造成對所述光學元件的所述第一構型和所述第二構型中的至少ー個進行控制，以改變所述至少一個光的所述第五角度，其中，所述裝置至少部分地位於所述至少ー個結構內。
37.根據權利要求32所述的設備，其中，所述第二構型進ー步構造成產生所述至少一個第二反射光，以具有圓柱形形狀。
38.根據權利要求32所述的設備，其中，所述第一構型和所述第二構型中的至少ー個包括具有錐形形狀的至少ー個部分。
39.根據權利要求37所述的設備，其中，所述第一構型包括錐形鏡。
40.根據權利要求37所述的設備，其中，所述第二構型包括錐形截面鏡。
41.根據權利要求32所述的設備，其中，所述第三構型和所述第四構型中的至少ー個包括為拋物面形的至少ー個部分。
42.根據權利要求40所述的設備，其中，所述第三構型包括拋物面截面鏡。
43.根據權利要求40所述的設備，其中，所述第四構型包括拋物面鏡。
44.根據權利要求32所述的設備，其中，所述至少ー個光是雷射。
45.根據權利要求32所述的設備，其中，所述第二角度是一致的。
46.根據權利要求32所述的設備，其中，所述致動裝置進ー步構造成控制所述光學元件中的至少ー個，以改變所述反射光的所述第二角度和所述反射光的所述第三角度，所述第三角度相對於所述光軸與所述第二角度不同，其中，所述第一角度和所述第二角度是ー致的。
47.根據權利要求32所述的設備，其中，所述致動裝置被以手動方式、機械方式、電氣方式、機電方式和遙控方式中的至少ー種控制。
48.根據權利要求32所述的設備，其中，所述裝置至少部分地通過機械裝置控制。
49.根據權利要求32所述的設備，還包括光纖構型，所述光纖構型被構造成提供穿過其的所述至少ー個光。
50.根據權利要求49所述的設備，其中，所述光纖構型被構造成將所述至少ー個光傳輸至所述光學元件中的至少ー個。
51.根據權利要求32所述的設備，還包括至少ー個透鏡，所述至少一個透鏡與所述光學元件中的至少ー個光學地相關聯。
52.根據權利要求51所述的設備，其中，所述至少ー個透鏡設置在所述光學元件之間的光學路徑中。
53.根據權利要求51所述的設備，其中，所述至少ー個透鏡設置在所述光學元件中的所述至少ー個與所述光纖構型之間的光學路徑中。
54.根據權利要求51所述的設備，其中，所述至少一個透鏡在光學路徑中設置在所述光學兀件之後。
55.根據權利要求32所述的設備，還包括另外的裝置，所述另外的裝置構造成提供所述至少ー個光，並且被控制成改變所述反射光向所述至少一個結構中的目標組織的傳輸深度。
56.根據權利要求55所述的設備，其中，所述另外的裝置包括消融雷射器、切割雷射器和切除雷射器中的至少ー個。
57.根據權利要求32所述的設備，還包括接收裝置，所述接收裝置設置在身體中並被構造成接收來自所述至少一個結構中的目標組織的至少ー個另外的光。
58.根據權利要求57所述的設備，其中，所述至少ー個另外的光是可見光。
59.根據權利要求57所述的設備，其中，所述接收裝置包括至少ー個光檢測器。
60.根據權利要求57所述的設備，其中，所述至少ー個光檢測器包括電荷耦合器件(CXD)、光纖束和互補金屬氧化物半導體(CMOS)檢測器中的至少ー個。
61.根據權利要求60所述的設備，還包括附加裝置，所述附加裝置構造成向所述目標組織提供所述至少ー個另外的光，並且所述附加裝置位於身體內。
62.根據權利要求57所述的設備，其中，所述接收裝置構造成提供所述目標組織的至少ー個圖像，並且所述接收裝置還包括另ー個裝置，所述另ー個裝置有助於通過(i)用戶控制方式和(ii)自動方式中的至少ー種對所述至少ー個光的應用進行的可視控制。
63.根據權利要求32所述的設備，還包括外部構型，所述外部構型構造成將所述至少一個光傳輸至所述至少一個結構，並且所述外部構型位於身體的外部。
64.根據權利要求63所述的設備，其中，所述外部構型進ー步構造成以在時間上順序地和同時地中的至少ー種方式控制所述至少ー個光的頻率。
65.根據權利要求64所述的設備，其中，所述外部構型包括可調諧的雷射裝置。
66.一種用於提供雷射引導和聚焦的方法，所述方法包括 -限定圖案以照射身體中的至少ー個部分； -利用致動裝置基於所述圖案對設置在殼體中的至少ー個光學元件進行控制，以對至少ー個光進行折射和衍射中的至少ー種，其中，所述殼體構造成插入到身體內，並且所述致動裝置構造成使所述致動裝置插入到身體內。
67.根據權利要求66所述的方法，還包括提供所述至少ー個光。
68.根據權利要求66所述的方法，還包括對所述光學元件中的至少ー個進行控制，以改變所述至少一個折射光或衍射光的角度。
69.根據權利要求66所述的方法，還包括對所述至少ー個光進行控制，以改變所述至少ー個折射光或衍射光向所述至少一個結構中的目標組織的傳輸深度。
70.根據權利要求66所述的方法，還包括 -對所述光學元件中的至少ー個的至少ー個位置或方向或者對所述至少ー個折射光或衍射光進行監測； -基於所述至少ー個位置或所述至少ー個方向來生成至少ー個信號；以及 -基於所述至少ー個信號對所述光學元件中的至少ー個的位置和方向中的至少ー個進行控制。
71.一種計算機可訪問介質，所述計算機可訪問介質具有存儲於其上的用於提供雷射引導和聚焦的計算機可執行指令，在由硬體處理裝置執行時，所述計算機可執行指令將所述硬體處理裝置配置成 -限定圖案以照射身體中的至少ー個部分； -利用致動裝置基於所述圖案對設置在殼體中的至少ー個光學元件進行控制，以對至少ー個光進行折射和衍射中的至少ー種，其中，所述殼體構造成插入到身體內，並且所述致動裝置構造成使所述致動裝置成插入到身體內。
72.根據權利要求71所述的計算機可訪問介質，其中，所述處理裝置進ー步構造成對源裝置進行控制以提供所述至少ー個光。
73.根據權利要求71所述的計算機可訪問介質，其中，所述處理裝置進ー步構造成對所述光學元件中的至少ー個進行控制，以改變所述至少一個折射光或衍射光相對於光軸的角度。
74.根據權利要求71所述的計算機可訪問介質，其中，所述處理裝置進ー步構造成通過改變所述至少一個光的至少ー個特性來對源裝置進行控制，以改變所述折射光或衍射光向身體中的目標位置的傳輸深度。
75.根據權利要求71所述的計算機可訪問介質，其中，所述處理裝置進ー步構造成 -對所述光學元件中的至少ー個的位置或者對所述至少ー個折射光、衍射光或反射光進行監測； -基於所述位置或方向生成至少ー個信號；以及 -基於所述至少ー個信號對所述光學元件中的至少ー個的位置和方向中的至少ー個進行控制。
76.一種用於將雷射引導到身體內的目標組織上和將雷射聚焦至身體內的目標組織中的至少ー個的方法，所述方法包括 -從身體內的位置對身體內的所述目標組織進行定位； -利用具有插入在身體內的殼體的特定裝置來建立器件相對於所述目標組織的位置； -通過以下方式中的至少ー種來生成控制數據(i)在所述組織的圖像上描繪出將利用至少ー個電磁輻射進行切割的路徑，(ii)限定將被所述至少ー個電磁輻射作用的區域，和(iii)實時地控制所述至少ー個電磁輻射的位置；以及 -利用設置在所述殼體中的至少ー個致動裝置，基於所述控制數據來控制設置在所述殼體中的至少ー個光學元件，以對至少ー個光進行折射和衍射中的至少ー種。
77.根據權利要求76所述的方法，其中，所述至少ー個光是雷射。
78.根據權利要求76所述的方法，其中，所述路徑基於預定的圖案。
79.一種計算機可訪問介質，所述計算機可訪問介質具有存儲於其上的計算機可執行指令，所述計算機可執行指令用於將雷射引導到身體內的目標組織上和將雷射聚焦至身體內的目標組織中的至少ー個，在被硬體處理裝置執行時，所述計算機可執行指令將所述硬體處理裝置配置成 -從身體內的位置對身體內的所述目標組織進行定位； -利用具有插入在身體內的殼體的特定裝置來建立器件相對於所述目標組織的位置； -通過以下方式中的至少ー種來生成控制數據(i)在所述組織的圖像上描繪出將利用至少ー個電磁輻射進行切割的路徑，(ii)限定將被所述至少ー個電磁輻射作用的區域，和(iii)實時地控制所述至少ー個電磁輻射的位置；以及 -利用設置在所述殼體中的至少ー個致動裝置，基於所述控制數據來控制設置在所述殼體中的至少ー個光學元件，以對至少ー個光進行折射和衍射中的至少ー種。
80.根據權利要求79所述的計算機可訪問介質，其中，所述至少ー個光是雷射。
81.根據權利要求76所述的計算機可訪問介質，其中，所述路徑基於預定的圖案。
全文摘要
本文所提供和描述的是根據本公開的設備、系統、計算機可訪問介質、程序和方法的示例性實施方式，這些示例性實施例可以用於例如在微創手術中為組織的切割、切除和/或消融提供雷射引導和聚焦。例如，設置有示例性設備，該示例性設備可以包括至少一個光學元件，至少一個光學元件可被構造成對在可以構造成插入到身體內的結構中提供的光進行折射和/或衍射，其中，至少一個光學元件構造成接收處於第一角度的光並產生處於第二角度的折射和/或衍射的光，第二角度相對於光軸可以與第一角度不同。可被構造成控制光學元件的示例性致動裝置可以至少部分地設置或定位在至少一個結構內。
文檔編號A61B18/24GK102770087SQ201080046711
公開日2012年11月7日 申請日期2010年9月14日 優先權日2009年9月14日
發明者斯內赫爾·帕特爾, 米林·巴差亞克沙, 裡卡多·託萊多-克羅 申請人:紀念斯隆-凱特林癌症中心