(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-11
(54)【発明の名称】レーザ療法の信号調整送達
(51)【国際特許分類】
A61B 18/22 20060101AFI20221003BHJP
A61B 1/00 20060101ALI20221003BHJP
【ＦＩ】
A61B18/22
A61B1/00 512
A61B1/00 511
A61B1/00 510
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022506933
(86)(22)【出願日】2020-08-04
(85)【翻訳文提出日】2022-03-31
(86)【国際出願番号】 US2020044892
(87)【国際公開番号】W WO2021026158
(87)【国際公開日】2021-02-11
(31)【優先権主張番号】62/882,837
(32)【優先日】2019-08-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/894,226
(32)【優先日】2019-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/027,090
(32)【優先日】2020-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500498763
【氏名又は名称】ジャイラス エーシーエムアイ インク ディー／ビー／エー オリンパス サージカル テクノロジーズ アメリカ
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ブケソフ セルゲイ エー
(72)【発明者】
【氏名】タルボット ブライアン エム
(72)【発明者】
【氏名】シェルトン クルト ジー
(72)【発明者】
【氏名】千田 雅泰
(72)【発明者】
【氏名】シュナケンバーグ レイチェル ディー
【テーマコード（参考）】
4C026
4C161
【Ｆターム（参考）】
4C026AA10
4C026HH15
4C161AA06
4C161AA15
4C161BB01
4C161BB08
4C161QQ02
4C161QQ03
4C161QQ04
4C161WW02
4C161WW17
(57)【要約】
分光フィードバックを使用して標的組織に向けてレーザエネルギーを送達するシステム、デバイス、及び方法。例示的なレーザフィードバック制御システムは、分光センサを使用して標的組織から信号を受信するためのフィードバックアナライザと、受信した信号が第１の事前設定値に概ね等しいかどうかを判定するためのレーザコントローラとを備える。受信した信号が第１の事前設定値を満たす場合、レーザコントローラは、制御信号をレーザシステムへ送って、第１のレーザシステムの第１の状態から第２の状態へ変化させることができる。レーザシステムは、光ファイバを介して標的組織の方へレーザエネルギーを送達することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
標的組織に向けてレーザエネルギーを送達するように構成された第１のレーザシステムに結合されたレーザフィードバック制御システムであって、分光センサを使用して標的組織から信号を受信するためのフィードバックアナライザであり、前記信号が、標的組織の１つ以上の分光特性を示す第１の信号を含む、フィードバックアナライザと、
前記フィードバックアナライザ及び前記第１のレーザシステムの各々と動作可能に通信するレーザコントローラと、
を備え、
前記レーザコントローラが、
前記フィードバックアナライザから第１の信号を受信し、
前記第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し、
前記第１の信号が第１の事前設定値を満たす場合、第１の制御信号を前記第１のレーザシステムへ送って、前記第１のレーザシステムの第１の状態から前記第１のレーザシステムの第２の状態へ変化させるように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項2】
請求項１に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザコントローラが、前記フィードバックアナライザから第２の信号を受信するようにさらに構成され、
前記第２の信号が、前記第１の信号とは別個である、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項3】
請求項２に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザコントローラが、前記第２の信号が第２の事前設定値に概ね等しい場合、第２の制御信号を前記第１のレーザシステムへ送って、前記第１のレーザシステムの前記第２の状態から前記第１のレーザシステムの前記第１の状態へ変化させるようにさらに構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項4】
請求項２又は３に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザフィードバック制御システムが、前記第１のレーザシステムとは別個の第２のレーザシステムに接続可能になるように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項5】
請求項４に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザコントローラが、前記第１のレーザシステム及び前記第２のレーザシステムを独立して制御するように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項6】
請求項５に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザコントローラが、前記第２の信号が第２の事前設定値に概ね等しい場合、第３の制御信号を前記第２のレーザシステムへ送って、前記第２のレーザシステムの第１の状態から前記第２のレーザシステムの第２の状態へ変化させるように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項7】
請求項６に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザコントローラが、前記第１の信号が前記第１の事前設定値に概ね等しいと判定した場合、前記レーザコントローラが、第４の制御信号を前記第２のレーザシステムへ送って、前記第２のレーザシステムの前記第２の状態から前記第２のレーザシステムの前記第１の状態へ変化させるように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項8】
請求項７に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザコントローラが、前記第１の信号が前記第１の事前設定値を満たすと判定した場合、前記レーザコントローラが、
前記第１の制御信号を前記第１のレーザシステムへ送り、それによって前記第１のレーザシステムを前記第１のレーザシステムの前記第１の状態から前記第１のレーザシステムの前記第２の状態へ変化させ、
前記第４の制御信号を前記第２のレーザシステムへ送り、それによって前記第２のレーザシステムを前記第２のレーザシステムの前記第２の状態から前記第２のレーザシステムの前記第１の状態へ変化させるように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項9】
請求項８に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記レーザコントローラが、前記第２の信号が前記第２の事前設定値を満たすと判定した場合、前記レーザコントローラが、
前記第２の制御信号を前記第１のレーザシステムへ送り、それによって前記第１のレーザシステムを前記第１のレーザシステムの前記第２の状態から前記第１のレーザシステムの前記第１の状態へ変化させ、
前記第３の制御信号を前記第２のレーザシステムへ送り、それによって前記第２のレーザシステムを前記第２のレーザシステムの前記第１の状態から前記第２のレーザシステムの前記第２の状態へ変化させるように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項10】
請求項１～９のいずれか１項に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記分光センサが、
撮像カメラ、
フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計、
ラマン分光計、
ＵＶ－ＶＩＳ反射分光計、又は、
蛍光分光計のうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項11】
請求項１～１０のいずれか１項に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記分光センサに動作可能に結合された信号検出光ファイバをさらに備え、
前記信号検出光ファイバが、前記第１の信号を前記標的組織から前記分光センサへ伝送するように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか１項に記載のレーザフィードバック制御システムであって、前記分光センサが、前記第１のレーザシステムの第１の光ファイバと動作可能に通信し、
前記分光センサが、前記第１のレーザシステムの前記第１の光ファイバを介して前記第１の信号を検出するように構成される、
ことを特徴とするレーザフィードバック制御システム。
【請求項13】
第１のレーザシステムと、前記第１のレーザシステムに結合されたレーザフィードバック制御システムと、
を備えるレーザ治療システムであって、
前記第１のレーザシステムは、
第１のレーザ源と、
前記第１のレーザ源に動作可能に結合され、前記第１のレーザ源から標的組織の方へエネルギーを送達するように構成された第１の光ファイバと、
を含み、
前記レーザフィードバック制御システムは、
前記標的組織から信号を受信するためのフィードバックアナライザであり、前記信号が、前記標的組織の１つ以上の分光特性を示す第１の信号を含むフィードバックアナライザと、
前記フィードバックアナライザ及び前記第１のレーザシステムの各々と動作可能に通信するレーザコントローラであって、前記フィードバックアナライザから前記第１の信号を受信し、前記第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し、第１の制御信号を前記第１のレーザシステムへ送って、前記第１のレーザシステムの第１の状態から前記第１のレーザシステムの第２の状態へ変化させるように構成されるレーザコントローラと、
を含む、
ことを特徴とするレーザ治療システム。
【請求項14】
請求項１３に記載のレーザ治療システムであって、前記第１の光ファイバと動作可能に通信する第２のレーザ源を含む第２のレーザシステムをさらに備える、
ことを特徴とするレーザ治療システム。
【請求項15】
請求項１４に記載のレーザ治療システムであって、前記第１のレーザ源が、第１の波長範囲にわたって第１のレーザ出力を生成するように構成され、
前記第２のレーザ源が、前記第１の波長範囲とは別個の第２の波長範囲にわたって第２のレーザ出力を生成するように構成される、
ことを特徴とするレーザ治療システム。
【請求項16】
請求項１５に記載のレーザ治療システムであって、前記第１の波長範囲が、前記標的組織の吸収スペクトルの少なくとも一部分に対応し、
前記第２の波長範囲が、炭化組織の吸収スペクトルの少なくとも一部分に対応する、
ことを特徴とするレーザ治療システム。
【請求項17】
請求項１４～１６のいずれか１項に記載のレーザ治療システムであって、前記第２のレーザシステムは、前記レーザコントローラによって制御可能であり、
前記第２のレーザシステムは、前記レーザコントローラから制御信号を受信すると、前記第２のレーザシステムの第１の状態から前記第２のレーザシステムの第２の状態へ変化させ、又は、前記第２のレーザシステムの前記第２の状態から前記第２のレーザシステムの前記第１の状態へ変化させる、
ことを特徴とするレーザ治療システム。
【請求項18】
請求項１４～１７のいずれか１項に記載のレーザ治療システムであって、前記第１のレーザシステム及び前記第２のレーザシステムの各々の前記第１の状態が、それぞれ前記第１のレーザ源による第１のレーザ出力及び第２のレーザ源による第２のレーザ出力の生成に対応する、
ことを特徴とするレーザ治療システム。
【請求項19】
請求項１４～１８のいずれか１項に記載のレーザ治療システムであって、前記第１のレーザシステム及び前記第２のレーザシステムの各々の前記第２の状態が、前記第１のレーザ源及び前記第２のレーザ源の各々がレーザ出力を生成しない状態に対応する、
ことを特徴とするレーザ治療システム。
【請求項20】
第１のレーザシステムを備えるレーザ治療システムを制御する方法であって、フィードバックアナライザを使用して、標的組織から信号を受信するステップであり、前記信号が、標的組織の１つ以上の分光特性を示す第１の信号を含む、受信するステップと、
レーザコントローラを使用して、前記第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ステップと、
前記第１の信号が前記第１の事前設定値に概ね等しい場合、第１の制御信号を前記第１のレーザシステムへ送って、前記第１のレーザシステムの第１の状態から前記第１のレーザシステムの第２の状態へ変化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項21】
請求項２０に記載の方法であって、前記第１の信号が、前記第１のレーザシステムからの第１のレーザ出力の吸収によって炭化された前記標的組織を示す、
ことを特徴とする方法。
【請求項22】
請求項２１に記載の方法であって、前記第１のレーザシステムの前記第１の状態が、前記第１のレーザシステムが前記第１のレーザ出力を生成する状態に対応し、
前記第１のレーザシステムの前記第２の状態が、前記第１のレーザシステムが前記第１のレーザ出力を生成しない状態に対応する、
ことを特徴とする方法。
【請求項23】
請求項２０～２２のいずれか１項に記載の方法であって、前記フィードバックアナライザによって受信された前記信号が、前記第１の信号とは別個の第２の信号を含む、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
優先権の主張
本出願は、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、２０１９年８月３０日出願の米国仮特許出願第６２／８９４，２２６号、及び２０２０年５月１９日出願の米国仮特許出願第６２／０２７，０９０号の優先権の利益を主張する。
本出願は、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、２０１９年８月３０日出願の米国仮特許出願第６２／８９４，２２６号、及び２０２０年５月１９日出願の米国仮特許出願第６２／０２７，０９０号の優先権の利益を主張する。
【0002】
本明細書は、一般に、内視鏡レーザシステムに関し、より詳細には、分光フィードバックに基づいて標的へ送達されるレーザエネルギーを制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
典型的に、医師に視覚アクセスを提供するように、対象の内部の場所へのアクセスを提供するために、内視鏡が使用される。内視鏡は通常、患者の体内に挿入され、調査されている標的（例えば、標的の解剖学的組織又は物体）へ光を送達し、物体から反射された光を収集する。反射光は、調査されている物体に関する情報を運搬する。いくつかの内視鏡はワーキングチャネルを含み、操作者は、望ましくない組織又は異物を患者の体内から除去するために、ワーキングチャネルを通して吸引を実行し、又はワーキングチャネルにブラシ、生検針、若しくは鉗子などの器具を通し、又は低侵襲手術を実行することができる。
【0004】
軟組織又は硬組織などの様々な標的治療区域へ手術用レーザエネルギーを送達するために、レーザ又はプラズマシステムが使用されてきた。レーザ療法の例には、切除、凝固、蒸発、断片化などが含まれる。砕石術の応用例では、他の石形成領域の中でも、腎臓、胆嚢、尿管における結石構造を分解するために、又は大きい結石を切除してより小さい断片にするために、レーザが使用されてきた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本明細書は、分光フィードバックを使用して標的組織に向けてレーザエネルギーを送達するシステム、デバイス、及び方法を記載する。例示的なレーザフィードバック制御システムは、分光センサを使用して標的組織から信号を受信するためのフィードバックアナライザと、受信した信号が第１の事前設定値に概ね等しいかどうかを判定するためのレーザコントローラとを備える。受信した信号が第１の事前設定値を満たす場合、レーザコントローラは、制御信号をレーザシステムへ送って、第１のレーザシステムの第１の状態から第２の状態へ変化させることができる。レーザシステムは、光ファイバを介して標的組織の方へレーザエネルギーを送達することができる。
【0006】
例１は、標的組織に向けてレーザエネルギーを送達するように構成された第１のレーザシステムに結合されたレーザフィードバック制御システムである。レーザフィードバック制御システムは、分光センサを使用して標的組織から信号を受信するためのフィードバックアナライザであり、信号が、標的組織の１つ以上の分光特性を示す第１の信号を含む、フィードバックアナライザと、フィードバックアナライザ及び第１のレーザシステムの各々と動作可能に通信するレーザコントローラとを備え、レーザコントローラが、フィードバックアナライザから第１の信号を受信し、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し、第１の信号が第１の事前設定値を満たす場合、第１の制御信号を第１のレーザシステムへ送って、第１のレーザシステムの第１の状態から第１のレーザシステムの第２の状態へ変化させるように構成される。
【0007】
例２では、例１の主題は、任意選択で、レーザコントローラは、フィードバックアナライザから第２の信号を受信するようにさらに構成され、第２の信号が、第１の信号とは別個であることを含む。
【0008】
例３では、例２の主題は、任意選択で、レーザコントローラが、第２の信号が第２の事前設定値に概ね等しい場合、第２の制御信号を第１のレーザシステムへ送って、第１のレーザシステムの第２の状態から第１のレーザシステムの第１の状態へ変化させるようにさらに構成されることを含む。
【0009】
例４では、例２～３のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、レーザフィードバック制御システムが、第１のレーザシステムとは別個の第２のレーザシステムに接続可能になるように構成されることを含む。
【0010】
例５では、例４の主題は、任意選択で、レーザコントローラが、第１のレーザシステム及び第２のレーザシステムを独立して制御するように構成されることを含む。
【0011】
例６では、例５の主題は、任意選択で、レーザコントローラが、第２の信号が第２の事前設定値に概ね等しい場合、第３の制御信号を第２のレーザシステムへ送って、第２のレーザシステムの第１の状態から第２のレーザシステムの第２の状態へ変化させるように構成されることを含む。
【0012】
例７では、例６の主題は、任意選択で、レーザコントローラが、第１の信号が第１の事前設定値に概ね等しいと判定した場合、レーザコントローラが、第４の制御信号を第２のレーザシステムへ送って、第２のレーザシステムの第２の状態から第２のレーザシステムの第１の状態へ変化させるように構成されることを含む。
【0013】
例８では、例７の主題は、任意選択で、レーザコントローラが、第１の信号が第１の事前設定値を満たすと判定した場合、レーザコントローラが、第１の制御信号を第１のレーザシステムへ送り、それによって第１のレーザシステムを第１のレーザシステムの第１の状態から第１のレーザシステムの第２の状態へ変化させ、第４の制御信号を第２のレーザシステムへ送り、それによって第２のレーザシステムを第２のレーザシステムの第２の状態から第２のレーザシステムの第１の状態へ変化させるように構成されることを含む。
【0014】
例９では、例８の主題は、任意選択で、レーザコントローラが、第２の信号が第２の事前設定値を満たすと判定した場合、レーザコントローラが、第２の制御信号を第１のレーザシステムへ送り、それによって第１のレーザシステムを第１のレーザシステムの第２の状態から第１のレーザシステムの第１の状態へ変化させ、第３の制御信号を第２のレーザシステムへ送り、それによって第２のレーザシステムを第２のレーザシステムの第１の状態から第２のレーザシステムの第２の状態へ変化させるように構成されることを含む。
【0015】
例１０では、例１～９のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、分光センサが、撮像カメラ、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計、ラマン分光計、ＵＶ－ＶＩＳ反射分光計、又は蛍光分光計のうちの少なくとも１つを含むことを含む。
【0016】
例１１では、例１～１０のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、分光センサに動作可能に結合された信号検出光ファイバを含み、信号検出光ファイバが、第１の信号を標的組織から分光センサへ伝送するように構成される。
【0017】
例１２では、例１～１１のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、分光センサが、第１のレーザシステムの第１の光ファイバと動作可能に通信し、分光センサが、第１のレーザシステムの第１の光ファイバを介して第１の信号を検出するように構成されることを含む。
【0018】
例１３は、第１のレーザシステムであって、第１のレーザ源、及び第１のレーザ源に動作可能に結合された第１の光ファイバを備え、第１の光ファイバが、第１のレーザ源から標的組織の方へエネルギーを送達するように構成される、第１のレーザシステムと、第１のレーザシステムに結合されたレーザフィードバック制御システムであって、標的組織から信号を受信するためのフィードバックアナライザであり、信号が、標的組織の１つ以上の分光特性を示す第１の信号を含む、フィードバックアナライザ、並びにフィードバックアナライザ及び第１のレーザシステムの各々と動作可能に通信するレーザコントローラを備え、レーザコントローラが、フィードバックアナライザから第１の信号を受信し、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し、第１の制御信号を第１のレーザシステムへ送って、第１のレーザシステムの第１の状態から第１のレーザシステムの第２の状態へ変化させるように構成される、レーザフィードバック制御システムとを備えるレーザ治療システムである。
【0019】
例１４では、例１３の主題は、任意選択で、第１の光ファイバと動作可能に通信する第２のレーザ源を含む第２のレーザシステムを含む。
【0020】
例１５では、例１４の主題は、任意選択で、第１のレーザ源が、第１の波長範囲にわたって第１のレーザ出力を生成するように構成され、第２のレーザ源が、第１の波長範囲とは別個の第２の波長範囲にわたって第２のレーザ出力を生成するように構成されることを含む。
【0021】
例１６では、例１５の主題は、任意選択で、第１の波長範囲が、標的組織の吸収スペクトルの少なくとも一部分に対応し、第２の波長範囲が、炭化組織の吸収スペクトルの少なくとも一部分に対応することを含む。
【0022】
例１７では、例１４～１６のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、第２のレーザシステムが、レーザコントローラによって制御可能であり、レーザコントローラから制御信号を受信すると、第２のレーザシステムが、第２のレーザシステムの第１の状態から第２のレーザシステムの第２の状態へ変化させ、又は第２のレーザシステムの第２の状態から第２のレーザシステムの第１の状態へ変化させることを含む。
【0023】
例１８では、例１４～１７のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、第１のレーザシステム及び第２のレーザシステムの各々の第１の状態が、それぞれ第１のレーザ源による第１のレーザ出力及び第２のレーザ源による第２のレーザ出力の生成に対応することを含む。
【0024】
例１９では、例１４～１８のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、第１のレーザシステム及び第２のレーザシステムの各々の第２の状態が、第１のレーザ源及び第２のレーザ源の各々がレーザ出力を生成しない状態に対応することを含む。
【0025】
例２０は、第１のレーザシステムを備えるレーザ治療システムを制御する方法である。方法は、フィードバックアナライザを使用して、標的組織から信号を受信することであり、信号が、標的組織の１つ以上の分光特性を示す第１の信号を含む、受信することと、レーザコントローラを使用して、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と、第１の信号が第１の事前設定値に概ね等しい場合、第１の制御信号を第１のレーザシステムへ送って、第１のレーザシステムの第１の状態から第１のレーザシステムの第２の状態へ変化させることとを含む。
【0026】
例２１では、例２０の主題は、任意選択で、第１の信号が、第１のレーザシステムからの第１のレーザ出力の吸収によって炭化された標的組織を示すことを含む。
【0027】
例２２では、例２１の主題は、任意選択で、第１のレーザシステムの第１の状態が、第１のレーザシステムが第１のレーザ出力を生成する状態に対応し、第１のレーザシステムの第２の状態が、第１のレーザシステムが第１のレーザ出力を生成しない状態に対応することを含む。
【0028】
例２３では、例２０～２２のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、フィードバックアナライザによって受信された信号が、第１の信号とは別個の第２の信号を含むことを含む。
【0029】
この概要は、本出願の教示のいくつかの概説であり、本主題の排他的又は網羅的な取扱いであることを意図したものではない。本主題に関するさらなる詳細は、詳細な説明及び添付の特許請求の範囲に見られる。本開示の他の態様は、以下の詳細な説明を読んで理解し、その一部を形成する図面を見ることによって、当業者には明らかであり、詳細な説明及び図面は各々、限定的に解釈されるべきではない。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその法的均等物によって定義される。
【0030】
様々な実施形態について、添付の図面の図に例として示す。そのような実施形態は説明的であり、本主題の網羅的又は排他的な実施形態であることを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】レーザフィードバック制御システムを含む例示的なレーザ治療システムの概略図である。
【図2A】ヘモグロビン（Ｈｂ）及びオキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）を含む異なるタイプの組織の吸収スペクトルの例を示す図である。
【図2B】ヘモグロビン（Ｈｂ）及びオキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）を含む異なるタイプの組織の吸収スペクトルの例を示す図である。
【図3A】正常組織及び炭化組織、Ｈｂ、ＨｂＯ２、並びにメラニンを含む異なるタイプの組織の吸収スペクトルの例を示す図である。
【図3B】正常組織及び炭化組織、Ｈｂ、ＨｂＯ２、並びにメラニンを含む異なるタイプの組織の吸収スペクトルの例を示す図である。
【図3C】正常組織及び炭化組織、Ｈｂ、ＨｂＯ２、並びにメラニンを含む異なるタイプの組織の吸収スペクトルの例を示す図である。
【図4】レーザ出力の侵入深さを示す図である。
【図5】レーザ出力を提供するためのレーザフィードバック制御システムを示すブロック図である。
【図6】レーザフィードバック制御システムによって生成されたフィードバックに基づいて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7】レーザフィードバック制御システムによって生成されたフィードバックに基づいて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8】２つの光波長を使用して組織の切除及び凝固を提供する例示的なデュアルレーザシステムのタイミング図である。
【図9A】レーザファイバが挿入された内視鏡の例を示す図である。
【図9B】レーザファイバが挿入された内視鏡の例を示す図である。
【図10A】フィードバック制御式のレーザ治療システムの例を示す図である。
【図10B】フィードバック制御式のレーザ治療システムの例を示す図である。
【図11A】レーザビームなどの診断ビームを使用して標的を識別するための内視鏡システムの例を示す図である。
【図11B】レーザビームなどの診断ビームを使用して標的を識別するための内視鏡システムの例を示す図である。
【図12】異なるタイプの腎臓石の組成物を識別するためなど、標的タイプを識別するための反射スペクトルを示す図である。
【図13A】異なるタイプの腎臓石の組成物を識別するためなど、標的タイプを識別するための反射スペクトルを示す図である。
【図13B】異なるタイプの腎臓石の組成物を識別するためなど、標的タイプを識別するための反射スペクトルを示す図である。
【図16A】様々な軟組織及び硬組織組成物からのＵＶ－ＶＩＳ分光計で捕捉される反射スペクトルの例を示す図である。
【図16B】様々な軟組織及び硬組織組成物からのＵＶ－ＶＩＳ分光計で捕捉される反射スペクトルの例を示す図である。
【図16C】典型的な石組成物のＦＴＩＲスペクトルの例を示す図である。
【図16D】いくつかの軟組織及び硬組織組成物のＦＴＩＲスペクトルの例を示す図である。
【図18】レーザ治療システムの概略図である。
【図17】レーザ治療システムの概略図である。
【図19A】複数（例えば、Ｎ）のレーザパルス列を使用して生成された組合せレーザパルス列の例を示す図である。
【図19B】複数（例えば、Ｎ）のレーザパルス列を使用して生成された組合せレーザパルス列の例を示す図である。
【図20】分光フィードバックを伴う例示的な分光システムの概略図である。
【図21A】マルチファイバ構成を有する内視鏡レーザシステムの例を示す図である。
【図21B】マルチファイバ構成を有する内視鏡レーザシステムの例を示す図である。
【図21C】マルチファイバ構成を有する内視鏡レーザシステムの例を示す図である。
【図21D】マルチファイバ構成を有する内視鏡レーザシステムの例を示す図である。
【図22】分光ファイバ送達システムで使用されるマルチファイバシステムの例を示すブロック図である。
【図23A】ソース光入力及び分光フィードバック信号を有するマルチファイバアクセサリの例を示す図である。
【図23B】ソース光入力及び分光フィードバック信号を有するマルチファイバアクセサリの例を示す図である。
【図24A】レーザ送達システム（例えば、光ファイバ）の遠位端と標的との間の距離を計算する例示的な方法を示す図である。
【図24B】レーザ送達システム（例えば、光ファイバ）の遠位端と標的との間の距離を計算する例示的な方法を示す図である。
【図24C】レーザ送達システム（例えば、光ファイバ）の遠位端と標的との間の距離を計算する例示的な方法を示す図である。
【図24D】レーザ送達システム（例えば、光ファイバ）の遠位端と標的との間の距離を計算する例示的な方法を示す図である。
【図25A】組織と分光プローブ遠位端との間の距離が標的からの反射光のスペクトルに与える影響を示す図である。
【図25B】組織と分光プローブ遠位端との間の距離が標的からの反射光のスペクトルに与える影響を示す図である。
【図26】レーザビームなどの診断ビームを使用して標的を識別するための内視鏡システムの例を示す図である。
【図27】標的組織又は結石構造のレーザ治療で使用するための異なるパルスエネルギー又は電力レベルを有するレーザパルスのシーケンスのグラフである。
【図28】本明細書に論じる技法（例えば、方法）のいずれか１つ以上を実行することができる例示的な機械を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
分光フィードバックを使用して標的組織に向けてレーザエネルギーを送達するシステム、デバイス、及び方法が、本明細書に記載される。例示的なレーザフィードバック制御システムは、分光センサを使用して標的組織から信号を受信するためのフィードバックアナライザと、受信した信号が第１の事前設定値に概ね等しいかどうかを判定するためのレーザコントローラとを備える。受信した信号が第１の事前設定値を満たす場合、レーザコントローラは、制御信号をレーザシステムへ送って、第１のレーザシステムの第１の状態から第２の状態へ変化させることができる。レーザシステムは、光ファイバを介して標的組織の方へレーザエネルギーを送達することができる。
【0033】
内視鏡レーザ療法では、異なる組織を認識し、標的治療構造（例えば、がん組織、又は特定の結石タイプ）にのみレーザエネルギーを印加し、レーザ放射への非治療組織（例えば、正常組織）の露出を回避又は低減することが望ましい。従来、関心標的治療構造の認識は、標的手術部位及びその周辺環境を内視鏡によって視覚化するなど、操作者によって手動で実行されている。そのような手動の手法は、精度を欠くことがあり、少なくともいくつかの場合、手術部位へのアクセスが狭く、手術中の視野が制限されることなどによって、標的の組成物を判定することができないことがある。標的構造（例えば、組織）を体内から抽出してその組成物を生体外で分析するために、生検技法が使用されてきた。しかし、多くの臨床の応用例では、手術時間及び複雑さを低減させ、療法の有効性を改善するために、組織組成物を生体内で判定することが望ましい。例えば、結石を粉砕又は破砕するためにレーザを印加するレーザ砕石術では、特定のタイプの結石（例えば、腎臓又は膵胆管又は胆嚢の石の化学組成物）を生体内で自動的に認識し、それを周辺組織から区別することで、医師は、標的石をより効果的に切除しながら、同時に標的石に隣接する非治療組織への放射を回避するように、レーザ設定（例えば、電力、露出時間、又は発射角度）を調整することが可能になるはずである。
【0034】
従来の内視鏡レーザ療法には、処置中に組織タイプ（例えば、組成物）を連続して監視することができないという制限もある。内視鏡処置中には多くの可動部分が存在し、内視鏡から観察される組織は、処置中ずっと変化することがある。従来の生検技法は、組成物を識別するために、組織サンプルの除去を必要とするため、処置中ずっと組織の組成物を監視することはできない。内視鏡の先端で構造タイプ（例えば、軟組織若しくは硬組織のタイプ、正常組織対がん組織、又は結石構造の組成物）を連続して監視及び認識することで、処置中に治療をより良好に適合させるためのより多くの情報を医師に与えることができる。例えば医師が、表面は堅いが芯は柔らかい腎臓結石を破砕している場合、内視鏡による連続する組織組成物情報により、医師が、連続して検出される石表面組成物に基づいて、石の堅い表面でより良好に実行される第１の設定から、石の柔軟な芯でより良好に実行される第２の異なる設定など、レーザ設定を調整することを可能にすることができる。
【0035】
本明細書に記載するいくつかの特徴は、例えば医療の応用例における様々な標的の組成物（例えば、軟組織又は硬組織）を、内視鏡によって生体内で識別することができる方法及び装置を提供することができる。これにより、ユーザが、内視鏡によって観察される標的の組成物を処置中ずっと連続して監視することを可能にすることができる。またこれは、レーザシステムと組み合わせて使用することが可能であり、この方法は、標的の組成物に基づいて設定を調整するためのフィードバックをレーザシステムへ送ることができる。この特徴は、ユーザによって選択された元のレーザ設定の設定範囲内で、レーザ設定の瞬時の調整を可能にすることができる。
【0036】
本明細書に記載するいくつかの特徴を使用して、標的の化学組成物などの差を生体内で測定し、所望の効果をより良好に実現するように、レーザ設定を提案し、又はレーザ設定を自動的に調整するシステム及び方法を提供することができる。標的及び応用例の例には、腎臓結石のレーザ砕石術、及び軟組織のレーザ切開又は蒸発が含まれる。一例では、レーザ、分光システム、及びフィードバックアナライザという３つの主構成要素が提供される。一例では、レーザシステムのコントローラは、標的組成物に基づいて、適当なレーザパラメータ設定によって、レーザ療法を自動的にプログラムすることができる。一例では、分光器データによって訓練された機械学習アルゴリズムに基づいて、レーザを制御することができる。追加又は別法として、ユーザ（例えば、医師）は、処置中に標的タイプの指示を連続して受け取ることができ、レーザ設定を調整するようにユーザを促すことができる。レーザ設定を調整し、単一の結石標的の組成部分にレーザ療法を適合させることによって、石の切除又は破砕処置をより速くよりエネルギー効率的に実行することができる。
【0037】
本明細書に記載するいくつかの特徴は、インターネットの接続性及び測定機能を有する他の手術デバイスへの接続性を含むように、フィードバックアナライザへのデータ入力を提供するシステム及び方法を提供することができる。加えて、レーザシステムは、画像プロセッサなどの別のシステムへの入力データを提供することができ、それによって処置モニタが、医療処置に関する情報をユーザへ表示することができる。この一例は、例えば石など、処置中の視野内の異なる軟組織、血管構造、被膜組織、及び同じ標的内の異なる化学組成物をよりはっきりと識別することである。
【0038】
本明細書に記載するいくつかの特徴は、異なる組織タイプ又は異なる結石タイプなどの異なる標的タイプを識別するシステム及び方法を提供することができる。いくつかの場合、単一の結石構造（例えば、腎臓、膀胱、膵胆管、又は胆嚢の石）が、ブラッシュ石、リン酸カルシウム（ＣａＰ）、シュウ酸カルシウム二水和物（ＣＯＤ）、シュウ酸カルシウム一水和物（ＣＯＭ）、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）、又はコレステロール系若しくは尿酸系の結石構造など、その体積全体にわたって、２つ以上の異なる組成物を有することがある。例えば、標的結石構造は、ＣＯＤの第１の部分及びＣＯＭの第２の部分を含むことがある。一態様によれば、本明細書は、分光データを生体内で連続して収集及び分析することに基づいて、単一の標的（例えば、単一の石）に含まれる異なる組成物を連続して識別するシステム及び方法を記載する。治療（例えば、レーザ療法）は、識別された標的組成物に従って適合させることができる。例えば、標的石における第１の組成物（例えば、ＣＯＤ）の識別に応答して、第１のレーザパラメータ設定（例えば、電力、露出時間、又は発射角度など）によってレーザシステムをプログラムすることができ、レーザシステムは、それに応じて第１の部分を切除又は破砕するようにレーザビームを送達することができる。レーザ療法中に、分光データを連続して収集及び分析することができる。治療されている同じ標的石内の第１の組成物とは異なる第２の組成物（例えば、ＣＯＭ）の識別に応答して、レーザ療法は、レーザパラメータ設定とは異なる第２のレーザパラメータ設定（例えば、異なる電力、又は露出時間、又は発射角度など）によってレーザシステムをプログラムし、それに応じて同じ標的石の第２の部分を切除又は破砕するようにレーザビームを送達することなどによって調整することができる。いくつかの例では、複数の異なるレーザ源をレーザシステムに含むことができる。異なる組成物の石部分を、異なるレーザ源によって治療することができる。使用するのに適当なレーザは、石タイプの識別によって判定することができる。
【0039】
本明細書に記載するいくつかの特徴は、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。例えば、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。本明細書に記載する特徴は、内視鏡、レーザ手術、レーザ砕石術、レーザ設定、及び／又は分光法に関連して使用することができる。
【0040】
図１は、本開示の実例によるレーザフィードバック制御システム１００を含む例示的なレーザ治療システムの概略図を示す。レーザフィードバック制御システム１００の例示的な応用例には、軟（例えば、非石灰化）組織若しくは硬（例えば、石灰化）組織、又は腎臓若しくは膵胆管若しくは胆嚢の石などの結石構造の治療のための産業用及び／又は医療用の応用例など、多くの応用例のためのレーザシステムへの統合が含まれる。例えば、本明細書に開示するシステム及び方法は、切除、凝固、蒸発などの精密に制御された治療処置の送達、又は結石構造の切除、断片化、若しくは破砕に有用となり得る。
【0041】
図１を参照すると、レーザフィードバック制御システム１００は、１つ以上のレーザシステムと動作可能に通信することができる。図１は、第１のレーザシステム１０２及び任意選択で第２のレーザシステム１０４（点線で示す）に接続されたレーザフィードバックシステムを示すが、本開示の範囲内で追加のレーザシステムも企図される。
【0042】
第１のレーザシステム１０２は、第１のレーザ源１０６と、電源、ディスプレイ、冷却システムなどの付随する構成要素とを含むことができる。第１のレーザシステム１０２はまた、第１のレーザ源１０６に動作可能に結合された第１の光ファイバ１０８を含むことができる。第１の光ファイバ１０８は、第１のレーザ源１０６から標的組織１２２へレーザ出力を伝送するように構成することができる。
【0043】
一例では、第１のレーザ源１０６は、第１の出力１１０を提供するように構成することができる。第１の出力１１０は、第１の波長範囲にわたって延びることができる。本開示のいくつかの態様によれば、第１の波長範囲は、標的組織１２２の吸収スペクトルの一部分に対応することができる。吸収スペクトルは、レーザ波長の範囲の吸収係数を表す。図２Ａは、例として、水の吸収スペクトル２１０を示す。図２Ｂは、例として、オキシヘモグロビンの吸収スペクトル２２１及びヘモグロビンの吸収スペクトル２２２を示す。そのような例では、第１の出力１１０は、第１の出力１１０が組織の吸収スペクトルに対応する波長範囲にわたっているため、標的組織１２２の効果的な切除及び／又は炭酸化を提供することができることが有利である。
【0044】
例えば、第１のレーザ源１０６は、第１の波長範囲で放出された第１の出力１１０が、入射する第１の出力１１０の組織による高い吸収（例えば、約２５０ｃｍ－１を超過する）に対応するように構成することができる。例示的な態様では、第１のレーザ源１０６は、約１９００ナノメートル～約３０００ナノメートル（例えば、水による高い吸収に対応する）、及び／又は約４００ナノメートル～約５２０ナノメートル（例えば、オキシヘモグロビン及び／又はデオキシヘモグロビンの高い吸収に対応する）の第１の出力１１０を放出することができる。組織との光の相互作用には、吸収及び散乱という２つの主機構が存在することが分かっている。組織の吸収が高い（吸収係数が２５０ｃｍ－１を超過する）とき、第１の吸収機構が優勢になり、吸収が低い（吸収係数が２５０ｃｍ－１より小さい）とき、例えば８００～１１００ｎｍの波長範囲のレーザでは、散乱機構が優勢になる。
【0045】
様々な市販の医療グレードのレーザシステムが、第１のレーザ源１０６にとって好適となり得る。例えば、約５１５ナノメートル～約５２０ナノメートル又は約３７０ナノメートル～約４９３ナノメートルの第１の波長範囲内の第１の出力１１０を提供するＩｎＸＧａ１－ＸＮ半導体レーザなどの半導体レーザを使用することができる。別法として、以下の表１に要約したレーザなどの赤外（ＩＲ）レーザを使用することができる。
【0046】
【表1】
【0047】
図１を参照すると、本開示のレーザ治療システムは、任意選択で、第２のレーザシステム１０４を含むことができる。第２のレーザシステム１０４は、前述のように、第２の出力１２０を提供するための第２のレーザ源１１６と、電源、ディスプレイ、冷却システムなどの付随する構成要素とを含む。第２のレーザシステム１０４は、第１のレーザ源１０６から動作可能に分離することができ、又は代替では、第１のレーザ源１０６に動作可能に結合することができる。いくつかの例では、第２のレーザシステム１０４は、第２の出力１２０を伝送するように第２のレーザ源１１６に動作可能に結合された第２の光ファイバ１１８（第１の光ファイバ１０８とは別個）を含むことができる。別法として、第１の光ファイバ１０８は、第１の出力１１０及び第２の出力１２０の両方を伝送するように構成することができる。
【0048】
特定の態様では、第２の出力１２０は、第１の波長範囲とは別個の第２の波長範囲にわたって延びることができる。それに応じて、第１の波長範囲と第２の波長範囲との間にいかなる重複も存在しないことがある。別法として、第１の波長範囲及び第２の波長範囲は、少なくとも部分的な重複を互いに有することもできる。本開示のいくつかの態様によれば、第２の波長範囲は、標的組織１２２の吸収スペクトルのうち、以前に切除又は炭化されていない組織によって入射放射が強く吸収される部分（例えば、図２に示す）に対応しないことがある。いくつかのそのような態様では、第２の出力１２０は、非炭化組織を切除しないことが有利である。さらに、別の例では、第２の出力１２０は、以前に切除された炭化組織を切除することができる。追加の例では、第２の出力１２０は、追加の治療効果を提供することができる。例えば、第２の出力１２０は、組織又は血管を凝固させるのにより好適なものとすることができる。
【0049】
レーザ放出は、軟組織又は硬組織、石などによって大きく吸収することができる。例として、図３Ａ～図３Ｃは、異なる組織タイプの吸収スペクトルを示す。図３Ａは、正常組織（切除前）の吸収スペクトル３１１及び炭化組織（切除後）の吸収スペクトル３１２をそれぞれ示す。図３Ｂは、特定の波長範囲（例えば、４５０～８５０ｎｍ）内で、吸収スペクトルがレーザ波長に対して指数関数的減衰をたどることを示す（図３Ａ及び図３Ｂに示すデータの出典はｈｔｔｐ：／／ｏｍｌｃ．ｏｒｇ／ｓｐｅｃｔｒａ／ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ／）。図３Ｃは、水スペクトル３３１Ａ～３３１Ｃ（それぞれ７５％、１００％、及び４％の濃度）、ヘモグロビン（Ｈｂ）スペクトル３３２、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）スペクトル３３３、及びメラニンスペクトル３３４Ａ～３３４Ｄ（それぞれ２％、１３％、３０％、及び１００％のメラノソームの体積分率）を含む、異なる媒体内で測定された光吸収スペクトルを示す（図３Ｃに示すデータの出典はｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｍｅｒｉｃａｎｌａｓｅｒｓｔｕｄｙｃｌｕｂ．ｏｒｇ／ｌａｓｅｒ－ｓｕｒｇｅｒｙ－ｅｄｕｃａｔｉｏｎ／）。水吸収の波長は、１９００ｎｍ～３０００ｎｍの範囲内である。オキシヘモグロビン及び／又はデオキシヘモグロビンの波長は、４００ｎｍ～５２０ｎｍの範囲内である。多くの手術用レーザは、ある範囲内において水又はヘモグロビンで大きく吸収されるが、水を吸収するのに制限された媒体もあり、これは、内視鏡の内側がレーザエネルギーによって損傷されることがある理由となり得る。
【0050】
図４は、第２の出力１２０などのレーザ出力の侵入深さを示す（図４に示すデータの出典はｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｍｅｒｉｃａｎｌａｓｅｒｓｔｕｄｙｃｌｕｂ．ｏｒｇ／ｌａｓｅｒ－ｓｕｒｇｅｒｙ－ｅｄｕｃａｔｉｏｎ／）。同出典に見られるように、第２の出力１２０は、小さい毛細血管の特性寸法（例えば、約５～約１０μｍ）に同等の侵入深さにより、効果的な凝固に好適となり得る。さらに、特定の例では、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、第２の波長範囲は、炭化されていない組織による第２の出力１２０の低い吸収に対応することができるが、炭化された組織（例えば、第１の出力１１０の切除による）による高い吸収にも対応することができる。第２の出力１２０のスペクトル特性は、入射する第２の出力１２０の炭化組織による高い（例えば、約２５０ｃｍ－１より大きい）吸収に対応することが明らかである。好適な第２のレーザ源の例には、約７５０ナノメートル～約８５０ナノメートルの第２の波長範囲内の第２の出力１２０を有するＧａＸＡｌ１－ＸＡ、又は約９０４ナノメートル～約１０６５ナノメートルの第２の波長範囲内の第２の出力１２０を有するＩｎＸＧａ１－ＸＡが含まれる。
【0051】
組織（正常及び／又は炭化）による吸収に好適な部分的に重複するスペクトルを有する２つのレーザシステムについて上述したが、代替例では、第２のレーザシステム１０４の代わりに、第１のレーザシステム１０２が、第２の出力１２０を提供することができる。一例では、第１のレーザシステム１０２は、以前に切除されていない「正常」組織の高い吸収（例えば、図２に示す）に好適である、第１の波長範囲にわたっている第１の出力１１０と、炭化前の組織による低い吸収に対応しており、且つ／又は凝固（例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示す）により好適である、第２の波長範囲にわたっている第２の出力１２０とを提供することができる。第１のレーザシステム１０２は、追加の波長範囲にわたって追加の出力を提供することができる。
【0052】
図１を再び参照する。例によれば、レーザ治療システムは、レーザフィードバック制御システム１００を含む。図５を次に参照すると、前述のように、レーザフィードバック制御システム１００は、標的組織１２２からのフィードバック信号１３０を分析し、所望の治療効果を提供するのに好適なレーザ出力を生成するように、第１のレーザシステム１０２及び／又は第２のレーザシステム１０４を制御することができる。例えば、レーザフィードバック制御システム１００は、治療処置（例えば、切除）中の標的組織１２２の特性を監視して、別の治療処置（例えば、血管の凝固）の前に、組織が好適に切除されたかどうかを判定することができる。それに応じて、レーザフィードバック制御システム１００は、フィードバックアナライザ１４０を含むことができる。
【0053】
図５を引き続き参照すると、フィードバックアナライザ１４０は、一例によれば、組織の分光特性を監視することができる。分光特性は、反射率、吸収指数などの特性を含むことができる。それに応じて、フィードバックアナライザ１４０は、分光センサ１４２を含むことができる。分光センサ１４２は、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ）、ラマン分光計、ＵＶ－ＶＩＳ反射分光計、蛍光分光計などを含むことができる。ＦＴＩＲは、決まり切った簡単で急速な材料分析に使用される方法である。この技法は、比較的良好な空間分解能を有し、材料の化学組成物に関する情報を与える。ラマン分光法は、硬組織及び軟組織の成分を識別するのに良好な精度を有する。ラマン分光法は、高い空間分解能の技法として、標的内の成分の分布を判定するのにも有用である。ＵＶ－ＶＩＳ反射分光法は、目からもたらされる情報又は高分解能カメラによって作られる色画像と同様であるが、より定量的且つ客観的に、物体から反射された光からの情報を集める方法である。反射分光法は、光の反射及び吸収がその化学組成物及び表面特性に依存することから、材料に関する情報を提供する。この技法を使用して、サンプルの表面特性及び内部特性の両方に関する固有の情報を得ることも可能である。反射分光法は、硬組織又は軟組織の組成物を認識するのに有益な技法となり得る。蛍光分光法は、サンプルからの蛍光を分析する一種の電磁分光法である。蛍光分光法は、通常は紫外の光ビームを使用することを伴い、この光ビームは、材料化合物を励起し、この材料化合物に、典型的には可視又はＩＲ区域の光を放出させる。この方法は、硬組織及び軟組織などのいくつかの有機成分の分析に適用可能である。
【0054】
フィードバックアナライザ１４０は、任意選択で、一例では、撮像センサ１４４（例えば、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、又は赤外（ＩＲ）波長を感知可能なＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラ）を含むことができる。いくつかの例では、分光センサ１４２は、様々な特徴（例えば、炭化及び非炭化組織、血管構造など）の感知及び検出を強化するために、本明細書に挙げる２種類以上の分光計又は撮像カメラを含むことができる。
【0055】
いくつかの例では、分光センサ１４２（分光計としても知られる）は、本明細書に挙げる分光計のいずれかを含むことができ、治療処置中に使用される内視鏡の撮像能力にさらに依拠することができる。例えば、内視鏡は、治療処置（例えば、腫瘍のレーザ切除）中に解剖学的特徴を視覚化するために使用することができる。そのような場合、分光センサ１４２によって、内視鏡の撮像能力を増大することができる。例えば、従来の内視鏡は、解剖学的特徴（例えば、病変、腫瘍、血管構造など）の強化された視覚化に好適な狭帯域撮像を提供することができる。分光センサ１４２を内視鏡撮像（白色光及び／又は狭帯域撮像）に組み合わせることによって、治療処置の送達を精密に制御するために、炭化レベルなどの組織特性の検出を増大させることができる。
【0056】
図５を再び参照すると、分光センサ１４２は、信号検出光ファイバ１５０に動作可能に結合することができる。そのような例では、信号検出光ファイバ１５０は、組織から分光センサ１４２へ分光信号を伝送するのに好適な光特性を有することができる。別法として、分光センサ１４２は、第１のレーザシステム１０２の第１の光ファイバ１０８及び／又は第２のレーザシステム１０４の第２の光ファイバ１１８に動作可能に結合することができ、それによって第１の光ファイバ１０８及び／又は第２の光ファイバ１１８を介して分光信号を検出することができる。
【0057】
図１及び図５を引き続き参照すると、レーザフィードバック制御システム１００は、分光センサ１４２、第１のレーザシステム１０２、及び任意選択で第２のレーザシステム１０４の各々と動作可能に通信するレーザコントローラ１６０を含む。レーザコントローラ１６０は、標的組織１２２に所望の治療効果をもたらすように１つ以上のレーザシステムからのレーザ出力を制御するために、本明細書に記載する１つ以上の制御アルゴリズムに従って、レーザコントローラ１６０に動作可能に接続された１つ以上のレーザシステム（例えば、第１のレーザシステム１０２、第２のレーザシステム１０４、及び／又は任意の追加のレーザシステム）を制御することができる。
【0058】
レーザコントローラ１６０は、レーザコントローラ１６０に帰する機能の１つ以上を実行するために、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は任意の他の同等の一体若しくは個別の論理回路などのプロセッサ、並びにそのような構成要素の任意の組合せを含むことができる。任意選択で、レーザコントローラ１６０は、有線又は無線接続によって、分光センサ１４２及び１つ以上のレーザシステム（例えば、第１のレーザシステム１０２、第２のレーザシステム１０４、及び本明細書に示されていない任意選択のレーザシステム）に結合することができる。
【0059】
レーザコントローラ１６０は、フィードバックアナライザ１４０と通信して（例えば、有線又は無線接続を介する）、フィードバックアナライザ１４０から１つ以上のフィードバック信号を受け取ることができる。レーザコントローラ１６０は、本明細書にさらに説明するように、フィードバック信号に基づいて、標的組織１２２の１つ以上の特性を判定することができる。例えば、レーザコントローラ１６０は、フィードバック信号の振幅を比較して最小及び最大の振幅を提示し、組織の特性（例えば、炭化、凝固など）を判定することができる。
【0060】
いくつかの例では、フィードバックアナライザ１４０は、標的組織１２２を連続して監視し、レーザコントローラ１６０と連続して通信して、フィードバック信号を提供することができる。それに応じて、レーザコントローラ１６０は、フィードバック信号の振幅の変化が検出されるまで、レーザシステムを１つ以上の状態で引き続き維持することができる。分光信号の振幅の変化が検出されたとき、レーザコントローラ１６０は、１つ以上のレーザシステムと通信し、所望の治療効果を送達するために状態を変化させることができる。別法又は追加として、レーザコントローラ１６０は、操作者（例えば、医療従事者）と通信し、１つ以上の出力システムを介して、フィードバック信号を示す１つ以上の出力を表示することができ、任意選択で、所望の治療効果を送達するために、第１のレーザシステム及び／又は第２のレーザシステムによって１つ以上の治療処置を実行するように操作者に指示することができる。
【0061】
本明細書に記載する実例では、レーザコントローラ１６０は、レーザシステムの状態を変化させることによって、１つ以上のレーザシステムを制御することができる。一態様によれば、レーザコントローラ１６０は、各レーザシステムを独立して制御することができる。例えば、レーザコントローラ１６０は、各レーザシステムへ別個の制御信号を送り、他のレーザシステムから独立して各レーザシステムを制御することができる。別法として、レーザコントローラ１６０は、１つ以上のレーザシステムを制御するために、共通の信号を送ることができる。
【0062】
いくつかの例では、レーザシステムの各々は、レーザシステムがレーザ出力を生成する第１の状態、及びレーザシステムがレーザ出力を生成しない第２の状態という２つの別個の状態に関連付けることができる。例えば、第１のレーザシステム１０２は、第１の出力１１０（例えば、第１の波長範囲）が生成される第１の状態と、第１の出力１１０が生成されない第２の状態とを有することができる。同様に、第２のレーザシステム１０４は、第２の出力１２０（例えば、第２の波長範囲）が生成される第１の状態と、第２の出力１２０が生成されない第２の状態とを有することができる。そのような例では、レーザコントローラ１６０は、レーザシステムの状態を第１の状態から第２の状態へ又は第２の状態から第１の状態へ変化させる制御信号を送ることによって、１つ以上のレーザシステムを制御することができる。さらに、任意選択で、各レーザシステムは、追加の状態、例えば異なる波長範囲のレーザ出力が生成される第３の状態を有することができる。それに応じて、所望の治療効果を提供するレーザ出力を生成するために、レーザコントローラ１６０によってレーザシステムへ追加の制御信号を送り、それらの現在の状態から１つ以上の追加の状態へ（例えば、第１の状態から第３の状態、第２の状態から第３の状態、第３の状態から第１の状態、及び第３の状態から第２の状態へ）それらの状態を変化させることができる。
【0063】
例示的なレーザシステム制御アルゴリズム
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（例えば、分光センサ１４２又は撮像センサ１４４）によって、第１の信号（例えば、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。例えば、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（例えば、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（例えば、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（例えば、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（例えば、分光センサ１４２又は撮像センサ１４４）によって、第１の信号（例えば、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。例えば、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（例えば、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（例えば、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（例えば、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。
【0064】
任意選択で、ステップ６１２で、フィードバックアナライザ１４０は、第１の信号とは別個の第２の信号を受け取ることができる。第２の信号は、第２の事前設定値を有する標的組織の第１の特性を示すことができる。例えば、第２の信号における組織からの反射光の振幅は、第１の信号とは異なることがある。任意選択のステップ６１４で、レーザコントローラ１６０によって第２の信号を受け取ることができる。任意選択のステップ６１６で、レーザコントローラ１６０は、第２の信号が第２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。例えば、第２の信号（例えば、分光信号又は画像）は、標的組織１２２が第１の出力１１０の吸収によって炭化されていないこと（例えば、測定された信号振幅が、切除組織の分光信号又は画像の事前設定された最大振幅より小さいこと）を示すことができる。いくつかの例では、そのような状態は、不十分な切除又は他の満足のいかない治療効果を示すことがあり、組織を切除することができるように、レーザ出力を引き続き送達することが望ましい。それに応じて、任意選択のステップ６１８で、レーザコントローラ１６０は、第１のレーザシステム１０２と通信して第２の制御信号を送ることができる。第２の制御システムは、第１のレーザシステム１０２を第１の状態で維持することができる（例えば、第１の出力１１０を引き続き送達するため）。別法として、第１のレーザシステムが第２の状態（例えば、オフ）にある場合、任意選択のステップ６２０で、第２の制御信号は、例えば標的組織へ追加の切除を引き続き送達するために、第１のレーザシステムの状態を第１の状態（例えば、オン）へ変化させることができる。
【0065】
任意選択のステップ６２０で、レーザコントローラ１６０が、治療状態の満足のいく送達を判定した後、レーザコントローラ１６０は、追加のレーザ出力（例えば、異なる波長）を送達して追加の治療効果を送達するために、追加の制御動作を実行することができる。
【0066】
図７は、デュアルレーザシステムを制御するための制御アルゴリズムを示す。アルゴリズム７００は、レーザコントローラ１６０が２つ以上のレーザシステムと動作可能に通信している場合に好適となり得る。いくつかのそのような例では、前述のように、第１のレーザシステム１０２は、第１の出力１１０（例えば、第１の波長範囲）を送達するように構成することができ、第２のレーザシステム１０４は、第２の出力１２０（例えば、第１の波長範囲とは異なる第２の波長範囲）を送達するように構成することができる。制御アルゴリズム７００は、第１のレーザシステム１０２、第２のレーザシステム１０４、及び任意選択で追加のレーザシステムを制御することができる。
【0067】
制御アルゴリズム７００に従って、ステップ７０２で、フィードバックアナライザ１４０によって第１の信号（例えば、分光信号又は画像）を検出することができる。ステップ７０４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。ステップ７０６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（第１の事前設定値の指定の許容差範囲内など）に概ね等しいかどうかを判定することができる。例えば、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（例えば、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（例えば、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の特性が標的値又は事前設定された基準を満たすことに基づいて、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７０８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。例えば、レーザコントローラ１６０は、切除組織からの反射光に基づいて、切除が満足のいくものであると判定し、第１の制御信号を第１のレーザシステムへ送り、第１のレーザシステムをＯＦＦ状態に戻すことができる。別法として、実例では、レーザコントローラ１６０は、所望の治療効果に到達したことを示すために、且つ／又は第１のレーザシステムの状態を「ＯＦＦ」状態に変化させることを操作者（例えば、医療従事者）に示すために、操作者へ出力を提供することができる。
【0068】
ステップ７０８で、レーザコントローラ１６０はまた、第４の信号を第２のレーザシステム１０４へ送り、第２のレーザシステム１０４の第２の状態から第２のレーザシステム１０４の第１の状態へ変化させることができる。例えば、第２のレーザシステム１０４は、炭化組織を切除するのにより好適となり得る。それに応じて、組織が十分に炭化されていることを検出したとき（例えば、ステップ７０８）、レーザコントローラ１６０は、いくつかの例では、第１の制御信号を送って第１のレーザシステム１０２をオフに切り換え、第４の制御信号を送って第２のレーザシステム１０４をオンに切り換えることができる。第１のレーザシステム及び第２のレーザシステムの状態の例示的なタイミング図を図８に示す。
【0069】
いくつかの例では、第１の制御信号及び第４の制御信号は、同時に送ることができる。別法として、第１の制御信号及び第４の制御信号は、連続して送ることができる。
【0070】
図７に戻ると、任意選択のステップ７１０で、フィードバックアナライザ１４０は、第１の信号とは別個の第２の信号（例えば、分光信号又は画像）を検出することができる。例えば、第２の信号は、第１の出力１１０の吸収によって標的組織１２２が炭化されていないこと（例えば、測定された信号振幅が、切除組織の分光信号の事前設定された最大振幅より大きいこと）を示すことができる。いくつかの例では、そのような状態は、不十分な切除又は他の満足のいかない治療効果を示すことがあり、組織を切除することができるように、レーザ出力を引き続き送達することが望ましい。任意選択のステップ７１２で、レーザコントローラは、第２の信号を受け取り、任意選択のステップ７１４で、第２の信号を第２の事前設定値と比較することができる。第２の信号が第２の事前設定値（第２の事前設定値の指定の許容差範囲内など）に概ね等しい場合、任意選択のステップ７１６で、レーザコントローラ１６０は、第２の制御信号を第１のレーザシステムへ送り、第３の制御信号を第２のレーザシステムへ送ることができる。第１のレーザシステム及び第２のレーザシステムの状態の例示的なタイミング図を図８に示す。
【0071】
第２の制御信号は、いくつかの例では、第１のレーザシステムを第２の状態（例えば、ＯＦＦ）から第１の状態（例えば、ＯＮ）へ変化させることができる。別法として、第１のレーザシステムが第１の状態（例えば、ＯＮ）にある場合、第２の制御信号は、第１のレーザシステム１０２を第１の状態で維持することができる（例えば、第１の出力１１０を引き続き送達するため）。任意選択で、ステップ７１６で、レーザコントローラ１６０は、第２のレーザシステム１０４がその第１の状態にある場合、第３の制御信号を第２のレーザシステム１０４へ送り、それによって第２のレーザシステム１０４を第２のレーザシステム１０４の第１の状態（例えば、ＯＮ）から第２のレーザシステム１０４の第２の状態（例えば、ＯＦＦ）へ変化させることができる。別法として、第３の制御信号は、第２のレーザシステムが第２の状態にある場合、第２のレーザシステム１０４を第２の状態（例えば、ＯＦＦ）で維持することができる。
【0072】
いくつかの例によれば、第１のレーザシステム１０２及び第２のレーザシステム１０４の各々の第１の状態は、それぞれ第１のレーザ源１０６による第１の出力１１０の生成及び第２のレーザ源１１６による第２の出力１２０の生成に対応することができる。それに応じて、第１のレーザシステム１０２及び第２のレーザシステム１０４の各々の第１の状態は、「オン」状態を表すことができる。いくつかのそのような例では、第１のレーザシステム１０２及び第２のレーザシステム１０４の各々の第２の状態は、「オフ」状態に対応することができる。
【0073】
図５を参照すると、レーザフィードバック制御システム１００は、１つ以上の出力システム１７０を含むことができる。１つ以上の出力システム１７０は、ユーザ及び／又は治療処置に使用される灌注吸引／圧送システム、若しくは光ディスプレイコントローラ、若しくは他のシステムなどの他のシステムと通信し、且つ／あるいはユーザ及び／又はそのようなシステムへ信号を送達することができる。いくつかの例では、出力システム１７０は、ディスプレイ１７２を含むことができる。ディスプレイ１７２は、スクリーン（例えば、タッチスクリーン）とすることができ、又は代替例では、簡単に視覚インジケータ（例えば、１つ以上の色のＬＥＤ光）とすることができる。追加の例では、出力システム１７０は、聴覚信号を提供することが可能な聴覚出力システム１７４（例えば、スピーカ、警報システムなど）を含むことができる。出力システム１７０は、所望の治療効果が実現されたことを示すために、１つ以上の出力（例えば、第１の色のＬＥＤ光、スクリーン上の第１のメッセージ、第１のトーンの警報音）を提供することができる。出力は、例えばステップ６１０、及び任意選択でステップ６２０で、提供することができる。さらなる任意選択の例では、出力システム１７０は、所望の治療効果が実現されていないとき、１つ以上の異なる出力を提供することができる。例えば、出力システム１７０は、所望の治療効果が実現されていないことを示すために、１つ以上の出力（例えば、第２の色のＬＥＤ光、スクリーン上の第２のメッセージ、第２のトーンの警報音）を提供することができる。そのような出力は、１つ以上のステップをとる（例えば、１つ以上のレーザシステムを使用して、追加の治療ステップを実行し、追加のレーザ出力を提供する）ように、操作者（医療従事者）を促すことができる。
【0074】
図８は、２つの光波長を利用することによって組織の切除及び凝固を送達する一例によるレーザフィードバック制御システム１００を有するデュアルレーザシステムのタイミング図を示す。しかし、前述のように、レーザフィードバック制御システム１００は、標的組織１２２へのレーザ療法又は他のタイプの治療効果の送達を最適化するために、単一又は複数の光波長システムとともに利用することができる。治療効果は、同時を含む任意のシーケンスで送達することができる。別法として、治療効果は、異なる時間に送達することができる。
【0075】
一例によれば、第１のレーザシステム１０２及び第２のレーザシステム１０４からのレーザエネルギーは、標的（例えば、組織表面）へ送達することができ、一例では連続して送達することなどができる。第１及び第２のレーザシステムは、同じ光ファイバを介して、それぞれのレーザエネルギーを送達することができる。別法として、第１及び第２のレーザシステムは、それぞれ別個の光ファイバを介して、それぞれのレーザエネルギーを送達することができる。振幅Ａｍａｘを有する光フィードバック信号８１０は、組織表面から反射され、フィードバックアナライザ１４０によって検出及び分析することができる。第１及び第２のレーザシステムは、それぞれの動作状態（例えば、ＯＮ状態又はＯＦＦ状態）を交互に変えることができる。図８に示すように、第１のレーザシステム１０２は、その第１の状態に切り換えることができ、又はその第１の状態（例えば、ＯＮ）８２０Ａで維持することができ、第２のレーザシステム１０４は、第２の状態（例えば、ＯＦＦ）に切り換えることができ、又はその状態で維持することができる。第１のレーザは、組織を切除及び炭化するために使用することができる。第１のレーザシステム１０２の動作中、第１の信号は、レーザコントローラ１６０によって受け取ることができ、その振幅が閾値レベルＡｍｉｎへ低減するまで、組織による高い吸収を示すことができる。第１のレーザシステム１０２からの出力の波長は、標的組織の効果的な炭化に好適な波長など、標的の吸収スペクトルにおける第１の波長範囲内とすることができる。組織は、レーザエネルギーの高い吸収を有する。一例では、第１のレーザ出力は、ＵＶ－ＶＩＳ又は深赤外波長範囲内である。
【0076】
レーザコントローラ１６０は次いで、第１のレーザシステム１０２が第２の状態（例えば、ＯＦＦ）になり、第２のレーザシステム１０４が第１の状態（例えば、ＯＮ）８３０Ａになるように、レーザシステムの状態を変化させることができる。第２のレーザシステム１０４からの出力は、炭化組織によって大きく吸収することができ、したがって炭化組織が切除され、炭化を事実上除去する。第２のレーザシステム１０４からの出力の波長は、標的の吸収スペクトルにおける第２の波長範囲内とすることができる。第２の波長範囲は、第１のレーザシステム１０２からの出力の第１の波長範囲とは異なることができる。第２のレーザシステム１０４からの出力の波長はまた、効果的な凝固にとって好適となり得る。一例では、第２のレーザ出力は、赤外波長範囲内（例えば、１００～３００μｍ）である。脱炭プロセスによって、信号（例えば、第２の信号）の振幅は初期レベルＡｍａｘ近くまで戻る。レーザコントローラ１６０は、それに応じて、レーザの状態を変化させることができ、したがって第１のレーザシステム１０２は第１の状態（例えば、ＯＮ）になり、第２のレーザシステム１０４は第２の状態（例えば、ＯＦＦ）になる。このプロセスを繰り返すことができ、したがって第１のレーザシステム１０２及び第２のレーザシステム１０４は、図８に示すように交互に、所望の組織の切除及び／又は凝固が実現されるまで、それぞれＯＮ状態８２０Ｂ及び８３０Ｂに繰返し切り換えられる。いくつかの例では、本明細書に論じる光フィードバック信号８１０は、レーザエネルギーとは異なる電気手術エネルギーを制御可能に調整及び最適化することができる電気手術システムに提供することができる。
【0077】
標的識別を伴う例示的な内視鏡システム
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。
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。
【0078】
図９Ａ～図９Ｂは、レーザファイバが挿入された内視鏡の一例を示す。例示的な内視鏡９１０の細長い本体部分が、レーザファイバ９１２、照射源９１４、及びカメラ９１６を含む様々な構成要素を取り囲んでいる。レーザファイバ９１２は、レーザシステム１０２又はレーザシステム２０２の光路１０８の一例である。レーザファイバ９１２は、内視鏡９１０の細長い本体内をワーキングチャネル９１３に沿って延びることができる。いくつかの例では、レーザファイバ９１２は、内視鏡とは別個のものとすることができる。例えば、レーザファイバ９１２は、使用前に内視鏡のワーキングチャネルに沿って供給し、使用後に内視鏡のワーキングチャネルから回収することができる。
【0079】
照射源９１４は、操作者が標的構造（例えば、組織又は結石構造）を視覚化することを可能にする視覚化システムの一部とすることができる。照射源の例は、光を内視鏡の細長い本体の遠位端から離れる方へ遠位に放出して標的構造の領域を照射するように構成された１つ以上のＬＥＤを含むことができる。一例では、照射源９１４は、標的構造を照射するために、白色光を放出することができる。白色光は、医師が内視鏡の本体の遠位端の近傍で結石又は組織の変色又は他の色に基づく影響を観察することを可能にすることができる。一例では、照射源９１４は、標的構造を照射するために、青色光を放出することができる。青色光は、熱による組織の広がりを示し、それによって組織内の損傷を検出するのによく適していることがある。赤色、琥珀色、黄色、緑色などの他の色及び／又は色帯域を使用することもできる。
【0080】
カメラ９１６は、視覚化システムの一部である。カメラ９１６は、撮像センサ２４４の一例である。カメラ９１６は、照射された標的構造及び周辺環境のビデオ画像又は１つ以上の静止画像を捕捉することができる。ビデオ画像は、実時間、又は処理のための待ち時間が比較的短いほぼ実時間とすることができ、したがって医師は、内視鏡を操作しながら、標的構造を観察することができる。カメラ９１６は、レンズと、レンズの焦点面に位置するマルチピクセルセンサとを含むことができる。センサは、ビデオ画像内の各画素に対する赤色光、緑色光、及び青色光の強度値を提供するセンサなどのカラーセンサとすることができる。回路基板は、照射された結石の捕捉されたビデオ画像を表すデジタルビデオ信号を生じさせることができる。デジタルビデオ信号は、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、２４Ｈｚ、２５Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚ、５０Ｈｚ、６０Ｈｚのビデオリフレッシュレート、又は別の好適なビデオリフレッシュレートを有することができる。
【0081】
図１０Ａ～図１０Ｂは、フィードバック制御式のレーザ治療システムの例を示す。図１０Ａで、レーザ治療システム１０００Ａは、カメラフィードバックを受け取るフィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０と一体化された内視鏡９１０を含む。レーザ治療システム１０００Ａは、レーザ治療システム１００の一例であり、内視鏡９１０、フィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０、レーザ源１０２０、及び光源１０３０を備える。様々な例では、フィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０の一部分又は全体を、内視鏡９１０に埋め込むことができる。
【0082】
フィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０は、レーザフィードバック制御システム２００の一例であり、分光計１０１１（分光センサ２４２の一例）、フィードバックアナライザ１０１２（フィードバックアナライザ２４０の少なくとも一部分の一例）、及びレーザコントローラ１０１３（レーザコントローラ２６０の一例）を含む。レーザ源１０２０は、レーザシステム２０２の一例であり、レーザファイバ９１２に結合することができる。ファイバ一体式のレーザシステムは、フレキシブル内視鏡にレーザエネルギーを通し、硬組織及び軟組織を効果的に治療する能力のため、内視鏡処置に使用することができる。これらのレーザシステムは、ＵＶ範囲からＩＲの範囲（２００ｎｍ～１００００ｎｍ）の広い波長範囲内のレーザ出力ビームを生じさせる。いくつかのファイバ一体式のレーザは、軟組織又は硬組織によって大きく吸収される波長範囲内、例えば水の吸収の場合は１９００～３０００ｎｍ、又はオキシヘモグロビン及び／若しくはデオキシヘモグロビンの吸収の場合は４００～５２０ｎｍの出力を生じさせる。上記の表１は、１９００～３０００ｎｍという高い水吸収範囲内で放出するＩＲレーザの概要である。
【0083】
いくつかのファイバ一体式のレーザは、標的軟組織又は硬組織によって最小限に吸収される波長範囲内の出力を生じさせる。これらのタイプのレーザは、５～１０μｍという小さい毛細血管の直径に類似した侵入深さのため、効果的な組織凝固を提供する。レーザ源１０２０の例は、特に、５１５～５２０ｎｍで放出するＧａＮレーザ、３７０～４９３ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮレーザ、７５０～８５０ｎｍで放出するＧａＸＡｌ１－ＸＡレーザ、又は９０４～１０６５ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＡレーザなど、ＵＶ－ＶＩＳを放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮ半導体レーザを含むことができる。
【0084】
光源１０３０は、電磁放射信号を生じさせることができ、この電磁放射信号は、内視鏡の細長い本体に沿って延びる第１の光路を介して、標的構造１２２へ伝送することができる。第１の光路は、ワーキングチャネル９１３内に位置することができる。一例では、第１の光路は、レーザファイバ９１２とは別個の光ファイバとすることができる。別の例では、図１０Ａに示すように、電磁放射信号は、レーザビームを伝送するために使用されるものと同じレーザファイバ９１２を通って伝送することができる。電磁放射は、第１の光路の遠位端を出て、標的構造及び周辺環境に投影される。図１０Ａに示すように、標的構造は、内視鏡カメラ９１６の視野範囲内にあり、したがって電磁放射が標的構造及び周辺環境に投影されることに応答して、ＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラなどの内視鏡カメラ９１６は、標的構造１２２から反射された信号を収集し、標的構造の撮像信号１０５０を生じさせ、撮像信号をフィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０へ送達することができる。いくつかの例では、分光応答を収集するために、レーザ走査など、ＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラ以外の撮像システムを使用することができる。
【0085】
カメラシステム９１６を通して生成及び伝送されるフィードバック信号（例えば、撮像信号）に加えて、又はその代わりに、いくつかの例では、標的構造から反射された信号は、追加又は別法として、内視鏡９１０に付随するものなど、別個のファイバチャネル又はレーザファイバを通して、フィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０へ収集及び伝送することができる。図１０Ｂは、分光センサフィードバックを受け取るように構成されたフィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０と一体化された内視鏡９１０を含むレーザ治療システム１０００Ｂの一例を示す。反射された分光信号１０７０（図１及び図２のフィードバック信号１３０の一例である）は、レーザファイバ９１２など、光源１０３０から標的構造へ電磁放射を伝送するために使用されたものと同じ光路を通って、フィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０へ戻ることができる。別の例では、反射された分光信号１０７０は、光源１０３０から標的構造へ電磁放射を伝送する第１の光ファイバとは別個の光ファイバチャネルなどの第２の光路を通って、フィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０へ進むことができる。
【0086】
フィードバック制御式のレーザ治療システム１０１０は、１つ以上のフィードバック信号（例えば、標的構造の撮像信号１０５０又は反射された分光信号１０７０）を分析して、レーザ源１０２０に対する動作状態を判定することができる。分光計１０１１は、分光センサ２４２を参照して上記で論じたように、ＦＴＩＲ分光計、ラマン分光計、ＵＶ－ＶＩＳ分光計、ＵＶ－ＶＩＳ－ＩＲ分光計、又は蛍光分光計のうちの１つ以上を使用することなどによって、１つ以上のフィードバック信号から１つ以上の分光特性を生成することができる。フィードバックアナライザ１０１２は、標的検出器２４６又は標的分類器２４８のうちの１つ以上を使用することなどによって、標的構造を複数の構造カテゴリ又は構造タイプのうちの１つとして識別又は分類するように構成することができる。レーザコントローラ１０１３は、図２を参照して上記で同様に論じたように、レーザシステム１０２０の動作モードを判定するように構成することができる。
【0087】
光源１０３０は、ＵＶからＩＲの光範囲内の電磁放射を生じさせることができる。以下の表２は、本明細書に論じる例に適用可能な分光システムのための光源１０３０の例を提示する。
【0088】
【表2】
【0089】
いくつかの例では、フィードバックアナライザ１０１２は、レーザファイバ９１２の遠位端と標的構造１２２との間、又は反射信号を受け取って再び分光計１０１１へ伝送する光路の遠位端と標的構造１２２との間の距離１０６０（図１０Ａに示す）を判定することができる。距離１０６０は、分光計１０１１によって生じた反射スペクトルなどの分光特性を使用して計算することができる。レーザコントローラ１０１３は、閾値（ｄｔｈ）未満又は指定のレーザ発射範囲内など、距離１０６０が条件を満たす場合、標的構造１２２へレーザエネルギーを送達するように、レーザ源１０２０を制御することができる。一例では、標的構造１２２が、意図された治療構造タイプ（例えば、指定の軟組織タイプ又は指定の結石タイプ）として識別されたが、標的構造１２２が、レーザの範囲内にない（例えば、ｄ＞ｄｔｈ）場合、レーザコントローラ１０１３は、レーザ源１０２０を「ロック」する（すなわち、レーザ源１０２０が発射するのを防止する）ように、制御信号を生じさせることができる。距離１０６０に関する情報、及び標的構造がレーザの範囲外（ｄ＞ｄｔｈ）であるという指示は、医師へ提示することができ、医師は次いで、標的により近づくようにレーザファイバ９１２の遠位端の位置を変えるなど、内視鏡９１０を調整することができる。距離１０６０、並びに標的構造タイプは、連続して監視及び判定し、医師に提示することができる。標的が、意図された治療構造タイプとして認識され、レーザの範囲内（ｄ≦ｄｔｈ）であるとき、レーザコントローラ１０１３は、レーザ源１０２０を「アンロック」するように、制御信号を生じさせることができ、レーザ源１０２０は、レーザ動作モード（例えば、電力設定）に従って、標的構造１２２を狙って発射することができる。分光データからの距離１０６０を計算する方法の例について、図２４Ａ～図２４Ｄなどを参照して、以下に論じる。
【0090】
いくつかの例では、分光計１０１１は、光源から標的へ電磁放射を伝送するように構成された光路の幾何形状及び位置決めに関する情報をさらに使用して、分光特性（例えば、反射スペクトル）を生成するように構成することができる。例えば、レーザファイバ９１２の外径、若しくは標的から反射された分光信号を分光計１０１１へ伝送する別個の光路の外径、又は内視鏡９１０からの前記ファイバ又は経路の突出角度は、反射された信号の強度に影響を及ぼすことがある。外径及び／又は突出角度を測定して分光計１０１１へ提供し、反射スペクトルデータを獲得することができる。上記で論じたように、標的構造とファイバの遠位端との間の距離１０６０は、スペクトルデータ、ファイバ又は光路の測定された外径、及びその突出角度、並びに／又は内視鏡画像プロセッサからの入力信号を使用して計算することができる。
【0091】
図１１Ａ～図１１Ｂは、診断ビームを使用して標的を識別する内視鏡システムの例を示す図である。図１１Ａに示すように、内視鏡システム１１００Ａは、内視鏡１１１０と、内視鏡１１１０のワーキングチャネル１１１２を通って挿入可能とすることができる光ファイバ１１２０Ａとを含むことができる。内視鏡１１１０は、少なくとも１つの内視鏡照射源１１３０を含むことができ、又は他の形で内視鏡ポート１１１４を介して少なくとも１つの内視鏡照射源１１３０に結合することができる。少なくとも１つの内視鏡照射源１１３０は、異なる照射量を制御可能に提供することができる。光ファイバ１１２０Ａは、ワーキングチャネル１１１２を通って挿入されるとき、内視鏡ポート１１１４などを介して、非内視鏡照射源１１４０に結合することができる。非内視鏡照射源１１４０は、少なくとも１つの内視鏡照射源１１３０とは異なることができる。非内視鏡照射源１１４０は、光ファイバ１１２０Ａを通って内視鏡１１１０の遠位端１１１６の近傍で診断ビーム１１４２を放出することができる。光ファイバ１１２０Ａは、診断ビーム１１４２を標的１００１に向けることができる。一例では、非内視鏡照射源１１４０は、レーザビームを含む診断ビームを発するように構成されたレーザ源とすることができる。様々な例では、白色光ランプ、ＬＥＤ光源、又は透視光源を、内視鏡のワーキングチャネルを通って挿入することができ、又は腹腔鏡ポートなどの別のポートを通って挿入することができる。
【0092】
内視鏡システム１１００Ａは、コントローラ１１５０を含むことができる。コントローラ１１５０は、例えば第１の照射量を有する第１のモード、及び第１の量より小さい第２の照射量を有する第２のモードを含む異なる動作モードで、少なくとも１つの内視鏡照射源１１３０を制御可能に動作させることができる。一例では、コントローラ１１５０は、トリガ信号に応答して照射モードを（例えば、第１のモードから第２のモードへ）変化させるように、そのような制御信号を生成することができる。一例では、内視鏡は、標的１００１の画像を取得することができる撮像システム１１６０を含み、コントローラ１１５０は、標的の画像の輝度又は強度の変化に応答して、照射モードを（例えば、第１のモードから第２のモードへ）変化させるように、内視鏡への制御信号を生成することができる。以下、第１のモードを高照射モードと呼び、第２のモードを低照射モードと呼ぶ。一例では、高照射モード及び低照射モードは、高照射モード下で照射光を放出するように構成された第１の内視鏡照射源、及び低照射モード下で照射光を放出するように構成された異なる第２の内視鏡照射源など、それぞれの異なる内視鏡照射源によって提供することができる。照射光は、内視鏡１１１０の遠位端１１１６の近傍で放出することができる。一例では、照射光は、ワーキングチャネル１１１２内で、光ファイバ１１２０Ａとは異なる光路を通って進むことができる。光路は、照射光１１３２を、診断ビームが投影されるものと同じ標的１００１に向けることができる。
【0093】
コントローラ１１５０は、少なくとも１つの内視鏡照射源１１３０が高照射モードから低照射モードへ変化したとき、診断ビーム１１４２（例えば、より低い治療レベルのエネルギーを有するレーザビーム）を放出するように、非内視鏡照射源１１４０への制御信号を生成することができる。一例では、低照射モードは、内視鏡の照射をオフに切り換えることを含む。低照射モード下で標的部位への照射を暗くすることによって、標的に入射する診断ビームの標的からの反射を強化することができ、これにより標的識別を改善するのを助けることができる。
【0094】
いくつかの例では、コントローラ１１５０は、照射モードが第２のモードにある間に、標的の画像を表示するように、ディスプレイへの制御信号を生成することができ、画像は、標的の以前の画像又は現在の画像の修正された画像である。コントローラ１１５０は、標的に入射する診断ビーム、及び標的から反射された診断ビームからの光に基づいて、標的の組成物を判定することができる。一例では、コントローラ１１５０は、結石標的の第１の部分の第１の組成物を判定し、結石標的の第２の部分の異なる第２の組成物を判定することができる。標的の異なる部分の識別された組成物に基づいて、コントローラ１１５０は、結石標的の第１の部分を標的とするように、第１のレーザ設定をプログラムし、又は第１のレーザ設定をプログラムすることの推奨を生成することができる。コントローラ１１５０は、結石標的の第２の部分を標的とするように、第１のレーザ設定とは異なる第２のレーザ設定をさらにプログラムし、又は第２のレーザ設定をプログラムすることの推奨を生成することができる。
【0095】
一例では、非内視鏡照射源１１４０が診断ビーム１１４２を発するのをやめた後、コントローラ１１５０は、照射モードを低照射モードから再び高照射モードへ変化させるように、内視鏡への制御信号を生成することができる。
【0096】
図１１Ｂは、内視鏡システム１１００Ａの変種である内視鏡システム１１００Ｂの一例を示す。この例では、診断ビーム１１４２は、光ファイバ１１２０Ｂを通って伝送することができる。内視鏡１１１０のワーキングチャネル１１１２に挿入される光ファイバ１１２０Ａとは異なり、光ファイバ１１２０Ｂは、ワーキングチャネル１１１２とは別個に配置することができる。いくつかの例では、図１１Ｂに示すように、診断ビーム１１４２は、一例では腹腔鏡ポートなどの２次ポート１１１５を通って送達することができ、２次ポート１１１５は、内視鏡照射光を送達するために使用される内視鏡ポート１１１４とは別個である。光ファイバ１１２０Ｂは、内視鏡１１１０の遠位端１１１６及び光ファイバ１１２０Ｂの遠位端の両方が標的１００１を狙うように位置決めすることができる。
【0097】
図１２及び図１３Ａ～図１３Ｂは、ＵＶ－ＶＩＳ分光法又はＵＶ－ＶＩＳ－ＩＲ分光法を介して、いくつかの異なるタイプの腎臓石の組成物を識別するためなど、異なるタイプの標的を識別するための反射スペクトルデータを示す図である。反射スペクトルデータは、シュウ酸カルシウム石（一水和物）、シュウ酸カルシウム石（二水和物）、リン酸カルシウム石、ストルバイト石、及び尿酸石を含む５つの１次タイプの腎臓石の画像の各々に、ＵＶ－ＶＩＳ分光計又はＵＶ－ＶＩＳ－ＩＲ分光計を向けることによって収集された。一例では、電磁放射は、１０ｎｍ～４００ｎｍの１つ以上の紫外波長を含むことができる。別の例では、図１２に示すように、異なるタイプの標的を識別するために使用される反射スペクトルは、２００～１１００ｎｍの波長範囲内で分光計から再コード化することができる。図１２では、リン酸アンモニウムマグネシウム（ＡＭ ＭＡＧ）水和物、シュウ酸カルシウム（ＣＡ）一水和物、シュウ酸カルシウム（ＣＡ）水和物、リン酸カルシウム（ＣＡ）、及び尿酸を含む腎臓石組成物の反射スペクトルが示されている。これらの石組成物の反射スペクトルは、より高い波長範囲（例えば、４００超）に比べて、より低い波長範囲（例えば、４００ｎｍ未満）でより識別可能である。図１３Ａは、リン酸アンモニウムマグネシウム水和物スペクトル１３１０、シュウ酸カルシウム一水和物スペクトル１３２０、シュウ酸カルシウム水和物スペクトル１３３０、リン酸カルシウムスペクトル１３４０、及び尿酸スペクトル１３５０を含む、２００～４００ｎｍの波長範囲内の図１２に示す反射スペクトルの一部分を示す。このＵＶ波長範囲は、石の画像のスペクトル内で差を識別することができる１つの範囲である。図１３Ｂは、シスチンスペクトル１３６０、尿酸スペクトル１３７０、及びシュウ酸カルシウム一水和物スペクトル１３８０を含む、４００～７００ｎｍの波長範囲内の様々な腎臓石組成物の反射スペクトルを示す。ＵＶ－ＶＩＳ分光法又はＵＶ－ＶＩＳ－ＩＲ分光法によって、異なるタイプの腎臓石など、異なるタイプの標的を区別することが可能である。
【0098】
したがってＵＶ波長範囲は、例えば腎臓石などの異なる標的組成物を区別することが期待できるため、この領域の分析を可能にする光源がシステム内に必要とされる。図１４は、それぞれ約２５０ｎｍ、２８０ｎｍ、３１０ｎｍ、及び３４０ｎｍというＵＶ波長範囲のそれぞれの区分をカバーする光ピーク１４１０、１４２０、１４３０、及び１４４０を示す。図１５は、図１３Ａ～図１３Ｂからのいくつかのタイプの石の正規化反射スペクトルに、これらの光ピーク１４１０～１４４０を重ねている。これらの光ピーク１４１０～１４４０は、分光計がＵＶ波長内で標的の組成物を分析することを可能にするはずの潜在的な光源を実証する。
【0099】
図１６Ａは、軟骨スペクトル１６１０、骨スペクトル１６２０、筋肉スペクトル１６３０、脂肪スペクトル１６４０、及び肝臓組織スペクトル１６５０を含む、様々な組織タイプからＵＶ－ＶＩＳ分光計で捕捉された正規化反射スペクトルの一例を示す。図１６Ｂは、軟骨スペクトル１６１０、骨スペクトル１６２０、筋肉スペクトル１６３０、脂肪スペクトル１６４０、肝臓組織スペクトル１６５０、及び血管スペクトル１６６０を含む、様々な軟組織及び硬組織からＵＶ－ＶＩＳ分光計で捕捉された正規化反射スペクトルの別の例を示す。図１６Ａ～図１６Ｂに示す反射スペクトルデータは、内視鏡のワーキングチャネル内で利用することができる方法から標的の組成物を分析する実行可能性を実証する。石の画像から捕捉されたスペクトルと同様に、ＵＶ－ＶＩＳ領域を使用して、異なるタイプの標的を識別することができる。図１６Ｃは、典型的な石組成物のＦＴＩＲスペクトルの一例を示し、図１６Ｄは、いくつかの軟組織及び硬組織の組成物の例示的なＦＴＩＲスペクトルに関する。
【0100】
例示的なレーザ治療システム
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。例えば、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。
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。例えば、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。
【0101】
本明細書に記載する特徴は、ファイバ一体式のレーザシステム及び内視鏡と組み合わせて使用することができる分光システムとともに使用することができる。
【0102】
図１７～図１８は、本開示に記載の様々な例によるレーザ治療システムの概略図を示す。レーザ治療システムは、標的の方へ向けてレーザエネルギーを送達するように構成されたレーザシステムと、レーザシステムに結合されるように構成されたレーザフィードバック制御システムとを含むことができる。レーザシステムは、類似した又は異なる波長をＵＶからＩＲへ放出することができる１つ以上のレーザモジュール１７１０Ａ～１７１０Ｎ（例えば、固体状態レーザモジュール）を含むことができる。一体化されたレーザモジュールの数、出力電力、放出範囲、パルス形状、及びパルス列は、システムのコストと、所望の効果を標的へ送達するために必要とされる性能とを均衡させるように選択される。
【0103】
１つ以上のレーザモジュール１７１０Ａ～１７１０Ｎは、ファイバと一体化することができ、レーザ結合システム内に含むことができる。ファイバ一体式のレーザシステムは、フレキシブル内視鏡にレーザエネルギーを通し、硬組織及び軟組織を効果的に治療するそれらの能力のため、内視鏡処置に使用することができる。これらのレーザシステムは、ＵＶ範囲からＩＲの範囲（例えば、２００ｎｍ～１００００ｎｍ）の広い波長範囲内のレーザ出力ビームを生じさせる。いくつかのファイバ一体式のレーザは、軟組織又は硬組織によって大きく吸収される波長範囲内、例えば水の吸収の場合は１９００～３０００ｎｍ、又はオキシヘモグロビン及び／若しくはデオキシヘモグロビンの吸収の場合は４００～５２０ｎｍの出力を生じさせる。表１を参照して上述したものなど、内視鏡処置内のレーザ源として様々なＩＲレーザを使用することができる。
【0104】
レーザモジュール１７１０Ａ～１７１０Ｎは各々、出力電力を増大させ、放出を標的へ送達するために、光ファイバに一体化された複数の固体状態レーザダイオードからなることができる。いくつかのファイバ一体式のレーザは、標的軟組織又は硬組織によって最小限に吸収される波長範囲内の出力を生じさせる。これらのタイプのレーザは、５～１０μｍという小さい毛細血管の直径に類似した侵入深さのため、効果的な組織凝固を提供する。本開示の様々な例によって記載するファイバ一体式のレーザモジュール１７１０Ａ～１７１０Ｎには、いくつかの利点がある。一例では、レーザモジュールによる発光は、対称のビーム品質であり円形で平滑な（均質化された）強度プロファイルを有する。小型の冷却配置がレーザモジュールに一体化され、システム全体が小型になる。ファイバ一体式のレーザモジュール１７１０Ａ～１７１０Ｎは、別の光ファイバ構成要素と容易に組み合わせることができる。加えて、ファイバ一体式のレーザモジュール１７１０Ａ～１７１０Ｎは、標準的な光ファイバコネクタに対応しており、これによりモジュールは、ほとんどの光モジュールとともに位置合わせなしでうまく動作することが可能になる。さらに、ファイバ一体式のレーザモジュール１７１０Ａ～１７１０Ｎは、レーザ結合システムの位置合わせを変化させることなく、容易に交換することができる。
【0105】
いくつかの例では、レーザモジュールは、図３Ｃに示すように、軟組織又は硬組織、石、骨、歯などのいくつかの材料によって大きく吸収される波長範囲内、例えば水の吸収の場合は１９００～３０００ｎｍ、又はオキシヘモグロビン及び／若しくはデオキシヘモグロビンの吸収の場合は４００～５２０ｎｍのレーザ出力を生じさせることができる。いくつかの例では、レーザモジュールは、軟組織又は硬組織、石、骨、歯などの標的によってより小さく吸収される波長範囲内のレーザ出力を生じさせることができる。このタイプのレーザは、図３Ｃに示すように、小さい毛細血管の直径（例えば、５～１０μｍ）に類似した侵入深さのため、より効果的な組織凝固を提供する。市販の固体状態レーザは、レーザモジュールにとって潜在的な放出源である。レーザモジュールのためのレーザ源の例は、ＧａＮ（５１５～５２０ｎｍで放出）若しくはＩｎＸＧａ１－ＸＮ（３７０～４９３ｎｍで放出）、ＧａＸＡｌ１－ＸＡレーザ（７５０～８５０ｎｍで放出）、又はＩｎＸＧａ１－ＸＡレーザ（９０４～１０６５ｎｍで放出）など、ＵＶ－ＶＩＳを放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮ半導体レーザを含むことができる。そのようなレーザ源はまた、組織凝固の応用例に適用可能であることがある。
【0106】
レーザフィードバック制御システムは、例えば、分光システム１７２０、フィードバックアナライザ１７３０、及びレーザコントローラ１７４０を含む１つ以上のサブシステムを備えることができる。
【0107】
分光システム１７２０
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。
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。
【0108】
光学分光法は、有機及び無機材料の容易で急速な分析に使用することができる強力な方法である。本開示に記載の様々な例によれば、分光光源を、別個のファイバチャネル、レーザファイバ、又は内視鏡システムに一体化することができる。標的から反射された光源信号は、デジタル内視鏡内に含むことができる例えば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、分光計へ急速に収集及び送達することができる。分光応答を収集するために、レーザ走査のような他の撮像システムを使用することもできる。光学分光法には、いくつかの利点がある。光学分光法は、ファイバレーザ送達システム１７０１と容易に一体化することができる。光学分光法は、材料の化学組成物を検出及び分析するための非破壊的な技法であり、分析は、実時間で実行することができる。光学分光法は、例えば硬組織及び軟組織、結石構造などを含む異なるタイプの材料を分析するために使用することができる。
【0109】
標的化学組成物を分析し、分光フィードバックを作成するために、様々な分光技法を単独で、又は組み合わせて使用することができる。そのような分光技法の例は、特に、ＵＶ－ＶＩＳ反射分光法、蛍光分光法、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）、又はラマン分光法を含むことができる。上記の表２は、一例に適用可能な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を提示している。一般に、可視及び近ＩＲ範囲内で分光測定を行う場合、タングステンハロゲン光源が使用される。ジュウテリウム光源が、安定した出力として知られており、ＵＶ吸収又は反射測定に使用されている。ハロゲン光をジュウテリウム光と混合することで、２００～２５００ｎｍの平滑なスペクトルを提供する広いスペクトル範囲の光源が得られる。蛍光測定など、長い寿命及び高い出力パワーが必要とされる応用例では、キセノン光源が使用される。ＬＥＤ及びレーザダイオード光源は、精密な波長で高いパワーを提供し、長い寿命、短いウォームアップ時間、及び高い安定性を有する。分光光源は、別個のファイバチャネル、レーザファイバ、又は内視鏡システムに一体化することができる。標的から反射された光源信号は、別個のファイバチャネル又はレーザファイバを通して、分光計へ急速に検出及び送達することができる。
【0110】
フィードバックアナライザ１７３０
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。例えば、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。
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。例えば、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。
【0111】
いくつかの例では、フィードバックアナライザ１７３０は、入力データを利用して、特別に開発されたアルゴリズムに基づいて、レーザ送達システム１７０１（ファイバ）の遠位端と標的との間の距離を計算及び制御することができる。移動する標的（例えば、結石）の場合、フィードバックアナライザ１７３０は、所定の閾値を超える標的をファイバの遠位端へ引き寄せるように水中で蒸気泡を使用して吸引効果を生じさせるレーザ動作パラメータを調整又は提案することができる。この特徴により、ユーザが移動標的との効果的な治療距離を維持するために作用させる必要のある労力が最小になる。標的とファイバの遠位端との間の距離は、スペクトルデータ、各ファイバの知られている外径及び内視鏡からのその突出角度、並びに／又は内視鏡画像プロセッサからの入力信号を使用して計算することができる。図２４Ａ～図２４Ｄは、例として、レーザ送達システム１７０１（ファイバ）の遠位端と標的との間の距離を計算する方法を示す。標的とレーザ送達システム１７０１との間の距離に対する分光反射信号の依存性を、図２４Ａ～図２４Ｂに示す。図２４Ａは、組織と分光プローブ遠位端との間に異なる距離をあけて測定された７３０ｎｍの反射信号強度の一例を示す。図２４Ｂは、組織と分光プローブ遠位端との間に異なる距離をあけて測定された４５０ｎｍの反射信号強度の一例を示す。そのような依存性は、スペクトルデータ及びレーザ送達システムの幾何形状に関する情報を使用して判定することができる。分光信号の分析は、距離の迅速な推定及びユーザへのこの情報の送達を可能にする。
【0112】
図２４Ｃは、ファイバと組織標的との間の距離計算の例示的なアルゴリズムである。一例では、分光システムは、光源から標的へ制御光信号を送り、標的からスペクトル応答データを収集し、応答信号を分光計へ送達し、デジタルスペクトルデータを分光計からフィードバックアナライザへ送る。図２４Ｃに示す校正曲線１０００は、図１０～図１１に示すものなどの標的構造から反射されたフィードバック信号を使用して、分光反射信号強度（例えば、電磁放射に応答して標的構造から反射された分光信号）と、ファイバの遠位端と標的構造との間の距離１０６０との間の関係を表す。校正曲線１０００は、標的構造が特有の波長（例えば、４５０ｎｍ又は７３０ｎｍ）の電磁放射によって投影されるとき、組織と分光プローブ遠位端との間に異なる距離をあけて反射信号強度を測定することによって生成することができる。校正曲線を参照することによって、分光信号の分析は、距離の迅速な推定を可能にする。
【0113】
校正曲線を生成する例示的なプロセスは次のとおりである。第１に、各距離に対する基準値を計算することができる。光反射強度は試験片の反射などに依存するため、距離を識別するために校正曲線自体を使用することはできない。試験片の反射の影響を取り消すための基準値の一例は、次のとおりである。
基準値＝ｄＩ／ｄｘ＊１／Ｉ （１）
基準値＝ｄＩ／ｄｘ＊１／Ｉ （１）
【0114】
生体内手術プロセス中、操作者は、標的組織組成物の反射スペクトルを検出することができるまで、分光フィードバックを連続して記録しながら、ファイバ又は内視鏡を動かすことができる。
【0115】
図２４Ｃを参照すると、反射信号強度がＩ１になる距離ｘ１で、第１のスペクトルを測定することができる。このタイミングで、ｘ１の実際の値及び反射信号強度の曲線は未知である。次いで、ファイバ又は内視鏡遠位端（反射光検出器）を連続して動かすことができ、距離ｘ２に対応する次の反射光強度Ｉ２を測定することができる。ｘ２はｘ１に近いことがあり、したがってｘ１とｘ２との間の曲線は、線形に近似することができる。このタイミングで、ｘ１、ｘ２、及び反射信号強度の曲線は未知である。Ｉ１、Ｉ２、及びΔ（ｘ２－ｘ１）を使用して、比較値を次のとおり計算することができる。
比較値＝Δ（Ｉ２－Ｉ１）／Δ（ｘ２－ｘ１）＊１／Ｉ１ （２）
比較値＝Δ（Ｉ２－Ｉ１）／Δ（ｘ２－ｘ１）＊１／Ｉ１ （２）
【0116】
次いで、比較値に同一の値に関して、基準値が検索される。１つの基準値（ｘｒ）のみが、等式（２）に与えられる比較値に同一であることが見出された場合、ｘｒをｘ１の距離であると判定することができる。２つの基準値（ｘｒ１、ｘｒ２）が存在する場合、ファイバ又は内視鏡遠位端（反射光検出器）を引き続き動かすことができ、距離ｘ３に対応する次の反射光強度Ｉ３を測定することができる。ｘ３はｘ２に近いことがあり、したがってｘ２とｘ３との間の曲線は、線形に近似することができる。このタイミングで、ｘ１、ｘ２、ｘ３、及び反射信号強度の曲線は未知である。Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Δ（ｘ２－ｘ１）、及びΔ（ｘ３－ｘ２）を使用して、新しい比較値を次のとおり計算することができる。
比較値＝Δ（Ｉ３－Ｉ２）／Δ（ｘ３－ｘ２）＊１／Ｉ２ （３）
比較値＝Δ（Ｉ３－Ｉ２）／Δ（ｘ３－ｘ２）＊１／Ｉ２ （３）
【0117】
次いで、ｘｒ１＋Δ（ｘ２－ｘ１）及びｘｒ２＋Δ（ｘ２－ｘ１）に同一の値に関して、基準値が検索される。基準値は、等式（３）に与えられる比較値と比較することができる。比較値により類似している基準値を有する距離が、実際の距離であると推定される。
【0118】
図２４Ｄを参照すると、生体内手術プロセス中、例示的な方法は、標的組成物の反射スペクトルが検出されるまで、分光フィードバックを連続して記録しながら、ファイバ又は内視鏡を動かすことを含むことができる。分光遠位端が標的の方へ動いているほとんどの場合、検出された反射光の強度は、最初は弱く、標的とファイバ端との間の距離が減少するにつれて増大する。例えば、第１のスペクトルは、反射信号強度がＩ１である距離ｄ１で測定された。ファイバ又は内視鏡遠位端を標的の方へ引き続きわずかに動かし、反射データを連続して収集することで、この方法は、距離ｄ２に対応する次の反射光強度Ｉ２を測定することができる。この方法は次いで、反射信号強度変化勾配の値＝Δ（Ｉ２－Ｉ１）／Δ（ｄ２－ｄ１）を計算することを含むことができる。計算された勾配の値を、反射信号強度に依存しないものにするために、計算された勾配を正規化することができる。測定された距離において反射信号強度変化勾配を計算するための最終式は、次のとおりである。
勾配（正規化）＝［Δ（Ｉ２－Ｉ１）／Δ（ｄ２－ｄ１）］／Ｉ０ （４）
上式で、Ｉ０＝ＡＶＥＲＡＧＥ（Ｉ１，Ｉ２）である。
勾配（正規化）＝［Δ（Ｉ２－Ｉ１）／Δ（ｄ２－ｄ１）］／Ｉ０ （４）
上式で、Ｉ０＝ＡＶＥＲＡＧＥ（Ｉ１，Ｉ２）である。
【0119】
この方法は次いで、必要とされる距離の推定を可能にするために、計算された勾配をライブラリ内の校正曲線の勾配と比較することができる。すべての計算は、ソフトウェアを使用して高速で行うことができる。
【0120】
図２５Ａ～図２５Ｂは、組織と分光プローブ遠位端との間の距離が標的からの反射光のスペクトルに与える影響を示す。図２５Ａは、膀胱内皮スペクトル２５１１、胃内皮スペクトル２５１２、胃平滑筋スペクトル２５１３、尿管下スペクトル２５１４、尿管内皮スペクトル２５１５、腎杯スペクトル２５１６、膀胱筋肉スペクトル２５１７、及び髄質スペクトル２５１８を含む、様々な軟組織タイプの例示的な正規化ＵＶ－ＶＩＳ反射スペクトルを示す。図２５Ｂは、０～０．２５インチなど、組織と分光プローブ遠位端との間に異なる距離をあけて記録された特定の組織の例示的なＵＶ－ＶＩＳ反射スペクトルを示す。図２５Ａは、動物の軟組織スペクトルのいくつかの例を示す。図２５Ｂは、組織と分光プローブ遠位端との間に異なる距離をあけて記録された組織の例示的なＵＶ－ＶＩＳ反射スペクトルを提示する。この例では、図２４Ａ～図２４Ｂを参照して上記で論じたように、４５０ｎｍ及び７３０ｎｍの２つのスペクトル最大値の反射信号強度が、標的組織と分光プローブ遠位端との間に異なる距離をあけて測定されて提示された。
【0121】
レーザコントローラ１７４０
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（例えば、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。
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（例えば、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。
【0122】
いくつかの例では、レーザコントローラ１７４０は、２つ以上のレーザパルス列を組み合わせて、組合せレーザパルス列を作成することができる。図１９Ａは、レーザコントローラ１７４０が、複数（例えば、Ｎ）のレーザパルス列１９１０Ａ～１９１０Ｎを生成し、レーザパルス列１９１０Ａ～１９１０Ｎを組み合わせて組合せパルス列１９２０にし、１９３０で標的を組合せパルス列に露出させることができる一例を示す。図１９Ｂは、異なるレーザモジュールから放出された３つの異なるレーザ列１９４１Ａ、１９４１Ｂ、及び１９４１Ｃから組み合わされた出力レーザパルス列１９４２の一例を示す図である。図１９Ｂに示すように、レーザ列１９４１Ａ、１９４１Ｂ、及び１９４１Ｃは、フィードバックアナライザ信号に従って、異なる時間にオンにし、且つ／又は異なる時間にオフにすることができる。図１９Ｂに示す例では、出力される組合せレーザパルス列１９４２は、レーザ列１９４１Ａ、１９４１Ｂ、及び１９４１Ｃの２つ以上が時間的に重複する部分を含むことができる。
【0123】
レーザモジュール１９１０Ａ～１９１０Ｎ、分光システム１７２０、及びフィードバックアナライザ１７３０の組合せによって、本明細書に記載するレーザフィードバックシステム１７４０は、内視鏡を通して標的の組成物を連続して識別し、処置全体にわたってレーザ設定を更新することができる。
【0124】
レーザシステムの主構成要素は、標的とする医療処置に応じて、容易にカスタマイズすることができる。例えば、レーザコントローラ１７４０は、異なるレーザタイプ及びそれらの組合せに対応する。これにより、パワー、波長、パルスレート、パルス形状、及びプロファイル、単一のレーザパルス列、及び組合せレーザパルス列を含む、より広い範囲の出力信号の選択肢が可能になる。レーザシステムの動作モードは、所望の各光学的効果に対して、自動的に調整又は提案することができる。分光システムは、診断の目的で、レーザパラメータが標的に最適であることを確認するのに有用な標的材料に関する情報を収集する。フィードバックアナライザ１７３０は、レーザシステムの動作モードを自動的に最適化し、人的誤りのリスクを低減させることができる。
【0125】
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ）システム１７５０
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。
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。
【0126】
本明細書に記載する様々な例によれば、ＩｏＴシステム１７５０は、レーザシステムの構成要素がインターネットを介して他の構成要素と通信及び相互作用することができるネットワークを含むことができる。ＩｏＴは、クラウド１７５２に記憶されているスペクトル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との間の通信を実行する。加えて、レーザシステムの構成要素のすべては、必要な場合、ネットワークを介して遠隔で監視及び制御することができる。そのような成功した接続の一例は、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｔｈｉｎｇｓ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ Ｔｈｉｎｇｓとも呼ばれる）である。これは医療及び健康関連の目的のためのＩｏＴの利用可能な応用例であり、研究及び監視のためのデータの収集及び分析を含む。
【0127】
様々な例では、ＩｏＴシステム１７５０は、標的構造（例えば、結石構造又は解剖学的組織）のクラウドに基づく検出、認識、又は分類を含む、様々なクラウド資源へのアクセスに対応することができる。いくつかの例では、クラウドに基づく標的の検出、識別、又は分類のサービスを提供するために、クラウド１７５２内で機械学習（ＭＬ）エンジンを実施することができる。ＭＬエンジンは、訓練済みＭＬモデル（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサで実行可能な機械可読命令）を含むことができる。ＭＬエンジンは、レーザシステムから標的分光データを受け取り、又はクラウド１７５２内に記憶されている標的分光器データを回収し、標的の検出、識別、又は分類を実行し、組織タイプ（例えば、正常組織若しくはがん病変、又は特定の解剖学的部位にある組織）、又は結石タイプ（例えば、特定の組成物を有する腎臓、膀胱、膵胆管、又は胆嚢の石）を表すラベルなどの出力を生成することができる。標的分光データは、処置前又は処置中に患者から収集された他の臨床データの中でも、処置の終了時又は他の予定された時間に、クラウド１７５２へ自動的にアップロードすることができる。別法として、クラウド１７５２へデータをアップロードするように、システムユーザ（例えば、臨床医）を促すことができる。いくつかの例では、出力は、標的が組織若しくは結石として識別される確率、又は標的が特定の組織タイプ若しくは結石タイプとして分類される確率をさらに含むことができる。システムユーザ（例えば、臨床医）は、そのようなクラウドサービスを使用して、内視鏡レーザ処置を実行している間などに、標的組織又は結石に関するほぼ実時間の情報を生体内で獲得することができる。
【0128】
いくつかの例では、ＭＬエンジンは、クラウド１７５２内に記憶されているものなどの訓練データを使用して、ＭＬモデルを訓練するように構成された訓練モジュールを含むことができる。訓練データは、標的タイプ（例えば、結石タイプ又は組織タイプ）を識別するタグなどの標的情報に関連付けられた分光データを含むことができる。訓練データは、様々な組織タイプ及び／又は結石タイプの分光分析に基づく研究室データを含むことができる。追加又は別法として、訓練データは、複数の患者から生体外又は生体内で獲得された臨床データを含むことができる。いくつかの例では、そのようなデータが使用される前に、患者臨床データ（例えば、分光データ）から患者識別情報を除去することができ、ＭＬモデルを訓練するため、又は訓練済みのＭＬモデルを使用して標的の検出、識別、又は分類を実行するために、クラウド１７５２にアップロードすることができる。システムは、匿名化された患者臨床データを、データのタグ識別ソース（例えば、病院、レーザシステム識別、処置時間）に関連付けることができる。臨床医は、処置中又は処置後、標的タイプ（例えば、結石又は組織タイプ）を分析及び確認し、匿名化された患者臨床データに標的タイプを関連付けて、訓練データを形成することができる。匿名化された患者臨床データを使用することで、ＭＬモデルを訓練するために、大きい患者母集団からの追加のデータを含むことができるため、クラウドに基づくＭＬモデルの頑強性を増大させることができることが有利である。まれな結石タイプからの分光データを臨床的に又は研究室から獲得することは困難であるため、これによりまれな結石タイプを認識するためのＭＬモデルの性能を強化することもできる。
【0129】
決定木、ニューラルネットワーク、深層学習ネットワーク、サポートベクターマシンなど、様々なＭＬモデルアーキテクチャ及びアルゴリズムを使用することができる。いくつかの例では、追加の分光データが利用可能であるため、ＭＬモデルの訓練を連続的若しくは周期的に、又はほぼ実時間で実行することができる。訓練は、訓練されているＭＬモデルが指定の訓練収束基準を満たすまで、１つ以上のＭＬモデルパラメータをアルゴリズムで調整することを伴う。その結果得られる訓練済みのＭＬモデルは、クラウドに基づく標的の検出、認識、又は分類で使用することができる。クラウド１７５２内に記憶されている大容量のデータ及び常時又は周期的にクラウド１７５２に追加される追加のデータによって訓練されるＭＬモデルによって、本明細書に記載するクラウド接続を有するＭＬに基づく標的認識は、生体内の標的の検出、認識、及び分類の正確さ及び頑強性を改善することができる。
【0130】
例示的な内視鏡レーザシステム
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。
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。
【0131】
図２１Ａに示すように、内視鏡レーザシステム２１００Ａは、分光信号を再び分光計１０１１へ伝送し、並びに手術用レーザエネルギーをレーザ源１０２０から標的構造へ送達するために使用される光路２１１６を含むマルチファイバアクセサリを含む。一例では、光路２１１６は、内視鏡２１１０の細長い本体に埋め込まれて内視鏡２１１０の細長い本体に沿って延びる光ファイバを含む。別の例では、光路２１１６は、内視鏡２１１０の細長い本体に沿って延びる２つ以上の光ファイバを含む。レーザコントローラ１０１３は、分光信号の伝送及びレーザエネルギーの送達が異なる時間又は同時に生じるように、レーザ発射のタイミングを制御することができる。
【0132】
マルチファイバアクセサリは、内視鏡２１１０の細長い本体に埋め込まれて内視鏡２１１０の細長い本体に沿って延びる２つ以上の光源ファイバ２１１４を含むことができる。限定ではなく例として、図２１Ｃは、内視鏡２１１０の細長い本体の径方向の断面を示し、複数の光源ファイバ２１１４及び光路２１１６が、内視鏡の細長い本体内に長手方向に位置決めされており、光源ファイバ２１１４は、内視鏡の細長い本体の径方向断面上の光路２１１６に対して円周などに沿って、光路２１１６の周辺に径方向に分散される。図２１Ｃに示す例では、光路２１１６は、内視鏡２１１０の細長い本体の実質的に中心長手方向軸に位置することができる。限定ではなく例として、図２１Ｃに示すように、光路２１１６の周りに６つの光源ファイバを位置決めすることができる。他の数の光源ファイバ、及び／又は光路２１１６に対して他の位置の光源ファイバを使用することもできる。例えば、図２１Ｄは、光路２１１６の両側に径方向に位置決めされた２つの光源ファイバ２１１４を示す。光源ファイバ２１１４は、光源１０３０に結合することができる。別法として、光源ファイバ２１１４は、図９Ａ～図９Ｂに示すように、照射源９１４に結合することができる。照射源９１４（例えば、１つ以上のＬＥＤ）又は内視鏡の外部などの遠隔光源１０３０にかかわらず、内視鏡光源からの光は、標的を照射し、標的表面から反射された分光信号を生じさせる機能を担うことができ、この分光信号を分光分析のために収集することができる。フィードバックアナライザ１０１２は、図１０～図１１に同様に示すように、内視鏡２１１０の遠位端と標的構造１２２との間の距離１０６０を判定することができる。
【0133】
図２１Ｂは、マルチファイバアクセサリを含む内視鏡レーザシステム２１００Ｂを示す。光路２１１６を通ってレーザエネルギーを送達する代わりに、別個のレーザファイバ２１２０を使用して、レーザ源１０２０から標的構造へ手術用レーザエネルギーを送達することができる。光路２１１６は、分光信号を再び分光計１０１１へ伝送するための専用の分光信号ファイバとして使用される。
【0134】
図２２及び図２３Ａ～図２３Ｂは、図２１Ａ～図２１Ｄを参照して上記で論じたものなどの分光ファイバ送達システムで使用することができるマルチファイバシステムの例を示す。図２２に示す例では、マルチファイバシステム２２００は、光源に結合され、照射光を標的に向けるように構成された第１のファイバ２２１０と、分光計に結合され、標的の分光特性を示す反射信号（例えば、標的から反射された光）を分光計へ伝送するように構成された別個の第２のファイバ２２２０とを含む。
【0135】
図２３Ａ～図２３Ｂは、ソース光入力及び分光フィードバック信号を有する例示的なマルチファイバアクセサリの図である。図２３Ａに示すように、マルチファイバアクセサリ２３００Ａは、遠位部分２３１０、遷移区分２３２０Ａ、及び近位部分２３３０Ａを含むことができる。遠位部分２３１０は、第１のファイバ２２１０及び第２のファイバ２２２０を密閉するようなサイズ及び形状とすることができるシャフトと、遠位部分２３１０の近位に位置する遷移区分２３２０Ａとを含む。第１のファイバ２２１０及び第２のファイバ２２２０は、遠位部分２３１０の長手方向シャフトに埋め込むことができ、遠位部分２３１０の長手方向シャフトに沿って延びることができる。シャフトは、内視鏡のワーキングチャネルを通って延びるようなサイズ及び形状とすることができる。いくつかの例では、第１のファイバ２２１０は、各々光源に結合された２つ以上の光ファイバを含むことができ、且つ／又は第２のファイバ２２２０は、１つ以上の光ファイバを含むことができる。いくつかの例では、図２１Ｃ～図２１Ｄに示すように、第２のファイバ２２２０は、第１の光ファイバ２２１０の周辺で径方向に分散させることができる。一例では、第２の光ファイバ２２２０のうちの少なくとも１つは、シャフトの実質的に中心長手方向軸に沿って延びることができる。２つ以上の第１の光ファイバ２２１０は、シャフトの中心長手方向軸に沿って延びる第２の光ファイバ２２２０の両側に径方向に位置決めすることができる。
【0136】
近位部分２３３０Ａは、光源に接続されるように構成された第１のコネクタ２３３２と、分光計に接続されるように構成された第２のコネクタ２３３４とを備える。遷移区分２３２０Ａは、遠位部分２３１０及び近位部分２３３０Ａを相互接続し、第１のコネクタ２３３２を第１のファイバ２２１０に結合し、第２のコネクタ２３３４を第２のファイバ２２２０に結合するように構成することができる。したがって、遷移区分２３２０Ａは、それぞれ第１のコネクタ２３３２及び第２のコネクタ２３３４から単一のシャフトへの光ファイバ２２１０及び２２２０の遷移を提供する。
【0137】
シャフトは、遠位部分２３１０から遠位に延ばされた挿入可能な遠位端２３１２を含むことができる。挿入可能な遠位端２３１２は、患者に挿入されるように構成することができる。近位部分２３００Ａは、ユーザがマルチファイバアクセサリ２３００Ａを操作するためのハンドルに関連付ける（例えば、その中に含む）ことができる。一例では、マルチファイバアクセサリ２３００Ａの少なくとも一部分（例えば、遠位部分２３１０、遷移区分２３２０Ａ、又は近位部分２３３０Ａのうちの１つ以上）を、内視鏡のワーキングチャネルに含むことができ、又は内視鏡のワーキングチャネルに挿入可能とすることができる。
【0138】
図２３Ｂは、マルチファイバアクセサリ２３００Ａの変種であるマルチファイバアクセサリ２３００Ｂの別の例を示す。図２３Ｂに示す例では、近位部分２３３０Ｂは、光ファイバ２２１０又は２２２０のうちの１つにレーザ源を結合するように構成された第３のコネクタ２３３６をさらに含むことができる。図２３Ａと同様に、遷移区分２３２０Ｂが、遠位部分２３１０及び近位部分２３３０Ｂを相互接続する。レーザ源から生成されたレーザエネルギーは、光ファイバ２２１０又は２２２０のうちの１つを通って近位部分２３３０Ｂから遠位部分２３１０へ伝送することができ、挿入可能な遠位端２３１２を介して標的治療部位へ送達することができる。いくつかの例では、マルチファイバアクセサリ２３００Ｂは、光ファイバ２２１０又は２２２０とは異なるレーザファイバをさらに含むことができる。レーザファイバは、シャフト内など、内視鏡のワーキングチャネル内に位置決めすることができる。レーザ源から生成されたレーザエネルギーは、レーザファイバを通って遠位部分２３１０へ伝送することができる。
【0139】
レーザシステムの例示的な応用例
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。
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。
【0140】
組織手術の応用例に対するレーザシステムの一応用例は、レーザ及びプラズマデバイスなどの市販のデバイスで行われることの多い２つの異なるフットペダルの使用ではなく、レーザシステムを使用して効果的な組織切除及び凝固を提供することに関する。例示的なシステムは、ファイバを通ってレーザコントローラ内へ結合された２つの異なる波長で放出する２つ以上の固体状態レーザモジュールと、調整される前に代替設定をユーザに提案するフィードバックアナライザへスペクトル信号を送達するＵＶ－ＶＩＳ反射分光システムとを利用する。
【0141】
一例では、より効率的な切除／炭酸化プロセスのために高い組織吸収光波長で放出することができる第１のレーザモジュールと、小さい毛細血管の直径に類似した侵入深さなどのため、より効率的な凝固のためにより低い組織吸収光波長で放出することができる第２のレーザモジュールとを含む２つのレーザモジュールを提供することができる。第１のレーザモジュールの例は、表１で要約したＵＶ－ＶＩＳで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮ半導体レーザ、５１５～５２０ｎｍで放出するＧａＮ、３７０～４９３ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮ、又は１９００～３０００ｎｍの高い水吸収範囲で放出するＩＲレーザを含むことができる。第２のレーザモジュールの例は、７５０～８５０ｎｍで放出するＧａＸＡｌ１－ＸＡ、又は９０４～１０６５ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＡを含むことができる。第１及び第２のレーザモジュールはどちらも、レーザ結合システムによってレーザコントローラに結合することができる。
【0142】
分光光源は、別個のファイバチャネル、レーザファイバ、又は内視鏡システムに一体化することができる。標的から反射された分光光源信号は、別個のファイバチャネル又はレーザファイバを通って分光計へ急速に検出及び送達することができる。別法として、分光システムは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサなどの検出器を含む撮像システムから分光信号を収集することもできる。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、効果的な組織治療を実現するための第１又は第２のレーザモジュールセットアップを提案し、提案されたセットアップ情報をユーザに提供するために使用される信号を出力システムへ送達することができる。
【0143】
この例は、フィードバックアナライザシステムによって制御される光波長を有する２つ以上のレーザパルスを利用することによって、組織切除及び凝固を可能にする。しかし、標的への特有の作用の同時送達を最適化するために、単一又は複数の光波長システムによってフィードバック制御を利用することもできる。これらの作用は、ユーザの観点からのみ同時とすることができ、本明細書に記載する特徴は、波長をちょうど同じ時間に送達することに限定されるものではない。
【0144】
分光フィードバックによるこのレーザの例示的な時間動作図が、図８に提示されている。図８に記載するように、振幅Ａｍａｘを有する光フィードバック信号は、標的表面へ連続して送達されて標的表面から反射され、信号アナライザによって検出及び分析される。次いで、ユーザは、軟組織を切除することを選択した後、第２のレーザをＯＦＦにしたまま、第１のレーザをＯＮにすることができ、又は第１のレーザをＯＮで維持する。第１のレーザの動作中、光フィードバック信号は、その振幅が閾値レベルＡｍｉｎに低下するまで、炭化組織によって大きく吸収される。次いで信号アナライザは、レーザの状態を変化させ、第１のレーザがＯＦＦにされ、第２のレーザがＯＮにされる。第２のレーザは、炭化組織によって大きく吸収され、したがって炭化組織は切除され、炭化を事実上除去する。第２のレーザの波長はまた、効果的な凝固を提供する。脱炭プロセスによって、光フィードバックパルスの振幅は、初期レベルＡｍａｘの近くに戻る。これが生じると、信号アナライザは、レーザの状態を再び変化させ、第１のレーザがＯＮにされ、第２のレーザがＯＦＦにされる。上記のプロセスは、必要とされる量の組織切除及び凝固が実現されるまで繰り返すことができる。
【0145】
レーザシステムの別の応用例は、患者内の腎臓又は膀胱の石を断片化するための効率的なレーザ砕石術プロセスに関するものである。この応用例は、まず標的によってあまり吸収されない波長を有する多波長レーザエネルギーを使用して、標的を加熱し、次いでより強い吸収の波長を使用して、例えば腎臓石などの標的を断片化するプロセスに関する。レーザ砕石術中、光熱作用によって、腎臓又は膀胱石の断片化を行うことができる。石は高いレーザエネルギーを吸収することができ、したがって化学分解に対する閾値を上回る急速な温度上昇が引き起こされて、その分解及び断片化が生じる。一例では、レーザ砕石術は、２段階のプロセスを含むことができる。第１の段階は、事前加熱段階であり、第１の波長のレーザエネルギーを使用して石が加熱され、石によるレーザエネルギー吸収はより低くなる。次の第２の段階は、第２の波長を有するレーザエネルギーの印加を伴い、石によるレーザエネルギー吸収が、第１の波長より強くなる。そのような多段階プロセスにより、断片化プロセスに比べて、蒸気泡基準をより良好に制御し、生成される衝撃波の強度を低減させる（石の後方移動作用を低減させる）ことが可能になる。
【0146】
一例では、レーザシステムは、ファイバを通ってレーザコントローラ内へ結合された２つの異なる波長で放出する２つ以上の固体状態レーザモジュールと、調整される前に代替設定をユーザに提案するフィードバックアナライザへスペクトル信号を送達する分光システムとを利用する。第１のレーザモジュールは、効率的な事前加熱のために、より低い石／水吸収光波長で放出することができ、第２のレーザモジュールは、より効率的な石の断片化のために、高い石／水吸収光波長で放出することができる。この応用例の第１のレーザモジュールは、より低い石又は水吸収波長で出力を生じさせることができる。このレーザは、効果的で均一な石の事前加熱を提供する。第１のレーザモジュールのための第１のレーザ源の例は、７５０～８５０ｎｍで放出するＧａＸＡｌ１－ＸＡ、又は９０４～１０６５ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＡを含むことができる。第２のレーザ源の例は、表１に要約した５１５～５２０ｎｍで放出するＧａＮレーザ、若しくは３７０～４９３ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮレーザなどのＵＶ－ＶＩＳレーザを放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮ半導体レーザ、又は１９００～３０００ｎｍの高い水及び石吸収範囲内で放出するＩＲレーザを含むことができる。
【0147】
第１及び第２のレーザモジュールはどちらも、レーザ結合システムによってレーザコントローラに結合することができる。分光光源は、別個のファイバチャネル、レーザファイバ、又は内視鏡システムに一体化することができる。標的から反射された分光光源信号は、別個のファイバチャネル又はレーザファイバを通って分光計へ急速に検出及び送達することができる。別法として、分光システムは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサなどの検出器を含む撮像システムから分光信号を収集することもできる。
【0148】
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、効果的なマルチステップ石治療プロセスを実現するための第１又は第２のレーザモジュールセットアップを提案し、提案されたセットアップ情報をユーザに提供するために使用される信号を出力システムへ送達することができる。レーザシステムは、フィードバックアナライザシステムによって制御される光波長を有するレーザモジュールからの２つ以上のレーザパルスを利用することによって、効果的な石の予熱及び断片化を同時に送達することができる。しかし、標的石組成物への特有の作用の同時送達を最適化するために、単一又は複数の光波長システムによってフィードバック制御を利用することもできる。
【0149】
レーザシステムのさらに別の応用例は、高いレーザ出力パワーが必要とされる硬組織、例えば歯、骨などの切除を実行するためのプロセスに関するものである。軟組織レーザ手術の有効性は、１００℃での低温水蒸発に基づいているが、硬組織切断プロセスは、５，０００℃程度の非常に高い切除温度を必要とする。強化された出力パワーを送達するために、レーザシステムは、より多数のレーザモジュールを結合して、標的を治療するのに十分なレベルまで一体化された出力パワーを増大させることができる。表１で要約したＵＶ－ＶＩＳで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮ半導体レーザ、５１５～５２０ｎｍで放出するＧａＮ、３７０～４９３ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＮ、又は１９００～３０００ｎｍのＩＲレーザというレーザを、放出源として使用することができる。この例に適用可能なレーザモジュールのためのレーザ源は、例えば、７５０～８５０ｎｍで放出するＧａＸＡｌ１－ＸＡレーザ、又は９０４～１０６５ｎｍで放出するＩｎＸＧａ１－ＸＡレーザを含むことができる。
【0150】
レーザモジュールは、レーザ結合システムによってレーザコントローラに一体化することができる。必要とされる高いパワーを実現するために、多数のレーザモジュールをシステムに結合することができる。分光光源は、別個のファイバチャネル、レーザファイバ、又は内視鏡システムに一体化することができる。標的から反射された分光光源信号は、別個のファイバチャネル又はレーザファイバを通って分光計へ急速に検出及び送達することができる。別法として、分光システムは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサなどの検出器を含む撮像システムから分光信号を収集することもできる。
【0151】
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、必要とされる出力パワーの効果的なマルチステップ治療プロセスを実現するためのレーザモジュールセットアップ及びレーザモジュールの数を提案し、提案されたセットアップ情報をユーザに提供するために使用される信号を出力システムへ送達することができる。レーザシステムは、フィードバックアナライザシステムによって制御される光波長を有する２つ以上のレーザパルスを利用する治療プロセスに含まれるレーザモジュールの数を増大させることによって、必要とされる高いレーザ出力パワーを同時に送達することができる。標的石組成物への特有の作用の同時送達を最適化するために、単一又は複数の光波長システムによってフィードバック制御を利用することもできる。これらの作用は、ユーザの観点からのみ同時とすることができ、波長をちょうど同じ時間に送達することに限定されるものではない。
【0152】
本明細書に記載する特徴は、標的の組成物を識別する方法を提供するために使用することができる。標的は、いくつかの例では、手術用アクセサリの使用による生体内の軟組織及び硬組織などの医療標的とすることができる。このアクセサリは、内視鏡下又は腹腔鏡下で使用することができる。アクセサリは、複数の光ファイバを含む単一のデバイスからなることができ、少なくとも１つのファイバはソース照射を供給し、少なくとも１つのファイバは反射光を分光計へ案内することを意図する。これにより、ユーザが、処置中ずっと、内視鏡による直接の視覚化を使用するかどうかにかかわらず、組織又は標的の組成物を連続して監視することが可能になる。またこれは、レーザシステムと組み合わせて使用することが可能であり、アクセサリは、組織又は標的の組成物に基づいて設定を調整するためのフィードバックをレーザシステムへ送ることができる。この特徴は、ユーザによって選択された元のレーザ設定の設定範囲内で、レーザ設定の瞬時の調整を可能にする。本明細書に記載する特徴は、分光システムとともに使用することができ、分光システムは、光ファイバ一体式のレーザシステムとともに使用することができる。分光光源は、マルチファイバアクセサリ内のファイバのうちの少なくとも１つを通って伝送することができる。標的から反射された光源信号は、マルチファイバ内の追加のファイバを介して分光計へ急速に収集及び送達することができる。
【0153】
例示的な方法は、分光入力データを利用して、アルゴリズムに基づいて、レーザ送達システム１７０１（ファイバなど）の遠位端と組織又は標的との間の距離を計算及び制御することができる。この方法は、生体内手術プロセスにおいて、軟組織及び硬組織タイプの両方に適用することができる。標的とファイバの遠位端との間の距離は、スペクトルデータの分析に基づいて計算することができる。各ファイバの外径及び内視鏡からのその突出角度は、スペクトルデータを獲得するために測定される反射光の強度に影響を及ぼす。本明細書に記載する特徴によって、異なる開口数値を有するライトによって順次照射することなく、距離を計算することができる。
【0154】
移動する結石の場合、この方法は、距離を制御することができ、所定の閾値を超える標的をファイバの遠位端へ引き寄せるように水中で蒸気泡を使用して吸引効果を生じさせるレーザ動作パラメータを調整又は提案することができる。この特徴により、ユーザが移動標的との効果的な治療距離を維持するために作用させる必要のある労力が最小になる。
【0155】
本明細書に論じる様々な例によるＵＶ－ＶＩＳ－ＩＲ反射分光法は、材料化学組成物の分析を含む分光フィードバックを生じさせ、生体内診断又は治療処置中に反射光強度を測定するために、単独で、又は他の分光技法と組み合わせて使用することができる。反射光は、目又は高分解能カメラによって作られる色画像と同じ情報をもたらすことができるが、より定量的且つ客観的に行う。反射分光法は、光の反射及び吸収がその化学組成物及び表面特性に依存することから、材料に関する情報を提供する。この技法を使用して、サンプルの表面特性及び内部特性の両方に関する固有の情報を得ることも可能である。
【0156】
レーザシステムのさらに別の応用例は、レーザ砕石術中に結石標的の組成物を判定するなど、標的タイプを識別するプロセスに関する。本明細書に論じるいくつかの例によれば、内視鏡システムは光源を有し、光源は、内視鏡の光ガイドを通して、人間の体内の標的へ照射光を提供する。医師は、内視鏡システムからの照射光下で石を砕くために、レーザシステムを使用する。この状況は、レーザシステムが石組成物を検出するために使用される場合、やや問題となることがある。石から反射された光は弱く、他方では内視鏡システムからの照射光は強い。したがって、内視鏡システムによる照射下で石の組成物を分析するのは難しいことがある。
【0157】
図２６は、レーザビームなどの診断ビームを使用して標的を識別する（例えば、結石標的の組成物を識別する）ように構成された内視鏡システム２６００の一例を示す。システム２６００は、内視鏡光源２６３０及びレーザ生成器モジュール２６４０の両方を制御することができるコントローラ２６５０を含むことができる。コントローラ２６５０は、レーザシステムを通した医師による石組成物検出モードを起動するためのコマンドの入力を検出することができる。次いでコントローラ２６５０は、照射を止めるために、又は高照射モードから低照射モードへ切り換えるために、内視鏡光源２６３０へコマンドを送ることができ、低照射モードでは、低減された照射量が、特定の期間にわたって標的に投影される。そのような低照射又は非照射期間中、レーザシステム２６４０は、標的へレーザビームを放出し、石から反射光を受け取ることができる。検出器２６６０は、反射光を使用して標的識別を実行することができる。低照射モード下で標的部位への照射を暗くする（又は照射をオフにする）ことによって、標的に入射するレーザビームの標的からの反射を強化することができ、これにより標的識別を改善するのを助けることができる。
【0158】
標的識別が完了したと判定した後、検出器２６６０は、終了コマンドをコントローラ２６５０へ送ることができる。次いでコントローラ２６５０は、標的を再照射するため、又は低照射から再び高照射モードへ切り換えるためのコマンドを送ることができる。一例では、内視鏡光源２６３０が、照射を止めるため、又は高照射モードから低照射モードへ切り換えるためのコマンドを受け取ったとき、内視鏡システム２６００内の画像プロセッサ２６７０は、標的の静止画像を捕捉し、その期間中にその静止画像を内視鏡システムのモニタ上に表示することができる。図１１Ａ～図１１Ｂを参照して上記で論じたものなど、標的を識別するための内視鏡システム２６００の変形例も企図されている。
【0159】
図２７は、第１のパルス列２７１０及び第２のパルス列２７２０を含むことができるなど、異なるパルスエネルギー又はパワーレベルを有するレーザパルスシーケンスのグラフ２７００を示す。第２のパルス列２７２０内のパルスは、第１のパルス列２７１０のパルスより高いエネルギー又はパワーレベルを有する。第１のパルス列２７１０及び第２のパルス列２７２０は、それぞれのレーザ源によって生成することができ、各々内視鏡の遠位端からそれぞれのレーザビームの形態で放出することができる。第１のパルス列２７１０は、特有の期間（例えば、ユーザによって制御される）などにわたって、実質的に常に生成することができる。第２のパルス列２７２０は、第１のパルス列２７１０が送達される特有の期間などにわたって、断続的に生成することができる。例えば、第２のパルス列２７２０は、第１のパルス列２７１０の２つのパルス同士の間、又は第１のパルス列２７１０の２つの列同士の間に送達することができる。図２７に示す例では、第１のパルス列２７１０内のパルスは、一定のエネルギー又はパワーレベルを有し、第２のパルス列２７２０は、第１のパルス列２７１０より高いエネルギー又はパワーレベルを有する１つのパルスのみを含む。いくつかの例では、第２のパルス列２７２０は、各々第１のパルス列２７１０より高いエネルギー又はパワーレベルを有する２つ以上のパルスを含むことができる。
【0160】
図２７に示すレーザパルスのシーケンスは、例えば腎臓などの結石構造の亀裂及び断片化を提供するために、レーザ砕石術システムによって使用することができる。図２７に示すように、シーケンスは、グラフのＸ方向に時間を表すが、石又は他の標的上の場所「Ａ」及び「Ｂ」によって注釈が付けられている。したがって、レーザパルスのシーケンスは、異なるパルスエネルギー又はパワーレベルを有するレーザパルスの空間時間的パターンを表す。この例では、場所「Ａ」は、石又は他の標的の中心又はその近くにあり、場所「Ｂ」は、石又は他の標的の周辺部又はその近くにある。場所「Ａ」と場所「Ｂ」との間に送出されるレーザパルスは、アクチュエータを使用することを含むことができるなど、レーザファイバ１４０が場所「Ａ」から場所「Ｂ」へ平行移動しているとき、又はレーザファイバ１４０が場所「Ｂ」から場所「Ａ」へ平行移動しているときに送出されるパルスを示す。第１のパルス列２７１０は、標的石を断片化することなく、標的石に亀裂を引き起こすように選択することができる。したがって、図２７で、そのような第１のパルス列２７１０を送出することができ、場所「Ａ」から始まり、石の中心に向かって、次いで石の周辺部に向かって場所「Ｂ」へ進み、次いで石の中心の場所「Ａ」へ戻り、その時点で、標的石の断片化の最初の試行において、より高いエネルギーパルス２７２０を送達することができる。より高いエネルギーパルス２７２０によるそのような断片化が成功しなかった場合、さらなる第１のパルス列２７１０を送達することができ、石の中心に向かう場所から石の周辺部に向かって場所「Ｂ」へ進み、次いで石の中心の場所「Ａ」へ戻り、その時点で、標的石の断片化の第２の試行において、別のより高いエネルギーパルス２７２０を送達することができる。さらなる反復も可能である。石の周辺部に向かう同じ又は異なる場所「Ｂ」は、様々な反復に対して使用することができ、異なる反復における異なる場所「Ｂ」が、場所「Ａ」からそのような異なる周辺の場所「Ｂ」へのそのような経路に沿って、複数の亀裂を生じさせる。近隣組織に対する第２のパルス列２７２０の影響を最小にすることなどのために、石の中心に向かうときのみ、より高いエネルギーパルス２７２０を使用することが好ましいことがある。
【0161】
いくつかの例では、図２７に示す異なるパルスエネルギー又はパワーレベルを有するレーザパルスのシーケンスは、標的部位で止血又は凝固を提供する内視鏡システムによって使用することができる。一例では、第１のパルス列２７１０及び第２のパルス列２７２０は、効率的な止血又は凝固プロセスを容易にするために、例えば時間的に交互になどの空間時間的パターンで標的部位へ送達することができる。
【0162】
第１のパルス列２７１０及び第２のパルス列２７２０など、異なるエネルギー又はパワーレベルを有するパルスは、ボタン又はフットペダルなどのユーザによって動作可能なアクチュエータを介して、制御可能に起動することができる。例えば、ユーザは、第１の起動パターン（例えば、ボタン又はフットペダルの単一の押下）を使用して、第１のパルス列２７１０の送達を起動することができ、第２の起動パターン（例えば、ボタン又はフットペダルの２回の押下）を使用して、第２のパルス列２７２０の送達を起動することができる。一例では、第１のパルス列２７１０及び第２のパルス列２７２０は、それぞれ別個のアクチュエータを介して制御することができる。追加又は別法として、第１のパルス列２７１０及び第２のパルス列２７２０は、標的からのフィードバック信号などに基づいて、自動的に制御可能に起動することができる。例えば、分光計が、標的の分光データを収集することができ、フィードバックアナライザが、分光データを分析して結石構造の異なる部分の組成物を識別することができる。少なくともそのような識別に基づいて、それぞれ識別された組成物を有する標的の異なる部分へ、第１のパルス列２７１０又は第２のパルス列２７２０などの異なるエネルギーパルスを送達することができる。
【0163】
図２８は、本明細書に論じる技法（例えば、方法）のいずれか１つ以上を実行することができる例示的な機械２８００のブロック図を全体として示す。この説明の部分は、本明細書に論じる例によるレーザ治療システムの様々な部分のコンピューティングフレームワークに適用することができる。
【0164】
代替実施形態では、機械２８００は、独立型のデバイスとして動作することができ、又は他の機械に接続（例えば、ネットワーク化）することができる。ネットワーク化された配置では、機械２８００は、サーバ－クライアントネットワーク環境においてサーバ機械、クライアント機械、又は両方の容量内で動作することができる。一例では、機械２８００は、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）（又は他の分散型）ネットワーク環境におけるピア機械として作用することができる。機械２８００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、移動電話、ウェブアプライアンス、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、又はその機械がとるべき動作を指定する命令を（順次又は他の形で）実行することが可能な任意の機械とすることができる。さらに、単一の機械のみが示されているが、「機械」という用語はまた、クラウドコンピューティング、ソフトウェアアズアサービス（ＳａａＳ）、他のコンピュータクラスタ構成など、本明細書に論じる方法のいずれか１つ以上を実行するための１つ（又は複数）の命令セットを個々に又は共同で実行する任意の１群の機械を含むと解釈されるものとする。
【0165】
本明細書に記載する例は、論理又は複数の構成要素若しくは機構を含むことができる、又は論理又は複数の構成要素若しくは機構によって動作することができる。回路セットは、ハードウェア（例えば、簡単な回路、ゲート、論理など）を含む有形の実体で実施される１群の回路である。回路セットのメンバーシップは、時間とともに柔軟であり、ハードウェアの変動性の根底にある。回路セットは、動作の際、指定の動作を単独又は組合せで実行することができる部材を含む。一例では、回路セットのハードウェアは、特有の動作（例えば、ハードワイヤード）を実施するように不変に設計することができる。一例では、回路セットのハードウェアは、特有の動作の命令を符号化するように物理的に修正されたコンピュータ可読媒体（例えば、不変の密集した粒子の磁気的、電気的に可動の配置など）を含む、可変に接続された物理構成要素（例えば、実行ユニット、トランジスタ、簡単な回路など）を含むことができる。物理構成要素を接続するとき、ハードウェア構成要素の根本的な電気特性が、例えば絶縁体から導体へ変更され、又は逆も同様である。これらの命令は、動作の際、埋込みハードウェア（例えば、実行ユニット又はローディング機構）が、特有の動作の部分を実施するように、可変の接続を介して、回路セットの部材をハードウェアで作ることを可能にする。それに応じて、コンピュータ可読媒体は、デバイスが動作しているとき、回路セット部材の他の構成要素に通信可能に結合される。一例では、２つ以上の回路セットからの２つ以上の部材において、物理構成要素のいずれかを使用することができる。例えば、動作下で、実行ユニットは、１つの時点において、第１の回路セットの第１の回路で使用することができ、異なる時間において、第１の回路セットの第２の回路によって、又は第２の回路セット内の第３の回路によって、再び使用することができる。
【0166】
機械（例えば、コンピュータシステム）２８００は、ハードウェアプロセッサ２８０２（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、ハードウェアプロセッサコア、又はこれらの任意の組合せ）、主メモリ２８０４、及び静的メモリ２８０６を含むことができ、これらのいくつか又はすべては、インターリンク（例えば、バス）２８０８を介して互いに通信することができる。機械２８００は、ディスプレイユニット２８１０（例えば、ラスターディスプレイ、ベクターディスプレイ、ホログラフィックディスプレイなど）、英数字入力デバイス２８１２（例えば、キーボード）、及びユーザインターフェース（ＵＩ）ナビゲーションデバイス２８１４（例えば、マウス）をさらに含むことができる。一例では、ディスプレイユニット２８１０、入力デバイス２８１２、及びＵＩナビゲーションデバイス２８１４は、タッチスクリーンディスプレイとすることができる。機械２８００は、記憶デバイス（例えば、駆動ユニット）２８１６、信号生成デバイス２８１８（例えば、スピーカ）、ネットワークインターフェースデバイス２８２０、及びグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）センサ、コンパス、加速度計、又は他のセンサなどの１つ以上のセンサ２８２１をさらに含むことができる。機械２８００は、１つ以上の周辺デバイス（例えば、プリンタ、カードリーダなど）と通信し又はそのようなデバイスを制御するために、シリアル（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、パラレル、又は他の有線若しくは無線（例えば、赤外（ＩＲ）、近距離通信（ＮＦＣ）など）接続などの出力コントローラ２８２８を含むことができる。
【0167】
記憶デバイス２８１６は、機械可読媒体２８２２を含むことができ、機械可読媒体２８２２には、本明細書に記載する技法若しくは機能のいずれか１つ以上を実施する、又は本明細書に記載する技法若しくは機能のいずれか１つ以上によって利用される、１つ以上のデータ構造又は命令セット２８２４（例えば、ソフトウェア）が記憶される。命令２８２４はまた、機械２８００によるその実行中、主メモリ２８０４内、静的メモリ２８０６内、又はハードウェアプロセッサ２８０２内に完全又は少なくとも部分的に常駐することができる。一例では、ハードウェアプロセッサ２８０２、主メモリ２８０４、静的メモリ２８０６、又は記憶デバイス２８１６のうちの１つ又は任意の組合せが、機械可読媒体を構成することができる。
【0168】
機械可読媒体２８２２は、単一の媒体として示されているが、「機械可読媒体」という用語は、１つ以上の命令２８２４を記憶するように構成された単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型若しくは分散型データベース、並びに／又は付随するキャッシュ及びサーバ）を含むことができる。
【0169】
「機械可読媒体」という用語は、本開示の技法のいずれか１つ以上を機械２８００に実行させる機械２８００による実行のための命令を記憶、符号化、又は運搬することが可能であり、又はそのような命令によって使用される若しくはそのような命令に付随するデータ構造を記憶、符号化、若しくは運搬することが可能である、任意の媒体を含むことができる。限定されない機械可読媒体の例は、固体状態メモリ、並びに光及び磁気媒体を含むことができる。一例では、密集した機械可読媒体は、不変の（例えば、静止した）質量を有する複数の粒子を含む機械可読媒体を含む。それに応じて、密集した機械可読媒体は、一時的な伝播信号ではない。密集した機械可読媒体の特有の例は、半導体メモリデバイス（例えば、電気的にプログラム可能な読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能プログラム可能な読取り専用メモリ（ＥＰＳＯＭ））及びフラッシュメモリデバイスなどの不揮発性メモリ、内部ハードディスク及び取外し可能なディスクなどの磁気ディスク、磁気光ディスク、並びにＣＤ－ＲＯＭ及びＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含むことができる。
【0170】
命令２８２４は、複数の伝達プロトコル（例えば、フレームリレー、インターネットプロトコル（ＩＰ）、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）、ハイパーテキスト伝達プロトコル（ＨＴＴＰ）など）のいずれか１つを利用するネットワークインターフェースデバイス２８２０を介して、伝送媒体を使用する通信ネットワーク２８２６によって、さらに伝送又は受信することができる。例示的な通信ネットワークは、特に、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、パケットデータネットワーク（例えば、インターネット）、移動電話ネットワーク（例えば、セルラーネットワーク）、Ｐｌａｉｎ Ｏｌｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ（ＰＯＴＳ）ネットワーク、及び無線データネットワーク（例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）として知られているＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（ＩＥＥＥ）８０２．１１ファミリ規格、ＷｉＭａｘ（登録商標）として知られているＩＥＥＥ８０２．１６ファミリ規格）、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ファミリ規格、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）ネットワークを含むことができる。一例では、ネットワークインターフェースデバイス２８２０は、通信ネットワーク２８２６に接続するために、１つ以上の物理ジャック（例えば、イーサネット、同軸、又は電話ジャック）又は１つ以上のアンテナを含むことができる。一例では、ネットワークインターフェースデバイス２８２０は、単一入力複数出力（ＳＩＭＯ）、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）、又は複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）技法のうちの少なくとも１つを使用して無線通信する複数のアンテナを含むことができる。「伝送媒体」という用語は、機械２８００による実行のための命令を記憶、符号化、又は運搬することが可能な任意の無形の媒体を含むと解釈されるものとし、そのようなソフトウェアの通信を容易にするためのデジタル若しくはアナログ通信信号又は他の無形媒体を含む。
【0171】
追加の注記
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。
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。
【0172】
本明細書では、「ａ」又は「ａｎ」という用語は、特許文献でよく見られるように、「少なくとも１つ」又は「１つ以上」といういかなる他の事例又は使用にも依存することなく、１つ又は１つ以上を含むために使用される。本明細書では、「又は（ｏｒ）」という用語は、非排他的な「ｏｒ」を指すために使用され、したがって「Ａ又はＢ」は、別途指示されない限り、「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」、及び「Ａ及びＢ」を含む。本明細書では、「含む」及び「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」という用語は、「備える」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ」というそれぞれの用語の平易な英語の均等物として使用される。また、以下の特許請求の範囲では、「含む」及び「備える」という用語はオープンエンドであり、すなわち、ある請求項でそのような用語の後に列挙される要素以外の要素を含むシステム、デバイス、物品、組成物、構成、又はプロセスも、その請求項の範囲内に入ると見なされる。さらに、以下の特許請求の範囲では、「第１」、「第２」、及び「第３」などの用語は、ラベルとしてのみ使用され、それらの対象に数値要件を課すことを意図したものではない。
【0173】
上記の説明は、制限ではなく例示を意図したものである。例えば、上述した例（又はその１つ以上の態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。当業者などであれば、上記の説明を検討することで、他の実施形態を使用することもできる。要約書は、特許法施行規則§１．７２（ｂ）に準拠して、読者が技術的開示の本質を迅速に確かめることを可能にするために提供される。要約書は、特許請求の範囲の範囲又は意味を解釈又は限定するために使用されるものではないことを理解した上で提出される。また、上記の詳細な説明では、本開示を簡素化するために、様々な特徴がグループ化されていることがある。これは、特許請求されていない開示の特徴がいずれかの請求項にとって不可欠であることを意図すると解釈されるべきではない。逆に、本発明の主題は、特定の開示する実施形態のすべての特徴より小さい範囲にあることもある。したがって、以下の特許請求の範囲は、本明細書によって、例又は実施形態として詳細な説明に組み込まれており、各請求項は、別個の実施形態として単独で成立しており、そのような実施形態は、様々な組合せ又は並べ替えで互いに組み合わせることができることが企図される。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が与えられる均等物の完全な範囲とともに決定されるべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図21D】
【図22】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図24D】
【図25A】
【図25B】
【図26】
【図27】
【図28】
【国際調査報告】