CN121127170A - 用于内窥镜的光纤布拉格光栅 - Google Patents

Abstract

在手术系统中，内窥镜能够朝向目标部位向远侧延伸。延伸到内窥镜的远端部分的感测光纤可以包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅。感测控制器可以将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射。感测控制器可以对该反射光执行光频域反射测量，以确定光纤布拉格光栅处的参数值，例如压力值或温度值。处理电路可以分析该参数值，以确定目标部位处的诸如压力或温度的参数满足诸如过高的指定条件，并且作为响应，生成警报数据信号或执行适当的任务。

Description

用于内窥镜的光纤布拉格光栅

相关申请的交叉引用

本申请要求于2023年5月9日提交的申请号为63/465172以及于2024年2月27日提交的申请号为63/558352的美国临时申请的权益，这两个申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本申请总体上涉及内窥镜系统，并且更具体地涉及用于确定和控制医疗装置的末端与目标之间的距离的系统及方法。

背景技术

诸如医生、从业者或用户的操作者可以使用内窥镜来提供对患者的内部位置的视觉访问。操作者可以将内窥镜插入到患者的身体中。内窥镜可以将光传送到待检查的目标，例如目标解剖结构或物体。内窥镜可以收集从物体反射的光。该反射光可以携带关于被检查目标的信息。

一种内窥镜可以包括工作通道。操作者可以通过该工作通道进行抽吸。操作者可以将诸如刷子、活检针或镊子的器械穿过工作通道。操作者可以通过工作通道进行微创手术，例如将不需要的组织或异物从患者的体内去除。

内窥镜可以使用激光或等离子系统进行激光治疗，例如消融、凝固、汽化、破碎、碎石术等。在激光治疗中，操作者可以使用内窥镜来将手术激光能量传送到各种目标治疗区域，例如软组织或硬组织。在碎石术中，操作者可以使用内窥镜来传送手术激光能量，以将患者的肾脏、胆囊、输尿管或其他结石形成区域中的结石结构破碎，或将大结石消融成更小的碎片。

发明内容

在一个示例中，一种手术系统可以包括：内窥镜，所述内窥镜被配置成朝向目标部位向远侧延伸；感测光纤，所述感测光纤延伸到所述内窥镜的远端部分，并且包括布置在所述感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；感测控制器，所述感测控制器被配置成：将感测光沿着所述感测光纤向远侧引导，使得所述感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射；对所述反射光进行光频域反射测量；并且根据所述光频域反射测量，确定所述光纤布拉格光栅处的参数值；以及处理电路，所述处理电路被配置成：分析所述参数值；根据对所述参数值的分析，确定所述目标部位处的参数满足指定条件；并且响应于所述目标部位处的所述参数满足所述指定条件的确定，生成警报数据信号。

在一个示例中，一种手术系统可以包括：内窥镜，所述内窥镜被配置成朝向目标部位向远侧延伸，并且向所述目标部位提供吹入介质；感测光纤，所述感测光纤延伸到所述内窥镜的远端部分，并且包括布置在所述感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；感测控制器，所述感测控制器被配置成：将感测光沿着所述感测光纤向远侧引导，使得所述感测光中的至少一些作为反射光从所述光纤布拉格光栅反射；对所述反射光进行光频域反射测量；并且根据所述光频域反射测量，确定所述光纤布拉格光栅处的压力值；以及处理电路，所述处理电路被配置成：将所述压力值与阈值压力值进行比较；根据所述比较，确定所述压力值超过阈值压力值；并且响应于所述压力值超过所述阈值压力值的确定，使所述内窥镜执行以下操作中的至少一项：向用户提供警报，以降低所述吹入介质的压力；或自动地降低所述吹入介质的压力。

在一个示例中，一种手术系统可以包括：内窥镜，所述内窥镜被配置成朝向目标部位向远侧延伸，向所述目标部位提供治疗激光，并且向所述目标部位提供冲洗剂，所述内窥镜包括配置成可控地冷却目标部位的冷却元件；感测光纤，所述感测光纤延伸到所述内窥镜的远端部分，并且包括布置在所述感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；感测控制器，所述感测控制器被配置成：将感测光沿着所述感测光纤向远侧引导，使得所述感测光中的至少一些作为反射光从所述光纤布拉格光栅反射；对所述反射光进行光频域反射测量；并且根据所述光频域反射测量，确定所述光纤布拉格光栅处的温度值；以及处理电路，所述处理电路被配置成：将所述温度值与阈值温度值进行比较；根据所述比较，确定所述温度值超过阈值温度值；并且响应于确定了所述温度值超过所述阈值温度值，使所述内窥镜执行以下操作中的至少一项：向用户提供所述目标部位处的所述温度可能太高的警报；自动地降低所述治疗激光的功率；自动地增加所述冲洗剂的流速；或自动地激活所述冷却元件。

附图说明

在附图中以示例的方式例示了各种实施方式。这种实施方式是示范性的，并且不旨在为本主题的穷举或排他性实施方式。

图1示出了手术系统的示例的侧视示意图。

图2示出了用于操作内窥镜的方法的示例的流程图。

图3示出了用于操作内窥镜的方法的示例的流程图。

图4示出了用于操作内窥镜的方法的示例的流程图。

图5示出了基于计算机的临床决策支持系统的示例的示意图，该系统被配置成基于与来自目标部位的光相关的光学特性来提供距离值。

具体实施方式

在手术系统中，内窥镜可以朝向目标部位向远侧延伸。延伸到内窥镜的远端部分的感测光纤可以包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅。感测控制器可以将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射。感测控制器可以对反射光执行光频域反射测量，以确定光纤布拉格光栅处的参数值，例如压力值或温度值。处理电路可以分析该参数值，以确定目标部位处的参数（例如，压力或温度）满足特定条件，例如过高。作为响应，处理电路可以生成警报数据信号和/或执行另一项任务，例如自动地调节或降低吹入介质的压力、自动地调节或降低冲洗剂的流速或者自动地激活冷却元件或加热元件。

就本文献而言，术语“自动地”可以表示特定动作可由处理电路来激活。例如，术语“自动地”可以表示可在未接收到来自用户的指令以启动特定动作的情况下采取特定动作。术语“自动地”可以包括提示用户进行确认以及获得来自用户继续进行特定操作的确认。例如，处理电路可以自动地计算或自动地确定新的建议参数值，并且可以提示用户接受所建议的参数值或确认所建议的参数值是可接受的。

图1示出了手术系统100的示例的侧视示意图。图1的配置只是手术系统的一个示例；也可以使用其他配置。

手术系统100可以包括内窥镜102。内窥镜102可以包括在近端104与远端106之间延伸的细长主体部分。该细长主体部分的精确形状可能取决于内窥镜102最初设计的医疗程序。为简单起见，该细长主体部分被示出为圆柱体，并且具有沿着正交于伸长方向截取的圆形横截面。也可以使用其他合适的形状。在程序中使用期间，内窥镜102可以朝向目标部位110（例如，肾结石）向远侧延伸。内窥镜102可以包括在内窥镜102的远端106处的一个或多个光源或光发射器108，以照亮目标部位110。合适的光发射器108的示例可以包括诸如白光发光二极管的发光二极管、诸如氙弧灯的弧光灯等。内窥镜102可以包括在内窥镜102的远端106处的一个或多个相机或成像传感器112，以捕获被照亮的目标部位110的图像，例如实时视频图像。内窥镜102可以包括诸如电阻加热器的一个或多个加热元件114，其可以可控地加热目标部位110或内窥镜103上的一个或多个其他合适区域。内窥镜102可以包括诸如热电冷却器的一个或多个冷却元件116，其可以可控地冷却目标部位110或内窥镜102上的一个或多个其他合适的区域。内窥镜102可以经由吹入介质端口120而向目标部位110提供诸如氦气或二氧化碳的吹入介质，以在程序期间临时对目标部位110进行充气。内窥镜102可以经由冲洗剂端口122而向目标部位110提供诸如盐水的冲洗剂，以帮助冷却或去除程序期间可能生成的颗粒，例如肾结石碎片。

内窥镜102可以包括沿着内窥镜的长度延伸的各种电连接件，例如为一个或多个光发射器108供电、传送来自一个或多个成像传感器112的数据信号、为一个或者多个加热元件114供电、为一个或多个冷却元件116供电等。尽管图1中的电连接件被示出为每一者均向近侧延伸到内窥镜102的近端104处的相应位置，但是在实践中，可以将电连接件分组在一起，使得可以在内窥镜102的近端104处或其附近用单个连接器制成电连接件。例如，在实践中，电连接件可以沿着内窥镜102内的单个通道延伸，并且可以根据需要在内窥镜102的远端106处或附近展开（fan out）。

内窥镜102可以向目标部位110提供治疗激光。手术系统100可以包括至少一个治疗光纤118，以传送治疗激光。至少一根治疗光纤118能够被定位成从内窥镜102的远端106延伸。治疗光纤118可以被配置成将治疗光纤光朝向目标部位110发射，例如被引导到肾结石上以对肾结石进行粉碎和/或碎裂。手术系统100可以包括治疗激光源128，其可以生成治疗激光，再将治疗激光引导到治疗光纤118的近端部分中，并且将治疗激光沿着治疗光纤118的长度向远侧引导，以从治疗光纤118的远端射出，从而形成治疗光纤光。治疗激光源128可以包括铥光纤激光器，其可以产生波长为1908nm和/或1940nm的光。治疗激光源128可以包括铥：YAG（钇铝石榴石）激光器，其可以产生波长为2010nm的光。治疗激光源128可以包括钬：YAG激光器，其可以产生波长为2120nm的光。治疗激光源128可以包括铒：YAG激光器，其可以产生波长为2940nm的光。对于这些（和其他）治疗激光源，治疗激光具有在电磁光谱的一部分中的一个或多个波长，在所述电磁光谱的一部分中，水（组织的主要成分）具有相对较高的吸收性。在程序过程中，组织可以吸收治疗激光，可以局部加热到相对较高的温度，并且可以由于组织内的局部热应变而破裂。

手术系统100可以包括感测光纤124，该感测光纤可以延伸到内窥镜102的远端部分。感测光纤124可以包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅126。

感测光纤124可以包括沿着感测光纤124长度的一个以上光纤布拉格光栅126。例如，感测光纤124可以包括第一光纤布拉格光栅126A和位于第一光纤布拉格光栅126A的近侧的第二光纤布拉格光栅126B。使用沿着感测光纤124的多个光纤布拉格光栅126可以允许手术系统确定光纤布拉格光栅126的位置处的一个或多个物理状况。例如，感测光纤124可以在内窥镜102中布线，以具有第一光纤布拉格光栅126A和第二光纤布拉格光栅126B，该第一光纤布拉格光栅位于内窥镜102的远端106处或其附近，以确定目标部位110处或附近的物理状况，该第二光纤布拉格光栅用于确定内窥镜102的部件（例如，手柄）处或附近的物理状况。也可以使用其他位置。

替代地或附加地，使用沿着感测光纤124的多个光纤布拉格光栅126可以允许手术系统100比较两个不同位置处的物理状况。例如，手术系统100可以使用在沿着流体通道的两个不同位置处获得的压力或流体压力的测量结果来确定该流体通道是否被阻塞。

手术系统100可以包括联接到感测光纤124的感测控制器130。感测控制器130可以将感测光沿着感测光纤124向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅126反射。感测控制器130可以对反射光执行光频域反射测量。感测控制器130可以根据光频域反射测量来确定光纤布拉格光栅126处的参数值。合适的参数值可以包括压力值、温度值等。对于包括了多个光纤布拉格光栅126的感测光纤124，感测控制器130可以确定光纤布拉格光栅126的位置中的一些位置或所有位置处的参数值，并且可以经由光频域反射测量而基本上同时这样做。感测控制器130可以使用具有感测光纤124的光频域反射测量（OFDR）来确定光纤布拉格光栅126的位置处或者沿着感测光纤124布置的一个或多个光纤布拉格光栅126处的温度值和/或（流体）压力值。感测控制器130可以包括联接到光学干涉仪的可变频率激光束。感测控制器130可以在干涉仪的参考臂与测量臂之间将来自可变频率激光束的光分束。在测量臂的光路中，感测控制器130还可以将光分束以沿着包括光纤布拉格光栅126的感测光纤124的长度向远侧传播，并且沿着感测光纤124向近侧返回。测量臂中的光会干扰参考臂中的光，以形成干涉图案。感测控制器130可以包括能够检测干涉图案的光学检测器。其他合适的配置也可以被用于确定沿着感测光纤124布置的一个或多个光纤布拉格光栅126处的温度和/或压力。

例如，保偏光纤可以具有这样的横截面：其包括位于其中心处的芯部以及位于该芯部的相对两侧上的两个孔。这些孔可以限定两个中空（或充气）通道，该两个通道在芯部的相对两侧上沿着光纤的长度延伸。这些孔的横截面可以可选地为圆形。这些孔在光纤中引起双折射，使得延伸穿过该孔的中心的横截面轴线可以限定慢轴，并且在孔之间延伸的横截面轴线（例如，利用轴线的相对两侧上的孔）可以限定快轴。芯部可以可选地具有沿着快轴伸长的横截面。在保偏光纤中，以与快轴对准的线性偏振射入到光纤中的光可以以与快轴对准的线性偏振从光纤中射出。同样，以与慢轴对准的线性偏振发射到光纤中的光可以以与慢轴对准的线性偏振从光纤中射出。

除了在光纤中提供双折射外，孔还可以沿着快轴提供对压力相对较高的灵敏度，并且沿着慢轴提供对压力相对较低的灵敏度。例如，压力的变化可以使光纤布拉格光栅126反射的波长发生偏移：对慢轴发生相对较小的波长偏移，而对快轴发生相对较大的波长偏移。

与压力相反，对温度的敏感性可能沿着慢轴和快轴是相同的。例如，温度值的变化可以使光纤布拉格光栅126反射的波长发生偏移：即，对慢轴和快轴二者发生相同的波长偏移。

由于保偏光纤（具有贯穿其中的孔）在压力灵敏度方面显示出方向依赖性差异，但是在温度灵敏度方面没有，因此保偏光纤（具有贯穿其中的孔）可以允许手术系统100将温度的影响与压力的影响分开，从而获得更准确的温度和压力值。具体地，感测控制器130可以将沿着感测光纤124的慢轴线性地偏振的第一感测光沿着感测光纤124向远侧引导，并且将沿着感测光纤124的快轴线性地偏振的第二感测光沿着感测光纤124向远侧引导。感测控制器130可以采用压力的两个测量结果，其中，一个用于第一感测光而另一个用于第二感测光。感测控制器130可以使用两个压力测量结果之间的差值，可选地用一个或两个压力测量结果，并且可选地利用温度测量结果中的一者或二者，以准确地确定光纤布拉格光栅126处的压力值。换言之，检测反射的快轴与慢轴信号之间的波长差的变化可以允许手术系统100检测并测量光纤布拉格光栅处的压力变化，并且这样做与光纤布拉格光栅处的温度变化和应变无关。手术系统100可以使用本文中所述的OFDR技术来执行压力和温度测量，并且可以可选地采取对快轴的一组测量结果以及对慢轴的另一组测量结果，以更准确地确定压力和/或温度。

手术系统100可以包括联接到感测控制器130的处理电路132。处理电路132可以被称为控制器。处理电路132可以以纯软件来实现。处理电路132可以以纯硬件来实现。在一些示例中，处理电路132可以被实现为软件和硬件的组合。处理电路132可以在单个处理器上实现。处理电路132可以在多个处理器上实现。多个处理器可以被容纳在共同的壳体（例如，壳体134）中。在一些示例中，多个处理器中的至少两者可以在不同的壳体中间隔开。壳体134可以容纳处理电路132、感测控制器130或治疗激光源128中的一者或多者。处理电路132可以包括一个或多个处理器、包含了指令的存储器，该指令可由一个或多个处理器执行，以使该一个或多个处理器执行操作。下面详细介绍了此类操作的示例。

处理电路132可以分析参数值。处理电路132可以根据对该参数值的分析来确定目标部位110处的参数是否满足指定条件。合适的参数可以包括压力、温度和其他物理状况。合适的指定条件可以包括压力过高或过低、压力梯度（例如，从沿着感测光纤124的两个或更多个位置处获得）过高或过低、压力变化率（例如，来自对随时间变化的压力进行随时间的重复测量结果）过高或过低、温度过高或者过低、温度梯度（例如，从沿着感测光纤124的两个或更多个位置处获得）过高或者过低、温度变化率（例如，来自对随时间变化的温度进行随时间的重复测量结果）过高或过低等。确定参数值是否过高可以包括：确定参数值大于指定的阈值。确定参数值过低（或过高）可以包括：确定参数值小于（或大于）指定的阈值。也可以使用其他标准。

处理电路132可以响应于目标部位110（或沿着感测光纤124的其他位置）处的参数满足指定条件的确定而采取一个或多个动作。

合适动作的示例可以包括：生成警报数据信号136，例如向用户、装置或进程发出警报。警报数据信号136可以提醒用户目标部位110处的压力可能过高。警报数据信号136可以提醒用户目标部位110处的压力可能变化太快。警报数据信号136可以提醒用户吹入介质通道可能被阻塞。警报数据信号136可以提醒用户去调整吹入介质的压力。警报数据信号136可以提醒用户目标部位110处的温度可能过高。警报数据信号136可以提醒用户目标部位110处的温度可能变化太快。警报数据信号136可以警示目标部位110处的温度可能变化得太快。警报数据信号136可以警示内窥镜102的部件可能太热，并且可以指示去采取一个或多个动作来避免对该部件的损坏。也可以使用其他合适的警报数据信号。警报可以以视觉方式提供，例如经由内窥镜102上或者在联接到内窥镜102或处理电路132的图形用户显示器140上的一个或多个指示灯138或指示标志。替代地或附加地，警报可以以听觉方式提供，例如通过内窥镜102上或内窥镜102中或者在联接内窥镜102或处理电路132的图形用户显示器140上的扬声器提供。

其他合适的动作可以包括：自动地调节吹入介质的压力、自动地降低冲洗剂的流速、自动地增加冲洗剂的流速、自动地降低治疗激光的功率、自动地激活一个或多个冷却元件116、自动地激活多个加热元件114等。

下面描述了参数和参数值、指定条件和适当动作的更具体示例。

在第一示例中，其中，参数为压力，并且参数值为压力值，处理电路132可以响应于目标部位110处的压力满足指定条件的确定，使内窥镜102向用户、装置或进程提供警报，以调节吹入介质的压力。处理电路132可以响应于目标部位110处的压力满足指定条件的确定，使内窥镜102自动地调节吹入介质的压力。

在第二示例中，其中，参数为压力，并且参数值为压力值，处理电路132可以通过将压力值与阈值压力值进行比较来分析该压力值。指定条件可以为压力值超过阈值压力值。警报数据信号136可以提醒用户、装置或进程：目标部位110处的压力可能过高。

在第三示例中，其中，参数为压力，并且参数值为压力值，处理电路132可以响应于压力值超过阈值压力值的确定，自动地降低冲洗剂的流速。

在第四示例中，其中，参数为压力，并且参数值为压力值，处理电路132可以通过将压力值的变化率与指定的标准或条件进行比较（例如，与阈值压力斜率值进行比较）来分析该压力值。指定条件可以为压力值的变化率超过阈值压力斜率值。警报数据信号136可以提醒用户、装置或进程：目标部位110处的压力可能变化太快。

在第五示例中，感测光纤124可以包括一个以上的光纤布拉格光栅126。例如，参数可以为压力。光纤布拉格光栅126可以是第一光纤布拉格光栅126A。感测光纤124可以包括位于第一光纤布拉格光栅126A的近侧的第二光纤布拉格光栅126B。感测控制器130可以根据光频域反射测量来确定第一光纤布拉格光栅126A处的第一压力值和第二光纤布拉格光栅126B处的第二压力值。处理电路132可以通过将第一压力值和第二压力值之间的差与指定标准（例如，阈值压力差）进行比较来分析第一压力值和第二压力数值。处理电路132可以根据对第一压力值和第二压力值的分析来确定目标部位110处的压力超过阈值压力差。警报数据信号136可以提醒用户、装置或进程：吹入介质通道可能被阻塞。

在第六示例中，其中，参数为温度，并且参数值为温度值，处理电路132可以通过将温度值与诸如阈值温度值的指定条件进行比较来分析该温度值。指定条件可以为温度值超过阈值温度值。警报数据信号136可以提醒用户、装置或进程：目标部位110处的温度可能过高。

在第七示例中，其中，参数为温度，并且参数值为温度值，处理电路132可以响应于温度值满足指定条件（例如，超过阈值温度值）的确定，自动地降低治疗激光的功率。

在第八示例中，其中，参数为温度，并且参数值为温度值，处理电路132可以响应于温度值满足指定条件（例如，超过阈值温度值）的确定，自动地增加冲洗剂的流速。

在第九示例中，其中，参数为温度，并且参数值为温度值，处理电路132可以响应于温度值满足指定条件（例如，超过阈值温度值）的确定，自动地激活冷却元件116。

在第十示例中，其中，参数为温度，并且参数值为温度值，处理电路132可以通过将温度值与指定标准（例如，阈值温度值）进行比较来分析该温度值。指定条件可以为温度值低于阈值温度值。处理电路132可以响应于温度值低于阈值温度值的确定，自动地激活加热元件114。

在第十一示例中，其中，参数为温度，并且参数值为温度值，处理电路132可以通过将温度值的变化率与指定标准（例如，阈值温度斜率值）进行比较来分析该温度值。指定条件可以为温度值的变化率超过阈值温度斜率值。警报数据信号136可以提醒用户、装置或进程：目标部位110的温度可能变化太快。

在第十二示例中，感测光纤124可以包括一个以上的光纤布拉格光栅126。例如，光纤布拉格光栅可以为第一光纤布拉格光栅126A。感测光纤124可以包括位于第一光纤布拉格光栅126A的近侧的第二光纤布拉格光栅126B。感测控制器130可以根据光频域反射测量来确定第一光纤布拉格光栅处的第一温度值和第二光纤布拉格光栅处的第二温度值。处理电路132可以分析第一温度值和第二温度值。处理电路132可以根据对第二温度值的分析来确定内窥镜102的部件处的温度满足指定条件。例如，部件处的温度可能超过部件的指定阈值温度。作为具体示例，警报数据信号136可以提醒用户、装置或进程：部件处的温度可能太热，并且可以指示采取一个或多个动作，以避免对部件造成损坏。

参数和参数值、指定条件及合适动作的十二个具体示例仅为示例。也可以使用参数和参数值、指定条件和合适动作的其他合适组合。

图2示出了用于操作手术系统（例如，手术系统100（图1））的方法200的示例的流程图。在手术系统中，内窥镜（例如，内窥镜102）可以朝向目标部位（例如，目标部位110）向远侧延伸。感测光纤（例如，感测光纤124）可以延伸到内窥镜的远端部分，并且可以包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅，例如光纤布拉格光栅126。方法200可以由手术系统100或由另一个合适的手术系统来执行。例如，方法200可以由单极或双极射频装置、超声碎石装置、用于组织改造的超声装置、组合能量装置、冷等离子体型装置、诊断装置（例如针取样器，其中，该装置使用吹入来创建目标部位的改进视野）、使用低温或射频能量来捕获样品的诊断装置等来执行。方法200只是用于操作手术系统的一种方法；也可以使用其他合适的方法。

在操作202处，感测控制器（例如，感测控制器130）可以将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射。

在操作204处，感测控制器可以对反射光执行光频域反射测量（OFDR）。

在操作206处，感测控制器可以根据光频域反射测量来确定光纤布拉格光栅处的参数值。

在操作208处，处理电路（例如，处理电路132）可以分析该参数值。

在操作210处，处理电路可以根据参数值的分析来确定目标部位处的参数满足指定条件。

在操作212处，处理电路可以响应于目标部位处的参数满足指定条件的确定，生成警报数据信号，例如警报数据信号136。

图3示出了一种用于操作手术系统（例如，手术系统100（图1））的方法300的示例的流程图。在手术系统中，内窥镜（例如，内窥镜102）可以朝向目标部位（例如，目标部位110）向远侧延伸，并且向该目标部位提供吹入介质。感测光纤（例如，感测光纤124）可以延伸到内窥镜的远端部分，并且可以包括布置在感测光纤远端部分处的光纤布拉格光栅，例如光纤布拉格光栅126。方法300可以由手术系统100或另一个合适的手术系统来执行。方法300只是用于操作手术系统的一种方法；也可以使用其他合适的方法。

在操作302处，感测控制器（例如，感测控制器130）可以将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射。

在操作304处，感测控制器可以对反射光执行光频域反射测量（OFDR）。

在操作306处，感测控制器可以根据光频域反射测量来确定光纤布拉格光栅处的压力值。

在操作308处，处理电路（例如，处理电路132）可以将压力值与指定标准（例如，阈值压力值）进行比较。

在操作310处，处理电路可以根据该比较确定压力值超过阈值压力值。

在操作312处，处理电路可以响应于压力值超过阈值压力值的确定，使内窥镜执行操作314或316中的至少一项。

在操作314处，内窥镜可以向用户、装置或进程提供警报，以降低吹入介质的压力。

在操作316处，内窥镜可以自动地降低该吹入介质的压力。

内窥镜还可以向目标部位提供冲洗剂。处理电路可以响应于压力值超过阈值压力值的确定，自动地降低冲洗剂的流速。

图4示出了用于操作手术系统（例如，手术系统100（图1））的方法400的示例的流程图。在手术系统中，内窥镜（例如，内窥镜102）可以朝向目标部位（例如，目标部位110）向远侧延伸。内窥镜可以向目标部位提供治疗激光。内窥镜可以向目标部位提供冲洗剂。内窥镜可以包括冷却元件，该冷却元件可以可控地冷却目标部位。感测光纤（例如，感测光纤124）可以延伸到内窥镜的远端部分，并且可以包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅，例如光纤布拉格光栅126。方法400可以由手术系统100或另一个合适的手术系统来执行。方法400只是用于操作手术系统的一种方法；也可以使用其他合适的方法。

在操作402处，感测控制器（例如，感测控制器130）可以将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射。

在操作404处，感测控制器可以对反射光执行光频域反射测量（OFDR）。

在操作406处，感测控制器可以根据光频域反射测量来确定光纤布拉格光栅处的温度值。

在操作408处，处理电路（例如，处理电路132）可以将温度值与指定标准（例如，阈值温度值）进行比较。

在操作410处，处理电路可以根据该比较确定温度值超过阈值温度值。

在操作412处，处理电路可以响应于温度值超过阈值温度值的确定，使内窥镜执行操作414、416、418或420中的至少一项。

在操作414处，内窥镜可以向用户、装置或进程提供目标部位温度可能过高的警报。

在操作416处，内窥镜可以自动地降低治疗激光的功率。

在操作418处，内窥镜可以自动地增加冲洗剂的流速。

在操作420处，内窥镜可以自动地激活冷却元件。

图5示出了基于计算机的临床决策支持系统（CDSS）500的示例的示意图，该系统被配置成确定参数值（例如，压力值或温度值）是否满足指定条件。在各种实施方式中，CDSS500包括：输入接口502，特定于患者的参数值作为输入特征通过该输入接口被提供给人工智能（AI）模型504；处理器，该处理器执行其中将参数值应用于AI模型以确定参数值是否满足指定条件的推理操作；以及用户接口（UI）或输出接口508，通过该用户接口或输出接口，该确定被传达给用户，例如临床医生。

在一些实施方式中，输入接口502可以是CDSS 500与一个或多个医疗装置（例如，手术系统100或内窥镜102）之间的直接数据链路，它们生成输入特征中的至少一些。例如，输入接口502可以在治疗和/或诊断医疗程序期间将参数值直接传输到CDSS。附加地或替代地，输入接口502可以是促进用户与CDSS 500之间交互的经典用户接口。例如，输入接口502可以促进用户接口，用户可以通过该用户接口手动地输入参数值。附加地或者替代地，输入接口502可以向CDSS 500提供对电子患者记录的访问，从中可以提取一个或多个输入特征。在这些情况中的任一种情况下，输入接口502被配置成在CDSS 500被用于评估由手术系统100或内窥镜102所处理的医疗状况（例如，肾结石）所处的时间或之前收集与特定患者相关联的参数值。

基于上述输入特征中的一项或多项，处理器（例如，处理电路132）使用AI模型来执行推理操作，以生成确定。例如，输入接口502可以将参数值传送到AI模型的输入层，该输入层通过AI模型而将该输入特征传播到输出层。AI智能模型可以通过基于在数据分析中发现的模式进行推断，在无需显式编程的情况下为计算机系统提供执行任务的能力。AI模型探索算法（例如，机器学习算法）的研究和构建，其可以从现有数据中学习并对新数据进行预测。此类算法通过从示例训练数据构建AI模型来运行，以便作出表现为输出或评估的数据驱动的预测或决策。

对于机器学习（ML）来说，有两种常见模式：监督ML和无监督ML。监督ML使用先验知识（例如，将输入与输出或结果相关联的示例）来学习输入与输出之间的关系。监督ML的目标是旨在学习一种函数，即：在给定一些训练数据的情况下，该函数最接近于训练输入与输出之间的关系，以便ML模型可以在给定输入时实现相同的关系来生成相应的输出。无监督ML是ML算法的训练，即：使用既不分类也不标记的信息，并且允许该算法在没有指导的情况下对这些信息采取动作。无监督ML在探索性分析中很有用，因为其可以自动识别数据中的结构。

监督ML的常见任务是分类问题和回归问题。分类问题，也称为归类问题，旨在将项目分类为几个类别值中的一种（例如，这个对象是苹果还是橘子？）。回归算法旨在量化一些项目（例如，通过为一些输入的值提供分数）。常用的监督ML算法的一些示例是逻辑回归（LR）、朴素贝叶斯、随机森林（RF）、神经网络（NN）、深度神经网络（DNN）、矩阵分解和支持向量机（SVM）。

无监督ML的一些常见任务包括聚类、表示学习和密度估计。常用的无监督ML算法的一些示例是K-means聚类、主成分分析和自动编码器。

另一种类型的ML是联合学习（也被称为协作学习），其在不交换数据的情况下，在持有本地数据的多个分散装置上训练算法。这种方法与传统的集中式机器学习技术（其中，所有本地数据集都上传到一个服务器）以及更经典的分散方法（其通常假设本地数据样本分布相同）形成鲜明对比。联合学习使多个参与者能够在不共享数据的情况下构建公共、稳健的机器学习模型，从而允许解决诸如数据隐私、数据安全、数据访问权限和异构数据访问的关键问题。

在由处理器（例如，处理电路132）执行推理操作之前，可以连续或定期训练AI模型。然后，在推理操作期间，提供给AI模型的患者特异性输入特征可以从输入层传播，通过一个或多个隐藏层，并且最终传播到与距离（Z）的值相对应的输出层。

AI模型可以包括数据库，该数据库可以包括与患者相对应的数据。数据库可以向CDSS 500提供患者记录。AI模型可以接收来自传感器的参数值。

在推理操作期间和/或之后，距离（Z）的值可以经由用户接口（UI）而传达给用户，和/或自动使连接到处理器的致动器或警报器执行所需的动作。例如，处理器可以致使致动器使光纤相对于内窥镜移动。替代地，处理器可以引发警报以提醒医生。

CDSS 500可以可选地被用于确定响应于距离（Z）的值而采取的动作。

在上述详细描述中，已经参照本公开的具体实施方式描述了本公开的方法和设备。然而，很明显，在不脱离本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，本说明书和附图应被视为例示性的而非限制性的。

为了进一步例示本文中所公开的装置和相关方法，下面提供了非限制性的示例列表。以下非限制性示例中的每一项均可以独立存在，或者可以以任何排列或组合的方式与其他示例中的任一项或多项进行组合。

在示例1中，手术系统可以包括：内窥镜，其被配置成朝向目标部位向远侧延伸；感测光纤，其延伸到内窥镜的远端部分，并且包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；感测控制器，其被配置成：将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射；对反射光进行光频域反射测量；并且根据光频域反射测量来确定光纤布拉格光栅处的参数值；以及处理电路，其被配置成：分析参数值；根据对该参数值的分析，确定目标部位处的参数满足指定条件；并且响应于目标部位处的参数满足指定条件的确定，生成警报数据信号。

在示例2中，示例1的手术系统可以可选地被配置成使得：参数为压力；参数值为压力值。

在示例3中，示例1至2中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：内窥镜还被配置成向目标部位提供吹入介质；并且处理电路还被配置成响应于目标部位处的压力满足指定条件的确定，使内窥镜执行以下操作中的至少一项：向用户提供警报，以调节吹入介质的压力；或者自动地调节吹入介质的压力。

在示例4中，示例1至3中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：处理电路被配置成通过将压力值与阈值压力值进行比较来分析该压力值；并且指定条件为压力值超过阈值压力值。

在示例5中，示例1至4中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：警报数据信号被配置成提醒用户目标部位处的压力可能过高。

在示例6中，示例1至5中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：内窥镜还被配置成向目标部位提供冲洗剂；并且处理电路还被配置成响应于压力值超过所述阈值压力值的确定，自动地降低冲洗剂的流速。

在示例7中，示例1至6中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：处理电路被配置成通过将压力值的变化率与阈值压力斜率值进行比较来分析该压力值；指定条件为压力值的变化率超过阈值压力斜率值；并且警报数据信号被配置成提醒用户目标部位处的压力可能变化太快。

在示例8中，示例1至7中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：参数为压力；光纤布拉格光栅为第一光纤布拉格光栅；感测光纤包括位于第一光纤布拉格光栅的近侧的第二光纤布拉格光栅；感测控制器还被配置成根据光频域反射测量，确定第一光纤布拉格光栅处的第一压力值和第二光纤布拉格光栅处的第二压力值；处理电路还被配置成：通过将第一压力值和第二压力值之间的差与阈值压力差进行比较，分析第一压力和第二压力；并且根据对第一压力值和第二压力值的分析，确定了目标部位处的压力超过阈值压力差；并且警报数据信号被配置成提醒用户吹入介质通道可能被阻塞。

在示例9中，示例1至8中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：参数为温度；参数值为温度值。

在示例10中，示例1至9中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：处理电路被配置成通过将温度值与阈值温度值进行比较来分析该温度值；并且指定条件为温度值超过阈值温度值。

在示例11中，示例1至10中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：警报数据信号被配置成提醒用户目标部位处的温度可能过高。

在示例12中，示例1至11中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：内窥镜还被配置成向目标部位提供治疗激光；并且处理电路还被配置成响应于温度值超过阈值温度值的确定，自动地降低治疗激光的功率。

在示例13，示例1至12中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：内窥镜还被配置成向目标部位提供冲洗剂；并且处理电路还被配置成响应于温度值超过阈值温度值的确定，自动地增加冲洗剂的流速。

在示例14中，示例1至13中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：内窥镜包括冷却元件，该冷却元件被配置成可控地冷却目标部位；并且处理电路还被配置成响应于温度值超过阈值温度值的确定，自动地激活冷却元件。

在示例15中，示例1至14中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：处理电路被配置成通过将温度值与阈值温度值进行比较来分析该温度值；指定条件为温度值低于阈值温度值；内窥镜包括加热元件，该加热元件被配置成可控地加热所述目标部位；并且处理电路还被配置成响应于温度值低于阈值温度值的确定，自动地激活加热元件。

在示例16中，示例1至15中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：处理电路被配置成通过将温度值的变化率与阈值温度斜率值进行比较来分析该温度值；指定条件为温度值的变化率超过阈值温度斜率值；并且警报数据信号被配置成提醒用户目标部位处的温度可能变化太快。

在示例17中，示例1至16中任一项所述的手术系统可以可选地被配置成使得：光纤布拉格光栅为第一光纤布拉格光栅；感测光纤包括位于所述第一光纤布拉格光栅的近侧的第二光纤布拉格光栅；感测控制器还被配置成根据所述光频域反射测量来确定第一光纤布拉格光栅处的第一温度值和第二光纤布拉格光栅处的第二温度值；并且处理电路还被配置成：分析第一温度值和第二温度值；并且根据对第二温度值的分析，确定内窥镜的部件处的温度满足指定条件。

在示例18中，一种手术系统可以包括：内窥镜，其被配置成朝向目标部位向远侧延伸，并且向目标部位提供吹入介质；感测光纤，其延伸到内窥镜的远端部分，并且包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；感测控制器，其被配置处：将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中的至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射；对反射光进行光频域反射测量；并且根据该光频域反射测量来确定光纤布拉格光栅处的压力值；以及处理电路，其被配置成：将压力值与阈值压力值进行比较；根据该比较来确定压力值超过阈值压力值；并且响应压力值超过阈值压力值的确定，使内窥镜执行以下操作中的至少一项：向用户提供警报，以降低吹入介质的压力；或者自动地降低吹入介质的压力。

在示例19中，示例18所述的手术系统可以可选地被配置成使得：内窥镜还被配置成向目标部位提供冲洗剂；并且处理电路还被配置成响应于所述压力值超过所述阈值压力值的确定，自动地降低冲洗剂的流速。

在示例20中，一种手术系统可以包括：内窥镜，其被配置成朝向目标部位向远侧延伸，向目标部位提供治疗激光，并且向目标部位供应冲洗剂，该内窥镜包括配置成可控地冷却目标部位的冷却元件；感测光纤，其延伸到内窥镜的远端部分，并且包括布置在感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；感测控制器，其被配置成：将感测光沿着感测光纤向远侧引导，使得感测光中至少一些作为反射光从光纤布拉格光栅反射；对该反射光进行光频域反射测量；并且根据该光频域反射测量来确定光纤布拉格光栅处的温度值；以及处理电路，其被配置成：将温度值与阈值温度值进行比较；根据该比较来确定温度值超过阈值温度值；并且响应于温度值超过阈值温度值的确定，使内窥镜执行以下操作中的至少一项：向用户提供目标部位温度可能过高的警报；自动地降低治疗激光的功率；自动地增加冲洗剂的流速；或者自动地激活冷却元件。

Claims (20)

1.一种手术系统，所述手术系统包括：

内窥镜，所述内窥镜被配置成朝向目标部位向远侧延伸；

感测光纤，所述感测光纤延伸到所述内窥镜的远端部分，并且包括布置在所述感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；

感测控制器，所述感测控制器被配置成：

将感测光沿着所述感测光纤向远侧引导，使得所述感测光中的至少一些作为反射光从所述光纤布拉格光栅反射；

对所述反射光进行光频域反射测量；并且

根据所述光频域反射测量，确定所述光纤布拉格光栅处的参数值；以及

处理电路，所述处理电路被配置成：

分析所述参数值；

根据对所述参数值的分析，确定所述目标部位处的参数满足指定条件；并且

响应于所述目标部位处的所述参数满足所述指定条件的确定，生成警报数据信号。

2.根据权利要求1所述的手术系统，其中：

所述参数为压力；并且

所述参数值为压力值。

3.根据权利要求2所述的手术系统，其中：

所述内窥镜还被配置成向所述目标部位提供吹入介质；并且

所述处理电路还被配置成响应于所述目标部位处的所述压力满足所述指定条件的确定，使所述内窥镜执行以下操作中的至少一项：

向用户提供调节所述吹入介质的压力的警报；或

自动地调节所述吹入介质的压力。

4.根据权利要求2所述的手术系统，其中：

所述处理电路被配置成通过将所述压力值与阈值压力值进行比较来分析所述压力值；并且

所述指定条件为所述压力值超过所述阈值压力值。

5.根据权利要求4所述的手术系统，其中：

所述警报数据信号被配置成提醒用户所述目标部位处的所述压力可能过高。

6.根据权利要求4所述的手术系统，其中：

所述内窥镜还被配置成向所述目标部位提供冲洗剂；并且

所述处理电路还被配置成响应于所述压力值超过所述阈值压力值的确定，自动地降低所述冲洗剂的流速。

7.根据权利要求2所述的手术系统，其中：

所述处理电路被配置成通过将所述压力值的变化率与阈值压力斜率值进行比较来分析所述压力值；

所述指定条件为所述压力值的变化率超过所述阈值压力斜率值；并且

所述警报数据信号被配置成提醒用户所述目标部位处的所述压力可能变化过快。

8.根据权利要求1所述的手术系统，其中：

所述参数为压力；

所述光纤布拉格光栅为第一光纤布拉格光栅；

所述感测光纤包括位于所述第一光纤布拉格光栅的近侧的第二光纤布拉格光栅；

所述感测控制器还被配置成根据所述光频域反射测量来确定所述第一光纤布拉格光栅处的第一压力值和所述第二光纤布拉格光栅处的第二压力值；

所述处理电路还被配置成：

通过将所述第一压力值和所述第二压力值之间的差与阈值压力差进行比较来分析所述第一压力值和所述第二压力值；并且

根据对所述第一压力值和所述第二压力值的分析，确定所述目标部位处的所述压力超过阈值压力差；并且

所述警报数据信号被配置成提醒用户吹入介质通道可能被阻塞。

9.根据权利要求1所述的手术系统，其中：

所述参数为温度；并且

所述参数值为温度值。

10.根据权利要求9所述的手术系统，其中：

所述处理电路被配置成通过将所述温度值与阈值温度值进行比较来分析所述温度值；并且

所述指定条件为所述温度值超过所述阈值温度值。

11.根据权利要求10所述的手术系统，其中：

所述警报数据信号被配置成提醒用户所述目标部位处的所述温度可能过高。

12.根据权利要求10所述的手术系统，其中：

所述内窥镜还被配置成向所述目标部位提供治疗激光；并且

所述处理电路还被配置成响应于所述温度值超过所述阈值温度值的确定，自动地降低所述治疗激光的功率。

13.根据权利要求10所述的手术系统，其中：

所述内窥镜还被配置成向所述目标部位提供冲洗剂；并且

所述处理电路还被配置成响应于所述温度值超过所述阈值温度值的确定，自动地增加所述冲洗剂的流速。

14.根据权利要求10所述的手术系统，其中：

所述内窥镜包括冷却元件，所述冷却元件被配置成可控地冷却所述目标部位；并且

所述处理电路还被配置成响应于所述温度值超过所述阈值温度值的确定，自动地激活所述冷却元件。

15.根据权利要求9所述的手术系统，其中：

所述处理电路被配置成通过将所述温度值与阈值温度值进行比较来分析所述温度值；

所述指定条件为所述温度值低于所述阈值温度值；

所述内窥镜包括加热元件，所述加热元件被配置成可控地加热所述目标部位；并且

所述处理电路还被配置成响应于所述温度值低于所述阈值温度值的确定，自动地激活所述加热元件。

16.根据权利要求9所述的手术系统，其中：

所述处理电路被配置成通过将所述温度值的变化率与阈值温度斜率值进行比较来分析所述温度值；

所述指定条件为所述温度值的变化率超过所述阈值温度斜率值；并且

所述警报数据信号被配置成提醒用户所述目标部位处的所述温度可能变化过快。

17.根据权利要求1所述的手术系统，其中：

所述光纤布拉格光栅为第一光纤布拉格光栅；

所述感测光纤包括位于所述第一光纤布拉格光栅的近侧的第二光纤布拉格光栅；

所述感测控制器还被配置成根据所述光频域反射测量，确定所述第一光纤布拉格光栅处的第一温度值和所述第二光纤布拉格光栅处的第二温度值；并且

所述处理电路还被配置成：

分析所述第一温度值和所述第二温度值；并且

根据对所述第二温度值的分析，确定所述内窥镜的部件处的温度满足指定条件。

18.一种手术系统，所述手术系统包括：

内窥镜，所述内窥镜被配置成朝向目标部位向远侧延伸，并且向所述目标部位提供吹入介质；

感测光纤，所述感测光纤延伸到所述内窥镜的远端部分，并且包括布置在所述感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；

感测控制器，所述感测控制器被配置成：

将感测光沿着所述感测光纤向远侧引导，使得所述感测光中的至少一些作为反射光从所述光纤布拉格光栅反射；

对所述反射光进行光频域反射测量；并且

根据所述光频域反射测量，确定所述光纤布拉格光栅处的压力值；以及

处理电路，所述处理电路被配置成：

将所述压力值与阈值压力值进行比较；

根据所述比较，确定所述压力值超过阈值压力值；并且

响应于所述压力值超过所述阈值压力值的确定，使所述内窥镜执行以下操作中的至少一项：

向用户提供警报，以降低所述吹入介质的压力；或

自动地降低所述吹入介质的压力。

19.根据权利要求18所述的手术系统，其中：

所述内窥镜还被配置成向所述目标部位提供冲洗剂；并且

所述处理电路还被配置成响应于所述压力值超过所述阈值压力值的确定，自动地降低所述冲洗剂的流速。

20.一种手术系统，所述手术系统包括：

内窥镜，所述内窥镜被配置成朝向目标部位向远侧延伸、向所述目标部位提供治疗激光、并且向所述目标部位提供冲洗剂，所述内窥镜包括配置成以可控的方式冷却所述目标部位的冷却元件；

感测光纤，所述感测光纤延伸到所述内窥镜的远端部分，并且包括布置在所述感测光纤的远端部分处的光纤布拉格光栅；

感测控制器，所述感测控制器被配置成：

将感测光沿着所述感测光纤向远侧引导，使得所述感测光中的至少一些作为反射光从所述光纤布拉格光栅反射；

对所述反射光进行光频域反射测量；并且

根据所述光频域反射测量，确定所述光纤布拉格光栅处的温度值；以及

处理电路，所述处理电路被配置成：

将所述温度值与阈值温度值进行比较；

根据所述比较，确定所述温度值超过阈值温度值；并且

响应于所述温度值超过所述阈值温度值的确定，使所述内窥镜执行以下操作中的至少一项：

向用户提供所述目标部位处的所述温度可能过高的警报；

自动地降低所述治疗激光的功率；

自动地增加所述冲洗剂的流速；或

自动地激活所述冷却元件。