用于检测流体流动的装置、系统和方法与流程

用于检测流体流动的装置、系统和方法
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2019年10月1日提交的美国临时申请号62/908,844的优先权的权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
2.本发明总体上涉及用于检测流体流动的装置、系统和方法，并且特别地涉及用于在内窥镜手术期间检测流体流动的系统、设备和方法。


背景技术：

3.可以执行内窥镜手术，以便治疗各种病症。例如，内窥镜手术可以用于解决与血管相关的问题。这些问题可能独立出现或作为内窥镜手术的副作用出现。上消化道(gi)中的血管，无论是活动性出血的还是非出血的可见血管都可能具有风险，包括出血或术后再出血的风险。因此，需要用于检测血管中的流动的系统、设备和方法，以促进对那些血管的治疗。


技术实现要素：

4.在一个示例中，一种医疗装置可以包括多个叉齿，叉齿中的每一个具有传感器，传感器被构造成检测流体的流动；以及套管，套管设置在多个叉齿的径向外侧。套管可以被构造成相对于多个叉齿向近侧和向远侧移动，以使多个叉齿从收缩形态转换至扩张形态。
5.本文所公开的医疗装置中的任一个可以具有下列特征中的任一个。传感器可以设置在叉齿的远端。多个叉齿的远端在收缩形态中可以比在扩张形态中更加靠近彼此。多个叉齿中的每一个可以附接到基座。多个叉齿中的每一个可以经由铰链附接到基座。基座可以是环形的或管状的。基座可以被构造成在基座的开口中可滑动地接收内窥镜。叉齿的远端可以被构造成在使用内窥镜的成像装置的视野上可见。传感器可以包括超声传感器或光学传感器中的至少一个。在收缩形态中，叉齿的远端可以比在扩张形态中更靠近套管的中心纵向轴线。相对于叉齿向近侧移动套管可以使多个叉齿从收缩形态转换至扩张形态。叉齿中的每一个可以包括传达相应的传感器是否检测到流体的流动的指示器。指示器可以包括灯。在收缩形态或扩张形态中的至少一个中，叉齿的远端可以形成圆形。套管还可以被构造成使多个叉齿从扩张形态转换至部分扩张形态。多个叉齿的远端在部分扩张形态中可以比在扩张形态中更加靠近彼此。叉齿中每一个的远端可以包括远侧顶端，其相对于叉齿的近侧部分径向向内成角度。
6.在另一个示例中，一种医疗装置可以包括：检测装置，其包括多个叉齿，叉齿中的每一个具有在叉齿远端的传感器。传感器可以被构造成检测流体的流动。检测装置可以被构造成从第一形态转换至第二形态。多个叉齿的远端在第一形态中可以比在第二形态中更加径向地靠近彼此。医疗装置还可以包括内窥镜。内窥镜的外表面可以接收在检测装置的开口内。
7.本文公开的医疗装置中的任一个可以具有下列特征中的任一个。检测装置还可以包括设置在多个叉齿的径向外侧的套管。套管还可以被构造成相对于多个叉齿向近侧和向远侧移动，以使多个叉齿从第一形态转换至第二形态。
8.一种示例性治疗方法可以包括：将具有检测功能的内窥镜定位在患者体腔中的治疗部位；以及将检测装置的多个叉齿从收缩形态转换至扩张形态。多个叉齿的远端在收缩形态中可以比在扩张形态中更加径向地靠近彼此。该方法还可以包括使用检测装置以确定是否存在邻近多个叉齿中的一个或多个的流体流动。
9.本文公开的方法或装置中的任一个可以具有下列特征中的任一个。多个叉齿中每一个的远端可以包括超声传感器或光学传感器。使用检测装置可以包括使用超声传感器或光学传感器。多个叉齿中每一个的远端可以包括传达超声传感器或光学传感器是否检测到流体的流动的指示器。
10.可以理解的是，前面的一般性描述和下面的详细描述仅仅是如要求保护的本发明示例性和解释性的，而不是限制性的描述。如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或其任何其他的变型旨在涵盖非排他性的内容物，以使得包括一列要素的过程、方法、物品或设备不仅仅包括那些要素，而是可以包括未明确列出或不是这种过程、方法、物品或设备所固有的其他要素。术语“示例性”是按“示例”而非“典范”的意义使用的。如本文所用，术语“近侧”表示更靠近操作者的方向，并且术语“远侧”表示更远离操作者的方向。术语“约”包括所提供值的10％以内的值。尽管本文可以参考内窥镜，但是应当理解本文公开的方面可以与多种装置，包括但不限于十二指肠镜、结肠镜、支气管镜、腹腔镜和/或输尿管镜结合使用。
附图说明
11.并入且构成说明书一部分的附图，示出了本发明的示例，且与描述一起用于解释本发明的原理。
12.图1a至图1d描绘了示例性检测装置；
13.图2a至图2d描绘了在利用图1a至图1d的检测装置期间的示例性操作者视野；
14.图3是描绘了用于检测流体流动的示例性过程的流程图。
具体实施方式
15.可以利用内窥镜手术来治疗血管，诸如gi道，包括上gi道的那些。在这种手术期间，操作者可能期望检测血液流动并且实施治疗。尽管本文可以参考血液流动和血管，但是应当理解，以下本发明的各方面也可以适用于其他类型的流体，诸如胃液或其他体液。然而，如果不同的工具必须向下通过单个内窥镜工作通道以便完成检测和治疗，则可能难以验证血管是否已得到适当的治疗。此外，可能期望验证治疗在停止或限制血液流动方面是否有效。本发明包括可以装配在单独内窥镜的外表面上或可以集成至内窥镜中的检测装置，使得检测装置和治疗仪器可以由操作者在检测和/或治疗期间看到。检测装置可以在治疗期间和之后保持在适当位置中，使得检测装置可以确认治疗成功。检测装置可以具有若干形态，其可以在手术的不同阶段期间采用。
16.图1a至图1d示出了在不同形态中的示例性检测装置10。检测装置10包括传感器阵列12。传感器阵列12可以包括多个叉齿14。例如，如图1a至图1d所示，传感器阵列12可以具
有六个叉齿14。然而，图1a至图1d中所示的叉齿14的数量仅仅是示例性的，并且可以利用任何合适数量的叉齿14。叉齿14可以被布置成环形或任何其他合适的形状(例如，椭圆形、半圆形、矩形、正方形或其他形状)。此外，虽然传感器阵列12被示为具有叉齿14，但也可以使用替代结构。例如，传感器阵列12可以包括环形或半环形结构而不是叉齿14。每个叉齿14可以具有一个或多个传感器16。例如，每个叉齿14在图1a至图1d中被示为具有一个传感器16；然而，也可以使用其他数量的传感器16，包括在每个叉齿14上的多个传感器。下面将提供传感器16的进一步细节。
17.在收缩形态中，叉齿14中的每一个可以大致沿着检测装置10的纵向轴线延伸。叉齿14可以附接到基座18(参见图1c至图1d)。基座18可以具有管形或环形，并且可以具有形成开口的中空的中心。叉齿14可以围绕基座18布置，例如，围绕基座18等距布置。例如，叉齿14中每一个的近端可以附接到基座18(例如，到基座18的近侧部分或基座18的另一个部分，诸如基座18的远侧部分)。叉齿14和基座18可以是单独件或者可以形成单个整体结构。叉齿14可以相对于基座18径向向内和向外移动。例如，叉齿14可以经由结构，诸如铰链(例如，活动铰链或另一种类型的铰链)附接到基座18，该结构可以允许叉齿14径向向内和/或向外移动。叉齿14中的每一个可以偏置以相对于基座18和/或检测装置10的其他部分，诸如装置10的纵向轴线采用期望的设定角度。例如，叉齿14可以偏置，使得叉齿14在叉齿14不受约束时相对于基座18采用0度到90度之间的角度。叉齿14可以通过与基座18的连接件(例如，铰链)或通过叉齿14的材料实现偏置。例如，叉齿14可以由形状记忆材料，诸如镍钛诺构成，并且可以被构造成具有相对于装置10的纵向轴线的设定角度。叉齿14中的每一个可以偏置以采用与叉齿14中的其他叉齿相同的角度。叉齿14和/或基座18(或检测装置10的另一部分，诸如下文讨论的套管30)可以被构造成使得防止叉齿14径向向外扩张超过中性的、不受约束的位置。还可以防止叉齿14径向向内塌缩超过期望的设定位置(例如，相对于基座18的0度)。例如，基座18的外表面可以限制叉齿14的径向向内的移动并且防止叉齿14从基座18的表面径向向内移动。叉齿14的尺寸和形状可以根据使用的应用而变化。例如，可以选择叉齿14的长度来治疗特定类型的病症或解剖结构的部分。
18.叉齿14可以在叉齿14的远端处具有成角度的远侧顶端20。例如，叉齿14的远侧顶端20可以从叉齿14的近侧纵向臂部分22朝向检测装置10和/或基座18的中心纵向轴线径向向内突出。叉齿14的远侧顶端20相对于叉齿14的纵向臂部分22的角度可以是约90度。远侧顶端20的表面可以沿着检测装置10的中心纵向轴线的方向面向远侧。传感器16可以设置在大致面向远侧的远侧顶端20的表面上。传感器16可以纵向延伸通过远侧顶端20，使得传感器16另外地或替代地设置在远侧顶端20大致面向近侧的表面上。远侧顶端20可以形成圆形或近似圆形(参见图1b)。叉齿14可以各自具有相同的形状或者可以具有彼此不同的形状。
19.检测装置10还可以包括套管30。套管30可以定位在传感器阵列12的径向外侧。例如，套管30的中心纵向轴线可以与传感器阵列12(包括基座18)的中心纵向轴线同轴。套管30可以相对于传感器阵列12移动。例如，套管30可以相对于传感器阵列12纵向移动。另外地或替代地，套管30可以相对于传感器阵列12旋转移动。例如，套管30和传感器阵列12中的一个或两个可以经由致动机构(未示出)移动。可以使用相对于阵列12向近侧移动套管30的任何合适的致动机构。如下面进一步详细讨论的，套管30可以定位成使得其约束叉齿14，使得叉齿14大致平行于检测装置10的纵向轴线延伸(参见图1a)。当套管30向近侧移动使得叉齿
14向套管30的远侧延伸时，叉齿14可以自由地采用其中性的、不受约束的形态，从而远离检测装置10的中心纵向轴线径向延伸(参见图1c和图1d)。套管30可以包括特征，诸如光滑表面和/或无创伤远侧边缘，以便于将套管30插入对象中。
20.检测装置10可以定位在医疗装置52的护套50的外表面上。例如，护套50可以通过套管30、基座18和/或叉齿14。医疗装置52可以是例如，内窥镜、十二指肠镜、支气管镜、输尿管镜、结肠镜、腹腔镜、导管、刀或其他装置。护套50可以永久地或可移除地附接到检测装置10。例如，护套50和检测装置10可以形成单个整体单元。替代地，检测装置10可以从护套50移除。检测装置10可以是兼容的以与多种护套50一起使用。例如，可以改变检测装置10的尺寸，并且可以与其结合地使用不同尺寸的护套50。
21.护套50可以插入患者的体腔中并且可以具有特征，诸如用于操纵护套50的远侧部分的铰接接头(未示出)。护套50可以具有远侧顶端54，其可以包括光学特征，诸如相机56和/或光源58。光源58可以是，例如光纤、发光二极管(led)或其他类型的照明装置。作为相机56的替代，另一种成像装置(例如，光纤和/或透镜)可以用于将图像从患者的体腔传输到操作者。相机56可以具有图像和/或视频捕获特征。来自相机56(或另一可视化装置)的输出可以使用，例如显示监视器(未示出)经由内窥镜视野而对操作者可见。医疗装置52可以包括在医疗装置52的近侧部分处的操作部分(未示出)。
22.护套50还可以包括工作通道60，其可以是从近端(未示出)通到护套50的远侧顶端54的腔。在医疗装置52的操作期间，一个或多个工具可以通过工作通道60。通过工作通道60的医疗工具可以包括夹子、缝合装置、缝合器、镊子、圈套器、消融装置、针刀、刀、止血剂输送装置等。护套50可以包括在内窥镜手术中有用的任何其他期望特征和功能，包括抽吸、冲洗等。
23.护套50可以相对于检测装置10是可移动的(例如，可滑动的)。例如，护套50可以相对于检测装置10纵向和/或旋转移动。如上面所讨论的，检测装置10的传感器阵列12和护套30可以相对于彼此移动。传感器阵列12、套管30和护套50中的每一个可以相对于彼此移动。锁定机构(未示出)可以用于选择性地将传感器阵列12、套管30和护套50中的一个或多个相关于其他组件中的一个或多个进行锁定。
24.在手术期间，护套50和检测装置10可以在手术的不同阶段期间被操纵至不同的形态中。图3示出了用于医疗方法100的示例性步骤。在步骤110中，具有围绕护套50定位的检测装置10的护套50可以被导航通过体腔至手术的部位。在步骤110中，检测装置10和护套50可以在第一形态中，如图1a所示。在图1a的形态中，套管30可以围绕叉齿14定位，使得叉齿14受到套管30的内表面的约束。例如，套管30可以定位成使得套管30的远端与叉齿14的远端纵向对齐或大致纵向对齐。可以抵靠基座18约束叉齿14，使得叉齿14平行于或大致平行于套管30的中心纵向轴线。护套50可以被定位成使得护套50的远侧顶端54与套管30和叉齿14的远端纵向对齐或大致纵向对齐。图1a的形态可以促进以流线型形态插入护套50和检测装置10，并且还可以经由，例如，相机56来启用对手术部位的可视化。
25.在方法100的步骤120中，可以部署和定位检测装置10，如图1b至图1d所示。如图1b和图1c所示，套管30可以经由，例如，套管30相对于传感器阵列12向近侧的移动而缩回。当套筒30向近侧缩回时，可以允许叉齿14相对于基座18和/或护套50径向向外扩张。在套管30向基座18或基座18的远侧部分的近侧移动之后，叉齿14可以例如，径向扩张。可以通过将护
套50定位在不同的纵向位置中来调整径向向外延伸的叉齿14的数量。例如，当套管30的远端与在叉齿14和基座18之间的连接件纵向对齐或在其近侧时(例如，与将叉齿14连接到基座18的铰链纵向对齐或在其近侧)，和/或当套管30的远端与叉齿14的最近侧部分纵向对齐或在其近侧时，叉齿14可以完全径向扩张。当套管30相对于叉齿14(和/或基座18)定位在更为远侧时，叉齿14可以稍微受到套管30的约束并且可以不完全扩张。例如，当叉齿14不完全扩张时，叉齿14可以具有相对于套管30和/或护套50的更小的角度。叉齿14的扩张半径(即，叉齿14的远侧顶端20至阵列12的中心纵向轴线的距离)可以被调整至具有不同尺寸的感兴趣的目标区域。套管30、叉齿14和/或基座18可以具有反馈特征以向操作者提供关于套管30的定位的信息。例如，套管30、叉齿14和/或基座18上的突出部或凹口可以向操作者提供触觉反馈。套管30、叉齿14和/或基座18还可以包括止动件或其他特征以防止或限制套管30比最大期望位置更向近侧或更向远侧地移动。
26.如图1d所示，护套50然后可以相对于检测装置10(即，相对于叉齿14、基座18和套管30)向近侧移动。例如，护套50可以向近侧移动，使得远侧顶端54与基座18的远端纵向对齐或大致纵向对齐。相对于检测装置10在向近侧的方向上缩回护套50可以有助于使感兴趣部位可视化(例如，使用相机56)。可以使用致动机构(未示出)或通过简单地向近侧拉动整个轴50来使护套50向近侧移动。
27.在图1d所示的形态中，操作者能够经由，例如，相机56来使叉齿14的远侧顶端20(包括传感器16)可视化。如上面所讨论的，传感器16可以延伸到远侧顶端20的面向近侧的表面。替代地，远侧顶端20可以是透明的或半透明的以允许传感器16的可视化。传感器16可以以适合于允许传感器16或传感器16的组件或部分的可视化的任何方式进行构造。例如，图2a至图2d可以描绘操作者的内窥镜视野(例如，经由相机56)，而检测装置10和护套50处于图1d的形态中。如图2a所示，包括远侧顶端20的叉齿14的部分可以在内窥镜视野的周边上可见，这可以显示在显示器(未示出)上。叉齿14可以围绕感兴趣的区域定位。例如，图2a至图2d示出了围绕选定组织，例如，疑似盲肠息肉切除术后诱发的溃疡x定位的叉齿14。然而，叉齿14可以与多种病症，诸如不出血的可见血管、静脉曲张出血或活动性出血结合使用。
28.在步骤130中，检测装置10可以用于确定是否存在和/或检测到出血或血液流动。传感器16可以利用任何适当的技术来确定是否存在出血。传感器16可以确定是否存在血液流动并且可以被构造成指示血液流动方向或血液流动数量。这种信息可以用于确定对患者实施什么类型的治疗。
29.例如，传感器16可以利用超声技术，诸如多普勒超声。传感器16中的每一个可以包括超声装置。例如，传感器16可以包括电容式微机械超声换能器(cmut)或压电微机械超声换能器(pmut)。例如，超声装置可以发射超声波，超声波可以通过移动该波接触的血红细胞而散射。波可能会以已被多普勒效应改变的频率返回到接收器。可以利用活塞流算法或任何其他合适的算法，以便确定是否存在血液流动。
30.另外地或替代地，传感器16可以利用光学灌注传感器，诸如在美国专利申请号62/522,168中所描述的那些，该专利通过引用整体并入本文。例如，可以使用约530纳米或约420纳米的波长，这是因为那些波长是用于脱氧和氧合血红蛋白的光吸收达到峰值处的波长。530纳米的绿光可以深深地渗透至组织中并且到达肠的肌层。与其他波长相比，530纳米
的绿光还可以具有高信噪比和源于伪影的相对自由度。传感器16可以包括照明装置(例如，发射530纳米绿光的led)和接收器装置(例如，光电二极管)。传感器16可以提供体积描记器的脉动表示，其可以显示血液流动的时间图。例如，传感器16可以测量由照明装置发射的光波如何被感兴趣区域中的血红蛋白吸收和反射。
31.可以基于来自传感器16的数据来确定灌注指数。灌注指数可以包括由传感器16测量的脉动光量(其可以是ac分量)与由传感器16测量的总光量(其可以是dc分量)的比率。例如，可以根据以下等式计算灌注指数：灌注指数(％)＝p＝(脉动光(ac分量))/(总光(dc分量))
×
100％
32.小于2％的灌注指数可以指示灌注不足。在2％和4％之间的灌注指数可以指示中度灌注。在4％和8％之间的灌注指数可以指示充分灌注。超过8％的灌注指数可以指示过度灌注。上述等式仅仅是示例性的。可以使用任何其他合适的方法来计算gi道组织中的灌注量。上述范围也仅仅是示例性的。范围可能基于患者、位置、测量工具、使用的等式或其他因素而不同。尽管提供了灌注指数，但也可以使用替代测量或算法以便确定是否存在血液流动。
33.传感器16(其可以在远侧顶端20上)中的每一个可以包括指示器200。例如，指示器200可以是灯，诸如led灯，其设置在远侧顶端20上并且面向近侧，以便可经由相机56可见。指示器200可以在传感器16检测到血液流动时被激活。例如，指示器200可以点亮或变成不同的颜色(例如，绿色，其中未检测到血液流动的指示器是黄色、白色、另一种颜色或关闭)。例如，如果传感器16包括超声传感器(例如，cmut或pmut)，则可以使用诸如，活塞流算法的算法。如果检测到血液流动，则可以激活指示器200。如果传感器16包括灌注传感器，则如果检测到中度灌注、充分灌注或过度灌注(使用，例如上述参数)，则可以激活指示器200。例如，如果传感器16指示大于或等于2％的灌注指数，则可以激活指示器200。指示器200可以是二进制的并且仅指示是否检测到血液流动。另外地或替代地，指示器200可以使用，例如，传感器60的led灯的的颜色变化来指示灌注的渐变。
34.如图2b所示，指示器200激活以传达(例如，指示或建议)血液流动路径并且因此传达血管。例如，在图2b中，在内窥镜视野的顶部和底部处的指示器200被激活(例如，点亮)，从而表明在图2b中所示的内窥镜视野的竖直方向上行进的非出血血管(或另一特征)的存在。在图2b上以虚线示出这种血管y。替代地，可以使用除了灯之外的机构。例如，可由操作者查看的显示器可以包括检测装置10的部分(例如，远侧顶端20或叉齿14的其他部分)的图，并且该图可以指示传感器16中的哪一个显示血液流动。在这样的示例中，远侧顶端20本身可以不包括物理指示器200，并且可以替代地在显示器上虚拟地指示血液流动。在使用虚拟指示器的情况下，显示装置还可以映射可疑血管(例如，使用如图2b所示的虚线来表示血管y)。另外地或替代地，光可以从检测装置10的部分投射到患者的组织上以显示血管位置。另外地或替代地，检测装置10的操作者可以基于指示器200推断血管的位置，而不需要检测装置10明确地显示可疑血管的路径。尽管图2b示出了被激活的两个指示器20，但是也可以激活一个指示器200或多于两个的指示器200。在这种情况下，可以重新定位检测装置10以获得更多信息和/或可以从激活的指示器200推断血液流动的路径。
35.如果在步骤130中检测到血液流动，则可以在步骤140中实施治疗。例如，如图2c所示，工具210可以被推进通过工作通道60并且推出工作通道60的远侧开口。如图2c所示，工
具210可以是夹子。替代地，工具210可以是下列中的一种或多种：缝合装置、缝合器、镊子、圈套器、消融装置、针刀、刀、止血剂输送装置等。可以同时将一个以上的工具210推进通过工作通道60。可以将工具210导航到指示器200所表明的可疑血管。例如，夹子可以定位在血管上，如图2c所示。在步骤130的治疗期间，检测装置10可以保持在适当位置中，使得操作者可以继续对由传感器16和/或指示器200指示的出血或血液流动进行可视化。例如，指示器200可以在治疗期间继续被激活。因为检测装置10定位在护套50上，所以可以在不使检测装置10移位或不降低工作通道60的可用性的情况下操纵工具210。
36.在步骤130期间，护套50可以相对于检测装置10向近侧和/或向远侧移动。例如，护套50可以在图1c和图1d所示的形态之间致动或被致动到其中护套50相关于检测装置10不同地进行定位的其他形态。护套50的这种移动可以使操作者能够根据需要获得不同视野(例如，经由相机56)或使用工具210。
37.在已经在步骤140中实施了治疗之后，可以在步骤150中利用检测装置10以确定是否已经有效地治疗和/或消除出血或血液流动。如图2d所示，在步骤130中，装置，诸如夹子220可能已经定位在治疗区域上。在步骤130和140期间，传感器16和/或指示器200可能继续操作。如果传感器16和/或指示器200在执行步骤130和/或140的过程期间被停用，则传感器16和/或指示器200可以在步骤150期间被重新激活。如果指示器200不指示血液流动(例如，不点亮或改变颜色或以其他方式指示由传感器16检测到的血液流动)，则手术可以在步骤160中结束，这是因为手术有效地限制或消除了出血或血液流动。如果指示器200指示血液流动，则可以在步骤140中实施进一步的治疗。
38.上面的方法100的步骤不是排他性的，并且可以利用另外的步骤并且可以省略某些步骤。可以按替代的顺序执行方法100的步骤并且可以重复该方法100的步骤。图1a至图1d中所示的具体形态仅仅是示例性的，并且检测装置10和护套50的组件可以替代地进行定位，以便实现手术的目标。
39.尽管本文参考了针对特定应用的说明性示例描述了本发明的原理，但是应当理解，本发明不限于此。本领域中具有普通技术并且访问本文所提供的教导的人员将认识到额外的修改、应用和等同物的替换都落在本文所述的示例的范围内。因此，本发明不应被认为受前述描述的限制。