CN1033444A - 激光照射治疗的自动跟随系统 - Google Patents

Abstract

激光照射治疗的自动跟随系统是属于激光医疗 器械。该发明采用了位敏探测器，设计出一种闭路雷 达式的医用反馈自动跟随系统，解决了激光持续照射 治疗中的精确定位及自动跟随的难题，使患者可以自 由放松地接受照射治疗，解除了人工扶持及频繁的调 整对准病位的困难，提高了照准率及疗效。该系统有 运行状态显示器，并具有自动停机等功能，病人可自 我纠正，医生可一人操纵多机，本发明能用于任何医 用激光照射治疗系统。

Description

本发明属于激光医疗器械领域。

用激光束照射作为一种新的医疗手段已日趋成熟。其适应范围仍在不断地扩大。但是由于目前技术在下述两方面与临床应用要求之间还存在着脱节，影响了激光照射治疗的实际效果和它的迅速推广。

首先，激光束方向性极好，能量非常集中。因而要求治疗光束必须精确对准病灶或特定体位进行“逐点”恒定的或扫描的照射。稍许偏离则可能导致无效。其次，疗效直接与正确的照射剂量有关。通常它是靠控制照射时间来实现。为了保证持续照射时间能正确反映照射剂量，要求在受照射期间内，受照射体位相对于激光斑应保持毫米量级精度的相对静止。某些场合使用光纤导光，虽然便于灵活地对准病灶，但仍须医生持续扶握。而且，由于多模的医用光纤能量损耗较大，输出的发散角偏大，限制了它的适用范围。许多情况下仍须使用原激光束直接照射的方式。对于较大的激光器，目前采用的方法是借助于一个手调的反射镜使激光束对准病灶并设法使病体自我固定不动。实际上很难达到上述的基本要求。而且医生频繁地调节或病人长时间的僵定不动，不仅疲劳、苦恼和十分不便，主要的是限制了治疗效果。

本发明是为了克服上述的技术脱节，完善激光治疗手段而研制的医用激光自动跟随系统。由于生病部位的复杂多样，人体不自主移动的随机性，已有的激光定向控位技术均不能被移植。本发明不同于工程技术中的激光导向仪，也不同于激光雷达。我们称它为“闭路激光雷达”。

本发明的基本方案是利用贴于待治疗病灶适当邻位的位敏光电传感器-光靶，将取自治疗光束并与治疗光束平行联动的监控光束的位置偏差信号反馈给主反射镜的伺服系统。从而使经由主反射镜反射的治疗光束随时被调整对准病灶。由于反馈信号并非来自被照射治疗体表，所以对病区本身的具体性状无任何限定要求。本系统的时空响应特性能够保证治疗光束及时跟上以自由放松姿势接受照射治疗的病体的不自主的小移动。

图1是本系统的结构及工作原理示意图。固定于台桌上的大型激光系统1-1（精密和有高电压危险的设备）与病人隔离。借助于主反射镜系统1-2将激光束1-3折向病体待照射部位1-4。主反射镜系统装在一个照相机三脚架上。它包含一个大曲率半径的镀有高反射介质膜的会聚反射镜和一套手动电动两用的方向调节伺服机构。手动功能用于初始设置对准待照射部位。电动功能用于其后的自动跟随。二维取样分束器1-5是一个光、机、电组合件。它从治疗光束1-3中分取出一小部份能量（1-5%）并进行振幅调制作为监控光束1-6。监控光光束1-6平行于治疗光束1-3，但相对距离和空间方位可以二维连续地手动调节。利用这个功能可以在病区1-4的周围选择最合适的体位作为监控光靶1-7的固定位置。实际上取样分束器1-5与主反射镜系统是联装在一起的。当治疗激光波长为可见光时，监控光靶1-7由四象硅光电池、滤光片和遮光罩组成。监控光靶1-7与体肤的固定是利用随机配备的双面压敏胶纸。光靶不接触病区并与体肤隔离，可防止交插感染。

图2是本系统的控制电路原理图。四象限硅光电池2-1的每一对象限（例如水平的X₁，X₂）输出的电信号I_X1和I_X2分别经由前置选频放大器2-2放大之后，同时各自进入相应的模拟减法器2-3和加法器2-4。而后将差信号（I_X2-I_X1）与和信号（I_X2+I_X1）馈给模拟除法器2-5。其运算结果经功率放大器2-6放大后驱动主反射镜系统1-2上控制相应方向的伺服马达，执行随动跟踪动作。另一维（Y方向）以同样原理工作。为了消除环境杂散光干扰，监控光束1-6被一个斩波器调制。调制频率f_m与前置选频放大器的通频带一致。前置放大级的输入端有光强适配调节;差放级有量程调节。二者与取样分束器上的光强衰减器配合，可以使监控电路既有足够的灵敏度又工作在线性最好的范围。经过模拟运算电路的处理，伺服电压仅与体位偏移（几何）量成正比。而与激光强度和稳定性无关。所以本系统对任何功率的和任何不稳定的激光器都有相同等级的跟踪定位精度。

本系统的操作程序是：

（1）手动调节主反射镜系统1-2的反射镜架，使它恢复到机械平衔位置（手动归零）。

（2）使病体处于相对最舒适的姿势，通过三脚架上的调节钮（粗调），和在（1）中使用过的手动调节钮（细调），使治疗光束1-3基本对正治疗部位1-4。

（3）在治疗部位1-4周围选择一个固定监控光靶1-7的适当点（作标记）。调节取样分束器1-5，使监控光束1-6射于此点。

（4）拿监控光靶1-7对准监控光束1-6，理顺X、Y方位。打开伺服电路，微微移动光靶1-7，将治疗光束1-3引到所要求的部位，贴定光靶。系统开始执行自动跟随。

本系统的控制电路中含有各种工作状态的显示器件安装于操作面板上，在运行过程中医生和病员可以同时看到系统是否工作正常;是否由于病体向单一方向偏移过多而造成超过本系统的随动范围。以便于医生或病员自己及时纠正坐、卧姿势。另外，还备有定时系统，可以将选定的照射治疗时间通过按键存入定时系统，到时发出可区别机号的讯响并自动截断治疗光束。实现一人可照看多台设备，减少医生工作量，增加同时就诊人数，提高工作效率。

本系统不仅是解放了医生，轻松了病人。主要是因为提高了照准率，可以明显地缩短治疗时间，降低治疗费用。更有利激光照射治疗技术的推广。

本系统更换位敏光电接收器材料或加添同向模拟H_e-N_e激光束之后，可以应用到任何医用红外激光照射治疗系统。

实施例：见附图1、附图2

说明书附图说明

图1    1-1    激光器

1-2    主反射镜系统

1-3    治疗光束

1-4    病体待照射部位

1-5    取样分束器

1-6    监控光束

1-7    光靶

1-8    监控电路

图2    2-1    四象限硅光电池

2-2    前置选频放大器

2-3    模拟减法器

2-4    模拟加法器

2-5    模拟除法器

2-6    功率放大器

Claims (4)

1、一种激光照射治疗的自动跟随系统，其特征是采用位敏探测器构成闭路雷达式的负反馈装置。

2、按照权利要求1所述的自动跟随系统，其特征在于有一个二维连续可调的取样分束器，其调节机构采用光束横移器。

3、按照权利要求1所述的自动跟随系统，其特征在于配有减法、加法和除法模拟运算电路的装置。

4、按照权利要求1、2或3所述的自动跟随系统，其特征在于有实时显示、存储计时、讯问、停机装置。