CN107137824B - 具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统，该系统增加光同步模块及光复用模块，该光同步模块通过利用电子CCD或CMOS光学系统的曝光及读出时序信号对治疗激光进行同步斩波调制，使得输出的脉冲治疗激光与曝光阶段及读出阶段保持同步，实现组织图像的可视化；通过利用光复用模块中的光耦合器耦合指示光及脉冲治疗激光，并由输出光纤输出至组织，由于耦合后的脉冲治疗激光和指示光的发光区相同，从而可通过识别指示光斑边界实时显示治疗光斑边界，使医生能直观看见治疗光斑位置与病变组织的位置关系，避免医生凭经验的盲操作，提高治疗的准确性和安全性。

Description

具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统

技术领域

本发明涉及光动力治疗技术领域，尤其涉及一种具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统。

背景技术

关于癌症，目前的治疗方法中，若采取手术治疗，由于手术需开胸，会对患者机体有较大的创伤；若采取放化疗治疗方法，由于放化疗全身毒副作用强，会降低机体正常免疫功能，患者治疗后生活质量差，且远期生存率尚不理想。面对恶性肿瘤的治疗现状，迫切需要发展对机体创伤小、毒副作用小的靶向治疗新技术。

光动力治疗(Photodynamic therapy，PDT)是一种符合21世纪肿瘤治疗发展方向(靶向、局部、个体化)的新技术，具有靶向性、局部治疗、个性化治疗等优点，与手术、化疗、放疗并列为肿瘤治疗的四种主要方法，已成功应用于多种内窥镜下的肿瘤治疗。但是，光动力治疗激光光源输出功率较高，致使内窥镜CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)等探测器饱和，显示屏呈亮白一片。在整个治疗过程中医生处于盲视状态，无法直观看见组织图像和治疗激光的光斑在腔道内的位置，并且无法实时判断病灶反应，这是目前所有电子内窥镜下PDT面临的共性问题；从而大大降低了治疗的准确性和安全性，增加了手术风险，对医生技术水平要求更高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统，旨在解决现有技术中由于光动力治疗激光光源输出功率较高，致使显示屏呈亮白一片，从而导致医生在整个治疗过程中无法直观看见组织图像以及治疗激光的治疗位置，无法判断病灶反应，大大降低了治疗的准确性和安全性的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统，所述系统包括：光动力治疗激光系统、光复用模块、光同步模块和电子内镜系统；所述光动力治疗激光系统包括光动力治疗激光光源和输出光纤，所述光复用模块包括指示光源和光耦合器；所述电子内镜系统包括：电子内镜及内镜监视器，所述电子内镜包括软质内镜端部，所述软质内镜端部的前端包括电子CCD或CMOS光学系统；

所述光同步模块包括准直发射光路、斩波器、准直接收光路及触发端口；所述触发端口用于将所述电子CCD或CMOS光学系统输出的曝光及读出时序信号传输给所述斩波器；所述准直接收光路用于将所述光动力治疗激光光源输出的治疗激光传输给所述斩波器，所述斩波器用于根据所述曝光及读出时序信号对所述治疗激光进行同步斩波调制，以及将得到的脉冲治疗激光传输至所述准直发射光路；

所述准直发射光路与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第二输入端与所述指示光源连接，输出端与所述输出光纤连接，所述光耦合器用于将所述准直发射光路输出的所述脉冲治疗激光及所述指示光源输出的指示光耦合，并输出至所述输出光纤；所述输出光纤用于将耦合的所述脉冲治疗激光及所述指示光经由所述电子内镜输出至人体病变组织，以使在所述电子CCD或CMOS光学系统在曝光阶段时，所述输出光纤输出指示光而无治疗激光输出，而在读出阶段时输出治疗激光和指示光，以便形成具有治疗光斑边界的组织图像，所述内镜监视器用于显示所述组织图像。

优选地，所述准直接收光路包括依次连接的输入端、第一光纤及第一透镜，所述输入端与光动力治疗激光光源连接，所述第一光纤用于接收由所述输入端输入的治疗激光；所述第一透镜用于将所述治疗激光准直成平行光并输入至所述斩波器。

优选地，准直发射光路包括依次连接的第二透镜、第二光纤及连接器，所述连接器与所述光耦合器的第一输入端连接，所述第二透镜用于将所述斩波器输出的脉冲治疗激光耦合并输出至所述第二光纤，经由所述第二光纤及所述连接器输入所述光耦合器。

优选地，所述电子内镜还包括：操作手柄及器械通道，所述软质内镜端部的前端还包括器械通道出口；

所述输出光纤从所述器械通道的入口穿入并从所述器械通道出口穿出，以使所述脉冲治疗激光及所述指示光经由所述电子内镜输出至人体病变组织。

优选地，软质内镜端部的前端还包括照明光出口，所述电子内镜系统还包括冷光源主机，所述电子内镜还包括数据接头；

所述冷光源主机通过所述数据接头与所述电子内镜连接，用于提供照明光源，以便从所述照明光出口输出照明光。

优选地，所述电子内镜系统还包括摄像主机，所述摄像主机通过所述数据接头与所述电子内镜连接，所述摄像主机还与所述内镜监视器连接，用于将所述电子内镜中所述电子CCD或CMOS光学系统得到的组织图像数据形成具有治疗光斑边界的组织图像，并将所述具有治疗光斑边界的组织图像发送给所述内镜监视器进行显示。

优选地，所述光动力治疗激光光源输出的治疗激光的输出功率范围为0W-3W；所述输出光纤为端面输出光纤或侧面输出光纤，所述侧面输出光纤的出光区域长度为10mm-200mm。

优选地，所述指示光为绿光或蓝光或红光，所述指示光的输出波长范围为430nm-700nm，输出光谱宽度范围为0nm-50nm，输出功率范围为0mW-100mW。

优选地，所述软质内镜端部的材料为软性材料，其前端可弯曲；所述器械通道直径不大于5mm。

本发明提供一种具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统，该系统引入了光同步技术及光复用技术，增加了光同步模块及光复用模块，其中，该光同步模块通过利用电子CCD或CMOS光学系统的曝光及读出时序信号对治疗激光进行同步斩波调制，使得经由输出光纤输出的脉冲治疗激光能够与电子CCD或CMOS光学系统的曝光阶段及读出阶段保持同步，在曝光阶段不输出治疗激光，以避免电子CCD或CMOS光学系统中的探测器接收治疗激光，电子CCD或CMOS光学系统中的探测器记录组织图像数据，实现组织图像的可视化；在读出阶段输出治疗激光，照射病变组织，电子CCD或CMOS光学系统中的探测器仅读出组织图像数据，不记录组织图像数据。且通过利用光复用模块中的光耦合器耦合指示光和脉冲治疗激光，并由输出光纤将耦合后的脉冲治疗激光及指示光输出至人体病变组织，由于耦合后的脉冲治疗激光和指示光的发光区相同，可通过发射或散射的指示光形成的指示光斑确定脉冲治疗激光的治疗位置，从而通过识别指示光斑边界实时显示治疗光斑边界，为医生实时提供具有治疗光斑边界的组织图像，实现光动力治疗过程中图像逼真可视，并使医生能直观看见组织图像和治疗光斑位置与病变组织的位置关系，避免医生凭经验的盲操作，提高治疗的准确性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中光动力治疗系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中光复用模块3的结构示意图；

图3为本发明实施例中电子内镜4的结构示意图；

图4为本发明实施例中软质内镜端部401的前端的结构示意图；

图5为本发明实施例中光同步模块8的结构示意图；

图6为本发明实施例中光动力治疗系统的时序信号图；

图7a为传统光动力治疗系统的电子内镜4进行治疗激光照射前的图像；

图7b为传统光动力治疗系统的电子内镜4进行治疗激光照射的图像；

图7c为本专利提供的光动力治疗系统的电子内镜4进行治疗激光照射的图像。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将介绍本发明实施例中的技术方案所使用的原理，如下：

电子CCD或CMOS光学系统包含曝光阶段及读出阶段，其中，曝光阶段是指曝光成像阶段，且显示屏出现亮白一片的情况是由于在曝光阶段治疗激光的功率高导致电子CCD或CMOS光学系统中的探测器饱和。为了避免出现显示屏亮白一片的情况，可以考虑在电子CCD或CMOS光学系统的曝光阶段不输出治疗激光，而为了能够利用治疗激光对人体病变组织进行治疗，则可以在读出阶段输出治疗激光，因此，可以考虑将治疗激光的输出与电子CCD或CMOS光学系统的曝光阶段及读出阶段保持同步。此外，由于一个曝光阶段与一个读出阶段的周期非常短，对于医生的人眼观看来说，并不会出现组织图像闪烁的问题，本发明技术方案即是通过上述原理，在光动力治疗系统中增加光同步模块，使得不仅能够实现利用治疗激光治疗的目的，还能够实现组织图像的可视化。

此外，为了方便医生从组织图像上确定治疗光斑边界，本发明技术方案引入了光复用模块，通过该光复用模块将由光同步模块处理后的脉冲治疗激光及指示光源输出的指示光耦合，并由输出光纤通过电子内镜输出至人体病变组织，由于指示光及脉冲治疗激光是由输出光纤耦合后输出，具有相同的发光区，指示光指示的位置即是脉冲治疗激光的治疗位置，因此，基于反射及散射的指示光形成的指示光斑边界可以当做治疗光斑边界，本发明技术方案即是通过上述原理实现组织图像中包含治疗光斑边界的。

下面将具体介绍本发明实施例中的技术方案，请参阅图1至图6。

如图1所示，该光动力治疗系统包括：光动力治疗激光系统、光复用模块3、光同步模块8和电子内镜系统；光动力治疗激光系统包括光动力治疗激光光源1和输出光纤2。其中，电子内镜系统包括：冷光源主机5、摄像主机6、电子内镜4及内镜监视器7。如图2所示该光复用模块3包括指示光源302和光耦合器301。此外，光复用模块3还包括第一输入端3011、第二输入端3012及输出端3013。

如图3所示，电子内镜4包括软质内镜端部401、数据接头404、操作手柄403及器械通道402，如图4所示软质内镜端部401的前端包括器械通道出口4012，照明光出口4011、电子CCD或CMOS光学系统4013。其中，软质内镜端部401的材料为软性材料，其前端可弯曲。其中，器械通道402直径不大于5mm。其中，本发明实施例提供的电子内镜4包含有两个照明光出口4011。

其中，操作手柄403是医生在使用光动力治疗系统进行治疗时握持的手柄。

其中，光动力治疗激光光源1用于输出治疗激光，且光动力治疗激光光源1输出的治疗激光的输出功率范围为0W-3W；输出光纤2为端面输出光纤2或侧面输出光纤2，侧面输出光纤2的出光区域长度为10mm-200mm。

其中，指示光源302用于发出指示光，该指示光为绿光或蓝光或红光，指示光的输出波长范围为430nm-700nm，输出光谱宽度范围为0nm-50nm，输出功率范围为0mW-100mW。

在本发明实施例中，如图5所示，光同步模块8包括准直发射光路801、斩波器802、准直接收光路803及触发端口804；触发端口804用于将电子CCD或CMOS光学系统4013输出的曝光及读出时序信号传输给斩波器802；准直接收光路803用于将光动力治疗激光光源1输出的治疗激光传输给斩波器802，斩波器802用于根据曝光及读出时序信号对治疗激光进行同步斩波调制，及将得到的脉冲治疗激光传输至准直发射光路801；

进一步的，准直发射光路801与光耦合器301的第一输入端3011连接，光耦合器301的第二输入端3012与指示光源302连接，输出端3013与输出光纤2连接，光耦合器301用于将准直发射光路801输出的脉冲治疗激光及指示光源302输出的指示光耦合，并输出至输出光纤2；输出光纤2用于将耦合的脉冲治疗激光及指示光经由电子内镜4输出至人体病变组织，以使在电子CCD或CMOS光学系统4013在曝光阶段时，输出光纤2输出指示光而无治疗激光输出，而在读出阶段时输出治疗激光和指示光，以便形成具有治疗光斑边界的组织图像，内镜监视器7用于显示该具有治疗光斑边界的组织图像。

在本发明实施例中，准直接收光路803包括依次连接的输入端8031、第一光纤8032及第一透镜8033，输入端8031与光动力治疗激光光源1连接，第一光纤8032用于接收由输入端输入的治疗激光；第一透镜8033用于将治疗激光准直成平行光并输入至斩波器802。

在本发明实施例中，准直发射光路801包括依次连接的第二透镜8011、第二光纤8012及连接器8013，连接器8013与光耦合器301的第一输入端3011连接，第二透镜8011用于将斩波器802输出的脉冲治疗激光耦合并输出至第二光纤8012，经由第二光纤8012及连接器8013输入光耦合器301。

在本发明实施例中，摄像主机6通过数据接头404与电子内镜4连接，摄像主机6还与内镜监视器7连接，用于将电子内镜4中电子CCD或CMOS光学系统4013得到的组织图像数据形成具有治疗光斑边界的组织图像，并将该具有治疗光斑边界的组织图像发送给内镜监视器7进行显示。

在本发明实施例中，光动力治疗激光光源1发出治疗激光，该治疗激光为高电平的治疗激光，且该治疗激光将输入光同步模块8中的准直接收光路803。同时，电子CCD或CMOS光学系统4013输出曝光及读出时序信号，如图6中的a所示，其中，高电平对应曝光阶段，低电平对应读出阶段。该曝光及读出时序信号通过数据接口404到达触发端口804，并加载到斩波器802，斩波器802利用该曝光及读出时序信号对治疗激光进行同步斩波调制(如图6中的b所示)，即同步阻断或接通光路，其中，低电平对应光路阻断，高电平对应光路接通，以得到与曝光及读出时序信号同步的脉冲治疗激光，如图6中的c所示，低电平对应无治疗激光，高电平对应有治疗激光。

其中，脉冲治疗激光将通过准时发射光路传输至光耦合器301的第一输入端3011，此时，指示光源302发出指示光，且该指示光输入光耦合器301的第二输入端3012，光耦合器301将该脉冲治疗激光与指示光耦合，并输出耦合后的脉冲治疗激光及指示光至输出光纤2。

其中，输出光纤2从器械通道402的入口穿入并从器械通道出口4012穿出，以使脉冲治疗激光及指示光经由电子内镜4输出至人体病变组织。冷光源主机5通过数据接头404与电子内镜4连接，用于提供照明光源，以便从照明光出口4011输出照明光。即输出至人体病变组织的光包括脉冲治疗激光，指示光及照明光。其中，脉冲治疗激光用于对人体病变组织进行激光治疗，照明光是用于照明作用，指示光适用于形成治疗光斑边界。

其中，由于脉冲治疗激光是与电子CCD或CMOS光学系统4013的曝光及读出时序信号同步的，因此，在电子CCD或CMOS光学系统4013的曝光阶段，脉冲治疗激光为低电平，即没有治疗激光输出，在电子CCD或CMOS光学系统4013的读出阶段，脉冲治疗激光为高电平，即由治疗激光输出。

其中，在曝光阶段，由于没有治疗激光输出至人体病变组织，此时，电子CCD或CMOS光学系统4013将接收反射或散射的指示光及照明光，记录组织图像数据。在读出阶段，有治疗激光、指示光及照明光输出至人体病变组织，然而，由于在读出阶段是组织图像数据读出的过程，并未涉及到组织图像数据的记录，即使治疗激光的功率大，也不会造成电子CCD或CMOS光学系统4013中的电子CCD或CMOS探测器饱和，且在读出阶段，将曝光阶段记录的组织图像数据传送到摄像主机6形成组织图像，由摄像主机6利用该组织图像数据形成组织图像及治疗光斑边界，以得到具有治疗光斑边界的组织图像。通过上述曝光阶段和读出阶段的相互交替，在利用治疗激光进行治疗的基础上，不仅可以实现组织图像的可视化，且可得到具有治疗光斑边界的组织图像。

其中，电子CCD或CMOS光学系统4013在得到组织图像数据之后，将该组织图像数据通过数据接头404传输给摄像主机6，摄像主机6利用该组织图像数据形成具有治疗光斑边界的组织图像，并发送给内镜监视器7，由内镜监视器7显示该具有治疗光斑边界的组织图像，以方便医生进行激光治疗。

进一步的，在本发明实施例中，该光动力治疗系统还可以包括模式选择开关，用于切换非光动力治疗模式和光动力治疗模式，其中，非光动力治疗模式是指不启动光动力治疗激光系统、光复用模块3及光同步模块8工作，电子内镜系统中的电子CCD或CMOS光学系统4013接收反射或散射回来的照明光并进行成像，仅能得到组织图像，且该组织图像没有治疗光斑边界，通常该种模式用于医生对人体病变组织进行查看。其中，光动力治疗模式是指光动力治疗激光系统、光复用模块3及光同步模块8工作，输出至人体病变组织的包含脉冲治疗激光、指示光及照明光，不仅能够通过脉冲治疗激光进行治疗，还能够通过指示光及照明光得到具有治疗光斑边界的组织图像，以便于用户进行激光治疗。上述两种模式可以通过模式选择开关进行切换。

如图7a至图7c所示，图7a为传统光动力治疗系统的电子内镜4进行治疗激光照射前的图像，图7b为传统光动力治疗系统的电子内镜4进行治疗激光照射的图像，图7c为本专利提供的光动力治疗系统的电子内镜4进行治疗激光照射的图像。从图中可以看出，利用本系统进行光动力治疗时，可显示具有治疗光斑边界的组织图像。

在本发明实施例中，光动力治疗系统引入了光同步技术及光复用技术，增加了光同步模块8及光复用模块3，其中，该光同步模块8通过利用电子CCD或CMOS光学系统的曝光及读出时序信号对治疗激光进行同步斩波调制，使得经由输出光纤2输出的脉冲治疗激光能够与电子CCD或CMOS光学系统的曝光阶段及读出阶段保持同步，在曝光阶段不输出治疗激光，以避免电子CCD或CMOS光学系统中的探测器接收治疗激光，电子CCD或CMOS光学系统中的探测器记录组织图像，实现组织图像的可视化；在读出阶段输出治疗激光，照射病变组织，电子CCD或CMOS光学系统中的探测器仅读出组织图像数据，不记录组织图像。且通过利用光复用模块3中的光耦合器301耦合指示光及脉冲治疗激光，并由输出光纤2将耦合后的脉冲治疗激光及指示光输出至人体病变组织，由于耦合后的脉冲治疗激光和指示光的发光区相同，可通过发射或散射的指示光形成的指示光斑确定脉冲治疗激光的治疗位置，从而通过识别指示光斑边界实时显示治疗光斑边界，为医生实时提供具有治疗光斑边界的组织图像，实现光动力治疗过程中图像逼真可视，并使医生能直观看见治疗光斑位置与病变组织的位置关系，避免医生凭经验的盲操作，提高治疗的准确性和安全性。

以上为对本发明所提供的一种具有可视化和显示光斑边界的光动力治疗系统的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种具有可视化和显示光斑边界功能的光动力治疗系统，其特征在于，所述系统包括：光动力治疗激光系统、光复用模块、光同步模块和电子内镜系统；所述光动力治疗激光系统包括光动力治疗激光光源和输出光纤，所述光复用模块包括指示光源和光耦合器；所述电子内镜系统包括：电子内镜及内镜监视器，所述电子内镜包括软质内镜端部，所述软质内镜端部的前端包括电子CCD或CMOS光学系统；

所述光同步模块包括准直发射光路、斩波器、准直接收光路及触发端口；所述触发端口用于将所述电子CCD或CMOS光学系统输出的曝光及读出时序信号传输给所述斩波器；所述准直接收光路用于将所述光动力治疗激光光源输出的治疗激光传输给所述斩波器，所述斩波器用于根据所述曝光及读出时序信号对所述治疗激光进行同步斩波调制，将得到的脉冲治疗激光传输至所述准直发射光路；

所述准直发射光路与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第二输入端与所述指示光源连接，输出端与所述输出光纤连接，所述光耦合器用于将所述准直发射光路输出的所述脉冲治疗激光及所述指示光源输出的指示光耦合，并输出至所述输出光纤；所述输出光纤用于将耦合的所述脉冲治疗激光及所述指示光经由所述电子内镜输出至人体病变组织，以使在所述电子CCD或CMOS光学系统在曝光阶段时，所述输出光纤输出指示光而无治疗激光输出，而在读出阶段时输出治疗激光和指示光，以便形成具有治疗光斑边界的组织图像，所述内镜监视器用于显示所述组织图像。

2.根据权利要求1所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述准直接收光路包括依次连接的输入端、第一光纤及第一透镜，所述输入端与光动力治疗激光光源连接，所述第一光纤用于接收由所述输入端输入的治疗激光；所述第一透镜用于将所述治疗激光准直成平行光并输入至所述斩波器。

3.根据权利要求1所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述准直发射光路包括依次连接的第二透镜、第二光纤及连接器，所述连接器与所述光耦合器的第一输入端连接，所述第二透镜用于将所述斩波器输出的脉冲治疗激光耦合并输出至所述第二光纤，经由所述第二光纤及所述连接器输入所述光耦合器。

4.根据权利要求1所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述电子内镜还包括：操作手柄及器械通道，所述软质内镜端部的前端还包括器械通道出口；

所述输出光纤从所述器械通道的入口穿入并从所述器械通道出口穿出，以使所述脉冲治疗激光及所述指示光经由所述电子内镜输出至人体病变组织。

5.根据权利要求4所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述软质内镜端部的前端还包括照明光出口，所述电子内镜系统还包括冷光源主机，所述电子内镜还包括数据接头；

所述冷光源主机通过所述数据接头与所述电子内镜连接，用于提供照明光源，以便从所述照明光出口输出照明光。

6.根据权利要求5所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述电子内镜系统还包括摄像主机，所述摄像主机通过所述数据接头与所述电子内镜连接，所述摄像主机还与所述内镜监视器连接，用于将所述电子内镜中所述电子CCD或CMOS光学系统得到的组织图像数据形成具有治疗光斑边界的组织图像，并将所述具有治疗光斑边界的组织图像发送给所述内镜监视器进行显示。

7.根据权利要求1所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述光动力治疗激光光源输出的治疗激光的输出功率范围为0W-3W；所述输出光纤为端面输出光纤或侧面输出光纤，所述侧面输出光纤的出光区域长度为10mm-200mm。

8.根据权利要求1所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述指示光为绿光或蓝光或者红光，所述指示光的输出波长范围为430nm-700nm，输出光谱宽度范围为0nm-50nm，输出功率范围小于或等于100mW。

9.如权利要求1所述的光动力治疗系统，其特征在于，所述软质内镜端部的材料为软性材料，其前端可弯曲；器械通道直径不大于5mm。