CN107308553B - 一种用于创面治疗的智能激光治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于创面治疗的智能激光治疗装置，包括：弱光脉冲发生器、激光控制电源、高速扫描振镜、中央控制模块、红外监测模块及图像处理模块。通过中央控制模块控制激光控制电源、高速扫描振镜以及图像处理模块可以实现对激光功率、激光停留时间以及激光扫描区域的精确控制；通过高速扫描振镜可以将原有的激光点光源拓展成为面光源，实现在工作平面上的大范围扫描；通过图像处理模块可以获取创面区域图像，分析扫描路径，使激光仅作用于创面区域；通过红外监测模块可以在治疗时实时测量创面温度，实现了对创面的保护以及实时监测创面在治疗过程中的变化并智能规划扫描区域。提高了激光创面治疗装置的安全性、自动化程度以及智能化程度。

Description

一种用于创面治疗的智能激光治疗装置

技术领域

本发明属于激光医学技术领域，更具体地，涉及一种用于创面治疗的智能激光治疗装置。

背景技术

激光创面治疗机是利用激光和人体皮肤的相互作用(即光照蒸发作用、光照凝结作用、光照干扰作用和光照化学作用)，通过适当能量的激光对病变靶组织照射，破坏或刺激靶组织而实现治疗目的的光电医疗设备。根据激光弱光疗法，低能量的激光能够调节机体的多种功能，通过促进或抑制细胞的增殖、增加或减少某些生物活性物质的释放等达到促进组织修复、抑制炎症反应等作用。因此激光创面治疗机被广泛应用于烧伤、烫伤、溃疡等创面治疗。弱光疗法对激光能量密度要求很高，并且照射过程中要求局部体温不超过正常机体温度，以免造成损伤。

传统的激光创面治疗机先对激光扩束，用扩束后的光斑直接照射于创面进行治疗。这种方法具有光斑大小固定；能量不集中；对健康皮肤也会有一定影响；无法自动识别及区分创面，医护人员必须不断移动激光器实现对治疗区域完整照射的缺点，更重要的是，传统的治疗方法缺乏对创面皮肤的保护机制，并且无法智能识别区分创面区域，无法针对不同区域动态调节激光能量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供了一种用于创面治疗的智能激光治疗装置，由此解决现有的用于创面治疗的激光治疗机自动化程度低，激光能量密度不均匀，缺乏保护机制，需要医护人员参与整个治疗过程并调节激光照射整个创面，并且只能人工区分创面，智能程度较低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于创面治疗的智能激光治疗装置，包括：图像处理模块、中央控制模块、高速扫描振镜、弱光脉冲发生器、激光控制电源以及红外监测模块；

所述中央控制模块分别与所述激光控制电源、所述高速扫描振镜、所述红外监测模块以及所述图像处理模块电连接；所述弱光脉冲发生器与所述激光控制电源连接；所述红外监测模块与所述图像处理模块设置于所述高速扫描振镜的两侧；

所述图像处理模块，用于在治疗前，获取目标区域图像，识别出所述目标区域图像中的创面区域，并将所述创面区域的轮廓信息转化为所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集；

所述中央控制模块，用于根据所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集规划扫描路径，并在收到启动治疗指令后，向所述高速扫描振镜发送控制指令，所述控制指令中包括所述扫描路径的坐标数据；

所述高速扫描振镜，用于接收所述控制指令，将所述弱光脉冲发生器发射的激光按照所述扫描路径在所述创面区域进行填充扫描；

所述红外监测模块，用于在治疗过程中，每隔预设周期生成与目标区域对应的红外热图像，将所述红外热图像与治疗前所述图像处理模块获取的所述创面区域的图像进行结合分析，在目标区域的红外热图像中划分出所述创面区域的红外热图像，分析所述创面区域的红外热图像得到所述创面区域的温度信息，以及所述创面区域的热值分布；

所述中央控制模块，还用于根据每隔预设周期获取的所述创面区域的热值分布，分析所述创面区域的热值变化，重新规划新的扫描路径，并控制所述高速扫描振镜按照所述新的扫描路径对所述创面区域进行填充扫描，以及在扫描过程中根据所述创面区域的温度信息控制所述激光控制电源对激光能量进行调整。

优选地，所述中央控制模块包括：控制板卡、显示屏、脚踏开关以及外设接口；

所述控制板卡，用于接收所述图像处理模块在治疗前获取的所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集，根据所述轮廓位置坐标数据集规划扫描路径，将所述扫描路径在所述显示屏上进行显示，控制所述高速扫描振镜在治疗时按照所述扫描路径对所述创面区域进行填充扫描，并在治疗过程中根据所述红外监测模块每隔预设周期获取的反应所述创面区域的热值分布以及热值变化数据重新规划新的扫描路径，控制所述高速扫描振镜按照所述新的扫描路径对所述创面区域进行填充扫描，并在扫描过程中控制所述激光控制电源对激光能量进行调整；

所述显示屏，用于人机交互，接收用户输入的激光参数设置指令；

所述脚踏开关，用于触发治疗扫描过程；

所述外设接口，用于与所述激光控制电源、所述高速扫描振镜、所述红外监测模块以及所述图像处理模块电连接。

优选地，所述高速扫描振镜包括：聚焦镜，X轴振镜扫描子系统、Y轴振镜扫描子系统、驱动板以及电源；

所述X轴振镜扫描子系统包括X轴伺服电机和X轴镜片；所述Y轴振镜扫描子系统包括Y轴伺服电机和Y轴镜片；

所述聚焦镜，用于将通过X轴振镜扫描子系统和Y轴振镜扫描子系统反射后的激光聚焦于所述创面区域；

所述X轴伺服电机，用于控制所述X轴镜片偏转，所述Y轴伺服电机用于控制所述Y轴镜片偏转；

所述驱动板，用于接收所述中央控制模块发送的控制指令，根据所述控制指令携带的扫描路径的坐标数据来驱动所述X轴伺服电机和所述Y轴伺服电机带动所述X轴镜片以及所述Y轴镜片偏转，从而改变光路，实现激光对所述创面区域进行填充扫描；

所述电源，用于给所述驱动板供电。

优选地，所述图像处理模块包括：CCD图像传感器，图像协处理器；

所述CCD图像传感器，用于在治疗前，获取目标区域图像；

所述图像协处理器，用于识别出所述目标区域图像中的创面区域，并将所述创面区域的轮廓信息转化为所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集。

优选地，所述红外监测模块包括：红外探测器和红外图像协处理器；

所述红外探测器，用于在治疗过程中，获取目标区域的红外热图像；

所述红外图像协处理器，用于将所述目标区域的红外热图像与图像处理模块获取的创面区域的图像进行结合分析，在所述目标区域的红外热图像中划分出所述创面区域的红外热图像，通过分析所述创面区域的红外热图像得到所述创面区域的温度信息以及所述创面区域的热值分布，以使所述中央控制模块根据所述温度信息控制所述激光控制电源对激光能量进行调整，以及根据所述创面区域的热值分布智能规划扫描路径。

总体而言，本发明方法与现有技术方案相比，能够取得下列有益效果：

(1)通过高速扫描振镜用扫描线的形式对创面进行扫描，可以将原有的激光点光源拓展成为面光源，实现在工作平面上的大范围扫描。

(2)通过图像处理模块，能够自动识别激光创面区域，分析扫描路径，使激光仅作用于创面区域，对创面治疗的同时不损坏健康皮肤。

(3)通过红外监测模块，可以在治疗时实时测量创面温度，实现了对创面的保护以及实时监测创面在治疗过程中的变化，并通过与CCD获取的图像相结合，智能划分创面区域，针对不同区域可动态调节激光能量并采用不同的填充方案，避免治疗对创面二次损伤。

(4)通过人机交互接口可以对激光强度、停留时间和扫描次数等参数进行精确控制，提高了激光能量的利用率。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种用于创面治疗的智能激光治疗装置的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种用于创面治疗的智能激光治疗装置的局部结构示意图；

图3为本发明实施例公开的另一种用于创面治疗的智能激光治疗装置的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种高速扫描振镜结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种图像处理模块和红外监测模块布局示意图；

图6为本发明实施例公开的一种图像处理模块的工作示意图；

图7为本发明实施例公开的一种图像处理模块和红外监测模块的工作示意图；

图8为本发明实施例公开的一种工作流程示意图；

图9为本发明实施例公开的另一种工作流程示意图；

图10为本发明实施例公开的另一种工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示和图2所示，本发明提出的用于创面治疗的智能激光治疗装置包括：高速扫描振镜1，图像处理模块2，红外监测模块3，脉冲发生器保护盒4，支架5，设备箱6，显示屏7，弱光脉冲发生器8，激光控制电源9和中央控制模块10。弱光脉冲发生器8固定于脉冲发生器保护盒4内，激光控制电源9和中央控制模块10放置于设备箱6内。

如图3所示为本发明实施例公开的一种用于创面治疗的智能激光治疗装置的结构示意图，在图3所示的装置中包括：图像处理模块、中央控制模块、高速扫描振镜、弱光脉冲发生器、激光控制电源以及红外监测模块；

其中，中央控制模块分别与激光控制电源、高速扫描振镜、红外监测模块以及图像处理模块电连接；弱光脉冲发生器与激光控制电源连接；红外监测模块与图像处理模块设置于高速扫描振镜的两侧；

图像处理模块，用于在治疗前，获取目标区域图像，识别出目标区域图像中的创面区域，并将创面区域的轮廓信息转化为高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集；

中央控制模块，用于根据高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集规划扫描路径，并在收到启动治疗指令后，向高速扫描振镜发送控制指令，控制指令中包括扫描路径的坐标数据；

高速扫描振镜，用于接收控制指令，将弱光脉冲发生器发射的激光按照扫描路径在创面区域进行填充扫描；

红外监测模块，用于在治疗过程中，每隔预设周期生成与目标区域对应的红外热图像，将红外热图像与治疗前图像处理模块获取的创面区域的图像进行结合分析，在目标区域的红外热图像中划分出所述创面区域的红外热图像，分析所述创面区域的红外热图像得到所述创面区域的温度信息，以及所述创面区域的热值分布；

中央控制模块，还用于根据每隔预设周期获取的所述创面区域的热值分布，分析所述创面区域热值变化，重新规划新的扫描路径，并控制高速扫描振镜按照新的扫描路径对创面区域进行填充扫描，以及在扫描过程中根据创面区域的温度信息控制激光控制电源对激光能量进行调整。

其中，显示屏7可以采用有线或无线两种方式与中央控制模块通信，弱光脉冲发生器发射波长范围为600～670nm或近红外低能量的激光，激光经过高速扫描振镜后聚焦于工作平面，通过对高速扫描振镜的控制可实现激光在工作平面上线扫描，例如可以采用逐行扫描的方法对创面区域填充，但本发明并不局限于本填充方法。其中，工作平面表示创面区域所在的平面。

如图4所示，高速振镜扫描包括：聚焦镜15，X轴振镜扫描子系统、Y轴振镜扫描子系统以及图中未标示的驱动板以及电源；其中，X轴振镜扫描子系统包括X轴伺服电机11和X轴镜片12；Y轴振镜扫描子系统包括Y轴伺服电机13和Y轴镜片14。

聚焦镜，用于将通过X轴振镜扫描子系统和Y轴振镜扫描子系统反射后的激光聚焦于创面区域；

X轴伺服电机，用于控制X轴镜片偏转，Y轴伺服电机用于控制Y轴镜片偏转；

驱动板，用于接收中央控制模块发送的控制指令，根据控制指令携带的扫描路径的坐标数据来驱动X轴伺服电机和Y轴伺服电机带动X轴镜片以及Y轴镜片偏转，从而改变光路，实现激光对创面区域进行填充扫描；

电源，用于给所述驱动板供电。

如图5和图6所示，图像处理模块2放置于高速扫描振镜1一侧，图像处理模块2包括：CCD图像传感器，图像协处理器。CCD图像传感器、图像协处理器和中央控制模块10相连。

CCD图像传感器用于治疗前获取目标区域图像信息16，该区域包含创面区域17。图像协处理器用于处理接收到的目标区域图像信息16。图像协处理器内置算法，先处理获取的目标区域图像信息16，识别出创面区域17再将创面区域图像信息转化为一组轮廓振镜坐标。由于图像处理模块2放置于高速扫描振镜的一侧，因此所获取的图像与光轴正下方存在位置偏移。最后图像协处理器将该组轮廓振镜坐标根据偏移进行校正，并将振镜位置坐标形式的创面区域轮廓信息发送给中央控制模块，中央控制模块便可利用该轮廓信息对扫描路径进行规划并控制高速振镜进行填充扫描。

如图5所示，红外监测模块3放置于高速扫描振镜1一侧，用于监测人体皮肤局部温度及获取创面的红外热图像并将数据保存，并将温度信息传送至中央控制模块10。红外监测模块3包括：红外探测器，红外图像协处理器。红外探测器，用于在治疗过程中实时监测目标区域温度，防止激光损伤创面，并生成目标区域的红外热图像；红外图像协处理器，用于将目标区域的红外热图像与图像处理模块获取的创面区域的图像进行结合分析，在目标区域红外热图像中划分出创面区域的红外热图像，分析创面区域的红外热图像得到创面区域的温度信息以及创面区域的热值分布，以使中央控制模块根据温度信息控制激光控制电源对激光能量进行调整，以及根据创面区域的热值分布智能规划扫描路径。

具体实现过程为：首先通过红外探测器在治疗过程中获取红外焦平面的红外热图像，利用红外图像协处理器将接收到的红外热图像增强并将发送至中央控制模块10。同时，红外热图像的灰度级和人体体温存在一定联系，通过分析获取的红外热图像的灰度直方图便可得到目标区域的温度信息，因此红外图像协处理器便可根据红外热图像的图像信息分析该区域的温度信息。如图7所示，其中a为经图像处理模块2识别的创面区域轮廓信息，b为红外监测模块3获取的目标区域热值图像，结合分析a和b，校正a中获得的轮廓坐标后，我们可在整个目标区域的红外热图像中确定创面区域，并得到创面区域热值图c。通过分析和对比治疗前和治疗过程中创面不同区域的红外热值差异，可识别并划分出创面中与激光作用反应较为剧烈的区域并智能规划新的路径。由于如果持续对热反应剧烈的区域采用原功率进行扫描有可能对创面造成损伤，因此当治疗期间创面温度超出正常范围或者扫描区域包含热反应较为剧烈的区域时，采取根据预先的设置采取降低激光功率或者略过该区域的方式进行扫描。此模块用于防止治疗过程中激光与创面皮肤相互作用使局部温度过高而造成损伤。

中央控制模块10包括：控制板卡、显示屏、脚踏开关以及外设接口；

控制板卡，用于接收图像处理模块在治疗前获取的高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集，根据轮廓位置坐标数据集规划扫描路径，将扫描路径在显示屏上进行显示，控制高速扫描振镜在治疗时按照扫描路径对创面区域进行填充扫描，并在治疗过程中根据红外监测模块获取的反应创面区域的热值分布以及热值变化数据重新规划新的扫描路径，控制高速扫描振镜按照新的扫描路径对创面区域进行填充扫描，并在扫描过程中控制激光控制电源对激光能量进行调整；

显示屏，用于人机交互，接收用户输入的激光参数设置指令；

脚踏开关，用于触发治疗扫描过程；

外设接口，用于与激光控制电源、高速扫描振镜、红外监测模块以及图像处理模块电连接。

下面介绍采用本发明的智能激光治疗装置的工作过程。

如图8所示，在治疗之前，通过图像处理模块获取创面区域的图像信息并进行轮廓提取，根据图像像素和振镜坐标之间的比例关系将轮廓坐标转化为振镜坐标。系统控制用标定红光按获取的轮廓路径扫描。医护人员确认扫描路径以后设置激光功率、激光停留时间、扫描次数以及扫描方式。激光参数设置完毕并确认后进入准备模式等待脚踏开关信号便可开始治疗。

如图9所示，具体的治疗过程分为预扫描过程和智能扫描过程。预扫描过程即根据设定激光能量参数对创面区域进行扫描，同时利用红外监测模块实时监测创面温度，并且在扫描过程中每隔5秒获取并记录一次红外热图像。

如图10所示，智能扫描过程首先根据图像处理模块和红外监测模块获取的图像坐标关系将获取的创面轮廓坐标转化为红外热图像轮廓坐标，利用红外热图像轮廓坐标确定红外热图像中的感兴趣区域，分析预扫描过程中红外检测模块收集到的感兴趣区域热值数据，根据不同区域热值变化程度以及温度信息将创面区域划分为普通区域和热反应剧烈区域，区域划分完成后重新规划扫描路径进行扫描并且在扫描过程中能够动态调节激光能量，对普通区域正常扫描，扫描至热反应剧烈区域时降低激光能量防止对创面造成损伤。医护人员踩下脚踏开关，进入预扫描过程，中央控制系统向激光电源和高速扫面振镜发送控制信号，控制发射的激光在工作平面根据设定的参数进行线扫描。扫描过程中红外监测模块实时获取红外热图像并根据校正后的创面轮廓坐标确定红外热图像中的创面区域，对该区域图像进行灰度直方图统计便可利用图像灰度级和温度之间的关系确定创面区域的最高温度，若创面温度超过正常范围(即37.5摄氏度)则根据预先设置降低激光功率或者提前终止扫描过程。该温度并非确定值，医护人员可根据实际情况自由设置。根据设置的预扫描时间扫描一段时间以后，进入智能扫描过程，根据红外检测模块所获取的创面热值变化信息智能规划扫描区域，将扫描路径分为普通区域和热反应剧烈区域，对普通区域按照原设置扫描，当激光扫描至热反应较为剧烈的创面区域时根据预先设置降低激光功率或者略过该区域。对于热反应较剧烈的区域本发明采用的是用扫描线的方式填充，但填充方式不局限于此一种。智能扫描过程中每隔5秒获取并记录一次红外热图像，供下一次智能扫描过程分析处理。不断重复智能扫描过程直至扫描结束。由于治疗时间普遍较长创面区域的状态也在不断改变，本发明利用不断重复获取创面区域红外热图像信息以及重复智能扫描过程实现了对创面区域的实时监测以及高程度的智能化扫描，使治疗效果得到有效保证。扫描完毕后，系统发出终止提示音，治疗过程结束，系统恢复至待机状态。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于创面治疗的智能激光治疗装置，其特征在于，包括：图像处理模块、中央控制模块、高速扫描振镜、弱光脉冲发生器、激光控制电源以及红外监测模块；

所述中央控制模块分别与所述激光控制电源、所述高速扫描振镜、所述红外监测模块以及所述图像处理模块电连接；所述弱光脉冲发生器与所述激光控制电源连接；所述红外监测模块与所述图像处理模块设置于所述高速扫描振镜的两侧；

所述图像处理模块，用于在治疗前，获取目标区域图像，识别出所述目标区域图像中的创面区域，并将所述创面区域的轮廓信息转化为所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集；

所述中央控制模块，用于根据所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集规划扫描路径，并在收到启动治疗指令后，向所述高速扫描振镜发送控制指令，所述控制指令中包括所述扫描路径的坐标数据；

所述高速扫描振镜，用于接收所述控制指令，将所述弱光脉冲发生器发射的激光按照所述扫描路径在所述创面区域进行填充扫描；

所述红外监测模块，用于在治疗过程中，每隔预设周期生成与目标区域对应的红外热图像，将所述红外热图像与治疗前所述图像处理模块获取的所述创面区域的图像进行结合分析，在目标区域的红外热图像中划分出所述创面区域的红外热图像，分析所述创面区域的红外热图像得到所述创面区域的温度信息，以及所述创面区域的热值分布；

所述中央控制模块，还用于根据每隔预设周期获取的所述创面区域的热值分布，分析所述创面区域的热值变化，重新规划新的扫描路径，并控制所述高速扫描振镜按照所述新的扫描路径对所述创面区域进行填充扫描，以及在扫描过程中根据所述创面区域的温度信息控制所述激光控制电源对激光能量进行调整。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央控制模块包括：控制板卡、显示屏、脚踏开关以及外设接口；

所述控制板卡，用于接收所述图像处理模块在治疗前获取的所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集，根据所述轮廓位置坐标数据集规划扫描路径，将所述扫描路径在所述显示屏上进行显示，控制所述高速扫描振镜在治疗时按照所述扫描路径对所述创面区域进行填充扫描，并在治疗过程中根据所述红外监测模块每隔预设周期获取的反应所述创面区域的热值分布以及热值变化数据重新规划新的扫描路径，控制所述高速扫描振镜按照所述新的扫描路径对所述创面区域进行填充扫描，并在扫描过程中控制所述激光控制电源对激光能量进行调整；

所述显示屏，用于人机交互，接收用户输入的激光参数设置指令；

所述脚踏开关，用于触发治疗扫描过程；

所述外设接口，用于与所述激光控制电源、所述高速扫描振镜、所述红外监测模块以及所述图像处理模块电连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高速扫描振镜包括：聚焦镜，X轴振镜扫描子系统、Y轴振镜扫描子系统、驱动板以及电源；

所述X轴振镜扫描子系统包括X轴伺服电机和X轴镜片；所述Y轴振镜扫描子系统包括Y轴伺服电机和Y轴镜片；

所述聚焦镜，用于将通过X轴振镜扫描子系统和Y轴振镜扫描子系统反射后的激光聚焦于所述创面区域；

所述X轴伺服电机，用于控制所述X轴镜片偏转，所述Y轴伺服电机用于控制所述Y轴镜片偏转；

所述驱动板，用于接收所述中央控制模块发送的控制指令，根据所述控制指令携带的扫描路径的坐标数据来驱动所述X轴伺服电机和所述Y轴伺服电机带动所述X轴镜片以及所述Y轴镜片偏转，从而改变光路，实现激光对所述创面区域进行填充扫描；

所述电源，用于给所述驱动板供电。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图像处理模块包括：CCD图像传感器，图像协处理器；

所述CCD图像传感器，用于在治疗前，获取目标区域图像；

所述图像协处理器，用于识别出所述目标区域图像中的创面区域，并将所述创面区域的轮廓信息转化为所述高速扫描振镜的轮廓位置坐标数据集。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述红外监测模块包括：红外探测器和红外图像协处理器；

所述红外探测器，用于在治疗过程中，获取目标区域的红外热图像；

所述红外图像协处理器，用于将所述目标区域的红外热图像与图像处理模块获取的创面区域的图像进行结合分析，在所述目标区域的红外热图像中划分出所述创面区域的红外热图像，通过分析所述创面区域的红外热图像得到所述创面区域的温度信息以及所述创面区域的热值分布，以使所述中央控制模块根据所述温度信息控制所述激光控制电源对激光能量进行调整，以及根据所述创面区域的热值分布智能规划扫描路径。