CN108338774A - 一种基于内窥显微的光热治疗装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于医疗器械技术领域，提供了一种基于内窥显微的光热治疗装置，包括：激光发生模块，用于产生预置波长的激光脉冲并入射至内窥探头模块；内窥探头模块，用于将激光脉冲照射到待检测组织，并收集待检测组织产生的荧光信号，将荧光信号发送给采集与显示模块；还用于接收注射操作，向指定区域注射治疗材料，并收集治疗材料受激光脉冲照射产生的激发信号发送给采集与显示模块；采集与显示模块，用于根据荧光信号或激发信号进行成像。本发明实施例使用内窥探头模块将成像与治疗二者相结合，操作方便，同时，在对待检测组织进行成像后，可以对该待检测组织中的指定区域注射治疗材料，实现精准治疗。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于内窥显微的光热治疗装置及其操作方法。
背景技术
癌症在近百年来一直是危害着人类生命安全的重大疾病，其发病率也在不断提高。随着我国老龄化现象的加深，肿瘤类疾病对我国人民的危害也愈发严重。据国家癌症中心数据显示，我国癌症发病数约占全球总数的22％，而癌症死亡数约占全球总数的27％，死亡率约较全球平均水平高出17％，导致这一现象的主要原因是，我国癌症检测水平相对较低，癌症发现多在中晚期，导致治疗难度大，与此同时，我国目前相当一部分医院缺乏精准性治疗手段，导致治疗效果差。这些原因使得癌症对我国人民的身体健康产生了严重的威胁。
目前，我国对癌症的主要治疗手段有手术治疗、放射治疗与化学治疗。其中，手术治疗会产生较大创口，对组织造成不可逆的损伤，因此对体质较弱的患者不太适用；放射治疗则通过放射源对患病部位进行照射杀死癌细胞，同样容易对周围组织器官造成负面影响；化学治疗则通过化学药物抑制癌细胞的细胞增殖，从而达到杀死癌细胞的效果，然而，化疗的选择性一般较差，在杀死癌细胞的同时，对正常细胞也有较大损伤，容易造成全身副作用。综上所述，传统的癌症治疗技术大多都会对会患者产生较大的副作用伤害，且治疗精度不够理想，难以实现精准治疗。在这种背景下，具有精准治疗潜力的光疗法便脱颖而出了。在众多光疗法中，光热治疗法的效果较为显著。
光热治疗的原理主要基于肿瘤细胞的热诱导凋亡特性，即升温导致细胞膜蛋白质变性或细胞结构的破坏。在临床操作中，首先向患处注射红外吸收率较高的特异性光热材料，再通过选用人体组织吸收率较低的红外激光照射肿瘤部位，从而只会使肿瘤区域温度升高，在杀死肿瘤细胞的同时，对周围正常细胞影响极小，最终实现高精度选择性治疗。
在现有的治疗方案中，需要先对病变区域进行确定，再对该病变区域进行光热治疗，而现有技术需要两种设备分开操作，操作繁琐，同时因为采用两种设备，因此稳定性差，调控精度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于内窥显微的光热治疗装置及其操作方法，旨在解决现有技术提供的治疗的设备需要分开操作，操作繁琐，同时存在稳定性差，调控精度低的问题。
本发明是这样实现的，一种基于内窥显微的光热治疗装置，包括激光发生模块、内窥探头模块和采集与显示模块：
所述激光发生模块，用于产生预置波长的激光脉冲，并将所述激光脉冲入射至所述内窥探头模块；
所述内窥探头模块，用于将所述激光脉冲照射到待检测组织，并收集所述待检测组织受所述激光脉冲照射产生的荧光信号，将所述荧光信号发送给所述采集与显示模块；还用于接收注射操作，向指定区域注射治疗材料，并收集所述治疗材料受所述激光脉冲照射产生的激发信号，将所述激发信号发送给所述采集与显示模块；
所述采集与显示模块，用于根据所述荧光信号或所述激发信号进行成像。
进一步地，所述激光产生模块包括激光器、二向色镜和第一聚焦透镜；
所述激光器，用于产生预置波长的激光脉冲；
所述激光脉冲透过所述二向色镜后，经所述第一聚焦透镜进行聚焦后入射至所述内窥探头模块。
进一步地，所述激光器的出光口、所述二向色镜和所述第一聚焦透镜位于同一光路中。
进一步地，所述激光器为波长可调飞秒激光器，
所述波长可调飞秒激光器的输出波段在700-1800nm，包含多种染料的激发波长和光热治疗常用的808nm波长。
进一步地，所述二向色镜和所述第一聚焦透镜均采用固定支架固定。
进一步地，所述内窥探头模块包括光纤耦合器、光纤束、第二聚焦透镜、显微物镜、探头外壳、机械臂和内窥注射器，所述探头外壳、所述第二聚焦透镜、所述显微物镜和所述内窥注射器组成内窥探头；
所述光纤耦合器通过所述光纤束与所述探头外壳相连，所述探头外壳中包括所述第二聚焦透镜、所述显微物镜和所述内窥注射器，所述机械臂与所述探头外壳相连接，并通过第一同轴电缆与所述采集与显示模块相连接，用以控制所述内窥探头的移动；
所述激光脉冲通过所述光纤耦合器进入所述光纤束，再依次通过所述第二聚焦透镜、所述显微物镜后入射至所述待检测组织的表面。
进一步地，所述内窥注射器由所述探头外壳包裹，所述内窥注射器可前后伸缩，且所述内窥注射器的注射端口与所述显微物镜的物镜面在同一端面。
进一步地，所述采集与显示模块包括图像传感器CCD和计算机，所述计算机上集成有光谱分析软件、激光器控制软件和位移平台控制软件；
所述图像传感器CCD通过第二同轴电缆与所述计算机进行通信，所述计算机通过第三同轴电缆与所述激光器进行通信；
所述图像传感器CCD位于所述二向色镜的正下方，所述计算机位于光学移动平台上。
本发明实施例还提供了一种如上述所述的光热治疗装置的操作方法，包括：
控制机械臂，以使探头外壳、第二聚焦透镜、显微物镜和内窥注射器组成内窥探头到达待检测区域；
控制所述内窥注射器向待检测区域注射预置质量的荧光染料；
根据所述荧光染料的激发波长，控制激光器的输出激光脉冲的波长；
控制所述机械臂，以使所述内窥探头对所述待检测区域进行扫描，并将扫描得到的病变图像在计算机上进行成像；
根据所述图像标注病变区域；
控制所述内窥探头向所述病变区域注射光热治疗材料，调整所述激光器输出的波长，使得调整后的激光脉冲与所述光热治疗材料的吸收峰相匹配，并对所述病变区域进行照射；
完成照射后，对所述病变区域进行成像。
进一步地，所述根据所述图像确定病变区域包括：
建立所述机械臂的位移参数与所述病变图像的点对点关系，标注所述病变区域；
所述对所述病变区域进行照射包括：
根据所述点对点关系，对所述病变区域进行照射。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例通过激光发生模块产生预置波长的激光脉冲，该激光脉冲入射至内窥探头模块后照射到待检测组织，该内窥探头模块收集待检测组织产生荧光信号并发送给采集与显示模块进行成像，还用于接受注射操作，向指定区域注射治疗材料，并将收集的激发信号发送给采集与显示模块进行显示。本发明实施例使用内窥探头模块将成像与治疗二者相结合，操作方便，同时，在对待检测组织进行成像后，可以对该待检测组织中的指定区域注射治疗材料，实现精准治疗。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于内窥显微的光热治疗装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于内窥显微的光热治疗装置的详细结构示意图；
图3是本发明实施例提供的光热治疗装置的操作流程图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的一种基于内窥显微的光热治疗装置，包括激光发生模块101、内窥探头模块102和采集与显示模块103：
激光发生模块101，用于产生预置波长的激光脉冲，并将所述激光脉冲入射至内窥探头模块102；内窥探头模块102，用于将所述激光脉冲照射到待检测组织，并收集所述待检测组织受所述激光脉冲照射产生的荧光信号，将所述荧光信号发送给采集与显示模块103；还用于接收注射操作，向指定区域注射治疗材料，并收集所述治疗材料受所述激光脉冲照射产生的激发信号，将所述激发信号发送给采集与显示模块103；采集与显示模块103，用于根据所述荧光信号或所述激发信号进行成像。
具体地，本发明实施例提供的激光发生模块101用于激发荧光染料与光热治疗材料，产生荧光信号并提升组织温度；内窥探头模块102用于深入人体内部定位探测病变组织；采集与显示模块103用于接受光信号，并完成光电转化形成图像输出。通过上述各个模块的相互配合，可实现对人体内肿瘤组织的原位成像与治疗。本发明实施例提供的光热治疗装置结构简单，可实现检测与治疗的同步化，并达到精准治疗的效果，从而提高癌症检测与治疗的效率，使得内窥光热治疗技术在癌症治疗领域得到更好的应用。
下面结合图2对本发明实施例提供的光热治疗装置进行进一步地阐述：
激光发生模块101包括波长可调飞秒激光器1、二向色镜2、第一聚焦透镜5，为了设置方便，本实施例中，该第一聚焦透镜5、二向色镜2与波长可调飞秒激光器1的出光口位于同一水平光路中，用于将激光导入成像光纤束9，但是在实际中，也可以增加如反射镜等器件来进行光路调整，以使波长可调激光器1产生的激光脉冲入射至成像光纤束。具体的，二向色镜2与第一聚焦透镜5分别由固定支架3、7固定。在进行分析测试时，波长可调飞秒激光器1发射的激光依次经二向色镜2、第一聚焦透镜5聚焦，达到光纤耦合器6。
内窥探头模块102包括光纤耦合器6、光纤束9、第二聚焦透镜10、显微物镜11、探头外壳12、机械臂13和内窥注射器14。第二聚焦透镜10、显微物镜11、探头外壳12和内窥注射器14组成内窥探头，内窥探头模块102主要负责光信号的传导和内窥探头的控制。具体的，光纤耦合器6通过光纤束9与探头外壳相连，并由固定支架8固定，探头外壳12中囊括了第二聚焦透镜10、显微物镜11和内窥注射器14，机械臂13与探头外壳12相连接，并通过同轴电缆15与采集与显示模块103中的计算机通信，从而控制整个探头的精准移动。分析测试时，波长可调飞秒激光器1发射的激光通过光纤耦合器6进入光纤束9，再依次通过第二聚焦透镜10、显微物镜11最终达到待检测组织表面。
采集与显示模块包括图像传感器CCD4和计算机18，该图像传感器CCD4通过第一同轴电缆16与计算机18实现通信。其中，CCD4位于二向色镜2的正下方，计算机18位于光学平台19上。计算机14内部集成了光谱分析软件，激光器控制软件和位移平台控制软件，具有光谱分析，数据处理等功能，其与波长可调飞秒激光器1通过同轴电缆17相连。分析测试时，待检测组织产生的荧光经内窥探头模块103的光路返回二向色镜2，经过其反射进入CCD4完成光电转化，所得数据由计算机18显示。
针对目前传统的光热治疗技术不能实现检测与治疗原位同步进行的问题，本发明实施例提供了上述技术方案，通过机械手控制的内窥探头对患病部位进行成像，选择出具体的病灶部位，再通过内窥注射器向病灶部位注射光热治疗药物，最后提升激光器功率，对病灶部位实施精准原位的光热治疗。在实际应用中，波长可调激光器的输出波段在700-1800nm，包含多种染料的激发波长和光热治疗常用的808nm波长，可以实现非线性成像，内窥成像的分辨率更高，成像深度更深。光纤束具有柔性结构，通用性较好。所述内窥注射器由探头外壳包裹，且该内窥注射器的注射端口与所述显微物镜的物镜面在同一端面，以方便对观测点进行药物注射，该内窥注射器可前后伸缩。
本发明实施例提供的光热治疗装置与现有技术性相比，具备以下的技术优点：
1、采用宽波长范围飞秒激光器器，可激发荧光染料种类多，选择范围大，适用性广，且有实现非线性成像的能力，成像深度与分辨率都较好。
2、采用机械手控制内窥探头，在手术中的治疗时，稳定性较好，调控精度高。
3、附加了内窥注射器，可在内窥成像判定患病区域后，高精度原位注射光热治疗材料，再调节激光波长，实现诊断与治疗的同步化与精准治疗。
图3示出了本发明实施例提供的光热治疗装置的操作方法，包括：
S301，控制机械臂，以使探头外壳、第二聚焦透镜、显微物镜和内窥注射器组成内窥探头到达待检测区域；
S302，控制所述内窥注射器向待检测区域注射预置质量的荧光染料；
S303，根据所述荧光染料的激发波长，控制激光器的输出激光脉冲的波长；
S304，控制所述机械臂，以使所述内窥探头对所述待检测区域进行扫描，并将扫描得到的病变图像在计算机上进行成像；
S305，根据所述图像标注病变区域；
S306，控制所述内窥探头向所述病变区域注射光热治疗材料，调整所述激光器输出的波长，使得调整后的激光脉冲与所述光热治疗材料的吸收峰相匹配，并对所述病变区域进行照射；
S307，完成照射后，对所述病变区域进行成像。
下面，结合图2来对操作方法进行进一步地阐述：
(1)首先开启计算机18，打开机械臂、激光器与光谱仪控制软件；
(2)开启机械臂13，控制其前往患病组织部位，控制内窥注射器向组织区域注射荧光染料；
(3)开启波长可调飞秒激光器1，同时根据所用染料的激发波长，调节波长可调飞秒激光器1的输出波长；
(4)微调机械臂13，检测对患病区域进行扫描成像，所得图像呈现在计算机18上；
(5)建立机械臂13位移参数与图像的点对点关系，标注病变区域位置；
(6)向成像区域注射光热治疗材料，调整波长可调飞秒激光器1的输出波长，使之与光热材料吸收峰相匹配，根据建立的图像与机械臂13位移参数的对应关系，针对标注病变区域进行高精度激光照射；
(7)完成照射后，再对该区域进行整体成像，对比治疗前后的效果差异。
本发明实施例将内窥显微系统与光热肿瘤治疗系统相结合，原位同步的实现了检测与治疗。通过加入机械手臂，提高了内窥探头的定位精度与稳定性；通过探头上附加内窥注射器，实现了荧光染料与光热治疗材料的原位注射能力；通过建立成像位置与机械臂位移参数的一一对应关系，实现了高精度治疗的性能，这些性能的提升，可以扩大显微内窥系统的应用范围与使用价值。本发明实施例通过内窥显微探针对人体内部的器官或消化道实现在线实时的细胞级成像，从而达到细胞级别分辨癌细胞的能力，在区分正常细胞与癌细胞后，利用内窥注射器向特定区域注射选择性药品，再利用红外激光照射患病区域，实现癌症检测与高精度治疗的同步化，适用于消化道癌症及手术中特定区域的癌症检测与治疗。
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 (10)
1.一种基于内窥显微的光热治疗装置，其特征在于，包括激光发生模块、内窥探头模块和采集与显示模块：
所述激光发生模块，用于产生预置波长的激光脉冲，并将所述激光脉冲入射至所述内窥探头模块；
所述内窥探头模块，用于将所述激光脉冲照射到待检测组织，并收集所述待检测组织受所述激光脉冲照射产生的荧光信号，将所述荧光信号发送给所述采集与显示模块；还用于接收注射操作，向指定区域注射治疗材料，并收集所述治疗材料受所述激光脉冲照射产生的激发信号，将所述激发信号发送给所述采集与显示模块；
所述采集与显示模块，用于根据所述荧光信号或所述激发信号进行成像。
2.如权利要求1所述的光热治疗装置，其特征在于，所述激光产生模块包括激光器、二向色镜和第一聚焦透镜；
所述激光器，用于产生预置波长的激光脉冲；
所述激光脉冲透过所述二向色镜后，经所述第一聚焦透镜进行聚焦后入射至所述内窥探头模块。
3.如权利要求2所述的光热治疗装置，其特征在于，所述激光器的出光口、所述二向色镜和所述第一聚焦透镜位于同一光路中。
4.如权利要求2所述的光热治疗装置，其特征在于，所述激光器为波长可调飞秒激光器，
所述波长可调飞秒激光器的输出波段在700-1800nm，包含多种染料的激发波长和光热治疗常用的808nm波长。
5.如权利要求3所述的光热治疗装置，其特征在于，所述二向色镜和所述第一聚焦透镜均采用固定支架固定。
6.如权利要求2所述的光热治疗装置，其特征在于，所述内窥探头模块包括光纤耦合器、光纤束、第二聚焦透镜、显微物镜、探头外壳、机械臂和内窥注射器，所述探头外壳、所述第二聚焦透镜、所述显微物镜和所述内窥注射器组成内窥探头；
所述光纤耦合器通过所述光纤束与所述探头外壳相连，所述探头外壳中包括所述第二聚焦透镜、所述显微物镜和所述内窥注射器，所述机械臂与所述探头外壳相连接，并通过第一同轴电缆与所述采集与显示模块相连接，用以控制所述内窥探头的移动；
所述激光脉冲通过所述光纤耦合器进入所述光纤束，再依次通过所述第二聚焦透镜、所述显微物镜后入射至所述待检测组织的表面。
7.如权利要求6所述的光热治疗装置，其特征在于，所述内窥注射器由所述探头外壳包裹，所述内窥注射器可前后伸缩，且所述内窥注射器的注射端口与所述显微物镜的物镜面在同一端面。
8.如权利要求2所述的光热治疗装置，其特征在于，所述采集与显示模块包括图像传感器CCD和计算机，所述计算机上集成有光谱分析软件、激光器控制软件和位移平台控制软件；
所述图像传感器CCD通过第二同轴电缆与所述计算机进行通信，所述计算机通过第三同轴电缆与所述激光器进行通信；
所述图像传感器CCD位于所述二向色镜的正下方，所述计算机位于光学移动平台上。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的光热治疗装置的操作方法，其特征在于，包括：
控制机械臂，以使探头外壳、第二聚焦透镜、显微物镜和内窥注射器组成内窥探头到达待检测区域；
控制所述内窥注射器向待检测区域注射预置质量的荧光染料；
根据所述荧光染料的激发波长，控制激光器的输出激光脉冲的波长；
控制所述机械臂，以使所述内窥探头对所述待检测区域进行扫描，并将扫描得到的病变图像在计算机上进行成像；
根据所述图像标注病变区域；
控制所述内窥探头向所述病变区域注射光热治疗材料，调整所述激光器输出的波长，使得调整后的激光脉冲与所述光热治疗材料的吸收峰相匹配，并对所述病变区域进行照射；
完成照射后，对所述病变区域进行成像。
10.如权利要求9所述操作方法，其特征在于，所述根据所述图像确定病变区域包括：
建立所述机械臂的位移参数与所述病变图像的点对点关系，标注所述病变区域；
所述对所述病变区域进行照射包括：
根据所述点对点关系，对所述病变区域进行照射。
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