CN108355253A - 一种led光疗设备照射区域控制装置及控制方法 - Google Patents

一种led光疗设备照射区域控制装置及控制方法 Download PDF

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杨基春
黄河
张建
吴金鹏
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李宏霄
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Abstract

本发明公开了一种LED光疗设备照射区域控制装置及控制方法，包括上位机，所述上位机连接有成像CCD和微型投影仪，所述微型投影仪的出光口设置有光开关阵列，所述光开关阵列正前方设置有用于输出治疗光的LED阵列，所述光开关阵列中光开关和LED阵列中LED灯的数量相等、位置对应，每个光开关一端均串联对应的LED灯，另一端接地，每个LED灯一端均串联对应的光开关，另一端均接电平。本发明获取病灶区域图像后，将其转化为高亮图像并将高亮图像投影至光开关阵列上，由光开关阵列控制LED阵列光源点亮，从而形成发光区域形状与高亮图相一致的治疗光源，以实现精准光疗对照射区域控制的需求。

Description

一种LED光疗设备照射区域控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于医疗设备领域，更具体的说，是涉及一种LED光疗设备照射区域控制装置及控制方法。
背景技术
光动力精准治疗取决于激光照射的光斑与病灶的形状是否匹配，光斑与病灶形状匹配越好，正常组织所受伤害越小。
目前，对照射区域形状控制的方法主要是利用光学器件对出光后的光束进行整形，或利用光阑或遮光片等对光束进行局部遮挡，或利用两者相结合，以获得指定形状和照射面积的均匀光斑。
专利CN201420618502.6中介绍了一种利用镜架、扩束输入镜、光阑、扩束输出镜、平顶型衍射光学元件和聚焦镜所组成的激光光斑形状调整装置，可实现特殊形状、光强均匀、光斑边界清晰的平顶光束。而专利CN201020598767.6则采用端面几何形状和尺寸大小均可改变的玻璃棒代替了光阑，以实现任意形状均匀光斑的输出。然而上述方法光学结构复杂，每次改换光斑形状均需调整光学组件，难以适应临床中针对不同几何形状和尺寸大的病变区域实现精准照射的实际需要。
专利CN201510076249.5针对皮肤紫外光疗的实际需要，设计了一种用于精准照射的紫外光疗仪。为实现对照射区域形状和尺寸的控制，该专利采用的技术方法是：利用主要元件为电荷耦合装置的图像获取及分析模块识别皮肤病灶；利用图像识别算法，借助放置于病灶区域旁的标准坐标尺换算出病灶区域坐标值；利用单片机，行驱动器和列驱动器来驱动LED阵列。其阵列驱动方式为行列扫描方式逐行逐列点亮，通过串行通讯向列驱动器传达点亮信息，这样就不可避免的带来了由于扫描时间过长而造成的LED阵列点亮时间不够，从而影响光输出亮度的情况；为避免串行传输中的列数据准备和列数据点亮的时间矛盾问题，该专利采用点亮本行各列数据的同时，利用锁存器传递下一列数据的方法。
该专利能够实现精准光疗，然而并不适合光动力治疗的实际需求。主要原因如下：
(1)该专利采用了传统的图形分割-图像识别方法对病灶区域进行识别，需要采用复杂的图形处理设备和算法进行运算，既增加了系统的复杂程度和成本，同时算法运算会占据大量机器时间，难以做到对照射区域形状和大小的实时更新；
(2)该专利所采用的逐行逐列扫描方式决定了其对LED的利用效率相对较低，出光强度较低。该专利中提到了该工作方式的列数据准备和列数据点亮的时间矛盾问题。即使采用锁存器来缓解该矛盾，在某一时刻也仅有一列LED灯点亮，难以实现和病灶区域形状相似的LED发光面同时点亮。这就造成该光源功率密度较低，无法适应光动力治疗对光功率密度的实际需求；
(3)随着图像精度的提升，LED的数量提升巨大，这就使得该专利所需列锁存器、单片机、行列驱动器等越发复杂，电路难度呈指数提升。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种LED光疗设备照射区域控制装置及控制方法，获取病灶区域图像后，将其转化为高亮图像并将高亮图像投影至光开关阵列上，由光开关阵列控制LED阵列光源点亮，从而形成发光区域形状与高亮图相一致的治疗光源，以实现精准光疗对照射区域控制的需求。
本发明的目的可通过以下技术方案实现。
一种LED光疗设备照射区域控制装置，包括上位机，所述上位机连接有成像CCD和微型投影仪，所述微型投影仪的出光口设置有光开关阵列，所述光开关阵列正前方设置有用于输出治疗光的LED阵列，所述光开关阵列中光开关和LED阵列中LED灯的数量相等、位置对应，每个光开关一端均串联对应的LED灯，另一端接地，每个LED灯一端均串联对应的光开关，另一端均接电平。
所述成像CCD镜头前设置有治疗光滤光片。
所述微型投影仪和光开关阵列均设置于防尘遮光罩内。
所述上位机用于接收成像CCD摄取的病人受照射部位图像，通过简单图像处理方法获取病灶区域高亮图像，病灶区域高亮图像被微型投影仪投射到光开关阵列上，使得光开关阵列对应病灶区域位置的光开关导通，从而带动LED阵列对应位置LED灯点亮，形成与病灶区域形状相同的光动力治疗光源。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
一种基于LED光疗设备照射区域控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，成像CCD摄取病人受照射部位图像；
步骤二，摄取到的图像传导至上位机后，通过简单图像处理方法获取病灶区域高亮图像；
步骤三，病灶区域高亮图像通过微型投影仪投射到光开关阵列上，当光开关受微型投影仪辐射出光导通后，控制LED阵列中对应位置的LED灯按病灶区域形状即刻点亮，形成治疗光源。
步骤二中所述简单图像处理方法即通过重设像素颜色的方法使成像CCD摄取的图像病灶区域高亮，正常组织显示为黑色。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
与现有的技术相比较，本发明的技术方案的优点在于实现精准照射的同时有效提高了LED光源的功率密度，能够满足光动力治疗对光源功率密度的实际需求。同时，本技术方案还具有图像处理简单易行、电路结构简单的优点。此外，应用该技术方案的光源可以实现实时动态的精准治疗。
(1)高功率密度：相对现有技术的扫描点亮方式，由于LED阵列光源对应病灶区域全部LED灯均被持续点亮，因此能够在保证精准的同时大幅度的提高了对LED阵列的利用效率，能够获得较高的功率密度，满足光动力治疗的实际需求。
(2)图像处理简便易行：由于该技术方案的图像处理部分仅需要通过重设图像像素，获得病灶区域高亮图像。相对现有技术方式对病灶区域的图形分割-图像识别处理方式，在大幅降低了系统的复杂程度和成本的同时加快了系统的响应速度；
(3)电路结构简单：由于该技术方案的LED阵列光源中的每个LED灯都仅和对应位置的光开关串联接地。因此电路结构十分简单，不需使用行驱动器、列驱动器、锁存器等电子元件，相对现有利用单片机，行驱动器和列驱动器来驱动LED阵列点亮的方式，其电路结构十分简单。治疗光源中LED的数量仅由光开关阵列中开关总数决定，可以在不增加电路复杂程度的同时，大幅增加LED数量，从而进一步提高治疗的精度和功率。
(4)实时动态精准治疗：由于该技术方案图像处理简便易行，电路结构简单，因此节省了图像处理和电路锁存显示的时间，从而大幅提高了治疗系统的响应速度。因此其发光区域可根据病灶区域的移动而发生实时的响应，从而使治疗光斑始终对应患者病灶区域，从而实现实时动态精准治疗。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明的LED光疗设备照射区域控制装置，包括上位机，所述上位机连接有成像CCD和微型投影仪。所述微型投影仪的出光口设置有光开关阵列，所述光开关阵列正前方设置有用于输出治疗光的LED阵列。所述光开关阵列中光开关和LED阵列中LED灯的数量相等、一一对应，光开关位置和对应LED灯位置准确对应：每个光开关一端均串联对应的LED灯，另一端接地；每个LED灯一端均串联对应的光开关，另一端均接电平。
为实现治疗中实时检测，所述成像CCD镜头前应加装对应治疗光波长的治疗光滤光片。为保证光开关阵列不因落尘和背景光照射等原因出现异常，所述微型投影仪和光开关阵列均设置于防尘遮光罩内，通过黑色防尘遮光罩封装在一起。
所述上位机用于接收成像CCD摄取的病人受照射部位图像，通过简单图像处理方法获取病灶区域高亮图像，病灶区域高亮图像被微型投影仪投射到光开关阵列上，使得光开关阵列对应病灶区域位置的光开关导通，从而带动LED阵列对应位置LED灯点亮，形成与病灶区域形状相同的光动力治疗光源。
本发明基于LED光疗设备照射区域控制装置的控制方法，具体过程如下：
步骤一，成像CCD摄取病人受照射部位图像。
步骤二，摄取到的图像传导至上位机后，通过简单图像处理方法获取病灶区域高亮图像。由于病灶区域颜色和周边正常组织有明显区别，因此简单图像处理方法即通过重设像素颜色的方法使成像CCD摄取的图像病灶区域高亮，正常组织显示为黑色。
步骤三，病灶区域高亮图像通过微型投影仪投射到光开关阵列上，光开关阵列被微型投影仪所投射的病灶区域高亮图像辐射出光激活导通后，控制LED阵列中对应位置的LED灯按病灶区域形状即刻点亮，形成治疗光源。
实施例：
鲜红斑痣的精准光动力治疗：鲜红斑痣患处图像被成像CCD摄取并上传至上位机。由于鲜红斑痣颜色为淡红、暗红或紫红色，因此在上位机中可将图像中具有上述颜色的像素点设定为白色高亮，而其余正常组织的像素点设定为黑色，从而获得病灶区域高亮图像。病灶区域高亮图像被微型投影仪投射到光开关阵列上，使得光开关阵列对应病灶区域位置的光开关导通，从而带动高功率LED阵列对应位置LED灯点亮，形成鲜红斑痣精准光动力治疗光源。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种LED光疗设备照射区域控制装置，包括上位机，其特征在于，所述上位机连接有成像CCD和微型投影仪，所述微型投影仪的出光口设置有光开关阵列，所述光开关阵列正前方设置有用于输出治疗光的LED阵列，所述光开关阵列中光开关和LED阵列中LED灯的数量相等、位置对应，每个光开关一端均串联对应的LED灯，另一端接地，每个LED灯一端均串联对应的光开关，另一端均接电平。
2.根据权利要求1所述的LED光疗设备照射区域控制装置，其特征在于，所述成像CCD镜头前设置有治疗光滤光片。
3.根据权利要求1所述的LED光疗设备照射区域控制装置，其特征在于，所述微型投影仪和光开关阵列均设置于防尘遮光罩内。
4.根据权利要求1所述的LED光疗设备照射区域控制装置，其特征在于，所述上位机用于接收成像CCD摄取的病人受照射部位图像，通过简单图像处理方法获取病灶区域高亮图像，病灶区域高亮图像被微型投影仪投射到光开关阵列上，使得光开关阵列对应病灶区域位置的光开关导通，从而带动LED阵列对应位置LED灯点亮，形成与病灶区域形状相同的光动力治疗光源。
5.一种基于上述权利要求1至4所述LED光疗设备照射区域控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，成像CCD摄取病人受照射部位图像；
步骤二，摄取到的图像传导至上位机后，通过简单图像处理方法获取病灶区域高亮图像；
步骤三，病灶区域高亮图像通过微型投影仪投射到光开关阵列上，当光开关受微型投影仪辐射出光导通后，控制LED阵列中对应位置的LED灯按病灶区域形状即刻点亮，形成治疗光源。
6.根据权利要求5所述的LED光疗设备照射区域控制方法，其特征在于，步骤二中所述简单图像处理方法即通过重设像素颜色的方法使成像CCD摄取的图像病灶区域高亮，正常组织显示为黑色。
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