CN108478192B - 一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统 - Google Patents
一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108478192B CN108478192B CN201810321390.0A CN201810321390A CN108478192B CN 108478192 B CN108478192 B CN 108478192B CN 201810321390 A CN201810321390 A CN 201810321390A CN 108478192 B CN108478192 B CN 108478192B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- depth
- laser
- reflection signal
- blood vessel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000004088 microvessel Anatomy 0.000 title claims description 13
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims abstract description 36
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000000015 thermotherapy Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000013334 tissue model Methods 0.000 claims abstract description 5
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 claims description 16
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 claims description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 claims description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 5
- 238000012854 evaluation process Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 3
- 230000002792 vascular Effects 0.000 claims description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 208000026349 Vascular skin disease Diseases 0.000 abstract description 10
- 235000014101 wine Nutrition 0.000 abstract description 3
- 235000009754 Vitis X bourquina Nutrition 0.000 abstract 1
- 235000012333 Vitis X labruscana Nutrition 0.000 abstract 1
- 240000006365 Vitis vinifera Species 0.000 abstract 1
- 235000014787 Vitis vinifera Nutrition 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 39
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 25
- 238000002647 laser therapy Methods 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 4
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 3
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 208000031050 Skin vascular disease Diseases 0.000 description 2
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 210000004207 dermis Anatomy 0.000 description 2
- 230000036244 malformation Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 2
- 206010010356 Congenital anomaly Diseases 0.000 description 1
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 1
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 208000006787 Port-Wine Stain Diseases 0.000 description 1
- 206010037549 Purpura Diseases 0.000 description 1
- 241001672981 Purpura Species 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 201000011066 hemangioma Diseases 0.000 description 1
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000003340 mental effect Effects 0.000 description 1
- 238000013421 nuclear magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 230000008506 pathogenesis Effects 0.000 description 1
- 231100000915 pathological change Toxicity 0.000 description 1
- 230000036285 pathological change Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000010882 preoperative diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 208000020016 psychiatric disease Diseases 0.000 description 1
- 208000017520 skin disease Diseases 0.000 description 1
- 230000036555 skin type Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 208000019553 vascular disease Diseases 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/02007—Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
- A61B5/1075—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof for measuring dimensions by non-invasive methods, e.g. for determining thickness of tissue layer
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4887—Locating particular structures in or on the body
- A61B5/489—Blood vessels
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B2018/00315—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for treatment of particular body parts
- A61B2018/00345—Vascular system
- A61B2018/00404—Blood vessels other than those in or around the heart
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
- A61B2018/00589—Coagulation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Physiology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统，包括生物组织样本信息采集模块、光源模块、散斑成像模块、精密反射信号测量模块、辐射反方法分析模块、评估和校正模块；基于这6个模块，先采集皮肤组织样本信息，得到皮肤组织模型及组织光学参数；再通过散斑系统获得病灶微血管的血流及血管二维轮廓信息，并依据图像识别得到血管直径；然后通过反射信号测量获得组织样本的高精度反射信号；最后将上述三种信息作为输入参数进入辐射反方法分析模块，得到病灶微血管深度的估测值，评估激光能量在皮肤组织中的分布规律；然后再结合血流信息，得出推荐的激光热疗参数，为提高诸如葡萄酒色斑等血管性皮肤病的临床治疗效果提供理论指导。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，特别涉及一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统，主要应用于血管性皮肤病激光热疗的科学研究和临床实践。结合实验测量和理论反演方法估测病灶微血管深度，为评估和优化激光热疗参数提供理论指导。
背景技术
血管性皮肤病一般指原发于皮肤组织真皮微血管的一类皮肤疾病，如葡萄酒色斑、血管瘤、紫癜等。这些疾病轻则导致发病部位皮肤组织颜色加深，重则导致局部组织恶性畸形或畸变，或出现其他并发症，甚至危及患者生命健康。许多情况下血管性疾病的发病机理难以查明，目前激光是多种血管性皮肤病的有效治疗手段。
以先天血管性皮肤病葡萄酒色斑(port wine stains，PWS，亦称为鲜红斑痣)为例，PWS主要由皮肤浅层的真皮毛细血管畸形或畸变引起，多发于面颈部，在新生儿的发病率高达0.3％～0.5％。由于PWS的发病部位多为暴露位置，会对患者容貌造成极大影响，患者易产生自卑心理，并伴随极大的精神压力和严重的心理障碍，如不及早介入治疗，将终生影响生活质量。
PWS的临床治疗较为棘手，目前除了激光热疗手术外尚无更好的疗法。激光治疗PWS的基本原理是选择性光热效应，通过选择特定波长的激光，使得血色素(主要是血红蛋白)具有较高的光吸收能力。激光照射过程中，血色素吸收的激光能量转化为热量并导致血液的凝结，随后通过导热作用传导至血管壁，引起血管的热损伤，从而达到治疗病变血管的目的。而血管周围的正常组织对该波长的激光不敏感，从而避免了热损伤。实际治疗过程中，激光波长的选择至关重要。首先需要最大限度的体现“选择性”加热。由于激光需要穿透表皮组织到达位于真皮的病灶微血管区域，因此需要对波长进行甄选，使得血液具有较高的吸收(保证足够的能量对血管进行热清除)，而表皮色素的吸收较低(避免对表皮形成有效热损伤)。其次需要保证加热的“有效性”。意味着激光传播至病灶血管深度时仍具有较强的加热功率。以上原则决定了激光热疗效果的好坏。遗憾的是，目前由于缺乏对激光与生物组织相互作用机理的深入认知，亦缺乏有效的皮肤组织结构无损探测手段，尤其是针对PWS皮肤组织中病灶微血管结构信息估测方案，故临床实际治疗仍主要依据医师经验，完全治愈率较低，已接近10年都维持在低于20％的水平。
对皮肤组织病变微血管的精细探测是研究激光与生物组织相互作用机理的前提，也是血管性皮肤病的激光治疗迈向个性化、精准化和智能化的先决条件。具体到PWS的激光热疗，需要获得病灶微血管大小和深度。除此之外，由于激光热疗的生理指标是热致血栓的形成，如何实时监测是否形成完全堵塞血管的血栓也是评价治疗有效性手段。
PWS包含多种形态的病变微血管，血管的直径、深度及其在真皮中的含量均不相同。PWS病变血管的直径30至300微米，血管深度为100至1000微米，平均深度为460微米。目前成熟的商业成像手段对这样细微的结构难以精确成像，如超声系统、计算机断层成像(CT)、核磁共振成像等仅可以对人体大血管(直径在300～1000微米及以上)成像；共聚焦显微等虽然能够获得较小的空间分辨率，但穿透深度太浅(约100微米)；最新的光学相干断层扫描(OCT)技术成本昂贵，且无法对运动目标成像也即无法测量血流、监测血栓形成。激光散斑对比度成像技术很有潜力，但通过散斑图像仅可测量微血管的大小和血流信息，但无法测量微血管深度。以上技术问题普遍存在于血管性皮肤病的激光手术治疗及术前诊断，即根据病灶微血管的深度信息、实时的血流及血栓形成信息等制定或优化相应的激光治疗参数。截至目前，在研究机构或医疗器械市场上尚不存在有效的能够用以估测皮肤微血管深度信息且实时监测微血管血流信息的测量系统或设备，也未见相关方法的文献报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统，通过反射信号测量，获得了组织样本光学参数、血流信息、血管大小等信息，并能够动态评估激光热疗参数，基本实现了皮肤组织微血管，尤其是针对血管性皮肤病病灶微血管深度信息的无损探测，做到了实时、快速、智能响应。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统，包括生物组织样本信息采集模块、光源模块、散斑成像模块、精密反射信号测量模块、辐射反方法分析模块、评估和校正模块。
所述的生物组织样本信息采集模块用于采集生物组织的样本信息，包括通过皮肤镜获得的皮肤组织类型、通过静脉血液检测得到的血液生理和光学参数；得到皮肤组织模型与组织光学参数，作为辐射反方法分析模块的输入参数。
所述的光源模块由小功率的氦氖激光器及备用探测光源构成，氦氖激光器用于散斑成像模块和精密反射信号测量模块的探测光源，在氦氖激光器不便使用的情况下，选择备用光源用于反射信号测量，以得到更好的反射信号分辨度。
所述的散斑成像模块用于观察皮肤组织样本中目标微血管直径、血流速度和血栓状态信息，进一步用于监测激光热疗过程中血栓的形成与否；所得到目标微血管直径作为辐射反方法分析模块的输入参数，所得到的血流速度及血栓状态信息作为评估和校正模块的输入参数。
所述的精密反射信号测量模块用于皮肤组织样品反射信号的获取，将所得的数据作为辐射反方法分析模块的输入参数。
所述的辐射反方法分析模块结合生物组织样本信息采集模块的输出、精密反射信号测量模块的输出与散斑成像模块中血管直径的测量值，通过基于蒙特卡洛光传播模型的辐射反方法进行数值迭代，反演目标微血管的深度，并得到能量沉积评估；所得到的目标微血管深度和能量沉积评估作为评估和校正模块的输入参数。
所述的评估和校正模块的输入参数包括皮肤组织样本的测量反射信号，通过辐射反方法分析模块得到的目标微血管深度、能量沉积的评估值，以及散斑成像模块得到的血流速度和血栓状态信息，评估和校正模块输出推荐的激光治疗参数，用于指导激光热疗方案的制定和实施。事实上，评估过程在于通过分析激光治疗前后的反射信号变化、动态评估当前激光疗程的热疗效果，校正过程则是根据当前的热疗效果修正新的激光治疗参数，校正后的激光治疗参数一旦在评估过程中确认有效，将更新至病例及治疗参数数据库，作为激光热疗的规范程序。
所述的辐射反方法分析模块的基本流程如下：预先假设微血管深度，然后通过蒙特卡洛光传播模拟计算反射信号，并与精密反射信号测量模块的测量信号值进行对比，通过调整假设的血管深度，使得计算反射信号值与测量信号值吻合，此时血管深度即可作为病灶微血管真实深度的估测值；事实上，根据能量守恒有：
RC+Ae+Ad+Ab+Tt+Es＝1
其中假定入射能量总份额为1，RC为计算漫反射率，Ae、Ad和Ab分别为生物组织中表皮、真皮和血管区域对激光能量的吸收率，Tt为透射率，Es为能量逃逸率；对于合适的入射光源，目标区域即血管部分具有较高的吸收系数，因此微血管的几何位置即深度d、大小即直径D不仅直接决定其能量吸收率Ab，还会对光子在整个生物组织区域中的运动轨迹产生影响，进而影响漫反射率RC，因此，RC与d呈正相关关系，与D呈负相关关系：
RC∝d且RC∝1/D。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过反射信号测量，基本实现了对皮肤组织，尤其是血管性皮肤病如PWS等微血管深度信息的无损探测。
2、本发明在探测微血管深度信息的同时，还获得了组织样本光学参数、血流信息、血管大小等信息，并能够动态评估激光热疗参数，并及时修正下一步的治疗法案，切实做到了实时、快速、智能响应。
3、本装置集成度较高，人机交互方便，操作简便，并可以根据病人个性差异，灵活有效调节治疗参数，可与任一款激光治疗仪器进行搭配使用，能够较大程度提高对血管性皮肤病尤其是PWS的治疗效果，缩短治疗次数，减轻病人治疗痛苦，降低治疗费用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是辐射反方法分析模块的算法示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细的描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照图1，一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统，包括生物组织样本信息采集模块、光源模块、散斑成像模块、精密反射信号测量模块、辐射反方法分析模块、评估和校正模块。
所述的生物组织样本信息采集模块采集生物组织的样本信息，包括皮肤镜获得的组织样本皮肤类型、通过静脉血液检测得到的血液生理和光学参数；得到的皮肤组织模型与组织光学参数，作为辐射反方法分析模块的输入参数。
所述的光源模块由小功率的氦氖激光器及备用探测光源构成，氦氖激光器用于散斑成像模块和精密反射信号测量模块的探测光源，在氦氖激光器无法使用或效果不佳的情况下，选择备用光源用于反射信号测量，以得到更高的反射信号分辨度。
备用光源须包括可输出连续波长的宽带光源(在实际应用中可灵活配备，如氙光源可在220～750nm波长范围内提供稳定输出)，一般需要覆盖所针对的血管性皮肤病的激光波长窗口(例如PWS的经典治疗波长目前有532、577、585、595、755、1064nm等)。
所述的散斑成像模块通过分析激光散斑衬比图像，得到关于血管血液的流动信息，并显现目标血管的二维轮廓。由于激光散斑成像具有实时的特点，故可同时在激光热疗前以及热疗过程中观察目标微血管直径、血流速度和血栓状态等信息，进一步监测激光热疗过程中血栓的形成与否，将所得数据作为辐射反方法分析模块、评估和校正模块的输入参数。
所述的精密反射信号测量模块用于皮肤组织样品反射信号的获取，将所得数据作为辐射反方法分析模块的输入参数。
所述的辐射反方法分析模块结合生物组织样本信息采集模块的输出、精密反射信号测量模块的输出与散斑成像模块中血管直径的测量值，基于蒙特卡洛光传播模拟的辐射反方法，通过数值迭代反演目标微血管的深度，同时还可以给出组织各个区域激光能量沉积的分布规律，得到能量沉积评估；然后结合散斑成像模块的血流速度及血栓状态，依据评估和校正模块得到推荐的激光治疗参数。
所述的评估和校正模块的输入参数包括皮肤组织样本的测量反射信号，通过辐射反方法分析模块得到的目标微血管深度、能量沉积的评估值，以及散斑成像模块得到的血流速度和血栓状态信息。评估和校正模块通过分析激光治疗前后的反射信号变化，动态评估当前激光脉冲疗程的热疗效果，根据当前的热疗效果校正新的激光治疗参数，校正后的激光治疗参数一旦在评估系统中确认有效，将更新至病例及治疗参数数据库，当该数据库更新至一定程度后(具备可观数据量)，作为激光热疗的规范程序。事实上，推荐的激光治疗参数除了通过人机/机机接口用于激光热疗。可动态评估当前激光脉冲疗程的热疗效果。机-机或人-机信息的交互渠道。一方面保证了智能化、自动化治疗过程的开展。
参照图2，所述的辐射反方法分析模块，在既定的皮肤组织模型中，已知血管直径及光学参数，可预先假设微血管深度，然后通过蒙特卡洛光传播模拟计算反射信号，并与测量的反射信号值进行对比，通过调整假设的血管深度，使得计算反射信号值与测量反射信号值吻合，此时假设的血管深度即可作为病灶微血管真实深度的估测值。
基本流程如下：预先假设微血管深度，然后通过蒙特卡洛光传播模拟计算反射信号，并与精密反射信号测量模块的测量信号值进行对比，通过调整假设的血管深度，使得计算反射信号值与测量信号值吻合，此时血管深度即可作为病灶微血管真实深度的估测值；事实上，根据能量守恒有：
RC+Ae+Ad+Ab+Tt+Es＝1
其中假定入射能量总份额为1，RC为计算漫反射率，Ae、Ad和Ab分别为生物组织中表皮、真皮和血管区域对激光能量的吸收率，Tt为透射率，Es为能量逃逸率；对于合适的入射光源，目标区域即血管部分具有较高的吸收系数，因此微血管的几何位置即深度d、大小即直径D不仅直接决定其能量吸收率Ab，还会对光子在整个生物组织区域中的运动轨迹产生影响，进而影响漫反射率RC，因此，RC与d呈正相关关系，与D呈负相关关系：
RC∝d且RC∝1/D。
Claims (2)
1.一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统，其特征在于，包括生物组织样本信息采集模块、光源模块、散斑成像模块、精密反射信号测量模块、辐射反方法分析模块、评估和校正模块；
所述的生物组织样本信息采集模块用于采集生物组织的样本信息，包括通过皮肤镜获得的皮肤组织类型、通过静脉血液检测得到的血液生理和光学参数；得到皮肤组织模型与组织光学参数，作为辐射反方法分析模块的输入参数；
所述的光源模块由小功率的氦氖激光器及备用探测光源构成，氦氖激光器用于散斑成像模块和精密反射信号测量模块的探测光源，在氦氖激光器不便使用的情况下，选择备用光源用于反射信号测量，以得到更好的反射信号分辨度；
所述的散斑成像模块用于观察皮肤组织样本中目标微血管直径、血流速度和血栓状态信息，进一步用于监测激光热疗过程中血栓的形成与否；所得到目标微血管直径作为辐射反方法分析模块的输入参数，所得到的血流速度及血栓状态信息作为评估和校正模块的输入参数；
所述的精密反射信号测量模块用于皮肤组织样品反射信号的获取，将所得的数据作为辐射反方法分析模块的输入参数；
所述的辐射反方法分析模块结合生物组织样本信息采集模块的输出、精密反射信号测量模块的输出与散斑成像模块中血管直径的测量值，通过基于蒙特卡洛光传播模型的辐射反方法进行数值迭代，反演目标微血管的深度，并得到能量沉积评估；所得到的目标微血管深度和能量沉积评估作为评估和校正模块的输入参数；
所述的评估和校正模块的输入参数包括皮肤组织样本的测量反射信号，通过辐射反方法分析模块得到的目标微血管深度、能量沉积的评估值，以及散斑成像模块得到的血流速度和血栓状态信息；评估和校正模块输出推荐的激光治疗参数，用于指导激光热疗方案的制定和实施；事实上，评估过程在于通过分析激光治疗前后的反射信号变化、动态评估当前激光疗程的热疗效果，校正过程则是根据当前的热疗效果修正新的激光治疗参数；校正后的激光治疗参数一旦在评估过程中确认有效，将更新至病例及治疗参数数据库，作为激光热疗的规范程序。
2.根据权利要求1所述的一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统，其特征在于，所述的辐射反方法分析模块的基本流程如下：预先假设微血管深度，然后通过蒙特卡洛光传播模拟计算反射信号，并与精密反射信号测量模块的测量信号值进行对比，通过调整假设的血管深度，使得计算反射信号值与测量信号值吻合，此时血管深度即可作为病灶微血管真实深度的估测值；事实上，根据能量守恒有：
RC+Ae+Ad+Ab+Tt+Es＝1
其中假定入射能量总份额为1，RC为计算漫反射率，Ae、Ad和Ab分别为生物组织中表皮、真皮和血管区域对激光能量的吸收率，Tt为透射率，Es为能量逃逸率；对于合适的入射光源，目标区域即血管部分具有较高的吸收系数，因此微血管的几何位置即深度d、大小即直径D不仅直接决定其能量吸收率Ab，还会对光子在整个生物组织区域中的运动轨迹产生影响，进而影响漫反射率RC，因此，RC与d呈正相关关系，与D呈负相关关系：
RC∝d且RC∝1/D。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810321390.0A CN108478192B (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810321390.0A CN108478192B (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108478192A CN108478192A (zh) | 2018-09-04 |
| CN108478192B true CN108478192B (zh) | 2021-01-15 |
Family
ID=63315470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810321390.0A Active CN108478192B (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108478192B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2019356268A1 (en) * | 2018-10-11 | 2021-04-15 | Lumenis Be Ltd. | Real time monitoring of cosmetic laser aesthetic skin treatment procedures |
| CN109875572A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-06-14 | 唐庆圆 | 一种生理参数测量装置及方法 |
| CN109620401B (zh) * | 2018-11-23 | 2020-06-05 | 北京镭特医疗科技有限公司 | 一种半导体激光脱毛控制装置及方法 |
| JP2020146208A (ja) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | オムロンヘルスケア株式会社 | 治療機器、治療システム、治療機器の制御方法、及び治療機器の制御方法プログラム |
| CN111493853A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-07 | 天津恒宇医疗科技有限公司 | 一种针对血管性皮肤病的血管参数评价方法及系统 |
| CN111543972B (zh) * | 2020-05-08 | 2022-11-04 | 上海理工大学 | 用于激光散斑血流灌注成像系统的数据库建立方法 |
| CN112545461A (zh) * | 2020-12-05 | 2021-03-26 | 深圳市美的连医疗电子股份有限公司 | 一种无创血红蛋白浓度值的检测方法、装置、系统及计算机可读存储介质 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1190165C (zh) * | 2002-07-12 | 2005-02-23 | 华中科技大学 | 利用激光散斑成像仪监测肠系膜上微循环血流时空响应特性的方法 |
| US20120010603A1 (en) * | 2005-08-12 | 2012-01-12 | Dermalucent, LLC | Tissue optical clearing devices for subsurface light-induced phase-change and method of use |
| CA2718434A1 (en) * | 2008-03-18 | 2009-09-24 | Photothera, Inc. | Method and apparatus for irradiating a surface with continuous-wave or pulsed light |
| CN101301205A (zh) * | 2008-06-30 | 2008-11-12 | 北京心润心激光医疗设备技术有限公司 | 鲜红斑痣光动力诊疗仪 |
| CN104679946B (zh) * | 2014-11-14 | 2017-12-05 | 华中科技大学 | 一种基于体素的微扰荧光蒙特卡罗模拟方法 |
| CN104677909A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-06-03 | 北京理工大学 | 一种血管光动力治疗剂量评价方法 |
| CN104699993B (zh) * | 2015-03-31 | 2017-10-20 | 西安交通大学 | 辐射能传播蒙特卡洛算法中的局部网格及光子加密方法 |
-
2018
- 2018-04-11 CN CN201810321390.0A patent/CN108478192B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108478192A (zh) | 2018-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108478192B (zh) | 一种用于估测皮肤组织微血管深度的测量系统 | |
| Attia et al. | Noninvasive real-time characterization of non-melanoma skin cancers with handheld optoacoustic probes | |
| Wilson et al. | Optical reflectance and transmittance of tissues: principles and applications | |
| Pierce et al. | Advances in optical coherence tomography imaging for dermatology | |
| Monstrey et al. | Assessment of burn depth and burn wound healing potential | |
| KR100490461B1 (ko) | 청진기 | |
| Viator et al. | A comparative study of photoacoustic and reflectance methods for determination of epidermal melanin content | |
| CN109662735B (zh) | 皮肤血流灌注量的测量方法 | |
| Ren et al. | Assessment of tissue perfusion changes in port wine stains after vascular targeted photodynamic therapy: a short-term follow-up study | |
| KR101746763B1 (ko) | 망막 또는 맥락막 내 혈관조영 광가간섭 단층촬영 장치 및 이를 이용한 질병 진단방법 | |
| Chen et al. | Relationship between the blood perfusion values determined by laser speckle imaging and laser Doppler imaging in normal skin and port wine stains | |
| Zhang et al. | Miniaturized photoacoustic probe for in vivo imaging of subcutaneous microvessels within human skin | |
| CN104188664B (zh) | 血糖检测标定方法及系统 | |
| Li et al. | 1.7-micron optical coherence tomography angiography for characterization of skin lesions–a feasibility study | |
| JP2016010717A (ja) | 濃度定量装置 | |
| Kozlovska et al. | Optoelectronic means for diagnosing of human pathologies | |
| Ma et al. | Multiscale confocal photoacoustic dermoscopy to evaluate skin health | |
| JP5521199B2 (ja) | 濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラム | |
| Telenkov et al. | Coherent thermal wave imaging of subsurface chromophores in biological materials | |
| Zakharov et al. | Full-field optical coherence tomography for the rapid estimation of epidermal thickness: study of patients with diabetes mellitus type 1 | |
| CN111035396A (zh) | 智能脑功能血氧饱和度监护测量模拟算法 | |
| JP5626880B2 (ja) | 濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラム | |
| Vogt et al. | Measurement and thermal dependence of biological tissue optical properties | |
| Fan et al. | Evaluation of a 3.8-µm laser-induced skin injury and their repair with in vivo OCT imaging and noninvasive monitoring | |
| JP2013140126A (ja) | 濃度定量装置、濃度定量方法及びプログラム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |