CN109011194A - 可视化光动力治疗系统 - Google Patents
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Abstract
一种可视化光动力治疗系统,其中,该系统包括:电子内镜系统10和声光治疗激光系统20;所述电子内镜系统10包括:电子内镜101,冷光源主机102和摄像主机103;所述声光治疗激光系统20包括:光动力治疗激光光源201,治疗光纤202和声光控制模块203;所述声光控制模块203包括:所述声光滤波器2031;所述摄像主机103输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块203,以控制所述声光滤波器2031的接通和关断;所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,发送至所述声光控制模块203,经所述声光滤波器2031进行同步开关调制,形成同步治疗激光,并通过所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域,尤其涉及一种可视化光动力治疗系统。
背景技术
我国是全球癌症高发区之一。世界卫生组织在今年2月3日发表了《全球癌症报告》,研究称2012年中国癌症新增病例居全球之首,近50%新增病例发生在中国。而且,食管癌、胃癌、肝癌和肺癌4大恶性肿瘤在我国的新增病例和死亡人数均居世界首位。以食管癌为例,世界卫生组织公布的资料显示,我国每年新增食管癌约26万例,发病率为16.7/10万人,死亡率为13.4/10万人,无论发病还是死亡人数均占世界半数以上。由于尚无有效的早期无创诊断方法,80%以上患者发现时即为中晚期。手术需开胸,对患者创伤大;放化疗全身毒副作用强,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。
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,光动力治疗光源输出功率较高,可使内窥镜电荷耦合元件(CCD,Charge-coupled Device)或互补金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)探测器饱和,显示屏呈亮白一片。而且治疗激光波长可以是630nm波段,也可以是532nm波段在整个治疗过程中医生处于盲视状态,无法实时判断治疗光纤在腔道内的位置和病灶反应,这是目前所有电子内窥镜下PDT面临的共性问题。
盲视下进行光动力治疗操作难度大、技术要求高,增加了研究光动力治疗量效关系、治疗剂量优化的难度,限制了相关新型光敏药物、剂量实时监测调控技术等基础研究领域的发展,大大降低了治疗的准确性和安全性,增加了手术风险,严重阻碍了内窥镜下光动力治疗基础研究的拓展与临床应用推广。
现有解决方法包括:1)滤波技术,在CCD或CMOS前端的光学镜组增镀治疗激光的截止膜,但该方法针对不同治疗激光需要增镀不同的截止膜,即不同治疗激光必需使用对应的专门电子内镜,增加了临床治疗的复杂性,而且针对治疗激光的截止膜引入严重色偏,限制了其临床应用;2)展波技术,利用光学斩波器斩波,CCD或CMOS曝光期间阻挡激光输出,在读出期间,激光输出。该方法避免了滤波技术缺点,但是由于展波器的占空比取决于斩波轮的开孔大小,因此,CCD或CMOS曝光时间改变时,必须更换对应展波轮,而且,斩波轮的开孔通过机械加工实现的,无法满足临床应用中CCD或CMOS曝光时间的任意改变。因此,亟需研发满足临床需求的光动力治疗的可视化电子内镜系统,以保证内镜下光动力治疗的准确、可控和组织高清可见。
发明内容
本申请实施例提供一种可视化光动力治疗系统,实现在光动力治疗激光照射和电子光学信号读出时分复用。
本申请实施例提供一种可视化光动力治疗系统,包括:
电子内镜系统10和声光治疗激光系统20;
所述电子内镜系统10包括:电子内镜101,冷光源主机102和摄像主机103;
所述声光治疗激光系统20包括:光动力治疗激光光源201,治疗光纤202和声光控制模块203;所述声光控制模块203包括:所述声光滤波器2031;
所述摄像主机103输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块203,以控制所述声光滤波器2031的接通和关断;
所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,发送至所述声光控制模块203,经所述声光滤波器2031进行同步开关调制,形成同步治疗激光,并通过所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101,以照射目标组织。
进一步的,所述电子内镜系统10还包括:内镜监视器104;
所述冷光源主机102与所述电子内镜101连接,所述冷光源主机102输出的冷光源通过所述电子内镜101照射所述目标组织,并在所述内镜监视器(104)显示所述目标组织的图像信息。
进一步的,所述电子内镜101包括:电子光学模块,软质内镜端部、器械通道、操作手柄和数据接头。
进一步的,所述电子光学时序信号具体为电荷耦合元件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS芯片的曝光和读出的时序信号,其中,高电平对应的曝光信号,低电平对应的读出信号。
进一步的,请参阅图4,所述声光控制模块203还包括:转接头2032,光纤跳线2033,滤光镜2034,直准透镜2035,输出耦合透镜2036,光纤跳线2037,转接头2038,指示光源2039,输出光纤2040和光陷阱。
所述光陷阱用于吸收光,避免散射或反射回光路。
进一步的,所述输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块203,以控制所述声光滤波器2031的接通和关断,包括:
所述电子光学时序信号通过触发端口2038加载到所述声光控制模块203;
若当前输出的电子光学时序信号为高电平信号,则所述声光滤波器2031关断;
若当前输出的电子光学时序信号为低电平信号,则所述声光滤波器2031开启。
进一步的,所述若当前输出的电子光学时序信号为高电平信号,则所述声光滤波器2031关断,包括:
若探测到所述电子光学时序信号为高电平信号对应的读出阶段,给所述声光滤波器2031加载治疗激光的波长λ1对应的驱动频率f(λ1),使所述治疗激光进行衍射,此时只有治疗激光沿衍射光路耦合进入所述光纤跳线2037,再经所述治疗光纤202照射到所述目标组织。
进一步的,所述若当前输出的电子光学时序信号为低电平信号,则所述声光滤波器2031开启,包括:
若探测到所述电子光学时序信号为低电平信号对应的曝光阶段,将波长为λpointer的指示激光的驱动频率切换为所述指示激光对应的驱动频率f(λpointer),使指示激光进行衍射,此时只有所述指示激光沿衍射光路耦合进入光纤跳线2037,再经治疗光纤202照射到所述目标组织进行光斑指示。
进一步的,所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,发送至所述声光控制模块203,经所述声光滤波器2031进行所述电子光学时序信号的时序同步调制,形成同步治疗激光,并通过所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101,包括:
所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,由声光控制模块203的所述转接头2032进入光纤跳线2033,指示光源2039输出指示激光经由输出光纤2040射出,经滤光镜2034将治疗激光与指示激光合束,再由直准透镜2035形成准直光以Bragg角照射到声光滤波器2031,衍射光偏离入射光方向,由输出耦合透镜2036耦合进入输出光纤2040,经由转接头2038进入所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101。
进一步的,所述电子光学模块安装在所述软质内镜端部的先端部,所述电子光学模块采用直径大于等于3.0mm的光学系统,且所述电子光学模块中的CCD或CMOS芯片采用≤1/4″,至少48万有效像素的CCD或CMOS,镜头视场角100°或以上。
由上可见,本申请方案提出了一套具有声光滤波器2031的声光治疗激光系统,并通过摄像主机103输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块203,以控制所述声光滤波器2031的接通和关断,从而在治疗激光发送至所述声光控制模块203之后,可以通过所述声光滤波器2031进行同步开关调制,形成同步治疗激光和指示激光,本申请方案利用声光相互作用原理,利用声光滤波器对治疗激光和指示激光进行调控,实现在光动力治疗激光照射和电子光学信号读出时分复用,满足了临床应用中电子光学信号曝光时间任意改变的状况。
附图说明
图1为本申请实施例提供的可视化光动力治疗系统的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的可视化光动力治疗系统的实体示例图;
图3为本申请实施例提供的同步脉冲信号的示意图;
图4为本申请实施例提供的声光治疗激光系统的连接示意图;
图5为本申请实施例提供的可视化光动力治疗系统的另一个实体示例图。
具体实施方式
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而非全部实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本文中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明,其本身并没有特定的意义。
实施例一
本申请实施例提供一种可视化光动力治疗系统,实现在光动力治疗激光照射和电子光学信号读出时分复用,请参阅图1,该可视化光动力治疗系统包括:
电子内镜系统10和声光治疗激光系统20;
所述电子内镜系统10包括:电子内镜101,冷光源主机102和摄像主机103;
进一步的,所述电子内镜系统10还包括:内镜监视器104;
具体的,所述冷光源主机102与所述电子内镜101连接,所述冷光源主机102输出的冷光源通过所述电子内镜101照射所述目标组织,并在所述内镜监视器104显示所述目标组织的图像信息。
具体的,所述电子内镜适用于532nm,630nm等多种波段的治疗激光。
进一步的,所述电子内镜101包括:电子光学模块,软质内镜端部、器械通道、操作手柄和数据接头。所述电子光学模块安装在所述软质内镜端部的先端部,所述电子光学模块采用直径大于等于3.0mm的光学系统,且所述电子光学模块中的CCD或CMOS芯片采用≤1/4″,至少48万有效像素的CCD或CMOS,镜头视场角100°或以上。所述软质内镜端部是使用软性材料制造而成的,且其先端部具有弯曲的功能。所述器械通道直径大于等于2.8mm。
可选的,所述电子光学时序信号具体为电荷耦合元件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS芯片的曝光和读出的时序信号,其中,高电平对应的曝光信号,低电平对应的读出信号。
所述声光治疗激光系统20包括:光动力治疗激光光源201,治疗光纤202和声光控制模块203;所述声光控制模块203包括:所述声光滤波器2031;
进一步的,所述声光控制模块(203)还包括:转接头(2032),光纤跳线(2033),滤光镜(2034),直准透镜(2035),输出耦合透镜(2036),光纤跳线(2037),转接头(2038),指示光源(2039),输出光纤(2040)和光陷阱。
所述摄像主机103输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块203,以控制所述声光滤波器2031的接通和关断;
具体的,所述电子光学时序信号通过触发端口2038加载到所述声光控制模块203,若当前输出的电子光学时序信号为高电平信号,则所述声光滤波器2031关断;若当前输出的电子光学时序信号为低电平信号,则所述声光滤波器2031开启。
进一步的,所述若当前输出的电子光学时序信号为高电平信号,则所述声光滤波器2031关断,包括:
若探测到所述电子光学时序信号为高电平信号对应的读出阶段,给所述声光滤波器2031加载治疗激光的波长λ1对应的驱动频率f(λ1),使所述治疗激光进行衍射,此时只有治疗激光沿衍射光路耦合进入所述光纤跳线2037,再经所述治疗光纤202照射到所述目标组织。
进一步的,所述若当前输出的电子光学时序信号为低电平信号,则所述声光滤波器2031开启,包括:
若探测到所述电子光学时序信号为低电平信号对应的曝光阶段,将声光滤波器2031的驱动频率切换为所述指示激光对应的驱动频率f(λpointer),使指示激光进行衍射,此时只有所述指示激光沿衍射光路耦合进入光纤跳线2037,再经治疗光纤202照射到所述目标组织进行光斑指示。
所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,发送至所述声光控制模块203,经所述声光滤波器2031进行同步开关调制,形成同步治疗激光,并通过所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101,以照射目标组织。
具体的,所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,由声光控制模块203的所述转接头2032进入光纤跳线2033,指示光源2039输出指示激光经由输出光纤2040射出,经滤光镜2034将治疗激光与指示激光合束,再由直准透镜2035形成准直光以Bragg角照射到声光滤波器2031,衍射光偏离入射光方向,由输出耦合透镜2036耦合进入输出光纤2040,经由转接头2038进入所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101。
由上可见,本申请方案提出了一套具有声光滤波器2031的声光治疗激光系统,并通过摄像主机103输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块203,以控制所述声光滤波器2031的接通和关断,从而在治疗激光发送至所述声光控制模块203之后,可以通过所述声光滤波器2031进行同步开关调制,形成同步治疗激光和指示激光,本申请方案利用声光相互作用原理,利用声光滤波器对治疗激光和指示激光进行调控,实现在光动力治疗激光照射和电子光学信号读出时分复用,满足了临床应用中电子光学信号曝光时间任意改变的状况。
实施例二
请参阅图2,为了更直观的理解本申请中的技术方法,本申请提供了一个应用例。如图2至图5所示,包括以下内容:
电子内镜系统10和声光治疗激光系统20;
所述电子内镜系统10包括:电子内镜101,冷光源主机102和摄像主机103;
进一步的,所述电子内镜系统10还包括:内镜监视器104;
具体的,所述冷光源主机102与所述电子内镜101连接,所述冷光源主机102输出的冷光源通过所述电子内镜101照射所述目标组织,并在所述内镜监视器104显示所述目标组织的图像信息。
具体的,所述电子内镜适用于532nm,630nm等多种波段的治疗激光。
所述声光治疗激光系统20包括:光动力治疗激光光源201,治疗光纤202和声光控制模块203;所述声光控制模块203包括:所述声光滤波器2031;
进一步的,所述声光控制模块(203)还包括:转接头(2032),光纤跳线(2033),滤光镜(2034),直准透镜(2035),输出耦合透镜(2036),光纤跳线(2037),转接头(2038),指示光源(2039),输出光纤(2040)和光陷阱。
所述摄像主机103输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块203,以控制所述声光滤波器2031的接通和关断;
所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,发送至所述声光控制模块203,经所述声光滤波器2031进行同步开关调制,形成同步治疗激光,并通过所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101,以照射目标组织。
在本申请实施例中,所述光动力治疗激光光源201输出的治疗激光,由声光控制模块203的所述转接头2032进入光纤跳线2033,指示光源2039输出指示激光经由输出光纤2040射出,经滤光镜2034将治疗激光与指示激光合束,再由直准透镜2035形成准直光以Bragg角照射到声光滤波器2031,衍射光偏离入射光方向,由输出耦合透镜2036耦合进入输出光纤2040,经由转接头2038进入所述治疗光纤202传输至所述电子内镜101。为了实现光动力治疗过程组织图像可视和光斑位置及边界可视,需要将声光相互作用模块3对治疗激光和指示激光的调制和内镜2中探测器如CCD或CMOS的曝光和读出时序同步,如图3所示,1)若探测到所述电子光学时序信号为高电平信号对应的读出阶段,给所述声光滤波器2031加载治疗激光的波长λ1对应的驱动频率f(λ1),使所述治疗激光进行衍射,此时只有治疗激光沿衍射光路耦合进入所述光纤跳线2037,再经所述治疗光纤202照射目标组织进行光动力治疗。2)若探测到所述电子光学时序信号为低电平信号对应的曝光阶段,将声光滤波器2031的的驱动频率切换为所述指示激光对应的驱动频率f(λpointer),使指示激光进行衍射,此时只有所述指示激光沿衍射光路耦合进入光纤跳线2037,再经治疗光纤202照射到所述目标组织进行光斑指示。由于光动力治疗激光与指示激光共路,所以治疗激光照射在组织上的位置与指示激光光斑位置相同,因此,根据指示激光位置显示治疗激光位置,有利于医生治疗操作。同时,如果更改治疗激光波长,如由λ1切换到λi,只需要相应的加载对应驱动频率,如由f(λ1)切换到f(λi),无需更改任何硬件,且速度快。以胃镜为例,具体应用示意如图5所示,将治疗光纤沿活检口导入,对目标组织30进行照射治疗。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括:U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简便描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定都是本申请所必须的。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本申请所提供的可视化光动力治疗系统的描述,对于本领域的技术人员,依据本申请实施例的思想,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申请的限制。
Claims (10)
1.一种可视化光动力治疗系统,其特征在于,包括:
电子内镜系统(10)和声光治疗激光系统(20);
所述电子内镜系统(10)包括:电子内镜(101),冷光源主机(102)和摄像主机(103);
所述声光治疗激光系统(20)包括:光动力治疗激光光源(201),治疗光纤(202)和声光控制模块(203);
所述声光控制模块(203)包括:所述声光滤波器(2031);
所述摄像主机(103)输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块(203),以控制所述声光滤波器(2031)的接通和关断;
所述光动力治疗激光光源(201)输出的治疗激光,发送至所述声光控制模块(203),经所述声光滤波器(2031)进行所述电子光学时序信号的时序同步调制,形成同步治疗激光,并通过所述治疗光纤(202)传输至所述电子内镜(101),以照射目标组织。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,
所述电子内镜系统(10)还包括:内镜监视器(104);
所述冷光源主机(102)与所述电子内镜(101)连接,所述冷光源主机(102)输出的冷光源通过所述电子内镜(101)照射所述目标组织,并在所述内镜监视器(104)显示所述目标组织的图像信息。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,
所述电子内镜(101)包括:电子光学模块,软质内镜端部、器械通道、操作手柄和数据接头。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,
所述电子光学时序信号具体为电荷耦合元件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS芯片的曝光和读出的时序信号,其中,高电平对应的曝光信号,低电平对应的读出信号。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,
所述声光控制模块(203)还包括:转接头(2032),光纤跳线(2033),滤光镜(2034),直准透镜(2035),输出耦合透镜(2036),光纤跳线(2037),转接头(2038),指示光源(2039),输出光纤(2040)和光陷阱。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,
所述输出的电子光学时序信号,发送至所述声光控制模块(203),以控制所述声光滤波器(2031)的接通和关断,包括:
所述电子光学时序信号通过触发端口(2038)加载到所述声光控制模块(203);若当前输出的电子光学时序信号为高电平信号,则所述声光滤波器(2031)关断;若当前输出的电子光学时序信号为低电平信号,则所述声光滤波器(2031)开启。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,
所述若当前输出的电子光学时序信号为高电平信号,则所述声光滤波器(2031)关断,包括:
若探测到所述电子光学时序信号为高电平信号对应的读出阶段,给所述声光滤波器(2031)加载治疗激光的波长λ1对应的驱动频率f(λ1),使所述治疗激光进行衍射,此时只有治疗激光沿衍射光路耦合进入所述光纤跳线(2037),再经所述治疗光纤(202)照射到所述目标组织。
8.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,
所述若当前输出的电子光学时序信号为低电平信号,则所述声光滤波器(2031)开启,包括:
若探测到所述电子光学时序信号为低电平信号对应的曝光阶段,将波长为λpointer的指示激光的驱动频率切换为所述指示激光对应的驱动频率f(λpointer),使指示激光进行衍射,此时只有所述指示激光沿衍射光路耦合进入光纤跳线(2037),再经治疗光纤(202)照射到所述目标组织进行光斑指示。
9.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,
所述光动力治疗激光光源(201)输出的治疗激光,发送至所述声光控制模块(203),经所述声光滤波器(2031)进行所述电子光学时序信号的时序同步调制,形成同步治疗激光,并通过所述治疗光纤(202)传输至所述电子内镜(101),包括:
所述光动力治疗激光光源(201)输出的治疗激光,由声光控制模块(203)的所述转接头(2032)进入光纤跳线(2033),指示光源(2039)输出指示激光经由输出光纤(2040)射出,经滤光镜(2034)将治疗激光与指示激光合束,再由直准透镜(2035)形成准直光以Bragg角照射到声光滤波器(2031),衍射光偏离入射光方向,由输出耦合透镜(2036)耦合进入输出光纤(2040),经由转接头(2038)进入所述治疗光纤(202)传输至所述电子内镜(101)。
10.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,
所述电子光学模块安装在所述软质内镜端部的先端部,所述电子光学模块采用直径大于等于3.0mm的光学系统,且所述电子光学模块中的CCD或CMOS芯片采用≤1/4″,至少48万有效像素的CCD或CMOS,镜头视场角100°或以上。
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