CN109567900B - 手术成像与切割控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手术成像与切割控制装置及其方法，所述装置包括：切割单元、光学相干层析模块、图像采集模块和处理控制模块；光学相干层析模块用于通过第一光发射端发出第一光信号，并接收由第一光发射端接收的第一光反馈信号；光学相干层析模块还用于获取第二光反馈信号，并将第一光反馈信号和第二光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；图像采集模块用于接收干涉条纹的图像；处理控制模块用于从图像采集模块获取干涉条纹的图像，根据干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据深度图像控制切割单元工作。上述手术成像与切割控制装置及其方法能够对病变组织实时成像，医生能够针对待切割组织的深度图像进行深度切割，实现精准切割。

Description

手术成像与切割控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，特别是涉及一种手术成像与切割控制装置及其方法。

背景技术

光学相干层析(OCT，Optical Coherence Tomography)是一种新型的光学成像技术，与传统的成像技术相比，它具有无损伤非介入探测、可实现分辨率以及能做到实时断层切片成像等优势，被越来越多的科研人员所重视。从探测深度、分辨率以及实用价值等方面综合考虑，OCT技术被公认为最有发展前景的一种新型光学成像技术，在科学研究和医学临床具有广泛的应用前景。

外科手术的目的是对患者的外科疾病进行诊断和治疗，其通常是应用手术刀切开、分离组织以及切除病变的组织。现有的外科手术刀大多只有刀片和刀柄组成，在外科手术进行的过程中，主刀医生一般是根据经验来判断切割组织的深度。但是，由于手术刀切割组织时会引起组织发生形变，医生的手抖动也会引起切割深度的改变，上述情况的发生会导致组织实际的切割深度与医生计划需要切割的深度不一致，对于患者而言可能会遭受更大的伤害、病情加重，甚至降低外科手术的成功率。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够实时成像，并且能够辅助医生完成精准切割组织的手术成像与切割控制装置及其方法。

一种手术成像与切割控制装置，包括：切割单元、光学相干层析模块、图像采集模块和处理控制模块；所述切割单元设置有第一光发射端，所述光学相干层析模块与所述第一光发射端连接，所述光学相干层析模块用于通过所述第一光发射端发出第一光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第一光反馈信号；所述光学相干层析模块还用于获取第二光反馈信号，并将所述第一光反馈信号和所述第二光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；所述图像采集模块与所述光学相干层析模块连接，所述图像采集模块用于接收所述干涉条纹的图像；所述处理控制模块与所述图像采集模块以及所述切割单元连接，所述处理控制模块用于从所述图像采集模块获取所述干涉条纹的图像，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元工作。

在其中一个实施例中，所述处理控制模块还用于获取参考图像，从所述图像采集模块获取所述干涉条纹，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，对比所述深度图像和所述参考图像，根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度，根据所述切割深度控制所述切割单元工作。

在其中一个实施例中，所述切割单元还包括驱动电机和切割件，所述处理控制模块与所述驱动电机电性连接，所述驱动电机与所述切割件驱动连接，所述处理控制模块用于根据所述深度图像控制所述驱动电机工作。

在其中一个实施例中，所述光学相干层析模块包括光源、第一发射通道、第一接收通道、第二发射通道、第二接收通道、参考单元和第一光耦合器，所述第一发射通道的输入端与所述光源连接，所述第一发射通道的输出端以及所述第一接收通道的输入端分别与所述切割单元的所述第一光发射端连接，所述第一接收通道的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接；所述第二发射通道的输入端与所述光源连接，所述第二发射通道的输出端与所述第二接收通道的输入端分别与所述参考单元相对设置，所述第二接收通道的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述参考单元包括反射镜和相移驱动器，所述反射镜设置于所述相移驱动器上，所述反射镜朝向所述第二发射通道的输出端以及所述第二接收通道的输入端设置，且与所述第二发射通道的输出端以及所述第二接收通道的输入端相对设置。

在其中一个实施例中，所述光学相干层析模块还包括第一物镜、第二物镜和衍射光栅，所述第一光耦合器的输出端以及所述衍射光栅分别设置于所述第一物镜的两侧，所述图像采集模块以及所述衍射光栅分别设置于所述第二物镜的两侧，且所述第一物镜与所述第二物镜设置于所述衍射光栅的同一侧，所述第一物镜用于准直所述第一光耦合器输出的光线至所述衍射光栅，所述第二物镜用于聚焦所述衍射光栅反射的光线至所述图像采集模块。

在其中一个实施例中，所述图像采集模块包括光感相机和图像采集卡，所述光感相机相对设置于所述第二物镜的一侧，所述光感相机与所述图像采集卡连接，所述图像采集卡与所述处理控制模块连接。

一种切割单元的控制方法，包括：

通过切割单元的第一光发射端发出第一光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第一光反馈信号；

获取第二光反馈信号，并将所述第一光反馈信号和所述第二光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；

接收所述干涉条纹的图像；

根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元工作。

在其中一个实施例中，所述根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元工作的步骤包括：

根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像；

获取参考图像；

对比所述深度图像和所述参考图像，根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度；

根据所述切割深度控制所述切割单元工作。

在其中一个实施例中，所述获取参考图像的步骤包括：

在切割前，通过所述切割单元的所述第一光发射端发出第三光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第三光反馈信号；

获取第四光反馈信号，并将所述第三光反馈信号和所述第四光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；

接收所述干涉条纹的图像；

根据所述干涉条纹的图像计算获得所述参考图像。

上述手术成像与切割控制装置及其方法基于光学相干层析技术，切割单元用于切割病变组织，光学相干层析模块通过第一光发射端发出第一光信号至切割单元的第一发射端，第一光信号在病变组织处反射形成第一光反馈信号，第一光反馈信号由光学相干层析模块接收，光学相干层析模块还接收了一个第二光反馈信号，并将第一光反馈信号和第二光反馈信号进行耦合，从而产生干涉条纹，图像采集模块接收干涉条纹的图像，并将干涉条纹的图像发送至处理模块，处理模块将获取到的干涉条纹的图像进行处理，计算得出病变组织的深度图像，并根据深度图像控制切割单元对病变组织进行切割工作，完成病变组织的切除。上述手术成像与切割控制装置及其方法能够对病变组织实时成像，并且能够针对病变组织的深度图像进行深度切割，实现精准切割。

附图说明

图1为一个实施例中手术成像与切割控制装置的结构框图；

图2为一个具体实施例中手术成像与切割控制装置的结构示意图；

图3为一个实施例中手术成像与切割控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明涉及一种手术成像与切割控制装置及其方法，其中，所述装置包括：切割单元、光学相干层析模块、图像采集模块和处理控制模块；所述切割单元设置有第一光发射端，所述光学相干层析模块与所述第一光发射端连接，所述光学相干层析模块用于通过所述第一光发射端发出第一光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第一光反馈信号；所述光学相干层析模块还用于获取第二光反馈信号，并将所述第一光反馈信号和所述第二光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；所述图像采集模块与所述光学相干层析模块连接，所述图像采集模块用于接收所述干涉条纹的图像；所述处理控制模块与所述图像采集模块以及所述切割单元连接，所述处理控制模块用于从所述图像采集模块获取所述干涉条纹的图像，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元工作。

在其中一个实施例中，请参阅图1，提供了一种手术成像与切割控制装置10，包括：切割单元100、光学相干层析模块200、图像采集模块300和处理控制模块400；所述切割单元100设置有第一光发射端，所述光学相干层析模块200与所述第一光发射端连接，所述光学相干层析模块200用于通过所述第一光发射端发出第一光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第一光反馈信号；所述光学相干层析模块200还用于获取第二光反馈信号，并将所述第一光反馈信号和所述第二光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；所述图像采集模块300与所述光学相干层析模块200连接，所述图像采集模块300用于接收所述干涉条纹的图像；所述处理控制模块400与所述图像采集模块300以及所述切割单元100连接，所述处理控制模块400用于从所述图像采集模块300获取所述干涉条纹的图像，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元100工作。

具体地，手术成像与切割控制装置可用于需要切除病变组织的手术中，手术成像与切割控制装置的工作过程如下：

切割单元作为手术时医生为病患切除病变组织的器件，切割单元设置有第一光发射端，并且第一光发射端与光学相干层析模块连接，光学相干层析模块发出第一光信号，并将第一光信号传输至第一发射端，使得第一光信号由第一发射端发出，当医生使用切割单元切割病变组织时，切割单元深入病变组织，第一光信号通过第一发射端发出并射向病变组织，第一光信号会产生反射形成第一光反馈信号，第一光反馈信号由第一光发射端接收，并传输至光学相干层析模块，光学相干层析模块接收第一光反馈信号。基于光学相干层析技术，光学相干层析模块还会接收一个参考端反馈的第二反馈信号，将第一光反馈信号和第二光反馈信号进行耦合，则会产生干涉条纹。产生的干涉条纹通过与光学相干层析模块连接的图像采集模块进行接收，以图像的形式呈现干涉条纹，并将干涉条纹的图像传输到处理控制模块，由处理控制模块对干涉条纹的图像进行处理及计算，获得待切割的病变组织的深度图像，处理控制模块根据深度图像控制切割单元工作，完成病变组织的切除。具体地，干涉条纹通过处理控制模块进行反傅里叶变换获得病变组织的深度图像。

应该理解的是，按照传统的手术方法，在进行病变组织切除手术时，医生进行判断确定病变组织，但无法获知将病变组织切除的切割深度，本实施例中，医生采用手术成像与切割控制装置的切割单元深入病变组织进行切割时可获取病变组织的深度图像，利用图像识别的方法，处理控制模块根据深度图像识别出病变组织层，并获取病变组织的切割深度的信息，并控制切割单元进行切割工作。应该理解的是，切割单元沿着病变组织的深度方向不断进入病变组织，处理控制模块则不断获取病变组织的深度图像及切割深度的信息，即获取的深度图像及切割深度的信息是实时的、动态的。

在其中一个实施例中，所述处理控制模块400还用于获取参考图像，从所述图像采集模块300获取所述干涉条纹，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，对比所述深度图像和所述参考图像，根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度，根据所述切割深度控制所述切割单元100工作。

具体地，当医生在使用切割单元切割病变组织之前，将切割单元靠近待切割的病变组织，使得第一光发射端发出的光信号射向病变组织，对病变组织的外围进行扫描，获取病变组织在切割之前的状态的图像，此图像作为参考图像，并且能够获得病变组织的可切割的深度。医生控制切割单元切割病变组织时，获得的深度图像与参考图像对比，即病变组织的可切割的深度与已切割的深度进行对比，获取一个切割深度，这个切割深度是一个深度变化量，即病变组织的可切割的深度与已切割的深度之差，也即病变组织还需切割的深度，处理控制模块根据这个切割深度，来控制切割单元工作，实现精准切割，完成病变组织的切除。

在其中一个实施例中，所述处理控制模块400还用于在切割前，通过切割单元的第一光发射端发出第三光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第三光反馈信号；所述处理控制模块400还用于获取第四光反馈信号，并将所述第三光反馈信号和所述第四光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹。

具体地，当医生在使用切割单元切割病变组织之前，将切割单元靠近待切割的病变组织，使得第一光发射端发出的第三光信号射向病变组织，第三光信号会产生反射形成第三光反馈信号，第三光反馈信号由第一光发射端接收，并将第三光反馈信号传输至光学相干层析模块，光学相干层析模块接收第三光反馈信号，基于光学相干层析技术，光学相干层析模块还会接收一个参考端反馈的第四反馈信号，将第三光反馈信号和第四光反馈信号进行耦合，则会产生干涉条纹。产生的干涉条纹通过与光学相干层析模块连接的图像采集模块进行接收，以图像的形式呈现干涉条纹，并将干涉条纹的图像传输到处理控制模块，由处理控制模块对干涉条纹的图像进行处理及计算，获得病变组织在切割之前的状态的图像，此图像作为参考图像，并且能够获得病变组织的可切割的深度。医生控制切割单元切割病变组织时，获得的深度图像与参考图像对比，即病变组织的可切割的深度与已切割的深度进行对比，获取一个切割深度，处理控制模块可根据这个切割深度来控制切割单元工作，实现精准切割，完成病变组织的切除。

应该理解的是，在手术进行的过程中，医生对病变组织进行切割时，会引起病变组织发生形变，医生的手抖动也会引起切割深度的改变，上述情况的发生会导致病变组织实际的切割深度与需要切割的深度不一致，通过使用手术成像与切割控制装置进行切割病变组织的手术能够获得病变组织的深度图像及切割深度，并且根据病变组织未切割前的深度图像及可切割的深度，获得病变组织的深度变化量，即病变组织还需切割的深度，此时手术成像与切割控制装置的处理控制模块根据这个深度变化量，能够控制切割单元继续深入切割的工作，而无需医生控制切割单元深入病变组织进行切割，这样，能够避免医生操作引起病变组织的形变以及医生的手抖动引起切割深度的改变的问题，有利于提高切割的精准度。

在其中一个实施例中，所述切割单元100还包括驱动电机和切割件，所述处理控制模块400与所述驱动电机电连接，所述驱动电机与所述切割件驱动连接，所述处理控制模块400用于根据所述深度图像控制所述驱动电机工作。这样，处理控制模块根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度，控制驱动电机工作，从而控制切割件进行切割工作。

在其中一个实施例中，所述切割件包括伸缩杆和切割刀，所述伸缩杆与所述驱动电机驱动连接，所述伸缩杆的一端与所述切割刀的一端连接，所述第一光发射端设置于所述切割刀远离所述伸缩杆的一端。也就是说，第一光信号及第三光信号是通过切割刀的第一光发射端发出，当所述切割刀的一端朝向病变组织时，第一光信号或者第三光信号能够射向病变组织，第一光信号或者第三光信号产生反射形成的第一光反馈信号或者第三光反馈信号通过切割刀的第一光发射端接收。处理控制模块根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度，控制驱动电机工作，驱动电机驱动伸缩杆的伸缩从而控制切割刀的伸缩，伸缩杆的伸缩量即为切割深度。在其中一个实施例中，所述驱动电机为PZT(piezoelectric ceramic transducer，锆钛酸铅压电陶瓷)电机。PZT电机的灵敏度较高，有利于提高对病变组织进行切割的精准度。在其中一个实施例中，所述切割件包括伸缩杆和针头。

在其中一个实施例中，所述光学相干层析模块包括光源、第一发射通道、第一接收通道、第二发射通道、第二接收通道、参考单元和第一光耦合器，所述第一发射通道的输入端与所述光源连接，所述第一发射通道的输出端以及所述第一接收通道的输入端分别与所述切割单元的所述第一光发射端连接，所述第一接收通道的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接；所述第二发射通道的输入端与所述光源连接，所述第二发射通道的输出端与所述第二接收通道的输入端分别与所述参考单元相对设置，所述第二接收通道的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接。

具体地，光源用于发出光信号，其中，第一光信号通过第一发射通道的输入端进入第一发射通道进行传输并输出至切割单元，通过切割单元的第一光发射端发出并射向病变组织，第一光信号通过经过病变组织的反射形成第一光反馈信号，第一光反馈信号通过第一接收通道传输至第一光耦合器；第二光信号通过第二发射通道的输入端进入第二发射通道进行传输并从第二发射通道的输出端发出，第二光信号射向参考单元，通过反射形成第二光反馈信号，第二光反馈信号通过第二接收通道传输至第一光耦合器，第一光反馈信号与第二光反馈信号在第一光耦合器中耦合，并产生干涉条纹。

需要理解的是，参考单元用于接收第二光信号并反射形成第二光反馈信号，第二光反馈信号作为第一光反馈信号的参考光，与第一光反馈信号进行耦合，即相干叠加，第一光反馈信号和第二光反馈信号的波重叠时发生相干叠加从而形成新的波形，即干涉。由于第一光信号与第二光信号来自同一个光源，即光源发出的光分成两束通过两个不同的通道传输形成第一光信号和第二光信号，分别经过反射形成第一光反馈信号和第二光反馈信号，第一光反馈信号和第二光反馈信号的波长相等，频率相等，相位差保持恒定，且偏振不相互垂直，这样，两束波的干涉能够形成稳定的光强分布，也就是说，两束波的叠加后形成稳定的条纹，即干涉条纹。干涉条纹与之前的波有关系，则可以通过探测干涉条纹来推算波的信息，这样的光波也叫做相干光，具有相干性的光能够用来传送信息。

在其中一个实施例中，所述第一发射通道的输入端与所述第二发射通道的输入端连接有第二光耦合器，所述第二光耦合器与所述光源连接，所述第二光耦合器用于将所述光源发出的一束光分成两束光，两束光分别发射至所述第一发射通道的输入端与所述第二发射通道。这样，则能提供波长相等，频率相等，相位差保持恒定，且偏振不相互垂直的第一光反馈信号和第二光反馈信号，以产生干涉。

在其中一个实施例中，所述第二发射通道的输出端设置为第二光发射端。所述第二光发射端与所述参考单元相对设置。也就是说，第二光信号通过第二发射通道的第二光发射端发出，并且将第二光信号射向参考单元，经过反射形成第二光反馈信号，第二光反馈信号即第一光反馈信号的参考光。

值得一提的是，第一发射通道的输出端与第一接收通道的输入端可以是不同的端口，也可以是同一个端口，也就是说，第一发射通道的部分通道与第一接收通道的部分通道可以是同一通道；第二发射通道的输出端与第二接收通道的输入端可以是不同的端口，也可以是同一个端口。由于光的传播具有独立性，第一光信号的输出与第一光反馈信号的输入互不影响，第二光信号的输出与第二光反馈信号的输入互不影响。

在其中一个实施例中，切割单元设置有第一光接收端，第一光接收端和第一光发射端朝向相同，且临近设置，第一光接收端与所述光学相干层析模块连接，一个实施例是，第一接收通道的输入端与第一光接收端连接。本实施例中，第一发射通道的输出和接收采用不同的端口，这样，第一发射通道通过第一光发射端发射第一光信号，第一接收通道通过第一光接收端接收第一光反馈信号。

为了避免第一光反馈信号进入第一发射通道内传输，也为了避免第二光反馈信号进入第二发射通道内传输，可在共同通道部分设置环形器。环形器是一个多端口器件，能够使光信号的传输只能沿单方向环行。在其中一个实施例中，所述光学相干层析模块还包括第一发射接收通道、第二发射接收通道、第一环形器和第二环形器，所述第一环形器和所述第二环形器分别具有三个端口，所述第一发射通道的输出端、所述第一接收通道的输入端以及第一发射接收通道的一端分别与所述第一环形器的一个端口连接，所述第二发射通道的输出端、所述第二接收通道的输入端以及第二发射接收通道的一端分别与所述第二环形器的一个端口连接；所述第一发射接收通道的另一端与所述第一光发射端连接，所述第二发射接收通道的另一端与所述参考单元相对设置，即所述第二发射接收通道的另一端为所述第二光发射端。

具体地，由于环形器的作用，光源发出的第一光信号依次经由第一发射通道、环形器、第一发射接收通道至第一光发射端射向病变组织，经过反射形成的第一光反馈信号依次经由第一光发射端、第一发射接收通道、环形器至第一接收通道抵达第一光耦合器；同理，光源发出的第二光信号经由第二发射通道、环形器、第二发射接收通道至第二光发射端射向病变组织，经过反射形成的第二光反馈信号经由第二光发射端、第二发射接收通道、环形器至第二接收通道抵达第一光耦合器。

在其中一个实施例中，所述第一发射通道、所述第一接收通道、所述第二发射通道及所述第二接收通道为光纤中的光传输通道。也就是说，光纤为光信号的传输介质。这样，各实施例中，所述第一发射通道、所述第一接收通道、所述第二发射通道及所述第二接收通道均可采用光纤实现。

在其中一个实施例中，所述处理控制模块包括计算机和控制单元，所述计算机用于获取所述干涉条纹的图像，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像；所述计算机还用于获得参考图像，根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度；所述控制单元用于根据所述深度图像及所述切割深度控制所述切割单元工作。

具体地，计算机接收图像采集卡发送的干涉条纹的图像，计算机通过处理及计算获取病变组织的深度图像。具体地，计算机通过反傅里叶变换变换获取病变组织的深度图像。并且，计算机还能够获取切割前的病变组织的参考图像。根据病变组织的参考图像和深度图像，计算机还可获得病变组织的切割深度，控制单元通过切割深度控制驱动电机，驱动电机驱动伸缩杆的伸缩，切割件对病变组织进行深度切割，从而完成切除组织的手术。值得一提的是，该控制单元可采用独立的计算机设备实现，也可以是计算机中的软件实现。

为了提高光学相干层析模块的稳定性，在其中一个实施例中，所述光源为宽带光源。这样，利用宽带光源的低相干性，基于低相干干涉远离获得深度方向的层析能力，通过扫描病变组织能够建构病变组织及其内部结构的深度图像。另一方面，宽带光源具有频段较宽、偏振度较低、高功率的特点，能够提高光学相干层析模块的稳定性，并且带宽长能够提高分辨率，有利于获得更加清晰的病变组织的深度图像。在其中一个实施例中，所述宽带光源为超辐射发光二极管。在其中一个实施例中，所述超辐射发光二极管的输出功率为10mW～25mW。在其中一个实施例中，所述超辐射发光二极管的中心波长为820nm～900nm。在其中一个实施例中，所述超辐射发光二极管的带宽为50nm～80nm。在其中一个实施例中，所述超辐射发光二极管的输出功率为10mW，中心波长为841.3nm，带宽为50.2nm。在其中一个实施例中，所述宽带光源为红外宽带光源。

在其中一个实施例中，所述参考单元包括反射镜和相移驱动器，所述反射镜设置于所述相移驱动器上，所述反射镜朝向所述第二发射通道的输出端以及所述第二接收通道的输入端设置，且与所述第二发射通道的输出端以及所述第二接收通道的输入端相对设置。

具体地，反射镜用于将第二光信号反射形成第二光反馈信号作为第一光反馈信号的参考光，与第一光信号耦合产生干涉。也就是说，第二光信号经过反射镜反射形成第二光反馈信号作为第一光反馈信号的参考光，第二光反馈信号与第一光信号产生干涉形成相干光，从而产生干涉条纹。相移驱动器用于产生不同的相位差，探测病变组织不同深度的组织信息。在同一组织表面点时，相位变化与参考端的位置变化有关，即相移驱动器的运动，能够引起相位的变化。具体地，相移驱动器在预设的距离范围内作往返运动，使得产生不同的相位差，探测病变组织不同深度的组织信息。

在其中一个实施例中，所述相移驱动器与所述处理控制模块连接。具体地，处理控制模块控制相移驱动器运动。应该理解的是，相移驱动器可以是能够自身设置运动距离以及运动速度作往返运动，也可以是由处理控制模块预设运动距离、运动速度以及控制相移驱动器作往返运动，相移驱动器还可以是采用独立的计算机设备预设运动距离、运动速度以及控制相移驱动器作往返运动。在其中一个实施例中，所述相移驱动器与所述计算机连接，所述计算机还用于设置所述相移驱动器的预设运动距离及预设运动速度。具体地，计算机传输预设运动距离及预设运动速度至相移驱动器，相移运动器接收预设运动距离及预设运动速度，并根据该预设运动距离及该预设运动速度进行往返运动，产生不同的相位差，探测病变组织不同深度的组织信息。在其中一个实施例中，所述相移驱动器与所述控制单元连接，所述控制单元还用于控制所述相移驱动器的运动。具体地，计算机传输预设运动距离及预设运动速度至控制单元，控制单元接收预设运动距离及预设运动速度，并根据该预设运动距离及该预设运动速度控制相移驱动器进行往返运动，产生不同的相位差，探测病变组织不同深度的组织信息。

在其中一个实施例中，所述光学相干层析模块还包括第一物镜、第二物镜和衍射光栅，所述第一光耦合器的输出端以及所述衍射光栅分别设置于所述第一物镜的两侧，所述图像采集模块以及所述衍射光栅分别设置于所述第二物镜的两侧，且所述第一物镜与所述第二物镜设置于所述衍射光栅的同一侧，所述第一物镜用于准直所述第一光耦合器输出的光线至所述衍射光栅，即将第一光耦合器输出的光线之间保持平行，所述第二物镜用于聚焦所述衍射光栅反射的光线至所述图像采集模块。

具体地，衍射光栅用于对耦合后的光进行分光，形成不同的干涉光谱分量，有利于后期处理控制模块对干涉条纹的图像进行处理及计算，获取病变组织的深度图像。由于第一光耦合器输出的光线是发散的、具有发散角度的，通过第一物镜将第一光耦合器输出的光线进行准直，使得光线保持平行并射向至衍射光栅，便于衍射光栅收集到第一光耦合器输出的光线，光线经过衍射光栅反射，经第二物镜进行聚焦并射向至图像采集模块，光线经过第二物镜的聚焦作用能够便于图像采集模块采集。也就是说，第一物镜与第二物镜设置于第一光耦合器输出的光线的入射光及出射光经过的位置上。在其中一个实施例中，所述第一物镜与所述第二物镜相对于所述衍射光栅的中线镜像设置。在其中一个实施例中，所述图像采集模块包括光感相机和图像采集卡，所述光感相机相对设置于所述第二物镜的一侧，所述光感相机与所述图像采集卡连接，所述图像采集卡与所述处理控制模块连接。

具体地，光感相机用于将干涉条纹的光学影像转化成数字图像，图像采集卡用于存储干涉条纹的图像并传输至处理控制模块。第二物镜透射衍射光栅反射的光线至光感相机，光感相机将干涉条纹的光学影像转化成数字图像。在其中一个实施例中，所述光感相机为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)相机，CCD相机具有若干排列整齐的电容，能感应光线，干涉条纹的光学影像经过第二物镜透镜成像于电容数组表面后，依其亮度的强弱在每个电容单位上形成强弱不等的电荷，将光学影像转化为数字信号，形成干涉条纹的数字图像，并存储至图像采集卡内。

在其中一个实施例中，所述处理控制模块还包括显示器，所述显示器与所述计算机电性连接，所述显示器用于显示病变组织的深度图像。这样，医生在手术时则可以通过显示器观察病变组织的深度图像，有利于对切割件的角度进行调整。

在一个具体的实施例中，请参阅图2，一种手术成像与切割控制装置10，包括：切割单元100、光学相干层析模块200、图像采集模块300和处理控制模块400；所述切割单元包括PZT电机110和切割件120，所述切割件120包括中空设置的伸缩杆121和切割刀122，所述PZT电机110与所述伸缩杆121驱动连接，所述伸缩杆121的一端与所述切割刀122的一端连接；所述光学相干层析模块200包括宽带光源210、光纤组件220、光耦合组件230、单向传输组件240、参考单元250及光谱探测组件260；所述光纤组件220包括第一光纤221、第二光纤222、第三光纤223、第四光纤224、第五光纤225、第六光纤226和第七光纤227；所述光耦合组件230包括第二光耦合器232和第一光耦合器231，所述第二光耦合器232具有一个输入端、两个输出端，所述第一光耦合器231具有两个输入端、一个输出端；所述单向传输组件240包括第一环形器241和第二环形器242；所述参考单元250包括反射镜251和相移驱动器252，所述反射镜251设置于所述相移驱动器252上；所述光谱探测组件260包括第一物镜261、第二物镜262和衍射光栅263；所述宽带光源210与所述第二光耦合器232的输入端连接，所述第二光耦合器232的其中一个输出端通过所述第一光纤221与所述第一环形器241的第一端连接，所述第一环形器241的第二端与所述第三光纤223的一端连接，所述第三光纤223部分穿设于所述伸缩杆121内且所述第三光纤223的另一端于所述切割刀122远离所述伸缩杆121的一端连接，所述第一环形器241的第三端与所述第五光纤225的一端连接，所述第五光纤225的另一端与所述第一光耦合器231的一个输入端连接；所述第二光耦合器232的另一个输出端还通过所述第二光纤222与所述第二环形器242的第一端连接，所述第二环形器242的第二端与所述第四光纤224的一端连接，所述第四光纤224的另一端与所述反射镜251相对设置，且所述第四光纤224的另一端的发射光线的方向与所述反射镜251垂直，所述第二环形器242的第三端与所述第六光纤226的一端连接，所述第六光纤226的另一端与所述第一光耦合器231的另一个输入端连接；所述第七光纤227的一端与所述第一光耦合器231的输出端连接，所述第七光纤227的另一端与所述第一物镜261相对设置，且所述第七光纤227的另一端输出的发射光线的方向与所述第一物镜261垂直，所述第一物镜261远离所述第一光耦合器231的一面设置有所述衍射光栅263，所述述衍射光栅263朝向所述第一物镜261的一面还设置有所述第二物镜262，所述第二物镜262用于接收所述衍射光栅263反射的光信号；所述图像采集模块300包括CCD相机310和图像采集卡320，所述CCD相机310与所述第二物镜262远离所述衍射光栅263的一面相对设置，所述CCD相机310与所述图像采集卡320电性连接；所述处理控制模块400包括计算机410和控制单元420，所述计算机410分别与所述图像采集卡320及所述控制单元420电性连接，所述控制单元420与所述PZT电机110电性连接，所述控制单元420与所述相移驱动器252电性连接。

应该理解的是，第一发射通道为第一光纤，第一发射接收通道为第三光纤，第一接收通道为第五光纤；第二发射通道为第二光纤，第二发射接收通道为第四光纤，第二接收通道为第六光纤。第三光纤与切割刀连接的一端为第一光发射端，第四光纤与反射镜相对设置的一端为第二光反射端。

具体地，所述宽带光源发出的光经过第二光耦合器分成两束光即第一光信号和第二光信号分别进入第一光纤和第二光纤进行传输，第一光信号经过第一环形器进入第三光纤并经过第一光发射端射向病变组织，经反射形成第一光反馈信号，第一光反馈信号经第一光发射端返回至第三光纤，经过第一环形器进入第五光纤到达第一光耦合器，第一光反馈信号即为样品光；第二光信号经过第二环形器进入第四光纤并经过第二光发射端射向反射镜，经反射形成第二光反馈信号，第二光反馈信号经第二光发射端返回至第四光纤，经过第二环形器进入第六光纤到达第一光耦合器，第二光反馈信号即为参考光；第一光反馈信号与第二光反馈信号在第一光耦合器进行耦合，产生干涉，形成相干光，相干光通过第七光纤输出射向第一物镜，并通过第一物镜进行准直，使得发散的相干光变成平行的相干光并射向衍射光栅，衍射光栅对相干光进行分光，形成不同的干涉光谱分量，干涉条纹的光学影像经过第二物镜聚焦并由CCD相机接收，CCD相机将干涉条纹的光学影像转化为数字图像，存储在图像采集卡中，图像采集卡将干涉条纹的数字图像发送至计算机，计算机接收干涉条纹的数字图像并处理，通过反傅里叶变换获取病变组织的深度图像，计算机还能够根据深度图像获取切割深度，控制单元根据切割深度控制PZT电机，PZT驱动伸缩杆伸长，以使切割刀对病变组织进行切割。

在其中一个实施例中，所述第四光纤224远离所述第二环形器242的一端套设有保护外壳228。这样，保护外壳不仅能够保护第四光纤，使得第四光纤的发射端与反射镜垂直，还能够使得第四光纤的发射端到反射镜的距离是固定的。

在实际应用中，医生在切割病变组织前，采用切割单元扫描病变组织，CCD相机接收干涉条纹，通过图像采集卡将干涉条纹的图像传输给计算机，计算机对干涉条纹的图像进行反傅里叶变换，得到病变组织的深度图像，并且进行图像处理，通过计算及图像识别获得病变组织需切割的深度，此时获得的深度图像为参考图像，获得的需切割的深度为参考深度。开始进行手术时，医生操控切割件，将切割刀深入病变组织，计算机不断获取组织的深度图像，并且通过实时的深度图像获取实时的已切割深度，参考深度与已切割深度之间进行对比则得到未切割深度，控制单元可根据未切割深度控制PZT电机，从而切割刀能够深入至参考深度处，对病变组织完成纵向切割，医生再操控切割单元完成对病变组织边缘的切割，从而完成整个病变组织的切除。这样，与传统的由医生根据经验来判断病变组织需切割的深度并进行切割的手术方法相比，能够避免由于医生的手抖动引起切割深度的改变而发生实际的切割深度与计划切割的深度不一致，对病患病情加重，甚至降低手术的成功率的情况。并且，由于切割刀对病变组织进行切割时具有应力作用，会使得病变组织发生形变，而这个形变导致病变组织的切割深度改变的信息也能够被计算机获取，并根据这个信息控制切割单元对病变组织的切割，大大提高了切割的精准度，有利于提高手术的成功率。

在其中一个实施例中，请参阅图3，一种手术成像与切割控制方法，包括：

步骤620，通过切割单元的第一光发射端发出第一光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第一光反馈信号。

步骤640，获取第二光反馈信号，并将所述第一光反馈信号和所述第二光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹。

步骤660，接收所述干涉条纹的图像。

步骤680，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元工作。

具体地，手术成像与切割控制方法可应用于需要切除病变组织的手术中，手术成像与切割控制方法的工作过程如下：

切割单元作为手术时医生为病患切除病变组织的器件，切割单元设置有第一光发射端。发出第一光信号传输至第一发射端，当医生使用切割单元切割病变组织时，切割单元深入病变组织，第一光信号通过第一发射端发出并射向病变组织，第一光信号会产生反射形成第一光反馈信号，经由第一光发射端接收第一光反馈信号。基于光学相干层析技术，还接收一个作为参考光第二反馈信号，将第一光反馈信号和第二光反馈信号进行耦合，能够产生干涉条纹。接收干涉条纹，干涉条纹经由处理以图像的形式呈现，并对干涉条纹的图像进行处理及计算，获得待切割的病变组织的深度图像，根据深度图像携带的信息控制切割单元工作，完成病变组织的切除。上述手术成像与切割控制方法能够对病变组织实时成像，并且能够针对病变组织的深度图像进行深度切割，实现精准切割。

在其中一个实施例中，所述根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元工作的步骤包括：根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像；获取参考图像；对比所述深度图像和所述参考图像，根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度；根据所述切割深度控制所述切割单元工作。

具体地，当医生在使用切割单元切割病变组织之前，将切割单元靠近待切割的病变组织，使得第一光发射端发出的光信号射向病变组织，对病变组织的外围进行扫描，获取病变组织在切割之前的状态的图像，此图像作为参考图像，并且能够获得病变组织的可切割的深度。医生控制切割单元切割病变组织时，获得的深度图像与参考图像对比，即病变组织的可切割的深度与已切割的深度进行对比，获取一个切割深度，这个切割深度是一个深度变化量，即病变组织的可切割的深度与已切割的深度之差，也即病变组织还需切割的深度，根据这个切割深度控制切割单元工作，实现精准切割，完成病变组织的切除。

在其中一个实施例中，所述获取参考图像的步骤包括：在切割前，通过切割单元的第一光发射端发出第三光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第三光反馈信号；获取第四光反馈信号，并将所述第三光反馈信号和所述第四光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；接收所述干涉条纹的图像；根据所述干涉条纹的图像计算获得所述参考图像。

具体地，当医生在使用切割单元切割病变组织之前，将切割单元靠近待切割的病变组织，第三光信号通过第一光发射端发出并射向病变组织，第三光信号会产生反射形成第三光反馈信号，经由第一光发射端接收第三光反馈信号。基于光学相干层析技术，还接收一个作为参考光的第四反馈信号，将第三光反馈信号和第四光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹。接收并处理干涉条纹，使得干涉条纹以图像的形式呈现，并对干涉条纹的图像进行处理及计算，获得病变组织在切割之前的状态的图像，此图像作为参考图像，并且能够获得病变组织的可切割的深度。医生控制切割单元切割病变组织时，获得的深度图像与参考图像对比，即病变组织的可切割的深度与已切割的深度进行对比，获取一个切割深度，根据这个切割深度控制切割单元工作，实现精准切割，完成病变组织的切除。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手术成像与切割控制装置，其特征在于，包括：切割单元、光学相干层析模块、图像采集模块和处理控制模块；

所述切割单元设置有第一光发射端，所述光学相干层析模块与所述第一光发射端连接，所述光学相干层析模块用于通过所述第一光发射端发出第一光信号，并接收由所述第一光发射端接收的第一光反馈信号；

所述光学相干层析模块还用于获取第二光反馈信号，并将所述第一光反馈信号和所述第二光反馈信号进行耦合，产生干涉条纹；

所述图像采集模块与所述光学相干层析模块连接，所述图像采集模块用于接收所述干涉条纹的图像；

所述处理控制模块与所述图像采集模块以及所述切割单元连接，所述处理控制模块用于从所述图像采集模块获取所述干涉条纹的图像，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，根据所述深度图像控制所述切割单元工作，其中，处理控制模块根据病变组织未切割前的深度图像及可切割的深度，获得病变组织的深度变化量，处理控制模块根据所述深度变化量，控制切割单元继续深入切割的工作；将第一光发射端发出的光信号射向病变组织，并对病变组织的外围进行扫描，将病变组织在切割前的图像作为参考图像，且第一光发射端在对病变组织进行扫描时能够获得病变组件的可切割深度，切割单元在对病变组织进行切割时能够获得已切割深度，通过对比可切割深度与已切割深度的差值控制切割单元工作。

2.根据权利要求1所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，

从所述图像采集模块获取所述干涉条纹，根据所述干涉条纹的图像计算获得深度图像，对比所述深度图像和所述参考图像，根据所述深度图像和所述参考图像的对比结果获取切割深度，根据所述切割深度控制所述切割单元工作。

3.根据权利要求1所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述切割单元还包括驱动电机和切割件，所述处理控制模块与所述驱动电机电性连接，所述驱动电机与所述切割件驱动连接，所述处理控制模块用于根据所述深度图像控制所述驱动电机工作。

4.根据权利要求1所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述光学相干层析模块包括光源、第一发射通道、第一接收通道、第二发射通道、第二接收通道、参考单元和第一光耦合器，

所述第一发射通道的输入端与所述光源连接，所述第一发射通道的输出端以及所述第一接收通道的输入端分别与所述切割单元的所述第一光发射端连接，所述第一接收通道的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接；

所述第二发射通道的输入端与所述光源连接，所述第二发射通道的输出端与所述第二接收通道的输入端分别与所述参考单元相对设置，所述第二接收通道的输出端与所述第一光耦合器的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述参考单元包括反射镜和相移驱动器，所述反射镜设置于所述相移驱动器上，所述反射镜朝向所述第二发射通道的输出端以及所述第二接收通道的输入端设置，且与所述第二发射通道的输出端以及所述第二接收通道的输入端相对设置。

6.根据权利要求4所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述光学相干层析模块还包括第一物镜、第二物镜和衍射光栅，所述第一光耦合器的输出端以及所述衍射光栅分别设置于所述第一物镜的两侧，所述图像采集模块以及所述衍射光栅分别设置于所述第二物镜的两侧，且所述第一物镜与所述第二物镜设置于所述衍射光栅的同一侧，所述第一物镜用于准直所述第一光耦合器输出的光线至所述衍射光栅，所述第二物镜用于聚焦所述衍射光栅反射的光线至所述图像采集模块。

7.根据权利要求6所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述图像采集模块包括光感相机和图像采集卡，所述光感相机相对设置于所述第二物镜的一侧，所述光感相机与所述图像采集卡连接，所述图像采集卡与所述处理控制模块连接。

8.根据权利要求7所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述光感相机用于将干涉条纹的光学影像转化成数字图像，所述图像采集卡用于存储干涉条纹的图像并传输至所述处理控制模块。

9.根据权利要求6所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述第一物镜与所述第二物镜相对于所述衍射光栅的中线镜像设置。

10.根据权利要求1所述的手术成像与切割控制装置，其特征在于，所述处理控制模块还包括显示器与计算机，所述显示器与所述计算机电性连接，所述显示器用于显示病变组织的深度图像。

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