CN109875680B - 基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，系统包括：激光器和频域光相干断层成像模块，频域光相干断层成像模块用于对组织样品的目标区域进行成像得到成像结果；控制器用于完成图像处理和显示、扫描振镜驱动信号发生，并根据成像结果控制激光器发出激光；共光路扫描模块用于将成像激光与激光器的输出激光合并光路，照射组织样品，以对目标区域成像并消融目标区域的待消融部分。该系统将扫描成像和激光消融在硬件上结合，用探头实现高分辨率结构图像引导下的智能激光消融，与相关技术上的结合方式相比具有图像质量高、末端光路结构紧凑、无需图像配准等优点，能够提高激光消融的效率和准确性，降低手动操作的难度。
Description
技术领域
本发明涉及激光消融技术领域，特别涉及一种基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统。
背景技术
激光消融技术是一种基于激光热效应及等离子效应对目标区域进行切除的新兴技术，因其高效高精度的消融效果、术中可凝固止血及输出探头尺寸小等优点，在微创治疗中有着广泛的应用。巨脉冲激光器可以产生脉宽窄、峰值功率极高的脉冲，相比连续激光具有更深的消融深度和更小的消融面积，精度可达亚毫米级。
激光消融技术一般采取接触式消融，消融深度大而截面小，特别适合小型结节的切除。传统的手术伴随着术中出血的问题，需要随时进行抽取以保持手术场景的干净可见，降低了手术的安全性和效率。目前外科手术也常用高频电刀作为组织切割设备，但高频电刀有产生电弧的风险，不适宜在狭窄的手术场景下使用。激光消融是一种高效高精度的切割手段，可以实现术中凝固止血，且功率控制方便，适合大部分组织切除手术。
相关技术中，激光消融设备通过提供功率、脉宽、重复率等信息辅助操作者进行目标区域消融，在消融的过程中操作者无法直接地获取待消融目标的状态，如待消融深度等。对于消融前无法获得完整目标区域信息或目标区域信息在消融过程中会发生变化的情况，操作者只能依靠经验来调整激光参数，从而影响消融的准确性。
频域光相干断层成像技术(Spectral DomainOptical Coherence Tomography，SDOCT)是一种利用相干光场实现目标对象结构信息三维显示的成像技术，具有分辨率高、非侵入、无电离辐射、成像速度快等特点，目前在眼科临床诊断中得到了广泛的应用。此外，由于有着很高的成像分辨率，SDOCT在非医疗领域如高精度器件检验，瓷器裂纹检测等方面也有着一定的应用前景。其中，SDOCT被应用于生物组织成像时往往使用近红外宽带光源，此波段的光的生物组织穿透性较好且不会造成细胞损伤，纵向成像分辨率可达到1-10μm，成像深度约1-2cm。
在外科手术当中，医生主要依赖术前影像和经验来实施肿瘤切除等操作，而术中软组织可能发生较大的形变，肿瘤区域可能与健康组织无肉眼可见的区别，肿瘤边界可能不够清晰，这些情况都会增加医生施术的难度，增大医源性损伤及术后并发症发生的可能性。目前可用于手术引导的术中成像方式主要包括术中核磁共振成像(MRI)、术中超声以及术中CT等。术中CT存在电离辐射，较长的成像会对医生和患者造成损伤。术中超声及术中MRI的主要问题在于成像分辨率不足，难以满足如脑干肿瘤切除术等精度要求极高的手术的要求。光学成像方式能够提供高分辨率的高速安全成像，有潜力满足手术需求。实现术中影像和病变组织的位置、尺寸、角度匹配，并进行原位显示，能够更好地起到辅助引导的作用。但高速高精度地实现复杂场景中的匹配较为困难，无需匹配的自动化手术实施是从另一个角度提出的精准治疗解决方案。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统。该系统使得操作者能够在仅使用一个探头的情况下，在高质量实时组织结构信息的智能引导下实现高精度的自动化激光消融，有效降低操作的难度。
为达到上述目的，本发明提出了基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，包括：激光器和频域光相干断层成像模块，其中，所述频域光相干断层成像模块用于对组织样品的目标区域进行成像，以得到成像结果；以及控制器，用于完成图像处理和显示、扫描振镜驱动信号发生，并根据所述成像结果控制所述激光器发出所述激光；共光路扫描模块用于将成像激光与所述激光器的输出激光合并光路，照射所述组织样品，以对目标区域成像并消融所述目标区域的待消融部分。
本发明实施例的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，可以为操作者提供操作过程中一定深度的组织结构状态图像和待消融区域判别，由操作者判断是否需要消融后，依据自动划分的待消融区域进行自动化的消融，既削弱了对操作者经验的依赖，也降低了操作的难度。对于一些精度要求不太高或性状稳定的组织，可以省略操作者判断的步骤，由计算机自动开始对划分出的待消融区域进行消融，极大地降低消融过程的人力成本，提高了消融的效率和精度。
另外，根据本发明上述实施例的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述频域光相干断层成像模块具体用于对所述目标区域成像后，利用图像处理算法从所述成像结果中提取样本当前的待消融深度和结构表面化信息，并根据所述待消融深度和所述结构表面化信息生成具有消融腔标号的方格阵列。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述共光路扫描模块包括：光纤合束器，所述光纤合束器用于将所述频域光相干断层成像模块的样品臂输出激光与所述激光器的输出激光耦合在同一条光纤中；环形器，所述环形器用于进行成像样品臂激光和所述消融激光的输出，以及成像返回激光的采集；滤光片，所述滤光片用于滤除从所述组织样品中返回的所述消融激光；第一耦合器，所述第一耦合器用于将参考臂返回激光与样品臂返回激光耦合。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述光纤合束器包括两条输入光纤和一条输出光纤，由一条单模信号激光输入光纤和一条多模高功率激光输入光纤熔融拉锥后与一条双包层激光输出光纤相熔接，以将两类激光合束，其中，光路不可逆。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述第一耦合器为50:50耦合器，所述第二耦合器为90:10耦合器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，使所述光纤合束器输出激光通过所述第一端口和所述第二端口通路到达所述组织样品的表面，并为所述组织样品的表面返回的激光提供所述第二端口和所述第三端口通路。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述共光路扫描模块还包括：扫描探头，至少一个MEMS二维扫描振镜、至少五个准直器和至少一个聚焦透镜。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述频域光相干断层成像模块包括：近红外宽带光源、第二耦合器、准直器、光程补偿模块、反射镜及和光谱仪，其中，所述近红外宽带光源输出毫瓦级低相干激光，经所述第二耦合器一路进入由所准直器、所述光程补偿模块和所述反射镜构成的参考臂光路，另一路进入所述光纤合束器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述激光器输出可控的高功率激光，通过编程实现自动的起止时刻、激光功率、脉宽、重复率参数控制。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的实现过程包括以下步骤：S101，所述扫描探头对准所述组织样本，所述控制器驱动所述至少一个MEMS二维扫描振镜对正方形目标区域进行扫描成像，并采集干涉信号后进行信号处理获得断层图像并显示；S102，所述控制器通过图像处理手段判断目标区域是否存在待切除部分，如果存在，则提取三维断层图像的结构表面化信息与待切除目标深度信息，并执行下一步骤，如果不存在，则所述控制器驱动所述扫描探头移至下一目标位置，重新执行步骤S101；S103，所述控制器将所述目标区域分为N×N的方格阵列，并根据提取到所述待消融深度和所述结构表面化信息为方格阵列赋值，以引导激光烧蚀；S104，在所述方格阵列的引导下，所述控制器输出激光参数控制指令并驱动所述至少一个MEMS二维扫描振镜对需切除区域逐格进行激光切除。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一个实施例的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的结构框图；
图2为本发明一个实施例的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的硬件结构示意图；
图3为本发明一个实施例的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的方法流程图；
图4为本发明一个实施例的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的实现方法的步骤S3示意图。
附图标记说明：
10-基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统、1-激光器、2-共光路扫描模块、2-1-光纤合束器、2-2-第一准直器、2-3-第二准直器、2-4-环形器、2-5-扫描探头、2-6-第一耦合器、2-7-第三准直器、滤光片-2-8、2-9-第四准直器、2-5-1-第五准直器、2-5-2-至少一个MEMS二维扫描振镜、2-5-3-至少一个聚焦透镜、3-频域光相干断层成像模块、3-1-近红外宽带光源、3-2-第二耦合器、3-3-第六准直器、3-4-光程补偿模块、3-5-反射镜、3-6-光谱仪和4-控制器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统。
图1是本发明一个实施例的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的结构框图。
如图1所示，该基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统10包括：激光器1、共光路扫描模块2、频域光相干断层成像模块3和控制器4。
激光器1输出可控的高功率激光，通过编程实现自动的起止时刻、激光功率、脉宽、重复率等参数控制。
其中，共光路扫描模块2用于实现对组织样品的成像扫描和自动化消融。如图2所示，共光路扫描模块2可以包括：光纤合束器2-1、环形器2-4、扫描探头2-5、第一耦合器2-6、第一至第五准直器2-2，2-3，2-7，2-9，2-5-1、滤光片2-8、至少一个MEMS二维扫描振镜2-5-2、和至少一个聚焦透镜2-5-3。
光纤合束器2-1用于将频域光相干断层成像模块的样品臂输出激光与激光器的输出激光耦合在同一条光纤中。
其中，光纤合束器2-1包括两条输入光纤和一条输出光纤，由一条单模信号激光输入光纤和一条多模高功率激光输入光纤熔融拉锥后与一条双包层激光输出光纤相熔接，以将两类激光合束。
可以理解的是，光纤合束器2-1是一种利用熔融拉锥技术实现输出功率提高的器件，通常有多条多模高功率光纤输入。带有信号光纤的合束器可以通过双包层光纤实现信号光和高功率激光的共光路输出，但由于工艺的原因，其光路往往是不可逆的，传统方式直接应用后造成图像质量下降。
环形器2-4用于进行成像样品臂激光和消融激光的输出，以及成像返回激光的采集。
其中，环形器2-4是一种使光单向环形传输的多端口器件，环形器202包括三个端口，即第一端口Port1、第二端口Port2和第三端口Port3，光纤合束器输出激光通过第一端口Port1和第二端口Port2通路到达组织样品的表面，并为组织样品的表面返回的激光提供第二端口Port2和第三端口Port2通路。
可以理解的是，第一端口Port1输入的激光将从第二端口Port2输出，第二端口Port2输出的激光将从第三端口Port3输出。
具体地，由于光纤合束器2-1光路不可逆，从组织表面返回的成像激光难以通过合束器返回到第二耦合器(90:10)中与参考臂返回激光发生干涉，为保证成像质量，使用环形器使合束器输出激光通过Port1-Port2通路到达组织表面，并为组织样品表面返回的激光提供Port2-Port3通路。
滤光片2-8用于滤除从组织样品中返回的消融激光；
需要说明的是，滤光片2-8允许成像激光通过，阻止高功率激光通过。当消融时会有部分高功率激光从组织返回，其功率往往高于光谱仪的损伤阈值，滤光片2-8可起到保护光谱仪的作用。
第一耦合器2-6用于将参考臂返回激光与样品臂返回激光耦合。
也就是说，通过光纤合束器2-1将频域光相干断层成像模块的样品臂输出激光与高功率激光器的输出激光耦合在同一条光纤中；通过环形器2-4进行成像样品臂激光和消融激光的输出以及成像返回激光的采集；为避免光谱仪损伤，使用滤光片2-8滤除从组织样品返回的消融激光，高通从组织返回的成像激光；通过使用第一耦合器2-6将参考臂返回激光与样品臂返回激光耦合，使发生干涉，其中，第一耦合器2-6为50:50耦合器。
频域光相干断层成像模块3用于对组织样品的目标区域进行成像，实现对组织的微米级高分辨率成像，以得到成像结果。
其中，如图2所示，频域光相干断层成像模块3包括：近红外宽带光源3-1、第二耦合器3-2、第六准直器3-3、光程补偿模块3-4、反射镜3-5及和光谱仪3-6，具体而言，近红外宽带光源3-1输出毫瓦级低相干激光，经第二耦合器3-2一路进入由3-3第五准直器、3-4光程补偿模块和3-5反射镜构成的参考臂光路，另一路进入光纤合束器2-1，参考臂光路返回激光与共光路扫描模块2的第一耦合器2-6输出激光发生干涉，通过光谱仪3-6获取包含组织结构信息的相干光场。
需要说明的是，频域光相干断层成像模块3中的第二耦合器3-2采用90:10耦合器。
控制器4用于根据成像结果控制激光器发出激光，并通过共光路扫描模块的样品臂将成像激光与激光器的输出激光合并光路，照射组织样品，以对目标区域成像并消融目标区域的待消融部分。
进一步地，频域光相干断层成像模块3对目标区域成像后，控制器4(电脑主机)利用图像处理算法从成像结果中提取样本当前的待消融深度和结构表面化信息，并根据待消融深度和结构表面化信息生成具有消融腔标号的方格阵列。
需要说明的是，控制器4连接高功率激光器和光谱仪，实现干涉信号处理、图像处理和显示、MEMS振镜驱动、消融引导方格阵列生成、激光器参数控制等功能。
综上，频域光相干断层成像的实现过程为：频域光相干断层成像模块3中的：近红外宽带光源发出微瓦级的近红外激光，经90:10耦合器的样品臂输出光纤，通过共光路扫描模块中的合束器与高功率激光器发出的激光合并光路，由一根双包层光纤输出。双包层光纤中的激光经准直器准直后从环形器的Port1输入，从Port2输出。输出的激光在扫描振镜的控制下对组织进行成像扫描，从组织返回的光从环形器的Port2输入，从Port3输出。Port3输出的激光通过滤光片后，与90:10耦合器输出的参考臂返回激光在50:50耦合器中发生干涉。干涉光场经光谱仪分析后在CCD相机中转化为电信号，经过控制器的信号处理生成最终的光相干断层图像。
激光消融的实现过程为：在光相干断层成像的引导下，控制器控制高功率激光器相关参数，发出激光。激光通过共光路扫描模块中的合束器与成像激光合并光路，由一根双包层光纤输出。双包层光纤中的激光经准直器准直后从环形器的Port1输入，从Port2输出，照射组织实现消融。从组织表面返回的高功率激光从环形器的Port2输入，从Port3输出后被滤光片滤除。
智能控制方法的实现过程为：根据高功率激光器1与组织的特性预设数个消融腔单元并编号，每个编号对应该单元的所有激光参数，这些对应关系预存于控制器中。对目标区域成像后，利用图像处理算法从图像中提取样本当前的待消融深度和结构表面化信息。根据两类信息生成具有消融腔标号的方格阵列。在方格阵列的引导下，控制器控制高功率激光器实现消融。消融完成后再次成像，重复上述操作，至该区域不再有待消融部分后移动至下一区域。
需要说明的是，基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的实现过程包括以下步骤：
S101，扫描探头对准组织样本，控制器驱动至少一个MEMS二维扫描振镜对正方形目标区域进行扫描成像，并采集干涉信号后进行信号处理获得断层图像并显示；
S102，控制器通过图像处理手段判断目标区域是否存在待切除部分，如果存在，则提取三维断层图像的结构表面化信息与待切除目标深度信息，并执行下一步骤，如果不存在，则控制器驱动扫描探头移至下一目标位置，重新执行步骤S101；
S103，控制器将目标区域分为N×N的方格阵列，并根据提取到待消融深度和结构表面化信息为方格阵列赋值，以引导激光烧蚀；
S104，在方格阵列的引导下，控制器输出激光参数控制指令并驱动至少一个MEMS二维扫描振镜对需切除区域逐格进行激光切除。
如图3所示，下面结合具体实物对基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的实现方法进行详细描述。
S1、扫描探头对准组织后，控制器驱动MEMS振镜对正方形目标区域进行扫描成像，控制器采集干涉信号后进行信号处理获得断层图像并显示；
S2、控制器通过图像处理手段判断目标区域是否存在待切除部分，如果有，则提取三维断层图像的结构表面化信息与待切除目标深度信息，执行S3；如果没有，则移动至下一目标位置，重新从S1开始执行。
S3、控制器将目标区域分为N×N的方格阵列，并根据提取到的结构表面化信息和深度信息为方格阵列赋值，用于引导激光烧蚀；
S4、在方格阵列的引导下，控制器输出激光参数控制指令并驱动振镜对需切除区域逐格进行激光切除；
S5、切除完成后，重复上述步骤。
进一步地，在本发明的一个实施例中，基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统需为步骤S3方格阵列预设数个基本的消融腔单元，所设单元呈圆柱体下接半球体形，所有单元具有相等的圆柱体底面直径和不同的圆柱体高度，其圆柱体底面大小可以完全覆盖方格阵列中的一格。每个消融腔单元编号对应着在消融过程中形成此单元的激光功率、脉宽、重复率等参数。
需要说明的是，消融腔编号是根据S2中获取的结构表面化信息判别原位引导阵列中每一个元素是否需要消融，并以0或1标记，1表示此元素需要消融，0表示此元素不需要消融。对于标记为1的方格，根据S2中获取的每格的最大消融深度，选择恰好大于该深度的消融腔单元，将消融腔编号赋值给该方格。
进而，与相关技术相比，本发明实施例基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的优势在于：
1、将成像激光与消融激光结合在同一根光纤里，硬件结构更加紧凑；
2、通过以环形器为主体的光路设计，提高了成像返回激光的采集率，成像质量更高；
3、利用同一套扫描结构进行成像和消融，省略了图像配准的步骤，效率更高，可靠性更好。
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图4所示，对组织的某一正方形目标区域成像，并将该正方形区域网格化，提取结构表面化信息后可以初步判断待消融部分的范围，待消融格的值置1，进一步根据提取的待消融部分的深度信息，选取深度恰大于单格最大深度的消融腔单元，用消融腔单元编号代替1，得到引导激光消融的方格阵列。
消融腔单元的设定依据消融激光器及组织的特性。这些消融腔单元具有相同的底面直径和不同的消融深度。每个消融单元具有不同的编号并对应不同的激光功率、重复率、持续时间，以及振镜等待时间等参数，将这些参数连同单元编号一同封装起来，将编号作为某一个单元唯一的识别特征。这样，在消融过程中可以直接通过调取对应编号的单元对组织进行消融，避免了消融过程中参数调节的复杂性。
例如，预设编号1-4的四个消融腔单元，根据消融单元的直径(以1.01mm为例)和扫描区域的尺寸(以1cmx1cm为例)，将扫描区域划分为一个N×N(以14x14为例)的阵列，使阵列中的每一个元素(本例中约0.71mmx0.71mm)恰能完全被消融单元完全覆盖。根据图像处理阶段获得的结构表面化信息，得到每个阵列元素是否(是/否：1/0)需要消融。进一步根据深度信息选择适合的消融单元，以编号信息代替1/0编码信息(可适当留有冗余)，存储于本阵列元素中。最终得到一个每个元素中存有消融单元编号信息的N×N引导阵列。
根据本发明实施例提出的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，可以为操作者提供操作过程中一定深度的组织结构状态图像和待消融区域判别，由操作者判断是否需要消融后，依据自动划分的待消融区域进行自动化的消融，既削弱了对操作者经验的依赖，也降低了操作的难度。对于一些精度要求不太高或性状稳定的组织，可以省略操作者判断的步骤，由计算机自动开始对划分出的待消融区域进行消融，极大地降低消融过程的人力成本，提高了消融的效率和精度。
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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，其特征在于，包括：激光器和频域光相干断层成像模块，其中，所述频域光相干断层成像模块用于对组织样品的目标区域进行成像，利用图像处理算法从成像结果中提取样本当前的待消融深度和结构表面化信息，并根据所述待消融深度和所述结构表面化信息生成具有消融腔标号的方格阵列，以得到成像结果；
控制器，用于完成图像处理和显示、扫描振镜驱动信号发生，并根据所述成像结果控制所述激光器发出消融激光；以及
共光路扫描模块，用于将成像激光与所述激光器的输出激光合并光路，照射所述组织样品，以对目标区域成像并消融所述目标区域的待消融部分，其中，所述共光路扫描模块包括：
光纤合束器，所述光纤合束器用于将所述频域光相干断层成像模块的样品臂输出激光与所述激光器的输出激光耦合在同一条光纤中；环形器，所述环形器用于进行成像样品臂激光和所述消融激光的输出，以及成像返回激光的采集；滤光片，所述滤光片用于滤除从所述组织样品中返回的所述消融激光；第一耦合器，所述第一耦合器用于将参考臂返回激光与样品臂返回激光耦合；
其中，通过所述光纤合束器将所述频域光相干断层成像模块的样品臂输出激光与高功率激光器的输出激光耦合在同一条光纤中；通过所述环形器进行成像样品臂激光和消融激光的输出以及成像返回激光的采集；为避免光谱仪损伤，使用所述滤光片滤除从所述组织样品返回的消融激光，高通从组织返回的成像激光；通过使用所述第一耦合器将参考臂返回激光与样品臂返回激光耦合。
2.根据权利要求1所述的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，其特征在于，所述光纤合束器包括两条输入光纤和一条输出光纤，由一条单模信号激光输入光纤和一条多模高功率激光输入光纤熔融拉锥后与一条双包层激光输出光纤相熔接，以将两类激光合束，其中，光路不可逆。
3.根据权利要求1所述的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，其特征在于，所述第一耦合器为50:50耦合器。
4.根据权利要求1所述的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，其特征在于，所述环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，使所述光纤合束器输出激光通过所述第一端口和所述第二端口通路到达所述组织样品的表面，并为所述组织样品的表面成像返回激光提供所述第二端口和所述第三端口通路。
5.根据权利要求1所述的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，其特征在于，所述频域光相干断层成像模块包括：近红外宽带光源、第二耦合器、准直器、光程补偿模块、反射镜及和光谱仪，其中，所述近红外宽带光源输出毫瓦级低相干激光，经所述第二耦合器一路进入由所准直器、所述光程补偿模块和所述反射镜构成的参考臂光路，另一路进入所述光纤合束器。
6.根据权利要求1所述的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，其特征在于，所述激光器输出可控的高功率激光，通过编程实现自动的起止时刻、激光功率、脉宽、重复率参数控制。
7.根据权利要求1所述的基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统，其特征在于，所述基于光相干断层成像的共光路智能光学诊疗系统的实现过程包括以下步骤：
S101，扫描探头对准所述组织样本，所述控制器驱动至少一个MEMS二维扫描振镜对正方形目标区域进行扫描成像，并采集干涉信号后进行信号处理获得断层图像并显示；
S102，所述控制器通过图像处理手段判断目标区域是否存在待切除部分，如果存在，则提取三维断层图像的结构表面化信息与待切除目标深度信息，并执行下一步骤，如果不存在，则所述控制器驱动所述扫描探头移至下一目标位置，重新执行步骤S101；
S103，所述控制器将所述目标区域分为N×N的方格阵列，并根据提取到所述待消融深度和所述结构表面化信息为方格阵列赋值，以引导激光烧蚀；
S104，在所述方格阵列的引导下，所述控制器输出激光参数控制指令并驱动所述至少一个MEMS二维扫描振镜对需切除区域逐格进行激光切除。
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| CN101653376A (zh) * | 2008-08-18 | 2010-02-24 | 富士胶片株式会社 | 激光治疗装置 |
| CN104545788A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-29 | 温州医科大学附属第一医院 | 一种基于眼球的运动特征对眼球肿瘤区域的实时定位系统 |
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