CN112642064A - 一种激光间隙发射方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光间隙发射方法及装置，属于医疗领域中激光发射控制技术领域。在内窥镜感光元件非曝光时间内，控制激光光源发射激光，包括：1)控制感光元件曝光时长，在曝光状态发生变化时向光源控制器发送信息；查询激光单元操作开关状态：若断开，则关闭激光光源；若闭合，则对信息中触发同步信号进行判断，若该信号代表曝光结束状态，则计算激光功率并发射激光；若该信号代表曝光开始状态，则停止发射激光；2)控制感光元件曝光时长，在曝光结束时向光源控制器发送信息；查询激光单元操作开关状态：若断开则停止发射激光；若闭合则计算激光功率和延迟时间，发射激光，并开始计时，当计时达到延迟时间则停止发射激光。可低成本解决激光发射时图像过曝问题。

Description

一种激光间隙发射方法及装置
技术领域
本发明涉及医疗领域中激光发射控制方法，具体涉及一种激光间隙发射方法及装置。
背景技术
光动力疗法(Photodynamic Therapy,PDT)是二十世纪七十年代末问世的一种针对肿瘤等病变组织的选择性治疗技术。该疗法是手术、放疗、化疗和免疫治疗外的又一种正在研究发展中的肿瘤新疗法，已成为世界肿瘤防治科学中最活跃的研究领域之一。光动力疗法的机理是光动力治疗药物，例如光敏剂，进入患者体内后，可特异性分布于生长异常之组织，例如肿瘤，增生血管等。在一定波长光辐照下，光敏剂可发生光动力反应而产生单线态氧等活性物质，导致周边的生物大分子被氧化失活，造成细胞器损伤并引起细胞的凋亡或死亡，进而破坏目标组织，最终达到治疗的目的。
光动力疗法的治疗过程一般是先使用电子内窥镜伸入腔道后寻找到肿瘤，然后将光纤从内窥镜的器械通道送入，并发射激光照射患处。医生可通过内窥镜摄像头实时观察激光照射情况，并进行激光照射方向、激光功率等参数的调整。但由于光动力治疗所用的激光处于可见光范围，正好位于内窥镜摄像头感光元件的响应波段内，且激光功率较大(数瓦)，所以每当激光发射时，内窥镜感光元件就会因为光强过高而迅速饱和(过曝)，显示器一片白茫茫。医生无法判断激光发射方向和光纤所在位置，为手术效果带来了巨大的不确定性。现有技术中，有人提出采用滤光片解决光动力治疗中激光发射时图像过曝的问题，即使用滤光片对激光波段进行滤除，但让其他波段通过的方案，但其缺点是图像画面会严重偏色，且对不同波长的治疗激光需要使用不同规格的滤光片。目前业界并没有其他更成熟的办法来解决该问题，主要还是依靠医生的经验进行调整。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种激光间隙发射方法及装置，旨在解决激光发射时图像过曝的问题。
为解决上述技术问题，本发明的激光间隙发射方法是在内窥镜感光元件非曝光时长内，控制激光光源发射激光。
进一步地，根据上述激光间隙发射方法，对于每一帧图像，当内窥镜感光元件曝光结束后，控制激光光源开始发射激光，在下一帧图像曝光开始前，控制激光光源停止发射激光。
进一步地，根据上述激光间隙发射方法，包括如下步骤：
控制内窥镜感光元件的曝光时长，并在内窥镜的感光元件曝光状态发生变化时向激光单元的光源控制器发送信息；
光源控制器接收到信息后，查询激光单元的操作开关状态：若操作开关处于断开状态，则关闭激光光源，停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据预先约定的通信协议对信息中的触发同步信号进行判断，若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光结束状态，则根据接收到的曝光时长，计算出激光功率，开启激光光源并按照计算出的激光功率发射激光；若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光开始状态，则关闭激光光源，停止发射激光；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
进一步地，根据上述激光间隙发射方法，包括如下步骤：
控制内窥镜的感光元件的曝光时长，并在内窥镜的感光元件曝光结束时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
光源控制器接收到信息后，查询激光单元的操作开关状态：若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率和延迟时间后，开启激光光源并按照计算出激光功率发射激光，且开始计时，当计时时间达到延迟时间后，关闭激光光源，停止发射激光。
进一步地，根据上述用于光动力疗法的激光间隙发射方法，所述激光功率
Figure BDA0002850602520000021
其中
Figure BDA0002850602520000022
代表用户设定的平均功率，t代表曝光时长，f代表视频帧率。
进一步地，根据上述用于光动力疗法的激光间隙发射方法，所述延迟时间
Figure BDA0002850602520000023
其中t代表曝光时长，f代表视频帧率。
为解决上述技术问题，本发明的激光间隙发射装置，包括内窥镜单元和激光单元，内窥镜单元包括内窥镜和内窥镜控制器，激光单元包括激光光源和光源控制器，内窥镜控制器与光源控制器电性连接；其中，
内窥镜控制器，用于采集内窥镜传送的图像信号并控制图像曝光时长和视频帧率；分别在内窥镜的感光元件曝光开始和结束时产生触发同步信号；在内窥镜的感光元件曝光状态发生变化时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号；
光源控制器，用于从内窥镜控制器接收信息后，查询激光单元的操作开关状态，若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据预先约定的通信协议对信息中的触发同步信号进行判断，若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光结束状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率，并按照该功率开启激光光源，发射激光；若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光开始状态，则关闭激光光源，停止发射激光。
为解决上述技术问题，本发明的激光间隙发射装置，包括内窥镜单元和激光单元，内窥镜单元包括内窥镜和内窥镜控制器，激光单元包括激光光源和光源控制器，内窥镜控制器与光源控制器电性连接；其中，
内窥镜控制器，用于采集内窥镜传送的图像信号并控制图像曝光时长和视频帧率；在内窥镜的感光元件曝光结束时产生触发同步信号；在内窥镜的感光元件曝光结束时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
光源控制器，用于从内窥镜控制器接收信息后，查询激光单元的操作开关状态，若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率和延迟时间，开启激光光源且按照该激光功率发射激光，并开始计时，当计时时间达到延迟时间后，关闭激光光源停止发射激光。
进一步地，根据上述用于光动力疗法的激光间隙发射装置，所述内窥镜控制器中还包括第一通信模块，所述光源控制器中还包括第二通信模块，内窥镜控制器的主控芯片通过第一通信模块和第二通信模块向光源控制器的主控芯片传送信息，所述信息包括图像曝光时长、视频帧率和触发同步信号。
本发明的优点：
1)解决激光发射时内窥镜感光元件过曝的问题。使得激光发射时，内窥镜可以正常工作，医生可以正常观察激光照射区的组织情况；
2)对内窥镜和激光器自身的改动较少，只需增加少量的触发电路和通信电路即可，改动成本低。
3)由于采用的是间隙发射技术，只在非曝光时间发射激光，所以对于只在曝光时间内采集图像的内窥镜图像质量不造成任何不利影响，不会出现现有技术中滤光片技术方案导致的偏色问题。
4)本发明方法对于激光波长没有选择性，适用于任何激光波长，不会出现现有技术中针对不同激光波长需要更换不同规格滤光片的问题。
附图说明
图1是本发明的激光间隙发射方法示意图；
图2是本发明一种实施方式激光间隙发射装置结构示意图；
图3是本发明另一种实施方式激光间隙发射装置结构示意图；
图4是本发明一种实施方式激光间隙发射方法的流程图；
图5是本发明另一种实施方式激光间隙发射方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请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申请的公开内容理解的更加透彻全面。
摄像机感光元件采集图像的过程一般可分为复位、曝光、读出3个部分。在一帧图像的采集时间中，感光元件会先进行复位操作，以清空每一个像素内的电荷；然后像素点开始接受光照，并通过光电转换原理将光子转换为电荷并持续累积；等待设定的曝光时长结束后，相关电路按照一定的时序分别读取每个像素内的电荷量，该电荷量即表征了该像素在曝光时长内受到的光照强度。在等待一段时间后，感光元件开始下一帧图像的采集，并重复以上过程。
可以发现，感光元件只在曝光过程中采集光信号，而在复位、读出和等待的过程中不会采集光信号，基于该发现，针对激光治疗时图像过曝的问题，可以采取在感光元件非曝光时间内发射激光的方法，来解决激光发射时图像过曝的问题，具体地，如图1所示，对于每一帧图像，当感光元件曝光结束后，控制激光光源开始发射激光，在下一帧图像曝光开始前，控制激光光源停止发射激光。
根据上述思路，提供一种激光间隙发射装置，如图2所示，包括内窥镜单元和激光单元，内窥镜单元包括内窥镜和内窥镜控制器，激光单元包括激光光源和光源控制器，内窥镜控制器与光源控制器电性连接；其中，
内窥镜控制器，用于采集内窥镜传送的图像信号并控制图像曝光时长和视频帧率；分别在内窥镜的感光元件曝光开始和结束时产生触发同步信号；在内窥镜的感光元件曝光状态发生变化时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
光源控制器，用于从内窥镜控制器接收信息后，查询激光单元的操作开关状态，若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据预先约定的通信协议对信息中的触发同步信号进行判断，若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光结束状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率，并按照该功率开启激光光源，发射激光；若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光开始状态，则关闭激光光源，停止发射激光。
进一步地，根据本发明的一种实施方式，前述的内窥镜控制器向激光单元的光源控制器发送信息是通过设置通信模块实现的，如图3所示，在内窥镜控制器中设置第一通信模块、同时在光源控制器设置第二通信模块。具体地是：内窥镜控制器的主控芯片在内窥镜的感光元件曝光状态发生变化时向第一通信模块发送信息，第一通信模块将其从内窥镜控制器接收的信息传送给第二通信模块，第二通信模块再将其接收的信息传送给光源控制器的主控芯片，所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
根据本发明的一种实施方式，采用上述一种实施方式的激光间隙发射装置的激光间隙发射方法，如图4所示，包括如下步骤：
首先根据当前光照的强弱控制内窥镜感光元件的曝光时长，并在内窥镜的感光元件曝光状态发生变化时向激光单元的光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
然后光源控制器接收到信息后，查询激光单元的操作开关状态：若操作开关处于断开状态，则关闭激光光源，停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据预先约定的通信协议对信息中的触发同步信号进行判断，若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光结束状态，则根据接收到的曝光时长t，计算出激光功率
Figure BDA0002850602520000051
其中
Figure BDA0002850602520000052
代表用户设定的平均功率，f代表视频帧率，视频帧率f可通过内窥镜单元与激光单元建立首次握手通信时得到。然后按照计算出的激光功率开启激光光源，发射激光；若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光开始状态，则关闭激光光源，停止发射激光。
以上方法中，在向激光单元的光源控制器发送信息时，可以基于图3所示的激光间隙发射装置，先将信息发送给第一通信模块，第一通信模块转送给第二通信模块，第二通信模块再将信息送达光源控制器的主控芯片。
本发明提供激光间隙发射装置的另一种实施方式，包括内窥镜单元和激光单元，内窥镜单元包括内窥镜和内窥镜控制器，激光单元包括激光光源和光源控制器，内窥镜控制器与光源控制器电性连接；其中，
内窥镜控制器，用于采集内窥镜传送的图像信号并控制图像曝光时长和视频帧率；在内窥镜的感光元件曝光结束时产生触发同步信号；在内窥镜的感光元件曝光结束时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
光源控制器，用于从内窥镜控制器接收信息后，查询激光单元的操作开关状态，若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据接收到的曝光时长t计算出激光功率P和延迟时间T，按照功率P开启激光光源发射激光，并开始计时，当计时时间达到延迟时间T后，关闭激光光源，停止发射激光。
进一步地，根据本发明另一种实施方式的激光间隙发射装置，前述的内窥镜控制器向激光单元的光源控制器发送信息是通过设置通信模块实现的，在内窥镜控制器中设置第一通信模块、同时在光源控制器设置第二通信模块。具体地是：内窥镜控制器的主控芯片在内窥镜的感光元件曝光结束时向第一通信模块发送信息，第一通信模块将其从内窥镜控制器接收的信息传送给第二通信模块，第二通信模块再将其接收的信息传送给光源控制器的主控芯片，所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
采用上述另一种实施方式的激光间隙发射装置的激光间隙发射方法，如图5所示，包括如下步骤：
首先，根据当前光照的强弱控制内窥镜感光元件的曝光时长，并在内窥镜的感光元件曝光结束时向激光单元的光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
然后，光源控制器接收到信息后，查询激光单元的操作开关状态：若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据接收到的曝光时长t计算出激光功率P和延迟时间T，其中
Figure BDA0002850602520000061
Figure BDA0002850602520000062
代表用户设定的平均功率，f代表视频帧率，
Figure BDA0002850602520000063
按照功率P开启激光光源，发射激光，并开始计时。当计时时间达到延迟时间T后，关闭激光光源，停止发射激光。
上述方法中，在向激光单元的光源控制器发送信息时，可以基于另一种实施方式的激光间隙发射装置，先将信息发送给第一通信模块，第一通信模块将信息转送给第二通信模块，第二通信模块再将信息送达光源控制器的主控芯片。
应当理解的是，本领域技术人员在本发明技术构思的启发下，在不脱离本发明内容的基础上，可以根据上述说明做出各种改进或变换，这仍落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光间隙发射方法，其特征在于，在内窥镜感光元件非曝光时长内，控制激光光源发射激光。
2.根据权利要求1所述的激光间隙发射方法，其特征在于，对于每一帧图像，当内窥镜感光元件曝光结束后，控制激光光源开始发射激光，在下一帧图像曝光开始前，控制激光光源停止发射激光。
3.根据权利要求2所述的激光间隙发射方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制内窥镜感光元件的曝光时长，并在内窥镜的感光元件曝光状态发生变化时向激光单元的光源控制器发送信息；
光源控制器接收到信息后，查询激光单元的操作开关状态：若操作开关处于断开状态，则关闭激光光源，停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据预先约定的通信协议对信息中的触发同步信号进行判断，若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光结束状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率，开启激光光源并按照该激光功率发射激光；若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光开始状态，则关闭激光光源，停止发射激光；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
4.根据权利要求2所述的激光间隙发射方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制内窥镜的感光元件的曝光时长，并在内窥镜的感光元件曝光结束时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号；
光源控制器接收到信息后，查询激光单元的操作开关状态：若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率和延迟时间后，开启激光光源并按照该激光功率发射激光，并开始计时，当计时时间达到延迟时间后，关闭激光光源，停止发射激光。
5.根据权利要求3或4所述的激光间隙发射方法，其特征在于，所述激光功率
Figure FDA0002850602510000011
其中
Figure FDA0002850602510000012
代表用户设定的平均功率，t代表曝光时长，f代表视频帧率。
6.根据权利要求4所述的激光间隙发射方法，其特征在于，所述延迟时间
Figure FDA0002850602510000013
其中t代表曝光时长，f代表视频帧率。
7.一种激光间隙发射装置，其特征在于，包括内窥镜单元和激光单元，内窥镜单元包括内窥镜和内窥镜控制器，激光单元包括激光光源和光源控制器，内窥镜控制器与光源控制器电性连接；其中，
内窥镜控制器，用于采集内窥镜传送的图像信号并控制图像曝光时长和视频帧率；分别在内窥镜的感光元件曝光开始和结束时产生触发同步信号；在内窥镜的感光元件曝光状态发生变化时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号；
光源控制器，用于从内窥镜控制器接收信息后，查询激光单元的操作开关状态，若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据预先约定的通信协议对信息中的触发同步信号进行判断，若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光结束状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率，并按照该功率开启激光光源，发射激光；若判断出触发同步信号代表的是感光元件曝光开始状态，则关闭激光光源，停止发射激光。
8.一种用于光动力疗法的激光间隙发射装置，其特征在于，包括内窥镜单元和激光单元，内窥镜单元包括内窥镜和内窥镜控制器，激光单元包括激光光源和光源控制器，内窥镜控制器与光源控制器电性连接；其中，
内窥镜控制器，用于采集内窥镜传送的图像信号并控制图像曝光时长和视频帧率；在内窥镜的感光元件曝光结束时产生触发同步信号；在内窥镜的感光元件曝光结束时向光源控制器发送信息；所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号；
光源控制器，用于从内窥镜控制器接收信息后，查询激光单元的操作开关状态，若操作开关处于断开状态，则停止发射激光；若操作开关处于闭合状态，则根据接收到的曝光时长计算出激光功率和延迟时间，开启激光光源且按照计算出的激光功率发射激光，并开始计时，当计时时间达到延迟时间后，关闭激光光源停止发射激光。
9.根据权利要求7或8所述的激光间隙发射装置，其特征在于，所述内窥镜控制器还包括第一通信模块，所述光源控制器还包括第二通信模块，内窥镜控制器的主控芯片通过第一通信模块和第二通信模块向光源控制器的主控芯片传送信息，所述信息包括图像曝光时长和触发同步信号。
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