CN113648547A - 多模影像引导下的光动力精准诊疗装置及其工作方法 - Google Patents

多模影像引导下的光动力精准诊疗装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明的白光LED、405nm激光、540nm激光作为诊断光，630nm激光作为治疗光；这些光通过反射镜、第一长波通二向色镜、第二长波通二向色镜、半反半透镜后实现合束，合束后的光经过第一透镜耦合入多模光纤中，输出的光经过第二透镜准直后进入连续变倍扩束镜中进行扩束，然后均匀照射在病灶上，病灶中激发的各种光信号经过物镜、滤光轮和第三透镜后进入感光元件CCD进行成像；因此能够将光动力疗法与白光成像、窄带成像以及荧光成像技术相结合，提高病变区域诊断的准确性，还能够实现诊断得到的病变区域和治疗区域的精准重合，实现对病灶的精准诊断和治疗，进一步提高光动力治疗的安全性和有效性。

Description

多模影像引导下的光动力精准诊疗装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及光电检测的技术领域，尤其涉及一种多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，以及这种多模影像引导下的光动力精准诊疗装置的工作方法。
背景技术
光动力疗法是治疗肿瘤等疾病的新兴疗法，其治疗的原理是通过局部涂敷或者静脉注射给予患者光敏剂后，在肿瘤细胞与周围正常组织之间形成明显的光敏剂浓度差时对病变局部进行激光照射，光敏剂经过激发后产生具有细胞毒性的活性氧，进而杀伤肿瘤细胞。在光动力治疗的过程中，需要同时具备激发光和光敏剂才能产生活性氧进而杀伤肿瘤细胞。临床治疗中，光敏剂虽然在肿瘤中潴留浓度高，其也会潴留在周围的正常组织中，因此，激发光必须精准聚焦照射病灶区域，防止漏照病灶区域或者过度照射周围正常组织，才能有效提高光动力治疗的有效性及安全性。
在临床实践中，病人注射光敏剂后，医生主要通过内镜下大体观察并结合组织病理学检查等方法大致判定病变位置，然后通过激光照射进行光动力治疗，这也就造成了诸多缺点：一、诊断和治疗是分开的，诊断得到的病变区域与实际光动力治疗区域难以完全精准重合；二、诊断模式单一，无法全面评估肿瘤的情况；三、现有诊断设备如阴道镜等仅具有诊断功能，还不具备光动力治疗功能。亟需一种多模影像引导下的光动力精准诊疗系统来解决以上所有问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其能够将光动力疗法与白光成像、窄带成像以及荧光成像技术相结合，提高病变区域诊断的准确性，还能够实现诊断得到的病变区域和治疗区域的精准重合，实现对病灶的精准诊断和治疗，进一步提高光动力治疗的安全性和有效性。
本发明的技术方案是：这种多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其包括：高功率白光LED光源(1)、405nm激光光源(2)、540nm激光光源(3)、630nm激光光源(4)、反射镜(5)、第一长波通二向色镜(6)、第二长波通二向色镜(7)、半反半透镜(8)、第一透镜(9)、多模光纤(10)、第二透镜(11)、连续变倍扩束镜(12)、物镜(13)、滤光轮(14)、第三透镜(15)、感光元件CCD(16)、计算机(17)；
计算机分别与高功率白光LED光源(1)、405nm激光光源(2)、540nm激光光源(3)、630nm激光光源(4)、连续变倍扩束镜(12)、滤光轮(14)、感光元件CCD(16)连接；所述白光LED、405nm激光、540nm激光作为诊断光，所述630nm激光作为治疗光；白光LED、405nm激光、540nm激光和630nm激光通过反射镜、第一长波通二向色镜、第二长波通二向色镜、半反半透镜后实现合束，合束后的光经过第一透镜耦合入多模光纤中，输出的光经过第二透镜准直后进入连续变倍扩束镜中进行扩束，然后均匀照射在病灶上，病灶中激发的各种光信号经过物镜、滤光轮和第三透镜后进入感光元件CCD进行成像。
本发明通过计算机分别与高功率白光LED光源、405nm激光光源、540nm激光光源、630nm激光光源、连续变倍扩束镜、滤光轮、感光元件CCD连接；所述白光LED、405nm激光、540nm激光作为诊断光，所述630nm激光作为治疗光；白光LED、405nm激光、540nm激光和630nm激光通过反射镜、第一长波通二向色镜、第二长波通二向色镜、半反半透镜后实现合束，合束后的光经过第一透镜耦合入多模光纤中，输出的光经过第二透镜准直后进入连续变倍扩束镜中进行扩束，然后均匀照射在病灶上，病灶中激发的各种光信号经过物镜、滤光轮和第三透镜后进入感光元件CCD进行成像；因此能够将光动力疗法与白光成像、窄带成像以及荧光成像技术相结合，提高病变区域诊断的准确性，还能够实现诊断得到的病变区域和治疗区域的精准重合，实现对病灶的精准诊断和治疗，进一步提高光动力治疗的安全性和有效性。
还提供了一种多模影像引导下的光动力精准诊疗装置的工作方法，其包括以下步骤：
(1)通过局部涂敷或者静脉注射给予患者光敏剂；
(2)经过一定时间后，使用诊断模式，先使用大直径光斑对病变区域进行搜索，通过病变区域与正常区域的白光下颜色、微血管以及荧光强度的差异，搜索出病变区域；
(3)通过电机对连续变倍扩束镜进行控制，调整输出光斑大小及位置，使得光斑精确圈选病灶区域；
(4)控制光源输出630nm激光，直接对病变组织进行光动力治疗。
附图说明
图1示出了根据本发明的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置的工作方法的一个具体实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
如图1所示，这种多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其包括：高功率白光LED光源1、405nm激光光源2、540nm激光光源3、630nm激光光源4、反射镜5、第一长波通二向色镜6、第二长波通二向色镜7、半反半透镜8、第一透镜9、多模光纤10、第二透镜11、连续变倍扩束镜12、物镜13、滤光轮14、第三透镜15、感光元件CCD16、计算机17；
计算机分别与高功率白光LED光源1、405nm激光光源2、540nm激光光源3、630nm激光光源4、连续变倍扩束镜12、滤光轮14、感光元件CCD16连接；所述白光LED、405nm激光、540nm激光作为诊断光，所述630nm激光作为治疗光；白光LED、405nm激光、540nm激光和630nm激光通过反射镜、第一长波通二向色镜、第二长波通二向色镜、半反半透镜后实现合束，合束后的光经过第一透镜耦合入多模光纤中，输出的光经过第二透镜准直后进入连续变倍扩束镜中进行扩束，然后均匀照射在病灶上，病灶中激发的各种光信号经过物镜、滤光轮和第三透镜后进入感光元件CCD进行成像。
本发明通过计算机分别与高功率白光LED光源、405nm激光光源、540nm激光光源、630nm激光光源、连续变倍扩束镜、滤光轮、感光元件CCD连接；所述白光LED、405nm激光、540nm激光作为诊断光，所述630nm激光作为治疗光；白光LED、405nm激光、540nm激光和630nm激光通过反射镜、第一长波通二向色镜、第二长波通二向色镜、半反半透镜后实现合束，合束后的光经过第一透镜耦合入多模光纤中，输出的光经过第二透镜准直后进入连续变倍扩束镜中进行扩束，然后均匀照射在病灶上，病灶中激发的各种光信号经过物镜、滤光轮和第三透镜后进入感光元件CCD进行成像；因此能够将光动力疗法与白光成像、窄带成像以及荧光成像技术相结合，提高病变区域诊断的准确性，还能够实现诊断得到的病变区域和治疗区域的精准重合，实现对病灶的精准诊断和治疗，进一步提高光动力治疗的安全性和有效性。
优选地，所述滤光轮14上设有三个通光孔，分别放置630nm带阻滤光片、450nm长波通滤光片以及不放置滤光片；通过四种光源和滤光轮上通光孔的切换组合，执行诊断模式和治疗模式的切换。
优选地，所述诊断模式和治疗模式包括：白光成像诊断模式、窄带成像诊断模式、荧光成像诊断模式、可视化光动力治疗模式。
优选地，在荧光成像诊断模式时，将光源切换成405nm激光，同时将滤光轮上的通光孔切换成450nm的长波通滤光片。
优选地，在白光成像诊断模式时，将光源切换成白光LED，此时滤光轮上的通光孔不放置滤光片。
优选地，在窄带成像诊断模式时，控制光源输出405nm激光和540nm激光，便于观察病变组织的血管图像。
优选地，在可视化光动力治疗模式时，将光源切换成630nm激光，同时将滤光轮模块切换成630nm的带阻滤光片，防止治疗光导致感光元件CCD饱和，从而实现在内镜下滤除治疗光的术中病灶可视化光动力治疗。
优选地，所述连续变倍扩束镜通过电机控制，实现对光斑大小的连续变倍数可调，综合利用白光成像诊断、窄带成像诊断、荧光成像诊断模式的连续切换，大范围地搜索病灶的位置和边界，同时调节光斑的大小及位置精准锁定病灶区域，利用诊疗同视场这一特性，切换成治疗波长，无需标记病灶位置而快速切换成光动力治疗模式。
还提供了一种多模影像引导下的光动力精准诊疗装置的工作方法，其包括以下步骤：
(1)通过局部涂敷或者静脉注射给予患者光敏剂；
(2)经过一定时间后，使用诊断模式，先使用大直径光斑对病变区域进行搜索，通过病变区域与正常区域的白光下颜色、微血管以及荧光强度的差异，搜索出病变区域；
(3)通过电机对连续变倍扩束镜进行控制，调整输出光斑大小及位置，使得光斑精确圈选病灶区域；
(4)控制光源输出630nm激光，直接对病变组织进行光动力治疗。
利用多种具有针对性的工作模式，即可实现对病灶的术前、术中以及术后全方位的精准诊断和治疗。分别用白光成像诊断模式直接观察病灶，窄带成像诊断模式观察病变部位的血管分布，荧光成像诊断模式观察病变部位的光敏剂空间分布，可视化治疗模式进行光动力可视化精准治疗。
以下详细说明本发明的具体实施例。
实施例1：病灶组织为宫颈黏膜组织
如图2所示，本发明的工作过程为：
(1)将光敏剂预先通过局部涂敷的方式在宫颈位置敷药4小时，然后调整成像模块镜头对焦于宫颈位置；
(2)控制模块启动白光光源，同时调整滤光模块，使成像光束经过不放置任何滤光片的通光孔，实施宫颈及阴道的术前白光诊断，病变的自然白光图像会显示至显示屏上，进行白光成像诊断；
(3)控制模块启动窄带成像模式，系统同时打开405nm激光和540nm激光，同时调整滤光模块，使成像光束经过不放置任何滤光片的通光孔，540nm激光的穿透力强可以观察到宫颈上皮肿瘤的血管分布，405nm激光可以观察黏膜表面的微细结构，成像系统将获得病变微血管图像并在显示屏上显示，进行微血管观察；
(4)控制模块启动荧光诊断模式，系统打开405nm激光，调整滤光模块，换置成450nm长波通滤光片。其中，荧光诊断模式会向病灶区发射405nm的荧光激发波段单色光，光敏剂富集的区域受到激发，发出波长较长的荧光，成像系统将获得病变区域的光敏剂荧光分布图像，进行光敏剂分布的观察；
(5)综合利用白光成像诊断、窄带成像诊断、荧光成像诊断的结果，判定病灶的范围和轮廓，根据病灶的位置及大小，控制连续变倍扩束镜调整光斑的直径，并移动光斑位置，使得光斑精准圈选病灶区域。
(6)控制模块启动光动力治疗模式，将光源切换成630nm治疗光，同时将滤光轮模块切换成630nm的带阻滤光片，防止治疗光导致感光元件CCD饱和，从而实现在内镜下滤除治疗光的术中病灶可视化光动力治疗。
实施例2：病灶组织为口腔黏膜组织
本发明的工作过程为：
(1)光敏剂预先通过静脉注射入体内，治疗开始时，先调整成像模块镜头对焦于口腔病灶位置；
(2)控制模块启动白光光源，同时调整滤光模块，使成像光束经过不放置任何滤光片的通光孔，实施口腔的术前白光诊断，病变的自然白光图像会显示至显示屏上，进行白光成像诊断；
(3)控制模块启动窄带成像模式，系统同时打开405nm激光和540nm激光，同时调整滤光模块，使成像光束经过不放置任何滤光片的通光孔，540nm激光的穿透力强可以观察到黏膜上皮肿瘤的血管分布，405nm激光可以观察黏膜表面的微细结构，成像系统将获得病变微血管图像并在显示屏上显示，进行微血管观察；
(4)控制模块启动荧光诊断模式，系统打开405nm激光，调整滤光模块，换置成450nm长波通滤光片。其中，荧光诊断模式会向病灶区发射405nm的荧光激发波段单色光，光敏剂富集的区域受到激发，发出波长较长的荧光，成像系统将获得病变区域的光敏剂荧光分布图像，进行光敏剂分布的观察；
(5)综合利用白光成像诊断、窄带成像诊断、荧光成像诊断的结果，判定病灶的范围和轮廓，根据病灶的位置及大小，控制连续变倍扩束镜调整光斑的直径，并移动光斑位置，使得光斑精准圈选病灶区域。
(6)控制模块启动光动力治疗模式，将光源切换成630nm治疗光，同时将滤光轮模块切换成630nm的带阻滤光片，防止治疗光导致感光元件CCD饱和，从而实现在内镜下滤除治疗光的术中病灶可视化光动力治疗。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：其包括：高功率白光LED光源(1)、405nm激光光源(2)、540nm激光光源(3)、630nm激光光源(4)、反射镜(5)、第一长波通二向色镜(6)、第二长波通二向色镜(7)、半反半透镜(8)、第一透镜(9)、多模光纤(10)、第二透镜(11)、连续变倍扩束镜(12)、物镜(13)、滤光轮(14)、第三透镜(15)、感光元件CCD(16)、计算机(17)；计算机分别与高功率白光LED光源(1)、405nm激光光源(2)、540nm激光光源(3)、630nm激光光源(4)、连续变倍扩束镜(12)、滤光轮(14)、感光元件CCD(16)连接；所述白光LED、405nm激光、540nm激光作为诊断光，所述630nm激光作为治疗光；白光LED、405nm激光、540nm激光和630nm激光通过反射镜、第一长波通二向色镜、第二长波通二向色镜、半反半透镜后实现合束，合束后的光经过第一透镜耦合入多模光纤中，输出的光经过第二透镜准直后进入连续变倍扩束镜中进行扩束，然后均匀照射在病灶上，病灶中激发的各种光信号经过物镜、滤光轮和第三透镜后进入感光元件CCD进行成像。
2.根据权利要求1所述的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：所述滤光轮(14)上设有三个通光孔，分别放置630nm带阻滤光片、450nm长波通滤光片以及不放置滤光片；通过四种光源和滤光轮上通光孔的切换组合，执行诊断模式和治疗模式的切换。
3.根据权利要求2所述的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：所述诊断模式和治疗模式包括：白光成像诊断模式、窄带成像诊断模式、荧光成像诊断模式、可视化光动力治疗模式。
4.根据权利要求3所述的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：在荧光成像诊断模式时，将光源切换成405nm激光，同时将滤光轮上的通光孔切换成450nm的长波通滤光片。
5.根据权利要求3所述的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：在白光成像诊断模式时，将光源切换成白光LED，此时滤光轮上的通光孔不放置滤光片。
6.根据权利要求3所述的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：在窄带成像诊断模式时，控制光源输出405nm激光和540nm激光，便于观察病变组织的血管图像。
7.根据权利要求3所述的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：在可视化光动力治疗模式时，将光源切换成630nm激光，同时将滤光轮模块切换成630nm的带阻滤光片，防止治疗光导致感光元件CCD饱和，从而实现在内镜下滤除治疗光的术中病灶可视化光动力治疗。
8.根据权利要求1所述的多模影像引导下的光动力精准诊疗装置，其特征在于：所述连续变倍扩束镜通过电机控制，实现对光斑大小的连续变倍数可调，综合利用白光成像诊断、窄带成像诊断、荧光成像诊断模式的连续切换，大范围地搜索病灶的位置和边界，同时调节光斑的大小及位置精准锁定病灶区域，利用诊疗同视场这一特性，切换成治疗波长，无需标记病灶位置而快速切换成光动力治疗模式。
9.多模影像引导下的光动力精准诊疗装置的工作方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)通过局部涂敷或者静脉注射给予患者光敏剂；
(2)经过一定时间后，使用诊断模式，先使用大直径光斑对病变区域进行搜索，通过病变区域与正常区域的白光下颜色、微血管以及
荧光强度的差异，搜索出病变区域；
(3)通过电机对连续变倍扩束镜进行控制，调整输出光斑大小及位
置，使得光斑精确圈选病灶区域；
(4)控制光源输出630nm激光，直接对病变组织进行光动力治疗。
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