CN116211339A - 诊疗设备、控制方法及存储介质 - Google Patents

诊疗设备、控制方法及存储介质 Download PDF

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CN116211339A CN202310117233.9A CN202310117233A CN116211339A CN 116211339 A CN116211339 A CN 116211339A CN 202310117233 A CN202310117233 A CN 202310117233A CN 116211339 A CN116211339 A CN 116211339A
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张璇晔
赵冠棋
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Abstract

本申请涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种诊疗设备、控制方法及存储介质，其中，诊疗设备包括：成像组件，用于利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对诊疗目标的组织区域进行结构成像、血管成像和/或弹性成像，得到组织区域的多个组织图像；治疗组件，用于根据所有组织图像确定诊疗目标的待治疗区域和治疗区域的目标照射时间和强度，对诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗。由此，解决了相关技术中诊疗过程中，诊疗流程复杂，人为操作多，自动化水平低，存在诊断误差等问题。

Description

诊疗设备、控制方法及存储介质
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种诊疗设备、控制方法及存储介质。
背景技术
常见的三维医学成像技术包括磁共振成像(Magnetic resonance imaging)、X射线计算机断层成像(X-ray computed tomography)、超声成像(Ultrasound imaging)和光学相干层析成像(Optical coherence tomography，OCT)等。依赖超声和OCT，可以实现超声成像、光学相干层分析和光学相干弹性成像，但是，如果仅仅只是成像，只能获得组织的结构和功能信息，检测出病变区域，却无法进行治疗。
激光对生物组织存在光热效应、光声效应、光化学效应等，可用于疾病的治疗。例如，由于生物组织在照射时间内吸收了激光的能量，并使其转化成热，可造成病变组织的损伤，从而治疗疾病。组织的损伤是曝光能量、曝光时间以及组织特性的综合效应。同时，当生物组织被短脉冲光照射时，部分光被吸收并且转换成热，根据热胀冷缩的基本原理，物体产生膨胀，周期性的热胀冷缩会产生冲击波，这种冲击波也可以诱导有限的组织消融，从而治疗疾病。
因此，激光在疾病的治疗方面有广泛的应用。但单纯使用激光进行组织病变的治疗也存在着明显的缺陷，例如无法准确识别病变组织、无法预先确定激光强度和治疗时间，难以达到最佳治疗效果。虽然也可以采取分步的操作，先对组织进行检测，划定病变区域，然后对病变区域进行激光治疗。但分步操作不仅增加了治疗流程的复杂性和人工定位的误差，而且无法对激光治疗效果进行即时评价，从而无法对激光治疗的方案进行即时优化。
发明内容
本申请提供一种诊疗设备、控制方法及存储介质，以解决相关技术在诊疗过程中，诊疗流程复杂，人为操作多，自动化水平低，存在诊断误差等问题。
本申请第一方面实施例提供一种诊疗设备，包括以下步骤：成像组件，用于利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对诊疗目标的组织区域进行结构成像、血管成像和/或弹性成像，得到所述组织区域的多个组织图像；治疗组件，用于根据所有组织图像确定所述诊疗目标的待治疗区域和所述治疗区域的目标照射时间和强度，对所述诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗。
可选地，所述成像组件和所述治疗组件同时或者不同时工作。
可选地，所述成像组件包括超声成像单元、光学相干层析成像单元和光学相干弹性成像单元，其中，所述超声成像单元用于获取所述组织区域的深层组织结构和血管图像，所述光学相干层析成像单元用于获取所述组织区域的浅层组织结构和血管图像，所述光学相干弹性成像单元用于获取所述组织区域的组织弹性分布图像。
可选地，所述光学相干层析成像单元扫频源光学相干层析成像结构或者光谱域光学相干层析成像结构。
可选地，所述治疗组件包括：治疗单元，用于产生治疗光束；上位机，用于显示所述所有组织图像，并对所述所有组织图像进行分析确定待治疗区域和所述治疗区域的目标照射时间和强度，控制所述治疗单元产生所述目标照射时间和强度的治疗光束，并照射所述治疗区域。
可选地，所述治疗单元包括：光源模块；开关模块，用于控制所述光源模块的开启和关闭；衰减模块，用于控制所述光源模块产生治疗光束的照射强度。
可选地，还包括：光束耦合单元，用于实现成像光束和治疗光束的耦合；集成扫描单元，用于实现成像光束、治疗光束与超声声束的集成和扫描，调整光束照射方向和/或声束照射方向，使声束和光束依次照射到所述组织区域和/或待治疗区域。
本申请第二方面实施例提供一种诊疗设备的控制方法，所述方法应用于上述实施例所述的诊疗设备，包括以下步骤：利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对诊疗目标的组织区域进行结构成像、血管成像和/或弹性成像，得到所述组织区域的多个组织图像；根据所有组织图像确定所述诊疗目标的待治疗区域和所述治疗区域的目标照射时间和强度，对所述诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗。
可选地，所述对所述诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗，包括：利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对当前组织进行结构成像、血管成像和/或弹性成像；根据所述当前组织的组织图像确定所述当前组织是否处于所述治疗区域，若所述当前组织处于所述治疗区域，则对所述当前组织进行照射治疗，否则停止照射治疗。
本申请第三方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的诊疗设备的控制方法。
由此，本申请至少具有如下有益效果：
本申请实施例可以将超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像相结合，实现组织的结构成像、血管成像和弹性成像，能够更好的识别病变组织属性；包含成像、激光器治疗两个部分，可以单独进行成像，也可以在成像的同时进行激光治疗，弥补了超声成像、光学相干层析成像、光学相干弹性成像只能实现成像而不能进行有效治疗的弊端；将检查与治疗进行了结合，减少诊疗中的人为操作，提升诊疗的自动化水平，提高了效率，在检测的同时进行治疗，用于临床检测的精确诊断治疗。由此，解决了相关技术中诊疗过程中，诊疗流程复杂，人为操作多，自动化水平低，存在诊断误差等技术问题。
本申请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，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/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为根据本申请实施例提供的一种诊疗设备的方框示意图；
图2为根据本申请实施例提供的评估组织弹性属性的流程图；
图3根据本申请实施例提供的血管壁受声辐射力前后的对比图；
图4为根据本申请实施例提供的血管壁的光学相干弹性检测示意图；
图5根据本申请实施例提供的光学相干层析成像的示意图；
图6根据本申请实施例提供的旋转扫描方式集成扫描单元的结构示意图；
图7根据本申请实施例提供的平面扫描方式集成扫描单元的结构示意图；
图8根据本申请实施例提供的玻璃棱镜-硅油-玻璃棱镜的三明治结构示意图；
图9根据本申请实施例提供的基于扫频源光学相干层析成像的装置示意图；
图10根据本申请实施例提供的基于光谱域光学相干层析成像的装置示意图；
图11根据本申请实施例提供的诊疗设备的组成单元的示意图；
图12根据本申请实施例提供的诊疗设备具体实现过程图；
图13为根据本申请实施例提供的一种诊疗设备的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
常见的三维医疗常见的三维医学成像技术包括磁共振成像(Magnetic resonanceimaging)、X射线计算机断层成像(X-ray computed tomography)、超声成像(Ultrasoundimaging)和光学相干层析成像(Optical coherence tomography，OCT)等。磁共振成像利用射频脉冲对磁场中的氢原子核进行激励，在射频脉冲停止后，由感应线圈采集氢原子核发出的射频信号，并进行信号处理，重建组织结构。X射线计算机断层成像时，X射线束对一定厚度的组织进行扫描，由探测器接收透过该组织的X射线，依据组织对X射线的吸收，实现组织的三维成像。磁共振成像和X射线计算机断层成像的成像深度较大，但分辨率较差。超声成像利用超声声束扫描组织，由于不同组织对超声的吸收和散射不同，导致返回超声信号存在衰减，通过对返回超声信号的接收和处理，能够获得组织更加精细的图像。光学相干层析成像是一种基于低相干干涉原理的成像方法,具有高分辨等优点,可用于光学散射样品的二维截面和三维立体成像。从成像深度和分辨率来看，超声成像的深度可以达到数厘米，但分辨率大于100微米；OCT成像可以实现小于10微米的分辨率和2-3mm的成像深度，适用于检测组织的微小结构差异。将超声成像与OCT成像结合，可以实现生物组织的多模态成像，不仅可以得到浅层组织的高分辨OCT图像，而且可以获得深层组织的低分辨率超声图像。
生物组织的弹性力学特性与组织的成分、结构和连接形式密切相关，因此，生物组织的弹性测量对于评估组织的成分和结构具有重要意义。弹性成像是利用生物医学影像平台，结合弹性测量方法，在空间上逐点分析组织的弹性力学属性(如杨氏模量)，重建出组织的弹性分布图像。弹性成像中，首先使用外力诱发组织的弹性振动，然后使用影像平台检测组织的受激振动，最后通过对振动幅度或弹性波速度的计算，分析组织的力学弹性属性。光学相干弹性成像(Optical coherence elastography，OCE)依赖于OCT成像平台的高分辨性质和高灵敏振动检测能力，为弹性成像提供了新的技术手段。OCE成像时，可以使用超声辐射力诱导组织产生振动，利用OCT成像技术检测组织的振动，通过计算振动幅度或弹性波速度，获得组织的高分辨弹性分布图像。
因此，依赖超声和OCT，可以实现超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像。但是，如果仅仅只是成像，只能获得组织的结构和功能信息，检测出病变区域，却无法进行治疗。
激光对生物组织存在光热效应、光声效应、光化学效应等，可用于疾病的治疗。例如，由于生物组织在照射时间内吸收了激光的能量，并使其转化成热，可造成病变组织的损伤，从而治疗疾病。组织的损伤是曝光能量、曝光时间以及组织特性的综合效应。同时，当生物组织被短脉冲光照射时，部分光被吸收并且转换成热，根据热胀冷缩的基本原理，物体产生膨胀，周期性的热胀冷缩会产生冲击波，这种冲击波也可以诱导有限的组织消融，从而治疗疾病。
此外，光也能引起组织的化学结构改变，称为光化学效应。将合适的生色团注射进身体内，单色光辐照有可能引起选择性的光化学反应，结果就形成生物转换作用，从而治疗疾病。在极低的激发光功率下，已经观察到许多生物刺激效应，如头发的生长、创伤的愈合、刺激胶原蛋白合成、抑制胶原蛋白合成、促进生长、抑制生长、血管形成、减轻疼痛等。因此，激光在疾病的治疗方面有广泛的应用。但单纯使用激光进行组织病变的治疗也存在着明显的缺陷，例如无法准确识别病变组织、无法预先确定激光强度和治疗时间，难以达到最佳治疗效果。虽然也可以采取分步的操作，先对组织进行检测，划定病变区域，然后对病变区域进行激光治疗。但分步操作不仅增加了治疗流程的复杂性和人工定位的误差，而且无法对激光治疗效果进行即时评价，从而无法对激光治疗的方案进行即时优化。
下面将参考附图描述本申请实施例的诊疗设备、控制方法及存储介质。具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种诊疗设备的方框示意图。
如图1所示，该诊疗设备10包括：成像组件11和治疗组件12。
其中，成像组件11用于利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对诊疗目标的组织区域进行结构成像、血管成像和/或弹性成像，得到组织区域的多个组织图像；治疗组件12用于根据所有组织图像确定诊疗目标的待治疗区域和治疗区域的目标照射时间和强度，对诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗。
其中，照射可以利用治疗激光光束进行照射。
可以理解的是，本申请实施例成像组件可以利用超声成像获取诊疗目标的组织结构图像和血管图像，利用光学相干层析成像获取诊疗目标的组织结构图像和血管图像，利用光学相干弹性成像获取诊疗目标的组织弹性分布图像，从而得到组织区域的多个组织图像；治疗组件依据多个组织图像识别待治疗的区域，使用治疗激光光束对成像区域中待治疗的组织区域进行照射治疗。
需要说明的是，成像组件和治疗组件同时或不同时工作，即为可以先成像后治疗，也可以在成像的同时进行治疗。
在本申请实施例中，成像组件11包括：超声成像单元、光学相干层析成像单元和光学相干弹性成像单元。
其中，超声成像单元用于获取组织区域的深层组织结构和血管图像，光学相干层析成像单元用于获取组织区域的浅层组织结构和血管图像，光学相干弹性成像单元用于获取组织区域的组织弹性分布图像。
可以理解的是，本申请实施例成像组件包括超声成像单元、光学相干层析成像单元和光学相干弹性成像单元，将上述三种成像单元分别对组织区域扫描成像，利用超声成像单元获取深层组织结构和血管图像，利用光学相干层析成像单元获取浅层组织结构和血管图像，利用光学相干弹性成像单元获取组织的弹性分布图像。
在本申请实施例中，光学相干层析成像单元扫频源光学相干层析成像结构或者光谱域光学相干层析成像结构。
可以理解的是，本申请实施例光学相干层析成像单元可以是扫频源OCT(Swept-sourceOCT)，也可以是光谱域OCT(Spectral domain OCT)。OCT可以实现组织的结构成像和血管成像，也可以通过测量组织在受声辐射力激励后的振动幅度或弹性波速度，实现组织的弹性成像。
在超声成像时，超声声束可以对深层组织进行一维、二维或三维成像，图像信号在计算机上成像；在光学相干层析成像时，成像光束在组织表面扫描，对浅层组织进行一维、二维或三维成像，图像信号在计算机上成像；在光学相干弹性成像时，超声声束在组织中产生声辐射力，激励组织产生弹性振动，利用OCT成像技术检测组织的振动，通过测量振动幅度或弹性波速度，获得组织的弹性分布图像。
需要说明的是，超声脉冲发生/接收器(Ultrasonic pulser/receiver)可以驱动超声/激光集成扫描单元中的超声换能器(Ultrasound transducer)，实现超声成像；高强度超声，也可以在组织中产生声辐射力(Acoustic radiation force)，激励组织产生弹性振动。信号发生器(Function generator)和射频功率放大器的组合，可以取代超声脉冲发生/接收器，驱动超声换能器输出高强度超声，因此可以激励组织产生弹性振动，但无法接收超声信号用于超声成像。
具体而言，本申请可以利用超声换能器输出的声辐射力诱导组织产生振动，然后通过OCT成像技术检测组织振动。可以通过比较组织振动幅度差异，评估组织的弹性差异；也可以通过重建组织中弹性波的传播，测量弹性波传播速度，计算组织的弹性属性，如图2所示。
图3血管壁受声辐射力前后的对比图，声辐射力是声波与其传输路径上障碍物之间的相互作用，空间中给定位置的声辐射力F可以通过以下公式评估：
Figure BDA0004079077710000061
其中，α表示超声在组织中的衰减系数，与超声频率有关,I表示声束在待测位置的平均强度，与超声换能器的声场有关，vU表示超声在组织中的传播速度。因此，超声辐射力随着组织衰减系数和超声强度的增大而增大。
OCT可以高灵敏地检测组织中的微小振动，实现小振幅的振动检测。首先，通过快速傅里叶变换(Fast Fourier transformation，FFT)，将OCT采集的随波长变化的干涉强度信号变换到随深度变化的复数信号，并对傅立叶变换后的复数信号进行带通滤波，去除低频噪声。OCT复数信号
Figure BDA0004079077710000062
包含幅度度A(x,y,z,t)部分和相位
Figure BDA0004079077710000063
部分，其中(x,y,z)表示扫描的空间位置，t表示采样时刻。根据多普勒(Doppler)原理，OCT信号的相位变化，可以用来计算组织中散射粒子的振动速度和位移。样品中散射粒子在时间t到t+1内的速度VP与OCT相位变化/>
Figure BDA0004079077710000064
的关系如下所示：/>
Figure BDA0004079077710000065
其中，n表示组织的折射率,λ表示光在真空中的中心波长,θ表示粒子运动方向与OCT光束的夹角，VP×cos(θ)表示粒子沿OCT光束方向的速度分量，t和t+1时刻的时间间隔为ΔT，相位变化
Figure BDA0004079077710000066
可以通过OCT复数信号计算，如下所示：
Figure BDA0004079077710000067
其中，Cx,y,z,t和Cx,y,z,t+1分别表示不同时刻(t和t+1时刻)相同空间位置(x,y,z)上的OCT复数信号。通过对VP的计算，也可以实现组织中的血管成像。此时，散射粒子为血液中的流动红细胞。
在样品上施加相同的辐射力，较软的组织会呈现较大的振动幅度，而更硬的组织会呈现更小的振动幅度。组织的受激形变相对较小时，杨氏模量E可以表示为应力σ和应变ε的比例，如下所示：
Figure BDA0004079077710000071
其中，F表示施加的外力，S表示力的作用面积，Δz表示样品在外力方向的形变，z0表示样品在外力方向的厚度。当ARF声辐射力在一个范围内均匀分布时，外力作用在样品上的压强近似相同。由于声辐射力引起的组织形变足够小，可以假设受激振动时，z0保持不变。为了比较相同外力作用下(F/S保持不变)，样品产生的应变ε的差异，需要计算样品在外力方向的形变Δz。使用OCT技术测量单位时间的样品振动速度VP，并通过对振动速度的积分，可以计算形变Δz。
Figure BDA0004079077710000072
Δz表示样品在时间t1至t2之间的振动幅度。可以通过比较组织振动幅度差异，评估组织的弹性差异。较软的组织会呈现较大的振动幅度，而更硬的组织会呈现更小的振动幅度。
图4为血管壁的光学相干弹性检测示意图。当声辐射力激发样品时，样品在被激发位置上会产生弹性振动，随着时间推移，弹性振动会从激发位置向周围组织传播。通过OCT成像技术，检测组织上不同位置在不同时间的弹性振动，可以重建弹性波的传播路径。由于血管是管装薄壁结构的生物组织，弹性波在传播过程中，会在血管内外壁边缘连续反射，形成兰姆波(Lamb wave)。同时，考虑到血管内壁与液体接触，血管外壁与软组织接触，兰姆波传播过程中会在血管壁的内外边界上存在压缩波的泄露和剪切波的全反射，因此兰姆波的速度与剪切波的速度可以通过以下公式近似关联：
Figure BDA0004079077710000073
其中，h表示样品厚度，VL表示兰姆波在频率f时的速度，VS表示剪切波的速度。根据剪切波速度VS与杨氏模量E的简化关系：
Figure BDA0004079077710000074
兰姆波的传播速度与杨氏模量E之间的关系可以通过以下公式近似计算：
Figure BDA0004079077710000075
其中ρ表示样品密度，h表示样品厚度，VL表示Lamb波在频率f时的速度。因此，杨氏模量可以通过兰姆波的速度定量计算。为了简化计算，也可以将血管壁上的弹性波简化为剪切波VS，利用剪切波速度VS与杨氏模量E的简化公式计算血管壁的杨氏模量。
如图5所示，在光学相干层析成像单元中，低相干光源发出的光束经过分光模块，一部分光束进入参考光路，另一部分光束进入样品光路。其中，进入参考光路的光束由反射镜反射或者直接进入光学干涉模块。进入样品光路的光束经过光束耦合单元和集成扫描单元中的会聚透镜、反射镜等元件，照射到生物组织上。从生物组织反射和散射的光，通过超声/激光集成扫描单元和光束耦合单元，返回样品光路。样品光路的返回光束与来自参考光路的光束进入光学干涉模块中，两束光发生干涉，干涉光强度或功率被光电探测模块检测，进行模数转换后，进入计算机处理。不同波长的干涉信号进行傅里叶变换后，可得到沿光束方向(深度方向)的一维组织结构信息，再配合光束的扫描，可实现组织的二维横截面扫描成像和三维立体成像。目前光学相干层析成像根据使用光源种类的不同，分为扫频源OCT和光谱域OCT。
超声成像单元中，超声信号发生/接收单元(如超声信号发生/接收器)产生脉冲电信号，驱动超声/激光集成扫描探头中的超声换能器，产生超声波，超声波进入生物组织。由于不同组织对超声的吸收和散射不同，导致返回超声信号存在衰减。利用超声信号发生/接收单元接收返回的超声信号，并进行处理，能够获得深层组织的超声图像。
超声成像单元中，如果增强超声信号发生/接收器产生的脉冲电信号，驱动超声/激光集成扫描探头中的超声换能器产生更强的超声波，可以激励生物组织产生弹性振动。此时，利用OCT测量弹性振动，计算振动幅度和弹性波传播速度，可以分析组织的弹性模量，实现光学相干弹性成像。光学相干弹性成像时，无需利用超声信号发生/接收器接收超声信号。如果超声信号发生/接收器产生的脉冲电信号电压较低，可以使用信号发生器输出电信号，经过射频功率放大器进行电信号放大，驱动超声换能器产生更强的超声波，从而激励生物组织产生更大的弹性振动幅度，便于后续OCT检测弹性振动。
在本申请实施例中，治疗组件12包括：治疗单元和上位机。
其中，治疗单元用于产生治疗光束，上位机用于显示所有组织图像，并对所有组织图像进行分析确定待治疗区域和治疗区域的目标照射时间和强度，控制治疗单元产生目标照射时间和强度的治疗光束，并照射治疗区域。
其中，治疗光束可以为治疗激光光束，上位机可以为计算机，上位机用于超声图像、光学相干层析图像、光学相干弹性图像的显示、分析，扫描区域定位，光束开关模块控制，以及扫描探头控制等。
可以理解的是，本申请实施例中治疗组件的治疗单元用于产生治疗光束，上位机用于显示成像组件获得的所有组织图像，对组织图像进行分析，确定待治疗的组织区域和治疗光束的照射时间和强度，控制治疗光束对成像区域中待治疗的组织区域进行照射治疗。
在本申请实施例中，治疗单元包括：光源模块、开关模块和衰减模块。
其中，开关模块用于控制光源模块的开启和关闭；衰减模块用于控制光源模块产生治疗光束的照射强度。
其中，开关模块可以设置为快门或电磁开关等，对此不做限定；衰减模块可以是衰减片、中性密度滤光片、光学狭缝等，对此不做限定。
可以理解的是，治疗单元用于生物组织的治疗，为了防止激光光束对正常组织的损伤，在激光治疗光路上安装一个开关模块(如快门、电磁开关)和衰减模块(如光强衰减片)。在光束扫描至正常组织时，快门关闭，阻断治疗激光光束，停止照射组织；在光束扫描至待治疗的组织时，快门打开，治疗激光光束照射组织。为了达到最佳的治疗强度，可以通过调节光强衰减装置，控制到达组织的激光强度，避免光束强度过高、对病变区域照射过度，或光束强度过低、对病变区域照射不足。
在本申请实施例中，治疗组件12还包括：光束耦合单元和集成扫描单元。
其中，光束耦合单元用于实现成像光束和治疗光束的耦合；集成扫描单元用于实现成像光束、治疗光束与超声声束的集成和扫描，调整光束照射方向和/或声束照射方向，使声束和光束依次照射到组织区域和/或待治疗区域。
具体而言，本申请实施例光束耦合单元实现OCT成像光束和治疗激光光束的耦合，OCT成像光束与治疗激光光束的波长不同，来自于不同的光源。光束耦合单元可以是光纤波分复用器(Wavelength division multiplexing)、二向色镜(Dichroic mirrors)等。集成扫描单元(又称超声/激光集成扫描单元)实现成像光束、治疗光束与超声声束的集成和扫描，使声束和光束依次照射到组织相同或相近的区域。集成扫描单元主要包括光束和声束扫描装置、光束的反射镜或/和声束的反射镜等，调整光束照射方向或声束照射方向。
需要说明的是，集成扫描单元可以是旋转扫描方式，也可以是平面扫描方式。旋转扫描方式中，通过转动和拖动光束，实现光束和声束的圆周扫描或/和螺旋扫描。平面扫描方式中，通过振镜摆动反射光束或平移台移动，实现光束的一维线扫描和二维面扫描，通过平移台移动或选定阵列式超声换能器不同单元，实现声束的一维线扫描和二维面扫描，其结构如图6所示，包括驱动模块和旋转模块等。来自成像光源和治疗光源的光束从光纤滑环(Fiber optic rotary joint)的定子端进入，从光纤滑环的转子端输出，光束经过会聚镜后，被反射镜反射，照射到生物组织(如血管)上。定子端的光纤不旋转，转子端的光纤由旋转电机驱动、皮带传动进行旋转。转子端的光纤与旋转模块连接，带动旋转模块一同旋转，从而实现旋转扫描。来自超声信号发生/接收器的电信号通过电缆进入导电滑环(Electrical slip ring)的定子端，由导电滑环转子端输出后，通过电缆与旋转模块中的超声换能器连接，驱动超声换能器，发射超声波。定子端电缆不旋转，与超声信号发生/接收器连接。转子端的电缆与旋转模块连接，与旋转模块一同旋转。导电滑环与光纤滑环可以集成在一起，也可以分离，同时由旋转电机驱动，同步旋转。旋转电机、光纤滑环、导电滑环固定在直线滑轨上，直线滑轨拖动旋转电机、光纤滑环、导电滑环和旋转模块进行直线运动。
平面扫描探头中，光束通过振镜摆动，反射光束，实现光束的一维线扫描和二维面扫描，从而获得组织的二维截面图像和三维立体图像。扫描振镜可以包括两面反射镜，一面用于X轴扫描，一面用于Y轴扫描。也可以使用一面反射镜实现。为了使声束和光束照射到相同或相近的组织区域，可以利用一个浸没在水中的玻片，实现超声反射、光束穿透的功能。水和玻璃具有相近的光折射率，因此大部分光束能够直接穿过玻片，入射到组织上。同时，水和玻璃具有较大的声阻抗差异，因此大部分超声能够在水/玻璃的界面上反射，入射到组织上。超声换能器可以固定在二维位移台上，通过位移台的运动，实现超声的平面扫描，如图7所示。
为了实现光束的穿过、超声的反射，也可以使用玻璃棱镜-硅油-玻璃棱镜的三明治结构，如图8所示。由于玻璃和硅油具有相近的光折射率，因此大部分光束能够直接穿过玻片，入射到组织上。同时，玻璃和硅油具有较大的声阻抗差异，因此大部分超声能够在玻璃/硅油的界面上反射，入射到组织上。硅油也可以换成水。由于超声在空气中传播时，具有较大的衰减，因此通常在超声的传播路径上添加耦合剂，耦合剂可以是水或超声耦合胶。
需要说明的是，在光学治疗后，可以使用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像方法进行治疗效果评估和治疗安全性评估。对已治疗的组织区域进行成像，分析已治疗区域的生物组织结构特征、血管分布、弹性分布等属性，从而评价治疗效果和安全性。此评估结果，可以为下一步的治疗提供信息。
在本申请实施例中，光学相干层析成像单元扫频源光学相干层析成像结构或者光谱域光学相干层析成像结构，上述实施例中已经阐述，下面通过具体实施例来阐述基于两种不同的结构进行光学相干层析成像。
一种基于扫频源光学相干层析成像的装置如图9所示。扫频光源发出的光束经过光纤耦合器1分成一定比例的两束光，其中一束光进入参考光路，一束光进入样品光路。进入参考光路的光束经过光纤环形器2和光学延迟线后，在反射镜处反射，重新经过光学延迟线和光纤环形器2，进入光纤耦合器2。进入样品光路的光束经过光纤环形器1后，进入光纤波分复用器，通过集成扫描单元后照射到生物组织上。从组织上反射或散射的光束再经集成扫描单元、光纤波分复用器和光纤环形器1后，与来自参考光路的光束在光纤耦合器2处进行干涉。干涉光由光电探测器探测后再经信号采集卡采集和处理，最后在计算机上进行分析、成像。扫频光源在每一时刻输出单波长(或窄带)光，光电探测器在不同时刻可以检测不同波长干涉光的强度。治疗激光器发出的光束经过快门和光强衰减器后，通过光纤波分复用器汇入光学相干层析成像的样品光路中。
一种基于光谱域光学相干层析成像的装置如图10所示。连续宽光谱光源发出的光束经过光纤隔离器后，由光纤耦合器进行分光，一部分光束进入参考光路，一部分光束进入样品光路。进入参考光路的光束经过光学延迟线后，在反射镜处反射，重新经过光学延迟线，返回光纤耦合器。进入样品光路的光束经过光纤波分复用器，通过集成扫描单元后照射到生物组织上。从组织上反射或散射的光束再经集成扫描单元、光纤波分复用器后，进入光纤耦合器，与来自参考光路的光束在光纤耦合器中进行干涉。光纤隔离器用于防止干涉光返回连续宽光谱光源，损坏光源。由于宽光谱光源同时发出不同波长的光束，因此干涉光具有不同波长。干涉光经过光栅，不同波长的干涉光在空间上分离，投射到线阵或面阵CCD的不同像元位置，从而实现不同波长干涉光强度或功率的同时检测。治疗激光器发出的光束经过快门和光强衰减器后，通过光纤波分复用器汇入光学相干层析成像的样品光路中。
光学相干层析成像单元采集到的某一位置(,y)随波长λ变化的干涉信号序列Γx,y(λ)，进行快速傅立叶变换(Fast Fourier transform，FFT)后，可得到随深度z变化的复数信号，依赖成像深度z变化的复数形式的信号序列可以表示为Cx,y,z，包含幅度部分和相位部分。其中(x,y)表示与成像光束垂直平面的坐标，z表示成像光束方向(深度方向)的坐标。在得到光学相干层析成像信号的幅度和相位后，提取幅度信息，即可获得组织的结构图像。依据扫描方式不同，A扫描得到沿深度方向的一维信息，B扫描可以得到二维截面图像，C扫描可以得到三维图像。通过对OCT信号Cx,y,z的分析，可以获得组织的病变信息。如果为病例组织，记录下其位置坐标(,y,z)及病例信息，后续治疗时，治疗激光光束将扫描至(,y)位置时开启。
综上，本申请提出的诊疗设备，如图11所示，将超声成像、光学相干层析成像、光学相干弹性成像与激光治疗进行结合。装置包括光学相干层析成像单元、激光治疗单元、光束耦合单元、超声信号发生/接收单元、超声/激光集成扫描单元等。超声信号发生/接收单元结合超声/激光集成扫描单元中的超声换能器，用于深层组织的超声成像，同时可以提供声辐射力，激励组织产生弹性振动。光学相干层析成像单元用于浅层组织的高分辨结构、血管等成像。同时，OCT通过测量声辐射力诱导的弹性振动幅度或弹性波速度，获得组织的高分辨弹性分布图像。激光治疗单元用于提供组织治疗所需要的断续和强度可调的光束。光束耦合单元实现OCT成像光束和治疗激光光束的耦合，OCT成像光束与治疗激光光束来自于不同的光源。当成像光束与治疗光束波长不同时，光束耦合模块可以是光纤波分复用器、二向色镜等。超声/激光集成扫描单元实现OCT成像光束、治疗激光光束与超声声束的集成，主要包括光束和声束的扫描装置、光束的反射装置和/或声束的反射装置，调整光束照射方向和声束照射方向，使声束和光束照射到待检测组织相同或相近的区域。用于治疗的光束和用于成像的光束通过光束耦合单元后，进入超声/激光集成扫描探头，入射到组织上。
具体而言，本申请的诊疗设备具体的实现过程如图12所示，首先利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像方法识别生物组织的性质，在鉴别出需要治疗的组织区域后，对该区域组织进行激光治疗。激光治疗后，如果需要评价治疗效果，可以对此区域再次进行成像，并分析组织性质。如果仍需进行激光治疗，则继续进行激光治疗；如果无需治疗，则结束此区域治疗。激光治疗后，如果无需评价治疗效果，则结束此区域治疗。
例如，在光学相干层析成像时，成像光束在组织表面扫描，对浅层组织进行一维、二维或三维成像，图像信号在计算机上成像。在超声成像时，超声声束对深层组织进行一维、二维或三维成像，图像信号在计算机上成像。在光学相干弹性成像时，超声声束在组织中产生声辐射力，激励组织产生弹性振动，利用OCT成像技术检测组织的振动，通过测量振动幅度或弹性波速度，获得组织的弹性分布图像。此时，用于治疗的激光光束关闭。然后，从图像中识别待治疗的组织区域后，在计算机上此区域的坐标进行记录。
接下来，使用相同的扫描机构，对上述成像区域再次进行扫描。再次扫描的过程中，操纵用于治疗的激光光束开关装置。在扫描至待治疗组织区域时，打开治疗激光光束，照射该组织；在扫描至正常组织区域时，阻断治疗激光光束，停止照射组织。此阶段，治疗激光光束也可以一直开启，根据之前记录的坐标，只扫描待治疗的组织，而不扫描正常组织。开启治疗激光光束时，治疗激光光束的能量通过光强衰减装置调节，照射某一位置的时间可通过光束开关装置调整。
以冠心病中的动脉粥样硬化斑块为例进行阐述阐述本申请的诊疗设备。
冠心病的诊断和治疗方案设计中，动脉粥样硬化斑块易损性的评估具有重要意义。动脉粥样硬化斑块可以分为四种：软斑块、纤维斑块、钙化斑块和衰减斑块。软斑块是易损的斑块，具有薄纤维帽(纤维帽厚度<65μm)，纤维帽中包裹着脂质成分。随着纤维帽的逐渐变厚，易损斑块可能发展为稳定斑块，即纤维斑块、钙化斑块或衰减斑块。稳定斑块的危害较小，如果不影响供血，可以暂不处置。但易损斑块的薄纤维帽随时可能发生破裂，一旦破裂，血管表面将出现溃疡或糜烂，可能出现亚临床斑块生长，导致血管进一步狭窄，或者形成血栓，导致心肌梗死。易损斑块是冠心病导致心肌梗死的重要危险因素，而动脉粥样硬化斑块纤维帽的厚度是判断斑块易损性的决定性因素。
冠心病的影像学方法包括体外成像和内窥成像两类。体外成像包括基于X光的数字减影造影术(Digital subtraction angiography)，冠脉电子计算机断层扫描成像(Coronary computed tomography)、心脏磁共振成像(Coronary magnetic resonanceimaging)等，用于观察血管的尺寸和形态。传统X光的冠脉造影、冠脉电子计算机断层扫描和心脏磁共振成像只能粗略评估血管管径尺寸，初步定位血管狭窄的位置，无法准确测量血管管径，也无法获得动脉粥样硬化斑块的图像。
内窥成像主要包括血管内超声成像(Intravascular ultrasound imaging)和血管内光学相干层析成像(Intravascular optical coherence tomography)等，将微型化的探头通过导管送入到血管腔内，实时显示血管360°横截面图像，可以测量管腔的大小和狭窄程度，并观察血管内动脉粥样硬化斑块的形态和血管管壁的结构。血管内超声成像具有～100μm的空间分辨率，通过深入血管腔内成像，可以测量血管内径，并实现动脉粥样硬化斑块的成像。但是，血管内斑块上的易损纤维帽厚度通常小于100μm，超声成像虽然可以实现整个斑块组织的成像，但图像分辨率较低，无法分辨薄纤维帽和脂质部分，难以准确判断斑块的易损性。
光学相干层析成像(Optical coherence tomography，OCT)是一种高分辨三维医学成像技术。OCT利用短相干长度的可见光或近红外光，基于光的干涉原理，对光学散射介质(如生物组织)进行扫描成像，空间分辨率达到～10μm，生物组织的成像深度为2-3mm，可以高分辨地成像血管内壁结构，评估斑块的易损性和支架治疗效果。现有血管内OCT成像基于组织的光散射差异，能够实现血管壁结构的三维高分辨成像，但OCT成像深度较浅，无法实现整个斑块组织的成像，也难以准确判断斑块的易损性。
血管壁的动脉粥样硬化斑块中，脂质结构和纤维帽结构的光散射差异较小，血管内OCT成像难以准确地区分纤维帽和脂质，无法准确地测量纤维帽的厚度，在诊断动脉粥样硬化斑块的易损性方面存在较大难度。动脉粥样硬化会改变血管壁的弹性力学属性，其中脂质成分和纤维成分的弹性力学属性有较大差异。因此，通过对血管壁结构的弹性分析，可以更加准确地区分斑块中的纤维帽和脂质体，从而更加准确地判断动脉粥样硬化斑块的易损性。光学相干弹性成像(Optical coherence elastography，OCE)依赖于OCT成像平台的高分辨性质和高灵敏振动检测能力，为弹性成像提供了新的技术手段。
根据本申请实施例提出的诊疗设备，可以将超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像相结合，实现组织的结构成像、血管成像和弹性成像，能够更好的识别病变组织属性；包含成像、激光器治疗两个部分，可以单独进行成像，也可以在成像的同时进行激光治疗，弥补了超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像只能实现成像而不能进行有效治疗的弊端；将检查与治疗进行了结合，减少诊疗中的人为操作，提升诊疗的自动化水平，提高了效率，在检测的同时进行治疗，用于临床检测的精确诊断治疗。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的诊疗设备的控制方法，应用于上述实施例的诊疗设备。
图13是本申请实施例的诊疗设备的控制方法的流程图。
如图13所示，该诊疗设备的控制方法，包括以下步骤：
在步骤S101中，利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对诊疗目标的组织区域进行结构成像、血管成像和/或弹性成像，得到组织区域的多个组织图像。
其中，超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像在上述实施例中已经阐述，此处不再赘述。
在步骤S102中，根据所有组织图像确定诊疗目标的待治疗区域和治疗区域的目标照射时间和强度，对诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗。
可以理解的是，本申请实施可以根据上述三种成像方式获得的组织图像确定诊疗目标的待治疗区域和治疗光束的照射时间和强度，从而对待治疗区域进行治疗。
在本申请实施例中，对诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗，包括：利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对当前组织进行结构成像、血管成像和/或弹性成像；根据当前组织的组织图像确定当前组织是否处于治疗区域，若当前组织处于治疗区域，则对当前组织进行照射治疗，否则停止照射治疗。
可以理解的是，本申请实施例可以对当前组织的组织图像进行分析，确定当前组织是否处于治疗区域，若当前组织处于治疗区域，则进行照射治疗，否则停止照射治疗。
具体而言，该诊疗设备可以利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像方法识别生物组织的性质，在鉴别出需要治疗的组织区域后，对该区域组织进行激光治疗。需要说明的是，在控制诊疗设备进行激光治疗后，如果需要评价治疗效果，可以对此区域再次进行成像，并分析组织性质。如果仍需进行激光治疗，则继续进行激光治疗；如果无需治疗，则结束此区域治疗。激光治疗后，如果无需评价治疗效果，则结束此区域治疗。
需要说明的是，前述对诊疗设备实施例的解释说明也适用于该实施例的诊疗设备的控制方法，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的诊疗设备的控制方法，可以利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像识别生物组织的性质，在鉴别出需要治疗的组织区域后，对该区域组织进行激光治疗；将检查与治疗进行了结合，提高了效率，在检测的同时进行治疗，用于临床检测的精确诊断治疗。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的诊疗设备的控制方法。
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申请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是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N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。
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。在本申请的描述中，“N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。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种诊疗设备，其特征在于，包括：
成像组件，用于利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对诊疗目标的组织区域进行结构成像、血管成像和/或弹性成像，得到所述组织区域的多个组织图像；
治疗组件，用于根据所有组织图像确定所述诊疗目标的待治疗区域和所述治疗区域的目标照射时间和强度，对所述诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗。
2.根据权利要求1所述的诊疗设备，其特征在于，所述成像组件和所述治疗组件同时或者不同时工作。
3.根据权利要求1所述的诊疗设备，其特征在于，所述成像组件包括超声成像单元、光学相干层析成像单元和光学相干弹性成像单元，其中，所述超声成像单元用于获取所述组织区域的深层组织结构和血管图像，所述光学相干层析成像单元用于获取所述组织区域的浅层组织结构和血管图像，所述光学相干弹性成像单元用于获取所述组织区域的组织弹性分布图像。
4.根据权利要求3所述的诊疗设备，其特征在于，所述光学相干层析成像单元扫频源光学相干层析成像结构或者光谱域光学相干层析成像结构。
5.根据权利要求1所述的诊疗设备，其特征在于，所述治疗组件包括：
治疗单元，用于产生治疗光束；
上位机，用于显示所述所有组织图像，并对所述所有组织图像进行分析确定待治疗区域和所述治疗区域的目标照射时间和强度，控制所述治疗单元产生所述目标照射时间和强度的治疗光束，并照射所述治疗区域。
6.根据权利要求5所述的诊疗设备，其特征在于，所述治疗单元包括：
光源模块；
开关模块，用于控制所述光源模块的开启和关闭；
衰减模块，用于控制所述光源模块产生治疗光束的照射强度。
7.根据权利要求1所述的诊疗设备，其特征在于，还包括：
光束耦合单元，用于实现成像光束和治疗光束的耦合；
集成扫描单元，用于实现成像光束、治疗光束与超声声束的集成和扫描，调整光束照射方向和/或声束照射方向，使声束和光束依次照射到所述组织区域和/或待治疗区域。
8.一种诊疗设备的控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-7任意一项所述的诊疗设备，其中，所述方法包括以下步骤：
利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对诊疗目标的组织区域进行结构成像、血管成像和/或弹性成像，得到所述组织区域的多个组织图像；
根据所有组织图像确定所述诊疗目标的待治疗区域和所述治疗区域的目标照射时间和强度，对所述诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对所述诊疗目标的待治疗区域进行目标照射时间和强度的照射治疗，包括：
利用超声成像、光学相干层析成像和光学相干弹性成像中的多种方式对当前组织进行结构成像、血管成像和/或弹性成像；
根据所述当前组织的组织图像确定所述当前组织是否处于所述治疗区域，若所述当前组织处于所述治疗区域，则对所述当前组织进行照射治疗，否则停止照射治疗。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求8或9所述的诊疗设备的控制方法。
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