用于光动力治疗的激光精准照射系统及方法
阅读说明：本技术 用于光动力治疗的激光精准照射系统及方法 (Laser accurate irradiation system and method for photodynamic therapy ) 是由 陈德福 刘莹 顾瑛 邱海霞 杨健 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：用于光动力治疗的激光精准照射系统及方法,能够实现光斑对黏膜组织病灶的精准覆盖,进一步提高光动力疗法的疗效,减小副作用。诊断激光经长波通二向色镜的反射和透镜的透射照射到病灶(7),激发出荧光,荧光再经透镜、长波通二向色镜、长波通滤光片进入CCD相机,经CCD相机成像在计算机系统的屏幕上,得到病灶图像；对病灶图像进行图像处理,划定治疗范围,建立二维治疗坐标系,确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要,以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强；治疗激光经过反射镜、长波通二向色镜、光斑调节部分出射,同步控制器使检流计振镜系统偏转与治疗激光出射同步进行。(The laser accurate irradiation system and method for photodynamic therapy can realize accurate coverage of light spots on mucous membrane tissue focuses, further improve the curative effect of the photodynamic therapy and reduce side effects. The diagnostic laser irradiates a focus (7) through the reflection of the long-wave-pass dichroic mirror and the transmission of the lens, so as to excite fluorescence, the fluorescence enters the CCD camera through the lens, the long-wave-pass dichroic mirror and the long-wave-pass optical filter, and is imaged on a screen of a computer system through the CCD camera, so as to obtain a focus image; processing the focus image, defining a treatment range, establishing a two-dimensional treatment coordinate system, determining which coordinate points need to be irradiated and which coordinate points do not need to be irradiated, and setting different light intensities for the irradiation coordinate points with different disease levels; the therapeutic laser is emitted through the reflector, the long-wave-pass dichroic mirror and the light spot adjusting part, and the synchronous controller enables the galvanometer system to deflect and emit the therapeutic laser synchronously.)
技术领域
本发明涉及光电检测的技术领域，尤其涉及一种用于光动力治疗的激光精准照射系统，以及这种用于光动力治疗的激光精准照射系统所采用的方法。
背景技术
光动力疗法是继手术、放疗、化疗后出现的一种新型治疗肿瘤微创疗法。光动力治疗通过局部涂敷或者静脉注射的方式对患者给予光敏剂，光敏剂给药后经过特定时间对病灶予以激光照射，光敏剂经过激发后产生具有细胞毒性的活性氧，进而杀伤病灶细胞。光动力疗法集高选择性、创伤小、安全性、可重复治疗且不产生耐药性等优点于一体，具有传统疗法无法比拟的优势，无需切除病变组织，能够最大限度保护组织器官的结构和功能。
治疗光和光敏剂是光动力治疗的两大基本要素。众多肿瘤病变呈现无规则分布，光动力治疗所采用的传统圆形光斑照射无法精准覆盖病灶区域，可能造成光动力疗法疗效不佳，甚至造成正常组织损伤。
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用于光动力治疗的激光精准照射系统，其能够实现光斑对病灶的精准覆盖，进一步提高光动力疗法的疗效，减小副作用。
本发明的技术方案是：这种用于光动力治疗的激光精准照射系统，其包括：计算机系统(1)、诊断激光(2)、CCD相机(3)、长波通滤光片(4)、长波通二向色镜(5)、透镜(6)、同步控制器(8)、治疗激光、反射镜(12)、长波通二向色镜、光斑调节部分(15)、检流计振镜系统(16)；
诊断激光经长波通二向色镜的反射和透镜的透射照射到病灶(7)，激发出荧光，荧光再经透镜、长波通二向色镜、长波通滤光片进入CCD相机，经CCD相机成像在计算机系统的屏幕上，得到病灶图像；对病灶图像进行图像处理，划定治疗范围，建立二维治疗坐标系，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强；治疗激光经过反射镜、长波通二向色镜、光斑调节部分出射，同步控制器使检流计振镜系统偏转与治疗激光出射同步进行。
本发明通过诊断激光照射到病灶组织，激发出荧光，经CCD相机成像在计算机屏幕上，得到病灶图像；对病灶图像进行图像处理，划定治疗范围，建立二维治疗坐标系，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强；同步控制器使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行；因此能够实现光斑对病灶的精准覆盖，进一步提高光动力疗法的疗效，减小副作用。
还提供了一种用于光动力治疗的激光精准照射方法，其包括以下步骤：
(1)诊断激光经长波通二向色镜的反射和透镜的透射照射到病灶，激发出荧光，荧光再经透镜、长波通二向色镜、长波通滤光片进入CCD相机，经CCD相机成像在计算机系统的屏幕上，得到病灶图像；
(2)对病灶图像进行图像处理，得到病灶的精细化划分，区分出病灶的患病部位和健康部位，以及对患病部位的不同区域进行患病级别评定；
(3)根据病灶图像经图像处理后的具体特征，划定治疗范围，选定一个点为原点，建立二维治疗坐标系；
(4)根据需要将治疗范围按一定大小分割成一定数量的坐标点，并将光斑调节部分调节成与之对应的光斑大小；
(5)根据需要选择合适波长的治疗激光以及根据患病级别评定结果，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强；
(6)同步控制器同步触发检流计振镜系统和治疗激光，使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行，并使治疗激光按相应的同步时序出射，精准照射在黏膜组织病灶坐标点，直至将病灶部位照射完成。
附图说明
图1示出了根据本发明的用于光动力治疗的激光精准照射系统的结构示意图。
图2示出了根据本发明的用于光动力治疗的激光精准照射系统的光斑调节部分的结构示意图。
图3示出了根据本发明的用于光动力治疗的激光精准照射系统的检流计振镜系统的结构示意图。
图4示出了根据本发明的用于光动力治疗的激光精准照射系统的病灶图像经图像处理的示例图。
图5示出了根据本发明的用于光动力治疗的激光精准照射系统的检流计振镜和激光同步触发的时序示例图。
图6示出了根据本发明的用于光动力治疗的激光精准照射方法的流程图。
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，这种用于光动力治疗的激光精准照射系统，其包括：计算机系统(1)、诊断激光(2)、CCD相机(3)、长波通滤光片(4)、长波通二向色镜(5)、透镜(6)、同步控制器(8)、治疗激光、反射镜(12)、长波通二向色镜、光斑调节部分(15)、检流计振镜系统(16)；
诊断激光经长波通二向色镜的反射和透镜的透射照射到病灶(7)，激发出荧光，荧光再经透镜、长波通二向色镜、长波通滤光片进入CCD相机，经CCD相机成像在计算机系统的屏幕上，得到病灶图像；对病灶图像进行图像处理，划定治疗范围，建立二维治疗坐标系，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强；治疗激光经过反射镜、长波通二向色镜、光斑调节部分出射，同步控制器使检流计振镜系统偏转与治疗激光出射同步进行。
本发明通过诊断激光照射到病灶组织，激发出荧光，经CCD相机成像在计算机屏幕上，得到病灶图像；对病灶图像进行图像处理，划定治疗范围，建立二维治疗坐标系，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强；同步控制器使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行；因此能够实现光斑对病灶的精准覆盖，进一步提高光动力疗法的疗效，减小副作用。
优选地，所述诊断激光的波长为405nm。
优选地，所述同步控制器同步触发检流计振镜系统和治疗激光，使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行，并使治疗激光按相应的同步时序出射。
优选地，所述检流计振镜系统包括：X轴驱动电路、X轴驱动电机(16-1)、X轴镜片(16-2)、Y轴驱动电路、Y轴驱动电机(16-3)、Y轴镜片(16-4)，X轴振镜和Y轴振镜正交放置，根据两个振镜之间的垂直距离和振镜与病灶之间的距离，得出病灶坐标点与驱动X轴振镜系统和Y轴振镜系统的电压的关系，从而通过改变驱动电压，来改变振镜偏转角度。
优选地，所述治疗激光包括：第一治疗激光(9)、第二治疗激光(10)、第三治疗激光(11)，所述长波通二向色镜包括：第一长波通二向色镜(13)、第二长波通二向色镜(14)；第一治疗激光(9)的波长为660nm，经过反射镜(12)反射、第一长波通二向色镜(13)和第二长波通二向色镜(14)透射；第二治疗激光(10)的波长为630nm，经过第一长波通二向色镜(13)反射、第二长波通二向色镜(14)透射；第三治疗激光(11)的波长为532nm，经过第二长波通二向色镜(14)反射；三种出射光的方向位置相同。
优选地，所述光斑调节部分包括扩束系统(15-1)、(15-2)和可调光阑(15-3)；扩束系统使用倒置的伽利略望远系统；首先，根据需要选择合适的透镜焦距，使扩束比尽可能的大，使经扩束系统后的激光光斑尽可能大，再根据需要将治疗范围按一定大小分割成一定数量的坐标点，最后，调节可变光阑，将光斑调节部分调节成与之对应的光斑大小。
如图6所示，还提供了一种用于光动力治疗的激光精准照射方法，其包括以下步骤：
(1)诊断激光经长波通二向色镜的反射和透镜的透射照射到病灶，激发出荧光，荧光再经透镜、长波通二向色镜、长波通滤光片进入CCD相机，经CCD相机成像在计算机系统的屏幕上，得到病灶图像；
(2)对病灶图像进行图像处理，得到病灶的精细化划分，区分出病灶的患病部位和健康部位，以及对患病部位的不同区域进行患病级别评定；
(3)根据病灶图像经图像处理后的具体特征，划定治疗范围，选定一个点为原点，建立二维治疗坐标系；
(4)根据需要将治疗范围按一定大小分割成一定数量的坐标点，并将光斑调节部分调节成与之对应的光斑大小；
(5)根据需要选择合适波长的治疗激光以及根据患病级别评定结果，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强；
(6)同步控制器同步触发检流计振镜系统和治疗激光，使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行，并使治疗激光按相应的同步时序出射，精准照射在黏膜组织病灶坐标点，直至将病灶部位照射完成。
优选地，所述步骤(4)中，根据病灶具体特征进行分割，根据分割数量和分割大小，定制覆盖病灶的光斑，使用一个大光斑覆盖病灶或用多个小光斑扫描病灶。
优选地，所述步骤(4)中，根据病灶具体特征进行分割，病灶形状大而圆，则分割数量少，且光斑较大，病灶形状尖锐复杂，则分割数量多，且光斑较小。
优选地，所述步骤(6)中，所述治疗激光包括：第一治疗激光(9)、第二治疗激光(10)、第三治疗激光(11)，所述长波通二向色镜包括：第一长波通二向色镜(13)、第二长波通二向色镜(14)；第一治疗激光(9)的波长为660nm，经过反射镜(12)反射、第一长波通二向色镜(13)和第二长波通二向色镜(14)透射；第二治疗激光(10)的波长为630nm，经过第一长波通二向色镜(13)反射、第二长波通二向色镜(14)透射；第三治疗激光(11)的波长为532nm，经过第二长波通二向色镜(14)反射；三种出射光的方向位置相同。
以下详细说明本发明的具体实施例。
在对病灶组织进行诊断时，选用波长405nm的诊断激光进行荧光激发。诊断激光(2)经长波通二向色镜(5)反射和透镜(6)透射照射到病灶组织，激发出荧光，荧光再经透镜(6)、长波通二向色镜(5)、长波通滤光片(4)进入CCD相机，经CCD相机成像在计算机屏幕上，得到病灶图像。对病灶图像进行图像处理，得到病灶的精细化划分，区分出病灶的患病部位和健康部位，以及对患病部位的不同区域进行患病级别评定。根据病灶图像经图像处理后的具体特征，划定治疗范围，选定合适点为原点，建立二维治疗坐标系。根据需要将治疗范围按一定大小分割成一定数量的坐标点，根据病灶具体特征进行分割，病灶形状大而圆，则分割数量少，且光斑较大，病灶形状尖锐复杂，则分割数量多，且光斑较小。根据分割数量和分割大小，定制覆盖病灶的光斑，既可以使用一个大光斑覆盖病灶，也可以用多个小光斑扫描病灶。光斑调节部分包括扩束系统和可调光阑。在该装置中使用倒置的伽利略望远系统作为扩束系统。首先，根据需要选择合适的透镜焦距，使扩束比尽可能的大，使经扩束系统后的激光光斑尽可能大，最后，调节可变光阑，调节成与之对应的光斑大小。再根据需要选择合适波长的治疗激光，可选治疗激光(9)波长为660nm、治疗激光(10)波长为630nm、治疗激光(11)波长为532nm。选择波长为660nm的治疗激光，需经过反射镜(12)反射，长波通二向色镜(13)和长波通二向色镜(14)透射；选择波长为630nm的治疗激光，需经过长波通二向色镜(13)反射，长波通二向色镜(14)透射；选择波长为532nm的治疗激光，需经过长波通二向色镜(14)反射。选择治疗激光不同但出射方向位置不变。以及根据患病级别评定结果，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强。同步控制器同步触发检流计振镜系统和治疗激光，使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行，并使治疗激光按相应的同步时序出射。其中，检流计振镜系统包括X轴驱动电路、X轴驱动电机(16-1)、X轴镜片(16-2)，Y轴驱动电路、Y轴驱动电机(16-3)、Y轴镜片(16-4),X轴振镜和Y轴振镜正交放置，根据两个振镜之间的垂直距离和振镜与病灶之间的距离，得出病灶坐标点与驱动X轴振镜系统和Y轴振镜系统的电压的关系，从而通过改变驱动电压，来改变振镜偏转角度。
实施例1：病灶组织为口腔黏膜组织
诊断激光(2)经长波通二向色镜(5)反射和透镜(6)透射照射到口腔黏膜病灶组织，激发出荧光，荧光再经透镜(6)、长波通二向色镜(5)、长波通滤光片(4)进入CCD相机，经CCD相机成像在计算机屏幕上，得到口腔黏膜病灶组织图像。对病灶图像进行图像处理，得到病灶的精细化划分，区分出病灶的患病部位和健康部位，以及对患病部位的不同区域进行患病级别评定。根据病灶图像经图像处理后的具体特征，划定治疗范围，选定合适点为原点，建立二维治疗坐标系。根据需要将治疗范围按一定大小分割成一定数量的坐标点，并将光斑调节部分调节成与之对应的光斑大小。根据需要选择合适波长的治疗激光以及根据患病级别评定结果，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强。
同步控制器同步触发检流计振镜系统和治疗激光，使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行，并使治疗激光按相应的同步时序出射，精准照射在口腔黏膜组织病灶坐标点，直至将病灶部位照射完成。
经治疗后的口腔黏膜组织疗效好，且对正常组织无损伤。
实施例2：病灶组织为宫颈黏膜组织
诊断激光(2)经长波通二向色镜(5)反射和透镜(6)透射照射到宫颈黏膜病灶组织，激发出荧光，荧光再经透镜(6)、长波通二向色镜(5)、长波通滤光片(4)进入CCD相机，经CCD相机成像在计算机屏幕上，得到宫颈黏膜病灶组织图像。对病灶图像进行图像处理，得到病灶的精细化划分，区分出病灶的患病部位和健康部位，以及对患病部位的不同区域进行患病级别评定。根据病灶图像经图像处理后的具体特征，划定治疗范围，选定合适点为原点，建立二维治疗坐标系。根据需要将治疗范围按一定大小分割成一定数量的坐标点，并将光斑调节部分调节成与之对应的光斑大小。根据需要选择合适波长的治疗激光以及根据患病级别评定结果，确定哪些坐标点需要照光哪些坐标点不需要，以及不同患病级别照光坐标点设置不同光强。
同步控制器同步触发检流计振镜系统和治疗激光，使检流计振镜偏转与治疗激光出射同步进行，并使治疗激光按相应的同步时序出射，精准照射在宫颈黏膜组织病灶坐标点，直至将病灶部位照射完成。
经治疗后的宫颈黏膜组织疗效好，且对正常组织无损伤。
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。
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