具有可視化和顯示光斑邊界功能的光動力治療系統的制作方法

本發明涉及光動力治療技術領域，尤其涉及一種具有可視化和顯示光斑邊界功能的光動力治療系統。

背景技術：

關于癌癥，目前的治療方法中，若采取手術治療，由于手術需開胸，會對患者機體有較大的創傷；若采取放化療治療方法，由于放化療全身毒副作用強，會降低機體正常免疫功能，患者治療后生活質量差，且遠期生存率尚不理想。面對惡性腫瘤的治療現狀，迫切需要發展對機體創傷小、毒副作用小的靶向治療新技術。

光動力治療(photodynamictherapy，pdt)是一種符合21世紀腫瘤治療發展方向(靶向、局部、個體化)的新技術，具有靶向性、局部治療、個性化治療等優點，與手術、化療、放療并列為腫瘤治療的四種主要方法，已成功應用于多種內窺鏡下的腫瘤治療。但是，光動力治療激光光源輸出功率較高，致使內窺鏡ccd(charge-coupleddevice，電荷耦合元件)或cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互補金屬氧化物半導體)等探測器飽和，顯示屏呈亮白一片。在整個治療過程中醫生處于盲視狀態，無法直觀看見組織圖像和治療激光的光斑在腔道內的位置，并且無法實時判斷病灶反應，這是目前所有電子內窺鏡下pdt面臨的共性問題；從而大大降低了治療的準確性和安全性，增加了手術風險，對醫生技術水平要求更高。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于提供一種具有可視化和顯示光斑邊界功能的光動力治療系統，旨在解決現有技術中由于光動力治療激光光源輸出功率較高，致使顯示屏呈亮白一片，從而導致醫生在整個治療過程中無法直觀看見組織圖像以及治療激光的治療位置，無法判斷病灶反應，大大降低了治療的準確性和安全性的技術問題。

為實現上述目的，本發明第一方面提供一種具有可視化和顯示光斑邊界功能的光動力治療系統，所述系統包括：光動力治療激光系統、光復用模塊、光同步模塊和電子內鏡系統；所述光動力治療激光系統包括光動力治療激光光源和輸出光纖，所述光復用模塊包括指示光源和光耦合器；所述電子內鏡系統包括：電子內鏡及內鏡監視器，所述電子內鏡包括軟質內鏡端部，所述軟質內鏡端部的前端包括電子ccd或cmos光學系統；

所述光同步模塊包括準直發射光路、斬波器、準直接收光路及觸發端口；所述觸發端口用于將所述電子ccd或cmos光學系統輸出的曝光及讀出時序信號傳輸給所述斬波器；所述準直接收光路用于將所述光動力治療激光光源輸出的治療激光傳輸給所述斬波器，所述斬波器用于根據所述曝光及讀出時序信號對所述治療激光進行同步斬波調制，以及將得到的脈沖治療激光傳輸至所述準直發射光路；

所述準直發射光路與所述光耦合器的第一輸入端連接，所述光耦合器的第二輸入端與所述指示光源連接，輸出端與所述輸出光纖連接，所述光耦合器用于將所述準直發射光路輸出的所述脈沖治療激光及所述指示光源輸出的指示光耦合，并輸出至所述輸出光纖；所述輸出光纖用于將耦合的所述脈沖治療激光及所述指示光經由所述電子內鏡輸出至人體病變組織，以使在所述電子ccd或cmos光學系統在曝光階段時，所述輸出光纖輸出指示光而無治療激光輸出，而在讀出階段時輸出治療激光和指示光，以便形成具有治療光斑邊界的組織圖像，所述內鏡監視器用于顯示所述組織圖像。

優選地，所述準直接收光路包括依次連接的輸入端、第一光纖及第一透鏡，所述輸入端與光動力治療激光光源連接，所述第一光纖用于接收由所述輸入端輸入的治療激光；所述第一透鏡用于將所述治療激光準直成平行光并輸入至所述斬波器。

優選地，準直發射光路包括依次連接的第二透鏡、第二光纖及連接器，所述連接器與所述光耦合器的第一輸入端連接，所述第二透鏡用于將所述斬波器輸出的脈沖治療激光耦合并輸出至所述第二光纖，經由所述第二光纖及所述連接器輸入所述光耦合器。

優選地，所述電子內鏡還包括：操作手柄及器械通道，所述軟質內鏡端部的前端還包括器械通道出口；

所述輸出光纖從所述器械通道的入口穿入并從所述器械通道出口穿出，以使所述脈沖治療激光及所述指示光經由所述電子內鏡輸出至人體病變組織。

優選地，軟質內鏡端部的前端還包括照明光出口，所述電子內鏡系統還包括冷光源主機，所述電子內鏡還包括數據接頭；

所述冷光源主機通過所述數據接頭與所述電子內鏡連接，用于提供照明光源，以便從所述照明光出口輸出照明光。

優選地，所述電子內鏡系統還包括攝像主機，所述攝像主機通過所述數據接頭與所述電子內鏡連接，所述攝像主機還與所述內鏡監視器連接，用于將所述電子內鏡中所述電子ccd或cmos光學系統得到的組織圖像數據形成具有治療光斑邊界的組織圖像，并將所述具有治療光斑邊界的組織圖像發送給所述內鏡監視器進行顯示。

優選地，所述光動力治療激光光源輸出的治療激光的輸出功率范圍為0w-3w；所述輸出光纖為端面輸出光纖或側面輸出光纖，所述側面輸出光纖的出光區域長度為10mm-200mm。

優選地，所述指示光為綠光或藍光或紅光，所述指示光的輸出波長范圍為430nm-700nm，輸出光譜寬度范圍為0nm-50nm，輸出功率范圍為0mw-100mw。

優選地，所述軟質內鏡端部的材料為軟性材料，其前端可彎曲；所述器械通道直徑不大于5mm。

本發明提供一種具有可視化和顯示光斑邊界功能的光動力治療系統，該系統引入了光同步技術及光復用技術，增加了光同步模塊及光復用模塊，其中，該光同步模塊通過利用電子ccd或cmos光學系統的曝光及讀出時序信號對治療激光進行同步斬波調制，使得經由輸出光纖輸出的脈沖治療激光能夠與電子ccd或cmos光學系統的曝光階段及讀出階段保持同步，在曝光階段不輸出治療激光，以避免電子ccd或cmos光學系統中的探測器接收治療激光，電子ccd或cmos光學系統中的探測器記錄組織圖像數據，實現組織圖像的可視化；在讀出階段輸出治療激光，照射病變組織，電子ccd或cmos光學系統中的探測器僅讀出組織圖像數據，不記錄組織圖像數據。且通過利用光復用模塊中的光耦合器耦合指示光和脈沖治療激光，并由輸出光纖將耦合后的脈沖治療激光及指示光輸出至人體病變組織，由于耦合后的脈沖治療激光和指示光的發光區相同，可通過發射或散射的指示光形成的指示光斑確定脈沖治療激光的治療位置，從而通過識別指示光斑邊界實時顯示治療光斑邊界，為醫生實時提供具有治療光斑邊界的組織圖像，實現光動力治療過程中圖像逼真可視，并使醫生能直觀看見組織圖像和治療光斑位置與病變組織的位置關系，避免醫生憑經驗的盲操作，提高治療的準確性和安全性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例中光動力治療系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例中光復用模塊3的結構示意圖；

圖3為本發明實施例中電子內鏡4的結構示意圖；

圖4為本發明實施例中軟質內鏡端部401的前端的結構示意圖；

圖5為本發明實施例中光同步模塊8的結構示意圖；

圖6為本發明實施例中光動力治療系統的時序信號圖；

圖7a為傳統光動力治療系統的電子內鏡4進行治療激光照射前的圖像；

圖7b為傳統光動力治療系統的電子內鏡4進行治療激光照射的圖像；

圖7c為本專利提供的光動力治療系統的電子內鏡4進行治療激光照射的圖像。

具體實施方式

為使得本發明的發明目的、特征、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部實施例。基于本發明中的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

為了更好地理解本發明實施例中的技術方案，下面將介紹本發明實施例中的技術方案所使用的原理，如下：

電子ccd或cmos光學系統包含曝光階段及讀出階段，其中，曝光階段是指曝光成像階段，且顯示屏出現亮白一片的情況是由于在曝光階段治療激光的功率高導致電子ccd或cmos光學系統中的探測器飽和。為了避免出現顯示屏亮白一片的情況，可以考慮在電子ccd或cmos光學系統的曝光階段不輸出治療激光，而為了能夠利用治療激光對人體病變組織進行治療，則可以在讀出階段輸出治療激光，因此，可以考慮將治療激光的輸出與電子ccd或cmos光學系統的曝光階段及讀出階段保持同步。此外，由于一個曝光階段與一個讀出階段的周期非常短，對于醫生的人眼觀看來說，并不會出現組織圖像閃爍的問題，本發明技術方案即是通過上述原理，在光動力治療系統中增加光同步模塊，使得不僅能夠實現利用治療激光治療的目的，還能夠實現組織圖像的可視化。

此外，為了方便醫生從組織圖像上確定治療光斑邊界，本發明技術方案引入了光復用模塊，通過該光復用模塊將由光同步模塊處理后的脈沖治療激光及指示光源輸出的指示光耦合，并由輸出光纖通過電子內鏡輸出至人體病變組織，由于指示光及脈沖治療激光是由輸出光纖耦合后輸出，具有相同的發光區，指示光指示的位置即是脈沖治療激光的治療位置，因此，基于反射及散射的指示光形成的指示光斑邊界可以當做治療光斑邊界，本發明技術方案即是通過上述原理實現組織圖像中包含治療光斑邊界的。

下面將具體介紹本發明實施例中的技術方案，請參閱圖1至圖6。

如圖1所示，該光動力治療系統包括：光動力治療激光系統、光復用模塊3、光同步模塊8和電子內鏡系統；光動力治療激光系統包括光動力治療激光光源1和輸出光纖2。其中，電子內鏡系統包括：冷光源主機5、攝像主機6、電子內鏡4及內鏡監視器7。如圖2所示該光復用模塊3包括指示光源302和光耦合器301。此外，光復用模塊3還包括第一輸入端3011、第二輸入端3012及輸出端3013。

如圖3所示，電子內鏡4包括軟質內鏡端部401、數據接頭404、操作手柄403及器械通道402，如圖4所示軟質內鏡端部401的前端包括器械通道出口4012，照明光出口4011、電子ccd或cmos光學系統4013。其中，軟質內鏡端部401的材料為軟性材料，其前端可彎曲。其中，器械通道402直徑不大于5mm。其中，本發明實施例提供的電子內鏡4包含有兩個照明光出口4011。

其中，操作手柄403是醫生在使用光動力治療系統進行治療時握持的手柄。

其中，光動力治療激光光源1用于輸出治療激光，且光動力治療激光光源1輸出的治療激光的輸出功率范圍為0w-3w；輸出光纖2為端面輸出光纖2或側面輸出光纖2，側面輸出光纖2的出光區域長度為10mm-200mm。

其中，指示光源302用于發出指示光，該指示光為綠光或藍光或紅光，指示光的輸出波長范圍為430nm-700nm，輸出光譜寬度范圍為0nm-50nm，輸出功率范圍為0mw-100mw。

在本發明實施例中，如圖5所示，光同步模塊8包括準直發射光路801、斬波器802、準直接收光路803及觸發端口804；觸發端口804用于將電子ccd或cmos光學系統4013輸出的曝光及讀出時序信號傳輸給斬波器802；準直接收光路803用于將光動力治療激光光源1輸出的治療激光傳輸給斬波器802，斬波器802用于根據曝光及讀出時序信號對治療激光進行同步斬波調制，及將得到的脈沖治療激光傳輸至準直發射光路801；

進一步的，準直發射光路801與光耦合器301的第一輸入端3011連接，光耦合器301的第二輸入端3012與指示光源302連接，輸出端3013與輸出光纖2連接，光耦合器301用于將準直發射光路801輸出的脈沖治療激光及指示光源302輸出的指示光耦合，并輸出至輸出光纖2；輸出光纖2用于將耦合的脈沖治療激光及指示光經由電子內鏡4輸出至人體病變組織，以使在電子ccd或cmos光學系統4013在曝光階段時，輸出光纖2輸出指示光而無治療激光輸出，而在讀出階段時輸出治療激光和指示光，以便形成具有治療光斑邊界的組織圖像，內鏡監視器7用于顯示該具有治療光斑邊界的組織圖像。

在本發明實施例中，準直接收光路803包括依次連接的輸入端8031、第一光纖8032及第一透鏡8033，輸入端8031與光動力治療激光光源1連接，第一光纖8032用于接收由輸入端輸入的治療激光；第一透鏡8033用于將治療激光準直成平行光并輸入至斬波器802。

在本發明實施例中，準直發射光路801包括依次連接的第二透鏡8011、第二光纖8012及連接器8013，連接器8013與光耦合器301的第一輸入端3011連接，第二透鏡8011用于將斬波器802輸出的脈沖治療激光耦合并輸出至第二光纖8012，經由第二光纖8012及連接器8013輸入光耦合器301。

在本發明實施例中，攝像主機6通過數據接頭404與電子內鏡4連接，攝像主機6還與內鏡監視器7連接，用于將電子內鏡4中電子ccd或cmos光學系統4013得到的組織圖像數據形成具有治療光斑邊界的組織圖像，并將該具有治療光斑邊界的組織圖像發送給內鏡監視器7進行顯示。

在本發明實施例中，光動力治療激光光源1發出治療激光，該治療激光為高電平的治療激光，且該治療激光將輸入光同步模塊8中的準直接收光路803。同時，電子ccd或cmos光學系統4013輸出曝光及讀出時序信號，如圖6中的a所示，其中，高電平對應曝光階段，低電平對應讀出階段。該曝光及讀出時序信號通過數據接口404到達觸發端口804，并加載到斬波器802，斬波器802利用該曝光及讀出時序信號對治療激光進行同步斬波調制(如圖6中的b所示)，即同步阻斷或接通光路，其中，低電平對應光路阻斷，高電平對應光路接通，以得到與曝光及讀出時序信號同步的脈沖治療激光，如圖6中的c所示，低電平對應無治療激光，高電平對應有治療激光。

其中，脈沖治療激光將通過準時發射光路傳輸至光耦合器301的第一輸入端3011，此時，指示光源302發出指示光，且該指示光輸入光耦合器301的第二輸入端3012，光耦合器301將該脈沖治療激光與指示光耦合，并輸出耦合后的脈沖治療激光及指示光至輸出光纖2。

其中，輸出光纖2從器械通道402的入口穿入并從器械通道出口4012穿出，以使脈沖治療激光及指示光經由電子內鏡4輸出至人體病變組織。冷光源主機5通過數據接頭404與電子內鏡4連接，用于提供照明光源，以便從照明光出口4011輸出照明光。即輸出至人體病變組織的光包括脈沖治療激光，指示光及照明光。其中，脈沖治療激光用于對人體病變組織進行激光治療，照明光是用于照明作用，指示光適用于形成治療光斑邊界。

其中，由于脈沖治療激光是與電子ccd或cmos光學系統4013的曝光及讀出時序信號同步的，因此，在電子ccd或cmos光學系統4013的曝光階段，脈沖治療激光為低電平，即沒有治療激光輸出，在電子ccd或cmos光學系統4013的讀出階段，脈沖治療激光為高電平，即由治療激光輸出。

其中，在曝光階段，由于沒有治療激光輸出至人體病變組織，此時，電子ccd或cmos光學系統4013將接收反射或散射的指示光及照明光，記錄組織圖像數據。在讀出階段，有治療激光、指示光及照明光輸出至人體病變組織，然而，由于在讀出階段是組織圖像數據讀出的過程，并未涉及到組織圖像數據的記錄，即使治療激光的功率大，也不會造成電子ccd或cmos光學系統4013中的電子ccd或cmos探測器飽和，且在讀出階段，將曝光階段記錄的組織圖像數據傳送到攝像主機6形成組織圖像，由攝像主機6利用該組織圖像數據形成組織圖像及治療光斑邊界，以得到具有治療光斑邊界的組織圖像。通過上述曝光階段和讀出階段的相互交替，在利用治療激光進行治療的基礎上，不僅可以實現組織圖像的可視化，且可得到具有治療光斑邊界的組織圖像。

其中，電子ccd或cmos光學系統4013在得到組織圖像數據之后，將該組織圖像數據通過數據接頭404傳輸給攝像主機6，攝像主機6利用該組織圖像數據形成具有治療光斑邊界的組織圖像，并發送給內鏡監視器7，由內鏡監視器7顯示該具有治療光斑邊界的組織圖像，以方便醫生進行激光治療。

進一步的，在本發明實施例中，該光動力治療系統還可以包括模式選擇開關，用于切換非光動力治療模式和光動力治療模式，其中，非光動力治療模式是指不啟動光動力治療激光系統、光復用模塊3及光同步模塊8工作，電子內鏡系統中的電子ccd或cmos光學系統4013接收反射或散射回來的照明光并進行成像，僅能得到組織圖像，且該組織圖像沒有治療光斑邊界，通常該種模式用于醫生對人體病變組織進行查看。其中，光動力治療模式是指光動力治療激光系統、光復用模塊3及光同步模塊8工作，輸出至人體病變組織的包含脈沖治療激光、指示光及照明光，不僅能夠通過脈沖治療激光進行治療，還能夠通過指示光及照明光得到具有治療光斑邊界的組織圖像，以便于用戶進行激光治療。上述兩種模式可以通過模式選擇開關進行切換。

如圖7a至圖7c所示，圖7a為傳統光動力治療系統的電子內鏡4進行治療激光照射前的圖像，圖7b為傳統光動力治療系統的電子內鏡4進行治療激光照射的圖像，圖7c為本專利提供的光動力治療系統的電子內鏡4進行治療激光照射的圖像。從圖中可以看出，利用本系統進行光動力治療時，可顯示具有治療光斑邊界的組織圖像。

在本發明實施例中，光動力治療系統引入了光同步技術及光復用技術，增加了光同步模塊8及光復用模塊3，其中，該光同步模塊8通過利用電子ccd或cmos光學系統的曝光及讀出時序信號對治療激光進行同步斬波調制，使得經由輸出光纖2輸出的脈沖治療激光能夠與電子ccd或cmos光學系統的曝光階段及讀出階段保持同步，在曝光階段不輸出治療激光，以避免電子ccd或cmos光學系統中的探測器接收治療激光，電子ccd或cmos光學系統中的探測器記錄組織圖像，實現組織圖像的可視化；在讀出階段輸出治療激光，照射病變組織，電子ccd或cmos光學系統中的探測器僅讀出組織圖像數據，不記錄組織圖像。且通過利用光復用模塊3中的光耦合器301耦合指示光及脈沖治療激光，并由輸出光纖2將耦合后的脈沖治療激光及指示光輸出至人體病變組織，由于耦合后的脈沖治療激光和指示光的發光區相同，可通過發射或散射的指示光形成的指示光斑確定脈沖治療激光的治療位置，從而通過識別指示光斑邊界實時顯示治療光斑邊界，為醫生實時提供具有治療光斑邊界的組織圖像，實現光動力治療過程中圖像逼真可視，并使醫生能直觀看見治療光斑位置與病變組織的位置關系，避免醫生憑經驗的盲操作，提高治療的準確性和安全性。

以上為對本發明所提供的一種具有可視化和顯示光斑邊界的光動力治療系統的描述，對于本領域的技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。