本發(fā)明屬于光動力治療技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

關(guān)于癌癥，目前的治療方法中，若采取手術(shù)治療，由于手術(shù)需開胸，會對患者機(jī)體有較大的創(chuàng)傷；若采取放化療治療方法，由于放化療全身毒副作用強(qiáng)，會降低機(jī)體正常免疫功能，患者治療后生活質(zhì)量差，且遠(yuǎn)期生存率尚不理想。面對惡性腫瘤的治療現(xiàn)狀，迫切需要發(fā)展對機(jī)體創(chuàng)傷小、毒副作用小的靶向治療新技術(shù)。

光動力治療(photodynamictherapy，pdt)是一種符合21世紀(jì)腫瘤治療發(fā)展方向(靶向、局部、個體化)的新技術(shù)，具有靶向性、局部治療、個性化治療等優(yōu)點，與手術(shù)、化療、放療并列為腫瘤治療的四種主要方法，已成功應(yīng)用于多種內(nèi)窺鏡下的腫瘤治療。但是，光動力治療光源為610-650nm波段激光，輸出功率較高，致使內(nèi)窺鏡ccd(charge-coupleddevice，電荷耦合元件)飽和，顯示屏呈亮白一片。在整個治療過程中醫(yī)生處于盲視狀態(tài)，無法直觀看見組織圖像和治療光纖的光斑在腔道內(nèi)的位置，并且無法實時判斷病灶反應(yīng)，這是目前所有電子內(nèi)窺鏡下pdt面臨的共性問題；從而大大降低了治療的準(zhǔn)確性和安全性，增加了手術(shù)風(fēng)險，也增加了研究量效關(guān)系和劑量優(yōu)化的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)，旨在解決由于光動力治療光源輸出功率較高，致使顯示屏呈亮白一片，從而導(dǎo)致醫(yī)生在整個治療過程中無法直觀看見組織圖像和治療光纖的光斑在腔道內(nèi)的位置，并且無法實時判斷病灶反應(yīng)，大大降低了治療的準(zhǔn)確性和安全性，增加了手術(shù)風(fēng)險的問題。

本發(fā)明提供了一種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)，所述光動力治療系統(tǒng)包括：光動力治療激光系統(tǒng)、光復(fù)用模塊和電子內(nèi)鏡系統(tǒng)；

所述光動力治療激光系統(tǒng)包括光動力治療激光光源和輸出光纖，所述光復(fù)用模塊包括指示光源和光耦合器，所述光耦合器的第一輸入端與所述光動力治療激光光源連接，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光動力治療激光光源輸出的治療激光和所述指示光源輸出的指示光耦合，并輸出至所述輸出光纖；

所述電子內(nèi)鏡系統(tǒng)包括電子內(nèi)鏡及內(nèi)鏡監(jiān)視器，所述電子內(nèi)鏡包括器械通道及軟質(zhì)內(nèi)鏡端部，所述軟質(zhì)內(nèi)鏡端部的前端包括器械通道出口和照明光出口，所述輸出光纖從所述器械通道入口穿入并從所述器械通道出口穿出，用于將耦合的所述治療激光和指示光經(jīng)由所述電子內(nèi)鏡輸出至人體病變組織；

所述照明光出口用于輸出照明光，所述軟質(zhì)內(nèi)鏡端部的前端還包含電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)，所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)用于截止反射或散射回來的治療激光，并用于接收反射或散射回來的照明光和指示光，并根據(jù)所述照明光實時獲取治療過程中的組織圖像數(shù)據(jù)，及根據(jù)所述指示光實時提取治療光斑邊界；所述內(nèi)鏡監(jiān)視器用于顯示包含所述治療光斑邊界的組織圖像。

進(jìn)一步地，所述電子內(nèi)鏡系統(tǒng)還包括冷光源主機(jī)和攝像主機(jī)，所述電子內(nèi)鏡還包括數(shù)據(jù)接頭，所述冷光源主機(jī)通過所述數(shù)據(jù)接頭與所述電子內(nèi)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；所述攝像主機(jī)與所述內(nèi)鏡監(jiān)視器連接，且通過所述數(shù)據(jù)接頭與所述電子內(nèi)鏡連接，用于根據(jù)所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)獲取的組織圖像數(shù)據(jù)形成具有治療光斑邊界的組織圖像，并對所述組織圖像進(jìn)行處理，并將處理后的組織圖像輸出至所述內(nèi)鏡監(jiān)視器。

進(jìn)一步地，所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)中的ccd或cmos安裝有濾光片或所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)鍍有帶阻濾光薄膜，用于截止反射或散射回來的治療激光。

進(jìn)一步地，所述光動力治療系統(tǒng)還包括一模式選擇開關(guān)，用于切換非光動力治療模式和光動力治療模式；在所述非光動力治療模式下，所述內(nèi)鏡監(jiān)視器用于顯示非光動力治療下呈現(xiàn)的組織圖像；在所述光動力治療模式下，所述內(nèi)鏡監(jiān)視器用于顯示光動力治療過程中呈現(xiàn)的包含治療光斑邊界的組織圖像。

進(jìn)一步地，所述攝像主機(jī)還安裝有圖像處理軟件，在非光動力治療模式下，所述圖像處理軟件用于對形成的組織圖像進(jìn)行實時顏色校正，以使顯示的組織圖像無色偏；在光動力治療模式下，所述圖像處理軟件用于對形成的具有治療光斑邊界的組織圖像進(jìn)行實時顏色校正，以使顯示的組織圖像無色偏并且組織圖像中的治療光斑邊界高清可視。

進(jìn)一步地，在光動力治療模式下，所述圖像處理軟件用于利用公式i0＝(k+1)ir對形成的組織圖像進(jìn)行顏色校正；

其中，ir代表從實時獲取到的組織圖像中提取的紅色強(qiáng)度，i0代表標(biāo)準(zhǔn)紅色強(qiáng)度，k＝iloss/ir，k為特征比參數(shù)，iloss代表缺失強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述光動力治療激光光源輸出的治療激光波長范圍為610nm-650nm，輸出功率范圍為0w-3w；所述輸出光纖為端面輸出光纖或側(cè)面輸出光纖，所述側(cè)面輸出光纖的出光區(qū)域長度為10mm-200mm。

進(jìn)一步地，所述指示光為綠光或藍(lán)光，所述指示光的輸出波長范圍為430nm-580nm，輸出光譜寬度范圍為0nm-50nm，輸出功率范圍為0mw-100mw。

進(jìn)一步地，所述濾光片對治療激光的透過率不大于10％，電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)的直徑不大于5.0mm，所述ccd或cmos的芯片尺寸≤1/4″，所述ccd或cmos的有效像素不小于48萬，所述ccd或cmos的鏡頭視場角不小于100°。

進(jìn)一步地，所述軟質(zhì)內(nèi)鏡端部的材料為軟性材料，其前端可彎曲；所述器械通道的直徑不大于5mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供的一種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)將光譜截止技術(shù)與光復(fù)用技術(shù)引入到光動力治療系統(tǒng)，使得能夠利用電子內(nèi)鏡中的電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)的光譜截止功能截止反射或散射的治療激光，同時接收反射或散射的照明光成像，實現(xiàn)組織圖像可視，且通過利用光復(fù)用模塊中的光耦合器耦合治療激光及指示光，并由輸出光纖將耦合的治療激光及指示光通過電子內(nèi)鏡輸出至人體病變組織，由于耦合后的治療激光和指示光的發(fā)光區(qū)相同，可通過反射或散射的指示光形成的指示光斑確定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(yī)生實時提供具有治療光斑邊界的組織圖像；實現(xiàn)光動力治療過程中圖像逼真可視，并使醫(yī)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(guān)系，避免醫(yī)生憑經(jīng)驗的盲操作，提高治療效果，并避免過度照射、照射不足或照射不準(zhǔn)等問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的電子內(nèi)鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的電子內(nèi)鏡的軟質(zhì)內(nèi)鏡端部的前端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)的光譜曲線示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的光復(fù)用模塊的示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的光動力治療激光系統(tǒng)與光復(fù)用模塊的連接關(guān)系示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的利用電子內(nèi)鏡對胃部進(jìn)行檢測治療的示意圖；

圖8a是本發(fā)明實施例提供的傳統(tǒng)光動力治療系統(tǒng)的電子內(nèi)鏡進(jìn)行治療激光照射前的圖像；

圖8b是本發(fā)明實施例提供的傳統(tǒng)光動力治療系統(tǒng)的電子內(nèi)鏡進(jìn)行治療激光照射的圖像；

圖8c是本發(fā)明實施例提供的光動力治療系統(tǒng)的電子內(nèi)鏡進(jìn)行治療激光照射的圖像。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的主要實現(xiàn)思想為：提供一種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過將光譜截止技術(shù)與光復(fù)用技術(shù)引入到光動力治療系統(tǒng)，利用光譜截止技術(shù)阻止電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)接收反射或散射回來的治療激光，同時接收來自電子內(nèi)鏡前端照明成像光，實現(xiàn)組織圖像可視；且通過利用光復(fù)用模塊中的光耦合器耦合治療激光及指示光，并由輸出光纖將耦合的治療激光及指示光通過電子內(nèi)鏡輸出至人體病變組織，其中，指示光與治療激光照射組織時的發(fā)光區(qū)相同，指示光用于指示治療激光照射區(qū)域，組織反射或散射回來的指示光由電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)接收，通過識別指示光斑邊界實時顯示治療光斑邊界，結(jié)合軟件校正和補償算法，實現(xiàn)實時顯示包含治療光斑邊界的組織圖像。

下面具體介紹這種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)，如圖1和圖5所示，所述光動力治療系統(tǒng)包括：光動力治療激光系統(tǒng)、光復(fù)用模塊和電子內(nèi)鏡系統(tǒng)；

所述光動力治療激光系統(tǒng)包括光動力治療激光光源1和輸出光纖2，所述光復(fù)用模塊3包括光耦合器301和指示光源302，所述光動力治療激光光源1通過光耦合器301的第一輸入端3011與所述光耦合器301連接，所述指示光源302通過光耦合器301的第二輸入端3012與所述光耦合器301連接，所述輸出光纖2通過光耦合器301的輸出端3013與所述光耦合器301連接，所述光耦合器301用于將所述光動力治療激光光源1輸出的治療激光和所述指示光源302輸出的指示光耦合，并輸出至所述輸出光纖2。

具體地，所述光動力治療激光光源1輸出的治療激光波長范圍為610nm-650nm，輸出功率范圍為0w-3w；所述輸出光纖2為端面輸出光纖或側(cè)面輸出光纖，所述側(cè)面輸出光纖的出光區(qū)域長度為10mm-200mm。

具體地，所述指示光為綠光或藍(lán)光，所述指示光的輸出波長范圍為430nm-580nm，輸出光譜寬度范圍為0nm-50nm，輸出功率范圍為0mw-100mw。

所述電子內(nèi)鏡系統(tǒng)包括電子內(nèi)鏡4、冷光源主機(jī)5、攝像主機(jī)6及內(nèi)鏡監(jiān)視器7；如圖2所示，所述電子內(nèi)鏡4包括軟質(zhì)內(nèi)鏡端部401、器械通道402、操作手柄403和數(shù)據(jù)接頭404；如圖3所示，所述軟質(zhì)內(nèi)鏡端部401的前端包括照明光出口4011和器械通道出口4012，還安裝有電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)4013；所述輸出光纖2由所述器械通道402入口穿入并從所述器械通道出口4012穿出，用于將所述治療激光和指示光經(jīng)由所述電子內(nèi)鏡輸出至人體病變組織。

具體地，所述器械通道402直徑不大于5mm，所述軟質(zhì)內(nèi)鏡端部401的材料為軟性材料，其前端可彎曲；在進(jìn)行光動力治療時，是將所述軟質(zhì)內(nèi)鏡端部401的前端導(dǎo)入人體，治療激光和指示光從所述輸出光纖2輸出。

具體地，所述冷光源主機(jī)5通過所述數(shù)據(jù)接頭404與所述電子內(nèi)鏡4連接，用于提供照明光源；更具體地，所述冷光源主機(jī)5提供的照明光源從照明光入口(圖中未示出)輸入所述電子內(nèi)鏡4后，從所述照明光出口4011輸出，所述照明光入口和照明光出口4011之間通過光纖傳輸照明光。

具體地，本發(fā)明實施例提供的電子內(nèi)鏡4有兩個照明光出口4011。

進(jìn)一步地，所述電子ccd(charge-coupleddevice，電荷耦合元件)或cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)光學(xué)系統(tǒng)4013中的ccd或cmos安裝有濾光片或所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)鍍有帶阻濾光薄膜，用于截止反射或散射回來的治療激光，所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)4013用于接收反射或散射回來的照明光及指示光，并根據(jù)所述照明光實時獲取治療過程中的組織圖像數(shù)據(jù)，及根據(jù)所述指示光實時提取治療光斑邊界；所述內(nèi)鏡監(jiān)視器7用于顯示包含所述治療光斑邊界的組織圖像。

具體地，所述濾光片對治療激光的透過率不大于10％，電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)的直徑不大于5mm，所述ccd或cmos的芯片尺寸≤1/4″，所述ccd或cmos的有效像素不小于48萬，所述ccd或cmos的鏡頭視場角不小于100°。

具體地，所述攝像主機(jī)6與所述內(nèi)鏡監(jiān)視器7連接，且通過所述數(shù)據(jù)接頭404與所述電子內(nèi)鏡4連接；更具體地，所述攝像主機(jī)6通過所述數(shù)據(jù)接頭404與所述電子內(nèi)鏡4的電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)4013連接；所述攝像主機(jī)6用于根據(jù)所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)4013獲取的組織圖像數(shù)據(jù)形成具有治療光斑邊界的組織圖像，并對所述組織圖像進(jìn)行處理，并將處理后的組織圖像輸出至所述內(nèi)鏡監(jiān)視器7；所述內(nèi)鏡監(jiān)視器7用于顯示包含所述治療光斑邊界的組織圖像。

所述光動力治療系統(tǒng)包括兩種工作模式，即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(tǒng)和光復(fù)用模塊工作，電子內(nèi)鏡系統(tǒng)中的電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)只接收組織反射或散射回來的照明光并進(jìn)行成像的情況，在非光動力治療模式下，電子內(nèi)鏡系統(tǒng)中的內(nèi)鏡監(jiān)視器用于顯示非光動力治療下呈現(xiàn)的組織高清圖像；光動力治療模式是指啟動光動力治療激光系統(tǒng)和光復(fù)用模塊工作，電子內(nèi)鏡系統(tǒng)中的電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)截止反射或散射回來的治療激光，并接收反射或散射回來的照明光和指示光來進(jìn)行成像的情況；在光動力治療模式下，電子內(nèi)鏡系統(tǒng)中的內(nèi)鏡監(jiān)視器用于顯示光動力治療過程中呈現(xiàn)的包含治療光斑邊界的組織高清圖像，兩種模式可以通過模式選擇開關(guān)切換。所述攝像主機(jī)還安裝有圖像處理軟件，在非光動力治療模式下，圖像處理軟件具有自動補償被截止的紅色的功能；在光動力治療模式下，圖像處理軟件具有自動顏色補償和光斑邊界識別的功能。

具體地，在非光動力治療模式下，圖像處理軟件會根據(jù)紅色光強(qiáng)對形成的組織圖像進(jìn)行顏色校正，達(dá)到顯示正常電子內(nèi)鏡的無色偏的高清圖像。校正方法包括針對紅色強(qiáng)度乘以校正系數(shù)，或者通過標(biāo)準(zhǔn)樣品歸一化算法以及圖像處理算法結(jié)合校準(zhǔn)參數(shù)優(yōu)化等方法。

具體地，在光動力治療模式下，在顏色實時校正方面，為了降低組織血色的誤校正，本技術(shù)利用圖像處理軟件對形成的組織圖像采用比參數(shù)方法進(jìn)行動態(tài)校正，具體方法：通過標(biāo)準(zhǔn)色卡確定紅色強(qiáng)度ir和缺失強(qiáng)度iloss，計算特征比參數(shù)k＝iloss/ir；定義標(biāo)準(zhǔn)紅色強(qiáng)度i0＝ir+iloss；則i0＝(k+1)ir。由于比參數(shù)k近似為常數(shù)，所以，該方法可以通過直接根據(jù)實時獲取到的圖像提取紅色強(qiáng)度ir，進(jìn)行線性變化即可完成主要顏色校正，具有簡單快速特點。

下面具體介紹這種光動力治療系統(tǒng)的工作原理：電子內(nèi)鏡系統(tǒng)用于實時獲取和顯示組織高清圖像，電子內(nèi)鏡4中的電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)4013具有特殊的光譜截止功能，即能夠阻擋反射或散射回來的治療激光到達(dá)ccd或cmos探測器，對治療激光的透過率≤10％，其光譜曲線形狀如圖4所示，但參數(shù)不限于該曲線參數(shù)；而由于耦合后的治療激光和指示光的發(fā)光區(qū)相同，所以即使治療激光被截止了，也可通過反射或散射的指示光形成的指示光斑確定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。

以上是本發(fā)明的核心工作原理，下面結(jié)合圖6和圖7具體介紹在光動力治療模式下光動力治療系統(tǒng)的具體工作過程，光動力治療激光光源1輸出波長為610-630nm之間的治療激光，輸出功率可以0-3w可調(diào)，光動力治療激光光源1輸出的治療激光由光耦合器301的第一輸入端3011進(jìn)入光耦合器301，指示光源302輸出的指示光(綠光或藍(lán)光)經(jīng)光耦合器301與治療激光一起共路由輸出端3013輸出，進(jìn)入輸出光纖2，輸出端3013與光纖連接端201連接；所述輸出光纖2由器械通道402穿入并從器械通道出口4012穿出，從而使所述治療激光和指示光經(jīng)由電子內(nèi)鏡4輸出至人體病變組織。如圖7所示為利用電子內(nèi)鏡對胃部8進(jìn)行檢測治療的示意圖，電子內(nèi)鏡采用電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)4013，所述電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)4013截止反射或散射回來的治療激光，接收反射或散射回來的照明光和指示光，并實時獲取治療過程中的組織高清圖像數(shù)據(jù)，從而形成組織高清圖像，所述高清圖像主要包括組織信息和指示光信息，通過指示光斑確定治療光斑位置，利用指示光強(qiáng)度分布實時識別出指示光斑邊界，在高清圖像上實時顯示光斑邊界偽彩曲線，以實現(xiàn)邊界實時清晰可見，此時，指示光斑邊界的偽彩曲線代表著治療光斑邊界，根據(jù)其邊界可以確定治療激光的位置，有利于提高治療激光照射的準(zhǔn)確性，并通過圖像處理軟件進(jìn)行顏色校正來還原無色偏的高清圖像且顯示有治療光斑邊界，實現(xiàn)治療過程中組織和光斑邊界實時高清可視。

如圖8a-8c所示，圖8a為傳統(tǒng)光動力治療系統(tǒng)的電子內(nèi)鏡進(jìn)行治療激光照射前的圖像，圖8b為傳統(tǒng)光動力治療系統(tǒng)的電子內(nèi)鏡進(jìn)行治療激光照射的圖像，圖8c為本專利提供的光動力治療系統(tǒng)的電子內(nèi)鏡進(jìn)行治療激光照射的圖像。從圖中可以看出，利用本系統(tǒng)進(jìn)行光動力治療時，可顯示包含治療光斑邊界的組織圖像。

本發(fā)明提供的一種具有組織圖像和光斑邊界可視功能的光動力治療系統(tǒng)，在電子內(nèi)鏡中引入能夠阻擋治療激光到達(dá)ccd或cmos探測器的電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)，光動力治療過程中，一方面，電子ccd或cmos光學(xué)系統(tǒng)接收照明光，并阻擋反射或散射回來的所述治療激光，使得內(nèi)鏡監(jiān)視器可以顯示組織圖像；另一方面，光耦合器耦合治療激光及指示光，并由輸出光纖將耦合的治療激光及指示光通過電子內(nèi)鏡輸出至人體病變組織，由于所述指示光和所述治療激光的發(fā)光區(qū)相同，通過反射或散射的指示光形成的指示光斑確定治療光斑位置，從而通過識別指示光斑邊界實時顯示治療光斑邊界，實現(xiàn)在顯示的組織圖像中實時顯示治療光斑邊界；為醫(yī)生提供一幅具有治療光斑邊界的組織圖像，實現(xiàn)光動力治療過程中圖像逼真可視，并使醫(yī)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(guān)系，避免醫(yī)生憑經(jīng)驗的盲操作，提高治療效果，并避免過度照射、照射不足或照射不準(zhǔn)等問題。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。