預(yù)控式激光手術(shù)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種激光醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種預(yù)控式激光手術(shù)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光作為手術(shù)工具，具有準(zhǔn)確、快速、干凈，不會(huì)造成機(jī)械損傷等優(yōu)點(diǎn)，已在眼科、美容、口腔等學(xué)科廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，基于新材料新技術(shù)而開(kāi)發(fā)的超高功率皮秒、飛秒激光，峰值功率可達(dá)太瓦級(jí)，其對(duì)周邊組織無(wú)熱損傷，被稱為“冷激光”，可應(yīng)用硬組織的切割和鉆孔手術(shù)。然而，由于缺乏機(jī)械力反饋，手動(dòng)操作激光手術(shù)過(guò)程中，激光束必然存在加速、減速等移動(dòng)過(guò)程，而激光發(fā)生器的輸出功率恒定，導(dǎo)致待切割組織在激光束的加速段、減速段的能量積累不均勻，造成切割深度嚴(yán)重不均勻；另外，外科手術(shù)中環(huán)境是完全非結(jié)構(gòu)化的，不同病人、不同部位存在個(gè)體性差異，不同手術(shù)會(huì)涉及不同且復(fù)雜的手術(shù)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，以上原因容易導(dǎo)致激光光束偏移，切割深度不齊，速度失控等安全問(wèn)題?，F(xiàn)有的激光手術(shù)系統(tǒng)主要是通過(guò)顯像系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察被激光照射生物組織的變化情況，根據(jù)手術(shù)所需，手動(dòng)控制手術(shù)過(guò)程中的激光照射量。由于激光截骨掃描速度快、精度高，手動(dòng)控制難以確保精確的手術(shù)效果O
[0003]手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)能在術(shù)前進(jìn)行手術(shù)模擬及預(yù)測(cè)，術(shù)中可把深層次隱藏的重要解剖結(jié)構(gòu)可視化，解決體內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)深部”看得見(jiàn)”的問(wèn)題，Sebastian Stopp, Herbert Deppe，Tim Lueth.在，，A new concept for navigated laser surgery” (Lasers in MedicalScience.2008，23，261 - 266 ；)中公開(kāi)了一種利用導(dǎo)航系統(tǒng)獲得位置信息反饋控制激光手術(shù)的方法；但手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)只能控制激光的位置及方向，不能控制激光手術(shù)的深度。
[0004]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN101849868A，公布日2010.10.06，
公開(kāi)了一種自控激光手術(shù)設(shè)備，其中提供了一種控制手術(shù)量，提高治療準(zhǔn)確度的自控激光手術(shù)設(shè)備。它通過(guò)控制模塊對(duì)CCD攝像頭采集的病灶組織和正常組織的圖像和光譜進(jìn)行識(shí)別和處理，當(dāng)激光切割到正常組織時(shí)，會(huì)伴有光強(qiáng)和顏色的突變過(guò)程，隨時(shí)檢測(cè)到這一突變過(guò)程并及時(shí)控制激光器關(guān)斷。然而，這個(gè)過(guò)程必然會(huì)導(dǎo)致激光對(duì)非計(jì)劃手術(shù)部位正常組織的傷害。
[0005]美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)US2014/0276679A1，申請(qǐng)日2013年3月14日，公開(kāi)了一種探測(cè)激光眼科手術(shù)深度的方法:當(dāng)超短脈沖超強(qiáng)功率的激光作用于組織時(shí)，其切割機(jī)制是由等離子介導(dǎo)的組織熔解過(guò)程，通過(guò)對(duì)等離子產(chǎn)生部位的深度定位，可以獲得激光手術(shù)的深度信息。然而，這種方法只能用于透明眼球組織的深度測(cè)量，不能用于骨骼和牙體硬組織等非透明組織器官的深度測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有激光設(shè)備對(duì)于精細(xì)部位的外科激光系統(tǒng)，存在著激光光束偏移，切割深度不齊等缺陷，提出一種預(yù)控式激光手術(shù)系統(tǒng)及其控制方法，能夠預(yù)先獲得手術(shù)部位及深度信息并反饋控制激光激發(fā)，顯著提高了醫(yī)療安全。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明涉及一種預(yù)控式激光手術(shù)系統(tǒng)，包括:機(jī)架以及設(shè)置于機(jī)架上的控制模塊、顯示模塊、激光發(fā)射模塊、深度傳感器和圖像采集模塊，其中:控制模塊與激光發(fā)射模塊相連并輸出啟動(dòng)指令，控制模塊與機(jī)架相連并傳輸旋轉(zhuǎn)升降指令，圖像采集模塊、控制模塊和顯示模塊依次相連并實(shí)時(shí)顯示采集位置圖像，深度傳感器與控制模塊相連并輸出激光發(fā)射模塊的實(shí)時(shí)深度信息。
[0009]所述的機(jī)架包括:支柱立架、懸梁、懸臂和懸掛架，其中:支柱立架和懸梁和轉(zhuǎn)動(dòng)連接，懸臂和懸梁滑動(dòng)連接，從而懸臂能夠前、后、左、右方向自由移動(dòng)。
[0010]所述的控制模塊包括:顯示控制單元、手術(shù)規(guī)劃及存儲(chǔ)單元、手術(shù)導(dǎo)航控制單元、激光控制單元及光學(xué)相干成像信息處理單元，其中:顯示控制單元與顯示模塊相連并傳輸采集位置圖像及用戶界面操作信息，圖像采集模塊與手術(shù)導(dǎo)航控制單元相連并傳輸光纖手柄及手術(shù)部位實(shí)時(shí)工作狀態(tài)信息，激光控制單元與激光器相連并傳輸激光器開(kāi)關(guān)信息，深度傳感器與光學(xué)相干成像信息處理單元相連并傳輸激光參考臂及樣品臂相干成像后光強(qiáng)空間分布信息。
[0011]所述的顯示模塊包括:分別與控制模塊相連的顯示器以及人機(jī)操作設(shè)備，其中:顯示器與顯示控制單元相連并接收采集位置圖像，人機(jī)操作設(shè)備與顯示控制單元相連并輸出用戶界面操作信息。
[0012]所述的激光發(fā)射模塊包括:激光器、設(shè)置于機(jī)架中的光路系統(tǒng)、光纖接口光纖臂及設(shè)置于機(jī)架上的光纖手柄，其中:激光器與控制模塊中的激光控制單元相連并接收啟動(dòng)指令，激光器輸出的激光依次通過(guò)光路系統(tǒng)、光纖接口、光纖臂引導(dǎo)至深度傳感器及待手術(shù)部位。
[0013]所述的激光器采用超短脈沖超高能量的激光器，其輸出能量、脈寬和頻率參數(shù)通過(guò)激光控制單元調(diào)整。
[0014]所述的光纖接口將懸臂內(nèi)的激光光束耦合至光纖臂的光纖內(nèi)。
[0015]所述的深度傳感器優(yōu)選設(shè)置于所述光纖手柄內(nèi)，該深度傳感器包括:入口凸透鏡、50/50分光器、濾光片、反射鏡、物鏡凸透鏡、濾光片和光子探測(cè)器，其中:50/50分光器位于中心，入口凸透鏡和、反射鏡和物鏡凸透鏡位于50/50分光器的透射光路上，平反射鏡、濾光片和光子探測(cè)器位于50/50分光器的反射光路上，光子探測(cè)器與控制模塊中的光學(xué)相干成像信息處理單元相連并輸出激光干涉后光強(qiáng)分布信息。
[0016]所述的光纖手柄上優(yōu)選設(shè)有動(dòng)態(tài)參考支架。
[0017]所述的圖像采集模塊包括:側(cè)臂機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航儀攝像頭盒以及設(shè)置于其內(nèi)部的兩個(gè)CCD攝像頭、沿?cái)z像頭周邊的均勻分布的紅外LED燈和圖像采集卡，其中:導(dǎo)航儀攝像頭盒與側(cè)臂機(jī)構(gòu)固定連接，側(cè)臂機(jī)構(gòu)與機(jī)架相連，CCD攝像頭正對(duì)光纖手柄及其動(dòng)態(tài)參考支架，并與圖像采集卡相連并傳輸光學(xué)模擬信號(hào)，圖像采集卡與控制模塊中的手術(shù)導(dǎo)航控制單元相連并輸出光纖手柄位置信息。
[0018]所述的紅外LED燈的個(gè)數(shù)優(yōu)選為六個(gè)。
[0019]所述的側(cè)臂機(jī)構(gòu)與機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，導(dǎo)航儀攝像頭盒與側(cè)臂通過(guò)球形關(guān)節(jié)連接，CCD攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)上、下、左、右、前、后及旋轉(zhuǎn)7個(gè)關(guān)節(jié)動(dòng)作，保證光纖手柄及其動(dòng)態(tài)參考支架位于兩個(gè)攝像頭的視域內(nèi)。
[0020]所述的動(dòng)態(tài)參考支架上優(yōu)選設(shè)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)以及示蹤器，示蹤器上有若干熒光球，通過(guò)熒光球反射紅外LED光信號(hào)能被圖像采集模塊中的CCD攝像頭定位及跟蹤。
[0021]所述的熒光球的個(gè)數(shù)優(yōu)選為四個(gè)，且四個(gè)熒光球設(shè)置于不同的平面。
技術(shù)效果
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果:
[0023]I)本發(fā)明通過(guò)預(yù)先獲得手術(shù)部位及深度信息反饋控制激光激發(fā)，這種預(yù)控方式減少對(duì)激光操作人員的依賴，使得激光操作容易。
[0024]2)本發(fā)明通過(guò)增加手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制方式，這種多層次預(yù)控式的冗余控制方式最大限度減少激光手術(shù)可能發(fā)生的意外，提高手術(shù)安全。
[0025]3)本發(fā)明通過(guò)把激光手術(shù)系統(tǒng)、手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)及光學(xué)相干系統(tǒng)整合成更緊湊、高效的系統(tǒng)，比現(xiàn)有的激光手術(shù)系統(tǒng)具有更高性能。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1預(yù)控激光手術(shù)系統(tǒng)的示意圖；
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