预控式激光手术系统技术方案

一种预控式激光手术系统，包括：机架以及设置于机架上的控制器、显示装置、激光发射装置、深度传感器和图像采集器，其中：控制器与激光发射装置相连并输出启动指令，控制器与机架相连并传输旋转升降指令，图像采集器、控制器和显示装置依次相连并实时显示采集位置图像，深度传感器与控制器相连并输出激光发射装置的实时深度信息。本实用新型专利技术能够预先获得手术部位及深度信息并反馈控制激光激发，显著提高了医疗安全。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是一种激光医疗设备领域的技术，具体是一种预控式激光手术系统。
技术介绍
激光作为手术工具，具有准确、快速、干净，不会造成机械损伤等优点，已在眼科、美容、口腔等学科广泛应用。近年来，基于新材料新技术而开发的超高功率皮秒、飞秒激光，峰值功率可达太瓦级，其对周边组织无热损伤，被称为“冷激光”，可应用硬组织的切割和钻孔手术。然而，由于缺乏机械力反馈，手动操作激光手术过程中，激光束必然存在加速、减速等移动过程，而激光发生器的输出功率恒定，导致待切割组织在激光束的加速段、减速段的能量积累不均匀，造成切割深度严重不均匀；另外，外科手术中环境是完全非结构化的，不同病人、不同部位存在个体性差异，不同手术会涉及不同且复杂的手术规划和设计，以上原因容易导致激光光束偏移，切割深度不齐，速度失控等安全问题。现有的激光手术系统主要是通过显像系统实时观察被激光照射生物组织的变化情况，根据手术所需，手动控制手术过程中的激光照射量。由于激光截骨扫描速度快、精度高，手动控制难以确保精确的手术效果Ο手术导航技术能在术前进行手术模拟及预测，术中可把深层次隐藏的重要解剖结构可视化，解决体内解剖结构深部”看得见”的问题，Sebastian Stopp，Herbert Deppe，Tim Lueth.在，，A new concept for navigated laser surgery” (Lasers in MedicalScience.2008，23，261 - 266 ；)中公开了一种利用导航系统获得位置信息反馈控制激光手术的方法；但手术导航系统只能控制激光的位置及方向，不能控制激光手术的深度。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101849868A，公布日2010.10.06，公开了一种自控激光手术设备，其中提供了一种控制手术量，提高治疗准确度的自控激光手术设备。它通过控制器对CCD摄像头采集的病灶组织和正常组织的图像和光谱进行识别和处理，当激光切割到正常组织时，会伴有光强和颜色的突变过程，随时检测到这一突变过程并及时控制激光器关断。然而，这个过程必然会导致激光对非计划手术部位正常组织的伤害。美国专利文献号US2014/0276679A1，申请日2013年3月14日，公开了一种探测激光眼科手术深度的方法:当超短脉冲超强功率的激光作用于组织时，其切割机制是由等离子介导的组织熔解过程，通过对等离子产生部位的深度定位，可以获得激光手术的深度信息。然而，这种方法只能用于透明眼球组织的深度测量，不能用于骨骼和牙体硬组织等非透明组织器官的深度测量。
技术实现思路
本技术针对现有激光设备对于精细部位的外科激光系统，存在着激光光束偏移，切割深度不齐等缺陷，提出一种预控式激光手术系统，能够预先获得手术部位及深度信息并反馈控制激光激发，显著提高了医疗安全。本技术是通过以下技术方案实现的:本技术涉及一种预控式激光手术系统，包括:机架以及设置于机架上的控制器、显示装置、激光发射装置、深度传感器和图像采集器，其中:控制器与激光发射装置相连并输出启动指令，控制器与机架相连并传输旋转升降指令，图像采集器、控制器和显示装置依次相连并实时显示采集位置图像，深度传感器与控制器相连并输出激光发射装置的实时深度信息。所述的机架包括:支柱立架、悬梁、悬臂和悬挂架，其中:支柱立架和悬梁和转动连接，悬臂和悬梁滑动连接，从而悬臂能够前、后、左、右方向自由移动。所述的控制器包括:显示控制卡、手术规划及存储卡、手术导航控制卡、激光控制卡及光学相干成像信息处理卡，其中:显示控制卡与显示装置相连并传输采集位置图像及用户界面操作信息，图像采集器与手术导航控制卡相连并传输光纤手柄及手术部位实时工作状态信息，激光控制卡与激光器相连并传输激光器开关信息，深度传感器与光学相干成像信息处理卡相连并传输激光参考臂及样品臂相干成像后光强空间分布信息。所述的显示装置包括:分别与控制器相连的显示器以及人机操作设备，其中:显示器与显示控制卡相连并接收采集位置图像，人机操作设备与显示控制卡相连并输出用户界面操作信息。所述的激光发射装置包括:激光器、设置于机架中的光路系统、光纤接口光纤臂及设置于机架上的光纤手柄，其中:激光器与控制器中的激光控制卡相连并接收启动指令，激光器输出的激光依次通过光路系统、光纤接口、光纤臂引导至深度传感器及待手术部位。所述的激光器采用超短脉冲超高能量的激光器，其输出能量、脉宽和频率参数通过激光控制卡调整。所述的光纤接口将悬臂内的激光光束耦合至光纤臂的光纤内。所述的深度传感器优选设置于所述光纤手柄内，该深度传感器包括:入口凸透镜、50/50分光器、滤光片、反射镜、物镜凸透镜、滤光片和光子探测器，其中:50/50分光器位于中心，入口凸透镜和、反射镜和物镜凸透镜位于50/50分光器的透射光路上，平反射镜、滤光片和光子探测器位于50/50分光器的反射光路上，光子探测器与控制器中的光学相干成像信息处理卡相连并输出激光干涉后光强分布信息。所述的光纤手柄上优选设有动态参考支架。所述的图像采集器包括:侧臂机构、导航仪摄像头盒以及设置于其内部的两个CCD摄像头、沿摄像头周边的均匀分布的红外LED灯和图像采集卡，其中:导航仪摄像头盒与侧臂机构固定连接，侧臂机构与机架相连，CCD摄像头正对光纤手柄及其动态参考支架，并与图像采集卡相连并传输光学模拟信号，图像采集卡与控制器中的手术导航控制卡相连并输出光纤手柄位置信息。所述的红外LED灯的个数优选为六个。所述的侧臂机构与机架转动连接，导航仪摄像头盒与侧臂通过球形关节连接，CCD摄像头有上、下、左、右、前、后及旋转7个关节自由度，保证光纤手柄及其动态参考支架位于两个摄像头的视域内。所述的动态参考支架上优选设有手动开关以及示踪器，示踪器上有若干荧光球，通过荧光球反射红外LED光信号能被图像采集器中的CCD摄像头定位及跟踪。所述的荧光球的个数优选为四个，且四个荧光球设置于不同的平面。技术效果与现有技术相比，本技术有以下有益效果:1)本技术通过预先获得手术部位及深度信息反馈控制激光激发，这种预控方式减少对激光操作人员的依赖，使得激光操作容易。2)本技术通过增加手动开关控制方式，这种多层次预控式的冗余控制方式最大限度减少激光手术可能发生的意外，提高手术安全。3)本技术通过把激光手术系统、手术导航系统及光学相干系统整合成更紧凑、高效的系统，比现有的激光手术系统具有更高性能。【附图说明】图1预控激光手术系统的示意图；图2A预控激光手术系统的激光光路示意图；图2B预控激光手术系统的激光光路及深度测量示意图；图3预控激光手术系统模块结构及控制流程示意图；图中:激光器101、控制器102、立柱支架103、悬梁104、悬臂105、光纤接口 106、光纤臂107、手动开关108、深度传感器109、显示器110、手柄侧端111、示踪器112、悬挂架113、(XD摄像头114、手术导航仪摄像头盒115、光纤手柄116、侧臂机构117、骨解剖组织118、动态参考支架119、激光控制连接端口 120、激光激发连接端口 121、图像采集卡122沿摄像头红外LED灯123、立柱支架内反射镜片201、悬梁内光学镜片202、入口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预控式激光手术系统，其特征在于，包括：机架以及设置于机架上的控制器、显示装置、激光发射装置、深度传感器和图像采集器，其中：控制器与激光发射装置相连，控制器与机架相连，图像采集器、控制器和显示装置依次相连，深度传感器与控制器相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文斌，沈国芳，苏剑波，张剑飞，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：新型
国别省市：上海;31