一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统技术方案

本发明专利技术提出一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统，包括：光学引导模块，激光消融模块，实时监测、反馈模块，通过光学相干成像引导模块获取的高分辨三维信息和血管功能信息，准确分割出肿瘤部位的区域，据此准确控制辐射激光光源的功率、辐射时间；同时温度传感器时刻监测组织温度，超过温度设定阈值范围时系统就暂停激光诊疗，实现精准激光消融治疗；旨在克服目前激光消融治疗在手术中缺乏对肿瘤区域实时精准分割以及缺乏对肿瘤周围组织的实时监控与反馈的问题，从而实现术中实时肿瘤部位精准激光消融治疗。肿瘤部位精准激光消融治疗。肿瘤部位精准激光消融治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统


[0001]本专利技术涉及光学成像与生命医学
，特别是指一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统。

技术介绍

[0002]据报道，肿瘤性相关病变与疾病发病率在逐步上升，这类病变和疾病目前可以通过激光疗法等方式进行治疗和消除。目前手术中激光治疗在整个治疗过程中缺乏监控或反馈系统，治疗效果主要取决于治疗师的经验，容易引起过度治疗，而过度治疗造成的不可逆的组织损伤可能是不可修复的。近些年来，激光消融治疗技术利用光学成像引导技术为实现疾病的诊疗一体化提供了新的手段。
[0003]光学相干成像(Optical Coherence Tomography，OCT)具有高分辨率，无接触，无损伤几个方面的特点。光学相干血管造影成像(Optical Coherence Tomography Angiography，OCTA)作为OCT技术的重要分支，OCTA是建立在光学相干断层扫描技术上的一种崭新的成像模态，它以微米级的分辨率显示组织血管的三维结构，弥补了OCT无法提供血流信息的不足，从而获得人体内器官不同深度高分辨的血流信息，实现疾病的早期治疗。
[0004]激光消融(Laser ablation)可以治疗体内的肿瘤性病变，定位准确可完全杀灭肿瘤性病变，消融手术时间较短，避免了手术造成的巨大创伤。但是，由于激光消融时，局部的温度过高，可在消除肿瘤性病灶的同时，对周边正常的组织、神经、血管造成损伤，患者出现相应的并发症。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统，旨在克服目前激光消融治疗在手术中缺乏对肿瘤区域实时精准分割以及缺乏对肿瘤周围组织的实时监控与反馈的问题。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统，包括：光学引导模块，激光消融模块，实时监测、反馈模块；其中：
[0008]光学引导模块包括可调谐激光器(1)，用于光学引导模块出光装置，可调谐激光器扫频速率决定系统的成像速率；光纤耦合器(2)，用于进行激光耦合到多根光纤后的光能量比例分配；光纤环形器(3)，用于可分三端口器件；光纤准直器(4)，用于控制激光的发散角，将从光纤出来后的光束进行准直；反射镜(6)，用于反射激光，原路返回的激光在光纤耦合器(2)中发生干涉；平衡探测器(7)，用于消除共模噪声，平衡探测器由两个平衡光电二极管和一个超低噪声、高速跨阻放大器组成，通过将两个光输入信号相互相减作为平衡接收器；信号传输缆线(16)，用于将光学引导模块获取的原始组织光学信号传输至工作站(15)，工作站对信号进行处理判断组织需要激光治疗的光能量；
[0009]激光治疗模块包括辐射激光器(8)，用于发射脉冲激励光，辐照被辐照物体；光电
探测器(9)，用于监测出光频率；波分复用器(10)，用于将不同波长的光束耦合进入同根光纤传输；光纤准直器(11)，用于控制激光的发散角，将从光纤出来后的光斑进行准直；二维扫描振镜(12)，用于光路折转，将激光束辐射到组织样品(13)上并且实现光斑等间距高频率移动；工作站(15)通过信号传输缆线(17)向激光治疗模块反馈第一信号，辐射激光器开始以设定功率的激光进行辐射组织，同时实时评估治疗效果；
[0010]实时监测、反馈模块包括温度传感器(14)，用于术中实时监测肿瘤周围组织辐射温度，工作站(15)实时监测传回的组织温度信号；当组织温度达到设定阈值，则工作站通过信号传输缆线(17)反馈第二信号停止激光辐射。
[0011]具体地，还包括术中实时组织原始光学信号的预处理：
[0012]所述预处理包括但不限于去背景噪声、波数校准、光谱整形和色散补偿。
[0013]具体地，还包括肿瘤边界区域分割，具体为：
[0014]术中实时组织原始光学信号预处理的图像将像素点输出定义为相应组织病变边界的概率，并由Softmax函数将结果归一化，利用已标注临床图像作为真实值，构造基于边缘损失和互斥损失相结合的损失函数继续训练，最终实现对术中实时图像分割的任务。
[0015]具体地，工作站对信号进行处理判断组织需要激光治疗的光能量，具体为：
[0016]参考光学引导系统的信号采集设备采集到的三维结构信息以及血流功能信息进行判断激光治疗评估；采集的分割后术中实时组织图像进行病变区域量化，对该病变区域进行三维结构重建，获取横向和深度方向的病变信息；同时，利用获取的光学相干血管造影图像进行血流流速、血管密度信息进行定量分析；将三维结构信息与血流功能信息的变化趋势与专业医护人员标定的安全阈值进行匹配，利用光学引导模块得出针对具体疾病或特定区域所需的激光能量范围，并通过监测、反馈模块实现针对不同疾病、不同严重程度的术中实时激光能量设定。
[0017]具体地，实时监测、反馈模块具体为：
[0018]温度传感器用于术中实时监测肿瘤周围组织的辐射温度，工作站实时监测传回的组织温度信号；当组织温度达到设定阈值/治疗时间和效果达到预期效果，则工作站通过信号传输缆线反馈第二信号停止激光辐射。
[0019]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]本专利技术提出一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统，包括：光学引导模块，激光消融模块，实时监测、反馈模块，通过光学相干成像引导模块获取的高分辨三维信息和血管功能信息，准确分割出肿瘤部位的区域，据此准确控制辐射激光光源的功率、辐射时间；同时温度传感器时刻监测组织温度，超过温度设定阈值范围时系统就暂停激光诊疗，实现精准激光消融治疗；旨在克服目前激光消融治疗在手术中缺乏对肿瘤区域实时精准分割以及缺乏对肿瘤周围组织的实时监控与反馈的问题，从而实现术中实时肿瘤部位精准激光消融治疗。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例中一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统原理示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例中一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统逻辑
流程图；
[0023]图3为本专利技术实施例中用于验证一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统可行性的预实验。
[0024]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。
具体实施方式
[0025]本专利技术提出一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统，旨在克服目前激光消融治疗在手术中缺乏对肿瘤区域实时精准分割以及缺乏对肿瘤周围组织的实时监控与反馈的问题，从而实现术中实时肿瘤部位精准激光消融治疗。
[0026]如图1为本专利技术实施例中一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统原理示意图，包括：光学引导模块，激光消融模块，实时监测、反馈模块；其中：
[0027]光学引导模块包括可调谐激光器(1)，用于光学引导模块出光装置，可调谐激光器扫频速率决定系统的成像速率；光纤耦合器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种术中实时光学相干成像引导的激光消融治疗系统，其特征在于，包括：光学引导模块，激光消融模块，实时监测、反馈模块；其中：光学引导模块包括可调谐激光器(1)，用于光学引导模块出光装置，可调谐激光器扫频速率决定系统的成像速率；光纤耦合器(2)，用于进行激光耦合到多根光纤后的光能量比例分配；光纤环形器(3)，用于可分三端口器件；光纤准直器(4)，用于控制激光的发散角，将从光纤出来后的光束进行准直；反射镜(6)，用于反射激光，原路返回的激光在光纤耦合器(2)中发生干涉；平衡探测器(7)，用于消除共模噪声，平衡探测器由两个平衡光电二极管和一个超低噪声、高速跨阻放大器组成，通过将两个光输入信号相互相减作为平衡接收器；信号传输缆线(16)，用于将光学引导模块获取的原始组织光学信号传输至工作站(15)，工作站对信号进行处理判断组织需要激光治疗的光能量；激光治疗模块包括辐射激光器(8)，用于发射脉冲激励光，辐照被辐照物体；光电探测器(9)，用于监测出光频率；波分复用器(10)，用于将不同波长的光束耦合进入同根光纤传输；光纤准直器(11)，用于控制激光的发散角，将从光纤出来后的光斑进行准直；二维扫描振镜(12)，用于光路折转，将激光束辐射到组织样品(13)上并且实现光斑等间距高频率移动；工作站(15)通过信号传输缆线(17)向激光治疗模块反馈第一信号，辐射激光器开始以设定功率的激光进行辐射组织，同时实时评估治疗效果；实时监测、反馈模块包括温度传感器(14)，用于术中实时监测肿瘤周围组织辐射温度，工作站(15)实时监测传回的组织温度信号；当组织温度达到设定阈值，则工作站通过信号传输缆线(17)反馈第二信号停止激光辐射。2.如权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆亮，杜奉献，姚胜兰，黄子成，姚友良，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：