組織光熱效應(yīng)治療優(yōu)化與監(jiān)測方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種組織光熱效應(yīng)治療優(yōu)化與監(jiān)測方法與裝置，連續(xù)強激光和脈沖激光通過軟彌散端多模光纖進行傳遞，彌散端光纖采用微創(chuàng)的方式插入組織體內(nèi)，可實現(xiàn)對組織的同一區(qū)域進行光輻照；其中：連續(xù)強激光主要產(chǎn)生光熱效應(yīng)并引起組織溫度變化；脈沖激光主要產(chǎn)生光聲信號，并由光聲信號的強度大小的改變監(jiān)測組織的溫度變化，并根據(jù)需要及時調(diào)整連續(xù)強激光劑量與輻照時間，以達到優(yōu)化的光熱效應(yīng)。
【專利說明】組織光熱效應(yīng)治療優(yōu)化與監(jiān)測方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光熱治療技術(shù)與監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及到激光誘導(dǎo)的光熱治療優(yōu)化與監(jiān)測的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]腫瘤是影響人類健康重要的疾病。全國腫瘤登記中心發(fā)布的《2012中國腫瘤登記年報》指出:全國腫瘤死亡率 為180.54/10萬，每年因癌癥死亡病例達270萬例。我國居民因癌癥死亡的幾率是13%，即每7至8人中有I人因癌死亡。目前腫瘤的光熱治療的方法主要是凝固法和激光免疫療法。前者利用對組織的高溫凝固殺死腫瘤，后者利用光熱效應(yīng)殺死腫瘤釋放腫瘤抗原并結(jié)合免疫佐劑激發(fā)體內(nèi)的系統(tǒng)性抗癌免疫效應(yīng)。這兩種方法都要求我們必須實時的監(jiān)控整個治療過程中的溫度分布以及變化情況，從而防止創(chuàng)傷周圍正常組織并達到最佳療效。因此，需要對組織光熱效應(yīng)中的溫度進行實時準確地監(jiān)測，并能快速地反饋并調(diào)節(jié)治療光源。目前，光熱效應(yīng)中溫度的檢測方法主要是:超聲和磁共振方法。由于超聲的穿透深度高，它可以用于監(jiān)測光熱治療時的溫度的變化，但是超聲的分辨率低且對溫度變化的響應(yīng)慢；而磁共振方法的分辨率高而靈敏度高，但是磁共振方法笨重且速度慢。因此，發(fā)展新型有效的組織光熱效應(yīng)治療優(yōu)化和監(jiān)測的方法，猶為緊迫和十分重要。這正是本發(fā)明的意義之所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于發(fā)展一種組織光熱效應(yīng)治療優(yōu)化與監(jiān)測方法。該方法集成了連續(xù)強激光和脈沖激光，連續(xù)強激光用于產(chǎn)生組織的光熱效應(yīng)，而脈沖激光用于產(chǎn)生光聲信號并監(jiān)測組織溫度變化；該方法中的兩種激光器發(fā)出的激光通過光纖傳遞并同時輸入到軟彌散端多模光纖中，彌散端光纖采用微創(chuàng)的方式插入組織體內(nèi)，并對組織進行光輻照；該方法還集成聚焦式超聲換能器，用于接收由脈沖激光產(chǎn)生的光聲信號，其信號可重建出高對比度高分辨率的組織光聲圖像，并利用光聲信號的強度大小的改變監(jiān)測組織的溫度變化，根據(jù)要求及時調(diào)整連續(xù)強激光劑量與輻照時間，以達到優(yōu)化的光熱效應(yīng)。過程操作性能靈敏，快捷，能夠同時實現(xiàn)光熱效應(yīng)優(yōu)化和監(jiān)測的效果。
[0004]一種實現(xiàn)上述的方法采用的裝置，包括連續(xù)激光發(fā)生器、脈沖激光發(fā)生器、光纖組件、聲采集組件、計算機組件，聲耦合組件、掃描機構(gòu)與計算機連接、樣品固定組件、數(shù)據(jù)采集卡、超聲換能器與數(shù)據(jù)采集卡線路連接、數(shù)據(jù)采集卡與計算機線路連接、計算機。其特征在于:連續(xù)強激光和脈沖激光同時輸入前端部為軟彌散多模光纖中，兩個激光器發(fā)出的激光通過光纖傳遞由軟彌散光纖的端面發(fā)出激光，對靶位組織的同一個區(qū)域進行輻照。連續(xù)強激光用于生產(chǎn)光熱效應(yīng)，脈沖激光用于光聲信號的激發(fā)。并采用超聲換能器探測光聲信號，通過光聲信號的強度的變化來反映組織光熱效應(yīng)引起的溫度的變化，從而實時監(jiān)測組織的光熱效應(yīng)，并根據(jù)實測溫度變化調(diào)節(jié)連續(xù)激光的劑量和輻照時間，以達到優(yōu)化的光熱效應(yīng)。[0005]本發(fā)明的工作原理:光纖彌散端的周圍組織受到連續(xù)強激光輻照時，吸收連續(xù)光的能量，引起此區(qū)域的溫度升高；同時，彌散端的周圍組織受到脈沖激光照射，產(chǎn)生光聲信號。組織的溫度與光聲信號強度存在一一對應(yīng)關(guān)系。因此，通過測量光聲信號可以反演出組織被測量區(qū)域的溫度。這不僅可以用于檢測組織的光熱效應(yīng)的溫度，還可以優(yōu)化光熱治療的光劑量和輻照時間。此方法方便快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)光熱效應(yīng)優(yōu)化和監(jiān)測一體化。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明方法可以直接利用光聲信號反映組織的溫度，所以能夠做到準確實時的監(jiān)測光熱效應(yīng)中溫度的變化。
[0007]2、本發(fā)明方法利用監(jiān)測到的組織溫度，及時調(diào)整連續(xù)激光的光劑量及照射時間，優(yōu)化組織光熱效應(yīng)以達到光熱治療中溫度要求。
[0008]3、本發(fā)明中將連續(xù)激光和脈沖激光輸入到帶有彌散端的光纖中，有效實現(xiàn)組織光熱效應(yīng)的治療優(yōu)化和監(jiān)測一體化，為臨床研究提供了一種便捷的方法。
[0009]4、本發(fā)明中采用微創(chuàng)的方式將彌散端光纖直接插入組織體內(nèi)，無需要采用光熱材料，避免毒性作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明方 法光聲信號在不同光功率(2，3，4W)與組織溫度的關(guān)系。
[0012]圖3為連續(xù)激光輻照時間和組織溫度(a)與光聲信號(b)的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0013]由圖1可見，本發(fā)明裝置由脈沖激光器1、連續(xù)激光器2、光纖組件3、聲信號采集組件4、計算機組樣5、樣品固定組件6、耦合組件7，和掃描組件8組成。其中連續(xù)激光器I選用半導(dǎo)體連續(xù)激光器(810nm)，脈沖激光器2選用Nd: YAG激光器，其出光波長為532nm，脈沖脈寬為5ns，重復(fù)率為10Hz，光纖組件3將連續(xù)激光和脈沖激光同時輸入到帶有彌散端的光纖中，聲信號采集組件4由水浸聚焦式超聲換能器4-1經(jīng)信號放大器放大4-2，示波器4-3平均后由帶GPIB卡的計算機5通過控制軟件完成采集。樣品固定組件6是用利用三維可調(diào)的樣品載物臺固定好樣品的位置，保持欲觀測的樣品部位和耦合組件緊密接觸；耦合組件7采用小水槽的底端用保鮮膜封住，托住水槽中的水，樣品的表面和水槽耦合效果較好，可減少聲信號在不同介質(zhì)之間因阻抗不匹配而造成的嚴重信號衰減。掃描組件8由計算機通過數(shù)字I/O卡和繼電控制器控制步進電機帶動掃描支架平移。
[0014]將上述裝置應(yīng)用于一豬肝樣品中，打開脈沖激光，采集組織的光聲信號，通過希爾伯特變換提取光聲信號的強度，并構(gòu)成光聲層析圖像。接著，將超聲換能器聚焦區(qū)間固定在光纖彌散端的中心位置，同時將熱電偶直接放置在光纖彌散端中心位置的組織體表面，用于校準光聲測量的組織溫度。打開連續(xù)激光，選擇不同的功率，在光熱效應(yīng)過程中每30秒采集一次光聲信號，提取光聲信號的強度反演組織的溫度。如圖2所示，表明此方法中光聲信號在不同光功率(2，3，4W)與組織溫度成一一對應(yīng)關(guān)系。圖3表明，隨著連續(xù)激光輻照時間的增加，其光纖彌散端周圍組織的溫度和光聲信號增大，在輻照600s后，組織的溫度和光聲信號趨于飽和。這表明光聲信號監(jiān)測溫度變化的可行性和有效性。然后根據(jù)光聲信號實際測量的溫度來調(diào)整優(yōu)化連續(xù)激光的光劑量和輻照時間。
【權(quán)利要求】
1.組織光熱效應(yīng)治療優(yōu)化與監(jiān)測方法，其特征在于:該方法集成了連續(xù)強激光和脈沖激光，通過軟彌散端多模光纖進行傳遞，彌散端光纖采用微創(chuàng)的方式插入組織體內(nèi)，可對組織的同一區(qū)域進行光輻照；其中，連續(xù)強激光主要產(chǎn)生光熱效應(yīng)并引起組織溫度變化，而脈沖激光主要產(chǎn)生光聲信號，并由光聲信號的強度大小的改變監(jiān)測組織的溫度變化，根據(jù)需要及時調(diào)整連續(xù)強激光劑量與輻照時間以達到優(yōu)化的光熱效應(yīng)。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利I所述的方法的裝置，包括連續(xù)激光發(fā)生器、脈沖激光發(fā)生器、光纖組件、聲采集組件、計算機組件，聲耦合組件、掃描機構(gòu)與計算機連接、樣品固定組件、數(shù)據(jù)采集卡、超聲換能器與數(shù)據(jù)采集卡線路連接、數(shù)據(jù)采集卡與計算機線路連接、計算機，其特征在于:連續(xù)強激光和脈沖激光同時輸入前端部為軟彌散多模光纖中，兩個激光器發(fā)出的激光通過光纖傳遞由軟彌散光纖的端面發(fā)出激光，連續(xù)強激光用于生產(chǎn)光熱效應(yīng)，脈沖激光用于光聲信號的激發(fā)，并采用超聲換能器探測光聲信號，通過光聲信號的強度的變化來反映組織光熱效應(yīng)引起的溫度的變化，從而實時監(jiān)測組織的光熱效應(yīng)，并根據(jù)實測溫度變化調(diào)節(jié)連續(xù)激光的劑量和輻照時間，以達到優(yōu)化的光熱效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法和裝置，其特征在于:連續(xù)激光和脈沖激光由同一個彌散光纖的端面輻照組織。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法和裝置，其特征在于:將連續(xù)激光和脈沖激光通過光纖組件同時直接輸入到帶有彌散端的光纖中，照射到待監(jiān)測的組織上。
【文檔編號】A61B18/22GK103919607SQ201310663899
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:李志芳