專利名稱：激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明述及一種激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，特別涉及一種激光誘 導(dǎo)間質(zhì)熱療中使用光纖布拉格光柵實時解調(diào)出治療區(qū)域溫度分布情況，并控制治療激光功 率實現(xiàn)溫度控制的系統(tǒng)，屬于光纖傳感與激光醫(yī)學(xué)的交叉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療法(laser induced interstitial thermotherapy，LITT)是利 用激光熱效應(yīng)使局部組織加熱凝結(jié)的一種新型的腫瘤治療技術(shù)。它的基本思想是將激光 注入到需要凝結(jié)的組織或腫瘤內(nèi)，使組織細(xì)胞溫度超過43°C，并保持幾分鐘，從而殺死該組 織細(xì)胞。與傳統(tǒng)外科手術(shù)相比，很少出現(xiàn)大量出血的情況，已被用于臨床腦、肝臟、乳腺、視 網(wǎng)膜等部位的腫瘤治療，成為微創(chuàng)手術(shù)的一個很合適的工具。溫度是激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療法中非常重要的衡量指標(biāo)，它的準(zhǔn)確與否直接影響到治 療的有效性和安全性，對激光在醫(yī)學(xué)中的實際應(yīng)用具有重要影響。而且，LITT治療過程中， 激光的照射劑量是整個治療過程的核心，它直接決定了被激光凝結(jié)區(qū)域的范圍和治療的安 全性，如腦手術(shù)中，需要治療的腫瘤非常接近要害組織時，必須嚴(yán)格控制避免損傷到鄰近的 健康組織和敏感結(jié)構(gòu)。因此，在臨床手術(shù)中實時獲得被激光照射組織區(qū)域的溫度分布信息 是十分重要的。目前常見的做法有通過對生物組織建模，利用光子傳輸理論來解釋組織對 光的吸收和散射特性，然而，由于組織各向異性和實際情況的復(fù)雜性，建模往往和實際有偏 差，計算機(jī)模擬得到的溫度和實際有一定出入。另外也有使用多個熱電偶對治療區(qū)域?qū)崟r 測溫，但是熱電偶體積較大，數(shù)量較多時比較難以實現(xiàn)，而且會產(chǎn)生不必要的額外創(chuàng)口。還 有一種是使用磁共振成像(MRI)實時溫度監(jiān)測，但是MRI成像與實際毀損過程之間有延遲 現(xiàn)象，而且溫度分布場的空間分辨率不高，成像過程時間較長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式測溫，并對治療區(qū)域大小 進(jìn)行有效控制，提供一種激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，具有簡單實用，可以治 療區(qū)域的分布式溫度進(jìn)行高空間分辨率的快速實時檢測和控制，進(jìn)而達(dá)到安全治療的效為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，包括治療激光光源，導(dǎo)光光纖，環(huán)形 器，寬帶光源，傳感光纖光柵，光譜儀，治療激光光源控制電路和電腦。其特征是所述治療 激光光源產(chǎn)生的治療激光通過導(dǎo)光光纖導(dǎo)入到待治療區(qū)域內(nèi)；所述傳感光纖光柵隨導(dǎo)光光 纖置入治療區(qū)域內(nèi)；所述環(huán)形器連接寬帶光源、傳感光纖光柵和光譜儀。寬帶光譜產(chǎn)生的光 通過環(huán)形器到達(dá)傳感光纖光柵，傳感光纖光柵的反射譜通過環(huán)形器被光譜儀記錄下來；所 述電腦和光譜儀以及治療激光光源控制電路相連。電腦從光譜儀獲得光纖光柵反射譜，并 通過解調(diào)程序?qū)崟r解調(diào)出施加在傳感光纖光柵上的溫度分布場，根據(jù)解調(diào)出的溫度分布場發(fā)出控制指令給激光光源控制電路；所述激光光源控制電路和治療激光光源相連，接收來 自電腦的控制指令，并控制治療激光光源的輸出功率。上述傳感光纖光柵為光纖布拉格光柵，其柵區(qū)起始和終止位置已知。上述解調(diào)程序控制光譜儀不斷掃描傳感光纖光柵反射光譜，再使用相關(guān)單粒子算 法，從每次傳感光纖光柵反射光譜中反演出溫度分布，并且以本次的解調(diào)結(jié)果作為下一次 光譜反演的初始分布譜，進(jìn)而加快反演速度。上述解調(diào)程序解調(diào)出溫度分布場后，根據(jù)目標(biāo)治療區(qū)域邊界的溫度發(fā)送激光光源 功率控制指令，從而實現(xiàn)精確控制治療區(qū)域大小，避免損傷健康組織。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點
(1)光纖光柵體積小，抗電磁干擾，不會引人額外創(chuàng)口，可以和磁共振成像共同輔 助治療；
(2)可以實現(xiàn)高空間分辨率的實時分布式溫度測量；
(3)利用溫度分布場可以實現(xiàn)治療區(qū)域溫度的有效控制，控制治療區(qū)域的大小，避 免損傷健康組織，提高治療的安全性。


圖1為本發(fā)明一個實施例激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖1說明如下
實施例一本激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，其包括治療激光光源1，導(dǎo) 光光纖2，環(huán)形器4，寬帶光源5，傳感光纖光柵6，光譜儀7，治療激光光源控制電路8和電 腦9。治療激光光源1產(chǎn)生的治療激光通過導(dǎo)光光纖2導(dǎo)入到待治療區(qū)域3內(nèi)。傳感光纖 光柵6隨導(dǎo)光光纖2置入治療區(qū)域3內(nèi)。環(huán)形器4連接寬帶光源5、傳感光纖光柵6和光譜 儀7。寬帶光譜5產(chǎn)生的光通過環(huán)形器4到達(dá)傳感光纖光柵6，傳感光纖光柵6的反射譜通 過環(huán)形器4被光譜儀7記錄下來。電腦9和光譜儀7以及治療激光光源控制電路8相連。 電腦9從光譜儀7獲得光纖光柵反射譜，并通過解調(diào)程序?qū)崟r解調(diào)出施加在傳感光纖光柵 6上的溫度分布場，根據(jù)解調(diào)出的溫度分布場發(fā)出控制指令給激光光源控制電路8。激光光 源控制電路8和治療激光光源1相連，接收來自電腦7的控制指令，并控制治療激光光源1 的輸出功率。實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下傳感光纖光柵6為光纖 布拉格光柵，其柵區(qū)起始和終止位置已知。所述光譜儀7為解調(diào)程序控制光譜儀，不斷掃描傳感光纖光柵反射光譜，再使用 相關(guān)單粒子算法，從每次傳感光纖光柵反射光譜中反演出溫度分布，并且以本次的解調(diào)結(jié) 果作為下一次光譜反演的初始分布譜，進(jìn)而加快反演速度。解調(diào)程序解調(diào)出溫度分布場后，根據(jù)目標(biāo)治療區(qū)域邊界的溫度發(fā)送激光光源功率 控制指令，從而實現(xiàn)精確控制治療區(qū)域大小，避免損傷健康組織。
權(quán)利要求
1.一種激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，包括治療激光光源(1)，導(dǎo)光光纖 (2)，環(huán)形器(4)，寬帶光源(5)，傳感光纖光柵(6)，光譜儀(7)，治療激光光源控制電路(8) 和電腦(9);其特征在于所述治療激光光源(1)產(chǎn)生的治療激光通過導(dǎo)光光纖(2)導(dǎo)入到待治療區(qū)域(3)內(nèi)；所述傳感光纖光柵(6)隨導(dǎo)光光纖(2)置入治療區(qū)域(3)內(nèi)；所述環(huán)形器(4)連接寬帶光源(5)、傳感光纖光柵(6)和光譜儀(7)；所述的寬帶光譜 (5)產(chǎn)生的光通過環(huán)形器(4)到達(dá)傳感光纖光柵(6)，傳感光纖光柵(6)的反射譜通過環(huán)形 器(4 )被光譜儀(7 )記錄下來；所述電腦(9 )與光譜儀(7 )和治療激光光源控制電路(8 )相 連電腦(9 )從光譜儀(7 )獲得光纖光柵反射譜，并通過解調(diào)程序?qū)崟r解調(diào)出施加在傳感光 纖光柵(6)上的溫度分布場，根據(jù)解調(diào)出的溫度分布場發(fā)出控制指令給激光光源控制電路 (8);所述激光光源控制電路(8)和治療激光光源(1)相連，電腦(7)輸出控制指令控制治療 激光光源(1)的輸出功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，其特征在于所述 傳感光纖光柵(6)為光纖布拉格光柵，其柵區(qū)起始和終止位置已知。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，其特征在于所述 光譜儀(7)為解調(diào)程序控制光譜儀，不斷掃描傳感光纖光柵(6)反射光譜，再使用相關(guān)單粒 子算法，從每次傳感光纖光柵反射光譜中反演出溫度分布，并且以本次的解調(diào)結(jié)果作為下 一次光譜反演的初始分布譜，進(jìn)而加快反演速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)，其特征在于所 述解調(diào)程序解調(diào)出溫度分布場后，根據(jù)目標(biāo)治療區(qū)域邊界的溫度發(fā)送激光光源功率控制指 令，從而實現(xiàn)精確控制治療區(qū)域(3)大小，避免損傷健康組織。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光誘導(dǎo)間質(zhì)熱療中實時分布式溫控系統(tǒng)。它包括治療激光光源、導(dǎo)光光纖、傳感光纖光柵、寬帶光源、環(huán)形器、光譜儀、電腦和治療激光光源控制電路。治療激光通過導(dǎo)光光纖注入到待治療組織內(nèi)形成一個溫度分布場，引起傳感光纖光柵的反射譜發(fā)生相應(yīng)變化，光纖光柵的反射譜經(jīng)過環(huán)形器被光譜儀獲得。電腦從光譜儀獲得反射譜，并根據(jù)解調(diào)算法程序?qū)崟r計算出治療區(qū)域的溫度分布情況，利用溫度分布場通過控制電路實時反饋控制激光光源的輸出功率，達(dá)到安全治療的效果。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，精度高，具有很強的實用性，為治療過程中組織溫度分布的實時測量和控制提供了一種有效的方案，提高了治療的安全性。
文檔編號A61B18/28GK102081415SQ20101060972
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者丁丁, 丁悅通, 王廷云, 陳娜, 陳少峰, 陳振宜 申請人:上海大學(xué)