預控式激光手術系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種激光醫(yī)療設備領域的技術，具體是一種預控式激光手術系統。
【背景技術】
[0002]激光作為手術工具，具有準確、快速、干凈，不會造成機械損傷等優(yōu)點，已在眼科、美容、口腔等學科廣泛應用。近年來，基于新材料新技術而開發(fā)的超高功率皮秒、飛秒激光，峰值功率可達太瓦級，其對周邊組織無熱損傷，被稱為“冷激光”，可應用硬組織的切割和鉆孔手術。然而，由于缺乏機械力反饋，手動操作激光手術過程中，激光束必然存在加速、減速等移動過程，而激光發(fā)生器的輸出功率恒定，導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，造成切割深度嚴重不均勻；另外，外科手術中環(huán)境是完全非結構化的，不同病人、不同部位存在個體性差異，不同手術會涉及不同且復雜的手術規(guī)劃和設計，以上原因容易導致激光光束偏移，切割深度不齊，速度失控等安全問題?，F有的激光手術系統主要是通過顯像系統實時觀察被激光照射生物組織的變化情況，根據手術所需，手動控制手術過程中的激光照射量。由于激光截骨掃描速度快、精度高，手動控制難以確保精確的手術效果Ο
[0003]手術導航技術能在術前進行手術模擬及預測，術中可把深層次隱藏的重要解剖結構可視化，解決體內解剖結構深部”看得見”的問題，Sebastian Stopp，Herbert Deppe，Tim Lueth.在，，A new concept for navigated laser surgery” (Lasers in MedicalScience.2008，23，261 - 266 ；)中公開了一種利用導航系統獲得位置信息反饋控制激光手術的方法；但手術導航系統只能控制激光的位置及方向，不能控制激光手術的深度。
[0004]經過對現有技術的檢索發(fā)現，中國專利文獻號CN101849868A，公布日2010.10.06，公開了一種自控激光手術設備，其中提供了一種控制手術量，提高治療準確度的自控激光手術設備。它通過控制器對CCD攝像頭采集的病灶組織和正常組織的圖像和光譜進行識別和處理，當激光切割到正常組織時，會伴有光強和顏色的突變過程，隨時檢測到這一突變過程并及時控制激光器關斷。然而，這個過程必然會導致激光對非計劃手術部位正常組織的傷害。
[0005]美國專利文獻號US2014/0276679A1，申請日2013年3月14日，公開了一種探測激光眼科手術深度的方法:當超短脈沖超強功率的激光作用于組織時，其切割機制是由等離子介導的組織熔解過程，通過對等離子產生部位的深度定位，可以獲得激光手術的深度信息。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量。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型針對現有激光設備對于精細部位的外科激光系統，存在著激光光束偏移，切割深度不齊等缺陷，提出一種預控式激光手術系統，能夠預先獲得手術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]本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0008]本實用新型涉及一種預控式激光手術系統，包括:機架以及設置于機架上的控制器、顯示裝置、激光發(fā)射裝置、深度傳感器和圖像采集器，其中:控制器與激光發(fā)射裝置相連并輸出啟動指令，控制器與機架相連并傳輸旋轉升降指令，圖像采集器、控制器和顯示裝置依次相連并實時顯示采集位置圖像，深度傳感器與控制器相連并輸出激光發(fā)射裝置的實時深度信息。
[0009]所述的機架包括:支柱立架、懸梁、懸臂和懸掛架，其中:支柱立架和懸梁和轉動連接，懸臂和懸梁滑動連接，從而懸臂能夠前、后、左、右方向自由移動。
[0010]所述的控制器包括:顯示控制卡、手術規(guī)劃及存儲卡、手術導航控制卡、激光控制卡及光學相干成像信息處理卡，其中:顯示控制卡與顯示裝置相連并傳輸采集位置圖像及用戶界面操作信息，圖像采集器與手術導航控制卡相連并傳輸光纖手柄及手術部位實時工作狀態(tài)信息，激光控制卡與激光器相連并傳輸激光器開關信息，深度傳感器與光學相干成像信息處理卡相連并傳輸激光參考臂及樣品臂相干成像后光強空間分布信息。
[0011]所述的顯示裝置包括:分別與控制器相連的顯示器以及人機操作設備，其中:顯示器與顯示控制卡相連并接收采集位置圖像，人機操作設備與顯示控制卡相連并輸出用戶界面操作信息。
[0012]所述的激光發(fā)射裝置包括:激光器、設置于機架中的光路系統、光纖接口光纖臂及設置于機架上的光纖手柄，其中:激光器與控制器中的激光控制卡相連并接收啟動指令，激光器輸出的激光依次通過光路系統、光纖接口、光纖臂引導至深度傳感器及待手術部位。
[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、脈寬和頻率參數通過激光控制卡調整。
[0014]所述的光纖接口將懸臂內的激光光束耦合至光纖臂的光纖內。
[0015]所述的深度傳感器優(yōu)選設置于所述光纖手柄內，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、濾光片和光子探測器位于50/50分光器的反射光路上，光子探測器與控制器中的光學相干成像信息處理卡相連并輸出激光干涉后光強分布信息。
[0016]所述的光纖手柄上優(yōu)選設有動態(tài)參考支架。
[0017]所述的圖像采集器包括:側臂機構、導航儀攝像頭盒以及設置于其內部的兩個CCD攝像頭、沿攝像頭周邊的均勻分布的紅外LED燈和圖像采集卡，其中:導航儀攝像頭盒與側臂機構固定連接，側臂機構與機架相連，CCD攝像頭正對光纖手柄及其動態(tài)參考支架，并與圖像采集卡相連并傳輸光學模擬信號，圖像采集卡與控制器中的手術導航控制卡相連并輸出光纖手柄位置信息。
[0018]所述的紅外LED燈的個數優(yōu)選為六個。
[0019]所述的側臂機構與機架轉動連接，導航儀攝像頭盒與側臂通過球形關節(jié)連接，CCD攝像頭有上、下、左、右、前、后及旋轉7個關節(jié)自由度，保證光纖手柄及其動態(tài)參考支架位于兩個攝像頭的視域內。
[0020]所述的動態(tài)參考支架上優(yōu)選設有手動開關以及示蹤器，示蹤器上有若干熒光球，通過熒光球反射紅外LED光信號能被圖像采集器中的CCD攝像頭定位及跟蹤。
[0021]所述的熒光球的個數優(yōu)選為四個，且四個熒光球設置于不同的平面。
[0022]技術效果
[0023]與現有技術相比，本實用新型有以下有益效果:
[0024]1)本實用新型通過預先獲得手術部位及深度信息反饋控制激光激發(fā)，這種預控方式減少對激光操作人員的依賴，使得激光操作容易。
[0025]2)本實用新型通過增加手動開關控制方式，這種多層次預控式的冗余控制方式最大限度減少激光手術可能發(fā)生的意外，提高手術安全。
[0026]3)本實用新型通過把激光手術系統、手術導航系統及光學相干系統整合成更緊湊、高效的系統，比現有的激光手術系統具有更高性能。
【附圖說明】
[0027]圖1預控激光手術系統的示意圖；
[0028]圖2A預控激光手術系統的激光光路示意圖；
[0029]圖2B預控激光手術系統的激光光路及深度測量示意圖；
[0030]圖3預控激光手術系統模塊結構及控制流程示意圖；
[0031]圖中:激光器101、控制器102、立柱支架103、懸梁104、懸臂105、光纖接口 106、光纖臂107、手動開關108、深度傳感器109、顯示器110、手柄側端111、示蹤器112、懸掛架113、(XD攝像頭114、手術導航儀攝像頭盒115、光纖手柄116、側臂機構117、骨解剖組織118、動態(tài)參考支架119、激光控制連接端口 120、激光激發(fā)連接端口 121、圖像采集卡122沿攝像頭紅外LED燈123、立柱支架內反射鏡片201、懸梁內光學鏡片202、入口凸透鏡211、50/50分光器212、樣品臂反射鏡213、物鏡凸透鏡214、參考臂反射鏡215、濾光片216、光子探測器217。
【具體實施方式】
[0032]下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0033]實施例1
[0034]如圖1所示，本實施例包括:機架以及設置于機架上的控制器102、顯示裝置、激光發(fā)射裝置、深度傳感器109和圖像采集器，其中:控制器102與激光發(fā)射裝置相連并輸出啟動指令，控制器102與機架相連并傳輸旋轉升降指令，圖像采集器、控制器102和顯示裝置依次相連并實時顯示采集位置圖像，深度傳感器109與控制器102相連并輸出激光發(fā)射裝置的實時深度信息。
[0035]本實施例通過控制器102控制激光器的脈沖能量、頻率及脈沖寬度等輸出參數，該控制器102包括:顯示控制卡、手術規(guī)劃及存儲卡、手術導航控制卡、激光控制卡