[发明专利]一种光动力手术导航系统

说明书

本发明目的是提供一种光动力手术导航系统，包括阵列治疗光源(1)，三维扫描仪(2)，待治疗皮损区域(3)及计算机(4)，通过对系统阵列治疗光源的标定为医生提供阵列治疗光源各个光单元的光功率空间分布，并通过三维扫描仪获取治疗皮损区域(3)的三维表面数据，计算得到皮损的面积、表面法线、颜色等信息，使医生可根据光照功率密度治疗需求及待治疗皮损的面型特征调整治疗光源各个单元的光功率、治疗光源位置和角度，解决光动力治疗时光功率密度均匀性的调节与跟踪记录问题。

技术领域

本发明涉及一种基于三维重建技术的光动力手术导航系统，具体涉及一种利用三维重建技术，获得治疗部位的三维表面数据，并根据医疗诊断后的治疗方案，辅助医生对治疗部位的表面精确定位并施加能量的手术导航系统，也可适用于类似的能量辐射型治疗中，针对治疗表面进行的能量施加。

背景技术

通过辐射光或者热等能量到人体表层以实现相应疾病的治疗是外科的一种手术形式，其中涉及光动力疗法，具体指利用日光或是以特定波长的光(例如：激光、发光二极管)治疗鲜红斑痣、皮肤癌等疾病的方法，在一些手术过程，也包括将某种光敏剂静脉注射入患者体内，该光敏剂选择性地亲和病变细胞，在病变细胞中积聚后经过特定波长和能量的光照射后，利用光化学反应生成单态激发态氧，从而能迅速杀死病变细胞，达到治疗目的。

影响光动力疗法治疗效果的因素众多，其中光剂量(包括光照射功率密度及能量密度两个参数)对皮损治疗效果起到关键作用。但常见的治疗光源空间针对待治疗区域的表面分布不均匀，极大影响了治疗效果。如典型的激光光治疗光源，其空间分布为高斯分布；单个发光二极管的光空间分布近似为方向角余弦值的n次方。虽然可通过阵列拼接或微透镜等技术对这些非均匀分布的光源进行整形，并在平面区域形成近似均匀分布特性，但由于待治疗区域的皮损往往为曲面结构，鉴于光接收面所获得光功率密度与其表面与光源距离的平方成反比，并与光接收面和光源表面法线夹角余弦值成反比的物理学特性，现有的阵列治疗光源主要调节各个单元的间距、照明光源与光接收面的距离、照明单元光照分布实现平面区域光均匀性控制，难以解决曲面光照均匀性的控制，依靠人工进行光源照射角度与间距的调节虽然在实时反馈帮助下具有一定的实施可能性，但依然难以满足对治疗光剂量的控制精确度需求，如医生很难获知皮损表面实际接收的光照射功率密度以及能量密度，当采用这些光源对曲面皮损部位进行治疗时，皮损部位接收的光剂量仍难以维持医生预设的光照射功率密度及能量密度大小，使得医生难以统计治疗剂量与治疗效果的关系。此外，由于缺乏治疗光源与待治疗皮损之间位置和姿态的调节与控制参数，医生依靠主观判断和手感调节照射光源与皮损间的准确参数，也不利于根据不同的病情实施不同的治疗光剂量。

发明内容

本发明目的是提供一种基于三维重建技术的手术导航系统，对于光动力治疗而言，涉及一种利用三维重建技术，获得治疗部位的三维表面数据，使医生可根据诊断后设定的治疗时光照功率密度需求及待治疗皮损的面型特征调整治疗阵列治疗光源各个组成单元的光功率、阵列治疗光源的位置和角度，解决施加光动力治疗时光功率密度均匀性的调节问题。

本发明的光动力手术导航系统，包括阵列治疗光源，三维扫描仪，及控制用计算机，阵列治疗光源用于根据三维扫描仪获得的三维重建数据，在待治疗皮损区域根据预定治疗计划实施光动力手术，施加光动力；三维扫描仪被置于正对待治疗皮损区域实施对皮损区域的三维扫描，或者可位于其他位置以满足同时可对皮损区域及阵列治疗光源的特征区域进行三维扫描。

阵列治疗光源由若干个辐照用光单元构成，各个光单元均可以进行单独调节控制，通过调节驱动电流或电压调节阵列治疗光源的各个光单元，实现辐射光出射密度的调节。

三维扫描仪的扫描光源光谱与阵列治疗光源的主波长处于不同波段，示意性的，三维扫描仪采用近红外光源，阵列治疗光源采用紫外或可见光源。

进一步包括与阵列治疗光源(1)联用的机械人系统。

根据本发明的导航系统，阵列治疗光源向待治疗皮损区域施加光动力之前，优选的以三维扫描仪进行光照度标定，获得阵列治疗光源各个光单元的光照分布函数。