一种光声超声协同诊疗系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种光声超声协同诊疗系统。

背景技术

医学上，通常利用诊疗系统对人体病变部位进行损伤组织的修复和愈合。最常见的诊疗系统是低强度超声诊疗系统，其将具备一定能量的超声波作用于人体病变部位，产生如致热效应、机械震荡效应、声冲流效应等生物物理效应，加速血管生成因子和相关蛋白合成释放，改变细胞膜通透性，加快白细胞移动，起到抗炎作用并加速胶原合成及成熟，改善血运和血流并提升血氧代谢，进而达到对受损细胞组织进行清理、激活和修复作用，从而促进损伤组织的修复和愈合。

但是，采用这种诊疗系统经常对损伤组织造成二次损伤，使用安全性低。

发明内容

本发明实施例提供一种光声超声协同诊疗系统，用以对人体病变部位进行损伤组织的修复和愈合，提高使用安全性，避免对损伤组织造成二次损伤，该光声超声协同诊疗系统包括：光声监测设备，超声理疗设备和控制器；

所述光声监测设备，用于向目标样本发送激光信号，以及在向目标样本发送激光信号的同时向控制器发送触发信号；

所述超声理疗设备包括超声理疗探头，用于根据控制器预先存储的激励模式参数向目标样本发送超声激励信号；

所述控制器，用于接收光声监测设备发送的触发信号，预先存储超声理疗设备的激励模式参数，接收光声信号和超声回波信号，以及对光声信号和超声回波信号进行分析，其中所述光声信号是所述激光信号经目标样本激发的，所述超声回波信号是所述超声激励信号经目标样本生成的。

相对于现有技术中利用低强度超声理疗系统对人体病变部位进行损伤组织的修复和愈合的方案而言，本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统包括：光声监测设备，超声理疗设备和控制器；所述光声监测设备，用于向目标样本发送激光信号，以及在向目标样本发送激光信号的同时向控制器发送触发信号；所述超声理疗设备包括超声理疗探头，用于根据控制器预先存储的激励模式参数向目标样本发送超声激励信号；所述控制器，用于接收光声监测设备发送的触发信号，预先存储超声理疗设备的激励模式参数，接收光声信号和超声回波信号，以及对光声信号和超声回波信号进行分析，其中所述光声信号是所述激光信号经目标样本激发的，所述超声回波信号是所述超声激励信号经目标样本生成的。本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统在超声理疗设备的基础上增加了光声监测设备，利用光声监测设备向目标样本发送激光信号，并利用控制器对激光信号经目标样本激发的光声信号进行分析，有效监控超声理疗系统的工作状态，提高使用安全性，避免对损伤组织造成二次损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中光声超声协同诊疗系统结构图；

图2为本发明实施例中光声监测设备结构图；

图3为本发明实施例中超声理疗设备结构图；

图4为本发明实施例中控制器结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了对人体病变部位进行损伤组织的修复和愈合，提高使用安全性，避免对待修复组织造成二次损伤，本发明实施例提供一种光声超声协同诊疗系统，如图1所示，该光声超声协同诊疗系统可以包括：光声监测设备100，超声理疗设备200和控制器300；

所述光声监测设备100，用于向目标样本发送激光信号，以及在向目标样本发送激光信号的同时向控制器300发送触发信号；

所述超声理疗设备200包括超声理疗探头，用于根据控制器300预先存储的激励模式参数向目标样本发送超声激励信号；

所述控制器300，用于接收光声监测设备100发送的触发信号，预先存储超声理疗设备200的激励模式参数，接收光声信号和超声回波信号，以及对光声信号和超声回波信号进行分析，其中所述光声信号是所述激光信号经目标样本激发的，所述超声回波信号是所述超声激励信号经目标样本生成的。

由图1所示可以得知，本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统包括：光声监测设备100，超声理疗设备200和控制器300；所述光声监测设备100，用于向目标样本发送激光信号，以及在向目标样本发送激光信号的同时向控制器300发送触发信号；所述超声理疗设备200包括超声理疗探头，用于根据控制器300预先存储的激励模式参数向目标样本发送超声激励信号；所述控制器300，用于接收光声监测设备100发送的触发信号，预先存储超声理疗设备200的激励模式参数，接收光声信号和超声回波信号，以及对光声信号和超声回波信号进行分析，其中所述光声信号是所述激光信号经目标样本激发的，所述超声回波信号是所述超声激励信号经目标样本生成的。本发明实施例提供的一种光声超声协同诊疗系统在超声理疗设备200的基础上增加了光声监测设备100，利用光声监测设备100向目标样本发送激光信号，并利用控制器300对激光信号经目标样本激发的光声信号进行分析，有效监控超声理疗系统的工作状态，提高使用安全性，避免对损伤组织造成二次损伤。

如前所述，医学上通常利用低强度超声理疗系统对人体病变部位进行损伤组织的修复和愈合，但是，采用这种理疗系统经常对损伤组织造成二次损伤，使用安全性低。发明人发现，光声监测同时具备光学成像的高对比度特性和超声成像的深穿透特性，光声监测能够对损伤愈合过程进行无损、非介入、持续动态监测，不仅能够获得浅表层及深层组织再生修复的形态学影像，而且能够监测由血氧饱和度所反映的功能代谢信息，此外，能够监测深层组织的温度变化。因此，本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统在超声理疗设备的基础上增加了光声监测设备100，利用光声监测设备100向目标样本发送激光信号，并利用控制器300对激光信号经目标样本激发的光声信号进行分析，有效监控超声理疗系统的工作状态，提高使用安全性，避免对损伤组织造成二次损伤。

实施例中，如图2所示，光声监测设备100包括：激光器组101，用于根据预先设定的激光参数发射激光；空间光路整形与光纤光路传导设备102，用于对所述激光形成的光路进行预处理，将处理后的光路耦合进入一分二多模光纤束，光路经过一分二多模光纤束传导后向目标样本发送激光信号。

本实施例中，目标样本可以为深层或浅表层血管损伤组织，如动脉粥样硬化、静脉血栓、深层贯穿伤等。本领域技术人员可以理解，利用本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统对血管损伤组织进行诊疗为一示例性说明，实施时可以根据需求对其他损伤组织进行诊疗，相关的变化例均应落入本发明的保护范围。

本实施例中，激光器组101可以为多波长激光器组。将相同性能指标的四台激光器设置成激光器组101，通过延时电路来协调各个激光器之间的激光发射次序，具备硬件成本低，延时可控的特点。

本实施例中，激光器组101根据预先设定的激光参数发射激光，其中激光参数包括：脉宽参数，脉冲峰值能量参数和重复频率参数。在预先设定激光参数时需要依据如下规则：

脉宽参数：设定的脉宽必须满足能够激发出光声信号，一般为ns脉冲宽度，如ms脉冲宽度或者μm脉冲宽度则不能激发光声信号；

脉冲峰值能量参数：设定的脉冲峰值能量应该保证脉冲信号的信号强度不超过数据采集卡所能接收的最大值，不能无限大；

重复频率参数：设定的重复频率取决于成像实时性要求，可以设定为10Hz。

本实施例中，空间光路整形与光纤光路传导设备102，用于对所述激光形成的光路进行预处理，将处理后的光路耦合进入一分二多模光纤束，光路经过一分二多模光纤束传导后向目标样本发送激光信号。其中，预处理包括：透镜组准直处理，光斑缩束处理以及光能量衰减处理。对预处理之后的光路耦合进入位于光纤耦合器的一分二多模光纤束，经光纤束传导后向目标样本发送激光信号，照射目标样本表面，使激光在光纤的入口端形成均匀的圆斑，从而提高光纤的耦合效率。

本实施例中，所述空间光路整形与光纤光路传导设备102可以包括：光阑，转向镜，凸透镜和衰减片，其中所述光阑与激光器组101连接，用于缩小激光光束；转向镜和凸透镜与激光器组101连接，用于对激光光束进行整形、聚集、缩束、准直处理；衰减片用于旋转可控制衰减率，以微调出光能量。光阑，转向镜，凸透镜和衰减片可根据需要由技术人员进行自行设置。

实施例中，超声理疗设备200包括超声理疗探头201，用于根据控制器300预先存储的激励模式参数向目标样本发送超声激励信号。

本实施例中，超声激励信号包括：超声成像激励信号和超声理疗激励信号；其中所述超声回波信号是所述超声激励信号经目标样本生成的包括：其中所述超声回波信号是所述超声成像激励信号经目标样本生成的。

本实施例中，如图3所示，所述超声理疗设备200还包括：功率放大器202和阻抗匹配模块203，功率放大器202用于对超声理疗探头201进行功率放大，阻抗匹配模块203用于对超声理疗探头201进行阻抗匹配处理。阻抗匹配是超声探头性能表征的常规模式，需要进行超声阵列各个阵元的阻抗测试，可以采用阻抗分析仪，然后根据上述测试的电阻，电感，电容值，在外部根据谐振电路原理补偿，将电感和电容抵消，使阵元等效为一个纯电阻。

本实施例中，所述超声理疗探头201采用凹面性超声阵列。发明人发现，现有的超声理疗设备采用单探头，缺点是不能进行空间动态聚焦，只能采用外部机械移动方式，费时费力且不能精准定位，并且控制参数较少，只能提供一种功率调节方式。超声理疗的温度难以控制，容易对组织造成损伤。因此，本发明采用凹面性超声阵列可以为凹面型低强度超声阵列，能够进行多个激励模式参数控制，从而实现微流弥散、机械摩擦等超声理疗效应更好控制，超声阵列扫描范围大，能够实现动态聚焦，结合根据光声信号得到的温度数据可以对超声理疗的温度进行监控。激励模式参数包括：发射编码类型参数，空间动态聚焦辐射区域参数，超声激励声强参数，超声激励频率参数，超声激励作用周期参数其中之一或任意组合；所述功率放大器202还用于，对所述激励模式参数进行功率放大处理。其中，发射编码类型参数用于控制超声理疗的机械微细摩擦和微流弥散、以及超声空化等超声理疗作用；空间动态聚焦辐射区域参数用于空间定位，定位的精度较高；超声激励声强参数，超声激励频率参数和超声激励作用周期参数用于超声理疗的温热效应控制。需要说明的是，超声理疗是多种物理作用的结果，包括机械微细摩擦、微流弥散、超声空化和温热效应，因此，需要不同的激励模式参数来控制产生不同的效应。

实施例中，所述控制器300，用于接收光声监测设备100发送的触发信号，预先存储超声理疗设备200的激励模式参数，接收光声信号和超声回波信号，以及对光声信号和超声回波信号进行分析，其中所述光声信号是所述激光信号经目标样本激发的，所述超声回波信号是所述超声激励信号经目标样本生成的。

本实施例中，如图4所示，控制器300包括：时序逻辑控制器301，存储器302，信号采集设备303和分析处理器304；所述时序逻辑控制器301用于，接收光声监测设备100发送的触发信号，根据所述触发信号对光声超声协同诊疗系统进行时序逻辑控制；所述存储器302用于，预先存储超声理疗设备200的激励模式参数；所述信号采集设备303用于，采集光声信号和超声回波信号；所述分析处理器304用于，对光声信号和超声回波信号进行分析。时序逻辑控制器301接收光声监测设备100发送的触发信号，根据所述触发信号协同光声超声协同诊疗系统中各设备之间的时序逻辑，在收到触发信号之后控制器300会通知超声理疗设备200进行光声信号和超声回波信号的接收或采集，避免未能及时接收信号。光声超声协同诊疗系统的时序逻辑可以为：发送触发信号-接收光声信号-发送超声成像激励信号-接收超声回波信号-发送超声理疗激励信号-发送下一个触发信号-接收光声信号-发送超声成像激励信号-接收超声回波信号-发送超声理疗激励信号，如此循环往复，其中可以通过信号线进行硬件连接。

本实施例中，所述信号采集设备303还用于，对采集的光声信号和超声回波信号进行信号放大处理，滤波处理和离散处理；所述分析处理器304进一步用于，对经过信号放大处理，滤波处理和离散处理后的光声信号和超声回波信号进行分析。

本实施例中，分析处理器304用于，对光声信号和超声回波信号进行成像。发明人发现，光声信号不仅可以进行结构成像，而且能够进行功能成像，通过多波长扫描反映组织的血氧信息。此外，光声信号还可以进行受损组织的温度测量，为超声理疗设备200测量温度。成像能够以图像的方式直观的反应理疗部位的结构、功能和温度信息。

本实施例中，处理器对光声信号和超声回波信号进行存储和分析处理，并协同光声超声协同诊疗系统中各设备，实现对目标样本的协同诊断和治疗。光声超声协同诊疗系统中还包括运动控制设备，用于三维移动仿体目标，使超声理疗和光声成像的范围更加广阔。

本实施例中，分析处理器304用于控制激励模式参数，对光声信号和超声回波信号进行重建。重建可以采用本领域现有的反投影重建方法。

实施例中，本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统利用光声信号成像，构建其在深层组织中结构和功能多参量监测和组织温度测量模型，其中光声成像是由光声信号通过重建方法形成，光声成像需要的参数取决于超声成像探头和待成像区域的几何位置。利用超声回波信号成像，显示并识别损伤切面结构，与光声图像共配准，整合光声信号和超声的解剖学信息，形成双模态成像体系。光声信号成像和超声回波信号成像可以共享硬件，能够对同一目标样本进行成像，不同的是超声回波信号反映组织的声阻抗信息，而光声信号反映的是光学吸收信息。针对同一个目标样本，反映不同的物理信息，因而声阻抗和光吸收信息可以进行图像的配准，形成了双模态成像。图像配准方法可以选择深度配准法，将光声图像和超声在深度方向上叠加覆盖。

实施例中，本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统以超声回波信号图像为背景，将光声信号图像进行透视化和成像目标自动识别处理，依据二者在超声阵列横向和深度方向进行几何叠加，从而实现超声回波信号成像和光声信号成像两种模态的影像融合，同时进行血氧饱和度和组织温度等功能参数的定量监测。采用超声阵列探头，通过控制探头的延迟时间来实现声束偏转和空间聚焦，从而实现对损伤位置的精准、快速治疗。动态聚焦的关键在于对发射声束进行时间和空间的有效的精准控制，尤其是延时精度这一影响动态聚焦声束的重要因素，提高声学焦点的焦区深度、减小焦点宽度，从而实现一定深度范围内的超声有效辐射。

综上所述，本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统包括：光声监测设备，超声理疗设备和控制器；所述光声监测设备，用于向目标样本发送激光信号，以及在向目标样本发送激光信号的同时向控制器发送触发信号；所述超声理疗设备包括超声理疗探头，用于根据控制器预先存储的激励模式参数向目标样本发送超声激励信号；所述控制器，用于接收光声监测设备发送的触发信号，预先存储超声理疗设备的激励模式参数，接收光声信号和超声回波信号，其中所述光声信号是所述激光信号经目标样本激发的，所述超声回波信号是所述超声激励信号经目标样本生成的，以及对光声信号和超声回波信号进行分析。本发明实施例提供的光声超声协同诊疗系统在超声理疗设备的基础上增加了光声监测设备，利用光声监测设备向目标样本发送激光信号，并利用控制器对激光信号经目标样本激发的光声信号进行分析，有效监控超声理疗系统的工作状态，提高使用安全性，避免对损伤组织造成二次损伤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。