一种肿瘤光学检测与光热治疗系统的制作方法

本实用新型涉及一种肿瘤光学检测与光热治疗系统。

背景技术：

目前测定肿瘤细胞的常用方法有抽血化验、活体组织检查、超声成像、CT、核磁共振、肿瘤标志物等，其中，抽血化验的准确度不是很高；活体组织检查痛苦且前期难以查到病灶细胞；超声图像从一些背景噪声中得到有用的信息，而生成的超声图像斑点噪声存在量过多引起误差大；CT的分辨率要高于一些传统X射线和其他几种成像技术,但因为CT的成像原理,很难分辨出软组织的细小的一些改变；另一手段，核磁共振图像能够增加软组织之间的对比度,疾病诊断的准确性因此提高，不过其中的伪影存在又给诊断带来了干扰物；肿瘤标志物的芯片数据具有高维小样本的特质，医学学者要对其数据分析也增加了难度。因此，在临床诊断中经常把多种检测手段合成进行应用，来确诊正常细胞是否癌变为肿瘤细胞，这给患者造成很大的经济负担，而且不能检查出早期病灶部位，检查过程耗时长，也损耗人们大量的精力。

利用荧光标记物进行生物分子识别是当前生命科学领域的研究热点之一。相比于有机染料和量子点等传统的荧光标记材料，镧系掺杂的上转换纳米晶具有无光漂白、无自发荧光、组织穿透深、生物毒性低等固有的优点，因此在生物研究和临床应用方面具有更大的应用潜力。功能化的上转换纳米晶可以从分子、细胞水平上研究肿瘤内发生的一系列生理病理学变化。利用这一技术，可以观测活体生物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。另外，对肿瘤微波转移灶的检测敏感度极高，不涉及放射性物质和方法，非常安全。

手术、放疗、化疗作为癌症治疗的传统方法，伴随的副作用往往给患者带来巨大的身心折磨。与之相比，基于纯物理性手段的热疗法，其副作用几乎为零，被国际医药界称为“绿色疗法”。目前，包括射频、微波、激光、聚焦超声、全身热疗和隔离灌注等多种热疗技术已经得到发展，但这些热疗技术的靶向定位差，在加热肿瘤组织的同时，常常导致周围健康组织的热损伤，使其临床应用范围受限。

近年来，纳米粒子介导的光热疗法备受关注。在这种方法中，注入肿瘤组织内的纳米粒子首先吸收外部近红外辐射并转化为热能，随后带动周围的癌变组织升温，并最终导致肿瘤细胞消融。由于治疗具有针对性，因此安全性更高，疗效更显著。目前生物材料学家已经开发了包括纳米金、硫化铜、碳纳米管在内的多种纳米加热器。但遗憾的是，这些纳米加热器都存在一些问题。例如，小尺寸的纳米金在生物系统中趋于团聚，导致较高的生物毒性；碳纳米管对标记材料有很强的荧光猝灭效应。

最近，基于镧系掺杂上转换发光的多功能纳米加热器受到更多关注，但目前缺少能够与之配套使用的设备。

技术实现要素：

本实用新型针对以上问题提出了一种肿瘤光学检测与光热治疗系统，能够用于进行肿瘤的光学检测和光热治疗，消除肿瘤细胞。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种肿瘤光学检测与光热治疗系统，包括：诊疗床，用于承载待检测和治疗的患者；升降机，固定在所述诊疗床一侧可进行升降运动；诊疗板，所述诊疗板固定于所述升降机上并与所述升降机同步上下运动，所述诊疗板内置有激光输出单元、机械扫描装置以及均匀安装在所述诊疗板的下表面的多个光电探测单元，所述光电探测单元中心具有激光输出端口，所述激光输出单元输出的激光经过所述机械扫描装置可从每个激光输出端口依次输出；激光输出控制单元，其用于控制所述诊疗板上的所述激光输出单元的输出功率；升降控制单元，其用于控制所述升降机的上下运动；信号处理单元，其用于接收所述光电探测单元检测到的电信号并对所述电信号进行电流/电压变换和放大用以输出；操作台，用于所述肿瘤光学检测与光热治疗系统的不同指令的下达、参数设定以及数据存储；中央处理器，可基于所述操作台的不同指令和/或所述信号处理单元的输出的信号用以控制所述升降控制单元和/或激光输出控制单元的输出；以及显示终端，用于显示诊断和治疗过程的信息；

进一步地，所述多个光电探测单元成矩形阵列方式置于所述诊疗板的下表面；

进一步地，所述激光输出单元包括发射波长为808nm、980nm和1532nm中至少一种激光器；

进一步地，所述激光输出端口上固定有光学准直透镜；

进一步地，所述中央处理器还包括用于控制每个光电探测单元进行开启和关闭的光电探测控制单元；

进一步地，还包括报警装置，当所述光电探测单元检测到置于患者体内肿瘤细胞中的特定荧光信号后产生报警；

进一步地，所述报警装置至少为蜂鸣器和指示灯中任意一种；

进一步地，所述中央处理器还包括肿瘤锁定单元，所述肿瘤锁定单元在所述光电探测单元检测到患者体内肿瘤细胞中的特定荧光时控制所述机械扫描装置停止运动。

与现有技术比较，本实用新型所述的肿瘤光学检测与光热治疗系统具有以下有益效果：1、该系统采用激光对特异性固定在肿瘤细胞表面的特定纳米加热器进行扫描并加热，可以实现肿瘤的检测与肿瘤治疗双重功能，给肿瘤的检测与治疗提供可一种新的参考与有力工具；2、多个光电探测单元成矩阵形式分布，可以便于扫描，同时也容易根据光电探测单元的位置确定肿瘤细胞的位置；3、激光输出单元采用多种激光发射波长，可以用于检测不同类型的纳米加热器，通用性能增强；4、激光输出端口具有准直透镜，保证了输出的激光束垂直，提高了扫描和治疗精度；5、具有报警装置，方便医务人员了解患者是否具有肿瘤。

附图说明

图1为本实用新型的肿瘤光学检测与光热治疗系统的结构示意图；

图2为诊疗板下表面光电探测单元的分布示意图；

图3为图2中虚线部分的放大示意图；

图4为机械扫描装置的结构示意图。

图中：1、诊疗床，2、升降机，3、诊疗板，4、激光输出控制单元，5、升降控制单元，6、信号处理单元，7、操作台，8、中央处理器，9、显示终端， 31、激光输出单元，32、机械扫描装置，33、光电探测单元，34、激光输出端口，321、永磁无刷直流电机，322、多面体旋转反射镜，323、振镜，324、步进电机。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的一种肿瘤光学检测与光热治疗系统，包括：用于承载待检测和治疗的患者的诊疗床1，诊疗床1一侧固定有升降机2，升降机2可以在竖直方向上上下运动，升降机2上固定有诊疗板3，诊疗板3可以随升降机2的上下运动而一同上下运动。诊疗板3为长条状结构，诊疗板3内具有激光输出单元31，本实施例中，激光输出单元31采用能够输出特定波长的激光器，诊疗板3的下表面安装有多个光电探测单元33，优选地，多个光电探测单元33成矩形阵列的方式布置在诊疗板3的下表面，在本实施例中，如图2和图3所示，诊疗板下表面均匀分布100x100个边长为1cm的正方形区域，每个正方形区域内置有一个光电探测单元33，光电探测单元33中心具有激光输出端口34，在诊疗板3内还具有机械扫描装置32，机械扫描装置32可以将激光输出单元31发出的激光束依次从每个光电探测单元33中心的激光输出端口34中射出以用于对患者进行激光扫描和/或对肿瘤细胞进行加热治疗。采用矩阵形式布置光电探测单元33可以便于获得相对应的每一个光电探测单元的位置信息，从而当不同的光电探测单元探测到肿瘤细胞时，可以精确的确定肿瘤细胞的位置。

如图4所示，机械扫描装置32包括多面体旋转反射镜322、用于驱动多面体旋转反射镜322的永磁无刷直流电机321、振镜323以及用于驱动振镜323转动的步进电机324。永磁体无刷电机321和步进电机324的旋转轴相互垂直并分别驱动多面体旋转反射镜322和振镜323以实现激光光束的行扫描和场扫描，具体地，多面体旋转反射镜322每转过一面，激光光束就扫过一行，振镜323 每往复振动一次，激光光束就扫过一场，行场扫描的协同运作，将从激光输出单元31输出的激光束依次从多个光电探测单元33中心的激光输出端口34输出从而实现对置于诊疗床1上的患者实现整体扫描(该机械扫描装置与现有激光电视中的扫描装置结构相同)。

通过激光输出端口34输出的激光束照射到躺在诊疗床1上的患者身上，并反射到置于诊疗板3上的光电探测单元33，光电探测单元33将反射的激光束转换成电流信号并输入到信号处理单元6，信号处理单元6将电流信号转换成电压信号并进行放大然后输入给中央处理器8，中央处理器8可以对输入的信号进行处理并与在中央处理器8中设定参比信号进行比较，然后根据比较结果控制该系统进行不同的操作。具体操作内容至少包括以下内容：1、当无信号输入或输入的信号与设定的参比信号不吻合时，中央处理器控制机械扫描装置继续工作，即将激光移动至下一个激光输出端口以进行继续扫描(也就是当前扫描的部位没有肿瘤细胞，继续下一个部位的扫描)；2、当输入的信号与设定的参比信号吻合时，则中央处理器控制机械扫描装置停止转动，并控制激光的输出以对当前位置进行加热破坏肿瘤细胞。

该肿瘤光学检测与光热治疗系统还包括激光输出控制单元4，激光输出控制单元4由中央处理器8发送指令进行控制，进而由激光输出控制单元4控制激光输出单元31的输出激光强度。例如，当中央处理器8通过光电探测单元33 检测到有肿瘤细胞时，中央处理器8基于反馈的信号计算纳米光加热器温度，并与中央处理器8中设定的温度阈值进行比较，然后根据比较结果向激光输出控制单元4发送指令，进而动态的控制激光输出单元31输出功率用于对肿瘤细胞加热以进行治疗。具体操作内容至少包括以下内容：1、当计算温度低于设定温度阈值时，中央处理器发送指令提升激光输出功率；2、当计算温度高于设定温度阈值时，中央处理器发送指令降低激光输出功率。

该肿瘤光学检测与光热治疗系统还包括升降控制单元5，升降控制单元5可以在中央处理器8控制下，控制升降机2的升降运动进而调节诊疗板3与患者的距离使诊疗板便于对患者进行扫描和治疗。

该肿瘤光学检测与光热治疗系统还包括操作台7，操作台7可以用于该系统的不同指令的下达、参数设定以及数据存储等功能。

该肿瘤光学检测与光热治疗系统还包括显示终端9，该显示终端9可以在进行系统工作时进行相关信息的显示，显示的信息可以包括如下内容：人体的结构模型图、每个光电探测单元的工作状态、激光输出的功率信息、光电探测单元检测到位于肿瘤表面的特定纳米光加热器时的纳米光加热器的实时温度、肿瘤的位置等信息。

进一步地，置于诊疗板3内的激光输出单元31可以包括多种输出波长的激光器，本实施例中激光输出单元包括发射波长为808nm、980nm和1532nm三种激光器。采用多种波长的激光器可以便于对不同种类的纳米加热器进行扫描和识别，增强了该系统的通用性能。激光输出单元不限于本实施例中的三种波长的激光器，可以根据实际需要进行更换和添加。

进一步地，在激光输出端口34上还可以固定有光学准直透镜，光学准直透镜可以将由机械扫描装置32反射到激光输出端口34处的激光进行准直，提高了扫描精度。

进一步地，在中央处理器8还包括用于控制每个光电探测单元33进行开启和关闭的光电探测控制单元。当该系统具有控制每个光电探测单元进行开启和关闭的光电探测控制单元时，中央处理器8可以控制机械扫描装置32和光电探测单元33同步工作，也就是中央处理器8控制机械扫描装置32将激光输出单元31输出的激光束入射到一个光电探测装置33的激光输出端口34时，对应的光电探测单元33进行工作，而中央处理器8通过光电探测单元开启和关闭的光电探测控制单元控制其余的光电探测单元关闭，使得每次只有与入射激光对应的光电探测单元工作，这样不仅可以排除扫描过程中不同光电探测单元之间相互干扰提高扫描和检测精度，同时减少功耗，而且便于确定每次扫描的位置易于确定肿瘤的位置。

进一步地，该肿瘤光学检测与光热治疗系统还可以包括报警装置，当光电探测单元检测到特异性固定在患者体内肿瘤细胞表面的特定荧光信号后产生报警。具体地，当光电探测单元检测到特异性固定在患者体内肿瘤细胞表面的特定荧光信号后(信号处理单元输入到中央处理器的信号与设定参比信号吻合时)，中央处理器可以控制报警装置产生报警以对医务人员进行提示。报警装置可以是蜂鸣器或指示灯等常用的报警结构。

进一步地，中央处理器还包括肿瘤锁定单元，肿瘤锁定单元在光电探测单元检测到患者体内肿瘤细胞表面的特定荧光时控制所述机械扫描装置停止运动。具体地，为了便于该系统能够在扫描到肿瘤细胞后立刻能够对检测到的肿瘤细胞进行加热达到治疗效果，当中央处理器对信号处理器发送的信号进行分析比较后，如果接受的信号与设定参比信号吻合，此时中央处理器中的肿瘤锁定单元立即控制机械扫描装置停止运动，将激光束停止在具有肿瘤的位置处，然后再通过动态调节激光功率对肿瘤细胞进行加热处理。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。