技术领域
[0001] 本
发明属于光学在医疗领域的应用，具体涉及一种基于LED阵列的智能光动力治疗光照系统。
背景技术
[0002] 光动力疗法是一种通过光化学反应选择性地破坏
生物病变组织来达到治疗目的的新型治疗方法。该方法具有微创、可重复、毒
副作用小等优点，因而在
皮肤病、
肿瘤、牙科、骨科等
疾病的治疗领域中都得到了广泛应用，在科学研究领域也备受关注。光动力治疗过程的顺利进行需要
光敏剂、
光源与
氧分子三大要素的互相配合。首先，通过注射或涂抹的方式进入
机体的光敏剂可以选择性地在病灶组织区域聚集，一段时间后形成在病灶组织中浓度高、正常组织中浓度低的光敏剂分布。随后，通过使用特定
波长的光源对光敏剂进行一定光剂量的照射，潴留于病灶组织中的光敏剂在光的作用下和组织中的氧分子发生光化学反应，从而产生对细胞具有毒性的
活性氧，例如Ⅱ型光动力疗法中被广泛认为是最主要毒性物质的单线态氧。单线态氧产生后可以对周围的生物分子进行不可逆的氧化反应从而达到治疗的目的。
[0003] 该治疗方法的重要优势之一是具有双重选择性：通过注射、涂抹进入机体的光敏剂将会选择性地潴留于病灶组织区域；提供光照条件的光源可根据病灶组织的特点进行选择性照射。因而，光源的选择与设计是光动力治疗过程中至关重要的环节。现今光动力治疗采用的激光光源由于具有不便携、价格昂贵、照射面积受限等缺点，正逐渐被具有体积小、重量轻、寿命长、价格低廉、可设计性强等优点的LED光源所取代。LED通常以阵列的形式作为光源应用于光动力治疗过程中。但当下无论是科学研究还是临床治疗领域所采用的LED阵列光源还存在着以下限制：照射区域不可调节，正常组织在治疗过程中也受到光照，存在造成损伤的可能性，且造成
能源浪费；光照剂量不可调节，不同病变程度的病灶区域受到相同光剂量的照射，不满足病灶特异性，影响治疗效率。
发明内容
[0004] 本发明针对
现有技术的不足，提出了一种基于LED阵列的智能光动力治疗光照系统。
[0005] 一种基于LED阵列的智能光动力治疗光照系统，包括
图像采集与处理分析系统、光照系统；其中图像采集与处理分析系统包括数字图像采集模
块、带有数字
图像处理分析
软件的计算机；所述的光照系统包括
单片机系统、LED阵列；
[0006] 所述的通过数字图像采集模块，对病灶区域进行图像采集，得到带有比例尺的病灶图像；
[0007] 所述的带有数字图像处理分析软件的计算机，用于将采集到的病灶图像进行数字图像处理，得到每个LED的发光时间长度
信号；
[0008] 所述的单片机系统根据每个LED的发光时间长度信号，控制LED阵列发光；
[0009] 所述的LED阵列发光波长采用光动力治疗所用光敏剂对应吸收波长。
[0010] 其中带有数字图像处理分析软件的计算机对数字图像处理并得到每个LED的发光时间长度信号具体为：
[0011] 根据病灶图像的比例尺定义图像
像素与真实尺寸的关系，从而定义病灶区域的实际大小；将图像转化为以黑色为基准色的灰度图；将灰度图转化为黑白二值图，与病灶区域、正常区域分别对应；通过
图像分割将黑白二值图中的病灶图像分割为方块阵列，每个方块对应LED阵列中的一个LED；方块总数、方块尺寸、方块排列方式，与LED阵列相同且一一对应；计算方块阵列里每个方块的正常区域的面积：通过计算每个方块的正常区域的像素点占该方块的像素点总数的比值来得到该方块的正常区域的真实面积；或者计算方块阵列里每个方块的病灶区域的面积：通过计算每个方块的病灶区域的像素点占该方块的像素点总数的比值来得到该方块的病灶区域的真实面积；根据每个方块的正常区域的面积，计算出对应LED阵列中每个LED的发光时间长度，即控制LED阵列输出光剂量。
[0012] 所述的单片机系统根据得到的每个LED的发光时间长度信号，对LED阵列中每个LED的发光时间的控制来实现该智能光动力治疗光照系统依据病灶区域与病变程度可调的功能。
[0013] 所述的控制LED阵列发光具体为：图像方块的正常区域面积达到最大值时，该区域正常，该方块所对应LED的亮灯时间长度为零；方块的正常区域面积小于最大值时，该区域有病变，该方块所对应LED的发光时间长度随该方块正常区域的面积增加而减少，以此调控光照剂量；或者，图像方块的病灶区域面积达到最小值零时，该区域正常，该方块所对应LED的亮灯时间长度为零；方块的病灶区域面积非零时，该区域有病变，该方块所对应LED的发光时间长度随该方块病灶区域的面积增加而增加，以此调控光照剂量。
[0014] 所述的LED阵列
覆盖范围采用大于病灶组织的面积。
[0015] 本发明相对于现有技术具有的效果：本发明所采用的LED阵列光照系统相较于光动力治疗中的传统激光光源具有便携、节能且价格低廉的优势；其次，该系统可使得光源的发光区域根据病患的病灶形状、范围可调，且局部光照剂量根据病灶对应区域的病变程度可调，从而提高光动力治疗过程的精准度。
附图说明
[0016] 图1是本发明的基于LED阵列的智能光动力治疗光照系统示意图。
[0017] 图2是本发明
实施例1中的病灶图像处理与分析后转换为信号的示意图。
[0018] 图3是本发明实施例2中的病灶图像处理与分析后转换为信号的示意图。
[0019] 图中：1-是图像采集与处理分析系统、2-是光照系统、3-是数字图像采集模块、4-是带有数字图像处理分析软件的计算机、5-是单片机系统、6-是LED阵列、7-是发明实施例1中的病灶灰度图、8-是发明实施例1中的病灶二值图、9-是发明实施例1中分割处理后的病灶图像、10-是发明实施例1中依据信号亮灯的LED阵列、11-是发明实施例2中的病灶灰度图、12-是发明实施例2中的病灶二值图、13-是发明实施例2中分割处理后的图像、14-是发明实施例2中依据信号亮灯的LED阵列。具体实施方式：
[0020] 以下将结合附图以及实施例对本发明作进一步的说明。
[0021] 实施例1
[0022] 如图1所示，本发明提供一种基于LED阵列的智能光动力治疗光照系统，主要包括图像采集与处理分析系统1、光照系统2。图像采集与处理分析系统包括：数字图像采集模块3、带有数字图像处理分析软件的计算机4。光照系统包括：单片机系统5、LED阵列6。
[0023] 一种基于LED阵列的智能光动力治疗光照系统，该系统的工作过程具体为：
[0024] 实施例1：
[0025] 1、图像采集
[0026] 如图1，通过数字图像采集模块3，对患者皮肤病灶区域进行图像采集，得到带有比例尺的皮肤病灶图像。随后，将采集到的皮肤病灶图像输入计算机4，进行数字图像处理。
[0027] 图像处理分析
[0028] 如图2，使用计算机软件MATLAB对采集完成的皮肤病灶图像进行数字图像处理。
[0029] (1)定义图像尺寸。根据皮肤病灶图像的比例尺定义图像像素与真实尺寸的关系，从而定义病灶区域的实际大小。
[0030] (2)得到灰度图7。通过灰度转换函数(rgb2gray)将图像转化为以黑色为基准色的灰度图。
[0031] (3)得到二值图8。通过
阈值化函数(im2bw)将灰度图转化为黑白二值图(像素值为1的为白色点，像素值为0的为黑色点)，其中皮肤病灶区域为黑色，皮肤正常区域为白色。
[0032] (4)进行图像分区9。通过图像分割将(3)中的皮肤病灶图像分割为方块阵列，每个方块对应LED阵列中的一个LED。方块总数、方块尺寸、方块排列方式，与LED阵列相同且一一对应。
[0033] (5)计算(4)中方块阵列里每个方块的白色区域的面积。通过计算每个方块的白色区域的像素点占该方块的像素点总数的比值来得到该方块的白色区域的真实面积。或者也可以计算(4)中方块阵列里每个方块的黑色区域的面积。通过计算每个方块的黑色区域的像素点占该方块的像素点总数的比值来得到该方块的黑色区域的真实面积。
[0034] (6)根据(5)中每个方块的白色区域的面积，计算出对应LED阵列中每个LED的发光时间长度，即输出光剂量。方块的白色区域面积达到最大值时(即全白)，该区域皮肤正常，该方块所对应LED的亮灯时间长度为零；方块的白色区域面积小于最大值时(即非全白)，该区域皮肤有病变，该方块所对应LED的发光时间长度随该方块白色区域的面积增加而减少，以此调控光照剂量。或者也可以根据(5)中每个方块的黑色区域的面积，计算出对应LED阵列中每个LED的发光时间长度，即输出光剂量。方块的黑色区域面积达到最小值零时(即全白)，该区域皮肤正常，该方块所对应LED的亮灯时间长度为零；方块的黑色区域面积非零时(即非全白)，该区域皮肤有病变，该方块所对应LED的发光时间长度随该方块黑色区域的面积增加而增加，以此调控光照剂量。
[0035] 3、LED阵列依据信号亮灯10
[0036] 将每个LED的发光时间长度信号输入光照系统(即由单片机系统5控制的LED阵列6)。通过单片机对LED阵列中每个LED的发光时间的控制来实现该智能光动力治疗光照系统依据病灶区域与病变程度可调的功能。
[0037] 实施例2
[0038] 1、图像采集
[0039] 如图1，通过数字图像采集模块3，对患者皮下肿瘤的病灶区域进行图像采集，得到带有比例尺的皮下肿瘤的病灶区域图像。随后，将采集到的皮下肿瘤的病灶图像输入计算机4，进行数字图像处理。
[0040] 2、图像处理分析
[0041] 如图3，使用计算机软件MATLAB对采集完成的皮下肿瘤病灶图像进行数字图像处理。
[0042] (1)定义图像尺寸。根据皮下肿瘤病灶图像的比例尺定义图像像素与真实尺寸的关系，从而定义病灶区域的实际大小。
[0043] (2)得到灰度图11。通过灰度转换函数(rgb2gray)将图像转化为以黑色为基准色的灰度图。
[0044] (3)得到二值图12。通过阈值化函数(im2bw)将灰度图转化为黑白二值图(像素值为1的为白色点，像素值为0的为黑色点)，其中皮下肿瘤病灶区域为白色，皮下正常区域为黑色。
[0045] (4)进行图像分区13。通过图像分割将(3)中的皮下肿瘤病灶图像分割为方块阵列，每个方块对应LED阵列中的一个LED。方块总数、方块尺寸、方块排列方式，与LED阵列相同且一一对应。
[0046] (5)计算(4)中方块阵列里每个方块的黑色区域的面积。通过计算每个方块的黑色区域的像素点占该方块的像素点总数的比值来得到该方块的黑色区域的真实面积。或者也可以计算(4)中方块阵列里每个方块的白色区域的面积。通过计算每个方块的白色区域的像素点占该方块的像素点总数的比值来得到该方块的白色区域的真实面积。
[0047] (6)根据(5)中每个方块的黑色区域的面积，计算出对应LED阵列中每个LED的发光时间长度，即输出光剂量。方块的黑色区域面积达到最大值时(即全黑)，该区域
皮下组织正常，该方块所对应LED的亮灯时间长度为零；方块的黑色区域面积小于最大值时(即非全黑)，该区域皮下组织有病变，该方块所对应LED的发光时间长度随该方块黑色区域的面积的增加而减少，以此调控光照剂量。或者也可以根据(5)中每个方块的白色区域的面积，计算出对应LED阵列中每个LED的发光时间长度，即输出光剂量。方块的白色区域面积达到最小值零时(即全黑)，该区域皮下组织正常，该方块所对应LED的亮灯时间长度为零；方块的白色区域面积非零时(即非全黑)，该区域皮下组织有病变，该方块所对应LED的发光时间长度随该方块白色区域的面积增加而增加，以此调控光照剂量。
[0048] 3、LED阵列依据信号亮灯14
[0049] 将得到的每个LED的发光时间长度信号输入光照系统(即由单片机系统5控制的LED阵列6)。通过单片机对LED阵列中每个LED的发光时间的控制来实现该智能光动力治疗光照系统依据病灶区域与病变程度可调的功能。
[0050] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明
申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
