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1、PDT半导体激光肿瘤治疗仪 姓名： 施文 学号：02031161 西安电子科技大学摘要 PDT的原理简述 PDT的临床应用PDT疗法的基本治疗过程简图 半导体激光器的基本治疗原理及发展前景 光敏剂的基本应用 PDT半导体激光肿瘤治疗仪的总体设计、工作原理及性能指标 PDT半导体激光肿瘤治疗仪整体实验、结果分析及临床效果。关键词 PDT 光敏剂 医疗仪器一. 绪论肿瘤的治疗一直是医学界的一个难点，特别是目前被各大医院所广泛采用的放疗、化疗等手段有很大的副作用，对患者的身体损害比较大，并且存在一定的危险性。因此，医学工作者一直都在寻求一种行之有效的方法来治疗肿瘤，近十几年来，激光医学工作者采用光动
2、力疗法（PDT）治疗肿瘤，并对此疗法进行了大量的研究，使PDT在治疗恶性肿瘤方面取得了很大的进展。PDT治疗肿瘤的机理是通过静脉注射光敏剂，一段时间后，光敏剂存在于全身，由于光敏剂在各组织的半衰期不同，经过一定时间后可造成肿瘤组织中光敏剂的浓度高于其周围正常组织，这时用激光照射肿瘤部位，光敏剂中的色素分子受激发产生具有强氧化能力的分子，使得细胞被氧化、损伤造成肿瘤细胞的坏死，从而达到治疗癌症的目的。PDT治疗癌症的优点有：1. 对早期肿瘤患者治愈率与手术法相当，并可替代相当一部分手术，创伤甚微或几乎没有。2. 对晚期患者或无法手术者可运用该疗法以延续病人生命和提高病人生活质量。3. 整体治疗费
3、比手术法可大幅度降低。4. 副作用远远小于化疗。在第一代半导体激光治疗机的基础上进行技术改革，研制出了第二代PDT半导体激光治疗机，目前该产品在国内处于领先地位。它采用的是半导体激光器，具有体积小、重量轻、市电供电、空气冷却、波长范围宽的特点，并且该仪器采用单片机控制，简单易用，工作稳定可靠。本文详细讲述了该治疗仪的工作原理以及总体设计。总体设计及原理简述1 总体设计本治疗仪系统采用两级系统，分为上位管理机和下位控制机。上位管理机为IBM586以上兼容机，上位机管理软件是使用Visual Basic在Windows环境下开发的，全部操作使用鼠标单点菜单或按钮完成，简单、易学、易掌握，它完成资料
4、接收（通过RS232接口）、参数输入、资料存储、资料打印等。下位控制机以MCS-51系列单片机为核心，使用D/A转换芯片0832控制和调节激光管的输出功率，使用模拟开关7501采用分时技术，用A/D转换芯片AD574检测激光管的工作电流、工作电压、控制电压等，检控激光管的工作状态，使其工作在允许电压和电流下。下位控制机完成控制、功率检测等。上位管理机和下位控制机之间采用RS-232标准接口进行通讯，完成数据传输。其总体结构框图如下： 下位管理机上位管理机打印机CPU8031程控器28648255扩展接口D/A0832半导体制冷器温 度传感器半导体激光管激 光 管驱动电路模拟开关 7501A/D
5、574光功率检测电路 2. 工作原理简述本治疗机分为硬件和软件两部分，硬件用来驱动激光管、检测激光的功率、冷却半导体；软件则是控制硬件的工作，调节激光的功率和作用时间，控制平台提高了操作者与机器的可交流程度，使得仪器的操作简单易学。填写患者资料选择治疗时间选择治疗功率开 始进入主程序模块查 询进 入 病例管理库退出治疗系统打印患者资料关 机打 印工作流程如下图所示：即开机后，首先进入治疗仪执行程序，程序正确运行后出现主接口，在主接口中先填写患者的资料，待填写完后，根据治疗之前制定的治疗方案来选择治疗时间和治疗所需功率。在制定时间时可依据主接口的显示来进行修改，功率则需要通过功率检测计检测激光管
6、发出的功率，并且在接口上显示，来提示使用者调整。在治疗时还可通过查询进入病例管理库，查找患者资料和可借鉴的病例病例；治疗完毕后，可以退出治疗系统，也可打印出患者的治疗资料。整个治疗过程均可在计算机的提示下完成，简单、方便、易学、易用，而且有很好的错误提示功能，防止使用者出现错误给患者造成伤害。半导体激光治疗机的性能参数：1、技术指标a、 激光波长：6703nm;b、 激光（纤端）输出功率：670nm 0.12W;c、 功率误差：5%；d、 激光工作模式：连续输出；e、 光纤长度：2m;f、 主控计算机：PIII 667;g、 激光电源功率：300W;h、 电源：220V,50Hz.2、性能要求
7、a、 半导体激光管：全部采用进口部件；b、 耦合光纤：采用进口件；c、 计算机控制功能： 内置电路控制电源渐开渐关； 输出功率预置和自动调节； 病例管理库自动纪录治疗参数；d、 功率检测：内置功率计；e、 显示方式：所有工作参数屏幕显示;f、 调节方式：功率调节为软件调节（可提高工作可靠性和使用寿命）。二、PDT的原理简述PDT是Photodynamic Therapy的缩写，指的是光动力学疗法。 PDT治疗恶性肿瘤是近几十年兴起的并不断发展的新技术，光动力作用的发生需要光敏剂、适当波长的光、适当浓度的氧和适当的温度四个条件的同时存在。它的作用机制是由于光敏剂在各组织的半衰期不同，经过一定时间
8、后可造成肿瘤组织中光敏剂的浓度高于其周围正常组织，在特定的波长的光的辐射下，色素分子（光敏剂的主要组成部分）从基底状态(So)激发为单态(S1)这种激发呈单态的感光色素能量高，即处于不稳定状态。要向低能量的基底状态恢复，此过程包括两种过程，其中一种过程是单态的感光色素通过所谓的项间交叉现象(intersystem crossing :IC)向更低能量的三重态(T1)转化，转化的最低三重态的分子向基低状态转化的受到限制，寿命较长，与其它分子的碰撞容易发生能量及电子的转移。经过激发三重态的光化学反应可分为I型及II型。其中II型反应为激发三重态的色素分子与周围存在的氧分子发生直接的电子转移。生成激
9、发态氧分子(1O2),即： T1+3O2SO+1O2其中，1O2有很强的氧化能力，能使细胞发生氧化、损伤，造成肿瘤细胞的坏死达到治疗肿瘤的目的。三、PDT的临床应用1976年，美国Roswell Park癌症研究所的Dougherty应用 PDT治疗皮肤癌，开始了 PDT对体表肿瘤的治疗。1980年日本Kato等人用肿瘤亲和性感光色素HPD、 Ar+泵浦染料激光、光纤及内窥镜成功地治疗了早期中心性肺癌，开始了 PDT对腔内肿瘤的治疗。1994年，我国曾超英等人用 PDT在B超引导下对肝癌进行治疗，开始了PDT介入性治疗的新时代。目前， PDT可用于肺癌、食道癌、宫颈癌及膀胱癌、皮肤癌等的治疗。
10、 PDT进行脑瘤的治疗也己进入了临床试验阶段。也有用PDT 对白血病治疗的实验研究和临床试验的报道。美国Hebeda等人还用治疗与艾滋病有关的口腔肉瘤，效果较好。美国、日本和加拿大等国的卫生部门已确认了这一疗法的合法地位。但美国只允许用PDT进行进食困难的晚期食管癌的姑息治疗。恶性肿瘤的治疗模式己从原来的单一手段转变为以手术、放疗和化疗为主，结合生物治疗、光敏治疗等方法的综合治疗模式。PDT具有常规治疗所不具备的优点，它的光化学反应主要作用在癌细胞，而对正常组织无损伤，这是其它治疗肿瘤的方法，包括手术、放疗和化疗等所无法比拟的。另外，PDT可及时治疗临床上的隐性癌，可消灭手术遗留下的一些看不到
11、的癌灶。此外，已对放疗、化疗产生抗拒的肿瘤，PDT仍可反复使用，期望能取得一定的疗效。PDT的疗效受激光剂量、病变部位、病变类型和病变深度等的影响。由于激光在组织中的穿透力有限，单纯PDT治疗仅适用于体积较小，特别是表浅的病变。如癌组织浸润过深，PDT往往不能杀死深度的癌细胞，因此有一定的局限性。可把PDT作为辅助手段，结合常规疗法提高疗效，这已为临床所证实。PDT是创伤小的新型方法，随着新型对日光敏感性低的第二代光敏剂的出现和连续输出的长波长激光器的完善，PDT将用于消灭更大范围的的肿瘤。总之，把PDT作为辅助疗法治疗肿瘤，具有很大的潜力。四、PDT疗法的基本治疗过程简图这是一个以肺癌为例子
12、的治疗过程。图：光敏剂经静脉注射，一段时间后它在正常组织中被排泄，在癌细胞中存在。图：内窥镜和激光头通过口、气管到达肺部的病变区域。图：激光头从内窥镜中伸出，并且发出红光，使光敏剂和组织中的氧作用达到杀死癌细胞的目的。图：死亡的癌变组织被身体自身排出体外或吸收。五、半导体激光器的基本治疗原理及发展前景激光的医疗特性是由它的波长所决定的，即不同波长的激光具有不同的组织效应。半导体激光波长范围较宽，其波长范围为630980nm不等，目前应用于光动力疗法的的激光波长为670nm左右，它主要是由光敏剂的最大吸收峰所决定的，当然它更适合匹配一些新的吸收波长较长的光敏剂，从而穿透人体组织能力更强，具备更深
13、层组织的治疗功能。高功率半导体激光的成功使用得医用激光的发展实现了一项新的革命性突破。它小型便携，安全可靠，无故障工作时间长，极少甚至无需维修，已为临床成功应用于接触式、非接触式手术及间接疗法。半导体激光器与传统的He-Ne等类型的激光器相比有很多优点，单从他们需要的花费来讲有以下几点 : 1. 花费来讲有以下几点传统的激光机体积庞大，工作时需大功率交流电源、需设专门场地，并需要对用电线路进行特殊安装和维护。而半导体激光无此项开支。 2. 易损组件更换费 传统激光机存在高温高压组件、昂贵的激光棒、泵浦灯及高压电源等易损组件，须经常更换，有些还须进口，故而增大了，投资成本。而半导体激光无此项开支
14、。 3. 主机及探头冷却系统更换维护费 因传统激光机的冷却水、去离了树脂、冷却循环水磁、接触式探头的冷却盒、冷却剂等需经常维护、检查和更换，故增加了手术成本，而半导体激光无此项开支。 4. 水电费 因传统激光效率低，需大功率电源，且冷却部件多，所以消耗大量的水电及特殊冷却剂，而半导体激光此项开支仅是极少电费。 另外，从时间方面来讲，因传统激光机有诸多易损易换及辅助组件，故障率高，以及受用电高峰影响，所以经常导致机器停机，影响手术的正常进行，甚至出现长期停机待修善。而半导体激光的平均无故障时间为30000小时，可以说是无故障运行，也就无维护费用，增加了经济效益。当然，半导体激光在其它手术领域的卓
15、越表现也定将会使医院获得更大收益。世界的许多权威人士发表评论，现摘录一二：德国Laser and Optoelektronik杂志1992年24期报导，高功率半导体激光器，效率为30，是一般Nd:YAG激光的30倍。这种半导体激光热产应非常好，在医疗界很有发展前途。英国Northern General医院Wyman教授认为：“半导体激光是YAG激光的替代产品，因为它组织效应好，体积小，操作方便。”他预言：半导体激光最终将比Nd:YAG及KTP激光更受欢迎和普及。国外激光杂志1993年10期报导，作为医用激光器，要求小型，工作所需条件简单等。这点半导体激光最适合。今后，随着自身进步，半导体激光在医学上的应用定会越来越广泛。总而言之，He-Ne激光、倍频YAG泵
