PDT半導(dǎo)體激光腫瘤治療儀

1、PDT半導(dǎo)體激光腫瘤治療儀 姓名： 施文 學(xué)號(hào)：02031161 西安電子科技大學(xué)摘要 PDT的原理簡(jiǎn)述 PDT的臨床應(yīng)用PDT療法的基本治療過(guò)程簡(jiǎn)圖 半導(dǎo)體激光器的基本治療原理及發(fā)展前景 光敏劑的基本應(yīng)用 PDT半導(dǎo)體激光腫瘤治療儀的總體設(shè)計(jì)、工作原理及性能指標(biāo) PDT半導(dǎo)體激光腫瘤治療儀整體實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析及臨床效果。關(guān)鍵詞 PDT 光敏劑 醫(yī)療儀器一. 緒論腫瘤的治療一直是醫(yī)學(xué)界的一個(gè)難點(diǎn)，特別是目前被各大醫(yī)院所廣泛采用的放療、化療等手段有很大的副作用，對(duì)患者的身體損害比較大，并且存在一定的危險(xiǎn)性。因此，醫(yī)學(xué)工作者一直都在尋求一種行之有效的方法來(lái)治療腫瘤，近十幾年來(lái)，激光醫(yī)學(xué)工作者采用光動(dòng)

2、力療法（PDT）治療腫瘤，并對(duì)此療法進(jìn)行了大量的研究，使PDT在治療惡性腫瘤方面取得了很大的進(jìn)展。PDT治療腫瘤的機(jī)理是通過(guò)靜脈注射光敏劑，一段時(shí)間后，光敏劑存在于全身，由于光敏劑在各組織的半衰期不同，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后可造成腫瘤組織中光敏劑的濃度高于其周圍正常組織，這時(shí)用激光照射腫瘤部位，光敏劑中的色素分子受激發(fā)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的分子，使得細(xì)胞被氧化、損傷造成腫瘤細(xì)胞的壞死，從而達(dá)到治療癌癥的目的。PDT治療癌癥的優(yōu)點(diǎn)有：1. 對(duì)早期腫瘤患者治愈率與手術(shù)法相當(dāng)，并可替代相當(dāng)一部分手術(shù)，創(chuàng)傷甚微或幾乎沒(méi)有。2. 對(duì)晚期患者或無(wú)法手術(shù)者可運(yùn)用該療法以延續(xù)病人生命和提高病人生活質(zhì)量。3. 整體治療費(fèi)

3、比手術(shù)法可大幅度降低。4. 副作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于化療。在第一代半導(dǎo)體激光治療機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改革，研制出了第二代PDT半導(dǎo)體激光治療機(jī)，目前該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。它采用的是半導(dǎo)體激光器，具有體積小、重量輕、市電供電、空氣冷卻、波長(zhǎng)范圍寬的特點(diǎn)，并且該儀器采用單片機(jī)控制，簡(jiǎn)單易用，工作穩(wěn)定可靠。本文詳細(xì)講述了該治療儀的工作原理以及總體設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)及原理簡(jiǎn)述1 總體設(shè)計(jì)本治療儀系統(tǒng)采用兩級(jí)系統(tǒng)，分為上位管理機(jī)和下位控制機(jī)。上位管理機(jī)為IBM586以上兼容機(jī)，上位機(jī)管理軟件是使用Visual Basic在Windows環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，全部操作使用鼠標(biāo)單點(diǎn)菜單或按鈕完成，簡(jiǎn)單、易學(xué)、易掌握，它完成資料

4、接收（通過(guò)RS232接口）、參數(shù)輸入、資料存儲(chǔ)、資料打印等。下位控制機(jī)以MCS-51系列單片機(jī)為核心，使用D/A轉(zhuǎn)換芯片0832控制和調(diào)節(jié)激光管的輸出功率，使用模擬開(kāi)關(guān)7501采用分時(shí)技術(shù)，用A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574檢測(cè)激光管的工作電流、工作電壓、控制電壓等，檢控激光管的工作狀態(tài)，使其工作在允許電壓和電流下。下位控制機(jī)完成控制、功率檢測(cè)等。上位管理機(jī)和下位控制機(jī)之間采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)傳輸。其總體結(jié)構(gòu)框圖如下： 下位管理機(jī)上位管理機(jī)打印機(jī)CPU8031程控器28648255擴(kuò)展接口D/A0832半導(dǎo)體制冷器溫 度傳感器半導(dǎo)體激光管激 光 管驅(qū)動(dòng)電路模擬開(kāi)關(guān) 7501A/D

5、574光功率檢測(cè)電路 2. 工作原理簡(jiǎn)述本治療機(jī)分為硬件和軟件兩部分，硬件用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光管、檢測(cè)激光的功率、冷卻半導(dǎo)體；軟件則是控制硬件的工作，調(diào)節(jié)激光的功率和作用時(shí)間，控制平臺(tái)提高了操作者與機(jī)器的可交流程度，使得儀器的操作簡(jiǎn)單易學(xué)。填寫患者資料選擇治療時(shí)間選擇治療功率開(kāi) 始進(jìn)入主程序模塊查 詢進(jìn) 入 病例管理庫(kù)退出治療系統(tǒng)打印患者資料關(guān) 機(jī)打 印工作流程如下圖所示：即開(kāi)機(jī)后，首先進(jìn)入治療儀執(zhí)行程序，程序正確運(yùn)行后出現(xiàn)主接口，在主接口中先填寫患者的資料，待填寫完后，根據(jù)治療之前制定的治療方案來(lái)選擇治療時(shí)間和治療所需功率。在制定時(shí)間時(shí)可依據(jù)主接口的顯示來(lái)進(jìn)行修改，功率則需要通過(guò)功率檢測(cè)計(jì)檢測(cè)激光管

6、發(fā)出的功率，并且在接口上顯示，來(lái)提示使用者調(diào)整。在治療時(shí)還可通過(guò)查詢進(jìn)入病例管理庫(kù)，查找患者資料和可借鑒的病例病例；治療完畢后，可以退出治療系統(tǒng)，也可打印出患者的治療資料。整個(gè)治療過(guò)程均可在計(jì)算機(jī)的提示下完成，簡(jiǎn)單、方便、易學(xué)、易用，而且有很好的錯(cuò)誤提示功能，防止使用者出現(xiàn)錯(cuò)誤給患者造成傷害。半導(dǎo)體激光治療機(jī)的性能參數(shù)：1、技術(shù)指標(biāo)a、 激光波長(zhǎng)：6703nm;b、 激光（纖端）輸出功率：670nm 0.12W;c、 功率誤差：5%；d、 激光工作模式：連續(xù)輸出；e、 光纖長(zhǎng)度：2m;f、 主控計(jì)算機(jī)：PIII 667;g、 激光電源功率：300W;h、 電源：220V,50Hz.2、性能要求

7、a、 半導(dǎo)體激光管：全部采用進(jìn)口部件；b、 耦合光纖：采用進(jìn)口件；c、 計(jì)算機(jī)控制功能： 內(nèi)置電路控制電源漸開(kāi)漸關(guān)； 輸出功率預(yù)置和自動(dòng)調(diào)節(jié)； 病例管理庫(kù)自動(dòng)紀(jì)錄治療參數(shù)；d、 功率檢測(cè)：內(nèi)置功率計(jì)；e、 顯示方式：所有工作參數(shù)屏幕顯示;f、 調(diào)節(jié)方式：功率調(diào)節(jié)為軟件調(diào)節(jié)（可提高工作可靠性和使用壽命）。二、PDT的原理簡(jiǎn)述PDT是Photodynamic Therapy的縮寫，指的是光動(dòng)力學(xué)療法。 PDT治療惡性腫瘤是近幾十年興起的并不斷發(fā)展的新技術(shù)，光動(dòng)力作用的發(fā)生需要光敏劑、適當(dāng)波長(zhǎng)的光、適當(dāng)濃度的氧和適當(dāng)?shù)臏囟人膫€(gè)條件的同時(shí)存在。它的作用機(jī)制是由于光敏劑在各組織的半衰期不同，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間

8、后可造成腫瘤組織中光敏劑的濃度高于其周圍正常組織，在特定的波長(zhǎng)的光的輻射下，色素分子（光敏劑的主要組成部分）從基底狀態(tài)(So)激發(fā)為單態(tài)(S1)這種激發(fā)呈單態(tài)的感光色素能量高，即處于不穩(wěn)定狀態(tài)。要向低能量的基底狀態(tài)恢復(fù)，此過(guò)程包括兩種過(guò)程，其中一種過(guò)程是單態(tài)的感光色素通過(guò)所謂的項(xiàng)間交叉現(xiàn)象(intersystem crossing :IC)向更低能量的三重態(tài)(T1)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的最低三重態(tài)的分子向基低狀態(tài)轉(zhuǎn)化的受到限制，壽命較長(zhǎng)，與其它分子的碰撞容易發(fā)生能量及電子的轉(zhuǎn)移。經(jīng)過(guò)激發(fā)三重態(tài)的光化學(xué)反應(yīng)可分為I型及II型。其中II型反應(yīng)為激發(fā)三重態(tài)的色素分子與周圍存在的氧分子發(fā)生直接的電子轉(zhuǎn)移。生成激

9、發(fā)態(tài)氧分子(1O2),即： T1+3O2SO+1O2其中，1O2有很強(qiáng)的氧化能力，能使細(xì)胞發(fā)生氧化、損傷，造成腫瘤細(xì)胞的壞死達(dá)到治療腫瘤的目的。三、PDT的臨床應(yīng)用1976年，美國(guó)Roswell Park癌癥研究所的Dougherty應(yīng)用 PDT治療皮膚癌，開(kāi)始了 PDT對(duì)體表腫瘤的治療。1980年日本Kato等人用腫瘤親和性感光色素HPD、 Ar+泵浦染料激光、光纖及內(nèi)窺鏡成功地治療了早期中心性肺癌，開(kāi)始了 PDT對(duì)腔內(nèi)腫瘤的治療。1994年，我國(guó)曾超英等人用 PDT在B超引導(dǎo)下對(duì)肝癌進(jìn)行治療，開(kāi)始了PDT介入性治療的新時(shí)代。目前， PDT可用于肺癌、食道癌、宮頸癌及膀胱癌、皮膚癌等的治療。

10、 PDT進(jìn)行腦瘤的治療也己進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段。也有用PDT 對(duì)白血病治療的實(shí)驗(yàn)研究和臨床試驗(yàn)的報(bào)道。美國(guó)Hebeda等人還用治療與艾滋病有關(guān)的口腔肉瘤，效果較好。美國(guó)、日本和加拿大等國(guó)的衛(wèi)生部門已確認(rèn)了這一療法的合法地位。但美國(guó)只允許用PDT進(jìn)行進(jìn)食困難的晚期食管癌的姑息治療。惡性腫瘤的治療模式己從原來(lái)的單一手段轉(zhuǎn)變?yōu)橐允中g(shù)、放療和化療為主，結(jié)合生物治療、光敏治療等方法的綜合治療模式。PDT具有常規(guī)治療所不具備的優(yōu)點(diǎn)，它的光化學(xué)反應(yīng)主要作用在癌細(xì)胞，而對(duì)正常組織無(wú)損傷，這是其它治療腫瘤的方法，包括手術(shù)、放療和化療等所無(wú)法比擬的。另外，PDT可及時(shí)治療臨床上的隱性癌，可消滅手術(shù)遺留下的一些看不到

11、的癌灶。此外，已對(duì)放療、化療產(chǎn)生抗拒的腫瘤，PDT仍可反復(fù)使用，期望能取得一定的療效。PDT的療效受激光劑量、病變部位、病變類型和病變深度等的影響。由于激光在組織中的穿透力有限，單純PDT治療僅適用于體積較小，特別是表淺的病變。如癌組織浸潤(rùn)過(guò)深，PDT往往不能殺死深度的癌細(xì)胞，因此有一定的局限性?？砂裀DT作為輔助手段，結(jié)合常規(guī)療法提高療效，這已為臨床所證實(shí)。PDT是創(chuàng)傷小的新型方法，隨著新型對(duì)日光敏感性低的第二代光敏劑的出現(xiàn)和連續(xù)輸出的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器的完善，PDT將用于消滅更大范圍的的腫瘤。總之，把PDT作為輔助療法治療腫瘤，具有很大的潛力。四、PDT療法的基本治療過(guò)程簡(jiǎn)圖這是一個(gè)以肺癌為例子

12、的治療過(guò)程。圖：光敏劑經(jīng)靜脈注射，一段時(shí)間后它在正常組織中被排泄，在癌細(xì)胞中存在。圖：內(nèi)窺鏡和激光頭通過(guò)口、氣管到達(dá)肺部的病變區(qū)域。圖：激光頭從內(nèi)窺鏡中伸出，并且發(fā)出紅光，使光敏劑和組織中的氧作用達(dá)到殺死癌細(xì)胞的目的。圖：死亡的癌變組織被身體自身排出體外或吸收。五、半導(dǎo)體激光器的基本治療原理及發(fā)展前景激光的醫(yī)療特性是由它的波長(zhǎng)所決定的，即不同波長(zhǎng)的激光具有不同的組織效應(yīng)。半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)范圍較寬，其波長(zhǎng)范圍為630980nm不等，目前應(yīng)用于光動(dòng)力療法的的激光波長(zhǎng)為670nm左右，它主要是由光敏劑的最大吸收峰所決定的，當(dāng)然它更適合匹配一些新的吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光敏劑，從而穿透人體組織能力更強(qiáng)，具備更深

13、層組織的治療功能。高功率半導(dǎo)體激光的成功使用得醫(yī)用激光的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了一項(xiàng)新的革命性突破。它小型便攜，安全可靠，無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)，極少甚至無(wú)需維修，已為臨床成功應(yīng)用于接觸式、非接觸式手術(shù)及間接療法。半導(dǎo)體激光器與傳統(tǒng)的He-Ne等類型的激光器相比有很多優(yōu)點(diǎn)，單從他們需要的花費(fèi)來(lái)講有以下幾點(diǎn) : 1. 花費(fèi)來(lái)講有以下幾點(diǎn)傳統(tǒng)的激光機(jī)體積龐大，工作時(shí)需大功率交流電源、需設(shè)專門場(chǎng)地，并需要對(duì)用電線路進(jìn)行特殊安裝和維護(hù)。而半導(dǎo)體激光無(wú)此項(xiàng)開(kāi)支。 2. 易損組件更換費(fèi) 傳統(tǒng)激光機(jī)存在高溫高壓組件、昂貴的激光棒、泵浦燈及高壓電源等易損組件，須經(jīng)常更換，有些還須進(jìn)口，故而增大了，投資成本。而半導(dǎo)體激光無(wú)此項(xiàng)開(kāi)支

14、。 3. 主機(jī)及探頭冷卻系統(tǒng)更換維護(hù)費(fèi) 因傳統(tǒng)激光機(jī)的冷卻水、去離了樹(shù)脂、冷卻循環(huán)水磁、接觸式探頭的冷卻盒、冷卻劑等需經(jīng)常維護(hù)、檢查和更換，故增加了手術(shù)成本，而半導(dǎo)體激光無(wú)此項(xiàng)開(kāi)支。 4. 水電費(fèi) 因傳統(tǒng)激光效率低，需大功率電源，且冷卻部件多，所以消耗大量的水電及特殊冷卻劑，而半導(dǎo)體激光此項(xiàng)開(kāi)支僅是極少電費(fèi)。 另外，從時(shí)間方面來(lái)講，因傳統(tǒng)激光機(jī)有諸多易損易換及輔助組件，故障率高，以及受用電高峰影響，所以經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)器停機(jī)，影響手術(shù)的正常進(jìn)行，甚至出現(xiàn)長(zhǎng)期停機(jī)待修善。而半導(dǎo)體激光的平均無(wú)故障時(shí)間為30000小時(shí)，可以說(shuō)是無(wú)故障運(yùn)行，也就無(wú)維護(hù)費(fèi)用，增加了經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，半導(dǎo)體激光在其它手術(shù)領(lǐng)域的卓

15、越表現(xiàn)也定將會(huì)使醫(yī)院獲得更大收益。世界的許多權(quán)威人士發(fā)表評(píng)論，現(xiàn)摘錄一二：德國(guó)Laser and Optoelektronik雜志1992年24期報(bào)導(dǎo)，高功率半導(dǎo)體激光器，效率為30，是一般Nd:YAG激光的30倍。這種半導(dǎo)體激光熱產(chǎn)應(yīng)非常好，在醫(yī)療界很有發(fā)展前途。英國(guó)Northern General醫(yī)院Wyman教授認(rèn)為：“半導(dǎo)體激光是YAG激光的替代產(chǎn)品，因?yàn)樗M織效應(yīng)好，體積小，操作方便?！彼A(yù)言：半導(dǎo)體激光最終將比Nd:YAG及KTP激光更受歡迎和普及。國(guó)外激光雜志1993年10期報(bào)導(dǎo)，作為醫(yī)用激光器，要求小型，工作所需條件簡(jiǎn)單等。這點(diǎn)半導(dǎo)體激光最適合。今后，隨著自身進(jìn)步，半導(dǎo)體激光在

16、醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用定會(huì)越來(lái)越廣泛?？偠灾琀e-Ne激光、倍頻YAG泵浦染料等激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、故障率高、性能價(jià)格比低、且發(fā)出的光在生物組織的穿透率低，故也難以普及。而半導(dǎo)體激光器儀器電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、可靠性高、性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)辟了激光醫(yī)學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。六、光敏劑的基本應(yīng)用PDT使用的光敏劑的選擇原則為一是對(duì)機(jī)體無(wú)副作用，安全。二是腫瘤選擇性攝入高，正常組織能夠快速排泄。三是光敏化力強(qiáng)，三線態(tài)壽命長(zhǎng)而且產(chǎn)量多。目前，還沒(méi)有完全滿足這些條件的光敏劑。最早正式用于的光敏劑是血卟啉衍生物(Hematoporphyrin Derivative，HPD)。八十年代初，在對(duì)

17、HPD的化學(xué)組成的研究和對(duì)腫瘤光生物活性成份的分離鑒定后，國(guó)外研制出了光敏素II(Photofrin II)。我國(guó)則研制成功了與光敏素II相似的 YHPD以及化學(xué)組成穩(wěn)定，腫瘤光生物活性成份明確的癌光啉 (PsD007)。目前，我國(guó)臨床上使用的光敏劑為HPD，YHPD，PsD007。在國(guó)外正式注冊(cè)作為光動(dòng)力治癌藥物的只有光敏素II。光敏素II與HPD相比，腫瘤光生物活性高，毒副作用小。但是，不管是HPD, Photofrin II，還是YHPD，PsD007都不是純品，而且組成比例不穩(wěn)定，排泄緩慢，易發(fā)生光毒反應(yīng)，用藥前需進(jìn)行皮試，用藥后需避光一個(gè)月，使其應(yīng)用受到限制。另外，上述混合卟啉制劑的

18、作用光譜不理想，它們?cè)诮M織穿透好的紅光區(qū)低吸收，由此造成了對(duì)光動(dòng)力反應(yīng)深度的限制。所以，尋求新的，更實(shí)用的長(zhǎng)波長(zhǎng)處吸收系數(shù)較高的光敏劑是擺在激光醫(yī)學(xué)工作者面前的又一項(xiàng)任務(wù)。目前，光動(dòng)力治癌藥物的發(fā)展重點(diǎn)為中介取代芳基卟吩或二氫卟吩、葉綠素降解衍生物、水溶性金屬酞菁和苯并卟啉在600700nm波長(zhǎng)處吸收系數(shù)較高的單體化合物。下面僅就目前進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段的光敏劑作一簡(jiǎn)單說(shuō)明。(一) 中介取代芳基卟吩(二氫葉吩)卟吩衍生物在紅光區(qū)的吸收系數(shù)高，對(duì)腫瘤組織的親和力要比 HPD高一個(gè)數(shù)量級(jí)，可適于組織穿透深的光源。目前卟吩類衍生物 mtetrahydroxyphenyl(MTHPC)己進(jìn)入 I， II期

19、臨床試驗(yàn)。 Grosjean等人用它作光敏劑，以652nm的激光激發(fā)，進(jìn)行上消化道腫瘤的治療，臨床效果較好。(二) 金屬酞菁(Phthalocyanine，PC)理化性質(zhì)穩(wěn)定，在紅光區(qū)的吸收系數(shù)較HPD高10至50倍。 Anderson等報(bào)道酞菁的半衰期短，只需避光10天，毒副反應(yīng)小，療效好，是第二代光動(dòng)力治癌藥物的理想候選化合物。水溶性的鋅酞菁 (Zinc- Phthalocyanine)己進(jìn)入I期臨床試驗(yàn)。(三)葉綠素a降解產(chǎn)物衍生物該類衍生物包括脫鎂葉綠素 a、二氫卟吩 e6紫紅素18和二氫卟吩p6及其各自的衍生物。目前，國(guó)外報(bào)道較多的二氫卟吩 e6衍生物 NPe6己進(jìn)入II期臨床試驗(yàn)。

20、它的吸收峰為664nm，分子吸光系數(shù)為 Photofrin的10倍，應(yīng)用24小時(shí)后，在腫瘤內(nèi)的聚集達(dá)到高峰。水溶性使它可從尿中排泄，日光過(guò)敏反應(yīng)弱，有希望進(jìn)行PDT的門診治療。另外，紫紅素的衍生物Tinetiopurpurin(SnET2)的激發(fā)光波長(zhǎng)為664nm，在國(guó)外己進(jìn)入了 III期臨床試驗(yàn)。 Kaplan等人用SnET2作為光敏劑進(jìn)行了轉(zhuǎn)移性皮膚癌的PDT治療，臨床效果較好。(四)卟啉衍生物該類衍生物進(jìn)入臨床試驗(yàn)的有BpDMA和5ALA以。 BpDMA的最大吸收峰在689nm，可用組織穿透深的光激發(fā)。國(guó)外已進(jìn)入II期臨床試驗(yàn)階段，被稱為理想的第二代光動(dòng)力治癌新藥，可用于治療更深部位的腫

21、瘤。5ALA的最大吸收峰在635nm，在國(guó)外己進(jìn)入I期臨床試驗(yàn)階段。所以總的來(lái)說(shuō)，光敏劑的研制與開(kāi)發(fā)也已進(jìn)入了新的階段，在不久的將來(lái)會(huì)出向令人鼓舞的情形，半導(dǎo)體激光的應(yīng)用也將會(huì)又取得很大的進(jìn)展。七、總體設(shè)計(jì)、工作原理及性能指標(biāo)該儀器是激光技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)為一體的產(chǎn)品。并且分別在天津港口醫(yī)院、天津解放軍272醫(yī)院和天津市南開(kāi)去理療?？漆t(yī)院經(jīng)過(guò)臨床應(yīng)用，取得了較好的效果。證明了該儀器安全可靠性，和其技術(shù)的可行性。PDT激光治療儀是第一代產(chǎn)品的改進(jìn)型，半導(dǎo)體激光器的性能有了較大的提高，單片機(jī)的控制技術(shù)也隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)行了完善，該產(chǎn)品的樣機(jī)已經(jīng)生產(chǎn)成型，而且正在進(jìn)行臨床應(yīng)用試驗(yàn)，取得了一定的效

22、果。目前正在積極的進(jìn)行專利申請(qǐng)和國(guó)家醫(yī)療器械管理局的審批?？傮w設(shè)計(jì)本治療儀系統(tǒng)采用兩級(jí)系統(tǒng)，分為上位管理機(jī)和下位控制機(jī)。上位管理機(jī)為IBM586以上兼容機(jī)，上位機(jī)管理軟件是使用Visual Basic在Windows環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，全部操作使用鼠標(biāo)單點(diǎn)菜單或按鈕完成，簡(jiǎn)單、易學(xué)、易掌握，它完成資料接收（通過(guò)RS232接口）、參數(shù)輸入、資料存儲(chǔ)、資料打印等。下位控制機(jī)以MCS-51系列單片機(jī)為核心，使用D/A轉(zhuǎn)換芯片0832控制和調(diào)節(jié)激光管的輸出功率，使用模擬開(kāi)關(guān)7501采用分時(shí)技術(shù)，用A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574檢測(cè)激光管的工作電流、工作電壓、控制電壓等，檢控激光管的工作狀態(tài)，使其工作在允許電壓和電

23、流下。下為控制機(jī)完成控制、功率檢測(cè)等。上位管理機(jī)和下位控制機(jī)之間采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)傳輸。其總體結(jié)構(gòu)框圖如下： 下位管理機(jī)上位管理機(jī)打印機(jī)CPU8031程控器28648255擴(kuò)展接口D/A0832半導(dǎo)體制冷器溫 度傳感器半導(dǎo)體激光管激 光 管驅(qū)動(dòng)電路模擬開(kāi)關(guān) 7501A/D574光功率檢測(cè)電路工作原理簡(jiǎn)述本治療機(jī)分為硬件和軟件兩部分，硬件用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光管、檢測(cè)激光的功率、冷卻半導(dǎo)體；軟件則是控制硬件的工作，調(diào)節(jié)激光的功率和作用時(shí)間，控制平臺(tái)提高了操作者與機(jī)器的可交流程度，使得儀器的操作簡(jiǎn)單易學(xué)。工作主界面和工作流程圖如下：填寫患者資料選擇治療時(shí)間選擇治療功率開(kāi) 始進(jìn)入主程序

24、模塊查 詢進(jìn)入病例管理庫(kù)退出治療系統(tǒng)打印患者資料關(guān) 機(jī)打 印 主要技術(shù)指標(biāo)和性能1、技術(shù)指標(biāo)1. 激光波長(zhǎng)：6703nm;2. 激光（纖端）輸出功率：670nm 0.12W;3. 功率誤差：5%；4. 激光工作模式：連續(xù)輸出；5. 光纖長(zhǎng)度：2m;6. 主控計(jì)算機(jī)：P 667;7. 激光電源功率：300W;8. 電源：220V10%,50Hz2%。2、性能要求1. 半導(dǎo)體激光管：全部采用進(jìn)口部件；2. 耦合光纖：采用進(jìn)口件；3. 計(jì)算機(jī)控制功能： 內(nèi)置電路控制電源漸開(kāi)漸關(guān)； 輸出功率預(yù)置和自動(dòng)調(diào)節(jié)； 病例管理庫(kù)自動(dòng)紀(jì)錄治療參數(shù)；4. 功率檢測(cè)：內(nèi)置功率計(jì)；5. 顯示方式：所有工作參數(shù)屏幕顯示；

25、6. 調(diào)節(jié)方式：功率調(diào)節(jié)為軟件調(diào)節(jié)（可提高工作可靠性和使用壽命）。7. 系統(tǒng)具有自檢功能，簡(jiǎn)明的操作提示，方便使用。八、本產(chǎn)品整體實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析及臨床效果。、光動(dòng)力學(xué)療法的腫瘤的適應(yīng)癥1. 位于體表后內(nèi)枯井可以進(jìn)入的內(nèi)腔表淺惡性腫瘤，散在分布的惡性腫瘤或復(fù)發(fā)病灶。早期腫瘤可用此系統(tǒng)進(jìn)行根治性治療。2. 由于各種原因不能進(jìn)行手術(shù)、放療、及化療的患者，或使用以上方法已經(jīng)失敗的患者。3. 緩解重要管道（如支氣管、食管等）腫瘤性阻塞。4. 手術(shù)、放療后的局部殘留或復(fù)發(fā)之小腫瘤。5. 晚期腫瘤患者，作為一種姑息療法。、光動(dòng)力學(xué)療法治療腫瘤的限制與禁忌癥與第一代PDT治療儀相比，第二代PDT治療儀的組織穿

26、透能力較深、副作用較少，應(yīng)用范圍也更廣，但由于受到現(xiàn)有激光管性能的限制，對(duì)第二代光敏劑有效的670nm的紅光在組織中的穿透力有限，故PDT僅僅是一種局部的治療，對(duì)以下病變不宜單獨(dú)使用此法：1、 未分化或分化不良之腫瘤。因?yàn)檫@類腫瘤常在局部腫瘤較早時(shí)期時(shí)已有潛在的區(qū)域淋巴結(jié)或血行轉(zhuǎn)移。2、 已向深部浸潤(rùn)的腫瘤。3、 已有區(qū)域淋巴結(jié)或遠(yuǎn)地轉(zhuǎn)移的腫瘤。如果選擇適當(dāng)?shù)哪[瘤病例用PDT治療，則可以作為綜合治療（如手術(shù)、放療、化療）中的一種方法，以提高某些腫瘤的療效或是病人減輕癥狀，支氣管阻塞性肺不張，食管梗阻等。、治療過(guò)程以臨床上常用的光敏劑HPD為例說(shuō)明PDT的治療方法。1. HPD. 用藥前要先在病

27、人前臂做皮膚劃痕試驗(yàn)既皮試。如果15分鐘內(nèi)無(wú)紅腫及硬結(jié)，即按2.55mg/kg體重劑量給藥。給藥方時(shí)可以經(jīng)靜脈緩慢推注?；蚣由睇}水250ml靜脈滴入。注藥后23天對(duì)腫瘤進(jìn)行激光照射。2. 照射方式：1) 直接照射，主要用于淺表腫瘤或?qū)κ中g(shù)中殘留腫瘤照射。2) 通過(guò)光纖內(nèi)窺鏡的活檢孔道，插入石英光線，激光由光纖導(dǎo)入，在直視下進(jìn)行照射。這種方式可以治療各種內(nèi)窺鏡可以到達(dá)的腔內(nèi)臟器腫瘤，如肺支氣管、食管、胃、等臟器腫瘤。3) 組織間照射，用光纖直接插入腫瘤組織內(nèi)，以使670nm紅光能到達(dá)腫瘤較深部位，對(duì)于較大腫瘤，可以同時(shí)插入幾根光纖，但由于紅光在組織內(nèi)的強(qiáng)度會(huì)迅速衰減，兩根光纖之間的距離不應(yīng)大于

28、1.5cm4) 光的劑量：光纖端頭的輸出功率密度乘以照射時(shí)間為組織受到照射的能量密度。用J/cm2=(W/cm2)S來(lái)表示，目前大多照射100300J/ cm2。如果腫瘤在體表，照射范圍可用從所照射的病變到光纖端頭的距離來(lái)確定。照射范圍應(yīng)包括整個(gè)腫瘤及必要的周圍正常組織（即可能有亞臨床病灶區(qū)域），光線端頭平面應(yīng)盡量和照射區(qū)平行，即光纖垂直于照射區(qū)的中央。由于輸出光的能量和照射距離的平方成反比，因此光纖端頭距離病變愈遠(yuǎn)，所需照射時(shí)間愈長(zhǎng)。激光照射密度與腫瘤的部位有關(guān)。肺癌100J/cm2,食道癌60J/cm2，胃癌60J/cm2，子宮頸癌60J/cm2，膀胱癌50100J/cm2（內(nèi)壁全照射）等

29、。經(jīng)光動(dòng)力治療后，要避光一個(gè)月。本系統(tǒng)為第二代光動(dòng)力腫瘤治療儀，與之相配用的光敏劑為可被組織穿透性更好的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光激發(fā)的新型光敏劑，本系統(tǒng)配用的光敏劑為已進(jìn)入II期臨床試驗(yàn)的二氫卟吩e6單天門冬氨酸酰胺（Nonoasparty1 Chlorine6,Npe6）,Npe6的光吸收高峰為664nm，應(yīng)用24小時(shí)后在腫瘤內(nèi)的聚集達(dá)到高峰，由于是水融性大部分早期從尿中排泄，幾乎沒(méi)有日光過(guò)敏作用，在應(yīng)用的當(dāng)天即可進(jìn)行激光照射，可進(jìn)行PDT的門診治療。 副作用及預(yù)防措施1. 皮膚光敏反應(yīng)由于目前使用的光敏劑在皮膚中的含量雖然不多，但代謝速度較慢，滯留時(shí)間較長(zhǎng)，故在日光照射下容易發(fā)生皮膚光敏反應(yīng)，所以患者一般要避光一周，一月內(nèi)不能直接照射陽(yáng)光。做光化學(xué)治療時(shí)，激光照射區(qū)周圍的正常組織應(yīng)該用鋁箔保護(hù)。對(duì)于副作用較小的第二代光敏劑，也同樣要避光。2. 光敏劑的過(guò)敏反應(yīng)鑒于靜脈注射光敏劑后有可能發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)，所以注射前應(yīng)該常規(guī)做皮膚過(guò)敏試驗(yàn)（皮膚劃痕）。3. 治療區(qū)局部出血、穿孔等激光光敏機(jī)治