CN101375790A - 应用于光动力诊断与治疗的感应装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于光动力诊断与治疗的感应装置，应用于一生物上，以激发生物体内的光敏感药剂产生光化学反应。感应装置包括有一发射器，以及一设置于生物体内的光照射器，发射器可发出一穿透生物表层的无线信号，光照射器于接收此无线信号后，发出一波长与光敏感药剂相匹配的光线，以使光敏感药剂产生光化学反应。

Description

应用于光动力诊断与治疗的感应装置

技术领域

本发明涉及一种感应装置，特别涉及一种应用于光动力诊断与治疗的感应装置。

背景技术

随着医疗科技及技术的快速发展，光动力疗法(photodynamic therapy，PDT)是一种突破传统癌肿瘤治疗方式的先进技术。配合传统外科手术切除肿瘤的技术，光动力治疗是于大部分的癌肿瘤切除后，再对剩余的肿瘤细胞加以消灭，以达到最佳的治疗效果。由于光动力疗法具有对患者人体的侵害性小、避免患者免疫功能的失调、患者于疗程过后恢复迅速、可选择性杀死肿瘤细胞，而不伤害到正常细胞等优点，已成为近年来备受瞩目的医疗技术之一。

光动力疗法先对患者注射或是涂抹光敏感药剂，并给予一段时间让光敏感药剂附着于肿瘤细胞上，再通过光照射装置发出一特定波长的光线，以激发光敏感药剂产生一光活化反应，引发肿瘤细胞毒性，进而消灭肿瘤细胞。

公知的光动力疗法受限于光动力照射装置的光源穿透力不足，因此多半用于人体表层器官的治疗上，例如皮肤癌、口腔癌等病症，照射装置是直接照射于人体患部，以达到消灭肿瘤细胞的治疗效果。

近年来，光动力疗法也开始应用于人体较为深层的器官组织。以脑肿瘤治疗为例，患者在进行外科手术的同时，会将生物兼容材料一并植入颅腔内，并导入一光纤至生物兼容材料内，以对颅腔内残留的肿瘤细胞进行光照射治疗，克服了传统光动力装置无法针对颅内肿瘤进行治疗的限制。

但对于患者而言，通过外露于头部的光纤进行颅内组织的光照射，是属于侵入式的治疗方式，长期的治疗过程，对于患者的生理或是心理上都是极大的负担，不仅对患者的平日生活造成相当多的不便外，还存在有颅腔容易遭受细菌感染的危险性。

为了减少患者于长时间治疗的不便及所产生的副作用，公知光动力照射装置的光源多半会采用高光功率的发光元件，如激光等高能量的发光体，而大幅缩短光照射疗程所需的时间，以减缓患者的不适感与细菌感染的风险。

然而，于近年发表的相关研究报告显示，以高光功率、短时间的光动力治疗方式，所得到的疗效并不如以低光功率持续照射患部的治疗效果。就目前的光动力治疗技术而言，是无法兼具患者于治疗过程中的安全性及舒适性，并且同时获得较佳的治疗成效。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明提供一种应用于光动力诊断与治疗的感应装置，使用于一生物上，用以激发该生物体内的光敏感药剂产生光化学反应，该感应装置包括一发射器，用以发出一穿透该生物表层的无线信号；以及一光照射器，设置于该生物体内，所述光照射器具有一第一感应线圈，用以接收该无线信号；一控制电路，电性连接于该第一感应线圈，并将该无线信号转换为一驱动信号；以及一发光元件，电性连接于该控制电路，该发光元件由该驱动信号驱动而发出光线，以使该光敏感药剂产生光化学反应。

本发明又提供一种应用于光动力诊断与治疗的感应装置，由此改进先前技术的光动力照射装置无法进行人体体内的疾病诊断，且公知光动力照射装置必须装设一露出于人体外的光纤导线，造成患者于治疗期间内的不适与不便，以及公知光动力治疗无法同时兼具患者身心的负担，与获得较佳治疗成效的限制。

本发明又提供一种应用于光动力诊断与治疗的光照射器，设置于一生物体内，该光照射器通过一穿透该生物表层的无线信号而发出一光线，以激发该生物体内的光敏感药剂产生光化学反应，该光照射器包括有：一第一感应线圈，用以接收该无线信号；一控制电路，电性连接于该第一感应线圈，并将该无线信号转换为一驱动信号；以及一发光元件，电性连接于该控制电路，该发光元件由该驱动信号驱动而发出光线，以使该光敏感药剂产生光化学反应。

本发明所揭示的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，使用于生物的治疗上，以激发注射于生物体内的光敏感药剂产生光化学反应。感应装置包括有一发射器，及一可被植入生物体内的光照射器，光照射器具有一第一感应线圈、一电性连接于第一感应线圈的控制电路、及一电性连接于控制电路的发光元件。

发射器用以发出一穿透生物表层的无线信号，光照射器的第一感应线圈接收无线信号后，通过控制电路将无线信号转换为一驱动信号，令发光元件发出一波长匹配于光敏感药剂的光线，以使光敏感药剂产生光化学反应。

本发明的功效在于，位于生物体外的发射器通过无线能量传输方式，以电磁感应设置于生物体内的光照射器发出一光线，而激发光敏感药剂产生反应，以进行生物体的诊断或是治疗。本发明不仅改善了以有线传输方式进行治疗的公知光动力治疗装置，于治疗期间对生物体所产生的各种副作用、不适感、以及平日生活不便的问题，还同时具备生物体的健康安全性与较佳治疗效果的功效。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的原理，并且提供对本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1A为本发明感应装置的平面示意图；

图1B为本发明的感应装置应用于人体上的侧视图；

图2为本发明发射器的电路方块图；

图3A为本发明光照射器的立体示意图；

图3B为本发明光照射器的电路方块图；

图3C为本发明具有二次电池的光照射器的电路方块图；

图4为本发明的不同光功率的光线经由散射元件的流体所产生的穿透散射率的测量图；

图5为本发明取像装置的电路方块图；

图6A为本发明的感应装置应用于人体颅腔组织的诊断及治疗的侧视图；

图6B为本发明的感应装置应用于人体口腔组织的诊断及治疗的侧视图；

图6C为本发明的感应装置应用于人体胸腔器官的诊断及治疗的侧视图；

图6D为本发明的感应装置应用于人体腹腔器官的诊断及治疗的侧视图；以及

图6E为本发明的感应装置应用于人体骨盆腔器官的诊断及治疗的侧视图。

其中，附图标记说明如下：

100感应装置           110发射器

111驱动电路           1111波形产生器

1112分频器            1113反向器

1114调变器            1115功率放大器

1116变压器            112震荡电路

1121电源              1122晶体管开关

1123共振电路          1124第二感应线圈

1125电容              120光照射器

121第一感应线圈        122控制电路

1221整流器            1222稳压器

123发光元件           130散射元件

140流体               150包覆材料

160保持件             161容设部

170光传感器           180取像装置

181处理器             182第三感应线圈

183取像器             184无线信号发射器

190二次电池           191充放电回路

200生物

具体实施方式

根据本发明所揭示应用于光动力诊断与治疗的感应装置，是通过无线传输能量的方式执行运作，而此无线传输能量方式包括但不局限于无线射频(radio frequency，RF)、或是微波传输等无线传输技术。以下本发明的详细说明中，将以使用1MHz左右的无线射频传输(RF)做为本发明的最佳实施例。然而附图仅提供参考与说明用，并非用以限制本发明。

如图1A及图1B所示，本发明所揭示应用于光动力诊断与治疗的感应装置100，使用于一生物200上，用以激发注射于生物200体内的光敏感药剂(图中未示)产生光化学反应，而对生物200的细胞组织进行治疗，例如恶性肿瘤、黑斑、皮肤美白、伤疤、眼底黄斑部病变、或是显影标示特定细胞组织等用以针对不良细胞的治疗方式。

值得注意的是，本发明于实施例中所述的感应装置，以治疗人体内的肿瘤细胞做为实施例的说明，熟悉该项技术的技术人员，可根据实际的使用需求，而应用于各类生物种的诊断与治疗上，并不以本发明的实施例为限。

本发明的感应装置包括有一发射器110及一光照射器120(见图1B)。发射器110具有一第二感应线圈1124，用以发出一无线射频信号，且此无线射频信号可穿通过生物200的表层，例如人体的皮肤、脂肪、与肌肉等表层组织，而传递至生物200体内。

设置于生物200体内的光照射器120具有一第一感应线圈121、一电性连接第一感应线圈121的控制电路122、一电性连接控制电路122的发光元件123。

第一感应线圈121用以接收发射器110射出的无线射频信号，并通过控制电路122将无线射频信号转换为一具有电压的驱动信号，以产生一电流。发光元件123可为一发光二极管或是激光发射器等光源产生装置，发光元件123于接收驱动信号所产生的电流后，发出一匹配于光敏感药剂的特定波长的光线，以激发光敏感药剂产生光化学反应。

本发明以一5-ALA氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid)及hematoprophine类的光敏感药剂，例如为Photofrin做为实施例的说明，熟悉光动力治疗的该项技术的技术人员，可根据实际的使用需求，而对应使用不同的光敏感药剂，并搭配与光敏感药剂相匹配的光线进行活化激发，并不以本发明的实施例为限。5-ALA及Photofrin等药剂的较佳活化波长约为630nm，并搭配发光元件123所发出的红色光源，以激发5-ALA及Photofrin药剂产生光化学反应，进而治疗生物200体内的脑癌、食道癌、胃肠道癌、膀胱癌、或是肺癌等肿瘤细胞。由于5-ALA光敏感药剂具备有毒性低、代谢快、及避光时间只需1至2天等优点，而开始广泛应用于医疗临床的治疗上。

光敏感药剂需要接收一定强度的能量才可被激发反应，因此本发明可通过控制发光元件123的光功率大小，或是光照射时间等参数，而可精确掌握治疗过程的疗时，并且避免生物200因光功率过强所产生的不适感及副作用。

请参阅图2的发射器的电路方块图。如图所示，本发明的发射器110包含有一驱动电路111及一震荡电路112。驱动电路111中具有一波形产生器1111、一电性连接于波形产生器1111的分频器1112、一电性连接于分频器1112的反向器1113、二电性连接于反向器1113的调变器1114、二分别电性连接于调变器1114的D类功率放大器1115、及二分别电性连结于D类功率放大器1115的变压器1116。

其中，波形产生器1111用以产生一方波，此方波通过分频器1112调整至一特定范围的载波频率，再通过反向器1113将调整后的方波传递至二调变器1114中，以分别产生二反向的具有固定波宽与振幅的方波信号。方波信号经由功率放大器的增益作用，而传递至变压器1116内，并通过二变压器1116的转换，使得正波信号分别以一正弦波与一负弦波形态的控制信号输出。

发射器110的震荡电路112包括有一电源1121、二电性连接于电源1121的晶体管开关1122、以及一电性连接于晶体管开关1122的共振电路1123，共振电路1123具有一电性连接于晶体管开关1122的第二感应线圈1124，及一电性连接于第二感应线圈1124的电容1125。

其中，二晶体管开关1122用以分别接收变压器1116的控制信号，并相反于另一晶体管开关1122执行开启或是关闭的动作。电源1121根据其中一呈开启状态的晶体管开关1122，而持续导通电流至共振电路1123中，第二感应线圈1124通过电容1125的充放电作用，以产生并发出一无线信号至第一感应线圈121，而形成一磁力场感应耦合。

请参阅图3A及图3B的光照射器立体示意图与电路方块图。光照射器120的控制电路122具有一整流器1221，及一电性连接于整流器1221与发光元件123的稳压器1222。控制电路122将第一感应线圈121所接收的磁性的无线信号转换为一电性的驱动信号，驱动信号通过整流器1221的作用，以将原本双向震荡的驱动信号转换为单向震荡的信号，并通过稳压器1222维持一定的输出值范围，以避免发光元件123因驱动信号的电压值不稳定而造成损坏。本发明揭示的整流器1221可为半波整流器、全波整流器、或是桥式整流器的任一形态的整流器，然此一技术已为熟悉该项技术的通常人员所能知悉的设计，故发明人于此不另赘叙。

请继续参阅图3A，光照射器120外围还具有一透明可透光的包覆材料150，以完全包覆住第一感应线圈121、控制电路122、及发光元件123。包覆材料150以生物用硅胶材料或是玻璃材料所制成，不但具有良好的生物兼容性，还具备优良的绝缘与散热效果，避免设置于生物200体内的光照射器120，因运作所产生的过高热能造成生物200的不适感。

由于光照射器120具备优良的生物兼容性，因此可选择于疗程结束后，将光照射器120自生物200体内取出；或是长期置放于生物200体内，以免除再次进行外科手术的不便，以及必须承担的风险性。

如图1B所示，本发明还包含有一衔接于发光元件123的散射元件130，放置于生物200体内的散射元件130具备有良好的生物兼容性，不致引起生物200的免疫排斥反应。本发明的散射元件130为一内部具有容置空间的球体材料，且于散射元件130内部填装有一流体140，例如为空气、生理食盐水、或是油水混合物等高散射性的流体140，其中油水混合物可选用力保肪宁(lipofundin)或是因特立滋(intralipid)，以做为光线散射的流体140。

本发明的图4以油水混合物-力保肪宁(lipofundin)做为本实施例的说明，发光元件123发出的不同功率大小的光线，通过散射元件130内的流体140(以0.12％的lipofundin为例)而产生穿透并向外散射，其光线的穿透散射率随着光功率的提高而呈线性增加。操作者可根据实际治疗需求而选用适当的光功率大小，以均匀照射生物200体内的组织细胞，而达到高效率且效果良好的光动力治疗效果。

此外，图4同时比较将发光元件123置于散射元件130内，以及将发光元件123衔接于散射元件130表面的散射穿透率的差异。由测量结果得知，发光元件123置于散射元件130内的穿透散射率，远低于发光元件123衔接于散射元件130表面的散射率。因此，本发明以发光元件123衔接于散射元件130表面的形态作为最佳实施例的说明。

此外，为了确认设置于生物200体内的光照射器120确实地运作，如图3A及图3B所示，本发明在进行治疗时，也可于发光元件123内安装有光传感器170，用以检测发光元件123的透镜所折射回来的光线，以推算发光元件123所发出的光强度。光传感器170电性连接于控制电路122，以检测由发光元件123射出的光线强度，并将此光功率的模拟信号传送至控制电路122中，以进行信号的数字解调，再以无线射频(RF)或是微波等无线传输方式传送至外部的解调器(图中未示)，从而得知目前的发光强度，以辅助医疗者换算病患所需照射的时间。

或是于接近光照射器120的生物200体外设置一光传感器(图中未示)，以接收光照射器120以无线信号回馈其目前的运作状态，例如回馈其发光元件123是否发出光线、及此光线的光功率大小等情况，使医疗者得以了解生物200体内的治疗情况。

如图1B及图5所示，为了观察内部的治疗状况，还可于生物200体内装设一取像装置180。其中，取像装置180具有一处理器181，及电性连接于处理器181的第三感应线圈182、取像器183、与无线信号发射器184。第三感应线圈182于接收第二感应线圈1124所发出的无线信号后开始运作，当光照射器120照射生物200的过程中，取像器183将生物200通过光线而产生的光强度，通过处理器181转换为一输出信号，并经由无线信号发射器184，以无线射频(RF)或是微波等无线传输方式传送至外部的接收器(图中未示)，从而得知目前的内部治疗状况。

另外，为了快速处理取像装置180所产生的输出信号，还可于光照射器120内加设二天线(图中未示)，以分别接收及传输输出信号，使得以图像信号为主的输出信号，得以快速地传递至外部的接收器。

取像装置180也可结合于光照射器120内，无需使用第三感应线圈182，通过共享控制电路122所产生的电流，以驱动取像器183运作，使得设置于生物200体内的装置可更为精简。

如图3C所示，本发明的光照射器120还包括有一二次电池190，电性连接控制电路122及发光元件123，且二次电池190具有一充放电回路191。当控制电路122的驱动信号经由整流器1221及稳压器1222的转换，以对二次电池190进行充电，再通过外部无线触发的方式，启动二次电池190执行或是停止提供电能至发光元件123，光照射器120无须随时与外部的发射器(图中未示)对准，使用者的行动将不受限制，而可持续地进行治疗。其中，启动或是停止二次电池190的电力输出，可通过不同频率的耦合信号、微处理器的内部程序代码、或是利用载波信号技术解调外部信号等驱动方式，以对二次电池190进行控制。

图6A至图6E为本发明的感应装置应用于治疗及诊断生物各部位的器官组织的示意图。本发明揭示的感应装置100可应用于治疗人体200(生物体)各个部位，例如颅腔、口腔、胸腔、腹腔、骨盆腔内的各器官组织的肿瘤治疗。本发明的发射器110可通过一绑持或是佩带于人体200上的保持件160而固定设置于相对人体200体内的光照射器120的位置，以使发射器110得以与光照射器120之间通过无线射频传输的方式进行治疗。

保持件160上具有一容设部161，以供发射器110固设于其中。且保持件160可配合人体200欲治疗的部位，而设计为帽子、口罩、或是束带等各种形态，以方便佩带绑持于人体200对应于光照射器120的位置。

与公知技术相比，位于生物体外的发射器通过无线信号的传输，而与设置于生物体内的光照射器相互电磁感应，光照射器通过磁电转换效应，而可发出特定波长的光线，以激发匹配的光敏感药剂产生光化学反应，以进行生物体的诊断或是治疗。本发明改善了公知光动力治疗装置以有线传输方式的不便，并降低人体遭受细菌感染的危险性。

本发明的发射器还通过保持件的设置，使得患者于治疗过程中的行动将不受发射器的限制，并可精确控制光照射器120的光功率或是光照射时间，以减缓人体因治疗时所产生不适感，并同时获得较佳治疗效果的功效。

虽然本发明的实施例揭示如上所述，然而并非用以限定本发明，任何熟悉相关技术的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神当可做些许的变动，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书为准。

Claims (21)

1.一种应用于光动力诊断与治疗的感应装置，使用于一生物上，用以激发该生物体内的光敏感药剂产生光化学反应，该感应装置包括：

一发射器，用以发出一穿透该生物表层的无线信号；以及

一光照射器，设置于该生物体内，其具有：

一第一感应线圈，用以接收该无线信号；

一控制电路，电性连接于该第一感应线圈，并将该无线信号转换为一驱动信号；以及

一发光元件，电性连接于该控制电路，该发光元件由该驱动信号驱动而发出光线，以使该光敏感药剂产生光化学反应。

2.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该发射器包含一驱动电路及一震荡电路，该驱动电路用以产生一控制信号，该震荡电路电性连接于该驱动电路，以将该控制信号转换为该无线信号并发出。

3.如权利要求2所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该驱动电路还包含一波形产生器、一电性连接于该波形产生器的分频器、一电性连接于该分频器的反向器、至少一电性连接于该反向器的调变器、至少一电性连接于该调变器的功率放大器、以及至少一电性连接于该功率放大器的变压器，以产生该控制信号。

4.如权利要求2所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该震荡电路还包含一电源、至少一电性连接于该电源的晶体管开关、及一电性连接于该晶体管开关的共振电路，该晶体管开关接收该控制信号，以控制该共振电路发出该无线信号至该第一感应线圈。

5.如权利要求4所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该共振电路具有一第二感应线圈及一电容，该第二感应线圈电性连接于该晶体管开关，该电容电性连接于该第二感应线圈，且该第二线圈通过该电容的充放电作用，以发出该无线信号至该第一感应线圈。

6.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中还包含一衔接于该发光元件的散射元件，且该散射元件内具有一容置空间，并填装有一流体，以使该光线产生散射。

7.如权利要求6所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该流体选自于由空气、生理食盐水、及油水混合物所构成的群组之一。

8.如权利要求7所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该油水混合物为力保肪宁或是因特立滋。

9.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该控制电路具有一整流器及一稳压器，该整流器用以接收该驱动信号，该稳压器电性连接该整流器及该发光元件，以对该驱动信号整流及稳压。

10.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中还包括一包覆于该光照射器外围并具有生物兼容性的包覆材料，以使该光照射器绝缘及散热。

11.如权利要求10所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该包覆材料为硅胶材料或是玻璃材料。

12.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中还包含一保持件，且该保持件具有一容设部，以固定该发射器于该保持件上。

13.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中还包含一光传感器，电性连接于该控制电路，用以于该发光元件发出该光线时，检测该光线的强度，并传送至该控制电路。

14.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中还包含有一取像装置，其具有：

一处理器；

一第三感应线圈，电性连接于该处理器，用以接收该无线信号，并驱动该处理器；

一取像器，电性连接于该处理器，用以检测该生物通过该光线所产生的光强度，并通过该处理器转换为一输出信号；以及

一无线信号发射器，电性连接于该处理器，用以发射该输出信号。

15.如权利要求1所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该光照射器还包括有一二次电池，电性连接该控制电路及该发光元件，以提供一电能至该发光元件。

16.如权利要求15所述的应用于光动力诊断与治疗的感应装置，其中该二次电池还具有一充放电回路，该充放电回路通过该控制电路的驱动信号，以对该二次电池进行充电。

17.一种应用于光动力诊断与治疗的光照射器，设置于一生物体内，该光照射器通过一穿透该生物表层的无线信号而发出一光线，以激发该生物体内的光敏感药剂产生光化学反应，该光照射器包括有：

一第一感应线圈，用以接收该无线信号；

一控制电路，电性连接于该第一感应线圈，并将该无线信号转换为一驱动信号；以及

一发光元件，电性连接于该控制电路，该发光元件由该驱动信号驱动而发出光线，以使该光敏感药剂产生光化学反应。

18.如权利要求17所述的应用于光动力诊断与治疗的光照射器，其中还包含有一衔接于该发光元件的散射元件，且该散射元件内填装有一流体，以使该光线产生散射。

19.如权利要求17所述的应用于光动力诊断与治疗的光照射器，其中该控制电路具有一整流器及一稳压器，该整流器电性连接该第一感应线圈，该稳压器电性连接该整流器及该发光元件，以对该驱动信号整流及稳压。

20.如权利要求17所述的应用于光动力诊断与治疗的光照射器，其中还包括有一包覆于该发光器外围并具有生物兼容性的包覆材料，以使该发光器绝缘及散热。

21.如权利要求20所述的应用于光动力诊断与治疗的光照射器，其中该包覆材料为硅胶材料或是玻璃材料。

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