CN104548383A - 一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统及治疗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统及治疗方法，所述系统包括：光电、氧分压检测单元、数据采集单元、上位机、图像传感器以及激光器，该光电、氧分压检测单元连接数据采集单元，数据采集单元与图像传感器分别与上位机数据连接，实时监测靶点荧光强度、及成像分析对疗效进行定量与定性评估。本发明同时具有治疗与定性及定量实时监测功能，可动态调节治疗中光照范围与时长，进一步提高了深部肿瘤治疗的安全性和疗效。

Description

一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统及治疗方法

技术领域

本发明涉及光动力治疗技术领域，尤其指代一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统及治疗方法。

背景技术

尽管国际上对光动力疗法深入研究有了重大的突破，为恶性肿瘤的治疗、病毒性和病菌性疾病的治疗提供了新的技术和途径，但在国际技术范畴领域，仍存在阻碍光动力疗法进一步完成的关键技术，还缺少与光动力疗法配套技术，还未形成针对深部肿瘤的光动力治疗系统。

现有的光动力治疗手段存在的缺陷是作用表浅，有效作用深度很难超过10mm，其主要临床适应症是一些靶组织为“薄层”结构的疾病，如皮肤、粘膜的浅表肿瘤、鲜红斑痣、动脉粥样硬化等疾病，实际治疗时仅凭经验使用间断照光的方法(治疗30-60秒，间隔30-60秒再继续光照治疗)，并没有定量的依据。因此如何解决医生在治疗肿瘤过程中的盲目性成为业界关注的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统及治疗方法，以解决现有技术中PDT(光动力疗法)治疗表浅检测参数单一的问题，具有多参数检测和成像系统，通过激光诱导荧光检测系统实时显示荧光成像和参数曲线，为治疗提供有效的指导依据。

为达到上述目的，本发明的一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统，其包括：光电、氧分压检测单元、数据采集单元、上位机、图像传感器以及激光器，该光电、氧分压检测单元连接数据采集单元，数据采集单元与图像传感器分别与上位机连接，其中：

光电、氧分压检测单元采集深部肿瘤处的荧光强度与氧含量，并分别对采集到的数据进行分析处理，输出模拟电信号给数据采集单元；

数据采集单元将上述光电、氧分压检测单元输出的模拟电信号转换为数字信号，输出给上位机；

上位机用于对上述光电、氧分压检测单元进行参数配置、接收数据采集单元发送的深部肿瘤处的荧光强度与氧含量数据以及图像传感器采集到的肿瘤大小图像数据，并对数据进行实时分析处理；

图像传感器用于采集肿瘤大小图像数据；

激光器用以发出激光光源对深部肿瘤处进行照射。

优选地，上述的光电、氧分压检测单元包括：光电检测部及氧分压检测部，其中氧分压检测部包含氧分压传感器、氧分压处理模块以及氧分压输出接口，三者依次连接；光电检测部包含：微创荧光探头、滤光片、光电倍增管、PMT供电单元、电流电压转换电路以及荧光强度输出接口，微创荧光探头采集到的荧光经由滤光片滤除杂散光干扰后，由光电倍增管将荧光信号转换成电流信号输出给电流电压转换电路，输出电压数据信号。

优选地，上述的光电倍增管为具有高灵敏度和响应时间的CR186光电倍增管；氧分压传感器为NeoFox传感器。

优选地，上述的数据采集单元基于PCI-6251数据采集卡。

本发明的一种针对深部肿瘤的光动力治疗方法，包括：

1)将光电、氧分压检测单元中的微创荧光探头和氧分压传感器植入到病人深部肿瘤处，光电、氧分压检测单元采集深部肿瘤处的毒性单态氧浓度与氧含量，通过上位机进行调节光电、氧分压检测单元内的电压数值，以便得到便于分析的参数曲线和图像；

2)给病人静脉注射适量的上转换纳米粒子、光敏剂及L012探针构成的载药复合物，待上述载药复合物随病人身体循环系统富集到深部肿瘤处时，开启激光器发出激光光源对深部肿瘤处进行照射；

3)上位机实时对采集到的毒性单态氧浓度与氧含量的参数及荧光图像进行分析，实时观察治疗过程中肿瘤大小变化，参照治疗评估模型公式实时调整光敏剂用量、光照时间、光照强度及光照范围。

优选地，上述步骤2)中深部肿瘤处吸收光符合Lambert-Beer定律，Lamber-Beer定律形式是：

$A=\log \frac{I_0}{I}=\mathrm{kcl}$

A为吸光度，k为吸光系数，在浓度c的单位是mol/L，l的单位是cm时，k称为摩尔吸光系数；

光敏剂在吸收光子后，将通过以下过程产生¹O₂：

(S₀)+hγ_e→(S₁)   (ε)

(S₁)→(S₀)+hγ_f   (k_f)

(S₁)→(T₁)   (k_isc)

(T₁)→(S₀)+hγ_p   (k_p)

(T₁)+(³O₂)→(S₀)+(¹O₂)   (k_t)

这一过程包括：基态光敏剂S₀吸收激发光子hγ_e，形成单线态光敏剂S₁；S₁可以放出荧光光子hγ_f回到S₀，也可以通过激发态之间的转换形成三线态光敏剂T₁；T₁可以发出磷光hγ_p回到基态S₀，还可与三线态氧分子³O₂(即基态氧)生成单线态氧分子¹O₂；ε是光敏剂分子对光的吸收系数；k_f是S₁发射荧光的反应速率常数；k_isc是生成T₁的反应速率常数；k_p是T₁发射磷光的反应速率常数；k_t是生成¹O₂的反应速率常数。

优选地，上述步骤3)中治疗评估模型公式具体表现为：

$\frac{{\mathrm{dS}}_1}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ϵ}{S}_{0}h{\mathrm{\γ}}_e-k_f{S}_1-k_{\mathrm{isc}}{S}_1=0---(1-1)$

$\frac{{\mathrm{dT}}_1}{\mathrm{dt}}=k_{\mathrm{isc}}{S}_1-k_p{T}_1-k_t{T}_1\left[O_2^3\right]=0---(1-2)$

$\frac{dO_2^1}{\mathrm{dt}}=k_t{T}_1\left[O_2^3\right]---(1-3)$

通过(1-1)式得到：

$S_1=\frac{\mathrm{\ϵ}{S}_{0}h{\mathrm{\γ}}_e}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}---(1-4)$

通过(1-2)式得到：

$T_1=\frac{k_{\mathrm{isc}}{S}_1}{k_p+k_t\left[O_2^3\right]}---(1-5)$

由式(1-3)、(1-4)、(1-5)，得到：

$\frac{dO_2_1}{\mathrm{dt}}=k_t\left[O_2^3\right]\·\frac{k_{\mathrm{isc}}}{k_p+k_t\left[O_2^3\right]}\·\frac{\mathrm{\ϵ}{S}_{0}h{\mathrm{\γ}}_e}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}$

整理的：

$\frac{dO_2^1}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ϵh}{\mathrm{\γ}}_e{S}_0\·\frac{k_{\mathrm{isc}}}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}\·\frac{\left[O_2^3\right]}{\frac{k_p}{k_t}+\left[O_2^3\right]}---(1-6)$

公式(1-6)表达了¹O₂的生产速率，即毒性产物的生成速率，第一项是光敏剂吸收光子后变为激发态的效率，在一定条件下，此效应与光敏剂浓度和吸收的光有关；第二项是单线态光敏剂转化为三线态的效率；第三项是三线态与分子氧结合产生¹O₂的效率，受限于分子氧的浓度，表征了反应体系中氧含量对¹O₂生成的限制，在氧充分的条件下，此项为1。

本发明的有益效果：

本发明可以有效的动态监测深部肿瘤在治疗过程中单态氧、氧分压、及治疗范围的变化，克服了传统治疗中仅凭经验治疗的局限性；为深部肿瘤的光动力治疗提供了定量与直观的指导。

附图说明

图1绘示本发明针对深部肿瘤的光动力治疗系统于实施例中的原理框图。

图2绘示本发明中光电、氧分压检测单元的结构原理框图。

图3绘示本发明中上位机的工作原理框图。

图4绘示本发明中电流电压转换电路的工作原理图。

图5绘示本发明PMT供电单元中中分压电路的工作原理图。

图6绘示本发明PMT供电单元PMT供电电路的工作原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1、图2所示，本发明的一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统，其包括：光电、氧分压检测单元、数据采集单元、上位机、图像传感器以及激光器，该光电、氧分压检测单元连接数据采集单元，数据采集单元与图像传感器分别与上位机连接，其中：

所述的光电、氧分压检测单元采集深部肿瘤处的荧光强度与氧含量，并分别对采集到的数据进行分析处理，输出模拟电信号给数据采集单元；具体表现为：该光电、氧分压检测单元包括：光电检测部及氧分压检测部；其中：

氧分压检测部包括氧分压传感器、氧分压处理模块以及氧分压输出接口，三者依次连接，氧分压传感器采用NeoFox传感器，采集深部肿瘤处的氧含量，经氧分压处理模块分析处理后，由氧分压输出接口输出模拟电信号。

光电检测部包括：微创荧光探头、滤光片、光电倍增管、PMT供电单元、电流电压转换电路以及荧光强度输出接口，微创荧光探头采用内窥视自聚焦石英光纤采集深部肿瘤处的微弱荧光输出给滤光片，滤光片滤除杂散光干扰，光纤工作波长为200-1200nm，芯径1mm，总长1m。经滤光片过滤后的光信号通过光电倍增管处理，转换为可以进一步处理分析的电信号，采用具有高灵敏度和响应时间的CR186光电倍增管，由于待检测的光信号比较微弱，在检测过程中很容易受到背景杂光的干扰，从而将待检测信号完全淹没在噪声中，为了将背景干扰降到最低，为光电倍增管设计了金属屏蔽罩，金属屏蔽罩既可以起到屏蔽背景杂光的作用，也可以起到电磁屏蔽的作用，防止信号处理电路产生的电磁波对光电倍增管的影响。由于光电倍增管输出的是电流信号，而后续电路是基于电压信号而设计的，因此，需要由电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，通过串联一个负载电阻，进行信号的转换。参照图4所示，光电倍增管输出电流为10^-10-10^-3A，可以近似将其看作一个恒流源，因此，一般认为负载电阻可以任意大的选取，从而从一个较低的电流信号，得到一个很高的电压信号。若负载电阻为R_L，光电倍增管阳极和其它电极之间的静电电容量以及由于布线等引起的杂散电容量的总和为C_S，则截止频率f_c为：

$f_C=\frac{1}{2\mathrm{\π}\·R_L\·\mathrm{Cs}}$

由上式可以看到，尽管光电倍增管和放大器有极快的响应时间，输出线路响应也会受到截止频率的限制。如果负载电阻R_L值较高，在较高输出电流的情况下，负载电阻R_L将导致阳极电位电压降增大，造成阳极与末倍增极电压降低，从而降低了输出线性。

负载电阻R_L应采用温度系数较小的金属膜电阻，而不能采用温度影响较大的碳膜电阻，以减小温度漂移对测量结果的影响。此外，光电倍增管的阳极信号输出部分应选用低噪声同轴电缆线，以降低噪声对信号的影响。

上述光电倍增管的电压由PMT供电单元，其分为PMT供电电路及分压电路，分压电路将输入的220V交流电进行分压处理后输出给PMT供电电路，通过外加控制电路的调节，可以给光电倍增管提供千伏以上的负高压。

参照图5所示，在理想情况下，分压器回路可以给各个倍增级提供均等的电压，此时流过各个分压电阻的电流为：

$I_R=\frac{U_H}{\underset{i=1}{\overset{11}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i}$

一方面，流过各个倍增极分压电阻的电流并不相等，其中阳极电流I_a最大，该电阻上的压降也就越大，各个倍增极的分压会随阳极电流的变化而变化，从而使PMT的增益发生变化。当流过分压电阻的电流I_R远远大于I_a时，即I_R＞＞I_a时，流过各分压电阻I_R的电流可以认为近似相等。因此应该选择的分压电阻阻值尽量小。

另一方面，选择太小的电阻将使分压电阻功率损耗加大，光电倍增管温度升高导致性能的降低，以至于温升太高而无法工作，需要折衷考虑电阻的取值。

当入射辐射信号为高速变化的信号或脉冲信号时，会引起最后3级倍增极电流剧烈变化，破坏光电倍增管增益的稳定性。在末三极并联3个电容C1、C2与C3，通过电容的充放电，使末三级电压保持稳定。

参照图6所示，上述光电倍增管的型号为CR186，具有十一级倍增级，其光谱响应范围为300～650nm，峰值波长为420nm，阳极最大电流能达到0.1mA，为该PMT配备的高压供电模块为CC228-01Y，其输入电压为12V，输出电压为0～-1250V。通过外加控制电阻的调节，可以给光电倍增管提供千伏以上的负高压。

所述的数据采集单元将上述光电、氧分压检测单元输出的模拟电信号转换为数字信号，输出给上位机；数据采集单元的信号变化范围为0～10V，为实现多路信号同时采集，选取具有16位模拟输出，速度达1.25M/s的PCI-6251高速数据采集卡进行数据采集。

参照图3所示，所述的上位机用于对上述光电、氧分压检测单元进行参数配置、接收数据采集单元发送的深部肿瘤处的毒性单态氧浓度与氧含量数据以及图像传感器采集到的肿瘤大小图像数据，并对数据进行实时分析处理；包含：CCD配置模块、ROI参数配置模块、荧光图像采集模块、单态氧浓度采集模块、氧分压与温度采集模块、多参数数据共同采集模块以及图像处理模块，其中，图像处理模块可用于时域处理、频域处理、ROI分析、伪彩处理、三维重建等。

图像传感器用于采集深部肿瘤处的肿瘤大小图像数据，并将采集到的光学影像信号转换为数字信号，传送给上位机。

激光器用以发出激光光源对深部肿瘤处进行照射，选用固定功率密度的850nm的激光器放在固定位置处进行照射，通过上述图像传感器进行实时图像采集。

本发明的针对深部肿瘤的光动力治疗系统实时监测深部肿瘤处的单态氧、氧分压及成像分析对疗效进行定量与定性评估，进一步提高了PDT治疗的准确性和安全性。

本发明的针对深部肿瘤的光动力治疗方法，于实施例中，具体包括如下步骤：

步骤11：将光电、氧分压检测单元中的微创荧光探头和氧分压传感器植入到病人深部肿瘤处，光电、氧分压检测单元采集深部肿瘤处的毒性单态氧浓度与氧含量，通过上位机进行调节光电、氧分压检测单元内的电压数值，以便得到便于分析的参数曲线和图像；

具体表现为：氧分压传感器采用NeoFox传感器，采集深部肿瘤处的氧含量，经氧分压处理模块分析处理后，由氧分压输出接口输出电信号数据；微创荧光探头采用内窥视自聚焦石英光纤采集深部肿瘤处的微弱荧光输出给滤光片，滤光片滤除杂散光干扰，光纤工作波长为200-1200nm，芯径1mm，总长1m。经滤光片过滤后的光信号通过光电倍增管处理，转换为可以进一步处理分析的电信号，采用具有高灵敏度和响应时间的CR186光电倍增管，由于待检测的光信号比较微弱，在检测过程中很容易受到背景杂光的干扰，从而将待检测信号完全淹没在噪声中，为了将背景干扰降到最低，为光电倍增管设计了金属屏蔽罩，金属屏蔽罩既可以起到屏蔽背景杂光的作用，也可以起到电磁屏蔽的作用，防止信号处理电路产生的电磁波对光电倍增管的影响；经过电流电压转换电路将光电倍增管输出的是电流信号转换为电压信号，并输出；由数据采集单元将上述光电、氧分压检测单元输出的模拟电信号转换为数字信号，输出给上位机；通过上位机对光电、氧分压检测单元进行参数调节，以便得到便于分析的参数曲线和图像。

步骤12：给病人静脉注射适量的上转换纳米粒子、光敏剂及L012探针构成的载药复合物，待上述载药复合物随病人身体循环系统富集到深部肿瘤处时，开启激光器发出激光光源对深部肿瘤处进行照射；

具体表现为：深部肿瘤处吸收光符合Lambert-Beer定律，Lamber-Beer定律形式是：

$A=\log \frac{I_0}{I}=\mathrm{kcl}$

A为吸光度，k为吸光系数，在浓度c的单位是mol/L，l的单位是cm时，k称为摩尔吸光系数；

光敏剂在吸收光子后，将通过以下过程产生¹O₂：

(S₀)+hγ_e→(S₁)   (ε)

(S₁)→(S₀)+hγ_f   (k_f)

(S₁)→(T₁)   (k_isc)

(T₁)→(S₀)+hγ_p   (k_p)

(T₁)+(³O₂)→(S₀)+(¹O₂)   (k_t)

这一过程包括：基态光敏剂S₀吸收激发光子hγ_e，形成单线态光敏剂S₁；S₁可以放出荧光光子hγ_f回到S₀，也可以通过激发态之间的转换形成三线态光敏剂T₁；T₁可以发出磷光hγ_p回到基态S₀，还可与三线态氧分子³O₂(即基态氧)生成单线态氧分子¹O₂；ε是光敏剂分子对光的吸收系数；k_f是S₁发射荧光的反应速率常数；k_isc是生成T₁的反应速率常数；k_p是T₁发射磷光的反应速率常数；k_t是生成¹O₂的反应速率常数。

步骤13：上位机实时对采集到的毒性单态氧浓度与氧含量的参数及荧光图像进行分析，实时观察治疗过程中肿瘤大小变化，参照治疗评估模型公式实时调整光敏剂用量、光照时间、光照强度及光照范围。

具体表现为：在假定反应过程中各种中间产物浓度不变，处于稳态的条件下，上述的治疗评估模型公式具体表现为：

$\frac{{\mathrm{dS}}_1}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ϵ}{S}_{0}h{\mathrm{\γ}}_e-k_f{S}_1-k_{\mathrm{isc}}{S}_1=0---(1-1)$

$\frac{{\mathrm{dT}}_1}{\mathrm{dt}}=k_{\mathrm{isc}}{S}_1-k_p{T}_1-k_t{T}_1\left[O_2^3\right]=0---(1-2)$

$\frac{dO_2^1}{\mathrm{dt}}=k_t{T}_1\left[O_2^3\right]---(1-3)$

通过(1-1)式得到：

$S_1=\frac{\mathrm{\ϵ}{S}_{0}h{\mathrm{\γ}}_e}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}---(1-4)$

通过(1-2)式得到：

$T_1=\frac{k_{\mathrm{isc}}{S}_1}{k_p+k_t\left[O_2^3\right]}---(1-5)$

由式(1-3)、(1-4)、(1-5)，得到：

$\frac{dO_2_1}{\mathrm{dt}}=k_t\left[O_2^3\right]\·\frac{k_{\mathrm{isc}}}{k_p+k_t\left[O_2^3\right]}\·\frac{\mathrm{\ϵ}{S}_{0}h{\mathrm{\γ}}_e}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}$

整理的：

$\frac{dO_2^1}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ϵh}{\mathrm{\γ}}_e{S}_0\·\frac{k_{\mathrm{isc}}}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}\·\frac{\left[O_2^3\right]}{\frac{k_p}{k_t}+\left[O_2^3\right]}---(1-6)$

公式(1-6)表达了¹O₂的生产速率，即毒性产物的生成速率，第一项是光敏剂吸收光子后变为激发态的效率，在一定条件下，此效应与光敏剂浓度和吸收的光有关；第二项是单线态光敏剂转化为三线态的效率；第三项是三线态与分子氧结合产生¹O₂的效率，受限于分子氧的浓度，表征了反应体系中氧含量对¹O₂生成的限制，在氧充分的条件下，此项为1。在治疗过程中参照采集到的单态氧与氧分压含量及荧光成像，利用此治疗评估模型公式来进一步调整光敏剂用量，光照时间、强度及范围，氧分压等，以保证深部肿瘤光动力治疗的安全性与精确性。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种针对深部肿瘤的光动力治疗系统，其特征在于，包括：光电、氧分压检测单元、数据采集单元、上位机、图像传感器以及激光器，该光电、氧分压检测单元连接数据采集单元，数据采集单元与图像传感器分别与上位机连接，其中：

光电、氧分压检测单元采集深部肿瘤处的荧光强度与氧含量，并分别对采集到的数据进行分析处理，输出模拟电信号给数据采集单元；

数据采集单元将上述光电、氧分压检测单元输出的模拟电信号转换为数字信号，输出给上位机；

上位机用于对上述光电、氧分压检测单元进行参数配置、接收数据采集单元发送的深部肿瘤处的荧光强度与氧含量数据以及图像传感器采集到的肿瘤大小图像数据，并对数据进行实时分析处理；

图像传感器用于采集肿瘤大小图像数据；

激光器用以发出激光光源对深部肿瘤处进行照射。

2.根据权利要求1所述的针对深部肿瘤的光动力治疗系统，其特征在于，上述的光电、氧分压检测单元包括：光电检测部及氧分压检测部，其中氧分压检测部包含氧分压传感器、氧分压处理模块以及氧分压输出接口，三者依次连接；光电检测部包含：微创荧光探头、滤光片、光电倍增管、PMT供电单元、电流电压转换电路以及荧光强度输出接口，微创荧光探头采集到的荧光经由滤光片滤除杂散光干扰后，由光电倍增管将荧光信号转换成电流信号输出给电流电压转换电路，输出电压数据信号。

3.根据权利要求2所述的针对深部肿瘤的光动力治疗系统，其特征在于，上述的光电倍增管为具有高灵敏度和响应时间的CR186光电倍增管；氧分压传感器为NeoFox传感器。

4.根据权利要求1所述的针对深部肿瘤的光动力治疗系统，其特征在于，上述的数据采集单元基于PCI-6251数据采集卡。

5.一种针对深部肿瘤的光动力治疗方法，其特征在于，包括：

1)将光电、氧分压检测单元中的微创荧光探头和氧分压传感器植入到病人深部肿瘤处，光电、氧分压检测单元采集深部肿瘤处的毒性单态氧浓度与氧含量，通过上位机进行调节光电、氧分压检测单元内的电压数值，以便得到便于分析的参数曲线和图像；

2)给病人静脉注射适量的上转换纳米粒子、光敏剂及L012探针构成的载药复合物，待上述载药复合物随病人身体循环系统富集到深部肿瘤处时，开启激光器发出激光光源对深部肿瘤处进行照射；

3)上位机实时对采集到的毒性单态氧浓度与氧含量的参数及荧光图像进行分析，实时观察治疗过程中肿瘤大小变化，参照治疗评估模型公式实时调整光敏剂用量、光照时间、光照强度及光照范围。

6.根据权利要求5所述的针对深部肿瘤的光动力治疗方法，其特征在于，上述步骤2)中深部肿瘤处吸收光符合Lambert-Beer定律，Lamber-Beer定律形式是：

$A=\log \frac{I_0}{I}=\mathrm{kcl}$

A为吸光度，k为吸光系数，在浓度c的单位是mol/L，l的单位是cm时，k称为摩尔吸光系数；

光敏剂在吸收光子后，将通过以下过程产生¹O₂：

(S₀)+hγ_e→(S₁)      (ε)

(S₁)→(S₀)+hγ_f      (k_f)

(S₁)→(T₁)           (k_isc)

(T₁)→(S₀)+hγ_p      (k_p)

(T₁)+(³O₂)→(S₀)+(¹O₂)  (k_t)

这一过程包括：基态光敏剂S₀吸收激发光子hγ_e，形成单线态光敏剂S₁；S₁可以放出荧光光子hγ_f回到S₀，也可以通过激发态之间的转换形成三线态光敏剂T₁；T₁可以发出磷光hγ_p回到基态S₀，还可与三线态氧分子³O₂(即基态氧)生成单线态氧分子¹O₂；ε是光敏剂分子对光的吸收系数；k_f是S₁发射荧光的反应速率常数；k_isc是生成T₁的反应速率常数；k_p是T₁发射磷光的反应速率常数；k_t是生成¹O₂的反应速率常数。

7.根据权利要求6所述的针对深部肿瘤的光动力治疗方法，其特征在于，上述步骤3)中治疗评估模型公式具体表现为：

$\frac{{\mathrm{dS}}_1}{\mathrm{dt}}={\mathrm{\ϵS}}_0{\mathrm{h\γ}}_e-k_f{S}_1-k_{\mathrm{isc}}{S}_1=0---(1-1)$

$\frac{{\mathrm{dT}}_1}{\mathrm{dt}}=k_{\mathrm{isc}}{S}_1-k_p{T}_1-k_t{T}_1\left[O_2^3\right]=0---(1-2)$

$\frac{dO_2^1}{\mathrm{dt}}=k_t{T}_1\left[O_2^3\right]---(1-3)$

通过(1-1)式得到：

$S_1=\frac{\mathrm{\ϵ}{S}_0{\mathrm{h\γ}}_e}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}---(1-4)$

通过(1-2)式得到：

$T_1=\frac{k_{\mathrm{isc}}{S}_1}{k_p+k_t\left[O_2^3\right]}---(1-5)$

由式(1-3)、(1-4)、(1-5)，得到：

$\frac{dO_2^1}{\mathrm{dt}}=k_t\left[O_2^3\right]\·\frac{k_{\mathrm{isc}}}{k_p+k_t\left[O_2^3\right]}\·\frac{{\mathrm{\ϵS}}_0{\mathrm{h\γ}}_e}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}$

整理的：

$\frac{dO_2^1}{\mathrm{dt}}={\mathrm{\ϵh\γ}}_e{S}_0\·\frac{k_{\mathrm{isc}}}{k_f+k_{\mathrm{isc}}}\·\frac{\left[O_2^3\right]}{\frac{k_p}{k_t}+\left[O_2^3\right]}---(1-6)$

公式(1-6)表达了¹O₂的生产速率，即毒性产物的生成速率，第一项是光敏剂吸收光子后变为激发态的效率，在一定条件下，此效应与光敏剂浓度和吸收的光有关；第二项是单线态光敏剂转化为三线态的效率；第三项是三线态与分子氧结合产生¹O₂的效率，受限于分子氧的浓度，表征了反应体系中氧含量对¹O₂生成的限制，在氧充分的条件下，此项为1。