CN108310674A - 一种用于光动力治疗的光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光动力治疗的光源，特点是：包括主光源、多个辅助光源、激光器、光纤分路器和控制器，主光源垂直设置在工作面正上方，辅助光源对称环绕设置在主光源外周，与主光源呈一定夹角，主光源和辅助光源的光斑直径大于照射区域最大直径，照射区域包含光敏剂，激光器向主光源和辅助光源输出激光后，由光纤分路器将光能量按比例分配并输出至主光源和辅助光源，控制器分别与激光器、主光源和辅助光源连接，用于控制激光器开闭及主光源、辅助光源的点亮顺序和点亮时长，优点是：提供一种能够在光动力治疗中对照射区域光辐照强度灵活调控，协同复合纳米光敏剂材料，提高特定位置治疗效果，减少周围区域损伤的光源装置。

Description

一种用于光动力治疗的光源
技术领域
本发明涉及乳腺癌光动力治疗领域，尤其涉及一种用于光动力治疗的光源。
背景技术
光动力疗法（Photo-Dynamic Therapy，PDT）是利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。其作用基础是光动力效应，首先用光敏物质来标示肿瘤组织，随后在适当波长的可见光局部照射后，光敏剂被激活，在肿瘤标示位置产生光敏效应，杀灭肿瘤细胞。
在目前的光动力治疗中通常采用单一的照射光源对肿瘤区域进行照射，并通过在治疗过程中对光源的光照范围、功率和时长进行动态调节的形式来实现。由于肿瘤病灶在深层区域，因此这种光源调节方式缺乏灵活性，容易造成浅表区域的光辐照剂量过大，造成损伤。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够实现在光动力治疗中对照射区域的光辐照强度灵活调控，减少周围区域损伤的光源装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于光动力治疗的光源，包括：
主光源，所述的主光源垂直设置在工作面的正上方，所述的主光源的光斑直径大于所述的工作面上照射区域的最大直径，使所述的主光源的光斑覆盖所述的照射区域，所述的照射区域包含有光敏剂；
多个辅助光源，所述的辅助光源对称并环绕设置在所述的主光源的外周，所述的辅助光源与所述的主光源之间呈一定夹角，所述的辅助光源直射所述的照射区域且其光斑直径大于所述的照射区域的最大直径，使所述的辅助光源的光斑覆盖所述的照射区域；
激光器，用于向所述的主光源和所述的辅助光源输出激光；
光纤分路器，所述的激光器通过第一光纤与所述的光纤分路器的输入端连接，所述的光纤分路器的输出端通过第二光纤分别与所述的主光源和所述的辅助光源连接，所述的光纤分路器将所述的第一光纤中传输的光能量按照设定比例分配并输出至所述的主光源和所述的辅助光源；
控制器，所述的控制器分别与所述的激光器、所述的主光源和所述的辅助光源连接，用于控制所述的激光器开闭，以及用于分别控制所述的主光源和所述的辅助光源的点亮顺序和点亮时长。
在一些实施方式中，所述的辅助光源的数量设置为4个、6个、8个或10个；所述的辅助光源与所述的主光源之间呈30～60度夹角；所述的主光源与所述的照射区域之间的照射距离为2～5cm，所述的辅助光源与所述的照射区域之间的照射距离为2.5～5.5cm。
在一些实施方式中，所述的主光源的光功率等于全部所述的辅助光源的光功率之和。该结构设置的辅助光源和主光源协同作用，从不同方位输出不同功率的光照，避免单一或同步地调节光源变化，从而提高病灶位置治疗效果，减少周围区域连续光照伤害。
在一些实施方式中，所述的主光源和所述的辅助光源采用半导体发光元件。
在一些实施方式中，所述的主光源和所述的辅助光源设置有用于调节光斑大小的光学模块。
在一些实施方式中，所述的激光器输出激光的波长为671nm±5nm。
在一些实施方式中，所述的主光源和所述的辅助光源的点亮顺序和点亮时长按以下步骤：
①同时点亮所述的主光源和全部所述的辅助光源，持续时间为30～60s，以保证照射区域能够达到激活所述的光敏剂的光辐照强度；
②点亮所述的主光源，并轮流选择性地点亮部分所述的辅助光源，持续时间为90～120s，其中同时点亮的辅助光源为非相邻的辅助光源；
③关闭所述的主光源，并点亮所述的辅助光源中的多个或全部，持续时间为90～120s，其中点亮的辅助光源的光辐照强度之和不小于同等时间下主光源的光辐照强度；
④重复步骤②和步骤③2～10次。由此，主光源和辅助光源能够按照不同阶段的需要灵活调节照射区域的光辐照强度，更具有针对性，能够提高病灶位置的治疗效果，同时减少浅表区的损伤。
所述的步骤②中所述的辅助光源至少各被点亮一次。
所述的步骤③中点亮的所述的辅助光源为对称位置的辅助光源。
所述的步骤①中照射区域的光辐照强度不小于3.68mW/cm2，被激活的所述的光敏剂由核心层、中间层和包裹在外的外表层构成，所述的核心层为金纳米棒，所述的中间层为介孔硅搭载AlPcS4光敏剂，所述的外表层采用降解温度高于40℃的热敏可降解材料。由此，本发明的光源在光敏剂激活阶段能够快速有效地作用于复合纳米光敏剂材料，释放光敏剂，协同该复合纳米光敏剂材料，进一步发挥其提高特定位置治疗效果的作用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过采用主光源和环绕主光源的辅助光源相结合的模式，以及对主光源和辅助光源相互间的结构布置、照射功率、点亮顺序和点亮时长的优化，能够在光动力治疗中灵活调节控制照射区域的光照，在保持病灶区域光辐照强度不变的情况下，减少周围浅表区的持续光照时间，由此提高病灶位置的治疗效果，同时减少浅表区的损伤；本发明的结构简单，制造成本低，适合工业化应用。
附图说明
图1为本发明的一种用于光动力治疗的光源一实施例的结构示意图；
图2为图1中主光源和辅助光源的俯视示意图；
图3为本发明的一种用于光动力治疗的光源一实施例的光敏剂的结构示意图。
其中，主光源1，辅助光源2，激光器3，光纤分路器4，工作面5，照射区域6，光敏剂7，核心层71，中间层72，外表层73，第一光纤8，第二光纤9。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例一：如图所示，一种用于光动力治疗的光源，包括：主光源1，主光源1垂直设置在工作面5的正上方，主光源1的光斑直径大于工作面上照射区域6的最大直径，使主光源1的光斑覆盖照射区域6，照射区域6包含有光敏剂7；多个辅助光源2，辅助光源2对称并环绕设置在主光源1的外周，辅助光源2与主光源1之间呈一定夹角，辅助光源2直射照射区域6且其光斑直径同样大于照射区域6的最大直径，使辅助光源2的光斑覆盖照射区域6；激光器3，用于向主光源1和辅助光源2输出激光；光纤分路器4，激光器3通过第一光纤8与光纤分路器4的输入端连接，光纤分路器4的输出端通过第二光纤9分别与主光源1和各路辅助光源2连接，光纤分路器4将第一光纤8中传输的光能量按照设定比例分配并输出至主光源1和辅助光源2；控制器（未图示），控制器分别与激光器3、主光源1和辅助光源2连接，用于控制激光器3开闭，以及用于分别控制主光源1和辅助光源2的点亮顺序和点亮时长。
本实施例中，辅助光源2的数量为八个，其他实施例中，根据应用场合不同和试验需要辅助光源的数量还可以设置为四个、六个、十个或更多偶数个，辅助光源2对称并环绕设置在主光源1的外周。本实施例中，辅助光源2与主光源1之间呈45度夹角，其他实施例中，辅助光源2与主光源1之间可以通过调整呈30度、40度、50度或60度等夹角设置。本实施例中，主光源1与照射区域6之间的照射距离为3.5cm，辅助光源2与照射区域6之间的照射距离为4cm，其他实施例中，主光源1与照射区域6之间的照射距离可以为2cm、3cm、4cm、5cm等，辅助光源2与照射区域6之间的照射距离可以与主光源1的照射距离相同也可比主光源1的照射距离稍远，可以在2.5～5.5cm之间。
本实施例中，主光源1的光功率等于八个辅助光源2的光功率之和。主光源1和辅助光源2采用半导体发光元件。主光源1和辅助光源2设置有用于调节光斑大小的光学模块（未图示），该光学模块采用现有技术。激光器3输出激光的波长为671nm±5nm。
主光源1和辅助光源2的点亮顺序和点亮时长按以下步骤：
①同时点亮主光源1和全部辅助光源2，持续时间为30～60s，以保证照射区域6能够达到激活光敏剂7的光辐照强度；
②点亮主光源1，并轮流选择性地点亮部分辅助光源2，持续时间为90～120s，其中同时点亮的辅助光源2为非相邻的辅助光源2；
③关闭主光源1，并点亮辅助光源2中的多个或全部，持续时间为90～120s，其中点亮的辅助光源2的光辐照强度之和不小于同等时间下主光源1的光辐照强度；
④重复步骤②和步骤③2～10次。
本实施例中，步骤②中辅助光源2至少各被点亮一次。步骤③中点亮的辅助光源2为对称位置的辅助光源2。由此使光辐照更加均匀，减少不必要伤害。
本实施例中，步骤①中照射区域6的光辐照强度不小于3.68mW/cm2，适用于激活的光敏剂包括基于纳米材料的复合光敏剂，本实施例的光敏剂7由核心层71、中间层72和包裹在外的外表层73构成。核心层71为金纳米棒，中间层72为介孔硅搭载AlPcS4光敏剂，外表层73采用降解温度高于40℃的热敏可降解材料。在光热作用未激活前，外表层73将光敏剂材料包裹在材料内部，防止光敏剂释放；当短时局部高辐照后，核心层71的金纳米棒发热，外表层73的热敏可降解材料在光热作用下分解，从而在病灶区域释放出光敏剂，达到光动力治疗的目的，不会对健康细胞产生毒副作用。
实施例二：采用本发明提供的一种用于光动力治疗的光源进行乳腺癌光动力治疗的具体过程如下。首先用光敏剂7标示肿瘤细胞。采用现有的成像技术定位肿瘤病灶区域的位置和大小，确定照射区域6。打开激光器3，激光器3发射的激光的波长为671nm，调节光纤分路器，使主光源1的功率为400mW，辅助光源2的功率为50 mW，通过光学模块调节激光的光斑大小，光斑直径大于肿瘤的最大直径。同时点亮主光源1和全部辅助光源2，持续时间40s，在特定波长和光辐照强度下光敏剂7被激活分解。光敏剂7释放后，保持主光源1点亮，点亮间隔设置的四个辅助光源2，持续50s后关闭辅助光源2，在轮换点亮剩余四个间隔设置的辅助光源2，持续时间50s，相邻的两个辅助光源2不可同时打开。关闭主光源1，并点亮全部辅助光源2，持续时间为90s。上述步骤可根据需要重复并轮流进行，也可编辑主光源1和辅助光源2的点亮数量、顺序和时间。
本发明的光源能够实现光敏剂的可控释放，对健康细胞的毒副作用较小；能够在光动力治疗中灵活调节控制照射区域的光照，在保持病灶区域光辐照强度不变的情况下，减少周围浅表区的持续光照时间，由此提高病灶位置的治疗效果，同时减少浅表区的损伤；本发明能够结合复合纳米光敏剂材料，提高特定位置的治疗效果；本发明的结构简单，制造成本低，适合工业化应用。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种用于光动力治疗的光源，其特征在于包括：
主光源，所述的主光源垂直设置在工作面的正上方，所述的主光源的光斑直径大于所述的工作面上照射区域的最大直径，使所述的主光源的光斑覆盖所述的照射区域，所述的照射区域包含有光敏剂；
多个辅助光源，所述的辅助光源对称并环绕设置在所述的主光源的外周，所述的辅助光源与所述的主光源之间呈一定夹角，所述的辅助光源直射所述的照射区域且其光斑直径大于所述的照射区域的最大直径，使所述的辅助光源的光斑覆盖所述的照射区域；
激光器，用于向所述的主光源和所述的辅助光源输出激光；
光纤分路器，所述的激光器通过第一光纤与所述的光纤分路器的输入端连接，所述的光纤分路器的输出端通过第二光纤分别与所述的主光源和所述的辅助光源连接，所述的光纤分路器将所述的第一光纤中传输的光能量按照设定比例分配并输出至所述的主光源和所述的辅助光源；
控制器，所述的控制器分别与所述的激光器、所述的主光源和所述的辅助光源连接，用于控制所述的激光器开闭，以及用于分别控制所述的主光源和所述的辅助光源的点亮顺序和点亮时长。
2.根据权利要求1所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的辅助光源的数量设置为4个、6个、8个或10个；所述的辅助光源与所述的主光源之间呈30～60度夹角；所述的主光源与所述的照射区域之间的照射距离为2～5cm，所述的辅助光源与所述的照射区域之间的照射距离为2.5～5.5cm。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的主光源的光功率等于全部所述的辅助光源的光功率之和。
4.根据权利要求1所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的主光源和所述的辅助光源采用半导体发光元件。
5.根据权利要求1所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的主光源和所述的辅助光源设置有用于调节光斑大小的光学模块。
6.根据权利要求1所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的激光器输出激光的波长为671nm±5nm。
7.根据权利要求1所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的主光源和所述的辅助光源的点亮顺序和点亮时长按以下步骤：
①同时点亮所述的主光源和全部所述的辅助光源，持续时间为30～60s，以保证照射区域能够达到激活所述的光敏剂的光辐照强度；
②点亮所述的主光源，并轮流选择性地点亮部分所述的辅助光源，持续时间为90～120s，其中同时点亮的辅助光源为非相邻的辅助光源；
③关闭所述的主光源，并点亮所述的辅助光源中的多个或全部，持续时间为90～120s，其中点亮的辅助光源的光辐照强度之和不小于同等时间下主光源的光辐照强度；
④重复步骤②和步骤③2～10次。
8.根据权利要求6所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的步骤②中所述的辅助光源至少各被点亮一次。
9.根据权利要求6所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的步骤③中点亮的所述的辅助光源为对称位置的辅助光源。
10.根据权利要求6所述的一种用于光动力治疗的光源，其特征在于所述的步骤①中照射区域的光辐照强度不小于3.68mW/cm2，被激活的所述的光敏剂由核心层、中间层和包裹在外的外表层构成，所述的核心层为金纳米棒，所述的中间层为介孔硅搭载AlPcS4光敏剂，所述的外表层采用降解温度高于40℃的热敏可降解材料。
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