1、光动力疗法及光动力治疗设备研究 张媛媛 刘舞 赵淑文 吉林医药学院生物医学工程学院 摘 要： 光动力疗法是一种能代替抗生素灭菌的前沿技术, 分析了光动力疗法的发展现状和技术优缺点, 阐述了几种光动力治疗设备的设计方法, 比较分析了各类治疗设备的功能和技术路线, 为光动力治疗设备的开发提供了设计思路。关键词： 光动力; 疗法; 治疗设备; 作者简介：张媛媛 (1998-) , 女, 吉林医药学院生物医学工程学院;研究方向:生物医学工程。作者简介：刘舞 (1995-) , 女, 吉林医药学院生物医学工程学院;研究方向:生物医学工程。作者简介：赵淑文 (1995-) , 女, 吉林医药学院生物医学工
2、程学院;研究方向:生物医学工程。Research on Photodynamic Therapy and Photodynamic Therapy EquipmentZhang Yuanyuan Liu Wu Zhao Shuwen School of Biomedical Engineering Jinlin Medical College; Abstract： Photodynamic therapy is a cutting-edge technology that can replace antibiotic sterilization, the development status
3、and the advantages and disadvantages of photodynamic therapy are analyzed, the design method of several kinds of optical power treatment equipment is described, the function and technical route of various treatment equipments are analyzed, which providing the design idea for the development of photo
4、dynamic therapy equipment.Keyword： Photodynamic; therapy; treatment equipment; 光动力疗法历史悠久, 可追溯到上个世纪初。光动力疗法是一项创新的治疗概念, 对病灶注射光敏染剂溶液, 生物膜与细菌选择性地受到光感物质染色, 使用适当波长能量密度的光进行照射, 产生单重态氧和自由基, 破坏细菌的组织结构从而杀灭细菌, 该疗法不具侵入性、可重复操作、安全性高, 能够从根本上解决细菌耐药性问题。光敏剂是具有组织选择性, 是一种具有特殊分子结构的药剂。近年来, 超级细菌的出现和抗生素的滥用报道使人们不得不反思对抗生素的使用情况
5、, 研发一种新的灭菌方法已经迫在眉睫, 由于细菌的生长繁殖速度都与肿瘤细胞极为相似, 关于光动力抗菌作用的研究也逐渐受到重视。1. 光动力疗法发展现状上世纪初, 科研人员发现微生物在光照下很容易与光敏剂结合, 提出了在有氧条件下的光动力的光化学反应能够杀死细菌的理论, 基于微生物和肿瘤细胞均有新陈代谢快和增殖速度快的特点, 成功的将该项技术用于治疗不同的癌症。1999 年, 美国食品与药物管理局首次批准光动力为一种治疗头面部早期皮肤癌的新疗法, 同时, 光动力在微皮肤病学、免疫学、生物学等不同领域表现出广泛的实用性。研究表明, 光动力疗法不仅对细菌的纯培养物有效, 对菌斑生物膜也具有同样的功效
6、。甲苯胺蓝在 630nm 波长的氦氖激光作用下能够有效杀死射龈下菌斑。在光动力治疗过程中, 因靶组织血供中所含氧分子数量有限, 被辐照区域的氧浓度会有明显的降低, 这将导致氧分子生成单态氧的反应过程受到限制, 在靶组织中细胞氧浓度可能低到不能产生大量单线态氧来破坏病变细胞的程度, 此时, 即使增加光敏剂和光照剂量也无法杀死致病菌, 严重抑制光动力的治疗效果。由于光动力治疗装置参数设置精准, 治疗过程中对医疗人员的操作水平要求也非常高, 光源的可靠性与稳定性直接关影响治疗的有效性和安全性。传统的治疗仪器多为手持式, 治疗精度有限, 对医疗人员的操作水平要求也很高, 长时间治疗容易产生疲劳, 而且
7、大多数患者不能一次性治愈, 需要记录每名患者整个治疗过程的各项指标、治疗参数、治疗效果。因此, 研制一种能够智能化控制和记录的光动力治疗装置是非常有必要的。2. 光动力治疗设备(1) 基于 LED 光源的口腔牙周炎治疗装置基于 LED 阵列的智能光动力牙周炎治疗仪由人机交互单元、主机、空间定位机构和治疗机构组成。该治疗仪采用 LED 光源能够有效降低研制和生产成本, 通过智能控制系统对治疗过程数据参数实施精准的智能控制, 确保治疗的安全性和有效性, 通过光动力与氧的结合, 有效的提升了牙周炎的治疗效果, 通过三维立体图像与网络大数据进行对比分析, 为诊断治疗提供可靠依据, 基于网络大数据构建治
8、疗数据库, 通过互联网实现多台治疗仪的数据共享、技术交流和远程视频会诊, 为多台治疗仪进行实时管理与控制提供了必要手段和可靠保证。因此, 该牙周炎治疗仪具备良好的市场应用前景, 能够为广大牙周炎患者提供绿色的治疗方法, 具备较大的市场推广价值。(2) 智能型鲜红斑痣光动力治疗仪系统该系统由主机、治疗头和外部配套设备组成, 通过升降机构连接升降臂和主治疗头, 主治疗头使用激光光源作为治疗光源, 集成各种形状的发光阵列, 单颗光源的前端安装整形组合透镜, 从而使光源功率密度均匀, 发光角度一致, 最终产生 520nm-540nm 的治疗光。设计拍照光源, 根据治疗肤色自动调节亮度和色温, 为诊断、
9、治疗提供可靠依据。主治疗头的发光阵列中装有红外测距探头, 在主机的控制下完成照射距离设置后的自动定位、自动测量。发光阵列中装有照射目标指示器, 能够使照射光精准的照射治疗部位。机架前部安装产生治疗光源的电源及电脑控制系统盒, 机架内的下部设有冷却系统用于对光源进行冷却。主机通过独立的无线模块连接无线互联网, 与智能功率计、PC 机共同组成智能控制系统, 智能控制系统通过互联网传送数据, 并管理治疗仪工作过程, 实时汇总数据资料, 智能控制系统的每个单元之间可以进行数据交换, 实现多台系统的资源共享。该系统将光动力治疗设备由人工手动操作模式改变为智能化管理和控制模式, 提高治疗的精确度和稳定性。
10、(3) 光动力皮肤治疗与美容设备该设备包括:壳体、光源和供电模块, 使用低能耗的 OLED 作为光源, 光源包括红光光源、蓝光光源、黄光光源、绿光光源, 具有能耗小、辐射热量极低的特点;OLED 光源是一种面光源, 光线柔和, 发光均匀, 光照覆盖面积大, 有害蓝光强度弱, 能够有效减少对眼睛的伤害。该设备使用特定波长的光线照射皮肤, 将光能传输至细胞中, 能够加快细胞生长和组织微循环, 有效刺激细胞纤维生成胶原蛋白, 从而起到增强细胞活性、修复受损细胞、促进胶原蛋白的生成和弹性、使皮肤变得平滑的作。该设备对修复各类皮肤、消除过敏症状、促进伤口愈合等都具有良好的功效, 并且不会对皮肤造成不适感
11、和任何伤害, 是皮肤疾病治疗和皮肤美容比较安全并且效果显著的仪器之一。3. 结论光动力疗法是一项创新的治疗概念, 近几年发展较为迅速, 能够克服传统治疗手段降低免疫系统、降低细菌对药物的敏感性、作用面积不易控制、出现过敏反应等缺点, 为生物医学工程专家和医学工作者带来了新的研发思路。光动力疗法具有毒性小、安全高效、可重复操作等优点, 随着光学技术的不断提高和新型光敏剂的研发, 光动力疗法将具有不可估量的应用前景。LED 光源相比传统激光光源具有特殊的性能, 节能环保, 寿命较长, 便于进行光学设计, 目前已经有多种基于 LED 技术的医疗设备广泛应用到医学领域, 但随着 LED 光源应用逐渐广
12、泛, 光源的光效、功率和半高宽等性能需要得到逐步提升, 并解决芯片散热问题, 以满足大范围应用的需求。参考文献1黄青.光动力疗法治疗种植体周围炎的研究J.现代口腔医学杂志, 2012, 06:408-410. 2Huang L, Terakawa M, Zhiyentayev T, et al.Innovative cationic fullerenes as broad spectrum light activated antimicrobialsJ.Nanomedicine, 2010, 6:442-452. 3Yujie Su, Jun Sun, Shengqi Rao, et al.Photodynamic antimicrobial activity of hypocrellin AJ.J Photochem Photobiol B, 2011, 103:29-34.
