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1、(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201410178191.0 (22)申请日 2014.04.29 A61N 5/06(2006.01) (73)专利权人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 5 号 (72)发明人 胡晓明 张凤娟 李勤 曹群 CN 103638606 A,2014.03.19, CN 101987229 A,2011.03.23, CN 103040430 A,2013.04.17, WO 2008137737 A3,2009.01.08, (54) 发明名称 一种同步光动力治疗装置 (57) 摘要 本发明涉及一种同步光动力治疗。
2、装置， 该装 置可在计算机的控制下根据患者病患区域的血氧 浓度同步控制治疗光源的光照射功率， 也可通过 空间光调制器调节治疗区域的光照射功率空间与 时间分布参数， 或者使用两者复合的光源调制方 法调节治疗光源的光照射功率。 此外， 该装置也可 在治疗光源中采用多种光谱结构， 通过结构光照 明获取治疗部位的血氧空间分布参数， 进而控制 治疗光在治疗区域的空间与时间分布， 达到光敏 剂、 光与氧的最佳匹配， 减少光热效应及光敏剂光 化学毒性对周围组织的不良影响。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 杨松林 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书。
3、3页 附图4页 CN 103920248 B 2016.05.25 CN 103920248 B 1.一种同步光动力治疗装置， 根据所述的装置可完成光动力治疗中光照射剂量与患者 血氧浓度的同步照射， 所述装置包括治疗光源(1)、 图像传感器(2)、 空间光调制器(3)、 监控 透镜(4)、 治疗光投影透镜(5)和血氧传感器(7)， 该装置通过外接的计算机单元控制完成相 关的操作； 其中， 治疗光源(1)发出的光通过空间光调制器(3)和治疗光投影透镜(5)到达患 者治疗区域(6)， 图像传感器(2)位于可呈现由监控透镜监控的患者治疗区域(6)的图像的 位置， 血氧传感器(7)安装于患者治疗区域(。
4、6)附近， 用以获得近似于患者治疗区域(6)的血 氧浓度。 2.根据权利要求1所述的同步光动力治疗装置， 其特征在于通过血氧传感器(7)测量仪 获取患者治疗区域附近的血氧浓度， 并根据其浓度高低同步调制治疗光源(1)的电流或电 压以调节其辐射强度， 进而控制患者治疗区域的辐照度， 从而达到患者内部光敏剂含量、 氧 含量及治疗光照射剂量的最佳匹配， 减少光热效应及光敏剂光化学毒性对周围组织的不良 影响。 3.根据权利要求1所述的同步光动力治疗装置， 其特征在于通过血氧传感器(7)测量仪 获取患者治疗区域附近的血氧浓度， 并根据其浓度高低同步控制空间光调制器(3)的透过 率或者反射率， 进而控制患。
5、者治疗区域的辐照度， 从而达到患者内部光敏剂含量、 氧含量及 治疗光照射剂量的最佳匹配， 减少光热效应及光敏剂光化学毒性对周围组织的不良影响。 4.根据权利要求1所述的同步光动力治疗装置， 其特征在于结合事先标定的图像传感 器(2)与监控透镜(4)的空间转换关系、 治疗光投影透镜(5)与空间光调制器(3)的空间转换 关系， 以及各透镜参数， 通过采用多光谱形式的治疗光源(1)及调节空间光调制器(3)的透 过率或者反射率形成格雷码结构光图像获取患者治疗区域的血氧浓度的三维空间及时间 分布参数， 进而控制空间光调制器(3)与治疗光源(1)形成空间编码与辐射功率的复合调制 治疗光照， 从而达到患者内。
6、部光敏剂含量、 氧含量及治疗光照射剂量的最佳匹配， 减少光热 效应及光敏剂光化学毒性对周围组织的不良影响。 权利要求书 1/1 页 2 CN 103920248 B 2 一种同步光动力治疗装置 技术领域 0001 本发明涉及一种同步光动力治疗装置， 尤其是利用光动力方法治疗体表性疾病， 如鲜红斑痣、 基底细胞癌、 日光性角化、 皮肤性鳞状上皮细胞癌、 痤疮等。 背景技术 0002 光动力疗法是利用光敏剂和光辐射产生光动力反应而进行疾病诊断和治疗的一 种新技术， 相比于传统的化疗、 放疗等方法， PDT具有微创、 毒性低微、 选择适用性好、 可重复 治疗及很小的副作用。 光动力疗法作用原理为特定。
7、波长的光照射病灶区域， 最终产生一系 列光化学反应， 其中的生成物(激发态单线态氧分子)具备极强的氧化性， 可以杀死病变细 胞， 进而达成治疗目的。 0003 光动力治疗的疗效涉及三种关键因素： 光敏剂、 光与细胞中的氧分子。 目前， 常用 的光动力治疗光源一般为发光二极管(LED)、 激光等。 现有的光动力治疗设备对光源的要求 主要局限在输出光功率、 光谱范围等， 其调节能力有限， 不适于实现个性化的治疗方案。 发明内容 0004 本发明目的是提供一种同步光动力治疗装置， 所述的装置可根据治疗部位的血氧 浓度及体内光敏剂代谢曲线， 控制激发光源的辐射功率及能量， 使光敏剂、 光及病患区域的 。
8、血氧浓度达到最优匹配。 0005 本发明的同步光动力治疗装置包括治疗光源、 图像传感器、 空间光调制器、 监控透 镜、 治疗光投影透镜和血氧传感器， 通过外接的计算机单元控制完成相关的操作； 其中， 治 疗光源发出的光通过空间光调制器和治疗光投影透镜到达患者治疗区域， 图像传感器位于 可呈现由监控透镜监控的患者治疗区域的图像的位置， 血氧传感器安装于患者治疗区域附 近， 用以获得近似于患者治疗区域的血氧浓度。 0006 在使用本发明的治疗装置实施治疗的过程中， 主要包括治疗前校准、 治疗中监测 与同步治疗三个步骤。 治疗前校准包括校准治疗光源及其投影镜头的光学参数、 治疗光源 均匀性、 监控镜。
9、头的光学参数、 治疗光源与监控镜头的坐标转换关系等； 治疗过程中， 首先， 计算机控制空间光调制器如LCOS、 DLP、 液晶板等投射结构光图像照射患者病患区域， 并使 用图像传感器同步采集患者病患区域的图像信息， 根据坐标转换关系获取病患区域的三维 结构； 其次， 根据放置于治疗区域附近的血氧传感器测量治疗区域的血氧浓度， 或者根据投 射的特定光谱如(中心波长为660nm和940nm)的结构光图像获得治疗区域的三维血氧浓度 分布， 根据该血氧浓度同步控制投射治疗光源的驱动电流、 电压大小控制治疗光源的辐射 通量， 也可通过空间光调制器独立调节各像素的辐射通量。 辐射通量的调节依据为当治疗 部。
10、位的血氧浓度高时， 提高光源或空间光调制器对应像素的辐射通量； 血氧浓度降低时， 降 低光源或空间光调制器对应像素的辐射通量， 从而达到在患者治疗的光平均功率与总能量 不变的条件下， 使治疗光照的瞬时功率提高， 并与光敏计浓度与血氧浓度达到最优匹配， 减 少光热效应及光敏剂光化学毒性对周围组织的不良影响。 说明书 1/3 页 3 CN 103920248 B 3 附图说明 0007 为让本发明的上述目的、 特征和优点更能明显易懂， 下文特举实施例， 并配合附 图， 详细说明如下： 0008 图1为系统结构图。 概要说明本发明的装置的结构， 治疗光源(1)、 图像传感器(2)、 空间光调制器(3。
11、)、 监控透镜(4)、 治疗光投影透镜(5)、 患者治疗区域(6)和血氧传感器(7)， 该装置可与上位控制计算机连接， 完成治疗过程的监控与控制。 0009 图2为治疗光源与血氧浓度的调节关系。 图2(a)为典型的患者血氧浓度随时间的 变化曲线， 相邻的两个峰值为一个心跳周期； 图2(b)为典型的直流方式光动力治疗光源的 光功率曲线； 图2(c)为同步的交流调制方式光动力治疗光源的光功率曲线； 图2(d)为同步 相位延迟的交流调制方式光动力治疗光源的光功率曲线。 0010 图3为治疗光源(1)的一种多光谱结构形式。 其中(8)、 (16)、 (17)可分别为用于测 量血氧浓度的两种波长(如中心。
12、波长为660nm和940nm)的光源及治疗光源， 也可是两种或三 种光谱的治疗光源； (9)、 (12)、 (14)分别为耦合透镜， (15)为该种结构下的输出耦合透镜， (10)、 (11)、 (13)为对应光源的二色镜， 实现光谱融合。 0011 图4为空间光调制器(3)的一种调制方式。 图4(a)为光敏剂在患者体内的浓度衰减 曲线， 图中的tm、 tm+1、 tm+2为相邻的3个心跳周期， 图4(b)(c)(d)(e)为空间光调制器(3)在单 个心跳周期内的一种调制模式序列即编码结构光的节选， 用于调制治疗过程中光照射区域 的光功率。 此外， 该调制方式也可在治疗前用于获取患者病患区域的。
13、三维结构信息。 具体实施方式 0012 下面结合附图与实例， 对本发明做更进一步详细说明。 在此， 本发明的示意性实施 例及其说明用于解释本发明， 但不作为对本发明的限定。 0013 首次使用前， 系统首先完成内部光学参数的标定。 即在计算机的控制下图像传感 器(2)通过监控透镜(4)拍摄一系列的校正板图像， 获取图像传感器(2)通过监控透镜(4)的 光学校正参数， 如焦距、 径向畸变、 切向畸变等参数； 其次， 空间光调制器(3)通过治疗光投 影透镜(5)投射一系列的编码图像(参考图4(b)(c)(d)(e)至校正板或平面反射板(如屏 幕)， 并同步获取图像传感器(2)通过监控透镜(4)获得。
14、的一系列拍摄图像， 计算机求解治疗 光投影透镜(5)的光学校正参数， 并计算上述两套光学系统间的旋转矩阵与平移矩阵。 0014 治疗前， 空间光调制器(3)通过治疗光投影透镜(5)投射一系列的编码图像(参考 图4(b)(c)(d)(e)至病患区域， 解码同步拍摄的编码图像后可获得病患区域的三维结构信 息。 0015 治疗中， 该装置获取患者病患区域血氧浓度的方式至少包括以下两种。 其一为在 治疗区域附近安装血氧传感器(7)， 用其血氧浓度近似治疗区域的血氧浓度， 其二为改变治 疗光源(1)的结构形式为图3所示， 通过时分复用的方式分别投射用于测量血氧饱和度的两 种(如中心波长为660nm和94。
15、0nm的)光源及治疗光源， 并通过调制空间光调制器(3)投射编 码光序列图像， 获得治疗区域的血氧浓度三维分布； 如不考虑系统成本， 也可使用多个空间 光调制器， 并放置于对应光谱光源的光路中， 最终可经合束镜及透镜耦合输出。 由于氧在人 体组织内部的扩散与消耗， 组织内的血氧浓度曲线典型如图2(a)所示。 当组织血氧浓度最 说明书 2/3 页 4 CN 103920248 B 4 高时， 同步控制治疗光源(1)的光功率为最大值； 反之， 当组织血氧浓度最小时， 同步控制治 疗光源(1)的光功率为最小值， 如此交替反复， 如图2(c)所示； 考虑组织内部在不同深度的 也不相同， 当治疗位于皮肤。
16、不同深度的疾病时， 可根据血流的扩散速度增加相位延迟， 控制 光照在组织的不同深度产生最佳效果的治疗， 如图2(d)所示。 与传统的恒定功率治疗模式 图2(b)相比,上述调制方式的特征在于可保持光照射平均功率或能量不变， 通过调制提高 照射的瞬间功率， 达到治疗位于不同深度疾病的目的， 并使得病患组织与正常组织的光敏 剂浓度与血氧浓度分布差异提高， 减小光热效应损伤， 从而更有效地保护正常组织。 0016 光敏剂单次注射后在人体的典型代谢曲线如图4(a)所示， 由于光敏剂的浓度随光 动力治疗时间增长而降低， 在治疗后期， 应降低光功率的输出减少不必要的光损伤， 其途径 可包括直接降低光源的光功。
17、率和调节空间光调制器。 后者可通过调节同一像素位置在一个 心跳周期内的光照射的占空比获得， 图4(b)、 (c)、 (d)、 (e)为一个心跳周期内的一种光照射 调节方式， 其组合结果可使特定区域光照射功率为光源平均辐射出射度内以1/2n步长调 节， 其中n为空间光调制器的灰度调节位数。 0017 以上所述， 仅是本发明的实施例而已， 并非对本发明的结构作任何形式上的限制。 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化与修饰， 均仍属 于本发明的技术方案的范围内。 说明书 3/3 页 5 CN 103920248 B 5 图1 说明书附图 1/4 页 6 CN 103920248 B 6 图2 说明书附图 2/4 页 7 CN 103920248 B 7 图3 说明书附图 3/4 页 8 CN 103920248 B 8 图4 说明书附图 4/4 页 9 CN 103920248 B 9 。