（材料学专业论文）基于激光治疗的光纤终端研究.pdf

摘要 本文针对基于激光在肿瘤治疗中应用的光纤终端，进行了以临床应用为目 的的实验研究工作。对所涉及的生物光学、生物传热学、相关的检测技术以及 实验的数据采集与设备控制都作了相应的论述与研究。形成了一套基于激光治 疗的光纤终端的研究方法。并为光纤终端的制作和临床应用打下了理论和实验 基础。 激光在医学中的应用，其实质是激光与生物组织的相互作用。根据其波长、 能量和作用方式的不同，其在医学治疗中形成了不同的分支。例如，利用光波 长的光动力学疗法、利用激光强能量的激光手术和弱激光的间质热疗法等。而 这些疗法目前主要应用在对肿瘤的治疗中。在激光治疗肿瘤的过程中，作为传 能部分的光纤终端，对治疗效果起着极其重要的作用。由于生物组织中肿瘤的 大小、形状和位置各不相同，所以，直接与肿瘤组织相作用的光纤终端的传光 能力、形状结构以及对光能的分散程度和形状，将会影响到治疗的最终结果和 治疗的成败。因此，本文从对光纤终端形状的分析着手，对与之相关的知识进 行了系统的研究。 本文首先介绍了激光和激光技术在医学中的应用；介绍了与激光医学相关 的组织光学、组织传热学、激光技术、激光的动力学疗法和激光热间质疗法等 各领域的发展状况、目前的研究水平和实际应用情况。指出了激光技术在应用 中存在的问题，提出了本文的研究方向和思路。随后，根据生物组织的结构特 点和光子在物质中的传输理论，从理论上探讨了光在生物组织中的传播现象。 提出了利用蒙特卡罗方法，研究光纤终端出射光与光纤终端形状关系的方法， 是蒙特卡罗方法在激光医学中的一种新的应用方式。利用蒙特卡罗方法，对光 纤终端射出光在生物组织中的分布与传播进行的模拟，增加了光纤终端在设计 和使用中的直观性和可靠性。并且对激光与生物组织相互作用的热现象进行了 分析。根据生物组织的热传导方程和生物组织结构的特点，利用有限元的方法， 分析了不同光纤终端在生物组织中形成的热分布。在利用a n s y s 软件进行模拟 分析时，为了能更加突出主要的问题，所以在软件的使用中，将生物组织结构 进行了简单化。这与实际存在着一定的差别，但其模拟结果对光纤终端的研究 是具有指导意义的。在激光的热间质疗法中，对温度的控制和测量是至关重要 的。准确的控制温度，能够获得良好的效果，达到治疗的目的，同时最大限度 地减少激光对正常组织的损伤。要达到控制温度的目的，首先要能够准确的测 量温度。本研究对几种不同的测温方法进行了分析。提出了一种新的用于热间 质疗法的测温方法；对红外测温调制盘进行了改进设计：将液晶测温的方法引 入到了光纤终端的设计研究中。成功的运用液晶分子转动模型，解释了液晶的 相变与温度的关系。将散斑技术应用到了光纤终端的检测上，为光纤终端表面 的检测开辟了新的途径。同时对数据采集系统进行了研究。开发了以微处理器 a t 8 9 e 5 2 为核心控制器的数据采集与控制系统，满足了本文所涉及实验的数据采 集和对小范围环境温度控制的要求，并为今后的仪器的制作提供了样机。对光 纤终端的设计研究，是本文的重要部分。最后对光纤终端的加工仪器，光纤终 端的加工方法以及不同光纤终端的制备，分别进行了分析研究。在此基础上， 经过对实验方法的改进，制成了点状光源的光纤终端，获得了将光向不同方向 散射的效果。通过本实验研究，获取了相关的实验数据。为光纤终端制备的标 准化，提供了参考、积累了经验，能够为激光对肿瘤的治疗方法带来新的变化。 本文对光纤终端的各个方面进行了系统的研究，形成了对光纤终端研究的 一套完整方法，为光纤终端的临床应用创造了条件。 关键词：光纤终端，蒙特卡罗方法，a n s y s 模拟，液晶，激光动力学疗法 激光热间质疗法 a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h eu s eo ft h ef i b r e e n di ni b m o rt h e r a p yb a s e do nl a s e ri s t h o r o u g h l ya n dc o m p r e h e n s i v e l yr e s e a r c h e d ，t h em a t t e ra b o u tb i o t i s s u eo p t i c s ， b i o h e a tt r a n s f e r , d e t e c t i o nt e c h n o l o g y , d a t aa c q u i s i t i o no fe x p e r i m e n ta n de q u i p m e n t c o n t r o la r ed i s c u s s e da n dr e s e a r c h e dr e l e v a n t l y r e s e a r c ht e c h n i q u eo ff i b r e e n d b a s & io nl a s e rt h e r a p yi sa sr e s u l to ft h ep r o c e s s t h et h e o r ya n de x p e r i m e n t f o u n d a t i o n sa r eb u i l tf o r t h em a k i n go f f i b r e e n da n dc l i n i c a la p p l i c a t i o n s t h ee s s e n t i a lo fa p p l i c a t i o ni nl a s e rm e d i c i n ei sl a s e r - b i o t i s s u ei n t e r a c t i o n s a c c o r d i n gt od i f f e r e n tm o d eo fa c t i o n ，w a v e l e n g t ha n de n e r g yo fl a s e r , t h ed i f f e r e n t b r a n c h e sa r ef o r m e di nl a s e rt h e r a p y f o re x a m p l e ，p h o t o d y n a m i ct h e r a p y ( p d t ) o f u s i n gl a s e rw a v e l e n g t h ，l a s e rs u r g e r yo fu s i n gh i 曲一p o w e ra n dl a s e r i n d u c e d i n t e r s t i t i a lt h e r m o t h e r a p y ( l i t t ) o f u s i n g l o w - p o w e rl a s e r a tp r e s e n t ，t h o s et h e r a p y m e t h o d sa r em a i n l yu s e dt ot r e a tt u m o r i nt h ep r o c e s so f u s i n gl a s e rt ot r e a tt u m o r , t h ef i b r e e n da sp a r to f t r a n s f e re n e r g yh a s f lm o s ti m p o r t a n tf u n c t i o nf o rt h e r a p e u t i ce f f e c t d u et ot h es i z e ，t h es h a p ea n dt h e p o s i t i o no f t h et u m o r i nb i o f i s s u ea r ed i f f e r e n t ，t h et r a n s m i t t e dp o w e ra n dt h es h a p eo f t h ef i b r e - e n dw h i c hd i r e c t l ya f f e c tt u m o ra n d d e g r e ea n ds h a p eo fs c a r e rb yf i b r e - e n d f o rl a s e re n e r g yw i l li n f l u e n c et h ef i n a lr e s u l ta n dt h es u c c e s s f a i lo ft h e r a p y s o ，i n t h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ed e v e l o p m e n tw o r ks t a r t e do na n a l y s i so fs h a p eo ff i b r e e n d ，t h e t h e o r ya n dt h et e c h n o l o g yw h i c hr e l a t et os h a p eo ff i b r e e n da r er e s e a r c h e da n df o r m a ni n t e g r a t e ds y s t e m f i r s to fa l l ，l a s e rt e c h n o l o g ya n dt h eh i s t o r yo fa p p l i c a t i o no fl a s e ri nm e d i c i n e a r ei n t r o d u c e d ；t r e n do fd e v e l o p m e n ti ne a c hf i e l d ，t h ea c t u a ls t a t eo fr e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o na b o u tl a s e rt e c h n o l o g y , t i s s u eo p t i c s ，b i o h e a tt r a n s f e r , p h o t o d y n a m i c t h e m p y ( p d t ) a n dl a s e r - i n d u c e di n t e r s t i t i a lt h e r m o t h e r a p y ( l i r na r ei n t r o d u c e d d i r e c t i o na n di d e ao fw o r ka r ep u tf o r w a r da n dt h eo p e nq u e s t i o no fl a s e rt e c h n o l o g y i na p p l i c a t i o nt om e d i c i n ei sp o i n t e di nt h ed i s s e r t a t i o n f u r t h e rm o r e ，a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i co fs t r u c t u r eo fb i o t i s s u ea n dt r a n s f e rt h e o r yo fp h o t o n si nm a t t e r , t r a n s p o r tp h e n o m e n o no f p h o t o n si nb i o t i s s u ea r ed i s c u s s e df r o mt h ea s p e c to f t h e o r y t h em e t h o dw h i c hi su s e dt or e s e a r c ht h ec o r r e l a t i o n sb e t w e e nd i s t r i b u t i o no f l i g h tb y f i b r e e n da n ds h a p eo ff i b r e e n db yu s i n gm o n t ec a r l o ( m c ) m e t h o di sp u tf o r w a r d ， w h i c hi san e wm o d eo fm o n t ec a r l o ( m c ) m e t h o du s e di nl a s e rm e d i c i n e u s i n g t h em o n t ec a r l o ( m c ) m e t h o dt os i m u l a t ed i s t r i b u t i o na n dd i f f u s i o no fl i g h ti n b i o t i s s u eb yf i b r e - e n dc a ni n c r e a s ed e p e n d a b i l i t ya n dv i s u a l i z e dd e g r e eo ff i b r e - e n d i ns h a p ed e s i g na n du s i n g a n dt h ep h o t i c - t h e r m a lp h e n o m e n ao fl a s e r - b i o t i s s u e i n t e r a c t i o n sa r ea n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fs t r u c t u r eo fb i o t i s s u ea n d e q u a t i o n o fh e a tc o n d u c t i o n ，u s i n gt h em e t h o do ff i n i t e e l e m e n t ，t h et h e r m a l d i s t r i b u t i o nf o r m e db yd i f f e r e n tf i b r e e n di nb i o t i s s u ei sa n a l y z e d i no r d e rt o g i v e p r o m i n e n c et o t h e k e yq u e s t i o n ，t h e s t r u c t u r eo fb i o t i s s u ei s s i m p l i f i e dw h e n s i m u l a t i o no ft h e r m a ld i s t r i b u t i o nb yu s i n ga n s y sp r o g r a m t h em e t h o dh a ss o m e s i m u l a t i o ne r r o rb u tt h es i m u l a t i o nr e s u l th a sag u i d et or e s e a r c h i nl a s e r - i n d u c e di n t e r s t i t i a l t h e r m o t h e r a p y ( l i t t ) ，c o n t r o l l i n g a n dm e a s u r i n g t e m p e r a t u r ea r ei m p o r t a n t t h r o u g ht h ee x a c tc o n t r o lo ft h eh e a t i n gt e m p e r a t u r ef o r b i o t i s s u e ，t h eg o o de f f e c tc a nb eg a i n e da n dt h e r a p ya i mc a nb ea c h i e v e d a tt h es a m e 衄e t r a u m ab yl a s e rf o rn o r m a lb i o t i s s u ec a n b er e d u c e df u r t h e s t i no r d e rt oa c h i e v e t h ea i mo fc o n t r o l l i n gt e m p e r a t u r e ，t h et e m p e r a t u r eo fb i o t i s s u ec a nb ea c c u r a t e l y m e a s u r e df i r s t l y d i f f e r e n tm e t h o d so fm e a s u r i n gt e m p e r a t u r ea r er e s e a r c h e d an e w m e t h o df o rl a s e r - i n d u c e di n t e r s t i t i a lt h e r m o t h e r a p y ( l i t t ) i sp u tf o r w a r d t h e m e c h a n i c a lm o d u l a t i n gd i s ki ni n f r a r e dr a d i a t i o nt h e r m o m e t r yi s i m p r o v e d t h e m e t h o do f l i q u i dc r y s t a l ( l c ) t h e r m o m e t r yi sa p p l i e dt od e s i g nt h es h a p eo f f i b r e e n d t h ec o r r e l a t i o n sb e t w e e nl cp h a s et r a n s i t i o na n dt e m p e r a t u r ea r ee x p l a i n e db yu s i n g t h em o d e lo fl cm o l e c u l a rr o t a t i o ns u c c e s s f u l l y an e wt e s tm e t h o df o rs u r f a c eo f f i b r e e n di sp u tf o r w a r db yu s i n gs p e c k l et e c h n o l o g yw h i c hd e t e c t st h es u r f a c eo f f i b r e e n d t h e n ，t h es y s t e mb yu s i n ga t 8 9 c 5 2a sk e yc o n t r o lu n i to fd a t aa c q u i s i t i o n a n dc o n t r o la r ed e v e l o p e d t h es y s t e ms a t i s f yt h en e e d sf o rd a t aa c q u i s i t i o na b o u t e x p e r i m e n ti nt h ed i s s e r t a t i o na n df o rt h ec o n t r o lo fe n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r ei n s m a l lr a n g e ，a tt h es a n l et i m e ，t h em o d e lm a c h i n ei so f f e r e df o rt h em a n u f a c t u r eo f t h ew h o l es y s t e mi nf u t u r e i ti sa l li m p o r t a n tc o n t e n tf o rt h ed e s i g no fs h a p eo f f i b r e e n di nt h ed i s s e r t a t i o n f i n a l l y , p r e p a r a t i o nm e t h o do ff i b r e e n d ，p r e p a r a t i o n i n s t r u m e n to ff i b r e - e n da n d p r e p a r a t i o no fd i f f e r e n t f i b r e - e n da r e r e s p e c t i v e l y r e s e a r c h e d o nt h ef o u n d a t i o no f t h o s er e s e a r c h e s ，an e wf i b r e e n df o r m i n gs p o tl i g h t s o u r c eh a sb e e nm a d ea n dt h ed i f f u s ee f f e c to fl i g h ta td i f f e r e n td i r e c t i o nh a sb e e ng o t t h r o u g hs o m ee x p e r i m e n t si nt h i sc h a p t e r , t h ec o r r e l a t i v ed a t ao ft h ee x p e r i m e n t s h a v eb e e ng a i n e d t h o s ee x p e r i m e n td a t ao f f e rt h er e f e r e n c ef o rs t a n d a r d i z a t i o no f p r e p a r a t i o no ff i b r e e n d , t h ee x p e r i e n c e f o rs t a n d a r d i z a t i o no f p r e p a r a t i o no f f i b r e e n di sg a i n e dt h r o u g he x p e r i m e n t si nt h i sc h a p t e r t h o s ed a t aa n de x p e r i m e n t s c a nb r i n go u tn e w c h a n g eo f m e t h o do f t h el a s e rt h e r a p yf o rt u m o r s y s t e m a t i cr e s e a r c ho nf i b r e e n di ne a c ha s p e c th a sb e e nd o n ei nt h i sd i s s e r t a t i o n ， as u i to fc o m p l e t em e t h o df o rr e s e a r c ho nf i b r e e n di sb e i n gf o r m e da n dt h ec o n d i t i o n f o re l i n i ca p p l i c a t i o no ff i b r e e n di sc r e a t e d k e yw o r d s ：f i b r e e n d ，m o n t ec a r l om e t h o d ( m c ) ，p h o t o d y n a m i ct h e r a p y ( p d t ) ， l a s e r - i n d u c e di n t e r s t i t i a l t h e r m o t h e r a p y ( l i t t ) ，a n s y ss i m u l a t i o n ， l i q u i dc r y s t a l ( l c ) 武汉理工大学博士学位论文 1 1 激光医学的发展 第1 章绪论 激光医学( l a s e rm e d i c i n e ) 的发展与现代激光技术的发展密不可分。它是以现代激 光技术发展为动力，以光与组织相互作用的研究成果为基础，运用激光新技术研究、 诊断i a g n o s i s ) 和治疗( t h e r a p y ) 疾病，而发展起来的新兴学科。世界上第一台激光器 是于1 9 6 0 年研制成功的红宝石激光器( r u b yl a s e r ) ”j ，次年激光就应用于了医学的试 验性治疗研究在以后短短数年中，钕玻璃激光( n e o d y m i u mg l a s sl a s e r ) 、c 0 2 激光、 氩激光( a r g o nl a s e r ) 相继出现，而且很快应用于临床，并报道了1 3 4 】嘲许多激光治疗的 成功病例。7 0 年代，n d ：y a g 激光、氮( n 2 ) 激光、h e - n e 激光、可调谐染料激光( t u n a b l e d y el a s e r ) 等已在医学临床中崭露头角。进入8 0 年代，除上述激光外，c 0 2 激光、金 蒸气激光、钛激光( t i t a n i 啪l a s e r ) 、准分子激光( e x c i m e rl a s e r ) 等新型激光器的临床应 用也逐渐增多【6 】【7 】【8 1 1 9 1 。9 0 年代新的医用激光器则有自由电子激光、可调谐固体激光 ( t u n a b l es o l i dl a s e r ) 等。本世纪初，德国和乌克兰相继研制成功n ：蓝宝石激光器 f r i ：s a p p h i r el a s e r ) 1o 】单束激光。纵观激光医学的发展，几乎每一种激光新波长的出现， 都引起人们对其医用价值的研究热潮，以及相伴而来的在激光医疗领域的扩大。目前， 激光在治疗肿瘤方面的研究应用，也在逐步加深j 【”j 【”】。 肿瘤( t u r n o u t ) 是严重威胁人类健康的常见病，发病率和死亡率都很高。因此，人 们对治愈肿瘤有着迫切的希望和要求。所以，每当出现了一项新的科技成就，人们就 会很自然地想到要用来对付恶性肿痛，当年的核技术即是如此。至今，对肿瘤的放射 性治疗( r a d i a t i o nt r e a t m e n t ) 仍是肿瘤治疗的一个重要手段。当今的激光技术也不例 外，由于激光的光子简并度( d e g e n e r a c y ) 极高，其光子能量能够在空间、时间、波长 和振动方向上高度集中，这就决定了激光在肿瘤的研究、诊断、预防和治疗等方面具 有广阔的前景和实用价值。与传统有效的手术治疗( o p e r a t i v et r e a t m e n t ) 、放射治疗 ( r a d i a t i o nt h e r a p y ) 和化学治疗( c h e m o t h e r a p y ) 比较，激光治疗有明显的优点：1 治疗 手段灵活多样激光治疗是根据肿瘤的不同类型、不同部位和不同生长阶段，选用不 同类型的激光，利用它所引起的物理的、化学的、机械的因子变化，进行热凝固 ( t h e r m o c o a g u l a t i o n ) 、汽化切割，以及光动力治疗( p h o t o d y n a m i ct h e r a p y , p d t ) 等一系 列相应的方法，给予根治性治疗或姑息治疗( p a l l i a t i v et r e a t m e n t ) ：2 治疗肿瘤的特异 武汉理工大学博士学位论文 性( s p e c i f i c i t y ) 强在传统手术时，为避免肿瘤的扩散或转移，不管是正常组织还是肿 瘤组织，施行手术时总是“一刀切”，即在切除肿瘤组织的同时，正常组织也被部分 或全部切除，使有些器官丧失正常的功能；放射治疗时则不分“敌我”，正常组织细 胞和肿瘤组织细胞都会因辐射而死；在化学治疗的同时也损害正常组织和正常的免疫 f i m m u n i t y ) 功能，副作用较强。用激光治疗则对肿瘤细胞和肿瘤组织具有特异杀伤功 能，而能保护其它正常细胞和组织；3 可扬各类手术刀之长，避其之短传统解剖刀切 割能力强但出血多，而激光“刀”只要操作熟练、选用单横模，则切口锐利、损伤小、 愈合快。因能止血又能汽化，并瞬间烧尽残余物而手术视野十分清晰。所以，手术质 量高；4 可最大限度地保留器官功能如激光可进行很精细的切割【1 0 】；5 使很多复杂手 术大大简化如消化道、呼吸道、泌尿道等内腔某些肿瘤做手术时，不必作切开手术， 利用内腔镜即可完成手术：而对于需切开治疗的手术，也可以采用微创的方法治疗， 从而减少了病人的痛苦；即使体表肿瘤，过去难以“下刀”的复杂部位，现在使用激 光技术也变得方便起来。 基于上述的优点，激光器在临床上的应用越来越广泛。同时，随着对激光性质认 识的加深、对激光与生物组织相互作用了解的深入、激光医疗设备技术的发展以及对 生物组织本身的光、热性质【1 4 】【1 5 】【16 】【1 7 】和组织传导【1 8 】【1 9 】【2 0 】1 2 l 】口2 1 等研究的深入，正逐步 形成“组织光学”( t i s s u eo p t i c s ) 、“生物热学”0 3 i o h e a tt r a n s f e r ) 、“光剂量学”( l a s e r d o s i m e t r y ) ，以及激光医疗设备等研究领域。随着对这些领域研究的不断深入，又促 进了激光在肿瘤手术、激光诱导间质热疗法( l a s e r - i n d u c e di n t e r s t i t i a lt h e r m o t h e r a p y , l i t t ) 和激光动力学疗法( p h o t o d y n a m i e t h e r a p y ，p d d 中的广泛应用。 在激光切除手术中，以研制高精度，高强度，窄光束的激光器为主。这种激光器 在实施手术时，对正常组织的损伤最小。近年来，研制成功的t i ：蓝宝石单束激光器， 具有极强的聚焦能力，激光刀刻痕宽度有0 0 0 1 1 厘米。这一技术可用于细胞核修 补和活细胞分离手术，耶拿大学的科学家利用他们发明的这种激光刀，对人体第号 染色体进行了细胞分离手术，取得了满意结果【2 3 】。在激光动力学治疗方面，从1 9 8 3 年在美国召开的第五届国际激光医学与外科大会上，提出激光一血卟啉光动力疗法以 来，它已成为一个引人注目的新领域。光动力疗法( p h o t o d y n a r n i ct h e r a p y , p d n 原称光 辐射疗法( p h o t o r a d i a t i o nt h e r a p y , p r t ) 、光化学疗法( p h o t o c h e m i c a lt h e r a p y , p c t ) ，它 是利用光动力反应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。在i 临床上，光动力疗法通常仅 指光动力治疗，而将光动力诊断称为荧光诊断( p h o t o d y n a m i cd i a g n o s i s ，p d d ) 。 光动力反应是由可见光、近红外光或紫外光所驱动的，通过生物组织中激发态光 2 武汉理工大学博士学位论文 敏物质的退激而引发的一系列物理、化学和生物学过程。光动力反应的基本过程：生 物组织中的内源性或外源性光敏物质( p h o t o a c f i v es u b s t a n c e ) 受到相应波长( 可见光 ( v i s i b l el i g h t ) 、近红外光( n e a ri n f r a r e dl i a h t ) 或紫外光( u l t r a v i o l e tl i g h t ) 光照时，吸收 光子能量，由基态变成激发态( e x c i t a t i o ns t a t e ) ，处于激发态的光敏物质很不稳定，迅 速经过物理退激或化学退激过程释放出能量而返回基态，其物理退激过程可以产生荧 光，通过分析荧光光谱能进行疾病的诊断；其化学退激过程可以生成大量活性氧，其 中最主要的是单态氧，活性氧能与多种生物大分子相互作用，损伤细胞结构或影响细 胞功能，因而产生治疗作用。在光动力反应体系中，物理退激与化学退激是同时存 在而又相互竞争的两个反应过程。荧光诊断利用光动力反应过程中相对简单的物理过 程，而光动力治疗则是利用其相当复杂的光化学一生物学过程，它的初级反应是光敏 化反应，它的次级反应大多属于生物化学反应的范畴，随后发生的是一系列生物学反 应。 由于p d t 是一种局部治疗方法，无明显的全身副作用，所以特别适用于般情 况差、不能耐受其它治疗方法的患者，并且可以多次重复使用。从临床医学( c l i n i c a l m e d i c i n e ) 的角度纵观光动力疗法的发展历史，大致可以分为以下几个阶段： l 现象探索阶段( 二十世纪4 0 年代以前) 1 8 4 1 年，s c h e r e r 用浓硫酸处理干血粉得到不含铁的产物，后来被h o p p e s e y l e r 称为血卟啉( h a e m a t o p o r p h y r i n ，h p ) 。 1 9 0 4 年，t a p p e i n e 首次提出光动力作用( p h o t o d y n a m i ce f f e c t ) 的概念。 ， 1 9 2 4 年，p o l i c a r d 首次在肿瘤组织观察到h p 的荧光。 1 9 4 2 年，a u t e r 和f i g g e 给大鼠注射h p 后，观察到h p 能优先在肿瘤组织等新 生组织中富集，当用紫外光照射时肿瘤区产生桔红色荧光，当用日光照射时可以杀伤 肿瘤组织。这是人类首次发现h p 对肿瘤组织光敏杀伤作用。 2 肿瘤诊断阶段( 二十世纪5 0 年代一6 0 年代) 在二十世纪5 0 年代，人们开始将光动力反应应用于肿瘤的早期诊断，称之为肿 瘤荧光定位诊断( t u m o r - - p h o t o l o c a t i z a t i o n ) ，标志着光动力疗法开始进入了临床实用 阶段。同期还研制开发出血卟啉衍生物( h a e m a t o p o r p h y r i nd e r i v a n t ，h p d ) 。这是人类 在光敏剂研究方面取得的最关键进展，对于p d t 的发展和普及产生了至关重要的作 用。1 9 5 9 年，l i p s o n 在硕士论文中首次报告h p d 的肿瘤荧光定位诊断特性和光动力 杀伤作用显著优于h p 。此阶段对肿瘤的光动力治疗也进行了初步探索，但由于是采 武汉理工大学博士学位论文 用普通光作为光动力反应的激发光源，强度不够，波长也不匹配，始终未能取得重大 突破。 3 肿瘤治疗阶段【2 4 1 2 5 j ( 二十世纪7 0 年代8 0 年代) 1 9 6 0 年世界第一台红宝石激光器问世，到7 0 年代已有多种激光器用于临床医疗 中。由于激光的单色性好、功率大，故可以更有效地激发光动力反应。激光器的出现 不仅改善了光动力治疗的效果，同时也极大地激发起人们对光动力疗法的研究热情， 以至于在7 0 年代末至8 0 年代形成了肿瘤光动力疗法的研究高潮，使光动力疗法成为 继手术、放射治疗和化学治疗之后治疗肿瘤的又一重要手段。1 9 9 3 年4 月1 6 日，加 拿大健康保护局( t h eh e a l t hp r o t e c t i o nb u r e a uo fc a n a d a ) 宣布，批准光敏素i i ( p h o t o f r i n i i ) 商品化，用于治疗膀胱癌。此后日本、美国和欧洲也相继批准了用p d t 来治疗一 些癌症，如胃癌、肺癌等。至此，光动力疗法正式确立了其在临床应用中的地位1 2 6 1 1 2 7 1 1 2 卧。 在国外，光动力治疗一直被人们所重视，进行大量临床和理论研究【2 9 1 1 3 0 1 1 3 1 】【3 2 1 ， 并于1 9 9 6 年初在美国通过f d a ( f o o da n dd r u ga d m i n i s t r a t i o n ) 审查。2 0 0 1 年， z h a r o v y e 提出将光动力治疗和超声治疗结合起来，称之为声光动力治疗，可兼顾两 者。2 0 0 2 年，l a m o n t a g n c 提出把光动治疗和放疗结合起来，动物试验表明，光敏剂 可以增强对肿瘤组织的电离辐射( i o n i z i n gr a d i a t i o n ) ，起到放射敏化剂的作用，增强疗 效。此外，v i n c e n t ，g m i c h a e l 还提出用光动力治疗作为动脉硬化( a r t e r i o s c l e r o s i s ) 和血管再狭窄治疗的一种新治疗手段。作为光动力治疗的权威人士d o u g h e r t y ，j h o m a s j 在他的论文中指出，世界各国的卫生机构已认可把光动力治疗作为各种肿瘤和其他 疾病的一种标准治疗手段而进入正规的医疗器械。 从激光在肿瘤治疗应用上来看，高功率激光切割或气化组织治疗肿瘤和激光动力 学疗法治疗肿瘤的同时，激光诱导间质热疗法( l a s e r - i n d u c e di n t e r s t i t i a lt h e r m o t h e r a p y , u 丁r ) 也成为了一种新的肿瘤治疗手段。组织内激光诱导间质热疗法是一种相对比较 小侵入的原位肿瘤清除方法，在超声波、x 线、ct 、m 引导下，通过经皮穿刺， 经穿刺针内插入细光导纤维到肿瘤中心，接着释放低功率激光，在一特定波长下加热。 纤维尖端释放的激光穿透并且在周围组织散射，接着它被热吸收，随后的热损伤导致 了肿瘤的凝固坏死。其突出特征是肿瘤局部加热，癌细胞被选择性杀伤，正常细胞不 受损伤。激光治疗的原理是将光能转变为热能而被组织吸收，在4 2 4 5 温度下，癌 细胞膜的功能和状态发生变化，溶酶体( l y s o o m e ) 被激活，从而影响癌细胞核酸( n u c l e i c a c i d ) 和蛋白( p r o t e i n ) 合成，杀伤癌细胞。据伦敦国家医学激光中心的br o o k es 博士 报道，8 1 0 r i m 波长半导体激光目前已作为肝脏肿瘤的常规介入治疗方法( i n t e r v e n t i o n a l 武汉理工大学博士学位论文 t h e r a p e u t i cp r o c e d u r e s ) 。利用一个l 一4 劈裂分光器使用四根光导纤维同时传入相同的 能量致肿瘤实质凝固坏死。从8 0 年代开始，国外众多学者开始了激光治疗肝脏肿瘤 试验性研究，表明肝肿瘤细胞比正常细胞对热更敏感，而且激光汽化引起的热凝固在 超声和组织学上有较好的相关性。1 9 8 5 年，日本学者h a s h i o m o l od 在临床研究方面， 首先报道了超声引导下原发性肝癌的激光治疗。1 9 9 0 年，m a s t e r s a 等研究认为，组 织内激光治疗对肝脏是有效的。1 9 9 1 年a s c h e r 等人，1 9 9 2 年m u s c h t e r 等人，1 9 9 3 年r o g g a 等人分别在他们的论文中对激光间质热疗法，做了比较详细地论述。我国学 者1 9 9 1 也报道了采用低能激光间质热疗治疗小肝癌的方法。本世纪初有关激光治疗 肿瘤的成功案例不断被报道p ”，同时，随着c t 、m i u 影像技术的发展，利用c t 、 m r j 定位准确的特点，在诸如：肝、胆、乳腺、肾等器官肿瘤中，进行了大量的病例 治疗，取得了良好的效果【3 4 】【3 ”，开创了一个组织内激光诱导间质热疗的新局面。 我国的激光医学研究起步略迟于西方国家。基础理论研究始于1 9 6 3 年，临床应 用则于7 0 年代才开始。作为一个全新的医学高科技领域，激光医学的发展，与其他 技术，如计算机断层扫描( c o m p u t e dt o m o g r a p h y ，c t ) 、核磁共振( n u c l e a rm a g n e t i c r e s o n a n c e ，n m r ) 技术的发展道路不同。后者基本上是在进口设备的基础上起步的， 而激光医学则基本上立足于国内激光器件的发展。6 0 年代，我国已有了自己的氦氖 激光器、钕玻璃激光器、砷化嫁半导体激光器，c 0 2 激光器、氩激光器、氪激光器和 n d ：y a g 激光器等。7 0 年代又分别研制出氮激光器、可调谐染料激光器、准分子激 光器等。这些激光器很快被医学界应用。8 0 年代，随着对外交往的增加，我国的激光 医学事业有了更迅猛的发展，在许多领域已逐渐接近了先进国家的水平。特别是在临 床应用上，有些方面我国已走在世界前列。弱激光在7 0 年代曾在国内掀起应用热潮， 后来发展为激光针灸治疗( l a s e ra c u p u n c t u r et h e r a p y ) ，除穴位照射外，还用于耳针。 激光器种类也从单一的h e - n e 激光发展到c 0 2 激光和n d ：y a g 激光。据统计，约有 9 0 余种常见病应用激光针灸治疗有效。激光麻醉( l a s e r a n