本發(fā)明屬于光動(dòng)力治療研究中激光照射光源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種可植入直腸內(nèi)的基于無(wú)線供電技術(shù)的微型LED照射光源。

背景技術(shù)：

直腸癌(colorectal cancer,CRC)是起源于直腸粘膜的惡性腫瘤，是消化系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，其死亡率較高且發(fā)病率在逐年上升。由于早期癥狀不典型，導(dǎo)致早期診斷比較困難。大多數(shù)患者出現(xiàn)臨床癥狀時(shí)，已處于中晚期。近年來(lái)，隨著結(jié)直腸癌分子生物學(xué)的研究進(jìn)展，其治療不僅僅局限于以往的手術(shù)、放療、化療等傳統(tǒng)方法，直腸癌的治療模式在發(fā)生變化，但其5年生存率仍然不高。隨著纖維結(jié)腸鏡的普及、激光器及光敏劑的改進(jìn)，光動(dòng)力療法(photodynamic therapy,PDT)治療結(jié)直腸癌受到越來(lái)越多的重視，且在結(jié)直腸癌治療中取得了滿(mǎn)意效果。

光動(dòng)力療法是以光、光敏劑和氧的相互作用為基本原理的一種疾病治療新手段，其治療原理為：給予機(jī)體一定量光敏劑后，經(jīng)特定波長(zhǎng)的光照激發(fā)光敏劑發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，病變組織便可產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧(如單線態(tài)氧、氧自由基等)，通過(guò)氧化作用，破壞細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能，導(dǎo)致病變細(xì)胞凋亡與壞死，從而達(dá)到治療腫瘤的目的。其作用機(jī)制主要有三方面：⑴活性氧誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與壞死，直接殺傷腫瘤細(xì)胞；⑵破壞腫瘤滋養(yǎng)血管，導(dǎo)致腫瘤缺血缺氧；⑶促進(jìn)炎癥介質(zhì)的釋放，啟動(dòng)免疫應(yīng)答，導(dǎo)致腫瘤的破壞。光動(dòng)力治療由于其創(chuàng)傷小、毒性低、靶向性強(qiáng)、適用性廣、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被越來(lái)越多的患者所接受。

用于直腸癌光動(dòng)力治療的植入式直腸栓光源供電方式可以分為鋰電池和無(wú)線供電。鋰電池供電由于體積限制，電量較小，不能支持長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

無(wú)線供電技術(shù)是指利用電磁波感應(yīng)原理或者其他相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應(yīng)的設(shè)備來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號(hào)來(lái)進(jìn)行充電的一項(xiàng)技術(shù)，源于無(wú)線電力輸送技術(shù)。目前無(wú)線充電技術(shù)主要有三種基本方式，一是電磁耦合感應(yīng)式，傳輸上限是10cm左右，主要適用于近程電力傳送。電磁耦合感應(yīng)式是利用電磁感應(yīng)原理，在發(fā)送端和接收端各有一個(gè)線圈，發(fā)送線圈上通一定頻率的交流電，由于電磁感應(yīng)在接收線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端。這種無(wú)線充電方式充電效率較高，但是充電距離小，需要特定擺放位置才能精確充電。二是磁耦合諧振式，傳輸距離能達(dá)10m，主要適用于中短程電力傳送。磁耦合諧振式通過(guò)線圈與電容的合理計(jì)算使發(fā)射和接受裝置具有相同的諧振頻率，當(dāng)系統(tǒng)工作于此頻率下，發(fā)射和接受線圈發(fā)生諧振，完成電能的傳輸。其原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場(chǎng)中的相同振動(dòng)頻率的線圈，可從一個(gè)向另一個(gè)供電。這種方式比單純的磁耦合充電系統(tǒng)具有更遠(yuǎn)的傳輸距離，并且通障性更好，發(fā)射和接受裝置間的障礙物對(duì)裝置的影響不大，適合中等距離充電。三是電波輻射式，主要適用于大范圍、長(zhǎng)距離的遠(yuǎn)程傳輸。電波輻射式這種傳播方式主要利用能量轉(zhuǎn)換，通過(guò)微波源設(shè)備對(duì)直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)變使其成為微波或激光；將微波通過(guò)天線發(fā)射到自由空間，經(jīng)接收設(shè)備重新轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于無(wú)線供電的直腸癌光動(dòng)力治療的微型LED照射光源，該微型LED照射光源為一植入體，通過(guò)諧振耦合技術(shù)對(duì)植入體進(jìn)行無(wú)線供電，可以提供長(zhǎng)時(shí)間低劑量的直腸癌光動(dòng)力光源，具有電壓穩(wěn)定、工作狀態(tài)下無(wú)線充電、開(kāi)關(guān)控制方便的特點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的一種基于無(wú)線供電的直腸癌光動(dòng)力治療的微型LED照射光源，包括殼體，所述殼體為子彈頭型，并采用醫(yī)用環(huán)氧樹(shù)脂材料制成；所述殼體內(nèi)設(shè)有穩(wěn)壓模塊和波長(zhǎng)范圍為630nm-650nm的LED光源，所述殼體內(nèi)還設(shè)有LC諧振匹配接收線圈、第一整流濾波電路，所述LC諧振匹配接收線圈長(zhǎng)20mm、寬5mm、厚2mm、且電感量為60μH；，所述第一整流濾波電路為10KHz-1MHz之間的高頻整流電路；

該微型LED照射光源還包括電力發(fā)射單元，所述電力發(fā)射單元由電流發(fā)生電路和LC諧振匹配發(fā)射線圈構(gòu)成；所述電流發(fā)生電路用于產(chǎn)生交流電使得所述LC諧振匹配發(fā)射線圈諧振；所述電流發(fā)生電路產(chǎn)生的交流電頻率由所述LC諧振匹配發(fā)射線圈和LC諧振匹配接收線圈的共振回路參數(shù)決定；所述LC諧振匹配發(fā)射線圈與LC諧振匹配接收線圈具有相同諧振頻率。

進(jìn)一步講，本發(fā)明基于無(wú)線供電的直腸癌光動(dòng)力治療的微型LED照射光源，其中，所述電流發(fā)生電路包括與市電依次相連的第二整流濾波電路、直流斬波電路和全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)與一過(guò)流過(guò)熱檢測(cè)電路和一功率調(diào)節(jié)電路相連，所述直流斬波電路根據(jù)輸出負(fù)載功率要求通過(guò)所述功率調(diào)節(jié)電路控制全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路輸入端的直流電壓，所述過(guò)流過(guò)熱檢測(cè)電路根據(jù)所述直流斬波電路輸出的反饋電流進(jìn)行過(guò)流過(guò)熱檢測(cè)；所述全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路與所述LC諧振匹配發(fā)射線圈連接，并通過(guò)一頻率跟蹤逆變控制電路根據(jù)所述LC諧振匹配發(fā)射線圈的反饋電流控制所述全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路輸出電流的頻率；所述第二整流濾波電路為工頻整流濾波電路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明光源基于無(wú)線充電，可以隨時(shí)保持穩(wěn)定電壓，無(wú)需使用電池，不存在需要監(jiān)測(cè)電池電量的問(wèn)題。

(2)本發(fā)明光源基于無(wú)線供電技術(shù)，可以在直腸栓工作過(guò)程中隨時(shí)獲取電能，免除了直腸栓的二次植入操作；同時(shí)，免除了醫(yī)務(wù)人員的充電操作，簡(jiǎn)化了使用過(guò)程，保證了直腸栓在治療過(guò)程中的連續(xù)性。

(3)本發(fā)明光源的開(kāi)關(guān)可以通過(guò)體外的電力發(fā)射單元控制，操作簡(jiǎn)便且增強(qiáng)了直腸栓在治療過(guò)程中的可控性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于無(wú)線供電的直腸癌光動(dòng)力治療的微型LED照射光源的框架圖；

圖2為圖1中電流發(fā)生電路的具體實(shí)施例框架圖；

圖3為本發(fā)明基于無(wú)線供電的直腸癌光動(dòng)力治療的微型LED照射光源的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式，對(duì)發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例僅為解釋性的，絕不意味著它以任何方式限制本發(fā)明的范圍。但在不脫離本發(fā)明上述思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用的手段做出的各種替換活變更的修改，均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

本發(fā)明一種基于無(wú)線供電的直腸癌光動(dòng)力治療的微型LED照射光源，包括體外部分和體內(nèi)部分。

體內(nèi)部分包括殼體7，如圖3所示，所述殼體7為子彈頭型，并采用醫(yī)用環(huán)氧樹(shù)脂材料制成，例如采用醫(yī)用透明塑料，如圖1和圖3所示，所述殼體7內(nèi)設(shè)有LC諧振匹配接收線圈3、第一整流濾波電路4，穩(wěn)壓模塊5和波長(zhǎng)范圍為630nm-650nm的LED光源6，體內(nèi)部分的一個(gè)具體實(shí)例是：在由模具一次成型的長(zhǎng)約2.5cm、直徑約1cm的子彈頭型醫(yī)用透明殼體，該殼體7采用環(huán)氧樹(shù)脂材料制成，以保證組織安全性，且便于塑形，材質(zhì)的透明起到透光的作用，助于減小光損耗，而子彈頭型栓劑的形狀能提高患者的依從度，在使用上也更方便。LC諧振匹配接收線圈3設(shè)計(jì)為橢圓形，長(zhǎng)20mm、寬6mm、厚2mm，電感量為60μH，形狀與模具相適應(yīng)，且滿(mǎn)足直腸栓正常工作功率，所述的LED光源6由1個(gè)貼片式LED組成，可以實(shí)現(xiàn)出光功率為最大30mW，光斑大小約為1cm²。該殼體7內(nèi)密封包裹有上述器件和電路，即用一電路板承載和連接上述器件和電路，然后，將整個(gè)電路板放入子彈頭型的殼體7內(nèi)，進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂封裝，1-2天凝固后，拆除模具，即形成體內(nèi)部分。

體外部分是一電力發(fā)射單元，用于匹配上述體內(nèi)部分中的LC諧振匹配接收線圈3感應(yīng)產(chǎn)生電能給直腸栓供電。如圖1所示，所述電力發(fā)射單元由電流發(fā)生電路1和LC諧振匹配發(fā)射線圈2構(gòu)成；如圖2所示，所述電流發(fā)生電路1用于產(chǎn)生交流電使得所述LC諧振匹配發(fā)射線圈2諧振；所述電流發(fā)生電路1包括與市電依次相連的第二整流濾波電路12、直流斬波電路13和全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路14，所述直流斬波電路13還同時(shí)與一過(guò)流過(guò)熱檢測(cè)電路16和一功率調(diào)節(jié)電路15相連，所述直流斬波電路13根據(jù)輸出負(fù)載功率要求通過(guò)所述功率調(diào)節(jié)電路15控制全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路14輸入端的直流電壓；所述全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路14與所述LC諧振匹配發(fā)射線圈2連接，并通過(guò)一頻率跟蹤逆變控制電路17根據(jù)所述LC諧振匹配發(fā)射線圈2的反饋電流控制所述全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路14輸出電流的頻率。

本發(fā)明中，所述第一整流濾波電路4為10KHz-1MHz之間的高頻整流電路；所述第二整流濾波電路12為工頻整流濾波電路。所述電力發(fā)射單元中的(體外的)所述LC諧振匹配發(fā)射線圈2與殼體7內(nèi)的(體內(nèi)的)LC諧振匹配接收線圈3有相同諧振頻率，所述LC諧振匹配接收線圈3感應(yīng)空間內(nèi)磁場(chǎng)的變化，產(chǎn)生相應(yīng)變化的交變電流，交變電流通過(guò)第一整流濾波電路4和穩(wěn)壓模塊5將交變電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的直流電流信號(hào)，為L(zhǎng)ED光源6提供恒定電壓，使其穩(wěn)定發(fā)光。

綜上，本發(fā)明利用磁耦合諧振原理無(wú)線式供能，通過(guò)體外電力發(fā)射單元的開(kāi)關(guān)在體外控制直腸栓的開(kāi)關(guān)，控制方便，由于省去了電源設(shè)備及直腸栓上的開(kāi)關(guān)電路，減小了體內(nèi)部分(直腸栓)的體積、提高栓體重復(fù)使用率；可以在治療中隨用隨充，免除了反復(fù)充電的步驟，解決了直腸栓治療中的供電問(wèn)題，不但減輕了醫(yī)務(wù)人員的勞作，而且避免了電池電量耗盡的窘境。本發(fā)明中的光源采用單個(gè)波長(zhǎng)范圍為630nm-650nm之間的LED燈，穿透力強(qiáng)，輻照面小，可精準(zhǔn)控制，且照射區(qū)輻射劑量均勻。與同類(lèi)產(chǎn)品相比，采用本發(fā)明的光源可以簡(jiǎn)化直腸癌光動(dòng)力的治療過(guò)程，增強(qiáng)了直腸栓的可靠性。本發(fā)明技術(shù)方案解決了微型植入式醫(yī)療設(shè)備電源供電與小體積之間的矛盾，同時(shí)解決了在治療過(guò)程中醫(yī)務(wù)人員要隨時(shí)對(duì)直腸栓電量關(guān)注的問(wèn)題，為微型植入式醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品尤其是在患者直腸內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間低能量持續(xù)光動(dòng)力治療產(chǎn)品的臨床推廣創(chuàng)造了條件。