红外阵列传感器集成激光系统在医疗应用中的精准控温与效能优化研究

本文推荐一种基于低成本红外阵列传感器（IR array）的温控激光系统，通过创新算法实现医疗光热治疗（如肿瘤热疗和组织焊接）中±0.48°C的精准控温。系统采用808 nm二极管激光和32×32像素IR传感器，可区分琼脂凝胶与羊肝组织的光学特性差异，无需计算机实时监控，为临床提供经济高效的解决方案。

　　

红外阵列传感器集成激光系统的医疗应用突破

摘要
光热治疗需精准控温以实现疗效并避免组织损伤。本研究开发了一种集成红外阵列传感器（HTPA32×32dR2L5.0）的808 nm二极管激光系统，通过定制算法区分琼脂（吸收系数<0.20 cm^?1
）与羊肝组织（吸收系数0.80 cm^?1
），在42.5°C目标温度下分别实现42.10±0.37°C和42.92±0.39°C的稳定性，成本仅约500美元。

引言
光热交互通过局部加热诱导蛋白变性（60-70°C）或免疫激活（41-43°C）发挥作用。传统系统依赖昂贵组件，而本研究通过电子控制单元（ECU）和比例控制器（P-controller）优化，解决了红外测温易受发射率干扰的局限。

材料与方法
系统包含STM32F446RCT6微控制器、IR阵列模块和定位激光。算法在5秒内检测升温速率（如羊肝>5°C/5秒），动态调整gCoefficient参数（0或30），通过公式"Laser Output Set = [(50+gCoefficient)–(温差×(50?gCoefficient))]"调控功率。

结果
与固定功率实验对比，温控模式下羊肝在50/60/70°C的波动均<±0.48°C，而固定功率组温度线性上升且低于目标值。IR阵列与商用测温仪在沸水中差异仅2.38±0.61°C。

讨论
相比文献报道的±5°C误差（CO₂
激光焊接）或±0.14°C（热相机控温），本系统平衡成本与精度。未来需解决IR表面监测局限，探索太赫兹成像（THz）或荧光纳米温度计等深度测温技术。

结论
该系统为光热疗法提供可定制、低成本的闭环温控方案，后续将优化蓝牙接口设计并推进活体实验。