柔性宫颈光动力治疗装置的优化设计与临床验证

这篇综述介绍了针对宫颈癌前病变设计的柔性光动力治疗(PDT)装置，通过环形LED阵列光源、圆柱形导光管和喇叭形匀光器的创新组合，实现了宫颈及穹窿部位的同步均匀照射。研究采用蒙特卡洛(MC)模拟和物理测量验证，证实该装置输出端辐照度可达98 mW/cm2，轴向变异系数低于14.2%，为宫颈病变治疗提供了低成本高效解决方案。

　　

1 引言
宫颈癌作为全球女性第四大恶性肿瘤，每年新增53万病例。传统手术和放化疗存在创伤大、副作用明显等缺陷。光动力治疗(PDT)凭借非侵入性、低成本和短愈合周期等优势，成为宫颈上皮内瘤变(CIN)的理想替代方案。现有PDT设备存在光照不均、材料刚性等问题，本研究通过柔性匀光器设计实现宫颈-穹窿复合照射，填补了该领域技术空白。

2 材料与方法
2.1 设备构型
基于宫颈穹窿平均直径32.5mm的解剖特征，设计出喇叭形硅胶匀光器（邵氏硬度60），输出端直径20-40mm，壁厚3mm。光源采用双层同心圆LED阵列（Cree XLAMP XE-G），间隔15°排列，通过PMMA导光管传导形成环形光斑。

2.2 形状优化
通过TracePro软件调整匀光器内外弧交点坐标：点1调节使中央区辐照度提升36.8%，点2优化使内外表面辐照均匀性提升16.7%。理想光能分配比为中央区20%、顶部15%、内外表面30%/35%。

2.3 蒙特卡洛模拟
采用Iso2Mesh生成0.5mm³精细网格，模拟632nm波长光在组织中的传输。结果显示：组织表面光强8mm内衰减30%，硅胶-组织界面存在11%的光能损失。

3 结果
3.1 辐照均匀性
实测数据显示：外表面轴向变异系数12.9%，内表面14.2%。全功率运行时顶部辐照度达98 mW/cm²，满足临床60-150 J/cm²的能量密度要求。

3.2 表面粗糙度调控
对比Ra=3.365μm与0.808μm的PMMA管发现：高粗糙度表面使侧向光逃逸量增加40%，可通过激光微加工精准调控治疗区域光分布。

4 讨论
4.1 评估方法创新
结合CMOS成像与光子探测器(S130C)的非接触测量，解决了曲面辐照度量化难题。实测与模拟间7-15%的偏差主要源于材料光学参数的批次差异。

4.2 临床转化价值
该装置突破传统PDT的穿透深度限制（<1/3英寸），通过柔性贴合设计实现CIN2/3病变的完整覆盖，且避免金属材质带来的患者不适。

5 结论
本研究开发的柔性PDT装置通过独特的几何光学设计，在满足临床治疗参数的同时，将制造成本降低至传统设备的1/3。后续研究将聚焦于活体组织的光热效应评估及长期随访数据收集。