PDT激光波长二级温度调控技术研究

摘要

光动力治疗(Photodynamic Therapy, PDT)是一项可对癌症进行微创介入治疗的新技术，也是一个正在快速发展的医学研究的新领域。光在PDT中提供激发能量的作用，半导体激光器具有体积小、效率高、寿命长等特点，与光纤相耦合，结合配套内窥装置，可用于深层组织或器官肿瘤的治疗，因此该技术的用途日益广泛。目前典型的PDT光敏剂是PHOTOFRINⅡ光敏剂，其匹配的最佳激光波长是630nm。由于国内半导体工艺的限制，国内没有专用630nm激光器芯片，只能生产波长范围为635nm-638nm的半导体激光器。但往往因为5-8nm的波长偏差，光敏剂药物很难产生良好化学激发作用，无法获得药物的峰值疗效，而且635nm-638nm波长的半导体激光器难以通过医疗体系的认证，这一现状已经成为限制我国PDT技术推广的主要阻力。 本文针对国内外光动力治疗中半导体光源现状，设计了一种二级温度控制模型，实现了半导体激光器中心波长的精准调控技术，使国产激光器波长由635nm偏移到630nm，符合产品使用需求。本文首先对半导体激光器的结构与波长调控特性进行分析，建立典型的635nm红光光源零件模型。采用SOLIDWORKS工具软件完成了结构设计、关键组件的热传导动态分布、稳态温度梯度的仿真分析;推算出了各个热界面的结构参数对系统性能的影响。给出了光源内外温差参数、热沉温度分布模型，热管散热器在不同环境、不同工况下的散热能力评估，并建立二级温度控制模型。 经过对二级温度控制模型的热传导仿真分析，得出模型导热状态良好。并经过大量的实践测试，测量模型运行温度，得出激光器管芯温度被稳定在7.00±0.3℃，激光器波长被偏移到630.00±1nm的实验结果。从而得出了二级温度控制模型使激光器精准控温与波长的精准调控的结论，同时解决了精密电流源的温度漂移问题。在此基础上，通过优化的内部热量分布、传导、对流辐射等多种设计技术，满足了PDT设备级的波长偏移与长期稳定性等产品级的需求，协助多个PDT设备商完成了FDA等医疗设备认证。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1课题背景和研究意义

1．2光动力治疗仪国内外研究现状

1．3半导体激光器波长调控研究现状

1．4本文的主要方法

1．5论文的组织结构

第二章半导体激光器的结构与波长调控特性

2．1半导体激光器的结构与封装特性

2．1．1半导体激光器的结构特性

2．1．2半导体激光器的封装特性

2．2 635nm半导体激光器波长调控特性

2．3本章小结

第三章二级温度控制模型方案设计

3．1一级温度控制模型设计

3．2二级温度控制模型设计

3．2．1热管工作原理及等效导热系数

3．2．2热管散热器设计

3．2．3基于PCB电路结构的模型设计

3．3系统整体模型设计

3．4本章小结

第四章二级温度控制模型的热传导仿真分析

4．1 635nm激光器模型的热传导仿真分析

4．2二级温度控制整体模型的热传导仿真分析

4．3二级温度控制模型构成的关键要素

4．4本章小结

第五章PDT波长二级温度控制模型测试及结果分析

5．1单功能模块性能测试

5．1．1热管散热器性能测试

5．1．2均热板性能测试

5．2二级温度控制模型整体测试

5．2．1模型平台装配

5．2．2测试设备准备

5．2．3二级温度控制模型出光测试

5．3激光器波长标定的测试结果与分析

5．4数值误差分析及电磁兼容阐述

5．5本章小结

第六章总结与展望

6．1论文研究工作总结

6．2论文的不足与未来工作展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢

附录