Lumatec液芯光纤在光动力诊断（PDD）设备中的核心应用与技术优势

【摘要】光动力诊断（Photodynamic Diagnosis, PDD）是一种基于光敏剂靶向激发的精准光学诊断技术，在早期肿瘤、癌前病变的原位检出中具有不可替代的临床价值。光传输光纤作为PDD设备的核心功能部件，其传输性能直接决定了设备的诊断精度与操作可靠性。本文系统阐述了光动力诊断设备的技术原理与临床价值，深入分析了PDD场景对传输光纤的核心技术要求，重点介绍了德国Lumatec液芯光纤的核心技术优势，对比了其与传统石英固体光纤的性能差异，并结合临床标杆应用案例，验证了Lumatec液芯光纤在PDD设备中的不可替代性，为高端光动力诊断设备的研发与选型提供技术参考。

一、光动力诊断（PDD）设备的技术原理与临床价值

1.1 核心技术原理

光动力诊断的核心机制是光敏剂的靶向富集与特征荧光激发

1. 患者术前通过局部灌注、口服或静脉注射的方式，摄入专属光敏剂（如5-氨基乙酰丙酸5-ALA、血卟啉衍生物HpD等），光敏剂会基于肿瘤细胞的代谢特性，靶向富集在病变组织中，正常组织则可快速代谢排出；
2. 通过PDD设备的激发光源，输出与光敏剂吸收峰匹配的特定波长激发光（主流为375nm-450nm紫外/近紫外蓝光波段），经由光纤传输至靶组织；
3. 病变组织内的光敏剂受激发后发生光化学反应，释放出特征波长的荧光，设备通过成像系统捕捉荧光信号，医生可实时区分病变组织与正常组织的边界，实现原位、无创、超早期的病变检出。

该技术可与光动力治疗（PDT）无缝衔接，在诊断的同时完成靶向治疗，实现“诊-疗一体化”，是当前精准医疗领域的核心发展方向之一。

1.2 临床作用与核心价值

传统白光内镜对扁平、微小、隐匿性的原位病变检出率极低，例如膀胱原位癌的白光内镜检出率不足30%，极易出现漏诊、误诊，导致患者病情延误或过度治疗。而PDD技术完美解决了这一痛点：

• 超高检出灵敏度：可检出直径＜1mm的微小病变与扁平原位癌，针对膀胱癌、支气管肺癌、胃肠早癌等病变，检出率较白光内镜提升50%-90%，大幅降低漏诊率；
• 精准边界识别：清晰勾勒病变组织与正常组织的边界，为活检、内镜下切除、术中肿瘤清扫提供精准导航，减少正常组织损伤，降低术后复发率；
• 无创无电离辐射：全程为光学激发，无CT、X光的电离辐射损伤，可反复操作，适合患者术后随访与长期监测；
• 多场景适配：可兼容硬式内镜、软式内镜、手术显微镜、术中导航等多种设备，广泛应用于泌尿外科、呼吸科、消化科、神经外科、妇科、皮肤科等多个科室。

1.3 PDD设备的核心构成与光纤的核心地位

一套完整的PDD设备主要由激发光源系统、光传输光纤系统、内镜/成像系统、荧光观察与记录系统、配套操作器械五大核心模块构成。

其中，光传输光纤是连接激发光源与靶组织的唯一桥梁，是决定PDD设备性能的核心瓶颈：激发光的传输效率、功率稳定性、光斑均匀性、操作柔性，全部由光纤的性能决定。光纤的性能不足，会直接导致光敏剂激发不充分、荧光信号信噪比低、操作受限、设备故障率高等问题，最终影响临床诊断的准确性。

二、光动力诊断场景对传输光纤的核心技术要求

结合PDD的临床操作与光学原理，传输光纤必须满足以下6项核心技术要求，缺一不可：

1. 紫外-可见光波段超低传输损耗：PDD主流激发波长集中在375nm-450nm的紫外/近紫外波段，要求光纤在该波段具备极低的本征吸收损耗，保证长距离传输后仍有足够的光功率到达靶组织；
2. 高功率承载与抗紫外老化能力：需稳定承载高功率紫外光输出，长期紫外照射下无性能衰减，无端面损伤、纤芯老化等问题，保证设备长期使用的稳定性；
3. 极致的弯曲性能与抗断纤能力：需适配内镜的复杂腔道操作，在极小弯曲半径下无额外功率损耗，无固体纤芯断裂风险，保证大角度操作时光功率输出稳定；
4. 高均匀性光束输出：输出光斑需具备平顶均匀分布，无中心热点、无边缘暗区，保证靶组织全区域激发均匀，避免局部激发不足导致的假阴性，或局部过强导致的正常组织荧光干扰；
5. 高耦合效率：与激发光源具备优异的耦合适配性，减少光源耦合阶段的功率损耗，提升整个光学系统的能效；
6. 医用级合规性与耐用性：符合医疗器械生物相容性要求，可耐受临床反复灭菌操作，护套无有害物质析出，具备较长的临床使用寿命。

三、德国Lumatec液芯光纤的核心技术优势（与石英光纤对比）

德国Lumatec是全球高端特种光纤领域的标杆厂商，深耕液芯光纤技术研发与生产数十年，其液芯光纤产品凭借极致的光学性能与可靠性，被卡尔史托斯等全球顶级医疗设备厂商批量采用，是光动力诊断与治疗领域公认的优选光纤方案。

不同于传统石英光纤“固体石英纤芯+聚合物包层”的结构，Lumatec液芯光纤采用高纯特种透光液体芯层+氟聚合物包层+医用级护套的复合密封结构，芯层液体针对PDD常用的紫外-可见光波段做了专属配方优化，从底层结构上解决了传统石英光纤在PDD场景中的诸多固有痛点，核心优势对比如下：

性能维度

德国Lumatec液芯光纤

传统固体石英光纤

PDD场景下的临床价值差异

紫外-可见光传输效率

针对375nm、405nm、450nm等PDD主流波长专属优化，该波段传输损耗远低于石英光纤；同等条件下，1.5-3m长度的传输效率比石英光纤高30%-60%，无紫外本征吸收

350-450nm紫外波段存在极强的本征吸收，波长低于400nm时损耗急剧上升，长距离传输后功率衰减严重

Lumatec光纤可在更低光源功率下，实现靶组织足够的激发光功率密度，既提升荧光信号信噪比、减少漏诊，又降低光源负荷、延长设备寿命，避免光纤发热带来的安全隐患

高功率承载与抗老化能力

液体芯层无固体晶格缺陷，紫外光耐受能力极强，同等芯径下峰值功率承载能力是石英光纤的数倍；无紫外色心生成，长期使用无性能衰减，无永久性端面损伤

固体石英纤芯在高功率紫外光照射下，极易出现端面太阳斑、晶格损伤、紫外色心老化，传输效率随使用时长持续下降，甚至出现端面炸裂

Lumatec光纤可保证长时程、大面积照射操作的功率稳定性，避免因光纤老化导致的激发不足与假阴性诊断，大幅延长光纤使用寿命，降低设备运维成本

弯曲性能与抗断纤能力

液体芯层具备天然柔性，极小弯曲半径（3倍芯径）下几乎无额外弯曲损耗，完全不存在固体纤芯断裂风险

固体纤芯脆性大，弯曲半径小于10倍芯径时，损耗超过50%；大角度反复弯曲极易出现纤芯断裂，直接报废

Lumatec光纤完美适配软/硬式内镜的复杂腔道操作，膀胱镜、支气管镜等大角度弯曲场景下，仍能保持稳定的光功率输出，无观察盲区，降低医生操作难度

光束均匀性

液体芯层可实现光束全匀化，输出平顶光斑，均匀性＞90%，无中心热点、无光斑畸变

输出为高斯分布光斑，中心亮、边缘暗，均匀性差，易出现光斑畸变，激发覆盖不均匀

Lumatec光纤可实现靶组织全区域均匀激发，病变边界辨识度更高，大幅提升扁平、微小原位癌的检出率，避免因光斑不均导致的漏诊与误诊

光源耦合效率

数值孔径最高可达0.5以上，远高于石英光纤，与光源的耦合效率更高，耦合损耗极低

常规数值孔径约0.22，耦合适配性有限，光源耦合阶段易出现功率损耗

Lumatec光纤可最大化利用光源输出功率，进一步降低对光源的功率要求，压缩设备整机体积与成本

医用合规性与耐用性

全系列符合CE、FDA医疗器械材料合规要求，生物相容性优异；可耐受环氧乙烷、低温等离子等多种灭菌方式，反复灭菌后性能无衰减

涂覆层与护套在反复灭菌后易出现老化、脱落，导致光纤失效，使用寿命受限

Lumatec光纤满足临床长期、反复使用的需求，适配医疗设备的量产与临床推广合规要求

除上述核心性能优势外，Lumatec具备极强的定制化能力，可根据设备厂商的研发需求，定制不同芯径（几十微米至数千微米）、长度、数值孔径、端面结构、接头类型的光纤产品，甚至可针对专属光敏剂的激发波长做定制化波段优化，为设备厂商提供从原型开发到批量量产的全流程技术支持。

四、Lumatec液芯光纤在PDD设备中的标杆应用场景

凭借极致的性能与成熟的临床验证，Lumatec液芯光纤已成为全球高端PDD设备的标配核心部件，典型应用场景包括：

1. 泌尿外科膀胱肿瘤PDD诊断系统

全球内镜龙头卡尔史托斯的D-Light C膀胱光动力诊断系统，核心光传输部件即采用Lumatec液芯光纤。该系统配合5-ALA光敏剂，可实现膀胱原位癌、微小复发灶的精准检出，相比白光内镜，病变检出率提升60%以上。Lumatec光纤的紫外高效传输、极小弯曲损耗、均匀照明特性，完美适配膀胱镜的大角度操作需求，可实现全膀胱无盲区均匀激发，无观察死角，大幅降低膀胱癌的术后复发率。

1. 呼吸科支气管镜早期肺癌PDD诊断

针对中央型肺癌、气道原位腺癌等传统白光内镜难以发现的早期病变，Lumatec液芯光纤可适配超细支气管镜，进入细小支气管分支，在极小弯曲半径下保持稳定的光功率输出，高功率紫外光可高效激发富集在病变组织中的光敏剂，实现毫米级微小病变的原位检出，为肺癌的早诊早治提供核心支撑。

1. 消化科胃肠镜早癌PDD诊断

针对胃肠道扁平早癌、癌前病变，Lumatec液芯光纤的高均匀性平顶光斑，可实现胃肠道黏膜的全域均匀激发，清晰勾勒病变边界，帮助医生精准完成靶向活检与内镜下黏膜剥离术（ESD），避免病变残留，提升早癌的根治率。

1. 术中精准导航PDD系统

在神经外科脑胶质瘤、妇科宫颈癌、肝胆外科肝癌等术中场景，Lumatec液芯光纤可配合手术显微镜、腔镜系统，实现术中病变组织的实时荧光定位，帮助医生精准区分肿瘤组织与正常功能组织，在完整切除肿瘤的同时，最大程度保留正常器官功能，提升患者术后生存质量。

五、总结与展望

光动力诊断作为精准医疗的核心技术，正在推动临床早期病变诊断从“形态学识别”向“分子级靶向识别”跨越，而高性能光传输光纤，是这一技术落地的核心基础。

传统石英固体光纤受限于自身材料与结构特性，在PDD核心的紫外-可见光波段，存在传输损耗高、弯曲性能差、易老化损伤、光束均匀性不足等固有痛点，已成为高端PDD设备性能升级的瓶颈。德国Lumatec液芯光纤，从底层结构上突破了固体光纤的性能限制，凭借紫外波段超低损耗、高功率承载、极致柔性、高均匀性输出等核心优势，完美匹配了PDD设备的全场景需求，成为全球顶级医疗设备厂商的首选方案，也为光动力诊断技术的临床普及提供了核心技术支撑。

随着新型光敏剂的不断迭代，光动力诊断的应用场景正从肿瘤诊断向感染性疾病、自身免疫性疾病、罕见病诊断等领域快速拓展，对光纤的光学性能、定制化能力也提出了更高的要求。作为德国Lumatec的中国区独家代理，我们将持续为国内医疗设备厂商、科研机构提供全系列Lumatec液芯光纤产品与定制化技术解决方案，从样品测试到批量量产全流程护航，助力国产高端光动力诊-疗设备的研发突破与国产化升级。