專利名稱：用于侵入性導(dǎo)管定位的光導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光導(dǎo)系統(tǒng)，以及一種用于插入氣管內(nèi)導(dǎo)管、鼻飼管、飼管、硬膜導(dǎo)管、中央靜脈導(dǎo)管、外插式中央靜脈導(dǎo)管、胸腔管多級(jí)導(dǎo)管、和類似的侵入性導(dǎo)管和管子的方法。
背景技術(shù)：
確定插入到患者體內(nèi)的導(dǎo)管的端部位置以便將營(yíng)養(yǎng)素或藥物提供到體內(nèi)特定位置一直是個(gè)難題。目前，導(dǎo)管定位或者是沒(méi)有視覺(jué)導(dǎo)向地進(jìn)行，或者如果定位特別關(guān)鍵，則通過(guò)X射線來(lái)進(jìn)行，X射線可以精確地確定用來(lái)制造管子的不透射線的塑料材料的位置。但是，通常需要大量的X射線。因此需要一種方便并容易使用并且還可以不需要X射線而能非常精確地定位導(dǎo)管端部的光學(xué)系統(tǒng)。優(yōu)選地，在插入過(guò)程中可以直接觀察導(dǎo)管端部的位置并且在其后的任何時(shí)候可以檢查端部位置。
已經(jīng)獲知在先技術(shù)的導(dǎo)管光傳輸裝置(例如Woodward等的5,947,958)，它在插入之后例如通過(guò)腹膜壁提供內(nèi)部器官的照明。這種照明是或者為組織表面成像提供光或者為光動(dòng)力性療法傳輸光。這種裝置不是用來(lái)導(dǎo)管定位的。
其他光導(dǎo)裝置，例如Fontenot的5,423,321具有多個(gè)不同長(zhǎng)度的光導(dǎo)纖維，在手術(shù)期間它們插入到內(nèi)部器官或脈管中。在氣囊導(dǎo)管的情況下，這種光導(dǎo)裝置用于將氣囊導(dǎo)管定位在必要時(shí)氣囊充氣以阻塞脈管的地方。導(dǎo)光裝置是一個(gè)獨(dú)立實(shí)體并且通過(guò)脈管壁進(jìn)行觀察，從而光線足夠，盡管近紅外光降低所需的光強(qiáng)度。還需要一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)用來(lái)當(dāng)手術(shù)刀具接近脈管時(shí)進(jìn)行確定。
Vander Salm等的5,906,579和Duhaylongsod等的6,113,588類似地說(shuō)明了一種在手術(shù)條件下通過(guò)脈管壁使氣囊導(dǎo)管可見(jiàn)的方法。在這些裝置中，光纖是一個(gè)獨(dú)立實(shí)體并且優(yōu)選地插入通過(guò)多管腔導(dǎo)管的一個(gè)管腔。所揭示的裝置特別是用于心胸手術(shù)。
這些在先技術(shù)光導(dǎo)裝置沒(méi)有使用內(nèi)置在導(dǎo)管中具有多種不同功能的單一光纖，不是主要用于定位氣管內(nèi)導(dǎo)管、鼻飼管、飼管、硬膜導(dǎo)管、中央靜脈導(dǎo)管、外插式中央靜脈導(dǎo)管、胸腔管多級(jí)導(dǎo)管、和類似的侵入性導(dǎo)管和管子的非手術(shù)過(guò)程中插入的導(dǎo)管的端部，并且這些在先技術(shù)光導(dǎo)裝置沒(méi)有僅僅使用近紅外光，因?yàn)槊}管在手術(shù)中并不外露并且可見(jiàn)光(藍(lán)色到橙色)不能充分穿透組織。而且，這些在先技術(shù)光導(dǎo)裝置相對(duì)昂貴并且要求光學(xué)組件接受FDA的苛刻審查，因?yàn)樗T將接觸患者。本發(fā)明克服了在先技術(shù)的這些局限。

發(fā)明內(nèi)容
來(lái)自小激光二極管的光穿過(guò)光纖，該光纖在制造時(shí)或者包含在管腔中或者包含到侵入性導(dǎo)管的壁內(nèi)。光選擇為具有被組織最少地吸收的波長(zhǎng)，優(yōu)選地在大約620nm到1100nm的范圍內(nèi)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用780nm，因?yàn)樵谠摬ㄩL(zhǎng)處組織吸收最小。光從光纖端部(位于導(dǎo)管末端)出來(lái)并經(jīng)過(guò)組織到達(dá)外部，在這里它被檢測(cè)。由夜視鏡觀察光帶，該夜視鏡濾出其他頻率范圍的光。所檢測(cè)的光可以定位光纖端部，位置精度取決于光纖末端和體外之間的組織厚度。該方法對(duì)于兒童以及靠近成人皮膚表面的導(dǎo)管具有很高的精度，但是不可應(yīng)用于放置在一些成人體腔內(nèi)的導(dǎo)管。


以下參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的光導(dǎo)系統(tǒng)和用于插入氣管內(nèi)導(dǎo)管、鼻飼管、飼管、硬膜導(dǎo)管、中央靜脈導(dǎo)管、外插式中央靜脈導(dǎo)管、胸腔管多級(jí)導(dǎo)管、和類似的侵入性導(dǎo)管和管子的方法，其中圖1表示具有用在本發(fā)明中定位所插入導(dǎo)管的末端的集成光纖的導(dǎo)管的橫截面。
圖2表示圖1的導(dǎo)管的側(cè)視圖。
圖3表示插入到患者體內(nèi)的圖1的導(dǎo)管以及根據(jù)本發(fā)明的方法在最靠近患者皮膚的位置檢測(cè)來(lái)自導(dǎo)管末端的光。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光導(dǎo)系統(tǒng)包括一個(gè)激光二極管，它具有620nm到1100nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，優(yōu)選地780nm的波長(zhǎng)，其發(fā)射寬度小于2nm并且功率小于5mw，它通過(guò)一個(gè)150微米(或更小)的玻璃芯光纖在末端承載在“ST”光學(xué)連接器上。如圖1所示，玻璃光纖10嵌在具有導(dǎo)管管腔40的導(dǎo)管30的壁20內(nèi)(即部分地或者全部地由壁20包圍)。光纖10經(jīng)過(guò)導(dǎo)管30的整個(gè)長(zhǎng)度，并且如圖2所示位于導(dǎo)管30的末端50的光纖10的無(wú)終端接頭的端部可以插入到患者體內(nèi)。近端60終止于ST光學(xué)連接器(未示出)，該ST光學(xué)連接器用于將光纖10連接于激光二極管(未示出)。相反地，光纖10可以在其近端60插入導(dǎo)管30的管腔40并且提供到導(dǎo)管30的末端50并固定在位從而導(dǎo)管30插入到患者體內(nèi)之后光從末端50逸出。
操作人員使用諸如近紅外夜視鏡70從所選位置的入口處觀察導(dǎo)管30的推進(jìn)。導(dǎo)管30末端50被看作是單一光源并且檢測(cè)來(lái)自該光源的散射光線。利用具有780nm的中心波長(zhǎng)的窄帶干涉濾波器80(優(yōu)選地在半高處小于10nm，但是也可以使用較寬帶通的濾波器)覆蓋鏡70的檢測(cè)器表面。通常，隨著光學(xué)濾波器帶通寬度的增加其他環(huán)境光的影響增大。選擇小于10nm的值以允許激光二極管波長(zhǎng)中的一些變化并且還使得經(jīng)過(guò)鏡70的檢測(cè)器的并非來(lái)自激光二極管的光量最少。當(dāng)然，如果使用其他波長(zhǎng)的光，那么可以使用以其他波長(zhǎng)為中心的合適的干涉濾波器。
圖3表示經(jīng)由鼻飼管30插入到患者體內(nèi)的圖1和2的導(dǎo)管30以及根據(jù)本發(fā)明的方法在最靠近患者皮膚的位置檢測(cè)來(lái)自導(dǎo)管30的末端50的光。在如圖3所示的例子中，其上具有合適的干涉濾波器80的夜視鏡70允許操作人員通過(guò)患者胃部外的皮膚看到紅外光。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以明白利用不同的光源和光檢測(cè)器可以構(gòu)造本發(fā)明的用于導(dǎo)管的光導(dǎo)系統(tǒng)。盡管780nm的光是適宜的因?yàn)樵谠摬ㄩL(zhǎng)處組織吸收接近最小，但是例如可能采用LED作為光源，只要所提供的光具有合適的波長(zhǎng)和能量。在這種情況下，檢測(cè)器上需要較寬帶通的濾波器(LED光輸出寬于激光二極管的光輸出)。類似地，可以使用不同的檢測(cè)器，包括光電二極管、光電倍增器、雪崩光電二極管以及微道通板。當(dāng)使用光電二極管或者其他單點(diǎn)檢測(cè)器時(shí)，它們可以移動(dòng)到組織表面上來(lái)檢測(cè)從光纖發(fā)出的特定光的最大值。可以通過(guò)以特定頻率(例如1000Hz)調(diào)制光并且僅僅檢測(cè)該頻率下的光電信號(hào)來(lái)最大化測(cè)量的靈敏度。
可以允許操作人員檢測(cè)導(dǎo)管具有不適當(dāng)?shù)摹半p折(doubled back)”的情況的另一種變化將包含兩個(gè)光纖，一個(gè)終止于末端之前大約5厘米而另一個(gè)位于末端。這兩個(gè)可以由光的調(diào)制頻率和/或波長(zhǎng)來(lái)區(qū)別。
在檢測(cè)系統(tǒng)的一種變化中，夜視鏡70包括在操作人員一只眼前面的小型顯示屏中的靈敏的微道通板成像器。這將允許操作人員根據(jù)需要觀察患者或者顯示屏。
盡管以上詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易明白，可以對(duì)實(shí)施例做出其他修改而不脫離本發(fā)明的新穎內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)。任何這些修改都將包含在由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在患者體內(nèi)定位侵入性導(dǎo)管的光導(dǎo)系統(tǒng)，包括導(dǎo)管；插入所述導(dǎo)管內(nèi)并且從所述導(dǎo)管近端延伸到所述導(dǎo)管末端的光纖；布置在所述光纖末端用來(lái)將光導(dǎo)入其內(nèi)的光源，從而當(dāng)導(dǎo)管插入患者體內(nèi)時(shí)所導(dǎo)入的光經(jīng)由光纖到達(dá)導(dǎo)管末端，并且從所插入的導(dǎo)管的末端發(fā)出的光經(jīng)過(guò)患者組織到達(dá)患者體外；以及檢測(cè)裝置，它接收并過(guò)濾從患者體外發(fā)出的光以幫助檢測(cè)裝置的操作人員確定導(dǎo)管末端在患者體內(nèi)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，光源包括以620nm到1100nm的波長(zhǎng)范圍發(fā)出光的激光二極管。
3.如權(quán)利要求2所述的光導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，激光二極管以大約780nm的波長(zhǎng)發(fā)出光。
4.如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，檢測(cè)裝置包括夜視鏡，在其檢測(cè)表面上具有干涉濾波器，干涉濾波器有效地阻擋包括由所述光源發(fā)出的波長(zhǎng)范圍在內(nèi)的窄帶之外的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。
5.如權(quán)利要求4所述的光導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述夜視鏡包括在操作人員一只眼前面的小型顯示屏中的微道通板成像器。
6.如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，光纖嵌在導(dǎo)管壁內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，光纖插入導(dǎo)管的管腔內(nèi)從而延伸到導(dǎo)管末端并且在導(dǎo)管插入到患者體內(nèi)期間光纖固定在位。
8.一種確定插入到患者體內(nèi)的侵入性導(dǎo)管的末端的位置的方法，包括以下步驟將具有插入其中從而從導(dǎo)管的近端延伸到末端的光纖的侵入性導(dǎo)管插入到患者體內(nèi)；將窄帶光導(dǎo)入光纖近端，從而當(dāng)導(dǎo)管插入患者體內(nèi)時(shí)所導(dǎo)入的光經(jīng)由光纖到達(dá)導(dǎo)管末端，并且從所插入的導(dǎo)管的末端發(fā)出的光經(jīng)過(guò)患者組織到達(dá)患者體外；在患者皮膚表面檢測(cè)從導(dǎo)管末端發(fā)出并經(jīng)過(guò)患者皮膚到達(dá)皮膚表面的紅外光；以及通過(guò)在患者皮膚表面過(guò)濾所檢測(cè)的光帶確定導(dǎo)管末端的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，導(dǎo)入光纖近端的光的波長(zhǎng)范圍為620nm到1100nm。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，導(dǎo)入光纖近端的光具有大約780nm的波長(zhǎng)。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，檢測(cè)步驟包括利用夜視鏡觀察患者身體的步驟，其中在夜視鏡的檢測(cè)表面上具有干涉濾波器。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，確定步驟包括利用干涉濾波器過(guò)濾從患者發(fā)出的光從而有效地阻擋導(dǎo)入所述光纖的窄帶光的波長(zhǎng)范圍之外的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的步驟。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，檢測(cè)步驟還包括在佩帶所述夜視鏡時(shí)在操作人員一只眼前面提供小型顯示屏。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，光纖插入步驟包括將光纖嵌在導(dǎo)管壁內(nèi)的步驟。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，光纖插入步驟包括將光纖插入導(dǎo)管的管腔內(nèi)從而延伸到導(dǎo)管末端并且在導(dǎo)管插入到患者體內(nèi)期間將光纖固定在位的步驟。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，包括以下附加步驟將第二光纖插入到導(dǎo)管內(nèi)從而所述第二光纖終止于短于所述導(dǎo)管的所述末端的預(yù)定距離；將光導(dǎo)入所述第二光纖內(nèi)，該光區(qū)別于導(dǎo)入所述光纖內(nèi)的光；以導(dǎo)入這兩個(gè)光纖內(nèi)的光的每個(gè)光源的頻率檢測(cè)從患者發(fā)出的光；以及根據(jù)從患者發(fā)出的光的位置確定導(dǎo)管本身是否具有“雙折”。
全文摘要
來(lái)自小激光二極管的光導(dǎo)入導(dǎo)管末端并穿過(guò)光纖，該光纖在制造時(shí)或者包含在管腔中或者包含到侵入性導(dǎo)管的壁內(nèi)。光選擇為具有被組織最少地吸收的波長(zhǎng)，優(yōu)選地在大約620nm到1100nm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地采用780nm，因?yàn)樵谠摬ㄩL(zhǎng)處組織吸收接近最小。光從光纖端部(位于導(dǎo)管近端)出來(lái)并經(jīng)過(guò)組織到達(dá)患者皮膚外部，在這里它被檢測(cè)。由夜視鏡觀察光帶，該夜視鏡濾出其他頻率范圍的光。所檢測(cè)的光可以定位光纖端部，位置精度取決于光纖末端和體外之間的組織厚度。該方法對(duì)于兒童以及在成人皮膚表面幾厘米內(nèi)的導(dǎo)管具有很高的精度。
文檔編號(hào)A61J15/00GK1602168SQ02812406
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月19日
發(fā)明者戴維·F·威爾遜, 格雷戈里·J·謝爾斯 申請(qǐng)人:賓夕法尼亞大學(xué)理事會(huì)