專利名稱：光療裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及光療技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及使用光纖或其它柔性的光波導(dǎo)把幅射輸送到所瞄準(zhǔn)位置的方法和裝置。
纖維光學(xué)的光療在用于各種疾病的診斷和治療上正日益俱增。例如，在外科領(lǐng)域，紅外激光幅射通常通過裝有光學(xué)傳輸纖維的手持器械傳輸?shù)绞中g(shù)位置，以便凝固血液或切割組織。類似的纖維光學(xué)傳輸系統(tǒng)也用于內(nèi)窺鏡或基于導(dǎo)管的器械，以便把用于治療的幅射引入體腔內(nèi)。美國專利US-4,336,809(Clark)和美國重頒專利RE-34,544(Spears)公開了血卟啉染料和類似物在癌組織中選擇地積累，且這種積累可以在藍(lán)光幅射下通過特征熒光檢測。這些專利進(jìn)一步教導(dǎo)已經(jīng)吸收染料的癌組織可以優(yōu)選地通過在光療期間由染料分子吸收的幅射(典型地是高強(qiáng)度的紅光)破壞。
其他人也提出用光纖傳輸幅射，以便治療關(guān)節(jié)硬化癥。例如，美國專利US-4,878,492(Sinofsky等)。公開了用紅外幅射在氣球血管成形術(shù)時(shí)加熱血管，以便融化血管內(nèi)皮襯和密封表面。光纖傳送幅射的另一種應(yīng)用在美國專利US-5,053,033(Clark)中公開，它的教導(dǎo)是緊接血管成形術(shù)的再狹窄可以通過把UV幅射施加到血管成形術(shù)部位上抑制，以便殺死平滑肌細(xì)胞，否則所述的細(xì)胞響應(yīng)血管成形術(shù)對(duì)血管壁引起損傷。
盡管如此，有許多問題限制了纖維光學(xué)光療技術(shù)的發(fā)展。典型地，光學(xué)纖維只能從它們端面發(fā)射光線，由此，所發(fā)射的光線往往被聚焦，或者充其量也不過按圓錐形的圖形發(fā)散，因此只有在光纖遠(yuǎn)端前面很小的區(qū)域被照射。小的暴露區(qū)域限制了光療可使用的能量，因?yàn)楸仨毞乐鼓繕?biāo)組織的過熱。
盡管已經(jīng)提出“側(cè)向發(fā)射”光纖，以便在光療時(shí)有更大的適應(yīng)性，但這種途徑仍不能使大范圍的組織均勻地幅射，且在要求邊界均勻性的情況也不適合于使用。因?yàn)閭?cè)向發(fā)射光纖暴光有限的區(qū)域，它們對(duì)緩和“熱點(diǎn)”問題的作用很小，該問題限制了通過光纖傳輸?shù)街委煵课坏姆鋸?qiáng)度。
還有人提出用于光纖的發(fā)散端，以便增加被幅射的范圍，和/或減少過分暴露的可能性。然而，發(fā)散端對(duì)于許多治療目的并不能滿足，因?yàn)樗鼈冎圃鞆?fù)雜，和/或因?yàn)榉洳豢赡艹浞值鼐鶆蛏⑸湟詼p少“熱點(diǎn)”問題。已有技術(shù)的發(fā)散端不可能傳輸高能量的幅射。例如，在10瓦或更高的數(shù)量級(jí)，以便促進(jìn)光凝或其它。
這就存在著需要更好的用于纖維光學(xué)光療的裝置。更具體地，發(fā)散的光纖端部裝置應(yīng)該滿足在該技術(shù)領(lǐng)域長期期望的需要，所述的裝置可以相對(duì)于光纖軸在徑向上(例如，側(cè)向)提供周邊(或大角度)的暴光區(qū)域，而沒有熱點(diǎn)。此外，小于360°的水平角的照射或幅射發(fā)散裝置應(yīng)該符合在光療外科最低副反應(yīng)方面的需要是特別重要的。同樣地，提供漸次變化的或廣闊傳播的曝光圖形的，或其它預(yù)定光分布圖形的發(fā)散裝置也應(yīng)符合特殊的需要。還有，使用時(shí)可以增大縱向幅射量并提供更大的適應(yīng)性的發(fā)散光纖端部裝置也可符合在光療方面的需要。
在其它應(yīng)用方面，光療器械可以用于治療電心律失常。在這種使用情況下，具有纖維光學(xué)部件的導(dǎo)管通過主動(dòng)脈送入病人的心內(nèi)。當(dāng)在心內(nèi)時(shí)，導(dǎo)管由其外殼上的電接點(diǎn)或其它導(dǎo)管元件讀出電脈沖，以便定位心律失常源。一旦定位，光療組件啟動(dòng)，以便“消融”部分的心內(nèi)壁。通過凝固位于心律失常源附近的組織，因此，將減少病人的心再繼續(xù)經(jīng)受心律失常的可能性。
在其它應(yīng)用上，激光幅射可以與在病人心內(nèi)的導(dǎo)管器械聯(lián)系起來使用，以便增加心肌缺氧區(qū)域的血流量。在這種操作過程中，激光幅射用來在心肌上形成許多小孔，由此，缺氧的組織用來自心室腔的血液呼吸。
在所有這些應(yīng)用中，都存在著病人的內(nèi)組織，特別是心損傷的可能性，如果發(fā)射光的光纖過深地插入病人組織的話。更特殊地，對(duì)心肌而言，心壁穿孔具有非常危險(xiǎn)的后果。
因此，這就存在需要更好的用于纖維光學(xué)光療的裝置。更具體地，可以“停止”光學(xué)纖維對(duì)病人組織穿孔的裝置在最低副反應(yīng)的光療外科領(lǐng)域中有特別重要的需要。而且，手術(shù)時(shí)例如在快速搏動(dòng)的心的腔室內(nèi)能協(xié)助穩(wěn)定光療器械的裝置也特別有用。
在其它的應(yīng)用方面，光療裝置可用于消毒醫(yī)用器械的腔體，例如，內(nèi)窺鏡裝置是一種復(fù)雜而昂貴的醫(yī)療器械，它使內(nèi)科大夫可以觀察內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，這些器械典型地是重復(fù)使用的，因此，必須在每次用后消毒。此外，因?yàn)樵S多內(nèi)窺鏡每天要多次使用，所以，器械的消毒必須快速地在繁忙的診所內(nèi)完成。
傳統(tǒng)地，內(nèi)窺鏡是用化學(xué)浴的方式消毒，其內(nèi)腔或者是浸泡在消毒液中，或者是用消毒液沖洗。
令人遺憾地，常規(guī)技術(shù)有時(shí)效果低下。消毒液不可能滲透整個(gè)內(nèi)腔，或者不足以達(dá)到所要求的滅菌效果的強(qiáng)度。此外，內(nèi)窺鏡的腔體具有積累的由細(xì)胞組成的殘?jiān)?，它們不可能簡單地沖洗掉，且這些殘?jiān)赡茈[藏微生物，它們在清洗過程中不受破壞。
因此，這就存在著需要更好的對(duì)內(nèi)窺鏡器械的內(nèi)腔消毒的方法和裝置。能夠保證更有效的滅菌作用的和/或能更快的對(duì)器械腔體消毒的方法和裝置將滿足該技術(shù)領(lǐng)域長期渴望的要求。
發(fā)明概述本發(fā)明公開了用于發(fā)散來自光纖的幅射的方法和裝置，以便為光療提供更大的曝光區(qū)域。所述的方法和裝置特別適于用作基于纖維光學(xué)的醫(yī)用激光系統(tǒng)的一部分。本發(fā)明進(jìn)一步為曝光區(qū)域的主要部分提供基本上是均勻的或者其它的預(yù)定的能量分布圖形。本發(fā)明在構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)用于光學(xué)纖維的圓周的，廣闊地傳播的，漸次變化的和/或側(cè)向發(fā)射端組件特別有用，以便使激光相對(duì)于光纖的軸在一個(gè)或多個(gè)徑向向外的圖形上幅射。在此使用術(shù)語“光纖”包含各種形狀和大小的光學(xué)傳輸波導(dǎo)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，所公開的光學(xué)傳輸纖維端部結(jié)構(gòu)具有幅射散射粒子(particle)和一個(gè)發(fā)射端。當(dāng)幅射通過光纖端傳播時(shí)，幅射被散射。幅射每次遇到散射粒子時(shí)都將偏移，直到一些幅射超過內(nèi)反射的臨界角并逸出光纖端部。初次經(jīng)過光纖端部時(shí)未出射的幅射由至少一個(gè)端表面反射并經(jīng)光纖端部返回。在第二次通過時(shí)，殘余的幅射(或者這次返回的幅射的主要部分)再次遇到提供進(jìn)一步徑向幅射散射的散射器。
在一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種用于散射來自光纖的幅射的散射端部裝置，該裝置包括一個(gè)可與光纖遠(yuǎn)端對(duì)準(zhǔn)的、并適合于接納光纖遠(yuǎn)端的、用于通過光纖傳播光線時(shí)起到波導(dǎo)作用的光傳輸筒狀殼體裝置還包括一個(gè)反射端蓋和裝在其內(nèi)的光散射媒質(zhì)，這樣，通過所說的光纖傳播的光線遇到散射媒質(zhì)，且一部分光線通過所述的外殼向外泄漏，而另一部分光線通過散射媒質(zhì)并由端蓋反射，以便通過所說的散射媒質(zhì)可再傳輸。
裝置的反射面也可以改進(jìn)，以便產(chǎn)生非圓柱形的或非球面的曝光圖形。所公開的反射結(jié)構(gòu)控制由散射端發(fā)出的光線的水平展開。這些技術(shù)和結(jié)構(gòu)允許水平曝光的角度，例如，為270°，180°，甚至更小的角度。在此使用術(shù)語“大角度曝光”，以便說明具有大于90°的水平角的部分圓柱形(或部分球形)的曝光圖案。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，裝散射器的數(shù)量和/或散射端部的長度是可以控制的，這樣，初始的和反射路徑的散射幅射束是互補(bǔ)的。通過正確地選擇這些參數(shù)，沿至少一部分光纖端長度的累積的能量密度或流量可以變得均勻。由此，本發(fā)明提供一種用于生物學(xué)結(jié)構(gòu)和類似結(jié)構(gòu)的均勻圓柱形幅射的機(jī)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，裝有散射器的數(shù)量是可以變化的，以便產(chǎn)生漸次變化的或者另外變化的曝光圖形。例如，多個(gè)散射器可以裝在擴(kuò)散裝置遠(yuǎn)端部分內(nèi)，以便產(chǎn)生遞增的曝光圖形。作為一種變換，透明的特富隆(teflon)桿可以傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的反射鏡，以便產(chǎn)生增加遠(yuǎn)離光纖處的強(qiáng)度。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面，公開了用于擴(kuò)展擴(kuò)散幅射的軸向范圍，和/或用于允許纖維或纖維子集選擇觸發(fā)的成束技術(shù)和結(jié)構(gòu)，以便在光纖端部附近實(shí)現(xiàn)病人組織區(qū)域或區(qū)段的特定位置的光療。這種成束的系統(tǒng)也可以用于把兩個(gè)或多個(gè)不同波長的幅射傳送到治療位置上，由此，由多個(gè)治療波長提供協(xié)同作用，或者使不同波長的診斷和治療幅射能以一個(gè)單一的過程完成。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，公開了用于發(fā)射端部裝置的新穎材料和結(jié)構(gòu)，以便緩和或降低端部和鄰近的組織段之間的粘結(jié)接觸的可能性。本發(fā)明的這個(gè)方面在與內(nèi)窺鏡和/或基于導(dǎo)管的光療的結(jié)合上特別有用，以便保證發(fā)射端部不會(huì)在治療過程意外地粘結(jié)到體腔或血管上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，公開了作為用于端部密封和/或外包覆或涂覆的優(yōu)選材料的含氟聚合物材料，如Taflon材料等，以便在治療過程中抑制端部裝置和生物組織間的粘結(jié)接觸。更優(yōu)選地，Teflon材料是TeflonFEP材料(一種聚全氟代乙烯-丙烯共聚物)。其它Teflon材料，如TeflonPFA(一種聚四氟乙烯與全氟烷氧基側(cè)鏈的聚合物)，和TeflonPTFE(聚四氟乙烯)也是在一定的應(yīng)用中有用的。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面公開了一種新穎的散射器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使紫外(UV)和紅外(IR)幅射的散射比已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)具有更高的效率。所公開的充填液體的散射器裝置，更特殊地，使用氧化氘和其它的重水溶液的結(jié)構(gòu)能以較低的損耗和最低的端部發(fā)熱傳輸IR光。還公開了用于UV光傳輸?shù)纳⑸淦鞯恼麴s水懸浮液。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開了用于最低化副反應(yīng)的光療外科的新的治療方案。例如，公開了用于治療前列腺癌和類似的疾病的方案，在該方案中，散射端部裝置置于癌組織或人體結(jié)構(gòu)附近，用散射光加熱和選擇性地破壞癌變組織或發(fā)育異常的組織。此外，本發(fā)明還可以用于人體管(導(dǎo))的封閉，和/或已經(jīng)殘缺的或破壞的管(導(dǎo))和閥之間的連接件的重建。而且，藥劑、植入結(jié)構(gòu)，或縫合材料的光激活都可以被本發(fā)明的散射裝置有益地作用。按照本發(fā)明的又一個(gè)用途，在此所公開的光療裝置可以用于消毒醫(yī)療器械。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面，公開了多個(gè)能起到散射器作用的光學(xué)傳輸纖維的端部裝置。兩個(gè)或多個(gè)光纖端部裝置被打成圈，該圈產(chǎn)生一個(gè)廣闊傳播較均勻的照射圖形。使用“成圈狀”或“折疊的”光纖，多個(gè)光纖可以按彼此連接的方式配置，以便產(chǎn)生一個(gè)具有增強(qiáng)能量密度而又防止了“熱點(diǎn)”的幾何曝光圖形。
這種圈狀的散射器可以裝在內(nèi)窺器械或?qū)Ч軆?nèi)。散射元件起初按收縮狀態(tài)(大部分在器械主體內(nèi))配置，然后藉助控制線或類似物按展開結(jié)構(gòu)重新配置。由此，兩個(gè)或多個(gè)處于展開結(jié)構(gòu)的圈可以產(chǎn)生一個(gè)“類似于球形”的散射裝置，或者，如果進(jìn)一步展開，圈可以形成一個(gè)“心形”結(jié)構(gòu)。由此，本發(fā)明使相對(duì)小的器械能放大以投射一個(gè)廣闊的曝光范圍。
每個(gè)單個(gè)的圈包括一個(gè)光傳輸?shù)墓軤顨んw，該殼體與光纖的遠(yuǎn)端對(duì)準(zhǔn)且適于接納該遠(yuǎn)端，并對(duì)于光通過光纖傳播起到波導(dǎo)的作用。在一個(gè)實(shí)施例中，管狀的外殼是一個(gè)用散射介質(zhì)充填的中空管，光纖連接對(duì)它們每一端上。通過光纖傳播的光進(jìn)入外殼的相對(duì)端，且在到達(dá)另一端之前被散射。在另一個(gè)實(shí)施例中，裝置可以連接單根光纖，且進(jìn)一步包括一個(gè)端蓋和裝在外殼內(nèi)的光散射介質(zhì)，這樣，通過光纖傳播的光進(jìn)入散射介質(zhì)，部分的光通過外殼向外泄漏。在帶蓋裝置的一個(gè)實(shí)施例中，端蓋是一個(gè)簡單的限制器，且基本上所有的光線在到達(dá)限制器之前最終都被散射。在另一個(gè)實(shí)施例，端蓋包括一個(gè)反射表面，這就使得，當(dāng)光通過光纖傳播時(shí)，其一部分起初由散射介質(zhì)散射并徑向地出射，而另一部分經(jīng)散射介質(zhì)并由端蓋反射，以便再次通過散射介質(zhì)傳輸。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面，可以控制安裝的散射器的數(shù)量和/或散射圈的長度，這就使得，初始和反射路跡的幅射的散射是互補(bǔ)的。通過正確的選擇參數(shù)沿至少一部分光纖端部長度的流量或累積的能量密度可以變得均勻。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面，公開了用在與散射裝置連接的一次性外殼，外層的外殼圍繞整個(gè)光學(xué)傳輸裝置，并保證產(chǎn)生幅射的元件不能與患者身體結(jié)構(gòu)直接接觸。這就允許器械能再用。只有圍繞裝置的外殼需要在每次用后丟棄。
本發(fā)明還公開了具有一體的限制器的光療器械，該裝置限制光纖端部穿過。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，一個(gè)帶凹槽的外殼圍繞內(nèi)部的光纖配置，帶凹槽的外殼是如此構(gòu)成的，在刺入人體組織時(shí)，折迭成展開形狀。當(dāng)外殼后面加壓并展開時(shí)，光學(xué)傳輸裝置有較大的截面積，這樣防止在預(yù)定所要求的距離之外刺入器械。
本發(fā)明在限制光學(xué)傳輸纖維的刺入上特別有用，因此，減少刺入體腔或組織的可能性。本發(fā)明在把“燒觸的(ablative)”激光幅射裝置置入心的心室內(nèi)是特別有用的，當(dāng)實(shí)現(xiàn)修正心律不齊的激光燒蝕手術(shù)時(shí)，或當(dāng)經(jīng)過皮膚對(duì)心進(jìn)行血管再通術(shù)時(shí)。在這些類型的手術(shù)中，外科大夫設(shè)法部分地穿刺心肌，而不會(huì)整個(gè)地穿刺心壁。本發(fā)明的限制器裝置在光療時(shí)限制穿刺深度并使光學(xué)傳輸端部穩(wěn)定。
本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)表示把治療幅射朝遠(yuǎn)處的治療部位輸送的實(shí)際步驟。本發(fā)明的散射裝置的結(jié)構(gòu)允許輸送在10瓦級(jí)或更高能量水平的幅射。事實(shí)上，散射端部裝置已經(jīng)成功地構(gòu)成把超過100瓦的能量以散射圖案輸送到治療部位的結(jié)構(gòu)，大夫能快速、均勻地對(duì)大面積組織進(jìn)行治療。
本發(fā)明還公開了用于對(duì)內(nèi)窺器械的內(nèi)腔消毒的方法和裝置。使用散射的紫外幅射消毒器械腔的內(nèi)表面。紫外幅射可以通過一個(gè)或多個(gè)具有耦合了光散射裝置的光纖傳送。器械通過把對(duì)細(xì)胞有毒性的幅射傳輸?shù)絻?nèi)腔表面的操作，以便消毒在器械腔內(nèi)可能存在的生物劑。
在本發(fā)明的這個(gè)方面公開了內(nèi)腔消毒裝置，該裝置具有能夠傳輸紫外幅射的光傳輸纖維。該裝置還包括一個(gè)耦合到光纖上的散射器裝置，以便散射來自光纖的紫外幅射。所說的光纖和散射器足夠的小，以便把它們裝在內(nèi)窺鏡的腔內(nèi)。裝置還包括幅射裝置，用于產(chǎn)生紫外幅射和把幅射耦合到光纖上。
消毒的紫外幅射優(yōu)選范圍的波長在大約400到200納米之間，更優(yōu)選的在300到200納米之間，最優(yōu)選的在280到240納米之間。這種幅射可以由激光源提供，如氬離子激光器或準(zhǔn)分子激光器(如氦氯準(zhǔn)分子激光器)。作為一種變換，固態(tài)激光器也可以與頻率調(diào)制元件連接使用。例如，紅外幅射源可以用來與兩個(gè)倍頻晶體連接，它們共同操作，以便在紫外頻譜區(qū)產(chǎn)生四倍頻的幅射束。在另一個(gè)變換的實(shí)施例中，簡單的紫外閃光燈也可以作為光源并與光纖耦合使用。
光纖可以是任何已有技術(shù)的光傳輸元件，包括，例如，石英玻璃。在此使用術(shù)語“光纖”包含不同形狀和大小的光學(xué)傳輸波導(dǎo)。
在一個(gè)實(shí)施例中，散射端部可以用于與光纖連接，以便把散射的對(duì)細(xì)胞有毒性的幅射傳輸?shù)絻?nèi)腔。散射纖維端部的結(jié)構(gòu)可以由在合適的傳輸介質(zhì)中搭載的幅射散射粒子構(gòu)成。作為一種變換，散射端部可以由任何合適的散射光的介質(zhì)充填的管狀件構(gòu)成，而無需特殊的散射器。例如，充填水和醋酸的較長的管也可以起到散射介質(zhì)的作用。在這個(gè)實(shí)施例中，不需要移動(dòng)散射端部。而裝置可以用于對(duì)腔體的主要部分或整個(gè)長度一起消毒。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面，公開了用于散射端部裝置的新材料和新結(jié)構(gòu)，所述的散射端裝置進(jìn)一步緩和和降低端部和附近的腔壁間粘結(jié)接觸的可能性。本發(fā)明的這個(gè)方面在保證散射端部不會(huì)意外地粘結(jié)到器械內(nèi)腔上或在腔體內(nèi)的殘?jiān)鲜翘貏e有用的。在一個(gè)實(shí)施例中，公開了氟聚合物材料，例如Teflon等作為一種優(yōu)選的材料用于端部的外殼，這是因?yàn)樗鼈兙哂械偷恼辰Y(jié)接觸特性，高紫外傳輸率和低的折射率。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面，所公開的一次性外殼用于與紫外消毒光纖和散射器裝置連接使用。外殼圍繞整個(gè)光學(xué)傳輸裝置，且保證產(chǎn)生幅射的部件不會(huì)與器械的腔體或可能存在于腔內(nèi)的殘?jiān)苯咏佑|。這就不僅僅使醫(yī)生可重復(fù)地使用內(nèi)窺鏡，而且使消毒器械可再用。只需要在每次使用后遺棄包住消毒裝置的外殼。作為一種變換，一次性的外殼/散射器可以與可再用的光纖連接使用。由此，用光散射介質(zhì)充填的一次性外殼可以裝到可再用的光纖上，并用來完成器械消毒。當(dāng)這種程序完成后，因此，外殼和其內(nèi)的散射介質(zhì)可以丟棄。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面，公開了用于實(shí)現(xiàn)器械消毒的方案。這些方法典型地包括把紫外幅射裝置裝在器械的腔體內(nèi)，然后推動(dòng)消毒裝置通過腔體，這就使得整個(gè)內(nèi)表面用對(duì)細(xì)菌有毒性的幅射光浴了。該方法還包括使用一次性外殼，來環(huán)繞消毒器械，并推動(dòng)它通過內(nèi)腔，然后在消毒程序結(jié)束后丟棄。
在此使用術(shù)語“內(nèi)窺器械”和“內(nèi)窺鏡”，所描述的是一種總的器械類別，用于觀察體內(nèi)結(jié)構(gòu)或在體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)，它包括膀胱鏡，支氣管鏡，后穹隆鏡(Culpascepes)，直腸鏡、喉鏡，導(dǎo)管，關(guān)節(jié)鏡，和其它內(nèi)窺鏡等。
下面將結(jié)合一些優(yōu)選的實(shí)施例來說明本發(fā)明。然而，應(yīng)該明白，對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員可以做出各種變換和改進(jìn)，但這些都沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍。
附圖簡述本發(fā)明從下面結(jié)合附圖所作說明將可以更全面的理解，附圖有

圖1是按照本發(fā)明包含光纖和散射端部裝置的光療裝置的剖面圖；圖2是按照本發(fā)明包含多個(gè)光纖和散射端部裝置的光療裝置的另一個(gè)剖面圖；圖2A是沿圖2的A-A剖面線的圖2中的光纖散射端部裝置的剖面圖；圖3是按照本發(fā)明包含多個(gè)光纖和散射端部裝置的光療裝置的又一個(gè)剖面圖，其中光纖在所述的裝置中具有不同端點(diǎn)；圖3A是圖3的光纖端部的透視圖；圖4是按照本發(fā)明包含一個(gè)多層疊置的散射器管件的光療裝置的又一個(gè)剖面圖；圖5是按照本發(fā)明包含縱向反射鏡，以便在散射端部裝置內(nèi)提供水平選擇性的光療裝置的又一個(gè)剖面圖；圖5A是沿圖5的A-A剖面線的圖5的光纖散射端部裝置的剖面圖6A是按照本發(fā)明的在散射端部裝置中用的另一種反射鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6B是按照本發(fā)明的在散射端部裝置中用的又一種反射鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖7A，7B和7C是圖解說明對(duì)于不同的散射器載荷濃度的相對(duì)密度和光纖端面的軸向距離間的關(guān)系；圖8是按照本發(fā)明對(duì)于配置在散射端部裝置內(nèi)不同位置的反射鏡的軸向位置與強(qiáng)度的關(guān)系圖；圖9是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)際的散射端部裝置的軸向位置與強(qiáng)度的關(guān)系圖；圖10是按照本發(fā)明的兩個(gè)散射端部裝置的水平強(qiáng)度分布圖，其中之一提供圓柱形的曝光圖形，另一個(gè)提供半圓柱形圖形；圖11是TeflonFEP的傳輸頻譜圖，用以說明傳輸率和波長的關(guān)系；圖12是按照本發(fā)明的另一個(gè)光療裝置的剖面圖，該裝置具有兩個(gè)充填不同散射介質(zhì)的腔室，以便實(shí)現(xiàn)增長的散射圖形；圖13是按照本發(fā)明的圈形散射器的示意透視圖；圖14A是圈形散射器處于散射元件完全收縮狀態(tài)時(shí)的側(cè)視圖；圖14B是類似于圖14A的側(cè)視圖，其中圈形散射器的元件處于部分展開狀態(tài)；圖14C是器械的又一個(gè)側(cè)視圖，其中圈形散射器元件處于完全展開狀態(tài)；圖14D是器械的又一個(gè)側(cè)視圖，其中完全展開狀態(tài)的圈形散射器元件用控制線部分地收縮成“心形”散射器；圖15A是供圖13的裝置用的光纖散射端部裝置的剖視圖；圖15B是圖15A的圈形散射器的強(qiáng)度和軸向距離的關(guān)系圖；圖16是供圖13所示裝置用的另一種光纖散射端部裝置的剖視圖；圖17是把本發(fā)明作為內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的一部分使用時(shí)的示意圖；圖18是按照本發(fā)明的光纖和散射端部裝置的又一個(gè)剖視圖，它還使用了一次性外殼；圖19是按照本發(fā)明的光療裝置的遠(yuǎn)端和一體的限制器裝置的示意透視圖20是說明圖19的光療裝置的剖視圖；圖21是把本發(fā)明作為導(dǎo)管或內(nèi)窺系統(tǒng)的一部分的示意圖；圖22A說明在與人體器官或體腔表面接觸之前在初始位置展開的本發(fā)明的光療裝置；圖22B進(jìn)一步說在開始刺入人體組織后的圖22A的裝置；圖22C進(jìn)一步示意的說明圖22A的光療裝置的刺入，其中限制器機(jī)構(gòu)已部分使用；圖22D是進(jìn)一步說明圖22A的裝置，其中限制器裝置已完全使用；圖23是按照本發(fā)明的用于消毒醫(yī)療器械的光療裝置的示意圖；圖24是供圖23的消毒裝置使用的光纖散射端部裝置的剖視圖；圖25是按照本發(fā)明的光纖和散射端部裝置的剖視圖，其中還使用了一次性外殼。
詳細(xì)描述圖1所示的光纖散射端部裝置10包括具有光傳輸芯14、包覆層16和外緩沖層18的光纖12。光纖芯14的端面插入外殼20內(nèi)，所述的外殼包含具有特殊的散射粒子24的散射介質(zhì)22。介質(zhì)22優(yōu)選的具有大于外殼20的折射率。在外殼20的遠(yuǎn)端，裝有一個(gè)帶鏡面反射器28的端塞26。
通過光纖芯14傳播的光線傳輸?shù)缴⑸浣橘|(zhì)22內(nèi)并沿裝置10的長度按圓柱形的圖形散射。光每次遇到散射粒子時(shí)，它都將偏折，且在某些位置上，凈偏折超過在外殼20和介質(zhì)22間的界面上的內(nèi)反射的臨界角，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，光將出射。光在初次通過端部時(shí)不能出射的部分則通過反射鏡28反射并經(jīng)端部裝置返回。在第二次通過時(shí)，剩余的幅射(或者至少是返回的幅射的大部分)再遇到散射器22，該散射器再使光向四周散射。
圖2和圖2A所示的是另一個(gè)散射端部裝置40，它具有與圖1所示基本相同的元件，除了光纖束12A-12E的配置以外。每個(gè)光纖芯被暴露并把光傳輸?shù)缴⑸浣橘|(zhì)22內(nèi)。
圖2A是圖2的裝置的剖視圖，它示出了光纖束12A-12E，外殼20，散射介質(zhì)22和反射鏡28的配置。
圖3和圖3A示出了又一種散射端部裝置40，它具有與圖1所示的基本相同的元件，除了光纖束12A-12E的配置以外。每個(gè)光纖芯都被暴露在散射器介質(zhì)22內(nèi)并把光線傳輸?shù)狡鋬?nèi)，但是每個(gè)光纖端接在外殼20的不同位置上，由此，形成擴(kuò)展的軸向散射。
圖3A是圖3的光纖束的透視圖，說明光纖束12A-12E在外殼內(nèi)的位置。
圖4所示是另一種散射器端部裝置50，其中，使用一種多層的疊層件作為散射器管20，由此，最內(nèi)層22包裹散射器介質(zhì)22，圍繞最內(nèi)層20A的是中間層20B，第三層20C是圍繞前兩層20A和20B形成。這種結(jié)構(gòu)允許使用不同聚合物成管材料，和/或允許引入著色的或腐蝕的結(jié)構(gòu)能作為管20的一部分。
圖5所示是散射端部裝置60的另一個(gè)實(shí)施例，它由縱向的反射器條62組成。正如圖5A的剖面圖進(jìn)一步說明的，縱向反射器62可以在疊層結(jié)構(gòu)中，例如層20和層30之間，作為部分的層或箔元件形成。圖5和圖5A所示的縱向反射器62與散射器介質(zhì)共同工作，以便產(chǎn)生大約為180°的水平曝光圖形，然而，應(yīng)該看到，其它的曝光角度可以簡單地通過加寬(或變窄)反射鏡元件62向周圍擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。可以構(gòu)成不同變換的反射鏡結(jié)構(gòu)。例如，反射鏡可以裝在外殼的外面，或者可以作為涂層而不是箔元件形成。而且，縱向反射鏡可以無需反射端面28使用，如果不需要增強(qiáng)軸向均勻性。
圖6A所示是用于端部反射鏡的又一種結(jié)構(gòu)。如圖所示，端部反射鏡28A有一個(gè)對(duì)散射介質(zhì)呈凸形的表面，由此改變了曝光圖形。圖6B也示出了另一種用于端部反射鏡的結(jié)構(gòu)，其中反射面是位于塞26的遠(yuǎn)端而不是其近端面。在這個(gè)實(shí)施例中，塞26是一個(gè)光學(xué)傳輸件，反射表面28B是一個(gè)凹形表面。在該實(shí)施例中，充填件29也可以位于管20的端部。
圖7A-圖7C說明不同的散射器濃度對(duì)端部裝置的散射圖形的影響。裝入散射器介質(zhì)的散射器粒子的最佳濃度當(dāng)然是隨管的直徑、管的長度、波長以及其它因素變化。然而，最佳的濃度可以很快地實(shí)驗(yàn)確定。圖7A說明加載過多的散射器(粒子)的情況，大多數(shù)的光在進(jìn)入散射器管立即被散射。圖7B說明散射器介質(zhì)太少的情況，亮點(diǎn)出現(xiàn)在反射鏡附近。圖7C所示是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，散射器的濃度和反射鏡的位置是這樣選擇的，即光是在基本均勻的軸向圖案上散射。
應(yīng)該明白，散射器管的長度(亦即光纖端面和反射鏡間的距離)也影響散射的幅射的均勻性。圖8所示是在給定光源、管的直徑，散射器濃度的情況下，反射鏡的位置是如何改變曝光圖形的。當(dāng)管伸長且光纖和反射鏡之間的距離增加時(shí)，可以看到在均勻性上的下降。對(duì)于具體應(yīng)用的最佳尺寸可以實(shí)驗(yàn)地確定。
圖9是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的強(qiáng)度圖，類似于圖1所示的光纖端部裝置具有一個(gè)用硅酮和二氧化鈦散射混合物充填并有一個(gè)鍍鋁的反射鏡的蓋的TeflonFEP管狀殼體(外徑大約為0.5mm，內(nèi)徑大約為0.25mm)。散射介質(zhì)按20份清潔的硅酮(MastersilTM配方151-清潔由新澤西州Hackensack的Masterbond公司提供)與一份充填硅酮的二氧化鈦(按MastersilTM配方151-白，也由Masterbond提供)混合配制。其結(jié)果是形成一個(gè)在整個(gè)25mm的長度上均勻地傳輸633納米紅光的散射端部裝置。
圖10說明用于本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例的水平曝光圖形。由方塊組成的圖形表示由類似于圖1所示的光纖端部裝置向外散射的光的強(qiáng)度。這種水平曝光圖案基本是各向異性的。由鉆石形組成的圖形表示用類似于圖5所示的光纖端部裝置向外散射的光的強(qiáng)度，這種水平曝光圖形實(shí)際上是半圓柱形的。
適合于把散射裝置連接到具有外徑大約為500微米到1000微米玻璃色層或聚合物包層的光纖上的典型制造工藝由從光纖端部剝?nèi)ゾ彌_層開始，亦即，暴露大約2-3mm的光纖內(nèi)芯和它的包層(不需要從纖芯剝?nèi)グ鼘?。在剝?nèi)ブ?，光纖端面優(yōu)選地應(yīng)該用本技術(shù)領(lǐng)域公知的方法準(zhǔn)備和磨削，以減少邊界或界面損失。構(gòu)成用于散射器介質(zhì)的外殼的透明的管狀結(jié)構(gòu)然后在所制備的光纖端上滑動(dòng)，優(yōu)選的滑過光纖端。例如，如果要求20mm的端部裝置，管長約為100mm，所述的裝置可滑過光纖約75mm，在光纖端面前留下約25mm的空腔。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，外殼是TeflonFEP管，例如由Zeus Industries(新澤西州的Raritan)提供。
圖11所示是TeflonFEP的傳輸頻譜，說明這種材料非常適合于提供從紅外到紫外的整個(gè)頻譜的包裹散射器的材料用。
然后裝置中注入擔(dān)負(fù)散射器的材料硅酮，如硅酮、環(huán)氧樹脂或其它的聚合物材料(假如要求固體散射物)或合適的含膠體如硅、氧化鋁、或二氧化鈦的散射器粒子液體，如水、或重水溶液(如果需要液體散射器。如上所述，一種典型的散射器介質(zhì)由70份清潔的硅酮MastersilTM配方151-清潔，由新澤西州Hackensack的Masterbond公司提供)和1份充填硅酮的二氧化鈦(MastersilTM配方151-白，也由Masterbond提供)和常規(guī)的硅酮凝固或硬化劑混合配制。管腔應(yīng)該全部地用硅酮、環(huán)氧樹脂或其它的載體混合物充填，以防止進(jìn)入氣泡。反射鏡(例如，鋁，金或其它涂覆的反射器塞)插入管的遠(yuǎn)端。在散射器筒遠(yuǎn)端的反射器可以淀積金屬或絕緣涂層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中使用室溫硬化劑，且散射器裝置可簡單地能隔夜固化。
可選擇地，作為最后的步驟，外Teflon套筒可以圍繞裝置配置，以便包裹和保護(hù)包括內(nèi)散射器管和光纖端部的整個(gè)端部裝置。外套筒在構(gòu)成大水平角、非圓柱形散射器的結(jié)構(gòu)時(shí)特別有用。在這些應(yīng)用中，構(gòu)造內(nèi)散射裝置然后沿裝置的軸向配置反射條，以便阻擋光在外殼用反射鏡覆蓋的位置處的散射，并由此界定了一個(gè)非圓柱形的曝光圖形。由反射鏡周圍聚集的程度將決定水平曝光圖形。使用外套筒也使種類繁多的管的選擇能用于散射器外殼的內(nèi)部件。由此，任何透明的材料都可以用于內(nèi)部管，而外Teflon套筒將仍保證接觸粘結(jié)問題最小。
應(yīng)該明白，上述的制造過程僅僅是說明，其它不同的方法也可以實(shí)施以構(gòu)成本發(fā)明的光纖端部裝置。例如，自動(dòng)擠壓成形法和/或注模法，都可以用于大量生產(chǎn)光纖及一體的散射端部裝置。
組成散射端部裝置的散射器的數(shù)量隨載體和所要求的長度變化，因此，它可以按遇到的特殊應(yīng)用調(diào)節(jié)。不同的散射器可或多或少地在特殊應(yīng)用中是有用的。下面的表1說明三種不同的散射器成份的有關(guān)特性表1 散射器特性散射器成分 密度 傳輸?shù)念l譜g/c.c (波長微米)TiO24.0.45-11SiO22.1.2-7Al2O33.6.2-9在一些應(yīng)用中，可以將兩種或多種散射器成分混合在一起，以便獲得混合的特性。
可以使用液體散射器成分，以便把光療擴(kuò)充到頻譜的紫外(UV)和紅外(IR)譜區(qū)。更特殊地，使用氧化氘或其它重水溶液的結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸IR光及降低損耗和最低的端部發(fā)熱是有用的。蒸餾水懸浮液散射器可用于紫外光傳輸。
上述的制造技術(shù)用于生產(chǎn)連接到直徑在100到600微米范圍的光纖的散射器端部。當(dāng)把光纖束連接到散射器端部上時(shí)，各個(gè)光纖甚至可以更小，例如直徑為25微米。圓柱形的光散射裝置產(chǎn)生長為2cm到4cm的軸向曝光圖形。水平曝光角對(duì)于類似圖1的裝置為360°，而類似圖5的裝置為180°。其它水平曝光圖形可以通過改變圖5的縱向反射鏡片62的周邊延伸獲得。固體管是透明的Teflon，且是用上述的硅酮和微小粒子的二氧化鈦混合注塑成形。灌注液體的管具有類似的結(jié)構(gòu)，但含有用膠體的氧化鋁或氧化硅填料的水或D2O溶液。一種典型的散射器的膠體氧化鋁成分是由Johnson Matthey公司(Seabrook NewHampshire)以配方12733供給。使用時(shí)，優(yōu)選的是以100∶1的水稀釋，pH用醋酸中和。
圖12所示是按照本發(fā)明的另一種光療裝置80，它具有兩個(gè)用不同散射介質(zhì)填充的腔室，以便產(chǎn)生一種增加的散射圖形。裝置80包括一個(gè)具有光傳輸芯14的光纖12。光纖芯14的端面插入外殼20內(nèi)，所述的外殼包含一個(gè)具有第一散射介質(zhì)21及特殊的散射粒子22A的第一腔室。外殼還包括一個(gè)第二腔室，該腔室具有由第二介質(zhì)充填的環(huán)形空間所圍繞的透明的芯23(即FEP桿或珠狀物)，所述的第二介質(zhì)具有不同裝載密度或成分的散射22B。在外殼20的遠(yuǎn)端裝有帶反射鏡28的端塞26。
通過光纖芯14傳播的光傳輸?shù)缴⑸浣橘|(zhì)22A，并沿裝置10的長度散射成圓柱形圖形。每次光遇到散射粒子，它就偏折，且在某個(gè)位置上，凈偏折超過在外殼20和介質(zhì)21之界的界面處的內(nèi)反射的臨界角，當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，光將射出。同樣地，通過第一腔室的光線傳輸?shù)降诙皇?3，在該腔室遇到散射器22，使更多的光被偏折。初次通過端部未出射的光由反射鏡28反射并通過端部裝置返回。第二次通過時(shí)，剩余的幅射(或至少返回的幅射的大部分)再遇到散射器22A和22B，它們再次對(duì)光提供向周圍散射。
圖13示出了又一種光療裝置100，它包括一個(gè)具有多個(gè)光散射圈114A，114B的套管112，所說的圈可以通過控制線116從器械外套112中伸出或縮回。如圖所示，裝置100還包括射電不能通過的區(qū)域118，該區(qū)域有利于用射線定位裝置定位。盡管圖中只示出了兩個(gè)圈，但在某些應(yīng)用場合，它可以具有更多(或更少的)圈數(shù)。
圖14A-14D示意地示出了圖114A和114B的使用情況。圖114A所示是完全內(nèi)縮模式，在該模式，圈的大部分回收在外殼112內(nèi)。在圖14B，控制線116已部分地向前移動(dòng)，散射圈114A，114B的大部分從外殼112中向外凸出。在圖14C，控制線更進(jìn)一步地從外殼112中向前滑出，圈114A，114B現(xiàn)接近于完全展開。在圖14D，控制線116在展開位置又部分地收縮，以形成“心形”散射器。
在圖15A，所示為圈114的被截?cái)嗟?truncated)剖面圖，它連接兩根光纖，每根光纖具有光傳輸芯120A，120B，和包覆/緩沖層129。每根光纖芯120A，120B的端面插入外殼128中，外殼含有散射介質(zhì)124及可選擇的特殊的散射粒子125。介質(zhì)124優(yōu)選的是具有比外殼128高的折射率。
圖15B是如圖15A所示的兩根光纖的強(qiáng)度與徑向距離的關(guān)系圖。曲線121A說明第一根光纖的被散射的幅射強(qiáng)度與軸向長度的關(guān)系，而曲線121B表示按相反的結(jié)構(gòu)已經(jīng)展開的第二根光纖的類似的強(qiáng)度分布。這兩根光纖的累積強(qiáng)度分布由曲線123表示。由于使用了按相反方向連接的一對(duì)光纖，人們由此可以實(shí)現(xiàn)接近于均勻分布的散射幅射。
類似的幅射分布圖形也可以通過在個(gè)圈使用反射端蓋實(shí)現(xiàn)，如圖16所示。在該圖中，示出了散射圈114的被截?cái)嗟钠拭鎴D，它具有一根具有光傳輸芯120和包覆/緩沖層129的光纖。光纖的端面插入外殼128內(nèi)，所述的外殼含散射介質(zhì)124以及任意選擇的特殊的散射粒子125。介質(zhì)124優(yōu)選地具有高于外殼128的折射率。在外殼128的遠(yuǎn)端裝有端塞126。端塞可選擇地裝有反射鏡140，以便產(chǎn)生類似于圖15B的分布圖形。
通過光纖芯120傳播的光傳輸?shù)缴⑸浣橘|(zhì)中，并沿裝置14的長度按圓柱形圖形散射。光每次遇到散射粒子時(shí)，它將偏折，且在某個(gè)位置上，凈偏折超過在外殼128和介質(zhì)124之間界面處的內(nèi)折射的臨界角，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，光將出射。外殼可以做得足夠的長，以便保證實(shí)際上所有入射到外殼內(nèi)的光線能在單一路徑中被散射和擴(kuò)散?；蛘撸缟纤?，可以在散射裝置的遠(yuǎn)端安裝反射鏡。當(dāng)使用反射鏡時(shí)，通過介質(zhì)124傳播的光線到達(dá)反射鏡140之前將至少部分地被散射。初次通過端部未出射的光將由反射鏡140反射并穿過端部裝置返回。第二次通過時(shí)，剩余的幅射(或至少大部分返回的幅射)再遇到散射器，該散射器再次對(duì)光線提供向周圍的散射。
圖17示意地示出了使用狀態(tài)下的本發(fā)明的圈散射裝置100，該裝置耦合到一個(gè)光療幅射源136上(例如，激光)并位于病人體內(nèi)，以便進(jìn)行光療。如圖17所示，散射裝置可以設(shè)計(jì)成裝在內(nèi)窺鏡132的器械通道內(nèi)。內(nèi)窺鏡可以進(jìn)一步包括一個(gè)觀察裝置134和/或至少還有一個(gè)用于引入含鹽的沖洗液或治療的溶液的額外通道138。作為一種變換，本發(fā)明的散射裝置可以與導(dǎo)管型的器械結(jié)合在一起，所說的器械無需內(nèi)窺鏡通道的協(xié)助引入病人體內(nèi)。
圖18示出了圍繞裝置配置的外套筒(例如Teflon材料的)，用于包住光纖112和圈形散射裝置114。外殼是環(huán)繞整個(gè)光學(xué)傳輸裝置且保證幅射產(chǎn)生部件不會(huì)與病人的身體直接接觸，由此，器械可以再用。只有外殼150必須用后遺棄。
本發(fā)明的裝置可以用于不同的治療目的。一種應(yīng)用是光動(dòng)態(tài)治療(Photodynamic therapy PDT)，一種光激活化療的形式。按這種方式，光敏染料通過注射或其它的載體傳輸，這樣使得，染料優(yōu)選地累積在癌細(xì)胞。當(dāng)已經(jīng)吸收染料的細(xì)胞的合適的波長(例如用紅光)照射，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生能殺滅細(xì)胞的基團(tuán)(通常地單態(tài)氧)。由此，本發(fā)明還包含使用被散射的幅射，以便活化光敏染料。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它允許通過導(dǎo)管、套針，中空的注射針或其它的手持器械在遠(yuǎn)處的治療位置上以最低的副反應(yīng)的方式PDT，因?yàn)樯⑸涞墓饫w端部裝置現(xiàn)在可以以只有幾百個(gè)微米量級(jí)的外徑構(gòu)成。
本發(fā)明還包括在光凝和/或癌癥的血卟啉治療和細(xì)胞增生現(xiàn)象(hyperplasia)方面使用散射幅射。例如，如上所述的光療裝置可以用于肝，胰或前列腺癌，或良性的前列腺增生。用于加熱前列腺組織的散射幅射可以用在替代前列腺經(jīng)尿道切除術(shù)，前列腺氣球膨脹術(shù)或超聲燒蝕(hyperthemria)。更特殊地，如上所述的定向探頭特別在改進(jìn)以較短的時(shí)間直接加熱較多的前列腺治療結(jié)果方面和在較大的前列腺組織區(qū)域分配幅射方面是有用的，由此提高了熱療的加熱效果，且減少了圍繞組織結(jié)構(gòu)，如括約肌的過熱損傷的危險(xiǎn)。本發(fā)明還使肝癌和胰(頭)癌能填隙(interstitial)激光凝固。所要求的效果是通過皮下注射針或類似的器械攜帶的散射光纖端部經(jīng)皮地插入癌塊中由存放的激光幅射熱破壞癌組織實(shí)現(xiàn)。在這些步驟的每一個(gè)，治療可以完成，而且，病人是清醒的，防止了通常如同開刀手術(shù)的麻醉。
在基于熱的光療技術(shù)中，本發(fā)明的散射光纖端部裝置可以供在目標(biāo)組織內(nèi)大的分配熱源的構(gòu)造用。本發(fā)明明顯地改變了在組織中熱存積的速率，特別是在圍繞光纖端部的范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)組織過熱和/或碳化限制有效性并限制有效的熱轉(zhuǎn)換。由于幅射是由散射裝置在較大的組織范圍上分配，更多的組織被直接加熱，且很少需要依賴通過鄰近的組織的熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)把熱傳遞到腫瘤的周圍。
而且，在此公開的用于散射端部和套筒的材料由于允許高幅射傳輸和低吸收而進(jìn)一步提高了治療效果，由此保證了端部裝置本身不會(huì)在使用中過熱。此外，使用Teflon管和/或涂覆層由于防止了在使用過程中端部裝置和生物組織間的端部融熔和粘結(jié)接觸進(jìn)一步改進(jìn)了操作程序。業(yè)已發(fā)現(xiàn)TeflonFEP材料(聚全氟乙烯-丙烯聚合物)對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用是優(yōu)選的，因?yàn)槿绻鼈冊谟蒙⑸浣橘|(zhì)充填之前被腐蝕的話，不會(huì)變色，而且TeflonPFA材料(聚四氟乙烯聚合物與全氟烷氧基側(cè)鏈)和TeflonPTFE(聚四氟乙烯)和其它的含氟聚合物也可以使用。
本發(fā)明的非圓柱形的大水平角散射器也特別在治療應(yīng)用方面有用。由于定向的散射幅射，在此所公開的裝置可以對(duì)大面積的組織提供治療幅射，且也保護(hù)了敏感的組織和生物結(jié)構(gòu)。例如，在前列腺治療中，半圓柱形的或其它大水平角的散射器可以置于尿道內(nèi)并轉(zhuǎn)動(dòng)就位，這樣，前列腺經(jīng)受光療，而病人的括約肌和/或其它組織區(qū)域受到較大地保護(hù)而不受幅射的傷害。此外，非圓柱形的散射端部裝置可以用于把較大劑量的幅射傳輸?shù)浇M織上和轉(zhuǎn)動(dòng)，如果需要在使用時(shí)以較高的強(qiáng)度水平實(shí)現(xiàn)四周的(或部分四周)目標(biāo)組織掃描。
本發(fā)明的散射端部裝置可以用在其它的醫(yī)學(xué)應(yīng)用上，例如，熱凝移植片，光反應(yīng)縫合材料的激活，假肢裝置的熱固，用于植入的粘結(jié)劑活化等。
圖19所示是按照本發(fā)明的又一種光療裝置200，它具有一個(gè)管狀的外殼212和一個(gè)內(nèi)部的光學(xué)傳輸纖維214。外殼212的遠(yuǎn)端是帶凹槽的，這樣，軸向壓縮外殼將導(dǎo)致在帶凹槽區(qū)域216內(nèi)的撐桿伸展。
圖20更詳細(xì)地示出了圖19的裝置的遠(yuǎn)端的剖視圖。所示的光學(xué)傳輸元件具有一個(gè)包覆層和緩沖層環(huán)繞的光傳輸芯222的光纖220。光纖芯222的端面插入含散射介質(zhì)224及可選擇的特殊的散射器粒子225的外殼228內(nèi)，介質(zhì)224優(yōu)選地具有高于外殼228的折射率。在外殼228的遠(yuǎn)端裝有端蓋226，可選擇地，端蓋也可以裝有反射鏡240。端蓋226可以進(jìn)一步磨削成一個(gè)點(diǎn)230，以便有利于穿刺人體組織。
通過光纖芯222傳播的光被輸入散射器介質(zhì)，并沿裝置214的長度按圓柱形圖形散射。之后，光每次遇到散射器粒子，都將偏折，且某個(gè)位置上，凈偏折超過在外殼228和介質(zhì)224間的界面處的內(nèi)反射的臨界角，當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，光將出射。外殼可以做得足夠長，以便保證實(shí)際上所有的光線進(jìn)入能在單個(gè)路徑中被散射，或者如上所述，可以把反射鏡裝到每個(gè)散射器裝置的遠(yuǎn)端。當(dāng)使用反射鏡時(shí)，通過介質(zhì)224傳播的光將至少部分地在到達(dá)反射鏡240之前被散射。在初次通過端部時(shí)未出射的光將由反射鏡240反射并通過端部裝置返回。在第二次通過時(shí)，剩余的幅射(或至少是返回的幅射的大部分)再次遇到散射器，該散射器對(duì)光提供向四周散射。
圖21示意地示出了在使用狀態(tài)下的本發(fā)明的光療裝置200。具有帶凹槽限制器的散射裝置連接到光療幅射源236上(例如，激光)，和裝在病人的人體內(nèi)，以便提供治療。如圖21所示，散射裝置可以設(shè)計(jì)或裝在導(dǎo)管232中。導(dǎo)管232可以進(jìn)一步包括一個(gè)電傳感裝置234，和/或至少一個(gè)用于引入含鹽的或治療的溶液的附加通道。
圖22A示意地示出了本發(fā)明的光療裝置的使用。如圖所示，首先將器械定位到要求穿刺和幅射的病人人體的區(qū)段上。如圖所示，裝置包括一個(gè)具有帶凹槽區(qū)域216的外殼212，和一個(gè)具有端部226的光學(xué)傳輸纖維元件214。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，光纖214和外殼212以足夠的間隔構(gòu)成，以便在手術(shù)過程中使含鹽的或治療的液體能夠釋放。更特殊地，含鹽的液體沖洗光纖端部214可以在靠近治療的位置上冷卻組織表面。
圖22B所示是裝置200的初次穿刺，在該圖中，光學(xué)的傳輸纖維已穿刺病人的組織，但外殼212的端部217并沒有接觸組織表面。
在圖22C，光纖214已進(jìn)一步刺入病人的組織，而外殼212剛推到靠近病人組織的位置。當(dāng)器械再向前推進(jìn)，帶凹槽的區(qū)域216由于穿刺時(shí)施加的力開始伸展，支撐218從裝置的主體徑向地向外推出。
在圖22D，所示的裝置處于完全展開的位置，預(yù)定長度的光纖214現(xiàn)已刺入病人人體的組織，徑向伸展的支撐218整個(gè)地已壓縮到最大位置，為進(jìn)一步穿刺產(chǎn)生了一個(gè)大的橫截面的阻塞。
不同的材料可以用于制成外殼，包括，例如Teflon和其它碳氟聚合物。支撐218可以在外殼的不同位置上由軸向薄片組成。例如構(gòu)成一個(gè)四支撐的限制器裝置，把四根縱向切口彼此以90°的間隔插入外殼內(nèi)。切口的長度決定于限制器徑向伸展的程度。在一個(gè)實(shí)施例中，也可以用射電不能透過的物質(zhì)(如鋇或鉍)充填外殼的聚合物，以便能夠在血管造影術(shù)時(shí)可以觀察。
在圖23中，所示的光療裝置300還適用于消毒醫(yī)用內(nèi)窺器械332的內(nèi)腔，所示的光療裝置包括一個(gè)紫外幅射源336，一根光纖312和一個(gè)散射端部裝置314。
使用時(shí)，裝置300用于消毒或清潔內(nèi)窺器械332的內(nèi)腔。具有光散射遠(yuǎn)端裝置314的光纖312插入要求消毒的腔內(nèi)。按照一種方法，將光纖端部通過整個(gè)器械插入，然后慢慢地向回縮。起動(dòng)幅射源，以便使光通過光纖312傳到散射端部裝置314。當(dāng)裝置通過內(nèi)窺鏡腔338回縮時(shí)，對(duì)細(xì)菌有毒的幅射傳輸?shù)絻?nèi)腔壁的所有部分，在內(nèi)腔壁的任何殘?jiān)统练e物同樣地受到幅射，以便殺死在這些沉積物中隱藏的細(xì)菌。
圖24更詳細(xì)地示出了散射端部裝置314，表明具有光傳輸芯320和緩沖層或包覆層321的光纖312。光纖芯320的端面插入裝有散射介質(zhì)324及任意選擇的特殊的散射粒子325的外殼328內(nèi)。如前述的實(shí)施例，介質(zhì)324仍然具有高于外殼328的折射率。在外殼328的遠(yuǎn)端裝有一個(gè)帶反射鏡340的端塞326。
通過光纖芯320傳播的光傳輸?shù)缴⑸浣橘|(zhì)324并沿裝置314的長度按圓柱形圖形散射。光每次遇到散射粒子。都將偏折，且在某個(gè)位置上，凈偏折超過外殼328和介質(zhì)324間的界面處的內(nèi)反射的臨界角，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，光將出射。初次通過端部未出射的光由反射鏡328反射，并通過端部裝置返回。當(dāng)?shù)诙瓮ㄟ^時(shí)，剩余的幅射(或至少是返回的幅射的大部分)再次遇到散射器325，它為紫外光再提供向四周的散射。
當(dāng)然，組成散射介質(zhì)的散射粒子的最佳濃度隨管的直徑、管的長度、波長、同樣還有其它因素變化。盡管如此，最佳濃度對(duì)于400-200微毫米的紫外幅射可以很容易實(shí)驗(yàn)確定，對(duì)于散射介質(zhì)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是在醋酸中懸浮的膠體狀的氧化鋁。應(yīng)該明白，散射器管的長度(即光纖端部和反射鏡之間的距離)也影響散射幅射的均勻性。
如圖25所示，外Teflon套筒350可選擇地作為最終步驟圍繞裝置安裝，以便包住和保護(hù)包括內(nèi)散射器管314和光纖端部312的整個(gè)端部裝置。
使用時(shí)，裝置插入內(nèi)窺鏡腔內(nèi)并連接到UV光源上。起動(dòng)光源，UV幅射傳輸?shù)缴⑸涠瞬?，在此散射器?duì)腔壁的投影為一個(gè)圓柱形的曝光圖形。然后，裝置可在前后方向(或在兩個(gè)方向)上滑動(dòng)，以便用消毒的幅射對(duì)整個(gè)腔進(jìn)行光浴。
權(quán)利要求
1.一種供光纖用的散射端部裝置，以便通過所說的光纖傳播的幅射散射，所說的端部裝置包括一個(gè)具有適合于接收光傳輸光纖的第一端的光傳輸散射器的外殼，在所說的外殼內(nèi)裝有光散射介質(zhì)，這樣，當(dāng)連接到所說的裝置上時(shí)，通過光纖傳播的幅射進(jìn)入散射介質(zhì)，且一部分的幅射通過所說的外殼向外散射。
2.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中所說的介質(zhì)具有高于外殼的折射率，當(dāng)光遇到在介質(zhì)中的散射粒子時(shí)將產(chǎn)生散射，并偏折一定的量，由此，偏折角超過在介質(zhì)和外殼間界面處的內(nèi)反射的臨界角。
3.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中裝置還包括具有適合于接收光傳輸光纖的第一端和具有反射表面的第二端的光傳輸外殼，在所說的外殼內(nèi)裝有光散射介質(zhì)，這樣，當(dāng)連接到所說的裝置上時(shí)，通過光纖傳播的幅射進(jìn)入散射介質(zhì)，一部分幅射通過所說的外殼被向外散射，其余的通過散射介質(zhì)并由反射表面反射，用于通過所說的散射介質(zhì)傳輸。
4.按照權(quán)利要求3所說的裝置，其中散射介質(zhì)和反射端表面的相互作用，以便在端部裝置的整個(gè)長度上提供基本上均勻的軸向幅射分布。
5.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中外殼至少包括兩個(gè)用不同的散射介質(zhì)充填的腔室，以便實(shí)現(xiàn)提高散射圖形。
6.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中散射介質(zhì)進(jìn)一步包括具有組成在其內(nèi)的輕的散射粒子的聚合材料。
7.按照權(quán)利要求5所說的裝置，其中粒子基本均勻地分散在全部聚合材料中。
8.按照權(quán)利要求6所說的裝置，其中聚合材料是從硅膠和環(huán)氧樹脂聚合物的基團(tuán)中選擇。
9.按照權(quán)利要求6所說的裝置，其中聚合材料固化成固體。
10.按照權(quán)利要求6所說的裝置，其中散射粒子是從氧化鋁，二氧化硅和二氧化鈦的化合物及它們的混合物組成的基團(tuán)中選取。
11.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中散射介質(zhì)是具有組成在其內(nèi)的輕的散射粒子的液體。
12.按照權(quán)利要求11所說的裝置，其中液體是從包括水、重水及其混合物的基團(tuán)中選取，且可選擇地其中液體是pH-平衡的。
13.按照權(quán)利要求11所說的裝置，其中散射粒子從包括氧化鋁、氧化硅和氧化鈦化合物及其混合物的基團(tuán)中選取。
14.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中外殼進(jìn)一步包括幅射傳輸氟碳聚合物。
15.按照權(quán)利要求14所說的裝置，其中幅射傳輸氟碳聚合物是Teflon聚合物。
16.按照權(quán)利要求14所說的裝置，其中氟碳聚合物是聚全氟乙烯-丙烯共聚物。
17.按照權(quán)利要求3所說的裝置，其中反射端蓋至少一個(gè)涂覆表面的反射鏡。
18.按照權(quán)利要求17所說的裝置，其中涂覆表面的反射鏡是由金、鋁和絕緣化合物的基團(tuán)中選取的反射材料涂覆。
19.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中外殼至少包括兩個(gè)傳輸幅射的聚合物材料的筒狀的同心層。
20.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中裝置進(jìn)一步包括一個(gè)縱向配置的反射裝置，用于產(chǎn)生具有小于360°的水平角的曝光圖形。
21.按照權(quán)利要求20所說的裝置，其中裝置包括一個(gè)筒狀外殼，裝置還包括一個(gè)保護(hù)部分環(huán)境避免幅射的縱向反射鏡元件。
22.按照權(quán)利要求21所說的裝置，其中反射鏡元件是一個(gè)置于所說的外殼的兩層之間的細(xì)長的彎曲的反射器片。
23.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中裝置進(jìn)一步包括至少一根光纖連接到所說的外殼上。
24.按照權(quán)利要求23所說的裝置，其中裝置進(jìn)一步包括多個(gè)按束安排的光纖，且它們的遠(yuǎn)端端接在所說的外殼內(nèi)的不同軸向位置上，以便提供細(xì)長的分布圖形。
25.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中外殼按彎曲的結(jié)構(gòu)配置，以便形成圈形散射器。
26.按照權(quán)利要求25所說的裝置，其中外殼是進(jìn)一步適合于在一端接納第一光纖，在第二端接納第二光纖。
27.按照權(quán)利要求25所說的裝置，其中裝置還包括一個(gè)圍繞多個(gè)圈形散射器的套筒和使圈形散射器按收縮和展開兩種狀態(tài)展開。
28.按照權(quán)利要求27所說的裝置，其中裝置還包括用于使所說的圈形散射器由收縮狀態(tài)到展開狀態(tài)移動(dòng)的控制裝置。
29.按照權(quán)利要求25所說的裝置，其中散射器外殼內(nèi)裝有散射介質(zhì)。
30.按照權(quán)利要求29所說的裝置，其中散射介質(zhì)還包括其內(nèi)散布著輕的散射粒子的聚合材料。
31.按照權(quán)利要求30所說的裝置，其中散射粒子從包括氧化鋁、氧化硅和氧化鈦化合物及其混合物的基團(tuán)中選取。
32.按照權(quán)利要求30所說的裝置，其中散射外殼還包括幅射傳輸氟碳聚合物。
33.按照權(quán)利要求25所說的裝置，其中擴(kuò)散器外殼還包括一個(gè)反射的端蓋。
34.按照權(quán)利要求25所說的裝置，其中裝置還包括一個(gè)具有耦合到每一端的光纖的管狀套筒。
35.按照權(quán)利要求1所說的裝置，還包括一個(gè)圍繞所說的端部裝置并具有一個(gè)帶槽區(qū)域的外殼，該外殼當(dāng)裝置剌入生物組織時(shí)能擴(kuò)展。
36.按照權(quán)利要求35所說的裝置，其中端部裝置具有一個(gè)尖的遠(yuǎn)端。
37.按照權(quán)利要求35所說的裝置，其中散射端部裝置還包括適合于與光纖遠(yuǎn)端連接的光傳輸外殼，外殼內(nèi)裝有光散射介質(zhì)。
38.按照權(quán)利要求37所說的裝置，其中外殼還包括一個(gè)具有反射面的端蓋，這樣，通過連接的光纖傳播的光幅射進(jìn)入散射介質(zhì)，部分的幅射通過所說的外殼向外出射，而其它部分由端部反射，以便通過所說的散射介質(zhì)再傳輸并再向外出射。
39.按照權(quán)利要求37所說的裝置，其中散射介質(zhì)還包括具有散布在其內(nèi)的輕的散射粒子的介質(zhì)。
40.按照權(quán)利要求39所說的裝置，其中散射粒子是從包括氧化鋁、氧化硅、氧化鈦的化合物及它們的混合物組成的基團(tuán)中選取。
41.按照權(quán)利要求35所說的裝置，其中限制器是用射電不能通過的材料制成。
42.按照權(quán)利要求37所說的裝置，其中外殼是用聚合材料制成。
43.按照權(quán)利要求37所說的裝置，其中外殼的聚合材料是氟碳聚合物。
44.按照權(quán)利要求35所說的裝置，其中端部裝置和圍繞的外殼是在它們之間具有足夠的間隔構(gòu)成，用于把治療液體傳輸?shù)椒湮恢谩?br> 45.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中裝置還包括能傳輸紫外幅射的和足夠小的能裝在內(nèi)窺器械內(nèi)腔內(nèi)的光傳輸纖維；并耦合到所說的端部裝置，用于把幅射散射在內(nèi)窺器械的內(nèi)腔的內(nèi)壁表面上。
46.按照權(quán)利要求45所說的裝置，其中光傳輸纖維是一種融熔的二氧化硅纖維。
47.按照權(quán)利要求45所說的裝置，其中散射器裝置還包括一個(gè)裝有散射介質(zhì)的氟聚合物外殼。
48.按照權(quán)利要求45所說的裝置，其中裝置還包括幅射裝置，它還包括在400-200納米范圍內(nèi)的UV幅射源。
49.按照權(quán)利要求48所說的裝置，其中幅射裝置是激光器。
50.按照權(quán)利要求49所說的裝置，其中激光器是氬離子激光器。
51.按照權(quán)利要求49所說的裝置，其中激光器是準(zhǔn)分子激光器。
52.按照權(quán)利要求49所說的裝置，其中激光器是頻率倍增的氣體、液體或固定激光器。
53.按照權(quán)利要求48所說的裝置，其中幅射裝置是紫外閃光燈。
54.按照權(quán)利要求1所說的裝置，其中裝置還包括適合于包住端部散射器裝置的一次性外殼。
55.一種用于消毒內(nèi)窺器械的內(nèi)腔的方法，包括引入能夠傳輸U(kuò)V幅射的光傳輸纖維，和一個(gè)用于把幅射散射到內(nèi)窺器械的內(nèi)腔內(nèi)的散射端部裝置；把所說的光纖耦合到紫外幅射源上；激活所說的幅射源，以便把幅射通過所說的光纖和所說的散射端部裝置傳輸?shù)絻?nèi)窺器械內(nèi)腔的內(nèi)壁表面上；和在繼續(xù)幅射的情況下縮回光纖和散射端部裝置，以便使內(nèi)腔表面的實(shí)際長度能紫外幅射。
56.按照權(quán)利要求55所說的方法，其中該方法還包括通過所說的光纖和散射端部裝置把對(duì)細(xì)菌有毒的紫外幅射輸送到器械內(nèi)腔的內(nèi)表面上。
57.按照權(quán)利要求56所說的方法，其中該方法還包括使用波長在400-200納米范圍內(nèi)的紫外幅射。
58.按照權(quán)利要求55所說的方法，其中該方法還包括把所說的裝置引入內(nèi)窺器械的內(nèi)腔之前，用一次性外殼包住所說的光纖和散射端部裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于光療的其內(nèi)裝有輻射散射粒子的光學(xué)地傳輸?shù)睦w維端部裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，公開了具有反射端蓋的散射器。當(dāng)輻射通過光纖端部傳輸時(shí)，一部分輻射沿光纖端部長度方向按圓柱形(或部分圓柱形)圖形散射。初次通過端部未散射的輻射可以由至少一個(gè)裝置的反射面反射并通過端部返回。在第二次通過時(shí)，剩余的輻射(或至少返回的輻射的大部分)再遇到提供再次輻射的散射的散射器。散射介質(zhì)和反射端蓋相互作用，以便在端部裝置的整個(gè)長度上提供基本上均勻的(或其它預(yù)定的)激光輻射的軸向分布。在另一個(gè)實(shí)施例中，公開了用于散射來自光纖的輻射的散射圈裝置。還公開了用后即棄的外殼，作為限制器械穿刺的一體的限制裝置。本發(fā)明的裝置可用于不同的醫(yī)學(xué)目的，同樣也用于醫(yī)療器械的消毒。
文檔編號(hào)A61B18/22GK1165485SQ95195954
公開日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1995年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月9日
發(fā)明者E·L·辛諾夫斯基, L·S·巴斯特, N·法爾 申請(qǐng)人:稀土醫(yī)藥有限公司