專利名稱:用于醫(yī)療設備的光纖探針尖端的制造方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及醫(yī)療設備。更具體地說，本發(fā)明涉及通過光纖向待治療區(qū)域發(fā)送電磁輻射的醫(yī)療設備。
背景技術：
光動力治療(“PDT”)已被用于治療多種疾病。PDT常常包括使用光敏劑，光敏劑由電磁輻射(例如激光這樣的光)活化。這種類型的治療已經(jīng)公知多年。例如，在某些情況下，它們已被應用于對局限性癌癥(localized cancer)進行治療。已有例如血卟啉衍生物(hematoporphyrinderivative)的光敏藥品對腫瘤具有選擇性的適用性。這些藥品在暴露于光而受到活化時可能造成細胞壞死。這種治療的一個示例公開于美國專利No.4,336,809。
PDT已經(jīng)用作一種對牙周病進行治療的方法。在與適當?shù)墓饷艋衔镆煌褂脮r，已知光活化(例如通過光或激光進行)輻射會殺死造成多種與口腔或牙齒相關的疾病(包括慢性牙周炎)的細菌種類。這種處理有時稱為光動力消毒(PDD)。
經(jīng)常采用某些類型的光纖來傳送與PDT相結合的光活化所用的光。例如，美國專利No.6,019,605中圖示了通常如何使用光纖。在該專利中，將光纖插入牙齒附近的牙周袋(參見’605專利的圖1，標號20的條目)。這種類型的光纖光發(fā)送探針將光供給需要治療處的特定組織。將光發(fā)送或施加到該組織的方式取決于光纖最末端處尖端的特性和形狀。
無論將光纖(或“光纖探針”)與PDT結合使用還是用在向人體內的區(qū)域或空腔提供光的其他種類醫(yī)療應用中，有時都希望來自探針末端的光具有橫向散布或擴散。通常，從光纖末端發(fā)射出的大部分或者幾乎全部的光是以狹窄的錐形發(fā)射的，該錐形由光纖末端定向并與之同軸。因此，它會發(fā)送到組織區(qū)域上基本上成為“斑點”，該“斑點”基本上相應于光纖直徑，或者只比光纖直徑略大。為了使光在更大面積上散布或擴散，已有這樣的情況，即將光纖探針設計為帶有“珠子”元件，該“珠子”元件覆蓋光纖的最末端以粗略地模擬菲涅耳透鏡產(chǎn)生的效果。盡管這種設計可以使光相對于光纖橫向散布，但是它在一些方面也有缺點。
首先，這種探針使外徑擴大到超過了光纖的正常直徑。通常的光纖具有范圍在300-600微米的直徑。因為與醫(yī)療過程結合使用時比較具有無創(chuàng)傷性，所以這樣的小直徑是期望的。如果要將探針放在牙齒和齒齦之間的牙周腔中，光纖探針的小直徑就更加重要。因此，在用于這種應用場合時，加大的探針尖端是不受歡迎的。其次，除非采用了特別緊固的連接模式，否則這種尖端可能易于從光纖脫離。通常在牙周腔中或者人體內希望被發(fā)送光的任何其他地方，不希望探針尖端有任何部分脫離。
本發(fā)明是一種改進，解決了傳統(tǒng)探針中的這些設計缺陷和/或其他種類的設計缺陷。

發(fā)明內容在一個實施方式中，本發(fā)明是一種改進的光纖探針或探針尖端。它包括光纖，該光纖的外徑適于插入牙周袋或者人體內其他類型的腔或區(qū)域。該光纖通常具有變尖端，末端材料或填充物材料優(yōu)選地由與組成光纖的材料不同的材料組成，所述末端材料或填充物材料通常連接到光纖的變尖端。在一種優(yōu)選實施例中，末端材料的外徑與光纖的外徑基本相同。采用這種結構，在作為將電磁輻射(例如激光)傳遞到治療區(qū)域的光纖探針的一部分使用時，光纖(例如光纖變尖端)、填充材料或這二者不同的光學特性使光從探針末端橫向擴散。此外，通過在從光纖到其他材料的過渡過程中保持不變的外徑，這種探針能夠在保持無創(chuàng)傷性的同時使光擴散。
可以較理想地用聚合物包層制造探針，所述聚合物包層覆蓋了末端材料連接到光纖變尖端處的過渡區(qū)域。此外，可以較理想地在末端材料中包括輻射元件或光散射元件。二氧化鈦(TiO2)適于用在這個方面。鋁化合物也同樣適用。
通過研究下面的詳細說明可以對本發(fā)明有更好的理解，這些詳細說明應當與附圖結合閱讀。
在附圖中，不同視圖中相同的標號和字母表示相同的部分，除非另有指明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施例構成的光纖探針尖端的圖示；圖2是圖1所示探針尖端的側剖視圖，示出了延伸到探針末端附近的包層；圖3是探針尖端的側視圖，但外部包層已從探針尖端剝離；圖4是探針尖端的透明元件的立體剖視圖；圖5是圖示了探針尖端在可能的牙醫(yī)或醫(yī)學應用方面一種示例的示意圖；圖6是適用于下述探針尖端的一種醫(yī)療設備的示意圖；圖7是光纖在制成根據(jù)本發(fā)明的光纖探針尖端之前的側剖視圖；圖8是類似于圖7的視圖，但是圖示了用于使聚合物包層外鞘或覆蓋物中的光纖變尖的刻蝕處理；圖9是類似于圖7一圖8的視圖，圖示了如何將末端材料或填充物材料施加并連接到光纖變尖端的一種實施例。
具體實施方式現(xiàn)在參考圖1，標號10大體上示出了根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施例構成的光纖探針或探針尖端。探針尖端由光纖12(例如天然的、熔融的石英光纜)構成。光纖12的末端以圖示方式變尖。雖然附圖示出了一種帶有切頂或平面16的對稱圓錐形狀，但是應當明白，這種變尖形可以不遵循精確的幾何結構。變尖端14的形狀可以根據(jù)制造技術而變化。例如，變尖端14可以形成完整的或部分的楔形，也可以形成使光纖12的截面積在該末端逐漸減小的任何其他形狀。
探針的最末端由填充材料或末端材料18組成，該材料通常是透明或半透明，但是該材料不需要是整個透明的。如圖2和圖4所示，填充材料可以包括由二氧化鈦或其他類似的光反射化合物(例如鋁化合物)制成的散射元件或散射中心20?？梢岳弥圃靷鹘y(tǒng)光纖的方法來制造探針尖端10。本領域技術人員應當明白，與附圖中所示光纖12相似或相同的光纖種類通常帶有標準的聚合物包層，附圖中用標號22表示該包層。例如，對于通常的光纖12，包層的厚度可以在250微米量級。
可以想到，可以采用幾種不同技術來形成變尖的端部14。例如，可以以化學方式除去部分光纖來形成變尖的端部?；蛘撸部梢杂靡环N或多種工具來除去部分光纖并形成變尖的端部。也可以采用其他技術。
在一種優(yōu)選實施例中，采用刻蝕來除去部分光纖12。在該優(yōu)選實施例中，可以整齊地在末端切斷帶有包層的光纖12，產(chǎn)生圖7中標號24所示的構造。由于光纖——特別是光纖的芯層——主要是玻璃，所以易受到用于刻蝕玻璃、硅晶片等常用的酸的破壞。聚合物包層22不易受到這些酸的破壞。因此，可以通過使光纖24的末端經(jīng)受適當?shù)母g溶液來“刻蝕”出變尖部分14。一種示例溶液有一份NH4F、一份H2O和八份普通或其他HF，但是本領域技術人員應當明白，在本發(fā)明的范圍內，還可以采用多種其他溶液。使光纖經(jīng)受這樣的溶液會使光纖以虛線26A、26B、26C和26D依次所示的方式逐漸回蝕，直到得到圖1-圖4所示的變尖形狀。但是，可以想到，可以通過控制刻蝕工藝(例如通過掩模)來得到不同的形狀，這也可以作為一種改變探針尖端10光學特性的方式。
參考圖9，當刻蝕處理完成時，由于包層未受刻蝕處理影響，所以光纖的變尖端14凹進聚合物包層22中。這樣就形成了中空的空間34，空間34由包層22(例如包層內壁)、變尖端14或二者共同限定并通常與之毗鄰。
中空的空間34形成之后，通常為其提供或填充填充材料。通常，可以用各種技術來向中空的空間34提供填充材料。例如，可以將填充材料注射、滴注、灌注或以其他方式提供到中空的空間34。
在一種優(yōu)選實施例中，將填充材料抽入中空的空間34。在這樣的實施例中，可以在包層22中制造合適的孔或切口28，以便將填充材料抽入中空的空間34中，既在變尖部分14周圍也在其前方。這是在填充材料是比較有粘性的液體、能夠抽取時，沿箭頭35所示方向由真空方式通過擠壓或抽吸處理完成的。
作為這種抽吸處理的一種示例，可以將包層22的末端置于真空壓力源中，從而使中空的空間34與真空形成流體連通。在這樣的實施例中，用作流體密封的密封件(例如O形圈)可以用來密封在包層22周圍。作為這種處理的另一個步驟，孔28可以連接到填充材料32的來源，從而使填充材料32與中空的空間34形成流體連通。接著，真空壓力將填充材料抽入中空的空間34中(例如經(jīng)過孔)。應當明白，可以以任何其他順序在中空的空間34、真空壓力源與填充材料之間建立流體連通，只要所述順序能夠使真空將填充材料抽入中空的空間34中。
作為填充中空空間34所用處理的另一示例，可以在填充材料32仍處于粘性狀態(tài)時將光纖24的頂端浸入填充材料32中。然后向孔28施加真空，造成填充材料32沿著與箭頭35相反的方向被抽入中空的空間34中。
不管采用什么技術來提供填充材料，填充材料優(yōu)選地但并非必需地形成圓形的端部。在圖9所示實施例中，填充材料沿著虛線36A、36B和36C的次序方向擠出，產(chǎn)生延伸超過圍繞聚合物包層22的外邊緣24的圓形末端(例如球形或半球形38)。透明或半透明的填充材料通過凝固、硬化或通過這二者形成圖1-圖4所示結構。此后，可以視情況剝去光纖末端，使得將包層22切回到圖3中標號40所示位置。這樣使探針尖的末端暴露。對于某些應用，可能期望剝去較少的包層(例如不剝去任何包層)或剝去更多包層，可以是幾英寸或更多。
本領域技術人員會明白，有不同類型的材料(通常是聚合物材料，例如環(huán)氧樹脂、聚亞安酯或類似材料)適合用作填充材料。這樣的材料通?？梢酝ㄟ^暴露于某些環(huán)境而凝固，所述環(huán)境例如空氣、化學物質、高溫、光(例如紫外輻射)或其組合等。合適材料的一種示例是以EPO-TEK301的商品名出售的胺可凝固環(huán)氧樹脂，它可以從14 Fortune Drive，Billerica，MA01821-3972的Epoxy Technology，Inc.買到。
如前所述，填充材料通常包括散布在材料中的一個或多個光散射元件?；蛘撸畛洳牧峡梢跃邆涔逃械墓馍⑸湓蛱匦?。光散射元件的示例包括但不限于鋁化合物、氧化物(例如氧化鋁、氧化鋇)、陶瓷、聚合物、折射率高于或低于填充材料的團(例如珠子、球或球體)(例如藍寶石球、中空的微球體)、或其組合等。在一種優(yōu)選實施例中，使用二氧化鈦團。如果使用二氧化鈦的光反射元件20，可以在擠壓處理期間或其他時候將其混合到填充材料中。某些應用中也可能不需要光散射元件20。
應當明白，此處所用的術語“光”意在覆蓋整個電磁輻射譜，除非另有指明。對于本發(fā)明，光通常會包括來自下列項中任一個或任一組的基本單一的波長、連續(xù)或間斷的波長范圍或其組合紅外輻射、可見光、紫外輻射或其組合。
將變尖的結構、光纖與填充物材料之間不同折射率或反射率以及散射元件都組合起來時，產(chǎn)生了這樣的效果沿這段光纖透射的光會沿許多不同方向(包括橫向)擴散。在從光纖末端發(fā)射光時這非常重要，但是在其他情況下也可能很重要。如果沒有擴散，則光(例如激光)通常會易于作為直線形光束或狹窄的錐形射出光纜末端。根據(jù)本發(fā)明構造的探針尖端使光可以從尖端以橫向并圍繞尖端區(qū)域的方式定向(例如衍射、反射、折射、散射或其組合)，這使之更適于與某些種類的光治療結合使用。例如，可以用該探針使更大面積的組織暴露于光。此外，還可能通過結合所用材料的折射率對變尖的形狀進行調整來影響或增強橫向的光擴散。
作為一種示例，圖5圖示了插入牙齒46附近牙周腔44中的光纖42。這可以是通常類型的PDT，其中在插入光纖42時，合適的光敏劑位于腔中(例如在兩側、一個位置、整個腔中或以其他方式位于腔中)。使用這里公開的探針尖端10，結合這種類型的治療，意味著用于對光敏劑進行活化的光(例如激光)會被發(fā)送到腔中更大的組織區(qū)域，從而由于會將光從探針尖端發(fā)射到許多不同方向而提供更好的治療。
尖端10設計為使得填充物材料18的外徑基本上與玻璃光纖或光學元件12的外徑相同，這意味著填充物材料18不會對插入造成阻礙。光纖的變尖端14產(chǎn)生了相當大的表面積來與填充物材料18結合。這使得在醫(yī)療過程中使用探針尖端10時，填充物材料18不大可能脫離光纖12末端。
已經(jīng)設計了與PDT一同使用的手持光設備，但是它們不帶上述的獨特尖端。圖6圖示了一種通常的手持探針48，它通過光纜52連接到光(例如激光)源50。上述的探針尖端設計10意在用作一種改進的尖端，它可以取代圖6中標號54所示位置處目前使用的這種發(fā)送尖端。
上面的說明僅僅是為了示例目的。本領域技術人員應當明白，有不同種類的材料可以用來制造上述探針尖端10。這可能包括反射率不同的、或變尖形狀不同的材料，這些差異會對激光如何從探針尖端射出造成影響。因此，前述說明并非意在限制本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明的范圍僅由權利要求
限制，對其的解釋應當根據(jù)對專利權利要求
進行解釋的標準規(guī)則來進行。
除非另有聲明，這里所示各種結構的尺寸和幾何形狀并不表示對本發(fā)明的限制，其他的尺寸和幾何形狀也是可行的。多個結構部件可以用單一的一體結構來提供。或者，單一的一體結構也可以分成單獨的幾個部件。另外，盡管可能只在圖示實施例中之一的上下文中說明了本發(fā)明的特征，但是對于任何給定的應用，這樣的特征可以與其他實施例的一個或多個其他特征相結合。根據(jù)上述還應理解，此處的獨特結構的制造及其操作也構成了根據(jù)本發(fā)明的方法。
權利要求
1.一種形成光纖探針的方法，包括提供具有外徑的光纖，其中，所述光纖由覆蓋物圍繞，所述光纖包括末端；以及在所述光纖的末端提供填充物材料，使得所述填充物材料具有與所述光纖的所述外徑基本相同的外徑。
2.根據(jù)權利要求
1所述的方法，其中，所述光纖的末端變尖。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的方法，其中，所述填充物材料連接到所述光纖的所述末端。
4.根據(jù)權利要求
1、2或3所述的方法，其中，所述提供光纖的步驟包括形成所述光纖的所述末端，使得所述末端凹進所述包層中以形成中空的空間。
5.根據(jù)權利要求
4所述的方法，其中，形成所述光纖的所述末端是通過對所述光纖的末端進行刻蝕來完成的。
6.根據(jù)權利要求
4或5所述的方法，其中，所述中空的空間圍繞所述光纖的所述末端。
7.根據(jù)權利要求
4、5或6所述的方法，其中，所述提供填充物材料的步驟包括向所述中空的空間提供所述填充物材料，使得所述填充物材料至少部分位于所述光纖前方。
8.根據(jù)權利要求
7所述的方法，其中，向所述中空的空間提供所述填充物材料包括i.在所述覆蓋物中形成孔，所述孔用于通到所述中空的空間；以及ii.通過在真空壓力下使所述填充物材料作為較粘的流體經(jīng)過所述孔抽入所述中空的空間中，而向所述中空的空間提供填充物材料。
9.根據(jù)權利要求
1-8中任意一項所述的方法，還包括將至少部分所述覆蓋物從所述填充物材料剝去，留下的所述填充物材料外徑與所述光纖的所述外徑基本相同。
10.根據(jù)權利要求
1-9中任意一項所述的方法，還包括使所述填充物材料凝固和/或硬化。
11.根據(jù)權利要求
1-10中任意一項所述的方法，其中，所述填充物材料與所述光纖的所述末端共軸地向外延伸。
12.根據(jù)權利要求
1-11中任意一項所述的方法，其中，提供所述填充物材料使其至少部分圍繞所述光纖的所述末端。
13.根據(jù)權利要求
1-12中任意一項所述的方法，其中，所述光纖的所述末端是圓錐形狀。
14.根據(jù)權利要求
1-13中任意一項所述的方法，其中，所述填充物材料由與所述光纖的材料不同的材料制成。
15.根據(jù)權利要求
1-14中任意一項所述的方法，其中，所述覆蓋物至少在與所述光纖和所述填充物材料連接在一起之處相鄰近的區(qū)域處覆蓋所述探針。
16.根據(jù)權利要求
1-15中任意一項所述的方法，其中，所述覆蓋物是包層。
17.根據(jù)權利要求
16所述的方法，其中，所述包層由聚合物材料形成。
18.根據(jù)權利要求
1-17中任意一項所述的方法，其中，所述填充物材料具有至少一個光散射元件。
19.根據(jù)權利要求
1-18中任意一項所述的方法，其中，所述填充物材料包括多個光散射元件或具有固有的光散射元件。
20.根據(jù)權利要求
1-19中任意一項所述的方法，其中，所述填充物材料包括含有TiO2的多個光散射元件。
21.根據(jù)權利要求
1-20中任意一項所述的方法，其中，所述填充物材料具有圓形末端。
22.根據(jù)權利要求
1-21中任意一項所述的方法，其中，所述填充物材料是含有鈦光散射元件的可凝固環(huán)氧樹脂材料。
23.根據(jù)權利要求
1-22中任意一項所述的方法，其中，所述探針設置為用于進行光動力治療。
24.一種根據(jù)權利要求
1-23中任意一項所述的方法形成的探針。
專利摘要
此處說明的發(fā)明是一種改進的光纖探針(10)。探針(10)的尖端由透明填充材料(18)制成，該透明填充材料連接到傳統(tǒng)光纖(12)的末端(14)。使光纖(12)變尖，填充材料(18)連接到光纖并通常從光纖(12)向外延伸，就像光纖(12)的延續(xù)部分一樣。填充材料(18)的外徑優(yōu)選地與光纖(12)基本相同。填充材料(18)可以含有使光在射出光纖(12)時擴散的光散射元件。
文檔編號A61B18/22GK1997323SQ20058002433
公開日2007年7月11日 申請日期2005年6月23日
發(fā)明者尼古拉斯·勒貝爾 申請人:恩迪尼國際有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan