CN102281917A - 软组织的光热治疗 - Google Patents
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Abstract
提供了用于软组织的治疗的装置和方法。装置包括光源和至少两个光学组件。光学组件中的每个包括至少一个光学元件和被配置为透射穿过其的基本上均一分布的光的光透射接触表面。装置还包括至少两个光学传输器件,每个被布置在光源和至少两个光学组件中的相应的一个之间。装置还包括手持件,至少两个光学组件被附接于手持件,并且手持件适合于使至少两个光学组件的光透射接触表面与被布置在光透射接触表面之间的软组织接触。方法包括在两个相对的光发射光学组件的光透射接触表面之间压缩并且基本上压平扁桃体组织的部分,将光引入光学组件中的每个的光学元件中;以及通过将来自光学元件的光以基本上均一的光分布引导穿过光透射接触表面到达扁桃体组织来辐照扁桃体组织。
Description
相关申请
本申请要求于2008年11月24日提交的美国临时申请第61/117,279号的权益。
以上申请的全部教导内容以引用方式并入本文。
发明背景
已经被声明的是,“对与扁桃体切除术相关联的发病率的消除的探索已经使几代的耳鼻喉科专家苦恼”(Colen 2008)。在儿科人群中对腭扁桃体(以下简称“扁桃体”)的切除的征候是复发的或慢性的扁桃体炎,以及伴随障碍性睡眠呼吸紊乱(OSDB)的扁桃体肥大。伴随睡眠呼吸暂停的严重OSDB与严重的发病率相关联,并且轻度至中度的OSDB与显著的影响记忆、认知和学校表现的显著的神经行为发病率相关联(Galland 2006)。近年来,扁桃体肥大已经超过扁桃体炎,成为儿童中扁桃体切除术的主要指征(indication)。在成人中,主要指征是扁桃体炎。在美国每年有约900,000例扁桃体切除术。
扁桃体是免疫系统的位于口咽的侧向壁上的器官,在健康时它们可以被视为一对近似椭圆形的结构。扁桃体囊是覆盖扁桃体的侧向表面的结缔组织的薄的致密的层,是重要的解剖学参考点。紧邻囊的下方的是疏松结缔组织层,并且在该层下方的是咽腔的用于吞咽的肌肉。这些毗邻于囊的肌肉形成扁桃体床。囊不延伸至扁桃体的暴露的内侧面(medial surface),相反地,与口咽的其余部分相似,扁桃体的暴露的表面是由上皮与下层的固有层组成的粘膜层。然而,扁桃体的表面被许多憩室(“隐窝”)区分,这些憩室在尺寸上不同但是在深度上延伸至囊。囊又延伸入扁桃体实质中,以形成将扁桃体划分为多重淋巴组织裂片的维管组织隔膜。
在出生时,仅有一个初期的扁桃体,但是在不久以后有淋巴样细胞的快速的增殖以及扁桃体的尺寸的相称的扩大。扁桃体的免疫活性在儿童早期中最大。到了人生的第二个十年时,扁桃体的淋巴组成部分开始消失,并且囊和隔膜的维管组织成比例地增加,使得扁桃体随着人衰老萎缩,变得越来越小并且更加纤维化(Isaacson 2007)。
对不患有扁桃体疾病的1至11岁的儿童的MRI研究(Arens 2002)显示,沿穿过两个扁桃体的中心的气道(airway)的线的平均扁桃体间距离(average intertonsillar distance)是约7mm,与年龄无关。沿该线的两个扁桃体的结合宽度随该人群中年龄的增加从约33mm增加至42mm。因此,即使具有正常生长,幼童的扁桃体相对于该气道也是非常大的。扁桃体肥大涉及扁桃体的淋巴组成部分的非正常的扩大,使得该气道被变短。虽然成人普遍地将扁桃体作为用于阻塞性睡眠呼吸暂停的悬雍垂腭咽成形术(UPPP)程序的一部分除去,但是作为OSDB的原因的扁桃体肥大(具有或不具有增殖体肥大)是一种儿科病症。儿童期阻塞性睡眠呼吸暂停的最小发病率已经被估计是约2%至3%(Young 2002)。仅在美国,基于最近的人口普查数据并且仅考虑9岁和更小的4千万儿童的人群,该发病率相应于800,000至1,200,000位患有OSDS的儿童。美国儿科学会最近已经建议针对打鼾对所有超过一岁的儿童进行筛查。
当扁桃体的免疫细胞被病原体压制时,扁桃体炎在成人和儿童人群二者中发生。抗生素对于防止患有复发性扁桃体炎的患者的急性扁桃体炎经常是无效的。这种效力的缺乏的原因可以是扁桃体隐窝中的细菌的生物膜的形成(Chole 2003)。炎症导致在患有复发性或慢性扁桃体炎的患者的扁桃体中的纤维化或瘢痕组织产生。
肥大扁桃体的病理生理学与患有复发性扁桃体炎、慢性扁桃体炎的扁桃体不同。向肥大扁桃体的血液流动显著地大于向正常的对照扁桃体的血液流动,而在慢性扁桃体炎中血液流动被减少(Ozdemir 1985)。来自正在经历扁桃体切除术的儿童的口咽的形态学研究的数据表明,相比于来自扁桃体炎患者的扁桃体,肥大扁桃体的密度更低(Brodsky 1989)。
患有复发性、慢性扁桃体炎或扁桃体肥大的患者的扁桃体显示出尺寸上的宽范围。从31名接受OSDB治疗的儿童除去的扁桃体的体积范围从5ml至18ml,平均10.18ml(Arrarte 2007)。这种范围与45名患有复发性扁桃体炎的儿童的扁桃体质量的范围(3g至18.2g,平均8.8g)相似(Stearns1983)。在对患有扁桃体肥大或复发性或慢性扁桃体炎的患者的最近研究中,50名年龄在2至12岁的患者具有范围从4.0g至17.6g(平均8.7g)的扁桃体重量,并且在50名年龄在12至47岁的患者中,范围是4.8g至19.8g(平均9.4g)(Michel 2008)。
扁桃体切除术程序是基本上相同的,与指征、患者年龄或扁桃体的尺寸无关。扁桃体被切除,留下在扁桃体的囊和扁桃体床的咽部肌肉之间的疏松结缔组织中的外科手术平面。以这种方式,扁桃体的淋巴组织被完全地除去,并且对肌肉的破坏被最小化。
许多不同的切割工具可以用于切除扁桃体,例如“冷钢”仪器(刀、剪刀、勒除器或手术刀)(使用结扎或电烙器控制流血的)、或“热”仪器例如单极的或双极的电烙器、以及激光器(CO2或倍频Nd:YAG)。这些方法之间的差异取决于在扁桃体床中产生的残留的热损伤的量:冷技术与很少或没有残留损伤以及更少的手术后疼痛相关联,而电烙器产生更多的残留损伤但是提供最好的手术中止血。近年来,新技术已经被开发和用于扁桃体切除术;这些包括超声波解剖(Harmonic Scalpel,Ethicon Endo-Surgery,Cincinnati,OH)、等离子体辅助射频烧蚀(Coblation,ArthroCareCorporation,Sunnyvale,CA)、氩等离子体凝血(Erbe Elektromedizin GmbH,Tubingen,Germany)以及压力辅助组织焊接(ENTceps,Starion InstrumentsCorporation,Sunnyvale,CA)。与所使用的技术以及为了最小化损伤所采取的护理无关,扁桃体的切除的最终结果是在几天的时间内通过二次愈合来愈合的扁桃体床处的开放性创伤。在从扁桃体切除术开始的愈合期间的疼痛可归因于神经刺激、炎症以及咽部壁中的肌肉痉挛,并且是还可以导致减少的口服摄入、脱水和感染的实质的症状。在成人中的最近研究已经显示出11天的显著的扁桃体切除术后疼痛的平均持续时间,并且在外科手术之后的第一个5天内那种疼痛仍然是相对无变化的(Salonen 2002)。成人在扁桃体切除术之后在返回工作之前经常需要2周的恢复(Magdy2008)。许多患有慢性或复发性扁桃体疾病的成人放弃了治疗,因为不愿意或不能够经历长时间的且痛苦的恢复。儿童在扁桃体切除术之后具有至少2天的中等的至严重的疼痛,即使服用疼痛药物,并且通常需要几天来恢复正常的活动。在恢复期间在吞咽时的疼痛可以导致脱水以及再住院。扁桃体切除术后儿童护理涉及父母耽误工作以及治疗的另外的经济成本。作为扁桃体切除术的指征的肥大扁桃体的增加的重要性在近年来已经导致了更多的非常年轻的患者。脱水和流血的风险在小儿童中是更严重的,并且已经成为用于发现最小化手术后疼痛和流血的风险的程序的另外的诱因(Derkay 2006)。
在儿童和成人二者中,扁桃体切除术的最严重的并发症是流血。手术后流血的发生率是约5%,并且被分类为一次的,即在外科手术的24小时内发生的;以及二次的,即在这之后发生的。二次的流血在外科手术焦痂的脱落暴露了扁桃体血管的残株时造成,并且最经常地在外科手术之后4天至7天之间发生(Windfuhr 2008)。二次的流血可以是危急生命的并且是特别危险的,因为其在患者离开即时的医疗护理时发生。由于儿童的更小的血液动力学储备,儿童特别地冒二次的流血的后果的风险(Okuyucu2008)。二次的手术后流血的发生率已经以1%至3%保持恒定,与扁桃体切除术技术的发展无关(Colen 2008,Windfuhr 2008)。具有流血的所有患者中的约一半返回手术室(Bhattacharyya 2001)。
在儿童中,增殖腺切除术经常与扁桃体切除术共同进行,然而增殖腺切除术具有低的疼痛和流血的风险。在扁桃体切除术与增殖腺切除术之后的发病率可归因于程序的扁桃体切除术部分。
作为切除式扁桃体切除术的固有的发病率的结果,部分扁桃体切除术(partial tonsillectomy)(还被称为囊内扁桃体切除术或扁桃体部分切除术)的替代形式最近已经得到关注,在部分扁桃体切除术中外科医生除去扁桃体的大部分但是留下在囊上的组织的阻挡层。在过去的15年间,各种技术已经被用于在部分扁桃体切除术中切断扁桃体,包括二氧化碳激光器、消融术(Coblation)和外加动力微清创器(powered microdebrider)(Straightshot,Medtronic Xomed,Jacksonville,FL)。然而,当与标准的切除式扁桃体切除术相比时,部分扁桃体切除术已经显示出仅在前两个术后日期之后的手术后疼痛的减少(Chang 2008)。而部分扁桃体切除术保存了作为“生物学敷料”的组织并且可以减少咽部肌肉炎症和刺激,但是在扁桃体床处仍然有必须通过外科手术之后的二次愈合来愈合的开放性创伤。部分扁桃体切除术没有消除二次的手术后流血的问题。
最近的扁桃体切除术文献声明,“尽管有外科手术技术、仪表配备和麻醉递送中的极高的精细度,但是手术后并发症以及相对慢的向正常饮食和活动的恢复对于外科医生和患者来说仍然是巨大的挑战”(Roth 2008)。这种非常普遍的程序的发病率和社会经济负担仍然是很大的。本发明涉及提供具有以下益处的用于扁桃体疾病的治疗的装置和方法:没有手术后流血、极大地减少的手术后疼痛、最小的或没有手术中流血、更快速的向正常活动的手术后恢复、使用的容易性以及简要的学习曲线、较短的程序时间、降低的成本和经济负担以及在年龄较大的儿童和成人中在局部麻醉下被进行的能力。
发明概述
在一个方面,本发明涉及用于软组织的治疗的装置。装置包括光源和至少两个光学组件。光学组件中的每个包括至少一个光学元件和被配置为透射穿过其的基本上均一分布的光的光透射接触表面。装置还包括至少两个光学传输器件,每个被布置在光源和至少两个光学组件中的相应的一个之间。装置还包括手持件,至少两个光学组件被附接于手持件,并且手持件适合于使至少两个光学组件的光透射接触表面与被布置在光透射接触表面之间的软组织接触。
在本发明的另一个方面,装置包括至少两个相对的光学组件,每个被配置为产生基本上均一分布的光。光学组件各自被光学传输器件耦合于光源。光学组件包括适合于接收来自光学传输器件的光的光学元件以及适合于将光透射至软组织的光透射接触表面。
在又一个方面,提供用于辐照组织的表面的装置。装置包括壳体、具有提取特征(extraction feature)的基本上刚性的光引导板以及具有光透射接触表面的接触元件。装置还包括毗邻于接触元件的冷却层,使得被引导入冷却层的流体在光发射之前、在光发射期间或在光发射之后从接触表面除去热量。被引导入装置的壳体中并且撞击在光引导板的侧向边缘上的光以基本上平行于组织表面的方向传播穿过光引导板并且在所述接触表面处以基本上均一的辐照度被发射。
在又一个方面,装置包括壳体以及具有提取特征和接触表面的基本上刚性的光引导板。装置还包括毗邻于光引导板的冷却层,使得被引导入冷却层的流体在光发射之前、在光发射期间或在光发射之后从光引导板的所述接触表面除去热量。被引导入壳体中并且撞击在光引导板上的光以基本上平行于组织表面的方向传播穿过光引导板并且在接触表面处以基本上均一的辐照度被发射。
在又一个方面,装置包括光源、至少一个具有至少一个光学元件的光学组件、以及被配置为透射穿过其的基本上均一的分布的辐射的光透射接触表面。装置还包括被连接在光源和光学组件之间的至少一个光学传输器件以及具有至少两个远端部分的手持件。远端部分适合于将软组织握持在它们之间并且使光学组件的光透射接触表面与软组织接触。光学组件被附接于远端部分中的一个。
在本发明的一个方面,方法包括在两个相对的光发射光学组件的光透射接触表面之间压缩并且基本上压平扁桃体组织的部分;将光引入光学组件中的每个的光学元件中;以及通过以基本上均一的光分布引导来自光学元件的光穿过光透射接触表面到达扁桃体组织来辐照扁桃体组织。
在另一个方面,方法包括在光透射接触表面和非光发射表面之间压缩并且基本上压平扁桃体组织的部分;将光引入光学元件中;以及通过以基本上均一的分布引导来自光学元件的光穿过光透射接触表面到达扁桃体组织来辐照扁桃体组织。
因此,提供了用于扁桃体的治疗的方法和装置,其使用具有相对的光传输冷却表面的手持件,使得扁桃体可以被保持在表面之间、轻轻地压缩并且用来自表面的光辐照,使得扁桃体实质被加热并且包括了直接的和延迟的坏死细胞死亡以及延迟的组织复旧的生物响应被诱导,并且使得扁桃体的粘膜层基本上不被加热并且对粘膜层的热损伤基本上被避免。
附图简述
从以下的对如附图中图示的本发明示例性的实施方案的更特定的描述,上述内容将是明显的,在附图中,相同的参考符号在不同的视图中指代同一个部件。附图不一定是按比例的,相反地,重点放在图示本发明的实施方案上。
图1是口咽的示意图;
图2是扁桃体的解剖的示意图;
图3示出了各种类型的软组织的所计算的1/e光穿透深度以及稀释的血液与水的吸收系数的比率;
图4示出了氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、水、全血和干燥明胶的吸收光谱;
图5描绘了扁桃体组织在900至1300nm区域中的所计算的吸收光谱;
图6描绘了组织的减少散射系数;
图7示出了在40℃至70℃被加热1至7分钟的人类扁桃体组织的组织学结果;
图8示出了使用以20mm直径的1120nm的光,以10W的功率的准直光束穿过冷却蓝宝石元件来辐照扁桃体2min的模型计算的结果;
图9示出了使用以20mm直径的1120nm的光,以7.5W的功率的准直光束穿过冷却蓝宝石元件来辐照扁桃体6min的模型计算的结果;
图10示出了对于在两个发光蓝宝石接触元件之间的具有2cm厚度的约平均尺寸的扁桃体的情况的模型计算的结果;
图11示出了对于在两个发光蓝宝石接触元件之间的具有2.4cm厚度的大扁桃体的情况的模型计算的结果;
图12示出了对于在两个发光蓝宝石接触元件之间的具有1.1cm厚度的小扁桃体的情况的模型计算的结果;
图13是具有附接的光学组件的本发明的手持件的半示意图;
图14是本发明的装置的图(depiction);
图15是具有光学组件的手持件远端部分以及栅网元件(grid element)的图;
图16是具有附接的传感器针的栅网元件的图;
图17是具有附接的光学组件和附接的带有传感器针的卡圈元件(collar element)的手持件远端部分的图;
图18是具有附接的光学组件并且被一次性套筒(sleeve)覆盖的手持件的图;
图19A和图19B描绘了被一次性套筒覆盖的具有附接的光学组件的手持件远端部分,以及附接于光学组件的栅网元件;
图20A-图20D描绘了包括多个具有反射面的棱镜的光学组件;
图21A-图21C描绘了包括多个细长的镜子的光学组件;
图22A和图22B描绘了包括多个细长的镜子以及冷却通道的光学组件;
图23A-图23C描绘了包括多个镜子的光学组件;
图24A和图24B描绘了包括具有提取特征的光引导板的光学组件;
图25A和图25B是具有在一个表面上的提取特征的光引导板的示意图;
图26A和图26B描绘了包括光引导板和冷却层的光学组件;
图27描绘了包括光引导板、冷却层和冷却层窗的光学组件;
图28描绘了包括光引导板的光学组件,且冷却层被布置为毗邻于光引导板近端表面;
图29描绘了包括光引导板和反射板的光学组件,且冷却层被布置为毗邻于反射板;
图30A和图30B描绘了光引导板的与反射板或反射板上的涂层接触的提取特征;
图31描绘了具有光引导板和聚焦特征的光学组件;
图32描绘了具有附接的发色团针的栅网元件;
图33示出了对于使用具有不同量的发色团涂层的发色团针的扁桃体治疗的模型计算的结果;
图34示出了对于使用和不使用发色团针的扁桃体治疗的模型计算的结果;
图35示出了用于增加的表面积的针横截面形状的实例;
图36示出了对于使用发色团针的产生部分损伤(fractional injury)的组织治疗的模型计算的结果;
图37A描绘了第二实施例的光学组件的壳体。
图37B描绘了第二实施例的光学组件的光学堆叠物的元件;
图37C和图37D描绘了具有侧向壁涂层的光引导板;图37E描绘了第二实施例的光学组件的光引导板的提取特征;
图37F示出了第二实施例的光学组件的辐照度图;
图38A描绘了第三实施例的光学组件的壳体;
图38B描绘了第三实施例的光学组件的具有提取特征的光引导板;
图38C示出了第三实施例的光学组件的辐照度图;以及
图39示出了第四实施例的光学组件的辐照度图。
本发明的详细描述
以下是对本发明的示例性的实施方案的描述。
本发明提供了用于扁桃体的治疗的方法和装置,其使用具有相对的光传输冷却表面的手持件,使得扁桃体可以被保持在表面之间、轻轻地压缩并且被来自表面的光辐照,使得扁桃体实质被加热并且包括直接的和延迟的坏死细胞死亡以及延迟的组织复旧的生物响应被诱导,并且使得扁桃体的粘膜层基本上不被加热并且对粘膜层的热损伤基本上被避免。
本发明的另一个目的是提供用于加热扁桃体以损伤或破裂与扁桃体相关联的生物膜的装置和方法。具体地,加热扁桃体可以加热在扁桃体的隐窝内的、在扁桃体实质内的或在扁桃体的表面处或邻近扁桃体的表面的生物膜、细菌或其他感染性物质,以破坏或消除扁桃体的复发的感染和/或发炎的潜在来源。本发明可以用于导致扁桃体的收缩,且同时减少现有的生物膜或包括细菌的感染性物质的至少一部分。可选择地,本发明可以用于治疗扁桃体,以诱导现有的生物膜或包括细菌的感染性物质的至少一部分的量或活性的减少,并且伴随或不伴随同时地诱导扁桃体的部分的收缩或完全的收缩。
扁桃体可以作为一对在侧向咽壁上的结构被观察到。图1是包括悬雍垂2和舌3的口咽的示意图,其中压舌板4被用于使扁桃体1可见。由于慢性的或复发的扁桃体炎或肥大而需要治疗的扁桃体展示出在尺寸上的大范围,从约3cm3每扁桃体至约18cm3每扁桃体。为简单起见,假设为球形,扁桃体在直径上将在约1.8cm至3.3cm的范围内。当球形的扁桃体被在平行的平面接触表面之间保持和压缩时,扁桃体将采取近似圆柱形的形状。如果扁桃体具有18cm3的尺寸,即非常大,并且被压缩至其球直径的75%,那么手持件的接触表面将被分开2.4cm。两个接触面各自在直径上必须是至少3.1cm,以最大地覆盖被压缩的扁桃体表面区域。如果同一个扁桃体被压缩至其球直径的60%,那么接触元件将被分开2.0cm,并且手持件的接触表面在直径上必须是至少3.4cm。如果3cm3小扁桃体被压缩至其球直径的75%或60%,那么平面接触元件的分离将分别是1.3cm或1.1cm,并且接触元件必须分别具有至少1.7cm和1.9cm的直径。虽然认识到实际的扁桃体偏离球形并且可以在3cm3至18cm3的范围以外,并且本发明的手持件的接触表面不一定是平面的或平行的,但是被本发明的接触元件保持和轻轻地压缩的扁桃体可以基于这种估计被预期具有高至约3cm的厚度和高至约4cm的直径。
因此,根据本发明,具有高至约4cm的直径的光透射接触表面的手持件可以用于传输光,以辐照和加热被布置在那些表面之间的具有高至约3cm的厚度的扁桃体组织。
在本发明中还考虑到了扁桃体组织组成的异质性。图2是扁桃体1的解剖的示意图,包括延伸入扁桃体中并且在扁桃体中分支的隐窝100。维管组织隔膜102a从位于扁桃体与底层的疏松结缔组织5以及咽部壁的肌肉层6之间的囊102b延伸。粘膜层103覆盖扁桃体的整个暴露的表面。扁桃体实质101在本文中被定义为除了底层的囊和扁桃体表面的粘膜层之外的扁桃体组织(包括淋巴样细胞和组织、结缔或纤维状细胞和组织、以及扁桃体中的血管和血管细胞)。扁桃体显示出在血管分布、尺寸和淋巴以及纤维组织的相对的量上的很大变化性,这是由于扁桃体疾病的类型、疾病状态或病症的严重性、患者的年龄以及个体患者的变化性。本发明提供使在广谱的扁桃体疾病范围上对异质的和可变的扁桃体的光热治疗成为可能的方法、装置和系统。
扁桃体组织的光学性质
光热治疗涉及生物组织与光(在本文中被定义为具有任何波长的电磁辐射)的相互作用。光被引导至组织,使得组织内的内源的(天然的)或外源的(外加的)发色团吸收光的某些或全部,由此在组织中产生热量以影响期望的物理和/或生物响应。组织响应可以是即时的和/或延迟的。支持光热治疗的原理是本领域的技术人员已知的,并且这些原理已经被实施用于许多器官、组织类型和医学病症的治疗。治疗中所涉及的一个或多个组织的生物学性质和光学(吸收和散射)性质的知识对于光热治疗的原理向具体的医疗问题的应用来说是必须的。除了使组织发色团的吸收光谱匹配之外,治疗中使用的光的一个或多个波长也必须基于光在既散射又吸收光的组织内的穿透深度来选择。此外,被传送向组织的光的量必须基于组织的物理尺寸和热特性来选择,使得所述光的吸收导致组织中的期望的温度升高。此外,需要关于组织对升高的温度的生物响应的知识。又此外,血液灌注对光与活组织的相互作用的影响可能需要被考虑在内。
因此,虽然支持光热治疗的一般原理是本领域的技术人员大体上已知的,但是对于那些一般原理向具体的医疗问题的应用来说所必须的关于组织的光学性质、热性质和生物学性质的知识可能是不足的。对于治疗扁桃体的问题来说,关于光学性质的数据是基本上缺乏的,并且在重要的波长范围中的数据是未知的。扁桃体组织对加热至具体的温度并且保持具体的时间的生物响应也是未知的。没有这些数据,扁桃体组织对使用光的辐照的响应不能被预测,并且用于扁桃体的光热治疗的最优的参数范围不能被确定。在本文中,作为开发用光治疗扁桃体的方法和装置的第一步骤,扁桃体组织在宽波长范围内的光学性质已经被发现。此外,那些光学性质随着扁桃体病理学的预期的变化性已经被发现。
为了光热治疗的最优结果,光穿透深度应当与待被加热的组织的厚度具有相同的数量级。如上文已经描述的,当被保持在根据本发明的接触表面之间时,需要治疗的扁桃体的厚度可以大体上被预期是在约1cm至约3cm的范围内,并且表面区域具有高至约4cm的直径。当已知固有光学常数(吸收系数μa、散射系数μs以及各向异性因数g)是用于具体的组织类型的波长的函数时,可以计算在该组织中的光穿透深度。光学常数已经在近红外(NIR)区的仅两个单一波长(1064nm和805nm)处对于扁桃体组织实验地确定(Shah 2001)。那些波长相应于最普遍地可利用的外科手术激光器中的两个(钕YAG和半导体二极管)的输出,不一定相应于用于扁桃体的光热治疗的最优的波长。
在本文中,作为用于解决扁桃体治疗的问题的起始点,检查所出版的用于其他软组织的数据,以发现最有可能可用于穿透组织并将组织加热至约1厘米或更多的深度的波长范围。许多软组织类型,例如人类真皮、人类皮肤(表皮和真皮)、猪肝脏和人类脑,已经作为以往在宽波长范围上确定光学性质的受试者。在本文中,来自这样的报道的图形数据使用可商购获得的软件(DigitizelT Version 1.5,Ingo Bormann,Rablstrasse 18,81669,Munich,德国)以及从所得到的用于每个组织类型的数值数据计算的穿透深度ze来数字化,以获得作为来自不同的报道的数据的波长的函数的ze值的一致集合(consistent set)。具体地,在深度ze中组织中的积分通量率下降至入射辐照度Φ0的1/e(约37%)的值,深度ze使用表达式ze=δ(1+ln(k))来计算,其中δ=(3μa(μa+μs(1-g)))-1/2,并且k是背散射术语,k又使用表达式k=3+5.1Rd-2exp(-9.7Rd)来获得,其中漫反射系数Rd=exp(-7δμa)。在图3中示出这些计算的结果,连同基于已经在1064nm和805nm处被报道的用于扁桃体组织的光学常数的结果。可以看到,虽然各种软组织类型的ze的绝对量不同,但是对于每个类型来说最大值宽泛地在约700nm至约1350nm的范围内。该计算结果与本领域中普遍已知的概念一致,即在生物组织中有一种“治疗窗(therapeutic window)”,这种治疗窗被多样地报道为600nm至1200nm、600nm至1000nm、600nm至1100nm、600nm至1400nm等等。更重要地,在所述区域中,1/e穿透深度ze在图3中被看到在约700nm至1350nm的区域中具有范围从几毫米至2cm的最大值。因此,明显的是,对于包括根据本发明被治疗的扁桃体组织的具有几毫米至3cm的厚度的软组织的光热治疗来说,在约700nm至约1350nm的范围内的光的波长是优选的。
血管分布是另一个重要考虑因素,因为血管的构造以及因此扁桃体内容纳的血液的体积以及往返于扁桃体的血液流动的速率将随患者不同而不同。血管分布还取决于扁桃体的病理状态。如果治疗机理依赖于血液或受血液影响,扁桃体的血液含量的变化性将引入治疗响应的变化性。以被血液强烈吸收的波长操作的激光器或其他光源将在含较多血液的扁桃体中产生较大的温度升高。温度升高可以被局限于扁桃体的血管并且凝固那些结构,或热量可以从扁桃体血管扩散出来以加热周围的扁桃体实质。因此,使用被血液高度吸收的光治疗扁桃体将导致控制程序的结果的困难。
与扁桃体的血管性质有关的另一个困难是对热传递的控制。灌注扁桃体的血液将把热量从器官携带出来。如果治疗模式涉及使用光或其他能量加热扁桃体,那么血液流动可以限制可以在器官的全部或一部分中实现的温度升高,由此以不可预测的方式限制治疗响应。
图3比较了在整个可见光谱区和NIR光谱区内血液对光的吸收与水对光的吸收。水是包括扁桃体的大多数软组织的主要成分。在该图中绘制的血液吸收系数通过对完全氧化的稀释的血液(血细胞比容5%)在大波长范围上的公开的光谱数字化来获得。稀释的血液的吸收系数与水的那些吸收系数的比率被计算并且在图3中作为实线被绘制。可以看到,从约1100nm至约2500nm,稀释的血液的吸收与水的吸收的比率相对低(小于约2),而在比约1100nm短的波长处,该比率基本上较大。在较短的波长处的高比率是由于血液中的发色团氧合血红蛋白的存在,发色团氧合血红蛋白比水更强烈地吸收可见光和NIR光。在大于约1100nm的更长的NIR波长处,血液和水具有相似的吸收特征。吸收系数的比率在未稀释的全血的情况下可以较高,但是仍然可以被分为:由可见波长和高至约1100nm的NIR波长组成的区域,其中比率非常高;以及在NIR中的约1100nm至至少约2500nm的区域,其中比率是基本上较低的并且相对恒定的。
图3中所计算的吸收系数的比率表明,当被暴露于比约1100nm短的光的波长时,扁桃体中的血管将比周围的非血管扁桃体组织更强烈地吸收。在比约1100nm长的波长处,血管组织和非血管组织的吸收是较相似的。因此,与以较短的波长时的相比,血管组织和非血管组织将更一致地且更可预测地对以约1100nm至至少约2500nm的波长的辐照作出反应。当正在被治疗的组织的血管组成部分在患者之间以及在疾病病症之间不同时,对血管组织和非血管组织的基本上一致的反应是高度期望的。
相应于光的深穿透(约700nm至1350nm)的波长范围与其中血液的吸收与水的吸收的比率是相对低的且恒定的范围(约1100nm以及更长)重叠。重叠的范围是约1100nm至1350nm。因此,根据本发明的更优选的实施方案,在约1100nm至约1350nm的范围内的NIR波长被用于扁桃体的光热治疗。
虽然图1的示例性的软组织示出了穿透深度作为波长的函数的相似的趋势,但是对于任何给定的波长来说,在各组织类型之间,实际的ze值有非常大的差异。因此,为了进一步表征在1100nm至1350nm范围内的NIR光对扁桃体的影响并且为了确定该范围内最优选的波长,以及用于扁桃体的光热治疗的输出功率、辐照时间和其他参数,需要扁桃体组织的对波长具体的光学常数。然而,如上文提到的,扁桃体的固有光学常数已经仅在两个波长1064nm和805nm处被测量。这些波长二者都在如在本文中已经被确定的约1100nm至1350nm的优选范围之外。因此,为了预测在优选的范围内的光热治疗的效果,在未知范围内的扁桃体的光学常数在本文中基于使用扁桃体组织成分和发色团的可利用的性质的途径来发现。如上文描述的,扁桃体组织包括淋巴部分、粘膜部分和维管组织部分,因此有关的组织发色团在本文中被视为细胞的水和细胞外的水、血液(或更具体地氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白)、以及主要包括结缔组织的胶原的蛋白质。
为了确定血液以任何氧化水平在NIR波长范围内的光谱贡献,计算氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对于相应于42.1%血细胞比容的血红蛋白浓度的NIR吸收。结果与在其中水吸收是低的小于约1100nm的重叠区域中的全血数据有良好的一致性(图4)。已报道的对于软组织水含量的测量没有区分在血管中存在的水和在非血管组织中存在的水。出于这一原因,合适的是将血红蛋白含量与总水含量结合,以代表软组织中的血液和水的组合。
氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的合适的混合物的吸收系数,作为波长的函数,如上文对特定的氧饱和度和血细胞比容的血液含量所描述来计算,然后用于基于扁桃体组织的血液、水和胶原组成部分构建扁桃体组织的吸收系数。非脂肪软组织中的总水的质量分数是约0.80。血液含量是高度可变的,但是对于正常组织来说,2%至6%的值是典型的。百分之42.1的血液血细胞比容是正常的,并且0.8的氧饱和度在氧化良好的组织的典型范围内。在本文中假设,组织的剩余部分是胶原。然后,组织的吸收系数可以从成分的吸收系数来计算,以它们占总组织的百分数衡量。对于胶原来说,使用明胶数据(在图4中示出)。对于胶原(明胶)数据是可利用的整个光谱范围(900nm至1300nm),这种计算的结果在图5中示出。
发现,所计算的光谱与可从文献获得的在该范围内的扁桃体组织的一个实验值,即在1064nm,非常一致,如图5中所示,这证实了发现扁桃体组织的以往未知的光学性质的本文开发的理论途径的正确性和准确性。文献值被报道为是来自在扁桃体切除术中被切除的扁桃体样品的测量结果的平均值(Shah 2001),并且可以被假设为相应于需要扁桃体切除术的典型的人类扁桃体。在1064nm处的人类扁桃体的吸收系数的平均实验值与具有6%的血液含量的组织的计算值最接近,然而,在约1100nm至1350nm的优选的区域内,从图5可以看到,所计算的扁桃体组织吸收系数相对于血液含量基本上不变。因此,在计算扁桃体组织的吸收系数时,在该波长范围内结果几乎独立于扁桃体血管分布,与提供不受扁桃体血管分布的变化影响的治疗的本发明的优选的实施方案的目的一致。
基于上文的发现,如上文描述所发现的,作为波长的函数的吸收系数μa在本文中将用于在约1100nm至约1350nm的最优波长范围内的以往未知的扁桃体组织值。
在文献中报道的多种软组织的散射系数μs(或减少散射系数μs′=μs(1-g))的实验测量结果示出了随波长增加而不断减小。扁桃体的可用数据是在805nm处μs=72.7±1.7cm-1,g=0.894±0.003,以及在1064nm处μs=52.0±0.65cm-1,g=0.901±0.005(Shah 2001)。这些数据与在较长的波长处减少的散射一致。扁桃体组织的减少散射系数μs′在图6中与真皮和肝脏的文献值μs′共同示出。真皮被选择,是因为其主要是结缔组织并且是高度散射性的,而肝实质主要是细胞并且是较低散射性的;然而,看到两个组织类型的值在800nm至1300nm的范围内是近似线性的。扁桃体主要由细胞淋巴组织组成,但是在粘膜层和维管组织隔膜中具有较少的结缔组织组成部分,具有略微大于细胞肝脏的那些散射系数的散射系数。基于该原因,对于在1100nm至1300nm区域内的波长来说,扁桃体的μs的值在本文中通过从Shah数据点的线性外推法来估计;0.9的值将用于各向异性因数g。
以下的表格汇总了在1100nm至1350nm区域内的所选择的波长处的扁桃体组织的固有光学常数的完全集合,如在此根据上文描述的方法发现的。还给出的是从这些固有光学常数计算的1/e穿透深度ze。
表
波长(nm) | μa(cm-1) | μs(cm-1) | g | ze(cm) |
1100 | 0.33 | 49.1 | 0.90 | 1.13 |
1110 | 0.34 | 48.3 | 0.90 | 1.11 |
1120 | 0.37 | 47.5 | 0.90 | 1.06 |
1130 | 0.47 | 46.7 | 0.90 | 0.92 |
1140 | 0.68 | 45.9 | 0.90 | 0.72 |
1150 | 0.95 | 45.1 | 0.90 | 0.58 |
1200 | 1.22 | 41.1 | 0.90 | 0.49 |
1250 | 1.04 | 37.1 | 0.90 | 0.57 |
1300 | 1.21 | 33.1 | 0.90 | 0.52 |
穿透得最深的波长在1100nm至1130nm之间,其中ze近似是1cm;在1150nm至1350nm的范围内的其他波长具有几毫米的ze值。因此,用于根据本发明的扁桃体光线疗法的最优选的波长范围是约1100nm至约1140nm。
扁桃体组织对热的生物响应
温度升高和细胞死亡之间的相关性随组织类型变化,在过去对于扁桃体组织来说也是未知的。需要该信息,以确定用于扁桃体的光热治疗的目标温度。
扁桃体样品从医院组织库获得,来自总共五位年龄为3至13岁(平均5.4岁)的患者,得到了组织库工作人员的预先同意,并且被除去了身份特征。扁桃体在扁桃体切除术的完成之后一个小时内被新鲜地接收,并且以垂直于长轴的1.5mm的增量被顺序地切割。在取走患者护理所需要的组织切片之后,剩余的组织用于本研究。切片是扁桃体的代表性的中心横截面,并且在加热之前被在室温下保持在被盐水浸泡过的纱布上。使用2升恒温控制盐水浴将二十八个扁桃体横截面以5℃的间隔暴露于40℃至70℃的温度,持续1、3、5和7分钟的时间。在组织加热之前,使用两个NIST校准温度计将盐水浴稳定在上文提到的温度5分钟。向七个温度中的每个的暴露使用来自单一的患者的组织进行。来自五位患者中的两位的组织足以用于两个不同的温度。
在从盐水浴除去之后,横截面被立即浸入4℃至10℃的1升盐水中持续5分钟时间,并且然后在室温下保持在盐水浸泡过的纱布上2小时,以允许被夺去生命的细胞中的细胞酶的失活。28个横截面中的每个在OCT包埋介质中被冷冻至-25℃,并且以7微米被低温切割至标记电荷涂布的切片上。所有部分都在组织的表面的100微米内采集。(在表面处,组织将已经最快速地与盐水浴平衡。)然后,低温切割物用氯化氮蓝四唑(NBTC)染色以用于显微镜分析。用NBTC染色的蓝色表明线粒体酶NADPH心肌黄酶活性;浅黄颜色与细胞死亡有关。
图7提供了上文描述的扁桃体样品的结果。图包括八行,每行具有四个横截面的照片。每行含有被暴露在特定的温度下的样品的横截面。例如,顶行描绘了被暴露在40℃的样品,而第二行示出了被暴露在45℃的样品。每列表明暴露时间。例如,最左边的列包括被暴露了1分钟的样品的横截面,而最右边的列包括被暴露了7分钟的样品的横截面。
在40℃和45℃的温度,组织在所有四个时间暴露具有表示完全生活力的特征的暗蓝色。在50℃,在最长的时间暴露下有可能的非常轻微的变黄。暴露于55℃至65℃的温度的组织是蓝黄色的,相应于在有生活力的和死亡之间的过渡,且暴露时间增加,生活力降低。在60℃暴露7min以及在65℃暴露1min,有在浅黄色区域内剩余的某些蓝色染色。在70℃以及在65℃进行较长的暴露后,组织是均一的黄色,表明组织被完全地夺去生命。
这种初步的体外实验表征了直接的坏死细胞杀死,其可以通过包括血管淤滞和局部缺血的第二机理在体内被增加。当细胞因子和趋化因子响应于细胞坏死被产生时,也可能发生炎症。因此,根据本发明,可以采用相应于过渡组织的温度/时间组合,过渡组织即在辐照的完成之后立即包含至少某些活细胞和至少某些坏死细胞的组织,预期扁桃体的实质组织的进一步的坏死、完成夺去生命和复旧将在光热辐照完成之后随时间在体内发生。不期待扁桃体尺寸的减小在光热治疗之后紧接的手术后时期。尺寸的减小将在治疗之后的数天至数周期间发生,这是由于来自被直接杀死的细胞的细胞材料被吸收,并且更多的扁桃体细胞通过第二机理被杀死并且它们的材料然后通过创伤愈合响应被分解和除去。
加热扁桃体组织的不期望的结果将是具有热固着的立即的完全细胞死亡。这样的组织将被凝固和略微收缩,但是抵抗组织分解和除去,这是由于功能性血管的缺乏。可以导致异物反应。根据本发明,扁桃体的光热治疗应当避免导致扁桃体实质的热固着的较高的温度和/或较长的辐照时间。
对于至少一分钟并且不多于7分钟的加热时间,该实验表明,扁桃体组织应当被保持在50℃至65℃的范围内,以诱导几乎全部的直接的细胞死亡和过渡组织。对于少于一分钟的时间,高于60℃至65℃的温度可以是合适的。从其中组织升温时间与总热暴露时间相比是忽略不计的水浴实验获得的这些发现被预期与使用本发明的装置的光热治疗的情况不同,在使用本发明的装置的光热治疗中,扁桃体组织对从接触表面发射的光的吸收将导致组织内的更渐进的温度升高。因此,包括了显著的升高时间并且导致65℃的最高温度的1min暴露将产生比持续1min的65℃暴露少的细胞死亡。因此,本文的实验表明对于本发明的方法和装置来说,当使用在1min至7min之间的辐照时间时,扁桃体实质的目标温度应当是至少约50℃至65℃。当使用实质上少于1min的辐照时间时,实质组织的目标温度应当是至少约60℃至65℃。如本文定义的,目标温度是在扁桃体的辐照时间的至少一部分期间,由于至少某些扁桃体实质细胞的立即直接死亡以及剩余的实质细胞的大部分的延迟死亡,诱导扁桃体的大量术后复旧所需要的实质温度。
用于使用光的扁桃体治疗的参数
使用如上文描述的在本文中发现的光学常数,可以进行对于光与具有各种尺寸和病症的扁桃体的相互作用的模型计算,以确定用于实现上文被确认为相应于在辐照完成时的时间点处在完全有生活力的组织和完全坏死的组织之间的过渡的温度的要求。
表中的常数大体上相应于需要扁桃体切除术的扁桃体的组织。已知,在肥大中,扁桃体通过增加淋巴组成部分的尺寸在尺寸上扩大,而在某些患者中在重复的扁桃体感染之后发现的硬化扁桃体可以具有结缔组织组成部分的相对的增加。因此,硬化扁桃体可以被预期是更高度散射性的,使得具有给定的波长的光将穿透较浅。因此,可以通过改变来自表中的值的散射系数来对较多或较少硬化的扁桃体进行模型计算。
在本文中,对于在手术室环境中的单一的扁桃体的辐照时间的近似的实际上限被假设为10min。优选地,辐照时间少于5min。更优选地,辐照时间少于3min。最优选地,在手术室环境中的辐照时间少于1min。然而,认识到,在诊所或办公室设置中,在某种程度上较长的辐照时间可以是可接受的,这是由于在局部麻醉下而不是在手术室中的治疗有许多其他优点。
上文描述的使用扁桃体组织和活体染色剂的实验表明,扁桃体细胞生活力高度依赖于温度。因此,为了从光热治疗得到均一的、完全的并且可预测的临床成果,需要将扁桃体实质的基本上全部加热至目标温度。该目的使用本发明的方法和装置,通过从两个相对的光透射表面辐照扁桃体组织以及通过使用具有穿透得深的波长的光,优选使用在约1100nm至1350nm之间的一个或多个波长来实现。优选地,扁桃体在基本上其全部宽度上被对称地加热至相应于过渡组织的目标温度,过渡组织被定义为在辐照期间的某些时间点包含至少某些活细胞和至少某些坏死细胞的组织。
在光与扁桃体组织的相互作用的初始的计算中,实施了简单模型,其中具有随机的厚度的扁桃体组织的平板被定位在蓝宝石窗下方。以1120nm的准直光穿过窗被引导至扁桃体组织。在组织表面上的入射光束直径是20mm。组织被给予37℃的初始生理温度,并且对于组织的热性质,使用了另一个淋巴组织即人类脾脏的值。蓝宝石窗被保持在30℃的恒定温度。在相互作用范围内进行光子传播的Monte Carlo计算以及热传递计算,改变入射激光功率和总辐照时间,并且将所得到的组织温度绘图,如在图8和图9中的。发现,当使用10W入射光束时,在2分钟的辐照之后,集中在蓝宝石表面下方约4mm的扁桃体组织区域内达到60℃至65℃的温度(图8)。当使用7.5W光束时,60℃至65℃区域的形成需要6分钟,但是该加热区域更深地延伸入组织中(图9)。当使用5W光束时,计算表明,当使用10分钟或更少的辐照时间时,不可能在窗下方实现60℃的加热区域。
考虑到具有是在扁桃体切除术程序中被除去的那些的近似平均值9cm3的尺寸且在被保持在两个被分隔开2cm的平坦接触元件之间时被压缩至其球直径的约75%的厚度的扁桃体的情况,上文的初始计算表明,当使用来自仅一个接触表面的以20mm圆形斑点的1120nm辐射的发射时,如果有激光功率和辐照时间的合适的选择,那么可以有某些贯穿扁桃体组织的全部2cm厚度的加热,但是加热在全部厚度上将基本上是不均匀的,并且辐照时间将是相对长的。在激光辐照时间结束时的最高温度位于距离光传输接触元件5mm或更近的点。
为了表明来自两个相对的接触表面的辐照对产生扁桃体的全部厚度的更对称的热分布的影响,在代表了扁桃体在被保持在两个平坦的光透射接触表面之间时所采取的形式的圆柱几何体中,进行具有小尺寸、平均尺寸和大尺寸的扁桃体的示例性的情况的模型计算。
图10示出了当被保持在两个平行的由蓝宝石制成的光传输窗之间时在厚度上是2cm的示例性的平均尺寸扁桃体的模型计算结果。该厚度相应于9g扁桃体的2.6cm的球直径的约75%。结果以沿穿过在两个接触元件之间的扁桃体的中心的轴线在光暴露时间结束时的温度被给出,所述接触元件被保持在30℃的温度,即相对于生理温度被略微冷却但是仍然高于室温。发现,来自每个接触元件的20mm直径7.5W 1120nm准直光束产生了在扁桃体的中心部分中的具有基本上恒定的温度的区域,其中在1至4分钟的暴露之后温度的范围是约54℃至约69℃。当使用来自每个表面的10W光束以实现在该范围内的温度时,温度分布是对称的但是在全部厚度上较不均匀。对于给定量的总的被传送光能来说,较长的辐照时间(较低的入射辐照度)对于更均匀的分布增加深度处的相对加热。这些计算表明,当以1120nm使用以20瓦特或更低(10瓦特或更低每光学传输元件,当使用2个光发射元件时)的数量级的总激光功率时,具有通常被在扁桃体切除术中除去的尺寸的扁桃体可以在短到足以对临床设置或操作性设置有利的时间内被基本上加热至约55℃至约70℃的温度。粘膜层的近似位置在图10中通过点竖直线被描绘。发现,组织的毗邻于冷却的蓝宝石表面的第一200微米,相应于包括上皮和固有层的扁桃体表面的粘膜层的位置,被保持在足够低的温度,使得该层可以被预期基本上未被辐射损伤。
图11示出了对于具有18cm3的尺寸的示例性的大扁桃体的计算的结果。蓝宝石接触元件被分开2.4cm(扁桃体被压缩至球直径的约75%)。在此,准直光束已经被扩大至26mm直径,以更好地匹配被压缩在两个光传输接触元件之间的扁桃体组织的直径。当使用来自每个接触元件的6至8W的功率时,10分钟或更低的暴露时间产生约60℃的扁桃体温度。发现,在辐照期间,当蓝宝石接触元件被保持在37℃(生理组织温度)时,粘膜层保持在比热损伤的阈值低很多的温度。当蓝宝石温度被保持在30℃而不是37℃时,计算表明,在使用相同的辐照参数的暴露期间,扁桃体粘膜表面和内部实质二者都被更少地加热。
图12示出了具有3cm3的尺寸的示例性的小扁桃体的结果。在这种情况下进行的模型计算中,扁桃体被保持在被分开1.1cm的蓝宝石表面之间(扁桃体被压缩至约60%球直径)。使用来自每个接触元件的匹配的1.6cm直径准直光束辐照扁桃体。可以看到,在来自每个元件的7W的功率下,在扁桃体的中心的温度以约0.5℃每秒辐照升高。因此,使用这些模型计算,发现,虽然为了在扁桃体中达到至少目标温度所需要的总辐照时间有利地是短的(少于一分钟),但是温度升高的速率慢得足以使其可以被容易地监测。
如上文提到的,需要治疗的扁桃体不仅在尺寸上而且在血管分布以及淋巴组织与维管组织或纤维化组织的相对的量上是高度可变的。在本发明中,通过轻轻地压缩扁桃体以基本上减少血液流和血容量二者的方式来最小化作为治疗变量的扁桃体血管分布。然而,纤维化的或硬化的扁桃体或具有特别多的和/或增厚的维管组织隔膜的扁桃体的组成的性质以相对大的结缔组织组成部分为特征。这种结缔组织组成部分将导致光在扁桃体内的增加的散射。为了确定扁桃体组成的这种可变性将如何影响治疗,使用比在上文的典型的扁桃体的计算中使用的值大1.5或2.0倍的散射系数μs进行示例性的小扁桃体、平均扁桃体和大扁桃体的模型计算。小扁桃体的结果被包括在图12中,在图12中可以看到,如果散射系数被增加百分之50(百分之100),那么以7W功率的等效的加热所需要的辐照时间被增加百分之20(百分之40)。对于比小扁桃体更不可能高度纤维化的非常大的扁桃体(图11)来说,使用百分之50增加的散射系数,通过在相同的暴露时间增加功率,可以实现几乎等效的加热。这些计算表明,使用本发明,通过增加辐照时间、激光功率或二者,可以在更纤维化的扁桃体中产生基本上相同的热效应。
在上文的计算中使用的模型中,接触元件用于在辐照期间冷却扁桃体表面并且防止对粘膜层的热损伤。本发明的一个目的是使对扁桃体的粘膜层的加热程度小于对扁桃体的内部中的组织的加热程度。粘膜层由上皮和底层的固有层组成,在厚度上是约200微米。根据本发明,上皮的全部或大部分在辐照期间被保持在小于约50℃的温度,以避免很大的热损伤。优选地,粘膜层的全部或大部分在激光辐照期间被保持在小于约50℃的温度,以避免很大的热损伤。上文的模型计算表明,由蓝宝石(一种具有大热传递系数的材料)制成的光传输接触元件的使用允许粘膜层的全部厚度在辐照期间被保持在小于约50℃的温度,在辐照期间所述蓝宝石元件被保持在37℃或以下的中等温度。使用仅中等冷却温度保护扁桃体的上皮和/或粘膜层的能力是使用包括如本文的数学模型中的1120nm的在1100至1350nm范围内的穿透得深的波长的重要的优点。当使用更多的表面吸收的波长时,可以需要更强烈的冷却以防止对扁桃体的粘膜表面层或上皮的热损伤。更强烈的冷却将包括使用被保持在约等于或低于组织的冰点的温度的蓝宝石或其他表面材料的接触冷却,或直接向扁桃体组织表面施用低温流体或冷气体。组织的表面加热和强烈冷却之间的不平衡或冷却系统的故障可以迅速地导致非故意的组织损伤。较强烈的冷却还增加动力消耗、装置复杂性以及成本。根据本发明,接触表面具有足以在辐照期间冷却和保护扁桃体的粘膜层的温度。接触表面可以被动地或主动地冷却粘膜层。被动冷却接触表面可以是由导热材料制成的窗,所述窗在与扁桃体接触之前在室温下或在接触扁桃体之前已经通过放置在冷环境中被提前冷却。主动冷却接触表面可以在辐照之前、在辐照期间和/或在辐照之后与冷却流体热接触。优选地,接触表面的冷却足以保护粘膜层,但是不足以相当大地增加为了加热扁桃体实质所需要的辐照的量。
本发明的另一个目的是提供用于加热扁桃体以损伤或破裂扁桃体内的生物膜的装置和方法。具体地,扁桃体的加热可以加热在扁桃体的隐窝内的生物膜或细菌或其他感染性物质,以破坏或消除扁桃体的复发的感染和/或炎症的潜在来源。本发明可以用于导致扁桃体的复旧,同时减少现有的生物膜或包括细菌的感染性物质的至少一部分。可选择地,本发明可以用于治疗扁桃体,以诱导现有的生物膜或包括细菌的感染性物质的至少一部分的量或活性的减少,并且伴随或不伴随同时地诱导扁桃体的部分的复旧或完全的复旧。
本发明的一个非常重要的方面是,使用两个相对的光透射表面将光以有利的方向传输至扁桃体。该方向可以,最便利地,是从前至后,虽然根据本发明可以使用从上至下或光从一个扁桃体外部粘膜表面经过扁桃体向另一个扁桃体外部粘膜表面而不是穿过扁桃体进入底层的组织的任何其他的方向。因此,加热或以其他方式影响扁桃体床以及在扁桃体床下方的关键的血管和神经的风险被最小化,并且光被最高效率地用于治疗扁桃体的实质细胞。
认识到,模型计算涉及实际的激光-组织相互作用的简单化和近似化,并且本文的模型计算的结果是估计值。特别地,这些模型计算不将组织光学常数随温度的变化或组织光学性质或热性质的不匀一性考虑在内。然而,血液灌注虽然在进行激光-组织模型计算,尤其是使用数十秒或分钟的相对长的辐照时间时,通常是显著的复杂因素,但是在本发明中由于组织压缩而是较不重要的。
除了在辐照期间控制对组织的加热之外,期望的是,在辐照完成之后控制组织的温度。如果扁桃体在被压缩在两个接触元件之间时被辐照和加热,如上文描述的,并且在辐照结束时扁桃体被释放,那么可以预期血液灌注被复原,并且与空气和毗邻的组织接触的扁桃体将通过传导过程和对流过程的组合冷却。以这种方式冷却扁桃体所需要的时间将不仅由于血管供应的不同而且由于尺寸上的不同而相当大地改变。大扁桃体将比小扁桃体更缓慢地冷却,并且具有较大的血液灌注的扁桃体将比较少灌注的扁桃体更快地冷却。在辐照完成之后,从扁桃体的内部的热扩散可以导致对组织表面的热损伤。因此,根据本发明的优选的实施方案,在辐照完成之后,扁桃体将被保持为用至少两个冷却的接触元件压缩,以降低辐照后组织温度。具体地,根据优选的实施方案的一个方面,扁桃体将被冷却的接触元件保持,直到基本上整个扁桃体被冷却至约50℃或更低的温度。辐照过的扁桃体实质的受控冷却将限制热损伤的进展,产生更可预测的生物响应,并且最小化对粘膜组织表面层的破坏。将辐照过的扁桃体实质受控冷却至在约37℃至约5℃之间的温度还将最小化手术后肿胀和疼痛的风险。最优选地,根据本发明,基本上整个扁桃体被冷却至低于37℃的正常生理温度的温度,但是不冷却至低至导致不可逆的冻伤例如通过冷冻扁桃体实质的温度。
为了概述,已经发现,扁桃体在被保持和压缩在至少两个光透射接触表面之间时可以基本上在它们的全部厚度上被加热。使用示例性的1120nm的波长,从接触表面中的每个发射的光将在约30秒至约10分钟内在扁桃体中产生相应于过渡温度的温度,这取决于扁桃体的尺寸以及所使用的功率。使用来自每个光透射接触表面的8W的功率,非常大的扁桃体可以在仅4min内被加热至约60℃的温度。基于在上文的部分中描述的活体染色剂实验,这种时间/温度组合在治疗扁桃体中被预期是有效的。用于扁桃体切除术的具有平均尺寸的扁桃体可以使用7.5W的功率在3min内或使用10W的功率在小于2min内被加热至约65℃的温度。这些辐照时间与在扁桃体切除术程序中切除扁桃体所需要的时间相比是短的,并且因此是本发明的一个高度有利的方面。扁桃体粘膜表面可以通过光传输接触元件的中等冷却来保护不受热损伤。具有各种组织组成和尺寸的扁桃体可以在整个厚度上被对称地加热。使用接触表面对扁桃体的辐照后冷却可以提供对组织温度的进一步的控制,限制热损伤,并且进一步减少手术后疼痛和肿胀。
可以明白,虽然模型计算将在辐照期间或在辐照之后的任何时间在被辐照的组织内的任何点处的温度作为它们的输出,但是在实际的扁桃体的光热治疗中,有利的是使用传感器或测量设备来追踪或监测作为时间的函数的组织温度。因此,当根据本发明治疗扁桃体时,优选的是在光热治疗期间和在光热治疗之后测量在扁桃体内的至少一个位置处的组织的温度。优选地,温度被监测并且辐照被继续,直到在扁桃体实质内的至少一个位置处达到目标温度。最优选地,在扁桃体实质内的至少一个位置处并且在扁桃体粘膜内部或表面或附近的至少一个位置处测量温度。最优选地,在扁桃体实质中的至少一个位置处的温度在辐照期间被监测,直到在实质中达到目标温度,并且在扁桃体粘膜表面或内部的至少一个位置处的温度在辐照期间被监测,以确保粘膜温度在辐照期间不升高至高于约50℃。最优选地,接触表面在辐照完成之后主动地冷却扁桃体,并且在扁桃体实质中的至少一个位置处的温度被监测,以确保辐照后冷却足以将实质温度降低至小于约37℃。
认识到,对于非常小的扁桃体,或如果进行多重连续治疗,那么使用单一的光透射表面加热扁桃体可以被使用。扁桃体可以被保持在两个相对的表面之间,其中仅一个是光透射的。在这种情况下,如在上文详细描述的使用两个相对的光透射表面的情况下,使光以有利的从前至后的仅穿过扁桃体的方向传输至扁桃体,使得加热扁桃体床和在扁桃体床下方的关键的血管和神经的风险最小。非透射表面可以被冷却,并且其可以反射通过相对的表面传输的一个或多个波长。另一个替代形式是使用两个光透射表面,并且在治疗期间交替它们的启动。又一个替代形式是使用单一的光透射表面,并且反转手持件的取向以辐照扁桃体的相对的侧面。因为另外的程序时间要求,所以那些途径是较不有利的。可选择地,扁桃体可以使用与扁桃体的内侧面接触的单一的光透射表面来辐照。这样的治疗不是优选的,因为光被引导穿过扁桃体并且进入扁桃体床中。
根据本发明的一个方面,扁桃体被保持在至少两个接触表面之间。扁桃体表面的毗邻于所述接触表面的至少两个区域被基本上压平,并且在所述接触元件之间的扁桃体组织的最大厚度与在其在口咽内的正常位置中的扁桃体的组织相比被降低。当扁桃体被保持在所述接触表面之间并且从所述表面中的至少一个传输光时,扁桃体可以被更均匀地加热,因为其压平、更均一的形状以及减少的厚度。在本发明的一个实施方案中,扁桃体在光正在被施加于扁桃体的时间期间被足够的外加压力保持在至少两个接触表面之间,以减少扁桃体组织中的血液的灌注。外加压力将降低扁桃体内的血液的体积以及血液的流动二者,以减轻扁桃体血管分布对光热治疗的影响。在本实施方案的一个方面,压力足以减少血液的灌注,但是不高至足以导致对扁桃体组织的相当大的细胞破裂或其他机械损伤或外伤。
如上文描述的,扁桃体血管分布的影响可以通过选择在约1100nm至约1350nm范围内的波长来基本上降低。在本发明的一个实施方案中,所述波长范围和所述压力施加降低扁桃体血管分布和血液灌注的影响。
装置的描述
在一个方面,本发明涉及用于软组织的治疗的装置。在一个实施方案中,装置包括光源和至少两个光学组件。至少两个光学组件中的每个包括至少一个光学元件和光透射接触表面。光透射接触表面被配置为透射穿过其的基本上均一分布的光。装置还包括至少两个光学传输器件,每个被布置在光源和至少两个光学组件中的相应的一个之间。装置还包括手持件,至少两个光学组件被附接于手持件。手持件适合于使至少两个光学组件的光透射接触表面与被布置在它们之间的软组织接触。装置的光学组件各自还可以包括用于容纳和保护光学元件的壳体。
图13是本发明的非常简单的实施方案的示意图。示出了手持件200,手持件200具有在枢轴点203处被附接的第一远端部分201和第二远端部分202。手持件远端部分201和/或202可以是弯曲的或直的,并且具有任何对于到达在口咽的范围内的扁桃体来说便利的尺寸、直径或长度。远端部分201和202围绕枢轴点203相对于彼此运动,以增加或减少光透射接触表面211之间的距离,并且以使所述光透射表面与被布置在所述表面之间的组织接触。光学组件被附接于手持件的两个远端部分201和202中的每个的远端,光学组件各自具有至少部分地容纳和保护至少一个光学元件的壳体212。光透射接触表面211是光学组件的表面。壳体212被连接于手持件远端部分201和202。壳体212具有至柔性光纤209的远端的连接件208,以及至入口冷却剂管线210a的远端和出口冷却剂管线210b的远端的连接件205。冷却剂管线210a和210b是柔性管。管线210a和210b的近端被连接于向光学组件提供冷却剂流体的冷却设备(未示出)。光纤209的近端被连接于光源(未示出)。根据本发明,光透射接触表面211由对从光源穿过光纤传输的具有一个或多个波长的光基本上透明的生物相容材料制成。在一个实施方案中,接触元件由具有高导热率和/或大热传递系数的材料制成。光透射接触表面211可以是如本图中所示的基本上平坦的,可以具有以相对于彼此成一角度被布置的多重平坦表面节段,或可以具有在它们的区域的全部或一部分上的曲率。角度或曲率可以给予接触表面凹形的形状。在其他的实施方案中,接触表面可以具有平坦的中心区域并且具有在一个或多个边缘上的曲率,以帮助保持或缩回扁桃体。通过管线210a和210b运输的冷却剂流体与光透射表面211热接触。
可以认识到,手持件200可以具有许多不同的式样和配置,使得其手动操纵允许光学组件被定位在口咽内以及相对于彼此和相对于扁桃体被定位。手持件200是允许使用者使光透射表面211与扁桃体接触的任何手动的设备。在某些实施方案中,一个光透射表面将保持在手持件中的固定位置中,并且其他光透射表面将是可运动的。在其他的实施方案中,两个表面可以分离地并且相对于另一个被运动。手持件200可以用于握持扁桃体并且将其在远离扁桃体床并且远离口咽的壁的中间方向(medialdirection)缩回,同时使用光透射接触表面211施加缓和的压力。可选择地,或在某些情况下,钳子、把持钩或任何握持或缩回仪器可以用于在使用手持件200接触所述扁桃体之前首先将扁桃体在中间方向缩回。在这样的情况下,在本发明的手持件已经与扁桃体接触之后,把持钩或其他的标准仪器可以在光源或冷却设备的启动之前被从扁桃体脱离啮合和除去。
为了到达扁桃体,手持件应当被配置为使得壳体212可以被定位在毗邻的扁桃体的粘膜表面的空间中。当扁桃体在其在口咽中的正常的未被缩回的位置中时,前扁桃体柱和后扁桃体柱(分别是舌腭肌肉和咽腭肌肉)毗邻于扁桃体。因此,有利的是,附接于手持件的远端部分的壳体212是足够薄的,使得所述壳体可以被插入扁桃体的粘膜表面与毗邻的前柱和后柱之间,使得当扁桃体被在所述表面之间保持和辐照时,扁桃体的实质组织的大部分被布置在两个光透射接触表面211之间。相对的光透射表面211被定位为使得在扁桃体的辐照期间,光穿过扁桃体实质。光可以使用表面211在例如基本上从前(相对于前柱)至后(相对于后柱)的方向或例如在基本上从下(相对于舌的基部)至上(相对于软腭)的方向穿过。在本发明的所有实施方案中,手持件被配置为使光穿过扁桃体t并且被配置为不将光基本上传输穿过扁桃体组织朝向口咽的壁。容纳有一个表面是光透射接触表面的至少一个光学元件的壳体212的厚度被定义为垂直于光透射接触表面的最大厚度,其从光透射接触表面211至壳体212的外表面。所述厚度是足够小的,使得当扁桃体被光学组件的所述光透射接触表面保持时,扁桃体实质的大部分可以被布置在光透射表面211之间。例如,厚度是足够小的,使得壳体可以被定位为毗邻于扁桃体,使得当扁桃体与光透射接触表面接触时,所述壳体的侧向边缘毗邻于或接近于口咽的壁。或者,例如,厚度可以是约6mm或更小。此外,例如,扁桃体实质的体积的约百分之20至百分之100应当直接地在相对的接触表面之间,并且实质的至多约百分之80应当在直接地在接触表面之间的区域的外部延伸。在一个实施方案中,所述厚度是足够小的,使得当扁桃体被光学组件的所述光透射接触表面保持时,扁桃体实质的基本上全部可以被布置在光透射表面211之间。优选地,扁桃体实质的体积的约百分之50至百分之100应当直接地在相对的接触表面之间,并且实质的至多约百分之50应当在直接地在接触表面之间的区域的外部延伸。最优选地,扁桃体实质的体积的约百分之75至百分之100应当直接地在相对的接触表面之间,并且实质的至多约百分之25应当在直接地在接触表面之间的区域的外部延伸。在一个实施方案中,所述厚度小于约6mm。
光透射接触表面211中的每个的表面积足够大,使得从所述表面传输的所述光辐照在所述表面之间被轻轻地压缩的扁桃体的大部分。例如,扁桃体的约百分之20至百分之100应当直接地在相对的接触表面之间,并且扁桃体的至多约百分之80应当在直接地在接触表面之间的区域的外部延伸。例如,光透射表面中的每个的表面积是至少约20mm3并且高至约1250mm3。在一个实施方案中,光透射表面中的每个的表面积在约100mm3至1250mm3之间。接触表面可以是圆形的、椭圆形的、细长的或任何其他的几何的形状或非几何的形状。
光学传输元件的近端被连接于光源。在一个实施方案中,手持件包括冷却剂管线,冷却剂管线在它们的近端处被连接于冷却设备。冷却设备可以是例如循环冷却器(recirculating chiller)或产生冷却空气的流的设备。光源包括控制和功率电子设备、开关、用户界面和显示器,并且可以包括用于测量光学组件的光输出的校准口。本发明的装置可以包括光源、至少一个传输光学传输器件以及手持件。在图14中示意性地描绘了本发明的装置的非常简单的实施方案。光源250被光纤209连接于手持件200。光源250包括用户界面显示器251以及校准口255。冷却设备260被冷却剂管线210a和210b连接于手持件200。冷却剂管线和光纤的长度的一部分可以被容纳在脐带式软线263内。在本发明的包括冷却设备的实施方案中,冷却设备和光源可以被结合为单一的单元,或可以是分离的设备。
根据本发明的实施方案,连接于手持件200的冷却设备260被启动,并且使具有至多约37℃的温度的冷却流体在光学组件的壳体212内循环,使得流体与壳体的至少一个光学元件的光透射接触表面211热接触。在冷却设备的启动之前、期间或之后,手持件被操纵为使光透射表面与扁桃体接触,例如通过在所述表面之间缓和压缩扁桃体。然后光源被启动以辐照扁桃体。在辐照完成之后,手持件可以被操纵为除去与组织接触的光透射表面。在有利的实施方案中,在辐照的完成与接触表面从扁桃体的除去之间有延迟,在该延迟的时间期间扁桃体通过与所述表面的接触被基本上冷却至生理温度或更低。在辐照完成之后,通过冷却设备传输的冷却流体的温度可以被进一步降低至不小于约3℃的温度,直到扁桃体被基本上冷却。例如,扁桃体可以被冷却,直到它们达到37℃。或例如,扁桃体可以被冷却,直到它们达到10℃。
在一个实施方案中,一次性元件可附接于本发明的装置。这些一次性元件可以是通过附接于壳体或接触表面可附接于光学组件的栅网元件206。可选择地,一次性元件可以通过一次性套筒可附接于手持件,一次性套筒将在下文更详细地描述。图15中示出了栅网元件。栅网元件是实心的或开放的部件,其可以被附接于壳体212或接触表面211或从壳体212或接触表面211脱离,例如通过滑入和滑出壳体212上的凹槽223。在一个实施方案中,栅网元件具有开放区域225,使得当扁桃体组织被手持件保持时,所述组织接触在栅网的开放区域内的光透射接触表面。栅网元件可以包括以在交叉部分222处相交的花键部分221的形式的栅网部分。如将是明显的,许多其他的设计与型式可以用于栅网的花键部分、交叉部分和开放区域的形状。例如,栅网可以是板形的元件,具有以规则的或不规则的间隔设置的具有恒定的或变化的尺寸的孔。如果栅网元件通过滑入壳体上的凹槽223中被附接,那么栅网元件可以具有如图15中所示的成角度的边缘220。用于附接于接触元件的其他手段可以包括压入配合和按接配合,其中附接点被定位在壳体上或在接触表面上或在二者上。虽然在图15和图16中所描绘的栅网元件主要由直的或平面的部分组成,但是在本发明的其它实施方案中,栅网元件的全部或一部分具有适应光学组件的非平面的光透射接触表面的形状,例如栅网的接触弯曲的接触表面的部分可以是弯曲的。
图16描绘了栅网元件206,被容纳在传感器针231中的多重温度传感器可以被附接于栅网元件206。传感器针具有尖的、倾斜的或成角度的远端末端232,从而以最小的组织外伤穿透扁桃体。传感器针231的近端230被插入栅网元件中,例如通过压入配合到栅网元件中的孔中和/或通过使用生物相容的环氧粘合剂或其他粘合剂。传感器针的长度是约1.5cm或更小。在一个实施方案中,当多重传感器针被附接于栅网时,单个的针具有不同的长度,以感应在扁桃体组织内的不同的深度处的温度。在本实施方案的一个方面,一个或多个具有至少一个附着的温度传感器的栅网元件可以在扁桃体治疗程序之前被附接于手持件远端部分,并且在程序完成之后被脱离。在本实施方案的本方面,具有传感器针的栅网元件是一次性的。在本实施方案的一个方面,具有附着的传感器的栅网元件在程序之前被包装在无菌容器或消毒容器中。
根据本发明,栅网元件作为用于将温度传感器放置在组织中的相对于包括光透射接触表面的光学组件的光学部件的固定的位置处的新颖的机构,同时还允许所述传感器是装置的可脱离的和/或一次性的部件的元件。栅网元件的设计允许从接触元件发射的光的基本上全部或大多数穿过栅网的开放区域并且,如果栅网由透明的或半透明的材料制成的话,也穿过栅网部分到达扁桃体的表面。
如果没有附接的针,那么栅网元件也可以用于增强接触表面的夹持作用,通过栅网部分内的开放区域的不规则性或通过对栅网元件的表面处理以提供粗糙性或表面纹理。
在某些将在下文更详细地讨论的实施方案中,栅网元件可以有利地改变本发明的装置的光学输出。
在一个实施方案中,栅网元件由基本上传输通过装置的光源发射的具有一个或多个波长的光的塑料材料制成。在具体的实施方案中,栅网元件由聚醚酰亚胺树脂制成,例如Ultem(SABIC Innovative Plastics)。在另一个具体的实施方案中,栅网元件由聚碳酸酯树脂制成,例如Makrolon(Bayer MaterialScience)。扁桃体组织表面的接触栅网的开放区域内的光透射接触表面的部分可以被所述接触表面直接地冷却,并且扁桃体组织表面的接触栅网元件的一部分的部分可以通过与所述栅网元件接触和/或通过从被接触表面直接地冷却的毗邻的扁桃体组织的热传递来冷却,栅网元件又与光传输接触元件接触。因此,本发明的栅网元件提供通过基本上不干扰光向组织的传送或干扰组织的有效的冷却的方式,在组织中距光学组件的光透射接触表面的预先确定的距离和/或在组织中相对于所述表面的预先确定的位置插入一个或多个温度传感器。在图16中,被附接的针被描绘为在垂直于接触表面的方向延伸,这种布置允许针在接触表面与扁桃体接触并且轻轻地压缩扁桃体时被插入。可以设想栅网元件的可选择的实施方案,例如针可以具有U形的近端,并且在所述近端附接于位于被附接的光学组件上的侧向的位置处的栅网元件的一部分上的通道。针的长轴平行于接触表面,并且在扁桃体被接触表面握持之后,通过在其U形的弯曲处推动或以其他方式运动针使得其插入通道中,针被从横向方向插入扁桃体组织中。
栅网元件可以可附接于光学组件,使得栅网元件与光透射接触表面中的一个接触和/或毗邻于光透射接触表面中的一个,并且栅网元件适合于与被布置在光学组件之间的软组织接触。具有附着的传感器的栅网元件可以在程序之前被附接于光学组件的壳体和/或接触表面并且在程序之后被脱离以丢弃。有利的是,将具有其至少一个光学部件的光学组件从附着的传感器针或在患者中的再使用是不实际的其他部件分离。所述光学部件是高成本的并且可以需要精确的相对对准。根据本发明,光学组件的光学部件可以被保持为基本上完整的并且可以被再使用,而具有被插入组织中的针的栅网元件可以在使用之后被丢弃,使得程序是便利的、符合实际的并且经济上有利的。
可选择地,一次性元件可以是用于附接于手持件远端部分201和202中的至少一个的卡圈元件,如图17A和图17B中所示。在本实施方案中,至少一个传感器针231被附接于卡圈元件235,卡圈元件235被附接于手持件的远端部分,使得所需要的传感器可以通过例如将卡圈相对于手持件运动与被布置在装置的光学组件之间的软组织接触。图17的实例的卡圈元件在手持件的远端部分上是可运动的,直到被固定螺丝236上紧。传感器针231被定位为使它们的长轴基本上平行于卡圈运动的方向。如在图17A中可以看到的,传感器针远端末端232和光透射表面211之间的距离在卡圈滑动时是恒定的,并且由卡圈元件的尺寸以及针近端230至卡圈的附接点决定。如在图17B中可以看到的,针231的长度以及卡圈235的位置将决定针远端末端232在被保持在两个光透射表面211之间的组织中的位置。卡圈元件可适应在具有平坦的或弯曲的表面的光学组件上的使用。卡圈可以由任何生物相容的塑料或金属材料制成。在一个实施方案中,卡圈由生物相容的抗激光的可模制的或可加工的材料制成,例如Ultem。卡圈元件和栅网元件二者都是可选择的用于在辐照之前、在辐照期间和在辐照之后提供在扁桃体组织内的已知的位置或深度处的温度测量的工具。卡圈元件和栅网元件分别适合于附接于本发明的手持件和光学组件。
适合于在根据本发明的传感器针中使用的温度传感器包括热电偶或热敏电阻。被容纳在小直径皮下注射针中的热电偶是可商购获得的。T型热电偶在来自商业来源(HYP0 Mini-Hypodermic探针,Omega Engineering)的小至200微米直径的不锈钢皮下注射针探针中是可用的。在不锈钢针中的温度传感器的其他实例是MLT1406 Needle Microbe Thermocouple(ADInstruments)以及MT-23 635微米直径针探针(Physitemp Instruments,Clifton,NJ)。这样的针探针的时间常数在0.1s的数量级,使它们适合于温度监测和控制。在本发明中,传感器针具有约200微米至约700微米的直径。在一个实施方案中,传感器针直径是约200微米至约500微米。在本发明的一个实施方案中,传感器针由医学级不锈钢(316、316L或真空熔融型316L)制成。在另一个实施方案中,传感器针由医学级钛(非合金的商业纯CP级1-4)或钛合金(包括Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb、Ti-3Al-2.5V、Ti-13Nb-13Zr、Ti-12Mo-6Zr-2Fe、Ti-15Mo)制成。可以用于制造传感器针的其他金属材料包括银、铂、钽、铌、锆和锆合金、基于镍-钛二元体系的形状记忆合金、钨和钨青铜、以及钴合金(Elgiloy和MP35N)。由包括不锈钢的许多金属材料制造的针探针将吸收包括约1100nm至1350nm的范围的NIR光的光,以被直接地加热。因此,在一个实施方案中,针由基本上反射NIR光的金属制成,并且在另一个实施方案中,由高度反射NIR光的金制成。在另一个实施方案中,基本上反射NIR光的涂层被应用于传感器针的外部表面或外部表面以及内部表面。例如,金涂层被应用于传感器针的表面。金针或金涂布的针的使用将降低由于传感器针的直接光吸收导致的测量人为因素,并且将允许组织温度在组织辐照的同时被测量,以进行对辐照过程的最精确的且最快速的控制。在没有反射涂层的情况下,辐照过程可以被间歇地停止,以在针探针与周围的组织平衡之后测量温度。停止辐照将允许使用例如标准不锈钢针探针进行精确的温度测量,虽然因此总治疗时间将略微更长。可选择地,根据本发明,如果信号被处理以分离出指数人为因素信号(exponential artifactsignal),则精确的温度测量可以使用由不锈钢或其他吸收光的材料制成的探针进行。
栅网元件的栅网部分提供用于容纳传感器针的温度传感器的引线并且将所述引线导向远离光学组件和手持件的结构。这些结构可以是在栅网部分的花键部分和交叉点中的封闭的或开放的通道或凹槽。优选地,这些通道或凹槽用基本上反射材料涂布或包含基本上反射材料,以防止引线吸收光。可选择地,引线本身可以用反射材料涂布或屏蔽。
在本发明的一些实施方案中,手持件是可耐高温高压的(autoclavable)。在本发明的一个实施方案中,手持件在使用之前用无菌一次性套筒覆盖,如图18中描绘的。所述套筒237包含柔性聚合物材料。套筒237可以基本上完全由具有对装置的光源的一个或多个波长的基本上透明性的聚合物材料制成。例如,套筒可以具有75%传输或90%传输。更有利地,套筒具有超过90%的传输。或者,套筒237可以包含非透明的柔性聚合物材料以及适合于与光学组件的光透射接触表面211对准并且与光学组件的光透射接触表面211接触的基本上透明的窗部分。套筒237的基本上透明的窗部分可以是柔性的透明塑料,例如但不限于聚乙烯、聚酰亚胺、聚氨酯、胶乳、聚烯烃、氟碳聚合物,或窗区域可以是刚性的或半刚性的塑料,例如但不限于丙烯酸类、聚氯乙烯或聚碳酸酯。在一个实施方案中,无菌一次性套筒的基本上透明的窗部分由刚性的或半刚性的透明聚合物材料例如丙烯酸类或聚碳酸酯制成,所述材料基本上不如提供机械强度和无菌保护所必需的厚。套筒237可以具有分叉的形状,具有覆盖手持件远端的远端以及适合于允许手持件被操纵的松弛的近端部分。
对于由特定的聚合物材料制成的柔性套筒来说,套筒的覆盖光透射接触表面的部分可以是薄的,只要能提供对于该特定的材料来说足够的强度并且保持其阻挡功能。传输可以有利地通过使用较薄的套筒来增强。特别地,组织的从被冷却的光透射接触表面的有效冷却通过具有在医疗设备中普遍地采用的厚度的柔性一次性无菌套筒来实现。
在一个实施方案中,栅网元件206在无菌套筒237已经被放置在手持件上之后被附接于壳体或接触表面。本实施方案的一个方面是,栅网的附接将无菌套筒的基本上透明的区域的位置固定在光学组件的光透射接触表面211上。栅网元件可附接于手持件,使得栅网元件与一次性套筒的覆盖光透射接触表面211的窗部分接触并且使得栅网元件与被布置在手持件之间的软组织接触。栅网元件206可以例如通过压入配合或按合在无菌套筒上被附接于壳体或接触表面。
在一个实施方案中,具有或不具有针的栅网元件206被预附接于无菌套筒237,并且无菌套筒适合于覆盖手持件的至少远端,使得被预附接的栅网元件在其被附接于光学组件之前与一次性套筒接触。在另一个实施方案中,栅网元件206在一次性套筒的透明的窗部分处被预附接于无菌套筒。在某些实施方案中,栅网元件被永久地附接于无菌套筒。在这样的实施方案中,具有被永久地附接或预附接的至少一个栅网元件的套筒被放置在手持件的远端部分上,并且栅网元件被例如压入配合或按接配合至壳体或接触表面上。
在其中一次性元件是卡圈的某些实施方案中,卡圈可以在手持件远端部分被无菌套筒覆盖之后可附接于手持件远端部分。卡圈还可以被预附接于或永久地附接于一次性套筒。
用于实施本发明的光源是可用的。首先,考虑到约1100nm至1350nm的大多数波长范围,可以产生多重功率输出(multiwattoutput)的激光技术的选择包括镱掺杂的光纤激光器,以及量子点半导体激光器。产生几千瓦的功率的镱光纤激光器已经被引入用于材料工作和汽车制造,并且适合于本申请的较低功率模型是可商购获得的。例如,IPG Photonics(Oxford,MA)生产了具有3米的传送线缆、1120nm的中心波长、2nm(FWHM)的带宽以及可见的瞄准光束的台式20W空气冷却Yb光纤。系统可以以CW模式或使用外部控制的泵调制来操作。因为光纤激光器具有宽的增益带宽,所以有可能的是,开发在多重波长范围内运行的或例如在Yb掺杂光纤激光器的情况下在1050nm至1120nm的波长内可调的医用激光器,使得激光器对于本扁桃体应用来说可以在1120nm被操作,或对于Nd:YAG激光器普遍地用在耳鼻喉科和其他的医疗领域中的应用来说在1064nm被操作。使用来自Yb光纤激光器的极化输出的倍频时,532nm操作是可能的,使得装置还可以用于高度通用的医疗系统的KTP激光器应用。
比1100nm短的以及比约1280nm长的波长可以分别使用GaAs和InP二极管激光器来获得,但是直到最近才从二极管源容易地获得了插入区(intervening region)。然而,在过去几年中,已经开发了基于量子点(QD)纳米技术的高效率的高功率的半导体激光器。QD激光器具有以下优点:增强的低操作电流获得、高光谱纯度(非常窄的带宽)以及最小的温度影响。Innolume,Inc.(Santa Clara,加拿大;和Dortmund,德国)最近已经商业化了全部地在GaAs衬底上基于在具有AlGaAs阻挡层的GaAs中的InAs量子点的QD激光器。来自本光源的产生30W的1120nm的中心波长的具有3FWHM的带宽的光纤耦合量子点激光器模块是可用的。
除了激光之外,可以使用非相干光源。一种这样的非相干光源是卤钨灯。因为卤钨灯具有在可见区和NIR区中的宽的发射,所以应当使用过滤器阻挡在700nm至1350nm范围之外的或更优选在1100nm至1350nm范围之外的光的发射。此外,在1100nm至1350nm范围内发射的超发光二极管已经被公开并且可以被使用。
虽然在约1100nm至1350nm的波长范围之外,但是在1064nm操作的钕YAG激光器具有悠久的医疗用途的历史并且根据本发明可以被使用。如上文描述的,期望的是,通过使用光学组件的光透射接触表面压缩扁桃体并且通过使用较少被血液吸收的波长(约1100nm至1350nm)来限制扁桃体血管分布的影响,然而,单独地通过使用本发明的手持件进行接触辐照来压缩可以足以降低血液的影响并且可以允许在约800nm至1100nm范围内的波长被使用。1064nm YAG激光器容易地产生对于其被用作本发明中的光源来说所需的范围内的输出功率,并且其是非常适合于光纤传送的可靠的且相对低成本的激光器。相似地,以810nm、940nm、980nm的NIR波长和在700nm至1100nm之间的其他波长的高功率二极管激光器是容易地可用的,具有相对低的成本并且是医疗和外科手术应用所熟悉的光源,其根据本发明也可以被使用。
本发明的光源被连接于光学传输元件。光学传输元件是基本上柔性的,并且可以是光纤、光纤束或光导。单一的光纤可以被连接于光源,并且所述光纤的远端可以被连接于光纤分束器,以连接于两个其他的光纤,两个其他的光纤又被连接于本发明的手持件。
本发明的一个重要方面是手持件被配置为使得扁桃体可以被布置在手持件的两个接触表面之间。到达毗邻于扁桃体的口咽和空间通过使手持件远端以及特别地包括壳体和光学部件的附接于手持件远端的所有元件薄得足以被操纵和插入所述空间内而变得容易。如果所有这样的元件在厚度上是约6mm或更小,那么将是最有利的。同时,对于扁桃体的有利地快速的光线疗法来说,相对的接触表面应当足够大,使得扁桃体的大部分在扁桃体被辐照时被布置为直接地在所述表面之间。例如,扁桃体实质的体积的约百分之20至百分之100应当直接地在相对的接触表面之间,并且实质的至多约百分之80应当在直接地在接触表面之间的区域的外部延伸。更有利地,扁桃体实质的体积的约百分之50至百分之100应当直接地在相对的接触表面之间,并且实质的至多约百分之50应当在直接地在接触表面之间的区域的外部延伸。最有利地,扁桃体实质的体积的约百分之75至百分之100应当直接地在相对的接触表面之间,并且实质的至多约百分之25应当在直接地在接触表面之间的区域的外部延伸。对于非常大的扁桃体来说,相应于被压缩的实质体积的百分之100的辐照的单一的光透射接触表面的面积可以大至约1250mm2。此外,被接触表面传输的光应当被均匀地分布以进行对扁桃体实质的完全的且一致的加热,并且避免可以导致粘膜表面破坏的热点。此外,在优选的实施方案中,接触表面应当被主动冷却。薄度、大面积、表面冷却以及辐照度的均匀性的这些同时的目的需要新颖的光学设计以供实施。如本文所示的,已经发现了满足这些目的的两个途径:(1)反射光学设计,以及(2)漫射光学设计。两个途径都具有优点并且都可以用于实施本发明。
反射光学设计
在本部分中,为简单起见,在附图中描绘了示出了可以被连接于手持件的单一的远端部分的光学部件的光学设计,但是应当理解,本发明的装置将包括两个这样的光学组件。
下文描述的实施方案采用在装置的光学组件内的至少一个反射器件。反射器件可以是一个或多个棱镜或镜子。
在一个实施方案中,装置包括多个反射器件,其中每个反射器件相应于被分布在光透射接触表面处的光的片段区域。在另一个实施方案中,每个反射器件相应于被分布在光透射接触表面处的光的多个片段区域。这些相应的片段区域在下文进一步描述。在某些实施方案中,装置包括冷却设备,冷却设备被配置为向光学组件提供冷却剂流体,以除去来自相对的光学组件中的至少一个的光透射接触表面的热量。在一个实施方案中,冷却部件与多个反射器件直接接触。在进一步的实施方案中,装置包括用于与反射器件直接接触的冷却流体流的至少一个通道。
图20A是包括窗元件315和光纤309的光学设计的半示意图。光学元件将光从光纤传输和分布至窗元件。表面311是光透射接触表面。在图20A中,窗315是具有约10mm的边缘长度的正方形。来自光纤的远端的光被传输至2∶1失真光束成形器(anamorphic beamshaper)316和两个准直透镜317a和317b,被传输至被布置在接触窗315的近端表面上的第一棱镜340和第二棱镜339。棱镜表面340b和339b被涂布以分别提供50%和100%反射。光束成形器和准直透镜被选择为使得来自光纤的光基本上填充第一棱镜的近端面340a。棱镜具有约5mm的高度O,并且窗具有1mm的厚度W。在光透射接触表面311处,光被分布在具有约10mm的边缘长度D的近似正方形总区域399上。穿过棱镜340的光被在片段区域399a中传输,并且穿过棱镜339的光被在片段区域399b中传输。从第二准直透镜317a至第一棱镜340的近端面340a的距离L是约20mm。
在图20B中,示出了将棱镜的数量从两个增加到三个的影响。棱镜表面340b、339b和338b被涂布以分别提供33%、50%和100%反射。再次地,从第二准直透镜至第一棱镜340的近端面340a的距离是约20mm。光被分布在光透射接触表面311处的具有约10mm的边缘长度(D)的近似正方形总区域399上,如图20A中所示。穿过棱镜340、339和338的光分别在片段区域399a、399b和399c中被传输。然而,棱镜高度O被降低至约3.5mm,允许显著地更薄的光学组件。与1mm蓝宝石窗和1mm厚壳体共同地,总厚度是5.5mm。
图20A和图20B中的距离L大于在接触表面311上的被辐照区域的尺寸D。在实践中,这将需要手持件的在光纤出口面和第一棱镜之间的超过2cm的直的刚性的部分。该距离L可以通过加入另一个准直透镜来有利地减少,如图20C中所示。通过使用3个透镜317a、317b和317c,L被减少至约10mm。同样地,在图20C中,棱镜的数量被增加至四个,且表面340b、339b、338b和337b分别具有25%、33%、50%和100%的反射率。在此,棱镜高度O被减少至约2.5mm,同时D被保持在约10mm。与1mm蓝宝石窗和1mm厚壳体共同地,总厚度是4.5mm。
通过加入第二窗以得到可以通过其引入冷却流体的空间,冷却能力可以被加到图20A-C的设备,如图20D中所示。窗314平行于窗315,使得冷却剂层345被形成。冷却流体入口管线310a和冷却流体出口管线310b被在它们的近端处连接于冷却设备,例如循环冷却器(未示出),并且在它们的具有在壳体312中的开口处的连接器(未示出)的远端连接于冷却剂层345。壳体312容纳棱镜340、339、338和337、窗314和315、准直透镜317a-c以及变形透镜316。窗315、冷却剂层345和壳体312各自是约1mm厚。窗315在窗314后方的受保护位置中,可以比窗314薄。当窗由蓝宝石制成时,总窗厚度可以是约1.5mm。棱镜可以由石英、石英玻璃、玻璃或任何其他透明的光学材料制成。壳体和光学部件的总厚度H是仅6mm。
总厚度的更进一步的减少可以通过增加反射表面的数量来实现,如图21A-C中所示。反射表面可以是例如实心的光学元件例如棱镜的表面,或它们可以是镜子的表面。在本实施方案中,细长的棱镜被细长的镜子代替,并且使用来自光纤束的单个光纤将光传送至镜子表面。如本文所使用的,术语细长的被用于描述具有足以跨越光学组件的长度的大部分的长度的反射器件。为了产生具有10mm的边缘长度的被辐照的正方形区域,五个细长的镜子441、442、443、444和445被布置在接触窗415上。
总数为二十五的单个光纤409a-y被定位为辐照在镜子的成角度的反射表面上的二十五个圆形的区域498a-y。光纤409a-y的近端被结合为附接于光源(未示出)的光纤束。光纤409a-y的远端419a-y被布置在壳体412内的通道中,使得来自每个光纤的光被引导朝向细长的镜子,以形成在镜子上的圆形的被辐照的片段区域498a-y的阵列。然后,来自镜子的反射从光透射接触表面411上的单个片段区域499a-y产生具有10mm的D的阵列499。在图21A和图21B中,为了清楚起见,光纤远端419a-y被示出为是小圆柱体,而实际上远端可以是光纤的简单的被劈开的或被抛光的表面。区域499a-y的尺寸可以例如通过改变光纤远端419a-y与镜子之间的距离来改变。
可以通过加入与第一窗平行的第二窗以提供在它们之间的冷却层来将冷却能力加到图21的设备,如在图20D的设备中的。然而,此处应认识到,毗邻于镜子或围绕镜子的空间可以用于冷却光学组件,具有手持件的总厚度的有利的减少。对于与图21A-C中相同的光学布局,这种构思在图22A和图22B中被示意性地示出。为了简要起见,不再次描述具有相同的数量的元件。在细长的镜子的各列之间的空间提供用于流体流的通道416。通过在光学组件的边缘处加入冷却剂流重定向通道416u,可以获得用于在入口410a和出口410b之间的冷却剂的单一的连续的通道,单一的连续的通道将流体均匀地在窗上引导并且最小化湍流或气穴的可能性,如果流体是液体的话。适合于在本实施方案中使用的流体是对光源的一个或多个波长基本上透明的并且是无毒的且生物相容的任何液体或气体。取决于光源,有利的选择包括冷空气、水和盐水。另一个有利的选择是全氟化碳,例如FluorinertTM(3M,Minneapolis,MN)。合适的FluorinertsTM,除了别的以外,包括FC-70和FC-43。包括壳体的如图22中所示的装置的总厚度是约4.5mm,这是非常有利地薄的。
图23A-图23C是本发明的另一个实施方案的半示意图。如图23A和图23B中所示,光通过镜子反射,然而在本实施方案中,有用于来自光纤束的每个单个光纤的单独的镜子。在本实施方案中,镜子不被认为是细长的。相反地,多个短的镜子被并排地布置以跨越光学组件的长度,如图23B中所示。窗515是具有12.5mm的边缘长度和圆角的正方形。有十九个镜子545a-s以及十九个单个光纤509a-s,其被布置为产生各自具有约2.5mm的直径的圆形的被辐照的片段区域599a-s。在表面上的被辐照区域形成具有基本上均一的辐照且具有约12.5mm的尺寸D的六边形区域。光纤509a-s的远端被布置在镜子之间的空间内,以将总厚度进一步减少至非常薄的3.5mm至4.0mm。为了提供主动冷却能力而不增加厚度,冷却剂流体可以在壳体内循环,在单个镜子周围或在通过将镜子设置在由Ultem或其他抗激光材料制成的隔板中产生的用于引导流体流的通道中,并且在所述隔板中具有用于将光纤509a-s的远端放置在镜子之间的插入孔。
如可以认识到的,在接触表面处的辐照型式以及阵列尺寸与形状可以通过重定位镜子以及通过增加或减少镜子的数量来容易地改变。反射光学设计的优点是使用有限数量的标准化光学部件例如镜子、光纤和窗,来生产具有大范围的接触表面面积和形状的手持件的灵活性。本发明的在图20-23中示出的实施方案的壳体可以是本领域中已知的可以被模制或机械加工的任何生物相容材料,包括金属或塑料。壳体的内部可以被涂布以用于反射率,或可以是未被涂布的。一种有利的用于壳体的材料包括Ultem,或其他这样的抗激光塑料材料。
为了实现在壳体内的附接于手持件远端的光学部件的有利地薄的组件,发现,可以使用多个反射器件,例如棱镜或镜子。如在使用本文描述的反射光学设计时发现的,容纳光学元件的壳体的厚度可以小至约3.5mm。光透射表面的被辐照区域可以通过增加反射器件的数量而增加至任何尺寸,而没有增加厚度。本发明的反射光学设计还具有重要的优点,即从光源向光透射接触表面的高传输效率。对于图23A-图23C的具有抗反射涂层的设计来说,损失包括菲涅耳反射、镜子的吸收以及与光纤束相关联的9%损失,获得在使用空气冷却时的86.5%的总传输。当适当地选择冷却流体,例如高度透明的全氟化碳时,液体冷却的设计可以具有相似的高传输。
在反射光学设计中,光被以节段形式从光源传输至光透射接触表面。在接触表面处的总的光以单个片段区域的阵列或组合的形式,每个片段区域相应于一个反射表面或一个反射表面上的一个区域。例如,在图21B和图21C中,二十五个片段区域499a-y相应于镜子上的反射区域498a-y,并且在图20A中,两个片段区域399a和399b相应于棱镜340和339上的反射。如上文描述的,在装置的光透射接触表面处的辐照度的均匀度是本发明的一个目的。对于使用如本文描述的反射光学的装置来说,均匀度受多个因素影响,所述因素包括单个片段区域在接触表面区域内的放置或型式、单个片段区域的数量、光在每个片段区域内的均匀度,片段区域之间的重叠的量以及在单个片段区域之间的区域中的未受辐照的表面的量。此外,虽然本文描述的实施方案各自已经具有均一的尺寸的单个片段区域,但是可以实施反射光学设计以生产由具有不同的尺寸和/或承载不同量的光的片段区域组成的阵列。因此,一种简单的且符合实际的定义均匀度的方法是,考虑在位于接触表面的总区域内的任何单一的圆形区域内的平均辐照度,所述圆形区域包括总表面区域的不少于四分之一,与总表面区域的形状无关。对于在接触表面上的构成总区域的四分之一的任何这样的单一的区域来说,平均辐照度应当在整个接触表面上的平均辐照度的至少50%以上或50%以下,对于有利的设备来说。更有利的设备具有对于总表面积的四分之一的任何单一的区域来说在整个接触表面上的平均辐照度的至少25%以上或25%以下的平均辐照度。最有利地,设备具有对于总表面积的四分之一的任何单一的区域来说在整个接触表面上的平均辐照度的至少10%以上或10%以下的平均辐照度。
在其中具有上文描述的反射设计的光学组件被用于生产在光透射接触表面区域内的被辐照的片段区域的阵列的本发明实施方案中,可以是有利的是,通过使栅网开放区域居中位于例如相应于所述片段区域的中心的位置,使栅网元件适合于与所述表面接触。
如本文提出的,已经发现了满足薄度、辐照的均匀度、冷却能力以及大的光透射表面区域的目的的反射光学设计。
漫射光学设计
在本部分中,描述了本发明的可选择的实施方案,其中光学组件包括漫射元件。特别地,描述了使用具有包括光引导板并且具有光透射接触表面的光学部件的手持件来辐照的方法和装置。特别地,描述了用于将光纤的光输出传输至装置的光引导板的侧向输入表面,使得所述光输出在光引导板内横向地以基本上平行于组织表面的方向传播的方法和装置。光纤的光输出被分布在装置的光学元件的接触表面上,使得当所述接触表面被放置为毗邻于待被辐照的组织的区域时,所述表面传输光以辐照所述组织的区域。所述接触表面基本上平行于光引导板。
被定位和容纳在装置的壳体内的暴露于来自光纤的光的包括光引导板、窗和其他光学部件的光学元件,以及位于所述光学部件之间的空隙和流体层,被共同地称为光学堆叠物,对于本发明的在本部分中描述的实施方案,所述实施方案也被称为漫射光学实施方案。光学堆叠物含有至少一个光学部件。在本文中,对于光学堆叠物的任何光学部件来说,所述部件具有两个相对的表面,与装置的光透射接触表面更接近或作为光透射接触表面的部件表面被称为所述部件的远端表面。同样地,较远离装置的光透射接触表面的部件表面被称为所述部件的近端表面。光学堆叠物具有是基本上反射表面的近端边界。在某些实施方案中,所述基本上反射边界表面是壳体的内部表面。在其他的实施方案中,基本上反射边界表面是光反射板。本发明的装置可以包括一个或多个光学堆叠物。光学堆叠物可以被容纳在被附接于手持件的远端部分的壳体中。在本文中,光学组件是光学堆叠物或容纳光学堆叠物的壳体。
在本发明的漫射光学实施方案中,光学组件和其包括的至少一个光学堆叠物可以采取各种形式和配置,但是在每个形式和配置中光学堆叠物包括基本上刚性的光引导板。基本上刚性的光引导板是由例如石英或蓝宝石制成的板。由诸如丙烯酸类或聚碳酸酯的光学塑料制成的光引导板也是基本上刚性的光引导板的实例。光引导板在侧向边缘接受来自光纤的光并且通过TIR提供用于横向传播的路径。光引导板是对通过系统的光源发射的光透明的,并且可以主要由刚性材料组成或其可以是由毗邻的刚性光学部件界定和约束的流体层或柔性层。光学组件还包括光透射接触表面,光透射接触表面是在所述光学组件正在辐照组织表面时与组织接触的表面。在某些实施方案中,光从光引导板的远端表面被传输至窗元件的与组织接触并且基本上平行于光引导板的接触表面。在某些实施方案中,接触表面是光引导板的表面。光引导板可以是平面的,具有平面的平行的远端表面和近端表面,或所述板可以具有以用于楔形的角度形成的平面的表面。在其他的实施方案中,光引导板的远端表面和近端表面中的一个或两个可以是非平面的,具有凸形的、凹形的或任何其他有利的形状,使得所述表面中的每个的面积大于光纤的远端的输出表面,并且使得来自侧向输入边缘的光的传播基本上平行于组织表面。本发明的光学组件提供基本上刚性的光引导板,使得来自光学组件的传输效率和辐照度的均匀度不受正在被治疗的组织表面的构造影响。
本发明的光学组件的光引导板具有用于在横向传播期间破裂TIR并且将光以基本上的均匀度分布在接触表面上的提取特征。提取特征可以通过从光引导板除去材料在光引导板的全部或一部分上来形成,例如作为被蚀刻、研磨、碾磨或烧蚀的区域、点、斑点、线或凹槽,或可以通过将材料应用于光引导板的表面来形成,例如在点、斑点、线或凹槽的区域或型式或分布中的被应用于所述表面的散射材料或漫射材料。所述被施用的材料可以包括具有等于或高于光引导板的材料的折射率的折射率的并且是对从光纤发射的光的一个或多个波长基本上反射的并且基本上不吸收的一种或多种物质的涂料和/或制剂。这样的物质可以包括硫酸钡、二氧化钛、二氧化硅、氧化钽、氧化镁、氧化铝、碳酸钙、硫、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、玻璃和类似物以及这些物质的混合物。被施用的材料还可以包括用于机械稳定性的粘合剂。粘合剂可以是有机物质或无机物质。被施用的材料,包括反射物质和粘合剂,是对系统的光源的一个或多个波长基本上反射的。优选地,提取特征的被施用的材料在系统的光源的一个或多个波长具有至少约95%的反射率。可选择地,光引导板的提取特征可以通过模制工艺或通过材料的模制、除去和/或施用的组合来制成。
在本发明的一个方面,提取特征的尺寸、形状、型式或分布被选择为产生在接触表面处的基本上均一的辐照度。在本发明的另一个方面,提取特征的型式或分布被选择为产生高传输效率和在接触表面处的基本上均一的辐照度。优选地,传输效率是50%或更高。最优选地,传输效率是80%或更高。优选地,在接触表面处的辐照度具有约+25%至-25%或更好的均匀度。最优选地,所述辐照度具有约+10%至-10%或更好的均匀度。
光学组件的接触表面在使用光学组件辐照期间与组织表面热接触。在组织中由在辐照期间的光的吸收产生的热量可以在被动的过程中被从组织转移至光学组件的光学堆叠物的一个或多个元件。进行被动冷却的光学组件的接触表面的光学元件有利地由具有高导热率的材料制成。最有利地,进行被动冷却的光学组件的接触表面的光学元件由蓝宝石制成。
在优选的实施方案中,本发明的装置包括冷却设备,并且光学组件含有冷却剂层。冷却剂层可以是光学堆叠物的元件或可以在光学堆叠物的外部。冷却剂层主动地冷却光学堆叠物的一个或多个元件以及正在被辐照的组织。冷却剂层适合于冷却流体的流,冷却流体可以是气体或液体。冷却流体的温度被冷却设备保持为约在或低于37℃的生理温度,冷却设备连接于光学组件并且将冷却剂流体循环入和循环出光学组件的冷却剂层。本发明的一个方面是冷却流体是生物相容的并且无毒的。在优选的实施方案中,冷却剂层在光学堆叠物的外部。在有利的实施方案中,冷却流体包括水或空气。优选地,进行主动冷却的光学组件的接触表面的光学元件由具有中导热率至高导热率的材料制成。优选地,进行主动冷却的光学组件的接触表面的光学元件由石英、石英玻璃或蓝宝石或类似物制成。
在本发明的一些实施方案中,光学组件的光学堆叠物包括一个或多个热传递层。所述热传递层包括具有高导热率和在通过光源发射的光的一个或多个波长下基本上透明性的流体。在某些实施方案中,至少一个热传递层被布置在光学堆叠物的光学部件之间,例如在两个窗元件之间或在窗元件和光引导板之间。在本发明的其它实施方案中,热传递层被布置在光学部件和在光学堆叠物的近端边界处的反射板之间。在本发明的其它实施方案中,光引导板的提取特征被配置为将来自光引导板的热量通过空隙转移至光学堆叠物的近端边界处的反射板。
在本发明的一个方面,壳体由基本上刚性的可模制的或可加工的生物相容材料例如Ultem制成。在本发明的另一个方面,壳体的内部表面基本上不吸收被连接于光纤的源的一个或多个波长。在本发明的另一个方面,壳体的内部表面的全部或一部分是镜面反射的或漫反射的。在本发明的一些实施方案中,内部表面的全部或一部分用对通过光纤传输的光的一个或多个波长漫反射的材料涂布。在本发明的一些实施方案中,内部表面的全部或一部分具有由金或其他反射材料制成的涂层。在本发明的一些实施方案中,光学堆叠物的一个或多个光学部件的侧向边缘的某些或全部被抛光或涂布。
根据本发明的一个方面,光引导板和/或光学堆叠物被制造为尽可能地薄。除了减少光学组件的厚度之外,最小化光引导板和/或光学堆叠物的厚度还减少散射事件的数量以及光子在光纤远端和接触表面之间的平均光程长度,导致光学组件的改进的效率。
本发明的目的,即薄度、大的光透射接触表面区域、表面冷却以及辐照度的均匀度,通过本发明的漫射光学策略来实现,如在此示出的。光学堆叠物和光学组件的元件被以新颖的方式配置,以实现与形状以及光学性能和热性能有关的这种有利的品质的组合。本发明的各方面和优点可以从下文的实施方案的详细描述来进一步理解。
漫射光学设计具有另外的具有特殊重要性的优点。从光透射接触表面的输出可以是朗伯形式的或接近朗伯形式的,即射线随机取向且高度发散。光线可以在接触表面处被正交地传输,或具有任何角度,包括近似平行于接触表面的掠射角。比较起来,上文的部分的反射光学设计可以产生被更高度引导的且更少随机化取向的光,例如接近准直的光束、发散光束或多重略微发散的光束的阵列。在反射设计中,射线被以基本上正交于接触表面的方向传输,这是一种较相似于在本文中在上文提出的数学模型计算的准直辐照的布置。普遍地,不是如在漫射光束或朗伯光束中被随机引导的准直的或发散的或会聚的光束在光线疗法中被视为是有利的。这样的光束可以被容易地聚焦,并且可以提供在组织中的最大穿透深度。准直的或发散的/会聚的一个或多个光束,例如由上文部分的反射光学设计产生的,因此良好地适合于扁桃体和其他软组织的通过本发明的方法和装置的治疗。
然而,朗伯输出或漫射输出具有上文未提出的优点。在本发明中,扁桃体可以被保持和压缩在两个光透射接触表面之间。如果扁桃体在被保持时延伸超出所述表面的边缘,那么扁桃体的至少一个部分可能不经受辐照。手持件将需要被再应用于扁桃体的不被辐照的至少一个部分,或更有利地,使用具有带有大至足以治疗整个扁桃体的接触表面的光学组件的手持件。
然而,如果接触表面足够大,使得表面延伸超出被保持和压缩在表面之间的扁桃体的边缘,例如如果相对小的扁桃体被带有具有大至足以使用辐照的一次施加治疗整个非常大的扁桃体的接触表面的光学组件的手持件保持,那么所述小的扁桃体将在其在接触表面之间但不接触所述表面的中间侧面上的粘膜表面的一部分上经受光。从接触表面的延伸超出小扁桃体的边缘的部分传输的光将照射所述未接触的扁桃体粘膜表面部分。因为所述扁桃体粘膜表面部分未被接触,所以其不被接触表面冷却。因此,在使用适合于较大的扁桃体的光学组件时,存在光加热被保持在手持件中的较小的扁桃体的未被接触的粘膜表面部分的潜在可能性。光可能以主要掠射角与未被接触的粘膜组织交叉,使得不可能发生对粘膜表面的实际损伤。然而,这样的考虑表明,可以是期望的是,将具有一组具有多于一个接触表面区域的光学组件的手持件用于具有不同尺寸范围的扁桃体。
本发明的漫射光学设计提供具有各种设计的有利的治疗扁桃体的方法。暴露于来自某距离处的朗伯源的辐射的组织将比暴露于准直源的组织接收更少的光。当使用准直源时,某距离处的组织表面处的光的密度是不变的,而对于朗伯源来说,光的密度随距离的平方降低。朗伯源的这种性质已经被用于开发用于皮肤病学的眼睛安全激光器,以在激光或其他光源被意外地引导向眼睛时避免眼睛损伤。然而,根据本发明,朗伯形式的、接近朗伯形式的或相似的漫射光束可以用于组织的意图的治疗中,使得在距光透射接触表面某个距离处的组织不经受过量的光。具体地,如果较小的扁桃体被保持和轻轻地压缩在两个各自具有朗伯形式的、接近朗伯形式的或漫射输出的光透射接触表面之间,并且其中所述接触表面延伸超出小扁桃体的中间的粘膜表面,那么在两个接触表面的延伸部分之间的空间中的光密度将在照射在扁桃体的中间的粘膜表面上之前显著地衰减,因此向所述表面提供潜在的不需要的加热,即使在使用高辐照功率时。
因此,本发明的漫射光学设计提供用于扁桃体治疗的方法和装置,该方法和装置减少或消除为了向大范围的扁桃体尺寸提供治疗的对多重光学组件的需求。如上文所述,光在组织中的穿透深度通过使用具有垂直于组织表面的光线的准直光束来最大化。然而,光的光子在约(1-g)-1散射事件之后将已经损失其最初的取向,其在扁桃体中是向组织中约1mm。因此,漫射光学设计可以被使用并且具有在被接触的组织内的与反射光学设计相似的结果,特别是如果略微增强的冷却被提供以补偿在辐照期间与光传输接触窗接触的扁桃体组织的表面处的光的略微增加的分布的话。因为根据本发明对扁桃体组织的冷却要求不是强烈的,所以冷却的非常轻微的增强,例如增加几度,可以是足够的。在本部分中,为简单起见,在示出了与单一的手持件远端部分相关联的光学部件的附图中描绘了光学设计,应当理解,手持件将包括两个这样的远端部分。
在下文描述的实施方案中,装置的光学组件包括光漫射元件,由此使装置能够发射漫射辐射。此外,一个或多个光学组件的光学元件包括光引导板,光引导板具有在侧向表面处的侧向光输入表面,使得贯穿光引导板的光以基本上平行于组织表面的方向传播穿过光引导板。光漫射元件包括在光引导板的近端表面上的提取特征,使得被从提取特征反射的光以基本上均一的分布传输穿过光透射接触表面。提取特征可以存在于光引导板的一个或两个侧面上。装置可以配备有包封光引导板的至少一部分的壳体。壳体可以具有在光引导板的侧向光输入表面处的开口。
从对在下文描述的实施方案的理解,将是明显的是,许多其他实施方案是可能的。
第一实施方案
图24A和图24B是本发明的装置的简单的第一实施方案的示意图。如将在下文详细描述的,在本实施方案中,光引导板的远端表面作为光透射接触表面。光学元件包括毗邻于光引导板的近端表面的空隙。空隙被光学组件壳体的基部内部表面和侧向内部表面包封。
图24A示出了光学组件的圆形接触表面611。接触表面611与装置壳体612的边缘表面612e齐平。光纤609在其光发射远端处或附近用连接器608附接于壳体612。光纤的近端被附接于激光器或其他光源(未示出)。
图24B是本实施方案的壳体和光学堆叠物的示意性的横截面图。在壳体612内部的是具有近端表面600a以及远端表面或接触表面611的光引导板600。壳体612具有用于来自光纤609的光的进入的开口612a。开口612a被定位为使得光纤的输出通过所述光引导板的侧向输入表面600c被基本上传输至光引导板600。壳体提供在其基部内部表面612d和光引导板的近端表面600a之间的小的空间或空隙650。提取特征600e被应用于光引导板的近端表面600a的全部或一部分并且以在所述表面上空间地变化的型式或分布。从光纤通过光引导板的侧向表面传输的光在光引导板内被内部反射(internally reflect),并且被在所述光引导板的近端表面上的提取特征散射,使得所述光从所述光引导板的远端表面被基本上发射。壳体的基部内部表面612d和侧向内部表面612f用基本上反射的材料涂布、覆盖或制造。
光引导板的侧向表面的全部或一部分,除了毗邻于光纤的输出面的侧向输入表面600c以外,可以被光学抛光并且用金涂布,或可以被保持不抛光并且用漫反射物质例如硫酸钡涂料涂布。侧向输入表面600c可以被抛光或不被抛光,但是不是反射的。
从光引导板远端表面600b发射的光是基本上朗伯形式的,即具有被随机引导的射线。在所述表面处的辐照度是基本上均一的。为了清楚起见,图24B示出了在距光导的远端表面或接触表面某距离处的被辐照区域699。在与光引导板远端表面接触的组织表面上的被辐照区域699具有与光引导板远端表面基本上相同的形状和面积。
在光引导板600的近端表面600a上的提取特征600e在图25A和图25B的示意图中被更详细地示出。图25A示出了光引导板的近端表面。光纤609出口面609b邻近光引导板侧向输入表面。图24B的倾斜视图示出了在光引导板侧向表面上的光输入区域600c。
以40e示出的提取特征在图25A和图25B中为了清楚起见被很大地放大并且随机地分布,并且不意在描绘提取特征的实际的型式或尺寸。相应于具有高的光分布均匀度以及高输出效率的光学组件的提取特征的型式和分布取决于光学堆叠物的光学材料和几何形状,并且不存在将对于所有装置的光学堆叠物来说是最优的普遍的型式和分布。光引导板的提取特征在本实施方案中在所述板的近端表面上。在其他的实施方案中,提取特征可以在所述板的近端表面和远端表面二者上。
空隙650的厚度大于来自光源的光的一个或多个波长的约两倍,或足以允许在光引导板近端表面处的TIR。
第一实施方案的一个方面是,光引导板由具有比空气高的折射率的刚性材料制成。合适的材料的实例包括玻璃、石英玻璃、石英、丙烯酸类以及蓝宝石。优选地,光引导板具有足以耦合从具有给定的数值孔径(NA)和距光导输入表面的距离的光纤发射的基本上所有的光的厚度。优选地,光引导板基本上不比对于抗弯强度和抗破裂性以及耦合从光纤发射的基本上所有的光来说所必需的厚度更厚。
本发明的本简单的第一实施方案是通过与所述组织表面热接触的光引导板的热传导来被动地冷却组织表面的光学组件。被动冷却能力可以通过使用由蓝宝石制成的光引导板来增强。蓝宝石对于本发明的接触元件来说是高度有利的材料,这是由于其非常高的导热率58W/mK、高抗弯强度1200MPa、抗擦伤性(硬度1370kg/mm2)以及对从190nm至红外线的非常高的传输。当蓝宝石被用作光引导板时,发现,该材料的强度允许约1mm的最小厚度被用于高至约4cm直径的光发射表面。
蓝宝石不能被模制。因为其硬度,蓝宝石是相对抗蚀刻的。提取特征还可以通过施用漫射材料来制造,例如通过丝网印刷。合适的漫射材料包括反射物质的涂料或制剂,含有某些粘合剂以提供机械稳定性,如上文描述的。合适的材料包括可商购获得的用于反射涂层的硫酸钡涂料,例如Duraflect、Spectraflect和Labsphere 6080(Labsphere,North Sutton,NH),或根据已公开的方法来配制的硫酸钡颜料。
当光引导板是石英玻璃、玻璃、石英或丙烯酸类或其他透明塑料时,提取特征可以通过丝网印刷来制造,与蓝宝石的情况一样。可选择地,提取特征可以在这些材料中通过蚀刻或模制工艺来制造。模制是在体积上成本较低的工艺,但是被限于以约毫米级的规模的特征。这些较大规模的特征的使用可以限制辐照度的均匀度,取决于光引导板的尺寸与形状。可以进行蚀刻以产生更小的、密度更大的并且更复杂的提取特征。具有由石英玻璃、玻璃、塑料或石英制成的光引导板的本第一实施方案的光学组件将提供对组织的被动冷却,虽然相比于蓝宝石在较小的程度上冷却。所有这些材料具有比空气高的导热率:石英具有7.5W/mK的值、石英玻璃1.4W/mK,玻璃在0.51至1.28W/mK之间,并且聚甲基丙烯酸甲酯约0.2W/mK。石英、石英玻璃和玻璃在可见区和近红外区是高度传输性的。然而,当使用这些物质时,光导的厚度应当足以防止断裂,或具有约2mm或更高的最小值。塑料(丙烯酸类、聚苯乙烯类和聚碳酸酯)具有在约1100nm处开始的吸收带,这使它们在与约1100nm或更长的波长一起使用时是较低效率的。塑料通常在比约1100nm短的可见波长和近红外波长下具有比蓝宝石、石英、石英玻璃或玻璃低的传输,并且它们的作为光引导板材料的用途将导致光学组件的相对低的效率。因为塑料的相对低的导热率(0.1至0.3W/mK),第一实施方案的具有塑料光引导板的系统将提供相对低效率的被动冷却。由于这些低效率和差的冷却的原因,并且因为塑料光学部件可以被高功率光源破坏,所以塑料在本实施方案的光学组件中具有相对有限的实用性。更有利的光引导板是具有包括诸如硫酸钡的反射物质的被施用的提取特征的蓝宝石或具有被蚀刻的或被模制的提取特征的石英、石英玻璃和玻璃。
第一实施方案的优点是对于仅需要被动冷却的光疗法应用来说的简单性。在某些情况下,第一实施方案的光学组件可以通过在使用之前将其放置为与冰、冷水或冷却空气接触来预冷却,以增强被动冷却。
第二实施方案
如将在下文详细描述的,在本实施方案中,装置的光学元件包括毗邻于光引导板的近端表面的空隙。空隙被光学组件壳体的基部内部表面和侧向内部表面包封。光学元件还包括毗邻于光引导板的远端表面的冷却层。接触窗具有毗邻于冷却室的近端表面以及作为光学组件的光透射接触表面的暴露的远端表面。
图26A和图26B是本发明的包括主动冷却能力的实施方案的示意图。图5A示出了接触窗的圆形的光传输远端表面611。接触表面611与装置壳体612的边缘表面612e齐平。光纤609在其光发射远端处或附近被连接器608附接于壳体612。光纤的近端被附接于激光器或其他光源(未示出)。装置还具有用于冷却剂流体的流动的入口610a管线和出口610b管线,其被入口605a管路连接器和出口605b管路连接器连接于壳体612。冷却剂管线的其他端部被连接于冷却设备(未示出)。冷却设备可以是具有冷却剂流体储存器的循环冷却器,或产生冷空气的设备。
图26B是本实施方案的壳体和光学堆叠物的示意性的横截面图。在壳体612内部的是光引导板600、冷却层630和接触窗670。光引导板600具有近端表面600a和远端表面600b。壳体612具有用于来自光纤609的光的进入的开口612a。开口612a被定位为使得光纤的输出通过所述光引导板的侧向输入表面600c被基本上传输至光引导板600。壳体中的用于冷却剂流管的开口被定位为使得冷却剂流入冷却层630中以及流出冷却层630。描绘了入口开口612b。壳体提供在其基部内部表面612d和光引导板的近端表面600a之间的小的空间或空隙650。接触窗670具有与冷却层630中的冷却剂接触的近端表面670a,以及远端接触表面611。提取特征600e被应用于光引导板的近端表面600a的全部或一部分并且以可以在所述表面上空间地变化的型式或分布。从光纤通过光引导板的侧向输入表面传输的光在光引导板内被内部反射,并且被在所述光引导板的近端表面上的提取特征散射,使得所述光从所述光引导板的远端表面被基本上传输。壳体的基部内部表面612d和侧向内部表面612f用基本上散射的材料涂布、覆盖或制造。
正在流入冷却层630中的冷却剂冷却接触窗并且从与所述窗接触的组织提取热量。冷却剂流还可以减少装置的其他部件的来源于内部散射和光被光学元件以及包括壳体内部表面的反射表面吸收的任何加热。在本发明的本实施方案的一个方面,流体基本上不吸收正在被传输通过冷却剂室的光。在本实施方案的另一个方面,流体吸收正在被传输通过冷却剂室的光的少于约25%。优选地,流体吸收所述光的少于约10%。最优选地,流体吸收所述光的约5%或更少。合适的流体的实例包括水、盐水、全氟化碳例如FluorinertTM(3M,Minneapolis,MN)以及空气,取决于一个或多个光源波长。例如,在水具有在冷却层厚度上的大于5%或10%的吸收的波长范围下,较有利的冷却流体可以是全氟化碳或空气。光学组件的冷却能力由流体的热传递性质、流体的温度以及流体在冷却层内的流动速率决定。
从接触窗远端表面611传输的光是基本上朗伯形式的,即具有被随机引导的射线。在所述表面处的辐照度是基本上均一的。在与接触窗远端表面接触的组织表面上的被辐照斑点699具有与接触窗基本上相同的形状和面积。
本实施方案的另一个方面是,接触窗由对连接于光纤的源的光基本上透明的刚性材料制成。合适的用于接触窗的材料的实例包括石英玻璃、石英、玻璃、丙烯酸类以及蓝宝石。优选地,接触窗材料具有中导热率至高导热率。接触窗材料可以是石英、石英玻璃、玻璃或蓝宝石。有利的接触窗材料具有高导热率和高抗弯强度二者。最有利地,接触窗材料是蓝宝石。
在本发明的一个方面,壳体的内部表面基本上不吸收被连接于光纤的源的光。在本发明的一个有利的方面,内部表面的全部或一部分用对由光纤传输的光的一个或多个波长高度反射的材料涂布。
第二实施方案的一个方面是,光引导板由具有比冷却流体高的折射率的材料制成。合适的材料的实例包括石英玻璃、石英、丙烯酸类以及蓝宝石,取决于冷却流体。优选地,光引导板具有足以耦合从具有给定的NA和距光导输入表面的距离的光纤发射的基本上所有的光的厚度。优选地,光引导板基本上不比对于抗弯强度和抗破裂性以及耦合从光纤发射的基本上所有的光来说所必需的厚度更厚。如果接触窗是蓝宝石,那么由石英、石英玻璃或玻璃制成的光引导板可以被保护以免被所述窗破坏,并且所述光引导板的厚度与光引导板被暴露的第一实施方案相比可以被减少。
第二实施方案的蓝宝石光引导板将具有所应用的提取特征,并且石英、二氧化硅、丙烯酸类或玻璃光导可以具有所应用的模制特征或蚀刻特征,如上文对于第一实施方案的情况描述的。也如在第一实施方案中的,空隙650的厚度大于来自光源的光的一个或多个波长的约两倍,或足以允许在光引导板近端表面处的TIR。
在本实施方案中,光引导板和光学堆叠物的厚度被最小化。光引导板厚度由与光源的耦合效率决定,并且接触窗厚度由强度要求决定。冷却层在厚度上可以是约1mm,用于使用水、全氟化碳或空气来冷却。
第三实施方案
如将在下文详细描述的,在本实施方案中,光学元件包括毗邻于光引导板的近端表面的第一空隙。第一空隙被光学组件壳体的基部内部表面和侧向内部表面包封。光学元件还包括在光引导板的远端表面和冷却剂层窗的近端表面之间的第二空隙。冷却剂层在冷却剂层窗和接触窗的近端表面之间。被暴露的远端接触表面作为光透射接触表面。
图27是本发明的第三实施方案的壳体和光学堆叠物的示意性的横截面图。如在第二实施方案中的,第三实施方案具有主动冷却能力,然而光学堆叠物具有在光引导板和冷却层窗之间的最小的空隙,以与具有大约相同的厚度的第二实施方案的光学堆叠物相比,减少在光学堆叠物内的散射并且从而改进效率。
在壳体612内部的是光引导板600、冷却层窗680、冷却层630和接触窗660。光引导板600具有近端表面600a和远端表面600b。壳体612具有用于来自光纤609的光的进入的开口612a。开口612a被定位为使得光纤的输出通过在所述光引导板的侧向表面上的输入区域600c被基本上传输至光引导板600。壳体的用于冷却剂流管的开口被定位为使得冷却剂流入冷却层630中以及流动出冷却层630。描绘了入口开口612b。壳体提供在其基部内部表面612d和光引导板的近端表面600a之间的小的空间或第一空隙650。冷却层窗680具有与冷却层630中的冷却流体接触的远端表面680b以及与空气接触的近端表面680a。冷却层窗近端表面680a通过具有至少2微米厚度或光源的一个或多个波长的至少两倍的空间或第二空隙685与光引导板远端表面600b分隔。接触窗660具有与冷却层630中的冷却剂接触的近端表面660a,以及远端接触表面611。提取特征600e通过将材料应用于光引导板的近端表面600a的全部或一部分或从光引导板的近端表面600a的全部或一部分除去、或通过模制到光引导板的近端表面600a的全部或一部分来形成,如上文描述的。从光纤通过光引导板的侧向输入表面传输的光在光引导板内以基本上平行于光引导板近端表面600a和远端表面600b的方向通过TIR传播。TIR被在所述光引导板的近端表面上的提取特征600e部分地破坏,使得光被从所述光引导板的远端表面600b散射和发射。所述被发射的光被传播通过第二空隙685、冷却层窗680、冷却层630和接触窗660,以辐照与接触窗接触的组织表面上的区域699。壳体的基部内部表面612d和侧向内部表面612f用基本上反射的材料部分地或完全地涂布、覆盖或制造。冷却剂窗和接触窗的侧向表面的全部或一部分可以用漫反射材料或镜面反射材料涂布或覆盖。光引导板侧向表面的全部或一部分,除了侧向输入表面以外,可以用漫反射材料或镜面反射材料涂布或覆盖。
在本发明的本实施方案的一个方面,流体是对正在被传输通过冷却层的光基本上透明的。在本实施方案的另一个方面,流体吸收正在被传输通过冷却层的光的少于约20%。优选地,流体吸收所述光的少于约10%。最优选地,流体吸收所述光的约5%或更少。合适的流体的实例包括水、盐水、全氟化碳以及空气,取决于光源的一个或多个波长。
第三实施方案的一个方面是,光引导板由具有比空气高的折射率的材料制成。合适的材料的实例包括石英玻璃、石英、丙烯酸类以及蓝宝石。优选地,光引导板具有足以耦合从具有给定的NA和距光导输入表面的距离的光纤发射的基本上所有的光的厚度。优选地,光引导板基本上不比对于抗弯强度和抗破裂性以及耦合从光纤发射的所有的光来说所必需的厚度更厚。如果接触窗和/或冷却层窗是蓝宝石,那么由石英、石英玻璃或玻璃制成的光引导板可以被保护以免被所述窗破坏,并且所述光引导板的厚度可以被减少。
从接触窗远端表面611传输的光是基本上朗伯形式的,即具有被随机引导的射线。在所述表面处的辐照度是基本上均一的。在与接触窗远端表面接触的组织表面上的被辐照区域699具有与接触表面基本上相同的形状和面积。
在本发明的本实施方案的一个方面,提取特征在光引导板上的型式或分布被选择为产生在接触窗的远端表面处的基本上均一的辐照度。在本发明的本实施方案的另一个方面,提取特征的型式或分布被选择为产生高传输效率和在接触窗的远端表面处的基本上均一的辐照度。优选地,传输效率是50%或更高。最优选地,传输效率是80%或更高。优选地,在接触窗的远端表面处的辐照度具有约+25%至-25%或更好的均匀度。最优选地,所述辐照度具有约+10%至-10%或更好的均匀度。
第四实施方案
在本发明的第四实施方案中,冷却层可以被布置在光引导板的近端表面和壳体的内部表面之间。具体地,冷却层毗邻于光引导板的近端表面,并且被光学组件壳体的基部内部表面和侧向内部表面包封。本发明的本实施方案的一个优点是,光引导板也是接触窗,使得在提供主动冷却时光学堆叠物的厚度被减少。减少光学堆叠物的厚度减少了内部散射并且提高了传输效率,并且使装置是有利地薄的。在本实施方案中,光引导板的远端表面作为光透射接触表面。
图28是本实施方案的壳体和光学堆叠物的示意性的横截面图。在壳体612内部的是光引导板600和冷却层630。光引导板600具有近端表面600a和远端接触表面600b。壳体612具有用于来自光纤609的光的进入的开口612a。开口612a被定位为使得光纤的输出通过所述光引导板的侧向输入表面600c被基本上传输至光引导板600。壳体的用于冷却剂流管的开口被定位为使得冷却剂流入冷却层630中。描绘了入口开口612c。提取特征600e被应用于光引导板的近端表面600a的全部或一部分并且以在所述表面上空间地变化的型式或分布。从光纤通过光引导板的侧向表面传输的光在光引导板内通过TIR被横向地传播,并且被在所述光引导板的近端表面上的提取特征散射,使得所述光从所述光引导板的远端表面或接触表面611被基本上发射。壳体的基部内部表面612d和侧向内部表面612f用基本上反射的材料涂布、覆盖或制造。在与接触窗远端表面接触的组织表面上的被辐照斑点699具有与接触窗基本上相同的形状和面积。
在本发明的本第三实施方案的一个方面,冷却剂流体是对正在被传输通过冷却剂室的光基本上透明的。流体可以是液体或气体。在本实施方案的另一个方面,流体吸收正在被传输通过光学组件的光的少于约20%。优选地,流体吸收所述光的少于约10%。合适的流体的实例包括水、盐水、全氟化碳、空气或氮气,取决于光源的波长。
本实施方案的一个方面是,光引导板由具有比冷却室中的冷却剂流体高的折射率的材料制成。合适的材料的实例包括石英玻璃、石英、丙烯酸类以及蓝宝石。光引导板可以具有足以耦合从光纤发射的基本上所有的光的厚度。优选地,光引导板基本上不比对于耦合从光纤发射的基本上所有的光来说以及对于强度来说所必需的厚度更厚。优选地,光引导板材料具有中导热率至高导热率。有利的光引导板是蓝宝石,并且光引导板的提取特征是以抵抗冷却层的流体的粘附涂料或颜料的形式施用的漫射材料。例如,漫射材料是以Duraflect涂层材料(Labsphere,North Sutton,NH)的形式施用的硫酸钡,并且冷却流体是水、盐水、全氟化碳、空气或氮气,取决于源波长。漫射材料可以是以可以不高度抵抗正在流动的液体的形式,例如以Labsphere 6080涂层材料(Labsphere,North Sutton,NH)的形式施用的硫酸钡涂料,在这样的情况下有利的冷却流体是空气或氮气。另一种有利的光引导板材料是石英、石英玻璃或玻璃,并且提取特征通过材料的施用或除去或模制来形成。如果提取特征通过蚀刻或模制来形成,那么光引导板可以被暴露于冷却层中的正在流动的液体或气体。石英、石英玻璃或玻璃光引导板具有足以提供足够的抗破裂性的厚度。本发明的本实施方案需要基本上不含有颗粒杂质的冷却流体并且还可以包括用于最小化光引导板的提取特征的污染的过滤系统。
在本发明的本实施方案的另一个方面,提取特征的型式或分布被选择为产生高传输效率和在光引导板的远端表面611处的基本上均一的辐照度。
第五实施方案
在本发明的第五实施方案中,反射板被布置在冷却层和光引导板的近端表面之间。具体地,冷却层被光学组件壳体的基部内部表面和侧向内部表面以及反射板包封。反射板和提取空间存在于冷却层和光引导板的近端表面之间。提取空间毗邻于光引导板的近端表面。这种反射板的优点是,在光引导板近端表面上的提取特征被保护不受冷却层的正在流动的冷却剂的腐蚀或溶解或污染或与冷却层的正在流动的冷却剂反应。反射板的另外的优点是,冷却层不是光学堆叠物的一部分并且不暴露于光。因此,冷却剂流体不限于对从光纤发射的具有一个或多个波长的光基本上透明的气体或液体。因此,水因为其良好的热传递能力、低成本和生物相容性,是一种有利的冷却剂流体,可以被用于本发明的本实施方案中,甚至在光被水基本上吸收的波长下。在本实施方案中,光引导板的远端表面作为光透射接触表面。
图29是第五实施方案的壳体和光学堆叠物的示意性的横截面图。在壳体612内部的是光引导板600和冷却层630。光引导板600具有近端表面600a和远端接触表面611。薄的反射板691被布置为毗邻于光引导板的近端表面600a但是不与光引导板的近端表面600a接触。提取空间695被设置在光引导板600和反射板691之间。提取空间695在厚度上是至少2μm,或光源的波长的至少两倍。壳体612具有用于来自光纤609的光的进入的开口612a。开口612a被定位为使得光纤的输出通过所述光引导板的侧向输入表面600c被基本上传输至光引导板600。壳体的用于冷却剂流管的开口被定位为使得冷却剂流入冷却层630中。描绘了入口开口612b。提取特征600e被应用于光引导板的近端表面600a的全部或一部分并且以在所述表面上空间地变化的型式或分布。从光纤通过光引导板的侧向表面传输的所述光在光引导板内通过TIR被横向地传播,并且被在所述光引导板的近端表面上的提取特征600e散射,使得所述光从所述光引导板的远端表面或接触表面611被基本上传输。壳体的基部内部表面612d和侧向内部表面612f用基本上非吸收性材料涂布、覆盖或制造。在与接触窗远端表面接触的组织表面上的被辐照斑点699具有与接触窗基本上相同的形状和面积。
在本发明的第五实施方案的另一个方面,提取空间695可以容纳基本上静态的量的对通过光纤传输的光基本上透明的并且具有低于光引导板的折射率的空气、气体或液体。有利的是,提取空间容纳具有高导热率的液体,例如全氟化碳(FluorinertTM,3M,Minneapolis,MN)。全氟化碳优选具有大大高于室温的沸点以及相对低的蒸汽压,例如FluorinertTM FC-43或FC-70以及其他的。对于每10℃的温度升高,FluorinertTM流体的体积通常增加1%。本实施方案的一个方面是,薄的反射板691是金属的并且薄至足以提供体积的随提取空间695中的流体的温度的变化。在2℃,即防止在接触表面处的冰形成或组织冷冻所需要的约最小温度下被保持的流体在冷却层中的循环将最初在室温下在提取空间695中的静态流体的温度降低了约20℃。薄金属反射板的柔性可以充分适应液体体积的约2%变化,而没有变形和在提取空间内的可能的气泡形成。反射板可以在其与提取层接触的表面的全部或一部分上被抛光或用漫反射材料涂布。
本实施方案的一个方面是,光引导板由具有比提取空间695内的材料高的折射率的材料制成。合适的材料的实例包括石英玻璃、石英、丙烯酸类以及蓝宝石。光引导板可以是具有被施用的提取特征的蓝宝石,或具有被蚀刻的或被模制的提取特征的石英、石英玻璃和玻璃。当提取空间的流体和光引导板的折射率之间的差异是相对小的时,例如,如果流体是Fluorinert并且光引导板是被蚀刻的石英、石英玻璃或玻璃,那么被蚀刻的特征被创造为具有足以有效地散射和提取来自光引导板的光的深度。
在本发明的本第五实施方案的一个方面,提取特征的型式或分布被选择为产生在光引导板的远端表面处的基本上均一的辐照度。在本发明的本实施方案的另一个方面,提取特征的型式或分布被选择为产生高传输效率和在光引导板的远端表面处的基本上均一的辐照度,如上文定义的。
本实施方案具有许多优点,因为其为了最小厚度仅在光学堆叠物中含有一个光学部件,具有在光学堆叠物外部的冷却层以消除被冷却流体的光吸收并且允许使用水作为冷却剂,并且可以被配置为带有具有高导热率以用于优良的冷却能力的部件。
第六实施方案
如将在下文详细描述的,在本实施方案中,光学元件包括被光学组件壳体的基部内部表面和侧向内部表面包封的冷却层。光学元件还包括在冷却剂室和光引导板之间的反射板。反射板具有与光引导板的近端表面上的提取特征接触的表面。光学元件还包括被反射板、光引导板的近端表面以及提取特征包封的至少一个提取空间。
在第六实施方案中,反射板691与光引导板近端表面上的提取特征热接触。提取特征包括在一个或多个源波长下具有基本上高的导热率和基本上高的反射率的材料。提取特征与反射板热接触,提供在提取空间中没有流体的情况下的从光引导板向冷却剂室的高效率的热传递。优选地,反射板691由金属制成。优选地,反射板被抛光或具有在与提取特征接触的侧面上的漫反射涂层。最优选地,反射板具有与提取特征接触的侧面上的漫反射涂层,用于良好的热接触。
图30A和图30B是本实施方案的示意图。在图30A中,光引导板600的近端表面600a的提取特征600e与反射板接触。在图30B中,提取特征600e与反射板691的涂层691a接触。
根据本发明的第六实施方案,提取特征起到破坏在光引导板中的TIR以及将热量从冷却剂层通过反射板转移至光引导板二者的目的。本实施方案的优点是,没有液体需要被容纳在提取空间695中以实现在光学堆叠物外部的冷却剂流体和接触窗之间的良好的热传递。由所施用的材料例如通过丝网印刷施用的涂料形成的提取特征可以具有在几十至几百微米的数量级的厚度,在反射板与点的顶表面接触时,这种厚度大到足以提供在光导近端表面600a和反射板之间的至少2微米的空隙。
本发明的本实施方案的一个重要的方面是提取特征的热特性。用于形成提取特征的制剂通常主要由反射材料、粘合剂和溶剂组成。当制剂干燥时溶剂将蒸发,留下主要由反射材料和粘合剂组成的特征的印刷阵列。在本实施方案中,反射物质在光源的一个或多个波长下是基本上反射的,并且是具有基本上大于在提取空间中的周围的空气的导热率(0.024W/(mK))的导热率的物质。实例包括硫酸钡、二氧化钛和氧化锆。反射物质可以具有大于约90%的反射率。高导热性是较有利的。
第七实施方案
在本发明的本实施方案中,光学组件适合于以更定向的方式发射光。可以在某些应用中是有用的本实施方案的优点是,更准直或定向的光将具有更大的在组织中的穿透深度。
图31是第七实施方案的示意图。本图与图7相似,并且为了简要起见,本实施方案的与第五实施方案相同的特征以相同的数量被给出并且它们的描述在此不被重复。本实施方案的新方面是图31中所示的光透射表面611的准直特征693。聚焦特征可以是一系列的脊、凹槽、透镜阵列以及类似物,以聚焦被传输的光并且使被传输的光更少发散。在本实施方案中,在光引导板的远端表面处的聚焦特征作为光透射接触表面。
可选择地,聚焦特征可以是以被附接于不具有那些特征的光透射接触表面的具有脊、凹槽、小透镜阵列以及类似物的栅网元件的形式。
在两种情况下,无论聚焦特征是光学组件的元件的一部分还是栅网元件的一部分,特征都可以位于光透射接触表面的全部或一部分上。例如,特征可以位于邻近接触表面的中心,使得从接触表面的剩余部分传输的光仍然是朗伯形式的或接近朗伯形式的。
发色团元件
上文描述的数学模型激光-组织相互作用计算已经显示出,根据如已经本文被公开的本发明,具有在扁桃体切除术程序中被除去的尺寸范围并且具有相应于血管分布和纤维化的各种组成的扁桃体可以在几分钟或更短的辐照时期内被加热至热损伤的目标温度。通常,期望的是,尽可能地减少包括辐照时期的总手术时间。为了本目的,作为一种进一步的改进,本发明包括具有在辐照之前被插入扁桃体组织中并且在治疗完成之后被除去的发色团元件的实施方案。这种发色团元件还可以有利地调节组织中的热分布,如下文将示出的。
根据本发明的实施方案,栅网元件706具有由吸收光的发色团制成的或具有作为部件的吸收光的发色团的被附接的针731,如在图32中示意性地示出的。这些针是本发明的发色团元件,并且具有近端733和远端732。任何数量的发色团针元件都可以被使用,并且可以在单一的栅网元件上与传感器针结合地使用。有利的是,发色团针的近端733具有基本上反射光的表面。例如,发色团针的近端应当反射光,使得扁桃体组织的与所述针近端接触的粘膜表面不被所述近端热损伤。发色团针的反射近端应当至少与粘膜表面的厚度一样长,或约200μm长。更有利的是,反射近端比粘膜表面厚度长,例如约0.5mm或1mm长。
图33示出了对具有在扁桃体切除术中被除去的平均尺寸的扁桃体的模型计算的结果。在这些计算中,接触元件在直径上是2.6cm,这大约相应于被压缩至2.0cm的厚度的14g扁桃体的全径。在模型中,21个发色团针以具有4mm的边缘长度的立方体型式。每个发色团针在直径上是1mm。此外,在本实施例中,发色团针各自在长度上是10mm,并且具有在远端上的吸收光线的发色团涂层以及在近端上的反射光线的涂层。在模型计算中,远端的被发色团涂布的长度从5至8mm变化。光被扁桃体组织和发色团针的远端表面二者吸收,所述远端表面具体地是表面的用吸收光的发色团涂布的部分。在这些计算中,发色团吸收系数是1000cm-1。在针远端的深度处的扁桃体组织在辐照期间在针之间的区域中被加热,因为辐照时间是大于发色团针的热松弛时间的数量级。表达式tr=d2/16τ给出了圆柱体的热松弛时间,其中τ是热扩散率并且d是直径。如果由不锈钢制成,那么具有200微米、500微米或1mm的直径的圆柱形的针的热松弛时间分别是0.6ms、3.8ms和15ms。如果针由钛制成,那么相应的热松弛时间是0.3ms、1.8ms和7ms。每个针通过在针的近端附接于其的栅网与其他针或传感元件隔离。针可以由不同的材料制成或含有不同的材料,以便选择针的热质量、热传递系数和热容,如对于特定的应用,优化向周围组织的热传递所需要的。
如在图33中看到的,计算表明,在使用发色团针根据本发明治疗扁桃体时扁桃体内的热分布将取决于吸收光的发色团在针上的位置。在此,更接近扁桃体的表面的扁桃体组织可以通过将发色团涂层更朝向发色团针的近端延伸而被更多地加热。
如可以在图34中看到的,针的存在允许扁桃体组织在基本上比不使用针时短的时间内被加热,例如在比不使用针时短33%的时间内。辐照时间的减少具有减少了总手术时间的显著的优点。
根据本发明的实施方案,具有发色团针的栅网被附接于手持件的光学组件,且针的纵向轴线垂直于光学组件的光透射接触表面,或以有利于扁桃体的握持的某一角度,例如以距法线45度或更少的角度。发色团针是足够长的,使得当扁桃体被接触表面保持和压缩时,发色团针的远端将被插入扁桃体内的在低于粘膜层的深度处的位置。优选地,发色团针在长度上在0.2mm至20mm之间。更优选地,发色团针在长度上在1mm至10mm之间。根据本发明的一个方面,具有不同的长度的发色团针可以被附接于单一的栅网元件。根据另一个实施方案的一个方面,被附接于一个表面元件的栅网的发色团针可以具有与被附接于第二个表面元件的栅网的发色团针不同的一个或多个长度。
在另一个实施方案中,发色团针被定向为使它们的轴线平行于接触元件。在本发明的又一个实施方案中,发色团针被附接于与手持件附接的卡圈元件,使得发色团针被定向为使它们的轴线平行于接触元件。
还根据本发明,发色团针具有在约100微米至3mm之间的直径。优选地,发色团针具有约200微米至1mm的直径。发色团针的直径可以作为近端末端与远端末端的距离的函数变化。在优选的实施方案中,直径在发色团针的长度上是基本上恒定的。在另一个优选的实施方案中,发色团针的远端的直径基本上大于近端的直径。发色团针可以是基本上直的,或具有在其总长度的全部或一部分上的曲率角。
根据本发明,发色团针由具有足以以最小的断裂风险穿透扁桃体的强度和刚性的生物相容材料制成。在优选的实施方案中,发色团针由医学级不锈钢(316、316L或真空熔融型316L)制成。在另一个优选的实施方案中,发色团针由医学级钛(非合金的商业纯CP级1-4)或钛合金(包括Ti-6Al-4V ELI、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb、Ti-3Al-2.5V、Ti-13Nb-13Zr、Ti-12Mo-6Zr-2Fe、Ti-15Mo)制成。其他可以用于制造发色团针的金属材料包括金、银、铂、钽、铌、锆和锆合金、基于镍-钛二元体系的形状记忆合金、钨和钨青铜、以及钴合金(Elgiloy和MP35N)。在优选的实施方案的一个方面,用于制造发色团针的金属或金属合金用吸收NIR光的发色团涂布。在优选的实施方案的另一个方面,发色团涂层被应用于发色团针的远端部分的表面。(术语远端在本文中用于描述元件或部件的较远离光源例如激光器腔的部分)。在另一个优选的实施方案的一个方面,发色团涂层被应用于发色团针的整个表面。在另一个优选的实施方案中,基本上反射光的涂层被应用于发色团针的近端部分的表面。
发色团针还可以由陶瓷材料制成。在优选的实施方案中,发色团针由用氧化铁,最优选以磁铁矿的形式的氧化铁掺杂的陶瓷制成。
发色团针的远端被成形为允许以最小的力和最小的组织外伤插入扁桃体实质中。远端末端形状可以包括点、角、斜面和任何其他用于皮下注射针的且本领域已知的穿透或切割末端形状。发色团针可以是中空的或实心的。在优选的实施方案中,发色团针是实心的。在另一个优选的实施方案中,中空的发色团针被使用并且包括在其轴内的热电偶或其他温度传感器。
在本发明的最优选的实施方案中,发色团针的发色团涂层是碳或碳材料。合适的碳或碳材料具有包括对于可见光和近红外光的高吸收系数以及生物相容性的性质。许多碳和碳材料已经被合成以用于工程应用,并且具有很多种物理性质。对于本申请是优选的材料通过首先考虑天然结晶碳同素异形体的性质来确定。石墨中的碳原子是sp2杂化,石墨具有在600nm至至少2微米的波长范围内的约2×105cm-1的非常高的且近似恒定的吸收系数,这与金刚石同素异形体形成对比,金刚石同素异形体由sp杂化的碳组成并且在可见光谱范围和NIR光谱范围中是透明的。热解碳作为假体植入物的表面材料的用途是本领域中熟知的。
当使用热解碳涂层时,到达发色团针的大部分光将被涂层的第一微米厚度吸收。因此,通过发色团针产生的热的量将与针的表面积成正比。因此,虽然根据本发明可以使用具有圆形的横截面的圆柱形的发色团针,但是可以是有利的是,使用具有相应于更大的相对表面积的形状的针。这些针形状中的某些在图35中示出。例如,可以使用具有锋利的远端点和锋利的边缘的平坦刀刃。可选择地,可以使用具有在圆柱体中的凹槽切口的针。优选的实施方案可以使用具有十字形的或星形的横截面区域的针,使得沿针长度有三个至六个延伸的边缘。可以注意到,这样的边缘可以具有相对于特定的针的长度的不同的长度。
在本发明的另一个实施方案中,光可以以相对高的功率和短的脉冲持续时间被发射,使得加热被基本上定位在扁桃体的附近。图36是用以1120nm的光的单独的5ms、40.6J脉冲辐照的并且在28mm直径的被辐照的斑点中具有25个发色团针的扁桃体组织的情况的模型计算的结果的轮廓图。本实施方案产生对组织的部分损伤。在又一个实施方案中,通过组合短/高功率光脉冲与较低的功率/较长的光暴露,部分损伤可以与对扁桃体实质的剩余部分的实质损伤结合。
以用热解碳涂布的针的形式并且被固定在相对于光发射接触元件的位置中的外源的发色团的使用通过已知量的发色团的精确的定位而增强了扁桃体的辐照吸收,并且消除了与向组织中注入染料或发色团溶液相关联的潜在的安全性或毒性问题。与仅在相对窄的波长范围内强烈地吸收的染料例如吲哚菁绿不同,热解碳具有非常宽范围的波长的非常高的吸收系数,使其是与在全部可见波长范围和近红外波长范围内操作的激光器一起使用的合适的发色团,使得工作波长可以基于最优的组织穿透深度以及内源的发色团例如血液的吸收的程度来选择。
本实施方案的聚焦特征还可以用于提供增强的握持和保持扁桃体的能力。
本发明的实施例
实施例1
在第一实施例中,本发明的装置包括耦合于275μm芯直径0.22NA石英光纤的以1120-1125nm操作的20W CW量子点二极管激光器。本激光源可作为LD-1120-MCP-20W Multichip Laser Diode Module从InnolumeGmbH(Dortmund,德国)商购获得。光纤的远端被附接于具有50/50非偏振化分束器立方体的用于1120-1130nm的1×2光纤分束器(Oz Optics,Ottawa,ON,加拿大)。来自分束器的两个输出光纤是550/600μm,0.22NA光纤,每个承载高至10W。
两个输出光纤都使用SMA连接器附接于光学组件,该光学组件附接于手持件。每个光学组件由以下组成:凹形的输入透镜;六边形的光束成形器;19个光纤,每个具有约0.3mm的直径和0.34的NA;具有18mm的长度、8mm的宽度和1mm的厚度的蓝宝石窗;以及3个18mm长和具有约2.5mm的高度的矩形镜。19个光纤各自是15至20mm长并且被组合为在它们的近端没有包层的六边形的束以接受来自六边形的光束成形器的光。三个镜子被放置在蓝宝石窗上的均匀地间隔开的位置处,且镜子长轴彼此平行并且平行于窗长轴。镜子被以相对于窗的平面的45度角倾斜。光纤中的6个的远端各自被定位为沿蓝宝石窗的长边缘以在第一镜子上的均匀地间隔开的区域上被反射,7个光纤被定位为沿窗的长边缘以在第二镜子上的均匀地间隔开的区域上被反射,并且其余的6个光纤被同样地定位以用于在第三镜子上反射,以在蓝宝石窗的表面上产生19个各自有2.5mm的直径的被辐照的圆形的斑点的阵列,并且总的阵列形状是约18mm乘8mm。容纳光学部件的壳体具有在六边形的光束成形器的长轴和蓝宝石窗的短轴之间的45度弯曲。蓝宝石窗的远端表面是光学组件的光透射接触表面。光学组件的厚度是约4mm至5mm。壳体具有用于来自循环冷却器型冷却设备的冷却剂流动管线的入口接头和出口接头(ThermoCube 300,Solid State Cooling Systems,Pleasant Valley NY)。所使用的冷却流体是FluorinertTM FC-43(3M,Minneapolis,MN),并且通过由光学组件的细长的镜子形成的通道被循环以冷却蓝宝石窗。无菌的柔性的透明的套筒被放置在手持件的远端部分上,并且然后各自具有附接于近中心位置的6mm热电偶针探针的Ultem栅网通过在无菌套筒上按接配合被附接于接触表面,使得针探针垂直于接触表面。
使用以办公室设置的本实施例的装置治疗需要对复发性扁桃体炎的治疗的患者。受试者保持坐姿,并且使用20%苯佐卡因喷雾剂喷雾口咽和舌以进行局部麻醉。将2至5ml的0.5%利多卡因与肾上腺素(1∶200,000)注入在扁桃体的侧向囊和咽部肌肉系统之间的平面中以进行局部麻醉。启动冷却设备并且将温度设置至35℃。将第一扁桃体在手持件的接触表面之间握持并且轻轻地压缩,使热电偶针探针插入扁桃体实质中。启动激光器,并且加热扁桃体,同时热电偶探头温度被监测为约65℃的温度或其他合适的目标温度。在该时间,关闭激光器,并且将冷却设备流体温度降低至5℃。使用手持件继续接触冷却,直到热电偶探头表明扁桃体已经返回至生理温度或被冷却。然后以相同的方式治疗相对的扁桃体。
实施例2
在第二实施例中,本发明的装置包括具有各自具有约18mm长乘8mm宽的两个光透射接触表面的手持件,以及以1120nm至1125nm操作的、具有两个输出连接器和两个200μm芯直径0.53NA光纤的CW量子点二极管激光器(Ceramoptic WF 200/220HT 53)。在本实施例中,光学组件具有漫射光学设计,而不是实施例1的反射光学设计。
图37A描绘了本实施例的装置的壳体。壳体812具有在厚度上是约1mm的侧向壁812a和基部812b。壳体具有18mm长度和8mm宽度的内部尺寸,具有在角落处的3mm半径圆角以及约5mm的高度。在壳体的侧向壁上是用于冷却剂流体的进入和离开的毗邻的开口812c、812d。这些开口在直径上是1mm,并且被定位为邻近侧向壁的平坦的部分的端部。邻近侧向壁的同一个平坦的部分的中心的是用于来自激光器的光纤的光的进入的0.55mm直径开口812e。壳体的基部内部表面812h用Labsphere 6080硫酸钡涂料(Labsphere,North Sutton,NH)完全地涂布,并且侧向壁内部表面812g具有带保护性金涂层的光学镜面抛光(optically specular polish)。
图37B是本实施例的装置的光学堆叠物和壳体的横截面图。冷却剂流开口812c、812d的放置在本图中被表示为凸出部。1mm厚的光引导板820的近端表面820b邻近壳体812b的背部的基部内部表面812h。1mm厚的窗板870的近端表面870b通过具有至少2微米厚度的空隙880与光引导板820的远端表面820a分隔。1mm厚的组织接触表面光学部件840具有组织接触远端表面811和冷却剂接触近端表面840b。光引导板820和冷却剂窗板870由石英制成,并且组织接触窗840是蓝宝石。蓝宝石窗的近端表面840b通过作为冷却剂流层830的1mm空间与冷却剂窗板的远端表面870a分隔。石英光引导板820、石英冷却剂窗870和蓝宝石接触窗840是平面的平行窗。在本实施例的装置中,石英光引导板820和石英窗870是相同的。石英光引导板、石英窗和蓝宝石窗被固定地保持为与壳体侧向壁接触,使得它们彼此平行。
在侧向壁中的用于光纤812e的入口,在图37B中以阴影表示,被定位为使得离开光纤的光集中在石英光引导板侧向边缘上。在壳体侧向壁中的冷却剂入口孔和出口孔与冷却剂流室830对准。当冷却剂流体在孔812c进入室830时,冷却剂流体填充室并且在出口孔812d流出。在本实施例的装置中,流体是全氟化碳,例如FC-43(FluorinertTM,3M,Minneapolis,MN)。
蓝宝石接触窗和石英冷却剂窗的侧向边缘被光学平滑抛光。光引导板820的侧向壁具有在平行于长轴的平坦的部分820f上的被保护的金涂层,除了小的(1mm乘1mm)不被涂布的区域820c以外,来自光纤的光经过小的不被涂布的区域820c进入光引导板(图37c,旋转视图,图37D)。侧向壁的在光引导板820h的端部处的表面用Labsphere 6080涂料涂布。光引导板的金涂布的侧向边缘是光学上平滑的,并且涂料涂布的端部边缘是未抛光的。
光引导板的近端表面820b具有以Labsphere 6080涂料点(200微米点直径)的形式的提取特征820e。涂料点的型式在图37E中被示意性地表示,且点的尺寸为了可见度被放大。型式基于蒙特卡洛射线追踪计算(OpticalResearch Associates,Pasadena,CA)来选择输出的效率和均匀度。
对本实施例的装置的光学组件的模型计算的结果在图37F中示出。光学组件的效率是67%。当在每个光学组件处使用10W输入时,最大辐照度和最小辐照度分别是0.054W/mm2和0.044W/mm2。平均辐照度是40mW/mm2。均匀度是+10.5%、-9.5%。强度特征曲线是基本上朗伯形式的。
实施例3
在本实施例中,描述了具有圆形形状的光透射表面的本发明的装置。光发射表面具有13.5mm的直径,使该表面积约等于上文的实施例的18mm×8mm装置的光发射表面。激光器是1120-1125nm点激光器(Innolume,Dortmund,德国),其耦合于两个200微米芯直径0.53NA光纤(Ceramoptic WF 200/220HT 53)。
图38A描绘了本实施例的装置的壳体。壳体812具有在厚度上是约1mm的侧向壁812a和基部812b。壳体具有13.5mm的内径以及约5mm的高度。在壳体的侧向壁上是用于冷却剂流体的进入和离开的毗邻的开口812c、812d。这些开口在直径上是1mm。也在侧向壁上的是用于来自激光器的光纤的光的进入的0.55mm直径开口812e。壳体的基部内部表面812h用Labsphere 6080硫酸钡涂料(Labsphere,North Sutton,NH)完全地涂布,并且侧向壁内部表面812g具有带保护性金涂层的光学镜面抛光。
本实施例的光学组件与实施例3中的相同,除了部件的形状以及提取特征的分布和布置以外。图38B是在石英光引导板820的近端表面820b上的提取特征820e的示意图。光纤860的出口面860a毗邻于光引导板的侧向边缘。提取特征是通过使用Labsphere 6080涂料的丝网印刷来施用的涂料点。每个涂料点在直径上是200微米并且为了可见度在尺寸上被扩大。涂料点的布置基于蒙特卡洛射线追踪(Optical Research Associates,Pasadena,CA)来选择。
本实施例的装置的模型计算的结果在图38C中示出。光学特性与具有相似的设计和近似相同的表面积的实施例2的装置的那些光学特性相似。本实施例的装置的效率是68%。当在每个光学组件处使用10W输入时,最大辐照度和最小辐照度分别是0.051W/mm2和0.043W/mm2。平均辐照度是47mW/mm2。均匀度是+7%、-9%。强度特征曲线是基本上朗伯形式的。
实施例4
上文的实施例采用1120nm二极管激光器。在本实施例中,实施例2的设计的具有18mm×8mm光透射接触表面区域的光学组件被与来自JENOPTIC Laserdiode GmbH(Jena,德国)的808nm二极管激光器共同使用。808nm激光器被耦合于200微米芯直径0.53NA光纤(Ceramoptic WF200/220HT 53),该光纤又被耦合于光学组件。如在实施例2中的,流体是全氟化碳FC-43(FluorinertTM,3M,Minneapolis,MN)。因此,手持件,包括涂料点提取特征的型式,是完全未变化地来自实施例2的,并且仅有的差异是光源。
在蓝宝石接触窗远端表面处的辐照度的蒙特卡洛射线追踪计算的结果在图39中示出。在本实施例的计算中发现,尽管有300nm的波长变化,但是辐照度分布仍然是高度均一的。本实施例证实了以下发现,即本发明的装置可以与不同的波长共同使用,而不需要另外的修改。水也可以被用作本实施例的装置的冷却剂流体。
本发明已经关于腭扁桃体的治疗被详细描述,但是在软组织的治疗中具有许多其他另外的用途。例如,本发明可以适合于治疗在舌根处的舌扁桃体,或适合于除去阑尾。其他重要的另外的用途包括实体瘤的光疗法治疗,以及血管结扎。
本文引用的所有专利、已公布的申请和参考文献的教导内容以其整体以引用方式并入。
虽然已经参考本发明的示例性的实施方案具体地示出和描述了本发明,但是本领域的技术人员将理解,可以在本发明中作出形式和细节的各种变化,而不偏离由所附的权利要求涵盖的本发明的范围。
Claims (129)
1.一种用于软组织的治疗的装置,包括:
光源,
至少两个光学组件,所述光学组件中的每个包括:
至少一个光学元件;以及
光透射接触表面,其被配置为使基本上均一分布的光透射过该光透射接触表面;
至少两个光学传输器件,每个被布置在所述光源和所述至少两个光学组件中的相应的一个之间;以及
手持件,所述至少两个光学组件被附接于所述手持件,并且所述手持件适合于使所述至少两个光学组件的所述光透射接触表面与被布置在所述光透射接触表面之间的软组织接触。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述至少两个光学组件各自还包括至少部分地容纳所述至少一个光学元件的壳体。
3.根据权利要求1所述的装置,还包括适合于覆盖所述手持件的至少远端部分的无菌一次性套筒。
4.根据权利要求2所述的装置,其中所述装置包括适合于提供穿过所述至少两个光学组件的至少一部分的冷却流体的流的冷却设备。
5.根据权利要求1所述的装置,还包括附接于所述装置的至少一个一次性元件。
6.根据权利要求1所述的装置,还包括适合于与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触的至少一个发色团元件。
7.根据权利要求1所述的装置,还包括适合于与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触的至少一个温度传感器。
8.根据权利要求5所述的装置,其中所述一次性元件包括卡圈元件或栅网元件。
9.根据权利要求8所述的装置,其中所述栅网元件能附接于所述光学组件中的一个,使得所述栅网元件与所述光透射接触表面中的一个接触和/或毗邻于所述光透射接触表面中的一个,并且使得所述栅网元件适合于与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触。
10.根据权利要求9所述的装置,其中所述栅网元件包括至少一个温度传感器或至少一个发色团元件,并且其中所述温度传感器或所述发色团元件适合于与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触。
11.根据权利要求9所述的装置,其中所述栅网元件包括开放区域,所述光透射接触表面穿过所述开放区域与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触。
12.根据权利要求11所述的装置,其中所述栅网元件被永久地附接于所述无菌一次性套筒。
13.根据权利要求11所述的装置,其中所述栅网元件包括至少一个温度传感器或至少一个发色团元件,并且其中所述温度传感器或所述发色团元件适合于与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触。
14.根据权利要求8所述的装置,其中所述卡圈元件具有附接于所述卡圈元件的至少一个温度传感器或发色团元件,并且能附接于所述手持件,使得所述至少一个传感器或发色团元件与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触。
15.根据权利要求8所述的装置,其中所述卡圈元件被可运动地附接于所述手持件。
16.根据权利要求8所述的装置,还包括适合于覆盖所述手持件的至少远端部分的无菌一次性套筒。
17.根据权利要求16所述的装置,其中所述无菌一次性套筒是分叉的并且适合于覆盖所述手持件的两个远端部分。
18.根据权利要求16所述的装置,其中所述无菌一次性套筒包含基本上透明的且基本上柔性的材料。
19.根据权利要求16所述的装置,其中所述无菌一次性套筒适合于覆盖所述至少两个光学组件的所述光透射接触表面。
20.根据权利要求19所述的装置,其中所述栅网元件能附接于所述光学组件中的一个,使得所述栅网元件接触所述无菌一次性套筒,并且所述无菌一次性套筒位于所述至少两个光学组件的所述光透射接触表面中的一个和所述栅网元件之间,并且其中所述栅网元件适合于与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触。
21.根据权利要求20所述的装置,其中所述栅网元件被预附接于所述无菌一次性套筒。
22.根据权利要求19所述的装置,其中所述无菌一次性套筒包括窗部分,所述窗部分包括基本上透明的且基本上柔性的或基本上刚性的材料,所述窗部分适合于接触所述至少两个光学组件的所述光发射接触表面。
23.根据权利要求22所述的装置,其中所述栅网元件能附接于所述光学组件中的一个,使得所述栅网元件接触所述无菌一次性套筒的所述窗部分中的一个,并且所述窗部分位于所述至少两个光学组件的所述光透射接触表面中的一个和所述栅网元件之间,并且其中所述栅网元件适合于与被布置在所述至少两个光学组件之间的所述软组织接触。
24.根据权利要求23所述的装置,其中所述栅网元件被预附接于所述窗部分。
25.根据权利要求19所述的装置,其中所述卡圈元件适合于被附接于所述手持件的所述远端部分中的一个。
26.根据权利要求1所述的装置,其中所述光透射接触表面各自具有在约20mm2至约1250mm2之间的面积。
27.根据权利要求26所述的装置,其中所述光透射接触表面各自具有在约100mm2至约1250mm2之间的面积。
28.根据权利要求26所述的装置,其中所述光学组件的厚度是约6mm或更小。
29.根据权利要求1所述的装置,其中所述光学传输器件选自由光纤、光纤束和光导组成的组。
30.根据权利要求4所述的装置,其中所述冷却设备被连接于所述手持件,并且在所述壳体内被循环的所述冷却流体具有至多约37℃的温度,并且其中所述冷却流体与所述光学组件的所述光透射接触表面热接触。
31.一种用于软组织的光治疗的装置,包括至少两个相对的光学组件,所述至少两个相对的光学组件各自被配置为产生基本上均一分布的光并且各自被光学传输器件耦合于光源,其中每个组件包括:
光学元件,其适合于接收来自所述光学传输器件的光;以及
光透射接触表面,其适合于将所述光透射至所述软组织。
32.根据权利要求31所述的装置,其中所述基本上均一分布的光具有在约700nm至约1350nm的范围内的波长。
33.根据权利要求32所述的装置,其中所述基本上均一分布的光具有在约1100nm至约1140nm的范围内的波长。
34.根据权利要求31所述的装置,还包括手持件,所述至少两个相对的光学组件被附接于所述手持件,所述手持件适合于运动所述光透射接触表面以共同配合以将软组织保持在所述光透射接触表面之间并在所述光透射接触表面之间压缩所述软组织。
35.根据权利要求34所述的装置,还包括一次性元件。
36.根据权利要求35所述的装置,其中所述一次性元件包括栅网元件。
37.根据权利要求36所述的装置,其中所述栅网被可拆卸地附接于所述光学组件。
38.根据权利要求37所述的装置,其中所述栅网元件通过卡扣接头或滑轨与凹槽可拆卸地附接于所述光学组件。
39.根据权利要求36所述的装置,其中所述栅网元件用反射材料涂布。
40.根据权利要求36所述的装置,其中所述栅网元件包括可模制的或可加工的生物相容性塑料。
41.根据权利要求36所述的装置,其中所述栅网元件包括抗激光塑料。
42.根据权利要求36所述的装置,其中所述栅网元件由聚醚酰亚胺树脂或聚碳酸酯树脂制成。
43.根据权利要求36所述的装置,其中所述栅网元件包括用于温度传感器引线的通道或孔。
44.根据权利要求43所述的装置,其中所述通道或孔包括使所述线屏蔽光的反射表面。
45.根据权利要求36所述的装置,其中从选自由光纤激光器、半导体激光器和掺钕钇铝石榴石激光器组成的组的光源提供所述光。
46.根据权利要求36所述的装置,其中所述栅网元件包括开放区域,所述光透射接触表面中的至少一个穿过所述开放区域被暴露。
47.根据权利要求35所述的装置,其中所述一次性元件包括附接于所述手持件的至少一个远端部分的卡圈。
48.根据权利要求34所述的装置,还包括至少一个针,所述针在所述针的近端处被固定于所述一次性元件并且具有远端末端。
49.根据权利要求48所述的装置,其中所述针是发色团针。
50.根据权利要求49所述的装置,发色团针能够很大地吸收光。
51.根据权利要求50所述的装置,其中所述发色团针具有不同的长度。
52.根据权利要求50所述的装置,其中发色团针包括温度传感器。
53.根据权利要求50所述的装置,其中发色团针用碳材料涂布。
54.根据权利要求50所述的装置,其中发色团针用热解碳涂布。
55.根据权利要求49所述的装置,其中所述发色团针能够反射光。
56.根据权利要求55所述的装置,其中所述发色团针用吸收近红外光的发色团涂布。
57.根据权利要求49所述的装置,还包括以某型式布置的多个发色团针。
58.根据权利要求49所述的装置,其中所述发色团针是中空的或实心的。
59.根据权利要求49所述的装置,其中所述发色团针具有使所述发色团针的表面积达到最大的横截面形状。
60.根据权利要求49所述的装置,其中所述发色团针包括具有相当高的导热率的材料。
61.根据权利要求48所述的装置,其中所述针是包括至少一个温度传感器的温度传感器针。
62.根据权利要求61所述的装置,还包括具有各种长度的多个温度针。
63.根据权利要求61所述的装置,其中所述温度传感器针具有在所述近端处的U形的弯曲的基部或成角度的基部。
64.根据权利要求61所述的装置,其中所述传感器针的外部表面和/或内部表面由基本上反射光的材料制成或用基本上反射光的材料涂布。
65.根据权利要求61所述的装置,其中所述温度针传感器具有在约0.1秒或更小的数量级的时间常数。
66.根据权利要求34所述的装置,其中所述光学元件包括至少一个反射器件。
67.根据权利要求66所述的装置,其中所述至少一个反射器件是棱镜或镜子。
68.根据权利要求34所述的装置,其中所述手持件包括至少两个远端部分,其中所述相对的光学组件中的每个被固定于所述远端部分中的一个,并且其中所述远端部分中的至少一个相对于另一个是可运动的。
69.根据权利要求31所述的装置,还包括冷却设备,所述冷却设备被配置为向所述光学组件提供冷却流体,以除去来自所述至少两个相对的光学组件中的至少一个的所述光透射接触表面的热量。
70.根据权利要求67所述的装置,其中所述光学元件包括多个反射器件,每个反射器件相应于被分布在所述光透射接触表面处的光的片段区域。
71.根据权利要求70所述的装置,还包括冷却设备,所述冷却设备被配置为向所述光学组件中的至少一个提供冷却流体,其中所述冷却流体与所述多个反射器件直接接触。
72.根据权利要求71所述的装置,还包括用于与所述多个反射器件直接接触的冷却流体流的至少一个通道。
73.根据权利要求66所述的装置,还包括冷却设备,所述冷却设备被配置为向所述光学组件提供冷却流体,以除去来自所述至少两个相对的光学组件的所述光透射接触表面的热量。
74.根据权利要求31所述的装置,其中所述光学元件还包括光漫射元件。
75.根据权利要求74所述的装置,其中所述光学元件还包括光引导板,所述光引导板具有在侧向表面处的侧向光输入表面,使得穿过所述光引导板的光以基本上平行于所述组织表面的方向传播穿过所述光引导板,并且其中所述光漫射元件包括在所述光引导板的近端表面上的提取特征,使得被从所述提取特征反射的光被以基本上均一的分布透射穿过所述光透射接触表面。
76.根据权利要求75所述的装置,其中所述提取特征被以某型式布置。
77.根据权利要求75所述的装置,其中所述提取特征在所述光引导板的一个或两个侧面上。
78.根据权利要求75所述的装置,还包括光学组件壳体,所述光学组件壳体包封所述光引导板的至少一部分并且具有在所述光引导板的所述侧向光输入表面处的开口。
79.根据权利要求78所述的装置,其中所述壳体具有足够小的厚度,使得当扁桃体被在中间方向缩回并且被所述手持件的所述光透射接触表面保持时,扁桃体实质的大部分能够被布置在所述光透射接触表面之间。
80.根据权利要求79所述的装置,其中所述壳体具有足够小的厚度,使得当扁桃体被在中间方向缩回并且被所述手持件的所述光透射接触表面保持时,基本上整个所述扁桃体实质能够被布置在所述光透射接触表面之间。
81.根据权利要求79所述的装置,其中所述壳体具有小于约6mm的厚度。
82.根据权利要求78所述的装置,其中所述光透射接触表面中的每个的表面积足够大,使得被从所述表面透射的光辐照被在所述表面之间轻轻地压缩的扁桃体的大部分。
83.根据权利要求82所述的装置,其中所述光透射表面中的每个具有至少约20mm3至高达约1250mm3的表面积。
84.根据权利要求83所述的装置,其中所述光透射表面中的每个具有在约100mm3至约1250mm3之间的表面积。
85.根据权利要求83所述的装置,其中所述光透射表面中的每个具有几何形状或非几何形状。
86.根据权利要求83所述的装置,其中所述光透射表面中的每个具有圆形的形状或胚珠的形状。
87.根据权利要求75所述的装置,其中所述光透射接触表面包括所述光引导板的远端表面,并且所述光学元件还包括空隙,所述空隙毗邻于所述光引导板的所述近端表面、所述光学组件壳体的基部内部表面以及所述光学组件壳体的侧向内部表面。
88.根据权利要求75所述的装置,其中所述光学元件还包括:
空隙,其毗邻于所述光引导板的所述近端表面、所述光学组件壳体的基部内部表面以及所述光学组件壳体的侧向内部表面;
冷却层,其毗邻于所述光引导板的所述远端表面;以及
接触窗,其具有毗邻于所述冷却层的近端表面,其中所述光透射接触表面包括所述接触窗的远端接触表面。
89.根据权利要求75所述的装置,其中所述光学元件还包括:
第一空隙,其毗邻于所述光引导板的所述近端表面、所述光学组件壳体的基部内部表面以及所述光学组件壳体的侧向内部表面;以及
第二空隙,其毗邻于所述光引导板的远端表面、冷却层窗的近端表面以及所述光学组件壳体的侧向内部表面;
冷却层,其毗邻于所述冷却层窗的远端表面;以及
接触窗,其具有毗邻于所述冷却层的近端表面,其中所述光透射接触表面包括所述接触窗的远端接触表面。
90.根据权利要求75所述的装置,还包括冷却层,所述冷却层毗邻于所述光引导板的所述近端表面、所述光学组件壳体的基部内部表面以及所述光学组件壳体的侧向内部表面,其中所述光透射接触表面包括所述光引导板的远端表面,并且其中所述光引导板具有比在所述冷却层中的冷却流体的折射率高的折射率。
91.根据权利要求75所述的装置,还包括:
冷却层,其毗邻于所述光学组件壳体的基部内部表面、所述光学组件壳体的侧向内部表面以及反射板;以及
提取空间,其在所述反射板和所述光引导板的所述近端表面之间,其中所述光透射接触表面包括所述光引导板的远端表面。
92.根据权利要求91所述的装置,其中所述提取空间包括具有低于所述光引导板的折射率的传热流体。
93.根据权利要求75所述的装置,其中所述光学元件还包括:
冷却层,其毗邻于所述光学组件壳体的基部内部表面和所述光学组件壳体的侧向内部表面以及反射板;
所述反射板,其具有与在所述光引导板的所述近端表面上的所述提取特征接触的表面;以及
至少一个提取空间,其被所述反射板、所述光引导板的所述近端表面以及所述提取特征包封。
94.根据权利要求93所述的装置,其中所述反射板包括在所述反射板的与所述提取特征接触的所述表面上的漫反射涂层。
95.根据权利要求75所述的装置,其中所述光透射接触表面包括聚焦特征。
96.一种用于辐照组织的表面的装置,包括:
壳体;
基本上刚性的光引导板,其具有提取特征;
接触元件,所述元件包括光透射接触表面;以及
冷却层,其毗邻于所述接触元件,使得被引导入所述冷却层中的流体在光发射之前、在光发射期间或在光发射之后从所述接触表面除去热量,并且其中被引导入所述设备的所述壳体中且撞击在所述光引导板的侧向边缘上的光以基本上平行于所述组织表面的方向传播穿过所述光引导板,并且在所述接触表面处以基本上均一的辐照度被发射。
97.一种用于辐照组织的表面的装置,包括:
壳体;
基本上刚性的光引导板,其具有提取特征,所述光引导板包括接触表面;以及
冷却层,其毗邻于所述光引导板,使得被引导入所述冷却层中的流体在光发射之前、在光发射期间或在光发射之后从所述光引导板的所述接触表面除去热量,并且其中被引导入所述壳体中且撞击在所述光引导板上的光以基本上平行于所述组织表面的方向传播穿过所述光引导板,并且在所述接触表面处以基本上均一的辐照度被发射。
98.一种用于软组织的治疗的装置,包括:
光源,
至少一个光学组件,所述光学组件包括:
至少一个光学元件;以及
光透射接触表面,其被配置为使基本上均一的分布的辐射透射过该光透射接触表面;
至少一个光学传输器件,其被连接在所述光源和所述光学组件之间;以及
手持件,其包括至少两个远端部分,其中所述光学组件被附接于所述远端部分中的一个,所述远端部分适合于将所述软组织握持在所述远端部分之间并且使所述光学组件的所述光透射接触表面与所述软组织接触。
99.一种用于治疗扁桃体组织的方法,包括:
在两个相对的光发射光学组件的光透射接触表面之间压缩并且基本上压平所述扁桃体组织的部分;
将光引入所述光学组件中的每个的光学元件中;并且
通过以基本上均一的光分布引导来自所述光学元件的所述光穿过所述光透射接触表面到达所述扁桃体组织来辐照所述扁桃体组织。
100.根据权利要求99所述的方法,还包括使用反射器件以某角度反射被引入所述光学组件中的所述光。
101.根据权利要求100所述的方法,还包括:
使用多个反射器件以某角度反射被引入所述光学组件中的所述光,并且将所反射的光透射穿过每个光学组件的所述光透射接触表面。
102.根据权利要求99所述的方法,还包括漫射被引入每个光学组件中的所述光。
103.根据权利要求102所述的方法,还包括:
将被引入每个光学组件中的所述光引导穿过光引导板内的横向路径;以及
将所述光漫射出被以某型式布置在所述光引导板的近端表面上的提取特征,并且将所漫射的光透射穿过每个光学组件的所述光透射接触表面。
104.根据权利要求99所述的方法,还包括将至少一个针的远端末端插入所述扁桃体组织中。
105.根据权利要求99所述的方法,还包括选择足以实现对扁桃体隐窝的生物膜的至少一部分的破坏或损伤的目标辐照温度和辐照时间的组合。
106.根据权利要求99所述的方法,还包括选择足以实现转换组织的目标辐照温度和辐照时间的组合。
107.根据权利要求106所述的方法,其中所述目标辐照温度是至少约50℃至约65℃,并且所述辐照时间在约1分钟至约7分钟之间。
108.根据权利要求106所述的方法,其中所述目标辐照温度是至少约60℃至约65℃,并且所述辐照时间小于约1分钟。
109.根据权利要求99所述的方法,其中所述辐照时间小于约3分钟。
110.根据权利要求109所述的方法,其中所述辐照时间在手术室环境中小于约1分钟。
111.根据权利要求99所述的方法,其中所述光具有在约1100nm至约1350nm之间的波长。
112.根据权利要求99所述的方法,其中所述光透射接触表面中的至少一个冷却所述扁桃体组织的粘膜层。
113.根据权利要求112所述的方法,其中所述光透射接触表面中的至少一个被动地冷却所述扁桃体组织的粘膜层。
114.根据权利要求112所述的方法,其中所述光透射接触表面中的至少一个主动地冷却所述扁桃体组织的粘膜层。
115.根据权利要求114所述的方法,其中所述光透射接触表面使用与所述光透射接触表面热接触的冷却流体主动地冷却所述粘膜层。
116.根据权利要求115所述的方法,还包括在辐照之后将所述冷却流体的温度降低不小于3℃,直到所述扁桃体组织被基本上冷却。
117.根据权利要求116所述的方法,其中所述冷却足以保护所述粘膜层,但是不足以显著地增加为加热所述扁桃体的实质所需要的辐照的量。
118.根据权利要求99所述的方法,还包括在辐照所述组织之后继续在所述光透射接触表面之间保持和冷却所述扁桃体组织,以降低所述扁桃体组织温度。
119.根据权利要求118所述的方法,还包括在辐照所述组织之后继续在所述光透射接触表面之间保持和冷却所述扁桃体组织,以将所述扁桃体组织温度降低至约50℃或更低的温度。
120.根据权利要求118所述的方法,还包括将辐照过的扁桃体实质冷却至在约37℃至约5℃之间的温度。
121.根据权利要求120所述的方法,其中基本上整个扁桃体组织被冷却至低于37℃且高于导致对所述扁桃体组织的不可逆的冻伤的温度的温度。
122.根据权利要求99所述的方法,还包括测量所述扁桃体组织的在至少一个位置处的温度。
123.根据权利要求99所述的方法,还包括测量在所述扁桃体的实质内的至少一个位置的温度。
124.根据权利要求123所述的方法,还包括在辐照期间以及在辐照之后测量在所述扁桃体的实质内的所述至少一个位置的所述温度。
125.根据权利要求124所述的方法,还包括辐照所述扁桃体组织,直到所测量的温度达到目标温度。
126.根据权利要求123所述的方法,还包括测量在所述扁桃体组织的粘膜上或所述粘膜中的至少一个位置的温度。
127.根据权利要求126所述的方法,还包括在辐照期间监测和控制在所述扁桃体组织的所述粘膜上或所述粘膜中的所述至少一个位置的所述温度,使得所述粘膜温度不超过50℃。
128.根据权利要求99所述的方法,其中,所述扁桃体被足够的外加压力压缩在至少两个光透射接触表面之间,以降低在所述扁桃体组织被辐照期间所述扁桃体组织中的血液的灌注。
129.一种用于治疗扁桃体组织的方法,包括:
在光透射接触表面和非光发射表面之间压缩并且基本上压平所述扁桃体组织的部分;
将光引入光学元件中;以及
通过以基本上均一的分布引导来自所述光学元件的所述光穿过所述光透射接触表面到达所述扁桃体组织来辐照所述扁桃体组织。
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