CN102317084A - 表面结构改良方法 - Google Patents

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劳伦斯·詹姆斯·沃尔什
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Abstract

本发明提供一种制作光纤尖端。此方法包含：粗糙化光纤尾端的至少一部份，以及蚀刻粗糙化的尾端以形成光纤尖端。

Description

表面结构改良方法
技术领域
本发明涉及一种改良一物质的表面结构的方法，特别是用以制作适合发射或侦测辐射的光纤尖端。本发明也相关于一种用以与身体的一部位互动的方法与装置，特别是使用一光纤尖端发射或侦测辐射。
背景技术
在本发明说明书中所提及的任何先前公开文件(或任何源自这些文件的信息)，或任何众所皆知的事物，不可以或不应被视为认同、准许或是任何型式的建议，而是认定公开文件(或任何源自这些文件的信息)，或众所皆知的事物形成本发明所属技术领域内的通常知识的一部份。
光纤被大量地使用于各种不同的医学应用上，一般用以传送激光或是其它类似的辐射到身体的部位，或是用以侦测辐射，例如荧光。在工业上，辐射被使用来辨识龃齿(caries)、牙斑(plaque)以及牙齿上的细菌感染(bacterial infection)。
美国专利号5,306,144，6,024,562与6,186,780等专利，发明人为Hibst等人，让渡给Kaltenbach & Voigt GmbH & Co.，其公开使用由激光(包含荧光)而来的可见红光侦测龃齿、牙斑以及牙齿上的细菌感染的光学方法与装置。然而，这些技术无法辨识牙齿的牙髓腔(pulp chambers)与牙根管(root canals)内的细菌感染。
美国专利号5,503,55此篇专利，发明人为Vari，让渡给Cedars-Sinai医学中心(Cedars-Sinai Medical Center)，其公开一种光纤根管治疗方法与装置，用以放置进入牙根管使用激发荧光光谱(induced fluorescencespectroscopy)，然后使用光固化树脂(light-cured restorative)密封与填充牙根管。然而，此方法与装置无法确认牙根管内细菌感染的位置与程度，也无法提供一可以在治疗的时候消除感染的控制工具。
一经济有用的激光荧光发射与侦测装置一般是指激光荧光检测仪(DiagnoDENT(R))，其使用一发射波长为655纳米(nm)的可见光激光的二极管激光，以及一中心有发射光纤(emitting fibres)与周围有许多收集光纤(collecting fibres)的光学探针。一些复杂、具有多个组件以及坚硬光纤通常与用以侦测龃齿的装置一起使用，而不适合使用于牙髓腔与牙根管中，因为其具有较大的直径与长度，以及缺乏可曲折性(flexibility)。
一般熟知的牙根管微生物感染的治疗方法为光活化消毒法(photo-activated disinfection；简称PAD)、利用由一二极管激光产生的低功率辐射的光动力疗程(photodynamic process)，其经由一次性使用光纤被传送而活化一水溶液中的增敏剂(sensitizing agent)。在美国专利号5,611,793此篇由Wilson提出的专利，Wilson教授一种使用光活化消毒法(PAD)杀菌或消毒口腔内组织，或是口腔内的伤口或病变，其使用以激光光照射的感光化合物的方式进行处理杀菌或消毒。
激光也使用来进行涂抹层(smear layer)的移除与根管准备(rootcanal preparation)，但是也应用于软件组织的治疗，例如覆髓术(pulpcapping)与牙髓切断术(pulpotomy)。对于牙髓硬组织的治疗，激光能量的传送通常使用连接牙科手机(dental handpieces)的光纤进行。
在根管治疗(endodontics)中使用的光纤必需要小且可曲折的，以便通过复杂弯曲的根管。现今光纤的可曲折度都小于使用于传统根管治疗的超弹性镍钛合金根管仪器(super-elastic Ni-Ti instruments)。更重要的是，现今光纤具有一平端(plain end)，因此，激光能量主要是向前射出，并且具有相对较小的分散(或散射)，所以需要临床医生以插入(plunging)、拉回(withdrawing)、以及转动(rotating)等动作移动光纤，而试图对根管壁进行均匀地辐射照射。
许多对于用于医疗的光纤改良，已经被报导于Verdaasdonk RM，van Swol CF.Laser light delivery systems for medical applications.PhysMed Biol 1997；42(5)：869-894此报导中。
对于牙科来说，这些改良包含延伸至Er:YAG lasers Alves PR，Aranha N，Alfredo E，Marchesan MA，Brugnera Junior A，Sousa-NetoMD，″Evaluation of hollow fibreoptic tips for the conduction of Er:YAGlaser″.Photomed Laser Surg 2005；23′(4)：410-41<′>5，and the use ofhollow metal conical tips with slits for lateral emission Stabholz A，ZeltserR，SeIa M，Peretz B，Moshonov J，Ziskind D，Stabholz A.″The use oflasers in dentistry：principles of operation and clinical applications″.Compend Contin Educ Dent 2003；24(12)；935-948等报导公开的光纤的空腔波导管(hollow waveguide)。这样的金属波导管在临床上的使用是受限的，只能使用于大且直的牙根管内，这是因为受限于这些金属波导管的体积与本身的刚性。
对于光纤而言，圆椎状的端面可以藉由Shirk GJ，Gimpelson RJ，Krewer K.″Comparison of tissue effects with sculptured flbreoptic cablesand other Nd.[Upsilon]AG laser and argon laser treatments″.Lasers SurgMed 1991；ll(6)：563-568，and Shoji S，Hariu H，Horiuchi H.″Canalenlargement by Er:YAG laser using a cone-shaped irradiation tip″.JEndod 2000；26(8)：454-458等报导中公开的研磨(grinding)或是抛光(polishing)方法而制作而成。
光纤的端面也可以藉由固定某些物质于光纤的端面进行改良以分散能量，这些物质包含二氧化钛(titanium dioxide)。这样的单折射性尖端(isotropic tips)可以应用于根管治疗中的光动力疗法(光活化消毒法)，如Walsh LJ.″The current status of laser applications in dentistry″.AustDent J 2003；48(3)：146-155此篇报导所说明的。
然而，既使使用圆椎状的端面，以及固定这些物质于尖端上，仍然是主要由光纤的端面发射辐射。因此，这样的配置需要藉由操作者大量的操作，才能试图以辐射均匀地照射腔室或将腔室暴露于辐射中。但是如此一来，使得整个疗程是很耗费时间的，而使得治疗成功的保证受到限制。因此可以得知现今的光纤是不适合使用于畸齿矫正的应用上。
光纤也可以使用于其它医学应用上，例如光动力疗法(photodynamic therapy；简称PDT)，其为一种治疗恶性疾病的微创治疗(minimally invasive treatment)。
″Photodynamic therapy：a clinical reality in the treatment of cancer″LANCET Oncology VoI 1 December 2000 by Colin Hopper此篇报导，描述使用氧、一光感物质或光敏剂(photosensotiser)、以及辐射而实施光动力疗法。在此报导中，激光光沿着光纤电缆，使得激光光得以进入中空性器官(hollow organs)与深部肿瘤(deep-seated tumours)中。
此外，光纤可以被使用于激光间质内热疗(interstitial laserthermotherapy)中，如″Focal therapy for prostate cancer″Curr Opin Urol18：269-274 by Thomas J.Polascik and Vladimir Mouraviev此篇报导所描述的。
散光器(diffuser)与转动光纤的使用被公开于″Interstitialphotodynamic laser therapy in interventional oncology″Eur Radiol(2004)14：1063-1073 by Thomas J.Vogl，Katrin Eichler，Martin G.Mack，Stephan Zangos，Christopher Herzog，Axel Thalhamrner，KerstinEngelmann此篇报导内。
此外，在这些应用中，光纤通常仅由其端面(end)发射辐射。因此，同样需要藉由操作者的大量操作，才能在治疗中对身体其它部分的肿瘤进行均匀地辐射执照射。
发明内容
本发明是为了大幅地克服或是至少改善一个或多个现今技术的缺点。
在本发明第一个广泛的实施例，本发明提供一制作光纤尖端的方法，该方法包含：
a)粗糙化光纤一尾端的至少一部份；以及
b)蚀刻已粗糙化的尾端以形成一光纤尖端。
通常光纤尖端的一表面具有许多小面。
通常这些小面被粗糙化成凹面。
通常每一小面用以在许多角度分散入射辐射。
通常这些小面的大小在10微米(μm)至100微米(μm)的范围内。
通常此光纤尖端具有一蜂巢状表面结构。
通常此方法包含以磨蚀法(abrasion)粗糙化光纤尾端。
通常此方法包含以粒子束磨蚀光纤尾端。
通常此方法包含：
a)转动光纤尾端；以及
b)将转动的光纤尾端暴露于粒子束中。
通常此粒子束至少包含下列粒子其中之一：
a)氧化铝(aluminium oxide)；
b)立方氮化硼(cubic boron nitride)；
c)碳化硅(silicon carbide)；
d)二氧化硅(silicon dioxide)；
e)氧化锆(zirconium oxide)；
f)二氧化锆(zirconium dioxide)；
g)碳化硅树脂(silicone carbide)；
h)金刚砂(corundum)；以及
i)氧化镁(magnesium oxide)。
通常此粒子所具有的平均尺寸，至少包含下列其中之一尺寸：
a)在25微米至100微米之间；以及
b)接近50微米。
通常此粒子束藉由使用压缩气体而产生。
通常此压缩气体包含至少一种下列气体：
a)空气；
b)氮气；
c)二氧化碳；以及
d)一不易然气体。
通常此压缩气体具有大约2.8巴(bar)的压力。
通常此方法包含使用酸进行蚀刻上述光纤尾端。
通常此酸包含下列至少一种酸：
a)氢氟酸(hydrofluoric acid)；
b)氢氟酸与正磷酸(orthophosphoric acid)的混合物；以及
c)氢氟酸、正磷酸以及氟化物化合物(fluoride compound)的混合物。
通常此酸至少处下列至少一种状态：
a)气相；以及
b)液相。
通常此方法包含对上述光纤尾端进行10到15分钟的蚀刻。
通常此方法包含对上述光纤尾端进行塑型(shaping)。
通常此方法包含在磨蚀光纤尾端之前，先对光纤尾端进行塑型。
通常此方法包含对光纤尾端进行塑型，以使光纤尾端的向着光纤的一端逐渐变细。
通常此方法包含对光纤尾端进行塑型，而将其塑型成圆锥状。
通常此方法包含藉由预蚀刻光纤尾端而对其进行塑型。
通常此方法包含使用一酸对光纤尾端进行预蚀刻。
通常此光纤尾端进行45至180分钟的预蚀刻。
通常此方法包含由光纤移除一聚合物涂布而暴露出光纤尾端。
通常此光纤至少为下列的一种光纤：
a)石英玻璃光纤(silica glass fibre)；
b)掺氟石英玻璃光纤(fluoride doped silica glass fibre)；以及
c)掺锗石英玻璃光纤(germanium doped silica glass fibre)。
在本发明第二个广泛的实施例中，本发明提供一光纤，其包含：
一具有许多小面的表面结构(faceted surface structure)的光纤尖端。
通常这些小面是粗糙的并且为凹面。
通常每一小面可以在许多角度分散辐射和收集入射辐射。
通常这些小面的大小在10微米(μm)至100微米(μm)的范围内。
通常此光纤尖端具有一蜂巢状表面结构。
通常此光纤尖端大致上为圆锥形。
通常此光纤尖端向着光纤的一端逐渐变细。
在本发明第三个广泛的实施例中，本发明提供一种作用于身体的一部位的装置，该装置包含：
a)一光学系统，用以产生和侦测至少一种辐射；以及
b)一光纤，此光纤的第一端与光学系统连接，而此光纤的第二端包含一尖端，该尖端的至少一部份具有圆锥形或是有许多小面的表面结构，而让经由该尖端发射或接收的辐射至少会有部份是在垂直光纤轴的方向上。
通常此光纤尖端具有蜂巢状表面结构。
通常此光纤尖端为圆锥形。
通常此光学系统包含一辐射源，用以产生由光纤尖端发射而出的辐射。
通常此光学系统包含一侦测器，用以侦测经由光纤尖端所接收的辐射。
通常此光学系统包含：
a)一第一辐射源，用以发射具第一波长的辐射；
b)一第二辐射源，用以发射具第二波长的辐射；以及
c)光学组件，用以将第一辐射源和第二辐射源与光纤的第一端光学连接。
通常此光学组件包含一光学开关，用以选择哪一个辐射源与光纤连接。
通常此第一辐射源至少为下列辐射源的其中一种：
a)一固态激光；
b)一气态激光；
c)二极管激光；以及
d)发光二极管。
通常此第一辐射源发射出第一波长介于650纳米(nm)与670纳米(nm)之间的激光辐射。
通常此第二辐射源至少为下列辐射源的其中一种：
a)一固态激光；
b)一气态激光；
c)高功率二极管激光；以及
d)发光二极管。
通常此第一辐射源与第二辐射源是由一在低功率模式运作可以发射第一辐射而在高功率模式运作可以发射第二辐射的二极管激光(diode laser)所形成。
通常此第二辐射源发射第二波长介于480纳米(nm)与830纳米(nm)之间的激光辐射，以激活一光感物质或光敏剂(photosensitizer)。
通常，至少一种上述辐射源是以一脉冲模式(pulsed mode)运作。
通常此辐射源以脉冲模式运作以达到至少下列一种作用：
a)减少热积聚；
b)在光纤尖端放置的液体中产生空穴作用；
c)在光纤尖端放置的液体中产生震波(shock wave)；
d)造成牙齿硬组织的脱落；
e)产生光声效应(photo-acoustic effect)；
f)改良信号噪声比；
g)减少热由此装置消散；以及
h)减少功率消耗。
通常此装置包含一连接光学组件的处理单元，用以达成下列作用：
a)接收光激发荧光辐射(light-induced fluorescence radiation)；以及
b)使用接收到辐射测量在一腔室中的细菌数量。
通常此装置包含：一处理单元，用以控制第一辐射源与第二辐射源中的至少一个辐射源；以及一光学开关。
通常此装置用以进行至少一下列功能：
a)使用光激发荧光量测一腔室内的细菌数量；以及
b)使用光热疗法、光声疗法、与光动力疗法等疗法的其中至少一种疗法消灭一腔室内的细菌；
c)将至少一腔室与一肿瘤暴露于辐射中；
d)用以侦测荧光；以及
e)辨识与治疗牙齿腔室内的细菌。
通常，此腔室包含牙根管。
在本发明第四个广泛的实施例中，本发明提供一种作用于身体的一部位的方法，该方法包含：
a)放置一光纤尖端接近物体的至少一部份，其中，光纤尖端为具有许多小面的表面结构，而让由光纤尖端发射的辐射或藉由光纤尖端接收的辐射至少部份在垂直一光纤轴的方向上；以及
b)使用一与光纤连接的光学系统以产生辐射或侦测辐射。
在本发明第五个广泛的实施例中，本发明提供一种用以辨识与治疗牙齿腔室内细菌的装置，该装置包含：
a)一第一辐射源，用发射具第一波长的辐射；
b)一第二辐射源，用发射具第二波长的辐射；以及
c)光学组件，其将第一辐射源与第二辐射源光学连接至腔室，而用以：
i)使用光激发荧光测量腔室内的细菌数量；以及
ii)使用光热疗法、光声疗法、与光动力疗法等疗法的其中至少一种疗法消灭具有大量细菌存在的腔室中的细菌。
在本发明第六个广泛的实施例中，本发明提供一种辨别与治疗牙齿腔室内细菌的方法，该方法包含：
a)使用光激发荧光测量上述腔室内的细菌数量；
b)使用光热疗法、光声疗法、与光动力疗法等疗法的其中至少一种疗法消灭具有大量细菌存在的腔室中的细菌；
c)使用光激发荧光重新测量腔室内的细菌数量以提供治疗的效能的回应。
在本发明第七个广泛的实施例中，本发明提供一种改良一物体表面结构而因此改良其光学特性的方法，该方法包含：
a)粗糙化物体的一表面；以及
b)蚀刻已粗糙化的表面，使得此物体具有一具有许多小面的表面结构。
通常，这些小面是粗糙的。
通常，每一小面是用以在许多角度上分散入射辐射。
通常，光纤尖端具有蜂巢表面结构。
通常，此方法包含藉由磨蚀而粗糙化上述表面。
通常，此方法包含使用粒子束粗糙化上述表面。
通常，上述粒子束包含至少一种下列粒子：
a)氧化铝(aluminium oxide)；
b)立方氮化硼(cubic boron nitride)；
c)碳化硅(silicon carbide)；
d)二氧化硅(silicon dioxide)；
e)氧化锆(zirconium oxide)；
f)二氧化锆(zirconium dioxide)；
g)碳化硅树脂(silicone carbide)；
h)金刚砂(corundum)；以及
i)氧化镁(magnesium oxide)。
通常，此粒子所具有的平均尺寸，至少包含下列其中之一尺寸：
a)在25微米至100微米之间；以及
b)接近50微米。
通常，此方法包含使用压缩气体以产生上述粒子束。
通常，此压缩气体包含至少一种下列气体：
a)空气；
b)氮气；
c)二氧化碳；以及
d)一不易然气体。
通常，此压缩气体具有大约2.8巴(bar)的压力。
通常，此方法包含使用酸蚀刻上述表面。
通常，上述酸包含下列至少一种酸：
a)氢氟酸(hydrofluoric acid)；
b)氢氟酸与正磷酸(orthophosphoric acid)的混合物；以及
c)氢氟酸、正磷酸以及氟化物化合物(fluoride compound)的混合物。
通常，上述酸至少处下列至少一种状态：
a)气相；以及
b)液相。
通常，方法包含对光纤尾端进行10到15分钟的蚀刻。
附图说明
本发明的范例伴随着下列图标而进行说明：
图1为本发明的一实施例的制作光纤尖端的工艺的流程图。
图2A为本发明的一实施例的具有一尾端的光纤的示意图。
图2B为图2A中的光纤具有被塑型的尾端的示意图。
图2C为图2B中的光纤的具有被蚀刻与粗糙化尾端的示意图。
图3A为一扫瞄式电子显微镜影像，其展示本发明的一实施例的具有圆椎状尖端的光纤尖端的表面状态。
图3B为一扫瞄式电子显微镜影像，其展示本发明的一实施例的具有粗糙化尖端的光纤尖端的表面状态。
图3C为一扫瞄式电子显微镜的第一影像，其展示本发明的一实施例的具有粗糙化与蚀刻的尖端的光纤尖端的表面状态。
图3D为一扫瞄式电子显微镜的第二影像，其展示本发明的一实施例的具有粗糙化与蚀刻的尖端的光纤尖端的表面状态。
图4A为由图3A的光纤尖端发射而来的辐射的示意图。
图4B为一辐射被粗糙与蚀刻表面散射的范例的示意图。
图4C为由图3C的光纤尖端发射而来的辐射的示意图。
第五图为本发明的第二实施例的制作光纤尖端的工艺的流程图。
图6A至图6C为本发明蚀刻光纤以形成圆椎状尖端的工艺的流程图。
图7为一用以粗糙化光纤尖端的装置的范例的示意图。
图8A至图8C为本发明的一实施例的光纤尖端的元素分析图(elemental analytic graph)。
图9A为由许多不同光纤尖端进行向前放射(forward emissions)的图表。
图9B为由许多不同光纤尖端进行横向放射(lateral emissions)的图表。
图10A为一未改良的光纤中由同轴瞄准指示光束(coaxial aimingbeam)而来的可见红光的分布。
图10B为一具有圆椎形尖端的光纤中由同轴瞄准指示光束而来的可见红光的分布。
图10C为一具有粗糙圆椎形尖端的光纤中由同轴瞄准指示光束而来的可见红光的分布。
图10D为一具有已粗糙化与蚀刻的圆椎形尖端的光纤中由同轴瞄准指示光束而来的可见红光的分布。
图11A为一具有圆椎状尖端的光纤尖端的照片。
图11B为当使用Nd:YAG激光时，使用图8A的光纤尖端得到的热压印(thermal imprint)。
图11C为一具有已粗糙化与被蚀刻的圆椎状尖端的光纤尖端的照片。
图11D为当使用Nd:YAG激光时，使用图8C的光纤尖端得到的热压印。
图14为一展示治疗细菌的方法的流程图。
图15A为一用以将物体的一部份暴露于辐射中的装置的示意图。
图15B为一用以将物体的一部份暴露于辐射中的光纤尖端的示意图。
图16是改良一物体表面结构的效应的示意图。
主要组件符号说明
10装置
12第一光源
14光学开关
16第二光源
18第三光源
20双色分光镜
22、24透镜
26光纤
28探针
30可曲折尖端
32光纤
34处理单元
35显示器
36激光辐射
38光纤26的一端
40光纤32的一端
42激光辐射
100选择性地对光纤电缆的尾端进行塑型的步骤
110对尾端进行粗糙化的步骤
120对已粗糙化的尾端进行蚀刻的步骤
200光纤
210芯材
211尾端
212光纤的一端
300小面
400、401、402辐射行进方向
410辐射
411辐射散射方向
412横向
500由光纤电缆的尾端移除保护层的步骤
510蚀刻尾端以提供一圆锥状尾端的步骤
520将尾端暴露于粒子束中的步骤
530蚀刻经过磨蚀的尾端以形成蜂巢状结构的步骤
610蚀刻剂
620有机溶剂层
700气体供应
701喷嘴
702粒子喷射
710夹具
720控制器
730光纤转动方向
1000、1010、1020、1030辐射分散的分布
1400使用光激发荧光测量牙髓腔/牙根管内细菌数量的步骤
1410使用光声杀菌法或光热技术治疗细菌的步骤
1420使用光激发荧光重新量测细菌数的步骤
1430是否仍然有细菌感染？的步骤
1500辐射源
1510辐射
1520光学组件
1530第一端
1540光纤
1550第二端
1560尖端
1570横向发射
1600板状材料或玻璃板
1601表面
1602相对表面
1610光线行进方向
1620辐射散射方向
1630辐射反射方向
1640光电材料
D距离
具体实施方式
一用以改良一物体表面结构而因此改良其光学特性的流程的实施例将于本说明书中说明。为了这个实施例的目的，用以制作光纤尖端的流程也会参照图1与图2A至图2C，而说明于本说明书。
在此实施例中，在步骤100，一光纤的尾端(end portion)被选择性地进行塑型(shaped)。一示范的光纤200被展示于图2A。在此实施例中，光纤200包含一芯材(core material)210，例如石英玻璃(silica glass)或类似物质，其可以选择性地被一保护层(cladding)220围绕，例如一保护聚合物层(protective polymer layer)或类似物质。在此实施例中，尾端211通常由芯材210的一端212延伸一段距离D。通常，保护层220被移除用以至少暴露出尾端211，并且选择性地用于如图所示的芯材210的额外部分。
光纤200可以被塑型成任何适合的形状，通常选择可以最大化尾端211的内部表面上的辐射碰撞(radition impinging)的形状。因此，在一实施例中，尾端211被锥化(tapered)，而因此提供一圆锥形的尾端，此实施例展示于图2B。光纤200的尾端211的塑型可以任何合适的方法实施，例如抛光(polishing)、研磨(grinding)、蚀刻(etching)、热变形(heat deformation)或类似方法，视其所需的形状而采用适合的方法。
在步骤110，尾端的外部表面被粗糙化。此粗糙化可以任何适合的方法实施，但是在一实施例中是以磨蚀法(abrasion)实施粗糙化，例如使用一粒子或微粒物质(particulate material)夹带于气体喷射(gas jet)中。合适的粒子或微粒物质包含氧化铝(aluminium oxide或alumina)、立方氮化硼(cubic boron nitride)、碳化硅(silicon carbide)、二氧化硅(silicon dioxide)、氧化锆(zirconium oxide)、二氧化锆(zirconiumdioxide)、碳化硅树脂(silicone carbide)、金刚砂(corundum)以及氧化镁(magnesium oxide)。使用的气体可以包含压缩空气、氮气、二氧化碳或其它不易然气体。在此实施例中，空气喷射指向尾端，使得微粒物质撞击尾端表面，从而削切(chiping)或磨蚀(abrading)尾端211的外部表面，导致外部表面被粗糙化。这些粒子(或微粒)通常具有介于25微米(μm)至100微米(μm)之间的大小，或是大约50微米(μm)的大小。
使用粒子束比使用磨具(bonded abrasives)，例如以手工或是旋转抛光垫使用砂纸或砂轮进行磨蚀，可以达到比较一致的效应，并且有可以减少对光纤造成伤害的风险。
在步骤120，已经粗糙化的光纤尾端利用一蚀刻工艺进行蚀刻，例如以一适合的酸进行的酸蚀刻处理。适合的酸处理包括使用氢氟酸(hydrofluoric acid)、氢氟酸与正磷酸(orthophosphoric acid)的混合物、氢氟酸、正磷酸以及氟化物化合物(fluoride compound)(例如氟化钠、氟化钾或氟化铵)的混合物等酸的其中至少一种进行蚀刻。蚀刻的速率和所形成的形状，依据所使用的酸的组成成分与酸处理的温度不同而有所差异，也随着暴露于酸蚀刻处理中的时间不同而有所差异。通常，是对已经粗糙化的光纤尾端进行大约10到15分钟的蚀刻。蚀刻使用的酸可以为气相或是类似状态。在一实施例中，酸被以蒸气法(vapourmethod)使用于光纤上。在一特别的实施例中，酸处理藉由将光纤浸入一抗酸聚丙烯容器或铁氟龙(Teflon)容器中的蚀刻液中而进行。在一最佳的实施例中，可以藉由将光纤一端经由第二介质(second medium)浸入酸液中达成蚀刻，第二介质改变了酸液与光纤尖端之间的表面张力与接触角度。一合适的第二介质为硅油(silicone oil)，然而，其它适合的抗酸物质(acid-resistant material)也可以使用。
蚀刻工艺通常可增强粗糙表面的特性，因而导致不规则的表面结构，如图2C示。在一实施例中，其表面结构为一多面(faceted)或是蜂巢状表面结构，其具有许多用以对入射于此表面结构上的辐射进行散射的小面，这些小面将在下文中更详细的说明。
光纤尾端的扫瞄式电子显微镜影像的实施例，将参照图3A至图3D进行说明。
在图3A所示的实施例中，尾端已经在步骤100使用酸蚀刻工艺进行塑型，其将在下文更详细地说明。此影像展示尾端211的外部表面在塑型步骤之后是光滑的。
图3B展示本发明一实施例，其中，光纤的尾端已经利用一微粒研磨(particulate abrasive)而被粗糙化。在此实施例中，影像显示尾端211具有包含小的突起与凹陷的粗糙表面。
在步骤120的蚀刻工艺之后，蚀刻表面为具有许多小面300的不规则表面结构，其形成一蜂巢状的表面结构，如图3C与图3D所示。此蜂巢状的表面结构的产生是由于对粗糙的尾端表面上的突起与凹陷进行蚀刻，使得这些突起与凹陷扩大大而造成的。
这些小面的大小可以藉由改变粒子(或微粒)的大小和/或蚀刻时间而控制。在此实施例中，所使用的粒子(或微粒)的大小介于25微米(μm)至100微米(μm)之间，而其蚀刻时间介于10到15分钟之间，这些小面通常的大小介于10微米(μm)至100微米(μm)之间，但是最佳的大小大约为50微米(μm)。这些小面都是规则的凹面形状，并且处理过的表面的整个样貌(topography)是规则的，既使个别小面的大小与邻近的小面的大小有所不同。
蜂巢状表面结构的出现增强由尾端211表面而来的辐射的散射。因此，尾端在横向(与尾端的轴向垂直延伸的方向)上发射大量的辐射。此实施例展示于图4A至图4C中。表面的改良增进了光纤端面收集辐射的能力，例如使用于诊断。表面的规则形状有助于传送与收集光线。特别是，小面的凹球状与其大小，可以优化对可见纤光与近红外光的横向散布与收集。
在图4A的实施例中，一光滑且一端逐渐变尖细的尾端211，其因对尾端211进行塑型而产生，被展示于图4A中。在此实施例中，藉由芯材210传播的辐射被由芯材210的内部表面与尾端211的内部表面反射，如箭头400所示。结果，大多数的辐射都由光纤的一端212射出，如箭头401所示，仅有非常少量的辐射以横向由尾端211射出，如箭头402所示。
然而，在如图4B所示具有藉由粗糙化与蚀刻所形成的表面结构的光纤范例中，藉由芯材210传播的辐射410会由表面结构散射，如箭头411所示。特别是，在此范例中，表面结构的每一小面在许多角度上分散入射辐射，因此导致一宽广的散射分布。藉由将这些小面的大小控制于介于10微米(μm)至100微米(μm)之间，有助于优化散射效应，因而增加横向射出。因此，大多数的辐射都会以横向412由尾端211射出，如图4C所示。
由此可知，此表面结构的出现增加了由光纤横向射出的辐射数量。值得注意的是，在相同方法中，如果辐射是以横向撞击在光纤尖端的外部表面上，此表面结构会增加辐射的散射，其转而增加沿着光纤传播的辐射的数量。这样的方式对于侦测荧光或是其它类似光线是很有用的。
表面结构的大小与形状对于散射的数量是有影响的，所以对于由光纤尖端横向发射的辐射数量也是有影响的。由光纤尖端发射的辐射的模式的变化，会影响引用此一能量进行下列一个或多个动作的程度：
●在放置光纤尖端的液体中产生空穴作用(cavitation)、光声效应(photo-acoustic effects)以及震波；
●硬组织的脱落，例如骨头与牙齿；
●以光热疗法(photo-thermal actions)杀菌；
●以光动力疗法(photo-dynamic actions)杀菌；
●减少热积聚；
●产生光生效应；
●改良信号噪声比；
●减少热由装置消散；以及
●减少装置的功率消耗。
表面结构也会影响光纤接收用以进行诊断的辐射的能力。表面结构的大小可以藉由调整粗糙化工艺与蚀刻工艺的相关参数而被控制。这些可以在磨蚀工艺中变更的参数包括磨蚀时间、使用的磨蚀物质、以及磨蚀物质冲击的速度。如同上述说明的，这些可以在蚀刻工艺中调整的参数包括蚀刻时间、蚀刻方法、蚀刻剂温度、以及使用的蚀刻剂的浓度与化学组成。这些参数都可以依据制作光纤的材质而进行选择。因此，藉由对粗糙化工艺与蚀刻工艺进行适当的控制，可以控制由横向放射的辐射相对于由轴向放射的辐射的比例。
一用以形成横向放射的光纤特定范例将参照图5而说明于下文。
在步骤500，保护层220由芯材210移除，至少在尾端211的保护层220会被移除，其在步骤510对尾端211进行蚀刻以提供一圆锥形的尾端之前被移除。一蚀刻工艺的范例展示于图6A至图6C。
在此范例中，光纤芯材210的一端浸入一适当的蚀刻剂610中，例如氢氟酸(HF)或其它前文提及的酸。如果使用纯的氢氟酸，在一实施例中，藉由提供一在有机溶剂层620下的氢氟酸，以减少氢氟酸蒸气射入周遭环境的数量，而达成蚀刻的目的。蚀刻剂将浸入的光纤表面弄湿，并且由于光纤210与蚀刻剂之间的分界面上的表面张力而形成一起始弯月形高度(initial meniscus height)。当蚀刻进行时，由于光纤接触蚀刻剂的半径减少，使得由表面张力造成的向上拉力减少，如图6B所示。结果，导致弯月形高度逐渐降低直到光纤低于有机溶剂层的部份完全被蚀刻为止，因而形成一具有合适形状的部份，如图6C的标号211所示。
此光纤端也可以藉由将其放置于氢氟酸蒸气中进行蚀刻，并且在蚀刻时转动光纤以获得想要的表面形状。此蚀刻方式变更使用一在负压通风系统中的氢氟酸上产生的蒸气进行蚀刻。
在完成蚀刻之后，经蚀刻的光纤接着被由蚀刻剂中移出，并且对其进行处理以中和任何残留的蚀刻剂，例如以氢氧化钾或氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液或是类似的溶液冲洗，接着以水冲洗，最后使用丙酮、乙醇、异丙醇或是使用挥发性溶剂而使光纤表面干燥。
会受到蚀刻工艺的变动影响的两个变量为蚀刻速率与光纤的形状。蚀刻速率会受到蚀刻剂的温度、蚀刻剂的浓度、蚀刻剂的物理成分或是蚀刻的方式所影响。光纤的形状会受到光纤的直径、蚀刻溶液的密度、蚀刻剂的浓度与蚀刻剂的温度所影响。
在一实施例中，使用50％氢氟酸在25℃进行45到180分钟的蚀刻，从而产生所需的圆锥形光纤尖端。
在步骤520，使用一粒子喷枪对尾端的表面进行粗糙化，其将参照图7进行说明。
在此实施例中，一具有喷嘴701的气体供应700用以产生气流。任何适当的气体都可以使用，例如空气，而在其中一实施例中，可以使用压力在大约2.8巴(bar)的压缩气体以产生气流。然而，其它气体，例如氮气、二氧化碳或其它不易燃的气体都可以使用。微粒物质(或粒子)由微粒源703注入气流中，使得微粒夹杂于气流中而形成一粒子(或微粒)喷射702。当使用任何合适的粒子(或微粒)，在一实施例中，此粒子为氧化铝粒子。然而，也可以使用立方氮化硼(cubic boron nitride)、碳化硅(silicon carbide)、二氧化硅(silicon dioxide)、氧化锆(zirconiumoxide)、二氧化锆(zirconium dioxide)、碳化硅树脂(silicone carbide)、金刚砂(corundum)、以及氧化镁(magnesium oxide)等粒子的其中一种或是多种粒子。
光纤200被放置为让尾端211对准粒子喷射702。光纤200通过一固定工具，例如夹具710，而被固定于上述位置上进行粗糙化。在一实施例中，夹具包含一驱动装置而使得光纤220绕着光纤轴转动，如箭头730所示。
在一实施例中，提供一控制器720以连接气体供应700、微粒源703、以及夹具710。控制器720可以为任何合适的控制器，例如处理系统、场域可程序化门阵列(FPGA)或其它可以使此系统的运作受到控制的类似装置。另外，此系统可以手动控制。
在使用时，在光纤200放置后，光纤220会转动，而粒子喷射703会被开启。通常，藉由实施此方法以产生所需的结构粗糙度，而在一实施例中，当光纤转动经过180度角时，其以每0.5秒进行爆发(bursts)4次粒子喷射的方式进行粗糙化。
对表面进行粗糙化之后，在步骤530，粗糙化的尾端会进行第二次蚀刻。此外，任何合适的蚀刻剂，例如盐酸、氢氟酸或其它类似的酸都可以使用来进行蚀刻。在此实施例中，整个尾端211仍然是浸入蚀刻剂中，以确保均匀地蚀刻到整个尾端211的表面。在一实施例中，根据一些要素，例如蚀刻工艺的温度、光纤的成分等，而对尾端进行一短暂的蚀刻，例如10到15分钟。同样的，使用50％的氢氟酸在25℃对尾端进行第二次蚀刻。
在蚀刻后，任何残留光纤上的蚀刻剂被进行中和，而使得所形成的光纤可以使用。
对未塑型的光纤也时以进行蚀刻，而仍然可以造成类似的微小蜂巢状表面结构以提供改善的横向放射，而光纤尖端为圆桶形(parallel-sided shape)而不是圆锥状的状况除外。
制作成的光纤尖端可以使用来照射腔室的内部，例如龋洞与牙根管。有许多理由需要使用此光纤尖端，例如为了进行消融或切除(ablationic)或光活化消毒(photo-activated disinfection)，这些将于下文进行更详细的说明。
一个使用粗糙化工艺与蚀刻工艺的范例，其证明了其在使辐射由光纤尖端横向射出的功效，将说明于下文。
激光与光纤
对许多实施例而言，以测试为目的的光纤和相应的激光包含一能量为1.5mJ/pulse，频率为20Hz(3.0W panel)的Nd:YAG激光(dLase300，美国牙科激光，费利蒙(Fremont)，加利福尼亚洲(CA))与一320微米(μm)的石英玻璃光纤(WF 320 MDF，BioLitec，Winzelaer，德国(Germany))、一能量为200mJ/pulse，频率为20Hz(4W)的Er:YAG激光(KEY3，Model 1243，KaVo，Biberach，德国(Germany))与一400微米(ISO 40)的齿内光纤(endodontic fibre)、以及一使用在1.25W panelsetting与20Hz(62.5mJ/pulse)的Er，Cr:YsGG激光(水激光(Waterlase)MD，Biolase，欧文(Irvine)，加利福尼亚洲(CA))，而传送进400微米的齿内光纤。
光纤改良
总共使用75条光纤(每一激光对应25条光纤)。对每一激光群组而言，这些光纤被更进一步划分为五个群组，每5条光纤被分成一个群组。
第一组为未经改良的光纤，由厂商提供做为对照组(controls)。
第二组的光纤则以前文所述用以对光纤进行塑型的蚀刻方法，而以50％的氢氟酸对其进行蚀刻。放置一硅油层于氢氟酸之上，以保护光纤座(fibre mounts)避免受到氢氟酸侵蚀。蚀刻在25℃进行并且持续45分钟至180分钟。适当的蚀刻时间由前导性的研究或试验(pilot study)决定，在前导性的研究或试验中，在蚀刻工艺中，每间隔5分钟使用显微镜以30倍(30X)的最终放大倍率检查蚀刻的程度。所选择的蚀刻终点为形成一圆锥形并尖头的尖端的时候。一旦完成蚀刻工艺，聚合物涂布则藉由机械剥离法(mechanical striping)或是藉由将其溶解于热的浓硫酸(H2SO4)中而被移除。
第三组的光纤则以相同的方法进行蚀刻，但是在进行蚀刻前，先移除2毫米(mm)的聚合物涂布。
第四组的光纤已经移除5毫米长的聚合物涂布，并且暴露的光纤接着使用压力为2.8巴(bar)压缩气体，及以50微米(μm)大小的医疗级氧化铝粒子束(Microetcher ERC，Danville Engineering，San Ramon，CA)进行处理。在磨蚀过程中，此粒子束在光纤尖端转动180度角的时候，以每0.5秒进行爆发(bursts)4次粒子喷射的方式进行磨蚀，而达到一致的磨蚀作用(abrasive action)。
第五组则改以3步骤进行，首先，藉由如第二组与第三组中的管状蚀刻方式(tube etching)进行蚀刻，以获得一圆锥状结构，接着，如同第四组，以氧化铝粒子束磨蚀尖端，最后，再对光纤端进行一次蚀刻。第二次蚀刻时间决定于一前导性的研究或试验，对WF 320 MDF光纤与Biolase光纤而言，第二次蚀刻时间都为15分钟，而对KEY 3光纤而言，第二次蚀刻时间则为10分钟。
在进一步测验之前，第二组、第三组以及第五组中的已蚀刻的光纤的末端的20毫米(mm)，被浸入一饱和的碳酸氢钠溶液中，以中和任何残留的氢氟酸。
对此三种光纤的元素分析公开了此三种光纤在组成成分上的差异，Biolitc光纤与Biolase光纤为掺氟石英玻璃光纤(fluoride doped silicaglass fibre)，而KEY3光纤为掺锗石英玻璃光纤(germanium doped silicaglass fibre)。这些光纤的组成成分在以氢氟酸进行蚀刻之前与之后并无差异，上述说明的这三种不同光纤的组成成分展示于图8A至图8C中。
第二组的样品所需的蚀刻时间依据光纤的组成成分而改变，根据光纤的种类，由KEY 3激光而来的掺锗石英玻璃光纤需要(平均值(mean)±标准差(SD))为91(±9)分钟，而Biolitc光纤与Biolase光纤则分别需要161(±6)分钟与174(±7)分钟。因此，不同种类光纤的蚀刻时间是相差很大的(P＜0.05)。
在改良的管状管状蚀刻样品(第三组)中，在蚀刻之前先移除聚亚酰胺涂布，使所有种类的光纤需要获得圆锥状一端所需的时间减少了三分之一。KEY 3光纤、Biolitc光纤以及Biolase光纤所需的蚀刻时间分别为59(±6)分钟、106(±7)分钟以及130(±7)分钟。同样的，不同种类之间的蚀刻时间也是差异很大的(P＜0.001)。比较第二组与第三组的样品，管状蚀刻法的蚀刻时间与改良过的管状蚀刻法的蚀刻时间之间中的缩减是很大的。
尖端的样貌(togography)
光纤尖端在以铂进行溅镀之后，使用JEOL 6400扫瞄式电子显微镜以15千伏(kV)进行检测。为了进行元素分析，以碳对光纤进行溅镀而涂布于其上。使用以30千伏(kV)进行背散电子绕射分析(electron backscatter diffraction；简称EBSD)的6460JEOL扫瞄式电子显微镜，将光纤尖端的影像以500倍(500X)的最终放大倍率进行放大。
圆锥状尖端、粗糙化尖端、以及蜂巢状表面结构的扫瞄式电子显微镜影像如同前文所述，已经展示于图3A至图3D中。
使用管状蚀刻技术(第二组)并以氢氟酸进行的简单蚀刻，或改良的管状蚀刻技术(第三组)并以氢氟酸进行的简单蚀刻，都可以得到一相同圆锥状光纤端(fibre ends)，其最终具有的直径为33微米(μ)，如图3A所示。以粒子束进行处理的第四组光纤，其以电子显微镜放大的粗糙化表面如图3B所示。第五组中以蚀刻、磨蚀以及再次蚀刻进行处理的光纤，具有许多小面(multi-facted)的表面以及类似蜂巢状的外观，如图3C与图3D所示。
射出测量(Emission measurements)
利用一功率计(power meter)(Nova II，Ophir Optronics，NorthAndover，麻萨诸塞洲(MA))进行测量由各种光纤在固定位置以前向(forward direction)(在尖端前方的10毫米)与横向(laterally)(距离尖端侧边2毫米)射出出来的激光能量。使用T检定(T-tests)以比较未进行任何处理的光纤(第一组)与改良后的光纤之间在前向出与横向射出的差异。
当与未改良的光纤比较时，发现改良后的光纤在前向射出上是减少的，但是在横向射出上却是增强的。以事后Tukey-Kramer多重比较检测(post Tukey-Kramer multiple comparisons test)进行变异数分析(ANOVA)，显示在未改良的对照组光纤与其它四种经过改良的光纤之间在统计上的巨大差异。
当与光纤的平端(或平的光纤端)比较的时候，在前向(forwarddirection)上，圆锥状的光纤尖端、经磨蚀的光纤尖端、以及蜂巢状的光纤尖端都是呈现射出减少的情况。在两种圆锥状的光纤尖端(第二组与第三组)之间的差异并不大。第二组、第三组、第四组与第五组在前向射出上的平均衰减分别为49±1％(平均值(mean)±标准差(SD))、47±7％、23±11％与68±4％，如图9A所示。光纤的改良在横向射出上给予其很大的增加，第二组、第三组、第四组与第五组在横向射出上的分别增加464±73％、456±91％、218±59％与472±133％，如图9B所示。
发散的角度(Angle of Divergence)
使用He-Ne同轴激光(632.8纳米(nm))(在dLase 300 Nd:YAG系统中)或LnGaAsP二极管激光(diode laser)射出(635纳米(nm))(在铒系统中(erbium systems))，追踪可见红光的分布。可见红光的分布在一网格(grid)上进行拍照，其使用一装配有数字相机的立体显微镜(stereomicroscope)，并以固定光纤直接接触网格的方式进行拍照。发散的角度则藉由Image-J影像分析软件(Image-J image analysis software)(NIH，Bethesda，MD，USA)进行测量计算。
这些射出的结果展示于图10A至图10D。
在图10A显示的实施例中，其为展示一未经任何处理改良的光纤，其由光纤尖端发射出的辐射有15度角的分散，如标号1000所示。第二组与第三组的光纤，其具有圆锥状光纤尖端，则有一个很大角度的分散，但是大部分的辐射(可见红光)仍然主要是向前射出，如图10B中的标号1010所示。在图10C中，粗糙化的光纤展现了一个很宽广的分散，但是仅有小部份辐射(可见红光)是由侧边射出，然而，在图10D中，具有峰巢状表面结构的第五组光纤，展现了一个360度角的分散，其显示在一沿着光线的长度方向与在一前向方向1030上的射出分布(emission profile)中具有良好的横向侧边射出(lateral side emission)。
分散的角度由未经处理改良光纤的(第一组)15度角增加到合并数种改良的光纤(第五组)。表面进行磨蚀的此一改良方式(第四组)对于光纤尖端造成前向分散(divergence forward)比任何进行蚀刻改良的改良都要少。各种实施例的测量结果展示于表1中。
表1
Figure BPA00001392988600291
数据的单位为角度(degree)，其以平均值与标准差(N＝5)表示。
可见红光同轴瞄准指示光束(visible red coaxial aiming beam)的射出分布，清楚地显示出这些经过改良的光纤的横向射出的改变。
使用热感应纸(thermally sensitive paper)对由改良过的光纤射出的红外线激光能量的分布进行进一步的评估。在此实施例中，使用热感应白纸来记录各种光纤尖端的射出分布，以保持光纤尖端与热感应纸的表面平行且距离2毫米(mm)的方式进行。为加强对Nd:YAG激光的吸收，以黑色的打印机墨水将热感应白纸的非感应面(non-sensitive side)涂黑。使用铒波长(erbium wavelengths)则不需任何的加强与辅助。
对于图11A藉由第二组与第三组所使用的蚀刻方法制成的圆锥状光纤，得到的结果为一扇形(fan-shaped)的射出，该射出为向前往光纤的终端射出，如图11B所示。相反的，对于图11C所示第五组经过粗糙化与蚀刻的光纤，其结果呈现一个沿着改良光纤的长度的宽广横向射出，如图11D所示。使用红外线激光射出，由热感应纸上的压印(以距离热感应纸2毫米的方式压印)估计出来的分散角度，少于使用瞄准指示光束的可见红光射出的光线轨迹(在此光纤直接接触网格)所看到的分散角度。
研究结果显示，使用简单的化学与物理方法对现今的光纤进行改良，可以改善可见光激光能量与红外线激光能量的横向射出。尽管传统的光纤只能给予一小角度的分散，但以氢氟酸蚀刻此光纤的一端而制作成一圆锥状光纤尖端(第二组与第三组)会对所有种类的光纤增加超过100度角的分散而给予一扇形的光束。这些圆锥状的光纤尖端对于在牙齿的牙根管与牙周袋(periodontal pockets)内的消毒是很有用的，然而，为了得到一个均匀的消毒效应，而需要以固定的速度移动光纤来达到此目的(例如在照射激光的时候，在冠状方向(coronal direction)拉回光纤)。
粗糙化与蚀刻等改良的结合提供了一不规则的表面，在一些实施例中提供了一具有许多小面的“蜂巢状”的表面样貌，并且此一蜂巢状的表面对于可见光波长、红外光波长、中红外光波长具有非常良好的横向射出。这样的光纤应用于切除或消融(ablative application)是很有用的，光纤被放置于牙根管中可以得到一个沿着光纤上被改良的区域的长度的均匀消融效应，因为光纤的大小的变化与牙根管的大小变化相似。可见红光激光能量的均匀射出使得蜂巢状的改良表面特别适合用于光活化消毒法，其分别使用635或是670纳米(nm)波长的红光去激发托洛氯铵(tolonium chloride)或甲基蓝染料(methylene blue dyes)，而达成牙根管内的消毒作用。
粗糙化与蚀刻等改良的结合对比于表面简单磨蚀的改良，提供了一个强化横向射出的分布。对表面进行磨蚀仅会对可见红光激光带来一些横向射出，但是对于进红外线波长或中红外线波长则不会带来任何横向射出。对于给予这样波长的光线与在改良的光纤端的空气与光纤间边界(air-fibre boundaries)的光线衍射(diffraction)，并不是人们所期望的。
上述结果指出蜂巢状表面结构在光纤的横向射出可以提供很大改善，特别是，能比一般圆锥形结构提供更有效的横向射出。
使用一用以产生或接收辐射的光学系统，以及一光纤，其中，光纤的第一端连光学系统，而光纤的第二端具有一具有许多小面的表面结构，可以让经由此光纤发射或是接收的辐射至少有一部份是在在垂直光纤轴的方向上。这样使得可以作用于身体的一些部位上，因而帮助达成身体的这些部位的均匀照射或是侦测贯穿身体一部位的荧光。
这让光纤可以被使用于治疗牙齿的硬组织部位或软组织部位，包括牙根管与牙周袋，以及肿瘤组织(tumourous tissues)或其它类似组织，也可以藉由荧光成像(fluorescence imaging)等类似方法而用以侦测细菌、肿瘤或其类似物体的存在。
蜂巢状光纤端的射出分布对于硬组织与软组织的切除或消融(ablative application)有特别的好处。这是因为蜂巢状光纤端的射出分布具有很强的横向射出，这样的光纤尖端对于根管疗程(例如由牙根管的管壁上切除或消融碎片(debris)、涂抹层(smear layer)、象牙质(dentine))，以及牙周治疗(periodontal applications)，例如消毒围绕牙齿的牙周袋或植牙(dental implants)，都是很有用的。当激光能量全部都沿着光纤端面的长度射出，在与需要转动与拉动光纤的传统方法比较中，其显然可以对腔室提供更均匀的照射。
平端光纤(plain fibre)的一个额外的缺点为其会对弯曲的牙根管的管壁造成突出(ledging)、拉开(zipping)、穿孔(perforating)等固有风险，此问题可以藉由侧边射出(side emission)的光纤端面而克服。由于这样的考虑，圆锥状、经过磨蚀、或是蜂巢状的改良光纤端面比起传统的未经任何处理的光纤，在使用上较为安全。
此外，这些光纤也可以用于其它用途，例如用于以可见红光波长、近红外线波长、绿光波长或蓝光波长进行的光活化消毒治疗中。
一个适合用于腔室中，例如牙齿的牙髓腔(pulp chambers)和/或牙根管(root canals)，进行消毒与治疗细菌感染的装置的实施例，将参照图12进行说明。
在一实施例中，装置10为一手提装置或手持装置，其包含一第一光源12，第一光源为第一激光或发光二极管12，其经由一组合适的透镜组件或一渐变式折射率光纤(graded refractive index terminal fibre)而光学连接一光学开关14。此装置10也包含一第二光源16，第二光源为一第二激光或发光二极管16，其用以进行光动力(photodynamic)、光声(photo-acoustic)、或是光热(photothermal)消毒，并且第二光源16光学连接光学开关14。其它实施例还可以包含一个或更多的光源，这些光源为激光或是发光二极管，其被使用来进行消毒，其将进一步说明于本文。
此装置10包含光学组件，这些光学组件为一适合的双色分光镜(dichroic mirror)20与多个透镜22、24。光纤28将透镜22光学连接到一具有光学组件的探针28，光学组件为一可曲折的尖端30。光纤32将透镜24光学连接到一处理单元34，虽然可以使用其它替代的连接方式。
提供处理单元34，以协助侦测细菌。在一实施例中，处理单元34连接一光学组件，用以接收光激发荧光辐射(light-induced fluorescenceradiation)并且使用所接收的辐射量测腔室内的细菌数量。处理单元34还可以用以控制第一辐射源(或光源)与第二辐射源(或光源)其中至少一辐射源(或光源)以及光学开关。处理单元34可以为任何适合的形式，例如一适合编程的计算机系统(suitably programmed computer system)、客制化硬件(custom hardware)或是类似装置。
在一实施例中，处理单元34包含一长通滤光器(long pass filter)，例如将可见红光激发波长由近红外光荧光讯号中的滤光器。处理单元34可以连接一显示器35，显示器35显示一代表有细菌存在的肉眼可见的标示。还可以产生一人耳听得到的声音来代表侦测到细菌存在。
第一激光或发光二极管12发射具有第一波长(650-670纳米(nm))的激光辐射36，用以使用光激发荧光测量牙齿的牙髓腔和/或牙根管内的细菌数量。在一实施例中，第一激光12为一0.1毫瓦(Mw)的二极管激光，其发射具有第一波长为655纳米(nm)的激光辐射，其具有藉由人类眨眼反射(human blink reflex)而提供眼睛保护的好处。光学开关14设置为允许由第一激光12来的激光辐射36由此传送通过。激光辐射36藉由双色分光镜20而朝着透镜22反射，并被聚焦而进入光纤26一端38。激光辐射36通过过探针28与尖端30，而被传送进入要侦测的牙髓腔和/或牙根管部位。
此射出的辐射会导致牙髓腔和/或牙根管内存在的微生物发出荧光，其发出的荧光正比于感染存在的程度。此激光荧光藉由可曲折的光纤尖端30而被收集，并且此激光荧光经由探针28与光纤26被传送至透镜22。透镜22对准此荧光辐射，此荧光辐射通过双色分光镜20至透镜24，并且其被聚焦进入光纤32的一端40。此荧光辐射被引导进入处理单元34，在处理单元34中，荧光辐射被进行处理，藉由使用长通滤光器而移除激发波长并且决定一个可以指示细菌感染的标示，此标示可以经由显示器35输出。在一实施例中，两个标示可以被提供，包含一第一标示，其为一实时的数值，标示出在光纤30的活动区(activezone)所对准的位置上的细菌感染程度，以及包含一第二标示，其为一峰值(peak value)，用以指示在侦测部位细菌感染的最大程度。
现在，已经确定牙髓腔和/或牙根管有细菌感染以及牙髓腔和/或牙根管的细菌感染程度，则使用发射具有第二波长的激光辐射42的第二激光16治疗细菌感染。
光学开关14设置为允许由第二激光16而来的激光辐射42由此传送通过。激光辐射42藉由双色分光镜20而被反射，以及藉由透镜22而被聚焦进入光纤26。激光辐射42经过探针28与尖端30而被传送进入被治疗的牙髓腔和/或牙根管。
在一实施例中，第二光源16为一高功率(100毫瓦(mW))的InGaAsP二极管激光，其具有一介于630纳米(nm)与670纳米(nm)的波长。为了进行光动力消毒(PAD)，在细菌辨识步骤之后与治疗步骤之前，选择一含有光感物质或光敏剂(photosensitzer)的抗菌溶液(anti-bacterialsolution)，给予要被治疗的牙髓腔和/或牙根管。藉由激光辐射42激活抗菌溶液，以经由一疗程消灭存在的细菌，此疗程通常知道的是光动力消毒(PAD)。合适的光感物质或光敏剂可以藉由可见红光而被活化，为本领域技术人员的光感物质(或光敏剂)包含甲基蓝(methylene blue)、托洛氯铵(tolonium chloride)、其它吩噻嗪衍生物(phenothiazinederivatives)、二磺酸酞菁铝(aluminium disulphonated phthalocyanine)、血卟啉盐酸盐(haematoporphyrin hydrochloride)、血卟啉酯(haematoporphyrin ester)、arianor steel blue、结晶紫(crystal violet)、azurechlorides、台盼蓝(tryptan blue)、azure blue染剂(azure blue dyes)、azure化合物(azure compounds)以及二氢卟吩(chlorins)。
在一特定的实施例中，使用一在一水介质(或水溶剂)(aqueousmedium)中的光感物质(或光敏剂)，其以浓度介于50微克/毫升(microgram/mL)与250微克/毫升(microgram/mL)之间较佳，而以浓度在150微克/毫升(microgram/mL)为最佳。除了光感物质(或光敏剂)染料之外，水介质中的其它成分还包含接口活性剂(surfactants)、缓冲液(buffers)、盐类，用以调整溶液的张力(tonicity)、抗氧化剂(antioxidants)、防腐剂(preservatives)、以及黏度调整药剂(viscosity-adjusting agents)(例如聚乙二醇(polyethylene glycol)或类似药剂)。最佳的水介质是在生理酸碱值且是等渗透压的。
在其它实施例中，细菌感染的治疗可以藉由使用光热技术取代使用前述的光活化疗法而实现。使用第二光源16进行光热消毒(photothermal disinfection)时，第二光源16包含下列光源其中的至少一种光源：氩离子激光(Argon ion laser)(488或514.5纳米)、KTP/双频Nd:YAG激光(KTP/frequency doubled Nd:YAG laser)(532纳米)、GaAs或AlGaAs激光(GaAs or AlGaAs laser)(810、830、890以及910纳米)、Ho:YAG激光(Ho:YAG laser)(2100纳米)、Er:YSGG与ErCr:YSGG激光(Er:YSGG and ErCr:YSGG laser)(2780与2790纳米)、或一Er:YAG激光(Er:YAG laser)(2940纳米)。
另外，这样的光热技术可以使用第三光源18，其发射具有第三波长的脉冲激光(pulsed laser)辐射，其能量高到足以引起牙根管的牙本质壁(dentine walls)的显微消融或切除(microscopic ablateon)，以及导致光声效应(photo-acoustic effect)的产生，例如空穴作用(cavitation)与震波，此外，其还有消毒的作用。举例来说，第三光源18为一Ho:YAG激光(Ho:YAG laser)(2100纳米)、一Er:YSGG与ErCr:YSGG激光(Er:YSGGand ErCr:YSGG laser)(2780与2790纳米)、或一Er:YAG激光(Er:YAGlaser)(2940纳米)。此第三光源通常在自由脉冲模式(free-running pulsedmode)运作，其脉冲持续时间(pulse duration)介于50微秒(microseconds)与400微秒之间，而其脉冲能量介于每一脉冲40毫焦耳(milliJoules)与1000毫焦耳之间。由第三光源18而来的激光辐射的传送，可以伴随着同轴水雾喷洒(coaxial water mist spray)，以改善使用这些红外光波长的光热烧灼(photothermal ablative)或涡流切割(cavitation cutting)流程，以及减少有害的热效应。另一种变化是使用二极管激光(810、830、910、940、980纳米)或Nd:YAG激光(1064纳米)，其中藉由确定在牙根管内使用的流体环境含有水，且水中已经添加有一个或数个增强剂，而增强抗菌光热作用(anti-bacterial photo-thermal action)的产生。适合的药剂包含过氧化氢与有色染料，例如托洛氯铵、甲基蓝、与吩噻嗪衍生物。
一旦在牙髓腔/牙根管内的细菌感染被治疗，如果有任何细菌残留于牙髓腔/牙根管内，则藉由使用第一激光或发光二极管12与前述的光激发荧光技术而重新测量牙髓腔/牙根管内的细菌的数量。这将确保所有的细菌感染都被治疗，并且如果有一些细菌残留于牙髓腔/牙根管内，可以立刻重复使用光活化消毒技术或是光热技术进行的治疗而进行杀菌。
参照图13，另一种实施例的装置10包含一光源12，光源12为一二极管激光，用以藉由使用激光荧光而测量在牙髓腔/牙根管内的细菌数量，并且用以对有细菌存在的部位进行消毒杀菌。装置10包含双色分光镜20、透镜22、24、用以将透镜22光学连接到具有可曲折尖端30的探针28的光纤26、以及连接显示器35的处理单元34，如第一个实施例所示。在此实施例中，由透镜24而来的输出直接被处理单元34所接收。光纤开关14被省略，因为只有使用一个可以至少两种模式运作的光源12，因此，可以大幅地简化此装置的光学设计与体积。
二极管激光12发射波长655纳米的辐射，并且在低功率模式运作，而使用激光荧光测量或计算牙髓腔/牙根管内的细菌数量。接着，二极管激光12以高功率模式运作，而使用光动力疗法以对牙髓腔/牙根管进行消毒。如同前述的实施例，在消毒之后，藉由在使用于低功率模式运作的二极管激光，重新测量牙髓腔/牙根管内的细菌数量，以提供治疗疗效的回应。
此一治疗牙齿的牙髓腔和/或牙根管内的细菌的方法将参照图14展示的流程图进行说明。在步骤1400，此方法包含使用前述装置10与前述光激发荧光技术测量或计算牙髓腔/牙根管内的细菌数量。
对于大量细菌存在的部位，在步骤1410，此方法包含使用前述的治疗方法对牙髓腔/牙根管内的细菌进行治疗。这可以包含前述的光活化消毒技术或光热技术。光活化消毒技术使用的部位，在由治疗激光而来的激光辐射照射牙髓腔/牙根管之前，先注入一抗菌溶液于牙髓腔/牙根管内。
在步骤1420中，此方法包含如果有任何细菌残留于牙髓腔/牙根管内，则藉由使用第一激光或发光二极管12与前述的光激发荧光技术，而重新测量牙髓腔/牙根管内的细菌的数量。参照步骤1430，如果牙髓腔/牙根管内仍然有细菌感染的话，则重复步骤1410的治疗。如果牙髓腔/牙根管内已经没有细菌感染的话，治疗就完成并且封闭牙髓腔/牙根管。
值的注意的是可以使用各种不同的光纤尖端进行此方法。
在一实施例中，尖端的光学组件可以包含石英玻璃，或使用中红外线激光(middle infared laser)进行消毒的部份，其为一对于可见红光与中红外线都适合的传导物质(transmissive material)。由于石英玻璃的部份光衰减(partially attenuates light)是在中红外线波长，所以其适合的材质为石英(quartz)、氧化镓(gallium oxide)、氧化锗(germanium oxide)，锆氟铝酸(zirconium fluoride aluminate)、以及具有低硅胶光纤尾端(terminal low hydroxyl silica fibres)的氧化锗材质混合光纤(hybridfibres)。为了确保确实进入牙根管内，光纤的直径以在150微米(micrometres)与600微米之间较佳，而最好是在200微米。
此光纤可以具有一分裂端(cleaved end)(使得光纤面与光纤长轴成直角)，如此一来可以同时具有荧光侦测与消毒的功能。最好是，去改善射出与收集的性能，以让用以引发荧光的红光的一部份由光纤的侧边射出的方式修改或改良顶端(apical terminus)(通常为1-5毫米)。用以达到上述目的的光纤顶端的改良包括布拉格光栅(Bragg gratings)、氧化铝粒子磨蚀(alumina particle abrasion)、以及蚀刻处理。
在一特定的实施例中，光纤尖端具有一经由使用上述技术建立的蜂巢状表面结构。值的注意的是，蜂巢状表面结构对于最大化光纤尖端发出的横向射出辐射特别的有利，因此将会最大化暴露于辐射照射的细菌数量。这样又会最大化细菌侦测与治疗的程度，因此提供一更均匀的改良的细菌治疗流程。
因此，上述装置10可以辨别在牙齿的牙髓腔/牙根管内细菌感染的位置与程度，并且以单一装置对细菌感染进行治疗。此手提或手持装置还可以提供使用者用以治疗细菌感染的替代技术。高百分比的细菌感染可以在一单一疗程中获得治疗，尤其是在对抗格兰氏阳性菌(Gram positive bacteria)更为有效，例如粪肠球菌(Enterococcus faecalis)。这些藉由单一装置达成对牙齿中细菌感染的精确辨识与有效的治疗，而使得在牙科治疗的范围内可以提供一快速、一步式(one-step)的治疗方法。
值的注意的是，在某些应用中，只需要将物体的一部份暴露于单频辐射中，而不需要进行任何侦测。在这样的例子里，可以使用更简单的装置，如图15A与图15B所示的实施例。
在此实施例中，此装置包含一用以发射辐射1510的辐射源1500。此辐射源经由一光学组件1520，例如透镜，而连接光纤1540的第一端1530。此光纤包含一第二端1550，第二端1550具有一尖端1560，而此尖端1560具有一改良的表面结构而可以导致横向发射，如标号1570所示。除了前述的牙科应用之外，值的注意的是，光纤尖端可以使用于其它需要大量的横向射出的不同应用。因此，举例来说，通过光动力疗法(photodynamic therapy；简称PDT)或间质激光热疗法(interstitiallaser)，可将此装置应用肿瘤的治疗上。
在此实施例中，光纤尖端通常不是圆锥状，而是圆柱状的，并具有粗糙的一端。这样可以避免在光纤尖端有尖角的存在，这样的尖角可能会在光纤尖端移动进入物体内的部位时刺伤组织。
在肿瘤疗法(tumor therapy)的应用上，通常使用一合适的显微操纵器(micromanipulator)，而将光纤尖端1560插入一肿瘤内的切口(incision)中。一旦置入，辐射源1500会开启(或活化)，而让肿瘤内部被辐射照射，如同所熟知的技术。然而，与现有技术相反，高度的横向射出可以确保更均匀的辐射照射，并且因此改善肿瘤的治疗。
将值得注意的是，还可以用类似上述的在牙科应用中的侦测细菌的方法进行肿瘤的侦测。在这个例子里，肿瘤可以合适的荧光染料进行治疗，使用合适的侦测系统，例如类似上述图12与图13的系统，而使得荧光可以被侦测到。
在某些状况，光纤尖端不能插入人体内需要治疗的部份。在这样的例子中，光纤尖端可以进行处理，而使得进有部份的光纤尖端具由蜂巢状表面结构。在一实施例中，这可以藉由上述技术而达成，但是仅对光纤尖端的一侧边进行磨蚀而达成。在此实施例中，尽管是对整个光纤尖端都进行蚀刻，但是仅对光纤尖端的一侧边进行磨蚀，而只有被磨蚀的侧边才会有改良的表面组织(蜂巢状表面结构)。因此，光纤尖端的一侧边会具有改良的横向射出分布，使得此光纤尖端的侧边可以对着身体需要治疗的部份放置，而进行辐射照射。
除了光纤的应用之外，这些技术也可以用于改变其它应用所使用的玻璃材料的表面结构。这包含任何需要去改变表面的光学性质的状况，并且特别是需要改良反射与传透特性的状况。
一实施例将参照图16进行说明。
在此实施例中，一片板状材料1600，其具有藉由粗糙化该材料的表面而改良的表面，接着，对以粗糙化的表面进行蚀刻，使得此材料具有一具有许多小面的表面结构(faceted surface structure)，在某一特定的实施例中，其为蜂巢状的表面结构。值得注意的是，粗糙化工艺与蚀刻工艺的参数，可以根据该材料的物理特性而改变。
在此例子里，如果光线入射于该材料的相对表面1602上，如标号1610所示，光线会穿过整片材料，而撞击(或照射)(impinge)于表面1601上。此蜂巢状表面结构使得辐射散射，导致辐射的射出大致如同标号1620所示。这会降低全(内)反射(total internal reflection)的发生，这些全(内)反射会造成辐射由该片材料产生如同标号1630所示的反射。藉由降低全(内)反射，可以最大化通过该片材料1600的辐射数量，其对于一些像光电池(photovoltaic cells)与太阳能热水器(solar water heating)的应用是很有用的。
举例来说，这可以应用于太阳能电池板(photovoltaic solar panel)，而通常包含一光电材料(photovoltaic material)1640放置于邻近玻璃板1600的位置，因而保护光电材料1640。在这样的配置中，太阳能辐射必需穿透玻璃板1600，才能使光电材料1640暴露于太阳能辐射下。藉由降低玻璃板1600的反射性，而增加光电材料1640在所给予的大量入射太阳光下的暴露，从而增加太阳能板的能量以产生电。
值得注意的是，玻璃板1600的外部表面1602也可进行处理，因而进一步改变玻璃板的穿透性质。
上述的表面改良技术可以应用于使许多材料具有合适的特性，例如：
●石英玻璃(silica glass)
●石英(quartz)
●掺杂氧化铅(10-60％)的石英玻璃
●蓝宝石(sapprine)
●卤化多晶光纤(polycrystal line halide fibres)，例如AgBrCl
●硫化物玻璃(chalcogenide glasses)，例如As-S，As-Se，Ge-Ga-S，Ge-Ga-As-S，Ge-As-Se，Ge-Se-Te，As-Se-Te and Ge-As-Se-Te
●氟化物玻璃(fluoride glasses)，例如氟锆酸盐(fluorozirconate)、氟铝酸盐(fluoraluminate)、氟酸盐(fluorindate)、以及氟镓酸盐(fluorogallate)
●氧化镓
●掺杂氧化铅(lead oxide)与氧化铋(bismuth oxide)的氧化镓
●掺杂重阳离子与阴离子的氧化镓，如美国专利编号5,796,903此篇专利所述
●氧化锗(germanium oxide)
●掺杂氧化铅的氧化锗
●掺杂氧化锌(zinc oxide)(5-15％)与氧化钾(potassium oxide)(5-15％)的氧化锗
其它重金属玻璃，例如氯化铅(lead chloride)、氧化锑-氧化铅(tellurium oxide-lead oxide)、以及氧化锑-氧化锌(tellurium oxide-zincoxide)
应用这些表面改良技术于光纤尖端上，是有助于增加辐射的横向射出的，并且还可以应用于其它需要改良材料的光学特性的状况。
这些用于侦测与治疗牙齿内细菌的技术可以应用于人体，也可以应用动物。
本领域技术人员可以得知各种变化与改良都是显而易见的。所有对于本领域技术人员而言是显而易见的变化与改良，应该都被视为落入本发明之前描述的广泛精神与范围内。

Claims (70)

1.一种制作光纤尖端的方法，该方法包含：
a)粗糙化光纤的尾端的至少一部份；以及
b)蚀刻已粗糙化的尾端以形成一光纤尖端。
2.如权利要求1的方法，其中上述光纤尖端的一表面具有许多小面。
3.如权利要求2的方法，其中上述小面被粗糙化成凹面。
4.如权利要求2或3的方法，其中上述每一小面用以在多个角度分散入射辐射。
5.如权利要求2至4其中任一方法，其中上述小面的大小在10微米至100微米的范围内。
6.如权利要求1至5其中任一方法，其中上述光纤尖端具有一蜂巢状表面结构。
7.如权利要求1至6其中任一方法，其中上述方法包含以磨蚀法粗糙化上述尾端。
8.如权利要求7的方法，其中上述方法包含以粒子束磨蚀上述尾端。
9.如权利要求8的方法，其中上述方法还包含：
a)转动上述尾端；以及
b)将上述转动的尾端暴露于粒子束中。
10.如权利要求8至9的方法，其中上述粒子束至少包含下列粒子其中之一：
a)氧化铝；
b)立方氮化硼；
c)碳化硅；
d)二氧化硅；
e)氧化锆；
f)二氧化锆；
g)碳化硅树脂；
h)金刚砂；以及
i)氧化镁。
11.如权利要求8至10其中任一方法，其中上述粒子所具有的平均尺寸至少包含下列其中之一尺寸：
a)在25微米至100微米之间；以及
b)接近50微米。
12.如权利要求7至10其中任一方法，其中上述粒子束藉由使用压缩气体而产生。
13.如权利要求11的方法，其中上述压缩气体包含至少一种下列气体：
a)空气；
b)氮气；
c)二氧化碳；以及
d)一不易然气体。
14.如权利要求12或13的方法，其中上述压缩气体具有大约2.8巴的压力。
15.如权利要求1至14其中任一方法，其中上述方法包含使用酸进行蚀刻上述光纤尾端。
16.如权利要求15的方法，其中上述酸包含下列至少一种酸：
a)氢氟酸；
b)氢氟酸与正磷酸的混合物；以及
c)氢氟酸、正磷酸以及氟化物化合物的混合物。
17.如权利要求15或16的方法，其中上述酸至少处于下列至少一种状态：
a)气相；以及
b)液相。
18.如权利要求15至17其中任一方法，其中上述方法包含对上述光纤尾端进行10到15分钟的蚀刻。
19.如权利要求1至18其中任一方法，其中上述方法包含对上述光纤尾端进行塑型。
20.如权利要求19的方法，其中上述方法包含在磨蚀上述光纤尾端之前，先对上述光纤尾端进行塑型。
21.如权利要求19或20的方法，其中上述方法包含对上述光纤尾端进行塑型，以使上述光纤尾端的朝向上述光纤的一端逐渐变细。
22.如权利要求18至20其中任一方法，其中上述方法包含对上述光纤尾端进行塑型，而将其塑型成圆锥状。
23.如权利要求19至22其中任一方法，其中上述方法包含藉由预蚀刻上述光纤尾端而对其进行塑型。
24.如权利要求23的方法，其中上述方法包含使用一酸对上述光纤尾端进行预蚀刻。
25.如权利要求24的方法，其中上述方法包含对上述光纤尾端进行45至180分钟的预蚀刻。
26.如权利要求1至25其中任一方法，其中上述方法包含从上述光纤移除一聚合物涂布而暴露出上述光纤尾端。
27.如权利要求1至26其中任一方法，其中上述光纤至少为下列的一种光纤：
a)石英玻璃光纤；
b)掺氟石英玻璃光纤；以及
c)掺锗石英玻璃光纤。
28.一光纤，上述光纤包含一具有许多小面的表面结构的光纤尖端。
29.如权利要求28的光纤，其中上述小面是粗糙的并且为凹面。
30.如权利要求28或29的光纤，其中上述每一个小面可以在多个角度分散辐射与收集入射辐射。
31.如权利要求28至30其中任一光纤，其中上述小面的大小在10微米至100微米的范围内。
32.如权利要求28至31其中任一光纤，其中上述光纤尖端具有一蜂巢状表面结构。
33.如权利要求28至32其中任一光纤，其中上述光纤尖端大致上为圆锥形。
34.如权利要求28至33其中任一光纤，其中上述光纤尖端的朝向上述光纤的一端逐渐变细。
35.一作用于身体的一部份的装置，该装置包含：
a)一光学系统，用以产生或侦测辐射；以及
b)一光纤，该光纤在其第一端与上述光学系统连接，该光纤的第二端包含一尖端，该尖端的至少一部份具有圆锥形或是多面的表面结构，而使得经由该尖端发射或接收的辐射至少有一部份是在垂直光纤轴的方向上。
36.如权利要求35的装置，其中上述光纤尖端具有蜂巢状表面结构。
37.如权利要求35或36的装置，其中上述光纤尖端为圆锥形。
38.如权利要求35至37其中任一装置，其中上述光学系统包含一辐射源，用以产生由上述光纤尖端发射而出的辐射。
39.如权利要求35至38其中任一装置，其中上述光学系统包含一侦测器，用以侦测经由光纤尖端所接收的辐射。
40.如权利要求35至39其中任一装置，其中上述光学系统包含：
a)一第一辐射源，用以发射具第一波长的辐射；
b)一第二辐射源，用以发射具第二波长的辐射；以及
c)光学组件，用以将上述第一辐射源和上述第二辐射源与上述光纤的第一端光学连接。
41.如权利要求40的装置，其中上述光学组件包含一光学开关，用以选择上述哪一个辐射源与上述光纤连接。
42.如权利要求40或41的装置，其中上述第一辐射源至少为下列辐射源的其中一种：
a)一固态激光；
b)一气态激光；
c)二极管激光；以及
d)发光二极管。
43.如权利要求40至42其中任一装置，其中上述第一辐射源发射出第一波长介于650纳米与670纳米之间的激光辐射。
44.如权利要求40至43其中任一装置，其中上述第二辐射源至少为下列辐射源的其中一种：
a)一固态激光；
b)一气态激光；
c)高功率二极管激光；以及
d)发光二极管。
45.如权利要求40至44其中任一装置，其中上述第一辐射源与第二辐射源由一在低功率模式运作时可以发射第一辐射而在高功率模式运作时可以发射第二辐射的二极管激光所形成。
46.如权利要求40至45其中任一装置，其中上述第二辐射源发射第二波长介于480纳米与830纳米之间的激光辐射，以活化一光感物质。
47.如权利要求40至46其中任一装置，其中至少一上述辐射源是以一脉冲模式运作。
48.如权利要求47的装置，其中上述辐射源以脉冲模式运作以达到至少下列一种作用：
a)减少热积聚；
b)在上述光纤尖端放置的液体中产生空穴作用；
c)在上述光纤尖端放置的液体中产生震波；
d)造成牙齿硬组织的脱落；
e)产生光声效应；
f)改良信号噪声比；
g)减少热由上述装置消散；以及
h)减少功率消耗。
49.如权利要求40至48其中任一装置，其中上述装置包含一连接上述光学组件的处理单元，用以达成下列作用：
a)接收光激发荧光辐射；以及
b)使用接收到辐射测量在一腔室中的细菌数量。
50.如权利要求40至49其中任一装置，其中上述装置包含一处理单元，用以控制上述第一辐射源与第二辐射源中的至少一个辐射源，以及一光学开关。
51.如权利要求40至50其中任一装置，其中上述装置用以进行至少一种下列功能：
a)使用光激发荧光测量一腔室内的细菌数量；以及
b)使用光热疗法、光声疗法、与光动力疗法等疗法的其中至少一种疗法消灭一腔室内的细菌；
c)将至少一腔室与一肿瘤暴露于辐射中；
d)用以侦测荧光；以及
e)辨识与治疗牙齿腔室内的细菌。
52.如权利要求51的装置，其中上述腔室包含牙根管。
53.一作用于身体的一部位的方法，该方法包含：
a)放置一光纤尖端接近上述物体的至少一部位，其中，上述光纤尖端具有多面的表面结构，而使得由上述光纤尖端发射的辐射或藉由上述光纤尖端接收的辐射至少有一部份在垂直一光纤轴的方向上；以及
b)使用一连接上述光纤的光学系统来产生辐射或侦测辐射。
54.一用以辨识与治疗牙齿腔室内细菌的装置，其中该装置包含：
a)一第一辐射源，用发射具第一波长的辐射；
b)一第二辐射源，用发射具第二波长的辐射；以及
c)光学组件，其将上述第一辐射源与第二辐射源以光学连接至上述腔室，而用以：
i)使用光激发荧光测量上述腔室内的细菌数量；以及
ii)使用光热疗法、光声疗法、与光动力疗法等疗法的其中至少一种疗法消灭具有大量细菌存在的腔室中的细菌。
55.一辨识与治疗牙齿腔室内细菌的方法，该方法包含：
a)使用光激发荧光测量上述腔室内的细菌数量；
b)使用光热疗法、光声疗法、与光动力疗法等疗法的其中至少一种疗法消灭具有大量细菌存在的腔室中的细菌；
c)使用光激发荧光重新测量上述腔室内的细菌数量以提供上述治疗的效能的回应。
56.一改良一物体表面结构而因此改良其光学特性的方法，该方法包含：
a)粗糙化上述物体的一表面；以及
b)蚀刻已粗糙化的表面，使得上述物体具有一许多小面的表面结构。
57.如权利要求56的方法，其中上述小面是粗糙的。
58.如权利要求57的方法，其中上述每一个小面是用以在多个角度上分散入射辐射。
59.如权利要求56至58其中任一方法，其中上述光纤尖端具有蜂巢表面结构。
60.如权利要求56至59其中任一方法，其中上述方法包含藉由磨蚀而粗糙化上述表面。
61.如权利要求60的方法，其中上述方法包含使用粒子束粗糙化上述表面。
62.如权利要求61的方法，其中上述粒子束包含至少一种下列粒子：
a)氧化铝；
b)立方氮化硼；
c)碳化硅；
d)二氧化硅；
e)氧化锆；
f)二氧化锆；
g)碳化硅树脂；
h)金刚砂；以及
i)氧化镁。
63.如权利要求61至62其中任一方法，其中上述粒子所具有的平均尺寸至少包含下列其中之一尺寸：
a)在25微米至100微米之间；以及
b)大约50微米。
64.如权利要求61至63其中任一方法，其中上述方法包含使用压缩气体以产生上述粒子束。
65.如权利要求64的方法，其中上述压缩气体包含至少一种下列气体：
a)空气；
b)氮气；
c)二氧化碳；以及
d)一不易然气体。
66.如权利要求64或65的方法，其中上述压缩气体具有大约2.8巴的压力。
67.如权利要求64至66其中任一方法，其中上述方法包含使用酸蚀刻上述表面。
68.如权利要求67的方法，其中上述酸包含下列至少一种酸：
a)氢氟酸；
b)氢氟酸与正磷酸的混合物；以及
c)氢氟酸、正磷酸以及氟化物化合物的混合物。
69.如权利要求67或68的方法，其中上述酸至少处于下列至少一种状态：
a)气相；以及
b)液相。
70.如权利要求67至69其中任一方法，其中上述方法包含对上述光纤尾端进行10到15分钟的蚀刻。
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