CN104965256B - 与光导纤维的具有基本球形形状的远端部分相关的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括从近端延伸到远端的光导纤维。所述光导纤维可包括围绕芯层周向设置的包层和在所述远端处的基本球形形状部分。所述装置还可包括周向设置在所述包层的第一长度上的第一涂层和周向设置在所述包层的第二长度上的第二涂层。所述第二长度可从靠近所述第一涂层的所述远端的区域向远端延伸。

Description

与光导纤维的具有基本球形形状的远端部分相关的方法和 装置
本申请是申请号为201080058009.8、发明名称为“与光导纤维的具有基本球形形状的远端部分相关的方法和装置”、申请日为2012年6月19日的申请的分案申请。
本申请涉及并要求于2009年11月18日递交的序列号61/262,395的美国临时专利申请的优先权，其通过引用全部并入于此。
技术领域
实施例大致涉及医疗设备，而且特别地，涉及光导纤维的具有基本球形形状的远端部分。
背景技术
在输尿管镜手术期间，执业医生能将内窥镜(也可被称为输尿管镜)插入患者的尿路中，例如，通过导丝定位诸如肾结石或膀胱结石的不期望的物体。一旦结石被找到，光导纤维可被引入内窥镜的工作通道内并在工作通道内前进直到光导纤维接触到或紧邻结石来自例如钬(Ho)激光器的电磁辐射能通过光导纤维被指向结石以将结石打成碎块。碎块可以使用篮式工具经由工作通道被除去或者通过正常的泌尿活动被冲掉。这种类型的能最小入侵的输尿管镜手术可以在例如全身麻醉的情况下进行。
许多已知的用于输尿管镜手术的光导纤维具有带有能为相对锋利的边缘的劈开的远端。已知的光导纤维的远端边缘在输尿管镜手术期间在光导纤维在工作通道内前进时能钩住和/或切入内窥镜的工作通道的内表面(例如，内部衬里)。在一些例子中，例如，钩住能在输尿管镜手术期间导致不期望的延迟和/或导致对内窥镜的损伤(例如，不可弥补的损害)。在输尿管镜手术期间在光导纤维通过有意或偶然弯曲的工作通道的一部分前进时，已知光导纤维的远端钩住或切割内窥镜的工作通道的可能性特别高。因而，存在对于能够解决这些问题中的至少一些的光导纤维的远端部分的需要。
发明内容
在一实施例中，公开一种装置。所述装置可包括从近端延伸到远端的光导纤维。所述光导纤维可包括围绕芯层周向设置的包层和远端处的基本球形形状部分。所述装置还可包括周向设置在所述包层的第一长度上的第一涂层和周向设置在所述包层的第二长度上的第二涂层。所述第二长度可从靠近所述第一涂层的远端的区域向远端延伸。
所述装置的各种不同的实施例还可包括从所述第一长度的所述远端延伸到所述基本球形形状部分的近端的所述第二长度；从靠近所述第一长度的所述远端的区域延伸到远离所述基本球形形状部分的近端的区域的所述第二长度；所述第二长度的远端可靠近所述基本球形形状部分的远端；所述第一涂层的折射率可基本等于所述第二涂层的折射率；所述第一涂层的折射率可与所述第二涂层的折射率不同；所述第一涂层可包括第一内涂层和第一外涂层，其中所述第一内涂层被径向定位在所述第一外涂层的内部；所述第二涂层可包括第二内涂层和第二外涂层，其中所述第二内涂层被径向定位在所述第二外涂层的内部；所述基本球形形状部分的直径可大于所述包层的直径；所述装置可进一步包括定位在所述第二长度的远端和所述基本球形形状部分的近端之间的凹形部分，所述凹形部分可具有比远离所述凹形部分的部分和靠近所述凹形部分的部分的每一个的外径小的外径。
在另一实施例中，公开一种制造医疗设备的方法。所述方法可包括除去在光导纤维的远端部分处的第一涂层的一部分以使所述光导纤维的暴露部分被暴露。所述方法可还包括加热所述暴露部分的至少第一部分以使所述第一部分变形为所述暴露部分的基本球形形状部分，并且在所述加热后至少在所述暴露部分的第二部分上设置第二涂层。
所述方法的各种不同的实施例还可包括在所述第一涂层的远端和所述基本球形形状部分的近端之间设置所述第二涂层；施加所述第二涂层以使所述基本球形形状部分和所述第一涂层的远端区域被涂覆；所述加热可包括熔化所述第一部分并允许表面张力使所述熔化的第一部分变形为所述基本球形形状部分；所述方法进一步可包括通过所述光导纤维施加激光以除去在所述基本球形形状部分的远端处的所述第二涂层的一部分。
在另一实施例中，公开一种纤维光学医疗设备。所述设备可包括从近端延伸到远端的芯和围绕所述芯周向设置并从所述近端延伸到所述远端的包层。所述设备还可包括围绕所述包层周向设置并从所述近端延伸到靠近所述远端的第一端部的覆盖层和与定位在所述远端的所述芯和所述包层构成整体的基本球形光学部件。所述设备可进一步包括围绕从靠近所述第一端部延伸到所述光学部件的区域周向设置的涂层。
所述设备的各种不同的实施例还可包括与覆盖层的远端重叠的所述涂层的近端和定位在所述光学部件的近端和远端之间的所述涂层的远端；所述涂层可包括内涂层和径向定位在所述内涂层的外部的外涂层；所述基本球形光学部件的直径可大于所述包层的直径。
在一实施例中，一种装置包括具有包层和远端部分的光导纤维。所述光导纤维的所述远端部分具有基本球形形状。所述装置还包括设置在所述光导纤维的所述包层的至少一部分上的第一轴向涂层和设置在所述包层的至少一部分上并在所述第一轴向涂层和所述远端部分之间的第二轴向涂层。所述第二轴向涂层可与所述第一轴向涂层不同。
在一些实施例中，所述第一轴向涂层的折射率可基本等于所述第二轴向涂层的折射率。在一些实施例中，所述第一轴向涂层的折射率可与所述第二轴向涂层的折射率不同。在一些实施例中，所述远端部分的体积可被限定以使与沿所述光导纤维传播并传播出所述远端部分的远端表面的激光能量关联的光束轮廓在由所述远端部分的所述远端表面限定的界面处基本不被改变。
在一些实施例中，所述远端部分的直径可大于所述光导纤维的所述包层的直径。在一些实施例中，所述包层可具有氟含量，并且所述远端部分可具有氟含量。
在一些实施例中，一种方法可包括除去设置在光导纤维的远端部分上的第一轴向涂层的一部分以使所述光导纤维的第一部分和所述光导纤维的第二部分被暴露。至少所述光导纤维的所述第一部分可被加热以使所述远端部分的所述第一部分形成球形形状。在所述加热后，所述光导纤维的所述第二部分上的第二轴向涂层可被设置。所述光导纤维的所述第二部分与所述光导纤维的所述第一部分相互排斥。
在一些实施例中，所述设置可包括在所述第一轴向涂层和所述远端部分之间设置所述第二轴向涂层。在一些实施例中，所述设置可包括设置在所述光导纤维的包层的一部分上并在所述第一轴向涂层和所述远端部分之间。在一些实施例中，所述加热可包括加热以使所述远端部分的直径大于所述第二轴向涂层的直径。
在一些实施例中，所述第一轴向涂层可被从所述光导纤维的包层除去。所述第一轴向涂层可具有比所述包层的折射率低的折射率。在一些实施例中，所述第二轴向涂层可具有比所述光导纤维的包层的折射率低的折射率。在一些实施例中，所述第一轴向涂层可为丙烯酸酯涂层。所述第二轴向涂层可为丙烯酸酯涂层。
在另一实施例中，一种方法可包括第一次加热与加热元件关联的加热区内的所述光导纤维的远端部分以使可以从所述光导纤维的所述远端部分形成基本球形部分。第二次可沿所述光导纤维的纵向轴线移动所述远端部分。第三次所述光导纤维的所述远端部分可被加热以使第三次的所述球形部分的体积大于第一次的所述球形部分的体积。
在一些实施例中，所述移动可包括向远端方向移动。在一些实施例中，所述加热元件可为与熔接器关联的电极。在一些实施例中，所述球形部分的至少一部分可从与所述光导纤维的所述远端部分关联的包层被形成。
在一些实施例中，所述方法还包括在第一次加热之前除去设置在所述光导纤维的所述远端部分的芯部分外侧的所述光导纤维的所述远端部分的至少一层。在一些实施例中，所述方法还包括在第三次加热之后在所述光导纤维的包层上设置光学层。所述光学层可具有比与所述光导纤维的芯部分关联的折射率低的折射率。
在一些实施例中，所述方法还可包括在第二次加热后在所述光导纤维的包层上设置光学层，所述光学层可与所述球形部分的近端的侧壁接触。在一些实施例中，所述方法还可包括在第一次加热之前从所述光导纤维的所述远端除去第一层。所述第一层可具有比与所述光导纤维关联的折射率低的折射率。在第二次加热后可在所述光导纤维上设置第二层。所述第二层可具有与所述第一层的折射率基本相等的折射率。
在另一实施例中，一种装置包括可与内窥镜关联的光导纤维。所述装置还可包括可具有基本球形形状的被联接到所述光导纤维的远端部分的光学部件。所述光学部件的体积可被限定以使与所述光导纤维和所述光学部件关联的光束轮廓的第一部分可具有与所述远端部分远端的并在其外侧的所述光束轮廓的第二部分的焦距基本相同的焦距。所述光束轮廓的所述第一部分可具有与所述光束轮廓的所述第二部分的光束宽度基本相等的光束宽度。
在一些实施例中，所述光束轮廓的所述第一部分的光束宽度可基本等于所述光导纤维的芯的直径。在一些实施例中，所述光束轮廓可为基本一致的。在一些实施例中，从所述光导纤维的所述近端传输的激光能量可以限定所述光束轮廓。所述远端部分的体积可被限定以使所述激光能量的圆周部分在由所述远端部分的远端表面限定的界面基本不被折射。
在一些实施例中，所述远端部分的直径可大于所述光导纤维的直径。在一些实施例中，所述光导纤维可具有设置在所述光导纤维的芯部分外侧的氟化包层。在一些实施例中，所述远端部分具有氟含量。在一些实施例中，所述光导纤维可具有石英芯。
在另一实施例中，一种装置可包括具有远端部分、第一轴向部分和设置在所述第一轴向部分和所述远端部分之间的第二轴向部分的光导纤维。所述远端部分可具有基本球形形状。所述装置还可包括具有比所述光导纤维的所述第一轴向部分的芯的外径小且比所述远端部分的外径小的直径的所述第二轴向部分的芯。
在一些实施例中，所述远端部分的外径可大于所述光导纤维的所述第一轴向部分的所述芯部分的外径。权利要求书的所述装置可还包括设置在所述光导纤维的所述第一轴向部分上的包层。在一些实施例中，所述装置还包括设置在所述光导纤维的所述第一轴向部分上的包层。所述光导纤维构件的所述第二轴向部分可限定设置在所述包层的远端和所述远端部分的近端表面之间的凹部。
在一些实施例中，所述第二轴向部分可具有凹形部分。在一些实施例中，所述装置还可包括设置在所述第二轴向部分的所述凹形部分上的包层。在一些实施例中，所述光导纤维可具有与内窥镜关联的石英基光导纤维。在一些实施例中，所述远端部分可从所述光导纤维的远端部分被形成。
附图说明
图1为根据实施例的例示设置在由内窥镜管限定的腔内的光导纤维的远端部分的侧视图的示意图。
图2A为根据实施例的例示设置在热源的加热区内的光导纤维的远端部分的透视图的示意图。
图2B为根据实施例的例示在第一加热循环期间被加热后的光导纤维的远端部分的透视图的示意图。
图2C为根据实施例的例示在远端部分的至少一部分在加热区内向远端移动后的光导纤维的远端部分的透视图的示意图。
图2D为根据实施例的例示在第二加热循环期间被加热后的光导纤维的远端部分的透视图的示意图。
图2E为根据实施例的例示已在光导纤维的远端形成基本球形形状部分后的光导纤维的远端部分的透视图的示意图。
图3为根据实施例的例示一种用于制备光导纤维的具有基本球形形状的远端部分的方法的流程图。
图4为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件的光导纤维的透视图的示意图。
图5为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件的光导纤维的侧视横截面视图的示意图。
图6为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件的光导纤维的侧视横截面视图的示意图。
图7为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件的光导纤维的侧视横截面视图的示意图。
图8为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件的光导纤维的侧视横截面视图的示意图。
具体实施方式
为了在此描述的设备和方法大致涉及一种配置用于治疗患者身体的目标治疗区域的光导纤维。具体地，当光导纤维被设置在内窥镜内时，光导纤维可被用于将激光能量从激光源传输到目标治疗区域。光导纤维的一端(近端部分)可被联接到激光源，而光导纤维的另一端(远端部分)可被插入到患者体内以提供激光治疗。光导纤维可包括：例如，纤维芯、围绕纤维芯设置的一个或多个包层、围绕包层设置的缓冲层和套层(围绕缓冲层设置)。在一些实施例中，缓冲层可被称为包层。套层还可被称为套或套涂层，而且缓冲层可被称为缓冲涂层。
光导纤维的远端部分可具有基本球形形状。在一些实施例中，光导纤维远端部分的基本球形形状也可被称作光学部件。在一些实施例中，可使用热源(例如，熔接器)加热光导纤维的远端部分，直到形成期望的基本球形形状。在一些实施例中，光导纤维的远端部分的外径可大于光导纤维的另一部分(例如，光导纤维的包层)的外径。
在一些实施例中，光导纤维可包括设置在光导纤维的包层的至少一部分上的第一轴向涂层和设置在包层的至少一部分上的第二轴向涂层。轴向涂层可为周向围绕光导纤维的至少一部分的涂层。第二轴向涂层在远端部分已经形成为基本球形形状后可被设置在第一轴向涂层与远端部分之间。在一些实施例中，第二轴向涂层可具有与第一轴向涂层基本相同的性能或不同的性能。在一些实施例中，远端部分的体积可被限定以使与沿光导纤维传播并传播出远端部分的远端表面的激光能量关联的光程在由光导纤维的远端部分的远端表面限定的界面处基本不被折射。
在一些实施例中，在此描述的设备和方法可被用于治疗与被称为良性前列腺增生(BPH)的疾病相关的症状，例如，肾结石和/或前列腺增大。具体地，来自钬钇铝石榴石(Ho:YAG)激光器的激光能量可通过光导纤维传播以除去肾结石和/或梗阻性前列腺组织。钬钇铝石榴石外科用激光器为发射大约2100纳米(nm)波长的光的固态脉冲激光器。这种波长的光由于其被水强烈吸收而对于例如组织切除特别有用。钬钇铝石榴石激光器的优点是它们可被用于组织切除和凝结两者。
应该注意，如在本书面说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式的“一”(a)、“一”(an)和“所述”(the)包括复数对象，除非上下文明确指示外。因此，例如，术语“波长”(awavelength)意欲表示单个波长或波长的组合。而且，用语“近端”和“远端”分别指靠近和远离将医疗设备插入患者内的操作者(例如，执业医生、护士、技术人员等)的方向。因此，例如，插入患者体内的光导纤维的端部可为光导纤维的远端，而患者体外的光导纤维的端部可为光导纤维的近端。
图1为根据实施例的例示设置在由内窥镜管140限定的腔144内的光导纤维100的远端部分110的侧视图的示意图。如图1通过内窥镜管140内的切口A所示，光导纤维100的远端部分110具有基本球形形状。由于光导纤维100的远端部分110具有基本球形形状，所以光导纤维100的远端部分110例如可在不钩住限定内窥镜管140的腔144的内表面146的情况下在腔144内沿远端方向B移动(例如，前进)。具体地，远端部分110的光滑远端表面可在光导纤维100的远端部分110被移动时沿着内窥镜管140的内表面146滑动。在一些实施例中，内表面可与整体的内部衬里或分离的内部衬里关联。
光导纤维100具有设置在包括球形形状远端部分100的光导纤维100的整个长度内并基本沿着其整个长度设置的纤维芯。在光导纤维100的远端部分110的近端，光导纤维100具有外层170，外层170设置在纤维芯外部并可包括：例如，一个或多个套层、一个或多个缓冲层(其可用作包层或唯一的包层)和/或一个或多个包层(图1中未示出)。在一些实施例中，套层(例如，聚合物基层)、包层和/或缓冲层也围绕光导纤维100的远端部分110的至少一部分设置。在一些实施例中，球形形状的远端部分110可由与纤维芯或纤维芯和一个或多个包层关联的材料制成。换句话说，球形形状的远端部分100可由纤维芯的一部分或纤维芯的一部分和一个或多个包层的一部分的混合物制成。
在一些实施例中，光导纤维100可为石英基光导纤维。例如，纤维芯可为纯石英纤维，围绕纤维芯设置的包层可为掺杂石英包层。在一些实施例中，可使用掺杂剂(例如，氟掺杂剂、氯掺杂剂、稀土掺杂剂、锗掺杂剂、碱金属掺杂剂、碱金属氧化物掺杂剂等)掺杂光导纤维100的包层。包层可为可由硬聚合物或石英制成的单个包层或双包层。缓冲层(其可用作包层)例如可由硬聚合物或丙烯酸酯制成。当光导纤维100的外层170包括套层时，套层可由乙烯-四氟乙烯共聚物()制成，或者例如可由其他聚合物基物质制成。
在一些实施例中，纤维芯可由用于传输来自激光源(未示出)的激光能量的适合的材料制成。在一些实施例中，例如，纤维芯可由具有低的羟基(OH-)离子残留浓度的石英制成。波长范围从大约500nm到大约2100nm的激光能量可在外科手术期间在光导纤维100的纤维芯内传播。在Kume的7,169,140号的美国专利中描述了用于医疗设备的低羟基(低-OH)纤维的实例，该公开通过引用全部并入于此。纤维芯可为多模纤维芯并可具有阶跃或渐变的指数分布。还可使用掺杂剂(例如，放大掺杂剂)掺杂纤维芯。在一些实施例中，激光能量可以从激光源经由诸如在2008年12月19日递交的名称为“与输尿管镜激光能量传送设备的发射连接器部分有关的方法和装置”的序列号12/340,350的美国专利申请中描述的连接器(例如，发射连接器)传输到(例如，发射到)纤维芯中，所述美国专利通过引用全部并入于此。
内窥镜管140的腔144还可被配置用于接收各种医疗设备或工具，诸如例如，冲洗和/或吸引设备、镊子、钻头、勒除器、针等。在一些实施例中，内窥镜管140可限定除腔144之外的一个或多个腔，通过这些腔可以接收一个或多个医疗设备。在Daniels等的6,296,608号的美国专利中描述了这种具有多个腔的内窥镜管140的实例，其公开内容通过引用全部并入于此。在一些实施例中，流体通道(未示出)可由内窥镜管140限定并在近端被联接到流体源(未示出)。流体通道可在基于激光的外科手术期间被用于冲洗患者身体的内部。在一些实施例中，目镜(未示出)可被联接到例如内窥镜管140的近端部分，并被联接到可被设置在内窥镜管140的腔(例如，腔144)内的光导纤维(未示出)的近端部分。这样的实施例能够允许执业医生通过目镜查看患者身体的内部。
图2A到2E为根据实施例的例示用于制造具有基本球形形状的远端部分210的方法的示意图。使用加热源28加热远端部分210直到远端部分210变软(例如，流动)并形成基本球形形状。基本球形形状可由与远端部分210的软化材料关联的表面张力限定。加热源28可为例如二氧化碳(CO2)激光源、电弧源和/或气体加热源。加热源28可被包括在例如熔接器内。加热源28可具有可围绕远端部分210的不同侧设置(即设置在围绕远端部分210的周边的至少两个不同的位置)的一个或多个元件(例如，电弧元件、电加热元件)。
图2A为根据实施例的例示设置在热源28的加热区29内的光导纤维200的远端部分210的透视图的示意图。具体地，远端部分210的劈开的远端212被设置在与加热源28关联的加热区29内。劈开的远端212可使用例如刻划并断裂的方法和/或切裁装置而被限定。在一些实施例中，劈开的远端212可为基本平坦和/或抛光的。光导纤维200的远端部分210可与设置在光导纤维200的远端部分210外部的光导纤维200的其他部分相互排斥。
如图2A所示，光导纤维具有纤维芯254(例如，基本纯石英纤维芯)和围绕纤维芯254周向设置的包层252(例如，氟掺杂包层)。在远端部分210的劈开的远端212的近端，缓冲层274(例如，丙烯酸酯层)和套层272(例如，由聚合物基材料制成的套层)围绕包层252而被设置。缓冲层274和套层272的一部分已被从远端部分210剥去，以暴露光导纤维100的远端部分210的包层252(如图2A所示)。在一些实施例中，包层252可被化学地和/或机械地剥去，以暴露纤维芯254的至少一部分。
由于远端部分210的劈开的远端212被加热(例如，在加热循环期间被加热)并变成基本球形形状，远端部分210的长度可减少。具体地，远端部分210的材料从圆柱形形状被变成基本球形形状。远端部分210的劈开的远端212可如图2A所示的被放置在加热区29的远端部分内，使得尽管远端部分210变短，远端部分210的至少一部分在加热源28内被加热的持续时间可被增加。
图2B为根据实施例的例示在关于图2A讨论的第一加热循环期间被加热后的光导纤维200的远端部分210的透视图的示意图。如图2B所示，光导纤维200的远端部分210对由加热源28施加的热做出反应而已形成球形形状256。同样如图2B所示，光导纤维200的远端部分210在长度上已减少(与图2A中示出的长度相比)。
在一些实施例中，光导纤维200的远端部分210在第一加热循环期间(例如，单个加热循环)可被加热直到远端部分210具有指定的形状和/或指定的长度。在一些实施例中，第一加热循环可以基于诸如基于例如理论数据和/或经验数据限定的温度和/或持续时间的一个或多个参数值而被限定。在一些实施例中，理论数据和/或经验数据可与诸如光导纤维尺寸、光导纤维热性能、光导纤维材料性能等等的纤维特性有关。
图2C为根据实施例的例示在远端部分210的至少一部分在加热区29内向远端(如方向P所示)移动后的光导纤维200的远端部分210的透视图的示意图。光导纤维200的远端部分210可在结合图2B讨论的第一加热循环完成后被移动。
图2D为根据实施例的例示在第二加热循环期间被加热后的光导纤维200的远端部分210的透视图的示意图。第二加热循环可在如结合图2C讨论的光导纤维200的远端部分210向远端移动后被执行。如图2D所示，光导纤维200的远端部分210具有在第二加热循环期间形成的基本球形形状部分258。尽管可形成任何尺寸的球形部分，但是在一些实施例中，基本球形形状部分258可具有大约300微米到大约600微米之间的直径。如图2D所示，光导纤维200的包层252的一部分Q在基本球形形状部分258形成后(并且在第二加热循环后)保持暴露。该部分Q可被称为残留暴露部分Q。在一些实施例中，如果包层252先前已被剥去，残留暴露部分Q可为纤维芯254的外表面。
基本球形形状部分258具有一定体积的基本由光导纤维200的远端部分210(例如，纤维芯252、包层254)的材料制成的材料。在一些实施例中，远端部分210的相对少量的材料在第一加热循环和/或第二加热循环期间被除去(例如，燃烧，升华)。
与第一加热循环类似，光导纤维200的远端部分210在第二加热循环期间可被加热直到远端部分210具有指定的形状(例如，基本球形形状部分258的指定体积)和/或指定的长度。在一些实施例中，第二加热循环可以基于诸如基于例如理论数据和/或经验数据限定的温度(例如，高于1300°F的温度)和/或持续时间(例如，短于1秒的时间段、长于1秒的时间段、持续若干分钟的时间段)的一个或多个参数值而被限定。在一些实施例中，温度可以基于加热源28的功率设定(例如，瓦数设定、大致20毫安培的功率设定)而被确定。在一些实施例中，理论数据和/或经验数据可与诸如光导纤维尺寸、光导纤维热性能、光导纤维材料性能等等的纤维特性有关。在一些实施例中，可用于限定第二加热的参数值可不同于用于限定第一加热循环的参数值。在一些实施例中，光导纤维200的远端部分210可以在远端部分210在第一加热循环和/或第二加热循环期间在加热区29内被加热源28加热的同时围绕光导纤维200的远端部分210的纵向轴线D(或中心线)旋转。
在一些实施例中，光导纤维200的远端部分210可在一个或多个加热循环之前、之后和/或期间被移动一次或多次(例如，旋转，向近端方向移动，向远端方向移动)直到远端部分210具有期望的球形(或基本球形)形状。移动可以是连续的、周期的或随机的。例如，光导纤维的远端部分可在加热区内向远端方向连续移动(例如，逐渐移动)和/或被旋转直到形成期望的球形(或基本球形)形状。在一些实施例中，例如，光导纤维的远端部分可仅在两个加热循环期间被移动，并且在两个加热循环之间不被移动。加热循环之间的时间段可为指定的持续时间(例如，短于1秒的时间段、长于1秒的时间段、持续若干分钟的时间段)。
尽管两个加热循环被描述为被用于形成基本球形形状部分258，在一些实施例中可使用不同数目的加热循环。例如，在仅使用一个加热循环的实施例中，基本球形形状部分258可通过在一个加热循环中加热远端部分210预定量的时间而被形成，诸如例如，大约5秒。在一些实施例中，可使用例如反馈控制回路和/或前馈控制回路动态地改变一个或多个加热循环(例如，第一加热循环、第二加热循环)。例如，可在第一加热循环期间基于光导纤维200的远端部分210的形状改变(例如，逐渐增加)第一加热循环内的温度。在一些实施例中，可以基于例如光导纤维200的远端部分210的性能(例如，尺寸、材料类型、电性能)限定加热循环和/或移动。在一些实施例中，一种用于在光导纤维200的远端部分210制造基本球形形状的方法可包括例如在例如第一加热循环后塑性地调整光导纤维200的远端部分210的冷却循环。
图2E为根据实施例的例示在光导纤维200的远端210已经形成基本球形形状部分258后的光导纤维200的远端部分210的透视图的示意图。如图2E所示，缓冲层284设置在缓冲层274和在光导纤维200的远端部分210的基本球形形状部分258之间。同样，套层282设置在套层274(虚线所示)和光导纤维200的远端部分210的基本球形形状部分258之间。缓冲层284和套层282可围绕光导纤维200的远端部分210的纵向轴线D(或中心线)周向设置以例如覆盖残留暴露部分Q，例如使得其可以被保护。缓冲层284和套层282可以围绕光导纤维200的远端部分210的纵向轴线D(或中心线)周向设置以例如阻止通过光导纤维200传播的激光能量被传输出光导纤维200的包层252(例如，残留暴露部分Q)。
在一些替代实施例中，只有缓冲层284或只有套层282在已经形成基本球形形状部分258后围绕光导纤维200的残留暴露部分Q而被设置。可以使用沉积工艺围绕光导纤维200的残留暴露部分Q设置缓冲层284和/或套层282。在一些实施例中，缓冲层284可具有与缓冲层274不同的折射率和/或厚度。在一些实施例中，缓冲层284可由与缓冲层274不同的材料制成。在一些实施例中，套层282可具有与套层272不同的折射率和/或厚度。在一些实施例中，套层282可由与套层272不同的材料制成。
在一些实施例中，一个或多个缓冲层和/或一个或多个套层可在已经形成基本球形形状部分258后被至少部分地围绕光导纤维200的残留暴露部分Q设置。在一些实施例中，套层282和/或缓冲层284可共同被称为涂层段(例如，第一涂层段)，其不同于与套层272和/或缓冲层274关联的涂层段(例如，第二涂层段)。
图3为根据实施例的例示一种用于制造光导纤维的具有基本球形形状的远端部分的方法的流程图。在300处，具有劈开的远端的光导纤维被接收。光导纤维可包括例如纤维芯、围绕纤维芯设置的一个或多个包层、围绕包层设置的一个或多个缓冲层和/或一个或多个套层(围绕缓冲层设置)。
在310处，至少一层(例如，套层)从光导纤维的远端部分被除去(例如，被剥去)，使得光导纤维的远端部分的一部分(例如，包层)被暴露。从光导纤维的远端部分除去的层可被称为除去层。在一些实施例中，远端在涂层被除去后可被劈开。
在320处，光导纤维的远端部分的暴露部分被放置在与的加热源关联的加热区。该加热区可为熔接器内的加热区。光导纤维的远端部分的暴露部分基于加热循环被加热，以使在330处形成基本球形形状的至少一部分。
在340处，基本球形形状的该部分在加热循环期间在加热区内被移动直到获得基本球形形状的目标体积。可以使用例如目视检查或与在光导纤维的远端部分的基本球形形状关联的光学特性确定是否已经获得目标体积。结合图4至图7描述与光导纤维的远端部分的光学特性有关的更多的细节。在一些实施例中，基本球形形状部分的加热循环和移动可被限定以使获得基本球形形状的目标体积。
在350处，在已经获得基本球形形状部分的目标体积后，至少一个涂层可被设置在光导纤维的暴露部分的至少一部分上。设置在光导纤维的暴露部分上的层可被称为设置层。设置层可不同于除去层。例如，设置层可具有与除去层不同的性能(例如，光学性能)和/或特性(例如，厚度)。
图4为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件458的光导纤维400的透视图的示意图。光学部件458在光导纤维400的远端部分410处。如图4所示，光导纤维400具有第一段涂层480和第二段涂层482。第二段涂层482可设置在第一段涂层480的远端并且可在已经形成光学部件458后被设置。
如图4所示，光导纤维400与光束轮廓Z关联，光束轮廓Z在光学部件458内具有宽度Y并在光学部件458的外部具有宽度X。光束轮廓Z也可以由光程的集合或一束光程限定。尽管光束轮廓Z用平行线显示，应该理解，光束轮廓Z可以在远端方向上稍微地发散或聚集。从例如激光能量源发射的激光能量可在光导纤维400内并沿着光束轮廓Z传播。如图4所示，宽度Y和宽度X基本相等。换句话说，因为远端表面459可以相对于光束轮廓相对平坦，光束轮廓Z的宽度可以基本不被由光学部件458的远端表面459和光学部件458外部的介质(例如，空气、水)限定的界面W改变。
在一些实施例中，光学部件458的表面459的曲率半径被限定以使与界面W近端的光束轮廓Z的第一部分L关联的焦距和与界面W远端的光束轮廓Z的第二部分M关联的焦距相同。在一些实施例中，与界面W近端的光束轮廓Z的第一部分L关联的第一焦距可不同于与界面W远端的光束轮廓Z的第二部分M关联的第二焦距。第一焦距和第二焦距例如可分开指定距离。在一些实施例中，第一焦距和第二焦距的差与期望的操作距离相比相对较小。操作距离可为在外科手术期间使用光导纤维400时光学部件458的远端表面459与目标物体(未显示)之间的距离。在一些实施例中，期望的操作距离可少于1cm。在一些实施例中，光束轮廓Z的第二部分M的焦距与期望的操作距离相比可相对较长(例如，大于期望的操作距离的100倍)。在一些实施例中，光学部件458的表面459的曲率半径可被限定以使光束轮廓Z的第二部分M为基本平行。
在一些实施例中，光学部件458的尺寸(和光学部件458的表面459的曲率半径)可被限定以使光束轮廓Z具有基本恒定的宽度或者改变指定量的宽度。例如，光学部件458的体积可被限定以使远端表面459相对平坦，并且光束轮廓Z可在指定距离具有与宽度Z基本相等的宽度Y。在一些实施例中，光学部件458的远端表面459可被抛光以使其基本平坦。
图5为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件558的光导纤维500的侧视横截面视图的示意图。光导纤维500具有纤维芯576和围绕纤维芯576周向设置的两个涂层段，两个涂层段为涂层段514和涂层段516。涂层段516的至少一部分被设置在涂层段514(涂层段514的远端)与光学部件558之间。如图5所示，涂层段516的至少一部分靠近光学部件558的远端。在一些实施例中，涂层段516的该部分可与光学部件558的至少一部分接触。在一些实施例中，涂层段516可在已经形成光学部件558后被围绕纤维芯576设置。
涂层段514包括包层574、缓冲层572和套层570，涂层段516类似地包括包层584、缓冲层582和套层580。涂层段514的一个或多个部分可具有与涂层段516的一个或多个部分不同的性能。例如，在一些实施例中，与涂层段514相关的层的至少一层(例如，包层574)的折射率和/或厚度可和与涂层段516关联的层的至少一层(例如，包层584)的折射率和/或厚度基本相同或不同。在一些实施例中，设置在光学部件和第二涂层段之间的第一涂层段可具有的层的数目不同于与第二涂层段关联的层的数目。
如图5所示，激光能量R的一部分沿着纤维芯576朝向界面I传播，而且激光能量R的至少一部分在由光学部件558的远端表面559和光学部件558外部的介质(例如，空气)限定的界面I处被背反射。背反射激光能量显示为激光能量S并可被称为背反射激光能量S。在一些实施例中，激光能量S可为根据菲涅尔反射(Fresnel reflection)的背反射激光能量。如图5所示，背反射激光能量S在没有撞击涂层段516的任何部分(例如，部分518)的情况下传播出光学部件558。在一些实施例中，由于激光能量被背反射并在没有撞击涂层段516的任何部分的情况下传播出光学部件558，故背反射激光能量S可被称为背反射/逸出激光能量。在一些实施例中，激光能量R的一小部分(例如，少于10％、多于10％)可如同激光能量S那样被背反射。
在一些实施例中，可基于激光能量的期望的背反射(例如，背反射的期望的水平，背反射的期望的角度)限定光学部件558的体积。例如，光学部件558的体积可被限定以使入射在界面I的指定区域的一些激光能量(诸如激光能量R)将被背反射并在没有撞击涂层段516的任何部分的情况下传播出光学部件558(诸如激光能量S)。例如，如果功率密度水平超过临界水平，撞击涂层段516的一部分的激光能量可促使涂层段516的该部分燃烧。光学部件558的体积可被限定以使在界面I的指定区域上入射的激光能量(诸如激光能量T)在不传播出光学部件558的情况下(和/或在不传播进入一个或多个与涂层段516关联的层的情况下)将被背反射(如激光能量U所示)。在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使在光导纤维500内向远端方向传播的激光能量的指定部分(例如，指定百分比)在不传播出光学部件558的情况下(和/或在不传播进入一个或多个与涂层段516关联的层的情况下)将被背反射。
纤维芯576的纵向轴线和激光能量朝向界面I传播的方向之间的角度可被称为临界角。激光能量T的临界角在图5中显示为Ac。纤维芯576的纵向轴线和背反射激光能量的方向之间的角度可被称为反射角。激光能量U的反射角在图5中显示为反射角AR。尽管没有显示，在一些实施例中，垂直于激光能量入射处的界面I的轴线和激光能量朝向界面I传播的方向之间的角度可被称为入射角。在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使朝向界面I传播并具有指定范围临界角(例如，临界角范围为20°和50°之间)的激光能量的全部(或指定部分的)将为背反射/逃逸激光能量和/或在没有以不期望的方式撞击(和/或燃烧)段516的情况下背反射进入纤维芯576的激光能量。在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使具有指定范围反射角(例如，反射角范围为20°和50°之间)的背反射激光能量(诸如激光能量U)的全部(或指定部分的)将不会以不期望的方式撞击(和/或燃烧)段516。
在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使背反射/逃逸的激光能量(诸如背反射激光能量S)与背反射进入纤维芯576的激光能量(诸如背反射激光能量U)的比率能为(例如，大约为)高于或低于指定值。在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使背反射/逃逸的激光能量(诸如背反射激光能量S)与被背反射并以不期望的方式撞击段516的一部分的激光能量的比率能为(例如，大约为)高于或低于指定值。在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使背反射进入纤维芯576的激光能量(诸如背反射激光能量U)与被背反射并以不期望的方式撞击段516的一部分的激光能量的比率能为(例如，大约为)高于或低于指定值。
在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使界面I的一个或多个特性能与光导纤维的纵切的(例如，劈开的)端部(未示出)基本相同。具体地，光学部件558的体积可被限定以使在界面I处被背反射的激光能量以基本类似于激光能量从例如纵切纤维的纤维-空气界面背反射的方式(例如，成角度、以一定背反射数值孔径)被反射。
在一些实施例中，光学部件558的体积可被限定以使通过光导纤维500传播并传播出光导纤维500的光学部件558的激光能量的光束轮廓F将如图5所示在界面I的近端(在光导纤维500内)和在界面I的远端(光导纤维500的外部)基本不被改变。换句话说，光束轮廓F在界面I的远端和界面I的近端可具有基本相同的宽度J。在一些实施例中，光学部件的体积可被限定以使光学部件的外径大于围绕光导纤维的一个或多个涂层段的外径。
图6为根据实施例的具有基本球形形状的光学部件658的光导纤维600的侧视横截面视图的示意图。光导纤维600具有套层680、缓冲层682、包层684和纤维芯686。如图6所示，激光能量G1沿着纤维芯686传播并在由光学部件658的远端表面和光学部件658外部的介质(例如，空气)限定的界面P被背反射。背反射激光能量显示为激光能量G2(可被称为背反射激光能量G2)。
纤维芯686具有设置在纤维芯686的轴向部分620(也可被称为直轴向部分620)和光学部件658之间的凹形轴向部分622。纤维芯686的凹形轴向部分622具有比在纤维芯686的凹形轴向部分622近端的纤维芯686的轴向部分620的外径小的外径N。具体地，纤维芯686的凹形轴向部分622具有限定在激光能量G2被反射为激光能量G3处的界面O的一部分的弯曲的凹形的形状。凹形轴向部分622被限定以使激光能量G2改向为激光能量G3，使得激光能量G2可不会传播出纤维芯686和/或不会撞击例如套层680、缓冲层682和/或包层684。
在一些实施例中，纤维芯686的凹形轴向部分622可具有与图6所示的形状不同的形状。例如，纤维芯686的凹形轴向部分622可具有一个或多个平坦部分(例如，平坦侧壁)和/或一个或多个凸形部分(例如，一个或多个突出)。在一些实施例中，光导纤维的纤维芯可具有从纤维芯突出的(而不是被凹进去)轴向部分。该轴向部分可被配置用于使已在光学部件的远端的界面被背反射的激光能量改向。
在一些实施例中，可使用机械加工和/或化学侵蚀工艺形成纤维芯686的凹形轴向部分622。例如，纤维芯686可被抛光直到形成纤维芯686的凹形轴向部分622。在一些实施例中，可使用加热拉拔工艺形成凹形轴向部分622。例如，可使用加热元件加热光学部件686近端的纤维芯686的一部分，并向远端的方向拉光学部件658直到形成纤维芯686的凹形轴向部分622。
尽管没有示出，在一些实施例中，纤维芯686的凹形轴向部分622可具有套层、缓冲层和/或包层。套层、缓冲层和/或包层可在已形成纤维芯686的凹形轴向部分622后被设置在凹形轴向部分622上。在一些实施例中，凹形轴向部分可由光导纤维的纤维芯的至少一部分和/或诸如例如光导纤维的包层的光导纤维的不同部分被形成。在这样的实施例中，凹形轴向部分可具有纤维芯和包层的混合物的成分。
图7为根据另一实施例的具有基本球形形状的光学部件758的光导纤维700的侧视横截面视图的示意图。如一些前面的实施例，光导纤维700包括已经被劈开以暴露围绕纤维芯786周向设置的包层784的套层780和缓冲层782。可通过在光导纤维700的远端部分熔化包层784和纤维芯786而在劈开的光导纤维700的远端形成基本球形形状的光学部件758。可通过熔化光导纤维700的一部分并允许表面张力将熔化的材料拉成基本球形形状而形成光学部件758。参照图2A-2E描述的工艺或不同的工艺可被用于形成光学部件758。在一些实施例中，套层780外部的光导纤维700的暴露部分710可具有大约3mm和大约7mm之间的长度L。在一些实施例中，一个或多个涂层可被施加在暴露部分710上。这些涂层可保护光导纤维700免受可导致光导纤维700脆化的湿气。
在一些实施例中，两个涂层可被施加于暴露部分710的表面。这两个涂层可包括第一涂层762和第二涂层764。这些涂层可由聚合物或丙烯酸材料制成。在一些实施例中，诸如聚合物包覆树脂(例如，PC-370)和Klear shield2-2002的材料可被用作涂层材料。在一些实施例中，PC-370可被用作内涂层，Klear shield材料可被用作外涂层，而在其它一些实施例中，它们的顺序可反转。在一些实施例中，其它聚合物材料可被用作涂层材料。
第一涂层762和第二涂层764可基本覆盖包括光学部件758的暴露部分710的整个表面。在一些实施例中，这些涂层可与套层780的劈开的远端部分重叠以形成重叠区域768。尽管该重叠区域768通常可具有任何长度，在一些实施例中，重叠区域的长度可在大约1mm和大约5mm之间。尽管在图7中图示具有两个涂层的光导纤维700，这仅为示例性的，而且其它实施例可具有不同数量的涂层。例如，在一些实施例中，可仅存在一个涂层(诸如例如，第一涂层762或第二涂层764中的一个)，而在其它实施例中可存在多于两个涂层。
可通过将光导纤维700的远端部分连续浸入涂层材料中并随后固化被涂覆的光导纤维而在光导纤维700上形成第一涂层762和第二涂层764。为了形成第一涂层762，在一些实施例中，涂层材料(诸如例如，Efiron聚合物包覆PC-370)可被加热到大约50℃和60℃之间。光导纤维700的远端部分可以例如大约0.25英寸/秒(in/sec)的速率被浸入涂层材料。被涂覆的光导纤维700可随后以例如大约0.25英寸/秒的速率从涂层材料抽回。被涂覆的光导纤维700可进一步被固化以使涂层变硬。涂层可通过使用紫外线(具有例如大约250nm或更少的波长)或通过任何其他已知技术而被固化。类似或不同的工艺可被用于在第一涂层762上形成第二涂层764。应该强调，所描述的形成涂层的方法仅为示例性的，而且在一些实施例中，可会接着不同的工艺。
图8为根据另一实施例的具有基本球形形状的光学部件858的光导纤维800的侧视横截面视图的示意图。图8的光导纤维800可与图7的光导纤维700类似，而且可包括在远端的基本球形的光学部件858。光导纤维800还可包括被劈开以将暴露部分暴露的套层880和缓冲层882和围绕纤维芯886设置的包层884。如图7的实施例，图8的光学部件858还可通过熔化在远端的包层884和纤维芯886的一部分而被形成。图8的光导纤维800还可包括涂覆在光导纤维800的暴露部分810的区域的第一涂层862和第二涂层864以在套层880的远端形成重叠区域868。光学部件858的外表面的一部分诸如例如远端末端部分866可通过第一涂层862和第二涂层864而被暴露。在一些实施例中，该远端末端部分866可具有基本环形形状。在一些实施例中，基本环形末端部分866可具有与纤维芯886(或者包层884与纤维芯886的组合的直径)基本相同的直径。尽管远端末端部分866可以任何方式被形成，在一些实施例中，在形成第一涂层862和第二涂层864后，可通过光导纤维800发射激光以烧掉远端末端部分866的涂层。
尽管上面已经描述各种不同的实施例，应该理解，它们被描述仅仅为示例而非限制。例如，在此描述的光导纤维可以包括不同实施例所述的部件和/或特征的各种结合和/或亚结合。尽管参照用于肾结石和/或BPH相关的症状的治疗进行描述，应该理解，光导纤维和使用光导纤维的方法可被用于其它医疗疾病的治疗。本发明的其它实施例通过考虑在此所公开的发明的说明书和实践对于本领域技术人员将变得显而易见。其旨在，说明书和实例仅被作为示例性的，本发明的真正的范围通过所附权利要求书指示。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
光导纤维，其具有近端和具有基本球形形状部分的远端；
包层，其围绕所述光导纤维周向设置；
第一涂层段，其周向设置在所述包层的第一长度上；以及
第二涂层段，其周向设置在所述包层的第二长度上以及所述第一涂层段的至少一部分上以形成重叠区域，在所述重叠区域中，所述第二涂层段相对于所述光导纤维的纵向轴线被径向定位在所述第一涂层段的外部，其中，所述第二涂层段延伸至所述光导纤维的远端以覆盖所述光导纤维的远端的基本球形形状部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述重叠区域具有1mm至5mm之间的长度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二涂层段包括第二内涂层和第二外涂层，所述第二内涂层被径向定位在所述第二外涂层内部。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第二内涂层和第二外涂层中的每个均包括丙烯酸或聚合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一涂层段终止于距所述光导纤维的最远端3mm至7mm之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一涂层段包括套层和缓冲层。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一涂层段的折射率与所述第二涂层段的折射率不同。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述基本球形形状部分的直径大于所述包层的直径。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述光导纤维包括与所述基本球形形状部分整体成型的芯。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述基本球形形状部分的表面的曲率半径被限定使得通过芯传播的能量的光束的焦距不同于通过所述基本球形形状部分的远端的表面发射的能量的光束的焦距。
11.一种装置，包括：
光导纤维，其具有近端和具有基本球形形状部分的远端；所述光导纤维包括围绕芯层周向设置的包层；
第一涂层段，其沿所述包层的第一长度周向设置；以及
第二涂层段，其沿所述包层的第二长度周向设置并且延伸到具有基本球形形状部分的远端以覆盖所述光导纤维的远端的基本球形形状部分，
其中，所述基本球形形状部分的表面的曲率半径被限定使得通过芯传播的能量的光束的焦距与通过所述基本球形形状部分的远端的表面发射的能量的光束的焦距基本相同。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一涂层段的折射率与所述第二涂层段的折射率不同。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述芯与所述基本球形形状部分整体成型。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述基本球形形状部分的直径大于所述包层的直径。
15.根据权利要求11所述的装置，其中所述第二涂层段包括第二内涂层和第二外涂层，所述第二内涂层被径向定位在所述第二外涂层内部。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第二内涂层和第二外涂层中的每个均包括丙烯酸或聚合物中的至少一种。
17.一种装置，包括：
光导纤维，其具有近端和具有基本球形形状部分的远端；所述光导纤维包括围绕芯层周向设置的包层；
第一涂层段，其沿所述包层的第一长度周向设置，其中，所述第一涂层段包括套层和缓冲层；以及
第二涂层段，其沿所述包层的第二长度周向设置并且设置在第一涂层段的至少一部分上以形成重叠区域，在所述重叠区域中，所述第二涂层段相对于所述光导纤维的纵向轴线被径向定位在所述第一涂层段的外部，其中，所述第二涂层段包括第二内涂层和第二外涂层，所述第二内涂层被径向定位在所述第二外涂层内部，所述第二涂层段延伸至所述光导纤维的远端以覆盖所述光导纤维的远端的基本球形形状部分；
其中所述基本球形形状部分的外径大于所述第二涂层段的外径。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一涂层段的折射率与所述第二涂层段的折射率不同。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述芯与所述基本球形形状部分整体成型。
20.根据权利要求17所述的装置，其中所述第二内涂层和第二外涂层中的每个均包括丙烯酸或聚合物中的至少一种。
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