CN106455937A - 无腔照明系统 - Google Patents

Abstract

本教导涉及一种内窥镜(及其制造方法)，其具有利用小直径光纤来将明亮、高质量的光传送到目标位置的照明系统。根据一个方面，提供了内窥镜，其具有加载荧光体的、发光远端尖端，其可以经由通过延伸通过或沿着内窥镜的长度延伸的小直径(例如，直径小于大约100μm)光纤传送到发光远端尖端的光学射线激励。发光远端尖端可以通过联接到光纤近端的短波长激光(例如，具有445nm蓝色或405nm紫色的波长的射线)激励以便传送极端高质量CRI(例如大于80、大于90、大约95)的光。

Description

无腔照明系统

技术领域

这里的教导涉及将高亮度、高质量光传送到远程位置。例如，这里公开了用于通过内窥镜提供医疗照明以远程地观察用于诊断的解剖或者治疗医疗手术的方法与装置(以及它们的制造方法)。

背景技术

内窥镜通常地提供了人体内的目标位置的可视化和/或允许将多种工具(例如，末端效应器)传送到目标位置。典型工作的内窥镜通常地包括三个或更多个通道(例如，腔)，一个腔用于将照明供给到目标位置的光纤，一个腔承载可视化束或者相机线缆，并且一个腔代表治疗装置可以通过其引导到目标位置的工作通道。通常来说，内窥镜的设计代表尺寸的折中与腔的关系并且必须考虑作为整体腔的有关内窥镜的柔性的腔的作用的意义。

内窥镜光源通常基于来自高压灯或高功率白色LED的非相干光。因为传送到目标位置的光量必须由光纤的面积、光纤的接收角以及光源的亮度限定，所以高功率灯与LED的低亮度通常阻止使用极端小的光纤。因此，具有在大约400μm到1mm之间或者更大的直径的光纤不是不普通的。然而，即使通过使用较大(以及因此较少的柔性)的光纤，传送到目标位置的光量通常是不充足的。尽管系统的电子增益可以用于改进光量，但是这还可以将伪影引入到图像。

此外，对于典型的内窥镜的高功率灯与LED来说光的质量也是低的。例如，本系统大体上提供了低显色指数(CRI)，其比较光的能力以揭示目标相对于完美黑体射线体(例如，太阳)的颜色，这在其光谱中呈现无峰值或谷值。因此，典型的内窥镜照明光的峰值与谷值通常使得生物材料的颜色看起来“脱离”或者不自然。

因此，存在用于将高亮度、高质量光例如经由内窥镜传送到远程位置的需要。

发明内容

根据本教导的多个方面，申请人教导的一些实施方式涉及一种内窥镜，其具有使用小直径光纤以将明亮的、高质量光传送到目标位置的照明系统。根据多个方面，内窥镜设置为具有加载荧光体的发光远端尖端，其可以经由光射线激励，其通过延伸通过或者沿着内窥镜的长度延伸的小直径光纤(例如，直径小于大约100μm)传送到发光远端尖端。通过实例的方式，内窥镜可以包括发光远端尖端，其包括掺杂有荧光体的硅，并且在一些情形中其中加载有两种、三种或者可能地四种荧光体(例如，红绿黄蓝)。如下面详细说明的，此加载荧光体的远端部分可以形成远端尖端的一部分，或者可以包括大致全部尖端，并且可以包括形成通过那里的用于工作通道与可视化束的一个或多个孔。在一些方面中，发光远端尖端可以通过由联接到光纤近端的半导体激光器产生的短波长激光(例如，具有445nm蓝色或405nm紫色的波长的射线)激励以便最终地从发光远端尖端传送极高质量(例如，大于80、大于90、大约95)CRI的光。

尽管根据本教导的系统可以能够使用小直径光纤(例如，具有小于大约100μm的直径的光纤)来照明内窥镜视野并且可以满足本领域中的长感觉需要，但是申请人已经另外地发现此小的光纤可以使得将光纤加载到沿着内窥镜的长度延伸的专用内部通道内很困难。例如，可能难以挤压具有0.05mm到大约0.10mm之间的内腔直径以容纳小直径光纤和/或将小直径光纤加载于其中的内窥镜(例如，小直径光纤的柔性/松懈性可以使得难以将光纤加载(例如，推动)到腔体中)。因此，根据多个方面，更确切地说是致力于内窥镜的挤压腔以容纳光纤，此光纤与从那里传送的光可以传送到内窥镜挤压部外部(例如，挤压的内窥镜周围)，例如使得激发光通过反射而横向引或径向地引导到掺杂荧光体的发光尖端中。另选地，在一些方面中，光纤的远端尖端可以嵌入在内窥镜的加载荧光体的远端尖端中以提供激发光以便径向地或向远端传送。在一些方面中，光纤的近端部分(在发光尖端附近)可以利用粘结剂层压在内窥镜的表面(例如，周面)上，利用加热熔化到表面中，或者另选地不接近地附接到内窥镜。

根据本教导应该理解的是，在内窥镜挤压部中缺少特定照明腔可以使得能够利用较大的工作通道，例如，以使治疗装置容易通过或者减小装置的整体直径以便减小患者创伤。根据多个方面，本教导可以使能够使用直径小于100μm(例如，大约50μm)的小直径光纤。此外，由于内窥镜的减小的直径以及显著较小光纤的减小的弯矩，还可以得到更加柔性的装置。

还将理解的是根据本教导由于照射目标位置的光的改进的数量和/或质量可以减小成像束的尺寸。即，在增加传送到目标位置的光的数量和/或质量情形中，可以有利地使用较小和/或不昂贵的成像/可视化束，而同时改进了目标位置的图像质量。通过非限定实例的方式，在一些方面中，可以将150mW的紫色激发光(例如在405nm)通过小的光纤传送到掺杂荧光体的发光尖端以产生大于50流明的白光(足以照明体腔直径许多厘米)，其中性能高达400流明/瓦特。为了比较，这与可以通过中等尺寸的LED制造的白光相同，这不可能是通过具有小于100μm的直径的光纤联接的光纤。

根据本教导的多个方面，申请人教导的一些实施方式涉及内窥镜系统，其包括从构造为布置在患者外部的近端延伸到构造为布置在患者内的目标位置附近的远端的内窥镜。内窥镜(例如，挤压的内窥镜)可以具有构造为接收用于成像目标位置的可视化束的可视化通道。此系统还可以包括构造为生成激发射线的射线源，以及光纤，其构造为在其近端处接收激发射线并且将此激发射线传送到其远端。布置在内窥镜的远端并且围绕可视化通道的一种或多种荧光体可以构造为接收从光纤的远端输出的激发射线并且响应于接收激发射线朝向目标位置发射照明射线。在一些方面中，光纤可以具有小于大约100μm的直径。

在一些方面中，光纤沿着纵向轴线从近端延伸到远端，并且一种或多种荧光体布置成偏离轴线。在一些方面中，例如，一种或多种荧光体围绕光纤的周围。另选地或另外地，一种或多种荧光体可以散布遍及大致包围内窥镜的远端的聚合物。

在一些方面中，光纤沿着内窥镜外周布置。例如，内窥镜可能缺少用于容纳光纤的内腔。在多个方面中，内窥镜还可以包括工作通道，一个或多个装置可以通过工作通道传送到目标位置。例如，仅两个腔体可以延伸通过内窥镜的内部，腔体包括工作通道与可视化通道。

在一些方面中，照明射线可以呈现一定范围的波长。例如，照明射线可以包括大致可见光谱。如这里说明的，一种或多种荧光体可以构造为产生照明射线，其呈现大于大约70，大于大约80，大于大约90，或者大于大约95的CRI。

根据本教导的多个方面，申请人教导的一些实施方式涉及内窥镜系统，此内窥镜系统包括从构造为布置在患者外部的近端延伸到构造为布置在患者内的目标位置附近的远端，用于将激发光传送到内窥镜的远端的光纤，其中所述远端包括聚合物尖端，其具有布置在其中的一种或多种荧光体以便在通过激发光刺激以后从远端尖端朝向目标位置发射光。

在一些方面中，内窥镜可以包括可视化束构造为延伸通过那里的内腔，以及一个或多个装置可以通过其传送到目标位置的工作通道。在相关方面中，内腔与工作通道延伸通过聚合物尖端，其中所述一种或多种荧光体散布在内腔与工作通道之间的空间中和/或围绕内腔与工作通道的所述聚合物中。

根据多个方面，内窥镜可以通过挤压处理形成，使得挤压的内窥镜仅包括沿着其长度延伸的两个通道。例如，光纤可以布置在挤压的内窥镜外部。

如上面指出的，激发光可以传送到聚合物尖端以便致使布置在其中的荧光体发射照明光。通过实例，光纤可以终止于在聚合物尖端内或附近布置的远端，并且此激发光可以从光纤的终端远端径向地引导到聚合物尖端中。激发光可以通过多种源产生，并且可以调谐为使得通过一种或多种荧光体照明光的发射最大化。例如，激发光可以在光谱的蓝色部分中(例如，具有大约445nm的波长的大致相干光)。另选地，在一些方面中，激发光可以在光谱的紫色部分中(例如，具有大约405nm的波长的大致相干光)。

根据由此接收的激发光，远端尖端可以构造为发射大致白光。例如，从远端尖端发射的光呈现大于大约70，大于大约80(例如，聚合物尖端可以包括在聚合物内散布的绿色与红色荧光体)，大于大于90(例如，具有三种或更多种荧光体)以及大于大约95(例如具有四种荧光体以及在光谱的紫色部分中的激发光)的CRI。

在一些方面中，光纤可以具有小于大约100μm的直径。由此，例如，相对于缺少光纤的内窥镜系统内窥镜系统的柔性可以保持大致不变。此外，例如，在一些方面中，光纤可以具有小于内窥镜的大约0.25％的横截面积，由此使能够提供更大的工作通道。

在一些方面中，一种或多种荧光体可以密封在未掺杂的聚合物内以防止一种或多种荧光体与患者接触。例如，在一些方面中，掺杂荧光体的聚合物可以封装在未掺杂的聚合物内。尽管在本教导中使用的多种荧光体是非毒性的，然而可能有利的是封装荧光体以防止Eu-和Ce-掺杂物与患者接触。

在一些方面中，内窥镜系统还包括探测器，其构造为接收从在远端尖端处的一种或多种荧光体发射的以及通过光纤朝向近端向后传送的光。例如，探测器可以布置在光纤的近端处。还可以设置响应于探测器的控制器，此控制器构造为如果未探测到向后传送的光则防止激发光传送通过光纤。例如，控制器可以构造为如果未探测到向后传送的光则使产生激发光的射线源停止工作。

还提供了这里描述的用于制造示例性内窥镜系统的方法。根据多个方面，制造内窥镜系统的方法可以包括将包含荧光体与散射剂中至少一种的聚合物固化在挤压的内窥镜的远端处(例如，挤压的内窥镜包括工作通道与可视化通道)。在一些方面中，此方法还可以包括在将包含荧光体或散射剂的聚合物固化到远端以前挤压内窥镜。

在一些方面中，此方法还可以包括将光纤联接到挤压的内窥镜的外表面。例如，光纤可以粘附在表面(例如，利用粘结剂)上或者利用加热熔化到表面中。

在一些方面中，此方法可以包括在将所述两种或更多种荧光体混合在未固化聚合物内时获得从远端尖端发射的光的发射光谱，以便例如调谐将在内窥镜的远端处产生的光。

在一些方面中，还提供了用于将掺杂荧光体的聚合物封装在未掺杂的聚合物内的方法。尽管本教导中使用的多种荧光体是无毒的，然而有利的是封装此荧光体以防止Eu-和Ce-掺杂物与患者接触。

这里阐述了申请人教导的这些与其它特征。

附图说明

本领域中的技术人员应该理解的是下面描述的附图仅用于说明性目的。附图不旨在以任何方式限定申请人教导的范围。

图1是以示意图描述了根据本教导的多个方面的具有照明系统的实例性内窥镜。

图2A以示意图描述了根据本教导的多个方面的图1的示例性发光远端尖端。

图2B以示意图描述了根据本教导的多个方面的另一个示例性发光远端尖端。

图2C以示意图描述了根据本教导的多个方面另一个示例性发光远端尖端。

图3A和图3B以示意图描述了具有三个腔体(照明、可视化、以及工作通道)的已知内窥镜与图1的实例性内窥镜的对比横截面。

图4A和图4B描述了根据本教导的多个方面的通过由445nm蓝色泵浦光激发的一种或多种荧光体产生的示例性光谱。

图5描述了根据本教导的多个方面通过由405nm泵浦光激发的多种荧光体产生的示例性光谱。

图6描述了用于制造图1的示例性发光远端尖端的示例性技术。

图7以示意图描述了根据本教导的多个方面的具有发光远端尖端的另一个示例性内窥镜。

图8以示意图描述了根据本教导的多个方面的具有安全系统的示例性照明系统。

具体实施方式

为了清楚起见应该理解的是，下面的说明将说明申请人教导的实施方式的多个方面，同时在方便或适当如此的情况下省略一些特定细节。例如，在另选实施方式中的相同或类似特征的说明可以略微省略。众所周知的构思或概念还可以简略地不再进行任何多的细节的说明。本领域中的技术人员将会认识到的是，申请人教导的一些实施方式可以不需要在每个实施中的一些特定地细节描述，在这里阐述仅提供了实施方式的透彻理解。类似地，将会显而易见的是，在不偏离本公开的范围的情况下描述的实施方式可以易于根据普通一般知识的改变或变型。下面的实施方式的详细描述不被视为以任何方式发明人教导的范围。

如这里使用的“大约”表示可能发生的数值量的变化，例如通过在现实世界中的测量或操作程序；通过这些程序中的不利的错误；通过制造、源、多个组分或试剂的区别等。通常地，如这里使用的术语“大约”表示大于或小于通过陈述值的1/10陈述的值或值的范围，例如士10％。例如，大约30％的浓度值可以表示27％与33％之间的浓度。只要此变化不包括通过现有技术实施的已知值术语“大约”还表示将通过本领域中的技术人员识别为等同的变化。之前加术语“大约”的每个值或值的范围还旨在包括所述绝对值或值的范围的实施方式。无论是否通过术语“大约”修改，在权利要求中引用的数量值包括引用值的等效物，例如可能发生的此值的数量值的变化，但是本领域中的技术人员将会认为是等效的。

这里提供了用于将高亮度的、高质量光提供到远程位置的方法与系统。根据申请人教导的多个方面，此方法与系统(以及它们的制造方法)可以提供用于内窥镜治疗或诊断医疗手术的改进的照明。尽管这里参照内窥镜说明了本发明的多个方面，但是应该理解的是本教导可以具有更广泛的实用性，例如，在其中在难以达到空间中的远程照明的情形中是期望的。在一些实施方式中，内窥镜设置为具有加载荧光体的发光远端尖端，其可以经由延伸通过或者沿着内窥镜的长度延伸的小直径光纤(例如，直径小于大约100μm)经由传送到发光远端尖端的光学射线激励。在一些方面中，此发光远端尖端可以通过经由联接到光纤近端的半导体激光器产生的短波长激光激励(例如，具有445nm蓝色或405nm紫色波长的射线)以便传送极端高质量(例如，大于80、大于90、大约95)CRI的光。

如这里使用的术语“内窥镜”意指包括用于可视地检查诸如胃、膀胱、或结肠的体腔或中空器官的内部的装置。如这里使用的术语“荧光体”大体上表示通常响应于入射光呈现冷光的物质。

现在参照图1，示意性示出根据申请人教导的多个方面的示例性内窥镜系统100，其构造为将明亮的、高质量光传送到目标位置(例如，可视化目标99)。如本领域中的技术人员将会理解的是，系统100仅表示根据这里描述的系统、装置与方法的多个方面的一个可能构造。如图1中所示，示例性系统100大体上包括内窥镜105，其构造为从布置在患者外部的近端(未示出)延伸到可以布置在可视化目标99附近的远端(例如，在体腔内的患者内部)。本领域中的技术人员应该理解的是，内窥镜105的远端105d可以例如传送通过自然通道(例如，食管)或者切口(例如，通过皮肤)。如下面详细说明的，示例性内窥镜系统100另外地包括用于照明目标位置99的照明系统，其包括用于将射线传送到内窥镜105的远端105d的光纤。

根据本教导的照明系统可以具有多种构造，但是通常地可以包括射线源以便产生激发射线(这里还称作为泵浦射线)到由此激发的一种或多种荧光体，并且其继而发射在可视化目标99处引导的光。

例如，在图1中描述的示例性实施方式中，示例性照明系统包括射线源101(例如，通过电源激励)，此射线源产生可以联接到光纤104中的光。如下面详细说明的，在一些实施方式中光纤104可以呈现小于大约100μm(例如，大约50μm)的直径。

应该理解的是根据本教导，可以通过可以产生对于激发一种或多种荧光体有效的光和/或通过如这里其它地方说明的散射剂散射的多种光源(例如，半导体激光器、激光器、二极管、固态激光器)产生传送到光纤104的射线。

此外，应该理解的是激发光可以通过多种机构，例如利用一个或多个光学元件联接到光纤104中。如图1中所示，例如示例性内窥镜系统100包括射线源101，此射线源可以包括发射的射线经过的准直透镜。例如，可以利用平凸聚焦透镜102来聚焦此光，以便将接收到的光聚焦到光纤104中。应该理解的是聚焦透镜104可以涂覆有抗反射涂层以增加其透射效率。在多个方面中，透镜102的焦距可以选择为使得光束聚焦在光纤104处，其中斑点的尺寸在大约20μm到大约50μm之间，这可以能够使用如这里另外说明的小直径光纤。光纤104可以通过光纤定位器103安装在位于光束的焦点处的连接器中并且抛光。在一些方面中，85-90％的透射百分比是可实现的。

如图1中所示，来自联接到光纤104中的射线源的光可以传送到内窥镜105的远端105d以便激发在远端105d处布置的一种或多种荧光体。通过实例，在通过挤压工艺形成的具有由挤压的聚合物限定的外周表面106的内窥镜105中，光纤104可以联接到挤压部的外周。由此，而已知的内窥镜通常包括内腔，在内窥镜的挤压以后光纤穿过该内腔，示例性内窥镜105无需包括用于光纤104的专用腔。更确切地说，低轮廓光纤104可以联接到内窥镜挤压部的外部(例如，挤压的内窥镜的外周)。例如，光纤104的近端部分(例如，在远端105d附近的部分)可以利用粘结剂层压在内窥镜挤压部106的外周面上，利用加热熔化到表面中。另选地，光纤104可以布置在形成在挤压部106的外表面中的通道内，并且例如通过抵触配合保持在其中。在一些方面中，光纤104根本无需接近地附接到内窥镜。光纤可以在沿着其长度的任意方便位置处从挤压部分叉并且独立地引导到激光器。

如图1中所示，示例性内窥镜系统100终止于发光远端尖端107，其例如与构造为当接收通过光纤104传送的光后激发的一种或多种荧光体和/或可以使由光纤104传送的光散射的散射剂相关联。在图1的描述性示例性实施方式中，发光远端尖端107可以包括聚合物(例如，高硬度硅、生物可兼容聚合物、热固聚合物、热塑性聚合物等)，其具有散布其中的一种或多种荧光体并且被反射带108围绕(例如，金属或金属化表面、诸如白色热收缩管的反射聚合物)以使通过荧光体产生的朝向可视化目标99的光的传送最大化。可以终止在反射带108内部的光纤104的输出端将其光发射到远端尖端107中使得光四处弹射和/或在聚合物内散射，并且在一些方面中，刺激来自散布在其中的荧光体的发射。例如，如图1中所示，荧光体和/或散射剂可以散布遍及大致包围内窥镜105的全部横截面积(例如，全部远端面)的聚合物。在一些方面中，如在下面详细说明的，例如，荧光体和/或散射剂可以散布使得它们大致围绕延伸通过聚合物的可视化腔110和/或工作通道109。例如，荧光体和/或散射剂可以散布在聚合物中偏离光纤的主纵向轴线(例如，围绕光纤的周围，使得可以横向地或径向地传送光以激发荧光体)。根据一些方面，挤压的内窥镜105的远端面还可以是反射性的(类似反射带108)使得沿着向后方向(例如，向近端)或者侧向(例如，朝向反射带108)通过激发的荧光体发射和/或由散射剂散射的光可以朝向可视化目标99再次引导。

沿着内窥镜105的长度通过光纤104传送的泵浦或激发光可以以多种方式联接到发光尖端107的反射带108内的掺杂荧光体的聚合物中使得荧光体被激发并且发光以便在内窥镜105自身的尖端处产生和/或发出白光。例如，现在参照图2A，激发光可以通过在光纤104的出口端处的光的反射被横向地引导到掺杂荧光体的发光尖端107中。例如，如图2A中所示，通过抛光(例如，对于玻璃光纤)或切割(对于塑料光纤)光纤使得光在表面上经历全部内反射使得光(例如，以直角侧向)弯曲并且通过光纤的侧面发射，光纤104的最远端可以包括凿尖。尽管在不考虑凿尖的旋转的情况下来自反射带108的反射对于将光传送到聚合物内的荧光体将是有效的，但是可能优选的是将凿尖布置为使得光被反射由此朝向掺杂聚合物的中心。为了使总内部反射最大化，光纤优选地布置在掺杂荧光体的聚合物外部以确保沿着光纤104的长度传送的光以大于临界角(这取决于折射率)的角度在凿尖上入射。

现在参照图2B，描述了用于将来自光纤104的泵浦或者激发光联接到发光尖端107的掺杂荧光体的聚合物中的另一个示例性机构。如图2B中所示，光纤104的正方形抛光(玻璃光纤)或者切割(塑料光纤)的远端顶部可以嵌入(例如，偏离轴线)到聚合物中或者引导到掺杂有荧光体和/或散射剂的聚合物中。如此，来自光纤104的端部的光可以通过荧光体颗粒和/或散射颗粒散射(并且在一些方面中，来自荧光体的初始发射)以便反射出聚合物与反射带108的边界以便在内窥镜的远端尖端处形成均匀的“发光球”。

现在参照图2C，描述了光纤104的另一个示例性远端尖端，其中光纤104呈现了急剧地下拉(或者锥形)，这迫使光纤104在此部分上径向地发射。下拉锥形可以例如在用于玻璃光纤的光纤熔接机中并且通过用于塑料光纤的简单热源来制造。在两种情形中，当材料熔化时此几毫米的区域被加热并且同时拉动。下拉处理导致终止圆锥，其发射光到侧面而不是如图2B中的到端部以外。在一些方面中，下拉锥形尖端可以布置在掺杂荧光体的聚合物自身内。

如根据本教导将会理解地，提供工作通道的内窥镜系统(以及用于可视化束的腔体)还需要包括用于照明的专用腔体，使得工作通道的尺寸可以增加，例如，以使工具容易通过那里进入，或者内窥镜105的整体直径可以减小以便降低患者创伤的可能性。即，再次参照图1，示例性内窥镜105包括工作通道与可视化通道，但是没有用于照明的通道或者如在已知内窥镜中的光纤104。现在参照图3A和图3B，描述了具有三个腔体(照明304、工作通道309以及可视化腔体310)(图3A)的传统内窥镜305的对比横截面以及具有两个腔体(工作通道109与可视化腔110，其中光纤104沿着外周表面布置)的图1的示例性内窥镜105。通过实例，然而照明通道304大体上要求现有技术内窥镜的横截面积的大约2-10％之间(例如，具有3mm直径的示例性内窥镜的2-10％)，根据本教导的内窥镜系统可以使光纤104能够负责横截面积的显著减小部分。通过实例的方式，对于根据本教导的多个方面制造的3mm内窥镜105来说，光纤可以负责小于内窥镜的横截面积的0.25％，减小多于相对于已知装置的量级。如根据本教导通过本领域中的技术人员将会理解的，当通常容纳在现有技术装置中使用的相对大直径光纤的照明通道304被从挤压部取消时，工作通道109的尺寸可以增加，由此允许使用较宽范围的工作装置或者更容易地定位通常使用的工作装置。还可以理解的是，由于内窥镜105不再需要提供内部挤压、照明通道304，所以例如内窥镜105的全部直径可以另选地减小，同时保持相同尺寸的工作通道109与可视化通道110，这可以提供更加稳固的系统。

此外，如这里另外地说明的，根据传送到目标位置的光的改进的质量和/或增加的数量，应该理解的是成像束或者照相机芯片的尺寸也能够减小。即在传送到目标位置的光的数量和/或质量增加的情况下，可以有利地使用较小和/或不昂贵的成像/可视化束或探测器/照相机芯片，同时尽管如此改进了目标位置的图像的质量。

再次参照图1，构造为当接收通过光纤104传送的光之后激发的一种或多种荧光体可以包含在发光远端尖端107内。可以终止在反射带108内部的光纤104的输出端将其光发射到远端尖端107并且刺激来自散布在其中的荧光体的发射以便从内窥镜105的远端产生和/或发射白光。应该理解的是本领域中已知并且根据本教导修改的多种荧光体可以用于在内窥镜的远端处产生光以便照亮目标位置。全部都通过非限定实例的方式，示例性荧光体包括Ce³⁺:YAG、Ce³⁺:LuAg、Ce³⁺:氮氧化物、硅酸盐基荧光体(例如，Eu²⁺:Sr₃SiO₅)、氮化物基荧光体(例如，Eu²⁺:Sr₂Si₅N₈)、Eu²⁺:Ba₂MgSi₂O₇、Eu²⁺:Ba₃MgSi₂O₈、以及Eu²⁺:LiSrPO₄。在一些方面中，通过非限定实例的方式，传送通过小的光纤到发光尖端的150mW的紫色激发光(例如，在405nm)可以产生多于50流明的白光(足以照明体腔直径许多厘米)，性能高达400流明/瓦特。通过比较，这与可以通过中等尺寸LED产生的白光一样多，其不能联接到具有小于100μm的直径的光纤中。

如上面指出的，可以通过多种光源(例如产生构造为刺激从一种或多种荧光体的发射的波长的一个或多个泵浦光源)产生激发或泵浦射线。例如，现在参照图4A和图4B，描述了当通过具有大约445nm的波长的蓝色激光刺激时从在图1的内窥镜的发光远端尖端内包含的一种或多种荧光体发射的光的示例性对比光谱。

如图4A中所示，描述了呈现大约80的CRI的示例性光谱。通过刺激从三种荧光体的发射的445nm蓝色激光(峰值112)产生示例性光谱：一个在光谱的绿色部分(峰值115)中，一个在黄色部分(峰值113)中，以及一个在红色部分(峰值114)中。示例性绿色与黄色荧光体包括Ce³⁺:YAG、Ce³⁺:LuAg或Ce³⁺:氮氧化物。硅酸盐基荧光体诸如Eu²⁺:Sr₃SiO₅还可以用于产生在光谱的黄色区域中的光。通常地是氮基的示例性红色荧光体包括Eu²⁺:Sr₂Si₅N₈。

尽管图4A的增强的红色与绿色发射导致相对于通过根据本教导的方面的单种黄色荧光体发射的光以及在大部分非临界应用中通过白色LED产生的光的质量的改进的CRI(例如大约70CRI，这可以粗糙显示，因为其不包括期望用于一些高质量光应用的大致绿色或红色波长)，但是光谱的蓝色/绿色部分仍可以改进，因为此区域对于区分具有血管化的解剖结构可能是重要的。例如，现在参照图4B，描述了呈现大约90的CRI的示例性光谱，其中发射在光谱(峰值116)的蓝/绿色部分中的光的蓝绿色荧光体被添加到用于产生图4A的光谱的三种荧光体。通过非限定实例，示例性蓝绿色荧光体是Eu²⁺:Ba₂MgSi₂O₇。

如图4B中所示，增加蓝绿色荧光体(峰值116)使波长范围(例如，使发射光的最短波长缩短)延伸到蓝绿色的边缘。在此实施方式中，具有高达90的CRI的白光可以从远端尖端发射，尽管然而由蓝色泵浦光产生的散斑可以被观察到。即，由于445nm的激发光对于使用者是可见的，因此在可视化位置处可以直接地观察到通过光纤104输出的一些相干激发光。例如，相干的、有方向的泵浦光可以在通过荧光体发射的荧光的朗伯散射图案内产生散斑图案，这可能干扰可视化和/或惹恼观察者。此外，还在图4B中指出了不同于激发光的蓝光波长的强度的微降。实际上，由于泵浦激光器相对于LED的较窄的发射区域，所以例如在蓝色区域中的缺陷可能更加显著。

尽管图4B的此增加的范围在一些应用中可能是足够的，然而可以观察到蓝色区域中的缺陷。由于在光谱的蓝色/绿色部分中存在多种生物色素，所以在一些方面中优选的是利用较短波长的紫色光(例如，来自发射大约405nm的光的固态激光器)来激发发光远端尖端内的荧光体。发射此波长(例如，蓝光激光器)的商用激光器可以相对地不昂贵并且高度可聚焦的使得可以实现联接到示例性50-100μm直径光纤的高传送。如图5中所示，例如，通过使用紫色激发光(峰值112)与三种荧光体(例如，蓝色Eu²⁺磷酸盐和硅酸盐、绿色/黄色Eu^{2 +}硅酸盐、YAG、LuAg或者氮氧化物以及红色Eu²⁺氮化物)，发出的光可以包括蓝色(峰值117)、绿色(峰值115)以及红色(峰值114)的呈现95或更大的CRI的不相干颜色带，这可以为观察医师提供与白炽灯或自然光相同的颜色。发射光的光谱由从大约450nm到大约650nm或者全部可见光谱的平稳恒定光输出组成。此外，405nm泵浦光大体上在人眼敏感性以外使得斑点可以被减小或消除。通过非限定性实例，405nm泵浦的示例性蓝色荧光体包括具有440nm发射峰值的Eu²⁺:Ba₃MgSi₂O₈以及Eu²⁺:LiSrPO₄。应该理解的是可以增加一种或多种其它荧光体(例如，青色或黄色)并且不是蓝色、绿色或红色中的每种都需要。实际上，应该理解的是根据本教导，荧光体的相对数量的调节可以形成与来自太阳或白炽灯泡的光相比接近完美的光谱。由此可以获得95或更高的CRI，这对于人眼来说看起来是细腻的。

现在参照图6，描述了用于制造具有发光远端尖端的内窥镜的示例性技术。如图5中所示，可以设有内窥镜105。应该理解的是可以利用根据已知技术的多种处理与材料制造内窥镜105。通过实例的方式，可以通过挤压处理形成内窥镜105使得内窥镜105具有延伸通过那里的一个或多个腔体。在多个方面中，内窥镜105的挤压材料可以是高反射性的。例如，通过在挤压以前为聚合物加载钡，挤压处理可以形成其中块状材料呈现白色以及高反射性的内窥镜材料。如这里另外说明的，内窥镜105的远端105d可以垂直地切割，并且光纤可以联接到内窥镜挤压部的外表面。

接着，成型件可以布置在光纤104的终端周围以及内窥镜的远端105d(例如，远离地延伸超过远端105d几毫米)，由此限定聚合物铸造在其中的体积。

可以将心轴布置在挤压处理过程中形成的内窥镜的腔体中以防止聚合物流入到腔体中。例如，心轴609可以布置在工作腔109中并且心轴610可以布置在可视化或照相机腔110中。

通过在适当位置中的心轴并且布置在期望定向中的光纤104的终端(例如，如在图2A-图2C中的一个)，然后聚合物可以铸造在由模具限定的体积中。如上面指出的，聚合物可以包括多种材料，(例如高硬度硅、生物可兼容聚合物、热固聚合物、热塑聚合物等)，其可以在其固化以前与期望浓度的散射颗粒和/或荧光体混合。在一些方面中，在荧光体的混合过程中可以进行聚合物的现场光谱测量(例如，利用期望的泵浦光波长来刺激聚合物)使得能够获得荧光体的期望的浓度和/或光谱平衡。然后聚合物可以被设置与成型并且心轴609、610被移除。另选地，在一些方面中，如上面在图1中所述的反射带108可以用作成型件并且由此，在设置聚合物以后保持在适当位置中。

另选地，现在参照图7，例如，与其说荧光体散布遍及远端处的全部聚合物，不如说荧光体可以完全地封装在远端尖端内以避免与身体接触。通过实例的方式，掺杂有荧光体的聚合物的体积(例如圆盘128)可以预设并且布置在成型件的体积内，使得光纤104的输出端指向那里。例如，生物可兼容、透明、未掺杂聚合物然后可以铸造在圆盘128上方以封装远端尖端内的荧光体，同时遮蔽身体不与荧光体接触。如图7中所描述的，来自光纤104的激发光可以致使圆盘128内的荧光体发光131，其然后可以通过透明密封剂130传送到可视化位置。

在多个方面中，具有根据本发明教导的照明系统的示例性内窥镜系统可以包括安全系统以防止激发激光对组织造成意外损伤。例如，如果安装在内窥镜挤压部的外径上的小直径光纤104经受损坏，则可能期望的是终止激发光的传送以防激光暴露(例如到患者)。因此，如图8中所示，提供了示例性系统，其中探测在远端尖端处通过荧光体产生的并且通过光纤再捕获的反向荧光可以用于终止激发光的传送(例如，通过使光源101停止工作)。例如，如图8中所示，沿着近端方向通过光纤104传送的再捕获的光可以经由短通滤波器123反射到光学探测器126，这允许短波长激光激发光以高效率通过，同时反荧光地反射较长的波长。例如在正常操作过程中，将通过光学探测器126探测到高数量的长波长光。然而，在光纤故障情形中，探测到的信号消失，并且光源101可以通过控制器127断电，或者另选地可以激活遮光器125以防止持续地传送到光纤104中。

这里使用的标题部分仅用于组织目的并且不解释为限定。尽管结合多个实施方式描述了申请人的教导，但是本申请人的教导不旨在限于此实施方式。相反地，如本领域中的技术人员将会理解的是申请人的教导包括多种另选、修改与等效物。

Claims (51)

1.一种内窥镜系统，其包括：

内窥镜，其从构造为布置在患者外部的近端延伸到构造为布置在患者内的目标位置附近的远端，所述内窥镜具有可视化通道，其构造为接收用于使目标位置成像的可视化束；

射线源，其构造为产生激发射线；

光纤，其构造为在其近端处接收所述激发射线并且将所述激发射线传送到其远端；以及

一种或多种荧光体，其布置在所述内窥镜的远端并且围绕所述可视化通道，所述一种或多种荧光体构造为接收从所述光纤的远端输出的所述激发射线并且响应于接收的所述激发射线朝向所述目标位置发射照明射线。

2.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述光纤沿着纵向轴线从近端延伸到远端，并且其中所述一种或多种荧光体是偏离轴线的。

3.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述一种或多种荧光体围绕所述光纤的周围。

4.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述一种或多种荧光体散布遍及大致包围所述内窥镜的远端的聚合物。

5.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述光纤沿着所述内窥镜外周布置。

6.根据权利要求5所述的内窥镜系统，其中所述内窥镜没有用于容纳所述光纤的内腔。

7.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述内窥镜还包括工作通道，一个或多个装置能够通过所述工作通道传送到所述目标位置。

8.根据权利要求7所述的内窥镜系统，其中仅两个腔体延伸通过所述内窥镜的内部，所述腔体包括所述工作通道与所述可视化通道。

9.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述照明射线包括呈现一定波长范围的射线。

10.根据权利要求9所述的内窥镜系统，其中所述波长范围大致包含所述可见光谱。

11.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述照明射线呈现大于大约70的CRI。

12.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述照明射线呈现大于大约80的CRI。

13.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述照明射线呈现大于大约90的CRI。

14.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述照明射线呈现大于大约95的CRI。

15.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述光纤具有小于大约100μm的直径。

16.一种内窥镜系统，其包括：

内窥镜，其沿着纵向轴线从构造为布置在患者外部的近端延伸到构造为布置在患者内的目标位置附近的远端；

光纤，用于将激发光相对于所述纵向轴线横向地或径向地传送到所述内窥镜的远端，

其中所述内窥镜的所述远端包括聚合物尖端，所述聚合物尖端具有布置在其中的一种或多种荧光体以便在所述激发光刺激以后从所述远端尖端朝向所述目标位置发射光。

17.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述光纤还沿着纵向轴线从近端延伸到远端，所述远端沿着纵向轴线布置在所述聚合物尖端的外周上，并且其中所述一种或多种荧光体是偏离轴线的。

18.根据权利要求17所述的内窥镜系统，其中所述内窥镜的纵向轴线与所述光纤的纵向轴线大致平行。

19.根据权利要求17所述的内窥镜系统，其中所述一种或多种荧光体延伸超过所述光纤的外周。

20.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中一种或多种荧光体散布遍及大致包围所述内窥镜的远端的所述聚合物。

21.根据权利要求16所述的内窥镜系统，还包括内腔，可视化束构造为延伸通过所述内腔。

22.根据权利要求21所述的内窥镜系统，还包括工作通道，一个或多个装置能够通过所述工作通道传送到所述目标位置。

23.根据权利要求22所述的内窥镜系统，其中所述内腔与所述工作通道延伸通过所述聚合物尖端，其中所述一种或多种荧光体散布在所述内腔与所述工作通道之间的空间中的所述聚合物中。

24.根据权利要求22所述的内窥镜系统，其中所述内腔与所述工作通道延伸通过所述聚合物尖端，其中所述一种或多种荧光体散布在围绕所述内腔与所述工作通道的所述聚合物中。

25.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述内窥镜通过挤压处理形成使得所述挤压的内窥镜仅包括沿着其长度延伸的两个通道。

26.根据权利要求25所述的内窥镜系统，其中所述光纤布置在所述挤压的内窥镜的外部。

27.根据权利要求26所述的内窥镜系统，其中所述光纤终止于在所述聚合物尖端内布置的或者在所述聚合物尖端附近布置的远端。

28.根据权利要求26所述的内窥镜系统，其中光从所述光纤的终止远端径向地或横向地引导到所述聚合物尖端。

29.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述激发光位于所述光谱的蓝色部分中。

30.根据权利要求29所述的内窥镜系统，其中所述激发光包括具有大约445nm的波长的大致相干光。

31.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述激发光位于所述光谱的紫色部分中。

32.根据权利要求31所述的内窥镜系统，其中所述激发光包括具有大约405nm的波长的大致相干光。

33.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述远端尖端构造为响应于接收所述激发射线发射大致白光。

34.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中相对于没有光纤的内窥镜系统所述内窥镜系统的柔性大致不变。

35.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述光纤具有小于所述内窥镜的大约0.25％的横截面积。

36.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述光纤具有小于大约100μm的直径。

37.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述聚合物尖端包括散布在所述聚合物内的绿色与红色荧光体。

38.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述聚合物尖端包括散布在所述聚合物内的蓝色荧光体、绿色荧光体与红色荧光体。

39.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述一种或多种荧光体密封在未掺杂的聚合物内以防止所述一种或多种荧光体与患者接触。

40.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中从所述远端尖端发射的所述光呈现大于大约80的CRI。

41.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述聚合物尖端包括三种荧光体，并且其中从所述远端尖端发射的所述光呈现大于大约90的CRI。

42.根据权利要求16所述的内窥镜系统，其中所述聚合物尖端包括四种荧光体，并且所述激发光包括在所述光谱的紫色部分中的射线，并且其中从所述远端尖端发射的所述光呈现大于大约95的CRI。

43.根据权利要求16所述的内窥镜系统，还包括探测器，其构造为接收从所述一种或多种荧光体发射以及朝向所述近端通过所述光纤向后传送的光。

44.根据权利要求43所述的内窥镜系统，还包括响应于所述探测器的控制器，其中所述控制器构造为如果未探测到向后传送的光则防止所述激发光传送通过所述光纤。

45.根据权利要求44所述的内窥镜系统，还包括用于产生所述激发光的射线源，其中所述控制器构造为如果未探测到向后传送的光则使所述射线源停止工作。

46.一种制造根据权利要求1-45所述的内窥镜系统的方法。

47.一种制造内窥镜系统的方法，其包括：

将包括荧光体与散射剂中的至少一种的聚合物固化在挤压的内窥镜的远端。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述挤压的内窥镜包括工作通道和可视化通道。

49.根据权利要求47所述的方法，还包括将光纤联接到所述挤压的内窥镜的外表面。

50.根据权利要求49所述的方法，其中将所述光纤联接到所述外表面包括利用粘结剂将所述光纤粘附在所述表面上或者利用加热将所述光纤熔化到所述表面中。

51.根据权利要求47所述的方法，其中两种或更多种荧光体布置在所述聚合物中，所述方法还包括在将两种或更多种荧光体混合在未固化的聚合物内时获得发射光谱。