CN106604690A - 激光碎石术系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行医学激光治疗的激光纤维包括光学纤维与纤维末端。光学纤维包括位于远端的终止端表面。纤维末端定位在光学纤维的远端并且包括透射部分与间隔部分。从光学纤维的终止端表面释放的激光能传送通过透射部分。间隔部分限定纤维末端的与光学纤维的终止端表面间隔预定距离的远端终止端。该预定距离设定为用于产生冲击波以便在纤维末端的远端终止端处破坏结石。

Description

激光碎石术系统
技术领域
本发明的实施方式一般涉及用于执行医学激光治疗的激光纤维。
背景技术
医学激光已经用于多种实践领域，诸如例如，泌尿科、神经科、耳鼻咽喉科、一般麻醉眼科、牙科、胃肠病、心血管病、妇科、以及胸和矫形外科手术。通常来说，这些手术要求精确受控地传送激光能作为治疗方案的一部分。
目前通过ESWL(体外冲击波碎石术)、外科手术、或者使用激光(激光碎石术)实现肾或膀胱结石或石头的治疗，碎石术。在激光应用中，利用掺钬钇铝石榴石(Ho:YAG)激光棒或掺铥钇铝石榴石(TM:YAG)激光棒来产生具有大约2000-2100nm波长的激光能以打碎所有类型的石头。激光能通常是激光脉冲串的形式，每个激光脉冲具有长的脉冲宽度，诸如大约几百微秒。人们认为热-机械作用机制起到打碎石头的作用，即，激光能使石头附近的流体过热，并且形成蒸发气泡。蒸发气泡然后作为冲击波膨胀并且使石头不稳定，致使其破碎。
对于激光碎石术与其他激光手术来说存在持续的改进需求，诸如用于将激光能传送到目标石头或组织的改进的激光纤维。
发明内容
本发明的实施方式一般涉及在执行诸如激光碎石术的医学激光治疗中使用的激光纤维、利用此激光纤维的外科激光系统、以及利用此激光纤维执行激光碎石术的方法。在一些实施方式中，激光纤维包括光学纤维与纤维末端。光学纤维包括位于远端的终止端表面。纤维末端定位在光纤的远端并且包括透射部分与间隔部分。从光学纤维的终止端表面释放的激光能传送通过透射部分。间隔部分限定纤维末端的与光学纤维的终止端表面隔开预定距离的远端终止端。预定距离设定为用于产生冲击波以便在纤维末端的远端终止端处破坏结石。
外科激光系统的实施方式包括激光发生器以及根据一个或多个实施方式形成的光学纤维。激光发生器配置为输出光学地联接到光学纤维的近端的激光能。激光能传送通过光学纤维并且通过光学纤维的终止端表面与纤维末端释放。
在破碎结石的方法的一些实施方式中，结石与纤维末端的终止端接合以将光纤的终止端表面定位在距结石预定距离处。激光能传送通过光学纤维。激光能通过光学纤维的终止端表面释放，并且在利用间隔部分将结石保持在距终止端表面预定距离处的同时，使结石暴露于激光能。结石响应于暴露于激光能而破碎。
提供此发明内容以便以简化方式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于协助确定要求保护主题的范围。要求保护的主题不限于解决在背景技术中指出的任何或所有弊端的实施例。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的示例性外科激光系统的示意图。
图2和图3是根据本发明的实施方式的示例性激光纤维的远端的简化侧视横截面图。
图4是大体上沿着线4-4所取的图3中的纤维末端的简化横截面图。
图5至图7是根据本发明的实施方式的示例性激光纤维的远端的简化侧视横截面图。
图8示出了利用示例性激光的激光碎石手术的照片。
图9是示出针对两种示例性激光的光学纤维的终止端表面或纤维末端与结石之间的间距同消融体积之间的关系的图表。
具体实施方式
本发明的实施方式一般涉及在执行诸如激光碎石术的医学激光治疗中使用的激光纤维、利用此激光纤维的外科激光系统、以及利用此激光纤维执行激光碎石术的方法。下文将参照附图更充分地描述本发明的实施方式。然而，本发明的各个实施方式可以以多种不同的形式体现并且不应构造为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更全面与完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。利用相同或类似附图标记标识的元件是指相同或类似的元件。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的并且不旨在限制本发明。除非在上下文中清楚地另外指明，否则，如这里使用的，单数形式“一个(a)”、“一(an)”和“此”旨在也包括复数形式。应该进一步理解的是，在本说明书中使用的术语包括(“comprises”和/或“comprising”)表明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。
应该理解的是，当元件被称作“连接”或“联接”到另一个元件时，其可以直接地连接或联接到其他元件或者可以存在中间元件。与此相反，如果元件被称作“直接地连接”或“直接地联接”到另一个元件，则不存在中间元件。
应该理解的是，尽管可以在这里使用术语第一、第二等来描述各个元件，但这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于使一个元件与另一个元件区分开。由此，在不偏离本发明教导的情况下，可以将第一元件定义为第二元件。
除非另外限定，否则这里使用的所有术语(包括技术与科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将要进一步理解的是，诸如在常用字典中限定的这些术语应该被解释为具有与它们在相关技术的背景中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于正式的意义解释，除非在这里清楚地如此限定。
图1是根据本发明的一个或多个实施方式的包括激光纤维102的示例性外科激光系统100的示意图。图2-图7是根据本发明的实施方式的示例性激光纤维102的简化横截面图。图4是大体上沿着线4-4所取的图3中的纤维末端的简化横截面图。
在一些实施方式中，系统100包括产生激光能106的激光发生器104以及将激光发生器104光学地联接到激光纤维102的波导108。激光纤维102或者包括波导108或者光学地联接到波导108。激光能106从激光纤维102的远端(即激光纤维102的邻近患者的治疗位置的端部)释放并且可以用于执行期望的医学激光手术，诸如组织消融、或者尿道结石或肾结石破碎。在一些实施方式中，系统100包括探针110(图1)，至少激光纤维102的远端被支撑在探针中。
在一些实施方式中，激光发生器104包括产生具有期望特性的激光能106的一个或多个传统激光源，诸如激光谐振器。在一些实施方式中，系统100产生以脉冲串或持续波形式的激光能106。在一些实施方式中，激光发生器102包括用于产生激光能106的Q开关激光棒，诸如，例如，掺钬钇铝石榴石(Ho:YAG)激光棒、掺铥钇铝石榴石(TM:YAG)激光棒、或者适于产生期望激光能106的其他传统激光棒。在一些实施方式中，激光能106具有大约1-50W的功率、l-2000Hz的脉冲重复频率，以及l mJ-5J的能级。还可以使用具有其他参数的激光能106。
在一些实施方式中，激光纤维102包括光学纤维112与纤维末端114。光学纤维112包括位于远端118处的终止端表面116。在一些实施方式中，纤维末端114包括与光学纤维112的终止端表面116隔开预定距离122的远端终止端120。在一些实施方式中，纤维末端114操作为保护光学纤维的远端118。例如，纤维末端114可以防止或减少在医学激光治疗过程中由于光学纤维112的远端118与用于激光能106的目标物体(诸如结石(即，肾结石或膀胱结石))124或组织之间的接触而可能发生的对光学纤维112的远端118的损坏。在一些实施方式中，纤维末端114在光学纤维的终止端表面116周围形成密封腔125，如图2中所示。
在一些实施方式中，预定距离或间距122通常设定为减轻/控制对光学纤维112的远端118的损坏，操纵(集中或扩散)在激光碎石术过程中产生的冲击波，并且提高消融效率。图8示出了利用Ho:YAG激光和Tm:YAG激光进行激光碎石手术的照片，其示出了在激光-石头相互作用过程中的气泡形成过程以及振荡。图9是示出针对Ho:YAG激光(1.0J，10Hz，～109μs)和Tm:YAG激光(40mJ，250Hz，190ns)的光学纤维112的终止端表面116或纤维末端与结石124之间的间距122同消融体积之间的关系的图表。此图表示出了与光学纤维112的表面116与结石124接触时相比而言当间距122为0.5mm时针对Ho:YAG激光的消融效率更高。此外，此图表示出了Tm:YAG激光的消融效率在0-0.5mm的间距122上是相似的。由此，光学纤维112的表面116与由纤维末端114提供的目标物体(例如，结石124)之间的间距122可以允许目标物体的高效消融同时保护光学纤维122。在一些实施方式中，距离122大约是0.1-4mm。在一些实施方式中，距离122是0.1mm-1mm。
在一些实施方式中，纤维末端114附接到激光纤维112，如图2和图5-图7中所示。在一些实施方式中，这涉及将纤维末端114附接到光学纤维112的芯部、光学纤维112的包层(cladding)、和/或围绕此包层以及光学纤维112的芯部的护套，为了简化描述这些未示出。在一些实施方式中，纤维末端114可移除地附接到光学纤维112。在一些实施方式中，纤维末端114可以手动附接到光学纤维112的远端118，并且还可以手动从光学纤维112分离。
在一些实施方式中，光学纤维112可以被支撑在纤维支撑件126内，如图3中所示。纤维支撑件126可以是光学纤维112插入通过的管状构件。在一些实施方式中，纤维末端114直接地附接到纤维支撑件126而不是光学纤维112，如图3中所示。在一些实施方式中，纤维末端114可移除地附接到纤维支撑件126。在一些实施方式中，可以手动地执行纤维末端114与纤维支撑件126的附接和移除。
在一些实施方式中，纤维末端114包括套筒部分128，此套筒部分便于将纤维末端114附接到光学纤维112(图2)或纤维支撑件126(图3)。在一些实施方式中，套筒部分128的至少近端130形成插口，此插口配置为接收光学纤维112的远端118(图2)或纤维支撑件126的远端132(图3)。在一些实施方式中，套筒部分128包括肩部134，此肩部配置为与光学纤维112的终止端表面116(图2)或者纤维支撑件126的端表面136(图3)接合，以将纤维末端114的终止端120定位在距光学纤维112的终止端表面116期望距离122处。
在一些实施方式中，纤维末端114包括透射部分140，从光学纤维112的终止端表面116释放的激光能传送通过透射部分。在一些实施方式中，激光能106沿着光学纤维112的纵向轴线释放通过透射部分140。
在一些实施方式中，纤维末端114包括限定纤维末端114的远端终止端120的间隔部分142。在一些实施方式中，透射部分140包括间隔部分142，如图2、图3、图6和图7中所示。在一些实施方式中，间隔部分142从透射部分140向远端延伸，如图5中所示。在一些实施方式中，间隔部分142的远端终止端120是环形的，如图5中所示。在其它实施方式中，向远端延伸的间隔部分142可以包括一个或多个突出部。
在一些实施方式中，套筒部分128支撑透射部分140与间隔部分142。在一些实施方式中，套筒部分128围绕光学纤维112的远端118。在一些实施方式中，套筒部分128、透射部分140与间隔部分142形成为单个部件，如图7中所示。
在一些实施方式中，纤维末端114的各部件(诸如透射部分140、间隔部分142、和/或套筒部分128)由蓝宝石或硬质玻璃形成。
在一些实施方式中，透射部分140包括一个或多个透镜，此一个或多个透镜协助使引导到诸如结石124的目标物体的激光能106集中或者扩散。在一些实施方式中，透镜144定位在透射部分140的远端，如图2中的阴影所示。在一些实施方式中，透射部分140包括定位在透射部分140的近端处的透镜146，如图2中的阴影所示。
在一些实施方式中，纤维末端114的远端终止端120包括凸表面150，如图6和图7中所示。表面150可以作为远端透镜144(图2)操作。在一些实施方式中，凸表面150操作为使激光碎石术过程中发生的冲击波扩散以减少结石或石头124的回退(retropulsion)。
本发明的另一个实施方式涉及利用根据本发明的一个或多个实施方式形成的激光纤维102使结石破碎的方法。在此方法中，结石124与纤维末端114的终止端120接合，以将光学纤维112的终止端表面116定位在距结石预定距离122处，如图2、图3和图5中所示。然后激光能106通过光学纤维112传送并且通过终止端表面116释放。在结石位于距终止端表面116预定距离122处的同时，结石或石头124暴露于激光能106。然后结石响应于将结石暴露于激光能106以及由此产生的冲击波而破碎。
此外，由于根据本发明实施方式的纤维末端114可以可拆除地安装到激光纤维102，因此纤维末端114可以针对特定手术、结石类型等设计。相应地，单个激光纤维可以与不同的纤维末端114使用，以更有效地执行多种不同类型的手术并带来更好的结果。
尽管已经参照优选实施方式描述了本发明，但本领域技术人员应该认识到，可以在不偏离本发明的精神与范围的情况下在形式和细节上进行改变。

Claims (15)

1.一种用于执行激光碎石术的激光纤维，其包括：
光学纤维，其具有远端与位于所述远端处的终止端表面；以及
纤维末端，其位于所述光学纤维的远端处，所述纤维末端包括透射部分和间隔部分，从所述光学纤维的终止端表面释放的激光能传送通过所述透射部分，所述间隔部分限定所述纤维末端的与所述光学纤维的终止端表面隔开预定距离的远端终止端；
其中，所述预定距离设定为用于产生冲击波以便在所述纤维末端的远端终止端处破坏结石。
2.根据权利要求1所述的激光纤维，其中，所述纤维末端附接到所述光学纤维的远端。
3.根据权利要求2所述的激光纤维，其中，所述纤维末端可移除地附接到所述光学纤维的远端。
4.根据权利要求1所述的激光纤维，其中，所述光学纤维容纳在纤维支撑件内，并且所述纤维末端附接到所述纤维支撑件。
5.根据权利要求4所述的激光纤维，其中，所述纤维末端可移除地附接到所述纤维支撑件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光纤维，其中，所述透射部分包括所述间隔部分。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的激光纤维，其中，所述间隔部分从所述透射部分向远端延伸。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光纤维，其中，所述纤维末端包括套筒部分，所述套筒部分具有围绕所述光学纤维的远端并支撑所述透射部分与所述间隔部分的近端。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光纤维，其中，所述透射部分包括使从所述光学纤维的终止端表面释放的激光能集中的透镜。
10.根据权利要求9所述的激光纤维，其中，所述透镜定位在所述透射部分的近端处。
11.根据权利要求9所述的激光纤维，其中，所述透镜定位在所述透射部分的远端处。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的激光纤维，其中，所述纤维末端的远端终止端具有凸表面。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的激光纤维，其中，所述纤维末端在所述光学纤维的终止端表面周围形成密封腔。
14.一种外科激光系统，其包括根据权利要求1至13中任一项的激光纤维以及配置为输出激光能的光学地联接到所述光学纤维的近端的激光发生器，其中，所述激光能传送通过所述光学纤维并且通过所述光学纤维的终止端表面与所述纤维末端释放。
15.一种利用根据权利要求1至14中任一项的激光纤维使结石破碎的方法，包括：
使结石与所述纤维末端的终止端接合，以将所述光学纤维的终止端表面定位在距所述结石预定距离处；
将激光能传送通过所述光学纤维；
通过所述光学纤维的终止端表面释放所述激光能；
利用所述间隔部分将结石保持在距所述终止端表面预定距离处的同时，使所述结石暴露于所述激光能；以及
响应于使所述结石暴露于所述激光能而使所述结石破碎。
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