CN107376132A - 一种新型光纤导管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型光纤导管及其制备方法，所述光纤导管内设置有用于传导液体或气体的空腔以及用于传输光的光纤芯层；所述光纤导管的顶端设有半球型或锥形的罩子，该罩子为透明的罩子，罩子上设有多个能够释放药物和光能的通孔。该光纤导管可用记忆金属海波管的直径变化特性，将光纤挤压至嵌入聚合物层中。该光纤导管可通过空腔输送药物，高折射率的光纤芯层传输光，整体可弯曲、旋转，能够直接将药物通过血管等微小管道输送至病变处，利于光动力学肿瘤的治疗。

Description

一种新型光纤导管及其制备方法

技术领域

本发明涉及医学领域中的介入放射学技术领域，具体涉及一种新型光纤导管及其制备方法。

背景技术

1953年，Seldinger氏首先报导了用穿刺针经皮股动脉穿刺插入导管的方法。这种闭式插管技术不阻断插入血管(动脉或静脉)的血流,出血少,使局部合并症由8％降到1.3％,从而使导管技术在诊断放射学及介入放射学,即手术放射学的不同领域里发挥丁广泛的作用。例如目前广泛采用的颈外动脉插管术，在头颈部恶性肿瘤术前可以采用化学药物治疗，给药途径以动脉插管直接推注药物到肿瘤区，或采用有抗肿瘤药物的微球，自动脉推置于肿瘤部位，而后缓慢释放药物，则其疗效更佳。待肿瘤局限或缩小后，则可进一步行手术切除。

光动力疗法(Photodynamic Therapy，PDT)是利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。其作用基础是光动力效应。这是一种有氧分子参与的伴随生物效应的光敏化反应。其过程是，特定波长的激光照射使组织吸收的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。相比传统疗法，光动力疗法的优势有：1.创伤很小：借助光纤、内窥镜和其他介入技术，可将激光引导到体内深部进行治疗，避免了开胸、开腹等手术造成的创伤和痛苦。2.治疗区域的选择性：PDT疗法的主要攻击目标是光照区的病变组织，对病灶底部和周边的正常组织无损伤，这种选择性杀伤行为是其他常规手段所无法做到的。由于光敏剂只被病变细胞吸收并保留，无全身毒性，作用光波不为正常组织吸收，所以治疗只针对病变组织而保证正常组织细胞无损伤。3.有效性：光动力作用能引起的血管损伤及由此导致的病变组织局部的缺血缺氧，最终杀灭病变部位。并且由于治疗过程基于较强的药物定位效应。自动产生于所有病毒疣、疱疹部位，与此同时又能增强机体本身的免疫机制，防止复发或转移，治疗彻底、无复发，可以彻底根治。4.无耐药、毒副作用：由于制剂本身无毒，进入人体后很快被代谢，不在体内产生蓄积，机体也不会对光敏制剂产生耐药抗药性。因此，光动力疗法可以反复使用。5.灵活性：光动力疗法不受其他治疗方法限制，可以完全独立使用也可以与其他疗法联合使用。6.无创性：对发病器官上皮结构和胶原支架的损伤小，使创面愈合后保持器官外形和功能的完整性。治疗无需手术，无需病人住院，治疗时间短、无创伤，无痛苦。

由于目前没有有效的将激光和药物同时输送至血管内的装置，光动力治疗与穿刺针经皮股动脉穿刺插入导管治疗法无法有效结合，发挥在血管内光动力治疗同时给药的优势。本发明提出了一种新型光纤导管，采用特殊结构将光纤制作成具有空腔的导管结构，既能够传输光，又能够传输液体或气体。利用该装置进入血管，到达病变部位，同时通过空腔输送药物，可满足生物、医疗等领域对在血管内光动力治疗、血管内治疗效果监测等复合需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种新型光纤导管及其制备方法，解决了现有技术中存在的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种新型光纤导管，所述光纤导管内设置有用于传导液体或气体的空腔以及用于传输光的光纤芯层；所述光纤导管的顶端设有半球型或锥形的罩子，所述罩子上设有能够释放药物和光能的通孔。

进一步地，所述罩子为透明的罩子，该罩子上设有多个通孔。

进一步地，所述罩子为向外凸出的半球型结构，半球型的所述罩子的顶点和四周均设置有通孔以使药物能够从不同方向释放到达所有的病变部位。

进一步地，所述空腔设置于所述光纤导管的中央轴心处；所述空腔的外围设置有由高折射率的导光材料构成的光纤芯层，且该光纤芯层构成了所述空腔的壁。

进一步地，所述光纤芯层外包裹有折射率低于所述光纤芯层的第一包层；所述第一包层外设置有能够保护光纤芯层和增强光纤强度的涂覆层。

进一步地，所述光纤芯层为由多根光纤环形排列构成了管状的光纤芯层。

进一步地，所述光纤芯层外设有聚合物层，所述光纤的外侧嵌入所述聚合物层中；

所述聚合物层外设有能够保持所述光纤导管直径的塑形层。

进一步地，所述塑形层为螺旋状的海波管以使所述光纤导管在增强强度的同时具有柔性；所述光纤芯层由多根圆柱形的光纤环形排布构成。

进一步地，所述罩子由透明材料构成，该透明材料包括玻璃、蓝宝石；所述聚合物层由高分子聚合物构成，该高分子聚合物包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺。

进一步地，所述新型光纤导管内的所述空腔与光纤芯层并行排列，所述空腔外围设有约束管，该约束管构成了所述空腔的壁；所述光纤芯层包括设置于该光纤芯层内的光纤本体和环绕设置于所述光纤本体外的第二包层，所述第二包层的折射率低于所述光纤本体的折射率，所述第二包层外设置有能够保护光纤本体、增强光纤本体强度的第二涂覆层。

进一步地，所述约束管和第二涂覆层外包裹有由聚合物构成的包裹层。所述包裹层为采用聚合物材料制成，例如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。

进一步地，所述约束管为海波管以增强光纤导管的强度。

一种新型光纤导管的制备方法，步骤如下所示：

S1：采用记忆合金材料制备成含有多个螺旋圈儿的海波管，即为记忆金属海波管；并使该记忆金属海波管记忆在较低温度T0下的直径为d，升高温度至T1，使记忆金属海波管记忆在温度为T1时的直径为D，D＞d；

S2：①温度T0下，记忆金属海波管的直径为d时，将由多根圆柱形的光纤环形排布所构成的光纤芯层套合在记忆金属海波管外；②将由聚合物导管形成的聚合物层套合在①中的光纤芯层外；③将塑形层套合在聚合物层外使得光纤导管的外径保持不变，光纤导管的直径即为塑形层的直径；

S3：将温度升高至T1，记忆金属海波管在温度升高过程中逐渐膨胀使其直径达到D，由于塑形层的直径不变，则记忆金属海波管挤压设置于其外的光纤芯层，使得光纤芯层中的光纤外侧嵌入至聚合物层中；

S4：将温度降至T0，记忆金属海波管的直径缩小至d，然后就爱那个该记忆金属海波管抽出，则得到了新型光纤导管。

本发明至少具有以下有益效果：

①本发明给出了一种新型的光纤导管，该光纤导管可通过空腔输送药物，高折射率的光纤芯层传输光，整体可弯曲、旋转，能够直接将药物通过血管等微小管道输送至病变处，利于光动力学肿瘤的治疗；

②导管的顶端设置透明的球形或锥形的罩子，有利于导管前进，减小阻力，并能释放光；罩子的各个方向均设置通孔并能够全方位的释放药物，从而容易使药物在最短的时间内附着于所有的病变部位，则可大大提高给药的效率，缩短给药时间，也使得激光能够在很短的时间内照射使所有药物都发挥作用，有助于药物效果的发挥，有利于肿瘤的治疗，对于患者和给药的医护人员而言均具有极其重要的意义。

③导管中光纤、聚合物层、海波管等的具体结构设置，使得导管的一体性更好，且无论弯曲还是旋转，都不会发生任何变形，增强使用效果，增加导管的寿命。

④光纤导管的制备方法巧妙的利用了记忆合金的记忆特性，并采用具有螺旋圈的海波管进行形变进行直径大小的记忆，则能够通过螺旋圈儿的松紧来把握直径的大小；并利用记忆合金的膨胀缩小功能以及配合最外层螺旋管不会改变直径大小的刚性特性，使得光纤能够巧妙的复合并嵌入聚合物层内，制备简单，效果显著。

附图说明

图1是本发明实施例所述的新型光纤导管的横截面示意图；

图2是本发明另一个实施例所述的新型光纤导管的横截面示意图；

图3是本发明实施例所述的罩子的主视图；

图4是本发明实施例所述的罩子的另一个主视图；

图5是本发明实施例所述的罩子的立体结构示意图；

图6是本发明实施例所述的光纤导管的整体结构示意图；

图7是本发明另一个实施例所述的光纤导管的整体结构示意图；

图8是本发明实施例所述的制备光纤导管过程中低温时的状态图；

图9是本发明实施例所述的制备光纤导管过程中升高温度时的状态图；

图10是本发明实施例所述的制备完成后降低温度抽出记忆金属海波管前的状态图；

图11是本发明又一个实施例所述的新型光纤导管的横截面示意图；

图12是本发明又一个实施例所述的新型光纤导管的整体结构示意图；

1、空腔，2、光纤芯层，3、第一包层，4、涂覆层，5、聚合物层，6、塑形层，7、记忆金属海波管，8、罩子，11、约束管，12、光纤本体，13、第二涂覆层，14、包裹层，81、通孔。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通方法人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种新型光纤导管，其内设置有用于传导液体或气体的空腔1以及用于传输光的光纤芯层2，所述空腔1设置于所述光纤导管的中央轴心处；所述空腔1的外围设置有由高折射率的导光材料构成的环形的光纤芯层2，且该光纤芯层2构成了所述空腔1的外壁。由于光纤芯层2的折射率高于第一包层3和空腔1中液体的折射率，因此，激光或光线被约束于环形的光纤芯层2中传输。

所述光纤芯层2外包裹有由低折射率导光材料构成的第一包层3；所述第一包层3外涂覆有涂覆层4，该涂覆层4能够保护光纤芯层2光纤芯层2、增强光纤强度及柔韧性。

所述空腔1、光传导层、第一包层3和涂覆层4的轴线均与光纤导管的轴线重叠。

上述光纤芯层2可采用折射率为1.468的石英玻璃拉制成管状芯层，即为光纤芯层2；第一包层3的材料可通过在石英玻璃中掺杂使其折射率降低约0.36％；空腔1内液体的折射率约为1.33左右，具体根据液体种类有稍微的上下浮动；则光线由于高低折射率差别被约束于光纤芯层2中传输。

实施例2

如图2和7所示，一种新型光纤导管，其内设置有用于传导液体或气体的空腔1以及用于传输光的光纤芯层2；所述空腔1设置于所述光纤导管的中央轴心处；所述空腔1的外围设置有由高折射率的导光材料构成的环形的光纤芯层2，且该光纤芯层2构成了所述空腔1的外壁。

所述光纤芯层2为由多根圆柱形的光纤环形紧密排列构成了管状的光纤芯层2，即通过光纤呈环形排布围绕成了空腔1或构成了空腔1的内壁。

所述光纤芯层2外设有聚合物层5，该聚合物层5具有一定的柔性，所述圆柱形的光纤的外侧嵌入所述聚合物层5的内壁中。所述聚合物层5可由高分子聚合物构成，该高分子聚合物包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。

所述聚合物层5外设有能够保持所述光纤导管直径的塑形层6，即该塑形层6不会因为温度的改变而改变形状或直径。该塑形层6优选为含有多个螺旋圈的海波管，以使所述光纤导管在增强强度的同时具有一定的柔性，即该海波管能够增强强度，使光纤导管能够比较容易的进入穿过血管，同时，螺旋状的结构能够使刚性的光纤导管具有一定的柔性，更方便在需要的时候进行微变形，以利于穿过长距离的血管。

作为进一步优选的实施方式，所述每根光纤外包裹有由低折射率导光材料构成的第三包层；所述第三包层外涂覆有第三涂覆层，该第三涂覆层能够保护光纤芯层2、增强光纤强度及柔韧性。该第三包层和第三涂覆层的材料同实施例1中第一包层和第一涂覆层。

本实施例中的空腔1用于输送液体或气体药物(一般为液体)，光纤可采用折射率为1.468的石英玻璃制成，第三包层的材料可通过在石英玻璃中掺杂使其折射率降低约0.36％，空腔1内液体的折射率约为1.33左右，具体根据液体种类有稍微的上下浮动；则由于高低折射率差别，激光被约束于环形的光纤芯层2中传输。

实施例3

如图6、11～12所示，一种新型光纤导管，其内设有空腔1和光纤芯层，所述空腔1与光纤芯层并行排列设置，所述空腔1外围环绕设有约束管11，该约束管11构成了所述空腔1的壁；所述光纤芯层包括设置于该光纤芯层中心的光纤本体12和环绕设置于所述光纤本体12外的第二包层，所述第二包层的折射率低于所述光纤本体的折射率，则激光在高折射率的光纤本体中传输；所述第二包层外设置有能够保护光纤本体、增强光纤本体强度的第二涂覆层13。

所述约束管11和第二涂覆13层外均包裹有由聚合物构成的包裹层14。所述包裹层14为采用聚合物材料制成，例如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。

作为进一步优选的实施方式，所述约束管11为海波管以增强光纤导管的强度，该海波管为螺旋状的，即含有多个螺旋圈儿，如图10所示。

本实施例中的空腔1用于输送液体或气体药物(一般为液体)，光纤本体12可采用折射率为1.468的石英玻璃制成，第二包层的材料可通过在石英玻璃中掺杂使其折射率降低约0.36％。

实施例4

在实施例1、实施例2或实施例3的基础上，如图3～5所示，为了减小顶端阻力、并输送药物及光能，所述光纤导管的顶端均设有向外凸出的半球型或锥形的罩子8，所述罩子8上设有能够释放药物和光能的通孔，该罩子8为透明的罩子8，有助于激光的释放，该罩子8上设有多个通孔，方便液体或气体的药物及时释放出去，也能够同时释放激光。

进一步地，所述罩子8优选为向外凸出的半球型结构，半球型的所述罩子的顶点和四周均设置有通孔81，即半球形罩子8的外周不同方向均设置有通孔81，例，半球形的顶点、靠近底部(此处的底部指靠近光纤导管主体部分的一端，即与顶点相对的一端)的外周各个方向以及顶点与底部之间的中间部的各个方向等均可选择设置通孔81，具体哪个部分设置以及设置几个根据实际情况而定，如可只在顶点和中间部设置或只在顶点和底部之间设置，该设置方式能够使药物从半球形罩子8的不同方向释放，从而容易使药物在最短的时间内到达所有的病变部位，则可大大提高给药的效率，缩短给药时间。

所上述透明的罩子8可采用玻璃、蓝宝石等透明质材料构成。

实施例5

如图8～10所示，一种新型光纤导管的制备方法，具体步骤如下所示：

S1：①选择形状记忆合金材料，并将该形状记忆合金材料制成含有多个螺旋圈的记忆金属海波管7；②将步骤①所制得的含有多个螺旋圈的海波管冷却到温度为T0；③温度降至T0时，在记忆金属海波管7两端施加相反的力矩以使记忆金属海波管7的螺旋圈的圈数增加，则直径减小，此时直径为d，则由于金属记忆效应，记忆金属海波管7的此形状在T0温度下得以保存；④将记忆金属海波管7恢复为室温T1，通过在记忆金属海波管7两端施加相反的力矩以使海波管内径增加到D，则由于金属记忆效应，记忆金属海波管7在该T1温度下的形状得以保存；直径D＞d。

S2：①如图6所示，温度T0下，记忆金属海波管7的直径为d时，将由多根圆柱形的光纤环形排布所构成的光纤芯层2恰好套合在记忆金属海波管7外；②将由聚合物导管形成的聚合物层5恰好套合在①中的光纤芯层2外；③将由海波管构成的塑形层6(该塑形层6在T0～T1下，直径基本不变)恰好套合在聚合物层5外使得光纤导管的外径保持不变，光纤导管的外径即为塑形层6的外径。记忆金属海波管7与光纤芯层2之间以及光纤芯层2与聚合物层5之间的预留空间或不留空间跟根据实际需要而定。

S3：如图7所示，将温度升高至T1，由于记忆金属海波管7在该温度下的记忆直径为D，因此，记忆金属海波管7在温度升高过程中逐渐膨胀使其直径达到D，由于塑形层6的直径不变，则在记忆金属海波管7膨胀过程中，记忆金属海波管7挤压设置于其外的光纤芯层2，使得光纤芯层2中的光纤外侧嵌入至聚合物层5中；

S4：将温度降至T0，如图7所示，记忆金属海波管7的直径缩小至d，然后将该记忆金属海波管7抽出。

S5：然后将制作好的罩子复合于光纤导管的顶端，则得到了新型光纤导管。

上述步骤S1中，所述形状记忆合金材料为镍钛合金或铜锌合金；优选镍钛合金中的51Ni-Ti。

上述温度T0优选不大于0℃，如-20℃～0℃，优选-12℃左右或0℃左右。冷却方式为：将记忆金属海波管7浸泡在干冰-酒精溶液中冷却到温度为-12℃左右，而在冰水混合物中使温度降至0℃左右；当然也可以根据温度需要，采用液氮等进行降温。

步骤S1中，螺旋直径与螺旋圈数的关系为：

其中D为螺旋直径，N为螺旋圈数，H为螺旋线高度，则当在海波管两端施加力矩时，螺旋圈数N减小，直径D增大，螺旋圈数N增加，直径D减小。

本发明中的新型光线导管，其空腔1中可导入或导出液体，例如光敏剂、化疗药物等，光纤芯层2部分可传导光线，例如将激光引入体内特定部位，或将光信号引出体内。此种结构能够允许光能量和药物同时作用于病变部位，起到光动力治疗同时给药的作用，或者在进行治疗时同时通过光信息获取病变部位光谱/能量信息，进行病变部位信息检测，例如在给药时检测病变部位温度、血压、血流速度、血糖等指标监测。

具体使用时，该光纤导管的整体可弯曲、旋转，通过Seldinger动脉插管技术，将光纤导管引下血管抵达病变部位。例如，在血管内光动力肿瘤治疗中，该光纤导管通过经皮穿刺血管并在临床影像引导下，将光纤导管插至病变部位。并将光敏剂和激光引入肝脏肿瘤内血管，具体地，首先将光敏剂从手持一端(留在体外的一端为手持端)注入空腔1中，同时将激光从光纤芯层2引入该光纤导管中，光敏剂药物通过罩子上的通孔传输出去并释放至肿瘤部位，激光经过光纤芯层2的传输，最后从透明的罩子中以及罩子上的通孔中传输并照射在已注射光敏药物的肿瘤瘤体，使瘤体内的光敏药物发生光化学反应产生单态氧继而引发肿瘤瘤体的坏死及凋亡，从而达到治疗肿瘤的目的。

本发明的光纤导管直径约为200um-1000um，整体可弯曲、旋转，其使用非常方便，并且液体光敏剂药物的引入也非常方便，然后通过激光器发射激光，并将激光通过光纤芯层2引入便可，则本发明能够将药物和激光通过血管等小通道直接引入到达病变部位，扩大了光动力肿瘤的范围，即几乎任何肿瘤均能通过本发明的光纤导管进行引入光敏剂和光进行治疗，并且通过光能的反传输等也可实现肿瘤病变情况的检测或预判。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型光纤导管，其特征在于：所述光纤导管内设置有用于传导液体或气体的空腔以及用于传输光的光纤芯层；所述光纤导管的顶端设有半球型或锥形的罩子，该罩子为透明的罩子，罩子上设有多个能够释放药物和光能的通孔。

2.根据权利要求1所述的新型光纤导管，其特征在于：所述罩子为向外凸出的半球型结构，半球型的所述罩子的顶点和四周均设置有通孔以使药物能够从不同方向释放到达所有的病变部位；

所述罩子由透明材料构成，该透明材料包括玻璃、蓝宝石。

3.根据权利要求2所述的新型光纤导管，其特征在于：所述空腔设置于所述光纤导管的中央轴心处；所述空腔的外围设置有由高折射率的导光材料构成的光纤芯层，且该光纤芯层构成了所述空腔的壁。

4.根据权利要求3所述的新型光纤导管，其特征在于：所述光纤芯层外包裹有折射率低于所述光纤芯层的第一包层；所述第一包层外设置有能够保护光纤芯层和增强光纤强度的涂覆层。

5.根据权利要求3所述的新型光纤导管，其特征在于：所述光纤芯层为由多根光纤环形排列构成了管状的光纤芯层。

6.根据权利要求5所述的新型光纤导管，其特征在于：所述光纤芯层外设有聚合物层，所述光纤的外侧嵌入所述聚合物层中；

所述聚合物层外设有能够保持所述光纤导管直径的塑形层。

7.根据权利要求6所述的新型光纤导管，其特征在于：所述塑形层为螺旋状的海波管以使所述光纤导管在增强强度的同时具有柔性；所述光纤芯层由多根圆柱形的光纤环形排布构成。

8.根据权利要求3所述的新型光纤导管，其特征在于：所述新型光纤导管内的所述空腔与光纤芯层并行排列，所述空腔外围设有约束管，该约束管构成了所述空腔的壁；所述光纤芯层包括设置于该光纤芯层内的光纤本体和环绕设置于所述光纤本体外的第二包层，所述第二包层的折射率低于所述光纤本体，所述第二包层外设置有能够保护光纤本体、增强光纤本体强度的第二涂覆层；

所述约束管和第二涂覆层外包裹有由聚合物构成的包裹层。

9.根据权利要求8所述的新型光纤导管，其特征在于：所述约束管为螺旋状的海波管；

所述包裹层由高分子聚合物制成，该高分子聚合物包括聚四氟乙烯和聚酰亚胺。

10.一种新型光纤导管的制备方法，其特征在于：所述制备方法如下所示：

S1：采用记忆合金材料制备成含有多个螺旋圈儿的海波管，即为记忆金属海波管；并使该记忆金属海波管记忆在较低温度T0下的直径d，升高温度至T1，使记忆金属海波管记忆在温度为T1时的直径D，且D＞d；

S2：①将温度降至T0，则记忆金属海波管的直径为d，将由多根圆柱形的光纤环形排布所构成的光纤芯层套合在记忆金属海波管外围；②将由聚合物导管形成的聚合物层套合在①中的光纤芯层外围；③将塑形层套合在聚合物层外围使得光纤导管的外径保持不变，光纤导管的直径即为塑形层的直径；

S3：将温度升高至T1，记忆金属海波管在温度升高过程中逐渐膨胀使其直径达到D，则记忆金属海波管挤压设置于其外的光纤芯层，使得光纤芯层中的光纤外侧嵌入至聚合物层中；

S4：将温度降至T0，记忆金属海波管的直径缩小至d，然后就爱那个该记忆金属海波管抽出，则得到了新型光纤导管。