CN108136059B - 医疗装置消毒系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于消毒医疗装置的系统。所述系统包括产生光的光源，所述光的至少一个波长在约100nm至约500nm之间。所述系统还包括至少一个圆柱形光学漫射器，其与医疗装置的至少一个内部通道光学连通，所述至少一个圆柱形光学漫射器具有外表面和与光源光学耦合的端部。所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射。

Description

医疗装置消毒系统和方法
本申请依据35U.S.C.§119要求2016年1月13日提交的第62/278,197号的美国临时申请和2015年8月21日提交的第62/208,239号美国临时申请的优先权权益，它们的内容作为本申请的基础，并通过引用全文纳入本文。
技术领域
本公开一般涉及医疗装置、医疗装置消毒系统和消毒方法。更具体而言，本公开涉及具有至少一个圆柱形光学漫射器的医疗装置；包含至少一个圆柱形光学漫射器的医疗装置消毒系统和使用至少一个圆柱形光学漫射器的消毒方法。
背景技术
健康护理环境中存在的细菌与普通社区环境中发现的细菌明显不同，这主要是因为它们对抗生素疗法的抗性所致。在许多方面，医院环境通过包藏细菌、真菌和病毒的毒力株而造成该问题。这至少部分是因为许多常规消毒方法没有效果并且实际上可能传播污染物而导致的。另外，当定期进行消毒方法时，细菌随着时间对该方法产生了抗性。这些污染物存在于物体上，尤其是医院环境中的医疗装置上。对于单次使用后不能被销毁的医疗装置，必须在各使用之间对装置进行消毒。另外，一些部分放置在体内并且部分放置在体外一段时间的医疗装置会增加感染风险。
这种医疗装置的实例是柔性和刚性内窥镜。用于清洁这种内窥镜的一些系统被构造成允许将内窥镜容纳在处理槽中，以使用液体洗涤剂和消毒剂溶液进行清洁和消毒。然而，内窥镜可能具有多个难以到达并难以进行消毒的内部通道或内腔。这种通道用于注射液体冲洗剂、抽吸、并使柔性手术器械(如活检钳)通过。
已经开发了一些机械辅助装置用于清洁内窥镜的内部通道或内腔。例如，适合内部通道或内腔的刷装置配备有从中心轴杆突出的刷毛，以对内窥镜的内部通道或内腔的表面提供机械磨擦。另外，适合内部通道或内腔的海绵装置将污染物扩散成位于内窥镜的内部通道或内腔的表面上的基本均匀的膜，以使得酶清洁剂可更有效且更均匀地消化污染物。然而，刷装置的刷毛与内窥镜的内部通道或内腔的表面接触并不均匀，并且海绵装置仅扩散污染物并且未被构造成提供去除粘附于内窥镜的内部通道或内腔表面的污染物所需的机械力。
发明内容
根据本公开的一个实施方式，提供了用于消毒医疗装置的系统。所述系统包括产生具有至少一个在约100nm至约500nm之间波长的光的光源。所述系统还包括至少一个圆柱形光学漫射器，其与医疗装置的至少一个内部通道光学连通，所述至少一个圆柱形光学漫射器具有外表面和与光源光学耦合的端部。所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射。
根据本公开的另一个实施方式，提供了一种医疗装置。所述医疗装置包括至少一个内部通道和与所述至少一个内部通道光学连通的至少一个圆柱形光学漫射器，所述至少一个圆柱形光学漫射器具有外表面和与光源光学耦合的端部。所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射。
根据本公开的另一个实施方式，提供了一种消毒方法。所述方法包括将至少一个圆柱形光学漫射器的至少一部分插入到医疗装置的内部通道中并且将来自光源的光引入到所述至少一个圆柱形光学漫射器的与光源光学耦合的端部，以及发射通过漫射器外表面的光以照亮漫射器的一部分并将内部通道暴露于所发射的光。所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射，以及用于对内部通道的至少一个表面进行消毒。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各个实施方式的原理和操作。
附图说明
通过以下的说明和附图能够更加清晰地理解本发明，以下附图仅作为非限定性的实例给出，其中：
图1是光漫射光纤的一个示例性实施方式的区段的侧面示意图；
图2是图1所示光纤沿方向2-2观察时的横截面示意图；
图3A是光漫射纤维的一个示例性实施方式的相对折射率-纤维半径的示意图；
图3B是光漫射纤维的另一个示例性实施方式的相对折射率-纤维半径的示意图；
图3C例示了光漫射纤维的另一个示例性实施方式；
图4A和4B示出了相对于波长(nm)的纤维衰减(损耗)(dB/m)；
图5是根据本公开的一个实施方式的内窥镜手术系统的示意图；
图6是根据本公开的一个实施方式的内窥镜的远端面的前视图；
图7是根据本公开的一个实施方式的内窥镜的远端面的截面示意图；以及
图8是根据本公开的一个实施方式的内窥镜的远端面的前视图。
具体实施方式
下面对发明的实施方式作详细说明，这些实施方式的实例在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
除非上下文明确有其他的说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数的指代物。阐述相同特征的所有范围的端点可独立地组合并包含所述端点。所有参考文献都以参考的方式纳入本文中。
本公开的实施方式涉及医疗装置、医疗装置消毒系统和消毒方法。本公开的实施方式包括至少一个圆柱形光学漫射器，其可以透射紫外辐射或短波长可见光。如本文中所使用的，圆柱形光学漫射器是指当将光作为导光引入到漫射器中时通过其外表面发射光的漫射器。虽然本文中包括的一些实施方式描述了“至少一个圆柱形光学漫射器”，但是应理解，包括多个圆柱形光学漫射器的实施方式也被包括在内。如在本文中所使用的，术语“紫外”(UV)光用于小于约400nm的光波长，而术语“短波长可见光”用于约400nm至约500nm之间的光波长。当给予足够剂量的紫外光，尤其是在C带宽中的紫外光时，其对所有已知病原体来说是致命的。如在本文中所使用的，术语“C带宽中的紫外光”(UV-C)用于指由于其杀菌性质而被利用的光波长，所述波长在约100nm至约290nm之间。另外，最近的研究显示短波长可见光(如紫外和蓝光)在某些剂量下对细菌、真菌和病毒也是致命的。这样的短波长可见光可以例如在约400nm至约450nm之间，或者在约405nm至约415nm之间。
圆柱形光学漫射器可以为例如侧发光纤维，或者两束或更多束侧发光纤维的束。侧发光纤维可以为例如不具有任何包层或涂层的单独的塑料芯体或玻璃芯体，其中，由于光不被捕获或内部引导，因此发送到芯体中的光通过纤维的侧表面损耗。侧发光纤维可以包括在各个位置引入到纤维中的散射缺陷，例如通过用小的折射和/或反射光散射颗粒掺杂纤维的芯体，或者通过对芯体表面进行改性以具有使光散射出芯体的表面特征来引入散射缺陷。发光表面缺陷的实例包括锯齿、缺口、刮痕、纹理、粗糙度、起皱、蚀刻、磨损等。或者，圆柱形光学漫射器可以为光漫射光纤。如在本文中所使用的，术语“光漫射光纤”是指一种挠性光波导，其被构造成使光漫射出纤维的侧面，从而使得光被导出波导的芯体并通过波导的外表面，以提供照明。
与所要求保护的主题的基本原理相关的概念公开在第US 2011/0122646Al号美国专利申请公布中，其通过引用整体纳入本文。如下文更具体描述的，示例性的光漫射光纤可以包括芯体、主包层和多个位于所述芯体内或芯体-包层边界处的纳米尺寸结构。光纤还包括外表面，以及被构造成与光源光学耦合的端部。光漫射光纤可以被构造成通过纳米尺寸结构散射导光，使其离开芯体并通过外表面，以形成具有一长度的光源纤维部分，该光源纤维部分在其长度内发射基本上均匀的辐射。
术语“光源”是指激光器、发光二极管或能够发射电磁辐射的其他部件，所述电磁辐射或者在UV光波长范围内或者是可与发光体相互作用而发射UV光波长范围内的光的波长。
术语“发光体”是指表现出发光的原子或化学化合物，其包括各种荧光团和磷光体。
以下术语和词语与具有纳米尺寸结构的光漫射纤维结合使用。
“折射率分布曲线”是折射率或相对折射率与波导(纤维)半径之间的关系。
“相对折射率百分比”定义如下：
Δ(r)％＝100x[n(r)2-n参比 2)]/2n(r)2，
其中，除非另有说明，n(r)是在半径r处的折射率。除非另有说明，相对折射率百分比在850nm处限定。在一个方面中，参比折射率n参比是二氧化硅玻璃在850nm处的折射率1.452498，在另一方面中，它是包层玻璃在850nm处的最大折射率。除非另有说明，否则，本文所用的相对折射率用Δ表示，其数值以“％”为单位给出。在一个区域的折射率小于参比折射率n参比的情况下，相对折射率百分比是负数，称作具有凹陷区域或者凹陷折射率，并且最小相对折射率在相对折射率为最大负值的点计算得到，另有明确说明的除外。在一个区域的折射率大于参比折射率n参比的情况下，相对折射率百分比是正数，并且该区域可称为是凸起的或者具有正折射率。
在本文中，“正掺杂剂(updopant)”被认为是相对于未掺杂的纯SiO2，具有提高折射率倾向的掺杂剂。在本文中，“负掺杂剂(downdopant)”被认为是相对于未掺杂的纯SiO2，具有降低折射率倾向的掺杂剂。当正掺杂剂伴有一种或多种不是正掺杂剂的其他掺杂剂时，其可以存在于光纤中具有负的相对折射率的区域中。类似地，一种或多种不是正掺杂剂的其他掺杂剂可以存在于光纤中具有正的相对折射率的区域中。当负掺杂剂伴有一种或多种不是负掺杂剂的其他掺杂剂时，其可以存在于光纤中具有正的相对折射率的区域中。
类似地，一种或多种不是负掺杂剂的其他掺杂剂可以存在于光纤中具有负的相对折射率的区域中。
术语“a-分布”或者“α(阿尔法)分布”是指相对折射率分布，其用Δ(r)表示，单位为“％”，其中r为半径，其遵循以下方程：
Δ(r)＝Δ(ro)(l-[|r-ro|/(r1-ro)]a)，
式中ro为Δ(r)是最大值时的点，r1是Δ(r)％为零时的点，并且r在r1≤r≤rf的范围内，其中Δ如上文所定义，r1是a-分布的起点，rf是a-分布的终点，α是指数，为实数。
因此，本文所用术语“抛物线”包括基本上呈抛物线形的折射率分布，它在芯体中的一个或多个点处可稍微偏离于2.0的α值；并且“抛物线”还包括有少量变化和/或中心线倾斜的分布。在一些示例性实施方式中，在850nm处测量的α大于1.5且小于2.5，更优选大于1.7且小于2.3，甚至更优选在1.8至2.3之间。在其他实施方式中，折射率分布的一段或多段具有基本上呈阶梯的折射率形状，其中在850nm处测量的α值大于8，更优选大于10，甚至更优选大于20。
术语“纳米结构纤维区域”描述了纤维的某一区域或区具有大量充气孔隙或其他纳米尺寸结构的纤维。所述区域或区在纤维的横截面中可以具有例如超过50个孔隙，或者超过100个孔隙，或者甚至是超过200个孔隙。充气孔隙可以包含例如SO2、Kr、Ar、CO2、N2、O2或其混合物。本文所述的纳米尺寸结构(例如孔隙)的横截面尺寸(例如直径)可以为约10nm至约1.0μm(例如约50nm至约500nm)，并且长度可以为约1.0毫米至约50米(例如约2.0mm至约5.0米、或约5.0mm至约1.0米)。
在标准单模或多模光纤中，在小于1300nm的波长处的损耗主要取决于瑞利散射。这些瑞利散射损耗Ls由材料的性质决定，并且对可见波长(400-700nm)来说通常约为20dB/km。瑞利散射损耗还具有强烈的波长依赖性(即
Figure BDA0001614963220000061
参见图4B，对比纤维A)，这意味着需要至少约1.0km至约2.0km的纤维来耗散超过95％的输入光。这种纤维若更短，将导致照明效率降低，而使用长纤维(约1.0km至约2.0km或者更长)会增加成本，并且可能难于控制。
在发光应用的某些构造中，适宜使用长度较短的纤维，例如约0.02米至约100米的长度。这要求增大纤维的散射损耗，同时能够保持良好的角散射性质(光从纤维轴均匀地耗散)和良好的弯曲性能，以免在纤维弯曲部形成亮斑。本文所述的至少一些实施方式的一个有利特性是沿纤维照明器长度方向的均匀且高的照度。由于光纤是挠性的，因此允许布置各种照明形状。优选地，在纤维的弯曲点处不具有亮班(由于弯曲损耗增加所致)，以使得纤维所提供的照明变化不超过约30％，优选小于约20％或更优选小于约10％。例如，在至少一些实施方式中，纤维的平均散射损耗大于约50dB/km，并且散射损耗在长度为约0.2米的任何给定纤维段内的变化不超过约30％(即散射损耗在平均散射损耗的±30％以内)。纤维的平均散射损耗可以大于约50dB/km，同时散射损耗在长度小于约0.05米的纤维段内变化小于约30％。纤维的平均散射损耗可以大于约50dB/km，同时散射损耗在长度为约0.01米的纤维段内变化小于约30％。纤维的平均散射损耗也可以大于约50dB/km，同时散射损耗在长度为约0.01米的纤维段内变化小于约20％，优选小于约10％。
根据本公开的实施方式，对于纤维的目标长度，在照明波长下，通过纤维侧面漫射的积分光强度的强度变化小于约30％，其中所述纤维的目标长度可以是例如约0.02米至约100米。可通过在包层或涂层中加入荧光材料而改变在特定照明波长下通过纤维侧面漫射的积分光强度。通过荧光材料散射的光的波长不同于在纤维中传播的光的波长。
本文所述的纤维设计包括纳米结构纤维区域(具有纳米尺寸结构的区域)，其位于纤维的芯体区中，或者非常靠近芯体。纤维的散射损耗超过约50dB/km，例如大于约100dB/km、大于约200dB/km、大于约500dB/km、大于约1000dB/km、大于约3000dB/km或者甚至是大于约5000dB/km。散射损耗，以及由此导致的照明或纤维所辐射的光在角域中是均匀的。
为了减少或消除纤维弯曲部的亮斑，有利的是，当弯曲直径小于约50mm时，纤维中90°弯曲部的衰减增加小于约5.0dB/弯，例如小于约3.0dB/弯、小于约2.0dB/弯、或者甚至是小于约1.0dB/弯。在示例性实施方式中，在甚至更小的弯曲直径下，例如小于约20mm、小于约10mm或者甚至是小于约5.0mm，获得了这些低的弯曲损耗。在约5.0mm的弯曲半径下，衰减的总增加可以小于约l.0dB/90度弯。
弯曲损耗等于或小于直纤维芯体的固有散射损耗。由于散射从纳米尺寸结构中出来，因此固有散射是主要的。因此，至少根据光纤的弯曲不敏感实施方式，弯曲损耗不超过纤维的固有散射。然而，由于散射水平是弯曲直径的函数，因此纤维的弯曲布置取决于其散射水平。例如，纤维的弯曲损耗可以小于约3.0dB/弯，或者甚至是小于约2.0dB/弯，并且纤维可弯曲成半径小至约5.0mm的弧而不会形成亮斑。
根据一些实施方式，光漫射纤维12包含至少部分用纳米结构填充以散射光的芯体、围绕芯体的包层，并且可以任选地包含至少一层围绕包层的涂层。例如，芯体和包层可用主涂层和次涂层和/或油墨层包围。在一些实施方式中，油墨层包含颜料以提供额外的吸收，并改进纤维所散射的光的光谱(例如为漫射的光提供额外的颜色)。在其他实施方式中，一层或多层涂层包含对传播通过纤维芯体的光的波长进行转换的分子，以使得从纤维涂层发出的光(被纤维漫射的光)具有不同的波长。在一些实施方式中，油墨层和/或涂层可以包含磷光体以将来自芯体的散射光转换成不同波长的光。在一些实施方式中，磷光体和/或颜料分散在主涂层中。在一些实施方式中，颜料分散在次涂层中；在一些实施方式中，颜料分散在主涂层和次涂层中。在一些实施方式中，磷光体和/或颜料分散在聚合物包层中。优选地，纳米结构为填充SO2的孔隙。
根据一些实施方式，光纤12包含主涂层、任选的包围主涂层的次涂层和/或油墨层(例如直接位于包层或者各涂层中的一层涂层上面)。主涂层和/或次涂层可以包含以下至少一种：颜料、磷光体、荧光材料、亲水材料、调光材料或其组合。
根据一些实施方式，光漫射光纤包含：(1)玻璃芯体、包层和多个位于所述芯体内或芯体-包层边界处的纳米尺寸结构，所述光纤还包含外表面，并被构造成(i)通过所述纳米尺寸结构将导光从芯体经外表面散射出去，(ii)在照明波长下具有大于50dB/km的散射诱导衰减；以及(2)一层或多层涂层，使得包层或者至少一层涂层包含磷光体或颜料。根据一些实施方式，这些颜料可以能够改变光的波长，从而使得由纤维外表面提供的照明(漫射光)具有不同于通过纤维芯体传播的光的波长。优选地，纳米结构为填充SO2的孔隙。
根据一些实施方式，光漫射光纤包含：玻璃芯体、包层和多个位于所述芯体内或芯体-包层边界处的纳米尺寸结构。所述光纤还包含外表面，并被构造成(i)通过所述纳米尺寸结构将导光从芯体经外表面散射出去，(ii)在照明波长下具有大于50dB/km的散射诱导的衰减；其中整个芯体包含纳米尺寸结构。所述纤维可以任选地包含至少一层涂层，以使包层或至少一层涂层包含磷光体或颜料。根据一些实施方式，纳米结构为填充SO2的孔隙。
根据一些实施方式，光漫射光纤包含：玻璃芯体和多个位于所述芯体内的纳米尺寸结构，从而使得整个芯体包含纳米结构，所述光纤还包含外表面，并被构造成(i)通过所述纳米尺寸结构将导光从芯体经外表面散射出去，(ii)在照明波长下具有大于50dB/km的散射诱导的衰减，其中纤维不包含包层。根据一些实施方式，纳米结构为填充SO2的孔隙。纳米结构区中的填充SO2的孔隙极大地促进了散射(改进了散射)。
根据一些实施方式，光漫射光纤包含：玻璃芯体和多个位于所述芯体内的纳米尺寸结构，从而使得整个芯体包含纳米结构，所述光纤还包含外表面，并被构造成(i)通过所述纳米尺寸结构将导光从芯体经外表面散射出去，(ii)在照明波长下具有大于50dB/km的散射诱导的衰减，其中所述纤维不包含包层。根据一些实施方式，所述纤维任选地包含至少一层涂层，以使包层或涂层包含磷光体或颜料。根据一些实施方式，纳米结构为填充SO2的孔隙。如上所述，纳米结构区中的填充SO2的孔隙极大地促进了散射(改进了散射)。
图1是部分的光漫射光纤的侧面示意图，在具有中心轴或中心线16的该光漫射光纤12的芯体中具有多个孔隙。图2是光漫射光纤12沿图1中的方向2-2观察时的横截面示意图。光漫射光纤12可以是例如，各类具有纳米结构光纤区域的光纤中的任何一种光纤，所述纳米结构光纤区域具有周期性或非周期性纳米尺寸结构32。例如，纤维12包含芯体20，所述芯体20被分成三个部分或区域。所述部分或区域包含实体中心区域22、纳米结构环形部分26和包围所述纳米结构环形部分26的外实体部分28。包层40包围芯体20并且具有外表面。包层40可以是，例如低折射率聚合物，如可UV固化或热固化的含氟丙烯酸酯或硅酮。包层40可以包含纯的低折射率聚合物。另外，包层40还可以包含纯二氧化硅或掺氟二氧化硅。包层40可以具有低折射率，以提供高数值孔径(NA)。纤维12的NA可以等于或大于将光引导到纤维12中的光源的NA。根据本公开的一些实施方式，纤维12的NA可以大于约0.2、大于约0.3或者甚至是大于约0.4。
根据示例性实施方式，光漫射纤维12的纳米结构环形部分26包含玻璃基体31，其中有许多非周期性设置的纳米尺寸结构32，例如图2中放大插图所详细显示的示例性孔隙。孔隙可周期性设置，如设置在光子晶体光纤中，其中，通常孔隙的直径在约1x10-6m至约1x10-5m之间。孔隙的直径可以为至少约10nm。孔隙也可以非周期性或随机设置。在纳米结构环形部分26中的玻璃基体31可以为例如但不限于掺氟二氧化硅或未掺杂的纯二氧化硅。
纳米尺寸结构32将光从芯体20中散射出来并向着纤维的外表面散射。然后，散射光漫射通过纤维12的外表面以提供照明。也就是说，大部分光沿着纤维长度经由通过纤维12侧面的散射来漫射。根据本公开的一些实施方式，纤维在其长度内发射基本上均匀的辐射，并且纤维在照明波长内的散射诱导的衰减为大于约50dB/km。在照明波长中，散射诱导的衰减可以大于约100dB/km、大于约500dB/km、大于约1000dB/km、大于约2000dB/km或者甚至是大于约5000dB/km。这样的散射损耗比标准单模及多模光纤中的瑞利散射损耗大约2.5至约250倍。散射导致的损耗量可通过改变纤维12的性质、纳米结构区域26的宽度和纳米尺寸结构32的尺寸和密度而增加。
在一些实施方式中，纳米结构区域26包含纯二氧化硅，包含多个纳米尺寸结构32。考虑到任何孔隙的存在，纳米结构区域26的最小相对折射率和平均有效相对折射率可以均小于约-0.1％。纳米尺寸结构32或孔隙可以包含一种或多种气体，例如氩气、氮气、氧气、氪气或SO2，或者可包含基本上没有气体的真空。然而，不论是否存在任何气体，由于纳米尺寸结构32的存在，纳米结构区域26中的平均折射率有所降低。纳米尺寸结构32可随机或非周期性地设置在纳米结构区域26中。或者，纳米尺寸结构32可以周期性地设置在纳米结构区域26中。
根据示例性实施方式，实体中心区域22可以包含掺杂了氧化锗的二氧化硅，芯体内部环状区域28可以包含纯二氧化硅，并且包层40可以包含玻璃或者低折射率聚合物。纳米结构区域26可以包含在纯二氧化硅中的多个纳米尺寸结构32，或者替换性地，纳米结构区域26可以包含在掺氟二氧化硅中的多个纳米尺寸结构32。根据其他示例性实施方式，整个芯体20可以是纳米结构的(例如填充有孔隙)，其中芯体20被包层40包围。芯体20可以具有“阶梯式”折射率Δ，或者可以具有渐变芯体分布，其中a-分布具有例如约1.8至约2.3的α值。
实体中心区域22与芯体内部环状区域28中的玻璃可以包含正掺杂剂，例如Ge、Al、Ti、P及其组合。“非周期性设置”或“非周期性分布”是指当截取光纤横截面时(如图2所示)，纳米尺寸结构32随机或非周期性地分布在纤维的一部分中。例如，如果纳米尺寸结构32包含孔隙，则沿着纤维长度在不同点截取类似的横截面将揭示不同的横截面孔隙图案，即，各横截面将具有不同的孔隙图案，其中孔隙的分布和孔隙的尺寸不匹配。也就是说，所述孔隙是非周期性的，即这些孔隙在纤维结构内不是以周期性方式设置。这些孔隙沿着光纤的长度(即平行于纵轴)拉长(伸长)，但是对于传输纤维的常规长度来说，不会在整根纤维的整个长度上延伸。孔隙可以沿着纤维12的长度延伸小于约10米，并且在许多情况中，小于约1.0米。
如上所述，实体中心区域22与芯体内部环状区域28可以包含掺锗二氧化硅，即掺氧化锗的二氧化硅。在光纤12的芯体中，特别是中心线16处或其附近，可单独或组合使用锗以外的掺杂剂，以得到所需的折射率和密度。本文公开的光纤12的相对折射率分布在芯体部分的实体中心区域22和芯体内部环状区域28中为非负。光纤在芯体中可以不含有减小折射率的掺杂剂。另外，光纤12的相对折射率分布在实体中心区域22、纳米结构环形部分26和/或芯体内部环状区域28中可以为非负。
任选地，纤维12包含包围包层40的涂层44。涂层44可以包含低模量主涂层和高模量次涂层。涂层44可以为聚合物涂层，例如基于丙烯酸酯或基于硅酮的聚合物。涂层沿着纤维的长度可以具有恒定的直径。可以设计涂层44以增强从芯体20中出来并通过包层40的光的分布和/或性质。包层40的外表面或任选的涂层44的外表面代表纤维12的侧面48，如本文所述，在纤维中行进的光通过散射经所述侧面离开。涂层44可以为透射UV光的树脂。例如，透射UV光的树脂可以为但不限于具有以下结构的树脂：三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、聚酯四丙烯酸酯、聚酯六丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯+己二醇二丙烯酸酯、聚醚四丙烯酸酯、硅酮二丙烯酸酯、硅酮六丙烯酸酯、基于双酚A的环氧二丙烯酸酯和基于双酚A的环氧二丙烯酸酯+25％TPGDA。
根据本公开的一些实施方式，芯体20可以为渐变折射率芯体，并且折射率分布可以是抛物线(或基本是抛物线)形状。例如，芯体20的折射率分布可以具有α形状，其中在850nm处测得的α值为约2.0。α值可以在约1.8至约2.3之间。根据其他示例性实施方式，折射率分布的一段或多段可以具有基本上呈阶梯的折射率形状，其中在850nm处测得的α值大于约8.0，或者大于约10，或者甚至大于约20。芯体的折射率可以具有中心线倾斜，其中芯体20的最大折射率和整根光纤12的最大折射率与中心线16相隔较小距离。或者，芯体20的折射率没有中心线倾斜，并且芯体20的最大折射率和整根光纤12的最大折射率位于中心线处。根据示例性实施方式，纤维12的折射率可以具有径向对称性。
根据本公开的一些实施方式，纤维12具有基于二氧化硅的芯体20和折射率凹陷的(相对于二氧化硅而言)聚合物包层40。低折射率聚合物包层40的相对折射率可以为负数。例如，低折射率聚合物包层40的相对折射率可以小于约-0.5％，或者甚至是小于约-1.0％。包层40的厚度可以大于约20μm，并且包层40的外直径沿着纤维12的长度可以具有恒定的直径。包层40的折射率可以比芯体20的低，并且厚度可以大于约10μm。包层40的外直径可以为2xR最大。例如，包层40的外直径可以为约125μm，如在约120μm至130μm之间，或者在约123μm至约128μm之间。或者，包层40的直径可以小于约120μm，例如在约60μm至约80μm之间。
芯体20的外直径2R3沿着纤维12的长度可以是恒定的。另外，实体中心区域22、纳米结构环形部分26和芯体内部环状区域28的外直径沿着纤维12的长度也可以是恒定的。恒定意味着直径相对于平均值的变化为例如小于约10％，或者小于约5.0％，或者甚至是小于约2.0％。
芯体20的外半径Rc可以大于约10μm且小于约600μm，例如在约30μm至约400μm之间，或者在约125μm至约300μm之间。芯体20的外半径Rc可以在约50μm至约250μm之间。如图3A所示，芯体20的外半径Rc等于芯体内部环状区域28的外半径R3。
实体中心区域22可以具有半径R1，使得0.1Rc≤R1≤0.9Rc，或者使0.5Rc≤R1≤0.9Rc。R1可以在约24μm至约50μm之间，以使实体中心区域22的直径在约48μm至100μm之间。例如，R1可以大于约24μm、大于约30μm或者甚至是大于约40μm。纳米结构环形区域26可以具有宽度W2，使得0.05Rc≤W2≤0.9Rc，或者使得0.1Rc≤W2≤0.9Rc。另外，宽度W2可以为0.5Rc≤W2≤0.9Rc。根据本公开的一些实施方式，对于相同密度的纳米尺寸结构32，更宽的纳米结构区域26提供了更高的散射诱导的衰减。纳米结构区域26的径向宽度W2可以大于约1.0μm。例如，W2可以在约5.0μm至约300μm之间，例如小于约200μm。W2也可以在例如约2.0μm至约100μm之间、在约2.0μm至约50μm之间、在至少2.0μm至约20μm之间、或者甚至是在约2.0μm至约12μm之间。W2可以为例如至少约7.0μm。芯体内部环状区域28可以具有宽度W3，使得W3＝R3-R2并且具有中点R3中点＝(R2+R3)/2。芯体内部环状区域28可以具有宽度W3，使得0.lRc>W3>0.9Rc。例如，W3可以在约1.0μm至约100μm之间。另外，包层40具有半径R4，其也为光纤12的最外外周。包层40的宽度等于R4-R3，其可以例如大于约20μm、或大于约50μm、或者甚至是大于约70μm。
图3A是图2所示的示例性纤维12的示例性相对折射率Δ相对于纤维半径的图(实线)。芯体20也可以具有渐变芯体分布，其中a-分布的α值在例如约1.7至约2.3之间(例如约1.8至约2.3)。实体中心区域22从中心线径向向外延伸至其外半径R1，并且相对折射率分布Δ1(r)对应于最大折射率n1(以及相对折射率百分比Δ1最大)。根据图3A的实施方式，参比折射率n参比为包层处的折射率。纳米结构区域26具有最小折射率n2、相对折射率分布Δ2(r)、最大相对折射率Δ2最大和最小相对折射率Δ2最小，其中，在一些实施方式中，Δ2最大＝Δ2最小。芯体内部环状区域28具有最大折射率n3、相对折射率分布Δ3(r)、最大相对折射率Δ3最大和最小相对折射率Δ3最小，其中，在一些实施方式中，Δ3最大＝Δ3最小。如图3A进一步所示，包层40具有折射率n4、相对折射率分布Δ4(r)、最大相对折射率Δ4最大和最小相对折射率Δ4最小。在一些实施方式中，Δ4最大＝Δ4最小。在一些实施方式中，Δ1最大>Δ4最大并且Δ3最大>Δ4最大。在一些实施方式中，Δ2最小>Δ4最大。在图2和3A所示的实施方式中，Δ1最大>Δ3最大>Δ2最大>Δ4最大，并且各区域的折射率遵循关系：n1>n3>n2>n4。
实体中心区域22和芯体内部环状区域28可以具有基本上恒定的折射率分布，如图3A中具有恒定的Δ1(r)和Δ3(r)所示。另外，Δ2(r)可以略为正数(0<Δ2(r)<0.1％)、负数(-0.1％<Δ2(r)<0)或基本上恒定。Δ2(r)的绝对量可以小于约0.1％，例如小于约0.05％。根据本公开的一些实施方式，对于纳米结构环形部分26的超过约50％的径向宽度，Δ2(r)的绝对量可以小于约0.025％，或者甚至是小于约0.01％。包层40可以具有基本上恒定的折射率分布，如图3A中具有恒定的Δ4(r)所示，其中Δ4(r)＝0％。在一些实施方式中，包层40的折射率可以为-0.05％<Δ4(r)<0.05％。实体中心区域22的折射率可以为Δ1(r)>0％的折射率。另外，纳米结构环形部分26可以具有一相对折射率分布Δ2(r)，其具有负折射率，并且绝对量小于约0.05％，并且芯体内部环状区域28的Δ3(r)可以为例如正值或零。在至少一些实施方式中，n1>n2且n3>n4。
图3B示意性地例示了光漫射纤维12的一个示例性实施方式。如图所示，纤维12包含具有相对折射率Δ1的芯体20和位于芯体20上方并包围芯体20的纳米结构区域26'。芯体20可以具有阶梯式折射率分布，或者渐变芯体分布，其中a-分布具有例如约1.8至约2.3之间的α值。纳米结构区域26'为具有多个孔隙的环状环。纳米结构区域26'的宽度可以小到约1.0μm至约2.0μm，并且可以具有负的平均相对折射率Δ2。包层40包围纳米结构区域26'，包层40的宽度可以小至约1.0μm。包层40可以具有负的、正的或基本上恒定的相对折射率。图3A和3B所示的实例之间的主要区别在于，图3A所示的纳米结构区域26位于光漫射纤维12的芯体20中，而图3B所示的纳米结构区域26'位于芯体20/包层40界面处。在从中心线径向向外移动的方向上，纳米结构区域26'在芯体的相对折射率最先达到小于约-0.05％的值处开始。在图3B所示的实施方式中，包层40的相对折射率分布Δ3(r)的最大绝对量小于约0.1％，其中Δ3最大<0.05％并且Δ3最小>-0.05％，并且纳米结构区域26'在填充孔隙区域中出现最外孔隙处终止。另外，如图3B所示，芯体20的折射率大于纳米结构区域26'的折射率n2，并且包层40的折射率n1也大于纳米结构区域的折射率n2。
图3C例示了根据本公开所述的光纤12的一个实施方式。所制造的纤维12具有芯体区域22、纳米结构区域26、第三芯体区域26和聚合物包层40。纤维12具有外半径R1为约33.4μm的第一芯体区域22、外半径R2为约42.8μm的纳米结构区域26、外半径R3为约62.5μm的第三芯体区域28和外半径R4为约82.5μm的聚合物包层40(未示出)。芯体的材料为纯二氧化硅，包层40的材料为低折射率聚合物(例如可商购自米德兰的道康宁(Dow-Corning)，产品名为Q3-6696，折射率为1.413的可UV固化的硅酮)。纤维12的NA为0.3。纤维12包括含有SO2气体的纳米尺寸结构。申请人发现，纳米结构环26中填充SO2的孔隙极大地促进了散射。此外，当用SO2气体形成纳米结构时，发现此气体实现了热可逆损耗，即低于600℃时纳米结构纤维散射光，而高于600℃时同一纤维将对光起导引作用。SO2赋予的这种独特性质也是可逆的，因为将同一光纤冷却到低于600℃时，纤维12将用作光漫射纤维，并再次产生可观察到的散射效应。
本公开的实施方式的光漫射纤维12可通过采用预制件固结条件的方法制备，所述条件使显著量的气体滞留在固结的玻璃坯中，从而在固结的玻璃光纤预制件中形成孔隙。在本文中没有进行去除这些孔隙的步骤，而是使用所得的预制件形成其中具有孔隙或纳米尺寸结构的光纤。所得的纤维的纳米尺寸结构或孔隙用于使光通过其侧面而沿着纤维长度散射或引导出纤维。也就是说，将光引导出芯体20，并使其通过纤维的外表面以提供所需照明。
如在本文中所使用的，纳米尺寸结构(如孔隙)的直径为纳米尺寸结构中所包含的最长线段，当从横向于纤维纵轴的垂直截面观察光纤时，其端点设置在纳米尺寸结构的边界处。制造具有纳米尺寸孔隙的光纤的方法记载于例如第2007/0104437 Al号美国专利申请公布，其通过引用纳入本文。
根据本公开的一些实施方式，光漫射纤维12沿着纤维12的长度提供了均匀的照明。从纤维表面轴向散射的光相对于平均散射强度的变化小于约50％、小于约30％、小于约20％或者甚至是小于约10％。不具有纳米尺寸结构的常规基于二氧化硅的光纤中的主要散射机制是瑞利散射，其具有宽的角分布。可以控制沿纤维长度的照明均匀性，以使得最小散射照明强度不小于最大散射照明强度的约0.7。如下所述，该最小散射照明强度可以通过在拉制工艺期间控制纤维拉力，或者通过选择合适的拉制拉力来实现。合适的拉制拉力可以为例如在约30g至约l00g之间，或者在约40g至约90g之间。
图4A是对于纤维(如图3C所示的包含填充SO2气体的孔隙的纤维)而言，衰减相对于波长的图。该图示出了对于以90g拉力拉制的光漫射纤维12和以400g拉力拉制的光漫射纤维12，作为波长函数的衰减。图4A例示了光漫射纤维12可在可见波长范围内实现非常大的散射损耗，因此可提供高照明强度。更具体而言，图4A例示了更高的纤维拉制拉力导致散射损耗更低，并且更低的纤维拉制拉力得到了散射损耗更高并因此照明更强的纤维部分。
图4B为对于以90g拉力拉制的光漫射纤维12，以40g拉力拉制的光漫射纤维12，具有归一化损耗的对比多模纤维(标记为纤维A)以及具有
Figure BDA0001614963220000141
的损耗相关性的理论纤维来说，衰减相对于波长的图。图4B所示的光漫射纤维12包括含有SO2气体的纳米尺寸结构。[图4B的图示出了损耗的波长依赖性。在该实例中，为了比较光纤12和纤维A的散射斜率，将低损耗纤维(纤维A)的损耗乘以系数20，以使这两条曲线能够容易显示在同一附图中。]如图所示，对于用约40g拉力拉制的纤维来说，400nm至1100nm的平均光谱衰减为约0.4dB/m，而对于用约90g拉力拉制的纤维来说，400nm至1100nm的平均光谱衰减为约0.1dB/m。图4B例示了相比于标准单模传输纤维，例如SMF-28eR纤维，光纤12对波长具有相对较平(弱)的依赖性。在标准单模或多模光纤中，在小于约1300nm的波长处的损耗主要取决于瑞利散射。这些瑞利散射损耗由材料的性质决定，对于约400nm至约700nm的可见波长来说，通常约为20dB/km，在所述约400nm至约700nm的可见波长内，瑞利散射损耗与
Figure BDA0001614963220000151
成正比，其中p为约4。相对而言，根据本公开的光漫射纤维12的散射损耗与
Figure BDA0001614963220000152
成正比，其中p小于2、小于1或者甚至是小于0.5。根据本公开的一些实施方式，在400nm-1100nm的波长范围的至少约80％内，p可以小于2、小于1、或者甚至是小于0.5。
不囿于任何特定的理论，认为当拉制拉力下降时，例如从约90g下降到约40g时，散射损耗的增加是因为纳米结构的平均直径增加而导致的。因此，这一纤维拉力的作用可通过在拉制工艺期间改变纤维拉力而用于沿着纤维长度产生恒定的衰减。例如，在高拉力T1下拉制的损耗为α1且长度为L1的第一纤维区段能够使光功率从输入水平P0衰减到P0exp(-α1*L1/4.343)。与第一纤维区段光学耦合，并且在较低拉力T2下拉制的损耗为α2且长度为L2的第二纤维区段，能够使光功率从P0exp(-α1*Ll/4.343)进一步衰减到P0exp(-α1*Ll/4.343)exp(-α2*L2/4.343)。可调整第一纤维区段和第二纤维区段的长度和衰减以沿着串接纤维的长度提供均匀的强度。
本公开的实施方式还涉及具有内部通道的医疗装置，以及涉及用于消毒具有内部通道的医疗装置的系统。为了便于讨论，使用柔性内窥镜来例示所述医疗装置。然而，应理解，本公开的实施方式可以包括具有至少一个内部通道的任何医疗装置，尤其是常规用于进行超过一个程序的医疗装置，以推荐在各使用之间对它们进行消毒。例如，这样的医疗装置还可以为但不限于腹腔镜装置、留置导管、非留置导管、IV和其他医疗管(即喂食管或通气管)、管腔手术仪器、牙科装置、关节镜刨削器和流入/流出插管。另外，应理解，内部通道不限于所例示的柔性内窥镜的通道。如在本文中所使用的，内部通道可以为但不限于将医疗装置的一个开口流体连接到医疗装置的另一个开口的任何通道。
图5是根据本公开的一个实施方式的内窥镜手术系统的示意图。内窥镜手术系统包括内窥镜111和操作区114。内窥镜111包括细长的插入部分113，其具有被构造用于与操作区114连接的近端部分。构造插入部分113以将其插入患者体内。插入部分113包括细长的柔性管部分115、与柔性管部分115的远端连接的弯曲部分116以及与弯曲部分116的远端连接的远端硬质部分117。操作区114包括各个特征，例如旋钮，其控制弯曲部分116向不同的方向弯曲，例如但不限于向上、向下、向左及向右方向弯曲。操作区114还包括通道端口126，其与用于插入手术仪器的使用通道150(示于图7)连通。
图6是根据本公开的实施方式的内窥镜的远端硬质部分的面的前视图。远端硬质部分117包括观察窗118、照明窗119a和119b、使用开口120和供气/供水喷嘴121。图6所示的远端硬质部分117的构造仅是示例性的，并且不旨在将本公开的实施方式限制于任何具体构造。应理解，不同的特征可以以任何方式位于远端硬质部分117的面上。还应理解，本公开的一些实施方式可以不包含图6所示的所有特征，并且包含观察窗118、照明窗119a和119b、使用开口120和供气/供水喷嘴121的各种不同组合。
图7是本公开的一个实施方式的内窥镜的远端硬质部分的截面示意图。如图所示，观察窗118可以配备成像区，该成像区设置有光学系统(如物镜148)和成像元件(如CCD)(未示出)。照明窗119a和119b可以配备照明镜头。内窥镜手术系统还包括光导149，其具有面对于窗119a和119b的照明镜头分别设置的前端部分。光导149以可拆卸的方式连接于光源并将照明光从光源传输到相应的照明窗119a和119b。光导149可以为例如纤维光缆或纤维光缆束。如图7进一步所示，内窥镜包括使用通道150，其提供了通道用于使手术仪器通过使用开口120插入并进入患者体内。使用通道150与通道端口126连通，并且在执行手术程序期间，手术仪器可插入通道端口126，通过使用通道150并从使用开口120中出来。另外，供气/供水喷嘴121通过水通道141与水源流体连接，以及通过气体通道142与气体源流体连接。
图5还例示了将圆柱形光学漫射器129插入内窥镜111的内部通道中。如图所示，圆柱形光学漫射器129连接于光源101，该光源101能够发射波长在UV和/或短波长可见光范围内的电磁辐射。圆柱形光学漫射器129可以通过通道端口126插入并进入内窥镜111的至少一个内部通道，圆柱形光学漫射器129在其中发射UV或短波长可见光以消毒所述至少一个内部通道。例如，在通道端口126与使用通道150连通以插入手术仪器的上述情况下，圆柱形光学漫射器129可以通过通道端口126插入并进入用户通道150。然后可以将来自光源101的光引入圆柱形光学漫射器129中以使纤维发射UV或短波长可见光来消毒使用通道150。根据本公开的实施方式，内窥镜111还可以包括与水通道141和气体通道142连通的端口，并且至少一个圆柱形光学漫射器129可以通过端口插入并进入水通道141和气体通道142，在此处，圆柱形光学漫射器129可以发射UV或短波长可见光以消毒所述通道。或者，可以拆开内窥镜手术系统以进入使用通道150、水通道141和/或气体通道142，并且可以将至少一个圆柱形光学漫射器129直接插入使用通道150、水通道141和/或气体通道142中，在此处，圆柱形光学漫射器129可以发射UV或短波长可见光以消毒所述通道。
图8是根据本公开的另一个实施方式的内窥镜的远端硬质部分的面的前视图。远端硬质部分117包括观察窗118、照明窗119a和119b、使用开口120和供气/供水喷嘴121。如图所示，内窥镜还包括物理集成到内窥镜的圆柱形光学漫射器129。图8所示的集成圆柱形光学漫射器129的构造仅是示例性的，并且不旨在将本公开的实施方式限制于任何具体构造。还应理解，本公开的内窥镜可包括任何数目的集成圆柱形光学漫射器。
图8例示了物理集成到医疗装置的圆柱形光学漫射器的一个示例性构造。如图所示，该内窥镜包括圆柱形光学漫射器，其与使用通道150、水通道141和气体通道142光学连通设置。在图8所示的实施方式中，至少一部分的内部通道壁由透射UV和/或短波长可见光的材料形成。由此，用于消毒内部通道的光可从设置在通道外部的圆柱形光学漫射器透射到内部通道中。根据另一个实施方式，可以将圆柱形光学漫射器完全设置在内部通道中。或者，可以将圆柱形光学漫射器部分地设置在内部通道中，以限制纤维占用通道的体积。例如，可以使圆柱形光学漫射器的一部分嵌入内部通道壁中。应理解，本公开的内窥镜可以包括集成到图8所示的任何数目的通道中的圆柱形光学漫射器。
本公开的其他实施方式涉及具有内部通道的医疗装置，其被放置在患者身体的某一部位中。如上所述，该装置可以为例如包含内部通道的导管或医疗管，所述内部通道具有内壁和外壁，并且所述外壁具有直接接触患者部位的表面。在这样的实施方式中，医疗装置的内部通道由透射UV和/或短波长可见光的材料形成，并且圆柱形光学漫射器可以位于内部通道的内侧上或外侧上。在这样的实施方式中，用于消毒医疗装置的光透射到内壁的表面，以及透射到外壁的表面。可消毒该医疗装置的内部通道壁的表面，同时将装置的位置保持在患者身体的部位中。
除了消毒内部通道壁的表面，光还可透射出内部通道以在患者体内具有消毒作用。例如，光可以消毒人体物质，例如患者体内可能含有细菌的组织和流体。将医疗装置插入患者体内已经成为许多医疗领域的常规做法，但是也与细菌和真菌感染的风险相关。某些医疗装置仅存在患者体内就可能通过提供细菌粘附表面而促进细菌生长，并且导致医疗装置周围的组织受到感染。类似地，患者体内的血液、尿或其他流体，或者通过医疗装置被输入到患者体内或从患者体内输出的流体也可能被感染或者被感染。应对这种感染的一个标准反应是从患者身上移除医疗装置。但是，移除医疗装置却不是理想的，因为这使医疗装置的主要目的落空。另外，由于环境不同，从一些患者身上移除医疗装置是不能的或者不可行的。或者，该感染可能通过给予抗微生物剂来解决。然而，为了选择细菌易感的抗微生物剂，必须知道存在于患者中的细菌类型。使用细菌耐受的抗微生物剂会使消毒作用失效并且会拖延患者体内的感染。在某些情况下，可以将所述医疗装置放置在患者身体部位中一段延长的时间段，例如比约六个小时更长的时间段，并且可以消毒医疗装置以减少可能在医疗装置的表面上生长或存在于其上的细菌。在其他情况中，可以将所述医疗装置放置在患者身体部位中以治疗与存在于患者体内(例如患者体内的组织和/或流体中)的细菌有关的病症。可以构造所述医疗装置的圆柱形光学漫射器以透射UV和/或短波长可见光。然而，由于已知延长对UV光的暴露对于患者的健康来说是有害的，因此，优选的是在医疗装置位于患者身体部位中的同时，改用透射短波长可见光来消毒内部通道的表面。这样的短波长可见光可以例如在约400nm至约450nm之间，或者在约405nm至约415nm之间。
根据本公开的一些实施方式，圆柱形光学漫射器可以包含设置在圆柱形光学漫射器的一个端部的涂层，该端部与将来自光源的光输入到圆柱形光学漫射器的端部相对。涂层可以覆盖圆柱形光学漫射器的所述端部的至少一部分，以防止圆柱形光学漫射器中的导光透射出圆柱形光学漫射器的端部。如果圆柱形光学漫射器是侧发光纤维，则涂层至少可以覆盖芯体的一个端部，并且可以覆盖周围的包层的一部分。涂层可以为例如反射涂层或吸收涂层。在本公开的实施方式的某些应用中，限制光从圆柱形光学漫射器的端部透射可以是有利的，以使得从漫射器中发射的基本上所有的光通过漫射器的外表面发射。
本公开的实施方式还涉及消毒方法。根据本公开所述的方法包括将至少一个圆柱形光学漫射器的至少一部分插入到医疗装置的内部通道中。出于本公开的目的，将至少一个圆柱形光学漫射器的至少一部分插入到医疗装置的内部通道中可以包括将圆柱形光学漫射器引入到内部通道中的任何手动或自动过程。另外，将至少一个圆柱形光学漫射器的至少一部分插入到医疗装置的内部通道中可以包括向医疗装置提供集成圆柱形光学漫射器，其中该集成光学漫射器被构造成发射光到内部通道中。或者，所述方法可以包括将圆柱形光学漫射器设置在内部通道的外侧，所述内部通道由透射UV和/或短波长可见光的材料形成。
所述方法还包括将来自光源的光引入到与所述光源光学耦合的所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部中，并且发射通过圆柱形光学漫射器的外表面的光以消毒医疗装置的内部通道的至少一个表面。通过圆柱形光学漫射器的外表面发射的光还可以消毒人体物质，例如患者体内可能含有细菌的组织和流体。
本公开的方法包括将医疗装置的内部通道暴露于一定的光剂量，所述光剂量足以消毒医疗装置的内部通道和/或消毒患者体内的人体物质。光剂量足以使医疗装置的内部通道中的细菌、真菌和/或病毒减少超过90％。或者，光剂量足以使医疗装置的内部通道中的细菌、真菌和/或病毒减少超过99％。如果光为UV光，则光剂量可以为例如，大于约5mJ/cm2，如在约5mJ/cm2至约175mJ/cm2之间。光剂量可以在约10mJ/cm2至约150mJ/cm2之间，或者甚至是在约15mJ/cm2至约80mJ/cm2之间。如果光为短波长可见光，则光剂量可以为例如，大于约25J/cm2，如在约25J/cm2至约250J/cm2之间。光剂量可以在约50J/cm2至约215J/cm2之间，或者甚至是在约75J/cm2至约190J/cm2之间。
将医疗装置的内部通道暴露于一定的光剂量，所述光剂量足以消毒医疗装置的内部通道和/或消毒患者体内的人体物质，这可以进行任意的暴露时间。然而，暴露时间可以为例如大于4.0分钟，如在约4.0分钟至约24个小时之间。暴露时间可以在约30分钟至约12个小时之间，或者甚至是在约1.0个小时至约6.0个小时之间。
根据本公开的方面(1)，提供了用于消毒医疗装置的系统。所述系统包括产生光的光源，所述光具有在约100nm至约500nm之间的至少一个波长；以及至少一个圆柱形光学漫射器，其与医疗装置的至少一个内部通道光学连通，所述至少一个圆柱形光学漫射器具有外表面和与光源光学耦合的端部，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射。
根据本公开的另一个方面(2)，提供了如方面(1)所述的系统，其中，圆柱形光学漫射器的散射诱导衰减大于约50dB km。
根据本公开的另一个方面(3)，提供了如方面(1)-(2)中任一个方面所述的系统，其中，圆柱形光学漫射器的辐射基本上是均匀的，以使得最小散射照明强度与最大散射照明强度之差小于最大散射照明强度的约30％。
根据本公开的另一个方面(4)，提供了如方面(1)-(3)中任一个方面所述的系统，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含光漫射光纤，其具有芯体、主包层和多个纳米尺寸结构，并且其中，导光经由纳米尺寸结构散射离开芯体并通过外表面。
根据本公开的另一个方面(5)，提供了如方面(4)所述的系统，其中，纳米尺寸结构位于芯体中。
根据本公开的另一个方面(6)，提供了如方面(4)-(5)中任一个方面所述的系统，其中，纳米尺寸结构为直径大于约10nm的充气孔隙。
根据本公开的另一个方面(7)，提供了如方面(1)-(6)中任一个方面所述的系统，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有反射涂层。
根据本公开的另一个方面(8)，提供了如方面(1)-(7)中任一个方面所述的系统，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有吸收涂层。
根据本公开的另一个方面(9)，提供了如方面(1)-(8)中任一个方面所述的系统，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含外部涂层，其中，所述外部涂层为透射UV光的树脂。
根据本公开的另一个方面(10)，提供了如方面(9)所述的系统，其中，所述透射UV光的树脂选自具有以下结构的树脂：三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、聚酯四丙烯酸酯、聚酯六丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯+己二醇二丙烯酸酯、聚醚四丙烯酸酯、硅酮二丙烯酸酯、硅酮六丙烯酸酯、基于双酚A的环氧二丙烯酸酯和基于双酚A的环氧二丙烯酸酯+25％TPGDA。
根据本公开的另一个方面(11)，提供了如方面(1)-(10)中任一个方面所述的系统，其中，光源所产生的光的至少一个波长在约100nm至约400nm之间。
根据本公开的另一个方面(12)，提供了如方面(1)-(11)中任一个方面所述的系统，其中，光源所产生的光的至少一个波长在约100nm至约290nm之间。
根据本公开的另一个方面(13)，提供了如方面(1)-(10)中任一个方面所述的系统，其中，光源所产生的光的至少一个波长在约400nm至约500nm之间。
根据本公开的另一个方面(14)，提供了一种医疗装置。所述医疗装置包括至少一个内部通道和与所述至少一个内部通道光学连通的至少一个圆柱形光学漫射器，所述至少一个圆柱形光学漫射器具有外表面和与光源光学耦合的端部，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射。
根据本公开的另一个方面(15)，提供了如方面(14)所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被设置在所述至少一个内部通道的外侧。
根据本公开的另一个方面(16)，提供了如方面(14)所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被设置在所述至少一个内部通道的内侧。
根据本公开的另一个方面(17)，提供了如方面(16)所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被部分地设置在所述至少一个内部通道的内侧。
根据本公开的另一个方面(18)，提供了如方面(14)-(17)中任一个方面所述的医疗装置，其中，所述至少一个内部通道包含壁，其中，至少一部分的壁包含透射光的材料，所述光的至少一个波长在约100nm至约500nm之间。
根据本公开的另一个方面(19)，提供了如方面(14)-(18)中任一个方面所述的医疗装置，其中，圆柱形光学漫射器的散射诱导衰减大于约50dB km。
根据本公开的另一个方面(20)，提供了如方面(14)-(19)中任一个方面所述的医疗装置，其中，圆柱形光学漫射器的辐射基本上是均匀的，以使得最小散射照明强度与最大散射照明强度之差小于最大散射照明强度的约30％。
根据本公开的另一个方面(21)，提供了如方面(14)-(20)中任一个方面所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含光漫射光纤，其具有芯体、主包层和多个纳米尺寸结构，并且其中，导光经由纳米尺寸结构散射离开芯体并通过外表面。
根据本公开的另一个方面(22)，提供了如方面(21)所述的医疗装置，其中，纳米尺寸结构位于芯体中。
根据本公开的另一个方面(23)，提供了如方面(21)-(22)中任一个方面所述的医疗装置，其中，纳米尺寸结构为直径大于约10nm的充气孔隙。
根据本公开的另一个方面(24)，提供了如方面(14)-(23)中任一个方面所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有反射涂层。
根据本公开的另一个方面(25)，提供了如方面(14)-(23)中任一个方面所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有吸收涂层。
根据本公开的另一个方面(26)，提供了如方面(14)-(25)中任一个方面所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含外部涂层，其中，所述外部涂层为透射UV光的树脂。
根据本公开的另一个方面(27)，提供了如方面(26)所述的医疗装置，其中，所述透射UV光的树脂选自具有以下结构的树脂：三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、聚酯四丙烯酸酯、聚酯六丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯+己二醇二丙烯酸酯、聚醚四丙烯酸酯、硅酮二丙烯酸酯、硅酮六丙烯酸酯、基于双酚A的环氧二丙烯酸酯和基于双酚A的环氧二丙烯酸酯+25％TPGDA。
根据本公开的另一个方面(28)，提供了如方面(14)-(27)中任一个方面所述的医疗装置，其中，光源所产生的光的至少一个波长在约100nm至约500nm之间。
根据本公开的另一个方面(29)，提供了如方面(14)-(28)中任一个方面所述的医疗装置，其中，光源所产生的光的至少一个波长在约100nm至约400nm之间。
根据本公开的另一个方面(30)，提供了如方面(14)-(29)中任一个方面所述的医疗装置，其中，光源所产生的光的至少一个波长在约100nm至约290nm之间。
根据本公开的另一个方面(31)，提供了如方面(14)-(28)中任一个方面所述的医疗装置，其中，光源所产生的光的至少一个波长在约400nm至约500nm之间。
根据本公开的另一个方面(32)，提供了一种消毒方法。所述方法包括将至少一个圆柱形光学漫射器的至少一部分插入到医疗装置的内部通道中，并且将来自光源的光引入到所述至少一个圆柱形光学漫射器的与光源光学耦合的端部，以及发射通过漫射器外表面的光以照亮漫射器的一部分并将内部通道暴露于所发射的光，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射，以及用于对内部通道的至少一个表面进行消毒。
根据本公开的另一个方面(33)，提供了如方面(32)所述的消毒方法，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含光漫射光纤，其具有芯体、主包层和多个纳米尺寸结构，并且其中，导光经由纳米尺寸结构散射离开芯体并通过外表面。
根据本公开的另一个方面(34)，提供了如方面(32)-(33)中任一个方面所述的消毒方法，其中，在医疗装置的至少一部分位于患者体内时，引入来自光源的光。
根据本公开的另一个方面(35)，提供了如方面(32)-(34)中任一个方面所述的消毒方法，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以消毒人体物质。
根据本公开的另一个方面(36)，提供了根据方面(35)所述的消毒方法，其中，所述人体物质为患者体内的组织。
根据本公开的另一个方面(37)，提供了根据方面(35)所述的消毒方法，其中，所述人体物质为患者体内的流体。
根据本公开的另一个方面(38)，提供了如方面(32)-(37)中任一个方面所述的消毒方法，所述方法还包括将内部通道暴露于大于约5mj/cm2的光剂量。
根据本公开的另一个方面(39)，提供了如方面(32)-(38)中任一个方面所述的消毒方法，所述方法还包括将内部通道暴露于约5mj/cm2至约175mj/cm2之间的光剂量。
根据本公开的另一个方面(40)，提供了如方面(32)-(39)中任一个方面所述的消毒方法，所述方法还包括将内部通道暴露于约10mj/cm2至约150mj/cm2之间的光剂量。
根据本公开的另一个方面(41)，提供了如方面(32)-(40)中任一个方面所述的消毒方法，所述方法还包括将内部通道暴露于约15mj/cm2至约80mj/cm2之间的光剂量。
根据本公开的另一个方面(42)，提供了如方面(32)-(41)中任一个方面所述的消毒方法，其中，引入来自光源的光包括引入至少一个波长在约100nm至约500nm之间的光。
根据本公开的另一个方面(43)，提供了如方面(32)-(42)中任一个方面所述的消毒方法，其中，引入来自光源的光包括引入至少一个波长在约100nm至约400nm之间的光。
根据本公开的另一个方面(44)，提供了如方面(32)-(43)中任一个方面所述的消毒方法，其中，引入来自光源的光包括引入至少一个波长在约100nm至约290nm之间的光。
根据本公开的另一个方面(45)，提供了如方面(32)-(42)中任一个方面所述的消毒方法，其中，引入来自光源的光包括引入至少一个波长在约400nm至约500nm之间的光。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可进行各种修改和变动而不偏离本公开的精神和范围。

Claims (27)

1.一种用于消毒医疗装置的系统，所述系统包括：
产生光的光源，所述光具有在400nm至450nm之间的至少一个波长；以及
至少一个圆柱形光学漫射器，其与医疗装置的至少一个内部通道光学连通，所述至少一个圆柱形光学漫射器具有外表面和与光源光学耦合的端部，以及大于50dB km的散射诱导衰减，
其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射，
其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含光漫射光纤，其具有芯体、主包层和多个纳米尺寸结构，并且其中，导光经由纳米尺寸结构散射离开芯体并通过外表面，以及
其中，纳米尺寸结构包含位于芯体中的SO2充气孔隙。
2.如权利要求1所述的系统，其中，圆柱形光学漫射器的辐射基本上是均匀的，以使得最小散射照明强度与最大散射照明强度之差小于最大散射照明强度的30％。
3.如权利要求1所述的系统，其中，充气孔隙的直径大于10nm。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有反射涂层。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有吸收涂层。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含外部涂层，其中，所述外部涂层为透射UV光的树脂。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述透射UV光的树脂选自具有以下结构的树脂：三丙二醇二丙烯酸酯、聚酯四丙烯酸酯、聚酯六丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯+己二醇二丙烯酸酯、聚醚四丙烯酸酯、硅酮二丙烯酸酯、硅酮六丙烯酸酯、基于双酚A的环氧二丙烯酸酯和基于双酚A的环氧二丙烯酸酯+25％三丙二醇二丙烯酸酯。
8.一种医疗装置，其包括：
至少一个内部通道；和
至少一个圆柱形光学漫射器，其与所述至少一个内部通道光学连通，所述至少一个圆柱形光学漫射器具有外表面和与光源光学耦合的端部，以及大于50dB km的散射诱导衰减，所述光源产生光，所述光具有在400nm至450nm之间的至少一个波长，
其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射，
其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含光漫射光纤，其具有芯体、主包层和多个纳米尺寸结构，并且其中，导光经由纳米尺寸结构散射离开芯体并通过外表面，以及
其中，纳米尺寸结构包含位于芯体中的SO2充气孔隙。
9.如权利要求8所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被设置在所述至少一个内部通道的外侧。
10.如权利要求8所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被设置在所述至少一个内部通道的内侧。
11.如权利要求10所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被部分地设置在所述至少一个内部通道的内侧。
12.如权利要求8所述的医疗装置，其中，所述至少一个内部通道包含壁，其中，至少一部分的壁包含透射光的材料，所述光的至少一个波长在100nm至500nm之间。
13.如权利要求8所述的医疗装置，其中，圆柱形光学漫射器的辐射基本上是均匀的，以使得最小散射照明强度与最大散射照明强度之差小于最大散射照明强度的30％。
14.如权利要求8所述的医疗装置，其中，充气孔隙的直径大于10nm。
15.如权利要求8所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有反射涂层。
16.如权利要求8所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的一个端部和与光源光学耦合的端部相对，并且其涂覆有吸收涂层。
17.如权利要求8所述的医疗装置，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含外部涂层，其中，所述外部涂层为透射UV光的树脂。
18.如权利要求17所述的医疗装置，其中，所述透射UV光的树脂选自具有以下结构的树脂：三丙二醇二丙烯酸酯、聚酯四丙烯酸酯、聚酯六丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯+己二醇二丙烯酸酯、聚醚四丙烯酸酯、硅酮二丙烯酸酯、硅酮六丙烯酸酯、基于双酚A的环氧二丙烯酸酯和基于双酚A的环氧二丙烯酸酯+25％三丙二醇二丙烯酸酯。
19.一种消毒方法，所述方法包括：
将至少一个圆柱形光学漫射器的至少一部分插入到医疗装置的内部通道中；以及
将来自光源的光引入到所述至少一个圆柱形光学漫射器的与光源光学耦合的端部，并且发射通过漫射器外表面的光以照亮漫射器的一部分并将内部通道暴露于所发射的光，所述光具有在400nm至450nm之间的至少一个波长，
其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以形成具有一长度的光学漫射器部分，该光学漫射器部分在其长度内发射基本上均匀的辐射，以及用于对内部通道的至少一个表面进行消毒，
其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器的散射诱导衰减大于50dB km，
其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器包含光漫射光纤，其具有芯体、主包层和多个纳米尺寸结构，并且其中，导光经由纳米尺寸结构散射离开芯体并通过外表面，以及
其中，纳米尺寸结构包含位于芯体中的SO2充气孔隙。
20.如权利要求19所述的方法，其中，在医疗装置的至少一部分位于患者体内时，引入来自光源的光。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述至少一个圆柱形光学漫射器被构造成使导光散射通过外表面以消毒人体物质。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述人体物质为患者体内的组织。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述人体物质为患者体内的流体。
24.如权利要求19-23中任一项所述的方法，还包括将内部通道暴露于大于5mj/cm2的光剂量。
25.如权利要求19-23中任一项所述的方法，还包括将内部通道暴露于5mj/cm2至175mj/cm2之间的光剂量。
26.如权利要求19-23中任一项所述的方法，还包括将内部通道暴露于10mj/cm2至150mj/cm2之间的光剂量。
27.如权利要求19-23中任一项所述的方法，还包括将内部通道暴露于15mj/cm2至80mj/cm2之间的光剂量。
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