CN111343938A - 医疗激光纤维 - Google Patents

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Abstract

一个描述方面是一种光纤，包括：纤芯，其沿纤维轴延伸，被配置为沿纤维轴传输激光能量，并在远端端部处终止；第一包层，其沿纤维轴延伸，邻近于纤芯，并在远端端部处终止；涂层，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止，其中涂层是金涂层；第二包层，其沿纤维轴围绕金涂层的一部分，并在远端端部处终止；外护套，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止；以及光纤末端。也公开了相关联的激光系统。

Description

医疗激光纤维
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(a)主张于2017年11月10日提交的美国临时专利申请号62/584,292的优先权权益，其全部内容通过引用方式包含于此。
技术领域
本公开的各个方面一般地涉及光纤和相关联的激光系统。更具体地，本公开涉及用于通过纤维传输激光能量的医疗激光装置。
背景技术
光纤可以在医疗激光系统中被用于将激光能量传送到治疗部位。例如，激光已被应用于泌尿外科、神经内科、耳鼻喉科、全麻眼科、牙科、胃肠科、心脏内科、妇科、胸部和骨科手术。可以使用激光系统执行的手术的一个例子是使用微导管的血管栓塞。血管栓塞包括将导管插入主要动脉，并将导管推进血管或其他需要阻断血液供应的区域。激光可用于在目标血管或其他区域凝块和/或形成阻塞。在栓塞手术中，常将导管穿过患者身体移动到治疗部位，需要穿过曲折的血管路径的若干急转弯。为了导航血管路径，微导管常被用于栓塞手术中，并且需要很强的转弯间转矩响应。用于栓塞手术的微导管需要与传统导管相比更小的扭折(kink)半径和更小的导管直径。由于完成诸如血管栓塞之类的手术需要紧密的扭折半径和小直径的管腔，微导管需要足够硬来防止扭折，也需要足够灵活来导航曲折的血管路径。这些要求对将微导管与激光纤维结合用于栓塞或其他手术提出了挑战。
传统激光纤维结构由一系列层组成，包括非掺杂玻璃芯、氟化玻璃包层、聚合物包层和外护套。通常，传统激光纤维由于通过弯曲泄漏激光能量而具有大约为8mm的弯曲半径，并且由于纤维中的紧密弯曲而降低了激光传输。如上所述，很多手术要求激光纤维具有紧密的扭折半径和较小的直径，同时保持有效的传输水平。
本公开的装置和方法可以纠正上述的一些缺陷，或者解决现有技术的其他方面。
发明内容
本公开的例子涉及医疗激光装置等。本文公开的每个例子可以包括结合其他公开例子中任一项描述的一个或多个特征。
在一个例子中，一种激光传送装置可以包括沿纤维轴延伸的纤芯。纤芯可以被配置为沿纤维轴传输激光能量并可以在远端端部处终止。该装置还可以包括第一包层，其沿纤维轴延伸，邻近于纤芯，并在远端端部处终止。该装置还可以包括涂层，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止。该涂层可以是金涂层。该装置还可以包括第二包层，其沿纤维轴围绕涂层的一部分并在远端端部处终止。该装置还可以包括外护套，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止。另外，该装置可以包括纤维末端。
在又一例子中，一种激光传送装置可以包括激光传送装置的近端端部处的连接器部分，以及将该连接器部分连接到激光传送装置的远端端部的光纤。该光纤可以包括沿纤维轴延伸的纤芯。纤芯可以被配置为沿纤维轴传输激光能量并可以在远端端部处终止。该光纤还可以包括沿纤维轴延伸的第一包层。该第一包层可以邻近于纤芯，并可以在远端端部处终止。该光纤还可以包括涂层，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止。该涂层可以是金涂层。该光纤还可以包括第二包层，其沿纤维轴围绕涂层的一部分，并可以在远端端部处终止。该光纤还可以包括外护套，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止。该光纤还可以包括纤维末端。
在又一例子中，一种系统包括光纤。该光纤可以包括沿纤维轴延伸的纤芯。纤芯可以被配置为沿纤维轴传输激光能量并可以在远端端部处终止。该光纤还可以包括沿纤维轴延伸的第一包层，该第一包层可以邻近于纤芯，并可以在远端端部处终止。该光纤还可以包括涂层，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止。该涂层可以是金涂层。该光纤还可以包括第二包层，其沿纤维轴围绕金涂层的一部分，并在远端端部处终止。该光纤还可以包括外护套，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止。该光纤还可以包括纤维末端。该系统还可以包括连接到该光纤的激光源。
激光传送装置的例子可以包括一个或多个下述特征。该光纤的扭折半径可以小于8mm。该装置可以包括围绕外护套的编织衬套。该编织衬套可以包括PTEE(聚四氟乙烯)内层、钨丝编织的超高分子重量聚乙烯层和外
Figure BDA0002485941700000031
层。该装置可以包括围绕外护套的开槽管。开槽管可具有沿从近端到远端方向减小的弯曲半径。光纤末端可以是球状末端或扁平末端。纤芯可以是玻璃芯。第一包层可以是氟化玻璃包层。第二包层可以包括介电材料或金属材料。金涂层的厚度可以大约为1-10μm或更厚。该装置可以包括，外护套的外径大于第二包层的外径、第二包层的外径大于金涂层的外径、金涂层的外径大于包层的外径，并且包层的外径大于纤芯的外径。该光纤可以包括开槽管或编织衬套。光纤的扭折半径可以小于2.5mm。该装置的外径可以小于2.3mm。该装置沿纤维轴的长度可以在2到4米之间或更长。该光纤可以是在患者身体外部的缩回位置和延伸进入患者身体的延伸位置之间可移动的。
附图说明
附图包含于本说明书中并构成说明书的一部分。这些附图示出了本公开的各个方面，与本文的书面描述一起用于将本公开解释如下：
图1示出了根据本公开的各个方面的示例性激光传送装置；
图2描绘了根据本公开的各个方面的图1的激光传送装置的远端端部；
图3描绘了根据本公开的各个方面的图1的激光传送装置的截面图；
图4描绘了根据本公开的各个方面的激光传送装置的截面图；
图5描绘了根据本公开的各个方面的激光传送装置的示例性实施例的截面图；以及
图6描绘了根据本公开的各个方面的编织衬套的示例性实施例的截面图。
具体实施方式
现在参考光纤和相关联的激光系统描述本公开的各个方面。一些方面参考激光能量被用于治疗患者的医疗手术进行描述。对手术特定类型、激光能量和/或身体器官的参考是为了方便而提供并且并不旨在限制本公开，除非明确申明。因此，本文描述的概念可以用于任何类似的光纤-医疗或者其他。
本文使用术语“近端”和“远端”来指代示例性医疗装置或插入装置的部件的相对位置。当本文使用时，“近端”是指相对接近身体外部或接近使用医疗装置或插入装置的操作者的位置。相反，“远端”是指距离使用医疗装置或插入装置的操作者相对较远的位置，或更接近身体内部的位置。
如本文所用，术语“包括”、“包含”或类似的变化旨在涵盖非排他性包含，从而包含元素列表的装置或方法不仅包括这些元素，而且可以包括未明确列出或其固有的其他元素。除非另有说明，否则术语“示例性”是在“示例”而不是“理想”的意义上使用的。相反，术语“由……构成”和“由……组成”旨在涵盖排他性包含，从而由元素列表构成的装置或方法仅包括这些元素。诸如“一般”、“约”、“基本上”和/或“大约”等术语表示可能值的范围，该范围在规定值的正负5％以内。
图1示出了激光传送装置10，其具有近端部分12、中间部分14和具有远端末端17的远端部分16。近端部分12可以包括具有连接器部分20的手柄18。激光传送装置10可以经由连接器部分20耦合到激光源22，并且传输能量通过激光传送装置10中的内部纤维并从远端末端17出来到目标材料。
激光源22可以包括用于使激光能量变窄的透镜，并且还可以包括从激光外壳延伸以接收激光传送装置10的连接器部分20并与之配合以便传输激光能量通过激光传送装置10的端口。例如，激光源22可以是发射波长约为2.1μm且功率约为100w的激光能量的钬YAG(Ho:YAG)激光源。激光源22可以产生约为0.4mm的较浅穿透深度的激光能量。在其他方面，激光源22可以是掺铥YAG(Tm:YAG)激光源、掺钕YAG(Nd:YAG)激光源、半导体激光二极管、磷酸钛氧钾晶体(KTP)激光源或硼酸锂晶体(LBO)激光源。激光源22可以具有控制模块(未示出)来控制激光能量的定时、波长和/或功率。控制模块可以控制激光的选择、滤波、温度补偿和/或Q开关。
连接器部分20可以是任何类型的超小型版本A(“SMA”)连接器或与激光源22上的端口配合的另一适当光纤连接器。连接器部分20可以包括接收和发送来自激光源22的激光能量的中心纤维，并且还可以包括外螺纹以便耦合到激光源22上的端口。例如，连接器部分20可以是公SMA连接器，或者连接器部分20可以是母SMA连接器。
如上所述，激光传送装置10可以通过连接器部分20与激光源22配合。连接器部分20可以包括光纤和径向包围光纤的近端部分的毛细管或管。光纤可以穿过激光传送装置10从连接器部分20延伸到远端末端17，以接收来自激光源22的激光能量并将其发送到目标材料。
图2示出了沿纤维轴F-F延伸的激光传送装置10的远端末端17，并且激光传送装置10包括多个层，包括外护套200、包层202、涂层204和纤维206；图2中的每一层都被部分移除以更好地示出这些层。在图2中，远端末端17的远端端部标记为D，并且近端端部标记为P，表示沿纤维轴F-F的近端或远端方向。注意，术语“远端端部”不一定表示激光传送装置的最远端端部，而可以是激光传送装置的任何远端部分。外护套200、包层202、涂层204和纤维206可以沿纤维轴从激光传送装置10的近端端部到远端端部纵向延伸，并且可以具有均匀或变化的厚度。在一些例子中，激光传送装置10可以具有大约为2.2mm的最大直径。在一些方面，激光传送装置10可以具有沿纤维轴F-F 2-4米的长度，并且在其他方面可以具有沿纤维轴F-F约3米的长度。激光传送装置10的弯曲直径可以为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm，或者高达16mm。在一些例子中，激光传送装置10可以具有可变的弯曲直径。例如，激光传送装置10可以具有朝着远端末端17在从近端到远端方向上随推移减小的弯曲直径。弯曲直径是指在不破坏激光传送装置的情况下激光传送装置将被弯曲以传输激光能量的最小直径，并且弯曲半径是指在不破坏激光传送装置的情况下激光传送装置将被弯曲以传输激光能量的最小半径。
如图2所示，激光传送装置10的各层可以配置为使得外护套200的外径大于包层202的外径；包层202的外径大于涂层204的外径；并且涂层204的外径大于纤维206的外径。在一些例子中，激光传送装置10可以描述为沿纤维轴F-F在从近端到远端方向上从较大尺寸到较小尺寸的逐渐变窄或逐步下降。
外护套200可以包括沿纤维轴F-F围绕包层202、涂层204和/或纤维206的一个或多个层。在一些方面，护套200可以由沿其长度附接到包层202的聚合材料制成。外护套可以是任何合适的材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙、聚氯乙烯(PVC)、低烟无卤(LSFH)聚合物、聚乙烯(PE)、聚氨酯(PUR)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚酰胺(PA)。在一些方面，外护套200可以在远端端部处终止，该远端端部位于包层202的远端端部的近端、涂层204的远端端部的近端和/或纤维206的远端端部的近端。在其他例子中，外护套200可以在远端端部处终止，该远端端部位于或接近包层202的远端端部、涂层的远端端部和/或纤维206的远端端部。外护套200可以在远端端部处终止，该远端端部位于或接近纤维末端208。在一些方面，外护套200可以包括围绕包层202、涂层204和/或纤维206的管；而在其他方面，外护套200可以是施加于包层202的涂层。在其他例子中，可以从激光传送装置10中省略外护套200。
包层202可以包括沿纤维轴F-F围绕涂层204和/或纤维206的一个或多个层。在一些方面，包层202可以是聚合物包层。在一些方面，包层202可由介电、高反射和/或生物兼容材料(例如聚合物材料)制成。包层202可以由玻璃、二氧化硅、塑料或任何其他材料制成。包层202可被配置成机械地将涂层204和/或纤维206与外护套200隔离，和/或进一步促进激光能量的内部反射。在一些方面，包层202可以包括围绕纤维206和/或涂层204的管；而在其他方面，包层202可以包括施加于涂层204的涂层。包层202可以具有低折射率，并且可以具有比涂层204和/或纤维206更低的折射率。在一些方面，包层202可以具有比涂层204和/或纤维206更低的密度。包层202可以导致光在光传播到远端末端17时基本上被限制在激光传送装置10内。包层202可以在远端端部处终止，该远端端部位于涂层204的远端端部的近端和/或纤维206的远端端部的近端。在其他例子中，包层202可以在远端端部处终止，该远端端部位于或接近外护套200的远端端部、涂层204的远端端部、纤维206的远端端部和/或纤维末端208。
涂层204可以包括沿纤维轴F-F围绕纤维206的一个或多个层。涂层204可以包括施加于纤维206的薄的金涂层，使得涂层204的外径仅名义上大于(例如，1％到3％)纤维206的外径。在一些方面，涂层204可以是大约3μm厚，可以是小于3μm厚，或者可以是大于1μm且小于3μm厚。在一些例子中，涂层204可以是金涂层、银涂层、金和银的混合物、铜涂层、黄铜涂层，或者可以是另一金属涂层。在其他例子中，涂层204可以是诸如熔融二氧化硅之类的高反射低吸收涂层，或者高反射介电涂层。涂层204可以在远端端部处终止，该远端端部位于纤维206的远端端部的近端。在其他例子中，涂层204可以在远端端部处终止，该远端端部位于或接近于外护套200的远端端部、远端包层202、纤维206的远端端部和/或纤维末端208处。
图3示出了图1和图2所示的激光传送装置10在截面3-3处的纵向截面图。如图3所示，纤维206可以包括包层306和芯316。纤维206可以包括配置为传送激光能量的一个或多个光纤，并且可以由适于传输激光能量的适当材料制成。纤维206可以包括玻璃包层和玻璃芯。包层306可以围绕芯316的部分，并且可以是氟化玻璃。在一些例子中，纤维206可以仅包括玻璃纤芯316，而不包括包层306。在其他例子中，芯316可以例如由适于传输激光能量的任何适当材料制成，诸如具有低或高羟基(OH)离子残留浓度的二氧化硅。在一些例子中，包层306可以是例如具有氟的掺杂二氧化硅。在一些方面，包层306可以是一个或多个包层，可以是单包层或双包层，并且可以由硬聚合物或二氧化硅制成。
图4示出了除了没有包层202之外基本上与激光传送装置10相似的激光传送装置11的另一个例子的纵向截面图。激光传送装置11的层可以配置为使得外护套200的外径大于涂层204的外径；并且涂层204的外径大于纤维206的外径。以与图3的激光纤维相似的方式，激光传送装置11的纤维206可以包括包层306和芯316。
激光传送装置10的纤维末端208(图2中所示)可以是球形端部、直射端部、侧射端部或另一适当的端部。激光传送装置10的纤维末端208向目标材料发射激光能量，因此激光传送装置10用作激光能量的波导。纤维末端208可以位于激光传送装置10的最远点。激光能量可以沿着纤维206从激光源22行进到纤维末端208。
在一些例子中，如图5所示，激光传送装置10可以包括沿纤维轴F-F围绕外护套200、包层202、涂层204和/或纤维206的编织衬套401。编织衬套可以为激光传送装置10提供改进的抗扭折性。编织衬套401可以在激光传送装置10的远端端部处终止，该远端端部位于外护套200、包层202、涂层204和/或纤维206的远端端部的近端。在其他例子中，编织衬套可以在远端端部终止，该远端端部位于或接近外护套200的远端端部、包层202的远端端部、涂层204的远端端部、纤维206的远端端部和/或纤维末端208。图6示出了示例性编织衬套401的纵向截面(为清楚起见，图中省略了激光传送装置10的其他层)。编织衬套可以包括聚四氟乙烯(PTFE)内层503、钨丝编织的超高分子重量聚乙烯层502和外部
Figure BDA0002485941700000081
层501。在一些例子中，PTFE内层可以是层压的。编织衬套的每一层可以沿纤维轴F-F纵向伸展。在某些方面，编织衬套可以在远端端部和近端端部处环氧树脂接合到激光传送装置10的下一内层，或者可以压接到激光传送装置10的下一内层。
在其他例子中，作为编织衬套401的替代方案，激光传送装置10可以包括沿纤维轴F-F围绕外护套200、包层202、涂层204和/或纤维206的开槽管。开槽管可以接合(例如环氧树脂接合)到外护套200，并且可以增加激光传送装置10的抗扭折性。在其他例子中，开槽管可以压接到激光传送装置10的外层或压接到外护套200。在一些例子中，开槽管可以具有在管的远端处端部比管的近端端部处更小的弯曲直径。开槽管可以具有沿管的纵轴在从近端到远端方向上随推移增大的开槽密度。
激光传送装置10可以通过将激光能量从激光源22穿过连接器20并穿过纤维206传输至激光传送装置10的远端末端17来操作，其中激光能量可从纤维末端208发射向患者的目标组织。激光能量可以基本上限制在连接器20和纤维末端208之间的激光传送装置10内。在一些例子中，激光传送装置10可以插入通过内窥镜的工作通道，通过该激光传送装置10和该内窥镜传输激光能量以应用到治疗部位。
激光传送装置10的各种实施例可以允许在保持较高光传输率的同时减小光纤中的扭折半径和弯曲半径。包括诸如金涂层之类的涂层可以在激光纤维被连续弯曲若干次时有效地提高传输水平。所公开的激光传送装置10的设计可以促进激光纤维在微导管中的应用，并且能够实现利用激光纤维的微导管的增加的扭矩响应。此外，所公开的激光传送装置10可以实现导管特别是在血管栓塞和类似手术中使用的激光纤维的改进的传输。
尽管在本文中参考激光传送装置描述了本公开的原理，但是应当理解，本发明不限于此。本领域的普通技术人员以及获得本文所提供教导的人员将认识到等效物的附加修改、应用、方面和替换都属于本文描述的方面的范围。因此，本公开不被视为受上述描述的限制。例如，虽然结合各种实施例描述了某些特征，但是应当理解，结合本文公开的任何实施例描述的任何特征可以与本文公开的任何其他实施例一起使用。

Claims (15)

1.一种激光传送装置，包括：
纤芯，其沿纤维轴延伸，被配置为沿所述纤维轴传输激光能量，并在远端端部处终止；
第一玻璃包层，其沿所述纤维轴延伸，邻近于所述纤芯，并在远端端部处终止；
涂层，其沿所述纤维轴延伸并在远端端部处终止，其中所述涂层是金、银、铜或黄铜涂层；
外护套，其沿纤维轴延伸并在远端端部处终止；以及
光纤末端。
2.根据权利要求1所述的激光传送装置，其中所述光纤的弯曲半径小于8mm。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的激光传送装置，还包括围绕所述外护套的编织衬套。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的激光传送装置，还包括围绕所述外护套的开槽管。
5.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述纤维末端是球状末端。
6.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述纤芯是玻璃芯。
7.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，还包括第二包层，其围绕所述金、银、铜或黄铜涂层的一部分。
8.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述第一玻璃包层是氟化玻璃包层。
9.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述金、银、铜或黄铜涂层大约3μm厚。
10.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述外护套的外径大于所述涂层的外径，所述涂层的外径大于所述第一包层的外径，并且所述第一包层的外径大于所述纤芯的外径。
11.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，还包括在所述激光传送装置的近端端部处的连接器部分。
12.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述激光传送装置的外径小于2.2mm。
13.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述激光传送装置沿所述纤维轴的长度在2到4米之间。
14.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述激光传送装置的弯曲半径大约为3mm。
15.根据任一前述权利要求所述的激光传送装置，其中所述激光传送装置耦合到激光源。
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