CN115005974A - 用于在导管尖端中组装光纤的方法、装置和支撑结构 - Google Patents

用于在导管尖端中组装光纤的方法、装置和支撑结构 Download PDF

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Abstract

一种导管包括近端区段和远端区段、连接在近端区段和远端区段之间的轴以及延伸穿过轴并到达导管远端区段的光纤。远端区段包括支撑结构，该支撑结构包括近端、远端、反射元件和设置在支撑结构远端的一部分上的盖。近端包括对准插孔。每根光纤被插入到对应的对准插孔中，并且对准插孔被成型以使光纤在支撑结构中保持笔直。远端包括面向不同方向的孔口。每根光纤与透镜、反射元件和孔口中的对应元件光学对准，使得支撑结构中的光纤是笔直的。盖包括与孔口对准的光学端口。

Description

用于在导管尖端中组装光纤的方法、装置和支撑结构
技术领域
本发明涉及用于将光纤组装在导管尖端中并促进对准和结构支撑的方法、装置和支撑结构。
背景技术
消融是用于产生组织坏死的医学技术。它用于帮助治疗不同的疾病，包括癌症、巴雷特食管或心律失常等。对于射频(RF)消融，应用振荡频率高于数百kHz的交流电可避免刺激可兴奋组织，同时通过焦耳效应传递热量。组织温度的升高会导致生物分子变性，包括胶原蛋白、肌球蛋白或弹性蛋白等蛋白质。传统上，射频消融是通过在患者身体上放置一个外部电极，并在与患者体内待治疗组织接触的导管尖端施加交流电来完成的。
在一些情况下，各种能源可用于消融，包括用于冷冻消融的低温冷却、射频、微波、激光、超声等。在某些情况下，冷冻消融可以使用极冷的温度来消融组织，而电穿孔消融可以使用脉冲电场消融特定组织以治疗心房颤动。
消融效果取决于许多因素，包括施加的电功率、电接触的质量、局部组织特性、靠近组织表面的血流的存在以及冲洗的效果。由于这些参数的可变性，可能难以获得一致的结果。
此外，如果光纤在导管尖端中没有正确且准确地对准，则使用光纤的消融导管可能会提供可变或不一致的结果。
发明内容
因此，可能需要提供新的方法、装置和结构以正确地对准导管尖端中的光纤以获得准确的结果。
在本文提出的实施例中，描述了导管、支撑结构和方法，用于在导管尖端处将光纤组装和对准就位以用于组织消融程序。在一些实施例中，支撑结构中的光纤和透镜可以使用各种方法和装置固定在导管尖端中，如本文所述。
在一些实施例中，导管包括近端区段，远端区段，连接在该近端区段和该远端区段之间的轴，以及光纤，其延伸穿过该轴并到达该导管的远端区段。该远端区段包括支撑结构，包括近端，远端，反射元件，透镜，以及盖，其设置在该支撑结构的远端的一部分上。近端包括对准插孔。每根光纤被插入到对应的对准插孔中，并且该对准插孔被成型以使该光纤在该支撑结构中保持笔直。远端，包括面向不同方向的孔口。每根光纤与该透镜、该反射元件和该孔口中的相应的一个光学对准，使得该支撑结构中的光纤是笔直的，并且具有经由孔口到该导管外部的光学通路。该盖包括与该孔口对准的光学端口。
下面参照附图详细描述各种实施例的进一步的特征和优点，以及结构和操作。应注意，本文所述的特定实施例并非旨在限制。这些实施例在本文中仅出于说明性目的而呈现。基于本文包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是显而易见的。
附图说明
并入本文并形成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起进一步用于解释本发明的原理并使相关领域的技术人员能够制作和使用公开的领域。
图1图示了根据本公开的实施例的导管的示意图。
图2A和2B示出了根据本公开的实施例的导管的截面图。
图3示出了根据本公开的实施例的用于消融的示例系统的示意图。
图4A示出了根据本公开的实施例的导管的示例性远端区段的示意图。
图4B示出了根据本公开的实施例的示例导管的示意图。
图5示出了根据本公开的实施例的示例支撑结构的示意图。
图6示出了根据本公开的实施例的具有一体式的示例支撑结构的示意图。
图7示出了根据本公开的实施例的示例支撑结构的示意图。
图8A、8B、9A、9B和10示出了根据本公开的实施例的导管的远端区段的示例配置的示意图。
图11A和11B示出了根据本公开的实施例的示例支撑结构的示意图。
图12A、12B、12C、13A和13B示出了根据本公开的实施例的各种布置的示例光学装置的示意图。
图14A和14B示出了根据本公开的实施例的示例透镜的示意图。
图15示出了根据本公开的实施例的在导管的远端区段处的光学端口的示例布置的示意图。
将参照附图描述本公开的实施例。
具体实施方式
尽管讨论了具体的配置和布置，但应该理解，这样做只是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他配置和布置。对于相关领域的技术人员显而易见的是，本公开也可以用于各种其他应用。
注意，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这种特征、结构或特性都在本领域技术人员的知识范围内。
应当注意，虽然本申请可以具体涉及心脏消融，但本文描述的实施例也可以针对其他病理，以及用于消融的附加能源，包括但不限于低温、射频(RF)、微波、激光、超声波和脉冲电场。使用激光能量治疗其他疾病的原理是相似的，因此用于应用激光能量的技术是相似的。
本文公开了用于合并光学组织评估和激光消融的消融导管的实施例，其中消融导管包括用于评估和消融目标组织的多个光学端口。在一些实施例中，导管的多个光学端口可以被配置为将曝光辐射束传输到样本，接收已经从样本反射或散射的一束或多束散射辐射束，并且传输激光能量，使得样本的至少一部分被消融。通过使用相同的光学端口来传输光学评估信号和激光消融信号，消融导管可以提供对在单个基底中被消融的相同目标组织的集中评估，该基底允许以上两种方式。
在本文中，术语“电磁辐射”、“光”和“辐射束”都用于描述通过各种描述的元件和系统传播的相同电磁信号。
示例性导管实施例
图1示出了根据本公开的实施例的导管100。导管100包括近端区段102、远端区段104和连接在近端区段102和远端区段104之间的轴106。在一个实施例中，轴106包括一个或多个用于导航目的的不透射线标记。在一个实施例中，导管100包括导管100和处理装置108之间的通信接口110。如本文所述，通信接口110可以包括处理装置108和导管100之间的一根或多于一根或多根光纤和连接器。在其他示例中，通信接口110可以包括接口组件，该接口组件允许诸如蓝牙、WiFi、蜂窝等无线通信与导管100或导管系统中的其他处理组件通信。
在一个实施例中，轴106和远端区段104是一次性的。这样，每次要执行新的程序时，通过附接新的轴106和远端区段104，近端区段102可以被重新使用。在另一个实施例中，近端区段102也是一次性的。
近端区段102可以容纳在导管100的操作中使用的各种电气和光学组件。第一光源可以包括在近端区段102内以产生用于光学评估的源辐射束。第一光源可以包括一个或多个激光二极管或发光二极管(LED)。由光源产生的辐射束可以具有在红外范围内的波长。在一个示例中，辐射束具有1.3μm的中心波长。光源可以设计成仅输出单一波长的辐射束，或者它可以是扫频光源并设计成输出不同波长范围。所产生的辐射束可以经由连接在轴106内的近端区段102和远端区段104之间的光传输介质被导向远端区段104。光传输介质的一些示例包括单模光纤和/或多模光纤。在一个实施例中，电传输介质和光传输介质由允许电和光信号传播的相同混合介质提供。
此外，近端区段102可以包括第二光源，例如激光能量源，以产生施加在远端区段104处用于组织消融的激光能量。在一些实施例中，激光能量源可以发射波长为980nm或波长为1060nm的激光能量的消融束。来自近端区段102中的源的激光能量可以经由连接在轴106内的近端区段102和远端区段104之间的光传输介质沿导管100传播，并且激光能量可以从导管100的远端区段104输出以靶向组织。例如，来自光源的激光能量可以产生5W到12W的光功率，其应用于目标组织20-30秒，以在心脏组织中产生透壁病变。在另一个示例中，来自源的激光能量可以产生30W到50W的光功率，其应用于目标组织60-90秒。
在一个实施例中，近端区段102包括干涉仪的一个或多个组件，以便使用从第二光源产生的光来执行低相干干涉测量(LCI)。由于干涉数据分析的性质，在一个实施例中，用于引导光进出远端区段104的光传输介质不影响光偏振的状态和程度。在另一个实施例中，光传输介质以恒定且可逆的方式影响偏振。在一些实施例中，导管100可以包括具有一个或多个元件的光学回路，该元件被配置为进行光谱分析。在这样的实施例中，光路的至少一部分可以由多模光传输介质(例如多模光纤)构成。
近端区段102可以包括另外的接口元件，导管100的用户可以利用这些接口元件控制导管100的操作。例如，近端区段102可以包括控制远端区段104的偏转角的偏转控制机构。偏转控制机构可以包括近端区段102上的元件的机械运动，或者偏转控制机构可以使用电连接来控制远端区段104的运动。近端区段102可以包括允许用户控制的各种按钮或开关，当在远端区段104施加激光能量时，或当辐射束从远端区段104被发射时，允许采集光学数据。在一些实施例中，近端区段102可包括用于控制耦合到远端区段104的一根或多根拉线的偏转控制机构。在一些实施例中，偏转控制机构和一根或多根拉线允许操纵导管100的远端区段，以便在特定组织区域内操纵并瞄准特定组织区域进行消融。
远端部分104包括多个光学观察端口。在一些实施例中，多个光学观察端口在本文中可以被称为导管尖端中的孔口。在一个实施例中，一个或多个光学观察端口被加工到远端区段104的外部主体中。光学观察端口分布在远端区段104的外侧，导致多个不同的观察方向。在一个实施例中，光学观察端口可以从远端区段104以各种角度传输和收集光(例如，光学信号)。光学观察端口还允许多个方向(例如，光束方向)，其中激光能量可被引导以通过一个或多个光学观察端口进行组织消融。在一个实施例中，多个观察方向中的每一个基本不共面。光学观察端口还可以设计为具有冲洗功能以在消融期间冷却远端区段104和周围组织。
图2A和2B示出了根据本公开的实施例的轴106的截面图。轴106可包括将近端区段102与远端区段104互连的所有元件。轴106a示出了容纳多个通道/内腔的实施例，包括冲洗通道202、电缆通道212和用于偏转机构207的通道。通过这些通道207、212、202、偏转机构206、电连接208和光传输介质210，可以至少部分地容纳或传输冷却流体。在一些配置中，可以使用环绕电连接208和光传输介质210的保护盖。在其他实施例中，光传输介质210和组件可以位于与容纳电连接208的保护盖分开的保护盖内。电连接208可用于向位于远端区段104中的光调制组件提供信号。一个或多个光传输介质210将由光源产生的光(曝光的光)导向远端区段104，而光传输介质210的另一子集将从远端区段104返回的光(散射或反射光)引导回到近端区段102。在另一示例中，相同的一个或多个光传输介质210在两个方向上引导光。在一些实施例中，光传输介质210包括一根或多根单模光纤和/或多模光纤。
冲洗通道202可以是用于将冷却流体朝向远端区段104引导的中空管。冲洗通道202可以包括沿着通道设置以影响流体温度的加热和/或冷却元件。在另一个实施例中，冲洗通道202也可以用作用于将围绕远端区段104的流体抽回朝向近端区段102的通道。
偏转机构206可包括电气或机械元件，其设计为向远端区段104提供信号，以改变远端区段104的偏转角。偏转系统通过致动放置在近端区段102的机械控制来实现远端区段104的引导，根据一个实施例。该系统可以基于轴106中旨在提供远端区段104的单向偏转的一系列对准且均匀间隔的切口，结合将近端区段102中的偏转机构控制与远端区段104处的导管尖端连接的线。这样，近端区段的某种运动可以投射到远端区段。涉及连接到导管尖端的若干控制线的组合的其他实施例可以使导管尖端沿不同方向偏转。
图2B示出了轴106b的横截面。轴106b描绘了具有与图2A中的轴106a的大部分相同元件的实施例，除了没有电连接208。轴106b可用于在近端区段102中对生成的辐射束进行调制(例如，多路复用)的情况。
示例性导管系统和控制台实施例
在一些实施例中，本文所述的消融导管和控制台系统使用光学相干断层扫描(OCT)和/或光学相干反射仪(OCR)、折射仪或其他方法来执行组织消融，实时跟踪疤痕形成，并通过直接观察组织中的疤痕图案来监测/验证病变几何形状和隔离。图3图示了根据本公开的实施例的用于执行消融的示例系统300的示意图。系统300包括导管302、控制台310、信号发生器320、显示器325和冲洗泵330。导管302、控制台310、信号发生器320、显示器325和冲洗泵330可以经由有线和/或无线连接通信地耦合在一起。在一些实施例中，导管302可以表示图1中所示的导管100的示例性实施例。在一些实施例中，患者304出于说明性目的而在图3中示出。应当理解，本文所述的实施方案可以在体内和/或体外使用。
在一些实施例中，导管302可以定位在经受使用由信号发生器320产生的能量消融的组织的一部分处。在一些实施例中，信号发生器320可以是被配置为产生射频(RF)、低温、或用于消融的电穿孔(例如，脉冲电场)信号。信号发生器320可以直接或经由控制台310耦合到导管302，并且可以向导管302发送能量以消融选定组织部位处的组织部分。在一些实施例中，该部分组织可以包括心肌组织、心肌组织、骨骼组织等。能量可以通过导管302的远端区段中的光学观察端口施加到组织的一部分。在施加能量之后，可以通过经由导管302的一个或多个光学观察端口获取光学信号来观察组织中的结构变化。
控制台310可以包括被配置为从导管302获取光信号并分析光信号以检测组织的光学特性的变化的计算装置。在一些实施例中，控制台310可包括硬件(例如，电路)、固件、软件或其任何组合以处理光信号并执行进一步分析。在一些实施例中，控制台310可以通过其自身和导管302内的光路发送光并进入组织以监测疤痕进展、组织和导管302之间的接触以及组织的其他特性。在一些实施例中，控制台310在本文中可以被称为控制台、处理装置和/或控制器。控制台310可以耦合到显示器325，显示器325可以呈现来自光信号分析的结果并允许用户选择/查看、修改和/或控制与导管302、控制台310、信号发生器320和/或冲洗泵330的操作相关的参数。
在一些实施例中，冲洗泵330可以经由管道连接到导管302。在一些实施例中，冲洗泵330可以允许将流体泵送通过管道并通过导管302在组织部位释放(例如，通过光学观察端口或通过导管302远端区段的单独冲洗狭缝)。来自冲洗泵330的流体可以在消融期间冷却导管302的远端区段和周围组织，并且还可以在消融期间和/或之后冲走任何碎屑。
在一些实施例中，导管302可以经由一个或多个光学连接312和一个或多个电连接314耦合到控制台310。光学连接312可以包括单模光纤和/或多模光纤，它们允许采集和/或向导管302和控制台310传输光信号以供进一步分析。电连接314可以包括用于从信号发生器320向导管302供应电力和能量以进行消融的布线、引脚和/或组件。
在一些实施例中，光学和电连接器312、314可以经由通信接口316连接到控制台310。通信接口316可以允许在导管302和控制台310之间传输各种信号(例如，光学和电信号)。在一些实施例中，通信接口316可包括有助于在导管302和控制台310之间正确对准光纤的连接器。
示例性导管尖端、支撑结构和光纤对准实施例
本文公开了消融导管的实施例，包括用于对准导管的远端区段中的光纤的支撑结构和组件。通过提供这样的支撑结构，光纤和透镜可以在导管尖端中正确对准和固定，以提供在消融期间和之后进行的测量的有效光学数据。
图4A示出了根据本公开的实施例的导管400的示例性远端区段的示意图。在一些实施例中，图4A中的导管400的远端区段可以表示图1中所示的导管100的远端区段104的示例性实施例。导管400的远端区段包括多个电极402、消融盖403、多个光学端口405、一个或多个拉线组件408和冲洗管410。在一些实施例中，消融盖403也可以是电极并且可以是金属的。在一些实施例中，消融盖403可以被称为远端盖。在一些实施例中，多个光学端口405在本文中可以被称为多个光学观察端口。在一些实施例中，拉线组件408可以包括锚和/或其他组件，用于允许操纵导管400的远端区段以便在特定组织区域内操纵和靶向特定组织区域以进行消融。在一些实施例中，冲洗管410可以允许沿着导管尖端引导流体以冷却组织。
图4B示出了根据本公开的实施例的示例导管420的示意图。在一些实施例中，图4B中的导管420可以表示图1中所示的导管100和图4A中所示的导管的示例性实施例。导管420包括手柄组件422、轴424、尖端426、延长线430、冲洗端口432、连接器434和连接器436。在一些实施例中，连接器434可以用于连接电子装置，例如用于向导管420产生用于消融的能量(例如，RF、低温或电穿孔(例如，脉冲电场)信号)的信号发生器。在一些实施例中，连接器436可以是多光纤连接器，其允许来自控制台(例如控制台310)的多根光纤将耦合到导管420。
在一些实施例中，图4A和4B的导管可以具有单向或多向可操纵性。为了允许可操纵性，拉线(例如，拉线组件408)可以连接到导管的远端区段(例如，导管400的远侧区段)并且由导管的手柄(例如，手柄422)控制。在一些实施例中，热电偶、电极(例如，电极402)、RF线和消融盖(例如，消融盖403)可以连接到导管的尖端(例如，尖端426)。在一些实施例中，消融盖403可以包括多个光学端口405，这些光学端口405可以用作用于冲洗的孔口并且还可以用作来自导管中的多个光纤的光束的光学窗口或观察端口。
在一些实施例中，光纤可以通过导管轴被引导到导管的远端区段上的光学元件(例如透镜和/或反射器)。在一些实施例中，光纤可以通过基于晶片的波导电路连接到一个或多个光学元件，该基于晶片的波导电路在导管尖端处限定光学组件。在其他实施例中，导管尖端中的光纤可以直接连接到一个或多个光学元件，这些光学元件通过多个光学端口405将光聚焦到组织中。在一些实施例中，导管尖端中的光纤可以与一个或多个光学元件物理分离但与其光学对准。在一些实施例中，多个光学元件在来自光纤的远端及其对应的光学端口的光学路径中被对准。在一些实施例中，光学元件可以是硅或由另一种光学透明材料形成。在一些实施例中，透镜也可以被镀膜以减少界面处的反射或允许与周围组织、血液或流体介质的光学指数差异。
在一些实施例中，导管尖端可以包括无源和固定光学部件(例如，光纤末端和光学元件)，而导管本身中没有任何机械开关或扫描装置。在一些实施例中，光学元件的移动或旋转可以允许在组织中的不同方向上进行扫描。在一些实施例中，导管中的多个光学端口或观察端口可以在导管尖端具有不同的取向，其中从导管中的每个观察端口引导的每个输出光束可以面向不同的方向。例如，一个输出光束可以向前引导，七个输出光束可以相对于组织以45°引导，并且七个输出光束可以相对于组织以90°引导。在一些实施例中，导管尖端中可以有任何数量的光束、观察端口、观察端口的方向。
为了提供光纤与导管尖端中的观察端口的精确对准，本文公开了用于将光纤和光学元件(例如透镜和/或反射器)保持在导管尖端的多个观察端口中的适当位置的设备、装置和支撑结构实施例。导管末端的多个观察口中的适当位置。在一些实施例中，可以在导管尖端中提供支撑结构以将光纤和相应的光学元件保持在适当的位置并且引导光束以适当的方向离开光纤。在一些实施例中，支撑结构还可以帮助将盖(例如，消融盖403)固定在导管尖端处并引导导管中的冲洗流。此外，在一些实施例中，支撑结构可以促进能量从发生器线(例如，通过连接器434耦合以从信号发生器产生用于消融的能量)到导管尖端的盖的电传导。在一些实施例中，支撑结构可以包括孔口，也称为对准孔口，以将透镜保持在适当位置，并且对准孔口和光学元件之间的测量公差可以确保正确定位。在一些实施例中，支撑结构可以被电抛光或表面处理以减少摩擦，从而允许在组装过程中更容易地放置光纤。
在一些实施例中，支撑结构可以由单个组件或多个组件构造以促进组装。此外，在一些实施例中，可以使用一个或多个机械特征来拆卸不同的支撑结构组件、光纤、光学元件和盖。在一些实施例中，一个或多个光学元件可以由盖保持在适当位置以确保在盖中的光学端口处对准。在一些实施例中，由两个组件构成的支撑结构可以使用一个或多个光学元件本身来对(例如，通过支撑结构/尖端组件的上部组件和下部组件之间的齿)。
在例如图5-7和11的示例图中示出了用于将光纤和光学元件保持在导管尖端的适当位置处的各种支撑结构实施例。
图5示出了根据本公开的实施例的示例支撑结构500的示意图。支撑结构500包括远端502、主体504和近端506。远端502包括多个孔口510，其中每个孔口包括在导管中使用的多个光学元件512中的对应光学元件512。在一些实施例中，光纤522可以表示一束光学耦合到光学元件512的光纤。在一些实施例中，可以使用诸如胶水、环氧树脂等的粘合剂材料将多个透镜514固定在每个孔口510处。
在一些实施例中，盖520可以附接在支撑结构500的远端502上。盖520可以包括多个光学端口525。在一些实施例中，光学端口525的位置可以与远端502中的孔口510中的多个透镜514的位置对准。在一些实施例中，孔口的对准可以允许光信号通过光纤522、光学元件512和透镜514传输到组织和从组织传输，而不受支撑结构组件/材料的干扰。在一些实施例中，盖520可以设置在远端502的一部分上。光学端口525可以与孔口510对准。
图6示出了根据本公开的实施例的具有一体式的示例性支撑结构600的示意图。在一些实施例中，图6中所示的支撑结构600可以制造为单个的一体式组件。在一些实施例中，图6示出了支撑结构600，为了说明的目的，没有附接任何光纤或光学元件。支撑结构600可包括远端602、主体604和近端606。远端602可包括多个孔口610。虽然出于说明性目的仅标记了三个孔口610，但应当理解，在支撑结构600的远端602中可以有任意数量的孔口610。
图7示出了根据本公开的实施例的示例支撑结构700的示意图。支撑结构700包括远端702、主体704和近端706。远端702包括多个孔口710，其中每个孔口包括多个光学装置712中的对应光学装置712和固定到每个光学装置的多个透镜714中的透镜。在一些实施例中，光纤722可以表示一束光纤。在一些实施例中，图7还示出了设置在支撑结构700的远端702上的盖720，其中盖包括光学端口725。
用于将光纤耦合到导管尖端中的光学端口的一些方法导致光纤在光学尖端内被弯曲。然而，弯曲光纤可能会产生额外的复杂性。例如，弯曲会产生纤维应力，这可能会增加断裂风险并损害长期耐用性。此外，用于弯曲光纤的组装过程可能更复杂，可能需要定制光纤(通常更昂贵)等。本公开提供了最小化导管的远端区段处的光纤弯曲从而避免这种复杂性的实施例。
图8A和8B示出了根据本公开的实施例的导管800的示例性远端区段的示意图。应当理解，在一些实施例中，导管800的远端区段可以包括参考本公开的其他附图描述的导管的远端区段的结构和功能。例如，尽管在图8A和8B中未具体示出，但导管800的远端区段可以包括用于将各种光学元件固定在适当位置的支撑结构(参见例如图5-7、11)。
在一些实施例中，导管800还可以包括透镜820、光纤822和反射元件840。箭头842指示到导管800外部的辐射。箭头844指示每根光纤的末端和导管800的外部之间的相应光路。光轴846沿导管800远端的长度限定。每根光纤822与透镜820、反射元件840、和孔口(未示出；参见例如孔口610(图6))中对应的一个元件光学对准，使得光纤822是笔直的(例如，平行于光轴846)并且经由孔口具有到导管800外部的光学通路。将光纤保持在笔直的配置中减少或消除了与弯曲光纤相关的复杂性。
图8A表示其中反射元件840设置在光纤822和透镜840之间的布置。也就是说，通过透镜820的光可以在进入光纤822之前由反射元件840引导。图8B表示透镜840设置在光纤822和反射元件840之间的布置。也就是说，进入光纤822的光可以在通过透镜820之前由反射元件840引导。以这种方式，可以避免弯曲光纤822并且可以避免与弯曲光纤有关的复杂性。
图9A和9B示出了根据本公开的实施例的导管900的示例性远端区段的示意图。应当理解，在一些实施例中，导管900的远端区段可以包括参照本公开的其他附图描述的导管的远端区段的结构和功能。例如，尽管未在图9A和9B中具体示出，但导管900的远端区段可以包括用于将各种光学元件固定在适当位置的支撑结构(参见例如图5-7、11)。
图9A呈现了导管900的远端的正面视图。也就是说，导管900的远端的光轴946被定向在页面内/外。导管900的远端可以包括光学端口925。光学端口925可以具有与参考其他附图中的光学端口所描述的那些相似的结构和功能。
图9B呈现导管900的远端的内侧视图。作为参考，导管900的远端的光轴946定向在页面平面上。为了清楚起见，未示出一些导管结构(例如，支撑结构、盖等)，但应当理解，这些结构可以如参考其他附图所描述的那样实施。在一些实施例中，导管900可以包括透镜920、光纤922和反射元件940。箭头942指示到导管900外部的辐射。应当理解，照明也可以沿着反向光学路径进入导管900。每根光纤922与透镜920、反射元件940和光学端口925中的对应元件光学对准，使得光纤922是笔直的，并且具有经由光学端口925到导管900外部的光学通路。应当理解，沿光轴946定位的光纤和透镜布置可以省略反射元件以允许光沿光轴946进入/离开导管900。
图10示出了根据本公开的实施例的导管1000的示例性远端的示意图，其示出了光学元件的不同布置。应当理解，在一些实施例中，导管1000的远端可以包括参考本公开的其他附图描述的导管远端的结构和功能。
在图10中，导管1000的远端的光轴1046定向在页面平面中。在一些实施例中，导管1000的远端可以包括支撑结构1048、光学端口1025、透镜1020、光纤1022和反射元件1040。光学端口1025可以具有与参考其他附图中的光学端口所描述的那些类似的结构和功能。支撑结构1048可以包括孔口1010。箭头1042指示出导管1000外部/进入导管1000外部的辐射。每根光纤1022与透镜1020、反射元件1040、孔口1010和光学端口1025中的对应元件光学对准，使得支撑结构1048中的光纤1022是笔直的，同时仍然具有经由孔口1010和光学端口1025到导管1000外部的光学通路。
在一些实施例中，反射元件1040可以集成到支撑结构1048中。例如，可以在支撑结构1048的主体上制造刻面。刻面可以反射光。在一些实施例中，反射元件没有集成到支撑结构1048的主体中，而是如参考图9所述布置。对应的反射元件940、透镜920和光纤922在图10中示出。反射元件940可以是镜子、棱镜表面、刻面透镜表面等。应当理解，可以使用一种类型的布置(例如，如图9中所示)或可以组合布置，如图10中所示。还应当理解，沿光轴1046定位的光纤和透镜布置可以省略反射元件以允许光沿光轴1046进入/离开导管1000。
图11A和11B示出了根据本公开的实施例的示例支撑结构1100的示意图。图11A提供了支撑结构1100的透视图。提供了导管1100远端的光轴1146以供参考。在一些实施例中，支撑结构1100可以包括反射元件1140、孔口1110和冲洗通道1158。盖1150可以设置在支撑结构1100的远端1152上。盖1150可以包括光学端口1125。光学端口1125可以具有与参考其他附图中的光学端口所描述的那些类似的结构和功能。孔口1110(连同它们对应的光学端口)可以面向不同的方向，从而允许使用支撑结构1100的导管具有宽视场。冲洗通道1158可用于清洁生物材料(例如，组织、血液等)以提高光学可见度。
图11B提供了支撑结构1100的不同透视图。支撑结构1100的近端1154可以包括对准插孔1156。对准插孔1156可以容纳光纤(例如，光纤1022(图10))。每根光纤都可以穿过相应的对准插孔1156。对准插孔1156被成形为使光纤在支撑结构中保持笔直，从而减轻由于光纤弯曲引起的复杂性。
在一些实施例中，在支撑结构1100上制造反射元件1140，当组装导管尖端时允许不同顺序的组装顺序。例如，盖1150可以在通过对准插孔1156引入光纤之前首先焊接到支撑结构的主体。
在一些实施例中，孔口1110可以位于支撑结构1100的远端1152中的不同径向位置。在一些实施例中，孔口1110和光学端口1125被配置为使得每个对应的透镜面向不同的方向和/或角度。
在一些实施例中，穿过对准插孔1156的光纤可以使用粘合剂材料固定到支撑结构1100。在一些实施例中，支撑结构1100可以是一体的。在一些实施例中，支撑结构1100可以是组装在一起的两个组件(例如，远端1152和近端1154是组装在一起的两个组件)。
图12A、12B和12C示出了根据本公开的实施例的各种布置的示例光学装置1212的示意图。在一些实施例中，光学装置1212包括透镜1220和光纤1222。光学装置1212还可以包括反射元件1240(例如，微镜)和/或棱镜1260(例如，微棱镜)。在光学装置1212包括棱镜1260的实施例中，反射元件1240可以是棱镜1260的表面。光学装置1212可以在导管的任何远端区段中实施并且由本文公开的任何支撑结构支撑。虽然在图12A、12B和12C中的每一个中光纤显示为耦合到透镜1220，但本领域技术人员将理解透镜1220可以与光纤1222物理分离，例如当光纤1222的裸露端通过支撑结构中的插孔简单地保持在适当位置时，透镜沿着光路定位。
在一些实施例中，透镜1220可以包括梯度折射率(GRIN)透镜。GRIN透镜或硅基透镜可与盐水相互作用，同时获得所需的光束性能。
参考图12A，在一些实施例中，光学装置1212可以省略反射元件和棱镜1260。光纤1222可以耦合到透镜1220。这种布置可以用具有集成反射元件的支撑结构来实现(例如，如参考图10、11A和11B所描述的)。这种布置可以用于沿导管远端部分的光轴定位的光纤，以允许光沿光轴进入/离开导管。这种布置也可以用于沿导管的远端区段的光轴定位的光纤，以允许光沿光轴进入/离开导管。
参考图12B，在一些实施例中，光学装置1212可以省略棱镜1260。光纤1222可以耦合到透镜1220。反射元件1240可以耦合到与光纤1222末端相对的透镜1220。透镜1220可以包括光学表面1258以允许光在与反射元件1240相互作用的同时进入和离开透镜。这种布置可以用不具有集成反射元件的支撑结构来实现(例如，如参考图9B和10所述)。
参考图12C，在一些实施例中，光纤1222可以耦合到透镜1220。棱镜1260可以耦合到与光纤1222的末端相对的透镜1220。反射元件1240可以耦合到棱镜1260，或者可以是棱镜1260的表面。棱镜1260可以包括光学表面1258，以允许光在与反射元件1240相互作用的同时进入和离开透镜。这种布置可以用不具有集成反射元件的支撑结构来实现(例如，如参考图9B和10所描述的)。
在一些实施例中，反射元件1240可以是镜子、反射涂层、透镜1220或棱镜1260的全内反射(TIR)表面等。
在一些实施例中，可以预先或在支撑主体，以及透镜顶部的微镜和/或微棱镜的组装期间组装透镜和光纤装置。光纤1222可以通过激光焊接(熔合)或胶水连接到透镜基底。可以在光纤1222和透镜1220之间使用玻璃垫片或套圈。为了最小化反射，可以使用光纤透镜倾斜或匹配折射率的特定涂层/胶水材料。由于本公开的实施例允许导管在没有弯曲的情况下实施光纤，因此可以使用标准光纤(例如，直径大约为80至125微米)。
图13A和13B示出了根据本公开的实施例的各种布置的示例光学装置1312的示意图。在一些实施例中，光学装置1312包括透镜1320和光纤1322。光学装置1312可以在本文公开的导管的任何远端区段中实施并且由本文公开的任何支撑结构支撑。
在一些实施例中，透镜1320可以是硅基透镜。GRIN透镜或硅基透镜可与盐水相互作用，同时获得所需的光束性能。
参考图13A，在一些实施例中，光学装置1312还可以包括连接器主体1362。连接器主体1362可以包括套圈和/或垫片。光纤1322可以经由连接器主体1362耦合到透镜1320。连接器主体1362可以包括光纤侧特征，例如柱形插座，以允许光纤与透镜1320自对准。例如，这种布置可以用具有集成反射元件的支撑结构来实现(例如，如参考图10、11A和11B所描述的)。这种布置也可以用于沿导管的远端区段的光轴定位的光纤，以允许光沿光轴进入/离开导管。
参考图13B，在一些实施例中，光学装置1312可以包括其中集成有反射元件1340的连接器主体1362。连接器主体1362可以经由晶片蚀刻(例如，硅基晶片)来制造。蚀刻晶片可以包括反射元件1340(例如，TIR表面)。或者，在一些实施例中，反射元件1340可以是反射涂层、微镜等。
图14A和14B示出了根据本公开的实施例的示例透镜1420和1420’的示意图。在一些实施例中，透镜1420是菲涅耳(Fresnel)透镜。在一些实施例中，透镜1420’是平凸消色差透镜。
图15示出了根据本公开的实施例的在导管远端处的光学端口1525的示例布置1500a-e的示意图。每个布置包括侧视图和端视图。箭头1542指示用于对应光学端口1525的导管1000外部的光路。在侧视图中，导管远端的光轴1546被示出以供参考，其定向在页面平面上。
参考布置1500a，在一些实施例中，导管的远端可以包括对应于十一个输出光束和十一个检测方向的十一个光学端口1525。布置1500a可以包括一个前视光端口(中心端口)、五个相对于光轴1546呈45度角定向的光学端口、以及五个垂直于光轴1546定向的光学端口。
参考布置1500b，在一些实施例中，导管的远端可以包括对应于七个输出光束和七个检测方向的七个光学端口1525。布置1500b可以包括一个前视光学端口和六个相对于光轴1546呈60度角定向的光学端口。
参考布置1500c，在一些实施例中，导管的远端可以包括对应于七个输出光束和七个检测方向的七个光学端口1525。布置1500c可以包括一个前视光学端口、三个相对于光轴1546呈45度角定向的光学端口、以及三个垂直于光轴1546定向的光学端口。
参考布置1500d，在一些实施例中，导管的远端可以包括对应于七个输出光束和七个检测方向的七个光学端口1525。布置1500d可以包括一个前视光学端口和六个附加的前视光学端口，分布在中心光学端口周围。
参考布置1500e，在一些实施例中，导管的远端可以包括对应于七个输出光束和七个检测方向的七个光学端口1525。布置1500e可以包括一个前视光学端口、三个相对于光轴1546呈60度角定向的光学端口、以及三个垂直于光轴1546定向的光学端口。
参考图15的实施例呈现光学端口数量和方向的布置的非限制性示例。应当理解，在一些实施例中，可以使用其他数量的光学端口和方向。还应该理解，相应数量的光学元件可以包括在该布置中。例如，可以实现与光学端口的数量相对应的多个透镜。
应当理解，详细描述部分而不是概述和摘要部分旨在用于解释权利要求。概述和摘要部分可以阐述如发明人所设想的本公开的一个或多个但不是全部的示例性实施例，因此不旨在以任何方式限制本公开和所附权利要求。
本公开的实施例已经在上面借助于说明指定功能的实现及其关系的功能构建块进行了描述。为了描述的方便，这里已经任意定义了这些功能构建块的边界。只要适当地执行指定的功能及其关系，就可以定义替代边界。
具体实施例的上述描述将如此充分地揭示本公开的一般性质，以致其他人可以通过应用本领域技术内的知识，容易地修改和/或适应诸如具体实施例的各种应用，而无需过度实验，而不背离本公开的一般概念。因此，基于本文所呈现的教导和指导，此类修改和修改旨在处于所公开实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教导和指导来解释。
本公开的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来定义。

Claims (7)

1.一种导管，包括：
近端区段；
远端区段；
连接在该近端区段和该远端区段之间的轴；以及
光纤，延伸穿过该轴并到达该导管的远端区段，其中该远端区段包括：
一种支撑结构，包括：
近端，包括对准插孔，其中，每根光纤被插入到对应的对准插孔中，
并且该对准插孔被成型以使该光纤在该支撑结构中保持笔直；以及
远端，包括面向不同方向的孔口；
反射元件；
透镜，其中每根光纤与该透镜、该反射元件和该孔口中的相应的一个光学对准，使得该支撑结构中的光纤是笔直的，并且具有经由孔口到该导管外部的光学通路；以及
盖，设置在该支撑结构的远端的一部分上，其中，该盖包括与该孔口对准的光学端口。
2.根据权利要求1所述的导管，其中，使用施加在该支撑结构的远端的每个对准插孔处的粘合剂材料将该光纤固定到该支撑结构上。
3.根据权利要求1所述的导管，其中，对准孔口位于该支撑结构的远端的不同径向位置处。
4.根据权利要求1所述的导管，其中，该孔口和该光学端口被配置为使得每个对应的透镜面向不同的方向和/或角度。
5.根据权利要求1所述的导管，其中，该支撑结构是一体的。
6.根据权利要求1所述的导管，其中，该支撑结构包括组装在一起的两个组件。
7.根据权利要求1所述的导管，其中，该反射元件是集成到该支撑结构的主体中的刻面。
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