CN211750041U - 用于激光间质热疗系统的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了用于激光间质热疗系统的装置及其制造方法，所述用于激光间质热疗系统的装置含有光线转向部，能够实现光线的转向出射，可用于间质热消融治疗，耐高温，成品性质稳定，易储存；本实用新型还提供了前述用于激光间质热疗系统的装置的制造方法。

Description

用于激光间质热疗系统的装置

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，尤其涉及用于激光间质热疗系统的装置。

背景技术

激光间质热疗系统治疗肿瘤和癫痫等疾病的研究自20世纪80年代开始以来，已经取得了长足的进步。近年来，人们朝着使激光可以径向射出的目标而不断努力，有人提出了使用含有不同散射颗粒的胶体来实现这一目的，但是在实际使用过程中，胶体加工繁琐，无法获得较高的产品一致性，胶体不能承受过高的温度，从而导致散射头无法加热到更高的温度，有受热膨胀变性甚至爆裂的危险性，因而需要有在使用温度范围内体积变化较小或基本可忽略不计，可承受较高温度的光线发出装置，降低用于激光间质热疗系统的装置的安全风险。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了用于激光间质热疗系统的装置，其具有简洁的结构设计，较强结构强度，长时间工作状态下，受热后几乎不发生形变，沿轴向散射出的激光具有相对一致的强度，并且还提供了制造用于激光间质热疗之装置的方法。

第一方面，本实用新型提供了用于激光间质热疗系统的装置，其包含连接器、光纤、套管、和光线转向部，其中，连接器与光纤的近端连接，套管的近端与光纤的远端连接，光线转向部与套管的远端连接，光线转向部包含由近端到远端直径逐渐增加的圆锥体部，使得沿光纤长轴向传播的光线转为径向出射。

本实用新型中，光纤、套管和光线转向部连接围成的密闭空间为真空，连接可以通过各种连接方式实现，例如放电熔接。本领域技术人员可以理解，真空包括受现有技术限制或成本制约等原因造成的与真空比较接近的情况。

连接器可以是现有的任何连接器，适于连接激光发生器或其他连接器，使得激光可以通过光纤传输。光纤可以为任何光纤，优选可以进行放电熔接的玻璃光纤，最优选石英玻璃光纤。

光线转向部包含由圆锥体部和圆柱体部组成的类圆锥体，圆锥体部从近端到远端直径逐渐增加，通过圆锥体部表面形成的漫反射表面和/或光线转向部内部的散射颗粒将沿光纤轴向传播的光线转为径向出射。套管由玻璃或者石英玻璃等可以进行放电熔接的材料制成，其近端连接光纤的远端。

光线转向部和套管由在0至300摄氏度范围内的热膨胀系数不超过8 ×10^-5/℃的材料制成。熔点高于300摄氏度和热膨胀系数不超过8×10^-5 /℃的材料确保了光线转向部和套管在治疗过程中受热时，发生的形变微乎其微，避免了膨胀爆裂的潜在风险。密闭空间由于为真空或接近真空也几乎不受温度的影响，以确保使用安全。

在一些实施方案中，制作光线转向部和套管的材料为玻璃或蓝宝石，玻璃可以采用包含不超过20％质量分数氧化钠或氧化钾的石英玻璃，其中氧化钠或氧化钾的质量分数可以为不超过20％且大于1％的任意数值，例如 2％、3％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、8％、9％、10％、11％、 12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％等。玻璃也可以是主要由氧化硼烧制的，从而具有更加的韧性。

在一个实施方案中，本实用新型的用于激光间质热疗系统的装置中，光线转向部的圆锥体部表面为漫反射表面，通过漫反射实现光线的方向转换。

在另一些实施方案中，本实用新型的用于激光间质热疗系统的装置中，光线转向部由包含散射颗粒的材料制成，通过散射颗粒实现光线的方向转换。进一步地，散射颗粒可以为金属颗粒、氧化物颗粒、气泡，其粒径和分布密度可以根据需要进行调整。

在又一个实施方案中，光线转向部可以同时具有漫反射表面和散射颗粒，从而增强径向出光的能力，即可以通过圆锥体部表面实现部分光线传输方向改变，同时圆锥体部和圆柱体部的散射颗粒实现另一部分光线传输方向转变。

在本实用新型的一些实施方案中，用于激光间质热疗系统的装置的套管含有反射层，能够将光线的出射限定在所需的范围内；所需的范围可以是各种各样的，反射层限定的光线出射区域可以是扇面，在横截面上对应于以光纤长轴为圆心的0-270度角范围，例如30度角，60度角等。

本实用新型中，光线转向部使得沿光纤长轴向传播的光线转为径向出射，且在光线转向部长轴不同位置处径向出射的光强比较接近；前述光强比较接近是指沿光纤长轴方向上光线转向部的圆锥体部长轴至少80％长度范围内的最小光强与最大光强之间的比值不低于0.2，例如0.5、0.6、0.7、 0.8、0.9、0.95、0.98。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中的结构仅为示例性的，而非实际比例，为了方便理解，可能与实际比例有所不同。部分附图中的某些非重要部分被省略，例如，在某些光纤中，还会有保护层的存在，在附图中，保护层未示出。

图1为根据本实用新型的用于激光间质热疗之装置的一个示意图，用于激光间质热疗系统的装置10，连接器11、石英玻璃光纤12、套管13、光线转向部14；

图2(A)为根据本实用新型的一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部I，纤芯121、包层122、涂覆层123，套管13，光线转向部14、套管与包层的连接13-122，封闭空间15，图2(B)是虚线A-A处的剖面图，图2(C)是虚线B-B处的剖面图；

图3(A)为根据本实用新型的另一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部I，纤芯121、包层122、涂覆层123，套管13，光线转向部 14、圆锥体部141，封闭空间15，图3(B)是A-A处的剖面图，图3(C) 是B-B处的剖面图，图3(D)是C-C处的剖面图，图3(E)是D-D处的剖面图；

图4(A)为根据本实用新型的又一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部I，纤芯121、包层122、涂覆层123，套管13，光线转向部 14、圆锥体部141，封闭空间15，图4(B)是A-A处的剖面图，图4(C) 是B-B处的剖面图，图4(D)是C-C处的剖面图，图4(E)是D-D处的剖面图；

图5(A)为根据本实用新型的一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部I，纤芯121、包层122、涂覆层123，套管13，光线转向部14、圆锥体部141，封闭空间15，图5(B)是A-A处的剖面图，图5(C)是 B-B处的剖面图，图5(D)是C-C处的剖面图，图5(E)是D-D处的剖面图；

图6为根据本实用新型的一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部I，示出了纤芯121、包层122、涂覆层123，套管13，光线转向部 14、圆锥体部141，封闭空间15，以及钝端16；

图7为根据本实用新型的另一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部I，示出了纤芯121、包层122、涂覆层123，套管13，光线转向部14、圆锥体部141，封闭空间15，以及锐端16；

图8为根据本实用新型的又一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部I，示出了纤芯121、包层122、涂覆层123，套管13，光线转向部14、圆锥体部141，封闭空间15，以及吸光部16；

图9(A)示出了含有反射层的套管的一个实例的示意图，其中示出了套管13，套管外壁的反射层131，图9(B)是图9(A)的横截面；

图10(A)示出了含有反射层的套管的另一个实例的示意图，其中示出了套管13，套管内壁的反射层131，图10(B)是图10(A)的横截面；

图11(A)为根据本实用新型的又一个实施例提供的用于激光间质热疗之装置的局部示意图，光纤12，套管13，冷却组件80，进口组件82，出口组件83，冷却套管内管84，冷却套管外管86，出口87，进口88；图 12(B)是局部II的放大图。

图12是本实用新型的用于激光间质热疗之装置的一个具体实例的出光照片。

图13是图12所示的具体实例沿长轴光照强度在不同角度的监测结果。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

定义：

本文使用的术语具有领域内普通技术人员通常理解的科学含义，但为了更清楚的描述本实用新型，对一些词汇的含义限定如下，如果与本文之外的定义冲突，以本文的定义为准。

近端：本文中所述近端是指用于激光间质热疗系统的装置中、装置整体、石英玻璃光纤、套管和光纤转向部等在所处的上下文里，工作状态下连接激光发生器后相对而言靠近激光发生器的一端。

远端：本文中所述远端是指用于激光间质热疗系统的装置中，装置整体、石英玻璃光纤、套管和光纤转向部等在所处的上下文里，工作状态下连接激光发生器后相对而言远离激光发生器的一端。

石英玻璃光纤：纤芯和包层部分主要由二氧化硅构成，适合传输光线 (特别是红外线)，进行放电熔接，并且可以兼容磁共振的光纤。

石英玻璃：主要由二氧化硅构成的玻璃，可以掺杂有散射颗粒，并且兼容磁共振成像。

实施例1：

参照图1，示出了根据本实用新型的一个实施方案的用于激光间质热疗系统之装置的示意图，用于激光间质热疗系统的装置10包括连接器11，光纤12、套管13、光线转向部14。所述连接器11的形状结构只是示意性的，能够和激光发生器或其他连接器完成连接的任何结构或型号均可。光纤12 的长度可以根据需要进行调整，光纤可以为任何合适的光纤种类，只要能通过与套管13实现密封连接即可，优选地，光纤为石英玻璃光纤，连接可以通过放电熔接实现。套管13是由合适的透光材料制成，与光纤和光线转向部14密封连接，优选地，连接可以通过放电熔接实现。光线转向部14 由圆锥体部和圆柱体部组成，圆锥体部主要用于改变光线传播方向，使得光线能够沿与光纤长轴垂直的径向出光，圆柱体主要起到连接的作用，但是也可以具有改变光线传播方向的作用。光纤12、套管13和光线转向部 14形成了封闭空间15。

图2是局部I的一种具体实例沿轴向的剖面图，其中光线转向部14的圆锥体部的外表面为漫反射表面，使得光线的传输方向发生改变。光纤包括纤芯121，包层122，保护层123。套管13和包层122连接，连接的界面 13-122通过加粗的线显示，光线转向部14与套管13连接，连接的界面通过加粗的线显示。同时示出了A-A、B-B两个剖面，本领域技术人员可以理解，为了方便说明，并未按照比例显示。

该装置还可以包括冷却套管，参照图11，示出了根据一个实施方案的本实用新型的用于激光间质热疗系统的装置的冷却组件80，其示出光纤12，套管13(内含光线转向部，未示出)，进口组件82，出口组件83，冷却套管内管84，冷却套管外管86，出口87，进口88。激光间质热疗系统在长时间使用时，因激光照射导致光线转向部和套管温度过高，可能导致周围组织碳化等不利情况出现，使用冷却剂经过冷却套管，降低了光线转向部和套管的温度，使得激光间质热疗系统可以进行大体积的消融。冷却剂可以为气体或液体，优选生理盐水。图中的箭头示出了冷却剂的一个流动方向。本领域技术人员应当理解，进口和出口可以互换使用，即进口88做出口，同时出口87做进口。

套管的材料可以使用任何适用的材料，例如，聚碳酸酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、硅树脂、尼龙、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、ABS塑料、聚丁二酸乙二醇酯、聚醚醚酮、氟化乙烯丙烯共聚物。

实施例2：

图3是局部I的另一种具体实例沿轴向的剖面图，其中光线转向部14 包含散射颗粒，散射颗粒可以是金属颗粒、氧化物颗粒、气泡等。光纤包括纤芯121，包层122，保护层123。套管13和包层122连接，连接的界面通过加粗的线显示，光线转向部14与套管13连接，连接的界面通过加粗的线显示。同时示出了A-A、B-B、C-C和D-D四个剖面，本领域技术人员可以理解，为了方便说明，并未按照比例显示。光线转向部14的圆锥体部的角度为a，角度a可以根据需要进行选择，优选的范围在15°至150°，例如30°、45°、60°，从而圆锥体部可以有不同的长度。

散射颗粒的体积大小和分布密度可以根据需要进行调整。当散射颗粒为气时泡，由于石英玻璃的折射率n₁大于空气的折射率n₂，当界面上的入射角度大sin^-1(n₂/n₁)时，光纤发生全发射，小于sin^-1(n₂/n₁)时，光继续向前传播，从而形成沿轴向延伸的径向出光散射。气泡里的气体可以有多种选择，例如空气、氮气、氦气等，由材料制作过程的工艺环境所决定。

光线转向部和套管由在0至300摄氏度范围内的热膨胀系数不超过8 ×10^-5/℃的材料制成。在0至300摄氏度范围内热膨胀系数不超过8×10^-5 /℃的材料确保了光线转向部和套管在治疗过程中受热时，发生的形变微乎其微，避免了膨胀爆裂的潜在风险。

制作光线转向部和套管的材料为玻璃或蓝宝石，玻璃可以采用包含不超过20％质量分数氧化钠或氧化钾的石英玻璃，其中氧化钠或氧化钾的质量分数可以为不超过20％且大于1％的任意数值，例如2％、3％、4％、4.5％、 5％、5.5％、6％、6.5％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、 15％、16％、17％、18％、19％等。玻璃也可以是主要由氧化硼烧制的，从而具有更佳的韧性。

实施例3：

参照图4，图4是又一种具体实例的局部I沿轴向的剖面图，示出了光纤的纤芯121，包层122，保护层123。套管13和包层122连接，连接的界面通过加粗的线显示，光线转向部14与套管13连接，连接的界面通过加粗的线显示；其与图3的区别之处在于光线转向部14的圆锥体部的角度b 不同于实施例2中的角度a，且圆锥体部的表面为漫反射表面，光线出射方向改变可以通过圆锥体部的漫反射表面和光线转向部所包含的散射颗粒共同作用实现。

实施例4：

参照图5，图5是又一个具体实例的局部I沿轴向的剖面图，其结构以及标号和实施例3所述基本相同，不同之处在于光线转向部14的圆锥体部 141的顶点与纤芯121直接接触，使得光线转向部14与纤芯121之间距离最小，从而最大程度的减少套管13的长度。

前述所有实施例中，局部I的远端外还可以根据需要具有额外的结构 16，例如图6示出的钝端16用于保护，例如图7的锐端16便于穿刺，或者是图8示出的吸光部16，以避免消融激光照射到非预期的部分，造成意外的损伤。

实施例5：

参照图9，其示出了套管具有反射层的一个实例的示意图，该实例的其他部分与前述实施例基本相同，简便起见不再复述，仅示出了套管13的侧面图，斜线部分表示套管的反射层131。截面图中示出了出射光线所占据的范围，加粗实线表示反射层131，位于套管13的外壁，斜线部分代表套管 13的主体。

实施例6：

使用本实用新型中的一个实例进行了光线出射方向和强度的验证，图 12示出了用于激光间质热疗系统的装置的末端部分将光纤传输的光纤转换方向的结果(侧视图)，横向是光纤的长轴方向，光线转向部使得沿光纤长轴向传播的光线转为径向出射后，且在光线转向部长轴不同位置处径向出射的光强比较接近；前述光强比较接近是指沿光纤长轴方向上光线转向部的圆锥体部长轴至少80％长度范围内的最小光强与最大光强之间的比值不低于0.2，进一步地优选0.5、0.6、0.7、0.9、0.95、0.98等。沿光线转向部的长轴，以光线转向部的近端为起点0开始计算，长度单位毫米(mm)，直到末端101mm为止的距离长度为横轴，在横截面上，以长轴在横截面上位置为圆心，任意径向方向为0度，顺时针依次增加45度，在0度、45度、 90度、135度、180度、225度、270度、315度8个方向的套管外壁处测量光强(亮度)沿长轴的分布(不同颜色的线条表示)，结果在图13中示出，可以看出不同方向测量到的出光强度在长轴不同位置的一致性非常好，在5mm-85mm长度范围内，不同位置处的出光强度相差很小，最大差异不超过5％，即最小值与最大值的比值达到了0.95。从而可以确认本实用新型的用于激光间质热疗的系统在光线转向部具有良好的径向出光均一性，在径向的各个方向，在长轴的不同位置上均具有均一性。

实施例7：

参照图10，其示出了套管具有反射层的另一个实例的示意图，该实例的其他部分与前述实施例基本相同，简便起见不再复述，仅示出了套管13 的侧面图，斜线部分表示套管的反射层131。截面图中示出了出射光线所占据的范围，加粗实线表示反射层131，位于套管13的内壁，斜线部分代表套管13的主体。

实施例8：

用于激光间质热疗系统的装置的制作方法，包括以下步骤：

对玻璃基材进行加工处理，获得一部分为圆柱体、一部分为圆锥体的类圆锥体，其圆柱体部的直径小于或等于套管的内径，圆锥体的形成可以通过打磨加工形成，也可以通过高温可形变状态下拉伸圆柱状基材得到，还可以通过蚀刻获得；

对所述类圆锥体的圆锥体部表面进行镀膜或打磨处理，获得漫反射表面，成为光线转向部；

将光纤远端的一段长度的包层之外的部分剥离露出包层，所述包层外径小于或等于套管的内径；

将光线转向部的圆柱体部与套管的远端连接，将套管近端与光纤远端连接；

将光纤近端连接光纤连接器。

玻璃优选地可以具有更加的韧性，以增强安全性；例如选择含有氧化钠或氧化钾的石英玻璃，或者以氧化硼为主要成分的玻璃。含有氧化钠或氧化钾的石英玻璃中，氧化钠或者氧化钾的质量分数超过20％质量分数氧化钠或氧化钾的石英玻璃，其中氧化钠或氧化钾的质量分数可以为不超过 20％且大于1％的任意数值，例如2％、3％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、 6.5％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、 18％、19％等。

实施例9：

用于激光间质热疗系统的装置的另一种制作方法，包括以下步骤：

对含散射颗粒的玻璃基材进行加工处理，获得一部分为圆柱体、一部分为圆锥体的光线转向部，其圆柱体部的直径小于或等于套管的内径，圆锥体的形成可以通过打磨加工形成，也可以通过高温可形变状态下拉伸圆柱状基材得到，还可以通过蚀刻获得；

将光纤远端的一段长度的包层之外的部分剥离露出包层，所述包层外径小于或等于套管的内径；

将光线转向部的圆柱体部与套管的远端连接，将套管近端与光纤远端连接；

将光纤近端连接光纤连接器。

玻璃基材含有散射颗粒，散射颗粒可以是金属颗粒、氧化物颗粒、气泡等，可以需要对散射颗粒的粒径和分布密度进行调节。玻璃基材的其他性质和实施例5中所述类似，可以是具有更好韧性的玻璃。

本文所述的圆锥体部可以是正圆锥体，也可以是其他圆锥体，只要其能够实现光线出射方向按照预期转变即可。

实施例10：

用于激光间质热疗系统的装置的又一种制作方法，包括以下步骤：

对含散射颗粒的玻璃基材进行加工处理，获得一部分为圆柱体、一部分为圆锥体的类圆锥体，其圆柱体部的直径小于或等于套管的内径，圆锥体的形成可以通过打磨加工形成，也可以通过高温可形变状态下拉伸圆柱状基材得到，还可以通过蚀刻获得；

对类圆锥体的圆锥体部表面进行镀膜或打磨处理，获得漫反射表面，使其成为光线转向部；

将光纤远端的一段长度的包层之外的部分剥离露出包层，所述包层外径小于或等于套管的内径；

将光线转向部的圆柱体部与套管的远端连接，将套管近端与光纤远端连接；

将光纤近端连接光纤连接器。

玻璃基材包含的散射颗粒可以是金属颗粒、氧化物颗粒或气泡等，并且可以需要对散射颗粒的粒径和分布密度进行调节。玻璃基材的其他性质和实施例5中所述类似，可以是具有更好韧性的玻璃。

本文所述的圆锥体部可以是正圆锥体，也可以是其他圆锥体，只要其能够实现光线出射方向按照预期转变即可。

本文所述的连接步骤没有先后关系，只要完成所有的连接即可，可以根据实际加工条件选择最佳的连接次序。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，包含连接器、光纤、套管、和光线转向部，其中，所述连接器与所述光纤的近端连接，所述套管的近端与所述光纤的远端连接，所述光线转向部与套管的远端连接，所述光线转向部包含由近端到远端直径逐渐增加的圆锥体部，使得沿光纤长轴向传播的光线转为径向出射。

2.根据权利要求1所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，所述光纤、套管和光线转向部连接围成的空间为真空。

3.根据权利要求1所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，所述光线转向部的圆锥体部表面为漫反射表面，通过漫反射实现光线方向的转换。

4.根据权利要求1所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，所述光线转向部包含散射颗粒，通过散射颗粒实现光线方向的转换。

5.根据权利要求4所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，所述光线转向部的圆锥体部表面为漫反射表面。

6.根据权利要求1所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，所述套管含有反射层，能够将光线的出射限定在所需的范围内。

7.根据权利要求6所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，反射层限定的光线出射区域可以是在横截面上对应于以光纤长轴为圆心的0-270度角范围。

8.根据权利要求7所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，反射层位于所述套管的内壁或外壁。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，所述光线转向部使得沿光纤长轴向传播的光线转为径向出射，且在光线转向部长轴不同位置处径向出射的光强比较接近。

10.根据权利要求9所述的用于激光间质热疗系统的装置，其特征在于，还包含冷却套管。

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