TW201722484A - 醫療裝置消毒系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用來消毒醫療裝置的系統。該系統包括光源，該光源可產生具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光。該系統進一步包括至少一圓柱形光學漫射器，該至少一圓柱形光學漫射器配置成與醫療裝置的至少一內部通道光學連通，且該至少一圓柱形光學漫射器具有外表面及末端，該末端與該光源光學耦合。該至少一圓柱形光學漫射器配置成可使導光透過該外表面散射而出以形成具有一長度且整個長度發出實質均勻輻射的光漫射部分。

Description

醫療裝置消毒系統
此申請案依據專利法主張享有2016年1月13號申請之美國專利臨時申請案第62/278,197號及2015年8月21號申請之美國專利臨時申請案第62/208,239號的優先權，本案仰賴該等案件之內容且該等案件之內容以引用方式全文併入本案。
本發明大體上關於醫療裝置、醫療裝置消毒系統及消毒方法。更明確言之，本發明關於具有至少一圓柱形光學漫射器的醫療裝置、含有至少一圓柱形光學漫射器的醫療裝置消毒系統及使用至少一圓柱形光學漫射器的消毒方法。
醫療機構內出現的細菌與一般社區裡找到的細菌明顯不同，主要在於它們對抗生素治療的抗性有著明顯差異。在許多方面，醫院環境會因窩藏許多細菌、真菌及病毒的毒性菌株而造成許多問題。這是造成許多傳統消毒方法無法奏效且實際上可能是散播污染的原因之一。此外，當定期地進行該等消毒方法時，細菌會隨著時間對該等方法產生抗性。此等污染物出現在物體上，尤其是出現在醫院環境中的醫療裝置上。對於無法在單次使用之後丟棄的醫療裝置，在每次使用後都必須消毒該等裝置。此外，某些在一段長時間內保持部分置於體內且部分置於體外的醫療裝置面臨增加感染的風險。
此等醫療裝置的實例為可撓式內視鏡及硬式內視鏡。某些用來清洗此等內視鏡的系統配置成可將內視鏡置於處理槽中並使用液體清潔劑及消毒溶液來進行清洗與消毒。然而，內視鏡可能具有複數個內部通道或內部腔室，且該等通道與腔室難以到達及進行消毒。此等通道是用來注射液體清洗劑、抽吸及供可撓式手術工具(例如，活組織取樣鉗)通過。
已開發出一些機械式輔助器具以用來清洗內視鏡的內部通道或腔室。例如，可剛好放入內部通道或腔室中的刷具配備有從中心軸伸出的剛毛而可機械性地摩擦內視鏡之內部通道或腔室的表面。又，可剛好放入內部通道或腔室中的海綿裝置可將污染物塗開在內視鏡之內部通道或腔室的表面上而形成實質均勻的膜，使得酵素性清潔劑能更有效且均勻地分解該等污染物質。然而，刷具的剛毛無法均勻地接觸內視鏡之內部通道或腔室的表面，及該等海綿裝置僅能塗開污染物，但並無法提供去除附著在內視鏡內部通道或腔室表面上之污染物所需要的機械力。
根據本發明一實施例提供一種用於消毒醫療裝置的系統。該系統包括光源，該光源產生具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光。該系統進一步包括至少一圓柱形光學漫射器，該至少一圓柱形光學漫射器配置成與醫療裝置的至少一內部通道光學連通，該至少一圓柱形光學漫射器具有外表面及末端，且該末端與該光源光學耦合。該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且整個長度發出實質均勻的輻射。
根據本發明另一實施例提供一種醫療裝置。該醫療裝置包括至少一內部通道及至少一圓柱形光學漫射器，該至少一圓柱形光學漫射器配置成與該至少一內部通道光學連通，該至少一圓柱形光學漫射器具有外表面及末端且該末端與光源光學耦合。該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且整個長度發出實質均勻的輻射。
根據本發明另一實施例提供一種消毒方法。該方法包括將至少一圓柱形光學漫射器的至少一部分插入醫療裝置的內部通道中，及將來自光源的光導入該至少一圓柱形光學漫射器的末端(該末端與該光源光學耦合)且使該光透過該漫射器的該外表面而射出以照亮該漫射器的一部分並使該內部通道受到所射出之光的曝射。該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且整個長度發出實質均勻的輻射並消毒該內部通道的至少一表面。
以下實施方式中將舉出諸多附加特徵及優點，且所屬技術領域中熟悉該項技藝者將可從該說明內容中或藉由實施本文(包括以下實施方式、申請專利範圍及所附圖式)中所述的實施例而輕易明白或領會部分的特徵及優點。
應瞭解以上整體概述及以下實施方式兩者皆僅作示範之用，且意在提供概觀綜述或架構以供瞭解該等請求項的本質及特性。文中所含附圖是供進一步瞭解之用，且併入本案說明書中並作為本案說明書的一部分。該等圖式示出一或更多個實施例且配合該等說明內容用來圖示各種實施例的原理及運作。
現將舉出(諸多)本發明實施以做詳細說明，且附圖中示出該等實施例的範例。在該等圖式中，將儘可能地使用相同的元件符號來代表相同或相似的部位。
除非文中另有明確指示，否則單數形式「一」、「一個」及「該」包括複數之意。描述同一個特性之所有範圍的端點值是可各自獨立組合並包含該所述端點值。所有參考文獻皆以引用方式併入本文中。
本發明實施例是關於醫療裝置、醫療裝置消毒系統及消毒方法。本發明實施例包括短波長可見光或紫外光輻射可透射的圓柱形光學漫射器。當用於本文中，圓柱形光學漫射器意指當如導光般地引導光線進入漫射器中以使光線穿透漫射器外表面的一種漫射器。儘管文中所包含的某些實施例中描述「至少一圓柱形光學漫射器」，但應明白，本發明實施例亦包括諸多包含複數個圓柱形光學漫射器的實施例。當用於本文中時，「紫外光(UV)」一詞是用來表示小於約400奈米的光波長，及「短波長可見光」一詞是用來表示介於約400奈米至約500奈米之間的光波長。給予適當劑量的紫外光(特別是在C帶寬內的紫外光)能殺死所有已知的致病原。當用於本文中時，「C帶寬內的紫外光(UV-C)」一詞是用來表示可用來殺菌的光波長，該波長介於約100奈米至約290奈米之間。此外，近期研究顯示，某些劑量的短波長可見光(例如紫光及藍光)亦可殺死細菌、真菌及病毒。此種短波長可見光可能例如介於約400奈米至約450奈米之間，或介於約405奈米至約415奈米之間。
該圓柱形光學漫射器可為例如側面發光光纖或由兩條或更多條側面發光光線所形成的光纖束。側面發光光纖可例如為不具有任何覆蓋層或塗層的單一塑膠核心或玻璃核心，在該核心中，送入該核心中的光線未經捕集或內部引導，因此該光線會因穿過該光纖的側表面而損失。側面發光光纖可包括引進至該光纖內不同位置處的散射缺陷，例如藉著在該光纖的核心中摻入折射性及/或反射性的光散射小顆粒，或藉著修飾該核心的表面而具有可使光線從該核心散射而出的表面特徵。發光表面缺陷的實例包括鋸齒狀凸起、凹口、刮痕、紋路、粗糙度、皺紋、蝕刻、摩擦，等等。或者，該圓柱形光學漫射器可為光漫射光纖。當用於本文中時，「光漫射光纖」一詞意指設計用來從光纖側面漫射出光線的可撓性光波導，以引導光線離開該波導的核心並穿透該波導的外表面而提供發光作用。
在美國專利申請案公開號第2011/0122646 Al號中揭示了與以下所請標的之基本原理相關的概念，該案以引用方式全文併入本案。如以下更詳細敘述般，示例性的光漫射光纖可包括核心、主要覆蓋層及複數個奈米級(nano-sized)結構，該等奈米級結構位於該核心內或位於核心-覆蓋層邊界處。該光纖進一步包括外表面及末端，且該末端配置成與光源光學耦合。該光漫射光纖可藉由該等奈米級結構使導光從該核心散射而出並穿透該外表面而形成光源纖維部分，該光源纖維部分具有一長度且該整個長度發出實質均勻輻射。
「光源」一詞意指雷射、發光二極體或其他能夠發出在UV光波長範圍內或是波長能與發光團(luminophore)進行交互作用以發出UV光波長範圍內之電磁輻射的構件。
「發光團(luminophore)」一詞意指一種能發冷光的原子或化學化合物，包括各種螢光團及磷光體。
以下術語及用詞與具有奈米級結構的光漫射光纖聯合使用。
「折射率分佈模式(refractive index profile)」是折射率或相對折射率與波導(光纖)半徑之間的關係。
「相對折射率百分比(relative refractive index percent)」定義為： Δ(r)%=100×[n(r)2 − nREF 2 ]]/2n(r)2 其中除非另有說明，否則n(r)為位在半徑r處的折射率。除非另有說明，否則是以850奈米處來定義該相對折射率百分比。在一態樣中，該參考值(reference index) nREF 為二氧化矽玻璃，二氧化矽玻璃在850奈米處具有1.452498的折射率，在另一態樣中，該1.452498的折射率是在850奈米處所測得該覆蓋層玻璃的最大折射率。當用於本文中時，除非另有說明，否則以Δ來代表該相對折射率，且該相對折射率Δ的單位為「%」。在一區域的折射率小於該參考值nREF 的情況中，該相對折射率百分比為負值且稱為具有下降區域(depressed region)或下降折射率(depressed-index)，且除非另有說明，否則是在相對折射率為最負值的該點處計算出最小相對折射率。在一區域的折射率大於該參考值nREF 的情況中，該相對折射率百分比為正值，且該區域可稱為上升(raised)區或具有正折射率。
「上升摻雜劑(updopant)」在本文中視為傾向於提高折射率(相對於未經摻雜的純SiO2 而言)的摻雜劑。「下降摻雜劑(downdopant)」在本文中視為傾向於降低折射率(相對於未經摻雜的純SiO2 而言)的摻雜劑。上升摻雜劑可出現在光纖中具有負相對折射率的區域內且伴有一或更多種不是上升摻雜劑的其他摻雜劑。同樣地，一或更多種不是上升摻雜劑的其他摻雜劑可出現在光纖中具有正相對折射率的區域內。下降摻雜劑可出現在光纖中具有正相對折射率的區域內且伴有一或更多種不是下降摻雜劑的其他摻雜劑。
同樣地，一或更多種不屬於下降摻雜劑的其他摻雜劑可出現在光纖中具有負相對折射率的區域內。
「α-分佈模式(α-profile)」或「阿爾法分佈模式(alpha profile)」一詞意指相對折射率分佈模式，以Δ(r)表示之且單位為「%」，其中r為半徑，該分佈模式遵循以下方程式： Δ(r)=Δ(ro )(l−[|r-ro |/(r1 -ro )]a ) 其中ro 是Δ(r)達到最大時的點，r1 是Δ(r)%為零的點，及r的範圍是r1 ≦r≦rf ，其中Δ如以上所定義般，r1 為該α-分佈模式的起始點，rf 為該α-分佈模式的終點，及α為指數且該指數為實數。
本文中所使用的「拋物線(parabolic)」一詞進而包括實質拋物線形的折射率分佈模式，實質拋物線形折射率分佈模式可能在該核心內的一或更多個點處會與2.0的α值略有些微差異，且分佈模式有些微小的變動及/或中心線下陷(centerline dip)。在某些示例性實施例中，以850奈米測得的α值大於1.5且小於2.5，較佳大於1.7且小於2.3，及甚至更佳為介於1.8至2.3之間。在其他實施例中，該折射率分佈模式的一或更多個區段具有實質階躍式折射率形狀且以850奈米所測得的α值大於8，較佳大於10，甚至更佳大於20。
「奈米結構化光纖區域(nano-structured fiber region)」一詞是描述一種有一區域或範圍包含大量充滿氣體之孔洞或其他奈米級結構的光纖。該區域或範圍可能在該光纖的截面中具有例如超過50個孔洞、或超過100個孔洞、或甚至是超過200個孔洞。該等充氣孔洞可含有例如SO2 、Kr、Ar、CO2 、N2 、O2 或上述氣體之混合物。如文中所述之奈米級結構(例如，孔洞)的截面尺寸(例如，直徑)可在約10奈米至約1.0微米之間 (例如約50奈米至約500奈米)做變化，及該長度可在約1.0毫米至約50公尺間 (例如，約2.0毫米至約5.0公尺，或約5.0毫米至約1.0公尺)做變化。
在標準單一模式或多重模式的光纖中，瑞利散射作用(Rayleigh scattering)主導了小於1300奈米之波長的光損耗。瑞利散射損耗Ls 由材料的性質所決定，且就可見光(400奈米～700奈米)而言，瑞利散射損耗Ls 通常約為20分貝/公里(dB/km)。瑞利散射損耗亦具有強的波長依賴性(即，LS oc 1/ʎ,4 ，見第4B圖，對照組光纖A)，這表示需要至少約1.0公里至約2.0公里的光纖才能消散95%的輸入光。此光纖的長度越短將會導致光照效率越低，而使用長的長度(約1.0公里至約2公里或更長)則成本越高且難以管理。
在某些光照應用的結構配置中，希望可使用較短長度的光纖，例如使用長度約0.02公尺至約100公尺的光纖。要使用較短長度的光纖需要提高該光纖的散射耗損，同時能夠維持良好的角散射性質(從該光纖的軸心均勻地耗散光線)及維持良好的彎曲效能以避免在光纖彎曲處產生亮點。期望至少一部分文中所述實施例可具有沿著該光纖光照器的長度均勻且高度發光的特性。由於該光纖可彎折，因此該光纖能配置成各式各樣的光照形狀。較佳者，在該光纖的彎曲點處沒有(因提高彎曲耗損所造成的)亮點，使得該光纖所提供的光照變化不會超過約30%，較佳低於約20%且更佳低於約10%。例如，於至少某些實施例中，該光纖的平均散射耗損大於約50dB/km，且在任何長度約0.2公尺的整個指定光纖區段內，該散射耗損的變化不超過約30%(即，該散射耗損在該平均散射耗損±30%以內)。該光纖的平均散射耗損可大於約50dB/km，且在長度小於約0.05公尺的整個光纖區段內，散射耗損變化量小於約30%。該光纖的平均散射耗損可大於約50dB/km，且在長度約0.01公尺的整個光纖區段內，散射耗損變化量小於約30%。該光纖的平均散射耗損亦可大於約50dB/km，且在長度約0.01公尺的整個光纖區段內，該散射耗損變化量小於約20%且較佳小於約10%。
根據本發明實施例，就該光纖的目標長度而言(該長度可例如介於約0.02公尺至約100公尺)，以該光照波長從該光纖側面所漫射出來之積分光強度的強度變化小於約30%。藉著在該覆蓋層或塗層中納入螢光材料可改變以該指定光照波長從該光纖側面所漫射出來的積分光強度。該螢光材料的光散射波長與該光纖中的光傳播波長並不相同。
文中所述的光纖設計包括奈米結構化光纖區域(具有奈米級結構的區域)，該奈米結構化光纖區域配置在該光纖的核心區中或非常接近核心處。該光纖具有超過約50dB/km的散射耗損，例如具有大於約100dB/km、大於約200dB/km、大於約500dB/km、大於約1000dB/km、大於約3000dB/km或甚至大於約5000dB/km的散射耗損。該光纖的散射耗損及進而光照作用或所幅射出的光線在角域內是均勻的。
為了減少或消除該光纖彎曲時所產生的亮點，故當彎曲直徑小於約50毫米時，期望在該光纖中之90°彎曲處的衰減作用增加量可少於約5.0分貝/彎(dB/turn)，例如少於約3.0分貝/彎、少於約2.0分貝/彎或甚至少於約1.0分貝/彎。在示例性實施例中，甚至可以更小的彎曲直徑(例如，小於約20毫米、小於約10毫米或甚至小於約5毫米的彎曲直徑)達成此等低彎曲耗損。在約5.0毫米的彎曲半徑下，衰減作用的總增加量可為每個90°彎低於約1.0dB。
該彎曲耗損等於或小於來自該直線光纖核心的固有散射耗損。該固有散射主要是由該等奈米級結構的散射作用所造成。因此，至少根據該等彎曲不敏感性的光纖實施例而言，該彎曲耗損不會超過該光纖的固有散射作用。然而，由於散射度(scattering level)與彎曲直徑有關，因此該光纖的彎曲部署方式取決於該光纖的散射度。例如，該光纖可能具有低於約3.0dB/彎或甚至低於約2.0dB/彎的彎曲耗損，且該光纖能做到半徑小至約5.0毫米的弧形彎曲又不會形成亮點。
根據某些實施例，該光漫射光纖12包括核心(至少部分的該核心充滿用來散射光纖的奈米結構)、圍繞著該核心的覆蓋層及視需要可包括圍繞著該覆蓋層的至少一塗層。例如，該核心及該覆蓋層周圍可圍繞著主要塗層及次要塗層及/或墨水層。在某些實施例中，該墨水曾包含顏料以提供附加的吸收作用及修改該光纖所散射之光纖的光譜(例如，為漫射光提供附加色彩)。在其他實施例中，該等塗層中的一或更多個塗層包括數種分子，該等分子可轉換該光纖核心內所傳播之光線的波長，以使得該光纖塗層發出的光(該光纖漫射出來的光)呈現不同波長。在某些實施例中，該墨水層及/或該塗層可包括磷光體以將來自該核心的散射光轉換成(數種)不同波長的光。在某些實施例中，磷光體及/或顏料分散在該主要塗層中。在某些實施例中，該等顏料分散在該次要塗層中，在某些實施例中，該等顏料分散在該主要塗層及次要塗層中。在某些實施例中，該磷光體及/或該等顏料分散在該聚合物覆蓋層中。較佳地，該等奈米結構是填充了SO2 的孔洞。
根據某些實施例，該光纖12包括主要塗層、圍繞該主要塗層的選用性次要塗層及/或墨水層(例如，該墨水層可直接位於該覆蓋層上或位於該等塗層的其中一者上)。該主要塗層及/或該次要塗層可包含以下至少一者：顏料、磷光體、螢光材料、親水性材料、光修改材料或上述材料之組合。
根據某些實施例，光漫射光纖包括：(1)玻璃核心、覆蓋層及位於該核心內或位於核心-覆蓋層邊界處的複數個奈米級結構，該光纖進一步包括外表面且配置成可(i)藉由該等奈米級結構使導光從該核心散射而出且穿透該外表面，(ii)在光照波長下具有大於50dB/km的散射致衰減作用；及(2)一或更多個塗層，使得任一塗層或至少一塗層包含磷光體或顏料。根據某些實施例，此等顏料可能能夠改變該光的波長，使得該光纖之外表面所提供的照光(漫射光)與該光纖核心內所傳播的光線呈現不同波長。較佳地，該等奈米結構為填充有SO2 的孔洞。
根據某些實施例，光漫射光纖包括：玻璃核心、覆蓋層及位於該核心內或位於核心-覆蓋層邊界處的複數個奈米級結構。該光纖進一步包括外表面且配置成可(i)藉由該等奈米級結構使導光從該核心散射而出且穿透該外表面，(ii)在光照波長下具有大於50dB/km的散射致衰減作用；其中該整個核心都包含奈米級結構。此光纖可視情況需要而包括至少一塗層，使得該覆蓋層或至少一塗層包含磷光體或顏料。根據某些實施例，該等奈米結構為填充有SO2 的孔洞。
根據某些實施例，光漫射光纖包括：玻璃核心及位於該核心內的複數個奈米級結構，使得該整個核心都包含奈米結構，該光纖進一步包括外表面且配置成可(i)藉由該等奈米級結構使導光從該核心散射而出且穿透該外表面，(ii)在光照波長下具有大於50dB/km的散射致衰減作用，其中該光纖不包含覆蓋層。根據某些實施例，該等奈米結構為填充有SO2 的孔洞。在該奈米結構化區域中之該等填充有SO2 的孔洞可大幅地促進散射(增進散射作用)。
根據某些實施例，光漫射光纖包括：玻璃核心及位於該核心內的複數個奈米級結構，以使該整個核心都包含奈米結構，該光纖進一步包括外表面且配置成可(i)藉由該等奈米級結構使導光從該核心散射而出且穿透該外表面，(ii)在光照波長下具有大於50dB/km的散射致衰減作用，其中該光纖不包括覆蓋層。根據某些實施例，該光纖可視情況需要而包括至少一塗層，使得該覆蓋層或該塗層其中任一者包含磷光體或顏料。根據某些實施例，該等奈米結構為填充有SO2 的孔洞。如上述般，在該奈米結構化區域中之該等填充有SO2 的孔洞會大幅地促進散射(增進散射作用)。
第1圖是一段光漫射光纖的概要側視圖，該光漫射光纖12具有中心軸或中心線16，且在該光漫射光纖12的核心中具有複數個孔洞。第2圖是沿第1圖中之方向2-2所視之光漫射光纖12的概要剖面圖。光漫射光纖12可例如為各種具有奈米結構化纖維區域(該區域具有規律或不規律性奈米級結構32)之光纖類型中的任一種光纖。例如，光纖12包括核心20，該核心20分成三個區段或區域。該等區段或區域包含固體中心區域22、奈米結構化環狀部分26及圍繞在該奈米結構化環狀部分26周圍的外側固體部分28。覆蓋層40圍繞著該核心20且具有外表面。覆蓋層40可例如為低折射率聚合物，例如UV固化性或熱固化性的氟化丙烯酸酯(fluoroacrylate)或聚矽氧(silicone)。覆蓋層40可包含純的低折射率聚合物。此外，覆蓋層40亦可包含純氧化矽(silica)或摻雜氟(F)的氧化矽。覆蓋層40可具有低折射率以提供高的數值孔徑(numerical aperture，NA)。該光纖12的NA可等於或大於引導光線進入該纖維12中所用的光源之NA。根據本發明實施例，光纖12的NA可大於約0.2、大於約0.3或甚至大於約0.4。
根據示例性實施例，該光漫射光纖12的奈米結構化環狀部分26包括玻璃基質31，在該玻璃基質31內有以不規律(non-periodically)方式配置的複數個奈米級結構32，例如，如第2圖之放大插圖中詳細示出的示例性孔洞。該等孔洞可規律地配置在諸如光子晶體光纖中，其中該等孔洞通常具有介於約1.0×10-6 公尺至1.0×10-5 公尺間的直徑。該等孔洞的直徑可為至少約10奈米。亦可不規律或隨機地配置該等孔洞。位於奈米結構化環狀部分26中的玻璃基質31可為例如但不限於摻氟氧化矽(fluorine-doped silica)或無摻雜的純氧化矽。
該等奈米級結構32使光散射出核心20並射向該光纖的外表面。隨後該散射光漫射穿過該光纖12的外表面以提供光照。亦即，大部份的光沿著光纖長度藉由散射作用而從該光纖12的側面漫射而出。根據本發明實施例，該光纖在整個長度上發出實質均勻的輻射，且該光纖在光照波長下具有大於約50dB/km的散射致衰減作用。該散射致衰減作用在該光照波長下可大於約100dB/km、大於約500dB/km、大於約1000dB/km、大於約2000dB/km或甚至大於約5000dB/km。此散射耗損比在標準單一模式或多重模式光纖中的瑞利散射耗損要大上約2.5倍或約250倍。可藉著改變光纖12的性質、奈米結構化區域26的寬度及該等奈米級結構32的尺寸及密度來提高藉由散射所造成的耗損量。
在某些實施例中，奈米結構化區域26包括含有複數個奈米級結構32的純氧化矽。在考慮到任何可能出現的孔洞下，奈米結構化區域26的最小相對折射率及平均有效相對折射率可皆小於約-0.1%。該等奈米級結構32或孔洞可含有一或更多種氣體，例如氬氣、氮氣、氧氣、氪氣或SO2 或可包含實質上不含氣體的真空。然而，無論是否存在或不存在任何氣體，奈米級結構32的存在都會導致該奈米結構化區域26中的平均折射率降低。奈米級結構32可隨機或不規律地配置在該奈米結構化區域26中。或者，奈米級結構32可規律地配置在該奈米結構化區域26中。
根據示例性實施例，固體中心區域22可包括摻雜氧化鍺(germania)的氧化矽，核心內側環狀狀區域(core inner annular region)28可包括純氧化矽，及覆蓋層40可包括玻璃或低折射率聚合物。奈米結構化區域26可包括位於純氧化矽中的複數個奈米級結構32，或者奈米結構化區域26可包括位於摻氟氧化矽中的複數個奈米級結構32。根據其他示例性實施例，整個核心20可經奈米結構化(例如充滿孔洞)，且覆蓋層40包圍在該核心20周圍。該核心20可具有「階躍式(step)」折射率Δ或可具有漸變核心分佈(graded core profile)，該漸變核心分佈具有例如α值介於約1.8至約2.3之間的α分佈模式。
在固體中心區域22及核心內側環狀狀區域28中的玻璃可包含上升摻雜劑，例如Ge、Al、Ti、P及上述摻雜劑之組合物。「不規律地配置」或「不規律地分佈」意指當觀察該光纖的截面時(如第2圖中所示者)，該等奈米級結構32隨機或不規律地遍佈在該光纖的一部位內。例如，在該等奈米級結構32包括孔洞的情況下，沿著該光纖長度在不同點處所取得的類似截面將呈現出不同的截面孔洞分佈型態(voids pattern)，即，不同截面將具有不同的孔洞分佈型態，在該等型態中的該等孔洞分佈及孔洞尺寸不相符。亦即，該等孔洞是不規律的，即該等孔洞並非規律地配置在該光纖結構內部。此等孔洞沿著該光纖的長度(即，與該縱軸成平行)伸展開來(拉長)，但就傳輸光纖的一般長度而言，該等孔洞不會擴展到整個光纖的全部長度。該等孔洞沿著該光纖12的長度延伸可小於約10公尺，且在多數情況下可小於約1.0公尺。
如上所述，固體中心區域22及核心內側環狀狀區域28可包括摻雜鍺的氧化矽，即摻雜氧化鍺的氧化矽。在該光纖12的核心內(特別是位於或靠近該中心線16之處)可單獨採用或聯合使用除了鍺以外的其他摻雜劑，藉以獲得期望的折射率及密度。文中所揭示之光纖12的相對折射率分佈模式在固體核心中心區域22及核心內側環狀區域28中不是負的。在該光纖的核心中可能不含會使折射率降低的摻雜劑。此外，該光纖12的相對折射率分佈模式在固體中心區域22、奈米結構化環狀部分26及/或核心內側環狀部分28中可能不是負值。
光纖12視情況需要可包含塗層44，該塗層44圍繞在該覆蓋層40周圍。塗層44可包括低模數主要塗層及高模數次要塗層。塗層44可為聚合物塗層，例如丙烯酸酯系或聚矽氧系的聚合物。沿著該光纖的長度，該塗層可具有恆定的直徑。可將該塗層44設計成可增進從核心20穿出覆蓋層40之光線的分佈及/或性質。覆蓋層40的外表面或光學塗層44的外表面代表該光纖12的側面48，在該光纖中行進的光線可如文中所述般地藉由散射作用而從該等側面48離開。塗層44可以是可透UV光的樹脂。例如，該可透UV光的樹脂可為，但不限於，具有以下結構的樹脂：二丙烯酸三丙二醇酯(TPGDA)、聚酯四丙烯酸酯 (polyester tetraacrylate)、聚酯六丙烯酸酯(polyester hexaacrylate)、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯+二丙烯酸己二醇酯(aliphatic urethane diacrylate+hexanediol diacrylate)、聚醚四丙烯酸酯(polyether tetraacrylate)、聚矽氧二丙烯酸酯(silicone diacrylate)、聚矽氧六丙烯酸酯(silicone hexaacrylate)、雙酚A型環氧二丙烯酸酯以及雙酚A型環氧二丙烯酸酯+25%TPGDA。
根據本發明實施例，核心20可為漸變折射率核心(graded-index core)且可具有拋物線形(或實質拋物線形)的折射率分佈模式。例如，在850奈米處所測得該核心20的折射率分佈模式可具有α值為約2.0的α形狀。該α值可介於約1.8至約2.3之間。根據其他示例性實施例，在850奈米下所測得該折射率分佈模式的一或更多個區段可具有α值大於約8.0、或大於約10、或甚至大於約20的實質階躍式折射率形狀。該核心的折射率可能具有中心線下陷情形，其中該核心20的最大折射率及整個光纖12的最大折射率位在距離該中心線16一小段距離之處。或者，核心20的折射率不具有中心線下陷情形，且該核心20的最大折射率及整個光纖12的最大折射率位在該中心線上。根據示例性實施例，光纖12的折射率可具有徑向對稱性。
根據本發明實施例，光纖12具有氧化矽型核心20及折射率下降(相對於氧化矽而言)的聚合物覆蓋層40。該低折射率聚合物覆蓋層40可具有負的相對折射率。例如，該低折射率聚合物覆蓋層40的相對折射率可小於約-0.5%或甚至小於約-1.0%。覆蓋層40可具有大於約20微米的厚度，及該覆蓋層40的外直徑可沿光纖12的長度具有恆定的直徑。覆蓋層40所具有的折射率可低於該核心20的折射率，且該覆蓋層40可具有大於約10微米的厚度。覆蓋層40可具有2xRmax 的外直徑。例如，覆蓋層40可具有約125微米的外直徑，例如，介於約120微米至130微米之間或介於約123微米至128微米之間的外直徑。或者，覆蓋層40可具有小於約120微米的外直徑，例如介於約60微米至80微米間的外直徑。
核心20的外直徑2R3可沿著該光纖12的長度保持恆定。此外，固體中心區域22、奈米結構化環狀部分26及核心內側環狀區域28的外直徑亦可沿著該光纖12的長度保持恆定。保持恆定意指該直徑相對於平均值而言的變化可例如小於約10%、或小於約5.0%或甚至小於約2.0%。
核心20的外半徑Rc 可大於約10微米且小於約600微米，例如可介於約30微米至約400微米之間，或介於約125微米至約300微米之間。核心20的外半徑Rc 可介於約50微米至約250微米之間。如第3A圖中所示，核心20的外半徑Rc 等於該核心內側環狀區域28的外半徑R3 。
固體中心區域22可具有半徑R1 ，以使0.lRc ≦R1 ≦0.9Rc 或使0.5Rc ≦R1 ≦0.9Rc 。R1 可介於約24微米至約50微米間，使得該固體中心區域22的直徑介於約48微米至100微米間。例如，R1 可大於約24微米、大於約30微米或甚至大於約40微米。該奈米結構化環狀區域26可具有寬度W2 ，以使0.05Rc ≦W2 ≦0.9Rc ，或使得0.lRc ≦W2 ≦0.9Rc 。此外，寬度W2 可為0.5Rc ≦W2 ≦0.9Rc 。根據本發明實施例，就相同的奈米級結構32密度而言，奈米結構化區域26越寬，能提供越高的散射致衰減作用。奈米結構化區域26的徑向寬度W2 可大於約1.0微米。例如，W2 可介於約5.0微米至約300微米間，例如可小於約200微米。W2 亦可例如介於約2.0微米至約100微米間、介於約2.0微米至約50微米間、介於約2.0微米至約20微米間，或甚至介於約2.0微米至約12微米間。W2 可例如為至少約7.0微米。該核心內側環狀區域28可具有寬度W3 ，以使W3 =R3 −R2 ，且具有中點R3MID =(R2 +R3 )/2。該核心內側環狀區域28可具有寬度W3 ，使得0.lRc ＞W3 ＞0.9Rc 。例如，W3 可介於約1.0微米至約100微米間。此外，覆蓋層40具有半徑R4 ，R4 亦為該光纖12的最外側邊緣。覆蓋層40的寬度(等於R4 −R3 )可例如大於約20微米，或大於約50微米或甚至大於約70微米。
第3A圖是以第2圖中所示之示例性光纖12的示例性相對折射率Δ與光纖半徑作圖而成關係圖(實線)。核心20亦可具有漸變核心分佈，該漸變核心分佈具有例如α值介於約1.7至約2.3之間(例如為約1.8至約2.3)的α分佈模式。固體中心區域22從該中心線徑向向外延伸至該固體中心區域22的外半徑R1 ，且該固體中心區域22具有對應於最大折射率n1 (及相對折射率百分比Δ1MAX )的相對折射率分佈模式Δ1 (r)。根據第3A圖的實施例，該參考折射率nREF 為位在該覆蓋層處的折射率。奈米結構化區域26具有最小折射率n2 、相對折射率分佈模式Δ2 (r)、最大相對折射率Δ2MAX 及最小相對折射率Δ2MIN ，其中，在某些實施例裡，Δ2MAX =Δ2MIN 。核心內側環狀區域28具有最大折射率n3 、相對折射率分佈模式Δ3 (r)且該Δ3 (r)具有最大相對折射率Δ3MAX 及最小相對折射率Δ3MIN ，其中，在某些實施例裡，Δ3MAX =Δ3MIN 。第3A圖中進一步示出，覆蓋層40具有折射率n4 、相對折射率分佈模式Δ4 (r)且該Δ4 (r)具有最大相對折射率Δ4MAX 及最小相對折射率Δ4MIN 。在某些實施例中，Δ4MAX =Δ4MIN 。在某些實施例中，Δ1MAX ＞Δ4MAX 及Δ3MAX ＞Δ4MAX 。在某些實施例中，Δ2MIN ＞Δ4MAX 。在第2圖及第3A圖所示的實施例中，Δ1MAX ＞Δ3MAX ＞Δ2MAX ＞Δ4MAX ，及該等區域的折射率具有以下關係：n1 ＞n3 ＞n2 ＞n4 。
固體中心區域22及核心內側環狀區域28可具有實質恆定的折射率分佈，如第3A圖中所示般具有恆定的Δ1 (r)及Δ3 (r)。此外，Δ2 (r)可稍偏正值(0＜Δ2 (r)＜0.1%)、稍偏負值(-0.1%＜Δ2 (r)＜0)或實質恆定。Δ2 (r)的絕對值可小於約0.1%，例如小於約0.05%。根據本發明實施例，對於約50%以上的奈米結構化環狀部分26之徑向寬度而言，Δ2 (r)的絕對值可小於約0.025%，或甚至小於約0.01%。覆蓋層40可具有實質恆定的折射率分佈，如第3A圖中所示般具有恆定的Δ4 (r)，其中Δ4 (r)=0%。在某些實施例中，覆蓋層40所具有的折射率可為：0.05%＜Δ4 (r)＜0.05%。固體中心區域22所具有的折射率可為：Δ1 (r)＞0%。此外，奈米結構化環狀部分26所具有的相對折射率分佈模式Δ2 (r)可具有負折射率且該負折射率的絕對值小於約0.05%，及核心內側環狀區域28的Δ3 (r)可例如為正值或零。在至少某些實施例中，n1 ＞n2 及n3 ＞n4 。
第3B圖概要示出高漫射光纖12的示例性實施例。如圖所示，光纖12包括具有相對折射率Δ1 的核心20及配置在該核心20上且圍繞在該核心20周圍的奈米結構化區域26’。核心20可具有階躍式折射率分佈或漸變式核心分佈模式，該折射率分佈模式具有例如α值介於約1.8至約2.3之間的α分佈模式。該奈米結構化區域26’可為具有複數個孔洞的環形環。奈米結構化區域26’的寬度可小到約1.0微米至2.0微米，且可具有負的平均相對折射率Δ2 。覆蓋層40包圍著該奈米結構化區域26’，該覆蓋層40具有可小至約1.0微米的寬度。覆蓋層40可具有負的、正的或實質恆定的相對折射率。第3A圖與第3B圖中所示實例之間的主要差異在於第3A圖中所示的奈米結構化區域26位在該光漫射光纖12的核心20內，而第3B圖中所示的奈米結構化區域26’位在該核心20與該覆蓋層40的界面之處。在從該中心軸徑向向外移動的方向中，該奈米結構化區域26’始於該核心之相對折射率首次達到小於約-0.05%的值之處。在第3B圖所示的實施例中，覆蓋層40所具有的相對折射率分佈模式Δ3 (r)具有小於約0.1%的最大絕對值，其中Δ3MAX ＜0.05%且Δ3MIN ＞-0.05%，及奈米結構化區域26’結束於該孔洞填充區域中出現該最外側孔洞之處。此外，如第3B圖中所示，該核心20的折射率大於該奈米結構化區域26’的折射率n2 ，及該覆蓋層40的折射率n1 亦大於該奈米結構化區域的折射率n2 。
第3C圖圖示根據本發明所做之光纖12的實施例。所做出的光纖12具有核心區域22、奈米化結構區域26、第三核心區域28及聚合物覆蓋層40。光纖12具有外半徑R1 為約33.4微米的第一核心區域22、外半徑R2 為約42.8微米的奈米結構化區域26、外半徑R3 約為62.5微米的第三核心區域28及外半徑R4 為約82.5微米的聚合物覆蓋層40(圖中未圖示)。該核心的材料為純氧化矽，該覆蓋層40的材料為低折射率聚合物(例如，位於美國密西根州密德蘭市之道康寧公司(Dow-Corning)所販售具有1.413折射率且可透UV的聚矽氧，商品名Q3-6696)。該光纖12具有0.3的數值孔徑(NA)。光纖12包含諸多含有SO2 氣體的奈米級結構。本案申請人發現，該奈米結構化環26中充滿SO2 的孔洞能大幅提高散射作用。此外，當使用SO2 氣體來形成該等奈米結構時，發現此氣體能獲取熱可逆性耗損(thermally reversible loss)，即，在低於600°C的溫度下，該奈米結構化光纖能散射光線，但在高於600°C的溫度下，該同一條光纖將可導光。SO2 帶來的此種獨特行為亦是可逆的，由於當冷卻時，該同一條光纖低於600°C，該光纖12將作為光漫射光纖且再次產生可觀察到的散射作用。
可藉由以下方法來製成根據本發明實施例所做的光漫射光纖12：利用預形成固結條件以使大量氣體困在已固結的玻璃毛坯中，從而導致在該已固化的玻璃光纖預製品中形成諸多孔洞。不進行去除此等孔洞的步驟，而是使用所形成的預製品來形成內部具有孔洞或奈米級結構的光纖。所製成之光纖的該等奈米級結構或孔洞是用來沿該光纖長度散射或導出光線以使光線從該光纖的側面射出。亦即，將光線導出該核心20，並穿透該光纖的外表面以提供所期望的光照作用。
本文中所使用之奈米級結構(例如，孔洞)的直徑是指，當從橫斷該光纖縱軸的垂直截面來看該光纖時，在該奈米級結構內所含的最長線段(該線段的末端位於該奈米級結構之邊界處)。例如在美國專利申請案公開號2007/0104437 A1中描述有製造具有奈米級孔洞之光纖的方法，該案以引用方式併入本案中。
根據本發明實施例，光漫射光纖12沿著該光纖12的長度提供均勻的光照。從該光纖表面軸向散射而出的光線相對於平均散射強度而言的變動量(variation)可小於約50%、小於約30%、小於約20%或甚至小於約10%。習知不具有奈米級結構之氧化矽型光纖中的主要散射機制為瑞利散射作用，瑞利散射具有寬廣的角分佈。可控制沿著該光纖長度的光照均勻度，使得最小散射光照強度不會低於約0.7的最大散射光照強度。如以下所述般，可藉著控制在拉製製程過程中的光纖張力或藉由選擇適當的拉製張力(draw tension)來達到此最小散射光照強度。適當的拉製張力可例如介於約30g至約100g之間，或介於約40g至約90g之間。
第4A圖為如第3C圖中所示包含充滿SO2 氣體之孔洞的光纖，其衰減作用與波長的關係圖。該圖示出用90g張力所拉製而成之光漫射光纖12及用400g張力所拉製而成之光漫射光纖12的衰減作用與波長的關係。第4A圖圖示該光漫射光纖12在可見光波長範圍內可達到極大的散射耗損，且從而能提供高光照強度。更明確言之，第4A圖示出，較高的光纖拉製張力會得到較低的散射耗損，及較低的光纖拉製張力會得到具有較高散射耗損的光纖部分(fiber section)且從而得到較強的光照。
第4B圖為以90g張力所拉製而成之光漫射光纖12、以40g張力所拉製而成之光漫射光纖12、具有常規耗損(normalized loss)之對照用多模式光纖(標示為光纖A)及耗損相依性為1/ʎ之理論光纖的衰減作用與波長之關係圖。第4B圖中所示的該等光漫射光纖12包括多個含有SO2 氣體的奈米級結構。(第4B圖的圖式示出該耗損的波長相依性。在此實例中，為了比較該光纖12與光纖A的散射斜率，故使該低耗損光纖(光纖A)的耗損量乘以因數20，以便於在同一個圖中示出該兩者關係圖)。如圖所示，用約40g張力所拉製而成的光纖在400奈米至1100奈米波長間的平均光譜衰減為約0.4dB/m，及用約90g張力所拉製而成的光纖在400奈米至1100奈米波長間的平均光譜衰減為約0.1dB/m。第4B圖顯示，相較於標準單一模式的傳輸光纖(舉例而言，例如SMF-28eR 光纖)而言，光纖12對於波長具有相對無波動(弱)的相依性。在標準單一模式或多模式的光纖中，在小於約1300奈米波長下的耗損是由瑞利散射所主導。此等瑞利散射耗損是由材料的性質來決定，且對於約400奈米至約700奈米間的可見光波長而言，此等瑞利散射耗損通常為約20dB/km，其中瑞利散射耗損與ʎ-p 成比例，其中p為約4。相較下，根據本發明所做之光漫射光纖12的散射耗損與1/ʎ-p 成比例，其中p小於2、小於1或甚至小於0.5。根據本發明實施例，在400奈米～1100奈米波長範圍中的至少約80%波長範圍下，p可小於2、小於1或甚至小於0.5。
在不侷限於任何特定理論的情況下，認為當拉製張力降低時，例如從約90g降低至約40g時，會因為該等奈米結構的平均直徑增加而提高該散射耗損。因此，在拉製製程期間，可藉由改變光纖張力而利用該光纖張力的作用沿著光纖長度產生恆定的衰減作用。例如，使用高張力T1 所拉製而成的第一光纖區段(具有α1 的耗損及長度L1 )將會使光功率從輸入的P0衰減至P0exp(-α1 *Ll /4.343)。第二光纖區段光學連接至該第一光纖區段，且使用較低張力T2 所拉製而成的第二光纖區段(具有α2 的耗損及長度L2 )將進一步使光功率從P0 exp(-α1 *Ll /4.343)衰減至P0 exp(-α1 *Ll /4.343) exp(-α2 *L2 /4.343)。可調整該第一光纖區段及該第二光纖區段的長度及衰減作用以沿著該串聯光纖的長度提供均勻強度。
本發明實施例進一步有關具有內部通道的醫療裝置及用來消毒具有內部通道之醫療裝置用的系統。為了便於論述，使用可撓性內視鏡為例來說明此等醫療裝置。然而應瞭解，本發明實施例可包括任何具有至少一個內部通道的醫療裝置，特別是習知可用來進行一次以上之操作程序的醫療裝置，故而建議該等醫療裝置在每次用完之後要進行消毒。例如，此等醫療裝置亦可為(但不限於)腹腔鏡裝置、留置導管、非留置性導管、IV及其他醫療管線(即，餵食管或換氣管)、體腔手術設備、牙科裝置、關節鏡刨削機及流入/導出插管。此外，應瞭解，內部通道不限於圖中所示之可撓性內視鏡的內部通道。當用於本文中，內部通道可為(但不限於)任何可將醫療裝置的一開口流體連接醫療裝置之另一開口的任何通道。
第5圖為根據本發明一實施例所做之內視鏡手術系統的概要圖。該內視鏡手術系統包括內視鏡111及操作部分114。內視鏡111包括長形插入部分113，該長形插入部分113具有配置用來與該操作部分114耦接的近端部分。該插入部分113配置用來插入患者的身體內。該插入部分113包括長形可撓管部115、與該可撓管部115之遠端耦接的彎曲部116及與該彎曲部116之遠端耦接的遠端堅硬部分117。該操作部分114包括多個特徵結構，例如凸出物，該等凸出物可控制該彎曲部116朝不同方向彎曲，例如但不限於朝上、朝下、朝左及朝右方向彎曲。該操作部分114亦包括通道口126，該通道口126與使用通道150(出示於第7圖中)連通以供手術工具插入之用。
第6圖是根據本發明實施例所做內視鏡之遠端堅硬部分的端面正視圖。遠端堅硬部分117包括觀察窗118、照明窗119a及照明窗119b、使用口120及進氣/進水噴嘴121。第6圖中所示遠端堅硬部分117的結構配置僅做示範之用且不欲將本發明實施例限制於任何特定的配置。應明白，該遠端堅硬部分117的端面(face)上可以任何方式配置不同的特徵結構。應進一步瞭解到，本發明的某些實施例可能不包括第6圖中所示的所有特徵結構且可思及由觀察窗118、照明窗119a及照明窗119b、使用口120及進氣/進水噴嘴121的各種不同組合。
第7圖是根據本發明一實施例所做內視鏡之遠端堅硬部分的概要剖面圖。如圖所示，觀察窗118可裝有成像部分，該成像部分配備有光學系統(例如，接物鏡148)及成像元件(例如，CCD，圖中未圖示)。照明窗119a及照明窗119b可裝有照明鏡頭。該內視鏡手術系統進一步包括光導149，該等光導149具有各自的前端部分，該等前端部分配置成面對著該等照明窗119a及照明窗119b的照明鏡頭。該等光導149以可拆卸的方式連接至光源並將來自該光源的照明光線各別傳遞至照明窗119a及照明窗119b。該等光導149可例如為光纖纜線或由多條光纖纜線所形成的光纜束。如第7圖中進一步所示般，該內視鏡包括使用通道150，該使用通道150提供通道以供插入手術工具而經由該使用口120進入患者體內之用。該使用通道150與通道口126連通，且在進行手術期間，手術工具可插入該通道口126、通過該使用通道150並從該使用口120伸出。此外，該進氣/進水噴嘴121可經由水流通道141流體連接至水源及經由氣體通道142流體連接至氣源。
第5圖亦示出將圓柱形光學漫射器129插入該內射鏡111之內部通道中的情形。如圖所示，圓柱形光學漫射器129連接至光源101，該光源101能夠發出在UV波長範圍及/或短波長可見光波長範圍內的電磁輻射。可經由通道口126將圓柱形光學漫射器129插入該內視鏡111的至少一內部通道中，在該內部通道中，該圓柱形光學漫射器129發出UV光或短波長可見光以對該至少一內部通道進行消毒。例如，當通道口126與該使用通道150連通以用於插入如上述的手術工具時，可經由通道口126將該圓柱形光學漫射器129插入該使用通道150中。隨後可將來自光源101的光引入該圓柱形光學漫射器129中，以使該光纖發出UV光或短波長可見光以消毒該使用通道150。根據本發明實施例，內視鏡111可進一步包括多個接口，該等接口可與水通道141及氣體通道142連通，且可經由該等口將至少一圓柱形光學漫射器129插入水通道141及氣體通道142中，該圓柱形光學漫射器129可在該等通道中發出UV光或短波長可見光以消毒該等通道。或者，可拆解該內視鏡手術系統而得以進入該使用通道150、水通道141及/或氣體通道142，且將至少一圓柱形光學漫射器129直接插入該使用通道150、水通道141及/或氣體通道142中，該圓柱形光學漫射器129可在該等通道內發出UV光或短波長可見光以消毒該等通道。
第8圖是根據本發明另一實施例所做內視鏡之遠端堅硬部分的端面正視圖。該遠端堅硬部分117包括觀察窗118、照明窗119a及照明窗119b、使用口120及進氣/進水噴嘴121。如圖所示，該內視鏡亦包括圓柱形光學漫射器129，該圓柱形光學漫射器129實體整合在該內視鏡中。第8圖中所示之整合式圓柱形光學漫射器129的配置方式僅做示範之用且不欲將本發明實施例限制於任何特定的配置方式。應明白，根據本發明所做的內視鏡可包括任意數目的整合式圓柱形光學漫射器。
第8圖示出實體整合在醫療裝置內的圓柱形光學漫射器示例配置方式之一。如圖所示，該內視鏡包括圓柱形光學漫射器，該等圓柱形光學漫射器配置成與該使用通道150、水通道141及氣體通道142光學連通。在第8圖所示的實施例中，該等內部通道的至少一部分壁面是由UV光可穿透或短波長可見光可穿透的材料所形成。如此一來，用來消毒該等內部通道的光線可從配置在該等通道外部的該等圓柱形光學漫射器透射至該等內部通道中。根據另一實施例，該等圓柱形光學漫射器可全部置入該等內部通道中。或者，該等圓柱形光學漫射器可部分置於該等內部通道中，以限制該等光纖所佔據的通道體積。例如，一部分的圓柱形光學漫射器可嵌入該等內部通道的壁面內。應瞭解，根據本發明所做的內視鏡可包括多個圓柱形光學漫射器，該等圓柱形光學漫射器可整合在任意數目的第8圖所示內部通道中。
本發明的其他實施例是關於具有內部通道的醫療裝置且該等醫療裝置可放入患者身體的其中一部位中。如以上所說明般，此等裝置可例如為包含內部通道的導管或醫療管路，該內部通道具有內壁及外壁且外壁的表面會直接接觸到患者的某一部位。在此等實施例中，該醫療裝置的內部通道是由UV光可穿透及/或短波長可見光可穿透的材料所形成，且該等圓柱形光學漫射器可配置在該內部通道的內部或外側上。在此等實施例中，用來消毒該醫療裝置的光線可射至該內壁的表面及射至該外壁的表面。此等醫療裝置之內部通道的壁面可進行消毒且同時維持該裝置放置在患者身體部位中的位置安排方式(position)。
除了消毒該內部通道的壁面之外，該光線亦可射出該內部通道以使消毒效果作用至患者體內。例如，該光線可對人體物質(例如，患者體內可能含有細菌的組織及體液)進行消毒。在許多醫療領域中，將醫療裝置插入患者體內已成為常見的醫療行為，但亦伴隨著細菌及真菌感染的風險。某些醫療裝置僅僅是出現在患者體內就可能會因提供細菌附著表面而促使細菌滋生並導致該醫療裝置周圍的組織受到感染。同樣地，患者身體內的血液、尿液或其他體液或是透過該醫療裝置輸入或輸出患者身體的流體亦可能受到感染。應對此等感染的其中一項標準反應是從患者身上移除該醫療裝置。然而，移除醫療裝置並非理想的處理方式，這會使得該醫療裝置的主要目的落空。且基於各種不同狀況，不能從某些患者身上移除醫療裝置或此方法不可行。或者，可給予抗生素藥物來對付此種感染。然而，必須知道存在於患者體內的細菌種類才可選擇針對該等細菌的抗生素藥物。使用該等細菌已具有抗性的抗生素藥物將無法得到殺菌效果且可能拖延患者體內的感染情形。在某些情況下，此等醫療裝置可置於患者身體的一部位中持續一段長時間(例如超過約6個小時)並可對該醫療裝置進行消毒以減少在該醫療裝置之表面上滋生或出現的細菌。在其他情況中，此等醫療裝置可置於患者身體的一部位中以用來治療因該患者體內(例如在該患者的組織及/或體液中)存在細菌所帶來的病狀。此等醫療裝置的圓柱形光學漫射器可配置用來輸出UV光及/或短波長可見光。然而，皆知長時間暴露於UV光下可能損害患者的健康，故較佳是改為輸出短波長可見光來消毒該內部通道的表面，同時該醫療裝置仍置於患者的身體部位中。此種短波長可見光可例如介於約400奈米至約450奈米之間，或介於約405奈米至約415奈米之間。
根據本發明實施例，該圓柱形光學漫射器可包括配置在該圓柱形光學漫射器之一末端(該末端為與該圓柱形光學漫射器用來輸入光源光線之末端相反的另一端)上的塗層。該塗層可覆蓋該圓柱形光學漫射器之該末端的至少一部分，以防止該圓柱形光學漫射器中的導光從該圓柱形光學漫射器的該末端射出。當該圓柱形光學漫射器是側面發光光纖時，該塗層可覆蓋至少該核心的一末端且可覆蓋住一部分的該周圍覆蓋層。該塗層可例如是反射性塗層或吸收性塗層。在本發明實施例的某些應用中，限制光線從該圓柱形光學漫射器的末端射出是有利的，可使該漫射器所發出的實質全部光線都從該漫射器的外表面射出。
本發明實施例亦有關於消毒方法。根據本發明所做之方法包括將至少一圓柱形光學漫射器的至少一部分插入醫療裝置的內部通道中。為了達成本發明目的，將至少一圓柱形光學漫射器的至少一部分插入醫療裝置之內部通道中的步驟可包括用來將該圓柱形光學漫射器導入該內部通道中的任何手動式或自動化程序。此外，將至少一圓柱形光學漫射器的至少一部分插入醫療裝置之內部通道中的步驟可包括：提供配備有整合式圓柱形光學漫射器的醫療裝置，其中該整合式光學漫射器配置成可將光線射入該內部通道中。或者，該方法可包括將該圓柱形光學漫射器配置在該內部通道的外側且該內部通道是由UV光可穿透及/或短波長可見光可穿透的材料所形成。
該方法進一步包括將來自該光源的光引入該至少一圓柱形光學漫射器與該光源光學耦接的末端中且使該光透過該圓柱形光學漫射器的外表面而射出以對該醫療裝置之內部通道的至少一表面進行消毒。穿透該圓柱形光學漫射器之外表面的光亦可對人體物質(例如患者體內可能含有細菌的組織及體液)進行消毒。
本發明之方法包括：使該醫療裝置的內部通道暴露在足以對該醫療裝置之內部通道進行消毒及/或足以對患者體內之人體物質進行消毒的光劑量下。該光劑量足以使該醫療裝置之內部通道中的細菌、真菌及/或病毒減少90%以上。或者，該光劑量足以使該醫療裝置之內部通道中的細菌、真菌及/或病毒減少99%以上。當該光線為UV光時，該光劑量可例如大於約5毫焦耳/平方公分(mJ/cm2 )，例如約5mJ/cm2 至約175mJ/cm2 。該光劑量可約10mJ/cm2 至約150mJ/cm2 或甚至為約15mJ/cm2 至約80mJ/cm2 。當該光線為短波長可見光時，該光劑量可例如大於約25焦耳/平方公分(J/cm2 )，例如約25J/cm2 至約250J/cm2 。該光劑量可為約50J/cm2 至約215J/cm2 或甚至為約75J/cm2 至約190J/cm2 。
進行使該醫療裝置的內部通道暴露在足以對該醫療裝置之內部通道進行消毒及/或足以對患者體內之人體物質進行消毒之光劑量下的步驟可持續任意曝光時間。然而，該曝光時間可例如大於4.0分鐘，例如為約4.0分鐘至約24小時。該曝光時間可為約30分鐘至約12小時，或甚至是約1.0小時至約6.0小時。
根據本發明一態樣(1)提供一種用來消毒醫療裝置的系統。該系統包括：光源，該光源產生具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光；及至少一圓柱形光學漫射器，該至少一圓柱形光學漫射器配置成與醫療裝置的至少一內部通道光學連通，該至少一圓柱形光學漫射器具有外表面及末端，該末端與該光源光學耦合；其中該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且該整個長度發出實質均勻的輻射。
根據本發明另一態樣(2)，提供態樣(1)的系統，其中該圓柱形光學漫射器具有大於約50dB/km的散射致衰減作用。
根據本發明另一態樣(3)，提供態樣(1)～態樣(2)中之任一態樣的系統，其中該圓柱形光學漫射器的輻射實質均勻，使得該最小散射光照強度與最大散射光照強度之間的差值小於約該最大散射光照強度的30%。
根據本發明另一態樣(4)，提供態樣(1)～態樣(3)中之任一態樣的系統，其中該至少一圓柱形光漫射器包括光漫射光纖，該光漫射光纖具有核心、主要覆蓋層及複數個奈米級結構，及其中經由該等奈米級結構使該導光從該核心散射而出並穿透該外表面。
根據本發明另一態樣(5)，提供態樣(4)的系統，其中該等奈米級結構位在該核心中。
根據本發明另一態樣(6)，提供態樣(4)～態樣(5)中之任一態樣的系統，其中該等奈米級結構是具有大於約10奈米之直徑且填充有氣體的孔洞。
根據本發明另一態樣(7)，提供態樣(1)～態樣(6)中之任一態樣的系統，其中在該至少一圓柱形光學漫射器的一末端(該末端為與該光源光學耦接之末端相反的另一端)上塗有反射性塗層。
根據本發明另一態樣(8)，提供態樣(1)～態樣(7)中之任一態樣的系統，其中在該至少一圓柱形光學漫射器的一末端(該末端為與該光源光學耦接之末端相反的另一端)塗有吸收性塗層。
根據本發明另一態樣(9)，提供態樣(1)～態樣(8)中之任一態樣的系統，其中該至少一圓柱形光漫射器包括外塗層，其中該外塗層是可透UV光的樹脂。
根據本發明另一態樣(10)，提供態樣(9)之系統，其中該可透UV光的樹脂選自於由具有以下結構之樹脂所構成的群組中，該等結構為：二丙烯酸三丙二醇酯(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+二丙烯酸己二醇酯、聚醚四丙烯酸酯、聚矽氧二丙烯酸酯、聚矽氧六丙烯酸酯、雙酚A型環氧二丙烯酸酯以及雙酚A型環氧二丙烯酸酯+25%TPGDA。
根據本發明另一態樣(11)，提供態樣(1)～態樣(10)中之任一態樣的系統，其中該光源產生具有介於約100奈米至約400奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(12)，提供態樣(1)～態樣(11)中之任一態樣的系統，其中該光源產生具有介於約100奈米至約290奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(13)，提供態樣(1)～態樣(10)中之任一態樣的系統，其中該光源產生具有介於約400奈米至約500奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(14)提供一種醫療裝置。該醫療裝置包括：至少一內部通道；及至少一圓柱形光學漫射器，該至少一圓柱形光學漫射器配置成與該至少一內部通道光學連通，該至少一圓柱形光學漫射器具有外表面及一末端，該末端與光源光學耦合；其中該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且該整個長度發出實質均勻的輻射。
根據本發明另一態樣(15)，提供態樣(14)之醫療裝置，其中該至少一圓柱形光漫射器配置在該至少一內部通道的外側。
根據本發明另一態樣(16)，提供態樣(14)之醫療裝置，其中該至少一圓柱形光漫射器配置在該至少一內部通道的內部。
根據本發明另一態樣(17)，提供態樣(16)之醫療裝置，其中該至少一圓柱形光漫射器部分地配置在該至少一內部通道的內部。
根據本發明另一態樣(18)提供態樣(14)～態樣(17)中之任一態樣的醫療裝置，其中該至少一內部通道包括壁面，其中該至少一部分的該壁面包括可讓具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光透過的材料。
根據本發明另一態樣(19)，提供態樣(14)～態樣(18)中之任一態樣的醫療裝置，其中該圓柱形光漫射器具有大於約50dB/km的散射致衰減作用。
根據本發明另一態樣(20)，提供態樣(14)～態樣(19)中之任一態樣的醫療裝置，其中其中該圓柱形光學漫射器的輻射是實質均勻的，使得該最小散射光照強度與最大散射光照強度之間的差值小於約該最大散射光照強度的30%。
根據本發明另一態樣(21)，提供態樣(14)～態樣(20)中之任一態樣的醫療裝置，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括光漫射光纖，該光漫射光纖具有核心、主要覆蓋層及複數個奈米級結構，及其中藉由該等奈米級結構使該導光從該核心散射而出並穿透該外表面。
根據本發明另一態樣(22)，提供態樣(21)之醫療裝置，其中該等奈米級結構位在該核心中。
根據本發明另一態樣(23)，提供態樣(21)～態樣(22)中之任一態樣的醫療裝置，其中該等奈米級結構是具有大於約10奈米之直徑且填充有氣體的孔洞。
根據本發明另一態樣(24)，提供態樣(14)～態樣(23)中之任一態樣的醫療裝置，其中在該至少一圓柱形光學漫射器的一末端(該末端為與該光源光學耦接之末端相反的另一端)塗有反射性塗層。
根據本發明另一態樣(25)，提供態樣(14)～態樣(23)中之任一態樣的醫療裝置，其中在該至少一圓柱形光學漫射器的一末端(該末端為與該光源光學耦接之末端相反的另一端)塗有吸收性塗層。
根據本發明另一態樣(26)，提供態樣(14)～態樣(25)中之任一態樣的醫療裝置，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括外塗層，其中該外塗層是可透UV光的樹脂。
根據本發明另一態樣(27)，提供態樣(26)之醫療裝置，其中該可透UV光的樹脂選自於由具有以下結構之樹脂所構成的群組中，該等結構為：二丙烯酸三丙二醇酯(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+二丙烯酸己二醇酯、聚醚四丙烯酸酯、聚矽氧二丙烯酸酯、聚矽氧六丙烯酸酯、雙酚A型環氧二丙烯酸酯以及雙酚A型環氧二丙烯酸酯+25%TPGDA。
根據本發明另一態樣(28)，提供態樣(14)～態樣(27)中之任一態樣的醫療裝置，其中該光源產生具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光，
根據本發明另一態樣(29)，提供態樣(14)～態樣(28)中之任一態樣的醫療裝置，其中該光源產生具有介於約100奈米至約400奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(30)，提供態樣(14)～態樣(29)中之任一態樣的醫療裝置，其中該光源產生具有介於約100奈米至約290奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(31)，提供態樣(14)～態樣(28)中之任一態樣的醫療裝置，其中該光源產生具有介於約400奈米至約500奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(32)提供一種消毒方法。該方法包括：將至少一圓柱形光學漫射器的至少一部分插入醫療裝置的內部通道中；及將來自光源的光導入該至少一圓柱形光學漫射器的一末端中(該末端與該光源光學耦合)且該光透過該漫射器的外表面而射出以照亮該漫射器的一部分並使該內部通道受到所射出之光的曝射，其中該至少一圓柱形光學漫射器配置成可使導光透過該外表面散射而出以形成光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且該整個長度發出實質均勻的輻射並消毒該內部通道的至少一表面。
根據本發明另一態樣(33)，提供態樣(32)的消毒方法，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括光漫射光纖，該光漫射光纖具有核心、主要覆蓋層及複數個奈米級結構，及其中藉由該等奈米級結構使該導光從該核心散射而出並穿透該外表面。
根據本發明另一態樣(34)，提供態樣(32)～態樣(33)中之任一態樣的消毒方法，其中當將該醫療裝置的至少一部分安置在患者體內時，進行引入來自該光源之光線的步驟。
根據本發明另一態樣(35)，提供態樣(32)～態樣(34)中之任一態樣的消毒方法，其中該至少一圓柱形漫射器配置成可使導光透過該外表面散射而出以消毒人體物質。
根據本發明另一態樣(36)，提供態樣(35)的消毒方法，其中該人體物質為患者身體內的組織。
根據本發明另一態樣(37)，提供態樣(35)的消毒方法，其中該人體物質為患者身體內的體液。
根據本發明另一態樣(38)所提供態樣(32)～態樣(37)中之任一態樣的消毒方法進一步包括使該內部通道暴露在高於約5毫焦耳/平方公分的光劑量下。
根據本發明另一態樣(39)所提供態樣(32)～態樣(38)中之任一態樣的消毒方法進一步包括使該內部通道暴露在介於約5毫焦耳/平方公分至約175毫焦耳/平方公分間的光劑量下。
根據本發明另一態樣(40)所提供態樣(32)～態樣(39)中之任一態樣的消毒方法進一步包括使該內部通道暴露在介於約10毫焦耳/平方公分至約150毫焦耳/平方公分之間的光劑量下。
根據本發明另一態樣(41)所提供態樣(32)～態樣(40)中之任一態樣的消毒方法進一步包括使該內部通道暴露在介於約15毫焦耳/平方公分至約80毫焦耳/平方公分之間的光劑量下。
根據本發明另一態樣(42)，提供態樣(32)～態樣(41)中之任一態樣的消毒方法，其中引入來自光源之光線的步驟包括：引入具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(43)，提供態樣(32)～態樣(42)中之任一態樣的消毒方法，其中引入來自光源之光線的步驟包括：引入具有介於約100奈米至約400奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(44)，提供態樣(32)～態樣(43)中之任一態樣的消毒方法，其中引入來自光源之光線的步驟包括：引入具有介於約100奈米至約290奈米間之至少一波長的光。
根據本發明另一態樣(45)，提供態樣(32)～態樣(42)中之任一態樣的消毒方法，其中引入來自光源之光線的步驟包括：引入具有介於約400奈米至約500奈米間之至少一波長的光。
所屬技術領域中熟悉該項技藝者將明白在不偏離本發明精神或範圍的情況下，當可做出各種修飾及變化。
12‧‧‧光漫射光纖 16‧‧‧中心軸/中心線 20‧‧‧核心 22‧‧‧固體中心區域 26‧‧‧奈米結構化環狀部分/區域 26’‧‧‧奈米結構化環狀區域 28‧‧‧外側固體部分/核心內側環狀區域/第三核心區域 31‧‧‧玻璃基質 32‧‧‧奈米級結構 40‧‧‧覆蓋層 44‧‧‧塗層 48‧‧‧側面 101‧‧‧光源 111‧‧‧內視鏡 113‧‧‧長形插入部分 114‧‧‧操作部分 115‧‧‧長形可撓管部 116‧‧‧彎曲部 117‧‧‧遠端堅硬部分 118‧‧‧觀察窗 119a‧‧‧照明窗 119b‧‧‧照明窗 120‧‧‧使用口 121‧‧‧進氣/進水噴嘴 126‧‧‧通道口 129‧‧‧圓柱形光學漫射器 141‧‧‧水流通道 142‧‧‧氣體通道 148‧‧‧接物鏡 149‧‧‧光導 150‧‧‧使用通道 n‧‧‧折射率 n1‧‧‧最大折射率 n2‧‧‧最小折射率 n3‧‧‧最大折射率 n4‧‧‧折射率 R1‧‧‧外半徑 R2‧‧‧外半徑 R3‧‧‧外半徑 R4‧‧‧半徑 r1‧‧‧半徑 r2‧‧‧半徑 r3‧‧‧半徑 r4‧‧‧半徑 Rc‧‧‧外半徑 Δ‧‧‧相對折射率 Δ1‧‧‧相對折射率分佈模式 Δ2‧‧‧相對折射率分佈模式 Δ3‧‧‧相對折射率分佈模式 Δ4‧‧‧相對折射率分佈模式
藉由以下說明內容及附圖將可更清楚地瞭解本發明，且該等附圖純粹作為非限制性的示範實例之用，其中：
第1圖是一段光漫射光纖之示例性實施例的概要側視圖；
第2圖為沿方向2-2所視之第1圖光纖的概要剖面圖；
第3A圖是以光漫射光纖之一示例性實施例的相對折射率與光纖半徑作圖而成概要圖；
第3B圖是以光漫射光纖之另一示例性實施例的相對折射率與光纖半徑作圖而成的概要圖；
第3C圖示出光漫射光纖的另一示例性實施例；
第4A圖及第4B圖圖示光纖衰減(損失，dB/m)與波長(奈米)的關係圖；
第5圖是根據本發明一實施例所做之內視鏡手術系統的概要圖；
第6圖是根據本發明一實施例所做內視鏡之遠端端面的正視圖；
第7圖是根據本發明一實施例所做內視鏡之遠端的概要剖面圖；及
第8圖是根據本發明一實施例所做內視鏡之遠端端面的正視圖。
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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
(請換頁單獨記載) 無
101‧‧‧光源
111‧‧‧內視鏡
113‧‧‧長形插入部分
114‧‧‧操作部分
115‧‧‧長形可撓管部
116‧‧‧彎曲部
117‧‧‧遠端堅硬部分
126‧‧‧通道口
129‧‧‧圓柱形光學漫射器

Claims (14)

  1. 一種用於消毒一醫療裝置的系統，包括： 一光源，該光源產生具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光；及至少一圓柱形光學漫射器，該至少一圓柱形光學漫射器配置成與一醫療裝置的至少一內部通道光學連通，該至少一圓柱形光學漫射器具有一外表面及一末端，該末端與該光源光學耦合；其中該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成一光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且該整個長度發出實質均勻的輻射。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該圓柱形光學漫射器具有一大於約50dB/km的散射致衰減作用。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括一光漫射光纖，該光漫射光纖具有一核心、一主要覆蓋層及複數個奈米級結構，及其中藉由該等奈米級結構使該導光從該核心散射而出並穿透該外表面。
  4. 如請求項3所述之系統，其中該等奈米級結構位於該核心中。
  5. 如前述請求項中之任一項所述的系統，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括一外塗層，其中該外塗層是一可透UV光的樹脂。
  6. 一種醫療裝置，包括： 至少一內部通道；及至少一圓柱形光學漫射器，該至少一圓柱形光學漫射器配置成與該至少一內部通道光學連通，該至少一圓柱形光學漫射器具有一外表面及一末端，該末端與一光源光學耦合；其中該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成一光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且該整個長度發出實質均勻的輻射。
  7. 如請求項6所述之醫療裝置，其中該至少一內部通道包括一壁面，其中至少一部分的該壁面包括能讓具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光透過的一材料。
  8. 如請求項6所述之醫療裝置，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括一光漫射光纖，該光漫射光纖具有一核心、一主要覆蓋層及複數個奈米級結構，及其中經由該等奈米級結構使該導光從該核心散射而出並穿透該外表面。
  9. 如請求項6所述之醫療裝置，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括一外塗層，其中該外塗層是一可透UV光的樹脂。
  10. 如請求項6至請求項9中之任一項所述的醫療裝置，其中該光源產生具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光。
  11. 一種消毒方法，該方法包括以下步驟： 將至少一圓柱形光學漫射器的至少一部分插入一醫療裝置的一內部通道中；及將來自一光源的光導入該至少一圓柱形光學漫射器與該光源光學耦合的一末端且使該光透過該漫射器的該外表面而射出以照亮該漫射器的一部分並使該內部通道受到所射出之光的曝射，其中該至少一圓柱形光學漫射器配置成使導光透過該外表面散射而出以形成一光漫射部分，該光漫射部分具有一長度且該整個長度發出實質均勻的輻射並消毒該內部通道的至少一表面。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該至少一圓柱形光學漫射器包括一光漫射光纖，該光漫射光纖具有一核心、一主要覆蓋層及複數個奈米級結構，及其中經由該等奈米級結構使該導光從該核心散射而出並穿透該外表面。
  13. 如請求項11所述之方法，進一步包括以下步驟：使該內部通道暴露在大於約5毫焦耳/平方公分的光劑量下。
  14. 如請求項11至請求項13中之任一項所述的方法，其中導入來自一光源之光的步驟包括：導入具有介於約100奈米至約500奈米間之至少一波長的光。
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