通過彎曲將光纖配置成發(fā)射輻射的制作方法
【專利摘要】本文提供了一種光纖，其包括纖芯和包層，并具有包層的至少一個(gè)區(qū)域，該包層的至少一個(gè)區(qū)域布置成當(dāng)將光纖彎曲超過彎曲閾值時(shí)從纖芯發(fā)射電磁輻射。光纖被集成在設(shè)備中，該設(shè)備使用彎曲的光纖或在接觸目標(biāo)時(shí)誘發(fā)彎曲，以在目標(biāo)處發(fā)射輻射。
【專利說明】通過彎曲將光纖配置成發(fā)射輻射
[0001] 背景 1.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及光纖領(lǐng)域，且更具體地，涉及配置成通過彎曲來(lái)發(fā)射輻射的光纖。
[0003] 2.相關(guān)技術(shù)的討論
[0004] 光纖是將電磁輻射（例如激光）傳遞到目標(biāo)的常見的方法。光纖以直接地或斜向 一邊伸出地從端面發(fā)出的緊密光束通過鏡傳遞輻射。光纖組件通常包括四個(gè)部分：纖芯、包 層、涂層和護(hù)套。纖芯是光線被引導(dǎo)的區(qū)域；在全內(nèi)反射（TIR)光纖的情況下，其通常被較 低折射率的包層覆蓋。在例如具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖（PCF)、具有光子帶隙鏡的全 方位向?qū)В∣mni Guide)、布拉格光纖等的情況下，包層實(shí)際上包括更高折射率材料的復(fù)雜 結(jié)構(gòu)（例如在US7142756中公開的，在此通過引用以其整體并入）。在金屬波導(dǎo)中，纖芯是 較低折射率的且包層為涂層金屬，通常為由碘化銀涂覆的銀。在所有這些光纖類型中，正常 條件下，光被限制在纖芯區(qū)，而在極端的彎曲時(shí)，光漏出纖芯，且甚至可以漏出整個(gè)光纖。
[0005] 眾所周知，在彎曲時(shí)波導(dǎo)和光纖遭受損耗。這些損耗是由射線在纖芯/包層（鏡） 界面上的更高的入射角度造成的。這通常是大多數(shù)廠家盡量避免的主要的限制；參見例如 康寧公司的ClearCurve光纖（在US5278931中公開，其在此通過引用以其整體并入）。另 一種方法是使用外部的布線（如在US4078853中，其在此通過引用以其整體并入），以限制 光纖的彎曲和由此的損耗。其它設(shè)備利用基于彎曲中的損耗的在傳感器結(jié)構(gòu)中的光功率損 耗（例如在US4770047中公開，其在此通過引用以其整體并入）。
[0006] 在另一個(gè)例子中，US5138676(其在此通過引用以其整體并入）公開了通過減少 光纖外徑（0D)并相對(duì)于低指數(shù)的環(huán)境來(lái)限制光所實(shí)現(xiàn)的具有低損失的急彎。通過去除 包層的一部分或在彎曲部分中將光纖向下拉來(lái)實(shí)現(xiàn)0D減少。其它方面通過US5278931、 US4078853、US4770047和US5138676公開，其在此通過引用以其整體并入。
[0007] 以三種主要方法進(jìn)行組織切割和處理：手術(shù)刀（冷鋼技術(shù)）、電手手術(shù)和激光手 術(shù)。激光手術(shù)主要用于軟組織的切除或凝固中。在激光手術(shù)中，光纖常被用于以在途中的 最小損失來(lái)將激光能量傳送到所需的部位。
[0008] 在軟組織切割和光纖的大多數(shù)其它醫(yī)療用途情況下，激光在治療部位處從光纖 的端部射出。光纖被用于安全將能量傳遞至斑點(diǎn)形式的精確位置，如在Lumenis公司 的VersaPulse中。在某些情況下，光纖端部的局部重定向用于改善目標(biāo)命中，例如在 US7238180中所公開的，其在此通過引用以其整體并入。
[0009] 在其它情況下，光纖被操縱以允許激光以90°角發(fā)射到光纖端部，術(shù)語(yǔ)"側(cè)燒"，其 使在要求的方向上彎曲光纖端部在幾何上更難的情況下，更容易使用。平角是使用鏡或側(cè) 燒機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有時(shí)當(dāng)側(cè)燒的方法被使用時(shí)，需要光纖邊緣的特殊處理以防止局部損傷 和促進(jìn)有效的端部側(cè)燒，例如，如在US20070106286中公開的，其在此通過引用以其整體并 入。在某些情況下，端部側(cè)燒通過使光纖纖芯成錐形來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，如在US20110002584中 公開的，其在此通過引用以其整體并入?？蛇x擇地，通過使用外部激光源優(yōu)先加熱側(cè)燒增加 在一側(cè)上包層的折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)（例如在US6606431中公開的，其在此通過引用以其整體并 入）。
[0010] 以下美國(guó)專利講授用于利用激光輻射來(lái)切割的設(shè)備。這些專利通過引用以其整體 并入本文。US4266547講授線性作用在發(fā)射器和接收器之間的激光刀；US5151097講授了 一種激光發(fā)射器，其在通過元件中未覆蓋的區(qū)域（其否則被不透光材料覆蓋）發(fā)射輻射； US5470331講授了一種可傳送激光的探針系統(tǒng)，其設(shè)置有用于夾持組織一對(duì)相對(duì)的可傳送 激光的探針；US6283962講授了一種醫(yī)療切除設(shè)備且US6221069講授了具有擁有鉤狀形式 的外探針和用于接觸外探針的內(nèi)探針并加熱放置在內(nèi)探針和外探針之間的目標(biāo)組織的設(shè) 備。US專利5531741和6409719(其在此通過引用以其整體并入）講述了利用光纖來(lái)照亮 場(chǎng)景的設(shè)備，其中支架是植入物。
[0011] 簡(jiǎn)短概述
[0012] 本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種包括纖芯和包層的光纖，該光纖具有包層的至少一個(gè) 指定區(qū)域，該至少一個(gè)指定區(qū)域布置成當(dāng)將光纖在該至少一個(gè)指定區(qū)域處彎曲超過指定的 彎曲閾值時(shí)從纖芯發(fā)射電磁輻射。
[0013] 本發(fā)明的這些、另外的和/或其他的方面和/或優(yōu)點(diǎn)：在下面的詳細(xì)描述中陳述； 是可能從該詳細(xì)描述中可推論的；和/或是通過本發(fā)明的實(shí)踐可學(xué)習(xí)的。
[0014] 附圖簡(jiǎn)述
[0015] 為了更好地理解本發(fā)明的實(shí)施方案并示出該實(shí)施方案可如何被付諸實(shí)施，現(xiàn)在將 純粹以示例的方式參照附圖，在附圖中，自始至終類似的標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)的元件或部分。
[0016] 在附圖中：
[0017] 圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的光纖的發(fā)射區(qū)的高級(jí)別示意性框圖；
[0018] 圖1B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的通過指定區(qū)域所發(fā)射的輻射對(duì)彎曲半徑的 依賴關(guān)系的不意圖；
[0019] 圖1C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的通過指定區(qū)域發(fā)射的輻射對(duì)彎曲半徑（y 軸）和比率nE/nK(x軸）的依賴關(guān)系的示意圖；
[0020] 圖2A-2I是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有橫截面不對(duì)稱的包層的光纖的各 種實(shí)施方式的1?級(jí)別不意圖；
[0021] 圖2J示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的帶有具有在指定發(fā)射區(qū)域處的間隙或 在指定發(fā)射區(qū)域處缺失的涂層的光纖的實(shí)施方案；
[0022] 圖2K示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在指定發(fā)射區(qū)域處的間隙的金屬 波導(dǎo)的實(shí)施方案；
[0023] 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有平的支撐結(jié)構(gòu)的光纖的高級(jí)別示意 圖，該平的支撐結(jié)構(gòu)附接在光纖的相對(duì)于發(fā)射區(qū)的相對(duì)側(cè)上和目標(biāo)上；
[0024] 圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有側(cè)部圓形段的光纖的高級(jí)別示意圖；
[0025] 圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在光纖端部處的圓形段的光纖的高級(jí) 別不意圖；
[0026] 圖4A-4C和4E-4J是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的使用彎曲發(fā)射的設(shè)備的高級(jí)別 示意圖；
[0027] 圖4D示出了在根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案光纖圈套設(shè)備和的電外科圈套器之間 的關(guān)于發(fā)射分布的實(shí)驗(yàn)性比較；
[0028] 圖5A-5C圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的控制通過光纖傳輸?shù)碾姶泡椛涞?結(jié)構(gòu)；
[0029] 圖6A-6J是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有纏繞在諸如球囊的支撐結(jié)構(gòu)上的 表現(xiàn)出彎曲發(fā)射的光纖的設(shè)備的高級(jí)別示意圖；
[0030] 圖7A-7E示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的光纖的包層，當(dāng)在指定的區(qū)域處施 加應(yīng)變時(shí)，該光纖的包層的橫截面變得不對(duì)稱；
[0031] 圖8A和8B展示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的用于圖2H所示的光纖結(jié)構(gòu)（鋸 齒形光纖）的彎曲發(fā)射；
[0032] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的從光纖配置發(fā)射和隨其移除梗阻的方法的 高級(jí)別示意性流程圖；
[0033] 圖10A和圖10B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在發(fā)射區(qū)域的 三個(gè)發(fā)射分區(qū)的光纖和使用該光纖的鉤狀設(shè)備；
[0034] 圖11A-11E示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的配置為鑷子的設(shè)備；
[0035] 圖12A和12B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有用于控制發(fā)射的 輻射的反饋回路的設(shè)備；
[0036] 圖13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在發(fā)射區(qū)域中的多個(gè)發(fā) 射分區(qū)的光纖；
[0037] 圖14示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的用于切割血管的設(shè)備；
[0038] 圖15A和15B示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的用于通過將設(shè)備在目標(biāo)上按壓 來(lái)治療目標(biāo)的設(shè)備。
[0039] 詳述
[0040] 現(xiàn)在詳細(xì)地具體參考附圖，需要強(qiáng)調(diào)的是，所示的細(xì)節(jié)是通過舉例的方式并僅用 于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的說明性討論的目的，且為了提供被認(rèn)為是本發(fā)明的原理和概念 方面的最有用且容易理解的原因的描述而提供。在這方面，不嘗試比對(duì)于本發(fā)明的基本理 解所需要的更詳細(xì)地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖的描述使本發(fā)明的數(shù)種形式可以如 何在實(shí)踐中實(shí)施對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。
[0041] 在詳細(xì)地說明本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不限于 其應(yīng)用到下面的描述中闡述的或附圖中圖示的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的布置。本發(fā)明是可應(yīng)用 于其它實(shí)施方案的或以各種方式被實(shí)踐或?qū)嵤?。另外，也?yīng)理解，本文使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是 用于描述的目的，而不應(yīng)被視為限制。
[0042] 圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的光纖110的發(fā)射區(qū)的高級(jí)別示意性框圖。 光纖110包括具有折射率η κ的纖芯130和具有折射率nM的包層115。光纖110具有包層 115的至少一個(gè)指定區(qū)域，其布置成當(dāng)在該指定區(qū)域處將光纖110彎曲超過相對(duì)于彎曲半 徑Π 05的指定彎曲閾值時(shí)從纖芯130發(fā)射電磁輻射。在彎曲光纖110時(shí)從纖芯130的電 磁輻射的發(fā)射以下作為彎曲發(fā)射（BE)被涉及。彎曲發(fā)射取決于各種光纖特性和輻射特性， 如光纖的大小、結(jié)構(gòu)和材料、彎曲半徑105、輻射頻率等等。該光纖被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)僅在指定區(qū) 域和分區(qū)中的彎曲發(fā)射，同時(shí)繼續(xù)防止在光纖的其它部分中通過包層進(jìn)行的傳輸。
[0043] 應(yīng)當(dāng)注意的是，彎曲發(fā)射可以配置為相對(duì)于彎曲的方向向內(nèi)或向外發(fā)生。還應(yīng)當(dāng) 注意的是，所公開的原理也適用于其它類型的波導(dǎo)，例如RF波導(dǎo)（例如，見圖示金屬波導(dǎo)的 圖2K)，其可被調(diào)整以用于允許高度控制和指定發(fā)射模式的特定幾何參數(shù)。
[0044] 彎曲發(fā)射可通過在光纖110實(shí)際應(yīng)用之前彎曲光纖110來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，將光纖110 彎曲成具有圈套狀形式以及成角度的形式、支架狀形式等等（見下文示例），并且然后當(dāng)將 光纖110的彎曲的區(qū)域放置在可操作位置上時(shí)通過光源控制彎曲發(fā)射?？蛇x擇地或補(bǔ)充 地，彎曲發(fā)射可處于幾何控制下，通過利用目標(biāo)對(duì)象的自然曲率以從波導(dǎo)產(chǎn)生所需的能量 釋放分布來(lái)實(shí)現(xiàn)。光纖110中的某些區(qū)域可以被設(shè)計(jì)成在彎曲成與目標(biāo)接觸時(shí)彎曲發(fā)射， 如下面舉例說明的，并且這些區(qū)域中的彎曲中發(fā)射的能量實(shí)際上被用來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。 在這種情況下，除控制光源之外或代替控制光源，可以由實(shí)際的彎曲控制發(fā)射。
[0045] 任何類型的光纖110可布置成在特定的彎曲時(shí)發(fā)射輻射，例如，波導(dǎo)（其可包括金 屬波導(dǎo)）、實(shí)心纖芯光纖、中空光纖和光子晶體光纖（如有孔光纖、布拉格光纖或任何其它 微結(jié)構(gòu)光纖）。非發(fā)射分區(qū)可以是微結(jié)構(gòu)的（例如，帶有柵格或空氣孔）以將其有效折射率 減少至低于發(fā)射分區(qū)的有效折射率和/或朝向發(fā)射分區(qū)引導(dǎo)輻射。
[0046] 光纖110可以是單模或多模的，在后一種情況下，特定的發(fā)射區(qū)域和彎曲閾值可 以相對(duì)于所需模式選定，以控制所發(fā)射的能量。此外，特定的發(fā)射區(qū)域和彎曲閾值可以相對(duì) 于光束的偏振來(lái)選擇，并被光束的偏振所控制。
[0047] 光纖110中可用在發(fā)射區(qū)域120B中的彎曲包括微彎曲（從光纖的直線性的局 部偏離，以相對(duì)小的彎曲半徑）和大彎曲（micro-bend)(光纖的方向的角度的變化，通常 較大的彎曲半徑）。例如，對(duì)于單模光纖，從大彎曲所發(fā)射的輻射可以由該表達(dá)式估計(jì)： Exp(8.5-519.D· (λ^(2λ .MFR))3)，單位為dB/m，其中D為彎曲半徑，單位為mm，λ為 波長(zhǎng)，單位為μ m，λ是光纖的截止波長(zhǎng)，單位為μ m，且MFR為單模光纖半徑，單位為μ m。
[0048] 圖1A通過示出沿著光纖110行進(jìn)的光的可能軌跡的示例來(lái)示出了根據(jù)本發(fā)明的 一些實(shí)施方案的用于彎曲發(fā)射的條件。光以角度α到達(dá)彎曲的指定區(qū)域120Β的開始處， 角度α對(duì)于ΒΤ還不足夠，這是由于在這一點(diǎn)處彎曲半徑不足夠?。处寥源笥讦?= sin (nE/nK))。因此，光被反射到包層側(cè)115A且以角度β內(nèi)部反射（角度β大于Θ包層= siOM/%))，并保持在纖芯130內(nèi)。在從包層115Α反射時(shí)，光以角度γ到達(dá)具有包層115Β 的分區(qū)120B(角度γ現(xiàn)在小于Θ發(fā)艇zsirTHrvV))，這是由于彎曲半徑在這一點(diǎn)處達(dá)到 閾值半徑并超出光纖110的指定區(qū)域的特定彎曲閾值（即彎曲半徑變得小于閾值半徑）。 傳輸?shù)墓庖越嵌圈x開區(qū)域120B。確切的計(jì)算采用"微波和光學(xué)通訊"49:9,2133-2138 中的 Wang 以及其他人的（2007) "Investigation of Macrobending Losses ofStandard Single Mode Fiber with Small Bend Radii (具有小的彎曲半徑的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的宏彎損 失的研究）"。彎曲發(fā)射可近似為以角度Θ _開始發(fā)生，Θ _用彎曲半徑r 105定義為：Θ 彎曲=sir^O^^Ar.+ID))，ID是內(nèi)部直徑，即纖芯直徑。彎曲發(fā)射的條件為jirrHiV ηκ) = Q包層〈Q彎曲〈Q發(fā)射區(qū)=sin 1 (%/%)。
[0049] 除了現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明使用從光纖的有條件的和可控的側(cè)向發(fā)射。相比側(cè)燒光纖 (side firing fiber)，本發(fā)明的光纖當(dāng)是直的或低于彎曲閾值彎曲時(shí)不發(fā)射任何輻射。僅在 光纖以預(yù)定的彎曲半徑彎曲時(shí)例如通過待被光纖移除的梗阻或根據(jù)特定的設(shè)備設(shè)計(jì)激活 側(cè)向發(fā)射。
[0050] 在用發(fā)射輻射治療期間，治療目標(biāo)的各部分（例如流動(dòng)梗阻或息肉）被移除，導(dǎo)致 目標(biāo)被摧毀和變平。在一些實(shí)施方案中，目標(biāo)平變平減小了光纖110的彎曲（增加了其彎 曲半徑），并導(dǎo)致彎曲發(fā)射減少，直到治療結(jié)束。當(dāng)選擇彎曲閾值時(shí)，這種效果可能被期望和 考慮進(jìn)去。在一些實(shí)施方案中，不同的指定區(qū)域可以接收治療，并且可以由不同的彎曲閾值 激活，以允許多階段治療。
[0051] 圖1B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的通過指定區(qū)域所發(fā)射的輻射對(duì)彎曲半徑 105的依賴關(guān)系的示意圖；圖1B示出了在約l-3mm的彎曲半徑處的發(fā)射輻射的寬峰，其中 通過光纖110傳輸?shù)碾姶泡椛渲械?0%以上通過指定區(qū)域發(fā)射。此外，圖1B示出了在彎曲 時(shí)從包層115發(fā)射的并非明確地來(lái)自指定區(qū)域的輻射（虛線）在強(qiáng)度上小得多，并且以小 得多的彎曲半徑（大多在〇.5mm以下）發(fā)生。因此，圖1B表明了通過指定區(qū)域的設(shè)計(jì)發(fā)射 的輻射的良好可控制性。
[0052] 在一個(gè)示例中，指定區(qū)域擁有具有在非發(fā)射分區(qū)120A中的折射率nM的包層115A 和具有在發(fā)射分區(qū)120B中的折射率nE的包層115B。在實(shí)心纖芯光纖的情況下，折射率滿 足nK>n E>nM。在中空（空氣）纖芯光纖的情況下，折射率滿足nM、nE>n K。在后者的情況下， 實(shí)施方案可包括nM > nE*nE > nM，取決于折射率和材料的吸收、散射和微結(jié)構(gòu)。
[0053] 圖1C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的通過指定區(qū)域所發(fā)射的輻射對(duì)彎曲半徑 l〇5(y軸）的和比率％/%(1軸）的依賴關(guān)系的示意圖。圖1C中的線表示通過指定的區(qū)域 發(fā)射的電磁福射與通過光纖110傳輸?shù)碾姶鸥Ｉ涞谋嚷始穿? 2、0. 4、0. 6和0. 8,其也是在圖 1B的y軸上表示的值。圖1C圖示了隨著nE/nK比率接近0. 99 (以固定的半徑105)而增加 的發(fā)射，并隨著減少?gòu)澢霃?05 (即以光纖110的更強(qiáng)的彎曲）（以固定的％/%比率）而 增加的發(fā)射。
[0054] 在實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)光纖110可包含在設(shè)備100中（例如參見圖5C、圖6A 和圖6C)，該設(shè)備100具有至少一個(gè)光源，該光源布置為通過一個(gè)或多個(gè)光纖110傳輸電磁 福射。下面的描述以光纖110的實(shí)施方案開始，并以設(shè)備100的實(shí)施方案繼續(xù)。為了描述 簡(jiǎn)便起見，應(yīng)該理解的是，光纖的實(shí)施方案中的任何一個(gè)可以在該設(shè)備的實(shí)施方案中任何 一個(gè)中來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且所有可能的組合因此都包括在本發(fā)明中。
[0055] 圖2A-2I為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在橫截面中不對(duì)稱的包層115的光 纖110的各種實(shí)施方案的高級(jí)別的示意圖。圖2A-2I示出了通過指定區(qū)域的橫截面。一般 地，發(fā)射分區(qū)被編號(hào)為120B (和120C，如果有數(shù)個(gè)發(fā)射分區(qū)），而非發(fā)射分區(qū)被編號(hào)為120A。 各涂層分區(qū)被分別編號(hào)為115B和115A。圖2A-2I作為例子示出了一個(gè)或兩個(gè)發(fā)射分區(qū)，根 據(jù)給定的要求，光纖110可布置成包括沿光纖110在不同指定區(qū)域處的多于兩個(gè)發(fā)射分區(qū) 120B、120C、多個(gè)不同的分區(qū)和任何其他區(qū)域和分區(qū)結(jié)構(gòu)。
[0056] 圖2A示出了具有兩個(gè)不同的包層類型115A、115B的光纖110,該兩個(gè)不同的包層 類型115A、115B分別具有不同折射率n M、nE。nE-般更接近ηκ，使得在指定區(qū)域處將光纖 110彎曲超出彎曲閾值的結(jié)果是通過指定區(qū)域中分區(qū)120Β的輻射的發(fā)射152,如造下面的 計(jì)算中所示例的。
[0057] 在實(shí)施方案中，指定發(fā)射區(qū)域的包層和非發(fā)射區(qū)域的包層之間的標(biāo)準(zhǔn)化的折射率 差別可大于約〇. 1% (例如，Λ = (ηΕ-ηΜ)/ηΕ)，并可大于約0.5%。差異可更大或更小，這 取決于使用的確切材料和結(jié)構(gòu)以及可操作的（預(yù)定義的或產(chǎn)生的）彎曲半徑1〇5(如非限 制性的粗略估計(jì)，折射率的差別越大，閾值彎曲半徑越?。?br> [0058] 涉及具有ηκ = 1. 457 (在633nm)的折射率的商業(yè)Si02光纖的兩個(gè)非限制性示例 是（i)nM = 1. 456 和 nE = 1. 457,及（ii)nM = 1. 000 和 nE = 1. 450。
[0059] 圖2B示出了具有兩個(gè)不同的包層類型115A、115B的光纖110,該兩個(gè)不同的包層 類型115A、115B分別具有不同類型的微結(jié)構(gòu)116A、116B，在圖示的情況下為包層115的不同 布拉格類型結(jié)構(gòu)。在圖示的例子中，布拉格結(jié)構(gòu)116A在包層115A中比布拉格結(jié)構(gòu)116B在 包層115B中更廣泛，導(dǎo)致在彎曲超過閾值時(shí)通過分區(qū)120B的發(fā)射152。其它實(shí)施方案可以 包括單側(cè)的布拉格微結(jié)構(gòu)或具有不同的布拉格微結(jié)構(gòu)的多個(gè)區(qū)域。此外，結(jié)構(gòu)116B可不具 有布拉格層且可由單一的材料構(gòu)造。
[0060] 圖2C示出了具有兩個(gè)不同的包層類型115AU15B的光纖110,該兩個(gè)不同的包層 類型115AU15B具有微結(jié)構(gòu)117AU17B，諸如孔（例如空氣孔），其相對(duì)于發(fā)射區(qū)120B中的 nE減少了非發(fā)射區(qū)120A中的nM。在一般情況下，光纖110可以是不對(duì)稱的光子晶體光纖， 其也可以用于其它目的。光纖110可以是不對(duì)稱的光子晶體光纖（PCF)，例如根據(jù)圖示的實(shí) 施方案之一，其也可用于其它目的。微結(jié)構(gòu)117A、117B可在不同程度上（關(guān)于微結(jié)構(gòu)117A、 117B的數(shù)量、其參數(shù)和其空間擴(kuò)張）存在于發(fā)射區(qū)120B和非發(fā)射區(qū)120A中，或僅存在于一 偵牝例如僅在非發(fā)射區(qū)域120A中存在微結(jié)構(gòu)117A，以防止從那里發(fā)射。
[0061] 圖2D示出了具有設(shè)計(jì)成具有在非發(fā)射區(qū)域120A中的大的空氣間隙118的包層 115和可與光纖110不對(duì)稱定位（即偏離中心或偏心）的另外的纖芯130的光纖110。纖 芯130還可以是非圓形的（例如，圖2D中為橢圓形）以根據(jù)要求來(lái)定義彎曲閾值?？諝忾g 隙118的形式和程度、包層115和纖芯130的特殊設(shè)計(jì)可以適合于指定的彎曲發(fā)射參數(shù)和 規(guī)格。
[0062] 圖2E不出了另一種非對(duì)稱光纖結(jié)構(gòu)，包括偏離光纖110的中心定位的非對(duì)稱纖芯 130以及包括布置成界定非發(fā)射區(qū)域120A的多個(gè)空氣孔119的包層115。纖芯130和包層 115的確切構(gòu)造可以根據(jù)具體彎曲發(fā)射參數(shù)和規(guī)格進(jìn)行選擇。
[0063] 圖2F示出了非對(duì)稱光纖110的另一例子，即具有包層115的發(fā)射分區(qū)115B和纖 芯130的具體形式和位置的實(shí)施方案。
[0064] 圖2G示出了具有多個(gè)發(fā)射分區(qū)的光纖110,其可以設(shè)計(jì)在光纖110的橫截面中的 不同位置處。在作為非限制性示例的圖示的案例中，兩個(gè)相對(duì)的發(fā)射分區(qū)120BU20C，其可 以具有相似的或不同的發(fā)射特性。發(fā)射分區(qū)120BU20C可以彼此成不同的角度，并且可以 包括多于兩個(gè)的發(fā)射分區(qū)。發(fā)射分區(qū)120BU20C可以分別與不同的纖芯130B、130A相關(guān) 聯(lián)，例如配置為發(fā)射具有不同的參數(shù)（例如波長(zhǎng)、強(qiáng)度）的電磁輻射152BU52A。發(fā)射分區(qū) 120C可與另外的纖芯130A相關(guān)聯(lián)。發(fā)射分區(qū)120BU20C也可以相對(duì)于發(fā)射方向具有不同 的彎曲閾值（可在向內(nèi)或向外彎曲時(shí)發(fā)射）。
[0065] 諸如激光能量的電磁輻射可同時(shí)地或順序地被輸送到芯130BU30A的任一個(gè)或 兩個(gè)。不失一般性地，光纖110可以具有數(shù)個(gè)指定區(qū)域和/或數(shù)個(gè)發(fā)射分區(qū)120BU20C等， 其可被軸向地構(gòu)造，以便沿著光纖110將能量輸送到不同的指定區(qū)域和/或發(fā)射分區(qū)可被 切向地構(gòu)造以同時(shí)地或順序地沿光纖110將能量輸送到數(shù)個(gè)區(qū)域。
[0066] 圖2H示出了光纖110,其具有在指定區(qū)域處的徑向鋸齒狀包層115,其中鋸齒之間 的空間121A、121B根據(jù)指定的彎曲閾值被界定。在彎曲光纖110時(shí)，光纖110上的一側(cè)上的 鋸齒彼此更靠近地移動(dòng)（空間121A相對(duì)于直光纖110變得更?。饫w110的相對(duì)側(cè)上 的鋸齒舒展開（空間121B相對(duì)于直光纖110變得更大）。發(fā)射區(qū)120B可以在光纖110的 任一側(cè)上，取決于％和nM之間的關(guān)系。對(duì)于nK>nM (實(shí)芯），聚集在一起的鍋齒將包層115的 有效折射率增加到接近ηκ，且發(fā)射區(qū)120B因此在凹側(cè)上，而舒展開的鋸齒減少了包層115 的有效折射率，且非發(fā)射區(qū)域因此在光纖110的凸側(cè)上。
[0067] 凹側(cè)上的鋸齒可以以周期性的方式引導(dǎo)能量（參見圖8Β)，將能量集中到沿指定 區(qū)域的所需區(qū)域。圖8Α(見下文）示出了光纖110中模擬的90°彎曲中的能量輸送。通過 包層的能量輸送是實(shí)線且通過指定區(qū)域的輻射是虛線。由于在凹的彎曲區(qū)域中的鋸齒，發(fā) 射的輻射被周期性地集中。此外，鋸齒也實(shí)現(xiàn)了以更小的彎曲半徑機(jī)械地彎曲光纖110。 [0068] 圖21不出了非對(duì)稱光纖110的另一不例，即具有包層115的發(fā)射分區(qū)115Β和纖 芯130的特定的形式和位置的實(shí)施方案。纖芯130是長(zhǎng)形的且相對(duì)于包層115是偏心的， 并具有有效半徑131。橫截面結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)為將發(fā)射的輻射152引導(dǎo)到例如在發(fā)射分區(qū)115Β 的徑向?qū)ΨQ軸上的聚焦點(diǎn)154。纖芯--包層界面153可成形為影響發(fā)射特性。
[0069] 光纖的橫截面可以配置為不僅在特定的方向發(fā)射輻射152,而且按特定的分布發(fā) 射。來(lái)自纖芯130的光可以根據(jù)需要被光學(xué)操縱以按窄的平的分布或可選擇地分散的分布 退出波導(dǎo)。纖芯--包層界面153可被設(shè)計(jì)成作為透鏡以聚焦自然分散的能量。例如，圖 21示出了用于聚焦能量的分布中的一個(gè)的截面圖。在這種情況下，發(fā)射的輻射152的軌跡 153到達(dá)纖芯--包層界面153,且然后向內(nèi)聚焦到焦點(diǎn)154,由于纖芯130的較短的有效 半徑131，比將從徑向?qū)ΨQ的界面發(fā)射的輻射更接近于纖芯130。獨(dú)特的組裝結(jié)構(gòu)允許遠(yuǎn)離 芯130非對(duì)稱地將能量發(fā)射到僅一側(cè)，并且還以指示了精確的發(fā)射分布的非常具體的方式 操縱界面153。其它的分布可以通過圖2D-2F中示例的光纖截面分布產(chǎn)生。
[0070] 折射率也依賴于溫度。通常，溫度的增加導(dǎo)致折射率增加。在光纖110是如圖21 中的內(nèi)在地非對(duì)稱的實(shí)施方案中，能量釋放152也可以是不對(duì)稱的。因?yàn)槟芰?52在彎曲的 內(nèi)側(cè)上被釋放，因此該側(cè)變得更暖，產(chǎn)生正反饋環(huán)路，其增加了釋放152并且因而也增加了 準(zhǔn)確度和安全性，這是因?yàn)樵撔Ч麅H在治療部位處發(fā)生。溫度的升高導(dǎo)致了發(fā)射分區(qū)120Β 中的更高的折射率，且從而導(dǎo)致增加的能量釋放和更多的加熱，增強(qiáng)了釋放機(jī)制。拉直彎曲 部停止并逆轉(zhuǎn)了該過程。組織的切割/加熱的精確目標(biāo)能量被調(diào)整以加強(qiáng)和提高彎曲發(fā)射 輻射152的有效性。包層材料可以被選擇成具有特定的吸收以控制彎曲發(fā)射的效果。
[0071] 圖2J圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的帶有涂層140的光纖110的實(shí)施方案， 涂層140具有間隙或在指定發(fā)射區(qū)域120Β處是缺少的；涂層140可具有內(nèi)部反射表面，該 內(nèi)部反射表面產(chǎn)生或增強(qiáng)了彎曲發(fā)射和其方向性。通常，在指定區(qū)域120Β處，涂層140在 橫截面上可以是非對(duì)稱的。光纖110的其它部分或設(shè)備（見下文）可配置為提高光束的發(fā) 射。
[0072] 圖2Κ示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在指定發(fā)射區(qū)域120Β處的間隙的 金屬波導(dǎo)。對(duì)于本文提出的光纖110和設(shè)備100的設(shè)計(jì)和應(yīng)用性概念可以應(yīng)用到金屬波導(dǎo)， 輸送例如電磁輻射。金屬波導(dǎo)中的間隙可以用于發(fā)射輻射152,借此應(yīng)用治療。
[0073] 圖3Α是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有附接到光纖110的相對(duì)于發(fā)射區(qū)120Β 和目標(biāo)的相對(duì)側(cè)上的支撐結(jié)構(gòu)141的光纖110的高級(jí)別示意圖。支撐結(jié)構(gòu)141可用于將光 纖110定向成以相對(duì)于目標(biāo)的正確的方向來(lái)定位發(fā)射區(qū)域120并將過多能量反射到目標(biāo) 上。支撐結(jié)構(gòu)141可在設(shè)備100的各種實(shí)施方案中是關(guān)聯(lián)的（見下文）。
[0074] 為了結(jié)構(gòu)目的，光纖110可附接到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)或穩(wěn)定器141或嵌入加強(qiáng)結(jié)構(gòu)或穩(wěn)定 器141中，以確保穩(wěn)定性并防止斷裂。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)141可以是由塑料或金屬制成的半管（例 如，類似于圖2J中的涂層140)或帶狀物（例如，如在圖3A中）。在某些情況下，在其穩(wěn)定 器141被設(shè)置在所需的位置之后（例如，穩(wěn)定器141已經(jīng)被插入待切除的梗阻95周圍（例 如息肉或腫瘤）之后），光纖110可被插入到穩(wěn)定器141中。此外，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)141可用于發(fā) 射能量152的向內(nèi)反射。
[0075] 圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有側(cè)部圓弧段142的光纖110的高級(jí)別 示意圖。段142具有界定界發(fā)射分區(qū)且還在由該弧限定的平面處發(fā)射電磁輻射152的弧。 光纖110可以包括在指定的區(qū)域處的一個(gè)或多個(gè)這樣的段142。段142可以是包層115的 一部分，例如，通過切割到包層材料中產(chǎn)生，是涂層140的一部分或是附加結(jié)構(gòu)。段142還 可以將輻射152聚焦到目標(biāo)上。
[0076] 圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的在光纖端部處帶有圓形段143(諸如圓盤） 的光纖110的高級(jí)別示意圖。圓形段143具有至少一個(gè)圓形段143,該圓形段143具有界定 的至少一個(gè)端部發(fā)射分區(qū)、在由該弧界定的平面處發(fā)射電磁輻射152的弧。端部發(fā)射分區(qū) 可在光纖110彎曲時(shí)操作或獨(dú)立于此地操作。
[0077] 本發(fā)明的實(shí)施方案還包括具有不對(duì)稱橫截面的光纖，并且特別是具有不對(duì)稱包層 的光纖，其中在橫截面上的不對(duì)稱界定至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)和至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)。在發(fā)射 分區(qū)和非發(fā)射分區(qū)之間的折射率的差別可以大于0. 1%、大于0. 5%或者大于在發(fā)射分區(qū) 和光纖的纖芯之間的折射率的差別。
[0078] 下面的圖描繪了用于設(shè)備100的示例，其實(shí)現(xiàn)了呈現(xiàn)彎曲發(fā)射的光纖110。根據(jù)設(shè) 備的規(guī)格，每個(gè)設(shè)備100可以在由制造問題而不是由概念性問題導(dǎo)致的約束下采用以上描 述的光纖110的任何實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0079] 圖4A-4C和圖4E-4J是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的使用彎曲發(fā)射的設(shè)備100的 高級(jí)別示意圖。圖4A-4C示出了光纖圈套設(shè)備100,圖4D示出了光纖圈套設(shè)備和電外科圈套 之間關(guān)于發(fā)射分布的實(shí)驗(yàn)比較；圖4E、4F、4H和41示出了光纖鉤設(shè)備；圖4G示出了用于治 療流動(dòng)梗阻的設(shè)備并且圖4J示出了帶有設(shè)計(jì)成從光纖產(chǎn)生平面發(fā)射的光學(xué)元件的設(shè)備。
[0080] 裝置100包括至少一個(gè)光纖110和設(shè)置成通過該至少一個(gè)光纖110傳送電磁輻射 的至少一個(gè)光源70 (例如，參見圖5C)。光纖110包括至少一個(gè)纖芯130和包層115。每個(gè) 光纖110具有至少一個(gè)指定區(qū)域，該至少一個(gè)指定區(qū)域布置成在這些區(qū)域處將光纖110彎 曲超出指定的彎曲閾值時(shí)從纖芯130發(fā)射電磁輻射。發(fā)射區(qū)域120B可以是單個(gè)或多個(gè)，并 且可以用于以不同的強(qiáng)度和波長(zhǎng)范圍輸送輻射，以可能用于不同的目的，諸如切割、切除、 不同種類的治療和標(biāo)記。
[0081] 例如，光纖110可以形成為圈套（圖4A、4B)，該圈套具有布置成在由該圈套界定 的平面中發(fā)射電磁輻射152的頂端彎曲區(qū)域。設(shè)備100可以通過創(chuàng)建精確得多和清潔得多 的梗阻95的切割（例如，息肉的切割，如圖4B所示）來(lái)在電外科圈套的現(xiàn)有技術(shù)上加以提 高。發(fā)射152的平面在圈套的內(nèi)部部分中，且發(fā)射152由光纖110在圈套的頂端區(qū)域處的 彎曲引起。在實(shí)施方案中，在區(qū)域120A中沒有輻射或非常低的輻射被向外發(fā)射。作為應(yīng)用 示例，圖4B示出了穿過內(nèi)窺鏡76的通道77施加的圈套狀光纖110。
[0082] 在實(shí)施方案中，圈套的光纖110可以具有另外的發(fā)射區(qū)120C，例如由包層的分區(qū) 115C界定，包層的分區(qū)115C成一定角度以維持包層的主發(fā)射分區(qū)115B。區(qū)域120C可以發(fā) 射具有與用于切割的電磁輻射152不同的特性的電磁輻射151，例如，較弱的輻射或在不同 的波長(zhǎng)范圍的輻射，其可能是有用的，例如用于切除梗阻95的邊緣，以防止出血和防止感 染。值得注意的是，因?yàn)橛捎谌μ妆旧淼慕Y(jié)構(gòu)，輻射151被順利地和以正確的方向施加，這 種切除比現(xiàn)有技術(shù)的激光切除更有效（參見圖4B)。
[0083] 光纖圈套110相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的電外科圈套的另外的優(yōu)點(diǎn)在圖4D中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 中被示出，也就是光纖圈套110的切割平面比電外科圈套的切割平面窄得多，從而導(dǎo)致對(duì) 鄰近組織更少的破壞并生產(chǎn)更清潔的切割。
[0084] 圖4E和圖4F不出了光纖鉤設(shè)備100,其中光纖110被以一定角度彎曲，并被保持 器111保持或自我維持（分別地）且該彎曲被布置成在由預(yù)定義的彎曲角度界定的平面中 發(fā)射電磁輻射152 (分別地）。這種光纖鉤設(shè)備100可在不同幾何結(jié)構(gòu)的梗阻95下方類似 于光纖圈套來(lái)操作。例如，在用內(nèi)鏡黏膜下剝離術(shù)（ESD)治療上消化道病變時(shí)，光纖鉤可代 替類似的電外科鉤。
[0085] 在裝置100的實(shí)施方案中，光源70可包括至少兩個(gè)光源70,該至少兩個(gè)光源70配 置成通過至少一個(gè)光纖110傳送至少一個(gè)治療束和至少一個(gè)引導(dǎo)束。例如，引導(dǎo)束可以用 于標(biāo)記光纖圈套110或光纖鉤110的治療平面而不影響梗阻95。這種引導(dǎo)束對(duì)于手術(shù)計(jì)劃 可能是非常有用的且可進(jìn)一步提高使用設(shè)備100操作的精確度。
[0086] 圖4G圖示了通過支撐結(jié)構(gòu)122進(jìn)行的流動(dòng)梗阻95的治療，支撐結(jié)構(gòu)122允許通 過諸如血管90 (如動(dòng)脈）的內(nèi)腔85的持續(xù)的流動(dòng)86。附接到支撐結(jié)構(gòu)122的光纖110的 彎曲施加輻射152作為對(duì)梗阻95的治療，并且在梗阻95移除時(shí)，彎曲變平并且治療停止。 [0087] 圖4H和圖41將光纖110作為J形設(shè)備示出，其中發(fā)射的輻射152在來(lái)自"J"的彎 曲部分的平面中被發(fā)射，或者向外，如圖4H中描述的，或向內(nèi)，如圖41中描述的，根據(jù)臨床 需要和設(shè)計(jì)考慮選擇（單一設(shè)備100可以具有兩個(gè)功能，例如具有用于各自目的的不同的 光纖，或者在不同的波長(zhǎng)區(qū)域不同地操作，或不同的設(shè)備可被設(shè)計(jì)以用于這些發(fā)射模式）。 圖41還示出了一種實(shí)施方案，其中光纖端部被設(shè)計(jì)為例如通過設(shè)計(jì)在端部處的反射元件 165(例如，涂層或附接的鏡）引導(dǎo)在輻射的平面中從光纖端部發(fā)射的能量斜向一邊，該反 射元件165聯(lián)接到圓形段143,圓形段143設(shè)計(jì)為引導(dǎo)在發(fā)射平面中發(fā)射的端部能量斜向一 邊。
[0088] 圖4J示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有設(shè)計(jì)成從光纖110產(chǎn)生平面發(fā)射 152的光學(xué)元件144的設(shè)備100。例如，光學(xué)元件144可以被設(shè)計(jì)為反射在指定的平面中 從光纖110的彎曲發(fā)射區(qū)域120B發(fā)射的輻射152(例如，作為上文描述的圈套狀設(shè)備的增 強(qiáng)）。
[0089] 圖5A-5C示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的控制通過光纖110傳送的電磁輻射 的結(jié)構(gòu)。相對(duì)于設(shè)備100的設(shè)計(jì)，非被發(fā)射的所傳送的輻射必須進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
[0090] 在圖5C所不的實(shí)施方案中，傳送的福射可以從光源70和引導(dǎo)性光纖161通過光 纖110到達(dá)退出光纖168和在光纖末端處的吸收槽169(當(dāng)然引導(dǎo)光纖161、治療光纖110 和退出光纖168可作為單一光纖實(shí)現(xiàn)，僅光纖110在指定區(qū)域中呈現(xiàn)彎曲發(fā)射）。當(dāng)光纖 110圍繞球囊122 (見下文）被編織且然后將傳送的輻射引導(dǎo)到退出光纖168時(shí)，也可以應(yīng) 用這樣的結(jié)構(gòu)。吸收槽169也可以位于設(shè)備100的端部處，如以下圖6A所示。
[0091] 在圖5A和圖5B中所示的實(shí)施方案中，光纖110的端部163是反射性的，以反射非 發(fā)射的電磁輻射。在圖5A中，反射率由一個(gè)適當(dāng)特性的布拉格光柵164實(shí)現(xiàn)，圖5B中，該反 射率由涂層165(或附接的鏡165)實(shí)現(xiàn)，且退出光纖168布置成接收反射的電磁輻射。使 用反射端部163不僅有助于處理過量的輻射，而且通過經(jīng)過指定區(qū)域運(yùn)行兩次輻射也加倍 了潛在的彎曲發(fā)射。
[0092] 圖6A-6J是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有呈現(xiàn)彎曲發(fā)射的光纖110的設(shè)備 100的高級(jí)別示意圖，該光纖110纏繞在諸如柔順的球囊和非柔順的球囊的支撐結(jié)構(gòu)122 上。
[0093] 圖6A示出了體現(xiàn)為球囊122的支撐結(jié)構(gòu)122,光纖110被附接到球囊122。球囊 122可以由泵75充氣，并通過諸如內(nèi)窺鏡的輸送系統(tǒng)76和通道77被插入，可能由導(dǎo)線138 引導(dǎo)（參見圖6F)。球囊122可以被接近其的引導(dǎo)件139固定和控制。球囊122可包括在 其端部處的吸收槽169,或纏繞光纖110可以是圓形的且向回引導(dǎo)過度的輻射（如在圖5C 中示意性示出的）。
[0094] 光纖110可以以不同的構(gòu)型被纏繞并附接到球囊122。圖6B示出了球囊橫截面， 其中光纖110均勻地分布在球囊122的表層上。圖6C示出了一種實(shí)施方案，其中光纖110 橫向于球囊122的應(yīng)用方向纏繞。圖6D、6E、6H和61示出了更復(fù)雜的纏繞模式，包括在兩 個(gè)方向的螺旋纏繞。光纖110的纏繞相對(duì)于球囊122的長(zhǎng)度軸線可以是橫向的或縱向的， 或呈現(xiàn)為其任何組合或其它形式。在一般情況下，光纖110可以以垂直于、平行于或傾斜于 氣囊122的縱向軸線或以其組合的構(gòu)型被纏繞。
[0095] 光纖110的纏繞可以是支架狀的，具有可收縮的支架狀構(gòu)型（圖6F)和展開的支 架狀構(gòu)型（圖6G)。圖6H和圖61也可被以支架狀設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。圖6H和圖61示出了包括激 活光纖110的植入支架100,當(dāng)能量從體內(nèi)或體外的源167傳送166時(shí)，激活光纖110通過 彎曲的發(fā)射區(qū)域120B發(fā)射能量152(在此圖中未示出）。圖6H示出了設(shè)備100,其可以被 植入梗阻95的區(qū)域中，諸如在例如食管（胃食管反流病GERD)或支氣管（哮喘）中的斑塊 或其它病變區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)斑塊/組織95的逐漸切除或通過藥物激活PDT的局部治療。例 如，一個(gè)或多個(gè)光纖110可被包含在任何類型的支架內(nèi)，以輸送輻射，該輻射激活與支架相 關(guān)聯(lián)的藥物。此外，設(shè)備100可以在任何實(shí)施方案中包括藥物洗提裝置，諸如布置成在輻射 發(fā)射的附近洗提藥物的針。然后，該輻射可被用來(lái)激活藥物或該藥物可用于增強(qiáng)激光治療 的效果。圖61示出了設(shè)備100,其中所發(fā)射的能量152可以用于抑制或激活例如在腎動(dòng)脈 中的神經(jīng)發(fā)射96以阻擋來(lái)自腎臟的交感神經(jīng)流出物，且從而降低全身血壓以阻止在某些 情況下疼痛信號(hào)，或以控制飲食失調(diào)或肥胖的饑餓感。這樣的狀態(tài)也可以通過在其它實(shí)施 方案中所示的光纖110和設(shè)備1〇〇進(jìn)行治療。圖6J示出了包括圍繞支架112纏繞或代替 編織支架112的線中的一個(gè)或多個(gè)的光纖110的設(shè)備100。彎曲的光纖110可以布置成發(fā) 射輻射，其支持支架112的放置，切除環(huán)繞支架112 (例如，愈合過程之前、期間或之后）或 與洗提藥物相互作用的組織。
[0096] 在實(shí)施方案中，任何光纖可以與支架結(jié)合使用，以用于激活諸如切除、輻射敏感藥 物的活化或神經(jīng)末梢的激活的治療，以用于各種目的。從光纖端部的規(guī)則發(fā)射可以除了彎 曲發(fā)射之外或代替彎曲發(fā)射用于輸送所需的輻射和應(yīng)用特定的治療。
[0097] 設(shè)備100的支撐結(jié)構(gòu)122配置為以引起全部、一些或至少一個(gè)光纖110彎曲超 出關(guān)于目標(biāo)95的其特定的彎曲閾值以在目標(biāo)95處發(fā)射電磁輻射152的方式相對(duì)于目標(biāo) 95 (如流動(dòng)梗阻）定位光纖110。在球囊122的情況下，充氣球囊122可能會(huì)導(dǎo)致光纖110 在接觸目標(biāo)95時(shí)彎曲超過發(fā)射閾值。
[0098] 外形引起的該彎曲可以用來(lái)具體地將能量輸送到需要治療的那些區(qū)域，如流動(dòng)梗 阻斑塊（見例如下面圖4G和圖6C)?？捎脴?biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)管輸送系統(tǒng)遞送的球囊122在原位置被 充氣，導(dǎo)致球囊122表面上的光纖110被按壓在動(dòng)脈和斑塊上且以該外形被壓印。壓印引 起在光纖中的彎曲，其誘導(dǎo)其用于治療病變的所需的彎曲發(fā)射。
[0099] 圖6C示出了流動(dòng)梗阻95,諸如在動(dòng)脈分叉部中的血管病變。雖然由于治療區(qū)域的 幾何結(jié)構(gòu)，分岔部中的病變的現(xiàn)有技術(shù)的治療是特別困難的，但是因?yàn)榍蚰?22和附接到 其的光纖110的彎曲通過困難的幾何結(jié)構(gòu)被增強(qiáng)，設(shè)備100利用困難的幾何結(jié)構(gòu)以提高治 療，且從而有利于治療。在實(shí)施方案中，梗阻95的移除可以簡(jiǎn)單地通過彎曲半徑的最終增 加超過特定的閾值來(lái)完成治療。設(shè)備110明確允許幾個(gè)梗阻的治療，如在圖4F和圖6C中 所示。病變部位95位于血管85的側(cè)面處和分叉部的頂點(diǎn)處。發(fā)射區(qū)域120BU20C可以是 多個(gè)，并且光纖110可以配置為基于區(qū)域120B、120C中的不同閾值發(fā)射輻射，并且從而實(shí)現(xiàn) 用于分叉部的專門治療。例如，不同發(fā)射區(qū)的參數(shù)可以由目標(biāo)95的幾何考慮和周圍的操作 和其與設(shè)備100的結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及治療考慮（在不同區(qū)域應(yīng)用的治療的類型、輻射強(qiáng)度、 安全考慮等）來(lái)決定。
[0100] 圖6E示出了由外部源166操作的設(shè)備100的實(shí)施方案。外部源166可通過施加 到設(shè)備100的任何類型的輻射或場(chǎng)來(lái)激活設(shè)備100。這種設(shè)備100可具有如支撐結(jié)構(gòu)122 的球囊，或光纖110可以是支架狀的，具有可收縮的支架狀構(gòu)型（圖6F)和展開的支架狀構(gòu) 型（圖6G)。設(shè)備100可以在過程期間被急性地使用或被植入以用于永久使用。
[0101] 在實(shí)施方案中，光纖110可以布置為諧振器，其擴(kuò)大從源166引起的輻射，且從而 產(chǎn)生用于治療所需的輻射，而不使用內(nèi)部光源70。
[0102] 圖6F和圖6G示出了在治療心臟60中的梗阻時(shí)設(shè)備100的收縮構(gòu)型和展開構(gòu)型 (被配置為球囊或支架）。這些實(shí)施方案可包括用于光纖能量的停止點(diǎn)或能量槽，例如在圖 5A-5C和圖6A中所示的。
[0103] 圖7A-7E示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的光纖110的包層115,在指定區(qū)域處 應(yīng)用應(yīng)變171時(shí)，該包層115在橫截面上變得不對(duì)稱。
[0104] -般情況下，類似二氧化娃的光纖材料趨向于具有比壓應(yīng)力低的拉應(yīng)力?；旧希?這意味著當(dāng)彎曲對(duì)稱的光纖時(shí)，斷裂點(diǎn)通常由達(dá)到拉應(yīng)力極限來(lái)決定。在一個(gè)實(shí)施方案中， 有效的拉應(yīng)力極限采用諸如管的中空結(jié)構(gòu)在幾何上增加。光纖110可被構(gòu)造為中空管（圖 7A、7B)，或該中空管可位于僅彎曲的光纖110的外部凸緣上（例如，圖2D中大的空氣間隙 118)。該中空管可具有圓形、橢圓形或其它橫截面，以便增加向內(nèi)收縮的自然趨勢(shì)（圖7A)。 當(dāng)光纖110被彎曲時(shí)，在光纖110的外部邊緣上的應(yīng)變171增加（圖7B)。由于中心是中 空的，因此向內(nèi)收縮是可能的。這種收縮意味著更大的彎曲半徑1〇5(圖7C中的172A到 172B)，其進(jìn)而意味著有效地減弱的應(yīng)力，因此意味著對(duì)于相同的應(yīng)力斷裂值更小的彎曲半 徑（更尖銳的彎曲）的可能性。管壁厚度和材料適應(yīng)于彎曲的可能性。這種方法允許光纖 110的更緊的彎曲而不破壞它。另一種可能的實(shí)施方案是使用在光纖彎曲區(qū)域的外側(cè)上的 鋸齒，如在圖2H中，這也有效地減少了外部凸緣上的應(yīng)力值。
[0105] 在實(shí)施方案中，包層115可以布置成在指定區(qū)域處應(yīng)用應(yīng)變171時(shí)在橫截面上變 得不對(duì)稱。不對(duì)稱性可以表示為包層115的形式、包層115的厚度和/或包層115的折射 率。不對(duì)稱性可配置為聚焦發(fā)射的電磁輻射152。
[0106] 圖7A-7C示出了三種類型的應(yīng)變171。圖7A示出不對(duì)稱橫截面（例如橢圓橫截 面）的光纖110,其隨著偏心度增加從狀態(tài)170A變形到狀態(tài)170B。圖7B示出了圓形橫截 面的光纖110,其在一側(cè)從狀態(tài)170A變形到狀態(tài)170B，從而導(dǎo)致應(yīng)變171的變化。圖7C示 出了彎曲的光纖110,其中彎曲應(yīng)變以應(yīng)變171減小，而光纖110的彎曲半徑從狀態(tài)170A中 的172A增加到狀態(tài)170B中的172B。
[0107] 圖7D示出了光纖110從狀態(tài)170A至狀態(tài)170B的彎曲導(dǎo)致相對(duì)于該彎曲的兩 側(cè)--光纖110的內(nèi)側(cè)173A和光纖110的外側(cè)173B中的不同應(yīng)變。因此，側(cè)173AU73B 經(jīng)受不同的應(yīng)變，其可能引起兩側(cè)的折射率的變化，導(dǎo)致彎曲發(fā)射在任一側(cè)發(fā)生，其取決于 光纖的類型和設(shè)計(jì)。
[0108] 在實(shí)施方案中，光測(cè)彈性可用于根據(jù)應(yīng)力改變折射率，以微調(diào)波導(dǎo)（例如光纖 110)不對(duì)稱地釋放能量的能力。大多數(shù)材料的折射率取決于應(yīng)力。通常在玻璃中，當(dāng)應(yīng)力 增大時(shí)折射率也增加。光測(cè)彈性由原子和分子的電子殼層的變形以及由光學(xué)各向異性的分 子或這些分子的組分的方向造成；在聚合物中，光測(cè)彈性是由聚合物鏈的展開和方向造成 的。對(duì)于小的單軸拉伸或壓縮，滿足布魯斯特定律，使得光程等于折射率乘以幾何指數(shù)或應(yīng) 力指數(shù)乘以應(yīng)力和幾何路徑。
[0109] 當(dāng)類似光纖的波導(dǎo)被彎曲時(shí)，對(duì)稱破壞發(fā)生在光纖的截面中的應(yīng)力分布中。內(nèi)側(cè) 面173A被壓縮且外側(cè)面173B擴(kuò)展，從而增加拉伸應(yīng)力。解決歐拉-伯努利梁方程意味著 純的（凸）彎曲導(dǎo)致在中性軸處的零應(yīng)力（圖7D)、在凸緣173B處的拉應(yīng)力和在凹緣173A 處的壓應(yīng)力；其也意味著，最大拉應(yīng)力發(fā)生在凸表面處且最大壓應(yīng)力發(fā)生在凹表面處。 [0110] 該彎曲引起該彎曲的內(nèi)側(cè)上的包層115、輻射發(fā)射部分和該彎曲的外側(cè)上的包層 115之間的對(duì)稱性破壞。通常，包層的折射率比纖芯130的折射率低約0.5%。光纖中的彎 曲有效地彌補(bǔ)了壓縮側(cè)173A中的指數(shù)差距且另一方面增加了外側(cè)173B上的間隙。這使光 限制在內(nèi)側(cè)上更弱，使其更滲漏。
[0111] 由于該彎曲而引起的不對(duì)稱性引導(dǎo)了釋放152。通過彎曲波導(dǎo)以及隨后特別是在 彎曲173A的內(nèi)側(cè)處的折射率增加，釋放152的方向被控制。在纖芯130和包層115之間的 邊界處指數(shù)差別根據(jù)引發(fā)釋放152所需的彎曲來(lái)調(diào)整。
[0112] 圖7E示出了彎曲的光纖110的橫截面，其中包層115具有不同厚度，其引發(fā)分區(qū) 120B聚焦所發(fā)射的電磁輻射152。包層115的變形和隨后的指數(shù)變化可進(jìn)一步輔助通過發(fā) 射分區(qū)120B聚焦輻射152。
[0113] 光纖110的橫截面可以被設(shè)計(jì)為控制應(yīng)力分布。例如，圖7E示出了作為包層115 的凹部的發(fā)射分區(qū)120B，其被構(gòu)造成用作在發(fā)射分區(qū)120B處的會(huì)聚透鏡。在這種情況下， 凹側(cè)中的壓應(yīng)力增加，其改變了在該區(qū)域中的折射指數(shù)，使得實(shí)際上獲得包層115的凹側(cè) 中的透鏡。
[0114] 圖8A和圖8B展示的是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的用于圖2H所示的光纖構(gòu)型 (鋸齒形光纖）的彎曲發(fā)射。
[0115] 圖8A示出了功率輸出，功率輸出作為在彎曲時(shí)從指定區(qū)域中傳送的輻射（虛線） 相比于通過包層115A在發(fā)射分區(qū)120B外的發(fā)射的輻射（實(shí)線）的百分比。在圓形光纖橫 截面的40-160 μ m的弧長(zhǎng)度范圍處，即在特定的彎曲分區(qū)中，清楚的發(fā)射峰是明顯的。
[0116] 圖8B是光纖110中的傳輸?shù)墓獾闹苯拥恼掌?，示出通過光纖110的彎曲側(cè)120B 的發(fā)射。一般而言，彎曲光纖中的機(jī)械拉伸降低了外側(cè)上的折射率并且提高了內(nèi)側(cè)上的折 射率，以作為彎曲的幾何形狀和材料影響的組合結(jié)果產(chǎn)生彎曲發(fā)射。
[0117] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的配置從光纖發(fā)射（步驟201)和隨其移除梗 阻（步驟278)的方法200的高級(jí)別示意性流程圖。
[0118] 方法200包括：將光纖中的至少一個(gè)指定區(qū)域布置成當(dāng)光纖在該至少一個(gè)指定區(qū) 域處彎曲超過特定的彎曲閾值時(shí)通過光纖的包層從纖芯發(fā)射傳送的電磁輻射（步驟210)。
[0119] 方法200還可以包括將包層配置成在該至少一個(gè)指定區(qū)域處在橫截面上不對(duì)稱 (步驟220)，并包括至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)和至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)。方法200還可以包括將該 至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)的有效折射率n E設(shè)置成比包層折射率nM更接近纖芯的折射率ηκ (步驟 230)，以當(dāng)光纖在該至少一個(gè)指定區(qū)域處彎曲超過特定的彎曲閾值時(shí)通過該至少一個(gè)發(fā)射 分區(qū)產(chǎn)生傳輸。
[0120] 設(shè)定有效折射率％(步驟230)可通過以下中的一項(xiàng)被執(zhí)行：將ηΜ改變至η Ε(步驟 232);使包層成鋸齒狀（步驟234);使包層微結(jié)構(gòu)化（步驟236);可選擇地將纖芯不對(duì)稱 地或偏心地定位在包層內(nèi)（步驟238);將不對(duì)稱涂層施加到包層上（步驟242);以及使光 纖發(fā)生應(yīng)變（步驟244)，例如機(jī)械地、熱地或采用輻射（如紫外光）。
[0121] 方法200可包括將該至少一個(gè)指定區(qū)域配置成在由光纖界定的平面中發(fā)射電磁 輻射（步驟250)，并通過由該平面交叉梗阻（步驟280)來(lái)去除梗阻（步驟278)。
[0122] 方法200還可包括將具有至少一個(gè)指定區(qū)域的至少一個(gè)光纖附接到支撐結(jié)構(gòu)（步 驟260)，并將該支撐結(jié)構(gòu)配置成以導(dǎo)致該至少一個(gè)光纖彎曲超過關(guān)于目標(biāo)的其特定的彎 曲閾值的方式相對(duì)于目標(biāo)定位該至少一個(gè)光纖（270)，以便在目標(biāo)處發(fā)射電磁輻射（步驟 275)。
[0123] 移除梗阻（步驟278)可通過將至少一個(gè)光纖的至少一個(gè)指定區(qū)域應(yīng)用到梗阻 (步驟277)來(lái)執(zhí)行，該至少一個(gè)光纖的至少一個(gè)指定區(qū)域布置成當(dāng)光纖在該至少一個(gè)指定 區(qū)域處彎曲超過特定的彎曲閾值時(shí)通過該光纖的包層發(fā)射從纖芯傳送的電磁輻射。
[0124] 可以通過為球囊充氣（步驟295)將該至少一個(gè)光纖應(yīng)用到梗阻（步驟277)，其中 至少一條光纖抵著梗阻附接到球囊（步驟290)以產(chǎn)生該至少一個(gè)光纖在該至少一個(gè)指定 區(qū)域處彎曲超過特定的彎曲閾值的。
[0125] 在實(shí)施方案中，設(shè)備100和方法200在醫(yī)療過程中被用于輔助，特別是通過利用用 于激光能量釋放的光纖彎曲的軟組織切割。在臨床設(shè)置中的自然曲率被用來(lái)誘發(fā)安全的、 受控的和預(yù)定的來(lái)自光纖的側(cè)部的激光釋放，以用于各種目的，如軟組織、軟骨和骨的切 害I]、切除和凝固。此外，受控的釋放可用于其它目的而沒有限制，諸如感測(cè)、材料加工和其它 應(yīng)用。
[0126] 裝置100和方法200可用于切割和/或去除息肉、病變、軟組織肉瘤、良性和惡性 腫瘤和其它軟組織的應(yīng)用。在另一個(gè)實(shí)施方案中，其用于中等組織損傷的治療，如心房纖 顫、去神經(jīng)支配或神經(jīng)抑制和/或激發(fā)和通過光動(dòng)力療法的藥物活化。設(shè)備100和方法200 可用于提供將光能量輸送到所需位置、調(diào)整成特定的幾何形狀和能量發(fā)射到組織以允許以 精確的和可控制的方式的組織的安全切除/凝固/切割的手段。設(shè)備100和方法200可用 于動(dòng)物或人體的不同部位中，諸如：結(jié)腸、回腸、盲腸、食道、胃和消化系統(tǒng)的所有其它部位； 尿道、膀胱、輸尿管、腎或泌尿系統(tǒng)的任何其它部位；還有陰道、宮頸、子宮、卵巢、前列腺、陰 莖和生殖系統(tǒng)的所有其它部位；鼻腔和口腔、會(huì)厭、氣管、支氣管、肺和呼吸系統(tǒng)的所有其 它部位；腦、脊髓和神經(jīng)系統(tǒng)的所有其它部位；以及循環(huán)系統(tǒng)的所有部位，靜脈、動(dòng)脈、心臟 等。其也可對(duì)皮膚的部位或皮膚學(xué)相關(guān)的過程、整形和普通外科手術(shù)過程進(jìn)行手術(shù)。
[0127] 在實(shí)施方案中，設(shè)備100和方法200可用于由激光粥樣斑塊切除術(shù)通過特別地將 激光能量傳遞到硬化病變來(lái)治療動(dòng)脈粥樣硬化，通過利用光纖的外形以誘導(dǎo)光纖中的急 彎，其依次引發(fā)光束"泄漏"出光纖且被傳遞到病變來(lái)將激光能量傳遞到硬化病變。因此， 裝置100和方法200利用病變的幾何結(jié)構(gòu)以在治療部位處唯一地以該釋放為目標(biāo)。
[0128] 下面是一些非限制性示例，以用于相對(duì)于各種梗阻的彎曲閾值。應(yīng)當(dāng)注意的是， 如下面所示，大致上有兩個(gè)尺寸涉及彎曲半徑或曲率半徑。一個(gè)是血管90的半徑（在垂 直于血管的平面中），而另一個(gè)涉及沿著血管90的縱向路徑（在血管90的縱向截面中）。 其結(jié)果是，光纖110可以是不對(duì)稱的，并且在不同的方向具有不同的尺寸，或者以沿著設(shè)備 1〇〇(并相對(duì)于血管90)的不同方式定向。彎曲閾值或曲率閾值在不同的方向可以不同，如 在縱向軸線中參考半徑（沒有任何梗阻95的血管90的參考半徑）是非常大的，而在該橫 截面軸線中參考半徑（沒有梗阻95)要小得多。因此，不同的發(fā)射參數(shù)可以被定義以用于 這些方向，并且可用于可能在梗阻95的不同區(qū)域中同時(shí)地或在梗阻95的一個(gè)區(qū)域中順序 地和補(bǔ)充地應(yīng)用更簡(jiǎn)略的精細(xì)治療。
[0129] 在非限制性示例中，以下可以是用于不同的梗阻情況下的彎曲閾值的典型參數(shù)。 具有0. 1mm和2mm之間的半徑的冠狀動(dòng)脈病變的情況下，特定的彎曲閾值可以是病變半徑 的約兩倍，或至多病變半徑的五倍，以實(shí)現(xiàn)更徹底的病變的清除。光纖110和設(shè)備100可根 據(jù)待隨其除去的特定的病變來(lái)調(diào)整或選擇。
[0130] 在具有1mm和10mm之間的半徑的血管病變的情況下，特定的彎曲閾值可以是病變 半徑的約兩倍，或至多病變半徑的五倍，以實(shí)現(xiàn)更徹底的病變的清除。光纖110和設(shè)備100 可根據(jù)待隨其除去的特定的病變來(lái)調(diào)整或選擇。
[0131] 在具有對(duì)于小梗阻的0· 5mm和5mm之間的半徑和具有對(duì)于大梗阻的5mm和20mm 之間的半徑的呼吸道病變的情況下，特定的彎曲閾值可為梗阻半徑的約兩倍，或至多為梗 阻半徑五倍，以實(shí)現(xiàn)更徹底的梗阻的清除。光纖110和設(shè)備100可根據(jù)待隨其除去的特定 的病變來(lái)調(diào)整或選擇。
[0132] 在具有10mm和100mm之間的半徑的胃腸梗阻的情況下，特定的彎曲閾值可以是梗 阻半徑的約兩倍，或至多梗阻半徑的五倍，以實(shí)現(xiàn)更徹底的梗阻的清除。光纖110和設(shè)備 100可根據(jù)待隨其除去的特定的病變來(lái)調(diào)整或選擇。
[0133] 在具有半徑50mm和500mm之間的水管或排污管阻塞的情況下，特定的彎曲閾值可 以是阻塞半徑的約兩倍，或至多阻塞半徑的五倍，以實(shí)現(xiàn)更徹底的梗阻的清除。光纖110和 設(shè)備100可根據(jù)待隨其除去的特定的病變來(lái)調(diào)整或選擇。
[0134] 設(shè)備100可以是動(dòng)脈導(dǎo)管系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)包括柔性的長(zhǎng)形的構(gòu)件或?qū)Ч埽?其具有外表面，適于進(jìn)入動(dòng)脈的遠(yuǎn)端區(qū)域和從患者的血管延伸允許由醫(yī)生在患者身體外控 制的近端區(qū)域。在導(dǎo)管的遠(yuǎn)端區(qū)域處是動(dòng)脈粥樣硬化治療組件，其可包括抽吸和/或藥物 管理表面和球囊擴(kuò)張單元。
[0135] 圖10A和圖10B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在發(fā)射區(qū)域中 的三個(gè)發(fā)射分區(qū)120BU20C和120D的光纖110和使用該光纖的鉤狀設(shè)備100。發(fā)射分區(qū) 120BU20C和120D分別具有包層材料115BU15C和115D，其不同于非發(fā)射分區(qū)120A中的 包層材料115A，且分別在發(fā)射的輻射152B、152C、152A的特性上也可以彼此不同。例如，中 央發(fā)射分區(qū)120B可配置為切割組織，而外側(cè)發(fā)射分區(qū)120C和120D可配置為通過發(fā)射具有 特定參數(shù)（例如，相比于發(fā)射的輻射152B的不同的波長(zhǎng)范圍、不同的彎曲閾值和不同強(qiáng)度） 的輻射152C和152D來(lái)凝結(jié)切割的側(cè)。
[0136] 圖11A-11E示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的配置為鑷子的設(shè)備 100。圖11A和11B分別示出了設(shè)備100的開放的、非發(fā)射的位置和激活位置。光纖110以 當(dāng)用設(shè)備100處理組織時(shí)引發(fā)光纖110的彎曲和改善所處理的組織的治療的從該彎曲區(qū)域 的輻射發(fā)射的方式被集成在鑷子設(shè)備100中。例如，光纖110可以和鑷子設(shè)備100的一個(gè) 臂310相結(jié)合，且在將光纖壓靠在鑷子設(shè)備100的第二臂311上時(shí)，光纖彎曲可能發(fā)生。鑷 子的臂中的任何一個(gè)可以包括突出部分313和/或相應(yīng)的凹槽312,以在通過鑷子100處理 組織時(shí)加強(qiáng)光纖彎曲。鑷子狀設(shè)備100可包括設(shè)計(jì)為當(dāng)組織接觸時(shí)控制光纖110的彎曲的 表面特征。圖11C示出了具有多個(gè)光纖110的鑷子設(shè)備100，該多個(gè)光纖110可具有不同的 發(fā)射特性，例如配置成對(duì)治療的組織應(yīng)用不同的效果。
[0137] 鑷子設(shè)備100因此允許機(jī)械操作，同時(shí)使用激光以用于切割組織。該發(fā)射可通過 得到的光纖110的彎曲的程度依賴于由醫(yī)師施加的力的程度。臂310、311被壓在一起越緊 密，光纖彎曲和發(fā)射的輻射就變得越大。
[0138] 圖11C示意性地示出了將臂310、311的表面區(qū)域（即突起部313和凹槽312)設(shè)計(jì) 成在使用鑷子時(shí)導(dǎo)致光纖110的不同程度的彎曲。臂的表面可以設(shè)計(jì)成引發(fā)來(lái)自光纖110 的不同的輻射強(qiáng)度（由于光纖110以不同水平被彎曲），且從而施加不同水平的治療以處 理組織。光纖參數(shù)和臂表面參數(shù)可以被組合以誘導(dǎo)沿著鑷子設(shè)備100和穿過鑷子設(shè)備100 的可變的治療水平和效果。例如，在圖lie中的中間更彎曲的線可能導(dǎo)致來(lái)自中央光纖110 的更多的發(fā)射并從而切割組織，而外側(cè)較少?gòu)澢木€可能由外側(cè)光纖110的較小的彎曲僅 導(dǎo)致組織上的焊接效果。圖11D示出一種實(shí)施方案，其包含另外的感測(cè)光纖315,其可用于 通過感測(cè)由光纖110發(fā)射的輻射水平來(lái)控制由光纖110發(fā)射的輻射。當(dāng)由于鑷子設(shè)備100 的閉合引起光纖110接近光纖315時(shí)，以及當(dāng)沒有組織妨礙輻射路徑時(shí)，發(fā)射的輻射152中 的一些可進(jìn)入感測(cè)光纖315。進(jìn)入的輻射的強(qiáng)度可以用來(lái)表示治療功效，并提供關(guān)于處理 的組織的信息。任何其他的傳感器可代替另外的光纖315或除了另外的光纖315之外來(lái)使 用，例如可以使用溫度傳感器或阻抗傳感器。
[0139] 圖11E和11F分別示出了設(shè)備100的開放的、非發(fā)射的位置和激活位置。光纖110 以當(dāng)用設(shè)備100處理組織時(shí)引發(fā)光纖110的彎曲和改善所處理的組織的治療的從該彎曲區(qū) 域的輻射發(fā)射的方式被集成在鑷子設(shè)備100中。例如，光纖110可以和鑷子設(shè)備100的一 個(gè)臂310相結(jié)合，且在將光纖壓靠在鑷子設(shè)備100的第二臂311上時(shí)，光纖彎曲可能發(fā)生。 在圖示的實(shí)施方案中，鑷子狀設(shè)備100包括一個(gè)臂320和第二臂322,臂320是彎曲的和剛 性的，第二臂322是柔性的，光纖110被附接到第二壁322。臂320、322可包括分別相互接 合的端部321A、321B，當(dāng)設(shè)備100的全封閉時(shí)端部321A、321B接合。光纖110可以布置成在 柔性第二臂322的最終彎曲處發(fā)射。多個(gè)光纖實(shí)施方案可以設(shè)計(jì)成提供不同的組織處理效 果。
[0140] 在實(shí)施方案中，光纖110可以達(dá)到臂322的端部321A并被另外用作端部發(fā)射光纖 ("直射激光"）。
[0141] 圖12A和12B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有用于控制發(fā)射的 輻射152的反饋回路的設(shè)備100。例如，反饋回路可以用于從圖11D所示的另外的感測(cè)光纖 315或其它傳感器感測(cè)數(shù)據(jù)。圖12A示出了輻射源70和輻射檢測(cè)器330,輻射檢測(cè)器330 在發(fā)射的輻射152沿光纖被發(fā)射后測(cè)量輻射，以確定的輻射發(fā)射152的程度以及因此確定 治療的程度。輻射檢測(cè)器可被溫度傳感器替換或增強(qiáng)。圖12B示出了具有光纖110的發(fā)射 區(qū)域的鑷子設(shè)備100,輻射被從鑷子設(shè)備100發(fā)射。來(lái)自檢測(cè)器330的數(shù)據(jù)可用于控制諸如 激活、波長(zhǎng)范圍和強(qiáng)度的輻射參數(shù)以及設(shè)備100的參數(shù)一一例如為治療醫(yī)師提供反饋，改變 裝置100的電子參數(shù)等。檢測(cè)器330可以通過當(dāng)組織被凝固或切割時(shí)發(fā)生的組織的折射率 的自然變化來(lái)測(cè)量彎曲發(fā)射輻射152中的變化。
[0142] 圖13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的具有在發(fā)射區(qū)域中的多個(gè)發(fā) 射分區(qū)12(?、120(：、1200、12(^和12(^的光纖110。發(fā)射分區(qū)可被設(shè)計(jì)成具有不同的彎曲閾 值，以使得來(lái)自光纖110的發(fā)射強(qiáng)度具有相對(duì)于發(fā)射區(qū)域的周圍的特定分布。例如，中央分 區(qū)可能具有最低彎曲閾值（也就是最大的閾值彎曲半徑）以第一和最強(qiáng)地發(fā)射以用于例如 切割治療，而周邊分區(qū)可能具有更高的彎曲閾值（即更小的閾值彎曲半徑）以最后和較弱 地發(fā)射以用于較不強(qiáng)化的組織治療，例如凝固或焊接治療。在實(shí)施方案中，發(fā)射分區(qū)的配置 可以是圍繞中央分區(qū)120D對(duì)稱的。
[0143] 除了提供發(fā)射分布，設(shè)備100和光纖110可設(shè)計(jì)成將施加在其上的力與輻射152 的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)，因?yàn)楦蟮牧Ξa(chǎn)生光纖110的更強(qiáng)的彎曲，導(dǎo)致更強(qiáng)的輻射。這樣的設(shè)計(jì)可以 加強(qiáng)通過設(shè)備100提供的感覺，且使該感覺更類似于一個(gè)普通手術(shù)刀的機(jī)械地切割。
[0144] 圖14示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的用于切割血管的設(shè)備100。設(shè) 備100包括固定臂340 (例如鉤）和包括被支撐結(jié)構(gòu)141可選擇地支撐的光纖110的切割 臂，以及使目標(biāo)95(如血管）和光纖110與其的接觸穩(wěn)定的第二固定臂345。切割臂可包 括單一光纖110 (例如如圖13所示的具有多個(gè)發(fā)射分區(qū)的光纖110)或者可選擇地附接到 支撐結(jié)構(gòu)141的具有類似或不同的特性的多根光纖110。在實(shí)施方案中，固定臂340和345 可以是如鑷子狀設(shè)備100的變型的支撐結(jié)構(gòu)的一部分。當(dāng)將固定臂340圍繞目標(biāo)95 (諸如 血管）壓靠切割臂（由第二固定臂345支撐）時(shí)，血管95的切割和血管95的切割端部的 直接焊接例如通過如上所述的不同治療效果的激活被執(zhí)行?？蛇x擇地，具有第二固定臂345 的切割臂可以使血管95壓靠固定臂340,且任一臂可以發(fā)射輻射以對(duì)血管95應(yīng)用治療。
[0145] 圖15A和15B示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的用于通過將設(shè)備100按壓在目 標(biāo)95上來(lái)治療目標(biāo)設(shè)備100。設(shè)備100可類似于圖11E和11F中示出的鑷子設(shè)備100機(jī) 械地配置成，并將輻射外部地發(fā)射到設(shè)備100被壓靠的目標(biāo)95。設(shè)備100可以具有單一的 臂350,該臂350支撐光纖110并允許光纖110在接觸目標(biāo)95時(shí)根據(jù)所施加的壓力和對(duì)應(yīng) 于目標(biāo)95的形式而使彎曲。例如，光纖110可以松散地或可移動(dòng)地附接到臂350的端部， 光纖110可以是柔性的或在設(shè)備100可以設(shè)計(jì)成當(dāng)光纖110與目標(biāo)95接觸時(shí)提供光纖110 的一些加長(zhǎng)。
[0146] 所示的具有臂310和311、320和322、340和345的鑷子可以是上述的支撐結(jié)構(gòu) 141的實(shí)施方案。
[0147] 在以上描述中，實(shí)施方案是本發(fā)明的不例或?qū)嵤┓绞健?一個(gè)實(shí)施方案"，"實(shí)施方 案"或"一些實(shí)施方案"的各種外表不一定都指的是相同實(shí)施方案。
[0148] 盡管本發(fā)明的各種特征可在單一實(shí)施方案的上下文中進(jìn)行描述，但是這些特征也 可以單獨(dú)地或以任何適當(dāng)組合來(lái)提供。相反，雖然本發(fā)明為了清楚起見可在本文中以分開 的實(shí)施方案的背景描述，但是本發(fā)明也可在單一實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)。
[0149] 本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括來(lái)自上述公開的不同實(shí)施方案的特征，且實(shí)施方案可 包含來(lái)自上面公開的其他實(shí)施方案的元件。本發(fā)明的元件的在具體的實(shí)施方案的背景中的 公開內(nèi)容不應(yīng)被理解為限制它們僅在特定的實(shí)施方案中使用。
[0150] 此外，還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以以各種方式實(shí)施或?qū)嵺`，并且本發(fā)明可以在除以上 描述中概述的實(shí)施方案外的實(shí)施方案中被執(zhí)行。
[0151] 本發(fā)明并不限于這些圖或相應(yīng)的描述。例如，流程不需要移動(dòng)經(jīng)過每個(gè)圖示的框 或狀態(tài)，或與說明和描述的順序完全相同。
[0152] 本文所用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)的含義應(yīng)如本發(fā)明所屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通 常理解的，除非另有定義。
[0153] 雖然本發(fā)明已相對(duì)于有限數(shù)量的實(shí)施方案被描述，但是這些不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā) 明范圍的限制，而是作為優(yōu)選實(shí)施方案中的一些的范例。其他可能的變型、修改和應(yīng)用也在 本發(fā)明的范圍之內(nèi)，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由迄今已描述的內(nèi)容所限制，而是由所附權(quán)利要求 及其法律等同物限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種光纖，包括具有折射率的纖芯和具有折射率的包層，所述光纖具有所述包層的 至少一個(gè)指定區(qū)域，所述包層的至少一個(gè)指定區(qū)域布置成當(dāng)在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處將 所述光纖彎曲超過指定的彎曲閾值時(shí)從所述纖芯發(fā)射電磁輻射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述包層在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處在橫截面上 是不對(duì)稱的，并包括至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)和至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其中所述至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)具有比所述包層的折射率 大的折射率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖，其中所述至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)的折射率與所述包層的折 射率的差別大于〇. 1%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其中所述至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)被微結(jié)構(gòu)化，以將其有 效折射率減少至低于所述至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)的折射率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其中所述至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)被微結(jié)構(gòu)化，以向所述 至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)引導(dǎo)輻射。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖，其中至少一個(gè)微結(jié)構(gòu)化的非發(fā)射分區(qū)包括柵格和空氣 孔中的至少一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其中所述光纖是不對(duì)稱的布拉格光纖、不對(duì)稱的光子 晶體光纖或不對(duì)稱的有孔光纖。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其中所述至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)包括至少兩個(gè)發(fā)射分區(qū)， 該至少兩個(gè)發(fā)射分區(qū)在其對(duì)于發(fā)射的指定彎曲閾值上不同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖，包括至少一個(gè)另外的纖芯，其中所述纖芯與一個(gè)發(fā)射 分區(qū)相關(guān)聯(lián)且所述至少一個(gè)另外的纖芯與相應(yīng)的發(fā)射分區(qū)相關(guān)聯(lián)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述包層在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處徑向地呈 鍋齒狀。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述包層包括在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處的至 少一個(gè)圓形段，所述至少一個(gè)圓形段具有界定所述至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)并且還在平面處發(fā)射 電磁輻射的弧。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述纖芯在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處在橫截面 上為不對(duì)稱的，并包括至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)和至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述纖芯在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處不對(duì)稱地 定位在所述光纖內(nèi)，以界定至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)和至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，選自：實(shí)芯光纖、中空光纖、金屬波導(dǎo)、布拉格光纖和 光子晶體光纖。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，還包括涂層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光纖，其中所述涂層在所述至少一個(gè)指定區(qū)域中缺失。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光纖，其中所述涂層在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處在橫截面 上是不對(duì)稱的，并包括至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)和至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光纖，其中所述涂層包括在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處的至 少一個(gè)圓形段，所述至少一個(gè)圓形段具有界定所述至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)并且還在平面處發(fā)射 電磁輻射的弧。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述包層包括在光纖的端部處的至少一個(gè)圓形 段，所述至少一個(gè)圓形段具有界定至少一個(gè)端部發(fā)射分區(qū)的在平面處發(fā)射電磁輻射的弧。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其中所述包層布置成當(dāng)在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處 施加應(yīng)變時(shí)變得在橫截面上不對(duì)稱。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的光纖，其中所述不對(duì)稱在于以下中的至少一項(xiàng)：所述包層 的形式、所述包層的厚度和所述包層的折射率。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的光纖，其中所述不對(duì)稱配置成聚焦或增強(qiáng)發(fā)射的電磁輻 射。
24. -種設(shè)備，包括： 至少一個(gè)光纖，其包括至少一個(gè)纖芯，和包層，每個(gè)光纖具有所述包層的至少一個(gè)指定 區(qū)域，所述包層的至少一個(gè)指定區(qū)域布置成當(dāng)在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處將所述光纖彎曲 超出指定彎曲閾值時(shí)從所述纖芯發(fā)射電磁輻射；以及 至少一個(gè)光源，其布置成通過所述至少一個(gè)光纖來(lái)傳輸電磁輻射。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光纖作為圈套形成，所述圈套布 置成在由所述圈套界定的平面中發(fā)射電磁輻射。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，還包括第二指定區(qū)域，所述第二指定區(qū)域布置成相 對(duì)于由所述圈套界定的平面成一角度發(fā)射具有指定特征的電磁輻射。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光纖被以一定角度彎曲，且所述 彎曲布置成在由所述角度界定的平面中發(fā)射電磁輻射。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光纖包括處于可收縮的支架狀結(jié) 構(gòu)的多個(gè)光纖。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光纖與支架關(guān)聯(lián)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光源配置成通過感應(yīng)激活。
31. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光源包括至少兩個(gè)光源，所述至 少兩個(gè)光源配置成通過所述至少一個(gè)光纖傳送至少一個(gè)治療束和至少一個(gè)引導(dǎo)束。
32. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光纖的端部是反射的。
33. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光纖的端部布置成發(fā)射輻射。
34. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括在所述至少一個(gè)光纖的末端處的吸收槽。
35. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)配置成以導(dǎo)致所述 至少一個(gè)光纖彎曲以在目標(biāo)處發(fā)射電磁福射的方式相對(duì)于目標(biāo)定位所述至少一個(gè)光纖。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述支撐結(jié)構(gòu)在相對(duì)于目標(biāo)的相對(duì)側(cè)上附接到 所述至少一個(gè)光纖。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是球囊，且所述至少一個(gè)光纖包 括圍繞所述球囊纏繞的多個(gè)光纖，且其中所述光纖的彎曲通過將所述球囊充氣成接觸目標(biāo) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述目標(biāo)包括至少一個(gè)梗阻。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)光纖以下面中的至少一個(gè)的構(gòu)型纏 繞：垂直于、平行于或傾斜于所述球囊的縱向軸線。
40. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)光纖以可收縮的支架狀的構(gòu)型被纏 繞。
41. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是鑷子狀的。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)光纖布置成穿過鑷子狀的支撐結(jié) 構(gòu)應(yīng)用指定的發(fā)射分布。
43. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述鑷子狀的支撐結(jié)構(gòu)包括設(shè)計(jì)成在組織接觸 時(shí)控制所述至少一個(gè)光纖的彎曲的表面特征。
44. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括檢測(cè)器，所述檢測(cè)器與所述至少一個(gè)光纖相 關(guān)聯(lián)并布置成測(cè)量和指示所發(fā)射的輻射。
45. -種配置從光纖發(fā)射的方法，所述方法包括將所述光纖中的至少一個(gè)指定區(qū)域布 置成當(dāng)在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處將所述光纖彎曲超出指定彎曲閾值時(shí)通過所述光纖的 包層發(fā)射從纖芯輸送的電磁場(chǎng)輻射。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述布置包括將所述包層配置成在所述至少一 個(gè)指定區(qū)域處在橫截面上是不對(duì)稱的并包括至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)和至少一個(gè)非發(fā)射分區(qū)，并 且將所述至少一個(gè)發(fā)射分區(qū)的有效折射率n E設(shè)置成比包層折射率nM更接近纖芯折射率ηκ， 以當(dāng)在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處將所述光纖彎曲超過指定彎曲閾值時(shí)通過所述至少一個(gè) 發(fā)射分區(qū)產(chǎn)生傳輸。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中設(shè)置有效折射率ηΕ通過以下中的至少一個(gè)來(lái)實(shí) 現(xiàn)：將ηΜ改變成η Ε、使所述包層呈鋸齒狀、使所述包層微結(jié)構(gòu)化、將所述纖芯不對(duì)稱地或偏 心地定位在所述包層內(nèi)、將不對(duì)稱涂層施加到所述包層上、以及使光纖發(fā)生應(yīng)變。
48. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，還包括：將所述至少一個(gè)指定區(qū)域配置成在由所述 光纖界定的平面中發(fā)射電磁輻射。
49. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，還包括將具有所述至少一個(gè)指定區(qū)域的至少一個(gè)光 纖附接到支撐結(jié)構(gòu)，并將所述支撐結(jié)構(gòu)配置成以導(dǎo)致所述至少一個(gè)光纖彎曲以在目標(biāo)處發(fā) 射電磁福射的方式將所述至少一個(gè)光纖相對(duì)于目標(biāo)定位。
50. -種移除梗阻的方法，該方法包括將至少一個(gè)光纖的至少一個(gè)指定區(qū)域應(yīng)用到梗 阻，所述至少一個(gè)指定區(qū)域布置成當(dāng)所述光纖在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處彎曲超過指定彎 曲閾值時(shí)通過所述光纖的包層發(fā)射從纖芯傳送的電磁輻射。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中通過使球囊充氣來(lái)將所述至少一個(gè)光纖應(yīng)用到 梗阻，所述至少一個(gè)光纖抵著梗阻附接到所述球囊，以在所述至少一個(gè)指定區(qū)域處產(chǎn)生所 述至少一個(gè)光纖的超過指定彎曲閾值的彎曲。
52. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所述至少一個(gè)指定區(qū)域配置成在由所述光纖界 定的平面中發(fā)射電磁輻射，且所述應(yīng)用通過用所述平面交叉阻梗來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】A61B18/22GK104220908SQ201380017555
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】奧里·韋斯伯格, 摩西·艾希柯 申請(qǐng)人:阿西梅特里克醫(yī)療有限公司