本公開整體涉及一種手術(shù)器械，并且更加具體地涉及一種激光消融器械，所述激光消融器械具有光纖輸出末端，所述光纖輸出末端利用微棱鏡結(jié)構(gòu)來輸送均勻的放射分布模式。

背景技術(shù)：

在醫(yī)療領(lǐng)域中基于激光的器械被日益接受而在微創(chuàng)手術(shù)(諸如，激光腹腔鏡)中使用。例如，激光治療是一種被廣泛接受的用于組織消融手術(shù)的模式。已知基于激光的器械利用光纜將激光能量從激光源輸送到目標(biāo)組織。

光纜由一根或者多根透明的玻璃或者塑料光纖構(gòu)成，光在最小損失的情況下被有效地傳導(dǎo)通過所述一根或者多根透明的玻璃或者塑料光纖。稱作芯部的光導(dǎo)光纖被包封在稱作護(hù)套層的第二介質(zhì)中，所述護(hù)套層的折射率小于芯部的折射率，以提供通過芯部傳播的光線的全內(nèi)反射。即，行進(jìn)通過光纖的光以小角度反彈并且完全被保持在光纖內(nèi)，原因在于光以小于臨界角的角度碰到芯部和護(hù)套之間的界面。在這些角度處，光不會穿過到第二介質(zhì)，而是在芯部內(nèi)繼續(xù)反射直到其抵達(dá)光纖的終端或者端部。

使用現(xiàn)有基于激光的器械實(shí)施手術(shù)的外科醫(yī)生通常面臨非均勻溫度分布的挑戰(zhàn)，原因在于通過光纖終端的激光分布呈大體圓錐模式從器械末端處的點(diǎn)源輻射，從而致使末端處的溫度快速增加至800℃-1300℃，而與此同時(shí)溫度隨著距末端的距離增加而快速減小。這種大幅度溫度變化可能具有缺陷。例如，溫度隨著距光纖末端的距離增加而降低的趨勢可能不必要地使得血管消融手術(shù)復(fù)雜化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，本公開涉及一種用于激光手術(shù)的器械。在實(shí)施例中，公開的器械包括：護(hù)套，所述護(hù)套具有第一折射率；和光纖芯部，所述光纖芯部同軸布置在護(hù)套內(nèi)并且具有第二折射率，所述第二折射率高于第一折射率。光纖芯部構(gòu)造成在光纖芯部的近端處與激光能量源操作接合。器械包括光纖末端，所述光纖末端形成在光纖芯部的遠(yuǎn)端上并且構(gòu)造成從護(hù)套向外延伸。該器械還包括形成在光纖末端周圍的多個(gè)折射表面。每個(gè)折射表面相對于光纖末端的縱向軸線至少形成一個(gè)角度并且構(gòu)造成以放射模式分布激光能量。

在一些實(shí)施例中，該器械還包括限定在光纖末端周圍的多個(gè)環(huán)形棱鏡。在一些實(shí)施例中，多個(gè)折射表面中的每一個(gè)均布置在多個(gè)環(huán)形棱鏡中的對應(yīng)一個(gè)上。在一些實(shí)施例中，多個(gè)環(huán)形棱鏡中的每一個(gè)的直徑隨著每一個(gè)環(huán)形棱鏡距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離減小而減小。

在一些實(shí)施例中，在每個(gè)折射表面和光纖芯部的縱向軸線之間的角度根據(jù)在每個(gè)折射表面和光纖末端的遠(yuǎn)端之間的距離而發(fā)生變化。在一些實(shí)施例中，第一折射表面的角度大于第二折射表面的角度，所述第二折射表面距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離遠(yuǎn)于第一折射表面距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離。在一些實(shí)施例中，每個(gè)折射表面的角度隨著每個(gè)折射表面距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離減小而減小。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)折射表面中的每一個(gè)均包括限定在光纖末端中的凹透鏡。在一些實(shí)施例中，光纖末端的限定有凹透鏡的遠(yuǎn)側(cè)部分限定成錐形。

在另一個(gè)方面中，本公開涉及一種激光手術(shù)系統(tǒng)。該激光手術(shù)系統(tǒng)包括激光能量源、操作聯(lián)接到激光能量源的控制器和激光手術(shù)器械。該激光手術(shù)系統(tǒng)的激光手術(shù)器械包括：護(hù)套，所述護(hù)套具有第一折射率；和第一光纖芯部，所述第一光纖芯部由護(hù)套包圍并且具有第二折射率，所述第二折射率高于第一折射率。該光纖芯部構(gòu)造成在光纖芯部的近端處與激光能量源操作接合。該器械包括形成在光纖芯部的遠(yuǎn)端上的光纖末端和形成在光纖末端周圍的多個(gè)折射表面。每個(gè)折射表面均與光纖末端的縱向軸線形成至少一個(gè)角度并且構(gòu)造成以放射模式分布激光能量。

在一些實(shí)施例中，該器械包括限定在光纖末端周圍的多個(gè)環(huán)形棱鏡。在一些實(shí)施例中，多個(gè)折射表面中的每一個(gè)均布置在多個(gè)環(huán)形棱鏡中的對應(yīng)一個(gè)上。在一些實(shí)施例中，多個(gè)環(huán)形棱鏡中的每一個(gè)的直徑均隨著環(huán)形棱鏡中的每一個(gè)距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離減小而減小。

在一些實(shí)施例中，在折射表面和光纖芯部的縱向軸線之間的角度根據(jù)在每個(gè)折射表面和光纖末端的遠(yuǎn)端之間的距離而發(fā)生變化。在一些實(shí)施例中，第一折射表面的角度大于第二折射表面的角度，所述第二折射表面距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離大于第一折射表面距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離。在一些實(shí)施例中，每個(gè)折射表面的角度均隨著每個(gè)折射表面距光纖末端的遠(yuǎn)端的距離減小而減小。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)折射表面中的每一個(gè)均包括限定在光纖末端中的凹透鏡。在一些實(shí)施例中，光纖末端的限定有凹透鏡的遠(yuǎn)側(cè)部分成錐形。

在一些實(shí)施例中，激光手術(shù)系統(tǒng)包括電源，所述電源操作聯(lián)接到控制器和/或激光能量源。

在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開涉及一種使用激光治療組織的方法。在實(shí)施例中，該方法包括提供具有光纖芯部的器械，所述光纖芯部在光纖芯部的遠(yuǎn)端處具有多個(gè)折射表面，所述多個(gè)折射表面構(gòu)造成以放射模式分布激光能量。該方法包括：將光纖芯部的遠(yuǎn)端放置在目標(biāo)組織附近；將激光能量傳輸通過光纖芯部；和將激光能量經(jīng)由多個(gè)折射表面以放射模式輸送到組織。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)根據(jù)以下詳細(xì)描述，本公開的上述和其它方面、特征和優(yōu)勢將變得更加顯而易見，其中：

圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的激光手術(shù)系統(tǒng)的示意圖；

圖2A是現(xiàn)有激光手術(shù)器械的現(xiàn)有光纖終端的截面圖；

圖2B是現(xiàn)有激光手術(shù)器械的輻射模式的透視示意圖；

圖3A是根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有徑向輻射模式的激光手術(shù)器械的光纖徑向終端的截面圖；

圖3B是根據(jù)本公開的圖3A中的激光手術(shù)器械的光纖徑向終端的透視圖；

圖3C是圖3A的激光手術(shù)器械的熱輻射的輻射模式的透視示意圖；

圖3D是圖3A的光纖徑向終端的一部分的放大截面圖；

圖4A是根據(jù)本公開的實(shí)施例的激光手術(shù)器械的截面圖，所述激光手術(shù)器械包括錐形光纖終端，以產(chǎn)生錐形輻射模式；

圖4B是根據(jù)本公開的圖4A的激光手術(shù)器械的錐形光纖終端的透視圖；

圖4C是包括圖4A的激光手術(shù)器械的熱輻射的錐形模式的圖示的透視示意圖；

圖5A是根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施例的光纖徑向末端的截面圖；

圖5B是圖5A的光纖徑向末端的透視示意圖；

圖5C是圖5A的光纖徑向末端的一部分的放大截面圖；

圖5D是包括圖5A的光纖徑向末端的輻射模式的圖示的示意圖；

圖6A是根據(jù)本公開的又一個(gè)實(shí)施例的錐形光纖末端的截面圖；并且

圖6B是圖6A的錐形光纖終端的透視示意圖。

具體實(shí)施方式

本公開涉及一種光纖探頭，所述光纖探頭通過從暴露出的光纖末端的表面以360°的放射模式輻射激光能量而消除了極端末端溫度。根據(jù)本公開，公開的探頭的溫度分布是可控均勻的，并且可以調(diào)制成以任何可以適于實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的的所需模式輻射激光能量。在一個(gè)方面中，本公開的實(shí)施例使得外科醫(yī)生能夠使用“逐段”方法而非現(xiàn)有裝置所需的“逐點(diǎn)”方法來治療血管結(jié)構(gòu)。以這種方式，可以縮短手術(shù)時(shí)間，繼而可以提高治療成效并且縮短恢復(fù)時(shí)間。另外，使用根據(jù)本公開的實(shí)施例可以使得外科醫(yī)生能夠避免因極端溫度和突變的溫度梯度而導(dǎo)致的并發(fā)癥，極端溫度和突變溫度梯度是現(xiàn)有裝置的特征。在另一個(gè)方面中，所述探頭可以按照各種長度和/或輻射模式制造而成，以適應(yīng)具體介入方案。例如，可以針對血管手術(shù)提供細(xì)長圓筒輪廓，而可以針對腫瘤消融手術(shù)提供更長的錐形輪廓。

參照附圖在下文描述了本公開的特定圖解實(shí)施例；然而，公開的實(shí)施例僅僅為以各種形式實(shí)施的示例。沒有詳細(xì)描述眾所周知的功能或者構(gòu)造以及重復(fù)事項(xiàng)，以避免本公開在不必要或者冗余的細(xì)節(jié)中變得模糊。因此，在本公開中描述的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)理解為限制，而僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)質(zhì)上任何適當(dāng)?shù)脑敿?xì)結(jié)構(gòu)中多方面采用本公開的代表性基礎(chǔ)。

如圖所示并且如以下描述所述，作為慣例，當(dāng)參照關(guān)于物體的相對定位時(shí)，術(shù)語“近側(cè)”指的是設(shè)備更靠近用戶的一端而術(shù)語“遠(yuǎn)側(cè)”指的是設(shè)備更遠(yuǎn)離用戶的一端。另外，當(dāng)在此使用時(shí)，在說明書和權(quán)利要求中，參照在此示出和描述的附圖和特征使用涉及方向的術(shù)語，例如“頂”、“底”、“上”、“下”、“左”、“右”等。應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本公開的實(shí)施例可以不受限制地以任何方向來實(shí)踐。在本說明書以及在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示可以實(shí)施相同、類似或者等效功能的元件。在此使用的詞語“示例性”表示“作為示例、例子或例示”。在此描述為“示例性”的任何實(shí)施例均不必理解為較之其它實(shí)施例優(yōu)選或者有利。詞語“示例”可以與術(shù)語“示例性”互換地使用。

參照圖1，根據(jù)本公開的激光手術(shù)系統(tǒng)10包括電源12，所述電源12構(gòu)造成將啟動能量輸送到激光器14。激光器14可以包括能夠提供手術(shù)使用的激光能量的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，包括但不局限于CO₂激光器、準(zhǔn)分子激光器、半導(dǎo)體激光器(例如，激光二極管)或者光纖激光器。電源12構(gòu)造成將線路電壓轉(zhuǎn)換成適于激光器14操作的形式并且可以包括線性電源電路和/或切換模式的電壓變換器電路。激光手術(shù)系統(tǒng)10包括控制器13，所述控制器13與用戶界面15通信并且將一個(gè)或者多個(gè)控制信號傳送到電源12和/或激光器14，以有助于激光手術(shù)系統(tǒng)10操作。例如，激光功率水平、脈沖率、脈沖寬度、工作周期、調(diào)制、波長、操作電壓等可以經(jīng)由用戶界面15直接或者間接建立并且與電源12和/或激光器14通信?？刂破?3包括存儲單元17(如，非易失性存儲器)，所述存儲單元17構(gòu)造成存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、用戶偏好數(shù)據(jù)、治療參數(shù)等。在實(shí)施例中，控制器13可以構(gòu)造成實(shí)施診斷功能、內(nèi)置測試(BIT)功能和加電自檢(POST)，以識別實(shí)施檢修和維護(hù)的任何需求，以便更換消耗品等，從而確保激光手術(shù)系統(tǒng)10實(shí)施適當(dāng)功能。具有徑向終端20的軸16包括光纖組件29，所述徑向終端20布置在軸16的遠(yuǎn)端處，所述光纖組件29與激光器14的輸出裝置18可操作通信并且構(gòu)造成將激光能量傳送到組織T。

在圖2A和2B中示出了光纜和現(xiàn)有基于激光的器械的終端。芯部是光纖的最靠內(nèi)部分，光纖由護(hù)套包圍，護(hù)套繼而包封在防護(hù)罩中。芯部傳遞光并且折射率高于包圍芯部的護(hù)套的折射率。通過這個(gè)布置方案，芯部中的光以小于基于芯部和護(hù)套的折射率的臨界角的角度與芯部和護(hù)套之間的邊界相交，因此通過全內(nèi)反射反射回芯部中。這沿著光纖的長度重復(fù)，直到抵達(dá)終端為止。在該處，因?yàn)樾静恐械墓庖源笥诨谛静亢涂諝獾恼凵渎实呐R界角的角度相交，所以光被傳遞通過終端和環(huán)境的邊界并且離開光纖芯部。如圖2B所示，當(dāng)激光在終端處離開時(shí)，溫度輻射模式的特征是大體圓錐狀，所述大體圓錐狀具有在終端處的頂點(diǎn)并且從終端向遠(yuǎn)側(cè)逐漸增寬。因?yàn)榧す饧性诮K端處，例如，集中在輻射模式的頂端處，所以終端處的溫度快速升高至800℃-1300℃，這可能是不理想的。

現(xiàn)在參照圖3A、3B和3C，徑向終端20布置在光纖組件29的遠(yuǎn)端處。光纖組件29包括光纖芯部21，所述光纖芯部21是透明的并且具有折射率。光纖芯部21具有細(xì)長圓筒狀并且可以由玻璃形成(包括但不局限于二氧化硅、氟鋯酸鹽、氟鋁酸鹽、硫化物和藍(lán)寶石玻璃)或者可以由透明聚合材料形成，所述透明聚合材料諸如但不局限于聚甲基丙烯酸甲酯(也叫丙烯酸類聚合物)。光纖芯部21包封在護(hù)套22中，所述護(hù)套22由折射率小于光纖芯部21的折射率的材料形成。護(hù)套22繼而包封在防護(hù)罩23中，所述防護(hù)罩23構(gòu)造成向護(hù)套22和光纖芯部21提供機(jī)械防護(hù)和支撐。防護(hù)罩23可以由任何適當(dāng)材料制成，諸如但不局限于聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。通常，防護(hù)罩23由光學(xué)不透明的材料形成，以減小通過光纖21透射的光的干涉和/或泄露。光纖組件20可以包括附加層(沒有清楚示出)，所述附加層向光纖組件20提供了附加防護(hù)和/或修改了性能特征(例如，光學(xué)性質(zhì))。

光纖芯部21的一部分向遠(yuǎn)側(cè)延伸超過護(hù)套22的遠(yuǎn)端、防護(hù)罩23和軸16，形成徑向末端27。徑向末端27包括限定在徑向末端27周圍的一系列環(huán)形棱鏡30，其中，每個(gè)棱鏡30均具有折射表面25。該折射表面25布置成相對于對應(yīng)于光纖芯部21的中心線的縱向軸線A成棱鏡角θ_R。在圖3A、3B和3D中最充分描述了該實(shí)施例。每個(gè)折射表面25的棱鏡角θ_R與相關(guān)棱鏡30距徑向末端27的遠(yuǎn)端26的距離有關(guān)。如圖3A所示，每個(gè)相繼的遠(yuǎn)側(cè)棱鏡30的棱鏡角θ_R均小于前一(近側(cè)緊接)棱鏡30的棱鏡角。通過這種布置方案，在使用期間，激光能量射線R向遠(yuǎn)側(cè)傳播通過光纖芯部21，并且最終以大于臨界角的角度與一個(gè)折射表面25相交(從而沒有滿足全內(nèi)反射條件)并且因此以輻射模式28離開光纖芯部21(圖3C)。不透明或者半透明涂層31可以布置在遠(yuǎn)端26上，以減小或者消除從遠(yuǎn)端26發(fā)射的激光。

可以根據(jù)激光源的性質(zhì)和光纖21的數(shù)值孔徑布置棱鏡角θ_R、棱鏡高度h和棱鏡長度l。因此，通過定制棱鏡30的角度和尺寸，能夠根據(jù)需要定制從光纖芯部21離開的射線分布。在激光源強(qiáng)度分布和數(shù)值孔徑固定的實(shí)施例中，棱鏡30設(shè)計(jì)成獲得如圖3C所示的均勻分布放射狀發(fā)射的激光輪廓，這繼而沿著徑向末端27的長度提供恒定溫度。

棱鏡的尺寸(即，棱鏡角θ_R、棱鏡高度h和棱鏡長度l)可以取決于激光的波長而不取決于激光類型。即，激光的波長越長，則棱鏡的尺寸越大，反之亦然。在實(shí)施例中，棱鏡角θ_R可以在0度至90度的范圍，并且棱鏡高度和長度可以在0.1mm至1.0mm的范圍。數(shù)值孔徑可以在0.1至0.5的范圍。

現(xiàn)在參照圖4A、4B和4C，示出了根據(jù)本公開的錐形終端40的實(shí)施例。錐形終端40包括光纖組件49，所述光纖組件49包括同軸布置在護(hù)套42內(nèi)的芯部41，所述護(hù)套42繼而同軸布置在防護(hù)罩43內(nèi)。光纖組件49縱向布置在激光手術(shù)器械(未明確示出)的軸44內(nèi)，以有利于用其治療組織。

光纖芯部41的一部分向遠(yuǎn)側(cè)延伸越過光纖組件49的其它元件和軸44(例如，向遠(yuǎn)側(cè)延伸越過護(hù)套42的遠(yuǎn)端、防護(hù)罩49和軸44)，以形成錐形末端47，所述錐形末端47包括限定在錐形末端47周圍的一系列環(huán)形棱鏡50，每個(gè)棱鏡50均具有折射表面45。在這個(gè)實(shí)施例中，如圖4A和4B充分所示，隨著每個(gè)棱鏡50距徑向末端47的遠(yuǎn)端46的距離減小，每個(gè)棱鏡的對應(yīng)折射表面45的棱鏡角也減小。另外，隨著每個(gè)棱鏡50距徑向端部46的距離減小，每個(gè)棱鏡的直徑也減小，從而產(chǎn)生了錐形末端47的錐形輪廓。通過這種布置方案，在使用期間，向遠(yuǎn)側(cè)傳播通過光纖芯部45的激光能量射線R以大于基于光纖芯部41和空氣的折射率的臨界角的角度與不同的一個(gè)或者多個(gè)折射表面45相交(沒有滿足全內(nèi)反射的條件)，因此以錐形模式48離開光纖芯部41(圖4C)。

現(xiàn)在參照圖5A、5B和5C，圖解了光纖末端60的另一個(gè)實(shí)施例，所述實(shí)施例具有多個(gè)凹透鏡62，每個(gè)凹透鏡62均具有折射表面66。多個(gè)凹透鏡62限定在光纖芯部61的外表面64中。如圖5A和5B所示，多個(gè)凹透鏡62布置成規(guī)則模式。然而，多個(gè)凹透鏡62可以布置成隨機(jī)、偽隨機(jī)或者任意模式。另外，多個(gè)凹透鏡62中的每個(gè)的尺寸和形狀可以互相不同。例如并且非局限地，多個(gè)凹透鏡62中的每個(gè)的直徑、深度、凹度以及形狀(例如橢圓形)可以不同。因?yàn)榧す馍渚€R與多個(gè)凹透鏡62中的每個(gè)的折射表面66以大于臨界角的角度相交，所以沒有發(fā)生全內(nèi)反射，結(jié)果激光射線R以大體輻射模式68離開光纖芯部61。

一個(gè)或者多個(gè)凹透鏡62可以限定在光纖芯部61的遠(yuǎn)端63處。附加地或者替代地，不透明或者半透明涂層65可以布置在遠(yuǎn)端63上，以減小或者消除從遠(yuǎn)端63發(fā)射激光。使用一個(gè)或者多個(gè)凹透鏡62和/或不透明或者半透明涂層65可以有助于在使用期間控制從遠(yuǎn)端63發(fā)射的激光輻射模式。

圖5D圖解了在圖5A的光纖末端60的使用期間產(chǎn)生的輻射模式，其中，一個(gè)或者多個(gè)凹透鏡62限定在光纖芯部61的遠(yuǎn)端63中。能夠發(fā)現(xiàn)，這種布置方案呈現(xiàn)了具有半球形遠(yuǎn)端區(qū)域69的大體輻射模式68，其中，半球形遠(yuǎn)端區(qū)域69具有整體平均分布的溫度模式。

在圖6A和6B中闡釋了光纖末端70的又一個(gè)實(shí)施例，其中，多個(gè)凹透鏡72限定在光纖芯部71的圓錐形末端75的外表面74中，所述多個(gè)凹透鏡72中的每個(gè)均具有折射表面76。如圖所示，多個(gè)凹透鏡72布置成隨機(jī)模式。然而，多個(gè)凹透鏡72可以布置成規(guī)則、偽隨機(jī)或者任意模式。另外，多個(gè)凹透鏡72中的每個(gè)的尺寸和形狀可以相互不同，例如，直徑、深度、凹度和形狀(例如，橢圓)相互不同。在光纖末端70的使用期間，圓錐形末端75和/或多個(gè)凹透鏡72的布置方案用于產(chǎn)生大體圓錐輻射模式，所述大體圓錐輻射模式具有均勻溫度分布。

本公開的描述實(shí)施例旨在闡釋而非限制，并且并不旨在代表本公開的每個(gè)實(shí)施例。在字面上以及法律認(rèn)可的等同物的含義上不背離本公開的在以下權(quán)利要求中陳述的精神和范圍的前提下，所述解剖器械的上述公開構(gòu)造的進(jìn)一步變形方案以及這些和其它實(shí)施例和其它特征和功能的變型方案及其替代方案可以制造或者按需組合成許多其它不同的系統(tǒng)或應(yīng)用。