相關(guān)申請(qǐng)數(shù)據(jù)

本申請(qǐng)要求于2014年7月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)62/030,446的優(yōu)先權(quán)。上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用結(jié)合到本申請(qǐng)中。

本發(fā)明大體涉及用于光學(xué)饋通的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，尤其涉及用于醫(yī)療設(shè)備的密閉光學(xué)饋通裝置。

背景技術(shù)：

將光從密封封殼內(nèi)傳送到照明對(duì)象的能力通常使用簡(jiǎn)單的窗或光纖耦合器完成。然而，這些措施不足以使光源封殼和光學(xué)傳送裝置分離，并且一旦結(jié)合便名義上被密封，例如在可植入式醫(yī)療設(shè)備中可能希望的。此類可植入式醫(yī)療設(shè)備可用于光學(xué)醫(yī)療和光遺傳療法中。此類系統(tǒng)被記載在國(guó)際申請(qǐng)no.pct/us2013/000262中，該申請(qǐng)與本申請(qǐng)共享至少一名發(fā)明人，并且在此通過(guò)引用以其全部?jī)?nèi)容并入本文。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一個(gè)實(shí)施例針對(duì)一種將來(lái)自位于密封殼體的內(nèi)部的光源的光學(xué)輸出操作地耦合至外部光纖的系統(tǒng)，其包括：第一光纖，其設(shè)置成毗鄰所述光源并且配置成接收所述光學(xué)輸出的至少一部分；第二光纖，其操作地耦合至所述第一光纖并且配置成捕獲來(lái)自所述第一光纖的輸出的至少一部分；至少部分地透明的主密封機(jī)構(gòu)，其在所述光源與所述第二光纖之間操作地聯(lián)接至所述殼體；和次級(jí)密封機(jī)構(gòu)，其位于所述第二光纖與環(huán)境之間。所述第一光纖可容納在套管內(nèi)。所述套管可形成所述主密封機(jī)構(gòu)。所述套管可容納在連接器本體內(nèi)。所述連接器本體可形成所述主密封機(jī)構(gòu)。所述套管可包含從由熔融石英、玻璃、氧化鋯、不銹鋼、鈦、黃銅和紅銅組成的群組中選擇的材料。連接器本體可包括從由熔融石英、玻璃、氧化鋯、不銹鋼、鈦、黃銅和紅銅組成的群組中選擇的材料。所述密封件可通過(guò)從由硬纖焊/銅焊、軟釬焊/錫焊和粘附組成的群組中選擇的技術(shù)。所述主密封機(jī)構(gòu)可通過(guò)從由硬纖焊、軟釬焊和粘附組成的群組中選擇的技術(shù)。所述主密封機(jī)構(gòu)可包括從由以下元件組成的群組中選擇的元件：套管、連接器本體、光學(xué)窗口和透鏡。所述第一光纖的遠(yuǎn)側(cè)表面和所述第二光纖的近側(cè)表面可物理接觸。光可從所述第一光纖射出并且隨后經(jīng)由所述主密封機(jī)構(gòu)通過(guò)透鏡聚焦到所述第二光纖的近側(cè)表面上。所述主密封機(jī)構(gòu)還可包括與容納所述第二光纖的殼體中的互補(bǔ)配準(zhǔn)特征匹配的物理配準(zhǔn)特征。所述物理配準(zhǔn)特征可從由凹進(jìn)特征和凸起特征組成的群組中選擇。所述第二光纖可容納在套管內(nèi)。所述套管可包含從由熔融石英、玻璃、氧化鋯、不銹鋼、鈦、黃銅和紅銅組成的群組中選擇的材料。彈簧可構(gòu)造成推動(dòng)所述套管與所述主密封機(jī)構(gòu)的透明區(qū)域物理接觸。所述包括窗口或透鏡的材料可從由玻璃、熔融石英和藍(lán)寶石組成的群組中選擇。緊隨著所述主密封機(jī)構(gòu)的第二透鏡可配置成將光聚焦到所述第二光纖的近側(cè)表面上。所述次級(jí)密封機(jī)構(gòu)可包括沿其長(zhǎng)度的單獨(dú)的軸向密封件。電連接可在所述次級(jí)密封機(jī)構(gòu)內(nèi)完成。所述第一光纖可包括從由階梯折射率光纖、漸變/梯度折射率光纖和空心光纖組成的群組中選擇的構(gòu)型。所述第二光纖可包括從由階梯折射率光纖、漸變折射率光纖和空心光纖組成的群組中選擇的構(gòu)型。所使用的透鏡可配置成以相等放大倍率工作。所述第二透鏡可配置成以相等的放大倍率工作。

附圖說(shuō)明

圖1示出針對(duì)供可植入式醫(yī)療系統(tǒng)使用的本發(fā)明的實(shí)施例。

圖2示出針對(duì)供圖1的系統(tǒng)互補(bǔ)使用的本發(fā)明的實(shí)施例。

圖3示出又一個(gè)實(shí)施例，其中彈簧力用于保持光纖端部彼此接觸。

圖4示出針對(duì)用于光耦合的聚焦系統(tǒng)的使用的本發(fā)明的又一實(shí)施例。

圖5示出又一實(shí)施例，其中透鏡用于形成殼體中的密封件。

圖6示出又一實(shí)施例，其中透鏡或窗口中的凹部用于使光纖對(duì)齊。

圖7示出又一實(shí)施例，其中透鏡或窗口中的凸起特征用于使光纖對(duì)齊。

圖8示出又一實(shí)施例，其中兩個(gè)透鏡允許相耦合的兩條光纖之間的距離可變。

具體實(shí)施方式

圖1示出供可植入式醫(yī)療設(shè)備使用以使得其可在不利用溫度損壞光纖或光導(dǎo)的光學(xué)特性的情況下形成密閉的實(shí)施例。來(lái)自光源(為了簡(jiǎn)單和清楚起見(jiàn)未示出該光源)的光可經(jīng)由光纖2傳送。光纖2可耦合到套管4，該套管又可耦合到光學(xué)輸出模塊6。如圖所示，光纖8配置成與連接器本體同心。連接器本體可由諸如不銹鋼、聚碳酸酯或類似材料的金屬、聚合物或陶瓷材料組成。

光纖的類型可取決于所使用的光的特性和預(yù)期的治療的性質(zhì)。例如，在照射大腦內(nèi)的周圍神經(jīng)或結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)光的情況下，可對(duì)光纖8使用二氧化硅芯直徑為105μm、二氧化硅覆層直徑為125μm、丙烯酸鹽緩沖層直徑為250μm、0.22na階躍折射率的低oh光纖，例如thorlabsp/nfg105lca或fiberguidep/nsfs105/125/250y?？墒褂弥T如精密光纖產(chǎn)品(precisionfiberproducts)p/nmm-fer2030-25001.25mm外徑的氧化鋯套管來(lái)構(gòu)造套管4和/或套管10。套管4可被硬纖焊在光學(xué)輸出模塊6中。通過(guò)采用由souriaupa&e制造的kryoflex多晶陶瓷作為氧化鋯套管與光學(xué)輸出模塊6的金屬表面之間的硬纖焊化合物，可實(shí)現(xiàn)在1個(gè)大氣壓差下小于1×10^-7cc/sec氦氣的泄漏率。替代地，各元件可被鍍金和金釬焊以形成密閉。光學(xué)輸出模塊6可隨后被激光焊接到殼體12上以如圖所示在密閉表面14周圍形成密封，所述密封表面可構(gòu)造成是鈦凸緣。

光纖8的近端可從密封區(qū)16伸出約1-4mm。光纖8分別經(jīng)由套管10和套管4與光纖2的軸向?qū)R可通過(guò)將連接器構(gòu)造成包括對(duì)齊套筒18來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述對(duì)齊套筒可由氧化鋯制成以方便插入，尤其在套管10和套管4也由二氧化硅制成時(shí)。對(duì)齊套筒18的壁厚可制造成更大以容納套管4和10的較短接合長(zhǎng)度，同時(shí)提供均勻的軸向力以維持它們各自的光纖之間的同心。例如，對(duì)于可各自由上述外徑為1.25mm的氧化鋯套管組成的兩個(gè)套管4和10的3mm露出而言，對(duì)齊套筒18可構(gòu)造成具有150μm的壁厚和沿內(nèi)表面的在0.5μm內(nèi)的精加工光滑度。光耦合接口20可構(gòu)造成是例如使用pc、apc和upc型光纖終端實(shí)現(xiàn)的物理接觸耦合部。

傳送部段24內(nèi)的電連接表面22與殼體12的殼體連接器部分26內(nèi)的電連接部之間的連接例如可如balsealsygnus設(shè)備中的連接那樣，如poon和balsells的美國(guó)專利no.6,835,084中詳細(xì)說(shuō)明的，該美國(guó)專利在此通過(guò)引用以其全部?jī)?nèi)容并入本文。殼體連接器部分26可包括例如上述構(gòu)件的環(huán)氧樹(shù)脂包覆成型件。電連接件可由利用不銹鋼、鉑-銥或類似的材料制作的纜線制成，如上述參考文獻(xiàn)中所述。

遠(yuǎn)側(cè)密封區(qū)28和管套區(qū)30的密封不必與包括密封件32和密封表面34的連接器內(nèi)的密封一樣緊密，并且內(nèi)徑可大于這些元件的內(nèi)徑。因此，遠(yuǎn)側(cè)密封區(qū)28和管套區(qū)30可供用于使傳送部段24的密封區(qū)16更容易插入殼體連接器部分26中。

圖2示出構(gòu)造成供本發(fā)明使用并且包括經(jīng)由起伏部38操作地耦合/聯(lián)接至傳送部段24的施加器36的傳送部段24的示例性實(shí)施例。傳送部段24還可包括用于向施加器36傳導(dǎo)光并且經(jīng)由施加器36向目標(biāo)組織傳導(dǎo)光的光纖8、操作地耦合至電接觸表面40的電線44、構(gòu)造成封裝電線44和光纖8并將電線44和光纖8與植入環(huán)境隔離的護(hù)套42，密封表面46、遠(yuǎn)側(cè)密封件48和管套50可將植入環(huán)境與電連接表面40的電連接部進(jìn)一步隔離，并且提供用于利用密封區(qū)52將傳送部段連接到未示出的殼體的手段。密封區(qū)52可通過(guò)使連接器和管套50的整個(gè)組件模塑成型(或二次成型)并且與護(hù)套42的近端結(jié)合以使其形成連續(xù)的閉合部段而制成。護(hù)套42可由生物相容的管——例如，通過(guò)非限制性的例子，聚乙烯、硅樹(shù)脂、ptfe、eptfe和/或peek——制成。構(gòu)成連接器的一部分的密封區(qū)52可由類似材料制成。電連接表面40可由例如鉑或不銹鋼制成。在所示的示例性構(gòu)型中，內(nèi)徑500μm外徑700μm的硅樹(shù)脂管可用作護(hù)套42，并且可制成為多達(dá)19條外徑為100μm的電線44。光纖8包括近端54和遠(yuǎn)端56。光纖8的遠(yuǎn)端向施加器36提供光(并且大概從希望得到光學(xué)反饋時(shí)起)，而光纖8的近端可用于將來(lái)自一個(gè)或多個(gè)光源的光耦合至傳送部段24。

替代地，可去除施加器36，從而提供由單個(gè)端部發(fā)光的光纖組成的傳送部段。這種構(gòu)型可適合于植入患者的大腦內(nèi)以進(jìn)行例如cns的治療。

圖3示出構(gòu)造成供本發(fā)明使用并且包括用于維持經(jīng)耦合的兩條光纖之間的接觸的彈簧加載套管的耦合接口的示例性實(shí)施例。可使用不銹鋼來(lái)構(gòu)造彈簧蓋58。彈簧蓋58可借助于殼體連接器部分內(nèi)的球頭彈簧定位銷(例如來(lái)自mcmaster-carr的零件號(hào)3408a65)或類似特征結(jié)構(gòu)而保持在未示出的殼體連接器部分內(nèi)的適當(dāng)位置。彈簧60作用在彈簧蓋58上并且經(jīng)由傳送部段套管殼體62靠著傳送部段套管10施力，從而保持光纖8的近端與光纖2的遠(yuǎn)端接觸并且最大限度地減小接口處的光/能量損失的量。替代地，彈簧蓋58可以不實(shí)際覆蓋彈簧60，而是代替地作為防止彈簧60沿遠(yuǎn)側(cè)方向移動(dòng)的簡(jiǎn)單凸緣。在所示的示例性構(gòu)型中，彈簧60經(jīng)由傳送部段套管殼體62向傳送部段套管10施力。替代實(shí)施例可直接向傳送部段套管10施加彈簧力。替代實(shí)施例可代替地結(jié)合一彈簧60以直接或間接地向光源套管4施力，或可使用兩個(gè)彈簧60以直接或間接地向兩個(gè)套管4和10施力。

如圖4的示例性實(shí)施例中所示，也可使用光動(dòng)力耦合器實(shí)現(xiàn)光耦合，諸如通過(guò)光學(xué)窗口66使光纖2的遠(yuǎn)端重新成像在光纖8的近端上。這可通過(guò)用光學(xué)窗口66代替套管以限定出殼體12的外表面和透鏡70來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，通過(guò)非限制性的例子的方式繼光纖2的遠(yuǎn)端之后放置直徑為1.0mm×焦距為2.0mm的平凸透鏡(例如，來(lái)自edmundoptical的p/n65-276)，并且該平凸透鏡被放置在用于將光引導(dǎo)到光纖8的近端中的殼體12內(nèi)的光學(xué)輸出模塊6內(nèi)，例如遠(yuǎn)離光纖2兩個(gè)焦距處放置透鏡70以以名義上相等的放大倍率工作，其中距離d1和d2可由于通過(guò)窗口引入的光程長(zhǎng)度的差異而不相等。為了解除光纖2和8之間的軸向?qū)R約束，光纖2可配置成具有比光纖8小的芯直徑，或者替代地，通過(guò)減小光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率以形成名義上比光纖2在光纖8的表面上的光斑更小的光斑。為了解除光纖2和8之間的角對(duì)齊約束，光纖2可配置成具有比光纖8小的數(shù)值孔徑。用于光纖2的芯的尺寸可由未示出的光源的亮度決定。通過(guò)非限制性的例子的方式，窗口可由外徑為5mm且厚度為1mm的藍(lán)寶石或玻璃板構(gòu)成并且窗口邊緣被金屬化處理以允許通過(guò)窗口形成硬纖焊或軟釬焊的密封。

圖5示出與圖4相似的又一實(shí)施例，其中變更為使用透鏡70來(lái)既形成殼體中的密封又將來(lái)自光纖2的光聚焦到光纖8中。已增設(shè)間隔件68以將光纖8的輸入端配置在離透鏡70的適當(dāng)距離處。此外，殼體壁上或其內(nèi)的對(duì)齊特征結(jié)構(gòu)可用于將光纖8的輸入端設(shè)置在適當(dāng)位置。

圖6示出與圖4和5相似的又一實(shí)施例，其中在透鏡或窗口66的表面中增加了凹部72形式的物理配準(zhǔn)特征結(jié)構(gòu)以使光纖8對(duì)齊。該凹部可確定尺寸為在光纖8未被套管10覆蓋的情況下接納套管10的近端或光纖8的近端。

在與圖4和5相似的又一實(shí)施例中，圖7示出以下變型：使用透鏡或窗口66的表面上的凸起的物理配準(zhǔn)特征76，以利用對(duì)齊套筒68——其可直接配合在凸起特征76的某些機(jī)械部位上或者與所述機(jī)械部位接合——來(lái)使光纖8對(duì)齊。凸起特征76和對(duì)齊套筒68可確定尺寸為與不同尺寸的光纖8和/或套管10相配合，例如針對(duì)圖1的元件18所實(shí)現(xiàn)的。

圖8示出了又一實(shí)施例，其中使用兩個(gè)透鏡來(lái)產(chǎn)生/接收準(zhǔn)直光。離開(kāi)光纖2的光進(jìn)入透鏡78并且以名義上準(zhǔn)直的方式離開(kāi)。名義上準(zhǔn)直的光然后在進(jìn)入透鏡80之前行進(jìn)一段距離。由于光名義上準(zhǔn)直，所以透鏡78與透鏡80之間的距離d2可以變化，而不嚴(yán)重影響光纖2和8之間的傳輸和/或光耦合效率。在離開(kāi)透鏡80之后，光聚焦到光纖8的近端上。與以上在圖7中描述的示例相似的具有對(duì)齊特征90的間隔件68可用于使透鏡80和/或光纖8相對(duì)于透鏡70的光學(xué)輸出定位。光纖2與透鏡70之間的距離d1可以是透鏡70的焦距。對(duì)齊特征90可構(gòu)造成與如參照?qǐng)D7所述的凸起特征76接合，并且可成型為形成與凸起特征76的邊緣接合的截頭圓錐形(frustoconical)部段(如圖所示)。在該準(zhǔn)直構(gòu)型中，在聚焦光斑中以側(cè)向位移平移的角度錯(cuò)位與系統(tǒng)放大倍率成比例，由此可以向這些缺陷提供一定程度的不敏感度并且產(chǎn)生臨床上更牢靠的系統(tǒng)。當(dāng)然，其它這樣的匹配方案被認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。間隔件68也可構(gòu)造成使得其包含用于將透鏡80和套管10保持于其內(nèi)的裝置，如圖所示。

盡管已著重針對(duì)用于可植入式光學(xué)醫(yī)療設(shè)備的實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明——這是由于它們是最難以理解的，但是這并不排除它們也可用于其它用途。

本文中描述了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。在非限制的意義上參考這些實(shí)施例。提供它們以更廣泛地顯示本發(fā)明的適用方面?？梢詫?duì)所描述的本發(fā)明做出各種改變并且可以以等價(jià)形式替換而不脫離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍。此外，可以作出許多修改以使得特定情形、材料、材料組成、方法、加工動(dòng)作或步驟適應(yīng)于本發(fā)明的目的、精神或范圍。另外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)的，本文所描述和展示的每種個(gè)體變型具有可以輕易地與其它幾種實(shí)施例中的任一者的特征分離或與之組合的獨(dú)立組分和特征，而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。全部這些修改均意圖落入與本公開(kāi)相關(guān)的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。

用于實(shí)施主題診斷流程或介入手術(shù)的所描述的任何裝置可以以經(jīng)包裝的組合的形式提供以用于執(zhí)行這類介入。這些供應(yīng)“套件”還可包含使用說(shuō)明書并包裝在如通常用于此目的無(wú)菌托盤或容器中。

本發(fā)明包括可以使用主題裝置來(lái)執(zhí)行的方法。所述方法可以包括提供這種合適裝置的動(dòng)作。這類提供可以由終端用戶來(lái)執(zhí)行。換而言之，“提供”動(dòng)作僅需要終端用戶在主題方法中獲得、取得、接近、定位、建立、啟動(dòng)、加電或以其它方式動(dòng)作以提供必要的裝置。本文中所描述的方法可以按所記載的事件的邏輯上可能的任何順序以及按事件的所記載的順序來(lái)實(shí)施。

上文已經(jīng)連同有關(guān)材料選擇和制造的細(xì)節(jié)一起闡述了本發(fā)明的示例性方面。至于本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)可以聯(lián)系以上參考的專利和出版物來(lái)理解，并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員通常已知或能夠理解的。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，一種或多種潤(rùn)滑性涂層(例如，親水聚合物如基于聚乙烯吡咯烷酮的組合物、含氟聚合物如四氟乙烯、親水性凝膠或硅酮)可以例如與所述裝置的多個(gè)部分(必要時(shí)，如可移動(dòng)地偶聯(lián)的部件的相對(duì)較大的界面表面)結(jié)合使用，以促進(jìn)這類物體相對(duì)于儀器的其他部分或附近組織結(jié)構(gòu)的低摩擦操作或推進(jìn)。在如通?；蜻壿嬌鲜褂玫母郊觿?dòng)作方面，就基于方法的本發(fā)明各方面，同樣可以適用。

此外，盡管已經(jīng)參考可選地并入多種特征的多個(gè)實(shí)施例來(lái)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不旨在限于被描述或顯示為針對(duì)本發(fā)明的每種變型所構(gòu)思的那個(gè)實(shí)施例?？梢詫?duì)所描述的本發(fā)明做出多種改變并且可以以等價(jià)形式替換(無(wú)論該等價(jià)形式是否在文本中已被記載或是出于簡(jiǎn)潔目的而未被包括)而不脫離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍。此外，在提供值范圍的情況下，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明范圍內(nèi)涵蓋在這個(gè)范圍的上限和下限之間的每個(gè)居間值或所述范圍中任何其他所述值或居間值。

另外，可設(shè)想，所描述的本發(fā)明的變型的任何可選特征可以單獨(dú)地或與本文中所描述的任一個(gè)或多個(gè)特征相結(jié)合地說(shuō)明與陳述。對(duì)于單數(shù)項(xiàng)，也包括存在多個(gè)相同項(xiàng)的可能性。更具體地，如本文和相關(guān)的權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”包括復(fù)數(shù)形式，除非另有特殊說(shuō)明外。換而言之，冠詞的使用涉及上述說(shuō)明書以及與本公開(kāi)相關(guān)的權(quán)利要求書中的“至少一個(gè)”主題事項(xiàng)。進(jìn)一步指出，可以起草這類權(quán)利要求以排除任何可選要素。因而，該聲明意在充當(dāng)與權(quán)利要求要素的記載相結(jié)合的排他性術(shù)語(yǔ)如“單獨(dú)”、“僅”等的使用或“否定式”限制的使用的先行基礎(chǔ)。

在不使用這類排他性術(shù)語(yǔ)的情況下，與本公開(kāi)相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)“包含”應(yīng)當(dāng)認(rèn)為包含任何附加要素，無(wú)論在這類權(quán)利要求中是否列舉出給定數(shù)目的要素，或附加特征可以被視作轉(zhuǎn)變這類權(quán)利要求中所述的要素的性質(zhì)。除非如本文中特別限定，否則本文所使用的全部技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)旨在以盡可能寬的通常理解的含義給出，同時(shí)維持權(quán)利要求有效性。

本發(fā)明的范圍不限于所提供的示例或主題說(shuō)明書，而是僅受到與本公開(kāi)相關(guān)的權(quán)利要求用語(yǔ)的范圍限制。