具有改良的远端的光纤

技术领域

本申请总体上涉及光纤、制造光纤的方法、及光纤的使用方法。特别地，本申请涉及具有改良的远端(modified distal end)的光纤。

背景技术

光纤已实现各种光传输目的。例如，众所周知，光纤用于将光从光源传输到传送位置。这样的光纤可以在光纤通信系统中实现，以将光从源(例如，有线电视提供商)传送到目的地(例如，用户的机顶盒)。

在医学领域中使用光纤也是众所周知的。例如，为了消融肾脏(或膀胱)结石，医生可以将内窥镜或导管插入患者的泌尿道中。可以通过内窥镜/导管将光纤馈送到靠近结石的位置。辐射(通常来自钬(Ho)的激光)被引导穿过光纤而到达结石。此辐射的能量被配置为将结石破碎成较小的碎片或使结石解体。

在这些类型的泌尿外科手术中，与导管/内窥镜一起使用的典型光纤具有远端(即，通过内窥镜馈送的端部)，所述远端有着平面表面(即，端头)。由于通常是通过切割光纤来形成远端(distal end)，因此光纤的远侧端头(distal tip)在其外围周围具有锋利的边缘。当通过内窥镜/导管馈送这样的光纤时，锋利的边缘会损坏内窥镜/导管的内表面，而作为互补，内窥镜/导管的内表面也可能损坏光纤的远端。而且，锋利的边缘使操作者更加难以使光纤馈送通过内窥镜，特别是如果需要明显弯曲以将内窥镜/导管以及因此的光纤放置到靶位点(例如，肾结石的位置)附近时。

某些现有技术装置试图通过提供具有圆形或抛光的远侧端头的光纤来解决上述问题(例如，LP Surgical Fibers的LaseGuide

因此，需要解决这些与光纤有关的问题。

发明内容

本申请的各种说明性实施例提供了一种改良的光纤和相关方法。根据本申请的说明性实施例的一个方面，所述光纤从近侧端部延伸到远侧端部。远侧端部可以包括具有不同外径的节段(sections)，形成“蛇头”形状。

光纤的远侧端部可以包括第一节段、第二节段和远侧端头。第一节段可以位于近侧端部和第二节段之间并与它们邻接。第二节段可以位于第一节段和远侧端头之间并与它们邻接。

根据一些实施例，所述光纤包括：芯；以及设置在芯上的包层；其中，所述光纤从远侧部延伸至近侧部并包括纵轴，并且其中所述远侧部包括：第一节段；和第二节段，其中第一节段和第二节段中的至少一个的外径大于近侧部的外径。

第一节段的外径可从近侧部到第二节段沿其长度的至少一部分而增大。这种直径的增加可以是在光纤近侧部的外径的大约20％到100％的范围内。因此，第一节段包括至少一部分，其直径近似等于近侧部的外径的120％至200％。根据另一些实施例，所述直径的增加可以是在光纤近侧部外径的大约20％至60％的范围内。根据另一些实施例，所述直径的增加可以是在光纤近侧部外径的大约30％到60％的范围内。根据另一些实施例，所述直径的增加可以是在光纤近侧部外径的大约50％至60％的范围内。

第一节段的长度可以是大约250μm至600μm。根据一些替代实施例，第一节段的长度可以是大约350μm至500μm。根据另一些实施例，第一节段的长度可以是大约400μm。

根据一些实施例，第二节段可具有从第一节段到远侧端头沿其长度的至少一部分减小的外径。外径的减小可以是第一节段的最大外径的大约20％至50％的范围。因此，第二节段可以包括至少一个其外径近似等于近侧部的外径的部分，和至少一个其外径近似等于第一节段的最大外径的部分。根据一些替代实施例，直径的减小可以在第一节段的最大外径的大约30％至60％的范围内。根据另一些实施例，直径的减小可以在第一节段的最大外径的大约50％到60％的范围内。根据一些替代实施例，第二节段的外径可以等于第一节段的最大外径。

第二节段的长度可以是大约250μm至600μm。根据一些替代实施例，第二节段的长度可以是大约350μm至500μm。根据另一些实施例，第二节段的长度可以是大约400μm。

第一节段和第二节段可以在该光纤的远侧端部形成弓形、半圆形或抛物线形。根据一些替代实施例，第一节段和第二节段可以在该光纤的远侧端部形成其他形状，例如，梯形形状。

根据以上布置的实施例，所述光纤的远侧部可以具有大约500μm至1200μm的长度。第一节段(例如，近侧半部)可以具有从作为近侧部的近似外径的直径D

根据一些实施例，所述光纤的远侧端头可以包括弯曲部和平面部。弯曲部与平面部组合在一起的形状使得远侧端头不包括任何锋利的边缘。根据一些替代实施例，所述光纤的远侧端头可以包括基本上弯曲的表面或平坦的表面。根据另一些实施例，远侧端头可以采取其他形状。

第一节段、第二节段及远侧端头的外径和形状使得光纤的远侧端部包括一个加厚区域，该区域位于靠近远侧端头但距离远侧端头有一段距离处，从而形成具有蛇头样形状的远端。

根据一些实施例，所述光纤可以是二氧化硅(silica)纤维，其可包括芯、包层(cladding)、涂层和可选的护套。芯和包层可以完全由二氧化硅制成。涂层可以由硅树脂(silicone)或硬质包层制成。可选的护套可以由乙烯四氟乙烯(ETFE)尼龙制成。

芯可以从光纤的近端延伸到远端。涂层可以沉积或设置在包层上。护套可以设置或沉积在涂层上。

根据本申请的另一说明性实施例的一方面，公开了一种制造具有改良的远端的光纤的方法。该方法可以包括利用加热元件(例如，弧光灯)加热光纤的远端。来自加热元件的热量可设置成使远端在第一节段和第二节段的位置处变形。热量可以跨光纤的远端而变化，以形成蛇头样的形状。根据一些实施例，加热元件被设于非常靠近光纤的远端。光纤然后可以进行受控的旋转和/或移动，使得远端变形(例如，由于熔化和表面张力特性)。根据一些替代实施例，可以对光纤的远端施加压力(例如，在制造过程中)，以使远端变形。根据另一些实施例，毛细管环可以附接到光纤的远端以便形成改良的形状。

根据本申请的另一说明性实施例的一方面，具有改良的远端的光纤与导管或内窥镜相关联，以用于泌尿外科手术。内窥镜或导管可以例如通过导丝被馈送到患者体内，以使内窥镜或导管位于肾结石或膀胱结石附近。可以通过内窥镜或导管来馈入光纤，使得光纤的远侧端头也位于肾结石或膀胱结石附近。

能量源(例如，钬激光)可以耦合到光纤的近端。当能量源被激活时，来自能量源的光穿过光纤，沿着光纤的纵轴方向从远侧端头聚集而出，聚焦到结石上。能量通过光纤聚焦，以便将结石破碎成更小的碎片或使结石解体。这些更小的碎片然后可以通过已知的方法去除。另外，由于光纤的蛇头形状，与传统的平坦端头光纤相比，光束轮廓(beanprofiles)可以更高程度地集中(例如聚焦)。这样的聚焦进一步有助于用较低功率的能量源破碎结石，这有利地增加了本申请的光纤的寿命。

由于光纤的改良远端的形状，当光纤从中穿过时，第一和/或第二节段的一些部分与导管或内窥镜的内腔接触。另外，改良远端的形状有助于防止光纤的远侧端头和至少一部分远端(例如，第二节段的一部分)与导管或内窥镜的内腔接触。另外，因为改良光纤的远端的较大表面积与内腔接触，所以在将光纤放置到体内期间实现了更高的稳定性。

由于本申请的光纤的中间部(例如，第一和/或第二节段的一些部分)相对于光纤的其余部分具有增大的直径，因此在置入患者体内期间保护了远侧端头不与导管或内窥镜的内腔接触。通过防止远侧端头与内腔接触，可以保护远侧端头不受导管或内窥镜的损坏。例如，许多导管或内窥镜具有用以馈入光纤的金属内腔。由于导管或内窥镜在放置(例如在肾脏内)时需要弯曲，光纤通过导管或内窥镜馈入时，光纤的远侧端头经常与金属内腔接触。这种接触会损坏光纤的远侧端头(或损坏导管或内窥镜的内腔)，这通常需要更换光纤(或内窥镜/导管)。这种更换是昂贵的，并且还可能延迟手术过程。通过使光纤具有距远侧端头一定距离的较厚部分(即较大直径)；防止远侧端头与内腔接触，从而防止损坏远侧端头。

根据一些实施例，一种执行泌尿外科手术的方法，包括：将内窥镜或导管插入穿过患者的血管腔；馈送内窥镜或导管穿过血管，直到内窥镜或导管的远端位于肾结石或膀胱结石附近；将光纤插入位于内窥镜或导管内的通道中，其中光纤包括远侧部、近侧部和远侧端头，远侧部还包括具有比近侧部和远侧端头直径更大的外径的节段；通过位于内窥镜或导管内的通道馈入光纤，直到光纤的远侧端头靠近结石为止，其中远侧部的外径较大的节段与通道的内壁接触并防止远侧端头与内壁接触。

附图说明

结合附图进行以下描述，所述描述是作为示例给出的，并且不旨在将本发明限制于所公开的细节，其中，相同的附图标记表示相同或相似的元件和部件，并且其中：

图1是本发明的光纤的一个实施例的透视图；

图2a是本申请的光纤的一个实施例的纵向截面图，光从中辐照穿过。

图2b是本申请的光纤的实施例的纵向图。

图3示出了由标准光纤和本申请的光纤在0mm和25mm距离处产生的光束轮廓。

具体实施方式

本文公开了本申请的光纤和方法的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅是可以以各种形式来体现光纤和方法的示例。另外，与系统和方法的各种实施例相关联而给出的每个示例都是说明性的，而不是限制性的。此外，附图和照片不一定按比例绘制，一些特征可能被夸大以示出具体组件的细节。另外，附图中所示的任何度量、规格等均旨在示例性而非限制性的。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式使用本发光系统和方法的代表性基础。

参考图1和图2，示出了本申请的光纤100的实例。光纤100可以包括芯、包层、涂层和可选的护套。光纤从远侧部向近侧部延伸并包括纵轴，其中，远侧部包括：第一节段；和第二节段，其中所述第一节段和第二节段中的至少一个包含大于近侧部外径的外径。图1和图2的说明性实施例都为非限制性的，本申请范围内的光纤可以变型。

根据一个实施例，光纤100可以是全二氧化硅纤维。下文详述的制造光纤的方法可以导致生成具有蛇头样形状的改良远端的光纤。所述光纤可构造为聚焦穿过其芯的光，使得从远侧端头发射的光被聚集。

进一步参考图1和2，光纤100可以包括远侧端部110和近侧端部120，光纤从远侧端部110向近侧端部120延伸。如下文将述，远侧端部110包括第一节段112、第二节段114和远侧端头116。

第一节段112可以位于近侧部120和第二节段114之间并与它们邻接。第二节段114可以位于第一节段112和远侧端头116之间并与它们邻接。

根据一些实施例，近侧部120具有外径D

根据一些实施例，第二节段114可具有沿其从第一节段112到远侧端头116的整个长度减小的外径，其中，沿该节段部分的纵轴的直径减小包括从D

第一节段112和第二节段114一起可以在光纤的远端部形成弓形、半圆形、或抛物线形状(见图1和2)。根据一些替代实施例，第一节段和第二节段可以在光纤的远侧端部形成其他形状，例如，梯形形状。

根据一些按以上构造的实施例，光纤的远侧部可以具有大约500μm至1200μm的长度。第一节段112(例如，近侧半部)可以具有从直径D

不管所形成的形状如何，第一节段112和第二节段114都在远侧端部110形成具有增大的直径D

根据一些实施例，光纤的远侧端头116可包括弯曲部117和平面部118。弯曲部118可包括光纤100的远端部110的外边/缘，而平面部118可总体上包括光纤100的远端面。弯曲部117与平面部118一起组成的形状可以使远侧端头116不包括任何尖锐的边缘/角(例如，是完全平滑的)。根据一些替代实施例，光纤100的远侧端头116可包括基本弯曲或平坦的表面。根据另一些实施例，远侧端头116可以具有其他形状。

如图1和图2所示，第一节段112、第二节段114、和远侧端头116的尺寸和形状使得光纤100的远侧端部110包括加厚区域，该加厚区域位于距远侧端头的一定距离处，从而形成蛇头样形状的远侧端头。

根据一些实施例，制造光纤100的方法包括创建和准备预制件的第一步。该预制件可以由二氧化硅或二氧化硅复合材料制成。根据优选的实施方式，预制件由纯二氧化硅(silica)制成。第二步骤可以包括使预制件经受拉伸过程。根据一些实施例，在拉伸过程中施加包层，使得包层被涂覆到所得的光纤芯上。包层可以由二氧化硅或二氧化硅复合物例如硅树脂或硬质包层材料制成。根据优选的实施方式，包层是全二氧化硅包层。在拉伸过程中也可以施加涂层。这些步骤的结果是形成了一个中心芯，该中心芯被包层包围。根据优选的实施例，芯和包层由纯二氧化硅组成。包层进一步被涂层包围。第三步骤可以包括用缓冲层(buffer)挤出(extruding)所得的纤维。

第四步骤可以包括在涂层上设置或沉积护套。根据一些实施例，护套可以被涂覆到涂层上。根据一些替代实施例，护套可以与芯、包层和/或涂层一起挤出。护套可以由热塑性聚合物(例如，尼龙或ETFE)制成。根据一些实施例，护套是可选的，并且光纤100可以省略这种护套。

上述制造光纤100的方法旨在举例说明，制造光纤100的替代方法都落在本申请的范围内。例如，可以对选出用作芯、包层、涂层和护套的材料进行改变。类似地，形成芯、包层、涂层和护套中每一个、以及每一个如何形成到另一个上的不同方法，都在本申请的范围内。

形成光纤100后，接下来描述改良远端110的方法。改良远端110的方法可包括用加热元件例如弧光灯对光纤的远端进行加热。来自加热元件的热量可以被构造成使远端在第一节段112和第二节段114的位置处变形。热量可以跨光纤的远端而变化以产生蛇头样形状。根据一些实施例，使加热元件非常靠近光纤的远端。光纤然后可以进行受控的旋转和/或移动，使得远端变形(例如，由于熔化和表面张力特性)。根据一些替代实施例，可以对光纤的远端施加压力(例如，在制造过程中)，以使远端变形。

与需要将分离的光纤片段拼接在一起的传统改良相比，上述方法允许改良连续光纤。这种方法有利地保持了整体结构，该结构更稳定并且制造成本更低。

根据另一些实施例，毛细管环可以附接到光纤的远端以形成改良的形状。

根据本申请的说明性实施例的一个方面，具有蛇头形远侧端部110的光纤100可以与用于泌尿外科手术的导管或内窥镜相关联。所述手术可以包括将内窥镜或导管馈入患者体内，例如通过导丝馈入，以使内窥镜或导管位于肾结石附近。光纤可以通过内窥镜或导管来馈入，以使光纤100的远侧端头116也位于肾结石或膀胱结石附近。

由于远侧端部110的蛇头样形状，以及特别是如上所述的第一节段112和第二节段114的至少一些部分的增大外径，当光纤100通过内窥镜中的通道馈送时，这些增大的外径部分与通道的内腔接触。由于第一节段112和第二节段114的至少一些部分的外径增加，使得外径小于第一节段112和第二节段114所述部分的远侧端头116与通道的内腔接触的可能性较小。通过防止远侧端头116接触通道的内腔，远侧端头116在被馈送到所需位置时被损坏的可能性较小。第一节段112和第二节段114的至少一些部分的增大直径还增加了在馈送过程期间光纤100的整体稳定性。

可以将能量源(例如，钬激光)耦合到光纤100的近端。当激活该能量源时，来自该能量源的光穿过该光纤行进并聚焦到结石上。聚焦的能量被引导到结石上，以便将结石破碎成较小的碎片或使结石解体。较小的碎片然后可以通过已知的方法去除。

另外，由于远侧端部110的蛇头形状，光束轮廓可以集中(例如聚焦)到比传统平头光纤更高的程度。例如，如图2a所示，由能量源产生的光束在离开远侧端头116时被聚焦。

作为该聚焦的进一步证据，图3示出了在距离标准光纤和距离本申请的包含蛇头形远端的光纤0mm和25mm处产生的光束轮廓。当将标准光纤的光束轮廓与本申请的光纤进行比较时，很明显，离开本申请的光纤的远侧端头116的光更集中并且产生更少的散射。通过聚焦由能量源产生的光束，本发明的光纤有利地防止了不希望的散射，并降低了辐射照射到不希望的目标上的可能性。

上述实施和使用光纤100的方法是说明性的，其他实施和使用光纤100的方法都落在本申请的范围内。例如，光纤100可以用在其他通过内窥镜或导管来馈入光纤的医疗手术过程中。也可以使用不带内窥镜或导管的光纤100(例如，可以将光纤直接馈入人体血管中)。