照明吸引設(shè)備的制造方法
【專利說明】照明吸引設(shè)備 奪叉引用
[0001] 本申請(qǐng)是要求2012年12月12日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?3/712, 029(代理人 案卷號(hào)40556-718. 501)的權(quán)益的國際專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)是2011年12月16日提交的美 國專利申請(qǐng)?zhí)?3/328, 773 (代理人案卷號(hào)40556-718. 201)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，而該申請(qǐng) 13/328, 773是2010年12月16日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/423, 813 (代理人案卷號(hào) 40556-718. 101，先前為028638-001600US)的非臨時(shí)申請(qǐng)并要求其權(quán)益；本申請(qǐng)還是2012 年9月14日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?3/619, 574 (代理人案卷號(hào)40556-716. 301)的部分繼 續(xù)申請(qǐng)，該申請(qǐng)13/619, 574是2009年11月10日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/616,095即現(xiàn) 專利號(hào)8, 292, 805的繼續(xù)申請(qǐng)；上述文獻(xiàn)的全部內(nèi)容均通過引用而并入于此。 發(fā)明背景
[0002] 在各種外科手術(shù)操作中，通常通過使用頭燈和外科手術(shù)顯微鏡來實(shí)現(xiàn)外科手術(shù)視 野的照明。存在這樣的場(chǎng)景：這些照明源提供的光照質(zhì)量很差或者定向性很差。作為示例， 在從腰椎入路進(jìn)行的脊柱外科手術(shù)期間，可通過在患者的體中線的一側(cè)上成角度的切口來 實(shí)現(xiàn)對(duì)期望的目標(biāo)解剖區(qū)的接近。從手術(shù)顯微鏡發(fā)出的光是靜態(tài)的，并且相對(duì)于外科手術(shù) 進(jìn)入角度的定向性可能很差。相反地，來自頭燈的光可隨著醫(yī)師傾斜或者移動(dòng)他的頭部以 重新定向輸出光束而得到調(diào)節(jié)，但仍然可能被諸如棘突或者組織和肌肉層之類的各種解剖 結(jié)構(gòu)所阻擋。隨著醫(yī)師手術(shù)過程各階段的進(jìn)展，需要在從皮膚水平切口起的各種深度上可 以看清楚手術(shù)解剖，來自任一源的光照可能會(huì)不夠充足。
[0003] 在諸如脊柱外科手術(shù)之類的外科手術(shù)操作中經(jīng)常使用諸如吸引裝置等手持式器 械。這些裝置通常連接到手術(shù)室中的標(biāo)準(zhǔn)吸引源，從而使醫(yī)師能夠動(dòng)態(tài)且高效地清除血液、 碎骨或者先前澆灌到外科手術(shù)部位中的流體。這些吸引裝置有時(shí)還用于在操作期間提供脂 肪、肌肉或其他結(jié)構(gòu)的低力道牽引。外科醫(yī)師從吸引裝置的近端把持吸引裝置，在外科手術(shù) 操作期間操縱吸引裝置的遠(yuǎn)端部分，以便在期望的位置提供吸引。手持式吸引裝置以適合 于各種外科手術(shù)應(yīng)用的多種遠(yuǎn)端端頭配置（Frazier、Poole、Fukushima等）而廣泛可用。
[0004] 已使用纖維光纜來構(gòu)建常規(guī)的吸引裝置，該纖維光纜被包裹在金屬管中并且連接 至金屬或非金屬吸引裝置以便提供一定水平的照明。這些裝置面臨著多種挑戰(zhàn)。對(duì)高強(qiáng)度 光的光纖間耦合的低效率會(huì)在界面處引起光損耗，而這會(huì)產(chǎn)生熱量。損耗是由光纖之間的 非傳送區(qū)和界面處的菲涅爾反射（Fresnelreflection)所造成的。光纖之間的空間區(qū)經(jīng) 常是光損耗和熱量的主要原因。界面處的多余熱量可對(duì)組織造成熱損傷，并且還是手術(shù)室 中的火災(zāi)隱患。一些制造商建議限制可傳送到手術(shù)裝置和界面的光量，從而減少固有的傳 熱遞。
[0005] 因此，仍然需要改進(jìn)的照明吸引設(shè)備。本文公開的實(shí)施方式將克服以上所述的至 少一些挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明總體上涉及外科手術(shù)照明領(lǐng)域，更具體地涉及具有集成外科手術(shù)工具的照 明系統(tǒng)。
[0007] 以下所描述的裝置在外科手術(shù)吸引裝置中提供了的改善的照明。以下所描述的照 明吸引裝置包括金屬或非金屬吸引管，該吸引管具有由中央部分相連的近端和遠(yuǎn)端。吸引 管的近端裝設(shè)有用于連接到真空源的配件。吸引管具有內(nèi)表面和外表面，以及具有近端和 遠(yuǎn)端的照明波導(dǎo)，在吸引管的中段的外表面上存在具有可介于1. 29與1. 67之間的折射率 的光學(xué)包覆層。照明波導(dǎo)形成在吸引管的中央部分上的光學(xué)包覆層周圍，并且用于圍繞吸 引管將光從照明波導(dǎo)的近端傳導(dǎo)至遠(yuǎn)端。照明波導(dǎo)可具有介于1. 46與1. 7之間的折射率， 并且可具有介于0. 33與0. 70之間的數(shù)值孔徑。照明輸入形成到照明波導(dǎo)的近端之中，用 于將光從源傳導(dǎo)至照明波導(dǎo)。
[0008] 照明吸引設(shè)備包括吸引功能和照明功能，它們集成在適合于滿足醫(yī)師的人體工程 學(xué)需要的手持式裝置之中。在外科手術(shù)操作中已經(jīng)普遍使用的手持式可重新定位的吸引 功能部由照明波導(dǎo)所圍繞，這使得醫(yī)師能夠向皮膚之下的期望解剖區(qū)域直接施加光照而無 需考慮切口角度、深度和周圍的解剖障礙物。照明波導(dǎo)是固體結(jié)構(gòu)，其被設(shè)計(jì)用于特定地 對(duì)來自高強(qiáng)度光源的光進(jìn)行引導(dǎo)，并且使用諸如環(huán)烯烴聚合物或共聚物的具有特定折射率 的光學(xué)級(jí)聚合物或者任何其他合適的丙烯酸聚合物或塑料的注塑成型來制成。此外，照明 波導(dǎo)可以被工程設(shè)計(jì)成通過使用與芯部材料的折射率正確協(xié)調(diào)以保持全內(nèi)反射（TIR)的 較低折射率的第二材料覆蓋或包圍照明波導(dǎo)而將光從其遠(yuǎn)端輸出高效傳送。經(jīng)由與諸如由 LuxteC、BFW及其他企業(yè)供應(yīng)的300W氙源之類的高強(qiáng)度光源相連的纖維光纜而驅(qū)動(dòng)這種固 態(tài)的結(jié)構(gòu)引導(dǎo)照明波導(dǎo)。
[0009] 照明吸引設(shè)備還可在吸引管腔的近端上包括一個(gè)或多個(gè)倒鉤、隆起或者其他突出 物，從而支持與標(biāo)準(zhǔn)PVC外科手術(shù)導(dǎo)管或其他合適的真空管道的連接。
[0010] 吸引照明使用總體上為固體的波導(dǎo)而非光纖，這消除了因光纖之間的非傳送空間 而造成的損耗，并且減少了僅與菲涅爾反射相關(guān)聯(lián)的損耗。與光纖/光纖接點(diǎn)相關(guān)的損耗 明顯減少，允許在不顯著加熱界面或者無需在界面處放置散熱裝置或機(jī)構(gòu)的情況下向波導(dǎo) 傳送高強(qiáng)度光。通過光纖到波導(dǎo)連接，可使用諸如ACMI之類的標(biāo)準(zhǔn)連接器，在不做出設(shè)計(jì) 更改的情況下，以低于對(duì)身體組織有害的溫度的穩(wěn)態(tài)溫度，傳送來自標(biāo)準(zhǔn)300W光源的光。 在一些實(shí)施方式中，可以使用尾線連接器來將光引導(dǎo)至波導(dǎo)中。所述尾線是附接至波導(dǎo)的 近端部分的柔性光輸入件。其可以是光纖束或單一柔性光管。所述尾線可被接納于波導(dǎo) 的近端部分上的一個(gè)或多個(gè)插孔中，并使用光學(xué)折射率匹配的粘合劑粘結(jié)至波導(dǎo)。在其他 實(shí)施方式中，尾線可以通過將波導(dǎo)在該尾線周圍包覆成型為單一的整體部分而形成。尾線 可以向外張開以匹配于波導(dǎo)的近端部分的寬度，以便將光更均勻地引入到波導(dǎo)中。在其他 實(shí)施方式中，尾線可以用于向所述裝置提供其他服務(wù)，諸如吸引或電流。例如，所述尾線可 以是具有多個(gè)管腔的柔性線纜。一個(gè)管腔可以用于容納用以向波導(dǎo)遞送光的一個(gè)或多個(gè)光 纖，而另一管腔可以用于向吸引管提供吸引，而非具有單獨(dú)的吸引管。在一些實(shí)施方式中， 當(dāng)所述裝置用于向組織遞送電流時(shí)，或者當(dāng)光源是裝置的一部分時(shí)，管腔可以用于容納向 所述吸引管或電極供應(yīng)電流的一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體。尾線可以具有這些特征的任何組合并且 是有利的，因?yàn)檫@減少了所需的線纜總數(shù)并且還有助于保持裝置的減小的輪廓。
[0011] 照明波導(dǎo)（這里亦稱光波導(dǎo)）中全內(nèi)反射和光混合的使用使得能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出光 分布的控制并且能夠?qū)崿F(xiàn)定制的照明分布。以最小的增加成本，可對(duì)照明波導(dǎo)的任何合適 的表面應(yīng)用諸如刻面、透鏡和/或透鏡陣列等微結(jié)構(gòu)，并且可通過注塑成型結(jié)構(gòu)及其他合 適的結(jié)構(gòu)沿著裝置的壁遞增地對(duì)光進(jìn)行汲取。對(duì)順序汲取表面的使用、裝置的數(shù)值孔徑的 改變作為位置的函數(shù)、在存在或不存在數(shù)值孔徑的變化的情況下對(duì)微觀結(jié)構(gòu)或宏觀結(jié)構(gòu)的 汲取結(jié)構(gòu)的使用、選擇性包覆層、選擇性反射涂層等，全都可用來塑造波導(dǎo)的輸出分布，以 便滿足使用者針對(duì)特定外科手術(shù)吸引照明應(yīng)用所要求的設(shè)計(jì)規(guī)范或者光照規(guī)范。
[0012] 裝置旨在是一次性的，由低成本材料制成，以便通過使用諸如高容量注塑成型、包 覆成型以及金屬與聚合物擠出之類的工藝來促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。裝置組件被工程設(shè)計(jì)成 使得人工成本最小。低成本、高性能的組合裝置提供了對(duì)現(xiàn)有分開的照明裝置及吸引裝置 的有吸引力的替代，同時(shí)最小化了對(duì)于使用者的增量成本。
[0013] 照明吸引設(shè)備包括手持式外科手術(shù)裝置，其將高性能照明波導(dǎo)與吸引相結(jié)合。該 裝置在包括開放式和微創(chuàng)整形術(shù)在內(nèi)的各種外科手術(shù)操作中將會(huì)是有用的。照明波導(dǎo)還可 與諸如外科手術(shù)鉆頭和探頭等其他外科手術(shù)裝置相結(jié)合。照明波導(dǎo)可由光纖尾線、折射率 匹配液和/或吸引管腔制成。
[0014] 當(dāng)遠(yuǎn)端吸引端頭與組織和/或流體表面活動(dòng)接觸時(shí)，必須由照明波導(dǎo)對(duì)外科手術(shù) 吸引視野進(jìn)行照明。為了實(shí)現(xiàn)這樣的效果，來自照明波導(dǎo)的輸出光必須從波導(dǎo)上靠近裝置 遠(yuǎn)端吸引端頭的點(diǎn)發(fā)出。其中，設(shè)計(jì)配置要求光在靠近外科手術(shù)工具遠(yuǎn)端端頭之處從波導(dǎo) 中射出，可配置波導(dǎo)形狀來控制該波導(dǎo)的數(shù)值孔徑，從而控制射出光的發(fā)散角。類似地，在 波導(dǎo)的遠(yuǎn)端中或其附近可形成一個(gè)或多個(gè)諸如任何適當(dāng)大小的透鏡等折射元件，以控制從 該波導(dǎo)發(fā)射的光。在外科手術(shù)中，當(dāng)使用從靠近裝置遠(yuǎn)端的點(diǎn)發(fā)出輸出光的吸引照明裝置 時(shí)，外科醫(yī)師可能由于來自遠(yuǎn)端端頭的眩光而遇到困難。因而，可以鄰近裝置的遠(yuǎn)端定位諸 如LED等光源，或者光源可以與裝置的近端（諸如手柄）相鄰，而在其他實(shí)施方式中，可以 利用外部光源。
[0015] 在替代配置中，可將吸引管的遠(yuǎn)端端頭配置成對(duì)光進(jìn)行透射或反射，以便使外科 醫(yī)師看到被照明的吸引的遠(yuǎn)端端頭，從而使他/她可將吸引裝置的遠(yuǎn)端端頭局限于他們的 周邊視覺中而無需直接觀看或者關(guān)注于裝置的端頭。將波導(dǎo)的薄層延伸到端頭可提供該效 果。實(shí)現(xiàn)這種效果的策略包括但不限于：(a)延伸到端頭的具有或不具有表面汲取特征的 波導(dǎo)，用以導(dǎo)致光從端頭反射回來或者從端頭散射，（b)使用具有高散射系數(shù)的光學(xué)透射材 料的薄層，以導(dǎo)致吸引裝置發(fā)出輝光，（c)應(yīng)用于中央吸引裝置的外部的反射表面，（d)與 表面上的缺陷一起應(yīng)用的反射表面，以便將光從外表面反射或散射，（e)使用施加到內(nèi)吸引 管壁的包覆材料，其對(duì)輸出光的一部分加以透射或散射，對(duì)包覆層的輸入為包覆層中的缺 陷或者自然發(fā)生的泄漏，（f)端頭上的熒光涂層，（g)磷光涂層，（h)在裝置的端頭處或者沿 著裝置的端頭，使用嵌入式反射器或者梯度反射器?；蛘撸蓪⑦h(yuǎn)端端頭幾何形狀形成為有 意地對(duì)光進(jìn)行散射（直角邊緣等）。
[0016] 可使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，諸如微光學(xué)結(jié)構(gòu)、薄膜涂層或其他涂層，使光波導(dǎo)套管或 者適配器或連接器的一個(gè)或多個(gè)表面偏振。在外科手術(shù)環(huán)境中使用偏振光可提供出色的照 明，并且與諸如相機(jī)或外科醫(yī)生眼鏡之類的觀察裝置上的互補(bǔ)偏振涂層的使用相結(jié)合可減 少反射的眩光，從而提供更少的視覺失真和對(duì)外科手術(shù)部位的更準(zhǔn)確的顯色。光波導(dǎo)的一 個(gè)或多個(gè)表面還可包括濾光元件，用于發(fā)射可增強(qiáng)特定組織的可視化的一個(gè)或多個(gè)頻率的 光。
[0017] 在本發(fā)明的第一方面中，照明吸引裝置包括吸引管，該吸引管具有近端、遠(yuǎn)端以及 它們之間的中央部分。所述近端可流體連接至真空源，并且所述吸引管還包括內(nèi)表面和外 表面。光學(xué)包覆內(nèi)層周緣地裝設(shè)在該吸引管的中央部分的外表面周圍，并且該裝置還包括 非光纖光波導(dǎo)。該光波導(dǎo)具有近端、遠(yuǎn)端以及它們之間的中央部分。光通過全內(nèi)反射而穿 過波導(dǎo)傳送（transmit)，并且光從該光波導(dǎo)的遠(yuǎn)端射出以照明外科手術(shù)視野。貼靠吸引管 裝設(shè)該光波導(dǎo)，并在其間裝設(shè)光學(xué)包覆內(nèi)層。該裝置還可具有光學(xué)包覆外層，其周緣地裝設(shè) 在所述吸引管和所述光波導(dǎo)周圍。
[0018] 吸引管可包括具有圓柱形橫截面的管。還可以采用其他橫截面，諸如D形或矩形。 該吸引管的遠(yuǎn)端可裝設(shè)于較光波導(dǎo)遠(yuǎn)端更遠(yuǎn)之處。該裝置還可包括裝設(shè)在吸引管近端附近 的吸引控制機(jī)構(gòu)。該吸引控制機(jī)構(gòu)可適于控制由吸引管提供的吸引強(qiáng)度。該吸引管還可導(dǎo) 電并且可充當(dāng)傳導(dǎo)電信號(hào)的電極。吸引管的遠(yuǎn)端部分可保持無包覆。吸引管的一部分可保 持不受光波導(dǎo)阻擋。
[0019] 光學(xué)包覆內(nèi)層可具有介于1與1. 42之間的折射率。光學(xué)包覆內(nèi)層可形成橫截面 基本上為圓形的管。光學(xué)包覆內(nèi)層可與吸引管同心。
[0020] 光波導(dǎo)可具有介于1. 46與1. 70之間的折射率。光波導(dǎo)可具有介于0. 33與0. 7 之間的數(shù)值孔徑。光波導(dǎo)的遠(yuǎn)端可包括整體形成于其遠(yuǎn)端中的透鏡陣列?？梢圆贾迷撏哥R 陣列使得至少第一透鏡與第二透鏡重疊，并使得從第一透鏡發(fā)射的光點(diǎn)與從第二透鏡發(fā)射 的光點(diǎn)重疊。光波導(dǎo)的遠(yuǎn)端可包括用于從中汲?。╡xtract)光的多個(gè)微結(jié)構(gòu)，并且所述微 結(jié)構(gòu)可適于對(duì)汲取的光加以導(dǎo)引以形成預(yù)選的照明圖案。光波導(dǎo)可在波導(dǎo)遠(yuǎn)端附近包括一 個(gè)或多個(gè)光汲取結(jié)構(gòu)，并且所述光汲取結(jié)構(gòu)可裝設(shè)在該光波導(dǎo)的外表面上。所述光汲取結(jié) 構(gòu)可適于從光波導(dǎo)汲取光，并且它們可適于側(cè)向地和遠(yuǎn)端地導(dǎo)引汲取的光遠(yuǎn)離光波導(dǎo)以形 成預(yù)選的照明圖案。
[0021] 光波導(dǎo)可具有內(nèi)彎曲表面和外彎曲表面，并且該內(nèi)彎曲表面可具有與外彎曲表面 不同的曲率半徑。在吸引管與光波導(dǎo)之間可保持空氣間隙。在吸引管上或光波導(dǎo)上可裝設(shè) 托腳以防止吸引管與光波導(dǎo)接合。這有助于保持吸引管與光波導(dǎo)之間的空氣間隙。光波導(dǎo) 可包括偏振元件來對(duì)從光波導(dǎo)遠(yuǎn)端射出的光進(jìn)行偏振。光波導(dǎo)的遠(yuǎn)端可以不是平坦的。類 似地，光波導(dǎo)還可具有濾光器元件來對(duì)光進(jìn)行過濾從而將一個(gè)或多個(gè)波長的光遞送至照明 區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，可以在波導(dǎo)與吸引管之間裝設(shè)屏障（barrier)，并且所述屏障防 止諸如血液等流體發(fā)生芯吸或以其他方式沿著波導(dǎo)與吸引管之間的空間行進(jìn)。
[0022] 光學(xué)包覆外層可具有介于1. 29與1. 67之間的折射率。光學(xué)包覆外層可形成與吸 引管不同心的管。光學(xué)包覆外層的一部分可直接接觸光學(xué)包覆內(nèi)層的一部分。在其他實(shí)施 方式中，可以在光波導(dǎo)的外表面的一部分之上安置空氣層以形成空氣包覆外層。
[0023] 該裝置還可包括導(dǎo)光管道，該導(dǎo)光管道與光波導(dǎo)的近端整體地形成為單一部件， 并且該導(dǎo)光管道可適于將光從光源引入光波導(dǎo)之中。該導(dǎo)光管道可