СВЕТОВОД ЭНДОСКОПА

Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована в фотодинамической терапии для воздействия на воспаления и новообразования.
Использование оптического волокна в качестве среды доставки лазерного излучения к удаленному приемнику уже давно применяется во многих сферах. Ряд медицинских применений, таких как фотодинамическая терапия, интерстициальная лазерная фотокоагуляция или интерстициальная лазерная гипертермия для разрушения опухоли, нуждается в рассеивателях (диффузорах), которые выводят излучение в радиальном направлении от оптического волокна.
Световоды с цилиндрическими диффузорами применимы при фотодинамической терапии (ФДТ) для внутриполостного облучения или облучения опухоли изнутри, или например сосуда или позвоночника.
Механизм воздействия следующий: в организм человека вводится вещество-фотосенсибилизатор, далее к месту опухоли с помощью световода вводится диффузор, на который подается лазерное излучение, провоцирующее химическую реакцию фотосенсибилизатора в клетках опухоли. В результате такого воздействия опухоль погибает.
Одной из главных задач создания такого устройства является формирование равномерного цилиндрического профиля испускаемого излучения вдоль всей длины диффузора световода. В некоторых случаях диффузоры должны быть достаточно тонкими, чтобы проходить через полые иглы и эндоскопы, но при этом сохранять высокую механическую стойкость и упругость.
Известен световод с оптико-волоконный диффузором для цилиндрического излучения вдоль длины волокна с подобранной заранее плотностью излучения (US 6398778, опубл. 04.06.2002 г.) Рабочая часть диффузора представлена распределенным брэгговским отражателем типа Bragg II. Рассеивающая часть волокна повторно покрыта защитно-упрочняющим покрытием, что приводит к ослаблению механической прочности волокна и увеличению его диаметра.
Известен волоконно-оптический диффузор и способ его производства (WO 1999023041, опубл. 14.05.1999 г.). Рассеивающая часть диффузора представляет собой микроповреждения, созданные в сердцевине волокна с помощью сфокусированного лазерного импульса. Таким способом изготавливают диффузоры с различными профилями излучения и разной длины, а также непосредственно в оптическом волокне без снятия защитно-упрочняющего покрытия. Недостатком данного диффузора является необходимость использования импульсных лазеров высокой мощности и систем фокусировки при его производстве, что приводит к усложнению устройства и возможному удорожанию.
Известны световоды с волоконно-оптическим диффузором (RU 2571322, опубл. 20.12.2015 г., US 5196005, опубл. 02.11.1999 г., US 5269777, опубл. 14.12.1993 г.), в котором рассеивающая часть сформирована механическим повреждением дистального конца волокна или использованием рассеивающих полимерных чулков покрывающих дистальный конец волокна.
Недостатком данных устройств является наличие рассеивающих полимерных чулков или защитных колпачков, которые увеличивают диаметр диффузора, что приводит к большей травматичности при операциях и существенно ограничивает проникающую способность.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому является световод эндоскопа с оптоволоконным диффузором-концентратором. (US 4733929, опубл. 29.03.1988). Диффузор-концентратор состоит из многомодового волокна, имеющего кварцевую сердцевину, оболочку и полимерное защитно-упрочняющее покрытие. В сердцевине диффузора сформированы центры рассеяния, представляющие собой микропустоты в форме микросфер из воздуха или вкраплений микросфер из другого подходящего материала.
Известно, что для внутриполостного облучения, облучения опухоли изнутри или, например, сосуда или позвоночника необходим равномерный профиль лазерного излучения в радиальном направлении для равномерного дозирования, чтобы равномерно просветить и не перегреть участки ткани (http://www.biospec.ru/_Fiber_Optics_r.html), (http://www.medlas.ru/ru/lsp/li.html).
Однако, в силу конструктивных особенностей известный диффузор не дает равномерного лазерного излучения в радиальном направлении, т.к. центры рассеяния света сформированы в виде микропустот-микросфер из воздуха или вкраплений микросфер из другого материала, т.е. имеет неравномерно расположенные сферические микрополости в своей структуре. Кроме того диффузор имеет низкие прочностные и термостойкие свойства, т.к имеет сердцевину изготовленную из поликарбоната, который не выдерживает большие оптические мощности.
Технический результат заключается в создании конструкции световода эндоскопа, обладающего равномерным лазерным излучением диффузора в радиальном направлении, а также высокими прочностными и термостойкими свойствами.
Сущность полезной модели заключается в том, что у световода эндоскопа, выполненного из оптического волокна с окисно-кремниевой сердцевиной, оболочкой и полимерным защитно-упрочняющим покрытием и содержащего цилиндрический диффузор, вдоль оси сердцевины оптического волокна диффузора расположен по меньшей мере один замкнутый микрокапилляр преимущественно цилиндрической формы.
Было обнаружено, что расположение по меньшей мере одного микрокапилляра в сердцевине оптического волокна диффузора вдоль оси обеспечивает равномерное лазерное излучение диффузора в радиальном направлении, а также повышает прочностные и термостойкие свойства устройства.
Кроме того, микрокапилляр изготавливают выплавлением сердцевины оптического волокна на заданную длину, а длина рассеивающей части L диффузора может составлять от 0,5 до 5 см в зависимости от расположения и размера опухоли. Экспериментально установлено, что если длина L больше 5 см, то интенсивность лазерного излучения резко падает.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами.
На фиг. 1 представлена схема световода эндоскопа заявляемой конструкции; на фиг. 2 - диффузор световода в разрезе.
Устройство содержит оптический разъем 1 для подключения к лазеру (не показан) и оптическое волокно 2 (фиг. 1). Оптическое волокно 2 представляет собой многомодовое медицинское волокно ММ(105/125)0.22, которое служит для биомедицинских применений. (http://fibercore.com/product/large-core-fiber)
Оптическое волокно 2 содержит полимерное акриловое защитно-упрочняющее покрытие 3, химически стойкое и инертное (фиг. 2). Толщина покрытия составляет 62,5 мкм.
Под покрытием 3 расположен слой кварцевой оболочки 4 толщиной 10 мкм и сердцевина 5, изготовленная из кварца, легированного двуокисью германия. Диаметр сердцевины 5 составляет 105 мкм.
Диффузор 7 имеет рассеивающую часть L, длина которой может варьироваться от 0,5 до 5 см. Рассеивающая часть диффузора 7 сформирована в виде микрокапилляра 6, являющей по существу преимущественно цилиндрической микропустотой, расположенной вдоль оси сердцевины 5 оптического волокна 2 и изготовленной методом выплавления в кварцевой сердцевине 5 с помощью управляемого разрушения (процесс "fuse effect") (http://www.jetpletters.ac.ru/ps/1056/article_16052.pdf).
В зависимости от режима изготовления микрокапилляр 6 имеет диаметр 6-10 мкм.
Длина рассеивающей части диффузора составляет 0,5-5 см.
Диффузоры заявленной конструкции имеют следующие характеристики:
Прочность на разрыв - 5 ГПа;
Температурная стойкость - до 300 градусов Цельсия;
Диаметр критического изгиба - 5 мм.
Порядок использования световода эндоскопа, например, при лечении опухолей бронха следующий.
В организм больного вводят вещество - фотосенсибилизатор, далее проводят волоконно-оптический световод через канал бронхофиброскопа в место опухоли. Расстояние от диффузора световода до опухоли может варьироваться от 0,2 до 0,6 см в зависимости от модели диффузора, калибра бронха и диаметра опухоли. Далее на диффузор подают лазерное излучение, которое провоцирует химическую реакцию фотосенсибилизатора в клетках опухоли, от которой опухоль погибает.
При лечении опухолей главных и долевых бронхов используют цилиндрические диффузоры заявленной конструкции длиной соответственно 0,5 и 1,0 см. При стелющейся форме опухолевого поражения диаметром более 1,0-1,5 см лазерное облучение проводят, используя несколько позиций световода. Продолжительность сеанса лазерного воздействия на опухоль колеблется от 10 до 30 минут.