專利名稱：用于侵入性導管定位的光導系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光導系統，以及一種用于插入氣管內導管、鼻飼管、飼管、硬膜導管、中央靜脈導管、外插式中央靜脈導管、胸腔管多級導管、和類似的侵入性導管和管子的方法。
背景技術：
確定插入到患者體內的導管的端部位置以便將營養素或藥物提供到體內特定位置一直是個難題。目前，導管定位或者是沒有視覺導向地進行，或者如果定位特別關鍵，則通過X射線來進行，X射線可以精確地確定用來制造管子的不透射線的塑料材料的位置。但是，通常需要大量的X射線。因此需要一種方便并容易使用并且還可以不需要X射線而能非常精確地定位導管端部的光學系統。優選地，在插入過程中可以直接觀察導管端部的位置并且在其后的任何時候可以檢查端部位置。
已經獲知在先技術的導管光傳輸裝置(例如Woodward等的5,947,958)，它在插入之后例如通過腹膜壁提供內部器官的照明。這種照明是或者為組織表面成像提供光或者為光動力性療法傳輸光。這種裝置不是用來導管定位的。
其他光導裝置，例如Fontenot的5,423,321具有多個不同長度的光導纖維，在手術期間它們插入到內部器官或脈管中。在氣囊導管的情況下，這種光導裝置用于將氣囊導管定位在必要時氣囊充氣以阻塞脈管的地方。導光裝置是一個獨立實體并且通過脈管壁進行觀察，從而光線足夠，盡管近紅外光降低所需的光強度。還需要一個檢測系統用來當手術刀具接近脈管時進行確定。
Vander Salm等的5,906,579和Duhaylongsod等的6,113,588類似地說明了一種在手術條件下通過脈管壁使氣囊導管可見的方法。在這些裝置中，光纖是一個獨立實體并且優選地插入通過多管腔導管的一個管腔。所揭示的裝置特別是用于心胸手術。
這些在先技術光導裝置沒有使用內置在導管中具有多種不同功能的單一光纖，不是主要用于定位氣管內導管、鼻飼管、飼管、硬膜導管、中央靜脈導管、外插式中央靜脈導管、胸腔管多級導管、和類似的侵入性導管和管子的非手術過程中插入的導管的端部，并且這些在先技術光導裝置沒有僅僅使用近紅外光，因為脈管在手術中并不外露并且可見光(藍色到橙色)不能充分穿透組織。而且，這些在先技術光導裝置相對昂貴并且要求光學組件接受FDA的苛刻審查，因為它門將接觸患者。本發明克服了在先技術的這些局限。

發明內容
來自小激光二極管的光穿過光纖，該光纖在制造時或者包含在管腔中或者包含到侵入性導管的壁內。光選擇為具有被組織最少地吸收的波長，優選地在大約620nm到1100nm的范圍內。在一個優選實施例中，采用780nm，因為在該波長處組織吸收最小。光從光纖端部(位于導管末端)出來并經過組織到達外部，在這里它被檢測。由夜視鏡觀察光帶，該夜視鏡濾出其他頻率范圍的光。所檢測的光可以定位光纖端部，位置精度取決于光纖末端和體外之間的組織厚度。該方法對于兒童以及靠近成人皮膚表面的導管具有很高的精度，但是不可應用于放置在一些成人體腔內的導管。


以下參照附圖進一步詳細說明本發明的光導系統和用于插入氣管內導管、鼻飼管、飼管、硬膜導管、中央靜脈導管、外插式中央靜脈導管、胸腔管多級導管、和類似的侵入性導管和管子的方法，其中圖1表示具有用在本發明中定位所插入導管的末端的集成光纖的導管的橫截面。
圖2表示圖1的導管的側視圖。
圖3表示插入到患者體內的圖1的導管以及根據本發明的方法在最靠近患者皮膚的位置檢測來自導管末端的光。
具體實施例方式
本發明的光導系統包括一個激光二極管，它具有620nm到1100nm范圍內的波長，優選地780nm的波長，其發射寬度小于2nm并且功率小于5mw，它通過一個150微米(或更小)的玻璃芯光纖在末端承載在“ST”光學連接器上。如圖1所示，玻璃光纖10嵌在具有導管管腔40的導管30的壁20內(即部分地或者全部地由壁20包圍)。光纖10經過導管30的整個長度，并且如圖2所示位于導管30的末端50的光纖10的無終端接頭的端部可以插入到患者體內。近端60終止于ST光學連接器(未示出)，該ST光學連接器用于將光纖10連接于激光二極管(未示出)。相反地，光纖10可以在其近端60插入導管30的管腔40并且提供到導管30的末端50并固定在位從而導管30插入到患者體內之后光從末端50逸出。
操作人員使用諸如近紅外夜視鏡70從所選位置的入口處觀察導管30的推進。導管30末端50被看作是單一光源并且檢測來自該光源的散射光線。利用具有780nm的中心波長的窄帶干涉濾波器80(優選地在半高處小于10nm，但是也可以使用較寬帶通的濾波器)覆蓋鏡70的檢測器表面。通常，隨著光學濾波器帶通寬度的增加其他環境光的影響增大。選擇小于10nm的值以允許激光二極管波長中的一些變化并且還使得經過鏡70的檢測器的并非來自激光二極管的光量最少。當然，如果使用其他波長的光，那么可以使用以其他波長為中心的合適的干涉濾波器。
圖3表示經由鼻飼管30插入到患者體內的圖1和2的導管30以及根據本發明的方法在最靠近患者皮膚的位置檢測來自導管30的末端50的光。在如圖3所示的例子中，其上具有合適的干涉濾波器80的夜視鏡70允許操作人員通過患者胃部外的皮膚看到紅外光。
本領域技術人員將可以明白利用不同的光源和光檢測器可以構造本發明的用于導管的光導系統。盡管780nm的光是適宜的因為在該波長處組織吸收接近最小，但是例如可能采用LED作為光源，只要所提供的光具有合適的波長和能量。在這種情況下，檢測器上需要較寬帶通的濾波器(LED光輸出寬于激光二極管的光輸出)。類似地，可以使用不同的檢測器，包括光電二極管、光電倍增器、雪崩光電二極管以及微道通板。當使用光電二極管或者其他單點檢測器時，它們可以移動到組織表面上來檢測從光纖發出的特定光的最大值。可以通過以特定頻率(例如1000Hz)調制光并且僅僅檢測該頻率下的光電信號來最大化測量的靈敏度。
可以允許操作人員檢測導管具有不適當的“雙折(doubled back)”的情況的另一種變化將包含兩個光纖，一個終止于末端之前大約5厘米而另一個位于末端。這兩個可以由光的調制頻率和/或波長來區別。
在檢測系統的一種變化中，夜視鏡70包括在操作人員一只眼前面的小型顯示屏中的靈敏的微道通板成像器。這將允許操作人員根據需要觀察患者或者顯示屏。
盡管以上詳細說明了本發明的實施例，但是本領域技術人員容易明白，可以對實施例做出其他修改而不脫離本發明的新穎內容和優點。任何這些修改都將包含在由所附權利要求書限定的本發明的范圍內。
權利要求
1.一種用于在患者體內定位侵入性導管的光導系統，包括導管；插入所述導管內并且從所述導管近端延伸到所述導管末端的光纖；布置在所述光纖末端用來將光導入其內的光源，從而當導管插入患者體內時所導入的光經由光纖到達導管末端，并且從所插入的導管的末端發出的光經過患者組織到達患者體外；以及檢測裝置，它接收并過濾從患者體外發出的光以幫助檢測裝置的操作人員確定導管末端在患者體內的位置。
2.如權利要求1所述的光導系統，其特征在于，光源包括以620nm到1100nm的波長范圍發出光的激光二極管。
3.如權利要求2所述的光導系統，其特征在于，激光二極管以大約780nm的波長發出光。
4.如權利要求1所述的光導系統，其特征在于，檢測裝置包括夜視鏡，在其檢測表面上具有干涉濾波器，干涉濾波器有效地阻擋包括由所述光源發出的波長范圍在內的窄帶之外的波長范圍內的光。
5.如權利要求4所述的光導系統，其特征在于，所述夜視鏡包括在操作人員一只眼前面的小型顯示屏中的微道通板成像器。
6.如權利要求1所述的光導系統，其特征在于，光纖嵌在導管壁內。
7.如權利要求1所述的光導系統，其特征在于，光纖插入導管的管腔內從而延伸到導管末端并且在導管插入到患者體內期間光纖固定在位。
8.一種確定插入到患者體內的侵入性導管的末端的位置的方法，包括以下步驟將具有插入其中從而從導管的近端延伸到末端的光纖的侵入性導管插入到患者體內；將窄帶光導入光纖近端，從而當導管插入患者體內時所導入的光經由光纖到達導管末端，并且從所插入的導管的末端發出的光經過患者組織到達患者體外；在患者皮膚表面檢測從導管末端發出并經過患者皮膚到達皮膚表面的紅外光；以及通過在患者皮膚表面過濾所檢測的光帶確定導管末端的位置。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，導入光纖近端的光的波長范圍為620nm到1100nm。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，導入光纖近端的光具有大約780nm的波長。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，檢測步驟包括利用夜視鏡觀察患者身體的步驟，其中在夜視鏡的檢測表面上具有干涉濾波器。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，確定步驟包括利用干涉濾波器過濾從患者發出的光從而有效地阻擋導入所述光纖的窄帶光的波長范圍之外的波長范圍內的光的步驟。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，檢測步驟還包括在佩帶所述夜視鏡時在操作人員一只眼前面提供小型顯示屏。
14.如權利要求8所述的方法，其特征在于，光纖插入步驟包括將光纖嵌在導管壁內的步驟。
15.如權利要求8所述的方法，其特征在于，光纖插入步驟包括將光纖插入導管的管腔內從而延伸到導管末端并且在導管插入到患者體內期間將光纖固定在位的步驟。
16.如權利要求8所述的方法，包括以下附加步驟將第二光纖插入到導管內從而所述第二光纖終止于短于所述導管的所述末端的預定距離；將光導入所述第二光纖內，該光區別于導入所述光纖內的光；以導入這兩個光纖內的光的每個光源的頻率檢測從患者發出的光；以及根據從患者發出的光的位置確定導管本身是否具有“雙折”。
全文摘要
來自小激光二極管的光導入導管末端并穿過光纖，該光纖在制造時或者包含在管腔中或者包含到侵入性導管的壁內。光選擇為具有被組織最少地吸收的波長，優選地在大約620nm到1100nm的范圍內。優選地采用780nm，因為在該波長處組織吸收接近最小。光從光纖端部(位于導管近端)出來并經過組織到達患者皮膚外部，在這里它被檢測。由夜視鏡觀察光帶，該夜視鏡濾出其他頻率范圍的光。所檢測的光可以定位光纖端部，位置精度取決于光纖末端和體外之間的組織厚度。該方法對于兒童以及在成人皮膚表面幾厘米內的導管具有很高的精度。
文檔編號A61J15/00GK1602168SQ02812406
公開日2005年3月30日 申請日期2002年6月19日 優先權日2001年6月19日
發明者戴維·F·威爾遜, 格雷戈里·J·謝爾斯 申請人:賓夕法尼亞大學理事會