专利名称：一种导管头的制作方法
技术领域：
本发明涉及导管领域，以及用于导管插入术的成像系统。
背景技术：
导管插入术能够提供有效和优质的服务，可大大减少患者的不适、住院时间以及医疗费用。其通常要求通过很小的切口进入脉管系统并操纵治疗或诊断装置到达人体内的目标区域。导管由于具有尽可能小的圆形横截面，因而成为在介入方法中广泛使用的最重要的装置。与其它任何类型的介入装置不同，导管具有各种各样的形状和具体构造。每种导管都有其自身的用途，因而其自身特性和构造方式与其它导管不同。
在此使用的术语“导管”表示任何类型的切入外科工具，用来插入人体或动物体内，远距离访问身体的某一部分，进行某种类型的检查和/或医疗处理。
美国专利No.6,208,887B1示出了一种导管输送的低分辨率喇曼散射分析系统，用来检测受治疗者的损伤。该系统使用一种连接在导管上的多态激光器对体内损伤进行喇曼光谱测定。系统内包括光收集器和光扩散元件，以及测量表示损伤存在的光谱图样的检测器。而且，还可以根据与每种损伤相关的唯一的喇曼光谱来识别损伤的类别。
此外，现有技术已知用来远程定位和追踪人体或动物体内导管的各种导管追踪方法。目前，X射线荧光检查成像法是标准的导管追踪技术。举例来说，菲利普导管实验室系统提供了在导管插入时可监视手术进行的X射线成像法。(http:∥www.medical.philips.com/main/products/cardiovascular/)
例如，在采用导管的外科手术中，狭长的塑料管插入腹股沟或胳臂的动脉内，然后医生引导导管通过大动脉至心脏。在心脏导管插入过程中，可以进行以下诊断测定可以通过导管射入少量造影剂。这种造影剂使得利用X射线能够察看血管和心室或心瓣膜。
可以测量心室内的压力。
可以测量血液中氧气和二氧化碳的局部浓度。
可以测量心脏内的电信号，或者可以测定对施加的电信号的反应。
采用导管的治疗方法包括局部扩张血管的经皮冠脉腔内血管成形术(PTCA)。
血管内修补的布置。
一般来说，在导管插入过程中应测量和监视各种医疗参数如心跳频率、血压等等。这些医疗信息对于永久监视患者的身体状态是十分重要的。
因此需要有一种能够改进导管插入过程中对患者身体状态监视的导管头。
发明内容
本发明提供了一种导管头，其通过将辐射引导到血液检测体积并分析从血液检测体积返回的返回辐射来测定至少一项血液性能。
例如，这种导管头具有将辐射如激光光束或红外线光束引导到血液检测体积的光波导向件，所述血液检测体积位于导管头的前面，或者可以位于导管头内的入口或空腔中，还可以位于其它适当的地方。从血液检测体积返回的辐射被导管头捕获，并传送给分析器。根据对返回辐射的分析可以测定至少一项血液性能。
根据本发明的优选实施例使用了喇曼光谱测定法。激光光束引导到位于导管头前面或里面的血液检测体积。所得到的喇曼散射光线被传送给光谱仪，进行喇曼光谱分析以测定一项或多项血液性能。
喇曼光谱测定法基于光线在分子上的非弹性散射。在这种散射过程中，能量在光子和分子之间传递，导致光线波长的偏移。对应于波长偏移的能量与分子振动状态的能量差相等。
通过在足够大的波长范围内检测喇曼信号可以计算出大量分子状态的能量。由于对每一种分子来说这种能量组合是特定的，所以喇曼光谱可以认为是分子种类的指纹。利用喇曼光谱测定法能够检测血液分析物如葡萄糖或乳酸盐。这些分析物提供了有关患者健康状况的一般和特殊的信息。
本发明将喇曼探针结合到导管中，其优点是在导管插入时能够一直进行血液分析，改进手术过程中对患者医疗状态的监视。举例来说，在导管插入进行以下目的时可以使用这一诊断工具监视导管插入过程，如通过测量氧化或乳酸盐来连续监视患者的身体状况；测量局部血液成分。
在现有技术的血液分析方法中，血液是用针从手臂抽取的，且血样在化验室内进行分析。这种分析和运送要花费很多时间，如最长需要两天，在紧急情况下一般也要20分钟。而本发明使得能够连续监视血液性能，提供有关患者医疗状态的最新信息给医生。
根据本发明的一个优选实施例，使用了采用光波导向件的共焦喇曼光谱测定法。来自喇曼激励激光器的光线耦合到光导纤维，而光导纤维结合在导管中。在导管头内，来自光导纤维的光线由透镜收集并聚焦到检测区域。喇曼散射光线由同一物镜收集并反馈耦合到光导纤维。光导纤维的端点起到针孔的作用，以确保共焦检测。
根据另一优选实施例，使用了两个单独的光导纤维其中一个光导纤维将入射光线传送至血液检测体积，而另一个光导纤维返回辐射。
根据本发明的还有一个优选实施例，使用了具有高数值孔径(NA)的透镜以收集尽可能多的喇曼散射光线。收集到的喇曼光线通过光导纤维返回并用光谱分析器进行检测，以定量检测分析物的浓度。
根据本发明的还有一个优选实施例，使检测体积内的红血球和/或白血球的数目减少以降低对光线的吸收和散射。为此可以使用带有遮挡板机构的网筛。
根据本发明的还有一组优选实施例，光学元件用来增强喇曼散射光线的收集效率。这可以利用球面镜或椭球面镜来进行。
根据还有一组优选实施例，血液检测体积位于血液流经的导管头空腔内。为了增加流经检测体积的血流量，可以设置通过导管头的血液通道并利用皮托管效应。
作为喇曼效应的一种替代方式可以使用其它光谱技术。比如可以通过引导到血液检测体积的红外光线来进行。在这种情况下，通过可检测红外光线强度变化的红外吸收光谱法来分析返回辐射。
根据本发明的还有一个优选实施例，使用了荧光光谱法。在这种情况下，激光束或别的类型的辐射引导到血液检测体积以激励分子发出感应荧光。可根据检测到的荧光来测定至少一项血液性能。
根据本发明的还有一个优选实施例，使用了弹性散射光谱法。在这种情况下，反射比的变化被用来进行血液分析。
应当认识到本发明并不限于任何一种特定的光谱技术而是可以使用任何类型的光谱法，包括(i)红外光谱法，具体是红外吸收光谱法、傅里叶转换红外线(FTIR)光谱法和近红外线(NIR)漫反射光谱法；(ii)散射光谱学技术，具体是喇曼光谱法、激励喇曼光谱法、相干反斯托克斯-喇曼光谱法(CARS)、荧光光谱法、多光子荧光光谱法和反射光谱法；以及(iii)其它光谱技术，如声光光谱法、偏振测定法和泵探针光谱法。本发明优选使用的光谱技术是红外吸收光谱法和荧光光谱法。
根据本发明的还有一个优选实施例，导管头具有可对返回辐射进行光谱分析如喇曼光谱分析、红外吸收光谱分析、散射光谱分析、荧光光谱分析的机构。
根据本发明的还有一个优选实施例，应对引导到检测体积的辐射作出选择，以产生分子振动散射而形成返回辐射。举例来说，这种辐射是激光光束或红外线光束。
根据本发明的还有一个优选实施例，可遥控的遮挡板布置在网筛的前面。网筛的大小可防止红血球和/或白血球进入检测体积。
根据本发明的还有一个优选实施例，反射镜用于辐射和/或返回辐射，反射镜是球面镜或椭球面镜。
根据本发明的还有一个优选实施例，导管头具有将激光光束引导到血液检测体积的第一光波导向件和用来接收喇曼散射光线以传送给光谱分析机构的第二光波导向件。
根据本发明的还有一个优选实施例，第一光波导向件决定了激励光路，第二光波导向件决定了检测光路，而且还包括使激励光路和检测光路去耦合的机构。
根据本发明的还有一个优选实施例，导管头具有过滤检测光路中激光光束的机构。
本发明的另一个方面涉及具有导管头的导管系统，所述导管包含至少一个将导管头连接至喇曼激光源和光谱分析机构的光波导向件。
本发明的还有一个方面涉及用于导管插入术的成像系统，所述成像系统包括导管系统，还带有显示机构以显示通过光谱分析检测到的血液性能。
下面将参考附图更加详细地介绍本发明的优选实施例，附图中图1是本发明导管系统的方块图；图2示出了血管中的图1所示导管系统的导管头；
图3至13示出了导管头的各个实施例；和图14示出了导管插入术的成像系统的方块图。
具体实施例方式
图1示出了具有导管头102的导管系统100。导管头102包括延伸穿过导管106的光学纤维104。此外，导管头102具有物镜108，用来将光线引导到检测体积并收集喇曼散射光线。
光学纤维104连接至光学纤维110。光学纤维110引导由喇曼激励激光器114产生的激光束112穿过连接器116至光学纤维104。激光束112通过物镜108被引导到检测体积。喇曼散射光线由物镜108收集并被耦合到光学纤维104中。
喇曼散射光线通过光学纤维104、连接器116、光学纤维110至反射镜118，从那里喇曼散射光线120提供给喇曼光谱分析器122。喇曼光谱分析器122分析接收到的喇曼散射光线120的光谱以测定一项或多项血液性能如葡萄糖、糖血红蛋白、乳酸盐、胆红素、胆固醇、甘油三酸酯、血红蛋白以及血内气体的浓度。
此外，取决于导管插入术的用途，如PTCA或其它用途，可以通过连接器116和导管106将各种导管输入装置124连接至导管头102(参见美国专利No.5,938,582或No.6,302,866)。通常每种应用要求有其自身专用的导管，可将某些功能性结合到专门设计的导管中。
图2示出了图1的导管系统100的导管头102工作时的情形。导管头102通过导管106引入血管200。激光束通过光学纤维104引导到由物镜108确定的共焦检测体积202。喇曼光线由流经共焦检测体积202的血液散射回来，由物镜108收集后耦合到光学纤维104。
图3至13示出了用于图1和2所示类型导管系统中的导管头的各个优选实施例。
图3示出了与图1和2中导管头102类似的导管头300。导管头300包含细长外壳302，带有容纳物镜304的开口。光学纤维306(参照图1和2中的光学纤维104)引导激光光束穿过导管308，然后通过物镜304将激光光束引导到共焦检测体积310。沿物镜304方向从检测体积310散射回来的喇曼光线被反馈耦合到光学纤维306，以传送给喇曼光谱分析器(参照图1中的喇曼光谱分析器122)。然而，应当认识到外壳的这种细长形状对于本发明来说并不是必须的。
下面图4至12所示的优选实施例中，与图3相同的那些部件将用相同的标号来表示。
在图4所示实施例中，外壳302中设有空腔312。血液可以通过设置在外壳302中的开口流入空腔312。共焦检测体积310位于空腔312内。在此实例中，物镜304布置在空腔312的侧壁上。这样当导管头300通过血管时可防止物镜304的表面受到血管壁的污染。
在图5所示实施例中，在空腔312的开口处设有朝向血管的网筛314。网筛314可挡住红血球和/或白血球。当网筛314合拢时只有血浆能够进入空腔312。这样可以减少红血球和/或白血球对喇曼激光和喇曼信号的吸收和散射。
为了挡住红血球和/或白血球应选用5微米以下的筛眼尺寸。
此外，网筛314的前面可以设有遮挡板316。这样在导管头300通过血管时可防止网筛弄脏。遮挡板316是遥控的，而且只在血液测量之前打开使得血液能够流经空腔312。
在图6所示实施例中，外壳302中设有血液通道318，使得通过导管头300的血流能够流经共焦检测体积310。其优点是，可防止物镜304的表面受污染，同时还能增加经过检测体积310的血流量。
通道318可以用贯穿导管头300的管子来实现。或者，还可以使用沿导管头300侧面的凹槽。在图7所示优选实施例中利用皮托管效应来进一步增加血流量。为此，通道318在外壳302的前面和侧面各有一个开口。这样当血液沿外壳302流动时产生额外的压差，从而增加流经通道318和检测体积310的血流量。
在图8所示优选实施例中，物镜304的对面设有球面反射镜320。检测体积310在空腔312内位于物镜304和球面反射镜320之间。通过物镜304引导到检测体积310中的激光由球面反射镜320反射回到检测体积310中。因此喇曼散射发生两次，一次是对于原始激光束，一次是对于反射激光束。而且，喇曼散射光线也由球面反射镜320反射并被物镜304收集；因此可大大提高灵敏度和喇曼信噪比。
在图9所示实施例中，椭球面镜322设置在外壳302内。光学纤维306的末端324位于椭球面镜322的一个焦点上。检测体积310位于椭球面镜322的另一焦点。血液通过延伸成为椭球面镜322的空腔312流至检测体积310，从而防止椭球面镜322被血液完全注满。
在图10所示实施例中，通过外壳302中的开口328使反射镜326完全被血液充满。反射镜326可以是椭球面镜或球面镜。在这种情况下，检测体积310位于光学纤维306的孔口处。
在图11所示优选实施例中，单独的光学纤维306和330分别用来引导激光光束到检测体积310以及将喇曼散射光线传递回到喇曼光谱分析器(参照图1中的喇曼光谱分析器122)。喇曼散射光线由垂直于物镜304的物镜332收集进行去耦合。或者使用别的角度。这样可以减少耦合到光学纤维330中的激光量。为了进一步减少光学纤维330中的激光，在光学纤维330和物镜332之间可以设置滤光片334以抑制激发波长。这样做的优点是喇曼散射光线不会被荧光覆盖。
如果对于喇曼激励激光束和喇曼散射返回光束只使用单个光学纤维，存在的问题是激励激光束会在光学纤维内产生一定量的荧光。这种荧光对喇曼信号的信噪比有负作用。通过使喇曼激励激光束和返回光束去耦合可以解决这个问题，因为很低强度的喇曼返回光束不会在返回光学纤维330内产生荧光。因此与只使用单个光学纤维的实施例相比可提高信噪比。
图12示出了使喇曼激励激光束和返回光束去耦合的另一种方法。在喇曼激励激光束的光路中设有分色镜440。对于波长比如785纳米的喇曼激励激光束来说，分色镜440是透明的。
喇曼散射光线被分色镜440反射，因为对于波长是800至1000纳米的喇曼散射光线来说，分色镜440是反光的。分色镜440将喇曼散射光线反射到也可以是二向色性的反射镜442上。喇曼散射光线从反射镜440耦合到光学纤维330。没有或只有很少一部分喇曼激励激光束被耦合到光学纤维330，因为起码来说，分色镜440对于喇曼激励激光束是透明的。
在图13所示实施例中，布置在外壳302内的血液通道336围绕检测体积310具有半圆形形状338。光学纤维306的孔口位于半圆形形状338平直边的中心。该半圆形形状覆盖有反射涂层，作为球面镜。通道336管状部分的直径尽可能小，以限制血液的吸收。同样也使用皮托型管来增加血流量。
图14示出了带有用于获取图像数据的X射线部件402的成像系统400。X射线部件402与用来处理图像数据的成像部件404相连。成像部件404的输出端连接至显示单元406。这种成像系统在监视导管插入术的现有技术中是已知的。除了现有技术的成像系统之外，还将导管系统100(参照图1)连接至成像部件404。导管系统100将血液分析数据提供给成像部件404。血液分析数据结合到由成像部件404产生的图像中并在显示器406上显示。这样操作人员就同时具有图像数据和化学分析数据，改进了对患者身体状态的监测。标记100 导管系统102 导管头104 光学纤维106 导管108 物镜
110 光学纤维112 激光束114 喇曼激励激光器116 连接器118 反射镜120 喇曼散射光线122 喇曼光谱分析器124 导管输入装置200 血管202 检测体积300 导管头302 外壳304 物镜306 光学纤维308 导管310 检测体积312 空腔314 网筛316 遮挡板318 通道320 球面镜322 椭球面镜324 末端326 反射镜328 开口330 光学纤维332 物镜334 滤光片
336 通道338 半圆形球面镜440 分色镜442 反射镜400 成像系统402 X射线部件404 成像部件406 显示单元
权利要求
1.一种导管头，包括将辐射引导到血液检测体积(220；310)的机构(104、108；306、304；320；322；326；338)，从所述血液检测体积接收返回辐射的机构(104、108；306、304；320；322；326；332、334、330；338)，机构(104；306；330)，可将所述返回辐射传送至分析所述返回辐射的机构(122)，从而测定所述血液的至少一项性能。
2.根据权利要求1所述的导管头，其特征在于，包括将激光光束引导到所述血液检测体积并接收喇曼散射辐射及传送给光谱分析机构的光波导向件(106；306)。
3.根据权利要求1或2所述的导管头，其特征在于，在所述光波导向件的前面带有物镜(108；304；320)。
4.根据上述权利要求1至3中任何一项所述的导管头，其特征在于，还包括外壳(302)，所述检测体积(310)位于所述外壳内，且所述检测体积最好位于所述外壳(302)的空腔(312)内，所述外壳具有开口(328)，使得血液能够流入所述空腔。
5.根据上述权利要求1至4中任何一项所述的导管头，其特征在于，还包括引导血流通过所述血液检测体积(310)的通道机构(318；336)，最好还包括细长形外壳(302)，所述外壳设有前开口和侧开口，所述前开口和所述侧开口由所述通道机构(336)连接。
6.根据上述权利要求1至5中任何一项所述的导管头，其特征在于，所述血液检测体积(310)位于外壳(302)内，所述外壳具有使血液能够流入所述血液检测体积的开口，和防止红血球和/或白血球进入所述血液检测体积的网筛(314)。
7.根据上述权利要求1至6中任何一项所述的导管头，其特征在于，还包括将所述激光光束反射回所述血液检测体积的球面镜(320；326)，最好还包括椭球面镜(322)，所述血液检测体积(310)构成所述椭球面镜的一个焦点。
8.根据权利要求7所述的导管头，其特征在于，所述光波导向件(306)的末端(310)位于所述椭球面镜(322)的另一焦点，还包括将血液引导到所述椭球面镜内所述血液检测体积的机构(312)。
9.根据上述权利要求1至8中任何一项所述的导管头，其特征在于，还包括由外壳(302)内的反射镜(326；338)构成的空腔(312)，所述血液检测体积位于所述光波导向件的末端附近。
10.根据上述权利要求1至9中任何一项所述的导管头，其特征在于，具有半圆形空腔(312)，所述空腔的球面侧覆盖涂层，用作所述激光光束和所述喇曼散射辐射的反射镜(338)。
全文摘要
本发明涉及一种导管头，包括将辐射引导到血液检测体积(220；310)的机构(104、108；306、304；320；322；326；338)、从血液检测体积接收返回辐射的机构(104、108；306、304；320；322；326；332、334、330；338)、以及机构(104；306；330)，可将返回辐射传送至分析返回辐射的机构(122)，从而测定所述血液的至少一项性能。
文档编号A61B5/00GK1777394SQ200480010801
公开日2006年5月24日 申请日期2004年4月23日 优先权日2003年4月24日
发明者M·C·范比克, C·T·H·F·里伊登鲍姆, G·W·鲁卡斯森, W·H·J·伦森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司