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TWI595870B - 具光導槽的光學針及其製法 - Google Patents

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TWI595870B
TWI595870B TW104131667A TW104131667A TWI595870B TW I595870 B TWI595870 B TW I595870B TW 104131667 A TW104131667 A TW 104131667A TW 104131667 A TW104131667 A TW 104131667A TW I595870 B TWI595870 B TW I595870B
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Description

具光導槽的光學針及其製法
本發明是關於一種光學針及該光學針的製法，特別是一種具有光導槽的穿刺用針，以傳遞光束進入一物體，以及製作該光學針的方法。
穿刺用針是一種廣泛應用在工業、服務業以及日常生活的物品。在許多應用上，穿刺針需要具有導光的功能。這種應用包括工業探測、醫學探測以及治療等。
最近，透過對人體「穴道」以穿刺針刺激，達成改善身體狀況的應用，流行在許多國家。其中一種應用稱為「針灸」，是以穿刺針從皮膚插入人體，達到所謂穴道的位置，並對該穴道提供熱能、光能或電能，以刺激穴道的生理作用。至於提供熱能的方法，包括燒炙針體，以將熱能傳遞到穴道。此外，也可以電的形式提供電能，藉金屬材質的穿刺針傳遞。最近則發展出以光，特別是雷射光的形式，傳遞光能的應用方式。
為能夠藉由穿刺針傳遞光束形式的光能，業界開發出多種醫學上或針灸上應用的光學針。此外，為提供穿刺針傳遞光束的應用，例如作為探測光源的應用，也有類似的設計提出。
CN103901233A揭示一種光纖探針，該光纖探針的末端以蝕刻方式形成一針尖，針尖具有橢圓型端面。在針尖表面也提供一金屬鍍膜，且使針尖裸露。
CN104287960A揭示一種光纖針灸針，包含針灸針與位在針內的光纖。光纖頂部形成錐形尖端，並位在該針灸針尖的微孔開口處，以引導雷射光進入針尖處的針灸部位。該針灸針另提供微孔，以容許電信號與光信號通過。
CN204073134揭示一種多通道雷射治療儀，包括8條互相獨立的雷射治療通道，並均包括雷射光源與光纖。雷射光以連續或脈衝的形式，照射人體穴位。
TW M493360U揭示一種應用於靜脈雷射之光纖針頭，在針頭基座設透孔，一端可套接光纖管體，使管體內的光纖穿過透孔。該創作另提供一套蓋，套在該基座上。可於對光纖消毒後封閉該套蓋。
US 2014/0121538A1揭示一種光纖與金屬針的結合體，該針內部提供多數光纖通道，以容光纖通過。針尖形成兩種傾斜角度，使光纖在該針尖處突出於第二傾斜角度，但不突出於第一傾斜角度。
US 2014/0243806A1揭示一種內建光纖的空心針，針內形成多數管孔，以容納多數光纖。並提供一集線器，以將多數光纖光學連結到一雷射光源。該集線器配備多數光導，以導引雷射光源的雷射到各光纖中。
WO 2014/133500A1揭示一種診斷用探針，探針針體提供多數空管，以容納光纖。光纖的終點位在該針體長度上的不同位置，以提供周圍組織的探測資訊。
由先前技術的光學針設計可知，現有技術雖然提供具有導光功能的穿刺針，但針體結構均屬複雜。現有光學針的設計，主要是以金屬或其他硬質材料的針管，支持管內的光纖，提供導光功能。這種結構製作較為困難，組裝也不易。且光纖占用針管，排擠光學針輸送其他流體、電或光的空間。
此外，習知光學針主要採取與光源分離的形態。但從現有技術的光學針設計也可得知，針體內所配備的導光材料直徑非常微小，與有效對光束作遠距傳遞的導光材料直徑，難以匹配。兩者之間通常必須使用耦接器，才能對準。這種耦接器的使用造成光學針系統體積龐大，並提高製造、使用的成本。
本發明的目的在提供一種新穎的光學針結構，該光學針使用的導光材料不須占用光學針的主要通道。
本發明另一目的是在提供一種不須使用光纖耦合器，即容易與光源結合的光學針。
本發明另一目的是在提供一種組裝容易的光學針。
本發明的目的也在提供一種新穎的光學針製作方法，用以製作一種導光材料不須占用光學針主要通道的光學針。
根據本發明的光學針，乃是包括一針體及一光源耦合座。並可選用的包括一光導，例如為一光纖；該針體具有一光導槽，用以容納該光導的一部分；該光源耦合座提供一介面，用以介接一光源；該光導槽一端對準該光源耦合座的介接面，以將該光導的一端對準該介接面；其特徵在於，該光源耦合座內形成一光導空間，用以容納該光導。該光導空間由接近該介接面之一端向 接近該光導槽之一端延伸，且該光導空間之口徑由該介接面端向該光導槽端縮減。該口徑之縮減可為連續縮減或梯度縮減。
該光學針如包括該光導，則該光導配置於該光導空間中，由該介接面端向該光導槽端延伸，並沿該光導槽向該針體之尖端延伸。且該光導之長軸由該介接面端處向該光導槽端處縮減。在本發明的較佳實例中，該長軸可為該光導之直徑。該長軸尺寸之縮減可為連續縮減或梯度縮減。該介接面可包括在一凹槽內，該凹槽可容納該光源。
在本發明的應用上，該光學針用以傳輸光束進入一物體，該物體可為人體組織、一長管或一囊袋。該針體的針尖可形成切口，以利插入。該針體的頂端可橫向延伸形成一平板，以強化與該光源耦合座的結合。
本發明光學針的介接面可供連結一光源。該光源可為一光纖纜線，也可為一小型雷射頭。如為雷射頭，該雷射頭可包括一雷射光束產生裝置，用以產生一雷射光；一電源，用以供電至該雷射光束產生裝置；一耦合器，用以將該雷射光耦合至該光源耦合座；及一開關，用以控制該電源之供電。該雷射頭提供一耦合部，具有與該光源耦合座所提供的凹槽形狀相容之形狀，以使該雷射頭可以穩固的插置在該光源耦合座上，並使發光面對準該光纖的介接端。
本發明也揭示一種光學針的製法。該方法包括：製備一針體，該針體具有一光導槽。提供一光導，該光導具有一第一端，連接該第一端之縮小段，以及連接該縮小段之第二端。該光導之長軸由該縮小段與第一端連結處向與第二端的連結處縮小。使該光導之第二端進入該光導槽中。如有必要並使該縮小段及/或第一端留在該光導槽之外。形成一具有光源介接面的光源耦合座，以包覆該針體的一部分及該光導的第一端或該第一端與縮小段，並使該光導的 第一端端面對準該介接面，以接受由該介接面進入的光束。該介接面可位在一凹槽內，且形成該光源耦合座後，使該光導的第一端對準該凹槽。該形成光源耦合座的步驟尚可包括在該光源耦合座形成一凹槽的步驟。該方法並可包括一封閉該光導槽的步驟。
在本發明的一種較佳實施例中，該光導槽位在該針體的實質中心在本發明的另一種較佳實施例中，該光導槽位在該針體的中心以外之部分。例如，形成在一種管狀的針體的管壁上。該形成光源耦合座的步驟可以灌模澆鑄方式實施。該封閉該光導槽的步驟可以包括以一塑性材料塗佈該針體表面的方式實施。該形成光源耦合座的步驟與該封閉該光導槽的步驟可以同一灌模澆鑄步驟完成。
本發明上述及其他目的及優點，可由以下詳細說明並參照下列圖式而更形清晰。
10‧‧‧針體
11‧‧‧光導槽
12‧‧‧切口
20‧‧‧光源耦合座
21‧‧‧凹槽
22‧‧‧介接面
30‧‧‧光導
31‧‧‧第一端
32‧‧‧縮小段
33‧‧‧第二端
100‧‧‧光學針
110‧‧‧Y形耦接器
111‧‧‧出口
120‧‧‧針管
121‧‧‧入口
112‧‧‧入口
113‧‧‧入口
圖1顯示本發明具有光導槽的光學針一種實施例結構立體示意圖。
圖2顯示圖1光學針結構截面示意圖。
圖3為圖1光學針組合示意圖。
圖4為本發明具有光導槽的光學針製作方法流程圖。
圖5顯示本發明具光導槽的光學針一種實施例示意圖。
本發明提供一種光學針的新穎結構及製法。雖不欲為任何理論所拘束，但本發明人發現，傳統光學針結構過於複雜，其中一種原因是光導尺寸 過細，不易組裝於針體內。此外，光學針所使用的光導體或光纖，與傳統用以傳遞光束所使用的光纖，尺寸差距太大，必須使用光耦接器，才能達成有效的轉換。本發明首先提出以光導槽的形式組裝光導的技術，以解決習知技術的難題。此外，藉由使光導體或光纖尺寸向長度方向縮小的工藝，可以簡化光學針所使用的光導與光源或雷射光源的介接，因而完成本發明。
以下以實施例說明本發明具有光導槽的光學針。但須說明，對於實施例的說明，目的在以實例顯示本發明的基本結構與精神，實施例的記載，尚不得作為限制本案專利範圍的依據。
圖1顯示本發明具有光導槽的光學針一種實施例結構立體示意圖圖2為其截面示意圖。如圖所示，本實施例的光學針，乃是包括一針體10、一光源耦合座20及一光導30。圖3並顯示該針體10具有一光導槽11，用以容納該光導30的第二端33。圖3為圖1、2中的光學針組合示意圖。
在本發明的較佳實例中，該針體10可以任何剛性材料製作。適用的材料包括金屬、陶瓷、塑膠、玻璃或玻璃纖維。在圖1、2雖未顯示，但該針體10頂端可橫向延伸形成一平板，以強化與該光源耦合座20的結合。該針體10的光導槽11的內徑應足以容納該光導30的一部份。例如，光導槽11的直徑較好不大於針體的半徑，且不影響針體穿刺性能。因此，適用的光導槽內徑可為針體截面半徑的1/4到1倍。
在本發明的較佳實例中，該針體10的針尖可形成切口12，以利穿刺之用。該切口的形狀並無任何限制，但以製作容易的形狀較佳。
該光源耦合座20可以剛性或撓性材料製作。適用的材料包括塑膠、矽膠、樹脂等可塑性材料。也可使用金屬、陶瓷等易於加工的材料。在圖1、 2的實例中，該光源耦合座20的頂面表面形成平面。但該頂面表面形狀並非任何技術限制。例如，該頂面表面也可為凸面，凹面或其他形狀。該表面上也可以任何工藝形成特定段差、導槽、倒角等設計。在圖1、2的實例中，該光學針可作為針灸針或加熱針使用。
在圖1的實例中，該光源耦合座20提供一凹槽21，其底部形成一介接面，開口則向該光源耦合座20的頂面，以形成一空間，用以容納一光源。該凹槽21開口形狀較好與該光源的相對應部分的輪廓相匹配，以使該光源能穩固容納在該凹槽21內。例如，該光源如為一光纖，其直徑約為500um，則該凹槽21即提供略大於500um的內徑，以供插接。該光源如為一雷射光源，則該雷射光源可以提供一耦合部，例如外徑約為500um的管狀部分或端部，則該凹槽21也提供略大於500um的內徑，以供該耦合部插接。該介接面較好為平面。如該光源耦合座20並不提供該凹槽21，則該介接面提供在該光源耦合座20的頂面。
此行業技術人員均知，上述光源耦合座20所提供的介接面22，未必是一個物理上的物體表面。該介接面可以是一想像的面。再者，該介接面也可為該光纖30的第一端31上方表面。
該光導30可以任何導光材料製作，較好為光纖，適用的材料包括：玻璃、塑膠、金屬氧化物等。該光導30的外表較好施以保護膜，通常可以塗布方式形成。保護膜的材料並無特別的限制。該光導30的截面形狀可為橢圓形，但也可為圓形、方形、8字形或多邊形。如有必要，也可用兩條甚至多條光纖螺旋編織成一束光導。在以下的說明中，將以光纖為例，說明該光導30的結構與製作。
本發明的特徵之一是，該光導(光纖)30之長軸由該介接面端(第一端)31向該光導槽端(第二端)33縮小。在使用圓形橫切面的光纖時，該長軸即為該光纖之直徑。該長軸尺寸之縮小可為連續縮小或梯度縮小。在此設計下，該光纖30沿其長度方向將包括：第一端(介接面端)31，連接該第一端之縮小段32，以及連接該縮小段之第二端(光導槽端)33。該第一端31是用以對準該光源耦合座20的介接面，以耦接該光源。該第二端33用來配置在該針體10的光導槽11內，並延伸到針尖12部分。而該光纖30之長軸或直徑，則由該縮小段32與第一端31連結處，向縮小段32與第二端33的連結處縮小。在本發明的應用上，該第一端31的長軸或直徑，可介於200um至1000um之間，較好在450um到550um之間。但其確切尺寸應配合該光源的發光面尺寸而決定且並非任何技術限制。該光纖的第二端33的長軸或直徑，可介於30um至100um之間，較好在40um到50um之間。但其確切尺寸應配合該針體10針尖部分內徑而定，也並非任何技術限制。在前述的針尖內徑為100um的條件下，該第二端33的長軸或直徑可為40-50um，使該光纖30容易組裝在該針體10的光導槽11內。
該光導30的第二端33較好終止於該針尖12處。但也可由該針尖12處內縮或突出。該光導可為側光光纖或尾光光纖，視使用目的而定。
形成該光纖30的縮小段32的方法並無任何限制，但較好是能將一條光纖的長軸作漸進縮小的工藝。適用的方法包括加溫拉伸、模塑等方法。其中，加溫拉伸可以形成連續縮小的光纖尺寸，有利於光束的傳遞。模塑方法可以形成梯度的尺寸縮小，優點是容易控制光纖各段的尺寸精度。該縮小段32的長度並無特別限制，但以儘量縮短為宜。例如，該第一端31長軸如為500um，該第二端33長軸如為50um，則該縮小段32的長度可在5mm到50mm之間， 使其尺寸縮減比例為每mm 1/5到1/50之間。這種比例可縮短該縮小段32的長度，但能獲得良好的光功率傳遞效果。其他的尺寸縮減比例也可以應用在本發明，而得到相同或類似的效果。此外，該縮減比例也未必是線性的比例。
該針體10的光導槽11是用來容納一光導30。在本發明的一種較佳實例中，該光導槽11設置在該針體10的中心部分，並沿該針體10的長度方向延伸。在本發明另一種較佳實例中，該針體10為一管狀針體，而該光導槽11則開設於該針體10之管壁上，並沿該針體10的長度方向延伸。在後者的實例中，該針管可以用來傳輸其他流體，或者容納電或信號的介質。該光導槽11的形成方式並無任何限制，各種已知之工藝都可以用來形成該光導槽11。適用的方法包括：鑄造、蝕刻、微放電加工、微銃刀、雷射切割、冷鍛、加熱延伸等方法。只要能在針體10上形成一向長度方向延伸的凹槽，足以容納光導30即可。
在結構上，當該光導30配置在該針體10上時，可使該第二端33進入該光導槽11中。該光導槽11較好為固定內徑，故將光導30置入後，該縮小段32與該第一端31即會位在該光導槽11(及該針體10)外部，即該針體10上方。將已經配置光導30的針體10以治具定位，置入一模具中，該模具具有該光源耦合座20(及該針體10)的配合形狀。對該模具內部供應該光源耦合座20之材料，待其硬化後取出。進行必要的退火，即完成該具有光導槽的光學針的製作。完成後的光學針，該光導30的第一端31端部對準該光源耦合座20的介接面。如該光源耦合座20含有一凹槽21，則該光導30的第一端31端部對準該凹槽21中將容納的光源的發光面。
以下說明本發明光學針的製作方法。圖4即為本發明光學針製作方法一種實例的流程圖。如圖所示，在製作本發明光學針時，首先在401製備 一針體10，該針體10具有一光導槽11，沿該針體10的長度方向延伸。該針體10頂端並可包括一橫向延伸的平板。其次，於402提供一光導30，例如一光纖，該光導30具有一第一端31，連接該第一端之縮小段32，以及連接該縮小段之第二端33。該光導30之長軸由該縮小段32與第一端31連結處向與第二端33的連結處縮小。該光導尺寸的縮減可為連續縮減或梯度縮減。接著，於403使該光導30之第二端33進入該光導槽11中。如該空腔11的內徑為固定，則使該縮小段32及/或第一端31留在該針體10之外。於步驟404形成一具有光源介接面的光源耦合座20，以緊密包覆該針體10的一部分及該光導30的第一端31與縮小段32，如有必要並及於該光纖30的第二端33。並使該光導30的第一端31端部對準該光源介接面，以接受由該介接面進入的光束。於步驟405在該針體10表面塗布一保護層，該保護層覆蓋該光導槽11，並填充該光導槽11與該光導30之間的縫隙。如此即完成本發明具有光導槽的光學針的製作。
在本發明的上述實例中，該光源耦合座20並不提供該凹槽21，而是僅提供一介接面。在這種實例中，由於該光導30已經提供介接光纖纜線所需的縮小段32，利用一個市售的雷射光源，例如前述的指向器，向該光源耦合座20的介接面照射，也可達到將光功率傳遞到該光導30的第二端33的目的。如須提供該凹槽21，該凹槽可在步驟404中同時完成，也可在一稍後步驟中完成，例如以銑刀加工、雷射加工等方法形成。在該步驟也可同時加工該介接面，使其具備所需的光學形狀或特性。
在上述方法中，形成該光源耦合座20的方法較好使用模塑方法，例如射出成形技術。在此種實例中，於步驟403所完成的半成品，置於該光源耦合座20的模具中適當位置，並保持兩者的相對位置，再於該模具內注入該光 源耦合座20之材料，使其定形。將完成的成品作必要的退火以及其他加工，即完成本發明的具有光導槽的光學針。為在加工程序中保持該光導30與該針體10的相對位置，可利用適當的治具固定。該治具於該光源耦合座20成形後將會成為光源耦合座20的一部分。
本發明的具有光導槽的光學針另可包括一光源。該光源可為一光纖纜線，也可為一雷射頭。如果該光源為一光纖纜線，則該光纖纜線之一端會連結一光源裝置(未圖示)，以發出該光學針所需要的光功率，藉由該光纖纜線傳輸到該介接面，進入該光導30。在這種實例中，只要將該光纖纜線的另一端插置到該光源耦合座20的凹槽21中，即可藉由該光纖30的縮小段32，將該光源裝置所產生的光功率，耦接到該光纖的第二端33，以供應用。
在本發明的另一種實例中，該光源為一雷射頭。該雷射頭包括一雷射光束產生裝置，用以產生一雷射光。並提供一耦合端，作為該雷射頭的發光面，並用以插置在該光源耦合座20的凹槽21中，使該發光面對準該光纖30的第一端31。在此設計下，該耦合端的形狀與尺寸較好與該凹槽21相容。例如，光源耦合端和針體耦合座之間，可互為凹凸公母插槽配置，使該雷射頭可以穩固的插置在該光源耦合座20上，並使發光面對準該光纖30的第一端31。
可以應用在本發明的雷射光束產生裝置，包括各種小型的雷射光產生裝置。例如市售的指向器所使用的紅光雷射產生器，即可應用在本發明。由於這種雷射光源的構造已為熟知技術，其詳情不須在此贅述。
除以上所述的光源形態之外，由於該光纖30已經提供介接光纖纜線所需的縮小段32，利用一個市售的雷射光源，例如前述的指向器，向該光源耦合座20的介接面照射，也可達到將光功率傳遞到該光纖30的第二端33的 目的。換言之，在應用時，該光源耦合座20上未必須要插置一光纖纜線或一雷射頭。
圖5顯示本發明具光導槽的光學針一種實施例示意圖。如圖所示的實施例中，該具光導槽的光學針100可與一Y形耦接器(Y-connector)110搭配使用，以將該光學針100的光導30導入一針管120中。該針管120可為任何醫學上、化學上、工業上所使用的針管。較常見的醫學用針管包括：骨頭留置針管、靜脈留置針管、血液透析動脈瘤管留置針管等，用以穿刺人體組織，進入骨頭、血管、組織、腹腔等。該Y形耦接器110提供一出口111，用以插入該針管120的入口121。並提供二入口112、113，其中第一入口112用來供該光學針100插入，而第二入口113則可供流體管(未圖示)插入，以輸入藥液、輸液或血液製品等。在圖5所示的應用例中，該具光導槽的光學針100可以向該針管120的末端或針管120全長，乃至於超過針管120前端的部分提供光能，以照射該針管120穿刺目標及/或其周圍，例如該處的人體組織等。
由以上說明可知，本發明提供一種全新的光學針結構。該光學針提供一光導槽，可以簡化光學針的製作。該光學針所適用的光導可與任何形式的光源，特別是雷射光源結合，而不須使用光纖耦合器。本發明提供一種製作簡便的光學針，可以有效利用現有穿刺針的設計，形成實用的光學針。
10‧‧‧針體
20‧‧‧光源耦合座
21‧‧‧凹槽
30‧‧‧光導

Claims (23)

  1. 一種光學針，包括一光源耦合座，一結合於該光源耦合座的針體及至少一條光導；該光導具有一第一端，連接該第一端之縮小段，以及連接該縮小段之第二端；該針體具有一光導槽，沿該針體長度方向延伸，並容納該光導的一部份；該光源耦合座提供一介接面，用以介接一光源；該光導槽一端對準該光源耦合座的介接面，以將該光導的第一端端面對準該介接面；其特徵在於，該光導之長軸由該縮小段與第一端連結處向該縮小段與第二端的連結處縮減。
  2. 如申請專利範圍第1項的光學針，其中，該介接面包括在一凹槽內，該凹槽可容納該光源。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該光導為一光纖且該長軸為該光纖之直徑。
  4. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該長軸尺寸之縮減為連續縮小。
  5. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該長軸尺寸之縮減為梯度縮小。
  6. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該針體的針尖形成切口。
  7. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該針體的頂端橫向延伸形成一平板。
  8. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該光源耦合座以一塑料製成，並包圍該針體的一部分及該光纖的第一端。
  9. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該光導槽位在該針體的中心。
  10. 如申請專利範圍第1或2項的光學針，其中，該光導槽位在該針體的中心以外之部分。
  11. 如申請專利範圍第10項的光學針，其中，該光導槽形成在該形成管狀之針體的管壁上。
  12. 一種光學針的製法，包括以下步驟：製備一針體，該針體具有一光導槽，沿該針體長度方向延伸；提供一光導，該光導具有一第一端，連接該第一端之縮小段，以及連接該縮小段之第二端；該光導之長軸由該縮小段與第一端連結處向該縮小段與第二端的連結處縮減；使該光導之第二端進入該光導槽中；及形成一具有光源介接面的光源耦合座，以包覆該針體的一部分及該光纖的第一端，並使該光纖的第一端端面對準該光源介接面，以接受由該光源介接面進入的光束。
  13. 如申請專利範圍第12項的方法，其中該光源介接面位在一光源容納空間內，且形成該光源耦合座後，使該光纖的第一端端面對準該光源容納空間。
  14. 如申請專利範圍第12或13項的方法，另包括在形成該光源耦合座的同時或其後，覆蓋該光導槽的步驟。
  15. 如申請專利範圍第14項的方法，其中，該覆蓋該光導槽的步驟包括填充該光導槽與該光導間縫隙之步驟。
  16. 如申請專利範圍第12或13項的方法，其中，該光導為一光纖且該長軸為該光纖之直徑。
  17. 如申請專利範圍第12或13項的方法，其中，該長軸尺寸之縮減為連續縮小。
  18. 如申請專利範圍第12或13項的方法，其中，該長軸尺寸之縮減為梯度縮小。
  19. 如申請專利範圍第12或13項的方法，其中，該針體的針尖形成切口。
  20. 如申請專利範圍第12或13項的方法，其中，該針體的頂端橫向延伸形成一平板。
  21. 如申請專利範圍第12或13項的方法，其中，該光導槽位在該針體的中心。
  22. 如申請專利範圍第12或13項的方法，其中，該光導槽位在該針體的中心以外之部分。
  23. 如申請專利範圍第22項的方法，其中，該光導槽形成在一管狀針體的管壁上。
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