JP2008086780A

JP2008086780A - 屈折率分布型外科用照明器

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Publication number: JP2008086780A
Application number: JP2007260063A
Authority: JP
Inventors: Steven T Charles; ティー．チャールズスティーブン
Original assignee: Alcon Inc
Current assignee: Alcon Inc
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2008-04-17
Also published as: CA2605070A1; EP1908430A1; AU2007221814A1; US20080080206A1; US7824089B2

Abstract

【課題】照明器の先端に用いられるレンズ表面の製造に高い精度が要求されない、眼科外科手術用広角照明器を提供すること。
【解決手段】屈折率分布型広角照明器が開示される。ある実施形態は：光ビームを提供する光源；光源と光学的に結合されて光ビームを受けたり送ったりする光ケーブル；光ケーブルと操作的に結合され光ビームを受けるハンドピース；ハンドピースと操作的に結合され、光ケーブルと光学的に結合されて光ビームを受けたり送ったりする光ファイバー；光ビームを受け光ビームを送って外科処置フィールドを照明するために光ファイバーの先端と光学的に結合された、屈折率分布型レンズを含む光学エレメント；及びハンドピースと操作的に結合された、光ファイバーと光学エレメントを収容し導くためのカニューレ；を含む。光学エレメントはカニューレの先端と一致する先端面を有する小ゲージの屈折率分布型凹レンズであってもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は一般に外科用器具に関する。特に、本発明は眼の外科処置のときにある面積を照明するための外科用器具に関する。さらに詳しくは、本発明は外科処置フィールドを照明するための屈折率分布型広角照明器に関する。

眼科外科手術、特に網膜硝子体外科手術においては、広角外科用顕微鏡システムを用いて網膜のできるだけ大きな部分を見ることが望ましい。このような顕微鏡システムのための広角対物レンズは存在するが、それらは普通の光ファイバー・プローブの円錐状の照明で得られるよりも広い照明フィールドを必要とする。そのため、光ファイバー照明器によって得られる比較的インコヒーレントな光ビームの拡がりを増大させるためにいろいろな方法が開発されている。このような公知の広角照明器は、現在の広角外科用顕微鏡システムで要求される及び／又は外科医が要求するような網膜のより大きな部分を照明できる。しかし、現在の広角照明器にはいくつか欠点がある。

従来の眼科外科手術用広角照明器の一つの欠点は、照明器の先端に用いられるレンズ表面の製造に高い精度が要求されることである。これらのレンズ（光学エレメント）は普通、例えば照明源から光を運ぶ光ファイバーと光学的に結合され、入ってくる光を散乱、又はその他の仕方で広げて外科処置フィールドを照明する。従来のこれらの光学エレメントを製造するために必要な高い精度は小型化（外科手術用エンドイルミネーター（endoilluminator）を必要とする）を困難にし、製造コストを上昇させる。

現在利用できる広角照明器のもう一つの欠点は、グレア（glare）である。グレアは、照明源が小さくて明るく、ユーザー（例えば、眼科外科医）が小さく明るい照明源を直接視線に捕らえているときに生ずる。グレアは有用な照明にならない望まれない浮遊放射であり、観察者の注意をそらし、又は観察される対象をぼやけさせる。現在の広角照明器は普通、カニューレの先端を超えて伸びる非平坦レンズを用いて外科処置部位に光を送達する。このような非平坦な伸びた光学エレメントは、光の分散を増加させる（広角）ために用いられるが、外科医にとってはグレアの明るい点源になるという欠点がある。現在の広角照明器でも、グレアを矯正できるが、普通は照明の全光束を減らすことによって矯正するので、外科医が観察のために利用できる光量が減ってしまう。例えば、Fort Worth, TexasのAlcon Laboratories, Inc.によって製造された“弾丸（bullet）プローブ”は、光ファイバーの先端から出る光を散乱させるために表面拡散仕上げを有する弾丸型のファイバーを用いて広角照明を実現している。グレアを減らすために、弾丸プローブに幾何的な遮蔽を用いることができるが、それによって利用できる全光束が減り、照明角度が小さくなる。

従来の広角照明器の別の欠点は、その先端光学エレメントの丸い又は尖った表面が外科手術環境で血液に対して広い付着性の表面になることである。照明チップ（tip）において光学エレメントを覆う血液は、血液が光の伝達をブロックするために起こる光学エレメントの加熱の増加により光学エレメント及び高強度の光源から光を運ぶ光ファイバーの熱損傷を生ずる可能性がある。

したがって、従来の広角照明器に関連したこれらの欠点やその他の欠点を減らす又は除くことができる外科用広角照明器に対するニーズが存在する。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された屈折率分布型広角照明器と屈折率分布型広角照明外科システムを提供する。

本発明の屈折率分布型広角外科用照明器の実施形態はこれらや他のニーズに実質的に応える。本発明のある実施形態は、小ゲージの屈折率分布型広角照明外科システムであって：光ビームを提供する光源；該光源と光学的に結合されて該光ビームを受けたり送ったりする光ケーブル；該光ケーブルと操作的に結合されて光ビームを受けるハンドピース；該ハンドピースと操作的に結合され、該光ケーブルと光学的に結合されて該光ビームを受けたり送ったりする光ファイバー；該光ビームを受け該光ビームを供給して外科処置フィールドを照明するために該光ファイバーの先端と光学的に結合された、屈折率分布型レンズを含む光学エレメント；及び該ハンドピースと操作的に結合された、該光ファイバーと該光学エレメントを収容し導くためのカニューレ；を含む。

光学エレメントは、半径方向に屈折率の勾配がある小ゲージ屈折率分布型レンズで先端表面がカニューレの先端と一致しているものであってよい。例えば、光学エレメントは19, 20, 又は25ゲージのカニューレの内部に収容できるサイズ（例えば、直径が約.75 mm乃至.4 mmの光学エレメント）であってよい。さらに、カニューレ、光学エレメント、及びハンドピースは生体適合性物質から製造できる。光ケーブルは光源に操作的に結合された第一のコネクタとハンドピースに操作的に結合された第二のコネクタを（光ケーブルをハンドピース及びカニューレ内に収容された光ファイバーに光学的に結合するために）含むことができる。これらのコネクタは、SMA光ファイバー・コネクタであってもよい。光学エレメント、光ファイバー及び光ケーブル（すなわち、光ケーブル内の光ファイバー）は、光源からの光ビームを外科処置フィールドへ送るために適合するゲージである。例えば、三つのエレメントはすべて同じゲージである。

本発明のいくつかの実施形態では、光ファイバーはカニューレ内で光ファイバー（及び光学エレメント）の直線移動を可能にするようにハンドピースに操作的に結合できる。ハンドピースは光ファイバーの直線移動を調整するための手段、例えば押し／引き機構、を備えることができる。当業者に公知の他の調整手段を用いてもよい。光ファイバーの直線移動を調整することで光学エレメントがカニューレの先端を超えて伸びる量が変化する。光ファイバーの直線移動を調整することによって、光源から外科処置フィールド（例えば眼の網膜）を照明するために光学エレメントによって供給される照明の角度及び照明の量を外科医が調整できる。

本発明の他の実施形態は、本発明の教示にしたがって屈折率分布型広角照明器を用いて外科処置フィールドを広角照明する方法、及び眼科外科手術で用いる本発明の屈折率分布型広角照明器の外科用ハンドピース実施形態を含む。本発明の実施形態はカニューレ又はその他のハウジングに結合された拡散的な光学エレメントで終端する光ファイバー・ケーブルを含むハンドピースとして実施できる。さらに、本発明の実施形態は、眼科その他の外科医療で用いられる外科装置又はシステムに組み込むことができる。本発明の教示にしたがって設計される屈折率分布型広角照明器のその他の利用は当業者には公知であろう。

本発明の好ましい実施形態が図面に示されている。いろいろな図で、同じような参照番号を用いて同じような及び対応するパーツを参照する。

本発明のいろいろな実施形態は、外科処置、例えば網膜硝子体／後眼部の外科手術などに用いられる小ゲージの（例えば、19, 20, 又は25ゲージの）光ファイバーに基づくエンドイルミネーター装置を提供する。本発明の実施形態は、Fort Worth, TexasのAlcon Laboratories, Inc.から発売されているAlcon Grieshaber Revolution-DSP^TM（登録商標）ハンドピースなどのハンドピースを小ゲージ（例えば、19, 20, 又は25ゲージ）カニューレと結合させて含むことができる。カニューレの内側寸法は、本発明の教示による屈折率分布型光学エレメントで終端する光ファイバーを１本又は複数収容するために用いることができる。広角照明器の実施形態は、一般に眼科外科手術の分野で使用されるように構成できる。しかし、本発明の範囲は眼科学だけに限定されず、一般に甲殻照明が望まれる他の外科治療の分野にも応用できることは当業者には認識されると考えられる。

本発明の可変強度広角照明器のある実施形態は、半径方向に屈折率勾配を有する屈折率分布型（“GRIN”）光学エレメント、及び生体適合性ポリマー物質で作られたステム（stem）とハンドピースを備え、広角照明器の侵襲部分は使い捨てできる。本発明の他の実施形態は、また、当業者に公知のGRIN光学エレメントを含むことができる。GRIN光学エレメントは、光学的平面を有するGRIN凹レンズであってもよい。光学エレメントは、また、レンズ像表面が直接レンズの表面にあるように選ばれた長さを有するGRIN凸レンズであってもよい。さらに、先端表面に表面拡散仕上げを有し、光学エレメントの基端表面に結合された光ファイバーの先端から出る光を散乱させるようになっていてもよい。生体適合性物質で作られる本発明の実施形態は、低コストの関節結合されたハンドピース機構に組み込んでそれらが安価な使い捨て照明器具になるようにすることもできる。

GRINレンズを用いていろいろな光ファイバー・コンポーネント内で光をフォーカスし集光できる。GRINレンズは、レンズの光軸から縁までレンズ物質の屈折率を半径方向に精密にコントロールして変化させることによって光を集光させる。これにより、平坦又はアングル研磨された表面を有するGRINレンズは、光ファイバーから放出される光を集光し、又は入射光を光ファイバーにフォーカスさせることができる。レンズの端面に反射防止コーティングを施して望まれない反射を避けることができる。

GRINレンズは、研磨によってガラス・レンズに曲率を与えるというしばしば骨が折れるプロセスに代わる方法を提供する。レンズ物質内部で屈折率を漸次変えることにより、光線の方向をなめらかに連続的に焦点の方へ変えることができる。あるいはまた、図１に示されているように、屈折率のプロファイルがプロファイルの中心で（レンズのセンターラインで）屈折率が最小になる放物線の形をしているGRIN凹レンズでは光線を広がらせることができる。この屈折率“勾配”の内部構造は表面曲率を厳しくコントロールする必要を劇的に減らし、シンプルでコンパクトなレンズ幾何形状を生み出す。このようにGRINレンズは光学的に通常のレンズのように振る舞うが、従来のレンズのように成形する必要が無く（複雑な形の表面の代わりに、平面の光学表面を用いることができる）、GRINレンズのマウンティングは単純化され、レンズと、例えば光ファイバーの間で良質の接合（接着）が可能になる。

図２は、光源１２からの比較的インコヒーレントな光のビームをステム１６にケーブル１４によって送達するためのハンドピース１０を含む外科医療システム２を示す概略図である。ケーブル１４は、当業者に公知の任意のゲージの光ファイバー・ケーブルであるが、好ましくは19, 20, 又は25ゲージのファイバーである。さらに、ケーブル１４は、光源１２からの光を受けてハンドピース１０によってステム１６に送るように光学的に結合された単一の光ファイバー又は複数の光ファイバーを含むことができる。ステム１６は、図３にもっと詳しく示されているようにステム１６の先端で光学エレメントを収容するように構成されている。結合システム３２は、以下でさらに詳しく説明するように、光源１２をハンドピース１０の内部の光ファイバーに光学的に結合するために、ケーブル１４の各端に光ファイバー・コネクタを含む。

図３は、図２のステム１６の先端の拡大図である。ステム１６はファイバー２２と光学エレメント２０を収容しているのが見られる。光学エレメント２０はファーバー２２に光学的に結合され、ファイバー２２は光ファイバー・ケーブル１４に光学的に結合される。いくつかの実施形態では、光ファイバー・ケーブル１４は代わりにハンドピース１０を通って伸び直接光学エレメント２０に光学的に結合される。これらの実施形態では、ファイバー２２は用いられない。ハンドピース１０内部で実施される場合、ファイバー２２は光ファイバー・ケーブル１４のゲージに適合するゲージで光ファイバー・ケーブル１４から光を受けたり送ったりできるようになっている。ハンドピース１０は、Fort Worth, TexasのAlcon Laboratories, Inc.から発売されているRevolution-DSP^TM（登録商標）ハンドピースなど、当業者に公知のどんな適当な外科用ハンドピースであっても良い。光源１２は、キセノン光源、ハロゲン光源、又は光ファイバー・ケーブル１４に比較的インコヒーレントな光を送ることができるその他のどんな光源であってもよい。ステム１６は、小ゲージのカニューレ、好ましくは19, 20, 又は25ゲージのオーダーのカニューレであり、ステンレス鋼又は当業者に公知の適当な生体適合性ポリマー（例えば、PEEK、ポリイミド、など）で作られたものであってよい。

ステム１６の内部に収容された光ファイバー・ケーブル１４（又はファイバー２２）は、図５に示されているように、ハンドピース１０に、例えば調整手段４０を介して操作的に結合される。調整手段４０は、例えば当業者に公知の単純な押し／引き機構であってもよい。光源１２は、例えば標準SMA（Scale Manufacturers Association）の光ファイバー・コネクタを光ファイバー・ケーブル１４の端で用いてハンドピース１０に操作的に結合できる（すなわち、光源１２を光ケーブル１４／光ファイバー２２そして次に光学エレメント２０に光学的に結合できる）。これによって光源１２からの光を光ファイバー・ケーブル１４にハンドピース１０を通して効率的に結合し、最後にステム１６の先端で光学エレメント２０から放出することが可能になる。光源１２は、光源から発生した赤外線やその他の放射を吸収することによる熱損傷効果を減らすために、当業者に公知のフィルターを含むことができる。光源１２のフィルターを用いて外科処置フィールドを異なる色の光で選択的に照明して外科用の色素を励起させることなどが可能である。

ファイバー２２（及び／又は１４，実施形態による）は光学エレメント２０と光学的に結合することによって終端する。ファイバー２２／光ケーブル１４及び光学エレメント２０は、直接の接触によって、例えば当業者に公知の光学用接着剤などによって、光学的に結合される。上述のように、光学エレメント２０は図１に示されているような半径方向に屈折率勾配を有するGRIN凹レンズなどのGRINレンズであってよい。さらに、光学エレメント２０は、実施形態によっては、先端表面２５に表面拡散仕上げ２７を有し、光学エレメント２０の基端表面２６に結合した光ファイバー２２／１４の先端から出る光を散乱させることができる。先端表面２５はステム１６の先端と一致させることができる。基端表面２６はファイバー２２／１４の先端と光学的に結合される。光学エレメント２０のサイズハ、ステム１６（例えば19〜30ゲージのカニューレ）の内部に収容できるように選ばれる。例えば、光学エレメント２０の直径は約0.4 mm〜約0.75 mmにすることができる。

図３に示されているように、光学エレメント２０は平坦なGRINレンズ（又は、複数のGRINレンズの組み合わせ）を含むことができる。光学エレメント２０は当業者に公知の市販されている小型GRINレンズであってもよい。図３の例示的な実施形態では、ファイバー２２／１４からの光線３０が光学エレメント２０に入り、発散する広角の光のパタン３３として光学エレメント２０の先端表面から出てゆく。GRIN光学エレメント２０に入る光線３０は図示のような発散するパタンで図１に示されているように曲げられる。いくつかの実施形態では、光学エレメント２０は先端表面２５に表面拡散仕上げ２７を含み、光ファイバー２２／１４の先端から光学エレメント２０によって送られる光を散乱させる。表面拡散仕上げ２７は、当業者に公知の拡散的な光学コントロールを含む。光学エレメント２０は、ステム１６（例えば約19〜30ゲージの小ゲージ・カニューレ）の内部に収容される。ステム１６はそれ自身ハンドピース１０に操作的に結合されるが、これは再使用できる又は使い捨てのハンドピース１０である。

図４は、眼科外科医療における本発明の屈折率分布型広角照明器あるジーおの利用を示している。動作時には、ハンドピース１０はステム１６を通して（光ファイバー２２及び／又は光ファイバー・ケーブル１４を介して）及び光学エレメント２０を通して光ビームを送達して眼３０の網膜２８を照明する。ハンドピース１０を通して光学エレメント２０に送達された集光された光は光源１２によって発生され、光ファイバー・ケーブル１４と結合システム３２によって送達されて網膜２８を照明することができる。光学エレメント２０は光源１２からの光ビームを、例えば顕微鏡の広角対物レンズによって外科医が見られる限り広い網膜の面積に拡げる。

図５は、本発明の教示に係わる広角照明器を示す別の図であり、調整手段４０のある実施形態をさらにはっきりと示している。この実施形態では、調整手段４０は、当業者に公知の摺動ボタンを含む。ハンドピース１０上の調整手段４０を、例えば、おだやかな可逆的な摺動動作によって活性化すると、ファイバー２２／１４（及び光学エレメント２０）がステム１６の内部で摺動する調整手段４０によって決定され調整された量だけ移動する。このようにステム１６の内部で光ファイバー２２の直線移動を調整することによって、光学エレメント２０がステム１６の先端を超えて伸びる距離を変えることができ、したがって、光学エレメント２０から出る光の分散／照明の角度を調整できる。

このように、外科処置フィールド（例えば、眼３０の網膜２８）を照明するために光学エレメント２０が供給する照明の角度及び照明の量は、光学エレメント２０／光ファイバー２２の直線移動を調整することによって外科医が容易に調整できる。このようにして、外科医は外科処置フィールドに拡げられる光の量を望むように調整して最適の視野を確保すると同時にグレアを最小にすることができる。ハンドピース１０の調整手段４０は、この分野に精通している当業者に公知のどんな手段であってもよく、ここで述べたような光ファイバー２２／１４の移動を可能にするどんな適当な手段によって光ファイバー２２／１４と結合してもよい。例えば、あるシンプルな実施形態では、調整手段４０は接着剤によって光ファイバー２２／１４と結合できる。

本発明の屈折率分布型広角照明器のある実施形態では、ユーザーが調整手段４０によって解除及び／又は再調整するまで、当業者に公知のシンプルな機械的ロッキング機構によって照明角度（光学エレメント２０の位置）を固定することができる。こうして、ステム１６の先端から出てゆく光のパタン３３で立体角θにわたる面積が照明され、角度θはユーザー（例えば外科医）がハンドピース１０の調整手段４０によって連続的に調整できる。

光学エレメント２０と本発明の屈折率分布型広角照明器の実施形態の利点は、オペレータが光学エレメント２０を出てゆく光のパタン３３の照明の強度と角度を連続的に変えて外科処置フィールドにおけるビューイング条件を最適化できることである。光学エレメント２０からの光のパタン３３はこのようにオペレータが望むように集光されコントロールされる。したがって、本発明の屈折率分布型広角照明器の実施形態は、光源１２によって供給される光の角度と強度を調整して、外科医が望む外科処置フィールドの面積を実質的にカバーするように操作できる。

本明細書で図示した実施形態に関して本発明を詳しく説明したが、説明は例示的なものでしかなく本発明を制限するものと解釈してはならないことは理解されるであろう。したがって、さらに、本発明の実施形態の細部、及び追加の実施形態についても、この説明を参照した当業者には多数の変更が明らかであり、変更を加えることができることも理解されるであろう。これらの変更及び追加の実施形態は、すべて本発明の精神と範囲に含まれると考えられる。このように、本発明は眼科外科という一般的分野に特に関連して説明されたが、ここに含まれる教示は、広角及び／又は可変の照明を提供することが望ましい場合にはいつでも等しくあてはまるものである。

本発明とその利点についてのさらに完全な理解は以下の説明を添付された図面と合わせて参照することによって得られるであろう。図面では、同じような参照番号で同じような特徴を表す。

GRIN凹レンズを通る光線経路を示す概略図である。本発明の教示による屈折率分布型広角照明のためのシステムのある実施形態を示す概略図である。本発明の教示による広角照明のための屈折率分布型光学エレメントのある実施形態を収容するステム（stem）をさらに詳細に示す図である。眼科外科医療のための本発明の広角照明器のある実施形態の使用を説明する図である。本発明に係わる調整手段のある実施形態を示す図である。

符号の説明

２外科医療システム
１０ハンドピース
１２光源
１４ケーブル
１６ステム
２２ファイバー
２５先端表面
２６基端表面
２７表面拡散仕上げ
３２結合システム
４０調整手段

Claims

屈折率分布型広角照明器であって、
光源と光学的に結合され該光源からの光ビームを受けるように操作できる光ファイバーと、
該光ファイバーと操作上結合されたハンドピースと、
外科処置フィールドを照明する光ビームを受けるため及び光ビームを送るために前記光ファイバーの先端と光学的に結合された屈折率分布型レンズを含む光学エレメントと、
前記光ファイバーと前記光学エレメントを収容し導く前記ハンドピースと操作上結合されたカニューレと、
を備えた屈折率分布型広角照明器。
前記光学エレメントが前記カニューレの開いたアパチャーと一致する先端面を有する小ゲージの光学エレメントであることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型広角照明器。
前記光学エレメントが、19, 20, 又は25ゲージの光学エレメントであることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型広角照明器。
前記光ファイバーが先端で前記光学エレメントに、他端で光ケーブルに光学的に結合され、該光ケーブルは前記光源と操作上結合されて光ビームを前記光ファイバーに送ることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型広角照明器。
前記光ケーブルのゲージと該光ファイバーのゲージが等しいことを特徴とする請求項４に記載の屈折率分布型広角照明器。
前記光学エレメントの先端表面に表面拡散的な仕上げを更に含み、該表面拡散的な仕上げが前記光ビームを散乱させて前記外科処置フィールドを照明するように作用することを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型広角照明器。
前記光ファイバーが前記ハンドピースと操作的上結合されて前記カニューレ内で前記光ファイバーの直線移動を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型広角照明器。
前記光源がキセノン光源であることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型広角照明器。
前記光学エレメントが屈折率分布型凹レンズであることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型広角照明器。
屈折率分布型広角照明外科システムであって、
光ビームを提供する光源と、
前記光源と光学的に結合されて前記光ビームを受けたり送ったりする光ケーブルと、
前記光ケーブルと操作上結合されたハンドピースと、
前記ハンドピースと操作上結合され、前記光ケーブルと光学的に結合されて前記光ビームを受けたり送ったりする光ファイバーと、
外科処置フィールドを照明する前記光ビームを受けて、該光ビームを送るように、前記光ファイバーの先端と光学的に結合された、屈折率分布型レンズを含む光学エレメントと、
前記ハンドピースと操作上結合された、前記光ファイバーと前記光学エレメントを収容し導くカニューレと、
を含む屈折率分布型広角照明外科システム。
前記光学エレメントが前記カニューレの開いたアパチャーと一致する先端面を有する小ゲージの光学エレメントであることを特徴とする請求項１０に記載の屈折率分布型広角照明外科システム。
前記光学エレメントが、19, 20, 又は25ゲージの前記光学エレメントであることを特徴とする請求項１０に記載の屈折率分布型広角照明外科システム。
前記光ファイバーが前記光ケーブルの一部であることを特徴とする請求項１０に記載の屈折率分布型広角照明外科システム。
前記光ファイバーが前記ハンドピースと操作上結合されて前記カニューレ内で前記光ファイバーの直線移動を可能にすることを特徴とする請求項１０に記載の屈折率分布型広角照明外科システム。
前記光源がキセノン光源であることを特徴とする請求項１０に記載の屈折率分布型広角照明外科システム。
前記光学エレメントが屈折率分布型凹レンズであることを特徴とする請求項１０に記載の屈折率分布型広角照明外科システム。