JP2015142786A - 照明サクション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明サクション装置の提供。
【解決手段】照明サクション装置は、高性能照明導波路をサクションと組み合わせたハンドヘルド外科手術デバイスを含む。このデバイスは、開放および最小侵襲性の整形外科を含む広範囲の様々な外科手術処置において有用である。照明サクションデバイスは、中央部分によって接続された近位端と遠位端とを有するサクションチューブと、１．２９〜１．６７の屈折率を有する光クラッディングの層と、０．３３〜０．７の開口数を有し、１．４６〜１．７０の屈折率を有する照明導波路と、供給源から照明導波路に光を伝導するために照明導波路の近位端の中に形成された照明入力部とを備えている。
【選択図】図３

Description

（発明の分野）
本発明は、概して外科手術照明の分野に関し、より具体的には一体化外科手術ツールを有する照明システムに関する。

（発明の背景）
様々な外科手術処置において、外科手術分野の照明は、典型的には前照灯および外科用顕微鏡を用いることによって達成される。これらの照明源が、品質が劣るかまたは不十分な方向付けのいずれかである照明を提供するという筋書がある。一例として、腰部アプローチからの脊椎外科手術中、所望の解剖学的標的領域へのアクセスは、患者の正中線の片側における斜めの切開部を通って達成され得る。手術用顕微鏡から発する光は、静的であり、外科手術アクセスの角度に対して方向付けが不十分であり得る。逆に、前照灯からの光は、医者が出力ビームを再方向付けするために自分の頭を傾けるかまたは動かすと、調整され得るが、なおも、棘突起または組織および筋肉の層などの様々な解剖学的構造によって遮断され得る。医者が皮膚面の切開部から様々な深度で解剖学的構造の視覚化を必要とする処置の様々な段階を経て進行するので、いずれの光源からの光も適切ではない場合がある。

ハンドヘルドサクションデバイスは、脊椎外科手術などの外科手術処置中、普通に用いられる。これらのデバイスは、典型的には手術室において標準のサクション源に接続され、血液、骨片、または外科手術部位の中にあらかじめ灌注された流体を機能的かつ効率的に医者が除去することを可能にする。これらのサクションデバイスはまた、時折処置中、脂肪、筋肉、または他の構造物の低力収縮を提供するために用いられ得る。外科医は、サクションデバイスの近位端からサクションデバイスを保持し、所望の位置においてサクションを提供するために外科手術処置中、サクションデバイスの遠位部分を操作する。ハンドヘルドサクションデバイスは、様々な外科手術用途に適する様々な遠位先端構成で広く入手可能である（Ｆｒａｚｉｅｒ、Ｐｏｏｌｅ、Ｆｕｋｉｊｉｍａら）。

従来のサクションデバイスは、あるレベルの照明を提供するために金属性の管に入れられ金属性のサクションデバイスに接続された光ファイバケーブルを伴って構成される。これらのデバイスは、多数の課題に直面する。これらのデバイスは、従来、直径２．５ｍｍ以下の細い光ファイバアセンブリで製造されてきた。限定された断面を有するこれらのアセンブリは、手術室において標準の光源に取り付けられた標準の５ｍｍ光ファイバケーブルからの出力光の５０％未満を透過することが可能であるにすぎない。高強度の光を有するファイバとファイバとの結合の非能率は、熱を生成する界面において光損失に至らしめる。損失は、光ファイバと界面におけるフレネル反射との間の非透過帯によって引き起こされる。ファイバ間の空間ゾーンは、しばしば光損失および熱の主要な原因である。界面における過剰な熱は、組織に対する熱損傷を引き起こし、また手術室において火災危険となり得る。ファイバ／ファイバの界面の懸念により、いくつかの製造業者は、接続が除去され、全光ファイバ束が外科手術光源として働く、より高価なデバイスを製造した。他の製造業者は、手術デバイスおよび界面に透過され得る光の量を制限することを推奨する。

（概要）
下記に説明されるデバイスは、外科手術サクションデバイスにおいて改善された照明を提供する。下記に説明される照明サクションデバイスは、中央部分によって接続された近位端と遠位端とを有する金属サクションチューブを含む。サクションチューブの近位端は、真空源との接続のために継手が備え付けられる。サクションチューブは、内側表面と外側表面とを有し、光クラッディングの層は、サクションチューブの中央部の外側表面上で１．２９〜１．６７の屈折率を有し、照明導波路は、近位端と遠位端とを有する。照明導波路は、サクションチューブの中央部分上に光クラッディングを囲んで形成され、照明導波路の近位端から遠位端にサクションチューブの周りに光を伝導するように働く。照明導波路は、１．４６〜１．７の屈折率と、０．３３〜０．７０の開口数とを有する。照明入力部は、供給源から照明導波路に光を伝導するために、照明導波路の近位端の中に形成される。

照明サクション装置は、医者の人間工学的ニーズを満たすのに適したハンドヘルドデバイスに組み込まれたサクション機能と照明機能とを含む。外科手術処置において既に広く用いられているハンドヘルドで再位置決め可能なサクション機能が、照明導波路によって囲まれ、照明導波路は、切開の角度、深さ、および周囲の解剖学的障害物に関わらず、医者が皮下の解剖学的構造の所望の領域に直接照明を当てることを可能にする。照明導波路は、高強度光源からの光を明確に導くように設計される中実構造であり、シクロ−オレフィンポリマーもしくはコポリマーなどの特定の屈折率を有する光学グレードのポリマーまたは任意の他の適切なアクリルもしくはプラスチックを用いて製作される。さらに、照明導波路は、全反射（ＴＩＲ）を維持するために、中心的材料の屈折率に適切に調和したより低い屈折率の第２の材料を用いて遠位出力部を包み込むかまたは囲むことによって、照明導波路の遠位出力部から光を効率的に透過させるように設計され得る。この個体の構造誘導の照明導波路は、Ｌｕｘｔｅｃ、ＢＦＷ、および他によって供給される３００ｗキセノン源などの高強度光源に接続された光ファイバケーブルを介して電力供給される。

照明サクション装置はまた、サクション管腔の近位端上の１つ以上のバーブ（ｂａｒｂ）、リッジまたは他の突起を含み得、これらは、標準のＰＶＣ外科手術チュービングまたは他の適切な真空導管の接続を可能にする。

光ファイバよりはむしろサクション照明の概ね中実の導波路を用いることは、光ファイバ間の非透過空間による損失を除去し、フレネル反射に関連する損失のみに損失を減少させる。ファイバ／ファイバ接合に関連する損失の著しい減少は、界面の有意の加熱または界面におけるヒートシンクのデバイスまたは機構の必要なく、導波路への高強度の光の透過を可能にする。導波路に接続するファイバによって、標準の３００ワット光源からの光は、設計変更なしで、体組織に有害な温度より低い定常状態の温度でＡＣＭＩなどの標準のコネクタを用いて透過させられ得る。

照明導波路において全反射および混光を用いることは、出力光プロファイルの制御を可能にし、注文の照明プロファイルを可能にする。微細構造が照明導波路の任意の適切な表面に適用され得、光は、射出成形構造および最小限の追加コストの他の適切な構造を有するデバイスの壁に沿って増加しながら抽出され得る。順次抽出表面の使用、位置の関数としてのデバイスの開口数の変化、微細構造またはマクロ構造のいずれかの抽出構造、開口数の変化の有無、選択的クラッディング、選択的反射コーティングなど、すべてが、特定の外科手術サクション照明用途にユーザによって要求される設計仕様または光仕様を満たすために導波路の出力プロファイルを形作るために用いられ得る。

デバイスは、大容量射出成形、オーバーモールディング、ならびに金属およびポリマー押し出しなどのプロセスの使用によって、製造効率の有利性を可能にするために、使い捨てであり、低コスト材料から製作されることが意図される。デバイスアセンブリは、労務費を最小限にするために設計される。低コストで高性能の組み合わせデバイスは、ユーザに対して増加コストを最小限にしながら、現在の離散的照明およびサクションデバイスに対して魅力的な代案を提供する。

照明サクション装置は、高性能照明導波路をサクションと組み合わせるハンドヘルド外科手術デバイスを含む。このデバイスは、開放および最小侵襲性の整形外科を含む様々な外科手術処置において有用である。照明導波路はまた、外科手術ドリルおよびプローブなどの他の外科手術デバイスと組み合わされ得る。

遠位サクション先端が組織およびまたは流体表面と活性に接触しながら、外科手術サクションフィールドは、照明導波路によって照明されなければならない。この効果を達成するために、照明導波路からの出力光は、デバイスの遠位サクション先端に近位である、導波路上の点から出なければならない。外科手術において、出力光がデバイスの遠位端に近位の点から出る場合においてサクション照明デバイスを用いる場合、外科医は、困難を受け得る。外科手術フィードに集中する場合、外科医は、自分の周辺視を用いて周辺において用いられているサクションデバイスを見る。脊椎外科手術において、サクションデバイスは、外科医が脊髄付近で作業している間、しばしばレトラクタとして用いられる。問題は、外科手術フィールドに集中しながら、外科医が非常に鋭敏な作業に対してロッドによって生成される視界の中心部分を用いると、脳は視界の周辺における光源の位置をサクションデバイスの遠位先端の位置として誤って解釈することである。外科医は、創傷内にデバイスをより深く押し込む傾向があり得る。安全のため外科医は、サクション先端の位置をチェックするために外科手術フィールドから目をしばしば移動させなければならない。

代替の構成において、サクションチューブの遠位先端は、光を透過させるかまたは反射するように構成され、外科医が照明されたサクションの遠位先端を見、外科医がデバイスの先端を直接見ることなくまたはデバイスの先端に集中することなく、外科医が周辺の視界においてサクションデバイスの遠位先端の特定の位置を見つけ得る。導波路の薄い層を先端に延ばすことは、効果を提供し得る。この効果を実装する戦略は、以下のことを含むが、これらに限定されない：（ａ）先端から離れるように光を後方反射または散乱させるために、表面抽出特徴ありまたはなしで先端に延ばされた導波路、（ｂ）高散乱係数を有する光学的透過性材料の薄い層を用いて、サクションデバイスを白熱させること、（ｃ）反射表面が中央サクションデバイスの外部に適用されること、（ｄ）反射表面が表面に対して不完全に適用されて、外側表面から離れるように光を反射するかまたは散乱させること、（ｅ）出力光の一部分を伝送するかまたは散乱させる内側サクションチューブの壁に適用されたクラッディング材料を用い、クラッディングへの入力は、クラッディングにおいて不完全であるかまたは自然に発生する漏れのいずれかであること、（ｆ）先端上の蛍光性コーティング、（ｇ）燐光コーティング、（ｈ）デバイスの先端に沿ってまたはデバイスの先端において埋め込まれるかまたは段階別にされた反射器の使用。あるいは、遠位先端形状は、意図的に光を散乱させるように形成され得る（正方形の縁など）。

光学的導波路シースまたはアダプタまたはコネクタにおける１つ以上の表面は、マイクロ光学構造、薄膜コーティングまたはその他などの任意の適切な技術を用いて偏光され得る。外科手術環境において偏光された光の使用は、優れた照明を提供し得、カメラまたは外科医用めがねなどの視覚デバイスに相補的偏光コーティングを用いることと結合して、反射グレアを減少させて、視覚歪を少なくして、外科手術部位のより正確な演色を提供する。光学導波路シースの１つ以上の表面はまた、光フィルタリング要素を含み、特定の組織の視覚化を高め得る１つ以上の周波数の光を発し得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
中央部分によって接続された近位端と遠位端とを有するサクションチューブであって、該近位端は真空源に接続するように適合され、該サクションチューブはまた内側表面と外側表面とを有する、サクションチューブと、
該サクションチューブの中央部の外側表面上の光クラッディングの層であって、１．２９〜１．６７の屈折率を有する光クラッディングの層と、
近位端と遠位端とを有する照明導波路であって、該照明導波路は、該照明導波路の近位端から遠位端まで該サクションチューブの周りに光を伝導するために、該サクションチューブの中央部分上の該光クラッディングの周りに配置されており、該照明導波路は、０．３３〜０．７の開口数を有し、１．４６〜１．７０の屈折率を有する、照明導波路と、
照明入力部であって、供給源から該照明導波路に光を伝導するために該照明導波路の近位端の中に形成された、照明入力部と
を備えている、照明サクションデバイス。
（項目２）
前記照明導波路の遠位端上の１つ以上の微細構造であって、光を方向付け、事前選択された照明パターンを形成する微細構造をさらに備えている、項目１に記載の照明サクション装置。
（項目３）
前記照明導波路の外側表面上の遠位端近くに１つ以上の光抽出構造をさらに備えている、項目１に記載の照明サクション装置。
（項目４）
前記照明導波路の外側表面上に１．２９〜１．５の屈折率を有する光クラッディングの層をさらに備えている、項目１に記載の照明サクション装置。
（項目５）
ポリマー材料から形成された照明導波路であって、１．５〜１．５５の屈折率を有し、近位端と、遠位端と、管腔と、外側表面とを有する照明導波路と、
該照明導波路の管腔内の光クラッディングの層であって、該光クラッディング層は、１〜１．４２の屈折率を有する、光クラッディングの層と、
該管腔を通って延びるサクションチューブであって、該サクションチューブは、近位端と、遠位端と、内側表面と、外側表面とを有し、中央管腔が、該近位端から該遠位端まで延びている、サクションチューブと、
１つ以上の光伝送導管であって、該照明導波路の中に光を導入するために、該照明導波路の近位端に一体化されている、１つ以上の光伝導管と、
該照明導波路の遠位端近くの１つ以上の光抽出構造と
を備えている、照明サクション装置。
（項目６）
１つ以上の光伝導管が、
前記照明導波路の前記遠位端上に１つ以上の光制御構造を備えている、項目５に記載の照明サクション装置。
（項目７）
１つ以上の光伝導管が、
前記照明導波路と一体に形成される概ね長方形の断面を有する２つの光導管を備えている、項目５に記載の照明サクション装置。
（項目８）
前記概ね長方形の光導管は、
前記照明導波路と一体に形成される２つの概ね長方形の光導管をさらに備え、該光導管は、係合点を除いて該照明導波路の近位縁からずれており、該光導管は、斜めされた反射表面において該照明導波路を係合している、項目７に記載の照明サクション装置。
（項目９）
照明サクション装置を製造する方法であって、
サクションチューブを提供するステップであって、該サクションチューブは、中央部によって接続された近位端および遠位端と、内側表面と、外側表面とを有する、ステップと、
該サクションチューブの中央部の上に収縮包装チューブに取り付けるステップと、
該収縮包装チューブを加熱することにより、該収縮包装チューブを該サクションチューブの上に収縮させるステップと、
該サクションチューブ上の該収縮包装チューブの上に照明導管を形成するステップであって、該照明導管は、外側表面と、入力部分と、出力部分とを有する、ステップと、
該照明導管の入力部分に光入力を提供するステップと、
該サクションチューブの近位端にサクション入力を提供するステップと
を包含する、方法。
（項目１０）
前記照明導管の前記外側表面にコーティングを塗布するステップをさらに包含し、該コーティングはクラッディング層として動作する、項目９に記載の方法。

図１は、照明サクション装置の斜視図である。 図２は、Ａ−Ａに沿って取られた図１の照明サクション装置の断面図である。 図３は、ハンドルを有する照明サクション装置の斜視図である。 図４は、Ｂ−Ｂに沿って取られた図３の照明サクション装置の遠位端の断面図である。 図５は、本開示に従う照明導管入力部の断面図である。 図６は、代替の照明導管の側面図である。 図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、図６の代替の照明導管の様々な断面図である。 図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、図６の代替の照明導管の様々な断面図である。 図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、図６の代替の照明導管の様々な断面図である。 図６Ｄは、図６の代替の照明導管のアクセスポートの斜視図である。 図７は、代替の照明導管の照明入力部の斜視図である。 図８は、別の代替の照明導管の照明入力部の斜視図である。 図９は、ハンドルを有する照明サクション装置の斜視図である。 図１０は、Ｃ−Ｃに沿って取られた図８の照明サクション装置の断面図である。 図１１は、Ｄ−Ｄに沿って取られた図１０の照明サクション装置のハンドルの断面図である。 図１２は、代替の照明サクション装置の斜視図である。 図１３は、別の代替の照明サクション装置の斜視図である。

（発明の詳細な説明）
図１および図２を参照すると、照明サクション装置１０は、アルミニウム、ステンレス鋼または任意の適切なアクリルポリマーもしくは他のポリマーなどの任意の適切な材料から作られるサクションチューブ１２を含む。サクションチューブ１２は、サクション管腔１２Ｌを囲む。照明導波路１４は、入力または近位部分１２Ｐおよび遠位部分１２Ｄが露出されたままで、サクションチューブ１２の中央部分１２Ａ上のクラッディング層１５の上に固定される。照明導波路１４は、光１１Ｌが照明器入力１４Ｐから出力１４Ｄに進むと、混光を最適化する、側面１４Ｓまたは側面１４Ｔなどの平らな側面を有し得る。

照明導波路１４は、光を効率的に透過させるシクロオレフィンポリマーなどの光グレードのエンジニアリングサーモプラスチックから作られる。環状オレフィンコポリマー、ポリカーボネート、アクリルおよびまたはＴＰＣなどの任意の他の適切な材料もまた用いられ得る。導波路構造の角度および曲がりは、光がＴＩＲを経由して導波路を通って透過するように設計される。側壁および他の特徴は、光が照明器の遠位端に到達し選択された均一性をもって出るまで、光が混合されるようにまた漏れることがないように、角度およびフラット面を有する。ＴＩＲによって反射される光は、高効率（ほとんど１００％の効率）で反射される。サクションチューブ１２は、１００％反射ではない照明導波路１４との界面を採用する。従って、コーティングされないかまたは処理されないサクションチューブは、光の小部分が反射ごとに吸収されかつまたは散乱して損失を起こし、最終的に結果として光の劣化をもたらす。導波路を通ってＴＩＲを維持するために、特定の屈折率を有するクラッディング材料１５がサクションチューブと導波路との間に配置される。ＴＩＲはまた、照明導波路１４の外側の露出表面１４Ｘに接触する、外科手術部位からの血液または異物によって崩壊される可能性があり得る。特定の屈折率を有する外側クラッディング層１５Ｘはまた、導波路の外部に取り付けられ得る。導波路材料は、金属サクションチューブからの影によって邪魔されない遠位端１４Ｄからの照明パターンを提供するために、サクションチューブ１２を完全に囲む。導波路およびＴＩＲ維持材料は、外科手術部位を適切に視覚化するのに適した、最適化された光射出角、全光出力、および照明を提供するように選ばれる。サクションチューブ１２は、照明器からの光出力との相互作用の結果生じるグレアまたは反射を減少させるために処理され得る（例えば、アルミニウムの場合、陽極処理され得る）。

ここで図３を参照すると、光源１１からの光１１Ｌは、光ファイバケーブル１１Ｃなどの任意の適切な装置を用いて照明導波路に伝導され、次いで導波路１４を通って伝導され、導波路の遠位端１４Ｄかまたはその近くにおける任意の適切な構造（単数または複数）から出る。サクション源１３からの真空は、真空入力２１Ｐに接続されるチューブ１３Ｔなどの任意の適切なサクションチューブを用いて照明サクション装置１９に伝導される。サクションチューブ１２の遠位端において利用可能な真空は、ハンドル２１におけるサクションホールＨのすべてまたは一部分を覆うことによって制御され得る。

照明サクション装置１０は、ＡＢＳまたはポリカーボネートなどの比較的低コストのエンジニアリングプラスチックから作られるハンドル２１などのハンドルに一体化され得る。ハンドル２１は、スナップばめであるように設計されるか、接着剤で付けられるか、または超音波で溶接され一緒にされる別個の射出成形の構成要素であり得る２つ以上の構成要素から形成され得る。あるいは、ハンドルは、オーバーモールドプロセスによって装置１０などの照明サクション装置の上に形成され得る。照明サクション装置１９などの組合せデバイスの近位部分はまた、外科医が指でホールのすべてまたは一部分をさえぎることによってサクション機能を可能にするように適切に位置を決められたホール、ホールＨを含み、ホールは、デバイス内のサクション通路と連絡し、ホールがふさがれていないとき「サクションリーク」を作ることによってサクションを不能にする。Ｆｕｋｉｊｉｍａサクションの場合のようにホール形状を変化させることは、サクション機能の微調節を可能にする。ハンドル２１の近位端はまた、オスＡＣＭＩ接続部または他の適切なコネクタなどの、照明導波路１４に取り付けられる従来の光ファイバケーブル用入力部と、取り付けられる様々なサイズの標準の可撓性サクションＰＶＣサクションチューブに適した有刺フィッティングであり得る真空ポート２１Ｐなどの真空ポートとを含み得る。光ファイバケーブルは、光１１などの高強度光源に取り付けられる。サクションチューブ１３Ｔは、真空源１３などの一体化真空ポンプを有する廃棄物回収容器など、ＯＲ内の任意の真空源に取り付けられる。

ここで図４を参照すると、光ビーム１１Ｂは、入力源の開口数（ＮＡ）、材料の屈折率、および導波路の形状など光学的性質に基づいて、特定の角度で導波路遠位面１４Ｆから射出する。標的外科手術領域に投じられる光パターンは、照明器がサクションチューブの遠位先端１２Ｄから後ろに引かれた特定の距離１６に基づいて最適化される。所与の光源構成に対して、光ビーム１１Ｂの発散角度１８は、結果として、平面２１など、照明器に対して直角の任意の標的平面において全光出力および照明サイズ１７を有する特定の照明パターン１９をもたらす。サクションチューブの遠位先端における平面は、特に関心がある。なぜなら、医者は、所望の外科手術標的に遠位先端を配置して、サクションを可能にするかまたは組織を収縮させるからである。

ここで図５を参照すると、光源１１は、屈折率１．５２を有するシクロオレフィンポリマーコア３０、屈折率１．３３を有するフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）クラッディング３２、およびクラッディング３２を囲む外部環境３４の中に光１１Ｌを透過させる。光源１１は、１の屈折率と０．５５の開口数（ＮＡ）とを有する空気中にあることが仮定され、０．５５の開口数（ＮＡ）は、３３．４度の半円錐角、角度３６に対応する。供給源１１のＮＡは、光１１Ｌが結合されたときのコアに対する入射角であり、角度３７に対応する。内部光線３１は、最初に３３．４度の半円錐角でコア３０に入り、２１．２度の角度で屈折させられ、光線がコア３０を通過するとき内部屈折角３９である。内部光３１は、次いで角度４１である６８．８度の角度でコア−クラッディングの境界４０を交差する。角度４０がコアおよびクラッディングの屈折率によって決定される臨界角より大きい限り、光３１は、ＴＩＲを受け、どの光３１もクラッディングに透過させられない。この場合（コアのｎ＝１．５２かつクラッディングのｎ＝１．３３）、臨界角は６１．０度である。

この光線追跡は、コア−クラッディングの境界においてすべての光がＴＩＲを受けることをなおも可能とする最大供給源ＮＡを決定するために、臨界角から逆算され得る。反射角度４１が、選択されたコアおよびクラッディングに対する臨界角に対応する６１．０度である場合、内部屈折角３９は２９度であり、これは角度３７が４７．４度でなければならないことを意味する。４７．４度から供給源ＮＡは、０．７４であると計算される。従って、シクロオレフィンポリマー／ＦＥＰの組み合わせを用いる場合、はるかに高いＮＡ／効率を有する入力源が用いられ得る。

供給源ＮＡが、導波路に結合されるすべての光がコア−クラッディングの境界においてＴＩＲを受けるような場合、光はクラッディングにおいて全く伝搬せず、環境の屈折率は導波路透過に影響せず、光はクラッディング−環境の境界に当らない。次の表におけるデータは、シクロオレフィンポリマーコア（ｎ＝１．５２）に対してクラッディング屈折率が１．０から１．４６に変化すると、コア−クラッディングの境界において臨界角がどのように変化するかを示す。これは、屈折構造を設計する場合、特に密接に関連する。環境またはクラッディングに基づいて事前に臨界角を知ることにより、構造は照明導管から光を選択的に漏らすように設計され得る。

シクロオレフィンポリマーを有するクラッディングとしてＦＥＰを用いる場合、臨界角は、０．５５ＮＡからの角度（６８．８度）より小さい。クラッディングが用いられない場合、１．４１７以上の屈折率において臨界角は入力角に等しく、ＴＩＲが維持されないので光漏れを引き起こす。さらに、シクロオレフィンポリマーコアとＦＥＰクラッディングとの組み合わせは、０．５５を超えるＮＡを有する入力源を用いることを可能にする。入力源は、より大きい受光角により供給源からよりの多くの光捕捉を可能にし、定透過効率を仮定すると照明導管を通るより多くの光を提供する。ＦＥＰおよび開放環境の臨界角を理解することにより、構造は照明導管から光をより正確に抽出するように設計され得る。

ＦＥＰなどの任意の適切なクラッディング材料は、ＦＥＰ特有の収縮率に影響を与えるホットボックスノズルからのヒートガンまたは集中熱に伴う大きめのＦＥＰの手動または半自動の収縮適用などの方法によって、サクションチューブ１２の中央部分１２Ａに塗布され得る。中央部分１２Ａまたはクラッディングされるべき任意の他の適切な表面にＦＥＰの液体コーティングを塗布するなど、ＦＥＰなどのクラッディングの任意の他の技術が用いられ得る。一体化クラッディング１５を有するサクションチューブ１２は、次いで（従来の大容量射出成形によって）照明導波路１４を挿入成形されることが可能であり、導波路１４は、全内面反射を維持することが可能である。サクションチューブ１２と照明導波路１４との間にクラッディング１５を用いることは、サクションチューブが金属またはプラスチックなどの任意の適切な材料から形成されることを可能にする。サクションチューブのためのプラスチック材料の選択は、サクションチューブと導波路との界面における差を維持するために、その材料の屈折率が１．５２の屈折率を有する導波路との使用のため１．４２未満であるようになされる必要がある。しかしながら、プラスチックを用いることは、成形用キャビティの内部において比較的高い温度および圧力を必要とする射出成形プロセスに対して課題を引き起こし得る。あるいは、デバイスは、管腔を有するが管腔を通って延びる追加のサクション導管がなく照明導波路１４が形成されるように製造され得る。このアプローチによって引き起こされる課題は、処置の間中、管腔を通って生物学的物質（血液など）を排出し、照明導波路管腔の内部表面と接触することから発生する潜在的な光透過効率の損失である。

１．３３の屈折率を有するクラッディングは、１．５２の屈折率または１．５２近くの屈折率を有する照明導波路と共に用いられる場合、環境屈折率またはクラッディング厚に光透過が依存しないことを示す。１．３３の率を有するクラッディングに対して、照明導波路に結合される光は、コア−クラッディングの界面における全内面反射によりコアに制約される。従って、クラッディングを通り伝搬する光はなく、透過においてクラッディング−環境の境界条件を無視し得る要因にする。屈折率１．５２を有するシクロオレフィンポリマーコアを有するクラッディング材料として用いられる１．３３の屈折率を有するテフロン（登録商標）ＦＥＴは、３つの代表的な模擬実験の外科手術環境においてクラッディング厚に依存しないことを示す。従って、シクロオレフィンポリマーに類似した材料と共に用いられた場合、ＦＥＰのクラッディング厚に対する拘束はない。

１．４６の屈折率を有する材料から形成される照明導波路は、クラッディング厚ならびに外部環境の両方への光透過の依存を示した。これは、０．５５のＮＡで照明導波路の中に光を導入した結果である。この条件の下で、光は、コア−クラッディングの境界の臨界角未満である角度でコアに入り、結果として、クラッディングの中に伝搬する光をもたらす。光は、クラッディングを通って伝播するので、クラッディング−環境の境界条件（臨界角）は、光透過の要因である。クラッディングを通って伝播する光により、クラッディング厚もまた透過に影響する。なぜなら、厚さが増加すると、光線が導波路の長さを横断するとき、境界において光線がはね返る反射する回数は少なくなるからである。

構造を横断する光がどの曲がりまたは丸みにも遭遇しない直線の導波路外形は、結果として最大の光効率をもたらす。しかしながら、近位に取り付けられる光ファイバケーブルおよびサクション管類など、デバイスに関係する不可欠のアクセサリの人間工学的制約または互換性および管理により、近位光入力が導波路構造の遠位透過本体に対してある角度を作るように近位光入力を設計することが有利であり得る。

ここで図６および図６Ａを参照すると、サクション装置５０の照明導波路５１におけるＴＩＲを維持し透過効率を最大にするために、光入力部５４と照明導波路本体５５との間の中央部分５２は、湾曲させられて、できるだけ１８０度に近い、入力部と本体との間の角度５３を形成する。チューブにおけるほとんどあらゆる曲げまたは丸みは、いくらかの光漏れを引き起こす。しかしながら、中央部分５２における角度５３が１５０度以上に制限された場合、光漏れは非常に低く、光透過効率は最大にされる。

照明導波路５１の形状は、中実の円柱形入力から、かつ入力部５４、導波路本体５５の円形状中空のチューブの中へと変形、または円筒形に「スイープ」もしくは「ブレンド」する。導波路穴５６は、サクションチューブ５８などの任意の適切な外科手術ツールを収容し得る。適切な外科手術ツールは、アクセス開口部５９を通って導波路穴５６にアクセスする。上記に考察されたように、光は遠位端６０においてまたは遠位端６０の近くで導波路本体を出、光の大部分は遠位表面６１を通って出る。

照明導波路５１の断面積が、入力部５４の部分６３から中央部６５への光透過経路に沿って遠位端６０近くの遠位断面６７へと増加すると、照明導波路のＮＡは増加し、従って、光が照明器の遠位端から現われると光の発散を増加させる。ＮＡはまた、曲げによっても影響され得る。ＮＡを調整するために反対に曲げることが可能であり得る。上記に例示された概念はまた、サクションチューブ５８などの任意の適切な外科手術ツールの周りにオーバーモールドされる２つの半分として製造され得る。

ここで図７を参照すると、使い捨て照明導波路７０がスタンドアロンデバイスとして供給され得る。様々なサクションデバイスまたはサクションツール７１などの他の適切なツールは、照明導波路の作業チャネルである中央穴７２を通って挿入され得る。接続は、導波路７０とサクションツール７１などの外科手術ツールとの間に構成され得、外科手術ツールは、導波路が様々なサクションデバイスに固定されることを可能にし、導波路７０およびサクションツール７１の両方が単一ユニットとして操作されることを可能にする。この概念は、ドリルなど中央穴７２に適合する他のデバイスに適用され得る。さらに、照明外科手術装置７４は、サクションツール７１などの、中央穴７２に挿入される任意の外科手術ツールに対する導波路７０の動的位置決めに役立つ。例えば、ユーザは、回転７５の方向のようにサクションデバイスの周りに照明器を回転させ得、また経路７６に沿ってサクションチューブの全長に沿って照明器を順に嵌め込み、処置中必要に応じて、照明フィールド７７を再位置決めするかまたは拡張もしくは収縮させ得る。

代替のアプローチは、図７の入力部７８などの中実の入力円または入力楕円を分割することを伴い、分割入力部８０は、図８におけるように形成され、図８において、入力光１１Ｌの半分は、入力部の半分の１つ、アーム８２に向けられ、入力光１１Ｌの他方の半分は、入力部の第２の半分、アーム８３に向けられる。ここで、アーム８２および８３は、一緒になって入力部８０として概ね長方形の断面になり、光ファイバケーブル１１Ｃを係合する。しかしながら、入力部８０は、より良い混光のために、半円形アーム（単数または複数）を有する円形断面、楕円形または多角形断面を有し得る。構成はまた、ＴＩＲを維持するために各アームの１つ以上の領域に戦略的に適用されるＦＥＰクラッディングを有し得る。光抽出特徴の適切な機能を可能にするために、穴または他の適切な形状が、ＦＥＰまたは他のクラッディングの中に切られ、ＴＩＲ維持とデバイスの特定のゾーンからの適切な光漏れとの所望のバランスを可能にし得る。

付加的微細構造特徴が、照明導波路の遠位端に加えられて、照明パターンの制御を最適化し、かつ光出力フィールドを均質化し得る。典型的には回折性でありサイズがサブミクロンである反射防止特徴が、照明器の入力面および出力面に加えられて、通常のフレネル反射ロスを減少させ得る。湾曲、曲げ、および取り付け特徴などの導波路の特徴は、望ましくない反射、光漏れ、グレア、および不均一性出力パターンを引き起こし、結果として、不十分な性能をもたらし得る。照明導波路の遠位部分におけるかまたはその近くにおける屈折性または回折性であり得る微細構造特徴を付加することは、潜在的に、より良い光の均一性を提供し、およびまたは、さらに照明パターンの発散または収束を助長して、照明フィールドの光出力を均質化し得る。導波路の特徴またはテーパリングがまた、照明導波路の外部に付加されて、照明出力を制御し得る。さらに、レンズ７８Ｌなどのマイクロレンズまたは他のマイクロパターン構造が入力部７８などの照明導波路入力部に加えられて、入力ビーム形状または他の光入力特性を制御することを改善し得る。光入力アームは、丸、正方形または多角形であり、光のより良い混合を提供し得る。

導波路は、様々な形状または断面で作られ得る。現在好ましい断面形状は、丸、楕円形、または六角形である。四角形、三角形、または正方形などの他の断面形状が可能である。しかしながら、導波路の概ね規則的な表面ならびに奇数の表面は、出力において第２のパターンを引き起こし得る。このパターンは、明るいスポットおよび暗いスポットとして現れる。六角形などの偶数の高次多角形に似ている断面が、現在好ましい。断面における面の数が増加すると、これらの断面は、円に近づき、そのようなデバイス設計は、潜在的に（射出成形などの）製造工程を複雑にし、それによって、製造コストを増加させる。

光が入力部から抽出ゾーンに進むにつれ、照明器は、その断面を増加させるかまたは減少させるようにテーパーがつけられ得る。テーパリングがＮＡを助長し、（出口における増加した面積に対して）よりきつい出力スポットまたはより大きくより多い発散スポット（減少した出口表面積、ＴＩＲの破壊）のいずれかを引き起こす。

照明サクションデバイスに対して、多くの外科手術用途においてデバイスの周りにおける周囲照明に対するニーズがある。照明は、周囲に均一性であるかまたはほとんどの照明がレトラクタの前方に向くように軸外に向けて送達される必要があり得る。

ここで図９および図１０を参照すると、照明サクションデバイス９０のハンドル９３は、導波路９４の周りにエアギャップ９１（ｎ＝１．０）を作ることによって照明導波路９４内においてＴＩＲを維持するために用いられ得る。ハンドル構造の設計は、所望のエアギャップを作るために導波路９４の長さを部分的かまたは完全に覆う部分を含み得る。スタンドオフ９３Ｘなどの特徴は、照明器に接触するハンドルの表面に成形されて、構成要素間にギャップを作り得る。類似の構成が、サクションチューブ９２と照明導波路９４との間に形成され得、エアギャップ９５は、照明器のＩＤとサクションチューブのＯＤとの間の設計許容差に基づいてスタンドオフなしで形成され得るか、またはスタンドオフ９２Ｘもしくはスタンドオフ９４Ｘなどの１つ以上のスタンドオフを有してもしくは任意の他の組み合わせで形成され得る。

照明導波路９４から出力される光は、遠位ケーシング９６のすべてまたは一部分が照明器の上を軸９７に沿ってスライドすることを可能にすることによって動的に集められ得る。ユーザは、照明導波路９４の上にチューブを下方にスライドさせて、発散角を減少させ、光９９Ｌを「集め」得る。

ここで、図１１を参照すると、ハンドル９３の設計は、サクションフロー制御穴Ｈが人間工学的に有利な位置でユーザに提供されるように、サクションチャネルおよび中実照明器の適切なルーティングおよび終端を収容しなければならない。照明サクション装置をユーザが保持し操作することが予期される方法および患者から排出された物質のフローパターンに基づいて、穴Ｈは、近位ハンドルの上部表面９８にまたはその近くに存在し得る。このことは、上部セクション９３Ｔおよび下部セクション９３Ｂなどの少なくとも２つの部分を有するハンドル９３を形成することによって達成され得る。照明導波路９４のためにシールドおよび近位端を提供することの他に、上部ハンドル部分９３Ｔはまた、サクションフロー制御穴Ｈを含む。上部および下部ハンドル部分は密閉され、下部分９３Ｂはサクションチューブ９２の近位端９２Ｐと連絡するチャンバを作る。排出された残屑は、チャンバ１００およびフロー制御穴Ｈへの通路の形状に基づいて、真空チューブ導管９３Ｐに流れたり、穴Ｈから流出したりしないようにされ得る。あるいは「ストレーナー」またはフィルタ１０２などの「フィルタ」が、あらゆる固体または液体の残屑を捕捉し、残屑が穴Ｈを通って外に出ることを防ぐために、ハンドル９３に含められ得る。ハンドル９３における特徴はまた、あらゆる回収された残屑をきれいにするためにユーザが上部分および下部分を分解することを可能にし得る。

これまで提示された概念は完全に使い捨ての非モデュラデバイスに焦点を合わせたが、下記のものを含む代替のアーキテクチャが可能である。

ａ．「高速接続」の取り付けおよび取り外し方式による使い捨てデバイスと一体化した使い捨てサクション先端（ｙａｎｋａｅｕｒなどの様々なフレンチサイズおよびスタイル）。

ｂ．光導波路シース１６によって、ケースに入れられるか、収められているかまたはさもなければ囲まれている、例えばドリル、バー（ｂｕｒｒ）または内視鏡などの任意の適切な外科手術器具を収容し得る導波路シース１６などの使い捨て照明シース。照明シースは、柔軟なシリコーンなど様々な材料であり得る。

ｃ．従来の光ファイバ束を含む再使用可能近位照明器にも一体化され得る使い捨て遠位サクション先端または他の器具（神経プローブなど）。これは、ケーブルのプラグを抜く必要なく、迅速な先端スタイル交換を可能にする。このアプローチはまた、捕捉された排出物質を除く手段を提供する。

ｄ．取り外し可能単一使用照明器／サクションチューブを有する再使用可能近位ハンドル。ケーブルのプラグを抜く必要なく、デバイスからの容易な変更を可能にする。

ここで図１２を参照すると、照明サクション装置１１１に示されるように、サクション管腔１０８は、サクション要素１０９に形成され得、サクション要素１０９は、導波路１１０などの照明器の周りに形成され得る。この構成は、照明器と同軸の中央照明チューブを有することによって引き起こされるシャドウイングなく、導波路１１０などの円筒形供給源から出力光１１２が出ることを可能にする。

照明器を通るサクション導管のルーティングは、照明出力を最適化し人間工学的考慮を比較するために変更され得る。

ここで図１３を参照すると、照明サクション装置１１６は、サクションチューブ１１８が角度１２１で照明導波路１２０を通って戦略的にルーティングされることを可能にするように構成され、その結果、（１）近位露出端１１８Ｐは、デバイスの上部にあり、この上部においてサクション制御機能はユーザによってより容易にアクセスされ得、（２）サクションチューブの遠位端１１８Ｄは、照明出力１２２の下のデバイスの下部から現われ、サクションチューブの上から外科手術部位の最適な照明を提供する。この構成において、サクションチューブは、より完全に光を混合する反射表面を導入することによって照明導波路を通る光透過経路を変化させる。高反射コーティング、エアギャップおよびクラッディング１２３などのクラッディングを用いることによって効率を維持することが可能である。しかしながら、サクションチューブの追加の反射率表面は、ＮＡを増加させる。

照明サクション装置１１６などの回転対称の照明サクションデバイスは、導波路の遠位表面から突き出るサクションチューブからシャドウイングを弱めるサクションチューブの戦略的位置決めによって周囲の均一性光出力を生成し得る。照明導波路を横断する光は、二次反射率表面を有する課題を有し得、従って、光出力パターンを広げる。照明サクション装置１１６はまた、非常に大きいＮＡを有することが予期される。

導波路１４、５１、７０、９４、１１０および１２０などの照明導波路はまた、シリコーンのような材料から展性のあるように作られ得る。これは、サクションチューブ１２のような器具を「かぶせる」のに有用であり得る。照明導波路は、シリコーンなどの展性材料から作られ得、照明導波路が剛体のサクションチューブにかぶせられることを可能にし、潜在的にコストを下げ得る。あるいは、展性の照明導波路材料は、変形可能サクションチューブ構造、または選択可能強度部材（ビームなど）を含む変形可能構造の上に形成され得る。このことは、臨床用途に適した様々な所望の形状にサクションチューブを動的に形作ることを可能にする。

照明導波路は、光出力を形作り制御するために「積み重ね」構造または「複合」構造でさまざまな屈折率の材料を用いて製作され得る。

代替のアプローチは、円形または楕円形の断面を有する中実光入力部によって照明導波路を分割することを伴い、導波路をルーティングし元の開始形状に再結合する。照明導波路は、次いで内部サクションチューブの上に成形され得る。あるいは、この構成におけるサクションチューブは、分割照明器形状に沿って延び得る。

断面積が維持される（すなわち、分割の両側における遠位端および近位端が同じ断面を有する）場合、導波路の中間形状が操作され得る。上記に列挙された構成において、ＮＡにおいて効率の実質的な損失または変化はない。従って、入力および出力の光パターンは、形状および強度において非常に似ている。

従って、デバイスおよび方法の好ましい実施形態はそれらの実施形態が開発された環境に関して説明されたが、それらの実施形態は本発明の原理の単に例示である。他の実施形態および構成が、本発明の精神および添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく考案され得る。

Claims (1)

1. 明細書に記載された発明。

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