JP2018525117A - 医療装置消毒システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

医療装置を消毒するためのシステムが提供される。本装置は、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する光源を備えている。本システムは、医療装置の少なくとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置を更に備えている。少なくとも１つの円筒型光拡散装置は、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されている。

Description

関連技術の相互参照
本出願は、２０１６年１月１３日出願の米国仮特許出願第６２／２７８，１９７号、及び２０１５年８月２１日出願の米国仮特許出願第６２／２０８，２３９号の米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張するものであって、その内容に依拠し、参照により全内容が本明細書に援用されるものである。
本開示は、概して、医療装置、医療装置消毒システム、及び消毒方法に関するものである。より具体的には、本開示は、少なくとも１つの円筒型光拡散装置を有する医療装置、少なくとも１つの円筒型光拡散装置を含む医療装置消毒システム、及び少なくとも１つの円筒型光拡散装置を用いた消毒方法に関するものである。
医療環境に存在する細菌は、一般的な社会環境において見られる細菌とは主に抗生物質療法に対する耐性が著しく異なる。多くの点で、病院環境は、細菌、菌類、及びウイルスの有毒な菌株を保有することによって、この問題に関係している。これは、少なくとも一部には、従来の多くの消毒方法に効果がなく、実際に汚染物質を拡散している可能性があることによるものである。加えて、定期的に消毒を施すことによって、細菌はやがてその消毒に抵抗力を示すようになる。これらの汚染物質は、対象物、特に、病院内の医療装置に存在している。使い捨てできない医療装置の場合には、使用と使用との間に装置を消毒する必要がある。加えて、長期にわたり、一部が体の内部に配置され、一部が体の外部に配置される一部の医療装置には、感染のリスクが増大している。
かかる医療装置の例に軟性及び硬性内視鏡がある。かかる内視鏡をクリーニングする一部のシステムは、液体洗剤及び消毒液を用いて洗浄及び消毒を施す処理槽に、内視鏡が収容できるように構成されている。しかし、内視鏡は、届き難く消毒が困難な複数の内部チャネル又は内腔を有し得る。かかるチャネルは、液体洗浄剤の注入、吸引、及び生検鉗子等の柔軟な手術器具を通すために使用される。
内視鏡の内部チャネル又は内腔の洗浄に使用される、いくつかの機械的補助が開発されている。例えば、内部チャネル又は内腔に適合するブラシ装置は、中心軸から突出して内視鏡の内部チャネル又は内腔の表面を機械的に研磨するブリッスルを備えている。また、内部チャネル又は内腔に適合するスポンジ装置は、酵素クリーナーがより効率的かつ均一に汚染物質を消化できるように、内視鏡の内部チャネル又は内腔の表面の実質的に均一なフィルムに汚染物質を広げる。しかし、ブラシ装置のブリッスルは、内視鏡の内部チャネル又は内腔の表面に均一に接触せず、スポンジ装置は単に汚染物質を広げるのみで、内視鏡の内部チャネル又は内腔の表面に付着している汚染物質を除去するのに必要な機械力を与えるようには構成されていない。
本開示の実施の形態によれば、医療装置を消毒するためのシステムが提供される。本装置は、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する光源を備えている。本システムは、医療装置の少なくとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置を更に備えている。少なくとも１つの円筒型光拡散装置は、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されている。
本開示の別の実施の形態によれば、医療装置が提供される。本医療装置は、少なくとも１つの内部チャネル、及び少なくとも１つの内部チャネルと光学的に連通する、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置を備えている。少なくとも１つの円筒型光拡散装置は、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されている。
本開示の別の実施の形態によれば、消毒の方法が提供される。本方法は、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の少なくとも一部を、医療装置の内部チャネルに挿入するステップと、光源からの光を、光源に光学的に結合された少なくとも１つの円筒型光拡散装置の端部に導入し、拡散装置の外面を通して光を放出して、拡散装置の一部を照らし、内部チャネルを放出光に曝露するステップとを備えている。少なくとも１つの円筒型光拡散装置は、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成し、内部チャネルの少なくとも１つを消毒するように構成されている。
更なる特徴及び効果は、これに続く詳細な説明に述べてあり、当業者はその記述から、一部は容易に明らかであり、これに続く詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面を含め、本明細書に記載の実施の形態を実施することによって認識できるであろう。
前述の概要説明及び以下の詳細な説明は、いずれも単なる例示であって、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概要、及び枠組みの提供を意図したものであることを理解されたい。添付図面は、更なる理解が得られることを意図して添付したもので、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は１つ以上の実施の形態を示すもので、その説明と併せ、様々な実施の形態の原理及び作用の説明に役立つものである。
本開示は、純粋に非限定的な例として示される、以下の説明及び添付図面から、より明確に理解されるであろう。
光拡散光バイバーの例示的な実施の形態の部分概略側面図。 方向ＩＩ−ＩＩに沿った、図１の光ファイバーの概略断面図。 光拡散ファイバーの例示的な実施の形態について、ファイバー半径に対する相対屈折率をプロットした概略図。 光拡散ファイバーの別の例示的な実施の形態について、ファイバー半径に対する相対屈折率をプロットした概略図。 光拡散ファイバーの別の例示的な実施の形態を示す図。 波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍ単位のファイバーの減衰（損失）を示す図。 波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍ単位のファイバーの減衰（損失）を示す図。 本開示の実施の形態による内視鏡手術システムの概略図。 本開示の実施の形態による内視鏡の遠位端面の正面図。 本開示の実施の形態による内視鏡の遠位端部の概略断面図。 本開示の実施の形態による内視鏡の遠位端面の正面図。
添付図面に例を示す、本実施の形態について以下詳細に説明する。図面全体を通して可能な限り、同じ又は同様の部品には同じ参照番号が用いられている。
名詞は、文脈上明らかに別の意味に解釈されない限り、複数の支持対象を指す。同じ特性を示すすべての範囲の端点は、独立して組み合わせ可能であり、列挙された端点を含む。すべての参考文献は、参照により本明細書に援用される。
本開示の実施の形態は、医療装置、医療装置消毒システム、及び消毒方法に関するものである。本開示の実施形態は、紫外線又は短波長の可視光を透過することができる、少なくとも１つの円筒型光拡散装置を含んでいる。本明細書において、円筒型光拡散装置は、光が導波光として装置内部に導入されたとき、その外面を通して光を放出する拡散装置を意味する。本明細書に含まれる一部の実施の形態には、「少なくとも１つの光拡散装置」との記述があるが、複数の円筒型光拡散装置も包含するものと解釈されたい。本明細書において、「紫外」（ＵＶ）光という用語は、波長が約４００ｎｍ未満の光を意味し、「短波長可視光」という用語は、波長が約４００〜約５００ｎｍの光を意味する。紫外光、特にＣ帯域幅内の紫外光は、適切な線量で照射すると、すべての既知の病原菌を死滅させる。本明細書において、「Ｃ帯域幅内の紫外光」（ＵＶ−Ｃ）という用語は、その殺菌特性が利用される、波長が約１００ｎｍ〜約２９０ｎｍの光を意味する。加えて、最近の研究では、紫色光及び青色光等の短波長の可視光も、特定の線量で、細菌、菌類、及びウイルスを死滅させることを示している。かかる短波長可視光は、例えば、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、又は約４０５ｎｍ〜約４１５ｎｍであってよい。
円筒型光拡散装置は、例えば、側面発光ファイバー、又は２つ以上の側面発光ファイバーの束であってよい。側面発光ファイバーは、例えば、クラッド又はコーティングを有さない、単一のプラスチック又はガラスコアであって、コアに送られた光が閉じ込められない又は内部導光されないため、ファイバーの側面を通して失われるコアであってよい。側面発光ファイバーは、そのコアに小さい屈折性及び／又は反射性の光散乱粒子をドープすることにより、又は光を散乱する表面特性を有するようにコアの表面を改質することによって、ファイバーの様々な場所に設けられた散乱欠陥を有することができる。発光面欠陥の例には、セレーション、ノッチ、スクラッチ、テクスチャ、凹凸、波形、エッチング、アブレーション等がある。別法として、円筒型光拡散装置は、光拡散光ファイバーであってよい。本明細書において、「光拡散光ファイバー」という用語は、ファイバーの側面から光を拡散するように構成された可撓性光導波路であって、導波路のコアから導波路の外面を通して光が導かれて照明が提供されるように構成された導波路を意味する。
特許請求した主題の基本原理に関する概念は、参照により、全内容が本明細書に援用される、米国特許公開第２０１１／０１２２６４６号（Ａ１）明細書に開示されている。以下に詳細に説明するように、例示的な光散乱光ファイバーは、コア、一次クラッド、及びコアの内部又はコアとクラッドとの境界に配置された複数のナノサイズ構造を有することができる。本光ファイバーは、外面、及び光源に光学的に結合するように構成された端部を更に有している。光拡散光ファイバーは、導波光を、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光源ファイバー部を形成するように構成することができる。
「光源」という用語は、ＵＶ光領域の波長、又は発光団と相互作用してＵＶ光領域の波長の光を放出させることができる波長のうちの、いずれかの波長の電磁放射線を放出することができるレーザ、発光ダイオード、又は他の素子を意味する。
「発光団」という用語は、発光を示す原子又は化学化合物を意味し、様々な蛍光分子及び蛍光体を含む。
ナノサイズ構造を有する光拡散ファイバーに関連して、以下の用語及びフレーズが使用される。
「屈折率プロファイル」は、屈折率又は相対屈折率と導波路（ファイバー）の半径との関係である。
「相対屈折率パーセント」は以下のように定義される：
Figure 2018525117
ここで、ｎ（ｒ）は、別段の定めがない限り、半径ｒにおける屈折率である。相対屈折率パーセントは、別段の定めがない限り、８５０ｎｍにおいて定義される。１つの態様において、基準屈折率ｎＲＥＦは、８５０ｎｍにおいて１．４５２４９８の屈折率を有するシリカガラスであり、別の態様では、８５０ｎｍにおけるクラッドガラスの最大屈折率である。本明細書において、相対屈折率は、別段の定めがない限り、Δで示されその値は「％」単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦ未満の場合には、相対屈折率パーセントは負であり、陥没領域又は陥没屈折率を有すると称し、別段の定めがない限り、最小相対屈折率は、相対屈折率が最も負の点において算出される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦより大きい場合には、相対屈折率パーセントは正であり、その領域は隆起している又は正の屈折率を有していると言える。
本明細書において、「アップドーパント」は、純粋な非ドープＳｉＯ２に対し、屈折率を増加させる傾向を有するドーパントであると見なす。本明細書において、「ダウンドーパント」は、純粋な非ドープＳｉＯ２に対し、屈折率を低下させる傾向を有するドーパントであると見なす。アップドーパントは、アップドーパントではない別の１つ以上のドーパントを伴う場合、負の相対屈折率を有する光ファイバーの領域に存在することができる。同様に、アップドーパントではない別の１つ以上のドーパントは、正の相対屈折率を有する光ファイバーの領域に存在することができる。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない別の１つ以上のドーパントを伴う場合、正の相対屈折率を有する光ファイバーの領域に存在することができる。
同様に、ダウンドーパントではない別の１つ以上のドーパントは、負の相対屈折率を有する光ファイバーの領域に存在することができる。
「αプロファイル」又は「アルファプロファイル」は、「％」単位のΔ（ｒ）で表わされる相対屈折率プロファイルを意味し、ここで、ｒは半径であり、下式に従う：
Figure 2018525117
ここで、ｒ０は、Δ（ｒ）が最大である点、ｒ１は、Δ（ｒ）％がゼロの点、ｒはｒ１≦ｒ≦ｒｆの範囲であり、Δは先述の定義通り、ｒ１はαロファイルの始点、ｒｆはαプロファイルの終点、αは実指数である。
従って、本明細書において、「放物線」という用語は、コアの１つ以上の点で２．０のα値からわずかに変化してもよい、及び小さい変動及び／又は中心線ディップを有する、実質的に放物線形状の屈折率プロファイル含む。一部の例示的な実施の形態において、αは、８５０ｎｍにおいて、１．５を超え２．５未満、好ましくは１．７を超え２．３未満、より好ましくは１．８〜２．３である。別の実施の形態において、屈折率プロファイルの１つ以上の部分が、８５０ｎｍにおいて、８を超え、より好ましくは１０を超え、更に好ましくは２０を超えるα値を有する、実質的なステップインデックス形状を有している。
「ナノ構造化ファイバー領域」という用語は、ガスを充填した多数の空孔又はナノサイズ構造を含む領域又は区域を有するファイバーを意味する。領域又は区域は、例えば、ファイバーの断面において、５０を超える空孔、又は１００を超える空孔、更には２００を超える空孔を有することができる。ガス充填空孔は、例えば、ＳＯ２、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、又はこれ等の混合物を含むことができる。本明細書において、ナノサイズ構造（例えば、空孔）の断面サイズ（例えば、直径）は、約１０ｎｍ〜約１．０μｍ（例えば、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ）、長さは約１．０ｍｍ〜約５０ｍ（例えば、約２．０ｍｍ〜約５．０ｍ、又は約５．０ｍｍ〜約１．０ｍ）であってよい。
標準シングルモード又はマルチモード光ファイバーにおいて、１３００ｎｍ未満の波長における損失は、レイリー散乱が支配的である。これ等のレイリー散乱損失Ｌｓは、材料特性によって決まり、通常、可視波長（４００〜７００ｎｍ）に対し、約２０ｄＢ／ｋｍである。また、レイリー散乱損失は強い波長依存性（即ち、Ｌｓ∝１／λ４、図４Ｂの比較ファイバーＡ参照）を有しており、これは９５％を超える入射光を消散させるためには、少なくとも約１ｋｍ〜２ｋｍのファイバーが必要であることを意味している。かかるファイバーが短い場合には照明効率が低下し、長いファイバー（約１ｋｍ〜２ｋｍ、又はそれ以上）を使用すると高価になると共に管理が困難になる。
照明用途の特定の構成において、例えば、約０．０２ｍ〜約１００ｍの短尺ファイバーの使用が望ましい。そのためには、良好な角散乱特性（ファイバー軸からの均一な光の消散）及びブライトスポットを回避するためのファイバー湾曲部における良好な曲げ特性を維持しつつ、ファイバーの散乱損失を増加させる必要がある。本発明の少なくとも一部の実施の形態における好ましい属性は、ファイバー発光体の長さに沿った均一且つ高照度である。光ファイバーは柔軟性に富むため、多様な照明形状に展開することができる。ファイバーによる照明に３０％を超える変動が生じないよう、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満となるよう、ファイバーの湾曲部において（曲げ損失の増加による）ブライトスポットが生じないことが好ましい。例えば、少なくとも一部の実施の形態において、ファイバーの平均散乱損失が５０ｄＢ／ｋｍを超え、長さ０．２ｍの任意のファイバー部分にわたる散乱損失の変動が３０％以内（即ち、散乱損失が平均散乱損失の±３０％以内）である。少なくとも一部の実施の形態において、ファイバーの平均散乱損失が５０ｄＢ／ｋｍを超え、長さ０．０５ｍ未満のファイバー部分にわたる散乱損失の変動が３０％以内である。ファイバーの平均散乱損失が５０ｄＢ／ｋｍを超え、長さ０．０１ｍのファイバー部分にわたる散乱損失の変動が３０％以内とすることができる。また、ファイバーの平均散乱損失が５０ｄＢ／ｋｍを超え、長さ０．０１ｍのファイバー部分にわたる散乱損失の変動が約２０％以内、好ましくは約１０％以内とすることもできる。
本開示の実施の形態によれば、光ファイバーの側面から出射される照明波長における全光強度の変動は、例えば、０．０２〜１００ｍとすることができる、ファイバーの目標長に対し３０％未満である。クラッド又はコーティングに蛍光材料を含めることによって、指定照明波長における、光ファイバーの側面から出射される全光強度を変更することができる。蛍光材料によって散乱される光の波長は、ファイバー内を伝播する光の波長と異なる。
本明細書に記載のファイバー設計は、ファイバーのコア区域、又はコアに近接配置された、ナノ構造化ファイバー領域（ナノサイズ構造を有する領域）を含んでいる。ファイバーは、例えば、約１００ｄＢ／ｋｍ超、約２００ｄＢ／ｋｍ超、約５００ｄＢ／ｋｍ超、約１０００ｄＢ／ｋｍ超、約３０００ｄＢ／ｋｍ超、更には約５０００ｄＢ／ｋｍ超等、約５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱損失を有している。散乱損失、従って、照明又はファイバーの放射光が、角度空間において均一である。
ファイバー湾曲部におけるブライトスポットの発生を抑制又は排除するため、曲げ直径が５０ｍｍ未満であるとき、ファイバーを９０度屈曲させたときの減衰量の増加が約５ｄＢ／ターン、例えば、約３．０ｄＢ／ターン未満、約２．０ｄＢ／ターン未満、更には約１．０ｄＢ／ターン未満であることが好ましい。例示的な実施の形態において、更に小さい曲げ直径、例えば、約２０ｍｍ未満、約１０ｍｍ未満、更には約５ｍｍ未満において、このような低曲げ損失を達成することができる。約５ｍｍの曲げ半径において、全減衰量の増加が、約１．０ｄＢ／９０度ターンとすることができる。
曲げ損失は線状ファイバーのコアの固有散乱損失以下である。固有散乱は、主としてナノサイズ構造からの散乱によるものである。従って、少なくとも曲げに対する感受性が低い光ファイバーの実施の形態によれば、曲げ損失がファイバーの固有の散乱を超えることはない。しかし、散乱レベルは曲げ径の関数であるため、ファイバーの曲げ展開は散乱レベルに依存する。例えば、ファイバーは、約３．０ｄＢ／ターン未満、又は更には２．０ｄＢ／ターン未満の曲げ損失を有することができ、ブライトスポットを形成することなく、ファイバーを約５．０ｍｍの半径まで、円弧状に湾曲させることができる。
一部の実施の形態によれば、光散乱ファイバーは、光を散乱させるためのナノ構造で少なくとも部分的に充填されたコア、コアを囲むクラッド、及び必要に応じ、クラッドを囲む少なくとも１つのコーティングを有することができる。例えば、一次及び二次コーティング層、及び／又はインク層で、コア及びクラッドを囲むことができる。一部の実施の形態において、インク層は、光を更に吸収すると共に、ファイバーによって散乱される光のスペクトルを改変（例えば、拡散光に追加の色を付加）するための顔料を含んでいる。別の実施の形態において、コーティング層の１つ以上が、ファイバーのコーティングから発せられる光（ファイバによって拡散される光）が異なる波長となるように、ファイバーのコア内を伝播する光の波長を変換する分子を含んでいる。一部の実施の形態において、インク層及び／又はコーティング層は、コアからの散乱光を異なる波長の光に変換するための蛍光体を含むことができる。一部の実施の形態において、蛍光体及び／又は顔料は、一次コーティングに分散されている。一部の実施の形態において、顔料は二次コーティングに分散され、一部の実施の形態において、顔料は一次及び二次コーティングに分散されている。一部の実施の形態において、蛍光体及び／又は顔料はポリマーのクラッドに分散されている。ナノ構造化はＳＯ２を充填した空孔であることが好ましい。
一部の実施の形態によれば、光ファイバー１２は、一次コーティング、必要に応じ、一次コーティングを囲む二次コーティング、及び／又は（例えば、クラッド上に直接又はコーティングの１つの上に）インク層を有している。一次及び／又は二次コーティングは、顔料、蛍光体、蛍光材料、親水性材料、光改質材料、又はこれ等の組み合わせの少なくとも１つを含むことができる。
一部の実施の形態によれば、光拡散光ファイバーは（１）ガラスコア、クラッド、及びコア内又はコア−クラッド境界に配置された複数のナノサイズ構造を備え、光ファイバーは更に外面を有し、（ｉ）導波光を、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱し、（ｉｉ）照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有するように構成され、（２）１つ以上のコーティングを備え、クラッド又は少なくとも１つのコーティングのいずれか一方が、蛍光体又は顔料を含んでいる。一部の実施の形態によれば、これ等の顔料は、ファイバーの外面によって与えられる照明（拡散光）の波長が、ファイバーコア内を伝播する光の波長と異なるように、光の波長を変えることができる。ナノ構造化はＳＯ２を充填した空孔であることが好ましい。
一部の実施の形態によれば、光拡散光ファイバーは、ガラスコア、クラッド、及びコア内又はコア−クラッド境界に配置された複数のナノサイズ構造を備えている。本光ファイバーは更に外面を有し、（ｉ）導波光を、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱し、（ｉｉ）照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有するように構成され、コア全体がナノサイズ構造を有している。かかるファイバーは、必要に応じ、少なくとも１つのコーティングを有することができ、クラッド又は少なくとも１つのコーティングのいずれか一方が、蛍光体又は顔料を含んでいる。一部の実施の形態によれば、ナノ構造化はＳＯ２を充填した空孔である。
一部の実施の形態によれば、光拡散光ファイバーは、ガラスコア、及びコア全体がナノサイズ構造を含むように、コア内に配置された複数のナノサイズ構造備え、光ファイバーは更に外面を有し、（ｉ）導波光を、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱し、（ｉｉ）照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有するように構成され、クラッドを有していない。一部の実施の形態によれば、ナノサイズ構造はＳＯ２を充填した空孔である。ナノ構造化区域のＳＯ２を充填した空孔は、散乱に大きく貢献する（散乱を向上させる）。
一部の実施の形態によれば、光拡散光ファイバーは、ガラスコア、及びコア全体がナノサイズ構造を含むように、コア内に配置された複数のナノサイズ構造備え、光ファイバーは更に外面を有し、（ｉ）、導波光を、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱し、（ｉｉ）照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有するように構成され、クラッドを有していない。一部の実施の形態によれば、ファイバーは必要に応じ、少なくとも１つのコーティングを有し、クラッド又はコーティングのいずれか一方が、蛍光体又は顔料を含んでいる。一部の実施の形態によれば、ナノ構造化はＳＯ２を充填した空孔である。前述のように、ナノ構造化区域のＳＯ２を充填した空孔は、散乱に大きく貢献する（散乱を向上させる）。
図１は、中心軸又は中心線１６を有し、コアに複数の空孔を備えた光拡散光ファイバー１２の部分の概略側面図である。図２は、図１の方向ＩＩ−ＩＩに沿った、光拡散光ファイバー１２の概略断面図である。光拡散光ファイバー１２は、例えば、周期的又は非周期的なナノサイズ構造３２を有するナノ構造化ファイバー領域を備えた、様々な種類の光ファイバーの任意の１つであってよい。一例として、ファイバー１２は、３つの部分又は領域に分けられたコア２０を含んでいる。この部分又は領域は、中実の中心領域２２、ナノ構造化リング部２６、及びナノ構造化リング部２６を囲む外側中実部２８を含んでいる。クラッド４０が、コア２０を囲み外面を有している。クラッド４０は、例えば、ＵＶ又は熱硬化性フルオロアクリレート又はシリコーン等の低屈折率ポリマーであってよい。クラッド４０は純粋な低屈折率ポリマーを含むことができる。加えて、クラッド４０は、純粋又はＦをドープしたシリカを含むこともできる。クラッド４０の屈折率を低くして高開口数（ＮＡ）を得ることができる。ファイバー１２のＮＡは、ファイバー１２に光を誘導する光源のＮＡ以上であってよい。本開示の実施の形態によれば、ファイバー１２のＮＡは、約０．２、約０．３、更には約０．４より大きい。
例示的な実施の形態によれば、光拡散ファイバー１２のナノ構造化リング部２６は、図２の拡大差し込み図に詳細に示すように、内部に非周期的に配置された複数のナノサイズ構造を含むガラスマトリックス３１を有している。空孔は、フォトニック結晶光ファイバーのように、周期的に配列することができ、一般に空孔の直径は、１．０×１０-６ｍ〜１．０×１０-５ｍである。空孔の直径は少なくとも１０ｎｍであってよい。また、空孔は非周期的又はランダムに配置することもできる。ナノ構造化リング部２６ガラスマトリックス３１は、例えば、フッ素をドープしたシリカ又は非ドープ純シリカであってよいが、これに限定されるものではない。
ナノサイズ構造３２は、コア２０からファイバーの外面に向けて光を散乱する。次いで、散乱光はファイバー１２の外面を通して拡散し照明が得られる。即ち、散乱によって、ファイバーの長さに沿って、ファイバー１２の側面を通して光の大半が拡散される。本開示の実施の形態によれば、ファイバーは、その長さにわたり、実質的に均一な放射線を放出し、照明波長において、約５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有している。散乱誘起減衰は、照明波長において、約１００ｄＢ／ｋｍ超、約５００ｄＢ／ｋｍ超、約１０００ｄＢ／ｋｍ超、約２０００ｄＢ／ｋｍ超、又は、更には５０００ｄＢ／ｋｍ超とすることができる。かかる散乱損失は、標準のシングルモード及びマルチモード光ファイバーのレイリー散乱損失の約２．５〜約２５０倍大きい。ファイバー１２の特性、ナノ構造化領域２６の幅、並びにナノサイズ構造３２のサイズ及び密度を変更することによって、散乱損失量を増加させることができる。
一部の実施の形態において、ナノ構造化領域２６は、複数のナノサイズ構造３２を有する純シリカを含んでいる。空孔の存在を考慮した、ナノ構造化領域２６の最小相対屈折率及び平均有効相対屈折率は、いずれも約−０．１％未満である。ナノサイズ構造３２又は空孔は、アルゴン、窒素、酸素、クリプトン、又はＳＯ２等の一種以上のガス、又は実質的にガスを含まない真空を含むことができる。しかし、ガスの有無に関わらず、ナノ構造化領域２６の平均相対屈折率は、ナノサイズ構造３２の存在によって低下する。ナノサイズ構造３２は、ナノ構造化領域２６にランダム又は非周期的に配置することができる。別法として、ナノサイズ構造３２は、ナノ構造化領域２６に周期的に配置することができる。
例示的な実施の形態によれば、中実の中心領域２２がゲルマニウムドープシリカを含むことができ、コア内部環状領域２８が純シリカを含むことができ、クラッド４０がガラス又は低屈折率ポリマーを含むことができる。ナノ構造化領域２６は、純シリカ中に複数のナノサイズ構造３２を含むことができ、別法として、ナノ構造化領域２６は、フッ素ドープシリカ中に複数のナノサイズ構造３２を含むことができる。別の例示的な実施の形態によれば、クラッド４０に囲まれたコア２０の全体を、ナノ構造化（例えば、空孔を充填）することができる。コア２０は「ステップ」インデックスデルタ、又は、例えば、約１．８〜約２．３のα値を有するαプロファイルのグレーデッドコアプロファイルを有することができる。
中実中心領域２２及びコア内部環状領域２８のガラスは、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐ、及びこれ等の組み合わせ等のアップドーパントを含むことができる。「非周期的に配置」又は「非周期的分布」とは、図２に示すような光ファイバーの断面を取ったとき、ファイバーの部分にわたり、ナノサイズ構造３２が、ランダム又は非周期的に分布していることを意味する。一例として、ナノサイズ構造３２が空孔を含んでいる場合、ファイバーの長さに沿った別の点で取った同様の断面が、異なる断面空孔パターンを示す、即ち、それぞれの断面が異なる空孔パターンを有し、空孔の分布及び空孔のサイズが一致しない。即ち、空孔が非周期的である、即ち、空孔がファイバー構造内に周期的に配置されていない。これ等の空孔は、光ファイバーの長さに沿って（即ち、長手方向軸に平行に）延伸（伸長）されるが、通常の長さの伝送ファイバーについて、ファイバーの全長には延びていない。空孔は約１０ｍ未満に延びることができ、多くの場合、ファイバー１２の長さに沿って、約１．０ｍ未満に延びている。
前述のように、中実中心領域２２及びコア内部環状領域２８は、ゲルマニウムをドープしたシリカ、即ち、ゲルマニウムドープシリカを含むことができる。ゲルマニウム以外のドーパントを単独又は組み合わせて、光ファイバー１２のコア内部、特に中心線１６又はその近傍に用いて、所望の屈折率及び密度を得ることができる。本明細書に開示の光ファイバー１２の相対屈折率プロファイルは、コア部分の中実中心領域２２及びコア内部環状領域２８において非負である。光ファイバーは、コア内に屈折率を低下させるドーパントを含まなくてよい。加えて、光ファイバー１２の相対屈折率プロファイルは、中実中心領域２２、ナノ構造化リング部２６、及び／又はコア内部環状領域２８において非負であってよい。
光ファイバー１２は、必要に応じ、クラッド４０を囲むコーティング４４を有している。コーティング４４は、低弾性率の一次コーティング層及び高弾性率の二次コーティング層を含むことができる。コーティング４４は、アクリレート系又はシリコーン系ポリマー等のポリマーコーティングであってよい。コーティング４４は、コア２０からクラッド４０を通過する光の分布、及び／又は性質を向上させるように設計することができる。クラッド４０の外面、又は任意のコーティング４４の外面若しくはコーティングは、ファイバー内を伝播する光が散乱によって出射する、本明細書に記載のファイバー１２の側面４８を表す。コーティング４４は、ＵＶ光を透過する樹脂であってよい。例えば、ＵＶ光を透過する樹脂は、トリプロピレングリコールジアクリレート（ＴＰＧＤＡ）、ポリエステルテトラアクリレート、ポリエステルヘキサアクリレート、脂肪族ウレタンジアクリレート＋ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエーテルテトラアクリレート、シリコーンジアクリレート、シリコーンヘキサアクリレート、ビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート、及びビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート＋２５％のＴＰＧＤＡ構造を有する樹脂であってよいが、これに限定されるものではない。
本開示の実施の形態によれば、コア２０はグレーデッドインデックスコアであってよく、放物線（又は実質的な放物線）形状を有する屈折率プロファイルを有することができる。例えば、コア２０の屈折率プロファイルは、８５０ｎｍにおけるα値が約２．０のα形状を有することができる。α値は約１．８〜２．３であってよい。別の例示的な実施の形態によれば、屈折率プロファイルの１つ以上の部分が、８５０ｎｍにおけるα値が約８．０、約１０、又は更には約２０を超える、実質的なステップインデックス形状を有することができる。コアの屈折率は中心線ディップを有することができ、コア２０の最大屈折率及び光ファイバー１２全体の最大屈折率は、中心線１６から僅かに離れて位置している。あるいは、コア２０の屈折率は中心線ディップを有さず、コア２０の最大屈折率及び光ファイバー１２全体の最大屈折率は中心線に位置している。例示的な実施の形態によれば、ファイバー１２の屈折率は放射対称性を有することができる。
本開示の実施の形態によれば、ファイバー１２はシリカベースのコア２０、及び（シリカに対し）陥没屈折率のポリマークラッド４０を有している。屈折率の低いポリマークラッド４０は、負の相対屈折率を有することができる。例えば、屈折率の低いポリマークラッド４０の相対屈折率は、約−０．５％、又は更には約−１．０％であってよい。クラッド４０は、２０μｍを超える厚さを有することができ、クラッド４０の外径は、ファイバー１２の長さに沿って、一定であってよい。クラッド４０は、コア２０より低い屈折率を有し、約１０μｍを超える厚さを有することができる。クラッド４０は、２×Ｒｍａｘの外径を有することができる。例えば、クラッド４０は、約１２０μｍ〜１３０μｍ、又は約１２３μｍ〜約１２８μｍ等、約１２５μｍの外径を有することができる。あるいは、クラッド４０は、約６０μｍ〜約８０μｍ等、約１２０μｍ未満の直径を有することができる。
コア２０の外径２Ｒ３は、ファイバー１２の長さに沿って一定であってよい。加えて、中実領域２２、ナノ構造化リング部２６、及びコア内部環状領域２８も、ファイバー１２の長さに沿って一定であってよい。一定とは、直径の平均値に対する変動が、例えば、約１０％未満、約５．０％未満、又は、更には約２．０％未満であることを意味する。
コア２０の外半径Ｒｃは、約１０μｍを超え約６００μｍ未満、例えば、約３０μｍ〜約４００μｍ、又は約１２５μｍ〜約３００μｍであってよい。コア２０の外半径Ｒｃは約５０μｍ〜約２５０μｍであってよい。図３Ａに示すように、コア２０の外半径Ｒｃは、コア内部環状領域２８の外半径Ｒ３に等しい。
中実中心領域２２は、０．１Ｒｃ≦Ｒ１≦０．９Ｒｃ又は０．５Ｒｃ≦Ｒ１≦０．９Ｒｃとなる半径Ｒ１を有することができる。Ｒ１は、中実中心領域２２の直径が、約４８μｍ〜約１００μｍとなるように、約２４μｍ〜約５０μｍであってよい。例えば、Ｒ１は、約２４μｍ、約３０μｍ、又は、更には約４０μｍを超えることができる。ナノ構造化リング領域２６は、０．０５Ｒｃ≦Ｗ２≦０．９Ｒｃ又は０．１Ｒｃ≦Ｗ２≦０．９Ｒｃとなる幅Ｗ２を有することができる。加えて、幅Ｗ２は、０．５Ｒｃ≦Ｗ２≦０．９Ｒｃであってよい。本開示の実施の形態によれば、ナノ構造化領域２６の幅が広いほど、ナノサイズ構造３２の同じ濃度に対して、高い散乱誘起減衰が得られる。ナノ構造化領域２６の半径方向幅Ｗ２は約１．０μｍを超えてもよい。例えば、Ｗ２は、約２００μｍ未満等、約５．０μｍ〜約３００μｍであってよい。Ｗ２は、例えば、約２．０μｍ〜約１００μｍ、約２．０μｍ〜約５０μｍ、約２．０μｍ〜約２０μｍ、又は、更には約２．０μｍ〜約１２μｍであってもよい。Ｗ２は、例えば、少なくとも約７．０μｍであってよい。コア内部環状領域２８は、Ｗ３＝Ｒ３−Ｒ２となる幅Ｗ３を有し、中間点Ｒ３ＭＩＤ＝（Ｒ２＋Ｒ３）／２を有している。コア内部環状領域２８は、０．１Ｒｃ＞Ｗ３＞０．９Ｒｃとなる幅Ｗ３を有することができる。例えば、Ｗ３は約１．０μｍ〜約１００μｍであってよい。加えて、クラッド４０は、光ファイバー１２の最外周でもある半径Ｒ４を有している。Ｒ４−Ｒ３に等しいクラッド４０の幅は、例えば、約２０μｍ、約５０μｍ、又は、更には約７０μｍを超えてもよい。
図３Ａは、図２に示す例示的なファイバー１２の半径（実線）に対する例示的な相対屈折率Δをプロットした図である。コア２０は、例えば、約１．７〜２．３（例えば、約１．８〜約２．３）のα値を有するαプロファイルのグレーデッドコアプロファイルを有していてもよい。中実中心領域２２は、中心線から半径方向外側に半径Ｒ１まで延び、最大屈折率ｎ１（及び相対屈折率パーセントΔ１ＭＡＸ）に対応する、相対屈折率プロファイルΔ１（ｒ）を有している。図３Ａの実施の形態によれば、基準屈折率ｎＲＥＦは、クラッドにおける屈折率である。ナノ構造化領域２６は、最小屈折率ｎ２、相対屈折率プロファイルΔ２（ｒ）、最大相対屈折率Δ２ＭＡＸ、及び最小相対屈折率Δ２ＭＩＮを有し、一部の実施の形態ではΔ２ＭＡＸ＝Δ２ＭＩＮである。コア内部環状領域２８は、最大屈折率ｎ３、相対屈折率プロファイルΔ３（ｒ）、最大相対屈折率Δ３ＭＡＸ、及び最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有し、一部の実施の形態ではΔ３ＭＡＸ＝Δ３ＭＩＮである。更に図３Ａに示すように、クラッド４０は、屈折率ｎ４、並びに最大相対屈折率Δ４ＭＡＸ及び最小相対屈折率Δ４ＭＩＮを有する、相対屈折率プロファイルΔ４（ｒ）を有している。一部の実施の形態では、Δ４ＭＡＸ＝Δ４ＭＩＮである。一部の実施の形態において、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸ及びΔ３ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸである。一部の実施の形態において、Δ２ＭＩＮ＞Δ４ＭＡＸである。図２及び３Ａに示す実施の形態において、Δ１ＭＡＸ＞Δ３ＭＡＸ＞Δ２ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸであり、領域の屈折率は、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２＞ｎ４の関係を有している。
中実中心領域２２及びコア内部環状領域２８は、図３Ａの一定のΔ１（ｒ）及びΔ３（ｒ）で示すように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有することができる。加えて、Δ２（ｒ）は僅かに正（０＜Δ２（ｒ）＜０．１％）、負（−０．１％＜Δ２（ｒ）＜０）、又は実質的に一定のいずれかであってよい。Δ２（ｒ）の絶対値は、約０．１％未満、例えば、約０．０５％未満であってよい。本開示の実施形態によれば、Δ２（ｒ）の絶対値は、ナノ構造化リング部２６の半径方向幅の約５０％超える部分について、約０．０２５％未満又は、更に約０．０１％未満であってよい。クラッド４０は、図３Ａの一定のΔ４（ｒ）（Δ４（ｒ）＝０％）で示す、実質的に一定の屈折率プロファイルを有することができる。一部の実施の形態において、クラッド４０は、−０．０５％＜Δ４（ｒ）＜０．０５％の屈折率を有することができる。中実中心領域２２は、Δ１（ｒ）＞０％である、屈折率を有することができる。加えて、ナノ構造化リング部２６は、絶対値が約０．０５％未満の負の屈折率を有する相対屈折率プロファイルΔ２（ｒ）を有することができ、コア内部環状領域２８のΔ３（ｒ）は、例えば、正又はゼロであってよい。少なくとも一部の実施の形態において、ｎ１＞ｎ２及びｎ３＞ｎ４である。
図３Ｂは、光拡散ファイバー１２の例示的な実施の形態を示す概略図である。図示のように、ファイバー１２は、相対屈折率Δ１を有するコア２０、及びコア２０の上に配置されコアを囲むナノ構造化領域２６’を含んでいる。コア２０は、ステップインデクスプロファイル、又は、例えば、約１．８〜約２．３のα値を有するグレーデッドコアプロファイルを有することができる。ナノ構造化領域２６’は、複数の空孔を含む環状リングである。ナノ構造化領域２６’の幅は、約１．０μｍ〜約２．０μｍと小さくてよく、負の平均相対屈折率Δ２を有することができる。約１．０μｍと小さくてよい幅を有するクラッド４０が、ナノ構造化領域２６’を囲んでいる。クラッド４０は負、正、又は実質的に一定の相対屈折率を有することができる。図３Ａと３Ｂに示す例の主な相違は、図３Ａに示すナノ構造化領域２６が、光拡散ファイバー１２のコア２０内に位置し、図３Ｂに示すナノ構造化領域２６’が、コア２０とクラッド４０との界面に位置していることである。中心線から半径方向外側に移動する方向において、コアの相対屈折率が、約−０．０５％未満の値に初めて到達する位置からナノ構造化領域２６’が開始している。図３Ｂに示す実施の形態において、クラッド４０は、約０．１％の最大絶対値を有する相対屈折率プロファイルΔ３（ｒ）を有し、ここで、Δ３ＭＡＸ＜０．０５％、及びΔ３ＭＩＮ＞−０．０５％であり、ナノ構造化領域２６’が、空孔充填領域で最も外側の空孔が発生する位置で終了している。加えて、図３Ｂに示すように、コア２０の屈折率が、ナノ構造化領域２６’の屈折率ｎ２より大きく、クラッド４０の屈折率ｎ１もナノ構造化領域の屈折率ｎ２より大きい。
図３Ｃは本開示による光ファイバー１２の実施の形態を示す図である。製造したファイバー１２は、コア領域２２、ナノ構造化領域２６、第３のコア領域２６、及びポリマークラッド４０を有している。ファイバー１２は、約３３．４μｍの外半径Ｒ１を有する第１のコア２２、約４２．８μｍの外半径Ｒ２を有するナノ構造化領域２６、約６２．５μｍの外半径Ｒ３を有する第３のコア２８、及び約８２．５μｍの外半径Ｒ４を有するポリマークラッド４０（図示せず）を有していた。コアの材料は純シリカであり、クラッド４０の材料は、低屈折率ポリマー（例えば、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ−Ｃｏｒｎｉｎｇ社から商品名Ｑ３−６６９６として市販されている、１．４１３の屈折率を有するＵＶ硬化シリコーン）であった。ファイバー１２は、０．３のＮＡを有していた。ファイバー１２は、ＳＯ２ガスを含むナノサイズ構造を有していた。出願人等は、ＳＯ２充填空孔が散乱に大きく寄与することを見出した。更に、ナノ構造の形成にＳＯ２ガスを使用すると、ガスによって熱可逆的損失が得られる、即ち、６００℃未満では、ナノ構造化ファイバーは光を散乱するが、６００℃を超えると同じファイバーが光を誘導することを見出した。ＳＯ２によってもたらされるこの独特の挙動も、ファイバー１２を６００℃未満に冷却すると、同じファイバーが光拡散ファイバーとして機能し、再度観測可能な散乱効果が生成されるという点で可逆的である。
本開示の実施の形態による光拡散ファイバー１２は、相当量のガスが固化されたガラスブランクに閉じ込められ、それによって固化されたガラス光ファイバプリフォームに空孔が形成される、プリフォーム固化条件を利用する方法によって形成することができる。これらの空孔を除去するステップを実施するのではなく、得られたプリフォームを用いて空孔又はナノサイズ構造を有する光ファイバーを形成する。得られたファイバーのナノサイズ構造又は空孔は、ファイバーの長さに沿って、側面を介してファイバーから光を散乱または導光するために利用される。即ち、コア２０からファイバーの外面を通して光が導光され、所望の照明が得られる。
本明細書において、空孔等のナノサイズ構造の直径は、ファイバーの長手方向軸を横断する垂直断面でファイバーを見たとき、ナノサイズ構造の境界に終点を有するナノサイズ構造に含まれる最も長い線分である。ナノサイズ空孔を備えた光ファイバーを形成する方法は、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００７／０１０４４３７号（Ａ１）明細書に記載されている。
本開示の実施の形態によれば、光拡散ファイバー１２によって、ファイバー１２の長さに沿って均一な照明が得られる。ファイバーの表面から軸方向に散乱する光は、平均散乱強度に対し、約５０％未満、約３０％未満、約２０％未満、又は、更には約１０％未満の変動を有している。ナノサイズ構造を持たない従来のシリカベースの光ファイバーの主要な散乱メカニズムは、広い角度分布を有するレイリー散乱である。ファイバーの長さに沿った照明の均一性は、最小散乱照明強度が、最大散乱照明強度の約０．７以上であるように制御することができる。以下に説明するように、かかる最小散乱照明強度は、延伸工程中にファイバーの張力を制御することにより、又は適切な延伸張力を選択することによって達成することができる。適切な延伸張力は、例えば、約３０ｇ〜約１００ｇ、又は約４０ｇ〜約９０ｇである。
図４Ａは、ＳＯ２ガスを充填した空孔を備えた、図３Ｃに示すようなファイバーの波長に対する減衰をプロットした図である。この図は、９０ｇの張力で延伸した光散乱ファイバー１２、及び４００ｇの張力で延伸した光散乱ファイバー１２の波長を関数とする減衰を示している。図４Ａは、光拡散ファイバー１２が、可視波長範囲において、非常に大きい散乱損失、従って高い照明強度をもたらすことができることを示している。より具体的には、図４Ａは、延伸張力が高いほど散乱損失が低く、延伸張力が低いほど高い散乱損失、従って強い照明が得られることを示している。
図４Ｂは、９０ｇの張力で延伸した光拡散ファイバー１２、４０ｇの張力で延伸した光拡散ファイバー１２、正規化した損失を有する比較マルチモードファイバー（Ａとラベル付けされたファイバー）、及び１／λの損失依存性を有する理論的なファイバーの波長に対する減衰をプロットした図である。図４Ｂに示す光拡散ファイバー１２は、ＳＯ２ガスを含むナノサイズ構造を有しているものであった（図４Ｂのグラフは損失の波長依存性を示している）。本例において、光ファイバー１２とファイバーＡの散乱の傾きを比較するために、低損失ファイバ（ファイバＡ）の損失に係数２０を乗じて、２つのプロットを同じ図に容易に示すことができるようにした。図示のように、４００ｎｍ〜１１００ｎｍにおける平均のスペクトル減衰は、約４０ｇの張力で延伸したファイバーは、約０．４ｄＢ／ｍであり、約９０ｇの張力で延伸したファイバーは、約０．１ｄＢ／ｍであった。図４Ｂは、例えば、ＳＭＦ−２８ｅＲファイバー等、標準のシングルモード伝送ファイバーと比較して、光ファイバー１２は、比較的平坦な（弱い）波長依存性を有していることを示している。標準のシングルモード又はマルチモード光ファイバーにおいて、１３００ｎｍ未満の波長における損失は、レイリー散乱が支配的である。レイリー散乱損失は、材料特性によって決まり、通常、約４００〜約７００ｎｍの可視波長において、約２０ｄＢ／ｋｍであり、レイリー散乱損失はλ−ｐに比例し、ここでｐは約４である。これに対し、本開示による光散乱ファイバー１２は、λ−ｐに比例する散乱損失を有し、ここで、ｐは２未満、１未満、又は、更には０．５未満である。本開示の実施の形態によれば、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲の少なくとも８０％において、ｐは２未満、１未満、又は、更には０．５未満とすることができる。
如何なる特定の理論にも拘束されるものではないが、延伸張力が、例えば、約９０ｇから約４０ｇに低下したときの散乱損失の増加は、ナノ構造の平均径の増加に起因するものであると考えられる。従って、このファイバー張力の効果を利用し、延伸工程においてファイバーの張力を変えることによって、ファイバーの長さに沿って一定の減衰を生じさせることができる。例えば、α１の損失及び長さＬ１を有し、高い張力Ｔ１で延伸された第１のファイバー部分は、光のパワーを入射レベルＰ０からＰ０ｅｘｐ（−α１*Ｌ１／４．３４３）に減衰させる。α２の損失及び長さＬ２を有し、第１のファイバー部分に光学的に結合され、より低い張力で延伸された第２のファイバー部分は、光パワーをＰ０ｅｘｐ（−α１*Ｌ１／４．３４３）からＰ０ｅｘｐ（−α１*Ｌ１／４．３４３）ｅｘｐ（−α２*Ｌ２／４．３４３）に更に減衰させる。第１及び第２のファイバー部分の長さ及び減衰を調整し、結合ファイバーの長さに沿って一定の強度を得ることができる。
本開示の実施の形態は、内部チャネルを有する医療装置、及び内部チャネルを有する医療装置を消毒するシステムに更に関連している。説明を容易にするため、軟性内視鏡を用いて、かかる医療装置について説明する。しかし、本開示の実施の形態は、少なくとも１つの内部チャネルを有する任意の医療装置、特に、従来から２回以上の処置に使用され、使用と使用との間に消毒を行うことが推奨される医療装置を含むことができることを理解されたい。例えば、かかる医療装置は、腹腔鏡装置、留置カテーテル、非留置カテーテル、ＩＶ及びその他の医療チューブ（即ち、給排水管）、管腔内腔手術用装置、歯科用装置、関節鏡用シェーバー、及び流入／流出カニューレであってよいが、これに限定されるものではない。加えて、内部チャネルは、図示の軟性内視鏡に限定されるものではないことを理解されたい。本明細書において、内部チャネルは、医療装置の１つの開口部を医療装置の別の開口部に流体接続する任意の通路であってよいが、これに限定されるものではい。
図５は、本開示の実施の形態による、内視鏡手術システムの概略図である。内視鏡手術システムは、内視鏡１１１及び操作部１１４を備えている。内視鏡１１１は、操作部１１４に結合されるように構成された近位端部を有する、細長い挿入部１１３を備えている。挿入部１１３は、患者の体内に挿入されるように構成されている。挿入部１１３は、細長い可撓管部１１５、可撓管部１１５の遠位端部に結合された屈曲部１１６、及び屈曲部１１６の遠位端部に結合された遠位端硬質部１１７を有している。操作部１１４は、屈曲部１１６を制御して、上方向、下方向、左方向、右方向等を含み、これに限定されない異なる方向に屈曲させるためのノブ等の機構を有している。操作部１１４は、手術器具を挿入するための使用チャネル１５０（図７に示す）と連通するチャネル部１２６も有している。
図６は、本開示の実施の形態による、内視鏡の遠位端硬質部の端面の正面図である。遠位端硬質部１１７は、観察窓１１８、照明窓１１９ａ、１１９ｂ、使用開口部１２０、及び送気／送水ノズル１２１を有している。図６に示す遠位端硬質部１１７の構成は、単なる例示であって、本開示の実施の形態を如何なる特定の構成にも限定することを意図するものではない。種々の機構を、任意の方法で、遠位端硬質部１１７の端面に配置することができることを理解されたい。本開示の一部の実施の形態は、図６のすべての機構を備えているわけではないこと、並びに観察窓１１８、照明窓１１９ａ、１１９ｂ、使用開口部１２０、及び送気／送水ノズル１２１の様々な組み合わせを含むことを更に理解されたい。
図７は、本開示の実施の形態による、内視鏡の遠位端硬質部の断面図である。図示のように、窓１１８には、対物レンズ１４８等の光学系及びＣＣＤ（図示せず）等の撮像素子を有する撮像部を取り付けることができる。照明窓１１９ａ、１１９ｂには、照明レンズを取り付けることができる。内視鏡手術システムは、窓１１９ａ、１１９ｂの照明レンズと対向するように配置された先端部を有する導光体１４９を更に有している。導光体１４９は、光源に取り外し可能に接続することができ、光源からの照明光をそれぞれの照明窓１１９ａ、１１９ｂに送る。導光体１４９は、例えば、光ファイバーケーブル、又は光ファイバーケーブルの束であってよい。図７に更に示すように、内視鏡は、使用開口部１２０を通して患者の体内に手術器具を挿入するための通路を提供する、使用チャネル１５０を有している。使用チャネル１５０はチャネルポート１２６と連通し、手術を行う間、使用チャネル１５０及び使用開口部１２０を通して、手術器具をチャネルポート１２６に挿入することができる。加えて、送気／送水ノズル１２１は、水チャネル１４１を介して水源に流体接続され、ガスチャネル１４２を介してガス源に流体接続される。
図５は、内視鏡１１１の内部チャネルに挿入された円筒型光拡散装置１２９も示している。図示のように、円筒型光拡散装置１２９は、ＵＶ及び／又は短波長可視光波長範囲の電磁放射線を放出することができる光源１０１に接続されている。円筒型光拡散装置１２９は、チャネルポート１２６を通して、内視鏡１１１の少なくとも１つの内部チャネルに挿入され、そこでＵＶ又は短波長可視光を放出して、少なくとも１つの内部チャネルを消毒することができる。例えば、前述のように、チャネルポート１２６が、手術器具を挿入するための使用チャネル１５０と連通している場合、チャネルポート１２６を通して、円筒型光拡散装置１２９を使用チャネル１５０に挿入することができる。次いで、光源１０１からの光を円筒型光拡散装置１２９に導入して、ファイバーがＵＶ又は短波長可視光を放出して、使用チャネル１５０を消毒することができる。本開示の実施の形態によれば、内視鏡１１１は、水チャネル１４１及びガスチャネル１４２と連通するポートを更に有することができ、ポートを通して、少なくとも１つの円筒型光拡散装置１２９を水チャネル１４１及びガスチャネル１４２に挿入し、円筒型光拡散装置１２９からＵＶ又は短波長可視光を放出させてチャネルを消毒することができる。別法として、内視鏡手術システムを分解して、使用チャネル１５０、水チャネル１４１、及び／又はガスチャネルにアクセスできるようにし、少なくとも１つの円筒型光拡散装置１２９を直接使用チャネル１５０、水チャネル１４１、及び／又はガスチャネルに挿入し、円筒型光拡散装置１２９からＵＶ又は短波長可視光を放出させてチャネルを消毒することができる。
図８は、本開示の別の実施の形態による、内視鏡の遠位端硬質部の端面の正面図である。遠位端硬質部１１７は、観察窓１１８、照明窓１１９ａ、１１９ｂ、使用開口部１２０、及び送気／送水ノズル１２１を有している。図示のように、内視鏡は、内視鏡に物理的に組み込まれた円筒型光拡散装置１２９も有している。図８に示す一体化された円筒型光拡散装置１２９の構成は単なる例示であって、本開示の実施の形態を如何なる特定の構成にも限定することを意図するものではない。また、本開示による内視鏡は、任意の数の一体化された円筒型光拡散装置を含むことができることも理解されたい。
図８は、医療装置に物理的に一体化された、円筒型光拡散装置の１つの例示的な構成を示す図である。図示のように、内視鏡は、使用チャネル１５０、水チャネル１４１、及びガスチャネル１４２に光学的に結合された円筒型光拡散装置を含んでいる。図８の実施の形態において、内部チャネルの壁の少なくとも一部が、ＵＶ及び／又は短波長可視光を透過する材料で形成されている。従って、内部チャネルを消毒するための光は、チャネルの外側に配置された円筒型光拡散装置から、内部チャネルに透過させることができる。別の実施の形態によれば、円筒型光拡散装置を完全に内部チャネル内に配置することができる。別法として、円筒型光拡散装置を内部チャネルの内部に部分的に配置して、ファイバーに占有されるチャネル容積を制限することができる。例えば、円筒型光拡散装置の一部を内部チャネルの壁に組み込むことができる。本開示による内視鏡は、図８に示す任意の数のチャネルに一体化された円筒型光拡散装置を含むことができることを理解されたい。
本開示の別の実施の形態は、患者の体内の一部に配置された内部チャネルを有する医療装置に関連している。前述のように、かかる装置は、例えば、内壁及び患者の一部に直接接触する表面を有する外壁を備えた内部チャネルを含む、カテーテル又は医療チューブであってよい。かかる実施の形態において、医療装置は、ＵＶ及び／又は短波長可視光を透過する材料で形成され、円筒型光拡散装置は内部チャネルの内側又は外側に配置することができる。かかる実施の形態において、医療装置を消毒するための光は、内壁の表面及び外壁の表面に送られる。かかる医療装置を患者の体内の一部に配置したまま、医療装置の内部チャネルの壁の表面を消毒することができる。
内部チャネルの壁の表面を消毒することに加え、内部チャネルから光を送出して、患者の体内に消毒効果を持たせることもできる。例えば、光は、細菌を含む可能性がある患者の体内の組織、及び体液等の人体物質を消毒することができる。医療装置を患者の体内に挿入することは、多くの医療分野において一般的に行われているが、細菌および真菌感染症の危険性にも関連している。特定の医療装置を患者の体内に単に配置するだけでは、細菌が付着する表面を提供することによって細菌の成長を促進し、医療装置周囲の組織に感染させる可能性がある。同様に、患者の体内の血液、尿、若しくは他の体液、又は医療器具を介して患者の体内に又は体外から輸送される体液も感染しているか、感染する可能性がある。かかる感染に対する１つの標準的な反応は、患者から医療装置を取り外すことである。しかし、医療装置を取り外すことは、医療装置の主な目的を無にするため、理想的ではない。また、様々な状況によって、一部の患者から医療装置を取り外すことができないか又は実現不能のいずれかである。別法として、抗菌剤を投与することによって、かかる感染症に対処することができる。しかし、細菌が感受性を有する可能性がある抗菌剤を選択するためには、患者の内部に存在する細菌の種類を知る必要がある。細菌が耐性を有する抗菌剤を使用すると、消毒効果が得られず、患者の体内の感染を長引かせることになる。特定の例において、患者の体の一部に、かかる医療装置を長期間、例えば、約６時間を超える期間配置し、医療装置の表面に成長又は存在する可能性がある細菌の消毒を行うことができる。別の例において、患者の体内に存在する細菌に関連する状態を治療する目的で、患者の組織及び／又は体液中等の患者の体の一部に、かかる医療装置を配置することができる。かかる医療装置の円筒型光拡散装置は、ＵＶ及び／又は短波長可視光を透過するように構成することができる。しかし、周知のように、ＵＶ光に対する長時間の曝露は、患者の健康に有害であるため、代わりに、医療装置が患者の体の一部に配置されている間、短波長可視光を送って内部チャネルの表面を消毒することが好ましい場合がある。かかる短波長可視光は、例えば、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、又は約４０５ｎｍ〜約４１５ｎｍであってよい。
本開示の実施の形態によれば、円筒型光拡散装置は、光源からの光が円筒型光拡散装置に入力される端部と反対側の円筒型光拡散装置の端部に配置された、コーティングを含むことができる。コーティングは、円筒型光拡散装置の端部の少なくとも一部を覆い、円筒型光拡散装置内の導波光が、円筒型光拡散装置の端部から出射するのを防止することができる。円筒型光拡散装置が側面発光ファイバーの場合、コーティングは、少なくともコアの端部を覆うことができると共に、クラッドの一部を覆うことができる。コーティングは、例えば、反射コーティング又は吸収コーティングであってよい。本開示の実施の形態の特定の用途において、円筒型光拡散装置から放出される実質的にすべての光が、拡散器の外面を通して放出されるように、拡散装置の端部からの光の透過を制限することが有益であり得る。
本開示の実施の形態は消毒方法にも関連している。本開示による方法は、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の少なくとも一部を、医療装置の内部チャネルに挿入するステップを備えている。本開示の目的上、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の少なくとも一部を、医療装置の内部チャネルに挿入するステップは、円筒型光拡散装置を内部チャネルに導入するための任意の手動又は自動処理を含むことができる。加えて、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の少なくとも一部を、医療装置の内部チャネルに挿入するステップは、一体化された円筒型光拡散装置を備えた医療装置を用意するステップであって、一体化された光拡散装置が、内部チャネルに光を放出するように構成されている、ステップを含むことができる。加えて、本方法は、ＵＶ及び／又は短波長可視光を透過する材料で形成された内部チャネルの外部に、円筒型光拡散装置を配置するステップを備えることができる。
本方法は、光源からの光を、光源に光学的に結合された少なくとも１つの円筒型光拡散装置の端部に導入し、円筒型光拡散装置の外面を通して光を放出して、医療装置の内部チャネルの少なくとも１つの表面を消毒するステップを更に備えている。円筒型光拡散装置の外面を通して放出される光は、細菌を含む可能性がある患者の体内の組織、及び体液等の人体物質も消毒することができる。
本開示の方法は、医療装置の内部チャネルの消毒、及び／又は患者の体内の人体物質の消毒に十分な光の線量に医療装置の内部チャネルを曝露するステップを備えている。光の線量は、９０％を超えて、医療装置の内部チャネルの細菌、菌類、及び／又はウイルスを低減するのに十分とすることができる。あるいは、光の線量は、９９％を超えて、医療装置の内部チャネルの細菌、菌類、及び／又はウイルスを低減するのに十分とすることができる。光がＵＶ光の場合、光の線量は、例えば、約５ｍＪ／ｃｍ２より大きく、約５ｍＪ／ｃｍ２〜約１７５ｍＪ／ｃｍ２等であってよい。光の線量は、約１０ｍＪ／ｃｍ２〜約１５０ｍＪ／ｃｍ２、又は、更には約１５ｍＪ／ｃｍ２〜約８０ｍＪ／ｃｍ２であってよい。光が短波長可視光の場合、光の線量は、例えば、約２５ｍＪ／ｃｍ２より大きく、約２５ｍＪ／ｃｍ２〜約２５０ｍＪ／ｃｍ２等であってよい。光の線量は、約５０ｍＪ／ｃｍ２〜約２１５ｍＪ／ｃｍ２、又は、更には約７５ｍＪ／ｃｍ２〜約１９０ｍＪ／ｃｍ２であってよい。
医療装置の内部チャネルの消毒、及び／又は患者の体内の人体物質の消毒に十分な光の線量に医療装置の内部チャネルを曝露するステップは、任意の曝露時間にわたった実施することができる。しかし、曝露時間は、例えば、４．０分より長く、約４．０分〜約２４時間等とすることができる。曝露時間は、約３０分〜約１２時間、又は、更には約１．０時間〜約６．０時間とすることができる。
本開示の態様（１）によれば、医療装置を消毒するためのシステムが提供される。本システムは、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する光源と、医療装置の少なくとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置とを備え、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されている。
本開示の別の態様（２）によれば、円筒型光拡散装置が、約５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有する、態様（１）に記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（３）によれば、円筒型光拡散装置の放射線が実質的に均一であり、散乱照明強度の最小値と最大値との差が、最大散乱照明強度の約３０％未満である、態様（１）又は（２）に記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（４）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を含む光拡散光ファイバーを有し、導波光が、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱される、態様（１）〜（３）のいずれか１つに記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（５）によれば、ナノサイズ構造がコア内に配置された、態様（４）に記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（６）によれば、ナノサイズ構造が、約１０ｎｍを超える直径を有するガス充填空孔である、態様（４）又は（５）に記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（７）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の光源に光学的に結合された端部と反対側の端部が、反射コーティングで被覆された、態様（１）〜（６）のいずれか１つに記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（８）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の光源に光学的に結合された端部と反対側の端部が、吸収コーティングで被覆された、態様（１）〜（７）のいずれか１つに記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（９）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が外側コーティングを有し、外側コーティングが、ＵＶ光を透過する樹脂である、態様（１）〜（８）のいずれか１つに記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（１０）によれば、ＵＶ光を透過する樹脂が、トリプロピレングリコールジアクリレート（ＴＰＧＤＡ）、ポリエステルテトラアクリレート、ポリエステルヘキサアクリレート、脂肪族ウレタンジアクリレート＋ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエーテルテトラアクリレート、シリコーンジアクリレート、シリコーンヘキサアクリレート、ビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート、及びビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート＋２５％のＴＰＧＤＡ構造を有する樹脂から成る群より選択される、態様（９）に記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（１１）によれば、光源が、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、態様（１）〜（１０）のいずれか１つに記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（１２）によれば、光源が、約１００ｎｍ〜約２９０ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、態様（１）〜（１１）のいずれか１つに記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（１３）によれば、光源が、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、態様（１）〜（１０）のいずれか１つに記載のシステムが提供される。
本開示の別の態様（１４）によれば、医療装置が提供される。本医療装置は、少なくとも１つの内部チャネルと、少なくとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置とを備え、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されている。
本開示の別の態様（１５）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、少なくとも１つの内部チャネルの外部に配置された、態様（１４）の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（１６）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、少なくとも１つの内部チャネルの内部に配置された、態様（１４）の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（１７）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、少なくとも１つの内部チャネルの内部に部分的に配置された、態様（１６）の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（１８）によれば、少なくとも１つの内部チャネルが壁を有し、壁の少なくとも一部が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を透過する材料を含む、態様（１４）〜（１７）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（１９）によれば、円筒型光拡散装置が約５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有する、態様（１４）〜（１８）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２０）によれば、円筒型光拡散装置の放射線が実質的に均一であり、散乱照明強度の最小値と最大値との差が、最大散乱照明強度の約３０％未満である、態様（１４）〜（１９）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２１）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバーを含み、導波光が、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱される、態様（１４）〜（２０）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２２）によれば、ナノサイズ構造がコア内に配置された、態様（２１）の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２３）によれば、ナノサイズ構造が、ガスを充填した、約１０ｎｍを超える直径を有する空孔である、態様（２１）又は（２２）に記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２４）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の光源に光学的に結合された端部と反対側の端部が、反射コーティングで被覆された、態様（１４）〜（２３）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２５）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の光源に光学的に結合された端部と反対側の端部が、吸収コーティングで被覆された、態様（１４）〜（２３）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２６）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外側コーティングを有し、外側コーティングが、ＵＶ光を透過する樹脂である、態様（１４）〜（２５）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２７）によれば、ＵＶ光を透過する樹脂が、トリプロピレングリコールジアクリレート（ＴＰＧＤＡ）、ポリエステルテトラアクリレート、ポリエステルヘキサアクリレート、脂肪族ウレタンジアクリレート＋ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエーテルテトラアクリレート、シリコーンジアクリレート、シリコーンヘキサアクリレート、ビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート、及びビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート＋２５％のＴＰＧＤＡ構造を有する樹脂から成る群より選択される、態様（２６）に記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２８）によれば、光源が約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、態様（１４）〜（２７）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（２９）によれば、光源が約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、態様（１４）〜（２８）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（３０）によれば、光源が約１００ｎｍ〜約２９０ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、態様（１４）〜（２９）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（３１）によれば、光源が約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、態様（１４）〜（２８）のいずれか１つに記載の医療装置が提供される。
本開示の別の態様（３２）によれば、消毒方法が提供される。本消毒方法は、少なくとも１つの円筒型光拡散装置の少なくとも一部を、医療装置の内部チャネルに挿入するステップと、光源からの光を、光源に光学的に結合された少なくとも１つの円筒型光拡散装置の端部に導入し、拡散装置の外面を通して光を放出して、拡散装置の一部を照らし、内部チャネルを放出光に曝露するステップとを備え、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、その長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成し、内部チャネルの少なくとも１つの表面を消毒するように構成された、方法である。
本開示の別の態様（３３）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を含む光拡散光ファイバーを有し、導波光が、ナノサイズ構造を介し、コアから外面を通して散乱される、態様（３２）に記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（３４）によれば、光源からの光を導入するステップが、医療装置の少なくとも一部が、患者の体内に配置されている間に実施される、態様（３２）又は（３３）に記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（３５）によれば、少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外面を通して導波光を散乱して、人体物質を消毒するように構成されている、態様（３２）〜（３４）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（３６）によれば、人体物質が患者の体内の組織である、態様（３５）に記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（３７）によれば、人体物質が患者の体内の体液である、態様（３５）に記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（３８）によれば、内部チャネルを約５ｍｊ／ｃｍ２を超える光の線量に曝露するステップを更に備えた、態様（３２）〜（３７）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（３９）によれば、内部チャネルを約５ｍｊ／ｃｍ２〜約１７５ｍｊ／ｃｍ２の光の線量に曝露するステップを更に備えた、態様（３２）〜（３８）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（４０）によれば、内部チャネルを約１０ｍｊ／ｃｍ２〜約１５０ｍｊ／ｃｍ２の光の線量に曝露するステップを更に備えた、態様（３２）〜（３９）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（４１）によれば、内部チャネルを約１５ｍｊ／ｃｍ２〜約８０ｍｊ／ｃｍ２の光の線量に曝露するステップを更に備えた、態様（３２）〜（４０）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（４２）によれば、光源からの光を導入するステップが、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、態様（３２）〜（４１）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（４３）によれば、光源からの光を導入するステップが、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、態様（３２）〜（４２）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（４４）によれば、光源からの光を導入するステップが、約１００ｎｍ〜約２９０ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、態様（３２）〜（４３）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の別の態様（４５）によれば、光源からの光を導入するステップが、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、態様（３２）〜（４２）のいずれか１つに記載の消毒方法が提供される。
本開示の精神又は範囲を逸脱せずに、様々な改良及び変形が可能であることは当業者には明らかであろう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
医療装置を消毒するためのシステムであって、
約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの、少なくとも１つの波長を有する光を生成する光源と、
医療装置のすくなとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び前記光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置と、
を備え、
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、該長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されたシステム。
実施形態２
前記円筒型光拡散装置が、約５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有する、実施形態１に記載のシステム。
実施形態３
前記円筒型光拡散装置の放射線が実質的に均一であり、散乱照明強度の最小値と最大値との差が、最大散乱照明強度の約３０％未満である、実施形態１又は２に記載のシステム。
実施形態４
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバーを含み、前記導波光が、前記ナノサイズ構造を介し、前記コアから前記外面を通して散乱される、実施形態１〜３のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５
前記ナノサイズ構造が前記コア内に配置された、実施形態４に記載のシステム。
実施形態６
前記ナノサイズ構造が、約１０ｎｍを超える直径を有するガス充填空孔である、実施形態４又は５に記載のシステム。
実施形態７
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置の前記光源に前記光学的に結合された端部と反対側の端部が、反射コーティングで被覆された、実施形態１〜６のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態８
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置の前記光源に前記光学的に結合された端部と反対側の端部が、吸収コーティングで被覆された、実施形態１〜６のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態９
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外側コーティングを有し、該外側コーティングが、ＵＶ光を透過する樹脂である、実施形態１〜８のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１０
前記ＵＶ光を透過する樹脂が、トリプロピレングリコールジアクリレート（ＴＰＧＤＡ）、ポリエステルテトラアクリレート、ポリエステルヘキサアクリレート、脂肪族ウレタンジアクリレート＋ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエーテルテトラアクリレート、シリコーンジアクリレート、シリコーンヘキサアクリレート、ビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート、及びビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート＋２５％のＴＰＧＤＡ構造を有する樹脂から成る群より選択される、実施形態９に記載のシステム。
実施形態１１
前記光源が、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１２
前記光源が、約１００ｎｍ〜約２９０ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１３
前記光源が、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１４
医療装置であって、
少なくとも１つの内部チャネルと、
前記少なくとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置とを備え、
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、該長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成された医療装置。
実施形態１５
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記少なくとも１つの内部チャネルの外部に配置された、実施形態１４に記載の医療装置。
実施形態１６
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記少なくとも１つの内部チャネルの内部に配置された、実施形態１４に記載の医療装置。
実施形態１７
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記少なくとも１つの内部チャネルの内部に部分的に配置された、実施形態１６に記載の医療装置。
実施形態１８
前記少なくとも１つの内部チャネルが壁を有し、該壁の少なくとも一部が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を透過する材料を含む、実施形態１４〜１７のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態１９
前記円筒型光拡散装置が約５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有する、実施形態１４〜１８のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態２０
前記円筒型光拡散装置の前記放射線が実質的に均一であり、散乱照明強度の最小値と最大値との差が、最大散乱照明強度の約３０％未満である、実施形態１４〜１９のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態２１
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバーを含み、前記導波光が、前記ナノサイズ構造を介し、前記コアから前記外面を通して散乱される、実施形態１４〜２０のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態２２
前記ナノサイズ構造が前記コア内に配置された、実施形態２１に記載の医療装置。
実施形態２３
前記ナノサイズ構造が、ガスを充填した、約１０ｎｍを超える直径を有する空孔である、実施形態２１又は２２に記載の医療装置。
実施形態２４
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置の、前記光源に光学的に結合された前記端部と反対側の端部が、反射コーティングで被覆された、実施形態１４〜２３のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態２５
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置の、前記光源に光学的に結合された前記端部と反対側の端部が、吸収コーティングで被覆された、実施形態１４〜２３のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態２６
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外側コーティングを有し、該外側コーティングが、ＵＶ光を透過する樹脂である、実施形態１４〜２５のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態２７
前記ＵＶ光を透過する樹脂が、トリプロピレングリコールジアクリレート（ＴＰＧＤＡ）、ポリエステルテトラアクリレート、ポリエステルヘキサアクリレート、脂肪族ウレタンジアクリレート＋ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエーテルテトラアクリレート、シリコーンジアクリレート、シリコーンヘキサアクリレート、ビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート、及びビスフェノールＡをベースとするエポキシジアクリレート＋２５％のＴＰＧＤＡ構造を有する樹脂から成る群より選択される、実施形態２６記載の医療装置。
実施形態２８
前記光源が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、実施形態１４〜２７のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態２９
前記光源が、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、実施形態１４〜２８のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態３０
前記光源が、約１００ｎｍ〜約２９０ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、実施形態１４〜２９のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態３１
前記光源が、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する、実施形態１４〜２８のいずれか１つに記載の医療装置。
実施形態３２
消毒方法であって、
少なくとも１つの円筒型光拡散装置の少なくとも一部を、医療装置の内部チャネルに挿入するステップと、
光源からの光を、該光源に光学的に結合された、前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置の端部に導入し、前記拡散装置の外面を通して前記光を放出して、前記拡散装置の一部を照らし、前記内部チャネルを前記放出光に曝露するステップと、
を備え、
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、該長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成し、前記内部チャネルの少なくとも１つの表面を消毒するように構成された方法。
実施形態３３
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバーを含み、前記導波光が、前記ナノサイズ構造を介し、前記コアから前記外面を通して散乱される、実施形態３２に記載の方法。
実施形態３４
前記光源からの光を導入するステップが、前記医療装置の少なくとも一部が、患者の体内に配置されている間に実施される、実施形態３２又は３３に記載の方法。
実施形態３５
前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記外面を通して導波光を散乱して、人体物質を消毒するように構成された、実施形態３２〜３４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３６
前記人体物質が、前記患者の前記体内の組織である、実施形態３５に記載の方法。
実施形態３７
前記人体物質が、前記患者の前記体内の体液である、実施形態３５に記載の方法。
実施形態３８
前記内部チャネルを、約５ｍｊ／ｃｍ２を超える光の線量に曝露するステップを更に備えた、実施形態３２〜３７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３９
前記内部チャネルを、約５ｍｊ／ｃｍ２〜約１７５ｍｊ／ｃｍ２の光の線量に曝露するステップを更に備えた、実施形態３２〜３８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４０
前記内部チャネルを、約１０ｍｊ／ｃｍ２〜約１５０ｍｊ／ｃｍ２の光の線量に曝露するステップを更に備えた、実施形態３２〜３９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４１
前記内部チャネルを、約１５ｍｊ／ｃｍ２〜約８０ｍｊ／ｃｍ２の光の線量に曝露するステップを更に備えた、実施形態３２〜４０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４２
前記光源からの光を導入するステップが、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、実施形態３２〜４１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４３
前記光源からの光を導入するステップが、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、実施形態３２〜４２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４４
前記光源からの光を導入するステップが、約１００ｎｍ〜約２９０ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、実施形態３２〜４３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態４５
前記光源からの光を導入するステップが、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含む、実施形態３２〜４２のいずれか１つに記載の方法。
１２ 光ファイバー
２０ コア
２２ 中実中心領域
２６ ナノ構造化リング部
２８ 外側中実部
３１ ガラスマトリックス
３２ ナノサイズ構造
４０ クラッド
４４ コーティング
４８ 光ファイバーの側面
１０１ 光源
１１１ 内視鏡
１１３ 挿入部
１１４ 操作部
１１５ 可撓管部
１１６ 屈曲部
１１７ 遠位端硬質部
１１８ 観察窓
１１９ａ、１１９ｂ 照明窓
１２０ 使用開口部
１２１ 送気／送水ノズル
１２６ チャネル部
１２９ 円筒型光拡散装置
１４９ 導光体
１５０ 使用チャネル

Claims (15)

  1. 医療装置を消毒するためのシステムであって、
    約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する光源と、
    医療装置のすくなとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び前記光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、該長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されたことを特徴とするシステム。
  2. 前記円筒型光拡散装置が、約５０ｄＢ／ｋｍを超える散乱誘起減衰を有することを特徴とする、請求項１記載のシステム。
  3. 前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバーを含み、前記導波光が、前記ナノサイズ構造を介し、前記コアから前記外面を通して散乱されることを特徴とする、請求項１又は２記載のシステム。
  4. 前記ナノサイズ構造が、前記コア内に配置されたことを特徴とする、請求項３記載のシステム。
  5. 前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外側コーティングを有し、該外側コーティングが、ＵＶ光を透過する樹脂であることを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載のシステム。
  6. 医療装置であって、
    少なくとも１つの内部チャネルと、
    前記少なくとも１つの内部チャネルと光学的に連通して配置された、少なくとも１つの円筒型光拡散装置であって、外面及び光源に光学的に結合された端部を有する光拡散装置と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、該長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成するように構成されたことを特徴とする医療装置。
  7. 前記少なくとも１つの内部チャネルが壁を有し、該壁の少なくとも一部が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を透過する材料を含むことを特徴とする、請求項６記載の医療装置。
  8. 前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバーを含み、前記導波光が、前記ナノサイズ構造を介し、前記コアから前記外面を通して散乱されることを特徴とする、請求項６又は７記載の医療装置。
  9. 前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、外側コーティングを有し、該外側コーティングが、ＵＶ光を透過する樹脂であることを特徴とする、請求項６〜８いずれか１項記載の医療装置。
  10. 前記光源が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成することを特徴とする、請求項６〜９いずれか１項記載の医療装置。
  11. 消毒方法であって、
    少なくとも１つの円筒型光拡散装置の少なくとも一部を、医療装置の内部チャネルに挿入するステップと、
    光源からの光を、該光源に光学的に結合された、前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置の端部に導入し、前記拡散装置の外面を通して前記光を放出して、前記拡散装置の一部を照らし、前記内部チャネルを前記放出光に曝露するステップと、
    を備え、
    前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記外面を通して導波光を散乱し、長さを有し、該長さにわたり実質的に均一な放射線を放出する光拡散部を形成し、前記内部チャネルの少なくとも１つの表面を消毒するように構成された方法。
  12. 前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、コア、一次クラッド、及び複数のナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバーを含み、前記導波光が、前記ナノサイズ構造を介し、前記コアから前記外面を通して散乱されることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
  13. 前記少なくとも１つの円筒型光拡散装置が、前記外面を通して導波光を散乱して、人体物質を消毒するように構成されていることを特徴とする、請求項１１又は１２記載の方法。
  14. 前記内部チャネルを、約５ｍｊ／ｃｍ２を超える光の線量に曝露するステップを更に備えたことを特徴とする、請求項１１〜１３いずれか１項記載の方法。
  15. 前記光源からの光を導入するステップが、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を導入するステップを含むことを特徴とする、請求項１１〜１４いずれか１項記載の方法。
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