JP2022536865A - 照明付きカニューレ - Google Patents

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Abstract

近接装着されたカメラと近接装着された光源を有するカニューレ。光源は、カニューレの遠位端にあるワークスペースに向けて、遠位方向にビーム軸を有している。光源は集束レンズと結合しており、光源のビーム角を小さくし、カニューレ管内のグレアを低減させる。

Description

以下に記載する発明は、腫瘍の治療のための低侵襲手術の分野に関するものである。
脳卒中は一般的な死因であり、神経系に障害をもたらす。米国では、毎年約７０万人の患者が脳卒中に罹患している。そのうち、出血性脳卒中は年間脳卒中患者の２０％を占めている。
出血性脳卒中は、脳の血管が破裂して脳組織に出血し、脳内に血腫（血の塊）ができることが原因である。長期的な脳損傷を抑制・防止するためには、血腫を速やかに除去することが必要である。
血餅（血液が凝固したもの）とその周辺の術野を明確に可視化・画像化することで、血餅の除去を容易にする。
米国特許第１０，１７２，５２５号において、我々は、カニューレ内腔および内腔の中および下の組織を見ることができるカメラを、カニューレの近位端に取り付けたシステムを開示している。
そのシステムでは、照明は、カニューレの遠位端に取り付けられたＬＥＤによって、またはカニューレの近位端から遠位端に延びる光ファイバーを通して提供される。
以下に記載される装置および方法は、近位に取り付けられたカメラを有するカニューレを含むカニューレシステムを使用して、体内の疾患組織の可視化の改善手法を提供し、カニューレの近位端に取り付けられた光源によって照明が提供される。
カニューレシステムは、カニューレ管の近位端に取り付けられたカメラアセンブリを有するカニューレ管を含み、カニューレ管の遠位端の近くの手術ワークスペースのビューを得るために、視軸がカニューレの遠位端の方に向けられたものである。
グレア（まぶしさ）を最小限に抑えながら十分な照明を提供するために、カニューレシステムは、ＬＥＤの出力を狭いビーム角に集中させるための追加レンズと組み合わせた広いビーム角を持つ強力なパッケージ型ＬＥＤを含む。
ＬＥＤ、基板／チップ、および一次レンズからなる市販のパッケージ型ＬＥＤには、狭い集束レンズからなる二次光学部品が取り付けられ、アセンブリ全体のビーム角を小さくしている。
二次光学部品は、カニューレの遠位端にあるワークスペースにカニューレを通して伝送するためにＬＥＤからの光を狭いビーム角に集束するように構成されたＧＲＩＮレンズで構成されてもよい。
例えば、９ｍｍの内径を有する１３ｃｍの長さのカニューレの場合、レンズは、約３．５°の出力ビーム角を提供するように構成されてもよい。
脳に血餅があり外科的手術が必要な患者で、カニューレが脳に挿入され、カニューレの遠位端が血餅に近接した状態を示している。 カニューレチューブに透過する光のビーム角を狭くするように構成されたＬＥＤと集光レンズを備えたカニューレシステムを示している。 カニューレチューブに透過する光のビーム角を狭くするように構成されたＬＥＤと集光レンズを備えたカニューレシステムを示している。 カニューレチューブに透過する光のビーム角を狭くするように構成されたＬＥＤと集光レンズを備えたカニューレシステムを示している。 図１、図２、図３に示した照明アセンブリの詳細を示す図である。 プリズムのない照明アセンブリを示し、この場合、光軸はカニューレチューブの長さと一致する。 プリズムのない照明アセンブリを示し、この場合、光軸はカニューレチューブの長さと一致する。 プリズムのない照明アセンブリを示し、この場合、光軸はカニューレチューブの長さと一致する。
図１、図２および図３は、低侵襲手術において便利に使用され得るカニューレシステムを示している。
図１は、外科的介入を必要とする脳３内の疾患組織２を有する患者１の疾患組織２内に、挿入されたカニューレ４を備え、カニューレ４の遠位端が疾患組織２に近接している状態を示している。
疾患組織２は、脳の神経膠腫または神経膠芽腫、脊椎の上衣腫、または他の疾患組織であってもよい。
カメラ５は、カニューレの近位周縁部に取り付けられ、カメラの一部がカニューレの周縁部から張り出して、カニューレの内腔の上に配置され、脳および脳内の任意の疾患組織などのカニューレの遠位端における標的組織を含むカニューレの内腔の遠位端のビデオまたは静止画像を得るために動作可能である。
図１、図２及び図３の両方に示すように、カニューレは、患者の体内への挿入に適合した遠位端６ｄを有するカニューレ管６からなる。
カメラアセンブリ５は、カニューレの近位端６ｐに固定されている。カメラアセンブリは、カニューレ管の内腔９に張り出した、撮像センサ７と、プリズム、反射器、または他のミラー構造または光学要素８とを含む。
好ましくは、脳内で使用するために、プリズム、反射器またはミラーなどのカメラアセンブリの一部は、カニューレ管６の内腔９によって規定され、カニューレの近位端を越えて近位に延びる円筒形の空間内に延び、カニューレの近位端から間隔を空けて、円筒形の空間内にわずかに延びるだけである。
カメラアセンブリ５の最遠位光学面は、それがプリズム８の遠位面であろうと、プリズムなしで使用される、カニューレの遠位端に向けられた視軸を有する対物レンズであろうと、カニューレ管９の近位端に位置し、好ましくはカニューレ管９の近位端から近位に配置される。
図２および図３に示すように、カニューレは、また、出力ビーム軸１１を有する１つまたは複数の照明アセンブリ１０を含む
照明アセンブリ１０は、光源１２及び関連する光学系（もしあれば）を含み、図示されたものでは、出力軸１４（この実施形態では照明アセンブリの出力ビーム軸１１と一致している）を有するプリズム１３、及びレンズ１５、１６を含み、この構成では、光源１２からの光を管腔内に向け、カニューレ管６の遠位端でのワークスペースを狙い、標的組織に向けるために使用されてもよい。
図１はまた、光源を操作し、カメラ５によって捕捉されたビデオ画像データを取得し、表示画面１８に表示するために、制御システム１７により、対応するビデオ画像データを生成／変換するような動作がなされる。
カメラアセンブリ５及び照明アセンブリは、カニューレ管６の近位端の上に固定された、この実施形態ではカニューレ管６よりも大きな直径のリングからなる取付部材１９に、カニューレ管６の近位端に近接して、支持及び保持されてもよい。
図２、図３、図４、図５は、照明アセンブリ１０の構造を示している。
これらの照明アセンブリ１０は、光源１２と、プリズム１３と、光源１２とプリズム１３の間に配置されたレンズ１６とを含む。
光源１２は、ビーム軸１２Ｂ、及び広いビーム角αを有している。
これは、レンズなしのＬＥＤ、又はＬＥＤからの光を広いビーム角に集中させるように構成されたレンズを有するパッケージされたＬＥＤの結果であってよい。
パッケージ化されたＬＥＤは、典型的には、基板、発光ダイオード自体、及び発光ダイオードを覆うレンズからなる形態で提供される。
白色光ＬＥＤの場合、パッケージ型ＬＥＤは蛍光体（ダイオードからの一部の青色光を赤色および緑色光に変換し、白色光を発するパッケージを製造するため）を含んでいることもある。
パッケージ型ＬＥＤの典型的なビーム角は、３０°から１８０°の範囲内である。
図１～図４のカニューレシステムで使用される場合、この広いビーム角は、カメラアセンブリで得られる画像を不明瞭にする過度のグレア（まぶしさ）となる。
このグレア（まぶしさ）を低減するために、レンズ１５は、凸レンズまたは勾配指数レンズ（ＧＲＩＮレンズ）またはコリメータレンズの形態で提供される集束レンズであり、パッケージ化されたＬＥＤからの光をより狭いビーム角に集束するように機能する。
ＬＥＤとレンズの組み合わせとしては、（１）ＣＲＥＥ（登録商標） ＸＱＥＡＷＴ ｌｅｄ、（２）Ｅｄｍｕｎｄｓ Ｏｐｔｉｃｓ社製のＧＲＩＮレンズ（＃６４－５２０）が適している。
ＧＲＩＮレンズは、所定の集光力に対して断面（光軸に垂直な断面）が小さく、カニューレ管の近位端への照明アセンブリの配置が容易であるため、好ましい。
プリズム１３は、好ましくは直角プリズムであるが、ＧＲＩＮレンズの光軸（この例では長軸）１６Ｌ、出力ビーム軸１１およびカニューレ管６の中心軸６Ｌの間の異なる角度に対応するために、異なる形式のプリズムが使用されてもよい。
照明アセンブリ全体は、プリズム１３の視軸に対応する出力ビーム軸を有し、出力ビーム軸１１は、（図２、３、４に示す例では）集束（フォーカス）レンズの光軸１６Ｌに対して角度を有している。
直角プリズムの場合、集光レンズの光軸は、プリズムの視軸に対して垂直であってもよい。
照明アセンブリの最遠位光学面は、それがプリズム１３の遠位面であろうと、集束レンズの遠位面（図６及び７に示すように、プリズムなしで使用される、集束レンズ光軸がカニューレの遠位端に向けられる）であろうと、カニューレ管６の近位端に位置し、好ましくはカニューレ管６の近位端の近位に配置される。
照明アセンブリは、パッケージされたＬＥＤとレンズの間にエアギャップ２０を、そしてレンズとプリズムの間にエアギャップ２１を設けて構成することができる。
ＣＲＥＥ（登録商標） ＸＱＥＡＷＴ ｌｅｄとＥｄｍｕｎｄｓ ＃６４－５２０ ＧＲＩＮレンズを使用したこの組み合わせでは、照明アセンブリ１０のビーム軸１０Ｂを中心とした結果としてのビーム角βは約３．５°になる。
図６及び図７は、プリズムのない照明アセンブリ１０を示し、この場合、（集束レンズの）光軸１６Ｌは、カニューレ管６の長さと一致する。
この実施形態の他の特徴は、カニューレ４及びカニューレ管６、カメラアセンブリ５及びプリズム８を含む、図２～図４の特徴と同様である。
ＬＥＤ１２は、ビーム軸１２Ｂがカニューレ内腔９の遠位に向けられ、カニューレ管６の遠位端に向かって配置され、レンズ１６は、その光軸１６ＬがＬＥＤビーム軸１２Ｂと整列され、また遠位に向けられ、カニューレ内腔９とカニューレ管６の遠位端に向かって配置される。
このような構成では、プリズムは不要である。本実施形態における全体照明アセンブリは、フォーカスレンズの光軸に対応する出力ビーム軸を有し、この出力ビーム軸は、カニューレ管の遠位端の方に向けられる。
図７の上面図では、光源、および対応するレンズ１６とＬＥＤ光源１２の位置が、カメラアセンブリ５とカメラプリズム８と共に示されている。
光源１２とカメラプリズム８は、カニューレ管６の内腔９に限定的に張り出し、カニューレ管６の遠位端における作業空間の照明と視覚化を可能にしながら、カニューレ管６を通して作業空間への工具の通過も可能にしている。
図８は、光源１２を有する照明アセンブリ１０と、ＧＲＩＮレンズ１６に光を透過するそのビーム角αとの関係を示し、ＧＲＩＮレンズから出る光は、照明アセンブリビーム軸１１に沿って狭いビーム角βを有している。
出力ビーム角は、カニューレの寸法によって、若干大きくても小さくてもよい。
例えば、内径１６ｍｍ、長さ７ｃｍの比較的短い、幅広のカニューレの場合、約１０～１５°、より好ましくは約１３°の狭いビーム角で、眩しさを抑えた良好な照明が得られる。
内径９ｍｍ、長さ１４ｃｍのカニューレの場合、約３～５°、より好ましくは約３．７°の狭いビーム角が、眩しさを抑えた良好な照明を提供する。
より一般的には、約２０°未満の出力ビーム角を提供する光源及び集束レンズの構成は、最小限のグレア（眩しさ）を伴う良好な照明を提供するために使用される。
図では、ＧＲＩＮレンズのビーム軸（レンズを出る光の中心）がＧＲＩＮレンズの光軸と一致している。
ビーム軸は、ＧＲＩＮレンズの縦方向の中心に対して、ＬＥＤをその中心から外して配置することで変更できる。
これにより、図６及び図７のＧＲＩＮレンズの出力ビーム軸は、光軸に平行から外れることになる。このように、ＬＥＤのビーム軸がＧＲＩＮレンズの光軸からずれるようにＬＥＤを配置すると、ＧＲＩＮレンズの出力ビーム軸が光軸に対して軸となるようにすることができる。
従って、出力ビーム軸は、カニューレの遠位開口部の中心に向けられ、カニューレ管の中心軸（又は他の特徴）と交差するようにしてもよい。この際、照明アセンブリ出力は、カニューレ管の円周の近くに留まる。
照明アセンブリおよびカニューレの構成は、照明アセンブリの最遠位光学表面のカニューレ内腔、または内腔上の空間への侵入を最小にし、照明アセンブリがカニューレ管の近位端に配置されてカニューレの遠位端で、外科領域を照明する間、外科医はカニューレを通して外科ツールを渡すことができるようにする。
そして、カメラがカニューレの近位端の上に配置されている間、外科医がカニューレを通して外科用具を通過させ得るように、カメラはまた、カニューレ内腔、または内腔の上の空間への侵入を最小限にして配置された最遠位光学面を有する。
狭い出力ビームを提供する照明アセンブリの利点は、カメラと１つ以上の照明アセンブリをカニューレの端部に提供し、なおかつカニューレに外科用チューブを通過させることを可能にし、カニューレシステムは、カメラが近位端に配置されていない１つ以上の照明アセンブリで構成し、別の場所に設けられたカメラまたは顕微鏡と共に使用するカニューレのグレア（眩しさ）を最小限にした照明を提供することができる。
装置および方法の好ましい実施形態は、それらが開発された環境を参照して説明されてきたが、それらは単に本発明の原理を説明するものである。
様々な実施形態の要素は、そのような他の種と組み合わせてそれらの要素の利点を得るために、他の種のそれぞれに組み込んでもよく、様々な有益な特徴は、実施形態単独で、または互いに組み合わせて採用されてもよい。
本発明の精神及び添付の請求項の範囲から逸脱することなく、他の実施形態及び構成を考案することができる。

Claims (19)

  1. 術野（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ）にアクセスするためのカニューレシステムであって、
    近位端および遠位端を有するカニューレ管（６）、ならびに近位端から遠位端まで延びる内腔（９）を含むカニューレ（４）；および前記カニューレ管（６）の近位端に固定された照明アセンブリ（１０）を備え、
    前記照明アセンブリ（１０）は、光源（１２）および集束レンズ（１６）を備え、前記光源（１２）は、第１のビーム軸（１２Ｂ）および第１のビーム角（α）を有し、前記第１のビーム軸（１２Ｂ）は前記集束レンズ（１６）の光軸（１１）と整列しており、
    前記照明アセンブリ（１０）は、出力ビーム角（β）および出力ビーム軸を有し、前記出力ビーム軸は、前記カニューレ管（６）の遠位端に向けられ、前記出力ビーム角（β）は、前記第１のビーム角（α）よりも小さい、
    ことを特徴とするカニューレシステム。
  2. 前記カニューレ管（６）の近位端にカメラアセンブリ（５）が固定されており、
    該カメラアセンブリ（５）の一部が前記内腔（９）に張り出している、請求項１に記載のカニューレシステム。
  3. 前記照明アセンブリ（１０）は、前記光源（１２）と反対側の前記集束レンズ（１６）の側に配置されたプリズム（１３）をさらに備え、前記集束レンズ（１６）の光軸が前記プリズム（１３）と整列し、出力ビーム軸が前記プリズム（１３）の視軸に対応し、出力ビーム軸が前記集束レンズの光軸に対して斜めである、請求項１に記載のカニューレシステム。
  4. 前記照明アセンブリ（１０）は、前記光源と反対側の前記集束レンズの側に配置されたプリズム（１３）をさらに備え、前記集束レンズの光軸が前記プリズムと整列し、出力ビーム軸が前記プリズムの視軸に対応し、出力ビーム軸が前記集束レンズの光軸に対して斜めである、請求項２に記載のカニューレシステム。
  5. 前記出力ビーム角は、２０°以下であり、好ましくは５°以下である、請求項１に記載のカニューレシステム。
  6. 前記出力ビーム角は、２０°以下であり、好ましくは５°以下である、請求項２に記載のカニューレシステム。
  7. 前記出力ビーム角は２０°以下であり、好ましくは５°以下である請求項３に記載のカニューレシステム。
  8. 前記出力ビーム角は２０°以下であり、好ましくは５°以下である、請求項４に記載のカニューレシステム。
  9. 前記照明アセンブリは、前記集束レンズの光軸に対応する出力ビーム軸を有し、前記出力ビーム軸は、前記カニューレチューブの遠位端の方向に向けられる、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  10. 前記カメラアセンブリは、カニューレチューブの近位端に配置される最遠位光学面を有する、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  11. 前記照明アセンブリは、前記カニューレチューブの近位端に配置される最遠位光学面を有する、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  12. 前記照明アセンブリは、前記カニューレチューブの近位端に配置される最遠位光学面を有し；そして
    前記ライトアセンブリは、前記カニューレチューブの近位端に配置されている最遠位光学面を有する、
    請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  13. 前記カメラアセンブリは、前記カニューレチューブの近位端に近接して配置された最遠位光学面を有する、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  14. 前記照明アセンブリは、前記カニューレ管の近位端に近接して配置された最遠位光学面を有する、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  15. 前記カメラアセンブリは、カニューレ管の近位端に近接して配置された最遠位光学面を有し；そして
    前記照明アセンブリは、前記カニューレ管の近位端に近接して配置される最遠位光学面を有する、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  16. 前記集束レンズは、ＧＲＩＮレンズである、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  17. 前記集束レンズは、凸レンズである、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  18. 前記照明アセンブリは、プリズムをさらに備え、前記集光レンズの光軸が前記プリズムと交差するように配置され、前記プリズムは、前記集光レンズからの光を前記カニューレ管の内腔に反射させる、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
  19. 前記照明アセンブリは、プリズムをさらに備え、前記集束レンズの光軸は、前記カニューレ管の長軸に対して垂直であり、前記プリズムは、前記集束レンズからの光を前記内腔に反射する、請求項１～８のいずれかに記載のカニューレシステム。
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