JP5053567B2 - マルチファイバ型可変強度式広角照明器 - Google Patents

Description

本出願は、2005年4月29日に出願された米国仮出願第60/676,201号の優先権を米国特許法第119条に基づき主張し、その全ての内容は言及したことにより本明細書中に援用される。

本発明は概略的に手術用の器具類に関する。詳細には本発明は、手術の間に所定領域を照明する手術器具に関する。更に詳細には本発明は、手術野を照明するための可変強度式で小ゲージの広角照明器に関する。

眼科的手術において、特に硝子体網膜手術においては、網膜の可及的に大寸の部分を視認するために広角手術顕微鏡システムを使用することが望ましい。斯かる顕微鏡システムに対する広角対物レンズは存在するが、それらは、典型的な光ファイバ・プローブの円錐形の照明により提供されるよりも広範な照明野を必要とする。結果として、光ファイバ照明器により提供される比較的に非干渉性の光のビーム拡開度を増大すべく種々の技術が開発されてきた。故に、これらの知られている広角照明器は、現在の広角手術顕微鏡システムにより必要とされるよりも大きな網膜部分を照明し得る。しかし、現在において存在する広角照明器は、幾つかの不都合を呈する。

眼科的手術に対する幾つかの先行技術の広角照明器により呈されるひとつの不都合は、ガラス質の眼球流体に接触する照明器のレンズの光屈折表面の光屈折率に対する、ガラス質の眼球流体の光屈折率の整合である。斯かる先行技術のシステムの光拡開レンズの光屈折表面に対してガラス質の眼球流体が接触する結果、ガラス質の眼球流体により引き起こされる屈折率の変動の故に光屈折は最適状態とはならない。“眼球手術に対する網膜用広角照明器”と称されると共にアール・スコット・ターナーに対して発行された米国特許第5,624,438号は、エアギャップの存在により媒介される高い屈折率差を使用することで、屈折率整合の影響を克服するシステムを提供している。上記エアギャップは、光ファイバの末端と、照明器レンズの光屈折表面との間に存在する。故に光学的導波路(すなわち上記光ファイバ)から発する光は、それが照明器レンズの光屈折表面を通過する前に、ガラス質の眼球流体との接触により引き起こされ得る一切の屈折率変動なしで、角度分散を受ける。

現在において入手可能な広角照明器の別の不都合は、グレア(glare)である。グレアは、照明の光源が小寸で輝いていると共に(たとえば眼科医師などの)ユーザが小寸で輝く照明源に対する直接的な視線を有するときに生ずる。グレアは、無用な照明を提供する不都合な迷光放射であり、観察者の注意力を散漫とするか、または、観測下の対象物を不明瞭とする。グレアは現在の広角照明器においては補正され得るが、典型的には照明の全光束を減少することによってのみであり、医師による観察のために利用可能な光の量が減少する。たとえば、テキサス州、フォートワース市のアルコン・ラボラトリ社(Alcon Laboratories, Inc.)により製造された“弾丸型プローブ(bullet probe)”は、光ファイバの末端から発する光を散乱するために表面拡散仕上げを有する弾丸形状ファイバを用いることで、広角照明を達成している。グレアを低減するために上記弾丸型プローブは、利用可能な全体的光束を減少することにより照明角を減少する幾何学的シールドを使用し得る。

典型的な先行技術の広角照明器の更なる不都合は、手術野における異なる状態に対して照明を調節する上で照明角および／または光源強度の変更を行わないことである。更に、先行技術の広角照明器の製造は高コストであり、そのコストは医師に対し且つ最終的には患者へと受け渡される。結果として、先行技術の照明器は典型的には使い捨て可能でなく、手術処置の間における定期的な保守および殺菌が必要とされる。

故に、先行技術の広角照明器に伴う屈折率整合、グレア、調節可能な照明特性、コスト、効率の問題、および、他の問題を低減もしくは排除し得る可変強度式広角照明器に対する要望が存在する。

本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の実施形態は、これらの要望および他の要望を実質的に満足する。本発明の種々の実施形態は、硝子体網膜／後眼部の手術などの手術環境において使用される眼内照明器デバイスに基づく再使用可能な及び使い捨て可能な小ゲージ(たとえば19、20または25ゲージ)の光ファイバを提供する。上記デバイスの実施形態は小ゲージ・カニューレ(たとえば19、20または25ゲージ)に接続された(たとえばAlcon-Grieshaber Revolution-DSP（登録商標）ハンドルなどの)ハンドルから成ることが可能であり、その場合に上記カニューレの内側寸法は、特定幾何学形状で配置された一本以上の適合ポリマ製光ファイバを各々が備えるという一本以上もしくは複数本のファイバ・ガイドを備える光ファイバ・アセンブリを収容すべく使用され得る。上記カニューレ内に収容された上記光ファイバ・アセンブリは、単純な押出し／引戻し機構などのハンドル機構を介して上記ハンドルに接続され得る。キセノン光源などの光源からの出力は、標準的なSMA光ファイバ・コネクタを用いて上記光ファイバ・アセンブリの基端に光学的に連結され得る。上記光源の光出力は上記光ファイバ・アセンブリに対して直接的に連結され得るか、または、上記光源と光ファイバ・アセンブリとの間には中間の光学的ケーブルが使用され得る。いずれの配置構成によっても、上記光源からハンドルを通り上記カニューレの末端にて上記光ファイバ・アセンブリから発せられる光の効率的な結合が許容される。上記光源は、該光源から発生する赤外線の損傷的な熱効果を低減すべく当業者にとり知られているフィルタを備え得る。穏やかで可逆的な把持などにより上記ハンドル機構を起動すると、上記光ファイバ・アセンブリのファイバ・ガイドは上記カニューレの末端にて所定の調節可能な様式でそらされ得る。ユーザにより解除および／または再調節されるまで照明角を固定するために、当業者にとり知られている単純な機械的繋止機構が使用され得る。上記カニューレの末端にて上記光ファイバ・アセンブリから発せられる光は立体角Ωに亙る領域を照明すべく使用可能であり、該角度Ωは上記ハンドルを介して操作者により連続的に調節可能である。

本発明の一実施形態は、光線を提供する光源と、上記光源に対して作用的に連結され光線を受けて伝達する光学的ケーブルと、上記光学的ケーブルに対して作用的に連結されたハンドピースと、上記ハンドピースに作用的に連結された光ファイバ・アセンブリであって、当該光ファイバ・アセンブリは光線を受けて伝達すべく上記光学的ケーブルに光学的に連結され、当該光ファイバ・アセンブリは複数本のファイバ・ガイドを具備し、各ファイバ・ガイドは光線を伝達かつ拡散させて手術野を照明する一本以上のファイバ・コアを有するクラッドを具備するという光ファイバ・アセンブリと、上記ハンドピースに作用的に連結され、上記光ファイバ・アセンブリを収容して方向付けるカニューレとを具備する手術用照明システムである。該手術用照明システムは、上記各ファイバ・ガイド間に間隔を維持すべく作用可能であるセパレータを更に備え得る。

上記光ファイバ・アセンブリ、上記カニューレおよび上記ハンドピースは、生体適合性材料から作製され得る。上記光学的ケーブルは、上記光源に対して作用的かつ光学的に連結される第1光学的コネクタと上記ハンドピースに対して光学的に連結され(ることで上記ハンドピースおよびカニューレ内に収容された上記光ファイバ・アセンブリに対して該光学的ケーブルを光学的に連結す)る第2光学的コネクタとを備え得るか、または、上記光学的ケーブルを上記光源に対して接続する単一の光学的コネクタを備え得る。これらのコネクタは、標準的なSMA光ファイバ・コネクタとされ得る。上記光ファイバ・アセンブリの光学的コアは、上記光源からの光線を手術野へと伝達すべく、当業者にとり知られている如く、十分なゲージである。

本発明の各実施形態の利点の幾つかを可能とすべく上記光ファイバ・アセンブリは、上記カニューレ内における該光ファイバ・アセンブリの線形変位が可能とされるように、上記ハンドピースに対して作用的に連結され得る。上記ハンドピースは、上記光ファイバ・アセンブリの線形変位を調節する押出し／引戻し機構などの調節手段を含み得る。たとえば、機械式継手、電気式継手、磁気式継手、空気式継手、または、それらの任意の組み合わせなどの、当業者にとり知られている他の調節手段も使用され得る。上記光ファイバ・アセンブリの末端(手術野に最も近い端部)は、上記カニューレの開放開孔と一致し得る。故に上記調節手段を介して上記線形変位を調節すると上記光ファイバ・アセンブリは、線形変位の変化に対応する量だけ上記開放開孔から進出し得る(逆の調節は光ファイバ・アセンブリを縮動させ得る)。更に、各ファイバ・ガイドの間には、上記カニューレの末端からの線形変位の変化に比例した量だけ該ファイバ・ガイドが相互から外方に均一に変位され得る如き様式で、セパレータが位置され得る。代替的に、上記ファイバ・ガイドが上記カニューレの末端から進出するときに該ファイバ・ガイドの均一な変位を達成すべく、上記ファイバ・ガイドのクラッド内には形状記憶合金などの材料が取入れられ得る。この様にして、上記光ファイバ・アセンブリにより提供されて(たとえば眼球の網膜などの)手術野を照明する光線の照明角および照明量は、必要に応じて医師により調節され得る。本発明の実施形態は、(たとえば20°〜約180°などの)約180°までの範囲の照明角を提供し得る。

本発明の他の実施形態は、本発明の教示に従うマルチファイバ型可変強度式広角照明器を用いて手術野を広角照明する方法、および、眼科的手術において使用される本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の手術用ハンドピースの実施形態を包含し得る。本発明の実施形態は、本発明の教示に従うマルチファイバ式の光ファイバ・アセンブリにて終端する光ファイバ・ケーブルを含むカニューレまたは他のハウジングに接続されたハンドピースとして実現され得る。更に、本発明の実施形態は、眼科的なまたは他の手術において使用される手術機械もしくはシステム内に取入れられ得る。当業者であれば、本発明の教示に従い設計されたマルチファイバ型可変強度式広角照明器の他の用途は明らかであろう。

同様の参照番号は同様の特性を表すという添付図面に関する以下の説明を参照すれば、本発明が更に完全に理解されると共に本発明の利点が把握され得る。

本発明の好適実施形態は図面に示されており、同様の参照番号は種々の図面の同様の対応部材を表している。

本発明の種々の実施形態によれば、硝子体網膜／後眼部手術などの手術処置で使用される小ゲージ(たとえば19、20または25ゲージ)の光ファイバ式の眼内照明器デバイスが提供される。本発明の実施形態は、テキサス州、フォートワース市のアルコン・ラボラトリ社により販売されるAlcon-Grieshaber Revolution-DSP（登録商標）ハンドピースなどの、小ゲージ(たとえば19、20または25ゲージ)のカニューレに接続されるハンドピースを備え得る。カニューレの内側寸法は、本発明の教示に従い、複数本のファイバ・ガイドと、該複数本のファイバ・ガイドを離間させるセパレータなどの手段とを具備する光ファイバ・アセンブリを収容すべく使用され得る。上記マルチファイバ型広角照明器の実施形態は、眼科的手術の概略的分野における使用に対して構成され得る。但し当業者であれば、本発明の有効範囲は眼科に限られずに、広角および／または可変照明が必要とされ得る他の手術分野に対して概略的に適用され得ることが企図かつ理解されよう。

本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の実施形態は、広角照明器の侵襲的部分が使い捨て可能な手術用部品である如く生体適合性ポリマ材料から作製された光ファイバ・アセンブリ、ステムおよびハンドピースから成り得る。先行技術と異なり、本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の各実施形態は、少ない光学損失により高い光透過度／高い輝度を提供し得る。生体適合性ポリマ材料から作製された本発明の実施形態は、該実施形態が安価で使い捨て可能な照明器具から成り得る如く、低コストな咬合式（関節式）ハンドピース機構へと一体化され得る。

図１は、光源12からの光線をケーブル14およびステム(カニューレ)16を通して供給するハンドピース10を備えるシステム1の簡略図である。ケーブル14は、業界で知られている任意のゲージの光ファイバ・ケーブルとされ得るが、好適には19、20または25ゲージ互換ファイバから成る。更にケーブル14は、光源12に光学的に連結されて光を受け、ハンドピース10を通してステム16の末端へと伝達する単一本の光ファイバまたは複数本の光ファイバから成り得る。図２に更に明確に示された如く、ステム16は光ファイバ・アセンブリ20を収容すべく構成される。図１においては、光ファイバ・アセンブリ20の開成および閉成位置を例示するために光ファイバ・アセンブリ20の一実施形態の拡大図が含まれる。以下において更に十分に論じられる如く連結システム32は、ケーブル14の端部における光ファイバ・コネクタであって光源12をハンドピース10内で光ファイバ・アセンブリ20に対して光学的に連結する光ファイバ・コネクタを備え得る。

図２は、本発明の光ファイバ・アセンブリ20の一実施形態を含むステム16の末端の拡大図である。ステム16は、光ファイバ・アセンブリ20を収容して示される。光ファイバ・アセンブリ20は、光ファイバ・ケーブル14に対して光学的に連結される。一定の実施形態においては、光ファイバ・アセンブリ20と光ファイバ・ケーブル14との間に付加的な光ファイバが光学的に連結され得る。実装されたときに斯かる付加的な光ファイバは、それが光ファイバ・ケーブル14から光を受けて伝達し得る如く、該光ファイバ・ケーブル14のゲージと互換的なゲージである。ハンドピース10は、テキサス州、フォートワース市のアルコン・ラボラトリ社により販売されているRevolution-DSP（登録商標）ハンドピースなどの業界で知られている任意の手術用ハンドピースとされ得る。光源12は、該光源12からの光線を生成する光要素13であって、キセノン光源、ハロゲン光源、または、光ファイバ・ケーブルを通してたとえば非干渉性光を供給し得る他の任意の光源とされ得る光要素13を備え得る。ステム16は、当業者にとり知られている如く18〜30ゲージの範囲内、最も好適には19、20または25ゲージである小ゲージ・カニューレとされ得る。ステム16は、ステンレス鋼もしくは当業者にとり知られている適切な生体適合性ポリマ(たとえばPEEK、ポリイミドなど)とされ得ると共に、使い捨て可能な器具の設計態様に従い得る。

ステム16内に収容された光ファイバ・アセンブリ20または選択的中間ファイバは、図９に示された如くたとえば調節手段42を介してハンドピース10に対して作用的に連結され得る。調節手段42は、たとえば、当業者にとり知られている如き単純な機械式、磁気式または空気式の押出し／引戻し機構を備え得る。光源12は、光ファイバ・ケーブル14の基端において例えば標準的なSMA(スケール・マニュファクチャラーズ・アソシエーション)の光ファイバ・コネクタを用いてハンドピース10に対して(すなわち光ファイバ・アセンブリ20に対して)光学的に連結され得る。これにより、光源12からの光は光ファイバ・ケーブル14を介してハンドピース10に対し効率的に連結され得ると共に、最終的にはステム16の末端にて光ファイバ・アセンブリ20から発せられる。光源12は、該光源にて発生した赤外線が吸収されたときの損傷的な熱効果を低減すべく、当業者にとり知られている如くフィルタ15を更に備えても良い。光源12のフィルタは、手術用染料を励起するなどのために手術野を異なる色の光で選択的に照明すべく使用され得る。

光ファイバ・アセンブリ20は、ステム16の末端と面一にまたは僅かに内部とされて終端し得る。故に、たとえば使用中でないときに光ファイバ・アセンブリ20は、該光ファイバ・アセンブリ20の末端をステム16の末端における開放開孔と一致させて、ステム16内に保護され得る。たとえば穏やかで可逆的な摺動動作により調節手段42を起動すると、光ファイバ・アセンブリ20は、摺動する該調節手段42により決定かつ調節される量だけステム16の末端から進出(または該末端内へと縮動)され得る。照明の量および照明の立体角は、ステム16の端部にて露出される光ファイバ・アセンブリ20の量に比例して変更され得る。この様にして医師は、所望に応じて手術野に亙り拡開される光の量を調節することで、グレアを最小限とし乍ら視野を最適化し得る。ハンドピース10の調節手段42は当業者にとり知られている任意の調節手段とされ得ると共に、機械式、電気機械式、空気式または磁気式な連結および起動機構を含み得る。

本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の一実施形態においては、当業者にとり知られている単純な機械的繋止機構により、調節手段42を介してユーザにより解除および／または再調節されるまで、照明角の固定が許容され得る。ステム16の末端から発する光は立体角θに亙り所定領域を照明するが、該角度θはハンドピース10の調節手段42を介してユーザ(たとえば医師)により連続的に調節され得る(すなわち光ファイバ・アセンブリ20がステム16の末端を越えて更に露出されるほど立体角θは大きく、逆も同様である)。

図２の実施形態において光ファイバ・アセンブリ20は、一対の“D”形状ファイバ・ガイド40を備える。半球状である各“D”ファイバ・ガイド40は、単一本もしくは複数本のポリマ製導波路ファイバ・コア45を備え得る。ファイバ・コア45の形状は図２に示された如く円形断面とされ得るが、本発明の概略的有効範囲から逸脱せずに他の形状が使用され得る。一対の“D”ファイバ・ガイド40は、(以下では“セパレータ”50と称される)機械的分離手段50が該ファイバ・ガイド40間に位置されると共に該ファイバ・ガイド50間の分離を維持すべく該ファイバ・ガイドに作用的に連結され且つ調節手段42が起動されるにつれて均一で制御された様式で光ファイバ・アセンブリ20をステム16の末端から進出させるべくファイバ・ガイド50をそらせ得るように半球状の各ファイバ・ガイド40がステム16に嵌合する如く、作製される。逆にファイバ・ガイド40は、調節手段42の起動により光ファイバ・アセンブリ20がステム16の末端内へと縮動されたときに収束され得る。

セパレータ50は、たとえばシリコンなどの弾性材料から作成され得る。代替的にセパレータ50は、各ファイバ・ガイド40間に位置される種々の形状(たとえば球形状)のポリウレタンまたは粘弾性材料から成り得る。更なる別実施形態においてセパレータ50は、各ファイバ・ガイド40内に作用的に連結もしくは一体化されたニチノールなどの形状記憶合金であってステム16の末端から摺動進出する際に前述と同一の均一様式で上記ファイバ・ガイドをそらすべく構成される形状記憶合金から成り得る。該形状記憶合金は、当業者にとり知られている様式で、この目的のために製造され得る。本発明の照明器の複数本のファイバ・ガイド40の実施形態において種々のファイバ・ガイド40間の距離は、所望の照明パターンに依存して、等しくされても等しくされなくても良いことを銘記されたい。故に、照明の径方向対称性は、全体的に、または、異なる角度的方向に沿い維持され得る。

図３は、図２の実施形態の光ファイバ・アセンブリ20を示す簡略化ブロック図である。光ファイバ・アセンブリ20の構成は、低屈折率を有するクラッド材料（被覆材料）55が高屈折率のポリマ製導波路ファイバ・コア45を囲繞することにより、当業者に知られている光学的原理に基づき光源12からの光線を局限する如きである。本発明の照明器の光学的な光スループットと、達成される照明角とを最大化するためには、ファイバ・コア45とクラッド材料55との間における屈折率の大きな差を採用することが望ましい。たとえば、クラッド材料55に対してはフルオロカーボンポリマが使用され得ると共に、ファイバ・コア45の材料に対してはポリスチレンなどの材料が使用され得る。

図４は、本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の別実施形態を示す簡略図である。この実施形態においては、等しいサイズとされた４本の象限ファイバ・ガイド60がステム16内に対称的に構成される。各象限ファイバ・ガイド60は、単一本のポリマ製導波路ファイバ・コア45、または図４に示された如く複数本のポリマ製導波路ファイバ・コア45を包含し得る。象限ファイバ・ガイド60は、図２の実施形態と同様にステム(カニューレ)16内に収容される。

図４は、本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の該実施形態を縮動位置および延在位置の両方で示している。図４の実施形態の作用は、図２の実施形態のそれと概念的に同一である。図５に更に明確に示された如く、介在型セパレータ50は各ファイバ・ガイド60間に中心的に嵌合すべく構成され得る。介在型セパレータ50はたとえば、シリコーンから作成されて圧縮された弾性球体とされ得る。当業者であれば、本発明の種々の実施形態においては同一の可変角度照明効果を達成するために、各々が一本以上のポリマ製導波路ファイバ・コア45を包含する任意数の光ファイバ・ガイド60が採用され得ることは明らかであろう。更に、ファイバ・コア45の形状は、図２から図５に示された如き円形断面、または、本発明の有効範囲から逸脱せずに他の任意の断面形状とされ得ることを理解すべきである。

図６および図７は、本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の付加的実施形態を示している。この実施形態は、図４および図５の実施形態と同様に４本の象限ファイバ・ガイド60を備えている。但しファイバ・コア70は、象限(1/4円)形状断面を有する単一本のファイバ・コアである。この実施形態の作用および性能は、前述された各実施形態と同様である。

本発明の実施形態により達成される光学的な光スループットおよび照明角を最大化するためには、大きな開口数、好適には可及的に大きな実用的開口数を有する単一本のファイバ・コア40もしくは複数本のファイバ・コア40を採用することが望ましい。開口数(“NA”)は、ファイバ・コア材料の屈折率(N_core)およびクラッド材料の屈折率(N_clad)から決定されると共に、式：
NA=n₀sin(α)＝(n² _core−n² _clad)^1/2
により与えられる光ファイバ・パラメータである。式中、“α”はファイバ・コア45内へと送られた光が案内される受光半角であり、n₀は光ファイバ・コア45を囲繞する媒体(クラッド55)の屈折率である。ファイバ・コア45により案内される光に対する励振状態は、外部光源12構成要素において設定される。たとえばポリスチレン(“PS”、n_core＝1.59)およびポリフルオロエチレン(“PFE”、n_clad＝1.32)から作製されたファイバ・コア45およびクラッド55は、約0.9という大きな開口数に帰着する。これは、(真空における)64°の受光角度につながる。以下においては、20ゲージのAlcon弾丸型プローブによる広角照明器ファイバと、本発明の20ゲージのマルチ形状ファイバ照明器の実施形態とに対する、ファイバの光学的な光伝送能力(輝度／光度)の幾つかの例示的な計算が提供される。目的は、先行技術との比較において大きく改善された本発明の可能的な光伝送能力を比較かつ例証することである。

20ゲージのAlcon弾丸型プローブによる広角照明器ファイバ*
*計算はファイバのみに対するものであり、弾丸型プローブ終端の存在による損失は考慮してない。

アクリル・コア／フルオロポリマ・クラッド
全体的ファイバ直径＝0.762mm
全体的コア直径＝0.736mm
開口数＝0.628
光ファイバにより伝送され得る輝度もしくは光度Bは、以下の式により近似され得る。
B=(NA)²S10^(αL/10)
式中、
S=(コアの面積／ファイバの全体的面積)＝0.93、α＝0.25dB/m
αはdB/m単位の光減衰量であり、Lはメートル単位のファイバの長さ(1m)である。
故に、B_Alcon＝0.388である。

20ゲージのマルチ形状ファイバ照明器(単一コア設計態様)
(４個のファイバ象限の内の１個の象限のみが示される)

ポリスチレン・コア／フルオロポリマ・クラッド
全体的象限半径＝0.3935mm(×4)
全体的コア直径＝0.110mm(×4)
開口数＝0.628
B=(NA)²S10^(αL/10)
式中、
S=(コアの面積／ファイバの全体的面積)＝0.78、α＝0.20dB/m
αはdB/m単位の光減衰量であり、Lはメートル単位のファイバの長さ(1m)である。
故にB_MSFI＝0.598であり、本発明の実施形態の可能的な光伝送能力はたとえばAlconの弾丸型プローブよりも〜50％だけ大きくされ得る。

次に図２から図７の実施形態に戻ると、種々の実施形態はたとえば19、20または25ゲージのカニューレ(ステム16)内に嵌合されるべく実施され得る。更に、図５の象限ファイバ間にBおよびCとして示された寸法は、該寸法BおよびCにより表される間隙が等しい(B=C)限りにおいて、ファイバ・コア45から出射する光の分布が径方向に対称的である如きとされ得る。B≠Cであるという他の照明プロフィルが生成され得る。

図８は本発明の更に別の実施形態を示しており、その場合に光ファイバ・アセンブリ20はファイバ・コア45を包含するクラッド55により囲繞された中心ロッド80を備える。図８の実施形態は、本発明のマルチファイバ・ガイドの各実施形態と類似した様式で各ファイバ・コア45を拡開する(たとえば、上記ロッドの線形移動に比例してファイバ・コア45の照明角を変更するために該ロッドは、光ファイバ・アセンブリ20の中央軸心に沿い変位されると共に、クラッド55に関して線形に移動して該クラッド55を拡開すべく作用可能である)様に、かつ、たとえばハンドル10内の単純な押出し／引戻し機構により光ファイバ・アセンブリ20が押出されまたは引戻されたときに当該ロッド80の大径のプランジャ・ヘッド85の作用により上記カニューレの末端にて光ファイバ・アセンブリ20の先端を拡開させるべく作用可能なプランジャ型機構(ロッド80)を有することで連続的に可変である照明角を提供する様に操作され得る。

図９は、眼科的手術における本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の一実施形態の用法を示している。作動時にハンドピース10は、光ファイバ・アセンブリ20を介しステム16を通して広範囲なスペクトル帯域幅を有する空間的かつ時間的に非干渉性の光線を供給して眼球30の網膜28を照明する。ハンドピース10を通り光ファイバ・アセンブリ20に対して供給される平行光は、光源12により生成されると共に、光ファイバ・ケーブル14および連結システム32により供給されて網膜28を照明する。光ファイバ・アセンブリ20は光源12から供給された光線を、たとえば、顕微鏡の広角対物レンズが医師に対して視認を許容するだけの大きな手術野の領域に亙り拡開する。

本発明の光ファイバ・アセンブリ20およびマルチファイバ型可変強度式広角照明器の実施形態の利点は、操作者が、光ファイバ・アセンブリ20を出射する光の強度および照明角を連続的に変更して手術野内の視認条件を最適化し得ることである。故に光ファイバ・アセンブリ20から発する光は、(たとえば医師などの)操作者により所望される様に空間的に分散かつ制御され得る。故に本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の実施形態は、光源12により提供される光の角度および強度を調節することで、医師により所望される手術野の領域を実質的に覆い尽くす。

本発明のマルチファイバ型可変強度式広角照明器の実施形態は、当該光学素子の全てが、光源12と、照明されるべき目標領域との間における更なる伝達損失の発生源となり得るという複数の伝達、反射、または回折用の光学素子の要件を排除することにより光伝達を最大化するなどの、先行技術との比較における幾つかの利点を提供する。更に、本発明の各実施形態は本来的に高い光束容量および可変的な照明角を有することから、操作者は特定の手術環境に対して角度的な照明要件を適合調整し得る。付加的に、可変的な照明角によれば操作者は、光源の強度変更と入射角の変更との両方を用いることで手術野におけるグレアおよび陰影形成を最小限とし得る。手術野の特定部分における照明角を変更することにより、医師などの操作者は優れた空間認識感覚を獲得し得る。

研磨された面を有する習用の光ファイバ照明器は、ファイバの開口数(“NA”)の関数である開先照明角を生成する。NAは、光源から光ファイバ・ケーブルへの光の進入の受光角度を定義する。一般的に、眼科用の照明用途に対して使用されるファイバは0.5の典型的NAを有する。これは、真空における60°の計算受光角度を提供する。眼科医師により一般的に使用される広角視認システムは典型的に、生体内で約100°より大きな視角要件を有する。故に習用の光ファイバ照明器は、視認システムの視認性角度に整合する照射領域を提供し得ない。本発明の可変強度式広角照明器の実施形態は、約180°を超える照明角(すなわち約180°までの照明角の範囲)を提供し得る。

本発明の実施形態は、低い光学損失を呈すると共に高い光透過度／高い輝度を有するという広範で可変的な角度の照明プローブを達成する手段を提供するという点において先行技術と異なる。本発明の実施形態はまた、生体適合性ポリマ材料から作製され得ると共に、低コストな咬合式のハンドル機構に一体化され得ることから、当該デバイスは使い捨て可能な照明器具に対する良好な候補とされ得る。本発明の実施形態は特に眼科的手術の概略的分野に関して記述されたが、本明細書中に包含される教示は、可変的な照明角を提供することが好適であり且つ広角照明を実現する機能を透明な流体が阻害し得るという場合には常に等しく適用され得る。

本発明は本明細書中において図示実施形態に関して詳細に記述されたが、上記記述は単に例示的であり、限定的な意味で解釈されるべきでないことを理解すべきである。故に、本発明の各実施形態および本発明の付加的実施形態の詳細における多数の変更は、本記述を参照した当業者にとり明らかであり且つ該当業者により為され得ることを更に理解すべきである。斯かる変更および付加的実施形態の全ては、権利請求された本発明の精神および真の有効範囲内であることが企図される。故に、本発明は特に眼科的手術の概略的分野に関して記述されたが、本明細書中に包含される教示は、広角で可変的な照明を提供することが好適な場合であり、且つ、広角照明を実現する機能が透明な流体との接触により通常的には阻害されるという場合には常に、等しく適用される。

本発明の一実施形態に係る手術用照明システムの簡略図である。 本発明の光ファイバ・アセンブリ20の一実施形態を含むステム16の末端の拡大図である。 図２の実施形態の光ファイバ・アセンブリ20を示す簡略化ブロック図である。 本発明の広角照明器の別実施形態を示す簡略図である。 本発明の一実施形態に係るファイバ・ガイド60間に中心的に嵌合すべく構成された介在型セパレータ50を示す図である。 本発明の照明器の付加的実施形態を示す簡略図である。 本発明の照明器の付加的実施形態を示す簡略図である。 ファイバ・コア45を包含するクラッド55により囲繞された中心ロッド80を光ファイバ・アセンブリ20が備えるという本発明の別実施形態を示す図である。 眼科的手術における本発明の照明器の一実施形態の用法を示す図である。

符号の説明

１０ ハンドピース
１２ 光源
１３ 光要素
１４ 光ファイバケーブル
１５ フィルタ
１６ ステム（カニューレ）
２０ 光ファイバ・アセンブリ

Claims (34)

1. 光源に光学的に連結されて該光源からの光線を受けて伝達すべく光学的ケーブルに連結されたハンドピースと、
   前記ハンドピースに連結された光ファイバ・アセンブリであって、当該光ファイバ・アセンブリは光線を受けて伝達すべく前記光学的ケーブルに光学的に連結され、当該光ファイバ・アセンブリは複数本のファイバ・ガイドを具備し、各ファイバ・ガイドは光線を伝達かつ拡散させて手術野を照明する一本以上のファイバ・コアを有するクラッドを具備するという光ファイバ・アセンブリと、
   前記ハンドピースに連結され、前記光ファイバ・アセンブリを収容して案内するカニューレと、を具備し、
   前記光ファイバ・アセンブリは前記カニューレの末端を越えて延在することができ、且つ、
   前記ファイバ・コアにより提供される光線の照明角を変更すべく前記各ファイバ・ガイドは、前記光ファイバ・アセンブリが前記カニューレの末端を越えて延在する量に比例して相互からそれるようになっている、照明器。
2. 前記各ファイバ・ガイド間に間隔を維持させるセパレータを具備する、請求項１に記載の照明器。
3. 前記セパレータはポリウレタン製のまたは粘弾性のセパレータである、請求項２に記載の照明器。
4. 前記セパレータは形状記憶合金から作成される、請求項２に記載の照明器。
5. 前記光ファイバ・アセンブリは19、20または25ゲージのカニューレと互換的であり且つ該カニューレに嵌合すべく寸法設定される、請求項１に記載の照明器。
6. 前記カニューレおよび前記ハンドピースは生体適合性材料から作製される、請求項１に記載の照明器。
7. 前記光学的ケーブルは、末端にては前記光ファイバ・アセンブリに対し且つ基端にては前記光源に対して光学的に連結され、且つ、
   前記光学的ケーブルは前記基端にて光学的コネクタを具備する、請求項１に記載の照明器。
8. 前記複数本のファイバ・ガイドは２本の“D”形状ファイバ・ガイドを具備する、請求項１に記載の照明器。
9. 前記複数本のファイバ・ガイドは４本の象限形状ファイバ・ガイドを具備する、請求項１に記載の照明器。
10. 前記光ファイバ・アセンブリは、前記カニューレ内における該光ファイバ・アセンブリの線形変位が可能とされるように、前記ハンドピースに対して連結される、請求項１に記載の照明器。
11. 前記光ファイバ・アセンブリの線形変位を調節する手段を具備する、請求項１０に記載の照明器。
12. 前記調節手段は、電気機械式アクチュエータ、空気式アクチュエータ、電気式アクチュエータおよび磁気式アクチュエータからなる群から選択された少なくともひとつの手段を具備する、請求項１１に記載の照明器。
13. 前記調節手段は押出し／引戻し機構を具備する、請求項１１に記載の照明器。
14. 前記線形変位を変更すると前記光ファイバ・アセンブリは前記カニューレの末端に対して基端方向もしくは末端方向に位置を変更する、請求項１０に記載の照明器。
15. 前記カニューレの前記末端に対する前記光ファイバ・アセンブリの位置は、該光ファイバ・アセンブリにより提供されて手術野を照明する照明角および照明量を決定する、請求項１４に記載の照明器。
16. 前記光線は比較的に非干渉性の光線を有する、請求項１に記載の照明器。
17. 前記光源はキセノン光源である、請求項１に記載の照明器。
18. 光線を提供する光源と、
    前記光源に対して光学的に連結され光線を受けて伝達する光学的ケーブルと、
    前記光学的ケーブルに対して連結されたハンドピースと、
    前記ハンドピースに連結された光ファイバ・アセンブリであって、当該光ファイバ・アセンブリは光線を受けて伝達すべく前記光学的ケーブルに光学的に連結され、当該光ファイバ・アセンブリは複数本のファイバ・ガイドを具備し、各ファイバ・ガイドは光線を伝達かつ拡散させて手術野を照明する一本以上のファイバ・コアを有するクラッドを具備するという光ファイバ・アセンブリと、
    前記ハンドピースに連結され、前記光ファイバ・アセンブリを収容して案内するカニューレと、を具備し、
    前記光ファイバ・アセンブリは前記カニューレの末端を越えて延在することができ、且つ、
    前記ファイバ・コアにより提供される光線の照明角を変更すべく前記各ファイバ・ガイドは、前記光ファイバ・アセンブリが前記カニューレの末端を越えて延在する量に比例して相互からそれるようになっている、手術用照明システム。
19. 前記各ファイバ・ガイド間に間隔を維持させるセパレータを具備する、請求項１８に記載の手術用照明システム。
20. 前記セパレータはポリウレタン製のまたは粘弾性のセパレータである、請求項１９に記載の手術用照明システム。
21. 前記セパレータは形状記憶合金から作成される、請求項１９に記載の手術用照明システム。
22. 前記光ファイバ・アセンブリは19、20または25ゲージのカニューレと互換的であり且つ該カニューレに嵌合すべく寸法設定される、請求項１８に記載の手術用照明システム。
23. 前記カニューレおよび前記ハンドピースは生体適合性材料から作製される、請求項１８に記載の手術用照明システム。
24. 前記光学的ケーブルは、末端にては前記光ファイバ・アセンブリに対し且つ基端にては前記光源に対して光学的に連結され、且つ、
    前記光学的ケーブルは前記基端にて光学的コネクタを具備する、請求項１８に記載の手術用照明システム。
25. 前記複数本のファイバ・ガイドは２本の“D”形状ファイバ・ガイドを具備する、請求項１８に記載の手術用照明システム。
26. 前記複数本のファイバ・ガイドは４本の象限形状ファイバ・ガイドを具備する、請求項１８に記載の手術用照明システム。
27. 前記光ファイバ・アセンブリは、前記カニューレ内における該光ファイバ・アセンブリの線形変位が可能とされるように、前記ハンドピースに対して連結される、請求項１８に記載の手術用照明システム。
28. 前記光ファイバ・アセンブリの線形変位を調節する手段を具備する、請求項２７に記載の手術用照明システム。
29. 前記調節手段は、電気機械式アクチュエータ、空気式アクチュエータ、電気式アクチュエータおよび磁気式アクチュエータからなる群から選択された少なくともひとつの手段を具備する、請求項２８に記載の手術用照明システム。
30. 前記調節手段は押出し／引戻し機構を具備する、請求項２８に記載の手術用照明システム。
31. 前記線形変位を変更すると前記光ファイバ・アセンブリは前記カニューレの末端に対して基端方向もしくは末端方向に位置を変更する、請求項２７に記載の手術用照明システム。
32. 前記カニューレの前記末端に対する前記光ファイバ・アセンブリの位置は、該光ファイバ・アセンブリにより提供されて手術野を照明する照明角および照明量を決定する、請求項３１に記載の手術用照明システム。
33. 前記光線は比較的に非干渉性の光線を有する、請求項１８に記載の手術用照明システム。
34. 前記光源はキセノン光源である、請求項１８に記載の手術用照明システム。

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