JP5145044B2 - Ｌｅｄ光源を含む光ファイバ光線治療装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光を受ける光ファイバ発光体を含む光線治療装置に関する。

発明の背景
光線治療は、たとえば新生児の黄疸を含む様々な公知の病気を治療するために長年使用されてきた。黄疸は、乳児の血液内にビリルビンが蓄積することにより発生する。乳児の皮膚を特定の型の光に当てることにより、ビリルビンが安全なレベルまで迅速に低減される。通常、このような治療で、乳児の肝臓が十分にビリルビンを処理できるようになるまでには数日しかかからない。

光線治療において一般的に使用される光線治療装置の一形式は、発光体から出力される所望の光出力量を得るために、ハロゲンランプまたはその他の比較的高いワット数を有する光源からの光を受ける光ファイバ端部分を有する光ファイバ発光体を備える。ワット数が比較的高いランプを光源として使用する際の問題は、これがあまり効率的ではなく、大量の熱が放出され光源を冷却するファンの使用が必要であるということである。光源にファンを組み込むことにより、作動中に光源からのノイズが大きくなるとともに、光源の全体的なコストおよび大きさを大幅に増加させることとなってしまう。また、そのような比較的高いワット数を有するランプは通常、寿命が比較的短く、時間が経つと発せられる光が減少してしまう。

したがって、所定の単位面積に実質的に同じ量の光を光ファイバ発光体から出力しつつ、極めて低いワット数で作動する光源により照射される光線治療装置が必要である。

また、必要がない場合は、異なる区分または領域で光を消すことができるように、所望のとおり同時にまたは異なる時に、光ファイバ発光体の異なる区分または領域を選択的に照らすことを可能にする必要性もある。これにより、電力が節約されるだけではなく、治療提供者がさらされる光の量も低減される。治療提供者の中には、特定の帯域の光、特に光線療法による治療において非常に効果的である青色帯域に非常に敏感な者もいる。治療提供者がさらされる発光体からの光の量を削減することにより、露光による治療提供者のストレスが低減される。

発明の概要
本発明は、発光のために発光体に光を伝送する１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光を受ける１方または両方の端部に光ファイバ端部分を有する光ファイバ発光体を含む光線治療装置に関する。

本発明の一態様によれば、１つまたは複数のＬＥＤからの光は、発光体に光を伝送するために、光ファイバ端部分の、発光体の１つまたは両方の端部に焦点が合わせられている。

本発明の別の態様によれば、ＬＥＤからの光の焦点を光ファイバ端部分に合わせるため
に、１つまたは複数のレンズが使用されてもよい。

本発明の別の態様によれば、ＬＥＤより生じる過剰な熱を放散させるために、ＬＥＤはヒートシンクに取り付けられてもよい。

本発明の別の態様によれば、光ファイバ端部分は、ランダムに混合され、発光体からのより均一な光出力の配分が行われるように複数のＬＥＤから光を受ける端部分の複数のグループに分けられてもよい。

本発明の別の態様によれば、光ファイバ発光体の異なる区分または領域の光ファイバ端部分は、様々なグループにまとめられ、様々な光源により照らされてもよい。これは、所望のとおり同時にまたは異なる時に、発光体の１つまたは複数の区分または領域を選択的に照らすために選択的に照らされてもよい。

本発明の別の態様によれば、異なる光の帯域を有するＬＥＤが、光ファイバ発光体の光ファイバ端部分の同じまたは異なるグループに焦点を合わせられてもよい。

本発明の別の態様によれば、光ファイバ発光体は、発光体の両端から延伸する光ファイバ端部分を有してもよい。これは１つまたは複数の光源を使用して両端を照らすために混合される。

本発明の別の態様によれば、長期に渡りＬＥＤの光出力を実質的に一定に保つために、ＬＥＤの老朽化またはＬＥＤからの光出力の低減に伴って、ＬＥＤの平均寿命曲線に基づく予め設定された出力曲線に応じて、ＬＥＤへ加える入力電圧を増加させてもよい。

本発明の上記のまたはその他の目的、長所、特徴および態様は、以下の説明により明らかになる。

上述および関連の目的を達成するために、本発明は、以下により詳細に説明され、特に請求項において示される特徴を備える。以下の説明および添付の図面は、本発明の特定の例示的な実施形態を詳細に説明するものであり、本発明の原理が採用可能である様々な方法の例にすぎない。

発明の詳細な説明
図面を詳細に参照すると、まず図１に、患者の光線治療に使用される本発明に係る光線治療装置１の一形態が示されている。これは、相互に近接して配置される個別の光ファイバ４の１つまたは複数の層３を有する発光部材２を含む。各光ファイバは、適切な光学的に透明な材料からなる光伝達コア部分と、その長さに沿って光が漏れることを回避するためコア材料と異なる屈折率を有する第２の光学的に透明な材料からなる外側シースとを含む。コア材料は、ガラスまたはプラスチック、または所望の光学特性を有するマルチストランドのフィラメントからなってよい。外側シースの材料もまた光学的に透明であるが、その屈折率はコア材料とは異なるため、ほぼ全体の内部反射は当技術分野において公知であるように、シースとコアの界面で起こる。

光ファイバ４は、以下に説明するように、１つまたは複数の光ケーブル６を形成して離間した光源７から発光体へ光を伝送するために、光ファイバ端部分５の１つまたは複数のグループに光ファイバがまとめられる発光体２の一方または両方の端部を越えて延伸してもよい。図１において、光ファイバは発光体の一端のみを越えて外側へ延伸し、単一の光ケーブル６を形成するようにまとめられるのが示されている。光ケーブル６の最も外側の
端部には、束ねられた光ファイバ端部分を囲む適切な緩衝材９と、緩衝材に圧着され、緩衝材を締め付けて光ファイバ端部分を充分に強固にまとめるフェルール１０とからなるコネクタアセンブリ８がある。

発光体２は通常、幅が厚さより大きく、対向する端部、側面、上面および底面が発光体により高い可撓性を与える比較的薄い光パネル１１の形を取る。典型的には光パネル１１の発光面１２は、発光面で大きい表面積に光を拡散させることによりエネルギー密度を低減させるため、光ケーブルの断面領域より大きい。

適切な可撓性の半透明または透明材料からなる保護カバー１５が、発光体を囲んでよい。また、当技術分野において公知の方法で、光ケーブルを通して発光体へ光を伝送するために、光ケーブルの外側端部で、離間した光源７にコネクタアセンブリ８またはその他の適切な取り付け器具を接続する際に容易であるように、適切な可撓性の不透明または反射性材料からなる保護スリーブ１６が光ケーブル６を囲んでもよい。望ましくない周波の光をフィルタリングにより除去するために、適切なフィルタ（図示しない）も、光ケーブルの光受容端部と光源７との間に挿入されてもよい。たとえば、赤外線または紫外線を除去し、所望の周波の光のみ光ケーブルを通す。

光ケーブル６により発光体２へ伝送された光が発光体から発光されるために、光ファイバの外面の被覆加工は、傷を与える、研磨、スクラッチまたはその他の機械的、化学的またはその他発光体の長さおよび幅に沿った１つまたは複数の領域において途絶を引き起こす方法により途絶されてもよい。これらの場所で発光される量は、こうした途絶部分の深さ、大きさおよび／または頻度の関数から算出される。たとえば、発光体の受光端部からの距離が増加するに連れて、光ファイバの外面上の途絶が、より大きくおよび／またはより深くおよび／またはより接近して設けられる場合、発光体からの光の発生はより均一になる。

たとえばマイラー（登録商標）またはその他の適切な反射性材料からなる適切な後方反射器（図６で１７として示される）が、光線治療の際の照射のため、前側から背面に向けられる光を反射するために、発光体の背面に接着されてもよい。

光源７は、ハウジング１９内に適切に取り付けられる１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１８（有機発光ダイオード（ＯＬＤＥ）およびポリマ発光ダイオード（ＰＬＥＤ）を含む）を備える。ＬＥＤからの光は、光ケーブル６の最も外側の端部に焦点が合わせられる。光ケーブルのコネクタ８は、１つまたは複数の開口部２０を通りハウジング内へ延伸する。図１は、このようなハウジング１９内に取り付けられるＬＥＤ１８を示しており、その光は、ＬＥＤに合わせられる開口部２０を通りハウジング内へ延伸する１つの光ケーブルの最も外側の端部分に焦点が合わせられている。図２において、ハウジング内へ延伸する２つの光ケーブル６の端部を照らす２つのＬＥＤ１８が示されている。

所定の光源７内のＬＥＤ１８の実際の数は、ＬＥＤの特定出力ワット数、および発光体２から発される発光表面領域２の単位面積あたりの光出力の所望の量に応じて異なってよい。直径が４分の１インチのコネクタ式のフェルール１０は、通常４００の光ファイバ端部分を束ねるために使用され、このようにまとめられた光ファイバ端部分にＬＥＤ光源からの光の焦点を合わせるのに最適である。１ワットＬＥＤが光源として使用される場合は、このようなＬＥＤ１２個が、４８００の光ファイバからなる発光体から、１２０ワットのハロゲンランプ光源を使用することにより生じる出力と同等である単位面積の光出力を提供可能であることが分かっている。このようなＬＥＤ１２個は、４８００の光ファイバ、たとえば１２個のフェルール式コネクタそれぞれに締め付けられる４００の光ファイバ端部分を照らすのに最適である。当然、光源として使用されるＬＥＤのワット数がさらに
高い場合、たとえば１ワットではなく３ワットである場合は、単位面積あたり同じ光出力を生じさせるために必要なＬＥＤの数は少なくなる。

これにより、ハロゲンランプのようなワット数が高い光源を１つ使用するよりも、小さいＬＥＤを光源として使用する方が効率的であることが明らかになる。また、ＬＥＤはワット数が高い光源より寿命も長く、高電圧光源より光線治療に有用な青色帯域を有する。さらに、ＬＥＤ光源は、高ワット数の光源のように光源を冷却するためのファンを必要とせず、これにより使用時のファンによる騒音がなくなり、高ワット数の光源を使用する場合より光源を著しく小型化することが可能になる。ＬＥＤにより発生する過剰な熱を除去するため必要なことは、せいぜいヒートシンク２１をＬＥＤに取り付けることである。これは、ハウジングの背面に取り付けられ、図面の多くに概略的に示されているように熱をさらに除去するために、ハウジングから突出するフィン２２を有してもよい。

それぞれ５ワットまでの、比較的ワット数が高いＬＥＤも光源として利用可能である。しかし、これらのワット数が高いＬＥＤでは、光分散角度が広くなり、光ファイバケーブルの最も外側の端部に焦点を合わせることが難しくなる。

光ファイバ発光体２の一方または両方の端部の光ファイバ端部分５は、１つより多いグループ２３に分けられてもよい。各グループの端部分は、図２に概略的に示されるように、１つまたは複数のＬＥＤ１８から光を受けるため、対応するグループの端部分を固く取り囲むフェルール式のコネクタ８によりまとめられ強固に固定される。また、特定の発光体２の光ファイバ端部分は、発光体からより均一な光出力配分が提供されるために、図４に概略的に示されるように、複数の光ファイバ端部分のグループ２３に分けられる前にランダムに混合されてもよい。

さらに、発光体２の異なる区分２４の光ファイバ端部分は、それぞれ異なるグループ２３にまとめられ、発光体のいずれかのまたは全ての区分２４を所望通りに同時にまたは異なる時に選択的に照らすために、図５に概略的に示されるように、異なる区分の光ファイバ端部分のグループは異なるＬＥＤ１８により照らされてもよい。

光ファイバ発光体２の異なる区分または領域２４を選択的に照らすことができることの長所は、発光体の異なる区分が、必要ではない時、または患者の比較的小さい領域のみに光線治療が施されるため余分な光が無駄になってしまう際に、その発光体の区分を消すことができることである。これにより電力が節約されるだけでなく、治療提供者がさらされる光の量も低減される。光線療法による治療において非常に効果的である青色帯域に非常に敏感な者もいる。たとえば、乳児が比較的大きい／幅広の発光体において光線治療を受ける場合、治療提供者から見える発光体からの光の量を減らすことにより、光にさらされることによるストレスが低減される。また、不快感を低減させるために、青色帯域を有するＬＥＤ１８の光に異なる光の帯域を有するＬＥＤ１８からの光を混合させてもよい。

１つまたは複数のＬＥＤからの光の焦点を光ファイバケーブルの最も外側の端部に合わせるために適切なレンズを使用してもよい。図１および２は、単一の光源からの光の焦点を単一の光ケーブルの光ファイバ端部分の１つまたは複数のグループ２３に合わせるためのレンズ２５を概略的に示している。また、図３に示すように、２つ以上のＬＥＤ１８からの光の焦点を単一の光ケーブル６の光ファイバ端部分に合わせるために多面レンズ２６を使用してもよい。

所定の光ファイバ発光体からの単位面積あたりの光出力を増加させるために、図６に概略的に示すように、発光体は光ファイバ４の複数の層３を含んでよい。また、各層の光ファイバ４は、発光体からの光出力配分がより均一に行われるように、さらに図６に概略的
に示されるように他の層の端部分と混合されてまとめられる端部分５を有してもよい。さらに、発光体２は発光体の両端から延伸する光ファイバ端部分を有し、これは、複数の端部分のグループ２３に分けられ、図７に概略的に示されるように、発光体の両端の異なるＬＥＤ１８により照らされるそれぞれのグループの光ファイバ端部分を囲むフェルール式のコネクタ８により強固に固定されてもよい。または、発光体の一方の端部の光ファイバ端部分は、同じＬＥＤ１８を使用して発光体の両端を照らすために、図８に概略的に示されるように、折り返して発光体の他方の光ファイバ端部分と混合されてもよい。

時間が経過すると、ＬＥＤの光出力は減少する。光源としてＬＥＤを使用する際により長い間、発光体２からの光出力を一定に保つためには、図２に概略的に示されるフィードバックループ３０が利用可能である。これは、ＬＥＤからの光出力を検知する光電セル３１と、実質的に一定の光出力を維持するために、光出力が低下したＬＥＤへの入力電圧を増加させる回路３２とを含む。光電セル３１は、図２に概略的に示されるように、ＬＥＤからの光出力と比例するＬＥＤからの迷光を検知するよう設定されてよい。または、ＬＥＤが古くなるとＬＥＤへの入力電圧を増加させるために、ＬＥＤの平均光度曲線に基づく予めプログラムされた出力曲線が使用してもよい。

本発明を特定の実施形態に基づき示し、説明したが、当業者であれば明細書を読み、理解した上で同等の変形例および修正が着想されるであろうことは自明である。特に、上述の構成要素の様々な機能に関しては、このような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」として示すものも含む）は、特に示されていない限り、本発明のここで説明した例示的な実施形態における機能を有する開示された構成要素と構造的に同一ではなくとも、説明される構成要素の機能を有するいかなる構成要素（たとえば機能的に同等であるもの）にも相当するものとする。さらに、本発明の特定の特徴が１つのみの実施形態に関して開示された場合にも、既知の用途または特定の用途において望ましいまたは有利である場合には、この特徴は他の実施形態のその他の１つまたは複数の特徴と組み合わせることも可能である。

本発明の光ファイバ光線治療装置の一形態の、部分的に断面が示される概略上面図である。 本発明の光ファイバ光線治療装置の別の形態の、部分的に断面が示される概略上面図である。 本発明の光ファイバ光線治療装置の別の形態の、部分的に断面が示される概略上面図である。 本発明の光ファイバ光線治療装置の別の形態の、部分的に断面が示される概略上面図である。 本発明の光ファイバ光線治療装置の別の形態の、部分的に断面が示される概略上面図である。 本発明の光ファイバ光線治療装置の光ファイバ発光体の一形態を示す部分的な長手方向断面図である。 本発明の光ファイバ光線治療装置の別の形態の、部分的に断面が示される概略上面図である。 本発明の光ファイバ光線治療装置の別の形態の、部分的に断面が示される概略上面図である。

符号の説明

１ 光線治療装置
２ 発光部材
３ 層
４ 光ファイバ
５ 光ファイバ端部分
６ 光ケーブル
７ 光源
８ コネクタアセンブリ
９ 緩衝材
１０ フェルール

Claims (12)

1. 光を発するための発光体を備え、発光体は１つまたは複数の光ファイバの層を含み、光ファイバが発光体の少なくとも一方の端部から延伸する端部分を有し、コネクタアセンブリによって前記光ファイバの端部分が互いに強固に固定されており、前記コネクタアセンブリによって囲まれる前記光ファイバの端部分に光の焦点を合わせ、発光のために発光体に光を伝送するための少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む光源を備え、
   前記少なくとも１つのＬＥＤはハウジング内にあり、かつハウジング内の少なくとも１つのＬＥＤにより発生する過剰な熱を前記ハウジング内に冷却ファンを設けることなく分散させるために、ハウジングの背面に付着されるヒートシンクに取り付けられ、前記ハウジング内に延びて前記光ファイバの端部分に光の焦点が合うように前記コネクタアセンブリを前記ハウジングに固定した、患者に光線療法による治療を施すための光線治療装置。
2. ハウジング内の少なくとも１つのＬＥＤにより発生する過剰な熱を分散させるために、ハウジングから外方にヒートシンクから突出するフィンをさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 光ファイバが、発光体の両端から延伸する端部分を有し、これが同じ１つまたは複数の光源を使用して、発光体の両端を照らすために混合される、請求項１に記載の装置。
4. 発光体は幅が厚さよりも大きく、半透明または透明な保護カバーによって囲まれる、請求項１に記載の装置。
5. 端部分に光の焦点を合わせるための複数のＬＥＤがあり、複数のＬＥＤのうち少なくとも１つの光出力は青色帯域を有し、少なくとも別の１つのＬＥＤの光出力は、青色帯域と選択的に混合される別の色帯域を有する、請求項１に記載の装置。
6. ハウジング内に複数のＬＥＤと、２つ以上のＬＥＤに近接し、２つ以上のＬＥＤからの光の焦点を端部分に合わせるためにハウジング内に単一の多面レンズとがある、請求項１に記載の装置。
7. 発光体の異なる区分の端部分が１つまたは複数のグループにまとめられ、発光体の異なるセグメントの端部分のグループが異なるＬＥＤにより照らされ、発光体のいずれかのまたは全ての区分を選択的に照らすため、任意の数のＬＥＤを選択的に照らすための手段をさらに備える、請求項１に記載の装置。
8. ＬＥＤからの光出力を実質的に一定に保つために、ＬＥＤからの光出力の低下に応じてＬＥＤへの入力電圧を増加させる手段をさらに備える、請求項１に記載の装置。
9. ＬＥＤへの入力電圧量を増加させる手段が、ＬＥＤからの光出力に比例する光源からの迷光を検知する光電セルと、ＬＥＤからの光出力が低下するとＬＥＤへの入力電圧を増加させる回路とを備える、請求項８に記載の装置。
10. ＬＥＤが古くなるとＬＥＤへの入力電圧を増加させるために使用される、ＬＥＤ平均寿命曲線に基づき予めプログラムされる出力曲線をさらに備える、請求項１に記載の装置。
11. ハウジング内に複数のＬＥＤがあり、複数のＬＥＤのうち少なくともいくつかは、端部分に焦点が合わせられる光の帯域が異なる、請求項１に記載の装置。
12. 光を発するための発光体を備え、発光体は１つまたは複数の光ファイバの層を含み、光ファイバが発光体の少なくとも一方の端部から延伸する端部分を有し、コネクタアセンブリによって前記光ファイバの端部分が互いに強固に固定されており、前記コネクタアセンブリによって囲まれる前記光ファイバの端部分に光の焦点を合わせ、発光のために発光体へ光を伝送するための複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、複数のＬＥＤのうち少なくとも１つの光出力は青色帯域を有し、少なくとも１つの別のＬＥＤの光出力は、青色帯域と選択的に混合される別の色帯域を有し、前記複数のＬＥＤはハウジング内にあり、かつ前記ハウジング内の複数のＬＥＤにより発生する過剰な熱を前記ハウジング内に冷却ファンを設けることなく分散させるために、ハウジングの背面に付着されるヒートシンクに取り付けられ、前記ハウジング内に延びて前記光ファイバの端部分に光の焦点が合うように前記コネクタアセンブリを前記ハウジングに固定した、患者に光線治療による治療を施すための光線治療装置。

Images