JP5457466B2 - ファイバ生成光を使用する眼科用エンドイルミネーション - Google Patents

Description

関連出願
本願は、２００９年１月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／１４６１７３号について優先権を主張し、その内容が参照によって本明細書の一部を構成する。

本発明は、眼科手術に用いられる照射器具に関し、特に眼の内側を照射するのに適切な光を生成するための眼科用エンドイルミネータ（ophthalmic endoilluminator）に関する。

解剖学的に、目は、２つの異なる部分、即ち前セグメントと後セグメントとに分けられる。前セグメントは、水晶体を備え且つ角膜（角膜内皮）の最外層から水晶体嚢の後部へと延びている。後セグメントは水晶体嚢の後方の眼の部分を含む。後セグメントは前方ガラス面（hyaloid face）から網膜へと延び、硝子体の後方ガラス面が網膜に直に接触する。後セグメントは前セグメントよりもはるかに大きい。

後セグメントは、硝子体、即ち無色透明のゲル状物質を含んでいる。これは、目の容積の約３分の２を構成し、出生前においてそのような形状を成している。これは１％のコラーゲン／ヒアルロン酸ナトリウムと、９９％の水とから構成される。硝子体の前方境界は前方ガラス面であり、前方ガラス面は水晶体の後嚢と接し、一方、後方ガラス面は硝子体の後方境界を成し且つ網膜に接触している。硝子体は、房水のような自由流動性がなく、通常の解剖学的付着部位を有する。これら部位のうちの１つが、硝子体基部であり、鋸状の縁の上に横たわる幅３〜４ｍｍの広い帯である。視神経頭、黄斑、及び血管アーケード（vascular arcade）も付着部位である。硝子体の主な機能は、網膜を所定の位置に保持すること、眼球の完全性及び形状を維持すること、動作による衝撃を吸収すること、及び水晶体後部を支持することである。房水とは対照的に、硝子体は連続的に入れ替わることがない。硝子体は、シネレシス（syneresis）として知られる過程において加齢に伴って徐々に流動化する。シネレシスは、結果として硝子体を収縮させ、正常な付着部位に圧力や引張力を与える可能性がある。十分な引張力が適用された場合、硝子体は、それ自体を網膜との付着状態から引っ張り、網膜裂傷や網膜裂孔を生じさせる可能性がある。

硝子体網膜手術と呼ばれる様々な外科手術は、通常、眼の後セグメントにおいて行われる。硝子体網膜手術は、後セグメントに関する多くの重篤状態に対処するのに適する。硝子体網膜手術は、加齢黄斑変性症（ＡＭＤ）、糖尿病性網膜症及び糖尿病性硝子体出血、黄斑円孔、網膜剥離、網膜上膜、ＣＭＶ網膜炎、及びその他多くの眼疾患のような状態を処置する。

執刀医は、後セグメントの鮮明な画像を提供するように設計された顕微鏡と特殊レンズを用いて硝子体網膜手術を行う。長さでちょうど１ミリ程度の複数の小さな切り込みが強膜上の毛様体扁平部（pars plana）に形成される。執刀医は、マイクロ手術器具、例えば、眼の内部を照射する光ファイバ光源と、手術中に眼の形状を保持するための注入ラインと、硝子体を切断して除去するための器具とをその切り込みを通して挿入する。

斯かる外科手術の間、眼の内部への適切な照射が重要である。通常、細い光ファイバが照射のために眼内に挿入される。メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、又は水銀蒸気ランプのような光源が、光ファイバによって眼内に搬送される光を生成するのに使用されることが多い。光は、幾つかの光学要素（通常、レンズ、ミラー、アッテネータ）を通り抜けて、眼内に光を搬送する光ファイバに放射される。この光の特性は、選択された光学要素のタイプを含む様々な要因に依存する。

本発明の１つの態様では、眼科用エンドイルミネータは、少なくとも１つのポンプ光源と、ポンプ光源に光結合されたシンチレータ・ファイバ（scintillator fiber）とを備える。シンチレータ・ファイバは、ポンプ光源の出力を受容して、ポンプ光源の出力とは異なる波長帯の光を生成する。光結合素子がその光を光ファイバに結合し、光ファイバは眼内に光を導く。

本発明の別の態様では、眼科用エンドイルミネータが、少なくとも１つのポンプ光源と、少なくとも１つのポンプ光源に光結合された複数のシンチレータ・ファイバとを備える。複数のシンチレータ・ファイバの各々が、少なくとも１つのポンプ光源の出力を受容して複数の光出力を生成するように使用可能である。蛍光ファイバの光出力の各々が、少なくとも１つのポンプ光源の波長帯とは異なる各波長帯にある。眼科用エンドイルミネータは、合成された光出力を生成すべく複数の光出力を合成するように使用可能な光合成素子と、合成された光出力を受容するように使用可能な光結合素子と、光結合素子に光結合された光ファイバとを更に備える。光ファイバは、合成された光出力を眼内に導くように使用可能である。

本発明の更に別の態様では、方法が、少なくとも１つのポンプ光源から最初の出力を発生させることと、最初の出力のスペクトル出力とは異なるスペクトル出力を持つ少なくとも１つの光出力を生成すべく最初の出力を少なくとも１つの光ファイバに光結合することとを含む。本方法は、眼科用エンドイルミネータに少なくとも１つの光出力を光結合素子で光結合することと、眼の内部領域を照射すべく眼科用エンドイルミネータ・ファイバで光出力を導くこととを更に含む。

本発明の更に別の態様では、眼科用エンドイルミネータが、少なくとも１つのポンプ光源と、少なくとも１つのポンプ光源に光結合された少なくとも１つの蛍光ファイバとを有する。少なくとも１つの蛍光ファイバは少なくとも１つのポンプ光源の出力を受容する。少なくとも１つの蛍光ファイバの領域は、赤色、緑色、又は青色（ＲＧＢ）の有機染料でドープされる。少なくとも１つの蛍光ファイバは、少なくとも１つのポンプ光源の出力からＲＧＢの光出力を生成するように使用可能である。眼科用エンドイルミネータは、複数の光出力を合成して光を生成するように使用可能な光合成素子と、その光を受容するように使用可能な光結合素子と、光結合素子に光結合された光ファイバとを更に有する。光ファイバは、眼内に光を導くように使用可能である。

本発明の別の態様では、少なくとも１つのポンプ光源と、少なくとも１つのポンプ光源に光結合されたシンチレータ・ファイバとを有する眼科用エンドイルミネータが提供される。シンチレータ・ファイバは、眼内において位置決めされるようになっている、シンチレータ・ファイバの遠位端にシンチレータ装置を有する。シンチレータ・ファイバは、少なくとも１つのポンプ光源の光出力をシンチレータ装置に搬送し、シンチレータ装置は、光出力を受容して、少なくとも１つのポンプ光源の光出力とは異なる波長帯の光を生成するように使用可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る眼科用エンドイルミネータが設置されうる眼の生体構造を示す。 図２は、本発明の実施形態に係る、眼の内部を照射する眼科用エンドイルミネータを示す。 図３は、本発明の実施形態に係る、シンチレータ・ファイバを使用する、ＬＥＤでポンプされる眼科用エンドイルミネータのブロック図である。 図４は、本発明の実施形態に係る、赤色、緑色、及び青色の染料でドープされた蛍光ファイバを使用するＲＧＢ眼科用エンドイルミネータのブロック図である。 図５は、本発明の実施形態に係る、赤色、緑色、及び青色の染料でドープされた異なる領域を持つ蛍光ファイバを使用するＲＧＢ眼科用エンドイルミネータのブロック図である。 図６は、本発明の実施形態に係る眼科用エンドイルミネータを使用して眼の内部の硝子体領域を照射する方法に関連する論理フローチャートである。

本発明及びその利点をさらに完全に理解するために、同様の参照番号が同様の特徴を示す添付図面と併せて、以下の説明が参照される。
本発明の好ましい実施形態が図に示されるが、同様の番号が、様々な図の同様の対応する部分を参照するのに使用される。

本発明の実施形態では、１つ以上のポンプ光源と、シンチレータ・ファイバ又は蛍光ファイバのような光ファイバとを備える眼科用エンドイルミネータが提供される。光ファイバは、ポンプ光源の出力を受容すべくポンプ光源に結合して、光出力、例えばコア又はクラッディング（cladding）に白色燐光体（phosphor）を持つシンチレータ・ファイバの所定の実施形態の場合には白色光、又は染色された蛍光ファイバを用いた所定の実施形態の場合には赤色−緑色−青色（ＲＧＢ）の出力を生成する。光ファイバに結合された光結合要素が光出力を受容してエンドイルミネータ・ファイバに光出力を提供し、エンドイルミネータ・ファイバは眼の内部領域に光を導く。

図１は、本発明によって提供される、眼内移植物についての改良設計品が配置されうる眼の生体構造を示している。眼１００は、角膜１０２、虹彩１０４、瞳孔１０６、水晶体１０８、水晶体嚢１１０、小帯、毛様体１２０、強膜１１２、硝子体ゲル１１４、網膜１１６、黄斑、及び視神経１２０を備えている。角膜１０２は、眼の表面上にある透明なドーム状構造体であり、眼内に光を入れる窓として作用する。虹彩１０４は、アイリスと呼ばれる眼の有色部分であり、眼に入る光の量を調整すべく弛緩・収縮する瞳孔を囲む筋肉である。瞳孔１０６は虹彩の中心の丸い開口部である。水晶体１０８は、網膜への集光を補助する眼内の構造体である。水晶体嚢１１０は、水晶体を覆う弾性の袋であり、異なる距離の対象物に眼が焦点を合わせるときに水晶体の形状を調整するのを補助する。小帯は、眼の内部に水晶体嚢を取り付ける細長い靭帯であり、水晶体を所定位置に保持する。毛様体は、水晶体に取り付けられた筋肉領域であり、焦点を合わせるために水晶体の大きさを制御すべく収縮・弛緩する。強膜１１２は、強靭な眼の最外層であり、目の形状を維持する。硝子体ゲル１１４は、眼球の後部に向かって配置された大きな、ゲルで満たされた部分であり、眼の曲率を維持するのを補助する。網膜１１６は、眼の後部にある感光性神経層であり、光を受容して、その光を脳に送るべく信号に変える。黄斑は、微細なものを見るためのレセプタを含む、眼の後部にある領域である。視神経１１８は眼からの信号を脳に接続して送信する。

毛様体１２２は虹彩１０４のすぐ後方に横たわる。毛様小帯１２４と呼ばれる微細繊維の「ガイドワイヤ」が毛様体１２２に取り付けられる。水晶体１０８は小帯線維１２４によって眼の内部に吊される。毛様体１２２の栄養は血管からもたらされ、血管は虹彩１０４も供給する。毛様体１２２の１つの機能は、水晶体１０８の形を変えることによって調節を制御することである。毛様体１２２が収縮するとき、毛様小帯１２４は弛緩する。このことによって、水晶体１０８は厚くなり、至近距離に対する眼の合焦能力が高められる。遠くの物を見るとき、毛様体１２２は、弛緩して、毛様小帯１２４を収縮させる。その後、水晶体１０８はより薄くなり、遠視のために眼の焦点が調整される。

図２は、眼科用エンドイルミネータ１６０の横断面図であり、眼内に配置された眼科用エンドイルミネータ１６０は、本発明の様々な実施形態に係るエンドイルミネータである。図２は、使用状態にあるプローブ１６２付きのハンドピース１６４を示している。プローブ１６２は毛様体扁平部域の切開部を通して眼１００内に挿入される。プローブ１６２は、眼１００の内側部分又は硝子体液部分１１４を照射する。この構成では、プローブ１６２は、硝子体網膜手術中に、内側部分又は硝子体液部分１１４を照射するのに使用されることができる。

眼科用エンドイルミネータは、これまで、ハロゲン・タングステンランプか高圧アークランプ（メタル・ハライド、キセノン）に基づいてきた。アークランプの長所としては、小さな発光域（１ｍｍ以下）であること、日光に近い色温度であること、及びハロゲンランプ（５０時間）よりも長寿命（４００時間）であることがある。アークランプの短所としては、高コストと、出力の減少と、システムの複雑性と、システムの寿命において数回のランプ交換の必要性とがある。

ＬＥＤに基づくイルミネータは、相当低いコスト及び複雑性並びに５０，０００〜１００，０００時間の特有の寿命を提供することができ、５０，０００〜１００，０００時間の特有の寿命によって、ＬＥＤの交換を必要とすることなく、機器の全寿命について出力がほとんど降下することなく眼科用ファイバ・イルミネータを作動することができる。典型的な白色ＬＥＤは、白色光を放射する白色の燐光体キャップ（phosphor cap）を励起する紫外線（ＵＶ）／紫色／青色のＬＥＤを含む。相当な量の白色光を発生させるのに必要とされる燐光体キャップの大きさのせいで、従来の白色ＬＥＤは、眼科手術に用いられる光ファイバに比べて高い開口数（ＮＡ）を有する、空間的に広げられた照射源である。従って、従来の白色ＬＥＤは、概して、斯かる光ファイバ内に結合するのにあまり適さない。白色ＬＥＤに基づく、入手可能なピグテール型ファイバ・イルミネータ（pigtailed fiber illuminator）は、ＬＥＤの燐光体に当接したファイバを使用する。ごく少量の光のみが、低い開口数を有する小径の光ファイバ内に結合されることができる。このため、入手可能なピグテール型白色ＬＥＤ源は低レベルの光を供給する。

従来のイルミネータと異なり、本発明の様々な実施形態では、例えば（以下に限定されるものではないが）白色光、ＲＧＢ光信号、黄色及び青色の光信号、並びに青緑色及び赤色の光信号等のような光信号がポンプ光源の出力から光ファイバの内側に直に発生せしめられる。例えば５３２ｎｍの光信号をファイバ・イルミネータの端部において黄色照射に変換するために、５３２ｎｍの緑色レーザ及び黄色染料を使用することができる。従来の白色ＬＥＤがするように、光を生成すべくＵＶ／紫色／青色のＬＥＤを用いて広大な燐光領域を照射し、その後、斯かる光ＮＡの拡張された光源の光をファイバ内に集めようとするよりもむしろ、本発明の様々な実施形態では、ＵＶ／紫色／青色の光で発光ファイバ（コア又はクラッディング）が照射される。典型的には、ＵＶ／紫色／青色のＬＥＤ又は同様のモノクロＬＥＤは、白色ＬＥＤよりもかなり小さなＮＡと白色ＬＥＤよりも大きな強度を有するように作られることができ、眼科手術で使用される光ファイバにより容易に結合されうるように帯状又は他の便利な形状に形成されることができる。発光は全方向に起こるが、再放射された白色光のかなりの部分は、ファイバのＮＡ内に入り、ファイバの内部に捕らえられる。このことによって、結果として生じた光の集光が可能となり、イルミネータ・ファイバの端部は、従来の白色ＬＥＤがファイバに結合された時よりもはるかに高いレベルの面積当たりの照射量を提供する。ＵＶ／紫色／青色の光を吸収する可能性を高めるために、システムは、反射キャビティ（reflective cavity）、積分球（integrating sphere）、又はライトパイプ（light pipe）の内側に設置されることができる。これらアプローチのいずれも、通過するＵＶ線の数をかなり増やして、ポンピング効率を高めるであろう。

「シンチレータ・ファイバ」及び「シンチレータ装置」の用語は、本明細書において、ポンピング放射を別の範囲の電磁スペクトルに変換（限定されるものではないが、高エネルギーの粒子線、Ｘ線、及びＵＶから低エネルギーの光子への変換等）可能な材料から形成された任意の構造体について言及するのに使用される。照射を生成するための任意の適切なタイプのシンチレータが、本発明の様々な実施形態に従って用いられうる。変換効率は本発明の特定の実施形態の大きな利益であり、変換に利用される発光工程は、どちらの材料が使用されるかに応じて、ゆっくりな発光（リン光）又は早い発光（蛍光）のいずれかに基づくであろう。例えば、以下、蛍光ファイバのような特定のタイプのシンチレータ・ファイバ又はシンチレータ装置に関して記述がなされる場合、任意の適切なタイプのシンチレータ・ファイバ又はシンチレータ装置が所定位置において使用されることができるということが理解されるべきである。

本発明の実施形態では、ポンピング放射の多重反射を可能にする随意的な反射システムと共に、発光コア又は発光クラッディングと、ＵＶ又は青色光源のようなポンプ光源とを備えたシンチレータ・ファイバが使用される。斯かるシンチレータ・ファイバは、例えばポンプ光源からのＵＶ／紫色／青色の光照射を、発光によって広帯域光又は白色光に変換するのに使用されることができる。再放射された白色光の一部は、シンチレータ・ファイバを通って伝播し、通常の光ファイバに結合され、又は直接照射装置に供給されることができる。また、斯かるシンチレータ・ファイバは、ポンピングのためのＵＶ反射型の積分球又はライトパイプ内に設置されることができる。シンチレータ・ファイバの出力が必ずしもコヒーレントである必要はないという重要な相違点があるが、光を発生させるための同様の技術の例としてレーザの様々なポンピング方法を利用することもできる。

本発明の実施形態では、ＬＥＤのような１つ以上のポンプ光源を利用しても良い。当業者には知られているように、出力定格及び光出力が異なる様々な種類のＬＥＤがあり、これらはポンプ光源３０２として選択されることができる。代替的に、レーザのような他のポンプ光源が使用されてもよい。本明細書において記述される特定の実施形態はポンプ光源としてＬＥＤを使用しているが、当業者は、他のポンプ光源がＬＥＤに代わりに使用されてもよいことを理解するであろう。

一つの例では、図３を参照して説明されるように、単一のポンプＬＥＤの出力は、（例えば白色燐光体を備えた）ドープされたクラッディング又はコアを持つシンチレータ・ファイバ上に導かれる。発光ドーパント（luminescent dopant）によって発生せしめられた特定波長の光がファイバに沿って両方向に発生せしめられるので、ファイバの近位端／ポンプ端は、全ての光を同じ出力方向に反射するがポンプ波長を通過させるミラーで覆われることができる。ポンプＬＥＤ及びシンチレータ・ファイバの両方はこの例ではライトパイプの内側に設置され、ライトパイプは、シンチレータ・ファイバによって吸収されるべきポンプ光の多重通過を可能にする。ライトパイプの遠位端は、ポンピングＵＶの損失を防ぐべくミラーで覆われる。その後、シンチレータ・ファイバの出力はボールレンズ又は他の光学部品を通して標準的な眼科用エンドイルミネータ内に容易に結合されることができる。

図３は、本発明の実施形態に係る、単一のポンプＬＥＤの眼科用エンドイルミネータ３００の横断面図である。眼科用エンドイルミネータ３００は、ポンプ光源のＬＥＤ３０２と、ミラー３０８及び３１６と、ライトパイプ３０６と、光ファイバ２０４と、光カプラ３１０と、眼科用エンドイルミネータ・ファイバ３１２とを備えている。図３に示されるように、単一のポンプＬＥＤ３０２の出力３１８はシンチレータ・ファイバ３０４に導かれる。

シンチレータ・ファイバ３０４は、例えば白色燐光体材料のクラッディング３１４でドープされたクラッディング又はコアである。白色燐光体材料のクラッディングを使用するとき、白色光はファイバ３０４に沿って全方向に発生せしめられるであろう。このため、シンチレータ・ファイバ３０４の近位端又はポンプ端は、ポンプ光源３０２から放射されたポンプＬＥＤ３１８の出力を通しつつも、共通の出力方向に全ての光を反射するように使用可能なミラー面又は反射面３１６で覆われることができる。

ポンプＬＥＤ３０２及びシンチレータ・ファイバ３０４はライトパイプ３０６の内側に設置されることができ、ライトパイプ３０６は、シンチレータ・ファイバ３０４によって吸収されるポンプ光３１８の多重通過を可能にする。シンチレータ・ファイバ３０４は、ボールレンズ３１０又は他の適当な光学系を介して眼科用エンドイルミネータ・ファイバ３１２に光結合する。シンチレータ・ファイバ３０４のコア径及び開口数は、光ファイバ３１２のコア径及び開口数と等しく又は光ファイバ３１２のコア径及び開口数よりも小さくなるように選択されることができ、このことによって、光ファイバ３１２へのシンチレータ・ファイバ３０４の光結合が容易になり、且つ、２つのファイバ３０４と３１２との間の光結合の効率が高められる。結果として生じる光信号３２２は、コネクタ３１０及び光ファイバ３１２を通ってプローブ１６２に向けられ、プローブ１６２が眼１００の内部を照射する。

通常、網膜は、生来の眼の水晶体によって紫外光から保護され、眼の生来の水晶体は、眼に入る光をフィルタリングする。しかしながら、光エンドイルミネータからの光は、この水晶体によるフィルタリングが無い状態で（即ち、無水晶体状態で）眼に入るため、エンドイルミネータ３００が、光学組織に有害となりうる波長で放射される光の量を減少させるためのフィルタを備えることが望ましい。有害な短波長及び長波長をフィルタで除去しつつ適切な範囲の可視光波長の光を提供することは、青色光による光化学網膜損傷、赤外線による熱損傷、及び同様の軽度の毒性危険を含む、無水晶体の危険性による網膜への損傷のリスクを大いに低減することができる。典型的には、これら危険のリスクを低減するために、約４３０〜７００ナノメートルの範囲の光が好ましい。この目的のために、適切な波長の光を眼内に放射すべく、ミラー３０８及び３１６を備えることができる。赤外線スペクトル及び紫外線スペクトルの相対的な強度を減少させつつ可視波長スペクトルの光強度を保持するために、例えば、ミラー３１６は、可視波長光を反射し且つ赤外光及び紫外光のみを透過させるダイクロイック反射器である。ミラー３０８は、同様に、可視光を透過しつつ、長波長の赤外光及び短波長の紫外光を反射するので、エンドイルミネータ３００によって眼内に放射される光がほぼ完全に可視波長域内にあるようにすることができる。この適切な波長域内の光を生み出すべく、他のフィルタ及び／又はダイクロイック・ビームスプリッタが使用されても良い。

眼科医によって取り扱われるエンドイルミネータ・ハンドピース３２４は、光カップリング３１０、光ファイバ３１２、ハウジング３２６、及びプローブ３２８を備えている。光カップリング３１０は、シンチレータ・ファイバ３０４を含むメインコンソール（図示せず）に光ファイバ３１２を接続するように設計されている。光カップリング３１０は、眼内に伝達されるべき、シンチレータ・ファイバ３０４の出力に光ファイバ３１２を適切に整列させる。典型的には、光ファイバ３１２は、小径のファイバであり、テーパー状であってもなくてもよい。ハウジング３２６は執刀医によって保持され、このことによって、眼内においてプローブ３２８の操作が可能となる。プローブ３２８は眼内に挿入され且つ光ファイバ３１２を保持し、光ファイバ３１２はプローブ３２８の端部で終端する。このため、プローブ３２８は眼内において光ファイバ３１２からの照射を提供する。

本発明の実施形態では、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）の有機染料でドープされている１つ以上のシンチレータ・ファイバを使用しても良い。典型的には、これら染料でファイバをドープすることは、白色燐光体のような広い発光スペクトルを持つ多くの材料でドープするよりも簡単である。即ち、斯かるＲＧＢの染料を使用するシンチレータ・ファイバは生産が容易である。例えば、積分球内に設置され且つＵＶのＬＥＤで照射された、斯かるＲＧＢファイバの３つのコイルは、様々な色の照射を効率的に生成すべく、強力なＲＧＢ出力、すなわち有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）において使用される現象を作り出すであろう。その後、個々のＲＧＢ出力は単一のファイバ上に結合されることができる。このことは、多数の態様においてなされることができ、限定されるものではないが、例えば、ＲＧＢのＸプリズム、分散プリズム、又は回折格子のような態様においてなされることができる。

図４は、本発明の実施形態に係る、赤色、緑色、及び青色の染料でドープされた蛍光ファイバを使用する眼科用エンドイルミネータに使用されるＲＧＢ光源４００を示している。眼科用エンドイルミネータの光源４００は、ポンピング源４０２と、ＲＧＢ蛍光ファイバ４０４、４０６、及び４０８と、ミラー４１０及び４１２と、蛍光ファイバ上の燐光体コア又は燐光体クラッディング４１４と、ライトパイプ４１６と、光結合素子４１８と、光ファイバ４２２を持つオフサルミック（ophthalmic）４２０とを備えている。ポンプ源４０２は、蛍光ファイバ４０４、４０６、及び４０８に伝えられるＵＶ光又は青色光４３０を発生させる。各ファイバ４０４、４０６、及び４０８はＲ、Ｇ、及びＢの光出力を夫々作る。コンバイナ４２４において、光出力が合成光ファイバ４２６に提供されるように、光ファイバ４０４、４０６、及び４０８からのＲＧＢの光出力が合成される。

斯かるＲＧＢファイバのコイルを積分球内に設置してＵＶのＬＥＤでファイバを照射することによって、強力なＲＧＢ出力が作り出される。その後、ＲＧＢ出力は単一のファイバ内で合成される。これは、ボールレンズ、ＲＧＢのＸプリズム、分散プリズム、又は回折格子のような様々な態様においてなされることができる。代替的に、図５を参照して以下説明されるように、３つの（又はそれよりも多い）染料でドープされた単一のファイバに沿った３つの（又はそれよりも多い）連続領域を設けることもできる。仮に、照射口に向かって赤色、緑色、青色の順番でドーパントを配置するならば、他の色の染料によるＲＧＢ発光の自己吸収を制限できる。合成光ファイバ４２６は、ボールレンズ４１８のような光カップリングを使用して眼科用エンドイルミネータ・ファイバ４２２に合成光ファイバ４２６の出力４２８を光結合することによって、眼科用エンドイルミネータ・ファイバ３１２にＲＧＢ又は白色の光出力を伝える。

染料がドープされたファイバを用いて色を生成することが述べられたが、染料がドープされたファイバを染料溶液で満たされた毛細管ファイバ（capillary fiber）に置き換えることもできる。より一般的には、これらに限定されるわけではないが、ガンマ線照射、選択性化学エッチング、又はナノ蒸着を含む、斯かる特徴を生成する適切な技術を使用して、Ｆセンター又は他の結晶欠陥、及び可変サイズの量子ドット又はナノポーラスの生成のような適切な態様において色を生成することができる。これら代替方法が、本明細書において説明された本発明の様々な実施形態において置換されうることが当業者によって理解されるであろう。

図５は、本発明の実施形態に係る、異なる領域５３２、５３４、及び５３６において、赤色、緑色、及び青色の染料でドープされた単一の蛍光ファイバを使用する眼科用エンドイルミネータに用いられる別のＲＧＢ光源５００を示している。眼科用エンドイルミネータの光源５００は、ポンプ光源５０２と、ＲＧＢ蛍光ファイバ５０４と、ミラー５１０及び５１２と、蛍光ファイバ上の燐光体コア又は燐光体クラッディング５１４と、ライトパイプ５１６と、光結合素子５１８とを備えている。ポンプ光源５０２は、蛍光ファイバ５０４に伝えられるＵＶ光又は青色光５３０を発生させる。ファイバ５０４は、ボールレンズ５１８のような光カップリングを用いて眼科用エンドイルミネータ・ファイバ３１２に光ファイバの出力５２８を光結合することによって、眼科用エンドイルミネータ・ファイバ３１２内に伝えられるＲＧＢ光出力を作る。

図５では、夫々３つ以上の染料でドープされる３つ以上の連続領域５３２、５３４、及び５３６を持つ一つの光ファイバ５０４が使用される。照射口５０６に向かって赤色、緑色、青色の順番でドーパントを配置するならば、他の色の染料によるＲＧＢ発光の自己吸収を制限することができる。染料がドープされたファイバを、染料溶液で満たされた毛細管ファイバに置き換えることもできる。

図２に示された形態において使用されることができる別の実施形態では、全てのＵＶを可視光に変換することなくファイバの遠位端まで搬送しても良い。この場合、ファイバの遠位端は、シンチレータ装置、即ち、燐光体でドープされたファイバの一部分、蛍光体キャップ又は燐光体キャップで終端するであろう。このため、ＵＶ／紫色／青色の放射だけがファイバ内に結合されるが、高エネルギー光子から可視光光子への実際の変換がファイバ・イルミネータのまさしくその先端において起こるであろう。ファイバ内へのＵＶ光の結合はより簡単であるかもしれない。何故ならば、光源の大きさ、即ち、ＬＥＤのストライプは白色ＬＥＤの燐光体キャップ（通常、１〜３ｍｍ）よりもはるかに小さいからである（通常、数百ミクロン）。斯かる実施形態ではＵＶ光が眼内に透過されうるため、ＵＶ光が光学組織に到達するのを防ぐべく、例えばシンチレータ・ファイバの本体の周りに光学フィルタを備えることが望ましい。

図６は、本発明の実施形態に係る、眼科用エンドイルミネータを使用して眼の内部の硝子体領域を照射する方法に関連した論理フローチャートを提供する。操作６００はブロック６０２から始まり、ブロック６０２では最初の出力が１つ以上のポンプ光源から発生せしめられる。所定の実施形態では、ポンピング源は、紫外線（ＵＶ）又は青色の光源である。様々なポンピング方法が、光を発生させるのに使用されうる。これらポンピング方法は、出力が必ずしもコヒーレントである必要がないという違いを有するが、レーザキャビティをポンピングするのに使用される方法と類似しうる。

ブロック６０４では、出力がシンチレータ・ファイバによって受容される。シンチレータ・ファイバがブロック６０６において１つ以上の光出力を生成する。シンチレータ・ファイバの発光コア又は発光クラッディングは、白色燐光体のような材料でドープされたクラッド又はコアである、ドープされた光ファイバがファイバに沿った全方向にポンピング源によって白色光を発生させることを可能とする。ブロック６０８では、シンチレータ・ファイバの光出力が、光結合素子を使用して眼科用エンドイルミネータ・ファイバに光結合される。このことによって、ブロック６１０では、眼科用エンドイルミネータの光ファイバが、眼の内部領域を照射すべく、シンチレータ・ファイバ内において発生せしめられた白色光又は他の波長を導くことが可能となる。

前述されたように、ポンプ源は１つ以上のシンチレータ・ファイバに出力を提供することができる。これらファイバは、赤色、緑色、又は青色の有機染料でドープされることができる。このことによって、ファイバがＲＧＢの光出力を生成することが可能となる。ポンプ源及びシンチレータ・ファイバは、両端にミラーを持つライトパイプ内に設置されることができ、ミラーは、ポンピング源から生成された放射の多重反射及びポンピングを可能とする反射器である。他の実施形態では、シンチレータ・ファイバは、ＵＶを反射する積分球又は更なるポンピングのためのライトパイプ内に設置されてもよい。シンチレータ・ファイバの遠位端にある反射面ミラーは、ポンプ源の出力を、ドープされたファイバのクラッド又はコアに伝えつつ、共通の出力方向に光を生成すべくシンチレータ・ファイバ内において光を反射する。ブロック６０６では、シンチレータ・ファイバの出力は、眼科用エンドイルミネータ・ファイバに向けられ、複数の蛍光ファイバからの光出力を合成することを含むことができる。斯かる例では、ボールレンズ、Ｘプリズム、分散プリズム、又は回折格子のような光合成素子が、これら光信号を、眼科用エンドイルミネータの光ファイバに光結合される単一の光信号に合成するのに使用されうる。１つ以上のシンチレータ・ファイバの合成出力が提供されるファイバのコア径及び開口数は、眼科用エンドイルミネータ・ファイバのコア径及び開口数と等しく又は眼科用エンドイルミネータ・ファイバのコア径及び開口数よりも小さい。

概して、実施形態では眼科用エンドイルミネータが提供される。上記より、本発明が、眼の内部を照射する改善されたシステムを提供することが理解されうる。眼科用エンドイルミネータは、１つ以上のポンプ発光ダイオード（ＬＥＤ）と、シンチレータ・ファイバ又は蛍光ファイバのような光ファイバとを備えている。光ファイバは、ＬＥＤの出力を受容して、光出力、たとえばシンチレータ・ファイバが燐光体コア又は燐光体クラッディングを有する場合には白色光であり又は蛍光ファイバの場合にはＲＧＢの出力であるような光出力を生成すべくポンプＬＥＤに結合する。光ファイバに結合された光結合素子は、光出力を受容して、眼の内部領域に光を導くエンドイルミネータ・ファイバに光出力を提供する。

本発明の実施形態によって提供されたシンチレータ・ファイバ技術を使用して、ファイバに自動的に結合される、非常に高レベルの白色光パワーを発生させることができる。例えば１０個のＵＶＬＥＤで照射された１ｍのシンチレータ・ファイバは１０ルーメンの白色光を生み出すだろう。ファイバ材料が、ＵＶを吸収するのみであり、かなりの損失を伴って白色光を伝えるため、より長いファイバ・セグメント（例えば、１ｋｍ長のファイバ）の使用が妨げられることはなく、このため、ファイバ内に既に結合された、相当多くの白色光（例えば、１０００倍）を獲得する可能性がある。必要なポンプＬＥＤの数及び必要なシンチレータ・ファイバの長さを減らすために、ファイバを螺旋状に巻いて、反射キャビティ、積分球、又はライトパイプ内に挿入することができる。その後、ポンプＬＥＤは、それらの出力を効果的にシンチレータ・ファイバ内に結合すべく位置決めされることができる。また、レーザ・ポンピングの場合と同様に、より多くの光を発生させるべく、本発明の特定の実施形態において使用されるドーパントの量を適切に調整することもできる。ＵＶレーザを備えたシンチレータ・ファイバの長手方向のポンピングについて、例えば、ＵＶレーザがシンチレータ・ファイバに結合された状態で、より低いドーピング濃度が使用されうる。

本発明が本明細書では例によって説明されたが、様々な修正が当業者によってなされうる。本発明が詳細に記述されているが、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変化、代替、及び変更が本発明になされうることを理解すべきである。

Claims (20)

1. 少なくとも１つのポンプ光源と、
   該少なくとも１つのポンプ光源に光結合されたシンチレータ・ファイバであって、前記少なくとも１つのポンプ光源の出力を受容して、該少なくとも１つのポンプ光源の出力とは異なる波長帯の光を生成するように使用可能なシンチレータ・ファイバと、
   該シンチレータ・ファイバに光結合された光結合素子であって、前記シンチレータ・ファイバからの光を受容するように使用可能な光結合素子と、
   該光結合素子に光結合された光ファイバであって、眼内に前記光を導くように使用可能な光ファイバと
   を有する、眼科用エンドイルミネータ。
2. ライトパイプが前記少なくとも１つのポンプ光源及びシンチレータ・ファイバの両方を収納する、請求項１に記載の眼科用エンドイルミネータ。
3. 前記シンチレータ・ファイバの遠位端に位置するミラーであって、前記異なる波長帯の少なくとも一部の光を反射し且つ前記少なくとも１つのポンプ光源の出力を伝えるように使用可能であるミラーを更に有する、請求項１に記載の眼科用エンドイルミネータ。
4. 前記シンチレータ・ファイバは発光コア又は発光クラッディングを有し、該発光コア又は発光クラッディングは、前記異なる波長帯の光を生成するように使用可能である、請求項１に記載の眼科用エンドイルミネータ。
5. 前記発光コア又は発光クラッディングは白色燐光体を有する、請求項４に記載の眼科用エンドイルミネータ。
6. 前記シンチレータ・ファイバのコア径及び開口数が共に前記光ファイバのコア径及び開口数と等しく又は該光ファイバのコア径及び開口数よりも小さい、請求項１に記載の眼科用エンドイルミネータ。
7. 少なくとも１つのポンプ光源と、
   該少なくとも１つのポンプ光源に光結合された複数のシンチレータ・ファイバであって、当該複数のシンチレータ・ファイバの各々が前記少なくとも１つのポンプ光源の出力を受容して複数の光出力を生成するように使用可能であり、前記シンチレータ・ファイバの光出力の各々が、前記少なくとも１つのポンプ光源の波長帯とは異なる各波長帯にある、複数のシンチレータ・ファイバと、
   合成された光出力を生成すべく前記複数の光出力を合成するように使用可能な光合成素子と、
   前記合成された光出力を受容するように使用可能な光結合素子と、
   該光結合素子に光結合された光ファイバであって、眼内に前記合成された光出力を導くように使用可能な光ファイバと
   を有する、眼科用エンドイルミネータ。
8. ライトパイプが前記少なくとも１つのポンプ光源及び複数のシンチレータ・ファイバの両方を収納する、請求項７に記載の眼科用エンドイルミネータ。
9. 前記複数のシンチレータ・ファイバの遠位端に位置するミラーであって、光を反射し且つ前記少なくとも１つのポンプ光源の出力を伝えるように使用可能なミラーを更に有する、請求項７に記載の眼科用エンドイルミネータ。
10. 前記光合成素子は、
    Ｘプリズムと、
    分散プリズムと、
    回折格子とからなるグループから選択された少なくとも１つの光合成素子を有する、請求項７に記載の眼科用エンドイルミネータ。
11. 前記複数の蛍光ファイバは、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）の有機染料でドープされた蛍光ファイバを有し、且つＲＧＢの光出力を生成するように使用可能である、請求項７に記載の眼科用エンドイルミネータ。
12. 前記光結合素子はボールレンズを有する、請求項１又は７に記載の眼科用エンドイルミネータ。
13. 前記シンチレータ・ファイバのコア径及び開口数は前記光ファイバのコア径及び開口数と等しく又は該光ファイバのコア径及び開口数よりも小さい、請求項７に記載の眼科用エンドイルミネータ。
14. 前記ポンプ光源はＵＶ又は青色のポンプ光源を有する、請求項７に記載の眼科用エンドイルミネータ。
15. 少なくとも１つのポンプ光源と、
    該少なくとも１つのポンプ光源に光結合された少なくとも１つの蛍光ファイバであって、前記少なくとも１つのポンプ光源の出力を受容し、当該少なくとも１つの蛍光ファイバの領域が、赤色、緑色、又は青色（ＲＧＢ）の有機染料でドープされ、前記少なくとも１つのポンプ光源の出力からＲＧＢの光出力を生成するように使用可能な少なくとも１つの蛍光ファイバと、
    前記複数の光出力を合成して光を生成するように使用可能な光合成素子と、
    前記光を受容するように使用可能な光結合素子と、
    該光結合素子に光結合された光ファイバであって、眼内に前記光を導くように使用可能な光ファイバと
    を有する、眼科用エンドイルミネータ。
16. 少なくとも１つのポンプ光源と、
    該少なくとも１つのポンプ光源に光結合されたシンチレータ・ファイバであって、眼内において位置決めされるようになっている、当該シンチレータ・ファイバの遠位端にシンチレータ装置を有するシンチレータ・ファイバと
    を有する、眼科用エンドイルミネータであって、
    前記シンチレータ・ファイバは前記少なくとも１つのポンプ光源の光出力を前記シンチレータ装置に搬送し、
    該シンチレータ装置は、前記光出力を受容して、前記少なくとも１つのポンプ光源の光出力とは異なる波長帯の光を生成するように使用可能である、眼科用エンドイルミネータ。
17. 前記ポンプ光源はＵＶ光ＬＥＤ又は青色光ＬＥＤを有する、請求項１又は１６に記載の眼科用エンドイルミネータ。
18. 前記シンチレータ・ファイバの周りに配置され、且つ、前記少なくとも１つのポンプ光源の光出力の波長帯における光を除去するように構成された光学フィルタを更に有する、請求項１６に記載の眼科用エンドイルミネータ。
19. 前記シンチレータ装置は蛍光材料を有する、請求項１６に記載の眼科用エンドイルミネータ。
20. 前記シンチレータ装置は燐光材料を有する、請求項１６に記載の眼科用エンドイルミネータ。

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