JP5856289B2 - 斜めの端面を有する光ファイバを含む照明顕微手術器具 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１１年５月６日に出願された米国仮特許出願番号第６１／４８３２２４号に基づく優先権を主張する。

硝子体網膜処置と呼ばれる様々な手術処置が眼の後部において一般的に行われている。硝子体網膜処置は後部の多くの深刻な疾患を治療するのに適する。硝子体網膜処置は、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、及び他の多くの眼科疾患のような疾患を治療する。

外科医は、後部の鮮明な画像を提供するように設計された顕微鏡及び専用レンズを用いて、硝子体網膜処置を行う。ほんの数ミリメートルの長さのいくつかの微小な切開創が毛様体扁平部において強膜上に作られる。外科医は、眼の内側を照明すべく切開創を通して光ファイバ光源のような顕微手術器具を挿入し、手術中に眼の形状を維持すべく灌流ラインを挿入し、且つ硝子体を切断して除去するための器具を挿入する。複数の器具を同時に使用するとき、別個の切開創には各顕微手術器具が提供されうる。

斯かる手術処置の間、眼の内側を適切に照明することは重要である。典型的には、細い光ファイバを眼内に挿入して照明を提供する。ハロゲンタングステンランプ又は高圧アークランプ（メタルハライド、キセノン）のような光源を使用して、光ファイバによって眼内に運ばれる光を生成することできる。光は、いくつかの光学要素（典型的にはレンズ、ミラー及び減衰器）を通過して、光を眼内に運ぶ光ファイバに送られる。

大抵の手術処置と同様に、硝子体網膜処置を行うのに必要とされる切開創の数及びサイズを最小にする利点が存在する。切開創は、典型的には、眼の内部に挿入される顕微手術器具のサイズに適応すべく十分大きく作られる。切開創のサイズを最小にする取り組みには、概して、顕微手術器具のサイズを減少させることが含まれる。用いられる顕微手術器具のサイズに応じて、切開創は、結果として生じる傷口を実質的に自己回復させるべく十分小さくされることができ、このことによって、縫合のような切開創を閉じるための追加の処置を用いる必要がなくなる。切開創の数を減少させることは、様々な顕微手術器具を統合することによって達成されうる。例えば、光ファイバは顕微手術器具の作業端部に取り込まれうる。このことは、別個の照明用切開創の必要性をなくすことができ、強膜における共通の開口を通して、顕微手術器具と共に光ビームを標的部位上に方向付けるという利点を与える。残念なことに、照明光ファイバを顕微手術器具に統合する少なくともいくつかの従来の試みは、照明効率の低下をもたらし、然もなければ、光ファイバから発せられた光の分布に負の影響を与えてきた。

図１は、模範的な統合された光ファイバ照明器を用いる模範的な顕微手術器具の概略的な実例であり、眼の内部領域を照明することが示される。 図２は、顕微手術器具及び統合された光ファイバ照明器の概略部分断面図である。 図３は、図２に示された顕微手術器具及び統合された光ファイバ照明器の遠位端部の概略部分断面図である。 図４は、斜めの端面を含むように構成された光ファイバ照明器の遠位端部の概略部分断面図である。 図５は、図４に示される光ファイバ照明器の概略平面図である。 図６は、実質的に平面的な斜めの端面を用いる、図４に示された光ファイバ照明器の概略部分断面図である。 図７は、概して凸状の斜めの端面を用いる、図４に示される光ファイバ照明器の部分断面図である。 図８は、概して凸状の斜めの端面を用いる、図４に示される光ファイバ照明器の部分断面図である。 図９は、顕微手術器具から概して離れて面するように構成された斜めの端面を有する光ファイバ照明器の遠位端部の概略部分断面図である。 図１０は、複数の光ファイバを用いて交互に構成された光ファイバ照明器の概略端面図である。 図１１は、図１０に示された光ファイバ照明器の概略部分断面図である。 図１２は、複数の光ファイバを用いて交互に構成された光ファイバ照明器の概略端面図である。 図１３は、図１２に示された光ファイバ照明器の概略部分断面図である。

以下、後の論考及び図面を参照して、開示されるシステム及び方法への例証的なアプローチが詳細に記載される。図面がいくつかの可能なアプローチを表すが、図面は必ずしも寸法が合わされてなく、所定の特徴が、本開示をより良く示して説明すべく、誇張され、除去され、又は部分的に断面にされうる。さらに、本明細書において説明される記載は、網羅的であることが意図されてなく、あるいはその反対に、図に示され且つ以下の詳細な説明に開示されたた正確な形状及び形態に請求項を限定し又は制限することも意図されていない。

図１は眼２０の生体構造を示し、眼２０は、角膜２２、虹彩２４、瞳孔２６、水晶体２８、水晶体嚢３０、小帯３２、毛様体３４、強膜３６、硝子体領域３８、網膜４０、黄斑４２及び視神経４４を含む。角膜２２は、眼２０の表面上の透明なドーム形状の構造体であり、窓として作用して光を眼内に通す。眼の着色部分に相当する虹彩２４は、瞳孔２６を囲む筋肉であり、弛緩し且つ収縮して、眼２０に入る光の量を制御する。瞳孔２６は虹彩２４の円形の中心開口である。水晶体２８は、眼２０の内側の構造体であり、網膜４０上に光の焦点を合わせることを補助する。水晶体嚢３０は、水晶体３０を包む弾性の袋であり、眼が種々の距離における物体上に焦点を合わせるとき、水晶体２８の形状を制御することを補助する。小帯３２は、眼２０の内側に水晶体嚢３０を取り付ける細長い帯であり、水晶体２８を所定位置に保持する。毛様体３４は、水晶体２８に取り付けられた筋肉範囲であり、焦点を合わせるために収縮し且つ弛緩して水晶体のサイズを制御する。強膜３６は、眼２０の強靱な最外層であり、眼の形状を維持する。硝子体領域３８は、眼２０の背面に向かって配設されたゲルが充填された大きな区域であり、眼の曲率を維持することを補助する。網膜４０は、眼２０の背面における感光性の神経層であり、光を受容し、その光を信号に変換して脳に送る。黄斑４２は、眼２０の背面における範囲であり、眺められた画像において細かい詳細部を検出するための受容体を含む。視神経４４は眼２０から脳へ信号を送る。

図１を続けて参照すると、様々な顕微手術器具４６は、硝子体網膜処置のような眼科手術処置を行うとき、強膜３６を通して硝子体領域３８内に挿入されうる。本明細書の意図について、顕微手術器具４６は、切開創を通した挿入のためのサイズで作られた任意の工具を意味し、眼組織の物理的な操作又は電磁的な操作を行うようになっている。これらは、例えば硝子体茎切除プローブ４８、注入カニューレ５０及び吸引プローブ５１のような様々な外科器具を含むことができる。顕微手術器具４６は、眼２０の内部を照明するための統合された光ファイバ照明器５２を含むことができる。

図２を参照すると、光ファイバ照明器４８は、光を生成するための照明器５４に光学的に連結され、硝子体網膜手術のような様々な内部光学処置（intra-optical procedure）の間、眼２０の硝子体領域３８を照明するのに使用されうる。照明器５４によって生成された光は光ファイバ５６を通して眼の内部領域に送られうる。光ファイバ５６は、光ファイバ５６の近位端部６０を照明器５４に光学的に連結するための光ファイバコネクタ５８を含んでもよい。光ファイバコネクタ５８は、対応して構成された照明器光コネクタに解放可能に連結するように構成され、照明器光コネクタは照明器５４に動作可能に関連付けられている。

図２を続けて参照すると、光ファイバ５６は任意の様々な形態を有することができる。図２に示される模範的な形態では、光ファイバ５６は光透過性の光ファイバコア６２を含み、光ファイバコア６２は、コア６２に対して低い屈折率を有するクラッド材６４によって囲まれる。光ファイバコア６２は、限定されるものではないが、ガラス及びプラスチックを含む様々な材料から作られうる。光ファイバ５６は、特定の用途の必要条件に応じて、追加の層を含んでもよい。例えば、光ファイバ５６は、ケーブルの内部部品を損傷から保護するために、クラッド材６４を覆う緩衝材と、外側保護ジャケットとを含んでもよい。光ファイバ５６の遠位端部６６は、照明器５４によって生成された光７０を発するための開口６８を含むことができる。

図２を続けて参照すると、照明器５４は、特定の光束及び色度で光を発生させるために光源７２を用いることができる。光は、用いられる光源のタイプに応じて、比較的広い範囲の波長又は比較的狭い範囲の波長に亘って発せられうる。光源７２は、技術を生み出す様々な光を用いることができ、これら光は、限定されるものではないが、ハロゲンタングステンランプ及び高圧アークランプ（メタルハライド及びキセノン）のようなランプベースの光源を含む。発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源７２として用いられてもよい。レーザが光源７２として用いられてもよい。レーザは、概して、ＬＥＤ及びランプベースの光源のような他の光源と比べて、比較的高度のコヒーレンス性を有する光を生成することができる。高コヒーレンス性によって、発せられた光が、光ファイバ５６へのより効率的な伝送のために、より小さなスポットサイズに集束されることが可能となる。発せられた光を小さなスポットサイズに集束する能力によって、ナノスケールの光学部品（ファイバ）のようなより小さな光ファイバの使用が可能となり、このことは、次いで、眼２０内に顕微手術器具４６を挿入するのに必要とされる切開創のサイズを制限しうる。ナノスケールの光ファイバは、概して、１００ミクロン未満の直径（又は他の最大断面寸法）を有する。

ナノスケールの光ファイバの小さなサイズのおかげで、硝子体網膜処置の間、手術器具を挿入するために必要な外科的な切開創の数を減少すべく、光ファイバ照明器５２を顕微手術器具４６のような別の手術器具と統合することができる。図２を続けて参照すると、顕微手術器具４６は、例えば導管７４を介して、サービス源（service source）７２に適切に連結されうる。サービス源７２は、顕微手術器具４６の操作に関連して使用される様々なサービスを提供するように構成されうる。例えば、サービス源７２は、顕微手術器具４６を操作するために、圧力及び／又は真空を提供することができる。真空は、眼２０の内部から流体及び物質を吸引するために提供されてもよい。サービス源７２は、手術処置と関連して使用される流体の源を提供してもよい。

顕微手術器具４６は、行われる手術処置に応じて、様々な形態を有することができる。例えば、所定の眼科手術処置は、眼２０の後部を満たすゼリー状の透明な物質である硝子体領域３８の切断及び／又は除去を必要とすることがある。硝子体茎切除プローブ４８は硝子体領域を切除して除去するのに使用されうる。一つの模範的な形態では、硝子体プローブ４８は、中空の外側切断部材と、中空の外側切断部材と同軸に構成され且つ中空の外側切断部材内に移動可能に配置された中空の内側切断部材と、硝子体プローブ４８の遠位端部７６の近くの外側切断部材を通って径方向に延在するポートとを含むことができる。硝子体領域３８は開いたポート内に吸引され、内側部材はポートを閉じて硝子体物質を断つように作動され、その後、硝子体物質は導管７４を通して吸引されうる。中空の内側部材を作動させるための機構はハウジング７８内に封入されることができ、ハウジング７８は、顕微手術器具４６を掴むためのハンドルとしても機能することもできる。顕微手術器具４６は、眼２０の内部に流体を送達するための注入カニューレ５０として構成されてもよい。流体は導管７４を通して注入カニューレ５０に送達されうる。導管７４は、例えば顕微手術器具４６が吸引プローブ５１として構成されるとき、顕微手術器具４６を真空源に連結するのに使用されてもよい。

図３を参照すると、所定の用途では、眼２０内の対応する広い手術野の照明を可能とすべく、光ファイバ照明器５２から発せられた光ビーム７０が比較的広い角度分布を有することが概して望ましい。しかしながら、光ファイバから発せられた光ビーム７０の一部は、顕微手術器具４６の遠位端部７６に対する光ファイバ５６の遠位端部６６の位置決めに応じて、顕微手術器具４６の隣接外面８０に吸収され又は隣接外面８０から反射されうる。しかしながら、光ファイバ５６の遠位端部６６を顕微手術器具４６の端部７６に近接して位置付けることが常に望ましいわけではない。しかしながら、光ファイバ５６の遠位端部６６を顕微手術器具４６の遠位端部７６から距離「Ｄ」のところに位置付けることは、特に、発せられた光のある程度の部分が顕微手術器具４６の外面８０によって吸収される場合、光ファイバ照明器５２の照明効率に悪影響を及ぼしうる。

図４及び図５を参照すると、光ファイバ５６から発せられた光ビーム７０の伝播を顕微手術器具４６の遠位先端が妨げるのを回避することを補助すべく、遠位端部６６には、光ファイバ５６の光軸８４に対して斜角で構成された斜めの端面８２が設けられうる。本明細書の意図について、「斜めの端面」は、平らな斜面を厳密に意味する必要はなく、むしろ任意の形態を含むことができ、任意の形態では、最遠位端面が、表面法線すなわち表面に垂直な軸線が端面の大部分に渡って光軸８４の一方の側に逸らされるように構成され、最遠位端面は光軸に対して非対称にされる。斜めの端面８２が所定の方向に向かって「向く（point）」又は「方向付けられる（oriented）」と言われるとき、これは、斜めの端面８２が非対称に逸らされている光軸８４の側について言及している。光軸８４に対して端面８２を傾けることによって、概して、光ビーム７０は、入射点において、表面法線に対する斜めの入射角度で斜めの端面８２に近付くようになる。異なる二つの屈折率の間の移行部によって、光は、光ファイバ５６と眼２０の硝子体領域３８との間の界面を移行するとき、屈折するようになり、このことによって、光ビーム７０の伝播路８６が光ファイバ５６の光軸８４から離れるように偏向される。スネルの法則を使用して屈折の量を近似することができ、スネルの法則は、
ｎ１×Ｓｉｎ（θ₁）＝ｎ２×Ｓｉｎ（θ₂）
を与え、ここで、
ｎ１は光ファイバコア６２の屈折率であり、
ｎ２は硝子体領域３８の屈折率であり、
θ₁は光ファイバコア６２内の光ビーム７０の伝播角度であり、
θ₂は硝子体領域３８内の光ビーム７０の伝播角度であり、
ここで、θ₁及びθ₂は両方とも斜めの端面８２の表面法線に対して測定される。

硝子体領域の屈折率が光ファイバコアの屈折率よりも低いので、光ビーム７０は斜めの端面８２の表面法線から離れる（すなわちθ₂＞θ₁）ように屈折する傾向があるだろう。光線が光ファイバ５６を通って進むときの光ビーム７０の光線の角度分布は、ひいては、光ファイバ５６の光軸８４から離れるように優先的にシフトされる、発せられる光ビーム７０における角度分布を生成するだろう。

斜めの端面８２が一様な直径の光ファイバ５６上に示されるが、斜めの端面８２は、テーパー状の遠位先端を有する光ファイバ上に使用されてもよく、テーパー状の遠位先端は、光ファイバが遠位先端に向かって延在するとき、通路に沿ってより小さな幅に狭くなり、その通路は湾曲部分又は直線部分を含んでもよい。テーパー状の遠位先端の特定の実施形態では、クラッドは除去されてもよい。テーパー状の遠位端部はより広い角度分布を提供し、広い角度分布が、手術器具の先端の周りの特定の方向に選択的に向けられた光ファイバからより広い照明ビームを生成すべく、斜めの端面８２によって生成される偏向と組み合わされることは有利である。

顕微手術器具４６に対する光ビーム７０の偏向は、顕微手術器具４６に対する斜めの端面８２の方向付けに少なくとも部分的に依存する。例えば、図４に示されるように、斜めの端面８２を顕微手術器具４６に向かって向くように方向付けることによって、光ビームの伝播路８６は顕微手術器具４６から離れるようにシフトされる傾向がある。一方、図９に示されるように、斜めの端面８２を顕微手術器具４６から離れて向くように方向付けることによって、光ビーム７０の伝播路８６は顕微手術器具４６に向かってシフトされる傾向がある。図９を参照すると、示される光ファイバ照明器５２が、顕微手術器具４６から概して離れて面するように方向付けられた斜めの端面８２を有する。この構成によって、概して、光ビーム７０の伝播路８６が顕微手術器具４６に向かってシフトされるようになる。このため、この構成は、顕微手術器具４６から反射される光の量を減少させるよりもむしろ増大させる。光ファイバから発せられる光のより広い分散を、顕微手術器具４６の外面８０の反射性を高めることによって得ることができる。光ファイバ５６から発せられた光は、眼２０の内部領域内の光のより広範な分布を提供すべく、顕微手術器具４６の表面８０から反射されうる。

図６〜図８は、端面８２に概して平行な眺め（perspective）に沿って、斜めの端面８２（図４参照）を横切る部分断面図である。斜めの端面８２は様々な表面輪郭を含むことができる。例えば、図６は、平面を含むように構成された斜めの端面８２を示す。代替的に、斜めの端面８２は、図７に示されるような概して凸状の表面輪郭を含むように構成されてもよい。斜めの端面８２は、図８に示されるような概して凹状の輪郭を有してもよい。これらは、単に、斜めの端面８２で用いられうる様々な表面輪郭のいくつかの例にすぎない。実際、特定の用途の設計及び性能の必要条件に適応すべく、他の輪郭も用いることができる。

図１０〜図１３を参照すると、光ファイバ照明器５２は、顕微手術器具４６の遠位先端を囲む複数の束ねられた光ファイバ５６を含むように構成されてもよい。図１０は、互いに束ねられた４つの光ファイバ５６を含む模範的な構成を示す。各光ファイバは、発せられる光の伝播路を選択的に制御するために、斜めの端面８２を含むことができる。図１０及び図１１に示された模範的な構成では、ケーブル束の反対側の角（opposite corner）に位置付けられた光ファイバ５６の斜めの端面８２は、概して互いに面するように方向付けられて示される。この特定の構成は、光ビーム７０の伝播路８６をケーブル束の中心軸線８８から外側にシフトさせることによって、発せられる光の分散を増大する傾向がある。

図１２及び図１３は、７つの光ファイバ５６を含む模範的な光ファイバ束を示す。示される光ファイバは、中央光ファイバの周りに位置付けられた６つの光ファイバを有する概して六角形パターンで構成される。外側光ファイバ５６の各々は、発せられる光の伝播路を選択的に制御するために、斜めの端面８２を含むことができる。この模範的な形態における単一の中央光ファイバ５６は斜めの端面を含まない。外側光ファイバ５６の斜めの端面８２は、光ファイバ束の中央に向かって概して径方向内側に向くように方向付けられうる。この特定の構成は、光ビーム７０の伝播路８６を光ファイバ束の中央から外側にシフトさせることによって、外側光ファイバから発せられる光の分散を増大する傾向がある。

束全体の遠位端部は顕微手術器具４６の遠位先端に近接して設置される。顕微手術器具４６の遠位先端からより遠い中央光ファイバケーブル及び／又は光ファイバは、中央光ファイバから発せられる光の伝播路が光ファイバの光軸と一致する傾向があるように、平らな表面を有することができる。斯かる実施形態では、中央光ファイバ５６から発せられた光は、周囲の外側光ファイバ５６から発せられた光ビーム間に存在しうる光の空所を満たし、一方、それでもなお、最も近い光ファイバ５６の方向付けによって顕微手術器具４６の遠位先端からの反射光の全体的な量を減少させることを可能とするだろう。例えば、顕微手術器具４６の遠位先端が反射性を有する場合、斜めの端面８２の描かれた方向付けによって、図９に予め示されたような反射による追加の照明が提供されることは有利である。代替的に、顕微手術器具４６の反射性を有しない先端の場合、斜めの端面８２は、顕微手術器具４６の遠位先端に向かって向くように逆にされ、図４に示されるように、顕微手術器具４６の遠位先端から離れるように照明を優先的にシフトさせる。更に別の代替的に実施形態では、光ファイバ５６は、図１０〜図１３に示される形態と同様の形態で設置されうるが、顕微手術器具５６の周りに複数の光ファイバ５６から照明を生成するように、顕微手術器具５６の遠位先端の周りに中心が合わされてもよい。

本明細書において記載された模範的な手術照明システムが広範な用途を有することが理解されるだろう。上述の形態は、方法及び装置の原理並びにいくつかの実用的な用途を示すべく、選択されて記載された。前述の記載によって、当業者は、様々な形態において、考えられる特定の使用に適した様々な修正と共に、方法及び装置を利用することができる。特許法の規定に従って、開示された手術照明システムの原理及び動作モードが模範的な形態において説明されて示されてきた。

本方法及び本装置の範囲は以下の請求項によって定義されることが意図されている。しかしながら、開示された手術照明システムが、その範囲から逸脱することなく、具体的に説明されて示されたものとは違って実施されうることが理解されなければならない。本明細書に記載された形態の様々な代替形態が、以下の請求項の範囲に定義されるような範囲から逸脱することなく、請求項を実施するのに用いられうることが当業者によって理解されるべきである。開示された手術照明システムの範囲は、上記の記載を参照することなく決定されるべきであるが、代わりに、斯かる請求項が権利化される全範囲の均等範囲と共に、添付の請求項を参照して決定されるべきである。本明細書において論じられた技術分野において将来的に進歩が生じ、開示されたシステム及び方法が斯かる将来の例に取り込まれることが予期され且つ意図されている。さらに、請求項中に使用される全ての用語は、本明細書において明確な反対の指示がなされない限り、これらの最も広範且つ妥当な構成と、当業者によって理解されるようなこれらの通常の意味とが与えられることが意図されている。特に「一つの」、「その」、「前記」等のような単数の冠詞の使用は、請求項が明確な反対の限定について言及しない限り、一つ以上の指示された要素について言及しているように読まれるべきである。以下の請求項は、これら請求項の範囲及びこれらによって保護対象とされるこれらの均等物の範囲内で、デバイスの範囲並びに方法及び装置の範囲を定義することが意図されている。要するに、デバイスが修正及び変形可能であり以下の請求項によってのみ限定されることが理解されるべきである。

Claims (10)

1. 遠位先端及び近位端部を有する顕微手術器具であって、該顕微手術器具の遠位先端に近接した外側反射面を含む顕微手術器具と、
   光のビームを手術部位に送達するための光ファイバであって、光源からの光ビームを受容するための近位端部と、前記光ビームを発するための、前記顕微手術器具の前記遠位先端と前記近位端部との間に構成された遠位端部とを含み、該遠位端部が、前記顕微手術器具の遠位先端から離れるように方向付けられた斜めの端面を含む、光ファイバと
   を具備する、照明顕微手術器具。
2. 前記斜めの端面が光軸と交差する、請求項１に記載の照明顕微手術器具。
3. 前記斜めの端面が実質的に平面である、請求項１に記載の照明顕微手術器具。
4. 前記斜めの端面が概して凸状の表面輪郭を含む、請求項１に記載の照明顕微手術器具。
5. 前記斜めの端面が概して凹状の表面輪郭を含む、請求項１に記載の照明顕微手術器具。
6. 前記斜めの端面が、前記光ファイバの光軸と前記顕微手術器具の長手方向の軸線とに対して斜角で構成される、請求項１に記載の照明顕微手術器具。
7. 前記光ファイバが第１の光ファイバであり、当該照明顕微手術器具が少なくとも一つの追加の光ファイバを更に具備し、各追加の光ファイバの遠位端部が、それぞれの光ファイバの光軸に対して斜角で構成された斜めの端面を含む、請求項１に記載の照明顕微手術器具。
8. 前記第１の光ファイバ及び追加の光ファイバが前記顕微手術器具の遠位先端の周りに構成される、請求項７に記載の照明顕微手術器具。
9. 前記光ファイバが中央光ファイバの周りの光ファイバの束のうちの一つである、請求項１に記載の照明顕微手術器具。
10. 前記光ファイバの遠位端部がテーパー状である、請求項１に記載の照明顕微手術器具。

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