JP6688940B2 - 光免疫療法に使用するための光拡散装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年10月25日に出願された「光免疫療法に使用するための光拡散装置」というタイトルの米国仮特許出願第62/412,606号、及び2017年7月7日に出願された「光免疫療法に使用するための正面光拡散装置」というタイトルの米国特許仮出願第62/529,507号の出願日の利益を主張し、これらはあらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
図1は、一端で光源(図示せず)に接続する光コネクタ10と、光ファイバ12と、他端の円筒形拡散器16とを備える典型的な市販の円筒形光拡散装置100の実例を示す。動作中、光ファイバ12は、円筒形拡散器16と光通信しており、円筒形拡散器16は、円筒形拡散器16の長手方向長さ19にわたって長手方向に放射状対称な放射照度分布18で光をアウトカップリングさせる。
図37Aを参照すると、典型的な正面(表面)拡散器500の例示的な実施例は、光ファイバ・コネクタ503を介して直径550μmのコアを有する光ファイバ506(例えば、円筒形光ファイバ)に導入される690nmの光を備える。光ファイバ506の遠位端出力面510に配置された1/4ピッチ、直径1mmのグレーデッド・インデックス(「GRIN」)レンズ構成要素504は、アウトカップリング光502を生成する。所望の治療領域(すなわち、目標)508は、光ファイバ506の直径(例えば550μm)よりもはるかに大きい直径(例えば42mm)を有するので、レンズ構成要素504の効果は、一次近似では、目標508がレンズ構成要素504からあるスタンドオフ距離512(例えば64mm)離れて位置するところで、目標508上に光ファイバ506の出力面510の像を形成することである。このようにして、図37Cに示されるように目標508に沿った断面の空間放射照度分布は、図37Bに示されるように510の断面に沿った空間放射照度分布と密接に関係する。この例示的な実施例は、1.0ワットの入力電力が図37Cの放射照度分布を生成するのに十分である低損失(例えば、−0.25dB)を示すことに留意されたい。円筒形ファイバ506の510におけるファイバ空間放射照度分布は、典型的には不均一であり、その結果、目標508において不均一な目標空間放射照度分布が生じる。これは、一定で均一な空間放射照度分布が全治療領域目標508にわたって必要とされるPIT及びPDT用途にとって理想的ではない。
図9〜図26を参照すると、本発明は、モード・ミキサ(例えば、図4において24で示される)を使用する必要なしに「トップ・ハット」コア放射照度分布(すなわち最適コア放射照度分布)を提供する非円形コア・ファイバ302を有する光拡散装置300を提供する。本発明の光拡散装置300は、上述の既知の光拡散器及び/又は拡散セクションを使用する必要なしに、放射状に対称的な長手方向の「トップ・ハット」拡散放射照度分布(すなわち最適拡散放射照度分布)で放射照度を放出する。
装置300がそのような従来の光拡散器又は拡散セクションを使用せずに「トップ・ハット」拡散放射照度分布を提供するために、装置300は、図9及び図11に示されるように、光拡散セクション308内に、好ましくはレーザによって刻まれるか又は書き込まれる内部(すなわちファイバ・コア350の外面に達していない)散乱特徴部362を含まなければならない。
図41Aを参照すると、本発明は、光ファイバ・コネクタ603と、円筒形光ファイバ・セクション602と、非円形コア・ファイバ・セクション604と、2つのファイバ・セクションを接合するファイバスプライス605と、レンズ構成要素606とを含む正面光拡散装置600を提供する。装置600の動作中、円筒形光ファイバ・セクション602は非円形コア・ファイバ・セクション604と光通信しており、非円形コア・ファイバ・セクション604もレンズ構成要素606と光通信している。非円形コア・ファイバ・セクション604は、上述の任意の遮光手段314を含まないことを除いて、(モード・ミキサを使用する必要なしに)「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供する上述の非円形コア・ファイバ302と同じ特性を有し得る。断面は、より良好な混合効果を生み出すのを助けるために、非円形コア・ファイバ・セクション604の長手方向長さに沿って変化し得る、例えばコアの外形寸法が増加した後に減少する604の1つ又は複数の領域があり得るか、又は604のコアが直線の押し出しの代わりに様々な量のねじれ(すなわちファイバ・セクション604の長手方向軸の周りの回転)を有し得る、又は604の非円形プロファイルがある形状から他の形状(例えば、六角形から正方形)に変化し得ることに留意されたい。非円形コア・ファイバ・セクション604は、伝搬光の損失がほとんど又は全くないように、空間モード・ミキサとして作用して、伝搬光のいくつかの内部跳ね返りを生じさせる。
一実施例において図31を参照すると、円筒形光拡散装置400が提供され、この円筒形光拡散装置400は、装置100の従来の円形光ファイバ12の代わりに非円形コア・ファイバ302を有することを除いて、上述の円筒形光拡散装置100と全く同じである。非円形コア・ファイバ302の垂直(すなわち横方向)の断面図は、図14に示される実施例と同じである。光源として1ワットの出射パワーを有する690nmのレーザを使用し、拡散器16の長手方向の長さの中心17で測定された放射照度が150mW/cm2になるまでパワーを調整すると、図32に示す「トップ・ハット」コア放射照度が得られた。150mW/cm2の放射照度測定値は、拡散器16の述べられた位置の中心軸から0.75mmで測定される。図32は、円筒形拡散器16の直前に取られた非円形コア・ファイバ302を通る垂直断面(例えば、図31において「11」として示されている)におけるコア放射照度分布を示す。放射照度のマップの中心を通る垂直及び水平断面から取られた図32に示された関連する放射照度分布グラフは、モード・ミキサ(24)を必要とする上述の従来の円筒状光拡散装置200と同じ「トップ・ハット」コア放射照度分布を示す。この「トップ・ハット」コア放射照度分布は、ファイバ・コア350内の放射照度分布の高度の均一性を示す。これは、円筒形拡散器16の前に非円形コア・ファイバ302を含めることによって装置400の放射照度又は光出力特性を改善できることを実証する。しかしながら、装置400は、円筒形拡散器16の構造が発射条件を考慮するように最適化されていない限り、図6、28及び35に示されるような「トップ・ハット」拡散放射照度分布を達成することができないことに留意されたい。本発明は、図6、28及び36に示すように「トップ・ハット」拡散放射照度分布を実現するために、そのような最適化された円筒形拡散器16を有する装置400を含む。
本発明の別の実施例では、円筒形光拡散装置が提供される。この装置は、円筒形拡散器16が図33に示すように内部散乱特徴部362を含む発光セクションを有する従来の円形コア光ファイバである点を除いて、実例1で上述し図31に示した装置400と同じ構成要素を有する。図33の側面図である。図33は、クラッド352と、内部散乱特徴部362を含むその円形ファイバ・コア351とを有するこの円形コア・ファイバ301の発光セクションの垂直断面図を示す。光源として0.2ワットの出射パワーを有する690nmレーザを使用し、円形コア・ファイバの光拡散セクションの長手方向の長さの中心17で測定された放射照度が150mW/cm2になるまでパワーを調整すると、この装置は、図34に示される拡散放射照度分布をもたらし、これは、概して「トップ・ハット」拡散放射照度分布を提供する。150mW/cm2の放射照度測定値は、光拡散セクションの述べられた位置の中心軸から0.75mmで測定される。図34に示す拡散放射照度分布は、特に図3に示される装置100の拡散放射照度分布と比較した場合、図6、図28、及び図36に示す最適な「トップ・ハット」拡散放射照度分布により近い。本明細書の目的のために、用語「トップ・ハット」拡散放射照度分布は一般的に、図34に示される「トップ・ハット」拡散放射照度分布、及び図6、図28、及び図36に示される最適な「トップ・ハット」拡散放射照度分布の両方を含むものとする。
装置300の1つの例示的な実施例において、図9、図10、及び図14を参照すると、装置300は、非円形コア・ファイバ302、導入用光ファイバ304、少なくとも1つの光コネクタ306を含む。動作中、導入用光ファイバ304は、少なくとも1つの光コネクタ306を介して(i)光源(図示せず)及び(ii)非円形コア・ファイバ302と光通信する。導入ファイバ304は、外径200μmのガラスコア及び外径230μmのクラッドを有する。非円形コア・ファイバ302の長さは30cmであり、これは遠位においてアルミニウム蒸着の反射コーティングから作られた遮光手段314で終わる。動作中、非円形コア・ファイバ302は、0.22のNAの角度分布を有するレーザ光で満たされる。
例示的な実施例では、図11及び図12を参照すると、装置300は、非円形コア・ファイバ302、導入用光ファイバ304、少なくとも1つの光コネクタ306を含む。動作中、導入用光ファイバ304は、少なくとも1つの光コネクタ306を介して(i)光源(図示せず)及び(ii)非円形コア・ファイバ302と光通信する。導入ファイバ304は、外径200μmのガラスコア及び外径230μmのクラッドを有する。非円形コア・ファイバ302の長さは30cmであり、これは遠位においてアルミニウム蒸着の反射コーティングから作られた遮光手段314で終わる。
例示的な実施例では、図11及び図43を参照すると、装置300は、非円形コア・ファイバ302、導入用光ファイバ304、少なくとも1つの光コネクタ306を含む。動作中、導入用光ファイバ304は、少なくとも1つの光コネクタ306を介して(i)光源(図示せず)及び(ii)非円形コア・ファイバ302と光通信する。導入ファイバ304は、外径200μmのガラスコア及び外径230μmのクラッドを有する。非円形コア・ファイバ302の長さは30cmであり、これは遠位においてアルミニウム蒸着の反射コーティングから作られた遮光手段314で終わる。
例示的な実施例において、図41Aを参照すると、本発明は、光ファイバ・コネクタ603と、円筒形ファイバ・セクション602と、非円形コア・ファイバ604と、一対の光コネクタ605と、レンズ構成要素606とを含む正面光拡散装置600を提供する。動作中、円筒形ファイバ・セクション602は、(i)光ファイバ・コネクタ603を介して光源(図示せず)と光通信し、(ii)非円形コア・ファイバ・セクション604もレンズ構成要素606と光通信する。
Claims (21)
- 非円形コア・ファイバを含む円筒形光拡散装置であって、前記非円形コア・ファイバは、
i.「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供する非円形ファイバ・コアと、
ii.前記非円形コア・ファイバの遠位端からの正面発光を防止する遮光手段であって、前記遮光手段は、光拡散セクションによる再分布及び放射のために、正面光を前記非円形コア・ファイバの中へ戻す、遮光手段と、
iii.拡散近位端、拡散遠位端、及び前記非円形ファイバ・コアの中心軸に沿って光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コア内に分布する内部散乱特徴部を有する前記光拡散セクションであって、前記非円形ファイバ・コア、前記遮光手段、及び前記内部散乱特徴部の間の相互作用は、前記光拡散セクションが、(a)前記非円形ファイバ・コアの中心の放射照度が補充されることを確実にする光の再分布を結果として生じさる、前記光拡散セクションの中での光の一定の混合を提供すること、及び、(b)放射方向に対称で長手方向に「トップ・ハット」拡散放射照度分布で放射照度を放射することを可能にする、光拡散セクションと、
を含む、円筒形光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部は、60°の増分で前記非円形ファイバ・コアの前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアの中心軸の周りに配向された3つのシリンダである、
請求項1に記載の光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部は、前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアの中心軸と同心の単一ラインの球である、
請求項1に記載の光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部は、所定のパターンで前記非円形ファイバ・コアの前記中心軸の周りの半径上に中心を合わされ、前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアの所定の長手方向長さに沿って、線形、非線形、螺旋、及び擬似ランダムからなるグループから選択されたパターンで分布する楕円形の特徴の対称配列である、
請求項1に記載の光拡散装置。 - 前記所定のパターンは、60°の増分である、
請求項4に記載の光拡散装置。 - 非円形コア・ファイバを含む円筒形光拡散装置であって、前記非円形コア・ファイバは、
i.「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供する非円形ファイバ・コアと、
ii.前記非円形コア・ファイバの遠位端からの正面発光を防止する遮光手段と、
iii.拡散近位端、拡散遠位端、及び前記非円形ファイバ・コアの中心軸に沿って光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コア内に分布する内部散乱特徴部を有する光拡散セクションであって、
a)前記光拡散セクションは、放射方向に対称で長手方向に「トップ・ハット」拡散放射照度分布で放射照度を放射し、
b)前記内部散乱特徴部は、前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアに沿って異なる長手方向位置に配置された一対の平行なシリンダであり、(i)前記平行なシリンダの各対内の各シリンダは、前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアの前記中心軸から所定の距離に配置され、(ii)前記平行なシリンダの各対は、隣接する前記平行なシリンダの対とは異なる角度で前記中心軸の周りに配向されている、光拡散セクションと、
を含む、円筒形光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部は、レーザによって作り出される、
請求項1から6までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部は、前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアの前記中心軸と同心の一様な直線状に長手方向に配置される、
請求項1から3までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部のパターンは、前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアの前記中心軸と同心の不均一な直線状に長手方向に配置され、単位長さ当たりの前記内部散乱特徴部の数は、前記拡散近位端から前記拡散遠位端に向かって増加する、
請求項1から3までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部のそれぞれのサイズは、前記拡散近位端から前記拡散遠位端に向かって増大する、
請求項1から9までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記内部散乱特徴部のそれぞれのサイズは、前記拡散近位端から前記拡散遠位端に向かって減少する、
請求項1から9までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記「トップ・ハット」拡散放射照度分布は、前記光拡散セクションから放射状に放射される放射照度の長手方向変動が平均(「I0」)光放射照度の±20%未満であることを意味する、
請求項1から11までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記「トップ・ハット」拡散放射照度分布は、前記光拡散セクションから放射状に放射される放射照度の長手方向変動が平均(「I0」)光放射照度の±15%未満であることを意味する、
請求項1から11までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記「トップ・ハット」拡散放射照度分布は、前記光拡散セクションから放射状に放射される放射照度の長手方向変動が平均(「I0」)光放射照度の±10%未満であることを意味する、
請求項1から11までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 非円形コア・ファイバを含む円筒形光拡散装置であって、前記非円形コア・ファイバは、
i.「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供する非円形ファイバ・コアと、
ii.前記非円形コア・ファイバの遠位端からの正面発光を防止する遮光手段であって、前記遮光手段は、光拡散セクションによる再分布及び放射のために、正面光を前記非円形コア・ファイバの中へ戻す、遮光手段と、
iii.拡散近位端、拡散遠位端、及び前記非円形ファイバ・コアの中心軸に沿って光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コア内に分布する内部散乱特徴部を有する前記光拡散セクションであって、前記非円形ファイバ・コア、前記遮光手段、及び前記内部散乱特徴部の間の相互作用は、前記光拡散セクションが、(a)前記非円形ファイバ・コアの中心の放射照度が補充されることを確実にする光の再分布を結果として生じさる、前記光拡散セクションの中での光の一定の混合、及び、(b)「トップ・ハット」拡散放射照度分布を提供し、これにより、前記光拡散セクションから長手方向に放射状に放射される放射照度の変動を平均(「I0」)光放射照度の±15%以内に制限する、光拡散セクションと、
を含む、円筒形光拡散装置。 - 前記非円形ファイバ・コアの横方向の断面形状は、六角形、正方形、長方形、三角形、八角形、その他の正多角形、及び非正多角形からなるグループから選択される、
請求項1から15までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記非円形コア・ファイバは、カバーと、クラッドと、前記カバーと前記クラッドとの間に位置し、それらによって形成された密閉された開放キャビティとをさらに含み、前記クラッドは、前記非円形ファイバ・コアを囲む、
請求項1から16までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 前記クラッドは、前記クラッドの内側の横方向の断面形状とは異なる外側の横方向の断面形状を有する、
請求項17に記載の光拡散装置。 - 前記クラッドの前記外側の横方向の断面形状は円形であり、前記クラッドの前記内側の横方向の断面形状は前記非円形ファイバ・コアの前記横方向の断面形状と同じである、
請求項18に記載の拡散装置。 - 前記遮光手段は鏡である、
請求項1から19までのいずれか一項に記載の光拡散装置。 - 非円形コア・ファイバを含む円筒形光拡散装置であって、前記非円形コア・ファイバは、
i.「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供する非円形ファイバ・コアと、
ii.前記非円形コア・ファイバの遠位端からの正面発光を防止する遮光手段であって、前記遮光手段は、光拡散セクションによる再分布及び放射のために、正面光を前記非円形コア・ファイバの中へ戻す、遮光手段と、
iii.拡散近位端、拡散遠位端、及び光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コア内に分布する内部散乱特徴部を有する前記光拡散セクションであって、前記内部散乱特徴部は、前記光拡散セクションの前記非円形ファイバ・コアの中心軸と同心の不均一な空間的様式で長手方向に配置され、前記非円形ファイバ・コア、前記遮光手段、及び前記内部散乱特徴部の間の相互作用は、前記光拡散セクションが、(a)前記非円形ファイバ・コアの中心の放射照度が補充されることを確実にする光の再分布を結果として生じさる、前記光拡散セクションの中での光の一定の混合を提供すること、及び、(b)放射方向に対称で長手方向に「トップ・ハット」拡散放射照度分布で放射照度を放射することを可能にする、光拡散セクションと、
iv.前記光拡散セクションの上の半透明のカバーと、
を含む、円筒形光拡散装置。
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