JP7536797B2 - マルチコアファイバのコアへの多波長レーザビームのアライメント - Google Patents

マルチコアファイバのコアへの多波長レーザビームのアライメント Download PDF

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Description

本開示は、一般に、手術用レーザシステムに関し、より詳細には、多波長レーザビームをマルチコアファイバのコアにアライメントするように手術用レーザシステムを構成することに関する。
多種多様な手術において、手術の補助及び／又は患者の身体の治療のためにレーザ光（例えば、照明ビーム、レーザ治療ビーム（「治療ビーム」）、及び／又はレーザ照準ビーム（「照準ビーム」））が使用される。例えば、レーザ光凝固術では、レーザプローブが治療ビームを伝播させて、網膜上でレーザ熱傷スポットにおいて血管を焼灼する。治療ビームは、通常、手術用レーザシステムから光ファイバケーブルを通して伝えられ、光ファイバケーブルは、近位側では手術用レーザシステムに接続するポートアダプタで終端し、遠位側では執刀医が操作するレーザプローブで終端する。本明細書では、構成要素の遠位端とは、患者の身体に近い方の端部を指し、構成要素の近位端とは、患者の身体から離れた方の端部、又は例えば手術用レーザシステムに近い方の端部を指すことに留意されたい。
また、治療ビームは、レーザ熱傷スポットにおいて血管を焼灼することに加えて、網膜に存在して視覚をもたらす杆体及び錐体のいくつかを損傷させ、それにより視力に影響を与えることがある。視力は網膜の中心の黄斑において鋭敏であるため、執刀医は、網膜の周辺部においてレーザ熱傷スポットを発生させるようにレーザプローブを配置する。手術中、執刀医は、光凝固される網膜領域を照明するために、熱傷を起こさない照準ビームを用いてプローブを動作させる。低出力の赤色レーザダイオードが入手可能であるため、照準ビームは一般に低出力赤色レーザ光である。執刀医が、照準ビームで所望の網膜スポットを照明するようにレーザプローブを配置した後、執刀医は、フットペダル又は他の手段を介して治療ビームを作動させて、照明された領域（又は照明された領域を囲む領域）を治療ビームを用いて光凝固させる。網膜のスポットを焼いた後、執刀医は、照準光で新しいスポットを照明するためにプローブを再配置し、新しいスポットを光凝固させるために治療ビームを作動させ、プローブを再配置する、というようにして、網膜上に所望の数の熱傷したレーザスポットを分散させる。
ある種のレーザプローブは、一度に複数のスポットを凝固又は熱傷させるため、光凝固はより迅速且つより効率的になり得る。例えば、光ファイバを介してそのようなレーザプローブの１つに結合される手術用レーザシステムは、単一のレーザビームを、レーザスポットパターンを呈する複数のレーザビームに分割するように構成され得る。このような例では、手術用レーザシステムは複数のレーザビームを光ケーブルに送り、光ケーブルは、対応するファイバパターンを呈する複数の光ファイバのアレイ又はマルチコアファイバを備え得る。
糖尿病性網膜症の場合、汎網膜光凝固術（ＰＲＰ）が実施されることがあり、ＰＲＰにおける必要なレーザ光凝固の回数は一般に多い。例えば、１，０００～１，５００個のスポットが一般に焼かれる。よって、レーザプローブが一度に複数のスポットを焼くことができるマルチスポットプローブであれば、（レーザ源の出力が十分であると仮定すると）光凝固療術がより迅速になることが容易に理解されよう。これに応じて、マルチスポット／マルチファイバのレーザプローブが開発されており、米国特許第８，９５１，２４４号明細書及び同第８，５６１，２８０号明細書、並びに米国特許出願第１６／２１８，３３３号明細書に記載されている。また、網膜硝子体手術では、照準ビーム及び治療ビームに加えて、照明光又はビームを眼の中や網膜組織上に向けることも有用である。
本開示は、一般に、手術用レーザシステムに関し、より詳細には、多波長レーザビームをマルチコアファイバのコアにアライメントするように手術用レーザシステムを構成することに関する。
本開示の特定の実施形態は、第１の波長で第１のレーザビームを放出するように構成された第１のレーザ源と、第２の波長で第２のレーザビームを放出するように構成された第２のレーザ源とを備える手術用レーザシステムを提供する。手術用レーザシステムは、第１の波長に調整された第１の回折光学素子（ＤＯＥ）と、第２の波長に調整された第２のＤＯＥとを更に備え、第１のＤＯＥが、第１のレーザビームを１つ又は複数の第１の回折ビームに回折角で回折させるように構成され、第２のＤＯＥが、第２のレーザビームを１つ又は複数の第２の回折ビームに同じ回折角で回折させるように構成される。手術用レーザシステムは、１つ又は複数の第１の回折ビーム及び１つ又は複数の第２の回折ビームをレンズに反射させるように構成された１つ又は複数のビームスプリッタを更に備える。レンズは、１つ又は複数の第１の回折ビーム及び１つ又は複数の第２の回折ビームを、手術用レーザシステムに結合されたケーブルの近位端の境界面に集束させるように構成され、ケーブルの遠位端が、１つ又は複数の第１の回折ビーム及び１つ又は複数の第２の回折ビームを目標表面に放出するように構成される。
以下の説明及び関連する図面は、１つ又は複数の実施形態の特定の例示的な特徴を詳述する。
添付の図面は、１つ又は複数の実施形態の特定の態様を示しており、それゆえ、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
図１は、本開示の特定の態様による、レーザビームのマルチスポットパターンを形成するための例示的なシステムを示す。 図２は、本開示の特定の態様による、レーザビームのマルチスポットパターンを形成するために使用される手術用レーザシステム及びその構成要素の一例を示す。 図３は、本開示の特定の態様による、手術用システムに結合されたケーブルの近位端の境界面への図２の手術用レーザシステムの例示的な入力を示す。 図４は、本開示の特定の態様による、レーザビームのマルチスポットパターンを形成するために使用される、２つの回折光学素子（ＤＯＥ）を備えた手術用レーザシステムの一例を示す。 図５は、本開示の特定の態様による、手術用システムに結合されたケーブルの近位端の境界面への図４の手術用レーザシステムの例示的な入力を示す。 図６は、本開示の特定の態様による、３つのセグメントを有する例示的なＤＯＥを示す。
理解を促進するために、各図面に共通する同一の要素は、可能な限り同一の参照符号を使用して示している。一実施形態の要素及び特徴は、更なる説明を伴わずに他の実施形態に有益に組み込むことができるように企図されている。
本開示の態様は、多波長レーザビームをマルチコアファイバのコアにアライメントするように構成された手術用レーザシステムを提供する。
図１は、本発明の特定の実施形態による、網膜の表面にレーザビームのマルチスポットパターンを形成するための例示的なシステム１００を示している。システム１００は、眼科手術中に使用されるレーザビームを発生させるための１つ又は複数のレーザ源を有する手術用レーザシステム１０２を備える。例えば、手術用レーザシステム１０２内の第１のレーザ源は、第１の波長（例えば、約５３２ナノメートル（ｎｍ））で治療ビームを発生させ得る一方、第２のレーザ源は、第２の波長（例えば、約６３５ｎｍ）で照準ビームを発生させ得る。執刀医などのユーザが、所望の網膜スポットに照準ビームを放出するために手術用レーザシステム１０２を（例えば、フットスイッチ、音声コマンドなどを介して）トリガし得る。執刀医が、照準ビームで所望の網膜スポットを照明するようにレーザプローブを配置した後、執刀医は、フットペダル又は他の手段などを介して治療ビームを作動させて、目標の患者の人体を治療する（例えば、治療ビームを用いて所望の網膜スポットを光凝固させる）。
図示のように、手術用レーザシステム１０２は、手術用レーザシステム１０２の光学ポート（図示せず）に結合するコネクタ又はポートアダプタ１１４を備える。図１はまた、プローブ１０８に結合してプローブ１０８を通って延びる遠位端と、ポートアダプタ１１４に結合してポートアダプタ１１４を通って延びる近位端とを有するケーブル１１０を示している。図１の例では、ポートアダプタ１１４は、手術用レーザシステム１０２からのレーザビームをケーブル１１０の近位端の境界面（近位入口面ともいう）に伝播させることができる開口部を有するフェルールを備える。ケーブル１１０の境界面は、レーザビームが導かれ得る１つ又は複数のコアの、露出した近位端を備える。図１の例では、ケーブル１１０は、４つのコアを備えたマルチコア光ファイバケーブル（ＭＣＦ）である。そのため、ケーブル１１０の近位端の境界面は、ポートアダプタ１１４のフェルールの開口部を介して露出している４つのコアの近位端を備える。
手術用レーザシステム１０２は、レーザ源によって発生された単一のレーザビームを、レーザスポットパターンを呈する複数のレーザビームに分割するように構成され得る。例えば、手術用レーザシステム１０２は、単一の照準ビームを４つの照準ビームに分割し、次いで、４つの照準ビームをポートアダプタ１１４のフェルールの開口部を介してケーブル１１０の境界面に送達し得る。更に、手術用レーザシステム１０２は、単一の治療ビームを４つの治療ビームに分割し、４つの治療ビームをフェルールの開口部を介してケーブル１１０の境界面に送達するように構成され得る。そうすると、このような例では、ケーブル１１０のコアのそれぞれが照準ビームと治療ビームとの両方を伝えることになり、照準ビームと治療ビームとは、総称して、結合ビーム又は（照準ビームと治療ビームとが異なる波長を有するという事実に起因して）多波長ビームと呼ばれ得る。いくつかの例では、手術用レーザシステム１０２はまた、眼の内部、特に光凝固される網膜１２０の領域を照明するために、照明ビームをケーブル１１０の境界面（例えば、境界面はケーブル１１０内にコアを保持するクラッディングの近位端も含み得る）に伝播させ得る。特定の態様では、照明ビームが白色発光ダイオード（ＬＥＤ）によって発生され得る。
ケーブル１１０は、結合ビームをプローブ１０８に送達し、プローブ１０８は、結合ビームのマルチスポットパターン（例えば、４つのスポット）を患者の眼１２５の網膜１２０に伝播させる。プローブ１０８は、その近位端にあるプローブ本体１１２と、その遠位端にあるプローブ先端１４０とを備える。プローブ本体１１２及びプローブ先端１４０は、ケーブル１１０の遠位端を収容して保護する。また、プローブ先端１４０の遠位端部分１４５は、結合ビームを網膜１２０に集束させるレンズを収容し得る。
結合レーザビームのマルチスポットパターンを形成するために様々なシステムが採用され得る。図２は、結合レーザビームのマルチスポットパターンを形成するために使用され得る手術用レーザシステム及びその構成要素の一例を示している。手術用レーザシステム２０２は、治療ビーム２１０を発生させるレーザ源２０４と、照準ビーム２１２を発生させるレーザ源２０６と、照明ビーム２１４を発生させる光源２０８とを備える。
手術の最初に、執刀医は、眼球の内側を照明して網膜を見やすくするために、光源２０８を作動させ得る。図示のように、照明ビーム２１４は、光源２０８によって放出されると、平行な（コリメートされた）光線を持つビームを生成するように構成されたコリメーティングレンズ２２２によって受け取られる。特定の実施形態では、コリメーティングレンズ２２２は、２つの単レンズと１つの複レンズとを備える多素子色収差補正レンズであり得る。したがって、図示のように、照明ビーム２１４は、コリメーティングレンズ２２２の反対側から平行な光線で出て、ビームスプリッタ２２６を通過して集光レンズ２２４に到達する。特定の実施形態では、集光レンズ２２４は、２つの単レンズと１つの複レンズとを備える多素子色収差補正レンズであり得る。このような実施形態では、集光レンズ２２４は、組み付けが逆である（例えば、１８０度回転している）ことを除いて、コリメーティングレンズ２２２と全く同じ設計を有し、それにより、１対１の拡大結像システムを形成する。ビームスプリッタ２２６は、その２つの側面２２６ａ及び２２６ｂに異なるコーティングを有し得る。例えば、側面２２６ａは、そこに伝播した光がビームスプリッタ２２６を通過できるようなコーティングを施される。そのため、側面２２６ａに伝播した照明ビーム２１４はビームスプリッタ２２６を通過する。一方、側面２２６ｂは、以下に詳述するように、光又は治療ビーム２１０及び照準ビーム２１２などのレーザビームを反射させるようにコーティングを施される。ただし、照明ビーム２１４のわずかな部分が、側面２２６ａによって照明ビーム２１４を検知するように構成されたセンサ２２７に反射されることに留意されたい。
次いで、集光レンズ２２４は、図１に示すケーブル１１０などのケーブルの近位端の境界面に照明ビーム２１４を収束させ、ケーブル１１０は、ポートアダプタ１１４を介して手術用レーザシステム２０２のポート２２５に結合される。図１に関連して説明したように、ケーブル１１０は４つのコアを備えたケーブルである。そのため、集光レンズ２２４は、照明ビーム２１４がケーブル１１０の４つのコアのそれぞれの全長に沿ってケーブル１１０に結合された手術用プローブ（例えば、図１のプローブ１０８）の遠位端に伝播されるように、照明ビーム２１４をケーブル１１０の境界面に集束させる。上述のように、ケーブル１１０の境界面は、ポートアダプタ１１４のフェルール２１５の開口部２１７を介して露出しているケーブル１１０の４つのコアの近位端を備える。
執刀医が眼球の内側を見ることができるようになると、執刀医は、プローブの遠位端から１つ又は複数の所望の照準ビームのスポットを網膜に投影し得る。より具体的には、レーザ源２０６は、執刀医によって作動された後、照準ビーム２１２をビームスプリッタ２１８に放出し、ビームスプリッタ２１８は照準ビーム２１２を回折光学素子（ＤＯＥ）２２０に反射させる。図６に関連して説明したように、ＤＯＥ２２０は、ビームを異なる数のビームに回折させる又は分割するようにそれぞれ構成された異なる回折セグメント（例えば、３つのセグメント）を備え得る。また、本明細書では、回折セグメントは「セグメント」とも呼ばれ得る。図２の例では、ＤＯＥ２２０は、照準ビーム２１２がＤＯＥ２２０の中央のセグメントにアライメントされるように配置され、ＤＯＥ２２０は、照準ビーム２１２を複数の照準ビーム（例えば、４つの照準ビーム）に回折させる。しかしながら、執刀医は、ビームを異なる数のビーム（例えば、１つ又は２つ）に回折させるために、ＤＯＥ２２０の位置を変更し得る。例えば、音声コマンド又は手術用レーザシステム２０２の何らかの他の機能を使用して、執刀医は、照準ビーム２１２を１つ、２つ、又は他の数のビームに回折させ得るＤＯＥ２２０の異なるセグメントに照準ビーム２１２をアライメントさせるようにＤＯＥ２２０を配置し得る。
回折されると、結果として得られる照準ビームはビームスプリッタ２２６によって集光レンズ２２４に反射される。次いで、集光レンズ２２４は、照準ビームのそれぞれがケーブル１１０の対応するコアの全長に沿って手術用プローブ（例えば、図１のプローブ１０８）の遠位端に伝播されるように、４つの照準ビームをケーブル１１０の近位端の境界面に集束させる。これにより、執刀医は、プローブの遠位端から４つの所望の照準ビームのスポットを網膜に投影させることができる。
上述のように、執刀医が１つ又は複数の照準ビームスポットを網膜に投影するようにレーザプローブを配置して作動させた後、執刀医は、フットペダル又は他の手段などを介してレーザ源２０４を作動させて、目標の患者の人体を治療する（例えば、治療ビームを用いて所望の網膜スポットを光凝固させる）。レーザ源２０４は、作動されると偏光治療ビーム２１０を放出し、偏光治療ビーム２１０の偏光軸は偏光回転子２３２によって変更され得る。例えば、いくつかの実施形態では、偏光回転子２３２が治療ビーム２１０をフィルタリングして、ビームスプリッタ２２６の入射面に対してｓ偏光した垂直偏光治療ビームを生成する。
偏光治療ビーム２１０は、いくつかの実施形態では、ビームスプリッタ２２６が、例えばｓ偏光したビームが波長の広がりの小さい状態でビームスプリッタ２２６から反射し得るような、偏光に敏感なコーティングを有し得るため有利であり得る。上述のように、ビームスプリッタ２２６は、照明ビーム２１４を通過させる一方で、治療ビーム２１０及び照準ビーム２１２を反射させることができるようにコーティングを施される。したがって、執刀医に高品質且つ高スループットの照明ビーム２１４を提供するために、治療ビーム２１０を偏光させることが有利であり、これによりビームスプリッタ２２６は、より狭い波長帯域で治療ビーム２１０を分離して反射させることができる。
偏光されると、治療ビーム２１０はビームスプリッタ２１３に到達し、ビームスプリッタ２１３は、治療ビーム２１０のかなりの部分を通過させる一方で、わずかな部分２３１をセンサ２２３に反射させることができるように構成される。センサ２２３は、レーザ源２０４がアクティブか否かを検出するように構成された光センサである。治療ビーム２１０は、ビームスプリッタ２１３を通過した後、治療ビーム２１０をビームスプリッタ２１８に反射させるように構成されたビームスプリッタ２１９において受け取られる。ビームスプリッタ２１８は、治療ビーム２１０のわずかな部分２３３をセンサ２１６に反射させる一方で、治療ビーム２１０のかなりの部分を通過させることができるように構成される。センサ２１６は、治療ビーム２１０がビームスプリッタ２１８に到達したか否かを検出するように構成された光センサである。
図示のように、直線偏光治療ビーム２１０は、ビームスプリッタ２１８に対してある角度でビームスプリッタ２１８を通過し、その角度は、照準ビーム２１２がビームスプリッタ２１８によって反射される角度に等しい。したがって、レーザ源２０４が作動されると、透過した治療ビーム２１０と反射された照準ビーム２１２とが結合され（例えば、互いに重なるように）、ＤＯＥ２２０に到達する前に結合ビーム２１１が作られる。次いで、ＤＯＥ２２０は、結合ビーム２１１を結合ビーム２１１ａ～２１１ｄに回折させる。結合ビーム２１１ａ～２１１ｄのそれぞれが互いに重なる回折治療ビーム及び回折照準ビームを指す。
次いで、結合ビーム２１１ａ～２１１ｄは、ビームスプリッタ２２６で受け取られ、ビームスプリッタ２２６は結合ビーム２１１ａ～２１１ｄを集光レンズ２２４に反射させる。集光レンズ２２４は、結合ビーム２１１ａ～２１１ｄのそれぞれがケーブル１１０の対応するコアの全長に沿って手術用プローブ（例えば、図１のプローブ１０８）の遠位端に伝播されるように、結合ビーム２１１ａ～２１１ｄをケーブル１１０の近位端の境界面に集束させる。より具体的には、図２の例では、ケーブル１１０は、コアＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤなどの４つのコアを備えたＭＣＦである。このような例では、集光レンズ２２４は、例えば、結合ビーム２１１ａがコアＡに伝播され、結合ビーム２１１ｂがコアＢに伝播され、結合ビーム２１１ｃがコアＣに伝播され、結合ビーム２１１ｄがコアＤに伝播されるように、結合ビーム２１１ａ～２１１ｄをケーブル１１０の近位端の境界面に集束させる。
図２の例では、照準ビーム２１２と治療ビーム２１０との両方が、同じＤＯＥ２２０によって回折される。しかしながら、光学系では、ＤＯＥが光を回折させる角度は、光の波長に依存する。これは、ＤＯＥの回折格子は、一般に、所与の波長に対して特定の角度でのみ光を回折させるように構成又は調整されるためである。図２の例では、ＤＯＥ２２０は、治療ビーム２１０の波長（例えば、約５３２ナノメートル（ｎｍ））に等しい波長λ１を有する任意の回折ビームが、入射ビーム方向に対して角度θ１で確実に回折されるように調整され得る。したがって、ＤＯＥ２２０は、回折ビームごとに角度θ１で治療ビーム２１０を事実上回折させることができる。しかしながら、照準ビーム２１２は異なる波長λ２（例えば、約６３５ｎｍ）を有するため、ＤＯＥ２２０は、入射ビーム方向に対して、角度θ１とはわずかに異なり得る角度θ２で照準ビーム２１２を回折させ得る。
しかしながら、治療ビーム２１０と照準ビーム２１２とを異なる回折角度で回折させると、図３に更に示すように、回折ビームの１つ又は複数の中でミスアライメントが生じ得る。加えて、図２の例では、ＤＯＥ２２０のＤＯＥ回折格子の設計は治療ビーム２０１の波長に対してのみ最適化されているため、ＤＯＥ２２０から回折された主要なビームのスポット間の出力の不均一性は、治療ビーム２１０の波長に対してのみ最小化され得る。スポット間の出力の不均一性は、主要ビームスポットの平均出力からの個々のスポットの出力の最大偏差である。したがって、ＤＯＥ２２０は、４つの回折治療ビームのみにわたるスポット間の出力の不均一性を最小化し得るが、４つの回折照準ビームは最小化できない。加えて、ＤＯＥ２２０が治療ビーム２１０の波長にしか調整されていないため、照準ビーム２１２の雑然とした漏れが生じ得る。換言すれば、ＤＯＥ２２０は、入射したビームのうち、屈折されずにそのままＤＯＥ２２０を透過する部分である０次スポットを含む望ましくないスポットに照準ビーム２１２を回折させ得る。
照準ビームの波長における各回折ビーム２１１ａ～ｄと、治療波長における対応する回折ビーム２１１ａ～ｄとの間の角度偏差（θ２－θ１）は、図３の例示的なミスアライメントにおけるように、境界面３４０上での各回折照準ビーム２１２ａ～ｄと境界面３４０上での対応する治療ビーム２１０ａ～ｄとの空間横方向位置の空間偏差ｒ２－ｒ１へと集光レンズ２２４によってフーリエ変換される。より具体的には、図３は、フェルール２１５の開口部２１７を介して露出しているケーブル１１０の近位端の境界面３４０への入力を示している。上述のように、境界面３４０は、ポートアダプタ１１４を通って延びるＭＣＦケーブル１１０の４つのコア３４４ａ～３４４ｄの露出した近位端を備える。図示のように、ＤＯＥ２２０は治療ビーム２１０と照準ビーム２１２とを異なる角度で回折させるため、照準ビーム２１２ａは治療ビーム２１０ａの中心とはアライメントされず、治療ビーム２１０ａの中心はコア３４４ａの中心に対応し得る。その結果、照準ビーム２１２ａはコア３４４ａの中心にはない。図３では、簡略化のため、他の３つの結合ビーム２１１ｂ～２１１ｄは示されていないことに留意されたい。
手術用レーザシステム２０２の場合、レーザ／プローブ光学システム全体の横方向のミスアライメントの許容範囲の積み重ねにより、境界面３４０の１つ又は複数の照準ビーム２１２ａ～ｄがそれぞれのファイバコア３３４に完全に結合しないことがあるが、他の照準ビーム２１２ａ～ｄはそれぞれのファイバコアに完全に結合することがある。これにより、プローブから投射されて網膜に集束される複数の照準ビーム２１２ａ～ｄのスポット間の出力の不均一性が大いに増大し得る。そのため、網膜に投影された照準ビームのスポットのうちの１つ又は複数が他のスポットに比べて薄暗くなり、執刀医を苛立たせる或いは執刀医の気を散らすことがある。更に、治療ビームと照準ビームとの間のミスアライメントは、光学的ドリフト又は他の種類の環境条件及び／若しくは外乱によって生じ得る任意の更なるミスアライメントに対する許容マージンを著しく減少させる。このため、既にミスアライメントとなっている治療ビームと照準ビームとの対の更なるミスアライメントは、対応する手術用レーザシステムの精度を更に低下させ得る。
したがって、本開示の特定の実施形態は、回折照準ビーム（例えば、４つの回折照準ビーム）のそれぞれが、対応する回折治療ビーム（例えば、４つの回折治療ビーム）のそれぞれとより密接にアライメントされるように、治療ビーム及び照準ビームを回折させるように構成された手術用レーザシステムに関する。
図４は、結合レーザビームのマルチスポットパターンを形成するために使用され得る例示的な手術用レーザシステム４０２を示している。手術用レーザシステム４０２は、治療ビーム２１０を発生させるレーザ源２０４と、照準ビーム４１２を発生させるレーザ源２０６と、照明ビーム２１４を発生させる光源２０８とを備える。また、手術用レーザシステム４０２は、λ１の波長を有するレーザビーム（例えば、治療ビーム２１０）を角度θ１で回折させるように調整されたＤＯＥ２２０を備える。また、手術用レーザシステム４０２は、λ２の波長を有するレーザビーム（例えば、照準ビーム４１２）を同じ角度θ１で回折させるように調整されたＤＯＥ４２１を備える。２つのＤＯＥを使用することにより、手術用レーザシステム４０２は治療ビーム２１０と照準ビーム４１２との両方を同じ角度で回折させることができ、それにより、結合ビームが確実に密接にアライメントされる。また、図示のように、手術用レーザシステム４０２は、異なる２つのビームスプリッタ２２６及び４２７を備え、一方のビームスプリッタはＤＯＥ２２０によって回折されたビームを反射させるためのものであり、もう一方のビームスプリッタはＤＯＥ４２１によって回折されたビームを反射させるためのものである。
レーザ源２０６は、執刀医によって作動されると、照準ビーム４１２を放出し、照準ビーム４１２はＤＯＥ４２１によって角度θ１で回折されて、照準ビーム４１２ａ～４１２ｄになる。次いで、照準ビーム４１２ａ～４１２ｄは、ビームスプリッタ４２７から集光レンズ２２４に反射される。上述のように、ビームスプリッタ２２６は、側面２２６ａに伝播した光がビームスプリッタ２２６を通過できるようにコーティングを施される。そのため、照準ビーム４１２ａ～４１２ｄは、レンズ２２４の手前のコリメート空間領域における角度方向、又は図５の境界面３４０上への入射角を変えることなく、ビームスプリッタ２２６を効率的に透過することができる。入射角とは、入射する線又は光線が、入射点において表面に垂直な線となす角度をいう。次いで、集光レンズ２２４は、照準ビーム４１２ａ～４１２ｄのそれぞれがケーブル１１０の対応するコアの全長に沿って手術用プローブ（例えば、図１のプローブ１０８）の遠位端に伝播されるように、照準ビーム４１２ａ～４１２ｄをケーブル１１０の近位端の境界面に集束させる。
執刀医が照準ビーム４１２ａ～４１２ｄで所望の網膜スポットを照明すると、執刀医はレーザ源２０４を作動させ、レーザ源２０４が治療ビーム２１０を放出する。治療ビーム２１０は、図２に関連して説明したのと同じ経路をとり、ＤＯＥ２２０に到達することができ、ＤＯＥ２２０は、治療ビーム２１０を同じ角度θ１で治療ビーム２１０ａ～２１０ｄに回折させるように構成される。次いで、治療ビーム２１０ａ～２１０ｄはビームスプリッタ２２６から集光レンズ２２４に反射され、集光レンズ２２４は、治療ビーム２１０ａ～２１０ｄのそれぞれがケーブル１１０の対応するコアの全長に沿って手術用プローブ（例えば、図１のプローブ１０８）の遠位端に伝播されるように、治療ビーム２１０ａ～２１０ｄをケーブル１１０の近位端の境界面に集束させる。
図４に示すように、治療ビーム２１０の経路が照準ビーム４１２の経路から（少なくともビームスプリッタ４２７、２２６によって反射される手前では）切り離されているため、異なる波長を有する２つのビーム２１０及び４１２の回折角は同じになり得る、又は更には互いに独立して変化させ得る。上述のように、この構成は２つのＤＯＥ２２０及び４２１を使用することにより可能になる。図示のように、ＤＯＥ２２０及び４２１の両方が、ビーム２１０及び４１２を同じ数のビームに回折させるように構成又は配置される。図４の例では、ビーム２１０及び４１２がＤＯＥ２２０及び４２１の両方の中央のセグメントにアライメントされるようにＤＯＥ２２０及び４２１の両方が配置され、ＤＯＥ２２０及び４２１の両方が、それぞれビーム２１０及び４１２のそれぞれを４つのビームに回折させるように構成される。しかしながら、いくつかの実施形態では、執刀医は、ビーム２１０及び４１２が別の数（例えば、１つ又は２つ）の回折ビームに回折されるように、ＤＯＥ２２０及び４２１の両方を再配置させ得る。ＤＯＥ２２０及び４２１を再配置することは、いくつかの実施形態では、手術用レーザシステム４０２内でＤＯＥ２２０及び４２１の位置を機械的又は電気機械的に移動させることを含み得る。特定の実施形態では、ＤＯＥ２２０及び４２１の両方が、線形要素を再配置することによって、ＤＯＥ２２０及び４２１の両方が同時に同じ所望のセグメントに設定されるように、同じ線形要素（例えば、キャリッジ又はステージ（図示せず））に取り付けられ得る。
特定の実施形態では、代替的に、ＤＯＥ２２０及び４２１が互いに平行に配置され得ることに留意されたい。このような実施形態では、ＤＯＥ２２０及び４２１は、ＤＯＥ２２０のそれぞれのセグメントがＤＯＥ４２１のそれぞれのセグメントとアライメントされるように配置される。例えば、ＤＯＥ２２０及び４２１は、互いに積み重ねて（例えば、垂直方向又は水平方向に）配置され得る。このような実施形態では、ＤＯＥ２２０は治療ビーム２１０をいくつか（例えば、１つ、２つ、４つ）の回折治療ビームに回折させ、ＤＯＥ４２１は照準ビーム４１２を同じ数の回折照準ビームに回折させる。更に、このような実施形態では、ＤＯＥ２２０及び４２１は、それぞれ治療ビーム２１０及び照準ビーム２１２を単一のビームスプリッタに回折させ、次いで、ビームスプリッタは、回折治療ビーム及び回折照準ビームを集光レンズに反射させる。例えば、単一のビームスプリッタは、回折治療ビームを反射させるためのノッチと、回折照準ビームを反射させるためのノッチとの２つの狭帯域高反射ノッチを有するように設計され得る。更に、単一のビームスプリッタは、回折照準ビーム及び回折治療ビームを同時に集光レンズに反射させるのに十分な高さを（例えば、垂直方向に）有することができ、集光レンズは、治療ビームのそれぞれ及び対応する照準ビームをケーブル１１０の境界面に集束させる。
図５は、フェルール２１５の開口部２１７を介して露出したケーブル１１０の近位端の境界面３４０への例示的な入力を示している。ＤＯＥ２２０及び４２１は、それぞれ治療ビーム２１０及び照準ビーム４１２を同じ角度で回折させるように構成されているため、ここでは、照準ビーム４１２ａの中心は、コア３４４ａの中心に対応し得る治療ビーム２１０ａの中心とアライメントされる。照準ビーム４１２ａと治療ビーム２１０ａとの結合は、結合ビーム５１１ａに対応することに留意されたい。簡略化のため、他の３つの結合ビームは示されていない。図５に部分的に示すように、照準ビーム４１２ａ～ｄが治療ビーム２１０ａ～ｄにおいてより中心に位置しているため、照準ビーム２１２ａ～ｄにわたるスポット間の均一性が向上する。加えて、手術用レーザシステム４０２は、光学的ドリフト又は他の種類の環境条件及び／若しくは外乱によって生じ得る潜在的なミスアライメントに対してより高い許容マージンを有する。また、ＤＯＥ２２０のスポット間の出力の不均一性は治療ビーム２１０の波長に対してＤＯＥ２２０の回折格子の設計を最適化することにより最小化され、ＤＯＥ４２１のスポット間の出力の不均一性は照準ビーム４１２の波長に対してＤＯＥ４２１の回折格子の設計を最適化することにより最小化されるため、４つの回折治療ビーム及び４つの回折照準ビームにわたるビームの出力の均一性が最適化され得る。また、照準ビーム４１２の波長に調整されたＤＯＥ４２１を使用することにより、照準ビーム４１２の雑然とした漏れが抑制される。
更に、手術用レーザシステム４０２は、ビームスプリッタ２１８が照準ビーム４１２を反射させないため、手術用レーザシステム２０２と比較して、より高い角度安定性を有し、ミスアライメントになりにくい。一般に、アライメント感度は透過型よりも反射型の方がはるかに高い。手術用レーザシステム４０２のビームスプリッタ２１８は、レーザビーム（すなわち、治療ビーム２１０）の透過のみに使用されるため、潜在的なビームの角度安定性及びアライメントの主要な原因とはならない。なぜなら、環境条件及び／又は外乱によってビームスプリッタ２１８にわずかなミスアライメントが生じたとしても、治療ビーム２１０が透過される角度には大きな影響を与えないためである。しかしながら、手術用レーザシステム２０２では、ビームスプリッタ２１８は、反射（すなわち、照準ビーム２１２の反射）と透過（すなわち、治療ビーム２１０の透過）との両方に使用される。そのため、ビームスプリッタ２１８のわずかなミスアライメントが、照準ビーム２１２が反射される角度に著しく影響し得る。加えて、手術用レーザシステム４０２の構成要素の配置によって、センサ２２７をより最適に配置することができる。図５に示すように、センサ２２７は、治療ビーム２１０からの散乱光を受けにくくなるように配置される。センサ２２７は、白色光（例えば、照明ビーム２１４）の存在を検知しようとするときに、緑色光（例えば、治療ビーム２１０）を検知することがあり、したがって、治療ビーム２１０からの散乱光を受けることにより、センサ２２７は照明ビーム２１４の存在を誤って判定することがある。例えば、手術用レーザシステム２０２におけるセンサ２２７の配置は、回折治療ビーム２１０ａ～ｄからの散乱光の一部を受けて、照明ビーム２１４の存在を誤って検出することがあるような配置である。
図６は、３つのセグメント６６０、６６２、及び６６４を有する例示的なＤＯＥ６２０を示している。ＤＯＥ６２０は、備えているセグメントの数という点でＤＯＥ２２０及び４２１と同様である。図示のように、ビーム６６６はセグメント６６０によって１つのビームに回折される一方、同じビーム６６６はセグメント６６２によって４つのビームに回折される。セグメント６６４はビーム６６６を２つのビームに回折させる。
執刀医などのユーザは、プローブから伝播されるビームの数を所望の数だけ選択し得る。例えば、執刀医は、プローブから４つの治療ビームを伝播させるように選択し得る。執刀医の選択は、手術用レーザシステム（例えば、手術用レーザシステム１０２、２０２、又は４０２）においてシステムの中央処理装置（ＣＰＵ）への入力として受け取られる。ＣＰＵは、次いで、システムのメモリに格納されている、特定の一式の命令を実行するように構成され、命令は、執刀医の選択に基づいてシステムのＤＯＥをシステムに配置させる。ＤＯＥ４２１及び２２０の例では、プロセッサは、照準ビーム２１２及び治療ビーム２１０が、ビームを４つの回折ビームに回折させるように構成されているＤＯＥ４２１及び２２０のセグメントにそれぞれ確実にアライメントされるように、ＤＯＥ４２１及び２２０が取り付けられているキャリッジを電気機械モータに移動させ得る。
前述の説明は、いかなる当業者が本明細書に記載の様々な実施形態を実践できるようにするために提供されている。これらの実施形態に対する様々な修正形態は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義する一般的な原理は、他の実施形態に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示す実施形態に限定されることを意図されるものではなく、特許請求の範囲の文言に一致する全範囲が認められるべきである。
態様（１）によれば、手術用レーザシステムであって、
第１の波長で第１のレーザビームを放出するように構成された第１のレーザ源と、
第２の波長で第２のレーザビームを放出するように構成された第２のレーザ源と、
前記第１の波長に調整された第１の回折光学素子（ＤＯＥ）であって、前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを１つ又は複数の第１の回折ビームに回折角で回折させるように構成される、第１のＤＯＥと、
前記第２の波長に調整された第２のＤＯＥであって、前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを１つ又は複数の第２の回折ビームに前記回折角で回折させるように構成される、第２のＤＯＥと、
前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームをレンズに反射させるように構成された１つ又は複数のビームスプリッタと、
前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを、前記手術用レーザシステムに結合されたケーブルの近位端の境界面に集束させるように構成された前記レンズであって、前記ケーブルの遠位端が、前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを目標表面に投影するように構成される、前記レンズと
を備える、手術用レーザシステムである。
態様（２）によれば、前記１つ又は複数のビームスプリッタが、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとを備え、
前記第１のビームスプリッタが、前記１つ又は複数の第１の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成され、
前記第２のビームスプリッタが、前記１つ又は複数の第２の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成される。
態様（３）によれば、前記レンズに照明ビームを放出するように構成された光源であって、前記照明ビームが、前記光源によって放出されると、前記第１のビームスプリッタ及び前記第２のビームスプリッタを通過し、
前記レンズが、前記照明ビームを前記境界面に集束させるように構成される、光源
を更に備える。
態様（４）によれば、前記第２のビームスプリッタによって反射されると、前記１つ又は複数の第２の回折ビームが、前記レンズに到達する前に前記第１のビームスプリッタを通過する。
態様（５）によれば、前記ケーブルが、複数のコアを備えたマルチコア光ファイバケーブル（ＭＣＦ）であり、
前記１つ又は複数の第１の回折ビームのうちの第１のビームが、前記複数のコアのうちの第１のコアに集束され、
前記１つ又は複数の第２の回折ビームのうちの第１のビームが、前記複数のコアのうちの前記第１のコアに集束され、
前記１つ又は複数の第１の回折ビームのうちの前記第１のビームの中心が、前記１つ又は複数の第２の回折ビームのうちの前記第１のビームの中心とアライメントされる。
態様（６）によれば、前記１つ又は複数の第１の回折ビームのうちの前記第１のビームの前記中心と、前記１つ又は複数の第２の回折ビームのうちの前記第１のビームの前記中心とが、前記複数のコアのうちの前記第１のコアの中心とアライメントされる。
態様（７）によれば、前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを異なる数の回折ビームに回折させるようにそれぞれ構成された複数のセグメントを備え、
前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを異なる数の回折ビームに回折させるようにそれぞれ構成された複数のセグメントを備え、
前記第１のＤＯＥ及び前記第２のＤＯＥがともに、キャリッジの位置を変えることにより前記第１のＤＯＥと前記第２のＤＯＥとの両方が対応するセグメントに設定されるように直線要素に取り付けられる。
態様（８）によれば、前記１つ又は複数のビームスプリッタが、単一のビームスプリッタを含む。
態様（９）によれば、前記単一のビームスプリッタが、第１の狭帯域高磁気抵抗ノッチと第２の狭帯域高磁気抵抗ノッチとを備え、
前記第１の狭帯域高磁気抵抗ノッチが、前記１つ又は複数の第１の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成され、
前記第２の狭帯域高磁気抵抗ノッチが、前記１つ又は複数の第２の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成される。

Claims (6)

  1. 手術用レーザシステムであって、
    第１の波長で第１のレーザビームを放出するように構成された第１のレーザ源と、
    第２の波長で第２のレーザビームを放出するように構成された第２のレーザ源と、
    前記第１の波長に調整された第１の回折光学素子（ＤＯＥ）であって、前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを１つ又は複数の第１の回折ビームに回折角で回折させるように構成される、第１のＤＯＥと、
    前記第２の波長に調整された第２のＤＯＥであって、前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを１つ又は複数の第２の回折ビームに前記回折角で回折させるように構成される、第２のＤＯＥと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームをレンズに反射させるように構成された１つ又は複数のビームスプリッタであって、
    前記１つ又は複数のビームスプリッタは、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとを備え、
    前記第１のビームスプリッタは、前記１つ又は複数の第１の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成され、前記第２のビームスプリッタは、前記１つ又は複数の第２の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成される、１つ又は複数のビームスプリッタと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを、前記手術用レーザシステムに結合されたケーブルの近位端の境界面に集束させるように構成された前記レンズであって、前記ケーブルの遠位端が、前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを目標表面に投影するように構成される、前記レンズと、
    前記レンズに照明ビームを放出するように構成された光源であって、前記照明ビームが、前記光源によって放出されると、前記第１のビームスプリッタ及び前記第２のビームスプリッタを通過し、
    前記レンズが、前記照明ビームを前記境界面に集束させるように構成される、光源と、
    を備える、手術用レーザシステム。
  2. 手術用レーザシステムであって、
    第１の波長で第１のレーザビームを放出するように構成された第１のレーザ源と、
    第２の波長で第２のレーザビームを放出するように構成された第２のレーザ源と、
    前記第１の波長に調整された第１の回折光学素子（ＤＯＥ）であって、前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを１つ又は複数の第１の回折ビームに回折角で回折させるように構成される、第１のＤＯＥと、
    前記第２の波長に調整された第２のＤＯＥであって、前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを１つ又は複数の第２の回折ビームに前記回折角で回折させるように構成される、第２のＤＯＥと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームをレンズに反射させるように構成された１つ又は複数のビームスプリッタであって、
    前記１つ又は複数のビームスプリッタが、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとを備え、
    前記第１のビームスプリッタが、前記１つ又は複数の第１の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成され、前記第２のビームスプリッタが、前記１つ又は複数の第２の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成される、１つ又は複数のビームスプリッタと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを、前記手術用レーザシステムに結合されたケーブルの近位端の境界面に集束させるように構成された前記レンズであって、前記ケーブルの遠位端が、前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを目標表面に投影するように構成される、前記レンズと、
    を備え、
    前記第２のビームスプリッタによって反射されると、前記１つ又は複数の第２の回折ビームが、前記レンズに到達する前に前記第１のビームスプリッタを通過する、手術用レーザシステム。
  3. 手術用レーザシステムであって、
    第１の波長で第１のレーザビームを放出するように構成された第１のレーザ源と、
    第２の波長で第２のレーザビームを放出するように構成された第２のレーザ源と、
    前記第１の波長に調整された第１の回折光学素子（ＤＯＥ）であって、前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを１つ又は複数の第１の回折ビームに回折角で回折させるように構成される、第１のＤＯＥと、
    前記第２の波長に調整された第２のＤＯＥであって、前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを１つ又は複数の第２の回折ビームに前記回折角で回折させるように構成される、第２のＤＯＥと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームをレンズに反射させるように構成された１つ又は複数のビームスプリッタと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを、前記手術用レーザシステムに結合されたケーブルの近位端の境界面に集束させるように構成された前記レンズであって、前記ケーブルの遠位端が、前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを目標表面に投影するように構成される、前記レンズと
    を備え、
    前記ケーブルが、複数のコアを備えたマルチコア光ファイバケーブル（ＭＣＦ）であり、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビームのうちの第１のビームが、前記複数のコアのうちの第１のコアに集束され、
    前記１つ又は複数の第２の回折ビームのうちの第１のビームが、前記複数のコアのうちの前記第１のコアに集束され、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビームのうちの前記第１のビームの中心が、前記１つ又は複数の第２の回折ビームのうちの前記第１のビームの中心とアライメントされる、手術用レーザシステム。
  4. 前記１つ又は複数の第１の回折ビームのうちの前記第１のビームの前記中心と、前記１つ又は複数の第２の回折ビームのうちの前記第１のビームの前記中心とが、前記複数のコアのうちの前記第１のコアの中心とアライメントされる、請求項３に記載の手術用レーザシステム。
  5. 手術用レーザシステムであって、
    第１の波長で第１のレーザビームを放出するように構成された第１のレーザ源と、
    第２の波長で第２のレーザビームを放出するように構成された第２のレーザ源と、
    前記第１の波長に調整された第１の回折光学素子（ＤＯＥ）であって、前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを１つ又は複数の第１の回折ビームに回折角で回折させるように構成される、第１のＤＯＥと、
    前記第２の波長に調整された第２のＤＯＥであって、前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを１つ又は複数の第２の回折ビームに前記回折角で回折させるように構成される、第２のＤＯＥと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームをレンズに反射させるように構成された１つ又は複数のビームスプリッタと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを、前記手術用レーザシステムに結合されたケーブルの近位端の境界面に集束させるように構成された前記レンズであって、前記ケーブルの遠位端が、前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを目標表面に投影するように構成される、前記レンズと
    を備え、
    前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを異なる数の回折ビームに回折させるようにそれぞれ構成された複数のセグメントを備え、
    前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを異なる数の回折ビームに回折させるようにそれぞれ構成された複数のセグメントを備え、
    前記第１のＤＯＥ及び前記第２のＤＯＥがともに、キャリッジの位置を変えることにより前記第１のＤＯＥと前記第２のＤＯＥとの両方が対応するセグメントに設定されるように直線要素に取り付けられる、手術用レーザシステム。
  6. 手術用レーザシステムであって、
    第１の波長で第１のレーザビームを放出するように構成された第１のレーザ源と、
    第２の波長で第２のレーザビームを放出するように構成された第２のレーザ源と、
    前記第１の波長に調整された第１の回折光学素子（ＤＯＥ）であって、前記第１のＤＯＥが、前記第１のレーザビームを１つ又は複数の第１の回折ビームに回折角で回折させるように構成される、第１のＤＯＥと、
    前記第２の波長に調整された第２のＤＯＥであって、前記第２のＤＯＥが、前記第２のレーザビームを１つ又は複数の第２の回折ビームに前記回折角で回折させるように構成される、第２のＤＯＥと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームをレンズに反射させるように構成された１つ又は複数のビームスプリッタと、
    前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを、前記手術用レーザシステムに結合されたケーブルの近位端の境界面に集束させるように構成された前記レンズであって、前記ケーブルの遠位端が、前記１つ又は複数の第１の回折ビーム及び前記１つ又は複数の第２の回折ビームを目標表面に投影するように構成される、前記レンズと
    を備え、
    前記１つ又は複数のビームスプリッタが、単一のビームスプリッタを含み、
    前記単一のビームスプリッタが、第１の狭帯域高磁気抵抗ノッチと第２の狭帯域高磁気抵抗ノッチとを備え、
    前記第１の狭帯域高磁気抵抗ノッチが、前記１つ又は複数の第１の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成され、
    前記第２の狭帯域高磁気抵抗ノッチが、前記１つ又は複数の第２の回折ビームを前記レンズに反射させるように構成される、手術用レーザシステム。
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