KR101248487B1

KR101248487B1 - 수술용 가변성 입사각 조명기

Info

Publication number: KR101248487B1
Application number: KR1020087013130A
Authority: KR
Inventors: 로날드 티. 스미쓰
Original assignee: 알콘, 인코퍼레이티드
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2013-04-03
Also published as: DE602006018804D1; CN101330888B; JP5587947B2; DE602006011490D1; EP1942848A2; CA2827751A1; EP1942848B1; US9072587B2; CA2627180A1; ATE490753T1; US8152798B2; BRPI0618088B1; JP2012176284A; KR101230361B1; ATE453373T1; EP2085059B1; BRPI0618088A2; JP5185129B2; BRPI0618088B8; KR20080065685A

Abstract

본 발명은 가변성 입사각, 광각 수술용 조명기에 관한 것이다. 본 발명의 한 구체예인 작은-게이지, 가변성 입사각 조명 수술용 시스템은 다음을 포함한다: 광선을 제공하기 위한 광원; 상기 광선을 받고 전달하기 위해 상기 광원에 광학적으로 연결된(optically coupled) 광케이블; 상기 광케이블에 작동 가능하게 연결된 핸드피스; 상기 핸드피스에 작동 가능하게 연결된 광섬유, 여기서 상기 광섬유는 상기 광케이블에 광학적으로 연결되어 상기 광선을 받고 전달하며; 상기 광섬유의 원위부 말단에 광학적으로 연결되어, 영역을 조명하기 위한 상기 광선을 받고 상기 광선을 제공하는 광 어셈블리; 및 상기 광 어셈블리를 수용하고(housing) 조작하여 수술 부위와 같은 선택된 영역을 조명하기 위해, 상기 핸드피스 및 상기 광 어셈블리에 작동 가능하게 연결된 캐뉼러. 광 어셈블리는 섬유/중합체-분산-액체-크리스탈("PDLC") 산광기/유리 니들 또는 포개어진 복합 포물면 집광기("CPC") 콘을 포함할 수 있다. PDLC 산광기/유리 니들 구체예에서, 섬유는 0.50 NA 또는 유사한 값을 갖는 표준 엔도-조명기 광섬유가 될 수 있다. 광원으로부터의 광선은 광섬유에 의해 전달되고 광선의 추가 전달 및 산광을 위해 PDLC 산광기에 제공된다. PDLC 산광기에서 광선의 산광 정도는 전기적으로 제어될 수 있으며 산광이 없는 것에서 매우 높은 산광의 정도까지 변할 수 있다. PDLC 산광기를 통과한 후, 광선은 상기 광선을 전달하여, 예를 들어 눈 내의 수술 부위와 같은 원하는 영역을 조명하는 광 니들 또는 섬유(예를 들어, 유리)를 제공한다.

Description

수술용 가변성 입사각 조명기{SURGICAL WIDE-ANGLE ILLUMINATOR}

본 출원은 35 U.S.C. A§119하에서, 2005년 10월 31일에 출원된 미국 특허 가출원 제60/731,942호의 우선권을 주장하며, 이것은 여기서 완전하게 참조로서 통합된다.

본 발명은 일반적으로 수술용 기기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 눈 수술 동안 범위를 밝히는 수술용 기기에 관한 것이다. 더욱 특별하게, 본 발명은 수술용 영역의 조명에 대한 가변성 입사각, 작은 게이지, 광각 조명기에 관한 것이다.

안과 수술에서, 특히 유리체망막 수술에서는, 가능한 한 더 큰 부분의 망막을 보기 위한 광각 수술용 현미경 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 현미경 시스템을 위한 광각 대물 렌즈가 존재하지만, 전형적인 광섬유 프로브의 조명의 콘(cone)에 의해 제공되는 것보다 더 넓은 조명을 필요로 한다. 이러한 결과로서, 광섬유 조명기에 의해 제공되는 상대적으로 비간섭성인 빛의 빔 스프레딩을 증가시키기 위한 다양한 기술이 개발되어 왔다. 이들 공지된 광각 조명기들은 따라서 현재의 광각 수술용 현미경 시스템에 의해 요구되는 만큼 더 큰 부분의 망막을 조명할 수 있다. 그러나, 현재 존재하는 광각 조명기들은 여러 가지 단점을 나타 낸다.

안과 수술을 위한 종전 기술의 일부 광각 조명기에 의해 나타나는 한 가지 단점은 눈의 유리체액의 광 굴절률이 눈의 유리체액과 마주치는 조명기의 렌즈의 광 굴절 표면의 그것과 매칭되는 것이다. 눈의 유리체액과 이러한 종전 기술의 시스템의 광 스프레딩 렌즈의 접촉은 눈의 유리체액에 의해 초래되는 지수 전환(index switching)에 기인하는 차선의 광 굴절이란 결과를 낳는다. "Retinal Wide-Angle Illuminator For Eye Surgery"란 제목으로 R. 스캇 터너에 의해 출원된 미국 특허 제5,624,438호에서는 공극(air-gap)의 존재에 의해 조정되는, 고 굴절률 단계의 사용을 통해 굴절률 매칭의 효과를 극복하기 위한 시스템을 제공한다. 공극은 광섬유의 원위부 말단(distal end)과 조명기 렌즈의 광 굴절 표면 사이에 존재한다. 광도파(즉, 광섬유)로부터 방사된 광은 따라서 그것이 조명기 렌즈의 광 굴절 표면을 통과하기 전에 눈의 유리체액과의 접촉에 의해 일어날 수 있는 지수 전환 없이 각 분산(angular dispersion)을 수행할 것이다.

현재 사용 가능한 광각 조명기의 다른 단점은 눈부심이다. 눈부심은 조명광이 작고 밝은 경우에 일어나며, 사용자는(예를 들어, 안과 의사) 작고 밝은 조명광에 대해 직접적인 시선을 갖는다. 눈부심은 유용하지 않은 조명을 제공하고, 관찰자를 괴롭히거나 관찰하에 사물이 흐릿해지는, 원치않는 미로 방사선(stray radiation)이다. 눈부심은 현재의 광각 조명기에 대해 바로잡을 수 있지만, 일반적으로 단지 전체 조명 광속(illumination light flux)을 감소시키는 것에 의하며, 이것은 의사에 의한 관찰에 유용한 빛의 양을 감소시킨다. 예를 들어, "탄환 프로 브(bullet probe)"(텍사스 포트워스의 알콘사에 의해 제조)는 광섬유의 원위부 말단에서부터 방사하는 빛을 분산하기 위해 표면 산광성의 말단을 갖는 탄환-모양의 섬유를 사용함에 의해 광각 조명을 달성한다. 눈부심을 감소시키기 위해, 탄환 프로브는 기하학적 쉴드(shield)를 사용할 수 있으며, 그것은 전체 유용한 광속의 감소에 의해 조명각을 감소시킨다.

또다른 종전 기술의 광각 조명기의 단점은 수술용 영역 내에서 변화된 조건에 대해 즉시 조명을 조절하기 위해 광원의 조명각(각 스프레드(angular spread))을 변화하는 것을 대비하지 않는다.

따라서, 종전 기술의 광각 조명기와 관련된 문제점, 특히 방사하는 광의 각 스프레드를 즉시 변화하는 문제점을 감소시키거나 제거할 수 있는 가변성 입사각, 광각 조명기에 대한 필요성이 존재한다.

발명의 요약

본 발명의 가변성 입사각, 광각 수술용 조명기의 구체예는 실질적으로 이들 필요성 및 다른 것들을 만족한다. 본 발명의 한 구체예인 작은-게이지, 가변성 입사각 조명 수술용 시스템은 다음을 포함한다: 광선을 제공하기 위한 광원; 상기 광선을 받고 전달하기 위해 상기 광원에 광학적으로 연결된(optically coupled) 광케이블; 상기 광케이블에 작동 가능하게 연결된 핸드피스; 상기 핸드피스에 작동 가능하게 연결된 광섬유, 여기서 상기 광섬유는 상기 광케이블에 광학적으로 연결되어 상기 광선을 받고 전달하며; 상기 광섬유의 원위부 말단에 광학적으로 연결되어, 영역을 조명하기 위한 상기 광선을 받고 상기 광선을 제공하는 광 어셈블리; 및 상기 광 어셈블리를 수용하고(housing) 조작하기(directing) 위해, 상기 핸드피스 및 상기 광 어셈블리에 작동 가능하게 연결된 캐뉼러.

광 어셈블리는 섬유/중합체-분산-액체-크리스탈("PDLC") 산광기/유리 니들 또는 포개어진 복합 포물면 집광기("CPC") 콘을 포함할 수 있다. PDLC 산광기/유리 니들의 구체예에서, 섬유는 0.50 NA 또는 유사한 값을 갖는 표준 엔도-조명기(endo-illuminator) 광섬유가 될 수 있다. 광원으로부터의 광선은 광섬유에 의해 전달되고 광선의 추가 전달 및 산광을 위해 PDLC 산광기에 제공된다. PDLC 산광기에서 광선의 산광 정도는 전기적으로 제어될 수 있으며 산광이 없는 것에서 매우 높은 산광의 정도까지 변할 수 있다. PDLC 산광기를 통과한 후, 광선은 상기 광선을 전달하여, 예를 들어 눈 내의 수술 부위와 같은 원하는 영역을 조명하는 광 니들 또는 섬유(예를 들어, 유리)를 제공한다.

CPC 콘의 구체예에서, 광섬유의 원위부 말단은 축에서 벗어나는 높은 각으로 광을 각 스프레드(angularly spreads)하고 높은 효율로 캐뉼러의 원위부 말단 외부로 광을 방사하는 CPC-콘 모양으로 끝난다. 대부분의 광선은 평면의 원위부 말단 면을 통해 광섬유 및 CPC-콘을 벗어난다. 수(male) CPC-콘은 작은 공기 구멍에 의해 끝을 자른 암 CPC-콘으로부터 분리된다. 수 및 암(female) CPC-콘이 광접촉을 만들기 위해 함께 잡아당겨지는 경우, 수 CPC-콘 요소로부터의 광은 암 CPC-콘 요소 내로 자유롭게 전달되며, 결과로서 생기는 광은 매우 감소된 각 스프레드로 방사된다.

캐뉼러, 광 어셈블리 및 핸드피스는 생체 적합성 물질로부터 제조될 수 있다. 광케이블은 광원과 작동 가능하게 연결된 제 1 광 커넥터 및 핸드피스에 작동 가능하게 연결된 제 2 광 커넥터(핸드피스 및 캐뉼러 내에 수용되는 광섬유로 광케이블을 광학적으로 연결하는)를 포함할 수 있다. 이들 커넥터는 SMA 광섬유 커넥터가 될 수 있다. 광 어셈블리, 광섬유 및 광케이블(즉, 광케이블 내의 광섬유)은 광원으로부터 수술용 영역로 광선을 전달하기 위해 호환성(compatible) 게이지가 될 수 있다. 예를 들어, 모든 세 가지 요소는 동등한 게이지가 될 수 있다.

본 발명의 다른 구체예는 본 발명의 교시와 일치하는 가변성 입사각 조명기를 사용한 수술용 영역의 광각 조명을 위한 방법, 및 안과 수술에 사용하기 위한 본 발명의 가변성 입사각 조명기의 수술용 핸드피스 구체예를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 구체예는 눈 또는 다른 수술에 사용하기 위한 수술용 기기 또는 시스템 내에 통합될 수 있다. 본 발명의 교시와 일치하여 디자인된 가변성 입사각, 광각 조명기의 다른 용도는 당업자에 의해 공지될 것이다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 바람직한 구체예는 도면에서 설명되었으며, 동일한 숫자들이 여러 도면의 상응하는 부분을 나타내기 위해 사용되었다.

본 발명의 여러 구체예는 유리체망막/후부 구획 수술과 같은 수술용 공정에 사용하기 위한 엔도-조명기 장치에 기반한 작은 게이지(예를 들어, 19, 20, 또는 25 게이지) 광섬유를 준비한다. 본 발명의 구체예는 작은 게이지 캐뉼러(예를 들어, 19, 20, 또는 25 게이지)와 연결된 알콘사(포트 워스, 텍사스)에 의해 판매되는 알콘-그리스하버 레볼루션-DSP^? 핸드피스와 같은 핸드피스를 포함할 수 있다. 캐뉼러의 내부 치수는 본 발명의 교시와 일치하는 단일 또는 복수의 광섬유 및/또는 산광성 광 요소를 수용하는데 사용될 수 있다. 광각 조명기의 구체예는 안과 수술의 일반 분야에서 사용하기 위해 배치될 수 있다. 그러나, 당업자에 의해 계획되고 실현되는 본 발명의 범위는 안과에 제한되지 않으며, 일반적으로 광각 및/또는 가변성 각 조명이 필요로 될 수 있는 수술의 다른 영역에 적용될 수 있다.

본 발명의 가변성 입사각, 광각 조명기의 구체예는 광 산광성 광 어셈블리, 스템(stem), 및 생체 적합성 중합체 물질로 제조된 핸드피스를 포함할 수 있으며, 광각 조명기의 침입하는 부분이 일회용 수술용 아이템이다. 생체 적합성 중합체 물질로 제조된 본 발명의 구체예는 낮은 가격의, 유기적으로 구성된 핸드피스 메커니즘에 통합될 수 있으며, 이들 구체예는 값싼 일회용 조명 기기를 포함할 수 있다.

본 발명의 PDLC 산광기 구체예는 액체 크리스탈 분자가 전기장의 존재에 의해 회전되는 원리에 의존한다. 전기장이 없는 경우, 액체 크리스탈 분자는 무작위로 배향되며 PDLC 층은 크게 분산한다. 전기장이 적용되고 강화되는 경우, 액체 크리스탈 분자는 점점 전기장과 평행하게 정렬한다. 충분한 전기장 세기에서, 액체 크리스탈 분자는 정렬하며 PDLC 층은 실질적으로 비-산광성이 된다.

본 발명의 포개어진 CPC-콘 구체예는 CPC-콘 내에서 광이 표면/공기 경계면의 레이 오프(rays off)의 전체 내부 반사에 의해 제한된다는 이론에 의존한다. 따라서, 본 발명의 여러 구체예의 수 CPC-콘이 공기에 둘러싸이는 한, CPC-콘 내에 전달되는 광은 수 CPC-콘 내에서 제한될 것이며 높은 각 스프레드를 가진 콘 원위부 말단으로부터 그것이 방사되게 되는 CPC-콘의 말단으로 좁은 통로를 통해 흐르게 될 것이다. 그러나, 수 및 암 CPC-콘 사이의 공극이 제거되면(예를 들어, 수 및 암 CPC-콘 내로 접촉을 일으킴에 의해), 수 CPC-콘 내에 전달되는 광은 더 이상 수 CPC-콘 내에서 제한되지 않을 것이며 그것의 퍼닐링 효과(funneling effect)를 겪게 될 것이다. 일부 광은 대신에 암 CPC-콘 내로 통과할 것이며, 광 어셈블리의 원위부 말단으로부터 방사되는 광은 매우 적은 각 스프레드를 가지게 될 것이다.

도 1은 광원(12)으로부터 케이블(14)을 통해 스템(캐뉼러)(16)으로 광선을 운반하기 위한 핸드피스(10)를 포함하는 수술용 시스템(2)의 개략적 대표도이다. 케이블(14)은 당업계에 공지된 임의의 게이지 섬유 광케이블일 수 있지만, 바람직하게는 19, 20, 또는 25 게이지 섬유를 가진 케이블이다. 추가로, 케이블(14)은 핸드피스(10)를 통해 스템(16) 내의 광섬유(22)로 광원(12)으로부터 광을 받고 전달하기 위해 광학적으로 연결된 단일 광섬유 또는 복수의 광섬유를 포함할 수 있다. 핸드피스(10) 및 스템(16)은 광섬유(22) 및 산광성 광 어셈블리를 수용하도록 구성되며, 섬유(22)와 광학적으로 연결되어 광원(12)으로부터 광을 받고 그것을 전달하여 원하는 영역, 예를 들어 수술 부위가 조명되도록 작동 가능하다. 광 어셈블리(50)(200)의 구체예는 도 2-4에서 더욱 명확하게 설명된다. 커플링 시스템(32)은 아래에서 더욱 완전하게 논의되는 바와 같이, 핸드피스(10) 내의 광섬유(22)/(14)로 광원(12)이 광학적으로 연결되도록 각 케이블(14)의 말단에 광섬유 커넥터를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 광섬유/PDLC 산광기/광 니들 구체예의 의 개략적 대표도이다. 광 어셈블리(50)는 PDLC 산광기(100) 및 광 니들(102)을 포함한다. PDLC 산광기(100)는 도 3A 및 3B에서 보여주는 바와 같이 복수의 액체 크리스탈 방울(152)이 분산되어 있는 견고한 중합체(예를 들어, 플라스틱) 층(150), 상기 중합체 층(150)의 입구(인접) 면 상의 투명한(예를 들어, 인듐 틴 옥사이드) 인접 전극(154), 및 상기 중합체 층(150)의 출구(원위) 면 상의 투명한 원위부 전극(156)으로 구성될 수 있다. 전기장의 부존재하에서(도 3A), 각 액체 크리스탈 방울(152) 내의 액체 크리스탈 분자는 무작위로 배향된다. 이 상태에서, 각 방울의 유효 굴절율은 견고한 중합체를 둘러싼 것과 상당히 다르다. 따라서, 방울/중합체 경계면의 광원(12)으로부터의 도입광(160)의 강한 반사 및 굴절(스캐터링뿐 아니라)이 있다. 응집되어 육안으로 보이는 효과(macroscopic effect)는 PDLC 산광기(100)를 통과하는 광(160)의 상당한 산광이다. 그러나, PDLC 산광기(100) 중합체 층(도 3B)을 가로질러 전압이 적용되는 경우, 액체 크리스탈 방울(152) 내의 액체 크리스탈 분자는 전기장과 평행하게 자신을 정렬하기 시작한다. 그들이 그렇게 하는 만큼, 액체 크리스탈 방울(152)의 유효 굴절율은 중합체 층(150)을 둘러싸는 것의 굴절율에 접근하기 시작하며, 결과적으로 통과 광선(160)의 산광은 감소한다. 적용되는 전압이 증가하는 만큼, PDLC 산광기(100)에 의한 산광은 증가한다. 한계 전압에 도달하면, PDLC 산광기(100)의 산광은 약 0이며, PDLC 산광기(100)는 실질적으로(거의) 투명하다.

PDLC 산광기(100)의 원위부 면으로부터 방사되는 산광(diffuse light)은 실린더형 니들(102)(또는 피복이 벗겨진 광섬유(102))로 전달된다. 니들(102)은 유리 니들/광섬유가 될 수 있다. 공기에 의해 둘러싸일 때, 니들(102)은 약 1의 NA를 가지며 약 90도의 크기인 반각(half angle)을 갖는 광선을 제한할 수 있다. 따라서, 심지어 최대 PDLC 산광기(100) 산광에서도, 니들(102)에 전달되는 실질적인 모든 산광은 니들(102)에 의해 그것의 원위부 말단으로 전달될 수 있다. 니들(102)은 스템(16) 내에 넣어지며, 스틸로 제작될 수 있다. 니들(102)을 기계적으로 스템(16)에 연결하고, 니들(102) 및 스템(16) 사이에 눈으로부터 액체가 입수되는 것을 막아 니들(102)이 스템(16) 내의 공극(104)에 의해 확실히 둘러싸이도록 광학적 접착제(optical adhesive)(106)가 니들(102)/캐뉼러(16) 어셈블리의 원위부 말단에 적용될 수 있다. 하나 이상의 곳에서 스템(16)과 니들(102)이 접촉하는 것을 막기 위해, 적은 수의 유리 또는 플라스틱 스페이서 볼(170)(액체 크리스탈 디스플레이 산업에서 주로 사용되는)이 스템(16) 내로 니들(102)을 삽입하기 전에 니들(102) 표면에 적용될 수 있다. 스페이서 볼(170)은 스템(16)으로부터 니들(102)이 분리되는 것을 막을 것이며, 각 스페이서 볼(170)로부터 잃은 산란광은 무시해도 될 것으로 예상된다.

PDLC 산광기(100)에 적용되는 전기장은 전기 장치 내에 전류의 흐름을 조절하기 위해 당업자에게 공지된 임의의 수단에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 핸드피스(10)에서 슬라이드 메커니즘은 조광기(rheostat) 타입 메커니즘(스위치)으로서 사용될 수 있으며, 또는 당업자에게 친숙한 몇몇 다른 전기적 조절 수단, 예를들어 풋 컨트롤러가 사용될 수 있다. 전기 영역의 전기적 조절 수단은 의사에게 좁은 분야의 시야(최대 PDLC 산광기(100) 투명도에 대해) 및 매우 큰 영역의 시야(최대 PDLC 산광기(100) 산광에 대해) 사이에 조명기로부터 방사되는 광의 각 스프레드를 실시간에 연속적으로 변화시키는 능력을 줄 수 있다.

도 4 및 5는 조명기로부터 방사되는 광의 각 스프레드를 조절하기 위한 본 발명의 포개어진 CPC-콘 광 어셈블리 구체예의 개략적 대표도이다. 이 구체예에서, 광 어셈블리(200)는 암 CPC-콘 요소(252) 내에 포개어진 수 CPC-콘 요소(250)를 포함하며, 여기서 수 CPC-콘 요소(250) 및 암 CPC-콘 요소(252)는 상호 움직일 수 있는 관계에 있다. CPC-콘 광 어셈블리(200)는 광섬유(22)/(14)의 원위부 말단에 광학적으로 연결되며 실질적으로 모든 도입되는 광을 광 어셈블리(200)의 평면 원위부 말단 면(210) 외부로 방사하고(매우 적은 광이 측면으로 방사된다), 약 90도의 크기인 반각에 걸쳐 광을 방사하며, 매우 높은 효율로 광을 방사하도록 디자인된다. 수 CPC-콘 요소(250)를 통과하는 광은 수 CPC-콘 요소(250)의 측벽상의 중합체/공기 경계면에서의 전체 내부 반사에 의해 CPC-콘 요소(250) 내에 남아있다. 끝이 뾰족한 수 CPC-콘 요소(250)는 광이 좁은 통로를 통해 흐르게 하며 광이 광각(wide angle)에 걸쳐 원위부 말단 면(210)으로부터 방사되는 동안 그것의 각 스프레드의 증가를 초래한다.

수 CPC-콘 요소(250)로부터 방사되는 광의 광각 스프레드는 CPC-콘 요소(250)를 둘러싼 공기에 의존한다(즉, 콘-대-공기 경계면 상에서). 따라서, 수 CPC-콘 요소(250) 및 암 CPC-콘 요소(252) 사이에 공극(254)이 없다면, 수 CPC-콘 요소(250)에 의한 광의 광각 스프레딩은 일어날 수 없다. 공극(254)을 제거하는 한 방법은 도 4 및 5에서 설명되었다. 수 CPC-콘 요소(250)는 끝을 약간 자른 암 CPC-콘 요소(252) 내에 포개어지고, 그들 사이에 가변성-너비 공극(254)이 있다. 도 4에서, 암 CPC-콘 요소(252)는 연장된 위치에 있으며, 두 CPC-콘 요소(250 및 252) 사이에 공극(254)이 존재하도록 하고, 결과적으로는 수 CPC-콘 요소(250)의 원위부 말단 면(210)으로부터 방사되는 넓은 각의 광선(270)이 된다. 도 5에서, 암 CPC-콘 요소(252)는 수 CPC-콘 요소(250)와 접촉되는 집어넣은 위치에 나타낼 수 있다. CPC-콘 요소들 사이의 공극(254)은 암 CPC-콘 요소(252)가 완전히 집어넣어질 때 존재하지 않는다. 이 경우, 두 CPC-콘 요소들(250 및 252)은 마치 그들 사이가 연결되지 않은 것처럼 광학적으로 행동하고, 그들이 효과적으로 단일의 끝이 가늘지 않은 실린더형 광학적 요소가 된다. 결과적으로 방사광(272)의 광선은 각이 좁고 CPC-콘 광 어셈블리(200) 없이 광섬유(22)/(14)로부터 방사되는 것과 거의 동일한 각 너비이다.

광섬유(14/22) 및 CPC-콘 요소(250)에 의해 전달되는 광선의 빛이 수 CPC-콘 요소(250) 내의 콘/공기 경계면에서 굴절될 때, CPC-콘 표면/공기 경계면을 넘어 둘러싼 공기 매질로 매우 짧은 거리(예를 들어, 마이크론)가 연장된 미미한 파장이 발생된다. 암 CPC-콘 요소(252)의 표면이 미미한 파장 영역의 외부에 남아있는 한, 전체 내부 반사가 수 CPC-콘 요소(250) 내에서 일어날것이다. 그러나, 만약 암 CPC-콘 요소(252)가 그것의 표면이 미미한 파장의 영역내로 침입하도록 충분히 가깝다면, 일부 광선 에너지는 진행파로서 암 CPC-콘 요소(252)를 지날 것이다. CPC-콘 요소들 사이의 공극(254)이 감소되는 만큼, 암 CPC-콘 요소(252)를 가로지르는 광의 양은 증가한다. 공극(254)이 제거되는 경우, 실질적으로 100%의 전달된 광이 수 CPC-콘 요소(250)로부터 암 CPC-콘 요소(252)로 통과될 것이다. 따라서, 광축에 따라 종단적으로 단지 매우 적은 거리로 암 CPC-콘 요소(252)를 움직이는 것은 방사된 광이 최대 각 스프레드에서 최소 각 스프레드로 변환하는 것을 초래할 것이다. 이론적으로 공극(254)을 조절하는 것은 두 극단 사이의 어딘가에 중간 광선 스프레드를 초래할 가능성이 있지만, 전이 영역에서 공극 크기에 대한 광선 스프레드의 민감도가 높으므로 실제로 이것은 달성하기 어렵다.

한 구체예에서, 암 CPC-콘 요소(252)는 전체 광섬유(22)(14)/CPC-콘 광 어셈블리(200)를 커버하는 스템(16)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 이러한 구체예에서, 둘 이상의 다른 옵션이 사용될 수 있다: (1) 스템(16) 및 암 CPC-콘 요소(252)는 핸드피스(10)(예를 들어, 다른 것에)에 단단히 연결될 수 있고 광섬유(22)(14)/수 CPC-콘 요소(250)는 광축에 따라 종단적으로 움직이도록 작동될 수 있거나, (2) 광섬유(22)(14) 및 수 CPC-콘 요소(250)는 핸드피스(10)에 단단히 연결될 수 있고 스템(16) 및 암 CPC-콘 요소(252)는 광축에 따라 종단적으로 움직이도록 작동될 수 있다. 다른 경우에, 스위칭하는 광선 상태(움직일 수 있는 요소의 종단적 움직임)는 핸드피스(10) 내 또는 상에서 당업자에게 공지될 수 있는 방식으로 슬라이드 또는 토글(toggle) 스위치 메커니즘에 의해 조절될 수 있다.

구체예에서 사용될 때, 광섬유(22)는 섬유 광 케이블(14)에 광학적으로 연결될 수 있다. 그러나, 일부 구체예에서, 섬유 광 케이블(14)은 핸드피스(10)를 통해 연장될 수 있으며 PDLC 산광기(100) 또는 CPC-콘 요소들(250/252)를 포함하는 광 어셈블리(50)(200)에 직접 광학적으로 연결된다. 이들 구체예에 대해, 분리된 광섬유(22)는 사용되지 않는다. 핸드피스(10) 내에서 실시되는 경우, 광섬유(22)는 섬유 광 케이블(14)의 게이지와 양립할 수 있는 게이지이며, 그것은 섬유 광 케이블(14)로부터 광을 받고 전달할 수 있다. 핸드피스(10)는 텍사스 포트 워스의 알콘사에 의해 판매되는 레볼루션-DSP^TM 핸드피스와 같이 당업계에 공지된 임의의 수술용 핸드피스가 될 수 있다. 광원(12)은 섬유 광케이블을 통해 광을 전달할 수 있는 제논 광원, 할로겐 광원, 또는 다른 광원이 될 수 있다. 스템(16)은 당업자에게 공지된 바와 같이, 적은 게이지 캐뉼러가 될 수 있으며, 바람직하게 19, 20, 또는 25 게이지의 순으로 될 수 있다. 스템(16)은 당업자에게 공지된 바와 같이 스테인레스 스틸 또는 적당한 생체 적합성 중합체(예를 들어, PEEK, 폴리아미드, 등)가 될 수 있다.

섬유 광 케이블(14) 또는 광섬유(22), CPC-콘 요소들(250/252) 및/또는 스템(16)(앞에서 언급한 바와 같은 어떤 조합에서)은 예를 들어, 도 7에서 보여주는 바와 같이 조절 수단(40)을 통해 핸드피스(10)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 조절 수단(40)은 당업자에게 공지된 바와 같이 움직일 수 있는 요소에 작동 가능하게 연결된 피스톤과 같이, 예를 들어, 밀고/잡아당기는(push/pull) 메커니즘을 포함할 수 있다. 피스톤은 조절 수단(40)을 통해 조절될 수 있으며, 그것은 당업자에게 공지될 수 있는 바와 같이, 피스톤의 움직임을 위한 수동 기계 장치 또는 피스톤의 움직임을 위한 전기-기계적 수단을 조절하기 위한 전기-기계적 작동기(스위치)가 될 수 있다. 광원(12)은 섬유 광 케이블(14)의 말단에서 예를 들어, 표준 SMA(Scale Manufacturers Association) 광섬유 커넥터를 사용하여 핸드피스(10)(예를 들어, 섬유(22)로)에 광학적으로 연결될 수 있다. 이것은 섬유 광 케이블(14)/광섬유(22) 및 핸드피스(10) 및 스템(16)의 원위부 말단에서 광 어셈블리(50)(200)로부터 최종적으로 방사하는 것을 통해 광원(12)으로부터 광의 효율적 커플링을 허용한다. 광원(12)은 광원에서 기원하는 흡수된 적외선 방사선의 유해한 열적 효과를 감소시키기 위해 당업자에게 공지된 바와 같은 필터를 포함할 수 있다. 광원(12) 필터(들)은 예를 들어, 수술용 염료를 환기(excite)시키기 위해 서로 다른 광의 색으로 수술용 영역을 선택적으로 조명하는데 사용될 수 있다. 섬유(들)(구체예에 의존하여 22 및/또는 14)은 PDLC 산광기(100)/니들(102) 또는 CPC-콘 요소들(250/252)을 포함하는 광 어셈블리(50)(200)에 광학적으로 연결됨에 의해 종결된다.

도 6은 안과 수술에서 본 발명의 가변성 입사각, 광각 조명기의 한 구체예의 용도를 설명한다. 실시에서, 핸드피스(10)는 스템(16)(섬유 광 케이블(14) 및/또는 광섬유(22)를 통해)을 통해 그리고 눈(30)의 망막(28)을 조명하기 위해 광 어셈블리(50)(200)를 통해 광선을 전달한다. 광 어셈블리(50)(200)로 핸드피스(10)를 통해 운반되는 평행한 광(collimated light)은 광원(12)에 의해 생성되며 섬유 광 케이블(14) 및 커플링 시스템(32)의 수단에 의해 망막(28)을 조명하기 위해 운반된다. 광 어셈블리(50)(200)는 예를 들어, 현미경 광각 대물 렌즈가 의사가 보기 위해 허용되는 것처럼, 망막의 범위의 크기에 걸쳐 광원(12)으로부터 운반되는 광선을 스프레드하기 위해 작동될 수 있다.

본 발명의 가변성 입사각, 광각 조명기의 한 구체예에서, 당업자에게 공지된 바와 같이, 간단한 기계적 고정 메커니즘이, 조절 수단(40)을 통해 사용자가 풀어주고/주거나 재조정하는 동안 조명 각을 고정하기 위해 허용될 수 있다.

본 발명의 가변성 입사각, 광각 조명기의 구체예의 장점은 사용자가 수술용 영역에서 조망 조건을 최적화하기 위해 실시간으로 조명기의 원위부 말단으로부터 방사되는 광의 조명의 각을 변화할 수 있다는 점이다. 방사되는 광의 각 스프레드는 따라서 사용자에 의해 원하는 대로 조절될 수 있다.

도 7은 조절 수단(40)의 구체예를 좀더 명확하게 보여주는 본 발명의 교시에 따른 광각 조명기의 다른 도면을 제공한다. 이 구체예에서, 조절 수단(40)은 당업자에게 공지된 바와 같이 슬라이드 버튼을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부드럽고 가역적인 슬라이딩 작용에 의한 핸드피스(10) 상의 조절 수단(40)의 활성화는 PDLC 산광기(100)의 산광 속도에서 변화를 초래할 수 있거나 앞에서 기재한 방식으로 수 CPC 콘 요소(250) 및 암 CPC 콘 요소(252) 사이에 상대적인 위치에서 변화를 초래할 수 있다. 조절 수단(40)은 당업자에게 공지된 바와 같은 움직일 수 있는 요소에 작동 가능하게 연결된 피스톤과 같이, 예를 들어, 밀고/잡아당기는 메커니즘을 포함할 수 있다. 피스톤은 조절 수단(40)을 통해 조절될 수 있으며, 그것은 당업자에게 공지될 수 있는 바와 같이, 피스톤의 움직임을 위한 수동 기계 장치 또는 피스톤의 움직임을 위한 전기-기계적 수단을 조절하기 위한 전기-기계적 작동기(스위치)가 될 수 있다. 조절 수단(40)은 또한 당업자에게 공지될 수 있는 바와 같이, 다른 구체예에서 최대부터 최소로 PDLC 산광기(100)의 산광을 변화하기 위해 간단한 온/오프 스위치를 포함할 수 있거나, PDLC 산광기(100)의 산광 속도를 연속적으로 변화하기 위해 조광기 타입 메커니즘을 조절할 수 있다.

도 8은 본 발명의 교시와 일치하는 가변성, 광각 조명을 제공하기 위해 작동할 수 있는 방법을 설명하는 논리적 순서도이다. 실시(800)는 단계(802)에서 광선의 생성과 함께 시작된다. 이 광선은 이전의 도면을 참고로 기재한 바와 같이 광원(12)과 같은 광원으로부터 생성될 수 있다. 단계(804)에서 광케이블은 광선을 받는다. 광케이블에 의해 받아진 광선은 다음에 단계(806)에서 광섬유에 전달된다. 단계(808)에서 광 어셈블리는 광 어셈블리가 광선을 받는 광섬유의 원위부 말단에 연결된다. 단계(810)에서, 광 어셈블리는 단계(810)에서 선택되는 영역을 조명하기 위해 향한다. 광 어셈블리는 더 큰 영역에 걸쳐 광원으로부터 운반되는 광선을 스프레드할 수 있다. 예를 들어, 안과 수술에 사용될 때, 이 광선은 이 수술용 영역을 보기 위해 의사에게 허용되는 현미경 광각 대물 렌즈를 허용하기 위해 망막의 영역에 운반될 수 있다. 광 어셈블리에 의해 방사된 광의 각 스프레드는 수술용 영역 내에서 조망 조건을 최적화하기 위해 원하는 만큼 조절될 수 있다. 광 어셈블리는 여기서 본 발명과 일치하여 기재된 임의의 구체예를 포함할 수 있다.

본 발명이 설명되어 있는 구체예를 참조하여 여기서 상세히 기재되어 있지만, 이 기재는 단지 예이며, 제한하는 관점으로 해석되어서는 안됨을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명의 구체예의 상세한 설명에서 많은 변화 및 본 발명의 추가적인 구체예 이 기재를 참조하는 당업자에 의해 만들어질 수 있고 명백하게 될 것임이 이해되어야 한다. 모든 이러한 변화 및 추가 구체예들이 하기 청구되어 있는 본 발명의 취지 및 범위 내에 있음이 고려된다. 따라서, 본 발명이 특히 안과 수술의 일반적인 영역에 대한 참조로서 기재되어 있지만, 본원에 포함되어 있는 교시는 수술 영역의 광각 및 다양한 조명을 제공하는 것이 요구되는 어는 곳에서도 동등하게 적용된다.

본 발명의 보다 완전한 이해 및 그것의 장점은 수반하는 도면과 관련되고, 동일한 참조 번호가 동일한 특징부를 나타내는 아래의 기재에 의해 얻어질 수 있으며, 여기서:

도 1은 본 발명의 교시와 일치하는 가변성, 광각 조명을 위한 시스템의 한 구체예의 도식적 표현이고;

도 2는 본 발명의 광섬유/PDLC 산광기 구체예의 도식적 표현이며;

도 3A 및 3B는 도 2의 PDLC 산광기의 확대도이고;

도 4 및 5는 본 발명의 가변성 입사각 조명기의 포개어진 CPC-콘 광 어셈블리의 도식적 표현이며;

도 6은 안과 수술을 위한 본 발명의 가변성-각 조명기의 한 구체예의 용도를 도식적으로 설명한 것이고;

도 7은 본 발명과 일치하는 조절하는 수단 40의 구체예를 도식적으로 설명한 것이며;

도 8은 본 발명의 방법의 한 구체예의 단계들을 플로우 차트로 설명한 것이다.

Claims

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광선을 제공하기 위한 광원;

상기 광선을 받고 전달하기 위해 상기 광원에 광학적으로 연결된 광케이블;

상기 광케이블에 작동 가능하게 연결된 핸드피스;

상기 핸드피스에 작동 가능하게 연결된 광섬유(여기서 상기 광섬유는 상기 광케이블에 광학적으로 연결되어 상기 광선을 받고 전달한다);

상기 광섬유의 원위부 말단에 광학적으로 연결되어, 영역을 조명하기 위해, 상기 광선을 받고 상기 광선을 제공하는 광 어셈블리(여기서 광 어셈블리는 포개어 진(nested) 복합 포물면 집광기(compound parabolic conectrator, "CPC") 콘(cone)을 포함한다); 및

상기 광 어셈블리를 수용하고 조작하기 위해, 상기 핸드피스 및 상기 광 어셈블리에 작동 가능하게 연결되어 영역을 조명하는 캐뉼러를 포함하는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 영역이 수술 부위를 포함하는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 광섬유가 0.50 NA를 갖는 엔도-조명기 광섬유를 포함하는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
제 7 항에 있어서, 포개어진 CPC 콘이 축에서 벗어나는(off-axis) 각으로 광을 각 스프레드(angularly spreads)하고, 캐뉼러의 원위부 말단 외부로 광을 방사하는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
제 7 항에 있어서, 포개어진 CPC 콘이 암(female) CPC-콘 요소 내에 포개어진 수(male) CPC-콘 요소를 포함하며, 여기서 수 CPC-콘 요소 및 암 CPC-콘 요소는 상호 움직일 수 있는 관계에 있는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
제 11 항에 있어서, 광 어셈블리에 의해 방사된 광의 각 스프레드가 수 CPC-콘 요소에 대한 암 CPC-콘 요소의 근접성(proximity)에 의해 결정되는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 캐뉼러, 광 어셈블리 및 핸드피스가 생체 적합성 물질로 제조되는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 광케이블이, 광원과 작동 가능하게 연결된 제 1 광 커넥터; 및 제 1 광 커넥터에 광학적으로 연결된 제 2 광 커넥터를 포함하며, 여기서 상기 제 2 광 커넥터가 광섬유에 광케이블을 광학적으로 연결하기 위해 핸드피스에 작동 가능하게 연결되는 가변성 입사각 조명 수술용 시스템.
광선을 생성하는 단계;

광케이블로 상기 광선을 받는 단계(여기서 핸드피스는 광케이블에 작동 가능하게 연결된다);

상기 광케이블로부터 광섬유로 광선을 전달하는 단계(여기서 핸드피스는 광섬유에 작동 가능하게 연결된다);

상기 광섬유의 원위부 말단에 광 어셈블리를 광학적으로 연결하는 단계(여기서 광 어셈블리는 상기 광선을 받는다); 및

상기 광 어셈블리를 조작하여 선택된 영역을 조명하는 단계를 포함하며,

여기서 상기 광 어셈블리가 포개어진(nested) 복합 포물면 집광기(compound parabolic conectrator, "CPC") 콘(cone)을 포함하는 가변성 입사각 조명기를 사용하는 수술용 영역의 광각(wide-angle) 조명을 위한 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 선택된 영역이 수술 부위를 포함하는 방법.
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제 15 항에 있어서, 상기 광섬유가 0.50 NA를 갖는 엔도-조명기 광섬유를 포함하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 광 어셈블리로 광선의 산광의 정도를 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
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제 15 항에 있어서, 상기 포개어진 CPC 콘이 축에서 벗어나는 각으로 광을 각 스프레드하고 핸드피스에 연결된 캐뉼러의 원위부 말단 외부로 광을 방사하는 방법.
제 15 항에 있어서, 포개어진 CPC 콘이 암 CPC-콘 요소 내에 포개어진 수 CPC-콘 요소를 포함하며, 여기서 수 CPC-콘 요소 및 암 CPC-콘 요소는 상호 움직일 수 있는 관계에 있는 방법.
제 22 항에 있어서, 광 어셈블리에 의해 방사된 광의 각 스프레드가 수 CPC-콘 요소에 대한 암 CPC-콘 요소의 근접성에 의해 결정되는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 광 어셈블리 및 상기 핸드피스가 생체 적합성 물질로 제조되는 방법.