KR101603257B1

KR101603257B1 - 섬유 발생된 광을 이용한 안과용 눈속조명

Info

Publication number: KR101603257B1
Application number: KR1020117019313A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 엔. 아트스유코비치; 마크 부체크; 브루노 닥콰이; 마이클 제이. 야들로우스키
Original assignee: 알콘 리서치, 리미티드
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2016-03-14
Also published as: KR20110136793A; CN102341056A; CN102341056B; RU2011134897A; JP2012515618A; US20100182569A1; BRPI1007198A2; JP5457466B2; MX2011007642A; EP2389133B1; ES2399814T3; AU2010206940B2; EP2389133A1; US8277048B2; MX338270B; CA2749743A1; CA2749743C; AU2010206940A1; RU2526423C2; WO2010085414A1

Abstract

본 발명의 일 양태에서, 안과용 눈속조명기는 하나 이상의 펌프 광원 및 펌프 광원에 광학적으로 결합된 섬광체 섬유를 포함한다. 섬광체 섬유는 펌프 광원의 아웃풋을 수용하고 펌프 광원의 아웃풋과 상이한 파장 범위의 광을 생성한다. 광결합 엘리먼트는 광을 안구로 유도하는 광섬유에 광을 결합시킨다.

Description

섬유 발생된 광을 이용한 안과용 눈속조명{OPHTHALMIC ENDOILLUMINATION USING FIBER GENERATED LIGHT}

관련 출원

본 출원은 그 전문이 본원에 참조로서 포함된, 2009년 1월 21일 출원된 미국 가출원 61/146,173호에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 안과 수술에 사용되는 조명기에 관한 것이고, 보다 특히 안구 내부를 비추기에 적합한 광을 생성하는 안과용 눈속조명기에 관한 것이다.

해부학적으로, 안구는 전방 부분과 후방 부분의 두 별개의 부분으로 구분된다. 전방 부분은 수정체를 포함하고 각막의 가장 바깥 층으로부터 (각막 내피) 수정체낭의 후부로 연장된다. 후방 부분은 수정체낭 뒤의 안구 부분을 포함한다. 후방 부분은 앞유리체 면으로부터 유리체의 후유리체 면이 직접 접촉하는 망막으로 연장된다. 후방 부분은 전방 부분 보다 훨씬 크다.

후방 부분은 투명하고, 무색이며, 겔-유사 물질인 유리체를 포함한다. 이것은 안구 부피의 대략 3분의 2를 차지하여, 출생 전에 안구의 모양과 형상을 제공한다. 이것은 1% 콜라겐과 소듐 히알루로네이트 및 99%의 물을 포함한다. 유리체의 전방 경계는 앞유리체 면인데, 이것은 수정체후낭에 닿고, 한편 후유리체 면은 이의 후방 경계를 형성하며 망막과 접촉한다. 유리체는 방수와 같이 자유롭게-흐르지 않으며 전형적인 해부학적 부착 부위를 지닌다. 이러한 부위들 중 하나가 유리체 기저인데, 이것은 톱니둘레 위에 누운 3-4 mm 폭의 밴드이다. 시신경유두, 황반, 및 혈관 연속활이 또한 부착 부위이다. 유리체의 주요 기능은 망막을 제 위치에 유지하고, 안구의 통합성 및 형상을 유지하고, 움직임으로 인한 쇼크를 흡수하고, 수정체 후부에 지지를 제공하는 것이다. 방수와 대조적으로, 유리체는 계속하여 교체되지 않는다. 유리체는 나이에 따라 액화(syneresis)로서 공지된 공정으로 더 유동적이 된다. 액화는 유리체의 수축을 초래하는데, 이것은 이의 정상적인 부착 부위에 압력 또는 당김을 발휘할 수 있다. 충분한 당김이 적용되면, 유리체는 자신을 그 망막 부착부로부터 끌어당겨 망막 열공 및 원공을 일으킬 수 있다.

소위 유리체-망막 수술인, 다양한 외과적 수술은 일반적으로 안구의 후방 부분에서 수행된다. 유리체-망막 수술은 후방 부분의 다수의 심각한 질환을 치료하는데 적합하다. 유리체-망막 수술은 연령-관련 황반 변성(AMD), 당뇨 망막병증 및 당뇨 유리체출혈, 황반 원공, 망막 박리, 망막 앞막(epiretinal membrane), CMV 망막염, 및 다수의 기타 안과 질환과 같은 질환을 치료한다.

외과의는 후방 부분의 뚜렷한 화상을 제공하도록 설계된 현미경 및 특정 렌즈를 이용하여 유리체-망막 수술을 수행한다. 단지 1 밀리미터 또는 길이에 있어서 그러한 여러 작은 절개가 공막의 편평부에서 수행된다. 외과의는 절개를 통해 광섬유 광원과 같은 미세수술 기구를 삽입하여 눈의 안쪽을 조명하고, 주입관은 수술 동안 눈의 형상을 유지하며, 기구는 유리체를 절제하여 제거한다.

그러한 수술 절차 동안, 눈 안쪽을 적절하게 조명하는 것이 중요하다. 통상적으로, 얇은 광섬유를 안구에 삽입하여 조명을 제공한다. 광섬유에 의해 눈에 전달되는 광을 생성하기 위해 금속 할라이드 램프, 할로겐 램프, 크세논 램프, 또는 수은 증기 램프와 같은 광원이 종종 사용된다. 광은 여러 광학 엘리먼트 (통상적으로, 렌즈, 미러, 및 감쇠기)를 통과하여 광을 눈에 전달하는 광섬유로 방출된다. 이러한 광의 품질은 선택된 광학 엘리먼트의 유형을 포함하는 다양한 인자에 의존적이다.

발명의 일 양태에서, 안과용 눈속조명기는 하나 이상의 펌프 광원 및 펌프 광원에 광학적으로 결합된 섬광체 섬유(scintillator fiber)를 포함한다. 섬광체 섬유는 펌프 광원의 아웃풋을 수용하고 펌프 광원의 아웃풋과 상이한 파장 범위의 광을 생성한다. 광결합 엘리먼트는 광을 안구로 유도하는 광섬유에 광을 결합시킨다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 안과용 눈속조명기는 하나 이상의 펌프 광원 및 하나 이상의 펌프 광원에 광학적으로 결합된 복수의 섬광체 섬유를 포함한다. 복수의 섬광체 섬유 각각은 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋을 수용하여 복수의 광학 아웃풋을 생성하도록 작동가능하다. 형광 섬유의 광학 아웃풋 각각은 하나 이상의 펌프 광원의 파장 범위와 상이한 각각의 파장 범위에 존재한다. 안과용 눈속조명기는 조합된 광학 아웃풋을 생성하기 위해 복수의 광학 아웃풋을 조합시키도록 작동하는 광조합 엘리먼트를 추가로 포함하는데, 광결합 엘리먼트는 조합된 광학 아웃풋을 수용하도록 작동하고, 광섬유는 광결합 엘리먼트에 광학적으로 결합되어 있다. 광섬유는 조합된 광학 아웃풋을 눈으로 유도하도록 작동할 수 있다.

본 발명의 여전히 또 다른 양태에서, 하나 이상의 펌프 광원으로부터 제 1 아웃풋을 생성하고 상기 제 1 아웃풋을 하나 이상의 광섬유에 광학적으로 결합시켜 제 1 아웃풋과 상이한 스펙트럼의 아웃풋을 지니는 하나 이상의 광학 아웃풋을 생성하는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 하나 이상의 광학 아웃풋을 광결합 엘리먼트를 이용하여 안과용 눈속조명기 섬유에 광학적으로 결합시키고, 안과용 눈속조명기 섬유를 이용하여 광학 아웃풋을 유도함으로써 안구의 내부를 조명하는 것을 추가로 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 안과용 눈속조명기는 하나 이상의 펌프 광원 및 하나 이상의 펌프 광원에 광학적으로 결합된 하나 이상의 형광 섬유를 포함한다. 하나 이상의 형광 섬유는 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋을 수용한다. 하나 이상의 형광 섬유의 영역을 적색(Red), 녹색(Green) 또는 청색(Blue) 유기 염료로 도핑(doped)한다. 하나 이상의 형광 섬유는 하나 이상의 펌프원의 아웃풋으로부터 RGB 광학 아웃풋을 생성하도록 작동할 수 있다. 안과용 눈속조명기는 복수의 광학 아웃풋을 조합하여 광을 생성하도록 작동하는 광조합 엘리먼트를 추가로 포함하고, 광결합 엘리먼트는 광을 수용하도록 작동할 수 있고, 광섬유는 광결합 엘리먼트에 광학적으로 결합된다. 광섬유는 광을 눈으로 유도하도록 작동할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 하나 이상의 펌프 광원 및 하나 이상의 펌프 광원에 광학적으로 결합된 섬광체 섬유를 포함하는 안과용 눈속조명기를 제공한다. 섬광체 섬유는 안구 내에 정위되도록 구성된 섬광체 섬유의 원위 말단에 섬광체 장치를 포함한다. 섬광체 섬유는 섬광체 장치에 하나 이상의 펌프 광원의 광학 아웃풋을 전달하고, 섬광체 장치는 광학 아웃풋을 수용하여 하나 이상의 펌프 광원의 광학 아웃풋과 상이한 파장 범위의 광을 생성하도록 작동가능하다.

도면의 간단한 설명

본 발명과 그 이점을 보다 완전히 이해하기 위해, 이제 첨부된 도면에 관해 제공된 하기 설명을 언급하며, 여기서 동일한 도면 부호는 동일한 특징을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 구체예에 따른 안과용 눈속조명기가 놓일 수 있는 눈의 해부모형을 도시한다.

도 2는 본 발명의 구체예에 따라 안구의 내부를 조명하는 안과용 눈속조명기를 도시한다.

도 3은 본 발명의 구체예에 따라 섬광체 섬유를 이용하여 LED 펌핑된 안과용 눈속조명기의 블록 다이아그램이다.

도 4는 본 발명의 구체예에 따라 적색, 녹색 및 청색 염료로 도핑된 형광 섬유를 이용한 RGB 안과용 눈속조명기의 블록 다이아그램이다.

도 5는 본 발명의 구체예에 따라 적색, 녹색 및 청색 염료로 도핑된 상이한 영역을 지니는 형광 섬유를 이용한 RGB 안과용 눈속조명기의 블록 다이아그램이다.

도 6은 본 발명의 구체예에 따른 안과용 눈속조명기를 이용하여 안구의 안쪽 유리체 영역을 조명하는 방법과 관련된 논리 흐름도를 제공한다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 바람직한 구체예는 도면들에 예시되어 있고, 여기서 동일한 번호는 다양한 도면에서의 동일하고 상응하는 부분을 지칭하기 위해 사용된다.

본 발명의 구체예는 하나 이상의 펌프 광원, 광섬유, 예를 들어 섬광체 섬유 또는 형광 섬유를 포함하는 안과용 눈속조명기를 제공한다. 광섬유를 펌프 광원에 결합시켜 펌프 광원의 아웃풋을 수용하고 광학 아웃풋, 예를 들어 염색된 형광 섬유를 이용한 특정 구체예의 경우에 코어(core)나 클래딩(cladding) 또는 적색-녹색-청색(RGB) 아웃풋에 백린(white phosphor)을 지니는 섬광체 섬유의 특정 구체예에서 백색 광을 생성한다. 광섬유에 결합된 광결합 엘리먼트는 광학 아웃풋을 수용하여 안구의 내부 영역으로 광을 유도하는 눈속조명기 섬유에 광학 아웃풋을 제공한다.

도 1은 본 발명에 의해 제공된 안구 임플란트에 대한 개선된 설계가 배치될 수 있는 안구의 해부모형을 도시한다. 안구(100)는 각막(102), 홍채(104), 동공(106), 수정체(108), 수정체낭(110), 소대, 섬모체(122), 공막(112), 유리체겔(114), 망막(116), 황반, 및 시신경(120)을 포함한다. 각막(102)은 안구로의 빛을 허용하는, 눈의 표면 상에서 윈도우로서 기능하는 투명한 돔-형상의 구조이다. 홍채(104)는 눈의 착색된 부분이고, 소위 홍채는 이완되고 수축됨으로써 안구로 들어오는 빛의 양을 조절하는 동공을 둘러싼 근육이다. 동공(106)은 둥근, 홍채의 중심 구멍이다. 수정체(108)는 망막 위에 빛을 모으는데 도움이 되는 안구 내부의 구조이다. 수정체낭(110)은 상이한 거리에 있는 사물들에 눈이 초점을 맞출 때 수정체 모양을 조절하는데 도움을 주는, 수정체를 덮은 탄성 백이다. 소대는 수정체를 제 위치에 유지하는, 눈의 안쪽에 수정체낭을 부착하는 가느다란 인대이다. 섬모체는 수축하고 이완됨으로써 초점조절을 위해 수정체의 크기를 조절하는 수정체에 부착된 근육 부분이다. 공막(112)은 안구의 형상을 유지하는 눈의 단단한 최외층이다. 유리체겔(114)은 안구의 뒤쪽으로 위치하고 눈의 굴곡을 유지하는데 도움이 되는 큰, 겔-충전된 부분이다. 망막(116)은 빛을 수용하고 이것을 시그널로 전환하여 뇌로 보내는 안구의 뒤에 있는 광감성 신경층이다. 황반은 미세한 세부를 보기 위한 수용체를 함유하는 안구의 뒤에 있는 영역이다. 시신경(118)은 안구로부터의 시그널들을 연결하여 뇌로 전송한다.

섬모체(122)는 홍채(104) 바로 뒤에 위치한다. 섬모체(122)에는 소대(124)라 불리는 작은 섬유 "가이드 와이어(guide wires)"가 부착되어 있다. 수정체(108)는 소대 섬유(124)에 의해 안구 내부에 매달려 있다. 섬모체(122)를 위한 영양분은 또한 홍채(104)도 보충하는 혈관으로부터 공급된다. 섬모체(122)의 한 가지 기능은 수정체(108)의 형상을 변화시킴에 의해 어코모데이션(accommodation)을 조절하는 것이다. 섬모체(122)가 수축하면, 소대(124)가 이완된다. 이는 수정체(108)를 두껍게 하여, 근거리 초점 시력을 증가시킨다. 떨어진 사물을 볼 때, 섬모체(122)는 이완되며, 소대(124)의 수축을 야기한다. 그 때, 수정체(108)는 얇아지며, 원거리 시력을 위해 눈의 초점을 조정한다.

도 2는 안구에 정위된, 본 발명의 다양한 구체예에 따른 눈속조명기일 수 있는 안과용 눈속조명기(160)의 단면도이다. 도 2는 사용되는 탐침(162)이 구비된 핸드피스(164)를 묘사한다. 탐침(162)은 편평부의 절개를 통해 안구(100)로 삽입된다. 탐침(162)은 안구(100)의 내부 또는 유리체 영역(114)을 비춘다. 이러한 구성에서, 탐침(162)은 유리체-망막 수술 동안 내부 또는 유리체 영역(114)을 비추기 위해 사용될 수 있다.

안과용 눈속조명기는 할로겐 텅스텐 램프 또는 고압 아크 램프 (금속-할라이드, Xe)에 기초하여 이전에 기술되었다. 아크 램프의 이점은 소형 방출 영역 (<1mm), 일광에 가까운 색온도, 및 할로겐 램프보다 긴 수명 (400시간 대 50시간)이다. 아크 램프의 단점은 고가, 전력 저하, 시스템의 복잡성 및 시스템의 수명에 비해 수 차례 램프 교환의 필요성이다.

LED 기재 조명기는 상당히 낮은 비용과 복잡성, 및 아웃풋의 저하가 극히 작으면서 LED를 교환할 필요 없이 기구의 전체 수명 동안 안과용 섬유 조명기를 동작할 수 있게 하는 50,000 내지 100,000시간의 특징적인 수명을 제공할 수 있다. 통상적인 백색 LED는 백색 광을 방출시키는 백린 캡(white phosphor cap)을 흥분시키는 자외선(UV)/자색/청색 LED를 포함할 수 있다. 상당량의 백색 광을 생성하는데 요구되는 인 캡의 크기로 인해, 통상적인 백색 LED는 안과 수술에 이용되는 광섬유에 비해 높은 개구수(NA)를 지니는 공간적으로 확장되는 조명원이다. 따라서, 통상적인 백색 LED는 그러한 광섬유에 결합하기에 일반적으로 충분히 적합하지 않다. 백색 LED에 기초하여 이용가능한 접속된(pigtailed) 섬유 조명기는 LED 인에 대해 접합된(butted) 섬유를 이용한다. 단지 소분획의 광만이 낮은 개구수 및 소직경 광섬유에 결합될 수 있다. 따라서, 이용가능한 접속된 백색 LED원은 낮은 수준의 광을 전달한다.

통상적인 조명기와 달리, 본 발명의 다양한 구체예는 (비제한적으로) 백색광, RGB 광학 시그널, 황색 및 청색 광학 시그널, 및 청록색 및 적색 광학 시그널 등과 같은 광학 시그널을 광섬유 내부에서 직접 펌프원의 아웃풋으로부터 생성한다. 예를 들어, 펌프원으로서 녹색 532nm 레이저 및 황색 염료를 이용하여 532nm 광학 시그널을 섬유 조명기의 말단에서 황색 조명으로 전환시킬 수 있다. 통상적인 백색 LED와 같이, 광을 생성하기 위해 UV/자색/청색 LED로 넓은 인 영역을 조명한 후 그러한 높은-NA, 연장된 광원을 섬유로 수집하려 하기보다, 본 발명의 다양한 구체예는 UV/자색/청색 광으로 발광 섬유 (코어 또는 클래딩)를 조명한다. UV/자색/청색 LED 또는 유사한 단색 LED는 통상적으로 백색 LED보다 훨씬 더 적은 NA 및 큰 세기를 지니도록 제조될 수 있고, 이들은 스트립(strip) 또는 다른 편리한 모양으로 형성될 수 있어서 안과 수술에 이용되는 광섬유에 보다 용이하게 결합될 수 있다. 발광은 모든 방향으로 일어나지만, 재-방출된 백색 광의 상당 부분은 섬유 NA 내에 있을 것이고 섬유 내부에 갇힐 것이다. 이것은 생성된 광을 집중시킬 수 있어서, 조명기 섬유의 말단이, 통상적인 백색 LED가 섬유에 결합된 경우보다 면적 당 훨씬 높은 수준의 조명을 전달할 수 있게 한다. UV/자색/청색 광 흡수의 가능성을 증가시키기 위해, 시스템을 반사강, 통합 구체 또는 광 파이프 내에 둘 수 있었다. 이러한 임의의 접근법들은 UV선의 통과 수를 현저히 증가시키고 펌핑 효율을 높일 수 있었다.

용어 "섬광체 섬유" 및 "섬광체 장치"는 비제한적으로 고 에너지 입자 선, x-선 및 UV를 저 에너지 광자로 전환시키는 것을 포함하여, 펌핑 방사선을 또 다른 범위의 전자기 스펙트럼으로 전환시킬 수 있는 물질로 형성된 임의의 구조를 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 조명을 생성하기에 적합한 임의의 유형의 섬광체를 본 발명의 다양한 구체예에 따라 적용시킬 수 있다. 전환 효율은 본 발명의 특정 구체예의 현저한 이득이며, 전환에 사용된 발광 공정은, 어떤 물질이 사용되느냐에 따라 느린 방출(인광) 또는 빠른 방출(형광)에 기초할 수 있었다. 특정 유형의 섬광체 섬유 또는 장치, 예를 들어 형광 섬유에 관해 하기 설명이 제공되며, 임의의 적합한 유형의 섬광체 섬유 또는 장치가 그 대신 사용될 수 있음을 인지하여야 한다.

본 발명의 구체예는 펌핑 방사선의 다중 반사를 허용하는 임의의 반사 시스템과 함께, UV 또는 청색 광원과 같은, 발광 코어나 클래딩 및 펌프 광원을 지니는 섬광체 섬유를 이용한다. 그러한 섬광체 섬유는, 예를 들어 펌프 광원으로부터의 UV/자색/청색 광 조명을 발광을 통해 광대역 또는 백색 광으로 전환시키기 위해 사용될 수 있다. 재-방출된 백색 광의 일부는 섬광체 섬유를 통해 전파되고 규칙적인 광섬유에 결합되거나 조명 장치에 직접 전달될 수 있다. 그러한 섬광체 섬유는 또한 펌핑을 위해 UV-반사 통합 구체 또는 광 파이프에 정위될 수 있다. 또한 광 생성을 위해 유사한 기술의 예를 들어 레이저의 다양한 펌핑 전략을 채용할 수 있는데, 섬광체 섬유의 아웃풋이 반드시 집속을 필요로 하는 것은 아니라는 상당한 차이가 있다.

본 발명의 구체예는 LED와 같은 하나 이상의 펌프 광원을 사용할 수 있다. 당업자에게 공지된 대로, 펌프원(302)으로서 선택될 수 있는 상이한 전력 등급 및 광 아웃풋을 지니는 다양한 유형의 LED가 있다. 대안적으로, 레이저와 같은 다른 펌프 광원을 이용할 수 있었다. 펌프원으로서 LED를 이용한 특정 구체예가 본원에 기술되었으나, 다른 적합한 펌프 광원이 LED 대신 이용될 수 있었음이 당업자에게 자명할 것이다.

한 실시예에서, 도 3을 참조하여 논의되는 대로, 단일 펌프 LED의 아웃풋은 도핑된 클래딩 또는 코어 (예를 들어, 백린을 지님)를 갖는 섬광체 섬유로 유도된다. 발광 도펀트(dopant)에 의해 생성된 특정 파장의 광이 섬유를 따라 양 방향으로 생성될 것이므로, 섬유의 근거리/펌프 말단은 미러로 커버되어 모든 광을 펌프 파장을 통과하는 동일한 아웃풋 방향으로 반사시킬 수 있다. 펌프 LED 및 섬광체 섬유 둘 모두는 본 실시예에서 광 파이프 내부에 위치하여 다중 통과한 펌프 광이 섬광체 섬유에 의해 흡수될 수 있게 한다. 광 파이프의 원위 말단은 미러로 커버되어 펌핑 UV가 손실되는 것을 막는다. 섬광체 섬유의 아웃풋은 그 후 볼 렌즈(ball lens) 또는 다른 광학을 통해 표준 안과용 눈속조명기에 용이하게 결합될 수 있다.

도 3은 본 발명의 구체예에 따른 단일 펌프 LED 안과용 눈속조명기(300)의 단면도이다. 안과용 눈속조명기(300)는 펌프원 LED(302), 미러(308, 316), 광 파이프(306), 광섬유(304), 광학 커플러(310) 및 안과용 눈속조명기 섬유(312)를 포함한다. 도 3에 도시된 대로, 단일 펌프 LED(302)의 아웃풋(318)은 섬광체 섬유(304)로 유도된다.

섬광체 섬유(304)는 예를 들어 백린 물질 클래딩(314)으로 클래딩- 또는 코어-도핑될 수 있다. 백린 물질 클래딩을 이용하는 경우, 백색 광은 섬유(304)를 따라 모든 방향으로 생성될 것이다. 이와 같이, 섬광체 섬유(304)의 근거리 또는 펌프 말단은 펌프원(302)으로부터 방출된 펌프 LED(318)의 아웃풋은 여전히 통과시키면서 일반적인 아웃풋 방향으로 모든 광을 반사시키도록 작동할 수 있는 미러 또는 반사 표면(316)으로 커버될 수 있다.

펌프 LED(302) 및 섬광체 섬유(304)는 광 파이프(306)의 내부에 위치할 수 있어서 섬광체 섬유(304)에 의해 흡수되는 펌프 광(318)의 다중 통과를 허용한다. 섬광체 섬유(304)는 볼 렌즈(310) 또는 다른 적합한 광학 시스템을 통해 안과용 눈속조명기 섬유(312)에 광학적으로 결합한다. 섬광체 섬유(304)의 코어 직경 및 개구수는 이것이 광섬유(312)의 것과 동일하거나 그보다 작도록 선택될 수 있어서, 광섬유(312)에 대한 섬광체 섬유(304)의 광학적 결합을 촉진하고 두 섬유(304, 312) 사이에서 광학적 결합의 효율을 개선시킨다. 생성된 광학 시그널(322)을 커넥터(310) 및 광섬유(312)를 통해 안구(100)의 내부를 조명하는 탐침(162)으로 유도한다.

보통, 망막은 안구로 들어가는 광을 걸러내는 눈의 천연 수정체에 의해 자외선으로부터 보호된다. 그러나, 광학 눈속조명기로부터의 광은 이러한 수정체 여과 없이 (즉, 무수정체에 의해) 안구로 들어가므로, 눈속조명기(300)는 시조직에 유해할 수 있는 파장으로 방출되는 빛의 양을 감소시키는 필터를 포함하는 것이 바람직하다. 유해한 단파장 및 장파장을 여과해 내면서 적절한 가시광 파장 범위의 광을 제공하는 것은, 청색광 광화학적 망막 손상 및 적외선 열 손상, 및 유사한 광독성 위험요소를 포함하는 무수정체 위험요소에 의한 망막에 대한 손상 위험을 크게 감소시킬 수 있다. 통상적으로, 약 430 내지 700 나노미터 범위의 광이 이러한 위험요소를 감소시키는데 바람직하다. 그 말단에, 미러(308, 316)를 포함시켜 적합한 파장의 광이 안구로 방출되도록 할 수 있다. 미러(316)는, 예를 들어 가시 파장 광을 반사시키고 단지 적외선 및 자외선 광만을 전달하여 가시 파장 스펙트럼의 광 세기를 유지하면서 적외선 및 자외선 스펙트럼의 상대 세기를 감소시키는 이색성 반사기일 수 있다. 미러(308)는 유사하게 가시광을 전달하면서 장파장 적외선 광 및 단파장 자외선 광을 반사시킬 수 있어서, 안구로 들어가는 눈속조명기(300)에 의해 방출된 광이 거의 모두 가시 파장 범위에 있도록 한다. 다른 필터 및/또는 이색성 빔 스플리터(splitter)가 또한 이러한 적합한 파장 범위의 광을 생성하기 위해 적용될 수 있다.

안과 의사가 사용하는 눈속조명기 핸드피스(324)는 광학 커플링(310), 광섬유(312), 하우징(326) 및 탐침(328)을 포함한다. 광학 커플링(310)은 광섬유(312)를 섬광체 섬유(304)를 함유하는 주 콘솔(도시되지 않음)에 연결하도록 설계된다. 광학 커플링(310)은 광섬유(312)를 안구에 전달되어야 하는 섬광체 섬유(304)의 아웃풋에 적절하게 정렬시킨다. 광섬유(312)는 통상적으로 테이퍼링되거나 테이퍼링되지 않을 수 있는 소형 직경 섬유이다. 하우징(326)은 의사가 잡는 부분이며 안구에서 탐침(328)의 조작을 가능하게 한다. 탐침(328)을 안구로 삽입하여 광섬유(312)를 운반하는데, 광섬유는 탐침의 말단에서 끝난다. 따라서, 탐침(328)은 안구에서 광섬유(312)로부터 조명을 제공한다.

본 발명의 구체예는 또한 적색, 녹색 및 청색(RGB) 유기 염료로 도핑된 하나 이상의 섬광체 섬유를 적용할 수 있다. 섬유를 백린과 같이 더 넓은 방출 스펙트럼을 갖는 다수의 물질로 도핑하는 것보다 이러한 염료로 도핑하는 것이 통상적으로 더 쉽다. 따라서, 그러한 RGB 염료를 이용하여 섬광체 섬유를 생성하는 것이 보다 용이할 수 있다. 예를 들어, 통합 구체로 정위되고 UV LED로 조명된 그러한 RGB 섬유의 세 코일은 다양한 색의 조명을 효율적으로 생성하기 위해 유기 LED(OLED)에서 사용된 현상인, 강한 RGB 아웃풋을 생성할 것이다. 그 후, 개개 RGB 아웃풋을 단일 섬유로 조합시킬 수 있다. 이것은 비제한적으로 RGB X 프리즘, 분산 프리즘, 또는 회절 그레이팅과 같은 다수의 방식으로 수행될 수 있다.

도 4는 본 발명의 구체예에 따라 적색, 녹색 및 청색 염료로 도핑된 형광 섬유를 이용하여 안과용 눈속조명기에 사용되는 RGB 광원(400)을 묘사한다. 안과용 눈속조명기의 광원(400)은 펌프원(402), RGB 형광 섬유(404, 406, 408), 미러(410, 412), 형광 섬유 상에 인 코어 또는 클래딩(414), 광 파이프(416), 광결합(optical coupling) 엘리먼트(418), 및 광섬유(422)를 지니는 안구(ophthalmic)(420)를 포함한다. 펌프원(402)은 형광 섬유(404, 406, 408)을 통과하는 UV 또는 청색 광(430)을 생성한다. 개개 섬유(404, 406, 408)는 RG 및 B 광학 아웃풋을 각각 생성한다. 콤바이너(424)에서, 광섬유(404, 406, 408)로부터의 RGB 광학 아웃풋을 조합하여, 광학 아웃풋을 조합된 광섬유(426)에 제공한다.

그러한 RGB 섬유의 코일을 통합 구체에 배치하고 UV LED로 섬유를 조명하는 것은 강한 RGB 아웃풋을 생성시킬 것이다. 그 후, RGB 아웃풋을 단일 섬유로 조합한다. 이것은 볼 렌즈, RGB X 프리즘, 분산 프리즘, 또는 회절 그레이팅과 같은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 도 5를 참조하여 논의되는 대로, 3개(또는 초과)의 염료로 도핑된 단일 섬유를 따라 세 개(또는 초과)의 연속적인 영역을 지닐 수 있다. 다른 색 염료에 의한 RGB 방출의 자가-흡수는, 도펀트가 조명 출구를 향해 이동하며 적색, 녹색 다음에 청색의 순서일 때 제한될 수 있다. 조합된 광섬유(426)는, 조합된 광섬유(426)의 아웃풋(428)을 볼 렌즈(418)와 같은 광학 커플링을 이용하여 안과용 눈속조명기 섬유(422)에 광학적으로 결합시킴에 의해 RGB 또는 백색 광 아웃풋을 지나 안과용 눈속조명기 섬유(312)까지 통과한다.

색을 생성하기 위해 염료-도핑된 섬유의 이용을 기술하였으나, 염료 도핑된 섬유는 또한 염료액으로 충전된 모세관 섬유로 대신될 수 있다. 보다 일반적으로, 색은, 비제한적으로 감마 조사, 선택적인 화학적 에칭 또는 나노-증착을 포함하는 그러한 특징을 생산하기에 적합한 임의의 기술을 이용하여, 예를 들어 F-센터 또는 다른 결정질 결함, 다양한 크기의 양자 도트 또는 나노-포어의 생성에 의해, 임의의 적합한 방식으로 생성될 수 있다. 이러한 대안적인 방법이 본원에 개시된 본 발명의 다양한 구체예에서 대용될 수 있음을 당업자는 인지할 것이다.

도 5는 본 발명의 구체예에 따라 상이한 영역(532, 534, 536)에서 적색, 녹색 및 청색 염료로 도핑된 단일 형광 섬유를 이용한 안과용 눈속조명기에 사용되는 또 다른 RGB 광원(500)을 묘사한다. 안과용 눈속조명기의 광원(500)은 펌프 광원(502), RGB 형광 섬유(504), 미러(510, 512), 형광 섬유 상에 인 코어 또는 클래딩(514), 광 파이프(516), 및 광결합 엘리먼트(518)를 포함한다. 펌프 광원(502)은 형광 섬유(504)로 통과하는 UV 또는 청색 광(530)을 생성한다. 섬유(504)는 광섬유의 아웃풋(528)을 볼 렌즈(518)와 같은 광학 커플링을 이용하여 안과용 눈속조명기 섬유(312)에 광학적으로 결합시킴에 의해 안과용 눈속조명기 섬유(312)로 통과하는 RGB 광학 아웃풋을 생성한다.

도 5에서, 세 개 이상의 염료로 각각 도핑된 세 개 이상의 연속적인 영역(532, 534, 536)을 지니는 하나의 광섬유(504)를 이용한다. 다른 색 염료에 의한 RGB 방출의 자가-흡수는, 도펀트가 조명 출구(506)를 향해 이동하며 적색, 녹색 다음에 청색의 순서일 때 제한될 수 있다. 염료 도핑된 섬유는 또한 염료액으로 충전된 모세관 섬유로 대신될 수 있다.

도 2에 묘사된 구성에 사용될 수 있는 또 다른 구체예는 UV를 가시광으로 전환시키지 않으며 모든 UV를 섬유의 원위 말단으로 운반할 수 있다. 그 후 섬유의 원위 말단은 섬광체 장치로 마무리될 것이다 - 인, 형광 또는 인 캡으로 도핑된 섬유 부분. 따라서, 고 에너지 양자에서 가시광 양자로의 실제 전환이 섬유 조명기의 맨 끝에서 일어날 동안, 단지 UV/자색/청색 방사선만이 섬유에 결합될 것이다. 섬유로의 UV 광의 결합은 더 용이할 수 있는데, 그 이유는 공급원 크기 -LED 스트립-가 백색 LED의 인 캡 (통상적으로 1-3mm)보다 훨씬 작기 (통상적으로 수 백 미크론) 때문이다. UV 광이 그러한 구체예에서 안구에 전달될 수 있으므로, UV 광이 시조직에 도달하는 것을 막기 위해, 예를 들어 섬광체 섬유의 본체 주위에 광섬유를 포함시키는 것이 또한 바람직할 수 있다.

도 6은 본 발명의 구체예에 따른 안과용 눈속조명기를 이용하여 안구의 안쪽 유리체 영역을 조명하는 방법과 관련된 논리 흐름도(600)를 제공한다. 작업(600)은 제 1 아웃풋이 하나 이상의 펌프원으로부터 생성되는 블록(602)에서 시작한다. 특정 구체예에서, 펌프원은 자외선(UV) 또는 청색 광원일 수 있다. 다양한 펌핑 전략을 이용하여 광을 생성할 수 있다. 이러한 펌핑 전략은 레이저 강을 펌핑하기 위해 이용된 것과 유사할 수 있으며, 아웃풋이 반드시 집속될 필요가 없을 것이라는 차이가 있다.

아웃풋은 블록(604)에서 섬광체 섬유에 의해 수용된다. 섬광체 섬유는 블록(606)에서 하나 이상의 광학 아웃풋을 생성할 것이다. 섬광체 섬유의 발광 코어 또는 클래딩은 펌프원이, 백린과 같은 물질로 도핑된 클래드 또는 코어인 도핑된 광섬유를 야기하도록 하여 섬유를 따라 모든 방향으로 백색 광을 생성할 것이다. 섬광체 섬유의 광학 아웃풋은 블록(608)에서 광결합 엘리먼트를 이용하여 안과용 눈속조명기 섬유에 광학적으로 결합된다. 이것은 안과용 눈속조명기의 광섬유가 섬광체 섬유 내에 생성된 백색 광 또는 다른 파장을 유도하도록 함으로써 블록(610)에서 안구의 내부 영역을 조명한다.

앞서 언급한 대로, 펌프원은 하나 이상의 섬광체 섬유에 아웃풋을 제공할 수 있다. 이러한 섬유는 적색, 녹색 또는 청색 유기 염료로 도핑될 수 있다. 이것은 섬유로 하여금 RGB 광학 아웃풋을 생성하도록 한다. 펌프원 및 섬광체 섬유는 반사기의 양 끝에 미러를 지니는 광 파이프 내에 위치할 수 있어서 펌프원에 의해 생성된 방사선의 다중 반사 및 펌핑을 가능하게 한다. 또 다른 구체예에서, 섬광체 섬유는 UV 반사 통합 구체 또는 추가 펌핑을 위한 광 유형에 정위될 수 있다. 펌프원의 아웃풋이 클래드 또는 코어 도핑된 섬유로 통과하는 동안 섬광체 섬유의 원위 말단에 있는 반사 표면 미러는 섬광체 섬유 내에서 광을 반사시켜 보통의 아웃풋 방향으로 광을 생성한다. 블록(606)에서, 섬광체 섬유의 아웃풋은 안과용 눈속조명기 섬유로 유도되고 다중 형광 섬유로부터 광학 아웃풋을 조합시키는 것을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 볼 렌즈, X-프리즘, 분산 프리즘 또는 회절 그레이팅과 같은 광조합 엘리먼트를 이용하여 이러한 광학 시그널을 안과용 눈속조명기의 광섬유에 광학적으로 결합된 단일 광학 시그널로 조합시킬 수 있다. 하나 이상의 섬광체 섬유의 조합된 아웃풋이 제공된 섬유의 코어 직경 및 개구수는 안과용 눈속조명기 섬유와 동일하거나 그보다 작다.

요약해 보면, 구체예들은 안과용 눈속조명기를 제공한다. 상기로부터, 본 발명이 안구 내부를 조명하기 위한 개선된 시스템을 제공함이 인지될 수 있다. 안과용 눈속조명기는 하나 이상의 펌프 발광 다이오드(LED), 광섬유, 예를 들어 섬광체 섬유 또는 형광 섬유를 포함한다. 광섬유는 펌프 LED에 결합하여 LED의 아웃풋을 수용하고 광학 아웃풋, 예를 들어 인 코어 또는 클래딩을 지니는 섬광체 섬유의 경우 백색 광, 또는 형광 섬유의 경우 RGB 아웃풋을 생성한다. 광섬유에 결합된 광결합 엘리먼트는 광학 아웃풋을 수용하고 광을 안구의 내부 영역으로 유도하는 눈속조명기 섬유에 광학 아웃풋을 제공한다.

섬유에 자동으로 결합된, 매우 높은 수준의 백색 광 파워가 본 발명의 구체예에서 제공된 섬광체 섬유 기술을 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 10 UV LED로 조명된 1m의 섬광체 섬유는 10 루멘의 백색 광을 생성할 수 있었다. 섬유 물질이 UV만을 흡수하고 상당한 손실로 백색 광을 전달하기 때문에, 어떤 것도 더 긴 섬유 단편 (예를 들어, 1km-길이 섬유)의 사용을 방해하지 않으므로, 잠재적으로 섬유에 이미 결합된 실질적으로 (예를 들어, 1000x) 더 많은 백색 광을 수득한다. 필요한 펌프 LED의 수와 요구되는 섬광체 섬유의 길이를 감소시키기 위해, 섬유를 코일링하여 반사강, 통합 구체 또는 광 파이프에 삽입할 수 있다. 그 후, 펌프 LED는 그 아웃풋을 섬광체 섬유에 효율적으로 결합시키도록 정위될 수 있다. 또한, 레이저 펌핑의 경우와 유사하게, 본 발명의 특정 구체예에 사용된 도펀트의 양은 또한 더 많은 광을 생성하도록 적절하게 조정될 수 있다. UV 레이저로 섬광체 섬유를 세로 펌핑하기 위해, 예를 들어, 보다 낮은 도핑 농도를 이용할 수 있었으며, UV 레이저는 섬광체 섬유에 결합된다.

본 명세서에서 예를 들어 본 발명을 설명하였으며, 다양한 변형이 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명을 상세하게 기술하였으나, 다양한 변화, 치환 및 변경이 청구된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으며 이에 대해 이루어질 수 있음을 인지하여야 한다.

Claims

하나 이상의 펌프 광원;
상기 하나 이상의 펌프 광원에 광학적으로 결합된 섬광체 섬유로서, 상기 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋(output)을 수용하고 상기 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋과 상이한 파장 범위의 광을 생성하도록 작동하는 섬광체 섬유;
상기 섬광체 섬유에 광학적으로 결합된 광결합(optical coupling) 엘리먼트로서, 상기 섬광체 섬유로부터의 광을 수용하도록 작동하는 광결합 엘리먼트; 및
상기 광결합 엘리먼트에 광학적으로 결합된 광섬유로서, 광을 안구로 유도하도록 작동하는 광섬유를 포함하는, 안과용 눈속조명기(endoilluminator).
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 펌프 광원 및 상기 섬광체 섬유 둘 모두가 광 파이프 내에 수용되어 있는 안과용 눈속조명기.
제 1항에 있어서, 상기 상이한 파장 범위 중 적어도 일부 파장의 광을 반사시키고 상기 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋을 통과시키도록 작동하는 미러(mirror)를 상기 섬광체 섬유의 원위 말단에 추가로 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 1항에 있어서, 상기 섬광체 섬유가 상기 상이한 파장 범위의 광을 생성하도록 작동하는 발광 코어(core) 또는 클래딩(cladding)을 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 4항에 있어서, 상기 발광 코어 또는 클래딩이 백린(white phosphor)을 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 1항에 있어서, 상기 광결합 엘리먼트가 볼 렌즈(ball lens)를 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 1항에 있어서, 상기 섬광체 섬유의 코어 직경 및 개구수(numerical aperture) 둘 모두가 상기 광섬유의 코어 직경 및 개구수와 동일하거나 작은 안과용 눈속조명기.
제 1항에 있어서, 상기 펌프 광원이 UV 또는 청색 광 LED를 포함하는 안과용 눈속조명기.
하나 이상의 펌프 광원;
상기 하나 이상의 펌프 광원에 광학적으로 결합된 복수의 섬광체 섬유로서, 복수의 섬광체 섬유 각각이 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋을 수용하여 복수의 광학 아웃풋을 생성하도록 작동하며, 섬광체 섬유의 광학 아웃풋 각각이 상기 하나 이상의 펌프 광원의 파장 범위와 상이한 각각의 파장 범위로 존재하는 것인, 복수의 섬광체 섬유;
조합된 광학 아웃풋을 생성하기 위해 복수의 광학 아웃풋을 조합하도록 작동하는 광조합(optical combining) 엘리먼트;
상기 조합된 광학 아웃풋을 수용하도록 작동하는 광결합 엘리먼트; 및
상기 광결합 엘리먼트에 광학적으로 결합된 광섬유로서, 상기 조합된 광학 아웃풋을 안구로 유도하도록 작동하는 광섬유를 포함하는, 안과용 눈속조명기.
제 9항에 있어서, 상기 하나 이상의 펌프 광원 및 상기 복수의 섬광체 섬유 둘 모두가 광 파이프 내에 수용되어 있는 안과용 눈속조명기.
제 9항에 있어서, 광을 반사시키고 상기 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋을 통과시키도록 작동하는 미러를 상기 복수의 섬광체 섬유의 원위 말단에 추가로 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 9항에 있어서, 상기 광조합 엘리먼트가,
X-프리즘;
분산 프리즘; 및
회절 그레이팅(grating)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 광조합 엘리먼트를 포함하는, 안과용 눈속조명기.
제 9항에 있어서, 상기 복수의 섬광체 섬유가 적색, 녹색 및 청색(RGB) 유기 염료로 도핑된 형광 섬유를 포함하여, 상기 복수의 형광 섬유가 RGB 광학 아웃풋을 생성하도록 작동하는 안과용 눈속조명기.
제 9항에 있어서, 상기 광결합 엘리먼트가 볼 렌즈를 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 9항에 있어서, 상기 섬광체 섬유의 코어 직경 및 개구수가 상기 광섬유와 동일하거나 상기 광섬유보다 작은 안과용 눈속조명기.
제 9항에 있어서, 상기 하나 이상의 펌프 광원이 UV 또는 청색 광 펌프 광원을 포함하는 안과용 눈속조명기.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
하나 이상의 펌프 광원;
상기 하나 이상의 펌프 광원에 광학적으로 결합된 하나 이상의 형광 섬유로서,
상기 하나 이상의 형광 섬유는 상기 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋을 수용하고,
상기 하나 이상의 형광 섬유의 영역은 적색, 녹색 또는 청색(RGB) 유기 염료로 도핑되어 있으며, 상기 하나 이상의 형광 섬유는 상기 하나 이상의 펌프 광원의 아웃풋으로부터 RGB 광학 아웃풋을 생성하도록 작동하는 하나 이상의 형광 섬유;
복수의 광학 아웃풋을 조합하여 광을 생성하도록 작동하는 광조합 엘리먼트;
광을 수용하도록 작동하는 광결합 엘리먼트; 및
상기 광결합 엘리먼트에 광학적으로 결합된 광섬유로서, 광을 안구로 유도하도록 작동하는 광섬유를 포함하는, 안과용 눈속조명기.
하나 이상의 펌프 광원; 및
안구 내에 정위되도록 구성된 섬광체 섬유의 원위 말단에 섬광체 장치를 포함하는, 하나 이상의 펌프 광원에 광학적으로 결합된 섬광체 섬유를 포함하는 안과용 눈속조명기로서,
상기 섬광체 섬유는 하나 이상의 펌프 광원의 광학 아웃풋을 상기 섬광체 장치에 전달하고;
상기 섬광체 장치는 상기 광학 아웃풋을 수용하여 상기 하나 이상의 펌프 광원의 광학 아웃풋과 상이한 파장 범위의 광을 생성하도록 작동하는 것인, 안과용 눈속조명기.
제 26항에 있어서, 상기 펌프 광원이 UV 또는 청색 광 LED를 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 26항에 있어서, 상기 섬광체 섬유 주위에 배치되고 상기 하나 이상의 펌프 광원의 광학 아웃풋의 파장 범위에 있는 광을 걸러 내도록 구성된 광섬유를 추가로 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 26항에 있어서, 상기 섬광체 장치가 형광 물질을 포함하는 안과용 눈속조명기.
제 26항에 있어서, 상기 섬광체 장치가 인광 물질을 포함하는 안과용 눈속조명기.