KR20080069545A - 내열 조명 프로브 팁 - Google Patents

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KR20080069545A
KR20080069545A KR1020080007101A KR20080007101A KR20080069545A KR 20080069545 A KR20080069545 A KR 20080069545A KR 1020080007101 A KR1020080007101 A KR 1020080007101A KR 20080007101 A KR20080007101 A KR 20080007101A KR 20080069545 A KR20080069545 A KR 20080069545A
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KR1020080007101A
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로날드 티. 스미쓰
잭 알. 아울드
딘 와이. 린
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알콘, 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명의 일 실시예에서, 플라스틱 광섬유는 고온 말단 부분과 결합하여 내열 조명 프로브를 형성한다. 말단부는 길이가 짧고 고온재(들)로 이루어지며, 바람직한 적용에서 빛을 유도하도록 적정한 형태를 가지며, 반사 코팅으로 코팅되어 상기 부분의 측면이 높은 굴절률 또는 흡수 물질과 접촉한 경우 빛이 빠져나가지 않고 트랩되는 것을 보장할 수 있다. 말단 부분은 고온 플라스틱 로드, 유리 광섬유 등과 같은 고온재(들)로 이루어질 수 있다. 말단부는 트랩되거나 또는 바람직한 구성으로 성형될 수 있다. 플라스틱 광섬유 및 고온 말단 부분은 광학 접착제를 사용하여 스틸 캐뉼러, 플라스틱 허브, 광학 커넥터 등의 내측에서 연결될 수 있다.

Description

내열 조명 프로브 팁{THERMALLY ROBUST ILLUMINATION PROBE TIP}
본 발명은 U.S.C. 제119조 하에서 2007년 1월 23일 출원된 미국 가출원 번호 제 60/886,140호를 우선권으로 하며, 그 전체적인 내용이 참고된다. 본 발명은, 2006년 2월 15일 출원된 "HIGH THROUGHPUT ENDO-ILLUMINATOR PROBE" 명칭의 미국 출원번호 제 11/354,615호를 참고하며 이는 2005년 2월 15일 출원된 미국 가출원 번호 제 60/653,265호를 우선권으로 하며; 2006년 12월 18일 출원된 "ILLUMINATED INFUSION CANNULA" 명칭의 미국 출원번호 제 11/612,234호를 참고하며 이는 2005년 12월 16일 출원된 미국 가출원 번호 제 60/751,175호를 우선권으로 하며; 그리고 2003년 10월 30일 출원된 "SURGICAL WIDE-ANGLE ILLUMINATOR" 명칭의 미국 출원번호 제 10/697,350호를 참고한다.
본 발명은 일반적으로 조명 프로브에 관한 것이다. 보다 상세히, 본 발명은 말단 섬유팁(distal fiber tip)을 구비한 조명 프로브에 관한 것이다. 보다 더 상세히, 본 발명의 실시예들은 내열 조명 프로브 팁에 관한 것이다.
광섬유들은 많은 조명 기기에서 유용하다. 예를 들어, 이들은 의학 분야에서 그리고 수술 영역이나 타겟 상에 밝은 빛이 비추어질 필요가 있는 다른 분야에서 사용될 수 있다. 일반적으로 빛 프로브는 그 다양한 바람직한 장점들로 인하여 플라스틱 광섬유로 이루어진다. 예를 들어, 플라스틱 광섬유는 가요성이며, 형성이 용이하며, 비교적 높은 수치구경("NA"; numerical aperture)을 가지며, 그리고 일반적으로 유리 섬유에 비하여 저렴하다. 더욱이 유리 섬유에 비하여 인장이 용이하며 경사진 형태를 보다 용이하게 형성할 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 플라스틱 광섬유는 20게이지 지름에서조차 가요성이며, 중앙측에 인접한 벨(proximal bell)을 형성하는 것이 용이하며, 0.63NA 만큼 갖는다. 추가로, 플라스틱 광섬유와 관련된 광학적 링크, 커넥터 및 설치가 유리 광섬유에 비교하여 상대적으로 저렴하다. 유리 광섬유는 20게이지 지름에서 뻣뻣해지며, 중앙측에 인접한 단부에 벨을 형성하는 것이 어려우며, 설치 및 유지가 보다 고가이다.
플라스틱 광섬유로 빛 프로브를 만드는 데에 있어서 하나의 결점은, 이들이 혈액 또는 인체 세포와 같은 어떠한 흡수 물질과 접촉하게 되면 말단부 변형에 취약하다는 점이다. 예를 들어, 도 1은, 플라스틱 광섬유(101) 및 스틸 캐뉼러(steel cannula)(103)로 이루어진 단일 내부-조명 프로브(endo-illumination probe)(100)의 말단부를 도시한다. 플라스틱 광섬유(101)는 실린더형 절연 도파관이며 공지 기술에 의해 피복층(cladding layer)으로 둘러싸인 코어(core)로 이루어진다. 플라스틱 광섬유(101)는 내부의 전반사 처리에 의해 그 축을 따라 빛을 전달하며, 이는 당업자에게 공지된 광학 현상이다. 플라스틱 광섬유(101)의 코어는 광학적으로 매우 투명하며 매우 많은 양의 백색광 광속(105)을 플라스틱 광섬유(101)의 손상 없이 전달할 수 있다. 이는, 광섬유의 흡수가 매우 낮기 때문이다. 따라서, 플라스틱 광섬유를 가열하여 연화점 또는 변형점을 만들지 않으면서 많은 양의 빛이 이를 통과할 수 있다.
그러나 소정의 혈액 또는 약간의 인체 세포와 같은 흡수 물질이 프로브(100) 단부와 접촉하면 다음과 같은 순환 작용이 빠르게 발생한다.
● 흡수 세포가 가시광의 일부를 흡수하여 매우 높은 온도로 가열된다. (예를 들어, 약 130℃ 또는 그 이상)
● 광섬유와 물리 접촉하여, 고온의 세포가 섬유팁을 가열한다.
● 섬유팁의 온도가 섬유의 연화점을 초과한다.
● 고체 섬유 내측에 형성된 선형 압축력이 릴리싱되어, 섬유팁이 수축되고 섬유팁 지름이 증가한다.
● 팁이 캐뉼러 내에서 수축됨에 따라, 섬유로부터 방사된 빛이 캐뉼러의 말단부를 조명하여 가열한다.
● 고온 캐뉼러는 인접한 섬유질을 가열하여 연화 온도를 너머 결국 변형된다. 그리고,
● 매우 빠르게, 섬유팁 변형은 프로브가 작동하지 않도록 한다.
이러한 일련의 반응으로 인하여, 빛 에너지가 막힌 섬유팁에 전달되는 경우 팁 온도는 매우 빠르게 상승하여 팁이 변형되도록 하며, 소정의 경우 팁이 "버섯화(mushrooming)"된다. 더 이상 작동하지 않는 섬유 프로브는 바람직하지 않을 뿐 만 아니라 안전 측면에서도 위험하다. 그러나 빛 프로브가 작은 절개부를 통해 수술 영역에 삽입된 경우, 섬유팁의 버섯화는 절개부가 변형된 프로브팁에 맞추어지도록 확장될 필요가 있음을 뜻한다. 현재 이러한 현상은, 시술자가 조명원의 출력을 제한함으로써 완화되고 있다.
예를 들어, 샹들리에 프로브가 넓은 수술 영역을 조명하는데 유용하다. 안과 수술에서, 특히 망막 수술(vitreo-retinal surgery)에서, 가능한 망막 부분을 크게 보는 것이 바람직하다. 따라서, 샹들리에 프로브가 종종 공막(sclera)의 작은 절개 홀에 삽입된다. 샹들리에 프로브 내의 플라스틱 광섬유가 팽창된 지름의 볼(ball)로 둥글게 변형되는 것은 흡수 오염물이 팁과 접촉한 경우 일어날 수 있는데, 이 경우 확대된 팁은 절개홀을 통해 이를 다시 당기는 것을 보다 어렵게 한다. 그 결과, 프로브 제거는 시술자가 절개부를 확장시켜서 다른 손상을 방지할 것을 요구한다. 이는 환자에게 위험성을 주지는 않지만 시술자에게 불편하며 수술의 일반적인 흐름을 방해한다.
따라서, 플라스틱 광섬유의 장점을 이루며 변형되는 말단부 문제를 해결하기 위한 새로운 해결책이 필요하다. 본 발명의 실시예들은 이러한 필요성 및 기타 다른 목적을 만족할 것이다.
본 발명의 실시예들은 조명 프로브의 말단부 변형 문제에 대한 새로운 해결책을 제공한다. 상세히, 본 발명의 실시예들은 내열 말단팁을 구비한 플라스틱 광섬유를 갖는 조명 프로브를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 플라스틱 광섬유의 말단부는 고온 말단 부분에 결합되며, 이는 길이가 보다 짧고, 고온재(high temperature material)로 이루어지며, 바람직한 실시예에서 빛을 유도하기 위한 적합한 형태를 갖는다. 소정의 실시예에서, 고온 말단 부분은 몰딩되거나, 기계가공되거나, 또는 성형될 수 있다. 소정의 실시예에서, 고온 말단 부분은 고온 플라스틱 팁, 유리 광섬유, 또는 그 조합과 같이 빛을 전달할 수 있는 고온재(들)로 이루어진 하나 또는 그 이상의 섹션을 포함한다. 다른 적합한 고온재가 가능하다. 소정의 실시예에서, 고온 말단 부분은 말단 유리 섬유를 포함한다. 소정의 실시예에서, 바람직한 경우, 말단 유리 섬유는 성형된 말단부를 가질 수 있다.
소정의 실시예에서, 플라스틱 광섬유의 말단부는 광학 접착제(optical adhesive)를 사용하여 고온 말단 부분에 결합될 수 있다. 추가 구성요소들이 광학 결합을 보강하고 추가 목적(들)에 도움을 주도록 포함될 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 광섬유의 말단부는 스틸 캐뉼러, 슬리브, 광학 커넥터 등의 내측에서 고온 말단 부분에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 플라스틱 광섬유의 말단부는 하나 또는 그 이상의 부분으로 이루어진 플라스틱 허브(hub) 내에서 이에 고온 말단 부분과 결합될 수 있다. 이러한 구성에 따라서, 플라스틱 허브와 같은 구성요소가 고정된 위치로 조명 프로브를 앵커링하거나, 유체 유동을 허용하거나, 둘 모두를 위해 돕는다. 다른 기능들 역시 가능하다. 소정의 실시예에서, 조명 프로브는 광각 렌즈와 같은 기능을 할 수 있는 특정적인 사파이어 볼(sapphire ball)과 같은 고온 말단부에서 광학 구성요소를 채택한다.
소정의 경우, 고온 말단 부분의 일부를 반사 코팅으로 코팅하여, 상기 부분의 측면에 공기 외에 다른 것(예를 들어, 접착제, 캐뉼러, 공막 등)과 접촉하는 경우 빛이 도망가지 않고 트랩(trap)되는 것을 보장할 필요가 있다. 적합한 코팅은, 은, 알루미늄, 고반사율 이색 코팅 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 종래 기술 이상의 다양한 장점을 제공한다. 예를 들어 종래 기술의 말단 섬유팁과 달리, 내열 조명 프로브는 일부 흡수 오염물이 팁과 접촉한 경우 변형을 이루지 않으며, 따라서 사용자가 말단부 변형에 의해 야기되는 문제 및 불편함을 걱정하지 않고 플라스틱 광섬유의 장점 및 이점을 취하도록 한 다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 도면에 도시되며, 다수의 도면에서 유사하고 상응하는 구성요소에 유사한 도면부호가 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 내열 말단팁을 구비한 플라스틱 광섬유를 구비한 조명 프로브를 위해 제공된다. 본 발명의 실시예들은 모든 게이지(예를 들어, 20, 23, 25 등)의 플라스틱 광섬유에 적용될 수 있다. 현재의 경향은 25게이지를 향하고 특히 23게이지를 향한다. -공막 내의 봉합 없는 상처를 위해서는 보다 작은 지름이 필요하다- 내열 조명 프로브는 망막/후안부 세그먼트 수술과 같은 많은 의학 프로시져에서 사용되는 수술 시스템(예를 들어, 안과용 조명 장치)의 일부일 수 있다. 예시적인 안과용 조명 장치는 광원(예를 들어, 크세논 광원, 할로겐 광원 또는 유사한 광원)으로부터 광섬유를 통해 상대적인 수술 영역에서 가용한 인코히어런트 빛(incoherent light)의 빔을 전달하기 위한 핸드피스(handpiece)를 포함할 수 있다. 개시된 내열 조명 프로브의 실시예들은, 어떠한 적절한 핸드피스와 사용 가능하게 구현될 수 있으며, 이는 예를 들어, 텍사스 포트워스의 Alcon Laboratories, Inc.로부터 입수 가능한 Alcon-Griehaber Revolution-DSP® 핸드피스일 수 있다. 핸드피스의 말단부는 개시된 조명 프로브를 하우징하도록 구성된 스템(stem)(캐뉼러) 또는 그 유사한 것을 연결한다. 일 실시예에서, 내열 조명 프로브는 수술용 아이템에 놓일 수 있다. 당업자는 이러한 본원 발명이 안과 영역에 만 제한되지 않으며 놓은 출력과 높은 게이지 조명이 필요한 어떠한 수술 영역에서도 일반적으로 적용 가능함을 고려하여야 하며, 이를 알 수 있을 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열 내부-조명 프로브(200)를 도시한다. 도 1의 프로브(100)와 달리, 스템(208)(예를 들어, 25게이지 스틸 캐뉼러)이 2개의 상이한 형식의 광섬유를 하우징하며, 이는 플라스틱 광섬유(202)와 유리 광섬유(206)이며 상호 광학 접착제(204)에 의해 접착된다. 광학 접착제(204)는 어떠한 인덱스-매칭 광학-그레이드 접착제(index-matching optical-grade adhesive)(예를 들어, 자외선 또는 낮은 파장의 가시광선에 노출되어 빠르게 치유하는 Dymax 142-M 광학 접착제)일 수도 있으며, 이는 당업자에게 공지된 것이다. 유사하게, 스템(208)은 스테인레스 스틸 또는 적합한 생체적합 중합체(예를 들어, PEEK, 폴리이미드 등)일 수 있으며, 이는 당업자에게 공지된 것이다. 본 명세서에서, 스템(208)은 말단부로서 지칭되는 요소를 하우징하며, 그 상류 단부는 핸드피스와 광원을 연결하는 광학 케이블 내측에 하우징된 중앙측 인접 광섬유에 광학적으로 연결된다. 중앙측 인접 광섬유는 광원에 광학적으로 연결된다. 최상의 광속 기능을 위해, 내열 섬유는 플라스틱 섬유의 말단부 지름 및 NA보다 크거나 같은 중앙측 인접 지름 및 NA를 갖는다. 방사되는 빔의 각도 상 불균등을 방지하기 위해, 내열 섬유의 중앙측 인접 지름은 플라스틱 섬유의 말단부 지름에 가능한 근접하게 매칭되며, 2개의 섬유는 이격되어 매우 잘 정렬되어야 한다.
일 실시예에서, 플라스틱 광섬유(202) 및 유리 광섬유(206)는 광학 접착제(204)에 의해 광학적으로 함께 결합되어 말단부 광섬유를 형성한다. 스템(208) 은 당업자에게 공지된 방법에 의해 말단부 광섬유에 부착될 수 있다. 유리 광섬유(206)는, 수술에서 빛을 방사하는 동안 변형되지 않는 조명 프로브(200)의 고온부를 제공한다. 플라스틱 광섬유(202)는 가요성 광학 도관을 제공하여 광원으로부터 (예를 들어, 중앙측 인접 광섬유 및/또는 다른 광학적 커플링을 통해) 빛을 수용한다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 내열 샹들리에 프로브(300)의 개략적인 도면이다. 본 실시예에서, 플라스틱 광섬유(302)는 플라스틱 허브(310) 내에 몰딩되고 기계가공된 고온 플라스틱 팁(306)에 들어와서 이를 연결한다. 허브(310)는 공막 상에서 앵커링 프로브(300)를 위해 구성될 수 있어서, 수술 동안 이동하지 않는다. 허브(310)는 기계적 결합을 제공하거나, 아니라면 플라스틱 광섬유(302)와 고온 플라스틱 팁(306) 사이의 접착을 지지한다. 보다 특정적으로 광학적 접착제(304)는 플라스틱 광섬유(302) 및 고온 플라스틱 팁(306) 사이에서부터 이들과 플라스틱 허브(310) 사이의 갭 안으로 흩어져서, 플라스틱 광섬유(302), 허브(310) 및 고온 플라스틱 팁(306) 사이에 접착이 위치한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고온 플라스틱 팁(306)은 플라스틱 광섬유(302)에 닿은 중앙측 인접 단부 및 그 말단부에서 빛을 방사하는 경사진 섹션을 갖는다. 경사진 섹션은 기계 가공, 다이아몬드 터닝, 주조 또는 사출 성형에 의해 제조될 수 있다. 고온 플라스틱 팁(306)은 빛이 빠지는 것을 방지하도록 어떠한 피복(cladding)도 없이 이루어진 고온 플라스틱 로드이다. 따라서 그 NA는 경사진 섹션의 굴절률 및 둘러싼 매체의 굴절률에 따른다. 예를 들어, 경사진 섹션이 공 기네 노출되면, 경사진 섹션의 NA는 실질적으로 1일 것이다. 이러한 NA는 경사진 섹션을 통과하는 빛 빔의 NA보다 매우 크며; 따라서 경사진 섹션을 통과하는 빛의 투과율은 100%에 이를 정도로 클 수 있다. 경사진 섹션이 액체(예를 들어, 눈 내부로부터의 식염수)에 노출된다면, 결과적으로 NA는 감소되지만, 이 경우 여전히 높을 것이다. 예를 들어, 고온 플라스틱 팁(306) 물질이 1.53의 굴절률을 갖고 팁이 약 1.36의 굴절률을 갖는 식염수에 담겨져 있다면, 결과적으로 NA는 0.70이다. 그러나 고온 플라스틱 팁(306)이 전형적으로 1.5의 굴절 또는 이보다 높은 오일 또는 광학 접착제와 같은 높은 굴절률 액체에 접촉하거나 허브(310) 또는 공막과 같은 흡수제에 접촉한다면, 빛은 주변 매체 내의 플라스틱 팁을 빠져 나와서 사라질 것이다. 이러한 일이 발생하는 것을 방지하도록 반사 코팅(312)이 고온 플라스틱 팁(306)의 외측에 적용되어 고온 플라스틱 팁(306) 내의 빛을 한정한다(즉, 빛이 빠져나가지 못한다). 반사 코팅(312)은 만사 금속 또는 절연 코팅일 수 있다. 일 실시예에서, 은 코팅이 사용된다. 은 코팅의 길이는 빛 프로브의 특정한 구성 등에 따르며, 고온 플라스틱 팁이 공기 또는 낮은 굴절률 액체가 아닌 주변 매체에 노출된다. 은이 빛의 약 98%를 반사하며, 100%가 반사가 아니어서 "전반사"를 제공하지 않는다. 이 경우, 은 코팅의 길이를 감소하는 것이 바람직할 수 있다. 반면에, 은 코팅은 고온 플라스틱 로드가 바람직하지 않은 매체(예를 들어, 허브(310)로부터 흩어진 광학 접착제(304), 수술 영역으로부터의 유체 등)에 노출되는 것을 방지할 필요가 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내열 사파이어 광각 프로브(400)의 실시예의 개략적인 도면이다. 도 2의 프로브(200)와 유사하게, 스텝(408)은 2개의 다른 종류의 광섬유를 하우징하며; 이는 광학 접착제(404)에 함께 결합된 플라스틱 광섬유(402) 및 유리 광섬유(406)이다. 광학 접착제(404)는 인덱스-매칭 광학-그레이드 접착제(예를 들어, Dymax 142-M 광학 접착제)일 수 있다. 유사하게 스템(408)은 스테인레스 스틸 또는 적합한 생체적합 중합체(예를 들어, PEEK, 폴리이미드 등)일 수 있다. 이러한 실시예에서, 스템(408)은 광각 렌즈로 기능하는 사파이어 볼(414)을 통합하도록 구성된다. 스템(408)은 당업자에게 공지된 방법으로 플라스틱 광섬유(402) 및 유리 광섬유(406)에 부착될 수 있다. 유리 광섬유(406) 및 사파이어 볼(414)은 고온재로서 수술에서 빛 방사 동안 변형되지 않을 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열 조명된 주입 캐뉼러(500)의 개략적인 도면이다. 조명된 주입 캐뉼러(500)는 유체 채널과 조명 프로브를 혼합할 수 있어서, 눈에 가압하는 유체 유동을 제공하고 조명을 제공하며, 수술 영역에 삽입된 3개의 개별적은 프로브를 가질 필요성을 바람직하게 제거한다. 이러한 실시예에서, 가요성 플라스틱 호스(516)가 유체 유동을 위한 채널을 제공하며 플라스틱 캡 또는 허브(510)에 부착된다. 플라스틱 광섬유(502) 및 고온 플라스틱 로드(506)가 광학 접착제(504)에 의해 허브(510) 내측에서 함께 결합한다. 광학 접착제(504)는 플라스틱 광섬유(502)와 고온 플라스틱 로드(506) 사이의 갭로부터 조인트를 둘러싸는 갭으로 흩어져서 적합한 캐뉼러 축을 따라 플라스틱 광섬유(502)를 위치시키는 허브(510)로의 부착을 제공한다. 그러나 섬유가 캐뉼러 축에 대해 횡으로 중앙에 위치할 필요는 없다. 그 최적의 실시는, 캐뉼러 측면을 따라서 캐 뉼러 벽체 내측에 접촉한 경우에도 영향을 받지 않는 것이다. 플라스틱 호스(516) 및 플라스틱 광섬유(502)는 (도시되지 않은) 보호 시스 내에 하우징될 수 있다.
특히, 허브(510)는 투관침 캐뉼러(trocar cannula)(508)를 정교하게 수용하거나 단단히 연결되도록 구성된다. 투관침 캐뉼러(508)는 허브(510)의 하류 단부에 맞추어지도록 구성되어 플라스틱 호스(516)로부터 유체 유동 경로를 수용하며 고온 플라스틱 로드(506)를 하우징하며, 이는 유체 유동 경로와 동축일 수도 있으며 동축이 아닐 수도 있다. 도 3의 허브(310)와 유사하게, 허브(510)와 캐뉼러(508)는 몰딩되거나 또는 플라스틱으로부터 기계가공되거나 또는 생체적합 물질일 수 있다. 캐뉼러(508)는 고정된 위치에(예를 들어, 공막 상에) 프로브(500)를 앵커링하는 기능을 한다. 일 실시예에서, 캐뉼러(508)는 2개의 부분으로 이루어진다 -이는, 실린더형 스틸 또는 폴리이미드 또는 플라스틱 내에서 전형적으로 사출 성형된 다른 허브에 부착되고 결합된 PEEK 캐뉼러이다.
고온 플라스틱 로드(506)가, 공막 또는 예를 들어 광학적 접착제 또는 오일 높은 굴절률 매체와 같은 흡수 매체에 노출된 경우, 노출된 부분은 반사 코팅(512)으로 코팅되어 빛이 빠져나가는 것을 방지한다. 투관침 캐뉼러(508)의 말단부는 수술 영역에서 절개를 통해 용이하게 진입하도록 성형될 수 있다. 고온 플라스틱 로드(506)의 말단부가 몰딩되거나 기계가공되거나 (예를 들어, 레이어 열성형에 의해) 형성될 수 있어서 미리 정해진 형태로 경사진다. 높은 방사 효율을 달성하도록 광각 범위로 빛을 퍼뜨리는 하나의 경사진 형태는 컴파운드 파라볼라 컨센트레이터(CPC; compound parabola concentrator)로서, 이는 콘 형태이다. 반사 코 팅(512)은 반사 금속(예를 들어, 은)이거나 절연 코팅(예를 들어, Teflon® 또는 다층 절연 스택)일 수 있다.
도 6은 중앙측 인접하여 빛나고 말단부에서 경사진 유리 광섬유(600)의 개략적인 도면으로, 내열 조명된 주입 캐뉼러와 같은 본 발명의 소정의 실시예를 구현하는데 적합하다. 일 실시예에서, 섬유(600)는 FSU 섬유이며, Polymicro로부터 입수 가능하다. 내열 조명 프로브의 고온 말단부에 적합하게 이루어진 다수의 특징이 있다. 예를 들어,
● 이는 475μ +/- 13μ Teflon® 피복(604) (9.0μ +/- 3.0μ 피복 두께)로서, 매우 낮은 굴절률(~1.30 - 1.33)을 가지며, 이는 섬유(600)가 0.66의 매우 높은 수치구경(NA)을 이루도록 한다. NA는 빛을 전파하는 광섬유의 수광각(acceptance angle)이다.
● 그 말단부(601)는 콘 형태의 컴파운드 파라볼라 컨센트레이터(CPC)와 유사한 형태로 경사진다. 이는 레이저 열성형에 의해 이루어질 수 있으며 - 고온 레이저의 정교한 제어로서 말단부(601)를 미리 정해진 형태로 성형한다. 이러한 단계 동안, (DuPont에 의해 개발된) Teflon® 피복은 레이저 성형 영역('a' + 'b')에서 연소된다. 비-경사 영역'a'은 가능한 짧아야 한다. 예를 들어 성형된 경사 영역'b'은 723.8μ일 수 있다. 공기 또는 식염수 이외에는 접촉하지 않는 실리카 코어(603)(475μ +/- 10μ)의 노출 영역이 길어질수록, 빛은 섬유 코어(603) 내에서 주로 한정된다.
● 마무리된 평평한 중앙측 인접 단부(602)는 선형으로 빛난다. 다시, 이는 레이저 열성형에 의해 이루어질 수 있으며 -고온 레이저의 정교한 제어로 섬유 중앙측 인접 단부를 빛나게 한다. 이러한 단계 동안, Teflon® 피복은 레이저 성형의 영역(w4)에서 연소된다. 예를 들어, 빛나는 영역(w5)은 약 3100μ ~ 4500μ일 수 있으며, 중앙측 인접 단부(602)에서 737μ +/- 10μ의 지름(d)을 구비한다. 섬유(600)의 전체 길이(w1)는 12" +/- 0.25"이며 552μ +/- 30μ의 실리콘 버퍼(605)로 덮인 부분을 구비한다. 덮이지 않은 섹션(w2 및 w3)은 각각 11.0mm +/- 1.0mm 및 9.0mm +/- 1.0mm이다.
중앙측 인접한 빛나는 영역에서의 이러한 노출 코어(603)는 공기 이외에는 어느 것에도 노출되지 않는다는 것이 중요하다. 도 7은, 공기(711)에서 유리 광섬유(600)의 중앙측 인접한 빛나는 부분을 둘러싸는 보호 슬리브(707)를 구비한 유리 광섬유(600)를 포함하는 광학 구성요소(700)의 개략적인 도면이다. 섬유(600)는 보호 슬리브(707)에 결합되며, 이는 접착제(704)를 구비하여 유리로 이루어질 수 있다. 보호 유리 슬리브(707)는 그 극도의 중앙측 인접 단부에서 섬유(600)의 원주 둘레로 오직 접촉부(709) 지점에서 섬유(600)의 노출된 중앙측 인접한 빛나는 코어(603)와 접촉한다. 이는 빛나는 코어 밖으로 빛이 주변 영역으로 누수를 최소화한다.
도 8은 섬유 대 섬유 조인트(800)의 개략적 도면이며, 이는 광학 커넥터(820) 내측에서 광학적 구성요소(700)를 고온 및 높은 NA 유리 광섬유(600)와 연결하는 플라스틱 광섬유(802)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따라서, 높은 기능성의 내열 조명 섬유 프로브는 광학적 접착제(804) 및 커넥터(820)를 사용하여 유리 광섬유(600)의 중앙측 인접 단부를 플라스틱 광섬유(802)의 말단부에 결합함으로써 용이하게 조립될 수 있으며, 상기 커넥터는 특히 유리 광섬유(600)의 중앙측 인접한 빛나는 부분을 둘러싸는 보호 슬리브를 갖는 광학 부재(700)를 수용하도록 디자인된다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열 조명 프로브를 구현하는데 적합한 전-방향성 반사 캐뉼러(omni-directionally reflective cannula)의 개략적 도면이다. 이러한 실시예에서 높은 출력의 섬유 프로브(900)가 ACMI 커넥터(930)에 연결되고 공동의 전-방향성 반사 캐뉼러에 광학적으로 결합된 플라스틱 광섬유(910)를 포함한다. 캐뉼러는 "피복"에 의해 둘러싸인 공동 공기 코어를 가지며, 상기 피복은 특정 특성을 구비한 실린더형 코팅이다.
종래의 코팅은 (1) 높은 반사도를 갖고 흡수성은 적지만 강한 파장 및 각도 상 선택성을 갖는 절연 코팅 스택 및 (2) 100% 반사보다 작으며 흡수 손실을 갖는 전-방향성 반사기인 금속 코팅으로 이루어진다. 기술하는 특별한 코팅은, 절연 코팅과 유사하지만 굴절률이 상이하여 결과적으로 코팅은 절연 스택 및 금속 코팅의 장점을 혼합하는 절연 물질로 이루어진다. -넓은 스펙트럼 및 각도 상 대역에 걸쳐 전방향으로 매우 높은 반사도를 갖는다. 실질적으로, 일방향 대역 갭은 코팅 구조체 내에 광자가 진입하는 것을 방지하는 코팅 내에서 생성된다. 이는 코팅 구조체를 진입할 수 없기 때문에, 이는 전달되거나 흡수될 수 없으며, 따라서 반사되는 수밖에 없다.
본 기술은 적외선 파장에서도 적용되며, 공동 캐뉼러 내에서 잠재적인 100% 반사는 가시광 파장 대역에서의 작동에도 적합하다. 따라서, 경사진 공동 코어 섬유(920) 및 곧은 공동 코어 섬유(925)는, 현재 상업적으로 입수 가능한 섬유의 가장 높은 NA는 0.63인데 비교하여(Toray 섬유), 가시 스펙트럼에서 잠재적으로 1.0에 이르는 NA 섬유를 가질 수 있다(즉, 90도 비축(off-axis)에 이르는 비축 광선의 높은 전달).
실제로, 소정의 감소가 있으며 이는 약 0.65dB/m에 이를 수 있다. 100"(2.54미터)의 길이의 섬유에서, 이는 빛의 68%만이 전달됨을 뜻한다. 그러나 1.0NA 빔의 68%는 0.63NA 빔의 96%보다 큰 빛을 제공한다. 더욱이, 특히 섬유는 가장 말단부에서 짧은 몇 인치 길이에서만 사용되며, 따라서 결과적인 감소는 작을 것이다.
이러한 특정 섬유가 경사지면, 도 9에서 도시된 높은 출력 디자인이 가능하다. 보다 상세히, 0.63NA Toray 섬유(910)가 섬유 조명(예를 들어, Alcon의 Accurus 크세논 조명)으로부터 빛을 말단부로 전달하는데 효과적일 것이다. 이 지점에서, 경사진 공동-코어 섬유(920)는 빔을 보다 좁은 지름으로 강제하며, 빔의 각도 상 너비(즉, 빔 NA)가 증가하도록 한다. 1NA의 섬유에서, 경사진 섹션 이후에 빔은 섬유(900)의 좁은 지름의 곧은 섹션(925)을 통해 효과적으로 전달될 것이다. 공동 코어 섬유를 BSS 또는 오일로 채우는 것은 그 광속 전파 특성에 영향을 줄 것이다. 이러한 특정 섬유가 경사지을 수 없다면, 경사진 유리 또는 플라스틱 로드가 플라스틱 중앙측 인접 단부로부터 공동 코어 말단 캐뉼러로 빛을 연결할 필요가 있다. (아마, 경사부 내에 빛을 한정하도록 측면 표면 상에 은코팅을 구비하 여야 할 것이다.)
본 발명은 특정 실시예들을 참고하여 기술하였지만, 오직 실시예만이 설명되었으며 본 발명의 범위는 이러한 실시예에 제한되지 않음을 주지하여야 한다. 전술한 실시예에 대한 다양한 변형, 수정, 추가 및 개선이 가능하다. 이러한 변형, 수정, 추가 및 개선은 본 발명의 청구범위 내에 포함될 것이며, 그러한 청구범위는 이하의 청구항에 의해 설명된다.
본 발명 및 그 장점을 보다 확실히 이해하도록 아래의 도면을 참고하여 설명할 것이며, 첨부된 도면에서는 유사한 구성요소에 유사한 도면부호가 지칭된다.
도 1은, 흡수재가 프로브 단부에 닿은 경우 변형되는 경향이 있는 종래의 말단 섬유팁을 구비한 플라스틱 광섬유 및 스틸 캐뉼러로 이루어진 간단한 내부-조명 프로브를 개략적으로 도시한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열 내부-조명 프로브를 개략적으로 도시한다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 내열 샹들리에 프로브를 개략적으로 도시한다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내열 사파이어 광각 프로브를 개략적으로 도시한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열 조명된 주입 캐뉼러를 개략적으로 도시한다.
도 6은, 내열 조명된 주입 캐뉼러 내에서와 같이 본 발명의 소정의 실시예에 적합한 중앙측 인접하여 빛나고 말단부에서 기울어진 유리 광섬유를 개략적으로 도시한다.
도 7은, 유리 광섬유의 중앙측 인접한 빛나는 부분을 둘러싸는 보호 슬리브를 갖는 유리 광섬유를 개략적으로 도시한다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따라 내열팁을 구비한 조명 프로브를 형성하 도록, 광학 커넥터 내측의 유리 광섬유의 중앙측 인접한 빛나는 부분을 둘러싸는 보호 슬리브를 갖는 유리 광섬유를 갖는 플라스틱 광섬유를 개략적으로 도시한다. 그리고
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 내열 조명 프로브를 구현하는데 적합한 전-방향성 반사 캐뉼러를 개략적으로 도시한다.

Claims (21)

  1. 내열 조명 프로브로서,
    플라스틱 광섬유;
    고온 말단 부분; 및
    하우징을 포함하며,
    상기 플라스틱 광섬유는 상기 고온 말단 부분을 통해 빛을 전달하도록 상기 고온 말단 부분에 광학적으로 연결되고, 상기 플라스틱 광섬유는 상기 하우징 내에서 상기 고온 말단 부분과 함께 결합되고, 그리고 상기 고온 말단 부분은 유리 광섬유 또는 고온 플라스틱 로드인,
    내열 조명 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 스테인레스 스틸 또는 생체적합 물질로 이루어진 캐뉼러(cannula)인,
    내열 조명 프로브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 말단 부분은 하나 또는 그 이상의 고온재(high temperature material)로 이루어지는,
    내열 조명 프로브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고온 말단 부분은 성형(sculpt)되거나 경사(taper)진 말단 부분인,
    내열 조명 프로브.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 고온 말단 부분은 빛나는 중앙측 인접 단부(proximal end)를 갖는,
    내열 조명 프로브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 로드의 일부는 반사 코팅으로 코팅되는,
    내열 조명 프로브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사 코팅은 은(silver)인,
    내열 조명 프로브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 플라스틱을 포함하는 하나 또는 그 이상의 생체적합 물질로 이루어지는,
    내열 조명 프로브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 수술 동안 고정된 위치에서 상기 내열 조명 프로브를 앵커링하도록 구성되는,
    내열 조명 프로브.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 고온 말단 부분의 말단부에서 광각 렌즈와 일체화되도록 구성되는,
    내열 조명 프로브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은, 광학적으로 결합된 상기 플라스틱 광섬유 및 상기 고온 말단 부분을 통한 빛 전달에 추가하여, 유체 유동을 위한 채널을 수용하도록 이루어지는,
    내열 조명 프로브.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징은 캐뉼러에 연결된 허브(hub)를 포함하는,
    내열 조명 프로브.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 캐뉼러의 말단부는 절개를 통해 수술 영역에 진입하도록 경사진,
    내열 조명 프로브.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 내열 조명 프로브는 상기 플라스틱 광섬유와 상기 고온 말단 부분을 결합하는 광학 접착제(optical adhesive)를 더 포함하며, 상기 광학 접착제는 상기 플라스틱 허브 밖으로 퍼져서 상기 플라스틱 광섬유가 바람직한 위치로 결정되도록 하는,
    내열 조명 프로브.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 내열 조명 프로브는 상기 플라스틱 광섬유와 상기 고온 말단 부분을 결합하는 광학 접착제를 더 포함하는,
    내열 조명 프로브.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학 접착제는 상기 플라스틱 광섬유, 상기 고온 말단 부분 및 상기 하우징 사이의 접착을 제공하는,
    내열 조명 프로브.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 광섬유는 실리카 코어 및 절연 피복을 포함하며, 그 굴절률은 약 1.30 ~ 1.33이며, 이는 상기 유리 광섬유가 0.66의 수치구경(NA; numerical aperture)을 이루도록 하는,
    내열 조명 프로브.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 광섬유의 말단부는 콘 형태의 컴파운드 파라볼라 컨센트레이터(CPC; compound parabola concentrator) 내에서 경사진,
    내열 조명 프로브.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 광섬유의 중앙측 인접 단부는 보호 슬리브에 의해 둘러싸이는,
    내열 조명 프로브.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 내열 조명 프로브는, 상기 플라스틱 섬유의 말단부를 상기 보호 슬리브 내에서 둘러싸인 상기 유리 광섬유의 상기 중앙측 인접 단부에 광학적으로 연결하는 섬유-대-섬유 조인트 커넥터를 더 포함하는,
    내열 조명 프로브.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 말단 부분은 전-방향성 반사 공동 캐뉼러(omni-directional reflective hollow cannula)이며, 그 내측 표면은 절연물로 이루어진 반사 코팅으로 코팅되며, 상기 절연물은 상기 반사 코팅 내에서 가시 파장 밴드에서의 일-방향 밴드갭을 형성하여 상기 캐뉼러에 광자가 진입하는 것을 방지하는,
    내열 조명 프로브.
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