KR20140050716A - 소면의 광학적 요소를 사용하는 멀티-스폿 레이저 수술용 탐침 - Google Patents

소면의 광학적 요소를 사용하는 멀티-스폿 레이저 수술용 탐침 Download PDF

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Abstract

본 발명의 특정 실시예들에서, 광학적 수술용 탐침은 광원에 광학적으로 커플링되도록 구성되는 핸드피스 및 핸드피스의 말단부에 있는 캐뉼러를 포함한다. 탐침은 핸드피스의 내부에 있는 하나 이상의 광 가이드를 더 포함한다. 광 가이드는 광원으로부터 핸드피스의 말단부로 광 빔을 운반하도록 구성된다. 탐침은 또한, 광 가이드의 말단부로부터 이격된 소면의 단부 표면을 갖춘 소면의 광학적 접착제를 포함하는 캐뉼러 내의 멀티-스폿 발생기를 포함한다. 상기 소면의 단부 표면은 광 빔의 경로 쪽으로 경사진 하나 이상의 소면을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 탐침은 또한 광 가이드의 말단부에 있는 고전도성 페룰을 포함한다. 다른 실시예들에서, 캐뉼러는 투명한 재료로 형성된다.

Description

소면의 광학적 요소를 사용하는 멀티-스폿 레이저 수술용 탐침 {MULTI-SPOT LASER SURGICAL PROBE USING FACETED OPTICAL ELEMENTS}
본 출원은 2011년 8월 9일자로 출원된 미국 가 출원 번호 61/521,447호를 우선권을 주장하며, 그 내용들은 인용에 의해 본 출원에 포함된다. 본 출원은 2010년 12월 3일자로 출원되고 본 출원에 공통으로 양도된 공동 계류 중인 미국 특허 출원 번호 12/959,533호와 관련된다.
본 발명은 광학적 수술용 탐침들, 더 구체적으로 소면(小面; faceted)의 광학적 요소들을 사용하는 멀티-스폿 레이저 수술용 탐침에 관한 것이다.
광학적 수술용 탐침들은 다양한 용례들을 위해 수술 부위로 광을 전달한다. 몇몇 용레들에서, 탐침은 수술 부위의 멀티 스폿들로 광을 전달하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 망막 조직의 전체망막 광응고에서 탐침은 전체망막 광응고 절차의 시간을 감소시키도록 멀티 스폿들로 레이저 광을 전달하는 것이 바람직할 수 있다. 멀티 스폿 패턴을 위한 다수의 빔들을 생성하기 위해서 다양한 기술들이 쓰여져 왔다. 예를 들어, 하나의 접근 방법은 멀티 스폿들을 망막으로 전달하는 다수의 광 섬유들 내측에 커플링되는 멀티 스폿들 내측으로 입사 빔을 전달하기 위해서 회절 빔 스플리터 요소를 사용한다. 그러나 단일 입력 빔으로부터 멀티 스폿들을 더욱 쉽게 생성하기 위해서 광학적 수술용 탐침의 말단부에 놓일 수 있는 멀티 스폿 발생기를 가짐으로써, 레이저 수술용 탐침을 레이저 소스들과 정렬시키기 위한 추가의 구성요소들에 대한 필요성 없이 멀티 스폿 발생기가 현재의 레이저 소스들에 더욱 쉽게 사용될 수 있게 하는 것이 또한 바람직하다.
광학적 수술용 탐침의 말단부에 회절 빔 스플리터 요소의 사용시에 난점들이 유발될 수 있다. 일 예로서, 회절 빔 스플리터 요소는 다수의 더 높은 회절 차수들을 생성하며, 이들 차수들이 1차 스폿 패턴에 비해서 광 세기가 상대적으로 낮더라도 이들은 이들의 효과들 측면에서 항상 무시될 수 있는 것은 아니다. 다른 예로서, 회절 요소는 다른 굴절 매체에서 동일하게 수행되지 않을 수 있다. 예를 들어, 회절 빔 스플리터 요소가 식염수 또는 오일과 같은 공기와 다른 매체 내측에 놓인다면, 회절 빔 스플리터 요소의 현미경 표면 릴리프 구조의 오목 부분들은 스폿 패턴을 파괴할 수 있는, 공기와 상이한 굴절 지수를 갖는 재료로 충전될 수 있다. 또 다른 예로서, 스폿들 사이의 간격이 상이한 파장들에 대해 변할 수 있는데, 이는 목표로 하는 빔이 특정 컬러를 갖는 반면에 처리 빔이 상이한 컬러를 가질 때 문제가 될 수 있다. 끝으로, 회절 요소들은 종종 고가이며 제조하는 것을 어렵게 하는데, 이는 특히, 회절 요소가 23-게이지 또는 그보다 작은 수술용 기구들을 위한 수술용 탐침의 말단 선단부와 같은 작은 구역에 끼워 맞춰지도록 구성되어야 하는 때가 그런 경우이다. 따라서, 수술용 탐침의 말단부에 광학적 요소들을 사용하는 목표 구역에 멀티 스폿들을 생성할 수 있는 광학적 수술용 탐침에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 특정 실시예들은 소면의 광학적 접착제 요소를 갖춘 멀티 스폿 발생기를 포함하는 열적으로 강한 광학적 수술용 탐침을 제공한다. 본 발명의 특정 실시예들에서, 광학적 수술용 탐침은 광 소스에 광학적으로 커플링되도록 구성되는 핸드피스 및 핸드피스의 말단부에 있는 캐뉼러를 포함한다. 탐침은 핸드피스 내부에 하나 이상의 광 가이드를 더 포함한다. 광 가이드는 광 소스로부터 핸드피스의 말단부로 광 빔을 운반하도록 구성된다. 탐침은 또한, 광 가이드의 말단부로부터 이격된 소면의 단부 표면을 갖춘 소면의 광학적 접착제를 포함하는 캐뉼러 내에 멀티 스폿 발생기를 포함한다. 소면의 단부 표면은 광 빔의 경로 쪽으로 경사진 하나 이상의 소면을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 탐침은 또한, 광 가이드의 말단부에 고 전도성 페룰(ferrule)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 캐뉼러는 투명한 재료로 형성된다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 도면들, 및 도면과 특허청구범위에 대한 다음의 설명을 참조하여 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 고 열전도성 페룰을 갖춘 멀티 스폿 발생기를 예시하며,
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 투명한 캐뉼러를 갖춘 멀티 스폿 발생기를 예시하며,
도 3은 본 발명의 대체 실시예에 따른 투명한 캐뉼러를 갖춘 멀티 스폿 발생기를 예시한다.
본 발명의 바람직한 예시적인 실시예들에 대한 상세한 설명
2010년 12월 3일자로 출원되고 본 출원에 공통으로 양도된 공동 계류 중인 미국 특허 출원 번호 12/959,533호는 소면의 광학적 접착제를 사용하는 멀티 스폿광학적 수술용 탐침을 설명한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 광학적 수술용 탐팀들에 소면의 광학적 접착제의 사용을 용이하게 하기 위한 부가의 특징들을 제공한다. 특히, 본 발명의 특정 실시예들은 소면의 광학적 접착제를 사용하는 열적으로 강한 광학적 수술용 탐침을 제공한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 특정 실시예들은 "핫(hot) 스폿들"이 수술용 탐침에서 전개되어 소면의 광학적 접착제 또는 페룰에 인접한 접착제 및 캐뉼러의 열화 및/또는 고장을 야기할 가능성을 감소시키기 위한 부가의 특징들을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 탐침의 말단부 내에 위치되는 페룰은 탐침의 말단 선단부의 반대로 열을 안내하기 위한 그의 능력을 개선하도록 변형된다. 제 1 변형은 통상적으로 사용되는 저 열전도성 스테인리스 스틸로부터 구리 또는 은과 같은 훨씬 더 높은 열 전도성을 갖는 재료로 재료를 변경하는 것이다. 페룰 재료는 반드시 생체적합성 재료일 필요는 없는데, 이는 페룰 재료가 탐침의 외측으로부터 물리적으로 격리되어 있기 때문이다. 이는 임의의 이용가능한 생체적합성 재료들보다 훨씬 더 높은 열 전도성을 갖는 구리 또는 은과 같은 비-생체적합성 재료의 선택을 허용한다. 열 전도성이 더 높을수록 탐침의 말단부의 반대쪽으로 열의 전도를 더 효율적으로 할 수 있다. 제 2 변형은 접착제 소면들에서 반사된 광이 캐뉼러를 비추고 그 캐뉼러에 의해 흡수되는 것을 방지하는 말단 사이드-실드를 원통형 페룰에 부가하는 것이다. 대신에, 반사된 광은 탐침의 말단부의 반대쪽으로 열을 효율적으로 안내하는 고 열전도성 페룰을 비추고 그 페룰에 의해 실질적으로 흡수된다.
본 발명의 대체 실시예에서, 흡수성 캐뉼러는 접착제 소면들로부터 캐뉼러의 외측의 주위 영역으로 반사된 광을 보내는 투명한 캐뉼러로 교체된다. 이는 탐침의 말단부의 온도의 상당한 감소를 초래한다. 외과의 쪽으로 지향된 높은 세기의 보내진 광이 망막의 그의 시야와 간섭될 수 있기 때문에, 투명한 캐뉼러의 외측에 반사성, 확산성 또는 반투명한 층, 및 투명한 캐뉼러의 외측에 그리고 절연 공기 간극에 의해 투명한 캐뉼러로부터 물리적으로 분리되는 불투명한 원통형 캐뉼러를 포함하는 다양한 수단이 이러한 광을 차단 또는 분산시키는데 이용될 수 있다. 이러한 불투명한 캐뉼러는 반드시 고 열전도성 재료로 만들어질 필요는 없으나 탐침의 말단부에 부가의 구조적 강도를 제공하는 스테인리스 스틸과 같은 딱딱하고 튼튼한 재료로 만들어질 수 있다.
도 1은 광학적 수술용 탐침의 말단부에의 배치에 적합한 본 발명의 특정 실시예에 따른 멀티 스폿 발생기(100)를 예시한다. 그려진 실시예에서, 사파이어 볼 렌즈와 같은 볼 렌즈(106)를 갖는 소면(小面; faceted)의 광학적 접착제(104)가 캐뉼러(108) 내부에 위치된다. 캐뉼러(108) 내부에는 광 섬유(112)를 유지하는 고전도성 페룰(110)이 있다. 광 섬유(112)는 조명원(도시 않음)으로부터 레이저 광과 같은 광을 전달한다.
고 열전도성 페룰(110)(이후 "고 전도성 페룰"로서 지칭함)은 광학적 수술용 탐침들에 일상적으로 사용되는 스테인리스 스틸 재료보다 상당히 더 높은 열 전도성을 갖는 재료로 형성되며, 통상적으로 그 열 전도율은 약 15 W/m-K이다. 본 명세서를 위해서, "고 전도성"은 100 W/m-K를 초과하는 열 전도율을 갖는 재료를 지칭할 것이다. 적합한 예들은 구리(372 W/m-K의 전도율), 스터링 실버(410 W/m-K), 또는 순은(427 W/m-K)을 포함한다. 고 전도성 페룰(110)은 소면의 광학적 접착제(104)에 의해 캐뉼러(108) 내부에 갭슐화되며, 고전도성 페룰(110)은 생체적합성 재료(biocompatible material)로 만들어질 필요가 없는데, 이는 광학적 수술용 탐침들에 일상적으로 사용되지 않는 고전도성 재료들의 고려를 허용한다.
고 전도성 페룰(110)은 광 섬유(112)를 지나서 말단부로 연장하는 사이드-실드(114)를 포함한다. 사이드-실드(114)는 소면의 광학적 접착제(104)의 소면들로부터 반사된 광을 수용하도록 지향된다. 소면의 광학적 접착제(104)로부터의 반사들이 입사 빔에 비해서 에너지가 상대적으로 낮지만(대략 입사 에너지의 5 %), 그럼에도 불구하고 그와 같은 반사들은 캐뉼러(108) 상에 "핫 스폿들"을 생성할 수 있다. 캐뉼러(108)가 일상적으로 스테인리스 스틸이나 높은 반사성을 또한 갖지 않는 다른 상대적으로 부족한 전도성 재료로 형성된다면, 이는 레이저 에너지의 흡수를 초래할 수 있으며, 이는 차례로 소면의 광학적 접착제(104)의 근처에 또는 페룰(110)을 캐뉼러(114)(도시 않음)에 접착시키는 접착제의 근처에 과잉의 열이 축적될 잠재성을 만들어낸다. 이는 광학적 수술용 탐침의 성능을 열화시킬 수 있다. 사이드-실드(114)는 반사 빔들이 캐뉼러에 도달하는 것을 방지하도록 반사 빔들을 차단하며, 페룰(110)의 재료가 고 전도성이기 때문에 페룰(110) 내의 반사 빔들의 흡수에 의해 생성된 임의의 열이 급속히 분산되어서 페룰(110)의 평형 온도가 상당히 상승되는 것을 방지한다.
도 2는 본 발명에 따른 열적으로 강한 멀티-스폿 발생기의 대체 실시예를 예시한다. 그려진 실시예에서, 캐뉼러(108)는 투명한 재료로 형성된다. 그 재료는 바람직하게 생체적합성 재료이며, 만약 그렇지 않다면 캐뉼러(108)의 외면은 또한 생체적합성을 개선하도록 코팅되거나 처리될 수 있다. 투명한 캐뉼러(108)는 반사 광이 캐뉼러(108)를 통해 통과하도록 허용함으로써 핫 스폿들의 형성을 예방한다. 특정 실시예에서, 캐뉼러(108)는 확산성을 가져서, 이탈 광이 외과의를 산만하게 할 수 있는 가시광 스폿들을 형성하지 않게 한다. 예를 들어, 캐뉼러(108)의 표면은 투명한 재료로 형성될 수 있으며, (예컨대, 스크래핑 또는 산성 식각에 의해)화학적 또는 기계적으로 프로스팅(frosted)될 수 있거나 확산 코팅에 의해 코팅될 수 있다. 대체 실시예들에서, 캐뉼러(108)는 투명하나, 은과 같은 반사 코팅으로 둘러싸인다. 반사 코팅은 광이 외과의의 시계 속으로 이탈하는 것을 방지하는 동시에, 소면의 광학적 접착제(104)의 반대쪽으로 광을 여전히 반사시킴으로써 열이 선단부의 반대쪽으로 안내되는 것을 쉽게 허용한다. 은의 외면 또는 반사 코팅은 생체적합성을 개선하도록 산화되거나 코팅될 수 있다.
도 3은 투명한 캐뉼러(108)의 대체 실시예를 예시한다. 그려진 실시예에서, 불투명한 외측 캐뉼러(120)가 투명한 캐뉼러(108)를 둘러싼다. 불투명한 외측 캐뉼러(120)는 종래의 생체적합성 재료들로 형성될 수 있으며, 바람직하게 상대적으로 흡수성을 갖지만, 고 전도성일 필요는 없다. 외측 캐뉼러(120) 및 투명한 캐뉼러(108)는 공기 간극에 의해 분리된다. 공기 간극은 투명한 캐뉼러(108)와 불투명한 외측 캐뉼러(120) 사이의 열 절연을 제공하며, 투명한 캐뉼러(108)는 또한 유리와 같은 절연성 재료로 형성될 수 있다. 외측 캐뉼러(120) 내에 생성된 열은 모두 탐침의 다른 부분들로 또는 외측 캐뉼러(120)를 둘러싸는 생체 재료로 안내될 수 있다. 외측 캐뉼러(120)와 소면의 광학적 접착제(104) 사이의 열 절연은 과도한 열이 소면의 광학적 접착제(104) 근처에 축적될 가능성을 감소시킨다.
본 발명은 여기서 예에 의해 예시되었으며 다양한 변형들이 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명이 상세하게 설명되었지만, 청구된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 변경들, 치환들 및 개조들이 이와 관련하여 이루어질 수 있다고 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 광학적 수술용 탐침으로서,
    광원에 광학적으로 커플링되도록 구성되는 핸드피스와,
    핸드피스의 말단부에 있는 캐뉼러와,
    광원으로부터 핸드피스의 말단부로 광 빔을 운반하도록 구성되며 핸드피스의 내부에 있는 하나 이상의 광 가이드와,
    캐뉼러 내의 멀티-스폿 발생기로서, 상기 발생기가 광 가이드의 말단부로부터 이격된 소면의 단부 표면을 갖춘 소면의 광학적 접착제를 포함하며, 상기 소면의 단부 표면이 광 빔의 경로 쪽으로 경사진 하나 이상의 소면을 포함하는, 멀티-스폿 발생기, 및
    광 가이드의 말단부에 있는 고전도성 페룰을 포함하는,
    광학적 수술용 탐침.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고 전도성 페룰은 은으로 형성되는,
    광학적 수술용 탐침.
  3. 제 1 항에 있어서,
    고 전도성 페룰은 구리로 형성되는,
    광학적 수술용 탐침.
  4. 제 1 항에 있어서,
    고 전도성 페룰은 소면의 광학적 접착제로부터 반사된 광으로부터 캐뉼러를 차폐하는 사이드 실드를 포함하는,
    광학적 수술용 탐침.
  5. 제 1 항에 있어서,
    고 전도성 페룰은 372 W/m-K 이상의 열 전도율을 가지는,
    광학적 수술용 탐침.
  6. 광학적 수술용 탐침으로서,
    광원에 광학적으로 커플링되도록 구성되는 핸드피스와,
    핸드피스의 말단부에 있는 투명한 캐뉼러와,
    광원으로부터 핸드피스의 말단부로 광 빔을 운반하도록 구성되며 핸드피스의 내부에 있는 하나 이상의 광 가이드, 및
    캐뉼러 내의 멀티-스폿 발생기로서, 상기 발생기가 광 가이드의 말단부로부터 이격된 소면의 단부 표면을 갖춘 소면의 광학적 접착제를 포함하며, 상기 소면의 단부 표면이 광 빔의 경로 쪽으로 경사진 하나 이상의 소면을 포함하는, 멀티-스폿 발생기를 포함하는,
    광학적 수술용 탐침.
  7. 제 6 항에 있어서,
    투명한 캐뉼러는 반투명한,
    광학적 수술용 탐침.
  8. 제 6 항에 있어서,
    투명한 캐뉼러는 프로스팅되는(frosted),
    광학적 수술용 탐침.
  9. 제 6 항에 있어서,
    투명한 캐뉼러는 캐뉼러의 외측에 고 반사성 코팅을 더 포함하는,
    광학적 수술용 탐침.
  10. 제 6 항에 있어서,
    투명한 캐뉼러는 공기 간극만큼 투명한 캐뉼러로부터 이격된 불투명한 외측 캐뉼러에 의해 둘러싸이는,
    광학적 수술용 탐침.
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