TW201105306A - Ophthalmic endoillumination with thermally isolated phosphor - Google Patents

Description

201105306 六、發明說明： C 明戶斤屬泛_老^彿54貝^^ 3 參考相關申請案 本案請求美國臨時專利申請案第61/233,388號申請曰 2009年8月12日之優先權，該案内容以引用方式併入此處。 發明領域 本發明係關於一種用於眼科手術之照明器，及更明確 言之’係關於一種發光而適合用於照明眼睛内部之眼用内 照明器。 C Tttr 考椅】 發明背景解剖上眼睛劃分為兩個分開部分，亦即前節 及後節。前節包括水晶體且係自角膜最外層（角膜内皮)延伸 至水晶體囊後部。後節包括水晶體囊後方的眼睛部分。後 節係自前玻璃狀面延伸至視網膜，而與玻璃體之後玻璃狀 面直接接觸。後節比前節遠更大。 後節包括玻璃體’玻璃體為透明無色的凝膠狀物質。 玻璃體係占眼睛總體積之約三分之二，在出生前即允許眼 球形成與成形。玻璃體係由1〇/〇膠原蛋白及玻尿酸鈉及99〇/〇 水組成。玻璃體之前邊界為前玻璃狀面，該面係接觸水晶 體後囊，而後玻璃狀面形成其後邊界，且係接觸視網膜。 玻璃體無法如同眼房水(aqUe〇us hurn〇r)般自由流動且具有 正常解剖附著位置。此等位置中之一者為玻璃體基底部， 其為覆在視網膜鋸齒緣上方的3毫米至4毫米寬帶。視神經 頭視肩膜汽斑、及血管拱(vascular arcade)也是附著位置。 201105306 玻璃體的主要功能係將視網膜固定定位，維持眼球的完好 與形狀’吸收來自於運動的震動，及自後方對水晶體提供 支持。與眼房水相反，玻璃體不會連續補充。隨著年齡的 增加’於一種稱作為膠體脫水收縮（syneresis)的過程中玻璃 體變成更加流體。膠體脫水收縮現象結果導致玻璃體的收 縮’可能對其正常附著位置施加壓力或產生拖曳力。若施 加夠大的拖曳力’則玻璃體將自身與視網膜的附著狀態扯 開而形成視網膜撕裂或視網膜裂孔。 常見於眼後節執行多項手術程序，稱作為玻璃體_視網 膜手術。玻璃體-視網膜手術適用於治療多種後節嚴重病 況。玻璃體-視網膜手術治療下列病況，諸如老化相關的黃 斑部退化(AMD)、糖尿病性視網膜病變及糖尿病性玻璃體 出血、貫斑部裂孔、視網膜剝離、視網膜前膜、CMV視網 膜炎及多種其它眼科病況。 手術醫師使用設計來提供後節清晰影像之顯微鏡及特 殊透鏡來執行玻璃體-視網膜手術。在睫狀體平坦部的鞏臈 上做出數個只有im右的切α。手術醫師將顯微手術 器，通過小切σ插人，諸如光纖光源來照明眼睛内部；輸 注管線來於手術期間維持眼球形狀；及切割與移出玻壤體 的手術器械。 此等手術期間，妥為照明眼睛内部相當重要。典型地， 將-根細域插域睛时提供_。t使用錢諸如金 屬画化物燈、咖、氣燈、或汞蒸氣燈來發光而藉該光 纖播載入眼心光係通過數個光學元件(典型地透鏡、面鏡 201105306 及衰減器）而發射至光纖，光_載光進人眼内。光之品質 取決於奸因素，包_選料元件_。 t ^^明内容】 發明概要 -、u來發射光進入光纖之照明器包括泵光源及白 =光體。«光源係組配來發射短波長光。該白光構光 ，糸《而接收來自料光源之短波長光，及回應於該栗 送光而輸出白光。該白出 磷光體係與該泵光源熱隔絕。 圖式簡單說明 為了更完整瞭解本發明及其優點現 及附圖，附圖中類似的元件 ^考後文說月 圖中： 付戒4曰不類似的特徵結構及附 第1圖顯示眼睛之解剖結 發明之實施例之眼用内照明器：碼内故置根據本 之照明器之進 第2圖顯示根據本發明之特定實施例 步細節； 光磷光體之 第3圖顯不根據本發明之特定實施例之白 基板；及 第4A及4B圖顯示根據本發明之特定實施例—種用來 導弓丨光環繞不透明傳導性材料之光學元件。 C實施方式】 較佳實施例之詳細說明 本發明之較佳實施例係示例顯示於附圖，類似的元件 符號係用來表示各幅圖間相似的且相對應的部件 201105306 第1圖顯示眼睛之解剖結構，該眼睛内可放置由本發明 所提供之改良設計的眼植體。眼晴100包括角膜1〇2、虹膜 104、瞳孔106、水晶體108、水晶體囊11〇、睫狀小帶、睫 狀體120、鞏膜112、玻璃體膠114、視網膜116、黃斑部、 及視神經120。角膜1〇2為眼睛表面上透明圓頂形結構，其 係作為窗口來允許光線進入眼内。虹膜1〇4為眼睛的有色部 分，稱作虹彩，虹膜是環繞瞳孔的肌肉，其鬆弛與收縮來 控制進入眼睛的光量。瞳孔106為虹彩的圓形中心開口。水 晶體108為協助光線聚焦在視網膜上的眼睛内部結構。水晶 體囊11 〇乃套住水晶體的彈性囊袋，其係當眼睛聚焦在不同 距離的物件時協助控制水晶體形狀^睫狀小帶係將水晶體 囊附著於眼睛内部的纖細韌帶，將水晶體固定定位。睫狀 體為附著於水晶體的肌肉區，睫狀體收縮與鬆弛來控制水 晶體的大小用以聚焦。鞏膜112為強韌的眼睛最外層，可維 持眼睛的形狀。玻璃體114乃位在眼球後方的大型填充以凝 膠的區段，其係協助維持眼睛的曲率。視網膜116為在眼睛 背侧的感光神經層，視網膜接收光及將光轉成信號送至大 腦。黃斑部為含有受體可以看見精細細節之眼睛背側該 區。視神經118連結大腦且將信號自眼睛傳送至大腦。 睫狀體122恰位在虹彩1〇4後方。附著於睫狀體122者為 細小纖維「導線」’稱作睫狀小帶124。水晶體108藉睫狀小 帶纖維124而懸吊於眼睛内部。睫狀體122的營養來自於也 供給虹彩104的血管。睫狀體122的一項功能係經由改變水 晶體108形狀而控制視力調節。當睫狀體122收縮時，睫狀 201105306 小帶124鬆弛。如此允許水晶體1〇8增厚，提高眼睛聚焦於 近處的能力。當觀看遠方物件時，睫狀體122鬆弛，造成睫 狀小帶124收縮。然後水晶體1〇8變薄，調整眼睛聚焦於遠 距視力。 第1圖也顯示位在内之眼用内照明器2〇〇之剖面圖，該 内照明器200可為根據本發明之各個實施例之内照明器。第 1圖顯示内照明器200藉光纖耦接至使用中具有探頭2〇4的 手持件202。探頭204係通過於睫狀體平坦部的切口插入眼 睛100。探頭204照明眼睛1〇〇内部或玻璃體區114。此種配 置中，楝頭204可用來於玻璃體_視網膜手術期間照明眼睛 内部或玻璃體區114。 眼用内照明器先前係採用鹵素鎢燈或高壓弧光燈（金 屬鹵化物、Xe)。弧光燈的優點是發光區小（小於丨毫米），色 溫接近曰光，及壽命比鹵素燈長，亦即4〇〇小時相較於5〇小 時。弧光燈的缺點是成本高，功率下降，系統複雜，及系 統使用壽命期間需更換燈具數次。 以LED為主的照明器提供顯著較低成本及較低複雜 度，具有50,000小時至100,000小時之特性使用壽命時間， 允許於器材的整個使用壽命期間操作眼用纖維照明器而極 少有輸出減低及無需更換LED。典型白光LED可包括短波 長光（紫外光(UV)/紫光/藍光)LED，激勵白光磷光體蓋而發 射白光，激勵白光磷光體層之光源稱作為「泵光源」。白光 LED之輸出亮度的一項極限為白光磷光體之量子效率，亦 即入射在磷光體材料上每個光子所發射之光子數目係取 201105306 決於該磷光體讨科之溫度。更明確言之，隨著磷光體材料 溫度的升高，責手效率減低。既有系統之一項顯著缺點為 短波長LED須於相對高溫操作來產生夠亮的短波長光用以 獲得該白光磷光體之適當輪出亮度。但如此又轉而限制白 光磷光體層之效率。 不似習知照明器’本發明之多個實施例將該白光麟光 體與短波長LED熱隔絕。用於本說明#之㈣，「白光碟光 體」不僅係指寬齡純光體材料，同時也指波長轉換材 料，其可組合來自栗光源之光，或組合來自多種材料之不 同色光而於相當寬頻區產生亮光。用於本說明書之目的， 「熱隔絕」表示來自《光源之熱或係藉使用介入式隔絕 器、散熱座 '氣隙或技藝界已知之其它技術而直接導引至 白光鱗光體層’或仙^量導離，白光碗光體溫度主要係 藉果光源料的其它結狀平衡溫度蚊。目自光碌光體 係與短波H光賴祕，故即便短波長料源仙相董; 高效率操作，但仍可保有白光碟光體的量子效率。雖習知 照明器提示短波長LED緊密接觸白规光料短波長光適 當入射白_光體上所需，但本發明之多個實施例已經驗 證即使涉及熱隔絕組件的額外複雜度，但短波長咖與白 光磷光體間之熱隔絕仍可允許充分提高量子效率而產生較 大亮度。 & 第2圖顯示照明器200之特定實施例之進—步細節。於 所示實施例中，照明器2〇〇包括藉光收集器21〇而與白光磷 光體208分開的泵光源2〇6。泵光源2〇6及白光磷光體2〇8藉 8 201105306 絕熱座212彼此固；t於某個距離，使得泵光源施與白光峨 光體208彼此熱隔、絕。光收集器2iG藉由收集泉光源鳩所發 射之光’及將②光導引至白光鱗光體期上而協助補償分開 距離的增加。 白光填光體208係安裝在基板214上，該基板之材料為 對泵光源206之短波長光為透明的材料。基板214之基底係 藉熱電冷卻器216及冷卻板218而連結至絕熱座212。冷卻板 218提供額外質塊來吸熱’該等熱可被傳導、對流、或轄射 遠離，冷卻板可優異地自導熱材料諸如金屬製成。熱電冷 卻器216為電熱泵，其係常用作為半導體之主動冷卻裝置， 於此種情況下，係用來自白光磷光體2〇8移除熱量。雖然圖 中顯不熱電冷卻器216之特定實例，但須瞭解任一種適合用 於相對小空間的主動或被動冷卻裝置皆可使用，包括液體 或空氣冷卻系統。更加概略言之，任一型「散熱座」係指 元件或材料之任一種組合，其主動或被動自白光磷光體2〇8 去除足量熱，因而比較泵光源2〇6’散熱座主要決定白光磷 光體208溫度’可用來協助白光填光體2〇8的熱隔絕。 第3圖顯示使用基板2丨4其包括導熱材料2 2 〇之本發明 之特定實施例。導熱材料220可為比較基板214有較高導熱 率之任一種適當材料，包括但非限於金屬諸如銅或碳奈米 管。液體及/或熱電冷卻也可結合導熱材料22〇使用。於所 示實施例中’導熱材料22〇係成形為格柵，覆蓋實質上等於 白光磷光體208背面面對基板214該區之一區 。如此優異地 增加與白光磷光體2〇8之熱接觸面積俾提供更有效冷卻。 201105306 原則上，導熱材料220對來自泵光源206之短波長光可 為透明，但合乎所需的具有高導熱率之多種材料為不透 明。使用此等材料’因白光磷光體208被不透明導熱材料220 遮掩而可能造成入射在白光磷光體208上的光損耗。第4A 及4B圖顯示可協助防止光被不透明導熱材料220吸收而光 損耗之基板214之實施例。第4A圖中，基板214包括具有平 坦背面之多個透鏡222。透鏡222之平坦背面延伸跨基板214 背面因而允許跨整個背面的光收集。然後透鏡222將光聚焦 在導熱材料220間之間隙内，使得撞擊基板214背面之光不 會撞擊導熱材料220。第4B圖顯示基板214之類似組態，其 中透鏡224係位在導熱材料220間。第4B圖中，導熱材料220 具有接近白光磷光體208之較寬截面積，俾改良熱接觸面積 及使得白光磷光體208更有效冷卻。相反地，透鏡224具有 在基板214背面面對泵光源2〇6較寬的截面積，允許光於更 寬廣面積收集，及將光導引在導熱材料之間隙間。 此處係藉舉例說明本發明，熟諸技藝人士可做出多項 修改。雖然以細料細制本發明，但須_可未,障離所 請求專利之本發明之做出多項變化、取代及變更。 【圖式簡單說^明】 第1圖顯示眼睛之解剖結構，可於該眼睛内放置根據本 發明之實施例之眼用内照明器； 第2圖顯示根據本發明之特定實施例之照明器之進一 步細節； 第3圖顯示根據本發明之特定實施例之白光璘光體之 10 201105306 基板；及 第4A及4B圖顯示根據本發明之特定實施例一種用來 導引光環繞不透明傳導性材料之光學元件。 【主要元件符號說明】 100…眼睛 200...照明器 102…角膜 202...手持件 104...虹膜 204...探頭 106...瞳孔 206...栗光源 108...水晶體 206...泵光源 110...水晶體囊 208...白光磷光體 112...鞏膜 210…光收集器 114...玻璃體膠、玻璃體區 212...絕熱座 116...視網膜 214...基板 118·..黃斑部 216…熱電冷卻器 120...視神經 218...冷卻板 122...睫狀體 220…導熱材料 124...睫狀小帶 222，224...透鏡

Claims (1)

1. 201105306 七、申請專利範圍： κ —種組配來輸送白光至一光纖之照明器，包含： 組配來發射短波長光之一泵光源； 設置而接收來自該泵光源之該短波長光及回應於 該系送光而輸出白光之-白光填光體，其中該白光攝光 體係與該泵光源熱隔絕。 2·如申請專利範圍第1項之照明器，其中該|光源包含― 發光半導體接面。 3.如申請專利範圍第i項之照，其中該短波長光為紫 外光。 4·如申請專利範圍第i項之照明器，其中該白光磷光體係 自YAG : Ce製成。 5. 如申請專利範圍第i項之照明器，進—步包含熱祕該 白光磷光體之一散熱座。 6. 如申請專利範圍第5項之照明器’其中該散熱座包含一 傳導性材料格栅其係覆蓋大於或實質上等於面對該格 栅之白光磷光體表面區域之一區。 入如申請專利範圍第5項之照，其中該散熱座包含一 碳奈米管。 8.如申請專利範圍第5項之照明器，其中該散熱座包含至 少一個主動冷卻裝置。 9·如申請專利範圍第5項之照明器，進一步包含至少一個 光學元件其係組配來將環繞該散熱座之短波長光轉向 至該白光磷光體。 12 201105306 10. 如申請專利範圍第5項之照明器，其中該白光磷光體係 沈積於一基板上成一層，及該散熱座包含於該基板内部 之導熱材料。 11. 如申請專利範圍第1項之照明器，其中該泵光源及該白 光磷光體係安裝成藉絕熱座而彼此隔開。 12. 如申請專利範圍第11項之照明器，進一步包含於該泵光 源與該白光磷光體間之一光收集器。 13