TWI802879B - 光源裝置 - Google Patents

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日商Ａｒｓ股份有限公司
日商思佰益藥業股份有限公司
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Abstract

本發明係提供內視鏡等之醫療用光源裝置以及工業用光源裝置。本發明的光源裝置係包括LED光源、聚光部、以及光導。LED光源係用於射出放射光。聚光部係具有一對之菲涅耳透鏡，前述一對之菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述放射光進行聚光。光導係用於將前述聚光進行導光。前述一對的菲涅耳透鏡之凹凸面係可相互接觸，再者，前述光導的前端係可配置於前述聚光的大致焦點之位置。

Description

光源裝置
本發明係有關一種工業用光源裝置或醫療用光源裝置，特別是有關於內視鏡用光源裝置。
在習知的光源裝置中，使用氙氣燈(xenon lamp)者、使用鹵素燈(halogen lamp)者、使用金屬鹵素燈(metal halide lamp)者等曾經是主流。然而，隨著近來LED的普及，LED光源裝置正在被開發當中。特別是在LED光源裝置中，於LED的聚光部分上的精巧設計或發明至關重要。
例如在先前技術文獻1(發明專利文獻1)中揭示了一種具備用於發射用以自螢光體(fluorescent body)產生擬白光(pseudo white light)的激發光之雷射光源、用於發射含有前述擬白光所缺乏之波長分量(wavelength component)的LED光之至少一個的LED光源、用於將前述LED光進行聚光及入射之透鏡的光源裝置。更具體地係記載了在習知技術中，相較於從白燈發射的白光，使用螢光體所產生的擬白光係具有缺乏特定的波長帶(wavelength band)的分量等而顯色性(color rendering property)不佳，內視鏡影像的畫質降低之問題，但藉由該技術則得以防止畫質的降低。
又於先前技術文獻2(發明專利文獻2)中揭示了一種具備白色照明光(white illuminating light)的第一光源部、用於在與白色照明光的行進方向呈直交的方向上射出比白色照明光更窄的波長帶的光之第二光源部、使第二光源部的光束(luminous flux)之形狀及大小改變的塑形透鏡(shaping lens)、用於將白色照明光與窄波長帶進行合波的合波構件、用於將合波光進行聚光的聚光透鏡、用於使經聚光的合波光散射(scattering)的散射部等多個構成要素之內視鏡用光源裝置。其記載了藉由該技術，在進行特殊光觀察及一般觀察的兩種觀察之際，不減弱白色照明光的特定波長範圍(wavelength region)的光量即可獲得高精度的影像，並可使整體影像變得明亮。〔先前技術文獻〕 〔發明專利文獻〕
〔發明專利文獻1〕日本特開第2012-70822號公報。 〔發明專利文獻2〕日本特開第2012-80949號公報。
〔發明所欲解決之課題〕
如前所述，白色光源的開發難度高，且特殊光源也同樣如此。原因在於，無論是白色光源還是特殊光源，都難以利用用於射出朗伯光分布(Lambert light distribution)的LED(Light Emitting Diode；發光二極體)來獲得能夠與習知的光源相當的亮度。另外，亦有難以有效地使兩種不同的光引導至單件的光導(light guide)等問題。再者，近年來亦由於光動力學(photodynamic)診斷及螢光造影法(fluorescence contrast method)等係將癌症可視化(visualize)，並且導航手術(navigation surgery)係在尖端治療(cutting-edge therapeutics)中廣泛普及，因此需要克服這些問題。
在此狀況下，本發明人等致力研究的結果，終於成功地開發出結構簡單且作為醫療用及工業用的光源裝置十分有用之光源。
亦即，本技術係提供一種包括了用於射出放射光的光源；具有一對菲涅耳透鏡，前述一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述放射光進行聚光的聚光部；以及用於將前述聚光進行導光的光導之光源裝置。前述一對的菲涅耳透鏡之凹凸面亦可相互接觸。前述光導的前端亦可配置於前述聚光的大致焦點之位置。又，前述光源亦可為LED。
又，本技術係提供一種光源裝置系統，其包括用於射出第一放射光的第一光源；具有第一之一對菲涅耳透鏡，前述第一之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第一放射光進行聚光的第一聚光部；用於射出與前述第一放射光的波長不同之第二放射光的第二光源；具有第二之一對菲涅耳透鏡，前述第二之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第二放射光進行聚光的第二聚光部；用於分割來自前述第一聚光部的第一聚光與來自前述第二聚光部的第二聚光之分束器；以及用於將前述經分割的光進行導光之光導，其中，光導的前端係位在前述第一聚光與前述第二聚光反射及/或穿透於前述分束器而成為同一方向的光之大致焦點上。 另外，作為本技術的一示例係可列舉：前述第一光源為白光光源，且前述第二光源為波長自375 nm至810 nm的激發光光源。
進一步地，本技術係提供一種光源裝置系統，其包括用於射出第一放射光的第一光源；具有第一之一對菲涅耳透鏡，前述第一之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第一放射光進行聚光的第一聚光部；用於射出與前述第一放射光的波長不同之第二放射光的第二光源；具有第二之一對菲涅耳透鏡，前述第二之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第二放射光進行聚光的第二聚光部；用於射出與前述第一放射光及前述第二放射光的波長不同之第三放射光的第三光源；具有第三之一對菲涅耳透鏡，前述第三之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第三放射光進行聚光的第三聚光部；用於分割來自前述第一聚光部的第一聚光與來自前述第二聚光部的第二聚光與來自前述第三聚光部的第三聚光之分束器；以及用於將前述經分割的光進行導光的光導，其中，光導的前端係位在前述第一聚光與前述第二聚光與前述第三聚光之中至少兩個聚光反射及/或穿透於前述分束器而成為同一方向的光之大致焦點上。 又作為本技術的一示例係可列舉：前述第一光源為白光光源、前述第二光源為波長自375 nm至445 nm的激發光光源、前述第三光源為波長自750 nm至810 nm的激發光光源。
又，本技術係提供一種醫療用攝影機，其包括：影像視鏡(videoscope)、彩色監視器(color monitor)、以及前述光源裝置系統。
進一步地亦可提供一種受試者中之原紫質(protoporphyrin)蓄積部的影像鮮明化方法，其包括以下步驟：將來自前述醫療用攝影機所包括的第二光源之波長375 nm至445 nm的激發光照射在蓄積於受試者中之原紫質上，且在觀察前述受試者時不照射波長未滿450 nm的光。
進一步地亦可提供一種受試者中之靛青綠(indocyanine green)蓄積部的影像鮮明化方法，其包括以下步驟：將來自前述醫療用攝影機所包括的第三光源之波長750 nm至810 nm的激發光照射在蓄積於受試者中之靛青綠上所獲得的第一影像，與自前述醫療用攝影機之第一光源照射白光(white light)所獲得的第二影像進行重疊。
另外，本技術係提供一種用於將激發光照射在使之聚積於疾患組織(diseased tissue)中的光敏材料(photosensitive material)上，並檢測自光敏材料產生的螢光之光動力學診斷用裝置。前述光動力學診斷用裝置係包括用於射出放射光的光源；具有一對菲涅耳透鏡，前述一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述放射光進行聚光的聚光部；以及用於將前述聚光進行導光的光導。
進一步地，本技術亦提供一種用於將激發光照射在使之聚積於疾患組織中的光敏材料上，並治療前述疾患的光動力學治療用裝置。前述光動力學治療用裝置係包括用於射出放射光的光源；具有一對菲涅耳透鏡，前述一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述放射光進行聚光的聚光部；以及用於將前述聚光進行導光的光導。〔發明之功效〕
藉由本技術，係可將一或複數放射光引導至單件的光導。針對將具有指向特性(directional characteristic)的LED光引導至光導係特別有效。本技術係可應用於醫療用光源裝置、工業用光源裝置等，例如作為內視鏡的光源裝置來應用時，係可以獲得鮮明的影像。
以下將針對為了實施本技術之較佳的態樣進行說明。需要說明的是，在以下所說明的實施態樣係例示本技術的代表性之實施態樣，本技術的範圍並不限定於該等實施態樣。
＜1. 光源裝置＞ 以下，將利用圖1及圖2來說明有關本技術的一實施態樣之光源裝置。 如圖1所示，有關本實施態樣的光源裝置1係包括用於射出放射光的光源11、用於供自該光源11射出的光入射的聚光部12、以及用於將自前述聚光部12射出的聚光進行導光的光導13。此外，在圖1中所圖示的箭頭虛線係用來表示光路(optical path)。
(光源) 雖然前述光源11未予以特別限定，亦可使用習知的氙氣燈等，但在本技術中，較佳地係集結了具有各式各樣的光譜分布特性之光源的LED。雖然在LED11中係有具備各種形狀或指向特性者，但在本技術中所包括的LED並未被特別限定。然而，由於具有將LED光引導至光導，並用作為醫療用等的電源之目的，故較佳地係使用例如LED呈錐形桿(tapered rod)形，具有30度至90度的指向特性，且放射部位的尺寸為直徑5 mm者，可使用例如色溫(color temperature)為4000度克氏溫度(Kelvin Degree)至7000度克氏溫度之白色LED或峰值波長(peak wavelength)約406 nm附近之藍色LED。
於此，當在習知的光源裝置上使用LED作為光源時，由於LED光為朗伯光分布(Lambert light distribution)，故為了將此光進行聚光通常會設計複數片的透鏡。此時，由於必須配合各個LED的晶片(chip)尺寸來進行透鏡的專屬設計，因而進行了將玻璃材質的凹透鏡與凸透鏡，或非球面透鏡(aspheric lens)加以組合等之設計。然而，這種方法的成本會變得很高。
(聚光部) 前述聚光部12係具有一對的菲涅耳透鏡12a及12b。每個菲涅耳透鏡12a、12b係被製成鋸齒(sawtooth)形截面，且複數個之由至少兩種不同斜率(slope)的表面所構成的稜鏡(prism)係形成階梯狀。換言之，每個菲涅耳透鏡12a、12b係具備形成有每個稜鏡的凹凸面，且由一對的傾斜面所構成之溝槽(groove)係被配置成同心圓狀。當從前述光源11所射出的具有指向特性的光入射至各個稜鏡的傾斜面時，係被轉換成平行光。 如圖2所示，在本技術的聚光部12中，一對的菲涅耳透鏡12a及12b係以每個菲涅耳透鏡12a、12b的凹凸面彼此呈面對面的方式而配置。
雖然未特別限定每個菲涅耳透鏡12a、12b的尺寸，但會配合自LED射出的放射光之角度及焦點距離(focal length)來決定。亦即，只要準備能夠覆蓋放射光的尺寸之菲涅耳透鏡即可。又，每個菲涅耳透鏡12a、12b的原料係可列舉樹脂原料、玻璃原料等，並不特別予以限定。較佳地，樹脂原料、玻璃原料皆選定配合了光的特性之原料。該選定係本發明所屬技術領域具有通常知識者所公知的技術，故可依其而輕易地完成。
在如上述方式所構成之本技術的光源裝置中，如圖2所示，當放射光從作為前述光源的LED(直徑5 mm)射出至菲涅耳透鏡12a時，會先在該菲涅耳透鏡12a被轉換成平行光。接著，通過了菲涅耳透鏡12a的平行光係入射至菲涅耳透鏡12b，當通過該菲涅耳透鏡12b時，則可將此光會聚成與來自前述LED的放射光相同(直徑5 mm)或其以下的尺寸。此外，在圖2中為了便於理解光路，從LED11射出並通過各個菲涅耳透鏡12a及12b的光係以直線來表示。
又在圖2中，雖然係將菲涅耳透鏡12a與菲涅耳透鏡12b圖示成分離的狀態，但兩片菲涅耳透鏡12a與12b之間的距離並未特別予以限定。較佳地係當拉近時，可縮小光源的殼體，或是可擴大殼體內的空間。最佳地如圖1所示，係一對的菲涅耳透鏡之凹凸面(具有一系列的同心圓狀之溝槽的面)彼此黏著的形態。
另一方面，菲涅耳透鏡12a與LED11之間的距離係可根據設計菲涅耳透鏡的f值(即焦點距離)經改變的菲涅耳透鏡來決定其距離即可。該距離係只要確定了用於射出LED的放射光之第一片的菲涅耳透鏡12a側，則用於將已先轉變成平行光的光進行聚光之第二片的菲涅耳透鏡12b側的焦點也會變成相同的距離。此外，f值經改變的菲涅耳透鏡係本發明所屬技術領域具有通常知識者可藉由公知的技術來進行設計者。
(光導) 本技術的光源裝置1係包括將自前述聚光部12射出的聚光進行導光的光導13。雖然作為前述光導13係未特別予以限定，但可使用例如綑束有複數條光纖(optical fiber)(芯(core))的叢光纖(bundle fiber)、或是芯呈液體之液體光導等，然而較佳地係使用綑束有複數條光纖的叢光纖。 於本技術之光源裝置1中，如圖1所示，光導13的前端係被配置在與於前述聚光部12被會聚的光之焦點大致重合的位置。藉此，已通過前述聚光部12的光係被引導至前述光導13。於本技術之光源裝置1中，較佳地係前述光導的前端被精確地配置在焦點處。
本技術的光源裝置1亦可具備用於進行前述光源11的冷卻之散熱器(heat sink)(未圖示)。作為該散熱器係未特別予以限定，只要使用適當的散熱器即可。又在具備前述散熱器的情況下，亦可具備用於將風傳送至該散熱器的冷卻風扇(cooling fan)。作為該冷卻風扇係未特別予以限定，只要使用適當的冷卻風扇即可。在使用前述冷卻風扇的情況下，亦可進行例如利用來自該冷卻風扇的風之流動以更有效地從排氣口排出冷卻風之設計等。
＜2. 兩種不同的光被引導至光導的光源裝置系統＞ 以下，將利用圖3至圖5來針對本技術的光源裝置系統進行說明。 前述光源裝置系統係在兩種不同的光被引導至光導之處與第一實施態樣的光源裝置1有所不同。以下係僅針對與第一實施態樣的光源裝置1之相異點進行說明。
如圖3所示，本技術的光源裝置系統101係具備兩個光源110a及110b、兩個聚光部120a及120b、用於將通過各個聚光部120a及120b的光進行分割的分束器140、以及用於將自各個光源110a及110b射出的光進行導光之光導130。
(光源) 於光源裝置系統101中，雖然光源110a可使用白色LED，例如色溫為4000度克氏溫度至7000度克氏溫度者，但不特別予以限定。另一方面，雖然前述光源110b可使用藍色LED，例如峰值波長為406 nm附近者，但不特別予以限定。該等LED係因應使用目的而適當作變更即可。 於本實施態樣的光源裝置系統101中，係可將可由市售取得之指向特性74度、峰值波長405 nm的錐形桿型LED(Innovations in Optics公司)用於前述光源110b。 自白色光源110a及藍色光源110b射出的光係由各個聚光部120a及120b進行聚光。在此，由於各個聚光部120a及120b的結構係與第一實施態樣的光源裝置1之聚光部12的結構相同，故省略其說明。
(分束器) 於各個聚光部120a及120b會聚的光係由分束器140進行分光。作為分束器140，雖然可列舉例如半反射鏡、稜鏡型分束器，但不特別予以限定。由於一般的半反射鏡係具有將入射至半反射鏡的光分離成直線通過的光與90度反射的光之功能，因此光的功率(power)會降低。
透過降低該光的功率，當作為用於引導至光導130的光源弱時，係可因應需要來製備具有所需波長的光之通過特性為90%以上的效率之分束器。由於例如可見光阻隔劑(visible light blocking agent)(VIS吸收劑)、紫外線阻隔劑(ultraviolet blocking agent)(UV吸收劑)、紅外線阻隔劑(infrared blocking agent)(IR阻隔劑)均有市售，故可將該等阻隔劑塗布(coating)在已成形的分束器上，或是將阻隔劑揉合至樹脂中來進行客製分束器之成形。透鏡的波長光之通過特性係利用已知的方法來製備。
在本態樣中係藉由將具有圖4的波長特性之抗UV半反射鏡及表現圖5的波長特性之抗VIS半反射鏡進行衍生物多層膜沉積(derivative multilayer film deposition)、英高鎳合金沉積(Inconel® deposition)或真空沉積(vacuum deposition)等之本發明所屬技術領域具有通常知識者所普遍認知的公知之塗布技術來完成製作。
在使用前述抗UV半反射鏡的情況下，來自白色光源110a及藍色光源110b之約410 nm以下的光係幾乎被阻隔。因此，來自白色光源110a及藍色光源110b之約410 nm以上的光係被引導至光導130。 亦即，在本實施態樣的光源裝置系統101中，係能夠使來自白色光源110a的白光以及來自藍色光源110b的藍光被引導至單一個光導130。在此，由於前述光導130的結構與第一實施方式的光源裝置1之光導13的結構相同，故省略其說明。
又在本實施態樣的光源裝置系統101中，前述分束器140亦可為可動的結構。亦即，在不使用該分束器140時，可將其移動至不會被放射光射到的位置，當想要僅分割白光源110a的放射光或藍色光源110b的放射光時，則可將其移動至所對應的位置。
更進一步地，於本實施態樣的光源裝置系統101中，由於光軸調整等為必需，故亦可將各光源的位置、菲涅耳透鏡的位置、分束器的位置、光導的位置設計成可各自單獨調整的結構。
＜3. 光源裝置系統的使用(光動力學診斷用裝置及光動力學治療用裝置)＞ 在以上所述的本技術之光源裝置及光源裝置系統可被應用在使用了例如5-胺基乙醯丙酸(5-aminolevulinic acid；5-ALA)、靛青綠(indocyanine green；ICG)、他拉泊芬鈉(talaporfin sodium)(Laserphyrin(註冊商標))等光敏材料的光動力學診斷及治療(photodynamic diagnosis/photodynamic therapy；PDD/PDT)、光學造影法(optical contrast method)中。 亦即，本技術的光源裝置及光源裝置系統係可用作為將激發光照射在使聚積於疾患組織中的光敏材料上，並檢測自光敏材料產生的螢光之光動力學診斷用裝置，或是用作為將激發光照射在使聚積於疾患組織中的光敏材料上，並治療前述疾患的光動力學治療用裝置。 使用在該等光動力學診斷用裝置及光動力學治療用裝置的光敏材料係分別具有以下的特徵。
5-ALA係可列舉選自5-胺基乙醯丙酸或其甲酯(methyl ester)、乙酯(ethyl ester)、丙酯(propyl ester)、丁酯(butyl ester)、戊酯(pentyl ester)的酯類，或其等藥學上可接受的鹽(pharmaceutically acceptable salt)。當受試者口服施用其等作為溶解液時，雖然在體內的正常細胞中會被代謝成血紅素(heme)，但在癌細胞中不會被代謝成血紅素而是作為其中間產物(intermediate)的原紫質IX (Protoporphyrin IX；PpIX)而過量地蓄積。PpIX係具有光活性(photoactive)，當以375 nm至445 nm之峰值波長約406 nm的藍光激發時，會發出紅色螢光(600 nm至740 nm)。藉此，癌細胞與正常細胞的鑒別變得容易，能夠更準確地切除癌(惡性腫瘤(carcinoma))。5-ALA被宣稱對僅存在於黏膜的表層之惡性腫瘤有效。可列舉例如，膀胱癌(bladder cancer)、前列腺癌(prostate cancer)、腦腫瘤(brain tumor)等。又由於5-ALA的代謝速度快(為24小時)，因此光線過敏症等副作用極少，故適用於PDD或PDT。
ICG係可用於例如ICG螢光造影法。ICG螢光造影法係透過醫療用內視鏡捕獲與血液中的α1脂蛋白(α1 lipoprotein)結合所發出的近紅外線(near-infrared)來觀察包括血管或惡性腫瘤等身體內元素區域的方法。由於ICG螢光造影法的副作用極少，微創且操作簡單，近年來被應用於各式各樣的領域，並報導了其有效性(摘自島根大學醫學部附屬醫院泌尿科網站)。在本技術的光源裝置系統中，當例如第一光源係設定成可見光(例如400 nm至800 nm左右)進行觀察，第二光源係設定成750 nm至810 nm且能夠照射峰值波長805 nm的激發光時，則惡性腫瘤會發出835 nm的光。在ICG的情況下，已宣稱可觀察從黏膜的表層直至20 mm左右的深度。因此可用在例如乳癌(breast cancer)、肝癌(liver cancer)、血流評估(blood flow evaluation)。
Laserphyrin(註冊商標)係光動力學治療劑，用於在對早期肺癌、原發性惡性腦腫瘤(primary brain malignancy)或局部殘留復發性食道癌(local residual recurrent esophageal cancer)患者進行靜脈注射(intravenous injection)經過一定時間後，將波長664 nm±2 nm的雷射光照射於患處來進行治療的藥劑。
只要將具備已選定有適用於如前述之5-ALA、ICG、Laserphyrin(註冊商標)等光敏材料的波長之第一光源及第二光源，並具有合適的客製分束器之光源裝置系統用於醫療攝影機(例如內視鏡)，則得以獲取手術者容易觀看的影像資料。
此外，只要前述第一光源為白光光源，前述第二光源或後述第三光源為波長375 nm至810 nm的激發光光源，則本技術幾乎能夠應用在目前市售的使用於PDD/PDT、光學造影法的光敏材料等上。
＜4. 三種不同的光被引導至光導的光源裝置系統＞ 作為圖3所示的實施態樣之光源裝置系統的變形例，只要將圖3的光導130與分束器140的殼體配置在中心，並以第一光源110a與聚光部120b彼此相對的方式配置在左側且將第三光源與聚光部配置在右側即可。亦即，亦可將圖1及圖2所示的本技術之光源裝置的結構作為一個單位來建構具備了三個單位結構的光源裝置系統。第三光源的波長或分束器係只要使用合適者即可。分束器亦可分別準備第一光源、第二光源及第三光源用的分束器，且可為可動式亦可為稜鏡型分束器。亦可為光導的前端係位於來自第一光源、第二光源及第三光源的放射光透過分束器的光之大致焦點上，較佳地係位於焦點上的導光結構。此外，雖然本變形例係以圖1及圖2所示的本技術之光源裝置的結構作為一個單位所建構之具備了三個單位結構的構成，但其數量並不予以限定，亦可因應用以照射對象的光之數量來作增減。
＜5. 醫療用攝影機＞ 本技術的醫療用攝影機係包括例如影像視鏡、彩色監視器、以及前述光源裝置系統。影像視鏡係可為硬式內視鏡、軟式內視鏡中之任一者。影像視鏡亦可具有可用於操作光源裝置系統(光源的切換或分束器的移動等)的操作部。又除了影像視鏡、彩色監視器之外，亦可組合影像記錄裝置或內建有各種程式(programming)的電腦等。
＜6. 受試者中之原紫質蓄積部的影像鮮明化方法＞ 如前所述，本技術的光源裝置系統係可應用來作為光動力學診斷用裝置或光動力學治療用裝置。在使用前述5-ALA作為前述光敏材料的情況下，第一光源係可設定為例如白光光源(例如430 nm至600 nm)的LED，第二光源係可設定為例如406 nm的波長者。
一般的醫療用硬式內視鏡用攝影機係安裝有抗IR濾光鏡。另一方面，PpIX的紅色的螢光發光係在波長約630 nm與約700 nm的兩處產生，以將癌細胞進行可視化。因此，當安裝有用於阻隔與PpIX的螢光接近之波長的光之抗IR濾光鏡時，則一部分的PpIX之紅色發光會被阻隔而變得難以觀看。因而必須從攝影機上移除抗IR濾光鏡，或是更換成用於在約750 nm附近阻隔近紅外線的濾光鏡。
當利用攝影機捕捉PpIX的紅色發光的情況下，必須阻隔從第二光源照射的約406 nm(375 nm至445 nm)的藍光。可考慮設置例如用於阻隔445 nm以下或450 nm以下的波長之藍光的抗UV濾光鏡。當未設置抗UV濾光鏡時，雖然會為了使PpIX發出紅光而直接照射約406 nm的藍光，但由於人類的眼睛具有對藍色的敏感度低的特性，故會有藍光對人類的視覺辨認造成影響的情形。此外，當將抗UV濾光鏡安裝在攝影機側時，雖然PpIX的紅色發光可被辨識，但會發生其他的部分(癌細胞的周邊及周圍)難以觀看到的現象。因此，透過將第一光源的白光與從第二光源照射的406 nm的光稍微混合，則得以提供手術者容易接近的環境。白光的混合等係只要設定成能夠利用手術者所持有的影像視鏡之操作部的記憶體(memory)等來進行調整即可。
在LED上，較佳地係使用高功率(20W至100W)的LED，並可使用低電壓(3V至4V)且大電流(10A至30A左右)的LED。然而，在LED為CW(continuous wave；連續波)(於DC(direct current；直流)電壓下連續運作)的情況下，會從驅動的最小電流約200 mA開始發光。在200 mA就使其發光的情況下，可見光的光強於藍色的照射光，且藍色被抵消而變得看不見PpIX的紅色發光。
作為解決該問題的手段，將LED驅動採用PWM(Pulse width modulation；脈波寬度調變)控制。LED採用脈波控制的優點在於，雖然抑制LED的發熱為其目的，但當在某個頻率以50%的占空比(duty ratio)(ON時間50%/OFF時間50%)加以控制時，光強度係相較於CW控制則只能獲得50%的光強度。在此，於本技術中，係將在PWM控制中控制脈波的頻率設定為例如30 Hz至1 MHz，且光量調整係相對於各自的頻率將ON時間的占空比控制在1%至99%之間，藉此得以調整光量。
當對約406 nm的光之照射混合白色(可見光)時，則利用前述頻率即可對白色的LED之光量進行調整。可對適合手術者期望的藍色混合微弱的白色，且在不損及PpIX的紅色發光的程度內將白色進行微調，以混合適合各個手術者的白色。
透過像這樣的PWM控制，則能夠不減弱PpIX的紅色發光，而使癌細胞的周邊之辨識度提高，而得以更安全地進行手術。
＜7. 受試者中之靛青綠蓄積部的影像鮮明化方法＞ 如上所述，本技術的光源裝置系統係可應用來作為光動力學診斷用裝置或光動力學治療用裝置。在使用前述靛青綠(ICG)作為前述光敏材料的情況下，第一光源係可設定為例如可見光的LED，第二光源係可設定為例如780 nm的波長之LED。透過將780 nm的激發光照射在蓄積有ICG的惡性腫瘤之部位，則會發出約820 nm的光。 如前所述，一般的醫療用之硬式內視鏡用攝影機係安裝有抗IR濾光鏡。由於ICG的激發光(750 nm至810 nm)及螢光發光為835 nm，故可不安裝抗IR濾光鏡。
對於ICG用攝影機，為了利用攝影機來捕捉近紅外線的螢光發光，故需要黑白的感測器(sensor)。例如目前在硬式內視鏡用4K解析度(4K resolution)攝影機系統的情況下，雖然使用三個CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor；互補式金屬氧化物半導體)感測器，但進一步安裝IR專用的感測器，利用IR用感測器捕捉不同於可見光之以約835 nm進行螢光發光的光，並作為影像信號(video signal)進行輸出。此外，由於是近紅外線，故發光色會像白色。
可見光的影像與利用IR用感測器所捕捉的影像係可分別顯示，亦可將IR用感測器所捕捉的影像信號疊加在可見光的影像信號來進行顯示。進一步地，由於IR用感測器所捕捉的影像信號為黑白信號，因此IR用感測器所捕捉的螢光發光會看起來像白色，故亦可利用影像處理對此添加顏色，而變得更易於觀看。[ 實施例 ]
以下，將根據實施例來更詳細地說明本發明。需要說明的是，在以下所說明的實施例係例示本發明的代表性之實施例的一示例，並不因此而狹義地解釋本發明的範圍。
[1. 平凸透鏡與菲涅耳透鏡的性能比較測試] 針對平凸透鏡與菲涅耳透鏡之光的平行及光的聚光實施了透鏡性能比較測試。 用於性能比較的透鏡如下。 1) 平凸透鏡：直徑50 mm、焦點距離60 mm 2) 菲涅耳透鏡：70 mm四方形、焦點距離60 mm
(1) 平凸透鏡的平行光及菲涅耳透鏡的平行光之光強度比較 將平凸透鏡及菲涅耳透鏡設置於虎鉗(vice)，以測量了轉換成平行光的光強度。 測試條件：入射光         70度角度的光 測量距離     於800 mm的照度 測試結果係如表1所示。
[表1]
平行光光強度
透鏡 測定距離 照度(Lux)
平凸透鏡 800mm 4700
菲涅耳透鏡 800mm 10350
(2) 平凸透鏡及菲涅耳透鏡之聚光光強度的比較 1. 測量了平凸透鏡及菲涅耳透鏡的組合之聚光光強度。 2. 測量了疊合兩片菲涅耳透鏡的組合之聚光光強度。 測試條件：入射光         70度角度的光 測量距離     於60 mm的照度 測試結果係如表2所示。
[表2]
聚光光強度
透鏡 測定距離 照度(Lux)
菲涅耳透鏡+平凸透鏡 60mm 125700
菲涅耳透鏡+菲涅耳透鏡 60mm 256100
實際測試平凸透鏡與菲涅耳透鏡對平行光的轉換效率及聚光光轉換效率的結果，由測試結果證實了平凸透鏡與菲涅耳透鏡的效率為兩倍以上之效率。在平行光光強度中的效率，菲涅耳透鏡係相對於平凸透鏡具有2.2倍的高效率。有關聚光光轉換效率，菲涅耳透鏡的效率係相對於平凸透鏡亦為2.03倍。然而，在聚光光轉換的情況下，平凸透鏡係使用菲涅耳透鏡作為最初的轉換為平行光之透鏡。考慮到該等的情形，得以推測：平凸透鏡+平凸透鏡的組合與菲涅耳透鏡+菲涅耳透鏡的組合相比，具有大約4倍左右的光轉換效率。 作為結論，得以證明菲涅耳透鏡的光聚光效率係相對於一般的平凸透鏡的組合高出許多。
[2. 藍色可見光的射出性能的確認] 由5-ALA所生成的原紫質(PpIX)之紅色發光一般係在峰值波長406 nm，爰對於在375 nm至44​​5 nm(藍色可見光)的範圍之利用激發光所進行之紅色發光加以確認。 為此，製作了本技術的光源裝置之原型機，並確認了該光源裝置可射出375 nm至44​​5 nm的範圍之波長的藍色可見光。其結果係如圖6所示。在此，圖6係藍色可見光的光譜分布，其中橫軸表示波長，縱軸表示相對值。 如圖6所示，已證實只要透過本技術的光源裝置，即可射出375 nm至44​​5 nm的波長之藍色可見光，具體而言係可射出具備404 nm的波長特性之藍色可見光。
[3. 搭載聚光部裝置與未搭載聚光部裝置的辨識度比較測試] 如前所述，由於在本技術的光源裝置中已證實了藍色可見光的射出，故實施了針對PpIX所發出的紅色螢光之辨識度的比較測試。 具體而言，係使用各濃度(10 μg、1 μg、0.2 μg、0.1 μ以及0 μg)的試劑PpIX進行紅色螢光的辨識度之比較測試，並使用未搭載有前述聚光部的光源裝置(思佰益藥業股份有限公司製，Aladuck(註冊商標)，以下稱為「比較裝置」)作為比較對象。其結果係如圖7所示。 在此，於圖7中，(a)係表示自本技術的光源裝置照射藍色可見光時，從試劑PpIX發出的紅色螢光；(b)係表示自比較裝置照射藍色可見光時，從試劑PpIX發出的紅色螢光。另外，在(a)及(b)中，試劑PpIX的濃度係由左至右為10 μg、1 μg、0.2 μg、0.1 μg以及0 μg。
如圖7所示，可確認在本技術的光源裝置及比較裝置中，從10 μg的試劑PpIX發出PDD所必需且足夠的紅色螢光。 又當比較從1 μg的試劑PpIX發出的紅色螢光時，可確認相較於比較裝置，本技術的光源裝置係發出更強的螢光。 進一步地比較從0.2 μg的試劑PpIX發出的紅色螢光時，可確認相較於比較裝置，本技術的光源裝置係發出顯著更強的螢光。 綜上所述，可證實本技術的光源裝置係具備與適用於PDD之習知技術的光源裝置相同或更佳之能夠辨識PpIX發出的紅色螢光之性能；以及可證實本技術的光源裝置相較於習知技術的裝置，係能夠在更廣泛的濃度範圍(蓄積在腫瘤部位的PpIX之蓄積濃度範圍)內辨識PpIX發出的紅色螢光。
1:光源裝置 11,110a,110b:光源(LED) 12,120a,120b:聚光部 12a,12b:菲涅耳透鏡 13,130:光導 101:光源裝置系統 140:分束器
〔圖1〕係顯示有關本技術的一實施態樣之光源裝置的示意圖，其顯示來自光源的放射光通過聚光部而被聚光，且光導被配置在焦點的態樣。 〔圖2〕係顯示配置一對的透鏡，且來自LED的放射光在第一片的菲涅耳透鏡轉變成平行光，當光通過與第一片呈反面配置的菲涅耳透鏡時則進行聚光之示意圖。 〔圖3〕係顯示兩種不同的光被引導至單件的光導之光源裝置系統的一示例之示意圖。 〔圖4〕係顯示抗紫外光半反射鏡(ultraviolet(UV) light cut half mirror)之波長特性的曲線圖。 〔圖5〕係顯示抗可見光濾光鏡(visible(VIS) light cut filter)之波長特性的曲線圖。 〔圖6〕係顯示有關本技術的光源裝置所射出之藍色可見光的光譜分布(spectral distribution)的曲線圖。 〔圖7〕係顯示關於以未搭載有關本技術的聚光部之光源裝置作為比較對象的紅色螢光之辨識度(visibility)的比較測試之結果的圖式代用照片。
101:光源裝置系統
110a,110b:光源(LED)
120a,120b:聚光部
12a,12b:菲涅耳透鏡
130:光導
140:分束器

Claims (13)

  1. 一種光源裝置，其包括： LED光源，係用於射出放射光； 聚光部，係具有一對菲涅耳透鏡，前述一對菲涅耳透鏡之凹凸面呈對向配置，且用於將前述放射光進行聚光；以及 光導，係用於將前述聚光進行導光。
  2. 如請求項1所記載之光源裝置，其中，前述一對的菲涅耳透鏡之凹凸面係相互接觸。
  3. 如請求項1或2所記載之光源裝置，其中，前述光導的前端係配置於前述聚光的大致焦點之位置。
  4. 一種光源裝置系統，其包括： 第一LED光源，係用於射出第一放射光； 第一聚光部，係具有第一之一對菲涅耳透鏡，前述第一之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第一放射光進行聚光； 第二LED光源，係用於射出與前述第一放射光的波長不同之第二放射光； 第二聚光部，係具有第二之一對菲涅耳透鏡，前述第二之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第二放射光進行聚光； 分束器，係用於分割來自前述第一聚光部的第一聚光與來自前述第二聚光部的第二聚光；以及 光導，係用於將前述經分割的光進行導光； 光導的前端係位在前述第一聚光與前述第二聚光反射及/或穿透於前述分束器而成為同一方向的光之大致焦點上。
  5. 如請求項4所記載之光源裝置系統，其中，前述第一LED光源係白光光源，且前述第二LED光源係波長自375 nm至810 nm的激發光光源。
  6. 一種光源裝置系統，係包括： 第一LED光源，係用於射出第一放射光； 第一聚光部，係具有第一之一對菲涅耳透鏡，前述第一之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第一放射光進行聚光； 第二LED光源，係用於射出與前述第一放射光的波長不同之第二放射光； 第二聚光部，係具有第二之一對菲涅耳透鏡，前述第二之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第二放射光進行聚光； 第三LED光源，係用於射出與前述第一放射光及前述第二放射光的波長不同之第三放射光； 第三聚光部，係具有第三之一對菲涅耳透鏡，前述第三之一對菲涅耳透鏡的凹凸面呈對向配置，且用於將前述第三放射光進行聚光； 分束器，係用於分割來自前述第一聚光部的第一聚光與來自前述第二聚光部的第二聚光與來自前述第三聚光部的第三聚光；以及 光導，係用於將前述經分割的光進行導光； 光導的前端係位在前述第一聚光與前述第二聚光與前述第三聚光之中至少兩個聚光反射及/或穿透於前述分束器而成為同一方向的光之大致焦點上。
  7. 如請求項6所記載之光源裝置系統，其中，前述第一LED光源係白光光源、前述第二LED光源係波長自375 nm至445 nm的激發光光源、前述第三LED光源係波長自750 nm至810 nm的激發光光源。
  8. 一種醫療用攝影機，其包括：影像視鏡、彩色監視器、以及如請求項4或5所記載之光源裝置系統。
  9. 一種醫療用攝影機，其包括：影像視鏡、彩色監視器、以及如請求項6或7所記載之光源裝置系統。
  10. 一種光動力學診斷用裝置，其包括如請求項8或9所記載之醫療用攝影機。
  11. 一種光動力學治療用裝置，其包括如請求項8或9所記載之醫療用攝影機。
  12. 一種光動力學診斷用裝置，其具備如請求項1至3中任一項所記載之光源裝置。
  13. 一種光動力學治療用裝置，其具備如請求項1至3中任一項所記載之光源裝置。
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