(57)【要約】【課題】光免疫療法に使用するための光拡散装置を提供すること。【解決手段】所定の光放射照度値を目標治療領域へ送達するための正面光拡散装置であって、正面光拡散装置は、非円形コア・ファイバ・セクションとレンズを有するレンズ構成要素とを含み、レンズは、非円形コア・ファイバ・セクションの遠位端を出る光線を受け取り、レンズから所定のスタンドオフ距離に配置された目標治療領域の上に光線を投影し、目標治療領域が所定の光放射照度値の±２０％未満の差で目標「トップ・ハット」空間放射照度分布を受け取ることを結果として生じさせ、非円形コア・ファイバ・セクションの遠位端へのレンズ構成要素の物理的な取り付けは、非円形コア・ファイバ・セクションの遠位端からレンズへの光線の伝送の間の伝送損失を低減させるように設計されている。【選択図】図４１Ａ
2020072969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光放射照度値を目標治療領域へ送達するための正面光拡散装置であって、前記正面光拡散装置は、非円形コア・ファイバ・セクションとレンズを有するレンズ構成要素とを含み、非円形コア・ファイバ・セクションは、近位端と、遠位端と、光軸と、非円形ファイバ・コアとを有しており、
ａ）  前記レンズ構成要素は、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端に物理的に取り付けられており、
ｂ）  前記非円形ファイバ・コアは、正多角形の横方向の断面形状を有しており、
ｃ）  前記正面光拡散装置が光源と光通信しているときに、
ｉ）  前記光源は、前記正面光拡散装置に光線を提供及び伝送し、
ｉｉ）  前記光線は、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記光軸に対してそれぞれの角度を有しており、前記光線は、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記近位端に進入し、前記それぞれの角度を維持しながら前記非円形ファイバ・コアの中を伝播し、それによって、「トップ・ハット」コア放射照度分布を達成し、
ｉｉｉ）  前記光線は、混合「トップ・ハット」空間放射照度分布で前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端を出ており、
ｉｖ）  前記レンズは、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端を出る前記光線を受け取り、前記レンズから所定のスタンドオフ距離に配置された前記目標治療領域の上に前記光線を投影し、前記目標治療領域が前記所定の光放射照度値の±２０％未満の差で目標「トップ・ハット」空間放射照度分布を受け取ることを結果として生じさせ、
ｖ）  前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端への前記レンズ構成要素の物理的な取り付けは、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端から前記レンズへの前記光線の伝送の間の伝送損失を低減させるように設計されている、
正面光拡散装置。
【請求項２】
近位端及び遠位端を有する円筒形光ファイバ・セクションをさらに備え、
ｉ．前記円筒形光ファイバ・セクションの前記近位端は、前記光源と光通信しており、前記円筒形光ファイバ・セクションの前記遠位端は、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記近位端と光通信している、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項３】
前記円筒形光ファイバ・セクションと前記非円形コア・ファイバ・セクションとが光ファイバ・コネクタを介して接続される、
請求項２に記載の光拡散装置。
【請求項４】
前記円筒形光ファイバ・セクションと前記非円形コア・ファイバ・セクションとが融着によって接続される、
請求項２に記載の光拡散装置。
【請求項５】
前記円筒形光ファイバ・セクションと前記非円形コア・ファイバ・セクションとが接着剤を介して接続される、
請求項２に記載の光拡散装置。
【請求項６】
前記非円形コア・セクションの前記非円形ファイバ・コアの横方向の断面形状は、六角形、正方形、三角形、及び八角形からなるグループから選択される、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項７】
前記レンズは、ＧＲＩＮレンズである、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項８】
前記非円形コア・セクションの前記非円形ファイバ・コアの横方向の断面形状は、六角形である、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項９】
前記非円形コア・セクションの前記非円形ファイバ・コアの横方向の断面形状は、正方形である、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項１０】
前記非円形コア・セクションの前記非円形ファイバ・コアは、螺旋又はねじれ形状を有する、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項１１】
前記非円形コア・ファイバ・セクションは、カバーと、クラッドと、前記カバーと前記クラッドとの間に位置し、それらによって形成された密閉された開放キャビティとをさらに含み、前記クラッドは、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記非円形ファイバ・コアを囲む、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項１２】
前記クラッドは、前記クラッドの内側の横方向の断面形状とは異なる外側の横方向の断面形状を有する、
請求項１１に記載の光拡散装置。
【請求項１３】
前記クラッドの前記外側の横方向の断面形状は円形であり、前記内側の横方向の断面形状は前記非円形ファイバ・コアの前記横方向の断面形状と同じである、
請求項１２に記載の拡散装置。
【請求項１４】
前記目標「トップ・ハット」空間放射照度分布は、ｉ）所定の平均（「Ｉ０」）光放射照度を有しており、ｉｉ）前記光拡散装置からの前記目標治療領域での前記空間放射照度の変動が平均（「Ｉ０」）光放射照度の±２０％未満であるものとして定義される、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項１５】
前記目標「トップ・ハット」空間放射照度分布は、ｉ）所定の平均（「Ｉ０」）光放射照度を有しており、ｉｉ）前記光拡散装置から前記目標治療領域で放射された前記空間放射照度の変動が平均（「Ｉ０」）光放射照度の±１５％未満であるものとして定義される、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項１６】
前記目標「トップ・ハット」空間放射照度分布は、ｉ）所定の平均（「Ｉ０」）光放射照度を有しており、ｉｉ）前記光拡散装置からの前記目標治療領域での前記空間放射照度の変動が平均（「Ｉ０」）光放射照度の±１０％未満であるものとして定義される、
請求項１に記載の光拡散装置。
【請求項１７】
所定の光放射照度値を目標治療領域へ送達するための正面光拡散装置であって、前記正面光拡散装置は、非円形コア・ファイバ・セクションとコリメーション・レンズ・アセンブリとを含み、非円形コア・ファイバ・セクションは、近位端と、遠位端と、光軸と、非円形ファイバ・コアとを有しており、
ａ）  前記コリメーション・レンズ・アセンブリは、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端に物理的に取り付けられており、
ｂ）  前記非円形ファイバ・コアは、正多角形の横方向の断面形状を有しており、
ｃ）  前記正面光拡散装置が光源と光通信しているときに、
ｉ）  前記光源は、前記正面光拡散装置に光線を提供及び伝送し、
ｉｉ）  前記光線は、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記光軸に対してそれぞれの角度を有しており、前記光線は、前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記近位端に進入し、前記それぞれの角度を維持しながら前記非円形ファイバ・コアの中を伝播し、それによって、「トップ・ハット」コア放射照度分布を達成し、
ｉｉｉ）  前記光線は、混合「トップ・ハット」空間放射照度分布で前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端を出ており、
ｉｖ）  前記コリメーション・レンズ・アセンブリは、可変アパーチャを有しており、前記可変アパーチャは、光線の一部が前記非円形コア・ファイバ・セクションの前記遠位端を出ることを阻止し、それによって、前記光線の中央部分のみが前記可変アパーチャを通って出ること、および、前記目標治療領域の上に投影することを可能にし、前記目標治療領域が、近距離場、遠距離場、及び前記近距離場と前記遠距離場との間の距離、の間の放射照度において、±２０％未満の差で目標「トップ・ハット」空間放射照度分布を受け取ることを結果として生じさせる、
正面光拡散装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
出願日の利益の主張
本出願は、２０１６年１０月２５日に出願された「光免疫療法に使用するための光拡散装置」というタイトルの米国仮特許出願第６２／４１２，６０６号、及び２０１７年７月７日に出願された「光免疫療法に使用するための正面光拡散装置」というタイトルの米国特許仮出願第６２／５２９，５０７号の出願日の利益を主張し、これらはあらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、生物の組織、細胞生物又は無細胞生物に対して光免疫療法（「ＰＩＴ」）、光線力学療法（「ＰＤＴ」）又は他の光活性化治療を行うための医療機器、及びＰＩＴ、ＰＤＴ又は他の光線活性化療法においてそのような医療機器を使用する方法に関する。より具体的には、本発明は、ＰＩＴ、ＰＤＴ又は他の光線療法のための所望の照明パターン及び波長の光を治療中の領域に送達するための光ファイバ拡散装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＰＩＴ、ＰＤＴ及び他の光活性化療法は、様々な疾患及び病気を治療するために使用されてきた。ＰＩＴ及びＰＤＴ及び他の光活性化療法はしばしば、電磁放射線（例えば、レーザ光、ＬＥＤ光などの光）によって活性化される外因性又は内因性の光増感剤又は物質の使用を伴う。ＰＩＴは、光活性化分子に接合する癌標的モノクローナル抗体からなる新しい薬物システムに基づいている。標的剤は、リガンド、ウイルスキャプシド、ペプチド、リポソーム、ナノ粒子などの他の部分を含み得る。この薬物複合体は、複合体が癌細胞に結合し腫瘍部位において光媒介活性化により抗癌活性を得るまで薬理学的に活性ではない。薬物の腫瘍標的化及びコンテキスト精密活性化は、絶妙な癌特異性を提供し、周囲の健康な組織への損傷なしに迅速な癌細胞の殺傷を可能にする。ＰＩＴの抗癌活性は非常に効果的であり、それは複数の種類のモノクローナル抗体及び他の標的化部分と共に機能するので、このプラットフォームは広範囲の癌抗原及び腫瘍型の標的化を可能にする。本発明は腫瘍部位の標的化に限定されないことに留意すべきである。代わりに、本発明はまた、疾患を治療又は予防するために、細菌、真菌、ウイルス、プリオンなどを含む他の細胞性及び無細胞性生物を標的とするためにも使用され得る。
【０００４】
ＰＩＴ及び／又はＰＤＴ光源に対する基本的な要件は、外因性又は内因性の光増感剤の活性化スペクトル（通常はピーク吸光度の波長）を一致させ、この波長で人間工学的に及び高効率で目標組織に提供可能な適切な電力を発生させることである。典型的には、数十分で治療を提供するためには、数百ｍＷｃｍ−２までの放射照度で６３０〜８５０ｎｍの範囲で１〜５Ｗの使用可能な電力が必要とされる。さらに、光源は臨床環境において信頼性があり、費用対効果が高いものでなければならない。
【０００５】
治療されるべき領域（「治療領域」）の照明のために、時には「マイクロレンズ拡散器」とも呼ばれる円筒形及び正面（表面）拡散器が通常は一般に使用される。光ファイバ円筒（側面発射）及び表面（正面発射）拡散器は、例えば光コネクタによって光源に直接接続することができる、取り付けられた拡散セクションを備えた、５０〜１０００μｍのコア直径の円形コア／クラッド構造を有するマルチモード・ファイバ・アセンブリからなる。
【０００６】
Ｉ．従来の円筒形光拡散器
図１は、一端で光源（図示せず）に接続する光コネクタ１０と、光ファイバ１２と、他端の円筒形拡散器１６とを備える典型的な市販の円筒形光拡散装置１００の実例を示す。動作中、光ファイバ１２は、円筒形拡散器１６と光通信しており、円筒形拡散器１６は、円筒形拡散器１６の長手方向長さ１９にわたって長手方向に放射状対称な放射照度分布１８で光をアウトカップリングさせる。
【０００７】
光ファイバ１２が円筒形拡散器１６に入る直前に取られた光ファイバ１２のコアを通る垂直（すなわち、横方向）断面（図１において「１１」として示される）における放射照度のマップは、図２に示される。この例示的な実施例では、使用される光源は１ワットの出射パワーを有する６９０ｎｍのレーザであり、このパワーは拡散器１６の長手方向の長さの中心１７で測定された放射照度１８が１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまで調整された。この測定は、拡散器１６の所定の位置の中心軸から０．７５ｍｍのところで行われる。光源から円筒形拡散器１６に至る光ファイバ１２（「リード・ファイバ」）の長さは２メートルである。光ファイバ１２は、外径（「ＯＤ」）７００μｍのガラスコアとＯＤ７４０μｍのクラッドを有する。動作中、光ファイバ１２は、０．２２の開口数（「ＮＡ」）の角度分布を有するレーザ光で満たされる。断面１１は、リード・ファイバ（１２）の２メートル後で取られた。放射照度のマップの中心を通る垂直及び水平断面から取られた図２の関連する放射照度分布グラフは、光ファイバ１２のコア内の放射照度分布（「コア放射照度分布」）の空間的均一性が低いことを示す。グラフの中央の大きな値は、ファイバ・コアの中心部ではエッジ付近よりもかなり高い放射照度があることを示している。図２の上部のグラフは水平断面の放射照度分布を示しており、図２の右側のグラフは垂直断面の放射照度分布を示している。図２に示すように、両方のグラフは２つの軸を有し、一方の軸はｍｍ単位の幅（例えば直径）を示し、他方の軸はワット／ｃｍ２単位の放射照度を示す。
【０００８】
光ファイバ１２のコア放射照度分布が不十分な空間的均一性を有するだけではなく、円筒形拡散器１６の放射照度放射セクションの外面に沿ったアウトカップリングされた長手方向の放射状対称の放射照度分布（「拡散放射照度分布」）も、図３に示すように、理想的ではない放射照度分布が生じる不十分な空間的均一性を示している。この一様でない放射照度分布は、放射照度の均一性が、最適な治療効果のための光出力／表面積における正しい放射照度を意味する適切な「線量測定」の必要性を満たさないため、望ましくない。図３において、横軸は、円筒形拡散器１６の長さ１９を測定するために使用される長手方向の長さ（ｍｍ）を示し、縦軸は、中心軸から０．７５ｍｍの距離においてワット／ｃｍ２で測定された円筒形拡散器１６の表面におけるアウトカップリングされた放射照度を示す。
【０００９】
図４は、一端が光源（図示せず）に接続する光コネクタ２０と、光ファイバ２２と、他端の円筒形拡散器２６と、を含む典型的な市販の円筒形光拡散装置２００の実例である。動作中、光ファイバ２２はモード・ミキサ２４及び円筒形拡散器２６と光通信し、円筒形拡散器２６は、円筒形拡散器２６の長手方向の長さ２９にわたって長手方向の放射状対称の放射照度分布２８で光をアウトカップリングする。
【００１０】
図５は、光ファイバ２２が円筒形拡散器２６に入る直前に取られた光ファイバ２２のコアを通る垂直断面（図４において「２１」として示される）における放射照度のマップを示している。この例示的な実施例では、使用される光源は１ワットの出射パワーを有する６９０ｎｍのレーザであり、このパワーは拡散器２６の長手方向の長さの中心２７で測定された放射照度２８が１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまで調整された。この測定は、拡散器２６の所定の位置の中心軸から０．７５ｍｍのところで行われる。光源から円筒形拡散器２６に至る光ファイバ２２（「リード・ファイバ」）の長さは２メートルである。光ファイバ２２は、外径７００μｍのガラスコアと外径７４０μｍのクラッドを有する。動作中、光ファイバ２２は、０．２２の開口数（「ＮＡ」）の角度分布を有するレーザ光で満たされる。断面２１は、リード・ファイバ（２２）の２メートル後で取られた。図２とは異なり、放射照度のマップの中心を通る垂直及び水平断面から取られた図５に示された関連する放射照度分布グラフは、モード・ミキサ（２４）が光ファイバ２２と共に使用される場合に、「トップ・ハット」放射照度分布プロファイルが達成される（断面全体の放射照度分布の変動は平均放射照度の±２０％未満である）ことを示し、ファイバ２２のコアにおける放射照度分布の高度の均一性（例えば、最適なコア放射照度分布）を示している。図２と同様に、図５の上部のグラフは水平断面の放射照度分布を示しており、図５の右側のグラフは垂直断面の放射照度分布を示している。図５に示すように、両方のグラフは２つの軸を有し、一方の軸はｍｍ単位の幅（例えば直径）を示し、他方の軸はワット／ｃｍ２単位の放射照度を示す。
【００１１】
図３に示すグラフとは対照的に、円筒形拡散器２６の放射照度放射セクションの外面に沿ったアウトカップリングされた長手方向の放射状対称の放射照度分布（例えば、拡散放射照度分布）は、空間均一性を示し、図６に示すような最適な「トップ・ハット」拡散放射照度分布をもたらす。図６は、放射状に放射される放射照度分布（例えば最適拡散放射照度分布）に関して、アウトカップリングされた放射照度分布の変動が、円筒形拡散器に対する平均（「Ｉ０」）光放射照度の±２０％未満の「トップ・ハット」であるべきであることを示す。図６の横軸は長手方向の長さをｍｍ単位で示し、水平方向の矢印は円筒形拡散器２６の長さ２９を示す。図６の縦軸は、中心軸から０．７５ｍｍの距離でＷ／ｃｍ２で測定された円筒形拡散器２６の表面でのアウトカップリングされた放射照度を示す。
【００１２】
上記に示したように、従来の円筒形拡散器の「トップ・ハット」拡散放射照度分布を達成するためには、光ファイバ内で（例えば、有効なモード・ミキサを用いて）最適なモード混合が必要である。図４に示すモード・ミキサ２４は、一連の５つの連続した交互のきつい半径の曲がりによって、光ファイバ２２に作られる。別の従来のモード混合方法（図示せず）は、対象物（例えばマンドレル）の周囲に光ファイバ２２を複数回しっかりと巻き付けることである。これらの一般的な形態のモード混合は、しばしば５０％以上の損失をもたらす伝送損失の増加を犠牲にして空間的均一性を作り出す。加えて、これらの技術はまた、光ファイバ２２内に応力点を作り出す。光ファイバに応力を加えることは、微小曲げが光ファイバの曲げ力をガラス・ファイバの最大疲労限度まで押すので、そのような光ファイバに不可逆的な損傷をもたらす可能性があるため問題である。さらに、これらの円筒形拡散器ファイバ・アセンブリは、１ワットを超える可能性がある光パワーで使用されることがあり、これによりファイバ・コアから失われた光からの熱加熱のために最大疲労限度がさらに低下する。この熱による加熱の問題は、ガラスとポリマー材料の両方に悪影響を及ぼす可能性がある。熱的に破壊されたモード・ミキサが実際に生じており、それはこれらの従来のモード・ミキサを記載された発明による代替物で置き換えるための１つの主要な原動力を表す。
【００１３】
効果的なモード混合器それ自体では、「トップ・ハット」拡散放射照度分布を達成するには不十分であることに留意されたい。効果的な光拡散器又は拡散セクションも必要である。円筒形拡散器の場合、「トップ・ハット」拡散放射照度分布を達成するために、拡散器セクションは一般に追加の要素及び／又は拡散器セクションの処理を使用する。図７に示すように、従来の方法の１つは、ファイバ先端部３０（拡散セクション）のクラッドを除去し、露出したファイバ・コアをフッ化水素酸でエッチングするか、研磨装置で研磨することである。つや消し外観を有する得られた円錐形先端部は、次に保護用透明エンベロープ３２で覆われる。図８を参照すると、別の従来の方法は、保護用テフロン（登録商標）シース３８内に包まれる透明なエポキシ又はシリコーンエラストマーに埋め込まれたミクロンサイズの酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子からなる散乱媒体３６を含む別の拡散器３４を製造することである。プラスチックプラグ４２に取り付けられたリフレクタ４０が次にシース３８の開いた遠位端に挿入される。被覆されたプラグ４２の目的は、前方への伝播に耐える任意の光を、散乱媒体３６を通して再分布させることができる後方に反射させることであり、それにより放射プロファイルの均一性が改善される。さらに別の構成方法は、前述の２つの方法のハイブリッドとして説明することができ、光ファイバのクラッドを機械的に除去してコアの表面を粗面化したままにする。次いでこの表面をシリコーンエラストマーで被覆し、その上に酸化チタン粒子を含浸させた第２のエラストマー層を付着させる。最後に、拡散チップ全体が外側ＰＴＦＥチューブ内に収容されており、その外側ＰＴＦＥチューブは、図８に示され上述した方法と同様の方法で反射性エンドキャップによって終端されている。これらの記載された技術は費用がかかり、労働集約的でありそして時間がかかる。それ故、これらの光拡散器は非常に高価である。
【００１４】
光ファイバ表面の外側に光散乱特徴部（例えば、ディボット、糸、ノッチ、一般的な粗面化など）を有するような「トップ・ハット」拡散放射照度分布を生成することができる光拡散器を提供する他の従来技術が存在することに留意されたい。これらの技術は労働集約的であり、結果として生じる光出力パターンの均一性は、最大±５％まで変動することがある一定のファイバ直径に強く依存し、製造プロセスにおいて一定且つ反復可能な結果を達成することを面倒にする。さらに、ファイバの滑らかな外側表面上の光散乱特徴部はしばしば、例えば引張強度が実質的に低下するようにファイバの機械的強度に影響を与える。
【００１５】
ＩＩ．従来の正面光拡散器
図３７Ａを参照すると、典型的な正面（表面）拡散器５００の例示的な実施例は、光ファイバ・コネクタ５０３を介して直径５５０μｍのコアを有する光ファイバ５０６（例えば、円筒形光ファイバ）に導入される６９０ｎｍの光を備える。光ファイバ５０６の遠位端出力面５１０に配置された１／４ピッチ、直径１ｍｍのグレーデッド・インデックス（「ＧＲＩＮ」）レンズ構成要素５０４は、アウトカップリング光５０２を生成する。所望の治療領域（すなわち、目標）５０８は、光ファイバ５０６の直径（例えば５５０μｍ）よりもはるかに大きい直径（例えば４２ｍｍ）を有するので、レンズ構成要素５０４の効果は、一次近似では、目標５０８がレンズ構成要素５０４からあるスタンドオフ距離５１２（例えば６４ｍｍ）離れて位置するところで、目標５０８上に光ファイバ５０６の出力面５１０の像を形成することである。このようにして、図３７Ｃに示されるように目標５０８に沿った断面の空間放射照度分布は、図３７Ｂに示されるように５１０の断面に沿った空間放射照度分布と密接に関係する。この例示的な実施例は、１．０ワットの入力電力が図３７Ｃの放射照度分布を生成するのに十分である低損失（例えば、−０．２５ｄＢ）を示すことに留意されたい。円筒形ファイバ５０６の５１０におけるファイバ空間放射照度分布は、典型的には不均一であり、その結果、目標５０８において不均一な目標空間放射照度分布が生じる。これは、一定で均一な空間放射照度分布が全治療領域目標５０８にわたって必要とされるＰＩＴ及びＰＤＴ用途にとって理想的ではない。
【００１６】
図３８Ａを参照すると、典型的な従来技術は、図３７Ｃに示すように、レンズ構成要素５０４の前の所定の距離を置いた位置でファイバ５０６内にモード混合セクション５２０を含めることによって目標５０８における不均一な目標空間放射照度分布の問題に対処している。モード混合セクション５２０の効果は、図３８Ｂに示されるように５１０において不均一な断面の空間放射照度分布を、図３８Ｂに示されるように５１４において著しくより均一な断面の空間放射照度分布に変換することである。したがって、図３８Ｄに示されるように、目標５０８においてレンズ構成要素５０４によって生成された目標空間放射照度分布は、より均一な空間放射照度分布を有することになる。
【００１７】
典型的な従来技術のモード混合セクション５２０は、より均一なファイバ空間放射照度分布を生成するだけでなく、ファイバ５０６の出力においてより均一な角強度分布をも生成する。しかしながら、図３８Ａに示すように投射レンズ５０４を使用して目標５０８を照明する場合は、角強度分布は空間放射照度分布ほど重要ではない。これは、投射レンズ５０４によって形成された画像が、放射角度に関係なく、ファイバ５０６内の１つの位置から目標５０８上の位置まですべての光を本質的にマッピングしているためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述したように、従来技術に見られるモード混合セクション５２０は、図３９Ａ〜図３９Ｂに示すように、１つ又は複数のきつい半径の屈曲部の蛇行セクション、図３９Ｃに示すようなきつい半径のループのコイル状セクション、又は、図３９Ｄに示されるようなきつい半径の螺旋の複数のターンを有する部分から構成することができ。モード混合セクション５２０の他の技術的に開示された実施例もまた使用され得る（例えば、グレーデッド・ファイバとステップインデックス・ファイバの交互セクションなど）。しかしながら、これらすべての技術は重大な欠点を抱えており、それらはモード混合セクション５２０において大きな損失を生じることを犠牲にして良好なモード混合を生じさせる。１つの例示的な従来技術の実施例では、図３８Ａの構成は、図３７Ａの構成と同じであり、図３９Ａに示すような半径７．５ｍｍの曲げを有して形成されたモード混合セクション５２０が追加される。この実施例は、−２．３２ｄＢの損失を示し、図３８Ｄに示される目標において放射照度分布を生成するために３．２５ワットの入力電力を必要とする。
【００１９】
最悪の場合、これらの損失は、モード混合セクション５２０を加熱するのに十分な電力がファイバ５０６から漏れることを意味し、拡散器５００の壊滅的な故障をもたらし、さらにオペレータ及び患者に安全上の懸念をもたらす。より微妙な欠点は、これらのタイプのモード混合セクション５２０によって生じる損失が装置ごとに異なる傾向があり、一貫した製品を製造することを困難にし、異なる光源を有する単一装置の対からの出力を較正することを困難にすることである。
【００２０】
レンズ構成要素５０４は、球面、非球面、グレーデッド・インデックス及び回折素子を含む光学素子のうちの１つ又は複数の組み合わせから構成されてもよいことに留意されたい。典型的な従来技術では、ファイバ５０６及びレンズ５０４はしばしば使い捨てアセンブリの一部であり、レンズ構成要素５０４は小さな直径を有する傾向がある。
【００２１】
図４０Ａを参照すると、これはレンズ構成要素５０４から出てくる光ビーム５０２が発散している状態を作り出す。典型的な投影レンズ５０４の発散性は、図４０Ａにおいてそれぞれスタンドオフ距離５２０、５１２及び５２２に位置する目標位置ロケーション５１６、５０８及び５１８において異なるビームサイズをもたらす。目標が位置５１６から５０８を過ぎて５１８で終わるよう移動すると、結果として生じるビームの総パワーは同じである。しかしながら、図４０Ｂの目標空間放射照度分布に示されるように、目標位置上の放射照度分布のサイズは、距離と共に大きくなり、放射照度の値は低下する。照射される面積が増加すると、ビームの放射照度の大きさ（パワー／面積）がレンズ構成要素５０４の出力面からの距離の関数として低下し、放射照度が所望の治療値を満たす狭い範囲のスタンドオフ値のみをもたらすので、これは理想的ではない。
【００２２】
本発明の特徴及び発明の態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面を読むことによってより明らかになるであろう。以下は図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術の例示的な円筒形光拡散装置のグラフィック描写である。
【図２】図１の円筒形光拡散装置の光ファイバの垂直断面における放射照度のマップ、及びそれに関連する放射照度分布グラフである。
【図３】図１の円筒形光拡散装置の長手方向に放射状に対称的にアウトカップリングされた放射照度分布のグラフである。
【図４】モード・ミキサを利用する従来技術の例示的な円筒形光拡散装置のグラフィック描写である。
【図５】図３の円筒状光拡散装置の光ファイバの垂直断面における放射照度のマップ、及びそれに関連する放射照度分布グラフである。
【図６】図３の円筒形光拡散装置の長手方向に放射状に対称的にアウトカップリングされた放射照度分布のグラフである。
【図７】先行技術の例示的な円筒形光拡散器のグラフィック描写である。
【図８】別の先行技術の例示的な円筒形光拡散器のグラフィック描写である。
【図９】本発明による円筒形光拡散装置のグラフィック描写である。
【図１０】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１１】本発明による円筒形光拡散装置の別の実施例のグラフィック描写である。
【図１２】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１３】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１４】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１５】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１６】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１７】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１８】光拡散セクションの拡散近位端の直前の位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図１９】光拡散セクションの内部散乱特徴部を有する位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図２０】光拡散セクションの内部散乱特徴部を有する位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図２１】光拡散セクションの内部散乱特徴部を有する位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図２２】別の組の内部散乱特徴部を重ね合わせた光拡散セクションの内部散乱特徴部を有する位置における本発明による非円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図２３】本発明による非円形コア・ファイバの光拡散セクションの例示的な実施例の長手方向断面図である。
【図２４】本発明による非円形コア・ファイバの光拡散セクションの例示的な実施例の長手方向断面図である。
【図２５】本発明による非円形コア・ファイバの光拡散セクションの例示的な実施例の長手方向断面図である。
【図２６】本発明による非円形コア・ファイバの光拡散セクションの例示的な実施例の長手方向断面図である。
【図２７】図９及び１４の円筒状光拡散装置の光ファイバの垂直断面における放射照度のマップ、及びそれに関連する放射照度分布グラフである。
【図２８】図９、１０、及び１４の円筒形光拡散装置の長手方向に放射状に対称的にアウトカップリングされた放射照度分布のグラフである。
【図２９】スキュー及び子午光線の投影経路を有する正方形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図３０】スキュー及び子午光線の投影経路を有する円形コア・ファイバの例示的実施例の垂直断面図である。
【図３１】本発明による例示的な円筒形光拡散装置のグラフィック描写である。
【図３２】図３１の円筒状光拡散装置の光ファイバの垂直断面における放射照度のマップ、及びそれに関連する放射照度分布グラフである。
【図３３】内部散乱特徴部を有する位置における円形コア・ファイバの例示的な実施例の垂直断面図である。
【図３４】実例ＩＩの円筒形光拡散装置の長手方向に放射状に対称的にアウトカップリングされた放射照度分布のグラフである。
【図３５】図１１及び１２の円筒状光拡散装置の光ファイバの垂直断面における放射照度のマップ、及びそれに関連する放射照度分布グラフである。
【図３６】図１１及び１２の円筒形光拡散装置の長手方向に放射状に対称的にアウトカップリングされた放射照度分布のグラフである。
【図３７Ａ】先行技術の例示的な正面光拡散装置のグラフィック描写である。
【図３７Ｂ】図３７Ａの正面光拡散装置の光ファイバの垂直断面（５１０）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図３７Ｃ】図３７Ａの正面光拡散装置による目標の垂直断面（５０８）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図３８Ａ】モード混合セクションを有する先行技術の例示的な正面光拡散装置のグラフィック描写である。
【図３８Ｂ】図３８Ａの正面光拡散装置の光ファイバの垂直断面（５１０）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図３８Ｃ】図３８Ａの正面光拡散装置の光ファイバの垂直断面（５１４）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図３８Ｄ】図３８Ａの正面光拡散装置による目標の垂直断面（５０８）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図３９Ａ】４か所の小さな半径の４分の１ターンを有する従来技術の光ファイバモード混合セクションのグラフィック描写である。
【図３９Ｂ】１２か所の小さな半径の４分の１ターンを有する従来技術の光ファイバモード混合セクションのグラフィック描写である。
【図３９Ｃ】ファイバの軸に垂直な軸の周りに形成された３つの小半径ループを有する従来技術の光ファイバモード混合セクションのグラフィック描写である。
【図３９Ｄ】ファイバの軸と平行な軸の周りに形成された２つの螺旋状ループを有する従来技術の光ファイバモード混合セクションのグラフィック描写である。
【図４０Ａ】様々なスタンドオフ距離（５２０、５１２、５２２）における目標治療領域と共に示されている従来技術の正面光拡散装置のグラフィック描写である。
【図４０Ｂ】図４０Ａの正面光拡散装置による様々なスタンドオフ距離（５２０、５１２、５２２）における目標治療領域の垂直断面（５１６、５０８、５１８）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図４１Ａ】本発明による正面光拡散装置の例示的実施例のグラフィック描写である。
【図４１Ｂ】図４１Ａの正面光拡散装置の光ファイバの垂直断面（６０８）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図４１Ｃ】図４１Ａの正面光拡散装置の光ファイバの垂直断面（６１０）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図４１Ｄ】図４１Ａの正面光拡散装置による目標の垂直断面（６１４）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図４２Ａ】本発明による正面光拡散装置の別の例示的実施例のグラフィック描写である。
【図４２Ｂ】図４２Ａの正面光拡散装置の垂直断面（７１８）に沿った空間放射照度分布のグラフ、及び図４２Ａの正面光拡散装置による２つのスタンドオフ距離（７２４、７２６）における目標治療領域の垂直断面（７２０、７２２）に沿った空間放射照度分布のグラフである。
【図４３】光拡散セクションの拡散近位端の直前位置における本発明の非円形コア・ファイバの例示的実施例の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
Ｉ．従来のモード・ミキサなしで「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供する光拡散装置
図９〜図２６を参照すると、本発明は、モード・ミキサ（例えば、図４において２４で示される）を使用する必要なしに「トップ・ハット」コア放射照度分布（すなわち最適コア放射照度分布）を提供する非円形コア・ファイバ３０２を有する光拡散装置３００を提供する。本発明の光拡散装置３００は、上述の既知の光拡散器及び／又は拡散セクションを使用する必要なしに、放射状に対称的な長手方向の「トップ・ハット」拡散放射照度分布（すなわち最適拡散放射照度分布）で放射照度を放出する。
【００２５】
図９及び図１１を参照すると、装置３００は、導入用光ファイバ３０４及び少なくとも１つの光コネクタ３０６をさらに含む。動作中、導入用光ファイバ３０４の一方の端部は光源（図示せず）と光通信する一方、導入用光ファイバ３０４の他方の端部は、図９及び図１１に示すように、少なくとも１つの光コネクタ３０６を介して非円形コア・ファイバ３０２の近位端と光通信する。非円形コア・ファイバ３０２は、拡散近位端３１０及び拡散遠位端３１２を有する光拡散セクション３０８をさらに含む。
【００２６】
図９及び図１１に示す例示的な実施例では、光拡散セクション３０８は、非円形コア・ファイバ３０２の遠位端の近くに配置されている。さらに、非円形コア・ファイバ３０２は、任意に、非円形コア・ファイバ３０２の遠位端からの表面又は正面の光放出を防止する遮光手段３１４（例えば、物理キャップ、アルミニウム蒸着などのコーティングなど）を含み得る。一実施例では、遮光手段３１４は、処理領域を過剰に照明することを避けながら光を方向転換させて再利用するミラーである。発射された光の約６％だけが導入用光ファイバ３０４に戻って結合するので、これは非常に効率的な光拡散装置を提供する。
【００２７】
一実施例では、導入用光ファイバ３０４は、追加の光コネクタ３０６を介して光源に接続される。導入用光ファイバ３０４は、上述の光ファイバ（１２、２２）を含むがこれに限定されない任意の従来の光ファイバとすることができる。少なくとも１つの光コネクタ３０６は、動作中に導入用光ファイバ３０４を接続して非円形コア・ファイバ３０２と光通信させる。少なくとも１つの光コネクタ３０６の代替は、導入用光ファイバ３０４と非円形コア・ファイバ３０２との間の従来の接着剤接合又は融着接合である。さらに代替の例示の実施例では、非円形コア・ファイバ３０２は、実際には導入用光ファイバ３０４としても機能し（結果として単一の光ファイバとなる）、少なくとも１つの光コネクタ３０６、接着剤／融着接合、又は他の従来の接続手段を介して光源に接続される。少なくとも１つの光コネクタ３０６は、技術的に開示された任意の光コネクタ（例えば、ＳＭＡコネクタなど）であり得る。
【００２８】
図１３〜１８はそれぞれ、光拡散セクション３０８の拡散近位端３１０（図９及び図１１参照）の直前の位置３１６における非円形コア・ファイバ３０２の垂直（すなわち長手方向）断面図を示す。図１０、図１２及び図１９〜図２２はそれぞれ、図９及び図１１に示すような光拡散セクション３０８の拡散遠位端３１２の垂直断面図を示す。非円形コア・ファイバ３０２は、ファイバ・コア３５０を含む。非円形コア・ファイバ３０２は、図１０、１２〜１４及び１６〜１８に示すように、任意選択でクラッド３５２を含み得る。ファイバ・コア３５０は、（図１０及び図１２〜図１５に示すような）六角形、（図１６〜図１８に示すような）正方形、長方形、三角形、八角形、他の正多角形、及び非正多角形などの非円形形状を有する。したがって、コア内部で均一な放射照度を達成することができる広範囲の潜在的な非円形コア形状がある。いくつかの形状特性は、形状を本発明に特によく適したものにする。放射状対称性は必要とされないが、製造の容易さ及び放射状対称出力放射照度パターンの促進という利点をもたらす。形状の接線が急速に変化する変曲点を断面プロファイルに含めると、隣接する光線を異なる方向に送ることで混合が改善される。ファセットを含めると、自己集束動作を回避することによってより良いミキシングを促進する。凹角形状を避けることは製造を助け、物理的に弱い構造を回避する。これらの形状特性の組み合わせは、非円形コア形状の基礎として正多角形形状の使用を促進する傾向がある。螺旋形状又はねじれ形状を有するコアもまた、コア内に空間的に均一な放射照度を生成するために重要であり得ることにも留意されたい。
【００２９】
クラッド３５２は、ファイバ・コア３５０と同じ非円形の垂直方向（すなわち長手方向）の断面形状を有し得る（例えば、図１２、１３、及び１６を参照）。或いは、クラッド３５２は、ファイバ・コア３５０と同じ一般形状を有する内面形状３５６を有する円形の外面形状３５４を有し得る（例えば、図１０、１４、１７及び１８参照）。
【００３０】
図１５、１９〜２２を参照すると、本発明のいくつかの例示的な実施例では、クラッド３５２は存在しないが、ファイバ・コア３５０と、ファイバ・コア３５０と同心のカバー３６０との間の密閉された開放キャビティ又は環境３５８（例えば空気）で置き換えられ、ファイバ・コア３５０を放射状に包む（しかし、しっかりと被覆されていない）。カバー３６０は、任意の適切な当該技術分野で開示されたポリマー材料（例えば、Ｐｅｂａｘ（登録商標））であってもよく、図１１、１２、１５、１８〜２２に示されるように概して円形である。カバー３６０は、非円形コア・ファイバ３０２に対するさらなる保護を提供する。カバー３６０は、透明又は半透明であり得る。透明であれば、カバー３６０はいかなる光散乱も与えず、したがって余分な光の損失はない。半透明の場合、カバー３６０による内部散乱は、拡散放射照度分布の均一性を改善するのに役立ち得る。しかしながら、カバー３６０による内部散乱が多すぎると、吸収による過剰な光損失が生じる可能性がある。
【００３１】
図１２及び図１８を参照すると、ファイバ・コア３５０及びクラッド３５２を異なる垂直断面形状で混合し、それらを密閉された開放キャビティ３５８及び／又はカバー３６０と組み合わせることが可能である。例えば図１８を参照すると、非円形コア・ファイバ３０２の垂直断面図は、そのファイバ・コア３５０が正方形の形状を有することを示している。そのクラッド３５２の内面形状３５６はこの正方形の形状と一致し、そのクラッド３５２の外面形状３５４は円形である。非円形コア・ファイバ３０２は、クラッド３５２とカバー３６０との間に挟まれた密閉された開放キャビティ３５８をさらに含む。カバー３６０は円形の形状を有する。
【００３２】
装置３００の１つの例示的な実施例において、図９及び図１４を参照すると、非円形コア・ファイバ３０２のファイバ・コア３５０は、外径φ６６０μｍの円内に六角形の形状を有するポリ（メチルメタクリレート）（「ＰＭＭＡ」）で構成されている。ファイバ・コア３５０は、ファイバ・コア３５０と同じ六角形の形状を有する内面の形状３５６を有するクラッド３５２によって覆われている。しかしながら、クラッド３５２の外面の形状３５４は円形である。クラッド３５２は、外径φ７４０μｍのシリコーンで構成されている。装置３００の導入ファイバ３０４は、外径２００μｍのガラスコアと外径２３０μｍのクラッドを有する。非円形コア・ファイバ３０２の長さは３０ｃｍである。動作中、コア光ファイバ３０２は、０．２２のＮＡの角度分布を有するレーザ光で満たされる。他の実施例は、様々な透明又は半透明のガラス及びポリマーを利用することを含む、コアとクラッドの両方に異なる材料を含み得ることに留意されたい。拡散器の全長が短い場合、吸光度は特に問題にならないが、材料は対象の波長において不透明であるべきではない。例えば、拡散器がＵＶ照射を提供するために使用される場合、シリカコア光ガイドが適切であるが、中波長のＩＲ光の使用は蛍石又はハロゲン化銀ガラスの使用を促進するであろう。ＰＭＭＡ、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリスチレン（ＰＳ）を含むがこれらに限定されない、広範囲の射出成形可能なポリマー材料が可視及び近ＩＲ用途に適している。エポキシ及びシリコーンを含む様々なキャスタブル材料もまた興味深い。すべての場合において、溶融やひび割れなどの悪影響なしに、材料が必要な量の光パワーを処理できるように注意を払う必要がある。
【００３３】
図２７は、拡散近位端３１０の直前でとられたファイバ・コア３５０を通る垂直断面（図９において「３１６」として示される）における放射照度のマップを示す。使用される光源は、０．１２５ワットの発射力を有する６９０ｎｍレーザであり、この力は、光拡散セクション３０８の長手方向の長さの中心３０７で測定された放射照度が１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまで調整された。この測定は、光拡散セクション３０８の所定の位置の中心軸から０．７５ｍｍのところで行われる。この位置３１６に至るまでの光源からの光ファイバ（導入ファイバ３０４と非円形コア・ファイバ３０２との組み合わせ）の全長は、２メートルの長さである。放射照度のマップの中心を通る垂直方向及び水平方向の断面から取られた図２７に示す関連する放射照度分布グラフは、モード・ミキサ（２４）を必要とする（図５に示す）上述の従来の円筒形光拡散装置２００と同じ「トップ・ハット」コア放射照度分布を示す。この「トップ・ハット」コア放射照度分布は、ファイバ・コア３５０内の放射照度分布の高度な均一性（すなわち、最適コア放射照度分布）を示す。「トップ・ハット」コア放射照度分布及び／又は最適なコア放射照度分布は、以後本明細書において、ファイバ２２のコアにおける放射照度分布の高度な均一性を示すファイバ・コア３５０の断面の平均放射照度の少なくとも±２０％以内であるファイバ・コア３５０の断面のすべての放射照度を有するものとして定義される。いくつかの例示的な実施例では、少なくとも±２０％の値は、±１５％の範囲、又は±１０％の範囲にさらに低減することができる。
【００３４】
完全に対称な円筒形の光ガイド内を伝播することができる２つのタイプの光線を調べることは、本発明の非円形コア・ファイバ３０２がファイバ・コア３５０内に「トップ・ハット」コア放射照度分布をどのように提供できるかを理解するのに役立ち得る。光が、ファイバ・コア３５０の中心部分を横切ることなく、ファイバ・コア３５０の外縁の周りを螺旋状に曲がる「スキュー光線」として前方に伝播することが可能である。これは図３０に示されており、図３０は円形コア・ファイバ３０１の垂直断面図を示しており、ここでは伝播するスキュー光線３６６の投影経路は常にファイバ・コア３５１の端部付近に留まっている。光ガイドの中心軸から始まる光線が常にファイバ・コア３５１の中心軸を横切って戻るように平面上にある経路を有する子午線光線３６８を有することも可能である。比較において図２９を参照すると、図２９は、同様の伝搬光線の投射経路を有する正方形の非円形コア・ファイバ３０２の垂直断面図を示している。スキュー光線３７０はファイバ・コア３５０の中心軸を横切ることなく依然として伝播するが、今やその経路は、そのエネルギーがいくつかの位置でファイバ・コア３５０の縁部の近くに見られることができる一方、他の位置でそれがファイバ・コア３５０の中心の近くに見られることができるようになっている。ファイバ・コア３５０の中心軸上で始まる子午線光線３７２は、軸を再び横切ることなくファイバ・コア３５０の面積の大部分をサンプリングする経路を有し得る。これら２つの実例は、ある範囲の異なる出射角を有する大きな一組の光線を非円形コア・ファイバ３０２に導入することによって、ほんの数回の内部反射に対応する短い伝搬長の後に「トップ・ハット」コア放射照度分布が得られることを示す。
【００３５】
我々の研究は、図１４に示す非円形コア・ファイバ３０２を非円形コア・ファイバ３０２の上述の異なる実施例のうちの任意のものと置き換えることによって、装置３００が依然として所望の「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供できることを示している（例えば図１３〜１８）。例えば、図３のファイバ・コア３５０は、図１４に示すファイバ・コア３５０と同じである。それらは両方、外径φ６６０μｍの円内に六角形の形状を有するＰＭＭＡから構成されている。図１３の非円形コア・ファイバ３０２は、図１３のクラッド３５２が六角形の形状を有するので、図１４のコア・ファイバと異なる。図１３のクラッド３５２は、外径φ７４０μｍの円内のフッ素化ポリマーで構成されている。
【００３６】
別の例示的な実施例において、図１５を参照すると、ファイバ・コア３５０は、ＰＭＭＡの代わりにポリスチレンで構成されている点を除いて、図１４のファイバ・コアと同じ形状及び寸法を有する。しかしながら、図１５の非円形コア・ファイバ３０２は、クラッド３５２を有さない。それに代えて、それ（３０２）は、囲まれた開放キャビティ３５８及びカバー３６０をさらに含む。カバー３６０は、外径φ１０００μｍ及び内径（「ＩＤ」）φ９００μｍの半透明のＰｅｂａｘ（登録商標）樹脂で構成される。この例示的な実施例では、開放キャビティ３５８内に含まれる閉じ込められた空気は、光がファイバ・コア３５０内に含まれることを確実にするためのクラッドとして機能する。
【００３７】
図１６〜図１７に示す例示的な実施例は、５００μｍ×５００μｍの正方形の形状を有するＰＭＭＡから構成された同じファイバ・コア３５０を使用する。図１６の非円形コア・ファイバ３０２は、５４０μｍ×５４０μｍの正方形の形状を有するフッ素化ポリマーから構築されたクラッド３５２を有する。図１７の非円形コア・ファイバ３０２は、正方形の内面の形状３５６及び円形の外面の形状３５４を有するので、異なるクラッド３５２を有する。クラッド３５２は、直径φ７４０μｍの外径を有するシリコーンで構成される。
【００３８】
別の例示的な実施例において図１８を参照すると、ファイバ・コア３５０は、ＰＭＭＡの代わりにポリスチレンで構成されている点を除いて、図１７のファイバ・コア３５０と同じ形状及び寸法を有する。しかしながら、図１８の非円形コア・ファイバ３０２は、密閉された開放キャビティ３５８及びカバー３６０をさらに含む。カバー３６０は、φ１０００μｍの外径、φ９００μｍの内径の半透明のＰｅｂａｘ（登録商標）樹脂で構成されている。
【００３９】
さらに別の例示的な実施例において、図１２を参照すると、非円形コア・ファイバ３０２は、図１３に示すコア・ファイバと密閉された開放キャビティ３５８とカバー３６０との組み合わせである。カバー３６０は、φ１０００μｍの外径、φ９００μｍの内径の半透明のＰｅｂａｘ（登録商標）樹脂で構成されている。
【００４０】
上述のように、その様々な形状、材料、クラッド（３５２）、及びカバー（３６０）を有する本発明の非円形コア・ファイバ３０２は、モード・ミキサを必要とせずに「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供することができ、したがって、より安価でより頑丈な光拡散装置（３００）を提供する。本発明の非円形コア・ファイバ３０２は、「トップ・ハット」拡散放射照度分布を提供するために、上述の従来の照明拡散器又は拡散セクションのうちの１つと共に使用することができる。
【００４１】
ＩＩ．「トップ・ハット」拡散放射照度分布を提供する円筒形光拡散装置
装置３００がそのような従来の光拡散器又は拡散セクションを使用せずに「トップ・ハット」拡散放射照度分布を提供するために、装置３００は、図９及び図１１に示されるように、光拡散セクション３０８内に、好ましくはレーザによって刻まれるか又は書き込まれる内部（すなわちファイバ・コア３５０の外面に達していない）散乱特徴部３６２を含まなければならない。
【００４２】
本明細書では、「トップ・ハット」拡散放射照度分布は、高度の均一性を示しており放射状に放射される放射照度分布に関して（例えば図６参照）、円筒形拡散器の平均（「Ｉ０」）光放射照度の±２０％未満であるアウトカップリング放射照度の長手方向変動を有すると定義される。いくつかの例示的な実施例において、少なくとも±２０％の値は、±１５％の範囲、又は±１０％の範囲にさらに低減することができる。
【００４３】
内部散乱特徴部３６２は、一般に、拡散近位端３１０で始まり、拡散遠位端３１２で終わる。特徴部３６２は、図１０、１２、１９〜２２に示すように様々な形状及びパターンとすることができる。図１０、１２、１９〜２２は、光拡散セクション３０８の拡散遠位端３１２の垂直（すなわち横方向）断面図を示す。例えば、特徴部３６２は、（ｉ）図１０、１２及び１９に示すように６０°の増分でファイバ・コア３５０の中心軸の周りに配向された３つのシリンダ、（ｉｉ）図２０に示すようにファイバ・コア３５０の中心軸と同心の単一ラインの球、（ｉｉｉ）図２１に示すように６０°の増分でファイバ・コア３５０の中心軸の周りの半径上に中心を合わせられ、ファイバ・コア３５０の所定の長手方向長さに沿って、線形、非線形、螺旋パターン、又は擬似ランダムパターンで分布する楕円形の特徴（例えば、楕円形又は球形の特徴）の対称配列、及び、（ｉｖ）一対の平行なシリンダ３６１であってもよく、一対の各シリンダは、ファイバ・コア３５０の中心軸から所定の距離に配置され、光拡散セクション３０８の長さに沿って異なる長手方向位置に配置された後続の一対のシリンダは、ファイバ・コア３５０の中心軸周りに異なる角度で配向される（例えば、一対の平行なシリンダ３６３は、ファイバの異なる断面セクションに配置され、対３６１に対して６０°の角度で測定される）。本明細書で説明する実施例は６０°の増分を使用しているが、限定はしないが４５°、７２°、９０°、１２０°、１８０°の増分などの他の所定のパターンも適切であり得ることに留意されたい。
【００４４】
各散乱特徴部３６２は、適切な技術開示のレーザによって作り出すことができる。例えば、１．５ワットの平均出力で集束され、モードロックされた５３２ｎｍ１０ピコ秒のレーザ・パルスは、図１０に示される特徴部３６２を作り出すことができ、これは、それぞれおよそ直径２７μｍ、長さ２７０μｍでありファイバ・コア３５０の中心軸の周りに６０°の増分で配向された３つのシリンダで構成される。別の実例では、０．４の開口数を有する対物レンズを通して集束された２．０ワットの平均出力での一連の５２０ｎｍ、４００フェムト秒のレーザ・パルスは、図４３に示される特徴部３６２を作り出すことができ（以下でさらに詳細に説明される）、それぞれ６０°の増分でファイバ・コア３５０の中心軸の周りに中心を合わせられた直径約４０μｍの球を特徴とする。本明細書で説明する実施例では６０°の増分を使用しているが、４５°、７２°、９０°、１２０°、１８０°などの他の角度の増分も適切であることに留意されたい。
【００４５】
特徴部３６２のそれぞれの散乱特性は、材料、幾何学的形状及び処理によって変わる。光が非円形コア・ファイバ３０２から散乱されるために、光拡散セクション３０８内の長さ当たりの光の密度が減少するにつれて、長さ当たり又は特徴部３６２当たりに散乱される光の割合は増加しなければならない。これは、単位長さ当たりの特徴部３６２の数又は長さの関数としての特徴部３６２のサイズを変えることによって達成することができる。許容される戻り光の量に応じて、サイズの直線的な増加で十分であり得るが、サイズ対長さの非線形の増加が好ましい場合がある。別の例示的な実施例では、長さの関数としての特徴部３６２のサイズが減少し得る一方で、単位長さ当たりの特徴部３６２の数は増加し得る。特徴部３６２当たりの散乱量を変えるために当業者が処理パラメータを変えることも可能であることに留意されたい。
【００４６】
内部散乱特徴部３６２が、図９及び図１１に示すように、非円形ファイバ・コア３５０の中心軸３６４に沿って光拡散セクション３０８内に分布している場合、光は光拡散セクション３０８を伝搬して行き、光拡散セクション３０８自体において生じる一定の混合がある。ファイバ・コア３５０の中心の光が内部散乱特徴部３６２に衝突して光拡散セクション３０８から散乱されるにつれて、光の再分布によってファイバ・コア３５０の中心の放射照度が補充される。これは、散乱特徴部３６２をより小さく保ち、光拡散セクション３０８の中心に向かって配置することを可能にしながら、均一な放射パターンを達成するために散乱特徴部３６２のパターンを見つけるという課題を単純化し、より優れた放射特性を持つ潜在的により物理的に堅牢なデバイスをもたらす。
【００４７】
図２３〜図２６を参照すると、特徴部３６２はまた、様々なパターンで長手方向に間隔を空けて配置され得る。例えば、特徴部３６２は、図２３に示すように、ファイバ・コア３５０の中心軸３６４と同心の一様な直線状に長手方向に配置することができる。図２４に示すように、単位長さ当たりの特徴部３６２の数を変えることによって、特徴部３６２を長手方向に不均一な直線状に配置することができる。図２４において、単位長さ当たりの特徴部３６２の数は、光拡散セクション３０８の拡散近位端３１０から拡散遠位端３１２に向かって増加する。上述のように、また代替的に、単位長さ当たりの特徴部３６２の数は、光拡散セクション３０８の拡散近位端３１０から拡散遠位端３１２に向かって減少し得るが、特徴部３６２のサイズは光拡散セクション３０８の拡散近位端３１０から拡散遠位端３１２に向かって増加し得る。
【００４８】
さらに、特徴部３６２は、図２５５に示されるようにサイズが直線的に増加するように均一な直線状に長手方向に配列することができる。最後に、特徴部３６２は、図２６に示されるように、サイズが非直線的に増加するように長手方向に均一に配置することができる。
【００４９】
ＩＩＩ．「トップ・ハット」空間放射照度分布を提供する正面光拡散装置
図４１Ａを参照すると、本発明は、光ファイバ・コネクタ６０３と、円筒形光ファイバ・セクション６０２と、非円形コア・ファイバ・セクション６０４と、２つのファイバ・セクションを接合するファイバスプライス６０５と、レンズ構成要素６０６とを含む正面光拡散装置６００を提供する。装置６００の動作中、円筒形光ファイバ・セクション６０２は非円形コア・ファイバ・セクション６０４と光通信しており、非円形コア・ファイバ・セクション６０４もレンズ構成要素６０６と光通信している。非円形コア・ファイバ・セクション６０４は、上述の任意の遮光手段３１４を含まないことを除いて、（モード・ミキサを使用する必要なしに）「トップ・ハット」コア放射照度分布を提供する上述の非円形コア・ファイバ３０２と同じ特性を有し得る。断面は、より良好な混合効果を生み出すのを助けるために、非円形コア・ファイバ・セクション６０４の長手方向長さに沿って変化し得る、例えばコアの外形寸法が増加した後に減少する６０４の１つ又は複数の領域があり得るか、又は６０４のコアが直線の押し出しの代わりに様々な量のねじれ（すなわちファイバ・セクション６０４の長手方向軸の周りの回転）を有し得る、又は６０４の非円形プロファイルがある形状から他の形状（例えば、六角形から正方形）に変化し得ることに留意されたい。非円形コア・ファイバ・セクション６０４は、伝搬光の損失がほとんど又は全くないように、空間モード・ミキサとして作用して、伝搬光のいくつかの内部跳ね返りを生じさせる。
【００５０】
以下で論じられるように、また１つの例示的な実施例では、動作中、円筒形光ファイバ・セクション６０２は、断面６０８で測定した場合に図４１Ｂに示される光の不均一ファイバ空間放射照度分布を有する。非円形コア・ファイバ・セクション６０４は、断面６１０で測定した場合に図４１Ｃに示される著しく均一な混合ファイバ空間放射照度分布を出力する。目標断面６１４においてレンズ構成要素６０６によって生成された図４１Ｄに示す目標空間放射照度分布もまた、より均一である。したがって、６１０で測定された混合空間放射照度分布及び６１４で測定された目標空間放射照度分布は両方とも、所望の「トップ・ハット」空間放射照度分布を有する。「トップ・ハット」空間放射照度分布及び／又は最適な空間放射照度分布は、本明細書では以後、放射された放射照度分布に関して、正面拡散器についての平均（「Ｉ０」）光放射照度の±２０％未満であるアウトカップリングされた空間放射照度分布の変動を有し、（例えば６１０及び／又は目標６１４における）関連位置における空間放射照度分布の高度な均一性を示すと定義される。いくつかの例示的な実施例において、少なくとも±２０％の値は、±１５％の範囲、又は±１０％の範囲にさらに低減することができる。
【００５１】
従来技術では、伝播角度の混合は、ファイバ・コアを伝播していた一部の光線がファイバの臨界角を超える角度に乱されて放射され、伝送損失及び周囲の材料の局所加熱のような他の望ましくない影響をもたらすことを意味する。非円形コア・ファイバ・セクション６０４は、それらが伝播できないように角度を変えず、非円形コア・ファイバ・セクション６０４の光軸に対する各光線の角度を維持しながら光線の経路を再配置するだけである。上述のように、制御された量の角度混合を非円形コア・ファイバ・セクション６０４の効果に含めることができるように、混合セクションの長さに沿って非円形コア・ファイバ・セクション６０４の形状又はサイズに変動を生じさせることが可能であり、角度混合が増大すると対応する伝送損失が生じることにも留意されたい。
【００５２】
本発明の一つの代替実施例では、非円形コア・ファイバ・セクション６０４は、光源から投射レンズ（例えば６０６）まで延びることができる、又は図４１Ａに示すように、円筒形ファイバ・セクション６０２の後且つレンズ構成要素６０６の前に短いセクション６０４を利用することができる。円筒形ファイバ６０２のセクションが非円形コア・ファイバ・セクション６０４とレンズ構成要素６０６との間に使用される場合、それが長すぎないように（例えば、０．２５メートル未満など）注意し、又は６０６より前に測定された混合空間放射照度分布は再び不均一になる可能性があることに留意されたい。
【００５３】
非円形コア・ファイバ３０２について上述したように、非円形コア・ファイバ・セクション６０４は、標準の光ファイバ・コネクタ６０５を使用して接続される別個の材料とすることができ、又は接着剤によって円筒形ファイバ・セクション６０２の一端に永久的に固定することができ、或いは融着技術（例えば溶接など）によって定位置に溶融することさえできる。非円筒形セクション６０４を他の円筒形ファイバ・セクション６０２に成形又はエンボス加工することも可能である。損失を最小にするために、例えばマッチングサイズ及び最大伝播角度などの円筒形ファイバ・セクション６０２と非円形コア・ファイバ・セクション６０４との間の接合部を設計するように注意するべきである。
【００５４】
図４１Ａを参照すると装置６００の一例示的実施例では、円筒形光ファイバ・セクション６０２は、外径６３０μｍのクラッドで覆われた外径６００μｍのコアを有するガラスから構成されたコア・ファイバからなる。それは開口数（ＮＡ）＝０．２２〜０．２６を有する。非円形ファイバ・コア・セクション６０４は、長さが少なくとも５０ｍｍであり、外径６８０μｍのクラッドを有する内径６００μｍの六角形の幾何学形状を有するガラスから構成される。レンズ構成要素６０６は、１／４ピッチ、１ｍｍ直径のＧＲＩＮレンズからなる。
【００５５】
１つの例示的な実施例では、使用される光源は２．４ワットの出射パワーを有する６９０ｎｍレーザであり、このパワーは、目標６１４で測定された放射照度が、スタンドオフ（例えば６１６）＝６４ｍｍで測定されたときに４２ｍｍの内径を有するトップ・ハット分布で１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまで調整された。この実施例は、−０．３６ｄＢという低い伝送損失を実証する。光源から投射レンズ６０６までの光ファイバ（円筒形光ファイバ・セクション６０２と非円形コア・ファイバ・セクション６０４の組み合わせ）の全長は２メートルである。
【００５６】
動作中、円筒形光ファイバ・セクション６０２は、断面６０８で測定した場合に図４１Ｂに示すように光の不均一ファイバ空間放射照度分布を有する。非円形コア・ファイバ・セクション６０４は、断面６１０で測定した場合に図４１Ｃに示される著しく均一な混合ファイバ空間放射照度分布を出力する。目標断面６１４においてレンズ構成要素６０６によって生成された図４１Ｄに示す目標空間放射照度分布もまた、より均一である。したがって、６１０で測定された混合空間放射照度分布及び６１４で測定された目標空間放射照度分布は両方とも、所望の「トップ・ハット」空間放射照度分布を有する。
【００５７】
図４０Ａ及び図４０Ｂに示すように、従来技術の正面照明装置は発散ビームを有する。これにより、オペレータは、所望の放射照度レベルを達成するために、治療期間中、目標領域から大いに特定のスタンドオフで照明器を保持することを強いられる。理想的な正面照明装置は、スタンドオフ距離に関係なく、目標上で同じ放射照度を有する。さらに、理想的な正面照明装置はまた、目標上の照明パターンのサイズ及び形状を容易に調整することを可能にするであろう。
【００５８】
図４２Ａを参照すると、本発明は、近位コネクタ７０３と、遠位終端７０５と、コリメーション・レンズ・アセンブリ７０４とを有する光ファイバ７０２を含むこれらの目的を満たす正面光拡散装置７００を提供する。光ファイバ７０２は、円筒形ファイバ、非円形コア・ファイバ（例えば、３０２、６０４）、又は上述のそれらの組み合わせであってもよい。コリメーション・レンズ・アセンブリ７０４は、コリメーション・レンズ７０６を含み、これは、透明光学材料、すなわち、ガラス、水晶、透明ポリマー、又は反射材料から構成することができる。コリメーション・レンズ７０６は、単一の光学素子又は光学素子の組み合わせから構成することができる。コリメーション・レンズ７０６は、球面、非球面、屈折面、回折面又は反射面の任意の組み合わせを有することができ、材料はグレーデッド・インデックス・プロファイルを有し得る。ファイバ７０２の自然に発散する光出力７０８は、それがコリメーション・レンズ７０６に衝突するまで拡大することが許容される。ファイバ７０２は、その出力面７１０がほぼコリメーション・レンズ７０６の後側焦点距離７１２にあるように配置される。可変アパーチャ７１４は、それが光出力７０８の一部を遮断することができるコリメーション・レンズ７０４の出力の近く又はその位置に配置され、７１４の開口部に対応する範囲で光出力ビーム７１６を生成する。図４２Ａに示すように、ファイバ７０２からの光出力７０８の中央部分のみがアパーチャ７１４を通過することが許される（すなわち、コリメート光出力７１６）。この結果生じるコリメート光出力７１６は、図４２Ｂに示すように「トップ・ハット」放射照度分布を有し、これは、（ｉ）近距離場（例えば、７２４のスタンドオフ距離での断面７２０）、（ｉｉ）遠距離場（例えば、７２６のスタンドオフ距離での断面７２２）において本質的に同じ大きさ（例えば、値の±２０％より少ない差、値の±１５％未満の差、又はさらには値の±１０％未満の差）であり、近距離場と遠距離場との間の距離は、以後「フラット放射照度分布」と定義される。
【００５９】
ファイバ７０２から出て広がる円錐状の光線は、コリメートレンズ７０６を意図的に過充填することを許容されている。図４２Ｂのプロットにおける実線は、図４２Ａに示す位置７１８で測定された放射照度分布である。変動が大きい分布の部分は、コリメーション・レンズ７０４の構造上に降りることを許容され、ブロックされ、反射され、又は吸収される。放射照度分布の均一な中央部分のみがコリメーション・レンズ７０６と可変アパーチャ７１４の両方を通過して出力ビーム７１６を生成し、図４２Ｂに破線で示すように平坦な放射照度分布７２０が得られる。
【００６０】
コリメーション・レンズ７０４の出力側に配置されたアパーチャ７１４は、不要な光出力７０８の部分を遮断する。好ましい実施例では、アパーチャ７１４は、ビームサイズを直径１ｍｍから１２ｍｍに変えることを可能にするアイリスである。或いは、アパーチャ７１４は、正方形、長方形、又は非対称の光出力を生成するように構成され得る。
【００６１】
アパーチャ７１４の後のコリメート光出力７１６は、非常に低い発散を有するので、光出力７１８は、図４２Ａの位置７２２におおける遠距離場と同じように図４２Ａの位置７２０における近距離場においてほぼ同じサイズである。図４２Ｂを参照すると、断面７２０（破線で示す）及び断面７２２（一点鎖線で示す）で得られたこの平坦な放射照度分布は、平坦な頂部放射照度分布に非常に近く、ビームサイズは距離によって大きく変化しない（以下「フラット放射照度分布」と定義する）。
【００６２】
正面光拡散装置７００の例示的な一実施例では、入力ファイバは、４００μｍのコア直径及び４３０μｍのクラッド直径を有し、０．２９の開口数を有する１．０１ワットの６９０ｎｍの光で満たされる。コリメーション・レンズ７０６は、直径２５ｍｍ、焦点距離７５ｍｍの平凸レンズからなる。この実施例では、７２０において１５０ｍＷ／ｃｍ２の直径１２ｍｍのビームを生成するときにハンドピースによって吸収される過剰な光パワーの量は０．８５ワット未満であり、これはハンドピースの本体によって容易に消散される。図４１Ａ〜４２Ｂを参照すると、断面７２０における平坦な放射照度分布は、アパーチャ７１４から１００ｍｍのスタンドオフ距離７２４で測定され、断面７２２における平坦な放射照度分布は、アパーチャ７１４から２００ｍｍのスタンドオフ距離７２６で測定される。
【００６３】
この実施例７００の性能は、いくつかの有利な特徴を提示する。第１に、光出力のサイズ及び形状は、目標における放射照度（ｍＷ／ｃｍ２）を変動させることなく広範囲にわたって調整することができる。第２に、目標上に生成される放射照度は、プロジェクタと目標との間のスタンドオフ距離にほとんど依存しない。これらの特徴は、所望のレベルの治療光を生成するために光源の出力を較正することを容易にし、オペレータが所望の露光レベルを達成するために照明装置を位置決めすることをより容易にする。変更されていない円筒形の光ファイバ７０２の光出力が図４２Ａで使用されたことに留意されたい。角度モード混合セクション又は非円形コア・ファイバ・セクション（例えば３０２、６０６）が使用された場合、それは図４２Ｂの７１８よりも均一で平坦な頂部角度分布を生じさせ、これにより、より広い出力ビームが得られる。さらに、非円形コア入力ファイバを使用することができる。
【００６４】
「実例１」
一実施例において図３１を参照すると、円筒形光拡散装置４００が提供され、この円筒形光拡散装置４００は、装置１００の従来の円形光ファイバ１２の代わりに非円形コア・ファイバ３０２を有することを除いて、上述の円筒形光拡散装置１００と全く同じである。非円形コア・ファイバ３０２の垂直（すなわち横方向）の断面図は、図１４に示される実施例と同じである。光源として１ワットの出射パワーを有する６９０ｎｍのレーザを使用し、拡散器１６の長手方向の長さの中心１７で測定された放射照度が１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまでパワーを調整すると、図３２に示す「トップ・ハット」コア放射照度が得られた。１５０ｍＷ／ｃｍ２の放射照度測定値は、拡散器１６の述べられた位置の中心軸から０．７５ｍｍで測定される。図３２は、円筒形拡散器１６の直前に取られた非円形コア・ファイバ３０２を通る垂直断面（例えば、図３１において「１１」として示されている）におけるコア放射照度分布を示す。放射照度のマップの中心を通る垂直及び水平断面から取られた図３２に示された関連する放射照度分布グラフは、モード・ミキサ（２４）を必要とする上述の従来の円筒状光拡散装置２００と同じ「トップ・ハット」コア放射照度分布を示す。この「トップ・ハット」コア放射照度分布は、ファイバ・コア３５０内の放射照度分布の高度の均一性を示す。これは、円筒形拡散器１６の前に非円形コア・ファイバ３０２を含めることによって装置４００の放射照度又は光出力特性を改善できることを実証する。しかしながら、装置４００は、円筒形拡散器１６の構造が発射条件を考慮するように最適化されていない限り、図６、２８及び３５に示されるような「トップ・ハット」拡散放射照度分布を達成することができないことに留意されたい。本発明は、図６、２８及び３６に示すように「トップ・ハット」拡散放射照度分布を実現するために、そのような最適化された円筒形拡散器１６を有する装置４００を含む。
【００６５】
「実例２」
本発明の別の実施例では、円筒形光拡散装置が提供される。この装置は、円筒形拡散器１６が図３３に示すように内部散乱特徴部３６２を含む発光セクションを有する従来の円形コア光ファイバである点を除いて、実例１で上述し図３１に示した装置４００と同じ構成要素を有する。図３３の側面図である。図３３は、クラッド３５２と、内部散乱特徴部３６２を含むその円形ファイバ・コア３５１とを有するこの円形コア・ファイバ３０１の発光セクションの垂直断面図を示す。光源として０．２ワットの出射パワーを有する６９０ｎｍレーザを使用し、円形コア・ファイバの光拡散セクションの長手方向の長さの中心１７で測定された放射照度が１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまでパワーを調整すると、この装置は、図３４に示される拡散放射照度分布をもたらし、これは、概して「トップ・ハット」拡散放射照度分布を提供する。１５０ｍＷ／ｃｍ２の放射照度測定値は、光拡散セクションの述べられた位置の中心軸から０．７５ｍｍで測定される。図３４に示す拡散放射照度分布は、特に図３に示される装置１００の拡散放射照度分布と比較した場合、図６、図２８、及び図３６に示す最適な「トップ・ハット」拡散放射照度分布により近い。本明細書の目的のために、用語「トップ・ハット」拡散放射照度分布は一般的に、図３４に示される「トップ・ハット」拡散放射照度分布、及び図６、図２８、及び図３６に示される最適な「トップ・ハット」拡散放射照度分布の両方を含むものとする。
【００６６】
図３４は、光が発光セクション内を前方に伝播すると、光が後続の散乱特徴に遭遇して光拡散セクションを離れるにつれて、光ファイバの光軸内の放射照度は徐々に枯渇するから、所望の「トップ・ハット」拡散放射照度分布を放射することを意図した光拡散セクションを作成するために円形コア光ファイバ内の内部散乱特徴部３６２を使用するときに最適以下の効率及び有効性の可能性があることを示す。この円形コア光拡散セクション内にはモード混合がないので、垂直断面放射照度パターンは、ファイバ・コアの端部近くでは放射照度がより高く、散乱特徴部が位置する中心近くでは消耗して、均一性が低下する。
【００６７】
これは、内部散乱特徴部３６２を含む発光セクションについては円形のファイバ・コアよりも非円形のファイバ・コア３５０を使用することがより望ましいことを実証している。それにもかかわらず、本発明は、この装置及びその一般的な「トップ・ハット」拡散放射照度分布が特定の用途にとって十分である可能性があるので、この実例に提示された円筒形光拡散装置及びその一般的な「トップ・ハット」拡散放射照度分布を含む。
【００６８】
「実例３」
装置３００の１つの例示的な実施例において、図９、図１０、及び図１４を参照すると、装置３００は、非円形コア・ファイバ３０２、導入用光ファイバ３０４、少なくとも１つの光コネクタ３０６を含む。動作中、導入用光ファイバ３０４は、少なくとも１つの光コネクタ３０６を介して（ｉ）光源（図示せず）及び（ｉｉ）非円形コア・ファイバ３０２と光通信する。導入ファイバ３０４は、外径２００μｍのガラスコア及び外径２３０μｍのクラッドを有する。非円形コア・ファイバ３０２の長さは３０ｃｍであり、これは遠位においてアルミニウム蒸着の反射コーティングから作られた遮光手段３１４で終わる。動作中、非円形コア・ファイバ３０２は、０．２２のＮＡの角度分布を有するレーザ光で満たされる。
【００６９】
図１０及び図１４を参照すると、非円形コア・ファイバ３０２のファイバ・コア３５０は、直径φ６６０μｍの円内に六角形の幾何学形状を有するＰＭＭＡから構成されている。ファイバ・コア３５０は、ファイバ・コア３５０と同じ六角形の幾何学形状を有する内面幾何学形状３５６を有するクラッド３５２によって覆われている。しかしながら、クラッド３５２の外面幾何学形状３５４は円形である。クラッド３５２は、外径φ７４０μｍのシリコーン製である。
【００７０】
非円形コア・ファイバ３０２は、拡散近位端３１０及び拡散遠位端３１２を有する光拡散セクション３０８をさらに含む。光拡散セクション３０８は、長手方向の長さが１０．８ｍｍであり、内部散乱特徴部３６２は拡散近位端３１０で始まり、拡散遠位端３１２で終わる。特徴部３６２は、２７組の３つのシリンダからなる。各シリンダは、直径が約２７μｍ、長さが約２７０μｍであり、図９及び図１０に示されるように中心軸３６４を中心にして６０°の増分で配向される。２７組の特徴部３６２は、ｚｉ＝０．５ｉ＋０．００４５ｉ２−０．０００３ｉ３の式に基づいて非線形的に配置される。ここで、インデックスｉは、０から２６までの値を有する整数であり、ｚｉは、軸３６４に沿ったｉ番目の特徴部３６２の相対ｚ位置である。本発明は、この式、特徴部３６２のサイズ、拡散セクション３０８の単位長さ当たりの特徴部３６２の数、又は、特徴部３６２あたりの散乱量に限定されないことに留意されたい。代わりに、本発明は、他の適切な間隔、大きさ、単位長さ当たりの特徴部３６２の数、及び特徴部３６２当たりの散乱量を含む。
【００７１】
さらに、その拡散放射照度分布をさらに最適化するために、装置３００の以下の特性：拡散セクション３０８の長手方向の長さ及び直径、ファイバ・コア３５０及び任意のクラッド３５２のサイズ及び形状、特徴部３６２の散乱特性、光源及び／又は導入ファイバ３０４から出る最大角度、並びに非円形コア・ファイバ３０２の遠位端に遮光手段３１４を含めること、を調整することができる。この最適化は実験的に又は光線追跡ＣＡＤプログラムを使用して実施することができる。最適な拡散放射照度分布を決定する際の一般的な要因は、ファイバ・コア３５０内の増分体積あたりの光密度に線形の減少があるので、増分体積あたりの有効散乱の線形増加を設計することである。
【００７２】
上述したように、図２７は、装置３００のこの例示的な実施例について、拡散近位端３１０の直前でとられたファイバ・コア３５０を通る（図９に「３１６」として示される）垂直断面における放射照度のマップを示す。使用される光源は、０．１２５ワットの発射力を有する６９０ｎｍレーザであり、この力は、光拡散セクション３０８の長手方向の長さの中心３０７で測定された放射照度が１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまで調整された。この測定は、光拡散セクション３０８の所定の位置の中心軸から０．７５ｍｍのところで行われる。この位置３１６に至るまでの光源からの光ファイバ（導入ファイバ３０４と非円形コア・ファイバ３０２との組み合わせ）の全長は、２メートルの長さである。動作中、非円形コア・ファイバ３０２は、０．２２のＮＡの角度分布を有するレーザ光で満たされる。
【００７３】
放射照度のマップの中心を通る垂直及び水平断面から取られた図２７に示された関連する放射照度分布グラフは、モード・ミキサ２４を含む上述の従来の円筒状光拡散装置２００と同じ「トップ・ハット」コア放射照度分布を示す。この「トップ・ハット」コア放射照度分布は、ファイバ・コア３５０内の放射照度分布（例えば最適なコア放射照度分布）の高度の均一性を示す。
【００７４】
図２８は、装置３００のこの例示的実施例の光拡散セクション３０８の外面に沿ったアウトカップリングされた長手方向の放射状対称放射照度分布（例えば、拡散放射照度分布）を示す。拡散放射照度分布は、光拡散セクション３０８の外面に沿った、アウトカップリングされた長手方向の放射状対称放射照度の空間的均一性を示す最適な「トップ・ハット」放射照度分布を示す。図２８の横軸は長手方向の長さをｍｍ単位で示し、水平方向の矢印は光拡散セクション３０８の長手方向の長さを示す。図２８の縦軸は、中心軸から０．７５ｍｍの距離でＷ／ｃｍ２で測定された光拡散セクション３０８の表面でのアウトカップリングされた放射照度を示す。
【００７５】
「実例４」
例示的な実施例では、図１１及び図１２を参照すると、装置３００は、非円形コア・ファイバ３０２、導入用光ファイバ３０４、少なくとも１つの光コネクタ３０６を含む。動作中、導入用光ファイバ３０４は、少なくとも１つの光コネクタ３０６を介して（ｉ）光源（図示せず）及び（ｉｉ）非円形コア・ファイバ３０２と光通信する。導入ファイバ３０４は、外径２００μｍのガラスコア及び外径２３０μｍのクラッドを有する。非円形コア・ファイバ３０２の長さは３０ｃｍであり、これは遠位においてアルミニウム蒸着の反射コーティングから作られた遮光手段３１４で終わる。
【００７６】
図１２を参照すると、非円形コア・ファイバ３０２は、直径φ６６０μｍの円内に六角形の幾何学形状を有するＰＭＭＡから構成されたファイバ・コア３５０を含む。ファイバ・コア３５０は、ファイバ・コア３５０と同じ六角形の幾何学形状の内面幾何学形状３５６を有するクラッド３５２によって覆われている。しかしながら、クラッド３５２の外面幾何学形状３５４は円形である。クラッド３５２は、外径φ７４０μｍのポリマーで構成されている。非円形コア・ファイバ３０２は、密閉された開放キャビティ３５８及びカバー３６０をさらに含む。カバー３６０は、φ１０００μｍの外径、φ９００μｍの内径の半透明のＰｅｂａｘ（登録商標）樹脂で構成されている。カバーはその一方又は両方の端部でヒートシールされている。
【００７７】
非円形コア・ファイバ３０２は、拡散近位端３１０及び拡散遠位端３１２を有する光拡散セクション３０８をさらに含む。光拡散セクション３０８は、その内部散乱特徴部３６２を含む、実例３で上述した実施例の光拡散セクション３０８と全く同じである。
【００７８】
図３５は、装置３００のこの例示的な実施例について、拡散近位端３１０の直前でとられたファイバ・コア３５０を通る（図１１に「３１６」として示される）垂直断面における放射照度のマップを示す。使用される光源は、０．１２５ワットの発射力を有する６９０ｎｍレーザであり、この力は、光拡散セクション３０８の長手方向の長さの中心３０７で測定された放射照度が１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまで調整された。この測定は、光拡散セクション３０８の所定の位置の中心軸から０．７５ｍｍのところで行われる。この位置３１６に至るまでの光源からの光ファイバ（導入ファイバ３０４と非円形コア・ファイバ３０２との組み合わせ）の全長は、２メートルの長さである。動作中、非円形コア・ファイバ３０２は、０．２２のＮＡの角度分布を有するレーザ光で満たされる。
【００７９】
放射照度のマップの中心を通る垂直及び水平断面から取られた図３５に示された関連する放射照度分布グラフは、モード・ミキサ（２４）を有する上述の従来の円筒状光拡散装置２００と同じ「トップ・ハット」コア放射照度分布を示す。この「トップ・ハット」コア放射照度分布は、ファイバ・コア３５０内の放射照度分布の高度の均一性を示す。
【００８０】
図３６は、装置３００のこの例示的実施例の光拡散セクション３０８の外面に沿ったアウトカップリングされた長手方向の放射状対称放射照度分布（例えば、拡散放射照度分布）を示す。拡散放射照度分布は、光拡散セクション３０８の外面に沿った、アウトカップリングされた長手方向の放射状対称放射照度の空間的均一性を示す最適な「トップ・ハット」放射照度分布を示す。図３６の横軸は長手方向の長さをｍｍ単位で示し、水平方向の矢印は光拡散セクション３０８の長手方向の長さを示す。図３６の縦軸は、中心軸から０．７５ｍｍの距離でＷ／ｃｍ２で測定された光拡散セクション３０８の表面でのアウトカップリングされた放射照度を示す。
【００８１】
「実例５」
例示的な実施例では、図１１及び図４３を参照すると、装置３００は、非円形コア・ファイバ３０２、導入用光ファイバ３０４、少なくとも１つの光コネクタ３０６を含む。動作中、導入用光ファイバ３０４は、少なくとも１つの光コネクタ３０６を介して（ｉ）光源（図示せず）及び（ｉｉ）非円形コア・ファイバ３０２と光通信する。導入ファイバ３０４は、外径２００μｍのガラスコア及び外径２３０μｍのクラッドを有する。非円形コア・ファイバ３０２の長さは３０ｃｍであり、これは遠位においてアルミニウム蒸着の反射コーティングから作られた遮光手段３１４で終わる。
【００８２】
図４３を参照すると、非円形コア・ファイバ３０２は、直径φ４６０μｍの円内に六角形の幾何学形状を有するガラスから構成されたファイバ・コア３５０を含む。ファイバ・コア３５０は、ファイバ・コア３５０と同じ六角形の幾何学形状の内面幾何学形状３５６を有するクラッド３５２によって覆われている。しかしながら、クラッド３５２の外面幾何学形状３５４は円形である。クラッド３５２は、外径φ４８０μｍのガラスで構成されている。非円形コア・ファイバ３０２は、密閉された開放キャビティ３５８及びカバー３６０をさらに含む。カバー３６０は、φ１０００μｍの外径、φ８００μｍの内径の半透明のＰｅｂａｘ（登録商標）樹脂で構成されている。カバーはその一方又は両方の端部でヒートシールされている。
【００８３】
非円形コア・ファイバ３０２は、拡散近位端３１０及び拡散遠位端３１２を有する光拡散セクション３０８をさらに含む。光拡散セクション３０８は、長手方向の長さが１１．３ｍｍであり、内部散乱特徴部３６２は拡散近位端３１０で始まり、拡散遠位端３１２で終わる。特徴部３６２は、３７組の６個の楕円からなる。各楕円は、直径４０μｍのほぼ球形であり、ファイバ・コア３５０の中心軸から１００μｍの位置にあり、図４に示すように６０°の増分で分布している。３７組の特徴部３６２は、ｚｉ＝０．３５ｉ＋０．０００１５ｉ２−０．００００３２ｉ３の式に基づいて非線形的に配置される。ここで、インデックスｉは、０から３６までの値を有する整数であり、ｚｉは、軸３６４に沿ったｉ番目の特徴部３６２の相対ｚ位置である。本発明は、この式、特徴部３６２のサイズ、拡散セクション３０８の単位長さ当たりの特徴部３６２の数、又は、特徴部３６２あたりの散乱量に限定されないことに留意されたい。代わりに、本発明は、他の適切な間隔、大きさ、単位長さ当たりの特徴部３６２の数、及び特徴部３６２当たりの散乱量を含む。
【００８４】
光源及び全長は、実例４で上述した実施例と全く同じであり、垂直断面３１６での放射照度のマップは、図３５に示すものに対して±１０％以内の値を有する。実例４と同じ方法で光源を調整すると、拡散放射照度分布は、図３６に示すように±２０％以内の値を有する最適な「トップ・ハット」放射照度分布を示す。
【００８５】
「実例６」
例示的な実施例において、図４１Ａを参照すると、本発明は、光ファイバ・コネクタ６０３と、円筒形ファイバ・セクション６０２と、非円形コア・ファイバ６０４と、一対の光コネクタ６０５と、レンズ構成要素６０６とを含む正面光拡散装置６００を提供する。動作中、円筒形ファイバ・セクション６０２は、（ｉ）光ファイバ・コネクタ６０３を介して光源（図示せず）と光通信し、（ｉｉ）非円形コア・ファイバ・セクション６０４もレンズ構成要素６０６と光通信する。
【００８６】
光ファイバ・コネクタ６０３はＳＭＡ型であり、円筒形ファイバ・セクション６０２は外径２００μｍのガラスコアと外径２２０μｍのクラッドと外径７００μｍのテフゼルジャケットとを有する。一対の光ファイバ・コネクタ６０５はＳＭＡ型であり、非円形コア・ファイバ６０４は外接する直径４６０μｍの六角形のガラスコアと４８０μｍの外径の円筒状のガラスコアとを有し、直径１．０５ｍｍのテフゼルジャケットで覆われている。レンズ構成要素６０６は、光学エポキシで非円形コア・ファイバ６０４の遠位端に固定された、外径０．８ｍｍの０．５ＮＡ、１／４ピッチＧＲＩＮレンズである。非円形コア・ファイバの長さは３０ｃｍであり、正面光拡散装置６００の合計の長さは２ｍである。
【００８７】
使用される光源は、０．２２ＮＡ、２．２２ワットの出射パワーをファイバ６０２内の導線に結合する６９０ｎｍのレーザであり、このパワーは、８０ｍｍのスタンドオフ６１６で目標６１４において測定された放射照度が、図４１Ｄの±１０％以内の値を有する４０ｍｍ内径のトップ・ハット分布で１５０ｍＷ／ｃｍ２になるまで調整された。
【００８８】
特に明記しない限り、本明細書及び図面（例えば図２〜３、５〜６、２７〜２８、３４〜３６）に提示されているすべての拡散放射照度分布データは、ファイバ・コア又は拡散器の適切な位置の中心軸から０．７５ｍｍで取られていることに留意されたい。
【００８９】
本発明の方法は、感光性薬物組成物を所望の治療部位に適用すること、記載された装置（３００、４００）を所望の治療部位内の隙間に配置すること、治療部位内に位置する標的細胞を抑制するように、感光性薬物組成物によって吸収される波長で治療部位に装置３００によって送達される光を照射することと、をさらに含む。
【００９０】
本発明を有利に使用することができる方法を例示するために、本発明によるＰＩＴ、ＰＤＴ及び他の光活性化療法のための光ファイバ光拡散装置及び方法を上に説明してきたが、本発明はそれに限定されないことが理解されるであろう。したがって、当業者が思い付くことがあるありとあらゆる修正、変形、又は同等の構成は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内にあると見なされるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３７Ｃ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３８Ｄ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図３９Ｃ】
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【図３９Ｄ】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４１Ｃ】
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【図４１Ｄ】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４３】
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