(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者における外科手術野を照明するための照明要素であって、前記照明要素は、
光導波路の光入力区分であって、前記光入力区分は、光を前記照明要素の中に入力するための入力面積を有する、光入力区分と、
前記光導波路の光伝送区分であって、前記光入力区分の中に入力された前記光は、前記光伝送区分を通して伝送され、前記光入力区分は、前記光伝送区分の近位区分に光学的に結合されている、光伝送区分と、
前記光導波路の光出力区分であって、前記光出力区分は、前記光伝送区分の遠位区分に隣接する、光出力区分と
を備え、
前記光出力区分は、複数の平面にテーパ状となるテーパ状領域を備え、
前記光出力区分の前記テーパ状領域は、前記複数の平面内に複数の表面特徴を備え、
前記テーパ状領域の上部が第１の量だけテーパ状になっており、前記テーパ状領域の側面が第２の量だけテーパ状になっていることにより、前記側面が前記上部よりも短いテーパを有するようになっており、
前記複数の表面特徴は、共同して、抽出面積を画定し、前記光は、前記抽出面積から抽出され、
前記抽出面積は、前記光入力区分の前記入力面積の少なくとも２倍であり、
前記光が抽出される前記抽出面積の表面積は、前記外科手術野へのアクセスおよび前記外科手術野の可視化を妨害することを回避するように構成されている低いプロファイルを有する、照明要素。
【請求項２】
前記複数の表面特徴は、前記テーパ状領域から抽出された前記光がそこから均一な光出力を提供するように平衡化されているように、前記複数の平面内に配置されている、請求項１に記載の照明要素。
【請求項３】
前記光入力区分、前記光伝送区分、または前記光出力区分のうちの少なくとも１つを覆って配置されているクラッディングをさらに備え、
前記クラッディングは、前記光入力区分、前記光伝送区分、または前記光出力区分のうちの前記少なくとも１つからの光損失を低減するように構成されている、請求項１に記載の照明要素。
【請求項４】
前記クラッディングは、約１〜約１．５の範囲内の屈折率を有する、請求項３に記載の照明要素。
【請求項５】
前記光入力区分、前記光伝送区分、または前記光出力区分のうちの少なくとも１つに結合される外科手術器具をさらに備える、請求項１に記載の照明要素。
【請求項６】
前記外科手術器具は、吸引管、プローブ、カメラ、または外科手術開創器ブレードを備える、請求項５に記載の照明要素。
【請求項７】
前記外科手術器具は、前記吸引管を備え、
前記吸引管は、複数の交換可能なサイズの先端を備える、請求項６に記載の照明要素。
【請求項８】
前記光伝送区分は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、前記光を前記光入力区分から前記光出力区分へと伝送するように構成されている、請求項１に記載の照明要素。
【請求項９】
前記複数の表面特徴は、前記光出力区分の遠位先端に複数の小型レンズを備える、請求項１に記載の照明要素。
【請求項１０】
前記複数の小型レンズのうちの少なくとも１つは、前記複数の小型レンズのうちの別の１つと重複する、請求項９に記載の照明要素。
【請求項１１】
前記複数の表面特徴は、複数のプリズム、複数の平面ファセット、および複数の微小構造からなる群のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の照明要素。
【請求項１２】
前記導波路は、前記導波路を通る吸引チャネルを提供するように構成された中心ボアを備える、請求項１に記載の照明要素。
【請求項１３】
前記光出力区分から抽出された前記光は、エネルギー密度を有し、前記光出力区分の前記抽出面積は、前記照明要素の温度をガラス転移温度よりも下に維持するレベルで前記光の前記エネルギー密度を維持するように構成されたサイズを有する、請求項１に記載の照明要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（相互参照）
本願は、２０１３年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／８７８，３９５号（代理人事件番号４０５５６−７３１．１０１）の非仮出願であり、その米国仮特許出願の利益を主張する。その全体の内容は、参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、概して、医療デバイスおよび方法に関し、より具体的には、照明付き外科手術開創器等の照明付き外科手術器具および照明付き吸引デバイス等のハンドヘルド器具に関する。当業者は、これらの例が、限定として意図されず、他の照明付き器具またはツールもまた、想定されることを理解するであろう。
【背景技術】
【０００３】
照明を外科手術野に提供する、種々の外科手術デバイスが、市場に存在する。いくつかのこれらのデバイスは、ファイバ束または単一ファイバのいずれかから製造される。手術室では、現代の光源は、膨大な量の照明強度を生じさせるために使用される。本エネルギーは、これらの照明製品に結合され、ある距離にわたって光を伝送し、次いで、エネルギーは、外科手術表面上に出力される。
【０００４】
ある状況では、これらのデバイスは、患者、ユーザ、または使用されている機器に熱危険性をもたらし得る。ファイバ束からの全光学エネルギーが、患者上に集束すると、組織は、乾燥し得、発生する熱はまた、熱傷をもたらし得る。外科手術用ドレープは、手術室内において、溶融または発火することが報告されている。外科手術手技の間、血液、他の残骸、または外科手術用ドレープは、デバイスを妨害し、光出力を遮断し得る。光の妨害は、いくつかの問題をもたらす。１つ目は、手術野上の照明の低減、したがって、タスクを行う者の視力を最小限にする。これは、明らかに、手技の効率に影響を及ぼし得る。しかしながら、より重要な問題は、妨害される照明デバイスの区分上における熱蓄積である。光は、出射することができないため、遮断されると、熱に変換する。血液は、例えば、平均４０℃の温度で凝固し、したがって、血液は、照明デバイスの表面上で凝固すると、光出力を遮断し、デバイスから出射する光の量を最小限にする。エネルギー密度の増加もまた、デバイスをさらに加熱する。ファイバ束は、多くの場合、これによって影響されないことがあるガラスから加工されるが、ファイバ束アセンブリ内に使用される接着剤は、熱によって損傷され得、ファイバ束が、ポリマーから加工される場合、ファイバは、熱くなって溶融しまたはガラス転移温度を超え、変形し得る。したがって、照明付き外科手術器具への損傷を回避し、かつ患者またはオペレータへの危害を回避するように、発生する熱を制御可能な照明付き外科手術器具を提供することが望ましい。外科手術用ドレープの例では、ドレープが、照明要素を妨害している場合、ドレープ上のエネルギー密度は、いくつかの理由から、はるかに高くなる。前述のように、照明要素は、ドレープが実際に照明要素に触れている場合、熱くなる。他の理由は、ドレープが照明要素に非常に近接して空気空間が存在する場合、ドレープによって吸収されている光のエネルギー密度は、照明要素から離れて配置されるドレープであって、光がドレープ上のより大きい面積にわたって分散されるドレープと比較して、ドレープを溶融するほど高くなることである。
【０００５】
したがって、低エネルギー密度出力を有するデバイスを提供することが、望ましい。エネルギー密度は、光が送達される表面積を増加させ、それによって、発生する熱を低減させることによって、制御されてもよい。しかしながら、表面積の増加は、外科手術デバイスの全体的プロファイルを増加させ得る。これは、より大きい外科手術デバイスが、外科手術野においてあまりに多くの空間を占有し、それによって、望ましくない、より大きい切開を要求し得るため、望ましくないことがある。したがって、外科手術切開サイズをさらに減少させながら、照明付き外科手術器具に、外科手術野の妨害を回避するような低いプロファイルを提供することが有利となる。
【０００６】
これらの目的のうちの少なくともいくつかが、以下で開示されるデバイスおよび方法によって充足される。
【０００７】
（２．背景技術の説明）
照明付き外科手術器具は、光ファイバ、光導波路、または光を提供するための他の手段等、照明要素を含んでもよい。光導波路および光ファイバは、当技術分野において周知である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の概要）
本発明は、概して、医療デバイスおよび方法に関し、より具体的には、外科手術野を照明することができる医療および外科手術器具に関する。さらにより具体的には、そのような照明付き外科手術および医療器具は、溶融、または器具、外科手術野への他の損傷、および患者またはオペレータへの危害を最小限または防止するように、使用の間、その熱特性を制御および管理するように設計される。
【０００９】
本発明の第１の側面では、患者における外科手術野を照明するための照明要素は、光入力区分と、光伝送区分と、光出力区分とを備えてもよい。光入力区分は、光を照明要素の中に入力するためのものであり、光伝送区分は、好ましくは、全内部反射によって、または照明要素上のコーティングの使用等の他の手段によって、それを通して光を伝送する。光入力区分は、光伝送区分の近位区分に光学的に結合される。光出力区分は、光伝送区分の遠位区分に隣接し、光がエネルギー密度を伴って光出力区分から出射する光抽出面積を備える。光抽出面積は、エネルギー密度を照明要素の溶融もしくは他の損傷または患者もしくはオペレータの熱傷を防止するレベルに維持するために十分に大きく、光抽出面積は、外科手術野へのアクセスおよびその可視化を妨害することを回避するように構成されている低いプロファイルを有する。
【００１０】
光出力区分は、平坦または円錐テーパ状のいずれかである、テーパ状であってもよく、光出力区分は、上側表面および平坦平面下側表面を備えてもよい。上側表面は、平坦平面下側表面に対して角度付けられてもよい。上側表面は、平坦平面下側表面に対して３０度またはそれ未満の角度を形成してもよい。代替実施形態では、上側表面または下側表面は、湾曲させられてもよい。
【００１１】
光入力区分は、断面積を有してもよく、抽出面積は、入力断面積の少なくとも２倍であってもよい。光抽出面積は、そこから均一な光出力を提供するように、平衡化されてもよい。平衡化は、抽出される光の制御および指向を支援する、小型レンズ、プリズム、階段状ステップ、または他の特徴等の光抽出表面特徴を用いて達成されてもよい。光入力断面積は、光抽出面積の平面に垂直または別様に横断する平面にあってもよい。
【００１２】
照明要素は、光導波路であってもよく、さらに、光入力区分、光伝送区分、または出力区分の少なくとも１区分を覆って配置されるクラッディングを備えてもよい。クラッディングは、約１〜約１．５の範囲内の屈折率を有してもよい。
【００１３】
照明要素または光導波路はさらに、光入力区分、光伝送区分、または光出力区分に結合される外科手術器具を備えてもよい。外科手術器具は、吸引管または外科手術開創器ブレードを備えてもよい。吸引管または外科手術器具は、交換可能なサイズの先端を備えてもよい。
【００１４】
照明要素は、光導波路を備えてもよく、照明要素の中に入力される光は、全内部反射によって、または伝送のための他の手段によって、伝送区分を通して伝送されてもよい。
【００１５】
本発明の別の側面では、患者における外科手術野を照明するための方法は、光入力区分と、光伝送区分と、光出力区分とを有する光導波路等の照明要素を提供することと、光入力区分を介して、光を外部源から照明要素または光導波路の中に入力することとを含む。本方法はまた、光伝送区分を通して光を伝送すること（これは、全内部反射または別の光伝送手段を介して達成されてもよい）と、光を光出力区分から抽出することとを含む。本方法はまた、光出力区分から抽出された光のエネルギー密度を、光導波路であり得る照明要素の溶融、または患者もしくはオペレータの熱傷を防止するレベルに維持することと、外科手術野を抽出された光を用いて照明することとを含む。
【００１６】
本方法は、外科手術野を妨害せずに、照明要素または光導波路を外科手術野に向かって前進させることを含んでもよい。エネルギー密度の維持は、断面積を有する入力区分を提供することと、光抽出面積を有する光出力区分を提供することとを含んでもよく、光抽出面積は、入力区分断面積の少なくとも２倍である。入力区分の断面積は、光抽出面積が配置される平面に垂直または別様に横断する平面にあってもよい。
【００１７】
本方法はさらに、外科手術野の均一照明を提供するように、抽出される光を平衡化することを含んでもよい。これは、照明要素上に、抽出された光の制御および指向を支援する、小型レンズ、プリズム、または階段状ステップ等の抽出表面特徴を提供することによって、達成されてもよい。本方法はまた、照明要素または光導波路の光入力区分、光伝送区分、または光出力区分に結合される吸引管または外科手術器具を提供することを含んでもよい。本方法はさらに、交換可能な器具先端を吸引管または外科手術器具のいずれかと交換することを含んでもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、照明要素は、光導波路を備え、光は、全内部反射を介して、または他の伝送手段によって、伝送区分を通して伝送される。
【００１９】
これらおよび他の実施形態が、添付図面に関係する以下の説明でさらに詳細に説明される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
患者における外科手術野を照明するための照明要素であって、前記照明要素は、
光を前記照明要素の中に入力するための光入力区分と、
光伝送区分であって、前記入力された光は、前記光伝送区分を通して伝送され、前記光入力区分は、前記光伝送区分の近位区分に光学的に結合されている、光伝送区分と、
光出力区分であって、前記光出力区分は、前記光伝送区分の遠位区分に隣接し、前記光出力区分は、光がエネルギー密度を伴って前記光出力区分から出射する光抽出面積を備える、光出力区分と
を備え、前記光抽出面積は、前記エネルギー密度を前記照明要素の溶融または前記患者の熱傷を防止するレベルに維持するために十分に大きく、前記光抽出面積は、前記外科手術野へのアクセスおよびその可視化を妨害することを回避するように構成されている低いプロファイルを有する、照明要素。
（項目２）
前記光出力区分は、テーパ状である、項目１に記載の照明要素。
（項目３）
前記光出力区分は、円錐テーパ状である、項目１に記載の照明要素。
（項目４）
前記光出力区分は、上側表面および平坦平面下側表面を備え、前記上側表面は、前記平坦平面下側表面に対して角度付けられている、項目１に記載の照明要素。
（項目５）
前記上側表面は、前記平坦平面下側表面に対して３０度またはそれ未満の角度を形成している、項目４に記載の照明要素。
（項目６）
前記光入力区分は、断面積を有し、前記抽出面積は、前記入力ステム断面積の少なくとも２倍である、項目１に記載の照明要素。
（項目７）
前記光抽出面積は、そこから均一な光出力を提供するように平衡化されている、項目１に記載の照明要素。
（項目８）
前記平衡化されている光抽出面積は、前記光を抽出および指向するための表面特徴を備える、項目７に記載の照明要素。
（項目９）
前記光入力区分、光伝送区分、または出力区分の少なくとも１区分を覆って配置されているクラッディングまたはコーティングをさらに備える、項目１に記載の照明要素。
（項目１０）
前記クラッディングは、約１〜約１．５の範囲内の屈折率を有する、項目９に記載の照明要素。
（項目１１）
前記光入力区分、光伝送区分、または前記光出力区分に結合される外科手術器具をさらに備える、項目１に記載の照明要素。
（項目１２）
前記外科手術器具は、吸引管または外科手術開創器ブレードを備える、項目１１に記載の照明要素。
（項目１３）
前記吸引管は、交換可能なサイズの先端を備える、項目１２に記載の照明要素。
（項目１４）
前記外科手術器具は、交換可能な器具先端を備える、項目１２に記載の照明要素。
（項目１５）
前記照明要素は、光導波路を備える、項目１に記載の照明要素。
（項目１６）
前記入力された光は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、前記光伝送区分を通して伝送される、項目１に記載の照明要素。
（項目１７）
患者における外科手術野を照明するための方法であって、前記方法は、
光入力区分と、光伝送区分と、光出力区分とを有する照明要素を提供することと、
前記光入力区分を介して、光を外部源から前記照明要素の中に入力することと、
前記光伝送区分を通して前記光を伝送することと、
前記光を前記光出力区分から抽出することと、
前記光出力区分から抽出された前記光のエネルギー密度を前記照明要素の溶融または前記患者の熱傷を防止するレベルに維持することと、
前記外科手術野を前記抽出された光を用いて照明することと
を含む、方法。
（項目１８）
前記外科手術野を妨害せずに、前記照明要素を前記外科手術野に向かって前進させることをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記エネルギー密度を維持することは、断面積を有する前記入力区分を提供することと、光抽出面積を有する前記光出力区分を提供することとを含み、前記光抽出面積は、前記入力区分断面積の少なくとも２倍である、項目１７に記載の方法。
（項目２０）
前記外科手術野の均一照明を提供するように、前記抽出された光を平衡化することをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目２１）
平衡化することは、前記光出力区分上に、前記光を制御および指向する表面特徴を提供することを含む、項目１４に記載の方法。
（項目２２）
前記光入力区分、前記光伝送区分、または前記光出力区分に結合される吸引管または外科手術器具を提供することをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目２３）
交換可能な器具先端を前記吸引管または前記外科手術器具のいずれかと交換することをさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記照明要素は、光導波路を備える、項目１７に記載の方法。
（項目２５）
前記光を伝送することは、全内部反射を介して、前記光伝送区分を通して前記光を伝送することを含む、項目１７に記載の方法。
【００２０】
（参照による引用）
本明細書で記述される全ての出版物、特許、および特許出願は、各個別出版物、特許、または特許出願が、参照によって援用されるように具体的かつ個別に示された場合と同一の程度に、参照によって本明細書に援用される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲で詳細に記載される。本発明の特徴および利点のより良好な理解は、本発明の原理が利用される、例証的実施形態を記載する以下の詳細な説明、および添付図面を参照することによって得られるであろう。
【図１】図１は、典型的な光ファイバケーブルを図示する。
【図２】図２は、テーパ状先端を伴う光ファイバを図示する。
【図３】図３Ａ−３Ｄは、照明要素の例示的実施形態を図示する。
【図４】図４は、鈍的遠位先端を伴う照明要素を図示する。
【図５】図５は、テーパ状先端を伴う照明要素を図示する。
【図６】図６は、テーパ状先端を伴う照明要素の斜視図を図示する。
【図７】図７は、平坦水平先端に対するテーパ状先端の増加した表面積を図示する。
【図８】図８は、円錐テーパ状先端を有する照明要素を図示する。
【図９】図９は、増加した光抽出表面積を伴う照明要素のさらに別の例示的実施形態を図示する。
【図１０】図１０は、吸引管を覆って配置される典型的な照明要素およびテーパ状先端照明要素を図示する。
【図１１】図１１Ａ−１１Ｂは、他の外科手術器具および先端を図示する。
【図１２】図１２は、さらに他の外科手術器具および先端を図示する。
【図１３】図１３Ａ−１３Ｄは、種々の先端を伴う外科手術器具の種々の実施形態を図示する。
【図１４】図１４Ａ−１４Ｃは、種々の先端を伴う外科手術器具の他の実施形態を図示する。
【図１５】図１５は、照明要素内の温度と表面積との間の関係を図示する。
【図１６】図１６は、表面積とテーパ角度との間の関係を図示する。
【図１７】図１７Ａ−１７Ｂは、円錐テーパ角度と表面積との間の関係を図示する。
【図１８】図１８Ａ−１８Ｂは、階段ステップがテーパ状表面に対してどのように付加的表面積をもたらすかを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（発明の詳細な説明）
ここで、図面を参照して、開示されるデバイス、および方法の具体的実施形態を説明する。この詳細な説明では、いかなる特定の構成要素、特徴、またはステップも、本発明に不可欠であると意図されない。
【００２３】
図１は、典型的な光ファイバケーブル１０を図示し、光ファイバケーブル１０は、多くの場合、円筒タイプコネクタ１２に構築され、円形かつ平坦である遠位先端１４を有する。平坦に切断される理由は、組み立てられると、切断および研磨されるためである。ファイバ束を研磨することができる最大角度は、ファイバから出射する光の量に依存し、ひいては、全内部反射計算に基づいて決定され得る臨界角に依存する。ファイバの材料および任意の空気界面に基づいて、典型的角度は、約６度である。角度は、６度を上回ってもよいが、効率は、降下し始める。
【００２４】
光ファイバケーブルは、多くの場合、高電力出力を呈する、３００ワットキセノン光源等の外部光源に接続される。ファイバの先端が、完全に凸凹も妨害もないとき、先端の温度は、安全レベルに留まる。しかしながら、光ファイバケーブルの先端が、残骸、血液、または流体等の吸収媒体で妨害される、またはさらに、外科手術用ドレープまたは患者の皮膚によって遮断されると、照明エネルギー密度は、直ちに熱に変換し、先端は、熱くなる。温度は、１５０℃を超えて上昇し得る。本温度は、患者またはオペレータに熱傷を生じさせる、または外科手術用ドレープを溶融させる、またはさらに、火災をもたらすために十分に高温である。血液は、はるかに低い温度で凝固するため、先端上に「焼成」し、出力を著しく低減させる。これは、外科医のための外科手術手技に対する可視性の低下を生じさせ、したがって、潜在的に、リスクをもたらす。加えて、前述のように、照明具が遮断されず、空気間隙が存在する場合でも、ドレープまたは皮膚による吸収は、依然として、損傷を生じさせ得る。
【００２５】
温度上昇が生じさせ得る別の問題は、照明具への損傷である。照明具が、ガラスファイバから作製される場合、ガラスの変形温度が非常に高いため、損傷される可能性が低い。しかしながら、ファイバがプラスチックファイバから形成される場合、溶融または変形し得る。また、隣接する区域内で使用される任意の接着剤またはポリマー構成要素もまた、照明具がガラスであるかプラスチックであるかにかかわらず、熱によって溶融または損傷され得る。
【００２６】
したがって、デバイスへの損傷、または患者もしくはオペレータへの危害を回避するために、熱の制御に優れた照明付き器具およびデバイスを提供することが望ましい。そのようなデバイスは、好ましくは、エネルギー密度を最小限にしながら、電力出力を維持する。解決策の１つは、光出力または抽出面積を増加させることである。エネルギー密度は、抽出面積を増加させることによって、最小限にされ得る。しかしながら、抽出面積の増加は、器具プロファイルを増加させ得、外科手術野を妨害し得る。したがって、エネルギー密度は、好ましくは、デバイス上に低いプロファイルを維持し、同時に、デバイスの熱伝導性ならびにその溶融特性を考慮しながら、抽出面積を増加させることによって、最小限にされる。
【００２７】
これに対処するために、大出力面積が目立ちすぎることがある外科手術用途において、デバイスの実用性を損なわずに、その表面を横断する熱／エネルギー密度を最小限にする大出力面積を生成する必要がある。図１５は、照明要素（本明細書では、照明具とも称される）の一特定の実施形態における、ピークデバイス温度と表面積との間の関係を図示する。明らかに、温度は、均一な光出力が存在することを仮定して、表面積の増加に伴って低下する。特に、表面積の２倍に対して、温度の有意な低下が存在する。本グラフは、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）導波路を用いて作成され、表面は、１Ｗ熱負荷によって被覆された。別の実施形態では、光の送達のために大面積を用いても、光の８０％がデバイス面積のわずか１０％からしか抽出されない場合、本理論は、適用されないことがある。
【００２８】
図２は、ファイバ束２０の出力端部が、光が単にファイバ束の最遠位面から出射する場合より大きい出力表面積を有するように、遠位テーパ状領域２２の周囲に配置される複数の平坦テーパ状表面を有するファイバ束２６を図示する。これは、より大きい面積にわたって、出力を拡散させ、それによって、エネルギー密度をより低く保ち、過熱を防止する。しかしながら、本実施形態は、束２０の大きなプロファイルが、外科手術野において妨害しすぎ得るため、理想的ではないことがある。本実施形態は、束の外周上の各ファイバの外側表面を研磨することによって、加工されてもよい。各外側表面は、平坦平面領域に研磨されてもよい。束の中心におけるファイバは、その好ましく丸みを帯びた構成を保持し得る。
【００２９】
熱を制御し、かつ好適なプロファイルを提供する光導波路等の照明要素を提供するために、本発明者らは、光導波路のいくつかの例示的実施形態を本明細書に開示する。好ましくは、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、または当技術分野において使用される他の材料等の任意の好適な光学材料を使用して、加工されてもよい。光導波路は、好ましくは、光ファイバ束の端部に結合される（取り外し可能に取着されるか、固定して取着されるか（例えば、接合によって）、または別様にそこに結合されるかのいずれか）。光は、光ファイバ束から光導波路の中に導入され、光は、次いで、好ましくは、全内部反射または他の光伝送原理（例えば、コーティング）によって、導波路に沿って伝送され、光は、次いで、光導波路の大面積から抽出および送達される。光導波路は、好ましくは、光ファイバではない。光導波路は、好ましくは、均質材料から射出成形される、単一一体型構成要素であってもよい。光導波路は、好ましくは、プロファイルを最小限にし、エネルギー密度を低減し、導波路の表面を横断する光を均一に抽出する。
【００３０】
これらの目標を達成するために、抽出面積は、好ましくは、非テーパ状抽出面積のための入力源の断面積の少なくとも２倍である。光導波路等の照明要素の光入力区分は、典型的には、入力源の断面積と一致し、したがって、抽出面積と光入力区分の断面積との比率は、同様に、少なくとも２：１である。したがって、例えば、入力源が、４ｍｍ直径ケーブルである場合、入力面積は、約１２．５ｍｍ２であり、したがって、抽出面積は、好ましくは、少なくとも２５ｍｍ２である。図３Ａ−３Ｄに見られる例示的実施形態は、光抽出面積１２７−１３１より少なくとも２倍小さい入力１３８断面積を有する光導波路等の照明要素を図示する。加えて、光抽出表面は、導波路の背面表面に平行である。背面表面は、実質的に平坦および平面である。加えて、入力の断面厚さは、抽出面積におけるプロファイルが低いままであることを確実にするために、抽出面積の厚さより大きい。抽出面積からの光出力はまた、平衡化される。表面特徴は、抽出域の近位部分から抽出域の遠位部分へと寸法が変動し得、それにより、光出力は、表面を横断して変動せず、外科手術野へと均一に送達される。例えば、各表面特徴は、ステップ面およびランプ面を有する階段ステップ構造を含んでもよい。角度が、その間に配置される。ステップ面またはランプ面の長さは、均一照明を提供するために、種々の階段ステップ間で変化してもよい。したがって、ステップ面とランプ面との間の角度は、抽出面積内の異なる階段ステップ間で変化してもよい。図３における光導波路に関する付加的詳細は、米国特許第８，０８８，０６６号に開示され、その全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００３１】
図４は、導波路４２の長手方向軸に直交する鈍的遠位端４６を有する、導波路４２等の典型的照明要素を図示する。光４４は、導波路を通して進行し、遠位端４６から出射する。したがって、エネルギー密度は、遠位端４６の表面積にわたって分布される。他の導波路は、図３に見られるように、外側表面上に、光を導波路から側方に抽出するための微小構造等の表面特徴を有してもよい。これは、エネルギー密度が、より大きい表面積にわたって分布されることを可能にする。図５に見られるようなテーパ状表面の使用は、さらにより大きい表面積が、光送達のために生成され、それによって、エネルギー密度をさらに低下させることを可能にする。図５では、照明要素は、テーパ状先端５４を含む導波路５２であり、テーパ状先端５４から光５６が送達される。テーパ状表面は、平坦水平平面表面によって提供されるものより大きい表面積を生成する。図６は、光を送達するための平坦および卵形形状６６表面積を伴う、導波路６２のテーパ状遠位先端６４の斜視図を図示する。入力断面積と出力断面積の比率は、本明細書に開示される照明要素の実施形態のいずれかに適用されてもよい。
【００３２】
図１８Ａ−１８Ｂは、テーパ状表面の表面積が、どのようにさらに増加され得るかを図示する。図１８Ａは、導波路等の単純テーパ状照明要素における光抽出のための表面積を図示する。図１８Ｂでは、光抽出のための表面積は、ランプ上に階段ステップ状ファセットを追加し、それによって、付加的表面積を追加することによって、増加されている。なお、角度Θは、好ましくは、入力断面積に対して少なくとも２倍の面積を有するために、最大３０度である。
【００３３】
図１６は、光出力表面積とテーパ角度との間の関係を図示する。図１６における角度は、９０−Θとしてグラフ化され、Θは、テーパ状表面と平坦平面後表面との間で測定される。図１６は、明らかに、表面積が、テーパ角度に伴って増加することを示す。図７は、テーパ状表面が、平坦平面水平表面と比較して、より大きい表面積を提供する理由を図示する。導波路先端等の平坦平面照明要素は、ａ−ｂ−ｃ−ｄによって画定され、光は、表面ａまたは表面ｂのいずれかから出射する。明らかに、表面ｂは、表面ａより大きい表面積を有する。しかしながら、テーパ状先端が、ｃ−ｄ−ｈによって画定される導波路上に形成され、それによって、斜端先端を形成する場合、表面ｈが抽出面積となり、基本三角法を使用して計算され得る長さを有する。したがって、以下となる。
【００３４】
ｈ＝ｃ／ｓｉｎｅΘ、または
ｈ＝ｄ／ｃｏｓｉｎｅΘ
【００３５】
ｄ＝ｂであるため、ｈは、Θがゼロ度よりも大きいとき、ｂより長く、したがって、テーパ状先端が、光抽出および送達のためにより大きい面積を提供することが明白である。したがって、エネルギー密度は、テーパ状先端を用いると、例えば光がファイバの最遠位面から出射するとき、平坦平面垂直先端と比較してより低くなる。類似計算は、テーパ角度が、入力表面積の少なくとも２倍の表面積を有する表面を生成するために、最大３０度（水平表面ｂまたはｄに対して）でなければならないことを決定するために使用されることができる。角度Θが小さいほど、ランプ角度は、より段階的となり、したがって、斜端先端は、より長くなり、長さおよび対応する抽出面積が増加する。
【００３６】
図１７Ａは、基本円錐幾何学形状を図示し、円錐形は、半径ｒを伴う底面と、高さｈと、外側表面ｓとを有する。角度シータは、ｓとｒとの間に画定される。図１７Ｂは、円錐形における表面積と角度Θとの間の関係を図示する。再び、円錐テーパの変化は、角度Θを変化させ、表面積に有意な影響を及ぼし得る。円錐テーパは、円錐形の円周の周囲全体に延在してもよく、またはテーパは、円錐形の一部上にのみあってもよい。テーパは、対称または非対称であってもよい。テーパは、円錐形の１つまたは複数の部分上にあってもよい。テーパ角度は、１つよりも多いテーパ状部分が存在する場合、同一または異なってもよい。例えば、円錐形の上部分は、ある角度でテーパ状であってもよく、円錐形の底部分は、別の角度でテーパ状であってもよい。代替実施形態では、円錐形の上部分は、テーパ角度を有してもよく、円錐形の底部分は、完全に欠けていてもよい。
【００３７】
図８は、前述の平坦テーパの代わりに、照明要素、ここでは、導波路８２の遠位区分上に円錐テーパ８２を形成することによって、プロファイルを縮小し、より大きい光抽出面積を生成するための別の手段を図示する。円錐形は、部分的または完全に、外科手術器具を囲繞してもよい。これの例示的用途として、導波路材料から完全に形成される、照明付き吸引デバイスが挙げられる。導波路内の中心中空ボア（図示せず）は、吸引チャネルとしての役割を果たし、別個の吸引管を要求せずに、吸引力が印加されることを可能にする。
【００３８】
図９は、デバイス内の熱を制御するために増加した光抽出表面積を有する、照明付き外科手術器具の別の実施形態を示す。光導波路９２等の照明要素は、吸引管９８に結合される。導波路９２は、テーパ状領域を有し、テーパ状領域は、異なる平面９４にテーパ状となり、それによって、複数の階段ステップまたは段を形成する。平面は、同一または異なってもよい。本設計は、上部の長いテーパおよび側面のより短いテーパが、より調整された光抽出機構を生成することを可能にする。これは、光抽出のための所望のより大きい表面積を生成し、プロファイルを最小限に保つのを支援する。微小構造等の表面特徴が、テーパ状領域上に配置され、光導波路からの光の抽出および指向を支援してもよい。表面特徴は、プリズムもしくは他の平面ファセット特徴等、平坦であってもよく、または表面特徴は、丸みを付けられ得、導波路から抽出されている光をさらに制御してもよい。表面特徴は、均一であってもよく、または、表面特徴は、用途によって要求されるように光を抽出および送達するために、それぞれ一意であってもよい。導波路の最遠位先端上の小型レンズ９６等、表面特徴の任意の組み合わせが、使用されてもよい。複数の小型レンズは、相互に重複してもよく、それにより、そこから外科手術野上に投影される光もまた、重複し、それによって、外科手術野のより均一な照明を提供する。吸引管を伴う本実施形態は、限定として意図されず、当業者は、照明要素が、任意の数の他の外科手術ハンドヘルド器具に結合され得ることを理解する。したがって、さらに他の実施形態では、照明要素は、開創器、プローブ、電気外科手術器具、カメラ、または他のセンサ器具等の任意の数の他のハンドヘルド外科手術器具に結合されてもよい。
【００３９】
図１０は、典型的照明付き吸引器具と、図９において前述したようなテーパ状複数平面先端を伴うものとの間の比較を図示する。吸引管１００２は、それを覆って配置される導波路１００４等の典型的照明要素を有し、導波路の遠位先端上に小型レンズ１００６を有する。本図は、複数の平面になるテーパ１００８と遠位先端上の小型レンズ１０１０とを有するテーパ状先端導波路上に転移されている。改良された導波路が、典型的導波路より大きい表面積およびより低いプロファイルを有することが明らかである。したがって、改良された導波路は、より低いエネルギー密度を有し、熱をより効果的に制御し、典型的照明要素または導波路と同様に、外科手術野を妨害しない。光学クラッディングは、導波路からの光損失を防止するために、導波路と吸引管との間に配置されてもよい。光学クラッディングの屈折率は、好ましくは、１〜１．５の範囲内である。例えば、クラッディングは、導波路にわたる空気の層（屈折率１）であってもよく、またはＦＥＰ熱収縮（フッ素化エチレンプロピレン）等の種々の他のポリマーが、使用されてもよい。他のクラッディング材料もまた、使用されてもよい。クラッディングの厚さは、材料に依存する。例えば、いくつかのクラッディングに関して、約５μｍのクラッディング厚さは、わずか約１％の光損失のみをもたらす一方、１００ｎｍのより薄いクラッディングコーティングは、最大９０％の損失をもたらし得る。図１０における実施形態は、光導波路等の照明要素と組み合わせられる吸引管を図示する。しかしながら、当業者は、外科手術器具が、開創器ブレードまたは本明細書のいずれかに説明される他の器具を含む任意の他の外科手術器具であってもよいことを理解する。クラッディングは、本明細書に開示される実施形態のいずれかで使用されてもよい。
【００４０】
代替実施形態では、照明要素は、導波路を外科手術器具に結合しない独立型デバイスであり得る導波路であってもよい。したがって、導波路は、外科手術野または他の作業空間を照明するためだけに使用されてもよい。さらに他の実施形態では、図９および図１０に図示される照明付き吸引デバイスは、取外し可能な吸引管を有してもよく、したがって、デバイスは、照明のためだけに使用されてもよく、またはデバイスは、照明付き吸引管等の吸引管と併用されてもよい。吸引管の種々の直径が、異なる外辺サイズ吸引を可能にするために、提供されてもよい。さらに他の実施形態では、照明要素は、限定ではないが、本明細書に開示されるものを含む、任意の数の他の外科手術器具に結合されてもよい。
【００４１】
前述のように、光導波路は、単独で使用されてもよく、または任意の外科手術器具に結合され、器具の使用の間、外科手術野を照明してもよい。開創器ブレードおよび吸引管が、好ましい実施形態に含まれる。光導波路等の照明要素に結合され得る他の外科手術器具として、限定ではないが、プローブ、センサ、ビデオまたは他のカメラ等の撮像要素、電気外科手術器具、ナビゲーション器具、神経モニタリング器具等が挙げられる。他の外科手術器具として、取外し可能な（または、図１２におけるハンドル１２０２に結合された神経根開創器に結合される）先端１１０４を有する、図１１Ａ−１１Ｂに見られるような神経根開創器１１０２が挙げられ、図１２は、明らかに、プロファイル問題ならびに光の全てが小さな先端から抽出されるためにもたらされる熱危険性を示す。
【００４２】
図１３Ａ−１３Ｄは、図１３Ａにおける上向きに屈曲する先端１３０２ａ、図１３Ｂにおける右向きに屈曲する先端１３０２ｂ、図１３Ｃにおける直線先端１３０２ｃ、および図１３Ｄにおける左向きに屈曲する先端１３０２ｄを有するボール先端プローブ等の、本明細書に説明される光導波路のような照明要素と併用され得る他の器具を図示する。また、図１４Ａ−１４Ｃに見られる掻爬器もまた、本明細書に説明される照明要素または光導波路のいずれかと併用されてもよい。図１４Ａは、直線先端１４０２ａ掻爬器を図示し、図１４Ｂは、角度付けられた先端１４０２ｂ掻爬器を図示し、図１４Ｃは、逆角度先端１４０２掻爬器を図示する。これらの外科手術器具のいずれでも、照明要素または光導波路は、外科手術器具全体に結合されてもよく、または単に、外科手術器具の作業端部もしくは先端が、照明要素または光導波路に結合されてもよい。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態が本明細書で示され、説明されているが、そのような実施形態は、一例のみとして提供されることが当業者に明白である。多数の変形例、変更、および置換が、本発明から逸脱することなく、当業者に想起されるであろう。本明細書で説明される本発明の実施形態の種々の代替案が、本発明を実施する際に採用されてもよいことを理解されたい。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、それによって、これらの請求項およびそれらの同等物の範囲内の方法および構造が、対象とされることが意図される。
【図１】
0006598783.tif 000002
【図２】
0006598783.tif 000003
【図３Ａ−３Ｃ】
0006598783.tif 000004
【図３Ｄ】
0006598783.tif 000005
【図４】
0006598783.tif 000006
【図５】
0006598783.tif 000007
【図６】
0006598783.tif 000008
【図７】
0006598783.tif 000009
【図８】
0006598783.tif 000010
【図９】
0006598783.tif 000011
【図１０】
0006598783.tif 000012
【図１１Ａ】
0006598783.tif 000013
【図１１Ｂ】
0006598783.tif 000014
【図１２】
0006598783.tif 000015
【図１３Ａ】
0006598783.tif 000016
【図１３Ｂ】
0006598783.tif 000017
【図１３Ｃ】
0006598783.tif 000018
【図１３Ｄ】
0006598783.tif 000019
【図１４ａ】
0006598783.tif 000020
【図１４ｂ】
0006598783.tif 000021
【図１４ｃ】
0006598783.tif 000022
【図１５】
0006598783.tif 000023
【図１６】
0006598783.tif 000024
【図１７】
0006598783.tif 000025
【図１８】
0006598783.tif 000026