(57)【要約】  マルチスポットレーザ光ビームを生成し、照明光及びマルチスポットレーザ光ビームを多重化し、且つマルチコア光ファイバケーブルを介して外科用ハンドピースに多重光を送出するためのシステム及び方法。
2021505314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザシステムポートアダプタであって、
レーザ源と結合するための第１のポートアームであって、光の電磁スペクトルの２つの狭帯域の少なくとも一方内に含まれる波長を有するレーザ光ビームをコリメートするための光学素子を含む第１のポートアームと、
照明システムと結合するための第２のポートアームと、
レーザプローブの光ファイバケーブルと結合するための第３のポートアームと、
前記第１のポートアーム、前記第２のポートアーム及び前記第３のポートアームが交差する多重交差領域であって、
コリメートされたレーザ光ビームを前記光学素子から受け、且つレーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを生成するように構成される回折光学素子（ＤＯＥ）と、
前記光の電磁スペクトルの前記少なくとも２つの狭帯域を反射し、前記レーザ光ビームのマルチスポットパターンを受け、前記レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを前記第３のポートアームに向けて反射し、前記照明システムから照明ビームを受け、且つ前記電磁スペクトルの前記少なくとも２つの狭帯域内に含まれていない前記照明ビームの一部を前記第３のポートアームに向けて透過するように構成されるビームスプリッタと
を含む多重交差領域と
を含むレーザシステムポートアダプタ。
【請求項２】
前記第２のポートアーム及び前記第３のポートアームは、前記交差領域にわたって略同一線上にあり、前記第１のポートアームは、前記多重交差領域において前記第２のポートアーム及び前記第３のポートアームに略直交する、請求項１に記載のレーザシステムポートアダプタ。
【請求項３】
第１のポートアームは、前記レーザ源と結合する第１の端部から、前記交差領域において前記ＤＯＥまで延在する第２の端部までの長さ（Ｌ）を有し、前記光学素子は、Ｌの距離において前記レーザ光ビームをコリメートするピッチを有する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを含む、請求項１に記載のレーザシステムポートアダプタ。
【請求項４】
前記第２のポートアームは、前記多重交差領域内の前記ビームスプリッタまで延在する前記第２のポートアームの第１の端部においてコリメートレンズを含む、請求項１に記載のレーザシステムポートアダプタ。
【請求項５】
前記第３のポートアームは、前記多重交差領域内の前記ビームスプリッタに略隣接する前記第３のポートアームの第１の端部において集光レンズを含む、請求項１に記載のレーザシステムポートアダプタ。
【請求項６】
前記集光レンズは、前記照明ビームがマルチコア光ファイバケーブルの第１の外側コアの全長にわたって伝播されるように、且つ前記レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンにおける前記レーザ光ビームの各々が、前記外側コア内に含まれる複数の内側コアの１つの全長にわたって伝播するように、前記レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターン及び前記照明ビームを前記マルチコア光ファイバケーブルの終端の界面上に集束させるように構成される、請求項５に記載のレーザシステムポートアダプタ。
【請求項７】
レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化する方法であって、
レーザ光ビームをコリメートするために前記レーザ光ビームを光学素子に向けることであって、前記レーザ光ビームは、光の電磁スペクトルの２つの狭帯域の少なくとも一方内に含まれる波長を有する、向けること、
前記コリメートされたレーザ光ビームを、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを生成するように構成される回折光学素子（ＤＯＥ）に向けること、
前記レーザ光ビームのマルチスポットパターンをビームスプリッタに向けること、
照明光ビームを前記ビームスプリッタに向けることであって、前記ビームスプリッタは、前記光の電磁スペクトルの前記少なくとも２つの狭帯域を反射し、且つ前記電磁スペクトルの前記少なくとも２つの狭帯域内に含まれない前記光の電磁スペクトルの一部を透過し、それにより前記レーザ光ビームのマルチスポットパターン及び透過照明ビームを多重化するように構成される、向けること、
前記レーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン及び透過照明ビームをマルチコア光ファイバケーブルの近位端の界面上に集束させるために、前記レーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン及び透過照明ビームを集光レンズに向けること
を含む方法。
【請求項８】
前記マルチコア光ファイバケーブルは、
外側コアクラッドによって囲まれる第１の外側コアと、
前記レーザ光ビームのマルチスポットパターンに略一致するパターンで前記外側コア内に配置される複数の内側コアであって、前記複数の内側コア内の各内側コアは、内側コアクラッドによって囲まれる、複数の内側コアと
を含む、請求項７に記載のレーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化する方法。
【請求項９】
照明及びマルチスポットレーザ多重化システムであって、
コリメートされたレーザ光ビームを発するレーザ源と、
前記コリメートされたレーザ光ビームを受け、且つマルチスポットレーザパターンを生成するように構成される回折光学素子（ＤＯＥ）と、
略白色光を発する照明システムと、
前記照明システムから受けられた前記略白色光をコリメートするコリメートレンズと、
マルチコア光ケーブルファイバと結合するように構成される光ファイバケーブルポートと、
集光レンズと、
前記マルチスポットレーザパターンを前記集光レンズに向けて反射し、且つ照明ビームをコリメートレンズから前記集光レンズに向けて透過し、それにより前記マルチスポットレーザ光ビーム及び前記照明光ビームを多重化するように構成されるビームスプリッタと
を含み、
集光レンズは、前記レーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン及び照明ビームを前記光ファイバケーブルポートとの界面上に集束させるように構成される、照明及びマルチスポットレーザ多重化システム。
【請求項１０】
前記ＤＯＥは、前記ＤＯＥを、前記コリメートされたレーザ光ビームのビーム経路に選択的に位置決めするように構成されるリニアスライド内に収容される、請求項９に記載の照明及びマルチスポットレーザ多重化システム。
【請求項１１】
前記集光レンズは、前記照明ビームがマルチコア光ファイバケーブルの第１の外側コアの全長にわたって伝播されるように、且つ前記レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンにおける前記レーザ光ビームの各々が、前記外側コア内に含まれる複数の内側コアの１つの全長にわたって伝播するように、前記レーザ光ビームの多重化マルチスポットレーザパターン及び前記照明ビームを前記マルチコア光ファイバケーブルの近位端の界面上に集束させるように構成される、請求項９に記載の照明及びマルチスポットレーザ多重化システム。
【請求項１２】
レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化する方法であって、
レーザ光ビームをコリメートするために前記レーザ光ビームを光学素子に向けることであって、前記レーザ光ビームは、光の電磁スペクトルの２つの狭帯域の少なくとも一方内に含まれる波長を有する、向けること、
前記コリメートされたレーザ光ビームを、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを生成するように構成される回折光学素子（ＤＯＥ）に向けること、
前記レーザ光ビームのマルチスポットパターンをビームスプリッタに向けること、
白色レーザビームをビームスプリッタに向けること、
照明光ビームを前記ビームスプリッタに向けることであって、前記ビームスプリッタは、前記光の電磁スペクトルの前記少なくとも２つの狭帯域を反射し、且つ前記電磁スペクトルの前記少なくとも２つの狭帯域内に含まれない前記光の電磁スペクトルの一部を透過し、それにより前記レーザ光ビームのマルチスポットパターン、前記白色レーザビーム及び透過照明ビームを多重化するように構成される、向けること、
前記レーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン、前記白色レーザビーム及び透過照明ビームをマルチコア光ファイバケーブルの近位端の界面上に集束させるために、前記レーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン、前記白色レーザビーム及び透過照明ビームを集光レンズに向けること
を含む方法。
【請求項１３】
前記マルチコア光ファイバケーブルは、
外側コアクラッドによって囲まれる第１の外側コアと、
前記レーザ光ビームのマルチスポットパターンに略一致するパターンで前記外側コア内に配置される複数の内側コアであって、前記複数の内側コア内の各内側コアは、内側コアクラッドによって囲まれる、複数の内側コアと、
前記白色レーザビームを受けるための中央ナノファイバと
を含む、請求項１２に記載のレーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化する方法。
【請求項１４】
マルチスポットレーザプローブアセンブリであって、
マルチコア光ファイバケーブルであって、
外側コアクラッドによって囲まれる第１の外側コアと、
前記外側コア内に含まれる複数の内側コアであって、前記複数の内側コア内の各内側コアは、内側コアクラッドによって囲まれる、複数の内側コアと
を含み、
前記外側コアの屈折率は、前記外側コアクラッドの屈折率よりも大きく、及び
前記複数の内側コア内の前記内側コアのそれぞれの屈折率は、前記内側コアクラッドの屈折率よりも大きい、マルチコア光ファイバケーブルと、
前記マルチコア光ファイバケーブルの遠位端と結合されるプローブチップを含むハンドピースであって、前記プローブチップは、前記プローブチップの遠位端に略位置するレンズを含み、
前記マルチコア光ファイバケーブルの前記遠位端は、前記レンズとの界面において終端し、及び
前記レンズは、前記マルチコア光ファイバケーブルの前記遠位端からのレーザ光を変換して、ターゲット面上にレーザビームのマルチスポットパターンを生成するように構成される、ハンドピースと
を含むマルチスポットレーザプローブアセンブリ。
【請求項１５】
前記複数の内側コアにおけるそれぞれ又は前記内側コアの前記屈折率は、前記外側コアクラッドの前記屈折率よりも大きい、請求項１４に記載のマルチスポットレーザプローブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本願は、その発明者らがＪｏｃｈｅｎ  Ｈｏｒｎ、Ａｌｉｒｅｚａ  Ｍｉｒｓｅｐａｓｓｉ及びＲｏｎａｌｄ  Ｔ．Ｓｍｉｔｈである、２０１７年１２月１４日出願の「ＭＵＬＴＩＰＬＥ−ＩＮＰＵＴ−ＣＯＵＰＬＥＤ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＭＵＬＴＩ−ＳＰＯＴ  ＬＡＳＥＲ  ＰＲＯＢＥ」という名称の米国仮特許出願第６２／５９８，６５３号明細書の優先権の利益を主張し、これは、本明細書中で全体的且つ完全に説明されるかのように参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、多重入力結合照光式マルチスポットレーザプローブに関し、特にマルチスポットレーザ光ビームを生成し、照明光及びマルチスポットレーザ光ビームを多重化し、且つマルチコア光ファイバケーブルを介して外科用ハンドピースに多重光を送出するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの眼科治療において、外科医は、患者の目に様々な器具を用いる必要がある。例えば、硝子体網膜手術中、外科医は、多くの場合、患者の解剖学的構造を観察するために照明光ビームを網膜表面に向けるための第１のハンドピースを操作し、また患者の解剖学的構造を治療するためのレーザ治療用ビームを送出するための更なるレーザプローブハンドピースも操作する。しかし、多重入力結合され、照光されるマルチスポットレーザプローブに対するニーズが存在している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本技術の開示する実施形態は、照明光及びマルチスポットレーザ光を多重化するための多重入力結合照光式マルチスポットレーザプローブ、アダプタ及び他のシステム並びに照明光及びマルチスポットレーザ光を多重化し、且つ多重光を患者の解剖学的構造に送出するための方法に関する。
【０００５】
本技術の幾つかの実施形態は、外科用レーザシステム、照明光源、外科用プローブアセンブリ及びレーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成し、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化し、且つ照明光及びレーザ光ビームのマルチスポットパターンを同時に伝送するために多重光ビームを外科用プローブに送出するためのレーザシステムポートアダプタを伴う。レーザシステムポートアダプタは、レーザ源と結合するための第１のポートアームと、照明システムと結合するための第２のポートアームと、レーザプローブの光ファイバケーブルと結合するための第３のポートアームと、多重交差領域とを含むことができる。場合により、第２のポートアーム及び第３のポートアームは、交差領域にわたって略同一線上にあり、第１のポートアームは、多重交差領域において第２のポートアーム及び第３のポートアームに略直交する。
【０００６】
レーザシステムポートアダプタの交差領域は、コリメートされたレーザ光ビームを光学素子から受け、且つレーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを生成するように構成される回折光学素子（ＤＯＥ）を含むことができる。場合により、ＤＯＥは、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを２×２配列パターンとして生成する。
【０００７】
交差領域は、外科用レーザシステムによって発せられるレーザ光の波長に対応する光の電磁スペクトルの複数の狭帯域を反射するように構成されるビームスプリッタも含むことができる。ビームスプリッタは、レーザ光ビームのマルチスポットパターン及び照明システムからの照明ビームの両方を更に受けることができる。ビームスプリッタは、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを第３のポートアームに向けて反射し、且つ電磁スペクトルの少なくとも２つの狭帯域内に含まれない照明ビームの一部を第３のポートアームに向けて透過する。場合により、第２のポートアームは、ビームスプリッタにおいて照明光をコリメートするためのコリメートレンズを含む。また、場合により、レーザビームの強度及び照明ビームの強度は、レーザ光ビームの透明な多重化マルチスポットレーザパターン及び照明ビームを生成するように調整され得る。
【０００８】
第１のポートアームは、レーザ源のメス型ポート内に固く結合するように構成される直径を有するフェルールを含むことができ、レーザ源からの集束レーザスポットが第１のポートアームに入ることを可能にするための開口を含むことができる。第１のポートアームは、レーザ光ビームをコリメートするための光学素子も含むことができる。場合により、第１のポートアーム及び光学素子は、レーザ源からの集束レーザスポットの地点に略隣接して光学素子を配置するように構成される長さを有する。また、第１のポートアームには、ナットと共に締め付けると、第１のポートアームをレーザ源のメス型ポートに結合し、レーザ源からの集束レーザスポットの地点に略隣接して光学素子を維持する外ネジを含むことができる。
【０００９】
第３のポートアームは、多重交差領域においてビームスプリッタに略隣接する集光レンズを含むことができる。集光レンズは、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターン及び照明ビームを外科用プローブアセンブリのマルチコア光ファイバケーブルの終端の界面上に集束させるように選択され得る。
【００１０】
マルチコア光ファイバケーブルは、外側コアクラッドによって囲まれる第１の外側コアと、外側コア内に含まれる複数の内側コアとを含むことができ、複数の内側コア内の各内側コアは、内側コアクラッドによって囲まれる。場合により、外側コア内に含まれる複数の内側コアは、ＤＯＥからのレーザ光ビームの２×２マルチスポットパターンと一致する２×２配列を形成する。
【００１１】
様々なコア及び様々なクラッドのための材料は、集束照明ビームがマルチコア光ファイバケーブルの第１の外側コアの全長にわたって伝播されるように、且つレーザ光ビームのマルチスポットレーザパターン内のレーザ光ビームの各々が、外側コア内に含まれる複数の内側コアの１つの全長にわたって伝播されるように選択され得る。
【００１２】
場合により、外側コアの屈折率は、外側コアクラッドの屈折率よりも大きく、複数の内側コア内の内側コアのそれぞれの屈折率は、内側コアクラッドの屈折率よりも大きく、複数の内側コア内のそれぞれ又は内側コアの屈折率は、外側コアクラッドの屈折率よりも大きい。更に、集光レンズは、レーザ光ビームの多重マルチスポットパターン内のレーザビームの各々を複数の内側コア内のそれぞれの内側コアとの界面上に集束させるように選択され得、集束レーザビームのそれぞれのスポットサイズ、集束レーザビームのそれぞれの角度の広がり、内側コアの屈折率及び内側コアクラッドの屈折率は、レーザ光ビームがマルチコア光ファイバケーブルの長さに対して空間的に充填し、複数の内側コアを通して伝播する原因となる。
【００１３】
同様に、集光レンズは、第１の外側コアの少なくとも一部、複数の内側コアの少なくとも一部及び内側コアクラッドの少なくとも一部に入射するスポットサイズを有する光円錐として照明ビームを集束させるように選択され得る。照明ビームの光円錐は、光円錐の狭い半角部分及び光円錐の広い半角部分を含むことができる。これらの場合、マルチコア光ファイバケーブルの様々なコア及びクラッドのための屈折率と、光円錐の狭い半角部分及び広い半角部分の角度とは、照明ビームがマルチコア光ファイバケーブルの外側コアの長さを空間的に充填し、伝播する原因となる。また、照明ビームの狭い半角部分は、外側コア領域内に閉じ込めることができ、照明ビームの広角部分は、外側コア領域、内側クラッド領域及び内側コア領域内を自由に伝播する。
【００１４】
場合により、外科用プローブアセンブリは、レーザシステムポートアダプタ又は他の多重化システムと結合するためのフェルールを含む。外科用プローブアセンブリはまた、マルチコアファイバケーブルと、マルチコア光ファイバケーブルの遠位端に結合されるプローブチップを有するハンドピースとを含むことができる。プローブチップは、プローブチップの遠位端に略位置するレンズを有することができ、マルチコア光ファイバケーブルは、レンズとの界面において終端することができる。レンズは、マルチコア光ファイバケーブルの遠位端からターゲット面上にレーザ光ビームの多重化マルチスポットレーザパターン及び照明ビームの形状寸法を変換するようにも選択され得る。
【００１５】
本技術の幾つかの実施形態は、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化する方法を伴う。方法は、レーザ光ビームをコリメートするためにレーザ光ビームを光学素子に向け、且つコリメートされたレーザ光ビームを回折光学素子（ＤＯＥ）に向けて、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを生成することを伴い得る。同様に、方法は、レーザ光ビーム及び照明光ビームのマルチスポットパターンをビームスプリッタに向けることを伴い得る。次いで、方法は、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを集光レンズに向けて反射し、且つ照明光ビームを集光レンズに透過し、それによりレーザ光ビーム及び透過照明ビームのマルチスポットパターンを多重化するビームスプリッタを伴う。方法は、レーザ光ビーム及び透過照明ビームの多重化マルチスポットパターンをマルチコア光ファイバケーブルとの界面上に集束させる集光レンズも伴い得る。また、方法は、レーザ光ビーム及び透過照明ビームの多重化マルチスポットパターンを、マルチコア光ファイバケーブルを介して、プローブチップにおけるレンズ上に向けることを伴い得る。次いで、レンズは、マルチコア光ファイバケーブルの遠位端からターゲット面上にレーザ光ビーム及び照明ビームの多重化マルチスポットレーザパターンの形状寸法を変換する。
【００１６】
本技術の幾つかの実施形態は、レーザ光ビームのマルチスポットパターン及び照明光の多重ビームの画像を作成する方法を伴う。この方法は、マルチコア光ファイバケーブルのために、外側コアのための第１の屈折率を有する材料、外側コアクラッドのための第２の屈折率を有する材料、外側コアに含まれる複数の内側コアのための第３の屈折率を有する材料及び複数の内側コアのそれぞれのための内側コアクラッドのための第４の屈折率を有する材料を選択することを伴い得る。方法はまた、レーザ源からのレーザ光ビームの開口数及び照明光源からの照明光ビームの開口数を特定することと、マルチコア光ファイバケーブルの界面上にレーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン及び照明ビームを集束させるように集光レンズを選択することとを含み得る。次いで、方法は、照明ビームが外側コアにわたって伝播し、且つレーザビームが複数の内側コアにわたって伝播するように、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化することと、レーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン及び照明ビームをマルチコア光ファイバケーブルの界面上に集束させることとを含み得る。方法は、レーザ光ビームのマルチスポットパターン及び照明光の多重ビームを、外科用ハンドピース内のレンズを通して向けることも伴い得る。
【００１７】
本技術の幾つかの実施形態は、統合された照明及びマルチスポットレーザ多重化システムを伴う。統合システムは、コリメートされたレーザ光ビームを発するレーザ光源と、コリメートされたレーザ光ビームを受け、且つマルチスポットレーザパターンを生成するように構成される回折光学素子（ＤＯＥ）とを含むことができる。統合システムはまた、略白色光を発する照明システムと、照明システムから受けられた略白色光をコリメートするコリメートレンズとを含む。統合システムは、マルチコア光ケーブルファイバをシステムに結合する光ファイバケーブルポートと、マルチスポットレーザパターンを集光レンズに向けて反射し、且つコリメートされた照明ビームを集光レンズに向けて透過し、それによりマルチスポットレーザ光ビーム及び照明光ビームを多重化するビームスプリッタとを含む。集光レンズは、レーザ光ビームの多重化マルチスポットパターン及び照明ビームを、マルチコア光ファイバケーブルを通して光ファイバケーブルポートとの界面上に、且つレーザ光ビームの多重化マルチスポットレーザパターン及び照明光ビームの寸法形状をターゲット面上に変換する外科用ハンドピースのチップ内のレンズに更に集束させることができる。
【００１８】
本技術の幾つかの実施形態は、統合された照明及びマルチスポットレーザ多重化システムを伴う。システムは、コリメートされたレーザ光ビームを発するレーザ源と、レーザ光のマルチスポットレーザパターンを生成する回折光学素子（ＤＯＥ）と、略白色光を発する照明システムと、照明システムから受けられた略白色光をコリメートするコリメートレンズとを含むことができる。システムは、コリメートされたレーザ光ビームを反射し、且つコリメートされた照明ビームを集光レンズに向けて透過させるビームスプリッタを更に含む。ＤＯＥは、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを生成し、ビームスプリッタは、レーザ光ビームのパターン及び照明光ビームを多重化する。システムは、多重光をマルチコア光ケーブルファイバに結合する光ファイバケーブルポートを更に含む。
【００１９】
本技術、その特徴及びその利点のより詳細な理解のために、添付図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本開示の特定の実施形態による、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成し、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化し、且つ多重光ビームを外科用プローブに送出するためのシステムを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の特定の実施形態によるレーザシステムポートアダプタを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の特定の実施形態による、外科用レーザシステム及び照明光源と結合されるレーザシステムポートアダプタを示す。
【図３】図３は、本開示の特定の実施形態による、レーザ光ビームのマルチスポットパターン及び照明光を多重化するための方法を示す。
【図４Ａ−４Ｂ】図４Ａ〜図４Ｂは、本開示の特定の実施形態による、レーザ源及び照明光源を含む光多重化コンポーネントを含むシステムを示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本開示の特定の実施形態による、レーザ源を含むレーザ光多重化モジュールと、照明光源を含む照明モジュールとを含むシステムを示す。
【図５Ａ−５Ｂ】図５Ａは、本開示の特定の実施形態によるマルチコア光ファイバケーブルの終端の平面図を示す。図５Ｂは、本開示の特定の実施形態によるマルチコア光ファイバケーブル上の複数の光円錐の界面の側面図を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本開示の特定の実施形態による本技術の幾つかの実施形態に従うマルチコア光ファイバケーブルの断面図を示す。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本開示の特定の実施形態による、レーザビームスポットが内側コアと並び、照明光ビームスポットが外側コアと並んだマルチコア光ファイバケーブルの近位界面端を示す。
【図５Ｅ−５Ｇ】図５Ｅは、本開示の特定の実施形態による、３つのビームの全てがそれらのそれぞれのコアを完全に空間的に満たすように広がったマルチコア光ファイバケーブルの遠位端を示す。図５Ｆ〜図５Ｇは、本開示の特定の実施形態によるマルチコア光ファイバケーブルを通る多重光の伝播を示す。
【図５Ｈ−５Ｋ】図５Ｈ〜図５Ｋは、本開示の特定の実施形態によるマルチコア光ファイバケーブルを通る多重光の伝播を示す。
【図５Ｌ−５Ｎ】図５Ｌ〜図５Ｍは、本開示の特定の実施形態によるマルチコア光ファイバケーブルを通る多重光の伝播を示す。（図５Ｎ：原文に記載なし）
【図６Ａ−６Ｂ】図６Ａ〜図６Ｂは、本開示の特定の実施形態による外科用ハンドプローブのチップの展開側面図を示す。
【図７】図７は、本開示の特定の実施形態によるレーザ光ビームのマルチスポットパターン及び照明光の多重ビームの画像を生成する方法を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の特定の実施形態による、多重化されたレーザエイミング及び治療用ビーム並びにレーザ照明光ビームを送出するためのマルチルーメンチューブの端面図を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本開示の特定の実施形態による、近位端においてそれらのそれぞれのファイバコアを空間的にアンダーフィルするレーザエイミング及び治療用ビーム並びにレーザ照明光ビームのそれぞれを示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本開示の特定の実施形態による、遠位端においてそれらのコアを空間的に完全に満たすレーザエイミング及び治療用ビーム並びにレーザ照明光ビームのそれぞれを示す。
【図８Ｄ】図８Ｄは、本開示の特定の実施形態による、集束レンズにおいて又はその近傍でマルチルーメンチューブ内のガラスファイバのアレイを越えて延在するナノファイバの遠位端を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
多様な医療処置において、レーザ光は、処置を補助し、患者の解剖学的構造を治療するために用いられる。例えば、硝子体網膜手術は、多くの場合、網膜組織の光凝固のためのレーザ治療用ビームを用いることを伴う。硝子体網膜処置は、一般に、エイミングレーザビームを交互に発して網膜組織上のターゲットスポットを選択し、治療用レーザビームを発して、ターゲットスポットにおいて光凝固を行うことができるレーザプローブを含む。多くの場合、レーザプローブは、エイミングビームに電磁スペクトルの赤色帯域の光を利用し、治療用ビームに電磁スペクトルの緑色帯域の光を利用する。また、汎網膜レーザ光凝固中、外科医は、網膜組織上の何千ものスポットを選択して治療用レーザビームを照射し、結果として極めて長くて面倒な処置をもたらす。従って、レーザ光のマルチスポットパターンを生成することができるレーザプローブが望まれている。
【００２２】
硝子体網膜処置は、眼内及び網膜組織上に向けられる照明光からも恩恵を受ける。硝子体網膜外科医は、多くの場合、レーザエイミング及び治療用ビームを送出するためのレーザプローブハンドピースを用い、また患者の解剖学的構造を観察するために網膜表面に照明光ビームを向けるための追加のハンドピースを用いる。
【００２３】
硝子体網膜手術の分野は、他の医療用レーザ手術と同様に、照明光及びマルチスポットレーザ光を多重化することから恩恵を受ける。従って、本明細書中に説明する技術は、照明光及びマルチスポットレーザ光を多重化するための多重入力結合照光式マルチスポットレーザプローブ、アダプタ及び他のシステム並びに照明光及びマルチスポットレーザ光を多重化し、且つ多重光を患者の解剖学的構造に送出する方法を含む。
【００２４】
図１は、本開示の特定の実施形態による、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成し、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化し、且つ照明光及びレーザ光ビームのマルチスポットパターンを同時に伝送するための外科用プローブ１１５に多重光ビームを送出するためのシステム１００を示す。
【００２５】
システム１００は、眼科処置中に用いるレーザビームを生成するための１つ以上のレーザ源を含む外科用レーザシステム１０５を含む。例えば、眼科外科用レーザシステム１０５は、約５３２ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する外科治療用ビーム及び約６３５ｎｍの波長を有するレーザエイミングビームを選択的に生成することができる。外科医又は外科担当員は、外科用レーザシステム１０５を制御して（例えば、フットスイッチ、音声コマンド等を介して）選択的にレーザエイミングビームを放出し、治療用ビームを発射して、患者の解剖学的構造を治療する（例えば、光凝固術を行う）ことができる。レーザビームは、外科用レーザシステム１０５内のポート１０６を通して放出することができる。
【００２６】
システム１００は、キセノン照明、ＲＧＢ発光ダイオード（ＬＥＤ）照明器、白色光ＬＥＤ照明器、レーザ励起蛍光体照明器、スーパーコンティニュウム白色レーザ照明器等の１つ以上を含むことができる照明光源１１０も含む。照明光源１１０は、眼科処置の多様な態様を監視及び制御することができる外科用コンソールであり得る。例えば、外科用コンソールは、硝子体網膜手術で用いるために構成することができ、硝子体切除プローブに電力を供給し、制御することができ、加圧注入デリバリ及び眼内圧補償を統合することができ、外科用照明を提供すること等ができる。場合により、照明光源１１０は、照明ケーブル１１１を介して照明光を送出することができる。
【００２７】
システム１００は、眼科外科用レーザシステム１０５からの１つのレーザ光ビームから複数のレーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成し、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを、照明光源１１０から受けられた照明光ビームと多重化するための光学素子（図示せず）を含むレーザシステムポートアダプタ１５０も含む。アダプタ１５０は、外科用レーザ源１０５、照明光源１１０及び外科用プローブ１１５にそれぞれ結合する複数のポートアーム１５２、１５４、１５６を含むことができる。
【００２８】
システム１００は、マルチコア光ファイバケーブル１３０を介してポートアーム１５６から外科用プローブ１１５に多重光ビームを送出して、照明光及びレーザ光ビームのマルチスポットパターンを患者の眼１２５の網膜１２０に同時に提供する能力を外科用プローブ１１５に提供することができる。外科用プローブ１１５は、マルチコア光ファイバケーブル１３０を収容及び保護するプローブ本体１３５及びプローブチップ１４０を含む。プローブチップ１４０の遠位端１４５は、マルチコア光ファイバケーブルの遠位端からの多重光ビームを網膜１２０上に移すレンズ（図示せず、以下でより詳細に説明する）も含む。
【００２９】
本明細書中に開示するように、様々なシステム及び方法が、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化するレーザ光ビームのマルチスポットパターンを作成するために採用され得る。上で簡単に説明したように、場合により、ポートアダプタは、マルチスポットパターンを作成し、光ビームを多重化するための光学素子を含むことができる。図２Ａは、本開示の幾つかの実施形態によるレーザシステムポートアダプタ２５０を示す。レーザシステムポートアダプタ２５０は、レーザ源と結合するための第１のポートアーム２５２と、照明システムと結合するための第２のポートアーム２５４と、レーザプローブの光ファイバケーブルと結合するための第３のポートアーム２５６とを含む。レーザシステムポートアダプタ２５０は、第１のポートアーム２５２、第２のポートアーム２５４及び第３のポートアーム２５６が交差する多重交差領域２８０も含む。場合により、第２のポートアーム２５４及び第３のポートアーム２５６は、多重交差領域２８０にわたって略同一線上にあり、第１のポートアーム２５２は、多重交差領域２８０において第２のポートアーム２５４及び第３のポートアーム２５６に略直交する。
【００３０】
第１のポートアーム２５２は、レーザシステムのメス型チムニーポート（図示せず）のためのオス型カップリングとして機能するフェルール２５８を含む。フェルール２５８は、レーザ源からのレーザ光が第１のポートアーム２５２に入ることを可能にする開口部２６２を有する。また、フェルール２５８は、フェルール２５８内に含まれる光学素子２６４を収容することができる。光学素子２６４は、レーザ源から受けられたレーザ光をコリメートするように構成される。例えば、光学素子２６４は、以下でより詳細に説明するように、光学素子２６４が、多重交差領域２８０内に含まれる回折光学素子（ＤＯＥ）２８２に隣接する選択された距離で開口部２６２において受けるレーザ光をコリメートするように選択される長さ及びピッチを有する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズであり得る。
【００３１】
第１のポートアーム２５２は、ナットが外ねじに締め付けられる場合、第１のポートアームを略完全に外科用レーザシステム１０５のメス型ポートに引き込む外ねじ２６０も含む。場合により、光学素子２６４は、開口部２６２と面一であるフェルール２５８内に位置決めされ、外科用レーザシステム１０５は、メス型ポートの終端にレーザスポットを集束させるように構成される。従って、外ねじ２６０は、外科用レーザシステムによって生成されたレーザの集束レーザスポットが光学素子２６４の端部に実質的に入射するように、光学素子２６４が外科用レーザシステム１０５に対してある点に位置決めされることを容易にし得る。
【００３２】
照明システムと結合するための第２のポートアーム２５４は、略円筒形の外側フレーム２６６、内側キャビティ２６８、内側キャビティ２６８の第１の端部におけるコリメートレンズ２７０及び内側キャビティ２６８の第２の端部における開口部２７２を有するメス型ポートを含むことができる。第２のポートアーム２５４の内側キャビティ２６８は、照明光源１１０から照明光ビームを送出する光ケーブル１１１のフェルールを受けるように構成することができる。場合により、コリメートレンズ２７０が、多重交差領域２８０内に含まれるビームスプリッタ２８４に略コリメートされた照明光を送出するように、光ケーブル内に含まれる光ファイバから発せられた照明が広がってコリメートレンズ２７０に入射するように、照明光ビームを送出する光ケーブルのフェルールは、ナットによって第２のポートアーム２５４に固定される。
【００３３】
レーザプローブの光ファイバケーブルと結合するための第３のポートアーム２５６は、略円筒形の外側フレーム２７４、内側キャビティ２７６、内側キャビティ２７６の第１の端部における集光レンズ２７８及び内側キャビティ２７６の第２の端部における開口部２７５を有するメス型ポートを含むことができる。
【００３４】
第３のポートアーム２５６の内側キャビティ２７６は、以下でより詳細に説明するように、多重光を外科用プローブ１１５に送出するマルチコア光ファイバケーブル１３０のフェルールを受けるように構成することができる。場合により、以下でより詳細に説明するように、照明ビーム及びレーザエイミング／治療用ビームがマルチコア光ファイバケーブルの全長にわたって伝播するように、集光レンズ２７８が多重光をマルチコア光ファイバケーブルの終端の界面２９０上に正確に集束させるように、マルチコア光ファイバケーブルのフェルールは、ナットによって第３のポートアーム２５６に固定される。
【００３５】
上で説明したように、レーザシステムポートアダプタ２５０は、第１のポートアーム２５２、第２のポートアーム２５４及び第３のポートアーム２５６が交差する多重交差領域２８０も含む。多重交差領域は、コリメートされたレーザ光ビームを第１のポートアーム２５２の光学素子２６４から受け、レーザ光ビームのマルチスポットレーザパターンを生成するように構成される回折光学素子（ＤＯＥ）２８２を含むことができる。ＤＯＥ２８２は、入射レーザ光を目的とするターゲットの形状寸法と合致するマルチスポットパターンに回折させるように選択することができる。例えば、ＤＯＥ２８２は、以下でより詳細に説明するように、多重光を外科用プローブ１１５に送出するマルチコア光ファイバケーブルの内側コアの２×２配列と略一致するレーザ光ビームの２×２配列パターンを生成するように選択することができる。
【００３６】
多重交差領域２８０は、光スペクトルの一部を反射し、光スペクトルの残りの部分を透過するように構成されるビームスプリッタ２８４も含む。更に具体的に言うと、ビームスプリッタ２８４は、ａ）外科用レーザシステム１０５からのレーザエイミング及び治療用ビームを第３のポートアーム２５６及び集光レンズ２７８に向けて反射することと、ｂ）照明光源１１０からの照明光を第３のポートアーム２５６及び集光レンズ２７８に向けて透過することとの両方を行うように構成することができる。また、上述のように、集光レンズ２７８は、以下でより詳細に説明するように、照明ビーム及びレーザエイミング／治療用ビームがマルチコア光ファイバケーブル１３０の全長にわたって伝播するように、多重光をマルチコア光ファイバケーブル１３０の終端の界面２９０上に正確に集束させるように選択することができる。
【００３７】
上で説明したように、硝子体網膜処置は、多くの場合、レーザエイミングビームに電磁スペクトルの赤色帯域の光を利用し、レーザ治療用ビームに電磁スペクトルの緑色帯域の光を利用する。従って、ビームスプリッタ２８４は、赤色スペクトルの狭帯域及び緑色スペクトルの狭帯域の光を高反射するように構成され、且つ残りの電磁スペクトルを透過するように構成され得る。幾つかの実施形態において、ビームスプリッタ２８４は、約５３２ナノメートル（ｎｍ）の第１の狭帯域及び約６３５ｎｍの第２の狭帯域の光を反射し、残りのスペクトルを透過させる。ビームスプリッタ２８４は、ダイクロイックビームスプリッタキューブ、ビームスプリッタプレート等であり得る。
【００３８】
照明光源１１０からの照明光の一部（例えば、赤色及び緑色部分）は、ビームスプリッタ２８４によって反射されるため、システムポートアダプタ２５０は、集光モジュール２８６を含むことができる。例えば、集光モジュール２８６は、ビームダンプ、パワーモニタ等であり得る。
【００３９】
図２Ｂは、外科用レーザシステム２０５と結合されるレーザシステムポートアダプタ２５０、照明光源１１０から照明光ビームを送出する光ケーブル１１１のフェルール２１２及び多重光を外科用プローブ１１５に送出するマルチコア光ファイバケーブル１３０のフェルール１３２を示す。
【００４０】
外科用レーザシステム２０５は、レーザ光が外科用レーザシステム２０２を出ることを可能にするメス型ポート２０２の近位端における開口部２０６とのメス型ポート２０２を含む。メス型ポート２０２は、第１のポートアーム２５２内の光学素子２６４が開口部２０６に略隣接するように、レーザシステムポートアダプタ２５０の第１のポートアーム２５２を受けるように構成される。外科用レーザシステム２０５は、開口部２０６及び光学素子２６４の略界面上にレーザ光を集束させるように構成される。また、ナット２０４は、レーザシステムポートアダプタ２５０を外科用レーザシステム２０５と共に固定し、メス型ポート２０２内の開口部２０６との光学素子２６４の近接を維持するために用いることができる。
【００４１】
上で説明したように、眼科外科用レーザシステム１０５は、約５３２ナノメートル（ｎｍ）の波長（すなわち緑色）を有する外科治療用ビーム及び約６３５ｎｍの波長（すなわち赤色）を有するレーザエイミングビームを選択的に生成することができる。しかし、赤色及び緑色の入射レーザ光は、異なる回折角でＤＯＥから回折する。レーザビームがコリメートされていない場合、それらの焦点も影響を受け、すなわち、赤色及び緑色は、異なる軸位置に集束する。これは、以下でより詳細に説明するような緑色及び赤色両方のレーザビームをマルチコアファイバの同じ内側コア領域に集束させようと試みることを大幅に複雑にする。従って、幾つかの実施形態は、ＤＯＥから生じる複数のビームもコリメートされるように、ＤＯＥに入射する複数のビームをコリメートすることを伴う。十分な集束を有するマルチスポットレーザパターンを実現するために、外科用レーザシステム２０５からのレーザ光は、それがＤＯＥ２８２に入射する場合にコリメートされるべきである。従って、場合により、光学素子２６４は、外科用レーザシステム２０５からのレーザ光をコリメートし、レーザ光を再び焦点に戻し、レーザ光がＤＯＥ２８２においてコリメートされるようにレーザ光を再度コリメートするのに十分な長さ（例えば、１６．５４ｍｍ）であるように選択することができる。
【００４２】
場合により、光学素子２６４は、レーザ集束入力ビームを受け、ＧＲＩＮレンズの遠位端でコリメートしたビームを出力する、０．７５ピッチ、０．２０ＮＡのＧＲＩＮリレーレンズである。ＧＲＩＮレンズは、ビームをコリメートし、次いで焦点を合わせるのに十分な長さであり、次いでそれを再度コリメートする。幾つかの他の場合、光学素子２６４は、屈折レンズリレーシステムである。
【００４３】
ＤＯＥ２８２は、コリメートされたレーザ光を受け、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成する。例えば、場合により、ＤＯＥ２８２は、以下でより詳細に説明するように、多重光を外科用プローブ１１５に送出するマルチコア光ファイバケーブル１３０の内側コアの２×２配列と略一致するレーザ光ビームの２×２配列パターンを生成することができる。幾つかの他の場合、ＤＯＥ２８２は、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを作成するためにプリズム及び／又はビームスプリッタのアセンブリで置き換えることができる。
【００４４】
図２Ｂにも示すように、レーザシステムポートアダプタ２５０の第２のポートアーム２５４はまた、照明光源１１０から照明光ビームを送出する光ケーブル１１１のフェルール２１２と結合される。場合により、第２のポートアーム２５４の内側キャビティの長さは、光ケーブル１１１内に含まれる光ファイバの終端がコリメートレンズ２７０から所定の距離に位置決めされるように選択される。コリメートレンズ２７０及び／又はコリメートレンズ２７０からの光ファイバの所定の距離は、照明光がビームスプリッタ２８４において略完全にコリメートされるように選択することができる。また、ナットは、フェルール２１２を内側キャビティ２６８に固定し、コリメートレンズ２７０から光ファイバ２１８の所定の距離を維持することができる。
【００４５】
また、上述のように、ビームスプリッタ２８４は、ａ）外科用レーザシステム１０５からのレーザエイミング及び治療用ビームを第３のポートアーム２５６及び集光レンズ２７８に向けて反射することと、ｂ）照明光源１１０からの照明光を第３のポートアーム２５６及び集光レンズ２７８に向けて透過することとの両方を行うように構成することができる。
【００４６】
図２Ｂにも示すように、レーザシステムポートアダプタ２５０の第３のポートアーム２５４は、多重光を外科用プローブ１１５に送出するマルチコア光ファイバケーブル１３０のフェルール１３２と結合される。また、集光レンズ２７８は、以下でより詳細に説明するように、照明ビーム及びレーザエイミング／治療用ビームがマルチコア光ファイバケーブル１３０の全長にわたって伝播するように、多重光をマルチコア光ファイバケーブル１３０の終端の界面２９０上に正確に集束させるように選択することができる。
【００４７】
図３は、本開示の特定の実施形態による、レーザ光ビーム及び照明光のマルチスポットパターンを多重化するための方法３００を示す。方法３００は、レーザ光ビームを屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズに向けることによってレーザ光ビームをコリメートすること３０５と、コリメートされたレーザ光ビームを回折光学素子（ＤＯＥ）に向けることによってレーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成すること３１０と、レーザ光ビームのマルチスポットパターンをビームスプリッタに向けること３１５とを伴う。
【００４８】
方法３００はまた、コリメートレンズを用いて照明ビームをコリメートすること３２０と、コリメートされた照明ビームをビームスプリッタに向けること３２５とを伴う。次に、方法３００は、ビームスプリッタを用いて、レーザ光のマルチスポットパターンを、コリメートされた照明ビームと多重化すること３３０を伴う。更に具体的に言うと、場合により、レーザ光のマルチスポットパターンを、コリメートされた照明ビームと多重化することは、ビームスプリッタが外科用レーザシステムからのレーザエイミングビーム及び治療用ビームを集光レンズに向けて反射し、照明光源からの照明光を集光レンズに向けて透過することを伴い得る。
【００４９】
方法３００はまた、以下でより詳細に説明するように、集光レンズにより、レーザ光及び照明光のマルチスポットパターンの多重ビームを外科用ハンドピースのマルチコア光ファイバケーブルとの界面上に集束させること３３５と、その後、レーザ光ビーム及び照明光のマルチスポットパターンの多重ビームを、外科用ハンドピース内のレンズを通して向けること３４０とを伴う。
【００５０】
場合により、白色照明及びレーザエイミングビームの強度を調整して（例えば、それぞれ照明光源及び外科用レーザシステムにおいて）白色に対して適正量のレーザエイミングビームコントラストを提供する一方、十分な白色照明を提供して網膜を簡単に見ることができる。
【００５１】
図１に示し、本明細書中で説明するシステム１００は、別個の外科用レーザシステム及び照明光源を有するモジュール式アプローチを伴う。しかし、場合により、外科用レーザシステム及び照明光源は、単一のモジュールに統合することができ、モジュールは、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成し、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化し、且つ照明光及びレーザ光ビームのマルチスポットパターンを同時に伝送するために多重光ビームを外科用プローブに送出するための適切な光学部品を含むことができる。
【００５２】
図４Ａは、本開示の特定の実施形態による、レーザ源４０５及び照明光源４１０を含む光多重化コンポーネント４０２を含むシステム４００を示す。レーザ源は、略コリメートされたレーザビーム（例えば、赤色エイミングビーム、緑色治療用ビーム）を生成し、レーザビームをビームスプリッタ４８４に向けることができる。また、リニアスライド４５０（又は回転ホイール）は、レーザ源４０５とビームスプリッタ４８４との間のビーム経路に位置決めすることができる。リニアスライド４５０は、レーザ源４０５とビームスプリッタ４８４との間のビーム経路に選択的に摺動することができる複数の光学的特徴を含むことができる。例えば、リニアスライド４５０は、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成する回折光学素子（ＤＯＥ）と、レーザ光が影響を受けずに通過することができ、結果として単一スポットのレーザビームを生じる透明窓又は中空セクションとを含むことができる。
【００５３】
照明光源４１０は、白色ＬＥＤ、ＲＧＢ  ＬＥＤ、キセノンレーザ、励起蛍光体レーザ、ディスクリートレーザ、スーパーコンティニュウムレーザ等であり得る。照明光源は、照明光を生成し、それをコリメートレンズ４７０に対して及びビームスプリッタ４８４に向ける。
【００５４】
ビームスプリッタ４８４は、レーザ源４０５から集光レンズ４７８に向けてレーザエイミング及び治療用ビームの両方を反射し、照明光源４１０から集光レンズ４７８に向けてコリメートされた照明光を透過するように構成することができる。集光レンズ４７８は、以下でより詳細に説明するように、照明ビーム及びレーザエイミング／治療用ビームがマルチコア光ファイバケーブル４３０の全長にわたって及び外科用ハンドピース４１５内に伝播するように、多重光をマルチコア光ファイバケーブル４３０の終端の界面４９０上に正確に集束させるように選択することができる。
【００５５】
図４Ｂは、レーザ源４０５及び照明光源４１０を含む光多重化コンポーネント４０２’を含む別のシステム４００’を示す。ここで、ビームスプリッタ４８４は、多重光ビームが回転ホイール４５０’に入射する前に、レーザ源４０５からのレーザ光及び照明光源４１０からのコリメートされた照明光を多重化することができる。回転ホイール４５０がＤＯＥをビーム経路に位置決めすると、ＤＯＥは、照明光内にレーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成することができる。また、システム４００’は、多重光ビームをマルチコア光ファイバケーブル４３０の終端の界面４９０上に集束させるように集光レンズ４７８を含むことができる。
【００５６】
図４Ｃは、レーザ源４０５を含むレーザ光多重化モジュール４０３と、照明光源４１０を含む照明モジュール４０７とを含む、本開示の特定の実施形態による別のシステム４９９を示す。照明モジュール４０７は、光源４１０からの光をコリメートするコリメートレンズ４０９と、コリメートレンズ４０９からのコリメート光のビーム経路内外に選択的に位置決めすることができるスライド可能ミラー４１１とを含む。スライド可能ミラー４１１がコリメートレンズ４０９からのコリメート光のビーム経路内に位置決めされると、スライド可能ミラーは、コリメート光を光ファイバカップリング４１３及び光ファイバ送出ケーブル４１７に向ける。スライド可能ミラー４１１がコリメートレンズ４０９からのコリメート光のビーム経路外に位置決めされると、コリメート光は、純粋な照明光の送出のために用いられる照明プローブ４２３に結合される光ファイバケーブル４２１に光を集束させる集光レンズ４１９に向けられる。
【００５７】
光ファイバ送出ケーブル４１７は、照明モジュールからの照明光をレーザ光多重化モジュール４０３内のコリメートレンズ４２５に送出する。コリメートレンズ４２５は、照明光をコリメートし、コリメート光をビームスプリッタ４２７に向ける。また、レーザ源４０５は、略コリメートされる（すなわちレーザ光源４０５からのレーザ光の略点源の性質により略コリメートされる）ことをビームスプリッタ４２７に向ける。ビームスプリッタ４２７は、レーザ源によって発せられる波長（例えば、赤色及び緑色レーザ光）に対応する光スペクトルの一部を透過するように構成され、且つ光スペクトルの残りの部分を反射するように構成される。更に具体的に言うと、ビームスプリッタ４２７は、レーザ源４０５からのレーザエイミング及び治療用ビームの両方を反射し、コリメートレンズ４２５からの照明光を透過するように構成することができる。この構成において、ビームスプリッタ４２７は、レーザ源４０５からのレーザ光と照明光源４１０からのコリメート照明光とを効果的に多重化する。多重光ビームは、照明光内にレーザ光ビームのマルチスポットパターンを生成するようにＤＯＥをビーム経路内に選択的に位置決めするリニアスライド４５０に入射する。また、レーザ光多重化モジュール４０３は、外科用ハンドピース４１５への送出のために、多重光ビームをマルチコア光ファイバケーブル４３０の終端の界面４９０上に集束させる集光レンズ４２９を含む。
【００５８】
場合により、光多重化コンポーネント４０２、４０２’及び／又はレーザ光多重化モジュール４０３は、外科処置の態様を制御するための手段を含む外科用コンソールにも統合される。例えば、光多重化コンポーネント４０２、４０２’及び／又はレーザ光多重化モジュール４０３は、硝子体切除プローブに電力を供給し、制御することができ、加圧注入デリバリ及び眼内圧補償を統合することができ、外科用照明を提供すること等ができる、硝子体網膜手術で用いるために構成される外科用コンソール内に統合することができる。また、場合により、光多重化コンポーネント４０２、４０２’及び／又はレーザ光多重化モジュール４０３は、外科用コンソールと一緒に用いることができる独立型モジュールである。
【００５９】
上述のように、集光レンズは、照明ビーム及びレーザエイミング／治療用ビームがマルチコア光ファイバケーブルの全長にわたって及び外科用ハンドプローブに伝播するように、多重光をマルチコア光ファイバケーブルの終端の界面に正確に集束させるように選択することができる。更に具体的に言うと、集光レンズは、照明ビーム及びレーザエイミング／治療用ビームが適切なコアファイバ、マルチコア光ファイバケーブルの全長にわたって伝搬するように、照明ビーム及びレーザエイミング／治療用ビームからの光の結果として生じる光円錐が、マルチコア光ファイバケーブルにおいて用いられる様々なファイバコア及びクラッド材との界面に対する受光角及び開口数（ＮＡ）を有するように選択することができる。
【００６０】
図５Ａは、本開示の幾つかの実施形態によるマルチコア光ファイバケーブル５３０の近位端の平面図を示す。マルチコアファイバケーブル５３０は、比較的大きい直径及び比較的多いＮＡを有する外側コアファイバ５１０の内側において、比較的小さい直径及び比較的少ないＮＡを有する４つの内側コアファイバ５０５を含むことができる。外側コアファイバ５１０は、屈折率（ｎclad1）を有する外側コアクラッド５１５内に含まれ得、内側コアファイバ５０５は、屈折率（ｎclad2）を有する内側コアクラッド５２０内に含まれ得る。また、外側コア５１０は、コア直径（ｄcore2）を有し、内側コア５０５は、コア直径（ｄcore1）を有することができる。
【００６１】
図５Ｂは、本開示の幾つかの実施形態によるマルチコア光ファイバケーブル５３０の終端上の複数の光円錐５３５、５４０、５４５の界面の側面図を示す。図５Ｂのマルチコア光ファイバケーブル５３０は、外側コアファイバ５１０及び２つの内側コアファイバ５０５を示す。画像を明瞭にするために、外側コアクラッド５１５及び内側コアクラッド５２０は、図５Ｂに示されていない。また、表されているのは、照明光円錐５３５の広角部分、照明光円錐５４０の狭角部分及びレーザ光円錐５４５である。集光レンズの選択は、各光円錐の半角に関連している。従って、集光レンズを選択することは、光のＮＡ、光円錐の受光角並びに外側コアファイバ５１０、外側コアクラッド５１５、内側コアファイバ５０５及び内側コアクラッド５２０の材料の屈折率に基づいて集光レンズを選択することを伴い得る。
【００６２】
集光レンズは、所望のビームＮＡとのマルチコアファイバ界面上にレーザ光を集束させるように設計されている。内側コアファイバ５０５及び内側被覆コアクラッド５２０の屈折率は、内側コアのＮＡがビームのＮＡ以上であり、それにより、それらが内側コアファイバ５０５の長さにわたって伝搬する際に内側コア領域内のビームの閉じ込めを確実にするように、ＮＡ計算（以下に示す）に従って選択される。
【００６３】
再度図５Ａを参照すると、外側コアファイバ５１０の屈折率（ｎcore2）は、外側コアクラッド５１５の屈折率（ｎclad2）よりも大きい。また、各内側コアファイバ５０５の屈折率（ｎcore1）は、内側コアクラッド５２０の屈折率（ｎclad1）よりも大きい。更に、それぞれ又は内側コアファイバ５０５の屈折率（ｎcore1）は、外側コアクラッド５１５の屈折率（ｎclad1）よりも大きい。
【００６４】
外側コアファイバ５１０及び外側コアクラッド５１５のための開口数（ＮＡ2）は、以下のように計算することができる。
【数１】
2021505314.tif 000003
【００６５】
同様に、内側コアファイバ５０５及び内側コアクラッド５２０のための開口数（ＮＡ1）は、以下のように計算することができる。
【数２】
2021505314.tif 000004
【００６６】
本開示の幾つかの実施形態において、外側コアファイバ５１０、外側コアクラッド５１５、内側コアファイバ５０５及び内側コアクラッド５２０の材料は、ＮＡ2がＮＡ1よりもはるかに大きいように選択される。特定の実施形態において、外側コアは、略１．４６の指数を有する非ドープの溶融シリカであり得る。
【００６７】
また、幾つかの実施形態において、赤色エイミングレーザビームは、約０．０４４のＮＡを有し、緑色治療用レーザビームは、約０．０６５７のＮＡを有する。従って、内側コアファイバ５０５のための開口数（ＮＡ1）が０．０６５７よりも大きければ、赤色及び緑色レーザビームは、それらがプローブに伝搬する際に内側コア５０５内に閉じ込められたままとなる。そのため、外側コア５１０のために用いられる０．２２のＮＡを有するシリカファイバは、レーザビームを閉じ込め得る。
【００６８】
また、照明光は、約０．６３のＮＡを有することができ、コア直径は、ｄcore2をアンダーフィル又は一致するように構成することができる。外側コアファイバ５１０及び外側コアクラッド５１５のための開口数（ＮＡ2）は、例えば、ホウケイ酸ファイバ構造のＮＡ≧０．６３を有するように設計することができる。
【００６９】
照明ビームのエタンデュが外側コア５１０のエタンデュよりも大きい場合、外側コア５１０への結合効率は、集光レンズの焦点距離の選択に関係なく、１００パーセント未満である。しかし、照明ビームのエタンデュ（照明ビームの角度幅とスポット幅の積）が外側コア５１０のエタンデュよりも小さい場合、集光レンズの焦点が正しく設計されていれば、１００パーセントの結合効率（フレネル反射損失を無視）が生じる可能性がある。集光レンズが短すぎる焦点を有すると、集束ビームは、コア５１０のＮＡよりも大きいＮＡを有する可能性があり、結合効率が低下する可能性がある。集光レンズが長すぎる焦点距離を有すると、集束したビームの直径は、５１０の直径よりも大きい可能性があり、結合効率が低下する可能性がある。しかし、ビームＮＡがファイバＮＡ以下であり、ビーム径がファイバコア径以下になるように集光レンズの焦点距離が調整されると、１００パーセント又は１００パーセント近くの結合効率が生じる可能性がある。
【００７０】
従って、照明ビームは、空間的にも角度的にも外側コア５１０をアンダーフィルする可能性があり、これにより結合効率の損失なく空間的及び角度的不整合を可能にする。また、照明ビームＮＡは、＞＞ＮＡ１であるため、軸外光線は、光線がマルチコア光ファイバケーブル５３０の長さにわたって伝搬するにつれて、内側コア５０５及び内側コアクラッド５２０の内外を頻繁に通過することができる。
【００７１】
図５Ｃは、本開示の幾つかの実施形態によるマルチコア光ファイバケーブル５５０の断面図を示す。マルチコアファイバケーブル５５０は、直径３００マイクロメートル及び０．４７のＮＡを有する非ドープ溶融シリカ外側コアファイバ５１０の内側に直径７５マイクロメートル及び０．２２の開口数（ＮＡ）を有する４つの溶融シリカ内側コアファイバ５０５を含む。外側コアファイバ５１０は、厚さ２５マイクロメートルを有する低屈折率ポリマークラッド５１５内に含まれ得、内側コアファイバ５０５は、厚さ１５マイクロメートルを有するフッ素ドープ溶融シリカ内側コアクラッド５２０内に含まれ得る。マルチコア光ファイバケーブル５５０は、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）コーティング５７５に更に含まれ得る。
【００７２】
４つの溶融シリカ内側コアファイバ５０５は、５３２ナノメートルにおいて１．４６の屈折率を有する。非ドープ溶融シリカ外側コアファイバ５１０は、５３２ナノメートルにおいて１．４６の屈折率を有する。フッ素ドープ溶融シリカ内側コアクラッド５２０は、５３２ナノメートルにおいて１．４４３３の屈折率を有することができる。低屈折率ポリマークラッド５１５は、５３２ナノメートルにおいて１．３８２２８の屈折率を有することができる。
【００７３】
図５Ｄは、赤色レーザエイミングビームスポット及び緑色レーザ治療用ビームスポットが内側コア５０５と並び、照明光ビームスポットが外側コア５１０と並んだマルチコア光ファイバケーブルの近位界面端を示す。図５Ｅは、３つのビームの全てがそれらのそれぞれのコアを完全に空間的に満たすように広がったマルチコア光ファイバケーブルの遠位端を示す。図５Ｆ〜５Ｌは、マルチコア光ファイバケーブルを通る多重光の伝播を示す。
【００７４】
図５Ｆは、赤色レーザエイミングビームスポット及び緑色レーザ治療用ビームスポットが内側コア５０５と並んだマルチコア光ファイバケーブルの近位界面端を示す。図５Ｇは、マルチコア光ファイバケーブルの長さにわたって伝搬するレーザ光のマルチスポットパターンからの２つの光円錐を示す（画像を明瞭にするために多重化された照明光が発せられている）。図５Ｈは、内側コア５０５を完全に空間的に満たすように広がったレーザビームを示す。同様に、図５Ｉは、レーザビームが内側コア５０５を完全に空間的に満たすように広がったマルチコア光ファイバケーブルの遠位端を示す。
【００７５】
図５Ｊは、照明光スポットが外側コア５１０と並んだマルチコア光ファイバケーブルの近位界面端を示す。図５Ｋは、光円錐が光円錐の狭い半角部分及び広い半角部分を含む照明光の光円錐を示す（画像を明瞭にするためにレーザ光ビームの多重化マルチスポットパターンが発せられている）。光円錐の狭い半角部分は、外側コア５１０の長さを伝播するが、内側コア５０５から除外されている。照明光円錐の広い半角部分は、外側コア５１０及び内側コア５０５の長さを満たしている。
【００７６】
図５Ｌは、外側コア５１０を完全に空間的に満たすように広がった照明ビームを示す。同様に、図５Ｍは、照射ビームが外側コア５１０及び内側コア５０５にわたって広がったマルチコア光ファイバケーブルの遠位端を示す。
【００７７】
図５Ｎは、本技術の幾つかの実施形態による別のマルチコア光ファイバケーブル５８０の断面図を示す。マルチコアファイバケーブル５８０は、直径３００マイクロメートル及び０．４７のＮＡを有する非ドープ溶融シリカ外側コアファイバ５９０の内側に直径７５マイクロメートル及び０．２２の開口数（ＮＡ）を有する４つのゲルマニウムドープシリカ内側コアファイバ５８５を含む。外側コアファイバ５９０は、厚さ２５マイクロメートルを有する低屈折率ポリマークラッド５９５内に含まれ得る。マルチコア光ファイバケーブル５８０は、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）コーティング５７６に更に含まれ得る。
【００７８】
４つのゲルマニウムドープシリカ内側コアファイバ５８５は、５３２ナノメートルにおいて略１．４７６４８の屈折率を有する。非ドープ溶融シリカ外側コアファイバ５９０は、５３２ナノメートルにおいて１．４６の屈折率を有する。低屈折率ポリマークラッド５９５は、５３２ナノメートルにおいて１．３８２２８の屈折率を有することができる。
【００７９】
マルチコア光ファイバケーブルの特定の寸法形状を本明細書中で明示的に示す一方、本開示の利点を有する当業者は、マルチコア光ファイバケーブルに対する多様な構成が可能であることを容易に正しく認識するであろう。図５Ａ〜５Ｎに示す構成において、マルチコア光ファイバの遠位端における白色照明スポットは、レーザスポットの２×２配列よりも幾らか大きい。場合により、網膜治療ターゲット領域及び幾つかの周囲網膜の両方に照明を提供し、照明スポットが白色光を相当に収束させておくのに十分小さいため、この寸法形状が望まれる。また、寸法形状は、比較的小さいコア径のファイバにより網膜において適切な白色放射照度を可能にする。更に、上で説明したように、白色照明及びレーザエイミングビームの強度を調整して（例えば、それぞれ照明光源及び外科用レーザシステムにおいて）白色に対して適正量のレーザエイミングビームコントラストを提供する一方、十分な白色照明を提供して網膜を簡単に見ることができる。
【００８０】
本技術の幾つかの実施形態において、マルチコア光ファイバケーブルの遠位端は、患者の目に挿入される外科用ハンドプローブのチップ内で終端する。外科用ハンドプローブのチップは、多重ビームを患者の解剖学的構造、例えば網膜上に画像化するレンズも含むことができる。
【００８１】
図６Ａは、本開示の幾つかの実施形態による外科用ハンドプローブのチップ６０５の展開側面図を示す。プローブチップ６０５は、カニューレ遠位端６３０を有するカニューレ６３５（例えば、ステンレス鋼カニューレ）と、マルチコア光ファイバ６１０及びレンズ６１５を含むプローブチップとを含むことができる。レンズ６１５は、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズであり得、エアギャップ６２５は、ＧＲＩＮレンズ６１５とマルチコア光ファイバ６１０の遠位端との間で開口されたままにすることができる。エアギャップ６２５は、マルチコア光ファイバ６１０から発せられた光がＧＲＩＮレンズ６１５に入射する前にある程度の広がりを経験し、ＧＲＩＮレンズ６１５が患者の解剖学的構造上に光を投影するような大きさにすることができる。
【００８２】
場合により、エアギャップは、マルチコア光ファイバ６１０の遠位端とレンズ６１５の近位端との間に許されない。ここで、マルチコア光ファイバ６１０及びレンズ６１５は、正の圧力により互いに実質的に接合されてエアギャップ許容差の問題を回避し、周辺の軸外光線が軸から十分に遠くまで移動してＧＲＩＮレンズの円筒形側壁から反射する可能性を低減することができる。しかし、ＧＲＩＮレンズの代わりに従来のレンズを用いることは、マルチコア光ファイバ６１０とレンズ６１５との間のエアギャップを伴って光を適切に集束させる。
【００８３】
場合により、レンズ６１５は、光学接着剤６２０によってプローブチップ６０５内に固定される。図６Ａに示すように、緑色の５３２ｎｍレーザ光のマルチスポットパターンは、カニューレ遠位端６３０から４ミリメートルに位置する網膜組織に照射される。
【００８４】
図６Ｂは、本開示の幾つかの実施形態による外科用ハンドプローブの別のチップ６４０の展開側面図を示す。再度、プローブチップ６４０は、カニューレ遠位端６５０を有するカニューレ６４５と、マルチコア光ファイバ６５５及びレンズ６６０を含むプローブチップとを含むことができる。図６Ｂに示すレンズ６６０は、平凸ガラスレンズである。また、平凸レンズ６６０は、保持機能６６５によってカニューレ６３５に固定される。再度、エアギャップ６７０は、マルチコア光ファイバ６５５から発せられた光が平凸レンズ６６０に入射する前にある程度の広がりを経験し、平凸レンズ６６０が患者の解剖学的構造上に光を投影するような大きさにすることができる。
【００８５】
図７は、本開示の特定の実施形態による、レーザ光ビーム及び照明光のマルチスポットパターンの多重ビームの画像を作成する方法７００を示す。方法は、上で説明したように、マルチコア光ファイバケーブルのための材料を選択して、ファイバケーブルの長さにわたって伝搬する際に様々なコア領域内におけるビームの閉じ込めを確実にすること７０５を伴う。方法７００はまた、レーザ源からのレーザ光ビームの開口数及び照明光源からの照明光ビームの開口数を特定すること７２５と、マルチコア光ファイバケーブルの界面へのレーザ光ビーム及び照明ビームの多重化マルチスポットパターンを集束させるように集光レンズを選択すること７３０とを伴う。
【００８６】
次いで、方法７００は、レーザ光ビームのマルチスポットパターンを照明光ビームと多重化すること７３５と、レーザ光ビーム及び照明ビームの多重化マルチスポットパターンをマルチコア光ファイバケーブルの界面に集束させること７４０と、レーザ光ビーム及び照明光のマルチスポットパターンの多重ビームを外科用ハンドピース内のレンズを通して向けること７４５とを伴う。
【００８７】
上で説明したように、マルチコア光ファイバケーブルのための多様な構成が可能である。例えば、非干渉性白色光照明光源は、白色レーザシステム（例えば、スーパーコンティニュームレーザシステム）で置き換えることができる。この場合、白色レーザビームのエタンデュは、ナノファイバのエタンデュよりも小さく、ナノファイバに効率的に結合することができる点で十分に小さいため、上で説明したようなマルチコア光ファイバケーブルは、多重化されたレーザエイミング及び治療用ビーム並びに白色レーザ照明を送出するために用いることができる。
【００８８】
図８Ａ〜８Ｄは、レーザエイミング及び治療用ビーム並びに照明光を多重化するためのシステムの別の実施例を示す。図８Ａは、多重化されたレーザエイミング及び治療用ビーム並びにレーザ照明光ビームを送出するためのマルチルーメンチューブ８００の端面図を示す。マルチルーメンチューブ８００は、中央ナノファイバ８０５と、マルチルーメンチューブ８００内に含まれるガラスレーザファイバ８１０のアレイとを含む。中央ナノファイバ８０５は、白色レーザビームを担持するための多数のＮＡファイバであり得、ガラスレーザファイバ８１０は、レーザエイミング及び治療用ビーム（例えば、赤色エイミングビーム及び緑色治療用ビーム）を担持するための小径、少数のＮＡガラスファイバであり得る。場合により、中央ナノファイバ８０５は、構造支持のための極小、剛性、円筒形又は正方形、黒色の吸光又は反射型カニューレ内に密閉することができ、任意選択的に構造支持のための集束レンズ（下で説明する）にも同様に取り付けることができる。
【００８９】
図８Ｂ〜８Ｃにおいて示すように、レーザエイミング及び治療用ビーム並びにレーザ照明光ビームのそれぞれは、それらのそれぞれのファイバコアを近位端において空間的にアンダーフィルするが（図８Ｂ）、遠位端においてそれらのコアを完全に充填する（図８Ｃ）。この場合、網膜においてマルチスポットレーザビームパターンよりも空間的に大きい白色レーザ照明ビームを有するために、ナノファイバ８１５の遠位端８２０が、図８Ｄに示すように、集束レンズ８３０（例えば平凸レンズ）の近位端又はその近傍になるまで、ナノファイバ８１５の遠位端８２０をマルチルーメンチューブ８００内のガラスファイバ８１０のアレイの遠位端８２５を越えて延在させる必要がある。
【００９０】
上で開示した主題は、例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨及び範囲内に入る全てのかかる修正形態、改良形態及び他の実施形態を網羅することを目的としている。従って、法により許可される最大限の範囲で、本開示の適用範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の最も広範に許容される解釈によって特定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限又は限定されるべきではない。
【図１】
2021505314.tif 000005
【図２Ａ】
2021505314.tif 000006
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｂ】
2021505314.tif 000009
【図４Ｃ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ−５Ｇ】
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【図５Ｈ−５Ｋ】
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【図５Ｌ−５Ｎ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
2021505314.tif 000017
【図７】
2021505314.tif 000018
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【国際調査報告】
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