ХИРУРГИЧЕСКИЙ ОСВЕТИТЕЛЬ С РЕГУЛИРУЕМЫМ УГЛОМ Российский патент 2011 года по МПК A61F9/07 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

В соответствии с §119 раздела 35 Кодекса законов США, по настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США №60/731,942, поданной 31 октября 2005 г., содержание которой целиком включено в настоящую заявку путем отсылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в общем к хирургическим инструментам. В частности настоящее изобретение относится к хирургическим инструментам для освещения зоны во время офтальмологической хирургической операции. В частности также настоящее изобретение относится к широкоугольному осветителю небольшого размера с регулируемым углом для освещения операционного поля.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В офтальмологической хирургии, и в частности в витреоретинальной хирургии, желательно применять широкоугольную хирургическую микроскопическую систему для наблюдения как можно большего участка сетчатки. Широкоугольные объективы для подобных микроскопических систем существуют, но они требуют более широкого освещаемого поля, чем поле, обеспечиваемое конусом освещения типичного волоконно-оптического зонда. В результате разработаны различные технологии для создания расходимости пучка относительно некогерентного света, обеспечиваемого волоконно-оптическим осветителем. Таким образом, упомянутые известные из уровня техники широкоугольные осветители могут освещать большие участки сетчатки, что и необходимо для современных широкоугольных хирургических микроскопических систем. Однако современные известные широкоугольные осветители имеют несколько недостатков.

Одним недостатком, свойственным некоторым известным широкоугольным осветителям для офтальмологической хирургии, является согласование показателя преломления света жидкой частью стекловидного тела с показателем преломления света линзы осветителя, которая приходит в контакт с жидкой частью стекловидного тела. Контакт жидкой части стекловидного тела со светопреломляющей поверхностью светорассеивающей линзы подобных известных систем приводит к не совсем оптимальной рефракции света из-за модуляции показателя преломления, обусловленного жидкой частью стекловидного тела. В патенте США №5624438, «Retinal Wide-Angle Iluminator For Eye Surgery», выданном Р. Скотту Тернеру (R. Scott Turner), предлагается система для устранения эффекта согласования показателя преломления путем использования большого ступенчатого изменения показателя преломления за счет наличия воздушного зазора в промежутке. Воздушный зазор присутствует между дистальным концом оптического волокна и светопреломляющей поверхностью линзы осветителя. Поэтому свет, исходящий из световода (т.е. оптического волокна), будет испытывать угловую дисперсию без какой-либо модуляции показателя преломления, вызываемой контактом с жидкой частью стекловидного тела, до того, как проходит через светопреломляющую поверхность линзы осветителя.

Другим недостатком современных широкоугольных осветителей являются блики. Блик возникает, когда источник освещения является небольшим и ярким и пользователь (например, хирург-офтальмолог) направляет линию взгляда на небольшой яркий источник освещения. Блик является нежелательным побочным излучением, которое не дает никакого полезного освещения и либо отвлекает наблюдателя, либо делает неразличимым объект наблюдения. В современном широкоугольном осветителе блик можно скорректировать, но обычно только путем уменьшения общего светового потока для освещения, что уменьшает количество света, доступного для наблюдения хирургом. Например, «игольный зонд», изготавливаемый компанией Alcon Laboratories, Inc., Fort Worth, шт.Техас, обеспечивает широкоугольное освещение с использованием иглообразного волокна, имеющего диффузно обработанную поверхность для рассеяния света, исходящего из дистального конца оптического волокна. Для ослабления блика игольный зонд может использовать геометрический экран, что уменьшает угол освещения вследствие уменьшения общего доступного светового потока.

Дополнительный недостаток известных широкоугольных осветителей состоит в том то, что они не обеспечивают изменения в реальном времени угла освещения (угловой расходимости) источника света для регулировки освещения в разных условиях в пределах операционного поля.

Поэтому существует потребность в широкоугольном осветителе с регулируемым углом, который может ослабить или исключить проблемы, связанные с известными широкоугольными осветителями, в частности проблему регулирования угловой расходимости испускаемого света в реальном времени.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления широкоугольного хирургического осветителя с регулируемым углом в соответствии с настоящим изобретением, по существу, удовлетворяют упомянутым и другим требованиям. Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой малогабаритную хирургическую систему с регулируемым углом освещения, содержащую: источник света для обеспечения светового пучка; оптический кабель, оптически связанный с источником света, для приема и передачи светового пучка; наконечник, соединенный при функционировании с оптическим кабелем; оптическое волокно, соединенное при функционировании с наконечником, при этом оптическое волокно оптически связано с оптическим кабелем для приема и передачи светового пучка; оптический блок, оптически связанный с дистальным концом оптического волокна, для приема светового пучка и обеспечения светового пучка для освещения зоны; и канюлю, соединенную при функционировании с наконечником и оптическим блоком, для вмещения и направления оптического блока.

Оптический блок может содержать волокно/диффузор из полимера с диспергированным жидким кристаллом («PDLC»)/стеклянную иглу или вложенный комбинированный параболический фокусирующий концентратор («CPC») конус. В варианте осуществления с PDLC-диффузором/стеклянной иглой волокно может представлять собой стандартное оптическое волокно с эндоосветителем, с числовой апертурой 0,50 или аналогичной величины. Световой пучок от источника света передается оптическим волокном и испускается из дистального конца оптического волокна и подается в PDLC-диффузор для дальнейшей передачи и диффузного рассеяния светового пучка. Степень диффузного рассеяния светового пучка на PDLC-диффузоре можно регулировать электрическим способом и можно изменять от степени, соответствующей отсутствию рассеяния, до очень высокой степени диффузного рассеяния. После прохождения сквозь PDLC-диффузор световой пучок подается в оптическую иглу или волокно (например, из стекла), которая(ое) передает световой пучок для освещения требуемой зоны, например операционного поля в глазу.

В варианте осуществления с CPC-конусом дистальный конец оптического волокна заканчивается в CPC-конусе с геометрией, которая обеспечивает угловую расходимость света до большого внеосевого угла и испускание света из дистального конца канюли с высокой эффективностью. Почти весь световой пучок выходит из оптического волокна и CPC-конуса через плоский торец дистального конца. Охватываемый CPC-конус разделен с усеченным охватывающим CPC-конусом небольшим воздушным зазором. Когда охватываемый и охватывающий CPC-конусы сводятся до создания оптического контакта, свет из охватываемого CPC-конусного элемента свободно распространяется в охватывающий CPC-конусный элемент, и получаемый свет испускается с намного меньшей угловой расходимостью.

Канюля, оптический блок и наконечник могут быть изготовлены из биосовместимых материалов. Оптический кабель может содержать первый оптический соединитель, имеющий рабочее соединение с источником света, и второй оптический соединитель, имеющий рабочее соединение с наконечником (для оптической связи оптического кабеля с оптическим волокном, вмещенным в наконечник и канюлю). Данные соединители могут быть оптоволоконными соединителями по стандарту. Оптический блок, оптическое волокно и оптический кабель (например, оптические волокна в оптическом кабеле) могут иметь совместимый калибр, чтобы передавать световой пучок от источника света к операционному полю. Например, все три элемента могут иметь равный калибр.

Другие варианты осуществления могут содержать способ для широкоугольного освещения операционного поля с использованием широкоугольного осветителя в соответствии с принципами настоящего изобретения и вариант осуществления хирургического наконечника с осветителем, имеющим регулируемый угол, в соответствии с настоящим изобретением для применения в офтальмологической хирургии. Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть включены в хирургический аппарат или систему для применения в офтальмологической или другой хирургии. Специалистам в данной области техники будут очевидны другие применения широкоугольного осветителя с переменным углом, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВИДОВ НА ЧЕРТЕЖАХ

Более полное представление о настоящем изобретении и его преимуществах можно получить из нижеприведенного описания, взятого в связи с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые детали и где:

фиг.1 - схематическое представление одного варианта осуществления системы регулируемого широкоугольного освещения в соответствии с принципами настоящего изобретения;

фиг.2 - схематическое представление варианта осуществления оптического волокна/PDLC-диффузора в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3A и 3B - увеличенные виды PDLC-диффузора, показанного на фиг.2;

фиг.4 и 5 - схематические представления варианта осуществления осветителя с регулируемым углом в форме оптического блока вложенных CPC-конусов в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6 - схема, показывающая применение одного варианта осуществления осветителя с регулируемым углом в соответствии с изобретением в офтальмологической хирургии; и

фиг.7 - схема, показывающая вариант осуществления регулировочного средства 40 в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.8 - блок-схема последовательности операций, показывающая этапы одного варианта осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения показаны на фигурах, на которых одинаковые цифровые позиции применяются для обозначения одинаковых и соответствующих частей на различных чертежах.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают малогабаритное (например, с калибром 19, 20 или 25) оптоволоконное эндоосветительное устройство для применения в хирургических процедурах, например, при витреоретинальной хирургии или хирургии заднего сегмента. Варианты осуществления настоящего изобретения могут содержать наконечник, например наконечник Alcon-Grieshaber Revolution-DSP™, продаваемый компанией Alcon Laboratories, Inc., Fort Worth, шт.Техас, присоединенный к малокалиберной канюле (например, калибра 19, 20 или 25). Внутренний размер канюли может служить для вмещения одного или множества оптических волокон и/или диффузного оптического элемента в соответствии с принципами настоящего изобретения. Варианты осуществления широкоугольного осветителя могут быть выполнены для применения в общей области офтальмологической хирургии. Однако специалисты в данной области техники должны понимать и представлять себе, что объем настоящего изобретения не ограничен офтальмологией, а применим, в общем смысле, к другим областям хирургии, в которых может потребоваться освещение с широким углом и/или регулируемым углом.

Вариант осуществления широкоугольного осветителя с регулируемым углом в соответствии с изобретением может содержать светорассеивающий оптический блок, ствол и наконечник, изготовленные из биосовместимых полимерных материалов, например, инвазивный участок широкоугольного осветителя является одноразовым хирургическим изделием. Варианты осуществления настоящего изобретения, изготовленные из биосовместимых полимерных материалов, можно встраивать в недорогой шарнирно-сочлененный механизм наконечника, чтобы данные варианты осуществления могли содержать недорогой одноразовый осветительный инструмент.

Варианты осуществления настоящего изобретения в форме диффузора на полимере с диспергированным жидким кристаллом (PDLC-диффузора) базируются на принципе, что молекулы жидкого кристалла поворачиваются под действием электрического поля. В отсутствие электрического поля молекулы жидкого кристалла ориентированы беспорядочно, и слой PDLC является сильно диффузно рассеивающим. При приложении и усилении электрического поля молекулы жидкого кристалла выстраиваются в большей степени параллельно направлению электрического поля. При достаточной высокой напряженности электрического поля молекулы жидкого кристалла выстраиваются в одном направлении, и слой PDLC является, по существу, нерассеивающим.

Варианты осуществления настоящего изобретения в форме вложенных CPC-конусов (комбинированных параболических фокусирующих конусов) базируются на принципе, что свет удерживается внутри CPC-конуса вследствие полного внутреннего отражения лучей на границе раздела поверхность/воздух. Таким образом, поскольку охватываемый CPC-конус в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения окружен воздухом, свет, распространяющийся внутри CPC-конуса, будет удерживаться внутри охватываемого CPC-конуса и направляться с сужением к концу CPC-конуса, при этом свет будет испускаться из дистального конца конуса с широким углом расходимости. Однако если воздушный зазор между охватываемым и охватывающим CPC-конусами устраняется (например, приведением в контакт охватываемого и охватывающего CPC-конусов), то свет, проходящий внутри охватываемого CPC-конуса, больше не будет удерживаться внутри охватываемого CPC-конуса и испытывать его сужающее действие. Тогда некоторая часть света будет проходить в охватывающий CPC-конус, и свет, испускаемый из дистального конца оптического блока, будет иметь намного меньшую угловую расходимость.

На фиг.1 схематически представлена хирургическая система 2, содержащая наконечник 10 для доставки пучка света из источника 12 света по кабелю 14 в ствол (канюлю) 16. Кабель 14 может быть волоконно-оптическим кабелем любого калибра, известного в данной области техники, но в предпочтительном варианте кабель содержит волокно калибра 19, 20 или 25. Кроме того, кабель 14 может содержать единственное оптическое волокно или множество оптических волокон, оптически связанных для приема и пропускания света от источника 12 света в оптическое волокно 22 внутри ствола 16 через наконечник 10. Наконечник 10 и ствол 16 выполнены с возможностью вмещения оптического волокна 22 и диффузно рассеивающего оптического блока, оптически связанного с волокном 22 и выполняющего функцию приема света от источника 12 света и его пропускания для освещения требуемой зоны, например операционного поля. Варианты осуществления оптического блока 50 (200) более четко показаны на фиг.2-4. Согласующая система 32 может содержать оптоволоконный соединитель на каждом конце кабеля 14 для оптического сопряжения источника 12 света с оптическим волокном 22/14 внутри наконечника 10, как более полно описано ниже.

На фиг.2 схематически представлен вариант осуществления настоящего изобретения в форме оптического волокна/PDLC-диффузора/оптической иглы. Оптический блок 50 содержит PDLC-диффузор 100 и оптическую иглу 102. PDLC-диффузор 100 может содержать слой 150 жесткого полимера (например, пластика), в котором диспергировано множество жидкокристаллических капель 152, прозрачный (например, из оксида индия и олова) проксимальный электрод 154 на входном торце (проксимальном) полимерного слоя 150 и прозрачный дистальный электрод 156 на выходном (дистальном) торце полимерного слоя 150, как показано на фиг.3A и 3B. В отсутствие электрического поля (фиг.3A) молекулы жидкого кристалла внутри каждой жидкокристаллической капли 152 ориентированы беспорядочно. В данном состоянии эффективный показатель преломления каждой капли существенно отличается от данного показателя окружающего жесткого полимера. Поэтому имеет место сильное отражение и преломление (а также диффузное рассеяние) входящего света 160 от источника 12 света на поверхности раздела капля/полимер. Совокупным макроскопическим эффектом является сильное диффузное рассеяние света 160, проходящего через PDLC-диффузор 100. Однако, когда на полимерный слой PDLC-диффузора 100 подается напряжение (фиг.3B), молекулы жидкого кристалла внутри каждой жидкокристаллической капли 152 начинаются выстраиваться параллельно электрическому полю. Когда это происходит с молекулами, эффективный показатель преломления жидкокристаллических капель 152 начинает достигать показателя преломления окружающего полимерного слоя 150, и результирующее диффузного рассеяние проходящего светового пучка 160 становится менее сильным. Когда подаваемое напряжение увеличивается, рассеяние PDLC-диффузором 100 ослабевает. Когда достигается пороговое напряжение, рассеяние PDLC-диффузором 100 приближается к нулевому, и PDLC-диффузор 100 становится, по существу (почти), прозрачным.

Рассеянный свет, испускаемый из дистального торца PDLC-диффузора 100, распространяется в цилиндрическую иглу 102 (или оптическое волокно 102 со снятой оболочкой). Игла 102 может быть стеклянной иглой/оптическим волокном. Игла 102, когда окружена воздухом, имеет NA (числовую апертуру) около 1 и может ограничивать световой пучок с углом полураствора до приблизительно 90 градусов. Поэтому, даже при максимальном рассеянии PDLC-диффузором 100, по существу, весь диффузно рассеянный свет, пропущенный в иглу 102, может передаваться иглой 102 к ее дистальному концу. Игла 102 заключена в стволе 16, который может быть выполнен из стали. На дистальный конец сборки иглы 102/канюли 16 можно нанести оптический клей 106, чтобы механически соединить иглу 102 со стволом 16 и обеспечить воздушный зазор 104 вокруг иглы 102 внутри ствола 16 путем создания препятствия попаданию жидкости из глаза в пространство между иглой 102 и стволом 16. Чтобы не допустить контакта иглы 102 со стволом 16 в, по меньшей мере, одном месте, на поверхность иглы 102 можно нанести небольшое число стеклянных или пластиковых разделительных шариков 170 (обычно применяемых в производстве жидкокристаллических дисплеев) перед вставкой иглы 102 в ствол 16. Разделительные шарики 170 будут поддерживать иглу 102 раздельно со стволом 16, и считается, что потери света из-за рассеяния на каждом разделительном шарике 170 являются пренебрежимо малыми.

Электрическое поле, подаваемое на PDLC-диффузор 100, можно регулировать любым средством, известным специалистам в данной области техники, чтобы регулировать ток в электронном устройстве. Например, в наконечнике 10 можно применить скользящий механизм в форме механизма (переключателя) реостатного типа или некоторое другое электронное средство управления, например педальный регулятор, который известен специалистам в данной области техники. Электронное средство управления электрическим полем может обеспечивать хирургу возможность непрерывно изменять в реальном времени угловую расходимость света, испускаемого из осветителя, в интервале между узким полем зрения (при максимальной прозрачности PDLC-диффузора 100) и очень широким полем зрения (при максимальном диффузном рассеянии PDLC-диффузором 100).

На фиг.4 и 5 схематически представлен вариант осуществления настоящего изобретения в форме оптического блока вложенных CPC-конусов для регулирования угловой расходимости света, испускаемого из осветителя. В данном варианте осуществления оптический блок 200 содержит охватываемый CPC-конусный элемент 250, вложенный в охватывающий CPC-конусный элемент 252, при этом охватываемый CPC-конусный элемент 250 и охватывающий CPC-конусный элемент 252 являются взаимно перемещаемыми один относительно другого. Оптический блок 200 вложенных CPC-конусов оптически связан с дистальным концом оптического волокна 22/14 и предназначен для испускания, по существу, всего входящего света из плоского торца 210 дистального конца оптического блока 200 (из боковой поверхности испускается очень мало света), испускания света в пределах полуугла до приблизительно 90 градусов и испускания света с очень высокой эффективностью. Свет, проходящий через охватываемый CPC-конусный элемент 250, остается внутри CPC-конусного элемента 250 благодаря полному внутреннему отражению на поверхности раздела полимер/воздух на боковой стенке охватываемого CPC-конусного элемента 250. Сужающийся охватываемый CPC-конусный элемент 250 вынуждает свет сходиться и увеличивать свою угловую расходимость, пока свет не будет испущен из торца 210 дистального конца в пределах широкого угла.

Широкая угловая расходимость света, испускаемого из охватываемого CPC-конусного элемента 250, зависит от наличия воздуха вокруг CPC-конусного элемента 250 (т.е. от границы раздела конуса-воздуха). Поэтому если воздушный зазор 254 между охватываемым CPC-конусным элементом 250 и охватывающим CPC-конусным элементом 252 отсутствует, то обеспечить широкую угловую расходимость света охватываемым CPC-конусным элементом 250 невозможно. Единственный способ устранения воздушного зазора 254 показан на фиг.4 и 5. Охватываемый CPC-конусный элемент 250 вложен в немного усеченный охватывающий CPC-конусный элемент 252, с регулируемой шириной воздушного зазора 254 между ними. На фиг.4 охватываемый CPC-конусный элемент 252 находится в выдвинутом положении, в котором должен существовать воздушный зазор 254 между двумя CPC-конусными элементами 250 и 252 и что приводит к широкому по углу пучку света 270, испускаемому из торца 210 дистального конца охватываемого CPC-конусного элемента 250. На фиг.5 охватываемый CPC-конусный элемент 252 показан в отведенном положении, в контакте с охватываемым CPC-конусным элементом 250. Воздушный зазор 254 между CPC-конусными элементами отсутствует, когда охватывающий CPC-конусный элемент 252 отведен полностью. В данном случае два CPC-конусных элемента 250 и 252 действуют в оптическом отношении, как если бы между ними не было соединения, и они являются фактически одним неконическим цилиндрическим оптическим элементом. Результирующий пучок испускаемого света 272 является узким по углу, с приблизительно такой же шириной по углу, как при испускании из оптического волокна 22/14 без оптического блока 200 CPC-конусов.

Когда лучи светового пучка, пропускаемого по оптическому волокну 14/22 и CPC-конусному элементу 250, отражаются от поверхности раздела конуса/воздуха внутри охватываемого CPC-конусного элемента 250, создается затухающая волна, которая распространяется на очень небольшое расстояние (например, микрометры) за границу раздела поверхности CPC-конуса и воздуха и в окружающую воздушную среду. Пока поверхность охватывающего CPC-конусного элемента 252 остается за пределами области распространения затухающей волны, то в охватываемом CPC-конусном элементе 250 будет происходить полное внутреннее отражение. Если же охватывающий CPC-конусный элемент 252 находится достаточно близко к тому, чтобы его поверхность вошла в область распространения затухающей волны, то некоторая часть световой энергии будет проходить в охватывающий CPC-конусный элемент 252 в виде распространяющейся волны. По мере того как воздушный зазор 254 между CPC-конусными элементами уменьшается, количество света, проходящего в охватывающий CPC-конусный элемент 252, увеличивается. Когда воздушный зазор 254 устраняется, по существу, 100% проходящего света будет проходить в охватывающий CPC-конусный элемент 252 из охватываемого CPC-конусного элемента 250. Поэтому продольное перемещение охватывающего CPC-конусного элемента 252 всего на очень короткое расстояние вдоль оптической оси будет вызывать переключение испускаемого света из состояния максимальной угловой расходимости в состояние минимальной угловой расходимости. Теоретически можно регулировать воздушный зазор 254 для получения промежуточной расходимости пучка где-то между двумя пределами, но практически решение этой задачи может быть очень сложным, так как расходимость пучка очень чувствительна к ширине воздушного зазора в переходной области.

В одном варианте осуществления охватывающий CPC-конусный элемент 252 может иметь рабочее соединение, т.е. соединяться при функционировании со стволом 16, который охватывает весь оптический блок 200 из оптического волокна 22(14)/CPC-конуса. В подобном варианте осуществления можно воспользоваться, по меньшей мере, двумя разными вариантами: (1) ствол 16 и охватывающий CPC-конусный элемент 252 могут быть жестко соединены с наконечником 10 (например, один к другому) и оптическое волокно 22(14)/охватываемый CPC-конусный элемент 250 можно продольно перемещать во время работы вдоль оптической оси, или (2) оптическое волокно 22(14) и охватываемый CPC-конусный элемент 250 могут быть жестко соединены с наконечником 10, и ствол 16 и охватывающий CPC-конусный элемент 252 можно продольно перемещать во время работы вдоль оптической оси. В каждом варианте состоянием переключения пучка (продольным перемещением подвижных компонентов) можно управлять посредством сдвига или переключения в два состояния переключающего механизма в или на наконечнике 10 таким способом, который должен быть известен специалистам в данной области техники.

При использовании в одном варианте осуществления оптическое волокно 22 может быть оптически связано с волоконно-оптическим кабелем 14. Однако в некоторых вариантах осуществления волоконно-оптический кабель 14 может быть продолжен через наконечник 10 и оптически связан непосредственно с оптическим блоком 50 (200), содержащим PDLC-диффузор 100 или CPC-конусные элементы 250/252. В данных вариантах осуществления отдельное оптическое волокно 22 не требуется. При применении в наконечнике 10 оптическое волокно 22 имеет калибр, совместимый с калибром волоконно-оптического кабеля 14, чтобы оно могло принимать и передавать свет от волоконно-оптического кабеля 14. Наконечник 10 может представлять собой любой хирургический наконечник, известный в данной области, например наконечник Revolution-DSP™, продаваемый компанией Alcon Laboratories, Inc., Port Worth, шт. Техас. Источник 12 света может быть источником с ксеноновой лампой, источником с галогеновой лампой или любым другим источником света, способным к доставке света по волоконно-оптическому кабелю. Ствол 16 может быть канюлей небольшого калибра, предпочтительно приблизительно калибра 19, 20 или 25, известного специалистам в данной области техники. Ствол 16 может быть из нержавеющей стали или подходящего биосовместимого полимера (например, PEEK (полиэфирэфиркетона), полиимида и т.п.), известного специалистам в данной области.

Волоконно-оптический кабель 14 или оптическое волокно 22, CPC-конусные элементы 250/252 и/или ствол 16 (в вышеописанных комбинациях) могут иметь рабочее соединение с наконечником 10, например, через регулировочное средство 40, как показано на фиг.7. Регулировочное средство 40 может содержать, например, возвратно-поступательный механизм, известный специалистам в данной области техники, например поршень, к которому рабочим образом присоединены подвижные компоненты. Поршнем можно управлять при помощи регулировочного средства 40, которое может быть ручным механическим устройством для перемещения поршня или электромеханическим приводным органом (переключателем) для управления электромеханическим средством для перемещения поршня, как известно специалистам в данной области техники. Источник 12 света может быть оптически связан с наконечником 10 (например, волокном 22) с использованием, например, оптоволоконных соединителей, соответствующих стандарту SMA (Ассоциации производителей весов), на концах волоконно-оптического кабеля 14. Это обеспечивает эффективное введение света от источника 12 света в волоконно-оптический кабель 14/оптическое волокно 22 и, через наконечник 10, в конечном счете испускание из оптического блока 50 (200) на дистальном конце ствола 16. Источник 12 света может содержать фильтры, известные специалистам в данной области техники, для ослабления вредных тепловых эффектов поглощенного инфракрасного излучения от источника света. Фильтры источника 12 света можно использовать для селективного освещения хирургического поля светом разных цветов, например, для возбуждения хирургического красителя. Волокно(а) 22 (и/или 14, в зависимости от варианта осуществления) заканчивается/заканчиваются оптическим сопряжением с оптическим блоком 50 (200), содержащим PDLC-диффузор 100/иглу 102 или CPC-конусные элементы 250/252.

На фиг.6 показано применение одного варианта осуществления широкоугольного осветителя с регулируемым углом в соответствии с настоящим изобретением в офтальмологической хирургии. В ходе операции наконечник 10 доставляет пучок света по стволу 16 (по волоконно-оптическому кабелю 14 или оптическому волокну 22) и через оптический блок 50 (200) для освещения сетчатки 28 глаза 30. Коллимированный свет, доставляемый через наконечник 10 в оптический блок 50 (200), генерируется источником 12 света и доставляется для освещения сетчатки 28 посредством волоконно-оптического кабеля 14 и согласующей системы 32. Оптический блок 50 (200) выполнен с возможностью рассеяния светового пучка, доставляемого от источника 12 света вплоть до охвата зоны сетчатки, которую, например, микроскопический широкоугольный объектив позволяет видеть хирургу.

В одном варианте осуществления широкоугольного осветителя с регулируемым углом в соответствии с настоящим изобретением простой механический фиксирующий механизм, известный специалистам в данной области техники, может допускать фиксацию угла освещения, пока не деблокирован и/или не подрегулирован пользователем с помощью регулировочного средства 40.

Преимущество вариантов осуществления широкоугольного осветителя с регулируемым углом в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что оперирующий хирург может в реальном времени регулировать угол освещения светом, испускаемым из дистального конца осветителя, чтобы оптимизировать условия наблюдения в пределах операционного поля. Таким образом, угловой расходимостью испускаемого света можно управлять по требованию оперирующего хирурга.

На фиг.7 представлен другой вид широкоугольного осветителя в соответствии с принципами настоящего изобретения, где более отчетливо показан вариант осуществления регулировочного средства 40. В данном варианте осуществления регулировочное средство 40 содержит ползунок, известный специалистам в данной области техники. Приведение в действие регулировочного средства 40 на наконечнике 10, например, спокойным и реверсивным сдвижным воздействием может вызвать изменение степени диффузного рассеяния PDLC-диффузора 100 или вызвать изменение расположения охватываемого CPC-конусного элемента 250 относительно охватывающего CPC-конусного элемента 252 вышеописанным образом. Регулировочное средство 40 может содержать, например, возвратно-поступательный механизм, известный специалистам в данной области техники, например поршень, к которому рабочим образом присоединены подвижные компоненты. Поршнем можно управлять при помощи регулировочного средства 40, которое может быть ручным механическим устройством для перемещения поршня или электромеханическим приводным органом (переключателем) для управления электромеханическим средством для перемещения поршня, как известно специалистам в данной области техники. Регулировочное средство 40 может также содержать в других вариантах осуществления простой двухпозиционных переключатель, как известно специалистам в данной области техники, для изменения диффузного рассеяния PDLC-диффузора 100 из максимума в минимум (и наоборот) или может управлять реостатным механизмом для непрерывного изменения степени диффузного рассеяния PDLC-диффузора 100.

На фиг.8 представлена логическая блок-схема последовательности операций, представляющих способ, позволяющий обеспечивать регулируемое широкоугольное освещение в соответствии с принципами настоящего изобретения. Операции 800 начинаются с генерации светового пучка на этапе 802. Данный световой пучок может генерироваться источником света, например источником 12 света, описанным со ссылками на ранее описанные фигуры. На этапе 804 оптический кабель принимает световой пучок. Световой пучок, принятый оптическим кабелем, передается после этого в оптическое волокно на этапе 806. На этапе 808 оптический блок сопрягается с дистальным концом оптического волокна, из которого оптический блок принимает световой пучок. На этапе 810 оптический блок направляют для освещения выбранной зоны. Оптический блок может рассеивать световой пучок, доставленный из источника света, для охвата большой зоны. Например, в офтальмологической хирургии данный световой пучок можно доставлять в зону сетчатки, чтобы хирург мог наблюдать данную хирургическую зону через микроскопический широкоугольный объектив. Угловой расходимостью испускаемого света, доставляемого оптическим блоком, можно управлять по требованию, чтобы оптимизировать условия наблюдения в пределах операционного поля. Оптический блок может содержать любой из вариантов осуществления, описанных в настоящей заявке, в соответствии с настоящим изобретением.

Выше настоящее изобретение подробно описано на примере наглядных вариантов осуществления, однако следует понимать, что описание является только примером и не подлежит истолкованию в ограничительном смысле. Поэтому следует также понимать, что специалистами со средним уровнем компетентности в данной области техники, после изучения настоящего описания, будут выявлены и, возможно, разработаны многочисленные изменения деталей вариантов осуществления настоящего изобретения и дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения. Предполагается, что все подобные изменения и дополнительные варианты осуществления не выходят за пределы существа и точного объема настоящего изобретения, заявленного в нижеследующей формуле изобретения. Следовательно, хотя настоящее изобретение описано с конкретным обращением к общей области офтальмологической хирургии, принципы, приведенные в настоящей заявке, применимы равным образом в любой области, где желательно обеспечивать широкоугольное и регулируемое освещение операционного поля.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к хирургическим осветительным системам с изменяемым углом освещения и способам освещения операционного поля с их использованием. Система содержит источник света, оптический кабель с наконечником, оптическое волокно, соединенное при функционировании с наконечником, оптический блок, оптически связанный с дистальным концом оптического волокна, и канюлю, соединенную при функционировании с наконечником и оптическим блоком для вмещения и направления оптического блока для освещения зоны. В одном из вариантов осуществления оптический блок состоит из диффузора из полимера с диспергированным жидким кристаллом («PDLC»), оптически связанного с оптической иглой; а для управления степенью рассеяния светового пучка хирургическая осветительная система содержит систему управления рассеянием. В другом - оптический блок состоит из вложенного комбинированного параболического концентрирующего («СРС») конуса. При этом вложенный СРС-конус содержит охватываемый СРС-конусный элемент, вложенный в охватывающий СРС-конусный элемент, причем охватываемый СРС-конусный элемент и охватывающий СРС-конусный элемент являются взаимно перемещаемыми один относительно другого. Для широкоугольного освещения операционного поля источник света генерирует световой пучок, испускаемый из дистального конца оптического волокна через оптический кабель с наконечником и подаваемый на оптический блок. Оптический блок направляют для освещения выбранной зоны и управляют степенью рассеяния светового пучка, испускаемого из его дистального конца. В варианте осуществления, когда оптический блок содержит диффузор из полимера с диспергированным жидким кристаллом («PDLC»), степень рассеяния светового пучка регулируют электрическим способом путем изменения напряжения, подаваемого на диффузор. В варианте осуществления, когда оптический блок содержит вложенный комбинированный параболический концентрирующий («СРС») конус, угловая расходимость света управляется путем регулирования приближения охватывающего СРС-конусного элемента относительно охватываемого СРС-конусного элемента. Использование группы изобрений позволит оптимизировать условия наблюдения операции в пределах операционного поля за счет регулирования угла освещения в реальном времени. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения, содержащая
источник света для обеспечения светового пучка;
оптический кабель, оптически связанный с источником света, для приема и передачи светового пучка;
наконечник, соединенный при функционировании с оптическим кабелем;
оптическое волокно, соединенное при функционировании с наконечником, при этом оптическое волокно оптически связано с оптическим кабелем для приема и передачи светового пучка;
оптический блок, оптически связанный с дистальным концом оптического волокна, для приема светового пучка и обеспечения светового пучка для освещения зоны, причем оптический блок содержит диффузор из полимера с диспергированным жидким кристаллом («PDLC»), оптически связанный с оптической иглой; и
канюлю, соединенную при функционировании с наконечником и оптическим блоком, для вмещения и направления оптического блока для освещения зоны; и
систему управления рассеянием, выполненную с возможностью управления степенью рассеяния светового пучка.

2. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.1, в которой зона включает в себя операционное поле.

3. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.1, в которой оптическое волокно содержит оптическое волокно с числовой апертурой (NA) 0,50.

4. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.1, в которой система управления рассеянием выполнена с возможностью вызывать изменение в электрическом поле, приложенном к PDLC-диффузору для управления степенью рассеяния светового пучка, испускаемого из оптической иглы.

5. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.1, в которой канюля, оптический блок и наконечник изготовлены из биосовместимых материалов.

6. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.1, в которой оптический кабель содержит первый оптический соединитель, соединенный при функционировании с источником света, и второй оптический соединитель, оптически связанный с первым оптическим соединителем, при этом второй оптический соединитель соединен при функционировании с наконечником, чтобы оптически связывать оптический кабель с оптическим волокном.

7. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения, содержащая
источник света для обеспечения светового пучка;
оптический кабель, оптически связанный с источником света, для приема и передачи светового пучка;
наконечник, соединенный при функционировании с оптическим кабелем;
оптическое волокно, соединенное при функционировании с наконечником, при этом оптическое волокно оптически связано с оптическим кабелем для приема и передачи светового пучка;
оптический блок, оптически связанный с дистальным концом оптического волокна, для приема светового пучка и обеспечения светового пучка для освещения зоны, причем оптический блок содержит вложенный комбинированный параболический концентрирующий («СРС») конус, при этом вложенный СРС-конус содержит охватываемый СРС-конусный элемент, вложенный в охватывающий СРС-конусный элемент, при этом охватываемый СРС-конусный элемент и охватывающий СРС-конусный элемент являются взаимно перемещаемыми относительно друг друга; и канюлю, соединенную при функционировании с наконечником и оптическим блоком, для вмещения и направления оптического блока на освещение зоны.

8. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.7, в которой зона включает в себя операционное поле.

9. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.7, в которой оптическое волокно содержит оптическое волокно с числовой апертурой (NA) 0,50.

10. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.7, в которой вложенный СРС-конус выполнен с возможностью создания угловой расходимости света до угла отклонения от оси и испускания света из дистального конца канюли.

11. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.7, в которой охватывающий СРС-конусный элемент является перемещаемым между одним из выдвинутого положения и отведенного положения относительно охватываемого СРС-конусного элемента, при этом, когда охватывающий СРС-конусный элемент находится в выдвинутом положении, между охватываемым СРС-конусным элементом и охватывающим СРС-конусным элементом образуется воздушный зазор для формирования светового пучка в виде широкого по углу светового пучка, испускаемого из дистального конца охватываемого СРС-конусного элемента, и при этом, когда охватывающий СРС-конусный элемент находится в отведенном положении, воздушный зазор между охватываемым СРС-конусным элементом и охватывающим СРС-конусным элементом устраняется для формирования светового пучка в виде узкого по углу светового пучка, испускаемого из дистального конца охватываемого СРС-конусного элемента.

12. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.11, в которой угловая расходимость света, испускаемого оптическим блоком, определяется приближением охватывающего СРС-конусного элемента к охватываемому СРС-конусному элементу.

13. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.7, в которой канюля, оптический блок и наконечник изготовлены из биосовместимых материалов.

14. Хирургическая осветительная система с изменяемым углом освещения по п.7, в которой оптический кабель содержит первый оптический соединитель, соединенный при функционировании с источником света, и второй оптический соединитель, оптически связанный с первым оптическим соединителем, при этом второй оптический соединитель соединен при функционировании с наконечником, чтобы оптически связывать оптический кабель с оптическим волокном.

15. Способ широкоугольного освещения операционного поля с использованием осветителя с изменяемым углом освещения, при этом способ содержит следующие этапы:
генерируют световой пучок;
принимают световой пучок с помощью оптического кабеля, при этом наконечник соединен при функционировании с оптическим кабелем;
передают световой пучок из оптического кабеля в оптическое волокно, при этом наконечник при функционировании соединен с оптическим волокном;
оптически связывают оптический блок с дистальным концом оптического волокна, при этом оптический блок принимает световой пучок и содержит вложенный комбинированный параболический концентрирующий («СРС») конус, при этом вложенный СРС-конус содержит охватываемый СРС-конусный элемент, вложенный в охватывающий СРС-конусный элемент, при этом охватываемый СРС-конусный элемент и охватывающий СРС-конусный элемент являются взаимно перемещаемыми относительно друг друга;
направляют оптический блок для освещения выбранной зоны; и
управляют угловой расходимостью света, испускаемого оптическим блоком, путем регулирования приближения охватывающего СРС-конусного элемента относительно охватываемого СРС-конусного элемента.

16. Способ по п.15, в котором выбранная зона включает в себя операционное поле.

17. Способ по п.15, в котором оптическое волокно содержит оптическое волокно с числовой апертурой (NA) 0,50.

18. Способ по п.15, в котором вложенный СРС конус выполен с возможностью создавать угловую расходимость света до угла отклонения от оси и испускать свет из дистального конца оптического блока.

19. Способ по п.15, в котором вложенный СРС-конус содержит охватываемый СРС-конусный элемент, вложенный в охватывающий СРС-конусный элемент, при этом охватываемый СРС-конусный элемент и охватывающий СРС-конусный элемент являются взаимно перемещаемыми относительно друг друга.

20. Способ по п.19, в котором угловая расходимость света, испускаемого оптическим блоком, определяется приближением охватывающего СРС-конусного элемента к охватываемому СРС-конусному элементу.

21. Способ по п.15, в котором оптический блок и наконечник изготовлены из биосовместимых материалов.

22. Способ широкоугольного освещения операционного поля с использованием осветителя с изменяемым углом освещения, при этом способ содержит следующие этапы:
генерируют световой пучок;
принимают световой пучок с помощью оптического кабеля, при этом наконечник соединен при функционировании с оптическим кабелем;
передают световой пучок из оптического кабеля в оптическое волокно, при этом наконечник при функционировании соединен с оптическим волокном;
оптически связывают оптический блок с дистальным концом оптического волокна, при этом оптический блок принимает световой пучок и при этом оптический блок содержит диффузор из полимера с диспергированным жидким кристаллом («PDLC»), оптически связанный с оптической иглой;
направляют оптический блок для освещения выбранной зоны; и
управляют степенью рассеяния светового пучка оптическим блоком путем регулирования напряжения, подаваемого на PDLC-диффузор для изменения степени рассеяния светового пучка, испускаемого из дистального конца оптического блока.

23. Способ по п.22, в котором выбранная зона включает в себя операционное поле.

24. Способ по п.22, в котором оптический блок и наконечник изготовлены из биосовместимых материалов.

25. Способ по п.22, в котором оптическое волокно содержит оптическое волокно с числовой апертурой (NA) 0,50.