ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКАЯ ЭНДОИЛЛЮМИНАЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕТА, ГЕНЕРИРУЕМОГО ВОЛОКНОМ Российский патент 2014 года по МПК A61F9/00 A61B19/00 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке США, регистрационный № 61/146,173, поданной 21 января 2009 г., содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к иллюминатору для использования в офтальмологической хирургии и, более конкретно, к офтальмологическому эндоиллюминатору для генерирования света, пригодного для освещения внутренней полости глаза.

Уровень техники

Анатомически глаз разделен на две различные части - передний сегмент и задний сегмент. Передний сегмент включает в себя хрусталик и проходит от самого внешнего слоя роговицы (эндотелий роговицы) до задней части капсулы хрусталика. Задний сегмент включает в себя участок глаза позади капсулы хрусталика. Задний сегмент проходит от передней гиалоидной мембраны до сетчатки, в непосредственном контакте с которой находится задняя гиалоидная мембрана стекловидного тела. Задний сегмент намного больше, чем передний сегмент.

Задний сегмент включает в себя стекловидное тело - прозрачную, бесцветную, желевидную субстанцию. Оно составляет приблизительно две трети объема глаза, приобретая свою форму и очертания еще до рождения. Оно состоит из 1% коллагена и гиалуроната натрия и 99% воды. Передняя граница стекловидного тела представляет собой переднюю гиалоидную мембрану, которая прикасается к задней оболочке хрусталика, в то время как задняя гиалоидная мембрана формирует ее заднюю границу и находится в контакте с сетчаткой. Стекловидное тело не является свободно текущим, как внутриглазная жидкость, и имеет нормальные анатомические места крепления. Одно из этих мест представляет собой основание стекловидного тела, которое представляет собой полоску шириной 3-4 мм, наложенную на ora serrata (граница между зрительной и слепой частями сетчатки). Головка зрительного нерва, пятно сетчатки и сосудистая аркада также представляют собой места закрепления. Основные функции стекловидного тела представляют удержание сетчатки на месте, поддержание целостности и формы глазного яблока, поглощение сотрясений в результате движения, и поддержание задней стороны хрусталика. В отличие от внутриглазной жидкости, стекловидное тело не заменяется постоянно. Стекловидное тело становится текучим с возрастом в результате процесса, известного как синерезис. Синерезис приводит к сокращению стекловидного тела, что может прикладывать давление или создавать натяжение в его нормальных местах крепления. Если будет приложено достаточное растяжение, стекловидное тело может самостоятельно отсоединиться от соединения с сетчаткой, в результате чего формируется разрыв сетчатки или макулярное отверстие.

Различные хирургические процедуры, называемые витреоретинальными технологическими процедурами, обычно выполняют в заднем сегменте глаза. Витреоретинальные процедуры позволяют лечить много серьезных состояний заднего сегмента. Витреоретинальные процедуры позволяют лечить такие состояния, как связанную с возрастом макулярную дегенерацию (AMD), диабетическую ретинопатию и диабетическое кровоизлияние в стекловидное тело, макулярное отверстие, отслоение сетчатки, эпиретинальная мембрана, ретинит CMV и множество других офтальмологических состояний.

Хирург выполняет витреоретинальные процедуры с помощью микроскопа и специального объектива, предназначенного для получения четкого изображения заднего сегмента. Несколько малых надрезов величиной приблизительно миллиметр в длину делают на склере на плоской части ресничного тела. Хирург вставляет микрохирургические инструменты через эти надрезы, такие как оптоволоконный источник света, для освещения внутренней полости глаза, и инфузионную систему для поддержания формы глаза во время хирургической операции, а также инструменты для разрезания и удаления стекловидного тела.

Во время таких хирургических процедур важно обеспечить соответствующее освещение внутренней полости глаза. Как правило, тонкое оптическое волокно вставляют в глаз для обеспечения освещения. Источник света, такой как металло-галогеновая лампа, галогеновая лампа, ксеноновая лампа или лампа на парах ртути, часто используется для генерирования света, передаваемого по оптическому волокну в глаз. Такой свет проходит через несколько оптических элементов (обычно через линзы, зеркала и аттенюаторы) и излучается в оптическое волокно, по которому свет поступает в глаз. Качество этого света зависит от ряда факторов, включающих в себя типы выбранных оптических элементов.

Сущность изобретения

В одном аспекте изобретения офтальмологический эндоиллюминатор включает в себя, по меньшей мере, один источник светового пучка накачки и сцинтилляционное волокно, оптически соединенное с источником светового пучка накачки. Сцинтилляционное волокно выполнено с возможностью приема выхода источника светового пучка накачки и генерирования света в диапазоне длин волн, отличном от выхода источника светового пучка накачки. Элемент оптического соединения соединяет свет с оптическим волокном, и проводит этот свет в глаз.

В другом аспекте изобретения офтальмологический эндоиллюминатор содержит, по меньшей мере, один источник светового пучка накачки и множество сцинтилляционных волокон, оптически соединенных, по меньшей мере, с одним источником светового пучка накачки. Каждое из множества сцинтилляционных волокон выполнено с возможностью приема выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки и генерирования множества оптических выходов. Каждый из оптических выходов флуоресцентных волокон находится в соответствующем диапазоне длин волн, отличном из диапазона длин волн, по меньшей мере, одного источника накачки. Офтальмологический эндоиллюминатор дополнительно включает в себя элемент оптического объединения, выполненный с возможностью объединять множество оптических выходов для формирования объединенного оптического выхода, элемент оптического соединения, выполненный с возможностью принимать объединенный оптический выход, и оптическое волокно, в случае необходимости, соединенное с элементом оптического соединения. Оптическое волокно выполнено с возможностью проведения объединенного оптического выхода в глаз.

В еще одном, другом аспекте изобретения способ содержит этапы, на которых генерируют первый выход, по меньшей мере, из одного источника светового пучка накачки и оптически соединяют первый выход, по меньшей мере, с одним оптическим волокном для получения, по меньшей мере, одного оптического выхода, имеющего спектральный выход, отличный от спектрального выхода первого выхода. Способ дополнительно содержит этапы оптического соединения, по меньшей мере, одного оптического выхода с волокном офтальмологического эндоиллюминатора с помощью элемента оптического соединения, и проведения оптического выхода по волокну офтальмологического эндоиллюминатора для освещения внутренней области глаза.

В еще одном аспекте изобретения офтальмологический эндоиллюминатор содержит, по меньшей мере, один источник светового пучка накачки и, по меньшей мере, одно флуоресцентное волокно, оптически соединенное, по меньшей мере, с одним источником накачки. По меньшей мере, одно флуоресцентное волокно выполнено с возможностью приема выхода, по меньшей мере, одного источника накачки. Области, по меньшей мере, одного флуоресцентного волокна содержат примеси красного, зеленого или синего (RGB) органических красителей. По меньшей мере, одно флуоресцентное волокно выполнено с возможностью формирования оптических выходов RGB из выхода, по меньшей мере, одного источника накачки. Офтальмологический эндоиллюминатор дополнительно содержит элемент оптического объединения, выполненный с возможностью объединения множества оптических выходов и генерирования света, элемент оптического соединения, выполненный с возможностью приема света, и оптическое волокно, оптически соединенное с элементом оптического соединения. Оптическое волокно выполнено с возможностью проведения света в глаз.

Другой аспект изобретения направлен на офтальмологический эндоиллюминатор, содержащий, по меньшей мере, один источник светового пучка накачки и сцинтилляционное волокно, оптически соединенное, по меньшей мере, с одним источником светового пучка накачки. Сцинтилляционное волокно содержит сцинтилляционное устройство на дистальном конце сцинтилляционного волокна, выполненное с возможностью расположения внутри глаза. Сцинтилляционное волокно выполнено с возможностью переноса оптического выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки в сцинтилляционное устройство, и сцинтилляционное устройство выполнено с возможностью приема оптического выхода и генерирования света в диапазоне длин волн, отличном от оптического выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ будет сделана ссылка на следующее описание, которое следует рассматривать совместно с приложенными чертежами, на которых одинаковыми номерами ссылочных позиций обозначены одинаковые элементы и на которых:

на фиг. 1 иллюстрируется анатомия глаза, в которой может быть помещен офтальмологический эндоиллюминатор в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 иллюстрируется офтальмологический эндоиллюминатор, освещающий внутреннюю полость глаза, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показана блок-схема офтальмологического эндоиллюминатора с накачкой от светодиода, с использованием сцинтилляционных волокон в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 показана блок-схема офтальмологического эндоиллюминатора RGB, использующего флуоресцентные волокна, легированными красным, зеленым и синим красителями в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5 показана блок-схема офтальмологического эндоиллюминатора RGB, в котором используется флуоресцентное волокно, имеющее разные области, легированные красным, зеленым и синим красителями, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения; и

на фиг. 6 показана логическая блок-схема последовательности операций, ассоциированная со способом освещения внутренних областей стекловидного тела глаза, используя офтальмологический эндоиллюминатор, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Описание изобретение

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения представлены на чертежах, при этом одинаковые номера используют для обозначения одинаковых и соответствующих частей на различных чертежах.

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают офтальмологический эндоиллюминатор, который включает в себя один или больше источников светового пучка накачки, оптическое волокно, такое как сцинтилляционное волокно или флуоресцентное волокно. Оптическое волокно соединено с источниками светового пучка накачки для приема выхода источников светового пучка накачки и формирования оптического выхода, такого, как белый свет, в некоторых вариантах осуществления сцинтилляционного волокна, имеющего белый фосфор, либо в сердечнике, или в оболочке красного-зеленого-синего (RGB) выходов, в случае определенных вариантов осуществления, с использованием окрашенных флуоресцентных волокон. Элемент оптического соединения, соединенный с оптическим волокном, принимает оптический выход и обеспечивает оптический выход для волокна эндоиллюминатора, который проводит свет во внутреннюю область глаза.

На фиг. 1 иллюстрируется анатомия глаза, в которой может быть размещен глазной имплантат улучшенной конструкции, в соответствии с настоящим изобретением. Глаз 100 включает в себя роговицу 102, радужную оболочку 104, зрачок 106, хрусталик 108, капсулу 110 хрусталика, связки, ресничное тело 120, склеру 112, стекловидный гель 114, сетчатку 116, желтое пятно и зрительный нерв 120. Роговица 102 представляет собой прозрачную, куполообразную структуру на поверхности глаза, которая действует, как окно, пропуская свет внутрь глаза. Радужная оболочка 104 представляет собой цветную часть глаза, называемую радужкой, мышцы, окружающие зрачок, которые расслабляются и сжимаются для управления количеством света, входящего в глаз. Зрачок 106 представляет собой круглое, центральное отверстие радужной оболочки. Хрусталик 108 представляет собой структуру внутри глаза, которая помогает фокусировать свет на сетчатке. Капсула 110 хрусталика представляет собой эластичный мешочек, который окружает хрусталик, помогая управлять формой хрусталика, когда глаз фокусируется на объектах на разных расстояниях. Связки представляют собой тонкие соединения, которые закрепляют капсулу хрусталика на внутренней части глаза, удерживая хрусталик на месте. Ресничное тело представляет собой мышечную область, закрепленную на хрусталике, которая сжимается и расслабляется, для управления размером хрусталика, для фокусирования. Склера 112 представляет собой жесткий внешний слой глаза, который поддерживает форму глаза. Стекловидный гель 114 представляет собой большой, заполненный гелем участок, который расположен далее к задней стороне глазного яблока и который помогает поддерживать кривизну глаза. Сетчатка 116 представляет собой слой светочувствительного к свету нерва на задней поверхности глаза, который принимает свет и который преобразует его в сигналы для передачи в мозг. Желтое пятно представляет собой область в задней части глаза, которая содержит рецепторы для рассматривания мелких деталей. Зрительный нерв 118 соединяет глаз и мозг и передает сигналы из глаза в мозг.

Ресничное тело 122 расположено непосредственно позади радужной капсулы 104. На ресничном теле 122 расположены мелкие волокна "линии передачи", называемые связками 124. Хрусталик 108 подвешен внутри глаза с помощью волокон 124 связок. Питание для ресничного тела 122 поступает через кровеносные сосуды, которые также снабжают радужную оболочку 104. Одна функция ресничного тела 122 состоит в управлении размещением путем изменения формы хрусталика 108. Когда ресничное тело 122 сжимается, связки 124 расслабляются. Это позволяет сделать хрусталик 108 более толстым, увеличивая способность глаза фокусироваться на близких предметах. Когда смотрят на отдаленный объект, ресничное тело 122 расслабляется, вызывая сокращение связок 124. Хрусталик 108 тогда становится более тонким, регулируя фокус глаза для видения на расстоянии.

На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении офтальмологического эндоиллюминатора 160, который может представлять собой эндоиллюминатор в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, размещаемыми в глазу. На фиг. 2 представлена ручка 164 с зондом 162 во время использования. Зонд 162 вставляют в глаз 100 через надрез в области плоской части ресничного тела. Зонд 162 освещает внутреннюю часть стекловидной области 114 глаза 100. В такой конфигурации зонд 162 можно использовать для освещения внутренней полости или стекловидной области 114 во время витреоретинальной хирургической операции.

Офтальмологические эндоиллюминаторы ранее были основаны на галогенных вольфрамовых лампах или на дуговых лампах высокого давления (металлгалидные, ксеноновые лампы). Преимущества дуговых ламп состоят в малой площади излучения (<1 мм), световой температуре, близкой к дневному свету, и большем сроке службы, чем у галогенных ламп - 400 часов по сравнению с 50 часами. Недостаток дуговых ламп представляет высокую стоимость, понижение мощности, сложность систем и необходимость замены ламп несколько раз в течение срока службы системы.

Осветители на основе светодиодов могут обеспечить значительно более низкую стоимость и сложность, и типичный срок службы от 50 000 - 100 000 часов, что могло бы обеспечить работу осветителя офтальмологического волокна в течение всего срока службы инструмента с очень малым падением выхода и без необходимости замены светодиодов. Типичный белый светодиод может включать в себя ультрафиолетовый (УФ)/фиолетовый/синий светодиод, возбуждающий колпачок из белого фосфора, который излучает белый свет. Из-за размера колпачка фосфора, требуемого для генерирования значительного количества белого света, обычные белые светодиоды представляют собой пространственно крупные источники освещения с высокой цифровой апертурой (NA) по сравнению с оптическими волокнами, используемыми в офтальмологической хирургии. Такие обычные белые светодиоды обычно не очень подходят для соединения с оптическими волокнами. В доступных осветителях с оптоволокном, основанных на белых светодиодах, используется волокно, соединенное встык с фосфором светодиода. Только небольшая фракция света может быть подана в оптическое волокно с низкой цифровой апертурой и малым диаметром. Поэтому доступные светодиодные источники белого света с оптоволокном обеспечивают низкие уровни света.

В отличие от обычных осветителей, различные варианты осуществления настоящего изобретения генерируют оптические сигналы, такие как (но без ограничений) белый свет, оптические сигналы RGB, желтые и синие оптические сигналы и бирюзовые, и красные оптические сигналы, и т.д., из выхода источника накачки непосредственно внутри оптического волокна. Например, существует возможность использования зеленого 532 нм лазера в качестве источника накачки и желтого красителя для преобразования оптического сигнала 532 нм в желтое освещение на конце оптоволоконного осветителя. Вместо освещения большой площади фосфора УФ/фиолетовым/синим светодиодом для генерирования света, как в обычных белых светодиодах, с последующими усилиями, направленными на сбор света из крупного источника света с таким высоким значением NA в оптическое волокно, различные варианты осуществления настоящего изобретения освещают люминесцентное волокно (сердечник или оболочку) УФ/фиолетовым/синим светом. УФ/фиолетовые/синие светодиоды аналогичных монохроматических светодиодов могут типично быть изготовлены с намного меньшим значением NA и большей интенсивностью, чем белые светодиоды, и они могут быть сформированы в виде полосок или других удобных форм так, что их можно более легко соединять с оптическими волокнами, используемыми в офтальмологической хирургии. Хотя свечение происходит во всех направлениях, значительная часть повторно излучаемого белого света попадает внутрь NA волокна и будет захвачена внутри волокна. Это позволяет сконцентрировать сгенерированный в результате свет таким образом, что конец осветительного волокна подает гораздо больший уровень освещения на площадь, чем когда обычный белый светодиод соединен с волокном. Для повышения вероятности поглощения УФ/фиолетового/синего света система может быть помещена внутри отражающей полости, интегрирующей сферы или световой трубки. Любой из этих подходов может существенно увеличить количество переданных УФ лучей и повысить эффективность накачки.

Термины "сцинтилляционное волокно" и "сцинтилляционное устройство" используются здесь для обозначения любой структуры, сформированной из материала, выполненного с возможностью преобразования излучения накачки в другой диапазон электромагнитного спектра, включая в себя, но без ограничений преобразование лучей частиц с высокой энергией, рентгеновских лучей и ультрафиолетового света в фотоны более низкой энергии. Любой соответствующий тип сцинтиллятора для получения освещения можно использовать в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Эффективность преобразования является существенным преимуществом конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, и процесс свечения, используемый для преобразования, может быть либо основан на медленной эмиссии (фосфоресценции), либо на быстрой эмиссии (флуоресценции), в зависимости от того, какие материалы используются. В случае, когда ниже приведено описание в отношении определенных типов волокон или сцинтилляционных устройств, например, флуоресцентных волокон, следует понимать, что любой соответствующий тип волокна или сцинтилляционного устройства можно использовать вместо него.

В вариантах осуществления настоящего изобретения используется сцинтилляционное волокно с люминесцентным сердечником или оболочкой и источник светового пучка накачки, такой как источник УФ или синего света, вместе с необязательной отражающей системой, которая обеспечивает многократное отражение излучения накачки. Такое сцинтилляционное волокно можно использовать, например, для преобразования УФ/фиолетового/синего света освещения от источника светового пучка накачки в широкополосный или белый свет в результате люминесценции. Часть повторно излучаемого белого света распространяется через сцинтилляционное волокно и может быть либо соединена с обычным оптическим волокном, либо может быть передана непосредственно в устройство освещения. Такое сцинтилляционное волокно также может быть помещено в отражающую УФ излучение интегрирующую сферу или световую трубку для накачки. Также можно использовать различные схемы накачки лазеров, в качестве примеров аналогичных технологий генерирования света, со значительным различием, состоящим в том, что выход волокна сцинтиллятора не обязательно должен быть когерентным.

В вариантах осуществления настоящего изобретения могут использоваться один или больше источников светового пучка накачки, таких как светодиоды. Как известно для специалистов в данной области техники, существует множество типов светодиодов с разными значениями номинальной мощности и выходом света, которые можно выбрать, как источник 302 накачки. В качестве альтернативы, можно использовать другие источники светового пучка накачки, такие как лазеры. Хотя конкретные варианты осуществления описаны здесь, в которых используются светодиоды, как источники накачки, для специалиста в данной области техники будет понятно, что другие соответствующие источники светового пучка накачки можно использовать вместо светодиодов.

В одном примере, как будет описано со ссылкой на фиг. 3, выход одного светодиода накачки направляют в сцинтилляционное волокно, которое имеет оболочку или сердечник с примесью (например, с белым фосфором). Поскольку свет определенной длины волны, генерируемый люминесцентной присадкой, будет генерироваться в обоих направлениях вдоль волокна, ближний конец/конец накачки волокна может быть закрыт зеркалом для отражения всего света в одном выходном направлении, но пропускания длины волны накачки. Как светодиод накачки, так и сцинтилляционное волокно размещены в данном примере внутри световых трубок, которые обеспечивают возможность многократных проходов светового пучка накачки, поглощаемого сцинтилляционным волокном. Дистальный конец световой трубки покрыт зеркалом для предотвращения потерь ультрафиолетового светового пучка накачки. Выход сцинтилляционного волокна может быть затем легко соединен со стандартным офтальмологическим эндоиллюминатором через шаровые линзы или другие оптические устройства.

На фиг. 3 схематично показан вид в поперечном сечении офтальмологического эндоиллюминатора 300 с одним светодиодом накачки, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Офтальмологический эндоиллюминатор 300 включает в себя светодиод 302 источника накачки, зеркала 308 и 316, световую трубку 306, оптическое волокно 204, оптический соединитель 310 и волокно 312 офтальмологического эндоиллюминатора. Как показано на фиг. 3, выход 318 одного светодиода 302 накачки направлен к сцинтилляционному волокну 304.

Сцинтилляционное волокно 304 может иметь оболочку или сердечник, такую как, например, оболочка 314 с примесью материала белого фосфора. При использовании капсулы с материалом белого фосфора белый свет будет генерироваться во всех направлениях вдоль волокна 304. Также, близкий конец или конец накачки сцинтилляционного волокна 304 могут быть покрыты зеркальной или отражающей поверхностью 316, сконфигурированной отражать весь свет в общем выходном направлении, пропуская при этом выход светодиода 318 накачки, излучаемый из источника 302 накачки.

Светодиод 302 накачки и сцинтилляционное волокно 304 могут быть помещены внутри световой трубки 306, которая обеспечивает множество проходов светового пучка 318 накачки, который поглощается сцинтилляционным волокном 304. Сцинтилляционное волокно 304 оптически соединено с волокном 312 офтальмологического эндоиллюминатора через шаровую линзу 310 или другую соответствующую оптическую систему. Диаметр сердечника и цифровую апертуру сцинтилляционного волокна 304 можно выбрать таким образом, чтобы они были равны или меньше, чем у оптического волокна 312, что способствует оптическому соединению сцинтилляционного волокна 304 с оптическим волокном 312 и улучшает эффективность оптического соединения между двумя волокнами 304 и 312. Полученный в результате оптический сигнал 322 направляют через соединитель 310 и оптическое волокно 312 в зонд 162, где свет излучается внутри глаза 100.

Обычно сетчатка защищена от ультрафиолетового света естественным хрусталиком глаза, который фильтрует свет, попадающий в глаз. Но свет от оптического эндоиллюминатора попадает в глаз без этой фильтрации хрусталиком (то есть, афакически), поэтому желательно, чтобы эндоиллюминатор 300 включал в себя фильтры для уменьшения количества света, излучаемого на длинах волн, которые могут быть вредными для оптической ткани. Подача света в соответствующем диапазоне длин волн видимого света при фильтрации вредных коротких и длинных длин волн может существенно снизить риск повреждения сетчатки из-за опасности афакического облучения, включая в себя фотохимическое повреждение сетчатки синим светом и повреждение из-за нагрева инфракрасным излучением, и аналогичные опасные ситуации, вызванные токсичностью света. Как правило, свет в диапазоне приблизительно от 430 до 700 нанометров является предпочтительным для уменьшения рисков такой опасности. С этой целью, зеркала 308 и 316 могут быть включены с тем, чтобы обеспечить излучение света соответствующей длины волны в глаз. Зеркало 316 может, например, представлять собой дихроичный рефлектор, который отражает свет видимых длин волн и пропускает только инфракрасный и ультрафиолетовый свет для сохранения интенсивности света в спектре видимых длин волн, при уменьшении относительной интенсивности ультрафиолетового и инфракрасного спектра. Зеркало 308 аналогично может отражать инфракрасный свет с большой длиной волны и ультрафиолетовый свет с короткой длиной волны, пропуская видимый свет, таким образом, что свет, излучаемый эндоиллюминатором 300 в глаз, практически полностью находится в пределах диапазона видимых длин волн. Другие фильтры и/или дихроичные расщепители лучей также можно использовать для генерирования света в таком соответствующем диапазоне длин волн.

Рукоятка 324 эндоиллюминатора, которой управляет офтальмолог-хирург, включает в себя оптическое соединение 310, оптическое волокно 312, корпус 326 и зонд 328. Оптическое соединение 310 разработано для соединения оптического волокна 312 с основной консолью (не показана), содержащей сцинтилляционное волокно 304. Оптическое соединение 310 соответствующим образом выравнивает оптическое волокно 312 с выходом сцинтилляционного волокна 304, чтобы передать его в глаз. Оптическое волокно 312 типично представляет собой волокно малого диаметра, которое может быть выполнено или может не быть выполнено конусным. Хирург удерживает корпус 326 и имеет возможность выполнять манипуляции с зондом 328 внутри глаза. Датчик 328 устанавливают в глаз, и он несет оптическое волокно 312, которое заканчивается на конце зонда 328. Зонд 328, таким образом, обеспечивает освещение через оптическое волокно 312 внутри глаза.

Варианты осуществления настоящего изобретения также могут использовать одно или больше сцинтилляционных волокон, которые могут быть выполнены с примесью красного, зеленого и синего (RGB) органических красителей. Типично проще добавить примесь в волокно, используя эти красители, чем ряд материалов с более широкими спектрами испускания, такие, как белый фосфор. Таким образом, сцинтилляционные волокна, в которых используются такие красители RGB, могут быть более простыми при производстве. Например, три катушки таких волокон RGB, помещают внутри интегрирующей сферы и освещают ультрафиолетовыми светодиодами для формирования сильного RGB выхода, применяя явление, используемое в органических светодиодах (OLED, ОСД), для эффективного получения освещения различных цветов. Затем отдельные выходы RGB могут быть объединены в одном волокне. Это может быть выполнено множеством способов, такими как, но без ограничений, X-призмы RGB, дисперсионная призма или дифракционная решетка.

На фиг. 4 представлен источник света 400 RGB, предназначенный для использования с офтальмологическим эндоиллюминатором, используя флуоресцентные волокна с добавлением красного, зеленого и синего красителей в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Источник 400 света офтальмологического эндоиллюминатора включает в себя источник 402 накачки, флуоресцентные волокна 404, 406 и 408 RGB, зеркала 410 и 412, сердечник или оболочку 414 из фосфора на флуоресцентных волокнах, световую трубку 416, элемент 418 оптического соединения и офтальмологический 420, имеющий оптическое волокно 422. Источник 402 накачки генерирует ультрафиолетовый или синий свет 430, который попадает во флуоресцентные волокна 404, 406 и 408. Отдельные волокна 404, 406 и 408 формируют R, G и B оптический выход, соответственно. В объединителе 424 оптические выходы RGB из оптических волокон 404, 406 и 408 объединяют таким образом, что оптические выходы предоставляют в объединенное оптическое волокно 426.

Размещение катушек таких RGB волокон в интегрирующей сфере и освещение волокон ультрафиолетовыми светодиодами позволяет получить сильный выход RGB. Затем RGB выход объединяют в одно волокно. Это может быть выполнено различными способами, например, с использованием шаровых линз, X-призм RGB, дисперсионной призмы или дифракционной решетки. В качестве альтернативы, как было описано со ссылкой на фиг. 5, можно иметь три (или больше) последовательных области вдоль одного волокна, с примесями из 3 (или больше) красителей. Собственное поглощение излучения RGB красителем другого цвета может быть ограничено, если примеси будут упорядочены как красный, зеленый и затем синий, двигаясь в направлении выхода освещения. Объединенное оптическое волокно 426 пропускает выходной RGB или белый свет в волокно 312 офтальмологического эндоиллюминатора, благодаря оптическому соединению выхода 428 объединенного оптического волокна 426 с волокном 422 офтальмологического эндоиллюминатора, используя оптическое соединение, такое как шаровая линза 418.

Хотя выше было описано, использование волокон с примесью из красителя для получения цветов, волокна с примесью из красителя также могут быть заменены капиллярными волокнами, заполненными раствором красителя. В более общем случае, цвета могут быть получены любым способом, таким как формирование F-центров или других кристаллических дефектов, квантовых точек переменного размера или нанопор, используя любую соответствующую технологию для формирования таких свойств, включающих в себя, но без ограничений, гамма-излучение, избирательное химическое вытравливание или наноосаждение. Как будет понятно для специалиста в данной области техники, такие альтернативные способы могут быть заменены различными вариантами осуществления описанного здесь изобретения.

На фиг. 5 представлен другой источник 500 света RGB для использования с офтальмологическим эндоиллюминатором, в котором применяется одиночное флуоресцентное волокно с примесью из красного, зеленого и синего красителей в разных областях 532, 534 и 536, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Источник 500 света офтальмологического эндоиллюминатора включает в себя источник 502 светового пучка накачки, RGB флуоресцентные волокна 504, зеркала 510 и 512, сердечник или оболочку 514 из фосфора на флуоресцентных волокнах, световую трубку 516 и элемент 518 оптического соединения. Источник 502 светового пучка накачки генерирует ультрафиолетовый или синий свет 530, который пропускают к флуоресцентным волокнам 504. Волокно 504 формирует RGB оптический выход, который поступает в волокно 312 офтальмологического эндоиллюминатора в результате оптического соединения выхода 528 оптического волокна с волокном 312 офтальмологического эндоиллюминатора, используя оптическое соединение, такое как шаровая линза 518.

На фиг. 5 используют одно оптическое волокно 504, имеющее три или больше последовательных области 532, 534 и 536, которые имеют примеси из трех или больше красителей, соответственно. Собственное поглощение эмиссии RGB красителем другого цвета может быть ограничено, если примеси будут упорядочены, как красная, зеленая и затем синяя при движении в направлении выхода 506 освещения. Волокна с примесью из красителя также могут быть заменены капиллярными трубками, заполненными растворами красителей.

Другой вариант осуществления, который можно использовать в конфигурации, представленной на фиг. 2, может транспортировать весь ультрафиолетовый свет к дистальному концу волокна без преобразования его в видимый свет. Дистальный конец волокна затем заканчивается сцинтилляционным устройством - участком волокна с примесью фосфора, флуоресцентным или фосфорным колпачком. Таким образом, только ультрафиолетовое/фиолетовое/синее излучение будет подано в волокно, в то время как фактическое преобразование фотонов высокой энергии в видимый свет происходит на самом кончике волоконного осветителя. Соединение ультрафиолетового света с волокном может быть выполнено более просто, поскольку размер источника - полоски светодиодов намного меньше (типично сотни микрон), чем у фосфорной крышки или белого светодиода (типично 1-3 мм). Поскольку ультрафиолетовый свет может быть передан в глаз в таком варианте осуществления, также может быть желательно включить в конструкцию оптический фильтр, например, вокруг корпуса сцинтилляционного волокна для предотвращения попадания ультрафиолетового света на оптические ткани.

На фиг. 6 представлена логическая блок-схема 600 последовательности операций, ассоциированная со способом освещения внутренних стекловидных областей глаза, используя офтальмологический эндоиллюминатор, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Операция 600 начинается в блоке 602, где первый выход генерируют из одного или больше источников накачки. В определенных вариантах осуществления источник накачки может представлять собой источник ультрафиолетового (УФ) или синего света. Различные схемы накачки можно использовать для генерирования света. Такие схемы накачки могут быть аналогичны используемым для накачки лазерных резонаторов, с той разницей, что выход не обязательно должен быть когерентным.

Выход принимают сцинтилляционным волокном в блоке 604. Сцинтилляционное волокно производит один или больше оптических выходов в блоке 606. Люминесцентный сердечник или оболочка сцинтилляционного волокна обеспечивают генерирование оптическим волокном с примесью, в котором оболочка или сердечник содержат примести такого материала, как белый фосфор с излучением белого света во всех направлениях вдоль волокна. Оптический выход сцинтилляционного волокна оптически соединен с волокном офтальмологического эндоиллюминатора, используя элемент оптического соединения, в блоке 608. Это позволяет передавать в оптическое волокно офтальмологического эндоиллюминатора белый свет или свет другой длины волны, генерируемый в сцинтилляционном волокне, для освещения внутренних областей глаза в блоке 610.

Как указано выше, источник накачки может обеспечить выход в одно или больше сцинтилляционных волокон. Такие волокна могут быть легированы красным, зеленым или синим органическими красителями. Это позволяет в волокне формировать оптический выход RGB. Источник накачки и сцинтилляционные волокна могут быть помещены внутри световой трубки, имеющей зеркала на обоих концах, которые представляют собой рефлекторы, обеспечивающие множественные отражения и накачку излучением, образуемым источником накачки. В других вариантах осуществления сцинтилляционное волокно может быть помещено внутри интегрирующей сферы, отражающей ультрафиолетовый свет и свет такого типа, который пригоден для дальнейшей накачки. Отражающие поверхности отражают на дистальный конец сцинтилляционных волокон отраженный свет внутри сцинтилляционных волокон для генерирования света в общем выходном направлении, подавая выход источника накачки на волокно с примесью в оболочке или сердечнике. В блоке 606 выход сцинтилляционного волокна направлен на волокно офтальмологического эндоиллюминатора и может включать в себя объединение оптического выхода от множества флуоресцентных волокон. В таком случае элемент оптического объединения, такой как шаровая линза, X-призма, дисперсионная призма или дифракционная решетка, можно использовать для объединения этих оптических сигналов в один оптический сигнал, оптически соединенный с оптическим волокном офтальмологического эндоиллюминатора. Диаметр сердечника и цифровая апертура волокна, в котором обеспечиваются объединенные выходы одного или больше волокон сцинтиллятора, равны или меньше, чем у волокна офтальмологического эндоиллюминатора.

Суммируя вышесказанное, варианты осуществления обеспечивают офтальмологический эндоиллюминатор. Из описанного выше можно понять, что настоящее изобретение обеспечивает улучшенную систему для освещения внутри глаза. Офтальмологический эндоиллюминатор включает в себя один или больше диодов (LED), излучающих световой пучок накачки, оптическое волокно, такое как сцинтилляционное волокно или флуоресцентное волокно. Оптическое волокно соединено со светодиодами накачки для получения выхода светодиодов и формирования оптического выхода, такого, как белый свет, в случае, когда сцинтилляционное волокно имеет сердечник или оболочку из фосфора, или выходы RGB в случае флуоресцентных волокон. Элемент оптического соединения, соединенный с оптическим волокном, принимает оптический выход и передает этот оптический выход в волокно эндоиллюминатора, который проводит свет во внутреннюю область глаза.

Очень высокие уровни мощного белого света, автоматически соединяемые с волокном, можно генерировать, используя технологию сцинтилляционного волокна, обеспечиваемую вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, 1 м сцинтилляционного волокна, освещаемый 10 УФ светодиодами, позволяет получить 10 люмен белого света. Поскольку материал волокна поглощает только ультрафиолетовый свет и передает белый свет, по существу без потерь, ничто не мешает использовать более длинные сегменты волокна (например, волокно длиной 1 км), потенциально генерируя, таким образом, по существу (например, 1000x) больше белого цвета света, уже соединенного с волокном. Для уменьшения количества необходимых светодиодов накачки и требуемой длины сцинтилляционного волокна, волокно может быть свернуто в катушку, установлено в отражающую полость, интегрирующую сферу или световую трубку. Светодиоды накачки могут быть затем расположены по порядку, для эффективного соединения своего выхода со сцинтилляционным волокном. Кроме того, аналогично случаю лазерной накачки, количество примесей, используемых в конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения, также можно регулировать, соответственно, для большего генерирования света. Для продольной накачки сцинтилляционного волокна ультрафиолетовым лазером, например, можно использовать более низкую концентрацию накачки, при этом ультрафиолетовый лазер может быть подключен к сцинтилляционному волокну.

Настоящее изобретение иллюстрируется здесь в качестве примера, и различные модификации могут быть выполнены специалистом в данной области техники. Хотя настоящее изобретение было подробно описано выше, следует понимать, что различные изменения, замены и перемены могут быть выполнены в нем, без выхода за пределы объема заявленного изобретения.

Группа изобретений относится к области медицины. Офтальмологический эндоиллюминатор содержит: источник светового пучка накачки; сцинтилляционное волокно, оптически соединенное с источником светового пучка накачки; элемент оптического соединения, оптически соединенный с сцинтилляционным волокном; оптическое волокно, оптически соединенное с элементом оптического соединения. Сцинтилляционное волокно выполнено с возможностью приема выхода источника светового пучка накачки и генерирования света в диапазоне длин волн, отличном от выхода. Элемент оптического соединения выполнен с возможностью приема света из сцинтилляционного волокна. Оптическое волокно выполнено с возможностью проведения света в глаз. Вариант устройства содержит множество сцинтилляционных волокон и элемент оптического объединения, выполненный с возможностью объединять множество оптических выходов для формирования объединенного оптического выхода. Вариант устройства содержит флуоресцентное волокно. Способ эндоосвещения характеризует работу офтальмологического эндоиллюминатора. 5 н. и 25 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Офтальмологический эндоиллюминатор, содержащий:
по меньшей мере, один источник светового пучка накачки;
сцинтилляционное волокно, оптически соединенное, по меньшей мере, с одним источником светового пучка накачки, причем сцинтилляционное волокно выполнено с возможностью приема выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки и генерирования света в диапазоне длин волн, отличном от выхода, по меньшей мере, этого одного источника светового пучка накачки;
элемент оптического соединения, оптически соединенный с сцинтилляционным волокном, причем элемент оптического соединения выполнен с возможностью приема света из сцинтилляционного волокна; и
оптическое волокно, оптически соединенное с элементом оптического соединения, причем оптическое волокно выполнено с возможностью проведения света в глаз.

2. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.1, который содержит световую трубку, причем в световой трубке установлен, как, по меньшей мере, один источник светового пучка накачки, так и сцинтилляционное волокно.

3. Офтальмологический эндоиллюминатор, по п.1, дополнительно содержащий зеркало на дистальном конце сцинтилляционного волокна, причем это зеркало выполнено с возможностью отражения света, по меньшей мере, в части другого диапазона длин волн и пропускания выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки.

4. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.1, в котором сцинтилляционное волокно содержит люминесцентный сердечник или оболочку, причем люминесцентный сердечник или оболочка выполнен(а) с возможностью генерирования света в другом диапазоне длин волн.

5. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.4, в котором люминесцентный сердечник или оболочка содержит белый фосфор.

6. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.1, в котором элемент оптического соединения содержит шаровую линзу.

7. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.4, в котором диаметр сердечника и цифровая апертура сцинтилляционного волокна оба либо равны, или меньше, чем у оптического волокна.

8. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.1, в котором источник светового пучка накачки содержит ультрафиолетовый светодиод или светодиод синего света.

9. Офтальмологический эндоиллюминатор, содержащий:
по меньшей мере, один источник светового пучка накачки;
множество сцинтилляционных волокон, оптически соединенных, по меньшей мере, с одним источником светового пучка накачки, причем каждое из множества сцинтилляционных волокон выполнено с возможностью приема выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки и генерирования множества оптических выходов, каждый из оптических выходов сцинтилляционных волокон находится в соответствующем диапазоне длин волн, отличном от диапазона длин волн, по меньшей мере, одного источника накачки;
элемент оптического объединения, выполненный с возможностью объединять множество оптических выходов для формирования объединенного оптического выхода;
элемент оптического соединения, выполненный с возможностью принимать объединенный оптический выход; и
оптическое волокно, оптически соединенное с элементом оптического соединения, причем оптическое волокно выполнено с возможностью проведения объединенного оптического выхода в глаз.

10. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.9, который содержит световую трубку, причем в световой трубке установлен как, по меньшей мере, один источник светового пучка накачки, так и множество сцинтилляционных волокон.

11. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.9, дополнительно содержащий зеркало на дистальном конце множества сцинтилляционных волокон, причем зеркало выполнено с возможностью отражения света и пропускания выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки.

12. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.9, в котором элемент оптического объединения содержит, по меньшей мере, один элемент оптического объединения, выбранный из группы, состоящей из:
X-призмы;
дисперсионной призмы; и
дифракционной решетки.

13. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.9, в котором множество сцинтилляционных волокон содержит флуоресцентные волокна, с примесью красного, зеленого и синего (RGB) органических красителей, причем множество флуоресцентных волокон выполнены с возможностью формирования оптических выходов RGB.

14. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.9, в котором элемент оптического соединения содержит шаровую линзу.

15. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.9, который содержит сердечник, при этом диаметр сердечника и цифровая апертура сцинтилляционного волокна равны или меньше, чем у оптического волокна.

16. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.9, в котором источник светового пучка накачки содержит источник накачки УФ или синего света.

17. Способ офтальмологического эндоосвещения, содержащий этапы, на которых:
используют офтальмологический эндоиллюминатор, содержащий источник светового пучка накачки; сцинтилляционное волокно, оптически соединенное с источником светового пучка накачки; элемент оптического соединения, оптически соединенный с сцинтилляционным волокном; оптическое волокно, оптически соединенное с элементом оптического соединения, причем оптическое волокно выполнено с возможностью проведения света в глаз, и сердечник,
генерируют первый выход, по меньшей мере, из одного источника светового пучка накачки;
оптически соединяют первый выход, по меньшей мере, с одним оптическим волокном для получения, по меньшей мере, одного оптического выхода, имеющего спектральный выход, отличный от спектрального выхода первого выхода;
оптически соединяют, по меньшей мере, один оптический выход с волокном офтальмологического эндоиллюминатора с помощью элемента оптического соединения; и
проводят оптический выход по волокну офтальмологического эндоиллюминатора для освещения внутренней области глаза.

18. Способ по п.17, в котором, по меньшей мере, одно оптическое волокно содержит флуоресцентное волокно.

19. Способ по п.17, в котором, по меньшей мере, одно оптическое волокно содержит флуоресцентное волокно с примесью, по меньшей мере, двух других органических красителей, причем органические красители выполнены с возможностью генерирования оптических выходов на разных длинах волн таким образом, что оптические выходы генерируют при объединении белый свет.

20. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором размещают, по меньшей мере, один источник накачки и, по меньшей мере, одно оптическое волокно в пределах световой трубки.

21. Способ по п.17, дополнительно содержащий этапы, на которых:
отражают свет в пределах, по меньшей мере, одного оптического волокна для формирования света в том же направлении выхода; и
пропускают выход, по меньшей мере, одного источника накачки, по меньшей мере, в одно оптическое волокно.

22. Способ по п.17, в котором элемент оптического соединения содержит, по меньшей мере, один элемент оптического объединения, выбранный из группы, состоящей из:
шаровой линзы;
X-призмы;
дисперсионной призмы; и
дифракционной решетки.

23. Способ по п.17, в котором диаметр сердечника и цифровая апертура, по меньшей мере, одного оптического волокна равны или меньше, чем у волокна офтальмологического эндоиллюминатора.

24. Способ по п.17, в котором источник накачки содержит источник накачки УФ или синего света.

25. Офтальмологический эндоиллюминатор, содержащий:
по меньшей мере, один источник светового пучка накачки;
по меньшей мере, одно флуоресцентное волокно, оптически соединенное, по меньшей мере, с одним источником накачки, в котором:
по меньшей мере, одно флуоресцентное волокно выполнено с возможностью приема выхода, по меньшей мере, одного источника накачки;
области, по меньшей мере, одного флуоресцентного волокна содержат примеси красного, зеленого или синего (RGB) органических красителей, по меньшей мере, одно флуоресцентное волокно выполнено с возможностью формирования оптических выходов RGB из выхода, по меньшей мере, одного источника накачки;
элемент оптического объединения выполнен с возможностью объединения множества оптических выходов и генерирования света;
элемент оптического соединения выполнен с возможностью приема света; и
оптическое волокно оптически соединено с элементом оптического соединения, оптическое волокно выполнено с возможностью проведения света в глаз.

26. Офтальмологический эндоиллюминатор, содержащий:
по меньшей мере, один источник светового пучка накачки;
сцинтилляционное волокно, оптически соединенное, по меньшей мере, с одним источником светового пучка накачки, причем сцинтилляционное волокно содержит сцинтилляционное устройство на дистальном конце сцинтилляционного волокна, выполненное с возможностью расположения внутри глаза, при этом:
сцинтилляционное волокно выполнено с возможностью переноса оптического выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки в сцинтилляционное устройство; и
сцинтилляционное устройство выполнено с возможностью приема оптического выхода и генерирования света в диапазоне длин волны, отличном от оптического выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки.

27. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.26, в котором источник светового пучка накачки содержит светодиод УФ или синего света.

28. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.26, дополнительно содержащий оптический фильтр, расположенный вокруг сцинтилляционного волокна и выполненный с возможностью фильтрации света в диапазоне длин волн оптического выхода, по меньшей мере, одного источника светового пучка накачки.

29. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.26, в котором сцинтилляционное устройство содержит флуоресцентный материал.

30. Офтальмологический эндоиллюминатор по п.26, в котором сцинтилляционное устройство содержит фосфоресцентный материал.