Светопроводящая инфузионная канюля - RU2419400C2
Код документа: RU2419400C2
Чертежи
Описание
Родственные заявки
По данной заявке испрашивается приоритет в соответствии с включенной в качестве ссылки во всей своей полноте для всех целей предварительной патентной заявкой США №60/751175, озаглавленной «Прозрачная светопроводящая инфузионная канюля», поданной 16 декабря 2005 года.
Эта заявка относится и включает в себя посредством ссылки во всей своей полноте для всех целей предварительную патентную заявку США №60/653265, поданную 15 февраля 2005 года, озаглавленную «Зонд эндосветильника высокой пропускной способности».
Эта заявка относится и включает в себя посредством ссылки во всей своей полноте для всех целей непредварительную патентную заявку США №11/354615, поданную 15 февраля 2006, озаглавленную «Зонд эндосветильника высокой пропускной способности».
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к хирургическому инструментарию. Конкретно, настоящее изобретение относится к хирургическим инструментам для освещения операционной области в процессе офтальмологических операций. Еще более конкретно настоящее изобретение относится к инструменту для проведения инфузии, имеющему блок освещения для освещения внутреннего пространства глазного яблока.
Предшествующий уровень техники изобретения
В офтальмологии и, в частности, в хирургии стекловидного тела и сетчатки желательно использовать широкоугольную систему операционного микроскопа, чтобы рассмотреть как можно больший участок сетчатки. Широкоугольные линзы объектива для такого рода микроскопических систем существуют, однако они требуют более широкой области освещения, чем та, которая обеспечивается конусом освещения типичного волоконно-оптического зонда. В результате были разработаны различные технологии для того, чтобы увеличить рассеивание относительно некогерентного света, осуществляемое волоконно-оптическим светильником. Эти общеизвестные широкоугольные светильники могут, таким образом, осветить больший участок сетчатки, как требуется в современных широкоугольных системах операционного микроскопа.
Также является общеизвестным размещение оптических волокон внутри рабочего конца хирургического инструмента. Это избавляет от необходимости иметь отдельный порт освещения и дает преимущество, заключающееся в направлении светового пучка вместе с инструментом на целевой участок. При этом размеры инструмента должны быть соответственно увеличены, и могут быть необходимы более масштабные склеротомии. Альтернативная операция заключается в использовании светопроводящей инфузионной канюли для объединения инфузионной и осветительной функции в единственной точке.
Один из примеров комбинированной инфузионной канюли и источника освещения приведен в патенте США №4820264. Устройство, представленное в патенте США №4820264, включает в себя инфузионный канал, через который пропущены светопроводящие волокна для направления света внутрь глазного яблока в точке введения внутриглазного промывочного раствора. Такое освещение не направляется автоматически посредством манипуляции режущими инструментами. Кроме того, оптические волокна пролегают напрямую внутри инфузионного канала, и освещающая и инфузионная части неотделимы около глаза.
Эти комбинированные инфузионные канюли предшествующего уровня техники, однако, имеют различные недостатки. Эти недостатки включают в себя недостаточное, низкое светопропускание и недостаточные скорости прохождения потока текучей среды, в особенности при совмещении, например, у 20 размера канюли.
Таким образом, существует потребность в светопроводящей инфузионной канюле, которая может снизить или устранить проблемы комбинированных канюль предшествующего уровня техники, в частности низкое светопропускание и низкие скорости потока текучей среды.
Сущность изобретения
Варианты реализации настоящего изобретения представляют собой систему и способ для освещения операционной области в процессе офтальмологических операций, которая, по существу, направлена на удовлетворение вышеобозначенных потребностей, а также и других потребностей. Один из вариантов осуществления изобретения представляет собой прозрачную светопроводящую инфузионную канюлю, служащую для того, чтобы освещать операционную область в процессе офтальмологических операций. Оптическое волокно может быть расположено с некоторым промежутком по отношению к канюле таким образом, что текучая среда обтекает дистальный конец оптического волокна и проходит внутри прозрачной канюли, где может протекать с намного более высокой скоростью потока, чем это ранее было возможно. Просвет между канюлей и оптическим волокном может быть оптимизирован таким образом, что площадь поперечного сечения канала текучей среды остается, по существу, постоянной, чтобы достичь лучшего компромисса между высоким светопропусканием и высокой скоростью потока текучей среды.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ в настоящий момент дается ссылка на нижеследующее описание, в соединении с сопровождающими чертежами, в которых одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструктивные признаки и в которых:
на Фиг.1 дано условное изображение выводящего конца прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.2 дано условное изображение подводящего конца прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.3 дано условное изображение прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.4 дано условное изображение оптического волокна/20 размера канюли примерной конфигурации в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.5 дано условное изображение прозрачной светопроводящей инфузионной канюли, где оптическое волокно и трубопровод текучей среды сходятся вместе проксимальнее входной апертуры в склеру в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.6 дано условное изображение авторассекающей (и самоудерживающейся, если к канюле добавлен кольцевой упор) прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.7 дано условное изображение авторассекающей (и самоудерживающейся, если к канюле добавлен кольцевой упор), прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.8-11 проиллюстрировано прохождение отдельных лучей и общего светового пучка через канюлю как в условиях текучей среды (например солевой раствор), так и в условиях газа (например воздух) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.12-14 показаны различные оптические конструктивные особенности прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.15 показана «горячая точка», образованная нерассеянным светом, проходящим напрямую от дистального конца оптического волокна через отверстие в конце прямой канюли и внутрь глаза;
на Фиг.16 показано решение проблемы «горячей точки», проиллюстрированной на Фиг.15, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.17 показано решение проблемы «горячей точки», проиллюстрированной на Фиг.15, использующее конфигурацию искривленной металлической канюли, которая дает в результате широкоугольный выходящий световой пучок либо в газе (таком как воздух) или в жидкости (такой как солевой раствор) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.18 показано решение проблемы «горячей точки», проиллюстрированной на Фиг.15, использующее конфигурацию искривленной прозрачной канюли, которая дает в результате широкоугольный выходящий световой пучок либо в газе (таком как воздух), или в жидкости (такой как солевой раствор) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.19-21 дано условное изображение прозрачной светопроводящей инфузионной канюли, которая содержит в себе коническое оптическое волокно в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.22 показано получающееся в результате большое угловое расхождение излучаемого светового пучка в воздушной среде, связанное с прозрачной светопроводящей инфузионной канюлей Фиг.19-21 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.23 дано условное изображение прозрачной светопроводящей инфузионной канюли, имеющей расположенное под углом отражающее покрытие, препятствующее излучаемому свету напрямую освещать посредством канюли, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения; и
на Фиг.24 дано условное изображение конусообразной формы оптического волокна составного параболического концентратора/усеченного конуса.
Описание изобретения
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы на чертежах, для ссылок к одинаковым и подобным частям различных чертежей использованы одинаковые позиции.
На Фиг.1 дано условное изображение выводящего конца прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Этот вариант осуществления изобретения предcтавляет собой светопроводящую инфузионную канюлю 100, которая может включать в себя следующие компоненты: (1) эндосветильник 100, содержащий конусовидное оптическое волокно 101 с высокой числовой апертурой (А), такое как оптическое волокно 103 Toray расширенного диаметра 20 mil и числовой апертуры 0,63, (2) канал 104 для перемещения жидкости или газа, (3) раструб 106, где эндосветильник и канал сходятся вместе, (4) расположенную после раструба прозрачную канюлю 108, которая может включать в себя самоудерживающее кольцо и (5) высокоотражающее покрытие 110 на части наружной боковой поверхности канюли. При желании дистальная часть прозрачной канюли может быть изогнута или может включать в себя конструктивные особенности, такие как рассеивающая, дифракционная или микронноупорядоченная поверхность, рассеивающая свет под заданным угловым распространением.
На Фиг.2 дано условное изображение подводящего конца прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Этот подводящий конец может содержать в себе «Осветительный зонд высокой пропускной способности», раскрытый в предварительной патентной заявке США №60/653265, поданной 15 февраля 2005, и непредварительной патентной заявке США №11/354615, поданной 15 февраля 2006, которые являются, таким образом, включенными посредством ссылки во всей своей полноте для всех целей.
Этапы создания подводящего конца инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения могут включать в себя разные этапы. Вначале оптическое волокно 202 большого диаметра и со средней числовой апертурой может быть соединено с коническим оптическим волокном 204, имеющим высокую числовую апертуру, как описано в предварительной патентной заявке США №60/653265, поданной 15 февраля 2005. Например, соединение оптического волокна 202 диаметром 29,5 mil и имеющим числовую апертуру 0,5 с Toray оптическим волокном 204 диаметра, сужающегося с 29,5 mil до 20 mil (1 mil = 0,001 дюйма = 25,4 мкм), и имеющим числовую апертуру 0,63 посредством использования оптического адгезива 206 Dymax 142-M. Затем может быть обеспечен гибкий пластиковый трубопровод 208 для перемещения текучей среды или газа. При желании оптическое волокно 202 и трубопровод 208 могут быть заключены внутрь защитной оболочки 210 для того, чтобы образовать единый кабель. Затем стеклянная цилиндрическая канюля, которая имеет достаточную длину для того, чтобы пройти через склеру (по меньшей мере 0,53") и у которой, при желании, имеется тороидальное удерживающее кольцо, чтобы позволить канюле оставаться внутри глаза после ее установки, подвергается механической обработке или получается литьем под давлением из прозрачного пластика.
На Фиг.3 дано условное изображение прозрачной светопроводящей инфузионной канюли в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В этом примере 20 размера (калибра) прозрачная канюля 300 может быть изготовлена из акрилопласта и может иметь внутренний диаметр 31 mil, наружный диаметр 36 mil и длину 58 mil. Покрытия 302 могут быть нанесены на части внутреннего или наружного диаметра цилиндрической поверхности 304 канюли 300 посредством использования металлического или диэлектрического процесса создания многослойного покрытия или посредством использования другого подобного процесса. В примере, представленном на Фиг.3, длина покрытия наружной цилиндрической поверхности канюли составляет 38 mil. Покрытие должно иметь высокую отражающую способность и быть биологически совместимым. Серебро и алюминий являются покрытиями, которые имеют высокую отражающую способность к видимому свету и которые имеют подходящую биологическую совместимость.
Возвращаясь к Фиг.1, пластиковый раструб 106 и пластиковая заглушка 112, сформированные посредством машинной обработки или литьем под давлением, присоединяют оптическое волокно 103 и трубопровод 104 текучей среды к прозрачной канюле 108. Пластиковый раструб 106 и пластиковая заглушка 112 могут быть изготовлены по отдельности, а затем скреплены защелкиванием и/или склеены вместе, или пластиковый раструб 106 и заглушка 112 могут быть изготовлены как одна единая часть. Прозрачная канюля 108 крепится защелкиванием и/или склеиванием внутри дистального конца пластикового раструба 106. Альтернативно прозрачная канюля и раструб могут быть изготовлены как одна непрерывная часть. Пластиковая заглушка имеет два отверстия - одно для оптического волокна и одно для пластикового трубопровода. Оптическое волокно и трубопровод являются вставленными внутрь заглушки. Пластиковая заглушка располагает оптическое волокно латерально, таким образом, что оно оказывается расположенным коаксиально оси прозрачной канюли. Оптическое волокно 103 вставляют через пластиковую заглушку 112 таким образом, что его дистальный конец является расположенным с надлежащим промежутком по отношению к проксимальному концу канюли (см. «фундаментальные принципы», пояснение ниже), затем оптическое волокно крепится к пластиковой заглушке 112.
На Фиг.4 дано условное изображение оптического волокна 103 (20 размера) канюли 108, сконфигурированной в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В этом примере зазор между канюлей и оптическим волокном составляет 7,7 mil. Кроме того, пластиковый трубопровод 104 может, в случае необходимости, быть приклеен к пластиковой заглушке 112.
Прозрачная светопроводящая инфузионная канюля, представленная вариантами реализации настоящего изобретения, обеспечивает: (1) более высокое светопропускание, чем конкурирующая светопроводящая инфузионная канюля; (2) лучшую скорость потока текучей среды, чем конкурирующая светопроводящая инфузионная канюля; (3) одновременно включает в себя улучшенное светопропускание и улучшенную скорость потока в такой же светопроводящей инфузионной канюле; и (4) обеспечивает высокое светопропускание и высокую скорость потока сквозь канюлю 20 размера.
Принципы, описанные в предварительной патентной заявке США №60/653265, дают возможность свету проходить через небольшую апертуру (апертура в дистальном конце конусовидного оптического волокна с высокой числовой апертурой), и, в то же время, достигается очень высокое относительное светопропускание. Апертура в дистальном конце оптического волокна меньше, чем апертура прозрачной канюли.
Поскольку дистальная апертура конического оптического волокна меньше, чем апертура прозрачной канюли, то почти весь свет, излучаемый оптическим волокном, пройдет через апертуру внутреннего диаметра на проксимальном конце прозрачной канюли, даже если дистальный конец оптического волокна расположен с некоторым промежутком по отношению к проксимальному концу прозрачной канюли. Максимальный разделяющий промежуток, при котором поддерживается высокая пропускная способность, примерно определяется как S=[(Dc-Df)/2]/tang θcutoff, где Dc = внутренний диаметр прозрачной канюли, Df = диаметр на дистальном конце оптического волокна и θcutoff = угол прямого выхода оптического волокна. Для оптического волокна Toray 20 mil с числовой апертурой 0,63 в воздушной среде и прозрачной канюли с внутренним диаметром 31 mil, в этом случае угол прямого выхода = 39,1° и максимальный разделяющий промежуток S=6,8 mil.
Если на прозрачную канюлю не нанесено покрытие, то лучи света, поступающие в проксимальную апертуру внутреннего диаметра канюли, пройдут через стенки канюли и потеряются посредством спектрального поглощения внутри склеры. Однако, если часть внутреннего или наружного диаметра цилиндрической боковой стенки канюли (часть, которая проходит через склеру) является покрытой металлическим или многослойным диэлектрическим покрытием с высокой отражающей способностью, то свет внутри канюли отражается покрытием таким образом, что он будет оставаться внутри канюли при прохождении через склеру. Покрытие является выполненным таким образом, что оно заканчивается, как только канюля оказывается установленной в склере. Когда свет проходит через часть канюли, которая не является покрытой, свет проходит через стенку канюли и освещает сетчатку в пределах внутреннего пространства глаза.
Размещение оптического волокна и канюли с некоторым промежутком друг от друга дает возможность текучей среде обтекать дистальный конец оптического волокна и протекать внутри прозрачной канюли с намного более высокой скоростью потока, чем это было бы возможно, если бы расстояние S между оптическим волокном и канюлей было бы равным 0. Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают промежуточное пространство между оптическим волокном и канюлей таким образом, что площадь поперечного сечения канала текучей среды оптимизирована всюду (то есть не существуют никаких участков, где бы площадь поперечного сечения потока была бы небольшой). Скорость потока должна быть примерно пропорциональной площади поперечного сечения.
Промежуточное пространство между оптическим волокном и канюлей является выполненным таким образом, что достигается лучший компромисс между высоким светопропусканием и высокой скоростью потока текучей среды. В 20 размере (калибре) конфигурации, изображенной на Фиг.4, теоретически спрогнозированное светопропускание в воздушной среде (по сравнению с оптическим волокном 20 размера, диаметра 29,5 mil и имеющим числовую апертуру 0,5) составляет ~82%, а площадь сечения потока составляет 0,000755 квадратных дюйма. Это представляет 1,7-кратное улучшение светопропускания и 1,74-кратное улучшение площади сечения потока по сравнению с некоторыми конфигурациями светопроводящей инфузионной канюли предшествующего уровня техники (см. «Предшествующий уровень техники»).
Кольцевой самоудерживающий «упор» 1404 на наружной цилиндрической поверхности канюли является выполненным с возможностью обеспечивать удерживание светопроводящей инфузионной канюли, помещенной внутри глаза, после введения канюли.
Варианты осуществления настоящего изобретения максимизируют светопропускание и скорость потока через светопроводящую инфузионную канюлю внутрь глаза, давая, например, следующие ограничения:
лампа светильника является выполненной с возможностью фокусировать свет внутрь оптического волокна 20 размера (диаметр 0,0295");
инфузионная канюля должна иметь наружный диаметр не более 0,036" для того, чтобы обеспечить возможность самоутягивания при использовании 20 размера в хирургии;
инфузионная канюля должна иметь минимальную толщину стенки, сохраняя минимально необходимую прочность.
Известно множество предшествующих попыток, направленных на решение этой проблемы. Конфигурации имеют коммерчески общедоступный зонд светопроводящей инфузионной канюли 20 размера, который состоит из: (1) неконусовидного оптического волокна диаметром 500 мкм (20 mil), длиной несколько футов, предположительно с 0,5 числовой апертурой, (2) гибкого пластикового трубопровода для проведения текучей среды или газа, (3) раструба, который соединяет оптическое волокно и пластиковый трубопровод несколькими дюймами выше дистального конца оптического волокна, (4) сегмента оптического волокна и трубопровода, расположенных вниз от раструба, в котором оптическое волокно находится внутри трубопровода, (5) 20 размера металлической канюли внутреннего диаметра 31 mil, в которую вставлена комбинация из трубопровода и оптического волокна (трубопровод скользит поверх канюли, в то время как оптическое волокно пропускается через канюлю) и (6) дистального конца оптического волокна длиной ~40 mil позади дистального конца канюли, в которой оптическое волокно линейно сужается до фактической точки. Эта конфигурация в результате дает площадь поперечного сечения потока 0,000441 квадратного дюйма и измеренное светопропускание (в воздушной среде) 47% по сравнению со стандартным 20 размера эндосветильником Alcon (при использовании светильника Accurus или AHBI).
Проблема этой конфигурации состоит в том, что оптическое волокно и текучая среда конкурируют за ту же самую площадь поперечного сечения внутри ограниченного внутреннего диаметра 31 mil внутри 20 размера канюли. В связи с этим существует прямое отношение между площадью поперечного сечения оптического волокна (и соответственно светопропусканием) и площадью поперечного сечения текучей среды (и соответственно скоростью потока текучей среды). Когда одно из них увеличивается, другое пропорционально снижается. Нет никакого способа при таком подходе избежать указанного соотношения.
Второе решение представлено Toy Alcon, которая представляет 19 размера светопроводящую инфузионную канюлю, которая аналогична конфигурации Synergetics за исключением того, что: (1) внутренний диаметр канюли составляет 42,5 mil, (2) внутренний диаметр канюли составляет 37,5 mil, (3) диаметр оптического волокна составляет 30 mil и (4) площадь поперечного сечения текучей среды составляет 0,000398 квадратных дюйма.
Подобно конфигурации «Synergetics» проблема при использовании этой конфигурации состоит в том, что оптическое волокно и текучая среда конкурируют за ту же самую площадь поперечного сечения внутри ограниченного внутреннего диаметра 37,5 mil внутри 19 размера канюли. В связи с этим существует прямое соотношение между площадью поперечного сечения оптического волокна (и соответственно светопропусканием) и площадью поперечного сечения текучей среды (и соответственно скоростью потока текучей среды). Когда одно из них увеличивается, другое пропорционально снижается. Нет никакого способа при таком подходе избежать этого соотношения.
Другая проблема при использовании этой конфигурации состоит в том, что наружный диаметр имеет 19 размер (42,5 mil) вместо 20 размера (36 mil). Больший размер канюли делает офтальмологические операции более травматичными, препятствует самоутягиванию и приводит к тому, что время, необходимое для заживления, становится более продолжительным.
Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают различные преимущества по сравнению с описанными предшествующими решениями. Например, может быть обеспечена 20 размера светопроводящая инфузионная канюля вместо 19 размера. Меньший, 20 размер (внутренний диаметр составляет 36 mil) при новой конфигурации приводит к менее травматичным офтальмологическим операциям, самоутягиванию и уменьшению времени заживления.
В приведенном в качестве примера варианте реализации настоящего изобретения на Фиг.4 осуществлено 1,74-кратное улучшение светопропускания (в воздушной среде) по сравнению с конфигурацией «Synergetics» предшествующего уровня техники (при использовании светильника Accurus или AHBI). Кроме того, осуществлено 1,7-кратное улучшение площади поперечного сечения и скорости потока над «Synergetics» предшествующего уровня техники и 1,90-кратное улучшение площади поперечного сечения и скорости потока над Alcon предшествующего уровня техники.
На Фиг.5-7 проиллюстрированы другие возможные варианты осуществления настоящего изобретения. На Фиг.5 представлено условное изображение прозрачной светопроводящей инфузионной канюли, где оптическое волокно 103/204 и трубопровод 104 текучей среды сходятся вместе вверху перед входной апертурой склеры в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. На Фиг.6 и 7 изображена авторассекающая (и самоудерживающаяся, если к канюле добавлен кольцевой упор) прозрачная светопроводящая инфузионная канюля 600, которая включает в себя подпружиненную металлическую рассекающую канюлю 602 и фиксатор 604. В своей начальной позиции, как показано на Фиг.6, рассекающая канюля 602 выведена вперед так, чтобы сделать возможным проведение разреза в склере. При оттягивании фиксатора 604, рассекающая канюля 602 убирается, как показано на Фиг.7, оставляя оптическое волокно 103/204 и прозрачную канюлю 108 в их правильном взаимном расположении, обеспечивая оптимальную комбинацию светопропускания и потока текучей среды.
На Фиг.8-11 проиллюстрировано прохождение отдельных лучей и общего светового пучка через канюлю как в условиях текучей среды (например, солевого раствора), так и в условиях газа (например, воздуха) в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. В условиях газа угловое расхождение светового пучка является более широким, чем в условиях солевого раствора. Таким образом, любые потери светопропускания, обусловленные непрохождением света через проксимальную входную апертуру канюли (вследствие слишком большого зазора между оптическим волокном и канюлей), будут большими в условиях газа, чем в условиях текучей среды.
Предшествующий уровень техники, рассмотренный выше, включает в себя оптическое волокно, дистальный конец которого конусообразно сужается почти до точки. Результатом этой конусности является угловое расширение излучаемого светового пучка под большим углом, чем световой пучок, излучаемый от неконического оптического волокна. Варианты реализации изобретения прозрачной светопроводящей инфузионной канюли, изображенной на Фиг.1-11, включают в себя неконическое оптическое волокно и прямую неконусовидную канюлю. Таким образом, угловое расхождение света, излучаемого в этом варианте реализации изобретения, примерно равно угловому расхождению непосредственно от неконического оптического волокна; то есть намного более сужено угловое расхождение, чем в предшествующем уровне техники. Для некоторых применений настоящего изобретения было бы желательно увеличить угловое расхождение излучаемого светового пучка, таким образом, чтобы освещение сетчатки было относительно равномерным. Существуют два способа увеличения углового расхождения излучаемого светового пучка: (1) посредством изменения канюли, (2) посредством изменения оптического волокна.
Одной из модификаций канюли является изготовление части или всей канюли отражающими посредством использования металлического или диэлектрического покрытия поверх выбранной области прозрачной канюли или посредством изготовления самой канюли из отражающего металла. Другие модификации канюли сопряжены с включением в себя оптических конструктивных особенностей, таких как рассеивающая поверхность, дифракционная поверхность и/или совокупность микролинз, для того, чтобы рассеивать свет под желаемым угловым распространением. Альтернативно рассеивающая, дифракционная, отражающая или преломляющая пленка может быть нанесена подобно переводной картинке на наружную цилиндрическую поверхность дистальной части прозрачной канюли для того, чтобы обеспечить желаемое распределение света. Эти оптические конструктивные особенности изображены на Фиг.12-14. На Фиг.12 представлена прозрачная канюля 1202, имеющая поверхностный светорассеиватель 1204, расположенный снаружи канюли 1202 или изнутри канюли 1202. Также может быть предусмотрена непрозрачная канюля 1206, имеющая поверхностный светорассеиватель 1208, расположенный на внутреннем диаметре канюли. На Фиг.13 показано использование светорассеивающих красок 1302 на внутренней поверхности или наружной поверхности канюли 1304 или использование толстого формообразующего светорассеивающего материала 1306 в самой канюле 1304. На Фиг.14 представалена прозрачная канюля 1402, в которой применяются отражающие линзы 1404 на цилиндрических поверхностях для того, чтобы обеспечить желаемое распределение света.
Однако все эти конструктивные особенности имеют проблему - «горячую точку» 1502, вызываемую нерассеянным светом 1504, идущим напрямую из дистального конца оптического волокна 103/204 через отверстие в конце прямой канюли и внутрь глаза (см. Фиг.15). Решением проблемы «горячей точки» является изгибание прозрачной канюли 1600 или непрозрачной канюли 1602 таким образом, чтобы никакие лучи света не могли проходить напрямую от оптического волокна 103/204 внутрь глаза без сталкивания с канюлей 1602 (см. Фиг.16). На Фиг.17 проиллюстрирована искривленная конфигурация 1700 металлической канюли, которая в результате обеспечивает широкоугольный выходящий световой пучок либо в газе (таком как воздух) или в жидкости (такой как солевой раствор). Подобные свойства углового расхождения достигаются в искривленной конфигурации 1800 прозрачной канюли на Фиг.18 (в которой большая часть канюли, кроме скошенного дистального конца, является покрытой отражающим металлом).
Другим средством углового расширения светового пучка является заострение на конус дистального конца 1902 оптического волокна 103/204. Вариант реализации этого изобретения, который включает в себя коническое оптическое волокно, проиллюстрирован на Фиг.19-21. В этом предпочтительном варианте реализации изобретения проксимальный конец 1904 канюли 108 является немного расширенным таким образом, что площадь поперечного сечения между оптическим волокном и канюлей является не меньшей, чем область выводящего конца канюли (которая составляет 0,000755 квадратных дюймов в примере на Фиг.20 и Фиг.21). Получаемое большое угловое расхождение излучаемого светового пучка в воздушной среде проиллюстрировано на Фиг.22. Эта конфигурация имеет на 36% больший выход света и на 71% большую площадь поперечного сечения потока, чем при подходе, используемом в конфигурации «Synergetics». Кроме того, расположенное под углом отражающее покрытие 2302 может быть добавлено к прозрачной канюле 100, как на Фиг.23, для того, чтобы предотвратить прямое освещение из канюли излучаемым светом.
Для оптического волокна, которое передает световой пучок с половинным углом θin расхождения светового пучка и которое выполнено с возможностью эффективно излучать свет внутри расходящегося однородного под углом светового пучка с половинным углом θout расхождения, линейная конусность не является оптимальной конусообразной формой. Для условного двухмерного оптического волокна (то есть, где оптическое волокно и лучи полностью ограничены внутри двухкоординатной плоскости), оптимальной конусообразной формой является сложный параболический концентратор, пристыкованный к усеченному линейно-конусному конусу (как проиллюстрировано в примере на Фиг.24). Отношение диаметра дистального оптического волокна к диаметру проксимального оптического волокна равняется sin θin/sin θout. Для этой конусообразной формы, пренебрегая потерями френелевского отражения, эффективность излучения в окружающей воздушной среде составляет 100%, и получаемый в результате излучаемый световой пучок имеет однородную светимость для углов такой величины, как θout и является нулевым для углов больших, чем θout.
Для реального трехмерного оптического волокна ситуация является более сложной. Некоторые косые лучи (под косыми лучами подразумеваются лучи, которые идут снаружи от плоскости, которая включает в себя ось оптического волокна), которые имеют углы отклонения от оси меньше чем θin, поворачивают назад посредством полного внутреннего отражения и идут обратно по оптическому волокну в направлении источника света. Аналогично некоторые косые лучи с углами отклонения от оси, большими, чем θin, выходят из дистального конца конического оптического волокна. Таким образом, для реального трехмерного оптического волокна отношение пропускания к профилю угла излучаемого светового пучка не будет иметь резкого снижения при θout, но будет быстро снижаться в точке 50%-ного пропускания примерно при θout. Кроме того, вследствие косых лучей, конусообразная форма оптического волокна оптимальной эффективности не является сложным параболическим концентратором/усеченным конусом на Фиг.24, но является намного более сложной формой. Оптимальная форма зависит частично от точного отношения светимости к угловому значению светового пучка, заключенного в оптическое волокно, от рассеивающих свойств, связанных с отклонением от оси оптического волокна, и точного желаемого профиля выхода излученного светового пучка. Эта оптимальная форма может быть определена посредством использования программы по оптическому дизайну, такой как Zemax, которая дает возможность модифицировать конусообразную форму оптического волокна автоматически до тех пор, пока оптимальный желаемый выход не будет достигнут.
Вариант реализации настоящего изобретения проиллюстрирован на Фиг.19-21. В этом варианте реализации изобретения оптическое волокно линейно конусообразно сужено и эффективность излучения из оптического волокна составляет около 60%. Эта линейная конусность может быть заменена сложной конусообразной формой, подобной конусу сложного параболического концентратора/усеченному конусу на Фиг.24, и получаемая в результате эффективность излучения оптического волокна будет очень близка к 100%. (Дизайн этой оптимальной конусообразной формы оптического волокна учитывает отражающую способность канюли и конусообразную форму, которая влияет на профиль выхода излучаемого светового пучка.) При этом, поскольку для этой оптимальной конусообразной формы оптического волокна дистальный конец оптического волокна не сходится конусообразно в точку, но вместо этого заканчивается дистальной поверхностью с небольшим диаметром, площадь поперечного сечения потока между этим оптическим волокном и канюлей на Фиг.19-21 является ограниченной. Другими словами, текучая среда наталкивается на узкое место в дистальном конце оптического волокна. Это может быть предотвращено посредством перемещения оптического волокна с оптимальной конусностью на небольшое расстояние от канюли (в левую сторону на Фиг.20) и/или повышения угла раструба идущего раструбом проксимального конца оптического волокна. Получаемая в результате комбинация между оптическим волокном и канюлей будет сохранять высокую площадь сечения потока 0,000755 квадратных дюйма и будет потенциально иметь еще большую световую пропускную способность, чем вариант реализации изобретения Фиг.19-21.
Таким образом, вариант реализации изобретения является вариантом на Фиг.19-21, который был модифицирован следующим образом: конусообразная форма оптического волокна и конусообразная форма канюли, и взаимное расположение между оптическим волокном и канюлей изменены, чтобы дать в результате систему, которая излучает свет равномерно по всей поверхности сетчатки глаза с оптимальной эффективностью светового потока.
Для среднего специалиста в данной области техники будет понятно, что термины «по существу» или «приблизительно», которые могут использоваться в настоящем описании изобретения, обеспечивают индустриально принятую толерантность к соответствующему им термину. Такая индустриально принятая толерантность колеблется от менее чем одного процента до двадцати процентов и соответствует значениям компонентов, измерениям параметров процесса интегральной схемы, колебаниям температуры, времени повышения и падения, и/или тепловым помехам, но не ограничивается ими. Как будет также понятно среднему специалисту, термин «функционально соединенный», при использовании в настоящем описании, включает в себя непосредственное соединение и опосредованное соединение через другой компонент, элемент, схему или модуль, где для опосредованного соединения вводимый компонент, элемент, схема или модуль не изменяют информацию о сигнале, но могут отрегулировать его текущий уровень, уровень напряжения и/или уровень питания. Как будет также понятно среднему специалисту, выведенный соединительный элемент (то есть, когда один элемент присоединяется к другому элементу посредством вывода) включает в себя непосредственное или опосредованное соединение между двумя элементами таким же образом, как при «функциональном соединении». Как будет также понятно для среднего специалиста, термин «сравнивается благоприятно», который может использоваться в настоящем описании изобретения, указывает, что сравнение между двумя или более элементами, пунктами, сигналами и т.д. обеспечивает желаемое взаимоотношение. Например, когда желаемое взаимоотношение состоит в том, что сигнал 1 имеет большую величину, чем сигнал 2, благоприятное сравнение может быть достигнуто, когда величина сигнала 1 больше, чем величина сигнала 2, или когда величина сигнала 2 меньше, чем величина сигнала 1.
Несмотря на то что настоящее изобретение описано подробно, следует понимать, что различные изменения, замены и изменения могут быть осуществлены к настоящему, не отступая от сущности и объема притязаний описанного изобретения.
Реферат
Варианты изобретения предназначены для применения в медицине. Светопроводящая инфузионная канюля включает в себя: оптическое волокно, выполненное с возможностью обеспечения света, трубопровод, выполненный с возможностью перемещения текучей среды, и раструб, механически присоединенный к эндоосветителю и трубопроводу. Оптическое волокно имеет числовую апертуру, по меньшей мере, 0,63. При этом канюля содержит прозрачную канюлю с проксимальным концом, расположенным после раструба и дистального конца эндоосветителя. Прозрачная канюля расположена коаксиально по отношению к эндоосветителю; и имеется пространство между дистальным концом эндоосветителя и проксимальным концом прозрачной канюли. Данное пространство позволяет текучей среде обтекать дистальный конец эндоосветителя и протекать внутри прозрачной канюли. Канюля выполнена с возможностью рассеивать свет, излучаемый от эндоосветителя, под заданным угловым распространением. Применение данных изобретений позволяет увеличить светопропускание и скорость потока текучей среды через светопроводящую инфузионную канюлю внутрь операционной области. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 24 ил.
