詳細な構造および要素などの説明で定義される事項は、本発明の包括的な理解を助けるために提供されるに過ぎない。したがって、当業者は、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、本明細書に説明された実施形態の様々な変更および修正が行われ得ることを認識するであろう。また、よく知られた機能または構成は明瞭かつ簡潔にするために省略される。本発明のいくつかの例示的な実施形態は、商業的適用の文脈で以下に説明され得る。そのような例示的な実装形態は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を限定することを意図されていない。
「ハンドピース」、「プローブ」および「ファイバ」などの記述用語が本明細書全体を通して使用されるが、本発明の実施形態の様々な態様を実装するために組み合わせてまたは個別に使用され得るコンポーネントを限定することは意図されていないことに留意されたい。
次に図面を参照すると、いくつかの図面を通して同様の参照番号が同一または対応する部分を示しており、本発明の実施形態が図式的に詳細に示されている。
図1は、操作プローブ24、ハンドピース22、およびケーブル18を有する従来のレーザビデオ内視鏡10の構成を示し、ケーブル18は、レーザガイド12、照明ガイド14、およびイメージガイド16を保持する。これらは、すべて光ファイバガイドであり、プローブ24の遠位端部から端子12C、14C、および16Cへそれぞれ延びる。3分岐ゾーン20の遠位で、光ファイバガイドは、幾何学的に組み合わされて最小直径ケーブルを提供する。
図2から図6を参照すると、本発明の例示的な実施形態によるレーザビデオ内視鏡は、ハンドピース32と、ハンドピース32の遠位端部から延びるプローブ30と、ハンドピース32の近位端部に取外し可能に結合されたカメラアセンブリ34とを含む。本発明の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ34が、ハンドピース32のノーズ54とカメラアセンブリ34の凹部52との係合によって、ハンドピース32の近位端部に直接連結される。プローブ30は、本質的にまっすぐに示されているが、本明細書に説明された本発明の例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、曲がったプローブのような他のプローブが交換可能に使用されてよい。
図2に示されるように、本発明の例示的な実施形態によれば、ファイバ40を含むレーザガイド、ファイバ42を含む照明ガイド、およびファイバ35を含むイメージガイドが、プローブ30の遠位端部からハンドピース32内へ延びる。プローブ30の近位端部は、たとえば、既知のプロセスによって一緒に接合されることによって、ハンドピース32の遠位端部に固定して付着され得る。
図2、図5A、および図5Bにさらに示されるように、本発明の例示的な実装形態の実施形態によれば、ハンドピース32は、チャネル55、56、および57を含む。例示的な実装形態では、ハンドピース32は、プローブ30の近位端部からハンドピース32の遠位端部でチャネル55に入るイメージガイドファイバ37、レーザガイドファイバ40、および照明ガイドファイバ42を分離して、イメージガイドファイバ37のみがチャネル57を通って延び、レーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42はチャネル56を通って延びるようにする。チャネル57は、ハンドピース32の近位端部における表面58で終端し、プローブ30の遠位端部から延びるイメージガイドファイバ37を、カメラアセンブリ34のレンズまたは入力光学素子に光学的に結合するために使用される。チャネル56は、ハンドピース表面59で終端し、プローブ30の遠位端部から延びるレーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42をケーブル38によって近位方向へ保持されるように受け入れるために使用される。例示的な実装形態では、チャネル56および57は、図5Aの例で示されるように、互いに非ゼロ角度でチャネル55から延び、チャネル56とチャネル15は鋭角で延びる(または交わる)。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、プローブ30およびハンドピース32を通って延びるイメージガイドファイバ37は、イメージを搬送し、カメラアセンブリ34の光学素子に取外し可能に直接結合される。本発明の実施形態の例示的な実装形態では、図4、図5A、図5B、および図6に示されるように、カメラアセンブリ34の遠位端部は、ハンドピース32のノーズ54に取外し可能に係合する凹部52を有する。ハンドピース32でカメラアセンブリ34を配置することにより、カメラアセンブリ34の光学素子に対する光学的イメージガイドファイバ37の近位端部におけるイメージ出力の標準的な光学的結合を可能にすることができる。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ34は、カメラアセンブリ34の出力で連結された電気ケーブル36に沿って近位方向に送信される電気的イメージを提供することができる。カメラは、たとえば光学および/またはイメージ処理要素を含むいくつかの既知のタイプのうちの任意の1つであってよく、ハンドピース32の近位端部においてイメージガイドファイバ37からの使用可能なイメージ入力を確実にするためにカメラアセンブリの形状にフィットするように特に設計されてよい。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、光ガイドケーブル38が、ハンドピース32から近位方向で延び、レーザエネルギーおよび照明エネルギーをそれぞれプローブ30に伝達するためにレーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42を保持する。本発明の実施形態のさらなる例示的な実装形態では、ケーブル38は、近位方向に分岐接合部44へ延び、そこでレーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42は分離され、それぞれ、端子40Cおよび42Cで終端して、レーザエネルギー源および照明エネルギー源に連結する。本発明の実施形態のさらに他の例示的な実装形態では、端子36Cで終端するイメージ搬送電気ケーブル36は、光ガイドケーブル38とおよそ同じ長さにすることができ、各ケーブル36および38は、設置に必要とされる長さにすることができる。
本発明の例示的な実施形態によれば、ハンドピース32によって提供されるカメラアセンブリ34の光学素子に対するイメージガイドファイバ37の直接的な光学的結合により、ハンドピース32の近位端部でイメージガイドファイバ37を終端することが可能になる。カメラアセンブリ34はハンドピース32から外すことができ、したがって、比較的高価なカメラが再使用できるようになる。また、ハンドピース32でカメラアセンブリ34を配置することにより、ハンドピース32の近位の長く高価な光学的イメージガイドが回避される。
したがって、本発明の例示的な実施形態によるレーザビデオ内視鏡は、図1に示されるようにハンドピース22から端子16Cに延びるような従来の高価で長いイメージファイバを排除することができる。代わりに、本発明の例示的な実施形態によるレーザビデオ内視鏡では、イメージは、ハンドピース32に直接結合されたカメラアセンブリ34の近位方向に電気ケーブル36で端子36Cへ搬送され得る。たとえば、比較的長い電気ケーブル36が、カメラアセンブリ34の近位端部から、たとえばビデオスクリーンなどの、適切なイメージ処理またはディスプレイ機構に結合された端子36Cに延びることができ、したがって、執刀医は、プローブ30を操作する過程でイメージを見ることができる。
このようなカメラアセンブリ34の再使用と高価な光ファイバイメージガイドの広範囲の長さの除去との組み合わせは、ハンドピース32ならびにケーブル38におけるレーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42が各医療ルーチンの後に処分されても、プローブ30の使い捨てが経済的に許容可能であることを意味する。
例示的な実装形態では、カメラアセンブリ34は、たとえば、レーザエネルギーからカメラフィルムを保護するため、およびレーザパルスが発射されているときに外科医が手術を観察できるようにするために、レーザフィルタ46を含むことができる。さらに他の例示的な実装形態では、複数の波長のレーザに対するフィルタが存在してよく、たとえば、810nmおよび532nmレーザが使用され得る。
本発明の実施形態の別の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ34は、カメラアセンブリ34をハンドピース32に容易に取り付けること、およびカメラアセンブリ34をハンドピース32から容易に取り外すことを促進するために、手動で操作されるばねラッチ(図示せず)を含むことができる。
さらに別の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ34は、フォーカスリング50を含むことができ、それにより、プローブ30の遠位端部からハンドピース32のチャネル55および57を通って延びるイメージガイドファイバ37の近位端部に配置されたカメラアセンブリ34の受像器上に提供されるイメージの適切なフォーカスを保証する。
たとえば図2から図6で示される本発明の例示的な実施形態の変形例は、ハンドピース32の近位端部での取外しが、表面58においてカメラアセンブリ34を外すだけでなく、たとえば表面59またはその近くでケーブル38も外す構成であり、したがって、プローブ30およびハンドピース32だけが各手術間で処分されることになる。
図1から図6の例示的な実装形態では、プローブ30およびハンドピース32内のイメージガイド37が光ファイバ束とすることができるが、他の例示的な構成により、たとえばGRINレンズとしばしば呼ばれる屈折率分布型レンズのようなイメージガイド機能を提供することができる。
図7および図8を参照すると、本発明の例示的な実施形態によるレーザビデオ内視鏡が、プローブ78および(部分的に図示される)ハンドピース74を含んでいる。プローブ78は、近位部分70がレーザビデオ内視鏡のハンドピース74の遠位端部73から延びるように、近位部分70および遠位部分72を有し、ハンドピース74の遠位端部73の少なくとも近くで測定される近位部分70の外径(OD)が遠位部分72のODよりも大きい。
図8を参照すると、本発明の実施形態の例示的な実装形態によるプローブ78の遠位部分72の断面図が、プローブ78内での、ファイバ86を含むイメージガイド、ファイバ88を含むレーザガイド、およびファイバ80を含む照明ガイドの構成を示している。図8に示されるように、イメージガイド86およびレーザガイド88は、イメージガイド86のファイバのODとレーザガイド88のファイバのODとが、プローブ78の遠位部分72のいかなる断面においても交わらないまたは重ならないように配置される。図8にさらに示されるように、本発明の実施形態の例示的な実装形態によれば、照明ガイドのファイバ80が、遠位部分72の残りの容積を充填するので、イメージガイド86のファイバのODとレーザガイド88のファイバのODとが、プローブ78の遠位部分72のいかなる断面においても照明ガイド80のいかなるファイバのODとも交わらないまたは重ならないようになる。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、近位部分70は、約20ゲージと約22ゲージ(35ミルと31ミル、または0.89mmと0.79mm)の間の外径、ならびに約5ミルまたは0.13mm厚の壁厚を有することができる。プローブは、ステンレス鋼製とすることができる。近位部分70は、ハンドピース74内へ延びる。したがって、ハンドピース74の端部とプローブ78との連結部において、ハンドピース74の遠位端部73とプローブ78の近位端部との接合部での破損の可能性を最小限にすることに寄与するのに十分な堅牢性を有する直径がある。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、約830ミルまたは21mmのプローブ78長さに対して、プローブ78の近位部分70の長さは約120ミルまたは3mmとすることができ、遠位部分72の長さは約710ミルまたは18mmとすることができる。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、プローブ78の遠位部分72は、約25ミルまたは0.64mm以下のODを有することができ、外科的処置中に眼内で照明およびレーザエネルギー送達を提供し、眼からのイメージを送信するように、23ゲージ(0.635mm)スリーブを通って延びることができる。この遠位部分72は、約2ミルまたは0.05mmの壁厚、および約710ミルまたは18mmの長さを有することができる。約710ミルまたは18mmの長さは、ほとんどの適用において十分に長く、破損を最小限にするのに十分に短い。
遠位部分72について本明細書に説明された例示的な長さがプローブ78の堅牢性に寄与することが分かっているが、他の小さなサイズのスリーブと共に使用できるプローブを提供するために寸法値はわずかに変えられ得る。
本発明の例示的な実施形態による、約25ミルまたは0.64mmのODを有するプローブ78が、以下のように、照明光、レーザエネルギー、およびイメージを送信するそれぞれの各ファイバについて、寸法の妥協点を与えることによって、適切なイメージガイドを維持しながら、十分な光および十分なレーザエネルギーを提供する必要を満たすことができる。
図8の例では、イメージガイド86は、約14ミルまたは0.36mmのODを有する実質的に円形の断面の構成に配置された約6,000本のファイバの束を備え、レーザガイド88は、100マイクロメートルまたは0.1mmのODを有するファイバを備える。イメージガイド86およびレーザガイド88は、約25ミルまたは0.64mmのOD、約2ミルまたは0.05mmの壁厚、および約21ミルまたは0.54mmの内径を有するプローブ78の遠位部分72内に含まれ、照明ガイド80のファイバが、プローブ78の遠位部分72の残りの容積を充填する。
本発明の例示的な実施形態によれば、プローブ78は、(a)プローブ78壁の硬質な構造と、(b)近位部分70および遠位部分72の2直径設計と、(c)遠位部分72の制限された長さとの組み合わせによって、破損を最小限にするのに十分に堅牢にされ得る。プローブ78の例示的な実装形態による特に有利な構成は、(a)金属壁を有するプローブ78と、(b)ハンドピース74を通って延びる、35ミル(0.89mm)のODおよび5ミル(0.13mm)の壁厚を有する近位部分70、および25ミル(0.64mm)のODおよび2ミル(0.05mm)の壁厚を有する遠位部分72と、(c)710ミル(18mm)以下の長さを有する遠位部分72との組み合わせを含む。
図7および図8に示されているような本発明の例示的な実施形態によるそのような設計は、90度の領域を照らすのに十分な照明を提供できることが見出されている。小さな直径のプローブを得るためになされる妥協案の1つは、レーザガイド88ファイバ径を200マイクロメートルから100マイクロメートルに縮小することである。例示的な実装形態では、532ナノメートル(nm)レーザ源または緑色レーザが、望ましいレーザエネルギーを有利に提供することができる。たとえば、532nmレーザの出力は、810nmレーザよりもコヒーレントで発散が小さい。したがって、本発明の例示的な実装形態では、縮小されたサイズのレーザファイバ88と組み合わせて532nmレーザを使用することにより、関連する眼科手術のための妥当な量のレーザエネルギーを提供する。
本発明の実施形態のさらに別の例示的な実装形態では、照明ガイド80は、約220本のファイバから約70本のファイバに削減され、それにより、プローブ78のより小さな直径に実質的に寄与することができる。
本発明の例示的な実施形態は、23ゲージ(0.635mm)スリーブと共に使用することを可能にする実装形態に関連して説明されている。説明された設計を、23ゲージ(0.635mm)からの変動を有するスリーブと共に使用する、またはスリーブなしに使用するように適合させる変形がされてもよいことを理解されたい。本発明の例示的な実施形態は、最小の外傷および短縮された治癒時間での眼の手術を可能にする小さなプローブを有する操作可能で有用なレーザビデオ内視鏡を提供するために協働するように設計されたいくつかの特徴および妥協点の組み合わせを説明している。
図9A、図9B、図9C、図9D、および図10A、図10B、図10C、図10Dを参照すると、本発明の例示的な実施形態は、たとえば図11で示されるようなハンドピース110などのハンドピースを形成するように固定的に組み立てられた遠位部分90および近位部分100を備えるハンドピース設計を提供する。本発明の実施形態の例示的な実装形態によれば、遠位部分90は、遠位端部または部分90の表面94で終端する開口92、および部分90の近位端部で終端する開口93を含む。開口92は、表面94から遠位方向に延びるように固定して付着され得る、たとえば図11で示されるような、プローブ112の近位端部114などのプローブの近位端部を受け入れるように構成される。開口93は、近位部分100の遠位端部102とつなぎ合わせるように構成され、それにより、遠位部分90および近位部分100が、たとえば図11に示されるように、ハンドピースを形成するように固定的に組み立てられ得る。遠位部分90は、チャネル95を含み、ハンドピースを保持するためのガイドとしても機能できる突出セクション91によって、チャネル96の内壁の少なくとも第1の部分99を画定する。近位部分100は、チャネル97を含み、チャネル97は、遠位端部102の表面103から延び、部分100の近位端部の表面105で終端する。近位部分100は、チャネル96の内壁の少なくとも第2の部分109を画定する。
図11、図12、および図13を参照すると、本発明の実施形態の例示的な実装形態では、遠位部分90および近位部分100を備えるハンドピース120は、プローブ112の近位端部114から遠位部分90の遠位端部でチャネル95に入るイメージガイドファイバ37、レーザガイドファイバ40、および照明ガイドファイバ42を分離して、イメージガイドファイバ37のみがチャネル97を通って延び、レーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42はチャネル96を通って延びるようにする。チャネル97は、近位部分100の近位端部における表面105で終端し、プローブ112の遠位端部から延びるイメージガイドファイバ97を、カメラアセンブリ134のレンズまたは入力光学素子130に光学的に結合するために使用される。チャネル96は、近位部分100の外側表面101で終端し、プローブ112の遠位端部から延びるレーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42を受け入れ、ケーブル38などのケーブルによって近位方向へ運ぶように、使用される。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ134は、カメラアセンブリ134の出力で連結された電気ケーブル136に沿って近位方向に送信される電気的イメージを提供することができる。
本発明の実施形態の別の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ134のハンドピース110との連結部138は、たとえば、カメラアセンブリ134をハンドピース110に容易に取り付けること、およびカメラアセンブリ134をハンドピース110から容易に取り外すことを促進するために、近位部分100の近位端部およびカメラアセンブリ135の遠位端部の物理的特性によって達成されるスナップフィット連結を備えることができる。
さらに別の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ134は、フォーカスリング150を含むことができ、それにより、プローブ30の遠位端部からハンドピース110のチャネル95および97を通って延びるイメージガイドファイバ37の近位端部に配置されたカメラアセンブリ134の受像器上に提供されるイメージの適切なフォーカスを保証する。
図14、図15、および図16を参照すると、本発明の実施形態の例示的な実装形態では、遠位部分90および近位部分200を備えるハンドピース140は、プローブ112の近位端部114から遠位部分90の遠位端部でチャネル95に入るイメージガイドファイバ37、レーザガイドファイバ40、および照明ガイドファイバ42を分離して、イメージガイドファイバ37のみがチャネル207を通って延び、レーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42はチャネル96を通って延びるようにする。図11、図12および図13の例示的な実施形態とは対照的に、チャネル207は、部分200の近位端部面105において開口222を有する空洞220の遠位端部における表面205で終端する。チャネル207は、プローブ112の遠位端部から延びるイメージガイドファイバ97を、突出部分162に配設されたレンズまたは入力光学素子165に光学的に結合するために使用され、突出部分162は、カメラアセンブリ164の表面163から遠位方向にハンドピース140の空洞220内へ延びる。チャネル96は、近位部分200の外側表面101で終端し、プローブ112の遠位端部から延びるレーザガイドファイバ40および照明ガイドファイバ42を受け入れ、ケーブル38などのケーブルによって近位方向へ運ぶように使用される。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ164は、カメラアセンブリ164の出力で連結された電気ケーブル166に沿って近位方向に送信される電気的イメージを提供することができる。
本発明の実施形態の別の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ164のハンドピース140との連結部168は、たとえば、カメラアセンブリ164をハンドピース140に容易に取り付けること、およびカメラアセンブリ164をハンドピース140から容易に取り外すことを促進するために、突出部分162が空洞220に挿入されるときに達成されるスナップフィット連結を備えることができる。例示的な実装形態では、連結部168は、ハンドピース140およびプローブ112がカメラアセンブリ164に対して軸方向に(軸A−Aを中心に)回転されることを可能にする。
本発明の実施形態のさらに別の例示的な実装形態では、プローブ112のイメージガイド37からのイメージ出力を、カメラアセンブリ164の出力で連結された電気ケーブル166を介して表示および/またはさらなるイメージ処理出力をするために、カメラアセンブリ164において適切に方向づけすることができる。表示および/またはさらなるイメージ処理のためのイメージのそのような望ましい方向づけは、電子イメージ処理によって、あるいは、カメラアセンブリ164内に配設された、もしくはカメラアセンブリ164の出力でケーブル166に連結されたコンポーネントを使用して、またはこれらの任意の組み合わせを使用して光学的に、行われ得る。たとえば、ハンドピース140がカメラアセンブリ164に連結されたとき、プローブ112の遠位端部において手術位置(図示せず)などの対象に対するプローブ112の手動方向づけが必要とされない。内視鏡ユーザは、対象のイメージを乱すことなく、カメラアセンブリ164に対して回転するハンドピース140を回転させることによって対象に対して回転プローブ112を回転させることができ、これは、曲がった内視鏡を使用するときに特に有利であり得る。
さらに別の例示的な実装形態では、カメラアセンブリ164は、フォーカスリング160を含むことができ、それにより、プローブ30の遠位端部からハンドピース110のチャネル95および97を通って延びるイメージガイドファイバ37の近位端部に配置されたカメラアセンブリ164の受像器上に提供されるイメージの適切なフォーカスを保証する。
図17の概念図を参照すると、本発明の例示的な実施形態は、コンソール170と内視鏡500とを備えるシステム1000を提供し、内視鏡500は、図2から図16を参照して本明細書に説明されたような、カメラアセンブリ、ハンドピース、およびプローブの例示的な実装形態の様々な組み合わせで構成および構築され得るカメラアセンブリ179、ハンドピース177、およびプローブ175を含む。
本発明の実施形態の例示的な実装形態では、コンソール170は、たとえば独自に構成されたコネクタ152Cおよび/または158Cをそれぞれ介してレーザガイドファイバ40に接続される複数のレーザエネルギー源172および/または178と、コネクタ154Cを介して照明ガイドファイバ42に接続される1つまたは複数の照明光源174と、コネクタ156Cを介してイメージガイドファイバ37に接続される1つまたは複数のイメージ表示またはイメージ処理インターフェース176とのうちの1つまたは任意の組み合わせを備えることができる。たとえば、レーザエネルギー源172は、図7および図8の例のようにプローブが構成された内視鏡500に接続され得る532nmレーザ源とすることができ、レーザエネルギー源178は、図2、図13、または図16の例のようにプローブが構成された内視鏡500に接続され得る810nmレーザ源とすることができる(注目すべきことに、図2、図13、または16のハンドピースのいずれも図7および図8のプローブと共に構成され得る)。
さらに、図17の例を参照すると、プローブ175のイメージガイドファイバ37からのイメージ出力は、カメラアセンブリ179内に配設されたコンポーネント、イメージ処理インターフェース176内に配設されたコンポーネント、および/またはコンソール170の他のコンポーネントを使用して、カメラアセンブリ179において方向づけ可能であり、したがって、ハンドピース177がカメラ179に連結されたとき、手動のイメージ方向づけは必要とされず、ユーザは、ハンドピース177を操作することによって、イメージ出力を乱すことなく、カメラアセンブリ179に対してプローブ175を回転させることができる。
本発明は、その特定の例示的な実施形態を参照して示され説明されているが、本発明の趣旨および範囲ならびに特許請求の範囲から逸脱することなく、その形態および詳細の様々な変更が行われ得ることは、当業者には理解されよう。