고 효율 엔도-조명기 탐침 document_id A220623053551

안과 수술, 및 특히 초자체-망막 수술에서, 가능한 넓게 망막을 조명하기 위해서 광각 수술용 현미경 시스템을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 현미경 시스템용 광각 대물 렌즈가 존재하지만, 이는 통상의 종래 광섬유 조명기 탐침의 조명 콘(cone)에 의해 제공되는 것보다 넓은 조명 장을 필요로 한다. 결과적으로, 광섬유 조명기에 의해 제공되는 상대적인 비간섭 광선 분산(the beam spreading of the relatively incoherent light)을 증가시키기 위해서 다양한 기술들이 전개된다. 공지된 광각 조명기는 현재 광각 수술용 현미경 시스템에 의해 필요한 만큼 망막의 보다 넓은 부분을 조명할 수 있다. 그러나, 이러한 조명기는 조명 각 대 광속 트레이드오프(luminous flux tradeoff)에 영향을 받으며, 가장 넓은 각도의 탐침은 통상적으로 가장 적은 효율성 및 (루멘(lumens)으로 측정되는) 최저 광속을 가진다. 따라서, 망막을 조명하는 광의 최종 조도(단위 영역당 루멘)는 안과 의사가 원하는 조도보다 낮을 수 있다. 더욱이, 이러한 광각 조명기는 통상적으로 보다 낮은 게이지(즉, 보다 큰 직경의 캐뉼러) 탐침(예를 들어, .0295 인치 직경 섬유는 .0355 인치 외경, .0310 인치 내경의 20 게이지 캐뉼러 내에 끼워맞춰질 것이다) 안과 조명기에 있어서 현존하는 대부분의 광원은 크세논 광원, 할로겐 광원, 또는 광섬유 케이블을 통해 비간섭 광을 전달할 수 있는 다른 광원을 포함한다. 이러한 광원은 광을 포커싱하도록 디자인되며, 통상적으로, 광원에 광학적으로 연결되는 20 게이지 호환(compatible)(예를 들어, .0295 인치 직경) 섬유로 제조된다. 이는 광원으로부터 수술 부위에 광을 전달하기 위해 20 게이지 호환 광 섬유를 가지는 탐침이 때때로 표준이기 때문이다. 그러나, 다수의 의사들에 의해 선호되는 수술 기술은 보다 작은 절개 크기 및, 결과적으로, 보다 큰 게이지 조명 탐침과 보다 작은 직경의 광 섬유를 필요로 한다. 특히, 25 게이지 호환 광 섬유를 가지는 엔도-조명기는 안과 수술 절차에서 다수의 보다 작은 절개용으로 바람직하다. 더욱이, (절개 홀의 크기를 최소화시키기 위해) 감소된 캐뉼러 외경 및 (광선 속을 최대화시키기 위해) 최대의 섬유 직경을 완성하고자 하는 목적이 통상적으로, 안과 의사에 의해 바람직하지 않은 매우 가요성을 갖는 초극-벽으로 형성된 캐뉼러의 이용을 야기된다. 다수의 안과 의사들은 수술 동안에 안구 방향을 이동시키기 위해 조명기 탐침 자체를 이용하는 것을 선호한다. 초-가요성 박막 벽 캐뉼러는 이를 어렵게 한다. 20 게이지 호환 광 섬유 내측으로 광을 포커싱하기 위해서 디자인된 광원에 보다 높은 게이지 광 섬유 조명기를 연결시키는 시도가 있어왔다. 예를 들어, 하나의 상용으로 입수가능한 25-게이지 엔도-조명기 탐침은 84 인치 길이에 걸쳐서 접촉 섬유로 이루어진다. 대부분의 길이에서, 섬유 직경은 .020 인치이다. 그러나, 탐침의 원위 단부 근처에서 섬유는 몇몇 인치 간격에 걸쳐서 .020 인치 내지 .017 인치로 테이퍼지며, .017 인치 직경에서 몇몇 인치에 대해 하류부분으로 계속 테이퍼진다. 섬유 수치 구경("NA"; numerical aperture)은 전체 길이에 걸쳐서 0.50이다. 따라서, 섬유 NA는 근위 단부(proximal end)에서 -0.5 의 광선 NA에 필적한다. 그러나, 이러한 디자인은 3 개 이상의 단점을 가진다. 첫 째, 광원 램프는 .0295 인치 직경을 갖는 20 게이지 호환 섬유로 광을 포커싱하기 위해서 디자인된다. 그러나, 탐침의 섬유는 .020 인치의 직경을 가진다. 따라서, 포커싱된 광원의 광선 지점으로부터 대부분의 광은 보다 작은 직경의 섬유로 유입되지 않고 손실될 것이다. 두 번째, .020 인치 내지 .017 인치로 테이퍼지는 섬유 직경으로 인해서, 전달되는 광선이 테이퍼진 영역을 통해 이동함에 따라 섬유의 NA는 방사총공간(etendue)의 보존 때문에 0.50 이상 증가한다. 그러나, 원위 단부에서의 섬유 NA는 0.5로 유지된다. 따라서, 섬유는 전체 광선을 테이퍼의 하류부분의 섬유 코어 내에서 제한할 수 없다. 대신에, 광원 광선(가장 높은 오프-축 각도(off-axis) 광선)의 일부분이 코어로부터 섬유를 에워싸고 있는 클래딩 내측으로 유출되어 손실된다. 이는 섬유의 원위 단부에 도달하여 눈으로 방사되는 광 효율의 감소를 야기한다. 이러한 단점의 결과로서, 섬유의 효율은 통상의 20 게이지 호환 섬유의 효율보다 훨씬 작다(평균, 20 게이지 호환 섬유의 효율의 35% 미만). 세 번째, 이러한 탐침은 강성도가 거의 없는 대략 .017 인치 내경 및 .0205 인치 외경을 갖는 초 박막 벽형 캐뉼러를 이용하며, 임의의 횡력(lateral force)이 캐뉼러에 인가될 때 현저하게 굽혀질 것이다. 다른 상용으로 입수가능한 25-게이지 엔도-조명기 탐침은 NA가 0.38인, 인접하는, 비테이퍼진 .0157 인치 직경 섬유로 이루어진다. 전술된 테이퍼진 종래 기술의 엔도-조명기처럼, 비테이퍼진 디자인은 통상의 20 게이지 호환 섬유의 효율보다 훨씬 작은 섬유 효율을 가진다. 이는 다시, 광원 램프가 20 게이지 호환, .0295 인치 직경의 섬유로 광을 포커싱하도록 디자인되기 때문이다. 따라서, 포커싱된 광원 광선 지점으로부터의 대부분의 광은 .157 인치 직경 섬유에 유입되지 않을 것이며 손실될 것이다. 또한, 0.38의 섬유 NA는 0.50의 광원 광선 NA보다 훨신 작다. 따라서, 섬유로 포커싱되는 대부분의 광은 섬유 코어를 통해 전되지 않을 것이며, 대신에 코어에서 유출되어 클래딩 내측으로 통과하여 손실될 것이다. 결합되는 이러한 두 개의 단점은 통상의 20 게이지 호환 섬유의 평균 25% 효율보다 작은 섬유 효율을 야기한다. 더욱이, 이러한 탐침은 또한, 강성도가 거의 없는 대략 .017 인치 내경 및 .0205 인치 외경을 갖는 초 박막 벽형 캐뉼러를 이용하며, 임의의 횡력이 캐뉼러에 인가될 때 현저하게 굽혀질 것이다. 종래 기술의 작은 게이지(예를 들어, 25 게이지) 조명기들의 추가의 단점은 조명기들이 통상적으로 전달된 광을 작은 각도의 콘(예를 들어, 30도 까지의 반각 및 22도 까지의 반각, 각각, 전술된 종래 기술의 두 개의 실시예)위로 방사하도록 디자인된다는 점이다. 그러나, 안과 의사는 망막의 보다 넓은 영역을 조명하기 위해서 보다 넓은 각도의 조명 패턴을 갖는 것을 선호한다. 따라서, 높은 효율의 엔도-조명기에 있어서 종래 기술의 높은 게이지 엔도-조명기와 관련된 문제점, 특히 섬유의 길이를 따르는 광원 광선 NA보다 높은 섬유 NA를 가지면서 광원 포커싱된 지점 크기에 섬유 근위 단면을 대응시키며, 전달된 광원 광을 작은 각도의 콘 위로 방사시키며, 가요성 캐뉼러 위에 초 박막 벽 형상을 가지는 문제점을 감소시키거나 제거할 필요성이 있다.