特許 6859271 医療用光コネクタシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6859271

(24)【登録日】2021年3月29日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】医療用光コネクタシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/32 20060101AFI20210405BHJP

   G02B 6/38 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/32

   G02B6/38

【請求項の数】15

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-562645(P2017-562645)

(86)(22)【出願日】2016年5月24日

(65)【公表番号】特表2018-516391(P2018-516391A)

(43)【公表日】2018年6月21日

(86)【国際出願番号】EP2016061628

(87)【国際公開番号】WO2016193051

(87)【国際公開日】20161208

【審査請求日】2019年5月22日

(31)【優先権主張番号】15170405.3

(32)【優先日】2015年6月3日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＮＩＮＫＬＩＪＫＥ ＰＨＩＬＩＰＳ Ｎ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】ファン プッテン，エイベルト ヘルヤン

(72)【発明者】

【氏名】スフレイペン，ヨハンネス ヨセフ ヒューベルティーナ バルバラ

(72)【発明者】

【氏名】ファン デル マルク，マルティニュス ベルナルデュス

【審査官】 野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０４９２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５２３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０７２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３３５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１２４０９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００５５５８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１０７３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Chong et al.，Optically Modulated MEMS Scanning Endoscope，IEEE Photonics Technology Letters，米国，IEEE，２００６年 １月 １日，Vol.18, No.1，pp.133-135

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／３２

Ｇ０２Ｂ ６／００

６／０２

６／４６− ６／５４

Ｂ０１Ｊ ２１／００−３８／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

医療介入での使用のために２つの関連する光ファイバを可逆的に接続する医療用光コネクタであって、
前記関連する光ファイバのうちの少なくとも１つの端部を挿入するファイバ担持ユニットと、
当該医療用光コネクタの接続状態において、前記関連する光ファイバのうちの一方からの光ビームと相互作用し、且つ前記関連する光ファイバのうちの他方に前記光ビームを導く光学装置であり、該光学装置は、少なくとも２つのグラジエントインデックス素子と、該少なくとも２つのグラジエントインデックス素子の間に配置された更なる光学素子とを有する、光学装置と
を有し、
前記更なる光学素子は、交換式であり、且つ前記関連するファイバ間の無菌バリアを提供する、
医療用光コネクタ。

【請求項2】

前記更なる光学素子に加えて、前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子のうちの１つが、前記無菌バリアを提供する、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項3】

各グラジエントインデックス素子のピッチは、該グラジエントインデックス素子の幾何学的長さを、長さ方向に沿った該グラジエントインデックス素子内部での光場の空間変化の周期長で割ったものであるとして、前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子の合計ピッチは、正の整数を２で割ったものに基本的に等しい、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項4】

各グラジエントインデックス素子のピッチは、該グラジエントインデックス素子の幾何学的長さを、長さ方向に沿った該グラジエントインデックス素子内部での光場の空間変化の周期長で割ったものであるとして、前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子のピッチは、正の整数を２で割ったものと１／４との間の差に基本的に等しい、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項5】

各グラジエントインデックス素子のピッチは、該グラジエントインデックス素子の幾何学的長さを、長さ方向に沿った該グラジエントインデックス素子内部での光場の空間変化の周期長で割ったものであるとして、前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子は、異なるピッチを有する、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項6】

前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子の開口数は、前記２つの関連する光ファイバの開口数のうちの大きい方以上である、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項7】

前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子のうちの少なくとも１つは、グラジエントインデックスレンズ及び／又はグラジエントインデックスファイバを有する、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項8】

前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子は、異なる外径を有する、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項9】

前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子のうち最小の外径を有する１つが、前記２つの関連する光ファイバのうちの一方の端部が挿入可能な介入医療装置にインテグレートされるように構成されている、請求項８に記載の医療用光コネクタ。

【請求項10】

前記グラジエントインデックス素子のうちの別の１つが、前記２つの関連する光ファイバのうちの他方の端部が挿入可能な前記ファイバ担持ユニットによって受けられる、請求項９に記載の医療用光コネクタ。

【請求項11】

前記少なくとも２つのグラジエントインデックス素子のうち１つが、前記２つの関連する光ファイバのうちの一方の端部が挿入される介入医療装置の外径以下の外径を有する、請求項８に記載の医療用光コネクタ。

【請求項12】

前記更なる光学素子は、ガラス板、メンブレン層及び／又はプリズムを有する、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項13】

前記光学装置の光学素子を前記ファイバ担持ユニットと接続するコネクタスリーブが設けられている、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項14】

各グラジエントインデックス素子は、屈折率プロファイルｎ（ｒ）≒ｎ_０（１−（ｇ^２ｒ^２／２））を有し、ここで、ｎ_０は中心における屈折率であり、ｒは半径距離であり、ｇは勾配定数であり、前記グラジエントインデックス素子のうちの２つの前記勾配定数が、所定値未満だけ異なる、請求項１に記載の医療用光コネクタ。

【請求項15】

介入医療装置を光結合するための光学システムであって、
２つの関連する光ファイバと、
医療介入での使用のために前記２つの関連する光ファイバを可逆的に接続する、請求項１に記載の医療用光コネクタと、
を有する光学システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２つの関連する光ファイバを可逆的に接続する医療用光コネクタシステム及び方法に関する。それは、介入医療装置及び介入処置手順において、特には低侵襲医療介入における光学インターロゲーション技術において、用途を見出す。

【背景技術】

【0002】

低侵襲医療介入では、一方で、患者の関連する解剖学的構造を見つけて測定するために、そして他方で、例えばステントなどの医療器具を取り扱う又は配置するために、例えば針、ガイドワイヤ、シース及びカテーテルなどの介入装置が患者に挿入される。そのような医療用途においては、患者に挿入される介入装置の部分は、処置期間の全体において無菌でなければならず、あるいは、患者自身からの体液及び組織で汚染されるのみであるべきである。

【0003】

特には針、ガイドワイヤ又はカテーテルである介入装置が、センサ又はアクチベータを備えるとき、患者から離れた非無菌ゾーンに置かれたコントローラ又はインターロゲータに、又はそれから、情報又は電力を送るために、例えば電気配線又は光ファイバといた１つ以上の接続が為されなければならない。これは、情報／電力伝送線路に沿った何処かで、無菌ゾーンが非無菌ゾーンと出会うことを意味する。従って、無菌性の適切な管理が必要とされる。

【0004】

この無菌性管理は、光形状センシング（Optical Shape Sensing；ＯＳＳ）にとっても重要である。光形状センシングは、光学センサに沿った複数の分散位置で、例えば赤外（ＩＲ）光である後方散乱光を用いて、このセンサの長さに沿った歪みを決定する。この歪み測定から、その光学センサの対応する形状を再構成することができる。この光学センサが、例えばガイドワイヤ又はカテーテルなどのフレキシブル医療装置に組み込まれるとき、この技術は、患者の体内にある医療装置の形状を提供することができる。光形状センシング（ＯＳＳ）技術は、ＦＯＲＳ（Fiber-optical RealShape）技術とも呼ばれている。

【0005】

ＯＳＳ手順においては、一方の、患者に挿入されて無菌でなければならないものである光学センサと、他方の、患者から離れた非無菌ゾーンに置かれるものであるパッチコード、コントローラ又はインターロゲータとの間に、光接続が確立される必要がる。光接続を行うと、光学センサの無菌の近位端は、非無菌のパッチコード、コントローラの嵌合スリーブ又はインターロゲータと接触し、それによって非無菌になる。医療手順中に、パッチコード、コントローラ又はインターロゲータに接続された光導波路が切断される必要があり、そして、もはや非無菌の光学センサの近位端が無菌ゾーンに入る必要があるとき、又は、例えばカテーテル、ガイドワイヤ又はシースなどの医療装置が、光学センサ上をスライドする必要があるとき、無菌問題が生じ得る。光学センサ又は光導波路は、例えば、光ファイバである。光学センサ上をスライドして患者の体内との直接接触と持つ医療装置は、故に、患者の体内に何らかの汚染物質を運び込む。

【0006】

無菌問題を解決するための一手法は、光学センサの無菌の近位端と非無菌のパッチコード、コントローラ又はインターロゲータとの間に、無菌バリアを導入するものである。ＵＳ５９４９９２９（特許文献１）は、光ファイバ撮像カテーテルとともに使用するための回転式の光接続システムを開示している。そのシステムは、固定された無菌シールドを有する。その固定無菌シールドは、例えばポリエチレン、ポリオレフィン、ＰＥＢＡＸなどの、生体適合性の射出成形エラストマーからなる。また、そこに開示されている無菌シールドは、接続部にある光学インタフェースを保護しない。

【0007】

無菌バリアが光ファイバ間に配置される場合、そのシステムは、高い光挿入損失のために不利になり得る。光挿入損失を低減するには、無菌バリアは非常に薄くされる必要があり、それ故に、かなり脆弱になって破裂しやすくなる。さらには、挿入損失を低下させるという目的はまた、無菌側及び非無菌側の双方での光ファイバの相対的なアライメントに厳しい要求を課す。特に、相対的なアライメントは、数マイクロメートルのオーダにあるモード場径のうちのほんの一部になければならない。

【0008】

ＥＰ２２６７５０１Ａ２（特許文献２）は、光ファイバコネクタが、２つのグレーデッドインデックスファイバの間に空隙を置いて、コリメータレンズとして機能する２つのグレーデッドインデックスファイバを有した、光ファイバコネクタ及び内視鏡システムを開示している。

【0009】

ＷＯ２０１４／１４２９５８Ａ１（特許文献３）は、グラジエントインデックスレンズを用いた光コネクタを有する光学圧力センサアセンブリを開示している。
ＥＰ２３５３４９０Ａ１は、プラグ側光ファイバとレセプタクル側光ファイバとを光接続するために、機器本体に設けられたレセプタクルにプラグを着脱自在に接続する光コネクタを備えた医療機器を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】米国特許第５９４９９２９号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開第２２６７５０１号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１４／１４２９５８号パンフレット

【発明の概要】

【0011】

本発明の１つの目的は、より高い機械的安定性を提供し且つ光ファイバ間の光挿入損失を低減しながら、関連する光ファイバ間の無菌バリアを可能にするような、２つの関連する光ファイバを可逆的に接続する医療用光コネクタシステム及び方法を提供することである。

【0012】

本発明の第１の態様において、医療介入での使用のために２つの関連する光ファイバを可逆的に接続する医療用光コネクタが提供され、当該医療用光コネクタは、関連する光ファイバのうちの少なくとも１つの端部を挿入するファイバ担持ユニットと、光コネクタシステムの接続状態において、関連する光ファイバのうちの一方からの光ビームと相互作用し、且つ関連する光ファイバのうちの他方に上記光ビームを導く光学装置とを有し、該光学装置は、少なくとも２つのグラジエントインデックス素子と、該少なくとも２つのグラジエントインデックス素子の間に配置された更なる光学素子とを有し、該更なる光学素子は、交換可能であり、且つ関連するファイバ間の無菌バリアを提供する。

【0013】

本発明の更なる一態様において、介入医療装置を光結合するための光学システムが提供され、当該光学システムは、２つの関連する光ファイバと、これら２つの関連する光ファイバを可逆的に接続する上述の医療用光コネクタとを有する。

【0014】

本発明の更なる一態様において、２つの関連する光ファイバを可逆的に接続する方法が提供され、当該方法は、関連する光ファイバのうちの少なくとも１つの端部をファイバ担持ユニットに挿入することと、少なくとも２つのグラジエントインデックス素子と該少なくとも２つのグラジエントインデックス素子の間の更なる光学素子とを有する光学装置を用いて、関連する光ファイバのうちの一方からの光ビームと相互作用し、且つ関連する光ファイバのうちの他方に上記光ビームを導くこととを有し、それにより、上記更なる光学素子が、関連するファイバ間の無菌バリアを提供する。

【0015】

本発明の好適実施形態が従属項に規定される。理解されるべきことには、この方法は、特許請求される医療用光学システム及び従属項に規定されるものと同様及び／又は同質の好適実施形態を有する。

【0016】

ファイバ担持ユニットは、１つ以上のフェルールを有し得るものであり、一方又は双方の光ファイバの端部を保持するように構成され、（１つ以上の）光ファイバの端部をファイバ担持ユニットに挿入することができる。これは有利なことに、２つの光ファイバ間の確実な接続を保証し、それ故に、少なくとも一方の光ファイバの端部が損傷されることが防止される。

【0017】

光学装置は、２つの光ファイバが医療用光コネクタによって接続されたときに、２つの光ファイバのうちの一方によって伝送された光ビームと相互作用し、該光ビームを他方の光ファイバに導く１つ以上の光学素子で構成される。該１つ以上の光学素子は、シリカからなり得る。

【0018】

同時に、該１つ以上の光学素子はまた、２つの関連する光ファイバ間の無菌バリアを形成する。有利なことに、この光学装置は、一方で、２つの関連する光ファイバ間の光接続を提供することと、他方で、２つの光ファイバの無菌側が非無菌側によって汚染されるのを防止し、それにより医療介入における無菌問題を緩和することとの、２つの技術的機能を同時に果たす。

【0019】

より単純な構築を可能にすることの他に、本発明はまた、従来から知られているシステムと比較して機械的安定性を高めることを達成する。特に、前述のＵＳ特許第５９４９９２９（特許文献１）において無菌バリアとして使用される固定シールドは、その弾性特性及び機械的変形可能性で知られるエラストマーで作製されている。無菌バリアを提供する一方で、そのようなエラストマーシールドは、あまり安定でないという欠点を露わにする。従って、２つの関連する光ファイバ間のミスアライメントが避けられず、光接続の挿入損失につながる。対照的に、本発明は、（１つ以上の）光学素子を、高い機械的安定性と低減された挿入損失とを可能にする無菌バリアとして使用する。

【0020】

さらに、この光学装置は、１つ以上のグラジエントインデックス（gradient index；ＧＲＩＮ）素子を有する。特に、この光学装置は、ＧＲＩＮ素子である唯一の光学素子で構成されてもよいし、それに代えて、そのうちの少なくとも１つがＧＲＩＮ素子である複数の光学素子で構成されてもよい。有利なことに、この少なくとも１つのＧＲＩＮ素子は、２つの関連する光ファイバ間及び／又はこれらと光学装置との間のミスアライメントの影響を受けにくいものでありながら、光接続の機械的安定性を更に高める。

【0021】

１つ以上の光学素子は、１つ以上のミラー、レンズ、光学的に透明なスペーサ及び／又はプリズムとし得る。ファイバ担持ユニットは、一方又は双方の光ファイバの端部を少なくとも部分的に封入するように作用する１つ以上の素子とすることができ、一般に、例えばポリマー、金属、又はこれらの組み合わせといった様々な材料によって形成され得る。２つの関連する光ファイバのうちの少なくとも一方は、中心コアを、該中心コアの延在に沿って螺旋状に巻きつく１つ以上の外側コアによって取り囲んで有するマルチコア光ファイバとし得る。

【0022】

有利な一実施形態において、少なくとも１つのグラジエントインデックス素子が無菌バリアに含まれる。斯くして、光学装置の１つ以上のグラジエントインデックス素子は、一方で、２つの光ファイバ間の光接続を提供することと、他方で、２つの光ファイバの無菌側及び患者の身体が汚染されるのを防止することとの、２つの技術的機能を同時に果たす。有利なことに、光接続が、より高い機械的安定性と、２つの光ファイバ間での低減された挿入損失とを有して構築される。好ましくは、無菌側で光ファイバを受けるように構成されたＧＲＩＮ素子は、例えば、無菌光ファイバに対して間隔なく、光ファイバと直接接触することができ、それにより、機械的安定性を高めるとともに、スプリアス反射を劇的に減少させる。これは、例えば光形状センシング（ＯＳＳ）など、光学センサが干渉計的に読み出されなければならない用途において特に有利である。この場合、ＧＲＩＮ素子はそれ自体が無菌であるべきである。

【0023】

他の有利な一実施形態において、これら１つ以上のグラジエントインデックス素子の合計ピッチは、正の整数を２で割ったものに基本的に等しい。ピッチは、光学素子内を伝播する光ビームによって進まれる周期的経路の周期長の単位における、特にはレンズである光学素子の長さである。合計ピッチは、ＧＲＩＮ素子各々の個々のピッチの合計である。有利には、この医療用光コネクタは、この正整数が２又は２の倍数、すなわち、２、４、６、…に等しいとき、２つの光ファイバ間及び／又は光学装置とファイバ担持ユニットとの間のミスアライメントに対して、より寛容である。故に、好ましくは、この正整数は２又は２の倍数、すなわち、２、４、６などに等しい。

【0024】

他の有利な一実施形態において、例えば２つのＧＲＩＮ素子が存在する場合、グラジエントインデックス素子の各々のピッチが、正の整数を２で割ったものと１／４との間の差に基本的に等しい。好ましくは、全てのＧＲＩＮ素子の合計ピッチは、正の整数を２で割ったものに等しい。特にはＧＲＩＮレンズであるＧＲＩＮ素子は、故に、医療用光コネクタのコンポーネント及び／又は光ファイバの間のミスアライメントによる光ビームの伝播方向を補正することができる光コリメータとして実現され得る。有利なことに、この医療用光コネクタは、ミスアライメントに対して、よりいっそう耐性がある。また、２つの光ファイバ間の挿入損失が更に低減される。少なくとも２つのＧＲＩＮ素子についての上記正の整数は相異なっていてもよい。

【0025】

他の有利な一実施形態において、上記１つ以上のグラジエントインデックス素子の開口数は、２つの関連する光ファイバの開口数のうちの大きい方に等しいかそれよりも高いかである。光学装置の光学素子間、及び／又は光学装置と少なくとも１つの光ファイバとの間、及び／又は２つの光ファイバ間の偏心の最大量は、上記１つ以上のグラジエントインデックス素子の開口数に依存する。有利なことに、本発明は、より高い値の最大ミスアライメントを光接続において許容可能にする。ＧＲＩＮレンズと光ファイバとの間のミスアライメントは好ましくは、約１μｍ又はそれ未満である。

【0026】

他の有利な一実施形態において、上記１つ以上のグラジエントインデックス素子は、１つ以上のグラジエントインデックスレンズ及び／又は１つ以上のグラジエントインデックスファイバを有する。有利なことに、ＧＲＩＮレンズ及び／又はファイバは、関連する光ファイバ間の多様な光接続を提供する。好ましくは、少なくとも１つのＧＲＩＮレンズはＧＲＩＮロッドレンズである。更に好ましくは、少なくとも１つのＧＲＩＮレンズの屈折率は、ＧＲＩＮレンズの光軸に垂直な半径方向に沿って上昇又は低下する。ＧＲＩＮファイバは、複数のモードの光を伝送することを可能にするＧＲＩＮマルチモードファイバとし得る。

【0027】

他の有利な一実施形態において、少なくとも２つのグラジエントインデックス素子が相異なる直径を有する。斯くして、この医療用光コネクタは、医療介入における様々なサイズ要件を満たすように構築されることができる。また、この医療用光コネクタは、バックロード可能に（with back-loadability）構築されることができ、すなわち、医療用光コネクタの少なくとも１つの側が、例えばガイドワイヤ、シース又はカテーテルなどの医療介入装置にインテグレート可能である。好ましくは、少なくとも１つのＧＲＩＮ素子は、ガイドワイヤ又はカテーテルの外径に等しい又はそれよりも小さい外径を有する。

【0028】

他の有利な一実施形態において、グラジエントインデックス素子のうちの１つは、介入医療装置にインテグレート可能であり、その中に、２つの関連する光ファイバのうちの一方の端部を挿入可能である。これは、有利なことに、医療用光コネクタのバックロードを可能とし、介入医療装置に挿入される光ファイバと光学装置との間のミスアライメントが更に抑制される。例えばガイドワイヤなどの介入医療装置の少なくとも近位端部分が、ファイバ担持ユニットの一部を形成し得る。インテグレート可能なグラジエントインデックス素子は、介入医療装置とは反対側の又は非無菌側に面するその近位端に、例えば透明接着剤などの透明材料を備え得る。特に、透明接着剤の使用は、ＧＲＩＮ素子と、ＧＲＩＮ素子を収容するための介入装置内の空間との間の長さの差に起因する空間を埋めることを可能にし、それ故に、インテグレート可能なＧＲＩＮ素子は、長さ許容範囲内で選定され得る。ＧＲＩＮ素子が光ファイバからの光をコリメートするように構成される場合、医療装置を介して撮影される画像は、有利なことに無歪みである。

【0029】

好ましくは、グラジエントインデックス素子のうちの別の１つが、ファイバ担持ユニットによって受けられ、その中に、２つの関連する光ファイバのうちの他方の端部を挿入可能である。更に好ましくは、この別のグラジエントインデックス素子は、無菌バリアとしての役割を果たす使い捨て可能な素子とし得る。好ましくは、特にはＧＲＩＮレンズであるこれら２つのＧＲＩＮ素子が互いに直に接触し、それが、医療用光コネクタの機械的安定性を有利に高める。

【0030】

他の有利な一実施形態において、光学装置の更なる光学素子が、２つのグラジエントインデックス素子の間に配置され、無菌バリアは、この更なる光学素子、及び／又は２つのグラジエントインデックス素子のうちの少なくとも１つを含む。有利なことに、この更なる光学素子は、２つのＧＲＩＮ素子間のミスアライメントを抑制する。好ましくは、この更なる光学素子は、ガラス板、メンブレン層及び／又はプリズムを有する。特に、この更なる光学素子は、厚さが３０μｍよりもかなり大きいとし得る透明素子とし得る。更に好ましくは、プリズムは回転可能なダブプリズムとし得る。有利なことに、これは、２つのＧＲＩＮ素子間の及び／又は何れかのＧＲＩＮ素子とそれに対応する光ファイバとの間のアライメントの容易な調節を提供する。さらに、回転可能なダブプリズムは、２つの関連する光ファイバのうちの少なくとも一方の軸外コアを回転アライメントすることを可能にする。例えばガラス板などのこの更なる光学素子は、何れのＧＲＩＮ素子も無菌でないとして、それ自体によって無菌バリアを形成し得る。

【0031】

他の有利な一実施形態において、光学装置の光学素子をファイバ担持ユニットと接続するためのコネクタスリーブが設けられる。斯くして、光学素子とファイバ担持ユニットとの間の確実な機械的接続が形成され、それ故に、２つの関連する光ファイバ間の及び／又は光学装置と２つの光ファイバのうちの少なくとも一方との間のミスアライメントが有利に抑制される。好ましくは、コネクタスリーブはセラミックのスプリットメイティング（分割篏合）スリーブである。

【0032】

他の有利な一実施形態において、２つのグラジエントインデックス素子の勾配定数は、所定の値未満だけ異なる。斯くして、組み合わされた２つのＧＲＩＮ素子の光学倍率を１に近くすることができ、これは、低い挿入損失を達成するのに有利である。この所定の値は、０％と１０％との間、好ましくは０％と５％との間、更に好ましくは０％と１％との間とし得る。

【図面の簡単な説明】

【0033】

本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される（１つ以上の）実施形態を参照して明らかになる。図面は以下を示す。

【図1】各々がグラジエントインデックス（ＧＲＩＮ）レンズに対応する３つのピッチの例示表現を示している。

【図2】医療用光コネクタの第１の実施形態の模式図を示している。

【図3】医療用光コネクタの第２の実施形態の模式図を示している。

【図4】図３に示される医療用光コネクタのＧＲＩＮレンズの開口数に対して最大許容ミスアライメントをプロットした図を示している。

【図5】ファイバおよびＧＲＩＮレンズを、例えばガイドワイヤなどの医療装置へと、特に図３に示される医療用光コネクタのＧＲＩＮレンズへと、組み立てることの取り得る一手法を示しており、透明接着剤が、ＧＲＩＮレンズの一方側に設けられる。

【図6】医療用光コネクタの第３の実施形態の模式図を示している。

【図7】医療用光コネクタとともに使用される医療介入装置の模式図を示している。

【図8】図２の医療用光コネクタを用いた及び従来の医療用光コネクタを用いたそれぞれの反射率測定結果の図を示している。

【図9】医療用光コネクタの更なる一実施形態の模式図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0034】

低侵襲医療介入では、一方で、患者の関連する解剖学的構造を見つけて測定するために、そして他方で、例えばステントなどの医療器具を取り扱う又は配置するために、例えば針、ガイドワイヤ、シース及びカテーテルなどの介入装置が患者に挿入される。そのような手順においては、患者に挿入される装置の部分が、手順の全体において無菌でなければならず、あるいは、患者自身からの体液及び／又は組織で汚染されるのみであるべきであることが極めて重要である。

【0035】

針、ガイドワイヤ又はカテーテルが、センサ又はアクチベータを備えるとき、センサからコントローラ又はインターロゲータに、及びその逆に、情報及び／又は電力を送るために、何らかの接続が為されなければならない。コントローラ又はインターロゲータは、患者から離れた非無菌ゾーンに置かれる。そのような接続は、電気配線又は光ファイバによって提供されることができる。伝送線路に沿った何処かで、無菌ゾーンが非無菌ゾーンと出会う。故に、無菌性の適切な管理が必要とされる。

【0036】

光形状センシング（ＯＳＳ）は、特にはマルチコア光ファイバである光ファイバに沿った、後方散乱された赤外光を用いて、ファイバの長さに沿った歪みを決定する。マルチコア光ファイバのコアの各々における歪み測定から、そのファイバの対応する形状を再構成することができる。光ファイバが、例えばガイドワイヤ又はカテーテルなどのフレキシブル医療装置に組み込まれるとき、この技術は、患者の体内にある装置の形状を提供することができる。

【0037】

ＯＳＳで使用されるマルチコア光ファイバは、中心コアと、中心コアに螺旋状に巻きつく複数の外側コアとを有する。このジオメトリは、このファイバが、それ自体が光インターロゲータ又はパッチコードに接続又は挿入される別のファイバに接続されなければならないときに、更なる難題を課す。２つの中心コア間の良好なカップリングを確実にするために双方の光ファイバをセンタリングすることとは別に、２つの光ファイバの外側コアを接続するために適切な回転アライメントも提供されなければならない。

【0038】

無菌側及び非無菌側それぞれの２つの光ファイバ間の光接続を提供するとともに、これら２つのファイバ間の適切な無菌バリアを可能にするために、１つ以上のグラジエントインデックス（ＧＲＩＮ）素子が使用される。ＧＲＩＮ素子又はＧＲＩＮ光学コンポーネントは、それぞれの素子中の光伝播を制御するのに有利な、屈折率の漸進的な位置依存変化を有する。

【0039】

ＧＲＩＮ光学系は、半径距離ｒに沿ってのみ変化する屈折率を持つ円筒形コンポーネントで構成されるサブセットを有し得る。例えば、ＧＲＩＮロッドレンズは：

【0040】

【数1】

なる基本的に放物線状である半径方向の屈折率プロファイルを有する。

【0041】

ここで、ｇは勾配定数であり、ｎ_０はレンズの中心における屈折率であり、ｒは半径位置であり、そして、“ｓｅｃｈ”は双曲線正割関数である。ＧＲＩＮロッドレンズに入る光は連続的に屈折され、そのようなＧＲＩＮロッドレンズ内部の光場（オプティカルフィールド）は、故に、ｚ_{ｐｅｒｉｏｄ}：

【0042】

【数2】

の周期長で、ｚ軸に沿って周期的に変化する。

【0043】

ＧＲＩＮロッドレンズの長さを記述する一般的手法は、レンズの幾何学的長さＬを周期長ｚ_{ｐｅｒｉｏｄ}で割ったものであるピッチＰ：

【0044】

【数3】

を用いる。

【0045】

Ｐ＝１，２，３，４，…のピッチを有するＧＲＩＮロッドレンズは、その前面（フロントプレーン）を背面（バックプレーン）上に結像し、その逆もまた然りである。Ｐ＝０．５，１．５，２．５，…のピッチを有するＧＲＩＮロッドレンズも、前面を背面上に結像するが、この場合には像が反転される。典型的に使用される別のピッチ値は、Ｐ＝１／４，３／４，５／４，…であり、この場合、ＧＲＩＮロッドレンズは理想的にはその前面上のあらゆる点からの光をコリメートする。

【0046】

図１は、各々が異なるピッチ値を有するＧＲＩＮロッドレンズの３つの例を示している。図１Ａでは、第１のＧＲＩＮロッドレンズの長さＬ_１が、該ＧＲＩＮロッドレンズの周期長ｚ_{ｐｅｒｉｏｄ}の１／４に等しく、Ｐ＝０．２５のピッチ値をもたらす。図１Ｂでは、第２のＧＲＩＮロッドレンズの長さＬ_２が、周期長ｚ_{ｐｅｒｉｏｄ}の半分に等しく、Ｐ＝０．５のピッチ値をもたらす。図１Ｃでは、第３のＧＲＩＮロッドレンズの幾何学的長さＬ３が周期長ｚ_{ｐｅｒｉｏｄ}に等しく、Ｐ＝１のピッチ値をもたらす。

【0047】

ＧＲＩＮロッドレンズの開口数は：

【0048】

【数4】

として、ロッドレンズの中心における屈折率と外側境界における屈折率とによって規定される。ただし、ＮＡはＧＲＩＮロッドレンズの開口数であり、ｄは、ＧＲＩＮロッドレンズの直径であり、好ましくは外径である。

【0049】

最小必要ＮＡ及び最大直径ｄが分かっている場合、用途における様々なニーズに適合する勾配定数ｇ：

【0050】

【数5】

を持つＧＲＩＮロッドレンズを設計することができる。

【0051】

必要とされるピッチＰが更に分かっている場合、ＧＲＩＮロッドレンズがそこまで研磨されるべき幾何学的長さＬを：

【0052】

【数6】

に決定することができる。

【0053】

図２は、医療介入での使用のために第１の光ファイバ１２を第２の光ファイバ１４と可逆的に接続する医療用光コネクタ１０ａを示している。医療用光コネクタ１０ａは、第１のフェルール１６と第２のフェルール１８とで構成されるファイバ担持ユニットを有している。第１のフェルール１６は、第１の光ファイバ１２の端部１３を挿入するのに用いられる。第２のフェルール１８は、第２の光ファイバ１４の端部１５を挿入するのに用いられる。

【0054】

医療用光コネクタ１０ａは更に光学装置２０を有している。光学装置２０は、グラジエントインデックス（ＧＲＩＮ）レンズ２２で構成される。好ましくは、ＧＲＩＮレンズ２２は、図１Ｃに示したＧＲＩＮレンズに対応するＰ＝１のピッチ値を有する。ＧＲＩＮレンズ２２は、医療用光コネクタ１０ａが接続状態にあるときに、すなわち、２つの光ファイバ１２、１４が光学装置２０を介して光学的に接続されているときに、第１及び第２の光ファイバ１２、１４の一方から来る光ビームと相互作用し、該光ビームを第１及び第２の光ファイバ１２、１４の他方に導くように構成される。第１及び／又は第２の光ファイバ１２、１４は、マルチコア光ファイバを有することができ、ＧＲＩＮレンズ２２は、第１の光ファイバ１２の（１つ以上の）コアを第２の光ファイバ１４の（１つ以上の）コアに光学的に結合するように構成される。

【0055】

光形状センシング（ＯＳＳ）を用いる低侵襲医療介入においては、２つの光ファイバ１２、１４のうちの一方が、患者から離れた非無菌ゾーンに置かれたコントローラ、インターロゲータ及び／又はパッチコードに接続され、２つの光ファイバ１２、１４のうちの他方が、その後に患者の体内に導入されるものである例えばガイドワイヤ、シース及び／又はカテーテルなどのフレキシブル医療装置に組み込まれる。例えば、第１の光ファイバ１２が、パッチコード、コントローラ又はインターロゲータに接続され、それにより光導波路として機能する。第２の光ファイバ１４は、例えばガイドワイヤ、シース又はカテーテルなどのフレキシブル医療装置に組み込まれることができ、それにより光センサとして機能し得る。

【0056】

好ましくは、第１及び第２の光ファイバ１２、１４は各々、コネクタスリーブ３２、３４によって光学装置２０に接続される。コネクタスリーブ３２、３４は内部空間３０、２８を備えており、内部空間３０、２８は、フェルール１６、１８の外側部分と、特にはＧＲＩＮレンズ２２である光学装置２０の外側部分との双方が内部空間３０、２８に受け入れられるような内径を持つ。好ましくは、ＧＲＩＮレンズ２２はＧＲＩＮロッドレンズである。更に好ましくは、ＧＲＩＮロッドレンズ２２はホルダ２６に取り付けられる。各光ファイバ１２、１４は、対応する光フェルール１６、１８に封入される。ＧＲＩＮロッドレンズ２２の外径は好ましくは、一方又は双方のフェルール１６、１８のそれに一致される。コネクタスリーブ３２、３４は好ましくは、スプリットメイティング（分割篏合）スリーブである。有利なことに、コネクタスリーブ３２、３４は、それぞれの光ファイバ１２、１４とＧＲＩＮロッドレンズ２２との間のアライメントを改善し、それにより、光接続の光挿入損失を低減する。

【0057】

ＧＲＩＮロッドレンズ２２は、２つの光ファイバ１２、１４の間の光接続を提供することに加えて、２つの光ファイバ１２、１４の間の無菌バリアとしても機能する。斯くして、例えば光導波路、パッチコード、並びにコントローラ及び／又はインターロゲータといった、医療介入の非無菌側からの汚染物質が、医療介入の無菌側（特に、光センサ、例えばガイドワイヤ、カテーテル又はシースなどのフレキシブル医療装置）に入ることを防止することができる。有利なことに、処置中の患者が環境から汚染されるのを防ぐことができる。ホルダ２６は、無菌バリアの一部として機能し得る。

【0058】

好ましくは、２つの光ファイバ１２、１４の間の回転アライメントは、標準光コネクタ上の１つ以上のキー、及び／又はメイティング（篏合）スリーブの１つ以上のキースロットを用いて制御されることができる。更に好ましくは、ＧＲＩＮレンズは、結像結果に影響を与えることなくランダムな方向に回転されることができるように、光軸に対して回転対称に構築される。

【0059】

ＧＲＩＮロッドレンズのピッチＰは、好ましくは：

【0060】

【数7】

に基本的に等しい。ただし、ｎは正の整数である（ｎ＝１，２，…）。斯くして、ＧＲＩＮロッドレンズ２２は、その前方表面２１ａをその後方表面２１ｂ上に結像する、及びその逆に結像する中継レンズとして作用する。第１の光ファイバ１２の端部１３が挿入される第１のフェルール１６は、ＧＲＩＮロッドレンズ２２の前方表面２１ａに面して詰めて配置され得る。それに加えて、あるいは代えて、第２の光ファイバ１４の端部１５が挿入される第２のフェルール１８は、ＧＲＩＮロッドレンズ２２の後方表面２１ｂに面して詰めて配置され得る。斯くして、２つの光ファイバ１２、１４を互いに光接続することができる。光ファイバ１２、１４とＧＲＩＮロッドレンズ２２の前方及び／又は後方の表面２１ａ、２１ｂとの間に本質的に自由空間が存在しないように、第１及び／又は第２の光ファイバ１２、１４がＧＲＩＮロッドレンズ２２に対して十分に詰めて機械的に接続されるとき、ＧＲＩＮロッドレンズ２２によって提供される光接続は特に安定であり、この物理的な接続は、スプリアス反射が劇的に抑制されることを為す。このような機械的に安定した結合は、ＯＳＳの場合のように、光学センサが干渉計的に読み出されなければならない用途において特に有利である。

【0061】

なお、それぞれの光ファイバ１２、１４とＧＲＩＮロッドレンズ２２の前方又は後方の表面２１ａ、２１ｂとの間の自由空間は、より良い視認性のために描かれたものであり、コンポーネント間の実際の距離を表すものではない。

【0062】

式（７）のｎが奇数であるとき、ＧＲＩＮロッドレンズ２２の像面はその対物面に対して反転される。前方／後方表面は、ＧＲＩＮレンズ２２の対物／像面に相当する。この場合、単純に第２の光ファイバ１４を第１の光ファイバ１２に対して回転させること又はその逆を行うことによって、像面を第１の光ファイバ１２の位置及び／又は向きに一致させることができる。式（７）からのｎが偶数であるとき、２つの光ファイバ１２、１４は同じ向きを有することができ、互いに対して回転される必要はない。（ｎが奇数又は偶数である）どちらの場合にも、２つのファイバ間の回転ミスアライメントに対抗するために、ある量の小さい回転はなおも必要であり得る。

【0063】

医療用光コネクタ１０ａの光挿入損失を低減するには、それぞれの光ファイバ１２、１４の幾何学中心とＧＲＩＮロッドレンズ２２の光軸との適切なアライメントを達成することが極めて重要である。そうするために、コネクタスリーブ３２、３４は好ましくはセラミックのスプリットメイティングスリーブである。それに加えて、あるいは代えて、第１及び第２のフェルール１６、１８は好ましくは、標準的なセラミック光ファイバフェルールである。

【0064】

また、ＧＲＩＮロッドレンズ２２の外径は、好ましくはメイティングスリーブであるコネクタスリーブ３２、３４が、ＧＲＩＮロッドレンズ２２及び光ファイバフェルール１６、１８の中心を揃えることができるように、セラミック光ファイバフェルール１６、１８の外径と基本的に一致するように構成される。

【0065】

ｎは偶数の正整数（２，４，６，…）であるとして、ＧＲＩＮロッドレンズ２２のピッチＰがＰ＝ｎ／２であるように選定される場合、医療用光コネクタ１０ａは有利なことに、ＧＲＩＮロッドレンズ２２とそれぞれの光ファイバフェルール１６、１８との間のミスアライメントに対していっそう耐性を有する。その理由は、第１の光ファイバ１２によって提供される“被写体”が、“４−ｆ”構成のＧＲＩＮロッドレンズ２２によって、第２の光ファイバ１４によって搬送される“像”に結像されるからである“４−ｆ”構成は、対物面と像面との間に、焦点距離“ｆ”の４倍に等しい距離を有する。物点が軸外にある場合、対応する像点も、光軸に関して同じ方向に、物点と同じ量だけ軸外にある。

【0066】

それぞれの光ファイバフェルール１６、１８とＧＲＩＮロッドレンズ２２との間のアライメントに加えて、２つの光ファイバ１２、１４それら自体間の適切なアライメントを達成することも重要である。これは、軸外コアを有する光ファイバが使用されるときに特に重要であり、これはＯＳＳにおいてしばしば当てはまる。好ましくは、例えばＳＣコネクタ又はＦＣコネクタなどの、コネクタ本体を有する光コネクタの標準的な対策が適用され得る。例えばＦＣ及びＳＣコネクタで、セラミックスプリットスリーブが使用される手法と同様に、そのようなスリーブをこのコネクタ３２、３４で使用することができる。そのようなコネクタは通常、その内部に収容された光ファイバの向きを指し示すキーを有する。２つのコネクタスリーブ３２、３４の間の相対的な回転を確定するために、両側に１つ以上のキースロットを備えたメイティングスリーブが使用され得る。好ましくは、メイティングスリーブは、ＧＲＩＮロッドレンズ２２によって占められる追加空間を提供するように変更される。更に好ましくは、ｎ＝１，３，５，…として、ＧＲＩＮロッドレンズ２２のピッチがＰ＝ｎ／２であるとき、メイティングスリーブの両側のキースロットは互いに反転されるべきである。２つの光ファイバのうちの一方からのコアによって搬送された像は、ＧＲＩＮレンズの他方側で、他方の光ファイバ内に上下逆さまに投影される。従って、他方の光ファイバは、第１の光ファイバに対して回転される必要がある。

【0067】

好ましくは、最大の光挿入損失は１ｄＢ程度である。この目的のため、ＧＲＩＮロッドレンズ２２は好ましくは、フェルールの外径に等しくて典型的に２．５ｍｍに近いものであるその目標外径から１ミクロン未満しか異ならない外径を有するように構成される。外径は、光ファイバの開口数（ＮＡ）に依存することができ、より低いＮＡは、より大きい焦点深度を指し示し、より高いＮＡは、より短い焦点深度と、より厳しい許容範囲とを指し示す。これは、奇数又は偶数の正整数に当てはまる。また、ＧＲＩＮロッドレンズ２２は好ましくは、その目標長さから典型的に３０ミクロン未満しか異ならない長さを有するように構成される。さらに、２つのフェルール１６、１８は、２つのファイバ１２、１４間の横方向のミスアライメントが１ミクロン未満になるように構成される。

【0068】

図２において、光学装置２０は、単一のＧＲＩＮロッドレンズ２２で構成されている。それに代えて、複数のＧＲＩＮロッドレンズが適用されてもよく、その場合、合計ピッチ、すなわち、個々のＧＲＩＮロッドレンズの各々の個々のピッチ値の合計は、好ましくはｎ／２に十分に近い。ｎは正の整数であり、ｎ＝１，２，３，…である。また、第１及び／又は第２の光ファイバ１２、１４は、中心コアを、ファイバの延在に沿って該中心コアに螺旋状に巻きつく複数の外側コアによって囲んで有した、マルチコア形状センシング光ファイバとし得る。理解されることには、第１の光ファイバ１２が無菌側で使用される一方で第２の光ファイバ１４は非無菌側で使用され、又はその逆である。

【0069】

図３は、第２の実施形態に従った医療用光コネクタ１０ｂを示している。医療用光コネクタ１０ｂは、図２に示した医療用光コネクタ１０ａと同様に、医療介入用に２つの関連する光ファイバ１２、１４を可逆的に接続するために使用される。医療用光コネクタ１０ｂは、その中に第１の光ファイバ１２の第１の端部１３が挿入又は封入される第１のフェルール１６を有している。医療用光コネクタ１０ｂの接続状態において、光ファイバ１２、１４のうちの一方からの光ビームと相互作用して、該光ビームを光ファイバ１２、１４のうちの他方に導くために、光学装置２０も設けられている。

【0070】

図２に示した実施形態に対する違いとして、図３の光学装置２０は、単一のＧＲＩＮロッドレンズで構成されるのではなく、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａと、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａの光軸に沿って配置された第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂとで構成されている。第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａは、そのピッチ値を除いて、図２に示したＧＲＩＮロッドレンズ２２と基本的に同じである。一方で、第１の光ファイバ１２の端部１３を収容する第１のフェルール１６と、他方で、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａとをアライメントするために、セラミックのスプリットメイティングスリーブ３２が好ましく設けられており、それにより、第１の光ファイバ１２の端部１３の中心が、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａの光軸にアライメントされるようになっている。

【0071】

第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂは、その中に第２の光ファイバ１４の端部１５（好ましくは、第２の光ファイバ１４の全体）が挿入又は封入されるガイドワイヤ１８’にインテグレートされる。第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂは、第２の光ファイバ１４の端部１５に接続される。理解されることには、フレキシブル医療装置１８’は、ガイドワイヤ、シース及び／又はカテーテルとし得る。また、フレキシブル医療装置１８’は、第１のフェルール１６と共に、ファイバ担持ユニットの一部として形成されてもよい。それに代えて、フレキシブル医療装置１８’は、医療用光コネクタ１０ｂとは別個の装置であってもよい。

【0072】

第１及び第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂのピッチは好ましくは：

【0073】

【数8】

に基本的に等しい。ただし、ｍ_ｉは、ｍ_ｉ＝１，２，…である正の整数であり、インデックスｉは、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ（ｉ＝１）及び第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂ（ｉ＝２）を示す。好ましくは、値ｍ_ｉは、第１及び第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂについて異なり得る。図３に示すように、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａについてのｍ_１の値は好ましくは２であり、Ｐ_１＝３／４のピッチ値をもたらす。第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂについてのｍ_２の値は好ましくは１であり、Ｐ_２＝１／４のピッチ値をもたらす。

【0074】

ピッチ値の他に、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂはまた、それらの外径において異なり得る。第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａの外径は、好ましくは、第１のフェルール１６のそれに一致され、その一方で、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂの外径は、特にはガイドワイヤであるフレキシブル医療装置１８’の内側にフィットするように縮小される。有利なことに、これは、コネクタ１０ｂの少なくとも一方側が医療装置１８’の外径に等しいか又はそれよりも小さい外径を有するので、医療用光コネクタ１０ｂのバックロード可能さを高める。更に有利なことに、２つの光ファイバ１２、１４間の適切なアライメントが同時に提供される。概して、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａの外径は、医療用途において必要とされる大きさにされることができる。好ましくは、２つのＧＲＩＮレンズ２２ａ、２２ｂの外径のうち、大きい方の外径は、小さい方の外径の少なくとも２倍であり、より好ましくは、少なくとも３倍である。

【0075】

第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａは好ましくは、第１の光ファイバ１２から出てくる光ビームを受け取り、そしてコリメートするように構成される。次いで、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂは好ましくは、コリメートされた光ビームを第２の光ファイバ１４に向けてフォーカシングする。第２の光ファイバ１２、１４は、中心コアと複数の外側コアとを有するマルチコア光ファイバとし得る。この場合、コリメートされた光ビームは好ましくは、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂによって、マルチコア光ファイバである第２の光ファイバ１４の複数の外側コア及び／又は中心コアに向けてフォーカシングされる。

【0076】

好ましくは、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａは、無菌バリアとして機能することができるように無菌である。２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂは、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａの遠位端が第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂの近位端に直に接触するように接続され得る。それに加えて、あるいは代えて、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂの間にガラス板２３又は薄い透明メンブレンが配置されて、ガラス板２３又はメンブレンが無菌バリアの全体又はその一部として作用してもよい。ガラス板２３は、図３に示されており、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ及び／又はガラス板２３が、医療用光コネクタ１０ｂの無菌バリアを形成する。

【0077】

それぞれの光ファイバ１２、１４から来る光ビームは、それぞれ、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ又は第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂによってコリメートされることができるので、ガラス板２３又はメンブレン中の追加の光路の長さは、有利なことに、結像性能に対して有意な影響を持たず、それにより、追加の挿入損失を生じさせない。この理由から、ＧＲＩＮレンズが使用されない対策とは対照的に、ガラス板２３及び／又はメンブレンは、３０ミクロンよりもかなり厚いものであってもよい。

【0078】

有利なことに、光接続の低い光挿入損失を維持しながら、第１の光ファイバ１２と第２の光ファイバ１４との間に、増大されたミスアライメントが許容され得る。特に、光ビームが、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂ間のインタフェースの位置でコリメートされる。従って、光軸に沿った２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂ間の横方向シフトは、ＧＲＩＮレンズ２２ｂとファイバ１５との間のインタフェース上の結像光ビームとコア位置との間のミスアライメントを引き起こさないことになる。斯くして、光挿入損失が低く維持される。適切な光接続のための境界条件は、ファイバ１２、１４がそれらそれぞれのＧＲＩＮレンズ２２ａ、２２ｂと良好にアライメントされることである。このアライメントは、例えば、制御された環境でのＧＲＩＮレンズ２２ａ、２２ｂのファイバ１２、１４とのアセンブリ中に既に行われているとし得る。

【0079】

有意な挿入損失を与えることなく２つの光ファイバ１２、１４間に許容され得る横方向ミスアライメント量Δｒは：

【0080】

【数9】

に等しい。ただし、ＮＡ_ｌｅｎｓは、医療装置１８’にインテグレートされる第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂの開口数であり、ＮＡ_{ｆｉｂｅｒ}は、光ファイバ１２、１４の開口数であり、そして、ｇは、レンズの勾配定数である。増大したミスアライメントにおいては、第１の光ファイバ１４から来る光は、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂに到達しないように向けられることがあり、挿入損失をもたらす。０．２１の開口数を持つ典型的な光ファイバとｇ＝０．９５ｍｍ^−１の勾配定数を持つＧＲＩＮロッドレンズとに許容されるミスアライメントの最大値を、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂの開口数の関数として、図４に示す。

【0081】

好ましくは、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂ間に許容され得る最大ミスアライメントは、最も小さい寸法、特に外径及び／又は長さ、を有するＧＲＩＮロッドレンズ、すなわち、医療用光コネクタ１０ｂの場合の第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂ、の開口数の関数である。それに加えて、あるいは代えて、最大ミスアライメントは、医療装置１８’にインテグレートされるＧＲＩＮロッドレンズの開口数の関数である。有利なことに、第１及び第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂは、これら２つのレンズ２２ａ、２２ｂ間に大きい最大ミスアライメントを許容するように構成されることができる。同時に、光ファイバ１２、１４に対するＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂの適切なアライメントを提供することが重要である。好ましくは、コネクタスリーブ３２は、従来からのメイティングスリーブとすることができ、それにより、光コネクタアセンブリで一般的に使用されている従来からのアライメント方法を適用して、好ましくはパッチコード側である光接続の非無菌側でフェルール１６と第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａとをアライメントすることができる。このようなコネクタスリーブは通常、フェルール１６及び第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａを受け入れることができるような内径を備えることができる。

【0082】

特にはガイドワイヤであるフレキシブル医療装置１８’に光ファイバ１４が組み込まれるところである無菌側では、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂは、医療装置１８’の横方向サイズによって制限される外径を有する必要がある。好ましくは、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂは、商業的に入手可能なスプライシング装置を使用して、第２の光ファイバ１４の近位端に直接的に接合される。近位端は、非無菌側と無菌側との間に延在された例えば光ファイバなどの物体の、非無菌側に面する又は非無菌側の一部である端又は端部を指す。好ましくは、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂを含めて、例えばガイドワイヤである医療装置１８’の全体が無菌である。例えば光ファイバなど、非無菌側と無菌側との間に延在される物体の遠位端は、無菌側に面する端である。加えて、あるいは代えて、例えば４００又は５００ミクロンなどの十分に大きいコア直径を有するとともに第２の光ファイバ１４の近位端に直に接合されたＧＲＩＮマルチモードファイバが使用されてもよい。有利なことに、第２の光ファイバ１４と第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂとの間のミスアライメントが、例えば商業的に入手可能なスプライシングマシン又は技術を使用することによって、１ミクロンのオーダまで縮小され得る。

【0083】

ＧＲＩＮロッドレンズ又はＧＲＩＮマルチモードファイバをガイドワイヤに直接的にインテグレートするとき、ＧＲＩＮロッドレンズ又はＧＲＩＮマルチモードファイバの外径は、十分小さくされる必要があり、特に、光接続の無菌側で使用されるＧＲＩＮロッドレンズよりも小さくされる必要がある。同時に、組み合わされた２つのＧＲＩＮロッドレンズの倍率を１の近くに保つために、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂが十分に類似の勾配定数ｇを持つことが有利である。特に、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂの勾配定数ｇは、所定値未満だけ、好ましくは３％未満だけ、より好ましくは１％未満だけ異なる。例えば、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂの勾配定数は、より小さい厚さを持つＧＲＩＮロッドレンズ及び／又は無菌側／介入装置側に配置されるＧＲＩＮロッドレンズの勾配定数に一致され得る。組み合わされた２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂの光学倍率は、１の値から、好ましくは３％未満、より好ましくは１％未満しか異ならない。

【0084】

他の有利な一実施形態において、組み合わされた２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂの長さ、及び／又は２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂの勾配定数は、２つのＧＲＩＮロッドレンズ２２ａ、２２ｂのうち薄い方のＧＲＩＮロッドレンズの設計パラメータに、より大きく依存する。光学装置２０が３つ以上のＧＲＩＮロッドレンズを含む更なる一実施形態において、組み合わされた全てのグラジエントレンズの全長及び／又は全勾配定数は、好ましくは、その他のＧＲＩＮロッドレンズと比較して、最も薄いＧＲＩＮロッドレンズの設計パラメータに、より大きく依存する。

【0085】

好ましくは、第１及び第２の光ファイバ１２、１４を互いに対してアライメントするために、第１のフェルール１６を機械的に回転させる機構が設けられる。この機構は、第１のフェルール１６を回転させるサーボモータとし得る。また、機構によって達成されるアライメントを検査するために、光学測定信号がフィードバック信号として使用され得る。有利なことに、例えばガイドワイヤである医療装置１８’及び／又は第２の光ファイバ１４の向きを、ガイドワイヤ及び／又は光ファイバが医療用光コネクタ１０ｂに挿入された後であっても知ることができる。斯くして、ガイドワイヤ上にキー又はマーカは必要ない。

【0086】

他の有利な一実施形態において、特には第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂである無菌装置の近位端に、第２の光ファイバ１４に対する（特に、マルチコア光ファイバである第２の光ファイバ１４の複数のコアに対する）ＧＲＩＮロッドレンズの結合に影響を及ぼすことなく、例えば透明な接着剤などの透明材料が設けられ得る。このような透明材料の適用は、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂが医療装置１８’にインテグレートされて配置されていることに起因して、とりわけ容易である。

【0087】

図５Ａ−Ｃは、第２の光ファイバ１４を、第２のＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂと共に、特にはガイドワイヤである医療装置１８’内に取り付けるための可能な一手法を示している。ガイドワイヤ１８’の近位部分に、ＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂを収容するのに十分な大きさのキャビティ１９が設けられる。ＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂを、第２の光ファイバ１４に直にスプライスすることで、その後にガイドワイヤ１８’のキャビティ１９に挿入することができるアセンブリを形成し得る。好ましくは、キャビティ１９は、異なる長さを有する光ファイバ及びガイドワイヤと共に使用するのに適するように、十分に大きく且つ／或いは長い。

【0088】

ＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂ又は光ファイバ１４によって占有されていないキャビティ１９の残部を充填するために、キャビティ空間のその残部に、透明な接着剤が少量供給され得る。好ましくは、この透明材料は、光学グレードの接着剤とし得る。更に好ましくは、光接続の高い光学品質を確保するために、透明接着剤３６を塗布した後、ガイドワイヤ１８’の近位端が研磨され得る。これらにより、図５Ｃに示すガイドワイヤ１８’に挿入されたＧＲＩＮロッドレンズ２２ｂ及び光ファイバ１４のアセンブリがもたらされる。なお、図５Ｂ、Ｃが示すように、ガイドワイヤ１８’のキャビティ空間１９は、アセンブリ又は透明接着剤３６によって完全には充たされない。それに代えて、キャビティ１９を完全に充たすように、例えば透明接着剤などの更なる材料が適用されてもよい。

【0089】

図６は、より更なる一実施形態に係る医療用光コネクタ１０ｃを示しており、これは、図６に示す光学装置２０が追加のプリズム２５を有することを除いて、図３に示した実施形態と基本的に同じコンポーネントを含んでいる。好ましくは、プリズム２５は、第１のＧＲＩＮロッドレンズ２２ａとガラス板２３との間に配置された回転可能なダブプリズムである。なお、ガラス板２３の代わりに、薄い透明なメンブレンが使用されてもよい。斯くして、２つの光ファイバ１２、１４のうちの一方を他方の光ファイバに対して回転させる必要なく、２つの光ファイバ１２、１４間の回転アライメントが可能であることが提供される。

【0090】

それぞれの光ファイバ１２、１４の１つ以上のコアが軸外に配置されて、２つの光ファイバ１２、１４をランダムに接続することができ、それ故に、コアの正確な相対的向きを知る必要はない。第１の光ファイバ１２の中心コアは好ましくは、この中心コアがＧＲＩＮロッドレンズ２２ａの光軸と一致するように、第１のフェルール１６の中心に配置される。そして、ダブプリズム２５を回転させて、第１の光ファイバ１２を第２の光ファイバ１４にアライメントすることができる。また、光学測定信号をフィードバック信号として使用して、２つの光ファイバ１２、１４間のアライメントを検査することができる。なお、光ファイバ１２、１４の軸外配置に起因するミスアライメントを、ダブプリズム２５によって補償することはできない。

【0091】

図７は、第１及び第２の光ファイバ１２、１４と共に使用される医療用光コネクタ１０ａ−ｃの模式図を示している。医療用光コネクタ１０ａ−ｃと、第１及び第２の光ファイバ１２、１４とが一緒になって、介入医療装置への光学的にカップリングのための光学系を形成する。介入医療装置は、カテーテル、ガイドワイヤ又はシースとし得る。図７では、介入医療装置が第２の光ファイバ１４と一体化されている。それに代えて、介入医療装置は、第２の光ファイバ１４に光学的に接続される別個の装置であってもよい。

【0092】

第１の光ファイバ１２の近位端は、光インターロゲータ４６に接続されている。第２の光ファイバ１４の遠位端は、患者の身体３７に挿入されている。第１の光ファイバ１２の遠位端は第１のフェルール１６に挿入され、第２の光ファイバ１４の近位端は第２のフェルール１８又はそれに代わるガイドワイヤ１８’に挿入されている。他の有利な一実施形態において、第２の光ファイバ１４の全体が、例えばガイドワイヤ、シース又はカテーテルなどのフレキシブル医療装置に挿入又は封入され、フレキシブル医療装置が患者の身体３７に導入されてもよい。

【0093】

第２の光ファイバ１４の遠位端は、それが組織４０によって囲まれた管腔３８内にあるように配置されている。図７中の拡大描写から見て取れるように、第２の光ファイバ１４は、好ましくは３つの外側コア４４である複数の外側コア４４によって囲まれた中心コア４２を有するマルチコア光ファイバである。第２の光ファイバ１４は、特にはファイバの長さに沿った反射信号である光信号を拾い上げる光学センサとして機能する。そして、これらの信号は、光学装置２０と導波管としての役割を果たす第２の光ファイバ１２とを介して、光インターロゲータ４６に伝送される。光インターロゲータ４６は、光信号を読み出すように構成され、そして、その光信号が、図７の略図に示すカーブ４８によって表される位置依存信号へと変換される。ここでは、位置インデックスは、ｍｍ単位のｚで表されており、信号強度は、デシベルの単位のＳで表されている。

【0094】

ＧＲＩＮレンズの使用は、これらのレンズの表面からの更なる反射につながり得る。そのような反射は、ＧＲＩＮレンズの中心における屈折率を、医療用光コネクタ１０ａ−ｃと協働使用される光ファイバの屈折率に、可能な限りよく一致させることによって、最小化され得る。特に、第１及び／又は第２のＧＲＩＮロッドレンズ１２、１４の中心における屈折率は、第１及び／又は第２の光ファイバ１２、１４の屈折率と、好ましくは１％未満しか異ならない。また、少なくとも１つのＧＲＩＮレンズと少なくとも１つの光ファイバ１２、１４との間のインタフェースが、当該インタフェースが光軸に対して或る角度を形成するように研磨されてもよい。斯くして、このインタフェースで反射される光は、光ファイバ１２、１４の伝播モードの中には導かれない。好ましくは、このインタフェースと光軸との間の角度θは、８°≦θ≦１５°の範囲内である。それに加えて、あるいは代えて、少なくとも１つのＧＲＩＮレンズの表面に、１つ以上の反射防止コーティングが設けられ得る。

【0095】

一実施形態において、これらのレンズの（平均）屈折率は、それらのインタフェース間での反射を抑制するために、ファイバの屈折率に十分近いように選定される。一例において、ＧＲＩＮレンズは、ドープされた石英で製造され、石英ファイバと組み合わせて使用される。

【0096】

屈折率ｎ_１＝ｎの材料と屈折率ｎ_２＝ｎ＋Δｎの材料との間の単一インタフェースでの反射光強度は、Δｎが小さい、次式：

【0097】

【数10】

によって与えられる。

【0098】

典型的に、反射をＲ＜１０^−６のレベルまで抑制することを望むことがあり、従って、ｎ≒１．５の場合、ファイバ及びレンズ材料の屈折率は、Δｎ＜３×１０^−３以下しか異ならないべきである。

【0099】

図８は、反射測定の結果が２つのカーブとして描かれている図を示している。実線カーブは、ＧＲＩＮレンズを有する図２に示した医療用光コネクタ１０ａを用いて得られたものであり、破線カーブは、従来の医療用光コネクタを用いて得られたものである。この図は、マルチコアファイバの複数の軸外コアのうちの１つにおける、空間的に分解された反射信号を示している。

【0100】

光形状センシングに使用されることが可能なマルチコアファイバに光学的にインターロゲートするために光周波数領域反射計（Optical Frequency Domain Reflectometer；ＯＦＤＲ）を使用し、中心コアと中心外コアの各々とについて別々に、反射測定及び故に光インターロゲーションが実行される。図８に示す結果は、図７に示したシステムを用いて取得され得る。

【0101】

双方の曲線が、メートル単位の光ファイバセンサとして機能するマルチコア光ファイバの中心外コアに沿ったメートル単位の位置インデックスｚの関数として、反射信号又は反射強度をデシベル単位で表している。図８に示すデータは、明瞭化のために数センチメートルにわたって平滑化されている。

【0102】

医療用光コネクタ、及び故に光接続は、マルチコアパッチコードがマルチコアファイバセンサに接続されるところであるｚ＝０付近に位置する。ファイバセンサの長さに沿って“書き込まれた”複数のファイバブラッググレーティングが存在しており、正方向にｚ＝０から始まる反射位置は、これらのファイバブラッググレーティングによって支配的に与えられる。

【0103】

複数のＧＲＩＮレンズの組み合わせが、組み合わせの合計ピッチがＰ＝１であるようにして使用される。図８にて見てとれることには、ＧＲＩＮレンズを有する医療用光コネクタは、光接続の位置（ｚ＝０）で、従来コネクタと比較して高い反射ピークを与える。この差は主に、光ファイバとＧＲＩＮレンズとの間の屈折率の不一致に起因する。この不一致のもう１つ影響は、ＧＲＩＮレンズを用いる場合に、従来コネクタと比較して、追加の光カップリング損失が存在することである。光ファイバに対してＧＲＩＮレンズの屈折率をもっと良く一致させることにより、光カップリングを有意に改善して、反射を抑制することができる。ＧＲＩＮレンズと光ファイバとの間の屈折率における改善された一致は、例えば、グレーデッドインデックスファイバを用いることによって達成され得る。

【0104】

図９は、医療用光コネクタの更なる一実施形態を示している。図３に示した実施形態と同様に、医療装置１８’が接続される。図３に関連して説明したように、損失を最小化するために、最も小さいＧＲＩＮレンズの設計が、レンズの長さ及び勾配定数の決定を主導する。勾配定数の類似性についてのこの制約は、同じＧＲＩＮレンズのうちの２つをコネクタの両側に有する接続を製造することによって減じられ得る。そこで、図３のように一方のＧＲＩＮレンズを他方のＧＲＩＮレンズよりも大きくすることに代えて、図９の実施形態では、両方のＧＲＩＮレンズ２２ａ及び２２ｂが、同じ厚さ及び勾配定数を持つ同じタイプのものである。レンズの個々の研磨で調節可能なものである長さは、依然として異なることができる。

【0105】

接続の両側のレンズの直径がこの実施形態では同じであるので、それらはどちらも、ＧＲＩＮレンズ２２ｂがインテグレートされる医療装置１８’の外径によって制約される。この限られた直径は、ＧＲＩＮレンズ２２ａをファイバ１２に十分な精度でアライメントすることが困難なことを意味する。しかしながら、これは、ＧＲＩＮレンズ２２ｂと医療装置内部のファイバ１４との間のアライメントに関して解決されるのと同じやり方で解決され、すなわち、制御されたスプライシングマシンにてそれらを繋ぎ合わせることによって解決される。このスプライシングは、角度と位置の双方において安定した正確なアライメントを保証する。

【0106】

例えば図３及び図９に示した実施形態のガラス板２３又はメンブレン層といった、無菌バリアを提供する追加の光学素子は、数多くの光学特性を満足する。第一に、それは、その小さな厚さ（典型的に１ミリメートル未満）において十分に透明である材料で作製される。これは、材料の散乱及び吸収の双方が挿入損失を制限するのに十分な低さであること、及び、散乱単独でみて、マルチコア光ファイバの異なるコア間のクロストークを制限するのに十分な低さであることを意味する。さらに、それは好ましくは、やはり反射を参照化するために、ファイバとレンズとの間の屈折率の差と同様に、レンズの屈折率に非常に近い屈折率（典型的に、Δｎ＜３×１０^−３）を有する。

【0107】

そして、光学的及び機械的な性質を組み合わせた、無菌バリアの付加的な光学素子の、更なる有利な特性が存在する。第１のそのような特性は、ガイドワイヤ及びフェルール（図９のフェルール１６）の研磨角度及びその他の表面不規則性における小さい差を補償するのに非常に有用なものである圧縮性である。典型的な機能例は、ガイドワイヤとフェルールとの間の（ソフトな）圧縮の下で変形するポリマーフォイルによって与えられ、それにより、無菌フォイルがそれら双方と完全且つ完璧に光学接触する。第２の特性は、マルチコアファイバの全てのコアの最適なアライメントを得るための例えばガイドワイヤの挿入及びガイドワイヤ若しくはフェルールの回転などの使用中に、（ガイドワイヤ及びフェルールの双方の）レンズ表面の磨耗及び傷付きを防止するのを助けることである。好ましくは、無菌フォイルの変形は、医療手順において十分な回数の再接続が信頼性高く為され得るように、塑性的な性質のものではなくて弾性的なものである。１つの手順から次の手順へ、新しい無菌フォイルが挿入されなければならず、フォイルへの機械的損傷は、交換まで制限されるべきである。

【0108】

医療用光コネクタ１０ａ−ｃは、２つの光コネクタフェルールをまとめるために使用される“より大きいコネクタ”として理解されることができる。このような“より大きいコネクタ”は、２つの光ファイバ１２、１４間の光接続に加えて、とりわけ、１つ以上のコンポーネントのアライメント、無菌性、洗浄、装填を支援するための、追加の機能を含む。

【0109】

図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明したが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものと見なされるべきであり、本発明は開示した実施形態に限定されるものではない。図面、明細書及び特許請求の範囲の学習から、請求項に記載の発明を実施しようとする当業者によって、開示した実施形態へのその他の変形が理解・達成され得る。

【0110】

請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”若しくは“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。単一の要素又はその他のユニットが、請求項に記載された複数のアイテムの機能を果たしてもよい。特定の複数の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ない、ということを指し示すものではない。

【0111】

請求項中の参照符号は、範囲を限定するものとして解されるべきでない。

【図1(A)】

【図1(B)】

【図1(C)】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5(A)】

【図5(B)】

【図5(C)】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】