JP2882814B2 - レーザ光の照射装置 - Google Patents

レーザ光の照射装置

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JP2882814B2 JP1217869A JP21786989A JP2882814B2 JP 2882814 B2 JP2882814 B2 JP 2882814B2 JP 1217869 A JP1217869 A JP 1217869A JP 21786989 A JP21786989 A JP 21786989A JP 2882814 B2 JP2882814 B2 JP 2882814B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光の照射装置、たとえば人体などの
動物組織に対してレーザ光を照射してその組織の切開、
蒸散または温熱治療等を行う際のレーザ光出射体などの
レーザ光の照射装置に係り、特に動物組織の表面に透過
体を直接または後述するその表面層を介して接触させな
がら癌などに対する温熱治療に対してきわめて有効な照
射装置に関する。
〔従来の技術〕
レーザ光の照射によって、動物の切開等を行うこと
は、止血性に優れるため、近年、汎用されている。
この場合、古くは光ファイバーの先端からレーザ光を
出射することが行われていたが、部材の損傷が激しいな
どの理由によって、最近では、レーザ光を光ファイバー
に伝達した後、その先端前方に配置した動物組織に対し
て接触するまたは接触させない出射プローブにレーザ光
を入光させ、プローブを動物組織（以下単に組織ともい
う）に接触させながら、プローブの表面からレーザ光を
出射させ、動物組織にレーザ光を照射することが行われ
ている。
本発明者は、種々のコンタクト（接触式）プローブを
開発し、広範囲で汎用されている。
一方、近年、癌に対する局所温熱療法が注目されてい
る。この方法は、レーザ光を癌組織に対して10〜25分照
射することによりその癌組織を約42〜44℃に保持して、
壊死させるものである。この方法の有効性は、日本レー
ザ学会誌第６号３巻（1986年１月）、71〜76頁および34
7〜350頁に、本発明者らが報告済である。
また、レーザ光化学療法も注目されている。この方法
は、ヘマトポルフィリン誘導体（HpD）を静脈注射し、
約48時間後、アルゴンレーザあるいはアルゴン色素レー
ザの弱いレーザ光を照射すると、上記HpDが一次項酸素
を発生し、強力な制癌作用を示すことを、1987年、米国
のダハティー（Doughrty）らが発表し注目されたもの
で、その後、日本レーザ学会誌第６号３巻（1986年１
月）、113〜116頁記載の報告など、数多くの研究が発表
されている。この場合、光反応剤としてフェオフォーバ
イドａ（Pheophobide a）を使用することが知られてい
る。また、近年ではレーザ光としてYAGレーザを用いる
ことも行われている。
このような治療にあたり、重要なことは、レーザ光が
癌組織に対して均一に照射され、特に温熱局所療法の場
合には、均一に組織が加温されることである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、レーザ光の均一照射、特に広い範囲にわたっ
て均一に照射することはきわめて困難であり、したがっ
てある範囲を数回に分けて照射を行わなければならず、
手術の迅速性に欠けるものであった。
このために、レーザ光の出射体いわゆるプローブを複
数設けて、各プローブから同時にレーザ光を照射するこ
とが考えられ、本発明者も特願昭62−50723号において
提案した。
しかし、組織に均一にレーザ光を照射することがある
程度可能であっても、正確には均一になっていないこと
が多いばかりでなく、レーザ光の伝播経路およびプロー
ブを複数必要とし、かつそれらのコントロール機器を必
要とし、設備費が嵩む。
そこで、本発明の主たる目的は、組織に対して均一に
レーザ光を照射できるとともに、設備費の大幅な低減を
達成できるレーザ光の照射装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決した本発明の請求項１記載の発明は、
レーザ光の透過体と、この透過体に対してレーザ光を入
射する光ファイバーとを備え、 前記透過体はその内部にレーザ光を散乱させる散乱性
粉を含有しかつレーザ光が透過可能なプラスチック材料
からなり、 前記光ファイバーのコア先端部が前記透過体内に埋設
されている、 ことを特徴とするレーザ光の照射装置である。
請求項２記載の発明は、前記コアの埋設部分の表面に
レーザ光の拡散層が形成されている請求項１記載の装置
である。
請求項３記載の発明は、透過体はホルダーの前方に包
まれて保持され、前記透過体のホルダー保持面の、少な
くとも前記光ファイバーの先端と反対側面にレーザ光の
反射性層が形成されている請求項１記載の装置である。
また、組織の加温のためには、そのコントロールのた
めに温度検出導線を組織に接触させる必要がある。この
ための、請求項４記載の発明は、レーザ光の透過体と、
この透過体に対してレーザ光を入射する光ファイバー、
温度検出導線とを備え、前記透過体はレーザ光を散乱さ
せる散乱性粉を含有しかつレーザ光が透過可能なプラス
チック材料からなり、前記温度検出導線は透過体を貫通
する状態で透過体前方に突出し、かつ前記貫通部分はプ
ラスチック材料に埋設されていることを特徴とするレー
ザ光の照射装置である。
請求項５記載の発明は、温度検出導線の少なくとも貫
通部分および透過体の前方突出部分はレーザ光の反射材
料により被覆されている請求項４記載の装置である。
〔作用〕
従来、本発明者の創案に係る接触型プローブとして
は、サファイアなどのセラミック材料が専ら用いられて
きた。しかし、この種のプローブを用いて、レーザ光を
散乱させようとする場合、プローブの表面を凹凸加工す
るか、あるいはプローブ表面に散乱を生じさせる散乱性
層を被覆する方法しか見出せなかった。
一方、セラミック材料からなるプローブは耐熱性に富
み、耐熱が要求される用途には有効であるけれども、前
述のように、加温する場合には、レーザ光のパワーとし
て高出力を要求されるものでなく、低出力で充分であ
る。
そこで、本発明者は、プローブとしてプラスチック製
材料を用いることに想到した。そして、このプラスチッ
クを用いた場合、予めシリカなどのレーザ光を散乱させ
る散乱性粉をプラスチックに分散させ、これを所定の形
状に成形すれば、プローブに入射したレーザ光がプロー
ブ内の散乱性粉により散乱を繰り返しながらプローブ表
面から出射するようになるので、散乱効果がきわめて大
きいこと、また材料がプラスチックなので、用途に応じ
て種々の形状に成形できる利点があることを見出した。
一方、組織を加温する場合に用いる温度検出導線、た
とえば先端に熱電対を有する導線を、プローブ内を貫通
するようにプラスチック成形できる。
従来、プローブやバルーンに対して温度検出導線を付
設する場合、プローブやバルーンと別体に配設するか、
またはそれらの表面に沿わせて接着させておくものが知
られている。しかし、組織中の温度を検出しようとする
場合、プローブの組織への接触とは別に熱電対を組織中
に穿刺せねばならないが、その際、プローブの前面位置
を避けて側方において穿刺するしか方法がなく、したが
って本来検出しようとするプローブ前面位置における組
織温度を検出することができなかった。また、熱電対の
導線をプローブ側面からその前面に沿わせ、かつ導線の
先端をプローブ前面に接着させることにより、プローブ
の前面部の組織温度を検出することができるけれども、
検出した温度はあくまでも、組織表面の温度であって、
組織内部の温度でないため、加熱温度のコントロール性
が悪い。
しかるに、前述のように、先端の熱電対などの温度検
出導線を本発明にいう透過体、すなわちプローブは、プ
ラスチック製であるため、プローブを導線が貫通するよ
うに容易にプラスチック成形でき、その導線の固定を行
うことができるとともに、その導線の先端部がプローブ
の前面から突出しているので、プローブを組織に当接す
る際に、その導線の先端部を組織中に穿刺でき、プロー
ブ前面の組織中の温度を検出でき、加温の際の温度コン
トロール性にきわめて優れたものとなる。
〔発明の具体的構成〕
以下本発明を種々の具体例を挙げてさらに詳説する。
第１図は第１実施例を示したもので、１は光ファイバ
ーで、そのコア1Aの周囲は４弗化エチレン樹脂などのシ
ース管２により被覆されている。この光ファイバー１の
先端部はたとえばポリエチレンなどのプラスチック製の
ニップル３を貫通している。また、光ファイバー１に沿
って先端に熱電対4aを有する温度検出導線４が配設さ
れ、同様にニップル３を貫通している。
ニップル３の基端には４弗化エチレン樹脂などからな
る可撓性保護管５が連結されている。光ファイバー１
は、図示しないレーザ光の発生装置に光学的に接続され
ており、温度検出導線４は図示しない温度測定器に接続
され、温度検出結果に基づいて、レーザ光発生装置から
光ファイバー１へのレーザ光の入射パワーをコントロー
ル可能となっている。このコントロールに際しては、た
とえばレーザ光発生装置と光ファイバー１の基端との間
に設けられるいわゆるＱスイッチの開閉時間を調節する
ことで行われる。
一方、ニップル３の他端には、ホルダー６がネジによ
り連結されている。このホルダー６には、本発明にいう
レーザ光透過体としてのプローブ７がその後端部におい
て保持されている。
ホルダー６は基端側が窄まった本体部6Aとスリーブ部
6Bとを有し、本体部6Aにニップル３のネジが連結ネジ孔
6Cに螺合され連結されているとともに、光ファイバー１
および温度検出導線４が貫通している。プローブ７は先
端周囲が丸くなっているとともに、基端側の半径がスリ
ーブ部6Bの厚み分小さくなっている他はほぼ円柱形をな
している。そして、プローブ７の基端側がホルダー６の
スリーブ部6B内に嵌合している。この嵌合とともに、必
要により、プローブ７外面の段部とスリーブ部6Bの先端
とを接着剤などにより固定の強化を図ることができる。
他方、プローブ７のホルダー６への嵌合面、実施例で
は、本体部6Aの前面とスリーブ部6Bの内周面にレーザ光
の反射層８が形成されている。この反射層８としては、
耐熱性を確保するために金メッキ層とするのが特に好ま
しいが、材質的にアルミニウムなどでもよく、また層の
形成方法としてはメッキのほか、蒸着法なども採用でき
る。
さらに、前述の光ファイバー１のコア1Aの先端部は、
プローブ７に埋設され、直接プローブ７に空隙を持つこ
となく接触している。温度検出導線４の先端はプローブ
７を貫通しており、その先端は鋭くなって組織に対して
穿刺可能となっている。
本発明に係るプローブは、レーザ光を散乱させる散乱
性粉を内部に含有し、かつレーザ光が透過可能なプラス
チック材料からなる。このプラスチック材料としては、
シリコン樹脂、アクリル樹脂（特にメチルメタアクリレ
ート樹脂）、カーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ
エチレン樹脂、ウレタン樹脂またはポリエステル樹脂な
どの合成樹脂、特に好ましくは熱可塑性合成樹脂を挙げ
ることができる。
また、散乱性粉としては、レーザ光を散乱させるもの
であるため、前記のプラスチック材料よりレーザ光の屈
折率が高い材料が用いられ、この例として人工または天
然を問わず、ダイヤモンド、サファイア、石英系材料、
単結晶酸化ジルコニュウム、透光性耐熱プラスチック
（もちろん前記プラスチック材料とは別種のもの）、レ
ーザ光反射性金属（たとえば金やアルミニウムなど）あ
るいはこれらの粉の表面を前記のレーザ光反射性金属に
より被覆した複合材料の粉体を挙げることができる。
なお、必要により、散乱性粉とともに、レーザ光の吸
収性粉、たとえばカーボン、グラファイト、酸化鉄、酸
化マンガンなどを混入させて、プローブ中を散乱しなが
ら出射する際、レーザ光をこの吸収性粉に衝突させ熱エ
ネルギーに変換させ、加熱効果を高めることができる。
本発明に係るプローブ７は、たとえば前記の散乱性粉
をプラスチック材料溶融状態で分散させ、所望の形状に
成形することで得ることができる。その際、第１図のよ
うに、光ファイバー１の先端を埋設する場合や、温度検
出導線４の途中を一体化させる場合には、たとえばホル
ダー６を一つの型とし、光ファイバー１および温度検出
導線４をホルダー６の本体部6Bから突出させた状態で、
流し込み成形することによって容易に得ることができ
る。
以上のように構成されたレーザ光の照射装置において
は、たとえば、本装置を内視鏡とともに人体内の対象部
位まで挿入した状態で、レーザ光をその発生装置から発
生させる。このレーザ光発生装置からのレーザ光は、光
ファイバー１の基端に入射され、光ファイバー１内を伝
播し、そのコア1Aの先端面から出射する。出射したレー
ザ光は、コア1Aがプローブ７内に直接入射し、その外表
面から出射する過程で、散乱性粉に当たり屈折を繰り返
す。したがって、第１図のように、レーザ光が屈折を繰
り返しながら、プローブ７の外表面からほぼ均一に組織
に向かって出射する。また、その際、第１図に示すよう
に、ホルダー６の内面に到ったレーザ光は、反射層８に
おいて反射し、金属製ホルダー６の発熱や破損を防止す
るとともに、レーザ光を前方へと導く。
第３図は第１実施例のプローブ７を用いながら癌組織
Ｍに対して、局所温熱療法を施している状態を示してい
る。すなわち、プローブ７前面を癌組織Ｍに接触させる
とともに、温度検出導線４のプローブ７前面より突出し
た先端部を組織Ｍ中に穿刺し、その熱電対4aからの組織
温度を検出しながら、前述のように、光ファイバー１へ
の入射パワー、換言すればプローブ７表面からの出射パ
ワーを調節しながら、癌組織Ｍの温度を42〜45℃にコン
トロールし、癌細胞を壊死させるようにしている。
なお、温度検出導線４にはレーザ光が照射される。し
たがって、導線４の発熱や破損を防止するために、レー
ザ光の反射層、たとえば金メッキ層やチタンコーティン
グ層を導線４の表面に被覆するのが好ましい。
第４図および第５図は第２実施例を示したもので、プ
ローブ10の形状として頭部が拡大したほぼ円錐台形状を
なしており、かつ光ファイバー１を複数、図示例では中
心から偏位して中心周りに60度の間隔をもって３本、そ
の先端部をプローブ10内に埋設したものである。手術者
が直接把持するホルダー11の先端はラッパ状をなしてお
り、その先端内面に金メッキなどの反射層12を有する。
13は温度検出導線である。この第２実施例の照射装置は
主に人体皮膚面に対する場合に好適に用いられる。
本発明においては、プローブの材質がプラスチックで
ある。したがって、セラミックからなる場合に比較し
て、所望の形状に成形することがきわめて容易である。
その結果、たとえば子宮Ｕの子宮口近くに生成した子
宮癌に対して治療する場合に好適な、第６図に示す第３
実施例のように、プローブ10Aを複雑な形状に成形でき
る。
他方、第３実施例としての第６図および第４実施例と
して示す第７図のように、温度検出導線４は、プローブ
10Aまたは７前表面から突出していなくとも、たとえば
プローブ10Aまたは７に先端部が埋設していても、予め
組織温度とプローブ10Aまたは７内温度との相関を知っ
ておくことで、プローブ10Aまたは７内の温度を検出し
てある程度精度的に低下するけれども、実用上充分な組
織温度コントロールが可能である。
第８図は第５実施例を示したもので、組織の表面でな
く、組織内部の治療に有効な例である。
20は光ファイバーで、その先端部はコア20Aがクラッ
ド20Bが破断されていることで露出しているとともに、
露出部の先端が先細となっている。コア20A部分のほぼ
全体の外表面はレーザ光の散乱層が形成されている。図
面上、この散乱層の形成個所を小点で示してある。散乱
層としては、シリカなどのセラミック粉を、その溶融温
度近傍にまで昇温し、そのセラミック粉が完全に溶融し
て均一な層となる前に冷却して、当初の粉形状ではない
が、一部溶融して異なる粉形状をなしている状態の層と
することができる。この散乱層の存在によって、コア20
Aの外表面からレーザ光が出射するとき、変形セラミッ
ク粉において屈折して散乱するようになる。
一方、この散乱層を表面に有するコア20Aを包んで細
長いプローブ21が設けられている。このプローブ21は、
第１実施例と同様に、散乱性粉を含有するプラスチック
材料からなる。
22は外面が金メッキされた温度検出導線で、その先端
はプローブ21の後端近くに位置している。この温度検出
導線22および光ファイバー20は可撓性シース23により包
囲されている。このシース23は、ポリエチレン、ウレタ
ンなどのプラスチックやシリコンゴムなどからなる。ま
たこのシース23は、溶融成形により温度検出導線22、光
ファイバー20およびプローブ21と一体化されている。
この第５実施例の照射装置を使用する場合、第９図の
ように、組織Ｍたとえば肝臓組織中に、ガイド管30とと
もに、いわゆるパンクチャーニードル31を穿刺し、その
後パンクチャーニードル31のみを引き抜き、代わりに当
該照射装置の先端部をガイド管30を案内としながら組織
Ｍ中に挿入する。
次いで、レーザ光を光ファイバー20に入射してその先
端のコア20Aから出射し、その際散乱層において散乱さ
せながらプローブ21に入射しその内部の散乱性粉におい
て散乱を繰り返しながらプローブ21外面からほぼ均一に
レーザ光を出射し、肝臓癌の局所温熱療法に用いる。脳
の悪性腫瘍や乳癌にも用いることができる。
ところで、散乱層を形成するための、散乱性粉として
は、基本的に前述のプローブ中に混入する散乱性粉と同
様のものを用いることができるが、膜形成性に欠けるも
のは好ましくない。一般的にはセラミック粉が用いられ
る。
本発明において、場合により、前記各種プローブ表
面、あるいはコア20Aの表面の前記散乱層の表面に以下
のような散乱効果を高めるための表面層を形成してもよ
い。
すなわち、プローブの表面に、そのプローブ材質、つ
まり当該プラスチック材質より屈折率が高いサファイ
ヤ、シリカまたはアルミナ等の光散乱粉、ならびに前述
のようにプローブ中に混入させることも可能なカーボン
等のレーザ光の吸収性粉を含有し、かつ造膜のためのバ
インダーにより表面層を形成するものである。
かかる光散乱粉によりレーザ光の散乱を行わせ、また
レーザ光Ｌを吸収性粉に当てることによって当たった大
部分のレーザ光のエネルギーを光吸収性粉によって熱エ
ネルギーに変換させるものである。
これによって、組織の蒸散割合が多くなり、プローブ
へのレーザ光の入射エネルギーが小さくとも、切開を容
易に行うことができる。したがって、プローブを高速に
動かしても切開が可能となり、手術を迅速に行うことが
できる。さらに、プローブへ与える入射パワーを小さく
できることは、安価かつ小型のレーザ光発生装置によっ
て手術を行うことを可能ならしめる。
一方、表面層を形成するに当たり、前述の吸収性粉と
光散乱粉とを液に分散させ、プローブの表面にたとえば
塗布したとしても、液が蒸発した後は、両粉がプローブ
の表面に物理的に吸着力で単に付着しているのみである
ため、表面層を有するプローブが組織と接触したり、他
の物体に当たったときは、表面層の破損が容易に生じて
しまう。
そこで、吸収性粉と光散乱粉とを透過部材の表面に対
して結合させるバインダーを設けると、表面層の付着性
を高めることができる。この場合、バインダーとしては
プラスチック粉や石英などのセラミック粉等の光の透過
性粉を用いるのが好ましい。造膜に際しては、バインダ
ーとしてのプラスチック粉を溶融するか、プローブの融
点より高いセラミック粉を用いる場合にはプローブ表面
を溶融することで可能である。
さらに、プローブ表面に凹凸を形成する、またはこの
凹凸表面に対して前記表面層を形成することも、その凹
凸部分でレーザ光が散乱するので、レーザ光の均一照射
により効果的である。必要ならば、前記コア20Aに凹凸
を形成し、かつその凹凸面に前記の散乱層を形成しても
よい。
ところで、前記各例において、光ファイバーの先端を
それぞれプローブ中に埋設してある。本発明において、
第８図例のように、コア表面に散乱層を形成する場合を
除いて、プローブの後端面と離間して光ファイバーの先
端面を位置させることもできるが、この場合には、光フ
ァイバーの先端面とプローブの後端面との間に塵埃など
の不純物が介在したり、それらの面に付着して、プロー
ブの後端面が発熱したり、レーザ光の入射パワーを低下
させる要因ともなる。したがって、プローブ中に光ファ
イバーの先端部を直接埋設させるのが好ましい。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明によれば、組織に対して均一にレ
ーザ光を照射できるとともに、設備費の大幅な低減を達
成でき、さらに透過体の形状を種々に設計でき、しかも
温度検出導線を設ける場合においてその配設位置の自由
性が高くなるなどの利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る第１実施例の照射装置の要部縦断
面図、第２図はそのII−II線矢視図、第３図はこの照射
装置を用いて癌組織に対して局所温熱療法を行っている
状態を温度分布とともに示した斜視図、第４図は第２実
施例の縦断面図、第５図はその左側面図、第６図は第３
実施例の縦断面図、第７図は第４実施例の縦断面図、第
８図は第５実施例の縦断面図、第９図は第８図の照射装
置の組織中への挿入に先立ちその挿入ガイドを形成する
態様を示す縦断面図である。 １……光ファイバー、1A……コア、３……ニップル、４
……温度検出導線、4a……熱電対、６……ホルダー、6A
……本体部、6B……スリーブ部、７……プローブ（透過
体）、８……反射層、10、10A……プローブ、11……ホ
ルダー、12……反射層、13……温度検出導線、20……光
ファイバー、20A……コア部、21……プローブ、22……
温度検出導線。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ光の透過体と、この透過体に対して
    レーザ光を入射する光ファイバーとを備え、 前記透過体はその内部にレーザ光を散乱させる散乱性粉
    を含有しかつレーザ光が透過可能なプラスチック材料か
    らなり、 前記光ファイバーのコア先端部が前記透過体内に埋設さ
    れている、 ことを特徴とするレーザ光の照射装置。
  2. 【請求項２】前記コアの埋設部分の表面にレーザ光の拡
    散層が形成されている請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】透過体はホルダーの前方に包まれて保持さ
    れ、前記透過体のホルダー保持面の、少なくとも前記光
    ファイバーの先端と反対側面にレーザ光の反射性層が形
    成されている請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】レーザ光の透過体と、この透過体に対して
    レーザ光を入射する光ファイバー、温度検出導線とを備
    え、前記透過体はレーザ光を散乱させる散乱性粉を含有
    しかつレーザ光が透過可能なプラスチック材料からな
    り、前記温度検出導線は透過体を貫通する状態で透過体
    前方に突出し、かつ前記貫通部分はプラスチック材料に
    埋設されていることを特徴とするレーザ光の照射装置。
  5. 【請求項５】温度検出導線の少なくとも貫通部分および
    透過体の前方突出部分はレーザ光の反射材料により被覆
    されている請求項４記載の装置。
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