JP2003175055A - 医療用レーザプローブ - Google Patents

医療用レーザプローブ

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JP2003175055A
JP2003175055A JP2002319191A JP2002319191A JP2003175055A JP 2003175055 A JP2003175055 A JP 2003175055A JP 2002319191 A JP2002319191 A JP 2002319191A JP 2002319191 A JP2002319191 A JP 2002319191A JP 2003175055 A JP2003175055 A JP 2003175055A
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Akishi Hongo
晃史 本郷
Seiichi Kashimura
誠一 樫村
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】外部環境に対して安定で、しかも洗浄、殺菌処
理を施すことができる医療用レーザプローブを提供す
る。 【解決手段】中空導波路21はその一端が貫通されたフ
ェルール23に挿入されており、そのフェルール23の
先端にはレーザ光を透過する部材(ウインド)24が装
着され、中空導波路21の一端面がこのウインド24に
よって封止されている。一方、中空導波路21の他端面
は、患部へレーザ光を照射するためのレーザチップ28
によって封止されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に医療分野にお
いて有用な赤外波長帯のレーザ光を伝送するレーザ導波
路に関するもので、長尺伝送用あるいは照射領域(患
部)に接近するレーザプローブに適用されるものであ
る。
【0002】
【従来の技術】波長2μm以上の赤外光は、医療、工業
加工、計測、分析、化学等様々な分野で利用されてい
る。特に、波長2.94μm帯のEr−YAGレーザ、
5μm帯のCOレーザ、10.6μm帯のCO2 レーザ
は、発振効率が高く高出力が得られ、また水に対しても
大きな吸収をもつため、医療用のレーザ治療器の光源と
して極めて有用である。
【0003】ところで、一般の通信用に使用されている
石英系光ファイバは、波長2μm以上では分子振動によ
る赤外吸収が大きくなり極めて高損失となる。このため
これらのレーザ光を長距離伝送する導波路として石英系
の光ファイバを使用することができない。
【0004】現在、研究開発がなされている波長2μm
以上の赤外光用の導波路は、充実タイプのいわゆる赤外
ファイバと中空導波路に大別できる。
【0005】赤外ファイバの材料をさらに分類すると、
重金属酸化物ガラス(GeO2 ,GeO2 −Sb33
等)、カルコゲナイドガラス(As−S,As−Se
等)、そしてハロゲン化物に分けられる。ハロゲン化物
は、さらにハライドガラス(ZnCl2 ,CdF3 −B
aF2 −ZrF4 等)、結晶性金属ハロゲン化物(KR
S−5,AgCl,AgBr,KCl等)に分けられ
る。
【0006】中空導波路も構造、材料、形状の観点から
種々の導波路が提案、試作されている。その中で特に金
属パイプ内部に伝送するレーザ光の波長帯で透明な誘電
体を内装して内壁における反射率を高めた誘電体内装金
属中空導波路は、特に大電力のエネルギー伝送に適して
おり工業用のレーザ加工や医療用のレーザメスに適用が
検討されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一般に医療用として使
用されるレーザ導波路では、レーザ光の照射領域(患
部)に接近する部分は汚染される可能性が高いので、長
尺伝送用のレーザ導波路とハンドピース内部に納められ
る比較的短尺で交換可能なプローブ用のレーザ導波路に
分割される。長尺伝送用のレーザ導波路は低損失である
ことが絶対条件であるが、プローブ用のレーザ導波路
は、劣悪な環境のもとでも特性変化が小さく、また洗浄
あるいは滅菌処理が可能で再使用できることが望まし
い。
【0008】前記した赤外光伝送用の光ファイバや中空
導波路は長尺伝送用のレーザ導波路としては低損失であ
るので適しているが、プローブ用のレーザ導波路には必
ずしも適当ではない。
【0009】まず充実タイプの赤外ファイバは、一般に
通信用の石英系光ファイバと比較して信頼性が低い。使
用する雰囲気が劣悪なところ特に湿度の高いところで
は、潮解性を示したりガラス質が結晶化したりして光学
的及び機械的特性の劣化が著しい。またカルコゲナイド
ガラスなど材料によっては毒性のあるものがあり、この
ような材料からなる光ファイバを医療用として使用する
場合には人体と完全に隔離しなければならない。
【0010】一方、中空導波路は構成材料そのものは外
部雰囲気に対し比較的安定であるが、構造上導波路内部
へ粉塵や水分が侵入しやすく光学特性を劣化させる危険
性がある。
【0011】このように、特に医療用として使用する場
合には照射領域(患部)近傍まで接近するハンドピース
内部に納められるプローブ用のレーザ導波路としては、
前述の赤外ファイバや中空導波路をそのまま使用するこ
とは困難である。
【0012】例えば現在歯科用として使われているEr
−YAGレーザ治療器の場合は、長尺伝送用のフッ化物
ファイバの出射端に長さ約数cmのプローブ用石英ファイ
バを接続している。フッ化物ファイバは特に水分に弱い
ため、水分が付着する可能性が高いプローブ用のレーザ
導波路として適用できない。このようにフッ化物ファイ
バは長尺伝送用のレーザ導波路にのみ適用され、その先
端は外部に露出しないようにしている。
【0013】石英ファイバは高温または高湿な環境でも
その光学的及び機械的物性は安定している。また洗浄、
消毒が容易にできるので再使用が可能である。しかしな
がら前述のように、短尺といえども石英材料では損失が
大きくわずか数cmでも透過率は60%程度に低下してし
まう。
【0014】このため長尺伝送が可能なレーザ導波路の
性能向上はもとより、洗浄、消毒が可能で再利用ができ
るプローブ用のレーザ導波路の損失低減も求められてい
る。
【0015】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、外部環境に対して安定でしかも洗浄、殺菌処理を
施すことができる中空導波路型の医療用レーザプローブ
を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、中空導波路を長尺用のレーザ導波路ばかり
でなく、医療用レーザプローブのレーザ導波路にも適用
できる構造にしたものである。すなわち低損失な中空導
波路のレーザ光入力端を伝送されるレーザ光に対して透
明な部材で封止し、レーザ光出力端をレーザチップで封
止することによって、低損失で信頼性の高い医療用レー
ザプローブを実現したものである。
【0017】上記構成によれば、湿度、粉塵に等を多く
含む外部環境に曝されてもレーザ導波路の光学特性が影
響を受けず、寿命、信頼性が向上する。また、ハンドピ
ース内に納められるプローブ用のレーザ導波路は汚染さ
れる可能性が高いものの、ハンドピースの洗浄、殺菌処
理を行うことが可能であるため、感染の危険性を無くし
繰り返し再使用ができる。
【0018】また封止用の部材は、導波路の信頼性を高
めると同時に、戻り光からレーザ光源を保護できる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0020】図1は、本発明の医療用レーザプローブに
適用可能なレーザ導波路の一実施形態を示す縦断面図で
ある。中空導波路10はその一端が貫通されたフェルー
ル11に挿入されており、そのフェルール11の先端に
はレーザ光を透過する部材(ウインド)12が装着さ
れ、中空導波路10の一端面がこのウインド12によっ
て封止されている。
【0021】中空導波路10としてはレーザ光の波長帯
で透明な誘電体を内装した金属中空導波路が特に好適で
ある。フェルール11は例えば光通信用として使用され
ているような一般のFC型コネクタなどに組み込まれ
る。これによってこの導波路先端から水や粉塵が侵入す
ることはない。
【0022】図1ではウインド12の直径は導波路内径
よりも大きい場合を示したが、ウインドの直径を中空導
波路内径に合わせ、円柱上のウインドを中空導波路の中
空部分にはめ込んでもよい。
【0023】また図1では平板状のウインドの例を示し
たが、ウインドの2つの面のうちレーザ光源側の面すな
わち入射面を入射するレーザ光に対し僅かに斜めに傾斜
させればウインドからの反射光が直接レーザ光源に戻る
ことがなくなり、光源の光学系の損傷を防ぐことができ
る。
【0024】また、図1ではフェルール11及びウイン
ド12を中空導波路10の一方端にのみ設けているが、
これを中空導波路10の両端に取り付ければ中空導波路
10の内部は完全に密閉される。赤外領域で発振するレ
ーザ光は特に水によく吸収され、吸収されたレーザ光は
全て熱に変換される。そのため密閉された中空導波路1
0の内部にあらかじめ水分を除去した空気、窒素、アル
ゴンなどの乾燥ガスを充填しておくことは、導波路の寿
命をのばすことに効果がある。
【0025】次に、上述したレーザ導波路をハンドピー
ス内に納められるレーザプローブに適用した例について
説明する。レーザプローブは劣悪な環境に曝される可能
性が高いので本発明の効果はさらに顕著に発揮される。
【0026】図2を用いて本発明の医療用レーザプロー
ブの実施の形態を説明する。
【0027】同図に示すように、プローブ用レーザ導波
路21の入射側は、プローブ用レーザ導波路の入射側フ
ェルール23によって固定されその先端はウインド24
によって封止されている。
【0028】一方、プローブ用レーザ導波路21の出射
部は、プローブ用レーザ導波路出射側フェルール27に
よって固定されその先端はレーザチップ28によって封
止されている。このレーザチップ28はウインド24と
同様にレーザ光を透過する材質で形成されている。図2
ではレーザチップの形状が円錐形の場合を図示している
が、後述するようにその形状はレーザ照射の目的、被照
射部の位置、形状などによって選択される。
【0029】プローブ用レーザ導波路21は機械的強度
を保つために硬質の金属、セラミック、または樹脂の保
護パイプ29に挿入されている、この保護パイプ29は
図2に示したような屈曲形状のパイプに限定されず、レ
ーザ照射の目的、被照射部の位置、形状などによって直
管や一様曲がりのパイプなどの形状のものが選択され
る。細径で柔軟性に富むプローブ用レーザ導波路21
は、保護パイプ29の形状に従って固定される。
【0030】以上のように構成されたレーザプローブの
プローブ用レーザ導波路21の入射側フェルール23
は、ハンドピース22の根元付近で、長尺伝送用レーザ
導波路20の出射側フェルール25と接続用スリーブ2
6の内部で突き合わせ接続されている。
【0031】プローブ用レーザ導波路21は中空導波路
に限定されるが、長尺伝送用レーザ導波路20は中空導
波路とは限らず例えばフッ化物ファイバ、結晶性ハロゲ
ン化金属ファイバなど外部環境の影響を受けやすい充実
タイプの光ファイバでも用いることができる。プローブ
用のレーザ導波路21は短尺であるが損失をできるだけ
小さく抑えるため、長尺伝送用と同様に誘電体内装金属
中空導波路が特に好適である。
【0032】但し、長尺伝送用レーザ導波路20として
中空導波路を使用しその内部に乾燥または冷却用のガス
を流して使用する場合には、ギャップの無い突き合わせ
接続ではなく、それぞれフェルール23,25の間にガ
ス流出用のギャップを設ける必要がある。このような場
合にはフェルール23,25間にボールレンズ(図示せ
ず)を挿入し長尺伝送用レーザ導波路20から出射され
るレーザ光を再度集光してプローブ用レーザ導波路21
に入光すればよい。
【0033】以上に説明したように、本発明の実施の形
態によれば、プローブ用レーザ導波路21は入射側のウ
インド24と出射側のレーザチップ28によって安全に
密閉される。そのためハンドピース外部は水分や粉塵に
曝される可能性が高いがその内部のプローブ用レーザ導
波路21は外部環境の影響を受けない。また長尺伝送用
レーザ導波路20とプローブ用レーザ導波路21とは容
易に分離できるので、先端のハンドピース22のみを取
り外し洗浄滅菌処理することができる。
【0034】ところで前述のようにプローブ用レーザ導
波路21先端に取り付けられるレーザチップ28は中空
導波路を密閉封止するだけでなく、切削効率などレーザ
光照射の効果を高める作用を助長する。そのためレーザ
チップの形状はレーザ照射の目的、被照射部の位置、形
状などによって決定される。図3にその各種形態を示
す。
【0035】図3に示すようにレーザチップは、先端の
とがった円錐形レーザチップ32、円柱形レーザチップ
33、あるいは斜めカットレーザチップ34などが種々
の目的、使用条件に合わせ特に有効に使われる。円錐形
レーザチップ32は、レーザチップを微小空間内に挿入
して照射する場合や先端を接触させてチップ先端で機械
的にも切開する場合に特に好適である。円柱形レーザチ
ップ33は比較的広い領域に一様にレーザ光を照射する
場合に好適である。また斜めカットレーザチップ34
は、レーザ光が斜めカット面で反射されて側射されるの
で、プローブ用レーザ導波路が直接届かない裏面などの
照射用に適している。
【0036】これらのレーザチップはどれも長さ5mm以
下である。そのため例えばEr−YAGレーザ光用の場
合には化学的に安定でしかも機械的強度に優れた石英ガ
ラスやサファイアを材料として使用することができる。
【0037】前述のように石英ファイバをプローブ用の
レーザ導波路として使用すれば長さ数cmでも損失はかな
り大きくなってしまう。しかしプローブ用のレーザ導波
路には低損失な中空導波路を使用し先端のレーザチップ
のみを石英ガラスで形成すれば、その長さは十分短いの
で石英ガラス材料による吸収損失は実用上支障のない程
度に抑えられる。
【0038】サファイア材料を使用する場合はチップ形
状の加工は石英よりも難しくなるが、吸収損失はさらに
小さくまた硬度が大きいのでチップ表面に傷が付きにく
いなどの特長がある。
【0039】レーザチップに入光するレーザ光はレーザ
チップと空気との境界で反射され、より先端方向へ導か
れる。通常レーザチップの屈折率は空気の屈折率よりも
十分大きくレーザチップと空気との境界では全反射が起
こる。しかしながら水分や蒸散物質などが付着して付着
点からレーザ光が漏洩し所望の位置に照射できなくなる
場合がある。このような場合にはレーザチップの汚れを
除去すれば容易に解決できる。しかしレーザチップの外
側にそれよりも屈折率の低い材料をコーティングして屈
折率の高い領域とその外側の屈折率の低い領域を形成す
ればレーザチップに付着する汚染物質の影響は低減され
る。
【0040】
【発明の効果】以上要するに、本発明によれば次のよう
な優れた効果を発揮する。 (1) レーザ導波路として密閉された中空導波路が使用さ
れるので、湿度、粉塵などを多く含む外部環境に曝され
ても導波路の光学特性が損なわれず寿命、信頼性が向上
する。 (2) 汚染されたハンドピース部分の洗浄、殺菌処理を行
うことが可能となり感染の危険性無く再使用できる。 (3) ハンドピース部分のプローブ用導波路で生じるレー
ザ光の損失を抑え、また先端に適当なレーザチップを装
着することによって切削効率などレーザ光照射の効果を
高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の医療用レーザプローブに適用可能なレ
ーザ導波路の一実施形態を示す縦断面図である。
【図2】本発明の医療用レーザプローブの一実施形態を
示す縦断面図である。
【図3】本発明に使用されるレーザチップの各種形態を
示す縦断面図である。
【符号の説明】
10 中空導波路 11 フェルール 12 ウインド 20 長尺伝送用レーザ導波路 21 プローブ用レーザ導波路 22 ハンドピース 23 プローブ用レーザ導波路入射側フェルール 24 ウインド 25 長尺伝送用レーザ導波路出射側フェルール 26 接続用スリーブ 27 プローブ用レーザ導波路出射側フェルール 28 レーザチップ 29 保護パイプ 30 プローブ用レーザ導波路 31 プローブ用レーザ導波路出射側フェルール 32 円錐形レーザチップ 33 円柱形レーザチップ 34 斜めカットレーザチップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4C026 AA01 AA02 BB02 BB07 FF13 FF14 FF16 FF22 FF43 FF46 4C052 AA15 BB11 CC01 CC19 4C082 RA05 RA07 RC04 RC08 RE13 RE14 RE16 RE22 RE37 RE43

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ導波路と、該レーザ導波路の先端に
    設けられたレーザチップとを有し、前記レーザ導波路に
    入力したレーザ光を前記レーザチップから患部へ向けて
    照射する医療用レーザプローブにおいて、前記レーザ導
    波路は中空導波路であり、そのレーザ光入力端が前記レ
    ーザ光を透過する部材によって封止され、且つレーザ光
    出力端が前記レーザチップによって封止されていること
    を特徴とする医療用レーザプローブ。
  2. 【請求項2】前記レーザ光を透過する部材が、平板ある
    いは一面が斜めに傾斜した面をもつウインドであること
    を特徴とする請求項1に記載のレーザ導波路。
  3. 【請求項3】前記レーザチップが、円柱形、円錐形ある
    いは斜めに切断された面をもつことを特徴とする請求項
    1又は2に記載の医療用レーザプローブ。
  4. 【請求項4】前記レーザチップが、屈折率が高い領域の
    外側に屈折率の低い領域を有する構造であることを特徴
    とする請求項3に記載の医療用レーザプローブ。
  5. 【請求項5】密閉封止された前記中空導波路内部に乾燥
    した気体が充填されていることを特徴とする請求項1か
    ら4のいずれかに記載の医療用レーザプローブ。
  6. 【請求項6】前記レーザ光を透過する部材及び/または
    前記レーザチップが、石英ガラスまたはサファイアから
    なることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか
    に記載の医療用レーザプローブ。
  7. 【請求項7】前記中空導波路が直管または曲がりを有す
    る金属製、セラミック製または硬質樹脂製の保護パイプ
    に挿入されていることを特徴とする請求項1から請求項
    6のいずれかに記載の医療用レーザプローブ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112916514A (zh) * 2021-02-05 2021-06-08 湖南大学 一种采用液芯光纤的激光除垢装置及方法

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