JP2005087531A

JP2005087531A - レーザプローブ

Info

Publication number: JP2005087531A
Application number: JP2003326182A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kuroba; 敏明黒羽; Makoto Yoshida; 吉田　　誠
Original assignee: Seikoh Giken Co Ltd
Current assignee: Seikoh Giken Co Ltd
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】光ファイバ自体にプローブ機能を持たせると共に、長尺で、且つ、周方向に均一光を放射することができるレーザプローブを提供する。
【解決手段】本発明のレーザプローブ１は、光ファイバの先端部分のクラッド１３を所定長だけ除去し、露出させれたコア１１の先端断面角度を９０°以上の角度を有するようにテーパー加工して、このテーパー面３に反射被膜層５を設ける。更に露出されたコア１１に光分散用の白色微粉末を樹脂に溶かし込んた樹脂を塗布して樹脂層９を形成する。これによりレーザ入射端から入射されたレーザ光は、露出されたコア１１から外部に放射すると共に、テーパー面３に到達したレーザ光は反射被膜層５で反射されて反射戻り光となりコア１１から外部に放射するので、コア１１の長さ方向に亘り均一にレーザ光を出射させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザプローブに関し、特にレーザ医療装置においてレーザ光の出射端を構成するレーザプローブに関する。

図５は、一般的なレーザ医療装置１００の構成を示す図である。このレーザ医療装置１００は、レーザ発生源（図示せず）を内蔵したレーザ発生装置１１０と、レーザ発生源で発生したレーザ光を導く導光路１１２（例えば光ファイバケーブル）と、この導光路１１２により導かれたレーザ光を目的の部位に向けて照射するためのハンドピース１１４を備えている。このハンドピース１１４の先端部には、石英又はサファイアなどの材料からなる棒状のレーザプローブ１１６が備えられている。

このような構成を有するレーザ医療装置１００において、レーザ発生装置１１０からレーザ光が出射されると、レーザ光は導光路１１２内を導光し、導光路１１２の出射端から出射され、レーザプローブ１１６の基端部からレーザプローブ１１６に入射されてレーザプローブの内部を透過し、その先端から出射される。

レーザ医療装置１００に使用されるレーザプローブ１１６としては種々の形状のものが提供されているが、その一つとして、図６に示すような先端が円錐状に加工されたレーザプローブ１２０がある。

このレーザプローブ１２０は、基端部１２２から入射されたレーザ光をプローブ内の周面で反射させながら伝搬し、その殆どを先端の限られた領域１２４から出射させるものである。このようなレーザプローブ１２０は、主に歯科医療の分野の根幹治療に使用される。

一方、早期ガンの光線力学的治療（Photodynamic Therapy：ＰＤＴ）は、内視鏡で体腔内を観察しながら内視鏡のカン子口から挿入した光ファイバレーザ導光拡散プローブで患部に必要エネルギー量のレーザを照射することで行われる。アレルギー性鼻炎、花粉症、肥厚性鼻炎、ポリープ、鼻腔腫瘍など鼻粘膜に病的慢性炎症などがある場合にも必要エネルギー量のレーザを照射することで治療が行われる。

このようにレーザプローブには、被治療部位、例えば鼻腔、咽頭部、子宮頸などの管状器官、胃、肝臓などの袋状器官など体腔の形状に応じたレーザ光照射を行うためのチップを先端に設けることが必要である。

従来提案された方法としては、特許文献１や特許文献２に提案されているように、光の均一拡散を目的として石英の微粉末を含む紫外線硬化樹脂でチップを先端部に形成したものや、特許文献３で提案されているような、中空透明チップ内に微粒子を懸濁した透明液体を入れる方法や、或いは特許文献４の本文及び図面に記載されているような、中空透明チップの内部面に光拡散粒子を混合したエポキシ樹脂を塗装する方法が示唆されている。

このような各種レーザプローブの中で、プローブ先端からのレーザ光を遮断し、円周方向の全方位にレーザ光を照射するプローブが特許文献５に示されている。このプローブは、先端チップの一部分に反射ミラーを施した側方向出射型のレーザプローブである。図７は、この側方向出射型のレーザプローブ１３０の構成を示す縦断面図である。

このレーザプローブ１３０は、被覆１３３及びプラスチッククラッド１３２を除去したコア１３１の先端部１３７にサンドブラスト加工を施して粗面化し、側方向からの出射光を均一化したものである。ここで先端部１３７の周囲に設けられる光拡散先端チップ１３４の内面部１３８には光拡散用のラセンが切り込まれてなる中空部１３６が形成されており、光拡散先端チップ１３４の入口には光ファイバＡを固定するためのねじ部１３５が切込まれている。また中空部１３６には、先端部１３７の端面からの出射光を反射させる光反射ミラー１３９が設けられている。

一方、特許文献６には、プローブの軸方向の比較的長い距離に亘ってレーザ光を照射するプローブとして、図８に示すような、先端が円錐状に加工されたレーザプローブ１４０が提案されている。

このレーザプローブ１４０は、溝１４８がプローブの周方向に所定の長さを有して刻み込まれており、この溝１４８に当たったレーザ光Ｌの多くが外部に出射し、溝１４８を有する円錐部１４６から多くのエネルギが幅広く均一に放出されるものである。このレーザプローブ１４０によれば、広範囲に亘って高いエネルギのレーザ光Ｌを照射することができる。

また、図９には他の従来例として、複数の光ファイバを束ねて棒状体を構成し、この棒状体の先端を円錐加工したレーザプローブ１６０が提案されている。

このレーザプローブ１６０は、光ファイバ１６２を複数束ねて棒状体１６４とし、光ファイバ１６２の本数は、製造する棒状体１６４の直径により異なるが、例えば１０〜１０００本を適当とするものである。これら光ファイバ１６２の基端側は金属リング１６６により結束されている。尚、金属リング１６６に代えて、複数本の大径光ファイバを加熱して溶解接着すると共に加熱状態で軸方向に引き伸ばすことで、光ファイバの束を所定の径に加工することもできる。他方、各光ファイバ１６２の先端は、その集合により略円錐形の輪郭が描かれるように、切断又は機械的な円錐加工により揃えられている。但し、長手方向の任意の位置で各光ファイバの先端が必ずしも揃っている必要はなく、ある領域の光ファイバと別の領域の光ファイバとでは先端位置が前後にずれていてもよい。

このように構成したレーザプローブ１６０によれば、その基端側の端部より各光ファイバ１６２にレーザ光が入射されると、各光ファイバ１６２に入射したレーザ光Ｌは、その内部を導光して先端より出射される。このとき、各光ファイバ１６２の先端位置が違えてあるので、レーザプローブ１６０の円錐形部分から幅広くレーザ光Ｌが均一の強度で出射される。
米国特許第４６９３５５６号明細書米国特許第４６６０９２５号明細書米国特許第４６７６２３１号明細書米国特許第４６４９１５１号明細書特開平９−４７５１８号公報特開２０００−２４０００号公報

ところで、レーザ治療に用いられるレーザプローブは、治療目的によって多種多様の形態を有するが、従来のレーザプローブにおいては、１本の光ファイバの軸方向に５〜数１０ｍｍに亘りレーザ光を放射できるプローブを有するものはなかった。

上述した図７、図８、図９に示すレーザプローブ１３０，１４０，１６０は、プローブの長手方向に対して比較的長い距離でレーザ光を照射できるものであるが、何れも照射できる距離には限界がある。

一般に、光ファイバの種類はコア径，開口角等によって異るものの、比較的長い距離に亘ってコア部を露出させ、コア部の外周に散乱構造を付与してコア部のレーザ入射端からレーザ光を入射させた場合、レーザ光の放射強度は、コア部の入射端に近い部分から先端にかけて徐々に弱くなるが、１００ｍｍ程度までは中心部の光が端末にまで到達することが分かっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、光ファイバ自体にプローブ機能を持たせると共に、長尺で、且つ、周方向に均一光を放射することができるレーザプローブを提供することにある。

上記目的を解決するために、請求項１記載の本発明は、光ファイバ中を導光してきたレーザ光を所定対象物に対して照射するために該光ファイバの先端部が加工されたレーザプローブであって、先端部は、所定長に亘り露出されたコアと、このコアの先端部に形成される所定角度を有するテーパー面とを有し、このコアの側面は、白色酸化物微粒子を分散させてなる光ファイバのコアより高い屈折率を有する樹脂で覆われており、このテーパー面上には反射被膜層が形成されていることを要旨とする。

請求項２記載の本発明は、請求項１記載のレーザプローブおいて、反射被膜層は、金属からなる保護膜で覆われていることを要旨とする。

請求項３記載の本発明は、請求項１又は２記載のレーザプローブおいて、反射被膜層は、０．１μｍから１０μｍの範囲内の波長を反射する反射特性を有する金属膜、又は０．１μｍから１０μｍの範囲内の波長を反射する反射特性を有する誘電体膜であることを要旨とする。

請求項４記載の本発明は、請求項１記載のレーザプローブおいて、角度は、角度９０°から角度１８０°の範囲内のいずれかの角度であることを要旨とする。

請求項５記載の本発明は、請求項１記載のレーザプローブおいて、所定長は、
５ｍｍから３０ｍｍの範囲内の長さであることを要旨とする。

本発明のレーザプローブ１は、光ファイバの先端部分のクラッドを所定長だけ除去し、露出されたコアの先端断面角度が９０°以上となるようにテーパー加工して、このテーパー面に金属又は誘電体からなる反射被膜層を設ける。これによりレーザ入射端から入射されたレーザ光は、露出されたコアの周方向から外部に放射されると共に、先端部に到達したレーザ光は反射被膜層で反射してコアの周方向から外部に放射されるので、コアの先端部の放射強度は弱まらず、コアの長さ方向に亘り均一にレーザ光を出射させることができる。

また、露出されたコアの周面（テーパー面を除く）に白色酸化微粉末を分散させてなる樹脂を塗布することで、周方向から放射するレーザ光を散乱させることができるので、より均一にレーザ光を外部に放射させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザプローブ１の縦断面図である。

図１に示すように、本発明のレーザプローブ１は、光ファイバ中を導光してきたレーザ光を所定対象物に対して照射するために光ファイバの先端部が加工されたレーザプローブであって、この先端部は、光ファイバの端部から所定長に亘り露出されたコア１１と、コア１１の先端面に形成される所定角度θを有するテーパー面３とで構成され、このテーパー面３には、導光してきたレーザ光を反射するための反射被膜層５が形成されている。また反射被膜層５には、反射被膜層５を保護するための保護膜７が形成されており、露出されたコア１１には、レーザ光を散乱させるための樹脂層９が形成されている。

加工に使用する光ファイバは、一般的な通信用光ファイバとは異なり、コア／クラッド比、コア径、開口角共に大きい光ファイバである。例えば、コア径が４００μｍ、クラッド径が４３０μｍのプラスチッククラッド石英光ファイバ、又はコア及びクラッドが共に石英からなる全石英光ファイバなどである。

光ファイバの先端に形成されるテーパー面３は、光ファイバの端部を所定長に亘りクラッド１３を除去することで露出させたコア１１の先端に角度θを形成するように円錐研磨することにより得られる研磨面である。

この角度θは、コア１１の端部を円錐研磨してなる先鋭化された先端部の断面内角を示している。この角度θは、角度９０°から角度１８０°の範囲のいずれかの角度で円錐研磨されている。ここで角度θの範囲を規定したのは、断面内角が９０°以下であるとテーパー面３で反射したレーザ光がコア１１内に逆伝搬されるためである。尚、角度θは、光ファイバのコア径、開口角、所望の放射長によりそれぞれ異なることから実験的に求めることが望ましい。

テーパー面３上に形成される反射被膜層５は、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内のレーザ波長を反射させる反射特性を有する金属膜、又は０．１μｍ〜１０μｍの範囲内のレーザ波長を反射させる反射特性を有する誘電体膜である。

ここで図３を参照して、特定波長を反射させる特性を有する金属について説明する。図３は、各種金属の各波長に対する反射率特性を示すグラフである。同グラフにおいて横軸は波長[μｍ]であり、縦軸は反射率Ｒを示している。また、グラフ内の点線（１）は金（Ａｕ）の反射率特性、実線（２）は銀（Ａｇ）の反射率特性、一点鎖点（３）はアルミニウム（Ａｌ）の反射率特性、実線細線（４）は銅（Ｃｕ）の反射率特性をそれぞれ示している。

同グラフによれば、０．１〜０．４μｍの波長に対してはアルミニウム（Ａｌ）が９０％以上の反射率を示し、０．４〜０．７μｍの波長に対しては銀（Ａｇ）が９７％以上の反射率を示している。また０．７μｍ以上の波長に対しては銀（Ａｇ）に加え、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）が９７％以上の反射率を示している。

本発明のレーザプローブ１は、利用分野が鼻腔、咽頭部、子宮頸などの管状器官、又は胃、肝臓などの袋状器官であるため、治療部位により使用するレーザ光が異なる。そこで、使用するレーザ光の波長に応じて最も高い反射率を示す金属を選択してテーパー面３に積層形成する。

従って反射被膜層５は、使用するレーザ光の波長に応じて高い反射率を示す金属が選択的に蒸着されてなるものである。しかし、蒸着される金属は、必ずしも高反射率を有するものに限らず、例えばレーザ光の出力パワーに対して高い耐久性を有する金属を蒸着させたい場合は、その特性を有するものを優先的に使用するようにしてもよい。例えばグラフ中の４種類の金属のうち、石英ガラスとの密着性が最も高いアルミニウム（Ａｌ）が高耐久性を示す金属に該当するため、必要に応じて、このような金属を蒸着させてもよい。

また、反射被膜層５は上記金属のみに拘わらず、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内の波長を反射する誘電体であってもよい。具体的な誘電体の例としては、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｇＦ₂、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂などが挙げられる。尚、この反射被膜層５は、上記反射特性を得るために少なくとも２０００Å以上の膜厚が必要である。

一方、この反射被膜層５の表面上に形成されている保護膜７は、反射被膜層５の酸化を防止するために積層される金属膜である。本発明のレーザプローブ１の使用用途は、血管内にカテーテルを挿入し、このカテーテル中にレーザプローブ１を挿入して適用部位にレーザ光を照射することから、直接人体に触れることはない。そこで酸化防止用の保護膜７に適用する金属としては、具体的に金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。保護膜７は、上記金属に限らず、酸化防止できる金属であれば他の金属であってもよい。

。尚、この保護膜７は、反射被膜層５を保護するために少なくとも１０００Å以上の膜厚が必要である。

露出されたコア１１の周面には、光の均一拡散を目的として酸化硅素の微粉末を含むコアより屈折率の大きい白色酸化物微粒子を分散させてなる樹脂がコーティングされている。コア１１の露出部から光を樹脂層９に漏曳させるためには、樹脂層９の屈折率がコア部より大きい必要がある。これは分散されている微粉末量が多すぎとコア１１の近傍で散乱した光が微粉末により乱反射を繰返したり、外部まで到達しない内に損失となるためである。従って、微粉末の量を適正にコントロールすることが必要となる。

次に、図２を参照して本発明の実施の形態に係るレーザプローブ１の作用を説明する。

レーザ発生源（図示せず）で発生したレーザ光は、導光路（図示せず）により導かれレーザプローブ１の先端に到達する。クラッド１３が除去されたコア１１の露出部では、最初に高次モード（角度の大きい）の光Ｌａが樹脂層９に漏曳し、徐々に低次モード（角度が小さくなる）が漏曳するが、直進に近い低次モードは端面の反射被膜層５まで到達する。反射被膜層５で反射された光は角度が大きくなり戻り光Ｌｂとして樹脂層９に漏洩し放射散乱する。

一般に、樹脂層９に均一な微粒子分散樹脂を用いた場合は、レーザ入射端に近い部分が散乱強度が大きく、先端になる程小さくなる。一方、テーパー面３からの反射戻り光は逆の現象となるので全体として均一性が向上する。

上記構成を有するレーザプローブ１は、クラッド１３を除去して露出されたコア１１と、コア１１の先端部に形成される角度θのテーパー面３とで構成され、露出されたコア１１表面には光を乱反射させる樹脂層９が形成されており、テーパー面３には反射被膜層５が形成されているので、光ファイバ内を導光してきたレーザ光のうち、角度の大きい高次モードの光は樹脂層９に漏曳し散乱放射し、角度の小さい低次モードのうち直進に近い低次モードはテーパー面３の反射被膜層５に到達して、反射戻り光として樹脂層９を到達し放射散乱することから、長尺のレーザプローブであっても周方向に光を均一放射させることができる。

次に、図４を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザプローブ１の製造方法を説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、コア／クラッド比、コア径、開口角共に大きい光ファイバを用意する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、光ファイバの端部から所定長ｌまでのクラッド１３を除去して、コア１１を露出させる。尚、プラスチッククラッド石英コア光ファイバを使用する場合は、クラッド１３のみを除去することだけであれば容易であるが、石英コア／石英クラッドの全石英光ファイバの場合は、クラッド１３のみを除去するために液相エッチングや気相エッチング等の技術を用いる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、コア１１の端面を円錐研磨機を用いて円錐研磨し、先鋭化された先端の断面角度が角度θとなるように加工する。ここで研磨された面がテーパー面３となる。

そして、図４（ｄ）に示すように、テーパー面３を除くコア１１の側面にマスキング樹脂１５を塗布し、スパッタリング装置を用いて図３のグラフで示した金属のうち使用レーザに合わせて選択された金属を、テーパー面３に真空蒸着させ、反射被膜層５を積層形成する。ここで積層させる膜厚は２０００Åである。

そして更に、反射被膜層５上に保護膜７を積層形成する。ここで蒸着させる金属は、反射被膜層５との密着性が高く、且つ、酸化防止性質を有する金属である。ここで積層させる保護膜７の膜厚は１０００Åである。

最後に、図４（ｅ）に示すように、マスキング樹脂１５を除去し、白色酸化物微粒子を分散させた樹脂を、保護膜７が積層された部分を除くコア１１の側面に塗布して紫外線で硬化させる。

上記製造方法により、光ファイバ内を導光してきたレーザ光のうち、角度が小さく略直進に近い低次モードの光を反射させるテーパー面３及び反射被膜層５と、このテーパー面３及び反射被膜層５で反射された反射戻り光と、角度の大きい高次モードの光を透過させると共に乱反射させる樹脂層９が形成されたコア１１を有するレーザプローブ１を作製することができる。

次に、図４を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザプローブの実施例１を説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、石英コア径１１が４００μｍ、プラスチッククラッド径１３が４３０μｍのプラスチッククラッド石英コア光ファイバ（開口数ＮＡ：０．３７）を用意する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、光ファイバの端部から３０ｍｍのクラッド１３を除去し、コア１１を露出させる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、コア１１の端面を先端テーパー角度が１００°となるように円錐研磨機で先鋭化する。

次いで、図４（ｄ）に示すように、先鋭化されてなるテーパー面３を除くコア１１の側面にマスキング樹脂１５を塗布し、スパッタリング装置を用いてテーパー面３にアルミニウムを２０００Åの膜厚となるように真空蒸着し反射被膜層５を形成する。そして更に、この反射被膜層５上に金を１０００Åの膜厚となるように真空蒸着する。

そして最後に、図４（ｅ）に示すように、マスキング樹脂１５を除去し、石英微粉末（３ｍｍ以下）を分散させたアクリル系紫外線硬化樹脂をコア１１の露出された部分に塗布し、紫外光で硬化させる。

上記製造工程で作製されたレーザプローブを検査するため、光ファイバのレーザ入射端からレーザ光を入射させた。その結果、クラッド１３を除去した３０ｍｍの長さに亘り略均一なレーザ光の放射が認められた。

次に、図４を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザプローブの実施例２を説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、石英コア径１１が２００μｍ、プラスチッククラッド径１３が２３０μｍの全石英コア光ファイバ（開口数ＮＡ：０．２８）を用意する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、光ファイバの端部から２０ｍｍのクラッド１３を除去し、コア１１を露出させる。このときクラッド１３の除去には、緩衝フッ化水素酸水溶液（４０重量％ＮＨ₄Ｆ水溶液１．７：５０重量％フッ化水素液１：水１）を用い、この水溶液に光ファイバを浸漬することでクラッド部１３を除去する。

上記製造工程で作製されたレーザプローブを検査するため、光ファイバのレーザ入射端からレーザ光を入射させた。その結果、クラッド１３を除去した２０ｍｍの長さに亘り略均一なレーザ光の放射が認められた。

本発明の実施の実施の形態に係るレーザプローブ１の構成を示す図である。本発明の実施の実施の形態に係るレーザプローブ１の作用を説明する図である。本発明の実施の実施の形態に係るレーザプローブ１に使用する金属の反射特性示すグラフである。本発明の実施の実施の形態に係るレーザプローブの製造工程を示す図である。従来のレーザ医療装置１００の構成を示す図である。従来のレーザプローブ１２０の構成を示す図である。従来のレーザプローブ１３０の構成を示す図である。従来のレーザプローブ１４０の構成を示す図である。従来のレーザプローブ１６０の構成を示す図である。

符号の説明

１…レーザプローブ
３…テーパー面
５…反射被膜層
７…保護膜
９…樹脂層
１１…コア
１３…クラッド
１５…マスキング樹脂
１００…レーザ医療装置
１１０…レーザ発生装置
１１２…導光路
１１４…ハンドピース
１１６，１２０，１３０，１６０…レーザプローブ
１２２…基端部
１２４…領域
１３１…コア
１３２…プラスチッククラッド
１３３…被覆
１３４…光拡散先端チップ
１３５…ねじ部
１３６…中空部
１３７…先端部
１３８…内面部
１３９…光反射ミラー
１４０…レーザプローブ
１４０，１６０…レーザプローブ
１４６…円錐部
１４８…溝
１６２…光ファイバ
１６４…棒状体
１６６…金属リング

Claims

光ファイバ中を導光してきたレーザ光を所定対象物に対して照射するために該光ファイバの先端部が加工されたレーザプローブであって、
前記先端部は、所定長に亘り露出されたコアと、該コアの先端部に形成される所定角度を有するテーパー面とを有し、該コアの側面は、白色酸化物微粒子を分散させてなる前記光ファイバのコアより高い屈折率を有する樹脂で覆われており、該テーパー面上には反射被膜層が形成されていることを特徴とするレーザプローブ。
前記反射被膜層は、
金属からなる保護膜で覆われていることを特徴とする請求項１記載のレーザプローブ。
前記反射被膜層は、
０．１μｍから１０μｍの範囲内の波長を反射する反射特性を有する金属膜、又は０．１μｍから１０μｍの範囲内の波長を反射する反射特性を有する誘電体膜であることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザプローブ。
前記角度は、
角度９０°から角度１８０°の範囲内のいずれかの角度であることを特徴とする請求項１記載のレーザプローブ。
前記所定長は、
５ｍｍから３０ｍｍの範囲内の長さであることを特徴とする請求項１記載のレーザプローブ。