JP2009028206A - レーザ穿刺装置 - Google Patents

Abstract

【課題】穿刺時の痛みが少なく、安定した採血の行なえる小型で安全なレーザ穿刺装置を提供する。
【解決手段】本発明は、皮膚にレーザ光を照射することにより穿刺するレーザ穿刺装置であって、前記レーザ穿刺装置は、少なくともレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振される前記レーザ光の集光レンズを具備し、前記レーザ光が皮膚表面と前記集光レンズの間で焦点を結ぶことにより、穿刺時の痛みが小さく、安定した採血の行なえる小型で安全なレーザ穿刺装置を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、生体の皮膚をレーザ光で穿刺するレーザ穿刺装置に関する。

レーザ穿刺による採血は、従来の金属ランセットや注射針にくらべ、感染の危険性が低いことや医療用廃棄物が少ないことなどの利点があり、関心をもたれている。

従来のレーザ穿刺装置はレーザ光を皮膚の表面に集光するものが開示されている。図７は従来のレーザ穿刺装置であり、１が共振器、２が本体、３がコントローラ（電源）、４がレンズフード、５が集光レンズ、６が台、７が指、８が係止体である。共振器１はレーザ波長が１．５〜３μｍのパルス光で、パルス光の幅が１００〜３００μｓであり、パルス光エネルギーが１〜１．５Ｊである。レーザ光はレンズフード４に納められた集光レンズ５で集光され、指７の皮膚上で０．５〜３ｍｍとなるようにしてある。指７は台６の上に置き、係止体８に押し当てて位置を固定する。コントローラ３からの電力で共振器１はレーザ光を発振し、集光レンズ５で集光されて指７の皮膚に微小な傷を付けて、血が滲み出るようにして採血を行っている（例えば特許文献１）。

また、他の従来のレーザ穿刺装置では、皮膚組織内に位置している構成になっているものもある。（例えば特許文献２）。

一方で、レーザ穿刺によって安定した採血を行なうためには、少なからず痛みを伴う。

皮膚は外側から表皮、真皮の順で構成されており、表皮と真皮の境界の真皮乳頭内に毛細血管が存在する。採血を行なうためにはこの毛細血管を傷つける必要がある。真皮乳頭の毛細血管は、数十μｍ〜数百μｍの間隔で存在するため、安定した採血を行なうためには真皮乳頭付近で数十μｍ〜数百μｍの径を持つ穿刺孔が必要である。

一方で真皮乳頭の近傍には痛みを検知する自由神経終末の軸策も存在している。この神経軸策は表皮付近で細く、真皮内で深くなるほど太くなるため、穿刺孔の真皮侵入深さが深くなるほど痛みは大きくなる。

図８は従来のレーザ穿刺装置の構成にかかる穿刺後の皮膚断面の概略図である。図８（a）はレーザ光８０１が皮膚組織内で焦点を結ぶレーザ穿刺孔であり、図８(ｂ)はレーザ光８０１が皮膚表面上で焦点を結ぶときのレーザ穿刺孔である。レーザ光８０１が皮膚組織内で焦点を結ぶレーザ穿刺孔は、皮膚表面付近から急激に孔断面積が小さくなるテーパー形状であり、レーザ光８０１が皮膚表面上で焦点を結ぶときのレーザ穿刺孔は、皮膚表面からある程度の深さまで同じ孔断面積で、それ以深は徐々に断面積の小さくなる針型形状となる。図８（a）、（ｂ）のような穿刺孔で、表皮８０２と真皮８０３の境界に存在する真皮乳頭付近で一定の径を得ようとすると真皮８０３へ深く穿孔せざるを得なくなる。これにより痛みが大きくなる。
特開平０４−３１４４２８号公報 特表２００４−５３３８６６号公報

前記従来のレーザ穿刺装置のように、レーザビームの焦点が皮膚表面または皮膚組織内に位置している構成であると、痛みが大きいという課題があった。

また、前記従来のレーザ穿刺装置は、単位面積あたりのエネルギーが最大となる焦点をレーザ穿刺装置外で結ぶ構成となり、装置の安全性が低くなってしまうということも課題であった。

本発明は、上記の従来の事情に鑑みてなされたものであって、穿刺時の痛みが少なく、安定した採血の行なえる小型で安全なレーザ穿刺装置を提供することを目的としている。

本発明は、皮膚にレーザ光を照射することにより穿刺するレーザ穿刺装置であって、前記レーザ穿刺装置は、少なくともレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振される前記レーザ光の集光レンズを具備し、前記レーザ光が皮膚表面と前記集光レンズの間で焦点を結ぶ構成であるレーザ穿刺装置である。

上記構成によれば、最小限の真皮侵入深さで、真皮乳頭付近で採血できる径の穿刺孔が得られるため、痛みを少なくすることができる。また、単位面積あたりのエネルギーが最大となる焦点をレーザ穿刺装置内で結ぶ構成がとりやすく、装置の安全性も高まる。さらに、小口径のレーザと短焦点の集光レンズを用いて同一の穿刺孔径を得られるため、装置を小型化することができる。

また、本発明にかかるレーザ穿刺装置は、前記レーザ光の焦点がレイリー領域の外になる構成であるものである。

上記構成によれば、発散角度が大きい光が皮膚に照射され、穿刺孔がすり鉢形状になりやすくなるため、痛みが少なく、安定した採血を行なうことができる。

また、本発明にかかるレーザ穿刺装置は、前記レーザ光の皮膚表面上でのビーム径が、０．０５〜１ｍｍとなるものである。

上記構成によれば、真皮乳頭付近の孔径を毛細血管の間隔と同程度にすることができ、真皮の傷を最小範囲に留めるため、痛みが少なく、安定した採血を行なうことができる。

また、本発明にかかるレーザ穿刺装置は、前記レーザ光が皮膚の単位面積に照射するエネルギーが、1平方センチメートルあたり２０〜２００Jである。

上記構成によれば、採血のためのレーザパルス光を最小限のエネルギーにとどめることができ、痛みが少なく、安定した採血を行なうことができる。

また、本発明にかかるレーザ穿刺装置は、集光レンズの焦点距離が５〜５０ｍｍとなるものである。

上記構成によれば、皮膚と集光レンズの距離を短くすることができ、装置を小型化することができる。

本発明によれば、最小限の真皮侵入深さで、真皮乳頭付近で採血できる径の穿刺孔が得られるため、穿刺時の痛みが少なく、安定した採血を行なうことができる。また、単位面積あたりのエネルギーが最大となる焦点をレーザ穿刺装置内で結ぶ構成がとりやすく、装置の安全性も高まる。さらに、小口径のレーザと短焦点の集光レンズを用いて同一の穿刺孔径を得られるため、装置を小型化することができる。

まず、本発明の概念を図１とともに説明する。

図１は本発明のレーザ穿刺装置の構成にかかる皮膚のレーザ穿刺孔形状の概略図である。

発明者は検討の結果、レーザ光１０１が皮膚組織表面と集光レンズの間で焦点を結ぶ場合のレーザ穿刺孔は表面付近から深くなるにしたがって緩やかに孔断面積の小さくなるすり鉢形状であることを見出した。図１のような穿刺孔形状であれば、表皮１０２と真皮１０３の境界に存在する真皮乳頭付近で採血できる径の穿刺孔をあけるための真皮侵入深さを最小限にとどめることができ、痛みが小さくできる。

次に、本発明の実施形態について説明する。

図２は、本発明の実施の形態にかかるレーザ穿刺時のレーザ穿刺箇所の拡大図である。レーザ光２０１はレーザ光軸上に置かれた集光レンズ２０２により皮膚２０４に集光されるが、このときレーザ光の焦点は穿刺アダプター２０３内に結ばれる。焦点の位置を微調整できるように集光レンズ２０２もしくは穿刺アダプター２０３の位置を調整できるような構成となっていることが望ましい。調整手段としては、たとえばネジ送りによるスライド機構が考えられる。使用者は、穿刺アダプターを皮膚のレーザ穿刺予定箇所に当てることで焦点から任意の位置で穿刺が可能となる。

穿刺時の皮膚表面の位置は、レーザ光のレイリー領域の外が望ましい。レイリー領域とは焦点でのビーム面積の2倍以下である領域のことである。なぜなら発明者の検討によると、発散角度の大きな光が皮膚に照射される方が、穿刺孔がすり鉢形状になりやすく、光が皮膚にほぼ垂直に進行している焦点付近よりも、光がある発散角をもって進行している位置、すなわちレイリー領域の外で皮膚に照射されるほうが、痛みが小さくなるためである。

皮膚表面上でのビーム径は、真皮の傷を最小限に留め、確実に採血できるように真皮乳頭層の孔径が毛細血管の間隔と同程度となる、０．０５〜１ｍｍが望ましく、さらに望ましくは０．２〜０．５ｍｍである。小型化を鑑みると、集光レンズの焦点距離は、短いほどよく、望ましくは５〜５０ｍｍがよい。

図３は本発明の実施の形態にかかるレーザ発振器の構成例である。レーザ発振器は、端面にレーザ光共振器用のミラー膜が形成されたレーザロッド３０１と、レーザを励起するためのフラッシュランプ３０２、フラッシュランプ３０２の光を効率良くレーザロッド３０１に導くためのランプハウス３０３から構成され、この他に図示していないフラッシュランプ３０２を動作させるための電源がある。

フラッシュランプ３０２から放出された白色光はランプハウス３０３内を直接または反射して、レーザロッド内活性媒質の吸収のある波長がレーザロッド３０１に吸収され、レーザロッド３０１の内の活性媒質が励起され反転分布が形成される。自然放出光がレーザロッド３０１内を伝播しレーザロッド３０１両端面のミラー膜で反射され光共振器内の固有解であるモードで往復し誘導放出によって増幅され、反射率を若干低めた一方のミラー膜からレーザ光として取り出される。

発明者は上記本発明にかかる実施の形態において、直径が２ｍｍで長さが３５ｍｍの円柱形状レーザロッドで、焦点距離１７ｍｍをもつレンズの主点とレーザロッド端面の距離が１７ｍｍであるレーザ発振器構成において、レーザ穿刺採血を行った。その結果、レーザ光が皮膚表面と前記集光レンズの間で焦点を結ぶ場合の方が、レーザ光が皮膚組織表面および皮膚組織内で焦点を結ぶ場合に比べ、痛みが小さかった。また、最小集光径の得られる位置から４．５ｍｍレンズから遠ざかる位置に皮膚表面を合わせたとき最も痛みが小さくなることを見出した。このときレーザ光の最小集光径は０．２ｍｍ程度であり、皮膚上での集光径は０．５ｍｍ程度であった。

なお、本発明にかかる実施の形態においては、レーザロッドの断面形状は、その周線が円、すなわち中心から等距離の点の集合で構成される形状でもよく、楕円や矩形などの中心からの距離が異なる点を含む形状であってもよい。小型化を鑑みるとレーザロッドの径は１〜５０ｍｍが好ましく、長さは１０〜２００ｍｍが好ましい。

図４は、本発明にかかるレーザ穿刺装置の実施形態の一例である。図４(ａ)はレーザ穿刺装置の上面図であり、図４（ｂ）は、その内部構造を示す概略の断面図である。レーザ穿刺装置は、本体４０１と、動作電源を含むレーザ発振器４０６と、集光レンズ４０９と、穿刺アダプター４０５と、制御基板４０８と、電池４０７と、動作スイッチ４０４と、設定ボタン４０２と、ディスプレー４０３とから構成され、電池４０７と制御基板４０８およびレーザ発振器４０６、制御基板４０８とレーザ発振器４０６、設定ボタン４０２、ディスプレー４０３および動作スイッチ４０４は、電気的および信号的に接続されている。

図５は、本発明の実施形態のレーザ穿刺装置における穿刺アダプター４０５の概略図である。穿刺アダプター４０５は、中空体５０１をベースとした形状であり、種々のプラスチック材料が利用可能であり、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＰＢ）、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などである。望ましくは、プラスチック表面のゼータ電位が低い材料が良い。

本体側の開口には集光レンズ保護フィルム５０２が装着されている。この集光レンズ保護フィルム５０２は、レーザ穿刺時に皮膚から蒸発した組織片が集光レンズ４０９に付着して集光レンズ４０９を汚染するのを防ぐ役割がある。集光レンズ保護フィルム６０２の基材には、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、フッ素系、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン等が利用可能である。

人の皮膚（指など）が当たる部分である開口にも穿刺フィルム５０３が設けられており、基材には、ナイロン、ポリエステル、ポリイミド、フッ素系、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン等が利用可能である。

次に、レーザ穿刺装置の動作について説明する。まず使用者が動作スイッチ４０４を押すとレーザ穿刺装置が始動を始める。次に使用者は、設定ボタン４０４を使用してレーザ穿刺装置の動作条件を入力する。入力後、使用者は穿刺アダプター４０５を本体４０１に挿入し、穿刺箇所である指を穿刺アダプター４０５に押し付ける。

準備完了後、ディスプレー４０３にスタンバイが表示され、使用者が動作スイッチ４０４をもう一回押すとレーザ発振器４０６はレーザパルス光を発振する。発振されたレーザ光は、集光レンズ４０９で集光され、中空の穿刺アダプター４０５内で焦点を結び、広がりながら使用者の指の皮膚に照射されレーザ光が皮膚に吸収され、皮膚が加熱・蒸発することで穿刺を行なう。穿刺により皮膚の表皮と真皮のごく表面が蒸発し、真皮の例えば真皮乳頭内の毛細血管が損傷し血液が滲み出し、穿刺された孔を通って血液が皮膚の表面に染み出す。

このとき、集光レンズ保護フィルム５０２には孔は開かず、他方、皮膚が押し当てられた方の穿刺フィルム５０３はレーザ光を吸収して孔が開き、この孔を通じて先のレーザ穿刺が行われる。レーザ穿刺時に皮膚の蒸発によって発生したプルームは穿刺フィルム５０３の孔を通して中空体５０１の内部に拡散する。

プルーム内には、皮膚の組織を構成するタンパク質の構成要素であるアミノ酸が分解した揮発性物質が漂っており、レーザ穿刺時の主たる対象である角質層はタンパク質ケラチンの繊維状組織からなり、比較的多く含まれるアミノ酸シスチンの硫黄部分の結合であるシスチン結合により繊維間が結合している。これらアミノ酸が蒸発時に分解することで揮発性の硫黄化合物や窒素化合物が発生し、特に硫黄化合物を人は異臭と感じる。

そこで、穿刺アダプター４０５の内部はプルームの異臭成分に対する消臭機能を持たせてある。主な硫黄化合物としては、硫化水素やメチルメルカプタンがあげられる。硫化水素は化学吸着剤によって脱臭が可能であり、マンガン、銅、コバルトの複合酸化物を用いることができる。なお、マンガン、銅、亜鉛、コバルトのいずれかを含む酸化物、水酸化物、複合酸化物あるいはその混合物とすることにより、同様に硫化水素に対する強力な化学吸着作用を有する吸着剤とすることができる。

化学吸着剤は、硫化水素を最終的に硫酸塩の形や硫黄単体として化学吸着するものである。また、同じ硫黄系臭気であるメチルメルカプタンを、より閾値の高い二硫化ジメチルに転化する媒作用も有する。この作用のため、脱臭されたのと同等の効果を感じうることができる。

さらに、物理吸着剤を担持させておくことにより、二硫化ジメチルを物理吸着作用により除去できるため硫黄化合物を全般的に除去することが可能となる。物理吸着剤として、シリカ分の多い疎水性ゼオライトを用いることができ、その他ゼオライト、セピオライト、シリカ、アルミナ等を用いても同様な効果が得られる。

これら化学吸着剤と物理吸着剤を、集光レンズ保護フィルム５０２、穿刺フィルム５０３または穿刺アダプター４０５の基材に添加する。あるいは、集光レンズ保護フィルム５０２、穿刺フィルム５０３または穿刺アダプター４０５の内部に塗布することも可能である。

また、穿刺フィルム５０３は使用者の指と接触するので抗菌性を持たせると好適である。抗菌性は、基材への塗布や練り込みで実施できる。抗菌剤としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏやその合金、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＷＯ３等があげられる。なお、抗菌性は穿刺フィルム５０３に限らず、穿刺アダプター４０５の中空体５０１または集光レンズ保護フィルム５０２の外表面に施すことも有益である。

図６は、本発明の実施形態のレーザ穿刺装置における他の穿刺アダプターの概略図である。この穿刺アダプターは、皮膚が押し当てられる側の開口径が突起６０１により制御されている。突起６０１により、最適な皮膚の押し当てを実現する径とその深さに設定されており、確実な採血を可能にしている。また、突起６０１が穿刺フィルム５０３より１〜３ミリメートルほど突出しており、この突起６０１が皮膚を押すようになる。これにより、レーザ穿刺予定箇所の周囲を刺激することになる。このため、レーザ穿刺時に使用者が感じる刺激を緩和することが可能となる。

また、本実施形態のレーザ穿刺装置によれば、穿刺フィルム５０３、中空体５０１および集光レンズ保護フィルム５０２で閉空間を形成でき、レーザ光で穿刺フィルム５０３に孔を開けこの孔越しに皮膚にレーザ穿刺することで、発生したプルームをこの閉空間に閉じ込めることができる。

さらに、穿刺フィルム５０３、中空体５０１および集光レンズ保護フィルム５０２に設けられた消臭機能により異臭を無臭化でき、防菌機能も設けられているので感染の恐れがない。さらに、この穿刺アダプターは交換可能なので、使用毎に交換することで感染を防止することができる。

上記構成によれば、真皮侵入深さを最小限にとどめつつ、真皮乳頭付近で採血できる径の穿刺孔が得られるため、穿刺時の痛みが小さく、安定した採血を行なうことができる。

本発明は、穿刺時の痛みが少なく、安定した採血を可能にするレーザ穿刺装置として利用可能である。

本発明のレーザ穿刺装置の構成にかかる皮膚のレーザ穿刺孔形状の概略図 本発明の実施形態にかかるレーザ穿刺装置によるレーザ穿刺時のレーザ穿刺箇所の拡大図 本発明の実施形態にかかるレーザ穿刺装置に搭載されるレーザ発振器の概略図 本発明の実施形態にかかるレーザ穿刺装置の概略図 本発明の実施形態にかかるレーザ穿刺装置の穿刺アダプターの概略図 本発明の実施形態にかかるレーザ穿刺装置の穿刺アダプターの概略図 従来のレーザ穿刺装置の概略図 従来のレーザ穿刺装置の構成にかかる皮膚のレーザ穿刺孔形状の概略図

符号の説明

１０１ レーザ光
１０２ 表皮
１０３ 真皮
２０１ レーザ光
２０２ 集光レンズ
２０３ 穿刺アダプター
２０４ 皮膚
３０１ レーザロッド
３０２ フラッシュランプ
３０３ ランプハウス
４０１ 本体
４０２ 設定ボタン
４０３ ディスプレー
４０４ 動作スイッチ
４０５ 穿刺アダプター
４０６ レーザ発振器
４０７ 電池
４０８ 制御基板
４０９ 集光レンズ
５０１ 中空体
５０２ 集光レンズ保護フィルム
５０３ 穿刺フィルム
６０１ 突起
１ 共振器
２ 本体
３ コントローラ(電源)
４ レンズフード
５ 集光レンズ
６ 台
７ 指
８ 係止体
８０１ レーザ光
８０２ 表皮
８０３ 真皮

Claims (5)

1. 皮膚にレーザ光を照射することにより穿刺するレーザ穿刺装置であって、
   前記レーザ穿刺装置は、少なくともレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から発振される前記レーザ光を集光するための集光レンズを具備し、
   前記レーザ光が皮膚表面と前記集光レンズの間で焦点を結ぶことを特徴とするレーザ穿刺装置。
2. 請求項1記載のレーザ穿刺装置であって、
   前記レーザ光の焦点がレイリー領域の外になる構成であるレーザ穿刺装置。
3. 請求項１記載のレーザ穿刺装置であって、
   前記レーザ光の皮膚表面上でのレーザ光のビーム径が、０．０５〜１ｍｍとなるものであるレーザ穿刺装置。
4. 請求項１記載のレーザ穿刺装置であって、
   前記レーザ光が皮膚の単位面積に照射するエネルギーが、1平方センチメートルあたり２０〜２００Jであるレーザ穿刺装置。
5. 請求項１記載のレーザ穿刺装置であって、
   前記集光レンズの焦点距離が５〜５０ｍｍであるレーザ穿刺装置。

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