JP2014004219A - 血栓除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの破断を高精度に検知することができる血栓除去装置を提供する。
【解決手段】血栓除去装置１は、血管内の血栓に光を照射して該血栓を除去する装置である。血栓除去装置１は、光源１１、偏光ビームスプリッタ１２、λ／４板１３、光検出器１４、光ファイバ１５、コネクタ１６、光ファイバ１７、カテーテル１８および窓部材１９を備える。光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面に反射低減膜が形成されている。窓部材１９の第２面１９ｂに、血液が接しているときに光の反射を低減する反射低減膜が形成されている。窓部材１９の第１面１９ａにおける反射率Ｒａ、および、窓部材１９の第２面１９ｂに気体が接しているときの窓部材１９の第２面１９ｂにおける反射率Ｒｂそれぞれが、所定値に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、血管内の血栓に光を照射して該血栓を除去する装置に関するものである。

不整脈などに因り心臓において発生した凝固血片が脳の主要血管に詰まると血流が阻害されて急性期脳梗塞栓症が発症する。治療の対象となる脳血管の血管径は最大径で３ｍｍ程度であり、治療デバイスについてはサイズ的な制限があることから、現状では血栓溶解剤投与以外による有効な治療手段が無いとされている。しかし、血栓溶解剤の投与は出血性合併症のリスクを高める可能性がある。

これに対して、最近では、血管内の血栓にパルスレーザ光を照射して該血栓を除去する技術が、出血性合併症のリスクを回避し得るものとして期待されている。この光照射による治療に際しては、光ファイバによりレーザ光が伝送されて血栓に照射される。したがって、治療対象の血管の内径と比べて光ファイバは細くなければならない。光ファイバが細径になるにつれて血管走行中に光ファイバが破断する可能性が想定される。

血管内の血栓に光を照射して該血栓を除去する血栓除去装置において、光ファイバの破断を検知することは適切な治療を行う上で重要である。特許文献１には、光ファイバの破断を検知する発明が開示されている。特許文献１に開示された発明は、光ファイバの出射端面に反射低減膜または反射増加膜を形成しておき、光ファイバの出射端面および光ファイバの破断面それぞれからの反射光の強度の相違に基づいて、光ファイバが破断しているか否かを検知することを意図している。

特公昭６３−３８６５４号公報

しかしながら、本発明者の知見によれば、特許文献１に開示されている光ファイバ破断検知技術は、血管内の血栓に光を照射して該血栓を除去する血栓除去装置に適用することはできない。その理由は以下のとおりである。

光ファイバの出射端面に形成される反射低減膜または反射増加膜は、光ファイバの出射端面に接する血液の屈折率を前提として設計されて形成される。ところが、光ファイバの出射端面から出力された光が血液に照射されると気泡が発生し、その気泡により血栓が破壊される。血液および気泡それぞれの屈折率は互いに異なるので、光ファイバの出射端面に気泡が接しているとき、光ファイバの出射端面に形成された反射低減膜または反射増加膜は設計どおりの反射特性を有しなくなる。光ファイバの破断の有無だけでなく、光ファイバの出射端面に接する媒質が血液および気泡の何れであるかによっても、反射光の強度が変化する。このことから、光ファイバの破断の検知を高精度に行うことができない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光ファイバの破断を高精度に検知することができる血栓除去装置を提供することを目的とする。

本発明の血栓除去装置は、血管内の血栓に光を照射して該血栓を除去する装置であって、(1) 波長λの光を出力する光源と、(2) 光源から出力された光を第１端に入力して導光し、その光を第２端から出力する光ファイバと、(3) 光ファイバを内部に収納するカテーテルと、(4) カテーテルの先端部においてカテーテルの内部空間を封止し、光ファイバの第２端のコア端面に対して離間して設けられ、光ファイバの第２端から出力された光を第１面から第２面へ透過させて該光を外部へ出力する窓部材と、(5) 光源から出力された光が光ファイバおよび窓部材を経て外部へ出力されるまでの光路の何れかの箇所で生じた反射光の強度を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の血栓除去装置は、光ファイバの第２端の端面に波長λの光の反射を低減する反射低減膜が形成され、窓部材の第２面に血液が接しているときに波長λの光の反射を低減する反射低減膜が形成されていることを特徴とする。さらに、本発明の血栓除去装置は、窓部材の第２面に血液が接しているときに窓部材の第１面および第２面それぞれで反射されて光検出器により検出される反射光の強度をＩ_１とし、窓部材の第２面に気体が接しているときに窓部材の第１面および第２面それぞれで反射されて光検出器により検出される反射光の強度をＩ_２とし、光ファイバが破断した場合に当該破断面で反射されて光検出器により検出される反射光の強度をＩ_３としたときに、これらの強度Ｉ_１〜Ｉ_３が互いに異なるように、窓部材の第１面における波長λでの反射率、および、窓部材の第２面に気体が接しているときの窓部材の第２面における波長λでの反射率が設定されていることを特徴とする。

本発明の血栓除去装置は、光ファイバの第２端においてコア端面が周縁部に対して窪んでおり、周縁部が窓部材の第１面に当接しており、光ファイバのコア端面と窓部材の第１面とが互いに離間しているのが好適である。窓部材の第１面において光ファイバのコア端面に対向する領域が周縁部に対して窪んでおり、光ファイバの第２端の端面が窓部材の周縁部に当接しており、光ファイバのコア端面と窓部材の第１面とが互いに離間しているのも好適である。光ファイバの第２端のクラッド端面と窓部材の第１面との間に環状部材が設けられて、光ファイバのコア端面と窓部材の第１面とが互いに離間しているのも好適である。また、光ファイバのコア端面と窓部材の第１面との間に透明部材が挿入されているのも好適である。

本発明によれば、光ファイバの破断を高精度に検知することができる。

本実施形態の血栓除去装置１の全体の概略構成を示す図である。 本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の要部構成を示す図である。 本実施形態の血栓除去装置１の光路上の各位置での相対的光強度を纏めた図表である。 本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第１構成例を示す図である。 本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第２構成例を示す図である。 本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第３構成例を示す図である。 本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第４構成例を示す図である。 本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第５構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態の血栓除去装置１の全体の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の要部構成を示す図である。血栓除去装置１は、血管内の血栓に光を照射して該血栓を除去する装置である。血栓除去装置１は、光源１１、偏光ビームスプリッタ１２、λ／４板１３、光検出器１４、光ファイバ１５、コネクタ１６、光ファイバ１７、カテーテル１８および窓部材１９を備える。

光源１１は、血液に照射したときに気泡を発生させ得る波長λの光を出力する。波長λは、血液における光吸収が大きい波長であるのが好適であり、例えば５３２ｎｍ付近または４００ｎｍ付近である。光源１１は、レーザ光源であるのが好適であり、また、パルスレーザ光源であるのが好適である。光源１１は、直線偏光の光を出力する。偏光ビームスプリッタ１２は、光源１１から出力された直線偏光の光をλ／４板１３へ透過させる。また、偏光ビームスプリッタ１２は、λ／４板１３から到達した光のうちＳ偏光の光を光検出器１４へ出力する。

λ／４板１３は、偏光ビームスプリッタ１２から到達した直線偏光の光を入力して、これを円偏光の光に変換して光ファイバ１５へ出力する。また、λ／４板１３は、光ファイバ１５から到達した光を入力し、その光の互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの偏光成分の間にλ／４の位相差を与えて、その光を偏光ビームスプリッタ１２へ出力する。光検出器１４は、偏光ビームスプリッタ１２から到達した光の強度を検出する。光検出器１４は、光源１１から出力された光が光ファイバ１５，１７および窓部材１９を経て外部へ出力されるまでの光路の何れかの箇所で生じた反射光の強度を検出することができる。光検出器１４は、例えばフォトダイオードを含み、好適にはＰｉＮフォトダイオードを含む。

光ファイバ１５と光ファイバ１７とはコネクタ１６により光学的に接続されている。光ファイバ１５，１７それぞれは、石英ガラスからなるコア２１およびクラッド２２を有し、マルチモード光ファイバであるのが好適である。光ファイバ１５はλ／４板１３とコネクタ１６との間で光を導光する。光ファイバ１７の第１端１７ａの端面はコネクタ１６に光学的に接続されている。光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面は窓部材１９の第１面１９ａに対向している。光ファイバ１７は第１端１７ａと第２端１７ｂとの間で光を導光する。

カテーテル１８は、図２に示されるように、光ファイバ１７を内部に収納するものであり、樹脂製のチューブである。窓部材１９は、互いに平行な第１面１９ａおよび第２面１９ｂを有し透明な平板形状のものである。窓部材１９は、カテーテル１８の先端部においてカテーテル１８の内部空間を封止する。カテーテル１８の内部空間は気体（例えば空気）で充填されている。窓部材１９は、光ファイバ１７の第２端１７ｂのコア端面に対して離間して設けられている。窓部材１９は、光ファイバ１７の第２端１７ｂから出力された光を第１面１９ａから第２面１９ｂへ透過させて該光を外部へ出力する。透明部材１９は例えばサファイアからなるのが好適である。

なお、血栓除去装置１は、以上までに説明した各光学部品の間を光学的に結合または導光するための他の光学部品（例えば、レンズ、ミラー、光ファイバ等）を備えていてもよい。

光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面に、波長λの光の反射を低減する反射低減膜が形成されている。窓部材１９の第２面１９ｂに、血液が接しているときに波長λの光の反射を低減する反射低減膜が形成されている。

窓部材１９の第２面１９ｂに血液が接しているときに、窓部材１９の第１面１９ａおよび第２面１９ｂそれぞれで反射されて光検出器１４により検出される反射光の強度をＩ_１とする。窓部材１９の第２面１９ｂに気体が接しているときに、窓部材１９の第１面１９ａおよび第２面１９ｂそれぞれで反射されて光検出器１４により検出される反射光の強度をＩ_２とする。また、光ファイバ１７が破断した場合に当該破断面で反射されて光検出器１４により検出される反射光の強度をＩ_３とする。そして、光源１１から出力される光のパワーが一定であるとき、光検出器１４により検出される反射光の強度Ｉ_１〜Ｉ_３が有意に互いに異なるように、窓部材１９の第１面１９ａにおける波長λでの反射率Ｒａ、および、窓部材１９の第２面１９ｂに気体が接しているときの窓部材１９の第２面１９ｂにおける波長λでの反射率Ｒｂが設定されている。

反射率Ｒａ，Ｒｂの設定は、適切な屈折率を有する材料により窓部材１９を構成することで実現することができる。また、反射率Ｒａ，Ｒｂの設定は、任意の透明な窓部材１９の材料の屈折率に応じて適切な誘電体多層膜を形成することで実現することができる。

光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面に反射低減膜が形成されるとともに、窓部材１９の第１面１９ａに適切な反射率Ｒａが設定されるためには、光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面と窓部材１９の第１面１９ａとが互いに離間していることが必要である。さらに、光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面と窓部材１９の第１面１９ａとの間の媒質の屈折率をｎとし、該媒質の厚さをｄとしたとき、ｄ＝πλ／（２ｎ）なる関係式が成り立つと、光ファイバ１７と窓部材１９との間で反射が無くなるので、この関係式が成立する条件を避けることが必要である。

なお、以上までに説明した各光学部品の光入出射端面以外の端面には、波長λの光の反射を低減する反射低減膜が形成されているのが好適である。

本実施形態の血栓除去装置１は、光ファイバ１５，１７が破断していない場合、以下のように動作する。光源１１から出力された波長λの直線偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１２を経た後、λ／４板１３により円偏光に変換される。λ／４板１３から出力された円偏光の光は、光ファイバ１５，１７により導光され、光ファイバ１７の第２端１７ｂのコア端面から出力され、窓部材１９の第１面１９ａから第２面１９ｂへ透過して、外部へ出力される。

窓部材１９の第２面１９ｂに血液が接しているとき、光検出器１４が受光する光は、窓部材１９の第１面１９ａでの反射光が支配的となる。この反射光は、光ファイバ１７，１５により導光され、λ／４板１３により互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの偏光成分の間にλ／４の位相差が与えられて、偏光ビームスプリッタ１２に入力される。偏光ビームスプリッタ１２に入力された反射光のうちＳ偏光の光は、光検出器１４により受光されて強度Ｉ_１が検出される。

窓部材１９の第２面１９ｂに気体が接しているとき、光検出器１４が受光する光は、窓部材１９の第１面１９ａおよび第２面１９ｂそれぞれでの反射光が支配的となる。この反射光は、光ファイバ１７，１５により導光され、λ／４板１３により互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの偏光成分の間にλ／４の位相差が与えられて、偏光ビームスプリッタ１２に入力される。偏光ビームスプリッタ１２に入力された反射光のうちＳ偏光の光は、光検出器１４により受光されて強度Ｉ_２が検出される。なお、一般に、窓部材１９の第２面１９ｂに気体が接している場合の光検出器１４による受光強度Ｉ_２は、窓部材１９の第２面１９ｂに血液が接している場合の光検出器１４による受光強度Ｉ_１より大きい。

本実施形態の血栓除去装置１は、光ファイバ１７が破断している場合、以下のように動作する。光源１１から出力された波長λの直線偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１２を経た後、λ／４板１３により円偏光に変換される。λ／４板１３から出力された円偏光の光は、光ファイバ１５により導光され、さらに、光ファイバ１７により破断面まで導光される。その破断面で生じた反射光は、光ファイバ１７，１５により導光され、λ／４板１３により互いに直交する第１方位および第２方位それぞれの偏光成分の間にλ／４の位相差が与えられて、偏光ビームスプリッタ１２に入力される。偏光ビームスプリッタ１２に入力された反射光のうちＳ偏光の光は、光検出器１４により受光されて強度Ｉ_３が検出される。

光ファイバ１７が破断している場合に光検出器１４により検出される反射光強度Ｉ_３は、光ファイバ１７が破断していない場合に光検出器１４により検出される反射光強度Ｉ_１，Ｉ_２の何れとも相違しており、しかも、窓部材１９の第２面１９ｂに接している媒質が血液および気体の何れであるかに依らない。したがって、光検出器１４により検出された光強度に基づいて、光ファイバの破断を高精度に検知することができ、更には、血管内の血栓の除去に際して適切な処置をすることができる。

図３は、本実施形態の血栓除去装置１の光路上の各位置での相対的光強度を纏めた図表である。各反射低減膜の反射率を０.５％または１.０％とした。光源１１から出力される光の強度を１００とした。

同図（ａ）は、光ファイバ１５，１７が破断しておらず窓部材１９の第２面１９ｂに血液が接している場合の各位置での相対的光強度を示す。同図（ａ）には、上から順に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２を透過する光の強度、λ／４板１３を透過する光の強度、光ファイバ１５の入射端で反射される光の強度、コネクタ１６で反射される光の強度、コネクタ１６を透過する光の強度、光ファイバ１７の入射端で反射される光の強度、窓部材１９で反射される光の強度、窓部材１９を透過する光の強度、および、光検出部１４で受光される光の強度Ｉ_１が示されている。

同図（ｂ）は、光ファイバ１７が破断している場合の各位置での相対的光強度を示す。同図（ｂ）には、上から順に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２を透過する光の強度、λ／４板１３を透過する光の強度、光ファイバ１５の入射端で反射される光の強度、コネクタ１６で反射される光の強度、コネクタ１６を透過する光の強度、光ファイバ１７の入射端で反射される光の強度、光ファイバ１７の破断面で反射される光の強度、窓部材１９を透過する光の強度、および、光検出部１４で受光される光の強度Ｉ_３が示されている。

同図（ａ）と同図（ｂ）とを対比して判るように、光ファイバ１５，１７が破断しておらず窓部材１９の第２面１９ｂに血液が接している場合と、光ファイバ１７が破断している場合とでは、反射低減膜の反射率が０.５％であるときには光検出部１４による受光強度の比は１.９２であり、反射低減膜の反射率が１.０％であるときには光検出部１４による受光強度の比は１.７７である。このように、光検出器１４により検出された光強度に基づいて、光ファイバの破断を高精度に検知することができる。

次に、図４〜図８を用いて、本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部において、光ファイバ１７の第２端１７ｂのコア端面と窓部材１９の第１面１９ａとの間に間隙を設けるための具体的構成例について説明する。

図４は、本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第１構成例を示す図である。同図に示される第１構成例では、光ファイバ１７が筒状部材３１に挿入され、光ファイバ１７のコア端面が筒状部材３１に対して窪んでいる。そして、筒状部材３１は、窓部材１９の平坦な第１面１９ａに当接している。これにより、光ファイバ１７のコア端面と窓部材１９の第１面１９ａとは互いに離間している。

図５は、本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第２構成例を示す図である。同図に示される第２構成例では、光ファイバ１７のコア端面がクラッドに対して窪んでいる。そして、光ファイバ１７のクラッドは、窓部材１９の平坦な第１面１９ａに当接している。これにより、光ファイバ１７のコア端面と窓部材１９の第１面１９ａとは互いに離間している。

図６は、本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第３構成例を示す図である。同図に示される第３構成例では、窓部材１９の第１面１９ａにおいて光ファイバ１７のコア端面に対向する領域が周縁部に対して窪んでいる。そして、光ファイバ１７の第２端１７ｂの平坦な端面は、窓部材１９の周縁部に当接している。これにより、光ファイバ１７のコア端面と窓部材１９の第１面１９ａとは互いに離間している。

図７は、本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第４構成例を示す図である。同図に示される第４構成例では、光ファイバ１７の第２端１７ｂのクラッド端面と窓部材１９の第１面１９ａとの間に環状部材３２が設けられている。これにより、光ファイバ１７のコア端面と窓部材１９の第１面１９ａとは互いに離間している。

図８は、本実施形態の血栓除去装置１のカテーテル先端部の第５構成例を示す図である。同図に示される第５構成例では、光ファイバ１７のコア端面と窓部材１９の第１面１９ａとの間に透明部材３３が挿入されている。この構成例の場合、光ファイバ１７の端面と透明部材３３との界面に反射低減膜が形成され、窓部材１９の第１面１９ａと透明部材３３との界面では所定の反射率となるように必要に応じて誘電体多層膜が形成される。

これら何れの構成例においても、光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面に対して窓部材１９を離間して設け、光ファイバ１７の第２端１７ｂの端面に反射低減膜を形成するとともに、窓部材１９の第１面１９ａを所定の反射率に設定する上で好適である。

１…血栓除去装置、１１…光源、１２…偏光ビームスプリッタ、１３…λ／４板、１４…光検出器、１５…光ファイバ、１６…コネクタ、１７…光ファイバ、１８…カテーテル、１９…窓部材、２１…コア、２２…クラッド、３１…筒状部材、３２…環状部材、３３…透明部材。

Claims (5)

1. 血管内の血栓に光を照射して該血栓を除去する装置であって、
   波長λの光を出力する光源と、
   前記光源から出力された光を第１端に入力して導光し、その光を第２端から出力する光ファイバと、
   前記光ファイバを内部に収納するカテーテルと、
   前記カテーテルの先端部において前記カテーテルの内部空間を封止し、前記光ファイバの前記第２端のコア端面に対して離間して設けられ、前記光ファイバの前記第２端から出力された光を第１面から第２面へ透過させて該光を外部へ出力する窓部材と、
   前記光源から出力された光が前記光ファイバおよび前記窓部材を経て外部へ出力されるまでの光路の何れかの箇所で生じた反射光の強度を検出する光検出器と、
   を備え、
   前記光ファイバの前記第２端の端面に前記波長λの光の反射を低減する反射低減膜が形成され、前記窓部材の前記第２面に血液が接しているときに前記波長λの光の反射を低減する反射低減膜が形成されており、
   前記窓部材の前記第２面に血液が接しているときに前記窓部材の前記第１面および前記第２面それぞれで反射されて前記光検出器により検出される反射光の強度をＩ_１とし、前記窓部材の前記第２面に気体が接しているときに前記窓部材の前記第１面および前記第２面それぞれで反射されて前記光検出器により検出される反射光の強度をＩ_２とし、前記光ファイバが破断した場合に当該破断面で反射されて前記光検出器により検出される反射光の強度をＩ_３としたときに、これらの強度Ｉ_１〜Ｉ_３が互いに異なるように、前記窓部材の前記第１面における波長λでの反射率、および、前記窓部材の前記第２面に気体が接しているときの前記窓部材の前記第２面における波長λでの反射率が設定されている、
   ことを特徴とする血栓除去装置。
2. 前記光ファイバの前記第２端においてコア端面が周縁部に対して窪んでおり、前記周縁部が前記窓部材の前記第１面に当接しており、前記光ファイバのコア端面と前記窓部材の前記第１面とが互いに離間している、ことを特徴とする請求項１に記載の血栓除去装置。
3. 前記窓部材の前記第１面において前記光ファイバのコア端面に対向する領域が周縁部に対して窪んでおり、前記光ファイバの前記第２端の端面が前記窓部材の前記周縁部に当接しており、前記光ファイバのコア端面と前記窓部材の前記第１面とが互いに離間している、ことを特徴とする請求項１に記載の血栓除去装置。
4. 前記光ファイバの前記第２端のクラッド端面と前記窓部材の前記第１面との間に環状部材が設けられて、前記光ファイバのコア端面と前記窓部材の前記第１面とが互いに離間している、ことを特徴とする請求項１に記載の血栓除去装置。
5. 前記光ファイバのコア端面と前記窓部材の前記第１面との間に透明部材が挿入されている、ことを特徴とする請求項１に記載の血栓除去装置。
   

Images