JP2022022765A - 結合モジュール及び焼灼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ同士を接続する接続部と、接続部で接続される光ファイバの損傷を防ぐ。【解決手段】接続部２０は、第１光ファイバ８１ａと第２光ファイバ３１ａを空間結合する。接続部２０は、第１光ファイバ８１ａから出射される光を平行化する第１レンズＬＥ１と、第１レンズＬＥ１で平行化された光の一部が通過する穴４１を有し、第１レンズＬＥ１で平行化された光のうち穴４１より外側に到達した光を吸収する絞り４０と、絞り４０を通過した光を集光する第２レンズＬＥ２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、結合モジュール及び焼灼装置に関する。

特許文献１には、光ファイバに入射する高次モードのレーザ光を、絞りを用いずに削減する技術が開示されている。特許文献１に開示されたフェルールは、レーザ光の進行方向上流側の端面が高反射材料で覆われている。フェルールの内側に配置される光ファイバは、レーザ光が入射する端面がフェルールの端面よりレーザ光の進行方向下流側に位置するように配置される。レーザモジュールから出力されたレーザ光は、集光レンズで集光されてフェルールに到達する。フェルールに到達した高次モードのレーザ光は、フェルール端面のレーザ光反射被膜で反射されるため、光ファイバに入射する高次モードのレーザ光が削減される。光反射膜で反射される高次モードのレーザ光は、光ファイバに到達しても当該光ファイバに結合しない非結合光なので、この非結合光を削減することによって迷光等の不要な光を抑制できるとされている。

特表２０１５－５１８１８５号公報

レーザ光を用いて患者の治療を行う装置においては、レーザ光を出力するレーザ装置と体内に挿入されるカテーテルとを手術毎に接続し、レーザ装置からカテーテルの光ファイバへ伝搬したレーザ光を患者に照射して治療を行う。手術毎にレーザ装置とカテーテルとを接続するため、レーザ装置とカテーテルは着脱可能に構成されている。

レーザ装置とカテーテルとの接続に際して、特許文献１に開示された技術を用いた場合、高次モードのレーザ光は、接続部分においてカテーテル側のフェルール端面の高反射材料の層で反射される。ここで、高反射材料の層で反射される光は高パワーであるため、反射されたレーザ光で接続部分が損傷する虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光ファイバ同士を接続する接続部と、接続部で接続される光ファイバの損傷を防ぐ技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る結合モジュールは、入射した光を伝搬させる第１光ファイバと、前記第１光ファイバから出射される光を平行化する第１レンズと、前記第１レンズで平行化された光の一部が通過する穴を有し、前記第１レンズで平行化された光のうち当該穴より外側に到達した光を吸収する絞りと、前記絞りを通過した光を集光する第２レンズと、前記第２レンズで集光された光が入射する第２光ファイバと、を備える。

本発明の一態様に係る結合モジュールは、前記第１光ファイバはマルチモードファイバであることを特徴とする。

本発明の一態様に係る結合モジュールは、前記第１レンズ、前記絞り及び前記第２レンズを収納するハウジングを有し、前記第２光ファイバは、前記ハウジングに着脱されるフェルールに固定されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る結合モジュールは、前記フェルールは、前記ハウジングに接続及び分離が可能なコネクタに設けられていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る焼灼装置は、前記のいずれか一つに記載の結合モジュールと、生体組織を焼灼する第１波長の焼灼光を出力する第１光源と、を有し、前記第１光源から出力される前記焼灼光が前記第１光ファイバに入射し、前記第２光ファイバは、前記焼灼光を出射する。

本発明の一態様に係る焼灼装置は、前記第１波長と波長が異なる第２波長の試験光を出力する第２光源と、前記焼灼光と前記試験光を合波する合波器と、前記試験光を反射する反射部と、前記反射部により反射された前記試験光の強度を測定する測定部と、を有し、前記合波器から出力される前記焼灼光と前記試験光が前記第１光ファイバに入射し、前記反射部は、前記第２光ファイバの出射端に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバ同士を接続する接続部と、接続部で接続される光ファイバの損傷を防ぐという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るレーザシステムの概略構成を示す図である。 図２は、実施形態に係る機能の構成を示したブロック図である。 図３は、接続部の構造を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザシステム１の概略構成を示す模式図である。レーザシステム１は、患者にレーザ光を照射して患者を治療するシステムである。レーザシステム１は、患者に照射するレーザ光を出力するレーザ装置１０と、レーザ装置１０とカテーテル３０とを接続する接続部２０と、患者の患部にレーザ光を照射するカテーテル３０とを備えている。

レーザ装置１０は、本実施形態では、第１レーザダイオード３０１と、第２レーザダイオード３０２と、フォトダイオード４０１を備えている。また、レーザ装置１０は、合波器５０１と、フィルタ６０１と、光合分波器７０１と、第１光ファイバ８１ａとを備えている。さらに、レーザ装置１０は、制御部１００と、表示部２００と、被操作部８０１とを備えている。レーザ装置１０は、焼灼装置の一例である。

第１レーザダイオード３０１は、患者の患部に照射するレーザ光を出力する光源である。以下の説明においては、第１レーザダイオード３０１が出力するレーザ光を治療光と称する。治療光は、焼灼光の一例である。本実施形態における治療光の波長は、近赤外帯域であり、例えば６００ｎｍ～１６００ｎｍの範囲内である。第１レーザダイオード３０１から出力された治療光は、光ファイバを介して合波器５０１に入射する。なお、治療光を出力する光源は、レーザダイオードに限定されるものではなく、例えばファイバレーザであってもよい。治療光のビームプロファイルは、フラットトップであるのが好ましい。治療光のビームプロファイルがフラットトップである場合、空間的に光パワーが均一なレーザ光を患部へ出力することができる。

第２レーザダイオード３０２は、接続部２０で接続される二つの光ファイバの接続状態やカテーテル３０が備える光ファイバの状態を判断するために用いられるレーザ光を出力する光源である。以下の説明においては、第２レーザダイオード３０２が出力するレーザ光を試験光と称する。本実施形態における試験光の波長は、６３５ｎｍであるが、６３５ｎｍに限定されるものではなく、他の波長であってもよい。第２レーザダイオード３０２から出力された試験光は、光ファイバを介して合波器５０１に入射する。なお、試験光を出力する光源は、レーザダイオードに限定されるものではない。

合波器５０１は、波長の異なる複数の光を合波する機能を備えている。合波器５０１は、光ファイバを介して入射した治療光と試験光とを合波し、光ファイバを介して治療光及び試験光を光合分波器７０１へ出力する。

光合分波器７０１は、合波器５０１から光ファイバを介して入射した治療光と試験光とを、光ファイバを介して第１光ファイバ８１ａへ出力する。光合分波器７０１から出力された治療光及び試験光は、第１光ファイバ８１ａを伝搬する。また、光合分波器７０１は、第１光ファイバ８１ａへ出力した試験光のうち、反射されて光合分波器７０１まで伝搬したレーザ光である反射光を、光ファイバを介してフィルタ６０１へ出力する。なお、光合分波器７０１は、５０:５０のＴＡＰカプラ、非対称ＴＡＰカプラ、ＷＤＭカプラ、あるいはこれらを適宜組み合わせたもので構成されることが好ましい。

第１光ファイバ８１ａは、治療光及び試験光を伝搬する光ファイバである。第１光ファイバ８１ａは、後述するカテーテル３０が備える第２光ファイバ３１ａへ接続部２０によって接続される。第１光ファイバ８１ａは、例えばステップインデックス型やグレーテッドインデックス型のマルチモードの光ファイバであるが、特に限定はされない。

フィルタ６０１は、光合分波器７０１から入射した反射光のうち予め定められた波長の光を透過する。これにより、フィルタ６０１へ入射した反射光のうち、治療光の波長のレーザ光がフィルタ６０１により遮断され、試験光の波長のレーザ光がフィルタ６０１を透過する。フィルタ６０１を透過した反射光は、フォトダイオード４０１へ入射する。

フォトダイオード４０１は、光検出器であり、フィルタ６０１を透過した反射光を受光し、受光した反射光の強度に応じた電流信号を出力する。フォトダイオード４０１から出力された電流信号は、制御部１００に入力される。

表示部２００は、液晶ディスプレイであり、例えばレーザ装置１０の各種情報や、接続部２０における光ファイバの接続状態、カテーテル３０が備える光ファイバの状態などを、文字、記号、画像などで表示する。被操作部８０１は、レーザ装置１０を操作するためのボタンを備えている。被操作部８０１は、治療光の出力と出力停止とを切り替えるボタンや、接続部２０における光ファイバの接続状態やカテーテル３０における光ファイバの状態を判断する処理を開始するためのボタンなどを備えている。なお、被操作部８０１は、ボタンに限定されるものではなく、レーザ装置１０のオペレータの操作を受け付けるものであれば、例えばタッチパネルであってもよい。

制御部１００は、演算部と、記憶部とを備えている。演算部は、第１レーザダイオード３０１、第２レーザダイオード３０２及び表示部２００の制御や、レーザ装置１０が備える機能の実現のための各種演算処理を行うものである。制御部１００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、又はＣＰＵとＦＰＧＡの両方で構成される。

記憶部は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される部分とＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される部分とを備えている。ＲＯＭで構成される部分には、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータなどが格納される。また、ＲＡＭは、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果などを記憶するために使用される。

図２は、記憶部に記憶されているプログラムを演算部が実行することにより実現する機能のうち、実施形態に係る機能の構成を示したブロック図である。測定部１００１は、フォトダイオード４０１から出力される電流信号を取得する。測定部１００１は、取得した電流信号に基づいて、フォトダイオード４０１に入射した反射光の強度を測定する。

判断部１００２は、測定部１００１で測定された強度に基づいて、接続部２０で接続される二つの光ファイバの接続状態を判断する。また、判断部１００２は、測定部１００１で測定された強度に基づいて、カテーテル３０が備える光ファイバが折れているか判断する。

報知部１００３は、判断部１００２の判断結果が表示部２００で表示されるように表示部２００を制御する。これにより、接続部２０において接続される二つの光ファイバの接続状態や、治療光を伝搬するカテーテル３０が備える光ファイバの状態がレーザ装置１０の使用者に報知される。

光源制御部１００４は、被操作部８０１で行われた操作や判断部１００２の判断結果に基づいて、第１レーザダイオード３０１と第２レーザダイオード３０２を制御する。第１レーザダイオード３０１を駆動する駆動信号を光源制御部１００４が第１レーザダイオード３０１へ出力すると、第１レーザダイオード３０１から治療光が出力され、光源制御部１００４が第１レーザダイオード３０１への駆動信号の出力を停止すると、第１レーザダイオード３０１は、治療光の出力を停止する。また、第２レーザダイオード３０２を駆動する駆動信号を光源制御部１００４が第２レーザダイオード３０２へ出力すると、第２レーザダイオード３０２から試験光が出力され、光源制御部１００４が第２レーザダイオード３０２への駆動信号の出力を停止すると、第２レーザダイオード３０２は、試験光の出力を停止する。

図１に戻り、カテーテル３０は、少なくとも一部が患者の体内に挿入され、第１光ファイバ８１ａから接続部２０を介して入射した治療光を患者の治療箇所へ照射する。カテーテル３０は、樹脂などの可撓性を有する材質からなるカテーテル本体３３と、カテーテル本体３３のルーメンに少なくとも一部が挿入された第２光ファイバ３１ａと、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）３２とを備えている。カテーテル３０は、手術毎に使い捨てされるものであり、手術を始める前に接続部２０に接続され、手術後に接続部２０から外される。

第２光ファイバ３１ａは、例えばステップインデックス型やグレーテッドインデックス型のマルチモードの光ファイバであるが、特に限定はされない。またカテーテル３０が血管に挿入されるものである場合、第２光ファイバ３１ａは細径であるほうが好ましく、例えばコア径が１０５μｍ以下、クラッド径が１２５μｍ以下である。なお、これらのコア径及びクラッド径は一例であり、これらの径に特には限定されるものではない。第２光ファイバ３１ａについては、接続部２０において治療光が入射される端を入射端と称し、治療光が出射する端を出射端と称する。第２光ファイバ３１ａの入射端には、オス型のＳＣコネクタが設けられている。なお、ＳＣコネクタは一例であり、第２光ファイバ３１ａの入射端に設けられるコネクタは、接続部２０に接続可能であれば、他のコネクタであってもよい。

ＦＢＧ３２は、第２光ファイバ３１ａの出射端側に設けられており、例えば第２光ファイバ３１ａの出射端に融着接続されている。ＦＢＧ３２は、第２光ファイバ３１ａの入射端から入射して第２光ファイバ３１ａを伝搬した治療光を透過する。これにより、治療光は、第２光ファイバ３１ａの先端（カテーテル３０の先端側）から出射する。また、ＦＢＧ３２は、第２光ファイバ３１ａの入射端から入射して第２光ファイバ３１ａを伝搬した試験光を反射する。なお、第２光ファイバ３１ａの出射端において、治療光を透過して試験光を反射する構成は、ファイバブラッググレーティングに限定されるものではなく、例えば誘電体多層膜であってもよい。

接続部２０は、第１光ファイバ８１ａにおいて治療光及び試験光が出力される出力側と、第２光ファイバ３１ａにおいて治療光及び試験光が入力される入力側とを着脱可能に接続するビーム拡大コネクタであり、結合モジュールの一例である。接続部２０においては、第１光ファイバ８１ａと第２光ファイバ３２ａは、空間結合で接続される。

図３は、接続部２０の構成の一例を示す模式図である。接続部２０は、ハウジング２２を備える。ハウジング２２は、例えば、第２光ファイバ３１ａが接続される側にメス型のＳＣコネクタの構成（図示略）を備えており、このメス型のＳＣコネクタに第２光ファイバ３１ａに設けられたオス型のＳＣコネクタが嵌る。なお、第１光ファイバ８１ａにおいて光合分波器７０１と反対側の端にオス型のＳＣコネクタを設け、接続部２０において第１光ファイバ８１ａが接続される側にメス型のＳＣコネクタを設け、このオス型のＳＣコネクタを接続部２０に設けられたメス型のＳＣコネクタに嵌める構成としてもよい。

フェルール２１ａは、ハウジング２２内に固定されており、第１光ファイバ８１ａの端部を固定している。なお、前述した第１光ファイバ８１ａに設けられたオス型のＳＣコネクタを接続部２０に設けられたメス型のＳＣコネクタに嵌める構成の場合、フェルール２１ａは、第１光ファイバ８１ａに設けられたオス型のＳＣコネクタのフェルールに相当する。第１レンズＬＥ１は、光の平行化と集束を行う凸レンズであり、ハウジング２２内に固定されている。第１レンズＬＥ１は、第１光ファイバ８１ａから出射した治療光及び試験光を平行光にする。第１レンズＬＥ１により平行化された治療光及び試験光は、絞り４０へ進む。また、第１レンズＬＥ１は、第２レンズＬＥ２側から入射した光を集束する。第１レンズＬＥ１により集束された光は、第１光ファイバ８１ａに入射する。第１レンズＬＥ１に対して第２レンズＬＥ２側から入射する光は、ＦＢＧ３２で反射された光や、第２光ファイバ３１ａの入射端でフレネル反射した光である。

絞り４０は、ハウジング２２内に固定されており、第１レンズＬＥ１側から第２レンズＬＥ２側へ貫通した円形の穴４１を有する。また、絞り４０は、例えば黒色アルマイト処理されて表面に酸化アルミニウム被膜が形成されており、光を吸収する。絞り４０の表面は、黒色アルマイト処理に限定されるものではなく、光を吸収する素材や構造であればよい。第１レンズＬＥ１により平行化された治療光及び試験光のうち、所定の高次モードの光ＴＬ１は、絞り４０で遮蔽されて吸収される。第１レンズＬＥ１により平行化された治療光及び試験光のうち、光ＴＬ１よりも低次モードの光ＴＬ２は、穴４１を通過して第２レンズＬＥ２に入射する。

フェルール２１ｂは、第２光ファイバ３１ａに設けられたＳＣコネクタが有するフェルールであり、第２光ファイバ３１ａの端部を固定している。第２レンズＬＥ２は、光の平行化と集束を行う凸レンズであり、ハウジング２２内に固定されている。第２レンズＬＥ２は、第１レンズＬＥ１により平行化されて絞り４０を通過した治療光及び試験光を集束する。第２レンズＬＥ２により集束された治療光及び試験光は、第２光ファイバ３１ａに入射する。また、第２レンズＬＥ２は、第２光ファイバ３１ａ側から入射する光を平行化する。第２レンズＬＥ２に対して第２光ファイバ３１ａ側から入射する光は、ＦＢＧ３２で反射された光や、第２光ファイバ３１ａの端面でフレネル反射した光である。第２レンズＬＥ２により平行化された光は、絞り４０が有する穴４１を通過して第１レンズＬＥ１に入射する。

第２レンズＬＥ２側から第１レンズＬＥ１に入射した光は、集束されて第１光ファイバ８１ａに入射する。第１レンズＬＥ１側から第１光ファイバ８１ａに入射した光と、試験光のうち第１光ファイバ８１ａの端面でフレネル反射した光は、第１光ファイバ８１ａ、光合分波器７０１及びフィルタ６０１を介してフォトダイオード４０１へ伝搬され、伝搬された光の強度が測定部１００１により測定される。

測定部１００１により測定される強度は、接続部２０における第１光ファイバ８１ａと第２光ファイバ３１ａとのずれや、第２光ファイバ３１ａが折れているか否かに応じて異なる。測定部１００１により測定される強度は、例えば、第１光ファイバ８１ａと第２光ファイバ３１ａとがずれている場合や、第２光ファイバ３１が折れている場合、第１光ファイバ８１ａと第２光ファイバ３１ａとがずれておらず、且つ第２光ファイバ３１ａが折れていない場合より小さくなる。判断部１００２は、測定部１００１で測定される強度に基づいて、第１光ファイバ８１ａと第２光ファイバ３１ａとのずれや、第２光ファイバ３１ａが折れているか否かを判断する。

本実施形態では、ビームプロファイルがフラットトップである治療光が第１光ファイバ８１ａから出射されて第１レンズＬＥ１に入射する。ビームプロファイルがフラットトップの場合、治療光は高次モードの成分が多く、第１光ファイバ８１ａからの広がり角が大きい光ＴＬ１のような成分がある。光ＴＬ１のような成分は、第１レンズＬＥ１を通過してもビームの断面積が広い。ここで絞り４０がない構成の場合、第１レンズＬＥ１を通過して第２レンズＬＥ２で集光される治療光は、第１レンズＬＥ１を通過して広がったことにより、一部が第２光ファイバ３１ａのコアに結合できない。また、第２光ファイバ３１ａのコアに結合できなかった光は迷光となり、第２光ファイバ３１ａの発熱の原因となる。本実施形態では、第１レンズＬＥ１を通過して第２光ファイバ３１ａのコアに結合にしない光ＴＬ１のような成分は、絞り４０によって吸収されるため、第２光ファイバ３１ａの発熱を防ぐことができる。なお、第２光ファイバ３１ａに関しては、コアに結合しない光を遮断する構成が好ましい。

また、特許文献１に開示された構成と比較すると、絞り４０は、到達した高次モードの光を吸収するため、高次モードの光がハウジング２２やフェルール２１ａへ向かって反射されず、接続部２０の損傷を防ぐことができる。また、絞り４０の位置が第１レンズＬＥ１と第２レンズＬＥ２の間にあると、使い捨てとなるカテーテル３０を取り換えたことにより第１光ファイバ８１ａの端面と第２光ファイバ３１ａの端面との距離が変動しても、絞りの状態が変化しにくい。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

上述した実施形態においては、絞り４０位置は、ハウジング２２の内部で第２光ファイバ３１ａに寄っているが、絞り４０が配置される位置は、実施形態の位置に限定されるものではない。例えば、ハウジング２２の内部で第１レンズＬＥ１と第２レンズＬＥ２の中間に絞り４０を配置してもよい。また、絞り４０は、第２レンズＬＥ２とフェルール２１ｂとの間に配置してもよく、第１レンズＬＥ１とフェルール２１ａとの間に配置してもよい。

本発明においては、接続部２０は、絞り４０を冷却する構成を備えるようにしてもよい。例えば、接続部２０は、絞り４０に連結されてハウジング２２の外部に露出したヒートシンクを備える構成としてもよい。この構成によれば、絞り４０の発熱を抑えることができる。

１ レーザシステム
１０ レーザ装置
２０ 接続部
２１ａ、２１ｂ フェルール
２２ ハウジング
３０ カテーテル
３１ａ 第２光ファイバ
３２ ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
３３ カテーテル本体
４０ 絞り
４１ 穴
８１ａ 第１光ファイバ
１００ 制御部
２００ 表示部
３０１ 第１レーザダイオード
３０２ 第２レーザダイオード
４０１ フォトダイオード
５０１ 合波器
６０１ フィルタ
７０１ 光合分波器
８０１ 被操作部
１００１ 測定部
１００２ 判断部
１００３ 報知部
１００４ 光源制御部
ＬＥ１ 第１レンズ
ＬＥ２ 第２レンズ

Claims (6)

1. 入射した光を伝搬させる第１光ファイバと、
   前記第１光ファイバから出射される光を平行化する第１レンズと、
   前記第１レンズで平行化された光の一部が通過する穴を有し、前記第１レンズで平行化された光のうち当該穴より外側に到達した光を吸収する絞りと、
   前記絞りを通過した光を集光する第２レンズと、
   前記第２レンズで集光された光が入射する第２光ファイバと、
   を備える結合モジュール。
2. 前記第１光ファイバはマルチモードファイバである
   請求項１に記載の結合モジュール。
3. 前記第１レンズ、前記絞り及び前記第２レンズを収納するハウジングを有し、
   前記第２光ファイバは、前記ハウジングに着脱されるフェルールに固定されている
   請求項１又は請求項２に記載の結合モジュール。
4. 前記フェルールは、前記ハウジングに接続及び分離が可能なコネクタに設けられている
   請求項３に記載の結合モジュール。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の結合モジュールと、
   生体組織を焼灼する第１波長の焼灼光を出力する第１光源と、
   を有し、
   前記第１光源から出力される前記焼灼光が前記第１光ファイバに入射し、
   前記第２光ファイバは、前記焼灼光を出射する
   焼灼装置。
6. 前記第１波長と波長が異なる第２波長の試験光を出力する第２光源と、
   前記焼灼光と前記試験光を合波する合波器と、
   前記試験光を反射する反射部と、
   前記反射部により反射された前記試験光の強度を測定する測定部と、
   を有し、
   前記合波器から出力される前記焼灼光と前記試験光が前記第１光ファイバに入射し、
   前記反射部は、前記第２光ファイバの出射端に配置されている
   請求項５に記載の焼灼装置。

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