JP2596221B2 - 医療用レーザ装置および診断・治療装置 - Google Patents

医療用レーザ装置および診断・治療装置

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JP2596221B2
JP2596221B2 JP5209325A JP20932593A JP2596221B2 JP 2596221 B2 JP2596221 B2 JP 2596221B2 JP 5209325 A JP5209325 A JP 5209325A JP 20932593 A JP20932593 A JP 20932593A JP 2596221 B2 JP2596221 B2 JP 2596221B2
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治文 加藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は腫瘍に親和性のある光感
受性物質があらかじめ集積させてある癌など腫瘍の病巣
部に、光感受性物質の吸収波長に合致した光を照射して
光感受性物質を励起し、病巣部を診断および治療する装
置の光源として用いられる医療用レーザ装置およびこの
医療用レーザ装置を用いた診断・治療装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子医療技術の進歩にともなっ
て、レーザ光を用いた光化学診断(Photodynamic Diag
nosis 、以下PDDと記す)および光化学治療(Photod
ynamicTherapy 、以下PDTと記す)が急速に発展しつ
つある。このPDDおよびPDTとは、腫瘍に親和性を
有し、かつ光により励起されたときに蛍光発光や殺細胞
作用などの光化学反応を有する光感受性物質をあらかじ
め癌など腫瘍の病巣部に集積させておき、この病巣部に
光を照射することにより光感受性物質を励起して、その
発光蛍光の測定による病巣部の診断(PDD)や、殺細
胞効果による病巣部の治療(PDT)を行なうものであ
る。光感受性物質を効率良く励起するには、照射光の波
長が光感受性物質の吸収波長に合致している方が良いの
で、照射光の光源としては使用する光感受性物質の吸収
波長に適合した波長のレーザ光源が使用される。
【0003】従来、この種の癌の診断・治療装置として
は、特公昭63−2633号公報および特公昭63−9
464号公報によって開示された、光感受性物質として
ヘマトポルフィリン誘導体を用い、レーザ光源としてエ
キシマレーザを用いて励起されるダイレーザ(以下エキ
シマ・ダイレーザという)を用いる装置がよく知られて
いる。以下、特公昭63−2633号公報および特公昭
63−9464号公報によって開示された従来のレーザ
装置を用いた癌の診断・治療装置について図面を参照し
ながら説明する。
【0004】図4は従来のレーザ装置を用いた癌の診断
・治療装置の概略構成図を示すものである。図4におい
て、Aは癌病巣部、Bはその周辺部で、あらかじめ光感
受性物質としてヘマトポルフィリン誘導体を吸収させて
ある。31は診断に用いる第1のパルス光源、32は治
療に用いる第2のパルス光源で、いずれもエキシマ・ダ
イレーザで構成されている。この2つのダイレーザを励
起するエキシマレーザは発振波長308nm、パルス幅
30ns、エネルギーは数mJ〜100mJの範囲に可
変して繰り返し発振する。第1のパルス光源1の発振波
長は405nm、第2のパルス光源32の発振波長は6
30nmである。33は第1のパルス光源1と第2のパ
ルス光源32とを切換える切換え部、34は光伝送路、
35はテレビカメラ、36はテレビモニタ、37はハー
フミラー、38は分光器、39はスペクトラム解析部、
40は表示器である。
【0005】以上のように構成された癌の診断・治療装
置について、以下その動作を説明する。まず、癌の診断
を行うときは、診断用の第1のパルス光源31によって
発生させた波長405nmのレーザ光を切換え部33お
よび光伝送路34を介して癌病巣部Aおよびその周辺部
Bに照射し、波長405nmのレーザ光によって励起さ
れる波長630nmおよび690nmの蛍光像をテレビ
カメラ35によって撮像し、テレビモニタ36の画面上
に表示して観察する。また、ハーフミラー37によって
取り出された蛍光像を分光器38で分光し、スペクトラ
ム解析部39でスペクトル分析して表示器40にスペク
トラム波形を表示する。つぎに、癌の治療を行うとき
は、治療用の第2のパルス光源32によっ発生させた波
長630nmのレーザ光を切換え部33および光伝送路
34を介して癌病巣部Aに照射する。その後、ふたたび
診断モードに切換えて治療の結果を確認する。この切換
えを繰り返して癌の診断・治療を行うことができる。
【0006】診断用の第1のパルス光源31の波長を4
05nmとしたのは、ヘマトポルフィリン誘導体特有の
蛍光を最も効率よく励起することができ、その蛍光波長
630nmおよび690nmとは離れているので散乱光
の影響が小さいためであり、治療用の第2のパルス光源
32の波長を630nmにしたのは、この波長のレーザ
光が組織透過性がよく、ヘマトポルフィリン誘導体に効
率よく吸収されるからである。
【0007】以上の従来例のほか、PDDおよびPDT
に用いられる光感受性物質として例えば(表1)に示し
たものが提案され、それぞれPDT用のレーザ光源とし
て同じく(表1)に示したレーザを用いることが検討さ
れている。
【0008】
【表1】
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の癌の診断・治療装置では、出射するレーザ光の波長を
制御することが困難であるという問題点を有していた。
【0010】すなわち、光感受性物質を効率良く励起す
るには、レーザ光の波長を光感受性物質の吸収波長帯に
合致させる必要があり、通常、ガスレーザでは(表1)
の複数の光感受性物質の吸収波長帯に対応することがで
きないばかりでなく、一つの光感受性物質に対しても、
その最大吸収波長に合致させることは困難である。そこ
で、従来例に示したようにダイレーザが使用されるが、
ダイレーザの発振波長を変えるには色素溶液を交換する
必要がある。そのため、使用する光感受性物質を変えた
り、同じ光感受性物質でも診断時と治療時で異なる波長
のレーザ光を照射する場合など、照射するレーザ光の波
長を変える必要があるときには、必要な波長ごとに異な
る複数の色素溶液を備えたダイレーザを用意し、これら
を切換える必要がある。
【0011】このように、ダイレーザを用いる場合に
は、第1に複数種類の色素溶液と、その切換え部を備え
るため装置が大型化するという問題点を有している。
【0012】第2に、ダイレーザの色素溶液は劣化しや
すく、この劣化に伴い得られるレーザ光の波長が変化し
たり出力が低下したりする。PDDや、とくにPDTに
おいては、その効果を確実なものにするためには照射す
るレーザ光の安定性が必須条件となるので、ダイレーザ
においては色素溶液の交換や色素循環装置の洗浄などの
メンテナンスを頻繁に行なう必要があるという問題点を
有している。また、劣化の早い色素溶液を使用したダイ
レーザにおいてはレーザ光照射中に波長が変化したり出
力が落ちたりすることもあり、これらの変化を見込んだ
照射条件の設定やレーザ光の変化の検出の必要があると
いう問題点も有している。
【0013】第3に、ダイレーザによって波長変換を行
なうと、得られるレーザ光の波長の半値幅は少なくとも
10nm程度に広がってしまう。レーザ光の半値幅が広
いと光感受性物質の吸収波長帯をはずれるエネルギーが
増え、光感受性物質の励起効率が悪くなるという問題点
を有している。なお、バントパスフィルターや回折格子
などを用いてダイレーザの半値幅を狭くすることは可能
であるが、これは余分な波長成分をカットするだけであ
り、励起効率の改善にはならない。
【0014】第4に、ダイレーザによる波長変換のエネ
ルギー変換効率は非常に悪いので、波長変換後のレーザ
光のエネルギーを十分に得るためにはダイレーザを励起
する光源として用いられるエキシマレーザなどは高出力
である必要がある。そのため、従来の医療用レーザ装置
およびこの装置を用いた癌の診断・治療装置は大型・高
価であるという問題点を有している。
【0015】第5に、診断用と治療用の二つの光源とこ
れを切換える切換え部を必要とするため、大型・高価で
あるとともに、診断・治療時の切換え操作が不便である
ばかりでなく誤操作の危険もあるという問題点を有して
いる。
【0016】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、複数の光感受性物質の種類や励起条件に合った発振
波長のレーザ光が得られ、メンテナンス性が良く、半値
幅が狭くて励起効率が良く、小型で安価な医療用レーザ
装置を提供することを第1の目的とする。
【0017】本発明はまた、前記医療用レーザ装置を用
いて単一光源で診断と治療を可能とし、治療中の同時診
断をも可能とする診断・治療装置を提供することを第2
の目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の医療用レーザ装置は、腫瘍に親和性のある光
感受性物質があらかじめ集積させてある病巣部に光源か
らの光を照射して前記光感受性物質を励起することで、
癌などの病巣部を診断および/または治療する医療用レ
ーザ装置であって、光源として発振波長を可変とした半
導体レーザを用いるとともに、前記半導体レーザの波長
制御手段を備え、前記波長制御手段は前記半導体レーザ
の温度を制御する温度制御装置であるものである。
【0019】また、本発明の診断・治療装置は、腫瘍に
親和性のある光感受性物質があらかじめ集積させてある
病巣部に光源からの光を照射して前記光感受性物質を励
起することで、癌などの病巣部を診断および治療する診
断・治療装置であって、光源から照射されるレーザ光の
波長を、使用している光感受性物質の吸収波長帯の中で
前記光感受性物質が発する蛍光波長から遠ざかる方向へ
変化させる手段を備えたものである。
【0020】
【0021】
【作用】上記の構成によって、レーザの発振波長を制御
することにより複数種類の光感受性物質や励起条件に合
った発振波長のレーザ光が得られ、メンテナンス性が良
く、半値幅が狭くて励起効率が良く、小型で安価な医療
用レーザ装置が実現できる。
【0022】また、光源から照射されるレーザ光の波長
を、使用している光感受性物質の吸収波長帯の中で前記
光感受性物質が発する蛍光波長から遠ざかる方向へ変化
させる手段を備えることにより、治療中の同時診断にお
いても画像の安定したS/N比を確保することができ
る。
【0023】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の医療用レーザ装置の一実施
例について、図面を参照しながら説明する。
【0024】図1は本実施例の医療用レーザ装置の構成
を示すブロック図である。図1において、1は半導体レ
ーザで、0℃における動作時の発振波長が664nm、
半値幅が±1nm、発振波長の温度特性が0.2nm/
deg、動作可能温度範囲が−100〜+80℃の特性
を持っている。2は半導体レーザ1から出射されたレー
ザ光3を照射用レーザ光3aと波長検出用レーザ光3b
に分岐する光学系、4は光ファイバ、5は病巣部Aとそ
の周辺部Bを含む治療部位であらかじめ光感受性物質6
が投与されて集積されている。7は制御手段、8は温度
制御装置、9は波長検出用レーザ光3bの波長を検出す
る波長検出手段、10は波長表示手段、11はシャッタ
で制御手段7と協調し自動照射禁止手段を構成する。
【0025】以上のように構成された医療用レーザ装置
についてその動作を説明する。半導体レーザ1が出射す
るレーザ光3の波長は、半導体レーザ1の温度によって
決定する。すなわち、半導体レーザ1の温度を、温度制
御装置8により−100〜+80℃の範囲に可変制御す
ることによってレーザ光3の波長を644〜680nm
の範囲で変化させることができる。これにより、使用す
る光感受性物質6の吸収波長と施術目的に適合した波長
のレーザ光3を得ることができる。
【0026】本実施例では、光感受性物質6として(表
1)のクロリン系のNPe6(商品名)を用いて吸収波
長帯の中心波長664nmのレーザ光3を得るときは温
度を0℃に、後述する目的で吸収波長帯の中で短波長側
である660nmの波長をもつレーザ光3を得るときは
温度を−15℃に制御した。また、フェオホルバイト系
のPH−1126(商品名)を用いて同じく吸収波長帯
の中心波長650nmのレーザ光3を得るときは温度を
−70℃に、吸収波長帯の中で短波長側である644n
mの波長をもつレーザ光3を得るときは温度を−100
℃に制御した。
【0027】また、前記0℃、−20℃、−70℃およ
び−100℃に温度制御したときに半導体レーザ1が出
射するレーザ光3の波長は、半値幅が±1nmであるか
らそれぞれ663〜665nm、659〜661nm、
649〜651nmおよび643〜645nmで、レー
ザ光3のエネルギーは使用している光感受性物質6の吸
収波長帯にあった。
【0028】このようにして温度を制御した半導体レー
ザ1より出射されるレーザ光3の一部は、光学系2によ
り分岐されて波長検出用レーザ光3bとして波長検出手
段9に導かれて所定の波長制御条件に適合しているかど
うかが検出される。波長検出結果は波長表示手段10に
表示されるとともに、適合状態でない場合には自動照射
禁止手段が働き照射用レーザ光3aをシャッタ11によ
り遮断する。
【0029】レーザ光3が所定の波長制御条件に適合し
ている場合にはシャッタ11が開き照射用レーザ光3a
は光ファイバ4に集光して照射され、光ファイバ4の先
端から治療部位5に照射される。
【0030】以上のように本実施例によれば、レーザの
発振波長を制御して複数種類の光感受性物質の吸収波長
と施術目的に適合し、半値幅の狭い波長をもつレーザ光
を得ることができ、効率良く光感受性物質を励起するこ
とができる。また、メンテナンスもほとんど不要となり
小型化および低価格化も実現できる。
【0031】(実施例2)以下、本発明の癌の診断・治
療装置の一実施例について、図面を参照しながら説明す
る。
【0032】図2は本実施例の癌の診断・治療装置の構
成を示すブロック図である。図2において、21はレー
ザ光源で、前記実施例1に示した半導体レーザを用いた
医療用レーザ装置である。22はレーザ光源21からの
照射用レーザ光3aを病巣部付近に導く光伝送路、23
は病巣部およびその周辺を観察するための蛍光による画
像伝送路で、24は光伝送路22および画像伝送路23
を内蔵して病巣部付近に導く導光器である。25は撮像
・解析手段で、画像伝送路23を通して得られる病巣部
付近の画像を撮像して解析処理し、この結果は画像表示
手段26に表示される。27は誘電体多層膜で構成され
た指定波長に対して±3nm程度の極めて狭いバンド幅
のバンドパスフィルタ(たとえば、図3に示した特性を
もつ日本真空光学株式会社の全誘電体干渉フィルターD
IF型など)で、使用する光感受性物質の蛍光波長(ク
ロリン系光感受性物質の場合約670nm,フェオホル
バイド系光感受性物質の時は約654nm)付近の光だ
けを照射用レーザ光3aの波長と区別して透過すること
のできるもので、画像伝送路23と撮像・解析手段25
を結ぶ光路上に配置されている。なおバンドパスフィル
タ27は複数種類の光感受性物質にそれぞれ適応する複
数種類のバンドパスフィルタを有しその切換え手段(図
示せず)を備えている。なお、図2の治療部位5などの
符号は図1と同様である。
【0033】以上のように構成された癌の診断・治療装
置について、その動作を説明する。まず、レーザ光源2
1から出射される照射用レーザ光3aは光伝送路22を
介して、あらかじめ光感受性物質を集積させた治療部位
5に照射される。このとき、照射用レーザ光3aの波長
は使用している光感受性物質に対応して治療効果が最適
となる光感受性物質の吸収波長帯の中心波長となるよう
温度制御装置を用いて制御する。すなわち、光感受性物
質がクロリン系のNPe6の場合は664nm、フェオ
ホルバイド系のPH−1126の場合は650nmに制
御する。この波長制御の動作は実施例1に記述した。
【0034】そして、治療部位5に照射用レーザ光3a
が照射されると、あらかじめ集積させた光感受性物質の
作用により病巣部Aが選択的に治療されるとともに、病
巣部Aの光感受性物質が励起され前述した特定の波長の
蛍光を発する。この蛍光による画像を撮像して解析する
ことにより治療部位5の診断を行うが、この蛍光の波長
は、照射用レーザ光3aの波長と近似しているうえ強度
が弱いため、照射用レーザ光3aの散乱光の影響を強く
受け画像の撮像と解析は一般には困難である。
【0035】しかし、この蛍光を画像伝送路23で導い
た後、図3にその1例を示したような特性を持ち、使用
している光感受性物質の発する蛍光の波長だけを透過し
て照射用レーザ光3aの波長を遮断するバンドパスフィ
ルタ27を通すことにより、照射用レーザ光3aの散乱
光の影響を排除して蛍光画像のみが撮像・解析手段25
に入力される。撮像・解析手段25はこの蛍光による画
像情報を撮像して解析処理し、その解析結果が画像表示
手段26に表示される。この表示を観察することで治療
中にも病巣部Aをリアルタイムで診断することができ
る。
【0036】蛍光(S)と照射用レーザ光3aの散乱光
(N)の分離(S/N比)をより改善する目的で、照射
用レーザ光3aの波長を蛍光の波長から離す方向にずら
す制御を行うこともできる。すなわち、照射用レーザ光
3aの波長を使用している光感受性物質の吸収波長帯の
中心波長(例えば、NPe6の場合は664nm、PH
−1126の場合は650nm)から、吸収波長帯の範
囲で蛍光波長から遠ざかるよう(例えば、NPe6の場
合は660nm、PH−1126の場合は644nm)
にずらすように波長制御する。このように制御すると蛍
光と照射用レーザ光3aの散乱光のS/N比が改善さ
れ、同時に実施例1ですでに説明したごとく照射用レー
ザ光3aのエネルギーは使用している光感受性物質の吸
収波長帯にあり、治療効果の低下はほとんどない。
【0037】ここで述べたことを実現するために、特定
の光感受性物質のみ(例えばNPe6またはPH−11
26など)を使用する診断・治療装置にあってもレーザ
光3の発振波長をその光感受性物質の吸収波長帯の範囲
(例えばクロリン系のNPe6の場合は664±5n
m)またフェオホルバイト系のPH−1126の場合は
650±10nmなど)に可変とした。
【0038】また、本発明の医療用レーザ装置は照射用
レーザ光3aの波長を簡単に制御できるので、治療中の
同時診断が不要になった場合には、照射用レーザ光3a
の波長を治療に最適な光感受性物質の吸収波長帯の中心
波長に戻すこともできる。また、本発明の医療用レーザ
装置は出射しているレーザ光3の波長値または波長制御
条件に適合したかどうかが表示され、あるいは、レーザ
光3の波長が波長制御条件に適合していないときはレー
ザ光は照射されないこともすでに述べた。
【0039】以上のように本実施例によれば、レーザ光
により光感受性物質が発する蛍光の波長を透過し、レー
ザ光の波長を遮断するバンドパスフィルタを備えること
により、単一のレーザ光源で治療と診断ができる。ま
た、波長制御手段がレーザ光の波長を、光感受性物質の
吸収波長帯の中でこの光感受性物質が発する蛍光波長か
ら遠ざかるようにずらすことにより、治療中の同時診断
においても画像の安定したS/N比を確保することがで
きる。
【0040】なお、実施例1において、レーザは半導体
レーザとしたが、レーザはレーザ光の半値幅が狭く、レ
ーザ光の発振波長が可変である他のレーザとしてもよ
い。また、半導体1は実施例にあげた特性を有するもの
に限定するものでないことは言うまでもない。
【0041】なおまた、実施例1では温度制御として波
長検出手段9を用いてフィードバック制御を行う例を示
したが、使用する半導体レーザの温度と発振波長の関係
をあらかじめ記憶した記憶手段を備えて、この関係に基
づいて半導体の温度を制御することによっても、正確な
波長制御が可能である。
【0042】
【発明の効果】以上のように本発明は、光源としてレー
ザ光の半値幅が狭くレーザ光の発振波長を可変としたレ
ーザと、レーザの波長制御手段を備えているため、光感
受性物質の種類や励起条件にあった発振波長が得られ、
光感受性物質を効率よく励起でき、ほとんどメンテナン
スが不要で、小型・安価である優れた医療用レーザ装置
が実現できるものである。
【0043】また、本発明の診断・治療装置は、腫瘍に
親和性のある光感受性物質があらかじめ集積させてある
病巣部に光源からの光を照射して前記光感受性物質を励
起することで、癌などの病巣部を診断および治療する診
断・治療装置であって、治療と診断を同時に行う場合
に、光源から照射されるレーザ光の波長を、使用してい
る光感受性物質の吸収波長帯の中で前記光感受性物質が
発する蛍光波長から遠ざかる方向へ変化させる手段を備
えることにより、治療中の同時診断においても画像の安
定したS/N比を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における医療用レーザ装
置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の第2の実施例における診断・治療装置
の構成を示すブロック図
【図3】本発明の第2の実施例で使用したバンドパスフ
ィルタの特性図
【図4】従来のレーザ装置を用いた癌の診断・治療装置
の構成を示すブロック図
【符号の説明】
1 半導体レーザ(レーザ) 3 レーザ光 5 治療部位(病巣部) 6 光感受性物質 8 温度制御装置(波長制御手段) 21 レーザ光源(医療用レーザ装置) 22 光伝送路 23 画像伝送路 25 撮像・解析手段 26 画像表示手段 27 バンドパスフィルタ(蛍光分離手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 敏義 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 加藤 治文 東京都新宿区北新宿1−30−15−305 (72)発明者 ▲会▼沢 勝夫 神奈川県横浜市金沢区富岡西6−26−20

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】腫瘍に親和性のある光感受性物質があらか
    じめ集積させてある病巣部に光源からの光を照射して
    光感受性物質を励起することで、癌などの病巣部を診
    および/または治療する医療用レーザ装置であって、光源として発振波長を可変とした半導体レーザを用いる
    とともに、前記半導体レーザの波長制御手段を備え、前
    記波長制御手段は前記半導体レーザの温度を制御する温
    度制御装置である医療用レーザ装置。
  2. 【請求項2】半導体レーザから出射するレーザ光の波長
    を検出する波長検出手段を備えて、この波長検出手段の
    検出結果に基づき半導体レーザの温度を制御する請求項
    1記載の医療用レーザ装置。
  3. 【請求項3】半導体レーザの温度と発振波長との関係を
    記憶した記憶手段を備えて、前記関係に基づき半導体レ
    ーザの温度を制御する請求項1記載の医療用レーザ装
    置。
  4. 【請求項4】半導体レーザから出射するレーザ光の波長
    値または波長が波長制御条件に適合したかどうかを表示
    する波長表示手段を備えた請求項1記載の医療用レーザ
    装置。
  5. 【請求項5】半導体レーザから出射するレーザ光の波長
    が波長制御条件に適合していないときはレーザ光が照射
    されないように制御する自動照射禁止手段を備えた請求
    項1記載の医療用レーザ装置。
  6. 【請求項6】腫瘍に親和性のある光感受性物質がクロリ
    ン系の光感受性物質であり、レーザ光の発振波長を66
    4±5nmの範囲に可変・制御する請求項1記載の医療
    用レーザ装置。
  7. 【請求項7】腫瘍に親和性のある光感受性物質がフェオ
    ホルバイト系の光感受性物質であり、レーザ光の発振波
    長を650±10nmの範囲に可変・制御する請求項1
    記載の医療用レーザ装置。
  8. 【請求項8】腫瘍に親和性のある光感受性物質があらか
    じめ集積させてある病巣部に光源からの光を照射して前
    記光感受性物質を励起することで、癌などの病巣部を診
    断および/または治療する診断・治療装置であって、 光源から照射されるレーザ光の波長を、使用している光
    感受性物質の吸収波長 帯の中で前記光感受性物質が発す
    る蛍光波長から遠ざかる方向へ変化させる手段を備えた
    診断・治療装置。
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