JP3675482B2 - 光線治療装置 - Google Patents

Description

発明の背景
この発明の技術分野は光線治療装置、特に光ファイバー又はフレキシブル光導波管を利用して放射線を目標部位に伝送する方法及び装置である。
光ファイバー光線治療は、広範囲の病気の診断又は治療に増加しつつある一般的な方法である。例えば外科においては、しばしば、血液を凝固させたり組織を焼灼するために、光伝送ファイバーを組み込んだ把持器具により、赤外レーザ放射線が外科手術部位に伝送される。治療放射線を身体の管腔又は腔に伝送するために、内視鏡又はカテーテル器具に対して、同様の光ファイバー伝送システムが提案されている。アメリカ特許第４，３３６，８０９号（Clark）及びアメリカ再発行特許第３４，５４４号（Spears）は、ヘマトポルフィリン染料等は選択的に腫瘍組織に蓄積し、このような蓄積は青色放射線による特殊蛍光放電によって検出することができる。さらに、これらの特許は、染料に染まった癌組織は光線療法中に染料分子に吸収される放射線（高強度赤色光）によって優先的に破壊することができることを教示している。
また、ファイバー伝送放射線を使用して関節硬化症を治療する方法が提案されている。例えば、アメリカ特許第４，８７８，４９２号（Sinofsky et al.）は、バルーン血管形成（balloon angioplasty）中に赤外放射線を使用して血管を加熱し、血管の内皮ライニングを溶融して表面を密封することを開示している。ファイバー伝送放射線の他の応用がアメリカ特許第５，０５３，０３３号に開示され、ＵＶ放射線を血管形成（アンジオプラスティ）部位に適用し、血管形成が血管壁に引き起こす傷害に応じて増殖する平滑筋細胞を殺すことによって、血管形成に続く再狭窄を禁止することができることを教示している。
それにもかかわらす、多くの問題が光ファイバー光線療法の使用の拡大を制限している。光ファイバーはその端面からのみ光を放出する。そして、放出された光は収束するか、せいぜい円錐パターンで発散する傾向にあるため、光ファイバーの先端のすぐ前方の小さな領域のみを露光する。この小さな露光領域は光線療法に利用できる力を制限している。なぜなら、目標組織の過熱は回避されなければならないからである。
また、光線療法に大きなフレキシビリティを認めるために、「サイド放出（sideways−emitting）」型光ファイバーが提案されているが、このものは依然として大容量の組織を均一に放射することはできないし、周方向の均一性が望まれる分野にはふさわしくない。サイド放出型光ファイバーは露光する領域が制限されるため、ファイバーを介して治療部位に伝送することができる放射強度を制限する「ホットスポット（hot spots）」の問題をほとんど軽減しない。
また、放射領域を拡大し、露光過度のポテンシャルを減少するために、光ファイバーの拡散チップ（diffusive tips）が提案されている。しかしながら、この拡散チップは、製造が困難であり、また「ホットスポット」の問題を軽減するのに十分なほど均一に放射線を散乱させることはできないため、多くの光線療法の目的にかなうものではなかった。従来の拡散チップ構造は、光凝固治療等を促進するために、例えば１０ワット以上のオーダーの強力な放射線を伝送することはできなかった。
光ファイバー光線療法のためのより良い装置が要望されている。特に、ホットスポットなしにファイバー軸に対して半径方向（即ち横方向）に周方向露光領域を与えることができる拡散ファイバーチップアセンブリは、長年の要望を満足するであろう。さらに、３６０度以下の方位角で照明し放射する拡散センブリは、最小侵襲性（minimally−invasive）光線外科手術の分野における特に重要な要求の合致するであろう。同様に、ぼかして（graded）又は広範囲に放出する（broadly cast）露光パターンあるいは予め定められた光分布パターンを与える拡散アセンブリは、特定の要求に合致するであろう。さらに、放射の長手方向の範囲を拡大して使用中におけるフレキシビリティフィを高めることができる拡散ファイバーチップアセンブリは、光線療法のおける要求を満足するであろう。
他の利用分野において、心臓の電気的不整脈を治療するのに光線治療器具が利用される。このような分野では、光ファイバー部材を有するカテーテルは主動脈を介して患者の心臓に供給される。心臓の内部に入ると、カテーテルは不整脈の根源を発見するために、その外被覆又は他の部分にある電気接点を用いて電気的衝撃を感知する。不整脈の根源を発見すると、光線治療装置が作動し、心臓の内壁のある部分を「剥離(ablate）」する。不整脈源の近傍の組織を凝固することにより、患者の心臓が不整脈を感じ続けるという可能性は減少する。
他の利用分野において、心臓筋肉の酸素に飢えた領域への血流を増加するために、患者の心臓の内側に挿入される類似のカテーテル器具とともにレーザ放射が使用される。このような手法では、レーザ放射は、酸素枯渇組織が心室からの血液で浴されるように心臓筋肉に小さな穴を形成するのに使用される。
前記全ての利用分野では、光を放出するファイバーを患者の組織に深く挿入しすぎると、患者の内蔵特に心臓に損傷を与える可能性がある。特に、心臓筋肉の場合、心臓壁の穿孔が非常に危険な影響を与える。
このため、光ファイバー光線治療用のより良い装置が要望されている。特に、光ファイバーが患者の器具を穿孔するのを「阻止」することができる装置は、最小侵襲性光線治療外科の分野における特に重要な要求に合致するであろう。また、治療中に（例えば速く鼓動する心臓の心室内で）光線治療器具の安定を補助することができる装置は、特に有益であろう。
さらに他の利用分野では、光線治療装置は医療器具のルーメンを殺菌するのにも有益である。例えば、内視鏡器具は複雑で高価な医療装置であるが、これにより臨床医は患者の身体の内蔵や組織を見ることができる。これらの器具は一般に再使用され、一日中繰り返し使用されるので、それらの器具の殺菌は繁雑な臨床中に迅速に行われなければならない。
従来、内視鏡は化学浴槽を使用して殺菌されている。器具の内部ルーメンは殺菌液中に浸されるか、殺菌液で洗浄される。
残念ながら、従来の技術は全体的に効果的であるとは言えない。殺菌液はルーメン全体に侵入しないし、所望の抗菌効果を達成するほど強いものではない。さらに、内視鏡は簡単には洗浄できない蓄積した細胞性異物を有し、その異物は洗浄工程で破壊されない微生物を宿している虞れがある。
このため、内視鏡器具の内部ルーメンを殺菌するよい良い方法及び装置に対する要求がある。さらに有効な反微生物作用（anti−microbial action）を保証し、器具ルーメンの迅速な殺菌を許容することができる方法及び装置は、長年の要望を満足するであろう。
発明の概要
本発明は、治療のための広い露光領域を与えるために、光ファイバーからの放射線を拡散する方法及び装置を開示している。この方法及び装置は光ファイバーに基づく医療用レーザシステムの一部として特に有用である。また、本発明は、露光領域の主要部分にほぼ均一な又は所定のパターンのエネルギー分布を与えることができる。本発明は、光ファイバーの軸に対して半径方向外方に向かう１又はそれ以上のパターンでレーザ放射線を導くために、周方向に広範に放出し又は側方に放出してぼかす光ファイバー用の拡散チップアセンブリを構成し実行することにおいて特に有益である。ここで使用される「光ファイバー」は種々の形状と大きさの光伝送導波管を包括するように意図されている。
本発明の１つの特徴として、放射線散乱粒子と反射端面を有する光伝送ファイバーチップ構造が開示されている。放射線がファイバーチップを通って伝播すると、その放射線は散乱する。放射線が散乱粒子と出合う毎に、放射線の一部が偏向し、内部反射の臨界角を超えてチップから出る。この第１パスでチップを通って放出されなかった放射線は、少なくとも１つの反射端面で反射しチップを通って戻る。この第２パスでは、残りの放射線（この戻った放射線の大部分）は再び散乱粒子と出合い、半径方向に拡散する。
１つの実施例では、１つの光ファイバーからの放射線を拡散するための拡散チップアセンブリが開示されている。この拡散チップアセンブリは、光伝送可能な管状ハウジングを有する。このハウジングは、光ファイバーと軸芯が一致するとともにその先端を受け入れるように形成され、光ファイバーを通って伝播する光の導波管として機能する。拡散チップアセンブリは、反射エンドキャップと、そこに収容された光散乱媒体とを有し、前記光ファイバーを通って伝播する光が散乱媒体に侵入してその光の一部がハウジングを通って外方に逃げる一方、光の他の部分が散乱媒体を通過してエンドキャップで反射し、散乱媒体に再び伝送されるようになっている。
本装置の反射面は非円筒形又は非球面形露光パターンを形成するように修正することができる。チップから放出される光の方位角の範囲を制御する反射構造が開示されている。この方法及び構造により、例えば２７０°、１８０°、あるいはさらに小さな方位角の露光ができる。ここでは、約９０°以上の方位角を有する部分的に円筒（部分的に球面）の露光パターンを説明するために、「大角度露光」という用語を使用する。
本発明の他の特徴として、組み込まれる散乱媒体の量や拡散チップアの長さは、初期パス又は反射パスでの放射線の拡散が互いに補足し合うように制御することができる。このようなパラメータを適切に選択することによって、ファイバーチップの一部に沿った累積エネルギー密度又は流動性（fluence）を均一にすることができる。このように、本発明は生物学的構造等を有する均一な円筒照射のための機構を提供する。
本発明の他の実施例では、ぼかされた又は変化された露光パターンを形成するために、組み込まれる散乱粒子の量を変更することができる。例えば、漸次増加する露光パターンを形成するために、拡散アセンブリの先端部に多くの散乱粒子を組み込むことができる。また、先端に向かって強度を増加するために、透明なテフロンロッドを先端のミラーに向かって渡すことができる。
本発明のさらに他の特徴として、放射線の拡散の軸方向範囲を延ばすため、又は複数のファイバー又はファイバー組を選択的に活性化して光ファイバーチップの近傍の患者の組織の領域又は区域の部位限定治療を有効にするための、結束方法及び形状を開示している。このような結束システムは、２又はそれ以上の異なる波長の放射線を治療部位に供給するのに使用することができ、これにより多重波長による治療の相乗効果を与えたり、異なる波長の診断又は治療放射線を単一の手順で供給することができる。
本発明のさらに他の特徴として、チップと該チップに隣接する組織区域との間の接点溶着の可能性を緩和又は減少するために、拡散チップアセンブリに対する新規な材料と構成が開示されている。この発明の特徴は、内視鏡又はカテーテルを基礎とする光線治療において特に有益であり、手法中に拡散チップが偶発的に身体ルーメン又は血管の壁に接着しないことを保証する。１つの実施例では、手法中のチップアセンブリと生物学的組織の間の接触溶着を禁止するため、チップのエンクロージャ又は外部クラッドあるいはコーティングの好ましい材料として、テフロン（登録商標）のようなフルオルポリマー材料が開示されている。テフロン材料は、テフロンＦＥＰ材料（ポリペルフルオルエチレン−プロピレン コポリマー）が最も好ましい。他のテフロン材料、例えばテフロンＰＦＡ（ポリフルオルアルコキシ側鎖を備えたポリテトラフルオルエチレン）やテフロンＰＴＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）はある利用分野では特に有益である。
本発明のさらに他の特徴として、従来の構造よりも高い効率で紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）を拡散することができる新規な散乱構造が開示されている。液体が充填された拡散アセンブリと、ＩＲ光を低損失でかつ最小チップ加熱で伝送する酸化ジュテリウム（deuterium oxide）やその他の重水溶液が開示されている。ＵＶ光の伝送には、散乱粒子の蒸留水懸濁液が開示されている。
本発明のさらに他の特徴として、最小侵襲性の光線治療手術のための新規な治療プロトコルが開示されている。例えば、前立腺癌や類似の病気の治療のためのプロトコルが開示されている。そこでは、拡散チップアセンブリは癌の器官又は身体構造の近傍に配置され、癌組織又は形成異常組織を加熱し選択的に破壊するために拡散光が使用される。加えて、本発明は、身体の管の閉鎖や、奇形の又は損傷した管又は弁の間の適正連結（competent junctures）の再形成に使用することができる。さらに、薬理学的物質、インプラント構造、又は縫合材料の光活性化は、全て本発明の拡散アセンブリで有利に達成することができる。本発明のさらに他の利用分野では、ここに開示された光線治療装置は医療器具を殺菌するのに使用される。
本発明のさらに他の特徴として、拡散器として作用する光伝送性の複数のファイバーチップアセンブリが開示されている。２又はそれ以上のファイバーチップアセンブリはループとして配置され、広範に放出する比較的均一な照明パターンを形成している。ファイバーを「ループ」にし、又は「折り曲げ」ることにより、複数の光ファイバーは互いに連結して配置し、増加したエネルギー密度を備えた幾何学的露光パターンを形成することができる一方、依然として「ホットスポット」を回避することができる。
このようなループ拡散器は内視鏡器具又はカテーテルに組み込むことができる。拡散エレメントは、最初は後退位置（大部分が器具本体内にある）に配置し、次にコントロールワイヤ等の助けをかりて拡張状態に配置することができる。これにより、拡張状態にある２又はそれ以上のループは「球体状」の拡散アセンブリを形成することができる。あるいは、さらに拡張すれば、ループは「ハート形」状態を形成することができる。
このように、本発明は、比較的小さな器具を拡大して広い露光領域を投影することができる。
各ループは光伝送性の管状ハウジングを有し、該ハウジングは光ファイバーと軸芯が一致するとともにその先端を受け入れるように形成され、光ファイバーを通って伝播する光の導波管として機能する。１つの実施例として、管状ハウジングは散乱媒体で満たされた中空のチューブとすることができ、その両端に光ファイバーが接続される。ファイバーを通って伝播する光はハウジングの両端に侵入し、他端に達する前に散乱する。他の実施例では、アセンブリは単一のファイバーに取り付けることができる。そして、このアセンブリは、エンドキャップと、ハウジング内に配置された光散乱媒体とを有し、これによりファイバーを通って伝播する光は散乱媒体に侵入し、その一部の光はハウジングを通って外方に逃げる。キャップ付きのアセンブリの１つの実施例では、エンドキャップは単純なストッパであり、ほぼ全ての光はそのストッパに達する前に散乱する。他の実施例では、エンドキャップは反射面を含むことができる。これにより、ファイバーを通って伝播する光のある部分が最初に散乱媒体で散乱し半径方向に出る一方、他の部分は散乱媒体を通過し、エンドキャップで反射して再び散乱媒体に伝送される。
本発明のさらに他の特徴として、組み込まれる散乱媒体の量と拡散ループの長さは、最初のパスと反射のパスでの放射線の拡散が互いに補足し合うように制御することができる。このようなパラメータを適切にすることによって、ファイバーチップの一部に沿った累積エネルギー密度又は流動性を均一にすることができる。
本発明のさらに他の特徴として、拡散アセンブリと関連して使用される廃棄可能な被覆が開示されている。この外部被覆は光伝送装置の全体を包囲し、放射線発生要素が患者の身体構造に直接接触しないことを保証している。これにより、器具の再使用が可能である。装置を包囲する被覆だけを使用後に廃棄する必要がある。
また、光ファイバーチップの侵入を制限する一体のストッパ装置を有する光線治療器具が開示されている。好ましい実施例では、縦溝が形成された被覆は、患者の組織に侵入する間に拡張形状に折り込まれるように形成されている。被覆が後退して拡張すると、光伝送性のアセンブリはより大きな断面積を有するようになり、これにより所定距離を超えて器具が侵入することが防止される。
本発明は、光伝送性ファイバーの侵入を制限することで特に有益であり、これにより身体のルーメン又は器官の穿孔の可能性が減少する。本発明は、不整脈を治療するレーザ除去法を行なうとき、あるいは経皮的に心臓を血管再生するときに、心臓の心室に「アブレーティブ（ablative）」レーザ放射装置を配置することに特に有益である。このタイプの手法では、外科医は、完全には心臓壁を穿孔することはないが心臓筋肉に部分的に侵入することを求める。本発明のストッパ装置は侵入を制限し、治療中の光伝送性チップを安定させる。
ここに開示された構造により、治療放射線を遠隔治療部位に供給することが実質的に段階的に促進される。本発明の拡散チップアセンブリにより、１０ワット以上のオーダーの電力レベルで放射線の供給を行なうことができる。実際に、拡散チップアセンブリは、１００ワット以上の電力をある拡散パターンで治療部位に供給するように構成することに成功している。これにより、臨床医は広大な組織に対して迅速かつ均一に治療することができる。
本発明のこの特徴において、紫外線を伝送することができる光伝送ファイバーを有するルーメン殺菌装置が開示されている。この装置は、ファイバーからの紫外線を拡散するために、当該ファイバーに接続された拡散手段を有する。ファイバーと拡散装置は内視鏡ルーメンに挿入することができるように十分に小さい。この装置は、紫外線を発生し、その紫外線をファイバーに接続するための照射手段を有する。
殺菌紫外線は、波長が約４００から約２００ナノメータ、好ましくは約３００から約２２０ナノメータ、さらに好ましくは約２８０から約２４０ナノメータの範囲である。このような放射線は、例えばアルゴンイオンレーザやエクサイマー（excimer）レーザ（キセノンクロライドエクサイマーレーザ）のようなレーザ源から得ることができる。代案として、ソリッドステートレーザを周波数修正要素（frequency modifying element）と結合して使用することができる。また、例えば、赤外線放射源を、紫外線スペクトラムにおいて周波数４倍放射線（frequency−quadrupled radiation beam）を生じるように協働する２つの周波数２倍クリスタル（frequency−doubling crystal）と結合して使用することができる。さらに他の実施例では、簡単な紫外線フラッシュランプを光源として利用し、光ファイバーに連結することができる。
光ファイバーは、例えば溶融シリカを含む従来の如何なる光伝送要素であってもよい。ここで使用されている用語の「光ファイバー」は種々の形状及びサイズの光伝送性導波管を包括するように意図されている。
１つの実施例では、拡散チップは、拡散した細胞毒性放射線を内部ルーメンに供給するために、光ファイバーと結合して使用することができる。拡散ファイバーチップ構造は、適当な伝送媒体の中に保持された放射線散乱粒子によって形成することができる。代案として、拡散チューブは、散乱粒子を必要とすることなく光を分散する適当な媒体で満たされた管状要素から構成することができる。例えば、水又は酢酸で満たされた長いチューブも散乱媒体として機能する。この実施例では、拡散チップを動かす必要がないかもしれない。この代わり、この装置は、ルーメンの実質的な部分又は全長を一度に殺菌するのに使用することができる。
本発明の他の特徴として、チップと該チップに隣接するルーメン壁との間の接点溶着の可能性を緩和又は減少するために、拡散チップアセンブリに対する新規な材料と構成が開示されている。この発明の特徴は、手法中に拡散チップが偶発的に器具ルーメン又は該ルーメン内の異物に接着しないことを保証するのに特に有益である。１つの実施例では、チップのエンクロージャの好ましい材料として、その低い接触溶着特性、深い紫外線伝送性、及び低い屈折率のために、テフロン（登録商標）のようなフルオルポリマー材料が開示されている。
本発明の他の特徴として、紫外線殺菌ファイバーと拡散アセンブリに関連して使用される廃棄可能な被覆が開示されている。この外部被覆は光伝送装置の全体を包囲し、放射線発生要素が器具ルーメン又は該ルーメンに存在する虞のある異物に直接接触しないことを保証している。これにより、臨床医による内視鏡の繰り返し再使用だけでなく、殺菌装置の再使用が可能である。殺菌装置を包囲する被覆だけを使用後に廃棄する必要がある。代案として、廃棄可能な被覆又は拡散装置を再使用可能なファイバーと結合して使用することができる。このように、光散乱媒体で満たされた廃棄可能な被覆は再使用可能なファイバーに取り付けて、器具の殺菌を行なうことができる。この手順が完了すると、被覆とその内部の散乱媒体は廃棄することができる。
本発明のさらに他の特徴として、器具の殺菌を達成するいくつかの方法が開示されている。これらの方法は、内視鏡器具ルーメンの中に紫外線拡散アセンブリを配置し、該ルーメンを通して殺菌装置を引き出すことを伴う。これにより、内表面全体が細胞毒性放射線で浴される。この方法では、殺菌装置を包囲する廃棄可能な外部被覆を使用することができる。この外部被覆はルーメンを通して引き出され、殺菌が完了した後、廃棄される。
「内視鏡器具」及び「内視鏡」なる用語は、身体内部構造を見たり、患者の身体内で手術を行なうのに使用する一般クラスの器具を説明するのに使用され、膀胱鏡、気管鏡、カルパスコープ（culpascope）、直腸鏡、腹腔鏡、カテーテル、関節鏡、その他の内視鏡を含む。
以下、好ましい実施形態について説明する。しかしながら、本発明の精神と範囲から逸脱することなく当業者により種々の変形や修正がなされてもよいことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、次の添付図面を参照する以下の記述からより完全に理解される。
図１は、本発明による光ファイバーと拡散チップアセンブリを組み込んだ光線治療装置の断面図である。
図２は、複数の光ファイバーと拡散チップアセンブリを組み込んだ本発明による光線治療装置の他の断面図である。
図２Ａは、図２の光ファイバー拡散チップアセンブリのＡ−Ａ線断面図である。
図３は、複数の光ファイバーと拡散チップアセンブリを組み込んだ本発明による光線治療装置であって、光ファイバーがアセンブリ内で異なる終了点を有する他の断面図である。
図３Ａは、図３の光ファイバーの端部の斜視図である。
図４は、多層散乱チューブエレメントを組み込んだ本発明による光線治療装置の他の断面図である。
図５は、拡散チップアセンブリに方位選択性を与えるための長手方向反射板を組み込んだ本発明による光線治療装置の他の断面図である。
図５Ａは、図５Ａの光ファイバー拡散チップアセンブリのＡ−Ａ線断面図である。
図６Ａは、本発明による拡散チップアセンブリに有益な代案の反射板の断面図である。
図６Ｂは、本発明による拡散チップアセンブリに有益な他の代案の反射板の断面図である。
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、種々の散乱粒子充填濃度についてのファイバー端面からの軸方向距離と相対強度との間の関係を示すグラフである。
図８は、本発明による拡散チップアセンブリの種々の鏡配置についての軸方向位置と強度との関係を示すグラフである。
図９は、本発明による拡散チップアセンブリについての軸方向位置と強度との関係を示すグラフである。
図１０は、円筒露光パターンと半円筒露光パターンを与える本発明による２つの拡散チップアセンブリの方位強度分布を示すグラフである。
図１１は、波長と伝送性の関係を示すテフロンＦＥＰの伝送スペクトラムのグラフである。
図１２は、増加する拡散パターンを有効にするための異なる散乱媒体で満たされた２つのチャンバーを有する本発明による他の光線治療装置の断面図である。
図１３は、本発明によるループ拡散器の斜視図である。
図１４Ａは、拡散器エレメントが完全に後退しているループ拡散器の側面図である。
図１４Ｂは、拡散器エレメントが部分的に配置されているループ拡散器の側面図である。
図１４Ｃは、拡散器エレメントが完全に配置されているループ拡散器の側面図である。
図１４Ｄは、拡散器エレメントが完全に配置され、コントロールワイヤが部分的に後退して、「ハート形」拡散器を形成しているループ拡散器の側面図である。
図１５Ａは、図１３の装置に使用するための光ファイバー拡散チップアセンブリの断面図である。
図１５Ｂは、図１５Ａのループ拡散器についての軸方向距離と強度の関係を示すグラフである。
図１６は、図１３の装置に使用するための他の光ファイバー拡散チップアセンブリの断面図である。
図１７は、内視鏡システムとしての本発明の使用を示す斜視図である。
図１８は、廃棄可能な外部被覆を利用した本発明による光ファイバー拡散チップアセンブリの断面図である。
図１９は、本発明による光線治療装置の先端と一体形ストッパー装置の斜視図である。
図２０は、図１９の光治療装置の断面図である。
図２１は、カテーテル又は内視鏡システムとしての本発明の使用を示す斜視図である。
図２２Ａは、身体の器管又はルーメンに接触する前の初期位置に配置されている状態を示す本発明による光線治療装置の側面図である。
図２２Ｂは、身体組織への初期侵入後の状態を示す図２２Ａの装置の側面図である。
図２２Ｃは、ストッパー機構が部分的に配置されている図２２Ａの装置の側面図である。
図２２Ｄは、ストッパー機構が完全に配置されている図２２Ａの装置の側面図である。
図２３は、本発明による医療器具の殺菌のための光線治療装置の斜視図である。
図２４は、図２３の殺菌装置において使用するための光ファイバー拡散チップアセンブリの断面図である。
図２５は、廃棄可能な外被覆を利用した本発明による光ファイバー及び拡散チップアセンブリの断面図である。
実施の形態の詳細な説明
図１は、光ファイバー拡散チップアセンブリ１０を示す。この光ファイバー拡散チップアセンブリ１０は、光伝送コア１４と、クラッド１６と、アウターバッファコーティング１８とを有する光ファイバー１２を含む。ファイバーコア１４の端面はハウジング２０に挿入されている。ハウジング２０には散乱粒子２４を備えた散乱媒体２２が収容されている。散乱媒体２２はハウジング２０よりも大きな屈折率を有する。ハウジング２０の先端には、エンドプラグ２６が反射鏡２８とともに配置されている。
光ファイバーコア１４を通って伝播する光は、散乱媒体２２に伝送され、アセンブリ１０の長さ方向に沿って円筒状に散乱する。光は散乱粒子と出合う毎に偏光し、そのネット偏光角度は、いくつかの点で、ハウジング２０と散乱媒体２２の境界面における内部反射の臨界角を超える。これが生じると、光は放出される。この拡散チップを通る第１パスで放出されなかった光は反射鏡２８によって反射され、拡散チップアセンブリに戻る。第２パスでは、残りの放射光（又は戻った放射光の大部分）は散乱媒体２２と出会い、これによりさらに周方向の光の散乱が生じる。
図２と２Ａは、他の散乱チップアセンブリ４０を示す。この拡散チップアセンブリ４０は、光ファイバー１２Ａ−１２Ｅのバンドルの配置を除き、図１に示すものと基本的に同一の要素を有している。各光ファイバー１２Ａ−１２Ｅのコアは露光され、光を散乱媒体２２に伝送する。
図２Ａは、図２の装置の断面図であり、光ファイバー１２Ａ−１２Ｅのバンドルと包囲ハウジング２０、散乱媒体２２、及び反射板２８の配置を示す。
図３と３Ａは、他の拡散チップアセンブリ４０Ａを示し。この拡散チップアセンブリ４０Ａは、光ファイバー１２Ａ−１２Ｅのバンドルの配置を除き、図１に示すものと基本的に同一の要素を有している。各光ファイバー１２Ａ−１２Ｅのコアは露光され、光を散乱媒体２２に伝送する。しかし、各光ファイバー１２Ａ−１２Ｅはハウジング２０内で異なる位置で終了し、これにより軸方向の拡散が延長される。
図３Ａは、図３の光ファイバー１２Ａ−１２Ｅのバンドルの斜視図であり、ハウジング２０内の光ファイバー１２Ａ−１２Ｅのバンドルの配置を示す。
図４は、代案としての拡散チップアセンブリ５０を示す。この拡散チップアセンブリ５０には、散乱ハウジング２０として多層構造が使用されている。最内層２０Ａは散乱媒体２２を包囲している。この最内層２０Ａは中間層２０Ｂを包囲している。そして、これらの２つの層２０Ａと２０Ｂの回りに第３の層２０Ｃが形成されている。このような形状により、異なるポリマーチューブ材料を使用することができるうえ、ハウジング２０に着色やエッチング構造を導入することができる。
図５は、長手方向の反射鏡６２を組み込んだ他の実施例の拡散チップアセンブリ６０を示す。図５Ａに示すように、長手方向反射鏡６２は積層構造の内部例えば層２０と層３０の間に層の一部又は箔要素として形成することができる。図５と５Ａに示す長手方向反射鏡６２は散乱媒体２２と協働して約１８０°の方位露光パターンを形成する。反射鏡要素６２の周方向範囲を広げる（又は狭める）ことによって簡単に他の露光角度を形成することができることは明らかである。反射鏡６２は他の種々の形状に構成することができる。例えば、反射鏡６２はハウジング２０の外側に配置することができるし、又は箔要素よりもむしろコーティングとして形成することができる。さらに、長手方向反射鏡６２は、反射端面２８が無くても使用することができる。
図６Ａは、端反射鏡の他の形状を示す。同図に示すように、端反射鏡２８Ａは散乱媒体に対向する凸面を有し、これにより露光パターンが変化する。図６Ｂは、端反射鏡のさらに他の形状を示す。この反射鏡２８Ｂはプラグ２６の基端面よりもむしろ先端面寄りに配置されている。この実施例では、プラグ２６は光伝送可能であり、反射鏡２８Ｂは凹面で形成されている。この実施例では、充填要素２９がチューブ２０の先端に配置されている。
図７Ａ−Ｃは、拡散チップアセンブリの拡散パターンに関する種々の散乱粒子濃度の効果を示している。散乱媒体に組み込まれた散乱粒子の最適濃度は、当然に、チューブの径、チューブの長さ、波長、その他のファクターとともに変化する。それにもかかわらず、最適濃度は経験的に容易に決定することができる。図７Ａは、多くの散乱粒子が充填された状態を示す。光の大部分は散乱チューブに侵入すると直ちに散乱している。図７Ｂは散乱媒体が希釈しすぎた状態を示し、反射鏡の近傍で輝点が生じている。図７Ｃは本発明の好ましい実施例を示し、光がほぼ均一な軸方向パターンで拡散するように散乱粒子濃度と鏡位置が選択されている。
散乱チューブの長さ（例えば、ファイバー端面と反射鏡の間の距離）が拡散放射線の均一性に影響を与えるということに、価値が認められる。図８は、与えられた光源、チューブ径、散乱濃度に対して、鏡の配置が露光パターンをどのように変化させるかを示す。チューブが延びてファイバーと鏡の間の距離が増加すると、均一性の低下が見られる。前述したように、特定の利用分野に対する最適濃度は経験的に決定することができる。
図９は、本発明の一つの好ましい実施例の強度のグラフである。図１に示すものと類似のファイバーチップアセンブリは、シリコンとチタンの散乱成分で充填され、アルミニウムコーティングされた反射鏡で蓋されたテフロンＦＥＰのチューブハウジング（外径約０．５ｍｍ、内径約０．２５ｍｍ）を有している。散乱媒体は、透明シリコン例えばマスターシル（登録商標）フォーミュラ１５１−クリア（ニュージャージー州ハッケンサックのマスターボンド社から入手できる）７０部を、チタン含有シリコン例えばマスターシル（登録商標）フォーミュラ１５１−ホワイト（同様にマスターボンド社から入手できる）１部と混合することによって調整した。その結果、赤色光を約６３３ナノメータで全長２５ミリメータ以上均一に伝送する拡散チップアセンブリを得た。
図１０は、本発明の２つの実施例についての方位露光パターンを示す。四角印で形成されるパターンは、図１に示すものと類似のファイバーチップアセンブリを用いて拡散される光の強度を表わす。方位拡散パターンは基本的の等方性である。ダイヤモンド形で形成されるパターンは、図５に示すものと類似のファイバーチップアセンブリを用いて拡散される光の強度を表わす。この方位拡散パターンは基本的に半円筒である。
拡散アセンブリを約５０から約１０００ミクロンの外径を有するガラスクラッド又はポリマークラッドの光ファイバーに結合するのに適した典型的な製造方法は、まず、光ファイバーの端部からバッファを剥離し、約２又は３ミリメータの内部ファイバーコアを露出する。（コアからクラッドを除去する必要はない。）剥離する前に、ファイバー端面は境界面損失を最小にするために公知の方法で下地処理し研磨することが好ましい。次に、このファイバー端部の上に散乱媒体のハウジングを形成する透明チューブ構造を被せ、そして好ましくはファイバー端部を超えてスライドさせる。例えば、約２０ミリメータのチップアセンブリが望まれるなら、チューブは約１００ミリメータの長さとし、ファイバーの約７５ミリメータをスライドさせ、ファイバー端面の前に約２５ミリメータの空のルーメンを残すことができる。１つの好ましい実施例では、ハウジングは例えばゼウスインダストリィ（ニュージャージー州ラリタン）から入手できるテフロンＦＥＰチューブである。
図１１は、テフロンＦＥＰの伝送スペクトラムであり、この材料は光のスペクトラムを赤外線から紫外線まで横切って散乱媒体収容材料として使用するのに非常に適していることを示している。
次に、前記アセンブリに、（固体拡散が望まれる場合には）シリコン、エポキシ又は他のポリマー材料のような散乱粒子充填材料、あるいは（液体拡散が望まれる場合には）シリカ、アルミナ、チタン等のコロイド散乱粒子を含む水又は酸化ジュテリウム溶液を注入する。前述したように、典型的な散乱媒体は、透明シリコン例えばマスターシル（登録商標）フォーミュラ１５１−クリア（ニュージャージー州ハッケンサックのマスターボンド社から入手できる）７０部を、チタン含有シリコン例えばマスターシル（登録商標）フォーミュラ１５１−ホワイト（同様にマスターボンド社から入手できる）１部及び従来のシリコン硫化又は硬化剤と混合することによって調整することができる。前記チューブルーメンは、気泡の捕捉（entrapment）を回避するために、シリコン、エポキシ、又は他のキャリア混合物で完全に充填すべきである。反射鏡（例えばアルミニウム、金、その他の反射材で被覆されたプラグ）をチューブの先端に挿入する。散乱チューブの先端の反射鏡は金属蒸着（deposited metal）又は誘電体コーティングとすることができる。一つの好ましい実施例では、室温硬化剤を使用し、拡散アセンブリを一晩で凝固させるようにしてもよい。
最終段階として、テフロン外部ジャケットを装置の回りに設けて、内部散乱チューブとファイバー端部を含むチップアセンブリ全体を包み込んで保護することができる。この外部ジャケットは大きな方位角の非円筒状拡散を構成するのに特に有益である。このような利用分野では、内部散乱アセンブリを形成し、反射片をアセンブリの軸に沿って配置して、ハウジングが反射鏡で覆われるところでの光拡散を阻止し、これにより非円筒形露光パターンを形成する。反射鏡による周方向被覆の範囲は方位露光パターンを決定する。また、外部ジャケットの使用により、散乱ハウジングの内部要素に対するチューブの選択の幅を広げることができる。このように、内部チューブとして如何なる透明材料も使用することができるし、外部テフロンジャケットは接点溶着の問題を最小化することを保証する。
前述した製造方法は単なる実例であり、本発明のファイバーチップアセンブリを構成するためには他の種々の方法を使用することができる。例えば、自動押出法や射出成形法を使用して、一体の拡散チップアセンブリを備えたファイバーを大量生産することができる。
拡散チップアセンブリに組み込まれる散乱媒体の量は、キャリアとともに変化する。したがって、所望の長さは特定の用途に合致するように調整することができる。特定の用途には異なる散乱媒体が多かれ少なかれ有益である。表１は、３つの異なる散乱合成物の関連特性を示す。

ある利用分野では、２又はそれ以上の散乱合成物をともに混合して混成特性を得ることが好ましい。
液体散乱合成物は、光線療法をスペクトラムの紫外線（ＵＶ）及び赤外線（ＩＲ）領域へ拡大するのに使用することができる。特に、酸化重水素及び他の重い水溶液を利用した構造は、低損失でかつ最小チップ加熱でＩＲ光を伝送するのに有益である。散乱材料の蒸留水懸濁液はＵＶ光の伝送に使用される。
前述した製造方法は、約１００から約６００マイクロメータの範囲の径のファイバーに接続される拡散チップを製造するのに使用された。ファイバーバンドルを拡散チップに接続するときには、個々のファイバーはより小さくすることができ、例えば２５マイクロメータ程度の径とすることができる。円筒形光拡散アセンブリは約２から約４ｃｍの長さの軸方向拡散パターンを生じた。方位拡散角度は、図１に類似するアセンブリに対しては３６０°、図５に類似するアセンブリに対しては約１８０°であった。他の方位拡散パターンは、図５の長手方向反射鏡ストリップ６２の周方向の範囲を調整することによって得ることができる。固体チューブは、透明なテフロンであり、前述のシリコンとミクロンサイズのチタンとの混合物とともに注入した。液体充填チューブは同様に構成したが、コロイドアルミナ又はシリカが充填された水又はＤ２Ｏ溶液を含有させた。コロイドアルミナの典型的な液体散乱合成物は、ジョンソンマッセイ社（Johnson Matthey Co.ニューハンプシャー州シーブルック）よりフォーミュレーション１２７３３として入手可能である。使用に際しては、約１００：１の割合で水で希釈するとともに、酢酸でＰＨバランスをとることが好ましい。
図１２は、本発明による他の光線治療装置８０を示す。この光線治療装置８０は、増加する拡散パターンを有効にするために、異なる散乱媒体で充填された２つのチャンバーを有している。装置８０は光伝送コア１４を有する光ファイバー１２を含む。光伝送コア１４の端面はハウジング２０に挿入されている。該ハウジング２０は、個々の散乱粒子２２Ａを有する第１散乱媒体２１を備えた第１チャンバーを含む。また、このハウジング２０は、異なる充填密度又は成分の散乱粒子２２Ｂを有する第２散乱媒体で充填されたコロイド空間に囲まれた透明コア２３（例えばＦＥＰロッド又はビーズ）を有する第２チャンバーを含む。ハウジング２０の先端には、エンドプラグ２６が反射鏡２８とともに配置されている。
光伝送コア１４を通って伝播する光は、散乱媒体２２に伝送され、アセンブリ１０の長さ方向に沿って円筒状に散乱する。光は散乱粒子と出合う毎に偏光し、そのネット偏光角度は、いくつかの点で、ハウジング２０と散乱媒体２１の境界面における内部反射の臨界角を超える。これが生じると、光は放出される。同様に、この第１チャンバーを通過する光は第２チャンバー２３に伝送され、ここで散乱粒子２２Ｂと出会い、光の大部分が反射される。この拡散チップを通る第１パスで放出されなかった光は反射鏡２８によって反射され、拡散チップアセンブリに戻る。第２パスでは、残りの放射光（又は戻った放射光の大部分）は散乱媒体２２Ａと２２Ｂに出会い、これによりさらに周方向の光の散乱が生じる。図１３は、他の光線治療装置１００を示す。この光線治療装置１００は、ハウジング１１２から拡大し、あるいはコントロールワイヤ１１６によってハウジング１１２内に後退させることができる複数の光拡散ループ１１４Ａ，１１４Ｂを有している。同図に示すように、装置１００はさらにＸ線不透過領域１１８を含めることができ、これによりＸ線装置による器具の探知が促進される。この装置は２つのループだけが示されているが、ある利用分野では、より多くの（又はより少ない）数のループを有することが望ましい。
図１４Ａ−Ｄは、ループ要素１１４Ａと１１４Ｂの配置を示す。図１４Ａは大部分のループ要素がハウジング１１２の中に引き込まれた完全退避モードを示す。図１４Ｂでは、コントロールワイヤ１１６が前進し、拡散ループ要素１１４Ａと１１４Ｂの大部分がハウジング１１２から外方に突出している。図１４Ｃでは、コントロールワイヤ１１６がさらに前方にスライドし、ループ要素１１４Ａと１１４Ｂがほぼ完全に配置されている。図１４Ｄでは、コントロールワイヤ１１６は拡張後に部分的に後退し、「ハート形」の拡散部を形成している。
図１５Ａは、２つの光ファイバーに接続された拡散ループ要素１１４の断面図を示す。各光ファイバーは光伝送コア１２０Ａ，１２０Ｂとクラッド／バッファコーティング１２９を有している。各光ファイバーコア１２０Ａ，１２０Ｂは、光散乱粒子１２５を備えた散乱媒体１２４を収容するハウジング１２８の中に挿入されている。好ましくは、散乱媒体１２４はハウジング１２８よりも大きな屈折率を有している。
図１５Ｂは、図１５Ａに示す２つの光ファイバーについての半径方向距離と強度のグラフである。曲線１２１Ａは、１つの光ファイバーの軸方向長さに対する拡散放射の強度を示し、曲線１２１Ｂは、対向位置に配置された第２のファイバーの同様の強度分布を示す。これらの２つのファイバーの累積強度分布は曲線１２３で示されている。対向する方向に接合された２つのファイバーを使用することにより、拡散放射のほぼ均一な分布を得ることができる。
同様の放射分布パターンは、図１６に示すように各ループに反射エンドキャップを用いることにより達成することができる。同図は、拡散ループ要素１１４の断面図を示す。この拡散ループ要素１１４は、光伝送コア１２０とクラッド／バッファコーティング１２９を備えた光ファイバーを有している。光伝送コア１２０の端面はハウジング１２８に挿入され、該ハウジング１２８は散乱粒子１２５を有する散乱媒体１２４を含む。好ましくは、散乱媒体１２４はハウジング１２８よりも大きい屈折率を有する。ハウジング１２８の先端にはエンドプラグ１２６が配置されている。図１５Ｂに示すもののような分布パターンを形成するために、エンドプラグ１２６は反射鏡１４０を備えていてもよい。
光ファイバーコア１２０を通って伝播する光は、散乱媒体１２４に伝送され、拡散ループ要素１１４の長さ方向に沿って円筒状に散乱する。光は散乱粒子１２５と出合う毎に偏光し、そのネット偏光角度は、いくつかの点で、ハウジング１２８と散乱媒体１２４の境界面における内部反射の臨界角を超える。これが生じると、光は放出される。ハウジング１２８は、そこに侵入する全ての光が事実上散乱してその結果単一のパスで拡散することを保証するために十分に長く形成することができるし、あるいは前述したように反射鏡１４０は各拡散アセンブリの先端に取り付けることができる。反射鏡１４０を使用すると、散乱媒体１２４を通って伝播する光は鏡１４０に到達する前に少なくとも部分的に散乱する。この拡散チップを通る第１パスで放出されなかった光は反射鏡１４０によって反射され、拡散チップアセンブリに戻る。第２パスでは、残りの放射光（又は戻った放射光の大部分）は散乱媒体１２４に出会い、これによりさらに周方向の光の散乱が生じる。
図１７は、本発明のループ拡散装置１００の操作状態を示す。この拡散装置１００は、光線治療放射源（例えばレーザ放射装置）１３６に接続されるとともに、患者の身体に配置されて光線治療を施す。図１７に示すように、拡散アセンブリは内視鏡１３２の器具チャンネルの中に取り付けるようにすることができる。内視鏡にはさらに、視認手段１３４と、少なくとも１つの付加チャンネル１３８とを含めることができる。代案として、本発明の拡散アセンブリはカテーテルタイプの器具に組み込むことができ、これにより患者の身体に内視鏡チャンネルの援助なしに導入することができる。
図１８は、ファイバー１１２とループ拡散アセンブリ１１４を収容するために装置の回りに配置された外部ジャケット（例えばテフロン材料）１５０を示している。この外部ジャケット１５０は光伝送装置全体を包囲し、放射線発生要素が直接患者の身体に接触しないことを保証している。これにより、器具の再使用ができる。使用する毎に、外部ジャケット１５０のみを設ける必要がある。
本発明の装置は、種々の光線治療目的に利用することができる。１つの利用分野は、光活性化学療法（light−activated chemotherapy）の一種である光力学治療（photodynamic therapy：ＰＤＴ）である。この方法では、感光染料又は他の媒体が注入によって供給され、これにより当該染料が優先的に癌細胞に蓄積される。染料を取り上げた細胞が適切な波長（例えば赤色光）で放射されると、光化学反応が起こり、細胞をこわす基（radicals）（通常は単酸素singlet oxgen）を生じる。このように、本発明は、感光染料を活性化する拡散された放射線の使用を包括するものである。本発明の一つの利点は、カテーテルや、トロカール、中空ニードル、その他の握り器具（hand held instrument）を介して最小侵襲法で遠隔治療部位におけるＰＤＴが可能であるということである。なぜなら、拡散ファイバーチップアセンブリは、現在、数百マイクロメータのオーダーの外径を有するように形成することができるからである。
また、本発明は、腫瘍や過形成（hyperplasia）の光凝固又は皮下治療（hypodermic）における拡散放射の使用を包括している。例えば、前述の光線治療装置は、肝臓、膵臓、前立腺腫瘍又は良性前立腺過形成等を治療するのに使用することができる。前立腺組織を加熱するための拡散放射の利用は、前立腺の経尿道切除、前立腺のバルーン拡張、超音波高熱の代わりに行なうことができる。特に、前述した指向性プローブは、組織を直接加熱することによって短時間で前立腺治療の結果を向上させたり、前立腺組織の広大な範囲にわたって放射を分布させ、これにより治療加熱効果を増加する一方、括約筋のような周囲組織構造への過熱による損傷の危険性を回避することに有益である。さらに、本発明は肝腫瘍や膵腫瘍の間隙レーザ凝固（interstitial laser coagulation）が可能である。皮下注射針や類似の器具を経皮的に腫瘍に挿入し、拡散ファイバーチップキャリアを介してレーザ放射線を当てて癌組織を熱破壊することによって所望の効果が得られる。これらの方法では、患者が起きている間に治療を行なうことができるし、一般麻酔や切開外科手術が回避される。
熱を基準とする光線療法において、本発明のファイバー拡散チップアセンブリは、目標組織内で広く分布する熱源を形成することができる。本発明は、組織の過熱又は炭化が有効性を制限するとともに有効熱伝達を抑制している組織、特にファイバーチップで直接囲まれる領域内での熱堆積率を著しく変更する。拡散アセンブリにより放射が組織の広大な範囲にわたって分布されるので、より多くの組織が直接加熱され、組織近傍を通って腫瘍の周辺に達する熱伝導又は熱伝達による熱の移動に依存する必要がない。
さらに、ここに開示された拡散チップ又はジャケットの材料は、放射線の伝送性を高くするとともに吸収性を低くし、チップアセンブリが使用中に加熱しないことを保証することによって治療効果を向上させている。加えて、テフロンチューブ又はコーティングの使用は、使用中におけるチップアセンブリと生物学的組織の間のチップ溶融又は接点溶着の問題を回避することで、手術を改善している。ほとんどの利用分野にはテフロンＦＥＰ材料（ポリペルフルオルエチレンプロピレン共重合）が好ましいことが分かっている。なぜなら、テフロンＰＦＡ材料（ペルフルオルアルコキシ側鎖を備えたポリテトラフルオルエチレンポリマー）やテフロンＰＴＦＥ材料（ポリテトラフルオルエチレン）その他のフルオルポリマーが有益であるかもしれないが、前記材料は散乱媒体を充填する前にエッチングされても変色しないからである。
また、本発明の非円筒形で大きな拡散方位角は、治療分野において特に有益である。拡散される放射を指向化することにより、ここに開示された装置は治療放射線を広範囲の組織に与えることができ、一方感光組織又は生物学的構造を保護することができる。例えば、前立腺治療において、半円筒又は他の大きな方位角の拡散チップアセンブリを尿道内に配置し、ある位置で回転させる。これにより、前立腺を光線治療することができ、一方患者の括約筋や他の組織領域は大いに放射線から守られる。加えて、非円筒拡散チップアセンブリは、多量の放射線を組織に与えるのに使用することができる。また、使用中に必要ならば、拡散チップアセンブリを回転させて目標組織の周方向（又は部分的に周方向）の走査を高強度レベルで行なうことができる。
本発明の拡散チップアセンブリは、例えばステントの熱設定、光反応性縫合材料の活性化、人工器官装置の硫化、インプラント用接着剤の活性化等のような他の種々の医療分野に使用することができる。
図１９は、本発明による他の光線治療装置２００を示す。この光線治療装置２００は、管状被覆２１２と内部光伝送ファイバーエレメント２１４を有している。被覆２１２の先端は、縦溝が付けられ、これにより当該被覆２１２の軸方向の圧縮により縦溝が付けられた領域２１６にあるストラット部材２１８が拡張するようになっている。
図２０は、図１９の装置の先端のさらに詳細な断面図である。同図には、クラッドと緩衝コーティングで囲まれた光伝送コア２２２を備えた光ファイバー２２０を有する光伝送エレメントが示されている。光伝送コア２２２の端面はハウジング２２８に挿入され、該ハウジング２２８は散乱粒子２２５を備えた散乱媒体２２４を収容している。好ましくは、散乱媒体２２４はハウジング２２８よりも大きな屈折率を有していることが好ましい。ハウジング２２８の先端には、エンドキャップ２２６を配置することができる。また、エンドキャップ２２６には反射鏡２４０を取り付けてもよい。さらに、エンドキャップ２２６は身体組織への侵入を促進するために研削し又は研磨して尖端２３０を形成してもよい。
光ファイバーコア２２２を通って伝播する光は、散乱媒体２２４に伝送され、アセンブリ２１４の長さ方向に沿って円筒状に散乱する。光は散乱粒子２２５と出合う毎に偏光し、そのネット偏光角度は、いくつかの点で、ハウジング２２８と散乱媒体２２４の境界面における内部反射の臨界角を超える。これが生じると、光は放出される。ハウジング２２８は、そこに侵入する全ての光が事実上散乱してその結果単一のパスで拡散することを保証するために十分に長く形成することができるし、あるいは前述したように反射鏡２４０は各拡散アセンブリの先端に取り付けることができる。反射鏡２４０を使用すると、散乱媒体２２４を通って伝播する光は鏡２４０に到達する前に少なくとも部分的に散乱する。この拡散チップを通る第１パスで放出されなかった光は反射鏡２４０によって反射され、拡散チップアセンブリに戻る。第２パスでは、残りの放射光（又は戻った放射光の大部分）は散乱媒体２２４に出会い、これによりさらに周方向の光の散乱が生じる。
図２１は、本発明の光線治療装置２００の操作状態を示す。縦溝付きストッパを備えた拡散装置は、光線治療放射源（例えばレーザ放射装置）２３６に接続されるとともに、患者の身体に配置されて光線治療を施す。図２１に示すように、拡散アセンブリは標準ガイドカテーテル２３２の中に取り付けるようにすることができる。カテーテル２３２はさらに、電気的感知要素２３４と、塩又は治療溶液を導入するための少なくとも１つの付加チャンネル２３８とを含めることができる。
図２２Ａは本発明の光線治療装置の使用状態を示す。同図に示すように、装置２００は注入と放射が要求されている患者の身体組織の一部に近接して配置される。この装置２００は、縦溝を付けられた領域２１６を有する外部被覆２１２と、チップ２２６を備えた内部光伝送ファイバー２１４とを含む。好ましい実施例では、ファイバー２１４と外部被覆２１２は十分な隙間を持って構成され、手術中に塩やその他の治療液を流出させることができるようになっている。特に、治療部位の近傍の組織表面を冷却するためにファイバー２１４を塩フラッシングすることが好ましい。
図２２Ｂは、装置２００の初期侵入を示す。この図では、光伝送ファイバーは患者の組織に侵入しているが、被覆２１２の端部２１７はまだ組織表面に達していない。
図２２Ｃでは、ファイバー２１４は患者の組織に侵入しているが、被覆２１２は患者の組織に当接する位置に押し込まれている。器具がさらに前進すると、縦溝が付けられた領域２１６は前進中に作用する圧縮力により拡張し始める。ストラット２１８は装置本体から半径方向に押し出される。
図２２Ｄは、完全に配置された状態の装置を示し、ここでは光ファイバー２１４の所定の長さが患者の身体組織に侵入し、半径方向に拡張したストラット２１８は完全に圧縮されて、それ以上の侵入を阻止する大断面の障害物を形成している。
外部被覆２１２を形成するのに、例えばテフロンや他のフルオルカーボンポリマー等、種々の材料を使用することができる。ストラット２１８は被覆２１２の任意の位置に軸方向のスリットを設けることにより形成することができる。例えば、４つのストラットストッパ装置を構成するために、互いに９０°離れた４つの長手方向の切込みを被覆２１２に形成する。切込の長さは、ストッパの半径方向の範囲を決定する。一つの実施例では、血管造影中の視覚化を可能にするため、被覆ポリマーをバリウムやビスマスのような放射線不透過物質で満たすことが望ましい。
図２３は、本発明による内視鏡医療器具３３２の内部ルーメンを殺菌するための光線治療装置３００におけるさらに他の利用を示す。この光線治療装置３００は、紫外線放射源３３６と、光ファイバー３１２と、拡散チップアセンブリ３１４とを含む。
使用中、この装置３００は内視鏡器具３２２の内部ルーメンを殺菌し清浄するように機能する。先端に光拡散チップアセンブリ３１４を備えた光ファイバー３１２を殺菌を要するルーメンに挿入する。一つの方法として、光ファイバーチップを器具全体に挿入し、ゆっくりと後退させることができる。放射源を活性化して、光をファイバー３１２を介して拡散チップアセンブリ３１４に伝送する。装置を内視鏡ルーメン３３８を介して後退させると、内部ルーメン壁の全ての部分に細胞毒性放射が供給される。内部ルーメン壁上の如何なる異物や堆積物も同様に放射され、堆積物中に宿る微生物を殺傷する。
図２４は、拡散チップアセンブリ３１４をさらに詳細に示す。この拡散チップアセンブリ３１４は、光伝送コア３２０と緩衝コーティング又はクラッド３２１を有する光ファイバー３１２を備えている。光伝送コア３２０の端面はハウジング３２８に挿入され、該ハウジング３２８は散乱粒子３２５を備えた散乱媒体３２４を収容している。前述の実施例と同様に、散乱媒体３２４はハウジング３２８よりも大きな屈折率を有する。ハウジング３２８の先端には、エンドプラグ３２６が反射鏡３４０とともに配置されている。
光ファイバーコア３２０を通って伝播する光は、散乱媒体３２４に伝送され、アセンブリ３１４の長さ方向に沿って円筒状に散乱する。光は散乱粒子３２５と出合う毎に偏光し、そのネット偏光角度は、いくつかの点で、ハウジング３２８と散乱媒体３２４の境界面における内部反射の臨界角を超える。これが生じると、光は放出される。この拡散チップを通る第１パスで放出されなかった光は反射鏡３４０によって反射され、拡散チップアセンブリに戻る。第２パスでは、残りの放射光（又は戻った放射光の大部分）は散乱媒体３２５と出会い、これによりさらに周方向の光の散乱が生じる。
この散乱媒体３２４に組み込まれる散乱粒子３２５の最適濃度は、もちろん、チューブの径や、チューブの長さ、波長その他の要素とともに変化する。それにも拘わらず、最適濃度は、紫外線放射に対しては約４００から約２００ナノメータの範囲で経験的に容易に決定することができる。散乱媒体３２４の１つの好ましい混合物は、酢酸中に懸濁されたコロイドアルミナである。散乱チューブの長さ（すなわちファイバー端面と反射鏡の間の距離）は拡散放射の均一性に影響を与える。
図２５に示すように、最終段階で外部テフロンジャケット３５０を装置の回りに配置して、内部散乱チューブ３１４とファイバー端部３１２を含む拡散チップアセンブリ全体を収容し保護することができる。
使用時には、装置を内視鏡ルーメンに挿入し、ＵＶ光源に接続する。光源を活性化し、ＵＶ放射を拡散チップに伝送すると、ここで散乱媒体はルーメンの内壁に円筒状の露光パターンを投じる。次に、装置を前進又は後退（又は両方）させ、ルーメン全体を殺菌放射で浴する。

Claims (18)

1. 光ファイバーを通って伝播する放射線を拡散するための拡散チップ装置（１０）において、
   前記光ファイバーを受け入れるように形成された第１端部を有する光伝送拡散ハウジング（２０）と、該ハウジングの中に収容された光散乱媒体（２２）及び反射端面（２８）とからなり、
   前記ハウジング中の光散乱媒体と反射端面が前記光伝送ファイバーを通って伝送される光と相互作用して、当該光の一部分が前記ハウジングを介して外方に放出され、当該光の他の部分が前記反射端面で反射して再伝送され、これにより当該装置の長さ方向にエネルギ密度が軸方向に均一なパターンで前記光を散乱させる拡散チップ装置。
2. 前記光散乱媒体は前記ハウジングよりも大きな屈折率を有し、光線が前記光散乱媒体内で散乱分子と出合うと拡散が生じ、屈折角度が光散乱媒体とハウジングの間の界面における内部反射の臨界角を超えるような範囲で屈折するようにした請求項１に記載の装置。
3. 前記ハウジングの中の反射端面（２８）は、前記光ファイバーを通って伝播される放射線が散乱媒体に侵入し、放射線の一部分が初期パスでハウジングを介して外方に放出され、放射線の他の部分が前記反射端面で反射して散乱媒体を通って再び伝送されて反射パスで外方に散乱し、前記初期及び反射パスで放出される光の部分がチップアセンブリの長さ方向にほぼ均一な軸方向の分布を供給するように補足し合うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記光散乱媒体は、シリコン又はエポキシ材料のようなポリマー材料からなり、該ポリマー材料中に均一に拡散されているアルミニウム、シリカ、チタン粒子、又はこれらの組み合わせのような散乱粒子を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記光散乱媒体は、酢酸、水、酸化ジュテリウム又はそれらの組み合わせのような液体であり、アルミナ、シリカ、及びチタン粒子又はそれらの組み合わせであって該液体に混合された光散乱粒子を有するＰＨバランスをとった液体であってもよい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記ハウジングは、テフロンポリマー、又はポリペルフルオルエチレンプロピレンコポリマーのような放射線伝送性のフルオルカーボンポリマーからなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記反射端面は金、アルミニウム、又は反射性誘電体化合物のような反射材料によりコートされた面を有する請求項３に記載の装置。
8. 前記装置は、管状ハウジングを有すると共に、周辺部分を放射線から保護する長手方向反射部材を有し、これにより光ファイバーから光を受けると大きな方位角ではあるが非円筒形の露光パターンを生じるようにした請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記反射部材は、前記ハウジングの２つの層の間に配置された細長い彎曲した反射ストリップ部材である請求項８に記載の装置。
10. 少なくとも１つの光ファイバーを前記ハウジングに結合するための手段を備える請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記装置は、それらの先端がハウジング内で軸方向に異なる位置で終端し、細長い分布パターンを形成するように、複数の光ファイバーを前記ハウジングに結合する手段を備える請求項１０に記載の装置。
12. 前記ハウジングは、彎曲した形状に配置されてループ拡散部を形成しているループ（１１４）を有する請求項１に記載の装置。
13. 前記ハウジングは、第１端で第１光ファイバーを受け入れ、第２端で第２光ファイバーを受け入れるようにした請求項１２に記載の装置。
14. 前記装置は、ループ拡散部を包囲するジャケットを有し、当該ループ拡散部を後退状態と拡張状態に配置することができるようにした請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
15. 前記拡散部のハウジングは、光ファイバーをハウジングの一端に結合する手段を備えると共に、前記ハウジングの他端に反射エンドキャップを備える請求項１２に記載の装置。
16. 前記チップ装置を包囲する使い捨ての被覆を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
17. 当該装置を包囲し、当該装置が生物学的組織に侵入すると拡張することができる縦溝が形成された領域（２１８）を有する被覆（２１２）を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
18. 当該装置及びそれを包囲する被覆は、放射部位に治療液を供給するための隙間空間により分離されている請求項１７に記載の装置。

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