JP4258324B2 - 医療用光源システム - Google Patents

Description

本発明は光線力学的治療法（ＰＤＴ：Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ Ｔｈｅｒａｐｙ、以下ＰＤＴ）のように特定の波長成分の光を利用する治療法または診断法に関する医療用光源に関するものである。

腫瘍等病変部に親和性のある光感受性物質を被検体に投与し、その光感受性物質の吸収波長に応じたレーザ光を照射し、光化学反応を利用して腫瘍等の治療を行うＰＤＴが、癌などに対すの新しい治療法として注目されている。

また同様の原理を用いて病変部に蓄積した光感受性物質からの蛍光をとらえ、診断情報として用いる光線力学的診断法（ＰＤＤ：Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）もいろいろなアプローチが試みられている。

このＰＤＴの特徴として、外科的手術などとは異なり、レーザ光を照射した部位だけを治療する局所的治療が行えるので、術後の生活の質が高いといわれている。

このＰＤＴは局所治療であるため、被検体への十分なレーザ光照射が行われているのかどうか、および十分な治療効果が得られているのかどうかを判定するためには、その治療中に被検体の様子を観察することが重要である。

一方、治療光にはレーザ光のように十分な光エネルギーを被検体へ与えることができる強力な光源を用いるため、観察に用いる電子内視鏡などでは治療用に用いた治療光の反射が強く、その反射光により被検体の観察が妨げられるという問題があった。

そのため、例えば特許文献１や特許文献２に示されるように、撮像素子に治療用レーザ光を遮断する光学フィルタを設置し、撮像素子の受光面にレーザ光が入射することを防止することが提案されている。
特開平１-２６５９３４号公報 特開平１１-９７０７号公報

このように、ＰＤＴに用いられる電子内視鏡は、その治療用レーザ光の反射による影響を防止するためのフィルタが設けられている。

しかし、実際のレーザ光では治療用波長以外の波長成分も弱いながら含まれている。このため、例えば特許文献１に示されるような固定した光学フィルタでは、十分にレーザ光成分を遮断するためには遮断する波長帯域を大きくし、かつ観察する画像の色バランスを崩さないために遮断する波長帯以外の波長成分はできるだけ透過率を高くしなければいけなかった。すなわち、治療用レーザ光の波長成分を含む近傍波長を急激に遮断するような高価な干渉フィルタないしはノッチフィルタを使用する必要があった。

また、特許文献２に示されるように、遮断波長を可変にし、観察に適した透過率特性を実現するために、光学フィルタを可動できる構造にした電子内視鏡では、体内に挿入する電子内視鏡先端部に光学フィルタを可動にする回転機構やフィルタ駆動機構を組み込む必要があり、特許文献１に示されるような固定フィルタ方式に比べ、その構造が複雑かつ大きくなるという問題を有していた。

本発明は上記課題に注目しなされたもので、レーザ光の波長成分を制御することによりＰＤＴの治療効果を維持したまま、電子内視鏡先端部の構造を複雑、大型化することなく、治療（または診断）時に被検体の良好な観察が可能な、医療用光源システムを提供することを目的とする。

本発明は、被検体の像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の出力信号に基づき前記被検体画像を表示させる表示手段と、前記被検体にレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを有する光線力学的治療装置において、特定の波長成分を含む光を生成するレーザ光源と、前記光源から発せられた特定の波長成分以外の波長成分を低減するスペクトル整形手段を備え、前記スペクトル整形手段は、特定の波長帯域を透過させ、他の波長帯域を反射または吸収することにより遮光する光学フィルタと、前記光学フィルタの光軸に対する角度を変更する角度変更手段とを備えている。

本発明によれば、生体内に挿入される電子内視鏡挿入部の先端に複雑な機構を必要することなく、良好なＰＤＴ施行を実現することが可能となる。

本実施の形態によれば、表示手段によって表示される被検体の状況をより良好に観察できるように、撮像素子によって撮影される治療用レーザ光の量を、光学フィルタの光軸に対する角度を変化させることによって実現できるので、生体内に挿入される電子内視鏡挿入部の先端に複雑な機構を必要することなく、良好なＰＤＴ施行を実現することが可能となる。

以下、図面を参照して、本願発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１〜 図３は、本発明の第１の実施形態に関わり、図１はＰＤＴを施行する光線力学的治療装置の全体構成を示す図、図２は光線力学的治療装置の一部を構成するレーザ光源装置の一部であるスペクトル整形部の構成を示す図、図３はスペクトル整形部へ入射するレーザ光スペクトルとスペクトル整形部の光学フィルタの波長特性およびスペクトル整形部を透過したレーザ光スペクトルと撮影素子前面に設置されたレーザ光カットフィルタの波長特性を示す図である。

図１に示すように、光線力学的治療装置１は、被検体内に挿入される電子内視鏡２と、この電子内視鏡２と接続された内視鏡光源装置３およびビデオプロセッサ４と、ビデオプロセッサ４と接続され内視鏡像を表示する表示装置５と、治療用のレーザ光を発生するレーザ光源システム６とから構成される。

内視鏡光源装置３は、電子内視鏡２の図示しないコネクタが着脱自在に接続され、被検体を照明するための白色光を発生するものである。内視鏡光源装置３で発生された白色光は、電子内視鏡２に備えられたライトガイドファイバ７を介して、内視鏡挿入部８の先端まで伝達される。

ライトガイドファイバ７で内視鏡挿入部８の先端まで伝達された白色光は、内視鏡挿入部８の先端部より図示しない照明用レンズを通して、被検体９を照明する。白色光で照明された被検体９の像は、内視鏡挿入部８の先端に設けられた対物レンズ１０によって、撮像素子１２の撮像面に結像される。

対物レンズ１０と撮像素子１２の間には、レーザ光をカットするためのレーザ光カットフィル１１が設けられている。撮像素子１２は結像された映像を撮像信号に変換し、撮像信号線１３を介してビデオプロセッサ４に入力される。なお、信号線１３は、図示しないコネクタによって、ビデオプロセッサ４と着脱自在に構成されている。

ビデオプロセッサ４は、撮像素子１２から出力された撮像信号を映像処理し、表示装置５に出力する。表示装置５は、ビデオプロセッサ４から出力された信号に基づき、被検体像を内視鏡像として表示する。

レーザ光源システム６にはレーザ光源システムを制御し、治療・診断に適したレーザ光を発生させるためのレーザ光源制御部１４と、レーザ光源制御部１４よりの制御で所定の波長、出力のレーザ光を発生させる半導体レーザユニット１５と、半導体レーザユニット１５で発生したレーザ光を導光し、所定の波長帯域のレーザ光を透過させ、その他の波長帯域の光を低減、遮断するスペクトル整形部１６とを備えている。このスペクトル整形部１６については後で詳述する。

半導体レーザユニット１５で発生し、スペクトル整形部１６で所定の波長特性（例えば光感受性物質としてクロリン系物質タラポルフィンナトリウムでは波長６６４ｎｍを中心とし、ポルフィリン系物質では波長６３０ｎｍを中心とする波長）となったレーザ光は図示しないコネクタによって導光ファイバ１８に導光される。この導光ファイバ１８は、電子内視鏡２に設けられた処置具挿入口１７により、その先端は電子内視鏡２の先端部に達するように通される。導光ファイバ１８の先端より、スペクトル整形部１６から導光されたレーザ光が被検体９へ照射される。

その結果、被検体９に投与された光感受性物質がレーザ光により光化学反応を起こし、癌などの病巣が治療される。

この治療のメカニズムは図５に示すように以下のような過程によるものと考えられている（Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｖｏ１．４９ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２００３ ｐｐ．２７７−２８２）。光を照射された光感受性物質はそのエネルギーを吸収し、エネルギーの高揚した励起一重項状態になる。この励起一重項状態は非常に不安定なため、光感受性物質の一部は励起エネルギーを蛍光として放出し、元の基底状態に戻る。また一部はエネルギーの項間交差により三重項状態に遷移する。三重項状態の一部の光感受性物質は、りん光を放出し基底状態に戻る。残りの三重項状態の光感受性物質のエネルギーは組織内に存在する三重項酸素へさらに転移される。エネルギー転移を受けた三重項酸素は励起されて活性度の高い一重項酸素となる。この一重項酸素が、周囲の細胞を変性・壊死させることにより各種治療を行うことができる。

次に図２を用いて、レーザ光源システム６に備えられたスペクトル整形部１６の構成について説明する。図２はスペクトル整形部の一実施の形態を示している。

半導体レーザユニット１５で発生したレーザ光は入射部コリメートレンズ２０を通過し、光学フィルタ２１に対してレーザ光の入射角度が一定になるようにコリメートされる。このコリメートされたレーザ光は光学フィルタ２１、出射部コリメートレンズ２２の順に通過し、導光ファイバ１８へ集光、導かれる。

この光学フィルタ２１は、治療用レーザ光のピーク波長近傍で、より短い波長を遮断し、ピーク波長近傍よりも長い波長を透過させるロングパス特性を持っており、その遮断・透過を決定する波長は入射する光の入射角度によって変化する。この特性例を図３（ａ）に示す。

光学フィルタ２１に対して直角に光が入射した場合の光の透過特性が、例えば図３（ａ）の実線３２(ａ)で表した特性であったとする。すなわち、レーザ光の波長成分のそのほとんどをそのまま透過させるため、図３（ｂ）の実線３３(ａ)で示される波長特性をもつ。

なお、このような光学フィルタ２１の特性は、例えば並行平板の光学ガラスの表面に金属薄膜または誘電体（非金属）薄膜を形成して実現できる。
図６はこの光学フィルタの薄膜部の断面を示したものである。図６を用いて光学フィルタの原理を説明する。

今波長λの光線ＬＡについて考える。光線ＬＡが屈折率ｎ、厚さｔの薄膜の表面ＰＱに角度θで入射し、その一部が反射されてＡＥ’の方向に進んで行く。また、その一部分は点Ａにおいて屈折してＡＢの方向に進み、さらに一部分が薄膜の裏面ＲＳの点Ｂで反射し、表面ＰＱ上の点Ｃから方向ＣＥへ出て行く。従って屈折率を考慮した光線ＬＡＥ’と光線ＬＡＢＣＥとの光路の光学的長さは、空気中の屈折率をｎ’とすると、

となるから、その差Δは（数３）で表される。

ただし、スネルの法則（数４）を用いた。

θ’は先のスネルの法則により、薄膜の屈折率ｎと空気の屈折率ｎ’と入射角θとの関数で表される。一般にｎ＞ｎ’なので、Ｃ点での反射はλ／２だけ位相が変化する。従って、ｍを整数とした場合に（数５）が導かれる。

すなわち、（数６）の時に、光線ＬＡＥ’と光線ＬＡＢＣＥとが干渉しあい、その反射光がもっとも暗くなる。すなわち、エネルギー保存の法則より反射光が低減しただけ透過光のエネルギーが強くなる。このように波長λによりフィルタを透過する光エネルギー量を制御することができる。

また、（数６）により薄膜の屈折率ｎおよび厚さｔが一定の場合、θ’が０度すなわち入射角０度（スネルの法則より）の時がを満たすλが大きくなり、θ’が０度でない、即ち光学フィルタ２１が光軸に対して傾き、入射角θが０度で無くなったときはλが小さくなることが示されている。従って、光学フィルタ２１を傾けることにより、透過する波長を制御することができる。

なお、このように製作された光学フィルタには、例えばシグマ光機株式会社製可視域ダイクロイックフィルターなどがある。

さらに、撮像素子１２の直前に設置されたレーザ光カットフィルタの特性は図３（ｂ）の実線３４であったとする。このとき、導光プローブ１８に導光されるレーザ光の波長特性３３には、レーザ光カットフィルタ１１では遮断しきれない波長成分が残っている。このため、被検体９を撮像素子１２を用いて観察した場合、レーザ光カットフィルタ１１では遮断しきれないレーザ光の波長成分により被検体９の観察が困難になることが予想される。

一方、光の入射角度をθだけ傾けると、前述のように光学フィルタの透過する波長が図３（ａ）の波線３２（ｂ）で示されるように短い波長側もカットされるように変化する。従ってこの場合、スペクトル整形部１６を通過したレーザ光の波長成分は図３（ｂ）の波線３３（ｂ）に示されるように、波長の短い領域での波長成分が減光する。この結果、レーザ光カットフィルタ１１で遮断しきれない短い波長領域の波長成分が少なくなり、被検体９の観察は可能になる。

なお、このときレーザ光のピーク波長の強度は図３（ａ）の実線３２（ａ）、波線３２（ｂ）いずれの場合でもほぼ等しく保たれており、ＰＤＴの治療効果には影響を与えないようになっている。

図２に示す光学フィルタ２１は、中心軸２４およびガイドレールによって回転可能な状態に保持されている。この光学フィルタ２１の回転は、調整ダイアル２５により制御されている。

この調整ダイアル２５を使用者が調整することによって、光学フィルタ２１を所望の角度に回転、保持することができるようになっている。従って使用者は表示装置５に示される被検体９の映像を見ながら、光学フィルタの角度を調整し、治療用レーザ光がほとんど見えない状態から観察できないくらいに反射光が強くなるまで間の任意の状態を選択することができる。

ＰＤＴを施行する場合、レーザ光による治療の際には、治療用レーザ光の照射位置が確認できるようにするため、レーザ光の反射が全く見えなくするのではなく、レーザ光がわずかに観察され、しかも強すぎない程度に押さえておくことが望ましい。

以上のように、第１の実施形態の光線力学的治療装置１によれば、被検体９に対する治療用レーザ光の反射光を、表示装置５で確認し、良好な観察状態を実現するように調整ダイアル２５を使って、光学フィルタ２１の角度を調整することができ、これによりＰＤＴの治療効果を向上させることができる。

なお、この第１の実施形態ではレーザ光源に半導体レーザユニットを用いたが、これに限定されたものではなく、他のレーザ光源（エキシマ・ダイレーザ光源、ＹＡＧ−ＯＰＯレーザ光源など）であっても良い。

また、第１ の実施形態では、光線力学的治療装置１に電子内視鏡２ を用いたものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ファイバスコープを用いたものにも応用することができる。その例を、第２の実施形態として図４を参照して説明する。
第２の実施形態のファイバスコープを用いた光線力学的治療装置３５は、図４ に示すようにファイバスコープ３６ と、そのファイバスコープ２９ の接眼部に接続されるカメラユニット３７とから構成される。

カメラユニット３７は、接眼部において、図示しないが着脱機構によって着脱自在に接続されている。カメラユニット３７の内部には、ファイバスコープ３６のイメージガイド３８によって伝達された画像を撮像素子１２の撮像面に結像する結像レンズ３９を有している。

また、この結像レンズ３９ とファイバスコープ３６の接眼部の間には、レーザ光カットフィルタ１１ が備えられている。

このように構成されたカメラユニット３７を用いることによって、ファイバスコープ３６ を用いても、第１の実施形態の光線力学的治療装置と同様の機能を持たせることができる。

また、この第２の実施形態を用いれば、電子内視鏡ばかりでなく、既存のファイバスコープを用いることができるので、光線力学的治療装置３５を比較的安価で提供することができる。

さらに第１および第２の実施形態では手動にて直接光学フィルタ２１の角度を変更していたが、これをアクチュエータを用いて間接的に光学フィルタを変更する手段を用いても同様な効果が得られることは明白である。

本発明の第１の実施形態に関わる光線力学的治療装置の全体構成を示す図 本発明の第１の実施形態に関わる光線力学的治療装置のスペクトル整形部の構成を示す図 光学フィルタおよびレーザ光カットフィルタの特性を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光線力学的治療装置の全体構成を示す図 ＰＤＴの原理を示す模式図 薄膜での光の反射を示す模式図

符号の説明

１ 光線力学的治療装置
２ 電子内視鏡
３ 内視鏡光源装置
４ ビデオプロセッサ
５ 表示装置
６ レーザ光源システム
７ ライトガイドファイバ
８ 内視鏡挿入部
９ 被検体
１０ 対物レンズ
１１ レーザ光カットフィルタ
１２ 撮像素子
１３ 撮像信号線
１４ レーザ光源制御部
１５ 半導体レーザユニット
１６ スペクトル整形部
１７ 処置具挿入口
１８ 導光ファイバ
１９ スペクトル整形部の１実施形態
２０ 入射部コリメートレンズ
２１ 光学フィルタ
２２ 出射部コリメートレンズ
２３ ガイドレール
２４、２６ 中心軸
２５ 調整ダイアル
３１ スペクトル整形部１６へ入射するレーザ光スペクトル
３２ 光学フィルタ２１の透過率特性
３２ (a)光学フィルタ２１が図２(a)の状態の時の透過率特性
３２ (b)光学フィルタ２１が図２(b)の状態の時の透過率特性
３３ スペクトル整形部１６を透過したレーザ光スペクトル
３３ (a)光学フィルタ２１が(a)の位置にある時のスペクトル
３３ (b)光学フィルタ２１が(b)の位置にある時のスペクトル
３４ レーザ光カットフィルタ１１の透過特性
３５ ファイバスコープを用いた光線力学的治療装置
３６ ファイバスコープ
３７ カメラユニット
３８ イメージガイド
３９ 結像レンズ

Claims (3)

1. 被検体の像を撮像する撮像手段を有する内視鏡と、
   前記撮像手段の出力信号に基づき前記被検体画像を表示させる表示手段と、
   前記内視鏡に接続され、前記被検体に照射する治療用のレーザ光を生成するレーザ光源と、
   前記内視鏡に接続され、前記被検体に照射する照明用の光を生成する照明用光源と、を有する光線力学的治療装置において、
   前記内視鏡は、先端部に固定されたレーザ光カットフィルタを有し、
   前記撮像手段は、前記レーザ光カットフィルタの後方に配置され、前記照明用の光および治療用レーザ光により照射された被検体像を撮像し、
   前記レーザ光源は、レーザ光の特定の波長成分以外の波長成分を低減するスペクトル整形手段を備え、前記スペクトル整形手段で低減される波長成分量が可変であることを特徴とする医療用光源システム。
2. 対物レンズとイメージガイドとを備えたファイバスコープと、
   前記ファイバスコープのイメージガイドによって伝達された被検体の像を撮像するカメラユニットと、
   前記カメラユニットの内部に固定されたレーザ光カットフィルタと結像レンズと撮像素子とを備え、前期撮像素子は前記レーザ光カットフィルタの後部に配置され、
   前記カメラユニットからの出力信号に基づき前記被検体の画像を表示する表示手段と、
   前記ファイバスコープに接続され、前記被検体に照射する治療用のレーザ光を生成するレーザ光源と、
   前記ファイバスコープに接続され、前記被検体に照射する照明用の光を生成する照明用光源と、を有する光線力学的治療装置において、
   前記レーザ光源は、レーザ光のうち特定の波長成分以外の波長成分を低減するスペクトル整形手段を備え、前記スペクトル整形手段で低減される波長成分量が可変であることを特徴とする医療用光源システム。
3. 前記スペクトル整形手段が、特定の波長帯域を透過させ、他の波長帯域を反射または吸収することにより遮光する光学フィルタと、前記光学フィルタの光軸に対する角度を変更する角度変更手段とから構成されることを特徴とする請求項１または２記載の医療用光源システム。

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