JP5118786B2

JP5118786B2 - レーザー治療装置のハンドピース

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Publication number: JP5118786B2
Application number: JP2012535519A
Authority: JP
Inventors: 明今野
Original assignee: Altech Corp
Current assignee: Altech Corp
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-04-02
Also published as: JPWO2012137700A1

Description

本発明はレーザー治療装置のハンドピースに関する。特に、レーザー光を生体組織に照射して加温することによって当該生体組織を治療するレーザー治療装置に使用されるハンドピースに関する。

皮膚等の生体組織に電磁波を照射して加温することにより当該組織の治療を行う電磁波照射型の治療装置が従来から知られている。例えば特許文献１や非特許文献１においてはＲＦ波を皮膚に照射する治療装置が開示されている。この治療装置においては、皮膚にＲＦ波を照射することで皮膚を加温して表皮の再生を促したり真皮を加温してコラーゲンの再生や増殖を促している。

電磁波照射型の治療装置は電磁波源や電源を備えた電源装置と、電源装置に接続されたハンドピースと呼ばれる治療冶具とを含んで構成されている。ハンドピースには電磁波を皮膚等の治療対象に照射する照射部が設けられている。例えば電磁波としてＲＦ波を使用する場合には、照射部には１対の電極が取り付けられており、この１対の電極を皮膚に当接させた後に当該電極からＲＦ波等の電磁波が透過する。一方の電極から放射された電磁波は皮膚を経由して他方の電極に至る。この過程で電磁波が透過する経路上の皮膚組織が加温される。

このとき、電磁波が流れる経路となる領域よりも本来治療したい標的部位の領域が小さい場合であっても、基本的には経路全体が標的部位と等しく加温される。ここで、生体組織の温度上昇によって患者が痛みを感じる場合がある。この痛みは麻酔を掛けなくても耐え得る程度の痛みではあるものの、患者の負担を考慮して痛みを感じる領域を小さくしたいという要求がある。そこで特許文献１においてはハンドピースに冷却器を取り付け、この冷却器を皮膚表面に当てることで標的部位以外の組織の温度上昇を抑制している。

特表２０１０−５３５０５６号公報

高橋、「各種スキンタイトニング機器における皮内温度変化の測定と考察」、日本美容医療テクノロジー学会誌、日本美容医療テクノロジー学会、平成２０年６月３０日Ｎｏ．３、ｐ５３−６０

ところで、冷却器を皮膚表面に当てる構造では、表皮への冷却効果は得られるものの、電磁波の経路上の標的部位以外の表皮下の組織、例えば真皮組織が標的部位とほぼ同様に加温され、冷却効果は限られたものとなる。そこで、標的部位以外の領域の加熱をより抑制可能な治療装置が求められている。

本発明は、レーザー治療装置のハンドピースに関するものである。当該ハンドピースは、パルス光源から発せられたレーザー光を導光する光ファイバと、回転軸上に設けられた目標点に前記レーザー光の光軸が向くように前記回転軸に対して傾斜させて前記光ファイバの先端部を保持し、前記回転軸周りに前記光ファイバの先端部を回転させる回転保持部と、を備えている。さらに、前記パルス光源の単位時間当たりのパルス数が、前記単位時間当たりの前記光ファイバの先端部の回転数の整数倍とならないように、前記パルス光源のパルス数及び前記光ファイバの先端部の回転数が定められている。

また、上記発明において、前記回転保持部は、前記光ファイバの先端部を摺動可能に保持していることが好適である。さらに、前記光ファイバの先端部には、前記回転保持部からの前記先端部の抜けを防止するストッパーが設けられていることが好適である。

本発明によれば、照射部から標的部位までの経路上にある組織の温度上昇を従来よりも抑制することが可能となる。

本実施形態に係るハンドピースを備えたレーザー治療装置を例示する図である。本実施形態に係るハンドピースの斜視図である。本実施形態に係るハンドピースの断面図である。本実施形態に係るハンドピースの先端部の拡大断面図である。本実施形態に係るハンドピースを用いた治療を説明する図である。他の実施形態に係るレーザー治療装置のハンドピースを例示する図である。他の実施形態に係るハンドピースを用いた治療を説明する図である。他の実施形態に係るハンドピースの断面図である。他の実施形態に係るハンドピースの先端部の拡大断面図である。

図１に、本実施形態に係るハンドピース１０を含むレーザー治療装置１２を例示する。レーザー治療装置１２はハンドピース１０と電源装置１４とを含んで構成されており、電源装置１４には図示しないレーザー光源、電源および冷却液循環ポンプが設けられている。ハンドピース１０と電源装置１４とは光ファイバ１６と、冷却液循環チューブ１８、電力ケーブル２０によって接続されている。

電源装置１４のレーザー光源は治療対象に応じて定められる。例えば治療対象が真皮等の表皮下組織である場合には、いわゆる組織透過型のレーザー光源を使用することが好適である。組織透過型のレーザー光とは水中において照射源から３ｍｍでのエネルギー透過率が６０％以上のものであって、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、アルゴンガスレーザー等のレーザー光源が用いられる。また、レーザー光源のエネルギー密度は治療部位の損傷を引き起こすおそれの低いものであればよく、例えば２３Ｊ／ｃｍ^２以下であることが好適である。さらに、レーザー光源はパルス光源であっても連続光源であってもよいが、皮膚への負担を軽減する上では断続的にレーザー光が照射されるパルス光源が好適である。

また、電源装置１４にはペダル（フットスイッチ）２１が設けられており、ペダル２１を踏むことによって電源装置１４の電源から電力ケーブル２０を介してハンドピース１０に電力が送られるとともに、レーザー光源から光ファイバ１６を介してハンドピース１０にレーザー光が送られる。

ここで、ペダル２１と電源装置１４との間に、コントローラ１１０を設けてもよい。コントローラ１１０は、ペダル２１の操作に応じて、レーザー光のエネルギー量や照射パターンを電源装置１４に指令する。コントローラ１１０は、ペダル２１のコネクタを挿入可能なソケットと、電源装置１４のソケットに挿入可能なコネクタを備えている。電源装置１４のソケットの形状が、電源装置１４の製造会社により異なっている場合は、それぞれのソケットに適合したコネクタを設けたり、ソケットに適合させるためのアダプターを設けてもよい。

また、冷却液循環ポンプとハンドピース１０は冷却液循環チューブ１８を介して冷却液が循環するようになっている。冷却液の循環はペダル操作に関わらずに常時行ってもよいし、ペダル操作に応じて行うようにしてもよい。

図２にハンドピース１０の拡大斜視図を例示する。ハンドピース１０は、施術者が手で持って操作し易い形状や大きさとすることが好ましい。例えば、ハンドピース１０はペン型とされ、長手方向の長さは２０〜３０ｃｍとし、保持部２２は施術者が手に持ち易い形状とされる。保持部２２は、例えば、隅が面取り加工された円柱形状又は角柱形状とすることが好ましい。また施術者の指先を乗せるフィンガーレスト２４を設けてもよい。また、ハンドピース１０の重量は施術者が長時間の保持に耐えられるような重さとなるように形成され、例えば０．２ｋｇ以上２ｋｇ以下となるように形成される。

図３にハンドピース１０のＡ−Ａ断面図を例示する。ハンドピース１０は、光ファイバ１６、冷却液循環チューブ１８、電力ケーブル２０、ケーシング２６、キャップ２８、冷却リング３０、回転保持部３２、モータ４４、回転速度センサ４６、減速ギヤ４８及び回転筒５０を含んで構成される。ケーシング２６は、保持部２２（図２参照）を構成する筒状の部材である。ケーシング２６内には、回転保持部３２、モータ４４、減速ギヤ４８及び回転筒５０が収容される。また、ケーシング２６には、外部から光ファイバ１６が導入され、キャップ２８に設けられた照射窓４０からレーザー光が照射できる構成とされる。また、ケーシング２６内には、電力ケーブル２０が導入され、モータ４４へ電力が供給可能とされている。光ファイバ１６及び電力ケーブル２０は、ケーシング２６の後端部に設けられたコネクタ３４を通して外部からケーシング２６内へと導入される。

なお、ケーシング２６は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属材料やプラスチック等の樹脂材料から構成することができるが、施術者の負担を軽減するために比重が小さいアルミニウムやプラスチックで構成することが好ましい。

ケーシング２６の先端部（紙面上側）にはキャップ２８が取り付けられている。キャップ２８は、先端が後端に対して細くなるようにテーパが施された円筒状の部材であり、後端はケーシング２６の先端部に嵌め込み等によって固定できる形状とされる。キャップ２８の先端には、照射窓４０が設けられている。

照射窓４０は、光ファイバ１６から照射されるレーザー光が透過可能な部材から構成される。照射窓４０は、例えば、サファイアガラスにより構成することが好適である。照射窓４０は、後述する回転軸Ｃ０（図４参照）を中心に回転する光ファイバ１６によって導入されるレーザー光がケーシング２６の先端部から出射される領域に設けられる。照射窓４０は、例えば、回転軸Ｃ０を中心とした円形状とされる。

また、照射窓４０及びキャップ２８の先端部は、治療対象となる標的部位に近い皮膚等に接触させる接触面４２を構成する。このとき、接触面４２が回転軸Ｃ０に対して垂直となるようにキャップ２８がケーシング２６の先端部に取り付けられる。なお、垂直とは厳密に９０°のみを指すだけではなく、組み付け上の誤差も含んでもよく、８５°以上９５°以下の範囲であればよい。

なお、治療時において皮膚に接触させたまま接触面４２を移動させる（皮膚上に接触面４２を滑らせる）際にキャップ２８が皮膚に引っ掛かって患者が不快感を覚えないように、キャップ２８の角部を面取りすることが好適である。

また、キャップ２８は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム等の金属材料から構成することが好適である。キャップ２８を熱伝導性の高い材料で構成することよって、レーザー光によって加熱された照射窓４０を速やかに除熱することができ、この熱が皮膚等の患部に伝わることを抑制することができる。

さらに、キャップ２８には、レーザー光によって加熱された皮膚等の患部を冷却するための冷却リング３０を設けてもよい。例えば、冷却リング３０は、キャップ２８の外周に沿って配置された中空の円環部であり、接続された２本の冷却液循環チューブ１８Ａ及び１８Ｂを介して冷媒の供給及び排出が可能とされる。これにより、照射窓４０からキャップ２８を介して伝達された熱を冷媒によって効率良く除去することができる。なお、冷却液循環チューブ１８Ａと１８Ｂを冷却リング３０から取り外して、または冷却リング３０を設けずに、キャップ２８を空冷してもよい。また、図８に示すように、キャップ２８は、ペルチェ素子等の電気的な冷却手段１１２を備えていてもよい。

さらに、キャップ２８は、他の様々な機能を備えていてもよい。例えば、温度センサ１１４を設けてもよい。温度センサ１１４は、例えば、熱電対から構成されていてよい。温度センサ１１４は、標的部位の温度を測定または演算し易いように、照射窓４０の近傍に設けることが好適である。

また、施術の安全性を考慮して、キャップに接触センサ１１６を設けてもよい。例えば、接触センサ１１６が皮膚への接触を検知していない間は、ペダル２１を踏んでもハンドピース１０からレーザー光が照射されないようにする。接触センサ１１６は、例えば、静電容量センサから構成することができる。

図３に戻り、ケーシング２６内には、光ファイバ１６を回転させるための回転保持部３２、モータ４４、減速ギヤ４８及び回転筒５０が設けられる。図４のハンドピース１０の先端部の拡大断面図に示すように、回転保持部３２には光ファイバ１６の先端部６４が保持され、減速ギヤ４８及び回転筒５０を介してモータ４４によって回転保持部３２を回転させることによって回転軸Ｃ０の周囲を周回するように光ファイバ１６の先端部を回転させる。

本実施の形態では、モータ４４の回転を減速ギヤ４８を介して回転保持部３２へ伝達している。すなわち、モータ４４の回転は、モータ４４の出力ギヤ５４から第１の減速ギヤ４８Ａに伝達される。第１の減速ギヤ４８Ａは、回転筒５０の周囲を滑りながら回転できるように摺動可能に保持されている。また、第１の減速ギヤ４８Ａは、軸受５６に回転可能に保持されたシャフト５８に固定された第２の減速ギヤ４８Ｂに噛み合わせられている。第１の減速ギヤ４８Ａと第２の減速ギヤ４８Ｂとのギヤ比によって、第１の減速ギヤ４８Ａの回転は減速されて第２の減速ギヤ４８Ｂに伝達される。さらに、第２の減速ギヤ４８Ｂは、回転筒５０に固定された第３の減速ギヤ４８Ｃに噛み合わせられている。第２の減速ギヤ４８Ｂと第３の減速ギヤ４８Ｃとのギヤ比によって、第２の減速ギヤ４８Ｂの回転が減速されて第３の減速ギヤ４８Ｃに伝達される。これにより、回転筒５０は第３の減速ギヤ４８Ｃの回転に伴って回転する。回転筒５０は、軸受６０によってケーシング２６の内壁に回転可能に保持されると共に、回転保持部３２を固定している。

なお、モータ４４の回転数の制御範囲が光ファイバ１６の所望の回転数の範囲にあれば減速ギヤ４８は省略してもよい。

また、回転速度センサ４６によりモータ４４の回転速度や回転数が検出され、電源装置１４に送信される。電源装置１４の制御部は、回転速度センサ４６で検出されたモータ４４の回転速度と、予め記憶された減速ギヤ４８Ａ−Ｃの減速比とに応じて光ファイバ１６の回転速度や回転数を算出する。

光ファイバ１６は、中空の筒形状である回転筒５０内を通って、回転保持部３２に摺動可能に保持される。例えば図４に示すように、回転保持部３２に設けられた挿入孔３２Ａに光ファイバ１６を挿入して保持させる構成とし、挿入孔３２Ａの内径を光ファイバ１６の外径より僅かに大きくしておくことにより光ファイバ１６を回転保持部３２に摺動可能に保持させることができる。これにより、回転筒５０の回転に伴って回転保持部３２が回転した際、光ファイバ１６は回転保持部３２の保持部分で滑りながら回転保持部３２と共に回転するが、光ファイバ１６にねじれが発生することを防ぐことができる。また、図４では先端部６４を回転保持部３２の挿入孔３２Ａから突出させた状態で保持しているが、回転保持部３２の挿入孔３２Ａ内に先端部６４が収まるようにしてもよい。

さらに、本実施の形態では、光ファイバ１６は回転保持部３２の回転軸Ｃ０からずれた位置において光ファイバ１６の光軸Ｃ１が回転軸Ｃ０に対して傾斜するように保持される。このとき、回転軸Ｃ０に対する光ファイバ１６の傾斜角度θは、回転軸Ｃ０と光軸Ｃ１とが目標点Ｐで交差するように設定する。目標点Ｐは、回転軸Ｃ０上に加温対象である標的部位が位置するようにケーシング２６の接触面４２を患部（皮膚）に当てた状態における、接触面４２から標的部位までの距離ｄ０で定められる。例えば標的部位が真皮にある場合、距離ｄ０は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることが好適である。

具体的には、図４に示すように、回転保持部３２の保持部６６の厚さ方向の中心点から回転軸Ｃ０に下ろした垂線の長さをｄ１、当該垂線と回転軸Ｃ０との交点から接触面４２までの距離をｄ２とすると、傾斜角度θはθ＝ｔａｎ^−１（ｄ１／（ｄ０＋ｄ２））で定められる。

回転軸Ｃ０に対する光軸Ｃ１の傾斜角度θは、０°＜θ＜９０°の範囲に設定される。ただし、傾斜角度θを過度に小さくするとレーザー光によって照射される領域が集中して標的部位以外が過度に加熱されるので、標的部位以外の部位が所望温度以上に加熱されない角度以上とすることが好適である。また、傾斜角度θを過度に大きくすると光ファイバ１６の回転径が大きくなり、それに伴ってハンドピース１０の径も大きくなって使用性が低下するおそれがあるので、所望の使用性を満足する角度以下とすることが好適である。

一般的には、ｄ１は３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、ｄ２は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされるので、ｄ０が０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である場合、傾斜角度θは１５°以上４５°以下の範囲の角度となる。

なお、光ファイバ１６が、回転保持部３２に摺動しながら回転する間に、遠心力や光ファイバ１６の撓み等により、回転保持部３２から光ファイバ１６の先端部６４が抜けるおそれがある。そこで、図９に示すように、先端部６４にストッパー１１８を設けてもよい。

ストッパー１１８は、筒部１２０及び鍔部１２２を含んで構成される。筒部１２０は、先端部６４に挿入固定されるとともに、回転保持部３２に対して摺動可能な部材である。筒部１２０は、例えば、回転保持部３２の光ファイバ挿入孔３２Ａの内径より小さい外径であり、かつ、先端部６４の外径以上の内径を備えた、筒形状に形成されていてよい。また、鍔部１２２は、回転保持部３２の光ファイバ挿入孔３２Ａよりも大きな径を有する、平板状の部材である。鍔部１２２も筒部１２０と同様に、回転保持部３２に対して摺動可能となっている。例えば、筒部１２０及び鍔部１２２を、摺動性の良好なテフロン（登録商標）等の樹脂から形成してもよい。

ストッパー１１８は、保持部６６の照射窓４０側の側面１２４に鍔部１２２が当接するように、先端部６４に固定される。例えば、接着により、ストッパー１１８を先端部６４に固定させてもよいし、ストッパー１１８を先端部６４にかしめることによって固定させてもよい。

さらに、保持部６６の、側面１２４に対向する側面１２６側にも、ストッパー１１８を設けてもよい。側面１２６側にストッパー１１８を設けることで、先端部６４が照射窓４０側に飛び出すことを防止できる。

図４に戻り、本実施形態に係るレーザー治療装置用のハンドピース１０を用いた治療について説明する。ここでは、例として、皮膚に形成されたしわの直下にある真皮組織を標的部位にする場合について説明する。

真皮組織を加温することにより、コラーゲン線維が増加することが知られている。コラーゲン線維の増加により、皮膚のしわや弛み等が軽減されることが知られている。本発明者らは、皮膚直下１ｍｍ以上３ｍｍ以下の真皮層を４６℃以上６８度以下の範囲で加温することで、コラーゲン線維が有意に増加することを見出した。真皮層の任意の地点を標的部位とすると、レーザー光の出力が９Ｗのときには、６秒以上、レーザー光を標的部位に照射し続けることで、当該標的部位を上記の温度範囲まで加温することができる。一方、標的部位へのレーザー照射が長期間継続すると、標的部位から生じる疼痛に、患者が耐えることが困難となる。そこで、標的部位への照射時間は、１０秒以下であることが好適である。

なお、上述したように、治療に際しては、標的部位やその周辺の温度管理を厳格に行う必要がある。そこで、治療に先立って、皮膚の温度を予め所定の温度に調整する、前処理を行ってもよい。例えば、レーザー光の照射に先立って、皮膚を５℃以上２０℃以下に冷却する冷却処理を行ってもよい。また、レーザー光の照射中は、標的部位の温度管理を正確に行うために、皮膚への冷却を停止させてもよい。

レーザー光の照射に当たり、治療対象となる標的部位に回転軸Ｃ０が向くように皮膚表面にハンドピース１０の接触面４２を当てる。このとき、ハンドピース１０の接触面４２が回転軸Ｃ０に対して垂直に構成され、かつ回転軸Ｃ０上に目標点Ｐを設けていることから、しわに接触面４２を当接させることで、しわ直下の標的部位と目標点Ｐとを重ねることができる。

さらにペダル２１を踏むことによってモータ４４に電力が供給されるとともに光ファイバ１６にレーザー光が送られる。モータ４４の回転に伴って光ファイバ１６が回転軸Ｃ０の周りを回転しながら目標点Ｐに向かってレーザー光が照射される。

このとき、図５に示すように、目標点Ｐと重なった標的部位は連続的にレーザー光に照射される。一方で、標的部位以外の領域は断続的にレーザー光に照射される。つまり、標的部位以外の領域のレーザー照射期間は標的部位と比較して短くなる。したがって標的部位以外の領域の温度上昇は標的部位と比較して緩やかとなる。その結果、標的部位が集中的に加温されるとともに、光ファイバ１６から標的部位までの経路上の組織の温度上昇が抑制される。

ここで、レーザー光源がパルス光源である場合には、光ファイバ１６の回転周期をパルス周期に応じて設定する、またはパルス周期を回転周期に応じて設定することが好適である。すなわち、標的部位以外の部位の特定の箇所に集中してレーザー光が照射されることなく、標的部位以外の部位に対してできるだけまんべんなく（所定の部位に偏ることなく）レーザー光が照射されるようにパルス周期と回転周期とをずらして設定する。例えば、パルス周期をＡ[ｍｓｅｃ]、光ファイバ１６の回転速度をＢ[ｒｐｍ]、任意の整数をｋとすると、６０×１０^３／Ａ≠ｋＢとなるように回転速度及びパルス間隔を設定することが好適である。このようにすることで、標的部位以外の部位に対するレーザー光の照射の時間間隔を広くすることができる。時間間隔が広くなることで、放熱期間（熱緩和時間）を長く取ることができる。これにより、表皮等の、標的部以外の部位の温度の上昇を抑制することができる。

なお、上述の実施形態においては一本の光ファイバ１６を用いていたが、この形態に限られずに複数本の光ファイバ１６を用いてもよい。また、複数本の光ファイバ１６を用いる場合には、これらの光ファイバ１６を回転させても、回転させなくても良い。例えば後者の場合、図６に示すように、中心軸Ｃ０周りに複数本の光ファイバ１６を配置する。このとき、保持部７０は各光ファイバ１６の光軸Ｃ１がいずれも目標点Ｐを交差するように各光ファイバ１６を中心軸Ｃ０に対して傾けて保持する。この傾斜角θは、１５°以上４５°以下とすることが好適である。さらに治療時においては図７に示すように各光ファイバ１６から順次レーザー光を照射する。図７ではレーザー光が回転しながら目標点Ｐに照射するように光ファイバ１６の照射順序を定めているが、この形態に限られず、各光ファイバ１６の照射頻度が均等になるように照射順序を定めればよい。このとき、電源装置１４に設けられた図示しない導光切り替え手段によって各光ファイバ１６からのレーザー光の照射順が制御される。このような形態によっても目標点Ｐが集中的にレーザー光に照射される一方でその他の領域は断続的に照射されることになるので、光ファイバ１６から目標点Ｐまでの経路上の組織の温度上昇を抑制することができる。

１０ハンドピース、１２レーザー治療装置、１４電源装置、１６光ファイバ、１８冷却液循環チューブ、２０電力ケーブル、２１ペダル、２２ケーシングの保持部、２４フィンガーレスト、２６ケーシング、２８キャップ、３０冷却リング、３２回転保持部、３２Ａ光ファイバ挿入孔、３４コネクタ、４０照射窓、４２キャップ接触面、４４モータ、４６回転速度センサ、４８減速ギヤ、５０回転筒、５４出力ギヤ、５６シャフト用軸受、５８シャフト、６０回転筒用軸受、６４光ファイバ先端部、６６保持部、１１０コントローラ、１１２冷却手段、１１４温度センサ、１１６接触センサ、１１８ストッパー、１２０筒部、１２２鍔部。

Claims

パルス光源から発せられたレーザー光を導光する光ファイバと、
回転軸上に設けられた目標点に前記レーザー光の光軸が向くように前記回転軸に対して傾斜させて前記光ファイバの先端部を保持し、前記回転軸周りに前記光ファイバの先端部を回転させる回転保持部と、を備え、
前記パルス光源の単位時間当たりのパルス数が、前記単位時間当たりの前記光ファイバの先端部の回転数の整数倍とならないように、前記パルス光源のパルス数及び前記光ファイバの先端部の回転数が定められていることを特徴とする、レーザー治療装置のハンドピース。
請求項１に記載のレーザー治療装置のハンドピースであって、前記回転保持部は、前記光ファイバの先端部を摺動可能に保持し、
前記光ファイバの先端部には、前記回転保持部からの前記先端部の抜けを防止するストッパーが設けられていることを特徴とする、レーザー治療装置のハンドピース。