JP6086704B2 - レーザアブレーション装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザアブレーション装置に関するものである。
従来、高密度のエネルギーを有するレーザを出射する挿入部からレーザを患部組織に照射して焼灼するレーザアブレーションカテーテルが知られている(例えば、特許文献1)。レーザアブレーションカテーテルは、主として不整脈治療を行うものであり、患者に対しては、レーザアブレーションカテーテルが挿入可能な最小限の範囲を切開するだけで患部を焼灼することができるので、低侵襲な手術を行うことができるという利点がある。
特開平7−8502号公報
しかしながら、上述したレーザアブレーションカテーテルでは、高いエネルギーを有するレーザが直線的に照射されるので、レーザによる患部の焼灼能力が高い一方で、レーザの過剰照射による正常組織の損傷や穿孔の虞がある。このため、操作者は挿入部を手動で振動させ、レーザが局所的に過剰に照射されないようレーザアブレーションカテーテルを操作しているが、これは高度な操作を要するため操作者に負担となる。また、特に、心嚢内のような狭い空間では、操作者による挿入部基端部の操作を挿入部先端にまで作用させることが困難であり、操作者に依存した操作は限定的となる。さらに、治療の為のレーザの照射は、その光量、照射範囲、及び照射時間が特定されるが、操作経路によってレーザの照射密度に差があるため照射ムラが生じ、所望の照射を行うことができない虞がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、レーザの局所的な過剰照射を防止し、治療対象範囲において、均一にレーザを照射するレーザアブレーション装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、患部を焼灼するためのレーザ光を出射する光源と、挿入部内に設けられ、前記光源から出射されたレーザ光を導光して該レーザ光を挿入部先端から照射するファイバと、該ファイバに設けられ該ファイバを第1の周期で振動させる第1の駆動部と、前記ファイバを第2の周期で振動させる第2の駆動部とを備えるレーザアブレーション装置を提供する。
本発明によれば、光源から出射したレーザ光を挿入部内に設けられたファイバにより導光し、ファイバにより挿入部先端からレーザ光を出射する。挿入部先端、すなわちファイバの出射端から出射したレーザ光は直線的に患部に照射されるが、レーザ光が第1の駆動部により周期的に振動させられているので、レーザ光が定点照射されることがなく、所定の領域に均一にレーザ光を照射することができる。したがって、治療対象範囲において、均一にレーザを照射すると共に、レーザの局所的な過剰照射を防止することができる。
上記した発明において、前記ファイバを第2の周期で振動させる第2の駆動部を更に備えることで、レーザ光の照射領域を拡張させることができ、より広範囲にかつ均一にレーザ光を照射することができる。また、第1の周期と第2の周期とを異なる周期とすることも同じ周期とすることもできる。
上記した発明において、前記第1の駆動部による振幅よりも前記第2の駆動部による振幅が大きいことが好ましい。
このようにすることで、第1の駆動部によって比較的細かいレーザ光照射を行い、第2の駆動部によって比較的荒い照射を行うことができるので、全体としてレーザ光の照射領域を広げつつ、患部に対してムラなく均一なレーザ光照射を行うことができる。
上記した発明において、前記第1の駆動部が前記第2の駆動部よりも前記ファイバの先端側に設けられ、前記第1の周期よりも前記第2の周期が長いことが好ましい。
また、上記した発明において、前記第1の駆動部が前記第2の駆動部よりも前記ファイバの先端側に設けられ、前記第2の周期が前記第1の周期のn倍(nは整数)の周期であることが好ましい。
このようにすることで、より均一にレーザ光を患部に照射することができる。
上記した発明において、前記ファイバが、前記第1の駆動部及び前記第2の駆動部により回転運動され、前記第1の駆動部によるファイバの回転数が前記第2の駆動部によるファイバの回転数よりも早いことが好ましい。
このようにすることで、より均一にレーザ光を患部に照射することができる。
なお、第1の駆動部及び第2の駆動部は、前記ファイバを共振運動させたり、ラスター走査させたり、スパイラル走査させたり、異なる走査を組み合わせることもできる。このように、共振運動させることにより電気−機械変換効率が向上し、所定の治療を行うのに必要な電圧を下げることができる。
さらに、ラスター走査やスパイラル走査等に走査方法を変えることで、レーザ照射領域の形状を変えることができるので、治療対象の形状に合わせて最適な走査方法を選択することにより、照射時間の短縮、照射回数の削減を図ることが可能となる。
また、ファイバを周期的に振動させる他の1以上の駆動部を更に備えることにより、より均一にレーザ光を患部に照射すると共に、照射時間の短縮、照射回数の削減を図ることが可能となる。
本発明によれば、レーザの局所的な過剰照射を防止し、治療対象範囲において、均一にレーザを照射することができるという効果を奏する。
本発明の参考実施形態に係るレーザアブレーション装置の全体構成を示す図である。 本発明の参考実施形態に係るレーザアブレーション装置の挿入部を示し、(A)は、挿入部全体を、(B)は、シャフトとファイバの固定状態を、(C)は(B)のA−A’断面を示す図である。 本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置の全体構成を示す図である。 本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置の挿入部を示し、(A)は、挿入部全体を、(B)は、シャフトとファイバの固定状態を、(C)は(B)のA−A’断面を示し、(D)は、(B)のB−B’断面を示す図である。 本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置のファイバによるレーザ光の照射軌跡の例である。 本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置の全体構成を示す図である。 本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置の挿入部を示す図である。 本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置のファイバによるレーザ光の照射軌跡の例である。 本発明の第の実施形態の変形例に係るレーザアブレーション装置の挿入部を示す図である。 本発明の第の実施形態の変形例に係るレーザアブレーション装置のファイバによるレーザ光の照射軌跡の例である。 本発明の他の例に係るレーザアブレーション装置の挿入部を示す図である。 図11のレーザアブレーション装置のファイバによるレーザ光の照射軌跡の例である。
参考実施形態)
以下に、本発明の参考実施形態に係るレーザアブレーション装置10について図面を参照して説明する。本実施形態におけるレーザアブレーション装置10は、後述する挿入部からレーザ光を患部組織に照射して焼灼することにより不整脈の治療などを行うものであり、挿入部11及び本体部12を備えている。
図1及び図2に示すように、患部の体内に挿入される挿入部11は、細長で柔軟性を有する管路であり、後述する光源から射出されたレーザ光を導光しこのレーザ光を挿入部先端から照射するファイバ15と、ファイバ15に設けられファイバ15を所定の周期で振動させるモータ16とを備えている。すなわち、ファイバ15はモータ16のシャフト16Aと一体的に設けられ、モータ16の回転と同時に回転しながらレーザ光を導光するようになっている。
すなわち、シャフト16Aは中空構造となっており、シャフト16Aをファイバ15が貫通している。そして、モータ16のシャフト16Aは屈曲部を有し、モータ16の出力を回転軸に対して偏心させるようになっている。シャフト16Aの先端部は、図2(A)に示すように、4つのボールベアリング16Bが等間隔で配置され、これらのボールベアリング16Bを介してファイバ15がシャフト16Aに接し、これによりファイバ15がシャフト16Aに固定されている。挿入部11の先端面にはファイバ15の出射端から出射されたレーザ光を透過させるレンズ15Aが設けられている。
本体部12は、光源部17、ファイバ15の振動を制御する振動制御部18、光源部17及び振動制御部18等を制御する制御部19を備えている。
光源部17は、患部を焼灼するためのレーザ光を出射する光源としてのLD(レーザダイオード)17AとLD17Aを駆動するLD駆動部17Bとを備えている。
振動制御部18は、モータ16を回転駆動させるモータ駆動部18Aとモータ16の回転速度を適宜変調させる回転速変調部18Bとを有している。
以下、このように構成されたレーザアブレーション装置10の作用について説明する。
レーザアブレーション装置10の挿入部11の先端を患部近傍まで挿入する。この状態で、制御部19からの制御信号に基づいて、LD駆動部17BによりLD17Aに電源が供給されると、LD17Aからレーザ光が出射され、挿入部11の基端側に配置されたファイバ15の入射端にレーザ光が入射する。レーザ光は、ファイバ15によりファイバ15の先端まで導光されその出射端から挿入部11の先端に設けられたレンズ15Aを介して患部に照射される。
このとき、ファイバ15はモータ16のシャフト16Aと一体的に設けられ、モータ16の回転と同時に回転しながらレーザ光を導光するようになっている。また、モータ16のシャフト16Aはモータ16の出力を回転軸に対して偏心させるので、モータ16がモータ駆動部18Aにより回転駆動されると、ファイバ15から出射されるレーザ光はシャフト16Aの偏心位置に対応した円形の軌跡を辿りながら患部に照射されることとなる。
以上述べたように本実施形態によれば、モータ16による回転によりレーザ光を出射するファイバ15を振動させることで、レーザ光の照射軌跡も振動させることができ、レーザ光が局所的に患部に対して照射されることを防止すると共に、照射範囲を拡大しながら均一にレーザ光を照射することができる。
(第の実施形態)
続いて、本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置30について、図面を参照して説明する。本実施形態において、上述した参考実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。本実施形態における参考実施形態との主たる相違点は、図3に示されるように、シャフト16Aの出力端の軸線回りに4方向に対称に圧電素子15Bが設けられていることである。
従って、本体部12は、さらに圧電素子を制御する圧電素子制御部20を備え、制御部19は光源部17、振動制御部18及び圧電素子制御部20を制御する。
圧電素子制御部20は、各圧電素子15Bに電力を供給するAM変調部23と、AM変調部23から出力される変調信号の位相とモータ16の回転数とを調整するPLL制御部24と、AM変調部23に供給する交流信号を生成する交流信号発生部21及び交流信号発生部21から出力された交流信号を増幅する増幅部22とを備えている。
図4に示すように、中空のシャフト16Aの内部にファイバ15が設けられ、ファイバ15の先端が弾性部材16Cを介して設けられたボールベアリング16Bによってシャフト16Aに固定されている。ボールベアリング16Bの接点は弾性材の振動の節位置に設けられる。各圧電素子15Bは、ファイバ15の弾性部材16Cを介しての軸線回りに4方向に対称に設けられ、X軸方向駆動用圧電素子とY軸方向駆動用圧電素子に分かれているので、交流信号発生部21により供給される交流信号の位相はX軸方向駆動用圧電素子とY軸方向駆動用圧電素子とで90度ずらしている。また、AM変調部23から出力される変調信号とモータ16の回転速度はPLL制御部24によりそれぞれ分周・逓倍の関係になるよう制御される。
このように構成されたレーザアブレーション装置の作用について説明する。
交流信号発生部21から発生した交流信号は増幅部22により増幅され、AM変調部23にてAM変調される。各圧電素子15Bに印加される電圧・電流の周波数はファイバ15の振動の共振周波数に合わせられる。AM変調部22から出力された変調信号は各圧電素子15Bに供給されると、圧電素子15Bは圧電効果により振動してシャフト16Aを振動させる。その振動が伝達し、ファイバ15を共振させる。
この状態で、LD駆動部17Bが、制御部19の制御信号に基づいてLD17Aに所定の電源を供給すると、LD17Aはレーザ光をファイバ15の出射端に向けて出射する。出射されたレーザ光はファイバ15を介して挿入部先端から患部に対して照射される。
この時、上述のように、モータ16が駆動することによりシャフト16Aが回転すると共に、圧電素子15Bが圧電効果により振動してシャフト16Aの先端を振動させるので、挿入部11の先端から照射された光はモータによる振動と圧電素子15Bによる振動とが重畳された照射軌跡を辿ることとなる。
図5にファイバ15によるレーザ光の照射軌跡の例を示す。図5(A)は、圧電素子15Bによる振動の振幅をモータ16の振動による振幅よりも小さくすることで、圧電素子15Bにより細かくレーザ光を移動させながら、モータ16によりレーザ光を粗く移動させた場合の照射軌跡の例を示す。図5(A)は圧電素子15Bによりファイバ15をらせん状に振動させた場合、図5(B)は、圧電素子15Bによりファイバ15を円形の軌跡で振動させた場合のレーザ光の照射軌跡の例を示す。
このように、本実施形態によれば、モータ16の回転運動による振動と圧電素子15Bによる振動とを重畳させることにより、レーザ光が局所的に照射されることを防止すると共に、より均一なレーザ光の照射が可能になり、患部以外の組織に対する損傷を防止することができる。そして、定点照射を回避し、領域照射が可能となるため、内視鏡などの観察眼で視覚的に治療量を把握することができる。
なお、モータの回転数、回転速度及び回転方向は任意であるとともに、モータの振幅と圧電素子の振幅とは異なる振幅であっても同一の振幅であってもよい。また、本実施形態においては、各圧電素子15Bに印加される電圧・電流の周波数はファイバ15の振動の共振周波数に合わせられることとしたが、必ずしも共振である必要はなく非共振であってもよい。
(第の実施形態)
続いて、本発明の第の実施形態に係るレーザアブレーション装置40について、図面を参照して説明する。本実施形態において、上述した第の実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。本実施形態における第の実施形態との主たる相違点は、図6、図7に示すように、モータ16に代えて、圧電素子15Cを設けたことである。
すなわち、ファイバ15には、圧電素子15B及び圧電素子15Cを支持するための弾性部材32が設けられている。弾性部材32の先端側の4方向に圧電素子15Bが、基端側の4方向に圧電素子15Cが夫々対称に設けられている。
従って、本体部12には、圧電素子制御部20に代えて、圧電素子15B及び圧電素子15Cを制御する圧電素子制御部28を備えている。
圧電素子制御部28は、各圧電素子15B,15Cに電力を供給するAM変調部23B,23Cと、AM変調部23B,23Cから出力される変調信号の位相を互いに調整するPLL制御部24と、AM変調部23B,23Cに供給する交流信号を生成する交流信号発生部21B,21C及び交流信号発生部21B,21Cから出力された交流信号を増幅する増幅部22B,22Cとを備えている。
交流信号発生部21Bから発生した交流信号は増幅部22Bにて増幅され、AM変調部23BにてAM変調される。同じく、交流信号発生部21Cから発生した交流信号は増幅部22Cにて増幅され、AM変調部23CにてAM変調される。AM変調部23BおよびAM変調部23Cから出力される変調信号は、それぞれ周波数が異なるが、PLL制御部24でそれぞれ分周・逓倍の関係になるよう制御される。また、圧電素子15Bに印加される電圧・電流の周波数は弾性部材32の先端部の共振周波数に合わせられ、圧電素子15Cに印加される電圧・電流の周波数は、ファイバ15の共振周波数に合わせられている。
このように構成されたレーザアブレーション装置の作用について説明する。AM変調部23B、AM変調部23Cから出力された変調信号はそれぞれ圧電素子15B、15Cに供給され、圧電素子15B,15Cは変調信号に基づく圧電効果により振動する。振動は、弾性部材32を経由して伝達し、ファイバ15を振動させる。
この状態で、LD駆動部17Bが制御部19からの制御信号に基づいてLD17Aに所定の電源を供給することにより、LD17がレーザ光をファイバ15の入射端に向けて出射する。出射されたレーザ光はファイバ15を介して挿入部11の先端から射出される。
このとき、ファイバ15が圧電素子15B,15Cにより振動させられているので、挿入部11の先端から出射されるレーザ光は、挿入部11の先端から照射された圧電素子15Bと圧電素子15Cによる振動とが重畳された照射軌跡を辿ることとなる。
図8にファイバ15によるレーザ光の照射軌跡の例を示す。図8は、圧電素子15Bによる振動の振幅を圧電素子15Cの振動による振幅よりも小さくすることで、圧電素子15Bにより細かくレーザ光を移動させながら、圧電素子15Cによりレーザ光を粗く移動させた場合の照射軌跡の例を示す。図8(A)は圧電素子15Cにより円形の軌跡で振動させながら圧電素子15Bによりファイバ15をらせん状に振動させた場合の例、図8(B)は、圧電素子15Bによる振動を(A)と同様とし、圧電素子15Cによる振動をらせん状の振動とした場合のレーザ光の照射軌跡の例を示す。図8(C)は、圧電素子15B,15Cのいずれによる振動も円形の軌跡の振動とした場合のレーザ光の照射軌跡の例を示す。
このように、本実施形態によれば、圧電素子15Bによる振動と圧電素子15Cによる振動と弾性部材32を介してファイバ15に伝えると共に、圧電素子15Bによる振動と圧電素子15Cによる振動とを重畳させることにより、レーザ光が局所的に照射されることを防止すると共に、より均一なレーザ光の照射が可能になり、患部以外の組織に対する損傷を防止することができる。そして、定点照射を回避し、領域照射が可能となるため、内視鏡などの観察眼で視覚的に治療量を把握することができる。照射範囲の可変域が広い為、異なる治療範囲に対し柔軟に対応できる。
(第の実施形態の変形例)
続いて、本発明の第の実施形態の変形例に係るレーザアブレーション装置について、図面を参照して説明する。本実施形態において、上述した第の実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。本実施形態における第の実施形態との主たる相違点は、図9に示すように、弾性部材32の軸方向に圧電素子が3箇所設けられた所謂3段構成となっている点である。
すなわち、ファイバ15には、圧電素子15B、圧電素子15C及び圧電素子15Dを支持するための弾性部材32が設けられている。弾性部材32の先端側の4方向に圧電素子15Bが、圧電素子15Bよりも基端側の4方向に圧電素子15Cが、さらに基端側の4方向に圧電素子15Dが夫々対称に設けられている。
従って、上記した第の実施形態と同様に、本体部は、圧電素子制御部20に代えて、圧電素子15B、圧電素子15C及び圧電素子15Dを制御する圧電素子制御部を備え、圧電素子制御部28が、各圧電素子15B,15C,15Dに電力を供給するAM変調部、AM変調部から出力される変調信号の位相を互いに調整するPLL制御部と、AM変調部に供給する交流信号を生成する交流信号発生部及び交流信号発生部から出力された交流信号を増幅する増幅部とを備えている。
このように圧電素子15B,15C,15Dがファイバの軸方向の3箇所に設けらている場合のファイバ15によるレーザ光の照射軌跡の例を図10に示す。図10は、ファイバ15の先端側に設けられた圧電素子ほどその振動の振幅を小さくすることで、先端側の圧電素子により細かくレーザ光を移動させながら、基端側の圧電素子によりレーザ光を粗く移動させた場合の照射軌跡の例を示す。特に、図10(A)は圧電素子15C,15Dにより円形の軌跡で振動させながら圧電素子15Bによりファイバ15をらせん状に振動させた場合の例、図10(B)は、圧電素子15B,15Cによる振動を螺旋状に振動させながら圧電素子15Dにより円形の軌跡で振動させた場合の例、図10(C)は、圧電素子15B,15C,15Dのいずれによる振動も円形の軌跡の振動とした場合のレーザ光の照射軌跡の例を示す。
このように、本実施形態によれば、圧電素子15B,15C,15Dによる振動と弾性部材32を介してファイバ15に伝えると共に、圧電素子15B,15C,15Dによる振動とを重畳させることにより、レーザ光が局所的に照射されることを防止すると共に、より均一なレーザ光の照射が可能になり、患部以外の組織に対する損傷を防止することができる。そして、定点照射を回避し、領域照射が可能となるため、内視鏡などの観察眼で視覚的に治療量を把握することができる。照射範囲の可変域が広い為、異なる治療範囲に対し柔軟に対応できる。
なお、上述した各実施形態においては、振動を発生させる手段として圧電素子を用いたが、必ずしも圧電素子に限られるものではなく、例えば、電磁式の振動素子であってもよい。
また、第の実施形態においては、圧電素子15Bによって振動を発生させる駆動部と圧電素子15Cによって振動を発生させる駆動部との2段構成とし、第の実施形態の変形例においては圧電素子によって振動を発生させる3つの駆動部による3段構成としたが、4段又はそれ以上の構成であってもよく、駆動部として、モータ、圧電素子、電磁式の振動素子等、ファイバを振動させ得るあらゆる手段を単独又は適宜組み合わせて適用することができる。
例えば、図11に示すように、電磁式の振動素子35は、ファイバ15に振動を伝達する弾性部材32の軸上に配置された永久磁石33とこの永久磁石33の周囲を囲むように設けられたコイル34とを有している。そして、このように構成された電磁式振動素子35を適用する場合には、図11(A)のように、ファイバ15の基端側に電磁式の振動素子35を設けると共に先端側に圧電素子15Cを設ける構成とすることや、図11(B)のように、ファイバ15の基端側及び先端側共に電磁式の振動素子35を設ける構成とすることができる。
そして、コイルに電流が供給されると永久磁石が電磁誘導により振動し、この振動が弾性部材を介してファイバ15の先端側を振動させる。電磁式の振動素子35は、ラスター走査をすることができるので、図11(A)のようにファイバ15の先端側に圧電素子が設けられている場合には、図12(A),(B)に示すように、圧電素子による回転による振動と組み合わせることができ、図11(B)のように、ファイバ15の基端側及び先端側共に電磁式の振動素子35を設けた場合には、双方ともラスター走査とすることで、図12(C)のような走査軌跡とすることができる。何れも、レーザ光が局所的に照射されるのを防止することができる。
10,30,40 レーザアブレーション装置
11 挿入部
15 ファイバ
15B 圧電素子
15C 圧電素子
16 モータ
16A シャフト
17A 光源
18 振動制御部
19 制御部
20,28 圧電素子制御部

Claims (9)

  1. 患部を焼灼するためのレーザ光を出射する光源と、
    挿入部内に設けられ、前記光源から出射されたレーザ光を導光して該レーザ光を挿入部先端から照射するファイバと、
    該ファイバに設けられ該ファイバを第1の周期で振動させる第1の駆動部と、
    前記ファイバを第2の周期で振動させる第2の駆動部とを備えるレーザアブレーション装置。
  2. 前記第1の駆動部による振幅よりも前記第2の駆動部による振幅が大きい請求項に記載のレーザアブレーション装置。
  3. 前記第1の駆動部が前記第2の駆動部よりも前記ファイバの先端側に設けられ、
    前記第1の周期よりも前記第2の周期が長い請求項または請求項に記載のレーザアブレーション装置。
  4. 前記第1の駆動部が前記第2の駆動部よりも前記ファイバの先端側に設けられ、
    前記第2の周期が前記第1の周期のn倍(nは整数)の周期である請求項乃至請求項3の何れか1項に記載のレーザアブレーション装置。
  5. 前記ファイバが、前記第1の駆動部及び前記第2の駆動部により回転運動され、
    前記第1の駆動部によるファイバの回転数が前記第2の駆動部によるファイバの回転数よりも早い請求項乃至請求項の何れか1項に記載のレーザアブレーション装置。
  6. 前記ファイバが共振運動させられる請求項1乃至請求項の何れか1項に記載のレーザアブレーション装置。
  7. 前記ファイバがラスター走査させられる請求項1乃至請求項の何れか1項に記載のレーザアブレーション装置。
  8. 前記ファイバがスパイラル走査させられる請求項1乃至請求項の何れか1項に記載のレーザアブレーション装置。
  9. 前記ファイバを周期的に振動させる他の1以上の駆動部を更に備える請求項1乃至請求項の何れか1項に記載のレーザアブレーション装置。
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