JPH0518580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は外径を大きくすることなく、収束した
レーザ光ビームを出射できる光学系を備えたレー
ザメス用ハンドピースに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、刃先を鋭利にした通常のメスの代りに、
レーザ光をメスとして利用するレーザメス（装
置）が広く用いられる状況にある。上記レーザメ
スは、これまでのメスで切開等した場合に出血す
るのと異り、多くの場合止血作用を伴うため切開
等の手術に適している。又、極めて細く収束でき
るので、より細部にわたる手術を行うことができ
る。

ところで、上記レーザ光をレーザメスとして使
用する場合、レーザ光を多感節型導光路（いわゆ
るマニピユレータ）、或いはフレキシブルな光フ
アイバで患部（被照射部）に導き、レーザ光を照
射して生体組織を切開、凝固するものである。

この場合、術者はハンドピース（装置）と呼ば
れる操作部（保持部）を操作してハンドピース内
部のレンズにより集光したレーザ光を確実に照射
する必要がある。

第１図は実際のレーザメスの概観図を示す。

上記レーザメス（装置）１において、レーザ光
伝送用光フアイバ２は、第１図の円内に拡大して
示すように内装被覆３、外装被覆４により保護さ
れ、その基部側に形成したレーザ（発振器）５に
装着可能になるコネクタ６と、先端側に形成した
ハンドピース７とで、いわゆるレーザプローブ８
を構成している。

上記プローブ８の先端に設けたハンドピース７
は術者が把持操作する部分である。このプローブ
８の内部は、光フアイバ２を冷却するための冷却
ガスＧが流通可能であるように、光フアイバ２と
内装被覆３の間に、すき間を設けてある。冷却ガ
スＧは、通常レーザ電源９内の気体源（例えばガ
スボンベ等）から送気管１０を経て、プローブ８
内の光フアイバ２と内装被覆３のすき間を流通す
る。しかして先端のハンドピース７の直前に設け
てある排気管１１から、冷却ガスＧが排出される
ようになつている。術者はハンドピース７を把持
操作し、ハンドピース７の内部の集光レンズを経
て光を光フアイバ２の出射端から出射されるレー
ザ光を患部（被照射面）上に集光してレーザ光に
よる切除等を行い得るようになつている。

ところで上記ハンドピース７の従来例は第２図
に示すような構造になつている。

即ち、光フアイバ２は、内装被覆３、外装被覆
４により保護されている。光フアイバ２はハンド
ピース７内でフアイバ保持部（フアイバホルダ）
１３により固定されている。冷却ガスＧはプロー
ブ８内の光フアイバ２と内装被覆３とのすき間を
流通し、排気口１５からそのまま排気されるか、
又は冷却ガス入口１６から集光レンジ１７の前方
に吹き出され、レーザ光被照面上に吹きかけられ
る。

ところで、光フアイバ２の出射に出射される光
は通常光フアイバ２への入射条件に依存する。す
なわち、光フアイバ２への入射角と光フアイバ２
のコアの屈折率とで決まる前反射角が、その光フ
アイバ２固有の臨界角を越えず、かつ、光フアイ
バ２の伝送距離が短かい場合には、光フアイバ２
への入射角と同様な出射角となる。

ところが、実際に光フアイバ２に炭酸ガスレー
ザ光を入射角θで入射させると、光フアイバ２を
伝搬した光が光フアイバ２から出射するときの出
射角はほぼ2θとなることが測定によりわかつた。
すなわち、光フアイバ２からの出射角は光フアイ
バ２への入射角より大きくなることがわかる。

レーザメス用ハンドピース７内のレンズ１７
と、光フアイバ２出射端面位置の設定は従来次の
ように行なわれている。

すなわち、レンズ１７と光フアイバ２出射端面
との距離は、光フアイバ２からの出射光の出射角
に合わせて、出射光がレンズ１７の開口内に入る
ように設定する。この場合、第３図ａに示すよう
に、光フアイバ２より出射した光２ａはレンズ１
７により集光されレンズ１７光軸上前方の位置Ｐ
でスポツト（収束点）２ｂが形成される。いま、
光フアイバ２の出射端とレンズ１７との距離を
Ｓ、該レンズ１７とスポツト２ｂとの距離をS′と
し、レンズ１７の焦点距離をｆとすると、レンズ
１７の肉厚が薄い場合には、 １／Ｓ＋１／S′＝１／ｆ ……(1) なる式が成立する。

又、レンズ１７の倍率をγとすれば、 γ＝S′／Ｓ ……(2) なる関係が成立する。これはレンズ１７により像
をつくるとき、レンズ１７による像までの距離
S′が一定とする場合、Ｓが大きい場合（すなわ
ち、レンズ１７と光フアイバ２の距離が大きい場
合）倍率γが小さくなりレンズ１７による像が小
さくなることを意味する。逆に光フアイバ２をレ
ンズ１７に近づけると（すなわちＳを小さくする
と）倍率γが大きくなり、レンズ１７による像が
大きくなることを意味する。

従つて、レンズ１７とスポツト２ｂ（像）との
距離（いわゆる照射距離）を一定とした場合、ス
ポツトサイズを小さくするためには、光フアイバ
２とレンズ１７との距離を可能な限り大きくする
必要がある。ところが、光フアイバ２からの出射
光の出射角が大きい場合には、第３図ｂのよう
に、光フアイバ２とレンズ１７との距離を大きく
とると、光フアイバ２からの出射光２ａが、レン
ズ１７に入射せず、ハンドピース７の内壁７ａを
照射することによりきわめて危険である。

このためにレンズ１７の開口を大きくすると、
従来のハンドピース７の外形よりさらに大きくな
ることになり、術者が操作しにくいハンドピース
となる。

そこで、光フアイバ２からの出射角を小さくす
るために、光フアイバ２の出射端の形状をテーパ
状に変形させることが考えられる。これは第３図
ｃに示すような形状をしており、出射端径をa₁、
直線状のフアイバ部分の径をa₂とすると、a₁＞a₂
の関係があるが、テーパ型フアイバの開口数
（N.A.）taperはストレートフアイバの（N.A.）
との間に、 （N.A.）teper＝a₂／a₁（N.A.） ……(3) の関係があり、ストレートなフアイバに比べて出
射角は小さくなりレーザメスには有効であること
がわかる。

しかしながら現在の段階では、炭酸ガスレーザ
光を伝送するフアイバ材料として多くは赤外結晶
材料であるKRS−５、AgCl、AgBr、CsBrなど
を押し出し、或いは結晶融液からフアイバ化して
いるので、製法技術上テーパ状にフアイバを作製
することはきわめて困難である。

以上述べてきたように、従来のレーザメス用ハ
ンドピースの光学系では、光フアイバ２からの光
の出射角が大きく、レンズ１７により集光しても
スポツト径が大きくなつてしまう欠点があつた。
スポツト径を小さくするには、レンズ１７と光フ
アイバ２との距離を大きくとることが必要であ
り、このためには、レンズ１７の径を大きくする
ことが要求され、ハンドピース７の外径が大きく
なり術者が操作しにくいという欠点も生じてい
た。

〔発明の目的〕

本発明は上述した点にかんがみてなされたもの
で、ハンドピースの外径を大きくすることなく、
光フアイバから出射される光を効率良く集光でき
る光学系を実現可能とするレーザメス用ハンドピ
ースを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、レーザメス用ハンドピースにおい
て、光フアイバ等の光伝送部材の出射端から出射
されるレーザ光を円錐状或いは、回転放物面の反
射面により平行光ないしは平行光に近い光束とす
ることにより、ハンドピースの外径を大きくする
ことなくレンズによる集光効率を向上して、ある
いはレンズを用いることなく、収束したレーザ光
ビームにして出射できるようにしてある。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明す
る。

第４図は本発明の第１実施例のレーザメス用ハ
ンドピース（装置）の光学系を含むプローブの先
端側を示す。

第４図に示すようにプローブ２１は、該プロー
ブ２１の先端に第１実施例のハンドピース２２が
形成されている。

上記プローブ２１内の光伝送部材となる光フア
イバ２３は、その外周に沿つて形成した空隙によ
る冷却ガスの流通路２４が形成され、この空隙を
被うようにして内装被覆２５によつて光フアイバ
２３は保護されており、該内装被覆２４のさらに
外側は外装被覆２６で被われている。

上記光フアイバ２３は、その先端がハンドピー
ス２２における中心方向に突出させた同心状のフ
アイバホルダ（部）２７によつて、固定されてい
る。このフアイバホルダ２７の内径は、光フアイ
バ２３の外径よりもわずかに大きく設定されてい
る。このハンドピース２２の後端に内装被覆２５
と、外装被覆２６との先端が固着してある。

上記ハンドピース２２の内壁面は、光フアイバ
２３の出射端２３ａ部分より前方部分が出射端２
３ａより前方に収納された（集光）レンズ２８に
到るまで、円錐状に加工され、且つその円錐状内
壁面に炭酸ガスレーザ光の波長域となる赤外光の
反射率の高いAl、Au、Ag、Cu等が蒸着されて、
出射端２３ａから出射されるレーザ光を吸収する
ことなく殆んど完全に反射する円錐状の反斜面
（反射鏡面）２９が形成されている。尚、上記反
射面２９は金属蒸着でなく、スパツタリング、イ
オンプレーテイング、メツキ等でも良く、又、反
射面２９を加工の際あるいは研磨等で散乱するこ
となく所定の方向に反射できる高い面精度にして
ある。

上記ハンドピース２２における反射面２９の前
端に形成された若干拡径のレンズ保持枠部３１に
レンズ２８が収納され、リング状でその外周にね
じを設けた固体枠３２による螺合によつて着脱自
在で固定できるようになつている。

上記ハンドピース２２は固定枠３２前方の接続
部３３において、前方にテーパ状に細径となる先
端部材３４が着脱自在に嵌着されるようになつて
いる。

上記第１実施例においては、円錐状の反射面２
９を形成してこの反射面２９で反射を繰り返させ
ることによつて、拡開させることなく、平行光束
に近い状態で前方のレンズ２８に導き、該レンズ
２８で集光してスポツト状に収束したレーザ光ビ
ームにすることなくができるようになつているの
がその特徴となつている。

このように構成された第１実施例によれば、上
記円錐状の反射面２９のテーパ角をαとし、光フ
アイバ２３からのレーザ光の出射角をθ₀とする
と、反射面２９で反射するレーザ光の光軸となす
角θは θ＝θ₀−2nα となる。ここでｎは反射回数である。

従つて、光フアイバ２３の出射端２３ａから出
射後のレーザ光は、円錐状反射面２９で反射され
ることにより、光軸となす角度θが小さくなり、
平行光に近い光となつてレンズ２８に入射するこ
とになり、該レンズ２８の集光効率が向上する。

上記第４図に示す第１実施例では、反射面２９
は、ハンドピース２２の内部に形成されている
が、第５図に示すようにしてもよい。すなわち、
第５図に示すプローブ４１においては第２実施例
のハンドピース４２における内壁面はテーパ状に
成形されないで、光フアイバ２３の出射端２３ａ
からレンズ２８に到る部分に円錐状の反射面２９
を内周面に形成した反射鏡体４３を収納固定して
ある。尚、上記第１実施例と同一（形状の）部材
には同符号が付けてある。

上記円錐状の反射面２９が形成した反射鏡体４
３の基部側には光フアイバ２３を挿入できる孔を
設けて、該光フアイバ２３の出射端２３ａ近傍が
挿入された状態で固定してある。この反射鏡体４
３の前端に一方の面のレンズ２８が当接するよう
にして他方の面を挾持するように螺合される固定
枠３２によつてレンズ２８が着脱自在に固定でき
るようになつている。

この実施例においても上記第１実施例と同様
に、ハンドピース４２の先端部材３４は接続部３
３で着脱できる。又レンズ２８は上記先端部材３
４を取り外し、固定枠３２を回動して螺合を緩め
れば斜めにしてレンズ２８を直接取り外したり、
又は固定枠３２を若干湾曲させて取り外し後にレ
ンズ２８を取り外すことができるようになつてい
る。勿論逆にすれば取付けもできる。又、反射鏡
体４３もレンズ２８を取り外すことにより取り外
しができる。その他、上記第１実施例と同様の構
成であり、その動作機能も同様のものとなる。

又、上記第２実施例の効果も略同様のものとな
るが、上記第１実施例に比べて円錐状の反射面２
９に損傷等が生じたり、反射機能が低下したりし
た場合に反射鏡体４３の交換とか、取り外して反
射面２９を修理、修復等することが容易に可能に
なる利点を有する。

上述の各実施例においては、反射面２９が円錐
状にしてあるが、このような形状に限らず、第６
図に示す第３実施例のハンドピースにおける反射
面のような形状にしても良い。

即ちこのプローブ５１の先端に形成した第３実
施例のハンドピース５２においては、上記第２実
施例と同様にハンドピース５２内周に着脱自在で
取付け可能となる反射鏡体５３が設けてある。こ
の反射鏡体５３はその内周面が回転放物面の反射
面２９′に形成してあり、且つこの回転放物面の
焦点位置に、光フアイバ３２の出射端２３ａが位
置するように設定されており、この出射端２３ａ
から出射されるレーザ光は、回転放物の反射面２
９′で反射されて平行光束にされてレンズ２８に
入射され、該レンズ２８によつて、効率良く集光
されるようになつている。この場合にも図示から
明らかなように、反射鏡体５３の基部側には光フ
アイバ２３を挿入可能とする孔を設けてある。

尚、上記第１及び第２実施例と同様にレンズ２
８は固定枠３２によつて着脱自在に固定されてい
る。

その他、上記第２実施例と同様の構成である。
又、その作用効果は、上記第２実施例と略同様の
ものとなるが、さらにこの第３実施例においては
１回と反射によつて、殆んど完全に近い平行光束
にでき、上記第１及び第２実施例のように多数回
反射させなくても望ましい光束にできるので、多
数回の反射による光吸収ロスをより少くでき且つ
反射鏡体５３あるいはその周辺のハンドピース５
２の光吸収に伴う温度上昇する割合を低くでき、
熱損傷をより防止できる。又、温度上昇を低くで
きるので長寿命を可能にする。

尚、本発明は上記円錐状の反射面２９あるいは
回転放物面状の反射面２９′に限らず、両者の中
間的な反射面、つまり前方のレンズ２８側に拡径
となる反射面であれば良い。

尚、本発明は、光伝送部材として中央がコア部
で、その外周にクラツドを被覆するように形成し
たものあるいはクラツドを空隙の空気を利用した
ものに限定されうものでなく、光フアイバを管状
にして中空管部で側面で全反射させながら光を伝
送するものであつても良い。又、マニピユレータ
型のものでも同様に利用できるものである。

又、レーザ光としては炭酸ガスレーザ光に限ら
ずYAGレーザ光その他に対しても利用できる。
この場合、波長によつて反射率が小さくなる場合
には使用するレーザ光に応じて反射率の大きい材
料で反射面２９，２９′を形成すれば良い。又、
そのようなものを交換して着脱使用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、光フアイバ
等の光伝送部材の出射端近傍からその前方に反射
によつて光軸方向に集光する反射鏡面を形成して
あるので、ハンドピースの外径を大きくすること
なく、対照体側に出射されるレーザ光ビームを従
来例よりもスポツトサイズを小さくでき、レーザ
メスによる切除等を有効に行うことができる。
又、低コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来例に係り、第１図は
従来例を用いたプローブが装着されたレーザメス
装置を示す斜視図、第２図は第１図のハンドビー
ス部分を拡大して示す断面図、第３図は、従来例
におけるハンドピースの光学系を示す説明図、第
４図は本発明の第１実施例を示す断面図、第５図
は本発明の第２実施例を示す断面図、第６図は本
発明の第３実施例を示す断面図である。 ２１，４１，５１……プローブ、２２，４２，
５２……ハンドピース（装置）、２３……光フア
イバ、２３ａ……出射端、２５……内装被覆、２
６……外装被覆、２７……フアイバホルダ、２８
……（集光）レンズ、２９，２９′……反射（鏡）
面、３１……レンズ保持枠部、３２……固定枠、
３３……接続部、３４……先端部材、４３，５３
……反射鏡体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光を伝送するレーザ光伝送部材を備え
   たレーザメス用ハンドピースにおいて、 前記レーザ光伝送部材の出射端の前方に位置
   し、前記レーザ光の出射方向に向つて円状の内径
   が連続的に拡大する形状を有するレーザ光の反射
   鏡面を具備したことを特徴とするレーザメス用ハ
   ンドピース。 ２ 前記反射鏡面は、ハンドピース内周面に形成
   するか、ハンドピース内に収納される反射鏡体内
   周面に形成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のレーザメス用ハンドピース。 ３ 前記反射鏡面は、円錐状ないしは回転放物面
   状に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のレーザメス用ハンドピース。