JPH06509728A - レーザ伝送ファイバの側方反射チップ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 レーザ伝送ファイバの側方反射チップ ！口り旦 本発明は、柔軟な細長い光伝送ファイバからの光エネルギを側方へ反射するのに 使用する装置、より詳細に云うと、限定されるものではないが、レーザ光伝送フ ァイバとともに使用するように構成された装置に関する。

２・　−の１口 医療技術の開発領域の１つとして、光エネルギ、特に、レーザ光エネルギを患者 の身体の部位に当てることにより、患者の身体の組織を変え、除去しあるいは破 壊する分野がある。これは、裸のファイバまたは先端部に金属チップ（ｍｅｔａ ｌ　ｔｉｐｌ　を有するファイバを用いて行なわれる。かかるチップはレーザエ ネルギの全てまたは一部を吸収して診療上有意な程度まで加熱されることにより 、組織と接触状態に置かれる加熱されたチップからの熱伝導により組織の少なく とも一部を治療する。チップはまた、治療されるべき組織に対してレーザ光の一 部を直接または反射により方向づける孔を有することができる。

レーザエネルギをファイバの長平方向の軸線から側方へ反射することにより、こ のエネルギをファイバがら軸線方向へ放出される光では治療が困難な組織に向け ることができるようにすれば、かかるチップを利用する数多（の医療処置は、一 層容易に行なうことができる。

及ＥＡ　ＯＩｆ！ｔヱ 本発明は、概略的に上記したタイプのチップ構造の数多くの改良を提供するもの である。

先づ、チップを柔軟な細長い光伝送ファイバに容易にかつしっかりと取着するこ とができる改良された取着構造が提供されている。この実施例においては、本発 明は、先端にヘッド部を有するとともに、ヘッド部から基端部方向へ延びる複数 の柔軟な脚を有する細長い本体を備えている。半径方向内方へ脚を付勢してファ イバの先端部を脚と脚との間にクランプするように、クランプ手段が本体と操作 自在に連係して設けられている。これは、２片構造のチップ（ｔｗｏ−ｐｉｅｃ ｅ　ｔｉｐｌにより提供されるのが好ましく、このチップでは、第１の片が、該 第１の片の円錐状にテーバが付された外面を画定する外面を有する柔軟な脚を備 える。第２の片は、脚の周囲に摺動自在に収容されるスリーブを備える。スリー ブは円錐状にテーバが付された外面と対応する円錐状にテーバが付された内面を 有することにより、スリーブが脚に対して摺動されたときに、スリーブの円錐状 にテーバが付された内面と脚の円錐状にテーバが付された外面との係合により脚 が半径方向内方へ付勢されて、ファイバの先端部を脚間にクランプすることがで きるようになっている。かかる取着構造ば、チップを種々の態様で構成する場合 に有用であり、側方へ伝送するチップに限定されるものではない。

本発明の別の観点によれば、実質止金ての入射レーザ光エネルギを孔を介して側 方向外方へ反射することにより、チップを臨床上有意に加熱することがないよう にした側方反射チップが提供されている。このチップは、ファイバの先端部を収 容するように長平方向に形成されたファイバ収容開口を有する細長い円筒状本体 を有する。本体には、径方向に画定されかつ長手方向の開口と交差する側部通路 が配設されている。反射ミラー面手段が、ファイバからの光を側部通路を介して 側方向外方へ反射するように、本体に画定されている。本体を介して径方向に配 設された側部通路は、周囲の流体が反射ミラー面と交差する側部通路を介して流 れることにより、汚染物質が反射ミラー面に溜るのを少な（することができるよ うにしたフラッシュ手段（ｆｌｕｓｈｉｎｇ　＋１ｅａｎｓ）を提供している。

本発明の別の観点によれば、光反射ミラー面を側方反射チップに形成するための 改良された方法が提供されている。これは、チップに金の反射面を形成し、かつ 、企及射面をコイニングし１ｃｏｉｎｌ、優れた反射面を提供することにより行 なわれる。

本発明の更に別の観点によれば、光反射ミラー面を側方反射チップに形成する方 法が提供されている。先づ、チップ本体を全以外の第１の金属から形成する。

次に、本体に金の下層のスパッタ被着を行なう。最後に、金の外側シートを外部 からの圧力の下で高温で金の下層に拡散結合させ、金の外側シートの外面により 光反射ミラー面を画定する。好ましくは、この光反射ミラー面は、次に、コイニ ング処理に供して、優れた反射面を提供するのが好ましい。

本発明の数多くの目的、特徴および利点は、当業者には、添付図面に関してなさ れている以下の説明により明らかとなるものである。

区画３とｉ臭」１４里 第１図は、柔軟な細長い光伝送ファイバを備えて組み立てられた光反射チップの 平面図である。

第２図は、第１図の２−２線断面正面図である。

第３図は、第１および２図の２片チップ集成体の細長い本体の、第１図と同様の 平面図である。

第４図は、第３図の本体の４−４線断面正面図である。

第５図は、第４図の本体の右端面図である。

第６図は、第１および２図の２片チップ集成体のスリーブ片の断面正面図である 。

第７図は、平坦なミラーから反射されたビームのビーム分布を示す第２図と同様 な概略図である。

第８図は、凹面鏡から反射されたビームのビーム分布を示す第７図と同様の図で ある。

第９図は、凸面鏡から反射されたビームのビーム分布を示す第７図と同様の図で ある。

第１０図は、ファイバとチップが使用されているレーザおよび内視鏡を示す概略 図である。

第１１図は、湾曲した内視鏡チューブを介して延びるファイバおよびチップの通 路を示す、第１Ｏ図の内視鏡チューブの一部の拡大断面図である。

第１２ＡおよびＢ図並びに第１３ＡおよびＢ図は、チップの反射効率を測定する ために行なわれた試験を示す概略図である。

第１４および１５図は、平坦な反射ミラー面により光線エネルギの分布を示すグ ラフ図である。

第１６および１７図は、チップの臨床上有意の加熱がないことを示す実施例の試 験の方法の概略図であるましい　施　の詳細な；明 図面、特に、第１および２図について説明すると、チップおよびファイバ集成体 が参照番号ｌＯにより全体示されている。集成体１０は、柔軟な細長い光伝送フ ァイバ１６の先端部１４に取着された２片構成の光反射チップ１２を備えている 。

２片チップ１２は、第３乃至５図に分離して明瞭に示されている細長い本体１８ と、第６図に分離して示されているクランプスリーブ２０とを有している。

ファイバ１６は、商業的に入手することができるレーザ光伝送ファイバである。

かかるファイバは、外側保護ジャケットで覆われている光学反射率の低い材料の クラッドにより包囲されている柔軟な細長い円筒状のコア２２を有している。第 ２図に示すように１本発明のチップを組み立てる場合、ファイバ１６の外側クラ ッドおよびジャケットは、端部２３まで後方ヘトリムするとともに、ファイバの コア２２が外側保護層の端部２３を越えて前方へ延びるようにするのが好ましい 。これにより、ミラー面から後方へ反射されるレーザエネルギによる外側保護層 の焼損の可能性を最少にすることができる。

細長い本体１８は、先端ヘッド部２４を有するとともに、ヘッド部２４から基端 方向へ延びる第１および第２の柔軟な脚２６および２８を有している。ヘッド部 ２４と脚２６および２８とを区別する臨界的なラインはないが、ヘッド部２４は 、一般に、第３図に示すように長さ２５を有するものとして説明することができ 、脚２６および２８は、一般に、長さ２７を有するものとして説明することがで きる。ヘッド部２４は、四角にされた（ｓｑｕａｒｅｄ−ｏｆｆｌ平坦な端部２ １を有している。

本明細書において使用されている、先端（ｄｉｓｔａｆｆおよび基端（ｐｒｏｘ ｉｍａｌ）なる語は、ファイバ１６に関して一般に使用される語で、ファイバ１ ６の先端部は、第２図において参照番号３１で示されており、ファイバの基端部 は一般にレーザ光源１０８（第１０図参照）に取着される他端部である。かくし て、先端および基端方向あるいは相対的な配向け、ファイバ１６に連係して使用 されるチップ１２に関して規定される。

クランプスリーブ２０は、より一般的には、脚２６および２８を半径方向内方へ 付勢して、以下において更に説明するようにファイバ１６の先端部１４を脚間に クランプするように本体１８と作動連係されるクランプ手段２０として説明する ことができる。

第４図に明瞭に示すように、盲孔３０が本体１８の基端部３２に穿設され、脚２ ６および２８に部分円筒状の内面３４および３６をそれぞれ画定しており、内面 ３４および３６は該内面間にファイバ１６の先端部１４を密接して収容しかつク ランプする本体凡手段３０を画定している。

本体１８は、複数の脚を有するものとして説明することができ、好ましい実施例 においては、脚は２つの脚２６と２８の２つだけとなっている。ヘッド部２４に は、ファイバ１６の前端部３１から側方向外方へ放出される光を反射する反射ミ ラ一手段３８が画定されている。本体凡手段３０は、反射ミラー面３８から離れ て終端している。

脚２６および２８は、基端部側に円錐状にテーパが付された外面部４０および４ ２をそれぞれ有しており、該外面部は長さ部分４６に亘って延びる円錐状にテー バが付された外側本体面４４を協働して画定している。

脚２６および２８の先端部４８は、第１および第２の半径方向外方へ延びる環状 のフランジ５３および５４を有する略円筒状の外面を画定しており、これらのフ ランジ５２および５４には、それぞれ先端部側で対面するショルダ５６および５ ８が形成されている。

本体１８は、第３および４図に示す外観を有するように機械加工された円筒状の ステンレス鋼素材から形成するのが好ましい。側部通路８８と脚２６および２８ は、第３図に示すような幅寸法３９を有するスロットを円筒状素材にフライス削 りする（ｍｉｌｌｌことにより部分的に形成される。以下において更に説明する ように、本体１８はまた、中実の金から形成することもでき、この場合には、第 ３ｉ５よび４図に示す形状に鋳造される。

第６図に組み立てられていない状態で示されているクランプスリーブ２０は、脚 ２６および２８の周囲に摺動自在に収容されるように構成されている。クランプ スリーブ２０には、軸線方向へ延びる孔６０がファイバを緊密に収容するように 基端部６２を介して形成されている。クランプスリーブ２０は更に、円錐状にテ ーパが付された外側本体面４４に対応するテーバが付された円錐状のスリーブ穴 ぐり６４を有し、クランプスリーブ２０が脚２６および２８上を先端方向へ摺動 じたときに、テーバ付きの円錐状スリーブ穴ぐり６０が円錐状にテーパが付され た外側本体面４４と係合して、脚２６および２８を半径方向内方へ付勢するよう にしている。

クランプスリーブ２０は更に、薄肉の円筒状先端部６６と薄肉の円筒状基端部６ ８とを有しているが、これらの端部は、以下において更に説明するように、２片 チップ集成体を互いにかつファイバ１６に対して固定するのに使用される。

第２図に明瞭に示すように、環状のショルダである本体当接面７０が、本体１８ のヘッド２４に形成されている。スリーブの先端部であるスリーブ当接面７２が 、クランプスリーブ２０に形成され、本体当接面７０に当接してクランプスリー ブ２０の脚２６および２８に対する摺動を制限するように配設されている。

テーパが付された円錐状のスリーブ穴ぐり６４と円錐状にテーバが付された外側 本体面４４は、スリーブ当接面７２が本体当接面７０に当接する前に締り嵌めを 行なう。かくして、ファイバ１６は第２図に示すように所定の場所に配置され、 クランプスリーブ２０が脚２６および２８上を先端方向へ摺動すると、テーパ面 ６４と４４とが摺動滑り嵌めを行なって脚２６と２８を半径方向内方へカム作動 しくｃａｆｆｉ）　、ファイバ１６を脚間にクランプする。

スリーブ当接面７２が本体当接面７０と係合すると、クランプスリーブ２０は、 クランプスリーブ２０の薄肉円筒状先端部６６内に第１および第２の周方向に延 びるクリンプを形成することにより本体１８に固定され、クリンプ７４と７６は 環状のショルダと係合してクランプスリーブ２０が脚２６および２８から後方へ 摺動するのを防止している。更に、クランプスリーブ２０の薄肉の円筒状基端部 ６８は、第１図に示すように直径方向に対向するステーキングクリンプ（ｓｔａ ｋｉｎｇ　ｃｒｉｍｐｌ　７８および８０によりファイバ１６に固定されている 。

脚およびクランプスリーブは、スリーブが本体から突出し、脚がスリーブと摺動 係合する分離片に形成されるように、構成を逆にすることができる。より一般的 には、チップ１２は、複数の長手方向に延びる脚を有する第１の片と、脚の周囲 に摺動自在に収容されるスリーブを有する第２の片とを備える２片チップとして 説明することができる。

当接面７０および７２は、クランプスリーブ２０内の脚２６および２８の挿入を 制限することにより、脚２６および２８によりファイバ１６に印加されるクラン プ力を制限する制限手段７０および７２として、より一般的に説明することがで きる。

第４図に示す本体１８は、第２図に示す本体１８とは、ある観点において、即ち 、反射ミラー面手段３８の構成において相違する。

反射ミラー面手段３８は、生物学的適合性のある（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ）　９９　、９＋パーセントの金から形成するのが好ましい。これは、少なくと も２つの方法で行なうことができる。第４図においては、本体１８全体が金から 形成され、かくして、反射ミラー面手段３８を完成するのに必要なことは、面が できるだけ滑らかでかつ反射を行なうように面を処理することだけである。

これに対して、第２図は、本体の主要部を全以外の第１の金属、好ましくはステ ンレス鋼から形成する構成を示す。下にあるミラー支持面８２がこの第１の金属 に画定されている。次に、金が、金の反射ミラー面手段３８を形成するように下 方支持面に配置される。

そのための−の好ましい方法は、下方のミラー支持面８２に金の下層８４をスパ ッタ被着し、次いで、金のシート８６を金の下層８４に拡散結合する態様で行な われる。

拡散結合された金シート８６は、少なくとも約０゜３６ｍｍ　（０，０１４イン チ）の肉厚を有する矩形の金ワイヤから形成することにより、一般的な医学治療 処置の際に周囲の生理的食塩水媒体の化学作用が金の層を介して完全に腐食を行 なうのを防止するのに十分な肉厚の金層を提供するのが好ましい。金のシートは 、ミラー面３８の幅３９と略等しい幅を有する。

第４図の中実の合本体を使用するか、あるいは第２図の金の下層を有するステン レス鋼本体を使用するかに関係なく、企及射ミラー面手段３８の最終処理は、面 をコイニングすることにより行なうのが好ましい。

コイニングは機械的処理であり、著しく固くて滑らかな部材を表面３８に対して 押圧して表面を型押しまたはコイニング処理することにより、表面は滑らかで著 しく反射性のある外観を有するものとなる。

滑らかなコイニング処理を行なった金の反射ミラー面手段３８は、以下において 更に説明するように、ファイバ１６から入射する光エネルギの実質止金てを反射 する手段を提供する。

あるいは、ミラー面３８は、電気または機械研磨によりあるいは化学エツチング により滑らかにすることができる。

反射面３８に入射する実質止金てのレーザ光エネルギが反射されるように最大反 射のチップを構成する場合には、反射材料を利用される特定のレーザにより選択 することが必要となる。別の波長のレーザ光に対しては、別の反射材料がより効 率的な反射特性を発揮する。例えば、１０６４または１３１８ナノメータの特性 波長を有するＮｄ　：　ＹＡＧを利用する場合、あるいは２１００ナノメータの 特性を有するＨｏ：ＹＡＧを使用する場合には、反射面３８は金から形成するの が好ましい。

これに対して、５３２または６５９ナノメータの特性波長を有する周波数２倍Ｎ ｄ　：　ＹＡＧレーザの場合には、白金面３８が好ましい。同様に、白金面は、 ６８０乃至８００ナノメータの同調範囲を有するアレキサンドライトレーザ、６ ８０乃至８００ナノメータの同調範囲を有するサファイアレーザ、４２８乃至５ ２８ナノメータの範囲の波長を有する放射線（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を出すアル ゴンイオンレーザおよび４００乃至８００ナノメータの同調範囲を有する色素レ ーザに対して好ましいゆ 金および白金は、光学反射率が高くかつ暖かい生理的食塩水溶液において比較的 安定であるので、好ましいミラー面として選定される。

第２図に明瞭に示すように、本体１８は、本体孔手段３０と交差する、径方向に 形成された側部通路８８を有している。側部通路８８は、径方向に対向する第１ および第２の端部開口９０および９２を有している。側部通路８８は、反射ミラ ー面手段にまたがってかつ平行しで延びているので１反射ミラー面手段３０の傾 斜により、第２の端部開口９２は側部通路８８の第１の端部開口９０よりも実質 上小さくなっている。

反射ミラー面手段３８は、ファイバ１６：！５よびチップ１２の長手方向の軸線 ９６に対して角度をなして配設されている。かくして、ファイバのコア２２の先 端部３１を出る光は反射ミラー面手段３８に軸線方向に（小さな発散をもって） 入り、次いで、側部通路８８のより大きい第１の端部開口９０へ側方に向けて反 射される。

反射ミラー面手段３８から反射する光にはある程度の角拡散があるので、円錐状 ビームに拡散する傾向があり、しかも本体３８は側部通路８８の大きい方の第１ の端部開口９０に重なる円錐状のキャビティを有するので、反射光は反射ミラー 面手段３８以外のチップ１２の部分には射突することなく側方向外方へ進むこと ができる。

チップ１２は、人体組織にレーザ光を導いて該組織を治療するのに使用される数 多くの医療処置用に構成されている。チップ１２は、多くの場合、処置の際の生 理的食塩水溶液に浸漬されるが、該溶液は周囲の人体組織からの蛋白質で汚染さ れる場合がしばしばある。かかる蛋白質が反射ミラー面手段３８に堆積すると、 当然のことにチップ１２の操作を妨害することになる。本体１８を介して反射ミ ラー面手段３８を越えて完全に側方へ延びる側部通路８８は、周囲の流体、多（ の場合は生理的食塩水溶液を第１および第２の端部開口の一方に流入させ、次い で反射ミラー面手段３８を横切って流し、更には第１１３よび第２の端部開口の 他方から流出させることにより、反射ミラー面手段３８を清浄にしかつ反射ミラ ー面手段３８における汚染物質の堆積を少なくするフラッシュ手段８８を提供す る。

側部通路を介しての生理的食塩水溶液のフラッシュ作用により、更に、該溶液を 通るレーザ光により加熱される生理的食塩水を運び去ることにより、チップ１２ の付近における有意の熱の蓄積を防止することができる。以下において更に説明 するように、チップ１２は、ミラー３８に入射するレーザ光エネルギを実質上完 全に反射するように構成されている。チップ１２は臨床上有意に加熱されること はない。

第７乃至９図は、第２図の装置の幾分簡素化された変更例を示すとともに、反射 ミラー面手段３８に対して行なうことができる種々の修正を示している。

第７図は、第２および４図に関して上記した平坦な平面状反射ミラー面手段３８ を示す。好ましい実施例においては、面３８の角度９４は３７坏０であり、ファ イバのコア２２の先端部３１は正方形に切断され、即ち、ファイバの軸線９６と 直交する面を画定している。このように構成するとともに、著しく反射性のある コイニング処理した全反射ミラー面手段３８を提供することにより、外側端部が 仮想線で示されている反射ビームは、ファイバのコア２２を出ると発散によりお よびミラー面３８の不完全な反射により円筒系ビームかられずかに発散し、反射 光スポット１０２を形成する。好ましい実施例においては、第７図の平坦なコイ ニング処理された全反射ミラー面手段３８は、ファイバ１６の中心軸線９６から 反射ビームの中心光線に沿って１．０５ｃｍの距離のところに直径が３ｍｍより も小さい略円形の反射光スポット１０２を提供する手段を構成する。

特定の角度９４の場合には、反射ビームは基端部方向へ幾分反射する。この後方 への反射は人体の腔の届きに（い部分へ反射ビームを有意に向は易くすることが できる。ビームの反射角は、角度９４と反射面３８の形状を変えることにより変 更することができるのは、当然のことある。更に、ファイバコア２２の先端部３ １は、放出される光ビームの分散と方向に影響を及ぼす角度に切断することがで きる。

第２図に明瞭に示すように、ファイバコア３２の先端部３１と反射ミラー面手段 ３８との間には軸線方向にクリアランスがある。これにより、最下部の反射ビー ムは、ファイバの端部３１またはミラー３８以外のチップ１２の部分に射突する ことなく、側部通路８８を介して出ることができる。

実行されている処置の種類により、反射光のスポット１０２はより拡散させある いはより集中させるのが望ましい場合がある。これは、第８または９図に示すよ うに反射ミラー面手段３８を修正してビームを集中させあるいは拡散させること により行なうことができる。

第８図においては、反射ミラー面手段３８は、ファイバコア２２からのビームが 射突する凹面部１０４を有することにより、反射ビーム１０ＯＡを集中させ、第 ７図と比較して一層小さな反射ビームスポット１゜２Ａを形成することができる 。

第９図においては、反射ミラー面手段３８は、反射ビーム１００Ｂを一層分散さ せることにより、第７図の装置と比較して一層大きな反射ビームスポット１０２ Ｂを形成する凸面部１０６を有している。

第７乃至９図は、単に概略ホするものであり、必ずしも幾何学的に正確なもので はない。ビームの角度は、種々の実施例間の相違を示すために幾分誇張して示さ れている。

第１Ｏ図は、ファイバ１６とチップ１２が典型的に使用される種々の装置を概略 示する。ファイバ１６の基端部は、ファイバ１６を介して伝送され、次いでチッ プ１２により反射されるレーザ光を発生するレーザ１０８に接続されている。本 明細書においては、「光Ｊ　（ｌｉｇｈｔｌ　なる語は、広い意味において使用 され、空間を介して伝搬される電磁放射線を意味するものであり、可視光だけで なく、赤外、紫外およびマイクロ波放射を含む。好ましい実施例においては、フ ァイバ１６により伝送される、レーザ１０８が生ずるレーザ光である。

ファイバ１６は、多くの場合、通常の内視鏡１１６とともに使用され、内視鏡は 硬質であっても柔軟であってもよく、しかも内視鏡チューブ１２０内に画定され だ円筒通路にファイバ１１６を担持する。内視鏡チューブ１２０は、平行な光視 認ファイバ（図示せず）と平行をなす流体流導管（図示せず）とを有することが できる。更に、円筒通路１１８自体は、洗浄用（ｉｒｒｉｇａｔｉｎｇｌ流体を チップ１２へ流すことができる流体流通路として利用することができる。

実施されている医療処置により、内視鏡チューブは、処置されるべき領域へ届く ように人体の種々の湾曲した腔を通ることが必要となる場合がある。かかる場合 には、柔軟な内視鏡が使用される。

本発明に従って組み立てられるチップ１２とファイバ１６は、内視鏡チューブ１ ２０が所要の態様でねじ曲げられる場合に内視鏡チューブ１２０の円筒通路１１ ８を通ることができるように構成するのが好ましい、かくして、チップ１２とと もに組み立てられるファイバ１６は、湾曲した円筒通路１１８を通るように湾曲 することができるものでなければならない。更に、ファイバ１６とチップ１２は 、内視鏡１１６自体を挿通するものでなければならない。多くの場合、ファイバ １６とチップ１２が通らなければならない最も厳しい曲率は、ファイバ１６が側 方のオフセット位置から内視鏡１１６に入る接続部１１７で形成され、次いでフ ァイバはチューブ１２０内へ通さなければならない、現存する内視鏡のこの曲げ 部の曲率半径は、約１０ｃｍである。この通路は、現存する内視鏡では２．５ｍ ｍ程度の小さい直径を有することができる。

第１１図は、第１０図に示す湾曲領域の部分における内視鏡１２０の概略部分横 断面図である。ファイバ１６とチップ１２は、第１０図に示すように内視鏡チュ ーブ１２０の先端部から最終的に延びるように、通路１１８を介して先端方向へ 延びているときに現われるように第１１図において仮想線で示されている。

入手することができる内視鏡チューブの通路１１８は、一般に、２．５ｍｍ以下 の直径を有している。以下に説明する好ましい光ファイバは、チップ１１２が湾 曲した通路を通ることができる場合には、通路１１８と容易に適合することがで きる１ｃｍの最小曲げ半径を有する。最も過酷な曲げは接続部１１７において形 成されるので、ファイバ１６とチップ１２は直径が２．５ｍｍで曲率半径が１０ ｃｍの湾曲した円筒通路を通ることができる集成体を提供することができるよう に構成されかつ寸法が定められるべきである。

側方反射チップに関する先行技術のチップ構造体は、比較的高張るとともに、こ のような細い湾曲通路を通過することができないものであった。本発明は、かか る問題を解決したものである。好ましい実施例においては、これは、９．０００ ｍｍ　（０，３５４３インチ）の長さ部分１２２（第１図参照）と２．２００ｍ ｍ　（０，０８６６インチ）の外径部１２４とを有するようにチップ１２を構成 することにより行なわれる。

このチップは、一般に、円筒形状をなし、ファイバ１６の先端部１４に同軸的に 取着される。好ましくは、チップ１２は、２．２ｍｍ以下の最大直径１２４と１ ｃｍ以下の長さを有する。

上記した寸法を有するチップ１２とともに使用するのが好ましい光伝送ファイバ １６は、通常の石英ガラスファイバである。このファイバは、最小曲げ半径が１ ｃｍである。このシリカコアは、６００ミクロンの直径を有し、クラッドを有す るファイバは約１ｍｍ（０，０４０インチ）の外径を有し、約１ｍｍ（０，０４ ０インチ）の孔径を有するチップ１２の孔３０内にクランプされる。

この好ましい実施例においては、テーパが付された外面４４とテーパが付された 穴ぐり６４は、４．２゜乃至４．８°の範囲にある、第３図において参照番号１ ２６で示すようなテーパ角を有する。

又肚里ｊ 反射ビームの反射光出力（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐａｖｅｒ ）と強度分布の測定を、第２図に関して上記したようにして形成された９９．９ ％金反射面を有するチップ１２を備える９つのファイバ一群に関して行なった。

同様の測定を、同じ製造者の裸のファイバの対応する群に対して行なった。

特に、測定は、各群の光フアイバ内の反射されかつ放出される放射出力と放射強 度分布を評価しかつ比較するとともに、理想的な金の面の理論的に予測される値 に対する実際の金の面による反射効率を比較するために行なった。

放出され、反射された放射力を定めるための測定は、第１２Ａおよび１２Ｂ図に 示す構成を使用して行なった。このチップの測定においては、反射されたビーム の中心光線は１元になる（ｐａｒｅｎｔｌファイバの軸線から１１２度偏向し、 円形の検出器の面に衝突した。現われるビームの中心光線は裸のファイバ測定用 の検出器に対して同様の態様で整合された。

チップが形成されたファイバからの反射放射出力と裸のファイバからの放出放射 出力の均一性を定めるための測定は、Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザ出力（ｌａｓｅｒ 　ｏｕｔｐｕｔｌを５、ｌＯおよび２０ワツトに設定して一定の入力で行なった 。反射または放出面からの距離は、７ｃｍに保持した。これは、黒くされた検出 器面をブリーチしくｂｌｅａｃｈ）あるいは焼損することなく選択されたすべて の出力レベルでの測定に対して一定の形状寸法を保持するために行なった。

裸のファイバの母集団の平均的な放出出力に対する反射出力の効率即ち百分率を 評価するため、チップを形成したファイバの母集団から任意に取り上げた３つの ファイバに関する実験も行なった。これらの測定は、１０ワツト入力のＮｄ：Ｙ Ａ、Ｇレーザ出力を各ファイバに供給し、かつ、全ての反射ビームパターンを感 度よ（集めるようにファイバの端部を検出器の表面から１ｃｍのところに配置し て行なった。かかる形状寸法によるビーム全体の収集ｆｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｌ は、反射ビームの（以下に説明する）放射強度の測定から得た。

反射および放出ビームの横断面の放射強度の分布の均一性の測定は、第１３Ａお よび１３Ｂ図の構成を使用し、チップを形成したファイバと裸のファイバ（各母 集団につき２つ）に対して行なった。％ミリワットのヘリウムネオンレーザ（６ ３２，８ナノメータ）からの光を使用した。

コーヒーレント・ラジエーション・インコーホレイテッドｆｃｏｈｅｒｅｎｔ　 Ｒａｄｉａｔｉｏｎ、　Ｉｎｃ、ｌのモデル２１０レーザ出力計および検出器（ ２５ｍｍ孔）を使用して。

裸のファイバおよびチップが形成された。ファイバから放出されたＮｄ　：　Ｙ ＡＧレーザビームの全ての測定を行なった。ユナイテッド・ディテクタ・チクノ ロシーズ［Ｕｎｉｔｅｄ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｌのシ リコンダイオードベースの８１視力計検出器を使用し、各タイプのファイバにつ いて放出されたヘリウムネオンビーム（６３２，８ナノメータ）の角度分布の測 定を行なった９つの各棟のおよびチップが形成されたファイバからなる群により 放出されたレーザ出力の測定を５．１０および２０ワツト入力のＮｄ　：　ＹＡ Ｇレーザ出力という同じ条件の下で行なった。いずれの測定においても、ファイ バの端部即ちチップと検出器との間の距離を７センチメードルに保持した。３つ の異なる入力Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザ出力に関する裸のファイバとチップが形成 されたファイバの双方の平均出力および標準偏差の値を下記の第１表に示す。

１上１ 裸のファイバおよびチップが形成されたファイバのＮｄ　：　ＹＡＧレーザ出力 測定値レーし出　裸のファ　チップ形成 力２　イバ　ファイバ　距 （Ｗ）　（Ｗ）　（Ｗ）　（ｃｍ） ５　４．６２±０．２９”−”　３．３６±０．１５”　７１０　９．６２±０ ．３４１１７．０６±０．４８１１７２０　１８．１７±０．６８”　１３．２ ９±０．８２ｂ７１０　９．７２±０．３２ｃ８．８１＋０．２１ｃ１１数は平 均値上標準偏差である。

第１表に示すように、裸のファイバは平均で、５．１０および２０ワツトの大力 レーザ出力の９２．９６および９１パーセントを放出した。このクラスタ化（ｃ ｌｕｓｔｅｒｉｎｇ）は、元のファイバ群による再現性のある光伝送を意味する ものである。

第１表の９つのチップ形成ファイバの結果から、反射レーザ強度の百分率は著し い均一性を有することがわかる。５．１０および２０ワツトのレーザ入力出力値 では、それぞれ、チップ形成ファイバからの検出出力値は、公称で、各値の大力 レーザ出力で元のファイバの裸の先端から放出される平均出力の７３パーセント （第１表参照）であった。この大きな違いは、検出器からチップまでの距離が７ ｃｍの場合の検出器の孔の直径を越える反射ビームの径から生ずるものである。

かくして、全反射出力の極く一部だけが測定されたその後の実験においては、検 出器の表面とチップ１２との間の距離は、１センチメートルまで縮めた。チップ が形成された３つのファイバから入力された１０ワツトのレーザで放出された出 力の検出された平均値は、８．８プラスまたはマイナス０．２１ワツトであった 。以下に説明する光分布分析により、検出器から反射チップ面までの距離がこの １センチメートルの場合には、反射光のほぼ１００パーセントが検出器により集 められたことがわかった。１０ワツト入力での裸のファイバ群の平均放出出力（ ９，７２プラスまたはマイナス０．３２ワツト）に対して、チップが形成された ファイバは、裸のチップにより放出される出力の約９２プラスパーセントを金の 反射面に放出する。純粋の金の表面の約９８パーセント理論反射率と、実際に形 成された金の表面の粗さによる２倍以上の反射および裸のファイバとチップ形成 ファイバの双方から放出される出力の実験により定められる平均値と関連する非 ゼロ標準偏差の可能性とを考慮すれば、裸のファイバの出力値と反射出力値との 実際の差は、無視しつるほど小さいと考えることができ、裸のファイバとチップ が形成されたファイバは、等しいＮｄ　：　ＹＡＧレーザ入力値で略等しい出力 値を示すと考えることができる。

Ｈｅ−Ｎｅネオンレーザ光源（６３２，８ｎｍ）からの光の分布を、代表的な裸 のファイバとチップ形成ファイバ（それぞれ２種類）に関して測定した。平均分 布を第１４図に示す。これらの図に示す結果から、裸のファイバからのビームは チップ１２において反射すると拡がることがわかる。これは、実際の金の表面の 表面むらによる小さな拡散散乱要素から生ずる。この散乱は、中心光線を中心に 実質上対称にチップ１２からのビームを拡げる。ファイバの端部３１によるビー ムの反射は、比較的強い光の領域即ち裸のチップのファイバから放出されるベル 形状の光パターン内の高温または低温スポットを導入することなく拡がるという 有意の効果を奏する。従って、裸のファイバのビームの形状とチップ１２から反 射側に向けられるビームの形状は、実質上向等である。

検出器の孔に双方のチップから放出される光束を積分すると、検出器に入射する 全出力が得られる。光束の積分Ｐは、 Ｐ　＝２／ＤＺ−Ｐａ　（ｏ　”Ｆ　（θ）ＣＯ３’　θｒｄｒにより与えられ 、Ｐｏはチップから放出される全光出力であり、Ｆ　（ｅ）は光強度の角変動で あり、ｒは孔半径がｒｏの検出器の表面の半径方向の距離である。

形状寸法は、第１２Ａおよび１２Ｂ図に示されている。検出器の種々の孔に関す る積分の百分率の値は、裸のファイバとチップ形成ファイバの双方に関して第１ ５図に示されている。検出器の表面からそれぞれ７センチメードルおよび１セン チメートル離れて配置されたチップ形成ファイバの積分の実行により、Ｐ＝０゜ ７１７および１．Ｏｘ放出出力がそれぞれ得られる。

これらの値は、７および１ｃｍの距離において測定される平均値の、０．７３お よび０．９１ｘ（チップ１２の反射面３８に対して裸のファイバから放出される 平均出力）とそれぞれ一致する。光の後方への散乱は、波長で除した場合にｎ乗 （ｎは一般に１乃至４）まで高められる散乱体のサイズに対して波長が増加する と減少するので、チップ１２から反射される１、０６ミクロンのＮｄ　：　ＹＡ Ｇの波長における光の分布の幅は、６３２．８ナノメータにおいて測定される分 布よりもわずかに小さいと考えられる。

角度が増加する（半径方向の距離が増加する）場合のビームに含まれる全レーザ の出力のフラクションの値が、裸のファイバとチップ形成ファイバの双方に関し て第１５図にプロットされている。これらのプロットを使用すると、裸のファイ バの端部とチップ１２からのビームに含まれる全出力の（１マイナスｅｘｐ　（ −２））は、光分布の中心光線のそれぞれ５度および１６度内に含まれる。チッ プ１２からのビームは幅がより広いという特性を有するので、半径Ｒの組織の等 しいスポットサイズは、組織の表面から異なる距離りに保持される裸のファイバ とチップ形成ファイバにより得ることができる。１乃至４ミリメートルの範囲に ある種々のスポットサイズＲについての、組織までの距離の関連値が下記の第２ 表に示されている。

１旦１ 裸のファイバとチップ形成ファ イバのスポットサイズと距離の値 Ｒｏ　θ。　Ｄ　ファイバの種類 （ｍｍ）　（度）　（ｃｍ） １　５　１１４裸 １　１６　０．３５　チップ形成 ２　５　２．２８裸 ２　１６　０．７０　チップ形成 ４　５　４．５６裸 ４　１６　１、４０　チップ形成 Ｔａｎθ、＝Ｒ，／Ｄ。

チップ１２と裸のファイバに関する光学特性の評価の結果から、以下の事実を確 認することができる。

（１）双方のチップの出力ビームは、全方向の半径に関して均一に緩やかに減少 するピーク強度の中心光線に対して中心対称（ｃｅｎｔｒｏｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｌ　となる。ランダムな高温または低温のスポットは実質上存在しない。

（２）チップ１２は、実質止金ての（９１＋％）の入射レーザビームエネルギを 反射する。同等の裸のファイバと同等の組織の出力密度を、チップから組織まで の距離を調整することにより、か（して、スポットのサイズを調整することによ り、チップ１２を使用して得ることができる。

（３）チップ１２の実質的な作用は、レーザビームを側方へ反射することにある 。

金ミラー面３８が実質上完全な反射能を発揮するということは、チップ１２自体 の臨床上有意な加熱がない、即ち、チップ１２は組織と接触して配置された場合 に治療を受けている組織に有意に影響を与えるように十分に高温にはならず、反 射された光ビームがチップと接触している組織に降りかがらないように配向され ることを意味する。これは、以下の実施例により示される。

実」１例 チップ１２を接触加熱プローブとして使用する（直接照射なし）とともに、直接 組織に照射する（直接接触なし）ことにより行なわれる凝固（ｃｏａｇｕｌａｔ ｉｏｎｌの深さの比較を、６０ＷのＮｄ・ＹＡＧレーザ出力を使用して行なった 。牛の肝臓（生体外）を試験組織として使用した。チップ１２を使用した各実験 の態様が第１６および１７図に示されている。チップ１２の組織からの距離は第 １６図においては４ｍｍであり、第１７図における２、２ｍｍの直径の接触サイ ズと略等しいスポットサイズを提供する。第６図においては、チップ１２は、ビ ー力２０４の水２０６に浸漬されている。試験組織２００を、ビー力の一方の側 に配置する６０Ｗレーザ入力出力で１分間暴露したところ、肝臓の色彩の表面ブ リーチングが、接触部位と照射部位の双方で認められた。第１６図においては、 ブリーチが認められたスポットは参照番号２０２で示されている。各ブリーチン グが認められたスポットを介して外科用メスで切断した直交部凝固ブリーチング は接触部位と照射部位のそれぞれにおいて約７００ミクロン（０，７ｍｍ）Ｓよ び７ｍｍの深さに達していることがわかった。かくして、ビームでチップを加熱 するだけ（組織と接触するだけ）の場合とは異なり、レーザビームに直接暴露す ると、凝固深さは１０倍となり、同じ暴露時間で凝固効率が１０倍大きくなった 。

かくして１本発明の装置および方法は、その本来の目的および利、屯とともに、 上記した目的および利点を容易に達成することができる。本発明の好ましい実施 例を開示を目的として例示しかつ説明したが、当業者であれば、数多くの変更を 請求の範囲に記載の本発明の範囲と精神の範囲内において行なうことができるも のである。

＝＝］巨、２ ！、巴 −一一噂一　チップ汗三成ファイバ フロントページの続き （８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ， ＳＮ、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　Ｃ３，Ｆ Ｉ、　ＨＵ。

Ｊ　Ｐ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　Ｎｏ、　ＰＬ、Ｒ Ｏ，ＲＵ、５Ｄ （７２）発明者　ガーデット、ウィリアム　ダブリュ。

アメリカ合衆国　７６０２１　テキサス州、ベッドフォード、ブレンドウッド　 ドライブ（７２）発明者　エベレット、ロイス　ビー。

アメリカ合衆国　７３０３４　オクラホマ州。

エドモンド、ノース　ウェスタン　１９０００

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ３２．液体操作環境において使用する操作集成体において、 先端ファイバ端部を有する先端部が画定されている柔軟で細長い光伝送ファイバ と、 該ファイバの前記先端部に取着された光反射チッブとを備え、該チップは先端フ ァイバ端部から離隔しかつ前記先端ファイバ端部を出る光を側方へ反射するよう に配置構成された反射ミラー面を備え、前記チッブには前記先端ファイバ端部と 前記反射ミラー面との間にフラッシュ通路が形成され、前記液体操作環境からの 周囲の液体が前記フラッシュ通路を通ることにより前記先端ファイバ端部から前 記反射ミラー面へ達する光により加熱された液体を前記チップから運び去ること を特徴とする操作集成体。 ３３．前記反射ミラー面は該反射ミラー面に入る実質上全ての光を反射するよう に構成されていることを特徴とする請求の範囲第３２項に記載の集成体。 ３４．前記反射ミラー面と前記フラッシュ通路は前記チップの臨床上有意の加熱 を防止する手段からなることを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の集成体。 ３５．前記フラッシュ通路は前記チッブを介して側方へ延びるとともに、側方に 対向する第１および第２のフラッシュ通路端部開口を備え、前記フラッシュ通路 を通る前記液体が前記第１および第２のフラッシュ通路端部開口の一方に流入し 、前記フラッシュ通路端部開口の他方から流出することを特徴とする請求の範囲 第３２項に記載の集成体。 ３６．前記チッブは略円筒状をなし、 前記フラッシュ通路は前記チッブを介して径方向に延びていることを特徴とする 請求の範囲第３５項に記載の集成体。 ３７．前記チッブは前記ファイバ以外の構造物には取着されていないことを特徴 とする請求の範囲第３２項に記載の集成体。