JPH069568B2 - 体内の物質を破壊するための装置 - Google Patents
体内の物質を破壊するための装置Info
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- JPH069568B2 JPH069568B2 JP61502933A JP50293386A JPH069568B2 JP H069568 B2 JPH069568 B2 JP H069568B2 JP 61502933 A JP61502933 A JP 61502933A JP 50293386 A JP50293386 A JP 50293386A JP H069568 B2 JPH069568 B2 JP H069568B2
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- B23K2103/30—Organic material
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Description
【発明の詳細な説明】 背景 本発明は、人体内より除去するために、オプティカル・
ファイバを介して、結石、石又は石灰質組織、或いは他
の物質を破壊するために与えられるレーザ・ビームの使
用に関する。
ファイバを介して、結石、石又は石灰質組織、或いは他
の物質を破壊するために与えられるレーザ・ビームの使
用に関する。
このような、結石、石、又は石灰質組織は、小さな直径
の内視鏡の使用によってのみ到達し得る場所に度々存在
し、オプティカル・ファイバは、内視鏡を介して通過す
るのに十分な程精密でなければならない。
の内視鏡の使用によってのみ到達し得る場所に度々存在
し、オプティカル・ファイバは、内視鏡を介して通過す
るのに十分な程精密でなければならない。
発明の要約 本発明の概略的な特徴は、結石、石、石灰質組織又は他
の物質を、周囲の他の組織に損傷を与えるのに十分なエ
ネルギを出さずに、比較的小さな粒子に破壊する、波
長、エネルギ、強度、パルス持続時間を有するレーザ・
パルスをオプティカル・ファイバを介して与えることに
ある。
の物質を、周囲の他の組織に損傷を与えるのに十分なエ
ネルギを出さずに、比較的小さな粒子に破壊する、波
長、エネルギ、強度、パルス持続時間を有するレーザ・
パルスをオプティカル・ファイバを介して与えることに
ある。
身体から除去されるべき物質は、パルス・レーザにより
局部領域に照明される。液体で物質を包囲し、閾値強度
レベル以上の光で局部領域を照明することによって、衝
撃波を局部領域から発生させることができる。この衝撃
波は、加熱が局部領域に制限されている場合でも、局部
領域を越える物質を破壊すると考えられる。
局部領域に照明される。液体で物質を包囲し、閾値強度
レベル以上の光で局部領域を照明することによって、衝
撃波を局部領域から発生させることができる。この衝撃
波は、加熱が局部領域に制限されている場合でも、局部
領域を越える物質を破壊すると考えられる。
このように、石は、溶解せずに、安全に且つ比較的迅速
に破壊され、砂状の粒子として除去される。周囲の組織
に対する熱損傷は制限される。石及び粒子は周囲の組織
に浸透しない。レーザ・ビームによるオプティカル・フ
ァイバの劣化は制限される。ファイバは、小さな直径の
内視鏡と共に有効な十分に小さな直径とすることができ
る。
に破壊され、砂状の粒子として除去される。周囲の組織
に対する熱損傷は制限される。石及び粒子は周囲の組織
に浸透しない。レーザ・ビームによるオプティカル・フ
ァイバの劣化は制限される。ファイバは、小さな直径の
内視鏡と共に有効な十分に小さな直径とすることができ
る。
好適な実施例は以下の特徴を含む。パルスは、物体が比
較的浅い透入深度を有するような波長に対応する波長を
有する。尿道結石に対して、350ナノ・メートルと550ナ
ノ・メートルとの間の波長を使用するのが好ましい（最
適には251504又は450ナノ・メートル）。レーザは、比
較的長いパルス持続時間に対して、パルス化ダイ・タイ
プのものが好ましいが、他のタイプのものでもよい。パ
ルスは、少なくとも１０ナノ秒の持続時間を有し（0.05
マイクロ秒と２マイクロ秒との間が好ましい）、パルス
・エネルギは、0.200ジュールより大きくなく、0.005ジ
ュールと0.200ジュールとの間が好ましい。ファイバ
は、可撓性であり、1000ミクロンを越えないコア直径を
有し、６０ミクロンと600ミクロンとの間が好ましく、
特に200ミクロンが好ましい。ファイバの末端部は物体
（石）と接触し、それらの間の界面は流体によって包囲
される。レーザ・パルスは短いバーストで与えられ、１
０ヘルツより大きいことが好ましく、残りの破片はワン
・ショット・パルスで破壊される。
較的浅い透入深度を有するような波長に対応する波長を
有する。尿道結石に対して、350ナノ・メートルと550ナ
ノ・メートルとの間の波長を使用するのが好ましい（最
適には251504又は450ナノ・メートル）。レーザは、比
較的長いパルス持続時間に対して、パルス化ダイ・タイ
プのものが好ましいが、他のタイプのものでもよい。パ
ルスは、少なくとも１０ナノ秒の持続時間を有し（0.05
マイクロ秒と２マイクロ秒との間が好ましい）、パルス
・エネルギは、0.200ジュールより大きくなく、0.005ジ
ュールと0.200ジュールとの間が好ましい。ファイバ
は、可撓性であり、1000ミクロンを越えないコア直径を
有し、６０ミクロンと600ミクロンとの間が好ましく、
特に200ミクロンが好ましい。ファイバの末端部は物体
（石）と接触し、それらの間の界面は流体によって包囲
される。レーザ・パルスは短いバーストで与えられ、１
０ヘルツより大きいことが好ましく、残りの破片はワン
・ショット・パルスで破壊される。
本発明の他の利点及び特徴は、好適な実施例の以下の記
述及び請求の範囲から明らかとなろう。
述及び請求の範囲から明らかとなろう。
図面 第１図は、不要の物体又は組織を破壊するためのシステ
ムの図である。
ムの図である。
第２図は、破壊閾値対種々の持続時間のパルス・エネル
ギを示す一群の曲線である。
ギを示す一群の曲線である。
第３図は、破壊閾値パルス・エネルギ対種々のタイプの
石に対する波長を示す一群の曲線である。
石に対する波長を示す一群の曲線である。
第４図は、破壊閾値パルス・エネルギ対種々のタイプの
石に対するファイバ面積を示す一群の曲線である。
石に対するファイバ面積を示す一群の曲線である。
第５図は、破壊閾値パルス・エネルギ対パルス浸透率を
示す曲線である。
示す曲線である。
第６図は、パルス・タイミング図である。
好適な実施例の説明 第１図を参照すると、人体内から除去されるべき尿道結
石（石）10は、60乃至400ミクロンの範囲にあるコア直
径を有する可撓性のクオーツ・シリカ・オプティカル・
ファイバ12（Fiberguide Industries社から市販のSuper
guideシリーズ）の切裂末端に接触される。ファイバ12
は、尿管鏡14を貫通し、レーザ源15まで伸延し、そこで
ファイバ12の近位の面は、ファイバ設置部16（Newport
社から市販のモデルFP2）に保持される。ファイバ12の
近位面は、（ファイバに対して適当な焦点距離の）収束
レンズ18を介して、線形閃光ランプで励起されるパルス
型ダイ・レーザ22からのビーム20を受けるように露出し
ている。レーザ22は、選択された波長特性のダイの源24
に接続される。レーザ22はまた、ユーザがレーザを活性
化し且つ不活性化し、またパルス・エネルギ及びレーザ
・ビームのパルス反復率を変化させることができるよう
に、制御パネルを備えた制御器26に接続される。レーザ
22及び制御器26は、マサチューセッツ，ナニックのCand
ela社から市販のものである。
石（石）10は、60乃至400ミクロンの範囲にあるコア直
径を有する可撓性のクオーツ・シリカ・オプティカル・
ファイバ12（Fiberguide Industries社から市販のSuper
guideシリーズ）の切裂末端に接触される。ファイバ12
は、尿管鏡14を貫通し、レーザ源15まで伸延し、そこで
ファイバ12の近位の面は、ファイバ設置部16（Newport
社から市販のモデルFP2）に保持される。ファイバ12の
近位面は、（ファイバに対して適当な焦点距離の）収束
レンズ18を介して、線形閃光ランプで励起されるパルス
型ダイ・レーザ22からのビーム20を受けるように露出し
ている。レーザ22は、選択された波長特性のダイの源24
に接続される。レーザ22はまた、ユーザがレーザを活性
化し且つ不活性化し、またパルス・エネルギ及びレーザ
・ビームのパルス反復率を変化させることができるよう
に、制御パネルを備えた制御器26に接続される。レーザ
22及び制御器26は、マサチューセッツ，ナニックのCand
ela社から市販のものである。
尿管鏡14はアイ・ピース30を備え、これを介してユーザ
は、観察用の末端部と末端部に灌注液を与える灌注ルー
メンを照明する光源（図示せず）と同様に、石及びファ
イバの末端部を観察できる。
は、観察用の末端部と末端部に灌注液を与える灌注ルー
メンを照明する光源（図示せず）と同様に、石及びファ
イバの末端部を観察できる。
レーザが操作される波長（それ故使用されるダイ）は、
石質物質の透過百分率特性に基づいてその一部が選択さ
れる。例えば、種々の波長に対するリン酸カルシウム及
びしゅう酸カルシウムの石状物質の透過百分率は、徐々
に薄くなるウェハを形成するために研磨された乾燥石の
切片上で（通常の分光学により）経験的に測定された。
厚さに対する透過百分率の対数についての結果として得
られるグラフは、種々の波長に対して、下記の如き透入
の1/eの深さである。
石質物質の透過百分率特性に基づいてその一部が選択さ
れる。例えば、種々の波長に対するリン酸カルシウム及
びしゅう酸カルシウムの石状物質の透過百分率は、徐々
に薄くなるウェハを形成するために研磨された乾燥石の
切片上で（通常の分光学により）経験的に測定された。
厚さに対する透過百分率の対数についての結果として得
られるグラフは、種々の波長に対して、下記の如き透入
の1/eの深さである。
透入深度は波長が短くなるにつれて減少する。最小の透
入深度が、低いエネルギ閾値で破砕を達成し、小さな寸
法の破片を生成し、破片の包囲組織への浸入を制限する
という見地から最も望ましい。しかし、紫外線レンジ
（例えば、308ナノメートル）の非常に短い波長（350ナ
ノメートル以下）は、突然変異的なものとして知られて
おり、オプティカル・ファイバを介して発生させるのが
困難であり、従って回避される。450乃至550ナノメート
ルの範囲の波長が好ましい。450ナノメートル（青）及
び504ナノメートル（緑）の波長で動作するダイが利用
可能である。450ナノメートルのダイはかなり急速に消
滅する。ダイの価格が問題となる場合、最良の選択は、
504ナノメートルのダイである。
入深度が、低いエネルギ閾値で破砕を達成し、小さな寸
法の破片を生成し、破片の包囲組織への浸入を制限する
という見地から最も望ましい。しかし、紫外線レンジ
（例えば、308ナノメートル）の非常に短い波長（350ナ
ノメートル以下）は、突然変異的なものとして知られて
おり、オプティカル・ファイバを介して発生させるのが
困難であり、従って回避される。450乃至550ナノメート
ルの範囲の波長が好ましい。450ナノメートル（青）及
び504ナノメートル（緑）の波長で動作するダイが利用
可能である。450ナノメートルのダイはかなり急速に消
滅する。ダイの価格が問題となる場合、最良の選択は、
504ナノメートルのダイである。
レーザによって出される各パルスの持続時間は、破砕を
行っている（即ち、石を比較的小さい粒子に破壊してい
る）間に、石に与えられるエネルギを最小にするように
選択される。第２図を参照すると、600ミクロンのオプ
ティカル・ファイバを用いて577ナノメートルのパルス
持続時間に対してしゅう酸塩の石の破砕を開始するのに
必要とされるパルス当りの閾値エネルギ〔ミリジュー
ル〕は、パルスから生じる石内の音響信号を測定するこ
とによって経験的に決定された。音響信号はミリボルト
の単位で電気的に測定された。破線３２は、石内の破砕
の開始に対応する音響レベル（通常400ミリボルト）を
示す。各曲線は、与えられたパルスの持続時間に対し
て、パルス毎のエネルギによる音響信号の変化を示す。
各曲線がライン３２と交叉する点は、破砕が生じる閾値
パルスのエネルギ・レベルである。閾値エネルギ・レベ
ルは、パルスの持続時間の減少に伴って減少する。比較
的低いエネルギのパルスは、熱的損傷を生じること、或
いは、石又は破壊された粒子の包囲組織への浸入もほと
んどないので、１０マイクロ秒以下、好ましくは０．０
５マイクロ秒と2.0マイクロ秒との間のパルス持続時間
が使用される。
行っている（即ち、石を比較的小さい粒子に破壊してい
る）間に、石に与えられるエネルギを最小にするように
選択される。第２図を参照すると、600ミクロンのオプ
ティカル・ファイバを用いて577ナノメートルのパルス
持続時間に対してしゅう酸塩の石の破砕を開始するのに
必要とされるパルス当りの閾値エネルギ〔ミリジュー
ル〕は、パルスから生じる石内の音響信号を測定するこ
とによって経験的に決定された。音響信号はミリボルト
の単位で電気的に測定された。破線３２は、石内の破砕
の開始に対応する音響レベル（通常400ミリボルト）を
示す。各曲線は、与えられたパルスの持続時間に対し
て、パルス毎のエネルギによる音響信号の変化を示す。
各曲線がライン３２と交叉する点は、破砕が生じる閾値
パルスのエネルギ・レベルである。閾値エネルギ・レベ
ルは、パルスの持続時間の減少に伴って減少する。比較
的低いエネルギのパルスは、熱的損傷を生じること、或
いは、石又は破壊された粒子の包囲組織への浸入もほと
んどないので、１０マイクロ秒以下、好ましくは０．０
５マイクロ秒と2.0マイクロ秒との間のパルス持続時間
が使用される。
第３図を参照すると、所与のレベル（２５ミリボルト）
で音響信号を生じさせるパルス・エネルギ閾値は、３つ
の異なる波長で、３つの異なるタイプの石に関して決定
され、更に、石の材質に拘らず比較的短い波長を使用す
ることの好ましさが確認された。
で音響信号を生じさせるパルス・エネルギ閾値は、３つ
の異なる波長で、３つの異なるタイプの石に関して決定
され、更に、石の材質に拘らず比較的短い波長を使用す
ることの好ましさが確認された。
第４図を参照すると、ファイバ１２の断面積と２５〔m
V〕のレベルで音響信号を発生するのに必要とされる閾
値パルス・エネルギとの間の関係が３つの異なる石の材
質に対して決定された。全ての場合において、閾値パル
ス・エネルギは、ファイバ面積に関して直線的に減少す
る。ファイバの別の寸法、1000,600,400,200,100,60ミ
クロン、が使用された。
V〕のレベルで音響信号を発生するのに必要とされる閾
値パルス・エネルギとの間の関係が３つの異なる石の材
質に対して決定された。全ての場合において、閾値パル
ス・エネルギは、ファイバ面積に関して直線的に減少す
る。ファイバの別の寸法、1000,600,400,200,100,60ミ
クロン、が使用された。
パルス反復率はまた、破砕の発生が期待される閾値パル
ス・エネルギを減少させるように選択可能である。第５
図を参照すると、２５〔mV〕の音響信号を発生するのに
必要とされるエネルギは、パルス反復率の増加に伴って
減少した。更に、比較的高い反復率において、破砕は更
に急速に進行する。しかし、比較的高い反復率では、ダ
イは急速に消耗し、オプティカル・ファイバは石にエネ
ルギを通過させ難い。実際の最大率は100ヘルツよりは
るかに大きいことはなく、最適率は約20ヘルツである。
ス・エネルギを減少させるように選択可能である。第５
図を参照すると、２５〔mV〕の音響信号を発生するのに
必要とされるエネルギは、パルス反復率の増加に伴って
減少した。更に、比較的高い反復率において、破砕は更
に急速に進行する。しかし、比較的高い反復率では、ダ
イは急速に消耗し、オプティカル・ファイバは石にエネ
ルギを通過させ難い。実際の最大率は100ヘルツよりは
るかに大きいことはなく、最適率は約20ヘルツである。
エネルギ・パルス閾値以上で、パルス毎に与えられる破
砕の平均重量が急峻に増加し、ラミネートされたしゅう
酸塩の石が均質のしゅう酸塩の石で呈するより実質的に
低い破砕閾値を有するということが経験的に示すことが
できる。このように、パルス・エネルギを種々の石を破
壊するように変化させることができる。
砕の平均重量が急峻に増加し、ラミネートされたしゅう
酸塩の石が均質のしゅう酸塩の石で呈するより実質的に
低い破砕閾値を有するということが経験的に示すことが
できる。このように、パルス・エネルギを種々の石を破
壊するように変化させることができる。
作用 作用において、石１０が存在する場所に到達するように
尿管鏡１４を挿入した後に、ファイバ１２の末端は、尿
管鏡を介して挿入され、照準によって配向され、従っ
て、ファイバの末端面は石１０と接触する。当該場所
は、尿管鏡内でルーメンを介して灌注され、石は液体に
よって包囲される。レーザは、適当なダイを選択される
ことによって、450ナノメートルと550ナノメートルとの
間の波長に設定される。パルス型ダイ・レーザの制御器
１２は、パルス・エネルギ及びパルス反復率を設定する
ように調整される。レーザ・パルス・エネルギは、初め
に、破砕閾値レベルより低い値に設定され、次いで、所
望の破砕効果が達成されるまで増加される。パルス型ダ
イ・レーザは、200ミクロンのファイバに対してパルス
当り約30ミリジュール、600ミクロンのファイバに対し
てパルス当り約100-150ミリジュール、そうでなければ
約200ミリジュール以上で、作動するのが好ましい。パ
ルス反復率は、１０ヘルツと５０ヘルツの間で設定され
る。
尿管鏡１４を挿入した後に、ファイバ１２の末端は、尿
管鏡を介して挿入され、照準によって配向され、従っ
て、ファイバの末端面は石１０と接触する。当該場所
は、尿管鏡内でルーメンを介して灌注され、石は液体に
よって包囲される。レーザは、適当なダイを選択される
ことによって、450ナノメートルと550ナノメートルとの
間の波長に設定される。パルス型ダイ・レーザの制御器
１２は、パルス・エネルギ及びパルス反復率を設定する
ように調整される。レーザ・パルス・エネルギは、初め
に、破砕閾値レベルより低い値に設定され、次いで、所
望の破砕効果が達成されるまで増加される。パルス型ダ
イ・レーザは、200ミクロンのファイバに対してパルス
当り約30ミリジュール、600ミクロンのファイバに対し
てパルス当り約100-150ミリジュール、そうでなければ
約200ミリジュール以上で、作動するのが好ましい。パ
ルス反復率は、１０ヘルツと５０ヘルツの間で設定され
る。
第６図を参照すると、レーザ２２は、短いバースト、例
えば１秒又は１秒の何分の１の期間（第６図に４０で示
されたように）、活性化される。レーザ・パルスの持続
時間は典型的には、0.1マイクロ秒と2.0マイクロ秒との
間である。パルスの反復期間は第６図に４４として示さ
れている。活性期間４０の間に、石の一部は、蒸気と、
容易に除去するのに十分な小さな砂状の粒子との組み合
わせに破壊される。
えば１秒又は１秒の何分の１の期間（第６図に４０で示
されたように）、活性化される。レーザ・パルスの持続
時間は典型的には、0.1マイクロ秒と2.0マイクロ秒との
間である。パルスの反復期間は第６図に４４として示さ
れている。活性期間４０の間に、石の一部は、蒸気と、
容易に除去するのに十分な小さな砂状の粒子との組み合
わせに破壊される。
次に、ファイバの末端面は、再度石と接触するように
（第６図に４５として示された期間中に）配向される。
次に、レーザは、バースト期間４６の間、再び短時間活
性化され、石の別の部分が破壊される。このプロセス
は、石が全て破壊されるまで繰返される。更に破壊の必
要がある砕片は、その後、それをファイバの末端に接触
させて、ワン・ショットのレーザ・パルスを与えること
によって破壊できる。
（第６図に４５として示された期間中に）配向される。
次に、レーザは、バースト期間４６の間、再び短時間活
性化され、石の別の部分が破壊される。このプロセス
は、石が全て破壊されるまで繰返される。更に破壊の必
要がある砕片は、その後、それをファイバの末端に接触
させて、ワン・ショットのレーザ・パルスを与えること
によって破壊できる。
石は、溶解せずに、安全に且つ比較的急速に、容易に除
去される砂状の粒子に破壊される。周囲の組織に対する
熱的損傷は制限される。石及び粒子は周囲の組織に浸入
しない。レーザ・ビームによるオプティカル・ファイバ
の劣化は制限される。ファイバは、小さな直径の内視鏡
と共に有効な十分に小さな直径とし得る。
去される砂状の粒子に破壊される。周囲の組織に対する
熱的損傷は制限される。石及び粒子は周囲の組織に浸入
しない。レーザ・ビームによるオプティカル・ファイバ
の劣化は制限される。ファイバは、小さな直径の内視鏡
と共に有効な十分に小さな直径とし得る。
他の実施例は、後記の請求の範囲内にある。例えば、あ
まり望ましくないが、レーザ22は、選択されたガス混合
物によって特定の波長に同調されたエキシマー（ｅｘｃ
ｉｍｅｒ）レーザであり得る。波長は、パルスがオプテ
ィカル・ファイバを介して出されている間に、可能な限
り短く選択される。ガス混合物は、351ナノメートルの
波長を与えるフッ化キセノンが好ましい。結果として得
られるパルスは、石に対して非常に浅い浸透性を有し、
石を非常に微細の粒子と蒸気に破壊するように作用す
る。石への進行は、パルス型ダイ・レーザに対するより
もパルス当り遅いけれども、これは、エキシマー・レー
ザで可能な比較的高いパルス反復率により相殺される。
エキシマー・レーザの典型的なパルス持続時間は、１０
ナノ秒であるが、種々の技法によって８０ナノ秒以上に
伸すことができる。このようなパルス持続時間は、パル
ス型ダイ・レーザのパルスに比べて、オプティカル・フ
ァイバを介するパルスの放出をいくらか困難にする。
まり望ましくないが、レーザ22は、選択されたガス混合
物によって特定の波長に同調されたエキシマー（ｅｘｃ
ｉｍｅｒ）レーザであり得る。波長は、パルスがオプテ
ィカル・ファイバを介して出されている間に、可能な限
り短く選択される。ガス混合物は、351ナノメートルの
波長を与えるフッ化キセノンが好ましい。結果として得
られるパルスは、石に対して非常に浅い浸透性を有し、
石を非常に微細の粒子と蒸気に破壊するように作用す
る。石への進行は、パルス型ダイ・レーザに対するより
もパルス当り遅いけれども、これは、エキシマー・レー
ザで可能な比較的高いパルス反復率により相殺される。
エキシマー・レーザの典型的なパルス持続時間は、１０
ナノ秒であるが、種々の技法によって８０ナノ秒以上に
伸すことができる。このようなパルス持続時間は、パル
ス型ダイ・レーザのパルスに比べて、オプティカル・フ
ァイバを介するパルスの放出をいくらか困難にする。
351ナノメートルで1000ミクロンのファイバ、200ヘルツ
の反復率、300ミリジュールのパルス・エネルギ（1.6ジ
ュール／cm2のエネルギ密度）により、しゅう酸塩の結
石にエキシマー・レーザを使用すると、パルス当り、平
均１０マイクログラムの砕片を生成した。比較のため
に、450ナノメートル、６００ミクロンのファイバを介
して20ジュール／cm2のパルス・エネルギにより、パル
ス型ダイ・レーザを用いると、パルス当り100マイクロ
グラムの砕片を生成した。504ナノメートルで、600ミク
ロンのファイバを介して25ジュール／cm2のパルス・エ
ネルギで、パルス型ダイ・レーザを用いると、パルス当
り１ミリグラムの砕片を生成した。
の反復率、300ミリジュールのパルス・エネルギ（1.6ジ
ュール／cm2のエネルギ密度）により、しゅう酸塩の結
石にエキシマー・レーザを使用すると、パルス当り、平
均１０マイクログラムの砕片を生成した。比較のため
に、450ナノメートル、６００ミクロンのファイバを介
して20ジュール／cm2のパルス・エネルギにより、パル
ス型ダイ・レーザを用いると、パルス当り100マイクロ
グラムの砕片を生成した。504ナノメートルで、600ミク
ロンのファイバを介して25ジュール／cm2のパルス・エ
ネルギで、パルス型ダイ・レーザを用いると、パルス当
り１ミリグラムの砕片を生成した。
石を破壊する場合の生成物は、エキシマー・レーザに対
して約９０％の蒸気、パルス型ダイ・レーザに対して約
１０％の蒸気である。
して約９０％の蒸気、パルス型ダイ・レーザに対して約
１０％の蒸気である。
他の実施例において、胆石又は脈路系の病巣は、450ナ
ノメートルのパルス型ダイ・レーザによって破壊でき、
石をファイバの末端に到達させる適当な技法を使用でき
る。
ノメートルのパルス型ダイ・レーザによって破壊でき、
石をファイバの末端に到達させる適当な技法を使用でき
る。
レーザを用いて結石、石、石灰質組織を破壊するプロセ
スで行われた観察について以下に述べる。
スで行われた観察について以下に述べる。
１．レーザ放射は、標的物質によって、その吸収スペク
トルの波長特性で吸収される。比較的短い波長のレーザ
光は、白色又は半透明の物質に対して良好である。
トルの波長特性で吸収される。比較的短い波長のレーザ
光は、白色又は半透明の物質に対して良好である。
２．レーザの強度は、十分な効果が観察される前に、あ
るレベル以上になければならない。この強度は、放出さ
れるエネルギに比例し、レーザのパルス持続時間に反比
例し、ファイバの末端は、最大効果を得るために、標的
に接触又は近接していなければならない。しかし、ファ
イバは、同様の効果がレーザ・ビームを標的上に結像さ
せることで得られ、従って、強度閾値が到達される限
り、必要ではない。
るレベル以上になければならない。この強度は、放出さ
れるエネルギに比例し、レーザのパルス持続時間に反比
例し、ファイバの末端は、最大効果を得るために、標的
に接触又は近接していなければならない。しかし、ファ
イバは、同様の効果がレーザ・ビームを標的上に結像さ
せることで得られ、従って、強度閾値が到達される限
り、必要ではない。
３．破壊閾値に達すると、音響信号が聴取される。標的
物質は最大破壊のために液体内に完全に浸漬されなけれ
ばならない。湿潤された標的、又は、液面よりわずかに
下（２又は３mm）の標的は、大きな音響信号を与える
が、標的を容易に破壊することはできない。
物質は最大破壊のために液体内に完全に浸漬されなけれ
ばならない。湿潤された標的、又は、液面よりわずかに
下（２又は３mm）の標的は、大きな音響信号を与える
が、標的を容易に破壊することはできない。
破砕のプロセスは以下の通りと考えられる。
１．レーザ放射は、初めに標的によって吸収される。白
色又は半透明の物質に対して、比較的短い波長が好まし
い。
色又は半透明の物質に対して、比較的短い波長が好まし
い。
２．最小のレーザ閾値強度（単位面積当りの電力）は、
標的を蒸化し、加熱し、イオン化するのに必要である。
標的を蒸化し、加熱し、イオン化するのに必要である。
３．レーザ・エネルギは、周囲の液体によって小さな容
積内に制限される。レーザ光が吸収されるにつれてエネ
ルギ密度が増加し、その容積内の圧力は数百キロバール
まで増加する。そのような圧力で、マイクロ秒当り0.5m
m以上の平均速度を有する衝撃波が形成できる。Applied
Physics Leter 10,46(1966)のC.E.Bell及びJ.A.Landt
による“Laser Induced High Pressure Shock Waves in
Water”、及びJrn of Acoustical Soc of America40,1
463(1966)のE.F.Carame,C.E.Moeller,N.A.Clarkによる
“Intense Ruby Laser Induced Acoustic Impulses”． ４．球形の衝撃波は、破壊のために結石、石又は石灰質
組織に伝播される。高圧の衝撃を発生させるように相互
作用容積を制限するために液体が必要である。液体はま
た、衝撃波を標的に結合するのに役立つ。標的が湿潤さ
れ、或いはわずかに浸漬されるに過ぎない場合、相互作
用容積は膨張し、標的を破壊しない弱い衝撃が発生する
に過ぎない。
積内に制限される。レーザ光が吸収されるにつれてエネ
ルギ密度が増加し、その容積内の圧力は数百キロバール
まで増加する。そのような圧力で、マイクロ秒当り0.5m
m以上の平均速度を有する衝撃波が形成できる。Applied
Physics Leter 10,46(1966)のC.E.Bell及びJ.A.Landt
による“Laser Induced High Pressure Shock Waves in
Water”、及びJrn of Acoustical Soc of America40,1
463(1966)のE.F.Carame,C.E.Moeller,N.A.Clarkによる
“Intense Ruby Laser Induced Acoustic Impulses”． ４．球形の衝撃波は、破壊のために結石、石又は石灰質
組織に伝播される。高圧の衝撃を発生させるように相互
作用容積を制限するために液体が必要である。液体はま
た、衝撃波を標的に結合するのに役立つ。標的が湿潤さ
れ、或いはわずかに浸漬されるに過ぎない場合、相互作
用容積は膨張し、標的を破壊しない弱い衝撃が発生する
に過ぎない。
物体を破壊して身体内から除去するためにレーザを最適
に使用する場合に幾つかの考慮すべき事項がある。これ
らは、パルス当りのエネルギ、強度（電力密度）、パル
ス持続時間、反復率、色、ファイバの寸法、ファイバの
損傷レベル、である。これらの考慮すべき事項は、相互
に独立したものではない。更に、処置時間は、身体内の
生組織への損傷の可能性又は危険を最小とすべき場合は
常に短縮されるべきである。
に使用する場合に幾つかの考慮すべき事項がある。これ
らは、パルス当りのエネルギ、強度（電力密度）、パル
ス持続時間、反復率、色、ファイバの寸法、ファイバの
損傷レベル、である。これらの考慮すべき事項は、相互
に独立したものではない。更に、処置時間は、身体内の
生組織への損傷の可能性又は危険を最小とすべき場合は
常に短縮されるべきである。
１．パルス当りのエネルギ。パルス当りのエネルギは最
短時間に破壊されるべき物質の量を最大とするのに可能
な限り大きくすべきである。
短時間に破壊されるべき物質の量を最大とするのに可能
な限り大きくすべきである。
２．ファイバの寸法。小さなファイバが好ましい。その
理由は、このようなファイバは非常に可撓性があり、放
射システムを構成する内視鏡又はカテーテルを比較的小
さくすることができるためである。直径600ミクロン以
上のファイバは大き過ぎ、６０ミクロン以下のファイバ
は多くの総電力即ちエネルギを伝達することができず、
従って処置時間を増加させる。100又は200ミクロンのフ
ァイバが最適であると考えられる。
理由は、このようなファイバは非常に可撓性があり、放
射システムを構成する内視鏡又はカテーテルを比較的小
さくすることができるためである。直径600ミクロン以
上のファイバは大き過ぎ、６０ミクロン以下のファイバ
は多くの総電力即ちエネルギを伝達することができず、
従って処置時間を増加させる。100又は200ミクロンのフ
ァイバが最適であると考えられる。
３．強度。ファイバからのレーザ強度は、標的に衝撃波
を形成するのに十分な程高くなければならない。この効
果は、５〔メガワット/cm2〕として示された閾値を有す
る。少なくとも１０〔メガワット/cm2〕の強度が好まし
い。スポットの面積は、ファイバの断面によって決定さ
れる。最高強度は、ファイバが標的に接触するときに生
じ、ファイバが接触状態から離れるにつれて、強度は急
激に減少する。所望の強度を得るために標的上にファイ
バからの光を結像させるレンズ系は想定し得るが、実施
するのは困難である。更に、発生された衝撃はファイバ
の先端を破壊する。これは切り開かれたファイバの先端
の末端面に対して深刻な問題とはならないが、レンズが
その焦点から相当離されていないと、レンズに対して深
刻な影響を与える。
を形成するのに十分な程高くなければならない。この効
果は、５〔メガワット/cm2〕として示された閾値を有す
る。少なくとも１０〔メガワット/cm2〕の強度が好まし
い。スポットの面積は、ファイバの断面によって決定さ
れる。最高強度は、ファイバが標的に接触するときに生
じ、ファイバが接触状態から離れるにつれて、強度は急
激に減少する。所望の強度を得るために標的上にファイ
バからの光を結像させるレンズ系は想定し得るが、実施
するのは困難である。更に、発生された衝撃はファイバ
の先端を破壊する。これは切り開かれたファイバの先端
の末端面に対して深刻な問題とはならないが、レンズが
その焦点から相当離されていないと、レンズに対して深
刻な影響を与える。
４．パルスの持続時間。与えられたエネルギに関する総
電力はパルスの持続時間を減少させることによって増加
させることができる。典型的な、Ｑスイッチ、エキシマ
ー又は窒素レーザは１乃至２０ナノ秒程度のパルス持続
時間を有する。クオーツ・ファイバに対する損傷強度は
約300乃至400〔MW/cm2〕である。400ミクロンのファイ
バは、レーザがファイバを均一に照明するとすれば、損
傷レベルにおいて20〔ナノ秒〕のパルスで約10〔ミリジ
ュール〕を伝達する。しかし、レーザ・ビームは、ファ
イバに結像されなければならず、ピーク強度のスポット
は総エネルギを数ミリジュールに制限される。比較的高
いエネルギが急速な処置に望まれる。
電力はパルスの持続時間を減少させることによって増加
させることができる。典型的な、Ｑスイッチ、エキシマ
ー又は窒素レーザは１乃至２０ナノ秒程度のパルス持続
時間を有する。クオーツ・ファイバに対する損傷強度は
約300乃至400〔MW/cm2〕である。400ミクロンのファイ
バは、レーザがファイバを均一に照明するとすれば、損
傷レベルにおいて20〔ナノ秒〕のパルスで約10〔ミリジ
ュール〕を伝達する。しかし、レーザ・ビームは、ファ
イバに結像されなければならず、ピーク強度のスポット
は総エネルギを数ミリジュールに制限される。比較的高
いエネルギが急速な処置に望まれる。
少なくとも0.05〔マイクロ秒〕で、ダイ・レーザと共に
利用可能で、0.1〔マイクロ秒〕以上が好ましい比較的
長いパルスにより、与えられたファイバの寸法に対して
比較的多くのエネルギを伝達できる。液体内の高圧の衝
撃に対して、２〔マイクロ秒〕又はそれ以下のパルス持
続時間が望ましい。
利用可能で、0.1〔マイクロ秒〕以上が好ましい比較的
長いパルスにより、与えられたファイバの寸法に対して
比較的多くのエネルギを伝達できる。液体内の高圧の衝
撃に対して、２〔マイクロ秒〕又はそれ以下のパルス持
続時間が望ましい。
５．反復率。反復率の設定が高い程、処置は速くなる。
しかし、ワン・ショットのパルスもまた、小さな破壊さ
れた粒子を更に破砕するのに必要である。
しかし、ワン・ショットのパルスもまた、小さな破壊さ
れた粒子を更に破砕するのに必要である。
表Iは、種々の処置に対して最適な操作範囲を示してい
る。ダイ・レーザによって励起される閃光ランプは、リ
ストされた処置の各々に対して最適条件で動作するよう
に設計される。
る。ダイ・レーザによって励起される閃光ランプは、リ
ストされた処置の各々に対して最適条件で動作するよう
に設計される。
最適ではないが、レーザ２２の実施例として、エキシマ
ー、金又は銅蒸発、周波数２倍反復スイッチ型YAG、又
は窒素レーザを使用できる。これらのレーザは、閃光ラ
ンプ励起型ダイ・レーザより高いピーク出力電力及び短
いパルス持続時間を有し、比較的低いエネルギで400〔M
W/cm2〕のファイバ損傷閾値に達する。比較的高い強度
は、ファイバへの損傷を防止するために、比較的直径の
大きいファイバの使用を必要とし、閾値強度を与えてい
る間にも同一の比較的直径の大きいファイバを考慮す
る。物質は、照明された領域を実質的に越えて破壊され
ることはない。生成される砕片は、長いパルス・レーザ
で得られるものよりもはるかに微細である。与えられた
ファイバの寸法に関して、パルス毎に除去される物質の
量は、パルス型ダイ・レーザに対するものよりも、高い
ピーク電力レーザに対するもののほうがはるかに少な
く、従って、高い反復率が使用されるべきである。
ー、金又は銅蒸発、周波数２倍反復スイッチ型YAG、又
は窒素レーザを使用できる。これらのレーザは、閃光ラ
ンプ励起型ダイ・レーザより高いピーク出力電力及び短
いパルス持続時間を有し、比較的低いエネルギで400〔M
W/cm2〕のファイバ損傷閾値に達する。比較的高い強度
は、ファイバへの損傷を防止するために、比較的直径の
大きいファイバの使用を必要とし、閾値強度を与えてい
る間にも同一の比較的直径の大きいファイバを考慮す
る。物質は、照明された領域を実質的に越えて破壊され
ることはない。生成される砕片は、長いパルス・レーザ
で得られるものよりもはるかに微細である。与えられた
ファイバの寸法に関して、パルス毎に除去される物質の
量は、パルス型ダイ・レーザに対するものよりも、高い
ピーク電力レーザに対するもののほうがはるかに少な
く、従って、高い反復率が使用されるべきである。
最適な操作範囲の表IIは、高ピーク電力レーザに関して
得られた。
得られた。
Claims (43)
- 【請求項１】体内の物質を破壊するための装置であっ
て、レーザ・パルス源、 前記物質の表面を照射するために前記レーザ・パルス源
からレーザ・パルスを放出するオプティカル・ファイ
バ、 を備え、前記レーザ・パルスが、１０マイクロ秒より小
さいパルス持続時間と、パルス当り２００ミリジュール
より小さいエネルギと、周囲の組織への損傷を制限して
いる間に前記物質の破砕を開始する波長特性とを有する
ように構成された、体内の物質を破壊するための装置。 - 【請求項２】前記物質を液体で包囲するための手段を更
に備えた特許請求の範囲第１項に記載の装置。 - 【請求項３】前記オプティカル・ファイバの末端が、前
記物質に接触又は隣接して配置されるように構成された
特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 - 【請求項４】前記レーザ・パルスが３５０ナノメートル
と５５０ナノメートルとの間の波長を有する特許請求の
範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項５】前記パルス当りのエネルギが２５ミリジュ
ールと１２５ミリジュールとの間である特許請求の範囲
第１項乃至第４項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項６】前記レーザ・パルス源がパルス型ダイ・レ
ーザである特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
に記載の装置。 - 【請求項７】前記オプティカル・ファイバが１０００ミ
クロンより小さい直径を有する特許請求の範囲第１項乃
至第６項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項８】前記オプティカル・ファイバが２００ミク
ロンと６００ミクロンとの間の直径を有する特許請求の
範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項９】前記パルス持続時間が0.05マイクロ秒と１
０マイクロ秒との間である特許請求の範囲第１項乃至第
８項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１０】前記パルス持続時間が0.5マイクロ秒と
１０マイクロ秒との間である特許請求の範囲第１項乃至
第９項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１１】結石、石又は石灰質組織である体内の物
質を破壊するための装置であって、 レーザ・パルス源、 前記パルスの波長を調整するように構成された波長調整
器、 前記レーザ・パルス源から前記パルスを受けるように構
成された近位端と、前記物質の表面に前記パルスを放出
するように構成された末端とを有するオプティカル・フ
ァイバ、 前記レーザ・パルス源に接続され、前記パルスが10.0マ
イクロ秒より小さい持続時間を有するように制御して、
各パルスで放出されるエネルギを0.2ジュールより大き
くないレベルに維持するように構成されたパルス制御
器、 を備え、 前記レーザ・パルス源、前記波長調整器、前記パルス制
御器は更に、前記結石、石又は石灰質組織の付近の他の
組織に損傷を与える程のエネルギを放出せずに、前記パ
ルスが、前記結石、石又は石灰質組織をより小さな粒子
に破壊するような波長及びパルス持続時間を有するよう
に構成された体内の物質を破壊するための装置。 - 【請求項１２】前記波長が３５０ナノメートルと５５０
ナノメートルとの間である特許請求の範囲第１１項に記
載の装置。 - 【請求項１３】前記レーザ・パルス源が同調可能なダイ
・レーザを含み、前記波長調整器がダイ物質を含む特許
請求の範囲第１１項又は第１２項に記載の装置。 - 【請求項１４】前記レーザ・パルス源がエキシマー・レ
ーザを含み、前記波長調整器がガス混合物を含む特許請
求の範囲第１１項乃至第１３項のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項１５】前記波長が５０４ナノメートルである特
許請求の範囲第１１項乃至第１４項のいずれかに記載の
装置。 - 【請求項１６】前記パルスが少なくとも１０ナノ秒の持
続時間を有する特許請求の範囲第１１項乃至第１５項の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項１７】前記パルスが0.5マイクロ秒と２マイク
ロ秒との間の持続時間を有する特許請求の範囲第１１項
乃至第１６項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１８】前記レーザ・パルス源及び前記パルス制
御器が、前記パルスで放出されるエネルギを２５ミリジ
ュールと１５０ミリジュールとの間のレベルに維持する
ように構成された特許請求の範囲第１１項乃至第１７項
のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１９】前記オプティカル・ファイバが、１００
０ミクロンより大きくない、好ましくは２００ミクロン
と６００ミクロンとの間のコア直径を有する特許請求の
範囲第１１項乃至第１８項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２０】前記パルスが放出される場所を視認する
ことができる内視鏡を更に含む特許請求の範囲第１１項
乃至第１９項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２１】前記末端と前記結石、石又は石灰質組織
との間の界面が液体で包囲される特許請求の範囲第１１
項乃至第２０項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２２】前記オプティカル・ファイバが可撓性で
ある特許請求の範囲第１１項乃至第２１項のいずれかに
記載の装置。 - 【請求項２３】前記末端が前記結石、石又は石灰質組織
に接触している特許請求の範囲第１１項乃至第２２項の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項２４】結石、石又は石灰質組織である体内の物
質を破壊するための装置であって、 ３５０ナノメートルと５５０ナノメートルとの間の波長
で動作するパルス型レーザ、 前記結石、石又は石灰質組織に接触する末端と、前記パ
ルス型レーザからレーザ・パルスを受ける近位端とを有
するオプティカル・ファイバ、 を備え、前記レーザ・パルスが１０ナノ秒と１０マイク
ロ秒との間の持続時間を有するように構成された体内の
物質を破壊するための装置。 - 【請求項２５】体内の物質を破壊するための装置におい
て、 前記物質を液体で包囲するための手段、 ６０ミクロンと６００ミクロンとの間の直径を有するオ
プティカル・ファイバと、約0.05マイクロ秒と１０マイ
クロ秒との間の持続時間のパルス・レーザとを使用し
て、前記物質が液体で包囲される間に、前記物質の付近
の他の組織に損傷を与える程のエネルギを放出せずに、
動作中に前記物質を破砕するような波長で且つパルス当
り５ミリジュールと２００ミリジュールとの間のエネル
ギ及び前記物質の局部領域で少なくとも平方センチメー
トル当り５メガワットの強度で、前記局部領域を照射す
るための手段、 を備えたことを特徴とする体内の物質を破壊するための
装置。 - 【請求項２６】前記照射する手段が、前記局部領域の内
から起こる衝撃波を生じて、前記局部領域を実質的に越
えて前記物質を破砕することが可能である特許請求の範
囲第２５項に記載の装置。 - 【請求項２７】前記照射する手段がオプティカル・ファ
イバを含み、該オプティカル・ファイバを介して前記局
部領域が動作中に照射される特許請求の範囲第２５項又
は第２６項に記載の装置。 - 【請求項２８】前記オプティカル・ファイバの末端が、
前記物質の前記局部領域に接触し又は非常に近接して配
置されるように構成された特許請求の範囲第２５項乃至
第２７項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項２９】前記パルス・レーザがダイ・レーザであ
る特許請求の範囲第２５項乃至第２８項のいずれかに記
載の装置。 - 【請求項３０】前記パルス・レーザが0.05マイクロ秒と
２マイクロ秒との間のパルス持続時間をもつように構成
された特許請求の範囲第２５項乃至第２９項のいずれか
に記載の装置。 - 【請求項３１】前記パルス・レーザが、0.1マイクロ秒
より大きなパルス持続時間を有するように構成された特
許請求の範囲第３０項に記載の装置。 - 【請求項３２】前記パルス・レーザが、前記物質を破砕
するためにパルス・バーストを前記物質に与え、その後
前記物質を更に破壊するために単一のパルスを個々の破
片に与えるように構成された特許請求の範囲第２５項乃
至第３１項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項３３】前記パルス・レーザが、１０Hzより大き
な前記パルス・バーストの反復率を有することができる
特許請求の範囲第３２項に記載の装置。 - 【請求項３４】前記レーザ・パルスが３５０ナノメート
ルと５５０ナノメートルとの間の波長を有する特許請求
の範囲第２５項乃至第３３項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項３５】パルス・レーザと、オプティカル・ファ
イバの放出装置とを備えた、標的物質を破壊するための
装置であって、前記放出装置が、前記標的物質の局部領
域を動作中に照射する、１００ミクロンより小さい直径
のオプティカル・ファイバと、前記標的物質が存在する
体内の場所に潅注するための潅注手段とを含むように構
成された、標的物質を破壊するための装置において、 前記パルス・レーザは、２００ミリジュールより小さい
エネルギで且つ前記局部領域において平方センチメート
ル当り１０メガワットより大きい強度の少なくとも0.05
マイクロ秒の持続時間を有するレーザ・パルスを発生
し、 前記パルス・レーザ及び前記放出装置は、前記標的物質
が破砕されるその吸収スペクトルの波長特性を有する光
で、前記標的物質を直接照射するように構成され、標的
とされない周囲の組織は、前記パルス・レーザの前記光
の印加によりトリガされる衝撃波によって損傷されず、
前記衝撃波は照射された前記標的物質の内に音響信号を
発生させるのに十分である、 ことを特徴とする、体内の標的物質を破壊するための装
置。 - 【請求項３６】前記パルス・レーザが、パルス当り５ミ
リジュールと２００ミリジュールとの間のエネルギを発
生し且つ放出できる特許請求の範囲第３５項に記載の装
置。 - 【請求項３７】前記パルス・レーザが、少なくとも0.1
マイクロ秒のパルス持続時間を有するように構成された
特許請求の範囲第３５項又は第３６項に記載の装置。 - 【請求項３８】前記パルス持続時間が１０マイクロ秒よ
り小さい特許請求の範囲第３５項乃至第３７項のいずれ
かに記載の装置。 - 【請求項３９】前記パルス・レーザが１０Hzより大きい
パルス反復率であり得る特許請求の範囲第３５項乃至第
３８項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項４０】前記パルス・レーザがダイ・レーザであ
る特許請求の範囲第３５項乃至第３９項のいずれかに記
載の装置。 - 【請求項４１】前記パルス・レーザの光が３５０ナノメ
ートルと６２８ナノメートルとの間の波長を有している
特許請求の範囲第３５項乃至第４０項のいずれかに記載
の装置。 - 【請求項４２】前記パルス・レーザの光が３５０ナノメ
ートルと５５０ナノメートルとの間の波長を有している
特許請求の範囲第３５項乃至第４１項のいずれかに記載
の装置。 - 【請求項４３】前記オプティカル・ファイバが６０ミク
ロンと６００ミクロンとの間の直径を有している特許請
求の範囲第３５項乃至第４２項のいずれかに記載の装
置。
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