JPH08164215A - 光ファイバ・デフューザチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クラッド光ファイバ用の端部取り付け装置を
備え、光分布向上する光力学療法装置を提供する。 【構成】 装置では、端部に向けて内向きにテーパした
光ファイバの非クラッド剥離終端と協働して光ファイバ
の少なくともテーパ部分を囲むガラス管の間に配設した
光散乱媒体により改善され予測可能な光分布を提供する
ようにする。媒体は適切に硬化して固定関係を持つよう
にしてそれにより継続的に改善された光分布を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光力学療法（ＰＤＴ）で
使用する光ファイバディフューザの改善に関し、特に光
ファイバチップから分散、伝搬する光の分布を向上して
ほぼ均一な円柱形の光パターンを達成する光ファイバチ
ップの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光がひきおこす化学反応の利用を
通した癌の治療では、光力学療法が一般的な手法になっ
ている。例えばマックコーガンJr. の特許 4,660,925号
は、光力学療法に関した多くの手法や問題を開示してい
るが、その１つに過熱や自己破壊することなく強力な放
射線を運ばなければならない装置がある。また光ファイ
バで光力学療法レーザ光伝送に用いる装置は（光学的、
熱的あるいは機械的な）「ホットスポット」を形成せず
にそのような強力な放射線を伝送できなければならず、
また不利な環境状態下でそのような光放射タスクを行わ
なければならないことが規定されている。光の所望の拡
散を所望の放射パターンにするため、様々な化学エッチ
ング手法や粗削り手順を使用することが知られている。
実際、特許4,660,925号はテーパー点を有するクイトロ
ン（Ｑｕｅｎｔｒｏｎ）ファイバを参照している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、所定
の種類の光力学療法で望まれる所望の均一な円柱パター
ンに近付くように光ファイバのチップで光を放射する改
善形の装置を提供することである。

【０００４】本発明の更なる目的は、製造が容易で所望
の光分布を生成しながらも作動耐久性のある光力学療法
用の改善形光ファイバチップを提供することである。

【０００５】本発明の別の目的は、光分布パターンが予
測可能で反復可能な、光力学療法で利用可能な光ファイ
バチップ構成用の装置を大量製造手法で提供することで
ある。

【０００６】本発明の更に別の目的は、重大な光学的、
熱的、あるいは機械的な破損をもたらさずに強力な光エ
ネルギー放射レベルを維持しつつ改善された光分布を提
供可能な光力学療法装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、クラッド光ファイバで使用する端部取り
付け装置に関する。この装置は光ファイバの剥離した
（非クラッド）終端部と協働し、ファイバはその端部で
その長さの少なくとも一部で内向きにテーパして（端部
に向けて直径を減少させて）、少なくともテーパ端部フ
ァイバ部分を囲むガラスの間に配設された光散乱媒体が
光ファイバのガラス管の間に配設された光散乱媒体と協
働するようにする。媒体は硬化して固定関係を形成す
る。そのような装置で改善された光分布を提供する。

【０００８】

【実施例】図１の概略的な断面図は、全般に参照数字12
で示したテーパ端ないし端部を有し、従来のハードコー
ティングないしクラディング14を備えた全般に参照数字
10で示した光ファイバを示している。後に詳細に説明す
るため、クラディングは地点16で終わり、ファイバの直
線部分とテーパ端部はクラディングせずに残している。

【０００９】光力学療法（ＰＤＴ）手法に従って、光は
光ファイバ10の非クラッド部分から制御した形で退出さ
せるが、この特定の実施例では、レーザ源（図示せず）
からの単色光を光ファイバ10を通して射出して光力学療
法で使用する任意の適切な感光薬品を活性化する。多く
の使用状況では、高いアスペクト比（即ち長く薄い）の
腫瘍に対して腫瘍の全長に渡って実質的に均一にエネル
ギーを射出することが望ましいように、均一な形で光を
射出する光ファイバチップを有することが望ましい。従
来技術で指摘されているように、光ファイバの露出端部
は、光散乱媒体で囲まれている。この光散乱媒体は通
常、重量比で２％から10％の２酸化チタンないし酸化ア
ルミニウムを含有する高い屈折率の硬化可能エポキシを
含む。そのような従来技術で、 0.3から５ミクロンのＲ
ＭＳ粒子サイズを確立し、粒子はエポキシミックスの５
％から10％を形成している。光ファイバから分散される
光の量は一般に散乱出力と呼ばれ、従ってファイバの非
クラッド部分の発端部で生じる散乱故に、光ファイバの
先端テーパ部では少ない量の光しか得られず、均一な光
の強度を維持するため、均一で全般に円柱形のパターン
を達成しようとすれば散乱出力を増大しなければならな
いことがよく知られている。

【００１０】本発明では、テーパ光ファイバ10の端部に
近付くにつれて制御された形で散乱材料の量を増加させ
る。即ち、光ファイバ10の少なくとも端部12を一定の径
を有する高精度ガラス細管20で囲み、ガラス細管20とフ
ァイバ部分12間のスペースに光散乱エポキシミックス材
料で満たすことで、その増加を制御している。従って光
ファイバ10の端部に近付くに連れて光散乱材料の量は半
径方向寸法に増大し、テーパに沿って光散乱効果を増大
して放射される光の端部を予測することができるように
している。しかし多くの従来方式とは対照的に、本発明
装置では散乱材料の量は、光ファイバ端部12のテーパの
性質及び円柱細管20の内壁からのファイバ12のスペース
で制御される。上述したように、本発明では任意の適切
な散乱材料とエポキシミックスを使用することが出来
る。エポキシミックスは、光ファイバチップをガラス細
管内に配設した後、硬化することが望ましい。所望によ
り、鏡端面21を設けることが出来る。

【００１１】細管20内のファイバ12の望ましいセンタリ
ングは、ガラス細管20の部分21をクラッド部分をおおう
ように延長させ、また、ファイバのクラッド部分14と密
接に係合するように延長させることで、光ファイバ10に
対して細管20の端部を自動的にセンタリングすることに
より、助けられている。

【００１２】本発明の重要な利点は、光散乱ミックス17
に小さい（ほぼ 5.5ミクロン）のアルミナ粒子を配分し
てそれにより少なくとも 5.5ミクロンの細管20壁の内径
と光ファイバ部分12間の壁分離を確保し、それによりフ
ァイバが細管の壁と接触しないようにする追加センタリ
ング手法としての働きをし、それにより光分布パターン
内で望ましくない反射、ホットスポットその他のエネル
ギー非均一性を避けることである。従って細管20の一端
がクラディング14に係合してセンタリングされ、硬化さ
れると、光ファイバ10のテーパ端部12は細管20内に固定
され、それにより反復可能で予測可能な光分布パターン
を提供できる。

【００１３】細管20内での光ファイバ10及び特に光ファ
イバ端部12の位置決めは、散乱ミックスに５から10ミク
ロンの大きさの範囲のガラスないしセラミック粒子を追
加して細管20と光ファイバ部分10、12の間のセンタリン
グと間隔作用を向上することで（エポキシの硬化前に）
更に密接に制御できる。特に選択されたエポキシの屈折
率に近い屈折率を有するガラスないしセラミック材料に
より、細管20壁からのファイバチップの分離を確保でき
る。そのような間隔あけ手法は、小さな間隔により生じ
る多ビーム干渉効果を除去し、光分布の予測可能性と均
一性を増大する傾向がある。

【００１４】次に図２は商業的な形をした装置を断面図
形式で開示したもので、通常ＴＥＦＺＥＬ（デュポン社
の登録商標）のバッファコーティング28を露出するため
除去されたケーブルジャケット25を示しており、バッフ
ァはその端部31でエンボスネジ山を備えている。光ファ
イバ10のクラッド部分14と非クラッド部分11があり、光
ファイバテーパ端部12は、テーパ部分と実質的に直線で
ある部分13とを備えており、それらを細管20がおおって
延びている。ハウジング30は好適には大部分使用するレ
ーザ光の波長に対して透過性のあるポリカーボネート材
料とし、バッファ30上に設けたネジ山と協働する内部ネ
ジ山31を備えている。細くなった端部32は使用環境によ
り所望の形状を持つようにすることが出来る。

【００１５】ファイバの直線部分が細管内にあり、ディ
フューザの端部の規定の直径に到達し始めるまでテーパ
されないことに留意すべきである。細管内のその直線部
分を使用することで初期の光分布を制御することが可能
となる。その同一直線部分は細管に対して光ファイバチ
ップの位置を決めるために使用する。同様にファイバの
直線部分に対してリリースされる光量を制御すること
で、テーパの全長にわたる光の分布をより良く制御する
ことが出来る。

【００１６】次に図３で、ファイバコアに光学的接着剤
（エポキシ）を使用するには、各々の屈折率を理解する
必要がある。図３で、矢印Ｐは屈折角が入射角に等しく
なるようにコア／エポキシ境界に入射する光線の予測経
路を示す。本発明のエポキシ、ファイバ関係について
は、エポキシとファイバの屈折率は釣り合わせず、エポ
キシの屈折率は好適には1.52として選択する。方向Ｑに
沿って先行する光線は、通常の直線経路Ｐから、スネル
の法則で一般に決まる分だけ逸脱する。

【００１７】Δθは再クラッドエポキシ屈折率（コア屈
折率に関する）内の所与の変化Δｎにより生じる屈折光
角度の角変化を示す。従って、本発明ではΔθは≠０で
あるので、経路方向の本当の変化は、エポキシ屈折率が
コア屈折率から逸脱すると生じるが、これはエポキシ屈
折率がファイバコアの屈折率と合致しない本発明の特徴
を強調したものとなっている。

【００１８】次に図４に本発明の光ファイバチップ内の
一般的な光線作用経路の概略図を示す。光ファイバ10の
テーパの大きな端部に（ファイバの軸で形成された）角
度θi で入射するメリジオナル光線Ｒは、円錐形の壁で
漸進的に低い入射角で反射される。θi の初期値で始ま
り、コアクラッド境界での各々の反射で伝搬角度θは２
β増大する。ファイバテーパが平滑で反射数が大きいと
θ₀ は次の関係で値が与えられる。

【００１９】 φが臨界角以下になり光線がコアによりもはや誘導され
ないようになると、クラディングを通過して散乱媒体に
当たる。従って光線は次に場合に屈折率ｎ₀ の領域に逃
げるようになる。

【００２０】 この方程式はもちろん散乱媒体がない場合である。散乱
媒体が存在すると、光線の屈折率ｎ₀ の領域との結合効
率は非常に大きく増大する。

【００２１】上述したものは全て、光力学療法光プロー
ブでの光分布強度を、より明確で反復的に予測する制御
の機会を作り出すための独特の構成の作動理論を確立し
ようとするものである。

【００２２】ファイバテーパの固定方法、散乱成分の混
合方法などは、本発明の一部を形成するものではない。
ただし、散乱媒体用に特定の事前に選択した粒子、及
び、ガラスないしセラミック粒子の粒子サイズ等は、フ
ァイバのテーパ端部の細管内での適切なセンタリングを
確保するために選択するものとする。クラッドファイバ
へ細管を取り付けてテーパファイバに関する細管の端部
の同心性をもたらすことを助けること、エポキシの硬化
などはすべて本発明を実際に利用する際に重要な事柄と
なると思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全般的に円柱形のガラス細管で囲まれたクラ
ッド光ファイバ、ファイバの非クラッド部分、ファイバ
の光分散ミックス及びテーパー端部間に存在する特定の
関係を示す拡大概略断面図である。

【図２】 ジャケット付き光ファイバにバッファ及びジ
ャケットを取り除いた部分とクラッディングを取り除い
た第２の部分を備えて図１のディフューザチップ構成に
対してハウジング取り付け可能にした本発明の一般的な
商業形式の拡大断面図である。

【図３】 本発明のチップ内の一般的な光線作用経路を
示す概略図である。

【図４】 図１と類似であるが光ファイバチップ内の光
経路を示す概略的な断面図である。

【符号の説明】

10 光ファイバ 11 非クラッド部 12 光ファイバ端部 13 直線部分 14 クラディング 17 光散乱ミックス 20 細管 21 鏡端面 25 ケーブルジャケット 28 バッファコーティング 30 ネジ山 31 内部ネジ山

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルドルフ エイ．モンジェラス アメリカ合衆国、コネティカット州 06107、ウェスト ハートフォード、ドッ ヂ ドライブ 14 (72)発明者 ロバート シー．スライヴァン アメリカ合衆国、コネティカット州 06070、シムスブリー、シムスブリー ラ ンディング 31 (72)発明者 ジョン エイ．ルーツェン アメリカ合衆国、コネティカット州 06040、マンチェスター、ブッシュ ヒル ロード 655 (72)発明者 マイケル ジー．ディカーロ アメリカ合衆国、コネティカット州 06710、ウォータブリィ、ウィロウ スト リート 588

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線クラッド部分及びクラディングを取
   り除いてクラッド及び非クラッド端部を設けた端部を有
   するクラッド光ファイバと、 前記端部は直線的な一般に円柱形のファイバ部分と内向
   きにテーパした縦断面を有する終端部とを有し、 少なくとも非クラッドテーパ終端部を含む直線のクラッ
   ド光ファイバ端部を囲むガラス管と、 前記管は非クラッドファイバ部分の外径よりも大きな実
   質的に一定の内径を有し、 前記ガラス管と少なくとも前記光ファイバの非クラッド
   部分間に配設してそのスペースを満たし、それにより光
   を内向きにテーパした終端部から制御された形で拡散す
   る光散乱媒体とからなり、 前記ガラス管の内壁と光ファイバ端部間のスペースは硬
   化可能な材料で実質的に満たし硬化後に前記管を前記非
   クラッドファイバ端部に関して固定する光力学療法装
   置。
2. 【請求項２】 前記硬化可能材料は、光散乱粒子を含む
   エポキシであり、その一部はファイバ端部を前記管内で
   センタリングする大きさを有する請求項１の装置。
3. 【請求項３】 光ファイバ端部の終端は前記ガラス管と
   隣接する請求項２の装置。
4. 【請求項４】 光散乱粒子は、ガラスビーズを含み、そ
   のガラスビーズはレーザ周波数光に対して実質的に透明
   であり、ファイバ端部を管と同軸に位置ぎめする働きを
   する請求項２の装置。
5. 【請求項５】 クラディングを除去した端部を有するク
   ラッド光ファイバと、 光ファイバのクラッド及び非クラッド部分を囲むガラス
   管と、前記管は非クラッド部分及び少なくともクラッド
   部分の一部と同一空間を有し、前記管は内径がファイバ
   のクラッド部分から近接して配置されたものであり、 ファイバの非クラッド部分はクラッド部分の領域から先
   端ファイバ端部までテーパされ、ファイバと管間のスペ
   ースを満たしてファイバ端部に関して管を固定する硬化
   可能エポキシとからなる、人体部分に放射する光力学療
   法用装置。
6. 【請求項６】 エポキシは光散乱粒子を含む請求項５の
   装置。