JPS61235807A - レーザーから光フアイバーに高エネルギー電磁放射を伝達する装置 - Google Patents

レーザーから光フアイバーに高エネルギー電磁放射を伝達する装置

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JPS61235807A
JPS61235807A JP61053513A JP5351386A JPS61235807A JP S61235807 A JPS61235807 A JP S61235807A JP 61053513 A JP61053513 A JP 61053513A JP 5351386 A JP5351386 A JP 5351386A JP S61235807 A JPS61235807 A JP S61235807A
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JP
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optical fiber
laser
electromagnetic radiation
coupler
radiation
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JP61053513A
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ウイリアム・エデルマン
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Shiley Inc
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Shiley Inc
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • G02B6/4203—Optical features

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 崖１」Ｊ■旧１土肛 本発明はレーザー源から光ファイバーに高エネルギー電
磁放射を伝達する装置に関し９本発明によってこの装置
を一体の光ファイバーカフプラーとする。
本発明の装置はレーザー放射を動脈閉塞、アテローマ性
動脈硬化症病変等の目標に導く装置に特に好適に使用で
きる。
従漣Ｍ販 動脈硬化症の一形式である共通疾患アテローマ性硬化症
の特性は、アテローマ性病変（アテローマ性斑）が大動
脈及び大、中の動脈の内壁に形成されることにある。こ
の疾患の初期段階での最も重要な症状は高血圧である。
然し、治療しなげれば疾患は血管全閉塞、遂には患者の
死亡に到る。
アテローマ硬化症の病変は脂肪質に繊維状接続組織が組
合された塊であり、多くの場合にカルシウム塩と血で構
成する二次堆積物を伴う。人間のアテローマ性硬化症の
特性は脂質含有量が大きく。
進行した病変では乾燥重量の約６０％に達する。脂質の
３種の重要な分類はコレステロール、コレステロールエ
ステル、燐脂質である。
アテローマ性硬化症病変化から生ずる問題を補整するた
めに現在実用されている技法は冠状又は末梢動脈副杆外
科であり、患者の体の他の部分例えば下肢伏在血管部分
から切除した血管部分又は合成血管移植片を狭窄動脈に
平行に移植する。動脈副杆外科は多年の間大きな成功を
収めたが、これは外科の大手術であり、不可避の付随し
た危険があるため、医業では副杆外科でなくアテローマ
性硬化症病変等の血管障害を減少する技法を探索してき
た。アテローマ硬化症の治療に現在実用される他の技法
は透視血管成形術であり、膨張カテーテルを病変血管内
に挿入して狭窄部で外方に膨張させて血管を再び導通さ
せる。この技法の欠点は、血管が狭窄によって既に完全
に又はほぼ完全に閉塞した時は使用出来ない点にある。
更にこの技法は病変を物理的又は化学的に除去せず主と
して圧密するため大部分の病変は血管壁に残り３次の狭
窄成長の場所になる。
近年、血管狭窄例えばアテローマ硬化症病変を治療する
提案としてレーザー再血管化があり、レーザーの発生す
る電磁放射を１本以上の光ファイバーによって狭窄位置
に伝達し狭窄に向ける。狭窄物質によるレーザー放射の
吸収は比較的低分子量の有機物質に転化し、血流に溶解
して搬送される。レーザー再血管化のための装置の例と
して。
米国特許４，２０７．８７４号、４．４１８．６８８号
１世界特許願公開公報８３０２８８５号がある。レーザ
ー再血管化の著しい利点は血管狭窄例えばアテローマ性
硬化症病変を外科技法でほぼ完全に除去し、副杆外科よ
りは侵入が少ない、しかし、レーザーカテーテル装置の
設計の欠点によってレーザービームを注意深く不要な狭
窄のみに向ける必要があり、この技法の実施上血液成分
と健康な周囲組織特に周囲のアテローマ硬化症でない血
管組織を損傷する危険がある。
欧州特許願公報０１５２７６６号は周囲血液及び健康組
織を著しく損傷することなくアテローマ硬化症の病変を
減少する方法を開示し、電磁放射を使用し、病変に向け
るほぼ全部の電磁放射の波長は紫外線又は可視範囲であ
りエネルギーは選択的に吸収され、全血及びアテローマ
性硬化症でない血管組織による吸収に比較して病変内に
存在する病変成分による吸収が大きな乾燥重量割合とな
る。その結果、病変成分の反応と分解は直接病変の減少
となり、近隣の血液及び不時に誤って電磁放射を向けた
としても周囲の健康な組織に著しい損傷の危険を生ずる
ことはない、病変に向ける電磁放射は好適な例で単色９
則ちほぼ全部が極めて狭い波長範囲とする。好適な例で
単色電磁放射はレーザーによって発生し少なくとも１本
の光ファイバーによって病変付近に導かれる。単色紫外
線エネルギーは好適な例でエフシマーレーザーによって
発生する。
かくしてアテローマ性硬化症の病変の共通成分のコレス
テロールが選択的に波長的２４８ｎｍの電磁放射を吸収
し、上述の波長のレーザー放射による治療によって病変
は減少する。
本明細書において、アテローマ性硬化症病変の減少とは
病変の寸法を著しく減少することを称する。好適な例で
は手術を続けて病変をほぼ完全に除去する。
り°゛　　い占 特定波長の電磁放射を使用してアテローマ性硬化症病変
を選択的に減少又は除去することは、特定の供給装置に
よるものではなく放射の形式によるものである。然し、
後述のカップラー装置を使用しなければレーザーから光
ファイバーへのエネルギー伝達は著しく減少する。
電磁放射のレーザー源を使用し、放射を１本以上の光フ
ァイバーによって目標に導く作動を著しく改良し、光フ
ァイバーの性能低下を減少するために２本発明によって
レーザーから光ファイバーへの放射をカップリング装置
、特に一体の光ファイバーカップラーによって伝達する
。
本発明によるレーザーから光ファイバーに高エネルギー
電磁放射を伝達する装置は広い入口端と狭い出口端とを
有する円錐形カップラーを備え。
入口端は凸面として焦点レンズとして作用してレーザー
からの放射を受けて放射を光ファイバー内を通る伝達と
し、出口端を光ファイバーの入力端に一体の組立体を形
成するように取付け９円錐形カップラーは光ファイバー
と同じ屈折率の材料製としテーパ角度θは次の式によっ
て定め。
θ−ｓ　ｉ　ｎ−１（Ｎ、　Ａ、　／μ）ここにＮ、Ａ
、は光ファイバー材料の開口数。
μは入射放射の波長でのカップラー材料の屈折率とする 本発明による装置は特に好適な通用例としてレーザー、
再血管化がある。
本発明によるレーザー外科医によって閉塞を除去する方
法は、閉塞に円錐形カップラーを介してレーザーに結合
された光ファイバーを通る高エネルギー電磁放射を受け
させ、上記円錐形カップラーは広い入口端と狭い出口端
とを有し、入口端は凸面として焦点レンズとして作用し
てレーザーからの放射を受けて放射を光ファイバー内を
通る伝達とし、出口端を光ファイバーの入力端に一体の
組立体を形成するように取付け１円錐形カップラーは光
ファイバーと同じ屈折率の材料製としテーバ角度θは次
の式によって定め。
θ＝・ｉ　ｎ−１（Ｎ、　Ａ、　／μ）ここにＮ、Ａ、
は光ファイバー材料の開口数。
μは入射放射の波長でのカフブラー材料の屈折率とする
。
開口数Ｎ、Ａ、は特定のファイバーの基本特製である。
これは後述する第１図に示す入力受入円錐の開口度の寸
法を代表する。数学的には開口数は受入円錐の１７２角
αの正弦によって定まる。
光ファイバーの光束支持容量則ち光集合力は開口数の２
乗に等しく、受入円錐内の単位法の面積と半球の面積と
の比である。
光を受入れ光ファイバーを通って伝達する最大角度はス
ネルの法則から。
Ｈａ　ｓｉｎ　ａｔ　ｍａｘ＝（＃２＃ｃ）ここに＋５
ｉｎｃｘｌｌａＸは開口数、μａは空気の屈折率（１，
００）、　　μはファイバーコアの屈折率、μＣは被覆
の屈折率である。
上述の開口数を計算する式は、脈理９表面不拘等１回折
等のビームの規準を不一致とする関数は除外しである。
後述する通り９本発明はファイバーの表面の不規則によ
る欠点を除去する。
本発明の好適な通用例はレーザー外科であり。
これについて説明するが９本発明の装置はレーザー源と
放射アプリケータとの間を結合して電磁放射を集中させ
、及び又はアプリケータ例えば光ファイバーを保護する
必要のある場合に好適に適用できる。他の実施例として
高エネルギー溶接装置がある。
遺」１舛 本発明を例示とした実施例並びに図面について説明する
。
第１図は光ファイバー２に入る放射の受入円錐ｌを示す
、角αの１／２の正弦が光ファイバーの開口数を画成す
る。
第２図に線図として示すカップラー３は円錐形本体を有
し、凸面の入口端が焦点レンズ４を形成する０円錐カッ
プラーの出口端に光ファイバー２を一体の組立体を形成
して取付ける。
カップラーのテーパはテーパ角θによって定まる。焦点
レンズはカップラーを通る電磁放射を光ファイバーの入
力面に向けて曲げる。これは放射断面の減少を可能にし
、カップラーは光ファイバーと一体であるためエネルギ
ーの集中は光ファイバーの材料の破損を生じない。
本発明による装置は本質的に一体の光ファイバーカップ
ラーであり、高エネルギー含を電磁放射特にレーザーか
らの紫外線放射を光ファイバーに伝達する。好適な例で
、光ファイバーとカップラーとの一体組立体を屈折率１
．４３−１．４７の融解石英で形成する。此の材料のテ
ーバ角度は約９．７９°である。
好適な例で、カップラー装置を作動させるレーザーの発
生する波長１００　２０００ｎｍ、好適な例では約２４
８ｎｓとする。
特に好適な実施例において、レーザーは弗化クリブトン
エクシマーレーザーとし波長２４８ｎｍの紫外線放射を
発生する。
本発明によるカップラー装置はレーザーインパルスのエ
ネルギー含有量を保持させると共に光ファイバー人力面
の損傷は生じない、光ファイバー面を研磨してレーザー
１波長の厚さ、エフシマーレーザーの場合に０．２μ、
以下に不均等を除去することは殆ど不可能であるため１
本発明カップリング装置は光ファイバーと一体としファ
イバーの物理的延長部を形成し、これによって露出面を
損傷することなくエネルギー伝達を行う。
カップラーを光ファイバーと一体の組立体として形成す
る方法は各種あるが、３種の方法を次に述べる。
本発明による装置を製造するための第１の好適な方法は
、融解石英の実体のロッドを絞って凸面焦点レンズを形
成する曲面の広い入口端と光ファイバーと略同じ直径の
狭い出口端とを有する円錐形本体を形成させ、狭い出口
端を光ファイバーの入力端に融着して一体組立体を形成
させる。好適な例ではテーパした本体の出口端をアーク
溶接によって光ファイバーに融着する。
本発明の装置を製造するための第２の好適な方法は、光
ファイバーを通常の絞り工程で製造し。
絞り速度を遅くしてファイバー材料の予備成形の時の直
径まで一端を大直径とし予備成形部の絞り速度と圧力を
制御してファイバーの入口端をテーパさせて所要の円錐
形として円錐形カップラーを光ファイバーの一体の延長
部として形成する。
本発明の装置を製造するための第３の好適な方法は、融
解石英の実体のロッドを機械加工して広い入口端と狭い
出口端とを有するテーパした本体を形成し、出口端の直
径は取付けるべき光ファイバーの直径より大とし、光フ
ァイバーの入力端を通常の加熱プレス技法で処理してテ
ーパした本体の出口端に相当する直径の小さな脹らみを
形成させ、脹らみの面を出口端に融着してテーパした本
体と光ファイバーとの一体組立体を形成する。好適な例
では、テーパした本体と光ファイバーとを熱融着によっ
て接合する。
本発明の装置の作動に際して、レーザーからの電磁放射
１例えば波長２４８ｎａ＋の紫外線放射は開口からカッ
プラーに入り、ここで最初のレーザービームに存在する
収差を除去される０次に放射は入口端を形成する焦点レ
ンズを経てカップラーに入り媒体の変化を生ずることな
く光ファイバーの入力端に入る。
所要に応じてカップラーを保持器に収容する。
則ち、金属スリーブを使用してカップラーの長手方向を
レーザービームに対して一致させ、これによってビーム
はレンズ面に直角にカップラーに入射する。
本発明の好適な実施例の標準寸法を次に記す。
光ファイバーのコア直径は２００−６００μ。
カップラーと光ファイバーの材料は融解石英とし、屈折
率は１．４３−１．４７とする。
テーバ角度は約９．７９°とする。
ファイバーの開口数は０．１−０．５とする。
組立体全体の長さは約２ｍとする。
上述の実施例は波長約１１００−２０００ｎ、好適な例
で１００　４００ｎｎ＋を有するレーザー電磁放射で作
動させる設計とした。特に好適な例では弗化クリプトン
エクシマーレーザーからの波長２４８ｎｍの紫外線放射
である。
上述の本発明の特に好適な通用例はレーザー外科用であ
る。此の手術の場合は光ファイバーを直接動脈内に挿入
し、又はアテローマ性動脈硬化症病変に対するレーザー
放射の効果を観察するために動脈を長手方向に切開しフ
ァイバーを目標上に直角に位置ぎめしてアテローマ性硬
化症斑を除去するのを撮影する。此の形式の手術は通常
は血管外科医又は心血管外科医が行う。
ファイバーを経皮的に動脈内に挿入し亜全又は閉塞アテ
ローマ性硬化症病変を除去することもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は光ファイバーの受入円錐の線図、第２図は本発
明の好適な実施例の線図である。 １０１．受入円錐。２８．。光ファイバー、３００．カ
ップラー、４．、。焦点レンズ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、広い入口端と狭い出口端とを有する円錐形カップラ
    ーを備え、入口端はレーザーからの高エネルギー電磁放
    射を受けてこの放射を光ファイバー内を通るように伝達
    する焦点レンズとして作用する凸面とし、出口端を光フ
    ァイバーの入力端に一体の組立体を形成するように取付
    け、円錐形カップラーは光ファイバーと同じ屈折率の材
    料製としテーパ角度Θは次の式によって定め、 Θ＝ｓｉｎ＾−＾１（Ｎ．Ａ．／μ） ここにＮ．Ａ．は光ファイバー材料の開口数、μは入射
    放射の波長でのカップラー材料の屈折率とすることを特
    徴とするレーザーから光ファイバーに高エネルギー電磁
    放射を伝達する装置。 ２、光ファイバーとカップラーとの一体組立体を屈折率
    １．４３−１．４７の融解石英で形成することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載のレーザーから光ファ
    イバーに高エネルギー電磁放射を伝達する装置。 ３、前記テーパ角度を９．７９°とすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーザーか
    ら光ファイバーに高エネルギー電磁放射を伝達する装置
    。 ４、融解石英の中実のロッドを絞って凸面焦点レンズを
    形成する曲面の広い入口端と光ファイバーと略同じ直径
    の狭い出口端とを有する円錐形本体を形成させ、狭い出
    口端を光ファイバーの入力端に融着して一体組立体を形
    成させることを特徴とするレーザーから光ファイバーに
    高エネルギー電磁放射を伝達する装置を製造する方法。 ５、光ファイバーを通常の絞り工程で製造し、絞り速度
    を遅くしてファイバー材料の予備成形の時の直径まで一
    端を大直径とし予備成形部の絞り速度と圧力を制御して
    ファイバーの入口端をテーパさせて所要の円錐形として
    円錐形カップラーを光ファイバーの一体の延長部として
    形成することを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載
    のレーザーから光ファイバーに高エネルギー電磁放射を
    伝達する装置を製造する方法。 ６、融解石英の実体のロッドを機械加工して広い入口端
    と狭い出口端とを有するテーパした本体を形成し、出口
    端の直径は取付けるべき光ファイバーの直径より大とし
    、光ファイバーの入力端を通常の加熱プレス技法で処理
    してテーパした本体の出口端に相当する直径の小さな脹
    らみを形成させ、脹らみの面を出口端に融着してテーパ
    した本体と光ファイバーとの一体組立体を形成すること
    を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のレーザーか
    ら光ファイバーに高エネルギー電磁放射を伝達する装置
    を製造する方法。 ７、レーザー外科医によって閉塞を除去する場合に、円
    錐形カップラーを介してレーザーに結合された光ファイ
    バーを通る高エネルギー電磁放射を前記閉塞に受けさせ
    、上記円錐形カップラーは広い入口端と狭い出口端とを
    有し、入口端はレーザーからの高エネルギー電磁放射を
    受けてこの放射を光ファイバー内を通るように伝達する
    焦点レンズとして作用する凸面とし、出口端を光ファイ
    バーの入力端に一体の組立体を形成するように取付け、
    円錐形カップラーは光ファイバーと同じ屈折率の材料製
    としテーパ角度Θは次の式によって定め、 Θ＝ｓｉｎ＾−＾１（Ｎ．Ａ．／μ） ここにＮ．Ａ．は光ファイバー材料の開口数、μは入射
    放射の波長でのカップラー材料の屈折率とすることを特
    徴とするレーザー外科医によって閉塞を除去する方法。 ８、円錐形カップラーと光ファイバーとは共に屈折率１
    ．４３−１．４７を有する融解石英製とし、テーパ角度
    を９．７９°とすることを特徴とする特許請求の範囲第
    ７項に記載のレーザー外科医によって閉塞を除去する方
    法。 ９、レーザーは波長１００−２０００ｎｍを有する放射
    を発生することを特徴とする特許請求の範囲第７項又は
    第８項に記載のレーザー外科医によって閉塞を除去する
    方法。 １０、レーザーは波長２４８ｎｍを有する紫外線放射を
    発生させる弗化クリプトンエクシマーレーザーとするこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載のレーザー
    外科医によって閉塞を除去する方法。
JP61053513A 1985-03-11 1986-03-11 レーザーから光フアイバーに高エネルギー電磁放射を伝達する装置 Pending JPS61235807A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US710196 1985-03-11
US06/710,196 US4729621A (en) 1985-03-11 1985-03-11 Integral optical fiber coupler

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JP (1) JPS61235807A (ja)
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BR (1) BR8601036A (ja)
CA (1) CA1255525A (ja)
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