JPWO2010143402A1 - 光学装置、レーザ照射装置およびレーザ治療装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2009年6月9日に日本に出願された特願2009−138342号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来のレーザ治療システムは、レーザ光伝送用光ファイバが、観察を行うための画像伝送用光ファイバとは別体で構成されている。この従来システムによれば、画像伝送用光ファイバを通して患部の画像を確認し、画像情報を元にレーザ光伝送用光ファイバの先端部を患部への照射に適した位置に導き、レーザ光の照射を行うことができる。
例えば特許文献1には、光ファイバの一端から光凝固用レーザ光を入射させ、該レーザ光を患部に照射して患部を光凝固させる手術装置において、照明用光源と手術用光源を一つに統合した構成が記載されている。
このため、画像伝送用光ファイバと、レーザ光伝送用光ファイバとが組み合わされた複合型光ファイバを有する内視鏡システムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、レーザ光伝送用光ファイバの位置が画像伝送用光ファイバの中央に固定されているため、レーザ照射が可能な範囲は、画像を観察可能な範囲の中央部に限られる。レーザ光伝送用光ファイバの位置や本数を変更すれば、画像を観察可能な範囲内でレーザ照射の位置およびポイント数(照射箇所の個数)を変更することは可能であるが、位置およびポイント数が異なるごとに別々の複合型光ファイバを用いるのは極めて煩雑である。
前記入射制御手段としては、前記レーザ光を透過する透過部を有するマスクを使用でき、前記マスクは前記レーザ光源と前記イメージファイバの一端の間の光路内に設置することができる。
前記入射制御手段は、前記ミラーの角度調整によりレーザ光の照射位置または形状を制御可能である構成とすることができる。
前記マスクは、前記透過部の位置または形状が異なる複数のなかから選択使用可能であることが好ましい。
本発明のレーザ照射装置は、画素を構成する多数のコアと共通のクラッドとからなるイメージファイバ本体を有し、一端から入射されたレーザ光を他端からレーザ照射対象物に向けて出射すると共に、前記レーザ照射対象物の二次元画像を表す画像信号を前記他端から前記一端に伝送するイメージファイバと、前記イメージファイバの一端側に配置され、前記レーザ光を反射すると共に前記二次元画像を透過させるミラーと、前記ミラーの反射により前記イメージファイバの一端にレーザ光を入射させるレーザ光源と、前記ミラーの透過により前記イメージファイバの一端から前記二次元画像を受像する撮像装置と、前記イメージファイバの一端において、前記レーザ光を前記多数のコアのうち一部のコアに入射させ、かつその入射させるコアが変更可能である入射制御手段と、照明用光ファイバとを備える。
前記入射制御手段としては、前記レーザ光を透過する透過部を有するマスクを使用でき、前記マスクは前記レーザ光源と前記イメージファイバの一端の間の光路内に設置することができる。
前記入射制御手段は、前記ミラーの角度調整によりレーザ光の照射位置または形状を制御可能である構成とすることができる。
前記マスクは、前記透過部の位置または形状が異なる複数のなかから選択使用可能であることが好ましい。
本発明のレーザ照射装置は、前記ミラーが波長選択ミラーであり、前記入射制御手段が、入射位置制御手段である構成としてよい。
本発明のレーザ治療装置は、前記レーザ照射装置からなるレーザ治療装置であって、前記イメージファイバは、外径が20G以下のパイプ内に挿入されてプローブを構成しているレーザ治療装置である。
図1に示すように、本形態例のレーザ照射装置10は、一端11から入射されたレーザ光3を他端12からレーザ照射対象物13に向けて出射すると共に、レーザ照射対象物13の二次元画像を他端12から一端11に伝送するイメージファイバ20と、イメージファイバ20の一端11側に配置され、レーザ光3を反射すると共にレーザ照射対象物13の二次元画像を透過させるミラー14と、ミラー14の反射によりイメージファイバ20の一端11にレーザ光3を入射させるレーザ光源15と、ミラー14の透過によりイメージファイバ20の一端11からレーザ照射対象物13の二次元画像を受像する撮像装置16と、レーザ照射対象物13に照明光を伝送するための照明用光ファイバ(図示せず。)を備える。
本発明では、イメージファイバ20は、レーザ照射対象物13に照射されるレーザ光の波長帯と、レーザ照射対象物13の二次元画像を表す光(画像情報の光)の波長帯との両方を伝送することが可能なものが用いられる。イメージファイバ本体23の材質は、石英系ガラス、多成分系ガラス、プラスチックなどから選択することができる。
クラッド22は、コア21よりも低屈折率の材料からなるもので、純粋石英ガラス、あるいはフッ素(F)などがドープ(添加)された石英系ガラスなどで形成されている。
特に、細径で画素数が多い石英系イメージファイバの場合、コア21はゲルマニウムが添加された石英系ガラスからなり、クラッド22はフッ素が添加された石英系ガラスからなるものが好ましい。
イメージファイバ20の各コア21,21,…は、イメージファイバ本体23の断面内でほぼ均一に配列されている。このため、レーザ光3を多数のコア21,21,…から選択されるいずれのコア21にも入射させて、レーザ照射対象物13へと伝送することができる。イメージファイバ20の各コア21,21,…の材質および寸法は均等とすることができるが、必ずしもこれに限定されない。すなわち、イメージファイバ20のコア21の材質や寸法を個別に変化させることもできる。
レーザ光3を入射させるコア21の数は、1個でも複数個でも良い。
イメージファイバ20の断面内でコア21,21,…が配置された範囲は、二次元画像が伝送される範囲4およびレーザ光3が伝送可能な範囲5と相似的に対応する。
コア21の数(画素数)は、1000〜100000程度とするのが好ましい。コア21は、互いに同じ外径を有することができるが、必ずしもこれに限定されない。すなわち、コア21は、個別に異なる外径を有していてもよい。コア21の外径は例えば1〜20μmとすることができる。
隣り合うコア21の間隔(画素間隔)は、ほぼ一定とすることができるが、一定でなくてもよい。コア21の間隔は、例えばコア21の外径の1.1〜4倍とすることができる。コア21の間隔は、コア21とクラッド22の屈折率差に基づいて設定される。この屈折率差は2〜5%、好ましくは3.5〜4%とすることができる。
ジャケット管24は、純粋石英ガラスよりなるものの他に、例えば、石英ガラスに酸化チタンや酸化銅などが添加されたものなどを使用することができる。ジャケット管24は、単一のコアを有する光ファイバを複数本束ねて溶融一体化してイメージファイバ本体23を製造する際に、多数の光ファイバを保持するために用いられる。これらの光ファイバが互いに溶融一体化する際に、各光ファイバのクラッドが連続することによって共通のクラッド22が形成されると共に、共通のクラッド22とジャケット管24とが固着される。
体内(器官内)にレーザ照射を行う医療用途では、皮膚や体内の膜に開口を開けてプロープを挿入する必要がある。このプローブは、金属などのパイプ(保護パイプ)内にイメージファイバ20を挿通した構造を有する。
本形態例のレーザ照射装置10の場合、イメージファイバ20が画像伝送用光ファイバとレーザ光伝送用光ファイバを兼ねているので、体内の患部にレーザを照射する際にプロープを挿通するための開口を小さくすることができる。
なお、本形態例において、照明用光ファイバは、本形態例のレーザ照射装置10のプローブとは別に、プローブを構成する。この場合、プロープを挿通するための開口の数は、画像伝送用およびレーザ光伝送用プローブのための開口と、照明用のプローブのための開口の、合わせて2個となる。
保護パイプは、通常は肉厚が50μm以上であるので、23Gのプローブを構成する場合、パイプの内径は0.54mm以下となる。よって、イメージファイバ20の被覆層25における外径(被覆径)は、挿入に必要なクリアランスを確保するため、パイプの内径より小さくする必要がある。
なお、本発明においては特許文献2と同様に、レーザ照射対象物に照明光を伝送するための照明用光ファイバを、イメージファイバ20と共に、本形態例のレーザ照射装置10のプローブ内に設けても良い。この場合、プロープを挿通するための開口の数は、1個で済む。照明用光ファイバとして、多成分ガラス等からなる外径30〜70μmの光ファイバが数本程度プローブのパイプ内に収容される。
対物レンズ12aを構成する凸レンズや円柱形レンズ等の材質は、石英系ガラス、多成分ガラス、プラスチック等が挙げられる。また、この対物レンズ12aとしては、GRINロッドレンズを用いることができる。このGRINロッドレンズは、グレーデッドインデックス型の屈折率分布を有する円柱形のレンズである。GRINロッドレンズの端面は鏡面研磨されることが好ましい。イメージファイバ20の被覆層25を除いた部分(イメージファイバ本体23およびジャケット管24)が石英系ガラスから構成されている場合は、石英系ロッドレンズを融着接続して対物レンズ12aとすることもできる。
ミラー14は、レーザ光3の一部がイメージファイバ20の一端11で反射してもその反射光が撮像装置16に入射しないよう、レーザ光3の波長およびその付近における透過率が十分に低いことが望ましい。
レーザ光3の波長が可視光の波長範囲にある場合、ミラー14は、レーザ光3の波長およびその付近の狭帯域を反射するものであると、画像の色合いの変化を最小限にすることができるので、好ましい。
また、ミラー14が適切に選択された三原色に対応する3つの波長帯を選択的に透過し、それ以外の波長を反射するものである場合、レーザ光3の波長を、広い反射帯域の中から選択することができる。
レーザ光源15の種類は、レーザ光3をレーザ照射対象物13に照射する目的に応じて選択することができる。例えば、色素レーザ、アルゴンイオンレーザ、半導体レーザ、Nd:YAGレーザ、Ho:YAGレーザなど、可視域から近赤外域までの波長を有するレーザ光を発するものが使用可能である。また、XeCl、KrF、ArFなどのエキシマレーザを用いることも可能である。なかでも、近赤外線光であるレーザ光を発するもの、例えばNd:YAGレーザ(波長1.06μm)、Ho:YAGレーザ(波長2.1μm)が好ましい。また、Nd:YVO(波長532nm)やNd:YAGレーザの2倍波(波長0.53μm)などの緑色レーザ(グリーンレーザ)も好ましい。その他、希土類添加ファイバーを増幅器として用い、光路がすべて光ファイバーで構成されるファイバレーザを用いてもよい。例えば、波長1064nmのファイバーレーザを用い、これをSHG結晶を用いて波長変換した532nmの緑色光源とすることができる。ファイバレーザは、出射光の光径を小さくできるという利点を有している。
レーザ光3は、連続的なレーザビームでも良く、パルスレーザでも良い。レーザ光源15またはレーザ光3の光路の途中にシャッターを設けて、照射のオンオフや時間を制御可能にしても良い。
撮像装置16としては、CCDカメラや画像センサなどが挙げられる。撮像装置16で受像した画像を信号に変換して表示装置(図示せず)に送信することにより、術者が目視で画像を観察することができる。術者は、表示装置に映し出された画像を観察しながら、レーザ照射装置10を操作することができる。
表示装置としては、液晶表示装置、CRTなどの各種モニタが使用できる。
イメージファイバ20の一端11における位置とレーザ照射対象物13における位置は共役であるので、対物レンズ12aによるレーザ照射対象物13の像はイメージファイバ20の一端11における端面上にある。したがって、イメージファイバ20の一端11でレーザ光3の入射位置を制御することにより、レーザ照射対象物13におけるレーザ光3の照射位置2を制御することができる。これにより、二次元画像の観察範囲1におけるレーザ光3の照射位置2の制御が容易になる。
レーザ光3の照射位置2は、二次元画像の観察範囲1の中央部でも周縁部でも選択することが可能である。
これらのコリメートレンズ11a,15a,16aは必須の構成ではないが、第1のコリメートレンズ11aを用いてイメージファイバ20の一端11に入射されるレーザ光3を集光することにより、レーザ光3が入射されるコア21の選択が容易になる。
また、第1のコリメートレンズ11aを用いてイメージファイバ20の一端11から出射する画像情報の光4を平行化してから、ミラー14を透過させるようにすることで、ミラー14を通過する際の画像の乱れを抑制することができる。
第2のコリメートレンズ15aを用いてレーザ光源15から出射するレーザ光3を平行化することにより、レーザ光3がミラー14に反射される際のビーム形状の乱れを抑制することができる。
第3のコリメートレンズ16aを用いて撮像装置16に入射する画像情報の光4を集光することにより、撮像装置16への入射が容易になる。
入射制御手段の一例としては、レーザ光3のビーム径をイメージファイバ20のサークル径(イメージファイバ本体23の径)より小さく集光して、イメージファイバ20の一端11に入射させる位置を制御する手段が挙げられる。より具体的には、レーザ光源15を動かしてレーザ光3が出射される位置や方向を制御したり、レンズ11a,15aやミラー14を動かしてその位置や角度を制御したりする機構などを用いることができる。
この場合、マスク17においてレーザビームの透過する位置や個数を変更することにより、例えば図4に示すように、二次元画像の観察範囲1に多数のスポット状の照射位置2を設定し、これらの照射位置2に同時にレーザ照射を行うことが容易になる。
図5〜図10は、マスク17の例を示す平面図であって、図5に示すマスク17は、矩形状とされ、1つの円形の透過部17aが左上位置に形成されている。図6に示すマスク17は、1つの円形の透過部17aが右下位置に形成されている。図7に示すマスク17では、内縁17bおよび外縁17cが円弧形状とされた三日月形の透過部17aが左上位置に形成されている。図8に示すマスク17では、1つの矩形の透過部17aが側方寄り(右寄り)の位置に形成されている。図9に示すマスク17では、幅方向(左右方向)中央にあって上下に離間した一対の透過部17a1、17a2と、上下方向の中央にあって幅方向(左右方向)に離間した一対の透過部17a3、17a4とが形成されている。図10に示すマスク17では、左右方向に沿って直線的に配列された複数(図示例では3つ)の透過部17a(17a5〜17a7)からなる列17dが上下方向に間隔をおいて複数段(図示例では3段)に形成されている。
図5〜図10に示すように、マスク17としては、透過部17aの位置または形状が異なるものを複数用意しておき、必要に応じて選択使用できる。
図3に示すように、マスク17をレーザ光源15の出射端面上に(接触または接近させて)配置すると、マスク17とレーザ光源15との位置関係がずれにくく、好ましい。
詳細には、レーザ光源15の出射端面とマスク17との間にコリメートレンズ(図示略)を設け、このレンズによって出射光を平行化し、平行化された光の一部がマスク17の透過部17aを透過する構成を採用することができる。
また、図11に示すように、レーザ光源15とマスク17との間にコリメートレンズ18a、18bを設けるとともにマスク17の出射側にコリメートレンズ18cを設け、出射光をコリメートレンズ18aで平行化し、コリメートレンズ18bによって集光し、集光位置でマスク17の透過部17aを透過させ、コリメートレンズ18cで再び平行化する構成を採用することもできる。
イメージファイバ20は、イメージファイバ本体23の断面において全体にコア21がほぼ均一に配置されているので、得られる画像にブランク部分は生じず、かつレーザ光3の照射位置に制限はない。従って、画像の観察範囲1内の必要な位置に確実にレーザ光3を照射することができる。
このため、例えば、イメージファイバ20により得られた画像に基づいて患部を発見・診断し、患部にレーザ光を照射することによりレーザ治療を行うことができる。
この際、画像にブランク部分は生じず、かつレーザ光3の照射位置に制限はないため、必要な位置にレーザ光を照射することができ、治療効果を高めることができる。
以下の説明において、図1に示すレーザ照射装置10との共通構成についてはその説明を省略または簡略化する。
この構成によれば、ミラー14A、14Bの角度を調整することによって、イメージファイバ20の一端11に対するレーザ光3の照射位置を制御することができる。ミラー14A、14Bの回動軸は互いに異なるため、レーザ光3の照射位置は任意に設定できる。
例えば図4に示すように、二次元画像の観察範囲1に多数のスポット状の照射位置2を設定する場合において、ミラー14A、14Bの角度を順次調整しつつ、これらの照射位置2に順次レーザ照射を行うことができる。
なお、図12に示すレーザ照射装置40は、2つのミラーを備えた構成としたが、ミラーが1つのみである構成も可能である。この場合には、入射制御手段は、この1つのミラーをX軸回りおよびY軸回りのいずれにも回動させ、任意の角度に設定できるように構成する。
従来、脳神経における腫瘍組織と正常組織との境界部を見分けるのは非常に難しく、患部を観察しながら施術することが必要であった。その際、過度に切り口を大きくしてしまうと、脳へのダメージが生じる危険性があるし、腫瘍が残らないように大きく切除してしまうと、脳の機能障害のおそれがある。そのために低侵襲で正確に施術する内視鏡手術とレーザ治療が必要であったが、現段階において内視鏡とレーザ治療プローブが別々に使用されるため、精確な施術が困難であった。
これに対して、本発明のレーザ治療装置は、内視鏡の機能とレーザ治療プローブの機能を兼ね備えるものであり、患部に合わせて部分的にレーザ照射による治療が実施可能なことから、効果的な治療が可能であり、患者に与える負担が少ない。
工業用途としては、原子力施設や細い配管内での作業等が挙げられる。
2 レーザ光の照射位置
3 レーザ光
10 レーザ照射装置
11 イメージファイバの一端
12 イメージファイバの他端
13 レーザ照射対象物
20 イメージファイバ
14、14A、14B ミラー
15 レーザ光源
16 撮像装置
17 マスク(入射制御手段)
17a 透過部
21 コア
22 共通のクラッド
23 イメージファイバ本体
30、50 光学装置
60 入射制御手段
Claims (10)
- 画素を構成する多数のコアと共通のクラッドとからなるイメージファイバの一端に、そのイメージファイバの他端側のレーザ照射対象物に向けて出射するためのレーザ光を入射すると共に、前記イメージファイバを介して伝送された前記レーザ照射対象物の二次元画像を受像する光学装置であって、
前記イメージファイバの一端側に配置され、前記レーザ光を反射すると共に前記二次元画像を透過させるミラーと、
前記ミラーの反射により前記イメージファイバの一端にレーザ光を入射させるレーザ光源と、
前記ミラーの透過により前記イメージファイバの一端から前記二次元画像を受像する撮像装置と、
前記イメージファイバの一端において、前記レーザ光を前記多数のコアのうち一部のコアに入射させ、かつその入射させるコアが変更可能である入射制御手段と
を備える光学装置。 - 前記入射制御手段は、前記レーザ光を透過する透過部を有するマスクであり、前記マスクを前記レーザ光源と前記イメージファイバの一端の間の光路内に設置する請求項1に記載の光学装置。
- 前記入射制御手段は、前記ミラーの角度調整によりレーザ光の照射位置または形状を制御可能である請求項1に記載の光学装置。
- 前記マスクは、前記透過部の位置または形状が異なる複数のなかから選択使用可能である請求項2に記載の光学装置。
- 画素を構成する多数のコアと共通のクラッドとからなるイメージファイバ本体を有し、一端から入射されたレーザ光を他端からレーザ照射対象物に向けて出射すると共に、前記レーザ照射対象物の二次元画像を表す画像信号を前記他端から前記一端に伝送するイメージファイバと、
前記イメージファイバの一端側に配置され、前記レーザ光を反射すると共に前記二次元画像を透過させるミラーと、
前記ミラーの反射により前記イメージファイバの一端にレーザ光を入射させるレーザ光源と、
前記ミラーの透過により前記イメージファイバの一端から前記二次元画像を受像する撮像装置と、
前記イメージファイバの一端において、前記レーザ光を前記多数のコアのうち一部のコアに入射させ、かつその入射させるコアが変更可能である入射制御手段と
照明用光ファイバと
を備えるレーザ照射装置。 - 前記入射制御手段は、前記レーザ光を透過する透過部を有するマスクであり、前記マスクを前記レーザ光源と前記イメージファイバの一端の間の光路内に設置する請求項5に記載のレーザ照射装置。
- 前記入射制御手段は、前記ミラーの角度調整によりレーザ光の照射位置または形状を制御可能である請求項5に記載のレーザ照射装置。
- 前記マスクは、前記透過部の位置または形状が異なる複数のなかから選択使用可能である請求項6に記載のレーザ照射装置。
- 前記ミラーが波長選択ミラーであり、
前記入射制御手段が入射位置制御手段である請求項5に記載のレーザ照射装置。 - 請求項1に記載のレーザ照射装置からなるレーザ治療装置であって、前記イメージファイバは、外径が20G以下のパイプ内に挿入されてプローブを構成しているレーザ治療装置。
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