WO1990009603A1 - Emetteur de faisceaux laser - Google Patents

Description

明 細 書 ·

レーザ光出射装置

技術分野

' 本発明は、 レーザ光の出射装置、 たとえば人体などの動物組織に 対してレーザ光を照射してその組織の切開、 蒸散または温熱治療を 行う際の外科的または内科的に使用する レーザ光出射装置に関する _c 従来の技術

レーザ光の照射によって、 動物の切開等を行う ことは、 止血性に 優れるため、 近年、 汎用されている。

この場合、 古く は光フアイバーの先端からレーザ光を出射するこ とが行われていたが、 部材の損傷が激しいなどの理由によって、 最 近では、 レーザ光ファイバ一に伝達した後、 その先端前方に配置し た出射プローブにレーザ光を入光させ、 そのプローブを動物組織 (以下単に組織ともいう） に接触させながら、 プローブの表面から レーザ光を出射させ、 これを動物組織にレーザ光を照射することが 行われている。

一方、 U S P NOL 4 2 7 3 1 2 7 には、 ナイフ状ラィ ト ¾ ィ ドの背 後部に光ファイバ一の先端を配設し、 光ファィバー先端から出射し たレーザ光をライ トガイ ドに導き、 そのナイフ部からレーザ光を出 射させることでレーザ光による切開作用とナイフによる機械的切開 作用とで、 対象組織の切開を行う ものが知られている。

しかし、 前記従来技術では、 光ファイバ一の先端とライ トガイ ド とが物理的に離れているためその間でのレーザ光のパワーロスが大 き く、 もってレーザ光出力装置と して、 大出力のものが必要になる , さ らに、 光ファイバ一の先端からのレーザ光の出射方向をラィ 卜 ガイ ドの先鋭ナイフ部に一致させることは、 製作上精度が要求され また部材が 2部材となるため製作コス 卜が嵩む。

また、 ライ トガイ ドに入射されたレーザ光は、 ライ 卜ガイ ド内に おいて散乱出射して、 先鋭ナイフ部からの出射割合が少なく なり、 大出力のレーザ光発生装置を用意せねば十分な切開を行う ことがで きない。

しかも、 光フアイバー先端の指向方向の中心線と一致する先鋭ナ ィフ部分にレーザ光のパワーが集中し、 多少その周辺からも出射す るけれども、 周辺からの出射割合は僅かであるため、 ハン ドルの角 度の僅かな変化で切開性が左右され、 円滑な手術を行い難い。

そこで、 本発明の主たる目的は、 パワーロスが殆どなく、 広範囲 からのレーザ光の出射が可能であり、 構造的に簡素であるため、 し かもレーザ光の出射体が光フアイバーそのものであるため、 製造コ ス トが著しく低下するレーザ光の出射装置を提供するこ とにある。 発明の開示

本発明では、 先端部においてクラ ッ ドが存在せずコアが露出した 出射部を有し長手方向に延在する光フアイバーと、 この光ファイバ —を保持するホルダ一とを設け、 前記出射部の少なく とも一部が延 在方向の縦断面上の一方向に屈曲してある。

光ファィバ一はその横断面が円形をなし、 かつホルダ一は実質的 に板状をなし、 前記光ファィバーはホルダ一の側縁に沿って延在し. ホルダーの光ファィバーがわ側縁はその横断面が円弧状凹面と し、 この凹面に沿って光ファイバ一を配し、 かつ耐熱性接着剤によつて 光ファイバ一をホルダ一に固着すると安定的に光ファイバ一をホル ダ一に固定することができる。

ホルダーは手術者が握持するハン ドピースの先端に取り付け、 前 記ホルダーは光ファイバ一の前記コア部を実質的に保持し、 前記ハ ン ドピースは光ファィバーの基部がわを保持させると外科的 使用 できる。

コア部および少なく ともホルダーのコア部がわは長手方向先端が わほど薄く形成しておく と切開性に優れる。

ホルダ一を板状となし、 かつ光ファィバ一の反対がわにはナイフ を形成しておく と、 レーザ光による切開とナイフによる機械的切開 を適宜選択でき操作性に優れたものとなる。

光ファイバ一の少なく とも屈曲部における露出面に、 レ一ザ光の 吸収粉と、 プロ—ブ材質より屈折率が高い光散乱粉とを含有する表 面層、 あるいは、 レーザ光の吸収粉と、 プローブ本体の材質より屈 折率が高い光散乱粉とを有し、 レーザ光の透過材料がバイ ンダーと なつた表面層を形成すると、 その表面層のみからレーザ光が出射し、 かかる表面層の形成部分を適宜選択することで、 レーザ光の出射部 を選択できる。

光ファイバ一の少なく とも屈曲部における露出面に凹凸が形成さ れ、 その凹凸面に前記表面層が設けられていると レーザ光の散乱出 射性がより高まる。

本発明に従って、 先端部においてクラ ッ ドが存在せずコアが露出 した出射部を有し長手方向に延在する光ファイバ一と、 この光ファ ィバーを保持するホルダーとを備え、 前記出射部の少なく とも一部 を延在方向の縦断面上の一方向に屈曲させると、 通常のス ト レー ト な光ファイバ一ならば、 コアの先端からレーザ光が出射するのに対 して、 コアが屈曲しているため、 その屈曲部からレーザ光が出射す る

この場合、 前記表面層がコア表面に形成されていると、 レーザ光 がその表面層で散乱しながら出射するため、 コア先端から殆ど出射 せず、 専ら表面層の部分から出射する。 したがって、 予め表面層の 形成領域を定めておけば、 目的に応じて、 広い範囲からも、 狭い範 囲からも出射させることができる。

さらに、 光ファイバ一を伝播したレーザ光は、 光ファイバ一その ものから出射するため、 レーザ光のパワーロスが殆どなく、 もって 大出力のレーザ光発生装置を必要と しない。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明装置の第 1例の正面図、 第 2図は H - II線矢視断 面図、 第 3図および第 4図は表面層の形成例とレーザ光出射態様を 示す拡大断面図、 第 5図〜第 7図は他の装置例の正面図、 第 8図は 珊— I線矢視図、 第 9図および第 1 0図はさ らに別の例の正面図、 第 1 1図は他のコア部および反射角形成例の断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下本発明をさ らに詳説する。

第 1図は、 本発明の代表的なレーザ光出射装置を示したもので、 光ファイバ一 1 と、 これを保持するホルダー 2 と、 これと連結され. 手術者が握持するハン ドピース 3 とを備えている。

ホルダ一 2 は、 その連結部 2 aがハン ドピース 3 にたとえば圧入 され補助的にその圧人部に接着材が設けられ、 固定されている。 光 ファイバー 1 は、 周知のようにコアとクラ ッ ドとを含むが、 先端は クラッ ドが存在しない裸のコァ部 1 Aとなっている。 基部がわはク ラッ ド 1 Bに包囲され、 あるいは必要によりさ らにその表面が保護 チューブ （図示せず） により包囲される。

コア部 1 Aは、 実施例では、 ホルダー 2の先端からほぼ 2ノ 3を 占め、 それより基端がゎはクラ ッ ド 1 Bにより包囲されている。 コ ァ部 1 Aはホルダー 2の側縁に固定されている。 この固定には、 た とえば、 第 2図のように、 ホルダ一 2の側縁を横断面凹;^円弧とな し、 これにコア部 1 Aを沿わせるとともに、 合わせ面を耐熱性接着 剤 5 により接着することにより行われる。

光ファイバ一 1 の基部は、 ハン ドピース 3の内部あるいは側面に 沿って外部に導出し、 レーザ光発生装置 fc光学的に連結しておく。 ノヽン ドピース 3部分あるいはこのハン ドピース 3 と レーザ光発生装 置との間には、 レーザ光のパワーを調節するためのコン トロ一ラを 取り付けておく のが好ま しい。

コア部 1 Aは先端部が、 その延在方向の縦断面 （図面では紙面方 向） 上の一方向に屈曲されている。 実施例では、 水平方向から左上 方向に屈曲している。 この屈曲部を含む長手方向については符号 Z 1 領域、 周方向については Z c領域に表面層 4が形成されている c この表面層 4 は、 第 3図のように、 コア部 1 Aの表面に、 コア部 1 Aより屈折率が高いサファィャ等の光散乱粉 4 Aを含有する。 こ の表面層 4が存在すると、 コア部 1 Aの表面から出射したレーザ光 Lが表面層 4を通過する過程で、 光散乱粉 4 Aに当たった'とき、 そ の表面で反射して角度を変えたり、 一部は光散乱粉 4 A内を辱折し ながら内部に入り、 かつ出光するときにおいても屈折するので、 表 面層 4全体から種々の角度でレーザ光が出射し、 もつて広い照射域 が得られる。

さ らに、 表面層 4 には力一ボン等のレーザ光の吸収粉 4 Bが含有 される。 その結果、 レーザ光 Lが、 吸収粉 4 Bに当たると、 当たつ た大部分のレーザ光のエネルギ一が吸収粉 4 Bによつて熱エネルギ - H eに変換され、 表面層 4から熱が組織に与えられる。

これによつて、 組織の蒸散割合が多く なり、 コァ部 1 Aからの出 射エネルギーが小さ く とも、 切開が容易に行われる。 したがって、 コア部 1 A、 換言すれば本発明に係る レーザ光出射装置を高速に動 かしても切開が可能となり、 手術を迅速に行う ことができる。 さ ら に、 コア部 1 Aへ与える入射パワーを小さ くできることは、 安価か つ小型のレーザ光発生装置によつて手術を行う ことを可能なら しめ o

一方、 表面層 4を形成するに当たり、 前述の吸収粉 4 Bと光散乱 粉 4 Aとを液に分散させ、 コア部 1 Aの表面にたとえば塗布したと しても、 液が蒸発した後は、 両粉がコア部 1 Aの表面に物理的に吸 着力で単に付着しているのみであるため、 表面層 4を有する切開ナ ィフが組織と接触したり、 他の物体に当たったときは、 表面層 4の 破損が容易に生じてしまう。 そこで、 吸収粉 4 Bと光散乱粉 4 Aと をコア部 1 Aの表面に対して結合させるバイ ンダ一を設けると、 表 面層 4の付着性が高まる。

この場合、 バインダ一と しては石英粉等の光の透過材料 4 Cを用 いるのが好ま しく、 表面層 4中のレーザ光の透過を約束する。 また. 光の透過材料 4 Cを形成する透過性粉と して、 前記コア部 1 Aと融 点が同じか低いものを用いて、 前記吸収粉 4 Bおよび光散乱粉 4 A とともに適当な液たとえば水に分散させ、 この分散液を塗布等によ り、 透過性粉 4 Cの融点より高く、 コア部 1 Aの形状が保てないほ ど高くない温度で、 焼成すると、 透過性粉が溶融して、 吸収粉 4 B および光散乱粉 4 Aを取り込んで機械的強度が高い表面層 4を形成 する。 その結果、 強度が高くかつ損傷が少ない表面層 4を形成でき

Ό o

この場合、 コア部 1 Aの表面には、 第 4図のように、 凹凸 1 aを 形成すると、 より レーザ光の散乱効果が高まる。

本発明における光ファイバ一のコア部と しては、 通常石英を用い るが、 人工または天然を問わず、 ダイヤモン ド、 サフアイャなどの セラ ミ ックスを用いてもよい。 ハロゲン化ガラスでもよい。 その径 は、 1 0〜： I 0 0 0 mが好ま しい。

このコアより レーザ光の屈折率が高い前記の光散乱粉どしては、 人工または天然を問わず、 ダイヤモン ド、 サフアイャ、 石英 高融 点のものが好ま しい） 、 単結晶酸化ジルコニウム （ Z r ₂ 0 ₃ ) 、 高 融点ガラス、 透光性耐熱プラスチッ ク、 レーザ光反射性金属、 ある いはレーザ光反射性であると否とを問わない金属粉表面にレーザ反 射性の金やアルミニゥムなどをメ ツキなどの表面処理した粉を用い ることができる。

また、 レーザ光の透過性粉と しては、 これが溶融した：とき皮膜形 成能力があるものが選定され、 好ま しく は耐熱性のあるも.のが選定 される。 この材質例と して、 人工および天然を問わず、 サフアイャ- 石英、 ガラス、 透過性耐熱プラスチック等の粉.を挙げることができ, コア部 1 Α材質との関係を考慮しながら選定される。 さ らに、 光吸 収粉と しては、 力一ボン、 グラフアイ ト、 酸化鉄、 酸化マンガン等 のレーザ光を吸収でき、 熱エネルギー.を発する粉で れぽ、 その材 質は問われない。 これら各粉の表面層中の含有率（w t % )、 平均粒 径は次記の範囲であるのが望ま しい （カツコ内の数値はより好ま し い範囲を示す） 。 含有率（_wt5 平均粒度（ . ) 光散乱粉（A) 9 0〜 1 0. 2〜 3 D ¾ -

( 7 0〜 2 0 ) ( 1 〜 5 0 )

吸収粉（B ) 9 0〜 1 . 0. 2〜 5 0 0 _;

( 7 0〜 1 0 ) .. ( 1 〜 1 0 0 > 透過性粉（C ) 1 0〜 9 0 0. 2〜 5 0 0

( 2 0〜 5 0 )

表面層の厚みは、 1 0 ^ m〜 5 mm、 特に 3 0 x m〜 l mmが好ま しい。 1 回で所望の厚みを形成できない場合、 表面層の形成を複数 回繰り返せばよい。

また、 表面層の形成に当っては、 各粉相互を分散させ、 透過性粉 の溶融温度以上に加熱した後に、 コア部を浸漬する、 コア部に対し て溶射を行うなどのほか適宜の表面形成法を採用できるが、 各粉を 液に分散させれば、 コアに対する塗布方法を採用できるとともに、 この塗布方法によれば、 分散液中にコアの所望の表面層形成部分の みを浸潰した後、 引き上げればよく、 操作的に簡易であるから、 実用的でありかつ合理的となる。

被分散液と しては、 適宜の液、 たとえば水やアルコールなど、 あ るいはそれらの混合液等を用いることができ、 さ らに粘性を高めた りする目的で、 砂糖やデンプン等を添加してもよい。

上記のように、 本発明に従って、 コア部の表面に表面層 4を形成 すると、 第 1図のように、 表面層 4の形成部分からレーザ光が全体 的に広がりながら出射するので、 組織の広い範囲にわたつてレーザ 光を照射できる。

一方、 本発明者は、 前記 B %が高いと、 レーザ光パワーが低出力 であって切開を行う ことができ、 したがって高速で切開ナイ フを動 かしても切開できるとともに、 止血性は低下することを知見してい る。 その結果、 ダメージをある程度与えても支障のない組織たとえ ば皮膚や脂肪などの切開に対しては、 B %を高く した表面層を有す るコア部を用いると有効である。

一方、 B %が低い表面層を有するコア部は、 止血性を重視すべき 組織、 たとえば肝臓や心臓などの切開に対して有効であり、 その際 には、 レーザ光発生装置の出力を高め低速でプローブを動かさなけ ればならない。

さ らに、 本発明者は、 種々の実験などに基づいて、 次記 (1)式およ び (2)式の関係が存在することを知見した

Β 発熱光量

(1)

A + Β + C 入射エネルギー

A + C 透過光量

" (2Ϊ

A + B + C 入射エネルギー

(1)式の意味するところは、 B %が高く なると、 発熱量が增し、 切 開が主に蒸散によって行われ、 入射エネルギーの くが発熱に消費 されるため、 組織深く までレーザ光が人射されず、 凝固層深さが浅 く なることである。

(2)式は、 入射エネルギーの多くが組織内深く まで透過し、 レーザ 光を吸収した組織は発熱し、 そこで凝固を生じることを意味してい

したがって、 主に B %を種々変えたものを予め用意しておけば、 臨床目的に応じてプローブを選定することで、 適切な治療を行う こ とができる。

本発明において、 コア部 1 Aの外方のみから集中的にレーザ光を 出射させるために、 第 1 1 図のように、 コア部 1 Aの背面およびま たはホルダ— 2 のコア部 1 Aがわ側縁面に、 実施例 はコア部 ί A の背面に金やアルミ等のメ ツキなどによる反射層 6を形成 ておい てもよい。 第 1 1図は、 第 2図の H Π線矢視の変形伊 ίを示したも のである。

他方、 ホルダー 2のコア部 1 Αと反対側には、 第 5図のように、 ホルダ一 2を機械的に加工してナイフ部 2 Aを形成したり、 簿 6図 のように、 剥離部 2 Bを形成してもよい。 このような態様を採ると 手術中に機械的切開や組織の剥離などを行う ことができ便利である 第 7図および第 8図はさらに別の態様を示したもので、 コア部 1 Aが先細となり、 かつホルダー 2が先端ほど薄肉になっている例 である。 コア部 1 Aが先細となっていると、 組織に良好に食い込み- 一部機械的な切開も可能であるとともに、 レーザ光が先細コア部の 先端に至るまでの間において、 たとえ表面層を有していなく とも、 ほぼ全量出射するようになる。 また、 第 1図の態様において、 表面 層を有しない場合であっても、 コア部が屈曲部を有するので、 直線 状コア部の場合より レーザ光の出射割合は多く なる。 従って、 本発 明では、 表面層を有することを必須と しない。

無論、 前述のように、 表面層を設けることでレーザ光の出射割合 がより多く なる。 しかしながら、 第 1図のように、 コア部 1 Aの先 端まで表面層を形成しても、 コア部 1 Aの先端部が第 7図や第 8図 の態様のように先細となっておらず、 全体が同径であるときには、 若干量レーザ光が先端面 1 bから漏れる。 この場合には、 その先端 面にアルミ メ ツキなどによる反射膜を形成してもよい。

第 9図は内視鏡のチューブ 7 に本発明のレーザ光出射装置を揷通 したものである。 この場合における径 Dは 0 . 5〜 4 . 0麵が好ま しい, この例においては、 チューブ 7の基端外から光フアイバーの基部を 押したり引いたりすることを繰り返すことで切開が行われる。 8 は 固定用ピースである。

第 1 0図は、 ホルダー 2 の先端部をアーチ状に形成し、 その一例 縁からアーチ部に沿いかつ他例縁にかけてコア部 1 Aを延在させて ホルダ一 2に固定させたものである。 この場合、 第 1 0図の矢印の ように、 レーザ光出射装置を揺動させることによって、 突起状腫瘍 を切開するようにしたものである。 第 1 0図例のコア部 1 O Aにお いては表面層の存在はさほど重要でない。 産業上の利用可能性

以上の通り、 本発明によれば、 パワーロスが殆どなく、 広範囲か らのレーザ光の出射が可能であり、 構造的に簡素であるため、 しか もレーザ光の出射体が光ファイバ一そのものであるため 製造コス トが著しく低下するなどの利点がもたらされる、 :主に外科用のレー ザ光出射装置が提供される。

Claims

請求の範囲

1 . 先端部においてクラッ ドが存在せずコアが露出した出射部を 有し長手方向に延在する光ファイバ一と、 この光ファイバ一を保持 するホルダーとを備え、 前記出射部の少なく とも一部がその延在方 向の縦断面上の一方向に屈曲していることを特徴とするレーザ光出 射装 irf o

2 . ホルダーはコアの材質より融点が高い耐熱材料により形成さ れている請求項 1記載のレーザ光出射装置。

3 . 光ファイバ一はその横断面が円形をなし、 かつホルダ一は実 質的に板状をなし、 前記光ファィバ一はホルダ一の側縁に沿って延 在し、 ホルダ一の光フアイバーがわ側縁はその横断面が円弧状凹面 とされ、 この凹面に沿って光ファイバ一が配され、 かつ耐熱性接着 剤によって光フアイバーがホルダ一に固着されている請求項 1 また は 2記載のレーザ光出射装置。

4 . ホルダーは手術者が握持するハン ドピースの先端に取り付け られ、 前記ホルダ一は光フアイバーの前記コア部を実質的に保持し. 前記ハン ドピースは光ファィバーの基部がわを保持している請求項 1記載のレーザ光出射装置。

5 . コア部および少なく ともホルダーのコア部がわは長手方向先 端がわほど薄く形成されている請求項 1記載のレーザ光出射装置。

6 . ホルダーは板状をなし、 かつ光ファイバ一の反対がわにはナ ィフが形成されている請求項 1 、 2、 3、 4 または 5記載のレーザ 光出射装置。

7 . 前記光ファイバ一の少なく とも屈曲部における露出面に、 レ —ザ光の吸収粉と、 プローブ材質より屈折率が高い光散乱粉とを含 有する表面層が設けられている請求項 1記載のレーザ光出射装置。

8 . 前記光ファイバ一の少なく とも屈曲部における露出窗に、 レ —ザ光の吸収粉と、 プローブ本体の材質より屈折率が高い光散乱粉 とを有し、 レーザ光の透過材料がバイ ンダ一となつた表面層が形成 されている請求項 1記載のレーザ光出射装置。

9 . 光ファイバ一の少なく とも屈曲部における露出面に凹凸が形 成され、 その凹凸面に前記表面層が設けられている請求項 7 または 8記載のレーザ光出射プロ一ブ。

10. 光ファイバ一からのレーザ光の出射部において、 光ファイバ 一のホルダーがわ面およびホルダ一の光ファイバ一がわ薪のうち少 なく とも一方の面にレーザ光を反射させる反射層が形成されている 請求項 1記載のレーザ光出射装置。

11. ホルダ一は実質的に板状であり、 かつその先端はアーチ状を なし、 ホルダーの一方の側縁からホルダーのアーチ部に沿って他方 の側縁まで延在している請求項 1記載のレーザ光出射装置。：