WO2019077693A1

WO2019077693A1 - 光学プローブ

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Publication number: WO2019077693A1
Application number: PCT/JP2017/037674
Authority: WO
Inventors: 仁誠宮崎; 山下　正明; 峰久　次郎; 圭司齋藤; 大塚　正彦
Original assignee: ＭｅｉｊｉＳｅｉｋａファルマ株式会社
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-04-25
Also published as: JP2019072491A

Abstract

光源から出射され光ファイバで導光されてきた光を、非常に単純な方法で側射方向に変更することによって、効率的で発熱の少ない照射を可能とし、かつ小型化が容易な光学プローブを提供するため、略円筒形の第１の光透過領域２２及び第１の光透過領域２２の外側面を覆う第２の光透過領域２３を有する略円筒形のプローブ先端部１３と、光源及びプローブ先端部１３を光学的に繋ぐ光ファイバ１２と、を備え、光ファイバ１２のコア２から出射された光が第１の光透過領域２２に入射し、第１の光透過領域２２の屈折率をｎ１、第２の光透過領域２３の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＜ｎ２の関係を有する光学プローブ１１を提供する。

Description

光学プローブ

　本発明は、レーザ光を用いた治療または診断に用いる光学プローブに関する。

　医療分野において、近年、光線力学的治療法(photodynamic therapy: 以下「ＰＤＴ」と略する)が注目されている。ＰＤＴは、例えば、腫瘍に集積される光感受性物質を生体内に注入し、光感受性物質に対応した波長のレーザ光を照射して、腫瘍を選択的に破壊する局所的治療法である。同様に、光感受性物質を腫瘍に集積した後、弱い光を照射し、光感受性物質が放つ蛍光を観察して腫瘍の有無の診断に用いる光線力学的診断法（photodynamic diagnosis: 以下「ＰＤＤ」と略する）も注目されている。

　このような治療・診断法では、光感受性物質に対応する波長の光が、患部に適切に照射される必要がある。通常、腫瘍は部位や症例ごとに手術を実施する空間的自由度、及び腫瘍そのものの形状が異なるので、都度最適な光学プローブにより光を照射することが重要である。これに対処するため、光学プローブの光軸方向だけでなく、光軸と垂直な方向にも光を出射可能な医療用レーザプローブが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５５１９９６号

　特許文献１に記載の医療用レーザプローブでは、プローブ本体である透過性拡散チップに設けられた反射用溝またはディンプルや、透過性拡散チップを覆う保護拡散チューブにより、光軸と垂直な方向に光を出射している。これらの方法では、光の透過、反射を無数に繰り返すことによって拡散させているため、損出が生じ、光源から出射された光を効率的に用いることができない。さらに重要なことは、光エネルギーの損失に比例して、プローブが発熱することになり、これは生体内で使用することを前提としたプローブでは深刻な問題となる。

　一方、内視鏡は日々精細化し、本開示の時点でもすでに、ボストン・サイエンティフィックコーポレーション社製のスパイグラスデジタル内視鏡では鉗子のチャンネル径が１．２ｍｍとなっている。ＰＤＴでこれらに対応するためには、細いプローブが必要となるが、従来の方法では反射用溝、ディンプル、保護拡散チューブを備えるため、プローブの外径を小さくするのには限界があり、患部によっては適用困難な場合もあり得る。

　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、光源から出射され光ファイバで導光されてきた光を、非常に単純な方法で側射方向に変更することによって、効率的で発熱の少ない照射を可能とし、かつ小型化が容易な光学プローブを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る光学プローブでは、光略円筒形の第１の光透過領域及び第１の光透過領域の外側面を覆う第２の光透過領域を有する略円筒形のプローブ先端部と、光源及びプローブ先端部を光学的に繋ぐ光ファイバと、を備え、光ファイバのコアから出射された光が第１の光透過領域に入射し、第１の光透過領域の屈折率をｎ１、第２の光透過領域の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＜ｎ２の関係を有する。

　以上のように、本発明の一態様では、光源から出射された光を無数に透過・反射させることなく非常に単純な方法で側射させるため、発熱の少ない効率的な照射が可能であり、かつ容易に小型化が可能な光学プローブを提供することができる。

本発明の１つの実施形態に係る治療装置の外形を模式的に示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。一般的な光ファイバの構造及び本書における三次元の方向を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る光学プローブにおける変形例を模式的に示す側面断面図である。異なる屈折率の界面付近における光の挙動を示す説明図である。本発明の第２の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。本発明の第３の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。本発明の第４の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。本発明の第５の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。 (ａ)は、本発明の第６の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＸ－Ｘ断面図である。本発明の第１の実施形態に係るプローブ先端部の寸法の一例を示す側面断面図である。本発明の第１の実施形態に係る光学プローブにおけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。本発明の第２の実施形態に係る光学プローブにおけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。本発明の第３の実施形態に係る光学プローブにおけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。本発明の第４の実施形態に係る光学プローブにおけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。

　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための様々な実施形態を説明する。なお、図面は、各部の大きさおよび形状を模式的に示しており、各部の現実の大きさおよび形状は、図面と必ずしも一致しない。各図面中、同一の機能を有する対応する部材には、同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２実施形態以降（または変形例）では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態ごとには逐次言及しないものとする。　

（第１の実施形態に係る光学プローブ）
　はじめに、図１、図２及び図３を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る光学プローブの説明を行う。図１は、本発明の１つの実施形態に係る治療装置の外形を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。図３は、一般的な光ファイバの構造及び本書における三次元の方向を示す模式図である。

　グラフを除く全ての図面において、同一の三次元の方向（図３のＸＹＺ軸参照）で示されている。光ファイバの光軸の方向をＺ軸とし、それに垂直な互いに直交する２方向をＸ軸、Ｙ軸とする。また、Ｙ軸を図面の上下方向に示している。

　図１に示す治療装置４０は、光線力学的治療法(ＰＤＴ)や光線力学的診断法（ＰＤＤ）に用いるためレーザ光を患部等に照射可能な治療装置である。治療装置４０は、レーザ光を出射する光源１０と、光学プローブ１１とを備える。光学プローブ１１は、プローブ先端部１３と、光源１０及びプローブ先端部１３を光学的に繋ぐ光ファイバ１２とを備える。
　このような構成の治療装置４０により、光源１０から出射されたレーザ光は、光ファイバ１２を介してプローブ先端部１３に入射し、プローブ先端部１３から外部へ出射される。例えば、光感受性物質を生体内に注入後、プローブ先端部１３からレーザ光を患部に照射することにより、光線力学的治療法(ＰＤＴ)を行うことができる。

　図２に示すように、第１の実施形態に係る光学プローブ１１は、略円筒形の第１の光透過領域２２及び第１の光透過領域２２の外側面を覆う第２の光透過領域２３を有する略円筒形のプローブ先端部１３と、光源１０及びプローブ先端部１３を光学的に繋ぐ光ファイバ１２とを備える。これにより、光ファイバ１２の出射側の端部Ａにおいて、光ファイバ１２のコア２から出射された光が第１の光透過領域２２に入射する。なお、図面において、代表的な光の進行を点線矢印で模式的に示す。後述するように、第１の光透過領域２２の屈折率をｎ１、第２の光透過領域２３の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＜ｎ２　の関係を有するようになっている。

＜光ファイバ及びプローブ先端部の接続構造＞
　次に、光ファイバ１２及びプローブ先端部１３を光学的に繋ぐ構造を更に詳細に説明する。
　光ファイバ１２は、コア２、コア２の外側面を覆うクラッド３及びクラッド３の外側面を覆うジャケット４から構成されている。光ファイバ１２の出射側の端部Ａから所定の範囲でジャケット４が除去されている。そして、プローブ先端部１３の入射側端部Ｃ側において、光ファイバ１２のクラッド３の外側面が露出した領域が、第２の光透過領域２３で囲まれた空間に挿入されている。

　クラッド３の外径及び第２の光透過領域２３の内径は概略一致しており、クラッド３の外側面及び第２の光透過領域２３の内側面は互いに接して、接合部２５を形成している。接合部２５において、接着剤等でクラッド３及び第２の光透過領域２３が互いに接合されていることが好ましい。第２の光透過領域２３に光ファイバ１２を装入する長さについては、用途に応じて任意の装入長を設定することができる。接合強度を考慮すると、クラッド３の外径の３倍以上の装入長を有することが好ましい。また、クラッドがフッ素樹脂で形成されている等の理由で、接着が困難な場合は接合部２５の領域だけクラッドを除去して、コア２を第２の光透過領域２３の内側に接着してもよい。

　本実施形態では、プローブ先端部１３の入射側端部Ａから所定の範囲及び光ファイバ１２の出射側の端部Ａから所定の範囲にわたって、固定保持部材３１により外面が覆われている。例えば、固定保持部材３１の素材として、所定の長さの熱収縮チューブを用いることができる。プローブ先端部１３及び光ファイバ１２を熱収縮チューブで覆った状態で、熱収縮チューブを加熱して熱収縮させて、プローブ先端部１３及び光ファイバ１２を外側から固定することができる。熱収縮チューブの収縮率として１／１．３～１／５を例示することができる。

　以上のように、本実施形態では、上記の接合部２５による光ファイバ１２及びプローブ先端部１３の接合構造に加え、固定保持部材３１による光ファイバ１２及びプローブ先端部１３の接合構造により、確実に光ファイバ１２及びプローブ先端部１３が接合され、接合による光学損出も抑制できる。プローブ先端部１３や光ファイバ１２の外径に比べて、固定保持部材３１の外径もさほど大きくならず、光が光ファイバからプローブ先端部１３に、少ない光学損失で入射する信頼性の高い接合構造を得ることができる。

＜光ファイバ及びプローブ先端部の接続構造の変形例＞
　ただし、光ファイバ１２及びプローブ先端部１３の接合構造は、上記の構造に限られるものではない。例えば、固定保持部材３１として、その他の任意のコネクタを用いることもできる。更に、図４に示すような光ファイバ及びプローブ先端部の接続構造の変形例を採用することができる。図４は、本発明の第１の実施形態に係る光学プローブにおける変形例を模式的に示す側面断面図である。

　図４に示すように、光ファイバ１２をプローブ先端部１３の内部に挿入せず、光ファイバ１２の出射側の端面Ａとプローブ先端部１３の入射側端部Ｃを付き合わせて配置し、樹脂材料等から形成されたコネクタからなる固定保持部材３１を用いて接続することもできる。

＜プローブ先端部＞
　プローブ先端部１３を構成する第１の光透過領域２２及び第２の光透過領域２３を形成する
材料について、以下に詳細に説明する。下記の表１に、各種素材の代表的な屈折率の値を示す。

［表１」　

＊屈折率は、589.3nmの光に対する代表的な値

　石英は、ファイバ材料として柔軟性のあるものが広く開発されており、意図的に加えられる不純物により屈折率を調整することが可能である。屈折率を高める材料としては、GeO₂、P₂O₅、Al₂O₃、TiO₂、PbO、ZrO₂、Sb₂O₃などが知られており、なかでもGeO₂が最もよく使用されている。屈折率を低める材料としては、B₂O₃、Fが知られており、より好適にはFが用いられる。

　樹脂材料は、ポリイミド、フッ素樹脂（フッ素の結合状況により、PTFE、PFA、FEP、ETFE、PVDF、THVなどが知られている、これらの総称としてテフロン（登録商標）と呼ばれる場合もある）、フッ素系エラストマー、ポリエステルエラストマー(PTEP/HI)、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ナイロンエラストマー（TPAE）、ポリアセタール(POM)、オレフィン系エラストマー(TPE)、ポリカーボネイト(PC)、アクリル(PMMA)、ナイロンあるいはその共重合体(ポリアミド、PA、例えば商品名ペバックス（登録商標）)、ポリウレタン(PUU)、エポキシ樹脂、ポリスチレン等が考えられる代表的な材料であり、これらはその製法により、機械的強度、光学的特性が変わる。

　上記の石英及び樹脂材料は、いずれもプローブ先端部１３を構成する第１の光透過領域２２または第２の光透過領域２３の材料として使用可能であるが、上記は代表例を示したものであり、これらに限定されるものではない。

　第１の光透過領域２２を空気で形成することもできる。更に、第１の光透過領域２２の先端を封止することにより、水や水溶液を第１の光透過領域２２の材料とすることもできる。このとき、水溶液は、食塩等毒性のない物質の水溶液であることが好ましい。同様に、第２の光透過領域２３の先端を封止することにより、水、水溶液、その他液体等を第２の光透過領域２３の材料とすることもできる。上記の何れの材料を採用する場合であっても、第１の光透過領域２２の屈折率のｎ１よりも、第２の光透過領域２３の屈折率のｎ２が大きくなるように、各領域を形成する材料を選択することが重要である。

　本実施形態では、常温常圧で存在し、入手が容易で、最も低い透過率を有する物質として空気を、第１の光透過領域２２を形成する材料として用いている。上述の石英、樹脂材料、全て屈折率が空気よりも高いので、第２の光透過領域２３を形成する材料として使用可能である。本実施形態では、第２の光透過領域２３を形成する材料として、フッ素樹脂が用いられている。よって、屈折率の差（ｎ２－ｎ１）は、上記の表１に基づけば０．３５となる。
　なお、第１の光透過領域２２が空気で形成されている場合は、特別な処理なしで、光ファイバ１２のクラッド３を第２の光透過領域２３で囲まれた空間に挿入することができる。仮に、第１の光透過領域２２が空気以外の個体等で形成されている場合には、光ファイバ１２のクラッド３を装入する領域において、個体等を取り除く前処理を要する。

　その他、本実施形態を好適なものにする第２の光透過領域２３の材料の特性としては、使用する光源１０が出射する波長(ここでは６６４ｎｍ)の光に対して透過率が高いこと、チューブ状の加工が容易であること、柔軟性があること、生体適合性があること、体液に接しても構造を維持すること、化学的に安定であること、安価でかつ入手が容易あること等が挙げられる。また、内視鏡経由で生体内の患部近くを照らすべく精密な操作をするので、表面が滑りやすいと更に好ましい。

＜光源＞
　光源１０は、半導体レーザ素子を内蔵し、例えば、６６４ｎｍ±２ｎｍの赤色光域の波長を有するレーザ光を生成するように制御されている。このような微細な制御は、半導体レーザ素子にペルチェ素子を熱的に接続し、ペルチェ素子の温度を制御することで実現できる。ただし、本実施形態で用いるレーザ光の波長は、これに限られるものではなく、光線力学的治療法(ＰＤＴ)や光線力学的診断法（ＰＤＤ）に適した任意の波長のレーザ光を用いることができ、近赤外線域、青色・緑色光域、紫外線域の光を用いることもできる。レーザ光の波長は、用いる光感受性物質により決定される。

　光感受性物質としては、例えば、ポルフィマーナトリウム、タラポルフィンナトリウム、アミノレブリン酸、ベルテポフィン、ＨＰＰＨ、トモポルフィン、インドシアニンをはじめとして、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体等に代表されるように、暗中で生体への毒性が低く、光照射によって活性酸素(あるいは一重項酸素)など細胞毒の発生を惹起し、かつ投与後一定時間後に正常組織よりも腫瘍組織への残存量が多いという性質を満たす全ての薬品が使用可能である。その投与方法は静脈注射、クリーム製剤としての局所塗布、もしくは経口投与など多岐にわたる。

＜光ファイバ＞
　本実施形態で用いる光ファイバ１２としては、用いる波長帯域のレーザ光の導光に適した種々の光ファイバを使用できる。例えば、光ファイバ１２は、シングルモードまたはマルチモード光ファイバであってもよいし、グレーデッドインデックス型ポリマー光ファイバ(GI・POF)、バンドルファイバ等であってもよい。

　γ線滅菌を想定した場合には、あらかじめ過剰量のγ線を照射して後に、６６４ｎｍ付近の透過率が十分に保たれている光ファイバを選ぶことが好ましい。コア材にGe等を含む光ファイバでは、総体的にγ線の作用でカラーセンターを発生して透過率低下を招きやすいため、コアとして、純石英を使用した光ファイバが特に好ましい。また、光ファイバ１２のコア２は樹脂製であってもよいが、同じくγ線滅菌を行う場合は着色に加え、強度の低下を伴う構造変化が起こり得るので、材料は慎重に選びかつ、透過率や機械的強靭性等の品質は十分にコントロールする必要がある。

　光ファイバ１２のコア２の直径に特に制限はなく、目的とする疾患に応じて最適の値を選ぶことができる。一般的に、４００～８００μｍ程度を例示できる。また、光ファイバ１２の開口数(ｎａ)は、ファイバ端のレーザ光の広がり角に影響し、延いてはプローブ先端部１３の軸方向のビーム形状(光束分布)に影響を及ぼすので、作成しようとする光学プローブ１１の特性に応じて最適のものを選択することが好ましい。
　例えば、抹消肺癌や胆管癌などを想定した場合は、現時点で入手できる最も細い内視鏡を用いることを想定し、プローブ先端部１３の外径が1ｍｍ以下であることが好ましく、光ファイバ１２もそれに対応した外径を有する必要がある。プローブ先端部１３の全長については、患部にレーザ光を照射する領域の大きさに応じて任意の長さを定められる。内視鏡を用いない側面照射の例として子宮頸癌の頸管照射も考慮すれば、典型的なプローブ先端部１３の長さとして、５ｍｍ～５０ｍｍを例示できる。

＜ｎ１＜ｎ２による作用効果＞
　次に、図５を参照しながら、第１の光透過領域２２の屈折率のｎ１よりも、第２の光透過領域２３の屈折率ｎ２が大きい（ｎ１＜ｎ２）ことによる作用効果について説明する。図５は、異なる屈折率の界面付近における光の挙動を示す説明図である。

　図５（ａ）は、異なる屈折率の光ファイバ１２のコア及びクラッドの界面での光線の進行方向を示し、図５（ｂ）は、異なる屈折率のプローブ先端部１３の第１の光透過領域２２及び第２の光透過領域２３の界面での光線の進行方向を示す。
　図５（ｂ）における屈折率ｎ１、ｎ２と入射角α、βの関係は、
ｓｉｎα／ｓｉｎβ　＝　ｎ２／ｎ１
のスネルの公式で示される。なお、ここでは、第１の光透過領域２２、及び第２の光透過領域２３の外側面２４の周囲の屈折率ｎ１が同一の場合（例えば、ともに空気）を示す。

　図５（ａ）に示す光ファイバでは、コアの屈折率をｎ１、クラッドの屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２であるように設計されている。通常、屈折率の差（ｎ１－ｎ２）は、０．０１～０．１程度といった比較的小さな値になっている。光源からなるべくＺ軸方向に近い角度で光を入射することによって、コアに入射した光はクラッドとの界面でそのほとんどの成分が全反射し、これを延々と繰り返すことによって、長い距離を光ファイバに沿って光が導かれる。

　一方、本実施形態では、光ファイバと逆に、コアに対応する第１の光透過領域２２の屈折率をｎ１、クラッドに対応する第２の光透過領域２３の屈折率をｎ２とすると、ｎ１＜ｎ２となっている。このような関係を有することにより、入射光はその入射角に関係なく、Ｘ－Ｙ面に沿って、第２の光透過領域２３の外側面２４から外側に出射される。仮に、ｎ１＝ｎ２、つまり、第１の光透過領域２２及び第２の光透過領域２３の屈折率が同一の場合には、第２の光透過領域２３の外側面２４から外側に出射される光の割合が減り、多くの光がプローブ先端部１３の先端部Ｂから出射されることになる。

　第１の光透過領域２２の屈折率ｎ１より第２の光透過領域２３の屈折率ｎ２を大きくすることにより、光ファイバ１２で運ばれてきた光源１０からの光を、第２の光透過領域２３の外側面２４から出射して、光線力学的治療法(ＰＤＴ)等の際に、患部をまんべんなく照射することができる。
　このような光学特性を有する第１の光透過領域２２及び第２の光透過領域２３から構成されたプローブ先端部１３は、その構造の単純さから、細さや長さなど機械的な設計の自由度の高さと光学的効率の高さ（すなわち発熱の低さ）を同時に解決することができる。

　以上のように、略円筒形の第１の光透過領域２２及び第１の光透過領域２２の外側面を覆う第２の光透過領域２３を有する略円筒形のプローブ先端部１３と、光源１０及びプローブ先端部１３を光学的に繋ぐ光ファイバ１２と、を備え、光ファイバ１２のコア２から出射された光が第１の光透過領域２２に入射し、第１の光透過領域２２の屈折率をｎ１、第２の光透過領域２３の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＜ｎ２の関係を有することにより、光源１０から出射された光を効率的に照射可能であり、かつ小型化が可能な光学プローブ１１を提供することができる。

　特に、第１の光透過領域２２が、最も屈折率の低い物質の空気で形成されている場合には、第１の光透過領域２２の屈折率ｎ１及び第２の光透過領域２３の屈折率ｎ２の差（ｎ２－ｎ１）を大きく取ることができるので、第２の光透過領域２３の外側面２４からより効率的に光を放射することができる。また、第１の光透過領域２２を形成する部材を削除することなく、光ファイバ１２のクラッド３を第２の光透過領域２３で囲まれた空間に挿入することができるので、堅固な光ファイバ１２及びプローブ先端部１３の接続構造を低い製造コストで容易に得ることができる。

＜第１の光透過領域に関する変形例＞
　本実施形態に係る第１の光透過領域２２の変形例として、第１の光透過領域２２が、屈折率が異なる２以上の材料から構成され、少なくとも１の材料の断面積が、プローブ先端部１３の軸方向（Ｚ軸方向）で変化するようにすることもできる。
　これにより、光ファイバ１２のコア２から第１の光透過領域２２に入射した光が、軸方向（Ｚ軸方向）の位置によって、第２の光透過領域２３へ入射する光の割合を調整できるので、第２の光透過領域２３の外側面２４から外側へ出射する光の軸方向における光強度を均一にすることができる。

＜第２の光透過領域に関する変形例＞
　本実施形態に係る第２の光透過領域２３の変形例として、第２の光透過領域２３の厚みが、プローブ先端部１３の軸方向（Ｚ軸方向）で変化するようにすることもできる。
　これにより、第２の光透過領域２３の外側面２４から外側へ出射する光の軸方向における光強度を均一にすることができる。

（第２の実施形態に係る光学プローブ）
　次に、図６を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る光学プローブの説明を行う。図６は、本発明の第２の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。
　本実施形態に係る光学プローブ１１は、プローブ先端部１３の入射側端部Ｃと反対側の先端部Ｂにおいて、入射側端部Ｃ側に光を反射する反射板（ミラー）３２が配置されている点で、上記の第１の実施形態と異なる。反射板（ミラー）３２を配置するため、本実施形態では、先端部Ｂを含むプローブ先端部１３全体が固定保持部材３１で覆われている。固定保持部材３１が、プローブ先端部１３全体及び光ファイバ１２の一部を覆って、光ファイバ１２及びプローブ先端部１３の接続、及び反射板（ミラー）３２の保持を行っている。なお、第２の実施形態以降で用いられる固定保持部材３１は、何れも透光性を有している。

　プローブ先端部１３の先端部Ｂへ到達した光は、反射板（ミラー）３２により、逆側（入射側端部Ｃ側）に反射され、プローブ先端部１３の先端部Ｂから外側へ出射されることはない。反射板（ミラー）３２で反射された光は、第２の光透過領域２３へ入射し、第２の光透過領域２３から固定保持部材３１を経て、プローブ先端部１３の外側面（固定保持部材３１の外表面）から外側に出射される。これにより、光ファイバ１２からプローブ先端部１３へ入射した光を、効率的にプローブ先端部１３の外側面（固定保持部材３１の外表面）から出射させることができる。これにより、光線力学的治療法(ＰＤＴ)等の際に、光源１０からの光をより効率的に患部に照射することができる。

　更に、本実施形態に係る反射板（ミラー）３２は、平面状の反射面を有している。この場合には、反射板（ミラー）３２の製造コストも低く抑えられ、プローブ先端部１３への取り付けも容易である。また、仮に反射板（ミラー）３２の設置位置がずれたとしても、光の反射方向が変わる虞もない。
　その他の点については、基本的に上記の第１の実施形態と同様なので、更なる説明は省略する。

（第３の実施形態に係る光学プローブ）
　次に、図７を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係る光学プローブの説明を行う。図７は、本発明の第３の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。
　本実施形態に係る光学プローブ１１は、平板状の反射板ではなく、球状の反射球（ミラー）３３を備えている点で、上記の第２の実施形態と異なる。本実施形態では、反射球（ミラー）３３が球面の反射面を有しているが、これに限られるものではなく、中央が凸の滑らかな曲面であれば、その他の任意の曲面の反射面を用いることができる。

　ミラー３３が、中央が凸の曲面状の反射面を有する場合には、光がより外側（第２の光透過領域２３側）に反射される。つまり、反射光の速度ベクトルは、Ｘ－Ｙ軸方向の速度ベクトルが大きくなり、光をより効率的に第２の光透過領域２３へ入射し、固定保持部材３１を経て、プローブ先端部１３の外側面（固定保持部材３１の外表面）から外側に出射させることができる。
　その他の点については、基本的に上記の第２の実施形態と同様なので、更なる説明は省略する。

（第４の実施形態に係る光学プローブ）
　次に、図８を参照しながら、本発明の第４の実施形態に係る光学プローブの説明を行う。図８は、本発明の第４の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。
　本実施形態に係る光学プローブ１１は、第２の光透過領域２３の外側面２４の周囲に光拡散層３４が配置されている点で、上記の第３の実施形態と異なる。

　光ファイバ１２からプローブ先端部１３に入射した光は、第１の光透過領域２２から第２の光透過領域２３に入射し、第２の光透過領域２３の外側面２４から光拡散層３４に入射する。入射した光は、光拡散層３４を透過する間に拡散され、固定保持部材３１を経て、プローブ先端部１３の外側面（固定保持部材３１の外表面）から拡散光が出射される。

　このように、第２の光透過領域２３の外側面２４の周囲に光拡散層３４を配置することにより、プローブ先端部１３の外側面１３Ａ（固定保持部材３１の外表面）から出射される光の強度を効果的に均一にすることができる。これにより、光線力学的治療法(ＰＤＴ)等の際に、より適確に患部に照射することができる。

　更に、光拡散層３４を楕円拡散型にすることができる。この場合、プローブ先端部１３の軸方向（Ｚ軸方向）において、拡散角が大きくなるように光拡散層３４を配置することが好ましい。これにより、軸方向により効果的に光を拡散できるので、プローブ先端部１３の外側面１３Ａ（固定保持部材３１の外表面）から出射される光の強度をより効果的に均一にすることができる。
　その他の点については、基本的に上記の第３の実施形態と同様なので、更なる説明は省略する。

＜光拡散に関する変形例＞
　光拡散に関する変形例について、以下に説明する。
　上記の光拡散層３４の代わりに、または上記の光拡散層３４と併用して、第２の光透過領域２３の外側面２４に光拡散用の不規則な凹凸面を設けることもできる。凹凸面を設けるには、例えば、サンドブラストなどを用いることができる。これによっても、プローブ先端部１３の外側面１３Ａから出射される光の強度を効果的に均一にすることができる。

　また、上記の光拡散層３４の代わりに、または上記の光拡散層３４と併用して、第２の光透過領域２３の外側面２４に、複数の球体、または複数のランダム形状の白色、鏡面若しくは透明な微粒子を張り付けることもできる。微粒子の粒径としては、数μｍ～１００μｍが好ましいが、これに限られるものではない。これらの微粒子を樹脂等に分散して、第２の光透過領域２３の外側面２４に塗布した後、固化させることで形成できる。これによっても、プローブ先端部１３の外側面１３Ａから出射される光の強度を効果的に均一にすることができる。

　更に、上記の光拡散層３４の代わりに、または上記の光拡散層３４と併用して、第２の光透過領域２３の外側面２４にその円周に沿った複数の溝を設けることもできる。これによっても、プローブ先端部１３の外側面１３Ａから出射される光の強度を効果的に均一にすることができる。

（第５の実施形態に係る光学プローブ）
　次に、図９を参照しながら、本発明の第５の実施形態に係る光学プローブの説明を行う。図９は、本発明の第５の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図である。
　本実施形態に係る光学プローブ１１では、光ファイバ１２の出射側の端部Ａに屈折率分布型レンズ３５が取り付けられている点で、上記の第４の実施形態と異なる。屈折率分布型レンズは、レンズ内部の屈折率が不均一になったレンズであり、グリン（Gradient Index :GRIN）レンズと称する場合もある。屈折率分布型レンズ３５の一例として、セルフォック（登録商標）レンズを用いることができる。ただし、これに限られるものではなく、その他の任意の屈折率分布型レンズを採用することができる。
　屈折率分布型レンズ３５により、光ファイバ１２側から第１の光透過領域２２に入射する光を平行光線に近づけて、迷光をコントロールすることもできる。これにより、プローブ先端部１３の外側面１３Ａから出射される光の強度を均一にすることができる。
　その他の点については、基本的に上記の第４の実施形態と同様なので、更なる説明は省略する。

（第６の実施形態に係る光学プローブ）
　次に、図１０を参照しながら、本発明の第５の実施形態に係る光学プローブの説明を行う。図１０(ａ)は、本発明の第６の実施形態に係る光学プローブを模式的に示す側面断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＸ－Ｘ断面図である。
　本実施形態に係る光学プローブ１１では、第２の光透過領域２３の外側面２４の全周の略１２分の１以上の領域において、プローブ先端部１３の軸方向（Ｚ軸方項）の全長を覆う遮光層３６が配置されている点で、上記の第４の実施形態と異なる。つまり、図１０（ｂ）に示す断面図において、Ｘ－Ｙ平面の全周を３６０°として略３０°以上の領域に、遮光層３６が配置されている。図１０（ａ）に示す側面断面図においては、プローブ先端部１３の軸方向（Ｚ軸方向）の全長に、遮光層３６が配置されている。なお、ここでいう遮光層３６は、光を透過しないまたは反射するような層である。

　例えば、ＰＤＴで患部を照射・治療する際、臓器の半周以下を治療対象とする場合には、残りの正常組織はなるべく治療光が照射されないことが好ましい。本実施形態に係るプローブ先端部１３は、正常組織の照射を抑制しながら、照射が必要な腫瘍部分に適確に光を照射することができる。

　遮光層３６を配置する領域の範囲は、Ｘ－Ｙ平面の全周を３６０°として６０°（全周の１／６）前後の場合もあり得るし、１８０°（全周の１／２）前後の場合もあり得る。より広い可能性を考慮すると、遮光層３６を配置する領域の範囲として、２０°～２７０°（全周の１／１８～２／３）の範囲を例示できる。用途や照射する領域に応じて、最適な範囲を定めることが好ましい。
　本実施形態では、遮光層３６を形成するため、第２の光透過領域２３の外側面２４の一部を、光を吸収する物質もしくは反射する物質で覆うことになる。その場合、光を吸収する物質は発熱を伴う可能性があるので、光を反射する物質を用いることが好ましい。遮光層３６の形成方法として、第２の光透過領域２３の外側面２４の一部に、６６４ｎｍの波長の光に対する反射率の高いアルミニウムや銀を蒸着させて、平滑な鏡面を形成することを例示できる。
　その他の点については、基本的に上記の第４の実施形態と同様なので、更なる説明は省略する。

　次に、上記の実施形態に係る光学プローブ１１を実際に作成して、プローブ先端部１３の外側面１３Ａから出射される光の強度を測定した。図１１は、本発明の第１の実施形態に係るプローブ先端部１３の寸法の一例を示す側面断面図である。なお、今回作成したその他の実施形態に係るプローブ先端部１３の寸法も基本的に同一である。以下の実施例では、患部（例えば、食道癌、胆管癌、抹消肺癌、子宮頸癌(頸管)など１ｍｍ程度の細さで患部照射が必要な症例）に１００J／ｃｍ^２のエネルギーを照射することを想定して試験を行った。

（実施例１）
　実施例１では、第１の実施形態に係る光学プローブ１１（図２参照）を実際に作成して、試験を行った。
＜光学プローブの作成＞
　まず、光ファイバ１２として、せーラムオプテック(Ceram Optec)社(米国)の400/440Tを選択した。このファイバの特性は、ｎａ＝０．２２、コア２の直径が４００μｍ、クラッド３の外径は４４０μｍ、ジャケット４はテフゼル(フッ素系プラスティック)製で外径１０００μｍである。
　第１の光透過領域２２の材料は空気とし、第２の光透過領域２３の材料として、透明のフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）のチューブで外径が９００μｍ、内径が４６０μｍのものを、長さ１７ｍｍにカットして用いた。

　光源１０接続用のコネクタが一方に結合している光ファイバ１２の反対の端を１０ｍｍ長、専用ストリッパーを用いて、クラッド３が傷付かないよう注意して、ジャケット４を除去した。クラッド３が露出している光ファイバ１２の先端部分に、フロン工業(株)製のＦプライマーを塗布した。プライマーが十分乾燥したことを確認して、フロン工業製(株)の接着剤FRONT105Gを左記のプライマーを塗布した部分（先端より１０ｍｍ長）に塗布した。接着剤が固化しない様に速やかに、光ファイバ１２の先端を、プローブ先端部１３の第２の光透過領域２３に５ｍｍ長差し込んだ。

　接着剤の固化を待つことなく、更に、プローブ先端部１３の第２の光透過領域２３と光ファイバ１２のジャケット４をまたがって、熱収縮チューブ（固定保持部材）３１を装着し、ヒートガンで熱風を送って十分に収縮させ、プローブ先端部１３の接合部２５を固定した。この熱収縮チューブ（固定保持部材）３１は、材質がＰＴＦＥ、収縮前内径が１．２７ｍｍ以上、収縮後内径が０．６８６ｍｍ以下の仕様である(ハギテック(株)型番SLW-AWG 24HS)。熱収縮チューブ（固定保持部材）３１は、プローブ先端部１３の接合部２５及びジャケット４の上を５ｍｍ長覆っている。その後、１０時間以上室温で放置し、接着剤を固化させた。

＜評価＞
　作成した光学プローブ１１を評価するために、計測器としてOphir社のビームプロファイリンシステムを使用した。用いたセンサは、NS-Si/9/5である。このセンサでは口径が９ｍｍであったため、プローブ先端部１３の外側面２４の長さが１２ｍｍなので、本光学プローブ１１は一度には測定できない。そこで、センサを上向きにし、センサ面から１０ｍｍ離れた位置に光学プローブ１１を固定し、一度の測定で６ｍｍ分だけ測定した後、センサを光学実験用の精密スライダで６ｍｍ移動させることを繰り返し、全体のビームプロファイルを測定し、Ｚ軸方向のビームの均一性を評価した。なお、光学プローブ１１が構造上、Ｘ－Ｙ軸方向には同一であるため、Ｘ－Ｙ軸方向のビーム形状のゆがみの評価は不要と判断し、測定しなかった。

　このようにして測定した結果を、図１２に示す。図１２は、本発明の第１の実施形態に係る光学プローブにおけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。図１２の結果は、想定通りビームが側面(Ｘ－Ｙ軸)方向に照射できていることが証明された。

＜効率（透過率）の評価＞
　測定装置としてOPIR社の積分球型パワーメータ(IS-1)を用いて、プローブ先端部の出力を測定した。リファレンス用に、実施例で用いたものと同じコネクタの付いた同じ材質、長さのファイバを用意し、これにプローブ先端部を取り付けていないものをリファレンスプローブとして作成した。光源１０の出力を２０ｍＷに調整し、光源１０より６６４ｎｍの光を照射し、リファレンスプローブ先端を積分球型パワーメータで、照射開始３０秒から開始して６０秒間の出力平均を求めた（Ｐ０）。次に、作成したプローブ先端部の全体を積分球内に差し込み、同様の方法で出力を求めた(Ｐ１)。また、この場合はプローブ先端部からも照射光が出ていたので、プローブ先端部はパワーメータの外に出し、先端部の軸方向をパワーメータの入り口にセットして、軸方向の光は全てパワーメータに入射するようにしてパワーを測定した(Ｐ２)。このとき、透過率Ｔは、Ｔ＝（Ｐ１－Ｐ２）／Ｐ０×１００で求めた。本実施例においては、７０％の透過率を得た。

（実施例２）
　実施例２では、上記の第２の実施形態に係る光学プローブ１１（図６参照）を実際に作成して、試験を行った。
＜光学プローブの作成＞
　実施例１に示す第１の実施形態に係る光学プローブをベースとして、第１の光透過領域２２の先端部Ｂに反射板３２を設置した。より具体的には、直径９００μｍ、厚さ２００μｍの平滑なガラス板にアルミを蒸着し、鏡面を作成した。鏡面をＺ軸方向の反対側に向けて、第１の光透過領域２２に張り付けた。さらに、熱収縮チューブ（固定保持部材）３１は、一方が袋状に閉じているものを用い、プローブ先端部１３の先端から根元の光ファイバ１２のジャケット４までを覆って収縮させた。その他の作成方法は、上記の実施例１の場合と同様である。

＜評価＞
　実施例１と同法の方法で、ビームプロファイルを計測した結果を図１３に示す。図１３は、本発明の第２の実施形態に係る光学プローブ１１におけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。本実施例では、第１の光透過領域２２の先端を反射板３２で覆ったので、Ｚ軸に向かって直射するビーム成分は０なり、全ての光が側面から放射された。また、反射板３２による光の反射により、側面(Ｘ－Ｙ軸)方向に照射されるビームの強度がより均一のなったことが判明した。

＜効率（透過率）の評価＞
透過率に関しての測定は、プローブの軸方向の照射がないので、プローブ全体をパワーメータ内に入れＰ１を測定し、透過率Ｔに関して、Ｔ＝Ｐ１／Ｐ０×１００で求めた。本実施例の場合、透過率は９５％を得た。

（実施例３）
　実施例３では、上記の第３の実施形態に係る光学プローブ１１（図７参照）を実際に作成して、試験を行った。
＜光学プローブの作成＞
　実施例２に示す第２の実施形態とほぼ同様な光学プローブ１１を作成し、反射板３２の代わりに、直径４５０μｍのアクリル球体にアルミ蒸着をして鏡面にした反射球３３を、プローブ先端部１３の先端に接着した。そして、実施例２と同様に、先端から熱収縮チューブ（固定保持部材）３１で覆って、実施例２と同様に作成した。

＜評価＞
　実施例１と同法の方法で、ビームプロファイルを計測した結果を図１４に示す。図１４は、本発明の第３の実施形態に係る光学プローブ１１におけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。本実施例でも、第１の光透過領域２２の先端を反射球３３で覆ったので、Ｚ軸に向かって直射するビーム成分は０となり、全ての光が側面から出射された。プローブ先端部１３の先端におけるビーム強度が上がったことにより、実施例２の場合に比べ、側面(Ｘ－Ｙ軸)方向に照射されるビームの強度が更に均一のなったことが判明した。

＜効率（透過率）の評価＞
　実施例２と同法の方法で、測定した透過率Tは９７％であった。

（実施例４）
　実施例４では、上記の第４の実施形態に係る光学プローブ１１（図８参照）を実際に作成して、試験を行った。
＜光学プローブの作成＞
　実施例３に示す第３の実施形態と同様な光学プローブ１１を作成し、熱収縮チューブ（固定保持部材）３１で覆う前に、プローブ先端部１３の第２の光透過領域２３を光拡散シート（光拡散層）３４で覆った。用いた光拡散シートは、９５°×　２５°の楕円拡散型ポリエステルシート（厚み０．１１３ｍｍ）である(株式会社オプティカルソリューションズのLSD95x25PE5-12)。９５°拡散方向をＺ軸方向にして、第２の光透過領域２３に張り付けた。

＜評価＞
　実施例１と同法の方法で、ビームプロファイルを計測した結果を図１５に示す。図１５は、本発明の第４の実施形態に係る光学プローブ１１におけるＺ軸方向のビームプロファイルを測定したグラフである。図１５から明らかなように、光拡散シート（光拡散層）３４によりビームのＺ軸方向への均一性は±１０％以内に収まり、優れた均一性を有することが判明した。

＜効率（透過率）の評価＞
実施例２と同法の方法で、測定した透過率Tは８８％であった。

（実施例５）
　実施例５では、上記の第６の実施形態に係る光学プローブ１１（図１０参照）を実際に作成した。
＜光学プローブの作成＞
　今回は、使用している第２の光透過領域２３の材料がフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）なので、蒸着が困難であることから、簡易な一例として、アルミフォイルを遮光材(遮光層)３６として使用した。上記の実施例４に示す第４の実施形態と同様な光学プローブ１１を作成し、光拡散シート（光拡散層）３４を張り付ける前に、１．５×１４ｍｍに切ったアルミフォイルを第２の光透過領域２３の外側面２４に接着した。これにより、第２の光透過領域２３の周囲の約１８０°にわたって光を反射する構造を得ることができた。

＜効率（透過率）の評価＞
実施例２と同法の方法で、測定した透過率Tは７６％であった。

　上記の様々な実施例によって、本発明の各実施形態に係る光学プローブ１１は、プローブ先端部１３の外側面１３Ａから外側に十分に均等な光を出射することができることが実証された。更に、プローブ先端部１３の周囲方向において、所望の方向にのみ光を出射させることもできることも実証された。

　本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。一方、発明者らの経験によれば、十二指腸、胆管などを照射する場合は、プローブ先端の位置を正確に知ることが困難である。このためには、X線照射で影を作ることが知られている重金属（望ましくは生体適合性が確立している白金）をプローブ先端に設置し、X線的方法で場所の確認をすることが考えられる。

　本開示の光学プローブは、光線力学的治療法(ＰＤＴ）や光線力学的診断法（ＰＤＤ）において、子宮頸癌の頸管部、抹消肺癌、胆管癌など微細な患部に適用することができる。

２　光ファイバのコア
３　光ファイバのクラッド
４　光ファイバのジャケット
１０　光源
１１　光学プローブ
１２　光ファイバ
１３　プローブ先端部
１３Ａ　プローブ先端部の外側面
２２　第１の光透過領域
２３　第２の光透過領域
２４　第２の光透過領域の外側面
２５　接合部
３１　固定保持部材（熱収縮チューブ）
３２反射板（ミラー）
３３　反射球（ミラー）
３４　光拡散層（光拡散シート）
３５　屈折率分布型レンズ
３６　遮光層
４０　治療装置　
Ａ　　光ファイバの出射側の端部
Ｂ　　プローブ先端部の先端部
Ｃ　　プローブ先端部の入射側端部

Claims

　略円筒形の第１の光透過領域及び前記第１の光透過領域の外側面を覆う第２の光透過領域を有する略円筒形のプローブ先端部と、
　光源及び前記プローブ先端部を光学的に繋ぐ光ファイバと、
を備え、
　前記光ファイバのコアから出射された光が前記第１の光透過領域に入射し、
　前記第１の光透過領域の屈折率をｎ１、前記第２の光透過領域の屈折率をｎ２としたとき、
　ｎ１　＜　ｎ２
の関係を有することを特徴とした光学プローブ。
　前記第１の光透過領域が空気で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学プローブ。
　前記プローブ先端部の入射側端部において、クラッドの外側面が露出した前記光ファイバの出射側の端部領域が前記第２の光透過領域で囲まれた空間に挿入され、前記プローブ先端部から前記光ファイバに渡って固定保持部材で外面が覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学プローブ。
　前記プローブ先端部の入射側端部と反対側の先端部において、入射側端部側に光を反射するミラーが配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光学プローブ。
　前記ミラーが、平面状の反射面を有することを特徴とする請求項４に記載の光学プローブ。
　前記ミラーが、中央が凸の曲面状の反射面を有することを特徴とする請求項４に記載の光学プローブ。
　前記第２の光透過領域の外側面の周囲に光拡散層が配置されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の光学プローブ。
　前記光拡散層が楕円拡散型であり、前記プローブ先端部の軸方向において拡散角が大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の光学プローブ。
　前記光ファイバの出射側の端部に屈折率分布型レンズが取り付けられていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項にした光学プローブ。
　前記第２の光透過領域の外側面の全周の略１２分の１以上の領域において、前記プローブ先端部の軸方向の全長を覆う遮光層が配置されていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の光学プローブ。
　前記第１の光透過領域が、屈折率が異なる２以上の材料から構成され、少なくとも１の材料の断面積が、前記プローブ先端部の軸方向で変化することを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の光学プローブ。
　前記第２の光透過領域の厚みが、前記プローブ先端部の軸方向で変化することを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の光学プローブ。
　前記第２の光透過領域の外側面に光拡散用の不規則な凹凸面が設けられていることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の光学プローブ。
　前記第２の光透過領域の外側面に、複数の球体、または複数のランダム形状の白色、鏡面若しくは透明な微粒子が張り付けられていることを特徴とする１から１２の何れか１項に記載の光学プローブ。
　前記第２の光透過領域の外側面に円周に沿った複数の溝が設けられていることを特徴とする１から１２の何れか１項に記載の光学プローブ。