WO2020250752A1 - 光治療診断装置およびその作動方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a phototherapy diagnostic apparatus used for a treatment method using light such as a photodynamic therapy method (PDT: PHOTODYNAMIC THERAPY) and a photoimmunotherapy (PIT: PHOTO-IMMUNOTHERAPY) and an operation method thereof.
- a photodynamic therapy method PDT: PHOTODYNAMIC THERAPY
- PIT PHOTO-IMMUNOTHERAPY
- Biotherapy methods using light such as PDT and PIT are attracting attention, but as described in the following patent documents, in order to grasp the state of the treatment site prior to irradiation with light rays for treatment in the living body.
- An optical measuring device capable of irradiating a light beam is known.
- Patent Document 1 discloses an optical probe having a tubular probe outer cylinder, an optical waveguide member, a first irradiation unit, and a second irradiation unit.
- the optical waveguide member guides the first light and the second light disposed in the axial direction of the probe outer cylinder in the internal space of the probe outer cylinder.
- the first irradiation unit irradiates the first light emitted from the tip of the optical waveguide member while scanning the irradiation target arranged on the outer side of the probe outer cylinder.
- the second irradiation unit irradiates the second light emitted from the tip of the optical waveguide member when it is irradiated on the irradiation target arranged outside the probe outer cylinder while being scanned by the first irradiation unit. It enables irradiation on the trajectory of the first light formed on the object.
- the first irradiation unit and the second irradiation unit receive the first light and the second light at different parts on the irradiation target. Irradiate each.
- Patent Document 2 discloses an endoscope system having an insertion unit, an illumination light irradiation unit, a treatment light irradiation unit, a light receiving unit, and a light intensity detection unit.
- the insertion portion is formed to have a tubular shape that can be inserted into the body cavity of the subject.
- the illumination light irradiation unit is provided at the tip of the insertion portion, and is configured to irradiate the front of the tip with illumination light for illuminating a subject existing in the body cavity.
- the treatment light irradiation unit is provided integrally with or separately from the tip portion, and transmits the treatment light transmitted from the treatment light supply unit and the treatment light transmitted by the treatment light transmission unit at the tip.
- the light receiving unit receives the return light of the illumination light radiated to the front of the tip portion and the return light of the therapeutic light radiated into the substantially tubular region in front of the tip portion, respectively.
- the light intensity detecting unit detects the intensity of the return light of the therapeutic light received by the light receiving unit.
- An object of the present invention is to provide a phototherapy diagnostic device and an operation method thereof, which reduce loss due to a decrease in the amount of light rays used for biological observation such as keratinization and vignetting, and improve the efficiency of light utilization. ..
- One embodiment of the phototherapy diagnostic apparatus of the present invention that has achieved the above object is a catheter shaft having a first end and a second end in the longitudinal direction, and has a lumen extending in the longitudinal direction.
- An optical therapy diagnostic device having a catheter shaft and an optical waveguide arranged in the lumen of the catheter shaft and capable of advancing and retreating in the longitudinal direction.
- the optical waveguide has a first ray and a wavelength of the first ray.
- the catheter shaft has a lateral ejection window arranged on the side of the catheter shaft and a distant ejection window arranged on the distal end of the catheter shaft.
- the first and second rays are emitted laterally from the lateral emission window, the first ray is emitted distally from the distant emission window, and is placed at the distal end of the optical waveguide, the first ray.
- the first ray was arranged on the inner surface of the catheter shaft and distal to the distal end of the lateral exit window, and was reflected by the first mirror surface. It is characterized by having a second mirror surface that reflects the first light beam toward the distal direction of the catheter shaft.
- the first light beam reflected by the first mirror surface is directed to the distal direction of the catheter shaft at a position on the inner surface of the catheter shaft and distal to the distal end of the lateral ejection window. Since the structure is provided with a second mirror surface that reflects toward the light, it is possible to reduce the loss due to the decrease in the amount of light rays used for biological observation and improve the light utilization efficiency while providing an optical system for phototherapy.
- the lateral injection window is arranged over the entire circumference of the catheter shaft, and the second mirror surface is arranged over the entire circumference of the inner surface of the catheter shaft.
- the proximal portion of the optical waveguide is connected to a circumferential rotating member that rotates the optical waveguide in the circumferential direction of the catheter shaft.
- the optical waveguide has a first core, a second core outside the first core, and a clad outside the second core.
- the refractive index n1 of the first core, the refractive index n2 of the second core, and the refractive index n3 of the cladding satisfy n1> n2> n3.
- the optical waveguide has an intermediate clad on the outside of the first core and on the inside of the second core.
- the refractive index n1 of the first core, the refractive index n2 of the second core, and the refractive index n4 of the intermediate clad satisfy n1> n2> n4.
- the side injection windows are arranged corresponding to the non-existing region of the clad.
- the second core has a light diffusion region on the proximal side of the first mirror surface.
- the surface roughness Ra of the outer surface of the second core in the light diffusion region is preferably larger than the surface roughness Ra of the outer surface of the second core in the region distal to the light diffusion region. ..
- the surface roughness Ra shall be based on the arithmetic mean roughness Ra specified in JIS B 0601 (2001).
- the second core contains light-diffusing particles in the light-diffusing region.
- the normal of the distal end face of the first core is inclined with respect to the optical axis of the optical waveguide, and a metal material is arranged on the distal end face of the first core.
- the distal end of the catheter shaft is sharp.
- the phototherapy diagnostic apparatus preferably has a light source that generates a first ray and a lens that is arranged between the light source and the first mirror surface.
- the aberration correction lens is arranged on the distal side of the second mirror surface.
- the catheter shaft preferably includes a balloon communicating with the lumen thereof.
- the present invention also provides a method for operating the above-mentioned phototherapy diagnostic device.
- One embodiment of the method of operating the phototherapy diagnostic apparatus of the present invention is a step of guiding a first ray to an optical waveguide, and guiding a second ray to the optical waveguide after guiding the first ray to the optical waveguide. It has a step of emitting a second light beam from a side emission window by making it wave, and a step of emitting a second light beam from the side emission window and then guiding the first light beam into an optical waveguide.
- the side view of the phototherapy diagnostic apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is shown.
- An enlarged cross-sectional view of the distal side of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 1 is shown, and a state in which a first ray is emitted toward the distal direction of the catheter shaft is shown.
- An enlarged cross-sectional view of the distal side of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 1 is shown, and a state in which a first ray is emitted toward the side of the catheter shaft is shown.
- An enlarged cross-sectional view of the distal side of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 1 is shown, and a state in which a second ray is emitted toward the side of the catheter shaft is shown.
- the VV cross-sectional view of the optical waveguide of FIG. 2 is shown.
- a cross-sectional view showing a modification of the optical waveguide of FIG. 5 is shown.
- a side sectional view showing a modified example of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 2 is shown.
- the VIII-VIII cross-sectional view of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 3 is shown.
- a cross-sectional view showing a modified example of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 4 is shown.
- a cross-sectional view showing another modification of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 2 is shown.
- a cross-sectional view showing still another modification of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG. 2 is shown.
- One embodiment of the phototherapy diagnostic apparatus of the present invention is a catheter shaft having a first end and a second end in the longitudinal direction, the catheter shaft having a lumen extending in the longitudinal direction, and the catheter shaft.
- An optical therapy diagnostic device that is arranged in a lumen and has an optical waveguide that can move forward and backward in the longitudinal direction.
- the optical waveguide has a first ray and a second ray having a wavelength different from that of the first ray.
- the catheter shaft is provided with a lateral ejection window located on the side of the catheter shaft and a distant ejection window located on the distal end of the catheter shaft, and the catheter shaft is provided from the lateral ejection window.
- the first and second rays are emitted laterally, the first ray is emitted distally through a distant exit window, placed at the distal end of the optical waveguide, and the first ray is directed lateral to the catheter shaft.
- the first mirror surface to be reflected toward the catheter shaft and the first light beam reflected by the first mirror surface, which is located on the inner surface of the catheter shaft and distal to the distal end of the lateral ejection window, are directed to the catheter shaft. It is characterized by having a second mirror surface that reflects toward the distal direction.
- the first light beam reflected by the first mirror surface is directed to the distal direction of the catheter shaft at a position on the inner surface of the catheter shaft and distal to the distal end of the lateral ejection window. Since the structure is provided with a second mirror surface that reflects toward the light, it is possible to reduce the loss due to the decrease in the amount of light rays used for biological observation and improve the light utilization efficiency while providing an optical system for phototherapy.
- FIG. 1 shows a side view of the phototherapy diagnostic apparatus according to the embodiment of the present invention
- FIGS. 2 to 4 show an enlarged cross-sectional view of the distal side of the phototherapy diagnostic apparatus of FIG.
- FIG. 2 shows a state in which the first light beam is emitted toward the distal direction of the catheter shaft
- FIG. 3 shows a state in which the first light ray is emitted toward the side of the catheter shaft.
- the phototherapy diagnostic device 1 has a catheter shaft 10 and an optical waveguide 20.
- the phototherapy diagnostic device 1 may be simply referred to as a device 1
- the catheter shaft 10 may be simply referred to as a shaft 10.
- Device 1 can be used for PDT and PIT.
- OCT optical coherence tomography
- an ultrasonic imaging method or a fluorescence imaging method may be used.
- the shaft 10 has a first end and a second end that define the longitudinal direction.
- the device 1 and the distal side of the shaft 10 are the first end side in the longitudinal direction of the shaft 10 (in other words, the longitudinal axis direction of the shaft 10) and refer to the treatment target side.
- the proximal side of the phototherapy diagnostic device 1 and the shaft 10 is the second end side of the shaft 10 in the longitudinal direction and refers to the hand side of the user (operator).
- the left side represents the distal side
- the right side represents the proximal side.
- the inner side points in the direction toward the center of the longitudinal axis of the shaft 10
- the outer side points in the radial direction in the direction opposite to the inner side.
- the shaft 10 has a lumen 11 extending in the longitudinal direction.
- the shaft 10 has a tubular structure for arranging the optical waveguide 20 in the lumen 11. Since the shaft 10 is inserted into the body, it preferably has flexibility.
- the shaft 10 having a tubular structure is a hollow body formed by arranging one or a plurality of wire rods in a predetermined pattern; at least one of the inner surface and the outer surface of the hollow body is coated with resin; Cylindrical resin tubes; or a combination thereof, for example, those connected in the longitudinal direction of the shaft 10 can be mentioned.
- the wire may be one or more single wires, or may be one or more stranded wires.
- the resin tube can be manufactured, for example, by extrusion molding.
- the shaft 10 is a tubular resin tube, the shaft 10 can be composed of a single layer or a plurality of layers. A part of the shaft 10 in the longitudinal direction or the circumferential direction is composed of a single layer, and the other portion may be composed of a plurality of layers.
- a handle 40 gripped by the operator is preferably connected to the proximal portion of the shaft 10.
- the device 1 may be incorporated in an endoscope or may be used as a combined device. This enables more detailed observation and treatment of the target site.
- the shaft 10 is formed of, for example, a polyolefin resin (for example, polyethylene or polypropylene), a polyamide resin (for example, nylon), a polyester resin (for example, PET), an aromatic polyetherketone resin (for example, PEEK), a polyether polyamide resin, or a polyurethane. It can be composed of synthetic resins such as resins, polyimide resins and fluororesins (for example, PTFE, PFA, ETFE) and metals such as stainless steel, carbon steel and nickel titanium alloys. These may be used alone or in combination of two or more.
- the optical waveguide 20 is arranged in the lumen 11 of the shaft 10 and can move forward and backward in the longitudinal direction of the shaft 10.
- the optical waveguide 20 guides a first ray 51 and a second ray 52 having different wavelengths from each other.
- Examples of the optical waveguide 20 include an optical fiber having a core and a cladding. It is preferable that a light source is connected to the proximal portion of the optical waveguide 20. As a result, the first ray 51 and the second ray 52 can be incident on the optical waveguide 20.
- the shaft 10 includes a side injection window 12 arranged on the side of the shaft 10 and a distant injection window 13 arranged on the distal end of the shaft 10.
- the first ray 51 and the second ray 52 are emitted laterally from the side emission window 12, and the first ray 51 is emitted distally from the far emission window 13.
- the device 1 is arranged at the distal end of the optical waveguide 20 and has a first mirror surface 31 that reflects the first light ray 51 toward the side of the shaft 10 and an inner side surface 10a of the shaft 10 that is lateral to the device 1.
- a second mirror surface 32 which is arranged at a position distal to the distal end of the ejection window 12 and reflects a first light ray 51 reflected by the first mirror surface 31 toward the distal direction of the shaft 10, is provided. There is.
- the device 1 is arranged at a position on the inner side surface 10a of the shaft 10 and distal to the distal end of the lateral injection window 12, and the first light beam 51 reflected by the first mirror surface 31 is shafted. Since the configuration is provided with a second mirror surface 32 that reflects toward the distal direction of 10, the loss due to the decrease in the amount of light rays used for biological observation is reduced and the light utilization efficiency is improved while providing an optical system for phototherapy. Can be improved.
- the position of the optical waveguide 20 with respect to the shaft 10 can be changed by moving the optical waveguide 20 in the longitudinal direction of the shaft 10 in the cavity 11 of the shaft 10.
- the risk of the device 1 puncturing the blood vessel can be reduced by setting the forward observation mode.
- the target site can be observed by setting the side observation mode.
- the first ray 51 is an observation ray for grasping the state of the treatment site or a peripheral portion thereof
- the second ray 52 is a therapeutic ray.
- the treatment result of the target site can be confirmed by observing the target site with the observation ray after irradiation with the therapeutic ray.
- the procedure time and treatment period can be shortened.
- FIG. 2 by emitting the first light ray 51 reflected by the first mirror surface 31 and the second mirror surface 32 in the distal direction from the distant injection window 13, the biological tissue distal to the device 1 is emitted.
- a tomographic image is created based on the reflected light when the living tissue is irradiated with the first ray 51.
- the state of the living tissue on the side of the shaft 10 can be grasped by emitting the first light ray 51 reflected by the first mirror surface 31 laterally from the side emission window 12. it can.
- the second light beam 52 is emitted laterally from the side injection window 12 and irradiates the living tissue on the side of the shaft 10, so that the biological treatment using the light beam can be performed. ..
- the first ray 51 is preferably near-infrared light, and more preferably infrared light. As a result, the passability of the first ray 51 to the body tissue is improved.
- the light source of the first ray 51 may be a Super Luminescent Diode light source, a Super Continuum light source, or a wavelength sweep laser.
- the wavelength (center wavelength) of the first ray 51 may be, for example, 1.3 ⁇ m or more, 1.35 ⁇ m or more, or 1.4 ⁇ m or more, and is 1.8 ⁇ m or less, 1.75 ⁇ m or less, or 1.7 ⁇ m or less. It is also acceptable to be.
- the second ray 52 is preferably a laser beam having a wavelength suitable for phototherapy such as PDT and PIT, which irradiates the body tissue.
- the wavelength of the second ray 52 is preferably shorter than the wavelength of the first ray 51.
- the wavelength of the second ray 52 may be, for example, 0.64 ⁇ m or more, 0.65 ⁇ m or more, or 0.66 ⁇ m or more, and may be 0.72 ⁇ m or less, 0.71 ⁇ m or less, or 0.7 ⁇ m or less. Will be done.
- the first ray 51 and the second ray 52 may be emitted from one light source, or the first ray 51 and the second ray 52 may be emitted from different light sources.
- the device 1 preferably has a light source 42 that generates a first light ray 51 and a lens arranged between the light source 42 and the first mirror surface 31.
- the first light ray 51 can be incident on the optical waveguide 20 by the light source 42, and the image of the biological tissue on the side of the side emission window 12 and the distant emission window 13 are collected by condensing the first light ray 51 with the lens. It is possible to obtain an image of a living tissue in a distant place with higher sensitivity.
- the lens may focus the first ray 51 for emitting to the living tissue, or may focus the first ray 51 reflected by the living tissue.
- the lens may be arranged proximal to the optical waveguide 20, may be arranged in the optical waveguide 20, or may be arranged distal to the optical waveguide 20.
- As the lens it is preferable to use a so-called GRIN lens having a continuously changing refractive index.
- the side injection window 12 is preferably formed on the side wall of the shaft 10.
- the side injection windows 12 are preferably arranged so as to extend in the circumferential direction of the shaft 10, and more preferably arranged over the entire circumference of the shaft 10. As a result, the second ray 52 can be irradiated over a wide area at one time, so that the burden on the patient can be reduced.
- the side injection window 12 is arranged on the proximal side of the distal end of the shaft 10.
- the proximal end of the lateral injection window 12 can be located, for example, within 10 cm of the distal end of the shaft 10.
- the distant injection window 13 is preferably formed on the distal end surface of the shaft 10. This makes it easier to emit the first light beam 51 toward the distal direction from the distant emission window 13.
- the distal end face of the shaft 10 may be flat or curved. Thereby, the distant injection window 13 can also be formed on a flat surface or a curved surface.
- the side emission window 12 and the far emission window 13 may be made of a material that transmits the first ray 51 or the second ray 52. It is preferable that the constituent materials of the side injection window 12 and the far injection window 13 have a higher transmittance than the constituent materials of the portion of the shaft 10 where the injection window is not formed.
- materials constituting the side injection window 12 and the far injection window 13 in addition to the resin constituting the shaft 10 for example, (meth) acrylic resin (for example, polymethylmethacrylate (PMMA)) and polycarbonate resin (for example, poly).
- Synthetic resins such as diethylene glycol bisallyl carbonate (PC)), polystyrene resins (eg, methyl methacrylate / styrene copolymer resin (MS), acrylic nitrile styrene resin (SAN)), polyamide resins (eg nylon), and polyolefin resins. be able to. These may be used alone or in combination of two or more.
- the materials constituting the side injection window 12 and the far injection window 13 may be the same or different.
- the optical waveguide 20 has a first core 21, a second core 22 outside the first core 21, and a clad 23 outside the second core 22. It is preferable to have.
- the refractive index n1 of the first core 21, the refractive index n2 of the second core 22, and the refractive index n3 of the clad 23 satisfy n1> n2> n3.
- the first core 21, the second core 22, and the clad 23 are preferably arranged concentrically.
- the first core 21 can guide the first ray 51 and the first core 21 and the second core 22 can guide the second ray 52 while preventing the leakage of the light rays by the clad 23.
- the optical waveguide 20 may have one or more single-core fibers in which one core is arranged in one clad, or one or more multi-core fibers in which a plurality of cores are arranged in one clad. You may have more than one.
- FIG. 5 shows an example in which the optical waveguide 20 is a multi-core fiber in which a plurality of cores 21 and 22 are arranged in one clad 23.
- FIG. 6 shows a cross-sectional view showing a modified example of the optical waveguide 20 shown in FIG.
- the optical waveguide 20 preferably has an intermediate clad 24 on the outer side of the first core 21 and on the inner side of the second core 22.
- the refractive index n1 of the first core 21, the refractive index n2 of the second core 22, and the refractive index n4 of the intermediate clad 24 satisfy n1> n2> n4.
- the light beam guided by the first core 21 can be confined by the intermediate clad 24, and the light beam guided by the second core 22 can be confined by the intermediate clad 24 and the clad 23.
- leakage of light from the optical waveguide 20 can be prevented.
- the refractive index n4 of the intermediate clad 24 may be the same as or different from the refractive index n3 of the clad 23.
- the first mirror surface 31 is provided to mirror-reflect the first ray 51 and the second ray 52
- the second mirror surface 32 is provided to mirror-reflect the first ray 51.
- the first mirror surface 31 and the second mirror surface 32 may be a flat surface or a curved surface, respectively.
- the first mirror surface 31 is inclined with respect to the optical axis of the optical waveguide 20.
- the inclination angle of the first mirror surface 31 with respect to the optical axis of the optical waveguide 20 may be 40 degrees or more, 41 degrees or more, or 42 degrees or more, or 47 degrees or less, 46 degrees or less, or 45 degrees or less. It is also acceptable.
- the first mirror surface 31 can be a reflective surface arranged at the distal end of the optical waveguide 20.
- the reflective surface of the first mirror surface 31 faces the proximal side of the shaft 10.
- the surface of the metal material can be the first mirror surface 31.
- the normal of the distal end face of the first core 21 is inclined with respect to the optical axis of the optical waveguide 20, and a metal material is arranged on the distal end face of the first core 21.
- the surface of the metal thin film 33 can be the first mirror surface 31.
- the first mirror surface 31 can be inclined with respect to the optical axis of the optical waveguide 20, and the first mirror surface 31 can easily reflect the first ray 51 or the second ray 52.
- vapor deposition, sticking of a sheet-shaped metal piece, or the like can be used as a method of arranging the metal material on the distal end surface of the first core 21, vapor deposition, sticking of a sheet-shaped metal piece, or the like can be used.
- FIG. 7 shows a side sectional view showing a modified example of the device 1 of FIG.
- a lens 35 for condensing light such as a Gradient Index lens (GRIN lens) may be arranged between the optical waveguide 20 and the first mirror surface 31.
- GRIN lens Gradient Index lens
- the prism 36 is arranged on the distal side of the optical waveguide 20 (preferably on the distal side of the focusing lens 35), and the normal line of the distal end face of the prism 36 is optical. It is preferable that the waveguide 20 is inclined with respect to the optical axis. As a result, the distal end surface of the prism 36 can be the first mirror surface 31.
- a metal thin film 34 can be arranged on the distal end surface of the prism 36, and the surface of the metal thin film 34 can be a first mirror surface 31.
- the second mirror surface 32 is arranged over the entire circumference of the inner side surface 10a of the shaft 10. As a result, the first light ray 51 reflected by the first mirror surface 31 can be received at any position in the circumferential direction. As a result, the second mirror surface 32 makes it easier to reflect the first light ray 51 from the first mirror surface 31 toward the distal direction of the shaft 10 without leakage.
- the surface of the metal thin film 37 formed on the inner side surface 10a of the shaft 10 can be mentioned.
- a method of forming the metal thin film 37 on the inner surface 10a of the shaft 10 a method of injecting an aqueous silver nitrate solution and a reducing agent solution into the cavity 11 of the shaft 10 to reduce silver and attach it to the inner surface 10a of the shaft 10 is used. Can be mentioned.
- the metal thin film 37 is formed so as to become thinner toward the distal side of the shaft 10, so that the second mirror surface 32 is formed with respect to the optical axis of the optical waveguide 20. Can be tilted. In that case, the second mirror surface 32 is formed in a truncated cone shape.
- the second mirror surface 32 is inclined with respect to the optical axis of the optical waveguide 20.
- the inclination angle of the second mirror surface 32 with respect to the optical axis of the optical waveguide 20 may be 3 degrees or more, 5 degrees or more, or 10 degrees or more, or 30 degrees or less, 25 degrees or less, or 15 degrees or less. It is also acceptable. By setting the inclination angle of the second mirror surface 32 in this way, it becomes easy to reflect the first light ray 51 received on the second mirror surface 32 toward the distal direction of the shaft 10.
- the second mirror surface 32 is arranged on the distal side of the side injection window 12. As a result, the second mirror surface 32 does not hinder the emission of the second light beam 52 from the side emission window 12.
- the second mirror surface 32 is formed longer than the first mirror surface 31 in the longitudinal direction of the shaft 10. As a result, the first mirror surface 31 and the second mirror surface 32 tend to overlap in a wide range in the longitudinal direction of the shaft 10.
- the tilt angle of the first mirror surface 31 with respect to the optical axis of the optical waveguide 20 and the tilt angle of the second mirror surface 32 with respect to the optical axis of the optical waveguide 20 may be the same or different, but the tilt angle of the first mirror surface 31 Is preferably larger than the inclination angle of the second mirror surface 32.
- Examples of the metal constituting the first mirror surface 31 or the second mirror surface 32 include aluminum, silver, copper, tin, or a combination thereof.
- the materials constituting the first mirror surface 31 and the second mirror surface 32 may be the same or different from each other.
- FIG. 9 shows a cross-sectional view showing a modified example of FIG.
- the side injection window 12 is preferably arranged so as to correspond to the non-existing region 23a of the clad 23.
- the first ray 51 or the second ray 52 that guides the first core 21 or the second core 22 can be emitted laterally from the non-existing region 23a of the clad 23.
- the second ray 52 is emitted laterally from the non-existing region 23a of the clad 23.
- the fact that the side injection window 12 is arranged corresponding to the non-existing region 23a of the clad 23 means that the non-existing region 23a of the clad 23 is arranged when the optical waveguide 20 is arranged at a predetermined position of the shaft 10. Means that the side injection window 12 of the shaft 10 overlaps at least in part.
- the non-existing region 23a of the clad 23 is a region in which the core (first core 21 or second core 22, preferably the second core 22) in the clad 23 is exposed to the outside due to the absence of the clad 23. ..
- Examples of the method of forming the non-existing region 23a of the clad 23 as described above include a method of mechanically or chemically removing the clad 23, and examples thereof include laser processing and etching processing.
- the non-existing region 23a of the clad 23 preferably extends in the circumferential direction, and more preferably is arranged over the entire circumference of the optical waveguide 20. As a result, the second ray 52 can be irradiated over a wide area at once.
- the second core 22 preferably has a light diffusion region 22a on the proximal side of the first mirror surface 31.
- the second ray 52 can be suitably diffused, so that the second ray 52 can be irradiated over a wide range at once.
- the surface roughness Ra of the outer surface of the second core 22 in the light diffusion region 22a is preferably larger than the surface roughness Ra of the outer surface of the second core 22 in the distal region than the light diffusion region 22a.
- the surface roughness Ra shall be based on the arithmetic mean roughness Ra specified in JIS B 0601 (2001).
- Examples of the method of roughening the outer surface of the second core 22 in the light diffusion region 22a include a method of mechanically or chemically roughening these surfaces, for example, etching, blasting, scribing, wire brush, and the like. Alternatively, a method using sandpaper can be mentioned.
- the second core 22 preferably contains light diffusing particles in the light diffusing region 22a.
- the second light beam 52 can be efficiently diffused in the light diffusion region 22a, so that a wide range can be irradiated at one time.
- the light diffusing particles include inorganic particles such as titanium oxide, barium sulfate and calcium carbonate, and organic particles such as crosslinked acrylic particles and crosslinked styrene particles.
- the length of the light diffusion region 22a of the second core 22 or the length of the non-existing region 23a of the clad 23 in the longitudinal direction of the shaft 10 is preferably shorter than that of the side injection window 12. This makes it easier to emit the second ray 52 to the side of the shaft 10 without loss.
- the distal end of the shaft 10 is closed. This makes it possible to prevent liquids such as body fluids from entering the lumen 11 of the shaft 10.
- the normal of the distal end face of the shaft 10 may be parallel to the optical axis of the optical waveguide 20.
- the shaft 10 may be composed of a plurality of members.
- the shaft 10 is a tubular shaft body having an opening formed at its distal end, and a cap provided at the distal end of the shaft body and closing the opening of the shaft body. May have.
- the distant injection window 13 may be formed on the cap.
- the portion where the injection window is not formed can be easily composed of different materials.
- the description of the constituent material of the shaft 10 can be referred to.
- FIG. 10 shows a cross-sectional view showing a modified example of the device 1 of FIG.
- the distal end portion of the shaft 10 may have a sharp shape formed by one line or a sharp shape formed by two or more lines.
- the distal end of the shaft 10 may be located at the radial outer end of the shaft 10 or at the center of the long axis of the shaft 10.
- the distal end portion of the shaft 10 is preferably sharp. Since the distal end of the shaft 10 can be punctured into the tissue, the position of the shaft 10 in the body can be fixed. As a result, it becomes easy to irradiate the first ray 51 and the second ray 52 for image diagnosis and treatment.
- the proximal portion of the optical waveguide 20 is preferably connected to a circumferential rotating member 41 that rotates the optical waveguide 20 in the circumferential direction of the shaft 10. It is more preferable that the optical waveguide 20 rotates with respect to the shaft 10 about its optical axis. Since the optical waveguide 20 can be rotated around its optical axis, the emission position of light rays from the side emission window 12 in the circumferential direction of the shaft 10 can be adjusted.
- FIG. 11 shows a cross-sectional view showing still another modification of FIG.
- the aberration correction lens 38 is arranged on the distal side of the second mirror surface 32 (more preferably, the distal side of the second mirror surface 32 than the distal end). Since the aberration generated by reflecting the first light ray 51 on the first mirror surface 31 and the second mirror surface 32 can be corrected, it becomes easier to form an image and it becomes easier to observe the shaft 10 in the distal direction.
- the aberration correction lens 38 is arranged when the second mirror surface 32 is formed in a truncated cone shape. Examples of the aberration correction lens 38 include a doublet lens in which a convex lens and a concave lens are combined, and an aspherical lens.
- One or more aberration correction lenses 38 may be provided.
- the shaft 10 may be provided with a balloon on the distal side.
- the shaft 10 may include a balloon communicating with its lumen.
- the balloon may be arranged so as to cover the side injection window 12 in relation to the side injection window 12 provided on the shaft 10, and may be arranged distally or proximal to the side injection window 12. It may have been.
- the balloon may cover the far injection window 13 or both the side injection window 12 and the far injection window 13. It is preferable that the balloon is attached to the shaft 10 so that the portion where the balloon is attached to the shaft 10 does not overlap with the side injection window 12 and the far injection window 13. If the light beam can pass through the balloon, the balloon may be attached to the shaft 10 so as to overlap the side injection window 12.
- the device 1 By providing the balloon on the shaft 10, the device 1 is fixed in the body cavity, and the light beam can be stably emitted from the side injection window 12.
- the balloon When the balloon is arranged on the shaft 10 so that the balloon covers the side ejection window 12, it is preferable to use a highly transparent material for the balloon in order to prevent the light beam emitted from the side ejection window 12 from being attenuated.
- the present invention also provides a method of operating the above-mentioned phototherapy diagnostic device 1.
- One embodiment of the method of operating the phototherapy diagnostic apparatus 1 of the present invention includes a step of guiding the first ray 51 into the optical waveguide 20 and a second ray after guiding the first ray 51 into the optical waveguide 50.
- the optical waveguide 20 is moved distal to the shaft 10 to a predetermined position where the first mirror surface 31 overlaps the second mirror surface 32 in the longitudinal direction of the shaft 10. Specifically, the optical waveguide 20 is moved so that the distal end of the first mirror surface 31 is located distal to the proximal end of the second mirror surface 32.
- the first ray 51 is guided to the optical waveguide 20. As a result, the first ray 51 is reflected by the first mirror surface 31 and the second mirror surface 32, and the first ray 51 is emitted in the distal direction from the distant emission window 13. As a result, the distal side of the phototherapy diagnostic device 1 can be observed.
- the optical waveguide 20 is moved proximal to the shaft 10 to a predetermined position where the first mirror surface 31 does not overlap the second mirror surface 32 in the longitudinal direction of the shaft 10. Specifically, the optical waveguide 20 is moved so that the distal end of the first mirror surface 31 is located proximal to the proximal end of the second mirror surface 32. At this time, it is preferable that the non-existing region 23a of the clad 23 or the light diffusion region 22a of the second core 22 is arranged so as to overlap the side injection window 12 in the longitudinal direction of the shaft 10.
- the second ray 52 is emitted from the side emission window 12 by guiding the second ray 52 to the optical waveguide 20.
- the second ray 52 is reflected by the first mirror surface 31, and the second ray 52 is emitted from the side emission window 12 to the side of the shaft 10.
- the second ray 52 can be applied to the tissue located on the side of the shaft 10.
- the first ray 51 After emitting the second ray 52 from the side emission window 12, the first ray 51 is guided to the optical waveguide 20. As a result, the first ray 51 is reflected by the first mirror surface 31, and the first ray 51 is emitted to the side of the shaft 10 from the side emission window 12. This makes it possible to grasp the state of the tissue located on the side of the catheter.
- Phototherapy diagnostic device 10 Catheter shaft 10a: Inner surface 11: Luminous 12: Lateral injection window 13: Far injection window 20: Optical waveguide 21: First core 22: Second core 22a: Light diffusion region 23: Clad 23a: Clad non-existing region 24: Intermediate clad 31: First mirror surface 32: Second mirror surface 33, 34: Metal thin film 35: Lens 36: Prism 37: Metal thin film 38: Aberration correction lens 40: Handle 41: Circumferential direction Rotating member 42: Light source 51: First ray 52: Second ray
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Abstract
カテーテルシャフト(10)と、カテーテルシャフト(10)の内腔(11)に配置され、カテーテルシャフト(10)の長手方向に進退可能な光導波路(20)とを有する光治療診断装置(1)であって、光導波路(20)は、波長が異なる第1光線(51)と第2光線とを導波するものであり、カテーテルシャフト(10)は第1光線(51)と第2光線を側方に射出する側方射出窓(12)と、第1光線(51)を遠位方向に射出する遠方射出窓(13)を備え、光導波路(20)の遠位端部に配され、第1光線(51)をカテーテルシャフト(10)の側方に向けて反射させる第1鏡面(31)と、カテーテルシャフト(10)の内側面(10a)であって側方射出窓(12)の遠位端よりも遠位側の位置に配され、第1鏡面(31)で反射された第1光線(51)をカテーテルシャフト(10)の遠位方向に向けて反射させる第2鏡面(32)と、を備えた光治療診断装置(1)。
Description
本発明は、光線力学的治療法(PDT:PHOTODYNAMIC THERAPY)や光免疫療法(PIT:PHOTO-IMMUNOTHERAPY)といった光を用いた治療法に用いる光治療診断装置およびその作動方法に関するものである。
PDTやPITといった光を用いた生体治療法が注目されているが、下記特許文献に記載されているように、生体内に治療のための光線の照射に先立ち治療部位の状態を把握するための光線を照射することができる光測定装置が知られている。
特許文献1には、筒状のプローブ外筒と、光導波部材と、第1照射部と、第2照射部とを有する光プローブが開示されている。光導波部材は、プローブ外筒の内部空間にプローブ外筒の軸方向に配設された第1の光と第2の光とを導波する。第1照射部は、光導波部材の先端から射出した第1の光をプローブ外筒の外方に配された照射対象上に走査しながら照射する。第2照射部は、光導波部材の先端から射出した第2の光を、プローブ外筒の外方に配された照射対象上であって第1照射部により走査しながら照射されたときに照射対象上に形成される第1の光の軌跡上に照射可能にする。光導波部材から第1の光と前記第2の光とが同時に射出されたとき、第1照射部と第2照射部とが照射対象上の異なる部位に第1の光と第2の光とをそれぞれ照射する。
特許文献2には、挿入部と、照明光照射部と、治療光照射部と、受光部と、光強度検出部とを有する内視鏡システムが開示されている。挿入部は、被検体の体腔内に挿入可能な筒形形状を有して形成されている。照明光照射部は、挿入部の先端部に設けられ、体腔内に存在する被写体を照明するための照明光を、先端部の前方へ照射するように構成されている。治療光照射部は、先端部と一体にまたは別体に設けられ、治療光供給部から供給される治療光を伝送する治療光伝送部と、治療光伝送部により伝送された治療光を、先端部の前方における略管状の領域内に拡散して照射する光拡散部とを有している。受光部は、先端部の前方へ照射された照明光の戻り光、及び、先端部の前方における略管状の領域内に照射された治療光の戻り光をそれぞれ受光する。光強度検出部は、受光部において受光された治療光の戻り光の強度を検出する。
上記特許文献に記載の装置に用いられている光学デバイスはいずれも、例えばMEMSなどの微細加工技術を用いて製造される、非常に細径のものである。このため、生体表面を照らす照明光学系においても生体表面から戻ってきた光の受光光学系においても光線量の低下が発生しやすく、観察像の解像度を上げることには改善の余地があった。本発明は、例えばケラレ、口径食など生体観察に用いる光線量の低下によるロスを低減し、光の利用効率を高めた光治療診断装置とその作動方法を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成し得た本発明の光治療診断装置の一実施態様は、長手方向に第1端と第2端を有するカテーテルシャフトであって、長手方向に延在している内腔を有するカテーテルシャフトと、カテーテルシャフトの内腔に配置され、長手方向に進退可能な光導波路とを有している光治療診断装置であって、光導波路は、第1光線と、第1光線とは波長が異なる第2光線とを導波するものであり、カテーテルシャフトは、カテーテルシャフトの側部に配されている側方射出窓とカテーテルシャフトの遠位端部に配されている遠方射出窓とを備え、側方射出窓から第1光線と第2光線が側方に射出され、遠方射出窓から第1光線が遠位方向に射出され、光導波路の遠位端部に配され、第1光線をカテーテルシャフトの側方に向けて反射させる第1鏡面と、カテーテルシャフトの内側面であって側方射出窓の遠位端よりも遠位側の位置に配され、第1鏡面で反射された第1光線をカテーテルシャフトの遠位方向に向けて反射させる第2鏡面と、を備えたところに特徴を有する。上記光治療診断装置では、カテーテルシャフトの内側面であって側方射出窓の遠位端よりも遠位側の位置に、第1鏡面で反射された第1光線をカテーテルシャフトの遠位方向に向けて反射させる第2鏡面を備える構成としているため、光治療の光学系を併設しながらも生体観察に用いる光線量の低下によるロスを低減して光の利用効率を向上させることができる。
上記光治療診断装置において、側方射出窓はカテーテルシャフトの全周にわたって配されており、第2鏡面はカテーテルシャフトの内側面の全周にわたって配されていることが好ましい。
上記光治療診断装置において、光導波路の近位部は、光導波路をカテーテルシャフトの周方向に回転させる周方向回転部材に接続されていることが好ましい。
上記光治療診断装置において、光導波路は、第1コアと、第1コアの外方にある第2コアと、第2コアの外方にあるクラッドとを有していることが好ましい。但し、第1コアの屈折率n1と、第2コアの屈折率n2と、クラッドの屈折率n3は、n1>n2>n3を満たす。
上記光治療診断装置において、光導波路は、第1コアの外方かつ第2コアの内方に中間クラッドを有していることが好ましい。但し、第1コアの屈折率n1と、第2コアの屈折率n2と、中間クラッドの屈折率n4は、n1>n2>n4を満たす。
上記光治療診断装置において、側方射出窓は、クラッドの非存在領域に対応して配されていることが好ましい。
上記光治療診断装置において、第2コアは、第1鏡面よりも近位側に光拡散領域を有していることが好ましい。
上記光治療診断装置において、光拡散領域における第2コアの外表面の表面粗さRaは、光拡散領域よりも遠位領域における第2コアの外表面の表面粗さRaよりも大きいことが好ましい。但し、表面粗さRaは、JIS B 0601(2001)に規定される算術平均粗さRaに基づくものとする。
上記光治療診断装置において、第2コアは光拡散領域において光拡散粒子を内包していることが好ましい。
上記光治療診断装置において、第1コアの遠位端面の法線は光導波路の光軸に対して傾斜しており、第1コアの遠位端面に金属材料が配置されていることが好ましい。
上記光治療診断装置において、カテーテルシャフトの遠位端部は尖鋭であることが好ましい。
上記光治療診断装置は、第1光線を発生させる光源と、光源と第1鏡面との間に配置されているレンズとを有することが好ましい。
上記光治療診断装置において、第2鏡面よりも遠位側に収差補正レンズが配置されていることが好ましい。
上記光治療診断装置において、カテーテルシャフトは、その内腔に連通するバルーンを含むことが好ましい。
また、本発明は上記光治療診断装置の作動方法も提供する。本発明の光治療診断装置の作動方法の一実施態様は、第1光線を光導波路に導波させるステップと、第1光線を光導波路に導波させた後、第2光線を光導波路に導波させることにより第2光線を側方射出窓から射出するステップと、第2光線を側方射出窓から射出した後、第1光線を光導波路に導波させるステップと、を有している。
上記光治療診断装置およびその作動方法によれば、光治療の光学系を併設しながらも生体観察に用いる光線量の低下によるロスを低減して光の利用効率を向上させることができる。
以下、下記実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお、各図面において、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、明細書や他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、本発明の特徴の理解に資することを優先しているため、実際の寸法とは異なる場合がある。
本発明の光治療診断装置の一実施態様は、長手方向に第1端と第2端を有するカテーテルシャフトであって、長手方向に延在している内腔を有するカテーテルシャフトと、カテーテルシャフトの内腔に配置され、長手方向に進退可能な光導波路とを有している光治療診断装置であって、光導波路は、第1光線と、第1光線とは波長が異なる第2光線とを導波するものであり、カテーテルシャフトは、カテーテルシャフトの側部に配されている側方射出窓とカテーテルシャフトの遠位端部に配されている遠方射出窓とを備え、側方射出窓から第1光線と第2光線が側方に射出され、遠方射出窓から第1光線が遠位方向に射出され、光導波路の遠位端部に配され、第1光線をカテーテルシャフトの側方に向けて反射させる第1鏡面と、カテーテルシャフトの内側面であって側方射出窓の遠位端よりも遠位側の位置に配され、第1鏡面で反射された第1光線をカテーテルシャフトの遠位方向に向けて反射させる第2鏡面と、を備えたところに特徴を有する。上記光治療診断装置では、カテーテルシャフトの内側面であって側方射出窓の遠位端よりも遠位側の位置に、第1鏡面で反射された第1光線をカテーテルシャフトの遠位方向に向けて反射させる第2鏡面を備える構成としているため、光治療の光学系を併設しながらも生体観察に用いる光線量の低下によるロスを低減して光の利用効率を向上させることができる。
図1~図4を参照しながら、光治療診断装置の構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る光治療診断装置の側面図を表し、図2~図4は、図1の光治療診断装置の遠位側を拡大した断面図を表す。図2は、カテーテルシャフトの遠位方向に向けて第1光線を射出している状態を表し、図3はカテーテルシャフトの側方に向けて第1光線を射出している状態を表し、図4は、カテーテルシャフトの側方に向けて第2光線を射出している状態を表す。光治療診断装置1は、カテーテルシャフト10と、光導波路20とを有している。以下では、光治療診断装置1を単に装置1、カテーテルシャフト10を単にシャフト10と称することがある。
装置1はPDTやPITに使用することができる。装置1において、画像診断による生体組織の観察には光干渉断層法(OCT:Optical Coherence Tomography)を用いることが好ましいが、超音波イメージング法や蛍光イメージング法を用いてもよい。
シャフト10は、長手方向を規定する第1端と第2端を有している。なお、装置1およびシャフト10の遠位側とは、シャフト10の長手方向(換言すれば、シャフト10の長手軸方向)の第1端側であって処置対象側を指す。光治療診断装置1およびシャフト10の近位側とはシャフト10の長手方向の第2端側であって使用者(術者)の手元側を指す。図1においては左側が遠位側、右側が近位側を表している。また、シャフト10の径方向において、内方はシャフト10の長手軸中心に向かう方向を指し、外方は内方とは反対方向の放射方向を指す。
シャフト10は、長手方向に延在している内腔11を有している。シャフト10は内腔11に光導波路20を配置するために管状構造を有している。シャフト10は体内に挿入されるものであるため、好ましくは可撓性を有している。管状構造を有するシャフト10としては、一または複数の線材を所定のパターンで配置することで形成された中空体;上記中空体の内側表面または外側表面の少なくともいずれか一方に樹脂をコーティングしたもの;筒状の樹脂チューブ;またはこれらを組み合わせたもの、例えばこれらをシャフト10の長手方向に接続したものが挙げられる。線材が所定のパターンで配置された中空体としては、線材が単に交差される、または編み込まれることによって網目構造を有する筒状体や、線材が巻回されたコイルが示される。線材は、一または複数の単線であってもよく、一または複数の撚線であってもよい。樹脂チューブは、例えば押出成形によって製造することができる。シャフト10が筒状の樹脂チューブである場合、シャフト10は単層または複数層から構成することができる。シャフト10はその長手方向または周方向の一部が単層から構成されており、他部が複数層から構成されていてもよい。図1に示すように、シャフト10の近位部には術者が把持するハンドル40が好ましく接続される。装置1は、内視鏡に組み込まれてもよく、併用デバイスとして用いられてもよい。これにより、対象部位のより詳細な観察、治療が可能となる。
シャフト10は、例えば、ポリオレフィン樹脂(例えば、ポリエチレンやポリプロピレン)、ポリアミド樹脂(例えば、ナイロン)、ポリエステル樹脂(例えば、PET)、芳香族ポリエーテルケトン樹脂(例えば、PEEK)、ポリエーテルポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂(例えば、PTFE、PFA、ETFE)等の合成樹脂や、ステンレス鋼、炭素鋼、ニッケルチタン合金等の金属から構成することができる。これらは一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
光導波路20は、シャフト10の内腔11に配置され、シャフト10の長手方向に進退可能となっている。光導波路20は、互いに波長が異なる第1光線51と第2光線52とを導波するものである。光導波路20としては、コアとクラッドを有する光ファイバーが挙げられる。光導波路20の近位部には光源が接続されていることが好ましい。これにより、光導波路20に第1光線51および第2光線52を入射することができる。
シャフト10は、シャフト10の側部に配されている側方射出窓12とシャフト10の遠位端部に配されている遠方射出窓13とを備えている。側方射出窓12からは第1光線51と第2光線52が側方に射出され、遠方射出窓13からは第1光線51が遠位方向に射出される。このようにシャフト10に射出窓を設けることにより、射出窓から光線を射出することができる。また、装置1は、光導波路20の遠位端部に配され、第1光線51をシャフト10の側方に向けて反射させる第1鏡面31と、シャフト10の内側面10aであって側方射出窓12の遠位端よりも遠位側の位置に配され、第1鏡面31で反射された第1光線51をシャフト10の遠位方向に向けて反射させる第2鏡面32とを備えている。このように装置1は、シャフト10の内側面10aであって側方射出窓12の遠位端よりも遠位側の位置に配され、第1鏡面31で反射された第1光線51をシャフト10の遠位方向に向けて反射させる第2鏡面32を備える構成としているため、光治療の光学系を併設しながらも生体観察に用いる光線量の低下によるロスを低減して光の利用効率を向上させることができる。
光導波路20をシャフト10の内腔11においてシャフト10の長手方向に移動させることで、シャフト10に対する光導波路20の位置を変更することができる。これにより、第1光線51を側方射出窓12から射出することによって装置1の側方を観察する側方観察モードと、第1光線51を遠方射出窓13から射出することによって装置1の前方を観察する前方観察モードに切り替えることができる。装置1を身体に穿刺するときには前方観察モードにすることで装置1が血管を刺すリスクを低減することができる。所定の位置まで装置1を挿入した後は側方観察モードにすることで対象部位を観察することができる。
第1光線51は治療部位またはその周辺部位の状態を把握するための観察用光線であり、第2光線52は治療用光線であることが好ましい。これにより、1つの装置1で治療部位の状態の把握と治療の両方を行うことができ、これまでは難しかった診断と治療を同時に行うことができる。治療用光線の照射後に観察用光線を用いて対象部位を観察することで対象部位の治療結果を確認することができる。その結果、手技時間および治療期間の短縮が可能となる。図2に示すように、第1鏡面31および第2鏡面32で反射された第1光線51を、遠方射出窓13から遠位方向に射出することで、装置1よりも遠位にある生体組織の状態を把握することができる。なお、OCTでは、第1光線51を生体組織に照射したときの反射光に基づき断層画像を作成する。図3に示すように、第1鏡面31で反射された第1光線51を側方射出窓12から側方に射出することにより、シャフト10の側方にある生体組織の状態を把握することができる。図4に示すように、第2光線52を側方射出窓12から側方に射出し、シャフト10の側方にある生体組織に照射することで、光線を用いた生体治療を行うことができる。
OCTでの生体組織の観察では、第1光線51は近赤外線光であることが好ましく、赤外線光であることがより好ましい。これにより、第1光線51の体組織通過性が良好となる。第1光線51の光源は、Super Luminescent Diode光源、Super Continuum光源、または波長掃引レーザーでもよい。第1光線51の波長(中心波長)は、例えば1.3μm以上、1.35μm以上、または1.4μm以上であってもよく、1.8μm以下、1.75μm以下、または1.7μm以下であることも許容される。
第2光線52は、体内組織を照射し、PDTやPITといった光治療に適した波長のレーザー光であることが好ましい。第2光線52の波長は第1光線51の波長よりも短いことが好ましい。第2光線52の波長は、例えば0.64μm以上、0.65μm以上、または0.66μm以上であってもよく、0.72μm以下、0.71μm以下、または0.7μm以下であることも許容される。
1つの光源から第1光線51と第2光線52が射出されてもよく、第1光線51と第2光線52が異なる光源から射出されてもよい。
装置1は第1光線51を発生させる光源42と、該光源42と第1鏡面31との間に配置されているレンズとを有することが好ましい。光源42により光導波路20内に第1光線51を入射することができ、レンズで第1光線51を集光することで側方射出窓12の側方にある生体組織の像や遠方射出窓13の遠方にある生体組織の像をより感度よく得ることができる。レンズは、生体組織へ射出するための第1光線51を集光してもよく、生体組織で反射された第1光線51を集光してもよい。レンズは、光導波路20よりも近位側に配置されていてもよく、光導波路20中に配置されていてもよく、光導波路20よりも遠位側に配置されていてもよい。レンズとしては、屈折率が連続的に変化して構成される所謂GRINレンズを用いることが好ましい。後述する図7では、光導波路20よりも遠位側にGRINレンズ(レンズ35)を配置した例を示す。
側方射出窓12は、シャフト10の側壁に好ましく形成される。側方射出窓12は、シャフト10の周方向に延在するように配されていることが好ましく、シャフト10の全周にわたって配されていることがより好ましい。これにより、第2光線52を一度に広範囲に照射することができるため、患者の負担を軽減することができる。
側方射出窓12は、シャフト10の遠位端よりも近位側に配置されていることが好ましい。側方射出窓12の近位端は、例えばシャフト10の遠位端から10cm以内の範囲に配置することができる。
遠方射出窓13は、シャフト10の遠位端面に形成されていることが好ましい。これにより、遠方射出窓13から遠位方向に向けて第1光線51を射出しやすくなる。なお、シャフト10の遠位端面は平面であっても曲面であってもよい。これにより、遠方射出窓13も平面または曲面に形成することができる。
側方射出窓12や遠方射出窓13は、第1光線51または第2光線52を透過する材料から構成されていればよい。側方射出窓12や遠方射出窓13の構成材料は、シャフト10のうちこれらの射出窓が形成されていない部分の構成材料と比べて高い透過率を有していることが好ましい。側方射出窓12や遠方射出窓13を構成する材料としては、シャフト10を構成する樹脂のほか、例えば、(メタ)アクリル樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA))、ポリカーボネート樹脂(例えば、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート(PC))、ポリスチレン系樹脂(例えば、メチルメタクリレート・スチレン共重合樹脂(MS)、アクリロニトリルスチレン樹脂(SAN))、ポリアミド樹脂(例えば、ナイロン)、ポリオレフィン樹脂等の合成樹脂を挙げることができる。これらは一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。側方射出窓12と遠方射出窓13を構成する材料は、同じであってもよく異なっていてもよい。
図5~図6を用いて光導波路20の構成について説明する。図5に示すように、光導波路20は、第1コア21と、第1コア21の外方にある第2コア22と、該第2コア22の外方にあるクラッド23とを有していることが好ましい。但し、第1コア21の屈折率n1と、第2コア22の屈折率n2と、クラッド23の屈折率n3は、n1>n2>n3を満たす。このように第2コア22を第1コア21の外周に配置することにより、第2光線52をシャフト10の全周から射出しやすくなり、一度に広範囲を照射可能となる。第1コア21、第2コア22およびクラッド23は、同心円状に配置されていることが好ましい。これにより、クラッド23で光線の洩れを防ぎながら、第1コア21で第1光線51を導波し、第1コア21および第2コア22で第2光線52を導波することができる。
光導波路20は、1つのクラッド内に1つのコアが配置されているシングルコアファイバーを一または複数有していてもよく、1つのクラッド内に複数のコアが配置されているマルチコアファイバーを一または複数有していてもよい。図5では、光導波路20が1つのクラッド23内に複数のコア21、22が配置されているマルチコアファイバーである例を示している。
図6は、図5に示した光導波路20の変形例を示す断面図を表す。図6に示すように、光導波路20は、第1コア21の外方かつ第2コア22の内方に中間クラッド24を有していることが好ましい。但し、第1コア21の屈折率n1と、第2コア22の屈折率n2と、中間クラッド24の屈折率n4は、n1>n2>n4を満たす。これにより、第1コア21で導波される光線を中間クラッド24で閉じ込めて、第2コア22で導波される光線を中間クラッド24およびクラッド23で閉じ込めることができる。その結果、光導波路20からの光の洩れを防ぐことができる。なお、中間クラッド24の屈折率n4は、クラッド23の屈折率n3と同じであってもよく、異なっていてもよい。
第1鏡面31は第1光線51および第2光線52を、第2鏡面32は第1光線51を鏡面反射させるために設けられている。第1鏡面31と第2鏡面32は、それぞれ平面であっても曲面であってもよい。
第1鏡面31は、光導波路20の光軸に対して傾斜していることが好ましい。光導波路20の光軸に対する第1鏡面31の傾斜角度は、40度以上、41度以上、または42度以上であってもよく、あるいは、47度以下、46度以下、または45度以下であることも許容される。このように第1鏡面31の傾斜角度を設定することにより、第1鏡面31で受光した第1光線51を全反射させやすくなる。第1鏡面31は、光導波路20の遠位端部に配置された反射面とすることができる。第1鏡面31の反射面はシャフト10の近位側を向いている。金属材料の表面を、第1鏡面31とすることができる。
第1コア21の遠位端面の法線は光導波路20の光軸に対して傾斜しており、第1コア21の遠位端面に金属材料が配置されていることが好ましい。例えば、第1コア21の遠位端面に金属薄膜33を形成することにより、この金属薄膜33の表面を第1鏡面31とすることができる。また、第1鏡面31を光導波路20の光軸に対して傾斜させることができ、第1鏡面31で第1光線51または第2光線52を反射させやすくなる。第1コア21の遠位端面に金属材料を配置する方法としては蒸着、シート状金属片の貼り付け等を用いることができる。
図7は、図2の装置1の変形例を示す側面断面図を表す。図7に示すように、光導波路20と第1鏡面31の間には、Gradient Indexレンズ(GRINレンズ)等の集光用のレンズ35が配置されていてもよい。レンズ35を用いて第1光線51の射出光と反射光を集光することにより遠方射出窓13の遠方にある生体組織の像を得ることができる。
図7に示すように、光導波路20よりも遠位側(好ましくは集光用のレンズ35よりも遠位側)にプリズム36が配置されており、プリズム36の遠位端面の法線が光導波路20の光軸に対して傾斜していることが好ましい。これにより、プリズム36の遠位端面を第1鏡面31とすることができる。プリズム36の遠位端面に金属薄膜34を配置し、この金属薄膜34の表面を第1鏡面31とすることができる。
図8に示すように、第2鏡面32はシャフト10の内側面10aの全周にわたって配されていることが好ましい。これにより、第1鏡面31で反射された第1光線51を周方向のどの位置でも受光することができる。その結果、第2鏡面32では第1鏡面31からの第1光線51を洩れなくシャフト10の遠位方向に向けて反射させやすくなる。
第2鏡面32としては、シャフト10の内側面10a上に形成された金属薄膜37の表面を挙げることができる。シャフト10の内側面10aに金属薄膜37を形成する方法としては、硝酸銀水溶液と還元剤溶液をシャフト10の内腔11に注入し、銀を還元させてシャフト10の内側面10aに付着させる方法が挙げられる。
第2鏡面32が金属薄膜37の表面である場合、金属薄膜37をシャフト10の遠位側に向かって薄くなるように形成することにより、第2鏡面32を光導波路20の光軸に対して傾斜させることができる。その場合、第2鏡面32は円錐台状に形成されることとなる。
第2鏡面32は、光導波路20の光軸に対して傾斜していることが好ましい。光導波路20の光軸に対する第2鏡面32の傾斜角度は、3度以上、5度以上、または10度以上であってもよく、あるいは、30度以下、25度以下、または15度以下であることも許容される。このように第2鏡面32の傾斜角度を設定することにより、第2鏡面32において受光した第1光線51をシャフト10の遠位方向に向けて反射させやすくなる。
第2鏡面32は、側方射出窓12よりも遠位側に配されていることが好ましい。これにより、第2鏡面32は、側方射出窓12からの第2光線52の射出を阻害することがない。
シャフト10の長手方向において、第2鏡面32は、第1鏡面31よりも長く形成されていることが好ましい。これにより、シャフト10の長手方向において第1鏡面31と第2鏡面32が広範囲で重なりやすくなる。
光導波路20の光軸に対する第1鏡面31の傾斜角度と光導波路20の光軸に対する第2鏡面32の傾斜角度は、同じであっても異なっていてもよいが、第1鏡面31の傾斜角度は、第2鏡面32の傾斜角度よりも大きいことが好ましい。
第1鏡面31または第2鏡面32を構成する金属としては、例えば、アルミニウム、銀、銅、スズ、またはこれらの組み合わせが挙げられる。第1鏡面31と第2鏡面32を構成する材料はそれぞれ同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。
図9は、図4の変形例を示す断面図を表している。図9に示すように、側方射出窓12は、クラッド23の非存在領域23aに対応して配されていることが好ましい。これにより、第1コア21または第2コア22を導波する第1光線51または第2光線52を、クラッド23の非存在領域23aから側方に射出することができる。中でも、第2光線52がクラッド23の非存在領域23aから側方に射出されることが好ましい。なお、側方射出窓12がクラッド23の非存在領域23aに対応して配されているとは、光導波路20がシャフト10の所定位置に配されている場合に、クラッド23の非存在領域23aとシャフト10の側方射出窓12が少なくとも一部で重なることを意味する。
クラッド23の非存在領域23aとは、クラッド23が存在しないことによりクラッド23内のコア(第1コア21または第2コア22、好ましくは第2コア22)が外に露出している領域である。このようにクラッド23の非存在領域23aを形成する方法としては、機械的または化学的にクラッド23を除去する方法が挙げられ、例えば、レーザー加工、エッチング加工が挙げられる。
クラッド23の非存在領域23aは、周方向に延在していることが好ましく、光導波路20の全周にわたって配されていることがより好ましい。これにより、第2光線52を一度に広範囲を照射することができる。
図9に示すように、第2コア22は、第1鏡面31よりも近位側に光拡散領域22aを有していることが好ましい。このように第2コア22に光拡散領域22aを設けることにより、第2光線52を好適に拡散することができるため、第2光線52を一度に広範囲に照射することができる。
光拡散領域22aにおける第2コア22の外表面の表面粗さRaは、光拡散領域22aよりも遠位領域における第2コア22の外表面の表面粗さRaよりも大きいことが好ましい。但し、表面粗さRaは、JIS B 0601(2001)に規定される算術平均粗さRaに基づくものとする。このように表面粗さを設定することにより、光拡散領域22aから効率よく第2光線52を拡散することができるため、一度に広範囲を照射することができる。
光拡散領域22aにおける第2コア22の外表面を粗くする方法としては、機械的または化学的にこれらの表面を荒らす方法が挙げられ、例えば、エッチング加工、ブラスト加工、けがき針、ワイヤブラシ、またはサンドペーパーを用いる方法が挙げられる。
第2コア22は光拡散領域22aにおいて光拡散粒子を内包していることが好ましい。これにより、光拡散領域22aにおいて効率よく第2光線52を拡散することができるため、一度に広範囲を照射することができる。光拡散粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の無機系粒子、架橋アクリル系粒子、架橋スチレン系粒子等の有機系粒子が挙げられる。
シャフト10の長手方向における第2コア22の光拡散領域22aの長さまたはクラッド23の非存在領域23aの長さは、側方射出窓12よりも短いことが好ましい。これにより、シャフト10の側方に第2光線52をロスなく射出しやすくなる。
図2~図4に示すように、シャフト10の遠位端は塞がれていることが好ましい。これにより、シャフト10の内腔11に体液等の液体が入り込むことを防ぐことができる。シャフト10の遠位端面の法線は、光導波路20の光軸と平行であってもよい。
図示していないが、シャフト10は複数の部材から構成されていてもよい。例えば、シャフト10が、筒状のシャフト本体であってその遠位端に開口が形成されているシャフト本体と、シャフト本体の遠位端部に設けられ、シャフト本体の開口を塞いでいるキャップとを有していてもよい。その場合、遠方射出窓13がキャップに形成されていてもよい。遠方射出窓13とシャフト10のうち射出窓が形成されていない部分を異材料で構成しやすくなる。なお、キャップを構成する材料としては、シャフト10の構成材料の説明を参照することができる。
図10は、図2の装置1の変形例を示す断面図を表している。図10に示すようにシャフト10の長手方向に沿った断面において、シャフト10の遠位端部は1の線で形成される尖鋭形状でもよく、2以上の線で形成される尖鋭形状でもよい。シャフト10の遠位端は、シャフト10の径方向の外方端に位置していてもよく、シャフト10の長軸中心に位置していてもよい。このようにシャフト10の遠位端部は尖鋭であることが好ましい。シャフト10の遠位端部を組織に穿刺することができるため、体内でのシャフト10の位置を固定することができる。その結果、画像診断や治療のために第1光線51や第2光線52の照射が行いやすくなる。
図1に示すように、光導波路20の近位部は、光導波路20をシャフト10の周方向に回転させる周方向回転部材41に接続されていることが好ましい。光導波路20はその光軸を中心にしてシャフト10に対して回転することがより好ましい。光導波路20をその光軸を中心に回転させることができるため、シャフト10の周方向における側方射出窓12からの光線の射出位置を調整することができる。
図11は、図2のさらに他の変形例を示す断面図を表す。図11に示すように、第2鏡面32よりも遠位側(より好ましくは、第2鏡面32の遠位端よりも遠位側)に収差補正レンズ38が配置されていることが好ましい。第1光線51を第1鏡面31および第2鏡面32に反射させることで発生する収差を補正することができるため、結像させやすくなり、シャフト10の遠位方向の観察が行いやすくなる。特に、第2鏡面32が円錐台状に形成されている場合に、収差補正レンズ38が配置されていることが好ましい。収差補正レンズ38としては、凸レンズと凹レンズを組み合わせたダブレットレンズや、非球面レンズが挙げられる。収差補正レンズ38は一つまたは複数設けることができる。
図示しないが、シャフト10は、遠位側にバルーンを備えていてもよい。詳細にはシャフト10はその内腔に連通するバルーンを含んでいてもよい。バルーンは、シャフト10に設けられた側方射出窓12との関係で、側方射出窓12を覆うように配置されていてもよく、側方射出窓12より遠位側または近位側に配置されていてもよい。あるいは、バルーンが遠方射出窓13または、側方射出窓12と遠方射出窓13の両方を覆っていてもよい。バルーンをシャフト10に取り付ける箇所が、側方射出窓12および遠方射出窓13と重ならないように、バルーンがシャフト10に取り付けられていることが好ましい。なお、光線がバルーンを透過することができる場合は、バルーンは側方射出窓12と重なるようにシャフト10に取り付けられていてもよい。シャフト10にバルーンを設けることで、体腔内において装置1を固定し、安定して側方射出窓12から光線を射出することができるようになる。バルーンが側方射出窓12を覆うようにシャフト10にバルーンを配置する場合は、側方射出窓12から射出する光線の減衰を防ぐために、バルーンは透明性の高い材料を用いることが好ましい。
上記それぞれの好ましい態様は、必要に応じて組み合わせて本発明の光治療診断装置の構成の一部とすることができる。
本発明は上記光治療診断装置1の作動方法も提供する。本発明の光治療診断装置1の作動方法の一実施態様は、第1光線51を光導波路20に導波させるステップと、第1光線51を光導波路50に導波させた後、第2光線52を光導波路20に導波させることにより第2光線52を側方射出窓12から射出するステップと、第2光線52を側方射出窓12から射出した後、第1光線51を光導波路20に導波させるステップと、を有している。
シャフト10の長手方向において第1鏡面31が第2鏡面32と重なる所定位置まで光導波路20をシャフト10に対して遠位側に移動させる。詳細には、第1鏡面31の遠位端が、第2鏡面32の近位端よりも遠位側に配されるように光導波路20を移動させる。
第1光線51を光導波路20に導波させる。これにより、第1光線51が、第1鏡面31および第2鏡面32で反射し、遠方射出窓13から第1光線51が遠位方向に射出される。これにより、光治療診断装置1の遠位側を観察することができる。
シャフト10の長手方向において第1鏡面31が第2鏡面32と重ならない所定位置まで光導波路20をシャフト10に対して近位側に移動させる。詳細には、第1鏡面31の遠位端が、第2鏡面32の近位端よりも近位側に配されるように光導波路20を移動させる。このとき、クラッド23の非存在領域23aまたは第2コア22の光拡散領域22aがシャフト10の長手方向において側方射出窓12と重なって配されていることが好ましい。
第1光線51を光導波路20に導波させた後、第2光線52を光導波路20に導波させることにより第2光線52を側方射出窓12から射出する。これにより、第2光線52が第1鏡面31で反射し、側方射出窓12から第2光線52がシャフト10の側方に射出される。これにより、シャフト10の側方に位置する組織に対して第2光線52を照射することができる。
第2光線52を側方射出窓12から射出した後、第1光線51を光導波路20に導波させる。これにより、第1光線51が第1鏡面31で反射し、側方射出窓12からは第1光線51がシャフト10の側方に射出される。これにより、カテーテルの側方に位置する組織の状態を把握することができる。
本願は、2019年6月12日に出願された日本国特許出願第2019-109902号に基づく優先権の利益を主張するものである。2019年6月12日に出願された日本国特許出願第2019-109902号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
1:光治療診断装置
10:カテーテルシャフト
10a:内側面
11:内腔
12:側方射出窓
13:遠方射出窓
20:光導波路
21:第1コア
22:第2コア
22a:光拡散領域
23:クラッド
23a:クラッドの非存在領域
24:中間クラッド
31:第1鏡面
32:第2鏡面
33、34:金属薄膜
35:レンズ
36:プリズム
37:金属薄膜
38:収差補正レンズ
40:ハンドル
41:周方向回転部材
42:光源
51:第1光線
52:第2光線
10:カテーテルシャフト
10a:内側面
11:内腔
12:側方射出窓
13:遠方射出窓
20:光導波路
21:第1コア
22:第2コア
22a:光拡散領域
23:クラッド
23a:クラッドの非存在領域
24:中間クラッド
31:第1鏡面
32:第2鏡面
33、34:金属薄膜
35:レンズ
36:プリズム
37:金属薄膜
38:収差補正レンズ
40:ハンドル
41:周方向回転部材
42:光源
51:第1光線
52:第2光線
Claims (15)
- 長手方向に第1端と第2端を有するカテーテルシャフトであって、該長手方向に延在している内腔を有するカテーテルシャフトと、
前記カテーテルシャフトの前記内腔に配置され、前記長手方向に進退可能な光導波路と、を有している光治療診断装置であって、
前記光導波路は、第1光線と該第1光線とは波長が異なる第2光線とを導波するものであり、
前記カテーテルシャフトは、前記カテーテルシャフトの側部に配されている側方射出窓と前記カテーテルシャフトの遠位端部に配されている遠方射出窓とを備え、
前記側方射出窓から前記第1光線と前記第2光線とが側方に射出され、
前記遠方射出窓から前記第1光線が遠位方向に射出され、
前記光導波路の遠位端部に配され、前記第1光線を前記カテーテルシャフトの側方に向けて反射させる第1鏡面と、
前記カテーテルシャフトの内側面であって前記側方射出窓の遠位端よりも遠位側の位置に配され、前記第1鏡面で反射された前記第1光線を前記カテーテルシャフトの遠位方向に向けて反射させる第2鏡面と、を備えた光治療診断装置。 - 前記側方射出窓は前記カテーテルシャフトの全周にわたって配されており、
前記第2鏡面は前記カテーテルシャフトの内側面の全周にわたって配されている請求項1に記載の光治療診断装置。 - 前記光導波路の近位部は、前記光導波路を前記カテーテルシャフトの周方向に回転させる周方向回転部材に接続されている請求項1または2に記載の光治療診断装置。
- 前記光導波路は、第1コアと、該第1コアの外方にある第2コアと、該第2コアの外方にあるクラッドとを有している請求項1~3のいずれか一項に記載の光治療診断装置。
但し、第1コアの屈折率n1と、第2コアの屈折率n2と、クラッドの屈折率n3は、n1>n2>n3を満たす。 - 前記光導波路は、前記第1コアの外方かつ前記第2コアの内方に中間クラッドを有している請求項4に記載の光治療診断装置。
但し、第1コアの屈折率n1と、第2コアの屈折率n2と、中間クラッドの屈折率n4は、n1>n2>n4を満たす。 - 前記側方射出窓は、前記クラッドの非存在領域に対応して配されている請求項4または5に記載の光治療診断装置。
- 前記第2コアは、前記第1鏡面よりも近位側に光拡散領域を有している請求項4~6のいずれか一項に記載の光治療診断装置。
- 前記光拡散領域における前記第2コアの外表面の表面粗さRaは、前記光拡散領域よりも遠位領域における前記第2コアの外表面の表面粗さRaよりも大きい請求項7に記載の光治療診断装置。
但し、表面粗さRaは、JIS B 0601(2001)に規定される算術平均粗さRaに基づくものとする。 - 前記第2コアは前記光拡散領域において光拡散粒子を内包している請求項7または8に記載の光治療診断装置。
- 前記第1コアの遠位端面の法線は前記光導波路の光軸に対して傾斜しており、前記第1コアの遠位端面に金属材料が配置されている請求項4~9のいずれか一項に記載の光治療診断装置。
- 前記カテーテルシャフトの遠位端部は尖鋭である請求項1~10のいずれか一項に記載の光治療診断装置。
- 前記第1光線を発生させる光源と、該光源と前記第1鏡面との間に配置されているレンズと、を有する請求項1~11のいずれか一項に記載の光治療診断装置。
- 前記第2鏡面よりも遠位側に収差補正レンズが配置されている請求項1~12のいずれか一項に記載の光治療診断装置。
- 前記カテーテルシャフトは、その内腔に連通するバルーンを含む請求項1~13のいずれか一項に記載の光治療診断装置。
- 請求項1~14のいずれか一項に記載の光治療診断装置の作動方法であって、
前記第1光線を前記光導波路に導波させるステップと、
前記第1光線を前記光導波路に導波させた後、前記第2光線を前記光導波路に導波させることにより前記第2光線を前記側方射出窓から射出するステップと、
前記第2光線を前記側方射出窓から射出した後、前記第1光線を前記光導波路に導波させるステップと、
を有している方法。
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- 2020-06-02 US US17/617,058 patent/US20220330829A1/en active Pending
- 2020-06-02 JP JP2021526021A patent/JP7389801B2/ja active Active
- 2020-06-02 WO PCT/JP2020/021776 patent/WO2020250752A1/ja active Application Filing
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