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JP2681073B2 - レーザ光出射プローブとその製造方法 - Google Patents

レーザ光出射プローブとその製造方法

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JP2681073B2
JP2681073B2 JP1008273A JP827389A JP2681073B2 JP 2681073 B2 JP2681073 B2 JP 2681073B2 JP 1008273 A JP1008273 A JP 1008273A JP 827389 A JP827389 A JP 827389A JP 2681073 B2 JP2681073 B2 JP 2681073B2
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laser beam
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光出射プローブ、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等を行う際のレーザ光出射体な
どのレーザ光出射プローブとその製造方法に関する。
〔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、古くは光ファ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、レーザ光を光ファイバー
に伝達した後、その先端前方に配置した動物組織に対し
て接触するまたは接触させない出射プローブにレーザ光
を入光させ、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。
本発明者は、種々のコンタクト（接触式）プローブを
開発し、広範囲で汎用されている。その１つの例を、第
11図に示す。このプローブは、サファイヤまたは石英な
どからなり、通常、その表面は平滑であり、かつ表面層
を有しておらず、さらにその形状は先端部が一様に先細
円錐状となっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、第11図のような、細長い円錐状（先端は、ほ
ぼ球に近い）の外面平滑なプローブ50に、光ファイバー
51を介してレーザ光Ｌを入射した場合、レーザ光Ｌはプ
ローブ50を通りながら、かつ表面で反射屈折しながら先
端に至り、その先端部から集中的に出射する。
その結果、レーザ光Ｌのパワー密度の等高線は符号Ｈ
で示すようになり、パワー密度分布は符号Pdに示すよう
になる。第11図からも、レーザ光Ｌはプローブ50の先端
から集中的に出射することが判る。その結果、凝固層Ｃ
の厚み（深さ）T1は厚いものとなるけれども、プローブ
の側面の組織に対しては、レーザ光が十分照射されず、
側面の切開能力および止血能力が小さい。
したがって、肝臓などの出血性の高い臓器に対して切
開しようとする場合には、同じ切開線に沿って何回もな
ぞりながら、徐々に切開せねばならずきわめて手術に手
間がかかり、また注意を要するものであった。
そこで、本発明者は、プローブの外表面に小さな凹凸
を多数形成することにより、その凹凸面においてレーザ
光を屈折させ多方向に出射させることで、照射有効域を
広げることができることを見出した。
かくして、かかる手段を採ることによって照射有効域
を広げることができるとしても、未だその効果は十分で
ないとともに、側面に対する切開性を高めるために、レ
ーザ光発生装置の出力パワーを高めようとすると、組織
のダメージが大きくなり、出血性臓器に対しては、適し
ていない。
かかる問題点に鑑み、本発明者はさらに検討を加えた
結果、プローブの外表面に凹凸を形成するとともに、そ
の凹凸面に、レーザ光を散乱させる散乱性粉を有する表
面層を形成すれば、凹凸面における散乱と表面層の散乱
性粉による散乱とが相俟って、散乱効果が増大し切開部
分の側面に対する切開性が高まることを見出した。
しかしながら、第12図のように、かかる表面層50aを
有するプローブ50Aを用いることで、凝固深さT2が浅く
なる代わりに、レーザ光の照射域が広まり、組織の切開
側面に対する切開性が高まるけれども、基本的にやはり
レーザ光の密度分布は先端ほど大きいため、側面におけ
る止血を担う凝固層Ｃの深さはさほど深くなく、したが
って、その薄い側面部分に血管bvがあると、そこから出
血を生じる。さらに、プローブを切開線に沿って運ぶと
き、先端部から切開が行われるようになるため、組織表
面に対する抵抗感がなく、その代わりに切開側面に対す
る抵抗感は弱くなるとしても依然としてあるので、プロ
ーブを切開線に沿って運ぶことが難しい。しかも、組織
表面に対する抵抗感がないので、切開深さの設定が難し
い。
一方、組織の非出血性部位、たとえば皮膚や脂肪部位
の切開にあたっては、前述のような出血に対するさほど
考慮を払わなくとも足りるけれども、切開側面部に対し
て十分な切開を行うためには、組織のダメージが大き
く、かつ切開に必要とするレーザ光出力として高いもの
が必要となり、したがってレーザ光発生装置として高出
力で高価なものが必要となり、またこうした手段を採ら
ない限り低速でプローブを移動させなければならず、手
術操作に迅速性を欠くものであった。
そこで、本発明の主たる目的は、レーザ光の照射有効
域が広くなるとともに、蒸散による切開効果が高く、切
開部側面における止血性が高く、非出血性組織部位に対
しては、必要とするレーザ光の出力が低くなり、出血性
および非出血性組織を問わず、プローブの高速動作で切
開が可能となりるとともに、切開時におけるプローブ動
作を容易に行いうるレーザ光出射プローブとその製造方
法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決した本発明に係わるレーザ光の出射プ
ローブは、長手方向基端にレーザ光の入射端を有し、レ
ーザ光が長手方向に透過して先端から出射するように構
成したプローブにおいて； 前記プローブの先端部が散乱性表面を有し、かつ縦断
面上の一方向に屈曲していることを特徴とするものであ
る。
また、前記プローブの先端部が縦断面上の一方向に屈
曲しており、少なくとも屈曲部分から先端にかけて、そ
の表面に、レーザ光の吸収性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
ことがより好ましい。
さらに、本発明によれば、少なくとも先端部分が先窄
まりとなったレーザ光透過部材をその先端部分において
屈曲させた後、このプローブ半製品を、レーザ光の吸収
性粉と透過部材より屈折率が高い光散乱粉と透過部材よ
り融点が同じか低いレーザ光の透過性粉とを少なくとも
有する液に接触させ、前記レーザ光の透過性粉の融点よ
り高く、かつ前記透過部材の形状が保てないほど高くな
い温度で焼成することを特徴とするレーザ光出射プロー
ブの製造方法が提供される。
〔作用〕
本発明に従って、プローブが表面が散乱性表面を有す
ると、プローブを透過したレーザ光はその表面において
散乱するようになり、プローブ先端から出射する割合が
少なくなり、その反面側面から出射する割合が多くな
り、レーザ光の照射域が広まる。そして、かかるプロー
ブの先端部が縦断面上の一方向に屈曲していると、第４
図のように、レーザ光のパワーが屈曲の曲率中心より反
対側に集中するようになり、かつ側面から大きなパワー
のレーザ光が組織に照射される。この結果、その側面に
対する組織の切開予定部分が容易に蒸散され、抵抗なく
容易に切開を行うことができ、また凝固層深さが深くな
り、出血性組織であっても出血をおこすことなく容易に
切開できる。
さらに、第５図のように、レーザ光の透過部材１の表
面を散乱性表面とするにあたり、プローブを構成する透
過部材１より屈折率が高いサファイヤ等の光散乱粉２を
含有する表面層５を前記透過部材の表面に形成すると、
透過部材１の表面から出射したレーザ光Ｌが表面層５を
通過する過程で、光散乱粉２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２内を屈折
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５全体から種々の角度でレーザ光が出
射し、もって、単に凹凸の形成によって散乱性表面を形
成する場合より、より広い照射域が得られる。
さらに、表面層５にはカーボン等のレーザ光の吸収性
粉３が含有されるのがより好ましい。かかる場合、レー
ザ光Ｌが、吸収性粉３に当たると、当たった大部分のレ
ーザ光のエネルギーが光吸収性粉３によって熱エネルギ
ーHeに変換され、表面層５から熱が組織に与えられる。
これによって、組織の蒸散割合が多くなり、透過部材
１の入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、透過部材を高速に動かしても切開が可
能となり、手術が迅速に行うことができる。さらに、透
過部材１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って手術を行うこと
を可能ならしめる。
また、透過部材１の表面が凹凸を有し、かつその凹凸
面に前記表面層が形成されていると、より散乱性効果が
高まる。
一方、表面層を形成するに当たり、前述の吸収性粉と
光散乱粉とを液に分散させ、透過部材の表面にたとえば
塗布したとしても、液が蒸発した後は、両粉が透過部材
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、表面層を有するプローブが組織と接触したり、他
の物体に当たったときは、表面層の破損が容易に生じて
しまう。
そこで、吸収性粉と光散乱粉とを透過部材の表面に対
して結合させるバインダーを設けると、表面層の付着性
が高まる。
この場合、バインダーとしては石英粉等の光の透過材
料４を用いるのが好ましく、表面層５からのレーザ光の
出射を約束する。また、光の透過材料４を形成する透過
性粉として、前記透過部材１と融点が同じか低いものを
用いて、前記吸収性粉および光散乱粉とともに適当な液
たとえば水に分散させ、この分散液を塗布等により、透
過性粉の融点より高く、透過部材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
収性粉および光散乱粉を取り込んで機械的強度が高い表
面層を形成する。その結果、強度が高くかつ損傷が少な
い表面層を形成できる。
〔発明の具体的構成〕
以下本発明をさらに詳説する。
第１図は、たとえば第３図に形状例を示すプローブ10
の表面層５形成部分の拡大図であり、透過部材１の表面
層５は、第５図のように、レーザ光の光散乱粉２および
レーザ光の吸収性粉３を含み、前述のようにレーザ光の
透過性粉が溶融して、これがバインダーとなって透過材
料４となり層をなしたものである。
この場合、透過部材１の表面には、第６図のように、
凹凸1aを形成すると、よりレーザ光の散乱効果が高ま
る。
前記プローブ10の取付構造例は、たとえば第１図の通
りである。このプローブ10としては、たとえば先窄まり
の円錐状部30と、取付部31と、それらの間のフランジ部
32と、屈曲部20とから形成される。
このプローブ10は、その取付部31が筒状の雌コネクタ
ー33内に嵌入され、その合わせ部33aをカシメたり、セ
ラミック系の耐熱接着剤を合わせ面に塗布したり、ある
いは両手段を併用することにより一体化されている。雌
コネクター33の基端がわ内面にはメネジ34が形成され、
雄コネクター35のオネジ36と着脱自在に螺合されてい
る。雌コネクター33のプローブ10の受光端37より雄コネ
クター35がわには、内外に連通する冷却水Ｗの透孔38が
たとえば周方向に180度の角度をもって２個所（図示例
では１つのみが示されている）形成されている。一方、
雄コネクター35は、たとえばテフロン（商品名）製の可
撓製保護チューブ39先端に圧入されている。この圧入に
際しては、雄コネクター35の基部に段付部40が形成され
ることによって容易には抜けないようになっている。
またレーザ光の導光ファイバー11は、光ファイバー12
を有し、チューブ39および雄コネクター35内に設けられ
るとともに、その先端部は段付部40内においては密に内
装されているが、段付部40にたとえば180度周方向位置
に２つのスリット部40aが形成され、このスリット部40a
と、雄コネクター35の先端内面と光ファイバー11外面と
の間に形成された冷却水Ｗ連通用間隔41とを冷却水Ｗが
通るようになっている。
かかるレーザ光の出射先端装置は、雄コネクター33が
雄コネクター35に螺合連結された状態で、内視鏡内や、
適当なホルダーに取付けられる。あるいは、プローブ10
付雌コネクター33が、予め導光ファイバー11を内蔵する
適当なホルダーの先端に直接的に取りつけられる。
この状態で、光ファイバー12を介して導かれたYAGな
どのパルスレーザ光が受光端37からプローブ10内に入射
され、主に屈曲部20の全外面から出射される。このと
き、冷却水Ｗは、間隔42、スリット部40a、間隔41を通
りながら、プローブ10を冷却するとともに、透孔38から
組織表面上に流出し、組織Ｍの冷却に用いられる。
本発明における透過部材としては、人工または天然を
問わず、ダイヤモンド、サファイヤ、石英などのセラミ
ックスを用いるのが耐熱性の点で好ましい。
この透過部材よりレーザ光の屈折率が高い、本発明に
係る光散乱粉としては、人工または天然を問わず、ダイ
ヤモンド、サファイヤ、石英（高融点のものが好まし
い）、単結晶酸化ジルコニウム（Zr2O3）、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（た
とえば金、アルミニウム）、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光反射性の金
やアルミニウムなどをメッキなどの表面処理した粉を用
いることができる。
また、レーザ光の透過材料としては、製造面から言え
ば、好ましくは透過性粉が用いられ、この透過性粉とし
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、サファイ
ヤ、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、透過材料との関係を考慮しながら選定
される。
さらに、光吸収性粉としては、カーボン、グラファイ
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あれば、その材質は問われな
い。
これら各粉の表面層中の含有率（wt％）、平均粒径は
次記の範囲であるのが望ましい（カッコ内の数値はより
好ましい範囲を示す）。
含有率（wt％） 平均粒度（μｍ） 光散乱粉（Ａ） 90〜1 0.2〜300 （70〜20） （１〜50） 透過性粉（Ｂ） 10〜90 0.2〜500 （20〜50） 吸収性粉（Ｃ） 90〜1 0.2〜500 （70〜10） （１〜100） 表面層の厚みは、10μｍ〜5mm、特に30μｍ〜1mm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、各粉を液に分散さ
せ、透過性粉の溶融温度以上に加熱した後に、透過部材
を浸漬する、透過部材に対して各粉を同時的に溶射する
などのほか適宜の表面形成法を採用できるが、各粉の液
への分散・浸漬方法を採用すれば、透過部材に対する塗
布方法を採用できるとともに、この塗布方法によれば、
分散液中に透過部材の所望の表面層形成部分のみ、好ま
しくは本発明に係る屈曲部分のみを浸漬した後、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、さらに粘度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、透過部材の表面に表
面層５を形成すると、第４図および前述のように、表面
層５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ってレーザ光を照射
できる。
一方、本発明者は、先端が屈曲せずストレートな第13
図に示すプローブを用い、その際、前述の光散乱粉
（Ａ）、透過性粉（Ｂ）に対する吸収性粉（Ｃ）の含有
率を種々変えながら、豚のレバーに対して切開を開始で
きるレーザ光パワーの変化、および炭化層Ｘの下の凝固
層Ｙの深さＴを調べたところ、第14図の結果を得た。な
お、A:B＝2:1とした。
この結果によると、Ｃ％が高いと、レーザ光パワーが
低出力であっても切開を行うことができ、したがって高
速でプローブを動かしても切開できるとともに、止血能
力の指標となる凝固層深さＴが低下することから、先端
方向の止血性は低下することが判る。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、Ｃ％を高くしたプローブを用
いると有効であることが判る。
一方、Ｃ％が低いプローブは、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ことが判る。
さらに、本発明者は、上記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。
（１）式の意味するところは、Ｃ％が高くなると、発
熱量が増し、切開が主に蒸散によって行われ、入射エネ
ルギーの多くが発熱に消費されるため、組織深くまでレ
ーザ光が入射されず、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る。
したがって、主にＣ％を種々変えたものを予め用意し
ておけば、臨床目的あるいは対象組織に応じてプローブ
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、プローブの表面が散乱性を示せば、
必ずしも前記表面層を設けることを必須とするものでは
なく、単に凹凸面の形成のみであることを妨げない。
しかし、プローブの先端部がその縦断面上の一方向に
屈曲していることを必須とする。この場合における「屈
曲」なる語は、曲線的に曲がっているほか、角度をもっ
て折れ曲がっていることも含まれる。
屈曲角度大小によって、レーザ光のパワー分布は、第
７図〜第10図のように変化する。屈曲角度が大きくなる
と、側面から出射する割合が大きい。この屈曲角度とし
ては、第１図に示すように、非屈曲部分の中心線と屈曲
部分20の腹面との屈曲方向の接線（縦断面上の接線）と
法線とのなす角度θが、空気に対するプローブ（透過部
材）材質の臨界角より大きいようにすることが、側面か
ら十分な散乱性を得るために好ましい。
屈曲部分の太さが一様であると、屈曲部分の先端から
出射するレーザ光の割合が多くなり、側面からの出射割
合が少なくなるので、屈曲部分は先細となっていること
が望まれる。
さらに、プローブの横断面に関して、第２図のよう
に、円形であると、その横断面の周線から出射するレー
ザ光の量は、ほとんど同一であるが、第３図のように、
屈曲部分の腹側部分が、外方、図面上右または右下方向
に向かって先窄まりとなっていると、第３図の一部にレ
ーザ光の経路を示したように、その外方に向かって出射
する割合が多くなり、より切開が容易となる。しかも、
外方が鋭いとレーザ光に頼ることなく、機械的に切開で
き、切開性がきわめて高いものとなる。
このような形状のプローブを得る方法の１例として
は、まず先細円錐状のプローブをその軟化温度以上に加
熱した後、先端部のみを屈曲させるとともに、その屈曲
部分の腹部分を両側から押さえるようにすることで得る
ことができる。かかるプローブには、その後、前記表面
層を形成する。
屈曲部分を有するプローブに対して、前記の表面層を
形成すると、その説明に関して述べたことがより顕著に
あらわれる。
本発明のプローブの基部の形状としては、図面に示す
ものに限定されない。たとえば、円柱形でなく、先細円
錐形、角柱形などであってもよい。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明によれば、レーザ光の照射有効域
が広くなるとともに、蒸散による切開効果が高く、切開
部側面における止血性が高く、非出血性組織部位に対し
ては、必要とするレーザ光の出力が低くなり、出血性お
よび非出血性組織を問わず、プローブの高速動作で切開
が可能となりるとともに、切開時におけるプローブ動作
を容易に行いうる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るプローブの取付状態縦断面図、第
２図および第３図は本発明に係るレーザ光出射プローブ
の要部正面とその断面とを示す拡大図、第４図はレーザ
メス用プローブの形状例とレーザ光のパワー密度分布を
示す説明図、第５図および第６図は表面層形態例の拡大
断面図、第７〜10図はプローブの屈曲角度によるパワー
密度分布変化態様を示す図、第11図は従来のプローブに
よる場合のパワー密度分布を示す説明図、第12図は他の
比較的に示したプローブによる場合のパワー密度分布を
示す説明図、第13図は実験状況の説明図、第14図は実験
結果のグラフである。 １……透過部材、1a……凹凸 ２……光散乱粉、３……吸収性粉 ４……透過材料、５……表面層 10……プローブ、20……屈曲部分

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】長手方向基端にレーザ光の入射端を有し、
    レーザ光が長手方向に透過して先端から出射するように
    構成したプローブにおいて； 前記プローブの先端部が散乱性表面を有し、かつ縦断面
    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
    射プローブ。
  2. 【請求項２】非屈曲部分の中心線と前記屈曲部分の腹面
    との屈曲方向の接線と法線とのなす角度が、空気に対す
    るプローブ材質の臨界角度より大きい請求項１記載のレ
    ーザ光出射プローブ。
  3. 【請求項３】屈曲部分が先細となっている請求項１また
    は２記載のレーザ光出射プローブ。
  4. 【請求項４】長手方向基端にレーザ光の入射端を有し、
    レーザ光が長手方向に透過して先端から出射するように
    構成したプローブにおいて； 前記プローブの先端部が縦断面上の一方向に屈曲してお
    り、少なくとも屈曲部分から先端にかけて、その表面
    に、レーザ光の吸収性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ことを
    特徴とするレーザ光出射プローブ。
  5. 【請求項５】前記表面層は、レーザ光の吸収性粉と、プ
    ローブ材質より屈折率が高い光散乱粉と、レーザ光の透
    過材料からなるバインダーとを含有する請求項４記載の
    レーザ光出射プローブ。
  6. 【請求項６】プローブ表面の少なくとも屈曲部分におい
    て、凹凸が形成され、この凹凸面上に、前記表面層が形
    成されている請求項４または５記載のレーザ光出射プロ
    ーブ。
  7. 【請求項７】前記屈曲部分の腹側部分が外方に向かって
    先窄まりとなっている請求項１または４記載のレーザ光
    出射プローブ。
  8. 【請求項８】少なくとも先端部分が先窄まりとなったレ
    ーザ光透過部材をその先端部分において屈曲させた後、
    このプローブ半製品を、レーザ光の吸収性粉と透過部材
    より屈折率が高い光散乱粉と透過部材より融点が同じか
    低いレーザ光の透過性粉とを少なくとも有する液に接触
    させ、前記レーザ光の透過性粉の融点より高く、かつ前
    記透過部材の形状が保てないほど高くない温度で焼成す
    ることを特徴とするレーザ光出射プローブの製造方法。
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