WO1991002561A1 - Dispositif pour faisceaux laser d'irradiation - Google Patents

Description

明 細 書

レーザ光の照射装置 技術分野

本発明は、 レーザ光の照射装置、 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等 を行う際のレーザ光出射体などのレーザ光の照射装置に係り、 特に 動物組織の表面に透過体を直接または後述するその表面層を介して 接触させながら癌などに対する温熱治療に対してきわめて有効な照 射装置に関する。 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、 レーザ光を光ファイバ一に伝達した後、 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） に接触させながらまたは 接触させないで、 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） プロ一プを開発し、 広 範囲で汎用されている。

一方、 近年、 癌に対する局所温熱療法が注目されている。 この方 法は、 レーザ光を癌組織に対して 1 0〜 2 5分照射することにより その癌組織を約 4 2〜 4 4 °Cに保持して、 壊死させるものである。 この方法の有効性は、 日本レーザ学会誌第 6号 3巻 （1986年 1月） 7 1〜 7 6頁および 3 4 7〜 3 5 0頁に、 本発明者らが報告済であ る

また、 レーザ光化学療法も注目されている。 この方法は、 へマ ト ポルフィ リ ン誘導体 （H p D ) を静脈注射し、 約 4 8時間後、 アル ゴンレーザあるいはアルゴン色素レーザの弱いレーザ光を照射する と、 上記 H p Dが一次項酸素を発生し、 強力な制癌作用を示すこと を、 1 9 8 7年、 米国のダハティ 一 （Doughr t y ) らが発表し注目さ れたもので、 その後、 日本レーザ学会誌第 6号 3巻 （1986年 1月） 、 1 1 3〜 1 1 6頁記載の報告など、 数多くの研究が発表されている _c この場合、 光反応剤と してフヱオフオーバイ ド a ( Pheopho b i de a ) を使用することが知られている。 また、 近年ではレーザ光として Y A Gレーザを用いることも行われている。

このような治療にあたり、 重要なことは、 レーザ光が癌組織に対 して均一に照射され、 特に温熱局所療法の場合には、 均一に組織が 加温されることである。

しかし、 レーザ光の均一照射、 特に広い範囲にわたって均一に照 射することはきわめて困難であり、 したがってある範囲を数回に分 けて照射を行わなければならず、 手術の迅速性に欠けるものであつ た。

このために、 レーザ光の出射体いわゆるプローブを複数設けて、 各プローブから同時にレーザ光を照射することが考えられ、 本発明 者も特願昭 62— 50723号において提案した。

しかし、 組織に均一にレーザ光を照射することがある程度可能で あっても、 正確には均一になっていないことが多いばかりでなく、 レーザ光の伝播経路およびプローブを複数必要と、 かつそれらのコ ン トロール機器を必要とし、 設備費が嵩む。

そこで、 本発明の主たる目的は、 組織に対して均一にレーザ光を 照射できるとともに、 設備費の大幅な低減を達成できるレーザ光の 照射装置を提供することにある。 発明の開示

本発明では、 レーザ光の透過体と、 この透過体に対してレーザ光 を入射するレーザ光の伝播体とを備え、 前記透過体はレーザ光を散 乱させる散乱性粉を含有しかつレーザ光が透過可能なプラスチック 材料からなることで解決できる。

また、 組織の加温にためには、 そのコン トロールのために温度検 出導線を組織に接触させる必要がある。

そこで、 加温用としては、 レーザ光の透過体と、 この透過体に対 してレーザ光を入射するレーザ光の伝播体、 温度検出導線とを備え、 前記透過体はレーザ光を散乱させる散乱性粉を含有しかつレーザ光 が透過可能なプラスチック材料からなり、 前記温度検出導線は透過 体を貫通する状態で透過体前方に突出し、 かつ前記貫通部分はブラ スチック材料に埋設されていることが好ましい。

従来、 本発明者の創案に係る接触型プローブとしては、 サフアイ ァなどのセラ ミ ック材料が専ら用いられてきた。 しかし、 この種の プローブを用いて、 レーザ光を散乱させようとする場合、 プローブ の表面を凹凸加工するか、 あるいはプローブ表面に散乱を生じさせ る散乱性層を被覆するしか方法が見出せなかった。

一方、 セラ ミ ツク材料からなるプローブを耐熱性に富み、 耐熱が 要求される用途には有効であるけれども、 前述のように、 加温する 場合には、 レーザ光のパワーとして高出力を要求されるものでなく . 低出力で充分である。

そこで、 本発明者は、 プローブと してプラスチック製材料を用い ることに想到した。 そして、 このプラスチックを用いた場合、 予め シリ力などのレーザ光を散乱させる散乱性粉をプラスチックに分散 させ、 これを所定の形状に成形すれば、 プローブに入射したレーザ 光がプローブ内の散乱性粉により散乱を繰り返しながらプローブ表 面から出射するようになるので、 散乱効果がきわめて大きいこと、 また材料がプラスチックなので、 用途に応じて種々の形状に成形で きる利点があることを見出した。

一方、 組織を加温する場合に用いる温度検出導線、 たとえば先端 に熱電対を有する導線を、 プローブ内を貧通するようにプラスチッ ク成形できる。

従来、 プローブやバルーンに対して付設する場合、 プローブゃバ ルーンと别体に S2設するか、 またはそれらの表面に沿わせて接着さ せておく ものが知られている。 しかし、 組織中の温度を検出しょう とする場合、 プローブの組織への接触とは別に熱電対を組織中に穿 刺せねばならないが、 その際、 プローブの前面位置を避けて側方に おいて穿刺するしか方法がなく、 したがって本来検出しょうとする プローブ前面位置における組織温度を検出することができなかった また、 熱電対の導線をプローブ側面からその前面に沿わせ、 かつ導 線の先端をプロ一ブ前面に接着させることにより、 プローブの前面 部の組織温度を検出することができるけれども、 検出した温度はあ く までも、 組織表面の温度であって、 組織内部の温度でないため、 加熱温度コン トロール性が悪い。

しかるに、 前述のように、 先端の熱電対を有する導線を本発明の いう透過体、 すなわちプローブは、 プラスチック製であるため、 プ 口ーブを導線が貫通するように容易にプラスチック成形でき、 その 導線の固定を行う ことができるとともに、 その導線の先端部がプロ ーブの前面から突出しているので、 プローブを組織に当接する際に. その導線の先端部を組織中に穿刺でき、 プロ一ブ前面の組織中の温 度を検出でき、 加温の際の温度コン トロール性にきわめて優れたも のとなる。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明に係る第 1実施例の照射装置の要部縦断面図、 第 2図はその Π - Π線矢視図、 第 3図はこの照射装置を用いて癌組織 に対して局所温熱療法を行っている状態を温度分布とともに示した 斜視図、 第 4図は第 2実施例の縦断面図、 第 5図はその左側面図、 第 6図は第 3実施例の縦断面図、 第 7図は第 4実施例の縦断面図、 第 8図は第 5実施例の縱断面図、 第 9図は第 8図の照射装置の組織 中への揷入に先立ちその挿入ガイ ドを形成する態様を示す縦断面図 であな。 発明を実施するための最良の形態

以下本発明を種々の具体例を挙げてさらに詳説する。

第 1図は第 1実施例を示したもので、 1 は本発明にいう レーザ光 伝播体と しての光ファイバ一で、 その周囲は 4弗化工チレン樹脂な どのシース管 2により被覆されている。 この光ファイバ一 1の先端 部はたとえばポリエチレンなどのプラスチック製のニップル 3を貫 通している。 また、 光ファイバ一 1 に沿って先端に熱電対 4 aを有 する温度検出導線 4が S5設され、 同様にニップル 3を貫通している, 二ップル 3の基端には 4弗化工チレン樹脂などからなる可撓性保 護管 5が連結されている。 光ファイバ一 1 は、 図示しないレーザ光 の発生装置に光学的に接続されており、 温度検出導線 4は図示しな い温度測定器に接続され、 温度検出結果に基づいて、 レーザ光発生 器から光ファイバ一 1へのレーザ光の入射パワーをコン トロール可 能となっている。 このコン トロールに際しては、 たとえばレーザ光 発生器と光フアイバー 1 の基端との間に設けられるいわゆる Qスィ ツチの開閉時間を調節することで行われる。

—方、 ニップル 3の他端には、 ホルダ一 6がネジにより連結され ている。 このホルダ一 6 には、 本発明にいう レーザ光透過体として のプローブ 7がその後端部において保持されている。

ホルダ一 6は基端側が窄まつた本体部 6 Aとス リーブ部 6 Bとを 有し、 本体部 6 Aにニップル 3のネジが連結ネジ孔 6 Cに螺合され 連結されているとともに、 光ファイバ一 1 および温度検出導線 4が 貫通している。 プローブ 7は先端周囲が丸く なつているとともに、 基端側の半径がスリーブ部 6 Bの厚み分小さくなっている他はほぼ 円柱形をなしている。 そして、 プローブ 7の基端側がホルダ一 6の スリーブ部 6 B内に嵌合している。 この嵌合とともに、 必要により、 プローブ 7外面の段部とスリーブ部 6 Bの先端とを接着剤などによ り固定の強化を図ることができる。

他方、 プローブ 7のホルダ一 6への嵌合面、 実施例では、 本体部 6 Aの前面とスリーブ部 6 Bの内周面にレーザ光の反射層 8が形成 されている。 この反射層 8 と しては、 耐熱性を確保するために金メ ツキ層とするのが特に好ま しいが、 材質的にアルミニウムなどでも よく、 また層の形成方法と してはメ ツキのほか、 蒸着法なども採用 できる。

さ らに、 前述の光フアイバ一 1の先端部は、 プローブ 7に埋設さ れ、 そのコア先端は直接プローブ 7に空隙を持つことなく接触して いる。 温度検出導線 4の先端はプローブ 7を貫通しており、 その先 端は鋭くなって組織に対して穿刺可能となっている。

本発明に係るプローブは、 レーザ光を散乱させる散乱性粉を含有 し、 かつレーザ光が透過可能なブラスチック材料からなる。 このプ ラスチック材料と しては、 シリ コン樹脂、 ァク リル樹脂 （特にメチ ルメ タァク リ レー 卜樹脂） 、 力一ボネ一 ト樹脂、 ポリア ミ ド樹脂、 ポリエチレン樹脂、 ウレタン樹脂またはポリエステル樹脂などの合 成樹脂、 特に好ま しく は熱可塑性合成樹脂を挙げることができる。 また、 散乱性粉と しては、 レーザ光を散乱させるものであるため、 前記のプラスチック材料より レーザ光の屈折率が高い材料が用いら れ、 この例として人工または天然を問わず、 ダイヤモン ド、 サファ ィァ、 石英系材料、 単結晶酸化ジルコ二ユウム、 透光性耐熱プラス チック （もちろん前記プラスチック材料とは別種のもの） 、 レーザ 光反射性金属 （たとえば金やアルミニウムなど） あるいはこれらの 粉の表面を前記のレーザ光反射性金属により被覆した複合材料の粉 体を挙げることができる。

なお、 必要により、 散乱性粉とともに、 レーザ光の吸収性粉、 た とえばカーボン、 グラフアイ ト、 酸化鉄、 酸化マンガンなどを混入 させて、 プローブ中を散乱しながら出射する際、 レーザ光をこの吸 収性粉に衝突させ熱エネルギーに変換させ、 加熱効果を高めること ができる。

本発明に係るプローブ 7 は、 たとえば前記の散乱性粉をプラスチ ック材料溶融状態で分散させ、 所望の形状に成形することで得るこ とができる。 その際、 第 1図のように、 光ファイバ一 1 の先端を埋 設する場合や、 温度検出導線 4の途中を一体化させる場合には、 た とえばホルダー 6を一つの型とし、 光ファイバ一 1および温度検出 導線 4をホルダー 6の本体部 6 Bから突出させた状態で、 流し込み 成形することによって容易に得ることができる。

以上のように構成されたレーザ光の照射装置においては、 たとえ ば、 本装置を内視鏡とともに人体内の対象部位まで挿入した状態で レーザ光をその発生器から発生させる。 このレーザ光発生器からの レーザ光は、 光ファイバ一 1 の基端に入射され、 光ファイバ一 1 内 を伝播し、 その先端面から出射する。 出射したレーザ光は、 プロ一 ブ 7内に直接入射し、 その外表面から出射する過程で、 散乱性粉に 当たり屈折を操り返す。 したがって、 第 1図のように、 レーザ光が 屈折を繰り返しながら、 プローブ 7 の外表面からほぼ均一に組織に 向かって出射する。 また、 その際、 第 1図に示すように、 ホルダー 6の内面に到ったレーザ光は、 反射層 8において反射し、 金属製ホ ルダー 6の発熱や破損を防止するとともに、 レーザ光を前方へと導 第 3図は第 1実施例のプロ一ブ 7を用いながら癌組織 Mに対して、 局所温熱療法を施している状態を示している。 すなわち、 プローブ 7前面を癌組織 Mに接触させるとともに、 温度検出導線 4のプロ一 ブ 7前面より突出した先端部を組織 M中に穿刺し、 その熱電対 4 a からの組織温度を検出しながら、 前述のように、 光ファイバ一 1へ の入射パワー、 換言すればプローブ 7表面からの出射パワーを調節 しながら、 癌組織 Mの温度を 4 2〜 4 5でにコン トロールし、 癌細 胞を壊死させるようにしている。

なお、 温度検出導線 4にはレーザ光が照射される。 したがって、 導線 4の発熱や破損を防止するために、 レーザ光の反射層、 たとえ ば金メ ツキ層やチタンコーティ ング層を導線 4の表面に被覆するの が好ま しい。

第 2図および第 3図は第 2実施例を示したもので、 プローブ 1 0 の形状として頭部が拡大したほぼ円錐台形状をなしており、 かつ光 ファイバー 1を複数、 図示例では中心から偏位して中心周りに 6 0 度の間隔をもって 3本、 その先端部をプローブ 1 0内に埋設したも のである。 手術者が直接把持するホルダー 1 1 の先端はラッパ状を なしており、 その先端内面に金メ ツキなどの反射層 1 2を有する。

1 3は温度検出導線である。 この第 2実施例の照射装置を主に人体 皮膚面に対する場合に好適に用いられる。

本発明においては、 プローブの材質がプラスチックである。 した がって、 セラ ミ ツクからなる場合に比較して、 所望の形状に成形す ることがきわめて容易である。

その結果、 たとえば子宮 Uの子宮口近く に生成した子宮癌に対し て治療する場合に好適な、 第 6図に示す第 3実施例のように、 プロ ーブ 1 0 Aを複雑な形状に成形できる。

他方、 第 6図および第 4実施例として示す第 7図のように、 温度 検出導線 4 は、 プローブ 1 O Aまたは 7前表面から突出していなく とも、 たとえばプローブ 1 0 Aまたは 7に先端部が埋設していても、 予め組織温度とプローブ 1 O Aまたは 7内温度との相関を知ってお く ことで、 プローブ 1 O Aまたは 7内の温度を検出してある程度精 度的に低下するけれども組織温度コン トロールが可能である。

第 8図は第 5実施例を示したもので、 組織の表面でなく、 組織内 部のちり ょ う有効な例である。

2 0 は光ファイバ一で、 その先端部はコア 2 0 Aがクラ ッ ド 2 0 Bが破断されていることで露出しているとともに、 露出部の先端が 先細となっている。 コア 2 0 A部分のほぼ全体の外表面はレーザ光 の散乱層が形成されている。 図面上、 この散乱層の形成個所を小点 で示してある。 散乱層と しては、 シリカなどのセラ ミ ック粉を、 そ の溶融温度近傍にまで昇温し、 そのセラ ミ ック粉が完全に溶融して 均一な層となる前に冷却して、 当初の粉形状ではないが、 一部溶融 して異なる粉形状をなしている状態の層とすることができる。 この 散乱層の存在によって、 コア 2 O Aの外表面からレーザ光が出射す るとき、 変形セラ ミ ック粉において屈折して散乱するようになる。

—方、 この散乱層を表面に有するコア 2 0 Aを包んで細長いプロ —ブ 2 1が設けられている。 このプローブ 2 1 は、 第 1実施例と同 様に、 散乱性粉を含有するプラスチック材料からなる。

2 2は外面が金メ ッキされた温度検出導線で、 その先端はプロ一 ブ 2 1 の後端近く に位置している。 この温度検出導線 2 2および光 ファイバー 2 0 は可撓性シース 2 3により包囲されている。 このシ —ス 2 3は、 ポリエチレン、 ウレタンなどのプラスチックゃシリ コ ンゴムなどからなる。 またこのシース 2 3は、 溶融成形により温度 検出導線 2 2、 光ファイバ一 2 0およびプローブ 2 1 と一体化され ている。

この第 5実施例の照射装置を使用する場合、 第 9図のように、 組 織 Mたとえば肝臓組織中に、 ガイ ド管 3 0 とともに、 いわゆるパン クチャ一二一 ドル 3 1を穿刺し、 その後パンクチャーニ一ドル 3 1 のみを引き抜き、 代わりに当該照射装置の先端部をガイ ド管 3 0を 案内と しながら組織 M中に挿入する。

次いで、 レーザ光を光フアイバー 2 0に入射してその先端のコア 2 O Aから出射し、 その際散乱層において散乱させながらプローブ 2 1 に入射しその内部の散乱性粉において散乱を繰り返しながらプ ローブ 2 1外面からほぼ均一にレーザ光を出射し、 肝臓癌の局所温 熱療法に用いる。 脳の悪性腫瘍や乳癌にも用いることができる。

ところで、 散乱層を形成するための、 散乱性粉と しては、 基本的 に前述のプローブ中に混入する散乱性粉と同様のものを用いること ができるが、 膜形成性の欠けるものは好ま しく ない。 一般的にはセ ラ ミ ツク粉が用いられる。

本発明において、 場合により、 前記各種プローブ表面、 あるいは コア 2 0 Aの表面の前記散乱層の表面に以下のような散乱効果を高 めるための表面層を形成してもよい。

すなわち、 プローブの表面に、 そのプローブ材質、 つまり当該プ ラスチック材質より屈折率が高いサフアイャ、 シリ カまたはアルミ ナ等の光散乱粉、 ならびに前述のようにプローブ中に混入させるこ とも可能なカーボン等のレーザ光の吸収性粉を含有し、 かつ造膜の ためのバインダ一により表面層を形成するものである。

かかる光散乱粉により レーザ光の散乱を行わせ、 またレーザ光 L を吸収性粉 3に当てることによって当たつた大部分のレーザ光のェ ネルギーを光吸収性粉によって熱エネルギーに変換させるものであ る。

これによつて、 組織の蒸散割合が多くなり、 プローブへのレーザ 光の入射エネルギーが小さく とも、 切開を容易に行う ことができる。 したがって、 プローブ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、 プローブ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、 プローブの表面にたとえば塗布したと しても、 液 が蒸発した後は、 両粉がプローブ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一ブが組織と接触 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めることが できる。 この場合、 バインダーとしてはプラスチック粉や石英など のセラ ミ ツク粉等の光の透過性粉を用いるのが好ましい。 造膜に際 しては、 バイ ンダーとしてのプラスチック粉を溶融するか、 プロ一 プの融点より高いセラ ミ ック粉を用いる場合にはプローブ表面を溶 融することで可能である。

さらに、 プローブ表面に凹凸を形成する、 またはこの凹凸表面に 対して前記表面層を形成することも、 その凹凸部分でレーザ光が散 乱するので、 レーザ光の均一照射により効果的である。 ひつような らば、 前記コア 2 0 Aに凹凸を形成し、 かつその凹凸面に前記の散 乱層を形成してもよい。

ところで、 前記各例において、 光ファイバ一の先端をそれぞれブ ローブ中に埋設してある。 本発明において、 第 8図例のように、 コ ァ表面に散乱層を形成する場合を除いて、 プローブの後端面と離間 して光フアイバーの先端面を位置させることもできるが、 この場合 には、 光フアイバーの先端面とプローブの後端面との間に塵埃など の不純物が介在したり、 それらの面に付着して、 プローブの後端面 が発熱したり、 レーザ光の入射パワーを低下させる要因ともなる。 したがって、 プローブ中に光フアイバーの先端部を埋設させるのが 好ましい。 産業上の利用可能性

以上の通り、 本発明によれば、 組織に対して均一にレーザ光を照 射できるとともに、 設備費の大幅な低減を達成でき、 さらに透過体 の形状を種々に設計でき、 しかも温度検出導線を設ける場合におい てその S2設位置の自由性が高くなるなどの利点がもたらされる。

Claims

請求の範囲

1 . レーザ光の透過体と、 この透過体に対してレーザ光を入射す るレーザ光の伝播体とを備え、 前記透過体はレーザ光を散乱させる 散乱性粉を含有しかつレーザ光が透過可能なプラスチック材料から なることを特徴とするレーザ光の照射装置。

2 . レーザ光の伝播体は光ファイバ一からなり、 そのコア先端部 が前記透過体内に埋設されている請求項 1記載の装置。

3 . 前記コアの埋設部分の表面にレーザ光の拡散層が形成されて いる請求項 2記載の装置。

4 . 拡散層は耐熱セラ ミ ックの粉体がコア表面に完全に溶融して おらず実質的に粉形状を保持した状態で層をなしているものである 請求項 3記載の装置。

5 . 透過体はホルダーの前方に包まれて保持され、 前記透過体の ホルダー保持面の少なく とも一部にレーザ光の反射性層が形成され ている請求項 1記載の装置。

6 . 反射層は金メ ッキ層からなる請求項 5記載の装置。

7 . レーザ光の透過体と、 この透過体に対してレーザ光を入射す るレーザ光の伝播体、 温度検出導線とを備え、 前記透過体はレーザ 光を散乱させる散乱性粉を含有しかつレーザ光が透過可能なプラス チック材料からなり、 前記温度検出導線は透過体を貫通する状態で 透過体前方に突出し、 かつ前記貫通部分はプラスチック材料に埋設 されていることを特徼とするレーザ光の照射装置。

8 . 温度検出導線の少なく とも貫通部分および透過体の前方突出 部分はレーザ光の反射材料により被覆されている請求項 7記載の装

9 . レーザ光の透過体表面に、 レーザ光の吸収性粉と、 前記透過 体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 または 7記載の装

S o

1 0 . レーザ光の透過体表面に凹凸が形成されている請求項 1 、 7 または 9記載の装置。