JP2008167896A

JP2008167896A - 医療用レーザ装置

Info

Publication number: JP2008167896A
Application number: JP2007003101A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuura; 祐司松浦; Katsumasa Iwai; 克全岩井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】高い止血効果と鋭く良好な切開面の両者を同時に実現する医療用レーザ装置を提供する．
【解決手段】生体組織への吸収が高いために主に切開に有効な波長２．７〜３．０μｍの第１のレーザと，第１のレーザとは波長が異なり，生体組織に対してやや低い吸収を示すために止血に有効な第２のレーザを備えたレーザ装置において，それぞれのレーザ光のパルスのタイミング，間隔，および形状をそれぞれ独立に制御して同一の光学軸上に発生させる．
【選択図】図１

Description

本発明は，医療用レーザ装置に関するものであり，特に外科手術に使用するレーザ装置に関するものである．

これまで，レーザ光を用いて生体組織の切開，蒸散，および止血などを行う各種の医療用レーザ装置が考案されている．これらの装置をさまざまな治療に適用する際，生体組織における光の吸収係数がレーザ光の波長により大きく異なるため，治療の目的や対象に応じて適切な波長を選択する必要がある．たとえば，軟組織の切開を行う場合は生体組織に多く含まれる水分に強く吸収される波長２．７〜３．０μｍのレーザ光を用いると，周囲組織への損傷がない，いわゆる切れ味がよい切開が可能である．しかし，吸収の大きいレーザを用いて切れ味のよい切開を行うと凝固層が形成されず止血効果が低いために別の止血手段が必要となってしまう．

一方，止血を行うためには水分への吸収があまり大きくない波長１〜２μｍ程度のレーザ光を用いる．これは吸収が小さいレーザ光を組織に照射した場合に，レーザ光が組織内部へ深く浸透し照射部周囲の毛細血管を封止した凝固層が形成されるためである．だが，吸収の小さいレーザで切開を行うと周囲組織への損傷が大きい切開となる．これらの問題点を解決する手段として，１台で異なる波長のレーザ光を照射可能な医療用レーザ装置が考案されている．
特開２００２−１２５９８２号公報

これまで提案されている１台で異なる波長のレーザ光を照射可能な医療用レーザ装置は，複数の波長の異なるレーザ光を同時に発生するものであり，パルス状のレーザ光であれば，複数の波長のレーザパルスが同期して同時に患部へ照射される．このようなレーザ装置を用いて生体組織の切開を行うと，吸収の小さいレーザで凝固層が形成されても，同時に照射される吸収の高いレーザ光が凝固層も蒸散させてしまうために，十分に高い止血効果を得ることができない．

本発明は、上記課題を解決するために，発振波長が２．７〜３．０μｍの第１のレーザと，第１のレーザとは異なる波長で発振する第２のレーザを備えた医療用レーザ装置であって，第１のレーザと第２のレーザのパルス間に時間ずれを生じさせることを特徴とする医療用レーザ装置を提供する．

また，発振波長が２．７〜３．０μｍの第１のレーザと，第１のレーザとは異なる波長で発振する第２のレーザを備えた医療用レーザ装置であって，第１のレーザと第２のレーザのパルス繰返し周波数が異なることを特徴とする医療用レーザ装置であっても良い．

また，波長２．７〜３．０μｍでパルス発振する第１のレーザと，第１のレーザとは異なる波長で発振する第２のレーザを備えた医療用レーザ装置であって，第２のレーザが連続波であることを特徴とする医療用レーザ装置であっても良い．

上記の３つの構成の何れかの医療用レーザ装置であって，第１のレーザと第２のレーザを伝送するための単一の中空光ファイバを備え，上記中空光ファイバには第１のレーザと第２のレーザの両方の波長において損失が低減されるような内装誘電体膜が形成されていることを特徴とするものであっても良い．

上記の３つの構成の何れかの医療用レーザ装置であって，可視エイミング光源を備えたことを特徴とするものであっても良い．

可視エイミング光源を備えたことを特徴とする上記の３つの構成の何れかの医療用レーザ装置であって，第１のレーザ，第２のレーザ，および可視エイミング光を伝送するための単一の中空光ファイバを備え，上記中空光ファイバには第１のレーザ，第２のレーザ，および可視エイミング光源のすべての波長において損失が低減されるような内装誘電体膜が形成されていることを特徴とする医療用レーザ装置であってもよい．

本発明の医療用レーザ装置は，複数の波長のレーザ光照射が可能であり，かつそれらのレーザ光のパルス形状や間隔をそれぞれ独立して制御することにより，高い止血効果と鋭く良好な切開面の両者を同時に実現できるという利点がある．

以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する．図1は，本発明の実施の形態を示す医療用レーザ装置の構成図である．本装置は波長２．７〜３．０μｍのレーザ共振器1を有しており，この共振器のレーザ媒質としては波長２．９４μｍで発振するＥｒ：ＹＡＧ，２．８μｍのＥｒ：ＹＬＦ，２．７９μｍのＥｒ：ＹＳＧＧなどが代表的なものとしてあげられる．また本装置は，止血効果の高いレーザ共振器2を有しており，このレーザ媒質としては，波長２．０８μｍのＨｏ：ＹＡＧ（ＣＴＨ：ＹＡＧと呼ばれることもある），１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧなどが代表的なものである．

レーザ共振器1には励起用光源3が，レーザ共振器2には励起用光源4が取り付けられており，それらを駆動するための電源5および6を具備している．これらの電源5および6は外部パルス入力に同期して電圧パルスを発生するものであり，そのためのパルス発生器7を有している．パルス発生器からの出力は，レーザ共振器1を駆動する電源５には直接接続されている一方，レーザ共振器2を駆動する電源6にはパルス遅延装置8を介して接続されている．

レーザ共振器1からの出力光はビームスプリッタ9を通過した後，レーザ共振器2からの出力光は反射鏡10およびビームスプリッタ9で反射された後，レンズ11で集光することにより光ファイバ12に入射する．光ファイバ12は第１のレーザおよび第２のレーザの両方の波長の光を高効率に伝送できるものであり，中空光ファイバが好適である．光ファイバ12として中空光ファイバを用いる場合には，内径が０．２〜１．０ｍｍ程度とすることにより高い可撓性が得られ，長さを０．８〜２．５ｍとすることにより高い操作性と適度なレーザ出力を得ることが可能である．

図２は本レーザ装置から発生するレーザパルス出力の時間的変化を示したものである．切開に有効な第１のレーザの光出力13と止血に有効な第２のレーザの光出力14の間には，パルス遅延装置8により与えられるパルス時間ずれが存在している．両方のレーザ出力が完全に同時に照射されると，第２のレーザの照射により形成された凝固層が，同時に照射される第１のレーザによって蒸散されてしまい，止血効果が小さくなってしまうが，図２に示すようなパルス遅延の設定をすることにより，第１のレーザによって切開を行った直後に第２のレーザによる止血を行うことが可能となる．

第１のレーザおよび第２のレーザから発生する光パルスの繰返し周波数は３〜２０Ｈｚ程度が好適であるが，さらに高い周波数であってもよい．また第１のレーザのパルス幅は２００〜３００μｓｅｃ程度が高い切開能力を示すのに対し，第２のレーザのパルス幅は２５０〜１０００μｓｅｃ程度と長い方が高い止血効果が得られる．第１のレーザおよび第２のレーザのレーザ出力については，本レーザ装置を適用する対象および目的に応じて，最適なものとなるようにそれぞれ独立して設定することが好ましい．

図３は本レーザ装置から発生するレーザパルス出力の時間的変化の一例を示したものであり，切開に有効なレーザ１の光出力13と止血に有効なレーザ２の光出力14のパルス繰返し周波数が異なっている．この設定により，時間的に緩やかに形成される凝固層を光出力14により効果的に形成しながら，光出力13により切開を行うことが可能である．光出力13の繰返し周波数は３〜１０Ｈｚ程度であるのに対し，光出力14の繰返し周波数は５〜２０Ｈｚ程度と高くなっていることが望ましい．この場合は，第１のレーザと第２のレーザのパルスのタイミングは同期している必要はないために，第１のレーザおよび第２のレーザが独立したパルス発生源により駆動されていても良い．

図４は本レーザ装置から発生するレーザ光出力の時間的変化の一例を示したものであり，切開に有効な第１のレーザの光出力13がパルス状であるのに対し，止血に有効な第２のレーザの光出力14は連続波となっている．この設定により，光出力14により連続的に凝固層を形成しながら，パルス状の光出力13により効果的に切開を行うことが可能である．この場合も第１のレーザおよび第２のレーザが独立に駆動されていても良い．また，第２のレーザとしては近赤外光や可視光を発生する半導体レーザや，波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザなどが使用できる．

第１のレーザおよび第２のレーザの両方を伝送する光ファイバ12はその両方の波長において高い伝送効率を持ち，かつレーザ手術に適応できるように高い可撓性と耐久性を有している必要がある．ガラスもしくはプラスチックで構成されたチューブの内面に，金属薄膜と誘電体薄膜が形成された中空光ファイバが光ファイバ12として好適であるが，その誘電体の膜厚を適当に設計することにより，複数の波長において低損失となるようにすることができる．

図５は，波長２．８〜３．０μｍのレーザ１と，波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの両方において低損失となるように，内装する誘電体の膜厚を設計し製作された中空光ファイバの損失スペクトルである．内装誘電体としてはポリマーが使用されており，ポリマー膜の厚さを０．２５〜０．３５μｍの間で微調整することが必要である．また使用するポリマーは第１のレーザおよび第２のレーザの両方の波長において吸収が小さい材料であることが好ましい．

本発明の医療用レーザ装置においては，切開に効果を発揮する第１のレーザと止血に効果的な第２のレーザのほかに，不可視な赤外レーザ光が照射されている部分を目視するための可視エイミング光を発生する光源を具備していることが好ましい．エイミング光源としては，半導体レーザ，発光ダイオードなどが適している．

可視エイミング光源は，第１のレーザおよび第２のレーザと光軸が同一となるように反射鏡などを配置して，光ファイバ12に入射させる．光ファイバ12は第１のレーザおよび第２のレーザの波長のほかにも，可視エイミング光の波長においても高い伝送効率を示すことが必要であり，光ファイバ12として中空光ファイバを用いる場合には，可視エイミング光に対しても低損失となるように誘電体膜厚を設定する必要がある．図５に損失スペクトルを示す中空光ファイバは波長０．６μｍの赤色レーザダイオードもしくはヘリウムネオンレーザの波長においても低損失となるように設計・製作されており，このような損失スペクトルを呈する中空光ファイバは可視エイミング光源を具備する医療用レーザ装置のための伝送路として好適である．

本発明の実施の形態を示す医療用レーザ装置の構成図である．本レーザ装置から発生するレーザパルス出力の時間的変化を示した説明図である．本レーザ装置から発生するレーザパルス出力の時間的変化を示した説明図である．本レーザ装置から発生するレーザパルス出力の時間的変化を示した説明図である．本レーザ装置の構成の一部である中空光ファイバの損失スペクトルを示した説明図である．

符号の説明

１レーザ共振器
２レーザ共振器
３励起用光源
４励起用光源
５励起光源駆動用電源
６励起光源駆動用電源
７パルス発生器
８パルス遅延装置

９ビームスプリッタ
１０反射鏡

１１レンズ
１２光ファイバ
１３レーザ共振器１の光出力
１４レーザ共振器２の光出力

Claims

発振波長が２．７〜３．０μｍの第１のレーザと，第１のレーザとは異なる波長で発振する第２のレーザを備えた医療用レーザ装置であって，第１のレーザと第２のレーザのパルス間に時間ずれを生じさせることを特徴とする医療用レーザ装置．
発振波長が２．７〜３．０μｍの第１のレーザと，第１のレーザとは異なる波長で発振する第２のレーザを備えた医療用レーザ装置であって，第１のレーザと第２のレーザのパルス繰返し周波数が異なることを特徴とする医療用レーザ装置．
波長２．７〜３．０μｍでパルス発振する第１のレーザと，第１のレーザとは異なる波長で発振する第２のレーザを備えた医療用レーザ装置であって，第２のレーザが連続波であることを特徴とする医療用レーザ装置．
請求項１〜３の何れかに記載の医療用レーザ装置であって，第１のレーザと第２のレーザを伝送するための単一の中空光ファイバを備え，上記中空光ファイバには第１のレーザと第２のレーザの両方の波長において損失が低減されるような内装誘電体膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の医療用レーザ装置．
請求項１〜３の何れかに記載の医療用レーザ装置であって，可視エイミング光源を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の医療用レーザ装置．
請求項５に記載の医療用レーザ装置であって，第１のレーザ，第２のレーザ，および可視エイミング光を伝送するための単一の中空光ファイバを備え，上記中空光ファイバには第１のレーザ，第２のレーザ，および可視エイミング光源のすべての波長において損失が低減されるような内装誘電体膜が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の医療用レーザ装置．