レーザ光照射装置
【課題】単な構成で、血管拡張作用の高い波長の光を病巣部である皮下の治療目的部位に対して照射することができるレーザ照射装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ部１１０内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、光ファイバ部１１０内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体３００ａ〜３００ｅを有し、複数の分散体３００ａ〜３００ｅが配列された部分の光ファイバ１１０の側面を光照射口１１４として用いる。
【解決手段】光ファイバ部１１０内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、光ファイバ部１１０内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体３００ａ〜３００ｅを有し、複数の分散体３００ａ〜３００ｅが配列された部分の光ファイバ１１０の側面を光照射口１１４として用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を生体表面に向かって照射するレーザ光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ペインクリニックおよび整形外科の領域において低反応レベルレーザ治療器および直線偏光赤外線治療器などの光線療法機器が用いられている。たとえば、レーザ光を治療目的部位に照射する装置（特許文献１）、および単色光を治療目的部位に照射する装置（特許文献２）などの光線療法機器が提案されている。
【０００３】
一般に、これらの光線療法機器は、生体表面上から光を照射することにより、「こり」および「痛み」を緩和するものである。このような光線療法機器を用いた光線治療の作用としては、一般的に神経伝達遮断作用が知られているが、さらに、近年では、循環改善による痛み関連物質（ブラジキニン、ヒスタミン、およびプロスタグランジンなど）および疲労関連物質（乳酸など）の拡散除去作用も重要視されている。特に、光の照射によって循環改善が生じる機構として、光に起因する血管平滑筋の直接的な弛緩効果が着目されている。また、光による血管平滑筋の弛緩に一酸化窒素（ＮＯ）の産生が関与していることも明らかにされてきている。
【０００４】
このような血管拡張による循環改善は、照射する光の波長帯に依存すると考えられている。一般の光線療法機器では、波長８１０〜８３０ｎｍのレーザ光または波長６００ｎｍ〜１６００ｎｍ（ピーク波長１０００ｎｍ）の直線偏光近赤外線が用いられてきた。しかしながら、いくつかの研究によれば、血管拡張による循環改善作用は、短波長側でより大きいことが報告されている。特に、特許文献１〜３によれば、可視波長域５３２ｎｍ前後の光が血管を強く弛緩させる旨が報告されている。
【０００５】
このように、短波長領域の光を使った新しい光線療法機器は十分な効果が期待されるが、短波長であるがゆえに光の組織深達性（生体組織内での光の透過性）が低いという問題がある。このような組織深達性が低い光を皮下にある病巣まで十分に到達させようとすると、比較的高い出力エネルギーの光を照射せねばならず、生体表面表層部を損傷させてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、この問題を解決するために、複数のレーザ光、レンズ、および反射鏡を組合せ、あるいはレーザ光を回転移動させつつ照射することによって、生体表面照射面のエネルギーを分散させて生体表面に損傷を与えないようにしつつ、皮下に集光させる技術が提案されている（特許文献３〜５）。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献３〜５に記載の光照射技術によれば、複数の光学部品、または駆動機構が必要となり、装置構成が複雑になってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１８７１５７号公報
【特許文献２】特開２００１−２１２２５０号公報
【特許文献３】特開２００４−３２９４７３号公報
【特許文献４】特開２００４−３２９４７４号公報
【特許文献５】特開２００４−３２９４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、レンズや反射鏡、および駆動機構を使わない簡単な構成で、血管拡張作用の高い波長の光を病巣部である皮下の治療目的部位に対して照射することができるレーザ照射装置を提供することである。
【０００９】
特に、本発明は、簡単な構成で、生体表面を障害させることなく皮下の治療目的部位に十分な光を供給することができ、さらに、皮下内部を適度に温めることができるレーザ照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１１】
本発明のレーザ光照射装置は、生体に対してレーザ光を照射するレーザ光照射装置であって、硬質性の光ファイバを備えるプローブと、前記光ファイバ内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、光ファイバ内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体と、を有し、前記複数の分散体が配列された部分の前記光ファイバの側面を光照射口として用いて、当該光照射口を生体表面に接触させた状態で、各分散体によって分散されて前記光照射口から放射される各レーザ光が皮下で重ね合わされて強められることを特徴とする。
【００１２】
上記の各分散体は、レーザ光を散乱させるものであり、各分散体によって散乱された各レーザ光の位相が互いに揃う箇所でレーザ光が強められる。
【００１３】
上記の各分散体は、レーザ光を１点に集めるように反射させるものである。
【００１４】
上記のレーザ光照射装置は、さらに、前記照射口の周辺に設けられた接触センサと、前記接触センサが接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射されるように制御する制御部と、を有する。
【００１５】
上記のレーザ光は、光効果および温熱効果により、皮下の循環改善、細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光照射装置によれば、レンズや鏡を使わずに、レーザ光を光ファイバ内に配列された分散体で分散させるので、簡単な構成で、血管拡張作用の高い波長の光を病巣部である皮下の治療目的部位に対して照射することができる。特に、簡単な構成で、生体表面を障害させることなく皮下の治療目的部位に十分な光を供給することができ、さらに、皮下内部を適度に温めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。本実施の形態の光照射装置は、光ファイバ部自体を加工して光ファイバ部内に複数の分散体を形成し、これら複数の分散体で分散させた各レーザ光を側面から放射するように構成される。以下、図面を参照しつつ、本実施の形態の光照射装置を説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態の光照射装置の概略構成について説明する図である。
【００１９】
本実施の形態の光照射装置１は、光ファイバ部１１０を備えるプローブ１００と、光ファイバ部１１０内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体３００ａ〜３００ｅ（以下、分散体３００と総称する）と、を有する。複数の分散体３００は、光ファイバ部１１０内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、各分散体３００によって分散されたレーザ光が皮下で重ね合わされる。
【００２０】
図１に示されるとおり、光照射装置１は、プローブ１００と、プローブ１００が接続される制御部２００とを有する。制御部２００は、光照射装置１の制御を行うものである。たとえば、制御部２００には、光の照射条件を設定し、照射の開始を指示するための操作部２０２と、種々の表示を行う表示パネル２０４とが設けられている。
【００２１】
一方、プローブ１００は、レーザ光を照射するものであり、光ファイバ部１１０と、その光ファイバ部１１０が取り付けられる基体部１２０と、プローブ１００の生体表面接触面に設けられる接触センサ（タッチセンサ）１３０とを有する。
【００２２】
基体部１２０内には、光ファイバ部１１０へレーザ光を供給するためのレーザ光源１２１が設けられている。レーザ光源１２１で発生したレーザ光は、図示していない光学系に導かれて光ファイバ部１１０に供給される。
【００２３】
レーザ光源１２１で発生するレーザ光は、好ましくは、可視光または紫外線であり、より好ましくは、レーザ光の波長は、波長４５０〜６５０ｎｍである。このような波長領域のレーザ光を用いることによって、後述する光効果および温熱効果が発揮しやすくなる。レーザ光源１２１としては、たとえば、半導体レーザ素子やＮｄドープＹＶＯ４結晶などの固体レーザ素子を用いることができる。なお、本実施の形態と異なり、レーザ光源１２１を基体部１２０の外部、たとえば制御部２００内に配置する構成を採用してもよい。
【００２４】
以上のようにレーザ光が進行する光ファイバ部１１０は硬質性の光ファイバであり、たとえば、ＳｉＯ２（石英ガラス）系光ファイバまたはプラスチック光ファイバを用いて構成される。光ファイバ部１１０は、たとえば、中心軸に位置してレーザ光が通過するコア１１１と、それを取り囲むクラッド１１２と、を含む二層構造で成り立っている。さらに、クラッド１１２の外側には、被覆部１１３が設けられている。たとえば、被覆部１１３は、一般的な光ファイバの場合と同様に、光ファイバ部の強度を高めるための１次被覆と、取扱性を高めるための２次被覆とからなる。また、被覆部１１３の外側にさらに筐体（不図示）が設けられていてもよい。
【００２５】
本実施の形態では、コア１１１および／またはクラッド１１２において、軸方向に沿って一定の間隔で形成された複数の分散体３００、すなわち、分散体３００ａ，３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、および３００ｅを有する。なお、図１では、例示的かつ模式的に、５つの分散体３００が示されている。
【００２６】
複数の分散体３００は、光ファイバ部１１０のコア１１１内を進むレーザ光を分散させつつ、透過させるものである。すなわち、各分散体３００をレーザ光が通過するたびに、このレーザ光の一部分が分散し、レーザ光の他部分が通過する。本実施の形態では、分散体３００は、レーザ光を散乱させる散乱体である。複数の分散体３００は、光ファイバ部１１０の通常の部分（分散体以外の他の部分）に比べて屈折率が変化しているものであればよく、たとえば、溝部、凸部、グレーティング（格子）、傷部、または切り込み部で構成される。これらの複数の分散体３００は、半導体微細加工技術などを用いて、クラッド１１２を加工することによって得られる。また、分散体３００の形成のためには、必要に応じて、コア１１１も加工される。
【００２７】
たとえば、複数の分散体３００として溝部を採用する場合には、以下のような方法により溝部を形成することができる。まず、治具を用いて光ファイバ部１１１を位置決め固定した上で、光ファイバ部１１１の表面をフォトレジスト層で被覆する。次いで、フォトリソグラフィーを用いて、光ファイバ部１１１の軸方向に沿って配列される複数の開口をフォトレジスト層に形成する。そして、複数の開口が形成されたフォトレジスト層をマスクとして用いて、ドライエッチングすることで、開口に対応した部分の光ファイバ部１１１が選択的にエッチングされる。この結果、図１に示されるように、軸方向に沿って一定の間隔で配列された複数の分散体３００として機能する複数の溝部を形成することができる。特に、このような方法で複数の分散体３００を形成する場合には、図１に示されるとおり、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００を設けることができる（図１では、上方向に偏っている）。このように、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００を形成することによって、対象部位である生体表面側に散乱される光を増やすことが可能となる。
【００２８】
また、光ファイバを用いたブラッグ回折格子を製造する際に用いられている方法を用いて、分散体３００を形成することもできる。この場合、たとえば、ＳｉＯ２系光ファイバ部１１０のコア１１１またはクラッド１１２に予め感光性成分としてＧｅＯ２（酸化ゲルマニウム）などを添加しておき、これに例えば紫外光など所定波長の光を照射させて、その光エネルギー強度分布などに応じた屈折率変化パターンを形成してもよい。このような方法を用いて製造されたグレーティング（回折格子）を分散体３００として用いることもできる。この場合も、紫外光などの光を照射する箇所および／または方向を制御することによって、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００を形成したり、中心軸に対して分散体３００の面（反射面）を傾けて形成したりすることもできる。
【００２９】
このような分散体３００間の間隔ｄは、治療目的部位で光の位相が一致して強め合うように決定されている。図２は、複数の分散体によって分散されたレーザ光が皮下の集光点で強め合う作用を説明するための図である。図２（ａ）は、光ファイバ部１１０内を進行中の光が、光ファイバ部に形成された溝によって、部分的に散乱される状態を示している。また、図２（ｂ）では、分散されたレーザ光が皮下の集光点で強め合う作用を説明するための図である。ここでは、説明の簡略化のため、２つの分散体３００ａ，３００ｂがある場合について説明する。
【００３０】
図２（ｂ）中において、集光点をＡとし、集光点Ａから光ファイバ部１１０（より正確には、分散体３００を含む面）に直角に下ろした点（集光点Ａの光ファイバ１１０への投影点）をＢとする。また、図２（ｂ）中において、隣接する分散体３００ａ，３００ｂ間の間隔をｄとし、光ファイバ部１１０（より正確には、分散体３００を含む面）から集光点Ａまでの距離をｈとし、分散体３００ａと上記の投影点Ｂとの間において光ファイバ１１０の軸方向に沿った距離をｘとし、分散体３００ａおよび３００ｂから集光点Ａまでの距離をそれぞれＲおよびＲ’とする。
【００３１】
図２（ｂ）に示される場合、分散した光が集光点Ａで強めあうようにするためには、以下の式（１）の関係を満たすように、隣接する分散体３００間の間隔ｄが決定されることが可能である。すなわち、分散した光が集光点Ａで強めあうようにするためには、隣接する分散体３００ａ，３００ｂを経由して集光点Ａに至るまでの光路差が波長の整数倍となればよい。この結果、光ファイバ部１１０から距離ｈの地点で位相が一致して、レーザ光を強めあうことができる。ここで、λは波長であり、ｎは、正の整数である。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここで、図２（ｂ）から、以下の式（２）および式（３）が成り立つ。
【００３４】
【数２】
【００３５】
したがって、式（２）および式（３）を上記の式（1）に代入することによって、以下の式（４）が得られる。
【００３６】
【数３】
【００３７】
そして、式（４）を変形することによって、式（５）が得られる。
【００３８】
【数４】
【００３９】
したがって、上記式（５）が成立するような間隔ｄを持った複数の分散体３００を形成することによって、光ファイバ部１１０からの距離がｈの集光点Ａにおいて位相が一致して、光が強め合うように構成することができる。
【００４０】
なお、光ファイバ部１１０内でのレーザ光の進行につれて光が散乱されるため、先端に向かって光ファイバ部１１０が細くなるように構成することもできる。
【００４１】
以上のように、複数の分散体３００について説明したが、複数の分散体３００が設けられている部分では、図１に示されるとおり、光ファイバ部１１０の側面の被覆部１１３が取り除かれており、光照射口１１４を形成している。また、光照射口１１４の部分では、被覆部１１３が取り除かれるのみならず、分散されたレーザ光が外部へ照射されやすくするために、光ファイバ部１１０のクラッド１１２が平面形状などに加工されていてもよい。
【００４２】
また、図１に示されるとおり、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００が形成されている場合には、当該中心軸を基準として当該分散体３００の反対側（図１中の下側）における側面の被腹部１１３が取り除かれて光照射口１１４が形成されることが望ましい。なお、図１に示されるとおり、光照射口１１４は、光ファイバ部１１０の軸方向に沿って、複数の分散体３００が配置されている配置範囲と重複する範囲、または当該配置範囲よりも光ファイバ部１１０の端部側にずれた範囲に形成することができる。
【００４３】
また、上記の光照射口１１４の周辺には、上述した接触センサ（タッチセンサ）１３０が設けられている。接触センサ１３０の構成自体は、従来の接触センサと同様であるので、詳しい説明を省略する。接触センサ１３０は、接触を感知するセンサであり、接触の感知結果は、不図示の信号線を介して上記制御部２００へ入力される。この結果、制御部２００は、接触センサ１３０が接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射される一方、利用者から照射が指示されている場合であっても、接触センサ１３０が接触を感知していない場合には、照射しないように制御できる。
【００４４】
以上のように構成される本実施の形態の光照射装置１は、以下のように処理を実行する。
【００４５】
まず、光ファイバ部１１０の側面の光照射口１１４が生体表面に接触されている状態で、操作部利用者によって照射開示の指示がなされる。
【００４６】
制御部２００は、接触センサ１３０が生体との接触を感知しているか否かを判断し、接触センサ１３０が生体との接触を感知している場合に限って、光源１２１からレーザ光を出力させる。
【００４７】
出力されたレーザ光は、光ファイバ部１１０内のコア１１１内を進行し、各分散体３００において、一部は、生体表面側に分岐しつつ、残りは透過する。複数の分散体３００によって生体方向に向かって散乱されたレーザは、光照射口１１４からそれぞれ放射される。そして、光照射口１１４から放射された各レーザ光は、皮下の集光点Ａにおいて重ね合わされて強められる。
【００４８】
したがって、このように供給されたレーザ光を複数の分散体３００によって複数にレーザ光を分岐して照射し、分岐したレーザ光を再び皮下の集光点Ａで集めることによって、生体表面に損傷を与えないようにしつつ、皮下に集光させることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態の光照射装置１は、皮下深部の病巣を目的部位とする場合に好適に用いられる。特に、熱によって間接的に引き起こされるのではなく特定の波長の光による直接的な効果（光効果）によって、皮下の循環改善を行うことができる。具体的には、筋・筋膜性の腰痛、肩こり、狭心症、裾創、閉塞性動脈硬化症（ａｒｔｅｒｉｏｓｃｌｅｒｏｔｉｃ ｏｂｌｉｔｅｒａｎｓ：ＡＳＯ）、閉塞性動脈炎（パージャー病 ｔｈｒｏｍｂｏａｎｇｉｔｉｓ ｏｂｌｉｔｅｒａｎｓ：ＴＡＯ）、糖尿病性動脈閉塞などの循環不全を伴う幅広い疾病に有用である。さらに、温熱効果によって、皮下深部の細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことができる。
【００５０】
以上のように説明した本実施の形態の光照射装置１によれば、光ファイバ部１１０内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており光ファイバ部１１０内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体３００を有し、複数の分散体３００が配列された部分の前記光ファイバの側面を光照射口１１４として用いて、光照射口１１４を生体表面に接触させた状態で、各分散体によって分散されて前記光照射口１１４から放射される各レーザ光が皮下で重ね合わされて強められる。したがって、レンズや反射鏡、および駆動機構を使わない簡単な構成で、血管拡張作用の高い波長の光を病巣部である皮下深部の目的部位に対して照射することができる。特に、簡単な構成で、生体表面を障害させることなく皮下の目的部位に十分な光を供給することができ、さらに、皮下内部を適度に温めることができる。
【００５１】
また、本実施の形態の光照射装置１によれば、各分散体３００は、図２（ａ）に示されるようにレーザ光を散乱させるものであり、各分散体３００によって散乱された各レーザ光の位相が互いに揃う箇所でレーザ光が強めることができる。
【００５２】
さらに、照射口１１４の周辺に設けられた接触センサ１３０が設けられており、接触センサ１３０が接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射されるように制御する制御部２００を有するので、照射口１１４が生体表面から離れている場合にレーザ光が照射されることを防止し、本装置の取扱者および患者がレーザ光を直視することが防止でき、この点においても安全性を高めることができる。
【００５３】
また、本実施の形態の照射装置１によれば、光効果および温熱効果により、皮下の循環改善、細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことができる波長領域のレーザ光を用いるので、筋・筋膜性の腰痛、肩こり、狭心症、裾創、閉塞性動脈硬化症、閉塞性動脈炎、糖尿病性動脈閉塞などの循環不全を伴う幅広い疾病に有用であるのみならず、さらに、温熱効果によって、皮下深部の細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態の光照射装置１について説明したが、本発明は、この場合に限られるものではない。たとえば、レーザ光を図２（ａ）に示されるように放射状に散乱させ、光の干渉効果を利用して光を強め合わせる代わりに、光ファイバ部１１０内を進むレーザ光の一部を反射させつつ残りの部分を透過させる小型ハーフミラー部として機能する分散体を光ファイバ部１１０内に構成してもよい。これらハーフミラー部は、各レーザ光を１点に集めるように反射させることにより、光を強め合わせる。この場合、製造プロセス時に、ドライエッチングの方向性や紫外線の照射角度を調節することによって、各ハーフ反射体の反射面の角度を設定する手間が増えるが、四方八方に分散させる場合に比べて、エネルギーの利用効率は高まり、皮下深部へエネルギーを届けやすいメリットがある。また、この場合も、光ファイバ部１１０自体を加工して、ハーフミラー部が構成することができるので、別途、反射鏡などを用意する必要がなくなる。
【００５５】
なお、本発明は、生体の皮膚からレーザ光を照射する場合のみならず、光ファイバ部１１０を生体内に挿入して、レーザ光を照射する場合にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の好適な実施の形態における光照射装置の概略図である。
【図２】複数の分散体によって分散された２つのレーザ光が皮下の集光点で強め合う作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 光照射装置、
１００ プローブ、
１１０ 光ファイバ部、
１１１ コア、
１１２ クラッド、
１１３ 被覆部、
１１４ 光照射口、
１２０ 基体部、
１２１ レーザ光源、
１３０ 接触センサ、
２００ 制御部、
２０２ 操作部、
２０４ 表示パネル、
３００ａ〜３００ｅ 分散体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を生体表面に向かって照射するレーザ光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ペインクリニックおよび整形外科の領域において低反応レベルレーザ治療器および直線偏光赤外線治療器などの光線療法機器が用いられている。たとえば、レーザ光を治療目的部位に照射する装置（特許文献１）、および単色光を治療目的部位に照射する装置（特許文献２）などの光線療法機器が提案されている。
【０００３】
一般に、これらの光線療法機器は、生体表面上から光を照射することにより、「こり」および「痛み」を緩和するものである。このような光線療法機器を用いた光線治療の作用としては、一般的に神経伝達遮断作用が知られているが、さらに、近年では、循環改善による痛み関連物質（ブラジキニン、ヒスタミン、およびプロスタグランジンなど）および疲労関連物質（乳酸など）の拡散除去作用も重要視されている。特に、光の照射によって循環改善が生じる機構として、光に起因する血管平滑筋の直接的な弛緩効果が着目されている。また、光による血管平滑筋の弛緩に一酸化窒素（ＮＯ）の産生が関与していることも明らかにされてきている。
【０００４】
このような血管拡張による循環改善は、照射する光の波長帯に依存すると考えられている。一般の光線療法機器では、波長８１０〜８３０ｎｍのレーザ光または波長６００ｎｍ〜１６００ｎｍ（ピーク波長１０００ｎｍ）の直線偏光近赤外線が用いられてきた。しかしながら、いくつかの研究によれば、血管拡張による循環改善作用は、短波長側でより大きいことが報告されている。特に、特許文献１〜３によれば、可視波長域５３２ｎｍ前後の光が血管を強く弛緩させる旨が報告されている。
【０００５】
このように、短波長領域の光を使った新しい光線療法機器は十分な効果が期待されるが、短波長であるがゆえに光の組織深達性（生体組織内での光の透過性）が低いという問題がある。このような組織深達性が低い光を皮下にある病巣まで十分に到達させようとすると、比較的高い出力エネルギーの光を照射せねばならず、生体表面表層部を損傷させてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、この問題を解決するために、複数のレーザ光、レンズ、および反射鏡を組合せ、あるいはレーザ光を回転移動させつつ照射することによって、生体表面照射面のエネルギーを分散させて生体表面に損傷を与えないようにしつつ、皮下に集光させる技術が提案されている（特許文献３〜５）。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献３〜５に記載の光照射技術によれば、複数の光学部品、または駆動機構が必要となり、装置構成が複雑になってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１８７１５７号公報
【特許文献２】特開２００１−２１２２５０号公報
【特許文献３】特開２００４−３２９４７３号公報
【特許文献４】特開２００４−３２９４７４号公報
【特許文献５】特開２００４−３２９４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、レンズや反射鏡、および駆動機構を使わない簡単な構成で、血管拡張作用の高い波長の光を病巣部である皮下の治療目的部位に対して照射することができるレーザ照射装置を提供することである。
【０００９】
特に、本発明は、簡単な構成で、生体表面を障害させることなく皮下の治療目的部位に十分な光を供給することができ、さらに、皮下内部を適度に温めることができるレーザ照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１１】
本発明のレーザ光照射装置は、生体に対してレーザ光を照射するレーザ光照射装置であって、硬質性の光ファイバを備えるプローブと、前記光ファイバ内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、光ファイバ内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体と、を有し、前記複数の分散体が配列された部分の前記光ファイバの側面を光照射口として用いて、当該光照射口を生体表面に接触させた状態で、各分散体によって分散されて前記光照射口から放射される各レーザ光が皮下で重ね合わされて強められることを特徴とする。
【００１２】
上記の各分散体は、レーザ光を散乱させるものであり、各分散体によって散乱された各レーザ光の位相が互いに揃う箇所でレーザ光が強められる。
【００１３】
上記の各分散体は、レーザ光を１点に集めるように反射させるものである。
【００１４】
上記のレーザ光照射装置は、さらに、前記照射口の周辺に設けられた接触センサと、前記接触センサが接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射されるように制御する制御部と、を有する。
【００１５】
上記のレーザ光は、光効果および温熱効果により、皮下の循環改善、細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光照射装置によれば、レンズや鏡を使わずに、レーザ光を光ファイバ内に配列された分散体で分散させるので、簡単な構成で、血管拡張作用の高い波長の光を病巣部である皮下の治療目的部位に対して照射することができる。特に、簡単な構成で、生体表面を障害させることなく皮下の治療目的部位に十分な光を供給することができ、さらに、皮下内部を適度に温めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。本実施の形態の光照射装置は、光ファイバ部自体を加工して光ファイバ部内に複数の分散体を形成し、これら複数の分散体で分散させた各レーザ光を側面から放射するように構成される。以下、図面を参照しつつ、本実施の形態の光照射装置を説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態の光照射装置の概略構成について説明する図である。
【００１９】
本実施の形態の光照射装置１は、光ファイバ部１１０を備えるプローブ１００と、光ファイバ部１１０内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体３００ａ〜３００ｅ（以下、分散体３００と総称する）と、を有する。複数の分散体３００は、光ファイバ部１１０内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、各分散体３００によって分散されたレーザ光が皮下で重ね合わされる。
【００２０】
図１に示されるとおり、光照射装置１は、プローブ１００と、プローブ１００が接続される制御部２００とを有する。制御部２００は、光照射装置１の制御を行うものである。たとえば、制御部２００には、光の照射条件を設定し、照射の開始を指示するための操作部２０２と、種々の表示を行う表示パネル２０４とが設けられている。
【００２１】
一方、プローブ１００は、レーザ光を照射するものであり、光ファイバ部１１０と、その光ファイバ部１１０が取り付けられる基体部１２０と、プローブ１００の生体表面接触面に設けられる接触センサ（タッチセンサ）１３０とを有する。
【００２２】
基体部１２０内には、光ファイバ部１１０へレーザ光を供給するためのレーザ光源１２１が設けられている。レーザ光源１２１で発生したレーザ光は、図示していない光学系に導かれて光ファイバ部１１０に供給される。
【００２３】
レーザ光源１２１で発生するレーザ光は、好ましくは、可視光または紫外線であり、より好ましくは、レーザ光の波長は、波長４５０〜６５０ｎｍである。このような波長領域のレーザ光を用いることによって、後述する光効果および温熱効果が発揮しやすくなる。レーザ光源１２１としては、たとえば、半導体レーザ素子やＮｄドープＹＶＯ４結晶などの固体レーザ素子を用いることができる。なお、本実施の形態と異なり、レーザ光源１２１を基体部１２０の外部、たとえば制御部２００内に配置する構成を採用してもよい。
【００２４】
以上のようにレーザ光が進行する光ファイバ部１１０は硬質性の光ファイバであり、たとえば、ＳｉＯ２（石英ガラス）系光ファイバまたはプラスチック光ファイバを用いて構成される。光ファイバ部１１０は、たとえば、中心軸に位置してレーザ光が通過するコア１１１と、それを取り囲むクラッド１１２と、を含む二層構造で成り立っている。さらに、クラッド１１２の外側には、被覆部１１３が設けられている。たとえば、被覆部１１３は、一般的な光ファイバの場合と同様に、光ファイバ部の強度を高めるための１次被覆と、取扱性を高めるための２次被覆とからなる。また、被覆部１１３の外側にさらに筐体（不図示）が設けられていてもよい。
【００２５】
本実施の形態では、コア１１１および／またはクラッド１１２において、軸方向に沿って一定の間隔で形成された複数の分散体３００、すなわち、分散体３００ａ，３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、および３００ｅを有する。なお、図１では、例示的かつ模式的に、５つの分散体３００が示されている。
【００２６】
複数の分散体３００は、光ファイバ部１１０のコア１１１内を進むレーザ光を分散させつつ、透過させるものである。すなわち、各分散体３００をレーザ光が通過するたびに、このレーザ光の一部分が分散し、レーザ光の他部分が通過する。本実施の形態では、分散体３００は、レーザ光を散乱させる散乱体である。複数の分散体３００は、光ファイバ部１１０の通常の部分（分散体以外の他の部分）に比べて屈折率が変化しているものであればよく、たとえば、溝部、凸部、グレーティング（格子）、傷部、または切り込み部で構成される。これらの複数の分散体３００は、半導体微細加工技術などを用いて、クラッド１１２を加工することによって得られる。また、分散体３００の形成のためには、必要に応じて、コア１１１も加工される。
【００２７】
たとえば、複数の分散体３００として溝部を採用する場合には、以下のような方法により溝部を形成することができる。まず、治具を用いて光ファイバ部１１１を位置決め固定した上で、光ファイバ部１１１の表面をフォトレジスト層で被覆する。次いで、フォトリソグラフィーを用いて、光ファイバ部１１１の軸方向に沿って配列される複数の開口をフォトレジスト層に形成する。そして、複数の開口が形成されたフォトレジスト層をマスクとして用いて、ドライエッチングすることで、開口に対応した部分の光ファイバ部１１１が選択的にエッチングされる。この結果、図１に示されるように、軸方向に沿って一定の間隔で配列された複数の分散体３００として機能する複数の溝部を形成することができる。特に、このような方法で複数の分散体３００を形成する場合には、図１に示されるとおり、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００を設けることができる（図１では、上方向に偏っている）。このように、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００を形成することによって、対象部位である生体表面側に散乱される光を増やすことが可能となる。
【００２８】
また、光ファイバを用いたブラッグ回折格子を製造する際に用いられている方法を用いて、分散体３００を形成することもできる。この場合、たとえば、ＳｉＯ２系光ファイバ部１１０のコア１１１またはクラッド１１２に予め感光性成分としてＧｅＯ２（酸化ゲルマニウム）などを添加しておき、これに例えば紫外光など所定波長の光を照射させて、その光エネルギー強度分布などに応じた屈折率変化パターンを形成してもよい。このような方法を用いて製造されたグレーティング（回折格子）を分散体３００として用いることもできる。この場合も、紫外光などの光を照射する箇所および／または方向を制御することによって、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００を形成したり、中心軸に対して分散体３００の面（反射面）を傾けて形成したりすることもできる。
【００２９】
このような分散体３００間の間隔ｄは、治療目的部位で光の位相が一致して強め合うように決定されている。図２は、複数の分散体によって分散されたレーザ光が皮下の集光点で強め合う作用を説明するための図である。図２（ａ）は、光ファイバ部１１０内を進行中の光が、光ファイバ部に形成された溝によって、部分的に散乱される状態を示している。また、図２（ｂ）では、分散されたレーザ光が皮下の集光点で強め合う作用を説明するための図である。ここでは、説明の簡略化のため、２つの分散体３００ａ，３００ｂがある場合について説明する。
【００３０】
図２（ｂ）中において、集光点をＡとし、集光点Ａから光ファイバ部１１０（より正確には、分散体３００を含む面）に直角に下ろした点（集光点Ａの光ファイバ１１０への投影点）をＢとする。また、図２（ｂ）中において、隣接する分散体３００ａ，３００ｂ間の間隔をｄとし、光ファイバ部１１０（より正確には、分散体３００を含む面）から集光点Ａまでの距離をｈとし、分散体３００ａと上記の投影点Ｂとの間において光ファイバ１１０の軸方向に沿った距離をｘとし、分散体３００ａおよび３００ｂから集光点Ａまでの距離をそれぞれＲおよびＲ’とする。
【００３１】
図２（ｂ）に示される場合、分散した光が集光点Ａで強めあうようにするためには、以下の式（１）の関係を満たすように、隣接する分散体３００間の間隔ｄが決定されることが可能である。すなわち、分散した光が集光点Ａで強めあうようにするためには、隣接する分散体３００ａ，３００ｂを経由して集光点Ａに至るまでの光路差が波長の整数倍となればよい。この結果、光ファイバ部１１０から距離ｈの地点で位相が一致して、レーザ光を強めあうことができる。ここで、λは波長であり、ｎは、正の整数である。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここで、図２（ｂ）から、以下の式（２）および式（３）が成り立つ。
【００３４】
【数２】
【００３５】
したがって、式（２）および式（３）を上記の式（1）に代入することによって、以下の式（４）が得られる。
【００３６】
【数３】
【００３７】
そして、式（４）を変形することによって、式（５）が得られる。
【００３８】
【数４】
【００３９】
したがって、上記式（５）が成立するような間隔ｄを持った複数の分散体３００を形成することによって、光ファイバ部１１０からの距離がｈの集光点Ａにおいて位相が一致して、光が強め合うように構成することができる。
【００４０】
なお、光ファイバ部１１０内でのレーザ光の進行につれて光が散乱されるため、先端に向かって光ファイバ部１１０が細くなるように構成することもできる。
【００４１】
以上のように、複数の分散体３００について説明したが、複数の分散体３００が設けられている部分では、図１に示されるとおり、光ファイバ部１１０の側面の被覆部１１３が取り除かれており、光照射口１１４を形成している。また、光照射口１１４の部分では、被覆部１１３が取り除かれるのみならず、分散されたレーザ光が外部へ照射されやすくするために、光ファイバ部１１０のクラッド１１２が平面形状などに加工されていてもよい。
【００４２】
また、図１に示されるとおり、光ファイバ部１１１の中心軸から偏って分散体３００が形成されている場合には、当該中心軸を基準として当該分散体３００の反対側（図１中の下側）における側面の被腹部１１３が取り除かれて光照射口１１４が形成されることが望ましい。なお、図１に示されるとおり、光照射口１１４は、光ファイバ部１１０の軸方向に沿って、複数の分散体３００が配置されている配置範囲と重複する範囲、または当該配置範囲よりも光ファイバ部１１０の端部側にずれた範囲に形成することができる。
【００４３】
また、上記の光照射口１１４の周辺には、上述した接触センサ（タッチセンサ）１３０が設けられている。接触センサ１３０の構成自体は、従来の接触センサと同様であるので、詳しい説明を省略する。接触センサ１３０は、接触を感知するセンサであり、接触の感知結果は、不図示の信号線を介して上記制御部２００へ入力される。この結果、制御部２００は、接触センサ１３０が接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射される一方、利用者から照射が指示されている場合であっても、接触センサ１３０が接触を感知していない場合には、照射しないように制御できる。
【００４４】
以上のように構成される本実施の形態の光照射装置１は、以下のように処理を実行する。
【００４５】
まず、光ファイバ部１１０の側面の光照射口１１４が生体表面に接触されている状態で、操作部利用者によって照射開示の指示がなされる。
【００４６】
制御部２００は、接触センサ１３０が生体との接触を感知しているか否かを判断し、接触センサ１３０が生体との接触を感知している場合に限って、光源１２１からレーザ光を出力させる。
【００４７】
出力されたレーザ光は、光ファイバ部１１０内のコア１１１内を進行し、各分散体３００において、一部は、生体表面側に分岐しつつ、残りは透過する。複数の分散体３００によって生体方向に向かって散乱されたレーザは、光照射口１１４からそれぞれ放射される。そして、光照射口１１４から放射された各レーザ光は、皮下の集光点Ａにおいて重ね合わされて強められる。
【００４８】
したがって、このように供給されたレーザ光を複数の分散体３００によって複数にレーザ光を分岐して照射し、分岐したレーザ光を再び皮下の集光点Ａで集めることによって、生体表面に損傷を与えないようにしつつ、皮下に集光させることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態の光照射装置１は、皮下深部の病巣を目的部位とする場合に好適に用いられる。特に、熱によって間接的に引き起こされるのではなく特定の波長の光による直接的な効果（光効果）によって、皮下の循環改善を行うことができる。具体的には、筋・筋膜性の腰痛、肩こり、狭心症、裾創、閉塞性動脈硬化症（ａｒｔｅｒｉｏｓｃｌｅｒｏｔｉｃ ｏｂｌｉｔｅｒａｎｓ：ＡＳＯ）、閉塞性動脈炎（パージャー病 ｔｈｒｏｍｂｏａｎｇｉｔｉｓ ｏｂｌｉｔｅｒａｎｓ：ＴＡＯ）、糖尿病性動脈閉塞などの循環不全を伴う幅広い疾病に有用である。さらに、温熱効果によって、皮下深部の細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことができる。
【００５０】
以上のように説明した本実施の形態の光照射装置１によれば、光ファイバ部１１０内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており光ファイバ部１１０内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体３００を有し、複数の分散体３００が配列された部分の前記光ファイバの側面を光照射口１１４として用いて、光照射口１１４を生体表面に接触させた状態で、各分散体によって分散されて前記光照射口１１４から放射される各レーザ光が皮下で重ね合わされて強められる。したがって、レンズや反射鏡、および駆動機構を使わない簡単な構成で、血管拡張作用の高い波長の光を病巣部である皮下深部の目的部位に対して照射することができる。特に、簡単な構成で、生体表面を障害させることなく皮下の目的部位に十分な光を供給することができ、さらに、皮下内部を適度に温めることができる。
【００５１】
また、本実施の形態の光照射装置１によれば、各分散体３００は、図２（ａ）に示されるようにレーザ光を散乱させるものであり、各分散体３００によって散乱された各レーザ光の位相が互いに揃う箇所でレーザ光が強めることができる。
【００５２】
さらに、照射口１１４の周辺に設けられた接触センサ１３０が設けられており、接触センサ１３０が接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射されるように制御する制御部２００を有するので、照射口１１４が生体表面から離れている場合にレーザ光が照射されることを防止し、本装置の取扱者および患者がレーザ光を直視することが防止でき、この点においても安全性を高めることができる。
【００５３】
また、本実施の形態の照射装置１によれば、光効果および温熱効果により、皮下の循環改善、細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことができる波長領域のレーザ光を用いるので、筋・筋膜性の腰痛、肩こり、狭心症、裾創、閉塞性動脈硬化症、閉塞性動脈炎、糖尿病性動脈閉塞などの循環不全を伴う幅広い疾病に有用であるのみならず、さらに、温熱効果によって、皮下深部の細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態の光照射装置１について説明したが、本発明は、この場合に限られるものではない。たとえば、レーザ光を図２（ａ）に示されるように放射状に散乱させ、光の干渉効果を利用して光を強め合わせる代わりに、光ファイバ部１１０内を進むレーザ光の一部を反射させつつ残りの部分を透過させる小型ハーフミラー部として機能する分散体を光ファイバ部１１０内に構成してもよい。これらハーフミラー部は、各レーザ光を１点に集めるように反射させることにより、光を強め合わせる。この場合、製造プロセス時に、ドライエッチングの方向性や紫外線の照射角度を調節することによって、各ハーフ反射体の反射面の角度を設定する手間が増えるが、四方八方に分散させる場合に比べて、エネルギーの利用効率は高まり、皮下深部へエネルギーを届けやすいメリットがある。また、この場合も、光ファイバ部１１０自体を加工して、ハーフミラー部が構成することができるので、別途、反射鏡などを用意する必要がなくなる。
【００５５】
なお、本発明は、生体の皮膚からレーザ光を照射する場合のみならず、光ファイバ部１１０を生体内に挿入して、レーザ光を照射する場合にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の好適な実施の形態における光照射装置の概略図である。
【図２】複数の分散体によって分散された２つのレーザ光が皮下の集光点で強め合う作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 光照射装置、
１００ プローブ、
１１０ 光ファイバ部、
１１１ コア、
１１２ クラッド、
１１３ 被覆部、
１１４ 光照射口、
１２０ 基体部、
１２１ レーザ光源、
１３０ 接触センサ、
２００ 制御部、
２０２ 操作部、
２０４ 表示パネル、
３００ａ〜３００ｅ 分散体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に対してレーザ光を照射するレーザ光照射装置であって、
硬質性の光ファイバを備えるプローブと、
前記光ファイバ内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、光ファイバ内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体と、を有し、
前記複数の分散体が配列された部分の前記光ファイバの側面を光照射口として用いて、当該光照射口を生体表面に接触させた状態で、各分散体によって分散されて前記光照射口から放射される各レーザ光が皮下で重ね合わされて強められることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項２】
前記各分散体は、レーザ光を散乱させるものであり、
各分散体によって散乱された各レーザ光の位相が互いに揃う箇所でレーザ光が強められることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項３】
前記各分散体は、レーザ光を１点に集めるように反射させるものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項４】
さらに、前記照射口の周辺に設けられた接触センサと、
前記接触センサが接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射されるように制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項５】
前記レーザ光は、光効果および温熱効果により、皮下の循環改善、細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ光照射装置。
【請求項１】
生体に対してレーザ光を照射するレーザ光照射装置であって、
硬質性の光ファイバを備えるプローブと、
前記光ファイバ内において軸方向に沿って一定の間隔で配列されており、光ファイバ内を進むレーザ光を分散させつつ透過させる複数の分散体と、を有し、
前記複数の分散体が配列された部分の前記光ファイバの側面を光照射口として用いて、当該光照射口を生体表面に接触させた状態で、各分散体によって分散されて前記光照射口から放射される各レーザ光が皮下で重ね合わされて強められることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項２】
前記各分散体は、レーザ光を散乱させるものであり、
各分散体によって散乱された各レーザ光の位相が互いに揃う箇所でレーザ光が強められることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項３】
前記各分散体は、レーザ光を１点に集めるように反射させるものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項４】
さらに、前記照射口の周辺に設けられた接触センサと、
前記接触センサが接触を感知している場合にのみ、レーザ光が照射されるように制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項５】
前記レーザ光は、光効果および温熱効果により、皮下の循環改善、細胞の活性化、およびアポトーシスの誘導を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ光照射装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３２５９８７（Ｐ２００６−３２５９８７Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５４６４０（Ｐ２００５−１５４６４０）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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