体内組織の光学的誘起処置
光ビームは、例えば、２個の回転板又は１個の回転可能な部品を介して、目標とする体内組織に供給される。１つの形態では、２個の回転板が、対象の組織において照射パターンを発生するように入射光ビームを偏向させる。また別の形態では、１個の回転可能な部品が、回転軸の回りに配列された複数の偏向用セクタを含み、各セクタは、光ビームを横切って回転するときに入射光ビームを偏向し、目標とする組織において照射パターンを発生する。プローブは人体内に光経路を保持し、偏向された光ビームを目標の組織に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、（ａ）２００５年５月３日出願の米国仮特許出願第６０／６７７，６８２号（発明の名称”Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｉｓｓｕｅ”「体内組織の光学的誘起処置」）の優先権、（ｂ）２００５年２月１４日出願の米国仮特許出願第６０／６５２，８９１号（発明の名称”Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ”「単一の回転部品を用いた高効率で高速の光パターン生成装置」）の優先権、（ｃ）２００６年２月１３日出願の米国実用新案出願（出願番号未定、発明の名称”Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｉｓｓｕｅ”「体内組織の光学的誘起処置」）の優先権、を米国特許法第３５Ｕ.Ｓ.Ｃ.§１１９(e)条に基づいて主張するものであり、（ｄ）２００３年１２月３１日出願の米国特許出願第１０／７５０，７９０号（発明の名称”Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ， Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ”「単一の回転部品を用いた高速で高効率の光パターン生成装置」）の一部継続（ＣＩＰ）出願である２００５年６月２０日出願の米国特許ＣＩＰ出願第１１／１５８，９０７号（発明の名称”Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ”「単一の回転部品を用いた光パターン生成装置」）であり、このＣＩＰ出願はまた２００５年２月１４日出願の米国仮特許出願第６０／６５２，８９１号（発明の名称 ”Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｔ”「単一の回転部品を用いた高効率で高速の光パターン生成装置」）の優先権を主張するもので、ここでその全体を参照することにより、その要旨を本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、一般に、体内組織の治療及び／又は診断に関し、特に、レーザ光照射を体内組織に与えることによって、例えば、人体内の組織等の体内組織に施される光照射による治療及び／又は診断に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザやその他の強力な光源は、体内組織の治療を含む種々の組織治療に利用される。例えば、レーザによる胸部外科手術、レーザによる腸の外科手術、レーザによる脳の外科手術、レーザ光線で内臓の組織を凝固させる光凝固法による外科処置、脳及び眼（網膜）の外科処置等が含まれる。これらの治療の多くは、治療対象である目標の組織を光ビームで照射する。基礎をなす物理的メカニズムが光吸収に基づいている場合は、光ビームは、目標とする組織で吸収される波長で典型的に効力を発揮する。水分が主要な光吸収材料である場合は、細胞質および間質の水分が光エネルギーを吸収し、それを熱エネルギーに変換する。熱エネルギーは組織の温度を上昇させ、望ましい効果的な作用を施す。例えば、目標組織を損傷する温度であるが、近傍の組織により回復可能とする温度まで加熱することが望ましい。殆どの場合は、目標組織の基礎を成す組織又は周囲の組織に損傷を与えないことが望ましい。このことは、望ましくない損傷を避けるだけでなく、回復処理を迅速化する。膠原繊維を含む組織の変成は、組織の収縮に効果的な作用を発揮することができる。更に、痔や直腸等の組織などの鬱血部を含む組織は、光凝固された後、解消される。
【０００４】
体内組織の治療と（皮膚等の）体外組織の治療との相違点の１つは、体内組織の方がその部位に光ビームを到達させるのが体外組織よりも一層難しいことである。体内組織の場合は、光ビームを身体内部を通って目標の組織まで到達させねばならない。その結果、目標組織への光経路は、身体の解剖学的構造により制限されるため、遙かに制約されている。光経路は、体内にある目標組織の部位に到達するためには狭小で長くなることがよくある。更に、光経路はまた、例えば、放散される無駄な熱量又は除去される物質的堆積物の量を制限する熱的な制約やその他の制約があり得る。目標組織に対する治療素子の位置を決定したり、治療の効力について適応機能を得るために、治療素子の位置や動きを制御することも難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、組織治療用の多くのレーザ技術では単一の高出力レーザビームを利用しており、この単一の高出力レーザビームは、目標組織のある部位から別の部位に手動で移動されるか、又は、レーザビームが目標組織を横切って走査するときに治療経路を掃除する。しかしながら、この方法には多くの欠陥がある。例えば、高出力のレーザビームは本来非常に危険であり、もし間違った部位に伝送されれば、更に危険である。また、従来のシステムは、典型的には、もっと高価な種類のレーザに基づいて構成されるものであり、低出力で低価格の半導体レーザを利用するものではない。光導出用光学部品（又は「光学素子」）もまた、更に高出力を扱うように設計する必要があり、システムの価格及び複雑性を更に増大させている。また、単一のレーザビームを手動で目標組織の異なる部位に移動させる必要がある場合は、治療時間が長くなってしまうといった課題がある。
【０００６】
従って、光ビームを方向付けすることで、体内の目標組織において照射パターンを生成することができ、好ましくは、前述の課題を解消できる装置及び方法に対する要望が高まりつつある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、体内の目標組織に光ビームを供給することで、従来技術の制約を解消するものである。１つの方法としては、人体内の目標組織に光ビームを供給するための装置は、２個の回転板と１個のプローブを備える。これらの回転板は、目標組織において照射パターンを発生するように入射光ビームを偏向させる。照射パターンは別の目的のためにも使用される。例えば、応用例としては、照射パターンは組織で吸収され、有用な効力を発揮することもできる。他の応用例としては、治療や診断のために組織を照射することも可能である。プローブは人体内に光経路を保持し、偏向された光ビームを目標組織に供給することを可能とする。
【０００８】
プローブの例としては、内視鏡用、関節鏡検査用、及びカテーテルに基づくプローブ等がある。プローブは、元々からある人体の穴部や、切開等により人工的に形成された切口を通って、人体内に挿入される。１つの方法として、プローブは目標組織と直接接触した光窓を有し、光ビームは光窓を通過して目標組織を治療するように構成される。
【０００９】
一実施態様では、装置は環状パターンの離散スポットを形成する。回転板は複数組の対応するファセットを有する。各組のファセットが前記入射光ビームを通過して回転するときに、環状パターンのスポットの１つの方向に入射光ビームを偏向する。特に、装置はＮ個のファセットを有する角錐状多角形を備えた構成であり、ここで、Ｎは円板上のファセットの組数である。円板上の各組のファセットは、角錐状多角形の対応するファセットの方向に入射光ビームを偏向し、光ビームを環状パターンのスポットの１つの方向に順次偏向する。
【００１０】
回転板を使用する１つの利点は、複数のファセットを別々に設計できることである。これにより、不規則で非平面の照射パターンを実現することができる。他の利点は、円板を高速で回転することができ、処置時間を短縮できることである。
【００１１】
本発明の別の態様では、（回転板以外の方法を含む）光パターン生成器は、光ビームを方向付けすることで照射パターンを形成し、未処置の目標組織によって分離された体内の目標組織に複数の顕微鏡的処置領域を生成する。プローブは、人体内に光経路を保持し、光ビームを目標とする組織に供給する。光パターン生成器は、人体の内部又は外部のいずれに配置してもよい。
【００１２】
一変形態では、プローブは目標組織と直接接触した光窓を有し、光窓は熱伝導性であって、目標組織の加熱及び冷却を容易にしている。本発明の他の態様では、制御論理を用い、センサからのフィードバックに基づいて種々の演算パラメータを調整できる。例えば、プローブの動きに基づいて光ビーム及び／又は光パターン生成器を制御すること；波長、出力、パルス幅、パルスエネルギー、パルス波形、ビーム特性、デューティサイクル（衝撃係数）及びパルス繰返し数等の光ビームのパラメータを制御すること；光ビームの開口数、焦点距離や焦点位置等の焦点に関するパラメータを制御することが含まれる。これらパラメータは治療の過程で又は治療前又は一連の治療前に適応的に調整可能であるが、治療中は一定に保たれる。
【００１３】
本発明の更に別の態様では、人体内の目標組織に光ビームを供給する装置は、回転面と回転軸を有する１個の回転可能な部品を備える。該回転可能な部品は回転軸の回りに、あるパターンで配列された複数の偏向用セクタを有する。各セクタは、入射光ビームと交差して回転するときに該光ビームを偏向し、目標組織において所定の照射パターンを生成する。また、装置は、人体内の目標組織に偏向光ビームを供給するために、光経路を人体内に保持するプローブを備える。
【００１４】
好ましい形態では、回転可能な部品は、その回転面において第１次の偏向である実質的に一定の角度の偏向により、入射光ビームを偏向する。いくつかの変形態では、回転可能な部品は、回転軸の回りに配置された複数の離散構造を更に備える。これらの変形態では、各離散構造は少なくとも２個の反射面を有し、隣接構造からの反射面はセクタの対向反射面を形成する。
【００１５】
本発明の他の態様は、前述の素子及び装置に対応する方法及びシステムを含むものである。
【００１６】
本発明の更に他の利点及び特徴は、添付の図面を参照して、以下に述べる発明の詳細な説明と特許請求の範囲に記載された内容から更に明瞭となるであろう。なお、ここで記載する実施形態は、単に図示により例示したもので、本発明はこれらに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明に係るシステム（又は「装置」）１００の概略図である。システム１００は、光源１１０と、光ファイバ１２０と、ハンドピース１３０を備える。ハンドピース１３０は、人体内に挿入用のプローブ部１４０を含む。ハンドピース１３０内の光学縱列部は、光ファイバ用の入力ポート１５０と、コリメータ光学素子１５２と、互いに逆向きに回転する一対の円板１６０Ａ及び１６０Ｂ（以後、「逆向き回転円板１６０」又は「回転板１６０」とも呼ぶ）と、付加的な光送出用光学素子１６５を備える。プローブ１４０の先端近傍には透明窓１４５が設けられている。この例では、窓１４５はプローブ１４０の円筒部側に配置されている。
【００１８】
システム１００の動作について以下に説明する。例えばレーザ等の光源１１０から出力されたパルス化された光ビームは、光ファイバ１２０を介してハンドピース１３０に送出される。光ビームは入力ポート１５０を通ってハンドピースに入力され、コリメータレンズ等の光学素子１５２でコリメートされる。図２Ａ〜２Ｃに示す回転板１６０Ａ，１６０Ｂ（以後、参照番号は「１６０」で表記することもある）は、それらの周縁部に多数のファセット（小眼面）１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）を有している。回転板１６０が互いに逆向きに回転すると、複数の異なるファセット１６２が光ビーム１９０を横切って移動し、該光ビームを別々の方向に偏向させる。偏向された光ビーム１９０は、光送出用光学素子１６５によって透明窓１４５から外部に導出される。回転板１６０が回転することで、透明窓１４５において光ビームの照射パターンを発生する。この例では、照射パターンは環状パターンである。即ち、一対の回転板１６０が互いに逆向きに回転することで、光軸を中心とした円形状に連続した多数の光スポットが生成される。
【００１９】
プローブ１４０が人体内に挿入されたときに、窓１４５は目標組織と接触する位置にある。一対の円板１６０が互いに逆向きに回転することで、目標組織において環状の照射パターンを生成する。また、プローブは、光ビーム１９０を目標組織に供給するための光経路を体内に保持することができる完全な構造を有する。
【００２０】
応用分野や解剖学的組織構造により、種々の照射パターンが利用される。例えば、連続したレーザビームで目標組織を走査してもよい。また別の方法では、光ビームをパルス化してもよい。プローブ１４０を位置決めした後で、１つの特定部位を照射するようにレーザをパルス化してもよく、また、プローブ１４０を再位置決めしてレーザを再パルス化してもよい。
【００２１】
図１に示す構成例では、照射パターンは目標組織の治療のために用いられ、未処置の目標組織部で分離された多数の顕微鏡（微小）治療領域を生成する。光ビームは各治療部位に方向付けされるが、次の治療部位に「移る」までは、前の部位に完全に静止した状態のままである。治療領域は、肉眼では見えない大きさであるという意味では、（顕微鏡的な）微小な大きさである。例えば、ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓ等による米国特許出願Ｎｏ．１０／８８８，３５６号（発明の名称”Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏ Ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ Ｓｋｉｎ”）を参照されたい。本実施の形態では、未処置領域で分離された多数の比較的小さな「微視的な」治療領域が、目標組織の治療対象であり、目標組織全体を単一の高出力光ビームで照射することとは全く異なっている。なお、ここで使用している用語「微視的な治療領域」又は「顕微鏡治療領域」は、治療領域が非常に小さくて顕微鏡によってしか見ることができないということを意味するものではない。
【００２２】
システム（又は装置）１００の設計は、応用分野や解剖学的組織構造により決定される。例えば、光源１１０は典型的にはレーザ光源であるが、レーザ以外の光源も使用可能である。レーザ以外の光源としては、フラッシュランプや発光ダイオードがある。レーザ光源の例としては、各種レーザ、ダイオード励起個体レーザ、Ｅｒ（エルビウム）：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ（ネオジウム）：ＹＡＧレーザ、Ｅｒ：ガラスレーザ、アルゴン・イオンレーザ、Ｈｅ−Ｎｅ（ヘリウム・ネオン）レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、エルビウムファイバレーザ等のファイバレーザ、ルビーレーザ、周波数逓倍レーザ、ラマンシフトレーザ、光励起半導体レーザ、パルス・ダイ（色素）レーザ等々がある。連続的な光源とパルス光源のどちらも利用分野に応じて使用される。光源１１０は、１つの波長（又は波長領域）を有するか、又は、異なる波長に同調可能な１つの特殊な形体のレーザを含むことができる。また別の例としては、光源１１０は、種々の波長又は波長領域を有する２個以上の異なる種類のレーザを含んでも良い。異なる光源からの光ビームは、逐一又は同時に目標組織に向けて方向付けされる。
【００２３】
光ビームの波長もまた適用分野によって決定される。光ビームの波長は、好ましくは約１８０ｎｍ〜１２，０００ｎｍの間であり、例えば５００ｎｍ〜３，０００ｎｍの間であり、又は１，０００ｎｍ〜２，０００ｎｍの間であり、更に好ましくは１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの間である。ここで使用する用語「光」（Ｏｐｔｉｃａｌ）又は「光」（ｌｉｇｈｔ）は、上記波長範囲の全ての光を意味し、可視光線に限定するものではない。
【００２４】
ある応用例では、光エネルギーは人体組織で吸収されるように適用している。人体組織による可視光領域での吸収は、大抵の場合はヘモグロビンやメラニン等の特殊な発色基によって成される。近赤外線領域では、水分は典型的で顕著な発色基である。水に対する近赤外線領域での吸収率は、波長が１４５０ｎｍ近傍でピーク（約３０／ｃｍの吸収率）となり、１９３０ｎｍ近傍でピーク（約１３０／ｃｍの吸収率）となり、これらの両ピーク間では吸収率は略５／ｃｍより下に落ちることはない。１９３０ｎｍでのピーク値より上方では、吸収は小さな値に下降することはないが、Ｅｒ：ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザの吸収に比べて非常に高い値となる。１０００ｎｍ〜１４５０ｎｍの間の波長領域では、吸収率は着実に下降して０．２／ｃｍ又はそれ以下となり得る。約１０００ｎｍ以下の波長領域では、ヘモグロビンやメラニン等の発色基は、もし存在すれば、非常に有効な光吸収体となり、水分による吸収は減少する。
【００２５】
次に、ハンドピース１３０について説明する。プローブ部の形状及び構成もまた適用例によって決定される。想定される適用例としては、血管腫、喉頭部又は肛門内疣贅等の治療；頸部や結腸その他の部位に生じる癌の治療；鼻ポリープの治療；膣の苔蘚硬化症の治療；痔の治療；及び閉塞性睡眠時無呼吸（口蓋機能不全）の治療等がある。内視鏡、関節鏡、カテーテルは、適用分野に応じて適当な形体をとることができる一般的なプローブである。プローブ１４０は、人体に本来備わった（肛門や口等の）開口穴部、又は（外科的切開等）で形成された「人工的」な開口部を通って、体内に挿入される。
【００２６】
図１に示す窓１４５は、プローブの端部において、対向するように、プローブ１４０の円筒部側に配置されている。また別の実施形態としては、窓はプローブの端部を含めてその他の位置に設けることも可能である。また、窓は異なった形状に構成してもよいし、２つ以上の窓を設けても良い。温度調整が望ましい場合は、サファイアやダイヤモンドの窓が、その高い熱伝導及び当該波長に対する透過性を有するために、使用される。有効な加熱又は冷却が、窓１４５を介して、又は、プローブの他の部分を介して行われる。
【００２７】
図１の例では、プローブ１４０が人体に挿入されるとき、回転板１６０は人体の外部に留まっているように構成されている。しかし、他の実施形態としては、照射パターンを生成する種々の光学素子がプローブに対して充分小さい場合、又はプローブが該光学素子に対して充分大きい場合は、これらの光学素子をプローブ内部に配置してもよい。例えば、プローブの先端部等のプローブ内部に光照射パターン生成器を配置する構成では、その１つの利点は、プローブの残りの部分をもっと柔軟で可撓性のある構成とできることである。このような構成では、例えば、プローブは、光ビームを照射パターンが形成されるプローブの先端部に伝達する光ファイバを含むことができる。これに対して、図１に示すプローブ１４０は、回転板１６０から送出窓１４５に至る固定した自由空間の光経路を保持するように構成され、プローブ１４０の可撓性（曲げ易い柔軟性）は制約されることがある。
【００２８】
また、種々の照射パターンを実現することもできる。システム１００は、プローブ１４０の周囲に環状に等間隔で配列した複数のスポットより成る照射パターンを生成する。例えば、各光源が１つの環状パターンを形成する複数の光源を用いるか、又は、複数の光ビームを発生するビームスプリッタを用いて、複数の環状パターンを生成することもできる。全ての環状が同じ径を有する場合は、照射パターンは円筒形となる。径に増減があれば、照射パターンは円錐形となる。その他、非平面状のパターンも生成できる。回転板を使用する１つの利点は、不規則なパターンを保持できることである。各組の対応するファセット１６２は、照射パターン内の異なるスポットを生成するように個別に構成してもよい。
【００２９】
１つの方法として、プローブ部１４０は回転板１６０の部分から切り離し可能な構成としてもよい。種々の適用例のため及び／又は種々の大きさの生体組織構造に簡単に適応するために、種々の異なる形体のプローブを使用することができる。
【００３０】
図２Ａ〜２Ｃはシステム１００の光学縱列部の異なる視点からの図である。これらの図は、互いに逆向きに回転する一対の円板（回転板）１６０（１６０Ａ，１６０Ｂ）と、集束レンズ１６６とマルチファセット多角錐体１６７（一部のみ図示）を含む光導出用光学部品を示す。１４５は円筒形状の窓を示す。回転板１６０上に設けられた対応するファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）も図示されている。図２Ａ〜２Ｃでは、１つのファセット１６２Ａが回転板１６０Ａ上に設けられ、対応するファセット１６２Ｂが回転板１６０Ｂ上に設けられている。この構成例では、各円板（回転板）１６０に合計１２個のファセットが設けられ、多角錐体１６７にも１２個のファセット１６８が設けられている。一対の円板（回転板）１６０上に設けられた対応する各組のファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）もまた多角錐体１６７に設けられた１つのファセット１６８に対応している。便宜的に、これらのファセットを、光源位置（即ち、図２Ａ，２Ｂの左側位置）における観察者の参照フレームから、窓１４５上の最後のスポットの相対する時計位置を参照して、１：００ファセット、２：００ファセット等と呼ぶこととする。
【００３１】
図２Ａ〜２Ｃでは３：００ファセットが機能している場合を示す。光ビーム１９０は一対の３：００ファセット１６２Ａ，１６２Ｂを通って伝送される。ここで、３：００ファセットは一対の円板（回転板）上の時刻３：００位置にある必要はなく、３：００は窓１４５上に形成される最後の光ビームスポットを表している。これらのファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）は、光ビーム１９０を多角錐体１６７の３：００ファセット１６８の方向に偏向させ、光ビームは窓１４５において３：００位置の方向に反射される。集束レンズ１６６は、光ビーム１９０を窓１４５の外部側近傍、例えば、目標組織表面部位又はその僅かに下方位置に対応する外部側近傍の焦点位置に集束する。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｂは更に９：００位置に対応するファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）を説明するものである。同図において、符号３６０Ａ，３６０Ｂは一対の回転板１６０Ａ，１６０Ｂの回転中心を示し、これら２つの中心間距離をＬとする。ただし、回転板自体は図示していない。一次光ビームに対しては、ファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）は、それぞれ符号３６２Ａ，３６２Ｂで示す位置にある光学中心を有するレンズとして機能し、これら符号３６２Ａ，３６２Ｂを中心とする円を破線で示す。ファセット１６２Ａは負の屈折力を有するレンズであり、ファセット１６２Ｂは正の屈折力を有するレンズである。これら光学中心３６２Ａ，３６２Ｂ間距離もＬであるが、光学中心３６２Ａ，３６２Ｂ間を結ぶ線は回転中心３６０Ａ，３６０Ｂ間を結ぶ線に対してある角度を成してもよい。同図において、ファセットは「中間」位置にあり、これは光ビーム１９０を横切るファセットの回転の中間点を示す。なお、破線で示す大きな円は各ファセットの「親元」本体の光学素子であり、各ファセットの物理的な拡張部ではない。各ファセットの物理的な拡張部は符号１６２Ａ，１６２Ｂで示す小さな実線の円形部である。
【００３３】
図３Ａは９：００ファセット１６２の正面図を示すとともに、それらの上面図を示している。上面図の破線で示すレンズの外形は各ファセットの親元本体の光学素子であり、物理的拡張部は実線でその外形が図示されている。図３Ａでは、光ビーム１９０は第１のファセット１６２Ａで９：００位置の方向に偏向され、更に第２のファセット１６２Ｂで同じ方向に偏向される。各ファセット１６２Ａ，１６２Ｂは対応する回転中心３６０Ａ，３６０Ｂと一致する光学中心３６２Ａ，３６２Ｂを有しているので、ファセット１６２が光ビームを横切って回転するときに、光学作用は変化しない。従って、光ビーム１９０が９：００ファセットに入射する限り、光ビームは９：００位置の方向に偏向される。
【００３４】
図３Ｂは６：００位置の場合を示す。中間点では、光学的には、６：００ファセット１６２Ａは光学中心が３６２Ａの負のレンズ（発散レンズ）であり、６：００ファセット１６２Ｂは光学中心が３６２Ｂの正のレンズ（収束レンズ）として機能する。これにより、側面図に示すように、光ビーム１９０は多角錐体１６７の６：００ファセットの方向に偏向され、次いで窓１４５の６：００位置の方向に偏向される。しかし、図３Ａの場合と相違する点は、レンズの光学中心３６２Ａ，３６２Ｂが対応する回転板の回転中心３６０Ａ，３６０Ｂと一致しないことである。そのため、光学中心３６２Ａ，３６２Ｂは、連続する画像位置に対応するファセット１６２Ａ，１６２Ｂが光ビームを横切って回転するときに、変位することになる。
【００３５】
変位が正確でない場合は、この変位は、（３：００や９：００の場合と異なり）典型的には、光ビーム１９０の偏向において僅かな直交する偏りを生じる。適用例によっては、上記偏りは充分小さくて補正する必要はない場合がある。その他の場合は、この残差のクロススキャン角度変位の補正は、ファセット又は他の光学素子における設計の自由度を導入することで達成される。例えば、ファセットの光学中心３６２Ａ，３６２Ｂをそれらの元の位置から偏心させるか、又は、ファセット表面を非球面とすること、又は異なる複数組のファセットで異なる半径とする、又はファセット自体に何らかの補正を施すこと等により達成できる。また別の方法としては、集束レンズ１６６及び／又は多角錐体１６７の６：００ファセット１６８を補正用に使用してもよい。
【００３６】
図３Ａ，３Ｂは互いに逆向きに回転する円板（回転板）の基本的な動作を示すもので、他の種々の変形も可能であることはいうまでもない。例えば、ファセットの個数は生成するスポット数の増減に合わせて変えることもできる。更に、複数のファセットは個別に設計できるので、多数の異なる照射パターンを生成することができる。スポットを全周３６０°に等間隔で配置すること以外に、全スポットを１つ又は複数のセクタ内に集中的に配置してもよい。例えば、スポットを１０：００位置から２：００位置の間に等間隔で配置してもよい。また別の方法としては、全スポットの半数を１０：００位置から１１：００位置の間に配置し、残りの半数を１：００位置から２：００位置の間に配置してもよい。その他の例としては、全スポットを規則的な間隔をあけて配置する必要なく、１２：００位置から３：００位置までの間は規則的な配置はせずに、１２：００位置から１：００位置の間に密集して配置してもよい。多数のファセットが同じスポットを形成するように構成することで、１つの治療領域に対して多数の光ビーム照射を施すことになる。
【００３７】
スポットを軸方向から外して配置することもできる。また、基本的な照射パターンは、プローブ全体を手動又は自動で移動させること又はプローブ内の光学素子を移動させることにより、軸方向に移動させることができる。例えば、レンズ１６６と多角錐体１６８は、回転板が回転しているときに、軸方向に移行され、異なる軸位置で環状の照射パターンを繰り返し生成する。走査動作を更に追加するために、他の構成要素を使用してもよい。例えば、多角錐体を回転又は振動させてもよく、更に動作を追加するためにガルバノメータを使用してもよい。
【００３８】
また、光学縦列部のファセットと他の素子を備えることで、純粋な光パワーと走査以外の作用をもたらすこともできる。非球面、材料の選択、その他、例えば、ダブレット（二重接合レンズ）やトリプレット（三重接合レンズ）等の更に複雑な光学設計を使用することで、補正のため又は意図的に高次の波面偏差を導入し、光ビームの波形と治療部位を目指す方向を大きく調整することができる。
【００３９】
逆向き回転板の設計に関する文献例としては、Ｌｅｎ ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓ等による２００３年１２月３１日付米国特許出願第１０／７５０，７９０号（発明の名称”Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ”「回転光学素子を用いた高速・高効率の光パターン生成装置」）に開示されており、ここで参照することにより本明細書に導入する。例えば、同文献の図１Ｂでは、複数の光源を使用することが開示され、図１Ｃでは、ある方向でのオフセット（偏倚）が他の方向の走査と結合されることが開示され、図２−３では、更に１方向に沿ったオフセットが開示され、図５Ａ，５Ｂでは反射設計が開示され、図７Ａ−７Ｃでは種々のスポットパターンが開示されている。他の文献例としては、Ｂａｒｒｙ Ｇ． Ｂｒｏｏｍｅ等による２００４年８月９日付米国特許出願第１０／９１４，８６０号（発明の名称”Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ａ ｃｏｕｎｔｅｒ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｋ ｓｃａｎｎｅｒ”「逆向き回転板スキャナを用いた２次元光学走査システム」）があり、ここで参照することにより本明細書に導入する。同文献の図４−９では、一方向に偏倚を生じる逆向き回転板と、他の方向に偏倚を生じるガルバノメータ等の他の装置とを組み合わせた構成例が開示されている。
【００４０】
設計に自由度をもたせることで、多種類の照射パターンを形成することができる。好ましい実施形態では、未処置の目標組織で分離された顕微鏡的治療領域を形成する。これの１つの利点は、必要に応じて、近傍の未処置目標組織が、照射された組織の回復を速めることである。目標組織を治療すること以外の他の適用例としては、照射パターンを診断目的のために利用する。
【００４１】
１つの方法として、非連続の光ビームを使用し、この場合、光ビームは間隔を置いた光パルスよりなる。光パルスはパルス化レーザにより発生することができる。また別の方法としては、例えば、連続波形レーザの出力をゲート制御することや、どこかの地点でチョッパーを光学縦列部内に挿入すること等の外部素子によって、連続した光ビームをパルス化することができる。光パルスを発生させる方法に関係なく、異なる光パルスを異なる部位に方向付けして、顕微鏡的治療領域を形成することができる。１つの方法としては、１つ以上の所定数の所定エネルギーのパルスが各治療領域に供給される。他の構成例では、所定数のパルス及び／又はそれらのエネルギーが調整され、治療中は一定に維持されるか、又は治療中も連続して調整される。
【００４２】
他のパラメータも調整することができる。図４は種々のパラメータを制御する制御システムのブロック図である。制御システムは、制御論理部４２０に接続されたセンサ４１０を有する。例えば、図１の光源１１０や光パターン生成器１６０及び／又は光学縦列部のその他の要素１５０，１５２，１６５等を含むシステム全体の種々の部分を制御するために、制御論理部４２０は使用される。制御論理部４２０は、センサ４１０から受信したフィードバック（帰還）信号に基づいて所望の動作パラメータを調整する。
【００４３】
動作パラメータの例として、波長；エネルギー、パワー、及びエネルギーとパワーの密度；パルス期間、パルス反復レート、時間的・空間的パルス波形；偏光（分極化）；開口数、焦点深度及び焦点位置；目標組織への入射角度等が含まれる。動作パラメータ総計は、各治療領域に向けられた光パルスの総数又は密度と、各治療領域に蓄積される総エネルギー量を含む。また、例えば、治療領域間の分離、治療領域の大きさ、治療領域の空間的配置等を含む照射パターンのパラメータも制御可能である。
【００４４】
種々のセンサの例としては、光コヒーレンス断層撮影、コンフォーカル顕微鏡検査、光学顕微鏡検査、光学的フィンガープリント法及び超音波検査用のものが含まれる。測定可能な組織の特性として、例えば、温度、機構的密度、色、複屈折性、不透明度、吸収性、消衰、拡散、アルベド（反射係数）、分極率、比誘電率、キャパシタンス（静電容量）、化学天秤、弾性、種々の材料（例えば、水、ヘモグロビン、オキシヘモグロビン、異物等）のフラクション（分率）、組織に導入される液体の特性等が含まれる。プローブの位置もまた、位置や速度及び／又は角度指向を含めて、フィードバック情報として使用される。
【００４５】
センサからのフィードバックに基づいて制御を実行するために、従来の制御アルゴリズムが使用される。例えば、Ｌｅｏｎａｒｄ Ｃ． ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓとＴｈｏｍａｓ Ｒ． Ｍｙｅｒｓによる２００３年１２月２３日付米国特許出願第１０／７４５，７６１号（発明の名称”Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｉｓｓｕｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”「レーザによる組織の治療を観察及び制御するための方法と装置」）には、特に、ハンドピース位置に基づく制御方法が開示されており、ここで参照することにより本明細書に導入する。また、Ｄａｖｉｄ ＥｉｍｅｒｌとＬｅｏｎａｒｄ Ｃ． ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓによる２００４年６月１４日付米国特許出願第１０／８６８，１３４号（発明の名称”Ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅｓ ｆｏｒ ｌａｓｅｒ ｍｅｄｉｃｉｎｅ”「レーザ医療用光パルスの適応的制御」）に、特に、組織の特性による制御方法が開示されており、ここで参照することにより本明細書に導入する。
【００４６】
図５及び図６は、逆向き回転板以外の光パターン生成器による装置の２つの例を示す。図５では、光パターン生成器として２次元傾斜ミラーが使用されている。この例では、入射ビームは、回転ミラー５０２，５０４により傾斜ミラー５１０の方向に向けられる。傾斜ミラー５１０の動きにより、光ビームは照射パターンの種々の部位に方向付けされる。図５では、４つの異なる偏向ビーム１９５Ａ−１９５Ｄを示している。上記構成において、図２に示すレンズ１６６と多角錐体１６８を使用すれば、傾斜ミラー５１０は光ビームを連続して多角錐体の各ファセットに偏向させることができる。
【００４７】
図６の例では、光パターン生成器として、空間的多重方式ホログラフィック光学素子又は複回折式光アレイ素子６１０が使用されている。入射光ビームはホログラフィック光学素子６１０に入力され、図６では素子６１０は４つの異なる空間部分６１２Ａ−６１２Ｄから構成されている。素子６１０の各部分６１２は光ビームの一部を異なる部位に偏向している（図では１つだけの偏向ビームを示す）。この例では、素子の動きはなく、照射パターン内の全てのスポットは同時に生成される。再び図２に示す多角錐体１６８を参照して、ホログラフィック光学素子６１０は１２個の異なる部分を含む構成とし、これら各部分が入射光ビームの一部を多角錐体の１２個のファセットの１つに向けるように構成してもよい。照射パターン生成器として、非空間多重方式のホログラフィック素子と同様に、非ホログラフィックの空間的多重素子もまた使用可能である。
【００４８】
図７は本発明に係る単一の回転素子を備えたシステム７００の概略図である。システム７００は図１に示すシステム１００と同様の構成であるが、相違点としては、図１では２個の逆向き回転板１６０Ａ，１６０Ｂが備えられているのに対して、図７では１つだけの回転素子を備えた構成である。システム１００と同様に、システム７００もまた光源７１０と光ファイバー７２０とハンドピース７３０を有する。ハンドピース７３０は、人体内に挿入用のプローブ部７４０を含む。ハンドピース７３０内に含まれる光学縦列部は、光ファイバーの入力ポート７５０と、コリメータ光学素子７５２と、単一の回転素子７６０と、光学素子７６２と、付加的な光導出用光学素子７６５を備える。プローブ７４０は、プローブの先端近傍に配置された透明窓７４５を有する。この例では、窓７４５はプローブ７４０の円筒部側に設けられている。
【００４９】
システム７００の動作について以下に説明する。パルス化レーザ等の光源７１０から出力された光ビームは光ファイバ７２０を介してハンドピース７３０に伝送される。光ビームは入力ポートからハンドピースに入力され、コリメートレンズ等の光学素子７５２でコリメートされる。回転素子７６０は、図８及び図９に示すように、回転素子７６０の回転軸７０４を中心とする円形部に配列された多数のセクタ７０８を有する。光ビーム７９０は回転面内にある方向に沿って伝送される。各セクタ７０８は、反射面または反射膜等の一対の反射素子を有する。回転素子７６０が回転すると、セクタ７０８は光ビーム７９０を横切って回転する。各セクタ７０８は、後述するように、入射光ビーム７９０をある角度だけ偏向する。偏向された光ビーム７９０は、光導出用光学素子７６５により、透明窓７４５から外部に導出される。回転素子７６０の回転により、透明窓７４５において照射パターンが生成される。
【００５０】
システム１００の場合と同様に、プローブ７４０が人体に挿入されると、窓７４５は目標組織に接触する位置となる。次いで、回転素子７６０は、目標組織部位において環状パターン等の照射パターンを生成する。プローブは、また、光ビーム７９０を目標組織に供給するための光経路を体内に保持することを完全に可能とする構造を有する。
【００５１】
システム１００について説明したように、応用分野や解剖学的組織構造により、環状や不規則パターン等の種々の照射パターンが利用され、また、光ビームがパルス化された実施形態も可能である。図７に示す例では、照射パターンは目標組織の治療のために用いられ、未処置の目標組織部で分離された多数の顕微鏡（微小）治療領域を生成する。光ビームは各治療部位に方向付けされるが、次の治療部位に「移る」までは、前の部位に完全に静止した状態のままである。未処置領域で分離された多数の比較的小さな「微視的な」治療領域が目標組織の治療対象であり、目標組織全体を単一の高出力光ビームで照射することとは対照的に異なっている。
【００５２】
システム（又は装置）７００の設計は、システム１００の場合と同様に、応用分野や解剖学的組織構造により決定される。例えば、光源７１０はレーザ光源や、レーザ以外の光源、連続的な光源とパルス光源のどちらも利用分野に応じて使用され、または、１つの波長を有するか、又は、異なる波長を供給できるレーザ、また別の例としては、種々の波長又は波長領域を供給する２個以上の異なる種類のレーザ等を含んでもよい。更に、システム１００の場合に述べた、種々の適用例、プローブの形体（プローブの形状や構成等）及びプローブの挿入方法等もまた、システム７００の場合にも適用される。一例として、プローブ部１４０は回転板１６０の部分から着脱可能としてもよい。回転素子７６０は、プローブ７４０が人体内に挿入されたときに、人体の外部に保持される構成、又は、照射パターンを生成する光学素子をプローブの内部に設ける構成としてもよい。光学素子をプローブ内部に設けた場合は、プローブは、前述のように、更に柔軟性のある曲がりやすくすることができる。また、図７に示す窓７４５は、プローブ７４０の円筒部側又は他の位置に設けてもよく、異なる形状のもの、更には１つ以上の窓等の構成も可能である。
【００５３】
光ビームの波長もまた適用分野によって決定される。光ビームの波長は、好ましくは約１８０ｎｍ〜１２，０００ｎｍの間であり、例えば５００ｎｍ〜３，０００ｎｍの間であり、又は１，０００ｎｍ〜２，０００ｎｍの間であり、更に好ましくは１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの間である。システム１００の場合と同様に、応用例としては、システム７００の光エネルギーは人体組織で吸収されるように適用している。人体組織による可視光領域での吸収は、大抵の場合はヘモグロビンやメラニン等の特殊な発色基によって成される。前述のように、近赤外線領域では、水分は典型的で顕著な発色基である。
【００５４】
図８は、本発明に係る光照射パターン生成器の回転素子の側面図であり、ここでは入射光ビーム８０１は回転素子７６０の回転面内に存在する。この例では、回転素子７６０は２９個のセクタ７０８Ａ，７０８Ｂ，７０８Ｃ…等々に分割され、これらセクタは回転素子７６０の回転軸７０４を中心とする円形状に配列されている。入射光ビーム８０１は回転面内に存在する方向に沿って進む。各セクタ７０８は、動作中のセクタの反射面８０２と８０３等の、一対の反射素子を有する。反射面の面法線の成分は、実質的には回転面内の成分を有する。この例では、回転素子７６０は、円形状に配列されたプリズム８０６，８０７，…等々を有する。プリズムの２面は反射被膜され、隣接するプリズムの反射被膜面（例えば、プリズム８０６と８０７の反射面８０２と８０３等）は、セクタの対向反射面を形成する。プリズム以外に離散構造を使用してもよく、反射面は平面である必要はない。プリズム素子の代わりに平坦な小型の鏡を使用してもよい。
【００５５】
回転素子７６０が回転すると、セクタ７０８は入射光ビーム８０１を横切って回転する。各セクタ７０８は入射光ビーム８０１をある角度だけ偏向する。セクタ７０８は、各セクタが入射光ビーム８０１を横切って回転するときは略一定の角度で光ビームを偏向するが、各セクタごとに偏向角度は異なるように構成される。特に、入射光ビーム８０１は、プリズム８０６の第１の反射面８０２で反射され、次いでプリズム８０７の反射面８０３で反射され、その後、出力光ビーム８０５として送出される。
【００５６】
これら２個の反射面８０２と８０３はペンタミラー構造を形成する。折れ曲がった光経路の面内で共に回転する偶数個の反射面は、偏向角度が反射面の回転角度に関して不変であるという特性がある。この場合、２個の反射面８０２，８０３が存在し、回転板７６０の回転により、プリズム８０６，８０７とそれらの反射面８０２，８０３が、共に、折れ曲がった光経路の面内で回転する。その結果、出力光ビーム８０５の角度は、２個の反射面８０２，８０３が入射光ビーム８０１を横切って回転するときには、変化しない。反射面８０２，８０３は、回転板７６０の回転に関して自己補正している。また、反射面８０２，８０３は、平面である場合は、回転板のウォブル（揺れ）に関して、空間的には実質的に不変である。
【００５７】
回転板７６０が時計方向に回転して次のセクタ７０８及び次の２個の反射面になると、対向反射面間の異なる先端角又は刃先角（開光角度）を用いることで、偏向角度を変えることができる。この構成では、光ビームは該先端角の２倍の角度で偏向される。例えば、セクタ７０８Ａの先端角が４５度の場合は、セクタ７０８Ａは９０度の角度で入射光ビームを偏向する。セクタ７０８Ｂの先端角が４４．５度の場合は、８９度の角度で入射光ビームを偏向する等々である。この例では、各セクタに対して異なる先端角が使用され、各セクタは異なる角度で偏向される出力光ビームを形成している。しかし、偏向角度は、偶数の反射面が共に入射光ビームを横切って回転するために、各セクタ内において実質的には変わらない。この例では、偏向角度は基準値９０度の大きさであり、その変化量は該基準値から±１５度の範囲である。
【００５８】
この例では、各プリズムの頂角は、下記の計算式から３２．５８６２度である。各セクタ７０８は等しい角度範囲を規定している。図９ではセクタが２９個あるので、各セクタが規定する角度範囲は３６０／２９＝１２．４１３８度となる。２個のプリズム８０６と８０７は同じ形状であり、同一の頂角βを有する。回転素子７６０は、先端角が４５度の場合、プリズム８０６と８０７は頂角の二等分線も回転軸７０４を通過するように配置された構成である。従って、上記構成は式：β／２＋１２．４１３８＋β／２＝４５を満足しなければならない。この式を解くことにより、β＝３２．５８６２度を得る。
【００５９】
回転板７６０のプリズム８０６から反時計方向に次のプリズム９１７は＋αの角度だけ傾斜しており、その頂角二等分線１７Ｌは回転板の回転中心７０４を通過しない。そのため、プリズム８０６と９１７で形成されたセクタの先端角は、（β／２＋α）＋１２．４１３８＋β／２＝４５＋αが得られる。次のプリズム９１６は再度その頂角二等分線が回転中心７０４を通過するように整列配置され、プリズム９１６と９１７で形成されるセクタの先端角として、（β／２−α）＋１２．４１３８＋β／２＝４５−αが得られる。次のプリズムは＋２αの角度だけ傾斜し、更に次のプリズムはその頂角二等分線が回転中心７０４を通過するように整列配置され、次のプリズムは＋３αの角度だけ傾斜し、更に次のプリズムはその頂角二等分線が回転中心７０４を通過するように整列配置され、等々の配置構成である。この幾何学形状は回転板７６０の周縁部で維持される。このような配置構成により、基準値９０度に対して±１５度の範囲に渡って２９通りの偏向角度を生成する。なお、この例では、奇数のセクタを使用し、各プリズムごとにその頂角二等分線が整列配置のものと、その他のプリズムは角度α，２α，３α，等々の傾斜したものとを交互に配置している。
【００６０】
この特定の幾何学形状を変化させることで、他の数のセクタ及び異なった偏向角の照射パターンを生成することができる。また、他の回転機構を用いて、単調に増加する順に角度偏向を生成するのではなく、同一の角度偏向を生成することも可能である。また別の例として、回転素子は偶数個のセクタとプリズムを備え、各プリズムごとにその頂角二等分線が回転中心と直線配置のものと、その他のプリズムは角度α／２，３α／２，５α／２，等々の傾斜したものとを交互に配置した構成としてもよい。この構成により、基準値においては実際に偏向を生じることなく、基準値を中心とする近傍で一群の角度偏向を生じることになる。
【００６１】
また別の回転機構として、最後の照射スポットが連続した順番で生成されないように、環状の偏向を連続的に配列させる構成としてもよい。即ち、照射パターンがスポット１，２，３，…，２９の配列である場合、セクタは、１から２９の連続した順番以外の順でスポットを生成するように構成される。適用分野によっては、短時間内に隣接スポットを生成すると、照射領域間で熱的結合が生じ、このことは適当な治療にとって有害となり得る。プリズムを適当に配列することで、全パターンのスポットを供給しながら、一時的に連続したスポットが互いに空間的に分離したスポットを供給することができる。
【００６２】
また別の幾何学図形で示される構成として、いくつかの適用分野に有利なものがある。直線形状よりもむしろジグザグ形に配列された画像パターンによって利点が得られる適用例がある。例えば、生物学的応用例において、画像スポットが直線に沿って配列し、高い照射レベルが存在する場合は、ビーム照射によりレーザメスで切るように組織を誤って切る危険性がある。ジグザグ状に画像スポットを照射することで、生体組織を誤って切断したり又は熱的損傷を与えたりすることが、実質的に低減されるとともに、高度の加熱治療を施すことが可能となる。ジグザグ状の照射スポットのパターンを実現するために、回転角αが適用された前述の幾何学形状のプリズムは、直交する傾斜角を用いてスポットに横方向の変位を与え、ジグザグ形状のパターンを生成することもできる。
【００６３】
図１０は、本発明に係るまた別の光パターン生成器を示す図であり、ここでは入射光ビーム１０４２の進行方向は、回転面に実質的に垂直方向の成分を有する。また、この光パターン生成器は、回転軸１０４１を有する単一の回転素子１０４０を使用して所望の光パターンを生成する。この例では、回転板１０４０は、入射光ビームを横切って回転する反射分節部１０４３，１０４４を備えている。これら分節部は、回転素子の回転軸１０４１と一致した光軸を有し、互いに回転対称である親元の光学面を有する。図１０では、大きな親元の光学面はそれぞれ小さな反射分節部１０４３，１０４４を有し、入射光ビーム１０４２は２回反射された後、パターン生成器に送出される。
【００６４】
図１０において、回転素子は、複数組のセクタ用対向反射面１０４３，１０４４を備えた回転板１０４０を含み、異なるセクタは、異なる曲率半径の反射面を有し、送出ビームは、ＰＳＤ（電力スペクトル密度）状態を維持したまま、各セクタに対して異なる角度で変位される。対向反射面１０４３と１０４４は回転対称であり、光学的中心線の回りに回転されるので、光ビームと交差する両反射面１０４３と１０４４は、回転に関して空間的に不変である。これら反射分節部１０４３，１０４４の半径と軸方向の分離は、システムが全ての分節部に対して略無限焦点位置に維持されるとともに、出力光ビームの角度を変化させるように設計される。
【００６５】
その他の形体の光パターン生成器の例としては、ガルバノメータ、音響光学素子、電子光学素子、圧電素子、微小電子機械素子（メムス）、（回転ミラーやプリズム等の）回転素子を含む構成がある。図７−１０に関して説明した単一の回転素子の光パターン生成器の詳細については、２００５年６月２０日出願の米国特許ＣＩＰ出願第１１／１５８，９０７号（発明の名称「単一の回転部品を用いた光パターン生成装置」）に開示されているので参照される。
【００６６】
ここで記載した実施形態は、単に図示により例示したもので、本発明はこれらに限定するものではなく、本発明は、その精神又は基本的特徴から逸脱することなく、他の形態で実施することも可能である。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載された内容として開示され、本発明の請求の範囲と同等の技術内容に基づく変形はすべて本発明に含まれると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る装置の概略図である。
【図２Ａ】図１に示す装置の光学縱列部の斜視図である。
【図２Ｂ】図１に示す装置の光学縱列部の上面図である。
【図２Ｃ】図１に示す装置の光学縱列部の正面図である。
【図３Ａ】逆向き回転板の９：００ファセットの正面及び上面図である。
【図３Ｂ】逆向き回転板の６：００ファセットの正面及び側面図である。
【図４】本発明に係る装置の制御システムのブロック図である。
【図５】本発明に係るガルバノメータによる装置の斜視図である。
【図６】本発明に係る空間的多重方式ホログラフィック光学素子による装置の斜視図である。
【図７】本発明に係る単一の回転素子を備えた装置の概略図である。
【図８】図７に示す回転素子の側面図である。
【図９】図８に示すプリズムの傾斜を示す拡大図である。
【図１０】本発明に係る他の光パターン生成器の動作を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、（ａ）２００５年５月３日出願の米国仮特許出願第６０／６７７，６８２号（発明の名称”Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｉｓｓｕｅ”「体内組織の光学的誘起処置」）の優先権、（ｂ）２００５年２月１４日出願の米国仮特許出願第６０／６５２，８９１号（発明の名称”Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ”「単一の回転部品を用いた高効率で高速の光パターン生成装置」）の優先権、（ｃ）２００６年２月１３日出願の米国実用新案出願（出願番号未定、発明の名称”Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｉｓｓｕｅ”「体内組織の光学的誘起処置」）の優先権、を米国特許法第３５Ｕ.Ｓ.Ｃ.§１１９(e)条に基づいて主張するものであり、（ｄ）２００３年１２月３１日出願の米国特許出願第１０／７５０，７９０号（発明の名称”Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ， Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ”「単一の回転部品を用いた高速で高効率の光パターン生成装置」）の一部継続（ＣＩＰ）出願である２００５年６月２０日出願の米国特許ＣＩＰ出願第１１／１５８，９０７号（発明の名称”Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ”「単一の回転部品を用いた光パターン生成装置」）であり、このＣＩＰ出願はまた２００５年２月１４日出願の米国仮特許出願第６０／６５２，８９１号（発明の名称 ”Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｔ”「単一の回転部品を用いた高効率で高速の光パターン生成装置」）の優先権を主張するもので、ここでその全体を参照することにより、その要旨を本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、一般に、体内組織の治療及び／又は診断に関し、特に、レーザ光照射を体内組織に与えることによって、例えば、人体内の組織等の体内組織に施される光照射による治療及び／又は診断に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザやその他の強力な光源は、体内組織の治療を含む種々の組織治療に利用される。例えば、レーザによる胸部外科手術、レーザによる腸の外科手術、レーザによる脳の外科手術、レーザ光線で内臓の組織を凝固させる光凝固法による外科処置、脳及び眼（網膜）の外科処置等が含まれる。これらの治療の多くは、治療対象である目標の組織を光ビームで照射する。基礎をなす物理的メカニズムが光吸収に基づいている場合は、光ビームは、目標とする組織で吸収される波長で典型的に効力を発揮する。水分が主要な光吸収材料である場合は、細胞質および間質の水分が光エネルギーを吸収し、それを熱エネルギーに変換する。熱エネルギーは組織の温度を上昇させ、望ましい効果的な作用を施す。例えば、目標組織を損傷する温度であるが、近傍の組織により回復可能とする温度まで加熱することが望ましい。殆どの場合は、目標組織の基礎を成す組織又は周囲の組織に損傷を与えないことが望ましい。このことは、望ましくない損傷を避けるだけでなく、回復処理を迅速化する。膠原繊維を含む組織の変成は、組織の収縮に効果的な作用を発揮することができる。更に、痔や直腸等の組織などの鬱血部を含む組織は、光凝固された後、解消される。
【０００４】
体内組織の治療と（皮膚等の）体外組織の治療との相違点の１つは、体内組織の方がその部位に光ビームを到達させるのが体外組織よりも一層難しいことである。体内組織の場合は、光ビームを身体内部を通って目標の組織まで到達させねばならない。その結果、目標組織への光経路は、身体の解剖学的構造により制限されるため、遙かに制約されている。光経路は、体内にある目標組織の部位に到達するためには狭小で長くなることがよくある。更に、光経路はまた、例えば、放散される無駄な熱量又は除去される物質的堆積物の量を制限する熱的な制約やその他の制約があり得る。目標組織に対する治療素子の位置を決定したり、治療の効力について適応機能を得るために、治療素子の位置や動きを制御することも難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、組織治療用の多くのレーザ技術では単一の高出力レーザビームを利用しており、この単一の高出力レーザビームは、目標組織のある部位から別の部位に手動で移動されるか、又は、レーザビームが目標組織を横切って走査するときに治療経路を掃除する。しかしながら、この方法には多くの欠陥がある。例えば、高出力のレーザビームは本来非常に危険であり、もし間違った部位に伝送されれば、更に危険である。また、従来のシステムは、典型的には、もっと高価な種類のレーザに基づいて構成されるものであり、低出力で低価格の半導体レーザを利用するものではない。光導出用光学部品（又は「光学素子」）もまた、更に高出力を扱うように設計する必要があり、システムの価格及び複雑性を更に増大させている。また、単一のレーザビームを手動で目標組織の異なる部位に移動させる必要がある場合は、治療時間が長くなってしまうといった課題がある。
【０００６】
従って、光ビームを方向付けすることで、体内の目標組織において照射パターンを生成することができ、好ましくは、前述の課題を解消できる装置及び方法に対する要望が高まりつつある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、体内の目標組織に光ビームを供給することで、従来技術の制約を解消するものである。１つの方法としては、人体内の目標組織に光ビームを供給するための装置は、２個の回転板と１個のプローブを備える。これらの回転板は、目標組織において照射パターンを発生するように入射光ビームを偏向させる。照射パターンは別の目的のためにも使用される。例えば、応用例としては、照射パターンは組織で吸収され、有用な効力を発揮することもできる。他の応用例としては、治療や診断のために組織を照射することも可能である。プローブは人体内に光経路を保持し、偏向された光ビームを目標組織に供給することを可能とする。
【０００８】
プローブの例としては、内視鏡用、関節鏡検査用、及びカテーテルに基づくプローブ等がある。プローブは、元々からある人体の穴部や、切開等により人工的に形成された切口を通って、人体内に挿入される。１つの方法として、プローブは目標組織と直接接触した光窓を有し、光ビームは光窓を通過して目標組織を治療するように構成される。
【０００９】
一実施態様では、装置は環状パターンの離散スポットを形成する。回転板は複数組の対応するファセットを有する。各組のファセットが前記入射光ビームを通過して回転するときに、環状パターンのスポットの１つの方向に入射光ビームを偏向する。特に、装置はＮ個のファセットを有する角錐状多角形を備えた構成であり、ここで、Ｎは円板上のファセットの組数である。円板上の各組のファセットは、角錐状多角形の対応するファセットの方向に入射光ビームを偏向し、光ビームを環状パターンのスポットの１つの方向に順次偏向する。
【００１０】
回転板を使用する１つの利点は、複数のファセットを別々に設計できることである。これにより、不規則で非平面の照射パターンを実現することができる。他の利点は、円板を高速で回転することができ、処置時間を短縮できることである。
【００１１】
本発明の別の態様では、（回転板以外の方法を含む）光パターン生成器は、光ビームを方向付けすることで照射パターンを形成し、未処置の目標組織によって分離された体内の目標組織に複数の顕微鏡的処置領域を生成する。プローブは、人体内に光経路を保持し、光ビームを目標とする組織に供給する。光パターン生成器は、人体の内部又は外部のいずれに配置してもよい。
【００１２】
一変形態では、プローブは目標組織と直接接触した光窓を有し、光窓は熱伝導性であって、目標組織の加熱及び冷却を容易にしている。本発明の他の態様では、制御論理を用い、センサからのフィードバックに基づいて種々の演算パラメータを調整できる。例えば、プローブの動きに基づいて光ビーム及び／又は光パターン生成器を制御すること；波長、出力、パルス幅、パルスエネルギー、パルス波形、ビーム特性、デューティサイクル（衝撃係数）及びパルス繰返し数等の光ビームのパラメータを制御すること；光ビームの開口数、焦点距離や焦点位置等の焦点に関するパラメータを制御することが含まれる。これらパラメータは治療の過程で又は治療前又は一連の治療前に適応的に調整可能であるが、治療中は一定に保たれる。
【００１３】
本発明の更に別の態様では、人体内の目標組織に光ビームを供給する装置は、回転面と回転軸を有する１個の回転可能な部品を備える。該回転可能な部品は回転軸の回りに、あるパターンで配列された複数の偏向用セクタを有する。各セクタは、入射光ビームと交差して回転するときに該光ビームを偏向し、目標組織において所定の照射パターンを生成する。また、装置は、人体内の目標組織に偏向光ビームを供給するために、光経路を人体内に保持するプローブを備える。
【００１４】
好ましい形態では、回転可能な部品は、その回転面において第１次の偏向である実質的に一定の角度の偏向により、入射光ビームを偏向する。いくつかの変形態では、回転可能な部品は、回転軸の回りに配置された複数の離散構造を更に備える。これらの変形態では、各離散構造は少なくとも２個の反射面を有し、隣接構造からの反射面はセクタの対向反射面を形成する。
【００１５】
本発明の他の態様は、前述の素子及び装置に対応する方法及びシステムを含むものである。
【００１６】
本発明の更に他の利点及び特徴は、添付の図面を参照して、以下に述べる発明の詳細な説明と特許請求の範囲に記載された内容から更に明瞭となるであろう。なお、ここで記載する実施形態は、単に図示により例示したもので、本発明はこれらに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明に係るシステム（又は「装置」）１００の概略図である。システム１００は、光源１１０と、光ファイバ１２０と、ハンドピース１３０を備える。ハンドピース１３０は、人体内に挿入用のプローブ部１４０を含む。ハンドピース１３０内の光学縱列部は、光ファイバ用の入力ポート１５０と、コリメータ光学素子１５２と、互いに逆向きに回転する一対の円板１６０Ａ及び１６０Ｂ（以後、「逆向き回転円板１６０」又は「回転板１６０」とも呼ぶ）と、付加的な光送出用光学素子１６５を備える。プローブ１４０の先端近傍には透明窓１４５が設けられている。この例では、窓１４５はプローブ１４０の円筒部側に配置されている。
【００１８】
システム１００の動作について以下に説明する。例えばレーザ等の光源１１０から出力されたパルス化された光ビームは、光ファイバ１２０を介してハンドピース１３０に送出される。光ビームは入力ポート１５０を通ってハンドピースに入力され、コリメータレンズ等の光学素子１５２でコリメートされる。図２Ａ〜２Ｃに示す回転板１６０Ａ，１６０Ｂ（以後、参照番号は「１６０」で表記することもある）は、それらの周縁部に多数のファセット（小眼面）１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）を有している。回転板１６０が互いに逆向きに回転すると、複数の異なるファセット１６２が光ビーム１９０を横切って移動し、該光ビームを別々の方向に偏向させる。偏向された光ビーム１９０は、光送出用光学素子１６５によって透明窓１４５から外部に導出される。回転板１６０が回転することで、透明窓１４５において光ビームの照射パターンを発生する。この例では、照射パターンは環状パターンである。即ち、一対の回転板１６０が互いに逆向きに回転することで、光軸を中心とした円形状に連続した多数の光スポットが生成される。
【００１９】
プローブ１４０が人体内に挿入されたときに、窓１４５は目標組織と接触する位置にある。一対の円板１６０が互いに逆向きに回転することで、目標組織において環状の照射パターンを生成する。また、プローブは、光ビーム１９０を目標組織に供給するための光経路を体内に保持することができる完全な構造を有する。
【００２０】
応用分野や解剖学的組織構造により、種々の照射パターンが利用される。例えば、連続したレーザビームで目標組織を走査してもよい。また別の方法では、光ビームをパルス化してもよい。プローブ１４０を位置決めした後で、１つの特定部位を照射するようにレーザをパルス化してもよく、また、プローブ１４０を再位置決めしてレーザを再パルス化してもよい。
【００２１】
図１に示す構成例では、照射パターンは目標組織の治療のために用いられ、未処置の目標組織部で分離された多数の顕微鏡（微小）治療領域を生成する。光ビームは各治療部位に方向付けされるが、次の治療部位に「移る」までは、前の部位に完全に静止した状態のままである。治療領域は、肉眼では見えない大きさであるという意味では、（顕微鏡的な）微小な大きさである。例えば、ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓ等による米国特許出願Ｎｏ．１０／８８８，３５６号（発明の名称”Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏ Ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ Ｓｋｉｎ”）を参照されたい。本実施の形態では、未処置領域で分離された多数の比較的小さな「微視的な」治療領域が、目標組織の治療対象であり、目標組織全体を単一の高出力光ビームで照射することとは全く異なっている。なお、ここで使用している用語「微視的な治療領域」又は「顕微鏡治療領域」は、治療領域が非常に小さくて顕微鏡によってしか見ることができないということを意味するものではない。
【００２２】
システム（又は装置）１００の設計は、応用分野や解剖学的組織構造により決定される。例えば、光源１１０は典型的にはレーザ光源であるが、レーザ以外の光源も使用可能である。レーザ以外の光源としては、フラッシュランプや発光ダイオードがある。レーザ光源の例としては、各種レーザ、ダイオード励起個体レーザ、Ｅｒ（エルビウム）：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ（ネオジウム）：ＹＡＧレーザ、Ｅｒ：ガラスレーザ、アルゴン・イオンレーザ、Ｈｅ−Ｎｅ（ヘリウム・ネオン）レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、エルビウムファイバレーザ等のファイバレーザ、ルビーレーザ、周波数逓倍レーザ、ラマンシフトレーザ、光励起半導体レーザ、パルス・ダイ（色素）レーザ等々がある。連続的な光源とパルス光源のどちらも利用分野に応じて使用される。光源１１０は、１つの波長（又は波長領域）を有するか、又は、異なる波長に同調可能な１つの特殊な形体のレーザを含むことができる。また別の例としては、光源１１０は、種々の波長又は波長領域を有する２個以上の異なる種類のレーザを含んでも良い。異なる光源からの光ビームは、逐一又は同時に目標組織に向けて方向付けされる。
【００２３】
光ビームの波長もまた適用分野によって決定される。光ビームの波長は、好ましくは約１８０ｎｍ〜１２，０００ｎｍの間であり、例えば５００ｎｍ〜３，０００ｎｍの間であり、又は１，０００ｎｍ〜２，０００ｎｍの間であり、更に好ましくは１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの間である。ここで使用する用語「光」（Ｏｐｔｉｃａｌ）又は「光」（ｌｉｇｈｔ）は、上記波長範囲の全ての光を意味し、可視光線に限定するものではない。
【００２４】
ある応用例では、光エネルギーは人体組織で吸収されるように適用している。人体組織による可視光領域での吸収は、大抵の場合はヘモグロビンやメラニン等の特殊な発色基によって成される。近赤外線領域では、水分は典型的で顕著な発色基である。水に対する近赤外線領域での吸収率は、波長が１４５０ｎｍ近傍でピーク（約３０／ｃｍの吸収率）となり、１９３０ｎｍ近傍でピーク（約１３０／ｃｍの吸収率）となり、これらの両ピーク間では吸収率は略５／ｃｍより下に落ちることはない。１９３０ｎｍでのピーク値より上方では、吸収は小さな値に下降することはないが、Ｅｒ：ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザの吸収に比べて非常に高い値となる。１０００ｎｍ〜１４５０ｎｍの間の波長領域では、吸収率は着実に下降して０．２／ｃｍ又はそれ以下となり得る。約１０００ｎｍ以下の波長領域では、ヘモグロビンやメラニン等の発色基は、もし存在すれば、非常に有効な光吸収体となり、水分による吸収は減少する。
【００２５】
次に、ハンドピース１３０について説明する。プローブ部の形状及び構成もまた適用例によって決定される。想定される適用例としては、血管腫、喉頭部又は肛門内疣贅等の治療；頸部や結腸その他の部位に生じる癌の治療；鼻ポリープの治療；膣の苔蘚硬化症の治療；痔の治療；及び閉塞性睡眠時無呼吸（口蓋機能不全）の治療等がある。内視鏡、関節鏡、カテーテルは、適用分野に応じて適当な形体をとることができる一般的なプローブである。プローブ１４０は、人体に本来備わった（肛門や口等の）開口穴部、又は（外科的切開等）で形成された「人工的」な開口部を通って、体内に挿入される。
【００２６】
図１に示す窓１４５は、プローブの端部において、対向するように、プローブ１４０の円筒部側に配置されている。また別の実施形態としては、窓はプローブの端部を含めてその他の位置に設けることも可能である。また、窓は異なった形状に構成してもよいし、２つ以上の窓を設けても良い。温度調整が望ましい場合は、サファイアやダイヤモンドの窓が、その高い熱伝導及び当該波長に対する透過性を有するために、使用される。有効な加熱又は冷却が、窓１４５を介して、又は、プローブの他の部分を介して行われる。
【００２７】
図１の例では、プローブ１４０が人体に挿入されるとき、回転板１６０は人体の外部に留まっているように構成されている。しかし、他の実施形態としては、照射パターンを生成する種々の光学素子がプローブに対して充分小さい場合、又はプローブが該光学素子に対して充分大きい場合は、これらの光学素子をプローブ内部に配置してもよい。例えば、プローブの先端部等のプローブ内部に光照射パターン生成器を配置する構成では、その１つの利点は、プローブの残りの部分をもっと柔軟で可撓性のある構成とできることである。このような構成では、例えば、プローブは、光ビームを照射パターンが形成されるプローブの先端部に伝達する光ファイバを含むことができる。これに対して、図１に示すプローブ１４０は、回転板１６０から送出窓１４５に至る固定した自由空間の光経路を保持するように構成され、プローブ１４０の可撓性（曲げ易い柔軟性）は制約されることがある。
【００２８】
また、種々の照射パターンを実現することもできる。システム１００は、プローブ１４０の周囲に環状に等間隔で配列した複数のスポットより成る照射パターンを生成する。例えば、各光源が１つの環状パターンを形成する複数の光源を用いるか、又は、複数の光ビームを発生するビームスプリッタを用いて、複数の環状パターンを生成することもできる。全ての環状が同じ径を有する場合は、照射パターンは円筒形となる。径に増減があれば、照射パターンは円錐形となる。その他、非平面状のパターンも生成できる。回転板を使用する１つの利点は、不規則なパターンを保持できることである。各組の対応するファセット１６２は、照射パターン内の異なるスポットを生成するように個別に構成してもよい。
【００２９】
１つの方法として、プローブ部１４０は回転板１６０の部分から切り離し可能な構成としてもよい。種々の適用例のため及び／又は種々の大きさの生体組織構造に簡単に適応するために、種々の異なる形体のプローブを使用することができる。
【００３０】
図２Ａ〜２Ｃはシステム１００の光学縱列部の異なる視点からの図である。これらの図は、互いに逆向きに回転する一対の円板（回転板）１６０（１６０Ａ，１６０Ｂ）と、集束レンズ１６６とマルチファセット多角錐体１６７（一部のみ図示）を含む光導出用光学部品を示す。１４５は円筒形状の窓を示す。回転板１６０上に設けられた対応するファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）も図示されている。図２Ａ〜２Ｃでは、１つのファセット１６２Ａが回転板１６０Ａ上に設けられ、対応するファセット１６２Ｂが回転板１６０Ｂ上に設けられている。この構成例では、各円板（回転板）１６０に合計１２個のファセットが設けられ、多角錐体１６７にも１２個のファセット１６８が設けられている。一対の円板（回転板）１６０上に設けられた対応する各組のファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）もまた多角錐体１６７に設けられた１つのファセット１６８に対応している。便宜的に、これらのファセットを、光源位置（即ち、図２Ａ，２Ｂの左側位置）における観察者の参照フレームから、窓１４５上の最後のスポットの相対する時計位置を参照して、１：００ファセット、２：００ファセット等と呼ぶこととする。
【００３１】
図２Ａ〜２Ｃでは３：００ファセットが機能している場合を示す。光ビーム１９０は一対の３：００ファセット１６２Ａ，１６２Ｂを通って伝送される。ここで、３：００ファセットは一対の円板（回転板）上の時刻３：００位置にある必要はなく、３：００は窓１４５上に形成される最後の光ビームスポットを表している。これらのファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）は、光ビーム１９０を多角錐体１６７の３：００ファセット１６８の方向に偏向させ、光ビームは窓１４５において３：００位置の方向に反射される。集束レンズ１６６は、光ビーム１９０を窓１４５の外部側近傍、例えば、目標組織表面部位又はその僅かに下方位置に対応する外部側近傍の焦点位置に集束する。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｂは更に９：００位置に対応するファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）を説明するものである。同図において、符号３６０Ａ，３６０Ｂは一対の回転板１６０Ａ，１６０Ｂの回転中心を示し、これら２つの中心間距離をＬとする。ただし、回転板自体は図示していない。一次光ビームに対しては、ファセット１６２（１６２Ａ，１６２Ｂ）は、それぞれ符号３６２Ａ，３６２Ｂで示す位置にある光学中心を有するレンズとして機能し、これら符号３６２Ａ，３６２Ｂを中心とする円を破線で示す。ファセット１６２Ａは負の屈折力を有するレンズであり、ファセット１６２Ｂは正の屈折力を有するレンズである。これら光学中心３６２Ａ，３６２Ｂ間距離もＬであるが、光学中心３６２Ａ，３６２Ｂ間を結ぶ線は回転中心３６０Ａ，３６０Ｂ間を結ぶ線に対してある角度を成してもよい。同図において、ファセットは「中間」位置にあり、これは光ビーム１９０を横切るファセットの回転の中間点を示す。なお、破線で示す大きな円は各ファセットの「親元」本体の光学素子であり、各ファセットの物理的な拡張部ではない。各ファセットの物理的な拡張部は符号１６２Ａ，１６２Ｂで示す小さな実線の円形部である。
【００３３】
図３Ａは９：００ファセット１６２の正面図を示すとともに、それらの上面図を示している。上面図の破線で示すレンズの外形は各ファセットの親元本体の光学素子であり、物理的拡張部は実線でその外形が図示されている。図３Ａでは、光ビーム１９０は第１のファセット１６２Ａで９：００位置の方向に偏向され、更に第２のファセット１６２Ｂで同じ方向に偏向される。各ファセット１６２Ａ，１６２Ｂは対応する回転中心３６０Ａ，３６０Ｂと一致する光学中心３６２Ａ，３６２Ｂを有しているので、ファセット１６２が光ビームを横切って回転するときに、光学作用は変化しない。従って、光ビーム１９０が９：００ファセットに入射する限り、光ビームは９：００位置の方向に偏向される。
【００３４】
図３Ｂは６：００位置の場合を示す。中間点では、光学的には、６：００ファセット１６２Ａは光学中心が３６２Ａの負のレンズ（発散レンズ）であり、６：００ファセット１６２Ｂは光学中心が３６２Ｂの正のレンズ（収束レンズ）として機能する。これにより、側面図に示すように、光ビーム１９０は多角錐体１６７の６：００ファセットの方向に偏向され、次いで窓１４５の６：００位置の方向に偏向される。しかし、図３Ａの場合と相違する点は、レンズの光学中心３６２Ａ，３６２Ｂが対応する回転板の回転中心３６０Ａ，３６０Ｂと一致しないことである。そのため、光学中心３６２Ａ，３６２Ｂは、連続する画像位置に対応するファセット１６２Ａ，１６２Ｂが光ビームを横切って回転するときに、変位することになる。
【００３５】
変位が正確でない場合は、この変位は、（３：００や９：００の場合と異なり）典型的には、光ビーム１９０の偏向において僅かな直交する偏りを生じる。適用例によっては、上記偏りは充分小さくて補正する必要はない場合がある。その他の場合は、この残差のクロススキャン角度変位の補正は、ファセット又は他の光学素子における設計の自由度を導入することで達成される。例えば、ファセットの光学中心３６２Ａ，３６２Ｂをそれらの元の位置から偏心させるか、又は、ファセット表面を非球面とすること、又は異なる複数組のファセットで異なる半径とする、又はファセット自体に何らかの補正を施すこと等により達成できる。また別の方法としては、集束レンズ１６６及び／又は多角錐体１６７の６：００ファセット１６８を補正用に使用してもよい。
【００３６】
図３Ａ，３Ｂは互いに逆向きに回転する円板（回転板）の基本的な動作を示すもので、他の種々の変形も可能であることはいうまでもない。例えば、ファセットの個数は生成するスポット数の増減に合わせて変えることもできる。更に、複数のファセットは個別に設計できるので、多数の異なる照射パターンを生成することができる。スポットを全周３６０°に等間隔で配置すること以外に、全スポットを１つ又は複数のセクタ内に集中的に配置してもよい。例えば、スポットを１０：００位置から２：００位置の間に等間隔で配置してもよい。また別の方法としては、全スポットの半数を１０：００位置から１１：００位置の間に配置し、残りの半数を１：００位置から２：００位置の間に配置してもよい。その他の例としては、全スポットを規則的な間隔をあけて配置する必要なく、１２：００位置から３：００位置までの間は規則的な配置はせずに、１２：００位置から１：００位置の間に密集して配置してもよい。多数のファセットが同じスポットを形成するように構成することで、１つの治療領域に対して多数の光ビーム照射を施すことになる。
【００３７】
スポットを軸方向から外して配置することもできる。また、基本的な照射パターンは、プローブ全体を手動又は自動で移動させること又はプローブ内の光学素子を移動させることにより、軸方向に移動させることができる。例えば、レンズ１６６と多角錐体１６８は、回転板が回転しているときに、軸方向に移行され、異なる軸位置で環状の照射パターンを繰り返し生成する。走査動作を更に追加するために、他の構成要素を使用してもよい。例えば、多角錐体を回転又は振動させてもよく、更に動作を追加するためにガルバノメータを使用してもよい。
【００３８】
また、光学縦列部のファセットと他の素子を備えることで、純粋な光パワーと走査以外の作用をもたらすこともできる。非球面、材料の選択、その他、例えば、ダブレット（二重接合レンズ）やトリプレット（三重接合レンズ）等の更に複雑な光学設計を使用することで、補正のため又は意図的に高次の波面偏差を導入し、光ビームの波形と治療部位を目指す方向を大きく調整することができる。
【００３９】
逆向き回転板の設計に関する文献例としては、Ｌｅｎ ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓ等による２００３年１２月３１日付米国特許出願第１０／７５０，７９０号（発明の名称”Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ”「回転光学素子を用いた高速・高効率の光パターン生成装置」）に開示されており、ここで参照することにより本明細書に導入する。例えば、同文献の図１Ｂでは、複数の光源を使用することが開示され、図１Ｃでは、ある方向でのオフセット（偏倚）が他の方向の走査と結合されることが開示され、図２−３では、更に１方向に沿ったオフセットが開示され、図５Ａ，５Ｂでは反射設計が開示され、図７Ａ−７Ｃでは種々のスポットパターンが開示されている。他の文献例としては、Ｂａｒｒｙ Ｇ． Ｂｒｏｏｍｅ等による２００４年８月９日付米国特許出願第１０／９１４，８６０号（発明の名称”Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ａ ｃｏｕｎｔｅｒ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｋ ｓｃａｎｎｅｒ”「逆向き回転板スキャナを用いた２次元光学走査システム」）があり、ここで参照することにより本明細書に導入する。同文献の図４−９では、一方向に偏倚を生じる逆向き回転板と、他の方向に偏倚を生じるガルバノメータ等の他の装置とを組み合わせた構成例が開示されている。
【００４０】
設計に自由度をもたせることで、多種類の照射パターンを形成することができる。好ましい実施形態では、未処置の目標組織で分離された顕微鏡的治療領域を形成する。これの１つの利点は、必要に応じて、近傍の未処置目標組織が、照射された組織の回復を速めることである。目標組織を治療すること以外の他の適用例としては、照射パターンを診断目的のために利用する。
【００４１】
１つの方法として、非連続の光ビームを使用し、この場合、光ビームは間隔を置いた光パルスよりなる。光パルスはパルス化レーザにより発生することができる。また別の方法としては、例えば、連続波形レーザの出力をゲート制御することや、どこかの地点でチョッパーを光学縦列部内に挿入すること等の外部素子によって、連続した光ビームをパルス化することができる。光パルスを発生させる方法に関係なく、異なる光パルスを異なる部位に方向付けして、顕微鏡的治療領域を形成することができる。１つの方法としては、１つ以上の所定数の所定エネルギーのパルスが各治療領域に供給される。他の構成例では、所定数のパルス及び／又はそれらのエネルギーが調整され、治療中は一定に維持されるか、又は治療中も連続して調整される。
【００４２】
他のパラメータも調整することができる。図４は種々のパラメータを制御する制御システムのブロック図である。制御システムは、制御論理部４２０に接続されたセンサ４１０を有する。例えば、図１の光源１１０や光パターン生成器１６０及び／又は光学縦列部のその他の要素１５０，１５２，１６５等を含むシステム全体の種々の部分を制御するために、制御論理部４２０は使用される。制御論理部４２０は、センサ４１０から受信したフィードバック（帰還）信号に基づいて所望の動作パラメータを調整する。
【００４３】
動作パラメータの例として、波長；エネルギー、パワー、及びエネルギーとパワーの密度；パルス期間、パルス反復レート、時間的・空間的パルス波形；偏光（分極化）；開口数、焦点深度及び焦点位置；目標組織への入射角度等が含まれる。動作パラメータ総計は、各治療領域に向けられた光パルスの総数又は密度と、各治療領域に蓄積される総エネルギー量を含む。また、例えば、治療領域間の分離、治療領域の大きさ、治療領域の空間的配置等を含む照射パターンのパラメータも制御可能である。
【００４４】
種々のセンサの例としては、光コヒーレンス断層撮影、コンフォーカル顕微鏡検査、光学顕微鏡検査、光学的フィンガープリント法及び超音波検査用のものが含まれる。測定可能な組織の特性として、例えば、温度、機構的密度、色、複屈折性、不透明度、吸収性、消衰、拡散、アルベド（反射係数）、分極率、比誘電率、キャパシタンス（静電容量）、化学天秤、弾性、種々の材料（例えば、水、ヘモグロビン、オキシヘモグロビン、異物等）のフラクション（分率）、組織に導入される液体の特性等が含まれる。プローブの位置もまた、位置や速度及び／又は角度指向を含めて、フィードバック情報として使用される。
【００４５】
センサからのフィードバックに基づいて制御を実行するために、従来の制御アルゴリズムが使用される。例えば、Ｌｅｏｎａｒｄ Ｃ． ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓとＴｈｏｍａｓ Ｒ． Ｍｙｅｒｓによる２００３年１２月２３日付米国特許出願第１０／７４５，７６１号（発明の名称”Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｉｓｓｕｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”「レーザによる組織の治療を観察及び制御するための方法と装置」）には、特に、ハンドピース位置に基づく制御方法が開示されており、ここで参照することにより本明細書に導入する。また、Ｄａｖｉｄ ＥｉｍｅｒｌとＬｅｏｎａｒｄ Ｃ． ＤｅＢｅｎｅｄｉｃｔｉｓによる２００４年６月１４日付米国特許出願第１０／８６８，１３４号（発明の名称”Ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅｓ ｆｏｒ ｌａｓｅｒ ｍｅｄｉｃｉｎｅ”「レーザ医療用光パルスの適応的制御」）に、特に、組織の特性による制御方法が開示されており、ここで参照することにより本明細書に導入する。
【００４６】
図５及び図６は、逆向き回転板以外の光パターン生成器による装置の２つの例を示す。図５では、光パターン生成器として２次元傾斜ミラーが使用されている。この例では、入射ビームは、回転ミラー５０２，５０４により傾斜ミラー５１０の方向に向けられる。傾斜ミラー５１０の動きにより、光ビームは照射パターンの種々の部位に方向付けされる。図５では、４つの異なる偏向ビーム１９５Ａ−１９５Ｄを示している。上記構成において、図２に示すレンズ１６６と多角錐体１６８を使用すれば、傾斜ミラー５１０は光ビームを連続して多角錐体の各ファセットに偏向させることができる。
【００４７】
図６の例では、光パターン生成器として、空間的多重方式ホログラフィック光学素子又は複回折式光アレイ素子６１０が使用されている。入射光ビームはホログラフィック光学素子６１０に入力され、図６では素子６１０は４つの異なる空間部分６１２Ａ−６１２Ｄから構成されている。素子６１０の各部分６１２は光ビームの一部を異なる部位に偏向している（図では１つだけの偏向ビームを示す）。この例では、素子の動きはなく、照射パターン内の全てのスポットは同時に生成される。再び図２に示す多角錐体１６８を参照して、ホログラフィック光学素子６１０は１２個の異なる部分を含む構成とし、これら各部分が入射光ビームの一部を多角錐体の１２個のファセットの１つに向けるように構成してもよい。照射パターン生成器として、非空間多重方式のホログラフィック素子と同様に、非ホログラフィックの空間的多重素子もまた使用可能である。
【００４８】
図７は本発明に係る単一の回転素子を備えたシステム７００の概略図である。システム７００は図１に示すシステム１００と同様の構成であるが、相違点としては、図１では２個の逆向き回転板１６０Ａ，１６０Ｂが備えられているのに対して、図７では１つだけの回転素子を備えた構成である。システム１００と同様に、システム７００もまた光源７１０と光ファイバー７２０とハンドピース７３０を有する。ハンドピース７３０は、人体内に挿入用のプローブ部７４０を含む。ハンドピース７３０内に含まれる光学縦列部は、光ファイバーの入力ポート７５０と、コリメータ光学素子７５２と、単一の回転素子７６０と、光学素子７６２と、付加的な光導出用光学素子７６５を備える。プローブ７４０は、プローブの先端近傍に配置された透明窓７４５を有する。この例では、窓７４５はプローブ７４０の円筒部側に設けられている。
【００４９】
システム７００の動作について以下に説明する。パルス化レーザ等の光源７１０から出力された光ビームは光ファイバ７２０を介してハンドピース７３０に伝送される。光ビームは入力ポートからハンドピースに入力され、コリメートレンズ等の光学素子７５２でコリメートされる。回転素子７６０は、図８及び図９に示すように、回転素子７６０の回転軸７０４を中心とする円形部に配列された多数のセクタ７０８を有する。光ビーム７９０は回転面内にある方向に沿って伝送される。各セクタ７０８は、反射面または反射膜等の一対の反射素子を有する。回転素子７６０が回転すると、セクタ７０８は光ビーム７９０を横切って回転する。各セクタ７０８は、後述するように、入射光ビーム７９０をある角度だけ偏向する。偏向された光ビーム７９０は、光導出用光学素子７６５により、透明窓７４５から外部に導出される。回転素子７６０の回転により、透明窓７４５において照射パターンが生成される。
【００５０】
システム１００の場合と同様に、プローブ７４０が人体に挿入されると、窓７４５は目標組織に接触する位置となる。次いで、回転素子７６０は、目標組織部位において環状パターン等の照射パターンを生成する。プローブは、また、光ビーム７９０を目標組織に供給するための光経路を体内に保持することを完全に可能とする構造を有する。
【００５１】
システム１００について説明したように、応用分野や解剖学的組織構造により、環状や不規則パターン等の種々の照射パターンが利用され、また、光ビームがパルス化された実施形態も可能である。図７に示す例では、照射パターンは目標組織の治療のために用いられ、未処置の目標組織部で分離された多数の顕微鏡（微小）治療領域を生成する。光ビームは各治療部位に方向付けされるが、次の治療部位に「移る」までは、前の部位に完全に静止した状態のままである。未処置領域で分離された多数の比較的小さな「微視的な」治療領域が目標組織の治療対象であり、目標組織全体を単一の高出力光ビームで照射することとは対照的に異なっている。
【００５２】
システム（又は装置）７００の設計は、システム１００の場合と同様に、応用分野や解剖学的組織構造により決定される。例えば、光源７１０はレーザ光源や、レーザ以外の光源、連続的な光源とパルス光源のどちらも利用分野に応じて使用され、または、１つの波長を有するか、又は、異なる波長を供給できるレーザ、また別の例としては、種々の波長又は波長領域を供給する２個以上の異なる種類のレーザ等を含んでもよい。更に、システム１００の場合に述べた、種々の適用例、プローブの形体（プローブの形状や構成等）及びプローブの挿入方法等もまた、システム７００の場合にも適用される。一例として、プローブ部１４０は回転板１６０の部分から着脱可能としてもよい。回転素子７６０は、プローブ７４０が人体内に挿入されたときに、人体の外部に保持される構成、又は、照射パターンを生成する光学素子をプローブの内部に設ける構成としてもよい。光学素子をプローブ内部に設けた場合は、プローブは、前述のように、更に柔軟性のある曲がりやすくすることができる。また、図７に示す窓７４５は、プローブ７４０の円筒部側又は他の位置に設けてもよく、異なる形状のもの、更には１つ以上の窓等の構成も可能である。
【００５３】
光ビームの波長もまた適用分野によって決定される。光ビームの波長は、好ましくは約１８０ｎｍ〜１２，０００ｎｍの間であり、例えば５００ｎｍ〜３，０００ｎｍの間であり、又は１，０００ｎｍ〜２，０００ｎｍの間であり、更に好ましくは１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの間である。システム１００の場合と同様に、応用例としては、システム７００の光エネルギーは人体組織で吸収されるように適用している。人体組織による可視光領域での吸収は、大抵の場合はヘモグロビンやメラニン等の特殊な発色基によって成される。前述のように、近赤外線領域では、水分は典型的で顕著な発色基である。
【００５４】
図８は、本発明に係る光照射パターン生成器の回転素子の側面図であり、ここでは入射光ビーム８０１は回転素子７６０の回転面内に存在する。この例では、回転素子７６０は２９個のセクタ７０８Ａ，７０８Ｂ，７０８Ｃ…等々に分割され、これらセクタは回転素子７６０の回転軸７０４を中心とする円形状に配列されている。入射光ビーム８０１は回転面内に存在する方向に沿って進む。各セクタ７０８は、動作中のセクタの反射面８０２と８０３等の、一対の反射素子を有する。反射面の面法線の成分は、実質的には回転面内の成分を有する。この例では、回転素子７６０は、円形状に配列されたプリズム８０６，８０７，…等々を有する。プリズムの２面は反射被膜され、隣接するプリズムの反射被膜面（例えば、プリズム８０６と８０７の反射面８０２と８０３等）は、セクタの対向反射面を形成する。プリズム以外に離散構造を使用してもよく、反射面は平面である必要はない。プリズム素子の代わりに平坦な小型の鏡を使用してもよい。
【００５５】
回転素子７６０が回転すると、セクタ７０８は入射光ビーム８０１を横切って回転する。各セクタ７０８は入射光ビーム８０１をある角度だけ偏向する。セクタ７０８は、各セクタが入射光ビーム８０１を横切って回転するときは略一定の角度で光ビームを偏向するが、各セクタごとに偏向角度は異なるように構成される。特に、入射光ビーム８０１は、プリズム８０６の第１の反射面８０２で反射され、次いでプリズム８０７の反射面８０３で反射され、その後、出力光ビーム８０５として送出される。
【００５６】
これら２個の反射面８０２と８０３はペンタミラー構造を形成する。折れ曲がった光経路の面内で共に回転する偶数個の反射面は、偏向角度が反射面の回転角度に関して不変であるという特性がある。この場合、２個の反射面８０２，８０３が存在し、回転板７６０の回転により、プリズム８０６，８０７とそれらの反射面８０２，８０３が、共に、折れ曲がった光経路の面内で回転する。その結果、出力光ビーム８０５の角度は、２個の反射面８０２，８０３が入射光ビーム８０１を横切って回転するときには、変化しない。反射面８０２，８０３は、回転板７６０の回転に関して自己補正している。また、反射面８０２，８０３は、平面である場合は、回転板のウォブル（揺れ）に関して、空間的には実質的に不変である。
【００５７】
回転板７６０が時計方向に回転して次のセクタ７０８及び次の２個の反射面になると、対向反射面間の異なる先端角又は刃先角（開光角度）を用いることで、偏向角度を変えることができる。この構成では、光ビームは該先端角の２倍の角度で偏向される。例えば、セクタ７０８Ａの先端角が４５度の場合は、セクタ７０８Ａは９０度の角度で入射光ビームを偏向する。セクタ７０８Ｂの先端角が４４．５度の場合は、８９度の角度で入射光ビームを偏向する等々である。この例では、各セクタに対して異なる先端角が使用され、各セクタは異なる角度で偏向される出力光ビームを形成している。しかし、偏向角度は、偶数の反射面が共に入射光ビームを横切って回転するために、各セクタ内において実質的には変わらない。この例では、偏向角度は基準値９０度の大きさであり、その変化量は該基準値から±１５度の範囲である。
【００５８】
この例では、各プリズムの頂角は、下記の計算式から３２．５８６２度である。各セクタ７０８は等しい角度範囲を規定している。図９ではセクタが２９個あるので、各セクタが規定する角度範囲は３６０／２９＝１２．４１３８度となる。２個のプリズム８０６と８０７は同じ形状であり、同一の頂角βを有する。回転素子７６０は、先端角が４５度の場合、プリズム８０６と８０７は頂角の二等分線も回転軸７０４を通過するように配置された構成である。従って、上記構成は式：β／２＋１２．４１３８＋β／２＝４５を満足しなければならない。この式を解くことにより、β＝３２．５８６２度を得る。
【００５９】
回転板７６０のプリズム８０６から反時計方向に次のプリズム９１７は＋αの角度だけ傾斜しており、その頂角二等分線１７Ｌは回転板の回転中心７０４を通過しない。そのため、プリズム８０６と９１７で形成されたセクタの先端角は、（β／２＋α）＋１２．４１３８＋β／２＝４５＋αが得られる。次のプリズム９１６は再度その頂角二等分線が回転中心７０４を通過するように整列配置され、プリズム９１６と９１７で形成されるセクタの先端角として、（β／２−α）＋１２．４１３８＋β／２＝４５−αが得られる。次のプリズムは＋２αの角度だけ傾斜し、更に次のプリズムはその頂角二等分線が回転中心７０４を通過するように整列配置され、次のプリズムは＋３αの角度だけ傾斜し、更に次のプリズムはその頂角二等分線が回転中心７０４を通過するように整列配置され、等々の配置構成である。この幾何学形状は回転板７６０の周縁部で維持される。このような配置構成により、基準値９０度に対して±１５度の範囲に渡って２９通りの偏向角度を生成する。なお、この例では、奇数のセクタを使用し、各プリズムごとにその頂角二等分線が整列配置のものと、その他のプリズムは角度α，２α，３α，等々の傾斜したものとを交互に配置している。
【００６０】
この特定の幾何学形状を変化させることで、他の数のセクタ及び異なった偏向角の照射パターンを生成することができる。また、他の回転機構を用いて、単調に増加する順に角度偏向を生成するのではなく、同一の角度偏向を生成することも可能である。また別の例として、回転素子は偶数個のセクタとプリズムを備え、各プリズムごとにその頂角二等分線が回転中心と直線配置のものと、その他のプリズムは角度α／２，３α／２，５α／２，等々の傾斜したものとを交互に配置した構成としてもよい。この構成により、基準値においては実際に偏向を生じることなく、基準値を中心とする近傍で一群の角度偏向を生じることになる。
【００６１】
また別の回転機構として、最後の照射スポットが連続した順番で生成されないように、環状の偏向を連続的に配列させる構成としてもよい。即ち、照射パターンがスポット１，２，３，…，２９の配列である場合、セクタは、１から２９の連続した順番以外の順でスポットを生成するように構成される。適用分野によっては、短時間内に隣接スポットを生成すると、照射領域間で熱的結合が生じ、このことは適当な治療にとって有害となり得る。プリズムを適当に配列することで、全パターンのスポットを供給しながら、一時的に連続したスポットが互いに空間的に分離したスポットを供給することができる。
【００６２】
また別の幾何学図形で示される構成として、いくつかの適用分野に有利なものがある。直線形状よりもむしろジグザグ形に配列された画像パターンによって利点が得られる適用例がある。例えば、生物学的応用例において、画像スポットが直線に沿って配列し、高い照射レベルが存在する場合は、ビーム照射によりレーザメスで切るように組織を誤って切る危険性がある。ジグザグ状に画像スポットを照射することで、生体組織を誤って切断したり又は熱的損傷を与えたりすることが、実質的に低減されるとともに、高度の加熱治療を施すことが可能となる。ジグザグ状の照射スポットのパターンを実現するために、回転角αが適用された前述の幾何学形状のプリズムは、直交する傾斜角を用いてスポットに横方向の変位を与え、ジグザグ形状のパターンを生成することもできる。
【００６３】
図１０は、本発明に係るまた別の光パターン生成器を示す図であり、ここでは入射光ビーム１０４２の進行方向は、回転面に実質的に垂直方向の成分を有する。また、この光パターン生成器は、回転軸１０４１を有する単一の回転素子１０４０を使用して所望の光パターンを生成する。この例では、回転板１０４０は、入射光ビームを横切って回転する反射分節部１０４３，１０４４を備えている。これら分節部は、回転素子の回転軸１０４１と一致した光軸を有し、互いに回転対称である親元の光学面を有する。図１０では、大きな親元の光学面はそれぞれ小さな反射分節部１０４３，１０４４を有し、入射光ビーム１０４２は２回反射された後、パターン生成器に送出される。
【００６４】
図１０において、回転素子は、複数組のセクタ用対向反射面１０４３，１０４４を備えた回転板１０４０を含み、異なるセクタは、異なる曲率半径の反射面を有し、送出ビームは、ＰＳＤ（電力スペクトル密度）状態を維持したまま、各セクタに対して異なる角度で変位される。対向反射面１０４３と１０４４は回転対称であり、光学的中心線の回りに回転されるので、光ビームと交差する両反射面１０４３と１０４４は、回転に関して空間的に不変である。これら反射分節部１０４３，１０４４の半径と軸方向の分離は、システムが全ての分節部に対して略無限焦点位置に維持されるとともに、出力光ビームの角度を変化させるように設計される。
【００６５】
その他の形体の光パターン生成器の例としては、ガルバノメータ、音響光学素子、電子光学素子、圧電素子、微小電子機械素子（メムス）、（回転ミラーやプリズム等の）回転素子を含む構成がある。図７−１０に関して説明した単一の回転素子の光パターン生成器の詳細については、２００５年６月２０日出願の米国特許ＣＩＰ出願第１１／１５８，９０７号（発明の名称「単一の回転部品を用いた光パターン生成装置」）に開示されているので参照される。
【００６６】
ここで記載した実施形態は、単に図示により例示したもので、本発明はこれらに限定するものではなく、本発明は、その精神又は基本的特徴から逸脱することなく、他の形態で実施することも可能である。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載された内容として開示され、本発明の請求の範囲と同等の技術内容に基づく変形はすべて本発明に含まれると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る装置の概略図である。
【図２Ａ】図１に示す装置の光学縱列部の斜視図である。
【図２Ｂ】図１に示す装置の光学縱列部の上面図である。
【図２Ｃ】図１に示す装置の光学縱列部の正面図である。
【図３Ａ】逆向き回転板の９：００ファセットの正面及び上面図である。
【図３Ｂ】逆向き回転板の６：００ファセットの正面及び側面図である。
【図４】本発明に係る装置の制御システムのブロック図である。
【図５】本発明に係るガルバノメータによる装置の斜視図である。
【図６】本発明に係る空間的多重方式ホログラフィック光学素子による装置の斜視図である。
【図７】本発明に係る単一の回転素子を備えた装置の概略図である。
【図８】図７に示す回転素子の側面図である。
【図９】図８に示すプリズムの傾斜を示す拡大図である。
【図１０】本発明に係る他の光パターン生成器の動作を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体内の目標とする組織において有効な作用を成すための装置であって、
前記目標とする組織において所定の照射パターンを形成するように光ビームを方向付け、該照射パターンが未処置の目標組織によって分離された複数の顕微鏡的処置領域を生成するための光パターン生成器と、
人体内に光経路を保持し、前記光ビームを前記目標とする組織に供給するためのプローブと、を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記顕微鏡的処置領域は２０〜２００μｍの間の幅を有する請求項１記載の装置。
【請求項３】
未処置の目標組織の体積は顕微鏡的処置領域の体積よりも大きい請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記照射パターンは環状パターンを含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記照射パターンは円錐形状パターンを含む請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記照射パターンは複数の鮮明なスポットを含む請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記照射パターンは複数の照射スポットの不規則なパターンを含む請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記プローブは前記目標組織と直接接触した光窓を有し、前記光ビームは該光窓を通過する請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記光窓は熱伝導性である請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記プローブは内視鏡プローブである請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記プローブは関節鏡検査プローブである請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記プローブはカテーテルプローブである請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記プローブのモニターされる動きに連動し、該プローブの動きに基づいて前記光ビーム及び／又は前記光パターン生成器を制御するためのコントローラを更に備えた請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記光ビームのパラメータである処置領域パターンと露光時間とエネルギー密度のうちの少なくとも１つを制御するためのコントローラを更に備えた請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記目標組織の処置をモニターするためのセンサと、
該センサに接続され、前記モニターされた処置に基づいて目標組織に対する光ビーム照射を制御するためのコントローラを更に備えた請求項１記載の装置。
【請求項１６】
前記光パターン生成器は、
回転面と回転軸を有する１個だけの回転可能な部品を備え、該回転可能な部品は前記回転軸の回りに、あるパターンで配列された複数の偏向用セクタを有し、各セクタは、光ビームと交差して回転するときに該光ビームを偏向し、前記目標組織において前記所定の照射パターンを生成する請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記偏向用セクタは前記回転軸を中心とする円形状に配置され、該セクタは前記回転可能な部品の回転に関して自己補正するとともに、該セクタは前記回転可能な部品のウォブルに対して空間的に不変である請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
各セクタは、前記回転面において第１次の偏向である一定角度の偏向により、前記入射光ビームを偏向するように構成された請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
前記回転可能な部品に設けられた前記偏向用セクタの大多数に対して、各セクタは一対の対向反射面を有し、該対向反射面は、コリメートされた入射光ビームを前記照射パターンで異なる地点に向けて偏向するための前記回転面に実質的な成分を有する請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
前記回転可能な部品は、前記セクタに隣接する前記回転軸の回りに配置された複数の離散構造を備え、各離散構造は少なくとも２個の反射面を有し、隣接構造からの反射面は前記セクタの対向反射面を形成する請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
前記離散構造は複数のプリズムである請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記離散構造は複数のプリズムで構成され、その他の各プリズムは、該プリズムの頂角の二等分線が前記回転軸を通過するように配列された請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
前記光パターン生成器は、
入射光ビームを偏向して前記目標組織において前記所定の照射パターンを生成するための互いに逆向きに回転する２個の回転板を備えた請求項１記載の装置。
【請求項２４】
前記照射パターンは環状パターンであり、Ｎ個のファセットを有する角錐状多角形を更に有する装置であって、各回転板はＮ個のファセットを有し、前記回転板の各組のファセットは、前記角錐状多角形の対応するファセットの方向に前記入射光ビームを偏向する請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記照射パターンは複数のスポットを有し、前記回転板は複数組の対応するファセットを有すると共に、各組の対応するファセットは前記スポットの１つを生成し、該スポットは、前記各組のファセットが前記入射光ビームを横切って回転するときに、静止した状態である請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
前記２個の回転板は複数組の対応するファセットを有し、一組の該対応するファセットの一方は収束レンズとして機能し、他方のファセットは発散レンズとして機能する請求項２３記載の装置。
【請求項２７】
前記２個の回転板の回転中心は距離Ｌだけ分離し、前記収束レンズと前記発散レンズの光学中心もまた距離Ｌだけ分離している請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記２個の回転板の回転中心は距離Ｌだけ分離し、前記収束レンズと前記発散レンズの光学中心は距離Ｌに正確に等しくはないが距離Ｌに近似した長さだけ分離し、前記偏向された光ビームの残差クロス・スキャン角度の変位を補正する請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
前記ファセットの少なくとも１つは、前記偏向された光ビームの残差クロス・スキャン角度の変位を補正するために非球面を含む請求項２６記載の装置。
【請求項３０】
前記偏向された光ビームの残差クロス・スキャン角度の変位を補正するために、前記収束レンズと前記発散レンズの焦点距離は僅かに異なっている請求項２６記載の装置。
【請求項３１】
人体内の目標とする組織において有効な作用を成すための方法であって、
光ビームを発生する工程と、
該光ビームを方向付けして前記目標とする組織において所定の照射パターンを形成することで、該照射パターンが未処置の目標組織によって分離された複数の顕微鏡的処置領域を生成する工程と、
人体内に光経路を保持する工程と、
前記光経路を介して光ビームを前記目標とする組織に供給する工程と、を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１】
人体内の目標とする組織において有効な作用を成すための装置であって、
前記目標とする組織において所定の照射パターンを形成するように光ビームを方向付け、該照射パターンが未処置の目標組織によって分離された複数の顕微鏡的処置領域を生成するための光パターン生成器と、
人体内に光経路を保持し、前記光ビームを前記目標とする組織に供給するためのプローブと、を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記顕微鏡的処置領域は２０〜２００μｍの間の幅を有する請求項１記載の装置。
【請求項３】
未処置の目標組織の体積は顕微鏡的処置領域の体積よりも大きい請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記照射パターンは環状パターンを含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記照射パターンは円錐形状パターンを含む請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記照射パターンは複数の鮮明なスポットを含む請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記照射パターンは複数の照射スポットの不規則なパターンを含む請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記プローブは前記目標組織と直接接触した光窓を有し、前記光ビームは該光窓を通過する請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記光窓は熱伝導性である請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記プローブは内視鏡プローブである請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記プローブは関節鏡検査プローブである請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記プローブはカテーテルプローブである請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記プローブのモニターされる動きに連動し、該プローブの動きに基づいて前記光ビーム及び／又は前記光パターン生成器を制御するためのコントローラを更に備えた請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記光ビームのパラメータである処置領域パターンと露光時間とエネルギー密度のうちの少なくとも１つを制御するためのコントローラを更に備えた請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記目標組織の処置をモニターするためのセンサと、
該センサに接続され、前記モニターされた処置に基づいて目標組織に対する光ビーム照射を制御するためのコントローラを更に備えた請求項１記載の装置。
【請求項１６】
前記光パターン生成器は、
回転面と回転軸を有する１個だけの回転可能な部品を備え、該回転可能な部品は前記回転軸の回りに、あるパターンで配列された複数の偏向用セクタを有し、各セクタは、光ビームと交差して回転するときに該光ビームを偏向し、前記目標組織において前記所定の照射パターンを生成する請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記偏向用セクタは前記回転軸を中心とする円形状に配置され、該セクタは前記回転可能な部品の回転に関して自己補正するとともに、該セクタは前記回転可能な部品のウォブルに対して空間的に不変である請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
各セクタは、前記回転面において第１次の偏向である一定角度の偏向により、前記入射光ビームを偏向するように構成された請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
前記回転可能な部品に設けられた前記偏向用セクタの大多数に対して、各セクタは一対の対向反射面を有し、該対向反射面は、コリメートされた入射光ビームを前記照射パターンで異なる地点に向けて偏向するための前記回転面に実質的な成分を有する請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
前記回転可能な部品は、前記セクタに隣接する前記回転軸の回りに配置された複数の離散構造を備え、各離散構造は少なくとも２個の反射面を有し、隣接構造からの反射面は前記セクタの対向反射面を形成する請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
前記離散構造は複数のプリズムである請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記離散構造は複数のプリズムで構成され、その他の各プリズムは、該プリズムの頂角の二等分線が前記回転軸を通過するように配列された請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
前記光パターン生成器は、
入射光ビームを偏向して前記目標組織において前記所定の照射パターンを生成するための互いに逆向きに回転する２個の回転板を備えた請求項１記載の装置。
【請求項２４】
前記照射パターンは環状パターンであり、Ｎ個のファセットを有する角錐状多角形を更に有する装置であって、各回転板はＮ個のファセットを有し、前記回転板の各組のファセットは、前記角錐状多角形の対応するファセットの方向に前記入射光ビームを偏向する請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記照射パターンは複数のスポットを有し、前記回転板は複数組の対応するファセットを有すると共に、各組の対応するファセットは前記スポットの１つを生成し、該スポットは、前記各組のファセットが前記入射光ビームを横切って回転するときに、静止した状態である請求項２３記載の装置。
【請求項２６】
前記２個の回転板は複数組の対応するファセットを有し、一組の該対応するファセットの一方は収束レンズとして機能し、他方のファセットは発散レンズとして機能する請求項２３記載の装置。
【請求項２７】
前記２個の回転板の回転中心は距離Ｌだけ分離し、前記収束レンズと前記発散レンズの光学中心もまた距離Ｌだけ分離している請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記２個の回転板の回転中心は距離Ｌだけ分離し、前記収束レンズと前記発散レンズの光学中心は距離Ｌに正確に等しくはないが距離Ｌに近似した長さだけ分離し、前記偏向された光ビームの残差クロス・スキャン角度の変位を補正する請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
前記ファセットの少なくとも１つは、前記偏向された光ビームの残差クロス・スキャン角度の変位を補正するために非球面を含む請求項２６記載の装置。
【請求項３０】
前記偏向された光ビームの残差クロス・スキャン角度の変位を補正するために、前記収束レンズと前記発散レンズの焦点距離は僅かに異なっている請求項２６記載の装置。
【請求項３１】
人体内の目標とする組織において有効な作用を成すための方法であって、
光ビームを発生する工程と、
該光ビームを方向付けして前記目標とする組織において所定の照射パターンを形成することで、該照射パターンが未処置の目標組織によって分離された複数の顕微鏡的処置領域を生成する工程と、
人体内に光経路を保持する工程と、
前記光経路を介して光ビームを前記目標とする組織に供給する工程と、を備えたことを特徴とする方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００８−５２９６８２（Ｐ２００８−５２９６８２Ａ）
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５５３７２（Ｐ２００７−５５５３７２）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００５４１１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８８９９３
【国際公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（５０４２２６００９）リライアント・テクノロジーズ・インコーポレイテッド (11)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＬＩＡＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００５４１１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８８９９３
【国際公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（５０４２２６００９）リライアント・テクノロジーズ・インコーポレイテッド (11)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＬＩＡＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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