JPH0256504A - 赤外線エネルギー用フレキシブルガイドの組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、赤外線エネルギー用フし・キシゾルガイドの
組立方法に関するものである。

（従来の技術） 赤外線放射は、約７５０ナノメートルから１ミリメー１
ヘルまでの範囲の波長における電磁気放射からなっ′（
いる。約１０．６マイクロメードルの波長を有する赤外
線放射はカーボンデイオキサイドレーデ−で容易に産出
することができるので、赤外線数１＝１は特に興味を起
こさせる。更に、通常のカーボンデイオニ１−サイトレ
ーザーは、数十ワットのレヘルで連続して１０．６マイ
クし１メートル赤外線放射を発生することができる。赤
外線エネルギーを効率よく集中できれば、多数の応用が
存在する。−例として、医学分野があり、赤外線エネル
ギーの集中ビームを従来の外科用メスの代わりにカット
器具として使用することができる。赤外線エネルギーの
ビームを内視鏡内に確実に導くことができれば、従来の
外科用メスを使用することができない所で内部手術が可
能になる。

（発明が解決しようとする課題） 赤外線“外科用メス”に動力を供給するレーザーは大き
くて重いので、レーザーは手術を受けている人体の外側
に置かなければならず、このためレーザー出力を体内の
手術部に伝達する赤外線エネルギーガイドが必要になっ
てくる。人体の内部の視覚検査用として繊維光学内視鏡
が知られ、その内視鏡の長さは２０センチメートル以」
−あり、その円形断面は極端に制限され、通常数センチ
メートルだけである。

しかしながら、赤外線波長で使用できる繊維光学内視鏡
は、光学的に効率のよい物質がないために存在していな
い。例えばセレン化亜鉛は光学的に適した物質であるが
有毒であるため、医学の分野に利用することができない
。

赤外線エネルギーの伝達手段として、ピボットシステム
で連結された連続ス１−レート中空チューブが提案され
ている。各ピボットシステムは赤外線を一つのチューブ
からその次のチューブに反射するために一つ又はそれ以
上の鏡を有し、またその伝達システムも一つ又はそれ以
上のレンズを有している。正確に整列する困難さに加え
て、光学上の非能率（特に多数の鏡を必要とするため）
のために赤外線エネルギーの損失が約半分あり許容範囲
の扛１失でない。また、内視鏡の寸法制限又は柔軟性要
件に合致したシステムは存在しない。

米国特許第４，０６８，９２０号には、赤外線放射の伝
達手段として、柔軟性のある中空四角形導波管が記載さ
れている。米国特許第４，０６８，９２０号の導波管は
比較的効率よく赤外線エネルギーを伝達するが、厚さに
対する幅の比が極端であるために内視鏡に利用すること
は不可能である（コラム４．ライン２Ｏ−４７）。また
、４波管が四角形であるため、体内手術には適していな
い。さらに、米国特許第４．０６８，９２０号には、円
形赤外線ガイドを内視鏡外皮に挿入できると記載されて
いるが、そのような円形赤外線ガイドは柔軟性がなく、
また、赤外線エネルギー損失が大きいので、内視鏡の使
用に適していない。

（発明の目的） そこで、本発明は、従来の装置の問題点を解消し、柔軟
性かつ赤外線エネルギー伝達効率を高めた赤外線エネル
ギー用のフレキシブルガイド組立方法を提供することを
目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的達成のため、本発明に係る赤外光ガイド組立方
法は、赤外光を案内できる材質のチューブを設けること
、フレキシブルスリーブがチューブの回りに密着できる
ようにチューブをフレキシブルスリーブで包囲すること
、その後スリーブを切断することなしにチューブをチュ
ーブの長さに沿って一定の間隔で切断すること、切断チ
ューブを隣接チューブに対して赤外光が通過できるよう
な角度で配列すること、からなることを特徴とする。

（作用） 本発明では、赤外光を案内できる材質のチューブをフレ
キシブルスリーブで包囲し、その後スリーブを切断する
ことなしにチューブをチューブの長さに沿って一定の間
隔で切断しているので、装置全体の柔軟性を高めること
ができる。

また、切断チューブを隣接チューブに対して赤外光が通
過できるような角度で配列しているので、赤外線エネル
ギー伝達効率を大幅に高めることができる。

（実施例） 本発明の一実施例をまず第１図に基づいて説明する。カ
ーボンデイオキサイドレーザー１０は、約１０．６マイ
クロメードルの波長を有する赤外ビーム１２を発する。

ビーム密度がビームの中心軸から放射外方に測定された
ガウス分布に従うということに基づいて、ビーム１２は
密度が１／ｅ２の点で（ここに、　ｅ”は自然対数の底
であり、その値は２．７１８・・・・・・である）約５
ミリメーＩ・ルの直径を有する。ビーム１２は、レンズ
１４及び１６により連続して集中される。レンズ１４は
１５０ミリメートルの集魚長さを有し、レンズ１６は３
７．５ミリメートルの集魚長さを有する。レンズ１４及
び１６は、レーザー出力ビーム１２の胴部をチューブ１
８の入口端で幅の狭いビーム胴部に変える。

チューブ１８はアルミナで作られた円筒状のチューブで
あり、直径２ミリメートルの穴を有する。

チューブ１８の入口端での狭いビーム胴部のｌ／ｅ２密
度点密度大径（２ミリメートル）の０．６４倍だけ理想
的に分離される。波頭曲率がビーム胴部でゼロであるの
で、チューブ１８は赤外ビームの円形導波管として機能
する。また、チューブ１８は、ビーム方向及び波頭曲率
のわずかなずれを調節することができるので、たとえビ
ーム胴部が穴径の０．６４倍に完全にならなくても、赤
外線エネルギーの伝達用の有効な円形導波管として機能
する。また、チューブ１８の内壁により反射された光線
は、赤外線エネルギーを非常に高い効率で伝達する。赤
外線エネルギーが最良の状態で伝達されているとき、チ
ューブ穴の断面におけるエネルギー断面は、はぼ不変で
ある。したがって、チューブ１８の出口端から出て来る
赤外ビーム２０は、その出口端で胴部を有する。

ビームの断面は、胴部でのビーム径、波長等に従って非
常に緩やかに変化する。ビーム伝播のこの特性は、以下
に説明されるように本発明に有益に利用されている。

第２図は、導波管との間に長手方向の分離と角度の変化
があるにもかかわらず最小エネルギー）ｔ１失で、赤外
線エネルギーをどのようにして一方の円形導波管から他
方の円形ｍ波管に伝Ｇ１ｆｔされるかを示している。チ
ューブ又は円形ｍ波管１８はビーム２０を発し、その１
／ｅ”密度は二本の平行なうイン２２で示されている。

チューブの穴は２ミリメートルであるから、ライン２２
の分離、したがって、ビーム２０の有効径は１．２８ミ
リメートルである（前述したように、穴径の０，６４倍
）。

第２アルミナチューブ２４は、その人口端が第１チュー
ブ１８の出口端から“Ｚ”だけ分離し、第１チューブ１
８の中心軸の延長線がチューブ２４の中心軸とチューブ
２４の入口端で交叉するように配置されている。しかし
ながら、第２チューブ２４の中心軸は、チューブ１８の
中心軸から角度“Ａ”だけ離れている。チューブ２４の
穴径はチューブ１８の穴と完全に一致するように２ミリ
メートルであり、長手方向の分離“Ｚ”は５ミリメート
ルであり、また、角度変位“Ａ”は１’又は２°である
。

波長が１０．６マイクロメードル、最初のビーム径が１
．２８ミリメートル、長手方向分離“Ｚ”が５ミリメー
トルのとき、ビーム２０の直径はギャップ“Ｚ゛を通過
するときに０．０８％だけ増加するが、その増加は実際
上無視することができる。したがって、第１チューブ１
８を去ったビーム２０の赤外線エネルギーの全てが第２
チューブ２４に伝達され、故にエネルギー損失を生じる
ことなく赤外ビームの方向を変化させることができる。

レンズ又は鏡を使用しないで、２つのｍ波管でビーム方
向をエネルギーの…失なく変化させることができること
は特に重要である。導波管の穴径が０．４〜２．０ミリ
メートルの範囲にある場合、角度変位“Ａ”が１°まで
のときは、許容範囲のエネルギー伝達が可能である。導
波管が短い長さの隣接した複数の導波管部（セクション
）からなる場合には、次に述べる寸法を採用することに
より、角度変位を最大にでき、導波管部の長さを最小に
できる。

（１，１１，０ミリメートルの導波管の穴については、
１°の角度変位を可能にするためには、導波管の長さは
５ミリメートルにずべきである。

（２１０，８ミリメートルのｍ波管の穴については、■
、２５°の角度変位を可能にするためには、導波管の長
さは４ミリメートルにすべきである。

効率を考慮すると角度変位“八”の最大値は小さな角度
に制限されるが、以下に述べられるように、必要な全角
度変位を得るために、第２図に示されるビーム偏向を繰
り返すことができる。相互に角度変位のある複数の導波
管部の連結は、比較的短い長さの導波管部を連鎖するこ
とにより可能である。比較的多数の短い導波管部を使用
することにより得られる利点は、極端に長い全長を必要
としないで、高い曲率を得ることができることであり、
各導波管部が短いほど、得ることのできる曲率はより均
一である。また、曲率は単一面又はＩＰ、−径に限定さ
れていない。このことは、各導波管が剛体であるという
事実にかかわらず、高い柔軟性を与えることができる。

例えば、穴径１ミリメートルのチューブを使用すること
により、エネルギーの９０％以上を伝達しなから９０°
の屈曲を得るのに必要な４波管部は５０個以下になり、
隣接する導波管部の角度変位は２°以下である。

１０．６マイクロメードルの波長でアルミナチューブを
赤外線導波管としての使用は、アルミナチューブが真の
ファイバー伝播モードを与えるという点において特に優
れている。

本発明の柔軟性赤外線ガイドの組立方法について説明す
る。

第３図において、所定の全長（例えば、２０〜４０ｃｍ
）と所定の直径（例えば、０．２〜２．０　ａｍ）を有
するアルミナチューブ３０は、チューブ３０の長さ方向
に所定の間隔で周方向のライン３２が設けられている。

ライン３０の間隔は、穴径に従って赤外線エネルギー伝
達が最良になるように選択されることが好ましい。周方
向溝ライン３２は、チューブ３０の外周をカッｉ・具等
で削ることによって形成される。

組立のこの段階では、チューブ３０はライン３２によっ
て貫通されないが、ライン３２は、チューブ３０が曲げ
られたときにチューブ３０が多数のチューブ部に分割さ
れるのに必要な深さを有している。

第４図に示されるように、組立の次の段階は、周方向ラ
インを有するチューブ３０を柔軟なスリーブ４０に挿入
することである。スリーブ４０の材質はポリオレフィン
であることが好ましく、その内径は、チューブ３０が容
易にスリーブ４０の内側にスライドできるように、チュ
ーブ３０の外径よりも十分大きいことが好ましい。次に
、スリーブ４０は、スリーブ４０が第４図に示されるよ
うにチューブ３０に完全に密着するまで加熱される。

第４図の中間段階のアセンブリ状態から第５図の最終段
階のアセンブリ状態に移行するために、第４図のアセン
ブリは全長にわたって曲げ力を受ける。その曲げ力は手
又は機械で与えることができる。曲げ力を与えた結果、
第５図に示されるように、チューブ３０は周方向ライン
３２の所で割れて複数のチューブ部（セクション）５０
に分割される。

柔軟スリーブ４０は、チューブ部５０を近接した状態で
保持しているが隣接したチューブ部５０との間に制限さ
れた角度変位を許容している。これらの角度変位により
第５図に示されるような大きな屈曲を得ることができ、
またこれらの角度変位は導波管アセンブリの全長に沿っ
て異なった部分で異なった角度で又は異なって平面で得
ることができる。したがって、柔軟魂波管を検査又外科
的手続きを受けている患者体内の通路のような曲がりく
ねったチャネルに通すことができる。−例として、第５
図の柔軟導波管構造を２ミリメートル小児膀胱鏡として
作ることができ、そして、膀胱鏡を尿道に挿入すること
ができるので、出血することなしに、膀胱鏡の断面寸法
が極端に制限されているにもかかわらず体内手術を行う
ことができるように、膀胱鏡は赤外線エネルギーをレー
ザーから伝達することができる。

第３図、４図及び５図の前述の組立方法の他の方法とし
て、柔軟導波管アセンブリを、被覆することに先立って
必要数の個々のＷ波管部を形成すること、その複数の導
波管部を配列すること、そしてそれらを柔軟な外皮でＬ
４大することにより＋Ｉ＋￥成することができる。しか
しながら、この他の方法には、導波管部との間で穴径が
異なる可能性が高いことのみならず、整列の正確さが低
いこと、および別々に導波管部を作成することが困難で
あることの問題点が含まれている。しかしながら、適切
の状況の下では、この他の方法も使用することができる
。

再び第５図において、柔軟導波管部アセンブリの曲げは
、隣接導波管部５０との間の結合点でポリマー外皮４０
により制限を受ける。したがって、外皮４０に過度の曲
げ応力等が加えられると、導波管アセンブリを破損する
おそれがある。第６図は、過度の曲げ応力が導波管アセ
ンブリに加えられるのを自動的に防止できる簡ｉトな構
造を示している。

第６図の構造において、隣接導波管部６０との間のギャ
ップ６２を取り囲むように、径の大きな金属又はセラミ
ックチューブ６４が設けられている。チューブ６４の内
径は、外側チューブ６４が内側チューブ６０を取り囲む
ことができるように、チューブ６０の外径よりわずかに
大きくなっている。外側チューブ６４と内側チューブ６
０の間隙により、内側チューブ６０が角度変位を変える
ことができ、過度の角度変位は、内側チューブ６０と外
側チューブ６４との接触により防止されている。

第５図の構造において外皮４０で被覆されたのと同じ方
法で、内側チューブ６０と外側チューブ６４はポリマー
外皮６６により被覆される。

第７図において、その構造は第６図のそれと類似してい
るが、アセンブリを曲げるときにチューブ６０に応力が
加わるのを防止するために、メタルチューブ６８．７０
が設けられている。導波管部６０は、第５図に示される
形状のものであり、外皮４０によって被覆され、そして
第６図で説明されたように外皮６０によって保持されて
いる内側及び外側チュ−プロ８．７０の内側に挿入され
る。

本発明は内視鏡手術について説明されているが、これに
限定されるものでなく、赤外線エネルギーのガイドを必
要とする他の分野、例えば、金属等の削り、カット、溶
接等に利用することができる。

（効果） 本発明では、赤外光を案内できる材質のチューブをフレ
キシブルスリーブで包囲し、その後スリーブを切断する
ことなしにチー１−ブをチューブの長さに沿って一定の
間隔で切断しているので、装置全体の柔１次性を高める
ことができる。

また、切断チューブを隣接チューブに対して赤外光が通
過できるような角度で配列しているので、赤外線エネル
ギー伝達効率を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明に係る第１実施例を示す図であって
、第１図はその全体構成と作用を説明する概念図、第２
図は本発明に係る４波管セクシヨンが同軸に配列されて
いない場合を示す断面図、第３図と４図は本発明の組立
方法の連続した２段階を示す図、第５図は第３図と４図
の方法で製造されたフレキシブル内視鏡を示す断面図、
第６図は本発明に係る第２実施例を示す拡大断面図、第
７図は本発明に係る第３実施例を示す拡大断面図である
。 ３０・・・・・・チューブ、 ３２・・・・・・周方向溝ライン、 ４０・・・・・・スリーブ（ガイドセクションラウン１
−手段）、 ５０・・・・・・ガイドセクション（チューブ部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、赤外光を案内できる材質のチューブを設けること、
   フレキシブルスリーブがチューブの回りに密着できるよ
   うにチューブをフレキシブルスリーブで包囲すること、
   その後スリーブを切断することなしにチューブをチュー
   ブの長さに沿って一定の間隔で切断すること、切断チュ
   ーブを隣接チューブに対して赤外光が通過できるような
   角度で配列すること、からなることを特徴とする赤外光
   ガイド装置の組立方法。 ２、エネルギーガイドインターナルセクションと、前記
   ガイドセクションを連鎖状に固定し、各ガイドセクショ
   ンを赤外線エネルギーが前記連鎖の次のガイドセクショ
   ン内に保護されるように配列するガイドセクションマウ
   ント手段とを有し、前記ガイドセクションマウント手段
   が隣接ガイドセクションとの間の角度変位を許容し、前
   記角度変位を赤外線エネルギーガイドの全長に沿って赤
   外線エネルギーが伝達されるような変位している赤外線
   エネルギーガイド組立方法において、必要数の赤外線エ
   ネルギーガイドセクションを形成できるチューブを設け
   るステップと、ガイドセクションマウント手段を設ける
   ステップと、前記マウント手段にチューブを配置するス
   テップと、前記マウント手段を切断することなしにチュ
   ーブを切断し複数のガイドセクションを形成するステッ
   プとを有し、前記ガイドセクションを隣接ガイドセクシ
   ョン間で角変位が設けられるように前記マウント手段に
   配置したことを特徴とする赤外線エネルギーガイド組立
   方法。 ３、前記赤外線エネルギーガイドを各ガイドセクション
   の横断面寸法がチューブの全長に沿って均一になるよう
   にし、前記方法が、ガイドセクションの組合さった全長
   に等しい長さとガイドセクションの横断面寸法に等しい
   横断面寸法とを有する単一剛体チューブを設けるステッ
   プと、各ガイドセクションの長さに等しい長手方向の間
   隔でチューブに周方向溝ラインを設けるステップと、溝
   ラインが設けられたチューブを柔軟な中空外皮で被覆す
   るステップと、前記ガイドセクションマウント手段とし
   ての柔軟外皮の内側に被覆された必要数のガイドセクシ
   ョンが形成されるように前記チューブを前記周方向ライ
   ンの所で破断するステップと、からなることを特徴とす
   る請求項第２項記載の方法。 ４、前記チューブをアナミナで作成し均一の円筒穴を有
   する中空チューブにし、前記アルミナチューブにチュー
   ブを前記穴に貫通しない深さに周方向に削ることにより
   周方向ラインを設け、前記チューブを前記チューブの破
   断するステップに先立って外皮を収縮させることにより
   外皮で強固に被覆するようにしたことを特徴とする請求
   項第３項記載の方法。５、前記チューブを、被覆された
   チューブに曲げ力を加えることにより、前記周方向ライ
   ンの所で破断するようにしたことを特徴とする請求項第
   ４項記載の方法。 ６、各隣接した対のガイドセクションの隣接端をガイド
   セクションの外径よりわずかに大きな内径を有する外側
   チューブによって外方に取り囲むようにし、前記方法が
   、必要数の前記赤外線エネルギーガイドセクションを設
   けるステップと、前記ガイドセクションの外径よりわず
   かに大きな内径を有する必要数の外側チューブを設ける
   ステップと、連鎖状のガイドセクションを固定するステ
   ップと、隣接したガイドセクションの隣接端を外側チュ
   ーブで取り囲まれた連鎖状のガイドセクションのアセン
   ブリを形成するために外側チューブで取り囲むステップ
   と、前記アセンブリを柔軟な中空外皮で強固に被覆する
   ステップとからなり、前記外皮の柔軟性により隣接ガイ
   ドセクション間の角度変位を変化させることができるよ
   うにしたことを特徴とする請求項第２項記載の方法。 ７、前記赤外線エネルギーガイドがガイドセクションマ
   ウント手段の外側に外側チューブアセンブリを有し、外
   側チューブアセンブリが複数の第１長さのチューブから
   なり、隣接した第１長さのチューブの端部を第２長さの
   チューブで外側に囲み、第２チューブの内径を第１チュ
   ーブの外径よりわずかに大きくし、前記方法が、さらに
   、必要数の第１チューブを設けるステップと、第１チュ
   ーブを端と端とをつないだ状態で配列するステップと、
   必要数の第２チューブを設けるステップと、各第２チュ
   ーブを隣接した第１チューブの端部を外側から囲むよう
   に配列するステップと、を有することを特徴とする請求
   項第２項記載の方法。 ８、前記外側チューブアセンブリが第１チューブの少な
   くとも一部及び第２チューブを被覆する柔軟な中空外皮
   を含み、前記方法が、さらに、第２チューブの外径より
   大きな内径を有する前記中空外皮を設けるステップと、
   第１と第２チューブのアセンブリの回りに前記外皮を位
   置させるステップと、外側チューブアセンブリを形成す
   るようにアセンブリの回りに外皮を収縮させるステップ
   と、を有することを特徴とする請求項第７項記載の方法
   。 ９、比較的長い全長を有する赤外線エネルギーガイドに
   おいて、前記ガイドが、エネルギーガイディングインタ
   ーナルセクションを有する複数の赤外線エネルギーガイ
   ドセクションと、前記ガイドセクションを連鎖状に固定
   し各ガイドセクションをその次のガイドセクションに赤
   外線エネルギーを投光できるように配列するガイドセク
   ションマウント手段とを有し、前記ガイドセクションマ
   ウント手段が隣接したガイドセクション間の角度変位を
   許容し、前記角度変位を赤外線エネルギーが赤外線エネ
   ルギーガイドによって伝達されるときの最大値を超えな
   いようにし、隣接したガイドセクションの２つの隣接端
   を外側チューブで外側から取り囲み、外側チューブがガ
   イドセクションの外径よりわずかに大きな内径を有する
   内側面を有し、外側チューブの長さ及び内径の寸法を、
   ガイドセクションが外側チューブの内面に衝突するまで
   角度変位が前記最大値まで増加できるようにしたことを
   特徴とする赤外線エネルギーガイド。 １０、ガイドセクションの部分及び外側チューブを強固
   に被覆する柔軟な中空外皮をさらに有することを特徴と
   した請求項第９項記載の赤外線エネルギーガイド。 １１、比較的長い全長を有する赤外線エネルギーガイド
   において、エネルギーガイディングインターナルセクシ
   ョンを有する複数の赤外線エネルギーガイドセクション
   と、前記ガイドセクションを連鎖状に固定し、各ガイド
   セクションを、その次のガイドセクションに赤外線エネ
   ルギーを投光できるように配列するガイドセクションマ
   ウント手段とを有し、前記ガイドマウント手段がガイド
   セクションを強固に被覆する柔軟な中空外皮からなり、
   前記外皮の柔軟性が隣接したガイドセクション間の角度
   変位を許容し、前記角度変位を赤外線エネルギーが赤外
   線エネルギーガイドによって伝達されるときの最大値を
   超えないようにし、赤外線エネルギーガイドが前記外皮
   の外側に外側チューブアセンブリを有し、前記外側チュ
   ーブアセンブリが端と端がつながった関係にある複数の
   第１チューブからなり、隣接した第１チューブの２つの
   隣接端を第２チューブで外側から取り囲み、第２チュー
   ブの内面が第１チューブの外径より大きく、外側チュー
   ブの長さ及び内径の寸法を、ガイドセクションが外側チ
   ュービングの内面に衝突するまで角度変位が前記最大値
   まで増加できるようにしたことを特徴とする赤外線エネ
   ルギーガイド。 １２、前記外側チューブアセンブリが少なくとも第１チ
   ューブの部分及び第２チューブを強固に被覆する柔軟な
   中空外皮を含んでいることを特徴とする請求項第１１項
   記載の赤外線エネルギーガイド。