JPS60200202A - レ−ザメス用ハンドピ−スの冷却装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明はハンドピース部分を冷却素子を用いた冷却手段
で冷却可能にしたレーザメス用ハンドピースの冷却装置
に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、刃先を鋭利にした通常の機械的メスの代りに、レ
ーザ光をメスとして利用するレーザメス（装置）が広く
用いられる状況にある。上記レーザメスは、これまでの
メスで切開した等場合に出血するのと異り、多くの場合
止面作用を伴うため切開等の手術に適している。又、極
めて細く収束できるので、より細部にわたる手術を行う
ことができる。

用する場合、レーザ光を多関節型導光路（いわゆるマニ
ピュレータ）、或いはフレキシブルな光ファイバで患部
（被照射部）に導き、レーザ光を照射して生体組織を切
開、凝固するものである。

この場合、術者はハンドピース（装置）と呼ばれる操作
部（把持部）を把持操作してハンドピース内部のレンズ
により集光したレーザ光を患部に確実に照射する必要が
ある。

第１図は実−際のレーザメスの外観を示す。

上記レーザメス１において、レーザ光伝送用（導光用）
光ファイバ２は、第１図の円内に拡大して示すように内
装被覆３．外装被覆４により保護され、その基部側に形
成したレーザ（発振器）５に挿着可能になるコネクタ６
と、先端側に形成したハンドピース７とで、いわゆるレ
ーザ（メス用）プローブ８を構成している。

′　上記レーザプローブ８の先端に設けたハンドピース
７は術者が把持操作する部分である。このレーザプロー
ブ８の内部は、光ファイバ２を冷却するための冷却ガス
Ｇ／［Ｆ通面鮨であるように、光ファイバ２と内装被覆
３の間に、すき間を設けである。冷却ガスＧは、通常レ
ーザ電源９内の気体源（例えばガスボンベ等）から送気
管１ｏを経て、レーザプローブ８内の光ファイバ２と内
装被覆３のすき間を流通する。しかして先端のハンドピ
ース７の直前に設けである排気管１１がら、冷却ガスＧ
が排出されるようになっている。術者はハンドピース７
を把持操作し、ハンドピース７の内部の集光レンズを経
て光ファイバ２の出射端から出射されるレーザ光を患部
（被照射部）上に集光してレーザ光による切除等を行い
得るようになっている。

ところでハンドピースの従来例は第２図に示すような構
造になっている。

即ち、光ファイバ２（第１図と同符号で示す。）は、内
装被覆３．外装被覆４により保護されている。光ファイ
バ２はハンドピース７内壁を径方向内側に突出して形成
したファイバ保持部（ファイバホルダ）１３のファイバ
保持孔１３ａに挿通して保持固定されている。冷却ガス
Ｇはレーザプロー１８内の光ファイバ２と内装被覆３と
のすき間を流通し、排気口１５からそのまま排気される
か、該排気口１５と図示しないチューブ等で連結した冷
却ガス入口１６を経て集光レンズ１７の前方に吹き出さ
れ、レーザ光被照射部面上に吹きかけられる。

上記第２図に示す従来例では、光ファイバ２の光伝送部
分は冷却できるが、光ファイバ２の出射端面２ａ近傍の
空間は、冷却ガスＧと遮断されているため、殆んど冷却
できない構造゛となっている。

従って、高パワーの伝送時における光ファイバ２におい
て、最も発熱の著しい光ファイバ２の出射端を有効に冷
却できず、そのため光ファイバ２の熱損傷が生じ、きわ
めて危険な状態に至るという問題点を有していた。

又、ファイバ保持部１３も冷却可能な構造となっていな
いのでファイバ保持部１３がきわめて高温になり、術者
が把持する際熱損傷等を生じさせる虞れがあり安全性に
欠けるものであった。

ところで、レーザ光を伝送する光ファイバにおける発熱
を抑制するために、実開昭５７−１０５６０５号に開示
されている従来例がある。

この従来例は、第３図に示すようにレーザ光を導光（伝
送）する光ファイバのコア部３１の外周に冷却ガス通路
２２を形成し、その外周に形成したクラッド部２３を介
して外装波Ｎ２４で覆われている。上記コア部２１の光
の入口側及び出口側端部２１　＋、２１ｏは金属チップ
２５．２５でそれぞれ固定され、各金属チップ２５の外
周には前記冷却ガス通路２２に連通する各空隙２６が形
成されると共に、それぞれ熱電冷却素子群２７が設けら
れている。しかして入口側の端部２１ｉ側に冷却ガスが
矢符で示すように送気され、出口側の拡径にされた外層
被覆２４内側の空気出口２８から放出されるようになっ
ている。

上記出口側における熱雷冷却素子群２７は、第４図に示
すように、湾曲片のＰ型半導体ｐとＮ型半導体ｎを絶縁
物２９を介装したものを一組として、多数組を円環状に
配設し各外側の電極片３０゜３０から直流電圧を印加し
、各−組の半導体装置ｎにおける内側の面に接合された
接合板３１を通って電流を流すことによって、内側の接
合板３１側を冷却し、外側の電極片３０．３０側で発生
した熱を冷却ガスで冷却するようにしていた。この場合
接合板３１側が熱雷冷却素子群２７で冷却されるが、こ
の冷却によって、コア部２１の出口側は直接冷却されな
いで、その内側の空隙２６内の冷却ガスを介して間接的
に冷却していたため、冷却ガスとして用いられる空気、
　Ｎ　２．　Ａｒ等は熱伝導率が低いため、冷却効率が
低くなるという欠点があった。このため、多量のガスを
流す必要があり、外径が大径になり操作しにくいと共に
、直接的に冷却する場合に比べて冷却効率が低いという
欠点がある。又、冷却ガスに含まれる水分が冷却素子に
よって露結し、光ファイバに悪影響を及ぼすという不都
合があった。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、光フ
ァイバの出射端付近を有効に冷却することができ、熱損
傷等を防止管るレーザメス用ハンドピースの冷却装置を
提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、レーザメス用ハンドピースにおけるファイバ
保持部に、ベルチェ効果を用いた冷却手段を形成するこ
とによって、光ファイバの出射端付近を冷却し、光ファ
イバ及びハンドピース構成物の熱損傷を防止している。

　〆 ［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第５図ないし第８図は本発明の１実施例に係り、第５図
は１実施例を備えたハンドピースを示し、第６図は第１
実施例に用いた冷却素子の基本構成を示し、第７図は第
１実施例の機能を備えたファイバ保持部を示し、第８図
は第５図にお【プるＢ−Ｂ線断面構造を示す。

第５図に示すようにレーザプローブ４１の先端には第１
実施例が適用されたハンドピース４２が形成されている
。

上記プローブ４１内の光伝送部材となる光ファイバ４３
は、その外周に沿って形成した空隙によって冷却ガスの
流通路２４が形成され、この空隙を覆うようにして内装
被覆４５によって光ファイバ４３は保護されており、該
内装被覆４５のさらに外側は外装被覆４６で覆われてい
る。

上記光ファイバ４３は、その先端近傍がその外周のハン
ドピース４２における冷却素子を用いて構成されたファ
イバ保持部４８で保持されている。

このファイバ保持部４８のファイバ保持孔４８ａの内径
は、光フアイバ保持４３の外径よりもわずかに大きな径
に設定され、このファイバ保持孔４８ａ１％：嵌９合す
る状態で光ファイバ４３は保持されるようになっている
。このファイバ保持部４８ａと、光ファイバ４３の出射
端面４３ａ前方のハンドピース４２内壁面に形成したレ
ンズ支持部４９にて固定された集光レンズ５０との間の
ハンドピース４２内周には、前記出射端面４３ａからレ
ンズ５０側に次第に拡径となる円錐状反射面５１ａを有
する反射鏡５１が該反射１１５１の外周面を接着する等
して取付けられている。この反射面５１ａには、レーザ
メスとして用いるＣＯ２レーザ等のレーザ光、つまり赤
外域の波長の光に対して反射率の高いＡＩ　、Ａｕ　、
Ａａ　、Ｃｕ等の金属が蒸着されており、出射端面４３
ａから出射されたレーザ光で拡開したものを反射面５１
ａで効率良く反射して、平行光束にしてレンズ５０側に
導き、該レンズ５０を経て開口端から出射されるレーザ
光を十分集束して被照射部に照射できるようになってい
る。

ところで、上記ファイバ保持部４８は、第６図に示すベ
ルチェ効果の冷却素子を基本構成に用いている。

即ち、Ｐ型半導体ｐとＮ型半導体ｎとを金属の接合部材
Ｓを介して接合し、Ｐ型半導体ｐの他端側の金属電極Ｄ
Ｎ型半導体ｎの他端側の金属１う の電極Ｄ２１１にＰ型半導体ｐ側が負になるように直流
電源Ｖを印加することよって矢符で示すように電流Ｉを
流し、この電流■によって接合部材Ｓで吸熱現象が生じ
、その温度が下がり（例えばそのＩ！痕をＴｃ）、一方
金属電極Ｄ　、Ｄ　で放熱、１２ 現象が生じ、その温度が上昇する（例えばそれぞれの温
度がＴｈ　Ｔｈ　２となり、この場合ＴＣ１ ＜Ｔｈ　Ｔｈ　２）、上記吸熱あるいは発熱の量１゜ Ｑはベルチェ係数をπとするとＱ−πｌとなる。

上記ベルチェ効果を有する冷却素子で形成した第１実施
例の冷却装置を形成するファイバ保持部４８は第５図・
あるいは斜視図で示す第７図あるいは第５図のＢ−Ｂ線
断面で示す第８図に示すようになっている。

即ち、半円環状なしいは半円筒状（半円環状と記す。）
のものをその長手方向にさらに２等分（１／４円環と記
す）したＰ型半導体ｐとＮ型半導体ｎとを間にそれぞれ
薄い絶縁板５３が介装されるようにして交互に並べて円
環状にし、一対のＰ型半導体ｐとＮ型半導体ｎとはその
内側の面にそれぞれ共通の半円環状の金ＩＩ（等の導体
材料の）接合部材５４に接合されている。２つの半円環
状の接合部材５４は周方向半円環の両端にそれぞれ絶縁
板５３を介して光ファイバ４３を囲む所定の内径のファ
イバ保持孔４８ａを形成する円環となるよう互いに固着
され、その内側に光ファイバ４３が挿通され、該光ファ
イバ４３を保持できるようになっている。

又、Ｐ型半導体ｐ及びＮ型半導体ｎは、その外側の面に
それぞれ１／４円環状の金属（等の導体材料の）電極５
５ａ、５５ｂが、第７図に示すように内側の半導体ｐ、
ｎの長さ方向の両端を除いて覆うように固着されている
。尚、Ｐ型半導体ｐとＮ型半導体ｎとの境界の絶縁板５
３は、隣接する電極５５ａ、５５ｂｌ１１部分にも介装
されてごみ等が入って絶縁不良事故が生じないようにし
である。尚、接合部材５４および電極５５ａ、５５ｂの
材料としては、例えばＢ１−Ｃｕ材料が適している。

上記各一対のＰ型半導体ｐ及びＮ型半導体ｎ外周面に取
付けた電極５５ａ、５５ｂ間には、第８図に示すように
電極５５ｂ側に電流Ｉが流れる向きの定電流源５６に接
続されており、該定電流源５６から電極５５ｂ、Ｎ型半
導体ｎ、接合部材５４、Ｐ型半導体ｐ、電極５５ａへと
流れる電流ｌによって、各接合部材５４が冷却され、そ
の際多接合部材５４に接する光ファイバ４３の出射端面
４３ａ近傍を有効に冷却できるようになっている。

第７図に示すファイバ保持部４８は、電極５５ａ、５５
ａ、５５ｂ、５５ｂ　（及び各絶縁板５３）の外周面が
、ハトピース４２本体の外周に同一外径で露出するよう
に取付けである。つまり、略円筒状ないし円管状のハン
ドピース４２本体は、その長手方向の略中央でファイバ
保持部４８の両端の外形に嵌合する形状で２分割されて
おり、この分割した部分の外周から各ねじ５７にてその
内側の半導体（例えばＰ型半導体ｐ）を固着することに
よって、光ファイバ４３の出射端面４３ａ近傍の外周に
冷却素子を用いたファイバ保持部４８が設けられた一体
化されたハンドピース４２を形成している。又、上記各
ねじ５７をはずすことによって、ファイバ保持部４８は
もとより反射ｌｌ５１を取り外したり、組立てたりする
ことを容易にできるようになっている。

さらに、光ファイバ４３の外径の異るものに対しては、
ファイバ保持孔４８ａの異るファイバ保持部４８を交換
して使用することもできるようになっている。

尚、Ｐ型半導体ｐ及びＮ型半導体ｎ間に介装される絶縁
板５３は、一対内の半導体ｐ、ｎ間ではその内側端部が
接合部材５４外周で固定され、対間ではその内側端部が
接合部材５Ｃ５４を絶縁するように取付けである。

尚、第５図の縦断面図は、第８図における対向するＰ型
半導体ｐ、ｐを通るように切断した場合のものである。

このように構成された本発明の第１実施例によれば、高
出力のレーザ光を光ファイバ４３で伝送して被照射部に
向けて出射する場合に、光ファイバ４３の出射端面４３
ａ付近から生じる多量の熱による光ファイバ４３の温度
上野を冷却ガスを用いないで、定電流源５６からファイ
バ保持部４８におけるベルチェ効果を利用した冷却素子
に電流を流すことによって、光ファイバ４３外周の接合
部材５４．５４で直接的に吸熱させて冷却する手段を設
けであるので、光ファイバ４３を有効に冷却でき、光フ
ァイバ及びハンドピース４２の構成材料が熱損傷するの
を有効に防、止できる。又、上記定電流源５６から供給
する電流■を加減することによって、その電流Ｉに比例
した冷却能力に設定できるので、伝送するレーザ光量に
応じた電流にすることによって、熱損傷を有効に防止で
きる。

さらに、上記第１実施例においては、円錐面状の反射鏡
５１を設けであるので、出射端面４３ａから出射される
し−ザ光における拡開するものを殆んど吸収することな
く反射させて平行光束にでき、レンズ５０による集光効
率を高くできる。この場合、吸収を少くできるので、ハ
ンドピース４２における温度上昇を小さくできる。

第９図は本発明の第２実施例におけるファイバ保持部の
断面図を示し、第１０図はファイバ保持部の斜視図を示
す。

この第２実施例におけるファイバ保持部６１においては
、上記第１実施例におけるファイバ保持部４８の接合部
材５４を半円環状にしないで、隣接するＰ型半導体ｐと
Ｎ型半導体ｎとの境界に接合した板状の接合部材６２と
し、各板状の接合部材６２とし、各板状の接合部材６２
を径方向内側に突出させて、対向する端部間の間隔を光
ファイバ４３の外径よりわずかに大きくして、光ファイ
バ４３の出射端面４３ａ近傍の外周を小さい接触面積で
保持できるようにしである。

尚、各接合部材６２の径方向外側となる端部外周で、電
極５５ａ、５５ｂの間となる部分には絶縁部材６３が介
装され各絶縁部材６３によって、電極５５ａ、５５ｂ間
が導通しないようにしである。

しかして第９図に示すように８対のＰ型半導体ｐとＮ型
半導体ｎには定電流源６４．６４からＮ型半導体ｎ側が
正電位となる向ぎの電流が流れ、その際各接合部材６２
で吸熱現象を生じさせて、該接合部材６２に接する光フ
ァイバ４３を冷却できるようにしである。

尚、第９図において、例えば電極５５ａ、５５ａ間ある
いは電極５５ｂ、５５ｂ間の少くとも一方が導線等で導
通されており、（−個の定１ｉ１源としても良い）、左
右の両接合部材６２．６２のみならず上下の両接合部材
６２．６２も光ファイバ４３の冷却に機能するようにし
である。

この第２実施例によれば、光ファイバ４３の出射端面４
３近傍は、その外周が小さな接触面積で保持されている
ので、保持部における光吸収を少くして、熱の発生を抑
制でき、殆んど光ファイバ４３による光吸収に伴って発
生する熱のみを冷却すれば良く、上記第１実施例の場合
に比べて熱の発生を少くできる。

第１１図は本発明の第３実施例に係るハンドピースを示
す。

この実施例におけるハンドピース７１においては、上記
第２実施例におけるファイバ保持部６１が用いられてお
り、上記第１１図は第９図におけるＣ−Ｃ線で切断した
断面を示す。

上記ハンドピース７１は第５図に示すハンドピース２２
と略同形状をなしているが、さらにファイバ保持部６１
を取付けた部分の後方のハンドピース７１内壁面に径方
向の透孔７２が形成されると共に、電極５５ａ、５５ｂ
外周面を空隙を形成するようにしてカバ一部４１７３に
よって覆うようにしである。又、このカバ一部材７３に
おけるファイバ保持部６１より前方となる外周にガス排
出ロア４を形成し、プローブ４１における内に被覆４５
内周と光ファイバ４３の外周との間の空隙の流通路４４
を経て送られる冷却ガスによって、矢符で示すように透
孔７２を経て冷却ガスを電極５５ａ、５５ｂ外周に導き
、ガス排出ロア４を経て排気する経路によって、発熱し
た電極５５ａ、５５ｂ及びその周辺のハンドピース１７
外周を冷却できるようにしである。尚、カバ一部材７３
は、ハンドピース７１の前部側から着脱自在に螺着して
取付けることができる。

その他は上記第１実施例と同様である。この第３実施例
に係るハンドピース７１によれば、上記第１あるいは第
２実施例の略同様に冷却素子にて光ファイバ４３の出射
端面４３ａ近傍を有効に冷却できる他に、プローブ４１
の途中の光ファイバ４３を冷却ガスで冷却でき、且つこ
の冷却ガスを透孔７２を経て発熱する電極５５ａ、５５
ａを冷却するようにしであるので、把持操作する場合、
ハンドピース７１外周が熱くな擾すきることもなく、操
作できる。

第１２図は本発明の第４実施例である。この実施例に係
るハンドピース８１においては、上記第３実施例のハン
ドピース７１における反射鏡５１が円錐状反射面５１ａ
でなく、放物面状反射面５１ｂに形成しである。この他
は上記第３実施例と同様の構成であり、同一部材には同
符号がつけである。

尚、上記第３あるいは第４実施例において、ファイバ保
持部として第２実施例のものを用いるものに限らず、第
１実施例のものを用いても良いことは明らかである。

又、ファイバ保持部としては図示したものに限らずＰ型
半導体ｐとＮ型半導体を２組用いてベルチェ効果を有す
る冷却素子を形成したものに限定されるものでなく、１
組あるいは３組以上で形成したものであっても良い。

尚、反射１１５１は、ハンドピース４２．７１等に一体
的に形成したものであっても良い。又、本発明は反射鏡
５１を有しないものにも適用できる。

又、上記第３あるいは第４実施例においては冷却ガスを
光ファイバ４３の出射端面４３ａ近傍より後方側から透
孔７２を経て電極５５ａ、５５ｂ外周側に導くようにし
であるが、ファイバ保持部６１の光ファイバ４３外周と
なる空隙（接合部材６２．６２間）を通した後、透孔等
で電極５５ａ。

５５ｂの外周に導くようにして、冷却すると共に、冷却
ガスでも出射端近傍を冷却するようにしても良い。

尚、ガス排出ロア４の口金にチューブを接続して、吸引
することによって、送気されるガスの冷却をより高める
こともできる。

尚、本発明は上述のものを部分的に組合わせる等したも
の等も本発明に属するものである。

又、本発明はレーザ光伝送部材としてマニピュレータを
用いた場合にも利用できるものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば光ファイバの出射端近
傍をベルチェ効果を利用した冷却素子で直接冷却するよ
うにしであるので、伝送するレーザ光量に応じた電流を
流すことによって、出射端面付近を十分に冷却すること
ができる。従って、光ファイバ及びハンドピース構成物
が熱損傷するのを有効に防止できると共に、光ファイバ
等の耐久性を高めることができ、高出力のレーザ光を安
全に照射することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なレーザメス装置を示す斜′ｌＲ図、第
２図は従来のハンドピースを示す断面図、第３図は光フ
ァイバを伝送部材に用いた場合における従来の冷却装置
を示す縦断面図、第４図は第３図におけるＡ−Ａｌｌｌ
ｉ面図、第５図ないし第８図は本発明の第１実施例に係
り、第５図は第１実施例を備えたハンドピースを示す縦
断面図、第６図は第１実施例に用いた冷却素子の基本構
成による動作原理図、第７図は第１実施例のファイバ保
持部を示す斜視図、第８図は第５図におけるＢ−Ｂ縮拡
大断面図、第９図及び第１０図は本発明の第２実施例に
係り、第９図は第２実施例におけるファイバ保持部を示
す断面図、第１０図はファイバ保持部を拡大して示す斜
視図、第１１図は本発明の第３実施例に係るハンドピー
スを示す縦断面図、第１２図は本発明の第４実施例に係
るハンドピースを示す縦断面図である。 ４１・・・プローブ ４２．７１．８１・・・ハンドピース ４３・・・光ファイバ　４３ａ・・・出射端面４５・・
・内装被覆 ４８．６１・・・ファイバ保持部 ５０・・・レンズ　５１・・・反射鏡 ５１ａ、５’ｌｂ−・・反射面 ５３・・・絶縁板 ５４．６２・・・接合部材 ５５ａ、５５ｂ−’ｌ極 ５６．６４・・・定電流源　６３・・・絶縁部材７２・
・・透孔　７３・・・カバ一部材７４・・・ガス排出口 代理人　弁理士　伊　藤　進 第２図 第５図 第８図 第９図　第１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバをレーザメス用の導光部材に用いたレ
   ーザプローブの先端に形成したハンドピースにおいて、
   光ファイバの外周を、Ｎ型半導体及びＰ型半導体が接合
   された導体で囲み、前記Ｎ型半導体と前記Ｐ型半導体の
   それぞれの外周に電極を設けたファイバ保持部でイ先持
   したことを特徴とするレーザメス用ハンドピースの冷却
   装置。
2. （２）前記ファイバ保持部は、ハンドピース外周の固定
   用ねじにて脱着自在としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のレーザメス用ハンドピースの冷却装置
   。
3. （３）前記電極は、プローブ内を送気される冷却ガスで
   その外周面を冷却可能にしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のレーザメス用ハンドピースの冷却装
   置。 面と、該出射端面前方に配設した集光レンズとの間に拡
   開するレーザ光を反射して前記集光レンズに導く反射鏡
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ６４メス用ハンドピースの冷却装置