WO2024062902A1

WO2024062902A1 - 光照射ファイバプローブ

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Publication number: WO2024062902A1
Application number: PCT/JP2023/031950
Authority: WO
Inventors: 英明長谷川; 圭佑武; 敦司樋村; 淳一長谷川
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2023-08-31
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2025-03-21
Also published as: JPWO2024062902A1; DE112023003914T5; US20260083978A1; CN119866236A

Abstract

光伝送ケーブルの軸方向に対して傾いた方向にビーム品質の高い光を出射できる光照射ファイバプローブを提供すること。光照射ファイバプローブ１は、治療用医療機器に搭載される光照射ファイバプローブ１であって、光源から発せられた光が伝送される光伝送ケーブル１０と、光伝送ケーブル１０の先端部１３側に設けられ、光伝送ケーブル１０から出射されるレーザ光Ｌを２箇所以上の屈折面２１を介して屈折させることで、光伝送ケーブル１０の軸方向Ｘに対して所定の角度以上傾けられた光を出射する光屈折部２０と、を備える。

Description

光照射ファイバプローブ

　本発明は、光照射ファイバプローブに関する。

　従来、医療分野において人体内に挿入し、細胞に光を照射するために光照射ファイバプローブが用いられている。例えば特許文献１には、光ファイバの一端部に、Ａｕコートを行った先端傾斜面を有するプリズムレンズが配置される側方出射装置が記載されている。光照射ファイバプローブは、例えば癌の治療法の１つである光免疫療法において、光伝送ケーブルの先端側を人体内に挿入し、人体に投与されて癌細胞に到達した薬剤にレーザ光を照射するために用いられる。

特許第４６５９１３７号

　ところで、光免疫療法では、光伝送ケーブルの先端側を人体内に挿入、もしくは腫瘍表面近傍に位置付けた状態で、光を照射する必要がある。腸や食道等の器官の場合、照射対象となる癌細胞が器管の側面に存在することが多く、光伝送ケーブルの軸方向に対して斜めに効率よく光を照射することが重要である。特許文献１によれば、先端傾斜面を有するプリズムレンズにより、光伝送ケーブルの軸方向に対して傾いた方向に光を照射できるものの、ビームの割れや照射距離に対してビームが広がらない等の問題が生じる場合がある。ファイバ端面に斜め加工等を施し、一か所の屈折面の角度を付けて光を曲げようとする場合、屈折面の入射角度が臨界角度付近になることが多く、ある広がりを持った入射角度を有する光が屈折面に入射すると反射される光と透過する光が生じて、結果として入射ビームが割れることとなる。

　本発明は、光伝送ケーブルの軸方向に対して傾いた方向にビーム品質の高い光を出射できる光照射ファイバプローブを提供することを目的とする。

　（１）光照射ファイバプローブは、治療用医療機器に搭載される光照射ファイバプローブであって、光源から発せられた光が伝送される光伝送ケーブルと、前記光伝送ケーブルの先端部側に設けられ、前記光伝送ケーブルから出射される光を２箇所以上の屈折面を介して屈折させることで、前記光伝送ケーブルの軸方向に対して所定の角度以上傾けられた光を出射する光屈折部と、を備える。

　（２）（１）に記載の光照射ファイバプローブにおいて、前記２箇所以上の屈折面のそれぞれに入射される光の入射角度は、該入射角度をθｉ、前記屈折面によって区画される２つの媒質のうち屈折率の小さい媒質の屈折率をｎｓ、屈折率の大きい媒質の屈折率をｎｌとしたとき、光路の一部もしくは全部は以下の式（１）を満たす。
θｉ≦ａｒｃｓｉｎ（ｎｓ／ｎｌ）・・・（１）
光路の全部が上記（１）式を満たしていることが望ましい。

　（３）（１）又は（２）に記載の光照射ファイバプローブは、前記２箇所以上の屈折面のいずれか１箇所以上が曲面状である。

　（４）（１）～（３）のいずれか１つに記載の光照射ファイバプローブにおいて、前記光伝送ケーブルは、コアと、該コアの外周に形成されたクラッドとを有し、前記光屈折部は、球状のレンズを有し、前記屈折面は、前記レンズの表面によって形成され、前記レンズは、その中心が前記コアの軸方向視で前記コアの断面と重ならない位置に配置される。

　（５）（４）に記載の光照射ファイバプローブは、前記クラッドが硬質ポリマー材で形成されるポリマークラッド光ファイバである。

　（６）（４）又は（５）に記載の光照射ファイバプローブにおいて、前記光屈折部の前記レンズは、その外径が前記光伝送ケーブルの外径よりも大きく、かつ、その中心が前記コアの軸方向視で前記コアの断面中心から前記レンズの直径の１／４以上、３／８未満に相当する距離ずれた位置に配置される。

　（７）（４）～（６）のいずれか１つに記載の光照射ファイバプローブは、前記レンズに対する前記光伝送ケーブルの先端部の相対位置が変化しないように保持する保持部を備える。

　（８）（１）～（７）のいずれか１つに記載の光照射ファイバプローブは、前記光屈折部による光の出射方向の反対側に配置される光遮蔽部を備える。

　本発明によれば、光伝送ケーブルの軸方向に対して傾いた方向にビーム品質の高い光を出射できる。

本発明の第１実施形態に係る光照射ファイバプローブを示す側面図である。図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。本発明の第１実施形態に係る光照射ファイバプローブの光伝送ケーブル及びボールレンズの相対位置とレーザ光の経路との関係を示す模式図である。図４に示す光伝送ケーブルよりも径が大きい光伝送ケーブル及びボールレンズの相対位置とレーザ光の経路との関係を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る光照射ファイバプローブを示す側面図である。本発明の第３実施形態に係る光照射ファイバプローブの光伝送ケーブル及びボールレンズの相対位置とレーザ光の経路との関係を示す模式図である。ポリマークラッド光ファイバである光伝送ケーブルから光屈折部を介さずに出射されるレーザ光の光強度分布のイメージを示す模式図である。プラスチックファイバである光伝送ケーブルから光屈折部を介して出射されるレーザ光の光強度分布のイメージを示す模式図である。ポリマークラッド光ファイバである光伝送ケーブルから光屈折部を介して出射されるレーザ光の光強度分布のイメージを示す模式図である。コアの軸方向視でボールレンズの中心がコアの断面中心からボールレンズの直径の３／８に相当する距離ずれた位置にある場合のレーザ光の経路との関係を示す模式図である。コアの軸方向視でボールレンズの中心がコアの断面中心からボールレンズの直径の１／６に相当する距離ずれた位置にある場合のレーザ光の経路との関係を示す模式図である。本発明の光照射ファイバプローブの屈折部の変形例を示す側面図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものでない。また、以下の説明において参照する各図は、本開示の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は、各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものでない。

＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態に係る光照射ファイバプローブ１について図１～図３を参照しながら説明する。図１は、光照射ファイバプローブ１の側面図である。図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ断面図である。図３は、図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

　本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、癌の治療方法の１つである光免疫療法を行う医療機器に搭載されるものである。即ち、光照射ファイバプローブ１は、治療用医療機器に搭載されるものである。光免疫療法は、癌細胞に結合する抗体と光に反応する物質とからなる薬剤を人体に投与し、癌細胞に結合した薬剤に対してレーザ光を照射して癌細胞を破壊することによって、癌を治療する。尚、本発明は、光免疫療法に限定するものではなく、光線力学療法などのレーザ光を使用する治療方法に使用することも可能である。なお、光照射ファイバプローブ１は、例えば内視鏡に設けられる管路に挿入され、その先端部が外部に露出した状態で使用される。

　光照射ファイバプローブ１は、図１に示すように、光伝送ケーブル１０と、光屈折部２０と、保持部３０と、ケーブル保護部材４０と、を備える。光照射ファイバプローブ１は、光源としてのレーザ発振器（図示省略）から発生したレーザ光Ｌを照射する。なお、光照射ファイバプローブ１では、保持部３０の後述するレンズ用拘束部材３３又はケーブル用拘束部材３４が最も外側に配置され、光屈折部２０や光伝送ケーブル１０、介在部材３２が最も内側に配置される。このため、図１では、外部に露出している部位を実線で示し、他の部材によって覆われ、外部に露出していない部位を破線で示している。

　レーザ発振器は、半導体レーザを有し、半導体レーザに電気を流すことでレーザ発振を生じさせ、レーザ光Ｌを発生させる。レーザ発振器は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する赤色のレーザ光Ｌを発生させる。レーザ発振器から発生させるレーザ光Ｌは、連続波であってもよくパルス波であってもよい。またレーザ発振器から発生させるレーザ光Ｌのビームモードは、シングルモードであってもよく、マルチモードであってもよい。レーザ光Ｌのビームモードは、強度の高い光を広範囲に照射できるという点から、マルチモードの方が好ましい。即ち、マルチモードの光源を利用する方が好ましい。

　光伝送ケーブル１０は、レーザ発振器から発せられたレーザ光Ｌが伝送させる光伝送路を有する光ファイバケーブルである。光伝送ケーブル１０の基端部側には、レーザ発振器が配置され、先端部１３側には光屈折部２０が設けられる。光伝送ケーブル１０は、レーザ発振器において発生したレーザ光Ｌを、光伝送路を介して伝送し、先端部１３から光屈折部２０に向けて出射する。

　本実施形態に係る光伝送ケーブル１０は、プラスチックファイバであり、光伝送路としてのコア１１と、コア１１の外周に形成されるクラッド１２と、を有する。光伝送ケーブル１０は、例えばその外径寸法が５００μｍであり、コア１１の外径寸法が２５０μｍである。コア１１は、マルチモードファイバに対応する大きさの外径寸法のものが好ましい。なお、本実施形態の光伝送ケーブル１０はシングルコア光ファイバであるが、マルチコア光ファイバであってもよい。さらにコアの形状は真円以外に楕円形や矩形であっても良い。また、光伝送ケーブル１０は、石英系材料からなる光ファイバであってもよい。なお、光伝送ケーブル１０がプラスチックファイバであれば、光伝送ケーブル１０自体を曲げることが容易になる。

　光屈折部２０は、光伝送ケーブル１０の先端部１３側に配置され、光伝送ケーブル１０の先端部１３におけるコア１１から出射されるレーザ光Ｌを、光伝送ケーブル１０の軸方向Ｘに対して所定の角度以上傾けて出射する。なお、本明細書における光伝送ケーブル１０の軸方向Ｘとは、先端部１３における光伝送ケーブル１０の軸方向を意味する。

　光屈折部２０は、光伝送ケーブル１０から出射されるレーザ光Ｌが屈折する曲面状の屈折面２１が２箇所以上形成される。本実施形態の光屈折部２０は、例えば、球状のレンズであるボールレンズ２２を有する。ボールレンズ２２は、例えば屈折率が１．５であり、直径が１ｍｍである。光屈折部２０の屈折面２１は、ボールレンズ２２の表面によって形成される。具体的には、光屈折部２０の屈折面２１は、光伝送ケーブル１０の先端部１３から出射される光が入射する入射面２１１と、入射した光が出射する出射面２１２と、を備える。入射面２１１は、光伝送ケーブル１０側に張り出す曲面状に形成される。出射面２１２は、光の出射方向に張り出す曲面状に形成される。光屈折部２０は、図１に示すように、光伝送ケーブル１０の先端部１３から出射されたレーザ光Ｌを、入射面２１１において屈折させてボールレンズ２２内に入射させる。そして光屈折部２０は、ボールレンズ２２内に入射したレーザ光Ｌを、出射面２１２において屈折させてボールレンズ２２外に出射させる。即ち、光屈折部２０は、光伝送ケーブル１０から出射されるレーザ光Ｌを２箇所以上の屈折面２１を介して屈折させ、光伝送ケーブル１０の軸方向Ｘに対して所定の角度以上傾けられたレーザ光Ｌを出射する。所定の角度以上としては、例えば２０度以上であってもよい。なお、本実施形態では、光屈折部２０の全ての屈折面２１が曲面状であるが、２箇所以上の屈折面２１の少なくとも１箇所が曲面状であってもよく、全ての屈折面２１が曲面状でなくてもよい。例えば屈折面２１が平面状であってもよい。

　光屈折部２０のボールレンズ２２は、光伝送ケーブル１０に対して所定の位置に配置される。具体的には、ボールレンズ２２は、その中心２２１が先端部１３のコア１１の軸方向視でコアと重ならない位置に配置される。即ち、ボールレンズ２２の中心２２１が、軸方向Ｘで見てコア１１の断面中心からずれた位置に配置される。

　保持部３０は、光屈折部２０のボールレンズ２２に対する光伝送ケーブル１０の先端部１３の相対位置が変化しないように保持する。保持部３０は、管状部材３１と、介在部材３２と、レンズ用拘束部材３３と、ケーブル用拘束部材３４と、を有する。

　管状部材３１は、可撓性のある円筒状のチューブである。管状部材３１は、その内側の空洞部３１１に光伝送ケーブル１０の少なくとも一部及びボールレンズ２２の一部を収容する。具体的には、光伝送ケーブル１０は、少なくとも先端部１３側が管状部材３１の空洞部３１１に位置するように管状部材３１に挿入される。図１に示すように、光伝送ケーブル１０は、管状部材３１の軸方向に延びた状態で管状部材３１の空洞部３１１に収容される。またボールレンズ２２は、少なくとも入射面２１１側が管状部材３１の空洞部３１１に位置し、出射面２１２側が管状部材３１の外部に露出するよう管状部材３１に収容される。管状部材３１の素材としては、例えばポリイミド、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。

　介在部材３２は、可撓性のある細長い部材であり、管状部材３１の空洞部３１１に収容される。介在部材３２は、管状部材３１内において、光伝送ケーブル１０に沿って前記光伝送ケーブルの先端部１３側に配置され、光伝送ケーブル１０の外周面と管状部材３１の内周面との隙間を埋める。介在部材３２の形状は、図３に示すように円柱状であるが、その形状は特に限定されない。例えば介在部材３２の形状は、円筒状であってもよく、板状であってよい。

　レンズ用拘束部材３３は、管状部材３１内においてボールレンズ２２が動かないように拘束する部材である。本実施形態のレンズ用拘束部材３３は、例えば熱により縮径可能な円筒状の熱収縮チューブである。レンズ用拘束部材３３は、図１及び図２に示すように、管状部材３１におけるボールレンズ２２を収容する部分を覆う。即ち、図２に示すように、ボールレンズ２２が光照射ファイバプローブ１の最も内側に位置し、レンズ用拘束部材３３が最も外側に位置し、管状部材３１がボールレンズ２２とレンズ用拘束部材３３の間に位置する。この状態で、レンズ用拘束部材３３が熱収縮され、ボールレンズ２２の内径方向に向かう力が加わる。この結果、管状部材３１及びボールレンズ２２は、互いに密着した状態となる。

　ケーブル用拘束部材３４は、管状部材３１内において光伝送ケーブル１０及び介在部材３２が動かないように拘束する部材である。本実施形態のケーブル用拘束部材３４は、例えば熱により縮径可能な円筒状の熱収縮チューブである。ケーブル用拘束部材３４は、図１及び図３に示すように、管状部材３１における光伝送ケーブル１０及び介在部材３２を収容した部分の少なくとも一部、ケーブル保護部材４０の一部を覆う。図３に示すように、光伝送ケーブル１０及び介在部材３２が管状部材３１の空洞部３１１に位置し、ケーブル用拘束部材３４が管状部材３１の外側に位置する。この状態で、ケーブル用拘束部材３４が熱収縮され、管状部材３１の内径方向に向かう力が加わる。この結果、光伝送ケーブル１０と介在部材３２と管状部材３１とが互いに密着した状態となる。なお、熱収縮チューブであるレンズ用拘束部材３３及びケーブル用拘束部材３４は光照射ファイバプローブ１の製造時に熱収縮される。なお、熱収縮チューブの素材としては、例えばＦＥＰ（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共同合体したフッ素樹脂）等が挙げられる。

　保持部３０は、先端部１３を含む光伝送ケーブル１０の先端部１３側とボールレンズ２２の少なくとも先端部１３側を管状部材３１内に収容する。そして、管状部材３１における光伝送ケーブル１０の先端部１３の位置が介在部材３２及びケーブル用拘束部材３４によって固定され、管状部材３１におけるボールレンズ２２の位置がレンズ用拘束部材３３によって固定される。即ち、ボールレンズ２２に対する光伝送ケーブル１０の相対位置が保持部３０によって保持される。

　ケーブル保護部材４０は、光伝送ケーブル１０を保護するための可撓性のある円筒状のチューブである。ケーブル保護部材４０は、図１に示すように、光伝送ケーブル１０の管状部材３１に挿入されていない部分から光伝送ケーブル１０の基端部側をその内側の空洞部に収容する。ケーブル保護部材４０は、光伝送ケーブル１０の延伸方向においてケーブル保護部材４０に対して間隔を空けて配置されている。ケーブル保護部材４０の素材としては、例えばナイロン、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。

　次に、光伝送ケーブル１０と光屈折部２０の相対位置とレーザ光Ｌの経路の関係について図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、光伝送ケーブル１０とボールレンズ２２の相対位置とレーザ光Ｌの経路との関係を示す模式図である。図５は、図４に示す光伝送ケーブル１０よりもその径が大きい光伝送ケーブル１０とボールレンズ２２の相対位置とレーザ光Ｌの経路との関係を示す模式図である。なお、図４に示す光伝送ケーブル１０の直径は２５０μｍであり、図５に示す光伝送ケーブル１０の直径は５００μｍである。図４及び図５に示すボールレンズ２２は、直径が１０００μｍであり、屈折率ｎ２が１．５である。図４及び図５に示すボールレンズ２２及び光伝送ケーブル１０の周囲の空間Ｓの屈折率ｎ１は１．０である。

　光伝送ケーブル１０から出射されたレーザ光Ｌは、ボールレンズ２２の表面である入射面２１１において以下の式（０）に示すスネルの法則により導出される角度で屈折し、ボールレンズ２２内を通過し、再びボールレンズ２２と空間Ｓとの境界である出射面２１２で屈折し、照射される。

　ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２＝ｎ２／ｎ１・・・式（０）
　なお、「θ１」は、入射面２１１における空間Ｓからボールレンズ２２内に入射する光の入射角度である。「θ２」は、入射面２１１におけるレーザ光Ｌの屈折角度である。

　レーザ光Ｌは、光伝送ケーブル１０の先端部１３から球体であるボールレンズ２２に照射されるので、ボールレンズ２２におけるレーザ光Ｌの入射位置によってレーザ光Ｌの経路が異なる。具体的には、図４及び図５に示すように、コア１１の軸方向視において、入射面２１１がボールレンズ２２の中心２２１から離れるほど、レーザ光Ｌの進行方向が軸方向Ｘに対して大きい角度で傾けられる。そして、ボールレンズ２２内を通過したレーザ光Ｌは、出射面２１２で再度屈折し、軸方向Ｘに対してより角度の大きい方向に出射される。これにより、光照射ファイバプローブ１のより側方にもレーザ光Ｌを照射することができる。また、レーザ光Ｌは一カ所で急激に進行方向を変更するのではなく、複数回に分けて進行方向を変更するので、レーザ光Ｌの屈折によるビームの割れを抑制できる。一方で、レーザ光Ｌは、図５に示すように、コア１１の軸方向視において入射面２１１が中心２２１に近づくほど、レーザ光Ｌの進行方向の変化が小さくなる。即ち、光伝送ケーブル１０の先端部１３から出射されたレーザ光Ｌの経路は、より直線的になる。本実施形態では、光照射ファイバプローブ１の前方ではなく、より側方に存在する照射対象の細胞を効率的に照射するために、ボールレンズ２２の位置を中心２２１がコア１１の軸方向視でコア１１の断面中心からずれた位置に設定している。

　また２箇所以上の屈折面２１のそれぞれに入射される光の入射角度θｉは、屈折面２１によって区画される２つの媒質のうち屈折率の小さい媒質の屈折率ｎｓとし、屈折率の大きい媒質の屈折率をｎｌとしたとき、光路の一部もしくは全部が以下の式（１）を満たすことが好ましい。この構成により、例えば入射角度θｉが臨界角度以下となるので、入射ビームが割れることを抑制できる。
θｉ≦ａｒｃｓｉｎ（ｎｓ／ｎｌ）・・・（１）
上記(１)式の右辺は臨界角度に相当し、屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質に入射する場合、全反射する角度であるが、反対側に（屈折率が低い媒質から屈折率が高い媒質に）入射する場合も全反射ではないが、高い反射が生じビームの割れの要因となる。なお、光路の全部が上記（１）式を満たしていることがより好ましい。

　図４及び図５に示す例では、θ１を含む光の入射角度θｉは、ボールレンズ２２の方が空間Ｓよりも屈折率が大きいので、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
θｉ≦ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）・・・（２）

　また、図４及び図５に示すように、ボールレンズ２２に対する光伝送ケーブル１０の直径の大きさを調整することで、光屈折部２０から照射される光の照射範囲を広げることができる。これはボールレンズのような球面状に張り出した屈折面を用いた場合の特徴、効果である。このように、光伝送ケーブル１０とボールレンズ２２との相対位置やボールレンズ２２に対する光伝送ケーブル１０のコア１１の直径等を調整することで、レーザ光Ｌの進行方向やその照射範囲を調整することができる。

＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態に係る光照射ファイバプローブ１について図６を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態に係る光照射ファイバプローブ１を示す側面図である。なお、以下の第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と対応する構成については同一の規則性を有して対応する符号を付す。その説明が省略されたり、援用されたりする場合がある。

　本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、光伝送ケーブル１０と、光屈折部２０と、保持部３０と、ケーブル保護部材４０と、光遮蔽部５０と、を備える。本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、第１実施形態の光照射ファイバプローブ１とは光遮蔽部５０を備えることが主に異なる。

　光遮蔽部５０は、光屈折部２０によるレーザ光Ｌの出射方向の反対側に配置される。具体的には、光遮蔽部５０は、保持部３０における光屈折部２０によるレーザ光Ｌの出射方向の反対側に、光遮蔽材等を塗布することにより形成される。図６に示す例では、光遮蔽材は、レンズ用拘束部材３３と、ボールレンズ２２側の管状部材３１及びケーブル用拘束部材３４のレーザ光Ｌの出射方向の反対側（図６では紙面上側）の表面に塗布される。光遮蔽材としては、例えば金属やポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３実施形態に係る光照射ファイバプローブ１について図７を参照しながら説明する。なお、以下の第３実施形態の説明において、上記第１実施形態と対応する構成については同一の規則性を有して対応する符号を付す。その説明が省略されたり、援用されたりする場合がある。図７は、第３実施形態に係る光照射ファイバプローブ１の光伝送ケーブル１０及びボールレンズ２２の相対位置とレーザ光Ｌの経路との関係を示す模式図である。また図７では、光伝送ケーブル１０及び光屈折部２０、管状部材３１以外の図示を省略している。また図７では、レーザ光Ｌのうちその光強度分布の中心の成分の経路を示しており、コア１１の断面中心からボールレンズ２２側に光伝送ケーブル１０の軸方向Ｘに沿って延ばした仮想線を破線Ｃで示している。

　本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、光伝送ケーブル１０と、光屈折部２０と、保持部３０と、ケーブル保護部材４０と、を備える。本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、第１実施形態の光照射ファイバプローブ１とは光伝送ケーブル１０の構成が主に異なる。

　本実施形態の光伝送ケーブル１０は、クラッド１２が硬質ポリマー材で形成されるポリマークラッド光ファイバである。ポリマークラッド光ファイバとは、コア１１が石英系材料で形成され、クラッド１２が硬質ポリマー材で形成される光ファイバである。石英系材料としては、例えばコアに不純物がドーピングされていない石英、ゲルマニウムのドーブされた石英等が挙げられる。硬質ポリマー材としては、例えばＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ等のフッ素系樹脂、ポリイミド等、もしくはこれらの共重合体が挙げられる。また本実施形態の光伝送ケーブル１０は、その外径が光屈折部２０のボールレンズ２２の外径よりも小さい。

　ここで、第３実施形態に係る光照射ファイバプローブ１から照射されるレーザ光Ｌの光強度分布について図８Ａ～図８Ｃを参照しながら説明する。図８Ａ～図８Ｃは、第３実施形態に係る光照射ファイバプローブ１から照射されるレーザ光Ｌの光強度分布を説明するための説明図である。図８Ａは、ポリマークラッド光ファイバである第３実施形態の光伝送ケーブル１０の先端部１３から光屈折部２０を介さずに出射されるレーザ光Ｌの光強度分布のイメージを示す模式図である。図８Ｂは、プラスチックファイバである第１実施形態の光伝送ケーブル１０の先端部１３から光屈折部２０を介して出射されるレーザ光Ｌの光強度分布のイメージを示す模式図である。図８Ｃは、第３実施形態に係る光照射ファイバプローブ１から光屈折部２０を介して出射されるレーザ光Ｌの光強度分布のイメージを示す模式図である。図８Ａ～図８Ｃの縦軸は光強度を示し、横軸はレーザ光Ｌの断面においてレーザ光Ｌの中心を原点Ｏとした場合におけるレーザ光Ｌの中心からの断面距離を示している。即ち、図８Ａ～図８Ｃの横軸において、原点Ｏ及びその周辺がレーザ光Ｌの光軸方向の光伝送ケーブル１０側においてコア１１が存在する領域である。図８Ａ～図８Ｃの横軸において、実線の両側矢印で示されている範囲はレーザ光Ｌの光軸方向の光伝送ケーブル側においてコアが存在する領域であり、破線の両側矢印で示されている範囲はレーザ光Ｌの光軸方向の光伝送ケーブル側においてコア及びクラッドが存在する領域である。

　図８Ａに示すように、ポリマークラッド光ファイバである光伝送ケーブル１０の先端部１３から出射されたレーザ光Ｌは、レーザ光Ｌの光軸方向の光伝送ケーブル１０側においてクラッドが存在する領域（クラッド領域という）に光強度分布が集中する。これは、ポリマークラッド光ファイバはクラッドの樹脂の組成調整によりクラッドの屈折率を制御することができ、例えば、比屈折率差をΔ=３～５％（ＮＡ= ０．３７～０．４７）に調整することでクラッド部分へレーザ光を集中させることができるためである。

　一方で、図８Ｂに示すように、例えばプラスチックファイバ等のポリマークラッド光ファイバではない光伝送ケーブル１０の先端部１３から光屈折部２０を介して出射されるレーザ光Ｌは、レーザ光Ｌの光軸方向の光伝送ケーブル１０側におけるコア１１の中心に光強度分布が集中するガウス分布に近い強度分布である。これは、ボールレンズ２２等の光屈折部２０によりレーザ光Ｌが集光されるためである。

　ポリマークラッド光ファイバである光伝送ケーブル１０の先端部１３からボールレンズ２２を介して出射されたレーザ光Ｌは、クラッド領域に集中する光強度分布のレーザ光Ｌが、光を集光するボールレンズ２２を通るので、図８Ａに示す光強度分布と図８Ｂに示す光強度分布とが互いに相殺され、図８Ｃに示すようにフラットトップな光強度分布となる。フラットトップな光強度分布とは、レーザ光Ｌの中心から所定の半径の範囲での光強度の変動が小さく均一であり、該所定の半径の範囲を超えると光強度が急激に減少する強度分布である。これにより、光伝送ケーブル１０の挿入方向に対して傾いた方向にレーザ光Ｌを照射する場合であっても、光伝送ケーブル１０からより遠方の側面に対してもより強い光強度のレーザ光Ｌを照射できる。よって、器管の側面に存在する癌細胞等の照射対象に対して治療効率の高いレーザ光Ｌを照射できる。

　次に、光照射ファイバプローブ１の光伝送ケーブル１０及びボールレンズ２２の相対位置とレーザ光Ｌの経路との関係について図７、図９及び図１０を参照しながら説明する。図７は、コア１１の軸方向視でボールレンズ２２の中心２２１がコア１１の断面中心からボールレンズ２２の直径の１／４に相当する距離ずれた位置にある場合のレーザ光Ｌの経路との関係を示す模式図である。図９は、コア１１の軸方向視でボールレンズ２２の中心２２１がコア１１の断面中心からボールレンズ２２の直径の３／８に相当する距離ずれた位置にある場合のレーザ光Ｌの経路との関係を示す模式図である。図１０は、コア１１の軸方向視でボールレンズ２２の中心２２１がコア１１の断面中心からボールレンズ２２の直径の１／６に相当する距離ずれた位置にある場合のレーザ光Ｌの経路との関係を示す模式図である。また図９及び図１０では、光伝送ケーブル１０及び光屈折部２０、管状部材３１以外の図示を省略している。また図９及び図１０では、レーザ光Ｌのうちその光強度分布の中心の成分の経路を示しており、コア１１の断面中心からボールレンズ２２側に光伝送ケーブル１０の軸方向Ｘに沿って延ばした仮想線を破線Ｃで示している。

　本実施形態の光屈折部２０のボールレンズ２２は、その外径が光伝送ケーブル１０の外径よりも大きい。またボールレンズ２２は、その中心２２１がコア１１の軸方向視でコア１１の断面中心からボールレンズ２２の直径の１／４以上（１／４φＤ以上）、３／８未満（３／８φＤ未満）に相当する距離ずれた位置に配置されることが好ましい。

　図７に示すように、コア１１の軸方向視でボールレンズ２２の中心２２１がコア１１の断面中心からボールレンズ２２の１／４φＤに相当する距離ずれた位置にある場合、光強度分布の中心の成分の経路が光伝送ケーブル１０の挿入方向に対して４５°傾いた方向であるレーザ光Ｌを照射できる。

　図９に示すように、コア１１の軸方向視でボールレンズ２２の中心２２１がコア１１の断面中心からボールレンズ２２の３／８φＤに相当する距離ずれた位置にある場合、光強度分布の中心の成分の経路が図７の場合に比べて光伝送ケーブル１０の挿入方向に対してさらに傾いた方向であるレーザ光Ｌを照射できる。一方で、光伝送ケーブル１０の外側に光伝送ケーブル１０やボールレンズ２２の一部等を収容する管状部材３１が存在する。このため、管状部材３１との干渉を考慮すると、ボールレンズ２２の中心２２１からのコア１１のずれの大きさに伴い、光伝送ケーブル１０のサイズを小さくする必要がある。光伝送ケーブル１０からのレーザ光Ｌを広範囲に照射するという観点から、ボールレンズ２２は、その中心２２１がコア１１の軸方向視でコア１１の断面中心からボールレンズ２２の３／８φＤ未満に相当する距離ずれた位置に配置されることが好ましい。

　一方で、コア１１の軸方向視でのボールレンズ２２の中心２２１とコア１１の断面中心との間の距離をボールレンズ２２の１／４φＤ未満に相当する距離とした場合、図１０に示すように、光伝送ケーブル１０の挿入方向に対してレーザ光Ｌが照射される角度が浅くなる。このため、器官の側面に存在する癌細胞等の照射対象に対してより効率的にレーザ光Ｌを照射するためにはボールレンズ２２の中心２２１とコア１１の断面中心との間の距離をボールレンズ２２の１／４φＤ以上に相当する距離とすることが好ましい。

　以上説明した実施形態によれば、以下のような効果を奏する。

　本実施形態に係る光照射ファイバプローブ１は、治療用医療機器に搭載される光照射ファイバプローブ１であって、光源から発せられた光が伝送される光伝送ケーブル１０と、光伝送ケーブル１０の先端部１３側に設けられ、光伝送ケーブル１０から出射されるレーザ光Ｌを２箇所以上の屈折面２１を介して屈折させることで、光伝送ケーブル１０の軸方向Ｘに対して所定の角度以上傾けられた光を出射する光屈折部２０と、を備える。

　これにより、２箇所以上の屈折面２１で複数回に分けて光を屈折させて出射するので、レーザ光Ｌの照射時の発熱を抑制しつつ、ビームの割れが少なく、ビーム品質の高いレーザ光Ｌを光伝送ケーブル１０の挿入方向に対して傾いた方向に照射できる。また、短い照射距離でレーザ光Ｌの照射範囲を広げることができるので、人体内の細長く、空間の狭い器官の表面に存在する癌細胞等に対してもレーザ光Ｌを効率よく照射することができる。

　本実施形態に係る光照射ファイバプローブ１は、２箇所以上の屈折面２１のそれぞれに入射される光の入射角度は、該入射角度をθｉ、屈折面２１によって区画される２つの媒質のうち屈折率の小さい媒質の屈折率をｎｓ、屈折率の大きい媒質の屈折率をｎｌとしたとき、光路の一部もしくは全部が以下の式（１）を満たす。
θｉ≦ａｒｃｓｉｎ（ｎｓ／ｎｌ）・・・（１）

　これにより、ビームの割れをより抑制でき、よりビーム品質の高いレーザ光Ｌを照射できる。

　また本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、２箇所以上の屈折面２１のいずれか１箇所以上が曲面状である。

　これにより、少なくとも１箇所の曲面状の屈折面２１を介して複数回に分けてレーザ光Ｌを屈折させて照射するので、光伝送ケーブル１０の挿入方向に対するレーザ光Ｌの照射角度をより大きくすることが可能となる。

　また本実施形態の光照射ファイバプローブ１において、光伝送ケーブル１０は、コア１１と、コア１１の外周に形成されたクラッド１２とを有し、光屈折部２０は、球状のボールレンズ２２を有し、屈折面２１は、ボールレンズ２２の表面によって形成され、ボールレンズ２２は、その中心２２１がコア１１の軸方向視でコア１１の断面中心からずれた位置に配置される。

　これにより、ボールレンズ２２の表面を屈折面２１として利用するので、より簡易的な構成で効率よくレーザ光Ｌを屈折することができ、短い照射距離で人体内への光伝送ケーブル１０の挿入方向に対して傾いた方向にレーザ光Ｌを照射できる。

　また本実施形態の光照射ファイバプローブ１において、光伝送ケーブル１０は、クラッド１２が硬質ポリマー材で形成されるポリマークラッド光ファイバである。

　これにより、光伝送ケーブル１０から出射され、クラッド領域に集中する光強度分布のレーザ光Ｌが光を集光するボールレンズ２２を介して外部に照射されるので、フラットトップな光強度分布のレーザ光Ｌを光伝送ケーブル１０の挿入方向に対して傾いた方向に照射できる。よって、器管の側面に存在する癌細胞等の照射対象に対して治療効率の高いレーザ光Ｌを照射できる。

　また本実施形態の光照射ファイバプローブ１において、光屈折部２０のボールレンズ２２は、その外径が光伝送ケーブル１０の外径よりも大きく、かつ、その中心がコア１１の軸方向視でコア１１の断面中心からボールレンズ２２の直径の１／４以上、３／８未満に相当する距離ずれた位置に配置される。

　これにより、光伝送ケーブル１０の挿入方向に対して４５°以上傾いた方向に照射される成分を含み、より光強度の高いレーザ光Ｌを照射できる。

　また本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、ボールレンズ２２に対する光伝送ケーブル１０の先端部１３の相対位置が変化しないように保持する保持部３０を備える。

　これにより、使用によるレーザ光Ｌの照射方向や照射範囲の変動を抑制できる。

　また本実施形態の光照射ファイバプローブ１は、光屈折部２０による光の出射方向の反対側に配置される光遮蔽部５０を備える。

　これにより、癌細胞等の特定の細胞にレーザ光Ｌを照射する光免疫療法や光線力学療法等において、健常細胞へのレーザ光Ｌの照射を抑制することが可能となり、治療を受ける患者の身体に対する侵襲を低減することが可能となる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

　上記第１実施形態では、保持部３０は、管状部材３１と、介在部材３２と、レンズ用拘束部材３３と、ケーブル用拘束部材３４と、を備えていたが、管状部材３１及び介在部材３２のみを備え、レンズ用拘束部材３３、ケーブル用拘束部材３４等を備えない構成であってもよい。

　上記実施形態では、光屈折部２０は、１つのボールレンズ２２を有しており、屈折面２１が２箇所であったが、複数のボールレンズ２２を有する構成であってもよい。具体的には、光伝送ケーブル１０の先端部１３から出射されたレーザ光Ｌが複数のボールレンズ２２の表面によって屈折され、光照射ファイバプローブ１から出射される構成であってもよい。なお、複数のボールレンズはサイズや屈折率がそれぞれ異なるものであっても同じものであってもよい。

　上記実施形態では、光屈折部２０は、ボールレンズ２２を有する構成であったが、光屈折部２０の構成は特に限定されない。

　図１１は、上記実施形態とは異なる光屈折部２０を有する光照射ファイバプローブ１を示す側面図である。なお、図１１では、光伝送ケーブル１０及び光屈折部２０以外の図示を省略している。

　図１１に示す光屈折部２０は、ボールレンズ２２の代わりに三角柱状のプリズムレンズ２３を有する。図１１に示す光屈折部２０の屈折面２１は、プリズムレンズ２３の平面状の傾斜面２３１、２３２によって形成される。図１１に示す例では、光の入射角度θｉは、空間Ｓの屈折率ｎ１とし、プリズムレンズ２３の屈折率ｎ３とすると、以下の式（３）を満たす。
θｉ≦ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ３）・・・（３）

　また例えば光屈折部２０は、光伝送ケーブル１０の先端部１３側に設けられ、光伝送ケーブル１０の先端部１３から出射される光が入射する入射面が光の出射方向に張り出す曲面状に形成され、光が出射される出射面が光の光伝送ケーブル１０側に張り出す曲面状に形成される凹レンズを有する構成であってもよい

　なお、光照射ファイバプローブ１は、医療分野において衛生面等の点で使い捨て製品として用いられるが、製品を回収してレンズ等の再利用を図ることで持続可能な消費と生産のパターンを確保することに貢献することができる。

　１　光照射ファイバプローブ
　１０　光伝送ケーブル
　１３　先端部
　２０　光屈折部
　２１　屈折面
　２１１　入射面
　２１２　出射面
　Ｘ　光伝送ケーブルの軸方向

Claims

　治療用医療機器に搭載される光照射ファイバプローブであって、
　光源から発せられた光が伝送される光伝送ケーブルと、
　前記光伝送ケーブルの先端部側に設けられ、前記光伝送ケーブルから出射される光を２箇所以上の屈折面を介して屈折させることで、前記光伝送ケーブルの軸方向に対して所定の角度以上傾けられた光を出射する光屈折部と、を備える光照射ファイバプローブ。
　前記２箇所以上の屈折面のそれぞれに入射される光の入射角度は、該入射角度をθｉ、前記屈折面によって区画される２つの媒質のうち屈折率の小さい媒質の屈折率をｎｓ、屈折率の大きい媒質の屈折率をｎｌとしたとき、光路の一部もしくは全部が以下の式（１）を満たす請求項１に記載の光照射ファイバプローブ。
θｉ≦ａｒｃｓｉｎ（ｎｓ／ｎｌ）・・・（１）
　前記２箇所以上の屈折面のいずれか１箇所以上が曲面状である請求項１に記載の光照射ファイバプローブ。
　前記光伝送ケーブルは、コアと、該コアの外周に形成されたクラッドとを有し、
　前記光屈折部は、球状のレンズを有し、
　前記屈折面は、前記レンズの表面によって形成され、
　前記レンズは、その中心が前記コアの軸方向視で前記コアの断面中心からずれた位置に配置される請求項１に記載の光照射ファイバプローブ。
　前記光伝送ケーブルは、前記クラッドが硬質ポリマー材で形成されるポリマークラッド光ファイバである請求項４に記載の光照射ファイバプローブ。
　前記光屈折部の前記レンズは、その外径が前記光伝送ケーブルの外径よりも大きく、かつ、その中心が前記コアの軸方向視で前記コアの断面中心から前記レンズの直径の１／４以上、３／８未満に相当する距離ずれた位置に配置される請求項４又は５に記載の光照射ファイバプローブ。
　前記レンズに対する前記光伝送ケーブルの先端部の相対位置が変化しないように保持する保持部を備える請求項４に記載の光照射ファイバプローブ。
　前記光屈折部による光の出射方向の反対側に配置される光遮蔽部を備える請求項１に記載の光照射ファイバプローブ。