(57)【要約】【課題】本発明は、光学的な刺激を標的細胞に確実に照射するとともに薬液を注入し、脳の電気的活動を測定するプローブを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るプローブ２１は、光ファイバ１４の外周長のうち少なくとも半周以上覆設するように光ファイバ１４を抱持する円弧形状を有し、プローブ２１の外周上に当該プローブ２１の長手方向に平行に設けられた光ファイバガイド溝２２と、長手方向に並設して配置した少なくとも１本の金属線と、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸方向に垂直な面内では外周のうち少なくとも二分の一外周以上の円弧長さを有する少なくとも１つのガイド溝が、前記長軸方向に平行に設けられたガラス棒と、
前記ガラス棒の中心の前記長軸方向に設けられた少なくとも１本の金属線と、
を備えることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
前記ガイド溝に挿入され、薬液を運搬する薬液経路チューブを、
さらに備えた請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記ガイド溝に挿入された光ファイバを、
さらに備えた請求項１に記載のプローブ。
【請求項４】
請求項３に記載の前記プローブと、
前記金属線に電力を伝送するための電極電源と、
前記光ファイバにレーザ光を伝送するレーザ光源と、
を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
金属線を挿入するための少なくとも１本の挿入孔をロッドに穿孔し、前記ロッドの長軸方向に垂直で外周のうち少なくとも二分の一外周以上の円弧長さを有する少なくとも１つのガイド溝を前記ロッドの外周上に穿孔する穿孔工程と、
前記挿入孔に前記金属線を挿入した状態で前記ロッドを熱延伸する延伸工程と、を
順に行うことを特徴とするプローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ、光モジュール及びプローブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術では、医療分野で用いられる標的細胞を刺激する手段や神経電位の計測手段として、金属の電極が設置されたガラス電極が用いられていた。しかし、光学的な刺激を標的細胞に与える場合、新たに光ファイバを用意する必要があり、それぞれ単一的な機能を有する刺激手段を用途に応じて選択するしかなかった。
【０００３】
疾患の内、脳の神経細胞に発生する異常が原因であるとされる神経・精神疾患の病気が知られている。このような病気の原因が脳の標的細胞にある場合、関連技術では、治療法に応じて複数回にわたり刺激手段を脳に挿入し、標的細胞に刺激を与える治療法が行われてきていた。
【０００４】
治療法の一つに、光学的に脳の標的細胞に光を照射して脳内の特定部位に青色又は黄色の光を特定の光活性タンパク質に照射することで、神経細胞の活動をコントロールする光学的な手段が用いられる。光学的な刺激のため物理的接触を軽減することができる（例えば、非特許文献１参照。）。光学的治療法は、図１に示した光出力プローブ１１を脳深部へ挿入することで、標的細胞へ光を到達させ光学的に刺激することができる。
【０００５】
また、図２に示す関連技術では、複数の機能を有するハイブリッド電極１２を用いる治療法である。図３は、ハイブリッド電極１２の断面図であり、脳神経の活動領域の測定や電気的刺激を行うため金属線１３と、光学的な刺激を行うための光ファイバ１４と、を一体化させたハイブリッド電極１２が用いられている。ハイブリッド電極１２は、薬液の流路として薬液経路１５を長手方向に設けることで薬液輸送が可能となり、標的細胞に対しより直接的に薬液を投与することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｃｉｒｃｕｉｔ−ｂｒｅａｋｅｒｓ：  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｂｉｎｇ  ｎｅｕｒａｌ  ｓｉｇｎａｌｓ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍｓ．  Ｆｅｎｇ  Ｚｈａｎｇ，  Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｍ．  Ａｒａｖａｎｉｓ，  Ａｎｔｏｉｎｅ  Ａｄａｍａｎｔｉｄｉｓ，  Ｌｕｉｓ  ｄｅ  Ｌｅｃｅａ  ＆  Ｋａｒｌ  Ｄｅｉｓｓｅｒｏｔｈ．  Ｎａｔｕｒｅ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ  ８， ｐｐ．  ５７７−５８１， Ａｕｇｕｓｔ  ２００７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、単一機能の光出力プローブ１１を用途別に複数回にわたって標的細胞まで刺激手段を挿入する方法は、非効率的であって対象領域以外の細胞に対する物理的損傷を免れることができず、さらなる高次脳機能の障害を引き起こす原因となることが考えられる。
【０００８】
一方、各機能を一体化したハイブリッド電極１２は、予め光ファイバ１４及び金属を挿入したガラス母材を熱処理し、一定の速度で延伸することで複数の機能を有する。ここで、脳深部に到達するハイブリッド電極１２の径は、図２に示すように、コネクタ１６に装着する際の接合部１７の径よりも細くすることで対象領域以外の細胞に対する物理的損傷を軽減する。
【０００９】
上記のハイブリッド電極１２の径の変化部１８では、予め挿入した光ファイバ１４の径も同時に細くなるため、ハイブリッド電極１２の先端部１９に到達せず変化部１８で光の散乱が生じる。また、真円形状の挿入孔を保持したまま延伸することは工程上延伸前後で、挿入孔の縦横比にバラツキや穴径の不均一が生じる。この場合、ガラス母材を延伸した後で光ファイバ１４を挿入することは困難である。
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は、光学的な刺激を標的細胞に確実に照射するとともに薬液を注入し、脳の電気的活動を測定するプローブ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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明では、電気及び光の刺激機能を一体化させたプローブを用いて脳深部及び患部に光学的な刺激を与えることで神経細胞活動を制御する。
【００１２】
具体的には、本発明に係るプローブは、
長軸方向に垂直な面内では外周のうち少なくとも二分の一外周以上の円弧長さを有する少なくとも１つのガイド溝が、前記長軸方向に平行に設けられたガラス棒と、
前記ガラス棒の中心の前記長軸方向に設けられた少なくとも１本の金属線と、を備える。
【００１３】
本発明に係るプローブでは、
前記ガイド溝に挿入され、薬液を運搬する薬液経路チューブを、さらに備えてもよい。
【００１４】
本発明に係るプローブでは、
前記ガイド溝に挿入された光ファイバを、さらに備えてもよい。
【００１５】
具体的には、本発明に係る光モジュールは、
上記に記載の前記プローブと、
前記金属線に電力を伝送するための電極電源と、
前記光ファイバにレーザ光を伝送するレーザ光源と、を備える。
【００１６】
具体的には、本発明に係るプローブの製造方法は、
金属線を挿入するための少なくとも１本の挿入孔をロッドに穿孔し、前記ロッドの長軸方向に垂直で外周のうち少なくとも二分の一外周以上の円弧長さを有する少なくとも１つのガイド溝を前記ロッドの外周上に穿孔する穿孔工程と、
前記挿入孔に前記金属線を挿入した状態で前記ロッドを熱延伸する延伸工程と、を順に行う。
【００１７】
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、光学的な刺激を標的細胞に確実に照射するとともに薬液を注入し、脳の電気的活動を測定するプローブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】関連技術に係る光出力プローブを用いた治療の一例を示す。
【図２】関連技術に係るハイブリッド電極を用いた治療の一例を示す。
【図３】関連技術に係るハイブリッド電極の断面構成の一例を示す。
【図４】実施形態１に係る光モジュールの構成の一例を示す。
【図５】実施形態１に係るプローブの断面構成の一例を示す。
【図６】実施形態１に係るロッドの断面構成の一例を示す。
【図７】実施形態２に係るロッドの断面構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２１】
（実施形態１）
図４は、本実施形態に係る光モジュールの構成の一例を示す。本実施形態に係る光モジュールは、ガラス棒で構成されるプローブ２１と、コネクタ１６と、を備える。図５は、本実施形態に係るプローブ２１の断面図を示す。図５に示すプローブ２１における点線は、各機能部の寸法の一例である。本実施形態に係るプローブ２１は、脳深部刺激用プローブとして機能し、光ファイバガイド溝２２と、金属線１３と、薬液経路１５と、を備える。
【００２２】
光ファイバガイド溝２２は、光ファイバ１４を挿入するためのガイド溝であって、挿入する光ファイバ１４の外周長のうち少なくとも半周長さ以上又は超過して覆設するように光ファイバ１４を抱持する円弧形状を有し、プローブ２１の外周上に当該プローブ２１の長手方向に平行に設けられている。金属線１３は、プローブ２１の長手方向に並設して配置した少なくとも１本の金属線１３であって、図５に示すように、ガラス棒で構成されるプローブ２１の中心に１本の金属線１３を配置し、中心に配置した金属線１３に近設するように一定の間隔で配置してもよい。薬液経路１５は、薬液の流路として機能し、プローブ２１の中心から偏心して配置されてもよい。
【００２３】
脳深部刺激用プローブとして機能する本実施形態に係るプローブ２１は、光ファイバガイド溝２２に挿入された光ファイバ１４の光で脳を刺激し、又は、薬液経路１５で薬液を脳深部へ注入する複数の機能を、一体化することで金属線１３により脳又は患部の電位すなわち活性状態を観察することを１つのプローブ２１で実現できる。
【００２４】
具体的な寸法の一例として、図５を用いて説明する。複数の金属線１３うち、プローブ２１の中心に位置する１つの金属線１３の直径は１００μｍであってもよく、その周りに位置する４本の金属線１３は２０μｍであってもよい。また、光ファイバガイド溝２２の直径は、９０μｍであってもよい。薬液経路１５の直径は、９０μｍであってもよい。ここで、周りに位置する各金属線１３の配置は、各金属線１３の中心点から６０〜１２０μｍの間隔を有して配置してもよい。
【００２５】
本実施形態に係るコネクタ１６は、プローブ２１に必要とされるターミナルとして機能する。コネクタ１６は、電極電源、流送ポンプ及びレーザ光源を備える。電極電源は、金属線１３に電力を伝送する。流送ポンプは、薬液経路１５に薬液を流送する。レーザ光源は、光ファイバ１４にレーザ光を伝送する。
【００２６】
本実施形態に係るプローブ２１の製造方法は、穿孔工程と、延伸工程と、を順に行う。図６に示す断面図において、プローブ２１の延伸前であるロッド２０は、光ファイバガイド溝２２と、挿入孔２３と、薬液経路１５を備える。穿孔工程は、金属線を挿入するための少なくとも１本の挿入孔２３をロッド２０に穿孔し、光ファイバ１４の外周長のうち少なくとも半周長さ以上又は超過して覆設するように光ファイバ１４を抱持するための円弧形状のガイド溝をロッドの外周上に穿孔する。延伸工程は、挿入孔２３に金属線を挿入した状態でロッドを熱延伸する。なお、延伸工程後において、挿入工程で熱延伸したロッドのガイド溝に光ファイバを挿入してもよい。また、光ファイバは接着剤で固定されてもよい。
【００２７】
関連技術に係るハイブリッド電極１２の製造方法では、母材に光ファイバ１４を挿入するための穴を空けておき、予め光ファイバ１４を挿入した状態で母材を熱処理しながら延伸していくため、実用の際に設けられる変化部１８で、光ファイバ１４の径も変化する。このため、変化部１８で光エネルギーの損失が発生し、先端部１９における治療箇所の標的細胞まで光が到達できない。また、延伸の過程では、穴の形状にバラツキが発生するため、延伸した後に光ファイバ１４を挿入することは非常に困難である。
【００２８】
一方、本実施形態に係るプローブ２１の製造方法では、穿孔工程でプローブ２１として機能するガラス材であるロッド２０に対し機械的に複数の挿入孔２３を穿孔し、先行した穴ごとにそれぞれ金属線１３を挿入する。また、治療において、特定された標的細胞に対し、青色光又は黄色光の照射による光学的な刺激を与えるための光ファイバ１４の挿入に必要な円弧形状のガイド溝を穿孔する。なお、穿孔した挿入孔２３に挿入する金属線１３は、タングステンを用いてもよい。
【００２９】
穿孔工程では、ガイド溝は、プローブ２１の長手方向に対して、光ファイバ１４の外周長のうち少なくとも半周長さ以上又は超過して覆設するように光ファイバ１４を抱持できるように穿孔される。このため、光ファイバ１４用のガイド溝の中心軸はプローブ２１の内側に配置され、ロッド２０の長軸方向に垂直の外周上には隙間が発生する。
【００３０】
予め穿孔した挿入孔２３及びガイド溝を有するロッド２０は、研磨工程でロッド２０を研磨してもよい。研磨工程では、ロッド２０自体の表面粗さ、穿孔した穴の内面荒れを改善し、真直度及び真円度が高い穴を有するロッド２０を形成することができる。従って、本実施形態では、ガイド溝を穿孔した後でガイド溝を有したプローブ２１に光ファイバ１４を挿入するため変化部１８で光エネルギーの拡散による損失を防止し、治療箇所の標的細胞まで光を確実に到達することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係るプローブ２１のガイド溝は、光ファイバ１４の外周長のうち少なくとも半周長さ以上又は超過して覆って光ファイバ１４を支持するように穿孔される。このため、ガイド溝の中心軸は、プローブ２１の内側に配置され、ロッド２０を延伸したプローブ２１の外周上には長軸方向に隙間が存在する。本実施形態に係るプローブ２１は、当該プローブ２１の外周上には長軸方向に隙間を有するため、全周を覆う挿入孔２３に比べガイド溝の表面積が小さくなる。
【００３２】
このため、穴の内面荒れによる摩擦抵抗を低減できる。これにより、本実施形態に係るプローブ２１は、延伸後光ファイバ１４を挿入する際、穴の内面荒れに対する摩擦係数を緩和し、作業難度を低減することができる。また、プローブ２１の長軸方向に垂直の外周上に隙間から、空気を逃すことができるため全周を覆う挿入孔２３に比べ容易に光ファイバ１４を挿入することができる。なお、真直度及び真円度の歪みの有する薬液チューブ２４であっても挿入する際、プローブ２１の隙間で歪みを吸収するため、全周を覆う挿入孔２３に比べ薬液チューブ２４を容易に挿入することができる。
【００３３】
なお、本実施形態に係る、プローブ２１は、電気、光及び薬液による刺激を与えるとともに効果も同時に計測することが可能となる。ここで、光遺伝学（Ｏｐｔｏｇｅｎｅｔｉｃｓ）では、脳深部神経細胞に対し電気及び光で刺激することで標的細胞の活性度又は疾病の治療するための多機能一体型プローブが望まれている。本実施形態に係るプローブ２１を用いることで、脳のある部分の発達や働きに異常がある場合にみられる、統合失調症や双極性障害、パーキンソン病などの難病に対し、そのメカニズムを解析し、治療器具として用いることができる。
【００３４】
（実施形態２）
本実施形態に係るロッド２０を延伸したガラス棒で構成されるプローブ２１では、図７に示す薬液経路チューブ２４をさらに有する。薬液経路チューブ２４は、光ファイバ１４の光ファイバガイド溝２２に並設し、かつ、長手方向に平行に配置されている。また、本実施形態に係るプローブ２１を用いることで、穿孔した薬液経路チューブ２４に対し、薬液チューブを挿入することで薬液を患部に塗布することができ、光学的な特性を利用した歯科治療にも利用することができる。
【００３５】
例えば、光ファイバ１４及び薬液経路１５を備えたプローブ２１は、出射したレーザ光を光ファイバ１４で伝送し口腔内部にレンズで集光することなく患部に照射して治療することができる。この際、プローブ２１は、患部に対して効率的にレーザ光を吸収させるため、薬液経路チューブ２４に挿入した薬液経路１５から光吸収剤を塗布した後で光ファイバ１４で照射してもよい。なお、金属線１３は、プローブ２１の強度の低下を抑制することもできる。
【００３６】
また、本実施形態に係るプローブ２１における薬液経路１５のガイド溝は、薬液チューブの外周長のうち少なくとも半周長さ以上又は超過して覆って薬液チューブを支持するように穿孔される。このため、ガイド溝の中心軸は、プローブ２１の内側に配置され、ロッド２０を延伸したプローブ２１の外周上には長軸方向には隙間が発生する。全周を覆う穴に比べ、本実施形態に係るプローブ２１は、当該プローブ２１の外周上には長軸方向に隙間を有するため、延伸後薬液チューブを挿入する際、穴の内面荒れ、又は、真直度及び真円度の歪みをプローブ２１の外周上には長軸方向に隙間により緩和し、作業難度を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１１：光出力プローブ
１２：ハイブリッド電極
１３：金属線
１４：光ファイバ
１５：薬液経路
１６：コネクタ
１７：接合部
１８：変化部
１９：先端部
２０：ロッド
２１：プローブ
２２：光ファイバガイド溝
２３：挿入孔
２４：薬液経路チューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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