(57)【要約】【課題】レーザービームの照射による穿刺孔を最小限の大きさにし、かつ安定した採血をすることができるレーザー穿刺装置を提供する。【解決手段】レーザー発振素子と、前記レーザー発振素子を励起するための光源とを含むレーザー穿刺装置において、前記レーザー発振素子から被照射面に照射されるレーザービームの照射形状を略矩形とする。【選択図】図１
2008136650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振素子と、前記レーザー発振素子を励起するための光源と、を含み、
前記レーザー発振素子から被照射面に照射されるレーザービームの照射形状が略矩形であること、を特徴とするレーザー穿刺装置。
【請求項２】
前記レーザー発振素子のうちの、レーザービーム出射面の形状が前記照射形状と略同一であること、を特徴とする請求項１記載のレーザー穿刺装置。
【請求項３】
前記照射形状と略同一の形状を有する開口部を具備するマスクを含むこと、を特徴とする請求項１または２記載のレーザー穿刺装置。
【請求項４】
前記略矩形を構成する辺の長さＬは０．０５〜０．２ｍｍであること、を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザー穿刺装置。
【請求項５】
前記略矩形の角部がＬ／３以下の曲率半径を有すること、を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザー穿刺装置。
【請求項６】
前記レーザービームが１．４〜１１μｍの波長を有すること、を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザー穿刺装置。
【請求項７】
前記レーザー発振素子は、ＥｒをドープしたＹＡＧを含むこと、を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザー穿刺装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用に用いられるレーザー穿刺装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、採血を行うための穿刺装置としては、金属針を用いるものが広く利用されている。この方法では、人の指先、手のひらまたは腕の皮膚に金属針を瞬間的に穿刺する。穿刺孔から滲み出る微量の血液、または穿刺孔を絞ることによって滲み出る微量の血液を測定センサに吸引させ、上記血液の血糖値等を測定する。
しかし、採血に金属針を用いる場合、針を穿刺させることに患者が恐怖を感じたり、穿刺した金属針に付着した血液や組織によって他者への感染が起こり得る等の問題がある。
【０００３】
そこで、金属針に代わる穿刺方法として、レーザー光の照射による皮膚の穿刺方法が用いられている。この方法では、皮膚の吸収係数の高い波長のレーザー光を、レンズ等の集光手段を介して皮膚に瞬間的に照射する。レーザー光の光エネルギーは、主に皮膚組織内の水分によって吸収されて熱に変換される。
レーザー光を穿刺方法に用いると、針がないことから使用者が恐怖を感じることがなく、照射条件を最適化することで痛みも減少させることができる。また、レーザー光による穿刺は非接触であることから、感染の恐れがない。
【０００４】
ここで、レーザーを発振させる装置は、一般的に、レーザー発振素子と、光源とを有する。レーザー発振素子としては、例えば、特許文献１では、角型のレーザー発振素子を用いることが提案されている。
【０００５】
また、医療用のレーザー穿刺装置として、特許文献２では、レーザービームを皮膚表面にピンポイントで照射し、血液を採取することが開示されており、特許文献３では、照射形状が楕円形状であるレーザービームを皮膚表面に照射し、血液を得ることが開示されている。
【特許文献１】特開昭５０−３８４８８号公報
【特許文献２】特開平４−３１４４２８号公報
【特許文献３】米国特許５８３９４４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、励起効率のよいレーザー・ロッドの提供を目的としているだけで、角型のレーザー発振素子からのレーザービームの照射形状や用途については、特に言及されていない。また、特許文献２および３で提案されているレーザー穿刺装置は、数ｍｌ以上の大量の血液採取を目的としているため、金属針の穿刺孔をレーザーを用いて実現するために、照射形状が楕円状のものが提案されている。
ここで、数μｌという微量の血液を採取する場合や、使用者が日に何度も使用することを想定した場合には、レーザービームの照射による穿刺孔は最小限の大きさであることが好ましいが、照射形状が楕円および円形の場合には、穿刺孔が小さすぎると、穿刺後に穿刺孔周辺の組織の弾性により塞がってしまうため、安定した採血を行うことが難しい。
そこで、本願発明は、レーザービームの照射による穿刺孔を最小限の大きさにしたとしても、安定して採血をすることができるレーザー穿刺装置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】
【０００７】
本発明のレーザー穿刺装置は、レーザー発振素子と、前記レーザー発振素子を励起するための光源と、を含み、前記レーザー発振素子から被照射面に照射されるレーザービームの照射形状が略矩形であること、を特徴とする。
【０００８】
本発明における「略矩形」において、角部は必ずしも完全な直角である必要はなく、鋭角または鈍角であってもよい。また、角部は曲線状であってもよい。さらに、略矩形を構成する辺の長さの比も特に限定されない。全ての辺の長さが同じでもよく、それぞれの長さが異なっていてもよい。被照射面に照射されるレーザーの照射形状が略矩形であることで、照射範囲が非常に小さい場合においても、安定した採血を行うことができる。被照射面は、レーザーの照射方向（光軸）に対して略垂直であることが好ましい。
【０００９】
前記レーザー発振素子のうちの、レーザービーム出射面の形状は前記照射形状と略同一であることが好ましい。
また、レーザー穿刺装置は、前記照射形状と略同一の形状を有する開口部を具備するマスクを含むことが好ましい。
【００１０】
前記略矩形を構成する辺の長さＬは０．０５〜０．２ｍｍであることが好ましい。
前記略矩形の角部はＬ／３以下の曲率半径を有することが好ましい。
【００１１】
前記レーザービームは１．４〜１１μｍの波長を有することが好ましい。
前記レーザー発振素子は、ＥｒをドープしたＹＡＧを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、レーザービームの照射による穿刺孔を最小限の大きさにし、かつ安定した採血をすることができるレーザー穿刺装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、レーザー発振素子と、前記レーザー発振素子を励起するための光源と、を含むレーザー穿刺装置において、前記レーザー発振素子から被照射面に照射されるレーザービームの対する照射形状を略矩形とするものである。
【００１４】
照射形状が略矩形であることで、穿刺孔が非常に小さい場合においても塞がりにくいため、安定した採血を行うことができる。
【００１５】
［実施の形態１］
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。本発明は、これらのみに限定されるものではない。
図１は、本発明のレーザー穿刺装置の好適な実施の形態１を示す概略図である。また、図４は、図１に示すレーザー穿刺装置のレーザー発振素子から被照射面に照射されるレーザービームの照射形状を示す図である。まず、出射面の形状が略矩形であるレーザー発振素子を用いて、照射されるレーザー照射形状を図４に示す略矩形とする場合について、図１に示すレーザー穿刺装置の構成を説明する。
【００１６】
図１に示すレーザー穿刺装置は、円筒状のランプハウス７の中空に、レーザー発振素子１と、レーザー発振素子１を励起する光源であるフラッシュランプ３と、ミラー膜５とを有する。レーザー発振素子１は、ランプハウス７の中空の一方の焦点位置に設置されている。レーザー発振素子１の出射面１ａを含む光軸方向の両端面には、ミラー膜５が形成されている。ミラー膜５は、レーザー光共振器の役割を有する。レーザー発振素子１の光軸の出射面１ａ側には、集光レンズ９が設けられている。レーザー発振素子１から照射されるレーザービームは、集光レンズ９によって集光される。また、ランプハウス７の中空の他方の焦点位置には、フラッシュランプ３が設置されている。フラッシュランプ３は、電気回路（図示せず）と接続されている。電気回路は、制御回路（図示せず）と接続されている。
【００１７】
フラッシュランプ３から発光された光は、ランプハウス７の楕円中空の内面で反射するかあるいは直接レーザー発振素子１の側面から入射し、レーザー発振素子１がこの光を吸収することで励起される。励起によって発生した自然放出光は、レーザー光共振器で誘導放出により増幅され、レーザー発振に至る。このとき、集光レンズ側のミラー膜５の反射率はおよそ８０〜９５％であり，他方のミラー膜５の反射率はおよそ９８〜１００％である。
【００１８】
レーザー発振素子１より発振したレーザー光は、集光レンズ９により集光され集光光の焦点あるいはその近傍（例えば、最小集光サイズの二倍以下の範囲）に被照射面がくるように構成される。なお、集光レンズ９の焦点距離は５〜２５ｍｍであり、その形状は平凸型や両凸型や凸凹型（メニスカス）である。また、非球面レンズも使用可能である。大きさは、入射するレーザー光の二倍以上であることが望ましい。
【００１９】
上記のレーザー穿刺装置によって照射されるレーザービームは、レーザー発振素子の出射面が略矩形であるため、被照射面に対する照射形状は略矩形となる。したがって、レーザービームを照射する際、被照射面がレーザービームの光軸に対して略垂直となるようにして、上記のレーザー穿刺装置を用いることが好ましい。
照射形状が略矩形である場合、穿刺孔周辺組織の弾性による塞がる力が不均一となるため完全には塞がりにくくなる。そのため、穿刺孔が小さくても、安定した採血を行うことができる。
【００２０】
ここで、本願発明のレーザー穿刺装置によって得られる照射形状について、図４を参照しながら説明する。図４は、本願発明における略矩形の一例を示すものである。略矩形を構成する辺４１の長さＬは、０．０５〜０．２ｍｍであることが好ましい。Ｌが０．０５ｍｍ以上であることで、血液中の血球成分で大きいものである赤血球（０．００７〜０．００８ｍｍ）や白血球（０．００７〜０．０１８ｍｍ）によって採血が阻害されることがなく、安定した採血を行うことができる（安定した採血を行うことができる。）ため好ましい。また、穿刺による痛みは、皮膚の最表面である外皮の下の真皮にある自由神経終端への直接的な刺激に起因する。よって、穿刺の際の痛みをさらに低減するためには、穿刺孔の径（略矩形を構成する辺４１の長さＬ）を自由神経終端の存在密度（０．１〜０．２ｍｍ間隔）以下の値とすることが好ましい。
【００２１】
また、図４に示す略矩形において、角部４２は完全な直角に限定されず、鋭角または鈍角であってもよい。この場合、角部４２は４５〜１３５°であることが、実効的に穿刺孔周辺組織の弾性により穿刺孔が塞がらず、安定した採血が可能であるため好ましい。
【００２２】
ランプハウス７には、例えば、断面が楕円や円形である中空円筒状のものを用いることができ、例えば、金属の切削加工品や金属板やガラス管製のものが挙げられる。ランプハウス７の壁面には、フラッシュランプ３の光を反射するように金や銀、アルミなどの蒸着やメッキ処理や金属表面の電解研磨等による光沢処理加工されている。なお、ガラス管を用いた場合には、外周壁に銀のメッキ処理と銀の酸化防止処理が施される。
【００２３】
レーザー発振素子１には、例えば、Ｅｒを媒質とした各種ホスト材料であるＹＡＧやＹＬＦ、ＹＶＯ４、ＹＳＧＧ、ＧＧＧを使用することができ、Ｈｏを媒質とした前記各種ホスト材料等を用いることができる。なかでも、Ｅｒ：ＹＡＧを用いることが好ましい。レーザー発振素子１は略矩形の出射面１ａを有する柱状とし、光軸方向の長さは、例えば３５ｍｍとする。また、出射面１ａの寸法は、例えば、２．０ｍｍ角とする。
【００２４】
フラッシュランプ３には、例えば、ミヤタエレバム製のＭＦＴ４０４４などの汎用スタジオ用フラッシュランプを用いることができる。
また、この電気回路には、例えば、使い捨てカメラなどで一般的に使用されているコンデンサの充放電回路を用いることができる。制御回路は、レーザー穿刺装置の動作を制御し、外部からの指示で電気回路を動作させる機能を有する。
【００２５】
ミラー膜５は、集光レンズ９と反対面には反射率が９９．０％以上の高反射率面が形成され、集光レンズ９側の面には反射率が８０〜９５％の部分透過面が形成される。ミラー膜５は屈折率の異なる２種以上の材料の多層膜で形成される。例えば、ＺｎＳとＹｂＦ４をレーザー波長に対して各層がλ／４厚となるように所望の反射率になるように交互に積層される。
【００２６】
集光レンズ９には、例えば無水合成石英やＣａＦ2などの各種フッ化物材料の、両凸、平凸、メニスカス曲面形状などを用いることができる。集光レンズ９の焦点距離は、例えば１５ｍｍとする。また、レーザー発振素子１と集光レンズ９との間の距離は、例えば２０ｍｍとする。
【００２７】
レーザー発振素子１の光軸方向の長さは５０ｍｍ以下であることが好ましく、３０〜５０ｍｍであることで、レーザー発振器の全長を抑えることができ、小型で使用者の手に納めることが可能となるためであるためさらに好ましい。
出射面１ａの寸法は、例えば１．５ｍｍ角〜２．５ｍｍ角であることで、穿刺に必要最小限の照射パターンサイズを得ることが可能となるため好ましい。
【００２８】
また、レーザー発振素子１と集光レンズ９の間の距離は２０ｍｍであることが好ましく、１０〜３０ｍｍであることまたは集光レンズ９の焦点距離以上で、集光レンズ９の集光位置からレーザー発振器までの全長を抑えることができ、小型で使用者の手に納めることが可能となるためさらに好ましい。
【００２９】
さらに、集光レンズ９の焦点距離は２５ｍｍ以下であることが好ましく、１０〜２５ｍｍであることで、集光レンズ９の集光位置からレーザー発振器までの全長を抑えることが出来，小型で使用者の手に納めることが可能となるためさらに好ましい。
【００３０】
レーザービームの波長は、１．４〜１１μｍの赤外光であることが好ましい。さらに、水のＯＨ基の吸収係数が高い波長が好ましく、ＯＨ基の吸収ピーク帯である３μｍ帯が好ましい。さらに好ましくは、２．９４〜２．９７μｍである。
【００３１】
レーザービームのパルス幅は、０．０２〜４００μｓの範囲であることが好ましい．パルス幅が１μｓ以下では、皮膚による光の吸収と温度上昇による加工の現象の制限から採血に必要な穿刺深さを１パルスで得ることが不可能であるため複数パルスとなる。このとき、各パルスのレーザービームのエネルギーは１パルスで除去可能な皮膚体積によるが１ｍＪ以下であることが望ましく、これ以上のエネルギーでは不要なエネルギーが増えるだけで効率的でない。パルス幅が１μｓ以上では１パルスで採血に必要な穿刺深さを得ることが可能であり、レーザービームのエネルギーは１０〜１００ｍＪであることが望ましい。必要なエネルギーは使用者の皮膚の厚さとレーザー光の吸収度に依存する。パルス幅が４００μｓ以上では、照射中のレーザー光の吸収による皮膚の温度上昇が周囲に拡散してしまい、効率的な穿刺が不可能となるばかりでなく周囲の温度上昇による火傷の恐れも発生する。
【００３２】
レーザー発振素子１は、ＥｒをドープしたＹＡＧ（Ｅｒ：ＹＡＧ）を含むことが好ましい。Ｅｒのドープ量は４０〜６０（約５０）％であることで、３μｍ帯の発振が可能となり，また比較的効率の良いレーザー発振が可能となるため好ましい。
Ｅｒ：ＹＡＧの構造としては、例えば、製造方法の違いによって単結晶とセラミック（微結晶の焼結体）とが挙げられる。
【００３３】
単結晶のＥｒ：ＹＡＧは、例えば、以下のようにして得ることができる。
まず、原料であるＥｒ（エルビウム）、Ｙ（イットリウム）、Ａｌ（アルミ）の各酸化物を最終混合比の濃度になるよう量を調整して混合し、電気炉を用いて溶融させる。この溶融池に種結晶を接触させて、インゴットを作製する（チョクラルスキー法）。このインゴットから切り出しを行い、出射面１ａとして用いる面を研削して鏡面加工を行い、ミラー膜５を形成することでレーザー発振素子１を得ることができる。
【００３４】
また、セラミックＥｒ：ＹＡＧは、例えば、原材料である微結晶Ｅｒ：ＹＡＧを圧縮して成形し、真空下で高温焼結を行うことで得ることができる。この原材料は、化学反応で得られる特定組成の微結晶であるため、焼結体全体でＥｒドープ量の分布が生じにくい。また、焼結は数時間で済むため、上記の単結晶のＥｒ：ＹＡＧよりもさらに製造コストが小さい。さらに、単結晶と違いセラミックは成長面がないことから、全面をレーザー発振素子として用いることができるためより好ましい。
本発明のレーザー発振素子としては特に限定されないが、製造コストの面からセラミックＥｒ：ＹＡＧを用いることがより好ましい。
【００３５】
出射面１ａの形状が、照射形状と略同一の略矩形である柱状のレーザー発振素子１は、例えば、セラミックＥｒ：ＹＡＧを用いる場合、以下のようにして得ることができる。
焼結後のセラミックＥｒ：ＹＡＧは板状体として得られる。板状体のＥｒ：ＹＡＧのうちの、出射面１ａとして用いる面に対して、研削、鏡面加工を行う。さらに、ミラー膜５の形成させた後、切断することで柱状のレーザー発振素子１を得ることができる。
【００３６】
上記のように、セラミックＥｒ：ＹＡＧは、焼結の工程およびレーザー発振素子１の切り出し加工において、コスト面で非常に優れていることから好ましい。また、Ｅｒ：ＹＡＧを用いることで、波長２．９４〜２．９７のレーザービームを得ることができる。
【００３７】
［実施の形態２］
本実施の形態のレーザー穿刺装置は、レーザー発振素子１の出射面１ａ形状以外は上記実施の形態１のレーザー穿刺装置と同じである。以下、相違点について図を参照しながら説明する。図５は、角部が曲線状である略矩形の一例を示す図である。
図５に示す形状の出射面を有するレーザー発振素子１を用いた場合、図５に示す略矩形の照射形状が得られる。この場合、角部５２は、Ｌ／３以下の曲率半径を有することが好ましい。曲率半径がＬ／３以下であることで、実効的に穿刺孔周辺組織の弾性により穿刺孔が塞がらず，安定した採血が可能ため好ましい。
【００３８】
［実施の形態３］
本実施の形態は、出射面の形状によらず、マスクを用いて、マスクの開口部の形状によって照射形状を略矩形とするものである。まず、出射面の形状が略矩形である場合について、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明のレーザー穿刺装置の好適な実施の形態３を示す概略図である。図２において、図１と同様の構成要素には同様の符号を用い、相違する構成要素のみ異なる符号を用いている。以下、本実施の形態において、実施の形態１との相違点のみ説明する。
【００３９】
本実施の形態では、図２に示すレーザー穿刺装置のレーザー発振素子１と集光レンズ９との間の光軸上に、略矩形の開口部６ａを具備するマスク６を設置する。開口部６ａの寸法は、例えば、０．０５〜０．２ｍｍであることが好ましい。略矩形の出射面１ａを有するレーザー発振素子１から出射されたレーザービームを、マスク６に入射させ、開口部６ａの像を被照射面に投影することで、略矩形の照射形状を得ることができる（マスク投影法）。なお、開口部６ａの形状は、図４または図５に示す略矩形のいずれであってもよい。
【００４０】
［実施の形態４］
次に、上記のようにマスクを用いる実施の形態において、レーザー発振素子の出射面の形状が略矩形でない、例えば、円形である場合の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図３は、本発明のレーザー穿刺装置の好適な実施の形態４を示す概略図である。図３において図１および図２と同様の構成要素には同様の符号を用い、相違する構成要素のみ異なる符号を用いている。以下、本実施の形態において、実施の形態１との相違点のみ説明する。
【００４１】
本実施の形態では、図３に示すレーザー穿刺装置のレーザー発振素子１１と集光レンズ９との間の光軸上に、略矩形の開口部６ａを具備するマスク６を設置する。円形の出射面１１ａを有するレーザー発振素子１１から出射されたレーザービームを、マスク６に入射させ、開口部６ａの像を被照射面に投影することで、略矩形の照射形状を得ることができる。なお、開口部６ａの形状は、図４または図５に示す略矩形のいずれであってもよい。また、レーザー発振素子１１の出射面１１ａの形状は特に限定されず、円形の他にも、例えば楕円形等、他の形状であってもよい。
本実施の形態によれば、開口部６ａの像を集光レンズ９によって被照射面に照射するため、レーザー発振素子１１の出射面１１ａの形状にかかわらず、略矩形の照射形状を得ることができる。
【００４２】
上記において、本発明の代表的な実施の形態について説明したが、例えば上記実施の形態１および２において、マスクを利用しても構わない。すなわち、略矩形の形状を有する開口部を具備するマスクを、被照射面付近に配置する方法が挙げられる（コンタクトマスク法）。
【００４３】
コンタクトマスク法は、上記実施の形態１〜４のいずれと組み合わせても、好適に実施することができる。すなわち、実施の形態３および４において、マスクを着脱可能とし、被照射面付近に配置しても構わない。例えば、円形の出射面を有するレーザー発振素子を用いた場合においても、被照射面付近に配置したマスクの開口部に入射させることで、被照射面に対して、図４または図５に示すような略矩形の照射形状を得ることができる。
なお、本発明において、レーザー発振素子以外の構成部材の寸法は、本発明の効果を得られる範囲であれば、適宜選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のレーザー穿刺装置によれば、より小さな穿刺孔で安定した採血を行うことができるため、病院における採血装置や、糖尿病患者が自身で血液を採取し、血糖値を測定するための装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のレーザー穿刺装置の実施の形態１を示す概略図である。
【図２】本発明のレーザー穿刺装置の実施の形態３を示す概略図である。
【図３】本発明のレーザー穿刺装置の実施の形態４を示す概略図である。
【図４】本発明における略矩形の一例を示す概略図である。
【図５】本発明における略矩形の他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  レーザー発振素子
１ａ  出射面
３  フラッシュランプ
５  ミラー膜
６  マスク
６ａ  開口部
７  ランプハウス
９  集光レンズ
１１  レーザー発振素子
１１ａ  出射面
４１  辺
４２  角部
５１  辺
５２  角部
【図１】
2008136650.tif 000003
【図２】
2008136650.tif 000004
【図３】
2008136650.tif 000005
【図４】
2008136650.tif 000006
【図５】
2008136650.tif 000007