(57)【要約】【課題】医療に適用するための、超小型の衝撃波発生装置の提供【解決手段】光ファイバ１１０は、レーザ発振器（図示せず）からのパルス波のレーザ光を印加している。この光ファイバの先端部は、細管１２０内に固定されている。これらは、開口部に弾性のダイヤフラム１４０で塞いであり、液体で満たしている外套管１３０の中に設置している。外套管１３０は、Ｙ字型コネクタ側管１３２に接続されており、液体を常時流して、外套管１３０内を冷却している。光ファイバ１１０にパルス波のレーザ光を印加すると、光ファイバ１１０の先端部の液体が急激に熱せられてバブルが発生し、液体ジェットが生じるとともに衝撃波が発生する。液体ジェットはダイヤフラム１４０で止められ、衝撃波のみがダイヤフラム１４０を介して伝達される。【選択図】図１
2004215862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃波発生装置であって、
細管内に挿入された光ファイバと、
液体で満たしており、開口部をダイヤフラムで閉ざしている外套管とを備え、
前記光ファイバ及び前記細管は、前記細管の開口部を前記ダイヤフラムに向けて前記外套管内に設置しており、
前記光ファイバに、パルスのレーザ光を印加することで、前記ダイヤフラムから衝撃波を発生することを特徴とする衝撃波発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃波発生装置において、
前記外套管は、前記液体を流すことで冷却されていることを特徴とする衝撃波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の体の内外で衝撃波を発生して、いろいろな治療に応用するための、超小型衝撃波発生装置に関する。
【０００２】
【技術的背景】
衝撃波は、１９８０年代に尿路結石破砕に医療応用されてから、従来外科的治療手段しかなかったものが非侵襲的に治療可能になる点や、服薬などが不要となることが多い点が評価され、適応疾患も胆管・胆道・唾液腺結石へと拡大した。その後も衝撃波のもつ生物学的な影響に関する研究が進み、以下の領域でも臨床応用・実験的応用がなされている。
１．整形外科領域で、四肢長管骨の遅延性骨癒合・非癒合症例に対し、骨癒合促進のための非観血的治療手段として臨床応用された。機序としては、治癒過程の停止している部位に衝撃波を照射し、微小骨折・出血を発生させ、再度炎症（治癒過程）を起こす説と、衝撃波照射そのものにより、骨形成タンパクが発現し、骨形成細胞を活性化させるという説もあるが、一般的には前者が定説となっている。以下の２で示す応用とともに、衝撃波は音響インピーダンスが低いところから高いところへ移行する際にエネルギーを発生するため、音響インピーダンスの高い骨組織は衝撃波の作用を発揮できる組織であるといえる。
【０００３】
２．石灰化を伴った関節症症例に疼痛を合併した症例の疼痛コントロール手段として臨床応用された（整形外科領域）。疼痛制御の機序は石灰化病変の破砕・消失により、機械的刺激がなくなることによるものなのか、衝撃波自体が疼痛伝達物質に対して何らかの影響を及ぼしているためなのかは現在研究されている。
３．実験段階であるが、細胞膜の膜透過性を変化させることが知られており、薬物を局所高濃度で分布させるためのドラッグ・デリバリー・システムとして研究が進んでおり、Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  などの誌上にも掲載されている。
この分野では、衝撃波源はレーザー誘発衝撃波（金属にレーザーを照射して発生する衝撃波：高い過剰圧を供給できる反面、装置が大きく、高エネルギーを要し、単発照射しかできない欠点がある）と従来の体外衝撃波発生装置が使用されているが、体内に導入できる衝撃波源は存在しない。
【０００４】
４．実験段階ではあるが、衝撃波は微小気泡と干渉することにより微小ジェットを発生することが分かっており、心臓・脳血栓を想定したモデルにおいて  ｉｎ  ｖｉｔｒｏで有効性が示唆されている。
しかし、上記の応用に対し、臨床応用例では結石破砕装置（電気放電式・電磁方式・圧電素子方式により衝撃波を発生し、楕円回転体・音響レンズ・パラボナなどを用いて焦点に収束させる）が用いられていたため、装置が大きく、体表の接触面積も大きかった。また、四肢なら神経や血管を避けて照射することが可能であったものの、照射野が広いことから腎結石破砕などではしばしば血尿を含めた出血性の合併症が生じていた。また、インピーダンス・ミスマッチングを避けるために照射時の患者の体位にも制限があった。
一方、上述の３に関しても今後の臨床応用を考慮すると適当な衝撃波源であるとはいいがたい。体内導入を目的とした微小爆薬式の衝撃波発生源もあるが、熱損傷を含めた安全性は保証されているとはいえず、衝撃波中心は高温になるため、焦点から離して被照射物を静置せざるを得ないのが現状である。
【０００５】
また、従来の電気水圧式衝撃波発生装置は先端がファイバ状になっている利点を持ち、尿路に存在する結石の破砕には使用されているが、尿路・膀胱内のような比較的大きな水で充満した空間内で使用しないと周囲に熱的損傷が及んでしまう。また、この装置はファイバ先端で高熱が発生するために、ターゲットに直接衝撃波中心を当てることができず、結果的に周囲へ組織損傷を与えるため、事実上結石破砕以外への応用は困難であると考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、医療に適用するための、超小型の衝撃波発生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、衝撃波発生装置であって、細管内に挿入された光ファイバと、液体で満たしており、開口部をダイヤフラムで閉ざしている外套管とを備え、前記光ファイバ及び前記細管は、前記細管の開口部をダイヤフラムに向けて前記外套管内に設置しており、前記光ファイバに、パルスのレーザ光を印加することで、前記ダイヤフラムから衝撃波を発生することを特徴とする。
前記外套管は、前記液体を流すことで冷却するとよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態である衝撃波発生装置の構成を示す図である。図１において、光ファイバ１１０は、レーザ発振器（図示せず）からのパルス波のレーザ光を印加している。この光ファイバの先端部は、細管１２０内に固定されている。これらは、開口部に弾性のダイヤフラム１４０で塞いであり、液体で満たしてある外套管１３０の中に設置している。外套管１３０は、Ｙ字型コネクタ側管１３２に接続されており、Ｙ字型コネクタ側管１３２に液体を流すことで、外套管１３０内を冷却することができる。
この構成で、光ファイバ１１０にパルス波のレーザ光を印加すると、光ファイバ１１０の先端部の液体が急激に熱せられてバブルが発生し、液体ジェットが生じるとともに衝撃波が発生する。液体ジェットはダイヤフラム１４０で止められるが、衝撃波のみがダイヤフラム１４０を介して伝達される。例えばダイヤフラムを直接ターゲットに接触することで、衝撃波を照射することができる。
光ファイバ１１０に印加するレーザ光として、細管１２０や外套管１３０を満たしている液体に対して吸収性のよいものを使用することで、レーザエネルギを衝撃波エネルギへと効率よく変換することができる。
なお、液体で満たされた細管１２０内の光ファイバ１１０により液体ジェットが発生することは、発明者らによる特許出願である特願２００１−３０７０８８号出願を参照されたい。
【０００８】
図２は、上述の衝撃波発生装置による衝撃波を発生するメカニズムを説明するための図である。この図を用いて、衝撃波の発生のメカニズムを詳しく説明する。
例えば蒸留水で満たされた細管１２０内にレーザ光を照射すると、レーザプラズマ１５２によりレーザ誘起気泡１５３が発生することで、その反跳現象により液体ジェット１５４と衝撃波１５８が細管１２０から発生する。細管１２０の前方に設置されているダイヤフラム１４０により、液体ジェット１５４が遮断されて、衝撃波１５８のみが衝撃波発生装置１００の外部に伝達される。なお、細管１２０の開口端から射出された液体ジェットが開口端付近に乱流を引き起こし、それに伴うキャビテーション現象が衝撃波発生のメカニズムに関与している可能性もある。
ここで、外套管１３０の大きさは、バブル１５３の膨張・収縮が、自由水（フリーウォータ）の場合と同程度に起きるだけのスペースが必要である。
衝撃波の中心は、細管１２０と光ファイバの先端間距離、細管１２０とダイヤフラム１４０間距離、外套管１３０の内径を調節することで、位置調整が可能で、ダイヤフラム上に局在化させることができるとともに、熱的、物理的に損傷のない位置とすることができる。
【０００９】
【実施例】
図３に上述の衝撃波発生装置により発生した衝撃波の写真を示している。この写真は、衝撃波発生装置から水中に衝撃波を発生させ、影写真法により可視化して撮影した。
使用した衝撃波発生装置は、真鍮製の細管１２０として内径：１．３ｍｍ，外径：１．５ｍｍであり、アクリル製の外套管１３０は内径：１２ｍｍ，外径：１５ｍｍで、ダイヤフラム１４０はゴムの薄膜を使用している。外套管内部は蒸留水で満たし、Ｙ字コネクタ側管からは、蒸留水を１２０ｍｌ／ｈで持続注入した。
光ファイバ１１０（コア径：６００μｍ）には、Ｈｏ−ＹＡＧレーザ発振器からのパルス波（波長：２．１μｍ，パルス幅：３５０μｓ，最大レーザエネルギ：７００ｍＪ）を印加した。印加したレーザエネルギは、光ファイバ射出端で、７００ｍＪ／パルスに固定した。細管１２０の先端とダイヤフラム１４０との距離は４ｍｍとした。
観測された衝撃波は、レーザ照射後１０００μｓから１２００μｓ後に、図３に示されている様に、衝撃波中心がダイヤフラム上に局在化した球状衝撃波として観察され、その過剰圧はＰＶＤＦハイドロフォンで計測した結果、５ＭＰａであった。
なお、上述の実施例では、Ｈｏ−ＹＡＧレーザ発振器からのパルス波レーザを使用したが、水吸収性波長係数が高いＥｒ−ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザを含めた赤外線レーザ発振器を使用してもよい。
【００１０】
この衝撃波発生装置は、衝撃波発生部を被照射箇所の近傍に近づけて使用できるため、焦点化機構が必要なく、小型化が可能である。また、小型化の結果、衝撃波発生部をカテーテルや内視鏡内に挿入することができる。
この衝撃波発生装置は、例えば、頭蓋骨の骨折に対して、骨の再生を外部から促すことに適用することができる。これは、損傷箇所の周囲に、本発明の衝撃波発生装置により発生する衝撃波を患部の外部から照射する。
【００１１】
【発明の効果】
上述した本発明の衝撃波発生装置は、超小型で、衝撃波を発生することができるので、人間の体の内外で衝撃波を発生して、いろいろな治療に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である衝撃波発生装置の構成例を示す図である。
【図２】衝撃波発生装置における衝撃波の発生メカニズムを示す図である。
【図３】実施例の衝撃波発生装置からの衝撃波を影写真法により可視化した連続写真である。
【符号の説明】
１００  衝撃波発生装置
１１０  光ファイバ
１２０  細管
１３０  外套管
１３２  Ｙ字コネクタ側管
１４０  ダイヤフラム
【図１】
2004215862.tif 000003
【図２】
2004215862.tif 000004
【図３】
2004215862.tif 000005