(57)【要約】【課題】  衝撃波発生装置において、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、標的物に対して、同時にかつ高精度に集束する衝撃波を発生させる。【解決手段】  衝撃波発生体５のパルスレーザ光が照射される面の形状は、変更可能であり、照射面形状制御部１４は、この衝撃波発生体５のパルスレーザ光照射面の形状を制御するようになっている。それゆえ、照射面形状制御部１４が、パルスレーザ光照射面を変更することで、パルスレーザ光照射面の変更に応じた波面形状の衝撃波を発生させることが可能になる。それゆえ、照射面形状制御手段が衝撃波発生手段の照射面の形状を制御することにより、衝撃波の波面形状を精度良く変化させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光の照射により衝撃波を発生させる衝撃波発生装置であって、
パルスレーザ光照射手段と、
上記パルスレーザ光照射手段にて照射されるパルスレーザ光を吸収するとともに、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が変更可能な衝撃波発生手段と、
上記衝撃波発生手段の、パルスレーザ光が照射される面の形状を制御する照射面形状制御手段とが設けられていることを特徴とする衝撃波発生装置。
【請求項２】
パルスレーザ光の照射により衝撃波を発生させる衝撃波発生装置であって、
パルスレーザ光照射手段と、
上記パルスレーザ光照射手段にて照射されるパルスレーザ光を吸収する液体を収容するとともに、当該液体と接する面の形状が変更可能な衝撃波発生手段と、
上記衝撃波発生手段の、液体と接する面の形状を制御する照射面形状制御手段とが設けられていることを特徴とする衝撃波発生装置。
【請求項３】
上記衝撃波発生手段は、複数の平面板が互いに移動可能に積層された積層体からなるとともに、その端部に上記パルスレーザ光が照射するように設けられており、
上記照射面形状制御手段が、上記複数の平面板を移動させることにより、上記端部の形状を制御するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃波発生装置。
【請求項４】
上記衝撃波発生手段は、複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた集合体からなるとともに、その端部に上記パルスレーザ光が照射するように設けられており、
上記照射面形状制御手段が、上記複数の棒状体を移動させることにより、上記端部の形状を制御するようになっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の衝撃波発生装置。
【請求項５】
上記照射面形状制御手段は、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が階段状平面になるように制御するようになっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の衝撃波発生装置。
【請求項６】
上記照射面形状制御手段は、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が階段状円筒面になるように制御するようになっていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の衝撃波発生装置。
【請求項７】
上記照射面形状制御手段は、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が階段状球面になるように制御するようになっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の衝撃波発生装置。
【請求項８】
上記パルスレーザ光がＣＯ2レーザであり、かつ、上記パルスレーザ光を吸収する液体が水であることを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の衝撃波発生装置。
【請求項９】
上記衝撃波発生手段は、ＧｅまたはＺｎＳｅからなることを特徴とする請求項８に記載の衝撃波発生装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の衝撃波発生装置を備えることを特徴とする結石破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃波発生装置に関するものであり、詳しくは、生体内の結石を、体外から発生した衝撃波を集束させて破砕治療する結石破砕装置などに好適に用いることができる衝撃波発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、腎臓結石や胆石を体外から衝撃波を集束させて破砕治療する結石破砕装置が一般に普及してきている。この衝撃波を用いる結石破砕装置による治療は、外科的手術なしに治療を行うことができることから、外来治療としても実施され始めている。
【０００３】
このような結石破砕装置としては、パルス放電と回転楕円体反射鏡とを備えた結石破砕装置、及び、超音波振動子を備えた結石破砕装置などが挙げられる。
【０００４】
上記パルス放電と回転楕円体反射鏡とを備えた結石破砕装置では、水中パルス放電を用いて、衝撃波を発生させている。そして、発生させた衝撃波を回転楕円体の反射鏡に反射させ、結石に集束させて、結石を破砕している。例えば非特許文献１には、回転楕円体反射鏡としてＨＭ−３反射板を備えた結石破砕装置が記載されている。
【０００５】
また、超音波振動子を備えた結石破砕装置では、超音波振動子を水中に配置し、結石に集束する超音波を発生させている。例えば非特許文献２には、球面上に配置した超音波振動子から中心に向かって収束する超音波を発生させ、高圧を得る方法が記載されている。
【非特許文献１】Yufeng Zhou, Pei Zhong, "Suppression of large intraluminal bubble expansion in shock wave lithotripsy without compromising stone commi-nution : Refinement of refrector geometry", J.Acoust.Soc.Am.113 (1), January 2003, 586-596
【非特許文献２】池田貞一郎，戸崎正崇，松本洋一郎，「収束超音波音場における気泡クラウド崩壊現象の観測」，高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム２００３講演論文集，２００３，ｐ７５−７８
【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、人体内には臓器や筋肉など、種々の組織が存在するため、衝撃波の伝播速度は一様ではない。このため、異なる方向から入射した衝撃波が、結石に同時には到達しないという問題が生じる。それゆえ、上記のパルス放電と回転楕円体反射鏡とを用いる方法の場合、衝撃波の伝播速度が場所により異なる人体内では、回転楕円反射鏡の全ての面から放射される衝撃波を標的物に対して同時に集束させることが困難である。また、パルス放電により発生する衝撃波の強度は、全ての方向で一定であり、方向毎に衝撃波の強度を変えることが困難である。
【０００７】
また、上記の超音波振動子を用いる方法では、複数の超音波振動子を用いることにより、衝撃波の伝播速度が一様でない人体内においても、超音波をある程度同時に、一点に集束させることが可能である。しかしながら、超音波振動子の直径は、通常数ｃｍ、最小でも５ｍｍである。それゆえ、集束超音波の球面形状を高精度で、かつ、自由に変化させることができない。このため、超音波を用いる方法では、超音波振動子から発生した衝撃波を、人体内の標的物に対して同時に集束させることには限界がある。
【０００８】
また、上記の超音波振動子を用いて発生させた超音波は、正の圧力だけではなく、超音波の背後に生じる負の圧力をも発生させる。このため、結石周辺の生体組織内に気泡が発生し、これにより、破砕の対象となる腎臓結石周辺の臓器に損傷を与えるという問題を有している。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、衝撃波を全ての照射面から同時に放射し、かつ、標的物に対して一点に集束させることができる衝撃波発生装置及びこれを用いた結石破砕装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、水中にてパルスレーザ光を照射し発生した衝撃波の波面形状を変化させることが可能な衝撃波発生手段を見出した。そして、この衝撃波発生手段を用いることで、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、衝撃波を全ての照射面から同時に放射し、かつ、標的物に対して同時に一点に集束させることができる衝撃波発生装置を実現し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の衝撃波発生装置は、上記の課題を解決するために、パルスレーザ光の照射により衝撃波を発生させる衝撃波発生装置であって、パルスレーザ光照射手段と、上記パルスレーザ光照射手段にて照射されるパルスレーザ光を吸収するとともに、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が変更可能な衝撃波発生手段と、上記衝撃波発生手段の、パルスレーザ光が照射される面の形状を制御する照射面形状制御手段とが設けられていることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、上記衝撃波発生手段は、パルスレーザ光照射手段から出射したパルスレーザ光を吸収する。そして、上記衝撃波発生手段は、瞬間的に熱膨張する。この熱膨張により、衝撃波が、全ての衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面から同時に発生する。そして、この衝撃波は、パルスレーザ光が照射される面に対して垂直に放射される。
【００１３】
上記の構成によれば、衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面の形状は、変更可能であり、照射面形状制御手段は、この衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面の形状を制御するようになっている。それゆえ、照射面形状制御手段が、パルスレーザ光が照射される面を変更することで、本発明の衝撃波発生装置は、パルスレーザ光が照射される面の変更に応じた波面形状の衝撃波を発生させることが可能になる。それゆえ、本発明の衝撃波発生装置は、照射面形状制御手段が衝撃波発生手段の照射面の形状を制御することにより、衝撃波の波面形状を精度良く変化させることができる。
【００１４】
したがって、本発明の衝撃波発生装置は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、衝撃波を全てのパルスレーザ光が照射される面から同時に放射し、かつ、標的物に対して高精度にかつ同時に集束させることができる。
【００１５】
本発明の衝撃波発生装置は、上記の課題を解決するために、パルスレーザ光の照射により衝撃波を発生させる衝撃波発生装置であって、パルスレーザ光照射手段と、上記パルスレーザ光照射手段にて照射されるパルスレーザ光を吸収する液体を収容するとともに、当該液体と接する面の形状が変更可能な衝撃波発生手段と、上記衝撃波発生手段の、液体と接する面の形状を制御する照射面形状制御手段とが設けられていることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、上記衝撃波発生手段は、パルスレーザ光照射手段から出射したパルスレーザ光を通過させ、上記液体と接する面へ到達させる。
【００１７】
上記の構成によれば、上記衝撃波発生手段に収容された液体は、パルスレーザ光を吸収する。それゆえ、上記液体と接する面へ到達したパルスレーザ光は、液体に吸収され、衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面に接する液体が瞬間的に熱膨張する。この熱膨張により、衝撃波が、全ての衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面から同時に発生する。
【００１８】
上記の構成によれば、衝撃波発生手段の液体と接する面は変更可能であり、この液体と接する面の形状は照射面形状制御手段により制御されている。それゆえ、照射面形状制御手段が、衝撃波発生手段の液体と接する面の形状を変更することで、変更した面の形状に応じた波面形状の衝撃波を発生させることが可能になる。
【００１９】
したがって、本発明の衝撃波発生装置は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、衝撃波を全てのパルスレーザ光が照射される面から同時に放射し、かつ、標的物に対して高精度にかつ同時に集束させることができる。
【００２０】
また、本発明の衝撃波発生装置では、上記衝撃波発生手段は、複数の平面板が互いに移動可能に積層された積層体からなるとともに、その端部に上記パルスレーザ光が照射するように設けられており、上記照射面形状制御手段が、上記複数の平面板を移動させることにより、上記端部の形状を制御するようになっていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、衝撃波発生手段は、複数の平面板が互いに移動可能に積層された積層体からなっている。そして、本発明の衝撃波発生装置において、衝撃波発生手段は、当該衝撃波発生手段の端部に上記パルスレーザ光が照射するように、設けられている。
【００２２】
そして、上記の構成によれば、照射面形状制御手段が、衝撃波発生手段における複数の平面板を移動させることで、衝撃波発生手段の端部の形状が変化し、パルスレーザ光が照射される面も変化する。そして、パルスレーザ光照射手段が、衝撃波発生手段の端部に、パルスレーザ光を照射することで、端部の照射面の形状に応じた波面形状の衝撃波が同時に発生する。このように、照射面形状制御手段が、衝撃波発生手段における複数の平面板を移動させることで、端部形状を自由に変化させることができるので、発生する衝撃波の波面形状を、広い範囲で、かつ、高精度で変化させることができる。
【００２３】
また、本発明の衝撃波発生装置では、上記衝撃波発生手段は、複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた集合体からなるとともに、その端部に上記パルスレーザ光が照射するように設けられており、上記照射面形状制御手段が、複数の棒状体を移動させることにより、上記端部の形状を制御するようになっていることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、衝撃波発生手段は、上記複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた集合体からなっている。そして、本発明の衝撃波発生装置において、衝撃波発生手段は、当該衝撃波発生手段の端部に上記パルスレーザ光が照射するように、設けられている。
【００２５】
そして、上記の構成によれば、照射面形状制御手段が、上記複数の棒状体を移動させることにより、上記端部の形状を制御することで、衝撃波発生手段の端部の形状が変化し、パルスレーザ光が照射される面も変化する。そして、パルスレーザ光照射手段が、衝撃波発生手段の端部に、パルスレーザ光を照射することで、端部の形状に応じた波面形状の衝撃波が同時に発生する。このように、照射面形状制御手段が、衝撃波発生手段における複数の棒状体を移動させることで、端部形状を自由に変化させることができるので、発生する衝撃波の波面形状を、広い範囲で、かつ、高精度で変化させることができる。このように、照射面形状制御手段が、衝撃波発生手段における複数の棒状体を移動させることで、端部形状を自由に変化させることができるので、発生する衝撃波の波面形状を、広い範囲で、かつ、高精度で変化させることができる。
【００２６】
また、本発明の衝撃波発生装置では、上記照射面形状制御手段は、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が階段状平面になるように制御するようになっていることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、上記衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面は、階段状平面になっている。パルスレーザ光照射手段が、階段状平面にパルスレーザ光を照射すると、階段状平面の各段差から、波面形状が円筒状の衝撃波が発生する。そして、各段差から発生した円筒状衝撃波の包絡面が、階段状平面に対して平行な平面衝撃波を形成する。
【００２８】
また、本発明の衝撃波発生装置では、上記照射面形状制御手段は、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が階段状円筒面になるように制御するようになっていることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、上記衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面は、階段状円筒面になっている。パルスレーザ光照射手段が、階段状円筒面にパルスレーザ光を照射すると、階段状円筒面の各段差から、波面形状が円筒状の衝撃波が発生する。そして、各段差から発生した円筒状衝撃波の包絡面が、上記階段状円筒面の中心軸に集束する円筒面衝撃波を形成する。
【００３０】
また、本発明の衝撃波発生装置では、上記照射面形状制御手段は、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が階段状球面になるように制御するようになっていることが好ましい。
【００３１】
上記の構成によれば、上記衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面は、階段状球面になっている。パルスレーザ光照射手段が、階段状球面に、パルスレーザ光を照射すると、階段状球面の各段差から、波面形状が球状の衝撃波が発生する。そして、各段差から発生した球状衝撃波は、上記階段状球面の中心に集束した衝撃波を形成する。
【００３２】
また、本発明の衝撃波発生装置では、上記パルスレーザ光がＣＯ2レーザであり、かつ、上記パルスレーザ光を吸収する液体が水であることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の衝撃波発生装置では、上記衝撃波発生手段は、ＧｅまたはＺｎＳｅからなることが好ましい。
【００３４】
また、本発明の結石破砕装置は、上記の課題を解決するために、上述の衝撃波発生装置を備えることを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、本発明の結石破砕装置は、上述の衝撃波発生装置を備えているので、衝撃波を全てのパルスレーザ光が照射される面から同時に放射し、かつ、体内の結石に対して一点にかつ同時に集束させることができる。それゆえ、容易に、体内の所望の部位に衝撃波をあてることができる。したがって、本発明の結石破砕装置を用いた場合、体内の結石周囲の他の臓器の損傷を低減することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の衝撃波発生装置では、照射面形状制御手段が、衝撃波発生手段のパルスレーザ光が照射される面の形状を変化させることにより、パルスレーザ光が照射される面の形状に応じて異なる波面形状の衝撃波を全てのパルスレーザ光が照射される面から同時に発生させている。それゆえ、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、標的物に対して、高精度にかつ同時に集束する衝撃波を発生させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
〔実施の形態１〕
本発明の衝撃波発生装置に関する実施の一形態について図１〜図４に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００３８】
（１）本発明の衝撃波発生装置
本発明の衝撃波発生装置は、パルスレーザ光の照射により衝撃波を発生させるものである。上記「パルスレーザ光の照射により衝撃波を発生させる」とは、パルスレーザ光を固体表面に照射することにより衝撃波を発生させることを意味する。
【００３９】
また、本発明の衝撃波発生装置は、パルスレーザ光照射手段と、パルスレーザ光照射手段にて照射されるパルスレーザ光を吸収するとともに、上記パルスレーザ光が照射される面の形状が変更可能な衝撃波発生手段と、パルスレーザ光が照射される面の形状を制御する照射面形状制御手段とを備えたものであればよく、その他の具体的な構成、装備等は特に限定されるものではない。
【００４０】
上記「パルスレーザ光を吸収する」とは、パルスレーザ光を吸収することをいう。上記衝撃波発生手段は、パルスレーザ光を吸収することにより、パルスレーザ光照射面で瞬間的に熱膨張する。この熱膨張により、衝撃波発生手段のパルスレーザ光照射面で衝撃波を発生させることが可能になる。
【００４１】
また、上記パルスレーザ光照射手段が照射するパルスレーザ光は、従来知られているパルスレーザ光であれば、特に限定されないが、例えば、ルビーレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ等が挙げられる。
【００４２】
本発明の衝撃波発生装置では、衝撃波発生手段における、パルスレーザ光の照射面の形状が変更可能になっており、照射面形状制御手段が、照射面の形状を制御するようになっている。通常、パルスレーザ光により発生した衝撃波は、パルスレーザ光を照射する面の形状により、異なった波面形状になる。それゆえ、本発明の衝撃波発生装置では、照射面形状制御手段が衝撃波発生手段の照射面の形状を制御することにより、衝撃波の波面形状を精度良く変化させることができる。従って、本発明の衝撃波発生装置は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、衝撃波を全てのパルスレーザ光が照射される面から同時に放射し、かつ、標的物に対して高精度にかつ同時に集束させることができる。
【００４３】
以下、本実施の形態において、上記パルスレーザ光がルビーレーザである場合を例に挙げて、本発明の衝撃波発生装置の具体的構成について、図１を参照して詳細かつ具体的に説明する。
【００４４】
本発明の衝撃波発生装置１００は、図１に示すように、パルスレーザ光照射手段としてのパルスレーザ光照射部１３と、水槽６と、衝撃波発生手段としての衝撃波発生体５と、照射面形状制御手段としての照射面形状制御部１４とを備えている。また、上記水槽６には、液体が収容されている。
【００４５】
また、パルスレーザ光照射部１３は、パルスレーザ光発生源１と、凹レンズ２と、ミラー３と、凸レンズ４とを備えている。上記パルスレーザ光照射部１３において、パルスレーザ光発生源１から出射したパルスレーザ光は、凹レンズ２、及び、ミラー３を通過し、凸レンズ４にて、水槽６に設けられた衝撃波発生体５の表面（照射面）に照射する。このとき、パルスレーザ光は、水槽６の底面に対して、垂直に入射する。
【００４６】
そして、パルスレーザ光が衝撃波発生体５の照射面に入射すると、衝撃波発生体５は、その照射面でパルスレーザ光を吸収し、瞬間的に熱膨張する。そして、この熱膨張により、衝撃波発生体５のパルスレーザ光照射面で衝撃波が同時に発生する。この衝撃波は、パルスレーザ光の入射方向と反対方向に水槽６中を伝播し、水槽６外へ放射される。
【００４７】
衝撃波発生装置１００では、衝撃波発生体５の照射面の形状は変更可能であり、この衝撃波発生体５の表面の形状は照射面形状制御部１４により制御されている。それゆえ、照射面形状制御部１４が、衝撃波発生体５の表面を変更することで、衝撃波発生装置１００は、変更した表面の形状に応じた波面形状の衝撃波を発生させることが可能になる。
【００４８】
以上のように、衝撃波発生装置１００は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、衝撃波の波面形状を変化させることで、衝撃波を全ての照射面から同時に放射し、かつ、標的物に対して高精度に集束させることができる。
【００４９】
衝撃波発生装置１００において、標的物を効率的にかつ衝撃波の強度を強くするために、衝撃波発生体５は、（１）パルスレーザ光照射面がパルスレーザ光を良く吸収すること、（２）衝撃波発生体５の比熱が小さいこと（３）衝撃波発生体５の熱膨張率が大きいことが好ましい。
【００５０】
以下、照射面の形状が変更可能な衝撃波発生体５の具体的な構成について、図４を参照にして詳細に説明する。
【００５１】
図４（ａ）に示すように、衝撃波発生体１５は、複数の平面板１６が互いに移動可能に積層された積層体からなっている。そして、衝撃波発生装置１００において、衝撃波発生体１５は、その端部に上記パルスレーザ光が照射するように、設けられている。そして、このとき、照射面形状制御部１４は、上記平面板１６を移動させて、上記端部の形状を制御するようになっている。
【００５２】
上記「複数の平面板１６が互いに移動可能に積層された」とは、複数の平面板が互いに、平面板１６の面に沿った所定の方向に移動可能に積層された状態のことを意味する。すなわち、複数の平面板が互いに重ねられた状態のことを意味する。また、上記「端部」とは、衝撃波発生体１５において、平面板１６の面に沿った方向に存在する端部のことをいう。また、上記「平面板１６を移動させ」るとは、平面板の面に沿った所定の方向に移動させることを意味する。
【００５３】
それゆえ、衝撃波発生装置１００において、照射面形状制御部１４が、衝撃波発生体１５における平面板１６を移動させることで、衝撃波発生体１５の端部の形状が変化し、パルスレーザ光の照射面も変化する。例えば、図４（ａ）に示すように、衝撃波発生体１５の端部の形状が変化し、照射面が階段状平面になる。あるいは、図４（ｃ）に示すように、衝撃波発生体２５の端部の形状が変化し、照射面が階段状円筒面になる。
【００５４】
そして、パルスレーザ光照射部１３が、衝撃波発生体１５の端部に、パルスレーザ光を照射することで、端部の照射面の形状に応じた波面形状の衝撃波が同時に発生する。このように、照射面形状制御部１４が、衝撃波発生体１５の平面板１６を移動させることで、端部形状を自由に変化させることができるので、発生する衝撃波の波面形状を、広い範囲で、かつ、高精度で変化させることができる。
【００５５】
したがって、衝撃波発生体１５を備えた衝撃波発生装置は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、容易に衝撃波の波面形状を変化させることができるので、衝撃波を全ての照射面から同時に放射し、かつ、標的物に対して高精度に集束させることができる。
【００５６】
また、平面板１６の厚さは、可能な限り薄いほうがよい。そして、衝撃波発生体１５の大きさが一定である場合、平面板１６の数が多いほうがよい。
【００５７】
上記衝撃波発生体１５・２５において積層されている平面板の数は、上記端部の形状を変化させることが可能な数であれば、特に限定されないが、１０〜１００００が好ましく、特に、１０００が好ましい。より具体的には、後述する実施例２または３に示すように、上記衝撃波発生体１５において積層されている平面板の数は、１４、または、２１である。
【００５８】
また、衝撃波発生体１５・２５における平面板１６の厚さは、衝撃波発生体１５の端部の形状に応じて、適宜設定することができるが、平面板の厚さが薄いほど、端部の形状を高精度に制御することができる。それゆえ、上記平面板１６の厚さは、０．１〜１０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍ、特に、０．２ｍｍが好ましい。具体的には、後述する実施例に示すように、上記平面板１６の厚さは、０．２４ｍｍである。
【００５９】
また、上記積層体からなる衝撃波発生体は、上記端部がパルスレーザ光に照射されるように設けられていれば、どのように配置してもよい。例えば、図４（ａ）に示す衝撃波発生体１５では、パルスレーザ光の入射方向に対して、衝撃波発生体１５の平面板１６の面に沿った方向が垂直になるように設けられていてもよい。また、図４（ｂ）に示す衝撃波発生体４５では、パルスレーザ光の入射方向が、衝撃波発生体４５の平面板４６の面に沿った方向と平行になるように設けられていてもよい。
【００６０】
また、上記端部に照射するパルスレーザ光の出力、及び、パルス幅は、衝撃波発生装置１００において発生する衝撃波の強度に応じて適宜設定することができる。具体的には、後述する実施例に示すように、上記端部に照射するパルスレーザ光の出力、及び、パルス幅は、５０ｍＪ、及び、３０ｎｓである。
【００６１】
また、衝撃波発生体は、複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた集合体からなっているものでもよい。そして、このとき、衝撃波発生装置１００において、衝撃波発生体１５は、その端部にパルスレーザ光が照射するように設けられている。上記「複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた」とは、複数の棒状体が互いに、棒状体の側面に沿った所定の方向に移動可能に束ねられた状態のことを意味する。また、上記棒状体の側面とは、棒状体において長手方向に沿った面のことをいう。
【００６２】
それゆえ、照射面形状制御部１４が、複数の棒状体を移動させることにより、上記端部の形状を制御することで、衝撃波発生体の照射面の形状が変化する。そして、衝撃波発生装置１００において、パルスレーザ光照射部１３が、この端部にパルスレーザ光を照射することで、端部の照射面の形状に応じた波面形状の衝撃波が同時に発生する。
【００６３】
このように、照射面形状制御部１４が、複数の棒状体を移動させることで、端部形状を自由に変化させることができるので、発生する衝撃波の波面形状を、広い範囲で、かつ、高精度で変化させることができる。したがって、このような複数の棒状体からなる衝撃波発生体を備えた衝撃波発生装置は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、容易に衝撃波の波面形状を変化させることができるので、衝撃波を全ての照射面から同時にかつ高精度に集束させることができる。
【００６４】
また、上記複数の棒状体からなる衝撃波発生体における棒状体の太さは、衝撃波発生体１５の端部の形状に応じて、適宜設定することができるが、棒状体の太さが細いほど、端部の形状を高精度に制御することができる。それゆえ、上記棒状体の太さは、０．１〜３０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍ、特に、０．２ｍｍが好ましい。
【００６５】
また、上記棒状体からなる衝撃波発生体は、上記端部がパルスレーザ光に照射されるように設けられていれば、どのように配置してもよい。例えば、衝撃波発生体は、パルスレーザ光の入射方向に対して、衝撃波発生体の棒状体の側面に沿った方向が垂直になるように設けられていてもよい。また、図４（ｄ）に示すように、衝撃波発生体３５は、パルスレーザ光の入射方向が、衝撃波発生体の棒状体３６の側面に沿った方向と平行になるように設けられていてもよい。
【００６６】
また、上記棒状体３６の形状は、束ねることが可能で、かつ、衝撃波発生体３５の端部におけるパルスレーザ光照射面の形状が変更可能な形状であれば、特に限定されないが、端部におけるパルスレーザ光照射面を隙間なく束ねることが可能な形状が好ましい。端部におけるパルスレーザ光照射面が隙間なく束ねられた衝撃波発生体３５では、パルスレーザ光照射面に照射されるパルスレーザ光を全て利用することができるので、より効率的に衝撃波を発生させることができる。このような棒状体の形状としては、三角柱、四角柱、または、六角柱などの角柱が挙げられる。
【００６７】
このように、上記衝撃波発生体５は、複数の平面板が互いに移動可能に積層された積層体、あるいは、複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた集合体からなり、照射面形状制御部１４が、衝撃波発生体５の端部の形状を変化させることにより、パルスレーザ光照射により発生した衝撃波の波面形状を自由に変化させることが可能になる。
【００６８】
以下、衝撃波発生装置１００において、照射面形状制御部１４が制御する、衝撃波発生体５の端部形状について説明する。
【００６９】
（１−１）照射面形状制御部１４が制御する衝撃波発生体５の照射面の形状
衝撃波発生体５の照射面の形状は、パルスレーザ光の照射により衝撃波の波面形状が変化しうる形状であれば、特に限定されない。以下に、衝撃波発生体５の照射面の形状の一例について説明する。
【００７０】
衝撃波発生装置１００において、照射面形状制御部１４は、衝撃波発生体５のパルスレーザ光照射面の形状が階段状平面になるように制御していてもよい。上記「階段状平面」とは、パルスレーザ光照射側において、段差を有する階段状の斜面を意味する。
【００７１】
後述する実施例に示すように、パルスレーザ光照射部１３が、衝撃波発生体５のこのような階段状平面に、パルスレーザ光を照射すると、階段状平面の各段差から、波面形状が円筒状の衝撃波が発生する。そして、各段差から発生した円筒状衝撃波の包絡面が、階段状平面に対して平行な平面衝撃波を形成する。
【００７２】
なお、このような階段状平面の具体的な構成としては、例えば図４（ａ）または図４（ｂ）に示す階段状平面が挙げられる。図４（ａ）に示すように、衝撃波発生体１５は、複数の平面板１６が移動可能に積層された積層体からなり、その端部の照射面が、階段状平面になっている。そして、衝撃波発生装置１００において、衝撃波発生体１５は、パルスレーザ光入射方向に対して、平面板１６の面に沿った方向が垂直になるように設けられている。また、図４（ｂ）では、衝撃波発生体４５は、パルスレーザ光入射方向に対して、平面板４６の面に沿った方向が垂直になるように設けられている。それゆえ、端部の照射面がこのような階段状平面の衝撃波発生体は、パルスレーザ光入射方向に対して、平面板の面に沿った方向が垂直になるように設けられても、あるいは、平行になるように設けられても実現可能である。
【００７３】
そして、このような階段状平面は、照射面形状制御部１４が、複数の平面板１６または４６それぞれを、平面板１６または４６の面に沿って一方向に、かつ、互いに異なる距離移動させることで実現することができる。
【００７４】
また、衝撃波発生装置１００において、照射面形状制御部１４は、衝撃波発生体５のパルスレーザ光照射面の形状が階段状円筒面になるように制御していてもよい。上記「階段状円筒面」とは、パルスレーザ光照射側において、段差を有する階段状であり、かつ、円筒体側面の一部分の形状を有する面を意味する。
【００７５】
また、上記階段状円筒面は、パルスレーザ光照射側に対して、凹面であるか、または、凸面であるか、特に限定されないが、凹面であることが好ましい。後述する実施例に示すように、パルスレーザ光照射部１３が、衝撃波発生体５端部のこのような階段状円筒面に、パルスレーザ光を照射すると、階段状円筒面の各段差から、波面形状が円筒状の衝撃波が発生する。そして、各段差から発生した円筒状衝撃波の包絡面が、上記階段状円筒面の中心軸に集束する円筒面状衝撃波を形成する。
【００７６】
なお、このような階段状円筒面の具体的な構成としては、例えば図４（ｃ）に示す階段状円筒面が挙げられる。このような階段状円筒面は、例えば、衝撃波発生体２５として、上述の複数の平面板２６が互いに移動可能に積層された積層体を適用し、かつ、パルスレーザ光の入射方向が、平面板２６の面に沿った方向と平行になるように複数の平面板２６が設けられた場合に実現する。そして、上記階段状円筒面は、照射面形状制御部１４が、衝撃波発生体２５のパルスレーザ光照射面が階段状円筒面なるように、複数の平面板２６それぞれを、平面板２６の面に沿って一方向に移動させることで実現することができる。
【００７７】
また、このような階段状円筒面の曲率半径は、衝撃波発生体５の具体的構成に応じて適宜設定することができる。具体的には、後述する実施例に示すように、階段状円筒面の曲率半径は、４．５ｍｍである。
【００７８】
また、階段状円筒面で発生した衝撃波は、上述のように、円筒面の中心軸に集束する。それゆえ、階段状円筒面の曲率半径は、衝撃波発生装置１００の標的物と衝撃波発生体５との距離と略等しくてもよい。これにより、衝撃波発生装置１００において階段状円筒面で発生した衝撃波は、標的物近くで集束するので、より強い衝撃波強度で標的物を除去または破砕することが可能になる。
【００７９】
また、衝撃波発生装置１００において、照射面形状制御部１４は、衝撃波発生体５のパルスレーザ光照射面の形状が階段状球面になるように制御していてもよい。上記「階段状球面」とは、パルスレーザ光照射側において、段差を有する階段状であり、かつ、球面の一部分の形状を有する面を意味する。
【００８０】
パルスレーザ光照射部１３が、衝撃波発生体５端部のこのような階段状球面に、パルスレーザ光を照射すると、階段状球面の各段差から、波面形状が球状の衝撃波が発生する。そして、各段差から発生した球状衝撃波は、上記階段状球面の中心に集束した衝撃波を形成する。
【００８１】
なお、このような階段状球面の具体的な構成としては、例えば図４（ｄ）に示す階段状球面が挙げられる。このような階段状球面は、衝撃波発生体３５として、上述の複数の棒状体３６が互いに移動可能に束ねられた集合体を適用し、かつ、パルスレーザ光の入射方向が、棒状体３６の側面に沿った方向と平行になるように複数の棒状体３６が設けられた場合に実現する。そして、上記階段状球面は、照射面形状制御部１４が、衝撃波発生体３５のパルスレーザ光照射面が階段状球面なるように、複数の棒状体３６それぞれを、その側面に沿って一方向に移動させることで実現することができる。
【００８２】
また、このような階段状球面の曲率半径は、衝撃波発生体５の具体的構成に応じて適宜設定することができる。
【００８３】
また、階段状球面で発生した衝撃波は、上述のように、球面の中心に集束する。それゆえ、階段状球面の曲率半径は、衝撃波発生装置１００の標的物と衝撃波発生体５との距離と略等しくてもよい。これにより、衝撃波発生装置１００において階段状円筒面で発生した衝撃波は、標的物近くで集束するので、より強い衝撃波強度で標的物を除去または破砕することが可能になる。
【００８４】
このように階段状平面、または、階段状円筒面、あるいは、階段状球面から発生した衝撃波は、標的物に対して衝撃力という作用を引き起こし、変形、疲労、破砕という効果を奏する。
【００８５】
また、照射面形状制御部１４が制御する衝撃波発生体５の照射面の形状としては、上述の「階段状平面」または「階段状円筒面」に限定されるものではなく、例えば、図１３に示す「階段状」ではない平面、または、円筒面でもよい。すなわち、衝撃波発生手段における複数の平面板、あるいは、複数の棒状体の照射面が、パルスレーザ光入射方向に対して垂直でなくてもよい。こうすることで、パルスレーザ光照射面が「階段状平面」、または、「階段状円筒面」の場合よりも、衝撃波をより効率的に標的物に対して集束させることが可能になる。
【００８６】
以上のように、衝撃波発生装置１００では、照射面形状制御部１４が、衝撃波発生体５の端部の形状を変化させている。そして、パルスレーザ光照射部１３が、その端部にパルスレーザ光を照射することで、端部の照射面の形状に応じて異なる波面形状の衝撃波を全ての照射面から同時に発生させている。それゆえ、衝撃波発生装置１００は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、標的物に対して、同時にかつ高精度に集束する衝撃波を発生させることが可能になる。
【００８７】
（２）本発明の衝撃波発生装置において発生する衝撃波の波面形状の可視化方法、及び、衝撃波の圧力の測定方法
（２−１）本発明の衝撃波発生装置において発生する衝撃波の波面形状の可視化方法
本発明の衝撃波発生装置において発生する衝撃波の波面形状を可視化する方法としては、従来公知の衝撃波の波面形状を可視化する方法であれば、特に限定されないが、例えば、シャドウグラフ法が挙げられる。シャドウグラフ法とは、光学的手法により、衝撃波発生装置１００が発生する衝撃波を可視化する方法のことである。
【００８８】
図２に、シャドウグラフ法による衝撃波波面形状可視化装置１０１の具体的な構成を示す。図２に示すように、衝撃波波面形状可視化装置１０１は、波面形状可視化用パルスレーザ光源７と、凹レンズ８と、凸レンズ９と、光学フィルタ１０と、カメラ１１とを備えている。
【００８９】
図２に示すように、波面形状可視化用パルスレーザ光源７から出射した波面形状可視化用パルスレーザ光は、凹レンズ８、凸レンズ９で広げられる。そして、このレーザは、衝撃波発生装置１００の衝撃波発生体５を通過した後、カメラ１１に入射する。カメラ１１と衝撃波発生体５との間には、光学フィルタ１０が設けられている。
【００９０】
この光学フィルタ１０は、波面形状可視化用パルスレーザ光源７から出射する波面形状可視化用パルスレーザ光の波長域のみを透過する。それゆえ、光学フィルタ１０は、波面形状可視化用パルスレーザ光の照射により発生するプラズマからの光を取り除くことができる。
【００９１】
また、カメラ１１の焦点は、衝撃波発生装置１００から光学フィルタ１０側の所定の位置に合わされている。それゆえ、衝撃波発生装置１００において衝撃波発生体５の照射面から発生した衝撃波は、シャドウグラフ法により可視化される。
【００９２】
なお、波面形状可視化用パルスレーザ光は、上記シャドウグラフ法に適用されている従来公知のパルスレーザ光であれば、特に限定されないが、例えば、６９４ｎｍの波長域を有するルビーレーザ、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ等が挙げられる。
【００９３】
また、波面形状可視化用レーザ源７の出力、及び、パルス幅は、衝撃波波面形状可視化装置１０１の構成に応じて、適宜設定することができる。具体的には、波面形状可視化用レーザ源７の出力、及び、パルス幅は、５０ｍＪ、及び、３０ｎｓである。
【００９４】
（２−２）本発明の衝撃波発生装置において発生する衝撃波の圧力の測定方法
本発明の衝撃波発生装置において発生する衝撃波の圧力の測定方法としては、従来公知の衝撃波の圧力を測定する方法であれば、特に限定されないが、例えば、Ｍｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器、ＩＣＰ水中爆発センサ等が挙げられる。Ｍｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器は、圧電効果により、衝撃波発生装置１００が発生する衝撃波の圧力を測定するものである。
【００９５】
図３に、上記Ｍｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器を用いて、衝撃波発生装置１００において発生した衝撃波の圧力を測定する方法の一例を示す。図３に示すように、Ｍｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器１２は、衝撃波発生装置１００において、パルスレーザ光照射部１３が衝撃波発生体５に照射するパルスレーザ光の光軸に対して、所定の角度θ傾けて配置されている。そして、衝撃波発生体５の照射面におけるパルスレーザ光の集光位置からＭｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器１２までの距離ｄを変化させることにより、発生する衝撃波の圧力を測定している。
【００９６】
（３）本発明の衝撃波発生装置を備えた結石破砕装置
上述のように、本発明の衝撃波発生装置は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、標的物に対して、同時にかつ高精度に集束する衝撃波を発生させることが可能である。それゆえ、本発明の衝撃波発生装置は、標的物に衝撃波を放射して、当該標的物を除去または破砕する用途に用いることができる。それゆえ、本発明の衝撃波発生装置の用途は、標的物を除去または破砕する目的であれば、特に限定されないが、例えば、結石破砕装置が挙げられる。それゆえ、本発明の衝撃波発生装置は、特に、体内の腎臓結石や胆石を破砕治療するといった医療分野に好適に用いられる。
【００９７】
本発明の結石破砕装置は、衝撃波を体外で発生させて、発生した衝撃波を体内に放射することで、結石を破砕している。また、本発明の結石破砕装置は、衝撃波を全ての照射面から同時に放射し、かつ、標的物に対して高精度に集束させることができるので、容易に、体内の所望の部位に衝撃波をあてることができる。それゆえ、本発明の結石破砕装置を用いた場合、体内の結石周囲の他の臓器の損傷を低減することができる。このため、結石を破砕するに際し、患者の入院期間を短縮することができ、患者の医療費の負担と医療保険への負担とを軽減し、社会全体への経済的効果を生む。
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
本実施の形態の衝撃波発生装置２００は、図１２に示すように、上記実施の形態１の衝撃波発生装置１００の構成と比較して、衝撃波発生体において、パルスレーザ光が照射される面と衝撃波が発生する面とが異なる構成である。
【００９９】
すなわち、衝撃波発生装置２００は、図示しないパルスレーザ光照射部２３と、衝撃波発生部としての衝撃波発生体５５と、液体収容部としての水槽２６と、水槽２６に設けられた照射面形状制御部２４とを備えている。
【０１００】
本実施形態において、「衝撃波発生手段」とは、衝撃波発生部としての衝撃波発生体５５と、液体収容部としての水槽２６とを備えた構成のことをいう。また、上記水槽２６に収容されている液体は、上記パルスレーザ光照射部２３にて照射されるパルスレーザ光を吸収する。また、衝撃波発生体５５は、パルスレーザ光に対して透明である。
【０１０１】
衝撃波発生装置２００において、パルスレーザ光照射部２３は、パルスレーザ光を衝撃波発生体５５に照射する。そして、衝撃波発生体５５の照射面に照射されたパルスレーザ光は、衝撃波発生体５５を通過し、水槽２６に放射される。
【０１０２】
水槽２６に収容された液体は、パルスレーザ光を吸収する。それゆえ、水槽２６に放射されたパルスレーザ光は、水槽２６において衝撃波発生体５５に接する液体に瞬時に吸収され、液体が熱膨張する。この熱膨張により衝撃波が発生する。衝撃波発生装置２００において、この衝撃波は、パルスレーザ光の入射方向と同方向に水槽２６中を伝播し、水槽２６外へ放射される。
【０１０３】
衝撃波発生装置２００では、衝撃波発生体５５の液体と接する面は変更可能であり、この液体と接する面の形状は照射面形状制御部２４により制御されている。それゆえ、照射面形状制御部２４が、衝撃波発生体５５の液体と接する面の形状を変更することで、衝撃波発生装置２００は、変更した面の形状に応じた波面形状の衝撃波を発生させることが可能になる。
【０１０４】
また、上記液体と接する面の形状が変更可能な衝撃波発生体５５の具体的な構成としては、例えば、上記実施の形態１で示した「複数の平面板が互いに移動可能に積層された積層体」、または、「複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた集合体」を適用することができる。
【０１０５】
例えば、衝撃波発生体５５が、複数の平面板が互いに移動可能に積層された積層体である場合、図１２に示すように、照射面形状制御部２４が、衝撃波発生体５５における平面板５６を移動させることで、衝撃波発生体５５の端部の形状が変化し、パルスレーザ光の照射面も変化する。そして、パルスレーザ光の照射面の形状変化に伴い、衝撃波発生体５５の液体と接する面の形状も変化する。例えば、照射面形状制御部２４が、衝撃波発生体５５のパルスレーザ光照射面を、パルスレーザ光入射側に対して凸面の階段状円筒面になるように制御する場合、このパルスレーザ光照射面の形状変更に伴い、衝撃波発生体５５の液体と接する面も階段状円筒面になる。
【０１０６】
また、照射面形状制御部２４は、図１２に示すように、衝撃波発生体５５の液体と接する面を階段状円筒面に制御する以外にも、階段状平面になるように制御することが可能である。また、衝撃波発生体５５が「複数の棒状体が互いに移動可能に束ねられた集合体」である場合には、衝撃波発生体５５の液体と接する面を階段状球面とすることも可能である。
【０１０７】
また、衝撃波発生体５５の液体と接する面が階段状円筒面である場合、波面形状が円筒状の衝撃波が発生する。衝撃波発生体５５の液体と接する面が階段状平面である場合、波面形状が平面状の衝撃波が発生する。衝撃波発生体５５の液体と接する面が階段状球面である場合、上記階段状球面の中心に集束した衝撃波が発生する。
【０１０８】
以上のように、衝撃波発生装置２００は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、衝撃波の波面形状を変化させることで、衝撃波を全ての照射面から同時に放射し、かつ、標的物に対して高精度にかつ同時に集束させることができる。
【０１０９】
また、上記衝撃波発生体５５は、パルスレーザ光に対して透明になるものが好ましい。こうすることで、衝撃波発生装置２００において、衝撃波発生体５５を通過したパルスレーザ光を、直接液体に吸収させて衝撃波を発生させることが可能になる。すなわち、衝撃波発生装置１００において、パルスレーザ光が液体中を通過することなしに衝撃波を発生させることができる。このようなパルスレーザ光と衝撃波発生体５５との組み合わせとしては、例えば、ＧｅまたはＺｎＳｅとＣＯ2レーザとの組み合わせ、ルビーレーザまたはＹＡＧレーザとガラスとの組み合わせが挙げられる。それゆえ、パルスレーザ光としてＣＯ2レーザを適用した場合、上記衝撃波発生体５５は、Ｇｅ、または、ＺｎＳｅからなることが好ましい。
【０１１０】
また、パルスレーザ光を吸収する液体は、適用する波長域のパルスレーザ光を吸収する液体であれば、特に限定されないが、例えば、パルスレーザ光としてＣＯ2レーザを適用する場合、ＣＯ2レーザの波長域である１０．６μｍに高い吸収能を有する、水であることが好ましい。
【０１１１】
以下添付した図面に沿って実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１１２】
〔実施例１〕
まず、本実施例で用いた衝撃波発生装置について説明する。本実施例では、図２に示す衝撃波発生装置を用いている。本実施例で用いた衝撃波発生装置１００における水槽６はアクリル製であり、大きさは１５０ｍｍ×３００ｍｍ×１５０ｍｍである。衝撃波の発生にはパルスレーザ光発生源１（出力５０ｍＪ、パルス幅３０ｎｓ）を用いている。パルスレーザ光発生源１から出た光は焦点距離２００ｍｍの凹レンズ２により、水槽６中の衝撃波発生体５の表面に集束する。このとき、パルスレーザ光は衝撃波発生体５表面に対して垂直に入射する。
【０１１３】
また、衝撃波可視化用装置１０１における波面形状可視化用レーザ源７の光源にはパルスルビーレーザ（出力５０ｍＪ、パルス幅３０ｎｓ）を用いる。波面形状可視化用レーザ源７を出射したパルスレーザ光は凹レンズ８、凸レンズ９で広げられ、水槽６を透過した後、カメラ１１に入る。カメラ１１と水槽６との間には、ルビーレーザ（694nm）の波長域のみを透過する光学フィルタ１０が配置されており、パルスレーザ光照射により発生するプラズマからの光を取り除く。カメラ１１の焦点は、水槽６から光学フィルタ１０側の１４０ｍｍの位置に合わせられており、衝撃波発生体５の照射面から発生する衝撃波は、シャドウグラフ法により可視化される。
【０１１４】
また、図３に、衝撃波発生装置１００において発生した衝撃波をＭｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器１２（Mueller: Mueller-Platte Needle Probe）で測定する方法を示す。圧力検出器をレーザの光軸に対して３０°傾けて配置し、パルスレーザ光照射部１３から出射するパルスレーザ光の集光位置からの距離ｄを変化させて圧力を測定する。
【０１１５】
本実施例では、上述の衝撃波発生装置１００において、衝撃波発生体５として金属平板を用いている。そして、パルスレーザ光照射によりこの金属平板から発生する衝撃波をシャドウグラフ法により可視化し、圧力も測定している。
【０１１６】
図５は、金属平板の表面にパルスレーザ光を照射した際に発生する衝撃波の波面形状をシャドウグラフ法により可視化した写真である。図５（ａ）はパルスレーザ光照射前の写真である。また、図５（ｂ）、図５（ｃ）、及び、図５（ｄ）は、それぞれパルスレーザ光照射から０．４６５μｓ、１．７１５μｓ、及び、２．６０５μｓ後の波面形状の写真である。
【０１１７】
図５において、写真の右側にある黒い部分が金属平板であり、パルスレーザ光は左側から金属平板に対して垂直に入射している。図５（ｃ）、図５（ｄ）では、パルスレーザ光の集光位置を中心とする球状の衝撃波の伝播が観察できる。また、その球状の衝撃波に付随して斜めの衝撃波も確認できる。
【０１１８】
この斜めの衝撃波と金属平板とのなす角度は２９．５°であった。この斜めの衝撃波は、金属平板中の横波の速度が衝撃波の伝播速度よりも大きいために発生する。また、球状の衝撃波の中心に気泡が確認できる。
【０１１９】
図５（ｂ）では、パルスレーザ光の軌跡に沿って衝撃波が発生している。これは、パルスレーザ光を収束させたことにより、それに沿って局所的に水温が上昇したためである。また、図５（ｂ）、図５（ｃ）、及び、図５（ｄ）では、金属平板に平行な衝撃波が発生し、伝播している。これは、パルスレーザ光により金属平板が瞬間的に加熱され、熱膨張したことにより発生したと考えられる。
【０１２０】
次に、金属平板から発生した衝撃波の波面形状をシャドウグラフ法により、経時的に可視化し、各時間における衝撃波の波面形状から、衝撃波の伝播速度を算出した。その結果を図６に示す。図６は、可視化した４１枚のシャドウグラフ写真から球状の衝撃波の半径を測定した結果である。横軸は撮影時刻ｔ、縦軸は球状の衝撃波の半径ｒである。図６から、衝撃波の伝播速度は一定で、１４７６±１６ｍ／ｓであることが分かった。これは、このときの水温１８℃での水の音速１４７６．０４ｍ／ｓとほぼ一致する。
【０１２１】
次に、衝撃波発生装置１００において発生した衝撃波の圧力をＭｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器１２（Mueller: Mueller-Platte Needle Probe）で測定した。図７及び図８にその結果を示す。
【０１２２】
図７は、発生した衝撃波の圧力波形を示したグラフである。これはパルスレーザ光の集光位置からの距離ｄ＝５ｍｍにおいて測定した例である。横軸はパルスレーザ光照射からの時間、縦軸は圧力である。ピーク圧力は１０．９ＭＰａ、半値幅は１２２ｎｓであった。
【０１２３】
また、図８は、発生した衝撃波のピーク圧力の位置的変化を示したグラフである。横軸がパルスレーザ光の集光位置からの距離ｄ、縦軸がピーク圧力ｐMAXである。この結果から、ｐMAXはｄ-n(ｎ＝１．１４)に比例することが分かる。
〔実施例２〕
本実施例では、上記実施例１で用いた衝撃波発生装置１００において、衝撃波発生体５のパルスレーザ光照射面を階段状平面（図４（ａ））とした場合に、照射面から発生する衝撃波の波面形状をシャドウグラフ法により可視化した。なお、本実施例では、パルスレーザ光照射部１３は、上記階段状平面全面にパルスレーザ光を照射している。
【０１２４】
図４（ａ）に示すように、衝撃波発生体１５は、厚さ０．２４ｍｍの金属平板を移動可能に１４枚重ねた（積層した）積層体からなっている。そして、この衝撃波発生体１５は、パルスレーザ光の入射方向に対して、衝撃波発生体の金属平板の面に沿った方向が垂直になるように設けられた。また、この階段状平面に、パルスレーザ光を図４（ａ）の様に照射した。なお、階段状平面の照射面に対するパルスレーザ光の入射角は４０°である。
【０１２５】
パルスレーザ光の照射により階段状平面から発生した衝撃波をシャドウグラフ法により可視化した。その結果を、図９に示す。図９は、上記階段状平面で発生した衝撃波の波面形状をシャドウグラフ法により可視化した写真である。また、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）、及び、図９（ｄ）は、それぞれパルスレーザ光照射から０．３７５μｓ、１．４４μｓ、３．２８μｓ、及び、４．６４μｓ後の波面形状の写真である。なお、本実施例で使用した衝撃波波面形状可視化装置１０１は、上記実施例１のものと同様である。
【０１２６】
図９に示すように、階段状平面のひとつひとつの段差から球状の衝撃波が発生している。また、図９（ｂ）、図９（ｃ）、及び、図９（ｄ）では、各球状衝撃波の包絡面が階段状平面に平行な平面衝撃波を形成していく様子が観察できる。
〔実施例３〕
本実施例では、上記実施例１で用いた衝撃波発生装置１００において、衝撃波発生体５のパルスレーザ光照射面を階段状円筒面（図４（ｃ））とした場合に、照射面から発生する衝撃波の波面形状をシャドウグラフ法により可視化した。また、発生する衝撃波の圧力を測定した。なお、本実施例では、パルスレーザ光照射部１３は、上記階段状円筒面全面にパルスレーザ光を照射している。
【０１２７】
図４（ｃ）に示すように、衝撃波発生体１５は、厚さ０．２４ｍｍの金属平板を移動可能に２１枚重ねた（積層した）積層体からなっている。そして、この衝撃波発生体１５は、パルスレーザ光の入射方向に対して、衝撃波発生体の金属平板の面に沿った方向が平行になるように設けられた。また、この階段状平面に、パルスレーザ光を図４（ａ）の様に照射した。また、この階段状円筒面の曲率半径は４．５ｍｍである。この階段状円筒面全体にパルスレーザ光を照射し、衝撃波を発生させた。
【０１２８】
パルスレーザ光の照射により階段状円筒面から発生した衝撃波をシャドウグラフ法により可視化した。その結果を、図１０に示す。図１０は、上記階段状円筒面で発生した衝撃波の波面形状をシャドウグラフ法により可視化した写真である。図１０（ａ）はパルスレーザ光照射前の写真である。また、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）、図１０（ｅ）、及び、図１０（ｆ）は、それぞれパルスレーザ光照射から０．７５μｓ、１．６１μｓ、２．３９μｓ、３．０１μｓ、及び、５．２０μｓ後の波面形状の写真である。なお、本実施例で使用した衝撃波波面形状可視化装置１０１は、上記実施例１のものと同様である。
【０１２９】
図１０に示すように、階段状円筒面の各段差から、波面形状が球状の衝撃波が発生し、時間経過とともに、各段差から発生した球状衝撃波は、上記階段状円筒面の中心軸に集束した衝撃波を形成していく様子が観察できる。また、この階段状円筒面の曲率半径は４．５ｍｍであり、図１０（ｅ）のｔ＝３．０１μｓにおいて衝撃波はほぼ円筒中心軸に集束していることがわかる。そして、図１０（ｆ）のｔ＝５．２０μｓにおいて、衝撃波が円筒面中心軸を通過している様子が観察できる。
【０１３０】
次に、本実施例において発生した衝撃波の圧力をＭｕｅｌｌｅｒ型圧力検出器１２（Mueller: Mueller-Platte Needle Probe）で測定した。その結果を図１１に示す。図１１は階段状円筒面の中心軸での圧力波形を示す。横軸はパルスレーザ光照射からの時間、縦軸は圧力である。
【０１３１】
図１１に示すように、階段状円筒面で発生した衝撃波のピーク圧力は３．８６ＭＰａ、半値幅は６５ｎｓであった。また、負圧のピーク圧力は−０．６９ＭＰａであった。微小爆発や、放電で発生した衝撃波を回転楕円体の反射板で収束させたときの焦点での圧力波形も、同様に負圧を伴うことが知られている。この負圧は、反射板の縁で発生する膨張波が焦点に収束することで形成されると言われている。実施例１において金属平板で発生した衝撃波と、図１１の階段状円筒面で発生した衝撃波の圧力波形とを比較すると、後者の方が前者に比べて半値幅が小さくなる。また、階段状円筒面で発生した衝撃波のピーク圧力が小さくなるのは、衝撃波が一点に収束せず、階段状円筒面の中心軸上に分布するためである。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
上述のように、本発明の衝撃波発生装置は、衝撃波の伝播速度が場所によって異なる媒質内においても、標的物に対して、同時にかつ高精度に集束する衝撃波を発生させることが可能である。それゆえ、本発明の衝撃波発生装置は、特に、体内の腎臓結石や胆石を破砕治療する結石破砕装置といった医療分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】図１は、本発明に係る実施の一形態の衝撃波発生装置の概略構成を示した模式図である。
【図２】図２は、本発明の衝撃波発生装置において発生する衝撃波の波面形状を可視化するための衝撃波波面形状可視化装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の衝撃波発生装置において発生する衝撃波の圧力を測定するための圧力検出器の概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の衝撃波発生装置における衝撃波発生手段の端部の構成の一例を示す断面図であり、（ａ）及び（ｂ）は、衝撃波発生手段が積層体からなり、かつ、端部の照射面が階段状平面の場合、（ｃ）は、衝撃波発生手段が積層体からなり、かつ、端部の照射面が階段状円筒面の場合、（ｄ）は、衝撃波発生手段が棒状体が束ねられた集合体からなり、かつ、端部の照射面が階段状球面の場合を示す。
【図５】図５は、金属平板の表面にパルスレーザ光を照射した際に発生する衝撃波の波面形状をシャドウグラフ法により可視化した写真であり、（ａ）はパルスレーザ光照射前の写真であり、また、（ｂ）、（ｃ）、及び、（ｄ）は、それぞれパルスレーザ光照射から０．４６５μｓ、１．７１５μｓ、及び、２．６０５μｓ後の波面形状の写真である。
【図６】図６は、金属平板の表面にパルスレーザ光を照射した際に発生する衝撃波のシャドウグラフ写真から球状の衝撃波の半径を測定した結果を示すグラフである。横軸は撮影時刻ｔ、縦軸は球状の衝撃波の半径ｒである。
【図７】図７は、金属平板の表面にパルスレーザ光を照射した際に発生した衝撃波の圧力波形を示したグラフである。横軸はパルスレーザ光照射からの時間、縦軸は圧力である。
【図８】図８は、金属平板の表面にパルスレーザ光を照射した際に発生した衝撃波のピーク圧力の位置的変化を示したグラフである。横軸がパルスレーザ光の集光位置からの距離ｄ、縦軸がピーク圧力ｐMAXである。
【図９】図９は、本発明の衝撃波発生装置において衝撃波発生体手段の照射面を階段状平面に変化させた場合に発生した衝撃波の波面形状を、シャドウグラフ法により可視化した写真であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び、（ｄ）は、それぞれパルスレーザ光照射から０．３７５μｓ、１．４４μｓ、３．２８μｓ、及び、４．６４μｓ後の波面形状の写真である。
【図１０】図１０は、本発明の衝撃波発生装置において衝撃波発生体手段の照射面を階段状円筒面に変化させた場合に発生した衝撃波の波面形状を、シャドウグラフ法により可視化した写真であり、（ａ）はパルスレーザ光照射前の写真であり、また、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、及び、（ｆ）は、それぞれパルスレーザ光照射から０．７５μｓ、１．６１μｓ、２．３９μｓ、３．０１μｓ、及び、５．２０μｓ後の波面形状の写真である。
【図１１】図１１は、階段状円筒面の中心軸での圧力波形を示すグラフである。横軸はパルスレーザ光照射からの時間、縦軸は圧力である。
【図１２】図１２は、本発明に係る他の実施の形態の衝撃波発生装置の概略構成を示した模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の衝撃波発生装置における衝撃波発生手段の端部の構成の一例を示す断面図であり、（ａ）及び（ｂ）は、衝撃波発生手段が積層体からなり、かつ、端部の照射面が斜面の場合、（ｃ）は、衝撃波発生手段が積層体からなり、かつ、端部の照射面が円筒面の場合を示す。
【符号の説明】
【０１３４】
５、１５、２５、３５、４５、５５    衝撃波発生体（衝撃波発生手段）
６    水槽
１３    パルスレーザ光照射部（パルスレーザ光照射手段）
１４    照射面形状制御部（照射面形状制御手段）
１６、２６、４６、５６    平面板（複数の平面板）
３６    棒状体（複数の棒状体）
１００、２００  衝撃波発生装置
１０１  衝撃波波面形状可視化装置
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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