(57)【要約】【課題】液体中に発生させた衝撃波を効率よく反射収束させることができる衝撃波発生装置および衝撃波アブレーションシステムを提供する。【解決手段】光ファイバー(11)と反射部(12)とを備え、反射部内で発生させた衝撃波を反射部外に反射収束させる衝撃波発生装置(10)。反射部(12)は、切断回転面形状からなる凹面(21)と、凹面(21)の回転軸と同軸に設けられ、光ファイバー(11)を挿通する貫通孔(22)とを備えた反射体(20)と、凹面(21)の開口部を封止する封止体(23)と、凹面(21)と封止体(23)の間に充填される液体(24)とを有する。光ファイバー(11)は、先端が凹面(21)の焦点(F)よりも後側であって、凹面(21)で反射した衝撃波が反射部(12)外で収束可能な位置に配置されている。
2019189672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーと反射部とを備え、前記反射部内で発生させた衝撃波を反射部外に反射収束させる衝撃波発生装置であって、
前記反射部は、
一端側に設けられ、長軸を回転軸とする回転楕円面又はこれを修正した曲面を切断した切断回転面形状からなる凹面と、前記回転軸と同軸に設けられ、他端側から前記光ファイバーを挿通する貫通孔とを備えた反射体と、
前記凹面の開口部を封止する封止体と、
前記凹面と前記封止体の間に充填される液体とを有し、
前記光ファイバーは、先端が前記凹面の焦点よりも前記反射部の他端側であって、前記凹面で反射した前記衝撃波が前記反射部外で収束可能な位置に配置されている、
衝撃波発生装置。
【請求項２】
前記光ファイバーは、先端部に円錐台形状のレーザー収束部を備える、
請求項１記載の衝撃波発生装置。
【請求項３】
前記レーザー収束部の先端から前記焦点までの距離Ｌｘが［数１］及び［数２］を満たす、
請求項２記載の衝撃波発生装置。
【数１】
2019189672.tif 000042
【数２】
2019189672.tif 000043
（ただし、［数２］中、「α」はレーザー収束部の軸方向断面で表される等脚台形の成す角度、「ｎｑｔｚ」は光ファイバーのコアの屈折率、「ｎｌｉｑ」は液体の屈折率、「ＮＡ」は光ファイバーの開口数、「Ｍ」はレーザー収束部の基端部におけるコア径、「ｈ」はレーザー収束部の円錐台の高さを表す。）
【請求項４】
前記レーザー収束部の先端から前記焦点までの距離Ｌｘが［数３］及び［数４］を満たす、
請求項２記載の衝撃波発生装置。
【数３】
2019189672.tif 000044
【数４】
2019189672.tif 000045
（ただし、［数４］中、「α」はレーザー収束部の軸方向断面で表される等脚台形の成す角度、「ｎｑｔｚ」は光ファイバーのコアの屈折率、「ｎｌｉｑ」は液体の屈折率、「ＮＡ」は光ファイバーの開口数、「Ｍ」はレーザー収束部の基端部におけるコア径、「ｈ」はレーザー収束部の円錐台の高さを表す。）
【請求項５】
前記凹面が、［数５］及び［数６］によって特定される形状（ｘ1，ｙ1）を、［数５］で表される楕円の長軸を回転軸として回転させることにより得られる曲面を切断した切断回転面である、
請求項１〜４のいずれかに記載の衝撃波発生装置。
【数５】
2019189672.tif 000046
【数６】
2019189672.tif 000047
（ただし、［数６］中、「θ」は、任意の時間における衝撃波の波面をＳ、衝撃波が完全な球状であると仮定した理想衝撃波の波面をＩ、理想衝撃波の中心点をＣ、波面Ｓ及び波面Ｉ上の点であって光ファイバーの中心軸の延長上に位置する点をＳfとした場合に、中心点ＣとＳfとを結ぶ線を基準とする中心点Ｃ周りの角度を表し、「ΔＤ」は、中心点Ｃを通り中心角がθである前記理想衝撃波の半径方向の直線と波面Ｓ及び波面Ｉとの交点をそれぞれＳθ及びＩθとした場合に、交点Ｓθと交点Ｉθとの距離を表す。）
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の衝撃波発生装置と、前記衝撃波発生装置が先端に固定されたカテーテルとを備える、衝撃波アブレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃波発生装置および衝撃波アブレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中にパルスレーザー光を照射し、水中に発生させた衝撃波を反射収束させて、尿路結石や腎臓結石を破砕除去する衝撃波発生装置が知られている。
本発明者は、特許文献１に示すように、光ファイバーと円柱状の反射体とを備え、カテーテルに組み入れ可能な大きさまでに小型化した衝撃波発生装置の開発に成功している。そして、カテーテルを通じて心内膜側から不整脈の原因となる心筋組織、特に、深部の心筋組織を壊死させる不整脈の治療方法を提案している。また、本発明者は、特許文献２に示すように、このような衝撃波発生装置に好ましい光ファイバーを提案している。
さらに、本発明者は、非特許文献１に示すように、光ファイバーの先端形状を円錐台とした場合、テーパ角αによって波面の形状が異なること、及びテーパ角αが大きいほど衝撃波の波面は球形に近くなることを発表している。また、テーパ角αが２０°〜５０°の場合、テーパ角αが小さいほど衝撃波の波面はレーザー出射方向から背後にかけて膨らむこと、及びテーパ角αが３０°〜５０°のときに衝撃波の強度（過剰圧）が最大となったことを発表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６３５２３３号
【特許文献２】特許第５４３５７３９号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】QスイッチHo:YAGレーザ光を用いたファイバ先端形状による水中衝撃波の挙動変化、山本裕朗、高山和喜、下川宏明、平成25年度衝撃波シンポジウム講演論文集 1B2-6
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、従来の衝撃波発生装置では、光ファイバーの先端を反射体の凹面の焦点と一致させるように配置することが一般的であり、かつ、上記衝撃波の波面の歪みについては全く考慮されていなかった。本発明者は、これらの点について詳細な実験を重ねた結果、光ファイバーの先端を凹面の焦点よりも後方の適切な位置に配置することにより、衝撃波を反射部外の一点（収束点）に効率よく反射収束させることができ、衝撃波の過剰圧を飛躍的に向上可能であることを見出した。
すなわち、本発明は、液体中に発生させた衝撃波を効率よく反射収束させることができる衝撃波発生装置および衝撃波アブレーションシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光ファイバーと反射部とを備え、前記反射部内で発生させた衝撃波を反射部外に反射収束させる衝撃波発生装置であって、前記反射部は、一端側に設けられ、長軸を回転軸とする回転楕円面又はこれを修正した曲面を切断した切断回転面形状からなる凹面と、前記回転軸と同軸に設けられ、他端側から前記光ファイバーを挿通する貫通孔とを備える反射体と、前記凹面の開口部を封止する封止体と、前記凹面と前記封止体の間に充填される液体とを有し、前記光ファイバーは、先端が前記凹面の焦点よりも前記反射部の他端側であって、前記凹面で反射した前記衝撃波が前記反射部外で収束可能な位置に配置されていることを特徴としている。
本発明において、「長軸を回転軸とする回転楕円面又はこれを修正した曲面を切断した凹面」とは、回転楕円面又はこれを修正した曲面を回転軸と平行な平面以外で切断することにより得られる凹面をいう。【０００７】
本発明の衝撃波発生装置では、光ファイバーの先端が、凹面の焦点よりも反射部の他端側であって、凹面で反射した衝撃波が反射部外で収束可能な位置に配置されている。このため、光ファイバーの先端からパルスレーザー光を照射して、液体中に衝撃波を発生させる際に、この衝撃波の発生中心と凹面の焦点とを実質的に一致させることができ、この結果、凹面で反射した衝撃波を反射部外の一点に効率よく収束させることができる。【０００８】
本発明の衝撃波発生装置において、光ファイバーが、先端部に円錐台形状のレーザー収束部を備えていることが好ましい。この場合、レーザー収束部の前方にてパルスレーザー光を集光させることができ、液体中により大きな衝撃波を発生させることができる。【０００９】
本発明の衝撃波発生装置において、レーザー収束部の先端から前記焦点までの距離Ｌｘが［数１］及び［数２］を満たすことが好ましい。
【数１】
2019189672.tif 000003
【数２】
2019189672.tif 000004
ただし、［数２］中、「α」はレーザー収束部の軸方向断面で表される等脚台形の成す角度、「ｎｑｔｚ」は光ファイバーのコアの屈折率、「ｎｌｉｑ」は液体の屈折率、「ＮＡ」は光ファイバーの開口数、「Ｍ」はレーザー収束部の基端部におけるコア径、「ｈ」はレーザー収束部の円錐台の高さを表す。
なお、「数２」の条件（I）は、実質的にパルスレーザー光の全てが全反射する条件であり、条件（II）は、パルスレーザー光の一部が全反射し、一部が透過する条件である。
そして、「数２」の条件（I）、（II）における「ｄ」は、それぞれレーザー収束部内を全反射したパルスレーザー光がレーザー収束部の先端から照射されてレーザー収束部の前方で集光したとき、その集光点とレーザー収束部の先端との距離の理論値である。【００１０】
本発明の衝撃波発生装置において、レーザー収束部の先端から前記焦点までの距離Ｌｘが［数３］及び［数４］を満たすことが好ましい。
【数３】
2019189672.tif 000005
【数４】
2019189672.tif 000006
ただし、［数４］中、「α」はレーザー収束部の軸方向断面で表される等脚台形の成す角度、「ｎｑｔｚ」は光ファイバーのコアの屈折率、「ｎｌｉｑ」は液体の屈折率、「ＮＡ」は光ファイバーの開口数、「Ｍ」はレーザー収束部の基端部におけるコア径、「ｈ」はレーザー収束部の円錐台の高さを表す。
なお、「数４」の条件（III）は、ある特定のパルスレーザー光以外のパルスレーザー光がレーザー収束部を透過する条件である。
そして、「数４」において、「ｄ」は、レーザー収束部を透過したパルスレーザー光がレーザー収束部の前方で集光したとき、その集光点とレーザー収束部の先端との距離の理論値である。【００１１】
本発明の衝撃波発生装置において、凹面が、［数５］及び［数６］によって特定される形状（ｘ1，ｙ1）を、［数５］で表される楕円の長軸を回転軸として回転させることにより得られる曲面を切断した切断回転面であるものが好ましい。
【数５】
2019189672.tif 000007
【数６】
2019189672.tif 000008
ただし、［数６］中、「θ」は、任意の時間における衝撃波の波面をＳ、衝撃波が完全な球状であると仮定した理想衝撃波の波面をＩ、理想衝撃波の中心点をＣ、波面Ｓ及び波面Ｉ上の点であって光ファイバーの中心軸の延長上に位置する点をＳfとした場合に、中心点ＣとＳfとを結ぶ線を基準とする中心点Ｃ周りの角度を表し、「ΔＤ」は、中心点Ｃを通り中心角が「θ」である前記理想衝撃波の半径方向の直線と波面Ｓ及び波面Ｉとの交点をそれぞれＳθ及びＩθとした場合に、交点Ｓθと交点Ｉθとの距離を表す。
このように凹面を修正することにより、修正前の回転楕円面の焦点で発生した衝撃波が凹面の各部で反射し、反射部外の一点に収束するまでの伝播距離を等しくすることができるため、衝撃波が非球状であっても効率よく反射収束させることができる。【００１２】
本発明の衝撃波アブレーションシステムは、本発明の衝撃波発生装置と、前記衝撃波発生装置が先端に固定されたカテーテルとを備えることを特徴としている。そのため、衝撃波の過剰圧が高く、不整脈等に対するアブレーション治療に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】衝撃波発生装置の実施形態の一例を示す軸方向の断面図である。
【図２】図２（ａ）は光ファイバーを示す軸方向の断面図であり、図２（ｂ）はその一部拡大図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）は、それぞれ光ファイバー内を進む所定の入射角のパルスレーザー光を示す概略図である。
【図４】図４（ａ）は凹面と封止体との間に形成される空間に充填される液体を灌流するための給排水構造を備えた実施形態を示す正面図であり、図４（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図であり、図４（ｃ）は給排水構造を備えた他の実施形態を示す正面図であり、図４（ｄ）、図４（ｅ）はそれぞれＹ１−Ｙ１線断面図、Ｙ２−Ｙ２線断面図であり、図４（ｆ）は給排水構造を備えたさらに他の実施形態を示す正面図であり、図４（ｇ）はそのＺ−Ｚ線断面図である。
【図５】衝撃波の波面Ｓと理想衝撃波の波面Ｉとを示す概略図である。
【図６】凹面が、回転楕円面を修正した曲面を切断した切断回転面形状である場合の衝撃波の伝播距離を示す、軸方向の概略断面図である。
【図７】理想衝撃波の中心点を求めるために使用した衝撃波の高速度画像である。
【図８】光ファイバーの先端位置と衝撃波の最大過剰圧の関係を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）は光ファイバー（レーザー収束部）の先端の角度αが０°〜６０°の場合における、Ｌｘ/ｄと衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxとの関係を示すグラフであり、図９（ｂ）はＬｘ/ｄと過剰圧の増加率との関係を示すグラフである。
【図１０】角度αが３０°である場合の衝撃波の中心点Ｃの位置（レーザー収束部の先端からの距離ｄの位置）と光ファイバーのコア径Ｍとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）は光ファイバーのコア径が６００μｍの場合、図１１（ｂ）は光ファイバーのコア径が４００μｍの場合、図１１（ｃ）は光ファイバーのコア径が３００μｍの場合における、凹面の開口部から光ファイバーの先端までの距離Ｗと衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxとの関係を示すグラフである。
【図１２】レーザー収束部の先端の角度αが３０°の場合における、角度θと交点Ｓθから交点Ｉθまでの距離ΔＤとの関係を示すグラフである。
【図１３】凹面の開口部からパルスレーザー光の出射方向に距離Ｚだけ離れた位置における衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．第１の実施形態
初めに、衝撃波発生装置１０の第１の実施形態について説明する。
図１の衝撃波発生装置１０は、光ファイバー１１と、反射部１２とを備えている。図１の衝撃波発生装置１０におけるパルスレーザー光の出射方向（図１の左側）を前方、その反対方向（図１の右側）を後方とする。
反射部１２は、一端側（前側）に設けられ、長軸を回転軸とする回転楕円面又はこれを修正した曲面を切断した凹面２１と、凹面２１の回転軸と同軸に設けられ、他端側（後側）から光ファイバー１１を挿通する貫通孔２２とを備えた反射体２０と、凹面２１の開口部を封止する封止体２３と、凹面２１と封止体２３との間に充填される液体２４とを有する。
光ファイバー１１は、貫通孔２２に挿通されるため、その中心軸は凹面２１の回転軸と一致することとなる。また、光ファイバー１１の先端（前側の端部）は、反射部１２内、詳しくは凹面２１と封止体２３とに形成される空間内であって、凹面２１の焦点Ｆよりも後側（図１の右側）に配置される。
この衝撃波発生装置１０は、光ファイバー１１を通して凹面２１と封止体２３の間に充填された液体２４にパルスレーザー光を照射することにより、液体中に衝撃波を発生させ、その衝撃波を凹面２１で反射させて反射部１２外の一点に収束させる。これにより、例えば、患部が心筋組織の深層に存在していても、患部組織を壊死させることができる。
この衝撃波発生装置は、比較的構造がシンプルであるため、小型化可能で、容易にカテーテル１４の先端に取り付けることができる。この場合、不整脈等に対するアブレーション治療に適用可能な衝撃波アブレーションシステムとして利用することができる。
【００１５】
光ファイバー１１は、図２（ａ）に示すように、線状の本体部１６と、その先端部（パルスレーザー光出射側の端部）に設けられたレーザー収束部１７とから構成されることが好ましい。本体部１６は、コア１６ａと、その外周に設けられたクラッド１６ｂとを備えている。また、本体部１６は、可撓性を有している。なお、クラッド１６ｂの外周に被覆を設けてもよい。
光ファイバー１１のコア１６ａは、特に制限されることなく、樹脂製やガラス製のものを用いることができるが、石英製のもの、特に脱水酸基処理を施した石英製のものが好ましい。なお、コア１６ａの屈折率ｎｑｔｚは、好ましくは１．３〜１．８であり、より好ましくは１．４〜１．６である。また、コア１６ａの径（以下、「コア径」という。）Ｍは、好ましくは１０μｍ〜２０００μｍであり、より好ましくは５０μｍ〜１０００μｍであり、特に好ましくは１００μｍ〜６００μｍである。
一方、クラッド１６ｂは、コア１６ａの屈折率ｎｑｔｚよりも低いものであれば特に制限されることはなく、樹脂製やガラス製のものを用いることができるが、石英製のものが好ましい。なお、クラッド１６ｂの屈折率は、好ましくは１．０〜１．５であり、より好ましくは、１．３〜１．４である。なお、光ファイバー１１の本体の開口数ＮＡは、０〜０．９となるようにするのが好ましく、０〜０．３となるようにするのがより好ましい。
【００１６】
レーザー収束部１７は、先端に向かって直径が小さくなるように構成することが好ましい。例えば、特許文献２に記載される光ファイバーのように、先端が軸方向に対して垂直な平面となっており、かつ、軸方向に沿った断面（以下、「軸方向断面」という。）において、側辺の変形方向に対する内角が先端に向かって徐々に小さくなるように構成してもよい。しかしながら、図２（ｂ）に示すように、先端に向かって径が小さくなる円錐台形状に構成することがより好ましい。この場合、レーザー収束部１７と、本体部１６とは同軸である。このようにレーザー収束部１７の軸方向断面で表される形状を略等脚台形とすることにより、つまり、台形の両側辺１７ｂを実質的に同一角度で傾斜させ、かつ、先端面１７ａ（短底）を平坦にすることにより、レーザー収束部１７の前方において、効率的にパルスレーザー光を集光させることができる。詳しくは、レーザー収束部１７の側辺１７ｂの内面で全反射するパルスレーザー光が、レーザー収束部１７内で集光され、レーザー収束部の先端面１７ａから照射される。そして、レーザー収束部の先端面１７ａから照射されたパルスレーザー光が、レーザー収束部１７の前方に集光する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。一方、レーザー収束部１７を透過するパルスレーザー光は、レーザー収束部１７の側辺１７ｂを透過して、レーザー収束部１７の前方に集光する（図３（ｃ）参照）。このようにレーザー収束部１７は、パルスレーザー光がレーザー収束部１７を全反射する、または、透過するに関わらず、レーザー収束部１７の前方において、パルスレーザー光を収束させることができる。
なお、レーザー収束部１７のコアの表面は鏡面で、微細な亀裂や凹凸が無いことが好ましい。このようにレーザー収束部１７のコアの表面を鏡面とすることにより、界面でのパルスレーザー光の吸収を防ぐことができる。また、レーザー収束部１７のコアの表面に微細な亀裂や凹凸に水が入り込み、その亀裂を起点としたレーザー収束部１７の破壊を防止することができる。ここで、鏡面とは、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下、好ましくは０．０１μｍ以下である状態をいう。このような鏡面は、機械研磨、レーザーポリッシュ、割断法、アニーリング処理などの公知の方法により形成することができる。例えば、機械研磨で鏡面を形成する場合、平均粒径の異なる複数の研磨剤を用いて研磨することにより形成することができる。より具体的には、平均粒径の大きい研磨剤から順番に使用して、最終的に、平均粒径が１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下の研磨剤で研磨することにより形成することができる。さらに、アニーリング処理をすることで、研磨時に生じた微細な亀裂や凹凸を無くすことができる。
【００１７】
レーザー収束部１７の軸方向断面における等脚台形の両側辺１７ｂの成す角度（テーパ角）αは、５°〜８０°、好ましくは１０°〜７０°、特に好ましくは１５°〜６５°である。
このように角度αを５°〜８０°とすることで、パルスレーザー光が効率的に収束し、より大きな衝撃波を生じさせることができる。角度αが５°より小さいと、パルスレーザー光を十分に収束させることができず、大きな衝撃波を得られない。一方、角度αが８０°より大きいと、レーザー収束部１７の内部においてパルスレーザー光が収束してしまい、同様に、大きな衝撃波を得られない。さらに、衝撃波の発生中心が光ファイバーのレーザー収束部１７の先端に近くなり、光ファイバーが損傷しやすくなる。
【００１８】
一方、レーザー収束部１７の軸方向断面における等脚台形の高さｈは、［数７］を満たすことが好ましい。
【数７】
2019189672.tif 000009
ただし、［数７］中、「Ｍ」はレーザー収束部の基端部（光ファイバーの本体）のコア径、「ＮＡ」は光ファイバーの本体の開口数、「ｎｑｔｚ」は光ファイバーのコアの屈折率を表す。
高さｈが［数７］を満たさないと、光ファイバー１１の内部でパルスレーザー光が収束し、光ファイバー１１が破壊されるおそれがある。例えば、使用する光ファイバーのコア径Ｍが４００μｍ、αが３０°、開口数ＮＡが０．２２、コアの屈折率ｎｑｔｚが１．４３７の場合、高さｈの上限は、０．３ｍｍ以下、好ましくは０．２８ｍｍ以下、特に好ましくは０．２５ｍｍ以下である。
一方、高さｈが小さすぎると、パルスレーザー光を十分に集光させることができず、大きな衝撃波が得られない。高さｈの下限としては、光ファイバーの条件によっても異なるが、一般的に、０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上、特に好ましくは０．１５ｍｍ以上である。
【００１９】
図１に戻って、本発明の衝撃波発生装置１０において、光ファイバー１１は、その先端（パルスレーザー光出射側の端部）が反射部１２内であって、凹面２１の焦点Ｆよりも後側（図１の右側）に配置される。特に、レーザー収束部１７の先端と焦点Ｆとの距離Ｌｘが次の［数１］及び［数２］を満たすように配置するのが好ましい。
【数１】
2019189672.tif 000010
【数２】
2019189672.tif 000011
ただし、［数２］中、「α」はレーザー収束部の軸方向断面で表される等脚台形の成す角度、「ｎｑｔｚ」は光ファイバーのコアの屈折率、「ｎｌｉｑ」は液体の屈折率、「ＮＡ」は光ファイバーの開口数、「Ｍ」はレーザー収束部の基端部におけるコア径、「ｈ」はレーザー収束部の円錐台の高さを表す。
【００２０】
ここで「数２」の条件（I）は、レーザー収束部１７の側辺（傾斜面）１７ｂでパルスレーザー光の全てが全反射する条件である。
詳しくは、図３（ａ）に示すように、開口数ＮＡの光ファイバー１１内を臨界角度θ１で進むパルスレーザー光であって、レーザー収束部１７の側辺１７ｂに対して入射角θｍｉｎ（０．５π−（０．５α＋θ１））で入射するパルスレーザー光Ｌ１が全反射する。その条件は、
【数８】
2019189672.tif 000012
となり、これらから
【数９】
2019189672.tif 000013
となる。
そして、次の［数１０］は、この条件において、全反射したパルスレーザー光Ｌ１’がレーザー収束部１７の先端から放射され、その放射されたパルスレーザーＬ１’’がレーザー収束部１７の前方で集光したときの集光点とレーザー収束部１７の先端との距離ｄ（図３（ａ）におけるｄ１）の理論値を表す。
【数１０】
2019189672.tif 000014
条件（I）は、全てのパルスレーザー光がレーザー収束部１７内で全反射しているため、条件（II）、（III）に比べてエネルギーの損失が一番小さい。
【００２１】
「数２」の条件（II）は、レーザー収束部１７の側辺（傾斜面）１７ｂでパルスレーザー光の一部が全反射し、一部が透過する条件である。
詳しくは、図３（ａ）に示すように、開口数ＮＡの光ファイバー１１内を臨界角度θ１で進むパルスレーザー光であって、レーザー収束部１７の側辺１７ｂに対して入射角θｍｉｎ（０．５π−（０．５α＋θ１））で入射するパルスレーザー光Ｌ１が透過する。その条件は、
【数１１】
2019189672.tif 000015
となる。これから
【数１２】
2019189672.tif 000016
となる。
そして、図３（ｂ）に示すように、光ファイバー１１内を軸と平行に進むパルスレーザー光Ｌ２（入射角θｐａｒ）が全反射する。その条件は、
【数１３】
2019189672.tif 000017
となる。
つまり、レーザー収束部１７の側辺１７ｂに対して入射角度が、角度θｍｉｎ（０．５π−（０．５α＋θ1））より大きく、角度θｐａｒ（０．５π−０．５α）より小さく入射するパルスレーザー光がレーザー収束部１７の側辺１７ｂを透過し、角度θｐａｒ（０．５π−０．５α）以上で入射するパルスレーザー光がレーザー収束部１７の側辺１７ｂで全反射する。
そして、次の［数１４］は、この条件において、全反射した一部のパルスレーザー光Ｌ２’がレーザー収束部１７の先端から放射され、その放射されたパルスレーザー光Ｌ２’’がレーザー収束部１７の前方で集光したときの集光点とレーザー収束部１７の先端との距離ｄ（図３（ｂ）におけるｄ２）の理論値を表す。
【数１４】
2019189672.tif 000018
なお、条件（II）では、レーザー収束部１７のテーパ角αが増加するにつれてレーザー収束部１７の側辺１７ｂでのパルスレーザー光の全反射が急激に低下し、レーザー収束部１７を透過したパルスレーザー光の影響が大きくなることが実験的に確認されている。そのため、条件（II）では、レーザー収束部１７のテーパ角αは５０°以下、好ましくは４５°以下、特に好ましくは４０°以下とするのが良い。
【００２２】
以上の関係より、「数２」の条件（I）、（II）においてレーザー収束部１７と焦点Ｆとの距離Ｌｘが、この理論値ｄと一致した場合、すなわち、Ｌｘ＝ｄの関係が成り立つ場合、凹面２１で反射した衝撃波を反射部１２外の一点に収束させることができ、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを最大化できると考えられる。ただし、実際の衝撃波発生装置１０においては、使用するパルスレーザー光の種類や封止体２３の特性、液体２４の吸収率などの影響により、必ずしもＬｘ＝ｄの関係が成立する場合に、最大過剰圧Ｐmaxが最大化するとは限らない。さらに、「数２」の条件（II）では、レーザー収束部１７を透過した一部のパルスレーザー光の影響もある。このため、レーザー収束部１７の先端の位置は、Ｌｘ＝ｄとなる位置を中心に適宜調整することが好ましい。なお、本発明者は、条件（I）において、距離Ｌｘが理論値ｄの０倍より大きい、好ましくは０．４倍以上、より好ましくは０．５倍以上で、かつ、１．５倍以下、好ましくは１．４倍以下、より好ましくは１．２倍以下となる範囲内で、最大過剰圧Ｐmaxの最大値が得られることを実験的に確認している。また条件（II）においては、距離Ｌｘが理論値ｄの０倍より大きい、好ましくは０．４倍以上、より好ましくは０．５倍以上で、かつ、１．５倍以下、好ましくは１．３倍以下、より好ましくは１．２倍以下となる範囲内で、最大過剰圧Ｐmaxの最大値が得られることを実験的に確認している。
【００２３】
「数２」の条件（I）、（II）は、レーザー収束部１７内を全反射したパルスレーザー光が集光する条件である。一方、本発明者は、レーザー収束部１７を透過したパルスレーザー光も、レーザー収束部１７の前方で集光することを実験的に確認した。そのため、レーザー収束部１７の先端と焦点Ｆとの距離Ｌｘが次の［数３］及び［数４］を満たすように配置させてもよい。
【数３】
2019189672.tif 000019
【数４】
2019189672.tif 000020
ただし、［数４］中、「α」はレーザー収束部の軸方向断面で表される等脚台形の成す角度、「ｎｑｔｚ」は光ファイバーのコアの屈折率、「ｎｌｉｑ」は液体の屈折率、「ＮＡ」は光ファイバーの開口数、「Ｍ」はレーザー収束部の基端部におけるコア径、「ｈ」はレーザー収束部の円錐台の高さを表す。
【００２４】
「数４」の条件（III）は、レーザー収束部１７の側辺１７ｂをパルスレーザー光のほぼ全部が透過する条件である。
詳しくは、図３（ｃ）に示すように、光ファイバー１１内を軸と平行に進むパルスレーザー光Ｌ２（入射角θｐａｒ）が透過する。その条件は、
【数１５】
2019189672.tif 000021
となる。
さらに、図３（ｄ）に示すように、開口数ＮＡの光ファイバー１１内を臨界角度θ１で進むパルスレーザー光であって、レーザー収束部１７の側辺１７ｂに対して入射角θｍａｘ（０．５π−（０．５α−θ１））で入射するパルスレーザー光Ｌ３が全反射する。その条件は、
【数１６】
2019189672.tif 000022
つまり、レーザー収束部１７の側辺１７ｂに対して入射角度が、角度θｍａｘ（０．５π−（０．５α−θ1））で入射するパルスレーザー光のみがレーザー収束部１７の側辺１７ｂで全反射し、それ以外は透過する。
そして、次の［数１５］は、この条件において、レーザー収束部１７の側辺１７ｂを透過したパルスレーザー光Ｌ２’’’が集光したとき、その集光点とレーザー収束部１７の先端との距離ｄ（図３（ｃ）におけるｄ３）の理論値を表す。
【数１７】
2019189672.tif 000023
【００２５】
「数４」の条件（III）においても、レーザー収束部１７と焦点Ｆとの距離Ｌｘが、この理論値ｄと一致した場合、すなわち、Ｌｘ＝ｄの関係が成り立つ場合、凹面２１で反射した衝撃波を反射部１２外の一点に収束させることができ、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを最大化できると考えられる。ただし、この場合も、実際の衝撃波発生装置１０においては、使用するパルスレーザー光の種類や封止体２３の特性、液体２４の吸収率などの影響により、必ずしもＬｘ＝ｄの関係が成立する場合に、最大過剰圧Ｐmaxが最大化するとは限らない。さらに、「数４」の条件（III）では、レーザー収束部１７を全反射した特定のパルスレーザー光の影響もある。このため、レーザー収束部１７の先端の位置は、Ｌｘ＝ｄとなる位置を中心に適宜調整することが好ましい。なお、本発明者は、（III）の条件の場合、距離Ｌｘが理論値ｄの０より大きい、好ましくは０．５倍以上、より好ましくは０．７倍以上で、かつ、２．４倍以下、好ましくは１．７５倍以下、より好ましくは１．６倍以下となる範囲内で、最大過剰圧Ｐmaxの最大値が得られることを実験的に確認している。
【００２６】
以上より、本発明の衝撃波発生装置１０においては、液体中に光ファイバーを通してパルスレーザー光を照射し、液体中に発生させた衝撃波の中心点Ｃが、凹面２１の焦点Ｆと一致する、ないしは凹面２１の焦点Ｆのきわめて近傍に位置することとなるため、凹面２１で反射した衝撃波を反射部１２外の一点に効率よく収束させることができ、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを飛躍的に向上させることが可能となる。
【００２７】
次に、反射部１２について説明する。反射部１２は、外観が円柱状であり、反射体２０、封止体２３及び液体２４を備える。反射体２０は、前側に凹面２１が形成されている。この凹面２１の開口部は、液体２４が充填された状態で封止体２３により封止される。また、反射体２０は、後側から凹面２１に向かって反射体２０の中心軸と同軸に貫通孔２２が形成されている。このように反射部１２は、構造がシンプルで小型化可能であるため、容易にカテーテル１４の先端に取り付けることができる。
凹面２１は、回転湾曲面を、衝撃波の伝播方向側（前側）が開口するように、回転軸に垂直な平面又は傾斜角を持った平面等で切断した切断回転曲面形状である。好ましくは、回転軸に垂直な平面で切断した切断回転曲面である。凹面２１の回転軸は、貫通孔２２と同軸である。
回転湾曲面としては、［数５］を満たす楕円形の長軸を回転軸とした形状が挙げられる。
【数５】
2019189672.tif 000024
凹面２１が、切断回転楕円面形状である場合、光ファイバー１１のレーザー収束部１７の先端は、［数５］の座標において、
2019189672.tif 000025
の位置に配置される。
【００２８】
［数５］で表される楕円形状は、短径ｂの上限が、５０ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、特に好ましくは２．８ｍｍ以下である。なお、衝撃波発生装置を小型化できることから短径は小さい方が良いが、反射部１２外の収束点が反射部１２に近すぎると治療効果が小さくなるため、短径ｂの下限は、１．０ｍｍ以上、好ましくは１．５ｍｍ以上、特に好ましくは２．０ｍｍ以上である。
［数５］で表される楕円形状の長短径比（a／b）は、１．２を超えて２．０未満、好ましくは１．３を超えて１．６未満、特に好ましくは１．４を超えて１．６未満である。a／bが２．０以上では、衝撃波の収束角度が浅くなり、高圧発生領域が軸方向に細長く伸びた形状となる。一方、a／bが１．２以下では、衝撃波は鋭い収束を示すが、焦点距離が短くなってしまう。
【００２９】
反射体２０の外径の上限は、７５ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下、特に好ましくは３．５ｍｍ以下、３ｍｍ以下である。一方、反射体２０の外径の下限は、１．５ｍｍ以上、好ましくは２．５ｍｍ以上、特に好ましくは２．５ｍｍ以上である。反射体２０の外径が７５ｍｍを超えると、カテーテル内を通すことが困難になる。一方、反射体２０の外径が１．５ｍｍ未満だと、衝撃波を反射収束する十分な凹面を作成することが困難になる。
【００３０】
反射体２０の材質としては、特に限定されないが、アクリル等の合成樹脂、真鍮やステンレス等の金属が挙げられる。金属を用いる場合、反射体２０の凹面２１を鏡面化させることで、衝撃波の反射率を向上させることができる。また、金属と液体との音響インピーダンスの差が大きいので、同様に衝撃波の反射率を向上させることができる。一方、合成樹脂を用いる場合、加工性に優れる等の利点がある。なお、反射体２０の凹面２１にメッキ処理等で金属膜を形成することで、衝撃波の反射率を向上させることができる。
なお、貫通孔２２は、使用する光ファイバー１１の外径に応じて、適宜大きさ（内径）を調整することが必要となる。
【００３１】
封止体２３は、従来公知のものであり、弾性を有する合成樹脂製薄膜等を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂や、ビニルメチルシリコーン、メチルシリコーン、フェニル・メチルシリコーン等のシリコーンゴムの薄膜等を用いることができる。なお、薄膜の厚さは、その材質に応じて適宜選択されるものであるが、概ね０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍとするのが好ましく、０．１０ｍｍ〜０．１７ｍｍとするのがより好ましい。
また、液体２４は、従来公知のものであり、水、生理食塩水等が挙げられ、純水が好ましく、特に真空脱気処理をした超純水が好ましく挙げられる。なお、液体２４の屈折率は、光ファイバーのコアより低く、具体的には、１．０〜１．５であり、好ましくは、１．３〜１．４である。
【００３２】
なお、凹面２１及び封止体２３との間に形成される空間内に、液体２４を灌流するため、給水管及び排水管（図示せず）と前記空間とを連通する給排水構造を設けてもよい。この給排水構造としては、特に制限されることはないが、図４（ａ）〜（ｇ）に示すように、給水管と連結する給水管連結部３１と、排水管と連結する排水管連結部３２とを備えているものを用いることができる。図４（ａ）及び（ｂ）では、凹面２１側で貫通孔２２の前部２２ａの直径を光ファイバー１１の直径よりも大きくし（光ファイバー１１の直径の２〜３倍程度とし）、この貫通孔２２から分岐する形で給水管連結部３１及び排水管連結部３２を形成している。また、図４（ｃ）〜（ｅ）では、同様に、凹面２１側で貫通孔２２の直径を光ファイバー１１の直径よりも大きくし、この貫通孔２２から分岐する形で給水管連結部３１及び排水管連結部３２を形成しており、かつ、光ファイバー１１を固定する固定部材３３が設けられている。そして、固定部材３３により、貫通孔２２と給水管連結部３１及び排水管連結部３２とを仕切っている。さらに、図４（ｆ）及び（ｇ）では、貫通孔２２とは別に給水管連結部３１及び排水管連結部３２を形成している。
【００３３】
以上より、衝撃波発生装置１０は、光ファイバー１１のレーザー収束部１７の先端が凹面２１内の焦点Ｆから後側に距離Ｌｘの位置に固定されているため、レーザー収束部１７の先端からパルスレーザー光を照射して、凹面２１内の液体２４中に衝撃波を発生させたとき、衝撃波の中心点Ｃと焦点Ｆとを実質的に一致させることができ、効率よく凹面２１で反射した衝撃波を反射部１２外の一点に収束させることができる。
【００３４】
２．第２の実施形態
次に、衝撃波発生装置１０の第２の実施形態を説明する。この実施形態では、凹面２１が上述した回転楕円面を修正した曲面を切断した切断回転曲面形状となっている。他の構成は第１の実施形態と同じである。
上述したように、衝撃波発生装置１０によって発生する衝撃波の波面は、レーザー出射方向から背後にかけて膨らむ等の歪みが生じ、非球状となる。このため、第１の実施形態のように凹面２１が回転楕円面を切断した切断回転面形状である場合には、凹面２１の各部で反射した衝撃波が反射部１２外の一点に収束するまでの伝播距離に相違が生じ、衝撃波を効率よく反射収束させることが困難となる。このような場合、衝撃波の伝播距離を等しくするため、凹面２１として、回転楕円面を修正した曲面を切断した切断回転面形状を用いることが好ましい。
回転楕円面の修正は、発生した衝撃波を反射部１２外の一点に、効率よく反射収束させることができる限り特に制限されることはない。例えば、実際に衝撃波発生装置を作製し、これによる実験データに基づいて修正してもよく、コンピュータによるシミュレーションの結果に基づいて修正してもよい。ただし、衝撃波発生装置を工業的に製造することを考慮すると、以下の［数５］及び［数６］に基づいて修正することが望ましい。
つまり、凹面２１として、［数５］及び［数６］によって特定される形状（ｘ１，ｙ１）を、［数５］で表される楕円の長軸を回転軸として回転させることにより得られる曲面を切断した切断回転曲面を用いることが好ましい。
【数５】
2019189672.tif 000026
【数６】
2019189672.tif 000027
ただし、［数６］中、「θ」は、任意の時間における衝撃波の波面をＳ、衝撃波が完全な球状であると仮定した理想衝撃波の波面をＩ、理想衝撃波の中心点をＣ、波面Ｓ及び波面Ｉ上の点であって光ファイバーの中心軸の延長上に位置する点をＳfとした場合に、中心点ＣとＳfとを結ぶ線を基準とする中心点Ｃ周りの角度を表し、「ΔＤ」は、中心点Ｃを通り中心角がθである前記理想衝撃波の半径方向の直線と波面Ｓ及び波面Ｉとの交点をそれぞれＳθ及びＩθとした場合に、交点Ｓθと交点Ｉθとの距離を表す。
【００３５】
このように回転楕円面を修正することにより、修正前の回転楕円面の焦点Ｆ又はその近傍で発生した衝撃波が凹面２１の各部で反射し、反射部１２外の一点に収束するまでの伝播距離を等しくすることができる。この結果、光ファイバー１１の先端に発生する衝撃波が非球状であっても、衝撃波を効率よく収束させることができる。
【００３６】
次に、第２の実施形態の衝撃波発生装置の凹面２１の形状の算出方法について、図５、図６を参照しながら説明する。この算出方法には、
（１）光ファイバー１１を通して液体２４にパルスレーザー光を照射することにより発生させた衝撃波の波面Ｓを求める工程（工程１）と、
（２）凹面２１の開口側（前側）において、衝撃波の波面Ｓと光ファイバー１１の中心軸の延長線とが交差する交点Ｓｆを求める工程（工程２）と、
（３）理想衝撃波の中心点Ｃを認定する工程（工程３）と、
（４）中心点Ｃを中心とし、かつ、交点Ｓｆを通る理想衝撃波の波面Ｉを求める工程（工程４）と、
（５）理想衝撃波の中心点Ｃと交点Ｓｆとを結ぶ線を基準とする中心角θと、衝撃波の波面Ｓ上の点Ｓθと理想衝撃波の波面上の点Ｉθとの距離ΔＤとの関係を求める工程（工程５）と、
（６）［数５］の式で表される楕円形状（ｘ、ｙ）を、楕円形状の焦点Ｆと中心点Ｃとを一致させた上で、前記関係に基づいて、［数６］の式を満たす形状（ｘ１、ｙ１）に修正する工程（工程６）と、
（７）前記修正した形状を、［数５］の式で表される楕円の長軸を回転軸として回転させることによって得られる曲面を切断して、切断回転面を得る工程（工程７）と、
が含まれる。
【数５】
2019189672.tif 000028
【数６】
2019189672.tif 000029
【００３７】
（１）工程１
工程１は、光ファイバー１１を通して液体２４にパルスレーザー光を照射して発生させた衝撃波の波面Ｓを求める工程である。波面Ｓを求める方法は、特に制限されることはないが、高速度カメラ等を用いて、光ファイバー１１からパルスレーザー光を照射して液体中に発生させた衝撃波の高速度画像を取得することにより求めることができる。なお、高速度画像は、立体像であっても、回転軸断面に表される平面像であってもよい。
【００３８】
（２）工程２
工程２は、衝撃波の波面Ｓと光ファイバー１１中心軸の延長線とが交差する凹面２１の開口側（前側）の交点Ｓｆを求める工程である。図５に示すように、この波面Ｓと光ファイバー（レーザー収束部１７）の中心軸とが交差する前側（図５の下側）の点が交点Ｓｆとなる。
【００３９】
（３）工程３
工程３は、完全な球状であると仮定した場合の衝撃波（以下、「理想衝撃波」という）の中心点Ｃを認定する工程である。
この工程では、凹面２１として切断回転楕円面を用意し、光ファイバー１１の中心軸が切断回転楕円面の回転軸と同軸になるように調整した後、光ファイバー１１（レーザー収束部１７）の先端を凹面２１の焦点Ｆ（切断回転楕円面の焦点のうち反射部１２内に位置する焦点）よりも後側の任意の位置に固定する。この際、レーザー収束部１７の形状等によって理論上求めことができる衝撃波の中心点Ｃが凹面２１の焦点Ｆと一致するように、すなわち、Ｌｘ＝ｄの関係を満たすように、レーザー収束部１７の先端を配置することが好ましい。この状態で衝撃波を発生させ、反射部１２外の一点（切断回転楕円面の焦点のうち反射部１２外に位置する焦点）に反射収束させた衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを、圧力センサー等により測定する。その後、レーザー収束部１７を回転軸方向に移動させ、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxが最大となる位置求める。そして、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxが最大となった位置を、衝撃波の中心点Ｃと凹面２１の焦点Ｆとが一致したものとし、この位置を理想衝撃波の中心点Ｃと認定する。
なお、このようにして理想衝撃波の中心点Ｃを求める場合、工程３は、工程１および工程２とは独立しているため、工程１および工程２より先に行っても、後に行ってもよく、同時に行ってもよい。
【００４０】
なお、理想衝撃波の中心点Ｃは、工程１で取得した高速度画像から幾何学的に求めることもできる。
具体的には、図７に示すように、衝撃波の波面Ｓ上の任意の点の接線を求めた後、その点を通り接線方向に直角な線と光ファイバー１１の中心軸の延長線との交点を求め、この交点を理想衝撃波の波面Ｉの中心点Ｃと認定する。この方法では、衝撃波の波面Ｓ上の複数の任意の点に対して同様の作業を行い、中心点Ｃを認定するのが好ましい。この場合、交点が一致するのが好ましいが、交点がある範囲を示す場合は、光ファイバーの軸の延長上の点であって、それらの中心に一番近い点を理想衝撃波の中心点Ｃと認定する。
また、工程１で取得した高速度画像から衝撃波の波面Ｓによって画定される形状の重心を求め、その重心を中心点Ｃと認定してもよい。この場合も、重心が光ファイバー１１の中心軸の延長線上から外れる場合は、その延長線に一番近い点を理想衝撃波の中心点Ｃと認定する。
【００４１】
（４）工程４
工程４は、図５に戻って、理想衝撃波の中心点Ｃと交点Ｓｆを求めた後、交点Ｓｆを通る理想衝撃波の波面Ｉを求める工程である。具体的には、理想衝撃波の波面Ｉは、中心点Ｃを中心とし、中心点Ｃから交点Ｓｆまでの距離を半径とする円を描くことにより求めることができる。
【００４２】
（５）工程５
工程５は、理想衝撃波の中心点Ｃと交点Ｓfとを結ぶ直線を基準とする中心角θと、衝撃波の波面Ｓ上の点Ｓθと理想衝撃波の波面Ｉ上の点Ｉθ間の距離ΔＤとの関係を求める工程である。ここで、交点Ｓθ及び交点Ｉθは、それぞれ、中心点Ｃを通り中心角がθである理想衝撃波の半径方向の直線と波面Ｓ及び波面Ｉとの交点を示す。これらの関係は参照表又は参照グラフを作成することにより求めることが好ましい。なお、角度θは、０°〜１８０°とするのが好ましい。
【００４３】
（６）工程６
工程６は、［数５］の式で表される楕円形状（ｘ、ｙ）を、この楕円形状の焦点Ｆ（上述した切断回転楕円面の焦点のうち、反射部１２内に位置する焦点に対応する焦点）と理想衝撃波の中心点Ｃとを重ねた上で、工程５で求めた関係に基づいて、［数６］の式を満たす形状（ｘ１、ｙ１）に修正する工程である。［数５］の式で表される楕円形状（ｘ、ｙ）にこのような修正を加えた上で凹面２１を形成することにより、図６に示すように、発生した非球状の衝撃波が凹面２１の各部で反射して反射部１２外の一点に収束する際の伝播距離を等しくすることができる。
【数５】
2019189672.tif 000030
【数６】
2019189672.tif 000031
ここで［数５］の式で表される楕円の中心を原点（０、０）とすると、この楕円の焦点Ｆは
2019189672.tif 000032
と表される。これにより、次の［数１８］及び［数１９］の式を導くことができる。
【数１８】
2019189672.tif 000033
【数１９】
2019189672.tif 000034
これらのsinθ及びcosθを用いて、［数５］の楕円形状を修正することになる。
【００４４】
（７）工程７
工程７は、上述のようにして修正した形状を、［数５］の式で表される楕円の長軸を回転軸として回転させることにより得られる曲面を切断して、切断回転面を得る工程である。
【００４５】
以上の工程に従って、凹面２１を形成することにより、修正前の回転楕円面の焦点Ｆ又はその近傍で発生した衝撃波が凹面２１の各部で反射し、反射部１２外の一点に収束するまでの伝播距離を等しくすることができる。この結果、光ファイバー１１の先端に発生する衝撃波が非球状であっても、衝撃波を効率よく収束させることができ、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを飛躍的に向上させることが可能となる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。
［実施例１−１〜１−１０、比較例１−１〜１−４］
はじめに、上述した構成を備える衝撃波発生装置１０を用意し、光ファイバー１１（レーザー収束部１７）の先端の最適な位置を確認した。
この衝撃波発生装置１０における反射部１２は、一端側に設けられ、長軸を回転軸とする回転楕円面を切断した切断回転面形状からなる凹面２１と、この回転軸と同軸に設けられ、他端側から光ファイバー１１を挿通する貫通孔２２とを備えた反射体２０と、凹面２１の開口部を封止する封止体２３と、凹面２１と封止体２３との間に充填された液体２４とを有するものであった。凹面２１のベースとなった楕円の形状及び各部材の寸法、材質等を以下に示す。
（凹面２１のベースとなった楕円の形状）
楕円の形状  短径（b）：３．５０ｍｍ
長径（a）：５．２５ｍｍ
楕円率（a／b）：１．５０
焦点距離 ：５．７０ｍｍ
開口部から第１焦点までの距離：２．１２ｍｍ
（反射部１２各部材の寸法・材質）
反射体２０  開口径：６．５８ｍｍ
材質：真鍮
封止体２３  材質：シリコーンゴム
厚さ：０．１５ｍｍ
液体２４  超純水（真空脱気処理）
屈折率（ｎｌｉｑ）：１．３０１【００４７】
また、使用した光ファイバー１１の構成を以下に示す。これらの構成及び［数２］より、レーザー収束部１７の先端と衝撃波の中心点Ｃとの距離の理論値ｄは０．３８ｍｍと算出される。なお、レーザー収束部１７のコア表面は、平均粒径が６μｍ以下の研磨剤（ULTRA TEC製、Bare Fiber Polishing Film Package 5555.5）を用いて、平均粒径の大きなものから順に研磨することにより形成した。
（光ファイバー）
コア      材質：石英（脱水酸基処理）
コア径（Ｍ）：０．４０ｍｍ
屈折率（ｎｑｔｚ）：１．４３７
クラッド  材質：石英
開口数（ＮＡ）：０．２２
（レーザー収束部）
角度（α）：１８．６°
高さ（ｈ）：０．２１ｍｍ
この衝撃波発生装置１０は、次の［数２０］に示すように、全てのパルスレーザー光がレーザー収束部１７内を全反射すると想定した条件（I）を満たす。
【数２０】
2019189672.tif 000035
【００４８】
この衝撃波発生装置１０を用いて、光ファイバー１１の先端位置（凹面２１の開口部からレーザー収束部１７の先端までの距離：W）を変化させた時の衝撃波の最大過剰圧Ｐｍａｘを圧力センサー（Dr. Muller Instruments製、Muller-Platte Needle Probe） を用いて測定した。また、パルスレーザー光としては、Ho:YAGレーザーを用いた。この結果を表１及び図８に示す。なお、本実施例及び本比較例では、光ファイバー１１の先端位置が焦点に一致した状態（Ｗ＝２．１２）での最大過剰圧Ｐｍａｘを基準値として各位置の増加量を算出した 。
【表１】
2019189672.tif 000036
注：光ファイバー１１(レーザー収束部１７)の先端が、凹面２１の焦点Ｆよりも前方にある場合、距離Ｌｘの符号をマイナスとした。【００４９】
以上の結果より、光ファイバー１１（レーザー収束部１７）の先端が、凹面２１の焦点Ｆよりも後側にある場合に、凹面２１で反射した衝撃波の最大過剰圧Ｐｍａｘが増加することが確認された。また、Ｌｘ/ｄが１．７１において、増加率が１以下となることが確認された。つまり、０＜Ｌｘ/ｄ≦１．５において、パルスレーザー光は集光していることが確認された。【００５０】
［実施例２−１〜２−６］
次に、光ファイバー１１の先端（レーザー収束部１７）の形状を変化させた場合における距離Ｌｘと最大過剰圧Ｐｍａｘの関係を調べた。
光ファイバー１１としては、脱水酸基処理をした石英製で、本体部のコア径が４００μｍ、屈折率ｎｑｔｚが１．４３７であり、レーザー収束部１７の角度αが０°〜６０°、円錐台の高さｈが０．１６４ｍｍ〜０．２８４ｍｍ（角度αが０°のもの以外）であるものを用いた。
一方、反射部１２としては、実施例１−１〜１−１０と同様のものを用いた。本実施例の衝撃波発生装置１０では、液体としては、真空脱気処理した超純水（屈折率ｎｌｉｑ：１．３０１）を用いた。
各光ファイバー１１を反射体２０の貫通孔２２に挿通することにより、衝撃波発生装置１０を構成した。実施例１−１〜１−１０と同様にして、この光ファイバー１１の先端位置を変化させた時の衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを、圧力センサーを用いて測定し、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxが最大となったときの距離Ｌｘを調べた。また各衝撃波発生装置１０のレーザー収束部１７におけるパルスレーザー光の反射状態を、上述の条件（I）を満たしているものを「I」、上述の条件（II）を満たしているものを「II」、上述の条件（III）を満たしているものを「III」とした。この結果を表２及び図９（ａ）、図９（ｂ）に示す。【００５１】
【表２】
2019189672.tif 000037
以上の結果より、条件（I）では、Ｌｘ/ｄが１．００、１．０６のとき、最大過剰圧Ｐｍａｘを示した。また、０＜Ｌｘ/ｄ≦１．５において、増加量が１を超えた。特に、０．５≦Ｌｘ/ｄ≦１．２において、最大過剰圧が、基準値の過剰圧より１０ＭＰａ以上大きくなった。
条件（II）では、Ｌｘ/ｄが０．７６、１．３０のとき、最大過剰圧Ｐｍａｘを示した。そして、０＜Ｌｘ/ｄ≦１．３５において、増加量が１を超えた。特に、０．５≦Ｌｘ/ｄ≦１．２５において、最大過剰圧が、基準値の過剰圧より１０ＭＰａ以上大きくなった。なお、実施例２−５（α＝５０．３°）では、Ｌｘ/ｄが２を超えても、増加量が１を超えた。これは、実施例２−４（α＝３５．５°）に比べて実施例２−５（α＝５０．３°）では、パルスレーザー光のレーザー収束部１７の内面反射（全反射）が急激に低下し、レーザー収束部１７を透過したパルスレーザー光の影響が大きくなったためであると考えられる。
条件（III）では、Ｌｘ/ｄが１．１６のとき、最大過剰圧Ｐｍａｘを示した。そして、０＜Ｌｘ/ｄ（最大測定範囲２．４１）において、増加量が１を超えた。特に、０．５≦Ｌｘ/ｄ≦１．７５において、最大過剰圧が、基準値の過剰圧より１０ＭＰａ以上大きくなった。
なお、実施例２−３（α＝２８°）および実施例２−４（α＝３５．５°）では、最大の最大過剰圧がそれぞれ５１．８ＭＰａ、４９．４ＭＰａと、５０ＭＰａ前後まで大きくすることができた。一方、実施例２−２は、条件（I）であるにも関わらず、条件（II）の実施例２−４より最大の最大過剰圧が小さくなった。これは、実施例２−１は、パルスレーザー光の集光位置までの液中の伝搬距離が長く、パルスレーザー光が集光位置に到着する前に液中に吸収されたためと考えられる。【００５２】
［実施例３−１〜３−３］
光ファイバー１１として、本体部１６のコア径がそれぞれ３００μｍ、４００μｍ、６００μｍ、レーザー収束部１７の軸方向断面で表れる等脚台形の両側辺の成す角度αが２６．４°〜２９．０°、レーザー収束部１７の円錐台の高さが０．１７〜０．４４ｍｍであるものを用意した。
これらの光ファイバー１１を、楕円率１．５、長軸に垂直な平面で切断した凹面を有する反射体に固定し、衝撃波発生装置１０を構成した。これらの衝撃波発生装置１０も、レーザー収束部１７が全てのパルスレーザー光を全反射する条件（I）を満たす。実施例１−１〜１−１０と同様にして、この光ファイバー１１の先端位置を変化させた時の衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを、圧力センサーを用いて測定し、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxが最大となったときの距離Ｌｘを調べた。これらの結果を表３、図１０及び図１１（ａ）〜（ｃ）に示す。
この結果より、角度αが３０°近辺のとき、光ファイバーの先端から衝撃波の中心までの距離Ｘとコア径Ｍとの間には、［数１］及び［数２］の関係があることが認められた。【００５３】
【表３】
2019189672.tif 000038
【００５４】
［実施例４−１、実施例４−２及び比較例４−１］
最後に、実施例４−１、実施例４−２及び比較例４−１により、凹面２１の形状と最大過剰圧Ｐmaxとの関係を確認した。
１．反射体の設計
光ファイバー１１として、脱水酸基処理をした石英製で、本体部のコア径が４００μｍ、屈折率ｎｑｔｚが１．４３７であり、レーザー収束部１７の角度αが３０°、円錐台の高さｈが０．２３ｍｍであるものを用意した。この光ファイバー１１を実施例１−１〜１−１０と同様の反射体２０に挿通し、距離Ｌｘが０．２３ｍｍとなるように調整することにより、衝撃波発生装置１０を構成した。この衝撃波発生装置１０も、レーザー収束部１７が全てのパルスレーザー光を全反射する条件（I）を満たす。
（１）工程１
この衝撃波発生装置１０を用いて、液体２４中にパルスレーザー光（波長：２．１μｍ、パルス幅：１００ｎｓｅｃ、４３〜４８ｍＪ／ｐｕｌｓｅ、発信周期：１Ｈｚ）を照射して衝撃波を発生させ、その波面Ｓを高速度カメラ（撮影速度：１０Ｍｆｐｓ、露光時間：５０ｎｓｅｃ）を用いて撮影した。
（２）工程２〜４
このようにして得られた高速度画像より、衝撃波の波面Ｓと光ファイバー１１の中心軸の延長線の交点Ｓｆを特定し、表２の結果からレーザー収束部１７の先端から前方に２３０μｍの位置を衝撃波の中心点Ｃと想定し、その中心点Ｃを中心とし、かつ、交点Ｓｆを通る円（真円）を理想衝撃波の波面Ｉとした。
（３）工程５
交点Ｓｆと中心点Ｃとを結ぶ直線を基準とする中心点Ｃ周りの角度（中心角）θと、衝撃波の波面Ｓ上の点Ｓθと理想衝撃波の波面Ｉ上の点Ｉθとの距離ΔＤを求めた。この結果を図１２に示す。【００５５】
（４）工程６
［数２１］の式（［数５］の式において、a／b＝１．５、b＝１．８の場合）で表される楕円形状（ｘ、ｙ）を、この楕円形状の焦点Ｆ（上述した切断回転楕円面の焦点のうち、反射部１２内に位置する焦点に対応する焦点）と理想衝撃波の中心点Ｃとを重ねた上で、工程５で求めた図１２の関係に基づいて、［数６］の式を満たす形状（ｘ１、ｙ１）に修正した。
【数２１】
2019189672.tif 000039
【数６】
2019189672.tif 000040
（５）工程７
このようにして修正した形状を、［数２１］の式で表される楕円の長軸を回転軸として回転させることによって反射体２０の凹面２１の形状を求めた。この凹面２１の形状に基づいて反射体２０を設計した。【００５６】
２．衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxの測定
光ファイバー１１として、脱水酸基処理をした石英製で、本体部のコア径が４００μｍ、屈折率ｎｑｔｚが１．４３７であり、レーザー収束部１７の角度αが３０°、円錐台の高さｈが０．２３ｍｍであるものを用意した。この光ファイバー１１を実施例４−１及び４−２及び比較例４−１の反射体２０に、それぞれ取り付けることにより衝撃波発生装置１０を構成した。そして、実際に衝撃波を発生させ、反射部１２外の一点で反射収束した衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを測定することにより、凹面２１の形状と衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxとの関係を確認した。【００５７】
（実施例４−１）
上述のようにして設計した反射体２０に、距離Ｌｘが０．２３ｍｍとなるように調整して、光ファイバー１１を取り付け、衝撃波発生装置１０を構成した。
この衝撃波発生装置１０を用いて衝撃波を発生させ、反射部１２外の一点で反射収束させた衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを圧力センサーで測定した。なお、この際、衝撃波を発生させるために照射したパルスレーザー光は、波長が２．１μｍ、パルス幅が１００ｎｓｅｃ、４３〜４８ｍＪ／ｐｕｌｓｅ、発振周期が１Ｈｚであった。【００５８】
（実施例４−２）
反射体２０として、楕円率a／bが１．５である回転楕円面を、長軸に垂直な平面で切断した凹面２１を有するものを用いたこと以外、実施例４−１と同様にして、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを測定した。【００５９】
（比較例４−１）
反射体２０として、楕円率a／bが１．５である回転楕円面を長軸に垂直な平面で切断した凹面２１を有するものを用いたこと、及び、距離Ｌｘが０ｍｍとなるように調整したこと（光ファイバー１１の先端が凹面２１の焦点Ｆと一致するように調整したこと）以外は、実施例４−１と同様にして、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxを測定した。以上の結果を表４及び図１３に示す。【００６０】
【表４】
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【００６１】
表４及び図１３より、実施例４−１及び実施例４−２の衝撃波発生装置では、比較例４−１の衝撃波発生装置に比べて、反射収束した衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxが大きいことが確認された。また、実施例４−１の衝撃波発生装置は、実施例４−２の衝撃波発生装置に比べて、衝撃波の最大過剰圧Ｐmaxが１．３５倍程度に増加したことが確認された。
【符号の説明】
【００６２】
１０：衝撃波発生装置、１１：光ファイバー、１２：反射部、１４：カテーテル、１６：本体部、１６ａ：コア、１６ｂ：クラッド、１７：レーザー収束部、１７ａ：先端面、１７ｂ：両側辺、２０：反射体、２１：凹面、２２：貫通孔、２２ａ：貫通孔の前部、２３：封止体、２４：液体、３１：給水管連結部、３２：排水管連結部、３３：固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019189672.tif 000050
【図４】
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【図５】
2019189672.tif 000052
【図６】
2019189672.tif 000053
【図７】
2019189672.tif 000054
【図８】
2019189672.tif 000055
【図９】
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【図１０】
2019189672.tif 000057
【図１１】
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【図１２】
2019189672.tif 000059
【図１３】
2019189672.tif 000060
【国際調査報告】
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