特開 2023-175422 温度変化検出装置及び加熱治療装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023175422

(43)【公開日】2023-12-12

(54)【発明の名称】温度変化検出装置及び加熱治療装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 18/28 20060101AFI20231205BHJP

   A61N 5/067 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

A61B18/28

A61N5/067

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022087853

(22)【出願日】2022-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】504147243

【氏名又は名称】国立大学法人 岡山大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】深野 秀樹

【テーマコード（参考）】

4C026

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C026AA04

4C026FF17

4C026FF34

4C026FF36

4C026FF39

4C026GG07

4C026HH02

4C026HH18

4C082RA02

4C082RA03

4C082RE17

4C082RE34

4C082RE35

4C082RE36

4C082RE39

4C082RE40

4C082RJ07

4C082RL02

4C082RL18

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光パワーが大きく横方向への光の広がりも大きくなるファイバプローブ構造を有する温度変化検出装置及び加熱治療装置を提供する。
【解決手段】先端にセンサ体Sを設けたシングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる導光用光ファイバ14と、この導光用光ファイバの基端から入射させる光を出力する投光器11,12と、センサ体で生じさせるとともに導光用光ファイバで導いた反射光を検出する受光器16と、そこから出力された信号を解析する解析器17とを備える加熱治療装置であって、投光器は、照射領域を加温する第１の光と、反射光を生じさせる第２の光とを照射し、センサ体は、導光用光ファイバのコアの延長線上にコアを位置させたセンサ用光ファイバとし、このセンサ用光ファイバは、導光用光ファイバの先端に第１空隙を介在させて接続し、センサ用光ファイバの先端には第２空隙を介在させて先端部材19を装着した。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端にセンサ体を設けたシングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる導光用光ファイバと、
この導光用光ファイバの基端から入射させる光を出力する投光器と、
前記センサ体で生じさせるとともに前記導光用光ファイバで導いた反射光を検出する受光器と、
前記受光器から出力された信号を解析する解析器と
を備えた温度変化検出装置であって、
前記センサ体は、前記導光用光ファイバのコアの延長線上にコアを位置させたセンサ用光ファイバとし、
このセンサ用光ファイバは、前記導光用光ファイバの先端に第１空隙を介在させて接続し、
前記センサ用光ファイバの先端には、第２空隙を介在させて先端部材を装着している温度変化検出装置。

【請求項2】

前記受光器は、前記第１空隙の存在によって前記光から生じさせたシングルモードの第１反射光と、前記第２空隙の存在によって前記光から生じさせたシングルモードの第２反射光とが干渉して生成される干渉光を検出している請求項１に記載の温度変化検出装置。

【請求項3】

先端にセンサ体を設けたシングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる光ファイバ導光用光ファイバと、
この導光用光ファイバの基端から入射させる光を出力する投光器と、
前記センサ体で生じさせるとともに前記導光用光ファイバで導いた反射光を検出する受光器と、
前記受光器から出力された信号を解析する解析器と
を備え、
前記センサ体を介して前記光を照射させることで前記光による照射領域を加温する加熱治療装置であって、
前記投光器は、前記照射領域を加温する第１のマルチモード光と、前記反射光を生じさせる第２の光とを照射し、
前記センサ体は、前記導光用光ファイバのコアの延長線上にコアを位置させたセンサ用光ファイバとし、
このセンサ用光ファイバは、前記導光用光ファイバの先端に第１空隙を介在させて接続し、
前記センサ用光ファイバの先端には、第２空隙を介在させて先端部材を装着している加熱治療装置。

【請求項4】

前記受光器は、前記第１空隙の存在によって前記第２の光から生じさせたシングルモードの第１反射光と、前記第２空隙の存在によって前記第２の光から生じさせたシングルモードの第２反射光とが干渉して生成される干渉光を検出し、前記解析器で前記照射領域の温度変化を検出している請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項5】

前記センサ用光ファイバは、シングルモードの光を伝搬させる光ファイバとしている請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項6】

前記センサ用光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバとしている請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項7】

前記センサ用光ファイバは、ステップインデックスマルチモード光ファイバとしている請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項8】

前記センサ用光ファイバは、フォトニック結晶構造ファイバとしている請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項9】

前記導光用光ファイバと前記センサ用光ファイバとは、第１円筒管を介して接続することで前記第１空隙を形成し、
前記センサ用光ファイバと前記先端部材は、第２円筒管を介して接続することで前記第２空隙を形成している請求項５～７のいずれか１項に記載の加熱治療装置。

【請求項10】

前記先端部材を、先端を閉塞した前記第２円筒管で代用している請求項９に記載の加熱治療装置。

【請求項11】

前記先端部材は、シングルモードの光またはマルチモードの光を伝搬させる光ファイバとし、
前記フォトニック結晶構造ファイバの基端側のコア部分を熱融解することで前記第１空隙を形成し、
前記フォトニック結晶構造ファイバの先端側のコア部分を熱融解することで前記第２空隙を形成している請求項８に記載の加熱治療装置。

【請求項12】

前記先端部材の先端面を、前記センサ用光ファイバの光軸と90°以外の角度で交差する傾斜面としている請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項13】

前記センサ用光ファイバの基端面を、前記導光用光ファイバに向けて膨出させた凸レンズ面としている請求項５または請求項７に記載の加熱治療装置。

【請求項14】

前記導光用光ファイバは、シングルモード光用のコアとその外側の第一クラッドと第二クラッドを有し、第一クラッドにマルチモード光の導波が可能である特徴を有する、請求項１又は２に記載の温度変化検出装置。

【請求項15】

前記導光用光ファイバは、シングルモード光用のコアとその外側の第一クラッドと第二クラッドを有し、第一クラッドにマルチモード光の導波が可能である特徴を有する、請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項16】

前記センサ用光ファイバの先端の第２空隙を介在させた先端部材において、先端面の外周縁に丸みをもたせたレンズ作用よる集光効果を有する、請求項３に記載の加熱治療装置。

【請求項17】

前記センサ用光ファイバの先端に第２または第３空隙を介在させた先端部材を装着し、その内面が傾斜を有する円錐形状であり、進行光が屈折作用によって外周方向に広がる効果を有する、請求項３に記載の加熱治療装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度変化検出装置及び加熱治療装置に関し、特に、温度変化検出装置で温度変化を計測しながら加熱治療を実施可能とした加熱治療装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガンの治療方法の一つとして温熱療法が知られている。温熱療法では、ガン細胞が正常細胞と比較して、４０～４５℃の温度範囲において生存率が低いという現象を利用しており、対象患部を加温することで治療を行っている。また、加熱によってがん細胞を直接焼く、焼灼療法もある。

【0003】

患部を所定の温度とする加温手段としては、一般的には、熱風、温水、赤外線などの熱伝導による外部加温手段が用いられている。しかし、外部加温手段による加温では、体内のガン細胞を局所的に加温することが困難な場合が多い。そこで、最近では、マイクロ波や電磁波を電極針を通じて照射して加温する方法や、超音波を照射して加温する方法などの内部加温手段が検討されている。

【0004】

外部加温手段を用いた加熱療法の場合でも、内部加温手段を用いた加熱療法の場合でも、目的の患部を加温すると同時に、患部の加温状態を確認するための温度計測を行うことは、非常に難しい。温度計測が必要な場合には、加温手段による患部の加熱を一旦停止して、温度センサ等で温度を計測することになるため、加温の停止による温度計測部位での温度低下の影響が生じやすく、比較的長い時間にわたって安定的に一定温度を維持することが重要な温熱療法に最適な状況となっていなかった。特に、内部加温手段を用いた温熱療法では、マイクロ波や電磁波あるいは超音波等を利用して加温を行っていることで、加温中の温度計測において温度センサが電磁的あるいは振動的な干渉を受けることで正常動作しないこともあり、温度計測を困難としていた。

【0005】

このような電磁的あるいは振動的な干渉を受ける環境下での温度の計測方法として、光ファイバとレーザ光を利用した温度の計測方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。光ファイバとレーザ光を利用した温度計測では、光ファイバの先端に設けたセンサ体でレーザ光の反射を生じさせ、特に、第１反射光と第２反射光とを生じさせることで干渉光を生じさせ、その干渉スペクトルの波長変化を検出することで温度変化を検出することとしている。しかも温度計測とともに、レーザ光によって患部の加熱も可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１８－６８６７３号公報

【特許文献2】特開２０２１－６５２９２公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

既存の光ファイバを利用した温度計測では、干渉スペクトルの安定化のためにシングルモード光ファイバが用いられてきた。しかしながら、シングルモード維持のため光を導波するコア径は８～９μｍしかない。

【0008】

また、シングルモード光ファイバから出射される光ビームが細いため（後述する比較例１と図２３を参照）、少し大きながん治療に応用するには、特殊な光拡散構造などが必要となる懸念があるとともに、導波できる光パワーも小さいため、加熱領域を大きくするために十分な光パワーを出力できないという問題があった。

【0009】

本発明の目的は、このような現状に鑑み、導波できる光パワーが大きくなると同時に横方向への光の広がりの大きくなるファイバプローブ構造を有する、温度変化検出装置及び加熱治療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】

本発明者は、このような現状に鑑み、導波できる光パワーが大きくなると同時に横方向への光の広がりの大きくなるファイバプローブ構造を発明し、加熱領域が大幅に大きくなる本発明を成すに至った。

【0011】

本発明の温度変化検出装置では、先端にセンサ体を設けたシングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる導光用光ファイバと、この導光用光ファイバの基端から入射させる光を出力する投光器と、センサ体で生じさせるとともに導光用光ファイバで導いた反射光を検出する受光器と、受光器から出力された信号を解析する解析器とを備えた温度変化検出装置であって、センサ体は、導光用光ファイバのコアの延長線上にコアを位置させたセンサ用光ファイバとし、このセンサ用光ファイバは、導光用光ファイバの先端に第１空隙を介在させて接続し、センサ用光ファイバの先端には、第２空隙を介在させて先端部材を装着しているものである。

【0012】

さらに、本発明の温度変化検出装置では、第１空隙の存在によって入射光から生じさせたシングルモードの第１反射光と、第２空隙の存在によって入射光から生じさせたシングルモードの第２反射光とが干渉して生成される干渉光を受光器で検出していることにも特徴を有するものである。

【0013】

また、本発明の加熱治療装置では、先端にセンサ体を設けたシングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる導光用光ファイバと、この導光用光ファイバの基端から入射させる光を出力する投光器と、センサ体で生じさせるとともに導光用光ファイバで導いた反射光を検出する受光器と、受光器から出力された信号を解析する解析器とを備え、センサ体を介して光を照射させることで、この光による照射領域を加温する加熱治療装置であって、投光器は、照射領域を加温する第１のマルチモード光と、反射光を生じさせる第２の光とを照射し、センサ体は、導光用光ファイバのコアの延長線上にコアを位置させたセンサ用光ファイバとし、このセンサ用光ファイバは、導光用光ファイバの先端に第１空隙を介在させて接続し、センサ用光ファイバの先端には、第２空隙を介在させて先端部材を装着しているものである。

【0014】

さらに、本発明の加熱治療装置では、以下の点にも特徴を有するものである。
（１）受光器は、第１空隙の存在によって第２の光から生じさせたシングルモードの第１反射光と、第２空隙の存在によって第２の光から生じさせたシングルモードの第２反射光とが干渉して生成される干渉光を検出し、解析器で照射領域の温度変化を検出していること。
（２）センサ用光ファイバは、シングルモードの光を伝搬させる光ファイバとしていること。
（３）センサ用光ファイバは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバとしていること。
（４）センサ用光ファイバは、ステップインデックスマルチモード光ファイバとしていること。
（５）センサ用光ファイバは、フォトニック結晶構造ファイバとしていること。
（６）シングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる導光用光ファイバとセンサ用光ファイバとは、第１円筒管を介して接続することで第１空隙を形成し、センサ用光ファイバと先端部材は、第２円筒管を介して接続することで第２空隙を形成していること。
（７）先端部材を、先端を閉塞した第２円筒管で代用していること。
（８）先端部材は、シングルモードの光またはマルチモードの光を伝搬させる光ファイバとし、フォトニック結晶構造ファイバの基端側のコア部分を熱融解することで第１空隙を形成し、フォトニック結晶構造ファイバの先端側のコア部分を熱融解することで前記第２空隙を形成していること。
（９）先端部材の先端面を、前記センサ用光ファイバの光軸と90°以外の角度で交差する傾斜面としていること。
（１０）センサ用光ファイバの基端面を、導光用光ファイバに向けて膨出させた凸レンズ面としていること。
（１１）導光用光ファイバは、シングルモード光用のコアとその外側の第一クラッドと第二クラッドを有し、第一クラッドにマルチモード光の導波が可能である特徴を有すること。
（１２）センサ用光ファイバの先端の第２空隙を介在させた先端部材において、先端面の外周縁に丸みをもたせたレンズ作用よる集光効果を有すること。
（１３）センサ用光ファイバの先端に第２または第３空隙を介在させた先端部材を装着し、その内面が傾斜を有する円錐形状であり、進行光が屈折作用によって外周方向に広がる効果を有すること。

【発明の効果】

【0015】

本発明の温度変化検出装置によれば、導波できる光パワーが大きくなると同時に横方向への光の広がりの大きくなるファイバプローブ構造により、温度変化検出を行ないながら、同時に光を照射する際の照射領域の拡大と高出力化を図ることができる。

【0016】

また、本発明の加熱治療装置によれば、導波できる光パワーが大きくなると同時に横方向への光の広がりの大きくなるファイバプローブ構造により、加熱領域が大幅に大きくなり、サイズの大きながんや治療部位の大きさに柔軟に対応できるようになり、医療機器としての利便性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る加熱治療装置の一例の概略構成図である。

【図2】第１実施例のセンサ体の説明図である。

【図3】第１実施例のセンサ体における加熱用マルチモード光の導波の様子の説明模式図である。

【図4】干渉光の光スペクトルのグラフである。

【図5】温度－波長シフト量の相関を示すグラフである。

【図6】第２実施例のセンサ体の説明図である。

【図7】第２実施例のセンサ体の変形例の説明図である。

【図8】第２実施例のセンサ体における加熱用マルチモード光の導波の様子の説明模式図である。

【図9】干渉光の光スペクトルのグラフである。

【図10】温度－波長シフト量の相関を示すグラフである。

【図11】第３実施例のセンサ体の説明図である。

【図12】第３実施例のセンサ体の変形例の説明図である。

【図13】第４実施例のセンサ体の説明図である。

【図14】第４実施例のセンサ体の変形例の説明図である。

【図15】第５実施例のセンサ体と中間部材における光の導波の様子の説明模式図である。

【図16】第６実施例のセンサ体と中間部材における光の導波の様子の説明模式図である。

【図17】第７実施例のセンサ体の説明模式図である。

【図18】第７実施例のセンサ体における光の導波の様子の説明模式図である。

【図19】第８実施例のセンサ体の説明模式図である。

【図20】第８実施例のセンサ体の変形例の説明模式図である。

【図21】第８実施例のセンサ体の変形例の説明模式図である。

【図22】第８実施例のセンサ体における光の導波の様子の説明模式図である。

【図23】従来（比較例１）のセンサ体における光の導波の様子の説明模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の温度変化検出装置及び加熱治療装置では、センサ体を用いて生じさせた第１反射光と第２反射光とを干渉させて干渉光とし、この干渉光のスペクトルを検出することで温度変化を検出可能としているものであり、特にセンサ体への導光にシングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる導光用光ファイバで構成することで、導波できる光パワーが大きくなると同時に横方向への出射光の広がりが大きくなり、加熱領域が大幅に大きくなるものである。

【0019】

以下において具体的な実施例を示しながら詳説する。なお、実施例としては加熱治療装置として説明し、この加熱治療装置において温度変化検出装置を使用している。

【実施例0020】

第１実施例では、センサ用光ファイバとしてフォトニック結晶構造ファイバの一種のホーリーファイバを用いた加熱治療装置としている。

【0021】

まず、加熱治療装置の全体構成を説明する。加熱治療装置は、図１の概略構成図に示すように、照射領域の患部を加温するための波長域としたレーザ光を出射する第１投光器11と、温度計測に用いる波長帯域の広い光を出射する第２投光器12を備えている。具体的には、本実施例では、第１投光器11は、1.3 μｍの波長のマルチモード半導体レーザ光を照射する投光器を用い、第２投光器12は、1.53～1.565 μmの波長の光を照射する投光器を用いている。

【0022】

第１投光器11から出射したマルチモードレーザ光と第２投光器12から出射した光は、それぞれ適宜の光ファイバを介して波長多重分離装置13に入射させている。波長多重分離装置13では、第１投光器11から入射されたレーザ光と第２投光器12から入射された光とを合波して合波光として出射している。本実施形態では、第１投光器11と第２投光器12の２つの投光器を用いているが、第１投光器11と第２投光器12と波長多重分離装置13とを組み合わせて１つの投光器として見なしている。

【0023】

波長多重分離装置13から出射した合波光は、シングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる導光用光ファイバ14に出射している。

【0024】

導光用光ファイバ14は、第２投光器12から出射した光が、シングルモードの光として導光用光ファイバ14のコアを伝搬し、第１投光器11から出射した光は、マルチモードの光として導光用光ファイバ14の第一クラッドおよびコアを伝搬させることにより、導光用光ファイバ14の基端に入射された合波光を、先端に設けたセンサ体Ｓに導いている。

【0025】

センサ体Ｓは、センサ用光ファイバ18を用いて構成している。特に、本実施例では、センサ用光ファイバ18はフォトニック結晶構造ファイバとしている。センサ用光ファイバ18は、そのコアを導光用光ファイバ14のコアの延長線上に位置させて、導光用光ファイバ14で導かれた合波光をセンサ用光ファイバ18に導いている。導光用光ファイバ14とセンサ用光ファイバ18は、熱融着させることで簡単に接続できる。

【0026】

センサ用光ファイバ18の先端には、本実施例ではシングルモードの光を伝搬させる光ファイバを先端部材19として装着している。この先端部材19とセンサ用光ファイバ18も、熱融着させることで簡単に接続できる。光ファイバで構成した先端部材19は、そのコアを、センサ用光ファイバ18のコアの延長線上、さらには導光用光ファイバ14のコアの延長線上に位置させておくことが望ましい。

【0027】

センサ用光ファイバ18と先端部材19を設けることで、後述するように第１反射光L1と第２反射光L2とを生成し（図２参照）、この第１反射光L1と第２反射光L2を導光用光ファイバ14によって波長多重分離装置13に入射させている。導光用光ファイバ14において第１反射光L1と第２反射光L2とは互いに干渉して干渉光となり、波長多重分離装置13には干渉光を入射させている。

【0028】

波長多重分離装置13内にはファイバ型光サーキュレータ（方向性結合器）が組み込まれており、第２投光器12から入射した光と反射光の干渉光成分は分離されている。

【0029】

また、波長多重分離装置13では、入射された干渉光に対して、第２投光器12から入力された光の波長成分のみを波長分離し、この波長分離した光、すなわち、第１反射光L1と第２反射光L2との干渉光のみをシングルモードの光ファイバ15を介して受光器16に入射させている。

【0030】

受光器16は、光スペクトラムアナライザの機能を有しており、入射された干渉光に基づいて、各波長成分の光強度に比例した電気信号を生成して、解析器17に入力している。

【0031】

解析器17は、本実施形態ではパーソナルコンピュータで構成し、受光器16に入力された第１反射光L1と第２反射光L2とによって生じる干渉光の波長毎の光強度の出力信号を検出し、後述するように波長シフト量を検出することで温度変化を計測することとしている。本実施形態では、解析器17はパーソナルコンピュータで構成しているが、専用の処理を実行する装置を構築してもよい。

【0032】

以下において、図２を用いながら、第１反射光L1と第２反射光L2の生成方法について説明する。

【0033】

本実施例では、センサ用光ファイバ18としてフォトニック結晶構造ファイバを用いている。図２に示すように、フォトニック結晶構造ファイバは、コアの周囲にコアと平行に複数の空洞が配置されている。そこで、フォトニック結晶構造ファイバでは、端面のコアに向けて短時間の放電プラズマを照射することで、コアを含む中心部分のみに局所的な融解を生じさせることができ、凹状の窪みを形成することができる。

【0034】

本実施例のセンサ用光ファイバ18では、図２に示すように、基端側のコア部分に凹状の第１窪みC1を形成しており、さらに、先端側のコア部分に凹状の第２窪みC2を形成している。第１窪みC1が形成されたセンサ用光ファイバ18の基端と導光用光ファイバ14の先端とを接続することで第１空隙V1を形成している。また、第２窪みC2が形成されたセンサ用光ファイバ18の先端と先端部材19の基端とを接続することで第２空隙V2を形成している。

【0035】

導光用光ファイバ14によって第１空隙V1に導かれた合波光は、導光用光ファイバ14の端面を第１反射面P1として第１反射光L1を生じさせている。また、第１空隙V1と接するセンサ用光ファイバ18の基端面でも反射光が生じるが、この反射光は反射面が平面ではないため、第１反射面P1で生じる第１反射光L1と比較して強度が十分に小さく、干渉光の生成に大きな影響を与えていないと考えられる。

【0036】

導光用光ファイバ14によって第１空隙V1に導かれ、センサ用光ファイバ18に入射した合波光は、センサ用光ファイバ18によって第２空隙V2に導かれる。

【0037】

第２空隙V2に導かれた合波光は、第２空隙と接する先端部材19を基端面を第２反射面P2として第２反射光L2を生じさせている。ここで、光ファイバで構成した先端部材19の基端面は、強い第２反射光L2を生じさせるために、平坦面としておくことが望ましい。また、良好な平坦面を得られやすくするために先端部材19にはシングルモードの光を伝搬させる光ファイバを用いている。なお、第２空隙と接するセンサ用光ファイバ18の先端面でも反射光が生じるが、この反射光も反射面が平面ではないため、第２反射面P2で生じる第２反射光L2と比較して強度が十分に小さく、干渉光の生成に大きな影響を与えていないと考えられる。

【0038】

第１投光器11から出射されたマルチモードレーザ光は、導光用光ファイバ14の第一クラッドおよびコアを導波され、センサ用光ファイバ18に到達するが、その接合面B1で導波モードの不一致により、多くの光がファイバの外側に放射され、ファイバ内を導波できた成分も接合面B2で一部がファイバの外側に放射され、残りが先端部材19の先端から出射される。この様子を模式的に図３に示す。第一クラッドの面積はコアの面積より１００倍以上あるため、コアのみで導波するシングルモード光パワーに対して１００倍以上の光パワーの導波が可能となる。また、波長1.3μｍのレーザ光で水中に照射して加熱領域（４０℃以上）を比較した場合、マルチモードレーザ光（コア径１０５μｍ）は、シングルモードレーザ光（コア径８．２μｍ）と比較して、同じ出力（２５０ｍＷ）でも１．５倍の最大幅の加熱領域となり、出力を変えた実験から、更に高出力化することによって、更に同比率が高まる（１．５倍以上）と推定される。

【0039】

更に、上述のように、接合面B1, B2で横方向に出射されるため、前方方向だけでなく、横方向に大きな光パワーで出射され、シングルモード時に比べて大幅な加熱領域の拡大が実現される。また、この構造では、接合面B1, B2間で横方向への放射成分があるため、センサ用光ファイバ18の長さによって加熱長が変化できる新たな機能が実現される。

【0040】

主に、第１投光器11から出射されたレーザ光によって、センサ用光ファイバ18および先端部材19の周囲に存在している物体、特に加熱治療装置として使用している場合には患部であり、所定の患部にレーザ光を照射して、照射領域を加温可能としている。

【0041】

先端部材19の先端側は、センサ用光ファイバ18の光軸と90°以外の角度で交差する傾斜面Ｔとしている。本実施例では、傾斜面Ｔは、センサ用光ファイバ18の光軸と約82°の角度で交差させている。先端部材19の先端面を傾斜面Ｔとすることで、先端部材19の先端面で生じた反射光がセンサ用光ファイバ18及び導光用光ファイバ14に導かれることを抑制している。

【0042】

本実施例では、先端部材19をシングルモードの光を伝搬させる光ファイバで構成しているが、これは後述する第２反射光L2を生じさせることを目的とした場合に好適であるためであり、必ずしも光ファイバである必要はなく、十分な強度の第２反射光L2を生成可能な適宜の部材を用いてもよい。

【0043】

本実施例では、導光用光ファイバ14は、コア径が9 μmで、第一クラッド径が105 μm、第二クラッド径が125 μmであるダブルクラッド光ファイバを用い、先端部材19は、コア径が8.2 μmで、クラッド径が125 μmであるシングルモードの光ファイバを用い、センサ用光ファイバ18は、ファイバ外径が125 μmであり、シングルモード用コアの外側に光軸に沿って円筒状の穴のあいた石英製のホーリーファイバを用いた。また、センサ用光ファイバ18の長さは、約175 μmとした。

【0044】

上記の構造としたセンサ体Ｓの周囲の温度を変えることで、図４に示すように、第１反射光L1と第２反射光L2との干渉光のスペクトルが波長シフトすることを確認した。特に、センサ体Ｓの温度を30.9 ℃から71.4 ℃に変化させることで、第１反射光L1と第２反射光L2との干渉光における光強度の凹凸が明瞭に見られるとともに、その凹凸の大きさである消光比は約15 dBと十分な測定精度が得られる信号となっていた。

【0045】

さらに、センサ体Ｓの温度を変化させながら干渉光のスペクトルの波長シフト量を測定した結果を図５に示す。このような干渉光のスペクトルの波長シフトは、センサ体Ｓのセンサ用光ファイバ18の熱膨張に伴う光路長の増大だけでなく、センサ体Ｓのセンサ用光ファイバ18の屈折率変化によっても第２反射光L2の位相が大きく変化していることにより生じているものと考えられる。従って、干渉波長の変化から逆に周囲温度を見積もることができ、温度変化検出装置として利用できることがわかる。

【実施例0046】

第２実施例では、センサ用光ファイバとしてグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバを用いた加熱治療装置としている。

【0047】

本実施例では、上述した第１実施例とセンサ体の構成が異なるだけであるため、以下においてはセンサ体の構成と、第１反射光と第２反射光の生成方法のみを説明し、重複する説明は省略する。また、機能的に同じ構成部位については、上述した第１実施例で使用した符号と同じ符号を使用する。

【0048】

図６に示すように、本実施例でも導光用光ファイバ14は、シングルモードの光とマルチモードの光を同時に伝搬させることができる光ファイバであって、導光用光ファイバ14の基端に入射された合波光を、先端に設けたセンサ体Ｓに導いている。

【0049】

本実施例のセンサ体Sは、グレーデッドインデックスマルチモード光ファイバで構成したセンサ用光ファイバ28と、導光用光ファイバ14とセンサ用光ファイバ28との間に介設した第１円筒管D1と、センサ用光ファイバ28と先端部材19との間に介設した第２円筒管D2とで構成している。本実施例でも、先端部材19はシングルモードの光を伝搬させる光ファイバとしている。

【0050】

第１円筒管D1は、第１実施例の第１窪みの代替であり、第２円筒管D2は、第１実施例の第２窪みC2の代替であって、それぞれ第１空隙V1及び第２空隙V2を形成するためにセンサ用光ファイバ28の端部にそれぞれ装着している。第１円筒管D1及び第２円筒管D2は、それぞれ石英管とすることで、熱融着によって容易にセンサ用光ファイバ28の端部に装着できる。

【0051】

センサ体Sは、導光用光ファイバ14の先端に第１円筒管D1を熱融着することで導光用光ファイバ14に接続して、第１空隙V1を形成している。さらに、センサ体Sは、先端部材19の基端を第２円筒管D2に熱融着して、第２空隙V2を形成している。

【0052】

センサ用光ファイバ28は、導光用光ファイバ14のコアの延長線上にコアを位置させており、さらに、光ファイバで構成した先端部材19も、導光用光ファイバ14のコアの延長線上にコアを位置させている。

【0053】

導光用光ファイバ14によって第１空隙V1に導かれた合波光は、導光用光ファイバ14の端面を第１反射面P1として第１反射光L1を生じさせている。また、第１空隙V1と接するセンサ用光ファイバ28の基端面でも反射光が生じるが、導光用光ファイバ14から第１空隙V1に出射された合波光は、光の回折によって広がり角をもって第１空隙V1内を進行するため、センサ用光ファイバ28の基端面に達した際に導光用光ファイバ14のコアに向けて反射する光の強度が第１反射光L1と比較して十分に小さく、干渉光の生成に大きな影響を与えていないと考えられる。

【0054】

導光用光ファイバ14のコアによって導波されたシングルモードの第２投光器12からの光は第１空隙V1に導かれ、センサ用光ファイバ28に入射した合波光は、センサ用光ファイバ28がグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバであることによって、周期的に拡大と集光を繰り返しながら進行し、第２空隙V2に導かれる。なお、センサ用光ファイバ28は、センサ用光ファイバ28の先端において合波光が丁度集光する状態となる長さとしておくことが望ましい。

【0055】

第２空隙V2に導かれた合波光は、センサ用光ファイバ28の先端面を第２反射面P2として第２反射光L2を生じさせている。ここで、第２空隙V2に導かれて光ファイバで構成した先端部材19の基端面に達した合波光による反射光も生じるが、センサ用光ファイバ28から第２空隙V2に出射された合波光は、光の回折によって広がり角をもって第２空隙V2内を進行するため、先端部材19の基端面に達した際にセンサ用光ファイバ28のコアに向けて反射する光の強度が第２反射光L2と比較して十分に小さく、干渉光の生成に大きな影響を与えていないと考えられる。

【0056】

また、センサ用光ファイバ28の長さを、センサ用光ファイバ28の先端において合波光が丁度集光する状態となる長さとした場合には、センサ用光ファイバ28の先端面で最大の反射効率で第２反射光L2が生成することができる。

【0057】

一方、先端部材19の基端面で生じる反射光の影響を低減するために、図７に示すように、先端部材29を第２円筒管D2と一体形成により構成してもよい。この先端部材29は、第２円筒管D2をセンサ用光ファイバ28の先端に熱融着した後に、第２円筒管D2の先端側に放電プラズマを照射して先端部分を融解させ、整形することで先端部分を閉塞させた構造としている。このとき、第２空隙V2は、円錐台に近い形状となっている。先端部材29の先端面も、センサ用光ファイバ28の光軸と90°以外の角度で交差する傾斜面Ｔとして、この傾斜面Ｔで生じる反射光がセンサ用光ファイバ28及び導光用光ファイバ14に導かれることを抑制している。

【0058】

この先端部材29では、先端面の外周縁を融解させて丸みを持たせた形状とすることでレンズ状としており、先端部材29にまで導かれた合波光が先端部材29の先端から照射される際にレンズ作用による集光効果を生じさせて、目的の照射領域を効率的に加温できる。

【0059】

また、このような先端面の外周縁に丸みをもたせたレンズ作用よる集光効果は実施例１やその他実施例おいても同様に利用できる。この集光効果は、一旦集光された後は、逆に大きく光が広がっていくため、加熱領域が径方向に広がる効果をもたらす。

【0060】

図７に示すように、第２円筒管D2の先端を閉塞させて形成した先端部材を、説明の便宜上、以下においては「先端部材代用円筒管」と呼ぶこととする。

【0061】

本実施例では、導光用光ファイバ14は、コア径が9 μmで、第一クラッド径が105 μm、第二クラッド径が125 μmであるダブルクラッド光ファイバを用い、センサ用光ファイバ28は、コア径が100 μmで、クラッド径が125 μmであるグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバを用い、第1円筒管D1と第２円筒管D2は、外径が125 μmである石英管を用いた。また、センサ用光ファイバ28の長さは約700 μmとし、第1円筒管D1の長さは約170 μmとした。

【0062】

上記の構造としたセンサ体Ｓの周囲の温度を変えることで、図９に示すように、第１反射光L1と第２反射光L2との干渉光のスペクトルが波長シフトすることを確認した。特に、センサ体Ｓの温度を31.2 ℃から50.7 ℃に変化させることで、第１反射光L1と第２反射光L2と干渉光における光強度の凹凸が明瞭に見られるとともに、その凹凸の大きさである消光比は約9 dBと十分な測定精度が得られる信号となっていた。

【0063】

さらに、センサ体Ｓの温度を変化させながら干渉光のスペクトルの波長シフト量を測定した結果を図１０に示す。このような干渉光のスペクトルの波長シフトは、センサ体Ｓのセンサ用光ファイバ28の熱膨張に伴う光路長の増大だけでなく、センサ体Ｓのセンサ用光ファイバ28の屈折率変化によっても第２反射光L2の位相が大きく変化していることにより生じているものと考えられる。従って、干渉波長の変化から逆に周囲温度を見積もることができ、温度変化検出装置として利用できることがわかる。

【0064】

図８に示すように、第１投光器11から出射されたマルチモードレーザ光は、導光用光ファイバ14の第一クラッドおよびコアを導波され、センサ用光ファイバ28に到達するが、導光用光ファイバ14と第１円筒管D1との接合面で導波モードの不一致により、多くの光がファイバの外側に放射され、ファイバ内を導波できた成分も第２円筒管D2との接合面で一部がファイバの外側に放射され、残りが先端部材19，29の先端から出射される。この様子は模式図３と同様である。第一クラッドの面積はコアの面積より１００倍以上あるため、コアのみで導波するシングルモード光パワーに対して１００倍以上の光パワーの導波が可能となる。また、上述のように、第１円筒管D1及び第２円筒管D2との接合面で横方向に出射されるため、前方方向だけでなく、横方向に大きな光パワーで出射され、シングルモード時に比べて大幅な加熱領域の拡大が実現される。また、この構造では、第１円筒管D1及び第２円筒管D2との接合面の間で横方向への放射成分があるため、センサ用光ファイバ28の長さによって加熱長が変化できる新たな機能が実現される。

【0065】

主に、第１投光器11から出射されたレーザ光によって、センサ用光ファイバ28および先端部材19，29の周囲に存在している物体、特に加熱治療装置として使用している場合には患部であり、所定の患部にレーザ光を照射して、照射領域を加温可能としている。