(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-03
(45)【発行日】2023-10-12
(54)【発明の名称】レーザ破砕装置用出力調整装置およびレーザ破砕システム
(51)【国際特許分類】
A61B 18/26 20060101AFI20231004BHJP
【ＦＩ】
A61B18/26
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021555784
(86)(22)【出願日】2020-05-22
(86)【国際出願番号】 JP2020020408
(87)【国際公開番号】W WO2021095291
(87)【国際公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-05-09
(31)【優先権主張番号】62/934,019
(32)【優先日】2019-11-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000000376
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118913
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 邦生
(74)【代理人】
【識別番号】100142789
【弁理士】
【氏名又は名称】柳 順一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100201466
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 邦彦
(72)【発明者】
【氏名】高田 祐平
【審査官】菊地 康彦
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３４２６７８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１７－５１５５６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２９８４４９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５４４６４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ １８／２０－１８／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光をパルス化するパルス生成部と、レーザ射出端に接続されて、パルス化された前記レーザ光の出力を調整する出力調整部と、を備え、
前記出力調整部が、液体中で第１期間として前記レーザ光の出力を２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で単調増加させて複数のバブルから成るバブル結合体を前記レーザ射出端から、前記バブル結合体が前記レーザ射出端と破砕対象との間を連結するように発生させ、
前記出力調整部が、前記第１期間に続く第２期間として前記レーザ光の出力を２．５Ｗ／μｓｅｃ以上の勾配で単調減少させて、前記バブル結合体を消滅させることによって破砕対象を前記レーザ射出端に引き寄せるレーザ破砕装置用出力調整装置。
【請求項2】
前記出力調整部は、前記レーザ光の出力を単調増加させる前記第１期間中において、液温の上昇を行う請求項１に記載のレーザ破砕装置用出力調整装置。
【請求項3】
前記出力調整部は、前記第１期間の前に、第４期間として前記出力を単調増加させ、第３期間として前記第４期間に続いて前記出力を単調減少させることで液温の上昇を行う請求項１に記載のレーザ破砕装置用出力調整装置。
【請求項4】
尿管鏡と、レーザ光源と、
前記レーザ光源から発振されるレーザ光をパルス化するパルス生成部と、
前記パルス生成部によりパルス化された前記レーザ光の出力を調整する出力調整部と、
前記出力調整部により調整された前記レーザ光を液体中の破砕対象に対して射出するレーザ射出端と、
前記レーザ射出端と前記破砕対象とを含む前記レーザ光の光路上の画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部に接続された表示部と、を備え、
前記出力調整部が、第１期間として前記レーザ光の出力を２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で単調増加させて複数のバブルから成るバブル結合体を前記レーザ射出端から、前記バブル結合体が前記レーザ射出端と破砕対象との間を連結するように発生させ、
前記出力調整部が、前記第１期間に続く第２期間として前記レーザ光の出力を２．５Ｗ／μｓｅｃ以上の勾配で単調減少させて前記バブル結合体を消滅させることによって破砕対象を前記レーザ射出端に引き寄せるレーザ破砕システム。
【請求項5】
前記画像に基づいて、前記レーザ射出端と前記破砕対象との間の距離を算出する算出部を備える請求項４に記載のレーザ破砕システム。
【請求項6】
前記表示部が、前記距離に関する情報を表示する請求項５に記載のレーザ破砕システム。
【請求項7】
前記レーザ射出端は、ツリウムが添加された光ファイバを含む請求項４に記載のレーザ破砕システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年１１月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／９３４，０１９号の利益を主張し、該仮出願は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１１月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／９３４，０１９号の利益を主張し、該仮出願は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、レーザ破砕装置、レーザ破砕システムおよびレーザ破砕方法に関する。
【背景技術】
【0003】
従来、尿路結石症に対する治療として、結石にレーザ光を照射するとによって、結石を破砕するレーザ結石破砕治療が行われている。結石を破砕するためのレーザとして、Ｈｏ：ＹＡＧレーザおよびＴｈｕｌｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒが使われている。結石のサイズが小さい場合は、レーザ照射によって生じるバブルおよび破砕の反力によって、結石が後方に大きく移動したり（レトロパルション）、結石がレーザの照射方向から外れる方向へ移動したり（マイグレーション）する。レトロパルションは、レーザ光を照射するための光ファイバを結石に接触させることによって結石を破砕する方法においても起こり易い。そのため、結石を狙い打ちすることが難しい。
【0004】
また、結石が動く状況において、結石を腎盂内または腎杯内で動き回らせながら破砕する、ポップコーン砕石と言われるテクニックが使われている。しかしながら、ポップコーン砕石は、光ファイバを結石に接触させることによって結石を破砕する方法に比べて破砕効率が低いとされている。
【0005】
近年、特にＴｈｕｌｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒにおいて、“Ｓｕｃｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔ”と呼ばれる現象が注目されている。この吸引効果は、離れた位置にある結石を光ファイバに向けて斜め方向または前方方向に引き寄せるように働くことが確認されているが、これまで詳しいメカニズムは明らかにされてなかった。この吸引効果を適切に制御できたとしたら、動く結石を操作することによって破砕したり、ポップコーン砕石中の結石の舞い方をコントロールしたりすることが可能と考えられる。
【0006】
特許文献１は、図２９に示されるように、出力のパルスの立ち上がりを、単調増加させるのではなく、短く増減させることで鈍らせることによって、光エネルギが結石に到達する前に水に吸収されてバブルを生成するのをできるだけ小さくする。そして、残りの光エネルギを結石の破砕のために当てることによって、結石レトロパルション（後方移動）の低減および破砕効率の向上を行っている。
【0007】
特許文献２は、本願が優先権を主張する２０１９年１１月１２日に出願の米国仮出願番号６２／９３４，０１９よりも後に公開された国際出願である。特許文献２の技術は、低出力の第１パルスによって結石の後方移動の影響を低減している。そして、第１パルスから高出力の第２パルスまで上昇させた後、矩形状の第２パルスによって結石を破砕している。特許文献２では、低出力の第１パルスと高出力の第２パルスからなるレーザバルスを用い、これら第１、第２パルスの間に、第１パルスが生成したバブルが結石に到達して消失するためのインターバルを設ける。バブルが消失する際、結石がレーザの射出端へ向かう前方方向へ移動する吸引効果を生じることが記載されている。非特許文献１は、図３０に示されるように、階段状のパルス形状において、光エネルギ照射後にファイバから１度離れた結石ファントムが、ファイバ先端に逆戻りする吸引効果現象が見られたと報告している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】欧州特許第２８４０９９９Ｂ１号明細書
【文献】国際公開第２０２０／０３３１２１号
【非特許文献】
【0009】
【文献】David A. Gonzalez,Nicholas C. Giglio, Layton A. Hall, Viktoriya Vinnichenko, and Nathaniel M.Fried "Comparison of single, dual, and staircase temporal pulse profilesfor reducing stone retropulsion during thulium fiber laser lithotripsy in an invitro stone phantom model", Proc. SPIE 10852, Therapeutics and Diagnosticsin Urology 2019, 108520E (26 February 2019)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、特許文献１の技術は、吸引効果を得るものではないため、結石の破砕によって生じる反力によって、小さな結石片の場合には大きなレトロパルションが生じる可能性がある。特許文献２の技術は、第２パルスが専ら破砕作用をもたらすように十分に高い出力からなる矩形状である。破砕作用が大きいほど、インターバルによってもたらされる吸引効果は小さくなるか無効になる場合があり得る。非特許文献１の技術は、段階的にパルスの出力を増加させることでレトロパルションを制限し、吸引効果現象が現れる場合があるとみられる。しかしながら、図３０において拡大されたスケールで示されるように、階段状パルスでさえ、光エネルギ照射の開始から３段目に当たる最後の矩形状のパルスにおけるピークパワーの持続時間が全体の時間の４０％を占めているため、階段状パルスの最後の期間においてレトロパルション作用が相対的に強まって吸引効果が効果的に現れない可能性がある。
【0011】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、吸引効果を効果的に発揮し、レトロパルションが起こったとしても結石にレーザ光を効率よく照射することができるレーザ破砕装置、レーザ破砕システムおよびレーザ破砕方法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】
【0012】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１態様は、レーザ光源から発振されるレーザ光をパルス化するパルス生成部と、該パルス生成部によりパルス化された前記レーザ光の出力を調整する出力調整部と、該出力調整部により前記出力が調整された前記レーザ光を液体中の結石に対して射出するレーザ射出端とを備え、前記出力調整部が、前記レーザ光の出力を、該出力が単調増加する第１期間後に、所定の勾配よりも大きい勾配で前記出力が単調減少する第２期間に切り替えるレーザ破砕装置である。
本発明の第１態様は、レーザ光源から発振されるレーザ光をパルス化するパルス生成部と、該パルス生成部によりパルス化された前記レーザ光の出力を調整する出力調整部と、該出力調整部により前記出力が調整された前記レーザ光を液体中の結石に対して射出するレーザ射出端とを備え、前記出力調整部が、前記レーザ光の出力を、該出力が単調増加する第１期間後に、所定の勾配よりも大きい勾配で前記出力が単調減少する第２期間に切り替えるレーザ破砕装置である。
【0013】
本態様によれば、パルス生成部によってパルス化されたレーザ光がレーザ射出端から射出され、そのレーザ光が液体中の結石に照射されることにより、結石が破砕される。レーザ光は、レーザ光によって液体中に生成されるバブルを透過することによって、結石に到達する。
【0014】
この場合において、出力調整部により、パルス状のレーザ光の出力が、第１期間によって単調増加された後に、第２期間によって所定の勾配よりも大きい勾配で単調減少される。第１期間に射出されるレーザ光によって、レーザ射出端から連続して複数のバブルが生成された後、これら複数のバブルが結合することによってバブル結合体が形成される。したがって、バブル結合体によってレーザ射出端と結石との間が気体で連結されることにより、結石に対し最も効果的にレーザ光を照射することができる。また、第２期間に射出されるレーザ光によって、一転してバブル生成力を急激に失うことで、バブル結合体がほぼ同時に消滅する。これにより、吸引力を生じさせ、レーザ射出端に向けて結石を前方方向へ引き寄せることができる。
【0015】
したがって、レーザ光の衝撃によって結石をファイバ射出端から離れる方向に移動させることなく、ファイバ射出端から一定の距離内において結石にレーザ光を照射することができる。よって、吸引効果を効果的に利用し、結石にレーザ光を効率よく照射することができる。
【0016】
上記態様に係るレーザ破砕装置は、前記レーザ射出端を有する光ファイバを備えることとしてもよい。
この構成によって、光ファイバを体内に挿入することによって、レーザ射出端を結石に対向させて配置することができる。
上記態様に係るレーザ破砕装置は、前記光ファイバがツリウムを添加されてなることとしてもよい。
この構成によって、光ファイバを体内に挿入することによって、レーザ射出端を結石に対向させて配置することができる。
上記態様に係るレーザ破砕装置は、前記光ファイバがツリウムを添加されてなることとしてもよい。
【0017】
本発明の第２態様は、レーザ光源から発振されるレーザ光をパルス化するパルス生成部と、該パルス生成部によりパルス化された前記レーザ光の出力を調整する出力調整部と、該出力調整部により調整された前記レーザ光を液体中の結石に対して射出するレーザ射出端と、該レーザ射出端と前記結石とを含む前記レーザ光の光路上の画像を取得する画像取得部と、該画像取得部により取得された前記画像を表示する表示部とを備え、前記出力調整部が、前記レーザ光の出力を、該出力が単調増加する第１期間後に、所定の勾配よりも大きい勾配で前記出力が単調減少する第２期間に切り替え、前記表示部が、前記結石と、前記レーザ光により生成されるバブルの動態とを表す前記画像を表示するレーザ破砕システムである。
【0018】
本態様によれば、出力調整部により、パルス状のレーザ光の出力が、第１期間によって単調増加された後に、第２期間によって所定の勾配よりも大きい勾配で単調減少される。また、画像取得部によって取得されたレーザ射出端と結石とを含む光路上の画像が表示部によって表示される。表示部によって、結石と、レーザ光によって生成されるバブルの動態とを表す画像が表示されることにより、ユーザは、結石へのレーザ光の照射状況を容易に把握することができる。
【0019】
上記態様に係るレーザ破砕システムは、前記画像に基づいて、前記レーザ射出端と前記結石との間の距離を算出する算出部を備えることとしてもよい。
上記態様に係るレーザ破砕システムは、前記表示部が、前記距離に関する情報を表示することとしてもよい。
この構成によって、表示部により表示される画像情報と距離に関する情報とから、レーザ射出端と結石との間の距離をユーザが容易に把握することができる。
上記態様に係るレーザ破砕システムは、前記表示部が、前記距離に関する情報を表示することとしてもよい。
この構成によって、表示部により表示される画像情報と距離に関する情報とから、レーザ射出端と結石との間の距離をユーザが容易に把握することができる。
【0020】
本発明の第３態様は、液体中の結石にレーザ光を照射することによって、前記結石を破砕するレーザ破砕方法であって、前記結石に対向して配置されたレーザ射出端からパルス状のレーザ光を射出することによって、前記レーザ射出端から連続して複数のバブルを生成し、複数の前記バブルが結合することによって構成されるバブル結合体により、前記レーザ射出端と前記結石との間を連結し、前記バブル結合体を消滅させることによって生じる吸引力により、前記結石を前記レーザ射出端に引き寄せるレーザ破砕方法である。
【0021】
本態様によれば、液中でレーザ射出端からレーザ光が射出されることにより、レーザ射出端から連続して複数のバブルが生成される。そして、複数のバブルが結合したバブル結合体によってレーザ射出端と結石との間が連結される。これにより、レーザ光がバブル結合体を透過することによって結石に照射される。次いで、バブル結合体が消滅することによって吸引力が生じることにより、結石がレーザ射出端に引き寄せられる。
【0022】
したがって、レーザ光の衝撃によって結石がレーザ射出端から離れる方向に移動するのを防止し、レーザ射出端から一定の距離内において結石にレーザ光を照射することができる。よって、吸引効果を効果的に利用し、結石にレーザ光を効率よく照射することができる。
【0023】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記レーザ光の出力を、該出力が単調増加する第１期間後に、所定の勾配よりも大きい勾配で前記出力が単調減少する第２期間に切り替え、前記第１期間に射出される前記レーザ光によって前記バブル結合体を生成し、前記第２期間に射出される前記レーザ光によって前記バブル結合体を消滅させることとしてもよい。
【0024】
第１期間によってレーザ光の出力を単調増加させた後に、第２期間によってレーザ光の出力を所定の勾配よりも大きい勾配で単調減少させることで、レーザの照射方向に沿って連結した複数のバブルを強制的にほぼ同時に消失させて大きな吸引作用がもたらされるので、吸引効果を効果的に利用した結石破砕を実現することができる。
【0025】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記第１期間が、前記所定の勾配よりも小さい勾配で前記出力が単調増加する期間であってもよい。
この構成によって、レーザ射出端から複数のバブルが連続して生成され易くなる。
この構成によって、レーザ射出端から複数のバブルが連続して生成され易くなる。
【0026】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記レーザ光の出力を、前記所定の勾配よりも小さい勾配で前記出力が単調減少する第３期間後に前記第１期間に切り替えることとしてもよい。
第３期間に射出されるレーザ光は、バブルが急激に消滅するがことなく、結石に到達し易い。また、第３期間に射出されるレーザ光によって、第１期間のレーザ光が射出される前にレーザ光の光路上の液体が温められるので、第１期間に射出されるレーザ光によってバブルが生成され易くなる。
第３期間に射出されるレーザ光は、バブルが急激に消滅するがことなく、結石に到達し易い。また、第３期間に射出されるレーザ光によって、第１期間のレーザ光が射出される前にレーザ光の光路上の液体が温められるので、第１期間に射出されるレーザ光によってバブルが生成され易くなる。
【0027】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記レーザ光の出力を、前記所定の勾配よりも大きい勾配で前記出力が単調増加する第４期間後に前記第３期間に切り替えることとしてもよい。
第４期間に射出されるレーザ光は、バブルを速やかに生成することができる。
第４期間に射出されるレーザ光は、バブルを速やかに生成することができる。
【0028】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記レーザ光の出力の勾配が、０．６２５から５．０Ｗ／μｓの範囲内であってもよい。
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記第１期間の前記レーザ光の出力の勾配が２．５Ｗ／μｓｅｃ以下であり、前記第２期間の前記レーザ光の出力の勾配が２．５Ｗ／μｓｅｃ以上であってもよい。
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記第１期間の前記レーザ光の出力の勾配が２．５Ｗ／μｓｅｃ以下であり、前記第２期間の前記レーザ光の出力の勾配が２．５Ｗ／μｓｅｃ以上であってもよい。
【0029】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記第３期間の前記レーザ光の出力の勾配が、１．２５Ｗ／μｓｅｃ以上２．５Ｗ／μｓｅｃ以下であってもよい。
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記第４期間の前記レーザ光の出力の勾配が、２．５Ｗ／μｓｅｃ以上であってもよい。
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記第４期間の前記レーザ光の出力の勾配が、２．５Ｗ／μｓｅｃ以上であってもよい。
【0030】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記レーザ光が、インターバルを有さずに繰り返し射出されることとしてもよい。
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記レーザ光の繰り返し周波数が、１．７ｋＨｚ以上２．５ｋＨｚ以下であってもよい。
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記レーザ光の繰り返し周波数が、１．７ｋＨｚ以上２．５ｋＨｚ以下であってもよい。
【0031】
本発明の第４態様は、液体中の結石にレーザ光を照射することによって、前記結石を破砕するレーザ破砕方法であって、前記結石に向けてレーザ射出端を配置することと、該レーザ射出端からパルス状の前記レーザ光を前記結石に照射することとを有し、前記レーザ光の出力を、該出力が単調増加する第１期間後に、所定の勾配よりも大きい勾配で前記出力が単調減少する第２期間に切り替えるレーザ破砕方法である。
【0032】
本態様によれば、結石に向けてレーザ射出端が配置された状態で、パルス化されたレーザ光が射出される。第１期間に射出されるレーザ光によって、レーザ射出端から連続して複数のバブルが生成された後、複数のバブルが結合することによってバブル結合体が形成される。したがって、バブル結合体によってレーザ射出端と結石との間が連結されることにより、結石にレーザ光を照射することができる。また、第２期間に射出されるレーザ光によって、バブル結合体が急激に消滅する。これにより、吸引力を生じさせ、レーザ射出端に結石を引き寄せることができる。
【0033】
したがって、レーザ光の衝撃によって結石をファイバ射出端から離れる方向に移動させることなく、ファイバ射出端から一定の距離内において結石にレーザ光を照射することができる。よって、吸引効果を効果的に利用し、結石にレーザ光を効率よく照射することができる。
【0034】
上記態様に係るレーザ破砕方法は、前記結石に向けて前記レーザ光が射出される間、前記レーザ射出端の位置を維持することとしてもよい。
この構成によって、レーザ光を効率よく結石に照射することができる。
この構成によって、レーザ光を効率よく結石に照射することができる。
【発明の効果】
【0035】
本発明によれば、吸引効果を効果的に利用し、結石にレーザ光を効率よく照射することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の一実施形態に係るレーザ破砕システムの概略構成図である。
【図3】レーザ光のパルス形状とバブルの形状との関係を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るレーザ破砕方法を説明するフローチャートである。
【図5】パルス形状の一例を示す図である。
【図6】バブルの形状と結石の動態とを説明する図である。
【図7】本発明の一実施形態の一変形例に係るレーザ光のパルス形状とバブルの形状との関係を示す図である。
【図8】一変形例のパルス形状の一例を示す図である。
【図9】一変形例のバブルの形状と結石の動態とを説明する図である。
【図10】４種類のパルス形状を示す図である。
【図11】パルスエネルギを測定するシステムの一例を示す概略構成図である。
【図12】各パルス形状とパルスエネルギの一例を示す図である。
【図13】バブル形状解析システムの一例を示す図である。
【図14】バブル長さとバブル幅を説明する図である。
【図15】各パルスのバブル形成過程を説明する図である。
【図16】パルス形状ごとのバブル幅、バブル長さおよびバブル幅とバブル長さの比率を説明する図である。
【図17A】ファイバの前方方向の吸引効果を評価する実験システムの一例を示す図である。
【図18】結石レトロパルション距離を説明する図である
【図19】各パルス形状における２ｍｍ角の結石ファントムの動態の解析結果の一例を説明する図である。
【図20】各パルス形状における５ｍｍ角の結石ファントムの動態の解析結果の一例を説明する図である。
【図21】ファイバ端と結石ファントムとの間の距離と吸引成功率との関係を説明する図である。
【図22】結石ファントムのトラップ位置とバブル長さを説明する図である。
【図23】結石とバブルに相互作用する力を説明する図である。
【図24】ファイバ側方の吸引効果を評価する実験システムの一例を示す図である。
【図25】ファイバと結石ファントムとの間の距離を説明する図である。
【図26】パルス形状ごとのファイバ側方の吸引効果を説明する図である。
【図27】吸引成功率と吸引速度の結果を示す図である。
【図28】パルス形状の一例を示す図である。
【図29】特許文献１を説明する図である。
【図30】非特許文献１を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
本発明の一実施形態に係るレーザ破砕装置、レーザ破砕システムおよびレーザ破砕方法について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ破砕システム１は、図１および図２に示されるように、レーザ破砕装置３と、硬性鏡または軟性鏡の尿管鏡５と、表示部７と、画像情報抽出部９と、結石様態認識部１１と、波形設定部１３と、波形情報記憶部１５とを備えている。
本実施形態に係るレーザ破砕システム１は、図１および図２に示されるように、レーザ破砕装置３と、硬性鏡または軟性鏡の尿管鏡５と、表示部７と、画像情報抽出部９と、結石様態認識部１１と、波形設定部１３と、波形情報記憶部１５とを備えている。
【0038】
レーザ破砕装置３は、レーザ光源２１と、光ファイバ２３と、光ファイバ接続部２５と、波形制御部（パルス生成部、出力調整部）２７とを備えている。図２において、符号２９はユーザインタフェースを示している。
【0039】
レーザ光源２１としては、例えば、Ｔｈｕｌｉｕｍ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ（ＴＬＲ－５０／５００－ＱＣＷ－ＡＣ－Ｙ１６，ＩＰＧ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を使用することができる。これに代えて、レーザ光源２１として、例えば、Ｈｏｌｍｉｕｍ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ、Ｔｈｕｌｉｕｍ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ、Ｅｒｂｉｕｍ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ、Ｐｕｌｓｅｄ ｄｙｅ ｌａｓｅｒ、または、Ｑ－ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｎｄ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒを使用してもよい。
【0040】
光ファイバ２３は、例えば、シングルモードファイバおよびマルチモードファイバのいずれでもよく、ダブルクラッド構造のファイバであってもよい。また、光ファイバ２３は、ツリウム（Ｔｈｕｌｉｕｍ）が添加されていてもよい。光ファイバ２３は、尿管鏡５のチャネル５ａを通って尿路Ｐ内へ導かれる。尿路Ｐ内は尿、水または生理食塩水等の溶液Ｗが充填されている。光ファイバ２３は、導光したレーザ光を射出するファイバ先端（レーザ射出端）２３ａを備えている。
【0041】
光ファイバ接続部２５は、接続された光ファイバ２３の情報を読み取る。そして、光ファイバ接続部２５は、光ファイバ２３のコア径およびＮＡ等の特性を含んだファイバ識別情報を波形制御部２７に伝送する。
【0042】
尿管鏡５は、尿路結石（結石）Ｓの様態を観測する。尿管鏡５には、例えば、図２に示されるように、照明光を発生する照明光源１７と、尿路結石Ｓを画像化した尿管鏡画像を生成する画像処理プロセッサ（画像取得部）１９とが接続されている。画像処理プロセッサ１９によって生成された画像は表示部７に表示される。
【0043】
表示部７に表示される尿管鏡画像により、ユーザは、レーザ光によって生成されるバブルＢ（図３参照）が尿路結石Ｓに到達したか否かを確認することができる。そして、ユーザは、尿管鏡画像を見て判断することにより、波形設定部１３によってレーザ光の波形を設定することができる。
【0044】
画像情報抽出部９は、尿管鏡５によって生成された尿管鏡画像に基づいて、尿路結石Ｓの様態を抽出する。
結石様態認識部１１は、画像情報抽出部９によって抽出された尿路結石Ｓの様態を認識することによって波形制御情報を生成し、生成した波形制御情報を波形制御部２７に伝送する。
結石様態認識部１１は、画像情報抽出部９によって抽出された尿路結石Ｓの様態を認識することによって波形制御情報を生成し、生成した波形制御情報を波形制御部２７に伝送する。
【0045】
波形設定部１３は、ユーザによって選択されたレーザ光の波形を設定する。波形設定部１３は、設定した波形を示す波形情報を波形制御部２７に伝送する。
波形情報記憶部１５には、レーザ光源２１の波長情報と、波長情報に基づいて適切な波形を生成するための波形情報とが格納されている。
波形情報記憶部１５には、レーザ光源２１の波長情報と、波長情報に基づいて適切な波形を生成するための波形情報とが格納されている。
【0046】
波形制御部２７は、光ファイバ接続部２５から送られてくるファイバ識別情報、波形設定部１３から送られてくる波形情報、および、結石様態認識部１１から送られてくる波形制御情報の少なくとも１つに基づいて、波形情報記憶部１５から所望の波形情報を取得する。そして、波形制御部２７は、取得した波形情報に基づいてレーザ光源２１の発振を制御する。
【0047】
波形制御部２７は、例えば、レーザ光のパルス形状を上昇三角パルスに成形する。具体的には、波形制御部２７は、図３に示されるように、まず、レーザ光源２１から発振させるレーザ光の出力を単調増加させる。これにより、ファイバ先端２３ａから射出されるパルス状のレーザ光によって、ファイバ先端２３ａから連続して複数のバブルＢを生成させる。さらに、複数のバブルＢが結合することによって構成されるバブル結合体ＢＢにより、ファイバ先端２３ａと尿路結石Ｓとの間を連結させる。レーザ光の出力を単調増加させるこの期間を第１期間とする。第１期間では、所定の勾配よりも小さい勾配で出力を単調増加させることとしてもよい。
【0048】
続いて、波形制御部２７は、第１期間後に、レーザ光の出力を切り替え、所定の勾配よりも大きい勾配で出力を単調減少させる。これにより、バブル結合体ＢＢが消滅することによって吸引力を生じさせる。そして、吸引力によって、尿路結石Ｓをファイバ先端２３ａに引き寄せる。レーザ光の出力を単調減少させるこの期間を第２期間とする。
【0049】
レーザ光の繰り返し周波数は、１．７ｋＨｚ以上３．０ｋＨｚ以下であることが好ましい。レーザ光の繰り返し周波数は、１．７ｋＨｚ以上２．５ｋＨｚ以下であってもよい。
また、レーザ光の繰り返し周波数は、２．５ｋＨｚ以上３．０ｋＨｚ以下であってもよい。また、レーザ光の出力の勾配は、０．６２５から５．０Ｗ／μｓの範囲内であってもよい。例えば、レーザ光の出力が右上がりの波形となる第１期間では、２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力を緩やかに単調増加させる。また、それに続く右下がりの波形となる第２期間では、２．５Ｗ／μｓｅｃ以上の勾配で出力を急激に単調減少、好ましくは出力を停止する。
また、レーザ光の繰り返し周波数は、２．５ｋＨｚ以上３．０ｋＨｚ以下であってもよい。また、レーザ光の出力の勾配は、０．６２５から５．０Ｗ／μｓの範囲内であってもよい。例えば、レーザ光の出力が右上がりの波形となる第１期間では、２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力を緩やかに単調増加させる。また、それに続く右下がりの波形となる第２期間では、２．５Ｗ／μｓｅｃ以上の勾配で出力を急激に単調減少、好ましくは出力を停止する。
【0050】
パルス形状の生成は、例えば、ファンクションジェネレータ（ＷＦ１９７４，ＮＦ）を用いることができる。画像情報抽出部９、結石様態認識部１１および波形制御部２７による上記処理は、ハードウェアを含む少なくとも１つのプロセッサによって実行されることとしてもよい。
【0051】
次に、本実施形態に係るレーザ破砕方法は、例えば、図４のフローチャートに示されるように、ファイバ先端２３ａからパルス状のレーザ光を射出することによって、ファイバ先端２３ａから連続して複数のバブルＢを生成するステップＳ１と、複数のバブルＢが結合することによって構成されるバブル結合体ＢＢにより、ファイバ先端２３ａと尿路結石Ｓとの間を連結するステップＳ２と、バブル結合体ＢＢを消滅させることによって生じる吸引力により、尿路結石Ｓをファイバ先端２３ａに引き寄せるステップＳ３とを含んでいる。
【0052】
次に、本実施形態に係るレーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法の作用について説明する。
本実施形態に係るレーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法によって、結石を破砕する場合、光ファイバ接続部２５に光ファイバ２３を接続した後、ファイバ先端２３ａを溶液Ｗ中の尿路結石Ｓに向けて配置する。そして、ファイバ先端２３ａから尿路結石Ｓまでの距離が所定の範囲内となる状態を維持する。光ファイバ接続部２５から波形制御部２７にファイバ識別情報が伝送される。
本実施形態に係るレーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法によって、結石を破砕する場合、光ファイバ接続部２５に光ファイバ２３を接続した後、ファイバ先端２３ａを溶液Ｗ中の尿路結石Ｓに向けて配置する。そして、ファイバ先端２３ａから尿路結石Ｓまでの距離が所定の範囲内となる状態を維持する。光ファイバ接続部２５から波形制御部２７にファイバ識別情報が伝送される。
【0053】
次いで、照明光源１７から、尿路結石Ｓに向けて照明光を照射する。また、レーザ光源２１からレーザ光を発生させる。発振されたレーザ光は、光ファイバ接続部２５を経由して光ファイバ２３に入射する。光ファイバ２３によって導光されたレーザ光は、ファイバ先端２３ａから尿路結石Ｓに向けて射出される。
【0054】
次いで、画像処理プロセッサ１９によって尿路結石Ｓの画像が生成され、生成された画像が表示部７に表示される。ユーザは、表示部７により表示されている尿管鏡画像に基づいて、波形設定部１３によってレーザ光の波形を設定する。設定された波形を示す波形情報は波形制御部２７に伝送される。
【0055】
また、画像情報抽出部９により、生成された尿管鏡画像に基づいて、尿路結石Ｓの様態が抽出される。そして、結石様態認識部１１により、抽出された尿路結石Ｓの様態に基づいて波形制御情報が生成される。生成された波形制御情報は波形制御部２７に伝送される。
【0056】
波形制御部２７により、光ファイバ接続部２５からのファイバ識別情報、波形設定部１３からの波形情報、および、結石様態認識部１１からの波形制御情報の少なくとも１つに基づいて、波形情報記憶部１５から所望の波形情報が取得され、取得された波形情報に基づいてレーザ光源２１の発振が制御される。
【0057】
具体的には、レーザ光源２１から射出されるレーザ光の出力が、図５に示されるように、所定の勾配よりも小さい勾配で出力が単調増加する第１期間と、所定の勾配よりも大きい勾配で出力が単調減少する第２期間とに切り替えられるとともに、第１期間、第２期間の順に交互に繰り返される。
【0058】
これにより、例えば、図６に示されるように、まず、第１期間において、所定の勾配よりも小さい勾配で出力が単調増加するレーザ光が射出されることによって、ファイバ先端２３ａからバブルＢが生成される（図６の（ａ）の状態。）。そして、出力が単調増加しながらレーザ光が射出されることによってバブルＢがある程度の大きさになると、バブルＢの先端から２つ目のバブルＢが生成される（図６の（ｂ）の状態。）。
【0059】
次いで、バブルＢが溶液Ｗによって冷却されることにより１つ目のバブルＢが収縮すると、２つ目のバブルＢが残る（図６の（ｃ）の状態。）。さらに出力が単調増加しながらレーザ光が射出されることによって、ファイバ先端２３ａから新たなバブルＢが生成される（図６の（ｄ）の状態。）。その新たなバブルＢが成長することによって、新たなバブルＢが２つ目のバブルＢに結合すると、２つのバブルＢが結合したバブル結合体ＢＢが形成される（図６の（ｅ）の状態。）。
【0060】
バブル結合体ＢＢによってファイバ先端２３ａと尿路結石Ｓとの間が連結されると、レーザ光がバブル結合体ＢＢを透過することによって尿路結石Ｓに到達する。これにより、レーザ光が尿路結石Ｓに照射される。
【0061】
続いて、レーザ光の出力が第１期間から第２期間に切り替えられる。第２期間に切り替えられることによって、レーザ光の出力が所定の勾配よりも大きい勾配で単調減少すると、バブル結合体ＢＢが消滅する（図６の（ｆ）の状態。）。バブル結合体ＢＢの消滅によって吸引力が生じることにより、尿路結石Ｓがファイバ先端２３ａに引き寄せられる（図６の（ｇ）の状態。）。
【0062】
次いで、レーザ光の出力が第２期間から第１期間に切り替えられる。第１期間によって、所定の勾配よりも小さい勾配で出力が単調増加するレーザ光が射出されると（図６の（ｈ）の状態。）、ファイバ先端２３ａからバブルＢが生成される（図６の（ｉ）の状態。）。そして、出力が単調増加しながらレーザ光が射出されることによって、バブルＢから生成される２つ目のバブルＢが尿路結石Ｓに接触すると、レーザ光がバブルＢを透過することによって、尿路結石Ｓにレーザ光が照射される（図６の（ｊ）の状態。）。
【0063】
次いで、１つ目のバブルＢが収縮すると、２つめのバブルＢが残る（図６の（ｋ）の状態。）。そして、尿路結石Ｓが所望の大きさに破砕されるまで、図６の（ｄ）～（ｋ）の状態と同様の工程が繰り返される。尿路結石Ｓは、照射されたレーザ光のエネルギが尿路結石Ｓ中の水に吸収されることによる温度上昇に伴う水蒸気爆発、または、尿路結石Ｓそのものによるレーザ光のエネルギの吸収による熱化学変化等によって破砕される。
【0064】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ破砕装置３、レーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法によれば、バブル結合体ＢＢの消滅によって生じる引き寄せ作用を効率よく利用することができる。これにより、レーザ光の衝撃によって尿路結石Ｓがファイバ先端２３ａから離れる方向に移動するのを防止し、ファイバ先端２３ａから一定の距離内において尿路結石Ｓにレーザ光を照射することができる。よって、吸引効果を効果的に利用し、尿路結石Ｓにレーザ光を効率よく照射することができる。
【0065】
本実施形態では、上述したように、レーザ光の出力が右上がりの波形となる第１期間では２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力を緩やかに単調増加させ、右下がりの波形となる第２期間では２．５Ｗ／μｓｅｃ以上の勾配で出力を急激に単調減少、好ましくは出力を停止する。
【0066】
これに対し、本実施形態の比較例として、第１期間では２．５Ｗ／μｓｅｃを上回る勾配で出力を急激に単調増加させ、それに続く第２期間では２．５Ｗ／μｓｅｃを下回る勾配で出力を緩やかに単調減少させた場合は、媒質（溶液Ｗ）の成分に応じて多少異なるものの、複数のバブルＢが形成されなかったり、連結しない離散的なバブルＢが複数生じたりするだけであり、吸引効果がほとんど認められなかった。
【0067】
また、第１期間では２．５Ｗ／μｓｅｃを上回る勾配で出力を急激に単調増加させ、その後、出力の勾配をプラトー（矩形パルスが持つ水平または平坦な頂部もこれに含まれる。）にした場合は、バブルＢが壊れ易くなった。そして、複数のバブルＢが同時に存在しなかったり、バブルＢ同士が連結することなく別々の順番で消失したりした。
【0068】
また、第１期間において２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力を緩やかに単調増加させても、それに続く第２期間において２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力を緩やかに単調減少させた場合は、連結したバブルＢが断片的に消失または段階的に消失してしまい、十分な吸引効果が見られなかった。
【0069】
右上がりの波形のパルスを付与してからバブルＢが連結するまでの時間は、媒質および波形以外のパラメータにより異なる。そのため、使用時と同等の媒質環境とパラメータを有するパルスをダミーまたは実際の尿路結石Ｓに照射することによって計測すれば、右上がりの波形のパルスを付与してからバブルＢが連結するまでの時間を取得することができる。
【0070】
本実施形態は以下の構成に変形することができる。
本実施形態においては、第１期間および第２期間からなる上昇三角パルスを採用した。一変形例としては、例えば、図７に示すように、波形制御部２７が、第１期間の前に、所定の勾配よりも小さい勾配でレーザ光の出力を単調減少させることとしてもよい。第１期間の前にレーザ光の出力を単調減少させるこの期間を第３期間とする。
本実施形態においては、第１期間および第２期間からなる上昇三角パルスを採用した。一変形例としては、例えば、図７に示すように、波形制御部２７が、第１期間の前に、所定の勾配よりも小さい勾配でレーザ光の出力を単調減少させることとしてもよい。第１期間の前にレーザ光の出力を単調減少させるこの期間を第３期間とする。
【0071】
さらに、波形制御部２７が、第３期間の前に、所定の勾配よりも大きい勾配でレーザ光の出力を単調増加させることとしてもよい。第３期間の前にレーザ光の出力を単調増加させるこの期間を第４期間とする。
【0072】
この場合、第４期間では、レーザ光の出力が所定の勾配よりも大きい勾配で単調増加することによって、ファイバ先端２３ａから１つ目のバブルＢが速やかに生成される。次いで、第３期間では、レーザ光の出力が所定の勾配よりも小さい勾配で単調減少することによって、１つ目のバブルＢからさらに２つ目のバブルＢが生成された後、両方のバブルＢが消滅する。
【0073】
パルス波形は、本実施形態で説明した上昇三角パルスと、上昇三角パルスを左右反転させた下降三角パルスとを、下降三角パルス、上昇三角パルスの順番で繋げたＭ字型を有する。Ｍ字形状パルスの左半分、すなわち下降三角パルスは、第４期間に相当する２．５Ｗ／μｓｅｃ以上の勾配で出力が単調増加する上昇波形と、それに続く第３期間に相当する１．２５Ｗ／μｓｅｃ以上２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力が単調減少する右下がりの波形とから成る。Ｍ字形状パルスの右半分は、本実施形態で説明した上昇三角パルスの波形と同様である。
【0074】
上記構成のレーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法の作用について説明する。
本変形例に係るレーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法によって結石を破砕する場合、波形制御部２７により、図８に示されるように、レーザ光の出力が第４期間と、第３期間と、第１期間と、第２期間とに切り替えられるとともに、第４期間、第３期間、第１期間、第２期間の順に繰り返される。
本変形例に係るレーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法によって結石を破砕する場合、波形制御部２７により、図８に示されるように、レーザ光の出力が第４期間と、第３期間と、第１期間と、第２期間とに切り替えられるとともに、第４期間、第３期間、第１期間、第２期間の順に繰り返される。
【0075】
これにより、例えば、図９に示されるように、まず、第４期間において、所定の勾配よりも大きい勾配で出力が単調増加するレーザ光が射出されることによって、ファイバ先端２３ａからバブルＢが速やかに生成される（図９の（ａ）の状態。）。
【0076】
次いで、レーザ光の出力が第４期間から第３期間に切り替えられる。第３期間に切り替えられることによって、所定の勾配よりも小さい勾配で出力が単調減少するレーザ光が射出されると、バブルＢが次第に大きくなるとともに、バブルＢの先端から２つめバブルＢが生成される（図９の（ｂ）の状態。）。そして、両方のバブルＢが消滅すると、吸引力が生じることによって、尿路結石Ｓがファイバ先端２３ａに引き寄せられる（図９の（ｃ）の状態。）。
【0077】
次いで、レーザ光の出力が第３期間から第１期間に切り替えられる。第１期間に切り替えられることによって、所定の勾配よりも小さい勾配で出力が単調増加するレーザ光が射出されると、ファイバ先端２３ａからバブルＢが生成される（図９の（ｄ）の状態。）。
【0078】
この場合の第１期間では、第４期間および第３期間に生成されたバブルＢによって、レーザ光が光束を保って伝搬する光路に対応する経路上の溶液Ｗが温められていることにより、ファイバ先端２３ａから連続する複数のバブルＢが一塊となって生成される。そして、ファイバ先端２３ａと尿路結石Ｓとを連結するバブル結合体ＢＢが速やかに形成される（図９の（ｅ）の状態。）。これにより、レーザ光がバブル結合体ＢＢを透過することによって、尿路結石Ｓにレーザ光が照射される。
【0079】
次いで、レーザ光の出力が第１期間から第２期間に切り替えられる。第２期間に切り替えられることによって、所定の勾配よりも大きい勾配で出力が単調減少するレーザ光が射出されると、バブル結合体ＢＢが消滅する。これにより、吸引力が生じることによって、尿路結石Ｓがファイバ先端２３ａに引き付けられる（図９の（ｆ），（ｇ），（ｈ）の状態。）
【0080】
次いで、レーザ光の出力が第２期間から第４期間に切り替えられる。第４期間に切り替えられることによって、出力が所定の勾配よりも大きい勾配で単調増加するレーザ光が射出されると、ファイバ先端２３ａにバブルＢが速やかに生成される（図９の（ｉ）の状態。）。
【0081】
次いで、レーザ光の出力が第４期間から第３期間に切り替えられる。第３期間に切り替えられることによって、所定の勾配よりも小さい勾配で出力が単調減少するレーザ光が射出されると、バブルＢが次第に大きくなるとともに、バブルＢの先端から２つ目のバブルＢが生成される（図９の（ｊ）の状態。）。そして、両方のバブルＢが消滅すると、吸引力が生じることによって、バブルＢがファイバ先端２３ａに引き寄せられる（図の（ｋ）の状態。）。
【0082】
次いで、レーザ光の出力が第３期間から第１期間に切り替えられる。第１期間に切り替えられることによって、所定の勾配よりも小さい勾配で出力が単調増加するレーザ光が射出されると、ファイバ先端２３ａからバブルＢが生成される（図９の（ｌ）の状態。）。
【0083】
この場合も、第４、第３期間に生成されたバブルＢによってレーザ光の経路上の溶液Ｗが温められていることにより、ファイバ先端２３ａから連続する複数のバブルＢが一塊となって生成される。そして、ファイバ先端２３ａと尿路結石Ｓとを連結するバブル結合体ＢＢが速やかに形成される（図９の（ｍ）の状態。）。これにより、レーザ光がバブル結合体ＢＢを透過することによって、尿路結石Ｓにレーザ光が再び照射される。
【0084】
レーザ光の衝撃によって、ファイバ先端２３ａから離れる方向に尿路結石Ｓが移動すると（図９の（ｎ），（ｏ），（ｐ）の状態。）、図９の（ａ）～（ｐ）の状態と同様の工程が繰り返される。そして、レーザ光の照射が繰り返されることによって、尿路結石Ｓが所望の大きさに破砕される。
【0085】
以上、本変形例によれば、第１、第２期間の前に、第４期間によって、バブルＢが速やかに生成されるとともに、第３期間によってレーザ光の経路上の溶液Ｗが温められることにより、その後の第１期間において、ファイバ先端２３ａと尿路結石Ｓとの間をバブル結合体ＢＢによって速やかに連結することができる。
【0086】
本変形例では、Ｍ字形状パルスの左半分、すなわち下降三角パルスは、第４期間に相当する５Ｗ／μｓｅｃ以上の勾配で出力が単調増加する上昇波形と、それに続く第３期間に相当する２５Ｗ／μｓｅｃ以上２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力が単調減少する右下がりの波形とから成る。
【0087】
第４期間の上昇波形は、バブルＢが形成される余地が無い急峻な勾配である。また、上昇波形に続く右下がりの下降波形の第３期間では、先行する急峻な上昇波形から下降に転じる際に比較的大きなサイズのバブルＢが生成される。そして、第３期間では緩やかな勾配で出力が単調減少することにより、下降波形の最後までバブルＢが維持される。したがって、第３期間においてバブルＢを通じて媒質が加温される。さらに、第３期間では、１．２５Ｗ／μｓｅｃ以上２．５Ｗ／μｓｅｃ以下の勾配で出力が単調減少することにより、バブルＢが破裂し難くなるので、尿路結石Ｓに対するレトロパルション作用が起こらないままバブルＢが維持される。
【0088】
Ｍ字形状パルスの左半分の下降三角パルスから右半分の上昇三角パルスに切り替わることによって出力の上昇に転じる際、第４、第３期間の下降三角パルスの過程で生じたバブルＢが一旦消失する。ところが、引き続き第１期間において出力が単調増加する過程で、立て続けに複数、典型的には２個または３個のバブルＢが生じた後、これら複数のバブルＢが消失することなく連結する。その後、上述したように、上昇三角パルスの上昇から第２期間の急激な下降に転じることにより、短時間で吸引効果が得られる。
【0089】
これに対し、本変形例の比較例として、Ｍ字形状パルスの左半分の最初の上昇波形となる第４期間において２．５Ｗ／μｓｅｃ未満の勾配で出力を単調増加させた場合は、大なり小なり１以上のバブルＢが瞬間的に生成される場合が有り、これによって尿路結石Ｓが遠位に遠ざかる可能性が示唆された。
【0090】
また、最初の上昇波形に続く右下がりの下降波形となる第３期間において２．５Ｗ／μｓｅｃを上回る勾配で出力を急激に単調減少させた場合は、下降波形の途中でバブルＢが消失したり、連結しない離散的なバブルＢが複数生じたりするだけであり、バブルＢを通じた媒質の加温は不十分であった。
【0091】
また、第３期間において、プラトー（矩形パルスが持つ水平または平坦な頂部もこれに含まれる。）に近い勾配にした場合は、バブルＢが壊れ易くなった。そして、複数のバブルＢが同時に存在しなかったり、バブルＢ同士が連結することなく別々の順番で消失したりした。
【0092】
本実施形態においては、結石様態認識部１１が、画像に基づいて、バブルＢと尿路結石Ｓとの間の距離を算出する算出部として機能することとしてもよい。また、算出された距離に関する情報が、表示部７によって表示されることとしてもよい。表示部７により表示される画像情報と、結石様態認識部１１によって算出される距離に関する情報とから、ファイバ先端２３ａと尿路結石Ｓとの間の距離をユーザが容易に把握することができる。
【0093】
また、本実施形態においては、レーザ光がインターバルを有しながら繰り返し射出されることとしたが、レーザ光がインターバルを有さずに繰り返し射出されることとしてもよい。
【0094】
また、本実施形態においては、尿管に適用する例を示したが、胆管や腎臓のように、体内で結石を生じ得る任意の臓器から画像を取得する内視鏡であってよい。各臓器に生成される結石の成分に応じたレーザ結石破砕を、画像を見ながら実施することが望ましい。内視鏡を用いるレーザ破砕装置の態様については、結石破砕装置および結石破砕システムと題される国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１９／００７９２８を参照してもよい。
【実施例】
【0095】
次に、上述した実施形態に係るレーザ破砕装置３、レーザ破砕システム１およびレーザ破砕方法の実施例について説明する。
（方法）
本実施例では、同じパルスエネルギを所有する４種類のパルス形状、すなわち、矩形パルス（Ｓｑｕｒｅ：Ｓｑ）、下降三角パルス（Ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ Ｔｒｉａｎｇｌｅ：ＤＴ）、上昇三角パルス（Ａｓｃｅｎｄｉｎｇ Ｔｒｉａｎｇｌｅ：ＡＴ）、Ｍ字形状パルス（Ｍ－ｓｈａｐｅｄ Ｐｕｌｓｅ：ＭＰ）を比較対象とした。２７０ｕｍコア径の光ファイバ（ＨＬＦＤＢＸ０２７０ｃ、Ｄｏｒｎｉｅｒ ＭｅｄＴｅｃｈ）を用いて光エネルギの伝送を行った。表１にパルス形状パラメータを示し、図１０に各パルスのパルス形状を示す。
なお、図１０に示されるパルス形状以外のパラメータである、パルスエネルギ（Ｊ）、平均パワー（Ｗ）、パルス幅（μｓ）は、本実施例において選定したものであり、好適なパラメータの一例ということができる。すなわち、本実施例で採用しているレーザ光のパルスは、いずれも５００Ｗの平均パワーと０．２Ｊのパルスエネルギとを有し、パルス幅は各パルス形状に関係して異なる。すなわち、従来技術としての矩形パルスは４００μｓ、下降三角パルスおよび上昇三角パルスはいずれも８００μｓ、Ｍ字形状パルスは７２８μｓである。Ｍ字形状パルスは、パルス幅の半分に相当する中央部の最下点において、ゼロではなく、５０Ｗの平均パワーを有する。これらパルス形状において、平均パワーとパルス幅とにより、バブルの生成および消失の動態に関連するパルス出力の勾配を規定することができる。図１０に明示された各パラメータの値によらず、本発明は、本明細書で述べる発明の主旨に基づき適宜変更できるものとする。
（方法）
本実施例では、同じパルスエネルギを所有する４種類のパルス形状、すなわち、矩形パルス（Ｓｑｕｒｅ：Ｓｑ）、下降三角パルス（Ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ Ｔｒｉａｎｇｌｅ：ＤＴ）、上昇三角パルス（Ａｓｃｅｎｄｉｎｇ Ｔｒｉａｎｇｌｅ：ＡＴ）、Ｍ字形状パルス（Ｍ－ｓｈａｐｅｄ Ｐｕｌｓｅ：ＭＰ）を比較対象とした。２７０ｕｍコア径の光ファイバ（ＨＬＦＤＢＸ０２７０ｃ、Ｄｏｒｎｉｅｒ ＭｅｄＴｅｃｈ）を用いて光エネルギの伝送を行った。表１にパルス形状パラメータを示し、図１０に各パルスのパルス形状を示す。
【表1】
【0096】
図１１に示されるように、光ファイバ（２７２μｍ－ｃｏｒｅ ＭＭＦ（ＨＬＦＤＢＸ０２７０Ｃ、Ｄｏｒｎｉｅｒ））４１から照射される実際の平均パワーは、パワーセンサ（Ｓ３２２Ｃ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）４３およびパワーメータ（ＰＭ１００Ｄ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）４５によって計測した。
【0097】
また、パルス形状は光検出器（ＤＥＴ１０Ｄ／Ｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）４７によって計測した。光検出器４７の出力波形は、オシロスコープ４９において１６回のデジタル平均を行って取得した。パルスエネルギ（Ｊ）は、平均パワー（Ｗ）をパルスレート（Ｈｚ）で割ることにより算出した。図１１において、符号５５は光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）を示し、符号５７はダイクロイックミラー（ＤＭＬＰ１８００Ｌ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ Ｒ＝０．０２２５（＠λ＝１．９４μｓ））を示し、符号５９は集光レンズ（ＬＡ５７６３－Ｄ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ ｆ＝５０ｍｍ）を示している。
【0098】
図１２に各パルスのパルス形状とパルスエネルギを示す。
レーザ装置５１には、Ｔｈｕｌｉｕｍ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ（ＴＬＲ－５０／５００－ＱＣＷ－ＡＣ－Ｙ１６、ＩＰＧ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を使用した。パルス形状の生成は、ファンクションジェネレータ（ＷＦ１９７４、ＮＦ）５３より行った。
レーザ装置５１には、Ｔｈｕｌｉｕｍ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ（ＴＬＲ－５０／５００－ＱＣＷ－ＡＣ－Ｙ１６、ＩＰＧ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を使用した。パルス形状の生成は、ファンクションジェネレータ（ＷＦ１９７４、ＮＦ）５３より行った。
【0099】
（バブル観察）
図１３に示されるように、高速度デジタルカメラ（Ｆａｓｔｃａｍ ＳＡ－Ｚ、Ｐｈｏｔｏｒｏｎ）６３を用いて、各パルスのバブル形成過程を撮影および記録した。撮影速度は１０万フレーム／秒とした。
図１３に示されるように、高速度デジタルカメラ（Ｆａｓｔｃａｍ ＳＡ－Ｚ、Ｐｈｏｔｏｒｏｎ）６３を用いて、各パルスのバブル形成過程を撮影および記録した。撮影速度は１０万フレーム／秒とした。
【0100】
図１３にバブル形状解析システム６１のセットアップを示す。
光ファイバ６５が設置されたアクリルケース６７の背面から、ハロゲンランプを光源６９としたケーラ照明により撮影領域を照明した。バブルはカメラ撮影画像の陰影として表れる。符号６７ａは灌流入口を示し、符号６７ｂは灌流出口を示している。
光ファイバ６５が設置されたアクリルケース６７の背面から、ハロゲンランプを光源６９としたケーラ照明により撮影領域を照明した。バブルはカメラ撮影画像の陰影として表れる。符号６７ａは灌流入口を示し、符号６７ｂは灌流出口を示している。
【0101】
図１４に示されるように、バブル長さ（Ｌ）をファイバ端６５ａから連続するバブルＢの最大長として定義し、バブル幅（Ｗ）を光ファイバ６５と直交する向きのバブル幅の最大値と定義した。
【0102】
図１５に各パルスのバブル形成過程を示す。
矩形パルスの場合は、ファイバ端６５ａから連続して２つのバブルＢが生成および消滅した。２つのバブル長さは同程度であった。下降三角パルスの場合は、ファイバ端６５ａから連続して３つのバブルＢが生成および消滅した。３つのバブル長さは漸次短くなった。
矩形パルスの場合は、ファイバ端６５ａから連続して２つのバブルＢが生成および消滅した。２つのバブル長さは同程度であった。下降三角パルスの場合は、ファイバ端６５ａから連続して３つのバブルＢが生成および消滅した。３つのバブル長さは漸次短くなった。
【0103】
上昇三角パルスは、ファイバ端６５ａから連続して３つのバブルＢが生成および消滅し、３つのバブル長さは漸次長くなった。Ｍ字形状パルスは、ファイバ端６５ａから連続して３つのバブルＢが生成および消滅した。１つ目のバブルＢと３つ目のバブルＢの長さは同程度で、２つ目のバブルＢの長さは１つ目および３つ目のバブルＢよりも短かった。
【0104】
各パルス形状において連続して生成および消滅する複数個のバブルＢのそれぞれの幅、長さおよび幅と長さの比率を図１６に示す。
各パルス形状の複数個のバブル幅の大きさのシークエンスは、パルス形状によって異なる。いずれのパルス形状のバブルＢも、光ファイバ６５の長手軸方向に沿って長い楕円型を示したが、上昇三角パルスの３つ目のバブルＢの形状は球形に近かった。
各パルス形状の複数個のバブル幅の大きさのシークエンスは、パルス形状によって異なる。いずれのパルス形状のバブルＢも、光ファイバ６５の長手軸方向に沿って長い楕円型を示したが、上昇三角パルスの３つ目のバブルＢの形状は球形に近かった。
【0105】
（吸引効果および結石レトロパルション）
ファイバの前方方向の吸引効果を評価する実験システムを図１７Ａおよび図１７Ｂに示す。
ポリスチレン（ＰＳ）セル７１上に２ｍｍ角の結石ファントム（ＢｅｇｏＳｔｏｎｅ ｐｌｕｓ、配合比５：１、Ｂｅｇｏ Ｃａｎａｄａ）ＢＳを配置する。光ファイバ６５を水平方向にＰＳセル７１の上面から１ｍｍの高さに設置する。
ファイバの前方方向の吸引効果を評価する実験システムを図１７Ａおよび図１７Ｂに示す。
ポリスチレン（ＰＳ）セル７１上に２ｍｍ角の結石ファントム（ＢｅｇｏＳｔｏｎｅ ｐｌｕｓ、配合比５：１、Ｂｅｇｏ Ｃａｎａｄａ）ＢＳを配置する。光ファイバ６５を水平方向にＰＳセル７１の上面から１ｍｍの高さに設置する。
【0106】
光ファイバ６５と結石ファントムＢＳを側方からビデオカメラ（ＡＲＴＣＡＭ－１３０ＭＩ－ＢＷ、ＡＲＴＲＡＹ）７３によって撮影する。結石ファントムＢＳの移動の大きさを評価するために、結石ファントムＢＳの上方にデジタルカメラ７５を設置し、レーザ照射の前後の結石ファントムＢＳの位置（Ｘ、Ｙ）を取得した。符号７７はキセノンランプを示している。
【0107】
図１８に示されるように、結石レトロパルション距離は、レーザ照射終了後の光ファイバ６５の先端から結石ファントムＢＳの重心までの距離（ｄ）から結石ファントムＢＳの半値幅（ｄ０）をオフセットとして差し引いた数値（ｄ’)とした。
【0108】
光ファイバ６５の先端と結石ファントムＢＳとの間の距離を０ｍｍ、０．５ｍｍとした場合の２ｍｍ角の結石ファントムＢＳに対する各パルス形状の照射と、同距離を０ｍｍとした場合の５ｍｍ角の結石ファントムＢＳに対する各パルス形状の照射を行った。それぞれの条件においてＮ＝３とした。Ｎは各実験の試行回数を示している。
【0109】
光ファイバ６５の先端と２ｍｍ角の結石ファントムＢＳとの距離を０．５ｍｍとした場合の各パルス形状における結石ファントムＢＳの動態を解析した結果の一例を図１９に示す。
矩形パルスおよび下降三角パルスにおいては、レーザ照射開始直後に結石ファントムＢＳが一方向にスライドして停止した。上昇三角パルスおよびＭ字形状パルスにおいては、レーザ照射中に結石ファントムＢＳが１度光ファイバ６５の先端から離れた後に近づいたり、その場で回転したりする現象（吸引効果）が見られた。
矩形パルスおよび下降三角パルスにおいては、レーザ照射開始直後に結石ファントムＢＳが一方向にスライドして停止した。上昇三角パルスおよびＭ字形状パルスにおいては、レーザ照射中に結石ファントムＢＳが１度光ファイバ６５の先端から離れた後に近づいたり、その場で回転したりする現象（吸引効果）が見られた。
【0110】
上昇三角パルスにおいては、レーザ照射終了直前に光ファイバ６５の先端に引き寄せられていた結石ファントムＢＳが大きく弧を描いて吹き飛ばされた。その結果、レーザ照射終了後の結石ファントムＢＳの位置は、矩形パルスと上昇三角パルスの場合とあまり変わっていない。Ｍ字形状パルスの場合は、レーザ照射終了後の結石ファントムＢＳの位置は他の例に比べて光ファイバ６５の先端に近い。
【0111】
図２０に光ファイバ６５の先端と結石ファントムＢＳとの距離を０ｍｍとした場合の５ｍｍ角の結石ファントムＢＳにおける結果の一例を示す。
矩形パルスにおいては、結石ファントムＢＳに対して吸引効果が弱く働くものの、結石ファントムＢＳは大きくスライドした。下降三角パルスにおいては、結石ファントムＢＳはレーザ照射後に一方向にスライドした後に停止した。上昇三角パルスとＭ字形状パルスは、レーザ照射中に吸引効果現象を示し、レーザ照射終了後に光ファイバ６５の先端に近い位置で結石ファントムＢＳが停止した。
矩形パルスにおいては、結石ファントムＢＳに対して吸引効果が弱く働くものの、結石ファントムＢＳは大きくスライドした。下降三角パルスにおいては、結石ファントムＢＳはレーザ照射後に一方向にスライドした後に停止した。上昇三角パルスとＭ字形状パルスは、レーザ照射中に吸引効果現象を示し、レーザ照射終了後に光ファイバ６５の先端に近い位置で結石ファントムＢＳが停止した。
【0112】
上述の動画解析の結果、吸引効果現象が認められた場合を吸引成功とし、吸引効果現象が認められなかった場合を吸引失敗とし、各条件におけるＮ＝３の試行のうち吸引成功の数を吸引成功率として表２にまとめた。
【表2】
【0113】
上昇三角パルスおよびＭ字形状パルスにおいて、２ｍｍ角の結石ファントムＢＳ（光ファイバ－結石ファントム間距離：０．５ｍｍ）および５ｍｍ角の結石ファントムＢＳの場合の吸引成功率が高かった。ただし、２ｍｍ角の結石ファントムＢＳ（光ファイバ－結石ファントム間距離：０ｍｍ）の場合は、吸引成功率は低かった。
【0114】
結石レトロパルション距離の測定結果を表３に示す。
Ｍ字形状パルスはいずれの条件においてもその他のパルス形状よりも結石レトロパルション距離が小さかった。上昇三角パルスは５ｍｍ角の結石ファントムＢＳの条件において結石レトロパルション距離が小さく、他の条件においてはその他のパルス形状と同程度だった。
【表3】
【0115】
図２１に示されるように、光ファイバ６５と結石ファントムＢＳとの間の距離と吸引成功率との関係を評価するために、光ファイバ６５の先端と結石ファントムＢＳとの間の距離０ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍの距離の条件において、結石ファントムＢＳの動態をＮ＝３において動画解析した。この実験のパルス形状は上昇三角パルスを使用した。その結果、距離０．５ｍｍ、１ｍｍの条件において吸引成功率が高かった。このように、吸引成功率が高くなる離間距離があることが確かめられた。
【0116】
図２０、図２１の検討結果から分かるように、対象となる結石とレーザ射出端との間の距離や結石のサイズのような条件によって、吸引成功率が異なる場合があるため、これら条件を把握しながら結石破砕を実行するのが好ましい。そのための画像取得手段としては、光ファイバ６５の先端（レーザ出射端）から結石ファントムＢＳまでの距離が０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍとなる範囲を画像化できる焦点距離を有するのが好ましい。
【0117】
高速度デジタルカメラ（Ｆａｓｔｃａｍ ＳＡ－Ｚ、Ｐｈｏｔｏｒｏｎ）６３を用いて、５万フレーム／秒の撮影速度で、図２２に示されるように、バブルＢの観察と、光ファイバ６５と結石ファントムＢＳとの相互作用を測定した。その結果、吸引効果が成功した例では、バブルＢの最大長さの距離以下においてバブルＢが結石ファントムＢＳを引き込みトラップすることがわかった。
【0118】
（吸引効果の詳しいメカニズム）
バブルＢと相互作用する結石Ｓの動態には、図２３に示されるように、バブルＢの収縮に伴う瞬間的な引き寄せ力とバブルＢの崩壊後に発生するジェット水流、照射されたレーザ光がバブルＢの間を抜けて結石Ｓに当たることによって結石Ｓが破砕されるときに生じる反力、結石Ｓに働く地面との静止摩擦力の４つの力の関係が重要である。
バブルＢと相互作用する結石Ｓの動態には、図２３に示されるように、バブルＢの収縮に伴う瞬間的な引き寄せ力とバブルＢの崩壊後に発生するジェット水流、照射されたレーザ光がバブルＢの間を抜けて結石Ｓに当たることによって結石Ｓが破砕されるときに生じる反力、結石Ｓに働く地面との静止摩擦力の４つの力の関係が重要である。
【0119】
照射されたレーザ光の光エネルギが水に吸収されることによってバブルＢが発生する。そして、膨張したバブルＢが結石Ｓに接触すると、バブルＢを通じて結石Ｓに到達した光エネルギによって結石Ｓが破砕される。膨張したバブルＢが収縮に転じると、バブルＢの内外の圧力差によってバブルＢの収縮方向に吸引力が働く。バブルＢが収縮により崩壊した反動によって、結石Ｓを押しのける方向に水流が発生する。
【0120】
仮に破砕反力と水流の力が吸引力と結石Ｓに働く静止摩擦力を上回る場合には、結石Ｓが後方移動する。このとき、バブルＢが結石Ｓに到達した後、速やかに照射エネルギを減じることによって破砕反力を低くする。バブルＢの収縮に伴う吸引力が結石Ｓに働く静止摩擦力または結石Ｓの慣性力を上回り、バブル崩壊後の水流が結石Ｓの慣性力よりも下回る場合に、吸引効果が起こる。
【0121】
（従来のバルス形状との対比）
従来のパルス形状は、矩形状または段階的パルスのように、パルス出力のピーク値が継続したり、専ら破砕効果を得るためにバブル生成期間が短いために、複数のバブルが連結されない。発明者のさらなる検討では、特許文献２に開示されるような第１および第２パルスを用いる場合であっても、光ファイバ先端に生成されるバブルがインターバルにより結石に到達したとしても、その後において光ファイバ側と結石側とにバブルが分断され、結石側に付着して残ったバブルが任意のタイミングで消失することで、レトロパルションが働いてしまうことが想定された。このように、従来のパルス形状による結石破砕の概念は、結石Ｓのアブレーションに多大なエネルギを注ぐことを優先しているため、たとえ吸引効果を生じる条件を持ったとしても、その吸引効果を上回るレトロパルションが働くことによって結石Ｓを後方に吹き飛ばしてしまうと考えられる。とくに、矩形状のパルスや、専ら破砕効果のみを生じるような十分に出力の高いパルスは、発生するバブルＢが小さすぎたり、バブルの形状がレーザの照射方向に沿って長手状に連結しないために、たとえ吸引力が生じたとしてもレトロパルションの方が上回るので、吸引効果を発揮するのが困難であることが、発明者の検討により分かった。
従来のパルス形状は、矩形状または段階的パルスのように、パルス出力のピーク値が継続したり、専ら破砕効果を得るためにバブル生成期間が短いために、複数のバブルが連結されない。発明者のさらなる検討では、特許文献２に開示されるような第１および第２パルスを用いる場合であっても、光ファイバ先端に生成されるバブルがインターバルにより結石に到達したとしても、その後において光ファイバ側と結石側とにバブルが分断され、結石側に付着して残ったバブルが任意のタイミングで消失することで、レトロパルションが働いてしまうことが想定された。このように、従来のパルス形状による結石破砕の概念は、結石Ｓのアブレーションに多大なエネルギを注ぐことを優先しているため、たとえ吸引効果を生じる条件を持ったとしても、その吸引効果を上回るレトロパルションが働くことによって結石Ｓを後方に吹き飛ばしてしまうと考えられる。とくに、矩形状のパルスや、専ら破砕効果のみを生じるような十分に出力の高いパルスは、発生するバブルＢが小さすぎたり、バブルの形状がレーザの照射方向に沿って長手状に連結しないために、たとえ吸引力が生じたとしてもレトロパルションの方が上回るので、吸引効果を発揮するのが困難であることが、発明者の検討により分かった。
【0122】
上昇三角およびＭ字形状パルスは、適切な距離の条件のもと結石Ｓを引き付ける効果を有する。さらに、Ｍ字形状パルスは結石のレトロパルションが小さい。
【0123】
（方法：ファイバ側方の吸引効果）
図２４に示されるように、アクリルケース６７内にＰＳセル７１を敷き、ＰＳセル７１の上に２ｍｍ角の結石ファントム（ベゴストーン）ＢＳを配置した。生理食塩水を灌流入口６７ａから約２０ｍｌ／ｍｉｎの速度で注入し、その生理食塩水を灌流出口６７ｂから排出した。結石ファントムＢＳの移動を高速度デジタルカメラ（Ｆａｓｔｃａｍ ＳＡ－Ｚ、Ｐｈｏｔｏｒｏｎ）６３を使って撮影し、キセノン光源７７で照明した。アクリルケース６７内において、２００ｕｍコア径の光ファイバ６５をＰＳセル７１の上面に対して垂直に配置した。
図２４に示されるように、アクリルケース６７内にＰＳセル７１を敷き、ＰＳセル７１の上に２ｍｍ角の結石ファントム（ベゴストーン）ＢＳを配置した。生理食塩水を灌流入口６７ａから約２０ｍｌ／ｍｉｎの速度で注入し、その生理食塩水を灌流出口６７ｂから排出した。結石ファントムＢＳの移動を高速度デジタルカメラ（Ｆａｓｔｃａｍ ＳＡ－Ｚ、Ｐｈｏｔｏｒｏｎ）６３を使って撮影し、キセノン光源７７で照明した。アクリルケース６７内において、２００ｕｍコア径の光ファイバ６５をＰＳセル７１の上面に対して垂直に配置した。
【0124】
図２５に示されるように、光ファイバ６５と結石ファントムＢＳとの間の距離をＸとし、ＰＳセル７１の上面から光ファイバ６５の先端までの距離をＺとして調整した。
【0125】
（結果：ファイバ側方の吸引効果）
図２６にＺ＝２．５ｍｍ、Ｘ＝１．５ｍｍの配置条件における矩形パルス、下降三角パルス、上昇三角パルスおよびＭ字形状パルスの吸引効果の評価結果を示す。パルスエネルギ０．２Ｊ、パルス周波数８０Ｈｚ、レーザ照射時間１秒をレーザ光の照射条件とした。
図２６にＺ＝２．５ｍｍ、Ｘ＝１．５ｍｍの配置条件における矩形パルス、下降三角パルス、上昇三角パルスおよびＭ字形状パルスの吸引効果の評価結果を示す。パルスエネルギ０．２Ｊ、パルス周波数８０Ｈｚ、レーザ照射時間１秒をレーザ光の照射条件とした。
【0126】
このうち、矩形パルスと上昇三角パルスにおいて、結石ファントムＢＳが光ファイバ６５下へ引き寄せられることによってレーザ光が結石ファントムＢＳに照射され、その結果、粉塵が上がった。これを吸引成功と定義し、各取得動画データを解析することによって吸引成功の有無を判定した。
【0127】
吸引速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）は、吸引成功した場合の光ファイバ６５と結石ファントムＢＳとの間の距離（Ｘ）と、レーザ照射開始（ｌａｓｅｒ ｓｔａｒｔ）からレーザ光が結石ファントムＢＳに最初にヒット（ｓｔｏｎｅ ｈｉｔ）するまでの時間、すなわちレーザ光が結石ファントムＢＳに最も早く到達するまでの時間との比として算出した。
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ（ｍｍ／ｓｅｃ）＝Ｘ／（ｔ[ｓｔｏｎｅ ｈｉｔ]－ｔ［ｌａｓｅｒ ｓｔａｒｔ］）
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ（ｍｍ／ｓｅｃ）＝Ｘ／（ｔ[ｓｔｏｎｅ ｈｉｔ]－ｔ［ｌａｓｅｒ ｓｔａｒｔ］）
【0128】
吸引成功率と吸引速度の結果を図２７に示す。ファイバ側方の吸引効果は矩形パルスと上昇三角パルスの場合に多く現れた。吸引速度は距離が離れるに従い低下した。矩形パルスは上昇三角パルスよりも吸引力が強かった。
【0129】
ファイバ側方の吸引効果は、ポップコーン砕石の開始を早くしたり、周囲の近くに位置する１以上の結石Ｓをファイバ前方へ引き寄せたりするのに有用である。本実験結果より、矩形パルスと上昇三角パルスにファイバ側方の吸引効果が現れ、矩形パルスの方が上昇三角パルスよりも側方の吸引力が高かった。
【0130】
しかし、矩形パルスはファイバ前方へのエネルギ送達率が上昇三角パルスよりも高いため、臨床においてはファイバ前方が向いている生体粘膜に対して水に吸収されるエネルギの残りのエネルギが送達されるので、生体粘膜の温度が正常な状態よりも高くならないよう慎重に行わなければならない。この点では、段階的なパルスも同様に慎重に扱うべきと考えられる。これに対し、上昇三角パルスは、ピーク値のパルスが一瞬にすぎないので、ファイバ前方に送達させるエネルギが少ない一方、ファイバ側方における吸引効果が得られるため、生体粘膜へのダメージリスクを低減させながら、ファイバ側方の結石Ｓを光ファイバ６５に引き込むことができる。この点では、Ｍ字形状パルスも同様に生体へのダメージが少ないと考えられるので、後述する変形例のようにＭ字形状パルスの形状を上昇三角の形状に近づけるように、パルスを構成する期間ごとの出力の勾配を変更するのが好ましい。このように、側方の吸引効果においても、生体で利用されるレーザ結石破砕においては、矩形パルスよりも本発明のパルス形状の方が適していると考えられる。
【0131】
（パルス形状の変形例）
パルス形状は図２８の（ａ）～（ｆ）に示すパルス形状であっても同様の効果を示す。図２８の（ａ）は上昇三角パルスの変形例を示し、図２８の（ｂ）～（ｆ）はＭ字形状パルスの変形例を示している。これら変形例は、いずれも上述したようなパルス波形の勾配を有するものとする。図２８の（ａ）に示されるパルス形状によれば、上昇三角形状のパルスの変形例として、単調増加する第１期間と単調減少する第２期間とはほぼ同一の所定勾配であってもよい。また、図２８の（ｂ）～（ｄ）に示されるパルス形状によれば、Ｍ字形状パルスの変形例として、パルス出力が単調増加するパルスに関する第１および第４期間に相当するパルスの第１の組と、パルス出力が単調減少するパルスに関する第２および第３期間に相当するパルスの第２の組との相対的な勾配の大小関係を任意に変更してもよい。また、本発明の実施例では、単調増加する第１期間と単調減少する第２期間においてパルス出力が増加から減少に転じる部分の形状が折れ線となっていることでバブルの消失作用を高めているが、バブルの消失が予定されない他の部分では折れ線の形状である必要はない。そこで、たとえば図２８の（ｅ）に示されるパルス形状のように、Ｍ字形状パルスの中央部に相当する第３期間から第１期間にかけてパルスの出力が減少から増加に転じる部分を変曲点を有する曲線に変更してもよい。さらに、本発明の実施例によれば、図１０に示されるように、Ｍ字形状パルスの上記中央部のパルス出力をゼロよりも大きくすることで、第３期間において温められた溶液Ｗに対し速やかに次のバブル生成を進行させることが可能となっている。そこで、図２８の（ｅ）および（ｆ）のように、曲線または矩形状の谷を形成するパルス形状であってもよい。さらに図２８の（ｆ）によれば、Ｍ字形状パルスの変形例に限り、２つのピーク値の部分をそれぞれ狭小な幅の矩形状に変更することが可能である。すなわち、Ｍ字形状パルスの中央部において十分に温められた液体において連結されたバブルは、図示されるように高々全体の３０％未満の幅の矩形パルスで連結が解かれ難い場合が有り得る。
パルス形状は図２８の（ａ）～（ｆ）に示すパルス形状であっても同様の効果を示す。図２８の（ａ）は上昇三角パルスの変形例を示し、図２８の（ｂ）～（ｆ）はＭ字形状パルスの変形例を示している。これら変形例は、いずれも上述したようなパルス波形の勾配を有するものとする。図２８の（ａ）に示されるパルス形状によれば、上昇三角形状のパルスの変形例として、単調増加する第１期間と単調減少する第２期間とはほぼ同一の所定勾配であってもよい。また、図２８の（ｂ）～（ｄ）に示されるパルス形状によれば、Ｍ字形状パルスの変形例として、パルス出力が単調増加するパルスに関する第１および第４期間に相当するパルスの第１の組と、パルス出力が単調減少するパルスに関する第２および第３期間に相当するパルスの第２の組との相対的な勾配の大小関係を任意に変更してもよい。また、本発明の実施例では、単調増加する第１期間と単調減少する第２期間においてパルス出力が増加から減少に転じる部分の形状が折れ線となっていることでバブルの消失作用を高めているが、バブルの消失が予定されない他の部分では折れ線の形状である必要はない。そこで、たとえば図２８の（ｅ）に示されるパルス形状のように、Ｍ字形状パルスの中央部に相当する第３期間から第１期間にかけてパルスの出力が減少から増加に転じる部分を変曲点を有する曲線に変更してもよい。さらに、本発明の実施例によれば、図１０に示されるように、Ｍ字形状パルスの上記中央部のパルス出力をゼロよりも大きくすることで、第３期間において温められた溶液Ｗに対し速やかに次のバブル生成を進行させることが可能となっている。そこで、図２８の（ｅ）および（ｆ）のように、曲線または矩形状の谷を形成するパルス形状であってもよい。さらに図２８の（ｆ）によれば、Ｍ字形状パルスの変形例に限り、２つのピーク値の部分をそれぞれ狭小な幅の矩形状に変更することが可能である。すなわち、Ｍ字形状パルスの中央部において十分に温められた液体において連結されたバブルは、図示されるように高々全体の３０％未満の幅の矩形パルスで連結が解かれ難い場合が有り得る。
【0132】
以上のように、本実施例によれば、レーザ光のパルス形状を調整することにより、液中に生成されるバブルＢの収縮が結石Ｓを引き寄せる力を有効化する。これにより、結石破砕による反力を小さくすることで、結石レトロパルションを低減させる、または、生体粘膜へのダメージを最小化する。特に、１以上の結石Ｓをレーザ光の照射領域に引き寄せることで、ユーザがレーザ照射装置を移動させることによって結石Ｓごとに正確に照準を合わせる手間を軽減し、短時間での治療に貢献することができる。
【0133】
また、２以上の結石Ｓの中間にレーザ光を照射することで、これら結石Ｓがレーザ光の照射領域に集まった後、各結石Ｓが同時に破砕され得る。同時に複数の結石Ｓを破砕する場合、体内の温度上昇を低減するとことも可能となる。さらに、レーザ照射領域に引き寄せられた１以上の結石Ｓは、体内から自然に排出できる大きさまで破砕されるまでの間、照射領域に留まり得る。
【0134】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0135】
１ レーザ破砕システム
３ レーザ破砕装置
７ 表示部
１１ 結石様態認識部（算出部）
１９ 画像処理プロセッサ（画像取得部）
２３ 光ファイバ
２３ａ ファイバ先端
２７ 波形制御部（パルス生成部、出力調整部）
Ｓ 尿路結石（結石）
３ レーザ破砕装置
７ 表示部
１１ 結石様態認識部（算出部）
１９ 画像処理プロセッサ（画像取得部）
２３ 光ファイバ
２３ａ ファイバ先端
２７ 波形制御部（パルス生成部、出力調整部）
Ｓ 尿路結石（結石）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】