【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光源を有する医療用レーザー治療装置、特に歯科用レーザー治療装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザー治療装置としては、例えば、ドイツ公開特許公報（ＤＥ １９５ ３３ ３４８ Ａ１）が知られている。 そのような装置は、レーザー光源に加えて、治療器具を構成するハンドピース、グラスファイバーケーブルや導波管のようなレーザー光を誘導する装置、制御要素、制御装置を有している。 また、そのようなレーザー治療装置は、ハウジング要素内に通常配設されるモニタのようなディスプレイやランプのようなインジケータ、およびパワー供給要素を有する。
【０００３】
医療用レーザー治療装置は、種々の医療目的の為に異なる現場で使用されるため、使用目的に応じてレーザー治療装置は異なる仕様、特に医療処置において放射されるレーザー光の特性に関して異なる仕様を持たなければならない。
【０００４】
異なる用途にわたる医療用レーザー治療装置の広範囲の使用においては、処置を実行する者は異なるレーザー治療装置の使用を強いられる。 例えば、ある時にはｃｗ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ：持続波）レーザー光を放射するレーザー治療装置の使用が強いられ、別の時にはパルスレーザー光を放射するレーザー治療装置の使用が強いられる。 しかしながら、多くのレーザー治療装置の購入は非常に高価であるし、与えられた状況、特に時間をかけることでかろうじて便利になる場合もあるが、処置中に異なるレーザー治療装置を使用することは多くの場合において非常に不便である。
【０００５】
さらに、ドイツ公開特許公報（ＤＥ １９８ ４４ ７１９ Ａ１）は、レーザービームを生成する固体レーザーと、固体レーザーを励起して連続レーザー光、ｃｗレーザー光を放射する励起レーザー光源とを含むレーザー治療装置を開示している。 ＤＥ １９８ ４４ ７１９ Ａ１に開示されている装置は、さらに２つの異なる相互に独立した光学系と、レーザー光の光学経路を切り換えるシステムとを有し、この切換システムにより、固体レーザーによって生成されるｃｗレーザー光が一方の光学系、若しくは他方の光学系に向けられる。 この切換システムは、旋回ミラーの形式でなり、旋回ミラーはレーザー光を第１光学系に導くために固体レーザーによって生成される連続レーザービームのビーム経路内に動かされ、もしくは偏向されることなく第２光学系にレーザー光を向かわせるためにレーザービームの経路外に動かされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなシステムは比較的複雑であり、旋回ミラーを機械的に動かす必要性から故障に敏感である点で不利である。 さらに、光学系の切換には時間がかかり、単一のレーザー光源からのレーザー光のみがアクセスされるので、システムの変更の選択肢および使用の選択肢が制限される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は、より多様な使用が可能で、その多様な使用において異なるレーザー光源を使用することができ、装置の個々の動作モード間の切換を故障に敏感になることなく迅速に行える医療用レーザー治療装置を提供することにある。
【０００８】
この目的は、請求項１に記載される医療用レーザー治療装置によって達成され、請求項２〜１８は、本発明にかかる医療用レーザー治療装置の特に好適な実施形態に関するものである。
【０００９】
本発明に基づくレーザー治療装置は、ｃｗ動作モードとパルス動作モードとの間が切換可能となるように設計され、ｃｗレーザービームを生成するための少なくとも１つの第１レーザー光源と、パルスレーザービームを生成するための第２レーザー光源を含み、第２レーザー光源は前記した少なくとも１つの第１レーザー光源によって励起される。
【００１０】
本発明によれば、レーザー治療装置がｃｗ動作モードにある場合は、前記した少なくとも１つの第１レーザー光源の少なくとも１つからのｃｗレーザービームが治療あるいは診断に使用され、パルス動作モードにある場合は、第２レーザー光源からのパルスレーザービームが治療に使用される。 さらに、本発明に基づくレーザー治療装置は、ｃｗ動作モードにある場合においてさえ、第２レーザー光源が前記した少なくとも１つの第１レーザー光源の少なくとも１つによって継続的に励起されるように設計される。 これは、少なくとも１つの第１レーザー光源から提供されるレーザー光出力の少なくとも特定の割合が第２レーザー光源を励起するために継続的に使用され、その結果この構成はそれ自体をｃｗレーザービームでのレーザー治療には利用できないが、第２レーザー光源は常に励起状態に置かれることを意味する。
【００１１】
特に、本発明に基づくレーザー治療装置には、２つの異なるレーザーシステムが、単一の装置において、ｃｗレーザービームを生成するためにも、パルスレーザービームを生成するためにも使用することができ、これにより、可能な処置および多様性の幅が格段に広がり、特に、第２レーザー光源の設備により、ｃｗレーザー光が高品質なスイッチ等の手段により単にパルスレーザー光に変換されるのであれば実現できないだろう非常に高エネルギーのパルスレーザービームを提供することが可能になるという長所がある。
【００１２】
さらに、本発明によれば、第２レーザー光源が継続的に励起され、連続した動作状態にあるので、パルスレーザー光源を始動する必要がなく、ｃｗ動作モードからパルス動作モードに迅速に切り換えることができる。 この点において、パルスレーザー光源の始動は、システムに依存するものの一般に少なくとも３０秒必要であり、場合によってはパルスレーザー光が安定な状態になるまでに１分以上かかるので、治療を行う者はｃｗ動作モードからパルス動作モードに切り換えるのに長い待ち時間を経験し、結果として、動作モードの変更が繰返し行われるような治療、特に歯科治療においては許容できない遅延をもたらす。
【００１３】
また、本発明の好ましい実施形態として、ｃｗ動作モードにおいては、少なくとも一つの第１光源の出力のうちの比較的小さな割合（パルス動作モードに比較して）のみが第２レーザー光源の励起放射（ｐｕｍｐ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）に使用され、それにより、第２レーザー光源は利用できる励起出力（ｐｕｍｐ ｐｏｗｅｒ）は少ないが、パルス動作中に増幅器がブレークダウンしないように出力の減少が選択され、フル励起出力を有する通常の動作に極めて迅速に戻ることが可能である。
【００１４】
また、別の実施形態において、ｃｗ動作モードおよびパルス動作モードの両方において、常に一定の励起出力が利用できるようにすることができる。 これは、一方で、励起放射として常に出力される前記した少なくとも１つの第１光源によって生成される出力の一定割合によって達成でき、他方で、多数の第１レーザー光源、例えば多数のレーザーダイオードを提供し、第１レーザー光源、好ましくはレーザーダイオードの少なくとも一つを第２レーザー光源の励起に独占的に使用し、その他の第１レーザー光源を治療のためのｃｗレーザービームの生成に使用することによっても達成できる。
【００１５】
固体レーザー、特にレーザーダイオードは、第１レーザー光源としての使用に最適であり、ウエハレーザーが第２レーザー光源としての使用に最適である。 ウエハレーザーには、ウエハレーザーに使用される結晶を実質的にすべてのサイドから非常に効果的に冷却できるという長所がある。 励起ビーム（ｐｕｍｐ ｂｅａｍ）の直径は、使用されるドープ結晶ウエハの厚みよりも非常に大きいので、これは、いわゆる”熱レンズ（ｔｈｅｒｍａｌ ｌｅｎｓ）”の形成を顕著に抑制する。 換言すれば、励起ビームは異なる強度分布を有し、一般にガウス分布（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）をとるため、変化を招く結晶の異なる加熱の可能性、特に、望ましくない反射を招く結晶の歪みを回避する。
【００１６】
このように、他のレーザーシステムに比較して、ウエハレーザーは励起出力の変化に対する感受性が少なく、その出力は、一定の良好なビーム品質を維持しながら拡張可能である。 このことは、本発明のレーザー治療装置にとって特に重要である。 これにより、動作モードに応じて、第２レーザー光源が異なる出力レベルで励起される。 例えば、少なくとも１つの第１光源からのｃｗレーザー放射の多くの割合がｃｗ動作モードにおける治療の為に出力され、この出力の少ない割合が第２レーザー光源、この場合はウエハレーザーの継続的な励起のために使用される。
【００１７】
望まれる治療方法に応じて、少なくとも一つの第１光源によって生成されるｃｗレーザー光、および／あるいは第２レーザー光源によって生成されるｃｗレーザー光、および／あるいはパルスレーザー光を、例えばシャッタによって遮蔽することができる。 それにより、パルスレーザービームで独占的に、もしくはｃｗレーザービームで独占的に、もしくは両方のレーザービームで並列に治療を実行することができる。 もちろん、レーザー光源自体をスイッチオフすることなく、治療を中断するためにすべてのレーザー放射を遮蔽することもできる。
【００１８】
また、動作モードの選択に応じて、治療用レーザー治療装置は、いろいろな医療目的に利用することができる。 これは、治療されるべき対象、一般に生体材料、特に組織（ｔｉｓｓｕｅ）とレーザー光の相互作用の結果であり、それは、入力波長、波出力（ｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ）および治療される組織の性質に加えて、選定されたパルス幅に、本発明に基づいてパルス放射および連続放射のどちらが使用されているかに、そしてどんなエネルギーレベルが連続的にあるいはパルス的に放射され、伝送されるかにも依存する。
【００１９】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置は、多目的（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅ）装置を提供するものであり、治療と診断の広い範囲において使用できる。 また、多くのレーザー治療装置を使用する場合に比して格段にコスト効率が良く、さらには動作性および利便性が大幅に向上する。 その結果、一般に治療を実行する者である医者は、装置を変えることなく、動作モード間の切換を行うだけで、単一の装置の使用により異なる治療や異なる治療ステップを迅速且つ容易に行うことができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態に基づく医療用レーザー治療装置は、少なくとも２つのパルス動作モードを有し、それらは放射されるレーザー光の異なるパルス繰返し周波数および／あるいは異なるレーザーパルス幅を有する。
【００２１】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置がｃｗ動作モードにある場合、放射されたレーザー光と組織との間に熱的な相互作用が結果として生じる。 このように、ｃｗ動作モードにある医療用レーザー治療装置は、凝固（ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）および光線力学療法（ＰＤＴ： ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｒａｐｙ）に最適である。
【００２２】
医療用レーザー治療装置は、３ワットまでの出力レベル、好ましくは約２ワットまでの出力レベルでレーザー光出力を制御するための制御装置を含むことが好ましく、レーザー治療装置のｃｗ動作モードにおいて凝固のために好適に使用される。
【００２３】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置のパルス動作モードは、有機硬組織（ｏｒｇａｎｉｃ ｈａｒｄ ｔｉｓｓｕｅ）のような硬組織（ｈａｒｄ ｔｉｓｓｕｅ）、例えば、歯材料（ｔｏｏｔｈ ｍａｔｅｒｉａｌ）、特に虫歯材料（ｃａｒｉｏｕｓ ｔｏｏｔｈ ｍａｔｅｒｉａｌ）の切除（ａｂｌａｔｉｏｎ）に特に好適に使用される。 医療用レーザー治療装置の好ましい動作モードの一つは、１ｐｓより短いパルス幅を有する。 ｆｓ範囲のパルス幅は、切除における使用に特に好適であり、１〜１０００ｆｓの範囲、より好ましくは１〜７００ｆｓの範囲、特に好ましくは５〜５００ｆｓの範囲である。
【００２４】
これらの動作モードにおいて、本発明に基づく医療用レーザー治療装置は、治療される硬組織と本質的に非熱的相互作用をもたらす。 その結果、切除プロセスは本質的に周囲の組織、特に周囲の硬組織の加熱を伴うことなく実施される。
【００２５】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置のさらに好ましい動作モードは、ピコ秒範囲、特に２０ｐｓ〜５００ｐｓのパルス長さを有する。 この動作モードにおける好ましいパルス長さは、約１００ｐｓである。
【００２６】
この動作モードは、硬組織表面をシール（ｓｅａｌｉｎｇ）するのに最適である。
【００２７】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置のさらに好ましい動作モードにおいて、１ナノ秒あるいはそれ以上のパルス幅を有するレーザーパルスが生成される。 ｃｗ動作モードにおける場合と同様に、これらの非常に長いパルス幅は特に組織の凝固（ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｓｓｕｅ）に最適である。
【００２８】
上記した動作モードおよび／あるいはさらなる動作モードの少なくとも２つの組み合せは、医療用レーザー治療装置の多目的な使用を可能にする。 治療を実行する者、特に医者は、装置を変えることなく、時間遅延なしに動作モードを切り換えることによって簡単に別の医療効果を達成することができる。 例えば、歯科医を例にとると、歯材料の切除中に出血が発生するとパルス動作モードからｃｗ動作モードに切り換えて直ちに凝固の手法により出血を止めることができ、その後、再び時間遅延なしに切除プロセスに復帰することができる、この際、歯科医は治療装置を変えるために患者から注意を逸らす必要がない。 本発明に基づくレーザー治療システムにおいて、実質的に時間遅延なしでの動作モードの切換機能は特に重要である。 これによって、患者は、より迅速に、より適切に、よりコスト効率良く治療される。
【００２９】
医療用レーザー治療装置は、λ＝７５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長でレーザー光を放射するレーザー光源を有することが好ましい。 この波長は、生体組織の吸着がこの波長領域において比較的小さく、その結果、組織と熱的相互作用がある動作モードにおいて、高い侵入深さと均一で且つ効果的な治療が可能となるので好ましい。
【００３０】
この波長範囲は、組織凝固に特に適しており、一方、高い吸着は切除に有効である。 象牙質（ｄｅｎｔｉｎｅ）の高い吸着は、７８０ｎｍの波長でさえ高強度であるため、短−パルスレーザーで達成される。 より高い吸着は、ＵＶ帯、＜５００ｎｍの波長、特に３９０ｎｍもしくは２４８ｎｍ（ＡｒＦレーザー）の低い強度で達成される。
【００３１】
１０３０ｎｍの放射波長を有するＹｂ：ＫＧＷレーザー、Ｙｂ：ＫＹＷレーザー、あるいはＹｂ：ＹＡＧレーザーが第２レーザー光源として使用に好適であり、さらに、１０６４ｎｍの波長を放射するＮｄ：ＹＡＧレーザー、１０５３ｎｍの波長を放射するＮｄ：ＹＬＦレーザーを使用することもできる。 ８０５から９８０ｎｍの波長範囲、例えば８０９ｎｍ、９４０ｎｍ、もしくは９８０ｎｍの放射波長で作動するダイオードレーザーは、第１レーザー光源としての使用に最適である。
【００３２】
好適なレーザーの代表的なパラメーターを以下の表に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
さらなる実施形態において、医療用レーザー治療装置は、治療されるべき表面もしくは治療されるべき領域においてスキャンパターンを生成するためのスキャン装置を有する。 好ましくは、スキャン装置はレーザービームを偏向させる制御式ミラーを有し、レーザービームは予め決められた制御可能なｘ−ｙディフレクションムーブメント（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）を介して循環的に通過するように生成される。
【００３５】
このスキャン装置は、スキャンパターン、スキャン領域、スキャン速度が所望の治療目的にマッチするようにコンピュータによって制御可能であることが好ましい。 単位時間あたりの距離として見積もられるスキャン速度は、好ましくは１０〜１０００ｍｍ／秒、より好ましくは１００〜５００ｍｍ／秒、特に好ましくは約２００ｍｍ／秒である。 単位時間あたりのスキャンパターンの完全サイクルとして解されるスキャン周波数は、スキャン速度、もしくはスキャンパターンおよびスキャン領域に依存し、好ましくは１Ｈｚ〜１ｋＨｚ、より好ましくは１〜１００Ｈｚ、特に好ましくはおよそ１０Ｈｚである。
【００３６】
治療の成功は、選択された波長とパルス幅だけでなく、処理モードに応じて適宜調製されるパルス繰返し周波数にも依存する。
【００３７】
切除が必要な場合は、短いレーザーパルス幅と高いパルス繰返し周波数が特に効果的である。 その一方で、硬組織表面をシールする場合は、２０ｐｓ〜５００ｐｓの中程度のパルス長さと低いパルス繰返し周波数、特に１ｋＨｚ以下のパルス繰返し周波数を採用することが特に効果的である。 凝固は、非常に長いパルス幅と好ましくはｃｗ放射の使用で上手く行える。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態において、レーザー治療装置の動作モードとの組合わせにおいて、レーザー治療装置の特性もしくは放射、特にスキャン速度、スキャン周波数、パルス繰返し周波数を制御する制御装置が提供される。 これらは、自動的にプリセットされるか、もしくは手動により制御可能である。
【００３９】
医療用レーザー治療装置は、ｔ＜１ｐｓの短いパルス幅と、１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲内、特に約３０ｋＨｚの高いパルス繰返し周波数の両方が提供される”切除モード”において好適に動作させることができる。
【００４０】
さらなるモード、”シールモード”では、医療用レーザー治療装置および／あるいは制御装置は、医療用レーザー治療装置が、２０ｐｓ〜約５００ｐｓのパルス幅と、１ｋＨｚ以下のパルス繰返し周波数でパルスを生成するように設計されることが好ましい。
【００４１】
さらに、”凝固モード”では、医療用レーザー治療装置および／あるいは制御装置は、医療用レーザー治療装置が、スキャン装置がスイッチオフされて、治療のためのｃｗモードにおいてレーザー光を放射し、その結果本質的に固定もしくは位置固定されたレーザービームがレーザー治療装置に生成されるように設計されることが好ましい。
【００４２】
医療用レーザー治療装置の好ましい実施形態として、スイッチ装置を有することが好ましい。 このスイッチ装置は、両動作モード（特に、パルス幅および／あるいはｃｗモード）、スキャナーのスキャン周波数、およびパルス繰返し周波数を前もって決定する上記の組合わせモード間の切換えを可能にしたり、医療用レーザー治療装置のその他の特徴的な動作データと動作モードの間の個別の切換えを可能にする。 特に、スイッチ装置は、医療用レーザー治療装置の連続的に可変な出力制御のための構成を有するこよが好ましい。
【００４３】
医療レーザー治療装置のさらに好ましい実施形態において、可視補助レーザービーム（ｖｉｓｉｂｌｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ）を設けることが好ましい。 この補助レーザービームは、治療中および治療前に生成できて、治療を実行する者が、特に非接触治療の場合に治療を実行しやすくする。 この目的の為に、本発明に基づく医療用レーザー治療装置は、例えば、周波数二倍器（ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ）を有し、前記した少なくとも１つの第１レーザー光源によって生成されるｃｗレーザービームの一部が出力され、補助レーザービームとして使用されることが好ましい。 しかしながら、追加のレーザー光源、特に可視光波長帯域において発光するレーザーダイオードを使用することも可能である。 この補助レーザー光源、もしくは補助レーザービームを生成する装置が医療用レーザー治療装置の動作状態を表示することが好ましい。 これは、例えば、治療用ビームが生成されていない場合、補助レーザービームの点滅によって示され、処理レーザー光が放射されている場合は、持続波であるかパルス波であるかを問わず、連続的に補助レーザービームを発することによって示される。 もちろん、レーザー治療装置の動作状態に依存して放射される補助レーザー光の波長を変えることも可能である。 また、動作状態を表示するため、上記した装置との組合わせにおいて、あるいは孤立した形態において音響表示装置を設けても良い。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置のさらなる特徴および長所が添付図面を参照することでより明確になるだろう。
【００４５】
図１は、本発明のレーザー治療装置の１実施形態の構成を示す概観図である。 本実施形態に基づく医療用レーザー治療装置は、多数個のレーザーダイオードを含む第１レーザー光源と、第２レーザー光源としてのウエハレーザーとを有するレーザー光源３０２と、動作モードを制御するための装置３０４とを有し、これらにより複合レーザーユニット３００が形成される。
【００４６】
レーザーユニット３００もしくはレーザー光源３０２および動作モードを制御するための装置３０４は、一般に医者や技術者である操作者によって操作されるスイッチ装置３３０によって制御装置３２０を介して制御される。
【００４７】
図１に概略的に示される医療用レーザー治療装置は、補助レーザービームを入力するための装置３４０を有するが、この構成の導入は任意である。
【００４８】
治療用レーザービームおよび補助レーザービームは、図示される単一の光伝送装置７０を有する光学要素を通過する。
【００４９】
本実施例に基づく医療レーザー治療装置は、さらに制御可能なスキャン装置３１０を有し、これによりレーザービームをスキャン移動（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）させることができる。
【００５０】
スキャン移動させることができるレーザー光は、治療を実施する者によって扱われるハンドピース１００に通される。 この点において、スキャン装置３１０はハンドピース１００内に統合されても良い。
【００５１】
図１は、単に概略構造を示すことを目的としたものである。 したがって、図中に描かれた構成の順序を置き換えることや、個々の要素を削除すること、さらなる構成を追加することは、請求項に記載された本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて許容される。
【００５２】
図２は、図１の実施形態において使用される（図１の３４０）補助レーザービームを入力するための装置２００を示す概略図である。 ここに、フィルタ２１０が二色性レーザービームスプリッタ（ｄｉｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）として使用され、これは治療用レーザー光２２０に対しては本質的に透明である。 例えば、レーザーダイオードによって生成され、可視波長帯域にある補助レーザービーム２３０はフィルタ２１０によって反射され、治療用レーザービーム２２０は、それに重ね合わされる。 図２の実施形態において、補助レーザービーム２３０の反射は、フィルタ２１０上の反射被膜よって達成される。
【００５３】
治療用レーザービーム２２０の強度は、図２中の矢印Ａによって示されるように、フィルター２１０を軸回りに回転させることによって連続的に変化させることができる。 補助レーザービームの強度は、本質的にフィルター２１０の回転によって影響されない。
【００５４】
図３は、本発明に基づく医療用レーザー治療装置のさらなる実施形態を示す概略図である。
【００５５】
図３の上側に描かれたレーザー光源は、第１レーザー光源としてのレーザーダイオード４１０と第２レーザー光源としてのウエハレーザー４８０とを有する。 レーザーダイオード４１０によって放射される持続波レーザー光は、コリメータ４２０を介してビームスプリッタ４４０に向けられる。 ビームスプリッタ４４０は、ｃｗレーザー出力の一部を出力し、このｃｗレーザー出力の一部は集束レンズ４６０および光ファイバー４７０を介してハンドピース１００'に向かう。
【００５６】
ビームスプリッタ４４０から出力されないレーザーダイオード４１０によって放射されたｃｗ光の残りの部分は、集束レンズ４３０および光ファイバー４５０を介してパルスレーザー光Ｌを放射するウエハレーザー４８０に連続的に進む。
【００５７】
ビームスプリッタ４４０によって出力されるレーザーダイオード４１０からのｃｗレーザー光とウエハレーザー４８０によって放射されるパルスレーザー光Ｌの両方が概略的に描かれたハンドピース１００'に供給される。
【００５８】
ビームスプリッタ４４０によって出力され、光ファイバー４７０を介してハンドピース１００'に供給されるレーザーダイオード４１０からのｃｗレーザー光は、入力ミラー５２０からスキャン装置５３０によって集束レンズ５４０および偏向ミラー５５０を通過し、治療や診断に使用できるようにハンドピース１００'の外部に進行する。
【００５９】
ウエハレーザー４８０によって放射されるパルスレーザー光Ｌは、ハンドピース１００'内に進み、この波長に対して透明な入力ミラー５２０を介して進行する。 上記と同様に、ビームスプリッタから出力されたレーザーダイオード４１０のｃｗレーザー光は、スキャン装置５３０、集束レンズ５４０を通過し、偏向ミラー５５０を経てハンドピース１００'の外部に進行し、治療および診断に使用される。
【００６０】
図３に示される本発明に基づく医療用レーザー治療装置の実施形態は、使用者が治療や診断に使用することを望む放射光を選択することができる多くの装置を具備している。 例えば、図３に示されるシャッタ４９２、５９２、５９４は、使用者によって制御され、ｃｗレーザー光および／あるいはパルスレーザー光を遮蔽もしくは通過させることができる。
【００６１】
本実施形態において、シャッタ４９２は、ｃｗレーザー光を遮蔽するためにハンドピース１００'の外部に配置され、シャッタ５９２および５９４はハンドピース１００'内に配置されている。 もちろん、これらのシャッタを異なる位置に配置したり、シャッタ４９２や５９２を省略したり、匹敵する効果を有する他の構成、例えば、シャッタの代りにミラー装置を採用してもよい。
【００６２】
使用者は、ビームスプリッタ４４０から出力されるレーザーダイオードからのｃｗ光のみを使用することを希望するか、あるいは、ウエハレーザー４８０から放射されるパルスレーザー光Ｌを使用することを希望するか、あるいは、これら両方の放射の組合わせを使用することを希望するかどうかを制御することができる。 もちろん、レーザー光源自体をスイッチオフすることなく、そしていかなる問題を発生させることもなく、迅速にハンドピース１００'からのレーザー光の放射を完全に抑制するためシャッタを使用することができる。
【００６３】
図示された実施形態では、ダイオードレーザー４１０がλ＝８０９ｎｍの波長で発光し、これは凝固に特に適している。 一方、ウエハレーザー４８０はλ＝１０３０ｎｍの波長で発光する。 既存のＹｂ：ＫＧＷレーザー、Ｙｂ：ＫＹＷレーザー、あるいはＮｄ：ＹＡＧレーザーがウエハレーザーの代りに使用でき、λ＝１０６４ｎｍの波長で光を放射する。 他のｃｗレーザー光源をレーザーダイオード４１０の代りに使用しても良い。
【００６４】
このように使用者は、ｃｗレーザー放射と励起レーザー放射の間で選択するオプション、および同時に重ねられたｃｗレーザー光とパルスレーザー光を使用するオプションを有する。
【００６５】
図３に描かれた実施形態に関して、ビームスプリッタ４４０は、レーザーダイオード４１０からウエハレーザー４８０に放射されたレーザー光の一部を連続的に通過させる。 それにより、下流の再生増幅器（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）やウエハレーザー４８０においてダメージを及ぼすようなパワー変動は発生しない、もしくは発生してもウエハレーザー４８０の動作を損なわない程度のパワー変動である。 特に、レーザーダイオード４１０によって生成される光が治療や診断に実際に使用される時のみ、レーザーダイオード４１０によって生成されるレーザー光の一部が治療目的の為に出力されるようにビームスプリッタ４４０を設計することができる。 例えば、レーザーダイオード４１０のすべての励起出力（ｐｕｍｐ ｐｏｗｅｒｓ）が下流のレーザーシステム４８０に提供される場合、ビームスプリッタ４４０が移動し、折りたたまれるようビームスプリッタ４４０を配置することができる。
【００６６】
レーザーダイオード４１０の代りに、複数個のレーザーダイオードを使用しても良い。 図３に示される実施形態に加えて、さらなるレーザーダイオード（あるいは別のいくつかのレーザー光源）をさらなる第１レーザー光源としてレーザーダイオード４１０とは独立に配置することができる。 また、さらなる第１レーザー光源を所望のポイントでレーザー治療装置に、好ましくはハンドピース１００'に連結することができる。 一方、第１レーザー光源としてのレーザーダイオード４１０は、主にウエハレーザー４８０（あるいは別のいくつかの第２レーザー光源）の励起レーザー（ｐｕｍｐ ｌａｓｅｒ）として主に使用される。 一例として、ハンドピース１００'にこの（追加の）レーザー光を入力する簡単な手段として光ファイバーを使用することができる。
【００６７】
本実施形態において、図３に示されるビームスプリッタ４４０を設けることは本質的ではないが、全システムの高いレベルの可変性を確保する上でビームスプリッタを設けることが好ましい。
【００６８】
図３に示される実施形態は、さらに回転可能な半波長プレート（ｈａｌｆ−ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）４２５を有する。 この手段により、レーザー光の偏向方向に影響が及ぼされ、レーザー光が半波長プレートを通過する。 この場合、ビームスプリッタ４４０は、その透過係数もしくは反射係数がそれに到達するレーザー光の偏向方向（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に依存するビームスプリッタである。 したがって、半波長プレート４２５を回転させることにより、ビームスプリッタを介して出力される、もしくはウエハレーザーを通過するｃｗレーザー光の比率を決定することができる。 これは、ｃｗレーザー光の出力レベルを連続的に可変に制御するためのシンプルな手段を提供する。
【００６９】
ｃｗレーザー光は、一方において、ウエハレーザー４８０（あるいは別のいくつかの第２レーザー光装置）を連続的に通過し、パルス動作を維持する。 また、ｃｗレーザー光は、他方において、ハンドピース１００'に出力され、入力される。 尚、回転可能な半波長プレート４２５およびビームスプリッタ４４０を、レーザーダイオード４１０から提供されるｃｗ放射の実質的に１００％がウエハレーザー４８０に通されるように配置もしくは形成することができる。 その一方で、ウエハレーザー４８０への励起出力を顕著に減らすことも可能である。
【００７０】
図４は、本発明に基づく医療用レーザー治療装置の種々の動作状態における好ましいパラメータを示す図であり、横軸が秒単位での相互作用時間であり、縦軸は選択された動作モードにおける出力ピークである。
【００７１】
”Ｃ”によって表示された領域は、約３ワットの連続出力レベルを有するｃｗ動作モードであり、この場合における相互作用時間は１秒とされている。 しかし、これが最大治療持続時間に対応する必要はない。 一般に、数秒間かけて治療を実行することが好ましい。
【００７２】
”Ｓ”および”Ａ”によって表示された領域は、各々が本発明に基づく医療用レーザー治療装置のパルス動作モードに対応し、表示領域”Ｓ”では３００μｊのパルスエネルギーが生成され、およそ１００ｐｓのパルス幅で、およそ３ｘ１０
６ Ｗの最大パルス出力に対応している。 この領域は、特に歯科の分野において硬質物質をシールするのに適している。
【００７３】
表示領域”Ａ”におけるパルスエネルギーは上記と同様に３００μｊであるが、パルス幅は１ｐｓ以下であり、およそ３ｘ１０
８ Ｗのピークパルス出力に対応している。 この領域は、特に歯科治療において硬質材料を除去するのに適している。
【００７４】
もちろん、上記以外の領域や動作モードを使用しても良い。 図４に示される領域は、単に医療用レーザー治療装置の１実施形態における好ましい動作領域を示すものに過ぎない。
【００７５】
図５および図６は、パルス長さ（ｐｕｌｓｅ ｌｅｎｇｔｈ）を変化させるための構成要素を示すものであり、例えば、ＣＰＡ法（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ：チャ−プパルス増幅法）とともに使用される。
【００７６】
図５は、到達するレーザーパルスの時間分（ｔｉｍｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ）を伸ばすストレッチャー（ｓｔｒｅｔｃｈｅｒ）６００示している。 一方、図６は、到達レーザーパルスの長さを短縮若しくは圧縮するコンプレッサ（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）７００を示している。
【００７７】
図示された構成は、回折格子やプリズムの分散特性（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）を利用するものであり、到達パルスを互いから引き離したり、圧縮したりする。
【００７８】
図５に示されるように、レーザーパルスＬが反射回折格子（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ）６１０上の点Ｐに角度τで到達すると、パルスＬのスペクトル成分は異なる角度で反射される。 異なる波長を有するビームｂおよびｒは、それぞれ角度αｂおよびαｒで回折格子６１０から離れる。 さらに、レンズ６５０がポイントＰとポイントＰ'に対して１：１になるように配置される。
【００７９】
レンズ６５０に加えて、第２回折格子６２０が、回折格子６１０上において特定の角度で反射されるすべてのビームがこの角度で回折格子６２０に到達するように配置される。 回折格子６２０上における回折角がすべてのビームに関して正確にτであるので、すべてのスペクトル成分が回折格子６２０後再び平行に進む。 回折格子６２０は、Ｚで表示された経路に沿って移動させることができ、第２回折格子後のビームｒおよびｂの可変の異なる経路長さ（ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈｓ）をもたらす。
【００８０】
異なるスペクトル成分は、このように異なる遅延時間の下におかれ、結果的に反射（チャ−プ）後のパルスビーム長さをもたらす。
【００８１】
正のチャ−プ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｈｉｒｐ）がストレッチャー６００において生成される場合、図６に示されるコンプレッサ７００におけるチャ−プは、負である。 図５に示されるストレッチャーと同様に、図６に示されるコンプレッサは第１回折格子（ｆｉｒｓｔ ｇｒａｔｉｎｇ）７１０、第２回折格子（ｓｅｃｏｎｄ ｇｒａｔｉｎｇ）７２０およびミラー７３０を有する。
【００８２】
パルスレーザー光Ｌのパルス幅（ｐｕｌｓｅ ｄｕｒａｔｉｏｎｓ）は、このようにストレッチャー６００において第２回折格子６２０を移動させることにより、あるいはコンプレッサ７００において第２回折格子７２０を移動させることによって広い範囲にわたって変化させることができる。
【００８３】
図７は、本発明のレーザー治療装置における第２レーザー光源として使用されるウエハーレーザーシステムの構成を示す概略断面図である。 また、図７は、第１レーザー光システムの構成の概略も示している。 ここに、レーザーダイオード４１０は、第１レーザー光源として使用されている。 尚、図７は、ウエハレーザーを励起するために必要な構成のみが示されている。 したがって、レーザーダイオード４１０によって生成されるレーザー出力を部分的に出力するのに必要な構成は図示を簡素化するために図７には示されていない。 さらに、図を明確にするために単一の反射経路のみが示されている。
【００８４】
レーザーダイオード４１０によって生成されるｃｗレーザー光は、レンズ８２０を通過し、次いでウエハレーザーの結晶ウエハ８３０に到達する。 この結晶ウエハは冷却装置８４０によって３面から冷却されている。
【００８５】
図７に示されるように、レーザーダイオード４１０によって生成される励起レーザービーム８５０の直径Ｄが、ウエハレーザーの結晶ウエハ８３０の厚みｄよりも非常に大きいため、極めて効率的な冷却が可能になる。 この励起レーザー８５０の直径Ｄと結晶ウエハ８３０の厚み寸法ｄのため、熱流は本質的に一次元であるとみなせる。 これは、熱レンズの形成が顕著に抑制され、上記した長所がもたらされることを意味する。
【００８６】
さらに、図７は、励起レーザービーム８５０が反射要素８６０の手段、この場合は完全反射ミラー（ｆｕｌｌｙ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｍｉｒｒｏｒ）によって反射されることを概略的に示している。 レーザービーム８７０は、出力ミラー８８０を介して出力され、出力されたレーザービーム８７０はパルスレーザー光であり、治療や診断に直接使用可能である。
【００８７】
図７に示されるウエハレーザーシステムは、Ｙｂ：ＫＧＷウエハレーザーであり、これは１０２６ｎｍの波長で発光し、およそ１５ｎｍの発光バンド幅（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を有する。 しかしながら、他の材料が使用されても良く、例えば、Ｙｂ：ＫＹＷウエハレーザー、Ｙｂ：ＹＡＧウエハレーザー、あるいはおよそ１０５４ｎｍの発光波長とおよそ２０ｎｍの発光バンド幅を有するＮｄ：ガラスウエハレーザーのようなＮｄドープ材料等を使用しても良い。
【００８８】
上記明細書、請求項および図面に記載した特徴は、個々におよび組合わせの両方において、本発明にかかる種々の実施形態の遂行にあたって重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
医療用レーザー治療装置の実施例の構成を示す概観図である。
【図２】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置の実施例に基づく補助レーザー光を生成するための装置を示す図である。
【図３】
実施例に基づく医療用レーザー治療装置の構成の設計を示す図である。
【図４】
本発明に基づく医療用レーザー治療装置の好ましい動作状態のパラメータを示すグラフである。
【図５】
本発明に基づくレーザー治療装置の実施例に使用可能なストレッチャーの設計を示す図である。
【図６】
本発明に基づくレーザー治療装置の実施例に使用可能なコンプレッサの設計を示す図である。
【図７】
ウエハレーザーシステムの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
７０： 光伝送装置１００、１００'：ハンドピース２００：補助レーザービーム入力装置２１０：フィルター２２０：治療レーザー光２３０：補助レーザービーム３００：（第１および第２レーザー光源を有する）レーザーユニット３０２：レーザー光源３０４：動作モード制御装置３２０：制御装置３３０：スイッチ装置３４０：補助レーザービーム入力装置４１０：レーザーダイオード（第１レーザー光源）
４２０：コリメータ４２５：回転式半波長プレート（Ｈａｌｆ−ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）
４３０：集束レンズ４４０：ビームコンダクター４５０：光ファイバー４６０：集束レンズ４７０：光ファイバー４８０：ウエハーレーザー（第２レーザー光源）
４９２：シャッター５１０：コリメータ５２０：入力ミラー５３０：スキャナー装置５４０：集束レンズ５５０：偏向ミラー５９２：シャッター５９４：シャッター６００：ストレッチャー（Ｓｔｒｅｔｃｈｅｒ）
６１０：回折格子６２０：回折格子６３０：ミラー６５０：レンズ７００：コンプレッサ７１０：回折格子７２０：回折格子７３０：ミラー８２０：レンズ８３０：結晶ウエハ（ウエハレーザー）
８４０：冷却装置（ウエハレーザー）
８５０：励起レーザービーム８６０：反射エレメント８７０：出力レーザービーム８８０：出力ミラーＡ：回転方向（フィルタ２１０）
Ｄ：励起レーザービーム８５０の直径ｄ：結晶ウエハ８３０の厚みＬ：増幅器からのパルスビームｂ：青色ビーム成分ｒ：赤色ビーム成分
|
