Laser therapeutic instrument |
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申请号 | JP2007183280 | 申请日 | 2007-07-12 | 公开(公告)号 | JP2009018042A | 公开(公告)日 | 2009-01-29 |
申请人 | Nakanishi:Kk; 株式会社ナカニシ; | 发明人 | SAWAI TAKUYA; | ||||
摘要 | PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser therapeutic instrument which enables the use of energy fed for the transpiration of teeth at a higher efficiency. SOLUTION: The instrument is provided with a laser oscillator 20 which oscillates and outputs a mono-wavelength laser light, an optical parametric oscillator 40 which gets the laser light outputted from the laser oscillator 20 inputted as pump light 60 and converts at least a part of the pump light 60 inputted to a signal light 61 and an idler light 62 to be outputted and a handpiece 30 which has an irradiation chip 32 for simultaneously irradiating the signal light 61 and the idler light 62 outputted from the optical parametric oscillator 40 outside. When the wavelengths of the pump light 60, the signal light 61 and the idler light 62 are represented by λ p , λ s and λ i respectively, the optical photometric oscillator 40 receives the input of the pump light 60 with λ p of 1.35-1.75 μm while outputting the signal light 61 and the idler light 62 both with λ s and λ i of 2.72-3.42 μm. COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT | ||||||
权利要求 | 単一波長のレーザ光を発振して出力するレーザ発振器と、 前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光がポンプ光として入力され、かつ入力された前記ポンプ光をシグナル光とアイドラ光に変換して出力する光パラメトリック発振器と、を備え、 前記シグナル光の波長をλ S 、前記アイドラ光の波長をλ iとすると、 前記光パラメトリック発振器は、λ S 、λ iが2.72〜3.42μmの前記シグナル光及び前記アイドラ光を出力することを特徴とするレーザ治療装置。 前記λ S 、前記λ iは2.78〜3.17μmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載のレーザ治療装置。 前記レーザ発振器は、ファイバ・レーザ発振器であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ治療装置。 前記光パラメトリック発振器から出力された前記シグナル光及び前記アイドラ光を同時に外部に照射する照射チップを有するハンド・ピース、を備え、 前記光パラメトリック発振器が前記ハンド・ピースに内蔵されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ治療装置。 前記レーザ治療装置は歯科用の治療装置であって、 前記光パラメトリック発振器から出力された前記シグナル光及び前記アイドラ光は、出力状態が維持されて歯牙に照射されることを請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ治療装置。 |
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说明书全文 | 本発明は、レーザ治療装置に関し、特に歯牙と皮膚の蒸散に好適な波長のレーザ光を出力することのできる治療装置に関する。 従来からレーザ(laser)を医科、歯科の治療に利用することが行われている。 レーザによる治療は、使用するレーザの波長によって人体組織に対する吸収の度合いが異なるため、治療の種類により、適した波長が選択される。 例えば、歯科の治療において、歯牙の蒸散(切開)を行う場合には、水に対する吸収率の高い3μm近傍の波長を有するEr:YAGレーザが適している。 しかしながら、Er:YAGレーザは、エネルギ変換効率が劣ることに加え、光の伝送系損失が他のレーザに比較して著しく大きい。 具体的には、投入された98%以上の電気エネルギは利用されることなく熱に変換され、かつ40%以上の光エネルギは導波路や光学部品で消失してしまうなど、エネルギの利用効率が非常に悪かった。 また、十分なエネルギを得るためには、供給する電源も大きくしなければならず、設置スペースも必要で、実際に治療を行う術者の側からすれば、取り扱いが容易でないという問題もあった。 Er:YAGレーザを用いることなく歯牙の蒸散をなし得るレーザ治療装置が、特許文献1に開示されている。 特許文献1に開示されたレーザ光学系の概略構成を図8に示す。 レーザ発振ユニット200は、レーザ発振器300と、光パラメトリック発振器(Optical Parametric Oscillator)400と、混合比率調整器480とを有している。 混合比率調整器480は、2μm帯のレーザ光504と3μm帯のレーザ光506とに対する透過率が異なる特殊フィルタ480a,480bを備える。 混合比率調整器480は、レーザ光504,506の光路内に特殊フィルタ480a,480bを選択的に使用可能にして、2μm帯のレーザ光504と3μm帯のレーザ光506との混合比率を調整できるようになっている。 特許文献1の装置によれば、Nd:YAGレーザ340を用い、光パラメトリック発振器400により同時に発振した2波長のレーザ光504,506を、症例や処置部位に最適な混合比率となるように混合比率調整器480で調整した後、ハンド・ピース700に装着された照射チップ701の先端から外部に照射することができる。 つまり、軟組織の切開、止血などに適している2μm帯のレーザ光504と、硬組織の切削や軟組織の表層のアブレーションなどに適した3μm帯のレーザ光506を、適宜な混合比率で用いることができるので、医科、歯科の各種症例の手術に、好適である。 特許文献1のレーザ治療装置は、軟組織の切開、止血などに適している2μm帯のレーザ光504と、硬組織の切削や軟組織の表層のアブレーションなどに適した3μm帯のレーザ光506を適宜な混合比率で外部に照射するものである。 ここで、2μm帯のレーザ光504は、歯牙の蒸散に用いることができない。 2μm帯のレーザ光504は、歯牙に対して3μm帯のレーザ光506に対して1000倍以上の浸入深さがあるため、3μm帯のレーザ光506と一緒に歯牙に照射すると、歯髄に重篤な熱組織損傷を与えかねない。 したがって、歯牙の蒸散を目的とする場合には、混合比率調整器480で3μm帯のレーザ光506だけを選択的に透過させるか、又は他の光学系で歯牙への3μm帯のレーザ光506の照射を遮る必要がある。 この場合、2μm帯のレーザ光504を生成するのに費やされたエネルギが歯牙の蒸散のために使用されない。 したがって、特許文献1のレーザ治療装置は、歯牙の蒸散を効率的に行う上では改良の余地がある。 歯牙、特にエナメル質の97%を占めるハイドロキシアパタイト(Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 )を水素結合させている水和殻のOH(水酸)基の伸縮振動に由来した吸収波長に同調したレーザ波長を有するEr:YAGレーザが歯牙の蒸散には適している。 ところが、前述したように、Er:YAGレーザは、エネルギ効率が極めて低い等の問題がある。 そこで本発明者は、特許文献1で用いられている光パラメトリック発振器(Optical Parametric Oscillator)により変換される2つの波長を、ともに歯牙蒸散に利用できる帯域に調整することに着想した。 ここで、光パラメトリック発振器にポンプ光を入射すると、シグナル光とアイドラ光が生成される。 ポンプ光、シグナル光及びアイドラ光の波長を各々λ P 、λ S及びλ iとすると、以下の式(1)が成立する。 光パラメトリック発振器を構成する非線形光学結晶の配置角度、結晶内格子間隔、結晶温度等(以下、非線形光学結晶の仕様と称す)により、特許文献1にも記載されるように、下記式(1)に従って、シグナル光の波長(λ S )及びアイドラ光の波長(λ i )を適宜に設定することができる。 そこで本発明では、光パラメトリック発振器により変換される2つの波長を、ともに歯牙蒸散に利用できる帯域に調整することを実現する。 この着想に基づく本発明のレーザ治療装置は、単一波長のレーザ光を発振して出力するレーザ発振器と、レーザ発振器から出力されたレーザ光がポンプ光として入力され、かつ入力されたポンプ光をシグナル光とアイドラ光に変換して出力する光パラメトリック発振器と、を備えており、シグナル光の波長をλ S 、アイドラ光の波長をλ iとすると、光パラメトリック発振器は、λ S及びλ iの両者を2.72〜3.42μmの範囲に出力することを特徴とする。 本発明のレーザ治療装置において、λ S及びλ iは2.78〜3.17μmの範囲にあることが好ましい。 この範囲は水に対する吸収率、水の熱緩和時間及び光侵入深さを考慮して、歯牙の蒸散と歯髄の保護にとってより好ましい波長域である。 以上述べたように、本発明のレーザ治療装置によれば、光パラメトリック発振器により変換された、シグナル光の波長及びアイドラ光の波長が2.72〜3.42μmの範囲内に調整され、シグナル光及びアイドラ光の両方を歯牙の蒸散に用いることができるため、投入したエネルギの利用効率の向上を図ることができる。 また、シグナル光及びアイドラ光のいずれかを使用しない場合に比べて、歯牙の蒸散速度を速くできる。 <第1の実施形態> レーザ発振器20は、0.98μmの励起光を用いて、所謂光ファイバ・レーザより波長1.55μmのレーザ光を発振して、導波路50に出力する。 LD21は、波長0.98μmのレーザ光を励起光として出力する。 LD21としては、例えば、InGaAs系半導体レーザを用いることができる。 本発明のLD21は、もちろんこれに限るものではない。 LD21から出力された励起光は、アイソレータ22及びFBG23を介してEDF24に入力される。 EDF24は、石英ガラスにEr(エルビウム)がドープされたシングルモードの偏波保持光ファイバである。 EDF24に含まれるEr(エルビウム)は、波長1.5μm帯に遷移を有している。 したがって、EDF24に入力された励起光により、EDF24を往き帰するうちに、波長が1.55μmの光に増幅される。 なお、励起光の波長として、前述の0.98μm以外に、InGaAs系半導体レーザの1.48μmや、GaAlAs係半導体レーザの0.82μmを用いることもできる。 波長が1.55μmの光は、FBG23及びFBG26の間で共振され、かつQスイッチ25でパルス発振されて、導波路50に出力される。 ここで、FBG23は波長1.55μmの光を全反射させるものであり、また、FBG26は波長1.55μmの光を部分反射させるものである。 FBG26は、例えば、波長1.55μmの光を10%程度透過するものを用いることができる。 レーザ発振器20から出力された波長1.55μmのレーザ光は、導波路50を介して、ハンド・ピース30に内蔵された光パラメトリック発振器40に入力される。 この導波路50としては、例えば偏波保持光ファイバを用いることができる。 この光ファイバは、通信用として多用されているため安価であり、波長1.55μmのレーザ光を低損失で伝送できる利点がある。 レーザ発振器20からハンド・ピース30までの間の導波路50に通信用の光ファイバを用いることができるレーザ治療装置10は、コスト的な利点が大きい。 光パラメトリック発振器40は、図1に示すように、非線形光学結晶41をフロントミラー42とリアミラー43の間に配置する基本構成を有している。 導波路50を伝送された波長1.55μmのレーザ光(ポンプ光60)が、集光ミラー44を介して光パラメトリック発振器40に入力されると、シグナル光61とアイドラ光62が生成される。 ここで、ポンプ光60、シグナル光61及びアイドラ光62の波長を各々λ P 、λ S及びλ iとすると、前述したように、式(1)が成立する。 非線形光学結晶41としては、第一にバルク型として、LiB 3 O 5結晶、KTiOASO 4結晶、RbTiOPO 4結晶、βBaB 2 O 4結晶、KTiOPO 4結晶、LiIO 3結晶、LiNbO 3結晶及びBiB 3 O 6結晶を用いることができる。 この中では、KTiOASO 4結晶及びLiNbO 3結晶を非線形光学結晶41として用いることが好ましい。 シグナル光61及びアイドラ光62の波長は、非線形光学結晶41の組成を調整することに加えて、非線形光学結晶41の形状、フロントミラー42とリアミラー43に対する角度を変動させることにより、適宜調整できる。 ここで、図2は、水をFT−IR(Fourier Transfer Infrared Spectrometer;フーリエ変換赤外分光光度計)分析した結果を示すグラフである。 図2に示すように、水は波数(1/cm)が3400近傍に吸光度のピークが存在する。 このピークは、ハイドロキシアパタイト(Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 )を水素結合させている水和殻である水のOH(水酸)基伸縮振動由来の吸収波長に近似している。 つまり、歯牙の蒸散にとって、図2のピークを含むグラフ曲線の凸部の範囲の波数(波長)が有効である。 このことに基づいて、本願発明は、水の吸光度が約10%以上となる波長が2.72〜3.42μm(波数が3676〜2974(1/cm))の範囲のシグナル光61及びアイドラ光62を光パラメトリック発振器40で生成させる。 このときのポンプ光60の波長λ Pは、1.36〜1.71μmの範囲にある。 また、図2より、波長2.959〜3.113μmの範囲では吸光度が約95%以上となるので、シグナル光61及びアイドラ光62の両者がこの範囲に変換されることが好ましい。 このときのポンプ光60の波長λ Pは、1.4795〜1.5565μmの範囲にある。 本実施の形態によるレーザ治療装置10は、波長λ Sが3.0μmのシグナル光61と波長λ iが3.2μmのアイドラ光62を同時に照射チップ32から出力することができる。 このシグナル光61及びアイドラ62光は、その波長がともに2.72〜3.42μmの範囲にある。 したがって、本実施の形態によるレーザ治療装置10を歯牙の蒸散に適用すると、生成されたシグナル61光及びアイドラ光62の両者を歯牙に照射できる。 これは、2μm帯のレーザ光を歯牙の蒸散のために使用できない特許文献1に比べて、投入したエネルギを無駄なく使用できること、さらに歯牙蒸散の速度を速くできることを意味する。 光パラメトリック発振器40において、ポンプ光60から変換されたシグナル光61及びアイドラ光62は、ポンプ光60が有していたエネルギを100とすると、エネルギの約51.6%がシグナル光61に、またエネルギの約48.4%がアイドラ光62に分配される。 したがって、例えばアイドラ光62を用いることができない場合に比べて、シグナル光61及びアイドラ光62をともに用いると、3倍近くのエネルギで歯牙の蒸散を行うことができる。 ここで、ポンプ光60の波長(λ p )を1.35μm、1.45μm、1.55μm、1.65μm及び1.75μmとし、かつシグナル光61の波長(λ s )を2.72〜3.42μmに調整した場合の、シグナル光61の波長(λ s )及びアイドラ光62の波長(λ i )の変動曲線を図3のグラフに示す。 なお、この曲線は、前述の式(1)により求めている。 本実施の形態によるレーザ治療装置10は、歯科治療を行うことができる。 具体的には、硬組織である歯牙の蒸散に加えて、歯石除去、根管拡大、根管滅菌、歯周ポケット照射、根尖除去、メラニン色素除去、逆根管形成等の治療を行うことができる。 この場合、照射チップ32は、それぞれの症例に応じた形態のものを用いることが必要である。 以上では、水の吸光度に基づいてシグナル光61及びアイドラ光62の波長について述べたが、以下の観点からシグナル光61及びアイドラ光62の波長を特定することもできる。 図4は、HAの赤外吸収スペクトル特性を示すが、図中左側の波数3581[1/cm]に吸収ピークが存在する。 この吸収は、HAのOH基に由来する伸縮振動吸収波長であり、およそ2.8μmである。 波長が3.05μmの場合、約100%の吸光度が得られるため、全エネルギが水和殻破壊を選択的に担い、波長λ Sが2.8μmのシグナル光61は、直接HAに作用してより効果的にHAの破壊に寄与する。 波長λ Sが2.8μmのシグナル光61を得る為のポンプ光60のレーザ光源には、TDFA(Tmドープ光ファイバ増幅器)を利用することができる。 TDFAは、1.45μm帯の波長を発信する。 したがって、TDFAを利用してポンプ光60のλ pを1.48μmとすれば、前記式(1)より、波長λ Sが2.8μmのシグナル光61、波長λ iが3.14μmのアイドラ光62を得ることができる。 <第2の実施形態> レーザ治療装置70のレーザ発振器80は、高速変調制御可能な波長1.55μmのシード(種)光を増幅して、光パラメトリック発振器40に供給するポンプ光60を生成するものである。 このレーザ発振器80は、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)方式と呼ばれる増幅方式に基づくものである。 レーザ発振器80において、DFB−LD81から発振されるシード光は出力値が低いため、その後段において増幅する。 増幅は2段で行われる。 2段目の増幅は、EDF89において行われる。 すなちわ、EDF86で増幅された光(第1増幅光)は、アイソレータ87、TFB88を通過して、EDF89に入力される。 このとき、第1増幅光はEDF89のコアにカップリングされる。 一方、MM−LD83から出力される波長が0.915μmの励起光は、TFB88を介してEDF89のクラッドに取り込まれる。 したがって、第1増幅光は、EDF89において第2増幅光に増幅される。 波長が1.55μmの第2増幅光は、導波路50を介して、ハンド・ピース30に内蔵された光パラメトリック発振器40にポンプ光60として入力される。 光パラメトリック発振器40は、第1の実施形態で説明したように、例えば、波長λpが1.55μmのポンプ光60を波長λ Sが3.0μmのシグナル光61及び波長λ iが3.2μmのアイドラ光62に変換して出力する。 <第3の実施形態> レーザ治療装置100の光パラメトリック発振器110は、図7に示すように、非線形光学結晶111をフロントミラー112とリアミラー113の間に配置する基本構成を有している。 導波路130を伝送された波長1.55μmのレーザ光(以下、ポンプ光117)は、集光ミラー114、反射ミラー115を介して上記基本構成に入力されると、シグナル光118とアイドラ光119が生成される。 ここで、シグナル光118及びアイドラ光119の波長を各々λ S及びλ iとすると、第1の実施形態で説明したように、波長λ Sが3.0μmのシグナル光118と、波長λ iが3.2μmのアイドラ光119を得ることができる。 光パラメトリック発振器110で生成されたシグナル118光及びアイドラ光119は、集光レンズ116及び導波路131を介してハンド・ピース120に伝送され、照射チップ121から外部に照射される。 この導波路131を伝送されるシグナル光118及びアイドラ光119は、波長が3.0μm近傍であるから、導波路131を石英製の光ファイバで構成すると、損失が極めて大きくなる。 したがって、導波路131は石英製の光ファイバより高価な赤外ファイバで構成する必要がある。 以上説明したように、第1〜第3の実施形態に係るレーザ治療装置(10,70,100)は、光パラメトリック発振器(40,110)によりポンプ光60,117を波長変換することにより、シグナル光61,118及びアイドラ光62,119のいずれの波長も2.72〜3.42μm、好ましくは2.78〜3.17μmの範囲とすることができる。 この波長を有するシグナル光61,118及びアイドラ光62,119は、歯牙の蒸散に使用することができる。 したがって、投入したエネルギを効率よく歯牙の蒸散に使用することができし、蒸散の速度を速くできる。 第1、第2の実施形態では、ハンド・ピース30に光パラメトリック発振器40を内蔵しているので、レーザ発振器20(80)と光パラメトリック発振器40との間を低コストの石英製の光ファイバを用いることができる利点がある。 一方で、光パラメトリック発振器110をハンド・ピース120とは別体とする第3の実施形態によれば、ハンド・ピース120を軽量、小型とすることができるため、操作性の優れるハンド・ピース120を得ることができる。 p )を1.35μm、1.45μm、1.55μm、1.65μm及び1.75μmとし、かつシグナル光の波長(λ s )を2.72〜3.42μmに調整した場合の、シグナル光の波長(λ s )及びアイドラ光の波長(λ i )の関係を示すグラブである。 pを1.4μmから約1.51μmまで増加させたときの、シグナル光及びアイドラ光(λ S +λ i )の総合吸光度を示すグラフである。 10,70,100…レーザ治療装置 20,80…レーザ発振器 30,120…ハンド・ピース 40,110…光パラメトリック発振器 60,117…ポンプ光、61,118…シグナル光、62,119…アイドラ光 |