レーザベース装置の光学システムの保護のためのシステムおよび方法

(関連出願の相互参照) 本願は、2013年11月27日に出願され、“Dental Laser with Optical System Protection”と題された、米国仮特許出願第61/909,896号に対する優先権の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。

本開示は、概して、歯科レーザアブレーションシステムと使用するための歯科レーザハンドピースに関し、特に、ハンドピース内に位置する光学構成要素を清掃するためのシステムに関する。

図1は、「Laser Based Computer Controlled Dental Preparation System」と題された、米国特許出願公開第2013/0059264号(その内容は、その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明されるもの等、歯科レーザ治療のために使用される、ハンドピース10の断面図を示す。ハンドピース10は、リフレクタ12を含む光学サブシステムを含み、ハンドピース10は、レーザビームが出射し得るオリフィス14を有する。特に、リフレクタ12は、第1の光学軸16から第2の光学軸18に、レーザビーム入射を反射させることができ、オリフィス14を通してレーザビームを指向させることができる。光学サブシステムは、ハンドピース10の内側に位置する、付加的な類似する、または異なる光学要素を含んでもよい。例えば、光学サブシステムは、レーザビームを収束するための1つまたはそれを上回るレンズ、1つまたはそれを上回る鏡、1つまたはそれを上回るビームスプリッタ等を含んでもよい。

典型的には、組織のアブレーションを生じさせる、レーザビームを使用する歯科硬組織の治療は、残滓の形成をもたらし得る。プラズマプルームもまた、硬組織の切除レーザ治療中に形成され得る。多くの場合、そのような残滓は、高速および高温におけるプラズマプルームに隣接して排出され得る。

治療中、ハンドピースのオリフィス14は、概して、治療面積に平行に、開放して配置され、リフレクタ12を治療領域に近接近して置く。例えば、リフレクタ12は、治療されるべき組織の表面から0.5〜2インチ(または約1〜5cm)以内、または最大3インチ(または約7cm)にあり得る。したがって、治療中に口内またはその周囲に形成され得る、残滓、水、および他の物質等の汚染物質が、オリフィス14を通して、または他の開口部を通してハンドピース10に進入し得る。そのような残滓は、光学サブシステムの1つまたはそれを上回る構成要素上に沈降し得、その効率を低減させ得、さらに、光学サブシステムを機能不全にさせ得る。頻繁にハンドピース12から光学サブシステムを除去し、これを洗浄した後で光学サブシステムを交換すること、または新しいサブシステムを設置することは、不可能ではないにしても、煩雑かつ高コストとなり得る。

米国特許出願公開第2013/0059264号明細書

本明細書に説明される種々の実施形態は、ハンドピースを使用して提供されるレーザベースの治療中に生成される残滓に由来する、ハンドピースの内側に搭載または配置される光学サブシステムの汚染を回避する、または少なくとも減少させる、システムおよび方法を特徴とする。これは、少なくとも部分的に、ハンドピース内に、ハンドピース内に配置される光学サブシステム内に含まれる反射鏡に近接して、流体流を生成するための流体供給サブシステムを使用して、達成される。治療中、任意の残滓がハンドピースの内側に到達する場合、流体流(例えば、空気)は、そのような残滓が、反射鏡を含む光学サブシステムの任意の構成要素に付着することを防止する、または少なくともその量を減少させることができる。代替として、またはそれに加えて、流体流は、光学サブシステムの構成要素に付着した任意の残滓を、吹き飛ばすことができる。これは、光学サブシステムの汚染を回避する、または減少させ、反射鏡を含む光学サブシステムが、清掃のためにハンドピースから除去される必要がある頻度を、大幅に減少させることができる。

故に、一側面では、レーザビームを歯科治療面積に指向させるための装置が、ハンドピースのオリフィスを介して、レーザビームを治療面積に指向させるための光学サブシステムを有する、ハンドピースを含む。光学サブシステムは、反射鏡を含む。本装置はまた、反射鏡の汚染を軽減するように、ハンドピース内に、反射鏡に近接して流体流を生成するための、流体供給サブシステムも含む。汚染の軽減は、レーザ発振時間の増加をもたらす、反射性の維持によって示されることができ、これは、典型的には、鏡が十分な反射性、例えば、少なくとも40%、または50%、または60%、または75%の反射性を伴うレーザ照射を受容および反射する合計時間であり、そのため、治療面積へのレーザビームの伝送は、有意に悪影響を受けず、鏡の清掃および/または交換は、必要とされない。

ハンドピースは、流体供給サブシステムの少なくとも一部、例えば、1つまたはそれを上回る導管および/または1つまたはそれを上回るノズルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、流体供給サブシステムは、流体の加圧流を、反射鏡に向かって直接指向させるための導管およびノズルを含む。代替として、またはそれに加えて、流体供給サブシステムは、流体の加圧流を、導管を横断して横方向に指向させるための導管およびノズルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、流体は、空気である、またはそれを含む一方、他の実施形態では、流体は、1つまたはそれを上回る気体および/または液体を含む。石鹸等の清掃剤が、流体に追加されてもよい。

ある実施形態では、流体供給サブシステムまたは少なくともその一部(例えば、コンプレッサ、1つまたはそれを上回る導管、および/または1つまたはそれを上回るノズル)は、反射鏡の上流に位置する。流体供給サブシステムは、ハンドピースの内部空洞を加圧するように適合されてもよい。流体供給サブシステムは、ハンドピースのオリフィスを横断してエアカーテンを指向させるように適合されてもよい。光学サブシステムは、いかなる光学要素(例えば、鏡、レンズ等)も反射鏡の下流に位置付けられないように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、本装置はまた、レーザビームを生成するために、約260〜600Torrの範囲内の圧力における気体で充填される、無線周波数(RF)励起CO₂レーザも含む。

別の側面では、治療中、レーザベースの治療システムの光学サブシステムを保護する方法が、ハンドピースを介して、レーザビームを治療面積に指向させるステップを含む。ハンドピースは、ハンドピースのオリフィスを通して、レーザビームを治療面積に指向させるように位置付けられる、反射鏡を含む。ハンドピースは、随意に、鏡、レンズ、ビームスプリッタ等、他の光学要素を含んでもよい。本方法はまた、流体供給サブシステムを使用して、反射鏡の汚染を軽減するように、ハンドピース内に、反射鏡に近接して流体流を生成するステップも含む。

ハンドピースは、流体供給サブシステムの少なくとも一部、例えば、1つまたはそれを上回る導管および/または1つまたはそれを上回るノズルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、流体供給サブシステムは、導管と、ノズルとを含み、流体流を生成するステップは、流体の加圧流を、ノズルを通して、反射鏡に向かって直接指向させるステップを含んでもよい。代替として、またはそれに加えて、流体流を生成するステップは、流体の加圧流を、ノズルを通して、反射鏡を横断して横方向に指向させるステップを含んでもよい。流体は、空気のみを含んでもよい、または1つもしくはそれを上回る気体、1つもしくはそれを上回る液体、および/または1つもしくはそれを上回る石鹸等の添加物を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、流体供給サブシステムは、反射鏡の上流に配置される。流体流を生成するステップは、ハンドピースの内部空洞を加圧するステップを含んでもよい。本方法は、加えて、流体供給サブシステムを使用して、ハンドピースのオリフィスを横断してエアカーテンを指向させるステップを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学サブシステムは、いかなる光学要素も反射鏡の下流に配置されないように構成される。いくつかの実施形態では、本方法は、約260〜600Torrの範囲内の圧力における気体で充填される、無線周波数(RF)励起CO₂レーザを使用して、レーザビームを生成するステップを含む。

本発明自体だけではなく、本発明の種々の特徴および利点が、種々の実施形態の以下の説明から、付随の図面とともに読まれるとき、より完全に理解されることができる。

図1は、反射鏡を含むハンドピースの断面を描写する。

図2および3は、異なる実施形態による、反射鏡と、反射鏡の汚れを防止する、または少なくとも減少させるように、流体流を指向させるためのノズルとを含む、ハンドピースの断面を描写する。

図2および3は、異なる実施形態による、反射鏡と、反射鏡の汚れを防止する、または少なくとも減少させるように、流体流を指向させるためのノズルとを含む、ハンドピースの断面を描写する。

図4Aは、一実施形態による、反射鏡と、反射鏡の汚れを防止する、または少なくとも減少させるように、流体流を指向させるためのノズルと、エアカーテンのためのノズルとを含む、ハンドピースの断面を描写する。

図4Bは、一実施形態による、反射鏡と、反射鏡の汚れを防止する、または少なくとも減少させるように、流体流を指向させるためのノズルと、冷却剤のためのノズルとを含む、ハンドピースの断面を描写する。

図2を参照すると、流体供給サブシステム20は、チューブ22等の1つまたはそれを上回る導管と、1つまたはそれを上回るノズル24とを含む。例えば、流体供給サブシステム20は、ハンドピース10内に正圧を提供し、その中に高圧空洞26を生成することができる。空洞26内の高圧に起因して、流体(例えば、空気)は、実質的に連続的に、ハンドピース10内に、オリフィス14から流れてもよい。流体流は、オリフィス14を通してハンドピース10中に排出される、または別様にリフレクタ(例えば、反射鏡)12に向かって指向される、任意の汚染に対抗する力を付与することができる。オリフィスからの流体流は、概して、流体圧力とオリフィスのサイズとの関数である。直径が約2.5mmである例示的オリフィスに関して、約10psi〜最大約100psiの範囲内の空洞26内の流体圧力が、リフレクタ12に付着する、および/またはそれに付着したまま残る残滓の量を有意に最小限にすることができる。例えば、流体圧力がないと、約5mmの直径の反射鏡は、約1分の使用で、効果的な治療を妨げるのに十分な汚染状態となり得る。いくつかの実施形態では、鏡の直径は、より小さくてもよく(例えば、約2mm)、他の実施形態では、直径は、より大きくてもよい(例えば、約7mm、10mm等)。匹敵する面積の非円形形状の鏡が、いくつかの実施形態では、使用されてもよい。空洞内に圧力を伴うと、汚染の比率は、反射鏡が、ハンドピース10から除去され、清掃される必要性なく、少なくとも2分〜最大約20分のレーザ発振時間、例えば、鏡が十分な反射性、例えば、少なくとも40%、または50%、または60%、または75%の反射性を伴うレーザ照射を受容および反射する合計時間にわたってレーザビームを反射および再指向させ得るように減少されることができ、そのため、治療面積へのレーザビームの伝送は、有意に悪影響を受けず、鏡の清掃および/または交換は、必要とされない。圧力は、約10psi〜最大約100psiの範囲内で生成される。そのような流れは、商業的に利用可能なエアコンプレッサ(例えば、Gardner Denver Thomas 415ZC36/24)および調整器(例えば、SMC NARM1000−2A1−NOIG)を使用して圧縮される流体を使用して生成されることができる。

図3を参照すると、ハンドピース10内の加圧流体流は、ノズル32を使用して、リフレクタ(例えば、反射鏡)12にわたって、またはそれを横断して横方向に指向される。加圧流体流は、リフレクタ12の表面上、またはその付近にある汚染に対して力を付与し、少なくともいくつかの汚染が、リフレクタ12の表面に接着することを防止する、および/またはそれに付着する少なくともいくつかの汚染を除去することができる。レーザビームがリフレクタまたは反射鏡12によって反射された後、別の鏡、レンズ、ビームスプリッタ等、いかなる他の光学構成要素も、レーザビームに干渉せず、またはそれに影響を与えず、レーザビームは、標的治療面積上に直接衝突し得る。

ノズル32に供給される例示的圧力は、直径が約1mmの典型的ノズルサイズに対して、約55psiである。空気または純窒素が、横方向流体流を生成するために、ノズル32に供給されてもよい。いくつかの実施形態では、流体は、蒸気と、2つを上回る気体の組み合わせと、水、石鹸水、希釈した弱酸/塩基、希釈した溶剤等、気体および液体の組み合わせとを含んでもよい。横方向流体流もまた、前述されるように、反射鏡またはリフレクタ12の汚染の比率を減少させることができる。

図4Aおよび4Bを参照すると、加圧流体流が、ハンドピース10内に生成され、1つまたはそれを上回るノズル42を使用して、リフレクタ(例えば、反射鏡)12の表面に向かって指向される。流体は、空気、窒素、または蒸気等の気体と、2つを上回る気体の組み合わせと、水、石鹸水、希釈した弱酸/塩基、希釈した溶剤等、気体および液体の組み合わせとを含んでもよい。液体と気体との両方の加圧流は、光学サブシステムからの汚染の除去だけではなく、光学サブシステム構成要素の洗浄または濯ぎを提供してもよい。流体供給サブシステムから空気供給を受容するノズル52が、オリフィス14を横断して横方向にエアカーテンを形成し、任意の残滓がハンドピース10中に進入する可能性を最小限にすることができる。代替として、またはそれに加えて、流体供給サブシステムから1つまたはそれを上回る流体を受容するノズル54が、ミスト等の冷却剤を治療面積に送達することができる。

典型的な歯科治療手技中、パルス化レーザビームが、生成され、ハンドピース10を介して歯科治療面積に指向されてもよい。前述される種々の実施形態による流体流が、1つまたはそれを上回る気体のみを含む場合、流体流は、気体流がレーザビームに干渉する可能性が低いため、一連の治療中、連続的にオン状態を維持されることができる。流体流が、液体および/または石鹸等の添加物を含む場合、流体流は、レーザエネルギーの少なくとも一部を吸収することによって、レーザビームに干渉し得る。したがって、そのような干渉を最小限にするために、流体流または少なくとも液体および/または添加物の流れは、パルスのバースト中、オフに切り替えられてもよく、2つの連続的レーザパルスバーストの間の期間中、実質的にいかなるレーザパルスも送達されないとき、オンにされてもよい。

約9.3μm〜最大約9.6μmの範囲内の波長におけるレーザ照射が、硬質歯科組織および/または骨の切断を含む、種々の歯科および/または外科手術手技において効果的であり得る。これらの波長において効率的にレーザ照射を生成するために、約1μs〜最大約30μs、または最大約100μs、または最大約250μs、さらには最大約500μsの範囲内の幅を有するパルスの形態において、約260Torr〜約600Torrの範囲内の圧力における気体を使用して動作される、無線周波数(RF)励起CO₂レーザが、使用されてもよい。そのようなレーザは、米国特許出願公開第2011−0189628A1号(その内容は、その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明される。レーザパルスのバーストのシーケンスを含む、レーザビームの種々のパルス送達パターンが、「Dental Laser Apparatus and Method of Use with Interchangeable Hand Piece and Variable Foot Pedal」と題され、2014年2月4日に提出された、同時係属中の米国特許出願第14/172,562号(その内容は、その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明される。

中間赤外領域から遠赤外領域(例えば、8〜12μm)範囲における、種々の実施形態において使用される鏡のピーク反射性は、少なくとも90%となり得る。動作中、反射性は、例えば、汚染に起因して、減少された反射性がレーザビームの送達に干渉し得、鏡の清掃または交換が必要とされ得るとき、約50%まで減少し得る。本明細書に説明される種々の実施形態による、流体流を鏡に近接して指向させるステップは、典型的な歯科治療セッション中、少なくとも75%の反射性を維持することができる。したがって、鏡のレーザ発振時間は、そのような流体流を採用することのない約1分から、種々の実施形態に説明される流体流を採用することによって、例えば、1秒、5秒、10秒、30秒等の公差内で、最大約2分、5分、10分、さらには最大約20分にまで増加されることができる。

本発明の例証的実施形態が本明細書に説明されているが、当業者は、具体的に前述されるものとは別に、本発明の種々の他の特徴および利点を理解するであろう。したがって、前述は、本発明の原則の例証にすぎず、種々の修正および追加が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって成され得ることを理解されたい。故に、添付される請求項は、示され、説明されている特定の特徴によって限定されないものとし、また、その任意の明白な修正および均等物も網羅すると解釈されるものとする。