JP2009018042A - Laser therapeutic instrument - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a laser treatment apparatus, and more particularly to a treatment apparatus capable of outputting laser light having a wavelength suitable for transpiration of teeth and skin.
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。
これは、歯牙のエナメル質の97%を占めるハイドロキシアパタイトが、水和殻により水素結合を成しているが、この水和殻内のOH(水酸)基伸縮振動に由来する吸収波長に同調するからである。
また、軟組織の切開、組織の止血などを行う場合において、Er:YAGレーザよりも水に対する吸収率の低いNd:YAGレーザ(波長:1.06μm)、Ho:YAGレーザ(波長:2.1μm)及びCO2レーザ(波長:10.6μm)は、エネルギが組織の内部まで到達するため適している。
Conventionally, laser has been used for medical and dental treatments. In the treatment with a laser, the degree of absorption with respect to human tissue varies depending on the wavelength of the laser to be used. Therefore, a suitable wavelength is selected depending on the type of treatment. For example, in dental treatment, when performing transpiration (incision) of a tooth, an Er: YAG laser having a wavelength in the vicinity of 3 μm having a high absorption rate for water is suitable.
This is because hydroxyapatite, which accounts for 97% of the enamel of the tooth, forms hydrogen bonds in the hydration shell, but is tuned to the absorption wavelength derived from the OH (hydric acid) group stretching vibration in the hydration shell. Because it does.
Further, in the case of performing soft tissue incision, tissue hemostasis, etc., Nd: YAG laser (wavelength: 1.06 μm), Ho: YAG laser (wavelength: 2.1 μm) having a lower absorption rate with respect to water than Er: YAG laser. And a CO 2 laser (wavelength: 10.6 μm) is suitable because the energy reaches the inside of the tissue.
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。 However, the Er: YAG laser not only has inferior energy conversion efficiency, but also has a significantly large optical transmission system loss compared to other lasers. More specifically, 98% or more of the input electric energy is converted into heat without being used, and 40% or more of the optical energy is lost in the waveguide or the optical component. It was very bad. In addition, in order to obtain sufficient energy, the power supply to be supplied must be increased, installation space is also required, and there is a problem that handling is not easy from the viewpoint of the operator who actually performs treatment. .
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。
図8に示すように、レーザ発振ユニット200から波長の異なる複数のレーザ光504,506が同時に出力される。出力されたレーザ光504,506は、フレキシブルチューブ600を介してハンド・ピース700に伝送され、ハンド・ピース700に装着された照射チップ701の先端から治療部位に照射されるようになっている。
As shown in FIG. 8, a plurality of
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。
レーザ発振器300は、レーザ・ダイオード320とNd:YAGレーザ340とを含む。Nd:YAGレーザ340は、波長が808nmのレーザ・ダイオード320からの励起光500で励起され、波長が1.06μmのレーザ光502を発生させる。
光パラメトリック発振器400は、図9に示すように、LiNbO3からなる非線形光学結晶420を入射ミラー440と出射ミラー460の間に配置したものであり、ポンプ光L0を入射すると、シグナル光L1とアイドラ光L2を発生させる。シグナル光L1とアイドラ光L2の波長は、非線形光学結晶420の配置角度、結晶内格子間隔、結晶温度等により、適宜に設定することができる。
光パラメトリック発振器400には、ポンプ光L0として、レーザ発振器300からの波長が1.06μmのレーザ光502が入射される。これにより、波長が1.4〜2.1μmのシグナル光L1(以下、2μm帯のレーザ光とも言う)と、波長が2.1〜4.3μmのアイドラ光L2(以下、3μm帯のレーザ光とも言う)とが発生する。
The
As shown in FIG. 9, the optical
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。
The
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。
According to the apparatus of
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。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、投入したエネルギを高効率で歯牙の蒸散に使用することのできるレーザ治療装置を提供することを目的とする。
The laser treatment apparatus of
The present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a laser treatment apparatus that can use the input energy with high efficiency for the transpiration of teeth.
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(Ca10(PO4)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。
The absorption wavelength derived from the stretching vibration of the OH (hydric acid) group of the hydration shell in which hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) occupying 97% of teeth, particularly enamel, is hydrogen-bonded. An Er: YAG laser with a tuned laser wavelength is suitable for tooth transpiration. However, as described above, the Er: YAG laser has problems such as extremely low energy efficiency. Therefore, the present inventor has conceived of adjusting two wavelengths converted by an optical parametric oscillator used in
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λP、λS及びλi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(λS)及びアイドラ光の波長(λi)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。
1/λP=1/λS+1/λi … (1)
Here, when pump light is incident on the optical parametric oscillator, signal light and idler light are generated. When the wavelengths of the pump light, signal light, and idler light are λ P , λ S, and λ i , respectively, the following equation (1) is established. As described in
1 / λ P = 1 / λ S + 1 / λ i ... (1)
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λS、アイドラ光の波長をλiとすると、光パラメトリック発振器は、λS及びλiの両者を2.72〜3.42μmの範囲に出力することを特徴とする。 Based on this idea, the laser treatment apparatus of the present invention includes a laser oscillator that oscillates and outputs a single-wavelength laser beam, a laser beam output from the laser oscillator as a pump beam, and a pump beam that is input. An optical parametric oscillator that converts and outputs signal light and idler light, where the wavelength of the signal light is λ S and the wavelength of the idler light is λ i , the optical parametric oscillator has λ S and λ i Both are output in the range of 2.72 to 3.42 μm.
本発明のレーザ治療装置において、λS及びλi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。
また、本発明のレーザ治療装置において、レーザ発振器を、ファイバ・レーザ発振器またはファイバ増幅器とすることが好ましい。ファイバ・レーザ発振器又はファイバ増幅器は、波長が2.78〜3.17μmのシグナル光及びアイドラ光を得るために好適な波長のレーザ光(ポンプ光)を発振して出力できる。この好適な波長域は、1.39〜1.585μmであり、実現的には1.55μmを推奨する。
さらに、本発明のレーザ治療装置において、光パラメトリック発振器から出力されたシグナル光及び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・ピースを備えることができる。この場合、光パラメトリック発振器をハンド・ピースに内蔵させることができる。このレーザ治療装置は、ポンプ光が1.39〜1.585μmの範囲の波長に対し低損失で、かつ低コストの石英製の光ファイバを用いて、光パラメトリック発振器までポンプ光を低損失で伝送できる。
加えて本発明のレーザ治療装置は、歯科用の治療装置として用いられた場合、光パラメトリック発振器から出力されたシグナル光及びアイドラ光は、その出力状態が維持されて歯牙に照射されることを特徴とすることができる。
In the laser treatment apparatus of the present invention, lambda S and lambda i is preferably in the range of 2.78~3.17Myuemu. This range is a more preferable wavelength region for the transpiration of the tooth and the protection of the dental pulp in consideration of the water absorption rate, the water thermal relaxation time, and the light penetration depth.
In the laser treatment apparatus of the present invention, the laser oscillator is preferably a fiber laser oscillator or a fiber amplifier. The fiber laser oscillator or the fiber amplifier can oscillate and output laser light (pump light) having a wavelength suitable for obtaining signal light and idler light having a wavelength of 2.78 to 3.17 μm. This preferred wavelength range is 1.39 to 1.585 μm, and 1.55 μm is recommended in practice.
Furthermore, in the laser treatment apparatus of the present invention, a hand piece having an irradiation tip for simultaneously irradiating the signal light and idler light output from the optical parametric oscillator to the outside can be provided. In this case, an optical parametric oscillator can be incorporated in the hand piece. This laser treatment device transmits pump light to an optical parametric oscillator with low loss using a low-cost quartz optical fiber with low loss for wavelengths in the range of 1.39 to 1.585 μm. it can.
In addition, when the laser treatment apparatus of the present invention is used as a dental treatment apparatus, the signal light and idler light output from the optical parametric oscillator are maintained in the output state and irradiated onto the teeth. It can be.
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。
また、光パラメトリック発振器をハンド・ピースに内蔵することにより、石英製の光ファイバを使用することができるため、低コスト化を実現することができる。
さらに、エネルギ効率の向上により、従来のEr:YAGレーザを使用した装置より電源容量を小さくでき、結果として装置全体が軽量小型になるため、術者が扱いやすい。
As described above, according to the laser treatment apparatus of the present invention, the wavelength of the signal light and the wavelength of the idler light converted by the optical parametric oscillator are adjusted within the range of 2.72 to 3.42 μm, and the signal light Since both the idler light and the idler light can be used for the transpiration of the teeth, the utilization efficiency of the input energy can be improved. Further, the transpiration rate of the teeth can be increased as compared with the case where either the signal light or the idler light is not used.
Further, by incorporating an optical parametric oscillator in the hand piece, an optical fiber made of quartz can be used, so that the cost can be reduced.
Furthermore, the energy efficiency can be improved, and the power supply capacity can be made smaller than that of a device using a conventional Er: YAG laser. As a result, the entire device is lighter and smaller, so that the operator can easily handle it.
<第1の実施形態>
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る第1の実施形態のレーザ治療装置10の概略構成を示す図である。
レーザ治療装置10は、レーザ発振器20と、ハンド・ピース30と、レーザ発振器20で発振して出力されたレーザ光をハンド・ピース30まで伝送する導波路50とを備えている。ハンド・ピース30の本体31には、導波路50を介して伝送されたレーザ光の波長変換を行う光パラメトリック発振器40が内蔵されている。
このレーザ治療装置10は、レーザ発振器20から出力された波長が1.55μmのレーザ光(ポンプ光60)を、光パラメトリック発振器40で2.72〜3.42μmの範囲にあるレーザ光(シグナル光61及びアイドラ光62)に波長変換して、ハンド・ピース30の照射チップ32から出力するものである。術者は、このハンド・ピース30を持って、照射チップ32から出力されるレーザ光を治療部位に照射する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
The
This
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。
レーザ発振器20は、励起光源であるLD(Laser Diode;半導体レーザ)21を備え、このLD21側から、アイソレータ(Isolator)22と、FBG(Fiber Bragg Grating;ファイバ・ブラッグ・グレーティング)23と、EDF(Erbium Doped Fiber)24と、Qスイッチ25と、FBG26とを含み、導波路27上にこの順番で配置されている。
The
The
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。
レーザ発振器20は、LD21を複数備えている。これは、レーザ発振器20が発振するレーザ光の出力値を大きくするためである。ただし、単一のLD21によって大きな出力を得ることができるのであれば、複数のLD21を備える必要がないことは言うまでもない。
The
The
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。
The excitation light output from the
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。
The light having a wavelength of 1.55 μm is resonated between the
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。
Laser light having a wavelength of 1.55 μm output from the
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λP、λS及びλiとすると、前述したように、式(1)が成立する。
1/λP=1/λS+1/λi … (1)
光パラメトリック発振器40には、ポンプ光60として、波長λPが1.55μmのレーザ光が入力される。シグナル光61の波長λSを3.0μmに調整したとすると、アイドラ光62の波長λiは、上記式(1)により、3.2μmとなる。
光パラメトリック発振器40で生成されたシグナル光61及びアイドラ光62は、ハンド・ピース30の照射チップ32から外部に照射される。このシグナル光61及びアイドラ光62は、特許文献1で示される特殊フィルタ480a及び480bを透過することがないので、光パラメトリック発振器40で出力された状態が維持されたまま外部に照射される。なお、「出力された状態が維持されたまま」とは、不可避的な損失は除かれる。
The optical
1 / λ P = 1 / λ S + 1 / λ i ... (1)
Laser light having a wavelength λ P of 1.55 μm is input to the optical
The
非線形光学結晶41としては、第一にバルク型として、LiB3O5結晶、KTiOASO4結晶、RbTiOPO4結晶、βBaB2O4結晶、KTiOPO4結晶、LiIO3結晶、LiNbO3結晶及びBiB3O6結晶を用いることができる。この中では、KTiOASO4結晶及びLiNbO3結晶を非線形光学結晶41として用いることが好ましい。
第二には、擬似位相整合(QPM:Quasi Phase Matching)結晶を用いることができ、結晶内任意に周期分極反転構造を形成したLiNbO3が最も汎用され、PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)、又はMgOがドーピングされたPPMgLNとして略称されている。
As the nonlinear
Second, a quasi phase matching (QPM) crystal can be used, and LiNbO 3 in which a periodically poled structure is arbitrarily formed in the crystal is most widely used, PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate), or MgO Is abbreviated as doped PPMgLN.
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。
In addition to adjusting the composition of the nonlinear
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(Ca10(PO4)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λP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λPは、1.4795〜1.5565μmの範囲にある。
Here, FIG. 2 is a graph showing the result of FT-IR (Fourier Transfer Infrared Spectrometer) analysis of water. As shown in FIG. 2, water has a peak of absorbance at a wave number (1 / cm) of around 3400. This peak approximates the absorption wavelength derived from the OH (hydric acid) group stretching vibration of water, which is a hydration shell in which hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) is hydrogen bonded. That is, the wave number (wavelength) in the range of the convex portion of the graph curve including the peak of FIG. 2 is effective for the transpiration of the tooth. On the basis of this, the present invention has the
本実施の形態によるレーザ治療装置10は、波長λSが3.0μmのシグナル光61と波長λi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。
The
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。
本実施の形態において、シグナル光61及びアイドラ光62の波長は、2.72〜3.42μmの範囲とするが、図2において吸光度が30%以上(熱緩和時間が約10μsec以下・光侵入深さが約3μm以下)が得られる2.78〜3.17μmの範囲、さらには吸光度が95%以上得られる2.959〜3.113μmの範囲とすることが歯牙蒸散の速度向上及び歯髄への安全性にとって好ましい。
In the optical
In this embodiment, the wavelengths of the
ここで、ポンプ光60の波長(λp)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(λs)を2.72〜3.42μmに調整した場合の、シグナル光61の波長(λs)及びアイドラ光62の波長(λi)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。
図3のグラフ中の点線で囲まれた矩形領域は、シグナル光61の波長(λs)及びアイドラ光62の波長(λi)がともに2.72〜3.42μmの範囲内にあることを示している。図3より、ポンプ光60の波長(λp)が1.35〜1.75μmの範囲にあると、シグナル光61の波長(λs)及びアイドラ光62の波長(λi)をともに2.72〜3.42μmの範囲内に調整することができる。ただし、ポンプ光60の波長(λp)が1.35μm又は1.75μmでは、シグナル光61の波長(λs)及びアイドラ光62の波長(λi)は、狭い範囲でしか2.72〜3.42μmの範囲に調整できない。したがって、より広い範囲でシグナル光61の波長(λs)及びアイドラ光62の波長(λi)を2.72〜3.42μmの範囲に調整するためには、ポンプ光60の波長(λp)を1.45〜1.65μmの範囲とすることが好ましい。
Here, the wavelength (λ p ) of the
3 indicates that both the wavelength (λ s ) of the
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。
また、レーザ治療装置10は、ハンド・ピース30の照射チップ32から、2.72〜3.42μmの範囲内に調整されたシグナル光61及びアイドラ光62の他に、水、空気その他の流体を吐出する機構を設けることができる。
The
In addition to the
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。
歯牙を構成している主成分は、ハイドロキシアパタイト(以下、HA)であり、エナメル質に約97%、象牙質に約70%含まれている。レーザ光による歯牙蒸散の基本原理は、HAを水素結合させている要である水和殻、つまり水分子の伸縮振動に由来する吸収波長に同調させたレーザ光を照射し、その水和殻を破壊することにある。この水和殻を破壊し、さらにHAの吸収波長に同調できる2波長があれば、さらに蒸散に有効であることは容易に推測できる。
In the above description, the wavelengths of the
The main component constituting the tooth is hydroxyapatite (hereinafter referred to as HA), which is about 97% in enamel and about 70% in dentin. The basic principle of transpiration of teeth by laser light is that the hydration shell, which is the key to HA bonding with hydrogen, that is, irradiating laser light tuned to the absorption wavelength derived from the stretching vibration of water molecules, There is to destroy. If there are two wavelengths that break this hydration shell and can be tuned to the absorption wavelength of HA, it can be easily assumed that it is more effective for transpiration.
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。
従って、光パラメトリック発振器40で波長変換し歯牙の蒸散に用いる場合、2.8μm付近のシグナル光61及びアイドラ光62を発生させるのが有効である。
図2より波長2.8μmの吸光度は、およそ35%であるが、シグナル光61の波長λSを2.8μmに固定し、ポンプ光60の波長λpを1.4μmから約1.51μmまで増加させていくと、シグナル光61及びアイドラ光62(λS+λi)の総合吸光度は、図5に示すように、山型の曲線を描き、65%程度の最大値が得られる。図5の曲線より、波長λpがおよそ1.46μmのポンプ光60を用いることが理想であり、この時のアイドラ光62の波長λiは、3.05μmとなる。
FIG. 4 shows the infrared absorption spectrum characteristics of HA, and an absorption peak exists at the wave number 3581 [1 / cm] on the left side of the figure. This absorption is a stretching vibration absorption wavelength derived from the OH group of HA, and is approximately 2.8 μm.
Therefore, when the wavelength is converted by the optical
As shown in FIG. 2, the absorbance at a wavelength of 2.8 μm is about 35%, but the wavelength λ S of the
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λS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。
上記の場合、位相整合条件であるνp=νs+νi(ν:レーザの振動数)が満足されている限り、シグナル光61のエネルギEsとアイドラ光62のエネルギEiの比率は、Es:Ei=1:0.92となり両者同程度のエネルギを保有している。
When the wavelength is 3.05 μm, an absorbance of about 100% is obtained, so that the total energy selectively bears the hydration shell destruction, and the
In the above case, as long as the phase matching condition ν p = ν s + ν i (ν: laser frequency) is satisfied, the ratio of the energy Es of the
波長λS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λpを1.48μmとすれば、前記式(1)より、波長λSが2.8μmのシグナル光61、波長λiが3.14μmのアイドラ光62を得ることができる。
A TDFA (Tm-doped optical fiber amplifier) can be used as the laser light source of the
<第2の実施形態>
図6は、本発明に係る第2の実施形態のレーザ治療装置70の概略構成を示す図である。
レーザ治療装置70は、レーザ発振器80と、ハンド・ピース30と、レーザ発振器80で生成されたレーザ光をハンド・ピース30まで伝送する導波路50とを備えている。このレーザ治療装置70は、レーザ発振器80が第1の実施形態のレーザ治療装置10と異なるが、導波路50及びハンド・ピース30の構成はレーザ治療装置10と同じである。したがって、導波路50及びハンド・ピース30については、第1の実施形態と同一の符号を付して、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a
The
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は、波長1.55μmのシード光を発振して出力するDFB−LD(Distributed Feedback Laser Diode;分布帰還型レーザ・ダイオード)81を備え、かつこのDFB−LD81側から、アイソレータ84、TFB(Tapered Fiber Bundle;テーパ・ファイバ・バンドル)85、EDF86、アイソレータ87、TFB88、EDF89及びアイソレータ90を含み、導波路91上にこの順番で配置されている。また、レーザ発振器80は、アイソレータ84とTFB85の間の導波路91に、SM−LD(Single Mode Laser Diode;シングル・モード・レーザ・ダイオード)82がTFB85を介して接続されている。さらに、レーザ発振器80は、アイソレータ87とTFB88の間の導波路91に、複数のMM−LD(Multi Mode Laser Diode;マルチ・モード・レーザ・ダイオード)83がTFB88を介して接続されている。
The
The
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。
1段目の増幅は、EDF(Erbium Doped Fiber)86において行われる。このEDF86は、シングルモードである。EDF86のコアにシード光がカップリングされ、かつEDF86のクラッドにSM−LD82から出力された励起光が取り込まれることにより、シード光が増幅される。この増幅により、シード光のビーム品質が向上する。SM−LD82から出力される励起光は、波長が0.98μmである。
In the
The first-stage amplification is performed in an EDF (Erbium Doped Fiber) 86. The
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λSが3.0μmのシグナル光61及び波長λiが3.2μmのアイドラ光62に変換して出力する。
The second stage amplification is performed in the
<第3の実施形態>
図7は、本発明に係る第3の実施形態のレーザ治療装置100の概略構成を示す図である。
レーザ治療装置100は、レーザ発振器80と、光パラメトリック発振器110と、ハンド・ピース120と、レーザ発振器80から出力されたレーザ光を光パラメトリック発振器110まで伝送する導波路130と、光パラメトリック発振器110から出力されたレーザ光をハンド・ピース120まで伝送する導波路131とを備えている。
このレーザ治療装置100は、光パラメトリック発振器110がハンド・ピース120とは別体として設けられている点で第2の実施形態のレーザ治療装置70と異なっているが、レーザ発振器80の構成は第2の実施形態のレーザ治療装置70と同じである。したがって、レーザ発振器80については、第2の実施形態と同一の符号を付して、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a
The
This
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λS及びλiとすると、第1の実施形態で説明したように、波長λSが3.0μmのシグナル光118と、波長λi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。
The optical
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。
シード光を増幅して光パラメトリック発振器40(110)に対するポンプ光60,117を生成する第2(3)の実施形態によれば、同等の高出力を得るためにLD21を複数設ける必要がある第1の実施形態に比べて、レーザ発振器80、ひいてはレーザ治療装置70を低コスト、かつ小型で作製することができる。
As described above, the laser treatment apparatus (10, 70, 100) according to the first to third embodiments performs signal conversion by converting the wavelength of the
According to the second (3) embodiment in which the seed light is amplified to generate the pump lights 60 and 117 for the optical parametric oscillator 40 (110), it is necessary to provide a plurality of
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。
In the first and second embodiments, since the optical
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
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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λS、前記アイドラ光の波長をλiとすると、
前記光パラメトリック発振器は、λS、λi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。 A laser oscillator that oscillates and outputs a single wavelength laser beam;
An optical parametric oscillator that inputs the laser light output from the laser oscillator as pump light and converts the input pump light into signal light and idler light; and
When the wavelength of the signal light is λ S and the wavelength of the idler light is λ i ,
The optical parametric oscillator outputs the signal light and the idler light having λ S and λ i of 2.72 to 3.42 μm.
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。 A hand piece having an irradiation tip for simultaneously irradiating the signal light and the idler light output from the optical parametric oscillator to the outside;
The laser treatment apparatus according to claim 1, wherein the optical parametric oscillator is built in the hand piece.
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。 The laser treatment device is a dental treatment device,
The laser treatment apparatus according to claim 1, wherein the signal light and the idler light output from the optical parametric oscillator are applied to a tooth while maintaining an output state.
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