JP2013516245A - フィードバック機構を有する歯科手術用レーザ - Google Patents
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- A61B2018/2255—Optical elements at the distal end of probe tips
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- A61B2018/2255—Optical elements at the distal end of probe tips
- A61B2018/2285—Optical elements at the distal end of probe tips with removable, replacable, or exchangable tips
Abstract
【課題】周囲の正常組織の損傷を最小限にする歯科手術用レーザを提供する。
【解決手段】チップおよび組織からの光および他の信号に基づいてレーザ手術中にレーザ出力を制御するコンセプトに基づく手術デバイスが説明される。レーザ手術システムは、一般的に、いくつかの基本構成部品、例えば、レーザ、供給システム、チップおよび制御システムを備える。チップは熱光学チップ(TOT)の特定の場合と考えられる。TOTは、組織の切断、凝固、蒸発、炭化、および除去を含む軟および硬組織の修正または治療に使用される光学および機械素子である。
【選択図】図20
【解決手段】チップおよび組織からの光および他の信号に基づいてレーザ手術中にレーザ出力を制御するコンセプトに基づく手術デバイスが説明される。レーザ手術システムは、一般的に、いくつかの基本構成部品、例えば、レーザ、供給システム、チップおよび制御システムを備える。チップは熱光学チップ(TOT)の特定の場合と考えられる。TOTは、組織の切断、凝固、蒸発、炭化、および除去を含む軟および硬組織の修正または治療に使用される光学および機械素子である。
【選択図】図20
Description
本願は、2009年12月31日付出願の米国仮特許出願第61/291,608号の利益を主張する。この米国仮特許出願の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
本発明は、レーザ放射を使用して軟および硬口腔組織を外科治療する分野に関する。
本発明は、レーザ放射を使用して軟および硬口腔組織を外科治療する分野に関する。
レーザ手術、特に軟口腔組織のレーザ手術は、従来のメス(traditional cold scalpels )または電気手術のような他の手術手段に優るレーザメスのいくつかの利点を理由として、現在の診療で広く受け入れられている(例えば、特許文献1参照)。レーザ手術の利点は、痛みと麻酔の必要性の減少、手術後の不快症状の減少、瞬時の組織凝固と止血、および手術領域の自動殺菌を含む。
半導体GaAsレーザの技術的進歩によって、最も手頃で普及しているタイプの歯科手術用レーザは、近赤外スペクトル波長範囲810〜1100nmで動作する。半導体GaAsレーザは、比較的低コストの、簡単で、信頼できる、エネルギー効率の良い半導体デバイスで、十分なレーザ出力の生成を可能にした。生物組織内の光吸収は、このスペクトル範囲で比較的低く、局所的に組織切断を行って、周囲の正常組織の損傷を最小限にするには不十分であることが周知である。
それゆえ、光チップ、つまり光ファイバ光供給システム(a fiber optic light delivery system )の遠位端が、組織とレーザ光との直接相互作用によらないで、炭化組織、ブラックペーパー(black paper )、コーン(corn)または他の物質によるチップへの汚染によってレーザ光を吸収し、加熱されて高温になり、その高温および「高温チップ」から組織への熱伝導によって外科手術的な作用を発揮するとき、このスペクトル範囲におけるレーザ手術の支配的なメカニズムは、いわゆる「高温チップ」(hot tip )に関連づけられる。レーザメスチップの、そのような性質は、異なる波長を用いる接触手術(contact surgery )において典型的である。チップの遠位端と接触する組織は、高い出力密度に曝されて熱を生成する。この熱は、熱伝導によってチップを加熱し得る。チップは熱くなり、手術中の接触チップの温度は1500℃以上にもなる。結果として、チップは手術中に溶けて壊れてしまうおそれがある。
これらの現象のために、手術中の切断効率および組織への熱的効果は、制御不可能な変化を受ける。この変化は、外科医の自信を喪失させ、過剰な周囲の組織損傷および手術後の合併症の原因になり得る。非接触手術は、より容易に予測されるが、外科医にとって利便性が少ない。なぜなら、非接触手術には、接触手術とは異なる新しい、触覚によらない技能および技術が要求されるからである。さらに、非接触手術には、範囲1.8〜11ミクロンの波長を有するレーザが要求される。このレーザは、より良く組織に吸収され、GaAs半導体レーザよりも相当に高価である。
本発明は、手術用レーザデバイスであって、近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合されたレーザ放射源を備え、前記放射ガイドが前記近位端と前記遠位端との間で放射を伝導し、前記放射ガイドの前記近位端が、前記レーザ放射源からレーザ放射を受け取り、前記遠位端が、チップを有し、前記レーザ放射を少なくとも部分的に直接吸収し、前記遠位端の温度を表示する2次放射を発生する。そして、前記遠位端から前記近位端へ前記2次放射を伝導する手段と、前記2次放射を受け取って遠位チップの温度を表示する出力信号を生成する、前記近位端へ光学的に結合された検出器と、前記出力信号に応答して、前記レーザ放射源を制御し、前記出力信号を所定のレベルに維持する手段とを備える。チップは取り外し可能であるか、遠位端と一体化されるか、または遠位端自身がチップであってもよい。
手術用レーザは、レーザ放射の波長が約190nm〜約11000nmの範囲であることが特徴となる。レーザ放射の波長は、約400nm〜2700nmの範囲であるか、約800nm〜約2100nmの範囲であってもよい。放射ガイドは光ファイバや中空ガイドを含んでもよい。
検出器は、約300nm〜約18000nmの範囲の波長を有する光学的放射を検出する(register)ように構成される。また、検出器は、約1000nm〜2700nmの範囲の波長を有する光学的放射を検出してもよい。また、検出器は、約1300nm〜2700nmの範囲の波長を有する放射を検出してもよい。また、検出器は、約300nm〜1100nmまたは約300nm〜約1500nmの範囲の波長を有する放射を検出してもよい。また、検出器は、約1500nm〜約2700nmの範囲の波長を有する放射を検出してもよい。出力信号の所定のレベルは、チップの所定の温度に対応する。
手術用レーザデバイスにおいて、チップの所定の温度は、治療中の凝固領域の所定のサイズに相関する。光ファイバが裸の光ファイバ端(bare optical fiber end)で、その裸の光ファイバ端が、遠位端におけるレーザ放射を少なくとも部分的に吸収して熱光学チップを生成する(create)してもよい。放射ガイドが光または中空ファイバを有し、その近位端がレーザ放射を受け取り、その遠位端が熱光学チップの近位端へ光学的に接続され、遠位端がレーザ放射を少なくとも部分的に吸収してもよい。2次放射が蛍光放射であってもよい。チップは、埋め込まれた吸収材料を有する。吸収材料は、炭素粒子、金属イオンまたは金属酸化物を有する。
熱光学チップは、範囲0.05〜1、好ましくは範囲0.5〜1の吸収(吸収度、absorption)を有する。
また、本発明は、熱光学チップを製造する方法を提供する。この方法は、光透過性材料からなる光学チップを用意することと、光吸収材料をチップに接触させることと、レーザ出力をチップへ適用することによって、光吸収材料をチップの表面へ埋め込むか、チップの材料の中へ埋め込むことと、レーザ出力をチップへ適用することによって、チップを焼鈍することとを備える。レーザ出力を適用することが、レーザ出力を自動的に調節して、チップの所定の温度レベルを維持することを含む。本方法は、光吸収材料をチップの表面へ埋め込むか、チップの材料の中へ埋め込んだ後に、チップを機械的または化学的に清掃することをさらに備える。本方法は、レーザ出力をチップへ適用することによってチップを焼鈍した後に、チップを冷却すること、およびその冷却ステップの後の他の焼鈍ステップをさらに備える。
本発明の手術用レーザデバイスの一実施形態は、近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合されたレーザ放射源を備え、放射ガイドが近位端と遠位端との間でレーザ放射を伝導し、近位端が、レーザ放射源からレーザ放射を受け取り、遠位端が、組織を手術するためのチップを有し、チップによって組織へ適用される力を制御する機構を備える。機構は、ばね式機構であってもよい。機構は、力または圧力センサおよびそのセンサからの出力信号に応答する制御システムをさらに有し、その制御システムはチップのレーザ出力または温度を所定のレベルに維持するようにレーザ放射源を制御する。
本発明の手術用レーザデバイスの他の実施形態は、近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合された少なくとも1つのレーザ源を有する光放射源を備え、放射ガイドが近位端と遠位端との間でレーザ放射を伝導し、放射ガイドの近位端が、光放射源からレーザ放射を受け取り、遠位端から近位端へ反射および/または後方散乱放射を伝導する手段と、反射および/または後方散乱放射を受け取って出力信号を生成するために光学的に結合された検出器と、出力信号に基づいてレーザ放射を調節または終了する手段とを備える。遠位端から受け取られた反射および/または後方散乱放射は、組織の手術に使用されるレーザ放射とは異なるタイプの放射である。
本発明の手術用レーザデバイスのさらに他の実施形態は、近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合されたレーザ放射源を備え、放射ガイドが近位端と遠位端との間でレーザ放射を伝導し、放射ガイドの近位端が、レーザ放射源からレーザ放射を受け取り、遠位端が、レーザ放射を少なくとも部分的に吸収し、レーザ放射を吸収することによって加熱され、加熱された後に2次放射を発生し、2次放射が、生物組織を切断する、凝固させる、蒸発させるまたは除去するのに十分な出力である。2次放射は黒体白熱放射(black body incandescent radiation )であってもよい。本発明の手術用レーザデバイスは、2次放射を組織へ供給するため遠位チップと光学的に結合された光学系をさらに備える。光学系は反射体またはレンズであってもよい。光学系は集光器または導波路であってもよい。チップの側面は、チップの1つまたは複数の側面から2次放射を発生してもよい。
本発明は、チップおよび組織からの光および他の信号に基づいて、レーザ手術中にレーザ出力を制御するコンセプトを利用する。レーザ手術システムは、一般的に、いくつかの基本構成部品、例えば、レーザ、供給システム、チップおよび制御システムを備える。チップは、熱光学チップ(TOT)の特定の場合であると考えられる。TOTは、組織の切断、凝固、蒸発、炭化および除去を含む、軟および硬組織の修正または治療に使用される光学および機械素子である。
TOTは、一般的に、治療される組織と接触して機能し、チップに吸収された光学的放射によって加熱されたチップからの熱伝導に少なくとも部分的に起因して、組織の切断、凝固または除去を提供する。TOTを用いる組織切断作用は、熱機械力または除去に少なくとも部分的に起因して起こる。TOTを用いる組織凝固は、チップから組織への熱伝導およびレーザ放射によって加熱されて高温になったチップから放射される2次放射の吸収に少なくとも部分的に起因して起こる。2次放射は熱放射(温度放射)または発光である。
図1は、TOTの概略図である。光学素子101は、ガラス、サファイアのような結晶、セラミック、複合材料または他の光学材料であってよい。それは、高吸収材料、例えば、半導体、金属またはドープされた光学材料で構成できる。光学的放射102は、光学素子101の中へ結合される。光学的放射は、吸収素子103の中へ完全にまたは部分的に吸収される。吸収素子103は、焼結、接合または他の付着方法によって光学素子101へ付着された、金属、金属酸化物、炭素または他の材料の膜であってよい。吸収素子103は、光学素子101の内部に置かれてもよい。例えば、光学素子101は、孔の中の金属ワイヤのような吸収素子103を有する中空の光または金属ファイバであってよい。光学素子101は、吸収素子103と結合され得る。例えば、透明ガラスまたは結晶製の光学素子は、光学的放射を吸収できるイオンによってドープされ得る。石英またはグラスファイバの場合、相異なる金属イオンは、Nd、Cr、Fe、Yt、Erなどであってよい。TOTは、光学素子101および吸収素子103を備える。TOTは、治療される組織104と接触して機能し得る。TOTは、チップ移動方向の機械力105、熱拡散106、熱放射107および残余の光学的放射108によって、組織104と相互に作用する。
光学的放射および熱放射は、3つの基本発色団、すなわち、ヘモグロビン(オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビン)、水分およびコラーゲンに起因して軟組織(粘膜)に吸収される。口腔粘膜のような軟組織の典型的な構造が図2に示される。口腔粘膜には3つの主な組織成分が存在する。すなわち、口腔上皮、固有層と呼ばれる下方結合組織層および粘膜下組織層である。口腔上皮の厚さは、50〜750μmで変動し得る。歯肉上皮の場合、それは約200〜400μmである。口腔上皮と固有層との界面は、通常、不規則な形状であり、基底膜と呼ばれる。上皮乳頭を含む歯肉粘膜口腔上皮の厚さは、200〜300μmの範囲である。歯肉粘膜固有層の厚さはほぼ同じである。固有層は、2つの層、すなわち、浅乳頭層(上皮乳頭に関連づけられる)および深網状層へ分割され得る。乳頭層において、コラーゲンファイバは薄く、大まかに配列され、多くのループ状毛細血管が存在する。網状層は、密集した束として配列されたコラーゲンファイバを有する。コラーゲンファイバは、表面の平面と平行になる傾向がある。
組織を治療する場合、最適のレーザパラメータ、例えば、波長、パルス幅および出力密度を選択することが必要である。前述の層は、それらの相異なる構造および成分のために、相異なる光学特性を有する。各層の吸収係数は、その層の中の基本発色団−水分、血液およびコラーゲンの含有率に依存する。上皮の吸収係数は、次式により上皮内の水分含有率の知識に基づいて計算され得る。
μae=fwμaw
ここで、fw−上皮内の水分含有率、μaw−水分吸収係数、μae−口腔上皮吸収係数である。
μae=fwμaw
ここで、fw−上皮内の水分含有率、μaw−水分吸収係数、μae−口腔上皮吸収係数である。
乳頭および網状層の吸収係数は、次式により、これらの層の中の血液、水分およびコラーゲン含有率の知識に基づいて計算され得る。
μai=fwiμaw+fbiμab+fciμac
ここで、fwi、fbiおよびfci−考慮される層の中の水分、血液およびコラーゲン含有率、μab−血液全体の吸収係数(45%赤血球容積率、75%酸素飽和)、μac−コラーゲン吸収係数、μai−考慮される層の吸収係数である。
μai=fwiμaw+fbiμab+fciμac
ここで、fwi、fbiおよびfci−考慮される層の中の水分、血液およびコラーゲン含有率、μab−血液全体の吸収係数(45%赤血球容積率、75%酸素飽和)、μac−コラーゲン吸収係数、μai−考慮される層の吸収係数である。
乳頭および網状層の吸収スペクトルは、図3に示される。乳頭層の場合、血液の体積含有率は約5%に等しく、水分の体積含有率は約75%に等しいこと、および約20%の残りの体積は、コラーゲンのような生体高分子によって占められることが考えられる。網状層の場合、血液の体積含有率は約1%に等しく、水分の体積含有率は約75%に等しく、生体高分子の含有率は約24%に等しいことが考えられる。
光学的放射(レーザを含む)または熱を用いて最適の光学的凝固および切断を行う場合、放射は、チップを取り巻く組織層の範囲約0.001〜約0.1cmの深度zaで吸収されねばならない。それは、次式のように、範囲約10〜1000cm−1における吸収係数μaに対応する。
図3から、この条件を満足する波長λは、上皮についてλ>約1300nmであり、乳頭層についてλ<約600nmとλ>約1100nmであり、網状および乳頭層についてλ<約600nmとλ>約1100nmであることが分かる。それゆえ、直接光学的切断および凝固の場合、最適レーザ波長は、これらの範囲から選択されねばならない。前述したように、最も普及している歯科手術用レーザは、レーザ放射の直接光吸収が非常に低いスペクトル領域で動作し、それゆえ、熱光学チップが組織の切断および凝固プロセスの器具となる。TOTから組織への熱伝達について2つの大きいメカニズムが存在する。1つはチップからの熱伝導であり、他の1つはチップからの熱放射である(もしチップが、例えば、熱放射スペクトル内の可視および赤外領域における全波長でほぼ100%の放射を吸収する「黒」として考えられる場合、黒体放射としても知られる。図4を参照)。発明者らは、チップからの2次放射を熱放射または白熱放射と呼ぶことにする。
TOTからの放射された熱放射は、直接レーザ放射と同様に組織によって吸収され得る。しかしながら、熱放射は波長の非常に広いスペクトルを有し、この広いスペクトルの中の出力最大の位置は、図4で示されるようにチップ温度によって規定される。組織への熱放射エネルギーの効果は、組織の吸収の平均(有効)係数μaeffに基づいて規定され、組織吸収スペクトル(図3aおよび図3b)および熱放射スペクトル(図4)の断面積分に基づいて推定され得る。図5は、チップ温度の関数としてのμaeffを示す。TOTは、主に熱放射およびレーザ放射の熱拡散および吸収によって、凝固および切断効果を発揮する。
図5で分かるように、約500K(絶対温度)から約2000Kのチップ温度範囲における粘膜の有効吸収係数μaeffは、約600から約1000cm−1まで変動する。これは、約10〜約15μmの組織への浸透深さに対応する。そのような浸透は、10600nmCO2レーザ波長について典型的である。CO2レーザは、最適の止血を伴う軟組織手術について最良のレーザの1つとして考えられる。そのレーザは、最小の必要な止血、短い治癒時間および最小の術後合併症をもたらし得る。TOTは、熱放射を浸透させ、CO2レーザと類似の凝固領域をもたらす。熱放射の出力は、図6で示されるように、TOT温度の増加とともに増加する。TOTは、組織への低吸収を有する波長から非常に高い吸収を有する波長への光放射スペクトル変換器として機能し(ポンピング放射)、ポンピング放射よりもはるかに強い効果を組織にもたらす。スペクトル変換器としてのTOTの効率は、温度とともに増加する(図6)。最良吸収のためのTOT最適温度は、約500〜約2000Kである。変換の効率によって最適温度は約900K〜約4000Kの範囲にあり得る。TOTの放射発生は、ほぼ等方性の分布を有し、ミラー、レンズ、光コンデンサおよび導波路を使用することによって、好ましい方向へ指向および集光され得る。
TOTを取り巻く組織は、熱伝導および2次放射によって同時に加熱される。TOT配列(装置)の場合、双方のメカニズムは非常に似ている場合があることが発見された。図7aおよび図7bは、直径約0.4mmを有するシリンダの放射および熱伝導によるエネルギー熱放散の密度を示す。シリンダは、速度1mm/s(図7a)および10mm/s(図7b)で組織の中へそれぞれ移動される。10mm/sの組織高速切断の場合、熱放射凝固メカニズムは約1000K以上の温度について熱伝導メカニズムを圧倒し始める。口腔組織切断の1mm/sの低速の場合、熱放射凝固メカニズムは、約1700K以上の温度について熱伝導メカニズムを圧倒し始める。TOTの温度は、接触切断、凝固および除去の場合、範囲500〜12000Kに、好ましくは範囲800〜1500Kにあり、非接触切断、凝固および除去の場合、範囲1200〜3500Kにある。
TOTは、非接触または疑似接触モード(治療される組織へ小さい圧力で触ることによる)で使用され得る。熱放射は、組織内に含まれる水分に熱放射が吸収されることによって、組織を凝固および除去し得る。約500〜2000Kの範囲におけるTOT温度の場合、水分吸収係数は範囲600〜1000cm−1にあるので、非接触チップを使用するときの組織への正味効果は、非接触モードにおける組織へのCO2レーザ効果と同様になり得る。
図8は、組織手術に使用され得る光学チップ801ならびに熱光学チップ806および807を示す。これらのチップは、出力エッジにおけるレーザ光吸収部分の有無および局所化によって相異なる。チップの吸収部分803は、透明部分802の内部に置かれるか、それを取り巻くか、透明部分の外部に置かれ、図8で示されるように、光808が完全にまたは部分的に通過する可能性を残し得る。いずれにせよ、いくらか残余のレーザ光804はチップの外へ出て行き、2次熱放射805は吸収光から生じてチップの高温部分を加熱する。
本発明において、TOT手術の最適実施形態が発見された。1つの好ましい実施形態において、組織切断効果は、熱機械切断によって発揮される。熱機械切断は、TOTの鋭いエッジからの機械力によって切断することから起こる。図9で示されるように、TOTは、種々の形状、例えば、円錐901、シリンダ903、くさび905、ナイフ907の各形状を有し得る。
そのようなチップの材料は、例えば、ガラス、石英、光学結晶、光学セラミックであってよい。各チップは、光が照射されるTOT表面部分に置かれた吸収体902、904、906または908を備え得る。吸収体の好ましい場所は、熱機械切断に使用されるTOTの最も鋭い部分である。吸収体は、炭素、金属、または、それらの合金および組成物から作られ、TOTの透明部分へ熱的または化学的に接着されるか、TOTへ焼結される。光吸収体は、透明材料の内部に局所化され得る。他の実施形態において、TOTはフォトニック結晶ファイバで作られ得る。さらに他の実施形態において、チップ910はサファイアくさび形板から作られる。この板は、側面911を介して光ファイバ909から伝搬された光を組織へ結合する。さらに他の実施形態において、TOTは、粒子またはイオンを吸収することによってドープされた透明材料から作られ得る。例えば、ネオジムイオンをドープされたガラスまたはイットリウムアルミニウムガーネットは、そのようなタイプのTOT材料として使用され得る。波長808nmを有するレーザは、そのようなTOTのポンピングに使用され得る。熱放射に加えて、約1060、1320および1440nmの波長におけるチップからのレーザ放射のルミネセンス発光変換が、組織の治療および凝固に使用され得る。
TOTの他の例は、図10に示される。グラファイトまたは他の材料の吸収粒子(粉末)が石英管1003の内部に置かれる。次いで、管のエッジが、1600℃を超える温度で火炎、レーザまたは他のヒータを使用して溶融される。この手順の間に、粒子1005を含む中空石英球体が出現する。球体の内部空間は、石英管の中空空間と接続される。石英ファイバ1001が管の遠位エッジへ挿入される。レーザ放射は管に沿って伝搬し、次いで直接または管壁で反射して粉末に到達する。レーザ放射は粒子を加熱する。粒子は、赤外(IR)範囲で放射して管壁を加熱する。IR放射およびチップの加熱された壁は、軟組織と相互作用し、凝固、蒸発、炭化および除去を行う。レーザ放射が吸収部分を介して部分的に通過するように、チップが設計され得ることに注意すべきである。透過は、0〜約95%の範囲であってよい。TOTは、高吸収を有する材料から作られ得る。例えば、TOTは、高吸収材料の1本の短い管から作られ得る。
遠位チップからの2次放射は全方向へ伝搬するので、治療を遂行するため2次放射を組織へ供給することが改善され得る。通常、その放射のいくらかの部分は前方へ伝搬し、組織を治療するため直接使用され得る。その放射の他の部分は後方へ伝搬して光ファイバまたはTOTへ達し、ファイバチップまたはTOTの中で熱を発生し、さらにファイバまたはTOTの側面へ漏れる。これは側面切断または凝固に使用され得る。この実施形態のファイバチップまたはTOTは、石英ファイバまたはサファイアのような高屈折率を有する材料から作られ、後方光伝搬の効果を向上する。追加の光学系は、この熱放射を収光し、それを組織へ再指向(redirect)/集光する。図11aは、ミラー1105を使用する、そのような再指向の1つの実施形態を示す。ミラー1105は、いくつかの平面部分から作られ得るか、円錐形、球形、放物形または楕円形を有し得る。光1101は、チップ1102の透明部分へ入り、吸収部分1003を加熱する。吸収部分1003は2次放射を発生する。放射1007の1つの部分は、ファイバへ戻るように部分的に伝搬する。他の部分1006は、組織1004へ向かって前方へ伝搬する。さらに他の部分1008は、横へ伝搬し、ミラー1005で反射し、組織1004へ再指向される。図11bは、そのようなミラーの代替構成を示す。非接触モードの治療におけるCO2またはエルビウムレーザと同様に、白熱放射の光学濃度を有するチップが、非接触組織の切断、凝固、蒸発、除去および加熱に使用され得る。TOTをポンピングするために使用される半導体GaAsレーザを有する、そのようなデバイスのコストは、一般的な中赤外域および遠赤外域レーザのコストよりも著しく低い。
図12は、非接触または疑似接触チップを有する他の実施形態を示す。約0.1〜0.5mmの直径および吸収素子1202を有するTOTチップ1201は、高反射表面1204を有する管1203の内部に搭載される。球形または楕円形表面1204は磨かれ、例えば金メッキによってIR波長範囲で高反射係数を有する。吸収素子を有するチップ遠位端は、表面1204の中心に対して位置決めされ、TOTからIR放射ビームの所望の直径を形成する。例えば、もし距離1205が表面1204の曲率半径の半分であれば、IRビームは管の外径に近い直径で疑似コリメートされる。もし距離1205が、0と、表面1204の曲率半径の半分との間であれば、IRビームは組織上に合焦され得る。
一貫した予測可能な結果を得るため、手術中にチップ温度をモニタおよび制御することが非常に重要である。なぜなら、TOT温度は、光パワーと比較して、より直接の影響を組織に対して有するからである。改質(modification)および相転移を有さない線形媒質(linear media)における単純な熱伝導の場合、次式で説明されるように、TOTの温度TTOTはチップ内の光吸収係数kおよびレーザ出力PLの簡単な関数である。
TTOT〜k・PL
TTOT〜k・PL
しかしながら、2次放射を介する熱伝達の追加のメカニズム、非線形組織改質、切断速度の変化、チップと組織との間の光および熱結合のレベルを考慮に入れると、フィードバック機構なしにチップ温度を維持することは、困難であり、非実用的である。
そのようなフィードバックは、高温チップからの光(赤外および可視)放射に基づく。図4で示されるように、スペクトルは温度に依存して変動し、放射スペクトルの相当の部分が、光ファイバ光ガイド供給システムの透過スペクトルと重複することが分かる。石英ファイバ、特に低濃度OHを有する石英ファイバの場合でも、透過は約2.7μmに達し、それゆえ、2次放射の相当の部分は、ファイバの近位端へ向かって後方へ伝搬し、光検出器によって検出され得る。
さらに感度が増大された場合でも、特殊な赤外ファイバおよび中空ファイバが使用され得る。もしそのような感度が十分であれば、検出(registration)のスペクトル範囲は、<2.2μmスペクトル範囲に限定され得る。ここで、低OHを有するシリカファイバは、高度に透明であり、信号レベルはファイバの長さに依存しない。
代替として、ファイバ長は、公知のオプトエレクトロニクス手段、例えば、干渉分光法、飛行時間、位相変調や、他の公知の方法を使用して測定され得る。次いで、熱放射フィードバック信号の較正が、ファイバ長について調節され得る。本発明において、発明者らは、部分吸収レーザ放射TOTが、検出されてTOT温度の制御、測定および維持に使用されるのに十分な光パワーを放射し、それゆえ、熱分解や炭化のような、組織の所望されない損傷、およびチップの劣化が、最大限に回避されることを発見した。さらに、チップの温度は、広い範囲、すなわち、石英ファイバについては300〜1500℃、サファイアチップについては300〜2000℃で維持され、チップの破壊または劣化が回避されるだけでなく、所望の、速度と凝固または付随的熱損傷のレベルを有する、一貫した組織切断が提供され得る。TOTの2次放射に基づくフィードバック機構の技術的実現についていくつかの実施形態が、以下に説明される。
範囲1500〜4000℃のTTOTを有する高温チップの場合、熱放射は、範囲0.6〜2.7μm、好ましくは1.0〜2.7μm、または1.3〜2.7μm、または2.2〜2.7μmで測定され得る。これらの波長範囲は、シリカファイバを介して供給され得る。範囲300〜1500℃のTTOTを有する中間温度チップの場合、熱放射は、範囲1.0〜2.7μm、好ましくは1.3〜2.7μm、または2.2〜2.7μmで測定され得る。これらの波長範囲は、シリカファイバを使用して供給され得る。範囲100〜300℃のTTOTを有する低温チップの場合、熱放射は、範囲1.3〜18μm、好ましくは2.2〜2.7μm、または2.2〜18μmで測定され得る。これらの好ましい波長は、例えば、ガラス、重金属フッ化物(ZBLAN−(ZrF4−BaF2−LaF3−AlF3−NaF))、ゲルマネイト(germanate )(GeO2−PbO)、カルコゲニド(As2S3およびAsGeTeSe)、単結晶(サファイア)、多結晶の結晶(AgBrCl)などのようなIRファイバや、金属、ガラス、または結晶からなる中空導波路を使用して供給され得る。
TTOTを測定する場合、上述したスペクトル範囲で積分された信号を使用し得る。TTOTの絶対値は、熱放射源による熱チャネルの較正によって規定され得る。例えば、ファイバの遠位端は電気または火炎によって加熱された物体の近傍に密接して、または接触して、置かれ、信号は複数のセットポイントで測定され得る。同時に、絶対温度は、IR温度計、熱電対、他の熱センサなどのような従来の手段を使用して測定される。そのような手順は、現実のチップ温度への熱オプトエレクトロニクス信号の較正を生じる。チップおよびファイバ内の温度分布は一様ではなく、それゆえ、ある有効温度について測定および較正され得ることに注意すべきである。他の実施形態において、2つ以上の波長範囲における熱放射の同時測定が遂行され得る。例えば、1つのチャネルは300nm〜1100nmまたは300nm〜1500nmであり、他のチャネルは1500nm〜2700nmである。この場合、TTOTは、これらの2つのチャネル内の示度の比に基づいて規定され、単一チャネル内の絶対信号値には基づかない。
レーザ切断中、切断速度vは、ある一定の範囲、一般的には0.5〜50mm/sで、操作者によって変更され得る。こうして、TTOTレベルのいくつかのモードが提案される。すなわち、
1.vmin<v<vmaxについてTTOT=T0、および、v<vminについてTTOP=Tminである。T0=500〜3000K、好ましくはT0=500〜1100Kである。Tmin=300〜400Kである。
2.TTOT=T0+q・(v−vmin)n、qは係数、n=0.2〜10であり、もしv<vminであれば、TTOP=Tminである。
1.vmin<v<vmaxについてTTOT=T0、および、v<vminについてTTOP=Tminである。T0=500〜3000K、好ましくはT0=500〜1100Kである。Tmin=300〜400Kである。
2.TTOT=T0+q・(v−vmin)n、qは係数、n=0.2〜10であり、もしv<vminであれば、TTOP=Tminである。
速度vから独立した切断の周りの一定の凝固領域の場合、パラメータnは約0.5〜2であってよい。治療される組織のほぼ一定の凝固を維持するため、切断速度が減少するときTTOTレベルを減少しなければならない。切断速度は、機械、光学、電気または磁気センサによって独立に測定され得る。TTOTは、治療領域からの他の信号、例えば、チップと組織との間の抵抗力に基づいて調整され得る。例えば、高線維性(high fibrotic )組織片の切断のために力が増加され、より容易および滑らかな切断についてはTTOTが増加され得る。他の実施形態では、TTOTを制御して組織に対して一貫した効果を達成するため、治療組織内の散乱または吸収変化に関係する、光または音響信号が使用され得る。
所定の吸収kおよびリアルタイム温度制御とTOTとの組み合わせは、上述したような一貫したTTOT、および移動速度の広い範囲で最適の止血を伴う容易な低侵襲切断を提供する。レーザ出力は、リアルタイムで調節され、チップの所定の温度を維持する。そのような自動出力制御(APC)モードは、滑らかな低侵襲レーザ治療を提供する。チップまたはチップ接触組織の温度をリアルタイムで制御する方法および装置は、以下に説明される。
他の実施形態において、測定されたTTOTレベルは、可視または音声信号によってリアルタイムでユーザへ提示され得る。ユーザは、この信号に基づいて治療の出力または速度を調節し、所望の治療目的を維持し得る。
チップの出力エッジの温度は、吸収されるレーザ出力に依存する。吸収される出力は、入射出力およびチップ作業エッジの有効吸収に依存する。吸収は、吸収センター(absorptive centers)の濃度および量に依存する。TOT準備(TOT preparation )は、チップの作業エッジの体積または表面における吸収センターについて、チップからチップへの再生可能量の生成を目的とする手順である。1つの実施形態において、発明者らは、TOT温度の制御のもとで、いくつかの段階に準備を分けることを提案する(図11参照)。準備のために、TOTに供給されるレーザエネルギーが使用され得る。レーザ放射の影響のもとで加熱しているTOT111に起因して、1〜2.7μm、好ましくは1.3〜2.5μmにおける熱放射の強度に依存する、制御手段のレーザエネルギー変動が出現する。
準備の第1の段階(「焼き付け手順」)は、図11の117、119および121で示される。この段階の目的は、TOTの表面に吸収センターを生成し、それらをTOT体積の中へ埋め込むことである。この段階では、ガラス、石英または光学結晶111から作られたTOTの遠位エッジが、吸収センター113を備える吸収媒質と接触して置かれる(ある圧力で)。レーザ放射の影響のもとで、媒質は、ガラスまたは石英TOTの軟化または溶融温度まで加熱されるか、光学結晶から作られたTOTの溶融温度近くまで加熱される。吸収センターは相互に軽く接続され、分解のためにレーザエネルギーが浪費されることを防止することが望ましい。媒質113は、ナノ粒子、有機化合物、金属、金属酸化物などを含む、粉末または加圧された炭素粒子から作られてもよい。
加熱された吸収センターは、軟化したチップ材料の表面へ張り付き、チップ吸収センター間の接合を生成し、チップの作業エッジは吸収媒質の中へ入り込む。浸入の深さは、増加された吸収を有するチップ領域(塗装領域)の長さを規定する。温度および温度適用時間は、非常に重要なパラメータである。なぜなら、温度は、材料が軟化するためにだけ十分高くなければならず、材料が溶融および蒸発するほど高くあってはならないからである。これが、温度を制御しなければならない理由である。例えば、石英の場合、温度は、範囲1000〜1700℃、好ましくは1000〜1200℃であるように制御されねばならない。制御は閉ループ制御によって実現される。閉ループ制御は、熱放射の強度が目標レベルを超過するときレーザ出力を減少し、熱放射が目標の下であるときレーザ出力を増加する。初期化の第1の段階の持続時間は、0.1〜10秒であってよい。
準備の第2の段階は、清掃を含む。第2の段階の目的は、不十分に一体化された吸収センターをチップから除去することである。清掃は、薄織物(tissue)またはブラシ、場合によっては掃除用コンパウンド、例えばアルコールまたは酸を使用し、レーザ放射の作用なしに機械的または化学的に遂行される。清掃は、高圧気体または液体によって遂行され得る。第2の段階は、吸収材料113の初期の厚さを正確に制御してチップ上の過剰材料の累積を排除することによって削除され得る。準備の第2の段階は、例えば、チップへ付着される吸収センターの量を正確に制御することによって回避され得る。
準備の第3の段階は、吸収センターの焼鈍を含み、図11の124で示される。チップ表面または体積の中へ導入された吸収センターは、様々な寸法を有し得る。それらは、空の空間(孔隙、pores )で取り囲まれている場合もある。孔隙は、レーザ放射領域で吸収センターの焼き付けを促進する。これらの孔隙の寸法も全く相異なり得る。大きい孔隙で取り囲まれた吸収センターは、小さい孔隙で取り囲まれたセンターよりも容易に焼き尽くされる。吸収センターおよび孔隙の寸法の変動によって引き起こされる非均一のチップ加熱は、チップの寿命を相当に減少するおそれがある。したがって、第3の段階の目的は、吸収センターの寸法の均等化である。第3の段階の他の目標は、吸収体とTOT材料との間の接着の改善、吸収体の拡散の熱誘発の改善、吸収体とTOT材料との間の焼結の改善、およびTOT内の機械的応力の緩和であってよい。
均等化の1つのメカニズムは、最大限のサイズを有するセンターの焼き尽くしによって起こる。なぜなら、大きいセンターは大きい断面を有し、それゆえ小さいセンターよりも多くのレーザエネルギーを吸収するからである。こうして、レーザ出力は、大きいセンターの焼き尽くしには十分に高く、小さいセンターの焼き尽くしには十分でないようにしなければならない。この段階の間、レーザ放射は、空気中の自由位置に置かれたチップへ適用され得る。
チップ初期化(tip initiation)の第1および第3の段階中に、光フィードバック機構を使用し、チップ温度を最適レベルに維持することも有利である。確かに、温度の最適レベルは、焼き付け段階と焼鈍段階では異なる。例えば、最適温度は、第1の段階では範囲1000〜2000℃の中に、第3の段階では範囲600〜1000℃の中にあり得る。
このプロセスは、TOT温度制御のもとで起こる。焼鈍の臨界熱放射レベルは、「黒化(blacken )」の臨界熱放射レベルよりも低い。大きいセンターの数が減少する間、より多くのレーザ出力を適用し、焼鈍の臨界熱放射レベルを維持することが必要である。もしチップが直径400μmを有する石英ファイバから作られていれば、初期化の第3の段階の持続時間は約0.1〜50sであり、1〜50サイクルからなり得る。
初期化プロセスは、図13で示される。クリーンなチップ1301が、初期化剤1302に接触される。次いで、レーザ出力が適用され、初期化剤が、チップ端の中へ焼き込まれ、または溶融される。この後、チップは初期化材料から除去および清掃され、未完成チップ1303となる。次いで、チップは所定の温度でいくつかのサイクルにわたって焼鈍され、完成した初期化チップ1304となる。次いで、初期化チップは接触または非接触手術に応用され得る。
初期化の場合、図14に示されるデバイスが使用され得る。デバイスは、初期化剤を有する個々のセルを使用して、全手順についてチップ初期化を遂行することを可能にする。デバイスは、ボデー1401およびカートリッジ1402からなる。ハウジングは少なくとも1つの孔1403を有する。ハウジング1401は、カートリッジ1402を案内する内部キャビティ1404および1405を有する。カートリッジ1402はボデー1406を有する。ボデー1406は、ストリップ1409および1410の間に置かれた初期化剤1408を含む空間1407を生成する。孔1403および1407は、空間において同軸である。カートリッジ1402は置換可能である。初期化材料1408は、液体または固体の形態で作られ得る。材料は、溶液、懸濁液、粉末または顆粒であってよい。初期化材料は均質または非均質であってよい。初期化材料1408は、炭素粒子、炭素の同素形(allotropic form )、石炭であり、木材、金属、金属酸化物などの副産物を含み得る。ストリップ1409および1410は、プラスチックまたは紙から作られ得る。ストリップは、初期化材料1408によって、外部に塗装されるか、内部に充填され得る。
初期化取付具は次のように動作する。初期化剤1408を有するカートリッジ1402が、ハウジング1401のガイド1405の中に設置された、ストリップ1409および1410の間に置かれる。空間1407の軸は、孔1403の軸と同軸である。レーザチップ1412の光アタッチメント1411が開口1403の中に置かれ、したがって、それは最小の力でストリップ1409の上に乗る。初期化プロセスは、第1の段階でスタートする。チップ1411を介してレーザ放射が供給され、ストリップ1409の熱破壊を生じ、チップ1411の材料は初期化剤1408と相互に作用する。この場合、材料1408が光アタッチメント1411の材料の中に埋め込まれる。材料1408の燃焼の後、チップ1411は空間1407の中へ貫通し、ストリップ1410を破壊する。チップ1411はハウジング1401のキャビティ1404の中へ貫通する。次いで、初期化プロセスの第2の段階がスタートする。焼鈍がキャビティ1404の中で遂行される。焼鈍の終わりに、レーザ放射はストップし、初期化チップが取付具から引き出される。
吸収センターは、特殊なチップ初期化取付具を使用して1回だけカプセル化され得る。それは、内径がチップ径に近い管であってよい。チップの1つの側は、1つの初期化に十分な吸収センター量で充填され得る。管は、内面が線維材料から作られ、初期化の第2の段階中にチップ清掃に使用され得る。
現場でのユーザ遂行初期化に代わって、チップは工場初期化をされてもよい。この場合、供給システムは、交換可能チップが挿入される急速接続を有しなければならない(再使用可能または使い捨て)。交換可能チップを有する供給システムの可能な実施形態のいくつかは、図15(a)〜図15(h)で説明される。レーザ手動部品は、ハウジング1501および光ファイバ1502を含み、レーザ放射は光ファイバ1502の中へ入る。光ファイバの出力は、光学素子1503を使用してチップへ光学的に結合される。光学素子1503は、正規または勾配レンズ(regular or gradient lens)であってよい。代替として、ファイバとチップとの間の直接接触を介してカップル結合が行われ得る。光学系は1つまたは複数のレンズを備え得る。レンズは球面または非球面であってよい。光学素子1503の材料としては、均質な光学材料、例えば、石英、サファイア、ガーネットなどや、合成(不均質)剤、例えば金属酸化物(Cr、Fe、Ndなど)を含む溶融シリカが使用される。
工場初期化チップは、光吸収材料からなるか、チップの遠位端に吸収材料を有する1個の光透明材料であってよい。工場初期化チップのいくつかの可能な構成は、図15(d)から図15(h)に提示される。チップは、種々の形状 − シリンダ、円錐、球体、板、多面体などを有し得る。図15(d)は、吸収材料を備えるシリンダを示す。図15(e)は、吸収材料から作られた遠位部分1506を有する透明シリンダを示す。吸収材料は、図15(f)で示されるように、断面の一部分のみを占拠し得る。図15(g)は、吸収材料が透明チップを包むときの実施形態を示す。図15(h)は、透明チップおよび吸収材料が管の中に置かれ、閉鎖端がそれらを一緒に機械的に保持する実施形態を示す。TOTは、初期化の第1および第3の段階に等しい結果を達成するため、炉の中で温度を正確に制御しながら吸収センターを焼結または熱接合することによって準備され得る。
チップ初期化の説明された方法および装置は、TOTのより一貫した吸収を提供する。初期化されたチップの吸収Aまたはチップの透過T=(1−A)は、A=0.05〜1の範囲、T=0〜0.95の範囲にあり、好ましくはA=0.5〜1の範囲、T=0〜0.5の範囲にあってよい。
Aの高い値、例えば0.7〜1は、散乱レーザ放射による組織または近傍の構造の加熱が回避されるべきときに、重要になってくる。特に、インプラントの周囲の手術は、インプラントの過熱、ならびに骨および軟組織を含む周囲組織の損傷を導いてはならない。
もしTTOTがチップ材料の熱誘発吸収(thermally induced absorption)TTIAの温度の下であれば、TTOTはAおよびレーザ出力Pによって決定される。チップ材料の誘電体の熱誘発吸収ATIP(T)は、自由電子の濃度および他のメカニズムの濃度を増加するはずである。例えば、石英の場合、TTIAは約1000℃である。サファイアの場合、TTIAは約1800℃である。もしTTOT>TTIAであれば、チップ材料の光吸収が増加され、総吸収係数k=A+ATIP(T)が増加され、ATIP(T)がチップの体積内に分布する。TTOTのより正確な調整および切断プロセスの制御には、TTOT<TTIAを伴う操作(手術)が好ましい。白熱放射におけるレーザ放射の変換器としてTOTを使用する場合、チップ材料の熱誘発吸収が起こっているときにTOTのより大きい体積からの白熱放射を高い効率で変換および放射するために、TTOT>TTIAを伴う操作が好ましい。
TOTを用いる組織切断、蒸発、除去および凝固の自動出力制御(APC)モードならびにTOT初期化は、チップ温度のリアルタイム測定を必要とする。TOT温度のリアルタイム測定は、TOTからの熱(白熱)放射の検出、またはTTOTに依存するTOTからの光音響、蛍光もしくは他の信号の検出によって遂行され得る。
温度信号の検出を可能にする、熱放射を検出する光学配置は、図16に示される。治療レーザの放射は、ダイオードレーザに近い発散を有するか、コリメートされるか、光ファイバの中へ注入される。この実施形態において、治療レーザ1602の放射は、光ファイバ1601の中へ注入される。ファイバ出力におけるレーザ放射の発散は、ファイバ1607の開口数(NA)によって決定される。
入力ファイバ出力からのレーザ放射は、コリメータ1603へ行き、スペクトル・ビーム・スプリッタ1604を通過し、コリメータ1605によって光ファイバ1607の入力へ合焦される。光ファイバ1607は、レーザ放射をチップおよび組織(図示されず)へ供給する。温度信号は、レーザ放射によるTOT加熱の間に出現し、出力ファイバに沿ってレーザ放射の伝搬方向とは反対の方向へ伝搬する。もし出力ファイバのNAが、注入されたレーザ放射の角度発散よりも高ければ、温度信号の角度発散はレーザ放射の発散よりも多い。出力ファイバを離れた後、温度信号はコリメータ1605を通過し、スペクトルスプリッタ1604で反射し、フィルタ1608を通過し、レンズ1609によって光検出器1610へ合焦される。光検出器1610は、Si、GeまたはGaAlAsから作られ得る。例えば、浜松ホトニクス社によって生産される複数の光ダイオードが、検出システムのために使用され得る。
他の実施形態では、図17で示されるように、熱放射は、同じ出力ファイバを通って伝搬する光学的放射を用いて、同時または逐次に検出される。この光信号は、温度信号とともに、出力ファイバ1712の中へ結合され、ファイバに沿って主レーザ放射の伝搬方向とは反対の方向へ伝搬する。熱放射を測定するための出力ファイバ1712は、石英、サファイア、ゲルミネイトガラス(germinate glass )、フッ化物ガラスまたは中空ファイバから作られ得る。TOT温度制御用のシステムおよびデバイスは、手術用レーザの一部分である。同じシステムは、TOT準備デバイスの一部分である。TOT準備デバイスは、TOT、吸収素子およびチップ清掃システムの取付具を備える。TOT準備デバイスは、二重用途(dual used )TOT温度制御システムを有する手術用レーザの一部分であってよい。ビームスプリッタ1705は、フィルタ1714、レンズ1715および光検出器1716とともに、熱放射信号の検出ならびにTOTおよび組織の温度の測定に使用される。ビームスプリッタ1704は、フィルタ1709、レンズ1707および光ダイオード1708とともに、光信号の検出に使用される。光信号は、TOTからの後方反射された主レーザ放射であってよい。少なくとも1つの追加のレーザまたはLED放射が、同じ出力ファイバの中へ注入されることができ、1704、フィルタ1709、レンズ1707および光ダイオード1708と同じチャネルまたは類似のチャネルの中で、検出され得る。追加のレーザまたはLEDは、様々な波長で放射し得る。チップまたは組織からの蛍光を測定するため、同じチャネルが使用され得る。温度および光信号をより良好に分離するため、2重被覆(double cladding )をもつファイバが使用され得る。
図16および図17に示される配置において、ビームスプリッタ1604または1705とフィルタ1608または1714は、2次(熱)放射と、反射または散乱されたダイオードレーザ放射との間の、スペクトル分離を遂行する。スペクトル分離に加えて、またはそれに代わって、これらの光信号の間の時間的分離を遂行し得る。具体的には、レーザ放射はパルス化され、熱放射はパルス間の休止中にのみ測定され得る。散乱および反射されたとき、レーザ放射は存在せず、それゆえ、測定プロセスと干渉しない。
最適性能を得るためには、パルス間の休止は、好ましくは、TOTの熱緩和時間よりも小さくなければならない。TOTの熱緩和時間は、チップの直径および構成に依存して0.001msと500msとの間である。TOTの熱緩和は2つの成分を備え得る。
第1の成分は吸収センターの熱緩和であり、他の成分はチップ体積の熱緩和である。吸収センターは、通常、範囲0.1〜100μmの厚さおよび範囲約0.001〜10msの熱緩和時間を有する薄膜層の中に置かれる。第2の成分は、全体としてのTOTの熱緩和に関係する。TOTは、範囲200〜1000μmの直径および範囲約25〜625msの熱緩和時間を有する。吸収センターおよびチップ体積の双方の温度は、前述の方法および装置を用いてレーザパルス間の休止中に測定され得る。休止は約10〜625msでなければならない。吸収センターの温度は、最初の0.001〜10msの間に測定されねばならない。チップ体積の温度は、第1の測定の後の625msまでの区間で測定されねばならない。これらの測定に基づいて、これらの温度のいずれも、別々に調整または維持され得る。例えば、全チップ体積温度の測定は、レーザ出力を限定することによって熱誘発チップ吸収を防止するように使用され得る。
さらに他の実施形態において、温度および光信号の分離は、ビームスプリッタなしで遂行される。この実施形態において、後方信号を測定する装置は、レーザ放射の入力、光学分別器、ならびに、放射をチップへ供給し、組織またはチップから光学分別器へ後方熱放射および任意的な光信号を供給する光導波路(例えば、光ファイバ)を含む。この実施形態において、少なくとも1つの方向で導波路の中へ結合されるレーザ放射の開口数NALは、導波路(放射ガイド)の開口数NAWよりも小さい。
光学分別器は、NALよりも小さい開口数を有する放射を透過し、開口数NALの外側の放射を反射または偏向し得る。分別器は反射または屈折素子を有し得る。反射または屈折素子は、導波路からの後方放射を測定するために、NALよりも大きいがNAWよりも小さい角度で出力導波路からの放射を光検出器へ指向する。後方放射は2次放射または反射/後方散乱放射であってよい。例えば、分別器は、反射コーティングで部分的に覆われたレンズであってよい。このレンズはいくつかの目的に役立つ。これらの目的には、開口数NALを有しレーザへ光学的に結合される入力ファイバから、開口数NAWを有しレーザ放射をチップへ供給して反射および2次放射を光検出器へ戻す第2のファイバへ、放射を伝達することが含まれる。
デバイスは次のように動作する。レーザ放射は第1の光ファイバを離れ、レンズ分別器へ入る。レンズの前方表面で反射された放射部分は、合焦レンズによって光検出器の受光区域へ収光される。光検出器は入射光パワーモニタとして働く。レーザ放射は、主レンズによって第2の光ファイバ(放射ガイド)へ合焦され、チップおよび治療組織へ伝搬する。第2の光ファイバの遠位端またはTOTにおいて、レーザ放射は2次放射へ部分的に変換される。2次放射はファイバに沿って後方へ伝搬し、レンズ分別器へ戻る。第1および第2のファイバは相異なる開口数を有する。したがって、これらのファイバから来る放射は、相異なる発散NALおよびNAWを有する。レンズ分別器は、入力放射開口(input radiation aperture )の外側に反射コーティングを有する。初期放射発散の外側で立体角に含まれる2次放射の部分は、反射コーティングの上に当たり、反射され、他のレンズによって、2次放射を受け取る光検出器の受光区域へ部分的に合焦される。さらに、第2の光ファイバの出力は、チップおよび生物組織から部分的に反射または後方散乱されたレーザ放射を含む。この放射は、同じ反射コーティングからも反射され、他のレンズによって他の光検出器へ集光される。
図16および図17で示される光学方式と同じ機能を有する方式が、光ファイバコンバイナまたは一体化光学素子に基づいて組み立てられ得る。図18は、この実施形態の光学方式を示す。レーザ放射は、光ファイバコンバイナ1801のファイバ1802の中へ結合される。さらに、パイロットビームが他のファイバ1803の中へ結合される。放射は、出力ファイバ1806を介して組織1807へ供給される。後方2次放射は、光検出器1805によってファイバ1804の出力の中で測定される。光ファイバコンバイナの他のチャネル、例えば1808は、後方反射レーザ放射の検出に使用され、例えば1809は、他の補助光源からの放射の結合に使用され得る。
組織の光学特性(吸収、散乱)は、レーザ放射の影響のもとで変化し得る。したがって、レーザ放射波長に対して反射および後方散乱信号も変化し得る。この光信号は、温度信号とともに出力ファイバの中へ結合され、ファイバに沿って主レーザ放射の伝搬方向とは反対の方向へ伝搬する。
加えて、組織の光吸収は、外因性発色団を組織の中または上へ追加することによって変化し得る。例えば、溝の創傷清拭(debridement )または汚染除去中に、吸収材料、例えば黒インクを歯周ポケットの中へ追加し、殺菌を容易にする熱発生を増加することが可能である。レーザ照射中、この化合物の温度はTTOTの測定と同じ配置を使用して測定される。
チップの材料、構造、特に材料屈折は、強い光閉じ込めをもたらすように選択され得る。これは、組織治療のために最も遠位部分のみを使用し、あるいは、制御された光漏出を組織へもたらして、高速の深い切断にはチップが横から切断し、または歯内管殺菌のような使用にはチップが側面焼成に使用されるようにするためである。TOTからの初期レーザ放射および2次放射は組織へ漏出し得る。さらに、組織に近い屈折を有するチップは、組織の中へ浸漬されないとき光を良好に閉じ込めるが、チップが組織の中へ浸漬されると、直ちに光は横へ伝搬する(漏出)。この光漏出は側面切断を容易にし、組織の深部へ貫通する光パワーを限定し得る。
光チャネルは、いくつかの効果、例えば、組織タイプの検出や、レーザによって誘発された凝固、蒸発、炭化のような組織内の変化の測定および制御に使用され得る。光チャネルは、TOTが粘膜の内部にあるときの、TOTの状態、損傷および劣化、組織内の移動速度、組織内のチップの深度、TOTと歯根または骨のような硬組織との間のギャップの、測定にも使用され得る。
組織検出は、いくつかの波長についての後方反射の測定に基づくことができる。例は、粘膜の上皮、網状または乳頭層、骨、象牙質、エナメル質、歯科材料の検出を含む。レーザ出力は、治療組織に対して最適効果を得るように自動的に調節され得る。例えば、可視(赤、緑、青)または近赤外範囲で動作する追加のレーザまたはLEDは、同じファイバ供給システムの中で組み合わせられ、反射光はスペクトル分析されるか、フィルタまたは他の光学素子を使用していくつかのスペクトルチャネルへ分離され、システムは、相異なるチャネル内の反射または後方散乱の比を分析することによって、相異なる組織タイプについて較正され得る。例えば、組織のタイプを検出する場合、2つの波長についての反射信号が使用される。例えば、1つの波長は、血液について高い吸収を有する範囲300〜600nmから選択され、他の波長は、血液について低い吸収を有する範囲、例えば600〜2000nm、好ましくは600〜900nmから選択されて、結合組織が区別され、粘膜の上皮対網状または乳頭層、軟組織対硬組織が、区別され得る。虫歯のエナメル質または象牙質からの光の高い後方散乱反射に基づいて虫歯を検出するため、同じチャネルが使用され得る。虫歯検出の好ましい波長は、範囲300〜1300nm、好ましくは400〜1100nmから選択され得る。
光チャネルは、部分または全面凝固、除去、炭化のような組織内の変化の検出、および組織深部の凝固の測定のために使用され得る。例えば、もし組織の凝固が起これば組織の散乱は変化することが公知である。それゆえ、凝固レベルをモニタし、凝固が所定のレベルへ到達した後にレーザ出力を遮断または変化させるため、散乱のリアルタイム制御が使用され得る。これは、特に、所定のパラメータを用いて凝固カラムまたはスポット(coagulation columns or spots)を生成するために使用され得る。
多くの切断応用の場合、レーザの少なくとも部分吸収を有するチップ、言い換えれば、初期化または黒化されたチップを有することが必須である。これは、生物組織に対して、特にスペクトル範囲700〜1200nmで弱い吸収を有する新しい赤外レーザについて、特に重要である。初期化されないことは、レーザ放射による組織の程度の高い被爆および組織への深い貫通を導き、これは組織の相当な体積の過熱および損傷を導き得る。TOTからの2次放射の検出を有するシステムでは、チップが操作者の過失によって初期化されていないか、黒化部分が治療中に破壊されたことによる、2次放射のないことまたは相当な低減を検出することが可能である。もしシステムがチップ温度の維持を試みているならば、この試みは2次放射検出チャネルにおける信号示度を所定のレベルに維持することを意味し、チップ吸収のないことは閉ループシステムの「暴走(run away)」を生じ、異常に高いレーザ出力を生じる。もし「暴走」が起こっていれば、それは異常に高いレーザ出力と組み合わせられた異常に低い信号として検出され得る。したがって、システムは、暴走防御の特徴を有し、レーザを遮断してチップ状態の検証をユーザに促し得る。
いくつかの手順の場合、反対の状況が起こる。これらの手順は、クリーンな非初期化チップまたはファイバ遠位端を使用して遂行されねばならない。したがって、レーザ放射のみが低温チップから放射されねばならない。この状況において、例えば汚染または組織との偶発的接触による、チップの意図されない黒化を検出することが有用である。このような状況では、システムは、意図されない、チップまたは接触組織の黒化もしくは炭化から防止され得る。もしチップからの2次放射が所定の閾値を超過するならば、システムはレーザを遮断し、それとともに、またはそれに代えて、チップ状況の検証をユーザに促し得る。他の条件が同じであれば、所定の温度を維持するために要求されるレーザ出力は組織内のチップ移動に依存するので、この出力の変化は、組織内の移動の減速または停止の検出を含むチップ移動速度のモニタに使用され得る。組織の延長された被爆は、付随的熱損傷を増加し、強い凝固および炭化を生成するおそれがあることが公知である。それゆえ、リアルタイムの自動化出力制御を遂行してチップ温度を維持する同じシステムが、減速移動または停止を検出して操作者に警告し、またはレーザ放射を遮断して不必要な組織損傷を防止する。手動部品の移動の減速は、TTOTまたはその時間の導関数dP/dtを維持するために要求される出力の変化によって検出され得る。移動が急激に減速または停止したとき出力は低下する。なぜなら、速度が遅くなるかゼロになったとき、温度を維持するために要求される出力は小さくなるからである。チップ移動速度を査定する他の方法が使用可能であり、例えば、組織内でチップを移動するのに要求される力が、張力センサ、光反射/後方散乱センサ、音響センサ、加速度計などを使用して査定される。
速度モニタリングへの他のアプローチは、切断中の組織内移動に要求される接線力に関係する。速度は、特に、生物組織内のチップ移動に抵抗する接線力によって限定される。この力は、切断プロセス中に変動する。なぜなら、生物組織は、その構造において均一ではないからである。力が大きくなると、切断に可能な速度は小さくなる。いくつかの場合、組織の抵抗は、光学チップの破壊を導き得る。それゆえ、力はセンサを用いて直接制御され、レーザ出力はリアルタイムで調節され、意図された速度での切断を継続する能力が確保され得る。一般的には、チップは黒化遠位端を有するシリンダである。切断中に、遠位端は生物組織の中に浸漬され、移動中に接線力を受ける。力測定素子の1つの実施形態が図19に示される。デバイスは、レーザ手動部品1901、チップ1902、ロードセル1903および取付具1904からなる。ロードセル1903の一端は手動部品1901へ取り付けられ、他端は取付具1904を介してチップ1902へ取り付けられる。切断中に、接線力はチップおよび取り付けられたロードセルを屈曲する。ロードセルは力に比例した電圧を生成する。チップ温度と、レーザ出力およびレーザ放射の散乱との関係は、組織内のチップの深度とともに変化し得る。それゆえ、この深度は、これらの信号の検出、および適切な信号または深度の関数としての比の較正によってモニタされ得る。
TOTが粘膜中にあるとき、光チャネルは、TOTと歯根または骨のような硬組織との間のギャップを測定するために使用され得る。散乱レベルまたはスペクトルは、軟組織の中に浸漬されたチップが、歯または骨のような硬組織に接近しているときに変化し得る。これは、光ファイバへ戻る主レーザ放射の後方散乱または反射をモニタすることによって、または、異なる波長の補助レーザ源を追加し、検出されて光ファイバから戻る2つ以上の光信号の比を比較することによって、検出され得る。範囲300〜2500nm、好ましくは300〜1300nmの波長の場合、硬組織からの後方散乱信号は、粘膜の場合よりも著しく高い場合がある。これらの差は、硬組織と、軟組織中に浸漬されたチップとの間の、ギャップを検出するために使用され得る。硬組織、歯周ポケット、根管内の細菌の存在について測定し、歯根の上の結石を検出するために、光チャネルが使用され得る。
レーザ放射は蛍光を励起し得る。蛍光は検出され、細菌膜または他の有機汚染の表示として機能し得る。レーザ治療に使用される同じファイバが、蛍光を励起するためレーザ治療光または補助光である光を供給し、光ファイバへ戻ってファイバの近位端で検出される蛍光放射を収光するために、使用され得る。蛍光信号は、波長300〜1000nmを有するレーザまたはLEDによって励起され得る。この放射は、パイロットレーザと類似した光学方式を介して供給され得る。励起レーザは、CWであるか、蛍光減衰時間よりも短いパルス幅を有し得る。蛍光の検出は、レーザパルスの後に遂行され得る。TOT温度を測定するために使用され得る光チャネルは蛍光材料を含み、検出システムはTOTから放射された蛍光信号を測定する。蛍光放射は光ファイバを介して後方へ部分的に伝搬し、光センサによって検出される。蛍光放射のピークは、チップ内の蛍光材料の温度の変化によってスペクトルシフトをし得る。
TOTは、光エネルギーを音響エネルギーへ変換するために使用され得る。チップ上の吸収体と接触する組織水分は、気泡形成を伴う蒸発温度へ加熱され得る。気泡は、組織内で正または負の圧力を生成し得る(音波)。音波は強い治療効果、例えば、組織切断、歯根の上の結石の破壊、骨および歯周靭帯における脈管系の細胞活動を促進し、歯周再付着を促進し得る。吸収体上の気泡の形成中に、チップの温度は変化し、この変化は上述したフィードバック制御システムを用いて測定され得る。レーザ出力は、この信号に基づいて調整され得る。TTOT制御システムを使用して、気泡形成および音響エネルギーのパラメータは、最適治療結果を得るように制御および最適化され得る。TOTまたは組織の治療領域へ音響的に結合された音響センサを使用して、同じパラメータが測定され得る。音響信号は、組織治療プロセスの制御に使用され得る。音響または光音響信号は、組織タイプの検出および組織除去の検出に使用され得る。
TOTからの熱伝導に加えて、生物組織へ部分的に貫通して赤外放射へ部分的に変換されるレーザ放射が、生物組織に吸収される。この場合、生物組織が加熱される。100℃を超える温度へ組織を加熱するとき、組織内に含まれた液体は沸騰し、気泡を形成し始める。臨界サイズへ到達したとき、気泡は崩壊し、細菌およびそれらの周囲組織を破壊し得る低圧力の波を形成する。上述のシナリオは、歯周疾患の治療、すなわち、歯の構造を確保し熱破壊によって病原菌の濃度を低減するための、歯肉溝内の照射に使用され得る。細菌の熱錯乱は、細菌の温度が50〜80℃へ上昇したときに達成され得る。歯根表面の温度は象牙芽細胞傷害の臨界値よりも小さい事実によって、安全が保証される。
レーザ熱の発生は、溝の中の内因性発色団または外因性発色団に関連づけられ得る。そのような外因性発色団は、例えば、炭素の粒子およびナノ粒子(nanoparticles )、金の粒子、食用色素のような有機分子、メチレンブルーやインドシアニングリーンなどのような低光毒性色素を含む、炭素粒子の水性懸濁液であってよい。例えば、炭素粒子は、約10ナノメートルから200μmのサイズを有し得る。好ましいサイズは0.1〜5μmである。炭素粒子は、歯周ポケットへの容易な侵入、または細菌もしくは生物膜への選択的付着を得るため、コーティングされるか生体高分子の中にカプセル化され得る。発色団の濃度は、周囲組織の保証された安全とともに細菌への最大加熱効果をもたらすように、最適化され得る。濃度は、光波長について、範囲10〜10000cm−1、好ましくは250〜5000cm−1の吸収係数をもたらす範囲から選択される。レーザ治療の前に、ブラシ、注射器または他の塗布器を使用して、外因性発色団を有する化合物が歯周ポケットの内部に塗布される。
歯周病の治療方法は、歯肉ポケットレーザ治療にある。その場合、レーザ放射は、キャビテーション気泡が歯肉ポケットに形成された後のある時間に終了され、これらの気泡が消え去ると直ちに再開される。デバイスによる本方法の実現については、図20を参照されたい。デバイスは、レーザ2001、供給システム2002、手動部品2003およびチップ2004からなる。チップ2004は、吸収0.05<A<0.7、好ましくは0.05<A<0.3を有し、最も好ましくは吸収を有しない光学チップである。吸収体および発色団(例えば炭素粒子)の温度は、発色団からの熱放射または上述した光学系を使用して測定される。歯周ポケット内の細菌の治療は、チップ2004と音響的に結合された音響センサ2005によって制御され得る。音響センサ2005の出力は、制御システム2006を介してレーザ出力を調節するために使用される。
デバイスは次のように動作する。手動部品2003からチップ2004までを有する供給システム2002のレーザ2001からのレーザ放射は、歯肉溝の中へ供給される。レーザ放射の吸収は、細菌の加熱、加えて気泡の加熱を生じ、音波を発生する。チップ2004と接触する組織の温度は、制御システム2006の中の測定モジュール(例えば図16)へ向かって後方へ伝搬する2次熱放射に基づいて測定される。温度が安全限界に達すると、直ちにレーザ出力は調節または遮断され得る。音波は音響センサ2005によって測定される。音響センサ2005の信号は制御システム2006へ伝送される。気泡の形成が音響的に検出されると、直ちにレーザ出力は調節または遮断され得る。気泡の形成は停止し、音波は消え去り、レーザ出力が再開される。
接触モードにおける光学または熱光学チップは、ある一定の機械力を用いて組織へ適用されねばならない。この機械力は、移動速度、組織の機械的特性およびレーザ出力の変化に応じて、操作者によって変更される。機械力の最適範囲は、チップの設計(例えば直径)および組織の特性に依存する。機械力は、垂直方向で0.5〜30グラム、好ましくは2〜10グラムの範囲であり、水平方向で5〜20グラムの範囲である。操作者の手から組織へ一貫した機械力を与えるため、機械力の最適化を有するレーザ手動部品が提案された。そのような手動部品の実施形態の概略図は、図14として示される。熱光学または光学チップ1401は、保持器1405の中に搭載される。この保持器は、所定の弾性を有するばね1402、1403および1404を介して、手動部品のボデー1406と機械的に接続される。垂直ばね1404が伸長し、一方1403がばねを圧縮する。水平ばねはOリングとして作られ得る。ばねは力センサを含んでもよい。手動部品は加速度計へ取り付けられ得る。力センサまたは加速度計からの信号は、レーザ出力の制御に使用され得る。
[他の実施形態]
本発明は、その詳細な説明とともに説明されたが、これまでの説明は例示を意図され、本発明の範囲の限定を意図されない。本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によって規定される。他の態様、利点および修正は、後続する特許請求の範囲の中にある。「〜のような」(such as )および「例えば」(for example )の使用は、例示を目的とするだけで、分類内の性質または項目を限定しない。
本発明は、その詳細な説明とともに説明されたが、これまでの説明は例示を意図され、本発明の範囲の限定を意図されない。本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によって規定される。他の態様、利点および修正は、後続する特許請求の範囲の中にある。「〜のような」(such as )および「例えば」(for example )の使用は、例示を目的とするだけで、分類内の性質または項目を限定しない。
Claims (38)
- 手術用レーザデバイスであって、
近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合されたレーザ放射源を備え、前記放射ガイドが前記近位端と前記遠位端との間で放射を伝導し、
前記放射ガイドの前記近位端が、前記レーザ放射源からレーザ放射を受け取り、
前記遠位端が、チップを有し、前記レーザ放射を少なくとも部分的に直接吸収し、前記遠位端の温度を表示する2次放射を発生し、
前記遠位端から前記近位端へ前記2次放射を伝導する手段と、
前記2次放射を受け取って遠位チップの温度を表示する出力信号を生成する、前記近位端へ光学的に結合された検出器と、
前記出力信号に応答して、前記レーザ放射源を制御し、前記出力信号を所定のレベルに維持する手段とを備える手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記チップが取り外し可能である手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記チップが熱光学チップである手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記レーザ放射の波長が、約190nm〜約11000nmの範囲である手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記レーザ放射の波長が、約400nm〜2700nmの範囲である手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記放射ガイドが光ファイバである手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記放射ガイドが中空ガイドである手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記検出器が、約300nm〜約18000nmの範囲の波長を有する光学的放射を検出する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記検出器が、約1000nm〜2700nmの範囲の波長を有する光学的放射を検出する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記検出器が、約1300nm〜2700nmの範囲の波長を有する前記放射を検出する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記検出器が、約300nm〜約1500nmの範囲の波長を有する前記放射を検出する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記検出器が、約1500nm〜約2700nmの範囲の波長を有する前記放射を検出する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記出力信号の前記所定のレベルが、前記チップの所定の温度に対応する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記チップの前記所定の温度が、治療中の凝固領域の所定のサイズに相関する手術用レーザデバイス。 - 請求項6に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記光ファイバが裸の光ファイバ端であり、その裸の光ファイバ端が、前記遠位端における前記レーザ放射を少なくとも部分的に吸収して熱光学チップを生成する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記放射ガイドが光または中空ファイバを有し、その近位端が前記レーザ放射を受け取り、その遠位端が熱光学チップの近位端と光学的に接続され、前記熱光学チップの遠位端が前記レーザ放射を少なくとも部分的に吸収する手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記2次放射が蛍光放射である手術用レーザデバイス。 - 請求項1に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記チップが、埋め込まれた吸収材料を有する手術用レーザデバイス。 - 請求項18に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記吸収材料が、炭素粒子、金属イオンまたは金属酸化物を有する手術用レーザデバイス。 - 請求項3に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記熱光学チップが範囲0.05〜1の吸収を有する手術用レーザデバイス。 - 請求項3に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記熱光学チップが範囲0.5〜1の吸収を有する手術用レーザデバイス。 - 熱光学チップを製造する方法であって、
光透過性材料からなる光学チップを用意することと、
光吸収材料を前記チップに接触させることと、
レーザ出力を前記チップへ適用することによって、前記光吸収材料を前記チップの表面へ埋め込むか、前記チップの材料の中へ埋め込むことと、
前記レーザ出力を前記チップへ適用することによって、前記チップを焼鈍することとを備える方法。 - 請求項22に記載の方法において、
前記レーザ出力を適用することが、前記レーザ出力を自動的に調節して、前記チップの所定の温度レベルを維持することを含む方法。 - 請求項22に記載の方法において、
前記光吸収材料を前記チップの表面へ埋め込むか、前記チップの材料の中へ埋め込んだ後に、前記チップを機械的または化学的に清掃することをさらに備える方法。 - 請求項22に記載の方法において、
前記レーザ出力を前記チップへ適用することによって前記チップを焼鈍した後に、前記チップを冷却すること、およびその冷却ステップの後の他の焼鈍ステップをさらに備える方法。 - 手術用レーザデバイスであって、
近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合されたレーザ放射源を備え、前記放射ガイドが前記近位端と前記遠位端との間でレーザ放射を伝導し、
前記近位端が、前記レーザ放射源から前記レーザ放射を受け取り、
前記遠位端が、組織を手術するためのチップを有し、
前記チップによって前記組織へ適用される力を制御する機構を備える手術用レーザデバイス。 - 請求項26に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記機構がばね式機構である手術用レーザデバイス。 - 請求項26に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記機構が、力または圧力センサおよびそのセンサからの出力信号に応答する制御システムをさらに有し、その制御システムが、前記チップのレーザ出力または温度を所定のレベルに維持するように前記レーザ放射源を制御する手術用レーザデバイス。 - 手術用レーザデバイスであって、
近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合された少なくとも1つのレーザ源を有する光放射源を備え、前記放射ガイドが前記近位端と前記遠位端との間でレーザ放射を伝導し、
前記放射ガイドの前記近位端が、前記光放射源から前記レーザ放射を受け取り、
前記遠位端から前記近位端へ反射および/または後方散乱放射を伝導する手段と、
前記反射および/または後方散乱放射を受け取って出力信号を生成するために光学的に結合された検出器と、
前記出力信号に基づいて前記レーザ放射を調節または終了する手段とを備える手術用レーザデバイス。 - 請求項29に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記遠位端から受け取られた前記反射および/または後方散乱放射が、組織の手術に使用される前記レーザ放射とは異なるタイプの放射である手術用レーザデバイス。 - 手術用レーザデバイスであって、
近位端および遠位端を有する放射ガイドへ光学的に結合されたレーザ放射源を備え、前記放射ガイドが前記近位端と前記遠位端との間でレーザ放射を伝導し、
前記放射ガイドの前記近位端が、前記レーザ放射源から前記レーザ放射を受け取り、
前記遠位端が、前記レーザ放射を少なくとも部分的に吸収し、前記レーザ放射を吸収することによって加熱され、加熱された後に2次放射を発生し、
前記2次放射が、生物組織を切断する、凝固させる、蒸発させるまたは除去するのに十分な出力である手術用レーザデバイス。 - 請求項31に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記2次放射が黒体白熱放射である手術用レーザデバイス。 - 請求項31に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記2次放射を前記組織へ供給するために前記遠位チップと光学的に結合された光学系をさらに備える手術用レーザデバイス。 - 請求項33に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記光学系が反射体である手術用レーザデバイス。 - 請求項33に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記光学系がレンズである手術用レーザデバイス。 - 請求項33に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記光学系が集光器である手術用レーザデバイス。 - 請求項33に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記光学系が導波路である手術用レーザデバイス。 - 請求項31に記載の手術用レーザデバイスにおいて、
前記チップの側面が、前記チップの1つまたは複数の側面から2次放射を発生する手術用レーザデバイス。
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