JP2568373B2

JP2568373B2 - レーザ加工方法およびレーザ加工装置

Info

Publication number: JP2568373B2
Application number: JP5207674A
Authority: JP
Inventors: 俊彦鈴木; 紳一藤坂; 研慥片岡; 正樹小高; 勝彦佐藤
Original assignee: 技術研究組合医療福祉機器研究所
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1993-08-23
Publication date: 1997-01-08
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JPH0751879A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハンドピースから出射
されるレーザビームを被加工体に照射してレーザ加工す
るレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザ加工は、機械加工におけ
る金属材料等の原材料の切断や、生体手術における生体
組織患部の切開などに用いられている。

【０００３】機械加工に用いられる一般のレーザ加工機
では、被加工物がステージ上に載置され、レーザ照射用
ハンドピースあるいはステージが移動させられ、被加工
物へのレーザビーム照射箇所が制御されてレーザ加工が
行われる。この移動制御には従来一般的に数値制御（Ｎ
Ｃ）が採用され、予め設計された形状に被加工物が切断
加工されるよう、被加工物へのレーザビーム照射箇所が
制御される。

【０００４】一方、生体手術に用いられる、生体切開の
ためのレーザ照射装置（いわゆるレーザメス）では、術
者の全くのフリーハンドによってハンドピースが操作さ
れ、生体組織へのレーザビーム照射箇所が移動させられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のレ
ーザ加工方法および装置によっては、限られた形状をも
つ被加工体にしかレーザ加工を行えず、また、任意のレ
ーザ加工を行えない。つまり、機械加工時に用いられる
ＮＣ制御加工においては、被加工物の形状に応じて予め
厳密な数値を装置にセットする必要がある。従って、被
加工物が複雑な形状をしている場合には、予め装置にセ
ットする数値を決定するのに時間および労力が必要とさ
れる。また、種々の形状をもつ被加工物を連続的に加工
する場合には、各レーザ加工ごとに異なる数値を装置に
セットする必要があり、厳密な数値セット作業が繰り返
し必要とされ、加工作業は煩雑なものとなる。このた
め、このような被加工物をＮＣ制御の下で任意にレーザ
加工するのは困難である。

【０００６】また、生体手術に用いられるレーザ加工に
おいては、切開すべき部位が露出された時点で、術者が
所見により短時間に最適切開ラインを設定する必要があ
る。従って、切開すべき生体組織の形状を視認した後、
直ちにレーザ加工を行うには、数値入力に多くの時間を
要するＮＣ制御を適用することは困難である。また、直
ちにＮＣ制御のための数値が決定されたとしても、生体
は呼吸などによる動きを伴うため、セットした数値によ
っては正確なレーザ加工が行えない。また、このような
動きを止めるためには切開すべき部位が動かないように
完全に固定すればよいが、このような固定を行うことは
現実的に難しい。

【０００７】また、レーザ加工を生体手術に用いる場合
には、全くのフリーハンドでハンドピースが操作される
ため、レーザ照射時におけるハンドピースの手ぶれによ
り、生体に描かれるレーザビーム照射の軌跡が変化し、
切開面が粗くなったりすることがあった。また、時に
は、レーザ照射箇所が切開すべき部位から外れたりする
こともあった。さらに、ハンドピースが傾いて生体に対
するレーザビーム照射方向が変化し、切開溝の幅が広く
なったりすることもあった。このような切開が生体組織
に行われると、これらの各要因が切開部の治癒に悪影響
を与えた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ加工
方法は、ハンドピースから出射されるレーザビームを被
加工体へ照射し、ハンドピースを移動させて被加工体へ
のレーザビーム照射箇所を移動させ、被加工体を加工す
るレーザ加工方法において、ハンドピースの移動を規定
するレールを被加工体に装着して所望の形状に加工し、
その後硬化したレールに、ハンドピースに設けられた突
起又は溝を当接させて、ハンドピースをレールの敷設方
向に移動させ、被加工体へのレーザビーム照射箇所が一
定の軌跡を描くようにしたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】また、本発明によるレーザ加工装置は、レ
ーザビームを被加工体へ照射するハンドピースと、ハン
ドピースの移動を規定して被加工体におけるレーザビー
ム照射箇所の軌跡を一定にさせるガイド機構とを備え、
ガイド機構は、一対の支持板と、この支持板間に設けら
れハンドピースの移動を規定するレールと、支持板を被
加工体に着脱自在に固着する固着具とを備えることを特
徴とするものである。

【００１０】また、本発明によるレーザ加工装置は、レ
ーザビームを被加工体へ照射するハンドピースと、ハン
ドピースの移動を規定して被加工体におけるレーザビー
ム照射箇所の軌跡を一定にさせるガイド機構を備え、ガ
イド機構は、所望の形状に加工されかつその加工後に硬
化性を有する材料からなる板状部材によって形成され、
ハンドピースは、この板状部材に当接される部分に突起
または溝が形成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【作用】本発明のレーザ加工方法によれば、レールを被
加工体に装着して被加工体の形状に応じて加工すると、
レールは硬化する。そして、この硬化したレールにハン
ドピースの突起又は溝を当接させてハンドピースをレー
ルの敷設方向に移動させると、突起又は溝はそれをレー
ルに当接する力とレールからの反発力との釣合いにより
安定するので、被加工体に対するレーザビームの照射方
向はハンドピースの移動によってほとんど変化しなくな
り、しかも、ハンドピースの移動が規定される。このた
め、被加工体においてレーザビーム照射箇所がほぼ一定
の軌跡を描くようになる。

【００１２】本発明のレーザ加工装置によれば、被加工
体の所定箇所を一対の支持板で挟み、固定具により支持
板を被加工体に固定することでガイド機構を被加工体に
固定した後、ハンドピースをレールに当接させてレール
に沿って移動させると、ハンドピースは、それをレール
に当接する力と、レールからの反発力との釣合いにより
安定するので、レーザビームの照射方向はハンドピース
の移動によってほとんど変化しなくなり、しかも、ハン
ドピースの移動が規定される。このため、被加工体にお
いて、レーザビーム照射箇所がほぼ一定の軌跡を描くよ
うになる。

【００１３】本発明のレーザ加工装置によれば、板状部
材を被加工体に装着して被加工体の形状に応じて加工す
ると、板状部材は硬化する。この硬化した板状部材にハ
ンドピースの突起又は溝を当接させてハンドピースを板
状部材の敷設方向に移動させると、突起又は溝はそれを
板状部材に当接する力と板状部材からの反発力との釣合
いにより安定するので、被加工体に対するレーザビーム
の照射方向はハンドピースの移動によってほとんど変化
しなくなり、しかも、ハンドピースの移動が規定され
る。このため、被加工体においてレーザビーム照射箇所
がほぼ一定の軌跡を描くようになる。

【００１４】また、ハンドピースに倣い針が設けられ、
この倣い針が被加工体に形成された溝に挿入されること
によってその移動が規定されることを特徴とするもので
ある。

【００１５】

【作用】ハンドピースの移動はガイド機構によって規定
され、このガイドは被加工体の形状に応じて適宜選択設
定される。

【００１６】また、ハンドピースの移動がガイド機構に
よって規定されることにより、被加工体へのレーザビー
ム照射箇所は安定して移動し、また、被加工体に対する
レーザビーム照射方向はハンドピースの移動によってほ
とんど変化しない。

【００１７】

【実施例】次に、本発明によるレーザ加工方法およびレ
ーザ加工装置を骨切開手術に適用した第１の実施例につ
いて以下に説明する。

【００１８】図１はこの第１の実施例に用いられるレー
ルタイプのハンドピースガイド金具を示す斜視図であ
る。このハンドピースガイド金具１はハンドピースの移
動を規定するガイド機構をもち、直線的な切開を行う手
術に用いられる。

【００１９】ガイド金具１（同図（ａ）参照）は、一対
の支持板２ａ，２ｂを備え、各支持板２ａ，ｂ間にはハ
ンドピースの移動を規定する２本のガイドレール３が設
けられている。また、一方の支持板２ａには固定ねじ４
が螺合しており、他方の支持板２ｂには調整ねじ５が螺
合している。この調整ねじ５の先端には固着板６が設け
られており、これら固定ねじ４、調整ねじ５および固着
板６は、支持板２ａ，ｂを被加工体に着脱自在に固着す
る固定具を構成している。また、ガイドレール３の長さ
は、対象とされる切開部位の長さに合わせて適宜任意に
設定される。また、各ガイドレール３間の間隔は、ハン
ドピース先端部の太さに等しいか、もしくはそれよりも
広く設定されている。

【００２０】レーザ照射に先立ち、生体内で露出された
顎骨等の骨１０にガイド金具１が装着される（同図
（ｂ）参照）。つまり、骨１０のサイズに合わせて、固
定ねじ４と固着板６との間隔を調整ねじ５を回して調節
したのち、固着板６を骨１０の片側にあてがい、固定ね
じ４で他方の側の骨１０を押さえつけて固定する。この
とき、切開位置は、ガイドレール３に平行で、このガイ
ドレール３からハンドピース先端部の太さで決まる距離
だけ離れることを考慮する。

【００２１】ガイド金具１が装着された後、レーザ照射
が行われる（同図（ｃ）参照）。レーザビームＢは、多
関節ミラー方式のマニピュレータ、中空導波路あるいは
光ファイバなどの導光路（ここでは図示しない）によっ
てハンドピース２０に導かれ、レーザ照射口２０ａより
照射される。術者は、ハンドピース２０をガイドレール
３の間に設置し、ハンドピース２０の外面が２本のガイ
ドレール３のどちらか一方に常に当たるようにしなが
ら、ハンドピース２０を移動させる。

【００２２】この際、ハンドピース２０の移動はガイド
レール３によって規定されるため、骨１０におけるレー
ザビーム照射箇所１０ａは、ガイドレール３に平行な軌
跡を描く。すなわち、本実施例によれば、レーザ照射時
におけるハンドピース２０の手ぶれを防止することがで
き、骨１０上でハンドピース２０を何回往復させても、
照射箇所１０ａの軌跡は一定に保たれ、鋭利な切開溝１
１が形成される。従って、切開面が従来のように粗くな
ることはない。しかも、レーザビーム照射箇所１０ａが
切開すべき部位から外れることもない。さらに、従来の
ようにフリーハンド操作によってハンドピース２０が傾
くことはなく、骨１０に対するレーザビーム照射方向は
ハンドピース２０の移動によって変化せず、常に一定に
なる。従って、切開溝１１の幅は、切開位置によって広
くなったり狭くなったりすることはなく、ほぼ一定にな
る。この結果、本実施例によるレーザ加工によれば、術
後の患部治癒に好影響を与えることができる。

【００２３】また、ガイド金具１によるハンドピース２
０のガイドは、ガイドレール３の長さおよびガイド金具
１の骨１０への装着を調整することにより、骨１０の形
状に応じて適宜選択設定される。従って、切開すべき部
位が露出した時点で直ちに最適な切開ラインを設定する
ことが可能となり、従来のＮＣ制御のように煩雑な数値
セットは必要とならず、被加工対象は限定されない。

【００２４】次に、本発明の第２の実施例によるレーザ
加工について、図２を用いて説明する。

【００２５】同図（ａ）は、レールタイプのハンドピー
スガイド金具を示す斜視図である。このガイド金具はガ
イドレール３１であり、適度な硬度を持ち、加工硬化性
のある金属、例えばアニール処理済みの直線形状のＡｌ
板からなる。このＡｌ板には、例えば、縦が0.5 〜1.5m
m 、横が1 〜4mm の長方形断面を有し、長さが生体形状
に合った任意のものが選ばれる。

【００２６】レーザ照射に先立ち、ガイドレール３１
は、切開部位の曲線に合わせて、指またはピンセットで
ｘ方向に変形させられる（同図（ｂ）参照）。次に、生
体内で露出された顎骨等の骨１０に、変形させられたガ
イドレール３１が装着される。このとき、骨１０の表面
に密着するように、ガイドレール３１はｙ方向に変形さ
せられる。ガイドレール３１は、変形後の加工硬化性に
よって形状保持性が高い。従ってこの形状保持性によっ
て切開予定ライン３２が確定される。

【００２７】ガイドレール３１の骨１０への装着は、ガ
イドレール３１を術者が指で押さえておくだけでもよい
し、外科手術用瞬間接着剤等を用いて骨１０の表面に固
着させても構わない。あるいは、同図（ｃ）に示すよう
に、予めタブ３２付きのガイドレール３３を作成してお
き、固定ねじ３４を用いて骨１０にネジ固定することも
可能である。

【００２８】骨１０にガイドレール３１が装着された
後、レーザ照射が行われる。レーザビームＢは、上記実
施例と同様に、多関節ミラー方式のマニピュレータ、中
空導波路あるいは光ファイバなどの導光路によってハン
ドピース４０に導かれ、レーザ照射口４０ａから照射さ
れる（図３（ａ）参照）。術者は、ハンドピース４０の
先端部に取り付けられたガイドピン４１を骨１０の表面
に接触させ、同時にガイドピン４１がガイドレール３１
の側面に常に当たるようにしながら、ハンドピース４０
を移動させる（同図（ｂ），（ｃ）参照）。このハンド
ピース４０の移動はガイドピン３１がガイドレール３１
に当接されることによって規定され、切開溝４２はガイ
ドレール３１に沿って形成される。

【００２９】従って、レーザ照射時におけるハンドピー
ス４０の手ぶれは、ハンドピース４０の先端部に設けら
れたガイドピン４１がガイドレール３１に当接されるこ
とによって防止される。このため、骨１０上でハンドピ
ース４０を何回往復させても、レーザビーム照射箇所１
０ａの軌跡は一定に保たれ、鋭利な切開溝４２が形成さ
れる。よって、本実施例においても上記実施例と同様な
効果が奏され、切開面は粗くなることがなく平坦にな
り、また、レーザビーム照射が切開すべき部位から外れ
ることもない。さらに、切開溝４２の幅はほぼ一定にな
り、術後の患部治癒に好影響を与えることができる。ま
た、ガイドレール３１によるハンドピース４０のガイド
は、ガイドレール３１の形状を適宜加工することによ
り、骨１０の形状に応じて適宜選択設定される。従っ
て、切開すべき部位が露出した時点で直ちに最適な切開
ラインを設定することが可能となる。

【００３０】なお、上記実施例では、ガイドピン４１を
ガイドレール３１の側面に単に当接させてハンドピース
４０のガイドを行ったが、ガイドレール３１の表面にガ
イドピン４１よりもわずかに幅の広い溝を設け、この溝
にガイドピン４１を嵌合させ、溝に沿ってガイドピン４
１をスライドさせるようにしてもよい。このような構成
によれば、さらに手ぶれ防止効果を高めることができ
る。

【００３１】また、上記実施例ではハンドピース４０に
ガイドピン４１を設け、ハンドピース４０の先端部に突
起部を形成したが、図４に示すようにハンドピース５０
の先端部に切り欠き溝５１を設け、この切り欠き溝５１
をガイドレール３１に当接させるようにしてもよい。こ
の場合には、切りかき溝５１がガイドレール３１に常に
はまるようにしながら、ハンドピース５０を移動させ
る。このような方法および装置によっても、上記実施例
と同様な効果が奏される。

【００３２】また、上記実施例では、ガイドレール３１
の材料としてアニール処理済みのＡｌ板を用いた例を示
したが、Ａｌ程度の硬度を持ち、加工硬化性のあるその
他の金属、合金あるいは樹脂でも構わない。また、加工
硬化以外に、化学硬化、光化学硬化、温度硬化等のいず
れの硬化性を有する材料を用いてもよく、これらいずれ
の材料からなるガイドレールを用いても上記実施例と同
様な効果が奏される。また、ガイドレール材に形状記憶
合金を用いることにより、ガイドレールの複数回の使用
も可能になる。

【００３３】次に、本発明によるレーザ加工の第３の実
施例について説明する。図５はこの実施例における、倣
い針タイプのハンドピースガイド金具を用いたレーザ加
工を示す斜視図である。

【００３４】本実施例においては、ハンドピース６０の
先端に倣い針６１が取り付けられている。レーザ照射に
あたって、術者は、倣い針６１と照射箇所１０ａとを結
ぶ直線が切開方向と一致し、倣い針６１が骨１０の表面
に接触するようにハンドピース６０を設置し、切開すべ
きライン上を移動させる。同図に示したように、ある程
度の切開、少なくともハンドピース６０から出射される
レーザビームＢと倣い針６１との間隔に相当する切開が
行われた時点から、形成された切開溝６２に倣い針６１
が入り込むようにしながらハンドピース６０の移動を行
う。

【００３５】このようなレーザ加工によっても、レーザ
照射時におけるハンドピース６０の手ぶれを防止するこ
とができるため、骨１０上でハンドピ−ス６０を何回往
復させても、照射部１０ａの軌跡が一定に保たれ、鋭利
な切開溝６２が形成される。従って、この第３の実施例
によっても上記各実施例と同様な効果が奏される。

【００３６】なお、上記の説明では予め骨１０の表面に
は手を加えずに、レーザ照射によって形成された切開溝
６２に倣い針６１を沿わせながらレーザ照射を行う方法
を例示したが、本実施例はこれに限定されるものではな
い。つまり、レーザ照射に先立って、骨１０の表面にカ
ッターや針を用いて切開すべき曲線の溝を予め切ってお
き、この溝に倣い針６１を沿わせながらハンドピース６
０を移動させてもよく、上記実施例と同様な効果が得ら
れる。

【００３７】また、上記各実施例においては、本発明を
レーザによる骨切開手術に適用した場合について説明し
たが、機械加工等において、複雑な形状をもった種々の
材料を３次元的にレーザ加工する場合にも本発明を適用
することは可能であり、上記各実施例と同様な効果が奏
される。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ハ
ンドピースの移動はガイド機構によって規定され、この
ガイドは被加工体の形状に応じて適宜選択設定される。
このため、複雑な形状をもった物に対してもレーザ加工
を行うことが可能になり、被加工対象は従来のように限
定されず、また、被加工対象の視認後、直ちにレーザ加
工を簡易に行うことが可能となる。

【００３９】また、ハンドピースの移動がガイド機構に
よって規定されることにより、被加工体へのレーザビー
ム照射箇所は安定して移動し、また、被加工体に対する
レーザビーム照射方向はハンドピースの移動によってほ
とんど変化しない。このため、被加工体を所望の形状に
簡易にレーザ加工することが可能となる。

【００４０】特に、被加工体が生体の場合には、切開す
べき骨が露出された時点で所見により短時間に最適切開
ラインを設定でき、かつ手ぶれのない切開を確実に行う
ことができ、医療の場に良好な治癒経過を持つレーザ照
射装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるレーザ加工に用い
られるハンドピースガイド機構を示す斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施例によるレーザ加工に用い
られるガイドレールを示す斜視図である。

【図３】第２の実施例によるレーザ加工を示す斜視図で
ある。

【図４】第２の実施例の変形例によるレーザ加工を示す
斜視図である。

【図５】本発明の第３の実施例によるレーザ加工を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１…ハンドピースガイド金具、２ａ，ｂ…支持板、３、
３１…ガイドレール、４…固定ねじ、５…調整ねじ、６
…固着板、１０…顎骨、１０ａ…レーザビーム照射箇
所、１１、４２、６２…切開溝、２０、４０、５０、６
０…ハンドピース、２０ａ、４０ａ…レーザビーム照射
口、４１…ガイドピン、５１…切り欠き溝、６１…倣い
針。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小高正樹京都市伏見区東浜南町680番地株式会社モリタ製作所内 (72)発明者佐藤勝彦静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (56)参考文献実開昭58−85470（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−29886（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハンドピースから出射されるレーザビー
ムを被加工体へ照射し、前記ハンドピースを移動させて
前記被加工体へのレーザビーム照射箇所を移動させ、前
記被加工体を加工するレーザ加工方法において、前記ハンドピースの移動を規定するレールを前記被加工
体に装着して所望の形状に加工し、その後硬化した前記
レールに、前記ハンドピースに設けられた突起又は溝を
当接させて、前記ハンドピースを前記レールの敷設方向
に移動させ、前記被加工体への前記レーザビーム照射箇
所が一定の軌跡を描くようにしたことを特徴とするレー
ザ加工方法。
【請求項２】レーザビームを被加工体へ照射するハン
ドピースと、前記ハンドピースの移動を規定して前記被
加工体におけるレーザビーム照射箇所の軌跡を一定にさ
せるガイド機構を備え、前記ガイド機構は、一対の支持板と、この支持板間に設
けられ前記ハンドピースの移動を規定するレールと、前
記支持板を前記被加工体に着脱自在に固着する固着具と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】レーザビームを被加工体へ照射するハン
ドピースと、前記ハンドピースの移動を規定して前記被
加工体におけるレーザビーム照射箇所の軌跡を一定にさ
せるガイド機構を備え、前記ガイド機構は、所望の形状に加工されかつその加工
後に硬化性を有する材料からなる板状部材によって形成
され、前記ハンドピースは、この板状部材に当接される
部分に突起または溝が形成されていることを特徴とする
レーザ加工装置。