JP3178725B2 - 医療治療用レーザー - Google Patents
医療治療用レーザーInfo
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
- A61B18/201—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser with beam delivery through a hollow tube, e.g. forming an articulated arm ; Hand-pieces therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/2232—Carbon dioxide (CO2) or monoxide [CO]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M13/00—Insufflators for therapeutic or disinfectant purposes, i.e. devices for blowing a gas, powder or vapour into the body
- A61M13/003—Blowing gases other than for carrying powders, e.g. for inflating, dilating or rinsing
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は医療治療用レーザーシス
テムに関し、特にＣＯ２レーザーシステムに関する。
テムに関し、特にＣＯ２レーザーシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、多くの医療用途において、レーザ
ーを用いる傾向がある。例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）
レーザーを用いて、ある種のレーザー手術が行われてい
る。ＣＯ２レーザーは、医療治療において、生物組織中
の水分子により圧倒的に吸収される10.59 ミクロンの主
波長を発生する。組織中でレーザーエネルギーの吸収お
よび熱への変換は、医者が切断し、焼灼し、摘出しそし
て他の外科的処置を行うことを可能にする。ＣＯ２レー
ザーは、又、他の種類のレーザーに比べ、低コストで比
較的高送出力を供給するように設計できるので望まし
い。
ーを用いる傾向がある。例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）
レーザーを用いて、ある種のレーザー手術が行われてい
る。ＣＯ２レーザーは、医療治療において、生物組織中
の水分子により圧倒的に吸収される10.59 ミクロンの主
波長を発生する。組織中でレーザーエネルギーの吸収お
よび熱への変換は、医者が切断し、焼灼し、摘出しそし
て他の外科的処置を行うことを可能にする。ＣＯ２レー
ザーは、又、他の種類のレーザーに比べ、低コストで比
較的高送出力を供給するように設計できるので望まし
い。
【０００３】初期のＣＯ２外科用レーザーは流れ（flow
ing ）ガス種であった。これらのＣＯ２システムでは、
タンクからのガスは、レーザーチューブを通って連続的
に流されている。1980年初期から、密閉したガスシステ
ムが流れガスシステムに代わって利用できるようになっ
た。初めは、コストがより高かったが、密封ガスシステ
ムは、操作するのにより煩わしくなく、ボンベの交換が
必要でない。
ing ）ガス種であった。これらのＣＯ２システムでは、
タンクからのガスは、レーザーチューブを通って連続的
に流されている。1980年初期から、密閉したガスシステ
ムが流れガスシステムに代わって利用できるようになっ
た。初めは、コストがより高かったが、密封ガスシステ
ムは、操作するのにより煩わしくなく、ボンベの交換が
必要でない。
【０００４】よく知られているように、外科手術におけ
る他の傾向は、体内への侵入を局所化することである。
例えば、膝の手術では、関節鏡検査処置を用いて、外傷
をより小さくする。この傾向は内視鏡が、外科的処置を
行うことができるように変化してきたという場合にもみ
られる。より詳細に説明すると、内視鏡は初めは体の内
部を診るために設計された。内視鏡は、小さな切開や穿
刺から体内に挿入する円筒管又は鞘から成る。外科用道
具が内視鏡内にはめ込まれれるように製造されたら、患
者の体内にさらに侵入させなくても全ての外科的処置を
行うことができる。レーザーエネルギーは幅の狭いビー
ムに沿って送出され得るので、レーザー内視鏡外科的技
術を発達させるのに多大な努力が支払われた。
る他の傾向は、体内への侵入を局所化することである。
例えば、膝の手術では、関節鏡検査処置を用いて、外傷
をより小さくする。この傾向は内視鏡が、外科的処置を
行うことができるように変化してきたという場合にもみ
られる。より詳細に説明すると、内視鏡は初めは体の内
部を診るために設計された。内視鏡は、小さな切開や穿
刺から体内に挿入する円筒管又は鞘から成る。外科用道
具が内視鏡内にはめ込まれれるように製造されたら、患
者の体内にさらに侵入させなくても全ての外科的処置を
行うことができる。レーザーエネルギーは幅の狭いビー
ムに沿って送出され得るので、レーザー内視鏡外科的技
術を発達させるのに多大な努力が支払われた。
【０００５】内視鏡とレーザー手術の組み合わせの１例
は、腹腔鏡を用いる手術処置におけるものである。この
処置において、内視鏡は患者の腹壁を通して挿入され
る。腹腔鏡を通して送出されるレーザー光を、例えば、
生命を脅かしたり、痛みを生じたり又は患者に妊娠する
のを禁じたりする損傷、癒着又は封鎖部分を焼き、除去
するのに用いられる。レーザーエネルギーを用いる全て
の内視鏡処置では、煙り及び焼いた組織が内視鏡の移動
を妨げたり、光学的要素を汚したりしないように、通
常、パージガスは内視鏡を通して流される。レーザーエ
ネルギーを用いて腹腔鏡を用いる手術処置ではパージガ
スの他に、医者は通常、患者の腹部内にふきかけガスも
送り込む。ふきかけガスは、内部臓器から腹部を離して
広げ、手術範囲がよりはっきりと見えるようにする。ふ
きかけガスを用いる場合、内視鏡を通して、パージガス
を与えることがより重要になる。なぜなら、そうしない
と、手術領域の正圧が内視鏡へ焼いた組織や煙りを押し
やってしまい、焦点を当てたり、レーザービームを送る
のに用いる光学機械のレンズをよごしてしまうからであ
る。
は、腹腔鏡を用いる手術処置におけるものである。この
処置において、内視鏡は患者の腹壁を通して挿入され
る。腹腔鏡を通して送出されるレーザー光を、例えば、
生命を脅かしたり、痛みを生じたり又は患者に妊娠する
のを禁じたりする損傷、癒着又は封鎖部分を焼き、除去
するのに用いられる。レーザーエネルギーを用いる全て
の内視鏡処置では、煙り及び焼いた組織が内視鏡の移動
を妨げたり、光学的要素を汚したりしないように、通
常、パージガスは内視鏡を通して流される。レーザーエ
ネルギーを用いて腹腔鏡を用いる手術処置ではパージガ
スの他に、医者は通常、患者の腹部内にふきかけガスも
送り込む。ふきかけガスは、内部臓器から腹部を離して
広げ、手術範囲がよりはっきりと見えるようにする。ふ
きかけガスを用いる場合、内視鏡を通して、パージガス
を与えることがより重要になる。なぜなら、そうしない
と、手術領域の正圧が内視鏡へ焼いた組織や煙りを押し
やってしまい、焦点を当てたり、レーザービームを送る
のに用いる光学機械のレンズをよごしてしまうからであ
る。
【０００６】数年前まで、外科医により用いられた通常
のパージガス及びふきかけガスは窒素であった。しか
し、窒素は、多くの望ましくない副作用を有している。
例えば、窒素は、体から容易には流れ出ず、患者に屈曲
様徴候を生じさせたり、又は、循環系における損傷又は
致命的なガス塞栓を生じさせ得る。従って、最近の傾向
として、循環系及び呼吸系が有効に問題なく体から流れ
出す二酸化炭素（ＣＯ２）をパージガス及びふきかけガ
スとして用いるようになった。
のパージガス及びふきかけガスは窒素であった。しか
し、窒素は、多くの望ましくない副作用を有している。
例えば、窒素は、体から容易には流れ出ず、患者に屈曲
様徴候を生じさせたり、又は、循環系における損傷又は
致命的なガス塞栓を生じさせ得る。従って、最近の傾向
として、循環系及び呼吸系が有効に問題なく体から流れ
出す二酸化炭素（ＣＯ２）をパージガス及びふきかけガ
スとして用いるようになった。
【０００７】二酸化炭素をパージガスとして用いると、
一定量の、ＣＯ２外科用レーザーからの出力（ｐｏｗｅ
ｒ）がパージガスによって吸収される。室温ＣＯ２は、
ＣＯ２レーザー光を吸収しない基底状態の分子を豊富に
有しているが、常に、少量だが一定量の励起したエネル
ギー状態を有する分子がある。そのあるものは、より低
いレイジングレベルに相当する。より低いレイジングレ
ベルを生じるこの少割合の分子は１０．６ミクロンの主
放出波長でＣＯ２レーザービームの光子を吸収する。
一定量の、ＣＯ２外科用レーザーからの出力（ｐｏｗｅ
ｒ）がパージガスによって吸収される。室温ＣＯ２は、
ＣＯ２レーザー光を吸収しない基底状態の分子を豊富に
有しているが、常に、少量だが一定量の励起したエネル
ギー状態を有する分子がある。そのあるものは、より低
いレイジングレベルに相当する。より低いレイジングレ
ベルを生じるこの少割合の分子は１０．６ミクロンの主
放出波長でＣＯ２レーザービームの光子を吸収する。
【０００８】ＣＯ2ガス中のＣＯ2レーザーエネルギーの
吸収は他の状況、特に大気中を通る長い範囲の伝達にお
いて報告されてきた。例えば、ＣＯ2レーガービームを
何マイルもの大気中を送出する場合、低濃度においてさ
え、ビームを有意なレベルまで弱めるのに十分な数の高
エネルギー状態の分子を有する大気中のＣＯ2を通過す
る。しかし、レーザービームが高度に濃縮されたＣＯ2
パージガスを横切らなくてはならない比較的短距離(お
よそ数インチ、せいぜい数フィート)ゆえに、この効果
はレーザー手術の問題と考えられなかった。
吸収は他の状況、特に大気中を通る長い範囲の伝達にお
いて報告されてきた。例えば、ＣＯ2レーガービームを
何マイルもの大気中を送出する場合、低濃度においてさ
え、ビームを有意なレベルまで弱めるのに十分な数の高
エネルギー状態の分子を有する大気中のＣＯ2を通過す
る。しかし、レーザービームが高度に濃縮されたＣＯ2
パージガスを横切らなくてはならない比較的短距離(お
よそ数インチ、せいぜい数フィート)ゆえに、この効果
はレーザー手術の問題と考えられなかった。
【０００９】
【発明が解決すべき課題】しかし、本発明者は、パージ
ガスによるレーザーエネルギーの吸収は予測するよりず
っと深刻であることを見出だした。事実、レーザー送出
力（laser power ）が増大すると、パージガスによるレ
ーザーエネルギーの吸収は非線形に増大し、熱のランナ
ウエイ吸収の現象を生じることを見出だした。先きに熱
のランナウエイ吸収が密閉ガスシステムに観察されてい
た。そのようなシステムでガスによるレーザー光の吸収
により発生する熱が迅速に散らされ得ないで、従って、
ガスを高レベルに熱する傾向がある。この加熱は、エネ
ルギーのある分子数を増加させる。エネルギーのある分
子数が増加する場合、ＣＯ２レーザー光を吸収できる低
レイジングレベルの分子数は増加する。このことは、
又、エネルギーのより大きな吸収、より大きな加熱及
び、より大きな吸収を生じる。この速いサイクルを「ラ
ンナウエイ」という［例えば、Key 及び Naylor による
Runnaway Self- absorption in Multi-kilowatt ＣＯ
２ Lasers （Applied Physics Letters ）、42巻、３号
（1983年、４月15日）を参照］。
ガスによるレーザーエネルギーの吸収は予測するよりず
っと深刻であることを見出だした。事実、レーザー送出
力（laser power ）が増大すると、パージガスによるレ
ーザーエネルギーの吸収は非線形に増大し、熱のランナ
ウエイ吸収の現象を生じることを見出だした。先きに熱
のランナウエイ吸収が密閉ガスシステムに観察されてい
た。そのようなシステムでガスによるレーザー光の吸収
により発生する熱が迅速に散らされ得ないで、従って、
ガスを高レベルに熱する傾向がある。この加熱は、エネ
ルギーのある分子数を増加させる。エネルギーのある分
子数が増加する場合、ＣＯ２レーザー光を吸収できる低
レイジングレベルの分子数は増加する。このことは、
又、エネルギーのより大きな吸収、より大きな加熱及
び、より大きな吸収を生じる。この速いサイクルを「ラ
ンナウエイ」という［例えば、Key 及び Naylor による
Runnaway Self- absorption in Multi-kilowatt ＣＯ
２ Lasers （Applied Physics Letters ）、42巻、３号
（1983年、４月15日）を参照］。
【００１０】熱ランナウエイ吸収の問題は外科用レーザ
ーシステムには容認できない問題である。先きに指摘し
たように、吸収は患者に送出され得る力を低減する。ガ
スの加熱も又、ビームの焦点をぼかし、適した外科技術
を妨げる負のレンジング（lensing ）を生じる。その他
に、その吸収は送出装置を加熱し、それによって外科医
又は患者のどちらかにやけどをさせてしまう。
ーシステムには容認できない問題である。先きに指摘し
たように、吸収は患者に送出され得る力を低減する。ガ
スの加熱も又、ビームの焦点をぼかし、適した外科技術
を妨げる負のレンジング（lensing ）を生じる。その他
に、その吸収は送出装置を加熱し、それによって外科医
又は患者のどちらかにやけどをさせてしまう。
【００１１】本発明より先に、この作用は知られていた
が光学機械のレンズが調整不良か又は焦点のピントがず
れているかのような他の要素によるものであった。外科
用レーザーシステムにおける送出光学機械は、容易に調
整不良になるかしばしばなる多くの光学的要素を有する
関接でつながったアームを要するので、後者の説明は不
適切であるが、都合がよかった。本発明者は、小さな調
整不良でさえパージガスにおける熱ランナウエイ吸収を
非常に増大させ得るし、実際に増大していることを見出
だした。
が光学機械のレンズが調整不良か又は焦点のピントがず
れているかのような他の要素によるものであった。外科
用レーザーシステムにおける送出光学機械は、容易に調
整不良になるかしばしばなる多くの光学的要素を有する
関接でつながったアームを要するので、後者の説明は不
適切であるが、都合がよかった。本発明者は、小さな調
整不良でさえパージガスにおける熱ランナウエイ吸収を
非常に増大させ得るし、実際に増大していることを見出
だした。
【００１２】従って、熱ランナウエイを防ぐ改良された
レーザーシステムを供給することが望ましい。
レーザーシステムを供給することが望ましい。
【００１３】本発明の他の目的は、手術部位に送出可能
な出力を最大にするための改良されたレーザーシステム
を供給することである。
な出力を最大にするための改良されたレーザーシステム
を供給することである。
【００１４】本発明の他の目的は、パージガス及びふき
かけガスにおける、レーザーエネルギーの吸収を最少に
する改良された外科用レーザーシステムを供給すること
である。
かけガスにおける、レーザーエネルギーの吸収を最少に
する改良された外科用レーザーシステムを供給すること
である。
【００１５】本発明のさらに他の目的は、組織内で増大
されたレーザー波長を有する改良された外科用レーザー
システムを供給することである。
されたレーザー波長を有する改良された外科用レーザー
システムを供給することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】これらの及び他の目的に
従って、本発明は、ビーム送出経路に沿った、レーザー
エネルギーの望ましくない吸収を最少にする改良された
医療治療用レーザーシステムを供給する。この目的を達
成するためには、標準レイジング媒質は、望ましくない
吸収の波長からシフトした波長において、主放出を生じ
る異なる媒質で置換される。
従って、本発明は、ビーム送出経路に沿った、レーザー
エネルギーの望ましくない吸収を最少にする改良された
医療治療用レーザーシステムを供給する。この目的を達
成するためには、標準レイジング媒質は、望ましくない
吸収の波長からシフトした波長において、主放出を生じ
る異なる媒質で置換される。
【００１７】好ましい実施態様において、この装置は、
レーザービームを発生するためのＣＯ２レーザーを含
む。ＣＯ２レーザーは、レイジング媒質として、通常、
窒素及びヘリウムのような非レイジングガスを混合した
二酸化炭素ガスを含有する。
レーザービームを発生するためのＣＯ２レーザーを含
む。ＣＯ２レーザーは、レイジング媒質として、通常、
窒素及びヘリウムのような非レイジングガスを混合した
二酸化炭素ガスを含有する。
【００１８】手術部位にレーザービームを送出するため
に１つの手段が又、供給される。本発明において、その
改良は、レーザーにおいて、ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２標
準同位体を異なる同位体で置換することを含む。好まし
い実施態様において、選択される同位体は、１３Ｃ１６
Ｏ２である。ＣＯ２レーザーにおけるガスレイジング媒
質として１３Ｃ１６Ｏ２が用いられる場合、発生する主
波長はおおよそ１１．２ミクロンである。この主放出
は、ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２同位体関連の主１０．６ミ
クロンラインからシフトしている。この波長シフトの重
要な利点は、標準ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２同位体が１
１．２ミクロンエネルギーをほとんど吸収しないことで
ある。従って、ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２同位体がパージ
ガス又はふきかけガスに用いられる場合、１３Ｃ１６Ｏ
２ガスレーザービームの出力を全く吸収しない。従っ
て、手術部位に送出され得る出力は最大になり得る。
に１つの手段が又、供給される。本発明において、その
改良は、レーザーにおいて、ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２標
準同位体を異なる同位体で置換することを含む。好まし
い実施態様において、選択される同位体は、１３Ｃ１６
Ｏ２である。ＣＯ２レーザーにおけるガスレイジング媒
質として１３Ｃ１６Ｏ２が用いられる場合、発生する主
波長はおおよそ１１．２ミクロンである。この主放出
は、ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２同位体関連の主１０．６ミ
クロンラインからシフトしている。この波長シフトの重
要な利点は、標準ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２同位体が１
１．２ミクロンエネルギーをほとんど吸収しないことで
ある。従って、ＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２同位体がパージ
ガス又はふきかけガスに用いられる場合、１３Ｃ１６Ｏ
２ガスレーザービームの出力を全く吸収しない。従っ
て、手術部位に送出され得る出力は最大になり得る。
【００１９】レイジング媒質におけるこの変化の他の利
点は、１３Ｃ１６Ｏ２の11.2ミクロンラインの水におけ
る吸収係数が、常体のＣＯ２により放出される10.6ライ
ンよりおおよそ50％大きい。より高い吸収係数は、組織
切断及び切除のためのエネルギー域値をより低くするこ
とができ、そのことは、より速い切断ができることにな
る。その他に、一般に変性する又は壊死する、熱で作用
された組織の層をより小さくする。
点は、１３Ｃ１６Ｏ２の11.2ミクロンラインの水におけ
る吸収係数が、常体のＣＯ２により放出される10.6ライ
ンよりおおよそ50％大きい。より高い吸収係数は、組織
切断及び切除のためのエネルギー域値をより低くするこ
とができ、そのことは、より速い切断ができることにな
る。その他に、一般に変性する又は壊死する、熱で作用
された組織の層をより小さくする。
【００２０】ＣＯ２の１３Ｃ１６Ｏ２同位体は、比較的
高価であるが容易に入手できる。都合がよいことに、Ｃ
Ｏ２レーザーは、低圧でほんの少量のＣＯ２ガスを用い
る。
高価であるが容易に入手できる。都合がよいことに、Ｃ
Ｏ２レーザーは、低圧でほんの少量のＣＯ２ガスを用い
る。
【００２１】従って、１３Ｃ１６Ｏ２同位体を用いるＣ
Ｏ２レーザーを製造する増加したコストは非常に少な
い。先きに記載した如く、現在用いられているほとんど
のＣＯ２レーザーは、本発明を行うのにより高価であっ
た以前の流れガスシステムではなくて、密閉システムで
ある。
Ｏ２レーザーを製造する増加したコストは非常に少な
い。先きに記載した如く、現在用いられているほとんど
のＣＯ２レーザーは、本発明を行うのにより高価であっ
た以前の流れガスシステムではなくて、密閉システムで
ある。
【００２２】レーザーにおいて、多くの気体の同位体が
用いられており、特に、ＣＯ２の同位体がガスレーザー
に用いられてきたことは認められている。レーザーの発
達の歴史のなかで、励起され得る事実上のすべてのガス
が試験された。同位体のレーザーは、広範なレーザーラ
インが望ましい、分光分析に特に適している［例えばJa
cobs 及び Bowers らによる Extension of ＣＯ２ Las
er Wavelength Range with Isotopes （Journal of App
lied Physics）、38巻、６号、2692頁（1967年５月）及
び Freedらによる Determination of Laser Line Frequ
encies and Vibrational-Rotational Constatnts of
１２Ｃ１６Ｏ２, １３Ｃ１６Ｏ２ and１３Ｃ１６Ｏ２
Isotopes from Measurements of CW Beat Frequencies
with Fast HgCdTe Photodiodes and Microwave Frequen
cy Counteys（Journal of Molecular Spectroscopy）、
49巻、439 頁（1974年）参照］。
用いられており、特に、ＣＯ２の同位体がガスレーザー
に用いられてきたことは認められている。レーザーの発
達の歴史のなかで、励起され得る事実上のすべてのガス
が試験された。同位体のレーザーは、広範なレーザーラ
インが望ましい、分光分析に特に適している［例えばJa
cobs 及び Bowers らによる Extension of ＣＯ２ Las
er Wavelength Range with Isotopes （Journal of App
lied Physics）、38巻、６号、2692頁（1967年５月）及
び Freedらによる Determination of Laser Line Frequ
encies and Vibrational-Rotational Constatnts of
１２Ｃ１６Ｏ２, １３Ｃ１６Ｏ２ and１３Ｃ１６Ｏ２
Isotopes from Measurements of CW Beat Frequencies
with Fast HgCdTe Photodiodes and Microwave Frequen
cy Counteys（Journal of Molecular Spectroscopy）、
49巻、439 頁（1974年）参照］。
【００２３】大気中を伝搬するための、同位体のＣＯ２
レーザーも又、研究された。先きに記載した如く、ＣＯ
２レーザービームが長距離送出される場合、大気中のＣ
Ｏ２によるレーザーエネルギーの少量ではあるが測定可
能な吸収がビーム出力の有意な低減をさせる。しかし、
この低下は、用いられた長距離のゆえの要素であるだけ
であった。当業者によって、レーザー手術における問題
には、非常に短い送出距離のために、この吸収効果は考
えられなかった。本発明者は、この短い距離であるにも
かかわらず、吸収が、ランナウエイ減少により生じる問
題、実に重要な問題であることを発見したのである。こ
の問題は、レーザー手術における重要な改良を生じさせ
るために、レイジング装置としてＣＯ２の同位体を用い
ることにより解決された。
レーザーも又、研究された。先きに記載した如く、ＣＯ
２レーザービームが長距離送出される場合、大気中のＣ
Ｏ２によるレーザーエネルギーの少量ではあるが測定可
能な吸収がビーム出力の有意な低減をさせる。しかし、
この低下は、用いられた長距離のゆえの要素であるだけ
であった。当業者によって、レーザー手術における問題
には、非常に短い送出距離のために、この吸収効果は考
えられなかった。本発明者は、この短い距離であるにも
かかわらず、吸収が、ランナウエイ減少により生じる問
題、実に重要な問題であることを発見したのである。こ
の問題は、レーザー手術における重要な改良を生じさせ
るために、レイジング装置としてＣＯ２の同位体を用い
ることにより解決された。
【００２４】本発明の目的及び利点は、図面と結び付け
た下記の詳細な記載により明らかになるであろう。
た下記の詳細な記載により明らかになるであろう。
【００２５】先きに記載したように、本発明は、ＣＯ２
外科用レーザーシステムにおいて用いるのに特に適して
いる。本発明者は、ＸＡ３０／ＣＷ、ＸＡ３０／ＳＰ、
ＸＡ４０、ＸＡ５０、ＸＬ４０及びＸＬ５５のような多
くのＣＯ２外科用レーザーシステムを分類した。例えば
ＸＡ５０は、パルスモード又は連続モードのどちらにお
いても実施され得る、ＣＯ２レーザーを含む５０ワット
レーザーシステムである。図１で示したように、レーザ
ーは通常、ハウジング中に据え付けられた密閉したレー
ザー管を含む。一緒になった出力供給システム１２及び
冷却システム１４も又含んでいる。レーザーからの出力
は通常、関節でつながったアーム１６に送りこまれ、外
科医に手術部位にビームを送出させる。本発明は、構造
が当業者によく知られているすべての医療治療用レーザ
ーシステムを用いて使用される。
外科用レーザーシステムにおいて用いるのに特に適して
いる。本発明者は、ＸＡ３０／ＣＷ、ＸＡ３０／ＳＰ、
ＸＡ４０、ＸＡ５０、ＸＬ４０及びＸＬ５５のような多
くのＣＯ２外科用レーザーシステムを分類した。例えば
ＸＡ５０は、パルスモード又は連続モードのどちらにお
いても実施され得る、ＣＯ２レーザーを含む５０ワット
レーザーシステムである。図１で示したように、レーザ
ーは通常、ハウジング中に据え付けられた密閉したレー
ザー管を含む。一緒になった出力供給システム１２及び
冷却システム１４も又含んでいる。レーザーからの出力
は通常、関節でつながったアーム１６に送りこまれ、外
科医に手術部位にビームを送出させる。本発明は、構造
が当業者によく知られているすべての医療治療用レーザ
ーシステムを用いて使用される。
【００２６】本発明において、標準レーザーシステムを
変えて、レーザー中のレイジング媒質を変え、パージす
るガスにおいて低減した吸収そして／又は治療する組織
において増大した吸収を有する主波長を生じる同位体を
用いる。好ましい実施態様においては、ＣＯ２レーザー
を変えるとき、標準１２Ｃ１６Ｏ２同位体を１３Ｃ１６
Ｏ２と変える。１２Ｃ１８Ｏ２同位体又は１３Ｃ１８Ｏ
２のような他の同位体も又用いることができる。しか
し、１３Ｃ１６Ｏ２は、密閉管のなかで同位体がごちゃ
まぜに交換するチャンスがより少ないのでそして、11.2
のレイジング波長が標準ＣＯ２における吸収波長から遠
くに離れているので、最も利点を有すると考えられてい
る。
変えて、レーザー中のレイジング媒質を変え、パージす
るガスにおいて低減した吸収そして／又は治療する組織
において増大した吸収を有する主波長を生じる同位体を
用いる。好ましい実施態様においては、ＣＯ２レーザー
を変えるとき、標準１２Ｃ１６Ｏ２同位体を１３Ｃ１６
Ｏ２と変える。１２Ｃ１８Ｏ２同位体又は１３Ｃ１８Ｏ
２のような他の同位体も又用いることができる。しか
し、１３Ｃ１６Ｏ２は、密閉管のなかで同位体がごちゃ
まぜに交換するチャンスがより少ないのでそして、11.2
のレイジング波長が標準ＣＯ２における吸収波長から遠
くに離れているので、最も利点を有すると考えられてい
る。
【００２７】１３Ｃ１６Ｏ２同位体は、水において、主
レイジング波長（11.2ミクロン）が増大した吸収係数を
有するという他の利点を有している。先きに記載したよ
うに、水によるレーザーエネルギーの吸収はレーザーエ
ネルギーを人間組織に結合させるための主な様態であ
る。10.6ミクロンでの水における吸収の係数ｋはおおよ
そ890cm -1であり、一方11.2ミクロンでの吸収係数はお
およそ1370cm-1であり、50％の増大である［Irvine及び
Pollack によるIcarus、８巻、２号、324-360 頁（1968
年３月）］。この増大した吸収の重要な点は、より迅速
なそしてより正確な切断を可能にする、組織切断及び切
除に対するエネルギー域値を低下させることができるこ
とである。変性したり壊死する傾向がある、熱作用を受
けた組織の範囲をより小さくもする。
レイジング波長（11.2ミクロン）が増大した吸収係数を
有するという他の利点を有している。先きに記載したよ
うに、水によるレーザーエネルギーの吸収はレーザーエ
ネルギーを人間組織に結合させるための主な様態であ
る。10.6ミクロンでの水における吸収の係数ｋはおおよ
そ890cm -1であり、一方11.2ミクロンでの吸収係数はお
およそ1370cm-1であり、50％の増大である［Irvine及び
Pollack によるIcarus、８巻、２号、324-360 頁（1968
年３月）］。この増大した吸収の重要な点は、より迅速
なそしてより正確な切断を可能にする、組織切断及び切
除に対するエネルギー域値を低下させることができるこ
とである。変性したり壊死する傾向がある、熱作用を受
けた組織の範囲をより小さくもする。
【００２８】ガスレーザーシステムにおけるレイジング
媒質に関して代わりの同位体を用いる、他の重要な点
は、パージガス及びふきかけガスにおける吸収を最少に
する能力である。先きの従来技術の項で記載したよう
に、外科用レーザービームはしばしば狭いエアファイバ
ー（air fiber ）送出システムを通って手術部位に送出
される。いくつかの会社がエアファイバー送出システム
を製造している。本発明者は、商標名EXCELITEであるエ
アファイバーシステムを配置した。そのような送出シス
テムの一般的な例は図１中、18として概略的に示されて
いる。この送出システムはレーザー10からビームを送出
させるための管20を含む。管22はパージガスを循環する
ために備えられている。
媒質に関して代わりの同位体を用いる、他の重要な点
は、パージガス及びふきかけガスにおける吸収を最少に
する能力である。先きの従来技術の項で記載したよう
に、外科用レーザービームはしばしば狭いエアファイバ
ー（air fiber ）送出システムを通って手術部位に送出
される。いくつかの会社がエアファイバー送出システム
を製造している。本発明者は、商標名EXCELITEであるエ
アファイバーシステムを配置した。そのような送出シス
テムの一般的な例は図１中、18として概略的に示されて
いる。この送出システムはレーザー10からビームを送出
させるための管20を含む。管22はパージガスを循環する
ために備えられている。
【００２９】先きに記載したように、今日使用されてい
る最も通常のパージガスは標準ＣＯ２である。ＣＯ２は
循環系及び呼吸系により、効率よく処理されるので望ま
しい。パージガスは、送出系の中の光学機械のすべての
表面をきれいに保つ。
る最も通常のパージガスは標準ＣＯ２である。ＣＯ２は
循環系及び呼吸系により、効率よく処理されるので望ま
しい。パージガスは、送出系の中の光学機械のすべての
表面をきれいに保つ。
【００３０】公知技術においては、ＣＯ２ガスレーザー
において標準１２Ｃ１６Ｏ２同位体を用いる。これは、
10.6ミクロンで顕著な出力波長を有するレーザービーム
を発生させる。この出力波長は、ＣＯ２パージガスにお
ける吸収と合う。
において標準１２Ｃ１６Ｏ２同位体を用いる。これは、
10.6ミクロンで顕著な出力波長を有するレーザービーム
を発生させる。この出力波長は、ＣＯ２パージガスにお
ける吸収と合う。
【００３１】図２のグラフでは、カーブＡは、レイジン
グ媒質及びパージガスの両方がＣＯ２の標準１２Ｃ１６
Ｏ２同位体により定められているＣｏｈｅｒｅｎｔ Ｅ
ＸＣＥＬＩＴＥ（商標名）ファイバー送出システムを通
して送出することができる出力を例示している。このグ
ラフのデーターは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔのファイバー送出
システムの発生工程中にとったものである。
グ媒質及びパージガスの両方がＣＯ２の標準１２Ｃ１６
Ｏ２同位体により定められているＣｏｈｅｒｅｎｔ Ｅ
ＸＣＥＬＩＴＥ（商標名）ファイバー送出システムを通
して送出することができる出力を例示している。このグ
ラフのデーターは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔのファイバー送出
システムの発生工程中にとったものである。
【００３２】明らかなように、出力レベルが増大するに
つれて、ＣＯ２パージガスによる吸収により、送出力百
分率における速い減少が起こる。前記のように、この迅
速な減少は、光学的要素のわずかな調整不良により統合
された場合に、パージガスにおける熱のランナウエイ吸
収の現象に起因するものであった。より詳細に述べる
と、室温では、励起常態のＣＯ２分子は比較的低割合で
ある。10.6ミクロンラインを吸収する原因である特別の
励起された振動状態は、［１，０，０］と称される。励
起された分子がレーザービームからのエネルギーを吸収
するので送出システムの限定量のガスは迅速に加熱さ
れ、より高いエネルギーＣＯ２分子の数を増加させ、そ
れによって、分子による共鳴吸収を増大させる。この、
熱のランナウエイは、患者に送出されていた、より高い
出力レベルを防いでしまう。加熱は、又、ビームの焦点
をぼかし、レーザーエネルギーの適する送出を防ぐ負の
レンジングである。
つれて、ＣＯ２パージガスによる吸収により、送出力百
分率における速い減少が起こる。前記のように、この迅
速な減少は、光学的要素のわずかな調整不良により統合
された場合に、パージガスにおける熱のランナウエイ吸
収の現象に起因するものであった。より詳細に述べる
と、室温では、励起常態のＣＯ２分子は比較的低割合で
ある。10.6ミクロンラインを吸収する原因である特別の
励起された振動状態は、［１，０，０］と称される。励
起された分子がレーザービームからのエネルギーを吸収
するので送出システムの限定量のガスは迅速に加熱さ
れ、より高いエネルギーＣＯ２分子の数を増加させ、そ
れによって、分子による共鳴吸収を増大させる。この、
熱のランナウエイは、患者に送出されていた、より高い
出力レベルを防いでしまう。加熱は、又、ビームの焦点
をぼかし、レーザーエネルギーの適する送出を防ぐ負の
レンジングである。
【００３３】本発明システムにおいて、レイジング媒質
は、パージガスに用いる同位体とは異なる同位体で置き
換えられる。図２のカーブＢは、ＣＯ２の１３Ｃ１６Ｏ
２同位体がＣＯ２レーザー中のレイジング媒質として用
いられた場合の結果を示している。明らかなように、エ
アファイバーを通して送出された送出力の百分率は入力
範囲中で比較的一定のままである。グラフから明らかな
ように、実質的な増加は、実際の送出力において特に高
出力レベルで達成される。
は、パージガスに用いる同位体とは異なる同位体で置き
換えられる。図２のカーブＢは、ＣＯ２の１３Ｃ１６Ｏ
２同位体がＣＯ２レーザー中のレイジング媒質として用
いられた場合の結果を示している。明らかなように、エ
アファイバーを通して送出された送出力の百分率は入力
範囲中で比較的一定のままである。グラフから明らかな
ように、実質的な増加は、実際の送出力において特に高
出力レベルで達成される。
【００３４】前記のように、腹腔鏡を用いる手術のよう
な外科手術において、外科医は手術域をＣＯ２ガスで吹
き掛ける。このガスは、送出システムのパージガスのよ
うにレーザービームからのエネルギーを吸収する。この
工程で、吹き掛けガスが患者の体内を加熱しないよう
に、代わりのレイジング同位体を供給することは、より
重要である。
な外科手術において、外科医は手術域をＣＯ２ガスで吹
き掛ける。このガスは、送出システムのパージガスのよ
うにレーザービームからのエネルギーを吸収する。この
工程で、吹き掛けガスが患者の体内を加熱しないよう
に、代わりのレイジング同位体を供給することは、より
重要である。
【００３５】簡単にいうと、本発明は、改良されたレー
ザー医療用治療システムを決定する。好ましい実施態様
において、ＣＯ２の１３Ｃ１６Ｏ２同位体はＣＯ２レー
ザーのレイジング媒質として用いられる。好ましいパー
ジガス及び吹き掛けガスによる出力波長の吸収は、レイ
ジング媒質として既存のものに代わる同位体を用いるこ
とにより実質的に最小化される。その他に、１３Ｃ１６
Ｏ２同位体は、水において、したがって人体組織におい
て増大した吸収を有する主波長出力を生じ、外科的可能
性を増大する。
ザー医療用治療システムを決定する。好ましい実施態様
において、ＣＯ２の１３Ｃ１６Ｏ２同位体はＣＯ２レー
ザーのレイジング媒質として用いられる。好ましいパー
ジガス及び吹き掛けガスによる出力波長の吸収は、レイ
ジング媒質として既存のものに代わる同位体を用いるこ
とにより実質的に最小化される。その他に、１３Ｃ１６
Ｏ２同位体は、水において、したがって人体組織におい
て増大した吸収を有する主波長出力を生じ、外科的可能
性を増大する。
【００３６】本発明を好ましい実施態様に関して記載し
たが、特許請求の範囲で特定されている本発明の範囲か
ら逸脱する事なく当業者により他の交換及び改変が成さ
れ得る。
たが、特許請求の範囲で特定されている本発明の範囲か
ら逸脱する事なく当業者により他の交換及び改変が成さ
れ得る。
【図１】外科用レーザービーム送出システムの概略図で
ある。
ある。
【図２】送出システムの入力端に送出されるレーザー出
力を送出システムから送出される出力をＣＯ２の常体（
１２Ｃ１６Ｏ２）と１３Ｃ１６Ｏ２同位体を用いて比較
したグラフであり、Ａは標準ＣＯ２同位体を用いて送出
された出力を示し、ＢはＣＯ２の１３Ｃ１６Ｏ２同位体
を用いて送出された出力を示す。
力を送出システムから送出される出力をＣＯ２の常体（
１２Ｃ１６Ｏ２）と１３Ｃ１６Ｏ２同位体を用いて比較
したグラフであり、Ａは標準ＣＯ２同位体を用いて送出
された出力を示し、ＢはＣＯ２の１３Ｃ１６Ｏ２同位体
を用いて送出された出力を示す。
１０ レーザー管 １２ 出力供給システム １４ 冷却システム １６ アーム １８ 送出システム ２０ ビーム送出管 ２２ パージガス循環用管
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−207050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−52462（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−279240（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−82010（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4550240（ＵＳ，Ａ) 米国特許4917084（ＵＳ，Ａ) 米国特許4559942（ＵＳ，Ａ) 米国特許4583539（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 18/20 A61N 5/06 H01S 3/22
Claims (14)
- 【請求項１】 主レイジング媒質（primary lasing med
ium）が、１２Ｃ１６Ｏ２により発生する主波長より大
きい、組織における吸収係数を有する光の主波長を発生
させるために選ばれる、ＣＯ２レーザーを含む医療治療
用レーザー。 - 【請求項２】 前記主レイジング媒質が１３Ｃ１６Ｏ２
である、請求項１に記載の医療治療用レーザー。 - 【請求項３】 レーザーエネルギーのビームを発生させ
るためのガスレーザー、レーザーエネルギーのビームを
医療治療部位に送出する手段及びパージガスを用いて送
出手段をパージするための手段を含む改良された医療治
療用レーザーシステム（system）であって、その改良
が、ガスレーザー中のガスレイジング媒質がパージガス
（purge gas）の分子とは異なる同位体により主に定義
されることを含む医療治療用レーザーシステム。 - 【請求項４】 パージガスが１２Ｃ１６Ｏ２であり、ガ
スレイジング媒質が主にＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２とは異
なる同位体である、請求項３に記載の改良された医療治
療用レーザーシステム。 - 【請求項５】 レイジング媒質が主に１３Ｃ１６Ｏ２で
ある、請求項４に記載の改良された医療治療用レーザー
システム。 - 【請求項６】 レーザーエネルギーのビームを発させる
ためのガスレーザー、レーザーエネルギーのビームを治
療部位に送出する手段及び患者にふきかける（insuffla
ting）ためのガスを供給する手段を含む、改良された医
療治療用レーザーシステムであって、その改良が、ガス
レーザー中のガスレイジング媒質が吹き掛けガス（insu
fflation gas）の分子とは異なる同位体により主に定義
されることを含む、改良された医療治療用レーザーシス
テム。 - 【請求項７】 吹き掛けガスが１２Ｃ１６Ｏ２であり、
ガスレイジング媒質が主にＣＯ２の１２Ｃ１６Ｏ２とは
異なる同位体である、請求項６に記載の改良された医療
治療用レーザーシステム。 - 【請求項８】 レイジング媒質が主に１３Ｃ１６Ｏ２で
ある、請求項７に記載の改良された医療治療用レーザー
システム。 - 【請求項９】 レーザービームを発生させるためのＣＯ
２ガスレーザー及び前記ビームを患者に送出するシステ
ムを含み、ＣＯ２パージガスを送出システムに通過させ
る、改良されたＣＯ２レーザー治療装置において、前記
改良が、ガスレーザー中のレイジング媒質が、パージガ
スに用いるＣＯ２の分子とは異なる同位体により主に定
義されることを含む、改良されたＣＯ２レーザー治療装
置。 - 【請求項１０】 パージガスが１２Ｃ１６Ｏ２であり、
ガスレイジング媒質が主に１３Ｃ１６Ｏ２である、請求
項９に記載の改良された装置。 - 【請求項１１】 レーザーエネルギービームを発生させ
るためのＣＯ２ガスレーザー及び前記ビームを患者に送
出する手段及び、患者にふきかけるためのガスを供給す
る手段を含む、改良されたＣＯ２治療用レーザー装置で
あって、その改良がガスレーザー中のレイジング媒質
が、吹き掛けガスの分子とは異なるＣＯ２の同位体によ
り主に定義されることを含む、改良されたＣＯ２レーザ
ー治療装置。 - 【請求項１２】 吹き掛けガスが１２Ｃ１６Ｏ２であ
り、ガスレイジング媒質が主に１３Ｃ１６Ｏ２である、
請求項11に記載の改良されたＣＯ２レーザー治療装置。 - 【請求項１３】 レーザービームを発生させるためのＣ
Ｏ２ガスレーザー及び前記ビームを患者に送出するため
のシステムを含み、１２Ｃ１６Ｏ２と定義されたパージ
ガスを送出システムに通過させる、改良されたＣＯ２ガ
スレーザー治療装置において、前記レーザーにおけるレ
イジング媒質が主に１３Ｃ１６Ｏ２により定義されるこ
とを含む、改良されたＣＯ２ガスレーザー治療装置。 - 【請求項１４】 レーザービームを発生させるためのＣ
Ｏ２ガスレーザー及び前記ビームを患者に送出する手段
及び、患者にふきかけるためのＣＯ２ガスの１２Ｃ１６
Ｏ２とは異なる同位体を供給するための手段を含む改良
されたＣＯ２レーザー治療装置において、その改良が、
前記レーザーにおけるレイジング媒質が主に１３Ｃ１６
Ｏ２により定義されることを含む、改良されたＣＯ２ガ
スレーザー治療装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/454,139 US5062842A (en) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | Isotopic co2 laser and method of use for medical treatment |
| US454,139 | 1989-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0420340A JPH0420340A (ja) | 1992-01-23 |
| JP3178725B2 true JP3178725B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=23803467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41178390A Expired - Fee Related JP3178725B2 (ja) | 1989-12-21 | 1990-12-20 | 医療治療用レーザー |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5062842A (ja) |
| EP (1) | EP0437955B1 (ja) |
| JP (1) | JP3178725B2 (ja) |
| DE (1) | DE69019716T2 (ja) |
| IL (1) | IL96660A (ja) |
Families Citing this family (56)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6113587A (en) | 1990-09-24 | 2000-09-05 | Plc Medical Systems, Inc. | Handpiece for a medical laser system |
| US5172264A (en) * | 1991-02-21 | 1992-12-15 | Surgilase, Inc. | Method and apparatus for combining continuous wave laser with TEA pulsed laser |
| US5353296A (en) * | 1993-07-12 | 1994-10-04 | Coherent, Inc. | Materials processing with a high repetition rate isotopic carbon dioxide laser |
| US5464436A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-07 | Lasermedics, Inc. | Method of performing laser therapy |
| US5558668A (en) * | 1994-10-11 | 1996-09-24 | Plc Medical Systems, Inc. | Medical laser treatment system and method |
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