JP3638191B2 - 医療用レーザハンドピース - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、術者が把持して歯科治療等の治療に用いるレーザハンドピースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科治療においては、たとえば根管形成のように、リーマを回転させながら根管内に挿入して根管壁歯質を研削する等の歯質の一部を研削する治療が行われている。根管形成は、たとえば象牙細管に侵入した感染源等の除去を目的としており、根管壁歯質を周方向に一定の厚さで除去する必要がある。一般に、この根管は、断面形状が略長楕円形状である。それ故に、リーマでもって円形状に研削した場合には、研削する必要のない正常な歯質まで研削してしまうことになる。また、リーマを用いた治療では、（１）麻酔、（２）髄腔開拡、（３）抜髄、（４）数種類のリーマによる根管拡大、（５）ファインリーマによる根管先端処理、（６）消毒、（７）乾燥および（８）ガタパーチャー封鎖等の処理治療を行わなければならず、その治療が難しくまたその治療に時間を要する問題がある。このようなリーマを用いた治療は、近年、根管長測定等との併用により治療自体大きく進歩しているが、基本的にリーマを用いて研削する点については全く進歩していない。特に、根管形成治療にあっては、術者が目視しながら治療することができず、歯科治療の中でも不安定な要素を持っており、困難な治療の一つとなっている。
【０００３】
このような観点から、最近、歯科治療において、レーザ光を利用したレーザ治療が開発されだしてきている。レーザ光による治療では、レーザハンドピースが用いられ、レーザハンドピースは、ハンドピース本体とハンドピース本体に装着されたレーザプローブから構成され、レーザ光発生源からのレーザ光がレーザプローブの出射端部から出射される。レーザ光による治療では、レーザ光を照射することによる歯質および軟組織（歯肉、歯髄等を含む）の蒸散処理および滅菌処置を行うことができる。
【０００４】
歯科治療以外にもレーザ光を用いた治療が知られている。この治療の一つとして、たとえば花粉症治療が存在し、炭酸ガス等のレーザ光を鼻腔内表層に照射して蒸散、凝固するものでる。このような花粉症治療では、レーザ光の照射方向を誤ると正常な組織を破壊するため、その照射方向によっては大きい危険性を含んでいる。
【０００５】
このようなレーザ治療に用いるレーザプローブとして、たとえば、特公平４−５４４６０号公報に示されたものが存在する。このレーザプローブは、たとえば過失事故によって切断された血管を短時間で吻合するために、各切断口を相互に突き当てて、その突き当てた部分に血管内部から環状のレーザ光を照射するものである。このようにレーザ光を照射するために、レーザプローブの出射端部は円錐形状になっている。この出射端部の一方の斜壁面で全反射したレーザ光は、対称位置の他方の斜壁面を通って放射され、レーザ光を輪帯状に照射することができ、これによって、一回の照射操作によって血管の突き当て部分の吻合が可能となる。
【０００６】
また、公知のレーザメスとして、たとえば、特公昭６１−４０４１９号公報に開示されたものが存在する。このレーザメスにおいては、レーザ光を出射する出射端部は円錐形状に形成され、この出射端部の先端が小径かつ平坦な面を有している。上記出射端部を上述したように構成することによって、レーザメスの出射端部から出射されるレーザ光は、その先端面から集中して軸線方向に出射され、この直線状に出射されるレーザ光が生体組織の蒸散に用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平４−５４４６０号公報に開示されたレーザプローブは、切断された血管の吻合を目的としているので、レーザプローブの出射端部から出射されるレーザ光は側方に向けてリング状に出射されるのみであり、その軸線方向前方へは実質上出射されていない。仮に、レーザプローブの出射端部から軸線方向前方にレーザ光が出射されるとすれば、血管の付き当て部分以外の正常な部分にレーザ光が照射され、正常な部分にレーザ照射による悪影響が生じる。それ故に、このレーザプローブは、出射端部から前方にレーザ光を出射することは全く意図されていない。
【０００８】
また、特公昭６１−４０４１９号公報に開示されたレーザメスは、ファイバプローブを用いたものではなく、小さい空間に挿入しての治療、たとえば歯科治療等に用いることができない。加えて、レーザメスであるが故に、その出射端部から出射されるレーザ光は、軸線方向前方に照射するのを意図し、出射端部の側方にリング状に照射することを全く意図してない。
【０００９】
歯科治療においては、根管は狭隘な空間に臨む部位の歯質を蒸散しなければならない。たとえば、歯科治療の根管形成においては、レーザプローブを根管内に挿入したとき、レーザプローブの出射端部は、根尖に真っすぐ臨んだ状態となる。それ故に、たとえば特公平４−５４４６０号公報に開示されているように、レーザプローブの出射端部から側方にリング状にレーザ光を出射する場合には、根尖の根管壁歯質および根尖先端の根尖孔内の歯髄にレーザ光を照射することができず、したがってこの根尖の根管壁歯質および根尖孔内の歯髄を蒸散することがきない。また、特公昭６１−４０４１９号公報に開示されているように、レーザプローブの出射端部から軸線方向前方にレーザ光を照射する場合には、根尖の根管壁歯質および根尖孔内の歯髄を蒸散することはできるが、根管の全周に渡って蒸散をすることができない。かくのとおりであるので、歯科治療の分野では、根管壁歯質を根管口から根尖孔まで所要のとおりに蒸散させることができるファイバプローブを備えたレーザハンドピースの出現が強く望まれていた。
【００１０】
本発明の目的は、狭隘な部位を所要のとおりに蒸散することができ、歯科治療に好適に用いることができる医療用レーザハンドピースを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドピース本体と、このハンドピース本体に装着されたレーザプローブとから構成され、該レーザプローブが出射ファイバを備え、レーザ光発生源から発振されたレーザ光が前記出射ファイバの出射端部から出射される医療用レーザハンドピースにおいて、
前記出射ファイバは、
コア（３０）と、
そのコア（３０）を覆うクラッド（３１）とを有し、
前記出射ファイバの出射端部は、
円錐状に形成される第１出射面（２３）と、
この第１出射面（２３）に周方向全周にわたって接して出射端部の先端部で球面状に形成される第２出射面（２４）とを有し、
前記出射ファイバの出射端部の頂角は６０〜９３度であり、
前記出射端部から出射されるレーザ光は、第２出射面（２４）から前記出射ファイバの軸線方向に出射される第１の光と、第１出射面（２３）から前記出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射される第２の光とを含んでおり、
ｎ０を、外部空間（３８）の屈折率とし、
ｎ１を、コア（３０）の屈折率とし、
ｎ２を、クラッド（３１）の屈折率とし、
ψ０を、第１出射面（２３）におけるコア（３０）と外部空間（３８）との境界面（３９）において、レーザ光が入射する臨界角とし、
ψ１を、レーザ光が伝播するコア（３０）とクラッド（３１）との境界面（４３）における臨界角とするとき、
ｓｉｎψ０ ＝ ｎ０／ｎ１、
ｓｉｎψ１ ＝ ｎ２／ｎ１
であり、
第１出射面（２３）の頂角を、
ψ１−θ／２ ＝ ψ０
を満たす頂角θ以下に選び、
第１出射面（２３）の頂角と、コア（３０）の半径Ｒと、第２出射面（２４）の曲率半径ｒとを、前記出射ファイバに入射されるレーザ光のうち１〜２０％の光が前記第１の光として前記出射端部から出射され、上記レーザ光のうち８０〜９９％の光が前記第２の光として前記出射端部から出射されるように選択することを特徴とする医療用レーザハンドピースである。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、出射ファイバの軸線方向に出射される第１の光と出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射される第２の光を含んでいる。レーザ光は、コア３０とクラッド３１との境界面４３で全反射しつつ出射ファイバ内で導かれ、この導かれたレーザ光の一部は、円錐状第１出射面２３に到達して、外部空間３８との境界面３９で全反射し、その後、第１出射面２３から外側方に第２の光としてリング状に出射され、レーザ光の残部は、球面状第２出射面２４からコア３０の軸線に沿って前方に出射される。したがって、たとえば歯科治療において、ハンドピース本体を把持して出射ファイバの出射端部をたとえば根管に挿入することによって、出射端部の前方および側方に位置する部位の歯質を蒸散することができる。たとえば、歯科治療における根管形成では、第１の光が出射ファイバの軸線方向に出射されるので、この第１の光によって根尖の根管壁歯質および根尖孔内の歯髄まで蒸散することができる。また、第２の光が、出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射されるので、根管内にプローブを挿入するのみで根管口付近から根尖付近まで根管の全周に渡って根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。これによって、根管拡大と同様に、第２の光によって歯髄を蒸散することができ、抜髄にも応用することができる。さらに、根管には象牙細管が形成され、この象牙細管が根管に対してほぼ直角方向に延びているが、第２の光を出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射するようにすることによって、象牙細管の内部までをも照射することができ、その滅菌を行うことができる。
第１出射面２３の頂角と、コア３０の半径Ｒと、第２出射面２４の曲率半径ｒとを選択して、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち１〜２０％の光が第１の光として、また８０〜９９％の光が第２の光として出射されるので、第１の光および第２の光のエネルギ密度が大きく異なることはなく、たとえば歯科治療において出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質をほぼ均一に蒸散することができる。
【００１２】
出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９３度であるので、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、その軸線方向に出射される第１の光とその径方向に出射される第２の光を含み、たとえば上述した歯科治療に好適に用いることができる。
【００１３】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部の頂角は６０〜９０度であることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９０度であるので、出射端部から出射される第２の光は、軸線方向に対して斜め前方からほぼ垂直な範囲内にて径方向に出射され、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができ、さらに象牙細管も照射することができる。
【００１４】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部の頂角は７０〜８０度であることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部の頂角が７０〜８０度であるので、出射端部からの第１の光は軸線方向に出射され、また第２の光は上記軸線方向に対してほぼ垂直な径方向にリング状に出射される。さらに、リーマ加工に用いるリーマの先端角度が約７０度であるので、この角度とほぼ同等であり、リーマ加工の先端までレーザ光を照射することができる。
【００１５】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部から出射される前記第２の光は、前記出射ファイバの軸線に対してほぼ垂直な径方向に出射されることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部からから出射される第２の光はその軸線に対してほぼ垂直な径方向に出射されるので、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。
【００１６】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部から出射される前記第１の光は、前記出射ファイバの軸線方向にリング状に出射されることを特徴とする。
本発明に従えば、ファイバプローブの出射端部から出射される第１の光は、その軸線方向にリング状に出射されるので、たとえば歯科治療の根管形成においてリーマの先端部全周に渡ってレーザ光を照射することができる。
【００１８】
また本発明は、前記出射ファイバに入射されるレーザ光のうち５〜１５％の光が前記第１の光として前記出射端部から出射され、上記レーザ光のうち８５〜９５％の光が前記第２の光として前記出射端部から出射されることを特徴とする。本発明に従えば、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち５〜１５％の光が第１の光として、また８５〜９５％の光が第２の光として出射されるので、第１の光および第２の光のエネルギ密度がほぼ等しくなり、たとえば歯科治療にいて出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質を実質上均一に蒸散することができる。
【００１９】
また本発明は、前記出射ファイバは、外周部に導電性材料から成る電極が設けられることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの外周部に電極が設けられているので、この電極を電気抵抗を測定する測定器の一方の接触端子として利用することができる。したがって、別途に準備される他方の接触端子を口腔内の所定部位に接触させ、出射ファイバを根管内に挿入してこの電極と他方の接触端子との間の根尖を介する抵抗値を測定することによって、出射ファイバの出射端部の根管内の位置を検出することができる。
【００２０】
さらに本発明は、前記出射ファイバプは、外径が１００〜２０００μｍであり、レーザプローブは歯科治療用プローブであることを特徴とする。
本発明に従えば、外径が１００〜２０００μｍである出射ファイバを備えたレーザプローブは、歯科治療に好適に用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に従う医療用レーザハンドピースの一実施形態を備えたレーザ治療装置を簡略的に示す簡略図である。なお、この実施形態では、レーザハンドピースを歯科治療用のものに適用して説明する。図１において、図示のレーザ治療装置６０は、基本的に、レーザ光発生源６１と、導光路６２と、レーザハンドピース６３とによって構成される。レーザ光発生源６１は、波長が２．０μｍ〜４．０μｍ、出射エネルギが１ｍＪ〜２５００ｍＪ、パルス幅が１ｎ秒〜９ｍ秒およびパルス周期が１ｐｐｓ〜２００ｐｐｓのパルスレーザ光を発振することができ、このようなレーザ光は、導光路６２を介してレーザハンドピース６３に導かれる。
【００２２】
このレーザハンドピース６３は、ハンドピース本体１３とファイバプローブ１０とから成り、ハンドピース本体１３の先端部にプローブ１０が着脱可能に装着されている。ファイバプローブ１０をハンドピース本体１３に装着すると、導光路６２と出射ファイバ１２とは、光学的に連結され、レーザ発振源６１から導光路６２を通してハンドピース６３に導かれたレーザ光は、プローブ１０の出射ファイバ１２の入射端部から入射され、出射ファイバ１２を通してその出射端部２２にまで伝播し、その出射端部２２から後述する如くして出射される。
【００２３】
レーザ発振源６１から発振されるレーザ光は、生体組織内のＨ2ＯおよびＯＨ基に吸収されやすく、レーザ光を照射することによって、Ｈ2Ｏ，ＯＨ基への吸収蒸散により照射部位の生体組織が瞬間的に組織破壊される。このようなレーザ光を用いた治療では、レーザ麻酔、パルス幅等の間隔から患者はほとんど痛感しない状態で所定の治療を行うことができる。また、Ｈ2Ｏ，ＯＨ基蒸散時の温度および菌が保有するＨ2Ｏ，ＯＨ基への吸収による菌破壊によって、滅菌処理が可能であるので、滅菌処理のための薬液の使用量を著しく少なく、または実質上無くすことができ、滅菌処理のための治療に要する時間を少なく、または実質上無くすことができる。
【００２４】
次に、図２を参照してレーザプローブ１０について説明すると、図示のレーザプローブ１０は、基本的に、プローブ本体１１と、プローブ本体１１に保持される出射ファイバ１２から構成されている。このプローブ１０は、ハンドピース本体１３に着脱可能に装着され、施す治療によって複数種のものと交換して用いられる。
【００２５】
プローブ本体１１は、ハンドピース本体１３に装着される装着部１４と、装着部１４から同軸に円弧状に延出する内筒管１５および外筒管１６とを有し、内筒管１５内に出射ファイバ１２が挿通され、その出射ファイバ１２を保持する。装着部１４には、連絡流路１７，１８がそれぞれ形成されている。ファイバ１２と内筒管１５との間には、空隙１９が形成され、この空隙１９は、連絡流路１７に連通している。また、内筒管１５と外筒管１６との間には、空隙２０が形成され、この空隙２０は、連絡流路１８と連通している。このような各空隙１９，２０は、内筒管１５および外筒管１６の先端部でそれぞれ開口している。片方の連通流路１７は空気供給源（図示せず）に連通され、空気供給源からの空気が連通流路１７および環状空隙１９を通してレーザ照射部位に向けて噴射される。また、他方の連通流路１８は水供給源（図示せず）に連通され、水供給源からの水が連通流路１８および環状空隙２０を通してレーザ照射部位に向けて噴射される。なお、これとは逆に、空隙１９を通して水を送給し、空隙２０を通して空気を送給するようにしてもよい。このようにレーザ照射部位に空気および水を混合して霧状にして、または治療によっては空気または水を個別に噴射することによって、歯質の蒸散を促進することができる。これは、水を単独で、または空気と混合して霧状にして噴射することによって、レーザ波長のＨ2Ｏ，ＯＨ基への吸収特性を増大させることができ、またＨ2Ｏ，ＯＨ基吸収蒸散時の発熱を冷却することができ、さらに組織破壊粉の清掃を行うことができるからである。
【００２６】
出射ファイバ１２は、図示しない入射端部が装着部１４内に位置するように保持され、出射端部２２が内筒管１５の先端部から突出するように、内筒管１５の先端部における軸線に沿って直線状に内筒管１５から延出している。出射端部２２の突出距離Ｌは、たとえば３〜２５ｍｍ程度に１０ｍｍ以上に選ばれ、施す治療によって適宜設定することができる。この出射端部２２は、先細の円錐状に形成される第１の部分とこの第１の部分の先端部に設けられた第２の部分から構成され、上記第１の部分は円錐状の第１出射面２３を規定し、第２の部分は、第１出射面２３に連なって円錐状先端部に形成される第２出射面２４を規定する。このような出射ファイバ１２は、レーザ光が入射端部から入射され、この入射されたレーザ光を出射端部２２の第１および第２出射面２３，２４から後述する如く出射する。
【００２７】
図３は、出射ファイバ１２の出射端部２２およびその近傍を拡大して示す断面図である。図３を参照して、出射ファイバ１２は、中心部のコア３０と、コア３０の外周に設けられたクラッド３１と、クラッド３１の外周に設けられた第１ジャケット３２と、第１のジャケット３２の外周に設けられた第２ジャケット３３と、第２ジャケット３３の外周に設けられた電極３４とを有する。円筒状のコア３０の外周面を全周にわたって覆ってクラッド３１が設けれ、このクラッド３１の外周面を全周にわたって覆って第１ジャケット３２が設けられ、この第１ジャケット３２の外周面を全周にわたって覆って第２ジャケット３３が設けられ、さらに第２ジャケット３３の外周面上に全周にわたって電極３４が設けられている。なお、電極３４は第２ジャケットの外周の一部に線状または帯状に設けるようにしてもよい。また、第２ジャケット３３を導電性の材料から形成した場合には、電極３４は省略することができ、この場合には第１ジャケット３２も省略することができる。
【００２８】
出射ファイバ１２は、出射ファイバ１２の出射端部２２を狭隘な空間に挿入することができるように、その外径がたとえば１００〜２０００μｍに選定される。本実施形態では歯科治療に好都合なように、コア３０の外径が約２００μｍに設定さ、出射ファイバ１２の外径が約３００μｍに設定されている。コア３０は、たとえば石英ガラスから成り、クラッド３１は、コア３０と屈折率の異なるたとえば硝材から成る。第１ジャケット３２は、たとえばシリコン樹脂などの高分子材料から成り、第２ジャケット３３は、出射ファイバ１２の破損を防止するために金属材料、たとえばアルミニウムから成る。この第２ジャケット３３は、テフロン等の高分子材料から形成することもできる。電極３４は、第２ジャケット３３の外周面に金メッキすることによって形成されている。なお、金メッキに代えて、その他の導電性材料の膜または線でもよい。この実施形態の出射ファイバ１２は、このような５層構造に形成されているが、上述したように出射ファイバ１２は３〜５層構造から形成することができる。これらの５層構造の出射ファイバ１２は、コア３０、クラッド３１、第１および第２ジャケット３２，３３ならびに電極３４を含んで、その先端部が円錐状に形成され、たとえば根管などの狭隘な空間への挿入時に引っ掛かったりすることがなく、歯髄等への挿入も容易である。この形態では、出射ファイバ１２に電極３４を設けることに関連してジャケットが２層構造に構成されているが、電極３４を設けない場合には、出射ファイバ１２は、コア３０、クラッド３１および第１のジャケット３２からなる３層構造のものとすることができる。なお、この種の出射ファイバ１２では、第１ジャケット３２は必ずしも必要なものではなく、この第１ジャケット３２を省略することもできる。
【００２９】
このような出射ファイバ１２は、入射端部から入射された、たとえば波長２．９４μｍのＥｒ−ＹＡＧ（ Erbium Yttrium Aluminium Garnet：エルビウム イットリウム アルミニウム ガーネット）レーザなどのレーザ光を、コア３０とクラッド３１との境界面で反射させながら出射端部２２まで導いて第１および第２出射面２３，２４から出射する。第１および第２出射面２３，２４は、コア３０の先端部に形成され、レーザ光は、コア３０内を伝播して、その先端部から出射される。このことから、出射ファイバ１２の先端部において、コア３０だけをテーパ状に形成すればよく、他のクラッド３１、第１および第２ジャケット３２，３３ならびに電極３４は、仮想線３５で示すように、光軸Ｃ、すなわちコア３０（換言すると出射ファイバ１２）の軸線に垂直な端面に形成するようにしてもよい。
【００３０】
第１出射面２３は、前述のように先細がテーパ状、すなわち円錐形状であり、レーザ光の一部を、コア３０の軸線に一致する光軸Ｃに関して外側方に周方向全周にわたってリング状の照射形状となるように出射する。すなわち、出射ファイバ１２の入射端部に入射された光の一部をたとえば図３に示す領域Ａ１に出射することができる。第２出射面２４は、前述のように第１出射面２３に連なって先端部に、予め定める形状、本形態において球面状であり、レーザ光の残部を、光軸Ｃに沿って前方に円形状に出射する。すなわち、出射ファイバ１２の入射端部に入射された光の残部をたとえば光軸Ｃを含む平面上で図３に示す領域Ａ２に出射することができる。なお、領域Ａ２に出射されるレーザ光は、主として第２の出射面２４から出射される光であるが、その一部は第１出射面２３から前方に出射される光をも含んでいる。かくのとおりであるので、この出射ファイバ１２は、その入射端部に入射されたレーザ光を、第１の光として光軸Ｃの方向、すなわち出射ファイバ１２の軸線方向に出射するとともに、第２の光として出射ファイバ１２の外側方の径方向にリング状に出射する。
【００３１】
図４は、出射ファイバ１２のコア３０の第１および第２出射端部２３，２４付近を拡大し、模式化して示す図である。図３に示すように、レーザ光を第１出射面２３から側方に出射するためには、レーザ光を第１出射面２３におけるコア３０と外部空間３８との境界面３９において、一度反射させ、その反射点と対向する位置において第１出射面２３から外部空間３８に出射することが好ましい。第１出射面２３に到達したレーザ光が境界面３９で全反射する条件は、境界面３９の法線４０に対する境界面３９への入射角が境界面３９における臨界角ψ０［ｄｅｇ］以上であればよく、その臨界角ψ０は、
ｓｉｎψ０ ＝ ｎ０／ｎ１ …（１）
で示される。ここで、ｎ０は、外部空間３８の屈折率であり、ｎ１は、コア３０の屈折率である。
【００３２】
コア３０を伝播することによって導かれるレーザ光は、コア３０とクラッド３１との境界面４３において全反射しながら、第１出射面２３に到達する。レーザ光が境界面４３で全反射する条件は、境界面４３の法線４４に対する境界面４３への入射角が境界面４３における臨界角ψ１［ｄｅｇ］以上であればよく、その臨界角ψ１は、
ｓｉｎψ１ ＝ ｎ２／ｎ１ …（２）
で示される。ここで、ｎ２は、クラッド３１の屈折率である。
【００３３】
第１出射面２３に到達するレーザ光のうち、法線４０に対して最も小さい角度で境界面３９に入射するレーザ光は、コア３０とクラッド３１との境界面４３において、その境界面４３の法線４４に対して最も小さい角度で反射しながら伝播して第１出射面２３に到達するレーザ光、換言すれば、境界面４３において臨界角ψ１で反射しながら伝播して、第１出射面２３に到達するレーザ光である。このことから、境界面４３に臨界角ψ１で反射しながら伝播して第１出射面２３に到達し、境界面３９に入射するレーザ光が反射すれば、第１出射面２３に到達したレーザ光が境界面３９において、１度全反射することになる。
【００３４】
レーザ光が、境界面４３において臨界角ψ１で反射し、さらに境界面３９において臨界角ψ０で反射するときの第１出射面２３の頂角θ［ｄｅｇ］は、
ψ１−θ／２ ＝ ψ０ …（３）
で示される。さらに詳しく述べると、光軸Ｃと法線４０との成す角度α１［ｄｅｇ］は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
α１ ＝ ９０−θ／２ …（４）
となる。また、光軸Ｃと平行であり、かつレーザ光の境界面３９への入射点Ｐ１を通る一直線４５と、レーザ光との成す角度α２［ｄｅｇ］は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
α２ ＝ ９０−ψ１ …（５）
となる。さらに、錯角が等しいことから、
α１ ＝ ψ０＋α２ …（６）
となり、式（４）〜式（６）から式（３）が成り立つ。このことから第１出射面２３の頂角を、式（３）を満たす頂角θ以下に選ぶことによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を、境界面３９において１度全反射させることができる。これによって、レーザ光を、第１出射面２３から側方に、たとえば領域Ａ１に出射することができる。なお、第１出射面２３に到達するレーザ光が全透過する条件、すなわちレーザ光が側方へリング状に出射しない条件は、第１出射面２３に到達したレーザ光のうち最も透過し難い光、すなわち光軸Ｃに実質上平行な光が透過する条件となる。この条件を満たすことによって出射ファイバ１２を伝播する光は、側方へリング状に出射されず、全透過して光軸Ｃに出射される。
【００３５】
ここで、外部空間３８は空気で満たされ、コア３０は石英から成り、クラッド３１はＦ（フッ素）添加石英から成るとすると、ｎ０＝１であり、ｎ１＝１．４５８であり、ｎ２＝１．４４３であり、臨界角ψ０＝４３．３０度となり、臨界角ψ１＝８１．７７度となる。このとき、頂角θ＝７６．９４度となり、第１出射面２３の頂角を、７６．９４度以下に選ぶことによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を、境界面３９において１度全反射させることができ、レーザ光を側方に出射することができる。また、第１出射面２３の頂角を９３．４度以上に選定することによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を全透過させることができる。このときには、このレーザ光は、第１出射面２３から側方にリング状に出射されず、この第１出射面２３から光軸Ｃの方向に出射され、出射ファイバ１２の前方への照射のみとなる。
【００３６】
また外部空間３８が水によって満たされているときには、ｎ０＝１．３３であり、臨界角ψ０＝６５．８１度となる。このとき、頂角θ＝３１．９２度となり、第１出射面２３の頂角を、３１．９２度以下に選ぶことによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を、境界面３９において１度全反射させることができ、レーザ光を側方に出射することができる。
【００３７】
また、第２出射面２４は、前述のように球面状であり、第２出射面２４を含む仮想球が、第１出射面２３に、光軸Ｃに関して周方向全周にわたって接するように形成されている。換言すれば、光軸Ｃを含む仮想平面上において、第１および第２出射面２３，２４の境界点Ｐ２における第２出射面２４の接線は、第１出射面２３と一致する。このときの第１および第２出射面２３，２４の境界線を含む光軸Ｃに垂直な断面４６におけるコア３０の面積Ｓ１は、第２出射面２４の曲率半径をｒとし、境界点Ｐ２を通りかつ第２出射面２４に垂直な法線の成す角度をα３［ｄｅｇ］として、
Ｓ１ ＝ π×（ｒ×ｓｉｎα３） …（７）
となる。角度α３は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
α３ ＝ ９０−θ／２ …（８）
である。
【００３８】
出射ファイバ１２のコア３０を伝播することによって導光されるレーザ光は、均一な強度分布を示すとした場合に、第２出射面２４に到達して、この第２出射面２４から外部空間３８に出射されるレーザ光の全体のレーザ光に対する強度比は、コア３０全体の断面積Ｓ０と、第１および第２出射面２３，２４の境界線を含む断面の面積Ｓ１との断面積比Ｓ１／Ｓ０とほぼ等しいと考えられる。コア３０の半径をＲとしたときのコア３０全体の断面積Ｓ０は、
Ｓ０ ＝ π×Ｒ2 …（９）
であり、断面積比Ｓ１／Ｓ０は、
Ｓ１／Ｓ０ ＝ （ｒ×ｓｉｎα３）2／Ｒ2 …（10）
となる。したがって、式１０から、前述の式８の角度α３を得る第１出射面２３の頂角と、コア３０の半径Ｒと、第２出射面２４の曲率半径ｒとによって、第２出射面２４から出射されるレーザ光の強度比を変えることが可能であり、治療部位に対応して、第１出射面２３から出射されるレーザ光と、第２出射面２４から出射されるレーザ光との歯質の蒸散に寄与する頻度などに応じて、第２出射面２４の曲率半径ｒを選択し、第１および第２出射面２３，２４からそれぞれす出射されるレーザ光の強度比を選択し、作業性を向上することができる。
【００３９】
たとえば根管形成においては、第２出射面２４から出射されるレーザ光は、根尖においてのみ必要であり、第２出射面から出射されるレーザ光の強度比は、入射端部に入射されたレーザ光全体の強度の１〜２０％に、好ましくは５〜１５％に選ばれ、一方、第１の出射面２３から径方向にリング状に出射されるレーザ光の強度比は、入射端部に入射されたレーザ光全体の強度の８０〜９９％に、好ましくは８５〜９５％の強度比に選ばれる。このように、軸線方向に出射される第１の光と径方向にリング状に出射される第２の光とは、強度比は大きく異なっているけれども、第２出射面２４から出射される第１の光は、光軸Ｃに向けて前方に集光されるので、その付近において高いエネルギを得ることができ、上記第１の光と上記第２の光のエネルギ密度をほぼ等しくすることができ、出射ファイバ１２の出射端部２２の前方および側方に存在する歯質をほぼ均一に蒸散することができる。
【００４０】
図５は、出射ファイバ１２のコア３０の第２出射面２４付近を拡大して、模式化して示す図である。図５において、第２出射面２４から出射されるレーザ光の集光について考える。レーザ光が、光軸Ｃに対して角度ω１［ｒａｄ］を成して、第２出射面２４におけるコア３０と外部空間３８との境界面３９に入射するとする。このとき、レーザ光の境界面３９への入射点Ｐ１０を通る第２出射面２４の法線５０と、光軸Ｃとの成す角度ω２［ｒａｄ］は、光軸Ｃと垂直な方向の入射点Ｐ１０と光軸Ｃとの距離をｈとして、
ω２ ＝ ｓｉｎ-1（ｈ／ｒ） …（11）
となる。また、境界面３９で屈折して第２出射面２４から出射されるレーザ光の光軸Ｃとの成す角度ω３［ｒａｄ］は、光軸Ｃと平行な方向の入射点Ｐ１０と、出射されるレーザ光および光軸Ｃの交点Ｐ１１との距離をＤ１として、
ω３ ＝ ｔａｎ-1（ｈ／Ｄ１） …（12）
となる。
【００４１】
このとき、境界面３９における法線５０に対するレーザ光の入射角λ１［ｒａｄ］および出射角λ０［ｒａｄ］は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
λ１ ＝ ω２−ω１ …（13）
λ０ ＝ ω２＋ω３ …（14）
である。またｓｉｎλ１×ｎ１＝ｓｉｎλ０×ｎ０であるので、
λ０ ＝ ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎλ１｝ …（15）
となる。式（１３）〜式（１５）からω３は、
ω３ ＝ λ０−ω２
＝ ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎλ１｝−ω２
＝ ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎ（ω２−ω１）｝−ω２
…（16）
となる。さらに式（１１）、式（１２）および式（１６）から距離Ｄ１は、
【００４２】
【数１】
【００４３】
となる。ただし角度ω１，ω２，ω３は、ｒａｄ（ラジアン）である。
【００４４】
また、境界面３９へのレーザ光の入射点Ｐ１０が、第１および第２出射面２３，２４の境界点と一致する場合には、角度ω２，ω１は、
ω２ ＝ α３ …（18）
ω１ ＝ α２ …（19）
となる。これによって、角度ω２は、第１出射面２３においてレーザ光が一度全反射する頂角であって、かつ最も大きな第１出射面２３の頂角θに対して、
ω２ ＝ （π／１８０）×｛９０−（θ／２）｝ …（20）
の関係が成立し、角度ω１は、レーザ光がコア３０とクラッド３１との境界面４３で、臨界角ψ１反射しながら伝播してきたとすると、
ω１ ＝ （π／１８０）×（９０−ψ１） …（21）
となる。これによって、距離Ｄ１は、
【００４５】
【数２】
【００４６】
となる。さらに、光軸Ｃに平行な方向に関して入射点Ｐ１０から第２出射面２４の先端までの距離ΔＬは、
ΔＤ ＝ ｒ−（ｒ×ｃｏｓω２） …（23）
であり、第２出射面２４の先端から交点Ｐ１１までの距離Ｌ１１は、
Ｄ２ ＝ Ｄ１−ΔＤ …（24）
となる。
【００４７】
以上のことから、外部空間３８が空気で満たされ、第１出射面２３の頂角θを７６．９４度とする場合には、
Ｄ２ ＝ １．０１０ｒ−０．６２２ｒ＝０．３８８ｒ …（25）
となり、外部空間３８が水で満たされ、第１出射面２３の頂角θを３１．９２とする場合には、
Ｄ２ ＝ ３．６５３ｒ−０．２７４ｒ＝３．３７９ｒ …（26）
となる。たとえばこのように、第２出射面２４の先端から焦点Ｐ１１までの距離Ｄ２は、第２出射面２４の曲率半径ｒによって表すことができる。
【００４８】
図６は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ１が６０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ１０＝６４度と最も外側の広がり角ｊ１１＝９２度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、広がり角ｊ１２＝７度の略円形状の領域Ａ２に出射された。
【００４９】
図７は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ２が７０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ２０＝８４度と最も外側の広がり角ｊ２１＝１１１度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、広がり角ｊ２２＝８度の略円形状の領域Ａ２に出射された。
【００５０】
図８は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ３が８０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ３０＝１８０度と最も外側の広がり角ｊ３１＝２２７度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、最も内側の広がり角ｊ３２＝１５度と最も外側の広がり角ｊ３３＝２６度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ２に出射された。
【００５１】
図９は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ４が９０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ４０＝１９４度と最も外側の広がり角ｊ４１＝２４０度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、最も内側の広がり角ｊ４２＝１２度と最も外側の広がり角ｊ４３＝２９度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ２に出射された。
【００５２】
図１０は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ５が１００度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１および第２出射面２３，２４から前方に向けて、最も内側の広がり角ｊ５０＝７０度と最も外側の広がり角ｊ５１＝２５度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に単一の光が出射される。このように、第１出射面２３の頂角が９３．４度を越えると出射ファイバ１２の出射端部２２から側方の径方向に第２の光が出射されなくなり、上記出射端部２２から出射される光は出射ファイバ１２の軸線方向前方のみとなる。
【００５３】
図１１は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ６が５４度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１および第２出射面２３，２４から前方に向けて、最も内側の広がり角ｊ６０＝４５度と最も外側の広がり角ｊ６１＝６０度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に単一の光が出射される。このように、第１出射面２３の頂角が６０度より小さいなると出射ファイバ１２の出射端部２２から前方に出射される光が著しく少なくなり、上記出射端部２２から出射される光は出射ファイバ１２の径方向の斜め前方のみとなる。
【００５４】
出射ファイバ１２のコア直径が２００〜６００μｍ程度であるときには、その頂角が同じであれば、第２出射面２４の曲率半径ｒが５〜１００μｍの範囲において図６〜図１１に示すと同様の出射パターンが得られる。
【００５５】
上述したように、出射ファイバ１２の第１出射面２３の頂角が６０〜９３に設定した場合には、その入射端部に入射されたレーザ光は、その出射端部から軸線方向前方に出射される第１の光と径方向にリング状に側方に出射される第２の光を含むようになる。それ故に、後に詳述するとおり、この前方への第１の光と側方への第２の光をレーザ治療用光として積極的に用いることによって、特に歯科治療に分野において、たとえば根管滅菌、歯髄蒸散、根尖治療およびフィシャーシーラント等の治療に適用することができる。この頂角を６０〜９０度に設定した場合には、図６〜図９に示すとおり、出射ファイバ１２の出射端部２２から出射される第２の光は、上記軸線に対して約４５〜９０度の範囲にて径方向に出射され、たとえば根管形成において根管の全周に渡って根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。特に、頂角を７０〜９０度に設定したときには、第２の光がほぼ直角方向に照射されるようになり、これによって歯根壁に直角方向に形成されている象牙細管内にもレーザ光が照射されるようになる。したがって感染根管内の滅菌も完全に行うことができる。この頂角は、レーザ治療に先だってリーマ加工が施される場合には、７０〜８０度に設定するのが望ましい。かく設定することによって、リーマ加工におけるリーマの先端角とほぼ等しくなり、リーマ加工の先端部までレーザ光を照射することができる。さらに、上記頂角を８０〜９０度に設定した場合には、出射端部２２から出射される第１の光は軸線方向にリング状に出射される。それ故に、第１の光がある程度の角度でもって拡がって照射されるので、たとえば根管形成においてリーマの先端部全周に渡ってレーザ光を照射することができる。
【００５６】
このようなプローブ１０が装着されるレーザハンドピース６３を備えるレーザ治療装置６０は、術者がレーザハンドピース６３を把持して、プローブ１０の出射ファイバ１２を、たとえば図１２に示すように根管６５内に挿入し、根管６５に臨む根管壁６６にレーザ光を照射しその根管壁６６の歯質の蒸散など、歯科治療に用いられる。また、根管壁には直角方向に象牙細管１０２が延びているが、この象牙細管１０２にもレーザ光を照射することができ、感染根管内の滅菌も行うことができる。プローブ１０を歯科治療に用いるときに、出射ファイバ１２の出射端部２２の前方に第１の光を、また出射端部２２の側方に第２の光を照射することができ、これら第１および第２の光によって、照射される部位の歯質を蒸散することができる。またプローブ１０を根管壁６５の歯質を蒸散するために用いる場合に、根管挿入長、すなわち出射端２２の突出距離Ｌは、たとえば３ｍｍ以上、一般的に３〜２５ｍｍ、一例としての根管治療のときには１５〜２０ｍｍ程度に選ばれ、出射端部２２が根尖６８付近まで充分挿入できる。つまり根管治療において、充分な根管挿入長を得て、出射端部２２を根尖６８付近まで挿入し、好適に根管治療することができる。このような出射ファイバ１２は、弾性変形可能であり、たとえば根管６５が湾曲していても、その形状に沿って根尖６８まで挿入可能である。また、出射ファイバ１２の挿入を容易にするために、小径のリーマによって下穴をあけることもできる。
【００５７】
たとえば前述のような根管形成においては、根管６５が狭隘であるために、根管口からのレーザ光照射では、蒸散できる範囲に限界が生じてしまうので、プローブ１０の出射ファイバ１２を根管６５内に挿入して、根管壁６６の歯質を蒸散する必要がある。上述したプローブ１０では、レーザ光を出射ファイバ１２の第１出射面２３から第２の光として側方に均一に出射することができるので、根管口から出射ファイバ１２を挿入し、根管６５の延在方向Ｘ１，Ｘ２に移動しながらレーザ光を照射して、根管６５の全周にわたって、根管口付近から根尖６８付近にわたって、根管壁６６の歯質を蒸散することができる。しかも第２出射面２４からも第１の光として前方に出射することができるので、根尖６８においても、根管壁６６の歯質を蒸散することができる。このように出射ファイバ１２の出射端部２２の向きを容易に選択することが困難な狭隘な根管６５に臨む根管壁６６の治療においても、その根管６５内に出射ファイバ１２を挿入して、所望のとおりに治療することが可能である。
【００５８】
また、図８、図９に示すように第１出射面２３から半径方向に出射される領域Ａ１の出射方向が出射端部２２より後方に向くような出射ファイバ１２を使用した場合には、根尖部から根管入口に向かって引き上げるように出射端部２２を移動させることにより、レーザ光照射で発生した歯質、歯髄組織の蒸散粉を根管入口より外部に排出することができる。また、レーザ光と注水の組み合わせにより根管内での水へのレーザ光吸収によって、そこでキャビテーション効果が発生し、これにより根管内の蒸散粉除去、清掃をも行うことができる。
【００５９】
このようにレーザ光を用いて歯科治療することによって、歯質を蒸散して感染源等を除去することができるとともに、滅菌処理することができる。さらに、根尖においても好適に、歯質の蒸散および滅菌処理を行うことができる。また、このようにレーザ光を用いて治療を行うことによって、根尖性歯周炎等の発症を防ぐこともできる。
【００６０】
従来の根尖部リーマ処理では、歯根根尖部を穿孔してしまうおそれがあり、穿孔した場合に炎症等いろいろな障害を引き起こすおそれがある。これに対しレーザ照射治療の場合、仮に根尖部をレーザで穿孔したとしても根尖穿孔部の表層が薄層で変性して滅菌状態で蒸散するだけであり、リーマ等による組織の引っかきまわし等の損傷は生じない。したがってこの点においても極めて安全である。
【００６１】
出射ファイバ１２の出射端部２２の第１出射面２３は円錐状となっており、このように形成することによって、レーザ光を、第１出射面２３から光軸Ｃに関して周方向に、均一または実質上均一な強度分布で、側方に出射することができる。したがって、出射ファイバ１２の出射端部２２からほぼ等距離にある歯質を均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、たとえば、略円柱状の空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６２】
また、第２出射面２４を球面状に形成することによって、前述のように、レーザ光を、第２出射面２４から集光させて出射することができる。したがって、前述のように第２出射面２４から出射されるレーザ光の強度比が小さくても照射部位においては、強度を高くすることができる。したがって、たとえば根管形成において、主として根尖６８に臨む歯質を蒸散するために必要とされる前方へ出射されるレーザ光の強度比を小さくして、レーザ光を有効に利用し、迅速かつ有効的な治療をすることができるとともに、前方へも歯質を蒸散できる充分な強度で出射することができる。また、集光させることによって、その光束の径を小さくすることができ、たとえば根尖孔６９などの微細な径の空間に臨む歯質を、好適に蒸散することができる。さらに、第２出射面２４を球面状にすることによって、出射ファイバ１２の先端がたとえば患者の軟組織に接触しても、その軟組織が損傷することがなく、また出射ファイバ１２の先端を患者の硬組織に接触させた状態で、出射ファイバ１２を容易に移動することができる。
【００６３】
出射ファイバ１２の外周部には、導電性の材料から成る電極３４が設けられ、この電極３４を、対となる接触端子間に流れる電流を測定することによって、その一対の電極間の電気抵抗を求め、これによって根管長を測定する測定器７１の根管用電極として利用することができる。したがって、図１に示すように、別途に準備される他方の口腔内電極７０を口腔内の所定部位、たとえば唇に接触させ、出射ファイバ１２を根管６５内に挿入して、根管側電極３４と口腔内電極７０との間の、根尖６８を介した抵抗値を測定することによって、出射ファイバ１２の出射端部２２の根管６５内の位置を検出することができる。したがって、蒸散が必要な部位の歯質を、過不足なく蒸散することができ、迅速かつ容易に、適確に治療することができる。しかも、根管用電極３４は、出射ファイバ１２の周方向全周にわたって設けられ、根管用電極３４と口腔内電極７０との口腔内の組織による電気的導通状態を容易に得ることができる。したがって、出射ファイバ１２の出射端２２の位置を容易に検出しながら、治療することができる。
【００６４】
図１３は本発明の実施の他の形態の出射ファイバ１２ａのコア３０ａを簡略化して示す斜視図であり、図１４は図１２の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから見た断面図である。上述の形態と対応する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本形態の出射ファイバ１２ａのコア３０ａの第１出射面２３は、光軸Ｃに垂直な断面形状が楕円形となる楕円錐状に形成されている。これによって、側方にリング状に出射される第２の光は、第１出射面２３から光軸Ｃに関して周方向に、約９０度毎に強弱が現れる不均一な強度分布で出射される。たとえば図１４においては、上下方向に比較的強く、かつ左右方向に比較的弱い強度分布で、レーザ光を出射することができる。したがって、出射ファイバ１２ａの出射端２２からの距離が約９０度毎に大小に変化するような部位にある歯質を均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、たとえば、根管６５のように、断面形状が略楕円柱状の空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６５】
図１５は本発明の実施の他の形態の出射ファイバ１２ｂのコア３０ｂを簡略化して示す斜視図であり、図１６は図１４の切断面線ＸＶＩ−ＸＶＩから見た断面図である。上述の形態と対応する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本形態の出射ファイバ１２ｂのコア３０ｂの第１出射面２３は、光軸Ｃに垂直な断面形状が正方形となる正四角錐状に形成されている。これによって、側方にリング状に出射される第２の光は、第１出射面２３から光軸Ｃに関して周方向に、約４５度毎に強弱が現れる不均一な強度分布で出射される。たとえば、図１７においては、上下方向および左右方向に比較的強く、かつ上下方向から時計まわりおよび反時計まわり約４５度それぞれ角変位した各斜め方向に比較的弱い強度分布で、レーザ光を出射することができる。したがって、出射ファイバ１２ｂの出射端部２２からの距離が約４５度毎に大小に変化するような部位にある歯質を均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができる。
【００６６】
第１出射面２３の形状は正四角錐状である必要はなく、光軸Ｃに垂直な断面形状が正多角形状である他の正多角錐状であってもよく、さらに光軸Ｃに垂直な断面形状が歪な多角形状である他の多角錐状であってもよい。出射ファイバ１２の出射端部２２からの距離が周方向に変化するような部位の歯質を蒸散する場合に、その距離の変化に対応した略多角錐状に選ぶことによって、そのような部位にある歯質を、均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、空間の形状に対応して、その空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６７】
図１７は本発明の実施のさらに他の形態の出射ファイバ１２ｃのコア３０ｃを簡略化して示す正面図である。上述の形態と対応する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本形態の出射ファイバ１２ｃのコア３０ｃの第１出射面２３は、光軸Ｃと角度βを成す軸線８０に垂直な断面形状が円形となるように、光軸Ｃから傾斜した軸線８０を有する偏心した円錐状に形成される。これによって、光軸Ｃから傾斜した軸線まわりに周方向に、たとえば図１３に示す側方Ｙ１，Ｙ２に出射することができる。したがって、空間の入口から先端部に向かうにつれて、空間の軸線から離反するように傾斜する壁面の歯質を、容易に蒸散することができる。
【００６８】
このように光軸Ｃから偏心した第１出射面２３の形状は円錐状である必要はなく、軸線８０に垂直な断面形状が楕円状である偏心した楕円錐状であってもよく、軸線８０に垂直な断面形状が正多角形状である偏心した正多角錐台状であってもよく、さらに軸線８０に垂直な断面形状が歪な多角形状である他の多角錐状であってもよい。これによって、治療部位の臨む空間に対応して、第１出射面２３をテーパ状に形成し、そのような部位にある歯質を、均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、空間の形状に対応して、その空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６９】
また、第１出射面２３だけではなく、第２出射面２４の形状についても、治療部位に対応して、選んでもよく、たとえば光軸Ｃに垂直な平面状であってもよく、光軸Ｃに垂直な面から傾斜した平面状であってもよく、他の曲面状であってもよい。さらに、上述した形態は一例にすぎず、たとえば第１および第２出射面２３，２４の形状、あるいは出射ファイバ１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃの材質、構成および寸法などは、治療部位に対応して適宜選択することができる。また、Ｅｒ−ＹＡＧレーザに限定されることなく、ＨＯ−ＹＡＧ（Holonium Yttrium Aluminium Garnet：ホロニウム イットリウム アルミニウム ガーネット）レーザ等を用いることもできる。なお、歯髄腔のように狭小な空間でレーザ光照射を行うとこの歯髄腔内での温度上昇が問題となる可能性があるが、Ｅｒ−ＹＡＧレーザを用いた場合には、このような温度上昇の問題が解消される。これは、Ｅｒ−ＹＡＧレーザを照射した場合には、レーザ光のＨ2Ｏ、ＯＨ基への吸収とその蒸散によって組織破壊が起こることから、組織に吸収されて温度上昇した部分が破壊粉とともに飛散され、組織側に残留する熱が非常に少なくなるためである。また、このような温度上昇は、水単独または水と空気の混合物を霧化状態で噴射することによっても著しく抑えることができる。
【００７０】
また、出射ファイバ１２として、コア３０とクラッド３１との間にクラッド３１の屈折率よりも低い屈折率を有する中間層を有し、コア３０は、中心部の屈折率が周囲の屈折率よりも低い屈折率分布を有し、クラッド３１の屈折率がコア３０の中心部の屈折率よりも低く、コア３０と中間層との界面および中間層とクラッド３１との界面において、屈折率が急峻に変化する屈折率分布を有する光ファイバを用いてもよい。このように、中心部の屈折率がその周囲の屈折率よりも低い屈折率分布を有するようなコア３０にレーザ光を入射させたとき、出射されるレーザ光のエネルギ密度分布はコア３０の半径方向で実質上均一になる。したがって、コア３０全面に対応する範囲における出射ファイバ１２を通過して出射されるレーザ光のエネルギ密度分布を限りなく均一化することができる。このような出射ファイバ１２の出射端部２２では、エネルギの光軸Ｃ近傍への局部集中が生じない。また、光ファイバの出射端部２２、すなわち出射面２３，２４に生体硬組織成分が付着したときにも出射ファイバ１２の出射端部２２全体が実質上均一に発熱して損耗する。したがって、このレーザ治療装置で生体硬組織の蒸散を行うとき、出射ファイバ１２の出射端部２２に生体硬組織成分が付着しても、出射ファイバ１２の出射端部２２の中央部から凹状の剥離損耗が生じることを防止することができる。また損傷が生じた出射ファイバ１２の出射端部２２においても、出射ファイバ１２の出射面２３，２４の全面にわたって実質上均一に損傷が生じるので、出射ファイバ１２の出射面２３，２４の局部的な発熱に起因する蒸散能力の低下を防ぐことができる。
【００７１】
また、出射ファイバ１２は、コア３０とクラッド３１との間に中間層を有する３層構造を有する。クラッド３１の屈折率はコア３０の中心部の屈折率よりも低く、中間層の屈折率はクラッド３１の屈折率よりも低い。出射ファイバ１２全体の屈折率分布は、コア３０と中間層との境界面および中間層とクラッド３１との境界面において、屈折率が急峻に変化する。生体硬組織の治療のためのレーザ治療装置に用いられるレーザ光は、出射ファイバ１２の出射端部２２に至るとき、コア３０の断面の半径方向のエネルギ密度分布が均一であることが好ましい。コア３０とクラッド３１との間に中間層を介在させると、中間層との境界部分に対応する位置において、出射ファイバ１２のコア３０通過後のレーザ光のエネルギ密度が急峻に変化する。ゆえに、中間層およびクラッド３１に対応する部分にエネルギが漏れることを防止することができる。したがって、出射ファイバ１２の出射端部２２から出力されるレーザ光のエネルギの損失が少なくなるので、出射ファイバ１２のコア３０に入射するレーザ光のエネルギレベルを、損失がなくなった分だけ小さくすることができる。
【００７２】
上述の形態において、根管形成を例として説明したけれども、歯科領域における膿瘍治療すなわち根尖歯周に溜まった膿を除去する治療および断髄、耳鼻科治療領域における花粉症などの狭空間内での壁面への照射、内視鏡下治療領域における結石破壊などの治療に用いることもできる。また、その他の骨および軟骨の蒸散や血管内の血栓の除去や消化器官内での軟組織の切開蒸散等に用いることができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、球面状の第２出射面２４から出射ファイバの軸線方向に出射される第１の光と、円錐状の第１出射面２３から出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射される第２の光を含んでいる。第２出射面２４は、第１出射面２３に連なって出射端部の先端部で前述のように球面状に形成される。したがって、たとえば歯科治療において、ハンドピース本体を把持して出射ファイバの出射端部をたとえば根管に挿入することによって、出射端部の前方および側方に位置する部位の歯質を蒸散することができる。たとえば、歯科治療における根管形成では、第１の光が出射ファイバの軸線方向に出射されるので、この第１の光によって根尖の根管壁歯質、歯髄まで蒸散することができる。また、第２の光が、出射ファイバの径方向にリング状に出射されるので、根管内にプローブを挿入するのみで根管口付近から根尖付近まで根管の全周に渡って根管壁歯質を蒸散することができる。さらに、根管には象牙細管が形成され、この象牙細管が根管に対してほぼ直角方向に延びているが、第２の光を出射ファイバの径方向にリング状に出射するようにすることによって、象牙細管をも照射することができ、その滅菌を行うことができる。
円錐状第１出射面２３には、球面状第２出射面２４が周方向全周にわたって接しており、第１出射面２３の頂角と、コア３０の半径Ｒと、第２出射面２４の曲率半径ｒとを、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち１〜２０％の光が第１の光として、また８０〜９９％の光が第２の光として出射されるように選択するので、第１の光および第２の光のエネルギ密度が大きく異なることはなく、第１の光と第２の光のエネルギ密度をほぼ等しくすることができ、たとえば歯科治療にいて出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質をほぼ均一に蒸散することができる。
【００７４】
出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９３度であるので、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、その軸線方向に出射される第１の光とその径方向に出射される第２の光を含み、たとえば上述した歯科治療に好適に用いることができる。
【００７５】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９０度であるので、出射端部から出射される第２の光は、軸線方向に対して斜め前方からほぼ垂直な範囲内にて径方向に出射され、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができ、さらに象牙細管も照射することができる。
【００７６】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部の頂角が７０〜８０度であるので、出射端部からの第１の光は軸線方向に出射され、また第２の光は上記軸線方向に対してほぼ垂直な径方向にリング状に出射される。さらに、リーマ加工に用いるリーマの先端角度が約７０度であるので、この角度とほぼ同等であり、リーマ加工の先端までレーザ光を照射することができる。
【００７７】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部からから出射される第２の光はその軸線に対してほぼ垂直な径方向に出射されるので、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。
【００７８】
また本発明のレーザハンドピースによれば、ファイバプローブの出射端部から出射される第１の光は、その軸線方向にリング状に出射されるので、たとえば歯科治療の根管形成においてリーマの先端部全周に渡ってレーザ光を照射することができる。
【００８０】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち５〜１５％の光が第１の光として、また８５〜９５％の光が第２の光として出射されるので、第１の光および第２の光のエネルギ密度がほぼ等しくなり、たとえば歯科治療にいて出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質を実質上均一に蒸散することができる。
【００８１】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの外周部に電極が設けられているので、この電極を電気抵抗を測定する測定器の一方の接触端子として利用することができる。したがって、別途に準備される他方の接触端子を口腔内の所定部位に接触させ、出射ファイバを根管内に挿入してこの電極と他方の接触端子との間の根尖を介する抵抗値を測定することによって、出射ファイバの出射端部の根管内の位置を検出することができる。
【００８２】
また本発明のレーザハンドピースによれば、外径が１００〜２０００μｍである出射ファイバを備えたレーザプローブは、歯科治療に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うレーザハンドピースの一実施形態を備えたレーザ治療装置の構成を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１のレーザハンドピースのレーザプローブを、一部を切欠いて示す正面図である。
【図３】図２のレーザプローブの出射ファイバの出射端部を拡大して示す断面図である。
【図４】出射ファイバのコアの第１および第２出射面２３，２４およびそれらの近傍を拡大し、模式化して示す拡大図である。
【図５】出射ファイバのコアの第２出射面２４およびその近傍をを拡大し、模式化して示す拡大図である。
【図６】出射ファイバの出射端部の頂角が６０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図７】出射ファイバの出射端部の頂角が７０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図８】出射ファイバの出射端部の頂角が８０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図９】出射ファイバの出射端部の頂角が９０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図１０】出射ファイバの出射端部の頂角が１００度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図１１】出射ファイバの出射端部の頂角が５４度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図１２】根管６５内に出射ファイバを挿入した状態を示す断面図である。
【図１３】出射ファイバの他の形態におけるコアを示す斜視図である。
【図１４】図１３の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから見た断面図である。
【図１５】出射ファイバのさらに他の形態におけるコアを示す斜視図である。
【図１６】図１４の切断面線ＸＶＩ−ＸＶＩから見た断面図である。
【図１７】出射ファイバのさらに他の形態におけるコアを示す正面図である。
【符号の説明】
１０ レーザプローブ
１１ プローブ本体
１２ 出射ファイバ
１３ ハンドピース本体
２２ 出射端部
２３ 第１出射面
２４ 第２出射面
３０ コア
３１ クラッド
３２，３３ ジャケット
３４ 電極
６０ レーザ治療装置
６３ ハンドピース
６５ 根管
６８ 根尖
【発明が属する技術分野】
本発明は、術者が把持して歯科治療等の治療に用いるレーザハンドピースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科治療においては、たとえば根管形成のように、リーマを回転させながら根管内に挿入して根管壁歯質を研削する等の歯質の一部を研削する治療が行われている。根管形成は、たとえば象牙細管に侵入した感染源等の除去を目的としており、根管壁歯質を周方向に一定の厚さで除去する必要がある。一般に、この根管は、断面形状が略長楕円形状である。それ故に、リーマでもって円形状に研削した場合には、研削する必要のない正常な歯質まで研削してしまうことになる。また、リーマを用いた治療では、（１）麻酔、（２）髄腔開拡、（３）抜髄、（４）数種類のリーマによる根管拡大、（５）ファインリーマによる根管先端処理、（６）消毒、（７）乾燥および（８）ガタパーチャー封鎖等の処理治療を行わなければならず、その治療が難しくまたその治療に時間を要する問題がある。このようなリーマを用いた治療は、近年、根管長測定等との併用により治療自体大きく進歩しているが、基本的にリーマを用いて研削する点については全く進歩していない。特に、根管形成治療にあっては、術者が目視しながら治療することができず、歯科治療の中でも不安定な要素を持っており、困難な治療の一つとなっている。
【０００３】
このような観点から、最近、歯科治療において、レーザ光を利用したレーザ治療が開発されだしてきている。レーザ光による治療では、レーザハンドピースが用いられ、レーザハンドピースは、ハンドピース本体とハンドピース本体に装着されたレーザプローブから構成され、レーザ光発生源からのレーザ光がレーザプローブの出射端部から出射される。レーザ光による治療では、レーザ光を照射することによる歯質および軟組織（歯肉、歯髄等を含む）の蒸散処理および滅菌処置を行うことができる。
【０００４】
歯科治療以外にもレーザ光を用いた治療が知られている。この治療の一つとして、たとえば花粉症治療が存在し、炭酸ガス等のレーザ光を鼻腔内表層に照射して蒸散、凝固するものでる。このような花粉症治療では、レーザ光の照射方向を誤ると正常な組織を破壊するため、その照射方向によっては大きい危険性を含んでいる。
【０００５】
このようなレーザ治療に用いるレーザプローブとして、たとえば、特公平４−５４４６０号公報に示されたものが存在する。このレーザプローブは、たとえば過失事故によって切断された血管を短時間で吻合するために、各切断口を相互に突き当てて、その突き当てた部分に血管内部から環状のレーザ光を照射するものである。このようにレーザ光を照射するために、レーザプローブの出射端部は円錐形状になっている。この出射端部の一方の斜壁面で全反射したレーザ光は、対称位置の他方の斜壁面を通って放射され、レーザ光を輪帯状に照射することができ、これによって、一回の照射操作によって血管の突き当て部分の吻合が可能となる。
【０００６】
また、公知のレーザメスとして、たとえば、特公昭６１−４０４１９号公報に開示されたものが存在する。このレーザメスにおいては、レーザ光を出射する出射端部は円錐形状に形成され、この出射端部の先端が小径かつ平坦な面を有している。上記出射端部を上述したように構成することによって、レーザメスの出射端部から出射されるレーザ光は、その先端面から集中して軸線方向に出射され、この直線状に出射されるレーザ光が生体組織の蒸散に用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平４−５４４６０号公報に開示されたレーザプローブは、切断された血管の吻合を目的としているので、レーザプローブの出射端部から出射されるレーザ光は側方に向けてリング状に出射されるのみであり、その軸線方向前方へは実質上出射されていない。仮に、レーザプローブの出射端部から軸線方向前方にレーザ光が出射されるとすれば、血管の付き当て部分以外の正常な部分にレーザ光が照射され、正常な部分にレーザ照射による悪影響が生じる。それ故に、このレーザプローブは、出射端部から前方にレーザ光を出射することは全く意図されていない。
【０００８】
また、特公昭６１−４０４１９号公報に開示されたレーザメスは、ファイバプローブを用いたものではなく、小さい空間に挿入しての治療、たとえば歯科治療等に用いることができない。加えて、レーザメスであるが故に、その出射端部から出射されるレーザ光は、軸線方向前方に照射するのを意図し、出射端部の側方にリング状に照射することを全く意図してない。
【０００９】
歯科治療においては、根管は狭隘な空間に臨む部位の歯質を蒸散しなければならない。たとえば、歯科治療の根管形成においては、レーザプローブを根管内に挿入したとき、レーザプローブの出射端部は、根尖に真っすぐ臨んだ状態となる。それ故に、たとえば特公平４−５４４６０号公報に開示されているように、レーザプローブの出射端部から側方にリング状にレーザ光を出射する場合には、根尖の根管壁歯質および根尖先端の根尖孔内の歯髄にレーザ光を照射することができず、したがってこの根尖の根管壁歯質および根尖孔内の歯髄を蒸散することがきない。また、特公昭６１−４０４１９号公報に開示されているように、レーザプローブの出射端部から軸線方向前方にレーザ光を照射する場合には、根尖の根管壁歯質および根尖孔内の歯髄を蒸散することはできるが、根管の全周に渡って蒸散をすることができない。かくのとおりであるので、歯科治療の分野では、根管壁歯質を根管口から根尖孔まで所要のとおりに蒸散させることができるファイバプローブを備えたレーザハンドピースの出現が強く望まれていた。
【００１０】
本発明の目的は、狭隘な部位を所要のとおりに蒸散することができ、歯科治療に好適に用いることができる医療用レーザハンドピースを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドピース本体と、このハンドピース本体に装着されたレーザプローブとから構成され、該レーザプローブが出射ファイバを備え、レーザ光発生源から発振されたレーザ光が前記出射ファイバの出射端部から出射される医療用レーザハンドピースにおいて、
前記出射ファイバは、
コア（３０）と、
そのコア（３０）を覆うクラッド（３１）とを有し、
前記出射ファイバの出射端部は、
円錐状に形成される第１出射面（２３）と、
この第１出射面（２３）に周方向全周にわたって接して出射端部の先端部で球面状に形成される第２出射面（２４）とを有し、
前記出射ファイバの出射端部の頂角は６０〜９３度であり、
前記出射端部から出射されるレーザ光は、第２出射面（２４）から前記出射ファイバの軸線方向に出射される第１の光と、第１出射面（２３）から前記出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射される第２の光とを含んでおり、
ｎ０を、外部空間（３８）の屈折率とし、
ｎ１を、コア（３０）の屈折率とし、
ｎ２を、クラッド（３１）の屈折率とし、
ψ０を、第１出射面（２３）におけるコア（３０）と外部空間（３８）との境界面（３９）において、レーザ光が入射する臨界角とし、
ψ１を、レーザ光が伝播するコア（３０）とクラッド（３１）との境界面（４３）における臨界角とするとき、
ｓｉｎψ０ ＝ ｎ０／ｎ１、
ｓｉｎψ１ ＝ ｎ２／ｎ１
であり、
第１出射面（２３）の頂角を、
ψ１−θ／２ ＝ ψ０
を満たす頂角θ以下に選び、
第１出射面（２３）の頂角と、コア（３０）の半径Ｒと、第２出射面（２４）の曲率半径ｒとを、前記出射ファイバに入射されるレーザ光のうち１〜２０％の光が前記第１の光として前記出射端部から出射され、上記レーザ光のうち８０〜９９％の光が前記第２の光として前記出射端部から出射されるように選択することを特徴とする医療用レーザハンドピースである。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、出射ファイバの軸線方向に出射される第１の光と出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射される第２の光を含んでいる。レーザ光は、コア３０とクラッド３１との境界面４３で全反射しつつ出射ファイバ内で導かれ、この導かれたレーザ光の一部は、円錐状第１出射面２３に到達して、外部空間３８との境界面３９で全反射し、その後、第１出射面２３から外側方に第２の光としてリング状に出射され、レーザ光の残部は、球面状第２出射面２４からコア３０の軸線に沿って前方に出射される。したがって、たとえば歯科治療において、ハンドピース本体を把持して出射ファイバの出射端部をたとえば根管に挿入することによって、出射端部の前方および側方に位置する部位の歯質を蒸散することができる。たとえば、歯科治療における根管形成では、第１の光が出射ファイバの軸線方向に出射されるので、この第１の光によって根尖の根管壁歯質および根尖孔内の歯髄まで蒸散することができる。また、第２の光が、出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射されるので、根管内にプローブを挿入するのみで根管口付近から根尖付近まで根管の全周に渡って根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。これによって、根管拡大と同様に、第２の光によって歯髄を蒸散することができ、抜髄にも応用することができる。さらに、根管には象牙細管が形成され、この象牙細管が根管に対してほぼ直角方向に延びているが、第２の光を出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射するようにすることによって、象牙細管の内部までをも照射することができ、その滅菌を行うことができる。
第１出射面２３の頂角と、コア３０の半径Ｒと、第２出射面２４の曲率半径ｒとを選択して、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち１〜２０％の光が第１の光として、また８０〜９９％の光が第２の光として出射されるので、第１の光および第２の光のエネルギ密度が大きく異なることはなく、たとえば歯科治療において出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質をほぼ均一に蒸散することができる。
【００１２】
出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９３度であるので、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、その軸線方向に出射される第１の光とその径方向に出射される第２の光を含み、たとえば上述した歯科治療に好適に用いることができる。
【００１３】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部の頂角は６０〜９０度であることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９０度であるので、出射端部から出射される第２の光は、軸線方向に対して斜め前方からほぼ垂直な範囲内にて径方向に出射され、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができ、さらに象牙細管も照射することができる。
【００１４】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部の頂角は７０〜８０度であることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部の頂角が７０〜８０度であるので、出射端部からの第１の光は軸線方向に出射され、また第２の光は上記軸線方向に対してほぼ垂直な径方向にリング状に出射される。さらに、リーマ加工に用いるリーマの先端角度が約７０度であるので、この角度とほぼ同等であり、リーマ加工の先端までレーザ光を照射することができる。
【００１５】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部から出射される前記第２の光は、前記出射ファイバの軸線に対してほぼ垂直な径方向に出射されることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの出射端部からから出射される第２の光はその軸線に対してほぼ垂直な径方向に出射されるので、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。
【００１６】
また本発明は、前記出射ファイバの出射端部から出射される前記第１の光は、前記出射ファイバの軸線方向にリング状に出射されることを特徴とする。
本発明に従えば、ファイバプローブの出射端部から出射される第１の光は、その軸線方向にリング状に出射されるので、たとえば歯科治療の根管形成においてリーマの先端部全周に渡ってレーザ光を照射することができる。
【００１８】
また本発明は、前記出射ファイバに入射されるレーザ光のうち５〜１５％の光が前記第１の光として前記出射端部から出射され、上記レーザ光のうち８５〜９５％の光が前記第２の光として前記出射端部から出射されることを特徴とする。本発明に従えば、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち５〜１５％の光が第１の光として、また８５〜９５％の光が第２の光として出射されるので、第１の光および第２の光のエネルギ密度がほぼ等しくなり、たとえば歯科治療にいて出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質を実質上均一に蒸散することができる。
【００１９】
また本発明は、前記出射ファイバは、外周部に導電性材料から成る電極が設けられることを特徴とする。
本発明に従えば、出射ファイバの外周部に電極が設けられているので、この電極を電気抵抗を測定する測定器の一方の接触端子として利用することができる。したがって、別途に準備される他方の接触端子を口腔内の所定部位に接触させ、出射ファイバを根管内に挿入してこの電極と他方の接触端子との間の根尖を介する抵抗値を測定することによって、出射ファイバの出射端部の根管内の位置を検出することができる。
【００２０】
さらに本発明は、前記出射ファイバプは、外径が１００〜２０００μｍであり、レーザプローブは歯科治療用プローブであることを特徴とする。
本発明に従えば、外径が１００〜２０００μｍである出射ファイバを備えたレーザプローブは、歯科治療に好適に用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に従う医療用レーザハンドピースの一実施形態を備えたレーザ治療装置を簡略的に示す簡略図である。なお、この実施形態では、レーザハンドピースを歯科治療用のものに適用して説明する。図１において、図示のレーザ治療装置６０は、基本的に、レーザ光発生源６１と、導光路６２と、レーザハンドピース６３とによって構成される。レーザ光発生源６１は、波長が２．０μｍ〜４．０μｍ、出射エネルギが１ｍＪ〜２５００ｍＪ、パルス幅が１ｎ秒〜９ｍ秒およびパルス周期が１ｐｐｓ〜２００ｐｐｓのパルスレーザ光を発振することができ、このようなレーザ光は、導光路６２を介してレーザハンドピース６３に導かれる。
【００２２】
このレーザハンドピース６３は、ハンドピース本体１３とファイバプローブ１０とから成り、ハンドピース本体１３の先端部にプローブ１０が着脱可能に装着されている。ファイバプローブ１０をハンドピース本体１３に装着すると、導光路６２と出射ファイバ１２とは、光学的に連結され、レーザ発振源６１から導光路６２を通してハンドピース６３に導かれたレーザ光は、プローブ１０の出射ファイバ１２の入射端部から入射され、出射ファイバ１２を通してその出射端部２２にまで伝播し、その出射端部２２から後述する如くして出射される。
【００２３】
レーザ発振源６１から発振されるレーザ光は、生体組織内のＨ2ＯおよびＯＨ基に吸収されやすく、レーザ光を照射することによって、Ｈ2Ｏ，ＯＨ基への吸収蒸散により照射部位の生体組織が瞬間的に組織破壊される。このようなレーザ光を用いた治療では、レーザ麻酔、パルス幅等の間隔から患者はほとんど痛感しない状態で所定の治療を行うことができる。また、Ｈ2Ｏ，ＯＨ基蒸散時の温度および菌が保有するＨ2Ｏ，ＯＨ基への吸収による菌破壊によって、滅菌処理が可能であるので、滅菌処理のための薬液の使用量を著しく少なく、または実質上無くすことができ、滅菌処理のための治療に要する時間を少なく、または実質上無くすことができる。
【００２４】
次に、図２を参照してレーザプローブ１０について説明すると、図示のレーザプローブ１０は、基本的に、プローブ本体１１と、プローブ本体１１に保持される出射ファイバ１２から構成されている。このプローブ１０は、ハンドピース本体１３に着脱可能に装着され、施す治療によって複数種のものと交換して用いられる。
【００２５】
プローブ本体１１は、ハンドピース本体１３に装着される装着部１４と、装着部１４から同軸に円弧状に延出する内筒管１５および外筒管１６とを有し、内筒管１５内に出射ファイバ１２が挿通され、その出射ファイバ１２を保持する。装着部１４には、連絡流路１７，１８がそれぞれ形成されている。ファイバ１２と内筒管１５との間には、空隙１９が形成され、この空隙１９は、連絡流路１７に連通している。また、内筒管１５と外筒管１６との間には、空隙２０が形成され、この空隙２０は、連絡流路１８と連通している。このような各空隙１９，２０は、内筒管１５および外筒管１６の先端部でそれぞれ開口している。片方の連通流路１７は空気供給源（図示せず）に連通され、空気供給源からの空気が連通流路１７および環状空隙１９を通してレーザ照射部位に向けて噴射される。また、他方の連通流路１８は水供給源（図示せず）に連通され、水供給源からの水が連通流路１８および環状空隙２０を通してレーザ照射部位に向けて噴射される。なお、これとは逆に、空隙１９を通して水を送給し、空隙２０を通して空気を送給するようにしてもよい。このようにレーザ照射部位に空気および水を混合して霧状にして、または治療によっては空気または水を個別に噴射することによって、歯質の蒸散を促進することができる。これは、水を単独で、または空気と混合して霧状にして噴射することによって、レーザ波長のＨ2Ｏ，ＯＨ基への吸収特性を増大させることができ、またＨ2Ｏ，ＯＨ基吸収蒸散時の発熱を冷却することができ、さらに組織破壊粉の清掃を行うことができるからである。
【００２６】
出射ファイバ１２は、図示しない入射端部が装着部１４内に位置するように保持され、出射端部２２が内筒管１５の先端部から突出するように、内筒管１５の先端部における軸線に沿って直線状に内筒管１５から延出している。出射端部２２の突出距離Ｌは、たとえば３〜２５ｍｍ程度に１０ｍｍ以上に選ばれ、施す治療によって適宜設定することができる。この出射端部２２は、先細の円錐状に形成される第１の部分とこの第１の部分の先端部に設けられた第２の部分から構成され、上記第１の部分は円錐状の第１出射面２３を規定し、第２の部分は、第１出射面２３に連なって円錐状先端部に形成される第２出射面２４を規定する。このような出射ファイバ１２は、レーザ光が入射端部から入射され、この入射されたレーザ光を出射端部２２の第１および第２出射面２３，２４から後述する如く出射する。
【００２７】
図３は、出射ファイバ１２の出射端部２２およびその近傍を拡大して示す断面図である。図３を参照して、出射ファイバ１２は、中心部のコア３０と、コア３０の外周に設けられたクラッド３１と、クラッド３１の外周に設けられた第１ジャケット３２と、第１のジャケット３２の外周に設けられた第２ジャケット３３と、第２ジャケット３３の外周に設けられた電極３４とを有する。円筒状のコア３０の外周面を全周にわたって覆ってクラッド３１が設けれ、このクラッド３１の外周面を全周にわたって覆って第１ジャケット３２が設けられ、この第１ジャケット３２の外周面を全周にわたって覆って第２ジャケット３３が設けられ、さらに第２ジャケット３３の外周面上に全周にわたって電極３４が設けられている。なお、電極３４は第２ジャケットの外周の一部に線状または帯状に設けるようにしてもよい。また、第２ジャケット３３を導電性の材料から形成した場合には、電極３４は省略することができ、この場合には第１ジャケット３２も省略することができる。
【００２８】
出射ファイバ１２は、出射ファイバ１２の出射端部２２を狭隘な空間に挿入することができるように、その外径がたとえば１００〜２０００μｍに選定される。本実施形態では歯科治療に好都合なように、コア３０の外径が約２００μｍに設定さ、出射ファイバ１２の外径が約３００μｍに設定されている。コア３０は、たとえば石英ガラスから成り、クラッド３１は、コア３０と屈折率の異なるたとえば硝材から成る。第１ジャケット３２は、たとえばシリコン樹脂などの高分子材料から成り、第２ジャケット３３は、出射ファイバ１２の破損を防止するために金属材料、たとえばアルミニウムから成る。この第２ジャケット３３は、テフロン等の高分子材料から形成することもできる。電極３４は、第２ジャケット３３の外周面に金メッキすることによって形成されている。なお、金メッキに代えて、その他の導電性材料の膜または線でもよい。この実施形態の出射ファイバ１２は、このような５層構造に形成されているが、上述したように出射ファイバ１２は３〜５層構造から形成することができる。これらの５層構造の出射ファイバ１２は、コア３０、クラッド３１、第１および第２ジャケット３２，３３ならびに電極３４を含んで、その先端部が円錐状に形成され、たとえば根管などの狭隘な空間への挿入時に引っ掛かったりすることがなく、歯髄等への挿入も容易である。この形態では、出射ファイバ１２に電極３４を設けることに関連してジャケットが２層構造に構成されているが、電極３４を設けない場合には、出射ファイバ１２は、コア３０、クラッド３１および第１のジャケット３２からなる３層構造のものとすることができる。なお、この種の出射ファイバ１２では、第１ジャケット３２は必ずしも必要なものではなく、この第１ジャケット３２を省略することもできる。
【００２９】
このような出射ファイバ１２は、入射端部から入射された、たとえば波長２．９４μｍのＥｒ−ＹＡＧ（ Erbium Yttrium Aluminium Garnet：エルビウム イットリウム アルミニウム ガーネット）レーザなどのレーザ光を、コア３０とクラッド３１との境界面で反射させながら出射端部２２まで導いて第１および第２出射面２３，２４から出射する。第１および第２出射面２３，２４は、コア３０の先端部に形成され、レーザ光は、コア３０内を伝播して、その先端部から出射される。このことから、出射ファイバ１２の先端部において、コア３０だけをテーパ状に形成すればよく、他のクラッド３１、第１および第２ジャケット３２，３３ならびに電極３４は、仮想線３５で示すように、光軸Ｃ、すなわちコア３０（換言すると出射ファイバ１２）の軸線に垂直な端面に形成するようにしてもよい。
【００３０】
第１出射面２３は、前述のように先細がテーパ状、すなわち円錐形状であり、レーザ光の一部を、コア３０の軸線に一致する光軸Ｃに関して外側方に周方向全周にわたってリング状の照射形状となるように出射する。すなわち、出射ファイバ１２の入射端部に入射された光の一部をたとえば図３に示す領域Ａ１に出射することができる。第２出射面２４は、前述のように第１出射面２３に連なって先端部に、予め定める形状、本形態において球面状であり、レーザ光の残部を、光軸Ｃに沿って前方に円形状に出射する。すなわち、出射ファイバ１２の入射端部に入射された光の残部をたとえば光軸Ｃを含む平面上で図３に示す領域Ａ２に出射することができる。なお、領域Ａ２に出射されるレーザ光は、主として第２の出射面２４から出射される光であるが、その一部は第１出射面２３から前方に出射される光をも含んでいる。かくのとおりであるので、この出射ファイバ１２は、その入射端部に入射されたレーザ光を、第１の光として光軸Ｃの方向、すなわち出射ファイバ１２の軸線方向に出射するとともに、第２の光として出射ファイバ１２の外側方の径方向にリング状に出射する。
【００３１】
図４は、出射ファイバ１２のコア３０の第１および第２出射端部２３，２４付近を拡大し、模式化して示す図である。図３に示すように、レーザ光を第１出射面２３から側方に出射するためには、レーザ光を第１出射面２３におけるコア３０と外部空間３８との境界面３９において、一度反射させ、その反射点と対向する位置において第１出射面２３から外部空間３８に出射することが好ましい。第１出射面２３に到達したレーザ光が境界面３９で全反射する条件は、境界面３９の法線４０に対する境界面３９への入射角が境界面３９における臨界角ψ０［ｄｅｇ］以上であればよく、その臨界角ψ０は、
ｓｉｎψ０ ＝ ｎ０／ｎ１ …（１）
で示される。ここで、ｎ０は、外部空間３８の屈折率であり、ｎ１は、コア３０の屈折率である。
【００３２】
コア３０を伝播することによって導かれるレーザ光は、コア３０とクラッド３１との境界面４３において全反射しながら、第１出射面２３に到達する。レーザ光が境界面４３で全反射する条件は、境界面４３の法線４４に対する境界面４３への入射角が境界面４３における臨界角ψ１［ｄｅｇ］以上であればよく、その臨界角ψ１は、
ｓｉｎψ１ ＝ ｎ２／ｎ１ …（２）
で示される。ここで、ｎ２は、クラッド３１の屈折率である。
【００３３】
第１出射面２３に到達するレーザ光のうち、法線４０に対して最も小さい角度で境界面３９に入射するレーザ光は、コア３０とクラッド３１との境界面４３において、その境界面４３の法線４４に対して最も小さい角度で反射しながら伝播して第１出射面２３に到達するレーザ光、換言すれば、境界面４３において臨界角ψ１で反射しながら伝播して、第１出射面２３に到達するレーザ光である。このことから、境界面４３に臨界角ψ１で反射しながら伝播して第１出射面２３に到達し、境界面３９に入射するレーザ光が反射すれば、第１出射面２３に到達したレーザ光が境界面３９において、１度全反射することになる。
【００３４】
レーザ光が、境界面４３において臨界角ψ１で反射し、さらに境界面３９において臨界角ψ０で反射するときの第１出射面２３の頂角θ［ｄｅｇ］は、
ψ１−θ／２ ＝ ψ０ …（３）
で示される。さらに詳しく述べると、光軸Ｃと法線４０との成す角度α１［ｄｅｇ］は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
α１ ＝ ９０−θ／２ …（４）
となる。また、光軸Ｃと平行であり、かつレーザ光の境界面３９への入射点Ｐ１を通る一直線４５と、レーザ光との成す角度α２［ｄｅｇ］は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
α２ ＝ ９０−ψ１ …（５）
となる。さらに、錯角が等しいことから、
α１ ＝ ψ０＋α２ …（６）
となり、式（４）〜式（６）から式（３）が成り立つ。このことから第１出射面２３の頂角を、式（３）を満たす頂角θ以下に選ぶことによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を、境界面３９において１度全反射させることができる。これによって、レーザ光を、第１出射面２３から側方に、たとえば領域Ａ１に出射することができる。なお、第１出射面２３に到達するレーザ光が全透過する条件、すなわちレーザ光が側方へリング状に出射しない条件は、第１出射面２３に到達したレーザ光のうち最も透過し難い光、すなわち光軸Ｃに実質上平行な光が透過する条件となる。この条件を満たすことによって出射ファイバ１２を伝播する光は、側方へリング状に出射されず、全透過して光軸Ｃに出射される。
【００３５】
ここで、外部空間３８は空気で満たされ、コア３０は石英から成り、クラッド３１はＦ（フッ素）添加石英から成るとすると、ｎ０＝１であり、ｎ１＝１．４５８であり、ｎ２＝１．４４３であり、臨界角ψ０＝４３．３０度となり、臨界角ψ１＝８１．７７度となる。このとき、頂角θ＝７６．９４度となり、第１出射面２３の頂角を、７６．９４度以下に選ぶことによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を、境界面３９において１度全反射させることができ、レーザ光を側方に出射することができる。また、第１出射面２３の頂角を９３．４度以上に選定することによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を全透過させることができる。このときには、このレーザ光は、第１出射面２３から側方にリング状に出射されず、この第１出射面２３から光軸Ｃの方向に出射され、出射ファイバ１２の前方への照射のみとなる。
【００３６】
また外部空間３８が水によって満たされているときには、ｎ０＝１．３３であり、臨界角ψ０＝６５．８１度となる。このとき、頂角θ＝３１．９２度となり、第１出射面２３の頂角を、３１．９２度以下に選ぶことによって、第１出射面２３に到達するレーザ光を、境界面３９において１度全反射させることができ、レーザ光を側方に出射することができる。
【００３７】
また、第２出射面２４は、前述のように球面状であり、第２出射面２４を含む仮想球が、第１出射面２３に、光軸Ｃに関して周方向全周にわたって接するように形成されている。換言すれば、光軸Ｃを含む仮想平面上において、第１および第２出射面２３，２４の境界点Ｐ２における第２出射面２４の接線は、第１出射面２３と一致する。このときの第１および第２出射面２３，２４の境界線を含む光軸Ｃに垂直な断面４６におけるコア３０の面積Ｓ１は、第２出射面２４の曲率半径をｒとし、境界点Ｐ２を通りかつ第２出射面２４に垂直な法線の成す角度をα３［ｄｅｇ］として、
Ｓ１ ＝ π×（ｒ×ｓｉｎα３） …（７）
となる。角度α３は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
α３ ＝ ９０−θ／２ …（８）
である。
【００３８】
出射ファイバ１２のコア３０を伝播することによって導光されるレーザ光は、均一な強度分布を示すとした場合に、第２出射面２４に到達して、この第２出射面２４から外部空間３８に出射されるレーザ光の全体のレーザ光に対する強度比は、コア３０全体の断面積Ｓ０と、第１および第２出射面２３，２４の境界線を含む断面の面積Ｓ１との断面積比Ｓ１／Ｓ０とほぼ等しいと考えられる。コア３０の半径をＲとしたときのコア３０全体の断面積Ｓ０は、
Ｓ０ ＝ π×Ｒ2 …（９）
であり、断面積比Ｓ１／Ｓ０は、
Ｓ１／Ｓ０ ＝ （ｒ×ｓｉｎα３）2／Ｒ2 …（10）
となる。したがって、式１０から、前述の式８の角度α３を得る第１出射面２３の頂角と、コア３０の半径Ｒと、第２出射面２４の曲率半径ｒとによって、第２出射面２４から出射されるレーザ光の強度比を変えることが可能であり、治療部位に対応して、第１出射面２３から出射されるレーザ光と、第２出射面２４から出射されるレーザ光との歯質の蒸散に寄与する頻度などに応じて、第２出射面２４の曲率半径ｒを選択し、第１および第２出射面２３，２４からそれぞれす出射されるレーザ光の強度比を選択し、作業性を向上することができる。
【００３９】
たとえば根管形成においては、第２出射面２４から出射されるレーザ光は、根尖においてのみ必要であり、第２出射面から出射されるレーザ光の強度比は、入射端部に入射されたレーザ光全体の強度の１〜２０％に、好ましくは５〜１５％に選ばれ、一方、第１の出射面２３から径方向にリング状に出射されるレーザ光の強度比は、入射端部に入射されたレーザ光全体の強度の８０〜９９％に、好ましくは８５〜９５％の強度比に選ばれる。このように、軸線方向に出射される第１の光と径方向にリング状に出射される第２の光とは、強度比は大きく異なっているけれども、第２出射面２４から出射される第１の光は、光軸Ｃに向けて前方に集光されるので、その付近において高いエネルギを得ることができ、上記第１の光と上記第２の光のエネルギ密度をほぼ等しくすることができ、出射ファイバ１２の出射端部２２の前方および側方に存在する歯質をほぼ均一に蒸散することができる。
【００４０】
図５は、出射ファイバ１２のコア３０の第２出射面２４付近を拡大して、模式化して示す図である。図５において、第２出射面２４から出射されるレーザ光の集光について考える。レーザ光が、光軸Ｃに対して角度ω１［ｒａｄ］を成して、第２出射面２４におけるコア３０と外部空間３８との境界面３９に入射するとする。このとき、レーザ光の境界面３９への入射点Ｐ１０を通る第２出射面２４の法線５０と、光軸Ｃとの成す角度ω２［ｒａｄ］は、光軸Ｃと垂直な方向の入射点Ｐ１０と光軸Ｃとの距離をｈとして、
ω２ ＝ ｓｉｎ-1（ｈ／ｒ） …（11）
となる。また、境界面３９で屈折して第２出射面２４から出射されるレーザ光の光軸Ｃとの成す角度ω３［ｒａｄ］は、光軸Ｃと平行な方向の入射点Ｐ１０と、出射されるレーザ光および光軸Ｃの交点Ｐ１１との距離をＤ１として、
ω３ ＝ ｔａｎ-1（ｈ／Ｄ１） …（12）
となる。
【００４１】
このとき、境界面３９における法線５０に対するレーザ光の入射角λ１［ｒａｄ］および出射角λ０［ｒａｄ］は、三角形の内角の和が１８０度であることから、
λ１ ＝ ω２−ω１ …（13）
λ０ ＝ ω２＋ω３ …（14）
である。またｓｉｎλ１×ｎ１＝ｓｉｎλ０×ｎ０であるので、
λ０ ＝ ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎλ１｝ …（15）
となる。式（１３）〜式（１５）からω３は、
ω３ ＝ λ０−ω２
＝ ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎλ１｝−ω２
＝ ｓｉｎ-1｛（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎ（ω２−ω１）｝−ω２
…（16）
となる。さらに式（１１）、式（１２）および式（１６）から距離Ｄ１は、
【００４２】
【数１】
となる。ただし角度ω１，ω２，ω３は、ｒａｄ（ラジアン）である。
【００４４】
また、境界面３９へのレーザ光の入射点Ｐ１０が、第１および第２出射面２３，２４の境界点と一致する場合には、角度ω２，ω１は、
ω２ ＝ α３ …（18）
ω１ ＝ α２ …（19）
となる。これによって、角度ω２は、第１出射面２３においてレーザ光が一度全反射する頂角であって、かつ最も大きな第１出射面２３の頂角θに対して、
ω２ ＝ （π／１８０）×｛９０−（θ／２）｝ …（20）
の関係が成立し、角度ω１は、レーザ光がコア３０とクラッド３１との境界面４３で、臨界角ψ１反射しながら伝播してきたとすると、
ω１ ＝ （π／１８０）×（９０−ψ１） …（21）
となる。これによって、距離Ｄ１は、
【００４５】
【数２】
となる。さらに、光軸Ｃに平行な方向に関して入射点Ｐ１０から第２出射面２４の先端までの距離ΔＬは、
ΔＤ ＝ ｒ−（ｒ×ｃｏｓω２） …（23）
であり、第２出射面２４の先端から交点Ｐ１１までの距離Ｌ１１は、
Ｄ２ ＝ Ｄ１−ΔＤ …（24）
となる。
【００４７】
以上のことから、外部空間３８が空気で満たされ、第１出射面２３の頂角θを７６．９４度とする場合には、
Ｄ２ ＝ １．０１０ｒ−０．６２２ｒ＝０．３８８ｒ …（25）
となり、外部空間３８が水で満たされ、第１出射面２３の頂角θを３１．９２とする場合には、
Ｄ２ ＝ ３．６５３ｒ−０．２７４ｒ＝３．３７９ｒ …（26）
となる。たとえばこのように、第２出射面２４の先端から焦点Ｐ１１までの距離Ｄ２は、第２出射面２４の曲率半径ｒによって表すことができる。
【００４８】
図６は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ１が６０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ１０＝６４度と最も外側の広がり角ｊ１１＝９２度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、広がり角ｊ１２＝７度の略円形状の領域Ａ２に出射された。
【００４９】
図７は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ２が７０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ２０＝８４度と最も外側の広がり角ｊ２１＝１１１度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、広がり角ｊ２２＝８度の略円形状の領域Ａ２に出射された。
【００５０】
図８は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ３が８０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ３０＝１８０度と最も外側の広がり角ｊ３１＝２２７度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、最も内側の広がり角ｊ３２＝１５度と最も外側の広がり角ｊ３３＝２６度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ２に出射された。
【００５１】
図９は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ４が９０度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１出射面２３から第２の光が、最も内側の広がり角ｊ４０＝１９４度と最も外側の広がり角ｊ４１＝２４０度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に出射され、第２出射面２４から第１の光が、最も内側の広がり角ｊ４２＝１２度と最も外側の広がり角ｊ４３＝２９度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ２に出射された。
【００５２】
図１０は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ５が１００度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１および第２出射面２３，２４から前方に向けて、最も内側の広がり角ｊ５０＝７０度と最も外側の広がり角ｊ５１＝２５度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に単一の光が出射される。このように、第１出射面２３の頂角が９３．４度を越えると出射ファイバ１２の出射端部２２から側方の径方向に第２の光が出射されなくなり、上記出射端部２２から出射される光は出射ファイバ１２の軸線方向前方のみとなる。
【００５３】
図１１は、コアの直径が６００μｍで、その第１出射面２３の頂角θ６が５４度であり、第２出射面２４の曲率半径ｒが３０μｍのときの得られた出射パターンを示す図である。第１および第２出射面２３，２４を前述のように形成した場合には、第１および第２出射面２３，２４から前方に向けて、最も内側の広がり角ｊ６０＝４５度と最も外側の広がり角ｊ６１＝６０度との間の照射形状が円環状となる領域Ａ１に単一の光が出射される。このように、第１出射面２３の頂角が６０度より小さいなると出射ファイバ１２の出射端部２２から前方に出射される光が著しく少なくなり、上記出射端部２２から出射される光は出射ファイバ１２の径方向の斜め前方のみとなる。
【００５４】
出射ファイバ１２のコア直径が２００〜６００μｍ程度であるときには、その頂角が同じであれば、第２出射面２４の曲率半径ｒが５〜１００μｍの範囲において図６〜図１１に示すと同様の出射パターンが得られる。
【００５５】
上述したように、出射ファイバ１２の第１出射面２３の頂角が６０〜９３に設定した場合には、その入射端部に入射されたレーザ光は、その出射端部から軸線方向前方に出射される第１の光と径方向にリング状に側方に出射される第２の光を含むようになる。それ故に、後に詳述するとおり、この前方への第１の光と側方への第２の光をレーザ治療用光として積極的に用いることによって、特に歯科治療に分野において、たとえば根管滅菌、歯髄蒸散、根尖治療およびフィシャーシーラント等の治療に適用することができる。この頂角を６０〜９０度に設定した場合には、図６〜図９に示すとおり、出射ファイバ１２の出射端部２２から出射される第２の光は、上記軸線に対して約４５〜９０度の範囲にて径方向に出射され、たとえば根管形成において根管の全周に渡って根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。特に、頂角を７０〜９０度に設定したときには、第２の光がほぼ直角方向に照射されるようになり、これによって歯根壁に直角方向に形成されている象牙細管内にもレーザ光が照射されるようになる。したがって感染根管内の滅菌も完全に行うことができる。この頂角は、レーザ治療に先だってリーマ加工が施される場合には、７０〜８０度に設定するのが望ましい。かく設定することによって、リーマ加工におけるリーマの先端角とほぼ等しくなり、リーマ加工の先端部までレーザ光を照射することができる。さらに、上記頂角を８０〜９０度に設定した場合には、出射端部２２から出射される第１の光は軸線方向にリング状に出射される。それ故に、第１の光がある程度の角度でもって拡がって照射されるので、たとえば根管形成においてリーマの先端部全周に渡ってレーザ光を照射することができる。
【００５６】
このようなプローブ１０が装着されるレーザハンドピース６３を備えるレーザ治療装置６０は、術者がレーザハンドピース６３を把持して、プローブ１０の出射ファイバ１２を、たとえば図１２に示すように根管６５内に挿入し、根管６５に臨む根管壁６６にレーザ光を照射しその根管壁６６の歯質の蒸散など、歯科治療に用いられる。また、根管壁には直角方向に象牙細管１０２が延びているが、この象牙細管１０２にもレーザ光を照射することができ、感染根管内の滅菌も行うことができる。プローブ１０を歯科治療に用いるときに、出射ファイバ１２の出射端部２２の前方に第１の光を、また出射端部２２の側方に第２の光を照射することができ、これら第１および第２の光によって、照射される部位の歯質を蒸散することができる。またプローブ１０を根管壁６５の歯質を蒸散するために用いる場合に、根管挿入長、すなわち出射端２２の突出距離Ｌは、たとえば３ｍｍ以上、一般的に３〜２５ｍｍ、一例としての根管治療のときには１５〜２０ｍｍ程度に選ばれ、出射端部２２が根尖６８付近まで充分挿入できる。つまり根管治療において、充分な根管挿入長を得て、出射端部２２を根尖６８付近まで挿入し、好適に根管治療することができる。このような出射ファイバ１２は、弾性変形可能であり、たとえば根管６５が湾曲していても、その形状に沿って根尖６８まで挿入可能である。また、出射ファイバ１２の挿入を容易にするために、小径のリーマによって下穴をあけることもできる。
【００５７】
たとえば前述のような根管形成においては、根管６５が狭隘であるために、根管口からのレーザ光照射では、蒸散できる範囲に限界が生じてしまうので、プローブ１０の出射ファイバ１２を根管６５内に挿入して、根管壁６６の歯質を蒸散する必要がある。上述したプローブ１０では、レーザ光を出射ファイバ１２の第１出射面２３から第２の光として側方に均一に出射することができるので、根管口から出射ファイバ１２を挿入し、根管６５の延在方向Ｘ１，Ｘ２に移動しながらレーザ光を照射して、根管６５の全周にわたって、根管口付近から根尖６８付近にわたって、根管壁６６の歯質を蒸散することができる。しかも第２出射面２４からも第１の光として前方に出射することができるので、根尖６８においても、根管壁６６の歯質を蒸散することができる。このように出射ファイバ１２の出射端部２２の向きを容易に選択することが困難な狭隘な根管６５に臨む根管壁６６の治療においても、その根管６５内に出射ファイバ１２を挿入して、所望のとおりに治療することが可能である。
【００５８】
また、図８、図９に示すように第１出射面２３から半径方向に出射される領域Ａ１の出射方向が出射端部２２より後方に向くような出射ファイバ１２を使用した場合には、根尖部から根管入口に向かって引き上げるように出射端部２２を移動させることにより、レーザ光照射で発生した歯質、歯髄組織の蒸散粉を根管入口より外部に排出することができる。また、レーザ光と注水の組み合わせにより根管内での水へのレーザ光吸収によって、そこでキャビテーション効果が発生し、これにより根管内の蒸散粉除去、清掃をも行うことができる。
【００５９】
このようにレーザ光を用いて歯科治療することによって、歯質を蒸散して感染源等を除去することができるとともに、滅菌処理することができる。さらに、根尖においても好適に、歯質の蒸散および滅菌処理を行うことができる。また、このようにレーザ光を用いて治療を行うことによって、根尖性歯周炎等の発症を防ぐこともできる。
【００６０】
従来の根尖部リーマ処理では、歯根根尖部を穿孔してしまうおそれがあり、穿孔した場合に炎症等いろいろな障害を引き起こすおそれがある。これに対しレーザ照射治療の場合、仮に根尖部をレーザで穿孔したとしても根尖穿孔部の表層が薄層で変性して滅菌状態で蒸散するだけであり、リーマ等による組織の引っかきまわし等の損傷は生じない。したがってこの点においても極めて安全である。
【００６１】
出射ファイバ１２の出射端部２２の第１出射面２３は円錐状となっており、このように形成することによって、レーザ光を、第１出射面２３から光軸Ｃに関して周方向に、均一または実質上均一な強度分布で、側方に出射することができる。したがって、出射ファイバ１２の出射端部２２からほぼ等距離にある歯質を均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、たとえば、略円柱状の空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６２】
また、第２出射面２４を球面状に形成することによって、前述のように、レーザ光を、第２出射面２４から集光させて出射することができる。したがって、前述のように第２出射面２４から出射されるレーザ光の強度比が小さくても照射部位においては、強度を高くすることができる。したがって、たとえば根管形成において、主として根尖６８に臨む歯質を蒸散するために必要とされる前方へ出射されるレーザ光の強度比を小さくして、レーザ光を有効に利用し、迅速かつ有効的な治療をすることができるとともに、前方へも歯質を蒸散できる充分な強度で出射することができる。また、集光させることによって、その光束の径を小さくすることができ、たとえば根尖孔６９などの微細な径の空間に臨む歯質を、好適に蒸散することができる。さらに、第２出射面２４を球面状にすることによって、出射ファイバ１２の先端がたとえば患者の軟組織に接触しても、その軟組織が損傷することがなく、また出射ファイバ１２の先端を患者の硬組織に接触させた状態で、出射ファイバ１２を容易に移動することができる。
【００６３】
出射ファイバ１２の外周部には、導電性の材料から成る電極３４が設けられ、この電極３４を、対となる接触端子間に流れる電流を測定することによって、その一対の電極間の電気抵抗を求め、これによって根管長を測定する測定器７１の根管用電極として利用することができる。したがって、図１に示すように、別途に準備される他方の口腔内電極７０を口腔内の所定部位、たとえば唇に接触させ、出射ファイバ１２を根管６５内に挿入して、根管側電極３４と口腔内電極７０との間の、根尖６８を介した抵抗値を測定することによって、出射ファイバ１２の出射端部２２の根管６５内の位置を検出することができる。したがって、蒸散が必要な部位の歯質を、過不足なく蒸散することができ、迅速かつ容易に、適確に治療することができる。しかも、根管用電極３４は、出射ファイバ１２の周方向全周にわたって設けられ、根管用電極３４と口腔内電極７０との口腔内の組織による電気的導通状態を容易に得ることができる。したがって、出射ファイバ１２の出射端２２の位置を容易に検出しながら、治療することができる。
【００６４】
図１３は本発明の実施の他の形態の出射ファイバ１２ａのコア３０ａを簡略化して示す斜視図であり、図１４は図１２の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから見た断面図である。上述の形態と対応する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本形態の出射ファイバ１２ａのコア３０ａの第１出射面２３は、光軸Ｃに垂直な断面形状が楕円形となる楕円錐状に形成されている。これによって、側方にリング状に出射される第２の光は、第１出射面２３から光軸Ｃに関して周方向に、約９０度毎に強弱が現れる不均一な強度分布で出射される。たとえば図１４においては、上下方向に比較的強く、かつ左右方向に比較的弱い強度分布で、レーザ光を出射することができる。したがって、出射ファイバ１２ａの出射端２２からの距離が約９０度毎に大小に変化するような部位にある歯質を均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、たとえば、根管６５のように、断面形状が略楕円柱状の空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６５】
図１５は本発明の実施の他の形態の出射ファイバ１２ｂのコア３０ｂを簡略化して示す斜視図であり、図１６は図１４の切断面線ＸＶＩ−ＸＶＩから見た断面図である。上述の形態と対応する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本形態の出射ファイバ１２ｂのコア３０ｂの第１出射面２３は、光軸Ｃに垂直な断面形状が正方形となる正四角錐状に形成されている。これによって、側方にリング状に出射される第２の光は、第１出射面２３から光軸Ｃに関して周方向に、約４５度毎に強弱が現れる不均一な強度分布で出射される。たとえば、図１７においては、上下方向および左右方向に比較的強く、かつ上下方向から時計まわりおよび反時計まわり約４５度それぞれ角変位した各斜め方向に比較的弱い強度分布で、レーザ光を出射することができる。したがって、出射ファイバ１２ｂの出射端部２２からの距離が約４５度毎に大小に変化するような部位にある歯質を均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができる。
【００６６】
第１出射面２３の形状は正四角錐状である必要はなく、光軸Ｃに垂直な断面形状が正多角形状である他の正多角錐状であってもよく、さらに光軸Ｃに垂直な断面形状が歪な多角形状である他の多角錐状であってもよい。出射ファイバ１２の出射端部２２からの距離が周方向に変化するような部位の歯質を蒸散する場合に、その距離の変化に対応した略多角錐状に選ぶことによって、そのような部位にある歯質を、均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、空間の形状に対応して、その空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６７】
図１７は本発明の実施のさらに他の形態の出射ファイバ１２ｃのコア３０ｃを簡略化して示す正面図である。上述の形態と対応する部分には同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本形態の出射ファイバ１２ｃのコア３０ｃの第１出射面２３は、光軸Ｃと角度βを成す軸線８０に垂直な断面形状が円形となるように、光軸Ｃから傾斜した軸線８０を有する偏心した円錐状に形成される。これによって、光軸Ｃから傾斜した軸線まわりに周方向に、たとえば図１３に示す側方Ｙ１，Ｙ２に出射することができる。したがって、空間の入口から先端部に向かうにつれて、空間の軸線から離反するように傾斜する壁面の歯質を、容易に蒸散することができる。
【００６８】
このように光軸Ｃから偏心した第１出射面２３の形状は円錐状である必要はなく、軸線８０に垂直な断面形状が楕円状である偏心した楕円錐状であってもよく、軸線８０に垂直な断面形状が正多角形状である偏心した正多角錐台状であってもよく、さらに軸線８０に垂直な断面形状が歪な多角形状である他の多角錐状であってもよい。これによって、治療部位の臨む空間に対応して、第１出射面２３をテーパ状に形成し、そのような部位にある歯質を、均一または実質上均一な厚みだけ蒸散することができ、空間の形状に対応して、その空間に臨む歯質をほぼ均一の厚みで蒸散するために、好適に用いることができる。
【００６９】
また、第１出射面２３だけではなく、第２出射面２４の形状についても、治療部位に対応して、選んでもよく、たとえば光軸Ｃに垂直な平面状であってもよく、光軸Ｃに垂直な面から傾斜した平面状であってもよく、他の曲面状であってもよい。さらに、上述した形態は一例にすぎず、たとえば第１および第２出射面２３，２４の形状、あるいは出射ファイバ１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃの材質、構成および寸法などは、治療部位に対応して適宜選択することができる。また、Ｅｒ−ＹＡＧレーザに限定されることなく、ＨＯ−ＹＡＧ（Holonium Yttrium Aluminium Garnet：ホロニウム イットリウム アルミニウム ガーネット）レーザ等を用いることもできる。なお、歯髄腔のように狭小な空間でレーザ光照射を行うとこの歯髄腔内での温度上昇が問題となる可能性があるが、Ｅｒ−ＹＡＧレーザを用いた場合には、このような温度上昇の問題が解消される。これは、Ｅｒ−ＹＡＧレーザを照射した場合には、レーザ光のＨ2Ｏ、ＯＨ基への吸収とその蒸散によって組織破壊が起こることから、組織に吸収されて温度上昇した部分が破壊粉とともに飛散され、組織側に残留する熱が非常に少なくなるためである。また、このような温度上昇は、水単独または水と空気の混合物を霧化状態で噴射することによっても著しく抑えることができる。
【００７０】
また、出射ファイバ１２として、コア３０とクラッド３１との間にクラッド３１の屈折率よりも低い屈折率を有する中間層を有し、コア３０は、中心部の屈折率が周囲の屈折率よりも低い屈折率分布を有し、クラッド３１の屈折率がコア３０の中心部の屈折率よりも低く、コア３０と中間層との界面および中間層とクラッド３１との界面において、屈折率が急峻に変化する屈折率分布を有する光ファイバを用いてもよい。このように、中心部の屈折率がその周囲の屈折率よりも低い屈折率分布を有するようなコア３０にレーザ光を入射させたとき、出射されるレーザ光のエネルギ密度分布はコア３０の半径方向で実質上均一になる。したがって、コア３０全面に対応する範囲における出射ファイバ１２を通過して出射されるレーザ光のエネルギ密度分布を限りなく均一化することができる。このような出射ファイバ１２の出射端部２２では、エネルギの光軸Ｃ近傍への局部集中が生じない。また、光ファイバの出射端部２２、すなわち出射面２３，２４に生体硬組織成分が付着したときにも出射ファイバ１２の出射端部２２全体が実質上均一に発熱して損耗する。したがって、このレーザ治療装置で生体硬組織の蒸散を行うとき、出射ファイバ１２の出射端部２２に生体硬組織成分が付着しても、出射ファイバ１２の出射端部２２の中央部から凹状の剥離損耗が生じることを防止することができる。また損傷が生じた出射ファイバ１２の出射端部２２においても、出射ファイバ１２の出射面２３，２４の全面にわたって実質上均一に損傷が生じるので、出射ファイバ１２の出射面２３，２４の局部的な発熱に起因する蒸散能力の低下を防ぐことができる。
【００７１】
また、出射ファイバ１２は、コア３０とクラッド３１との間に中間層を有する３層構造を有する。クラッド３１の屈折率はコア３０の中心部の屈折率よりも低く、中間層の屈折率はクラッド３１の屈折率よりも低い。出射ファイバ１２全体の屈折率分布は、コア３０と中間層との境界面および中間層とクラッド３１との境界面において、屈折率が急峻に変化する。生体硬組織の治療のためのレーザ治療装置に用いられるレーザ光は、出射ファイバ１２の出射端部２２に至るとき、コア３０の断面の半径方向のエネルギ密度分布が均一であることが好ましい。コア３０とクラッド３１との間に中間層を介在させると、中間層との境界部分に対応する位置において、出射ファイバ１２のコア３０通過後のレーザ光のエネルギ密度が急峻に変化する。ゆえに、中間層およびクラッド３１に対応する部分にエネルギが漏れることを防止することができる。したがって、出射ファイバ１２の出射端部２２から出力されるレーザ光のエネルギの損失が少なくなるので、出射ファイバ１２のコア３０に入射するレーザ光のエネルギレベルを、損失がなくなった分だけ小さくすることができる。
【００７２】
上述の形態において、根管形成を例として説明したけれども、歯科領域における膿瘍治療すなわち根尖歯周に溜まった膿を除去する治療および断髄、耳鼻科治療領域における花粉症などの狭空間内での壁面への照射、内視鏡下治療領域における結石破壊などの治療に用いることもできる。また、その他の骨および軟骨の蒸散や血管内の血栓の除去や消化器官内での軟組織の切開蒸散等に用いることができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、球面状の第２出射面２４から出射ファイバの軸線方向に出射される第１の光と、円錐状の第１出射面２３から出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射される第２の光を含んでいる。第２出射面２４は、第１出射面２３に連なって出射端部の先端部で前述のように球面状に形成される。したがって、たとえば歯科治療において、ハンドピース本体を把持して出射ファイバの出射端部をたとえば根管に挿入することによって、出射端部の前方および側方に位置する部位の歯質を蒸散することができる。たとえば、歯科治療における根管形成では、第１の光が出射ファイバの軸線方向に出射されるので、この第１の光によって根尖の根管壁歯質、歯髄まで蒸散することができる。また、第２の光が、出射ファイバの径方向にリング状に出射されるので、根管内にプローブを挿入するのみで根管口付近から根尖付近まで根管の全周に渡って根管壁歯質を蒸散することができる。さらに、根管には象牙細管が形成され、この象牙細管が根管に対してほぼ直角方向に延びているが、第２の光を出射ファイバの径方向にリング状に出射するようにすることによって、象牙細管をも照射することができ、その滅菌を行うことができる。
円錐状第１出射面２３には、球面状第２出射面２４が周方向全周にわたって接しており、第１出射面２３の頂角と、コア３０の半径Ｒと、第２出射面２４の曲率半径ｒとを、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち１〜２０％の光が第１の光として、また８０〜９９％の光が第２の光として出射されるように選択するので、第１の光および第２の光のエネルギ密度が大きく異なることはなく、第１の光と第２の光のエネルギ密度をほぼ等しくすることができ、たとえば歯科治療にいて出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質をほぼ均一に蒸散することができる。
【００７４】
出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９３度であるので、出射ファイバの出射端部から出射されるレーザ光は、その軸線方向に出射される第１の光とその径方向に出射される第２の光を含み、たとえば上述した歯科治療に好適に用いることができる。
【００７５】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部の頂角が６０〜９０度であるので、出射端部から出射される第２の光は、軸線方向に対して斜め前方からほぼ垂直な範囲内にて径方向に出射され、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができ、さらに象牙細管も照射することができる。
【００７６】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部の頂角が７０〜８０度であるので、出射端部からの第１の光は軸線方向に出射され、また第２の光は上記軸線方向に対してほぼ垂直な径方向にリング状に出射される。さらに、リーマ加工に用いるリーマの先端角度が約７０度であるので、この角度とほぼ同等であり、リーマ加工の先端までレーザ光を照射することができる。
【００７７】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの出射端部からから出射される第２の光はその軸線に対してほぼ垂直な径方向に出射されるので、たとえば歯科治療における根管形成において根管の全周に渡って所要のとおりに根管壁歯質および歯髄を蒸散することができる。
【００７８】
また本発明のレーザハンドピースによれば、ファイバプローブの出射端部から出射される第１の光は、その軸線方向にリング状に出射されるので、たとえば歯科治療の根管形成においてリーマの先端部全周に渡ってレーザ光を照射することができる。
【００８０】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバに入射されるレーザ光のうち５〜１５％の光が第１の光として、また８５〜９５％の光が第２の光として出射されるので、第１の光および第２の光のエネルギ密度がほぼ等しくなり、たとえば歯科治療にいて出射ファイバの出射端部の前方および側方の歯質を実質上均一に蒸散することができる。
【００８１】
また本発明のレーザハンドピースによれば、出射ファイバの外周部に電極が設けられているので、この電極を電気抵抗を測定する測定器の一方の接触端子として利用することができる。したがって、別途に準備される他方の接触端子を口腔内の所定部位に接触させ、出射ファイバを根管内に挿入してこの電極と他方の接触端子との間の根尖を介する抵抗値を測定することによって、出射ファイバの出射端部の根管内の位置を検出することができる。
【００８２】
また本発明のレーザハンドピースによれば、外径が１００〜２０００μｍである出射ファイバを備えたレーザプローブは、歯科治療に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うレーザハンドピースの一実施形態を備えたレーザ治療装置の構成を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１のレーザハンドピースのレーザプローブを、一部を切欠いて示す正面図である。
【図３】図２のレーザプローブの出射ファイバの出射端部を拡大して示す断面図である。
【図４】出射ファイバのコアの第１および第２出射面２３，２４およびそれらの近傍を拡大し、模式化して示す拡大図である。
【図５】出射ファイバのコアの第２出射面２４およびその近傍をを拡大し、模式化して示す拡大図である。
【図６】出射ファイバの出射端部の頂角が６０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図７】出射ファイバの出射端部の頂角が７０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図８】出射ファイバの出射端部の頂角が８０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図９】出射ファイバの出射端部の頂角が９０度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図１０】出射ファイバの出射端部の頂角が１００度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図１１】出射ファイバの出射端部の頂角が５４度の場合における出射光の出射範囲を示す模式図である。
【図１２】根管６５内に出射ファイバを挿入した状態を示す断面図である。
【図１３】出射ファイバの他の形態におけるコアを示す斜視図である。
【図１４】図１３の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから見た断面図である。
【図１５】出射ファイバのさらに他の形態におけるコアを示す斜視図である。
【図１６】図１４の切断面線ＸＶＩ−ＸＶＩから見た断面図である。
【図１７】出射ファイバのさらに他の形態におけるコアを示す正面図である。
【符号の説明】
１０ レーザプローブ
１１ プローブ本体
１２ 出射ファイバ
１３ ハンドピース本体
２２ 出射端部
２３ 第１出射面
２４ 第２出射面
３０ コア
３１ クラッド
３２，３３ ジャケット
３４ 電極
６０ レーザ治療装置
６３ ハンドピース
６５ 根管
６８ 根尖
Claims (8)
- ハンドピース本体と、このハンドピース本体に装着されたレーザプローブとから構成され、該レーザプローブが出射ファイバを備え、レーザ光発生源から発振されたレーザ光が前記出射ファイバの出射端部から出射される医療用レーザハンドピースにおいて、
前記出射ファイバは、
コア（３０）と、
そのコア（３０）を覆うクラッド（３１）とを有し、
前記出射ファイバの出射端部は、
円錐状に形成される第１出射面（２３）と、
この第１出射面（２３）に周方向全周にわたって接して出射端部の先端部で球面状に形成される第２出射面（２４）とを有し、
前記出射ファイバの出射端部の頂角は６０〜９３度であり、
前記出射端部から出射されるレーザ光は、第２出射面（２４）から前記出射ファイバの軸線方向に出射される第１の光と、第１出射面（２３）から前記出射ファイバの外側方の径方向にリング状に出射される第２の光とを含んでおり、
ｎ０を、外部空間（３８）の屈折率とし、
ｎ１を、コア（３０）の屈折率とし、
ｎ２を、クラッド（３１）の屈折率とし、
ψ０を、第１出射面（２３）におけるコア（３０）と外部空間（３８）との境界面（３９）において、レーザ光が入射する臨界角とし、
ψ１を、レーザ光が伝播するコア（３０）とクラッド（３１）との境界面（４３）における臨界角とするとき、
ｓｉｎψ０ ＝ ｎ０／ｎ１、
ｓｉｎψ１ ＝ ｎ２／ｎ１
であり、
第１出射面（２３）の頂角を、
ψ１−θ／２ ＝ ψ０
を満たす頂角θ以下に選び、
第１出射面（２３）の頂角と、コア（３０）の半径Ｒと、第２出射面（２４）の曲率半径ｒとを、前記出射ファイバに入射されるレーザ光のうち１〜２０％の光が前記第１の光として前記出射端部から出射され、上記レーザ光のうち８０〜９９％の光が前記第２の光として前記出射端部から出射されるように選択することを特徴とする医療用レーザハンドピース。 - 前記出射ファイバの出射端部の頂角は６０〜９０度であることを特徴とする請求項１記載の医療用レーザハンドピース。
- 前記出射ファイバの出射端部の頂角は７０〜８０度であることを特徴とする請求項１記載の医療用レーザハンドピース。
- 前記出射ファイバの出射端部から出射される前記第２の光は、前記出射ファイバの軸線に対してほぼ垂直な外側方の径方向に出射されることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の医療用レーザハンドピース。
- 前記出射ファイバの出射端部から出射される前記第１の光は、前記出射ファイバの軸線方向にリング状に出射されることを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の医療用レーザハンドピース。
- 前記出射ファイバに入射されるレーザ光のうち５〜１５％の光が前記第１の光として前記出射端部から出射され、上記レーザ光のうち８５〜９５％の光が前記第２の光として前記出射端部から出射されることを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の医療用レーザハンドピース。
- 前記出射ファイバは、外周部に導電性材料から成る電極が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の歯科治療用レーザハンドピース。
- 前記出射ファイバは、外径が１００〜２０００μｍであり、レーザプローブは歯科治療用プローブであることを特徴とする請求項１〜７のうちの１つに記載の医療用レーザハンドピース。
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