JP3650114B2 - 手持式ユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部に記載の手持式ユニットに関する。
上記手持式ユニットは、レーザー光を医科用装着に案内するのに用いられ、そこではレーザー光ビームの作用点に熱が生成されるため、レーザー光ビームの作用点又はその近傍に流体を導く洗浄手段を備えている。
手持式ユニットとは、医科用途においてレーザー光の手動案内を許容すると共に、光を直線或は屈曲案内できる手動器具を意味する。これらのユニットは、必要に応じ、例えば泌尿器科で用いられるレーザー光ビームの光を案内するための遠隔制御されるアプリケーションヘッドをも含む。
歯科用手持式ユニットは、例えばEP 0 375 578 A1、DE3911 871 A1又はEP 0 073 617 A1に開示されている。
この種のスプレー洗浄型手持ユニットの欠点は、洗浄手段が作用点におけるレーザー光ビームの効果を低下させることがあり、冷却効果が不十分となることである。
従って、本発明の目的は、光導体を案内するための手持式ユニットを提供し、これを介して、レーザー光による除去効果を低下させることなくレーザー光ビームの作用点の冷却効果を高めることである。
この目的は、請求項１の本発明の特徴によって達成される。
本発明は、有益にも洗浄手段の噴射流体中にレーザー光ビームを結合（導入）させる。噴射流体中にレーザー光ビームを結合させることにより、レーザー光ビームが噴射流体の流路に沿って進行し、レーザー光ビームの作用点が噴射流体の衝突点と一致するように噴射流体を光導体を延長する光導性要素として使用することが可能となる。従って、熱が発生する地点、即ちレーザー光ビームの作用点をより効果的に冷却することが可能となる。
光導性噴射流体の更なる利点は、除去された物質が噴射流体によって直接洗い流されることである。従来技術は、噴射流体若しくは空気を伴わないレーザー光ビームは、数回のレーザーパルスの後に被作用物体に形成された穴が除去物質で一杯になり、レーザー光ビームが除去された物質に吸収され、その結果作用部に一部しか当らないという問題点に遭遇する。本発明による統合レーザー光ビームを備える噴射流体により、レーザー光ビームによる作用を受ける場所は、連続的に供給される流体によって連続的に洗浄される。この構成により更に次のような利点がもたらされる。
即ち、除去された物質は加熱されており、作用領域からこの熱せられた除去物質が直ちに搬送されることで、基本物質の望ましくない追加の加熱を避けることができる。
レーザー光エネルギー密度が長い噴射流体路にわたって一定とされる。従って、手持ユニットを作用点と接触するモードと離隔するモードの両方で使用することができる。接触モードにおいては、ノズル出口端部が作用点の直上に配置される。光導体は、従来技術に従って直接配置された場合には焼損してしまうが、本発明によれば、噴射流体中に結合されるので焼損しない。
好ましくは、光導体は、噴射流体用ノズルと同心に配置される。ノズルは、噴射流体を束ねると共に、光導体を同心に包囲し、もってレーザー光ビームと噴射流体とが平行に維持される。
光導体の端部は、ノズルのノズル出口端部からやや離れた距離手前の位置に配置されている。従って、レーザー光ビームは噴射流体の直径まで広がることができる。これによって好都合にも、接触モードでも歯の顕微手術が可能となる。手持ユニットは作用場所の直上に配置することができる。また、このような場合に作用場所の十分な冷却が確保される。光導体端部をノズル内、つまりノズル出口端部の手前に配置することにより、光導体端部を焼損及び機械破壊から保護することが可能となる。歯の硬い物質を取り除く際、極めて硬い微粒子が生成され、これが除去圧力によってファイバに跳ね返り、光導体の端部を傷つけることがある。これは、出射レーザー光ビームのエネルギー分布が不均一となる結果を招く。本発明によれば、光導体の端部はノズル内に配置されて保護され、望ましからさるファイバ端部の焼損は回避される。
光導体の端部がノズルのノズル出口端部より手前に配置されているため、光導体が被作用面（処置面）に載ることはなく、作用面の冷却が常に確保できる。
この場合、光導体の端部は、光導体から発するレーザー光円錐部がノズル出口端部で噴射流体の直径に達するような距離だけノズル出口から離れた距離に配置されている。光導体の開口数（NA）は、ノズル出口端部からの光導体の自由端部の距離を決定し、出射レーザー光ビームは、ノズル出口端部の近辺或は流動方向におけるその直後においてできるだけ正確に噴射流体の直径まで広がるのが望ましい。噴射流体において、レーザー光ビームは噴射流体と周囲空気との間の界面で完全に反射され、もって噴射流体は光導体として作用する。
洗浄流体として、屈折率が被作用面の屈折率と符合する流体を使用することも可能である。従って、被作用面の反射が減少するので、レーザー光ビームの効果が高まる。
本発明の更なる有利な特徴は、従属クレームから明白となる。
以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
唯一の図面は、真の縮尺ではない本発明の機能原理の概略図である。
手持式ユニット１は、機能原理の概略図において、同時に噴射液６のためのノズル10を構成するハウジング２を含む。詳細に示されていない冷却手段４から、噴射流体６がノズル出口端部12の対向端のノズル10の接続導管18を介して供給される。ノズル10と同心かつハウジング２に水密に、光導体、例えば光導体ファイバ３がノズル出口端部12と対向するハウジング前側面20に導入されており、そのファイバを介してレーザー光ビーム８が流体で満たされたノズル10に導入されている。
光導体ファイバ３は、ノズル管のノズル出口端部12からやや離れた距離手前の位置で終結しており、光導体ファイバ３の端部14は、光導体ファイバ３から発せられるレーザー光円錐部16がノズル出口端部12の位置またはノズル出口端部12の流動方向に直後の位置で噴射流体６の直径に達するような距離だけノズル出口端部12から手前の距離に配置されている。光導体ファイバ３の開口数（レーザー光ビーム８の出射角の半分の正弦）は、ノズル出口端部12からのファイバ端部14の距離を決定する。出射するレーザー光ビームは、ノズル出口端部12の近辺においてできるだけ正確に噴射流体６の直径まで広がることが望ましい。これに代え、ノズル内側面での吸収が起きないようにレーザー光円錐部16が流動方向におけるノズル出口端部12の少しだけ直後で噴射流体の直径に広がるようにしてもよい。流体と空気との接触部において、レーザー光円錐部16は、完全に反射され、噴射流体６が光導性ファイバ３の延長部として作用する。
噴射流体６の直径まで広げられたレーザー光ビーム８は、噴射流体の流路の長い部分にわたってエネルギー密度を保持するので、手持ユニット１は接触モードでも、被作用物体から離れた位置でも使用することができる。この距離は、50mmまでに達し、必要に応じてスペーサを介して所定距離に設定できる。典型的な噴射流体の直径は0.5〜2.5mmであり、好ましくは1.5mmである。
ファイバ３の端部14はノズル出口端部12よりずっと前で終結してはならない。レーザー光ビームがノズル10の内側面に反射してレーザー光エネルギーの一部が吸収されるからである。ファイバ３の端部14がノズル出口端部12との関係であまりにも突き出し過ぎると、手持ユニット１の少なくとも接触モードに不利が生じる。つまり、光円錐部はノズル出口端部から出てやや離れた位置においてようやく噴射流体の直径まで広がり、レーザー光エネルギー密度はノズル出口端部12、つまりノズル出口端部12の直後の区域内においてより高くなっており、異なるレーザー光強度が生じているからである。
異なる光導体３を使用してもよい。例えば、異なる直径を有する、或は、開口数が異なり、直径が同じ光導性ファイバを使用してもよい。
噴射流体６用の洗浄流体は、ノズル内に層流が形成されるように接続導管18を介してノズル10内に導入される。このため、添付概略図に示した以外の位置からノズル10に流体を導入してもよい。洗浄流体はわずかな超過圧力（a slight overpressure）で供給することができる。歯科用途における手持ユニットの流体適量は約30〜100ml/minである。
概略図から離れ、可撓性光導性ファイバ３を前面20から導入せずにノズル10内の同心位置にアーチ状に送り込む一方、洗浄流体を噴射流体６と平行に導入するようにしても有益である。
できるだけ理想的な層流プロファイルを得るため、接続導管18とノズル10との間に噴射流体を均一化する手段を配設してもよい。さらに、層流の形成を支援するためノズル内側面の摩擦を減少させる処置を講じてもよい。
洗浄流体として、水、或は、屈折率が被作用（処置）面の屈折率に適合する流体を使用すればよい。これにより、反射が屈折率間の差に比例するため、被処置面、例えば歯の表面の反射が減少することになる。ここで、別の屈折率を有する洗浄流体の使用がレーザー光円錐部16の広がり角度に影響することを考慮されたい。
歯表面（水酸化燐灰石）の屈折率はｎ＝1.63である。水（屈折率ｎ＝1.34）を使用すれば、歯表面の屈折率に良好に近づく。洗浄流体に塩化カルシウムを添加すれば、屈折率がｎ＝1.52に向上する。
洗浄流体にフッ化物（例えばCaF₂）を添加してもよい。そうすれば、処置を受けた歯表面は自動的にフッ化される。フッ化物及びレーザー光ビームを同時に投入すれば、フッ化効果が向上し、処置を受けた歯表面の抗虫歯性が飛躍的に高まることがわかった。これは、レーザー光が化学反応を促進するためと考えられる。
流体に案内されるレーザー光ビームは、歯頸（dental necks）の脱感作（desensitization）への応用に特に有利である。
光ファイバを介してレーザー光ビーム８を噴射流体６中に結合させる代りに、別の光学手段を介してレーザー光ビーム８を噴射流体６中に結合することも可能である。これは、例えばレンズ系で実現可能で、光学窓及び又はミラーを介してレーザー光ビームをノズル10中に結合することができる。噴射流体６によるレーザー光の伝導は、噴射レーザー光８が洗浄流体に全く或は最小レベルでしか吸収されないときに特に有効である。最善の結果は、波長が300〜700nm、好ましくは350〜520nmのレーザー光を伴う、水を基剤とする洗浄流体で達成される。
他の波長範囲に関しては、他の洗浄流体がより高い効率を実現する。例えば、UV（紫外線）波長範囲のアルカン（alkanes）などの有機流体、IR（赤外線）波長範囲の過ハロゲン化炭素化合物などの無水無機流体が挙げられる。

Claims (6)

1. 特にレーザー光ビーム（８）を用いた歯科治療用として、ハウジング（２）と、前記ハウジング（２）内に保持された光導体（３）と、前記レーザー光ビームの処置点の領域に流体を導く洗浄手段（４）と、を備え、前記ハウジング（２）が前記洗浄手段（４）の噴射流体（６）のノズル（10）を含み、前記ノズルが束状の噴射流体（６）を生成し、前記レーザー光ビーム（８）が前記噴射流体（６）中に同心に結合される手持式ユニット（１）において、
   前記光導体（３）の端部は、前記ノズル（10）のノズル出口端部（12）からやや離れた距離手前の前記ノズル（10）内に配置され、
   前記噴射流体（６）は、前記光導体（３）の前記端部（14）よりも手前の位置から前記ノズル（10）内に前記レーザー光ビーム（８）の方向に流入し、
   前記噴射流体（６）は、層流から成ることを特徴とする手持式ユニット。
2. 前記光導体（３）の端部（14）は、前記光導体（３）から出射するレーザー光円錐部（16）が、前記ノズル出口端部（12）或は前記ノズル出口端部（12）の直後の位置で噴射流体（６）の直径に達するような距離だけ前記ノズル（10）の前記ノズル出口端部（12）手前の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の手持式ユニット。
3. 前記流体の供給量は、30〜100ml/minであることを特徴とする請求項１または２に記載の手持式ユニット。
4. 前記ノズル出口端部（12）から前記レーザービーム（８）を伴って出射する前記噴射流体（６）の噴射直径は、0.5〜2.5mmであり、好ましくは1.5mmであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の手持式ユニット。
5. 前記流体は、実質的に水で構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の手持式ユニット。
6. 前記レーザー光は、300〜700nm、好ましくは350〜520nmの波長を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の手持式ユニット。

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