JP3813760B2 - 医療用又は歯科用の光照射チップ及びレーザ照射装置 - Google Patents
医療用又は歯科用の光照射チップ及びレーザ照射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3813760B2 JP3813760B2 JP11629899A JP11629899A JP3813760B2 JP 3813760 B2 JP3813760 B2 JP 3813760B2 JP 11629899 A JP11629899 A JP 11629899A JP 11629899 A JP11629899 A JP 11629899A JP 3813760 B2 JP3813760 B2 JP 3813760B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- core
- tip
- chip
- light irradiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/16—Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- 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
- A61B18/22—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 the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
- A61B2018/2255—Optical elements at the distal end of probe tips
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光(例えば、レーザ光)を導光し照射する光照射チップ、特に、この光照射チップの先端形状に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、光照射チップとして、図4に示す形状のものが一般的に知られている。この光照射チップ100は、コア102と、このコア102の外周部を被覆するクラッド104とからなる光ファイバ106で形成されており、コア102の出射端部108は中心軸110に対してほぼ垂直な面としてある。この光照射チップ100によれば、光112は、コア102とクラッド104との境界面で反射を繰り返しながら導光され、出射端部108から出射される。出射した光112は、その外縁を矢印114で示すように、中心軸110に沿って進行しながら、中心軸110の半径方向外側に拡散する。そのため、光照射領域116のエネルギ密度が低い。また、このエネルギ密度を高くするためには、高エネルギの光を発生し得る高価で大型の装置を使用しなけばならない。
【0003】
別の光照射チップとして、図5に示すものが特開平10−211211号公報に開示されている。この光照射チップ120も、コア122とクラッド124からなる光ファイバ126で形成されており、コア122の出射端部128は円錐形としてある。この光照射チップ120によれば、光130は、コア122とクラッド124との境界面で反射を繰り返しながら導光され、その殆どは出射端部128の円錐面において屈折し得る臨界角を超えているため、全反射し円錐面の右側で反射した光は左の円錐面より、また円錐面の左側で反射した光は、右の円錐面から屈折して出射される。出射した光130は、中心軸132を中心としてリング状に半径方向外側に進行し、矢印134で示す一方の外縁と矢印136で示す他方の外縁とで囲まれた領域138を拡散しながら伝播する。そのため、光照射領域140のエネルギ密度が低い。また、このエネルギ密度を高くするためには、高エネルギの光を提供し得る高価で大型の装置を使用しなければならない。
【0004】
したがって、上述のような従来の光照射チップ110、120を歯牙切削に利用した場合、硬組織(特にエナメル質)の切削効率又は蒸散効率が良くないという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、目的の部位に高エネルギの光を照射し得る光照射チップ、また、安価で小型の光発生装置を用いて高エネルギの光を目的の部位に照射し得る光照射チップ、さらに、歯科やレーザ医学の分野で歯牙や骨等の硬組織を効率良く切削又は蒸散できる光照射チップを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
これらの目的を達成するために、本発明の医療用又は歯科用の光照射チップ及びそれを備えた医療用又は歯科用のレーザ照射装置は、入射端部と出射端部とを有し、入射端部から入射された光を出射端部から出射するもので、上記光照射チップが、コアと該コアの周囲をクラッドで被覆した光ファイバからなり、上記コアの出射端部を該出射端部の先端に向かって次第に径の細くなる円錐形とし、上記円錐形を形成する円錐面から出射した光が該円錐面の前方にエネルギ集中スポットを形成するように、上記円錐形の頂角(x)が以下の数式(3),(4)を満足するように設計されていることを特徴とする。
【数3】
【数4】
x:円錐形の頂角n1:コアの屈折率n2:クラッドの屈折率
【0009】
【発明の効果】
このように構成された医療用又は歯科用の光照射チップ及びそれを備えた医療用又は歯科用のレーザ照射装置によれば、円錐形を形成している円錐面から出射した光は、コアの中心軸に向かって収束しながら進み、円錐形の前方のエネルギ集中スポットを形成する。したがって、このエネルギ集中スポットを目的の部位、例えば歯科やレーザ外科の分野では治療部位に照射することで、この治療部位を効率良く切削、蒸散できる。
【0010】
また、歯科やレーザ外科の分野では、光照射チップの先端を治療部位に接触させると(接触治療の場合)、この治療部位から飛散した骨や歯牙等の有機物の微粉が光照射チップの先端に付着してプローブが発熱し、プローブ自体の融点が下がったりしてプローブ出射端面を溶融することが起こった。これが発生するとエネルギの集中化が阻外され、蒸散、切削効率が低下する。しかし、本発明の光照射チップ及びレーザ照射装置では、エネルギ集中スポットはプローブの前方に形成されるので、切削又は蒸散した歯牙又は歯石の粉(例えば、有機質の粉)がプローブ先端面に付着し、切削、蒸散効率を低下させたり、このプローブ出射端面を溶融させることがないので、光照射チップは長期間に亘り安定した光照射を実現できる。さらに、エネルギが最も高くなるスポットが円錐の頂点から離れた前方に形成されるので、光照射チップを患部に接触させて用いる時も、照射チップを患部に接触させる前に蒸散、切削でき、患部に照射チップを大きな力で押さえなくともスムーズに蒸散、切削できるので、患者に痛みを感じさせることもない。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は医療用及び歯科用レーザ照射装置の一部を示す。この図において、レーザ照射装置10は、例えば波長1.0〜5.0μmのEr:YAG、Ho:YAGなどのパルスレーザのレーザ発生装置12と、このレーザ発生装置12で生成されたレーザ光13を導光する光ファイバ又は中空導波路等のフレキシブルな導光路14と、この導光路14で導光されたレーザ光13を目的の部位に照射するためのインスツルメント16とを有する。インスツルメント16は、術者がその片手で保持する円筒状のハウジング18を備えている。ハウジング18の先端にはレーザ照射プローブ20が着脱自在に取り付けてある。
【0012】
レーザ照射プローブ20は、ハウジング18の先端に着脱される固定部材22と、この固定部材22から前方と後方にそれぞれ伸びる円筒状の硬質ガイドスリーブ24とを有する。本実施形態において、ガイドスリーブ24の先端側はその途中でほぼ90度曲げられているが、真っ直ぐであってもよいし、曲げ角度は90度に限るものでない。ガイドスリーブ24の内部には、本発明に係る光照射チップ(以下、「チップ」という。)26が配置されている。チップ26の先端部と基端部は、それぞれガイドスリーブ24の先端と後端から所定長さ突出しており、図示するようにレーザ照射プローブ20をハウジング18に装着した状態で、チップ26の基端部がハウジング18内に伸びている導光路14の光軸に光学的に一致させてある。
【0013】
チップ26は、図2に示すように、コア28と、コア28の外周を被覆するクラッド30とからなる光ファイバ32からなり、基端部(入射端部)34から入射されたレーザ光13をコア28とクラッド30との境界面で反射しながら先端部(出射端部)36に伝送し、この先端部36から出射するようにしてある。
【0014】
このように構成されたレーザ照射装置10によれば、レーザ発生装置12で生成されたレーザ光13が導光路14を介してインスツルメント16の内部に供給される。導光路14から出射したレーザ光13は、必要ならば集光レンズ(図示せず)等で集光され、チップ26にその基端部34から入射される。チップ26に入射したレーザ光は、コア28とクラッド30との境界面で反射を繰り返しながら、先端部36から出射され、インスツルメント16でねらいの付けられた部位、例えば、歯科治療の場合は歯牙38、歯石、歯肉等に照射される。
【0015】
図3は図2の円錐状出射面(B,P0,A)の部分を拡大して示す図である。
図2と図3を参照に示すように、光ファイバ32、具体的にはコア28の先端部は略円錐形に形成されている。この円錐形の円錐面40は、この円錐面40から出射したレーザ光13が、図3に示すように、チップ26の前方に高エネルギの集中した高エネルギスポット42(点P1、P2、P0、P3で囲まれた領域)を形成するように、設計されている。
【0016】
光ファイバ32の先端円錐形、特に、先端円錐角xの設計について説明する。(1)コアとクラッドとの境界面における屈折
まず、コアとクラッドとの境界面における屈折を考える。
コアとクラッドとの境界面における屈折は、数式(5)で定義できる。
【数5】
n2:クラッドの屈折率
n1:コアの屈折率
θ1:光の入射角
θ0:光の出射角
【0017】
ここで、コアとクラッドとの境界面で光が全反射する臨界角は、数式(6)の条件を満足する。
【数6】
一方、数式(5)は数式(7)の通り変形できる。
【数7】
数式(6)と数式(7)から数式(8)の関係が導かれる。
【数8】
数式(8)は、以下の数式(9)〜数式(11)の通り変形できる。
【数9】
【数10】
【数11】
θ1は90°以下である。従って、この関係を数式(11)に加えて、数式(12)が得られる。
【数12】
【0018】
(2)コア先端部の円錐面における屈折
次に、コア先端部の円錐面における屈折を考える。
円錐面に入射する光の入射角θ2は、数式(13)で表わされる。
【数13】
数式(12)と数式(13)から数式(14)が得られる。
【数14】
【0019】
続いて、コア先端部の円錐面と空気との間の屈折を考える。ここでの屈折は数式(15)で定義できる。
【数15】
n0:空気の屈折率
n1:コアの屈折率
θ2:光の入射角
θ3:光の出射角
空気の屈折率n0=1より、数式(15)は数式(16)、数式(17)に変形できる。
【数16】
【数17】
数式(14)と数式(17)より、出射角θ3の範囲が数式(18)で定義できる。
【数18】
一方、コア先端部の円筒面でコアから空気中に光が出射するためには、出射角はθ3は90°以下でなければならない。また、コアから出射する光が中心軸に向かって収束するためには、θ3は(90°−x/2)以上でなければならない。したがって、θ3は数式(19)の関係を満足しなければならない。
【数19】
次に、数式(17)を数式(19)に代入すると、以下の数式(20)、(21)が得られる。
【数20】
【数21】
いま、数式(21)の最大値の条件に着目すると、数式(22)が得られる。
【数22】
【数23】
数式(13)と数式(23)から、数式(24)〜(26)が得られる。
【数24】
【数25】
【数26】
ここで、数式(12)から明らかなように、θ1の最大値は90°である。また、頂角xは180°以下である。したがって、数式(26)から、頂角xの満足すべき第1の条件が、数式(27)の通り与えられる。
【数27】
一方、円錐面に対する光の入射角θ2は、数式(13)で与えられる。この数式(13)を数式(21)の最小値の条件に代入すると、頂角xの第2の条件が数式(28)で与えられる。
【数28】
数式(28)において、θ1は数式(8)の条件を満足しなければならない。したがって、数式(11)の条件を数式(28)に代入すると、数式(29)が得られる。
【数29】
したがって、コアとクラッドとの材質(屈折率:n1、n2)から、数式(27)、(29)を満足する頂角xを決定することにより、コアとクラッドとの境界面で反射を繰り返しながら進行した光がコア先端部の円錐面から出射し、且つコアの円錐面から出射した光が中心軸に向かって収束し、光ファイバの前方にエネルギ集中スポットを形成する。
【0020】
数式(27),(29)の条件を満足するようにコア先端部の円錐形状が決められた光ファイバ及びその円錐面から出射する光が図3に示してある。この図は中心軸CLを含むコアの任意の縦断面から出射される光を示しており、「L」は中心軸CLを挟んでコア断面の左側領域L(C)を通って出射される光の経路、「R」は中心軸CLを挟んでコア断面の右側領域R(C)を通って出射される光の経路を示す。
【0021】
図示するように、中心軸CLの極近傍左側を該中心軸CLと平行に進行する光LCは、出射するとLC’の光路を通る。同様に、中心軸CLの極近傍右側を該中心軸と平行に進行する光RCは、出射すると光路RC’を通る。尚、中心軸CLを通るものは、光路CL’を通る。
【0022】
コアとクラッドとの臨界角をもって円錐面40の縁に入射した光LTと光RTは、円錐面40から出射すると、LT’、RT’で示す光路に沿って、中心軸CLに向かって進行し、コア先端部36から所定距離だけ離れた点P1で中心軸CLと交差する。
【0023】
また、コア断面の左側領域L(C)をコアとクラッドとの境界面に沿って中心軸CLと平行に進行する光LPは、出射するとLP’の光路を辿る。また、コア断面の右側領域R(C)をコアとクラッドとの境界面に沿って中心軸CLと平行に進行する光RPは、出射するとRP’の光路を通る。ここで、光路LP’は光路LC’とLT’とで囲まれた光束領域ZLに含まれ、光路RP’は光路RC’とRT’とで囲まれた光束領域ZRに含まれる。
【0024】
また、円錐面40の左側領域40Lから出射する光は、光束領域ZLに含まれ、円錐面40の右側領域40Rから出射する光は光速領域ZRに含まれる。
【0025】
このように、円錐面左側領域40Lから出射した光は中心軸CLを挟んで右側の空間領域に向かって進み、他方、円錐面右側領域40Rから出射した光は中心軸CLを挟んで右側の空間領域に向かって進み、これらの光はコア先端部前方で重なり、高エネルギスポット(点P1、P2、P0、P3で囲まれた領域)を形成する。
【0026】
この高エネルギスポットの形成される位置等は、以下の通り与えられる。いま、図3に示すように、コア28とクラッド30との境界面の極近傍をコアの中心軸と平行に進行する光(光路RP、LPを通る光)の出射角をθ3MAX(θ3の最大角)、臨界角をもって円錐面40の外縁に入射した光(光路RT、LTを通る光)の出射角度θ3MIN(θ3の最小角)、コア中心軸CLに直交する面と光路RT’、LT’とのなす角度をθ4MAX、コア中心軸CLに直交する面と光路RP’、LP’とのなす角度をθ4MINとすると、これらθ3MAX、θ3MIN、θ4MAX、θ4MINは数式(27)、(28)の関係を満足する。
【数30】
【数31】
【0027】
そして、
D0:コア外縁からコア先端部までの中心軸方向距離
D1:コア外縁から光路LP’とRP’との交点までの中心軸方向距離
D2:コア外縁から点P1までの中心軸方向距離
d1:D1−D0
d2:D2−D0
は、以下の通り与えられる。
【0028】
【数32】
【数33】
【数34】
【数35】
【数36】
【0029】
以上の数式から明らかなように、コア先端部の頂角xを変えることにより、エネルギ集中スポットの大きさを任意に変えることができる。
【0030】
具体的に、以下の性質を有する光ファイバについて、先端頂角を求めた。
コアの屈折率n1 :1.421
クラッドの屈折率n2:1.406
この場合、81.67°≦θ1≦90°の範囲で、光はコアとクラッドとの境界面を全反射しながら伝播する。また、コア先端部(円錐面)に入射した光は、θ2≦44.73°の範囲で全て屈折し空気中に出射する。そして、コア先端部の頂角をx≧90.55°に設計することで、コア先端部から出射した光がその前方に高エネルギスポットを形成する。
【0031】
また、種々の実験結果からP0よりP4近くのPE領域の方がエネルギが最も高く集中していることがわかった。コア径が600μmのファイバを用いてEr:YAGレーザで実験した結果、円錐角の頂点から約200μmから300μm程度の距離の領域(PEに対応)がエネルギが最も高く集中していた。エネルギ密度の分布から言うと、PEの領域が最も高く、次にP1、P2、P0、P3で囲まれる領域が高く、次にA、P0、P2及びB、P0、P3で囲まれる領域がP1、P2、P0、P3で囲まれる領域より低い密度となる。
【0032】
なお、以上の説明では光ファイバとして径の一定したものについて説明したが、この光ファイバはその径が先端部の近くで拡大されたものであってもよいし、逆に縮小されたものであってもよい。
【0033】
また、コア先端部の円錐形は、中心軸を含む縦断面でみたとき、多少外側に膨らんだ曲線を描くものであってもよいし、逆に、内側にくぼんだ曲線を描くものであってもよい。
【0034】
また、前述のクラッドの外周には可撓性を与え、補強するために合成樹脂等で被覆されている。また、以上の説明では光源を固定レーザとしているが、気体レーザや液体レーザであっても良い。また、半導体レーザであっても良い。また、レーザ以外には赤外ランプや紫外ランプであっても良い。
【0035】
以上の説明では、本発明のチップを医療用又は歯科用に利用した場合を説明したが、本発明は、現在光ファイバが応用されているすべての技術分野に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レーザ照射装置の斜視図。
【図2】 チップの先端断面図及びそこから出射する光の経路を示す図。
【図3】 チップの先端から出射する光の経路を示す図。
【図4】 従来のチップの部分断面図。
【図5】 従来のチップの部分断面図。
【符号の説明】
26…光照射チップ、28…コア、30…クラッド、32…光ファイバ、36…先端部、40…円錐面、x…頂角。
Claims (2)
- 請求項1の光照射チップを備えたことを特徴とする医療用又は歯科用のレーザ照射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11629899A JP3813760B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 医療用又は歯科用の光照射チップ及びレーザ照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11629899A JP3813760B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 医療用又は歯科用の光照射チップ及びレーザ照射装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000304948A JP2000304948A (ja) | 2000-11-02 |
JP3813760B2 true JP3813760B2 (ja) | 2006-08-23 |
Family
ID=14683571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11629899A Expired - Fee Related JP3813760B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 医療用又は歯科用の光照射チップ及びレーザ照射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3813760B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5059074B2 (ja) | 2009-09-18 | 2012-10-24 | 株式会社モリタ製作所 | 歯科用レーザ照射チップ |
JP5681964B1 (ja) * | 2014-04-15 | 2015-03-11 | 直樹 榊原 | エネルギー装置のための光制御ユニット及びエネルギー照射装置 |
-
1999
- 1999-04-23 JP JP11629899A patent/JP3813760B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000304948A (ja) | 2000-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3638191B2 (ja) | 医療用レーザハンドピース | |
EP1748743B1 (en) | Electromagnetically induced treatment devices | |
JP5059074B2 (ja) | 歯科用レーザ照射チップ | |
EP1284672B1 (en) | Dual wavelength medical diode laser system | |
EP0637942B1 (en) | Medical device | |
JP2882818B2 (ja) | レーザ光の照射装置 | |
WO1991003206A1 (fr) | Dispositif d'irradiation de faisceaux laser | |
US8403922B2 (en) | Non-contact handpiece for laser tissue cutting | |
JPH10328197A (ja) | レーザ医療装置およびこれに用いるレーザプローブ | |
JPH08501224A (ja) | 眼球手術の装置と方法 | |
US20020183728A1 (en) | Laser probe | |
US6673065B1 (en) | Slender tip laser scalpel | |
JP3813760B2 (ja) | 医療用又は歯科用の光照射チップ及びレーザ照射装置 | |
JP2000024000A (ja) | レーザプローブ | |
JPH0329902A (ja) | 光学装置 | |
JPH07328025A (ja) | 医用レーザ装置 | |
JPH0712363B2 (ja) | 特殊レ−ザメスチツプ | |
JP6181535B2 (ja) | レーザハンドピース、及びレーザ治療装置 | |
JP7336119B1 (ja) | 光照射デバイスおよび光照射システム | |
JPH07163578A (ja) | レーザ光の照射装置 | |
JP3749052B2 (ja) | 接触型光照射チップ、ハンドピースおよびレーザ照射装置 | |
JP2000023999A (ja) | チゼル型レーザプローブ | |
JPH07163593A (ja) | 光照射器 | |
JP2020151564A (ja) | レーザー照射用補助部材、ハンドピース | |
JP5681964B1 (ja) | エネルギー装置のための光制御ユニット及びエネルギー照射装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050722 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050726 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050921 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060221 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060421 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060523 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060601 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100609 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100609 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110609 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120609 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120609 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130609 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140609 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |