JP4531364B2 - ダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いて外科用針に面取りされた止まり穴を形成する方法 - Google Patents

Description

本出願は、１９９９年４月２６日出願の米国特許出願第０９／２９８，８７６号（現在は米国特許第６，２５２，１９５Ｂ１号）の継続出願である、２００１年５月２３日出願の同時係属の本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／８６４，０３５号の一部継続出願である。

本発明は、外科用針のレーザー穴あけ方法に関し、特にレーザーを用いて外科用針に面取りされた止まり穴を開ける方法に関する。

外科用針とそこに付いた縫い糸はこの技術分野でよく知られている。外科用針には一般に遠位にある尖端と近位にある縫い糸取り付け端とがある。縫い糸取り付け端は縫い糸の先端を入れるために溝や止まり穴等の幾つかの構造形状をとることができる。一般に縫い糸の遠位端は幾つかの方法で外科用針の近位端に取り付けられる。例えば、縫い糸の遠位端即ち先端を溝に挿入して、次に溝を機械的にスエージ加工して縫い糸を溝の中に止める。または、縫い糸の遠位端即ち先端を針の近位端に開けた穴に取り付けてもよい。その後、針の近位端を機械的にスエージ加工して縫い糸の端を機械的に穴の中に止める。この他に、縫い糸を接着剤、エポキシ、シュリンクチュービング及び他の既知の取り付け技術を用いて外科用針に取り付けてもよい。

縫い糸を外科用針に取り付けるために止まり穴（blind bore hole）を用いることが、多くの種類の外科用針に対する取り付け方法として選択されつつある。この方法で縫い糸を取り付けた針は、組織内を通るとき通り抜け抵抗が少ない。一般に、２つの従来方法のいずれか１つにより針の近位端に止まり穴を開ける。外科用針に穴を開ける一方法は機械的にドリルを使用することである。止まり穴を開ける他の方法はレーザーを使用することである。機械的穴あけは幾つかの欠点を有することが知られている。例えば、機械的アラインメント、道具の消耗、定常的な調整、小さな直径の穴を開けることができないこと及び機械的穴あけ工程が比較的遅いこと等である。レーザーによる穴あけではこれらの問題の多くは解決できる。レーザーでは光エネルギーを有するビームを用いて金属を溶かし針の近位端から放出させて止まり穴を形成する。従って、レーザーによる穴あけでは、穴あけ装置と針が機械的に接触することがなく、道具の消耗が問題にならず、アラインメントの問題と調整が最小となり、穴あけ時間が大幅に効率的になり全体的に高速形成が可能となる。

外科用針に穴を開けるために従来のレーザーシステムを用いることに多くの利点があるが、幾つかの問題もある。レーザー穴あけ装置は一般に機械的穴あけ装置より精密で複雑であり高度に熟練したオペレーターが必要である。さらに、レーザーによる穴あけでは、溶けた金属が除去された後スラグが残るため、穴の内面が全体的に滑らかでない可能性がある。スラグは縫い糸が穴の中に入るとき干渉する恐れがある。

滑らかな穴を作るためには、溶融方法よりも蒸発とプラズマ形成により穴から金属を除くことが望ましいことが知られている。これはパルスＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いて実施できる。このようなレーザーは、各パルスが少量の物質を除くのに十分なエネルギーを有する短パルス列を発生し、その結果高品質の穴が形成される。パルス持続時間は一般に１０マイクロセカンド乃至１００マイクロセカンドの範囲内にある。

現在、外科用針に穴を開けるための短パルスの発生は、従来のフラッシュランプポンプ（flash lamp pumped）Ｎｄ−ＹＡＧレーザーを発振器として用いて、持続時間が２００マイクロセカンド乃至６００マイクロセカンドの範囲の光パルスを発生させることにより始まる。次に、この光パルスを、電気光学変調器又は同様の器具を用いて複数の短パルス（即ち、パルス列）に強度変調する。これら短パルスの持続時間と周波数は変調器のパラメーターによってコントロールする。次に、これらパルス列は従来のフラッシュランプポンプＮｄ−ＹＡＧ増幅器に入り増幅されて高出力強度ビームとなる。高出力強度ビームは外科用針の後方又は近位端面に集束されて針の近位端内に止まり穴を開ける。

フラッシュランプによるパルス化に特有の限界により、短パルスの発生には電気光学変調器による主パルスの変調が必要であり、電気光学変調器は光学偏光子及び検光子（analyzer）を必要とする。レーザービーム路に沿ってこれらの光学器具を追加して配置することは光学エネルギーを幾らか損失させ、また製造環境において光学器具の光学的なアラインメントを維持することは困難である。電気光学変調器（ポックレスセル（Pockles Cell））は高圧エレクトロニクスを必要とし、高圧エレクトロニクスは高度なメンテナンスと高価な安全予防措置を必要とする。また、フラッシュランプポンプレーザー発振器と増幅器は、フラッシュランプに放出するエネルギーを蓄えるのに、高圧電力供給部（power supply）とコンデンサバンクの両方を用いる。フラッシュランプは、エネルギーの大部分が熱の形で消費され、この熱は冷却システムにより除去しなければならないのでレーザーロッドをポンピングするには効率の悪い方法と考えられている。また、電力供給部、コンデンサバンク及び冷却システムは大きな空間を占め、メンテナンスと修理を必要とする。フラッシュランプの作用によりレーザーロッドで消費される熱はロッドの熱レンジング（lensing）を引き起こしレーザービームの品質を劣化させる。さらに、現在のフラッシュランプポンプ方法の他の問題は、フラッシュランプの寿命である。フラッシュランプの平均寿命は約５００時間乃至約６００時間である。このため、６００時間程度毎にフラッシュランプを取り替えるためレーザー穴あけシステムを停止しなければならず、製造が中断されメンテナンスと修理を必要とする。

また、面取りされた穴を設けることも当分野では良く知られている。外科用針の穴を面取りすることにより、縫い糸の先端部を穴に配置して、外科用針に外科用縫い糸を取り付けるのが容易かつ効率的になると考えられる。外科用針の面取りは、機械工具を用いた機械加工或いは２つのレーザーシステムにより従来の方法で行うことができる。面取りされた穴では、面取り部の直径は穴の直径よりも大きい。従って、縫い糸の先端部を穴に挿入し易く、処置中に、縫い糸の屈曲により針の取り付け点近傍で縫い糸が切断される可能性が低くなる。面取りは、まず面取り部即ち皿穴を機械加工し、次に穴を開ける機械式穿孔工程で形成される。異なった２つの刃が機械加工に用いられる。レーザー加工により面取り穴を穿孔する場合は、異なった２つのレーザーが用いられる。１つのレーザーで針に穴を開け、別のレーザーで面取りを行う。レーザー加工は、様々な理由から機械加工よりも有利であると考えられる。例えば、レーザーシステムでは、機械工具を接触させる必要がなく、工具が磨耗することがない。更に、レーザー加工のスループットは極めて高い。しかしながら、面取り穴を穿孔するシステムでは２つのレーザーを用いるため、構成が複雑となり嵩張ってしまい、満足のいくコスト効率が得られない。

当分野で知られているレーザーシステムでも、外科用針に面取りされた穴を穿孔することができるが、改良された新規のレーザーシステムが求められている。

従って、この技術分野では、フラッシュランプパルス化システムの上記欠点を解消し、かつ面取りされた止まり穴を加工できる改善されたパルスレーザーシステムが求められている。単一のレーザーで外科用針に面取り穴を穿孔できる新規のレーザーシステム及びプロセスが求められている。

本発明の目的は、光学偏光子、電気光学変調器、検光子、フラッシュランプとそれに関連する電力供給部及びコンデンサバンクを必要としないで、効率良くパルスレーザーで外科用針に穴を開ける方法を提供することである。

本発明の他の目的は、冷却しやすく、レーザーロッドの加熱と熱レンジングを減少させ、停止時間を必要とすることなく、フラッシュランプポンプシステムに比べて長寿命で作動できるパルスレーザー穴あけシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、単一のレーザーを用いて外科用針に面取りされた穴を穿孔するパルスレーザー穿孔法を提供することである。

本発明は外科用針にパルスレーザーで穴を開ける方法を開示するものであり、この方法は、Ｎｄ−ＹＡＧクリスタルロッドと複数の高出力レーザーダイオードアレイからなる発振器を用いるレーザー穴あけ装置を設けることからなる。このレーザー装置により光パルスが発生する。パルスを外科用針の近位端に集束させて止まり穴を形成する。

本発明の更なる態様は、外科用針に面取り穴をレーザーで穿孔する方法である。この方法では、Ｎｄ−ＹＡＧ結晶ロッド及び複数の高出力レーザーダイオードのアレイからなる発振器を利用するレーザー穿孔装置を用意する。第一の光パルスがレーザー穿孔装置によって生成され、この光パルスが外科用針の近位端に集束され、面取りされたキャビティが形成される。第二の光パルスが同じレーザー装置で生成され、この光パルスが外科用針の近位端に集束され、止まり穴が穿孔される。このように加工された針は、単一のレーザー穿孔装置により形成された面取り止まり孔を有する。レーザー穿孔装置は、少なくとも１つのプログラム可能なマイクロプロセッサからなるセントラルプロセシングユニットによって制御される。

本発明の上記の効果及び他の効果は以下の説明と添付図面からより明らかとなるであろう。

単一のレーザーを用いて外科用針に面取り穴を穿孔するパルスレーザー穿孔法が提供される。

従来技術のフラッシュランプポンプＮｄ−ＹＡＧレーザー穴あけシステムの概略を図１に示す。図１に示すように、システムには、ビーム偏光子２０と並んで１００％反射性後方凸ミラー１０があり、さらにＮｄ−ＹＡＧレーザーロッド４０がある。Ｎｄ−ＹＡＧレーザーロッド４０の隣りにフラッシュランプ３０がある。レーザーロッド４０と整列して出力カップラーミラー５０がある。ミラー１０、ビーム偏光子２０、フラッシュランプ３０、レーザーロッド４０及び出力カップラーミラー５０の組み合せによりレーザー発振器５５が構成される。フラッシュランプ３０はＮｄ−ＹＡＧロッド４０を高いエネルギーレベルへ励起（pumps）し、ミラー１０，５０によりレーザー発振を生じさせる。ビーム偏光子２０はレーザービームを直線状に偏光する。次に、図２に示す光パルス１３０が出力カップラーミラー５０から出て一対のビーム屈折フラットミラー６０に連続して反射する。光パルス１３０は電気光学変調器８０により図３に示す短パルス列１４０に変調される。次に、このパルス列１４０は検光子９０に入り、その後増幅器９５に入る。増幅器９５はフラッシュランプ３０とＮｄ−ＹＡＧレーザーロッド４０からなる。短パルス列１４０は図４に示すパルス列１５０に増幅されて、ビームエクスパンダー１００、さらに集束光学組立体１１０を通過してビーム１６０を形成する。ビーム１６０が外科用針１９０の近位端面１９５に向かい、止まり穴１９８が形成される。

図５に、外科用針に穴を開けるのに有用な本発明のレーザーダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザーシステムの好ましい実施形態の概略を示す。このシステムはカーブ状１００％反射性後方ミラー２１０、ビーム屈折プリズム２１５、小径Ｎｄ−ＹＡＧロッド２４０、一群の高出力レーザーダイオードアレイ２２０及び一部透過性外方カップラーミラー２５０を備え、これによりレーザー発振器２５５が構成される。固体状態（solid state）電力供給部（図５に図示せず）によりレーザーダイオードアレイが異なる出力、周波数及びパルス幅で駆動される。駆動周波数は１０ｋＨｚまで可能である。レーザーダイオードアレイ２２０は多数のダイオードバーからなる。ダイオードアレイ２２０はＮｄ−ＹＡＧロッドの小さい吸収バンドに適合する狭いスペクトル幅の放射パルスを発する。レーザーダイオードアレイ２２０が、２つのミラー２１０，２５０の存在下でＮｄ−ＹＡＧロッド２４０を光学的に励起（pumped）し、レーザー発振を引き起こす。Ｎｄ−ＹＡＧロッドレーザー発振のパルス幅とパルス周波数はダイオードアレイのパルス幅とパルス周波数により決まる。５マイクロセカンド乃至１００マイクロセカンドの範囲のＮｄ−ＹＡＧ光パルスが発生する。これらのパルスは図６に示すパルス列３４０の形で進む。パルス列３４０は連続して一対のビーム屈折フラットミラー２６０を通過して、次に増幅器セクション２３０に送られる。増幅器セクション２３０は、Ｎｄ−ＹＡＧロッド２４０と一群の高出力レーザーダイオードアレイ２２０からなる。レーザー発振器２５５とレーザー増幅器２３０の両方で、レーザーダイオードアレイ２２０がその側面に沿ってＮｄ−ＹＡＧロッド２４０を励起（pump）する。高出力レーザーダイオードバー２２０の出力は、好ましくは、約４０ワット乃至約５０ワットであり、所望のパルス列を発生させるのに十分効果的である。各アレイ２２０は「Ｎ」個のバーを有することができ、これらのアレイはＮｄ−ＹＡＧロッドの周りに様々な形状で配置してロッドを照射できる。図７に示す増幅したパルス列３５０は、次に、ビームエクスパンダー３００、さらに、集束光学組立体３１０に送られ、そこでレーザービーム３６０が最終的に外科用針１９０の近位端面１９５に集束される。増幅した高出力短パルス３６０が針１９０の端面１９５に集束すると、これらパルスは金属を蒸発及びプラズマ形成の形態で除去し、高品質の止まり穴１９８が形成される。

本発明のダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザー穴あけシステムは従来技術のフラッシュランプポンプシステムに比べて多くの利点を有する。本発明のレーザーダイオードパルス化Ｎｄ−ＹＡＧレーザー穴あけシステムを使用すると、従来のフラッシュランプパルス化システムで使用する光学偏光子、電気光学変調器、検光子、フラッシュランプとそれに関連する電力供給部及びコンデンサバンクが不要となる。

さらに、フラッシュランプによるロッドへの過剰な熱投入により引き起こされる熱レンジング効果が減るため高品質なビームが得られる。従来技術のパルス変調システムを除くことができるので、レーザービームのアラインメントとメンテナンスがよりシンプルで容易になる。

本発明のレーザー穴あけシステムではフラッシュランプを取り替える必要がないので、エネルギー効率が高くレーザー停止時間が少ない。

本発明のレーザーシステムに使用できる１００％反射性後方ミラーには、例えば、ＣＶＩレーザー・オプティックス社、アルブケルケ、ニューメキシコ；ラムダ・リサーチ・オプティックス社、セリトス、カリフォルニア及びコヒーレント・アーバン（Auburn）・グループ、アーバン、カリフォルニアから入手できるような、従来から市販されているカーブ性反射ミラーが含まれる。ミラーのサイズは、好ましくは、直径約１２．７ｍｍ（０．５”）×厚み６．３５ｍｍ（０．２５”）である。反射ミラーはレーザープロセスを生じるように機能する。

本発明のレーザーシステムに使用できるＮｄ−ＹＡＧレーザーロッドには、１．０％Ｎｄ−ＹＡＧ等の従来から市販されている小径ロッドが含まれる。レーザーロッドのサイズは、十分な量の８０８ｎｍポンプ光を１０６４ｎｍレーザー光に効率的に変換するのに十分なサイズである。ロッドのサイズは、典型的には直径約２．５ｍｍ乃至直径約６．０ｍｍであり、さらに典型的には直径約２．５ｍｍ×１００ｍｍ乃至直径約６．０ｍｍ×２００ｍｍであり、好ましくは直径約３．０ｍｍ×１４０ｍｍ乃至直径約４．０ｍｍ×１４０ｍｍである。レーザーロッドはポンプ光エネルギーをレーザー光エネルギーに変換するように機能する。レーザーロッドは、リットン・エアトロン・ソナプティクス（Synoptcs）、シャーロット、ノースカロライナからパーツＮｏ．Ｎｄ：ＹＡＧ３×１０４ｍｍとして入手できる。レーザーダイオードバーはコヒーレント社からパーツＮｏ．ＵＬＰＳ１５６Ｅ／９／３として入手できる。

本発明の実施に使用できる一部透過性出力カップラーミラーには、直径１２．７ｍｍ（０．５”）×厚み６．３５ｍｍ（０．２５”）の誘電性コート基板等の従来から市販されている出力カップラーミラーが含まれる。

一部透過性カップラーミラーは、共振器の光を一部出ていかせると同時に共振器内にレーザープロセスを維持するように機能する。

本発明のシステムに使用できるレーザーダイオードアレイには、ラジアルアレイ等の従来から市販されているダイオードアレイが含まれる。ダイオードアレイは、８０８ｎｍポンプ光エネルギーを生じるように機能する。ダイオードアレイは、典型的には、複数のレーザーバーから構成される。レーザーバーは、ＡｌＧａＡｓ等の従来から市販されているレーザーバーである。レーザーバーは、電気エネルギーを８０８ｎｍ光学エネルギーに変換するように機能する。

ダイオードアレイに電力を供給するのに使用できる固体状態電力供給部には、レーザーダイオードドライブ等の従来から市販されている電力供給部が含まれる。電力供給部は、標準壁プラグ電力をパルス電力に変換するように機能する。電力供給部の容量はパルス電力を効率的に発生させるのに十分な容量である。電力は、典型的には約１０ワット乃至約５００ワットであり、より典型的には約５０ワット乃至約４００ワットであり、好ましくは約１００ワット乃至約３５０ワットである。

本発明のレーザーシステムに使用できるビーム屈折フラットミラーには、誘電性コートガラス基板等の従来から市販されているビーム屈折フラットミラーが含まれる。ビーム屈折フラットミラーは、レーザー光エネルギーを反射するように機能する。

本発明の実施に使用できるビームエクスパンダーには、例えば、ＣＶＩレーザー・オプティックス社又はラムダ・リサーチ・オプティックス社及びコヒーレント・アーバン・グループから入手できるような、従来から市販されているビームエクスパンダーが含まれる。ビームエクスパンダーは、レーザービームを平行にすると同時にレーザービームの直径を広げるように機能する。

本発明の方法の実施に使用できる集束光学組立体には、１００ｍｍ又は１５０ｍｍ集束レンズ等の従来から市販されている光学組立体が含まれる。光学組立体はレーザー光エネルギーを小さなスポットに集束するように機能する。

前述したように、本発明のレーザーシステムに使用する部品は市販されている。例えば、後方ミラーはニューヨーク、ロチェスターにあるＪＭＬダイレクト・オプティックスからパーツＮｏ．ＭＰＣ１４７００／５０５として購入でき、プリズムはＪＭＬダイレクト・オプティックスからパーツＮｏ．ＰＤＣ１６１２０／１０４として購入でき、出力カップラーミラー、ビーム屈折ミラー、ビームエクスパンダー及び集束レンズはＪＭＬダイレクト・オプティックスからそれぞれパーツＮｏ．ＣＭＮ１１２２５／２０２／ｘｘｘ、ＭＣＬ１５１００／５０５、５２３４０／１０４及びＣＬＬ１３７４５／１０４として購入できる。

本発明の方法で外科用針に穴を開けるのに使用するレーザービームは、金属性外科用針に止まり穴を開けるのに十分効果的な出力、パルス周波数及びパルス幅を有する。ビームの出力は、典型的には約５ワット乃至約１００ワットであり、より典型的には約１０ワット乃至約５０ワットであり、好ましくは約２５ワット乃至約４５ワットである。ビームのパルス幅は、典型的には約５マイクロセカンド乃至約１ミリセカンドであり、より典型的には約７マイクロセカンド乃至約２００マイクロセカンドであり、好ましくは約１０マイクロセカンド乃至約１００マイクロセカンドである。ビームは、典型的には単一パルス乃至周波数約１００ｋＨｚであり、より典型的には約１ｋＨｚ乃至約５０ｋＨｚであり、好ましくは約１．５ｋＨｚ乃至約１０ｋＨｚである。ビームの出力は、パルスエネルギー及び／又はパルス周波数を変えると、変わる。オペレーターはビームの周波数とビームのパルス幅を変えることができる。

図９乃至図１１を参照すると、外科用針に面取り穴をレーザー穿孔する本発明のプロセスが示されている。図９及び図１０に、レーザー穿孔された面取り孔４３０を備えた針４００が例示されている。面取り穴４３０は、本発明のレーザー穿孔プロセスによりレーザー穿孔される。図示されているように針４００は、細長い本体４１０、尖った先端部４１２、及び近位端面４２１を備えた近位端部４２０を含む従来の曲線状の外科用針である。図示されているように近位端部４２０は、内部に延びた面取り穴４３０を有する。面取り穴４３０は、面取りされたキャビティ４４０及び長手方向の穴４５０を有する。面取りされたキャビティ４４０は、実質的に半球状であるが、正方形、長方形、及び台形等、更にそれらの組合せを含む様々な他の形状にしてもよい。面取りされたキャビティ４４０は、近位端部４２０の内部に延在する。キャビティ４４０は、近位端面４２１貫通する上部開口４４２、内壁４４４、及び底部４４６の底部開口４４７を有する。穴４５０は、キャビティ４５２、側壁４５４、遠位端止まり底部４５６、及び上部開口４５７を有する。この上部開口４５７は、キャビティ４４０の開口４４７と連通している。従って、上部開口４４２内に挿入された縫い糸の先端を、キャビティ４４０から開口４４７及び開口４５７を経て、穴４５０のキャビティ４５２内に挿入することができる。

本発明の面取りレーザー穿孔プロセスが図１１に例示されている。例示されているプロセスでは、針４００が、ペイアウトスプール４９０からリコイルスプール５００にリニアトラック４８０内を移動するキャリアストリップ４７０に取り付けられる。キャリアストリップ４７０に複数の針４００を取り付けるのが好ましいが、本発明の面取りレーザー穿孔プロセスは、ダイホルダーに針を１本ずつ取り付けて実施することもできる。キャリアストリップ４７０上にある間、面取りレーザー穿孔の前或いは後に、様々なステーションで幾つかのオプションの工程を行うことができる。オプションの工程には、限定するものではないが、針の引き抜き（即ち、ストリップ４７０内でその長手方向の軸に沿って針４００を再配置する）、針の切断（即ち、穿孔及び面取りのために針４００の尾部を除去して、針４００の端面を露出させる）、及び穴４００の検査が含まれる。これらの工程は、針４００をキャリアストリップ４７０上に配置する前に行い、穴４３０の検査の場合はキャリアストリップ４７０から取り外した後に行うことができる。

レーザー穿孔ステーション５１０で、レーザービーム５４０が針４００の近位端４２０に当てられる前に、それぞれの針４００がダイ取付け具５２０のダイ５３０に保持される。ダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザー発振器５６０で生成されたレーザービーム５４０が、ビーム屈折フラットミラー６００で反射され、連続した２つの増幅ユニット５７０で増幅される。次に、ビーム５４０がミラー６００で反射され、針４００の近位端面４２１に衝当して穴が穿孔される前に、ビームエクスパンダー５８０及び集束用光学素子５９０を通る。穴の所望の深さ及び直径によって、同じエネルギーレベル或いは異なったエネルギーレベルの十分に効果的な複数のパルスが加えられる。初めに面取り部４４０が、第一のレーザービームパルス列５４０によって針４００の近位端４２０に穿孔される。この第一のレーザービームパルス列５４０は、面取りキャビティ４４０を穿孔するのに十分なエネルギー及び十分なパルス時間を有する。続いて穴４５０が、第二のレーザービームパルス列５４０によって面取りキャビティ４４０を介して近位端４２０に穿孔され、面取り穴４３０が形成される。第二のレーザービームパルス列５４０は、穴４２０を効果的に穿孔するのに十分なエネルギー及び十分なパルス時間を有する。面取り部４４０を穿孔するのに必要なエネルギーの量は、通常は穴４５０を穿孔するのに必要なエネルギーよりも低い。レーザービームパルス列５４０のパルス幅、パルス継続時間、及びパルス出力（即ち、エネルギー）は、電源及びコントローラー６１０によって制御される。これらの工程は、１或いは２のレーザーバーストで順次行われる。穿孔及び面取りに必要な最大合計時間は、プロセスパラメーターによって異なるが、例えば約７マイクロセカンドとすることができる。穴及び面取り部が形成された後、リニアトラック４８０内のストリップにより針４００が、次の工程ステーション或いはリコイルスプール５００に送られる。レーザーパルス幅の範囲は、通常は約５マイクロセカンド乃至２５マイクロセカンドであり、発振器及び増幅器のダイオードの電流は、通常は約２０アンペア乃至６０アンペアの範囲である。パルスの周波数の範囲は、通常は約１２．５ｋＨｚ乃至６６ｋＨｚである。各レーザーバーストの最大時間は約１マイクロセカンドである。コントローラー６１０は、面取り穴４３０のレーザー穿孔を制御する。コントローラー６１０は、少なくとも１つのマイクロコントローラー或いはマイクロプロセッサからなる従来のプログラム可能なセントラルプロセシングユニットである。コントローラー６１０は、シングルパルスモード（ＳＰＭ）とパルス周波数モード（ＰＦＭ）の２つの動作モードを有している。ＳＰＭでは、指令に従って、レーザーがレーザーエネルギーの１つのバーストを送る。パルス周波数モードでは、指令に従ってシャッターが閉じたり開いたりして、レーザーが、例えば６Ｈｚの選択された周波数で発振する。バースト間の時間は、例えば約５マイクロセカンド乃至１５マイクロセカンドの範囲であって、１マクロセカンドずつの増分で十分に効果が得られる時間に調節することができる。マイクロコントローラーやマイクロコントローラーモニターが、システムが正確に動作するように管理する。動作パラメーターは、コントローラー６１０のセントラルプロセシングユニットのフロントパネルにあるメンブレンキーパッドで所望の設定を入力して調節することができる。セントラルプロセシングユニット及びマイクロコントローラーはまた、システムの検査及び負荷検査を実施する。システムの起動時に、コントローラー６１０のセントラルプロセシングユニット及びマイクロコントローラーがシステムの初期検査を実施する。運転中は、コントローラー６１０のセントラルプロセシングユニット及びマイクロコントローラーが、効果的な要領でシステムが正確に動作するようにシステムの幾つかの重要なパラメーターを監視する。コントローラー６１０は、１或いは複数のパルスを含むバーストを有するレーザーを照射するようにプログラムされている。第一のバーストで面取りキャビティが形成される。第一のバースト時間は、約１００マイクロセカンド乃至約１０００マイクロセカンド、好ましくは約５００マイクロセカンドである。コントローラー６１０はまた、第一のバーストが終了した後に第二のバーストを有するレーザーを放射するようにプログラムされている。第二のバーストは、複数のパルスを含み、穴を形成する。第二のバースト時間は、約１００マイクロセカンド乃至約１０００マイクロセカンド、好ましくは約８００マイクロセカンドである。コントローラー６１０はまた、第一のパルスが面取りキャビティを形成し、別のパルスが穴を形成するように、バースト内に第一のパルスを含む１つのバースト（バースト内の別のパルスとは異なったパラメーターを有する）を生成するようにプログラムすることができる。所望に応じて、コントローラー６１０は、穴及び／または面取りキャビティを形成するように複数のバーストを放射するようにプログラムすることもできる。

驚くべきことに、本発明のレーザー面取り穿孔プロセスを用いることにより、単一ダイオードポンプレーザーで面取りされた止まり穴の面取り部及び穴を形成することができる。

本発明を詳細な実施形態について説明してきたが、当業者であれば、本発明の特許請求の範囲及び概念から逸脱することなく、本発明の形態や詳細を様々に変えることができることを理解できよう。

本発明の実施態様は以下の通りである。
（Ａ） 外科用針をレーザー穿孔する方法であって、
ダイオードパルス化Ｎｄ−ＹＡＧレーザー穴あけシステムを用意するステップと、
近位端、遠位端、及び基端面を有する外科用針を用意するステップと、
前記基端面から前記外科用針の前記近位端に面取りキャビティを効果的に穿孔するのに十分な出力を有するレーザーパルスの第一のビームを生成するステップと、
前記レーザーパルスの第一のビームを前記外科用針の前記近位端の前記近位端面に照射して、遠位底部を有する面取りキャビティを形成するステップと、
前記外科用針の前記近位端に止まり穴を効果的に穿孔するのに十分な出力を有するレーザーパルスの第二のビームを生成するステップと、
前記レーザーパルスの第二のビームを前記面取りキャビティの遠位底部に照射して、遠位底部を備えた記面取りキャビティを形成するステップとを含み、
前記止まり穴が前記面取りキャビティと連通していることを特徴とするレーザー穿孔方法。
（１）前記ダイオードパルス化レーザー穴あけシステムが、カーブ状後方ミラーと、第一のＮｄ−ＹＡＧロッドと、複数の高出力レーザーダイオードのアレイと、一部透過性出力カップラーミラーと、前記ダイオードアレイを駆動するための固体電源と、第一のビーム屈折フラットミラー及び第二のビーム屈折フラットミラーと、第二のＮｄ−ＹＡＧロッドと、第二の複数の高出力レーザーダイオードのアレイと、ビームエクスパンダーと、集束用光学素子組立体と、コントローラーとを含むことを特徴とする実施態様（Ａ）に記載の方法。
（２）前記第一のビームが、約０．４５キロワット乃至約２．５キロワットの範囲の出力であることを特徴とする実施態様（Ａ）に記載の方法。
（３）前記第一のビームが、約５マイクロセカンド乃至約１０マイクロセカンドの範囲のパルス幅を有することを特徴とする実施態様（Ａ）に記載の方法。
（４）前記第一のビームの周波数が、約１ｋＨｚ乃至約２０ｋＨｚの範囲であることを特徴とする実施態様（Ａ）に記載の方法。
（５）前記第二のビームが、約０．５８キロワット乃至約３．２キロワットの範囲の出力であることを特徴とする実施態様（Ａ）に記載の方法。
（６）前記第二のビームが、約５マイクロセカンド乃至約２０マイクロセカンドの範囲のパルス幅を有することを特徴とする実施態様（Ａ）に記載の方法。
（７）前記第二のビームの周波数が、約１ｋＨｚ乃至約３０ｋＨｚの範囲であることを特徴とする実施態様（Ａ）に記載の方法。

従来技術のフラッシュランプパルス化レーザー穴あけシステムの概略図である。 従来技術のフラッシュランプポンプＮｄ−ＹＡＧレーザー発振器により発生する典型的な光パルスの概略図である。 図２の単一の光パルスを変調した典型的なパルス列を示す概略図である。 増幅後の図３のパルス列を示す概略図である。 外科用針に穴を開けるための本発明によるレーザーダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザー発振器及び増幅システムを示す概略図である。 図５のレーザーダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザー発振器により発生する光パルス列を示す概略図である。 増幅後の図６のパルス列を示す概略図である。 （Ａ）及び（Ｂ)は図５のレーザーダイオードポンプＮｄ−ＹＡＧレーザー発振器により発生する光パルスのオシロスコープ軌跡である。 レーザー穿孔された面取り止まり穴を備えた外科用針の斜視図である。 外科用針の近位端及びレーザー穿孔された面取り止まり穴を例示する、図１０の外科用針の部分断面図である。 外科用針に面取り止まり穴を穿孔するのに有用な本発明のレーザー穿孔装置の線図である。

符号の説明

１９０ 外科用針
１９５ 近位端面
１９８ 止まり穴
２１０ カーブ性後方ミラー
２１５ ビーム屈折プリズム
２２０ レーザーダイオードアレイ
２３０ 増幅器
２４０ Ｎｄ−ＹＡＧロッド
２５０ 一部透過性出力カップラーミラー
２５５ レーザー発振器
２６０ ビーム屈折フラットミラー
３００ ビームエクスパンダー
３１０ 集束光学組立体
３４０ パルス列
３５０ 増幅したパルス列
３６０ レーザービーム
４００ 外科用針
４１０ 針本体
４１２ 先端部
４３０ 面取り穴
４４０ 面取りキャビティ
４４２ 上部開口
４４４ 内壁
４４７ 底部開口
４５０ 穴
４５６ 遠位端止まり底部
４７０ キャリアストリップ
４８０ リニアトラック
４９０ ペイアウトスプール
５００ リコイルスプール
５１０ レーザー穿孔ステーション
５２０ ダイ取付け具
５３０ ダイ
５６０ レーザー発振器
６００ フラットミラー
６１０ コントローラー

Claims (2)

1. 外科用針をレーザー穿孔する方法であって、
   ダイオードパルス化Ｎｄ−ＹＡＧレーザー穴あけシステムを用意するステップと、
   近位端、遠位端、及び基端面を有する外科用針を用意するステップと、
   前記基端面から前記外科用針の前記近位端に面取りキャビティを穿孔するのに十分な出力を有するレーザーパルスの第一のビームを生成するステップと、
   前記レーザーパルスの第一のビームを前記外科用針の前記近位端の前記近位端面に照射して、遠位底部を有する面取りキャビティを形成するステップと、
   前記外科用針の前記近位端に止まり穴を穿孔するのに十分な出力を有するレーザーパルスの第二のビームを生成するステップと、
   前記レーザーパルスの第二のビームを前記面取りキャビティの遠位底部に照射して、前記面取りキャビティの遠位底部に対して遠位にある遠位底部を備えた止まり穴を形成するステップとを含み、
   前記止まり穴が前記面取りキャビティと連通しており、
   前記第一のビームが、０．４５キロワット乃至２．５キロワットの範囲の出力と、５マイクロセカンド乃至１０マイクロセカンドの範囲のパルス幅とを有し、
   前記第二のビームが、０．５８キロワット乃至３．２キロワットの範囲の出力と、５マイクロセカンド乃至２０マイクロセカンドの範囲のパルス幅とを有し、
   前記第一のビームの周波数が、１ｋＨｚ乃至２０ｋＨｚの範囲であり、前記第二のビームの周波数が、１ｋＨｚ乃至３０ｋＨｚの範囲であり、
   前記第一のレーザーパルスのビームによって与えられるエネルギー量が、前記第二のレーザーパルスのビームによって与えられるエネルギー量より小さく、ここで、前記エネルギーが、それぞれのビームの、パルス幅、パルス継続時間およびパルス出力に基づくものである、
   ことを特徴とするレーザー穿孔方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記ダイオードパルス化Ｎｄ−ＹＡＧレーザー穴あけシステムが、
   カーブ状後方ミラーと、
   第一のＮｄ−ＹＡＧロッドと、
   複数の高出力レーザーダイオードのアレイと、
   一部透過性出力カップラーミラーと、
   前記ダイオードアレイを駆動するための固体電源と、
   第一のビーム屈折フラットミラー及び第二のビーム屈折フラットミラーと、
   第二のＮｄ−ＹＡＧロッドと、
   第二の複数の高出力レーザーダイオードのアレイと、
   ビームエクスパンダーと、
   集束用光学素子組立体と、
   コントローラーとを
   含むことを特徴とする方法。

Images