JP6850412B2 - レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば人間や動物の関節及びその周辺の手術に使用されるレーザ装置及び骨孔位置決め方法に使用して好適なものである。

一般的に、膝関節の前十字靱帯の再建手術や、骨折箇所を継ぎ合わせる手術を行う場合には、骨の所定位置にドリルなどの器具で孔や穴（以下、これを骨孔と呼ぶ）を開けた後、該骨孔に固定用器具やスクリューなどの挿入部品が挿入される（例えば特許文献１参照）。

従って、骨孔は挿入部品のサイズや挿入状況に応じたサイズより大きく形成されなくてはならない。一方で、患者の身体的負担の軽減や治療期間の軽減のためには、骨孔はできる限り小さいことが望ましい。すなわち、骨孔は設計されたサイズにできるだけ近い大きさで形成されることが望ましい。

特表２０１６−５０７３１８

かかる構成の特許文献では、骨孔のサイズを確認するために、目標とする骨孔サイズを示すテンプレートを確認して骨孔を開けるため、目の錯覚などによる骨孔サイズの見誤りなどが発生することがあり、作業効率が悪いという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、作業効率を向上させ得るレーザ装置及び骨孔位置決め方法を提供するものである。

かかる課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、ユーザの操作入力を受け付ける操作入力部と、
前記操作入力部に対するユーザの操作に応じて４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光を発光するレーザ光源と、
前記レーザ光を、平行光に変換する光学部と、
前記レーザ光を出射する光出射部とを有し、
前記光出射部から出射されるレーザ光は、
前記レーザ光が投影面である骨に投影されたときに、骨に形成される骨孔と同一サイズの指標マークを有する２次元形状を投影することを特徴とする。

また、本発明は、ユーザの操作入力を受け付ける操作入力部と、
レーザ光を発光するレーザ光源と、
前記レーザ光を出射する光出射部と、
前記操作入力部に対するユーザの操作に応じた第１モードにおいて、前記レーザ光を所定の２次元形状を有する平行光になるよう調整する第１光学部と、
前記操作入力部に対するユーザの操作に応じた第２モードにおいて、前記光出射部の外側において焦点を結ぶ収束光になるように前記レーザ光を調整する第２光学部とを備え、
前記光出射部は、
前記平行光と前記収束光とを切替えて出射することを特徴とする。

本発明は、作業効率を向上させ得るレーザ装置を実現できる。

第１の実施の形態におけるレーザ装置の概略図である。 第１の実施の形態におけるレーザ装置の電気的構成を示すのブロック図である。 第１の実施の形態における光学部から出射部までの構成を示す概略図である。 第１の実施の形態におけるレーザーマークを示す概略図である。 照射位置と距離変化を説明する概略図である。 距離変化が生じた場合におけるレーザーマークの大きさを示す概略図である。 投射面と光路に傾斜が生じた状態を説明する概略図である。 傾斜が生じた状態におけるマーキング用レーザ光の形状を示す概略図である。 第２の実施の形態におけるレーザ装置の概略図である。 第２の実施の形態における指標マーク形成部の構成を示す概略図（１）である。 第２の実施の形態における指標マーク形成部の構成を示す概略図（１）である。 第３の実施の形態におけるレーザ装置の概略図である。 第３の実施の形態における２次元レーザ光及びマーキングレーザ光を示す略線図である。 第４の実施の形態におけるレーザ装置の概略図である。 第４の実施の形態における２次元レーザ光及びマーキングレーザ光を示す略線図である。 第５の実施の形態におけるレーザ装置の概略図である。 第６の実施の形態におけるレーザ装置の概略図である。 第６の実施の形態における２次元レーザ光及びマーキングレーザ光を示す略線図である。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１において、レーザ装置１は、本体部２にボタン４を有しており、ユーザのボタン４に対する押下に応じて、先端の出射部５からレーザ光が出射される。図１では、投影面ＰＦに対してレーザ光が出射され、２次元レーザ光ＬＭが投影面に形成された様子を示している。

本願発明は、骨に対して骨孔を形成する際に、形成された骨孔のサイズを推測するために使用されるものである。従って、投影面ＰＦは、人や動物の骨の表面となる。実際に形成された骨孔に重複又は隣接するようにして２次元レーザ光ＬＭを形成することにより、２次元レーザ光ＬＭを参照して実際に形成された骨孔のサイズを推測することができる。

本願発明は、関節や骨継ぎなど骨孔を形成する全ての手術の際に適用可能であるが、膝前十字靱帯（ＡＣＬ）損傷に対する靱帯再建術において、移植片を入れるための骨孔を形成する際や、関節鏡を用いた手術などに特に好適に使用することができる。テンプレートを用いないため開口部分を小さくすることが可能である。靱帯再建術については、特許文献１及び非特許文献１（uences of knee flexion angle and portal position on the location of femoral tunnel outlet in anterior cruciate ligament reconstruction with anteromedial portal technique; Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc (2015) 23:777 784）などに記載されている。

レーザ装置１は、細長い本体部２から該本体部２より径の細いノズル３が突出しており、全体として先細り形状を有している。レーザ装置１は、水洗いを可能にするため、防水仕様となっていることが好ましい。継ぎ目部分にゴムパッキンを使用するなどすることにより、防水仕様とすることが可能である。

本体部２は、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ（Acrylonitrile−Butadiene−Styrene共重合）樹脂などのプラスチック材料やアルミニウム、ステンレスなどの金属材料などで形成されている。本体部２の形状に制限は無いが、人間の手で把持しやすいようなサイズ及び形状を有することが好ましい。例えば、本体部２は、断面が円又は楕円、若しくは面取りされた多角形状（特に正四角形又は正六角形）を有しており、その径又は縦横一方向のサイズが１．５ｃｍ〜４ｃｍでなることが好ましい。

ノズル３のサイズ及び形状に制限はないが断面が円又は楕円、若しくは面取りされた多角形状（特に正四角形又は正六角形）を有しており、その径又は縦横一方向のサイズ（外側サイズ）が４ｍｍ〜１０ｍｍでなることが好ましい。また、ノズル３は、手術の際に微細な位置調整ができるような径及び長さを有しており、例えば最細部分の始まりである根元から先端までの長さは４〜１０ｃｍ程度であることが好ましい。

図２に、レーザ装置１の電気的構成を示している。ＯＮ／ＯＦＦ切替部１１は、例えばボタン４が押下されたことを示す信号を送信する電気的な信号送信部であったり、ボタン４の押下に応じて物理的接触を行って通電させる機械的部材であってもよく、ボタン４の押下に応じて電源部１２から光学部１３へ電力を供給開始／終了するスイッチの役割を有している。

電源部１２の構成に制限はないが、例えばボタン電池や単４電池などの使い捨ての電池や、リチウム電池やニッケル水素電池などの充電池など、一般に販売されている小型の電池が好適に使用される。小型の電池を利用することにより配線を無くすと共に筐体を小型化でき、レーザ装置１の操作性及び携帯性を向上させ得る。

光学部１３は、電源部１２から供給される電力によって平行光でなるレーザ光を発射し、出射部５へと供給する。

図３に光学部１３から出射部５までの構成を示している。レーザ光源２１は、レーザ光を出射可能なレーザダイオードである。レーザとしては、ユーザが２次元レーザ光ＬＭを視認する必要があるため、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有する可視光及び近赤外光が使用される。

骨表面は黄色味を帯びており視認性を向上させるため、レーザ光の波長としては、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色レーザ光又は６００〜８００ｎｍの赤色レーザ光が好適に使用される。また、必要となるエネルギー量が小さく、細胞の損傷や熱の発生が極めて少なく安全性が高いことから、６２０〜６８０ｎｍの赤色レーザ光が特に好適に使用される。

アパーチャ２２は、レーザ光の強度がほぼ均一である中心部分のみを通過し、通過したレーザ光を非球面レンズ２３へ入射する。非球面レンズ２３及び２４は、その組み合わせにより、短い光路でレーザ光を所定のビーム径まで拡大しながら平行光へと変換し、指標マーク形成部２５に入射する。

ここで、ノズル３の内側断面が円形であり内径が６．５ｍｍの場合について例示して説明する。指標マーク形成部２５は、ノズル３の内径よりも僅かに大きく形成されており、ノズル３に隣接若しくは近接して配置されている。指標マーク形成部２５に入射されるレーザ光は平行光であるため、指標マーク形成部２５は入射されたレーザ光のビーム径を変更することなく、ノズル３へ入射する。

ノズル３の材質に制限は無いが、患部に触れる可能性があるため、遮光性があり抗菌作用を有するプラスチックや金属が好適に使用される。堅くて錆びにくいことから、ステンレス（ＳＵＳ３０４など）が特に好適に使用される。

指標マーク形成部２５に入射されるレーザ光は、ノズル３の内径よりも大きいことが好ましい。例えば指標マーク形成部２５は、直径又は一辺が７．５ｍｍの扁平な円形又は矩形でなる一方、ノズル３の内径は６．５ｍｍとする。これにより、ノズル３自体がレーザ光のビーム形状を整形するビーム整形部として作用することができる。

指標マーク形成部２５は、レーザ光を透過させる素材で形成されており、クロムコートや印刷、エッチングなどの手法により、レーザ光を透過しない材料によって十字が描かれている。出射部５は、例えばポリカーボネートなど透過性の高い素材で形成されており、ノズル３を密封している。出射部５は、患部に落下することを防止するため、接着剤や強固な機械的手法などでしっかりと固着されることが好ましい。

図４に示すように、出射部５から出射されたレーザ光を投影面に投影させると、直径がノズル３の内径とほぼ同じ６．５ｍｍでなる２次元レーザ光ＬＭが形成される。２次元レーザ光ＬＭは、指標マーク形成部２５によって形成されたレーザ光の影である十字の指標マークＬＣが形成される。

図５及び図６に示すように、出射部５から出射されるレーザ光は平行光であるため、出射部５の先端から投影面ＰＦまでの距離がＤ１からＤ２に変化した場合であっても、２次元レーザ光ＬＭのサイズはほぼ変化しない。このため、ユーザは、わざわざすぐ近くまで出射部５を投影面ＰＦまで近づける必要はなく、離れた位置からボタン４を押すだけで現在の骨孔のサイズを推測することができ、作業効率を向上させることができる。

図７及び図８に示すように、出射されたレーザ光の光路に対して投影面ＰＦが垂直から傾斜していた場合、２次元レーザ光ＬＭが楕円形に変形する。しかしながら、２次元レーザ光ＬＭと指標マークＬＣとで真円と十字のレチクルパターンを形成しているため、変形が認識しやすくなっており、真円に近づくようにレーザ装置１の傾きを操作することにより、２次元レーザ光ＬＭの形状を歪みのない正しい形状に維持できる。

また、手術の内容によっては、投影面ＰＦに対して垂直になるようにレーザ光を照射できない場合がある。このような場合には、２次元レーザ光ＬＭの形状（短径と長径との比率）から投影面ＰＦの傾斜角度を推測し、当該推測に基づいて、すなわち骨の形に合わせてドリルの進入角度を決定することにより、適正な角度で骨孔を開けることが可能となる。例えば、２次元レーザ光ＬＭの形状を撮影し、撮影画像からのソフトウェアによる自動解析により該２次元レーザ光ＬＭを基準としたときのドリルの進入位置や角度を決定することも可能である。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について、図９〜図１１を用いて説明する。第１の実施の形態とは、指標マーク形成部１２５が取り替え可能な点が相違する。第１の実施の形態と同一箇所に同一符号を、対応する箇所に１００又はｘ、ｙを加算した符号を附し、同一箇所についての説明を省略する。

図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第２の実施の形態におけるレーザ装置１０１は、ノズル３と光学部１３との間で分離可能であり、ＬＭ固定部１２５Ａに対して指標マーク形成部１２５を固定するだけの簡易な操作により、指標マーク形成部１２５を簡単に交換することが可能である。

指標マーク形成部１２５としては、形成したい骨孔に応じて種々のパターンを準備できる。

図１０（Ａ）に示すように、指標マーク形成部１２５ｘとして中心の半円部分以外の部分を遮光することにより、図１０（Ｂ）に示すように、真円以外の形状となる半円形状を有する２次元レーザ光ＬＭｘを形成することができる。この場合、２次元レーザ光ＬＭｘでは、レーザ光の影として形成される指標マークＬＣｘとして真円と十字の組み合わせでなるレチクルパターンを採用することにより、２次元レーザ光ＬＭｘの中心及び投影面ＰＦに対する傾斜を認識しやすくできる。なおこの場合、指標マーク形成部１２５ｘがレーザ光のビーム形状を整形するビーム整形部として作用する。

また、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、十字の２次元レーザ光ＬＭｙと真円の指標マークＬＣｙとを組み合わせた反転レチクルパターンを形成することも可能である。この場合、例えば２次元レーザ光ＬＭｙにおける空洞部分として形成された指標マークＬＣｙ（内円）が形成したい骨孔のサイズとして使用される。これにより、骨孔がある程度形成された状態であっても、２次元レーザ光ＬＭｙ（外円の部分）が骨孔周辺に確実に投影されるため、形成するべき骨孔を認識しやすくできる。

＜動作及び効果＞
以下、上記した実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて課題及び効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、上記各実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。また、各特徴に記載した用語の意味や例示等は、同一の文言にて記載した他の特徴に記載した用語の意味や例示として適用しても良い。

以上の構成によれば、本発明のレーザ装置（レーザ装置１）は、ユーザの操作入力に応じて電源の接続可否を切替える電源切替部（ＯＮ／ＯＦＦ切替部１１）と、前記電源からの電力によって４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光を発光するレーザ光源（レーザ光源２１）と、
前記レーザ光を、骨に形成される孔又は穴である骨孔の大きさである骨孔サイズの参照にするための所定の２次元形状（２次元レーザ光ＬＭの形状）を有する平行光に変換する光学部（光学部１３）と、前記レーザ光を出射する光出射部（出射部５）とを有することを特徴とする。

これにより、レーザ装置では、２次元形状を実際に形成した骨孔と重複させた位置又は隣接させた位置に投影することにより、実際に形成した骨孔のサイズを高い精度で推測することができる。これにより、簡易な操作で骨孔のサイズの精度を向上させることができる。

また、レーザ装置は、前記レーザ光の光路上に設置され、前記レーザ光が投影面に投影されたときに投影位置の指標となる指標マーク（指標マークＬＣ）を形成する指標マーク形成部（指標マーク形成部２５）を有することを特徴とする。

これにより、指標マークを参考にして投影位置を決定できるため、投影面の歪みや骨孔の中心位置などを確認して２次元形状を投影したい位置に高い精度で投影することができる。

レーザ装置において前記光出射部は、細長い筒状のノズル部の先端に形成されている。

これにより、例えば関節鏡を用いた手術や、開口部分から奥まった部位に対しても簡単に２次元形状を投影することができる。

レーザ装置において、前記光出射部から出射されるときのレーザ光の波長は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色レーザ光又は６００〜８００ｎｍの赤色レーザ光である。

これにより、黄色味を帯びた骨に対し、２次元形状を視認できやすく投影することができる。

レーザ装置において、前記光出射部から出射されるときのレーザ光の波長は、６２０〜６８０ｎｍの赤色レーザ光である。

これにより、低エネルギーで安全かつ汎用性のあるレーザ光源を使用できる。

レーザ装置において、前記指標マークは、前記指標マーク形成部によって形成された前記レーザ光の影である。

これにより、遮光性のある素材を用いたエッチングや印刷などの公知の手法を用いて、簡単に指標マーク形成部を作製することができる。

前記指標マークは、十字形状を含む。

これにより、２次元形状における縦横比率が認識しやすくなり、投影面に対するレーザ光の傾斜が認識しやすくなる。

前記レーザ光は、前記２次元形状として、略真円形状である。これにより、縦横の方向が関係ないため、ユーザがサイズを認識し易い。

レーザ装置において、前記光学部は、前記レーザ光を前記２次元形状に整形する交換可能な整形部材（指標マーク形成部１２５）を有する。

これにより整形部材の交換により自在に２次元形状を変化させることができ、形成したい骨孔の形状に合わせた２次元形状を投影することができる。

レーザ装置において、前記整形部材は、前記指標マーク形成部を兼ねる。これにより、２次元形状に加えて、形成したい骨孔の形状に合わせた指標マークを投影することができる。

前記２次元形状は、形成したい骨孔と同一又は骨孔より所定のマージンだけ大きいサイズで形成されている。

これにより、骨孔の周囲に必ず２次元形状を投影させることができ、２次元形状を常に確認しながら作業することができる。

前記２次元形状は、形成したい骨孔より大きいサイズで形成されており、前記指標マークは、形成したい骨孔と同一サイズで形成されている。

これにより、骨孔の周囲に必ず２次元形状を投影させると共に、指標マークに沿って骨孔を形成すれば良いため、指標マークをガイドにして正確なサイズの骨孔を形成できる。

前記２次元形状と前記指標マークとの組み合わせにより、レチクルパターンが形成されている。

これにより、レチクルパターンによって２次元形状の歪みを容易に確認できるため、正確な２次元形状を投影させて正確なサイズの骨孔を形成できる。

レーザ装置において、前記ノズル部の内側は、前記２次元形状とほぼ同一サイズでなる。

これにより、ノズル部を極力細く形成できるため、出射部を奥まった位置などに配置し易くなり、操作性が向上する。

以上の構成によれば、本発明の骨孔サイズ推測方法では、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有し、骨に形成される孔又は穴である骨孔の大きさである骨孔サイズの参照にするための所定の２次元形状（２次元レーザ光ＬＭの形状）を有し平行光でなるレーザ光を、ユーザの操作に応じて骨孔を形成する骨面（投影面ＰＦ）に照射することにより、骨穴の実際のサイズを推測する。

これにより、骨面に投影された２次元形状をガイドにして骨孔を形成することができるため、正確なサイズで骨孔を形成することができ、作業効率を向上できる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について、図１２〜図１３を用いて説明する。第３の実施の形態では、ユーザの操作に応じてマーキングを行い得る点が第１の実施の形態とは相違している。なお第３の実施の形態においては、第１の実施の形態と同一箇所に同一符号を、対応する箇所に２００を加算した符号を附し、同一箇所についての説明を省略する。

上述した膝関節の手術において、骨の形状は平面ではないことが多い。しかしながら、投影光であれば、骨の段差や傾斜、カーブなどの表面状態に拘わらず、一定の２次元形状（すなわち実際に開けられる孔の形状）をそのまま骨上に投影することが可能である。この特性を利用して、レーザ装置２０１は、予め骨のどの位置に孔を開けるかを決定する位置決めに使用される。

さらにレーザ装置２０１は、位置決めを行った後、操作入力部２０４に対するユーザの操作入力に応じて、収束光でなるレーザ光を照射し、２次元形状における所定の位置に対応するマーキング位置にマーキングを行うようになされている。マーキングを行った後は、
レーザ装置２０１が外され、マーキング位置を基準にしてドリルの位置決めが行われた後、該ドリルを用いて骨孔を開ける作業が実行される。ドリルの位置決めとしては、例えばマーキングに対してドリル刃の中心を合わせたり、マーキングに対してドリルの所定の箇所を（端部や刃の先端）合わせるなど、マーキング位置に対してドリルの所定箇所を合わせることにより行われる。このように、骨孔の実際のサイズを骨面に投影した上でそのままマーキングを行うことができるため、骨孔のサイズを見誤ることなく、簡単に骨孔を開けることができる。

図１２に示すように、レーザ装置２０１は、光軸方向に移動可能な可動レンズ２２４を有している。すなわち、図１２（Ａ）に示すように、ユーザの操作入力部２０４に対する操作に応じて第１のモードに遷移し、可動レンズ２２４を第１のモードに応じた位置に移動させ、レーザ光源２１からレーザ光を発射する。このとき可動レンズ２２４は、非球面レンズ２３から入射されるレーザ光を平行光に変換し、指標マーク形成部２２５へ入射する。

図１３（Ａ）に示すように、指標マーク形成部２２５は、中心部分にマークが形成されていない中抜きのレクチルマークを形成し、ノズル３を介して出射部５から平行光でなるレーザ光を出射する。この結果、レーザ装置２０１は、第１のモードにおいて、所定の２次元形状でなる２次元レーザ光ＬＭを照射することができる。なお操作入力部２０４の構成は特に限定されず、押下を検出するボタンや位置に応じてモード及び電源ＯＮ／ＯＦＦを切替える物理的スイッチ、液晶パネルなど公知の構成を適宜使用可能である。

なお２次元レーザ光ＬＭは、照明が灯された手術室内で使用されることが想定されており、例えば２００〜２０００ｌｘ程度の照明が使用された状態であっても視認できるように、レーザ光源２１の波長と出力パワーが選択されている。

また、図１２（Ｂ）に示すように、ユーザの操作入力部２０４に対する操作に応じて第２のモードに遷移し、可動レンズ２２４を第２のモードに応じた位置に移動させ、レーザ光源２１からレーザ光を発射する。このとき可動レンズ２２４は、非球面レンズ２３から入射されるレーザ光を収束光に変換し、指標マーク形成部２２５へ入射する。

図１２（Ｂ）に示すように、指標マーク形成部２２５は、ノズル３を介して出射部５から収束光でなるレーザ光を出射する。このレーザ光は、出射部５の外側（例えば出射部５の先端から５〜３０ｃｍの位置）にある外側焦点位置で、かつ２次元レーザ光ＬＭの中心であるマーキング位置で焦点を結ぶようになされている。この結果、図１３（Ｂ）に示すように、レーザ装置２０１は、第２のモードにおいて、２次元レーザ光ＬＭのマーキング位置に集光するマーキングレーザ光ＭＢを照射することができる。

上述したように、指標マーク形成部２２５は、レーザ光の一部を遮断することにより指標マークＬＣを形成するが、指標マークＬＣの中心が中抜きになっており遮断されないため、レーザ光の最も強度の大きい中心部分を遮断せずに済む。

なおマーキングレーザ光ＭＢは、実際に骨孔を形成する骨をいわば焦がして焦げ目や小さな穴などを形成することにより、骨自体にマーキングを施すものであり、骨に対してマーキングが施せるようにレーザ光源２１の波長と出力パワーが選択されている。また、ユーザの操作入力部２０４に対する操作に応じて所定のマーキング時間（例えば０．１〜１０秒間）だけマーキングレーザ光ＭＢを出射することができる。さらに、例えばユーザが操作入力部２１１であるボタンを操作している間に亘ってマーキングレーザ光ＭＢを出射したり、ユーザが操作入力部２１１を操作した回数に応じてマーキングレーザ光ＭＢを出射したりというように、ユーザの操作に応じた任意の時間だけマーキングレーザ光ＭＢを出射することもできる。

＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態について、図１４〜図１５を用いて説明する。第４の実施の形態では、２つのレーザ光源を用いる点が第１の実施の形態とは相違している。なお第４の実施の形態においては、第１の実施の形態と同一箇所に同一符号を、対応する箇所に３００を加算した符号を附し、同一箇所についての説明を省略する。

図１４に示すように、レーザ装置３０１は、２波長（第１波長及び第２波長）のレーザ光（第１レーザ光及び第２レーザ光）を出射可能なレーザ光源３２１を有している。大きいエネルギーが必要な第２レーザ光の波長は、第１レーザ光の波長より短いことが好ましい。なおレーザ光源３２１としては、２つのレーザダイオードからそれぞれ第１レーザ光及び第２レーザ光を発射する２カンタイプでもよく、１つのレーザダイオードから第１レーザ光及び第２レーザ光の両方を発射する１カンタイプでも良い。

非球面レンズ２３，２４は、波長の差異を利用して第１レーザ光を平行光に変換する一方、第２レーザ光を外側焦点位置でかつ２次元レーザ光ＬＭの中心であるマーキング位置で焦点を結ぶ収束光に変換する。レーザ光源３２１として２カンタイプを使用した場合、第１レーザ光と第２レーザ光の出射光における光軸中心がずれることになる。光学部３１３における光軸中心は第２レーザ光の光軸中心に設定されることにより、第２レーザ光の光パワーを保持することができる。

第１モードにおいて、レーザ光源３２１は、第１レーザ光を出射する。この結果、図１５（Ａ）に示すように、指標マークＬＣを有する２次元レーザ光ＬＭが照射される。

第２モードにおいて、レーザ光源３２１は、第１レーザ光及び第２レーザ光の両方を出射する。この結果、図１５（Ｂ）に示すように、２次元レーザ光ＬＭとマーキングレーザ光ＢＭとが重畳された状態で２つのレーザ光を同時に照射することができる。これにより、ユーザは、位置決めに使用した２次元レーザ光ＬＭを視認して確認しながらマーキングレーザ光ＭＢを照射することができ、正しい位置にマーキングを行うことができる。

＜第５の実施の形態＞
次に、第５の実施の形態について、図１６を用いて説明する。第５の実施の形態では、回折格子を用いる点と、２つの波長のレーザ光を単独で出射する点と、レーザ光源３２１Ｘを稼動させる点とが第４の実施の形態とは相違している。なお第５の実施の形態においては、第４の実施の形態と同一箇所に同一符号を、対応する箇所にＸを加算した符号を附し、同一箇所についての説明を省略する。

回折格子３２７は、非球面レンズ２３，２４の間に設けられており、波長に応じてレーザ光を屈折させる特性を有している。従って、レーザ装置３０１Ｘでは、非球面レンズ２３，２４及び回折格子３２７の３つの光学部品により、第１レーザ光及び第２レーザ光の波長の相違を利用して第１レーザ光を平行光に、第２レーザ光を収束光に変換する。

レーザ光源３２１Ｘは、２カンタイプの２波長レーザであり、レーザ光源３２１Ｘにおける２つのレーザ光の出射口を結ぶ方向に移動可能な可動装置を備えている。レーザ光源３２１Ｘは、第１レーザ光又は第２レーザ光をそれぞれ単独で出射すると共に、第１レーザ光を出射するときには光学部３１３Ｘにおける光学中心軸に第１レーザ光の光軸の中心がくるように、第２レーザ光を出射するときには光学部３１３Ｘにおける光学中心軸に第２レーザ光の光軸の中心がくるように、レーザ光源３２１Ｘの出射口を移動させる。

第１モードにおいて、レーザ光源３２１Ｘは、第１レーザ光の光軸の中心を光学中心軸に合わせた状態で第１レーザ光を出射する。この結果、図１３（Ａ）に示したように、指標マークＬＣを有する２次元レーザ光ＬＭが照射される。

第２モードにおいて、レーザ光源３２１は、第２レーザ光の光軸の中心を光学中心軸に合わせた状態で第２レーザ光を出射する。この結果、図１３（Ｂ）に示したように、マーキングレーザ光ＭＢが照射される。

このように、レーザ光源３２１Ｘの光軸の中心を移動可能にして常に光学中心軸に第１レーザ光及び第２レーザ光の光軸の中心を合わせることにより、レーザ光のエネルギーを無駄にすることなく、２次元レーザ光ＬＭ及びマーキングレーザ光ＭＢの照射を行うことができる。

＜第６の実施の形態＞
次に、第６の実施の形態について、図１７〜図１８を用いて説明する。第６の実施の形態では、２つのレーザ光源がそれぞれ別の光路から入射される点と、指標マーク形成部３２５の位置が第４の実施の形態とは相違している。なお第６の実施の形態においては、第１の実施の形態と同一箇所に同一符号を、対応する箇所に４００を加算した符号を附し、同一箇所についての説明を省略する。

図１７（Ａ）に示すように、レーザ装置４０１は、第１レーザ光の光路となる第１光路２０と、第２レーザ光の光路となる第２光路３０とを有している。レーザ光源２１から出射された第１レーザ光は第１光路２０を通り、ハーフミラー４３４を通って共通光路４０の非球面レンズ２４に入射される。

図１７（Ｂ）に示すように、第２光路３０では、レーザ光源３２１から出射された第２レーザ光がアパーチャ４３２、非球面レンズ４３３、ハーフミラー４３４を通って共通光路４０の非球面レンズ２４に入射される。

第１光路２０上（図ではアパーチャ２２と非球面レンズ２３の間）には、指標マーク形成部３２５が配置されている。従って、指標マーク形成部３２５によって第２レーザ光の一部が遮断されることはなく、第２レーザ光のエネルギー量を余すことなく利用することが可能である。

レーザ装置４０１は、第１モードにおいて、第１光路２０及び共通光路４０を通過した第１レーザ光が２次元レーザ光ＬＭとして出射される。また第２モードにおいて、２次元レーザ光ＬＭと共に第２光路３０及び共通光路４０を通過した第２レーザ光がマーキングレーザ光ＭＢとして出射される。

図１８（Ａ）に示すように、２次元レーザ光ＬＭは、十字型のレクチルマークである指標マークＬＣと共に、中心部分に形成された正方形状の調整マークＬＲが形成されている。この調整マークＬＲは、指標マークＬＣと同様、指標マーク形成部３２５によって影として形成されている。調整マークＬＲの形状に制限は無く、多角形や円などであっても良い。

上述したように、マーキングレーザ光ＭＢは収束光であり、マーキングを行いたいマーキング被形成部分にマーキングレーザ光ＭＢの焦点近傍が位置するようにレーザ装置４０１を調整する必要がある。マーキングレーザ光ＭＢの焦点位置におけるスポットサイズの直径と比して、調整マークＬＲの角辺が僅かに大きく形成されている。従って、マーキングレーザ光ＭＢのスポットが調整マークＬＲの内部に入るようにユーザがレーザ装置４０１の位置を調整することにより、確実にマーキングを行うことができる。

＜動作及び効果＞
以下、上記した実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて課題及び効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、上記各実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。また、各特徴に記載した用語の意味や例示等は、同一の文言にて記載した他の特徴に記載した用語の意味や例示として適用しても良い。

本発明のレーザ装置は、ユーザの操作入力を受け付ける操作入力部（ボタン４，操作入力部２０４，３０４，４０４）と、
前記操作入力部に対するユーザの操作に応じて４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光を発光するレーザ光源（レーザ光源２１，３２１，４２１）と、
前記レーザ光を、骨に形成される孔又は穴である骨孔の大きさである骨孔サイズの参照にするための所定の２次元形状を有する平行光に変換する光学部（光学部１３，２１３，３１３）と、
前記レーザ光を出射する光出射部（出射部５）とを有することを特徴とする。

これにより、レーザ装置は、骨面の形状や傾斜などの形状要因に拘わらず骨孔を開ける領域を正確に投影できるため、形状要因に起因する目の錯覚による誤認を生じさせることがなく、骨孔形成時の作業効率を向上し得る。

レーザ装置において前記光学部は、前記ユーザの操作入力に応じた第１モードにおいて、平行光になるように前記レーザ光を調整し、
前記ユーザの操作入力に応じた第２モードにおいて、前記光出射部の外側において焦点を結ぶ収束光になるように前記レーザ光を調整することを特徴とする。

これにより、レーザ装置は、第１モードにおいて骨面に対して平行光を投影して骨孔の位置決めを行い、続いて収束光を照射して位置決めされた骨孔のマーキングを行うことができる。すなわち、一つのレーザ装置を用いて位置決めからマーキングまでを行うことができるため、骨孔形成時の作業効率を著しく向上し得る。

レーザ装置において前記光学部は、
前記レーザ光を入射して集光状態を変化させる第１レンズと、
前記第１レンズから入射される前記レーザ光の集光状態を変化させる可動式の第２レンズとを有することを特徴とする。

これにより、第２レンズの位置を変えるだけでレーザ光を平行光と収束光に変換することができ、簡易な構成でマーキングの機能を備えるレーザ装置を構成できる。

レーザ装置において、前記レーザ光源は、前記レーザ光として、
前記第１モードに使用される第１レーザ光と、
前記第２モードに使用される前記第１レーザ光とは波長の相違する第２レーザ光とを発光し、前記光学部は、
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との波長の差異を利用して前記第１レーザ光が平行光になるように調整し、前記第２レーザ光が収束光になるように調整することを特徴とする。

レーザ装置において前記光学部は、前記第２モードにおいて、
平行光に調整された前記第１レーザ光と、
収束光に調整された前記第２レーザ光とを同時に出射することを特徴とする。

これにより、レーザ装置では、位置決め用の第１レーザ光を投影したまま、マーキング用の第２レーザ光を照射することができるため、位置決めした場所がずれていないことを確認しながらマーキングを行うことができ、マーキングの位置精度を向上することができる。

レーザ装置において前記光学部は、
前記レーザ光源として第１レーザ光を発射する第１レーザ光源及び第２レーザ光を発射する第２レーザ光源を有し、
前記第２モードにおいて、
平行光に調整された前記第１レーザ光と、
収束光に調整された前記第２レーザ光とを同時に出射し、
第１光路に入射された前記第１レーザ光と第２光路に入射された第２レーザ光を共通光路を介して前記光出射部から出射することを特徴とする。

これにより、レーザ装置は、２つのレーザ光源を用いることができ、使用可能なレーザ光源の種類を増大させ、設計の自由度を向上できる。

レーザ装置において、前記第１光路上に設置され、前記レーザ光が投影面に投影されたときに投影位置の指標となる指標マークを形成する指標マーク形成部を有することを特徴とする。

これにより、レーザ装置は、マーキングに使用される第２レーザ光を遮断することなく、第１のレーザ光に基づく平行光に対して指標マークを形成することができる。

レーザ装置において前記光学部は、
前記第２モードにおいて、
平行光に調整された前記第１レーザ光と、
収束光に調整された前記第２レーザ光とを同時に出射し、
前記指標マーク形成部は、
前記レーザ光が投影面に投影されたときに第２レーザ光のスポットサイズの指標となる調整マークを形成することを特徴とする。

これにより、レーザ装置は、調整マークを使ってマーキング用の第２レーザ光の焦点距離を調整できるため、焦点が合っていなかったためにマーキングが失敗することを未然に防止でき、マーキングの確実性を高めることができる。

レーザ装置において、ユーザの操作入力を受け付ける操作入力部と、
レーザ光を発光するレーザ光源と、
前記レーザ光を出射する光出射部と、
前記操作入力部に対するユーザの操作に応じた第１モードにおいて、前記レーザ光を所定の２次元形状を有する平行光になるよう調整する第１光学部と、
前記操作入力部に対するユーザの操作に応じた第２モードにおいて、前記光出射部の外側において焦点を結ぶ収束光になるように前記レーザ光を調整する第２光学部と
を備えることを特徴とする。

これにより、一つのレーザ装置によって位置決め用の平行光とマーキング用の収束光とを出射できるため、投影面に対して位置決めをした後にマーキングを行う動作を連続的に行うことができ、マーキング時の作業効率を向上し得る。

レーザ装置において前記光出射部は、
前記平行光と前記収束光とを切替えて出射することを特徴とする。

これにより、レーザ装置は、一つのレーザ装置を用いて位置決め後にマーキングを行う動作を連続的に行うことができる。

レーザ装置において前記光出射部は、
ユーザの操作入力部に対する操作入力に応じた第１モードにおいて、前記平行光のみを出射し、
ユーザの操作入力部に対する操作入力に応じた第２モードにおいて、前記平行光及び前記収束光を出射することを特徴とする。

これにより、第２モードにおいて、第１モードで位置決め用に使用した平行光をそのまま投影しながら収束光を出射することができ、第１モードにおける位置決めの状態を維持しながらマーキングを行うことができる。このため、例えばユーザがレーザ装置を手に持った状態で位置決めからマーキングを連続的に行うことが可能となり、マーキング時の作業効率を向上し得る。

以上の構成において、本発明の骨孔位置決め方法では、本発明の４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有し、骨に形成される孔又は穴である骨孔の大きさである骨孔サイズの参照にするための所定の２次元形状を有し平行光でなるレーザ光を、ユーザの操作に応じて骨孔を形成する骨面に照射することにより、実際に開けられる骨穴の位置決めを行うことを特徴とする。

これにより、複雑な形状を有する骨に対して孔の形状を正確に投影することができ、目の錯覚により見誤ることなく、骨孔の位置決めが可能となり、骨孔形成時の作業効率を向上し得る。

＜他の実施の形態＞
なお、上述実施形態では、真円と十字によるレチクルマークを形成したが、本発明はこれに限らず、レチクルマークは必ずしも必要ではない。例えば中心位置として、中心部分にドットでなる指標マークを形成したり、十字と多角形とを組み合わせたり、交差する３本以上の線を利用するなどしても良い。また、必ずしも指標マークＬＣを設ける必要はない。

また上述実施形態では、光学部１３の終端に指標マーク形成部２５を設けたが、本発明はこれに限らず、例えばノズルの先端である出射部に十字を印刷することにより指標マーク形成部を設けても良い。要は、光路上の任意の箇所に指標マーク形成部を配置することができる（アパーチャより後段が好ましい）。また、出射部にパターンを形成し、交換可能な構成にすることもできる。この場合、出射部の保護部材（指標マーク形成部）が落下するとアラームが鳴ったり、落下防止のヒモなどを取り付けておくことが望ましい。

さらに上述実施形態では、レーザ装置１が全体として先細るようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レーザ装置の形状に制限は無い。

また第１〜第６の実施の形態の構成を適宜組み合わせることができる。例えば第４の実施の形態のレーザ装置３０１に対して第５の実施の形態の回折格子３２７を併用しても良い。

さらに第４〜第６の実施の形態では波長の差異を利用したが、例えば同一波長で出力パワーの相違する２つのレーザ光源を使用するようにしても良い。この場合、レーザ光発射後の光路が相違する第６の実施の形態におけるレーザ装置の構成が好適に用いられる。

また、例えば第１の実施の形態のレーザ装置に対してアタッチメントを取り付ける構成とし、後付けでマーキング用のレーザ光を発射できるようにすることも可能である。この場合、第６の実施の形態における第２光路３０、又は第２光路３０とハーフミラー４３４を後付けのアタッチメントとして取り付けることができる。

上述実施形態では特に述べていないが、レーザ装置を固定するスタンドを用いることも可能である。例えば第４の実施の形態におけるレーザ装置２０１をスタンドにおける上下作用方向に回転又は移動、若しくは回転及び移動可能なレーザ装置保持部に固定し、レーザ装置保持部を回転や移動動作をさせながら第１モードで位置決めを行い、位置決めを行ったところでレーザ装置保持部を固定する。レーザ装置保持部が固定された状態で第２モードにおけるマーキング用レーザ光を照射することにより、位置決めした位置からずれることなくマーキングを行うことができる。

上述実施形態では、第２レーザ光の出力パワーが第１レーザ光よりも高い場合について述べた。本発明はこれに限らず、第１レーザ光の出力パワーが第２レーザ光よりも高いようにしても良い。第１レーザ光及び第２レーザ光の出力パワーは、２次元レーザ光ＬＭの視認性、及びマーキング用レーザ光ＢＭのマーキング特性によって適宜選択され、どちらのパワーが大きくてもよい。それに応じて、光学部において使用される各光学部品の種類は配置が適宜決定される。

また上述実施形態では、電源切替部（操作入力部）としてのＯＮ／ＯＦＦ切替部１１と、レーザ光源としてのレーザ光源２１と、光学部としての光学部１３と、光出射部としての出射部５とからなるレーザ装置１を本発明のレーザ装置として構成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の構成による電源切替部と、レーザ光源と、光学部１３と、出射部５からなるレーザ装置を本発明として適用することが可能である。

本発明は、例えば骨孔を形成に手術において使用されるレーザ装置に適用することができる。

１，１０１，２０１、３０１、３０１Ｘ、４０１：レーザ装置
２ ：本体部
３ ：ノズル
４ ：ボタン
５ ：出射部
１１ ：ＯＮ／ＯＦＦ切替部
１２ ：電源部
１３、２１３、３１３、３１３Ｘ、４１３ ：光学部
２１、３２１、３２１Ｘ、４２１ ：レーザ光源
２２、４３２ ：アパーチャ
２３、２４、４３３：非球面レンズ
２２４：可動レンズ
２５、１２５、４２５ ：指標マーク形成部
ＬＣ，ＬＣｘ，ＬＣｙ：指標マーク
ＬＭ，ＬＭｘ，ＬＭｙ：２次元レーザ光
ＭＢ ：マーキング用レーザ光
ＰＦ ：投影面

Claims (14)

1. ユーザの操作入力を受け付ける操作入力部と、
   前記操作入力部に対するユーザの操作に応じて４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光を発光するレーザ光源と、
   前記レーザ光を、平行光に変換する光学部と、
   前記レーザ光を出射する光出射部とを有し、
   前記光出射部から出射されるレーザ光は、
   前記レーザ光が投影面である骨に投影されたときに、骨に形成される骨孔と同一サイズの指標マークを有する２次元形状を投影する
   を有することを特徴とするレーザ装置。
2. 前記レーザ光の光路上に設置され、前記指標マークを形成する指標マーク形成部
   を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記光出射部は、
   細長い筒状のノズル部の先端に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
4. 前記光学部は、
   前記ユーザの操作入力に応じた第１モードにおいて、平行光になるように前記レーザ光を調整し、
   前記ユーザの操作入力に応じた第２モードにおいて、前記光出射部の外側において焦点を結ぶ収束光になるように前記レーザ光を調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
5. 前記光学部は、
   前記レーザ光を入射して集光状態を変化させる第１レンズと、
   前記第１レンズから入射される前記レーザ光の集光状態を変化させる可動式の第２レンズとを有する
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
6. 前記レーザ光源は、
   前記レーザ光として、
   前記第１モードに使用される第１レーザ光と、
   前記第２モードに使用される前記第１レーザ光とは波長の相違する第２レーザ光とを発光し、
   前記光学部は、
   前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との波長の差異を利用して前記第１レーザ光が平行光になるように調整し、前記第２レーザ光が収束光になるように調整する
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
7. 前記光学部は、
   前記第２モードにおいて、
   平行光に調整された前記第１レーザ光と、
   収束光に調整された前記第２レーザ光とを同時に出射する
   ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
8. 前記光学部は、
   前記レーザ光源として第１レーザ光を発射する第１レーザ光源及び第２レーザ光を発射する第２レーザ光源を有し、
   前記第２モードにおいて、
   平行光に調整された前記第１レーザ光と、
   収束光に調整された前記第２レーザ光とを同時に出射し、
   第１光路に入射された前記第１レーザ光と第２光路に入射された第２レーザ光を共通光路を介して前記光出射部から出射する
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
9. 前記第１光路上に設置され、前記レーザ光が投影面に投影されたときに投影位置の指標となる指標マークを形成する指標マーク形成部
   を備えることを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
10. 前記光学部は、
    前記第２モードにおいて、
    平行光に調整された前記第１レーザ光と、
    収束光に調整された前記第２レーザ光とを同時に出射し、
    前記指標マーク形成部は、
    前記レーザ光が投影面に投影されたときに第２レーザ光のスポットサイズの指標となる調整マークを形成する
    ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
11. ユーザの操作入力を受け付ける操作入力部と、
    レーザ光を発光するレーザ光源と、
    前記レーザ光を出射する光出射部と、
    前記操作入力部に対するユーザの操作に応じた第１モードにおいて、前記レーザ光を所定の２次元形状を有する平行光になるよう調整する第１光学部と、
    前記操作入力部に対するユーザの操作に応じた第２モードにおいて、前記光出射部の外側において焦点を結ぶ収束光になるように前記レーザ光を調整する第２光学部とを備え、
    前記光出射部は、
    前記平行光と前記収束光とを切替えて出射する
    ることを特徴とするレーザ装置。
12. 前記光出射部から出射されるレーザ光は、
    前記第１モードにおいて、前記レーザ光が投影面である骨に投影されたときに、骨に形成される骨孔と同一サイズの指標マークを有する２次元形状を投影し、
    前記第２モードにおいて、前記２次元形状の中心であるマーキング位置で焦点を結ぶ
    ことを特徴とすることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
13. 前記光出射部は、
    ユーザの操作入力部に対する操作入力に応じた第１モードにおいて、前記平行光のみを出射し、
    ユーザの操作入力部に対する操作入力に応じた第２モードにおいて、前記平行光及び前記収束光を出射する
    ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
14. 前記指標マークは、
    十字形状を含む
    ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。

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