JPH0420340A - 医療治療用レーザー - Google Patents
医療治療用レーザーInfo
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- JPH0420340A JPH0420340A JP2411783A JP41178390A JPH0420340A JP H0420340 A JPH0420340 A JP H0420340A JP 2411783 A JP2411783 A JP 2411783A JP 41178390 A JP41178390 A JP 41178390A JP H0420340 A JPH0420340 A JP H0420340A
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- gas
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Classifications
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-
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- H—ELECTRICITY
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- A61M13/00—Insufflators for therapeutic or disinfectant purposes, i.e. devices for blowing a gas, powder or vapour into the body
- A61M13/003—Blowing gases other than for carrying powders, e.g. for inflating, dilating or rinsing
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
[0001]
本発明は医療治療用レーザーシステムに関し、特にCO
。レーザーシステムに関する。 [0002]
。レーザーシステムに関する。 [0002]
近年、多くの医療用途において、レーザーを用いる傾向
がある。例えば、二酸化炭素(CO2)レーザーを用い
て、ある種のレーザー手術が行われている。 CO2レーザーは、医療治療において、生物組織中の水
分子により圧倒的に吸収される10.59ミクロンの主
波長を発生する。組織中でレーザーエネルギーの吸収お
よび熱への変換は、医者が切断し、焼灼し、摘出しそし
て他の外科的処置を行うことを可能にする。CO。レー
ザーは、又、他の種類のレーザーに比べ、低コストで比
較的高送出力を供給するように設計できるので望ましい
。 [0003] 初期のCO2外科用レーザーは流れ(flowing
)ガス種であった。これらのCO2システムでは、タン
クからのガスは、レーザーチューブを通って連続的に流
されている。1980年初期から、密閉したガスシステ
ムが流れガスシステムに代わって利用できるようになっ
た。初めは、コストがより高かったが、密封ガスシステ
ムは、操作するのにより煩わしくなく、ボンベの交換が
必要でない。 [0004] よく知られているように、外科手術における他の傾向は
、体内への侵入を局所化することである。例えば、膝の
手術では、関節鏡検査処置を用いて、外傷をより小さく
する。この傾向は内視鏡が、外科的処置を行うことがで
きるように変化してきたという場合にもみられる。より
詳細に説明すると、内視鏡は初めは体の内部を診るため
に設計された。内視鏡は、小さな切開や穿刺から体内に
挿入する円筒管又は鞘から成る。外科用道具が内視鏡内
にはめ込まれれるように製造されたら、患者の体内にさ
らに侵入させなくても全ての外科的処置を行うことがで
きる。レーザーエネルギーは幅の狭いビームに沿って送
出され得るので、レーザー内視鏡外科的技術を発達させ
るのに多大な努力が支払われた。 [0005] 内視鏡とレーザー手術の組み合わせの1例は、腹腔鏡を
用いる手術処置におけるものである。この処置において
、内視鏡は患者の腹壁を通して挿入される。腹腔鏡を通
して送出されるレーザー光を、例えば、生命を脅かした
り、痛みを生じたり又は患者に妊娠するのを禁じたりす
る損傷、癒着又は封鎖部分を焼き、除去するのに用いら
れる。レーザーエネルギーを用いる全ての内視鏡処置で
は、煙り及び焼いた組織が内視鏡の移動を妨げたり、光
学的要素を汚したりしないように、通常、パージガスは
内視鏡を通して流される。レーザーエネルギーを用いて
の腹腔鏡を用いる手術処置ではパージガスの他に、医者
は通常、患者の腹部内にふきかけガスも送り込む。ふき
かけガスは、内部臓器から腹部を離して広げ、手術範囲
がよりはっきりと見えるようにする。ふきかけガスを用
いる場合、内視鏡を通して、パージガスを与えることが
より重要になる。なぜなら、そうしないと、手術領域の
正圧が内視鏡へ焼いた組織や煙りを押しやってしまい、
焦点を当てたり、レーザービームを送るのに用いる光学
機械のレンズをよごしてしまうからである。 [0006] 数年前まで、外科医により用いられた通常のパージガス
及びふきかけガスは窒素であった。しかし、窒素は、多
くの望ましくない副作用を有している。例えば、窒素は
、体から容易には流れ出ず、患者に屈曲様徴候を生じさ
せなり、又は、循環系における損傷又は致命的なガス塞
栓を生じさせ得る。従って、最近の傾向として、循環系
及び呼吸系が有効に問題なく体から流れ出す二酸化炭素
(CO2)をパージガス及びふきかけガスとして用いる
ようになった。 [0007] 二酸化炭素をパージガスとして用いると、一定量の、C
O2外科用レーザーからの出力(power )がパー
ジガスによって吸収される。室温COは、CO2し一ザ
ー光を吸収しない基底状態の分子を豊富に有しているが
、常に、少量だが一定量の励起したエネルギー状態を有
する分子がある。そのあるものは、より低いレイジング
レベルに相当する。より低いレイジングレベルを生じる
この少割合の分子は10.6の主放出波長でCO2の光
子を吸収する。 [0008] COガス中のCO2レーザ−エネルギーの吸収は他の状
況、特に大気中を通って長い範囲の伝達において報告さ
れてきた。例えば、CO2レーザ−ビームを何マイルも
の大気中を送出する場合、低濃度においてさえ、高エネ
ルギー状態の分子の無名数が有意な量までビームを弱め
るのに十分な大気圧のCO2を通過する。しかし、レー
ザービームが高度に濃縮されたCO2パージガスを横切
らなくてはならない比較的短距離(およそ数インチ、せ
いぜい数フィート)ゆえに、この効果はレーザー手術の
問題と考えられなかった。 [0009]
がある。例えば、二酸化炭素(CO2)レーザーを用い
て、ある種のレーザー手術が行われている。 CO2レーザーは、医療治療において、生物組織中の水
分子により圧倒的に吸収される10.59ミクロンの主
波長を発生する。組織中でレーザーエネルギーの吸収お
よび熱への変換は、医者が切断し、焼灼し、摘出しそし
て他の外科的処置を行うことを可能にする。CO。レー
ザーは、又、他の種類のレーザーに比べ、低コストで比
較的高送出力を供給するように設計できるので望ましい
。 [0003] 初期のCO2外科用レーザーは流れ(flowing
)ガス種であった。これらのCO2システムでは、タン
クからのガスは、レーザーチューブを通って連続的に流
されている。1980年初期から、密閉したガスシステ
ムが流れガスシステムに代わって利用できるようになっ
た。初めは、コストがより高かったが、密封ガスシステ
ムは、操作するのにより煩わしくなく、ボンベの交換が
必要でない。 [0004] よく知られているように、外科手術における他の傾向は
、体内への侵入を局所化することである。例えば、膝の
手術では、関節鏡検査処置を用いて、外傷をより小さく
する。この傾向は内視鏡が、外科的処置を行うことがで
きるように変化してきたという場合にもみられる。より
詳細に説明すると、内視鏡は初めは体の内部を診るため
に設計された。内視鏡は、小さな切開や穿刺から体内に
挿入する円筒管又は鞘から成る。外科用道具が内視鏡内
にはめ込まれれるように製造されたら、患者の体内にさ
らに侵入させなくても全ての外科的処置を行うことがで
きる。レーザーエネルギーは幅の狭いビームに沿って送
出され得るので、レーザー内視鏡外科的技術を発達させ
るのに多大な努力が支払われた。 [0005] 内視鏡とレーザー手術の組み合わせの1例は、腹腔鏡を
用いる手術処置におけるものである。この処置において
、内視鏡は患者の腹壁を通して挿入される。腹腔鏡を通
して送出されるレーザー光を、例えば、生命を脅かした
り、痛みを生じたり又は患者に妊娠するのを禁じたりす
る損傷、癒着又は封鎖部分を焼き、除去するのに用いら
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学的要素を汚したりしないように、通常、パージガスは
内視鏡を通して流される。レーザーエネルギーを用いて
の腹腔鏡を用いる手術処置ではパージガスの他に、医者
は通常、患者の腹部内にふきかけガスも送り込む。ふき
かけガスは、内部臓器から腹部を離して広げ、手術範囲
がよりはっきりと見えるようにする。ふきかけガスを用
いる場合、内視鏡を通して、パージガスを与えることが
より重要になる。なぜなら、そうしないと、手術領域の
正圧が内視鏡へ焼いた組織や煙りを押しやってしまい、
焦点を当てたり、レーザービームを送るのに用いる光学
機械のレンズをよごしてしまうからである。 [0006] 数年前まで、外科医により用いられた通常のパージガス
及びふきかけガスは窒素であった。しかし、窒素は、多
くの望ましくない副作用を有している。例えば、窒素は
、体から容易には流れ出ず、患者に屈曲様徴候を生じさ
せなり、又は、循環系における損傷又は致命的なガス塞
栓を生じさせ得る。従って、最近の傾向として、循環系
及び呼吸系が有効に問題なく体から流れ出す二酸化炭素
(CO2)をパージガス及びふきかけガスとして用いる
ようになった。 [0007] 二酸化炭素をパージガスとして用いると、一定量の、C
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ジガスによって吸収される。室温COは、CO2し一ザ
ー光を吸収しない基底状態の分子を豊富に有しているが
、常に、少量だが一定量の励起したエネルギー状態を有
する分子がある。そのあるものは、より低いレイジング
レベルに相当する。より低いレイジングレベルを生じる
この少割合の分子は10.6の主放出波長でCO2の光
子を吸収する。 [0008] COガス中のCO2レーザ−エネルギーの吸収は他の状
況、特に大気中を通って長い範囲の伝達において報告さ
れてきた。例えば、CO2レーザ−ビームを何マイルも
の大気中を送出する場合、低濃度においてさえ、高エネ
ルギー状態の分子の無名数が有意な量までビームを弱め
るのに十分な大気圧のCO2を通過する。しかし、レー
ザービームが高度に濃縮されたCO2パージガスを横切
らなくてはならない比較的短距離(およそ数インチ、せ
いぜい数フィート)ゆえに、この効果はレーザー手術の
問題と考えられなかった。 [0009]
しかし、本発明者は、パージガスによるレーザーエネル
ギーの吸収は予測するよりずっと深刻であることを見出
だした。事実、レーザー送出力(laser powe
r)が増大すると、パージガスによるレーザーエネルギ
ーの吸収は非線形に増大し、熱のランナウェイ吸収の現
象を生じることを見出だした。先きに熱のランナウェイ
吸収が密閉ガスシステムに観察されていた。そのような
システムでガスによるレーザー光の吸収により発生する
熱が迅速に散らされ得ないで、従って、ガスを高レベル
に熱する傾向がある。この加熱は、エネルギーのある分
子数を増加させる。エネルギーのある分子数が増加する
場合、CO2レーザー光を吸収できる低レイジングレベ
ルの分子数は増加する。このことは、又、エネルギーの
より大きな吸収、より大きな加熱及び、より大きな吸収
を生じる。この速いサイクルを「ランナウェイ」という
[例えば、Kay及びNaylorによるRunnaw
ay 5elf−absorption in M
ulti−kilowatt Co 2 La5
ers (Applied Physics
Letters )、42巻、3号(1983年、4
月15日)を参照]。 [0010] 熱ランナウェイ吸収の問題は外科用レーザーシステムに
は容認できない問題である。先きに指摘したように、吸
収は患者に送出され得る力を低減する。ガスの加熱も又
、ビームの焦点をぼかし、適した外科技術を妨げる負の
レンジング(lensing )を生じる。その他に、
その吸収は送出装置を加熱し、それによって外科医又は
患者のどちらかにやけどをさせてしまう。 [0011] 本発明より先に、この作用は知られていたが光学機械の
レンズが調整不良が又は焦点のピントがずれているかの
ような他の要素によるものであった。外科用レーザーシ
ステムにおける送出光学機械は、容易に調整不良になる
がしばしばなる多くの光学的要素を有する間接でつなが
ったアームを要するので、後者の説明は不適切であるが
、都合がよかった。本発明者は、小さな調整不良でさえ
パージガスにおける熱ランナウェイ吸収を非常に増大さ
せ得るし、実際に増大していることを見出だした。 [0012] 従って、熱ランナウェイを防ぐ改良されたレーザーシス
テムを供給することが望ましい。 [0013] 本発明の他の目的は、手術部位に送出可能な出力を最大
にするための改良されたレーザーシステムを供給するコ
トである。 [0014] 本発明の他の目的は、パージガス及びふきかけガスにお
ける、レーザーエネルギーの吸収を最少にする改良され
た外科用レーザーシステムを供給することである。 [0015] 本発明のさらに他の目的は、組織内で増大されたレーザ
ー波長を有する改良された外科用レーザーシステムを供
給することである。 [0016)
ギーの吸収は予測するよりずっと深刻であることを見出
だした。事実、レーザー送出力(laser powe
r)が増大すると、パージガスによるレーザーエネルギ
ーの吸収は非線形に増大し、熱のランナウェイ吸収の現
象を生じることを見出だした。先きに熱のランナウェイ
吸収が密閉ガスシステムに観察されていた。そのような
システムでガスによるレーザー光の吸収により発生する
熱が迅速に散らされ得ないで、従って、ガスを高レベル
に熱する傾向がある。この加熱は、エネルギーのある分
子数を増加させる。エネルギーのある分子数が増加する
場合、CO2レーザー光を吸収できる低レイジングレベ
ルの分子数は増加する。このことは、又、エネルギーの
より大きな吸収、より大きな加熱及び、より大きな吸収
を生じる。この速いサイクルを「ランナウェイ」という
[例えば、Kay及びNaylorによるRunnaw
ay 5elf−absorption in M
ulti−kilowatt Co 2 La5
ers (Applied Physics
Letters )、42巻、3号(1983年、4
月15日)を参照]。 [0010] 熱ランナウェイ吸収の問題は外科用レーザーシステムに
は容認できない問題である。先きに指摘したように、吸
収は患者に送出され得る力を低減する。ガスの加熱も又
、ビームの焦点をぼかし、適した外科技術を妨げる負の
レンジング(lensing )を生じる。その他に、
その吸収は送出装置を加熱し、それによって外科医又は
患者のどちらかにやけどをさせてしまう。 [0011] 本発明より先に、この作用は知られていたが光学機械の
レンズが調整不良が又は焦点のピントがずれているかの
ような他の要素によるものであった。外科用レーザーシ
ステムにおける送出光学機械は、容易に調整不良になる
がしばしばなる多くの光学的要素を有する間接でつなが
ったアームを要するので、後者の説明は不適切であるが
、都合がよかった。本発明者は、小さな調整不良でさえ
パージガスにおける熱ランナウェイ吸収を非常に増大さ
せ得るし、実際に増大していることを見出だした。 [0012] 従って、熱ランナウェイを防ぐ改良されたレーザーシス
テムを供給することが望ましい。 [0013] 本発明の他の目的は、手術部位に送出可能な出力を最大
にするための改良されたレーザーシステムを供給するコ
トである。 [0014] 本発明の他の目的は、パージガス及びふきかけガスにお
ける、レーザーエネルギーの吸収を最少にする改良され
た外科用レーザーシステムを供給することである。 [0015] 本発明のさらに他の目的は、組織内で増大されたレーザ
ー波長を有する改良された外科用レーザーシステムを供
給することである。 [0016)
これらの及び他の目的に従って、本発明は、ビーム送出
経路に沿った、レーザーエネルギーの望ましくない吸収
を最少にする改良された医療用治療レーザーシステムを
供給する。この目的を達成するためには、標準レイジン
グ媒質は、望ましくない吸収の波長からシフトした波長
において、主放出を生じる異なる媒質で置換される。 [0017] 好ましい実施態様において、この装置は、レーザービー
ムを発生するためのCOレーザーを含む。CO2レーザ
ーは、レイジング媒質として、通常、窒素及びヘリウム
のような非レイジングガスを混合した二酸化炭素ガスを
含有する。 [0018] 手術部位にレーザービームを送出するために1つの手段
が又、供給される。木登明において、その改良は、レー
ザーにおいて、COの標準 CO2同位体を異なる同
位体で置換することを含む。好ましい実施態様において
、選択される同位体は、 C○ である。CO2レ
ーザーにおけるガスレイジング媒0ンである。この主放
出は、COの CO3同位体関連の主10.6ミクロ
ンラインからシフトしている。この波長シフトの重要な
利点は、標準CO2のいられる場合、 CO2ガス
レーザービームの出力を全く吸収しない。従って、手術
部位に送出され得る出力は最大になり得る。 [0019] レイジング媒質におけるこの変化の他の利点は、
CO2の11.2ミクロりおおよそ50%大きい。より
高い吸収係数は、組織切断及び切除のためのエネルギー
域値をより低くすることができ、そのことは、より速い
切断ができることになる。その他に、一般に変性する又
は壊死する、熱で作用された組織の層をより小さくする
。 [0020] Co2の CO2同位体は、比較的高価であるが容易
に入手できる。都合がよいことに、CO2レーザーは、
低圧でほんの少量のCO2ガスを用いる。 [0021] 従って、 CO2同位体を用いるCo2レーザーを製
造する増加したコストは非常に少ない。先きに記載した
如く、現在用いられているほとんどのCO2レーザーは
、本発明を行うのにより高価であった以前の流れガスシ
ステムではなくて、密閉システムである。 [0022] レーザーにおいて、多くの気体の同位体が用いられてお
り、特に、CO2の同位体がガスレーザーに用いられて
きたことは認められている。レーザーの発達の歴史のな
かで、励起され得る事実上のすべてのガスが試験された
。同位体のレーザーは、広範なレーザーラインが望まし
い、分光分析に特に適している[例えばJacobs
及びBowersらによるExtension of
CO2La5er Wavelength Rang
ewith l5otopes (Journal
of Applied Physics) 、38巻、
6号、2692頁(1967年5月)及びFreedら
によるDetermination of La5er
Line Frequencies and13C1
802Isotopes from Measurem
ents of CW Beat Frequenci
es withFast HgCdTe Phot
odiodes and Microwave
Frequency Counters (Jou
rnal ofMolecular 5pectro
scopい、49巻、439頁(1974年)参照]。 [0023] 大気中を伝搬するための、同位体のCO2レーザーも又
、研究された。先きに記載した如く、CO2レーザ−ビ
ームが長距離送出される場合、大気中のCO2によるレ
ーザーエネルギーの少量ではあるが測定可能な吸収がビ
ーム出力の有意な低減をさせる。しかし、この低下は、
用いられた長距離のゆえの要素であるだけであった。当
業者によって、レーザー手術における問題には、非常に
短い送出距離のために、この吸収効果は考えられなかっ
た。本発明者は、この短い距離であるにもかかわらず、
吸収が、ランナウェイ減少により生じる問題、実に重要
な問題であることを発見したのである。この問題は、レ
ーザー手術における重要な改良を生じさせるために、レ
イジング媒質としてCO2の同位体を用いることにより
解決された。 [0024] 本発明の目的及び利点は、図面と結び付けた下記の詳細
な記載により明らかになるであろう。 [0025] 先きに記載したように、本発明は、CO3外科用レーザ
ーシステムにおいて用いるのに特に適している。本発明
者は、XA30/CW、XA30/SP、XA40、X
A30、XL40及びXL55のような多くのCO2外
科用レーザーシステムを分類した。例えばXA30は、
パルスモード又は連続モードのどちらにおいても実施さ
れ得る、CO2レーザーを含む50ワツトレーザーシス
テムである。図1で示したように、レーザーは通常、ハ
ウジング中に据え付けられた密閉したレーザー管を含む
。−緒になった出力供給システム12及び冷却システム
14も又含んでいる。レーザーからの出力は通常、間接
でつながったアーム16に送りこまれ、外科医に手術部
位にビームを送出させる。本発明は、構造が当業者によ
く知られているすべての医療用治療レーザーシステムを
用いて使用される。 [0026] 本発明において、標準レーザーシステムを変えて、レー
ザー中のレイジング媒質を変え、パージするガスにおい
て低減した吸収そして/又は治療する組織において増大
した吸収を有する主波長を生じる同位体を用いる。好ま
しい実施態様にの同位体も文月いることができる。しか
し、 C○2は、密閉管のなかで同位体がごちゃま
ぜに交換するチャンスがより少ないのでそして、11.
2のレイジング波長が標準CO2における吸収波長から
遠くに離れているので、最も利点を有すると考えられて
いる。 [0027] 1301602同位体は、水において、主レイジング波
長(11,2ミクロン)が増大した吸収係数を有すると
いう他の利点を有している。先きに記載したように水に
よるレーザーエネルギーの吸収はレーザーエネルギーを
人間組織に結合させるだめの主な様態である。10.6
ミクロンでの水における吸収の係数にはおおよそ890
cm であり、一方11.2ミクロンでの吸収係数は
おおよそ1370cm−1であり、50%の増大である
[Irvine及びPo11ackによるIcarus
、8巻、2号、324−360頁(1968年3月)]
。この増大した吸収の重要な点は、より迅速なそしてよ
り正確な切断を可能にする、組織切断及び切除に対する
エネルギー域値を低下させることができることである。 変性したり壊死する傾向がある、熱作用を受けた組織の
範囲をより小さくもする。 [0028] ガスレーザーシステムにおけるレイジング媒質に関して
代わりの同位体を用いる、他の重要な点は、パージガス
及びふきかけガスにおける吸収を最少にする能力である
。先きの従来技術の項で記載したように、外科用レーザ
ービームはしばしば狭いエアファイバー(air fi
ber )送出システムを通って手術部位に送出される
。いくつかの会社がエアファイバー送出システムを製造
している。本発明者は、商標名EXCELITEである
エアファイバーシステムを配置した。そのような送出シ
ステムの一般的な例は図1中、18として概略的に示さ
れている。この送出システムはレーザー10からビーム
を送出させるための管20を含む。管22はパージガス
を循環するために備えられている。 [0029] 先きに記載したように、今日使用されている最も通常の
パージガスはCO2である。CO3は循環系及び呼吸系
により、効率よく処理されるので望ましい。パージガス
は、送出系の中の光学機械のすべての表面をきれいに保
つ。 [00301 公知技術においては、CO2ガスレーザーにおいて標準
CC2同位体を用いる。これは、10.6ミクロン
で顕著な出力波長を有するレーザービームを発生させる
。この出力波長は、CO2パージガスにおける吸収と合
う。 [0031] 図2のグラフでは、カーブAは、レイジング媒質及びパ
ージガスの両方がCO2の標準12C1602同位体に
より定められているCoherent EXCELIT
E (商標名)を通して送出することかできる出力を
例示している。このグラフのデーターは、Cohere
ntのファイバー送出システムの発生工程中にとったも
のである。 [0032] 明らかなように、出力レベルが増大するにつれて、Co
2パージガスによる吸収により、送出力百分率における
速い減少が起こる。前記のように、この迅速な減少は、
光学的要素のわずかな調整不良により統合された場合に
、パージガスにおける熱のランナウェイ吸収の現象に起
因するものであった。より詳細に述べると、室温では、
励起状態のCO2分子は比較的低割合である。10.6
ミクロンラインを吸収する原因である特別の励起された
振動状態は、[1,0,Olと称される。励起された分
子がレーザービームからのエネルギーを吸収するので送
出システムの限定量のガスは迅速に加熱され、より高い
エネルギーCO3分子の数を増加させ、それによって、
分子による共鳴吸収を増大させる。この、熱のランナウ
ェイは、患者に送出されていた、より高い出力レベルを
防いでしまう。加熱は、又ビームの焦点をぼかし、レー
ザーエネルギーの適する送出を防ぐ負のレンジングであ
る。 [0033] 本発明システムにおいて、レイジング媒質は、パージガ
スに用いる同位体とは異なる同位体で置き換えられる。 図2のカーブBは、Co の CO3同位体がCO2
レーザー中のレイジング媒質として用いられた場合の結
果を示している。明らかなように、エアファイバーを通
して送出された送出力の百分率は入力範囲中で比較的一
定のままである。グラフから明らかなように、実質的な
増加は、実際の送出力において特に高出力レベルで達成
される。 [0034] 面記のように、腹腔鏡を用いる手術のような外科手術に
おいて、外科医は手術域を002ガスで吹き掛ける。こ
のガスは、送出システムのパージガスのようにレーザー
ビームからのエネルギーを吸収する。この工程で、吹き
掛けガスが患者の体内を加熱しないように、代わりのレ
イジング同位体を供給することは、より重要である。 [0035] 簡単にいうと、本発明は、改良されたレーザー医療用治
療システムを決定する。好ましい実施態様において、C
O2の13 c 16 O2同位体はCO。レーザーの
レイジング媒質として用いられる。好ましいパージガス
及び吹き掛けガスによる質的に最小化される。その他に
、 CO2同位体は、水において、したがって人体組
織において増大した吸収を有する主波長出力を生じ、外
科的可能性を増大する。 [0036] 本発明を好ましい実施態様に関して記載したが、特許請
求の範囲で特定されている本発明の範囲から逸脱する事
なく当業者により他の変換及び改変が成され得る。
経路に沿った、レーザーエネルギーの望ましくない吸収
を最少にする改良された医療用治療レーザーシステムを
供給する。この目的を達成するためには、標準レイジン
グ媒質は、望ましくない吸収の波長からシフトした波長
において、主放出を生じる異なる媒質で置換される。 [0017] 好ましい実施態様において、この装置は、レーザービー
ムを発生するためのCOレーザーを含む。CO2レーザ
ーは、レイジング媒質として、通常、窒素及びヘリウム
のような非レイジングガスを混合した二酸化炭素ガスを
含有する。 [0018] 手術部位にレーザービームを送出するために1つの手段
が又、供給される。木登明において、その改良は、レー
ザーにおいて、COの標準 CO2同位体を異なる同
位体で置換することを含む。好ましい実施態様において
、選択される同位体は、 C○ である。CO2レ
ーザーにおけるガスレイジング媒0ンである。この主放
出は、COの CO3同位体関連の主10.6ミクロ
ンラインからシフトしている。この波長シフトの重要な
利点は、標準CO2のいられる場合、 CO2ガス
レーザービームの出力を全く吸収しない。従って、手術
部位に送出され得る出力は最大になり得る。 [0019] レイジング媒質におけるこの変化の他の利点は、
CO2の11.2ミクロりおおよそ50%大きい。より
高い吸収係数は、組織切断及び切除のためのエネルギー
域値をより低くすることができ、そのことは、より速い
切断ができることになる。その他に、一般に変性する又
は壊死する、熱で作用された組織の層をより小さくする
。 [0020] Co2の CO2同位体は、比較的高価であるが容易
に入手できる。都合がよいことに、CO2レーザーは、
低圧でほんの少量のCO2ガスを用いる。 [0021] 従って、 CO2同位体を用いるCo2レーザーを製
造する増加したコストは非常に少ない。先きに記載した
如く、現在用いられているほとんどのCO2レーザーは
、本発明を行うのにより高価であった以前の流れガスシ
ステムではなくて、密閉システムである。 [0022] レーザーにおいて、多くの気体の同位体が用いられてお
り、特に、CO2の同位体がガスレーザーに用いられて
きたことは認められている。レーザーの発達の歴史のな
かで、励起され得る事実上のすべてのガスが試験された
。同位体のレーザーは、広範なレーザーラインが望まし
い、分光分析に特に適している[例えばJacobs
及びBowersらによるExtension of
CO2La5er Wavelength Rang
ewith l5otopes (Journal
of Applied Physics) 、38巻、
6号、2692頁(1967年5月)及びFreedら
によるDetermination of La5er
Line Frequencies and13C1
802Isotopes from Measurem
ents of CW Beat Frequenci
es withFast HgCdTe Phot
odiodes and Microwave
Frequency Counters (Jou
rnal ofMolecular 5pectro
scopい、49巻、439頁(1974年)参照]。 [0023] 大気中を伝搬するための、同位体のCO2レーザーも又
、研究された。先きに記載した如く、CO2レーザ−ビ
ームが長距離送出される場合、大気中のCO2によるレ
ーザーエネルギーの少量ではあるが測定可能な吸収がビ
ーム出力の有意な低減をさせる。しかし、この低下は、
用いられた長距離のゆえの要素であるだけであった。当
業者によって、レーザー手術における問題には、非常に
短い送出距離のために、この吸収効果は考えられなかっ
た。本発明者は、この短い距離であるにもかかわらず、
吸収が、ランナウェイ減少により生じる問題、実に重要
な問題であることを発見したのである。この問題は、レ
ーザー手術における重要な改良を生じさせるために、レ
イジング媒質としてCO2の同位体を用いることにより
解決された。 [0024] 本発明の目的及び利点は、図面と結び付けた下記の詳細
な記載により明らかになるであろう。 [0025] 先きに記載したように、本発明は、CO3外科用レーザ
ーシステムにおいて用いるのに特に適している。本発明
者は、XA30/CW、XA30/SP、XA40、X
A30、XL40及びXL55のような多くのCO2外
科用レーザーシステムを分類した。例えばXA30は、
パルスモード又は連続モードのどちらにおいても実施さ
れ得る、CO2レーザーを含む50ワツトレーザーシス
テムである。図1で示したように、レーザーは通常、ハ
ウジング中に据え付けられた密閉したレーザー管を含む
。−緒になった出力供給システム12及び冷却システム
14も又含んでいる。レーザーからの出力は通常、間接
でつながったアーム16に送りこまれ、外科医に手術部
位にビームを送出させる。本発明は、構造が当業者によ
く知られているすべての医療用治療レーザーシステムを
用いて使用される。 [0026] 本発明において、標準レーザーシステムを変えて、レー
ザー中のレイジング媒質を変え、パージするガスにおい
て低減した吸収そして/又は治療する組織において増大
した吸収を有する主波長を生じる同位体を用いる。好ま
しい実施態様にの同位体も文月いることができる。しか
し、 C○2は、密閉管のなかで同位体がごちゃま
ぜに交換するチャンスがより少ないのでそして、11.
2のレイジング波長が標準CO2における吸収波長から
遠くに離れているので、最も利点を有すると考えられて
いる。 [0027] 1301602同位体は、水において、主レイジング波
長(11,2ミクロン)が増大した吸収係数を有すると
いう他の利点を有している。先きに記載したように水に
よるレーザーエネルギーの吸収はレーザーエネルギーを
人間組織に結合させるだめの主な様態である。10.6
ミクロンでの水における吸収の係数にはおおよそ890
cm であり、一方11.2ミクロンでの吸収係数は
おおよそ1370cm−1であり、50%の増大である
[Irvine及びPo11ackによるIcarus
、8巻、2号、324−360頁(1968年3月)]
。この増大した吸収の重要な点は、より迅速なそしてよ
り正確な切断を可能にする、組織切断及び切除に対する
エネルギー域値を低下させることができることである。 変性したり壊死する傾向がある、熱作用を受けた組織の
範囲をより小さくもする。 [0028] ガスレーザーシステムにおけるレイジング媒質に関して
代わりの同位体を用いる、他の重要な点は、パージガス
及びふきかけガスにおける吸収を最少にする能力である
。先きの従来技術の項で記載したように、外科用レーザ
ービームはしばしば狭いエアファイバー(air fi
ber )送出システムを通って手術部位に送出される
。いくつかの会社がエアファイバー送出システムを製造
している。本発明者は、商標名EXCELITEである
エアファイバーシステムを配置した。そのような送出シ
ステムの一般的な例は図1中、18として概略的に示さ
れている。この送出システムはレーザー10からビーム
を送出させるための管20を含む。管22はパージガス
を循環するために備えられている。 [0029] 先きに記載したように、今日使用されている最も通常の
パージガスはCO2である。CO3は循環系及び呼吸系
により、効率よく処理されるので望ましい。パージガス
は、送出系の中の光学機械のすべての表面をきれいに保
つ。 [00301 公知技術においては、CO2ガスレーザーにおいて標準
CC2同位体を用いる。これは、10.6ミクロン
で顕著な出力波長を有するレーザービームを発生させる
。この出力波長は、CO2パージガスにおける吸収と合
う。 [0031] 図2のグラフでは、カーブAは、レイジング媒質及びパ
ージガスの両方がCO2の標準12C1602同位体に
より定められているCoherent EXCELIT
E (商標名)を通して送出することかできる出力を
例示している。このグラフのデーターは、Cohere
ntのファイバー送出システムの発生工程中にとったも
のである。 [0032] 明らかなように、出力レベルが増大するにつれて、Co
2パージガスによる吸収により、送出力百分率における
速い減少が起こる。前記のように、この迅速な減少は、
光学的要素のわずかな調整不良により統合された場合に
、パージガスにおける熱のランナウェイ吸収の現象に起
因するものであった。より詳細に述べると、室温では、
励起状態のCO2分子は比較的低割合である。10.6
ミクロンラインを吸収する原因である特別の励起された
振動状態は、[1,0,Olと称される。励起された分
子がレーザービームからのエネルギーを吸収するので送
出システムの限定量のガスは迅速に加熱され、より高い
エネルギーCO3分子の数を増加させ、それによって、
分子による共鳴吸収を増大させる。この、熱のランナウ
ェイは、患者に送出されていた、より高い出力レベルを
防いでしまう。加熱は、又ビームの焦点をぼかし、レー
ザーエネルギーの適する送出を防ぐ負のレンジングであ
る。 [0033] 本発明システムにおいて、レイジング媒質は、パージガ
スに用いる同位体とは異なる同位体で置き換えられる。 図2のカーブBは、Co の CO3同位体がCO2
レーザー中のレイジング媒質として用いられた場合の結
果を示している。明らかなように、エアファイバーを通
して送出された送出力の百分率は入力範囲中で比較的一
定のままである。グラフから明らかなように、実質的な
増加は、実際の送出力において特に高出力レベルで達成
される。 [0034] 面記のように、腹腔鏡を用いる手術のような外科手術に
おいて、外科医は手術域を002ガスで吹き掛ける。こ
のガスは、送出システムのパージガスのようにレーザー
ビームからのエネルギーを吸収する。この工程で、吹き
掛けガスが患者の体内を加熱しないように、代わりのレ
イジング同位体を供給することは、より重要である。 [0035] 簡単にいうと、本発明は、改良されたレーザー医療用治
療システムを決定する。好ましい実施態様において、C
O2の13 c 16 O2同位体はCO。レーザーの
レイジング媒質として用いられる。好ましいパージガス
及び吹き掛けガスによる質的に最小化される。その他に
、 CO2同位体は、水において、したがって人体組
織において増大した吸収を有する主波長出力を生じ、外
科的可能性を増大する。 [0036] 本発明を好ましい実施態様に関して記載したが、特許請
求の範囲で特定されている本発明の範囲から逸脱する事
なく当業者により他の変換及び改変が成され得る。
【図1】
外科用レーザービーム送出システムの概略図である。
【図2】
送出システムの入力端に送出されるレーザー出力を送出
システムから送出される出力をCOの常体(CO)と
CO3同位体を用いて比較co の13 c 16
。
システムから送出される出力をCOの常体(CO)と
CO3同位体を用いて比較co の13 c 16
。
10 レーザー管
12 出力供給
14 冷却システム
16 アーム
18 送出システム
20 ビーム送出管
2同位体を用いて送出された出力を示す。
【図1】
【図2】
図面
レーザー出力
【氏名又は名称】
【手続補正 1】
手続補正書
平成3年2月13日
Claims (28)
- 【請求項1】一次レイジング媒質(primary l
asing medium)が、^1^2C^1^6O
_2により発生する主波長より大きい、組織内の吸収係
数を有する光の主波長を発生させるために選ばれる、C
O_2レーザーを含む医療治療用レーザー。 - 【請求項2】前記一次レイジング媒質が^1^3C^1
^6O_2である、請求項1に記載の医療治療用レーザ
ー。 - 【請求項3】レーザーエネルギーのビームを発生させる
ためのガスレーザ、レーザーエネルギーのビームを医療
治療部位に送出する手段及びパージするガスを用いて送
出手段をパージするための手段を含む改良された医療治
療用レーザーシステム(system)であって、その
改良が、ガスレーザー中のガスレイジング媒質がパージ
ガス(purge gas)の同位体と異なる同位体に
より一次的に定義されることを含む医療治療用レーザー
システム。 - 【請求項4】パージガスが^1^2C^1^6O_2で
あり、ガスレイジング媒質がCO_2の一次的に異なる
同位体である、請求項3に記載の改良された医療治療用
レーザーシステム。 - 【請求項5】レイジング媒質が一次的に^1^3C^1
^6O_2である、請求項4に記載の改良された医療治
療用レーザーシステム。 - 【請求項6】レーザーエネルギーのビームを発生させる
ためのガスレーザー、レーザーエネルギーのビームを治
療部位に送出する手段及び患者にふきかける(insu
fflating)ためのガスを供給する手段を含む改
良された医療治療用レーザーシステムであって、その改
良が、ガスレーザー中のガスレイジング媒質が吹き掛け
ガス(insufflation gas)の同位体と
異なる同位体により一次的に定義されることを含む、改
良された医療治療用レーザーシステム。 - 【請求項7】吹き掛けガスが^1^2C^1^6O_2
であり、ガスレイジング媒質がCO_2の一次的に異な
る同位体である、請求項6に記載の改良された医療治療
用レーザーシステム。 - 【請求項8】レイジング媒質が一次的に^1^3C^1
^6O_2である、請求項7に記載の改良された医療治
療用レーザーシステム。 - 【請求項9】レーザービームを発生させるためのCO_
2ガスレーザー及び前記ビームを患者に送出する手段を
含み、CO_2パージガスを送出システムに通過させる
、改良されたCO_2レーザー治療装置において、前記
改良が、ガスレーザー中のレイジング媒質が、パージガ
スに用いる同位体と異なるCO_2の同位体により一次
的に定義されることを含む、改良されたCO_2レーザ
ー医療治療装置。 - 【請求項10】パージガスが^1^2C^1^6O_2
であり、ガスレイジング媒質が一次的に^1^3C^1
^6O_2である、請求項9に記載の改良された装置。 - 【請求項11】レーザーエネルギービームを発生させる
ためのCO_2ガスレーザー及び前記ビームを患者に送
出する手段及び、患者にふきかけるためのガスを供給す
る手段を含む、改良されたCO_2治療用レーザー装置
であって、その改良がガスレーザー中のレイジング媒質
が、吹き掛けガスの同位体と異なるCO_2の同位体に
より一次的に定義されることを含む、改良されたCO_
2治療用レーザーシステム。 - 【請求項12】吹き掛けガスが^1^2C^1^6O_
2であり、ガスレイジング媒質が一次的に^1^3C^
1^6O_2である、請求項11に記載の改良された装
置。 - 【請求項13】レーザービームを発生させるためのCO
_2ガスレーザー及び前記ビームを患者に送出するため
のシステムを含み、^1^2C^1^6O_2と定義さ
れたパージガスを送出システムに通過させる、改良され
たCO_2ガスレーザー治療装置において、前記レーザ
ーにおけるレイジング媒質が一次的に^1^3C^1^
6O_2により定義されることを含む、改良されたCO
_2ガスレーザー治療装置。 - 【請求項14】レーザービームを発生させるためのCO
_2ガスレーザー及び前記ビームを患者に送出する手段
及び、患者にふきかけるためのCO_2ガスの^1^2
C^1^6O_2同位体を供給するための手段を含む改
良されたCO_2レーザー治療装置において、その改良
が、前記レーザーにおけるレイジング媒質が一次的に^
1^3C^1^6O_2により定義されることを含む、
改良されたCO_2ガスレーザー治療装置。 - 【請求項15】生体組織にレーザー治療を行う方法であ
って、前記組織部位に11.2ミクロンの主波長を有す
るレーザーエネルギーを供給することを含む方法。 - 【請求項16】生体組織にレーザー治療を行う方法にお
いて、CO_2レーザーからレーザービームを発生させ
る工程、組織部位にビームを送出するためのレーザー送
出システムにレーザービームを向ける工程及び ^1^2C^1^6O_2のパージガスでレーザー送出
システムをパージする工程を含む方法であって、レーザ
ービームを発生させる工程が、CO_2レーザーにおけ
る一次レイジング媒質として、^1^2C^1^6O_
2とは異なるCO_2同位体を用いる工程をさらに含む
方法。 - 【請求項17】レイジング媒質が一次的に^1^3C^
1^6O_2である、請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】CO_2レーザーからレーザービームを
発生させる工程、レーザービームを組織部位に向ける工
程及び^1^2C^1^6O_2のふきかけガスを治療
部位にふきかける工程を含む、生体組織にレーザー治療
を行う方法であって、レーザービームを発生させる工程
が、CO_2レーザーにおける一次レイジング媒質とし
て^1^2C^1^6O_2とは異なるCO_2同位体
を用いる工程をさらに含む、方法。 - 【請求項19】前記の異なるレイジング媒質が一次的に
^1^3C^1^6O_2である請求項18に記載の方
法。 - 【請求項20】生体組織にCO_2レーザー治療を行う
方法であって、10.6ミクロンの波長に関連する、組
織における吸収より、組織における吸収が大きい主波長
を有するレーザーエネルギーを前記組織治療部位に供給
する工程を含む方法。 - 【請求項21】生体組織にCO_2レーザー治療を行う
方法において、^1^3C^1^6O_2により一次的
に定義されるレイジング媒質を有するガスレーザーを与
える工程であり、レーザービームを発生させるための前
記レーザーが、組織における吸収が、^1^2C^1^
6O_2のレイジング媒質により発生させる主波長より
大きな吸収の主波長放出(emission)を有する
工程及び治療部位にレーザービームを供給する工程 を含む方法。 - 【請求項22】生体組織にレーザー治療を行う方法にお
いて、ガスレーザーからレーザービームを発生させる工
程、レーザービームを、治療部位にビームを送出するた
めのレーザー送出システムに向ける工程及び パージガスでレーザー送出システムをパージする工程で
あり、この工程が、ガスレーザーにおける一次レイジン
グ媒質として、パージガスにおける一次レーザー波長の
吸収を低減させ、それによって治療部位への送出力を最
大にするように選択されるガスを用いる工程 を含む方法。 - 【請求項23】レーザービームを発生させるためのガス
レーザー及び前記ビームを患者に送出するシステムを含
み、パージガスを送出システムに通過させる工程を含む
、改良されたガスレーザー医療治療装置において、前記
改良が、ガスレーザーにおけるガスレイジング媒質が、
パージガスにおける主レーザー波長の吸収を低減させ、
それによって医療治療部位への送出力を最大にするよう
に選択されること を含む装置。 - 【請求項24】レーザービームを発生させるためのガス
レーザー含み、ふきかけガスが医療治療部位に供給され
る、改良されたレーザー医療治療装置において、前記改
良が、 ガスレーザーにおけるガスレイジング媒質が、ふきかけ
ガスにおける一次レーザー波長の吸収を低減させ、それ
によって医療治療部位への送出力を最大にするように選
択されることを含む 装置。 - 【請求項25】生体組織の医療レーザー治療用装置であ
って、レーザーエネルギーのビームを発生させるガスレ
ーザー、レーザーエネルギービームを医療治療部位に送
出するための手段及びレーザーエネルギーの組織による
吸収を増大させるための手段を含む装置。 - 【請求項26】組織中におけるレーザーエネルギーの吸
収を増大させる前記手段が、レーザーから放出する光の
波長を増大させることを含む、請求項25に記載の装置
。 - 【請求項27】一次レイジング媒質として、レーザー中
にガスの異なる同位体を用いることにより、光の波長が
増大される、請求項26に記載の装置。 - 【請求項28】ガスレーザーがCO_2レーザーであり
、レイジング媒質が一次的に^1^3C^1^6O_2
である、請求項27に記載の装置。
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