JPH06292680A - Elimination of vital tissue using recess by vapor - Google Patents

Elimination of vital tissue using recess by vapor

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JPH06292680A
JPH06292680A JP6033852A JP3385294A JPH06292680A JP H06292680 A JPH06292680 A JP H06292680A JP 6033852 A JP6033852 A JP 6033852A JP 3385294 A JP3385294 A JP 3385294A JP H06292680 A JPH06292680 A JP H06292680A
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JP
Japan
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laser irradiation
irradiation
laser
tissue
water film
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Application number
JP6033852A
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Japanese (ja)
Inventor
Guy Levi
ガイ レビー
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Laser Medical Technology Inc
Original Assignee
Laser Medical Technology Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To effectively exsect a living tissue utilizing a highly controllable technique by controlling shift of irradiation energy to the living tissue to a minimum. CONSTITUTION: A laser irradiation beam 8 of a wavelength having water absorption coefficient corresponding to a laser irradiation beam of approx. 2.4-2.9 micron meter wavelength, is irradiated by an optical fiber 6 to a water film 2 covering the material to be removed. The initial energy of the irradiated laser beam 8 deforms the material to be removed into a destructible state, to which the laser beam 8 is further irradiated and the deformed material is destroyed and removed by the laser energy of the second irradiation. The destruction is effected by a shock wave which is formed in the water film 2 and generated from the cavity of the water film, yielded by the second laser irradiation energy.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】関連出願に対するクロス・リファレンス これは、1993年3月3日に出願された米国出願番号
第08/025,549号の一部継続出願である。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION This is a continuation-in-part application of US Ser. No. 08 / 025,549, filed March 3,1993.

【0002】[0002]

【産業上の利用分野】本発明は、生体の硬組織と軟組織
及び血管中に閉塞を形成する物質を除去するための方法
及び装置に関する。本発明は特に、このような除去操作
を行なうためのレーザー照射の使用に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for removing obstructive substances in hard and soft tissues and blood vessels of the body. The invention particularly relates to the use of laser irradiation for carrying out such removal operations.

【0003】[0003]

【従来の技術】レーザー照射エネルギーは実際には切断
する、または穴をあける効果があるが、生体組織の除去
へのこのレーザー照射エネルギーの使用は、ここ数十年
来に行われた多くの研究の主題となってきた。これらの
研究から、多くの異なる波長を有するレーザーを集中的
に照射することにより種々の型の組織を切断することが
できることが判明した。この目的に使用されてきた典型
的なレーザーには、0.694μmの波長を発生するル
ビーレーザー、1.06μmの標準的な波長を有するが
0.532μmの波長も発生することができるNd:Y
AGレーザー、2.49μmの波長を発生するEr−Y
AGレーザー及び10.6μmの波長を発生するCO2
レーザーが含まれる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Although laser irradiation energy actually has the effect of cutting or puncturing, the use of this laser irradiation energy for the removal of living tissue has been used in many studies over the last few decades. It has become the subject. These studies have revealed that various types of tissue can be cut by focused irradiation with lasers having many different wavelengths. Typical lasers that have been used for this purpose include ruby lasers that generate a wavelength of 0.694 μm, Nd: Y which has a standard wavelength of 1.06 μm but can also generate a wavelength of 0.532 μm.
AG laser, Er-Y generating a wavelength of 2.49 μm
AG laser and CO 2 generating a wavelength of 10.6 μm
Includes laser.

【0004】レーザー照射による組織の切断において最
も共通した技術には、組織成分または組織中に取り込ま
れた水のいずれかによく吸収される波長を選択すること
と、切断する組織またはその組織中の水がレーザーをよ
く吸収するようレーザーを集中的に照射することが含ま
れる。照射パラメータは、組織中に吸収されたレーザー
のパワー密度が組織の破壊に十分であるかどうかで選択
される。この型の方法はすべて、破壊が生じる領域に隣
接した組織を加熱する作用があり、その結果、除去した
組織との境界領域は損傷を受け、壊死する場合もある。
歯の組織を切断する場合に損傷問題を軽減するために1
992年6月4日に出願人に発行された米国特許第5,
020,995号において、水と比較してハイドロキシ
アパタイトに非常によく吸収される波長を切断する組織
部位に集中的に照射し、照射する部位を十分小さく限定
して切断し、この間、同時に水を含んだ冷却液を照射部
位にかける方法が開示されている。この技術により切断
における安全性が大きく進歩したが、この方法では切断
される組織がレーザー照射エネルギーを吸収するため、
組織はある程度加熱される。
The most common technique for cutting tissue by laser irradiation is to select a wavelength that is well absorbed by either the tissue components or water taken up in the tissue and by Focusing the laser so that the water absorbs it well is included. The irradiation parameters are selected by whether the power density of the laser absorbed in the tissue is sufficient to destroy the tissue. All methods of this type have the effect of heating the tissue adjacent to the area where the destruction occurs, so that the area of interface with the removed tissue may be damaged and even necrotic.
To reduce damage problems when cutting tooth tissue 1
US Patent No. 5, issued to applicant on June 4, 992
No. 020,995, intensively irradiating a tissue site that cuts a wavelength that is very well absorbed by hydroxyapatite as compared with water, cutting the irradiation site so that the irradiation site is sufficiently small, A method of applying the contained cooling liquid to an irradiation site is disclosed. This technique has made great advances in safety in cutting, but since the tissue to be cut absorbs laser irradiation energy in this method,
The tissue is heated to some extent.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ここで、他のレーザー
照射を利用して切断する技術が、1992年5月26日
に出願人に発行された米国特許第5,116,227号
に開示されている。この特許に開示された手法において
は、パルス状のレーザー照射が、通路に充満した液体媒
体中に導かれ、各パルスの中のエネルギーが液体中に集
中する。レーザー照射パルスは液体中に窪み(キャビテ
ーション,Cavitation)を形成し、この窪み
の機械的な力が通路壁の物質を破壊するよう作用する。
この方法においては、レーザー照射エネルギーは液体中
に集中され、通路壁の物質を破壊するのに必要な力は全
て液体の機械的な窪みにより発生する。この手法により
達成される切断作用は、通路の拡大や、通路壁上の堆積
物の除去に効果的である。しかし、窪みによる力は通路
全体に分散するため、このようにして生じた効果にはあ
まり方向性がない。
Here, another technique of cutting by utilizing laser irradiation is disclosed in US Pat. No. 5,116,227 issued to the applicant on May 26, 1992. ing. In the technique disclosed in this patent, a pulsed laser irradiation is directed into a liquid medium that fills the passage, concentrating the energy in each pulse in the liquid. The laser irradiation pulse forms a depression (cavitation) in the liquid, and the mechanical force of the depression acts so as to destroy the substance on the passage wall.
In this method, the laser irradiation energy is concentrated in the liquid and all the force needed to destroy the material of the passage walls is generated by the mechanical depression of the liquid. The cutting action achieved by this technique is effective in enlarging the passage and removing deposits on the passage walls. However, since the force due to the depression is dispersed throughout the passage, the effect generated in this way is not so directional.

【0006】本発明は以上のような課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、以下のようなものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and the purpose thereof is as follows.

【0007】即ち、本発明の目的は、従来技術を顕著に
改良した方法で生体組織を効果的に除去することであ
る。
[0007] That is, the object of the present invention is to effectively remove living tissue by a method significantly improved from the prior art.

【0008】本発明の他の目的は、生体組織自体への照
射エネルギーの移行を最小限に抑えながら、高度に制御
できる方法で生体組織を効果的に除去することである。
Another object of the present invention is to effectively remove living tissue in a highly controllable manner while minimizing the transfer of irradiation energy to the living tissue itself.

【0009】本発明のその他の目的は、連動したレーザ
ーに低レベルのパワーを入力することにより発生するレ
ーザー照射により、組織を効果的に除去することであ
る。
Another object of the present invention is to effectively remove tissue by laser irradiation generated by inputting a low level power to an interlocked laser.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る方法によ
り、上記目的及び他の目的が達成される。即ち、約2.
4μmから2.9μmの間(2.9μmよりは小さい)
の波長のレーザー照射ビームに相当する水の吸収係数を
有する波長のレーザー照射ビームを発生し、組織に接触
する水のフィルムを形成し除去する物質部位に組織表面
と水のフィルムの接触面を位置させ、レーザー照射ビー
ムを水のフィルム中に導入することにより除去する物質
との接触面に向けて照射し、接触面近辺にエネルギー密
度を集中させて物質を破壊するのに必要なエネルギーを
減少させるよう最初のエネルギーにより除去する物質を
修正し、第二のエネルギーは水のフィルムに吸収されて
水が最初のエネルギーにより修正された最小限の物質を
破壊するのに十分な機械的作用を発生することを含む、
表面を有する生体組織から物質を除去する方法により上
記目的及び他の目的が達成される。
The above and other objects are achieved by the method according to the present invention. That is, about 2.
Between 4 μm and 2.9 μm (less than 2.9 μm)
Position the contact surface between the tissue surface and the water film on the part of the material that generates and removes the film of water that contacts the tissue by generating the laser irradiation beam of the wavelength that has the absorption coefficient of water corresponding to the laser irradiation beam of By introducing a laser irradiation beam into the water film, it is irradiated toward the contact surface with the substance to be removed, and the energy density is concentrated near the contact face to reduce the energy required to destroy the substance. As the first energy modifies the substance to be removed, the second energy is absorbed by the film of water and the water produces sufficient mechanical action to destroy the minimal substance modified by the first energy. Including that,
The above and other objects are achieved by a method of removing a substance from a living tissue having a surface.

【0011】本発明は特に生体硬組織、すなわち骨、エ
ナメル質、象牙質、セメント質を含む石灰化したまたは
カルシウムを含有した組織に適している。
The present invention is particularly suitable for living hard tissues, ie calcified or calcium-containing tissues including bone, enamel, dentin, cementum.

【0012】本発明の物質操作は、歯髄、歯根組織、歯
肉及び体内に見られる他のいかなる軟組織をも含む生体
軟組織の除去にも使用することができる。さらに、本発
明による手法は、血管中で閉塞を形成する凝塊またはプ
ラークなどの物質の除去にも使用することができる。
The material manipulation of the present invention can also be used to remove living soft tissue, including pulp, root tissue, gingiva and any other soft tissue found in the body. Furthermore, the method according to the invention can also be used for the removal of substances such as clots or plaques that form occlusions in blood vessels.

【0013】詳しくは、本願の請求項1の発明に係る、
表面を有する生体組織から物質を除去する方法において
は、約2.4μm以上2.9μm以下の波長のレーザー
照射に相当する水の吸収係数を有する波長のレーザー照
射ビームを発生させるビーム発生工程と、組織に接触す
る水の被膜を形成する水被膜形成工程であって、除去す
る物質の部位において組織表面と該水の被膜の接触面が
位置するように該被膜を形成する水被膜形成工程と、前
記ビーム発生工程において発生させたレーザー照射ビー
ムを水被膜中及び除去する物質との接触面に向け、最初
のレーザー照射エネルギーにより、除去する物質を、接
触面にパワー密度を集中させて物質を破壊するのに必要
なエネルギーを減少させるよう改変し、この最初のエネ
ルギーによって改変された物質を、第二番目のエネルギ
ーを前記水被膜に吸収させることにより、前記物質に接
触している水によって当該物質を最小限破壊するのに十
分な機械的作用を発生させる工程と、を含む。
Specifically, according to the invention of claim 1 of the present application,
In a method for removing a substance from a biological tissue having a surface, a beam generating step of generating a laser irradiation beam having a wavelength having a water absorption coefficient corresponding to laser irradiation having a wavelength of about 2.4 μm or more and 2.9 μm or less, A water film forming step of forming a water film in contact with the tissue, the water film forming step of forming the film so that the contact surface between the tissue surface and the water film is located at the site of the substance to be removed, The laser irradiation beam generated in the beam generating step is directed to the water film and the contact surface with the substance to be removed, and the first laser irradiation energy causes the substance to be removed to concentrate the power density on the contact surface and destroy the substance. The material modified by this first energy is absorbed into the water film, and the second energy is absorbed by the water film. Causing the water to come into contact with the substance to generate a mechanical action sufficient to minimally destroy the substance.

【0014】また、請求項2に係る方法は、請求項1記
載の方法において、前記水被膜を形成する過程が組織表
面への水の噴霧であることを特徴とする。
The method according to claim 2 is characterized in that, in the method according to claim 1, the step of forming the water film is spraying water on the tissue surface.

【0015】請求項3の方法は、請求項1記載の方法に
おいて、前記水被膜の厚さが約数μm〜100μmであ
ることを特徴とする。
A third aspect of the present invention is the method according to the first aspect, wherein the water film has a thickness of about several μm to 100 μm.

【0016】請求項4の方法は、請求項1記載の方法に
おいて、前記レーザー照射のビームが照射パルスの連続
であることを特徴とする。
A method according to a fourth aspect is the method according to the first aspect, wherein the laser irradiation beam is a continuous irradiation pulse.

【0017】請求項5の方法は、請求項4記載の方法に
おいて、前記レーザー照射のビームの平均出力レベルが
約0.1〜40Wであることを特徴とする。
The method of claim 5 is characterized in that, in the method of claim 4, the average output level of the beam of the laser irradiation is about 0.1 to 40 W.

【0018】請求項6の方法は、請求項5記載の方法に
おいて、前記レーザー照射のビームの平均出力レベルが
約0.1〜5Wであることを特徴とする。
The method of claim 6 is the method of claim 5, wherein the average output level of the laser irradiation beam is about 0.1 to 5 W.

【0019】請求項7の方法は、請求項5記載の方法に
おいて、前記レーザー照射のビームの面積が直径200
μm〜500μmの円の面積と同一であることを特徴と
する。
The method of claim 7 is the method of claim 5, wherein the area of the beam of the laser irradiation is 200 mm in diameter.
It is characterized by being the same as the area of a circle of μm to 500 μm.

【0020】請求項8の方法は、請求項7記載の方法に
おいて、前記円の直径が300μm〜400μmである
ことを特徴とする。
The method of claim 8 is the method of claim 7, wherein the diameter of the circle is 300 μm to 400 μm.

【0021】請求項9の方法は、請求項1記載の方法に
おいて、前記レーザー照射のビームが約10ns〜10
msの持続時間を有する照射パルスの連続であることを
特徴とする。
A method according to claim 9 is the method according to claim 1, wherein the laser irradiation beam is about 10 ns to 10 ns.
It is characterized by a series of irradiation pulses with a duration of ms.

【0022】請求項10の方法は、請求項9記載の方法
において、前記照射パルスが約100ms〜800ms
の持続時間を有することを特徴とする。
The method of claim 10 is the method of claim 9, wherein the irradiation pulse is about 100 ms to 800 ms.
Is characterized by having a duration of.

【0023】請求項11の方法は、請求項9記載の方法
において、前記照射パルスが10〜30ppsの反復速
度を有することを特徴とする。
The method of claim 11 is the method of claim 9 wherein the irradiation pulse has a repetition rate of 10 to 30 pps.

【0024】請求項12の方法は、請求項1記載の方法
において、前記レーザー照射が約2.65μm〜2.8
5μmの波長を有することを特徴とする。
A method according to claim 12 is the method according to claim 1, wherein the laser irradiation is about 2.65 μm to 2.8.
It is characterized by having a wavelength of 5 μm.

【0025】請求項13の方法は、請求項12記載の方
法において、前記レーザー照射が約2.7μm〜2.8
μmの波長を有することを特徴とする。
The method of claim 13 is the method of claim 12, wherein the laser irradiation is about 2.7 μm to 2.8.
It has a wavelength of μm.

【0026】請求項14の方法は、請求項13記載の方
法において、前記レーザー照射が約2.71μm〜2.
78μmの波長を有することを特徴とする。
A method according to claim 14 is the method according to claim 13, wherein the laser irradiation is about 2.71 μm-2.
It has a wavelength of 78 μm.

【0027】[0027]

【作用】以上のような構成を有する本発明に係る表面を
有する生体組織から物質を除去する方法においては、除
去すべき物質が存在する部位の組織表面に水被膜が形成
される。そして、この水被膜と組織表面(除去すべき物
質が存在する部位の組織表面)の接触面(境界部分)
に、水の吸収係数を有する波長のレーザー照射ビーム
(約2.4μm〜2.9μmの波長のレーザー照射ビー
ムに相当する)が照射される。これにより、約2.4μ
m〜2.9μmの波長のレーザー照射ビームに相当する
水の吸収係数を有する波長のレーザー照射ビームが、除
去物質がある部位の水の被膜2に向けて照射されること
になる。
In the method for removing a substance from a living tissue having a surface according to the present invention having the above-mentioned structure, a water film is formed on the tissue surface where the substance to be removed exists. The contact surface (boundary) between the water film and the tissue surface (the tissue surface where the substance to be removed exists)
Then, a laser irradiation beam having a wavelength having an absorption coefficient of water (corresponding to a laser irradiation beam having a wavelength of about 2.4 μm to 2.9 μm) is irradiated. By this, about 2.4μ
A laser irradiation beam having a wavelength having a water absorption coefficient corresponding to the laser irradiation beam having a wavelength of m to 2.9 μm is irradiated toward the water film 2 at the site where the removal substance is present.

【0028】レーザー照射ビームが照射されると、その
最初のレーザー照射エネルギーにより、除去物質が改変
されて、破壊されやすい状態になる。そして、この改変
された物質に対し、レーザー照射ビームが照射され続け
られることにより、水の被膜中に窪み(キャビテーショ
ン)が生じ、更にはこの窪みから物理的な力(例えば衝
撃波)が発生し、結果的には、この物理的な力によっ
て、改変されている物質が破壊され、除去される。従っ
て、本発明による方法によれば、硬組織を衛生的かつ効
果的に切断することができる。
When the laser irradiation beam is irradiated, the first laser irradiation energy modifies the material to be removed so that the material is easily destroyed. Then, by continuing to irradiate the modified material with the laser irradiation beam, a dent (cavitation) occurs in the water film, and further a physical force (for example, a shock wave) is generated from the dent, As a result, this physical force destroys and removes the material being modified. Therefore, according to the method of the present invention, hard tissue can be cut hygienically and effectively.

【0029】なお、請求項1に係る方法は、上記作用を
最も効果的に生じさせる。請求項2に係る方法は、本発
明の方法に係る水被膜の形成を好適に行う。請求項3に
係る方法は、本発明の水被膜による物理的な力を効果的
に発生する水被膜を提供する。請求項4〜14に係る方
法は、最初および二番目のレーザー照射エネルギーを効
果的に供給できるレーザー照射ビームを提供する。
The method according to claim 1 most effectively produces the above action. The method according to claim 2 suitably forms the water film according to the method of the present invention. The method according to claim 3 provides a water film that effectively generates physical force by the water film of the present invention. The method according to claims 4 to 14 provides a laser irradiation beam which can effectively deliver the first and second laser irradiation energy.

【0030】[0030]

【実施例】次に図によってこの発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0031】生体軟組織と硬組織及び血管中で閉塞を形
成する物質を含む種々の物質を破壊することにより除去
する機構は、液体にのみ適正に吸収される波長を有する
集中的なレーザー照射のパルスにより生じる、組織の改
変と液体の機械的作用に基づいている。この様な照射パ
ルスが各パルスごとに十分なエネルギー密度を有して液
体の被膜中に導入される時、各パルスは最低でも既に形
成されたミクロポア中に気化した液体を発生する。この
気化により、ミクロポアが存在する物質を破壊するのに
十分なミクロエクスプロージョン(微小爆発)を起こす
圧力が生じる。液体被膜及び/または破壊する物質中の
ミクロポア中に窪みも形成され、これにより物質の破壊
に寄与する衝撃波が生じる。切断される組織中での作用
はほぼ完全に機械的であり、組織中に生じる、または組
織に移行する熱は非常に少ない。この作用のさらに詳細
な説明は、図1〜図3を参照しながら以下に記載する。
The mechanism for removing various substances, including substances that form blockages in living soft tissues and hard tissues and blood vessels by destroying them, is a pulse of concentrated laser irradiation having a wavelength that is properly absorbed only by a liquid. It is based on the tissue modification and the mechanical action of the fluid caused by. When such irradiation pulses are introduced into the coating of liquid with sufficient energy density for each pulse, each pulse at least produces vaporized liquid in the already formed micropores. This vaporization creates a pressure that causes sufficient microexplosion to destroy the material in which the micropores reside. Dimples are also formed in the liquid coating and / or in the micropores in the material to be destroyed, which creates shock waves that contribute to the destruction of the material. The action in the tissue to be severed is almost entirely mechanical, with very little heat being generated in or transferred to the tissue. A more detailed description of this effect is provided below with reference to FIGS.

【0032】図1〜図3において、水の被膜2は切断さ
れる物質のボディ4の表面にいずれかの適切な方法で保
持されるため、被膜2とボディ4の表面の間に接触面が
存在する。光ファイバ6の出力末端は、レーザー照射の
ビーム8を被膜2中に導入しボディ4の表面の切断部位
に当たるよう設置されている。光ファイバ6の出力末端
は被膜2に接触していても、被膜2から数百μmまで距
離があってもよい。この距離は主に接触面近辺の目的の
スポットの大きさと照射パワーレベルに依存し、また、
レーザー装置の大きさや形状による物理的な制限にもあ
る程度依存する。
1-3, the water coating 2 is held on the surface of the body 4 of the material to be cleaved by any suitable method so that there is no contact surface between the coating 2 and the surface of the body 4. Exists. The output end of the optical fiber 6 is installed so that a beam 8 of laser irradiation is introduced into the coating 2 and hits a cut site on the surface of the body 4. The output end of the optical fiber 6 may be in contact with the coating 2 or may be separated from the coating 2 by several hundred μm. This distance mainly depends on the size of the target spot near the contact surface and the irradiation power level, and
It also depends to some extent on the physical limitations of the size and shape of the laser device.

【0033】図1は、ボディ4から増加した量の物質を
除去する一連の操作における最初の過程を示している。
照射ビーム8を、被膜2を通して切断するボディ4の表
面に当てる。一回分のビームエネルギーがボディ4の表
面領域12に吸収され、その部位のボディの物質が機械
的な力によってより簡単に破壊されるよう組織を改変す
る。生体硬組織の場合、炭化と類似した硬組織の結晶構
造に変化し、これによりエネルギーの吸収係数が増加し
てその機械的強度は減少する。生体軟組織及び血液中の
閉塞の場合、蛋白質フィールドリンケージの破壊が生じ
るものと思われる。これらの変化はいずれも非常に局所
的であり、除去しない領域には広がらないことを強調し
ておく必要がある。このため、除去操作後に残存する物
質は事実上熱による損傷を受けることはない。
FIG. 1 illustrates the first step in a sequence of operations for removing increased amounts of material from body 4.
The irradiation beam 8 is applied to the surface of the body 4 to be cut through the coating 2. A dose of beam energy is absorbed in the surface area 12 of the body 4, modifying the tissue so that the body material at that location is more easily destroyed by mechanical forces. In the case of biological hard tissue, it changes into a crystal structure of hard tissue similar to carbonization, which increases the absorption coefficient of energy and decreases its mechanical strength. In the case of occlusion in living soft tissue and blood, disruption of protein field linkage is likely to occur. It should be emphasized that all of these changes are very local and do not spread to areas that are not removed. Therefore, the substance remaining after the removing operation is virtually not damaged by heat.

【0034】図2においては、液体は、ボディ4の領域
12中に形成されたミクロポア中に吸収され、一回分の
照射エネルギーはミクロポア中の液体に吸収されて気化
が起きる。
In FIG. 2, the liquid is absorbed in the micropores formed in the region 12 of the body 4, and a single irradiation energy is absorbed by the liquid in the micropores to cause vaporization.

【0035】この気化によりミクロポア中に微小爆発が
生じる。その結果、図3に示す通り、ボディ4の表面領
域中にくぼみ14が形成される。
This vaporization causes a minute explosion in the micropores. As a result, a depression 14 is formed in the surface area of the body 4, as shown in FIG.

【0036】特に、照射が被膜2にのみ適正に吸収され
た場合、以下のような付加的な作用が生じることもあ
る。この場合、図2に示す通り、一回分のエネルギーは
捕獲された気体を含有する気泡12を形成する。この気
泡は湾曲した気体−液体接触面を形成し、この接触面
は、ビーム8中の照射上のレンズの焦点をずらしたり分
散させたりする。その結果、気泡12に接触しているボ
ディ4の表面が冷却されて突然内破し、衝撃波が発生す
るという窪みによる効果が起こる。この衝撃波は主に、
破壊するよう改変されたボディ4の増加領域に作用す
る。破壊された物質は除去されるが、好ましいことに、
この破壊物質は、構成している被膜2の連続的な流れに
より、切断部位から自動的に運び出される。その結果、
図3に示す通り、ボディ4の表面領域にくぼみ(rec
ess)14が形成される。
In particular, when the radiation is properly absorbed only by the coating 2, the following additional effects may occur. In this case, one dose of energy forms bubbles 12 containing the trapped gas, as shown in FIG. This bubble forms a curved gas-liquid contact surface, which causes the lens in the beam 8 on illumination to be defocused or diverged. As a result, the surface of the body 4 in contact with the bubbles 12 is cooled and suddenly imploded, and a shock wave is generated, which is an effect due to the depression. This shock wave is mainly
It acts on the increased area of the body 4, which has been modified to destroy it. The destroyed material is removed, but preferably,
This destructive substance is automatically carried out from the cutting site by the continuous flow of the coating film 2 constituting the same. as a result,
As shown in FIG. 3, a recess (rec) is formed in the surface area of the body 4.
ess) 14 is formed.

【0037】上述の一連の操作の持続時間は被膜2の厚
さと流速、ボディ4の材質及びビーム8のパワー密度に
依存する。種々のパラメータが適切に設定されている場
合、一連の操作は5μsの単位で終了する。
The duration of the above series of operations depends on the thickness and flow rate of the coating 2, the material of the body 4 and the power density of the beam 8. When the various parameters are set appropriately, the series of operations ends in units of 5 μs.

【0038】図3に示した段階に到達した後、レーザー
ビーム8を照射し続けると、一連の操作が繰り返され
る。ファイバ6が同じ場所に保持されている場合、ボデ
ィ4のくぼみ14は深くなり、ある程度広くもなる。ボ
ディ4の表面に沿ってファイバ6を移動すると、くぼみ
は移動した方向に延長される。
After reaching the stage shown in FIG. 3, if the laser beam 8 is continuously irradiated, a series of operations are repeated. If the fibers 6 are held in place, the depressions 14 in the body 4 will be deeper and even wider. When the fiber 6 is moved along the surface of the body 4, the depression is extended in the moving direction.

【0039】レーザー照射はパルスの連続の形で供給さ
れることが好ましい。なぜならば、これによりボディ中
の熱の上昇を防ぎ、比較的低いパワー入力レベルで、必
要なパワー密度を有するレーザー照射を発生することが
できるからである。
Laser irradiation is preferably provided in the form of a continuous pulse. This is because it prevents the rise of heat in the body and at relatively low power input levels it is possible to generate laser irradiation with the required power density.

【0040】現在のところ好適な液体は水である。なぜ
ならば水は豊富であり、生体との適合性もよく、また、
水と望ましい相互作用を生じる波長のレーザー照射が多
く知られているからである。従って、以下の記載は水を
使用した場合に限定されている。しかし、本発明の実行
において他の液体を使用することも可能なことは理解さ
れるべきところである。
The presently preferred liquid is water. Because it is rich in water, has good compatibility with living organisms, and
This is because laser irradiation of a wavelength that produces a desired interaction with water is well known. Therefore, the following description is limited to the use of water. However, it should be understood that other liquids can be used in the practice of the invention.

【0041】レーザー照射の波長やパワー密度が適切に
選択されていない場合、照射パルスは望ましい作用を起
こさない。Er:YAGレーザーのような非常に水に吸
収されやすいある種のレーザーの照射を受ける物質に水
が噴霧された場合、本発明かた想定される効果を生じる
ように照射を制御することは困難であり、水がエネルギ
ーを吸収するために、このようなレーザー照射により発
生するはずの熱による切断作用の効果は減少する。
If the wavelength and power density of the laser irradiation are not properly selected, the irradiation pulse will not have the desired effect. When water is sprayed on a substance which is irradiated by a certain kind of laser which is easily absorbed by water, such as an Er: YAG laser, it is difficult to control the irradiation so as to obtain the expected effects of the present invention. Since water absorbs energy, the effect of the cutting action due to heat that should be generated by such laser irradiation is reduced.

【0042】さらに、Er:YAGレーザーを用いた実
験により、このレーザーは硬組織との相互作用により特
に強い発熱効果があるため、歯のエナメル質を切断する
場合、エナメル質を破壊し、象牙質に許容範囲を越えた
熱を与え、歯髄組織をも損傷する可能性があることが判
明した。Er:YAGレーザーパルスを照射する組織に
水を噴霧した場合、レーザー照射の多くは水に吸収さ
れ、本発明により想定される効果を生じない。そして、
水によるエネルギーの吸収により、Er:YAGレーザ
ー照射の熱切断効果は減少する。
Further, according to an experiment using an Er: YAG laser, since this laser has a particularly strong exothermic effect due to the interaction with the hard tissue, when cutting the enamel of the tooth, the enamel is destroyed and the dentin is destroyed. It has been found that it may cause damage to the pulp tissue by giving unacceptable heat to the. When water is sprayed onto the tissue that is irradiated with the Er: YAG laser pulse, much of the laser irradiation is absorbed by the water and does not produce the effect envisioned by the present invention. And
The absorption of energy by water reduces the thermal cutting effect of Er: YAG laser irradiation.

【0043】本発明を遂行するために使用される水の被
膜は数ミクロン(μm)〜100μmの厚さである。被
膜は、空気/水を除去する組織表面に噴霧することによ
り作製することができる。被膜の厚さは経験に基づき、
望ましい切断作用を生じる厚さに調節することができ
る。
The water coating used to carry out the invention is a few microns (μm) to 100 μm thick. The coating can be made by spraying on the tissue surface to remove air / water. The thickness of the coating is based on experience
The thickness can be adjusted to produce the desired cutting action.

【0044】例に挙げた方法により、本発明の実行にお
いて採用したレーザーは、Er3+のような分散されたア
クチベータイオンのみを含有するYA10(3)ホスト
マテリアルから成るロッドにより構成された固体レーザ
ー(例えば、ホストマテリアルよって、約5%〜50%
の比率の原子)でもよい。その他の例によれば、ホスト
マテリアルは、例えば比率が約5%〜50%の原子のE
3+のような分散されたアクチベータイオン、または例
えば比率が約0.5%〜3%の原子のCr3+のような分
散されたセンシタイザイオンを含有するYSGGでもよ
い。このマテリアルは2.78μmの波長のレーザー照
射を発生することができる。2.71μmの波長のレー
ザー照射も、2.78μmのレーザー照射と類似した吸
収特性を有することから、同様の効果を生じる。199
3年5月21日にLevy et al. により出願されたSOLID
STATE LASER FOR HARD TISSUE MEDICAL TREATMENT と題
した出願番号第08,064,456号の同時継続出願
中に記載されている通り、これらのレーザー発生マテリ
アルは、高エネルギー転換効率を示す。
By the method described by way of example, the laser employed in the practice of the invention is a solid-state laser constituted by a rod of YA10 (3) host material containing only dispersed activator ions such as Er 3+. (For example, depending on the host material, about 5% to 50%
Ratio of atoms). According to another example, the host material may be, for example, a ratio of about 5% to 50% atomic E
It may be YSGG containing dispersed activator ions such as r 3+ or dispersed sensitizer ions such as Cr 3+ with a ratio of about 0.5% to 3% atoms. This material is capable of producing laser radiation with a wavelength of 2.78 μm. Laser irradiation with a wavelength of 2.71 μm has similar absorption characteristics to laser irradiation with a wavelength of 2.78 μm, and thus produces the same effect. 199
SOLID filed by Levy et al. On May 21, 2013
As described in co-pending application No. 08,064,456 entitled STATE LASER FOR HARD TISSUE MEDICAL TREATMENT, these laser-generated materials exhibit high energy conversion efficiency.

【0045】水の被膜中に望ましい気化を生じる波長と
しては、1.06μm; 1.54μm; 2.71μ
m;及び2.78μmなどが知られている。最初の2種
の波長はNd:YAGレーザーにより発生することがで
き、後の2種の波長はYSGG−YAGレーザーにより
発生することができる。さらに、アレクサンドライトレ
ーザーにより発生する0.7μmのレーザー照射及びエ
クサイマーレーザーのより発生する180nmのレーザ
ー照射も望ましい効果を生じる。
The wavelengths that cause desirable vaporization in the water film are 1.06 μm; 1.54 μm; 2.71 μm.
m; and 2.78 μm are known. The first two wavelengths can be generated by a Nd: YAG laser and the latter two wavelengths can be generated by a YSGG-YAG laser. Furthermore, 0.7 μm laser irradiation generated by an alexandrite laser and 180 nm laser irradiation generated by an excimer laser also produce the desired effect.

【0046】既知の吸収特性に基づき、本発明による除
去操作は、約2.4μm〜2.88μmの間の波長を有
するレーザー照射により最も容易に制御することができ
るが、約2.65μm〜2.85μmの間が好ましく、
約2.7μm〜2.8μmの間が最も好ましい。
On the basis of the known absorption properties, the removal operation according to the invention can be most easily controlled by laser irradiation with a wavelength between about 2.4 μm and 2.88 μm, but about 2.65 μm to 2. Preferably between 0.85 μm,
Most preferred is between about 2.7 μm and 2.8 μm.

【0047】本発明の実行において採用される照射パル
スの持続時間は10ns〜10msの間であり、100
〜800μsの持続時間が好ましい。パルス反復速度は
1〜1000ppsであり、10〜30ppsの間が好
ましい。
The duration of the irradiation pulse employed in the practice of the present invention is between 10 ns and 10 ms, and 100
A duration of ˜800 μs is preferred. The pulse repetition rate is 1-1000 pps, preferably between 10-30 pps.

【0048】平均レーザー照射出力パワーは0.1〜4
0wの間であり、0.1〜5wの間が好ましい。
The average laser irradiation output power is 0.1 to 4
It is between 0w and preferably between 0.1 and 5w.

【0049】レーザーは直径200μm〜500μmの
単位、好ましくは300μm〜400μmのスポットの
形で、ボディ4の表面に照射することができる。照射ビ
ームは水の被膜2とボディ4の間の接触面に到達するま
でにほとんど拡散しないため、所定のファイバ6の直径
により望ましいスポットサイズを設定することができ
る。望ましいスポットサイズを形成するために、ファイ
バ6の末端は事実上被膜に接触しているか、または、被
膜に非常に接近している(例えば、数μm〜数百μ
m)。
The laser can be applied to the surface of the body 4 in the form of spots having a diameter of 200 μm to 500 μm, preferably 300 μm to 400 μm. Since the irradiation beam hardly diffuses until it reaches the contact surface between the water film 2 and the body 4, a desired spot size can be set by a predetermined diameter of the fiber 6. To form the desired spot size, the ends of the fibers 6 are effectively in contact with or very close to the coating (eg, a few μm to a few hundred μm).
m).

【0050】本発明による方法の一つの限定されない例
を引用するために、上述のスポットサイズと反復速度を
有する波長2.78μmのレーザー照射を、2Wの出力
パワーにより発生させる。このレーザー照射をパルス被
膜2を通って生体硬組織のボディ4の表面に当てると、
硬組織は衛生的かつ効果的に切断される。水の被膜が存
在しない状態で同一のレーザー照射を行なった場合、切
断は起きないが、組織の結晶構造の炭化及び改変が引き
起こされる。その組織は骨、エナメル質、象牙質、セメ
ント質または他の石灰化した組織でもよい。
To cite one non-limiting example of the method according to the invention, a laser irradiation of 2.78 μm wavelength with the above mentioned spot size and repetition rate is generated with an output power of 2W. When this laser irradiation is applied to the surface of the body 4 of living body hard tissue through the pulse coating 2,
Hard tissue is hygienically and effectively cut. When the same laser irradiation is performed in the absence of a water film, no cutting occurs but carbonization and modification of the crystal structure of the tissue are caused. The tissue may be bone, enamel, dentin, cementum or other calcified tissue.

【0051】本発明による方法は、かなり短い長さのフ
ァイバを提供する通常のシリカファイバによっても十分
効果的に照射される波長によっても実行することができ
る。
The method according to the invention can be carried out both with conventional silica fibers, which provide fibers of considerably shorter length, and with wavelengths which are illuminated sufficiently effectively.

【0052】使用する空気/水はスプレーユニット、ま
たは従来的には破片除去スプレーを注入する目的で歯科
用ハンドピースに組み込まれていたイルリガートルによ
り注入することが可能である。本発明の目的を達成する
ためには、水は1psiの圧力で供給し、空気は10p
siの圧力で注入すればよい。歯のエナメル質、象牙
質、またはセメント質、骨、または口腔内の金属製ポス
トや充填物の切断に同一のパラメータを使用することが
できる。これらのパラメータは根尖切除術のような歯根
組織の切断にも使用することができる。
The air / water used can be injected by means of a spray unit or, conventionally, an ilrigator incorporated in the dental handpiece for the purpose of injecting a debris removal spray. To achieve the objects of the invention, water is supplied at a pressure of 1 psi and air is supplied at 10 p
It may be injected at a pressure of si. The same parameters can be used to cut enamel, dentin, or cementum of teeth, bone, or metal posts or fillings in the oral cavity. These parameters can also be used for cutting root tissue such as apicectomy.

【0053】窪みを形成するためのレーザー出力照射平
均パワーは0.5〜3Wでよい。この範囲のパワーレベ
ルで優れた結果が得られることが判明している。切断部
の深さは、パワー設定を調整することにより予め調整す
ることができる。
The laser output irradiation average power for forming the depression may be 0.5 to 3 W. It has been found that excellent results are obtained at power levels in this range. The depth of the cut can be adjusted in advance by adjusting the power setting.

【0054】単一の装置で広範囲の操作を行なうため
に、2.7μm〜2.8μmの間の波長の照射を、例え
ば、0.532μmまたは1.06μmといった軟組織
の切断に適した波長と組み合わせることもできる。
Irradiation of wavelengths between 2.7 μm and 2.8 μm is combined with wavelengths suitable for cutting soft tissue, for example 0.532 μm or 1.06 μm, for a wide range of operations in a single device. You can also

【0055】上述の記載は本発明の特定の実施例を参照
したものであるが、発明の精神から逸脱することなく多
くの変更を行なうことができることは理解されるところ
である。添付した特許請求の範囲は、これらの変更が本
発明の真の範囲および精神の中に含まれることを示すこ
とを意図している。
While the above description refers to specific embodiments of the present invention, it is understood that many changes can be made without departing from the spirit of the invention. The appended claims are intended to show that these modifications fall within the true scope and spirit of the invention.

【0056】そのため、ここに開示された実施例はすべ
ての細目において説明するためのものであり、これに制
限されるものではない。本発明の範囲は上述の記載より
もむしろ添付の特許請求の範囲中に示されており、この
ため、特許請求の範囲と同等の意義や範囲の変更はすべ
て包括されることを意図している。
As such, the embodiments disclosed herein are for the purpose of illustrating all details and are not intended to be limiting. The scope of the present invention is set forth in the appended claims rather than in the above description, and it is therefore intended to cover all changes in the meaning and range equivalent to those of the claims. .

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による方法
によれば、骨、エナメル質、象牙質、セメント質または
他の石灰化した組織を含む生体の硬組織を衛生的かつ効
果的に切断することができる。
Industrial Applicability As described above, according to the method of the present invention, a living hard tissue containing bone, enamel, dentin, cementum or other calcified tissue is hygienically and effectively cut. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による物質除去操作の一連の過程を説明
するために、その内の一過程を示した図である。
FIG. 1 is a view showing one of the steps for explaining a series of steps of a substance removing operation according to the present invention.

【図2】本発明による物質除去操作の一連の過程を説明
するために、その内の一過程を示した図である。
FIG. 2 is a view showing one of the steps for explaining a series of steps of a substance removing operation according to the present invention.

【図3】本発明による物質除去操作の一連の過程を説明
するために、その内の一過程を示した図である。
FIG. 3 is a view showing one of the steps for explaining a series of steps of a substance removing operation according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 水の被膜 4 ボディ 6 光ファイバ 8 ビーム 12 領域、気泡 14 窪み 2 Water coating 4 Body 6 Optical fiber 8 Beam 12 area, bubble 14 Dimple

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 約2.4μm以上2.9μm以下の波長
のレーザー照射に相当する水の吸収係数を有する波長の
レーザー照射ビームを発生させるビーム発生工程と、 組織に接触する水の被膜を形成する水被膜形成工程であ
って、除去する物質の部位において組織表面と該水の被
膜の接触面が位置するように該被膜を形成する水被膜形
成工程と、 前記ビーム発生工程において発生させたレーザー照射ビ
ームを水被膜中及び除去する物質との接触面に向け、最
初のレーザー照射エネルギーにより、除去する物質を、
接触面にパワー密度を集中させて物質を破壊するのに必
要なエネルギーを減少させるよう改変し、この最初のエ
ネルギーによって改変された物質を、第二番目のエネル
ギーを前記水被膜に吸収させることにより、前記物質に
接触している水によって当該物質を最小限破壊するのに
十分な機械的作用を発生させる工程と、 を含む、表面を有する生体組織から物質を除去する方
法。
1. A beam generating step of generating a laser irradiation beam having a wavelength having a water absorption coefficient corresponding to laser irradiation having a wavelength of about 2.4 μm or more and 2.9 μm or less, and forming a water film in contact with tissue. A water film forming step of forming a water film so that the contact surface between the tissue surface and the water film is located at the part of the substance to be removed, and the laser generated in the beam generating step. Direct the irradiation beam to the water film and to the contact surface with the substance to be removed, and the first laser irradiation energy removes the substance to be removed.
By modifying the power density to concentrate on the contact surface to reduce the energy required to destroy the material, the material modified by this first energy is absorbed into the water film by the second energy. Generating a mechanical action sufficient to minimally destroy the substance by water in contact with the substance, the method for removing the substance from a biological tissue having a surface.
【請求項2】 前記水被膜を形成する過程が組織表面へ
の水の噴霧であることを特徴とする請求項1記載の方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of forming the water film is spraying water on the tissue surface.
【請求項3】 前記水被膜の厚さが約数μm〜100μ
mであることを特徴とする請求項1記載の方法。
3. The thickness of the water film is about several μm to 100 μm.
The method of claim 1, wherein m is m.
【請求項4】 前記レーザー照射のビームが照射パルス
の連続であることを特徴とする請求項1記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the beam of laser irradiation is a series of irradiation pulses.
【請求項5】 前記レーザー照射のビームの平均出力レ
ベルが約0.1〜40Wであることを特徴とする請求項
4記載の方法。
5. The method of claim 4, wherein the average power level of the beam of laser irradiation is about 0.1-40 W.
【請求項6】 前記レーザー照射のビームの平均出力レ
ベルが約0.1〜5Wであることを特徴とする請求項5
記載の方法。
6. The average output level of the beam of the laser irradiation is about 0.1 to 5 W.
The method described.
【請求項7】 前記レーザー照射のビームの面積が直径
200μm〜500μmの円の面積と同一であることを
特徴とする請求項5記載の方法。
7. The method according to claim 5, wherein the area of the beam of the laser irradiation is the same as the area of a circle having a diameter of 200 μm to 500 μm.
【請求項8】 前記円の直径が300μm〜400μm
であることを特徴とする請求項7記載の方法。
8. The diameter of the circle is 300 μm to 400 μm.
The method of claim 7, wherein:
【請求項9】 前記レーザー照射のビームが約10ns
〜10msの持続時間を有する照射パルスの連続である
ことを特徴とする請求項1記載の方法。
9. The laser irradiation beam is about 10 ns.
Method according to claim 1, characterized in that it is a sequence of irradiation pulses with a duration of -10 ms.
【請求項10】 前記照射パルスが約100ms〜80
0msの持続時間を有することを特徴とする請求項9記
載の方法。
10. The irradiation pulse is about 100 ms to 80 ms.
Method according to claim 9, characterized in that it has a duration of 0 ms.
【請求項11】 前記照射パルスが10〜30ppsの
反復速度を有することを特徴とする請求項9記載の方
法。
11. The method of claim 9, wherein the irradiation pulse has a repetition rate of 10 to 30 pps.
【請求項12】 前記レーザー照射が約2.65μm〜
2.85μmの波長を有することを特徴とする請求項1
記載の方法。
12. The laser irradiation is from about 2.65 μm.
2. Has a wavelength of 2.85 μm.
The method described.
【請求項13】 前記レーザー照射が約2.7μm〜
2.8μmの波長を有することを特徴とする請求項12
記載の方法。
13. The laser irradiation is from about 2.7 μm.
13. Having a wavelength of 2.8 [mu] m.
The method described.
【請求項14】 前記レーザー照射が約2.71μm〜
2.78μmの波長を有することを特徴とする請求項1
3記載の方法。
14. The laser irradiation is from about 2.71 μm.
2. A wavelength of 2.78 μm.
3. The method described in 3.
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