JPS5854945A - レ−ザメス装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザメス装置、特に外科手術用のレーザメス
装置に関する。

従来から病院における外科手術ではスチールメスが使用
されているが、最近レーザを用いた、いわゆるレーザメ
スが使用されている。第１図は従来のレーザメスの概略
構成図である。レーザ光はレーザ発振装置１内に配置さ
れた炭酸ガスレーザなどのレーザ発振器２で発生され、
多関節反射鐘型マニピュレータ又は光ファイバなどの導
光路３でガイドされて任意の場所に伝達される。そして
、レーザ光は導光路３の先端に付設されたハンドピース
４によって集光されて、患部５に照射され組織の切開、
血液凝固等の手術に使用される。

而して、手術中、術者は患部によってノ・ンドビースか
ら射出するレーザ光の出力を、たびたび調整して使用す
る。たとえば皮膚切開では２０Ｗ。

腫瘍組織の摘出では３０Ｗ、骨の切断では５０Ｗ程度が
適当である。そこで従来のレーザメス装置では、レーザ
発振制御装置６の制御パネルに設置された手動ボリュー
ム８を調整して、レーザ発振制御装置内に配置されたレ
ーザ出力制御器９によって発振電流を制御し、レーザ発
振器２より得られるレーザ光の出力制御を行なっている
。その際、図に示すようにレーザ発振器２の射出部近傍
の光路内に例えばビームスプリッタ−１１と該ビームス
プリッタ−からの反射光を検出する光検出器１２とから
なるレーザ出力計１３を設けてレーザ出力を検出し、光
検出器１２の出力をレーザ光出力表示器１０に供給する
ことで、レーザ光出力をチェックしている。しかし、こ
の検出方法では、患部５におけるレーザ出力が不明であ
る。すなわち、導光路３０光軸ずれ９反射鋳の劣化およ
びハンドピースに内蔵されている集光レンズの劣化等に
よるレーザ光の出力変動の補正が不可能という欠点が生
じる。上記の欠点は、レーザメス装置のいわゆる１切れ
味”の悪さとして、たとえば出血部位の血液凝固がレー
ザ出力不足のため不可能になる等、直接、磨者の生命に
危険を与えることになる。

かかる点に鑑み、本発明の目的は磨部におけるレーザ出
力を正確に計測することができ、かつ、手術中において
も、該レーザ出力をモニタ可能な高信軸のレーザメス装
置を提供せんとするものである。

かかる目的を達成するために、本発明はレーザ出力モニ
タシステムを具備することを特徴とする。

さらに従来のレーザメス装置において、ノ１ンドピース
先端のレーザ出力が低下した場合に、故障がレーザ発振
器、導光路、ノ・ンドピースのいずれの部分で生じてい
るのか不明である。これは、常時、安定に動作すること
が要求される治療機として致命的な欠点になる。

本発明の他の目的は、上記の欠点を解消するために、レ
ーザメス装置の故障部分を確実に検出することにより、
信頼性の高いレーザメス装置を提供せんとするものであ
る。

かかる目的を達成するため、本発明はレーザメス装置の
各要素の異常検出を可能とする診断論理回路を有するこ
とを特徴とする。

本発明によれば主として外科手術において次のような効
果が得られる。

＋１１　　手術中、等測的にメス先端部でのレーザ出力
を計測し、かつ自動調整することにより、安定した１切
れ味”で正確な手術が可能となる。

（２）装置の故障診断が可能となり、緊急手術に対応で
き、かつ、手術の中断という事態が回避可能となる。

第２図は本発明によるレーザメス装置の一実施例を示す
ブロック図でめる。図において、レーザ発振器２．導光
路３．ハンドピース４．レーザ出力制御器９及びレーザ
出力計１３は公知の構成である。すなわち、炭酸ガスレ
ーザ発生器などのレーザ発振器２で発生されたレーザ光
は、多関節反射鋳型マニピユレータ又は光ファイバなど
の導光路３によってガイドされ任意の場所に伝達され、
ハンドピース４によって集光されてその先端から射出さ
れる。レーザ光の出力は電源を含む出力制御器９によっ
てレーザ発振器２の発振電流を変化させて制御きれる。

そして、レーザ発振器２の出力光の強度はレーザ出力計
１３で検出される。本発明のレーザメス装置は、ハンド
ピース４の先端から射出されたレーザ光の出力を検出す
る、光検出器２１を具備するレーザ出力計２０と、確保
したいレーザ光強度を設定するためのレーザ出力設定回
路３０と、上記光検出器２１の出力り、とレーザ出力設
定回路３０の出力ＤＩとを比較し、両出力り、、Ｄ、が
等しくなるようレーザ制御器９を制御する比較回路４０
とから構成されるレーザ出力自動調整装置を具備する。

かかるレーザ出力自動調整は術者等が手術前に行なうも
ので、レーザメス装置の始業点検に相当する。操作はま
ず、ハンドピース４をレーザ出力計２０に挿入すること
により開始される。そして、ハンドピース４から射出さ
れるレーザ光を光検出器２１で受光して電気的出力り、
に変換する。この出力り、はスイッチ５２を介して比較
回路４０に供給される。一方、比較回路４０にはレーザ
出力設定回路３０によって設定された確保したいレーザ
光の強度に対応する出力ＤＩが供給されており、比較回
路４０はこの出力り、と光検出器２１の出力Ｄ３とを比
較し、両者が一致するようにレーザ出力制御器９の出力
電流を制御してレーザ発振器２のレーザ光出力を制御す
る。例えば、出力り、より出力り。

が小さければ、比較回路４０の出力が増加して出力り、
がり、に等しくなるまでレーザ発振器の駆動電流が増加
する。かくして、ハンドピース４からのレーザ光出力は
レーザ出力設定回路３０によって設定された強度に安定
する。

ハンドピースからのレーザ光出力は導光路３の光軸ずれ
９反射鐘の劣化及びハンドピースに装置されている集光
レンズの劣化等によって変化するという欠点があるが、
上述の構成により、導光路およびハンドピースの光学系
の劣化、光軸ずれ等かつ自動的に得られる。

本発明では、さらに以下にのべる構成要素を具備してレ
ーザ出力の術中モニタおよび装置の事故診断を実現する
。まず、術中モニタの手順を示すと次の通りでるる。

■　装置を手術に使用する直前に、レーザ出力計２０に
よってハンドピース先端の出力Ｄｉを計測する。

■　このときのレーザ発振器の出力Ｄｔをレーザ出力計
１３によって計測する。

■　Ｄｋ＝に−Ｄｔを満足する係数ｋを求める。

■　そしてハンドピース４を手術に使用する場合は、レ
ーザ発振器の出力ＤＡを係数にでレベル変換して表示す
る。

上記の手順によれば、術中においてもハンドピース先端
の出力が、リアルタイムでモニタできる。

そして、本発明者等の実験によればＤｋとＤｔの関係の
一例を示すと第３図である。これから補正係数には約０
，５４である。また、発振器の出力ＤＡが０〜５０Ｗま
での範囲では補正係数にの値は変わらない。

ところで、本発明によって補正係数ｋを求める場合、上
述したレーザ出力自動調整装置によってハンドピース先
端の出力Ｄｈを所望の値に調整した後に求めるのが好ま
しい。すなわち、レーザ出力設定回路３０によって、た
とえば２０Ｗに設定すれば、比較回路４０によって自動
的にＤｂ＝２０Ｗが得られる。そして、この時のＤｔを
レーザ出力計１３によって計測すれば、簡単に補正係数
ｋが得られる。本実施例では、かかる術中モニタを実現
するために、第２図に示すように、レーザ出力計２０に
近接リレー１６を設けると共に、レーザ出力計１３の光
検出器１２に接続され、光検出器１２の出力り、をレベ
ル変換するレベル変換器５１と、該レベル変換器の出力
とレーザ出力計２０の光検出器２１の出力とを切り換え
て表示器５０に供給する切換スイッチ５２を設ける。切
換スイッチ５２は手術中、端子８１を選択してレベル変
換器５１の出力を表示器５０に供給する。

そして、ハンドピース４がレーザ出力計２０に挿入され
ているときは、レーザ出力計２０に設けた近接リレー１
６の動作と連動して、スイッチ５２は端子８２を選択し
て光検出器２１の出力を表示器５０に供給する。まず最
初にハンドピース４をレーザ出力計２０に挿入して、レ
ーザ出力設定回路３０．比較回路４０．レーザ出力制御
器９によって、ハンドピース先端の出力Ｄ−を所望の値
に調整し、この時の光検出器２１の出力Ｄ＊’ｅ表示器
５０に供給して、表示器５０に光検出器２１の出力Ｄｇ
（ハンドピース先端の出力Ｄｋに対応する）を表示する
。次にハンドピース４がレーザ出力計２０から外れると
、スイッチ５２は端子Ｓ１を選択して、光検出器１２の
出力り、ｆ、レベル変換器５１を介して表示器５０に供
給して、表示器５０に光検出器１２の出力り、（レーザ
発振器の出力ＤＡに対応する）をレベル変換して表示す
る。

そこで、レベル変換器５１を調整して、光検出器１２の
出力り、全光検出器２１の出力り、に一致させて表示器
５０に表示する。これにより、手術中、表示器５０に表
示される計測値は、ハンドピース先端のレーザ出力と等
しくなる。さらにレベル変換器５１の出力は比較回路４
０に供給され、術中はレベル変換器５１の出力によって
レーザ出力が一定に保持される。

以上のべたように、本発明によるレーザ出力計２０、レ
ベル変換器５１．切換スイッチ５２によって、手術中で
も、患部におけるレーザ光のエネルギが測定できる。

次に本発明に用いられるレーザ出力計２０の一実施例を
第４図に示す。図はレーザ出力計２０にハンドピース４
が挿入されている状態を示す。この状態で導光路３およ
びハンドピース４を通ってレーザ光が射出されると、光
検出器２１でレーザ光のエネルギが検出され、光検出器
２１の出力はスイッチ５２を介して表示器５０に供給さ
れる。

近接リレースイッチ１６はし１ンドピース４が、レーザ
出力計２０に挿入されていることを検出するものである
。近接リレースイッチ１６はハンドピース４に接触する
とスイッチ５２を動作させて、５０に供給する。近接リ
レースイッチは、たとえばハンドピースに接触すること
による静電容量の変化を検出する方式のものでよい。ま
たスイッチ５２はアナログスイッチで実現できる。

さらにレーザ出力計２０の構成を第５図を用いて詳細に
説明する。第５図は、レーザ出力計の断面図である。図
はハンドピース４がレーザ出力計２０に挿入される直前
の状態を示す。この例では、レーザ出力計２０は、ハン
ドピース４を保持する保持部材２４と該保持部材を保持
するケース２２とハンドピース４からの射出レーザ光を
受光する光検出器２１とから構成される。かかる構成に
よれば、レーザ出力計２０をハンドピースの保持手段と
して用いることができ、極めて効果的である。

保持部材２４はハンドピース４を保持するようハンドピ
ースの外形とほぼ同じように形成された内壁を有する円
筒部２５と、円筒部の一端に設けられたリング状の舌状
部２６からなる。保持部材２４はハンドピースを確実に
保持しかつキズをつけないように、例えば硬質ゴムのよ
うな弾力性を有する材料で構成するか、もしくはハンド
ピースと接触する円筒部２５の内壁をこのような材料で
コートするのが好ましい。ケース２２は直方形状の部材
からなり、その中心部に保持部材２４の円筒部２５の外
径とはｔ！同じ直径で、かつ円筒部２５の長さより十分
深い円柱状の穴２３が設けられており、この穴２３に上
記保持部材２４の円筒部２５が挿入され、保持されてい
る。穴２３はその底面が、ハンドピース４を保持部材２
４に挿入したときハンドピースから射出されたレーザ光
の焦点近傍に位置するようその深さを設定するのが好ま
しい。光検出器２１はハンドピースからのレーザ光を受
光するよう穴２３の底面に配置される。

さらに、近接リレースイッチ１６は、ハンドピース４が
保持部材２４に挿入されたとき、ハンドピース４が接触
するように保持部材の円筒部２５の内壁に設けられる。

なお、穴２３をハンドピース４の外形とほぼ同じように
形成し、ケース２２に保持部材２４の機能を持たせても
よいことは勿論でめる。

光検出器２１の一実施例を第６図に示す。図は光検出器
を受光面と反対側から見た場合を示しており、レーザ光
は図の裏面から入射する。レーザ光のエネルギは金属板
２７、たとえば表面（受光面）が黒色に塗装されたアル
ミニウムに吸収される。この吸収による金属板２７の温
度上昇をサーモパイル２８、たとえば多素子ビスマス−
アンチモン熱電対で熱起電力に変換し、光ビームのエネ
ルギを検出する。

次にレベル変換器５１の実施例を第７図で説明する。レ
ベル変換Ｆ５５１は一端が光検出器１２に接続された可
変抵抗器５４と、該抵抗器の他端に接続された直流電圧
源５３とからなる。可変抵抗器５４で光検出器１２の出
力と電圧源５３の電圧Ｖの分割比を調整することにより
、光検出器１２の出力をレーザ出力計２０の光検出器２
１の出力に一致させて表示器５０に表示することができ
る。

なお、表示器５０としては、メータなどの機械的な指針
式の表示器でも、液晶表示素子、エレクトロクロミツク
、ガス放電表示素子などの電子式の表示器でもよい。勿
論、アナログ表示であっても、デジタル表示であっても
かまわない。また表示器５０をハンドピース４の近傍に
配置してもよい。

これにより、術者が常時レーザ光出力をチェックできる
ので、より一層便利である。

とζろで、本発明のレーザメス装置によれば、装置の故
障診断が可能である。すなわちレーザ制御器９からのレ
ーザ発振電流蓋と、レーザ発振器２のレーザ出力とは、
レーザ発振器が正常に動作している場合は一義的に決定
される。そこで、たとえば光検出器２１の出力を用いて
ハンドピース４からのレーザ出力を自動調整した場合に
、発振電流ｌが過大に流れている場合には、レーザ発振
器２の異常を検出することができる。さらに光検出器１
２と２１の出力を比較して、補正係数ｋが異常に大きけ
れば、導光路３あるいはノ・ンドビース４の光学系が異
常であることがわかる。これらレーザメス装置の事故診
断を行なうための実施例を示すと第８図でめる。図は診
断論理をコンビュィ・コンと略す。）８６を適用した場
合である。

まず装置の事故診断に必要な入力データは４つめる。そ
れはレーザ出力設定値、レーザ発振器２の発振電流ｉ、
レーザ発振器のレーザ出力およびハンドピース先端のレ
ーザ出力でめる。これらは図に示すようにそれぞれ、レ
ーザ出力設定回路３０゜レーザ発振制御器９に接続され
た電流検出器１４゜光検出器１２．光検出器２１の出力
でよい。そして、この４つの電流または電圧は、マルチ
プレクサ８０に供給される。マイ・コン８６はマルチプ
レクサ８００４人力を順次、切換えてＡ／Ｄ変換器８１
にデータを送る。さらにＡ／Ｄ変換器８１で変換された
デジタルデータは共通パスライン８５を介してメモリ８
２に転送する。マイ−コン３６はレーザ出力設定値、レ
ーザ発振電流、レーザ発振器のレーザ出力、ハンドピー
ス先端のレーザ出力が記録されているメモリ８２の内容
を解析して、装置の事故診断を行なう。その結果はイン
ターフェース８４を介して、警報表示のランプ８３を点
灯する。警報表示はたとえば、レーザ発振６．導光路、
ハンドピースの異常があれば、その要素部分に対応する
ランプを点灯するように構成する。

次に装置の故障診断のアルゴリズムについて説明する。

まずレーザ発振器が故障している場合は次の現象により
診断可能である。

■　光検出器１２によるレーザ発振器２の出力が設定値
に達しない場合 ■　発振器２の発振電流が異常に大きい場合■の場合は
、レーザメス装置による手術が不可能であり、直ちにレ
ーザ発振器の修理・調整が必要である。■の場合は、一
応、手術に使用可能であるが、手術後の保守・調整を必
要とする。ここで発振電流とレーザ発振器のレーザ出力
との関係を、本発明者等の実験例で示すと第９図の実線
９１でめる。たとえば、レーザ発振器の劣化により、発
振効率が低下した場合、同じレーザ出力を得る九めＫは
、発振電流を増加させる必要が生じる。そヒで、いま第
９図の破線９２で示すように、発振電流の増加分５０％
を限界値とすれば、破線９２の下側範囲は異常電流であ
る。第９図でたと−えば、レーザ発振器の出力３０Ｗの
場合、発振電流が２５ｍＡであれば、′正常”ｓ３５ｍ
Ａでは１異常”である。そこで計算機に入力されるレー
ザ発振器のレーザ出力と発振電流をモニタすることによ
りレーザ発振器の正常、異常を検出することができる。

さらにレーザメス装置の導光路およびハンドピースの故
障は次の現象により診断可能でおる。

■　導光路３の出力（導光路３にハンドピース４を装着
せずに、導光路３をレーザ出力計２０に挿入したときの
光検出器２１の出力）が、レーザ発振器２の出力（光検
出器１２の出力）と比較して異常に小さい場合 ■　導光路３にハンドピース４を装着し、ハンドピース
先端の出力（ハンドピース４をレーザ出力計２０に挿入
したときの光検出器２１の出力）がレーザ発振器の出力
（光検出器１２の出力）と比較して異常に小さい場合 こζで、導光路および／１ンドビース先端の出力とレー
ザ発振器の出力との関係は、本発明者等の実験によれば
第１０図である。図かられかるように発振器出力に対し
て導光路の出力（実線９３で図示）は約６０％であり、
導光路の損失は約４０％である。導光路３が、たとえば
７関節８鏡の多関節ミラ一方式で構成した場合の反射幕
による損失は計算によれば、約１５％である。そζで第
１０図で示した導光路の損失４０％のうち、１５％は多
関節ミラーの反射損失、２５％は光軸ずれによるものと
推定できる。したがってとの導光路は光軸の再調整が必
要でおる。このことから、例えば、導光路の出力がレー
ザ発振器の出力の７５％より小さい場合を１異常”とし
、この場合は、導光路の光軸の調整を行なえばよい。

また第１０図において、点線９４はノ１ンドビース先端
の出力を示し、これ□からノーンドビーヌの損失が約２
０％でおることがわかる（図中、実線９３と点線９４で
はさまれた斜線部分９５で示も）。

ハンドピースはほぼ平行なレーザ光を絞りこむ九めのレ
ンズを装着しているが、このレンズによる反射吸収は反
射防止膜を施せば約２％以下である。

したがってノ１ンドビースの上記の損失はほとんどレン
ズの汚れ等によるものである。このことから、例えば、
ハンドピース先端の出力が導光路の出力の９０％より小
さい場合を１異常”とし、この場合ハ、ハンドピース内
のレンズの汚れ等を除去すればよい。

以上、説明したように、レーザ発振器の発振電流および
レーザ出力、導光路およびノ１ンドピース先端のレーザ
出力をモニタすることにより、レーザ発振器、導光路、
ノ・ンドビースの故障を診断することが可能である。

さらに第８図のマイ・コンシステムによれば第２図で示
したリアルタイム・モニタが可能である。

マイ・コンをリアルタイムくニタに応用した場合を第１
１図の実施例で示す。

すなわち、光検出器１２および２１の出力をマルチプレ
クサ８０に入力し、マルチプレクサ８０のスイッチは、
近接リレー１６の動作に連動するように、共通パスライ
ン８５を介して結合する。

光検出器１２の出力り、と、光検出器２１の出力り、は
Ａ／Ｄ変換器８１を通して、メモリ８２に記憶される。

マイコン８６はＤ１＝に’Ｄａを満足する係数ｋを算出
する。そして、光検出器１２の出力り、に係数ｋを乗じ
て、光検出器２１の出力り、にレベル変換して表示、Ｆ
；５０に出力する。

これによ転子術中、等測的にノ・ンドビース先端の出力
に等しい出力を表示器に表示することが可能と彦る。

以上、説明したように本発明によれば、手術中において
も思部におけるレーザエネルギが、常に計測でき、留者
は正確な出力で手術が可能となる。

また、本発明によってレーザメス銀量の故障部分を適確
に検出することが可能でるり、常時、安定し曳動作の治
Ｉ１機が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｄ従米のレーザメス装置の概略構成図、第２図は
本発明によるレーザメス装置の一実施例金示すブロック
図、第３図はノ・ンドピース出力とレーザ発振器出力の
関係を示す図、第４・図は本発明に用いられるレーザ出
力針の一実施例を示す図、第５図はレーザ出力計の詳細
を示す図、第６図は本発明に用いられる光検出器の一例
を示す図、第７＠は本発明に用いられるレベル変換器の
一例を示す図、第８図は本発明によるレーザメス装置の
他の実施例を示すブロック図、第９図はレーザ発振器の
発振電流とレーザ出力の開会を示す図、第１０図はレー
ザ発振器の出力に対する導光路およびハンドピースの出
力を示す図、第１１図は本発明によ尋レーザメス装置の
もう一つの実施例會示第　　１　　図 ′￥ｉＺ　　　図 ￥Ｊ　　３　　図 ￥Ｊ　４　　図 ′３ｉＦＩｓ　　　図 ′ｖ５６　　図 １ ′￥ｉ　７　　図 ￥１　８　　図 囁　　９　図 卒ａ電纜（□。 ￥Ｊ　　ＩＯ邑 発振Ｍ−ム、７１＜ｖｖ） ￥ｉ　　　Ｈ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　レーザ発振器のレーザ出力を検出する第１の検出手
   段と、この手段の出力を用いてノ・ンドピースのレーザ
   出力を表示する表示手段とを具備することを特徴とする
   レーザメス装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のレーザメス装置におい
   て、上記ハンドピースのレーザ出力を検出する第２の検
   出手段と、上記第１の検出手段の出力を上記第２の検出
   手段の出力に換算する手段とを有し、上記表示手段は上
   記換算手段の出力を表示することを特徴とするレーザメ
   ス装置。 ３、　１！＃許請求の範囲第２項記載のレーザメス装置
   において、上記第２の検出手段の出力を所定値と比較す
   る比較手段を具備し、上記比較手段の出力によって上記
   レーザ発振器のレーザ出力を制御することを特徴とする
   レーザメス装置。 ４６　　特許請求の範囲第２項又は第３項記載のレー。 ザメス装置において、上記第２の氷検出手段は、その一
   端に上記ハンドピースを挿入して保持する保持部材を有
   する容器と、該容器内に上記ハンドピースが上記保持部
   材に挿入された状態でレーザ光を受光するよう配置され
   九九電変換素子とからなることを特徴とするレーザメス
   装置。