KR19990044706A - 경조직의 레이저 증발장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

경조직 또는 그 위에 있는 퇴적물 중 하나를 증발시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 스캐너가 목표영역을 실질적으로 연속 스캐닝하고, 원하는 크기 및 형상의 증발된 목표영역을 형성하도록 목표영역의 일부분을 증발시키기 위하여, 상기 스캐닝 동안 펄스 레이저 빔을 목표영역으로 향하게 한다. 응용의 비제한적인 실시예로서는, 등골절제술(stapedectomy)을 수행하고, 치아를 천공하며, 플라그와 충치를 증발시키기 위한 응용을 포함한다.

Description

경조직의 레이저 증발장치 및 방법

종래 치아 세척은 치아와 잇몸사이의 플라그와 같은 상기 퇴적물을 제거하기 위해 퇴적물에 진동을 가하고 또는 후벼내는 기계적 기구를 수반하였다. 이 기계적 세척 시술시에는 약간의 불편함이 느껴졌다. 치과 의술에서, 기계적인 드릴이 치아내에 구멍을 형성하기 위해 사용되었고 그들 모터의 소리는 환자에게 걱정 또는 불안을 유발시키 수 있었다. 상기 치아와 상기 드릴의 기계적인 접촉에 의한 기계적인 진동 및 자극성의 소리는 기계적인 드릴의 주요 단점이다.

기계적인 드릴의 한가지 대안은 경조직 또는 경조직상의 퇴적물을 제거하기 위해서 레이저를 사용하는 것이다. 종래 기술에서는, 에르븀기 레이저(Er:TAG 및 ER:YSSG) 및 CO₂레이저를 사용하는 것이 알려져 있다.

치과적 응용을 위해 에르븀기 레이저의 사용을 기술한 미국 특허의 일례들은, 바실리아디스(Vassiladis)등에게 허여된 제5342198호 특허, 무엘러(Mueller)등에게 허여된 제5458594호 특허, 파그디와라(Paghdiwala)의 제5401171호 특허, 울바시트(Wolbatsht)의 제5267856호 특허 및 슈타이너(Steiner)등에게 허여된 제5199870호 미국 특허를 포함한다.

경조직를 제거하기 위한 펄스 CO₂레이저의 용도는, 1993년에 출판된 스피에 저널, 1880권 176 - 181페이지에 기재된 "펄스 CO₂레이저를 구비한 경조직 절개"라는 제목을 가진 토마스 에르티와 거하드 물러에 의한 기사에 기술되어 있다. 충치를 방지하기 위해서 치아 법랑질을 용해하고 어닐링하는데 CO₂레이저를 사용하는 것은, 1995년에 발간된 스피에 잡지, 2394권 41 - 50페이지에 기재되어 있고, "CO₂레이저 펄스에 의한 치과적 경조직의 다중 펄스 조사"라는 제목을 가지는 디.프라이드에 의한 기사에 기술되었고, 더블류. 세카에 의해 동일한 스피에 잡지, 51 - 66pp에 기재되어 있는 "100-us 펄스로 치과적 경조직을 CO₂레이저 방사하는 동안의 시간 의존 반사율과 표면온도"의 제목을 가지는 기사내에 기술되어 있다.

경조직 적용내에 레이저를 사용하는 경우, 종래의 하나의 결점으로는, 경조직 또는 상기 경조직상의 퇴적물을 절개하기 위한 충분한 에너지 밀도를 가진 레이저 빔을 제공하기 위해서는 제거될 목표 영역의 크기 보다 더욱 작거나 같은 정도인 수십 μm 또는 몇 백 μm 정도의 스폿 크기를 가진 레이저 빔을 제공해야 한다는 것이다. 일례로, 치과적 치료에서, 치아내에 뚫린 구멍의 원하는 크기는 밀리미터 정도이고, 상기 제거용 레이저의 스폿 크기는 그보다 1 내지 2승 정도 더 작다.

또한, 종래에 기술된 바와 같은 초점이 맞추어진 레이저 빔에서는, 법랑질 및 상아질의 균열과 같은 바람직하지 않은 열 손실 또는 치수(齒髓)의 열 손실을 피하기 위해서, 레이저가 비교적 짧은 펄스로 인가되어야 하고, 낮은 반복도로 전달되어야 한다.

일반적으로 말하자면, 경조직 치과적 적용을 위한 기계적 기구 및 레이저의 용도와 관련하여 전술한 단점이, 뼈 제거와 같은 다른 경조직에 대한 적용에서도 발견되었다. 예를들면, 1990년에 발간된 "수술 및 의약" 제 10권 448~457페이지에 실려있는, "골경화용 레이저 - 있다면 어느것이며 그 이유"의 제목을 가지는 에스.죠오지 레신스키의 기사내에서 일례로 기술된 것 처럼, 탈초점 레이저 빔 또는 초점이 맞추어진 레이저 빔의 로제트(rosette)를 사용하는 것은 조직 부근의 탄화를 포함한 극단적인 열 손상을 초래한다.

기계적인 드릴링 뿐 아니라 경조직 적용을 위한 종래 기술 레이저의 용도와 관계된 다른 단점은 상기 경조직의 목표영역이 절개될 수 있는 크기와 형상이 제한되어 있다는 것이다.

또한, 상기 레이저 장치로 경조직을 절개하기 위해 종래 기술에 기술된 방법에서는, 연조직 보다는 경조직의 절개를 위하여 요구되는 높은 에너지 밀도를 제공하기 위해서 레이저 장치가 비교적 커야 한다.

발명의요약

따라서, 본 발명의 목적은 인접 조직의 열손상을 실질적으로 일으키지 않고 신속하게 어떤 바람직한 크기와 형상을 가지는 경조직 및 경조직상의 퇴적물을 증발하기 위한 레이저 및 스캐너를 포함한 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 실질적으로 상기 인접조직의 열손상을 발생시키지 않으면서, 어떤 바람직한 크기와 형상의 경조직상의 퇴적물 또는 경조직의 목표영역을 증발시키기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비교적으로 작고 저렴한 경조직 및 경조직상의 퇴적물을 증발시키기 위한 장치를 제공하는 것이다. 100μm 정도의 초점 빔을 제공하므로써 경조직 증발시키는 데 필요한 에너지 밀도가 제공된다. 목표 영역 위로 상기 초점 빔을 주사하기 위한 스캐너를 제공하므로써, 일반적으로 레이저 빔의 스폿 크기보다 1승 이상 큰 어떤 크기 및 형상의 목표 영역을 증발시킬 수 있게 된다.

본 발명의 한 형태에 의하면, 종래의 연조직에 조사하기 위한 다양한 형태의 레이저를 사용하는, 이스라엘, 텔 아비브의 레이저 산업주식회사에 의해 제조 판매된 실크터치^TM플래쉬스캐너가, 인접 조직의 열손상을 실질적으로 방지하면서, 경조직애에 어떤 원하는 형태 및 크기의 크고, 깨끗하며, 검게 타지 않은 증발된 목표영역을 제공하는 일련의 미세홀을 형성하기 위하여, 본 발명에 의한 레이저 장치로 사용된다.

나선형 또는 리사주(lissajous) 형태와 같은 어떤 바람직한 형태를 만들기 위한 적당한 플래쉬스캐너는 다음의 개시물에 나타나 있다: 1994년 1월 19일에 출원되었고 본 출원에 참고로 언급되는, "작업표면, 특히 절개 조직에 레이저 빔을 인가하기 위한 장치 및 방법"의 제목을 가진 제 08/358386호 미국특허출원('386출원) 및 1995년 5월 2일 엘리저 자어(Eliezer zair)에게 허여된 "소정 깊이 아래의 소상을 유발하지 않고 생체조직의 조사된 영역을 절개하는 시스템"이라는 제목을 가진 제5411502호 미국특허('502특허).

본 발명의 한 형태에 의하면, 경조직 및 경조직상의 퇴적물 중 하나를 증발시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 경조직 및 경조직상의 퇴적물 중 하나인 목표영역을 실질적으로 연속 스캐닝하는 단계를 포함하고, 목표영역의 일부분을 증발시켜, 원하는 크기 및 형상, 바람직하게는 0.5 내지 6mm의 증발된 목표영역을 형성하기 위하여, 상기 스캐닝 동안 펄스 레이저 빔을 향하게 하는 단계를 포함한다. 예를들면, 상기 목표영역의 형태는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 슬릿 형상이다.

상기 방법은 각 상기 목표 영역의 부분을 증발시키기에 충분한 에너지 밀도를 제공하기 위해서 상기 레이저 빔 초점을 맞추는 단계를 포함한다.

또한, 상기 방법은 상기 스캐닝을 위한 스캐닝 속도를 선택하고, 상기 스캐닝 속도에 따라서 상기 펄스 레이저 빔의 펄스에 최대의 반복도를 제공하는 단계를 포함한다.

추가적으로, 상기 방법은 스캐닝 단계를 되풀이 하고, 원하는 전반적인 투과가 달성될 때 까지 상기 목표 영역의 다수의 통로 전체로 향하게 하는 단계를 포함한다.

바람직한 실시예에서, 상기 방법은 또한 상기 목표영역 부근 냉각단계를 포함하며, 그것에 의해 조직 또는 검게 탄 부분의 열 손상을 피할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 향하게 하는 단계는 일정 비율로 레이저 빔을 향하게 하고, 레이저 빔이 인접 조직 또는 검게 탄 부분의 열손상을 유발하는 시간보다 짧은 시간동안 영역 각각에 머무를 수 있게 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가적인 실시예에 의하면, 경조직 및 경조직상의 퇴적물 중 하나를 증발시키기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 레이저, 바람직하게 펄스 레이저 빔을 발생시키는 CO₂레이저 및 경조직 및 경조직상의 퇴적물 중 하나인 목표영역을 실질적으로 스캐닝하고, 목표영역의 일부분을 증발시켜서 원하는 크기 및 형상의 증발된 목표영역을 형성하기 위하여 상기 스캐닝동안 레이저 빔을 향하게 하는 스캐닝 장치를 포함한다.

상기 장치는 상기 목표 영역의 각 부분을 증발시키는데 충분한 에너지 밀도를 제공하는 초점이 맞춰진 레이저 빔을 발생한다.

상기 장치는 또한 스캐닝을 위한 스캐닝 속도를 선택하고, 상기 스캐닝속도에 따라서 상기 펄스 레이저 빔의 펄스에 최대의 반복도를 제공하기 위한 제어 유니트를 포함한다.

치아 천공을 위한 바람직한 실시예에서는, 상기 CO₂레이저가 9.3 내지 11.2μm, 바람직하게 9.6μm 밴드에서 작동한다. 펄스 진동수는 1-1000Hz이고, 바람직하게는 200Hz이하이며, 각 펄스는 100 미크론초보다 작은 펄스폭을 가지고, 상기 빔의 스폿 크기는 100 내지 300μm 사이이다.

본 발명은 일반적으로 스캐너, 더 상세하게는 펄스 레이저 빔을 가지는 레이저 스캐너를 가지고, 치아 및 뼈와 같은 경조직(硬組織)상의 퇴적물 및 경조직을 증발시키기 위한 증발장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 범위는 첨부되는 청구항에 의하여 정해지지만, 본 발명의 더 나은 이해를 위하여, 이하의 설명 및 첨부도면을 참고로 설명한다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 구성되고 작동하며, 등골절제술(stapedectomy)을 수행하기 위한 장치에 대한 개략도이다.

도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 구성되고 작동하며, 치아를 증발시키고, 치아상의 퇴적물을 증발시키기 위한 장치에 대한 개략도이다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 도 1a 또는 도 1b 장치를 사용하여 형성되는 일련의 미세홀로부터 형성되는 나선 패턴을 개략적으로 나타낸다.

도 2b는 도 2a의 나선 패턴이 완료된 후에 형성되는 큰 홀을 개략적으로 나타낸다.

도 3a는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 도 1a 또는 도 1b 장치를 사용하여 형성되는 일련의 미세홀로부터 형성되는 직사각형 패턴을 개략적으로 나타낸다.

도 3b는 도 3a의 직사각형 패턴이 완료된 후에 형성되는 큰 직사각형 홀을 개략적으로 나타낸다.

도 4는 본 발명의 바람직한 방법에 의하여 천공된 치아를 개략적으로 나타내며, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의한 플라그의 증발을 추가적으로 도시한다.

바람직한 실시예에 대한 상세한 설명

도 1a는 일반적으로 1로 표시되며, 본 발명의 바람직한 한 실시예에 의하여 구성되고 작동되는 장치를 도시한다. 등골절제술(stapedectomy)을 수행하는 데 특히 적당한 장치 1는 미세조정기 10, 플래쉬스캐너 12, 관절이 있는 팔 14, 외과 현미경 16 및 바람직하게는 펄스 레이저빔 이지만 필수적이지는 않은 레이저 빔 20을 발생하는 레이저 18로 이루어져 있다.

플래쉬스캐너 12는 스캐닝된 패턴을 제공하기 위하여 이동 가능한 진동 또는 회전 미러 22를 구비하고 있다. 바람직하게는, 플래쉬스캐너 12는 관절이 있는 팔을 구비하는 레이저와 관련되어 있는 '386 출원 및 '502특허에 개시되어 있는 것 중 하나이다. 그러나, 본 발명은 '386출원 및 '502의 스캐너에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명에 의하면, 블랙(Black)등에게 허여된 제 5,546,214호 미국특허에 개시된 어느 하나와 같이, 적당한 스캐너가 사용될 수 있다.

미세조정기 10는 2색성 미러 26을 포함하고 있으며, 그 미러의 미세조정기 내부에서의 상대적 위치는 조정 손잡이 28의 이동에 따라 변화한다. 외과 현미경 16이 그로부터 2색성 미러 26을 통하여 볼수 있게 배치된다.

바람직한 실시예에서는, 레이저 18은 CO₂레이저이며, 이는 스캐닝동안 펄스화된다. 다른 실시예에서는, CO₂레이저가 연속 작동 CO₂레이저이다. 양 실시예 모두에서, 레이저 18는 9.3 내지 11.2μm 사이, 바람직하게는 10.6μm 밴드, 더 바람직하게는 9.6 μm 밴드에 있는 레이저 빔 20을 제공한다. 9.6μm 밴드는 인체의 경조직(hard tissue)의 주요성분인 수산화인회석(Hydroxyapatite)에 의하여 많이 흡수되기 때문에 바람직하다.

도 1b는 도 1의 장치에 대한 대체적인 장치를 도시하는 것으로, 아래에서 상세히 설명될 바와 같이, 치아 52의 표면으로부터 플라그 및 충치부분을 기화하거나, 치아 52내부에 적당한 크기와 형상의 구멍을 만들기 위하여 치아 법랑질(enamel) 또는 상아질(dentin)을 기화시키기 위한, 그러나 그에 한정되지는 않는 치아와 관련된 응용에 특별히 적당한 형상을 가지고 있다. 도 1b는 치과적 응용에서는 종종 외과현미경이 필요하지 않기 때문에, 외과 현미경 16이 없는 점을 제외하고는, 유사한 요소를 가지고 유사하게 번호가 매겨진 장치 1를 도시한다. 도 1 b의 장치는 치과의사가 손으로 잡을 수 있는 형태이다.

특히, 내과의사 30은 수술현미경 16(도 1a)을 통하여 내부를 보고, 레이저 빔 20이 중이(middle ear) 34의 등골(stape bone, 도 1a)을 타격할 때까지 손잡이 28을 사용하여 2색성 미러 26의 위치를 조정하거나, 바람직한 목표영역 36에 있는 치아 52(도 1b) 위의 원하는 위치로 레이저 빔이 타격하는 동안 직접적으로 목표영역(도 1a)을 관찰한다. 원하는 위치의 주위패턴 38이 경조직을 증발시키는 레이저 빔에 의하여 스캐닝된다. 레이저 빔 20은 초기에는 치료 레이저빔이 타격위치로 정확하게 향하도록 의사 30를 돕는 가시(visible) 안내 레이저 빔이다.

타격위치가 결정된 후에는, 치아 52(도 1b) 또는 중이 등골 32(도 1a)의 목표영역 36과 같은 경조직상에 있는 패턴 38내부에서 외과적인 증발이 개시된다. 도 2a 및 도 2b는 인공보철물 이식체(미도시)를 수용하기 위한 직경 600μm 정도의 홀 40이 형성되는 것을 도시한다. 이러한 홀 40은 원하는 관통이 얻어질 때까지 외과적 증발 패턴 38의 스캔을 수회 반복함으로써 형성된다.

치과적 응용에서는, 필요한 치과적 치료에 따라서 다양한 크기와 형태의 목표영역이 필요하다. 이러한 경우에, 홀 40(도 2b)과 같은 원형 홀은 일반적으로 1~5mm의 직경을 가지며, 나선 형태로 형성될 수도 있는 도 3b의 홀과 같이 다른 형태의 홀도 일반적으로 비슷한 크기를 가진다.

플래쉬스캐너 12는 우선, 나선형태의 외과적 증발패턴 38을 발생시키기 위하여 목표영역 34를 쓸어버리도록 설정된다. 단일 펄스의 초점이 맞춰진 레이저 빔 20이 목표영역 36상에 일련의 미세홀 42을 형성하기 위하여 점에서 점으로 나선형태로 패턴 38을 쓸어낸다. 패턴 38이 완료된 후에는, 목표영역 36외부에 탄 부분을 최소로 하고, 조직 손상을 최소로 하면서, 모든 미세한 홀 42이 결합하여 하나의 큰 홀 40을 형성한다.

다시 펄스로 반복적으로 패턴을 쓸어 내림으로써, 큰 홀 40의 깊이가 증가한다.

플래쉬스캐너를 통한 레이저의 전형적인 작동모드는, 예를 들면, 플라그, 충치부분의 넓은 표면을 표면적으로 증발시키며, 치아나 뼈와 같은 경조직내에 더 깊은 홀을 레이저 천공하는 것을 포함한다.

전술한 것과 같은 스캐너를 사용하는 것은 경조직의 증발을 위하여 여러면에서 유익하다고 생각된다. 넓은 영역을 증발시키는 동안 비교적 저에너지의 레이저를 사용하는 것에 추가하여 스캐너를 사용하면, 치아내부의 균열을 막기 위하여 연속적으로 가열되는 목표 영역의 동일한 위치 사이의 열이 확산됨으로써, 주위 조직의 열손상을 막을 수 있다.

또한, 스캐너를 사용하면 인접 조직에 손상을 가하지 않고 경조직을 더 빨리 실질적으로 천공하기 위하여, 스캐너를 사용하지 않는 경우 가능한 주파수보다 더 높은 펄스 주파수를 사용할 수 있다고 생각된다. 또한, 스캐너를 사용함으로써, 인접 조직의 열손상을 실질적으로 막을 수 있도록, 높은 반복도(repetition rate)와 펄스당 비교적 낮은 에너지를 가지는 레이저를 사용할 수 있다. 비제한적인 동작 파라미터가 실시예에 대한 응용으로서 아래에서 설명된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 크고, 깨끗하며, 검게 탄 부분이 없는 원형 홀 40(도 2b) 및 장방형 홀 41(도 3b)을 형성하기 위하여 결합되는 일련의 미세홀 42을 제공하기 위하여 반복 펄스화된 CO₂레이저 18가 플래쉬스캐너 12와 함께 사용된다. 본 발명의 특징은 도 1a 및 도 1b의 장치가 요구되는 어떠한 크기 또는 형상의 목표 영역을 증발시키도록 작동한다는 데 있다. 도 2a 및 도 2b의 비제한적인 실시에에서는, 일련의 미세홀 42이 나선형으로 되어 있고, 결과적으로 경조직에 형성되는 홀 40은 원형이다. 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 다른 비제한적인 실시예에서는, 일련의 미세홀이 역시 나선형이고, 결과적인 홀 41은 장방형이다. 리사주(lissajous) 패턴과 같은 다른 패턴이 비슷한 또는 다른 형태의 홀을 제공하기 위하여 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 완전한 표면 덮음과 깊이 균일성을 달성하기 위하여 펄스 레이저의 반복도 및 스캐닝율(scanning rate)이 동기(synchronized)된다. 예상할 수 있는 바와 같이, 펄스된 모드와 플래쉬스캐너 스템(stem)을 결합함으로써, 극단적으로 깨끗한 증발을 달성할 수 있는 초점이 맞추어진 펄스 빔의 능력이 형성된다는 장점을 가진다.

각각의 스캔 주기내에서 1mm의 깊이와 0.6mm의 직경을 가지는 홀을 뚫기 위하여 등골절제수술에 사용하기 위한 일반적인 파라미터로는, 100 내지 300μm 크기의 초점 스폿(focal spot), 10 내지 30W의 파워레벨, 20 내지 50 mJ의 펄스당 레이저 에너지, 약 500Hz의 반복도, 0.001초 보다 짧은 펄스폭 및 0.2내지 1초의 스캐닝 주기를 포함한다. 스캔 지속 시간이 증가하면, 홀의 깊이도 증가한다. 미세조정기의 초점거리는 250 내지 310mm이다.

초점이 맞은 빔을 사용하면, 패턴의 각 빔 스캔이 스캔 패스당 0.2초 지속후에 500~700 직경의 스폿 크기를 가지고, 50의 깊이를 가지는 크레이터(crater)를 발생시킨다. 싸이클을 계속하기 전에 결과를 보기 위하여 스캔 패스 사이에서 대기하는 것이 바람직하다. 레이저는 1초까지 동안 연속적으로 발산되거나, 5 스캔패스마다 한 번 중지(레이저 조사로 노출된 1초 동안)될 수 있다. 따라서, 원하는 홀을 뚫기 위하여 하나의 큰 펄스를 사용하는 대신, 연속적인 더 작은 홀을 만들기 위하여 플래쉬스캐너가 사용될 수 있고, 작은 홀들이 모여서 하나의 큰 펄스에 의하여 만들어진 홀과 같은 크기의 홀이 만들어질 수 있다. 차이점은, 플래쉬스캐너를 사용하면, 홀이 요구되는 어떠한 크기나 형상을 가질 수 있고, 공정이 완료되는 비율이 더 빨라진다.

도 4는 치아 52의 충치 50을 치료하고, 치아 52와 잇몸 56 사이의 플라그를 증발시키기 위한 본 발명에 의한 추가적인 응용이다. 도 4는 전술한 바와 같은 치과적인 응용을 도시하고 있으나, 본 발명은 구강조정, 합성물질을 결합시키기 위하여 치아표면을 에칭하는 것 및 구강건강을 위하여 법랑질 또는 상아질의 증발이 필요한 어떠한 치과적 치료와 같이 치아의 증발이 요구되는 모든 치과적 응용에 직접 사용된다.

플라그를 증발시키거나 치아 천공을 위하여, 파워레벨은 약 1 내지 21W, 바람직하게는 3~8W; 스캐닝 주기는 약 0.1 내지 0.3초, 바람직하게는 0.2초; 스폿 크기 직경은 바람직하게는 약 0.2mm이다. 원형, 타원형, 장방형, 정사각형 또는 슬릿형태와 같이, 어떠한 필요한 형상에서도 스캐닝 직경이 0.5 내지 6mm인 것이 바람직하다. 초점거리는 약 100mm이며, 레이저는 20~80mJ의 에너지 레벨에서 슈퍼펄스 모드로 작동한다.

슈퍼 펄스 모드에서는, 치아 천공을 위한 펄스주파수가 1 ~ 1000Hz 사이이고, 펄스폭이 200 마이크로초 이하인 것이 바람직하다.

슈퍼펄스 모드에서, 스캐너는 레이저빔 트리거 제어와 동기될 수 있고, 또는 레이저와 완전히 독립적일 수 있다. 그러나, 레이저가 같은 지점을 계속 천공하는 사태를 방지하기 위하여 스캐닝 주파수와 펄스 반복 주파수는 악간 달라야 한다. 치과적 천공에서는, 가장 작은 전형적 스캔이 약 1mm이다. 2mm직경, 3mm의 깊이를 가지는 홀을 증발시키기 위한 작동 파라미터는 다음과 같다: 펄스주파수는 120~180Hz, 펄스폭은 약 60 마이크로초, 초점이 맞춰진 CO₂빔의 스폿 크기는 200μm, 각 스캔의 지속시간은 0.2초이고, 각 스캔마다 5μm의 경조직이 증발된다. 이로써, 1초당 25μm의 천공율이 달성되고, 3mm 깊이를 얻기 위해서는 총 2분의 스캐닝 시간이 필요하다.

충치 치료에 있어서는, 천공보다는 치아 손상부를 없애는 것이 바람직한 목적이고, 스캐닝 홀 빔 또는 스폿 크기의 직경이 약 0.2 내지 1mm가 될 수 있으나, 그 크기는 손상된 영역의 크기에 따라 달라진다. 나머지 파라미터는 플라그 증발의 경우와 비슷하나, 스캐닝 싸이클의 회수는 훨씬 작다. 손상을 유발하는 물질이 더 축적되는 것을 방지하기 위하여 종래의 충전물질로 형성된 홀이 채워진다. 반 발명의 다른 실시예에 의하면, 큰 면적에 대한 표면 증발을 위하여 CO₂레이저가 연속 동작하며, 작동 파라미터는 약 40W의 파워레벨, 약 100~300μm의 초점 스폿 크기를 가지는 단일 스폿에서 약 0.001초의 플래쉬스캐너 거주시간, 약 2~6mm 직경을 가지는 약 50μm의 단일 플라그 층을 표면 증발하기 위한 약 0.1~0.3초의 스캐닝 지속시간이 된다. 이로써, 다양한 응용에 따라, 치아상의 퇴적물을 없애거나, 뼈를 증발시킬 수 있게 된다. 연속적인 동작 대신, CO₂레이저가 펄스화 되어 있고, 동일한 목적을 위하여 사용될 수 있다(예컨데, 슈퍼펄스, 샤펄스(Sharpulse^TM), 서지펄스(Surgipulse^TM), 울트라펄스(Ultrapulse^TM)로 세팅될 수 있다)

충치와 같은 경조직내에 더 깊은 홀을 레이저 천공하기 위하여 CO₂가 연속 동작하는 경우에는, 작동 파라미터들은; 30~150W 범위의 파워레벨, 약 100~300μm 초점 스폿 크기를 가지는 조직상에서 약 0.0003초의 거주시간 및 약 0.2~1초의 스캔 펄스폭이다. 각각의 스캔은 0.5~2mm의 직경을 가지는 홀을 증발시키며, 1~3mm 깊이의 홀을 뚫기 위해서는 다중 스캔 싸이클이 필요하다.

이러한 각각의 응용에서, 의사 또는 치과의사는 우선 레이저 조사광이 타격해야 하는 위치를 확인해야 한다. 이는 육안 관측에 의하여 달성되며, 가시 안내 레이저빔의 도움을 받는 것이 바람직하다. 그 후에, 하나의 완전한 스캔을 완료하기 위하여 CO₂레이저가 발사되며, 요구되는 전반적인 깊이가 달성될 때까지 반복된다. 각 스캔 이후에 결과가 관측된다.

치과적인 응용에서는, 치아의 닿기 어려운 영역은, 치아의 뒷면을 보는 데 사용되는 치과의사 미러쪽으로 레이저빔을 향하게 하고, 필요한 경우에 빔을 미러에서 치아의 닿기 어려운 부분으로 편향시킴으로써 도달될 수 있다. 레이저 스캔 패스의 거주 시간이 매우 짧기 때문에, 전체 치과적 치료는 신속하게 완료될 수 있다.

본 발명에 의하면, 목표영역 부근이, 물 분사와 같은 적당한 냉각수단에 의하여 냉각됨으로써, 인접 조직이 실질적으로 열손상되지 않으면서 레이저에 의한 경조직의 증발이 수행될 수 있도록 한다.

본 발명의 특징은 냉각이 경조직의 증발효과를 향상시키기 위하여 사용되는 것이 아니고, 실질적인 열손상을 방지하기 위하여 사용된다는 데 있다. 2mm의 직경과 3mm의 깊이를 가지는 홀을 뚫기 위하여 전술한 작동 파라미터들(120~180Hz의 펄스주파수; 60마이크로초의 펄스폭; 200μm의 스폿 크기; 0.2초의 단일 스캔시간; 2분의 총 스캐닝 시간)을 사용하는 비제한적인 실험에서는, 물로 냉각하거나 하지 않은 경우에 얻어진 홀에 대한 결과는 유사하였지만, 차이는 단지 물로 냉각하지 않은 경우에는 바람직하지 않은 열손상이 발견되었다는 것이다.

전술한 설명 및 도면이 비록 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 것이지만, 본 발명의 범위와 특징에서 벗어나지 않으면서도 다양한 변형과 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 CO₂레이저를 사용하는 것으로 설명되어 있으나, 스캐너가 ER;YAG 레이저와 같은 에르븀기(Erbium based) 레이저에 의해서도 작동할 수 있다고 예상된다.

Claims (38)

1. 경조직(hard tissue) 및 그 위의 퇴적물 중 하나를 증발시키기 위한 방법으로서,

   a. 경조직 및 그 위의 퇴적물 중 하나인 목표영역을 실질적으로 연속 스캐닝하는 단계; 및,

   b. 상기 목표영역의 일부분을 증발시키기 위하여 상기 스캐닝 동안 펄스 레이저 빔을 그 방향으로 향하게 함으로써, 원하는 크기와 형상의 증발된 목표영역을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 목표영역의 상기 각각의 일부분을 증발시키기에 충분한 에너지 밀도를 제공하기 위하여 상기 레이저빔의 초점을 맞추는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 스캐닝의 속도를 선택하고, 상기 스캐닝 속도에 따라 상기 펄스 레이저 빔의 펄스를 최대 반복도(repetition rate)로 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   요구되는 전반적인 투과가 달성될 때까지 상기 스캐닝 단계를 반복하고, 상기 목표영역의 복수 패스 전체로 향하게 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 목표영역 근처를 냉각함으로써, 인접 조직 또는 검게 탄 부분의 열적 손상을 방지하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법,
6. 전술된 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표영역의 형상이 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 슬릿(slit) 형상인 것을 특징으로 하는 증발방법.
7. 전술된 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표영역의 크기는 0.5~6mm 사이인 것을 특징으로 하는 증발방법.
8. 네 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경조직은 중이(中耳)의 등골(stapes bone)이고, 상실된 청력을 회복시키는 인공보철물 이식체를 위한 등골절제술을 수행하는 동안, 상기 스캐닝하고, 향하게 하며, 반복하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 증발방법.
9. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경조직은 치아이고, 상기 치아를 의학적으로 치료 하는 때, 상기 스캐닝하고, 향하게 하며, 반복하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 증발방법.
10. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퇴적물은 플라그(plaque) 또는 충치(caries)이고, 상기 플라그 또는 충치를 증발시키기 위한 치과적 처치의 일부분을 수행하는 때, 상기 스캐닝하고, 향하게 하며, 반복하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 증발방법.
11. 전술된 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캐닝 단계는,

    관찰하는 단계와, 상기 관찰을 기초로 레이저 빔에 대한 2색성 미러의 상대적 위치를 조정함으로써 상기 목표영역을 타격하기 위하여 상기 레이저빔을 상기 2색성 미러에서 편향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    목표영역을 타격하기 위하여 가시(visible) 안내 레이저 빔을 발사하는 단계와,

    상기 안내 레이저 빔이 목표영역을 타격하는 위치를 관찰하는 것을 포함하는 관찰단계, 및

    상기 관찰을 기초로 상기 2색성 미러의 상대적 위치를 조정하는 것을 포함하는 조정단계,를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 관찰단계는 목표영역을 보기 위하여, 외과 현미경을 통해, 그 다음으로 미세조정기 내부에 있는 2색성 미러를 통하여 관찰하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
14. 전술된 항 중 어느 한 항에 있어서,

    CO₂레이저로 레이저 빔을 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 CO₂레이저는 9.3 내지 11.2 μm의 주파수로 작동하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 CO₂레이저는 9.6 μm 밴드에서 작동하는 것을 특징으로 하는 증발방법.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 펄스가 1~1000Hz의 펄스 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 증발방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 펄스 주파수는 200Hz이하인 것을 특징으로 하는 증발방법.
19. 제 14 항에 있어서, 상기 펄스 각각은 100 μm초 이하의 펄스폭을 가지는 것을 특징으로 하는 증발방법.
20. 제 14 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 스폿 크기는 100~300 μm 사이인 것을 특징으로 하는 증발방법.
21. 경조직 및 그 위에 있는 퇴적물 중 어느 하나를 증발시키기 위한 장치로서;

    a. 펄스 레이저 빔을 발생시키는 레이저; 및,

    b. 경조직 및 그 위에 있는 퇴적물 중 하나인 목표영역을 실질적으로 연속 스캐닝하고, 상기 목표영역의 일부분을 증발시키기 위하여 상기 스캐닝 동안 펄스 레이저 빔을 향하게 함으로써, 원하는 형상 및 크기의 증발된 목표영역을 형성하기 위한 스캐너;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발장치.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 펄스 레이저 빔은 목표영역의 일부분 각각을 증발시키기에 충분한 에너지 밀도를 제공하는 초점이 맞추어진 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 증발장치.
23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,

    상기 스캐닝을 위한 스캐닝 속도를 선택하고, 상기 스캐닝 속도에 따라 상기 펄스 레이저 빔에 최대의 반복도(repetition rate)를 제공하기 위한 제어 유니트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발장치.
24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 목표영역 근방을 냉각시키기 위한 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증발장치.
25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제어 유니트는 요구되는 전반적인 투과가 달성될 때까지 상기 스캐닝 단계와, 상기 목표영역의 복수 패스 전체로 향하게 하는 단계를 반복하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 증발장치.
26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표영역의 형상이 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 슬릿(slit) 형상인 것을 특징으로 하는 증발장치.
27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표영역의 크기는 0.5~6mm 사이인 것을 특징으로 하는 증발방법.
28. 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저는 CO₂레이저인 것을 특징으로 하는 증발장치.
29. 제 28 항에 있어서, 상기 CO₂레이저는 9.3 내지 11.2 μm의 주파수로 작동하는 것을 특징으로 하는 증발장치.
30. 제 29 항에 있어서, 상기 CO₂레이저는 9.6 μm 밴드에서 작동하는 것을 특징으로 하는 증발장치.
31. 제 28 항에 있어서, 상기 펄스가 1~1000Hz의 펄스 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 증발장치.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 펄스 주파수는 200Hz이하인 것을 특징으로 하는 증발장치.
33. 제 28 항에 있어서, 상기 펄스 각각은 100 μm초 이하의 펄스폭을 가지는 것을 특징으로 하는 증발장치.
34. 제 28 항에 있어서, 상기 레이저 빔의 스폿 크기는 100~300 μm 사이인 것을 특징으로 하는 증발장치.
35. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기에서 설명된 것과 실질적으로 동일한 증발방법.
36. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 도면 중 어느 하나에 도시된 것과 실질적으로 동일한 증발방법.
37. 제 21 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기에서 설명된 것과 실질적으로 동일한 증발장치.
38. 제 21 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 도면 중 어느 하나에 도시된 것과 실질적으로 동일한 증발장치.