KR20220002396A

KR20220002396A - 일회용 삽입체를 사용한 치주낭의 치료를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20220002396A
Application number: KR1020217037799A
Authority: KR
Inventors: 찰스 커비지; 스테픈 퀴트; 로니 캔터-발란
Original assignee: 컨버전트 덴탈 인크
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2022-01-06
Also published as: US20200345453A1; JP2022530412A; CA3137572A1; EP3958784B8; EP3958784A1; EP3958784B1; WO2020219228A1

Abstract

구강 조직의 치과 또는 외과 치료를 위한 시스템 및 방법이며, 시스템은 레이저 소스; 핸드 피스; 및 레이저 소스에 의해 방출되는 방사선을 치료 영역(예컨대, 구강 치료 영역)으로 지향시키는 장치를 포함하고, 장치는 핸드 피스에 부착가능한 일회용 튜브 및 일회용 튜브 내에 장착되고 튜브로부터 방출되는 방사선의 프로파일 및/또는 방향을 수정하도록 구성되는 광학 요소(예컨대, 실질적 원통형인 렌즈)를 더 포함한다.

Description

일회용 삽입체를 사용한 치주낭의 치료를 위한 시스템 및 방법

본 출원은 2019년 4월 24일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/838,044호에 대한 우선권 및 이익을 향유하고, 그 전체 개시내용은 전문이 본 명세서에 참조로 통합된다.

본 발명은 일반적으로 발광 장치(예컨대, 레이저 소스)를 사용한 조직의 치과 및 외과 치료에 관한 것으로, 더 구체적으로는 레이저 소스에 의해 방출되는 방사선을 구강 치료 영역으로 지향시키기 위한 장치, 시스템 및/또는 방법을 사용한 조직의 치과 및 외과 치료에 관한 것이다.

치주 질환의 치료는 임상 수준 및 환자 관리 수준에서 임상의에게 많은 도전을 제시한다. 치주 질환의 발병기전에서, 잇몸밑 복합 세균 생물막은 특히 치아 주위의 결합 조직 퇴화 및 뼈 흡수로 이어지는 염증을 유발할 수 있다. 따라서, 통증 관리, 결합 조직의 재부착, 세균 및 내독소의 제어, 및 치근 표면 손상이 없는 잇몸밑 치석 퇴적물의 효과적인 제거는 임상적 과제를 제기한다.　　

치주 치료법에서 치근 표면을 세정하고 소독하는 표준 과정은 생물막의 기계적 괴사제거(debridement)를 포함할 수 있으며, 이는 영향을 받은 치아의 치근 표면으로부터의 세균 및 치석의 제거를 필요로 할 수 있다: 이 과정은 "스케일링 및 치근 계획(root planing)" 또는 "치근 괴사제거"로 지칭된다. 통상적으로, 필요한 시술을 수행하기 위해 손 기구 및/또는 초음파(즉, 고주파) 기구가 사용될 수 있다. 그러나, 불리하게도, 시술은 매우 침습적이며, 높은 기술 수준 및 촉감 민감성을 갖는 건강 관리 전문가를 요구한다.

예를 들어 세균을 죽이는 것, 치주낭을 감소시키는 것, 잇몸밑 조직 치적 퇴적물을 제거하는 것, 및/또는 치주낭에 용이하게 접근할 수 있는 손상을 회복시키는 것을 포함할 수 있는 최소 침습 시술에 대해, 구강 내의 레이저 보조 치료법이 사용되어 왔고 효과적이었다. 레이저 보조 치료법은 또한 썩은 병변을 제거하고 수복을 위한 치아를 준비하기 위해 사용되어 왔다. 더 최근에는, 발광 장치(예컨대, 레이저)는 치주염 및 임플란트-주위염의 치료에 대한 임상적 성과를 보장한다는 것을 보여주었다. 따라서, 치과학에서 치료법 도구로서 발광 장치(예컨대, 레이저)를 사용하는 많은 잠재적인 이점이 있다.

레이저 사용은 또한 치근 표면으로부터의 세균의 비외과적 괴사제거를 위한 부속물로서 유용했다. 예를 들어, 네오디뮴: 이트륨-알루미늄-가넷(Nd:YAG) 레이저가 치주염의 치료에 사용되어, 감염된 치근 표면으로부터 잇몸밑 치태 및 치석의 제거뿐만 아니라 잇몸밑 소파술(curettage)을 수행하는 능력을 제공하였다. 치주 조직은 전형적으로 다양한 물, 함물, 미네랄 함물, 안료 밀도 및 조직 밀도를 가지며, 이들은 이들이 Nd:YAG 및 다이오드형 레이저로부터 방출된 빔을 흡수할 수 있게 한다.

근적외선 범위(780 nm 내지 2500 nm) 또는 중적외선 범위(2500 nm 내지 10 μm)의 일부의 파장을 사용하여 동작하는 레이저는, 예를 들어 실리카, 불소-도핑된 실리카, 인듐 불화물, 및 지르코늄 불화물 광섬유를 포함하는 광섬유 빔 전달 시스템과 조합되어 종종 사용된다. 예를 들어, 약 1 μm(또는 미크론)의 파장에서 동작하는 레이저 다이오드 및 Nd:YAG 레이저가, 이러한 파장을 전달하는 광섬유에 커플링될 수 있고, 결과적으로 연질 조직 절개, 제거, 및/또는 절제를 위한 임상 시술에서 사용될 수 있다. 섬유 전달 시스템은 또한 근관치료학 및 치주학 시술에서 Er:Yttrium Scandium Gallium Garnet (ER:YSGG) 레이저를 사용하였는데, 이는 치주낭에 대한 접근을 제공하고, 레이저 빔의 포커스를 별개의 위치(예컨대, 치아들 사이, 치아와 잇몸 사이 등)로 지향시키는 것을 가능하게 하는 방식으로 섬유의 팁을 벽개(cleave)하거나 설계하는 것이 용이하기 때문이다.

그러나, 이러한 레이저 유형의 사용은 치료가 요망되지 않는, 치료되는 조직 아래의 건강한 조직에 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 이들 레이저 유형은 두드러진 단점을 나타냈다. 추가적으로, 치료 영역으로의 레이저-발생 빔의 전달은 상당히 도전적인 상태로 남아 있다.

9 내지 10 미크론 범위(즉, 중적외선 파장 범위의 상위 부분)의 적외선 레이저가 또한 경질 조직 내의 히드록시아파타이트(hydroxyapatite) 및 연질 조직 내의 물 및 콜라겐을 포함하는, 많은 생물학적 물질에 의해서 잘 흡수된다는 것이 발견되었다. 특히, 9 내지 10 미크론 범위 내의 CO₂ 레이저는 경질 및 연질 조직을 제거하는 임상적 용례에 충분히 빠르고 효과적일 수 있다. 유리하게는, CO₂ 레이저는 일반적으로 더 작은 광학 침투 깊이를 갖고, 이는 치료되지 않는 하부 조직을 손상시킬 위험을 경감시키거나 회피한다. 그러나, CO₂ 레이저를 포함하는, 근적외선 및 원적외선 파장 스펙트럼의 상위 부분에서 동작되는 모든 레이저의 중요한 한계는, 예를 들어 폐쇄-플랩(closed-flap) 시술의 일부로서 치주낭에 접근하고 치주낭의 벽 및 임플란트를 치료하기 위해서 특정 방향으로 광을 지향시킬 수 있는 임상적으로-실행가능한 광학 빔 전달 시스템이 없다는 것이다.

결과적으로, 특히 치주학 및 근관치료학 시술과 관련하여, 도전적인 영역에서, 적합하고 효율적인 빔 전달 시스템의 결여로 인해, 지금까지 9 내지 10 미크론 파장 범위에서 동작되는 레이저의 임상적 사용이 소정 용례로 제한되었다. 더 구체적으로, 소정 용례에 대해, 9 내지 10 미크론 파장 범위에서의 레이저 사용의 문제점은, 도파관 및 관절형 아암이 다루기 어렵고 손실이 있는 경향이 있으며 다수의 광섬유는 광섬유를 손상시키지 않고 9 내지 10 미크론 범위의 방사선을 전송할 수 없다는 것을 포함할 수도 있다.

칼코게나이드 섬유(chalcogenide fiber)는 전형적으로 10 미크론(예컨대, 10.6 미크론) 초과의 파장의 방사선을 전송할 수 있다. 그러나, 칼코게나이드 섬유는 온도 변화로 인한 굴절률 변화로 인한 손실 및/또는 전송 손실을 야기할 수 있다. 예를 들어, 일부 칼코게나이드 유리 섬유는 이러한 파장에서 60% 내지 80%의 전송 손실을 야기할 수 있다. 은 할라이드 광섬유는 9 내지 10 미크론 파장 범위의 방사선을 전송할 수 있지만, 이러한 섬유는 인체에 사용하기에 생체적합성이거나 안전하지 않기 때문에 임상적으로 실행가능하지 않다.

광섬유에 대한 대안으로서, 중공 코어 도파관은 10.6 미크론의 파장에서 동작하는 일부 CO₂ 레이저 시스템과 조합되어 사용될 수 있다. 그러나, 이들 시스템은 중공 도파관 내에서 레이저 파워의 대략 1/4 내지 1/3을 상실한다.

상술한 견지에서, 9 내지 10 미크론 파장 범위에서 동작하는 레이저 소스(예컨대, CO₂ 레이저)를 사용하여 치주학 및 근관치료학 시술을 가능하게 하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 근적외선 내지 원적외선 스펙트럼, 특히 9 내지 10μm 파장 범위의 방사선(예컨대, 레이저 빔)을 지향시키기 위한 특수하고 최적화된 기하구조를 갖는 다양한 설계를 포함하여, 치주낭 치료, 이식, 또는 치근관 통로 및 세관을 갖는 조직을 소독하기 위한 근관치료학 시술과 같은 구강 내의 치과 질환의 치료를 가능하게 한다. 이러한 도구는 종래의 개방 플랩 수술 대신에 최소 침습 플랩리스 수술을 허용한다.

일부 실시예에서, 본 발명의 양태는 치주 레이저 팁, 특히 질환이 있는 치근 표면에 그리고 치주 지지 구조체에 레이저 에너지를 더 효율적으로 전달할 가능성을 갖는 반경방향 분출 치주 레이저 팁을 포함한다. 실제로, 반경방향 분출 레이저 팁은 또한 특히 도달이 어려운 영역(예컨대, 치근분기부)에서, 폐쇄 플랩 치주학 용례에서 및/또는 임플란트 오염제거의 경우에 더 효과적인 치근 표면 커버리지를 허용한다. 또한, 레이저 빔 전달 기술이 치근 표면을 손상시키지 않으면서 치석의 경도를 감소시키고 임플란트의 잇몸밑 세균 및 내독소를 제거하는 데 사용될 수 있다.

일부 용례에서, 본원에서 설명된 설계는, 치근 표면 상의 치석의 렛지(ledge)를 제거하는데 있어서 매우 유용한 작은 표면적 내로, 또는 낮은 에너지 레벨의 큰 표면적 내로 상이한 레이저 에너지 밀도를 전달할 수 있게 한다. 레이저 팁은 또한 치주낭의 깊이에서 뼈에 에너지를 전달하여 세균을 제거할 수 있고, 광생체조정(photobiomodulation)에 의한 더 빠른 치유 및 재성장을 자극하는 탈과립화(degranulation)를 생성할 수 있다.

다양한 실시예에서, 약 9 내지 10 □m 범위의 파장을 갖는 방사선(예컨대, 레이저 빔)은 기계적 부속품에 수납된 광학 요소(예컨대, 도파관, 렌즈, 프리즘 등)를 사용하여 효율적으로 전달될 수 있고, 미국 특허 제10,182,881호 및 제9,980,788호에 설명된 핸드 피스 같은 핸드 피스를 사용하여 레이저 빔의 소스에 커플링될 수 있으며, 상기 특허 양자 모두의 개시내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. 이는 부분적으로 약 9 □m 내지 약 10 □m의 파장 범위의 방사선을 전송하기 위해 주문제작된 광학 요소를 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 광학 요소는 ZnS 유리를 포함할 수 있고, 하나의 특정 각도로 방사선을 반사하거나 주축으로부터 상이한 각도로 방사선을 확산하도록 성형될 수 있다. 광학 요소는 비소 및 셀레늄으로 구성된 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있고, 또한 텔루륨 및 게르마늄 중 적어도 하나 또는 양자 모두가 없는 것을 특징으로 한다. 광학 요소는 적외선 스펙트럼을 전송하는 셀레늄이 존재하는 갈륨 리튬 셀레나이드(Gallium Lithium Selenide)(GLS-Se)로 제조될 수 있다. 광학 요소 내의 이들 화합물 중 하나 이상의 존재는 9 □m 초과의 파장의 전송을 위해 바람직할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 칼코게나이드 섬유는 실리카 및/또는 불화물을 포함하는 다른 광섬유에 커플링될 수 있다. 이러한 커플링된 섬유는 타겟 조직의 성질에 따라 형광성일 수 있어 이러한 조직의 진단을 가능하게 하는 방사선 및/또는 마킹을 위한 가시 스펙트럼 내의 방사선을 전송할 수 있다.

시스템은 또한 선택된 치료의 유형 및/또는 치료되는 조직의 유형에 따라 방사선의 하나 이상의 파라미터(예컨대, 레이저 빔)를 조정할 수 있는 레이저 소스 제어기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 치료 중에, 레이저 빔은 방사선을 실질적으로 흡수하지 않는 매체를 통해 경질 및/또는 연질 조직을 포함할 수 있는 치료 영역으로 지향되어, 치료 영역의 또는 그 부근의 규정된 에너지 프로파일의 전달을 허용할 수 있다. 이러한 매체는 미스트를 생성하기 위해 가스(예컨대, 공기 또는 질소), 물 및/또는 가스와 물의 조합을 포함할 수 있다.

도면에서, 유사 참조 부호는 일반적으로 다양한 도면 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭한다. 또한, 도면들은 반드시 축척대로 그려진 것은 아니고, 본 발명의 원리를 예시할 때에는 일반적으로 강조된다. 다음의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예를 다음 도면과 관련해서 설명한다:
도 1a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 일회용 팁 설계 및 볼록한 표면을 갖는 광학 요소의 개략을 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 발산 팬 각도(fan angle)를 제공하는 단부 분출 팁의 이미지를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 일회용 팁 설계 및 오목한 표면을 갖는 광학 요소의 개략을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 26도 및 38도 팬 각도를 제공하는 2개의 상이한 광학 요소의 팁의 단부로부터의 상이한 위치들에서의 측정된 빔 직경의 플롯을 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 (예컨대, 금속 코팅된) 반사 표면을 갖는 일회용 팁 설계 및 광학 요소의 개략을 도시한다.
도 4b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 90도 방출 각도를 갖는 측면 분출 팁의 이미지를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 상이한 굴절률(n₁ 및 n₂)을 갖는 다수의 광학 요소를 갖는 일회용 팁 설계의 개략을 도시한다.
도 5b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 광 입사의 중심축을 따라 광 빔을 또한 전송하는 도 5a의 일회용 팁 설계의 개략을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 측면 분출 일회용 팁 설계 및 원추형 광학 요소의 개략도를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 냉각 시스템을 갖는 측면 분출 일회용 팁 설계 및 광학 요소의 개략도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 측면 분출 일회용 팁 설계 및 광학 요소의 단면을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 시스템 및 동작 파라미터를 제공하는 표를 도시한다.

본 발명의 다양한 실시예는 위에서 확인된 요구 중 하나 이상을 만족시키고 그리고/또는 종래 기술의 단점 중 하나 이상을 극복하는 치과 레이저 장치에 관한 것이다. 이러한 목적은, 부분적으로, 구강 치료 영역에 레이저 펄스와 냉각제를 동시에 전달할 수 있는 핸드 피스를 구비한 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다. 구강 치료 영역은, 제한이 아닌 예시의 목적으로, 치아 사이, 치아와 잇몸 사이 등을 포함할 수 있다.

일부 용례에서, 약 9.3 미크론의 파장에서, 즉 9 내지 10 미크론의 파장 범위 내에서 동작하는 이산화탄소(CO₂) 레이저 소스가 이러한 구강 치료에 바람직할 수 있다. 더 구체적으로, 9.3 미크론에서 동작하는 CO₂ 레이저가 구강 내의 도전 위치에 접근할 수 있고, 나아가 연질 및 경질 조직을 치료하는 데 적합하다. 종래의 방법에 비한 레이저 치료법의 일부 장점은 출혈 감소 및 조직 염증 감소를 포함한다. 또한, 영향을 받는 영역의 살균은 더 높은 환자 만족도를 동반하는 치료후 불편함의 감소로 이어질 수 있다.

핸드 피스는 주 챔버에 회전가능하게 부착될 수 있다. 핸드 피스의 홈과 밀봉 기구는 핸드 피스가 회전할 때 냉각 유체(예컨대, 공기, 물 및 이들의 조합)를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 사용자(예컨대, 치과 의사, 외과 의사 등)는 치료를 중단하지 않고 환자의 구강 내의 선택된 위치로 레이저 에너지를 지향시키도록 핸드 피스를 회전시킬 수 있다. 핸드 피스는 팁 각도, 핸드 피스의 길이 등과 같은 핸드 피스의 특징에 대한 정보를 저장하는 회로를 포함할 수 있다.

레이저 소스로부터 방출된 방사선을 원하는 위치로 지향시키기 위한 - 단부 분출(end-fired) 또는 측면 분출(side-fired)인지 여부에 관계 없는 - 구현된 반경방향 분출 장치의 유연성은 반사된 방사선이 원하는 위치에 포커싱되는 것을 보장하기 위해 사용자(예컨대, 의사)가 가해야 하는 일의 양을 최소화시킨다.

단부 분출 장치

도 1a, 도 1b 및 도 2는 레이저 소스에 의해 방출되는 방사선을 구강 치료 영역으로 지향시키기 위한 반경방향 분출 장치의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 1a는 볼록한 표면을 갖는 광학 요소(1)를 갖는 반경방향 분출 장치의 예시적인 실시예를 도시하고, 도 2는 볼록한 표면을 갖는 반경방향 분출 장치로부터 대략 26도 각도로 발산하는 방사선의 이미지를 도시한다.

도 1a 및 도 2를 참조하면, 일부 구현예에서, 각각의 장치 또는 핸드 피스는 핸드 피스의 원위 단부에서 일회용 팁을 수용하도록 구조화 및 배열될 수 있다. 일부 변형에서, 일회용 팁은 근위 단부 및 원위 단부 각각에서 개방되는 중공 하우징(2), 예컨대 튜브를 포함할 수 있다. 튜브(2)는 금속, 스테인리스강, 니켈, 폴리머, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 그 조합 또는 합금을 사용하여 제조될 수 있으며, 일부 용례에서 원통형 또는 실질적 원통형 형상을 가질 수 있다. 광학 요소(1), 예컨대 원통형 또는 실질적 원통형 렌즈는 근위 단부와 원위 단부 사이에서 원통형 하우징(2) 내에 배치되거나 장착될 수 있다. 유리하게는, 광학 요소(1)는 튜브(2)로부터 방출되는 방사선의 프로파일 및/또는 방향을 변경하기 위해 제공될 수 있다.

원통형 렌즈(1)는 아연 황화물(ZnS), 갈륨 란탄 황화물(GLS) 유리 또는 칼코게나이드 유리로 제조될 수 있다. 원통형 하우징(2) 내에 광학 요소(1)를 장착하는 것은 접착제(예컨대, 시아노아크릴레이트); 에폭시; 기계적 나사; 밀착, 억지 끼워맞춤 등을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 광학 요소(1)는 광학 요소의 손상을 최소화하기 위해 광학 요소(1)의 반사 표면이 하우징(2)의 개방부에 근접하도록(예컨대, 개방부로부터 수 밀리미터) 하우징(2)의 팁 내부에 장착되거나 배치될 수 있다.

일부 변형에서, 레이저 소스에 의해 방출되는 방사선은 핸드 피스를 통해 일회용 팁에 근접한 출구로 전송될 수 있다. 예를 들어, 입사 방사선은 중심축(3)을 따라 광학 요소(1)의 근위 단부로 이동할 수도 있고, 이후에 광학 요소(1)를 통과할 수 있다. 방사선이 광학 요소(1)의 원위 단부에 도달하면, 광학 요소(1)의 볼록한 표면은 입사 방사선이 초점으로 수렴하고 이어서 초점으로부터 발산하게 하여, 입사 방사선이 산개하게 된다. 일부 경우에, 초점은 광학 요소(1)와 원통형 하우징(2)의 원위 단부 사이에 위치될 수 있어, 방사선은 초점으로 수렴하고 원통형 하우징(2)을 떠나기 전에 발산하기 시작한다. 산개된 방사선이 원통형 하우징(2)의 원위 단부의 개방부를 통과하기 때문에, 장치는 반경방향(단부) 분출 팁을 제공한다. 더 구체적으로, 레이저에 의해 방출된 방사선은 특히 광학 요소(1)의 성질, 광학 요소 계면의 볼록한 표면의 곡률 반경 및 곡률의 형상 등에 의해 결정될 수 있는 팬 각도(θ)로 반경방향으로 발산한다. 예를 들어, 일부 변형에서, 팬 각도는 약 45도까지일 수 있다.

도 2에 도시되는 일회용 팁은 근위 단부와 원위 단부 각각에서 개방되는 중공 하우징(2'), 예컨대 튜브를 또한 포함한다. 일부 구현예에서, 하우징(2')의 형상은 원통형 또는 실질적으로 원통형일 수 있다. 광학 요소(1'), 예컨대 원통형 렌즈가 근위 단부와 원위 단부 사이에서 하우징(2') 내에 배치 또는 장착될 수 있다. 하우징(2') 내에 광학 요소(1)를 장착하는 것은 접착제(예컨대, 시아노아크릴레이트); 에폭시; 기계적 나사; 밀착, 억지 끼워맞춤 등을 사용하는 것을 포함할 수 있다.

일부 변형에서, 레이저 소스에 의해 방출된 방사선은 핸드 피스를 통해 일회용 팁에 근접한 출구로 전송될 수 있다. 방사선이 광학 요소(1')의 원위 단부에 도달하면, 광학 요소(1')의 오목한 표면은 입사 방사선이 발산하게 하여, 입사 방사선이 산개하게 된다. 산개된 방사선은 원통형 하우징(2')의 원위 단부의 개방부를 통과하기 때문에, 장치는 반경방향 (단부) 분출 팁을 제공한다. 더 구체적으로, 레이저에 의해 방출된 방사선은 특히 광학 요소(1')의 성질, 광학 요소 계면의 볼록한 표면의 곡률 반경 및 곡률의 형상 등에 의해 결정될 수도 있는 팬 각도(θ)로 반경방향으로 발산한다. 예를 들어, 일부 변형에서, 팬 각도는 약 45도까지일 수 있다. 광학 요소(1')는 광학 요소(1')의 손상을 최소화하기 위해 광학 요소(1')의 오목한 표면이 하우징(2') 내의 개방부에 근접하도록(예컨대, 그로부터 수 밀리미터) 하우징(2')의 팁 내부에 장착되거나 배치될 수 있다.

도 1b는 반경방향(단부) 분출 팁에 의해 방출되는 레이저 방사선의 이미지를 도시한다. 방출된 방사선은 약 26도의 팬 각도로 발산한다. 도 3은 약 26도 및 약 38도의 팬 각도에 대한 일회용 팁의 단부로부터 상이한 거리에서의 빔 직경 또는 빔 발산(종축) 사이의 예시적인 관계의 플롯을 도시한다.

측면 분출 장치

다른 실시예에서, 광학 요소는 레이저 빔을 측방향으로 반경방향으로 지향시키는 반사 표면을 포함하여 측면 분출 장치를 제공할 수 있다. 측면 분출 장치는 통상적으로 원하는 각도로 광섬유를 벽개함으로써만 가능했던 능력을 제공한다. 도 4a를 참조하면, 예시적인 일회용 측면 분출 장치가 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 일회용 팁은 근위 단부에서 개방되지만 원위 단부에서는 폐쇄되는 중공 하우징(2"), 예컨대 튜브를 포함한다. 일부 구현예에서, 하우징(2")은 원통형 또는 실질적 원통형 형상을 가질 수 있다. 플러그가 하우징(2")의 단부에 장착되어 하우징(2")의 단부를 밀봉 또는 폐쇄할 수 있다. 플러그는 입력 레이저 소스와 대면하는 플러그의 측면 상에서 반사 재료로 코팅될 수 있다. 일회용 팁은 또한 하우징(2")의 측벽에 개방부(4)를 포함할 수 있다.

광학 요소(1"), 예컨대 원통형 렌즈는 근위 단부와 원위 단부 사이에서 하우징(2") 내에 배치 또는 장착될 수 있다. 하우징(2") 내에 광학 요소(1")를 장착하는 것은 접착제(예컨대, 시아노아크릴레이트); 에폭시; 기계적 나사; 밀착, 억지 끼워맞춤 등을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 반사 표면(5)이 광학 요소(1")에 제공되거나 그 내에 형성될 수 있다. 일부 변형에서, 반사 표면(5)은 입사 레이저 빔의 중심축에 대해 원하는 각도(예컨대, 45°)로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 반사 표면(5)은 근적외선 또는 원적외선 스펙트럼에서 금속 재료(예컨대, 금, 은, 구리 등) 또는 다른 반사 재료로 코팅된, 광학 요소(1")의 원위 단부에 형성된 평면 표면일 수 있다. 대안적으로, 반사 표면은 윤곽 형성된 표면을 가질 수 있다.

도 4a에 도시되는 바와 같이, 방사선은 중심축에 대해 45도 각도로 형성된 금 코팅된 미러(5)에 의해 반사된 후에 입사 레이저 빔에 대해 대략 90도의 각도로 하우징(2")의 측벽에 있는 개방부(4)를 통해 외부로 지향될 수 있다. 도 4b는 반경방향(측면) 분출 팁에 의해 방출되는 레이저 광의 이미지를 도시한다. 반사된 방사선은 입사 방사선의 중심축에 대해 대략 90도로 방출된다.

반사된 레이저 빔을 약 90도로 측면 분출하는 것이 약 45도의 각도로 형성된 반사 표면(5)을 사용하여 달성될 수 있지만, 통상의 기술자는 상이한 각도로 반사 표면(5)을 형성하는 것은 반사된 레이저 빔이 하우징(2")의 측벽의 측면 개방부(4)를 통해 상이한 각도로 반사되게 할 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 따라서, 입사 레이저 빔은 상이한 각도로 지향(반사)될 수 있다.

일부 변형에서, 반사 재료(들)는 상이한 양방향 또는 다방향 빔 반사를 가능하게 하는 다수의 반사 표면(예컨대, 피라미드 형상)을 제공하도록 반사 표면(들)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 반사 표면은, 제한이 아닌 예시의 목적으로, 대응하는 수의 방향(예컨대, 1, 2, 4, 6, 8 등)으로 에너지를 전달하는 임의의 수(예컨대, 1, 2, 4, 6, 8 등)의 평면 표면을 포함할 수 있다.

예를 들어, 추가 용례에서, 도 6에 도시되는 바와 같이, 반사 표면(9)은 원추 형상을 가질 수 있고 360도에서 반경방향으로 입사 레이저 빔을 반사시킬 수 있다. 원추형 반사 표면(9)은 하우징(2^v) 내의 원위 개방부에 배치되거나 장착될 수 있다. 하우징(2^v)의 원위 단부에 원추형 반사 표면(9)을 장착하는 것은 접착제(예컨대, 시아노아크릴레이트); 에폭시; 기계적 나사; 밀착, 억지 끼워맞춤 등을 사용하는 것을 포함할 수 있다.

대안적으로, 반사 코팅을 갖는 각진 표면을 사용하여 레이저 빔을 측면 분출하는 대신에, 레이저 빔은 내부 전반사(total internal reflection)(TIR), 절두 내부 전반사(frustrated total internal reflection) 또는 위상 이동 내부 전반사(phase shift total internal reflection) 중 하나에 의해 일회용 팁으로부터 소정 각도로 지향(예컨대, 반사)될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시되는 바와 같이, 광학 요소(1ⁱⁱⁱ)는 제1 굴절률(n₁)을 갖는 제1 광학 재료(6)뿐만 아니라 제2 굴절률(n₂)을 갖는 제2 광학 재료(7)를 포함할 수 있다. 평면 계면(8)은 제2 광학 재료(7)로부터 제1 광학 재료(6)를 분리할 수 있다. 광학 재료 및 그 각각의 굴절률은 수직 및 평행 편광 광에 대한 반사 및 전송의 프레넬 법칙(Fresnel law)을 충족시키도록 선택될 수 있다. 이러한 경우에, 제1 굴절률(n₁)은 제2 굴절률(n₂)보다 크다.

따라서, 입사 방사선이 제2 굴절 재료(7)의 굴절률(n₂)보다 큰 굴절률(n₁)을 갖는 제1 광학 재료(6)를 통과한 후 상이한 굴절률(n)을 갖는 광학 재료(6, 7)들 사이의 계면에 직면하면, TIR은, 계면(8)에 수직한 선에 대한 입사 광의 입사 각도가 다음 식에 의해 정의되는 임계 각도보다 큰 한, 입사 레이저 빔의 측면 분출을 초래할 것이다.

도 5b에 도시되는 바와 같이, 다른 실시예에서, 제1 광학 재료(6) 및 제2 광학 재료(7)는 하우징(2^iv)의 원위 단부를 통한 전송(예컨대, 중심축을 따름) 또는 입사 레이저 광과 하우징(2^iv) 내의 측면 개방부를 통한 반사(예컨대, 측면 분출)를 모두 허용하기 위해 특정 굴절률을 갖도록 선택될 수 있는 2개의 삼각형 프리즘으로 제조될 수 있다. 반사는 불완전 내부 전반사에 기인할 수 있다. 다른 변형에서, 빔 스플리터는 상이한 편광의 빔을 분할하는, 예컨대 복굴절 재료를 사용하는 편광 빔 스플리터일 수 있다.

다양한 용례에 있어서, 레이저 빔은 자연적인 레이저 빔보다 타겟 조직 상의 더 큰 스폿 크기를 가로질러 균일하게 에너지 전달을 제공하도록 소정 "패턴"으로 공간적으로 스캐닝될 수 있다. 다른 용례에서, 레이저-스캐닝 패턴은 임의의 열적 축적을 피하기 위해 레이저 빔이 그 열적 이완 시간 내에 매체 내에서 이동하게 할 수 있다. 이러한 변형은, 예를 들어, 연질 조직을 절단하고, 치석을 제거하는 등을 위한 레이저 빔의 고출력(에너지) 전달을 허용할 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 또 다른 실시예에서, 선택적으로, 냉각 시스템은 또한 일회용 팁에 형성된 출구에 (예컨대, 냉각제 소스(들)에 연결된 입구(들)를 통해) 동작식으로 커플링될 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템은 그 사이에 복수의 냉각제 유동 경로를 형성하는 복수의 포개진 튜브(15, 16, 17)를 포함할 수 있다. 도면에 도시되는 포개진 튜브(15, 16, 17)는 하우징(2ⁱⁱⁱ) 내에 동축 및 동심으로 배치되지만, 이는 예시적인 목적으로 이루어진 것이다. 일부 변형에서, 포개진 튜브(15, 16, 17)는 편심적으로 구성될 수 있다.

동심 및 동축 튜브의 경우, 일 구현예에서, 제1 냉각 튜브(15)는 하우징(2^iv)을 형성하는 튜브의 내부 표면에 고정식으로 부착될 수 있어서, 내부 냉각 유체는 제1 냉각 튜브(15)와 하우징(2^iv)을 형성하는 튜브 사이에 형성된 플레넘 공간(plenum space)을 통해 가압될 수 있고; 제2 냉각 튜브(16)는 제1 냉각 튜브(15)의 내부 표면에 고정식으로 부착될 수 있어서, 제1 냉각 유체는 제1 냉각 튜브(15)와 제2 냉각 튜브(16) 사이에 형성된 플레넘 공간을 통해 가압될 수 있으며; 제3 냉각 튜브(17)는 제2 냉각 튜브(16)의 내부 표면에 고정식으로 부착될 수 있어서, 제2 냉각 유체는 제2 냉각 튜브(16)와 제3 냉각 튜브(17) 사이에 형성된 플레넘 공간을 통해 가압될 수 있다.

냉각 시스템에 의해 순환되는 냉각 유체는 공기, 물 및 이들의 조합(예컨대, 미스트) 같은 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공기는 플레넘 공간 중 하나를 따라서 가압될 수 있고, 물은 다른 플레넘 공간을 따라서 가압될 수 있다. 냉각제는 핸드 피스와 입구를 통해 냉각제 소스(들)로부터 다양한 플레넘 공간으로 전달될 수 있다.

도 8을 참조하면, 장치 파라미터가 표에 요약되어 있다. 레이저 파라미터(예컨대, 전력, 반복률, 펄스 지속시간, 및 레이저 빔 중첩)는 물질(즉, 광학 요소) 자체를 손상시키지 않고 질환이 있는 조직 또는 뼈를 제거하기 위한 효율의 최적의 성과를 갖도록 설계될 수 있다. 그러나, 통상의 기술자는 레이저 소스가 상이한 방향/위치에서 상이한 펄스 에너지를 제공하도록 공간적으로 스캐닝될 수 있음을 인식할 수 있다. 이러한 스캐닝은, 단일 단계에서, 경질 조직(치주낭의 일 측면 상에서 고에너지 펄스를 사용) 및 연질 조직(치주낭의 다른 측면 상에서 저에너지 설정을 사용)을 치료하여, 시술의 단계 및 시간을 감소시키는 데 유익할 수 있다.

도 8은, 일부 실시예에 따른, 본 명세서에 설명되는 시스템의 구성 및 동작에 관련된 소정 파라미터에 대한 최소값, 최대값 및 공칭값을 제공한다. 도 8에 도시되는 각각의 파라미터에 대한 최소값과 최대값 사이의 모든 값(공칭값만이 아님)이 고려되고, 각각의 특정 범위에 표현되는 유효 자릿수의 개수에 따라 본 명세서에서 명확하게 지원된다.

본 명세서에서 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하였지만, 통상의 기술자는 위에서 구체적으로 설명된 것 외에 본 발명의 다양한 다른 특징 및 장점을 인식할 것이다. 따라서, 전술된 내용은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 통상의 기술자에 의해 다양한 변경 및 추가가 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 첨부된 청구항들은, 도시되고 설명된 특정한 특징들에 의해 제한되지 않아야 하며, 또한 임의의 명백한 변경 및 그 균등물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

레이저 소스에 의해 방출되는 방사선을 핸드 피스를 통해 구강 치료 영역으로 지향시키기 위한 장치이며,
핸드 피스의 출구에 부착될 수 있는 일회용 튜브; 및
튜브로부터 방출되는 방사선의 프로파일 또는 방향 중 적어도 하나를 변경하기 위해 튜브 내에 배치되는 광학 요소를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
광학 요소는 실질적 원통형 렌즈를 포함하는 장치.
제2항에 있어서,
실질적 원통형 렌즈는 아연 황화물(ZnS), 갈륨 란탄 황화물(GLS) 유리 또는 칼코게나이드 유리로 제조되는 렌즈를 포함하는 장치.
제2항에 있어서,
실질적 원통형 렌즈는 볼록한 표면을 포함하는 장치.
제4항에 있어서,
볼록한 표면은 방사선이 볼록한 표면으로부터 초점을 향해 수렴하게 하고 초점으로부터 팬 각도로 반경방향으로 발산하게 하는 장치.
제5항에 있어서,
팬 각도는 약 45도 이하인 장치.
제2항에 있어서,
실질적 원통형 렌즈는 오목한 표면을 포함하는 장치.
제7항에 있어서,
오목한 표면은 방사선이 오목한 표면으로부터 팬 각도로 반경방향으로 발산하게 하는 장치.
제1항에 있어서,
일회용 튜브는 튜브로부터 방사선을 방출하기 위해 원위 단부에 개방부를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
일회용 튜브는 방사선을 반경방향으로 안내하기 위해 튜브의 측벽을 따라 적어도 하나의 개방부를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
광학 요소는 적어도 하나의 반사 표면을 포함하는 장치.
제11항에 있어서,
반사 표면은 평면 표면을 포함하는 장치.
제11항에 있어서,
반사 표면은 외형 표면을 포함하는 장치.
제13항에 있어서,
윤곽 표면은 원추형 요소를 포함하는 보안 장치.
제11항에 있어서,
반사 표면은 다수의 반사 표면을 포함하는 장치.
제15항에 있어서,
다수의 반사 표면은 대응하는 수의 방향으로 반사 방사선을 가능하게 하는 장치.
제11항에 있어서,
반사 표면은 금속 재료로 코팅된 기판을 포함하는 장치.
제17항에 있어서,
금속 재료는 금, 은, 구리, 적외선 스펙트럼으로부터의 방사선의 빔을 반사하기 위한 반사 재료, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 장치.
제1항에 있어서,
광학 요소는
제1 굴절률(n1)을 갖는 제1 부분; 및
n1가 n2보다 크도록 제2 굴절률(n2)을 갖는 제2 부분을 포함하는 장치.
제19항에 있어서,
제2 부분은 공기를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
일회용 튜브는 냉각제 소스에 연결되는 입구 및 유체, 공기, 가스, 물, 액체, 미스트, 또는 이들의 조합을 구강 치료 영역에 전달하도록 구성되는 출구를 더 포함하는 장치.
제21항에 있어서,
일회용 튜브는 그 사이에 적어도 1개의 냉각제 유동 경로를 형성하는 복수의 포개진 튜브를 포함하는 장치.
구강 조직의 치과 또는 외과 치료를 위한 시스템이며, 시스템은
레이저 소스;
레이저 소스에 동작적으로 커플링되는 핸드 피스; 및
레이저 소스에 의해 방출되는 방사선을 핸드 피스를 통해 구강 치료 영역으로 지향시키기 위한 장치를 포함하며, 장치는
핸드 피스에 부착가능한 일회용 튜브; 및
튜브로부터 방출되는 방사선의 프로파일 또는 방향 중 적어도 하나를 변경하기 위해 튜브 내에 배치되는 광학 요소를 포함하는 시스템.
제23항에 있어서,
레이저 소스는 약 9 내지 약 10 마이크로미터의 파장의 방사선을 방출하는 시스템.
제23항에 있어서,
레이저 소스는 약 9.3 마이크로미터의 파장의 방사선을 방출하는 시스템.
제23항에 있어서,
레이저 소스는 CO2 레이저를 포함하는 시스템.
제23항에 있어서,
레이저 소스 제어기를 더 포함하는 시스템.
제27항에 있어서,
레이저 소스 제어기는 펄스 반복율 및 펄스당 에너지를 제어하도록 구조화되고 배열되는 시스템.
구강 조직의 치과 또는 외과 치료를 위한 방법이며, 상기 방법은
레이저 소스에 의해, 소정 파장으로 그리고 중심축을 따라서 방사선을 방출하는 단계; 및
장치에 의해 레이저 소스에 의해 방출되는 방사선을 핸드 피스를 통해 구강 치료 영역으로 지향시키는 단계를 포함하며, 상기 장치는
핸드 피스에 부착가능한 일회용 튜브; 및
튜브 내에 배치되는 광학 요소를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
파장은 약 9 내지 약 10 마이크로미터인 방법.
제29항에 있어서,
방사선을 지향시키는 단계는 광학 요소를 사용하여 방사선을 특정 방향으로서 발산, 수렴, 또는 반사하는 단계를 포함하는 방법.
제31항에 있어서,
특정 방향은 중심축에 대한 축방향인 방법.
제31항에 있어서,
특정 방향은 중심축에 대한 반경 방향인 방법.
제29항에 있어서,
광학 요소에 의해, 튜브로부터 방출되는 방사선의 프로파일 및 방향 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
구강 치료 영역을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제35항에 있어서,
구강 치료 영역을 냉각시키는 단계는 가스, 액체, 미스트 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 매체를 통해 방사선을 지향시키는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
방사선을 지향시키는 단계는 볼록한 표면을 갖는 광학 요소를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
방사선을 지향시키는 단계는 오목한 표면을 갖는 광학 요소를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
방사선을 지향시키는 단계는 일회용 튜브의 측벽을 통해 방사선을 반사시키기 위해 광학 요소를 사용하는 단계를 포함하고, 중심축에 대해 소정 각도로 형성된 반사 표면을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
방사선을 지향시키는 단계는 일회용 튜브의 측벽을 통해 방사선을 반사시키기 위해 광학 요소를 사용하는 단계를 포함하고, 360도에 대해 반경방향으로 방사선을 반사시키기 위해 원추형 표면을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,
방사선을 지향시키는 단계는 일회용 튜브의 측벽을 통해 방사선을 반사시키기 위해 광학 요소를 사용하는 단계를 포함하며, 내부 전반사, 절두 내부 전반사, 위상 이동 내부 전반사, 또는 이들의 조합을 사용하는 단계를 포함하는 방법.