JP4339090B2 - 医療用レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は医療用レーザ装置に関し、特に歯科治療において患部の広範囲にレーザ光を照射する医療用レーザ装置に関する。

従来から歯科においては歯周疾患や歯槽膿漏等を治療する際に軟組織をレーザ光にて蒸散することが行われている。そしてこれらの治療においてはレーザ光を患部の広範囲に照射するために手作業ではなく自動操作にてスキャニングする必要があった。そこで本願発明者はこの問題を解消するために先願特許（特許文献１参照）にて開示された医療用スキャニング装置を発明したところである。
この発明は、歯科治療においてレーザ光のエネルギーが一点集中しないようにするためにハンドピースの先端に風車と一体に回転するポリゴンミラー、あるいは風圧にて揺動するミラーを内蔵させ、これらのミラーの回転又は揺動により反射光を自動的にスキャニングさせるものである。

その他の医療分野でも既に皮膚科等の領域においてスキャニング装置を使用したレーザ装置が用いられているが、これらはレーザ光を皮膚等の部分に照射するためのものであり、ハンドピースにスキャナやｆ・θレンズを内蔵させることによりハンドピース部分が大きくなっても作業エリアが広いために特に問題がないものである。むしろこの分野においては皮膚等における照射対象範囲を大きくとるためにハンドピースにスキャナを内蔵させてレーザ光の振り角度を大きくする必要があるとされているものである。
しかし、このようにスキャナやｆ・θレンズを内蔵させた大型のものでは狭い口腔内で使用することが困難であり、今までに本発明と同様な医療用レーザ装置が存在しなかった理由である。しかも歯科の分野では狭くて水分の多い口腔内での作業で、照射エリアもあまり大きくする必要がないことから本発明の方式が必要となったものである。
特願２００１−３６８３５７号公報 図１、図８

しかしながら前記特許文献に開示されたスキャニング装置の場合は、ハンドピースの先端にポリゴンミラーや揺動ミラーを内蔵させてこれを加圧空気にて作動させることができるコンパクトかつ廉価なスキャナ機構であって、これもスキャニングするための一手段ではあるが、ポリゴンミラーや揺動ミラーでは一定のスキャンパターンしか得られないという問題がある。
このスキャンパターンは、例えば照射部位によっては四角，丸等の様々なパターンに変化させる必要があるが、このような変化に対応させるためにハンドピースにガルバノメータ等を用いたパターン制御機構を構築しようとしても、ガルバノメータには高密度巻き線が施されたモータ駆動部や電気回路などがあるためにこれらをハンドピースに内蔵させると大型のものになってしまい、狭い口腔内で使用するにはサイズ的に困難になる。
また、医療分野以外で用いられている前記従来のスキャニング装置の場合も、スキャナを内蔵させた照射部が大型であり、しかも口腔内では水分の問題もあるために医療用レーザ装置として使用することは困難である。

よって本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ハンドピースにスキャニング機構を構成せずに各種スキャンパターンが可能な医療用レーザ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の医療用レーザ装置に係る請求項１は、レーザ光を発振する発振器及びレーザ光をスキャニングするスキャナを内蔵するレーザ装置本体と、該レーザ装置本体のレーザ光出口に接続され、複数の関節を介して全方位に回動しつつレーザ光を導光するマニュピュレータと、該マニュピュレータの先端に接続され、導光されたレーザ光を患部に照射するハンドピースとから成り、前記マニュピュレータの所要部分に補正レンズを設けて、前記発振器から出射されたレーザ光を前記レーザ装置本体内にてスキャニングし、スキャニングされたレーザ光を前記マニュピュレータ内の該補正レンズを介して、レーザ光の拡がり及びスキャン角度を補正しつつ前記ハンドピースまで導光することを特徴とするものである。

請求項２は、前記ハンドピース内に集光レンズを設け、前記マニュピュレータを介して導光されたレーザ光を集光してスキャンパターンのまま照射することを特徴とするものである。

請求項１によれば、装置本体にレーザ光の発振器と発振されたレーザ光をスキャニングするスキャナとを内蔵させてレーザ装置本体側にてスキャニングし、スキャニングされたレーザ光をマニュピュレータを介してハンドピースまで導光する構成にしたことにより、ハンドピース側にスキャナを内蔵させる必要がなくなり、ハンドピースを既存のものと比べて概観が変わらないものにすることができると共に、スキャナに対する水分や衝撃等の様々な制約事項を解決することが可能となる。

また、マニュピュレータ内の所要箇所に補正レンズを設けたことにより、マニュピュレータを構成するパイプ内におけるレーザ光の拡がり角度やスキャン角度を補正レンズにて適正に補正し、かつスキャンパターンを保持しつつハンドピースまで導光することができるので、マニュピュレータを既存のものと比べて外観も変わらないものにすることが可能となる。

請求項２によれば、マニュピュレータを介して導光されたレーザ光をハンドピース内の集光レンズにて集光することによりレーザ光のエネルギー密度を高めて照射することが可能となる。

ここで、本発明の医療用レーザ装置に使用する補正レンズについて説明する。
一般に補正レンズについては様々な光学系が想定されるが、ここではその中でも代表的なｆ・θレンズを用いて説明する。ｆ・θレンズは産業用のレーザマーキング装置等でスキャナと組み合わせて使用される一般的な光学系である。図３に示すようにこのｆ・θレンズ２０の構成は何枚かのレンズ、例えばレンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆを組み合わせて使用することにより図２に示すように図示しないガルバノメータにて駆動される反射ミラー２１にて角度θにスキャニングすることができる。スキャニングされたレーザ光９はそのレンズ系の焦点距離をｆとする中心位置からの距離（像高）ｈ＝ｆ・θという位置に集光されるレンズ系である。

従って、上記特性を有するｆ・θレンズ２０を複数のパイプが回動自在に連結されたマニュピュレータにおける複数の関節部の所要部分に１枚ずつ又は複数枚ずつ内蔵させることによりマニュピュレータ全体を通して一つのｆ・θレンズとして機能させることができ、スキャニングされたレーザ光をハンドピースまで導光することが可能となるものである。

また、上記のようにスキャニングされたレーザ光を、補正しながら集光させる補正レンズの組み合わせには種々考えられるが、ここではスキャナで一般的なｆ・θレンズとガルバノメータの組み合わせにて次に説明する。

先ず、前記ガルバノメータは、流れる電流に比例しただけ回転軸が一定角度回転するモータである。即ち、電流計と同様に電流が流れると一定の量だけ回転するが電流が止まると通常の位置に戻るものである。このガルバノメータを使用したスキャナは図５に示すように一般的に２枚の反射ミラー３１，３２それぞれがガルバノメータの３３，３４それぞれの回転軸に固定されており、第１のガルバノメータ３３の回転により入射するレーザ光３５がＸ軸方向に反射され、その反射光が第２のガルバノメータ３４の回転にてＹ軸方向に反射されてＸ軸、Ｙ軸方向にスキャニングされる。これにより各種スキャンパターンが得られ、照射対象物Ａの面に平面走査することが可能になるものである。

更に、これを簡略的に説明するために、１枚の反射ミラーとして説明すると、ガルバノメータにて駆動する反射ミラーにレーザ光が入射された場合に、この入射角度は時間に比例して変化する。そして通常のレンズ（平凸レンズ）では図２に示すように像高ｈと入射角度θとの関係は焦点距離ｆとすると、
ｈ＝ｆ・ｔａｎθ
となる。
即ち、θは時間に対して一定の変化をするので、画面中央では走査速度が遅く、周辺では速くなる。そこで、ｈ＝ｆ・θのレンズ系、即ち、ｆ・θレンズを用いることで走査速度を一定にすることが可能となる。
このことは一般的に知られていることではあるが、本発明ではこの複数のｆ・θレンズのような補正光学系を１枚ずつ（又は数枚ずつ）をマニュピュレータの所要部分に配設することにより、マニュピュレータ全体で一つのｆ・θレンズと見なすことを目的としている。

以上説明したように本発明の医療用レーザ装置によれば、装置本体側にレーザ光の発振器及び発振されたレーザ光をスキャニングするスキャナを内蔵させたことにより、ハンドピース側にはスキャニング機構を設ける必要がなくなり、既存のハンドピースと比べて外観が変わらない構成が可能になると同時に、ハンドピースに対する水分や衝撃等の様々な制約事項も解決することが可能となる。

また、レーザ光を導光するマニュピュレータの所用の箇所に補正レンズを設けたことによりそれぞれの補正レンズにて、マニュピュレータのパイプ内におけるレーザ光の拡がり角度やスキャン角度を適正に補正し、スキャンパターンを保持しつつ各関節部を経てハンドピースまで導光することが可能となる。これにより、パイプ径を大幅に変更することなく、しかも既存のマニュピュレータと比べて外観が変わらない構成が可能となる。

更に、マニュピュレータを介して導光されたレーザ光をハンドピース内の集光レンズにて集光することによりレーザ光のエネルギー密度が高められて効率的に照射することが可能となる。

マニュピュレータの所要部分に補正レンズを設けると共にレーザ装置本体内にスキャニング機構を構成し、レーザ光をレーザ装置本体内にてスキャニングし、スキャニングされたレーザ光をマニュピュレータ内の補正レンズを介して、レーザ光の拡がり及びスキャン角度を補正しつつ前記ハンドピースまで導光する医療用レーザ装置を実現した。

図１は医療用レーザ装置の構成を示す断面図であり、本発明の医療用レーザ装置は、装置本体１と、装置本体１に接続されたマニュピュレータ２と、マニュピュレータ２の先端に接続されたハンドピース３とにより大略構成されている。
前記装置本体１には、レーザ光４を発振する発振器５と、赤色又は緑色の可視光域半導体レーザ光６の出射部７と、前記両レーザ光４と６をミキシングするミキシングミラー８と、ミキシングされたレーザ光９を反射してスキャナ１０に送る反射ミラー１１ａと、反射ミラー１１ａにて反射されたレーザ光９をスキャニングするスキャナ１０とを内蔵し、スキャナ１０の上方にスキャニングされたレーザ光９の出口１２が設けられている。なお、前記スキャナ１０の駆動方式としては、ガルバノメータ駆動、あるいはピエゾ駆動等も考えられ、また形式として２枚の反射ミラーの組み合わせや、ポリゴンミラー（多面鏡）等の方式を用いることもできる。

一方、前記マニュピュレータ２は、複数のパイプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ（本実施例では内径が約１０ｍｍ）が回動自在に連結されたものであり、パイプ１３ａの一端が装置本体１のレーザ光出口１２に連結され、パイプ１３ｇの先端にハンドピース３が連結されている。そして各パイプ相互の連結部，即ち、関節部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆそれぞれには装置本体１側からのレーザ光９をハンドピース３まで導光するための反射ミラー１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇが内蔵されている。

更に、この構成のマニュピュレータ２には、本実施例ではパイプ１３ｃの関節部１４ｂ側に補正レンズ１５ａが、パイプ１３ｅの関節部１４ｄ側に補正レンズ１５ｂが内蔵され、ハンドピース３にはその連結部１６側に集光レンズ１７が内蔵されている。なお補正レンズの数は本実施例では２枚であるが２枚に限定されるものではなく１枚でもよい。しかし、より高精度のレーザ光を得るためには補正レンズの数を増すことが望ましい。また、補正レンズの配置位置は各関節部の出入り口に限らず、ハンドピース３の手前にまとめて配置することもできる。反射ミラーの数も同様に、マニュピュレータの関節部の数によって変化するので本実施例の枚数に限定されるものではない。

なお、水平方向の軸中心及び水平面内にて回動自在なパイプ１３ｂにはバランスウエイト１８が軸１８ａを介して固定されており、その重力にてパイプ１３ｃが常時は鉛直方向に保たれるように構成されている。なお、マニュピュレータはバランスウエイトを有する構成に限定されるものではない。
又、ハンドピース３にはその先端に自らの軸心に対して直角方向（側方）に照射する照射口１９が設けられている。

次に上記構成の装置の作用について説明する。先ず装置本体１の発振器５から連続的に発振されるレーザ光４と、側方から出射される可視光領域の半導体レーザ光６とがミキシングミラー８にてミキシングされた後、反射ミラー１１ａにて反射されてスキャナ１０に送られる。スキャナ１０では、レーザ光９がマニュピュレータ２のパイプ１３ａ内壁に衝突しない角度範囲内にて連続的にスキャニングする。
このときのスキャニングには、照射対象物Ａに照射される照射パターンとして種々な形態が考えられる。この照射パターンは、例えば図４に示すような四角形あるいは図示しない丸形などになるようにプログラムを組んで自動的かつ連続的に走査する制御が可能である。

スキャニングされたレーザ光９はマニュピュレータ２のパイプ１３ａを通って第１関節部１４ａの反射ミラー１１ｂにて反射され、パイプ１３ｂを通って第２関節部１４ｂの反射ミラー１１ｃにて反射されて補正レンズ１５ａに送られる。補正レンズ１５ａではスキャナ１０にて連続走査される走査光のモードと図示しないスキャンミラーにより振られた振り角度の補正を行い、その後、第３関節部１４ｃの反射ミラー１１ｄにて反射され、続いて第４関節部１４ｄの反射ミラー１１ｅにて反射され、補正レンズ１５ｂにて前記と同様に再び補正されて第５関節部１４ｅの反射ミラー１１ｆにて反射され，更に第６関節部１４ｆの反射ミラー１１ｇにて反射され、ハンドピース３に至る。
ハンドピース３では、導光されたレーザ光９が連結部１６側に内蔵された集光レンズ１７にて集光され、エネルギー密度が高められた後、反射ミラー１１ｈにて反射され、照射口１９からスキャンパターンのまま照射対象物Ａに向かって照射される。

即ち、従来はハンドピースを手動操作にて様々な照射形状に沿ったレーザ光を照射していたが、本発明ではハンドピースを固定したままで、例えば図４に示すような四角形のスキャンパターンを矢印にて示す中心から外側に向かって自動的に照射することが可能である。なお、図４に示す照射方向は一例であり、例えば外側から中心に向かって照射することも可能であり、照射方向及び照射方法は本実施例の形態に限定されるものではない。

以上説明した医療用レーザ装置は、初期状態としてバランスウエイト１８の重量にてマニュピュレータ２のパイプ１３ｃが鉛直方向に保たれ、ハンドピース３が鉛直下方に垂下された状態になっている。この状態から術者がハンドピースを手に取ると、マニュピュレータ２は複数の関節部を介して全方位に回動することにより自由な治療態勢を保つことが可能となる。また治療が終了した場合には術者がハンドピース３を手から離すことにより、マニュピュレータ２はバランスウエイト１８により自動的に鉛直方向に保たれ、ハンドピース３は鉛直下方に垂下された初期状態に戻る。

パイプ内に補正レンズを配設した本発明の構成は、各種パターンにスキャニングされた光を遠距離導光する各種機器に適用することが可能である。

本発明の実施例に係る医療用レーザ装置の構成を示す断面図である。 補正レンズによる走査結像の原理を示す図である。 補正レンズの構成を示す図である。 スキャンパターンを示す図である。 ガルバノメータスキャナの説明図である。

符号の説明

１ 装置本体
２ マニュピュレータ
３ ハンドピース
４ レーザ光
５ 発振器
６ 半導体レーザ光
７ 半導体レーザ光（赤色又は緑色）の出射部
８ ミキシングミラー
９ ミキシングされたレーザ光
１０ スキャナ
１１ 反射ミラー
１２ レーザ光出口
１３ パイプ
１４ 関節部
１５ａ 補正レンズ
１５ｂ 補正レンズ
１６ ハンドピース連結部
１７ 集光レンズ
１８ バランスウエイト
１９ 照射口
２０ ｆ・θレンズ

Claims (2)

1. レーザ光を発振する発振器及びレーザ光をスキャニングするスキャナを内蔵するレーザ装置本体と、該レーザ装置本体のレーザ光出口に接続され、複数の関節を介して全方位に回動しつつレーザ光を導光するマニュピュレータと、該マニュピュレータの先端に接続され、導光されたレーザ光を患部に照射するハンドピースとから成り、
   前記マニュピュレータの所要部分に補正レンズを設けて、前記発振器から出射されたレーザ光を前記レーザ装置本体内にてスキャニングし、スキャニングされたレーザ光を前記マニュピュレータ内の該補正レンズを介して、レーザ光の拡がり及びスキャン角度を補正しつつ前記ハンドピースまで導光することを特徴とする医療用レーザ装置。
2. 前記ハンドピース内に集光レンズを設け、前記マニュピュレータを介して導光されたレーザ光を集光してスキャンパターンのまま照射することを特徴とする請求項１記載の医療用レーザ装置。

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