医療用レーザ光源システム
【課題】特殊な導光装置を必要とせずデンタルチェアーで２．９μm帯のスムーズな治療を行える信頼性の高い医療用レーザ光源システムを提供する。
【解決手段】医療用レーザ光源システムを、励起レーザ光源装置と、長尺ファイバ導光装置と、小型２．９μｍ帯レーザデバイスとの少なくとも３つの主要要素部品で構成し、且つ、長尺ファイバ導光装置を石英ファイバで、小型２．９μｍ帯レーザデバイスを二六族半導体に遷移金属イオンをドープしたレーザ媒質で構成し、励起レーザ光源装置を、１ｋW以上のピークパワーで１００ｍJ以上の２．９μm帯のレーザ光を発振できる、波長域１．５〜２．２μｍの範囲の励起レーザパルス光を発振する固体レーザ発振器で構成した。さらに、光切替スイッチを搭載することで１台の励起レーザ光源装置より複数のデンタルチェアー治療器に２．９μｍ帯レーザ治療光を提供できる構成とした。
【解決手段】医療用レーザ光源システムを、励起レーザ光源装置と、長尺ファイバ導光装置と、小型２．９μｍ帯レーザデバイスとの少なくとも３つの主要要素部品で構成し、且つ、長尺ファイバ導光装置を石英ファイバで、小型２．９μｍ帯レーザデバイスを二六族半導体に遷移金属イオンをドープしたレーザ媒質で構成し、励起レーザ光源装置を、１ｋW以上のピークパワーで１００ｍJ以上の２．９μm帯のレーザ光を発振できる、波長域１．５〜２．２μｍの範囲の励起レーザパルス光を発振する固体レーザ発振器で構成した。さらに、光切替スイッチを搭載することで１台の励起レーザ光源装置より複数のデンタルチェアー治療器に２．９μｍ帯レーザ治療光を提供できる構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に口腔内の歯科治療器に使われるレーザ光源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代中頃から生体主成分である水の吸収ピーク波長２．９μm帯でパルス発振するエルビウムレーザの医療への応用の可能性が注目されるようになり、我国では、１９８８年のフラッシュランプ励起エルビウムYAGパルスレーザの開発報告｛１９８８年秋季応物、中島貞洋（他1名、1番目）｝を起点に、山本肇東京医科歯科大学元学長を中心としたHOYA株式会社及び株式会社モリタ製作所との産学共同によるフラッシュランプ励起エルビウムYAGパルスレーザ歯科治療器の開発研究が開始され、大阪歯科、昭和、日本歯科大学も臨床治験に参加し、１９９５年に厚生省から承認を受け製品化されている。
【０００３】
該２．９μm帯でパルス発振するレーザによる歯科治療は、デンタルタービンによる歯牙硬組織の機械的な切削に比べ、歯牙硬組織に含まれる水の蒸散により切削するため振動も発熱も少なく、このことから無麻酔或いは最小限の麻酔での無痛治療を可能とした。さらに、硬組織だけでなく軟組織や歯石除去など歯科で必要な多くの治療に応用でき、しかも殺菌も同時に行えることが確認され、東京医科歯科大学のグループから世界で初めて報告された。
【０００４】
前述のように２．９μm帯でパルス発振するフラッシュランプ励起エルビウムレーザ歯科治療器は、患者にも術者にも有用で優しい治療装置であることが判り、その後、世界中の大学や開業医で精力的な臨床応用開発が続けられ、本年1月には東京医科歯科大学の青木章らにより『歯周治療・インプラント治療におけるEr:YAGレーザ』｛青木章（他２５名、3番目、医学情報社｝に成果がまとめられ出版されている。この２．９μm帯のパルスレーザ光を利用した新しい治療は、日本が世界をリードしている貴重な分野でもある。
【０００５】
一方、２．９μm帯のエネルギー導光には、機械的強度が低く汚れや水気に極めて弱いフッ化物や中空導波路ファイバ、機械的強度が低く汚れに弱く伝送効率が低い酸化ゲルマニウムファイバなどの特殊ファイバ、或いは、多数のミラーを組んで空中導光させる多関節ミラー導波路などが必要となる。このため、特開平７−５１２８５号公報及び特開２００７−６８７１８号公報には、屈曲自在に複数の剛性棒、或いは複数の剛性棒と軟性棹を連接させた支持棒を取付けることで、これら特殊ファイバを搭載した導光装置の機械的強度を補うとの機構が開示されている。また、特開平７−５１２８７号公報には、防塵フィルターを通した乾燥空気で特殊ファイバを満たして汚れや湿気を防ぐようにした構造が開示されている。さらに、各社の特殊ファイバ導光装置には機械的な脆さを保証するためにファイバ周囲をステンレスなどの金属製フレキシブルチューブでカバーさせる保護構造が設けられている（例えば、米国バイオレーズ社のフラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ歯科治療器）。このため自由な屈曲感が得られず術者に治療の際に高いストレスを感じさせている。また、米国シネロン社は、２．９μm帯の特殊導光装置を不要とする目的で術者の手に持つデンタルハンドピース後部に小型フラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ発振器を組込んだ歯科治療器を製品化している。
【０００６】
しかしながら、前述の特殊ファイバ導光装置や多関節ミラー導光装置を必要とする現状のフラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ歯科治療器では、特殊導光装置を長尺とできないため術者の近くに当該治療器を配置しなければならないが、デンタルチェアー周囲には照明器具、モニター、治療器具などの複数の機器が装備されているため配置位置が制限されてしまう問題が発生している。また、該特殊導光装置と他の機器のワイヤーやチューブが引っ掛り破損事故を発生し易いとの問題も発生している。さらに、フラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザは発振効率が低いため治療器が大きいことも配置位置の問題を一層難しくしている。また、米国シネロン社のエルビウムパルスレーザ歯科治療器は特殊な導光装置を必要としないが、レーザ出力を得るため高圧（例えば７００V程度）と高電流（例えば４００A）の大電力を術者が手に持つデンタルハンドピースに電送する必要があり、やはり、安全性と電気ノイズの問題から長尺とできず前者と同様な問題が発生している。
【０００７】
以上のように現状のフラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ歯科治療器は、歯科医院の限られたスペースにおいて、一つのデンタルチェアの限られた位置にしか配置できないことやメンテナンス管理が難しく高価で操作性の悪い特殊導光装置が必要などの問題があるために、患者にも術者にも有用で画期的な歯科治療法であるにも関わらず一般への普及を難しくしているとの状況がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−５１２８５号公報
【特許文献２】特開２００７−６８７１８号公報
【特許文献３】特開平７−５１２８７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】中島貞洋他1名、「高出力３μｍＥｒ：ＹＡＧレーザと伝送系の開発」１９８８年秋季応用物理学会予稿４ａＲ−９
【非特許文献２】青木章他２５名、「歯周治療・インプラント治療におけるEr:YAGレーザ」医学情報社
【非特許文献３】米国シネロン社ホームページ ｗｗｗ．ｓｙｎｅｒｏｎｄｅｎｔａｌ．ｃｏｍ
【非特許文献４】米国バイオレーズ社 ｗｗｗ．ｂｉｏｌａｓｅ．ｃｏｍ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が目的とするところは、限られたスペースの歯科医院においても配置を気にすることない1台の初段励起レーザ光源装置より、院内に配置されている全てのデンタルチェアーに特殊な導光装置を必要としない快適な治療を実現できる信頼性の高い医療用２．９μm帯パルスレーザ光源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するため、第１の発明は、医療用レーザ光源システム１０を、励起レーザ光源装置２０と、長尺ファイバ導光装置３０と、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０との少なくとも３つの主要要素部品で構成し、且つ、長尺ファイバ導光装置３０を柔軟な屈曲性を持ち耐環境性に優れ機械的強度が高く光通信にも広く使われている石英ファイバで、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を石英ファイバでの長尺伝送が可能である１．５〜２．２μｍの波長域の励起により２．９μｍ帯のレーザ発振が得られる遷移金属イオン（Ｃｒ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋など）をドープした二六族半導体（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど）からなるレーザ媒質４１０で、構成している。さらに、励起レーザ光源装置２０を、該レーザ媒質４１０から治療効果を得るため必要とされる１ｋW以上のピークパワーでパルス当り１００ｍJ以上の２．９μm帯のレーザ光を発振させるために充分な波長域１．５〜２．２μｍの範囲の励起レーザパルス光２１２を発振できる固体レーザ発振器で構成している。
【００１２】
第２の発明による医療用レーザ光源システム１０は、第１の発明による医療用レーザ光源システム１０を構成している励起レーザ光源装置２０内の励起レーザ光源ユニット２１０の集光器２１３の前端に光切替スイッチ２１４を搭載し、当該光切替スイッチ２１４により、医院内の各デンタルチェアー治療器５０に接続している複数の長尺ファイバ導光装置３０への励起レーザパルス光２１２の導光を選択的に切替られるように構成されている。同構成により、医療用レーザ光源システム１０を構成する比較的大きな装置である励起レーザ光源装置２０を医院内の任意の場所に１台配置することで、ここから院内に設置されている複数のデンタルチェアー治療器５０まで、乾燥空気の充填も特殊な支持棒も必要ない安価でシンプルな長尺ファイバ導光装置３０を通し励起レーザパルス光２１２を導光させることができる。各デンタルチェアー治療器５０に設置されている制御コンソール２５０を術者が操作することで、光切替スイッチ２１４により術者が選択したデンタルチェアー治療器５０に接続されている長尺ファイバ導光装置３０に励起レーザパルス光２１２が導光され、術者の持つデンタルハンドピース５００に取付けられている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を励起することで治療に必要な２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
前記の第１及至２の発明による医療用レーザ光源システム１０により、医療用レーザ光源システム１０を構成する比較的大きな装置部分である励起レーザ光源装置２０を医院内の任意の場所に配置することができ、ここからデンタルチェアー治療器５０に設置されているデンタルハンドピース５００まで、励起レーザパルス光２１２を、乾燥空気の充填も特殊な支持棒も必要ない安価でシンプルな長尺ファイバ導光装置３０を通して導光し、デンタルハンドピース５００に取付けられている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を励起させ治療に必要な２．９μｍ帯のレーザ光を提供することができるようになり、また、術者がストレスなく快適な治療を行えるようになった。さらに、光切替スイッチ２１４により １台の励起レーザ光源装置２０により、複数のデンタルチェアー治療器５０に２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を提供することができ、術者がデンタルチェアー治療器５０に設置されてた制御コンソール２５０を操作することで、任意のデンタルチェアー治療器５０から２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を出射させ治療を行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図である。
【図２】第１実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。
【図３】第２実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図である。
【図４】第２実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。
【図５】励起光源のバリエーション例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
図１は第１実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図、図２は本発明の第１実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。以下では、これらの図面を参照にしながら第１実施例を説明する。
図１と図２とにおいて第１の発明による医療用レーザ光源システム１０は、励起レーザ光源装置２０と、長尺ファイバ導光装置３０と、デンタルチェアー治療器５０に取りつけられ術者が手に持ち患部の治療を行うため用いるデンタルハンドピース５００に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の３つの主要要素部品で構成されている。
【００１６】
励起レーザ光源装置２０には、励起レーザ光源ユニット２１０、冷却器ユニット２２０、電源ユニット２３０、制御ディスプレイユニット２４０などの要素ユニットが組込まれており、当該励起レーザ光源ユニット２１０には本実施例による小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０に使われているＣｒ２＋： ＺｎＳｅからなるレーザ媒質４１０の励起波長域である１．５〜２．２μｍの範囲内において強パルス発振が可能な固体レーザ発振器が搭載されている。本実施例では、Ｃｒ２＋： ＺｎＳｅのピーク励起波長である１．７８μｍで発振する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザをＴｍアクティブファイバーで増幅する方式により、発振パルス幅を５０〜１０００μ秒、発振エネルギーを２０ｍJ〜２J、繰返し速度を１０〜１００Hzまで可変できるＭＯＦＡ (Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ)
で構成したレーザ光発振機２１１（図５参照）が搭載されている。励起レーザ光源ユニット２１０の出射口には、励起レーザ光発振器２１１より出射された励起レーザパルス光２１２を、長尺ファイバ導光装置３０の励起光入射口３１１に集光するための集光器２１３が取付けられている。長尺ファイバ導光装置３０は、当該集光器２１３の出射口に脱着可能に接続されている。本実施例では、ＦＣファイバコネクタで構成した長尺ファイバ導光装置３０を脱着できるよう設定されているが、使用される長尺ファイバ導光装置３０のコネクタタイプに合わせた設定が可能である。冷却器ユニット２２０は、励起レーザ光源ユニット２１０で発生する熱の冷却を行うが、本実施例では、励起レーザ光源ユニット２１０の最大平均出力２０Wの設定に対し発振効率２０％であることから１００W程度の冷却能力を持つ冷却器ユニット２２０を搭載させている。電源ユニット２３０は、励起レーザ光源ユニット２１０と冷却器ユニット２２０と制御ディスプレイユニット２４０の駆動に必要な電力を供給している。制御ディスプレイユニット２４０は、予め測定された励起レーザ光源ユニット２１０の励起レーザパルス光２１２に対する同励起レーザパルス光２１２で励起され小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０から発振されデンタルハンドピース５００先端から出射される２．９μｍ帯レーザ治療光５０１のパフォーマンスデータや制御プログラムが記録されているROMやRAMなどの記憶素子、これらのデータを基に電源ユニット２３０、励起レーザ光源ユニット２１０と冷却器ユニット２２０などを制御して術者が設定した２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を術者の指示に従い安全に安定して出射させるためのCPUなどを搭載した制御ボード２４１と、現在のレーザ出力の設定値、デンタルハンドピース５０の使用状態、医療用レーザ光源システム１０を構成する各ユニットの動作状態などを表示し把握できるようにしているディスプレイパネル２４２とから構成されている。
ここで、本実施例ではＭＯＦＡで構成した励起レーザ光発振器２１１を搭載しているが、その他にも１．５〜２．２μｍの範囲内において強パルス発振が可能な固体レーザ発振器である２．１μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ho：YAGレーザ、２．０μｍ帯で発振するLD励励起Tm：YAGレーザ、１．７μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ｅｒ：ＹＡＧレーザなどの固体レーザを搭載することもできる。
【００１７】
長尺ファイバ導光装置３０には、本発明による医療用レーザ光源システム１０を構成する小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の遷移金属イオンがドープされた二六族半導体からなるレーザ媒質４１０の励起波長域１．５〜２．２μｍの長尺導光が可能である低ＯＨ濃度OH（１ｐｐｍ以下）の石英ファイバの使用が必要となる。本例では株式会社フジクラ製のコア径４００μｍのＳＢシリーズステップインデックスタイプの石英ファイバを使い1次被覆としてシリコーン樹脂、２次被覆としてポリアミド、さらに該周囲に抗張力体のアラミド繊維と外被にＰＶＣを用いることで圧縮力等の外力に強く屈曲性に優れた構造を有し光通信でも一般的に使われている同社標準の石英ファイバコード３１２を使用している。ここで、同様の構成を持つ石英ファイバコード３１２は多くのファイバメーカより標準品として製品化されていてこれらで構成することもできる。また、本例ではステップインデックスタイプ石英ファイバを使用しているが低OH濃度であればグレーデッドインデックスタイプの石英ファイバの使用も可能である。
【００１８】
一方、デンタルハンドピース５００に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０からの２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の出射の条件設定を行うためのスイッチ類や設定状態を表示するためのディスプレイを持つ制御コンソール２５０と術者が２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を出力させるためのフットスイッチ２５１は、デンタルチェアー治療器５０に設置（フットスイッチ２５１の制御電線は制御コンソール２５０に接続）されているが、本実施例による医療用レーザ光源システム１０では、励起レーザ光源装置２０に組込まれている制御ディスプレイユニット２４０との制御信号を有線で通信するよう構成されているため、該通信用電気コード３１３が、石英ファイバコード３１２に並行して長尺ファイバ導光装置３０内に組み入れられている。当該通信用電気コード３１３は、励起レーザ光源装置２０の電気端子２４３と制御コンソール２５０の電気端子 (図示せず)とに接続されている。
【００１９】
小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０は、デンタルチェアー治療器５０に取りつけられ術者が手に持ち患部の治療を行うため用いるデンタルハンドピース５００の中に搭載されている。本特許明細書の目的でないため詳述しないが、治療ごとに滅菌処理が必要とされる患部に触れるデンタルハンドピース５００の外筒部５１０とデンタルハンドピース５００の先端部からの２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を患部に照射させるために取り付けられる各種の照射チップ５２０（例えば、非特許文献３及び非特許文献４の製品情報を参考）をワンタッチで脱着できる構造とすることで、当該小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の搭載部の滅菌を不要としている。
【００２０】
本実施例の２．９μｍ帯レーザデバイス４０には、３ｍｍＤ ｘ ３ｍｍＨ ｘ ２０ｍｍＬのサイズのＺｎＳｅ二六族半導体に７ｘ１０18ｃｍ−３ のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたレーザ媒質４１０が使われている。当該レーザ媒質４１０の後端面には、本実施例の励起レーザパルス光２１２の励起波長である１．７８μｍを高透過（本例では８０％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を高反射（本例では９９％以上）するHRミラー４２０が、前端面には１．７８μｍと２．９μｍ帯レーザ治療光５０１のダブル反射防止膜４１１（それぞれ、８０％以上及び９９％以上を透過）が形成されている。２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を取り出すOCミラー４３０の後端面には、本実施例の励起レーザパルス光２１２の励起波長である１．７８μｍを高反射（本例では８０％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の一部を透過（本例では４０％）するOC膜４３１を、前端面には２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の反射防止膜４３２（９９％以上透過）が形成されており、当該OCミラー４３０とHRミラー４２０とで共振器が構成されている。小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の後端に脱着可能に装着されている長尺ファイバ導光装置３０の励起光出射口３１４から出射された励起レーザパルス光２１２は、励起集光器４４０によりコリメートされてHRミラー４２０の後方からレーザ媒質４１０に集光され、Ｃｒ２＋イオンが励起されOCミラー４３０より、１ｋW以上のピークパワーでパルス当り１００ｍJ以上の２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が出射される。当該２．９μｍ帯レーザ治療光５０１は、リレー光学素子４５０により、ハンドピース先端に装着されている照射チップ５２０に導光され、該照射チップ５２０の先端から出射されて患部に照射されることで歯牙組織の治療を行えるようになる。
【００２１】
ここで、本実施例による小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０には、レーザ媒質４１０としてＣｒ２＋： ＺｎＳｅを使用しているが、石英ファイバによる長尺伝送が可能な２．２μｍ以下で、さらに、２．９μｍ帯に近いことから高い量子効率が得られる励起波長域１．５〜２．２μｍでの励起が可能で２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を発振することができる遷移金属イオン（Ｃｒ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋など）をドープした二六族半導体（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど）もレーザ媒質４１０として使うことができる。
【実施例２】
【００２２】
図３は第２実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図、図４は本発明の第２実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。以下では、これらの図面を参照にしながら第２実施例を説明する。
図３に示すように、第２実施例による医療用レーザ光源システム１０も第１実施例による医療用レーザ光源システム１０と同様に励起レーザ光源装置２０と、長尺ファイバ導光装置３０と、デンタルチェアー治療器５０に取りつけられ術者が手に持ち患部の治療を行うため用いるデンタルハンドピース５００に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の３つの主要要素部品で構成されているが、以下の構成が異なっている。
【００２３】
第２実施例による医療用レーザ光源システム１０では、励起レーザ光発振器２１１より出射された励起レーザパルス光２１２を、長尺ファイバ導光装置３０の励起光入射口３１１に集光するための集光器２１３の後端に光切替スイッチ２１４が搭載されており、ここに複数の長尺ファイバ導光装置３０を取付けることで、医院内に設置されている複数のデンタルチェアー治療器５０で２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を利用した治療が行えるよう構成されている。さらに、デンタルチェアー治療器５０に設置されている制御コンソール２５０と、励起レーザ光源装置２０に組込まれている制御ディスプレイユニット２４０と間の制御信号を無線で通信できるようにWiFi機能が搭載されてしる。該機能により長尺ファイバ導光装置３０への信用電気コード３１３を不要としている。また、長尺ファイバ導光装置３０を長尺ファイバL導光装置３２０と長尺ファイバS導光装置３３０とに分離できるように構成している。長尺ファイバL導光装置３２０は、励起レーザ光源装置２０の励起光入射口３１１とデンタルチェアー治療器５０の励起光L出射口３２１との間に設置され、長尺ファイバS導光装置３３０は、該励起光L出射口３２１に励起光S入射口３３１により接続されデンタルハンドピース５００との間に設置される。以上の構成としたことで、小型２．９μｍ帯レーザデバイスを搭載した新しいデンタルハンドピース５００の交換を容易に行うことができる。
【００２４】
一方、本実施例には、Ｃｒ２＋： ＺｎＳｅの吸収が比較的高く、水の吸収も比較的高い１．９２μｍで発振するＦＢＧレーザをＴｍアクティブファイバーで増幅する方式により、発振パルス幅を５０〜１０００μ秒、発振エネルギーを２０ｍJ〜２J、繰返し速度を１０〜１００Hzまで可変できるＭＯＦＡ （Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｒｉｆｉｅｒ） で構成した励起レーザ光発振器２１１（図５参照）が搭載されている。また、本実施例の小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０には、７ｍｍＤ ｘ ７ｍｍＨ ｘ １ｍｍＬのサイズのＺｎＳｅの二六族半導体に１ｘ１０２０ｃｍ−３ のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたレーザ媒質４１０が使われている。当該レーザ媒質４１０の後端面には本実施例の励起レーザパルス光２１２の励起波長である１．９２μｍを高透過（本例では９０％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を高反射（本例では９９．８％以上）するHRミラー４２０が、前端面には１．９２μｍを透過して且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の一部を透過（本例では２０％）するOCミラー４３０が形成されており、当該OCミラー４３０とHRミラー４２０とで共振器が構成されている。小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の後端に脱着可能に装着されている長尺ファイバ導光装置３０の励起光出射口３１４から出射された励起レーザパルス光２１２は、励起集光器４４０により広いビーム径にコリメートされてHRミラー４２０の後方からレーザ媒質４１０に集光され、Ｃｒ２＋イオンが励起されOCミラー４３０より１ｋW以上のピークパワーでパルス当り１００ｍJ以上の２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が出射される。同時に、吸収されなかった１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２も出射される。該２．９μｍ帯レーザ治療光５０１と１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２の混合されたレーザ光は、リレー光学素子４５０により、ハンドピース先端に装着されている照射チップ５２０に導光され、該照射チップ５２０の先端から出射されて患部に照射されることで歯牙組織の治療を行えるようになる。本構成により、１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２が適度に生体組織に吸収されることによる止血効果と、２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が生体組織に急激に吸収されることによる高い蒸散切開効果の相乗効果による優れた切開性能を得ることができる。
【００２５】
励起レーザ光発振器のバリエーション：
本発明による医療用レーザ光源システム１０を構成する励起レーザ光発振器２１１には、１．５〜２．２μｍの範囲内において強パルス発振が可能な固体レーザ発振器を搭載でき、固体レーザ発振器として、２．１μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ｈｏ：YAGレーザ、２．０μｍ帯で発振するLD励励起Ｔｍ：YAGレーザ、１．７μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ｅｒ：YAGレーザなどの固体レーザを搭載することができるが、実施例１及び実施例２で搭載している１．５〜２．２μｍの範囲内で発振する種光２６０をアクティブファイバ２９０で増幅して励起レーザパルス光２１２を発振させる方式による固体レーザ発振器は発振効率が高いため有用である。図５の（a）は、実施例１に搭載している当該方式による励起レーザ光発振器２１１の概要構成図である。本例では図５の（a）に示すように、種光１：２６０として１．７８μｍで発振する分布帰還型レーザを使い該種光１：２６０からの１．７８μｍのレーザ発振光とTmをドープしたアクティブファイバー２９０の励起用LD：２８０の７９４ｎｍのレーザ励起光を混合器１：２７０で混合しTmをドープしたアクティブファイバー２９０に通すことで該アクティブファイバー２９０の先端よりエネルギーが増幅された１．７８μｍの励起レーザパルス光２１２が出射される。当該種光１の発振パルス幅と繰返し速度、励起用LDの発振強度を変えて励起レーザパルス光２１２を変調させることで、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０からの２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を発振パルス幅：５０〜１０００μ秒、発振エネルギー：２０ｍJ〜２J、繰返し速度：１０〜１００Hzの範囲で可変させ取出すことができる。
【００２６】
図５の（ｂ）は、前述の方式による励起レーザ光発振器２１１のバリエーション例を示す概要構成図である。本例では、１．７８μｍで発振する種光１：２６０と１．９２μｍで発振する種光２：２６１のそれぞれの導光ファイバーを先方で混合器１：２７０に接続して、さらに該先で、Tmをドープしたアクティブファイバー２９０の励起用LD：２８０の導光ファイバーと混合器２：２７１により混合するように構成している。
【００２７】
図５（ｂ）の構成による励起レーザ光発振器２１１に対し、例えば、実施例１及び実施例２に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の共振器を、１．７８μｍと１．９２μｍを高透過（本例では８５％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を高反射（本例では９９．５％以上）するHRミラー４２０と、１．７８μｍを高反射（本例では９０％以上）、１．９２μｍを透過（本例では８０％以上）して且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の一部を透過（本例では７５％）するOCミラー４３０と、で構成することにより、１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２が適度に生体組織に吸収されることによる止血効果と、１．７８μｍで高効率に発振される２．９μｍ帯レーザ治療光５０１による高い切開効果との相乗効果による優れた切開性能を得ることができる。
【００２８】
ここで、図５（ｂ）では１．７８μｍと１．９２μｍの２波長の励起レーザパルス光２１２を発振する構成としているが、混合器を組合せることで１．５〜２．２μｍの範囲内のさらに多波長を発振させることができる構成とすることも可能である。
【００２９】
さらに、図５（ｃ）の構成による励起レーザ光発振器２１１は、図５（ａ）の構成の励起レーザ光発振器２１１に対し、アクティブファイバ２９０の出射口に混合器３：２７２を配置し、例えば、赤色の可視光の混合ＬＤ２８１を参照用の追加混合光５０２として混合させている。同実施例では、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０のＨＲミラー４２０及びOCミラー４３０での当該ＬＤ２８１の波長の光を高透過（本例では５０％以上）としている。
【００３０】
ここで、図５（ｃ）では、混合ＬＤ２８１として赤色の可視光を混合器３：２７２により混合しているが、該赤色の可視光に限定されるものでなく、例えば、青の可視光の混合ＬＤ２８１を混合することで参照光としてだけでなくレジンなどの重合にも使える構成とすることが可能である。さらに、該混合器３：２７２に、切開用歯科治療機器に搭載されている高出力の９８０ｎｍ或いは８００ｎｍ波長帯の混合ＬＤ２８１を追加混合光５０２として混合させ加えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明による医療用レーザ光源システム１０を使うことにより、限られたスペースの歯科医院でも、比較的大きな装置部分である励起レーザ光源装置２０を医院内の任意の場所に配置することができ、ここから励起レーザパルス光２１２を、デンタルチェアー治療器５０に設置されているデンタルハンドピース５００まで、乾燥空気の充填も特殊な支持棒も必要ない安価でシンプルな長尺ファイバ導光装置３０を通して導光し、デンタルハンドピース５００に取付けられている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を励起させ治療に必要な２．９μｍ帯のレーザ光を提供することができるので、配置を気にする必要がなくなり、また、ストレスなく快適な治療を行えるようになった。さらに、光切替スイッチ２１４により １台の励起レーザ光源装置２０より、複数のデンタルチェアー治療器５０に２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を提供することができ、術者が治療を行うデンタルチェアー治療器５０に設置されている制御コンソール２５０を操作することで、選択したデンタルチェアー治療器５０から必要な２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を出射させ治療を行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 医療用レーザ光源システム
２０ 励起レーザ光源装置
２１０ 励起レーザ光源ユニット
２１１ 励起レーザ光発振器
２１２ 励起レーザパルス光
２１３ 集光器
２１４ 光切替スイッチ
２２０ 冷却器ユニット
２３０ 電源ユニット
２４０ 制御ディスプレイユニット
２４１ 制御ボード
２４２ ディスプレイパネル
２４３ 電気端子
２５０ 制御コンソール
２５１ フットスイッチ
２６０ 種光１
２６１ 種光２
２７０ 混合器１
２７１ 混合器２
２７２ 混合器３
２８０ 励起用LD
２８１ 混合LD
２９０ アクティプファイバ
３０ 長尺ファイバ導光装置
３１１ 励起光入射口
３１２ 石英ファイバコード
３１３ 通信用電気コード
３１４ 励起光出射口
３２０ 長尺ファイバL導光装置
３２１ 励起光L出射口
３３０ 長尺ファイバS導光装置
３３１ 励起光S入射口
４０ 小型２．９μｍ帯レーザデバイス
４１０ レーザ媒質
４１１ ダブル反射防止膜
４２０ HRミラー
４３０ OCミラー
４３１ OC膜
４３２ 反射防止膜
４４０ 励起集光器
４５０ リレー光学素子
５０ デンタルチェアー治療器
５００ デンタルハンドピース
５０１ ２．９μｍ帯レーザ治療光
５０２ 追加混合光
５１０ 外筒部
５２０ 照射チップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に口腔内の歯科治療器に使われるレーザ光源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代中頃から生体主成分である水の吸収ピーク波長２．９μm帯でパルス発振するエルビウムレーザの医療への応用の可能性が注目されるようになり、我国では、１９８８年のフラッシュランプ励起エルビウムYAGパルスレーザの開発報告｛１９８８年秋季応物、中島貞洋（他1名、1番目）｝を起点に、山本肇東京医科歯科大学元学長を中心としたHOYA株式会社及び株式会社モリタ製作所との産学共同によるフラッシュランプ励起エルビウムYAGパルスレーザ歯科治療器の開発研究が開始され、大阪歯科、昭和、日本歯科大学も臨床治験に参加し、１９９５年に厚生省から承認を受け製品化されている。
【０００３】
該２．９μm帯でパルス発振するレーザによる歯科治療は、デンタルタービンによる歯牙硬組織の機械的な切削に比べ、歯牙硬組織に含まれる水の蒸散により切削するため振動も発熱も少なく、このことから無麻酔或いは最小限の麻酔での無痛治療を可能とした。さらに、硬組織だけでなく軟組織や歯石除去など歯科で必要な多くの治療に応用でき、しかも殺菌も同時に行えることが確認され、東京医科歯科大学のグループから世界で初めて報告された。
【０００４】
前述のように２．９μm帯でパルス発振するフラッシュランプ励起エルビウムレーザ歯科治療器は、患者にも術者にも有用で優しい治療装置であることが判り、その後、世界中の大学や開業医で精力的な臨床応用開発が続けられ、本年1月には東京医科歯科大学の青木章らにより『歯周治療・インプラント治療におけるEr:YAGレーザ』｛青木章（他２５名、3番目、医学情報社｝に成果がまとめられ出版されている。この２．９μm帯のパルスレーザ光を利用した新しい治療は、日本が世界をリードしている貴重な分野でもある。
【０００５】
一方、２．９μm帯のエネルギー導光には、機械的強度が低く汚れや水気に極めて弱いフッ化物や中空導波路ファイバ、機械的強度が低く汚れに弱く伝送効率が低い酸化ゲルマニウムファイバなどの特殊ファイバ、或いは、多数のミラーを組んで空中導光させる多関節ミラー導波路などが必要となる。このため、特開平７−５１２８５号公報及び特開２００７−６８７１８号公報には、屈曲自在に複数の剛性棒、或いは複数の剛性棒と軟性棹を連接させた支持棒を取付けることで、これら特殊ファイバを搭載した導光装置の機械的強度を補うとの機構が開示されている。また、特開平７−５１２８７号公報には、防塵フィルターを通した乾燥空気で特殊ファイバを満たして汚れや湿気を防ぐようにした構造が開示されている。さらに、各社の特殊ファイバ導光装置には機械的な脆さを保証するためにファイバ周囲をステンレスなどの金属製フレキシブルチューブでカバーさせる保護構造が設けられている（例えば、米国バイオレーズ社のフラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ歯科治療器）。このため自由な屈曲感が得られず術者に治療の際に高いストレスを感じさせている。また、米国シネロン社は、２．９μm帯の特殊導光装置を不要とする目的で術者の手に持つデンタルハンドピース後部に小型フラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ発振器を組込んだ歯科治療器を製品化している。
【０００６】
しかしながら、前述の特殊ファイバ導光装置や多関節ミラー導光装置を必要とする現状のフラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ歯科治療器では、特殊導光装置を長尺とできないため術者の近くに当該治療器を配置しなければならないが、デンタルチェアー周囲には照明器具、モニター、治療器具などの複数の機器が装備されているため配置位置が制限されてしまう問題が発生している。また、該特殊導光装置と他の機器のワイヤーやチューブが引っ掛り破損事故を発生し易いとの問題も発生している。さらに、フラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザは発振効率が低いため治療器が大きいことも配置位置の問題を一層難しくしている。また、米国シネロン社のエルビウムパルスレーザ歯科治療器は特殊な導光装置を必要としないが、レーザ出力を得るため高圧（例えば７００V程度）と高電流（例えば４００A）の大電力を術者が手に持つデンタルハンドピースに電送する必要があり、やはり、安全性と電気ノイズの問題から長尺とできず前者と同様な問題が発生している。
【０００７】
以上のように現状のフラッシュランプ励起エルビウムパルスレーザ歯科治療器は、歯科医院の限られたスペースにおいて、一つのデンタルチェアの限られた位置にしか配置できないことやメンテナンス管理が難しく高価で操作性の悪い特殊導光装置が必要などの問題があるために、患者にも術者にも有用で画期的な歯科治療法であるにも関わらず一般への普及を難しくしているとの状況がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−５１２８５号公報
【特許文献２】特開２００７−６８７１８号公報
【特許文献３】特開平７−５１２８７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】中島貞洋他1名、「高出力３μｍＥｒ：ＹＡＧレーザと伝送系の開発」１９８８年秋季応用物理学会予稿４ａＲ−９
【非特許文献２】青木章他２５名、「歯周治療・インプラント治療におけるEr:YAGレーザ」医学情報社
【非特許文献３】米国シネロン社ホームページ ｗｗｗ．ｓｙｎｅｒｏｎｄｅｎｔａｌ．ｃｏｍ
【非特許文献４】米国バイオレーズ社 ｗｗｗ．ｂｉｏｌａｓｅ．ｃｏｍ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が目的とするところは、限られたスペースの歯科医院においても配置を気にすることない1台の初段励起レーザ光源装置より、院内に配置されている全てのデンタルチェアーに特殊な導光装置を必要としない快適な治療を実現できる信頼性の高い医療用２．９μm帯パルスレーザ光源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するため、第１の発明は、医療用レーザ光源システム１０を、励起レーザ光源装置２０と、長尺ファイバ導光装置３０と、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０との少なくとも３つの主要要素部品で構成し、且つ、長尺ファイバ導光装置３０を柔軟な屈曲性を持ち耐環境性に優れ機械的強度が高く光通信にも広く使われている石英ファイバで、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を石英ファイバでの長尺伝送が可能である１．５〜２．２μｍの波長域の励起により２．９μｍ帯のレーザ発振が得られる遷移金属イオン（Ｃｒ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋など）をドープした二六族半導体（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど）からなるレーザ媒質４１０で、構成している。さらに、励起レーザ光源装置２０を、該レーザ媒質４１０から治療効果を得るため必要とされる１ｋW以上のピークパワーでパルス当り１００ｍJ以上の２．９μm帯のレーザ光を発振させるために充分な波長域１．５〜２．２μｍの範囲の励起レーザパルス光２１２を発振できる固体レーザ発振器で構成している。
【００１２】
第２の発明による医療用レーザ光源システム１０は、第１の発明による医療用レーザ光源システム１０を構成している励起レーザ光源装置２０内の励起レーザ光源ユニット２１０の集光器２１３の前端に光切替スイッチ２１４を搭載し、当該光切替スイッチ２１４により、医院内の各デンタルチェアー治療器５０に接続している複数の長尺ファイバ導光装置３０への励起レーザパルス光２１２の導光を選択的に切替られるように構成されている。同構成により、医療用レーザ光源システム１０を構成する比較的大きな装置である励起レーザ光源装置２０を医院内の任意の場所に１台配置することで、ここから院内に設置されている複数のデンタルチェアー治療器５０まで、乾燥空気の充填も特殊な支持棒も必要ない安価でシンプルな長尺ファイバ導光装置３０を通し励起レーザパルス光２１２を導光させることができる。各デンタルチェアー治療器５０に設置されている制御コンソール２５０を術者が操作することで、光切替スイッチ２１４により術者が選択したデンタルチェアー治療器５０に接続されている長尺ファイバ導光装置３０に励起レーザパルス光２１２が導光され、術者の持つデンタルハンドピース５００に取付けられている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を励起することで治療に必要な２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
前記の第１及至２の発明による医療用レーザ光源システム１０により、医療用レーザ光源システム１０を構成する比較的大きな装置部分である励起レーザ光源装置２０を医院内の任意の場所に配置することができ、ここからデンタルチェアー治療器５０に設置されているデンタルハンドピース５００まで、励起レーザパルス光２１２を、乾燥空気の充填も特殊な支持棒も必要ない安価でシンプルな長尺ファイバ導光装置３０を通して導光し、デンタルハンドピース５００に取付けられている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を励起させ治療に必要な２．９μｍ帯のレーザ光を提供することができるようになり、また、術者がストレスなく快適な治療を行えるようになった。さらに、光切替スイッチ２１４により １台の励起レーザ光源装置２０により、複数のデンタルチェアー治療器５０に２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を提供することができ、術者がデンタルチェアー治療器５０に設置されてた制御コンソール２５０を操作することで、任意のデンタルチェアー治療器５０から２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を出射させ治療を行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図である。
【図２】第１実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。
【図３】第２実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図である。
【図４】第２実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。
【図５】励起光源のバリエーション例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
図１は第１実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図、図２は本発明の第１実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。以下では、これらの図面を参照にしながら第１実施例を説明する。
図１と図２とにおいて第１の発明による医療用レーザ光源システム１０は、励起レーザ光源装置２０と、長尺ファイバ導光装置３０と、デンタルチェアー治療器５０に取りつけられ術者が手に持ち患部の治療を行うため用いるデンタルハンドピース５００に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の３つの主要要素部品で構成されている。
【００１６】
励起レーザ光源装置２０には、励起レーザ光源ユニット２１０、冷却器ユニット２２０、電源ユニット２３０、制御ディスプレイユニット２４０などの要素ユニットが組込まれており、当該励起レーザ光源ユニット２１０には本実施例による小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０に使われているＣｒ２＋： ＺｎＳｅからなるレーザ媒質４１０の励起波長域である１．５〜２．２μｍの範囲内において強パルス発振が可能な固体レーザ発振器が搭載されている。本実施例では、Ｃｒ２＋： ＺｎＳｅのピーク励起波長である１．７８μｍで発振する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザをＴｍアクティブファイバーで増幅する方式により、発振パルス幅を５０〜１０００μ秒、発振エネルギーを２０ｍJ〜２J、繰返し速度を１０〜１００Hzまで可変できるＭＯＦＡ (Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ)
で構成したレーザ光発振機２１１（図５参照）が搭載されている。励起レーザ光源ユニット２１０の出射口には、励起レーザ光発振器２１１より出射された励起レーザパルス光２１２を、長尺ファイバ導光装置３０の励起光入射口３１１に集光するための集光器２１３が取付けられている。長尺ファイバ導光装置３０は、当該集光器２１３の出射口に脱着可能に接続されている。本実施例では、ＦＣファイバコネクタで構成した長尺ファイバ導光装置３０を脱着できるよう設定されているが、使用される長尺ファイバ導光装置３０のコネクタタイプに合わせた設定が可能である。冷却器ユニット２２０は、励起レーザ光源ユニット２１０で発生する熱の冷却を行うが、本実施例では、励起レーザ光源ユニット２１０の最大平均出力２０Wの設定に対し発振効率２０％であることから１００W程度の冷却能力を持つ冷却器ユニット２２０を搭載させている。電源ユニット２３０は、励起レーザ光源ユニット２１０と冷却器ユニット２２０と制御ディスプレイユニット２４０の駆動に必要な電力を供給している。制御ディスプレイユニット２４０は、予め測定された励起レーザ光源ユニット２１０の励起レーザパルス光２１２に対する同励起レーザパルス光２１２で励起され小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０から発振されデンタルハンドピース５００先端から出射される２．９μｍ帯レーザ治療光５０１のパフォーマンスデータや制御プログラムが記録されているROMやRAMなどの記憶素子、これらのデータを基に電源ユニット２３０、励起レーザ光源ユニット２１０と冷却器ユニット２２０などを制御して術者が設定した２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を術者の指示に従い安全に安定して出射させるためのCPUなどを搭載した制御ボード２４１と、現在のレーザ出力の設定値、デンタルハンドピース５０の使用状態、医療用レーザ光源システム１０を構成する各ユニットの動作状態などを表示し把握できるようにしているディスプレイパネル２４２とから構成されている。
ここで、本実施例ではＭＯＦＡで構成した励起レーザ光発振器２１１を搭載しているが、その他にも１．５〜２．２μｍの範囲内において強パルス発振が可能な固体レーザ発振器である２．１μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ho：YAGレーザ、２．０μｍ帯で発振するLD励励起Tm：YAGレーザ、１．７μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ｅｒ：ＹＡＧレーザなどの固体レーザを搭載することもできる。
【００１７】
長尺ファイバ導光装置３０には、本発明による医療用レーザ光源システム１０を構成する小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の遷移金属イオンがドープされた二六族半導体からなるレーザ媒質４１０の励起波長域１．５〜２．２μｍの長尺導光が可能である低ＯＨ濃度OH（１ｐｐｍ以下）の石英ファイバの使用が必要となる。本例では株式会社フジクラ製のコア径４００μｍのＳＢシリーズステップインデックスタイプの石英ファイバを使い1次被覆としてシリコーン樹脂、２次被覆としてポリアミド、さらに該周囲に抗張力体のアラミド繊維と外被にＰＶＣを用いることで圧縮力等の外力に強く屈曲性に優れた構造を有し光通信でも一般的に使われている同社標準の石英ファイバコード３１２を使用している。ここで、同様の構成を持つ石英ファイバコード３１２は多くのファイバメーカより標準品として製品化されていてこれらで構成することもできる。また、本例ではステップインデックスタイプ石英ファイバを使用しているが低OH濃度であればグレーデッドインデックスタイプの石英ファイバの使用も可能である。
【００１８】
一方、デンタルハンドピース５００に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０からの２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の出射の条件設定を行うためのスイッチ類や設定状態を表示するためのディスプレイを持つ制御コンソール２５０と術者が２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を出力させるためのフットスイッチ２５１は、デンタルチェアー治療器５０に設置（フットスイッチ２５１の制御電線は制御コンソール２５０に接続）されているが、本実施例による医療用レーザ光源システム１０では、励起レーザ光源装置２０に組込まれている制御ディスプレイユニット２４０との制御信号を有線で通信するよう構成されているため、該通信用電気コード３１３が、石英ファイバコード３１２に並行して長尺ファイバ導光装置３０内に組み入れられている。当該通信用電気コード３１３は、励起レーザ光源装置２０の電気端子２４３と制御コンソール２５０の電気端子 (図示せず)とに接続されている。
【００１９】
小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０は、デンタルチェアー治療器５０に取りつけられ術者が手に持ち患部の治療を行うため用いるデンタルハンドピース５００の中に搭載されている。本特許明細書の目的でないため詳述しないが、治療ごとに滅菌処理が必要とされる患部に触れるデンタルハンドピース５００の外筒部５１０とデンタルハンドピース５００の先端部からの２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を患部に照射させるために取り付けられる各種の照射チップ５２０（例えば、非特許文献３及び非特許文献４の製品情報を参考）をワンタッチで脱着できる構造とすることで、当該小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の搭載部の滅菌を不要としている。
【００２０】
本実施例の２．９μｍ帯レーザデバイス４０には、３ｍｍＤ ｘ ３ｍｍＨ ｘ ２０ｍｍＬのサイズのＺｎＳｅ二六族半導体に７ｘ１０18ｃｍ−３ のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたレーザ媒質４１０が使われている。当該レーザ媒質４１０の後端面には、本実施例の励起レーザパルス光２１２の励起波長である１．７８μｍを高透過（本例では８０％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を高反射（本例では９９％以上）するHRミラー４２０が、前端面には１．７８μｍと２．９μｍ帯レーザ治療光５０１のダブル反射防止膜４１１（それぞれ、８０％以上及び９９％以上を透過）が形成されている。２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を取り出すOCミラー４３０の後端面には、本実施例の励起レーザパルス光２１２の励起波長である１．７８μｍを高反射（本例では８０％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の一部を透過（本例では４０％）するOC膜４３１を、前端面には２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の反射防止膜４３２（９９％以上透過）が形成されており、当該OCミラー４３０とHRミラー４２０とで共振器が構成されている。小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の後端に脱着可能に装着されている長尺ファイバ導光装置３０の励起光出射口３１４から出射された励起レーザパルス光２１２は、励起集光器４４０によりコリメートされてHRミラー４２０の後方からレーザ媒質４１０に集光され、Ｃｒ２＋イオンが励起されOCミラー４３０より、１ｋW以上のピークパワーでパルス当り１００ｍJ以上の２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が出射される。当該２．９μｍ帯レーザ治療光５０１は、リレー光学素子４５０により、ハンドピース先端に装着されている照射チップ５２０に導光され、該照射チップ５２０の先端から出射されて患部に照射されることで歯牙組織の治療を行えるようになる。
【００２１】
ここで、本実施例による小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０には、レーザ媒質４１０としてＣｒ２＋： ＺｎＳｅを使用しているが、石英ファイバによる長尺伝送が可能な２．２μｍ以下で、さらに、２．９μｍ帯に近いことから高い量子効率が得られる励起波長域１．５〜２．２μｍでの励起が可能で２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を発振することができる遷移金属イオン（Ｃｒ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋など）をドープした二六族半導体（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど）もレーザ媒質４１０として使うことができる。
【実施例２】
【００２２】
図３は第２実施例による医療用レーザ光源システム１０の主要部品関係図、図４は本発明の第２実施例による医療用レーザ光源システム１０を設置したデンタルチェアー治療器５０の全体斜視図である。以下では、これらの図面を参照にしながら第２実施例を説明する。
図３に示すように、第２実施例による医療用レーザ光源システム１０も第１実施例による医療用レーザ光源システム１０と同様に励起レーザ光源装置２０と、長尺ファイバ導光装置３０と、デンタルチェアー治療器５０に取りつけられ術者が手に持ち患部の治療を行うため用いるデンタルハンドピース５００に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の３つの主要要素部品で構成されているが、以下の構成が異なっている。
【００２３】
第２実施例による医療用レーザ光源システム１０では、励起レーザ光発振器２１１より出射された励起レーザパルス光２１２を、長尺ファイバ導光装置３０の励起光入射口３１１に集光するための集光器２１３の後端に光切替スイッチ２１４が搭載されており、ここに複数の長尺ファイバ導光装置３０を取付けることで、医院内に設置されている複数のデンタルチェアー治療器５０で２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を利用した治療が行えるよう構成されている。さらに、デンタルチェアー治療器５０に設置されている制御コンソール２５０と、励起レーザ光源装置２０に組込まれている制御ディスプレイユニット２４０と間の制御信号を無線で通信できるようにWiFi機能が搭載されてしる。該機能により長尺ファイバ導光装置３０への信用電気コード３１３を不要としている。また、長尺ファイバ導光装置３０を長尺ファイバL導光装置３２０と長尺ファイバS導光装置３３０とに分離できるように構成している。長尺ファイバL導光装置３２０は、励起レーザ光源装置２０の励起光入射口３１１とデンタルチェアー治療器５０の励起光L出射口３２１との間に設置され、長尺ファイバS導光装置３３０は、該励起光L出射口３２１に励起光S入射口３３１により接続されデンタルハンドピース５００との間に設置される。以上の構成としたことで、小型２．９μｍ帯レーザデバイスを搭載した新しいデンタルハンドピース５００の交換を容易に行うことができる。
【００２４】
一方、本実施例には、Ｃｒ２＋： ＺｎＳｅの吸収が比較的高く、水の吸収も比較的高い１．９２μｍで発振するＦＢＧレーザをＴｍアクティブファイバーで増幅する方式により、発振パルス幅を５０〜１０００μ秒、発振エネルギーを２０ｍJ〜２J、繰返し速度を１０〜１００Hzまで可変できるＭＯＦＡ （Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｒｉｆｉｅｒ） で構成した励起レーザ光発振器２１１（図５参照）が搭載されている。また、本実施例の小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０には、７ｍｍＤ ｘ ７ｍｍＨ ｘ １ｍｍＬのサイズのＺｎＳｅの二六族半導体に１ｘ１０２０ｃｍ−３ のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたレーザ媒質４１０が使われている。当該レーザ媒質４１０の後端面には本実施例の励起レーザパルス光２１２の励起波長である１．９２μｍを高透過（本例では９０％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を高反射（本例では９９．８％以上）するHRミラー４２０が、前端面には１．９２μｍを透過して且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の一部を透過（本例では２０％）するOCミラー４３０が形成されており、当該OCミラー４３０とHRミラー４２０とで共振器が構成されている。小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の後端に脱着可能に装着されている長尺ファイバ導光装置３０の励起光出射口３１４から出射された励起レーザパルス光２１２は、励起集光器４４０により広いビーム径にコリメートされてHRミラー４２０の後方からレーザ媒質４１０に集光され、Ｃｒ２＋イオンが励起されOCミラー４３０より１ｋW以上のピークパワーでパルス当り１００ｍJ以上の２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が出射される。同時に、吸収されなかった１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２も出射される。該２．９μｍ帯レーザ治療光５０１と１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２の混合されたレーザ光は、リレー光学素子４５０により、ハンドピース先端に装着されている照射チップ５２０に導光され、該照射チップ５２０の先端から出射されて患部に照射されることで歯牙組織の治療を行えるようになる。本構成により、１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２が適度に生体組織に吸収されることによる止血効果と、２．９μｍ帯レーザ治療光５０１が生体組織に急激に吸収されることによる高い蒸散切開効果の相乗効果による優れた切開性能を得ることができる。
【００２５】
励起レーザ光発振器のバリエーション：
本発明による医療用レーザ光源システム１０を構成する励起レーザ光発振器２１１には、１．５〜２．２μｍの範囲内において強パルス発振が可能な固体レーザ発振器を搭載でき、固体レーザ発振器として、２．１μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ｈｏ：YAGレーザ、２．０μｍ帯で発振するLD励励起Ｔｍ：YAGレーザ、１．７μｍ帯で発振するフラッシュランプ励起Ｅｒ：YAGレーザなどの固体レーザを搭載することができるが、実施例１及び実施例２で搭載している１．５〜２．２μｍの範囲内で発振する種光２６０をアクティブファイバ２９０で増幅して励起レーザパルス光２１２を発振させる方式による固体レーザ発振器は発振効率が高いため有用である。図５の（a）は、実施例１に搭載している当該方式による励起レーザ光発振器２１１の概要構成図である。本例では図５の（a）に示すように、種光１：２６０として１．７８μｍで発振する分布帰還型レーザを使い該種光１：２６０からの１．７８μｍのレーザ発振光とTmをドープしたアクティブファイバー２９０の励起用LD：２８０の７９４ｎｍのレーザ励起光を混合器１：２７０で混合しTmをドープしたアクティブファイバー２９０に通すことで該アクティブファイバー２９０の先端よりエネルギーが増幅された１．７８μｍの励起レーザパルス光２１２が出射される。当該種光１の発振パルス幅と繰返し速度、励起用LDの発振強度を変えて励起レーザパルス光２１２を変調させることで、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０からの２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を発振パルス幅：５０〜１０００μ秒、発振エネルギー：２０ｍJ〜２J、繰返し速度：１０〜１００Hzの範囲で可変させ取出すことができる。
【００２６】
図５の（ｂ）は、前述の方式による励起レーザ光発振器２１１のバリエーション例を示す概要構成図である。本例では、１．７８μｍで発振する種光１：２６０と１．９２μｍで発振する種光２：２６１のそれぞれの導光ファイバーを先方で混合器１：２７０に接続して、さらに該先で、Tmをドープしたアクティブファイバー２９０の励起用LD：２８０の導光ファイバーと混合器２：２７１により混合するように構成している。
【００２７】
図５（ｂ）の構成による励起レーザ光発振器２１１に対し、例えば、実施例１及び実施例２に搭載されている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０の共振器を、１．７８μｍと１．９２μｍを高透過（本例では８５％以上）し且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を高反射（本例では９９．５％以上）するHRミラー４２０と、１．７８μｍを高反射（本例では９０％以上）、１．９２μｍを透過（本例では８０％以上）して且つ２．９μｍ帯レーザ治療光５０１の一部を透過（本例では７５％）するOCミラー４３０と、で構成することにより、１．９２μｍの励起レーザパルス光２１２が適度に生体組織に吸収されることによる止血効果と、１．７８μｍで高効率に発振される２．９μｍ帯レーザ治療光５０１による高い切開効果との相乗効果による優れた切開性能を得ることができる。
【００２８】
ここで、図５（ｂ）では１．７８μｍと１．９２μｍの２波長の励起レーザパルス光２１２を発振する構成としているが、混合器を組合せることで１．５〜２．２μｍの範囲内のさらに多波長を発振させることができる構成とすることも可能である。
【００２９】
さらに、図５（ｃ）の構成による励起レーザ光発振器２１１は、図５（ａ）の構成の励起レーザ光発振器２１１に対し、アクティブファイバ２９０の出射口に混合器３：２７２を配置し、例えば、赤色の可視光の混合ＬＤ２８１を参照用の追加混合光５０２として混合させている。同実施例では、小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０のＨＲミラー４２０及びOCミラー４３０での当該ＬＤ２８１の波長の光を高透過（本例では５０％以上）としている。
【００３０】
ここで、図５（ｃ）では、混合ＬＤ２８１として赤色の可視光を混合器３：２７２により混合しているが、該赤色の可視光に限定されるものでなく、例えば、青の可視光の混合ＬＤ２８１を混合することで参照光としてだけでなくレジンなどの重合にも使える構成とすることが可能である。さらに、該混合器３：２７２に、切開用歯科治療機器に搭載されている高出力の９８０ｎｍ或いは８００ｎｍ波長帯の混合ＬＤ２８１を追加混合光５０２として混合させ加えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明による医療用レーザ光源システム１０を使うことにより、限られたスペースの歯科医院でも、比較的大きな装置部分である励起レーザ光源装置２０を医院内の任意の場所に配置することができ、ここから励起レーザパルス光２１２を、デンタルチェアー治療器５０に設置されているデンタルハンドピース５００まで、乾燥空気の充填も特殊な支持棒も必要ない安価でシンプルな長尺ファイバ導光装置３０を通して導光し、デンタルハンドピース５００に取付けられている小型２．９μｍ帯レーザデバイス４０を励起させ治療に必要な２．９μｍ帯のレーザ光を提供することができるので、配置を気にする必要がなくなり、また、ストレスなく快適な治療を行えるようになった。さらに、光切替スイッチ２１４により １台の励起レーザ光源装置２０より、複数のデンタルチェアー治療器５０に２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を提供することができ、術者が治療を行うデンタルチェアー治療器５０に設置されている制御コンソール２５０を操作することで、選択したデンタルチェアー治療器５０から必要な２．９μｍ帯レーザ治療光５０１を出射させ治療を行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 医療用レーザ光源システム
２０ 励起レーザ光源装置
２１０ 励起レーザ光源ユニット
２１１ 励起レーザ光発振器
２１２ 励起レーザパルス光
２１３ 集光器
２１４ 光切替スイッチ
２２０ 冷却器ユニット
２３０ 電源ユニット
２４０ 制御ディスプレイユニット
２４１ 制御ボード
２４２ ディスプレイパネル
２４３ 電気端子
２５０ 制御コンソール
２５１ フットスイッチ
２６０ 種光１
２６１ 種光２
２７０ 混合器１
２７１ 混合器２
２７２ 混合器３
２８０ 励起用LD
２８１ 混合LD
２９０ アクティプファイバ
３０ 長尺ファイバ導光装置
３１１ 励起光入射口
３１２ 石英ファイバコード
３１３ 通信用電気コード
３１４ 励起光出射口
３２０ 長尺ファイバL導光装置
３２１ 励起光L出射口
３３０ 長尺ファイバS導光装置
３３１ 励起光S入射口
４０ 小型２．９μｍ帯レーザデバイス
４１０ レーザ媒質
４１１ ダブル反射防止膜
４２０ HRミラー
４３０ OCミラー
４３１ OC膜
４３２ 反射防止膜
４４０ 励起集光器
４５０ リレー光学素子
５０ デンタルチェアー治療器
５００ デンタルハンドピース
５０１ ２．９μｍ帯レーザ治療光
５０２ 追加混合光
５１０ 外筒部
５２０ 照射チップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光源装置と、該励起レーザ光源装置からのレーザ光を導光するための長尺ファイバ導光装置と、該長尺ファイバ導光装置より出射される前記該励起レーザ光源装置からのレーザ光を励起光源とする小型帯レーザデバイスとの少なくても３つの主要要素部品から構成され、且つ、当該小型帯レーザデバイスのレーザ発振波長が水の吸収ピークの２．９μｍ帯であることを特徴とする医療用レーザ光源システム。
【請求項２】
前記水の吸収ピークである２．９μｍ帯の波長域が２．７〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項３】
前記励起レーザ光源装置が、１．５〜２．２μｍの範囲内において、発振パルス幅５０〜１０００μ秒、発振エネルギー２０ｍJ〜２J、繰返し速度１０〜１００Hzの範囲でパルス発振する固体レーザ発振器で構成されていることを特徴とする請求項１及２に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項４】
前記励起レーザ光源装置が、１．５〜２．２μｍの範囲内において、少なくても２波長でパルス発振する固体レーザ発振器で構成されていることを特徴とする請求項１及至３に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項５】
前記長尺ファイバ導光装置が、OH濃度１ｐｐｍ以下の石英ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１及至４に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項６】
前記励起レーザ光源装置と前記小型帯レーザデバイスとを、１本の前記長尺ファイバ導光装置で脱着可能に接続していることを特徴とする請求項１及至５に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項７】
前記長尺ファイバ導光装置の少なくても１つの中間点で脱着可能に分離接続できることを特徴とする請求項１及至５に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項８】
前記励起レーザ光源装置の前記長尺ファイバ導光装置との接続位置に光切替スイッチを取付けることで複数の当該長尺ファイバ導光装置を接続できるように構成されていることを特徴とする請求項１及至７に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項９】
小型帯レーザデバイスを、遷移金属イオン（Ｃｒ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋）をドープした二六族半導体（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど）などのレーザ媒質で構成していることを特徴とする請求項１及至８に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項１０】
前記レーザ媒質を、５ｘ１０18ｃｍ−３ 〜１ｘ１０２０ｃｍ−３のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたＺｎＳｅで構成していることを特徴とする請求項１及至９に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項１１】
前記レーザ媒質を、５ｘ１０18ｃｍ−３ 〜１ｘ１０２０ｃｍ−３のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたＣｄＳｅで構成していることを特徴とする請求項１及至９に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項１２】
励起レーザ光源装置と、該励起レーザ光源装置からのレーザ光を導光するための長尺ファイバ導光装置と、該長尺ファイバ導光装置より出射される前記該励起レーザ光源装置からのレーザ光を励起光源とする小型帯レーザデバイスとの少なくても３つの主要要素部品から構成され、且つ、当該小型帯レーザデバイスのレーザ発振波長が水の吸収ピークの２．９μｍ帯であることを特徴し、さらに、当該励起レーザ光源装置を構成する励起レーザ発振器の出力端に混合器３：２７２を配置し追加混合光を混合するよう構成していることを特徴とする請求項２及至１１に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項１】
励起レーザ光源装置と、該励起レーザ光源装置からのレーザ光を導光するための長尺ファイバ導光装置と、該長尺ファイバ導光装置より出射される前記該励起レーザ光源装置からのレーザ光を励起光源とする小型帯レーザデバイスとの少なくても３つの主要要素部品から構成され、且つ、当該小型帯レーザデバイスのレーザ発振波長が水の吸収ピークの２．９μｍ帯であることを特徴とする医療用レーザ光源システム。
【請求項２】
前記水の吸収ピークである２．９μｍ帯の波長域が２．７〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項３】
前記励起レーザ光源装置が、１．５〜２．２μｍの範囲内において、発振パルス幅５０〜１０００μ秒、発振エネルギー２０ｍJ〜２J、繰返し速度１０〜１００Hzの範囲でパルス発振する固体レーザ発振器で構成されていることを特徴とする請求項１及２に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項４】
前記励起レーザ光源装置が、１．５〜２．２μｍの範囲内において、少なくても２波長でパルス発振する固体レーザ発振器で構成されていることを特徴とする請求項１及至３に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項５】
前記長尺ファイバ導光装置が、OH濃度１ｐｐｍ以下の石英ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１及至４に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項６】
前記励起レーザ光源装置と前記小型帯レーザデバイスとを、１本の前記長尺ファイバ導光装置で脱着可能に接続していることを特徴とする請求項１及至５に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項７】
前記長尺ファイバ導光装置の少なくても１つの中間点で脱着可能に分離接続できることを特徴とする請求項１及至５に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項８】
前記励起レーザ光源装置の前記長尺ファイバ導光装置との接続位置に光切替スイッチを取付けることで複数の当該長尺ファイバ導光装置を接続できるように構成されていることを特徴とする請求項１及至７に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項９】
小型帯レーザデバイスを、遷移金属イオン（Ｃｒ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋）をドープした二六族半導体（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど）などのレーザ媒質で構成していることを特徴とする請求項１及至８に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項１０】
前記レーザ媒質を、５ｘ１０18ｃｍ−３ 〜１ｘ１０２０ｃｍ−３のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたＺｎＳｅで構成していることを特徴とする請求項１及至９に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項１１】
前記レーザ媒質を、５ｘ１０18ｃｍ−３ 〜１ｘ１０２０ｃｍ−３のＣｒ２＋イオン濃度をドープしたＣｄＳｅで構成していることを特徴とする請求項１及至９に記載の医療用レーザ光源システム。
【請求項１２】
励起レーザ光源装置と、該励起レーザ光源装置からのレーザ光を導光するための長尺ファイバ導光装置と、該長尺ファイバ導光装置より出射される前記該励起レーザ光源装置からのレーザ光を励起光源とする小型帯レーザデバイスとの少なくても３つの主要要素部品から構成され、且つ、当該小型帯レーザデバイスのレーザ発振波長が水の吸収ピークの２．９μｍ帯であることを特徴し、さらに、当該励起レーザ光源装置を構成する励起レーザ発振器の出力端に混合器３：２７２を配置し追加混合光を混合するよう構成していることを特徴とする請求項２及至１１に記載の医療用レーザ光源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８９９２７（Ｐ２０１３−８９９２７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２３０１（Ｐ２０１１−２３２３０１）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（７０８００５６２２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（７０８００５６２２）
【Ｆターム（参考）】
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