JPH0411213B2 - - Google Patents

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JPH0411213B2
JPH0411213B2 JP57202571A JP20257182A JPH0411213B2 JP H0411213 B2 JPH0411213 B2 JP H0411213B2 JP 57202571 A JP57202571 A JP 57202571A JP 20257182 A JP20257182 A JP 20257182A JP H0411213 B2 JPH0411213 B2 JP H0411213B2
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laser
fiber
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incision
wavelength
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Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明はフアイバー導光レーザ外料治療器に係
り、特に切開能力及び凝固能力を任意に制御可能
とするCOレーザ発振器を含む2種のレーザ発振
器と導光路として可撓性を有する光フアイバーと
を備えたフアイバー導光レーザ外料治療器に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to a fiber-guided laser external therapy device, and particularly relates to two types of lasers including a CO laser oscillator whose cutting ability and coagulation ability can be arbitrarily controlled. The present invention relates to a fiber-guided laser external treatment device that includes an oscillator and a flexible optical fiber as a light-guiding path.

(2) 技術の背景 近年、医療技術の進歩に著しく、例えば消化気
管等についてグラスフアイバーを用いた内視鏡に
よる診断等が開発されている。また、これとは別
にレーザの医学方面への応用も各種提案されてい
る。例えば、レーザを用いた治療器として特に、
Nd−YAGレーザを用いたレーザコアギユレー
タ、またCO2レーザを用いたレーザメスの研究及
び臨床治療等には大きな興味が寄せられている。
レーザを用いた治療において、レーザ治療器の出
現によつて初めて可能となつた治療が特に重要で
ある。これは、すなわちレーザ治療器による治療
が有効である科目においても他の治療方法がある
場合、高価なレーザ治療器を用いる必要が費用対
効果の面で認められないことが多いからである。
(2) Background of the Technology In recent years, medical technology has made remarkable progress, and for example, endoscopy using glass fibers for diagnosis of the gastrointestinal tract, etc., has been developed. Apart from this, various applications of lasers in medical fields have also been proposed. For example, especially as a treatment device using laser,
There is great interest in research and clinical treatment of laser coagulators using Nd-YAG lasers and laser scalpels using CO 2 lasers.
Among treatments using lasers, treatments that became possible for the first time with the advent of laser therapy devices are particularly important. This is because, even for subjects for which treatment with a laser treatment device is effective, if other treatment methods are available, it is often not necessary to use an expensive laser treatment device from a cost-effective standpoint.

そして近年、レーザ治療装置として、光フアイ
バーが導光可能でしかも生体との作用、すなわち
切開能、凝固能を自由に調整可能とするものの開
発も望まれている。
In recent years, there has been a desire to develop a laser treatment device in which an optical fiber is capable of guiding light and whose interaction with a living body, ie, incision ability and coagulation ability, can be freely adjusted.

係る切開能、凝固能調整法としては、波長可変
レーザ若しくは波長の異なるレーザ装置2台を備
え相互のパワー比を調整する手段が考えられる。
As a method for adjusting the incision power and coagulation power, it is possible to use a wavelength tunable laser or a means of providing two laser devices with different wavelengths and adjusting the mutual power ratio.

これら方法のうち前者の場合には、例えば近赤
外領域において少なくとも1μmから2μm以上の範
囲で波長可変な大出力連続レーザが必要である
が、波長可変連続大出力レーザは、レーザ工学上
容易に実現できるものではなく、効率等の実用性
まで考慮すると実現は甚だ困難である。従つて後
者の方が実現可能性が高いと思われる。
The former of these methods requires a high-output continuous laser that is tunable over a range of at least 1 μm to 2 μm or more in the near-infrared region, but a tunable continuous high-output laser is easy to use from a laser engineering perspective This is not something that can be realized, and it is extremely difficult to realize it if practical aspects such as efficiency are taken into consideration. Therefore, the latter seems more likely to be realized.

ここで、レーザ治療器用として光フアイバーが
備えておくべき要件として次の3点が挙げられて
いるからである。
This is because the following three points are listed as requirements that an optical fiber should have for use in a laser therapy device.

(1) エネルギーの伝送 (2) 伝送した光の質(空間コヒーレンス) (3) 医用導光路としての実用性 まず、第1にレーザ治療器はレーザのエネルギ
ー応用の一つであり、ある程度のレーザエネルギ
ーを伝送できなければならない。この点は通信用
の導光路と全く異質の条件である。すなわち、導
光路は使用波長における透過率が大きく、しかも
伝送パワーに対する耐久性が要請される。伝送パ
ワーに対する耐久性は種々の要因によつて規定さ
れている。フアイバー損傷の原因はほとんどの場
合、フアイバー内で発生した熱によるものであ
り、フアイバー材料としては光吸収が少ないこと
が必要条件となる。また、フアイバー化の際に局
所的に吸収の大きい欠陥が生ずるとその部分から
熱損傷することになるので、材料の選択及び欠陥
の少ないフアイバーの製造法が必要となる。さら
にある程度の温度上昇に対して機械的、物性的に
強いものが必要である。換言すれば、熱膨張率が
小さいガラスの場合、結晶化温度が高い、結晶の
場合劈開性がない等の諸条件が係るフアイバーに
は必要となる。また、必要に応じて、ルーズクラ
ツド構造ではなく、コアクラツド構造を用いた
り、フアイバー冷却機構も検討しなければならな
い。レーザ光の作用は、同じ波長であつても照射
パワー密度によつて異なるから伝送したいレーザ
パワーの絶対値は高い照射パワー密度(1−
10Kw/cm2)が要求されるレーザメスの場合、伝
送後の光の集光性能によつて大きく異なる。しか
し、一般にはレーザ装置の大きさ、生体との作用
等を考慮すると、レーザ治療装置として例えば
100W程度までのレーザパワーの導光を考えれば
良いと考えられる。
(1) Energy transmission (2) Quality of transmitted light (spatial coherence) (3) Practicality as a medical light guide First of all, laser therapy equipment is one of the applications of laser energy, and to a certain extent Must be able to transmit energy. This point is a completely different condition from the light guide path for communication. That is, the light guide path is required to have high transmittance at the wavelength used, and to be durable against transmission power. Endurance to transmitted power is determined by various factors. Fiber damage is most often caused by heat generated within the fiber, which requires the fiber material to have low light absorption. Furthermore, if a defect with large absorption occurs locally during fiber formation, thermal damage will occur in that area, so it is necessary to select a material and to produce a fiber with fewer defects. Furthermore, it is necessary to have mechanical and physical properties that are strong against a certain degree of temperature rise. In other words, in the case of a glass having a small coefficient of thermal expansion, various conditions such as a high crystallization temperature and a lack of cleavability in the case of a crystal are required for the fiber. Furthermore, if necessary, a core clad structure should be used instead of a loose clad structure, and a fiber cooling mechanism should also be considered. The effect of laser light differs depending on the irradiation power density even if the wavelength is the same, so the absolute value of the laser power you want to transmit is determined by the high irradiation power density (1-
In the case of a laser scalpel that requires a power output of 10Kw/cm 2 ), it varies greatly depending on the light collection performance after transmission. However, in general, considering the size of the laser device, its interaction with the living body, etc., laser treatment devices such as
It is considered that light guiding with a laser power of up to about 100W should be considered.

第2に、導光後のレーザ光の集光性(空間コヒ
ーレンシー)については、例えば波長に比べて径
がかなり太い(>50倍)現在の光フアイバーにお
いては、入射したレーザ光は本質的に多モード伝
搬し、出射端においては多モード分散によつてレ
ーザ光の持つ空間コヒーレンスは失われることに
なる。従つて出射端ではほぼフアイバーのコア径
を有するインコヒーレント光源と見做され、仮に
凸レンズで集光してもフアイバーの径程度にしか
焦点径は小さくできない。このため、光フアイバ
ー径を可能な限り小径にして集光時の焦点スポツ
ト径を小さくすることが必要となる。光フアイバ
ーの小径化は伝送光パワー密度の増加を意味する
から媒質吸収収による単位体積あたりの発熱料増
加によつてフアイバーが損傷しやすくなる。ま
た、例えば非線形光学効果による散乱現象の立ち
上がりによつて伝送損失の増大が予想される。
Second, regarding the convergence (spatial coherency) of the laser beam after guiding, for example, in current optical fibers whose diameter is considerably thicker (>50 times) than the wavelength, the incident laser beam essentially The laser beam propagates in multiple modes, and the spatial coherence of the laser beam is lost at the output end due to multimode dispersion. Therefore, at the output end, it is regarded as an incoherent light source having approximately the core diameter of a fiber, and even if a convex lens were to condense the light, the focal diameter could only be reduced to about the diameter of the fiber. For this reason, it is necessary to make the diameter of the optical fiber as small as possible to reduce the focal spot diameter when condensing light. Since a smaller diameter of an optical fiber means an increase in the power density of transmitted light, the fiber is more likely to be damaged due to an increase in the amount of heat generated per unit volume due to medium absorption. Furthermore, transmission loss is expected to increase due to the rise of scattering phenomena due to nonlinear optical effects, for example.

第3番目に、医学的応用として用いる導光路で
あるために特有の制約も生ずる。すなわち、医学
応用においては、フアイバーを屈曲状態でしかも
屈曲の程度を変化させながら使用するために、係
るフアイバー材料が繰り返しの屈曲に耐え得る機
械的強度を有していることが要請される。また、
係る状態での光の伝送損失の問題も、可撓性の高
いフアイバーになるほど厳密に検討する必要があ
る。またさらに、フアイバー材料ができる限り化
学的に安定で、生体に対して安全な材質であるこ
とが望まれる。そして、使用範囲の特殊性から導
光路の折損等の事故に際しての安全対策を充分配
慮すべきである。
Third, because the light guide is used for medical applications, it also poses unique limitations. That is, in medical applications, since the fiber is used in a bent state and while changing the degree of bending, the fiber material is required to have mechanical strength that can withstand repeated bending. Also,
The problem of optical transmission loss in such a state also needs to be studied more precisely as the fiber becomes more flexible. Furthermore, it is desired that the fiber material be as chemically stable as possible and safe for living organisms. Furthermore, due to the special nature of the range of use, sufficient consideration should be given to safety measures in the event of an accident such as breakage of the light guide.

他方、通信用に比べて有利な点として、すなわ
ち、医用導光路としては、せいぜい2m程度の長
さがあれば十分であるため、フアイバーの伝送損
失、製造速度、単位長さ当りの製造コストなどの
条件はかなり緩和される。
On the other hand, it has an advantage over communication use, in that for medical light guides, a length of at most 2 m is sufficient, so fiber transmission loss, manufacturing speed, manufacturing cost per unit length, etc. conditions are considerably relaxed.

これらの諸条件から、レーザ発振器について、
例えば凝固用の0.8乃至1.8μm帯の実用的な大出力
連続レーザ型式としてはNd−YAGレーザが最適
である。即ち、Nd−YAGレーザーは理想的な4
準位レーザであり、熱伝導率が大きいことから固
体レーザでありながら水冷程度の冷却で連続大出
力発振が可能である。また、これと組み合せる切
開用レーザとしては、幅広い応用に対処できNd
−YAGレーザを同時に一本の光フアイバー伝送
路で伝送可能とすることが要請される。
From these conditions, regarding the laser oscillator,
For example, an Nd-YAG laser is most suitable as a practical high-output continuous laser type in the 0.8 to 1.8 μm band for coagulation. In other words, the Nd-YAG laser is an ideal
Since it is a level laser and has high thermal conductivity, it is capable of continuous high output oscillation with water cooling even though it is a solid state laser. In addition, as an incision laser that can be combined with this, Nd
- It is required to be able to simultaneously transmit YAG lasers through one optical fiber transmission line.

次にCOレーザーについて以下述べる。 Next, we will discuss the CO laser below.

COレーザの開発の歴史は比較的古く、CO2
ーザの出現に遅れること数ケ月で、同じくCO2
ーザを開発したPatelによつて1964年に発振が報
告された。基本的には振動回転準位間遷移を用い
る分子レーザであつて、CO2レーザと同様グロー
放電によつて励起を行える。しかし、反転分布を
形成するまでの励起過程、また発振機構はCO2
ーザと全く異なつている。
The history of the development of CO lasers is relatively old, and oscillation was reported in 1964 by Patel, who also developed the CO 2 laser, several months after the appearance of the CO 2 laser. Basically, it is a molecular laser that uses vibrational-rotational transition between levels, and like a CO 2 laser, it can be excited by glow discharge. However, the excitation process to form population inversion and the oscillation mechanism are completely different from CO 2 lasers.

COレーザにおける反転分布形成機構は、一般
に通常のグロー放電による電子衝突励起のみでの
反転分布の形成とは異なつている。COは比調和
性の小さい2原子分子なので、CO分子間のエネ
ルギー交換の速度は非常に速い。比較的低い振動
準位に励起されたCO分子とより高い振動準位に
励起されたCO分子間でエネルギー交換が生じ、
高い振動準位にエネルギーが注入され反転分布が
生ずる。この過程、すなわちV−V励起
(Vibrational−Vibrational)過程のためには低
いガス温度が必要であり、そのため高効率COレ
ーザではガス温度の冷却が必要となる。なお、
COレーザの発振は、2原子分子特有のカスゲー
ト発振であり、レーザ遷移の上位準位、下位準位
は特になく、任意のある準位間に発振が生ずる
と、この発振によつて生じた2次的な反転分布に
よつて他の準位間にも発振が広がつていく。従つ
て、発振波長は特に選択発振を行わない限り、数
十乃至十数本の発振線で当時発振する。
The mechanism of population inversion formation in CO lasers is generally different from the formation of population inversion only by electron collision excitation due to ordinary glow discharge. Since CO is a diatomic molecule with low harmonicity, the rate of energy exchange between CO molecules is extremely fast. Energy exchange occurs between CO molecules excited to a relatively low vibrational level and CO molecules excited to a higher vibrational level,
Energy is injected into the higher vibrational level and population inversion occurs. This process, ie the V-V excitation (Vibrational-Vibrational) process, requires a low gas temperature, so high efficiency CO lasers require cooling of the gas temperature. In addition,
CO laser oscillation is a cassgate oscillation peculiar to diatomic molecules, and there is no particular upper or lower level of laser transition, and when oscillation occurs between arbitrary levels, the 2 The oscillation spreads to other levels due to the next population inversion. Therefore, unless selective oscillation is performed, the oscillation wavelength oscillates at several tens to more than ten oscillation lines.

(3) 従来技術と問題点 従来、光フアイバー伝送路のうち、特に赤外光
フアイバーの開発は主に4乃至5μm帯において、
通信用の極低損失フアイバーを得ようとする方向
から研究が進められている。一般的に、赤外光フ
アイバーは使用波長の短いものほど得られやす
い。7乃至8μm以上の波長域の光透過材料は、例
えばアリカリハライド等の結晶に限られ、材料と
して使用可能な物質が少ない。これに対して、そ
れ以下の短波長域では結晶材料の他に各種の赤外
ガラス材料を見出すことができ、材料選択の自由
度が大きい。結晶をフアイバー化する場合、ゆつ
くりとした速度で結晶を成長させる単結晶フアイ
バーを得る方法と、一部結晶材料の塑性変形性を
利用して押し出し法によつて、多結晶(結晶粒の
集合体)フアイバーを得る方法がある。両者とも
に内部に欠陥のないフアイバー、表面が平滑な光
フアイバー、またコア・クラツド構造をもつフア
イバーを得るために全く新しい技術の開発が必要
である。これに対し、グラスフアイバーの場合こ
れまでの石英系グラスフアイバー製造技術の延長
上にあり、溶融ガラスの表面張力によつて表面が
平滑なフアイバーができ、コア・クラツド構造を
持つフアイバーも製作しやすい。また、一般に透
過波長域が狭いフアイバーの方が得やすい。これ
はフアイバー材料の透過波長域が広い物質が少な
いことと、散乱損失の大きいフアイバーの場合、
例えばレーリー散乱の損失は波長の4乗の依存性
を持つことから、フアイバー化した際に広い透過
波長域を得にくいからである。
(3) Prior art and problems Conventionally, among optical fiber transmission lines, the development of infrared optical fibers has mainly focused on the 4 to 5 μm band.
Research is underway to create ultra-low loss fibers for communications. Generally, infrared optical fibers with shorter wavelengths are easier to obtain. Light transmitting materials in the wavelength range of 7 to 8 μm or more are limited to crystals such as alkali halide, and there are few substances that can be used as materials. On the other hand, in the short wavelength range below this, various infrared glass materials can be found in addition to crystalline materials, and there is a large degree of freedom in material selection. When converting crystals into fibers, there are two methods: obtaining single crystal fibers by growing the crystals at a slow rate, and extrusion methods that take advantage of the plastic deformability of some crystalline materials. body) There is a way to obtain fiber. Both require the development of completely new techniques to obtain fibers with no internal defects, optical fibers with smooth surfaces, and fibers with a core-clad structure. On the other hand, glass fiber is an extension of the conventional silica-based glass fiber manufacturing technology, and the surface tension of molten glass allows fibers with smooth surfaces to be produced, making it easy to manufacture fibers with a core-clad structure. . Additionally, fibers with a narrow transmission wavelength range are generally easier to obtain. This is because there are few substances that have a wide transmission wavelength range for fiber materials, and in the case of fibers with large scattering loss,
For example, since Rayleigh scattering loss has a dependence on the wavelength to the fourth power, it is difficult to obtain a wide transmission wavelength range when fabricated into a fiber.

以上の如く医用レーザ治療器導光路として用い
られる光フアイバーには各種の条件が要求されて
いる。
As described above, various conditions are required of the optical fiber used as the light guide path of a medical laser therapy device.

又、医療用治療器として従来用いられているレ
ーザー装置としては、例えば皮膚上の腫瘍等を除
去する為にメスとして用いられている。然しなが
ら例えば、口腔、気管、消化器管、腔、膀胱等の
所謂トポロジー的にみて外面と見做せる部分につ
いては、内視鏡を用いての観察を行なうことはで
きてもレーザー光を直接利用したメスとしての治
療法は従来開発されてなく、治療範囲がせまく限
定されていた。
Further, a laser device conventionally used as a medical treatment device is used as a scalpel, for example, to remove a tumor on the skin. However, for example, parts of the oral cavity, trachea, gastrointestinal tract, cavity, bladder, etc. that can be considered external from a topological perspective can be observed using an endoscope, but laser light cannot be used directly. Previously, no treatment method using a scalpel had been developed, and the range of treatment was narrowly limited.

(4) 発明の目的 本発明の目的は、上記従来の欠点に鑑み、可撓
性を有する赤外グラスフアイバーを導光路として
用い、さらに凝固能に優れたNd−YAGレーザ光
線と、前記赤外グラスフアイバーによる導光に適
し、且つ切開能も充分有するCOレーザ光線とを
一本にまとめてレーザメス装置を構成することに
よつて、トポロジー的に外面と見做せる部分への
適応可能とした凝固及び切開を調整可能とする
COレーザメス装置を提供することである。
(4) Object of the Invention In view of the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, an object of the present invention is to use a flexible infrared glass fiber as a light guide, and furthermore, to combine an Nd-YAG laser beam with excellent coagulation ability and the infrared Coagulation can be applied to areas that can be topologically regarded as external surfaces by combining a CO laser beam that is suitable for light guidance with a glass fiber and has sufficient cutting power to form a laser scalpel device. and make the incision adjustable
An object of the present invention is to provide a CO laser scalpel device.

(5) 発明の構成 そして、この目的は本発明によれば、切開能
力、凝固能力を有する異なる波長の2種レーザ装
置において、前記2種のレーザー装置の相互出力
比を調整する出力調整機構と、前記レーザ装置か
らの異なる波長の2種のレーザ光を一本の光線に
まとめて導光する光伝送路とを備え、前季光伝送
路を内視鏡内を通して照射することを特徴とする
フアイバー導光レーザ外科治療器を提供すること
によつて達成される。
(5) Structure of the Invention According to the present invention, the present invention provides an output adjustment mechanism for adjusting the mutual output ratio of the two types of laser devices in two types of laser devices having different wavelengths and having cutting ability and coagulation ability. , and an optical transmission line that guides two types of laser beams of different wavelengths from the laser device into a single beam, and is characterized in that the optical transmission line is irradiated through the endoscope. This is achieved by providing a fiber guided laser surgical treatment device.

(6) 発明の実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。
(6) Embodiment of the Invention An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明を用いたCOレーザメス装置の
構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a CO laser scalpel device using the present invention.

第1図において、例えば50Wの出力を有する発
振波長5.2μmのCOレーザ4及び1.06μmの波長を
有する出力50WのNd−YAGレーザ5を作動させ
るため、それぞれ電源3,2に接続されており、
両レーザの出力を調整するように出力調整機構1
が電源3,2と接続されている。そして、COレ
ーザ4とNd−YAGレーザ5のレーザ光線をビー
ムブレンダー6を介して、一本の光線にまとめ、
さらにビームブレンダー6の前方同軸上に凸レン
ズからなる集光レンズ7を設けてある。係る集光
レンズ7にて集光されたレーザ光線は、可撓性を
有する赤外光ガラス光フアイバー8を設けて導光
するように構成されており、この導光路はその後
内視鏡9に接続されている。係る内視鏡9は先端
部10からフアイバー8の径程度に広がつた前記
レーザ光線を図示していない凸レンズ11によつ
て集光して患部へ照射するように構成されてい
る。
In FIG. 1, for example, in order to operate a CO laser 4 with an oscillation wavelength of 5.2 μm and an Nd-YAG laser 5 with an oscillation wavelength of 50 W and a wavelength of 1.06 μm, they are connected to power supplies 3 and 2, respectively.
Output adjustment mechanism 1 to adjust the output of both lasers
are connected to power supplies 3 and 2. Then, the laser beams of the CO laser 4 and the Nd-YAG laser 5 are combined into a single beam via a beam blender 6,
Furthermore, a condensing lens 7 made of a convex lens is provided coaxially in front of the beam blender 6. The laser beam focused by the condensing lens 7 is configured to be guided by providing a flexible infrared glass optical fiber 8, and this light guide path is then passed to the endoscope 9. It is connected. Such an endoscope 9 is configured to condense the laser beam, which spreads from the distal end 10 to about the diameter of the fiber 8, by a convex lens 11 (not shown) and irradiate it to the affected area.

内視鏡9(所定の光線をガイドとして)にて患
部を照らして診断し、手術野を形成しながら患部
を切開する際には、例えば出力調整機構1により
切開能の効果が大きいCOレーザ4の出力を高め
て患部を照射する。
When diagnosing the affected area by illuminating it with an endoscope 9 (using a predetermined light beam as a guide) and incising the affected area while forming a surgical field, for example, a CO laser 4 is used, which has a large incision power effect due to the output adjustment mechanism 1. Increases the output and irradiates the affected area.

また、患部を切開時に出血が多く伴うときには
出力調整機構1によりNd−YAGレーザ5へ供給
する電流を強めて、血液の凝固能の効果が大きい
Nd−YAGレーザ5の出力を高めて切開部の止血
を行う。
In addition, when there is a lot of bleeding when cutting the affected area, the output adjustment mechanism 1 increases the current supplied to the Nd-YAG laser 5 to greatly improve the blood coagulation ability.
The output of the Nd-YAG laser 5 is increased to stop the bleeding at the incision.

次に、第2図はCO2レーザ及び本発明に用いら
れるCOレーザ、YAGレーザについて生体の単位
体積あたりに吸収されるエネルギー(以下
deposit energy densityと呼ぶ)を生体表面から
の距離の関数として表したグラフを示している。
Next, Figure 2 shows the energy absorbed per unit volume of a living body (hereinafter referred to as
This graph shows the deposit energy density (deposit energy density) as a function of distance from the biological surface.

なお、第2図は凝固層厚について検討を行うた
めの実験データであり、生体と光の作用は吸収過
程のみを考え、見かけ上ランベルト・ベール則が
成立するものとした。また、吸収係数はBayly
(“The absorption spectra of liquid phase
H2O,HDO and D2O from 0.7μm to 10μm”,
Infra,Physics pp 211−(1963))による水の赤
外吸収係数のレポートを用いてある。各レーザビ
ームの入射パワー密度は同一とした。縦軸は任意
目盛の対数軸であり、グラフa,b,cはそれぞ
れYAG,CO,CO2レーザについてのグラフであ
る。
Note that FIG. 2 shows experimental data for examining the coagulated layer thickness, and it is assumed that only the absorption process is considered as the interaction between the living body and light, and that the Beer-Lambert law is apparently established. Also, the absorption coefficient is Bayly
(“The absorption spectra of liquid phase
H 2 O, HDO and D 2 O from 0.7μm to 10μm”,
A report on the infrared absorption coefficient of water by Infra, Physics pp 211-(1963)) is used. The incident power density of each laser beam was the same. The vertical axis is a logarithmic axis with an arbitrary scale, and graphs a, b, and c are graphs for YAG, CO, and CO 2 lasers, respectively.

この結果として表わされているグラフは、実際
に生体で生じている種々の複雑な現象を考える
と、極めて粗い見積りではあるが、CO,CO2
ーザ光の熱伝導に支配されない照射時間内におけ
る、すなわち例えば4秒未満での時間内における
凝固層厚のオーダ程度でのデータとしては有効で
ある。
The graph shown as a result is an extremely rough estimate considering the various complex phenomena that actually occur in living organisms, but it is a very rough estimate of the CO, CO 2 laser light within the irradiation time, which is not dominated by thermal conduction. That is, it is effective as data on the order of the solidified layer thickness within a time of less than 4 seconds, for example.

第2図からNd−YAGレーザに関しては、
Deposit energy densityがCO及びCO2レーザに
比べて半分程度のパワーではあるが、それぞれ
1.5倍及び2倍程度深く浸透するため、凝固用と
しては適していることがわかる。また、CO及び
CO2レーザはDeposit energy densityがNd−
YAGレーザに比べそれぞれほぼ2倍及び3倍程
度を有し浸透する深さは浅いため切開用として適
していることがわかる。
From Figure 2, regarding the Nd-YAG laser,
Although the deposit energy density is about half the power of CO and CO 2 lasers,
It can be seen that it is suitable for coagulation because it penetrates about 1.5 times and twice as deeply. Also, CO and
CO 2 laser has a deposit energy density of Nd−
It can be seen that it is suitable for incisions because it has approximately twice and three times the penetration depth compared to YAG laser, respectively, and the penetration depth is shallow.

次に、赤外領域の水の吸収係数及び光消衰長の
波長依存性について第3図を用いて説明する。
Next, the wavelength dependence of the absorption coefficient and optical extinction length of water in the infrared region will be explained using FIG. 3.

第3図に液相の水の赤外領域におけるランバー
ト・ベールの吸収係数α〔cm-1〕と光消衰長を同
時に示している。生体組織はその60乃至70重量パ
ーセントが水で構成されている。可視光領域では
赤血球に含まれる酸化ヘモグロビンの光吸収の影
響が大きいが、赤外領域では生体の光吸収は水の
光吸収特性に支配されていると考えられる。CO
レーザの発振波長(5μm)は、現在コアギユレ
ータとして用いられているNd−YAGレーザ
(1.06μm)と、レーザメスとして用いられている
CO2レーザ(10.6μm)のほぼ中間にある。しか
し、第3図から明らかなように、COレーザ波長
の吸収係数(すなわち光消衰長)はCO2レーザ波
長のそれに近い。COレーザ光はCO2レーザ光の
約1/2の波長を有しており、生体高分子による散
乱(Mie散乱)の影響の増大が予想される。しか
し、仮に散乱過程が増大しても光消衰長が短いか
らその影響のおよぶ範囲は極めて狭い。これらの
ことから、COレーザ光の生体に対する作用とし
ては、凝固能よりむしろ切開能に優れたCO2レー
ザに似た性質を持つと考えられる。
Figure 3 shows the Lambert-Beer absorption coefficient α [cm -1 ] and the optical extinction length in the infrared region of liquid water at the same time. Living tissue is composed of 60 to 70 percent by weight water. In the visible light range, the light absorption of oxidized hemoglobin contained in red blood cells has a large influence, but in the infrared range, the light absorption of living organisms is thought to be dominated by the light absorption characteristics of water. C.O.
The laser oscillation wavelength (5μm) is the same as the Nd-YAG laser (1.06μm) currently used as a coregulator and the laser scalpel used as a laser scalpel.
It is approximately in the middle of CO 2 laser (10.6μm). However, as is clear from FIG. 3, the absorption coefficient (ie, optical extinction length) of the CO laser wavelength is close to that of the CO 2 laser wavelength. CO laser light has a wavelength about half that of CO 2 laser light, and it is expected that the influence of scattering by biopolymers (Mie scattering) will increase. However, even if the scattering process increases, the range of its influence is extremely narrow because the optical extinction length is short. From these facts, it is thought that the effect of CO laser light on living organisms is similar to that of a CO 2 laser, which has superior incision ability rather than coagulation ability.

第4図は本発明に用いられるCO及びCO2レー
ザ照射による犬肝の切開能特性を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing the incision properties of dog liver by CO and CO 2 laser irradiation used in the present invention.

尚、切開深度を切開速度(ビーム移動速度)の
関数として両対数グラフ上に示した。平均パワー
密度(レーザビームパワーをスポツト径における
ビーム断面積で除いた値であり、ビーム中心での
パワー密度の1/2である。)は、本実験においては
2.6Kw/cm2である。切開振動の値は切開直後の試
料を切開面で2分割し、測定した。第4図におい
て、同じ切開速における切開深度はCOレーザ照
射による切開の場合dとCO2レーザ照射の場合e
とではほとんど変らない。
Note that the incision depth is shown on a log-log graph as a function of the incision speed (beam movement speed). In this experiment, the average power density (the value obtained by dividing the laser beam power by the beam cross-sectional area at the spot diameter, which is 1/2 of the power density at the beam center) was
It is 2.6Kw/ cm2 . The incision vibration value was measured by dividing the sample immediately after incision into two along the incision surface. In Figure 4, the incision depth at the same incision speed is d in the case of incision by CO laser irradiation and e in the case of CO 2 laser irradiation.
There is almost no difference.

次に、本発明に用いられるCOレーザによる犬
肝の切開においてレーザパワーを変化させた場合
について第5図を用いて説明する。
Next, the case where the laser power is changed in the incision of the dog's liver using the CO laser used in the present invention will be explained using FIG. 5.

第5図において、COレーザの平均パワー密度
は2.6Kw/cm2及び1.3Kw/cm2である。パワー密度
を減少させたときの切開密度の減少割合はCO2
ーザにおける経験則とほぼ一致する。グラフの傾
きは二つの場合でまつたく同一である。
In FIG. 5, the average power density of the CO laser is 2.6 Kw/cm 2 and 1.3 Kw/cm 2 . The rate at which the cutting density decreases when the power density is decreased is approximately consistent with the empirical rule for CO 2 lasers. The slope of the graph is exactly the same in the two cases.

また、試料に摘出牛肝を用いても犬肝で得られ
た結果をの間に有意な差異は見られない。従つ
て、COレーザの切開能はCO2レーザの切開能に
比べほとんど同じであり、生体組織の各層の厚さ
を考慮すると、COレーザを生体切開用レーザと
して用いることには適している。
Furthermore, even when isolated bovine liver was used as a sample, no significant difference was observed between the results obtained with dog liver. Therefore, the cutting power of the CO laser is almost the same as that of the CO 2 laser, and considering the thickness of each layer of living tissue, the CO laser is suitable for use as a laser for living body cutting.

(7) 発明の効果 以上、述べてきたように本発明を用いると、可
撓性に富むコンパクトな光伝送路である赤外光フ
アイバーを用いてあるため、従来の内視鏡に直接
取り付けていわゆるトポロジー的に外表と考えら
れる部分、例えば口腔、気管、消化器管、腔、膀
胱等への治療が直接内視鏡を見ながら可能となる
効果を有する。
(7) Effects of the Invention As described above, the present invention uses an infrared optical fiber, which is a highly flexible and compact optical transmission path, so it cannot be directly attached to a conventional endoscope. It has the effect of making it possible to treat areas that are topologically considered external, such as the oral cavity, trachea, gastrointestinal tract, cavity, and bladder, while directly viewing the endoscope.

また、本発明を用いると、ほぼ5μm程度のCO
レーザを用いてあるため導光路として用いる材質
として赤外ガラスフアイバー、例えばカルコゲン
化物、酸化物ガラス、フツ化物ガラス等の選択自
由度が大きく低コストにて製造することが可能と
なる。
Furthermore, when the present invention is used, CO of approximately 5 μm
Since a laser is used, there is a great degree of freedom in selecting infrared glass fibers, such as chalcogenide, oxide glass, and fluoride glass, as the material used for the light guide, and manufacturing can be performed at low cost.

また、本発明を用いると、出力調整機構を備え
た凝固能及び切開用としてNd−YAGレーザ及び
COレーザを一本の導光路にまとめ、手術時の生
体組織の状態に応じて制御して行うため止血効果
が同時に発揮できるレーザメスが可能となる効果
を有する。
In addition, when the present invention is used, an Nd-YAG laser and an incision laser with an output adjustment mechanism can be used.
The CO laser is integrated into a single light guide path and controlled according to the state of the living tissue during surgery, making it possible to use a laser scalpel that can simultaneously exhibit a hemostasis effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を用いたCOレーザメス装置の
構成を示す概略図、第2図はCO2レーザ及び本発
明に用いられるCOレーザとYAGレーザについて
生体の単位体積あたりに吸収されるエネルギーを
生体表面からの距離の関数として表したグラフ、
第3図は赤外領域の水の吸収係数及び光消衰長の
波長依存性についてのグラフ、第4図は本発明に
用いるCOレーザとCO2レーザの照射による犬肝
の切開能特性を示すグラフ、第5図は本発明に用
いられるCOレーザによる犬肝の切開においてレ
ーザパワーを変化させた場合についてのグラフで
ある。 1…出力調整機構、4…COレーザ、5…Nd−
YAGレーザ、8…赤外ガラス光フアイバー、9
…内視鏡。
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a CO laser scalpel device using the present invention, and Fig. 2 shows the energy absorbed per unit volume of the living body for the CO 2 laser and the CO laser and YAG laser used in the present invention. Graph as a function of distance from the surface,
Figure 3 is a graph of the wavelength dependence of water absorption coefficient and optical extinction length in the infrared region, and Figure 4 shows the incision properties of dog liver by CO laser and CO 2 laser irradiation used in the present invention. FIG. 5 is a graph showing the case where the laser power is changed in the incision of a dog's liver using the CO laser used in the present invention. 1...Output adjustment mechanism, 4...CO laser, 5...Nd-
YAG laser, 8...Infrared glass optical fiber, 9
…Endoscope.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 COレーザ装置と、これと異なる波長を有す
るNd−YAGレーザ装置と、前記2種のレーザ装
置の相互出力比を入力電力によつて調整する出力
調整機構と、前記2種のレーザ装置からの異なる
波長のレーザ光線を1本の光線にまとめて導光す
る赤外ガラスフアイバーを有する光伝送路とを備
え、前記光伝送路を内視鏡内を通して照射するこ
とを特徴とするフアイバー導光レーザ外料治療
器。
1. A CO laser device, an Nd-YAG laser device having a different wavelength, an output adjustment mechanism that adjusts the mutual output ratio of the two types of laser devices by input power, and a A fiber light guiding laser comprising: an optical transmission path having an infrared glass fiber that guides laser beams of different wavelengths into one beam; the optical transmission path is irradiated through the inside of an endoscope. External treatment device.
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JPS55133245A (en) * 1979-04-05 1980-10-16 Nippon Sekigaisen Kogyo Kk Laser knife device
JPS57168653A (en) * 1981-04-08 1982-10-18 Olympus Optical Co Therapeutic laser apparatus

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