JPS60501034A - とくに医療用のための液体冷却式ネオジウム（Ｎｄ）：リン酸ガラスパルスレ−ザ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 特に医療用のための液体冷却式ネオジウム（Ｎｄ）：リン酸ガラスパルスレーザ ー 本発明は、もっばら医療用、とくに眼球手術、さらに分光学、美容、教育、なら びにマイクロ加工において利用される、小形で携帯可能な、液体冷却式Ｑスイッ チンクーネオジウム（Ｎｄ）　ニリン酸ガラス−パルスレーザ−に関する。

本発明によるレーザーは、ＴＥＭｏｏモードてパルス幅２０ｎｓ以下、拡がり角 ３　ｍｒａｄ以下、出力エネルギーは最大５０ｍＪまで、最大の繰返し周波数で パルスを発振し、コヒーレント光パルスの波長旧、０５４μｍである。

レーザー光パルスの繰返し周波数は、最高値まで連続的に可変できる。

レーザーヘッドの冷却は、閉回路による冷却液体で行われる。この装置は通常の 単相電力に接続され、その定格入力は５０Ｗ、全重量は約２ｋｇである。

眼球治療に関しては、光凝固法がよく知られている。以前はキセノンランプが用 いられ、露光時間が長い（２５０〜］　０００ｍ５）ｆ二めに特別の麻酔が必要 であった。さらに、たいていの場合網膜に集光される光束径は大きすぎた（５０ ０〜１０００μｍ）。この欠点をなくすために、レーザー凝固法が用いられるよ うになった。レーザーの光束は非常に小さい面積に集光され、最小の場合１０μ ｍ以下の直径にすることが可能である。特別な麻酔が不要になるほどにパルス幅 を小さくずれはするはと、希望の生物学的効果が得られるので、患者の頭部を固 定し瞳光を開くための処置を講するだけでよい。治療効果をあげるためにはキセ ノンランプの光パルスのエネルギーの１〜５％で寸分てあり几し、もっと小さい エネルギーでもよい。

初期の利用段階ではもっばらルビーパルスレーザ−が用いられていたか、今日で は広範囲にＡｒまたはＫｒイオンの連続気体レーザーが使われている。この場合 には露光時間は比較的長く、０１秒程度であるが、その光は比較的よく絞ること が可能である。これらの欠点は、作動時間に対して露光時間が短いために、レー ザーから発射さメまた光エネルギーのごく一部しか利用されないことである。

治療のために利用されるレーザーパルスのエネルギーーーシたがって望ましくな い副作用も−−パルス幅を短かくすることによって減らすことができるので、過 去２年間に固体レーザー、もっばらＱスイッチならびにモード同期したＮａ　： 　ＹＡＧレーザーに対ずろ関心が高まってきた。しかしながら実用化された機器 は非常に高価であり、患者の頭部を固定する装置、および眼球の目標位置にレー ザーを集光・照射する光学系と合わせると、価格は＋００，０００［ＪＳ　ドル にもなる。その体積は非常に大きいために、定置式でしか使用できず、重量が重 く、電気容量も非常に大きく、一般には水による冷却が必要である。これらのシ ステムの詳細は、ＬＡＳＥＲＦＯＣＵＳ　（１９８３年２月号）およびＬＡＳＥ ＲＴ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ　（１９８２年１０月号）に掲、載さ れている。

本発明の目的は、上記の欠点をなくし、低価格で、携帯でき、通常の単相電力に 接続可能で、閉回路冷却系統を備えた、広範な用途とくに眼球治療のための、か かるレーザー装置を開発することである。

本発明は、リヂウム、リン酸ガラス中ではＮｄイオンが高濃度となり、それによ って、１．０５４μｍの波長で、Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザーより２〜３倍大きい レーザー発振効率で、１／３〜１１５拡がりの光束が得られろという知見に基づ いている。これはすべて小形のレーザーロソドーー代表的には直径３ｍｍ、全長 ５５ｍｍ　−一によって実現される。

このようにして作成した装置では、上記のごとく波長１．０５４μｍ１最人出力 ５０ｍＪ、最大繰返し数８Ｈｚで’ｒＥＭｏｏモードの約１８ｎｓ長のレーザー パルスを発生する。ＬｉＰ結晶でつくられたＱスイッチを用いると、Ｘ線で生じ るＦ中心の濃度変化により、その変換効率は相当な値−一たとえば７０〜８０％ −−になる。

このような知見に基づき、以下の点を考慮して装置を開発するという課題が設定 された。レーザーは小形で、軽くて容易に携帯でき、操作も簡単であること。

レーザーは電源ユニットおよび冷却系と、電気ケーブルおよび冷却液導管を内蔵 したフレキシブルなチューブで接続できること。そのため供給電圧は比較的低く 、安全保護回路も備えなければならない。

作動する）であるという要求に加えて、携帯可能でどこでも設置できるように冷 却系が閉回路であること。そのため水道配管とは独立に使用できる。

固体レーザーで通常の発振の場合、フラッシュランプには長い負荷時間の最初か ら電圧がかかり、そのためわずかの電気的な過渡乱れても偶発的に発振すること があり得る。これは医療手術ｔこおいて予測不可能な結果をもたらし得る。これ を避けるためには、次のような電源ユニットを開発しなければならない。スター ト信号なしではフラッノユランプには電圧はかからず、偶発的なレーザー発振の 可能性をなくすこと。すなわちスタート信号に続いて負荷されるのと実質的に同 時にレーザーパルス発振が生じるように、負荷時間を非常に短かくし、次のスタ ート信号までの間はレーザーには電圧は残らないこと。

上述の知見に基づき、Ｑスイッチ、共振器、液体冷却レーザーヘットおよび電源 ユニットから構成された、とくに医療用として携帯可能な液体冷却式Ｎｄリン酸 カラスパルスレーザ−が開発された。本発明による装置では、共振器は小形で、 レーザーヘッドは共振器を外すことなく分解可能であり、冷却系は閉回路で、電 源ユニットは小形、低電力であり、必要に応して動作状態、故障個所、パルスカ ウンター、エネルギ−、チェック等を表示する電子回路、周波数倍増器、フィル ターを備えており、さらに共振器は、Ｆ２中心をもつ着色ＬｉＦ結晶で変換効率 がたとえば７０％としてつくられた厚いＱスイツチ、高反射率の（遮蔽）ミラー および、たとえば透過率６０％の部分透過性出力ミラーをらち、活性媒質は直径 の小さいｍ−たとえば３ｍｍ−−Ｎｄイオン濃度の高い−−たとえば１２〜１． ４ＸｌＯ”イオン／ｃｍ３−−　リン酸ガラスロッドである。

励起光源として用いられるフラッノユランフおよびレーザーロットは外から反射 層で覆い、冷却液、たとえば蒸留水を流すカラス管を取付けるのが望ましい。

共振器は調節なしに取外し可能なユニットとしてつくられているため、励起用フ ラッシュランプの交換が容易に可能である。

レーザー物理学の観点からみて、本装置は素人で利用できるものとしてつくられ ているので、フラソンユランプの交換時に固体レーザーの作動がかなり不安定と なって、しはしば調整を必要とするのに対して、調節つまみで最適作動するまで の修正を簡単ζ方法て指示ずろ、ヂエノク用電子回路をオプションで取付けろた めのスペースを有する。

同様に基本構造では、パイロットランプ故障表示器、レーザーパルスカウンタ、 周波数倍増器とフィルター、エネルギーメータを後で取ｆ」ｃすることのできろ スペースらつくられている１、これらのユニット（よ周知の原理に基づいてつく ることかできる。

寸法と価格を基にフラッシュランプが選定されろが、こイ］は約５００００回発 光（通常の医療行為では約２〜４週間の使用）毎に交換される。

ランプ交換を簡単にずろために通常とは異なるレーザー構造か要求さ２−でいる 。この場合、ランプ交換のためにレーザーヘットは共振器を取外すことなく部用 にレーザーから取出され、同様に簡単に再取付：すが可能である。

以下ではホスにより実施態様例について本発明の詳細な説明する。

第１図　冷却系、電源ユニットをもつ本発明のレーザーの概略図。

第２図　レーザーの構造。

第３図　冷却回路のフロー線図。

第４図　電源ユニット・のブロック図。

装置の主要部を第１図に示す。共振器１２と容易に交換可能なレーザーヘッド１ ３をもつレーザー１１は、冷却液導管および電流ケーブルに適合した、フレキシ ブルチューブに通したケーブル束１４を介して、冷却系１６と一体でつくられた 電源ユニット１５と結合されている。

電源ユニット１５はフラッシュランプＩ７、循環ポツプ１８、レーザーパルスを 検知する光電検出器１９、および必要な場合には電子回路２０に電力を供給する 。

レーザー１１の構造は第２図に示す。レーザー１１の活性媒質である、直径２〜 ４　ｍｍ、代表的には３ｍｍのレーザーロッド２１は、フラッシュランプととも に、外表面を銀メッキし、さらにその上に保護のための透明ラッカー膜を塗布し た、カラス管脚の反射体２３の内部に納められろ。

レーザーヘッド１３は、フラッシュランプ１７、レーザーロット２１および反射 体２３を機緘的に固定し、反射体２３のガラス管内を流れる冷却液の流入、流出 を確実にする。冷却液はフレキシブルチューブ３３を通ってレーザーヘット１３ に流入する。これと−緒に、レーザーヘット１３には、コネクタ３６を介してフ ラッシュランプ１７への電カケーブル３４および励起パルスのケーブル３５か接 続されている。

平面鏡でつくられたレムザー共振器の高反射率の遮蔽ミラー２５と部分透過性の 出力ミラ−２６は、微調ネジて調節可能な、薄板構造のミラー支持器２７．２８ に取付けられている。出力ミラーの透過率は５５〜６５％、代表的には６０％て ある。ＬｉＦ結晶てつくられたＱスイッチ２４は、遮蔽ミラー２５のミラー支持 器２７に固定されている。Ｑスイッチ２４　ｉＪ：　Ｉ　ｍｍ以」二の厚さて、 その目的のため少なくとムレーザーロソト２１の直径と同程度の厚さてあり、変 換効率は６５〜７５％、代表的には７０％に達する。レーザー光は共振器の該当 する穴２９から発射さｊ′：２、動作表示器の光電検出器１つか遮蔽ミラーを透 過した弱い光パルスを検出する。

ワラツノ３ランプ１７のパルスでレーザー川Ｉか発振しないときは、光電検出器 １９は光パルスを記録しないか、正常動作時にはＩａＩ、異割動作時には２個の パルスを記録する。ＩＥ割動作の場合−−−そ５）調節は動作状態表示器を助（ Ｊとして行われろが−−−−１個のパルスか得られろ。

第３図は、レーザーヘット１３の外に、循環ポンプ１８からのフレキンプルデユ ープ３３およびポンプ駆動用モータ３７、熱交換器４Ｌ冷却液のザージタンク３ ８、および流人、流出のためのバルブ３９．ｌＩＯで構成される冷却系統１６の 概略を示す。冷却液は通常、弱アルカリ性の蒸留水であり、その塩基度はＴｒｉ ｎａｔ■−１ｙｄｒｏｐｈｏｓｐｈａＬ　（第３リン酸ソーダ　）で調節されろ 。

第４図は電源ユニｙｌ１５のブロック線図を示す。低電圧霜除４２およびソリッ ドステートリレー４５は、主スィッチに、および安全フユーズＢを備えｆこ高圧 トランスの一次側に接続されている。高ｉ［−トランスの二次側は、整流器４３ 、抵抗Ｒ，並列接続したコノテノサＯ１分圧器Ｒｏ、、Ｒ６２、ダイオ−１’　 ＤをブリッジしたインタフタンスコイルＩ７を介して、一方はフラッシュランプ １７に、他方はトリガー４６に接続されている。分圧器Ｒ６，は、光電カプラー ４８ならびにその一方の端子を介してソリッドステートリレーに、他方の端子と スイッチに２を介してパルス発生器４９に接続した、フットスイッチＮＹを具備 する比較器と結ばれている。パルス発生器４９（す、光電カプラー４８のカット オフ端子４８１と結ばれ、ポテンショメータＰ、を備えている。比較器：」ボテ ンンヨメータＰ、を備えている。光電カプラー４８の出力端子はト・リガー４６ に接遭されている。・フラッシュランプ１７（よＱスイッチ（後で取付けられる 出力ミラー２６とともに）および遮蔽ミラー２５　（後て取付けられる光電検出 器１９とともに）の間に置かれたレーザーロット２Ｉと光学的に結合されている 。光電検出器１９は検出電流回路およびランプＪ２．Ｊ３．−Ｌをもつ表示ユニ ットと結ばれている。

ランプ、■ヨを具備する低電圧電源４２は、出力端子４２１，４２２から電子回 路２０および循環ポンプ駆動モータ３７への供給電圧を保証する。フラッシュラ ンプ■７の放電に必要な電気エネルギーはコンデンサＣに貯えられているが、そ の充電は整流器を通して高圧トランス４３によって保証される。抵抗Ｒは、整流 器４３のダイオードを初期充電電流から保護する。インダクタンスコイルＬは、 フラッシュランプ１７、すなわち、せん光時間に応してコンデンサＣの放電速度 を制御する。ダイオードＤはインダクタンスコイルＩ７に負荷さイする電圧上背 （過渡的）を減する。レーザーパルス発振前の充電は、ソリッドステートリレー ４５を介して一次回路に通電さ君ろ。そ茫以外の場合には、フラッシュランプ１ ７には電圧は負荷されない。トリガー４６の制御は、カッ！・オフ端子４８１を 具備する光電カプラー４８を介して、単一パルスまｒ二は連続パルスの形で行わ れる。フラッシュランプ１７に供給さむる電圧、シｊ二かつてそのエネルギーも 、比較器４７のボテンンヨメータＰ１によって連続的に変化させることができる 。比較器４７は分圧器Ｒ６１を介してコンデンサＣの電圧を監視する。トリガー ４６のトリガー電圧は分圧器Ｒ８，によって調節可能である。レーザーパルスの 繰返し周波数は、パルス発生器４９（周波数制御ユニット）のボテンンヨメータ Ｐ２の位置によ〜て、８Ｈｚから最高周波数まで可変できる。動作状態のチェッ クは、充電検出器１９の信号から、検出電流回路５１およびランプ、Ｊ２．Ｊ、 、、１゜を備えた表示ユニット５２を用いて行われる。フラッシュランプのパル ス発光の際に、レーザーがせん光しない場合はランプＪ、カル−ザーパルスが１ 回の場合はＪ３か、２回の場合はＪ４が点灯する。

レーザー１１は、外部からの２’２０Ｖ（希望によってはｌｌ０Ｖ）交流、２Ｏ −２５Ｗの入力で作動する。主スイッチＪ冒こより機器は接続されランプＪ１が それを表示する。それによって低圧電源４２が作動をはしめる。ポテンショメー タＰ１によってフラッシュランプ１７に必要なエネルギーか、ボテンンヨメータ Ｐ２によって繰返し周波数か設定されるスイッチに２の遮断とフットスイッチＮ Ｖのスタートによって単一のパルスが発生する。フットスイッチＮＹを操作する と、コンデンサＣが充電されフラッシュランプ１７に電圧か印加されろ。その後 のトリカーパルスの作用でフラッシュランプＩ７が励起され、レーザーＩＩが正 しく調整されているとき、ずなわぢ遮蔽ミラー２５と出力ミラ−２６か正しい位 置にあり、フラッシュランプＩ７の光量力叶分犬ごいときは、表示ユニット５２ のランプ、■、か煮切する。

レーザー共振器には任意の光学系、代表的には眼球手術で使ね・（１ろターゲッ ト、たとえばΔｒまにはＫｒイオンレーザ−を用いた光凝固法の頭部固定のため のターゲットを取付けるこ七かできろ。やむを得ない場合は、レーザー共振器の 両側にそれぞれ１個のランプとこの光源をレーザー光束の方向で集光する光学系 、すなわちターゲットか取（Ｊ（−Ｊてきる。

この光学系の焦点面とレーザー光束軸との交点て、２−］の光源力＼ら！／）光 か集められろ。

本発明によるレーザーの特徴の１つは、その良好な光束特性にある（ＴＥＭｏｏ モードで拡がり角が小さい）。この光束は、ｆことえｔｆ１０７１ｍ以下の直径 の円に集光可能である。

本装置の用途は一般には眼球手術用であるか、励起光源として分光学の機器で、 また、刺鍼法治療、美容およびマイクし７カ直（溶接、整版等）てし利用てきろ 。

図面の簡単な説明 １ 国際調査報告 第１頁の続き ＠発明者　ツイガー二、イムレ ０発　明　者　ホルヴアート、ゾルターン＠発　明　者　ケルテース、イヴアー ン＠発　明　者　クロー、ノルベルト ０発　明　者　シュミット、ヂュルジ ハンガリー国　バー−１１１６ブダペスト、カルドヘーギ、ウーー１５１ハンカ リー国　バー−１１２５ブダペスト、ガルゴーツィ、ケズ　７／ア一番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　小形の共振器、共振器を外すことなく取外してき、液体冷却さシ′。 たレーザーヘッド（１３）、閉回路冷却系統（１６）、小形で低電力の電源ユニ ッ）（１５）および−−必要に応じてｍ−動作状態を表示するための電子回路を 備え、共振器は、変換効率がにとえば７０％の、Ｆ２中心をもつ着色ＬｉＦ結晶 でつくられた厚いＱスイッチ、高反射率の遮蔽ミラー（２５）およびたとえば透 過率６０％の部分透過性出力ミラー（２６）をもち、活性媒質は、直径が小さく Ｎｄイオン濃度の高いリン酸カラスロッド（２１）であることを特徴とする、ら っばら医療用とくに眼球手術、さらに分光学、美容、教育用およびマイクロ加工 において利用される、小形で携帯可能な、液体冷却式Ｑスイツチング、ネオノウ ム（Ｎｄ）−リン酸ガラス−パルスレーザ−０ ２、励起用光源として用いられるフラッシュランプ（１７）およびレーザーロッ ）”（２＋）が、外から反射層で覆われており、冷却液、たとえは蒸留水が流れ るガラス管（２３）が取付（づられていることを特徴とずろ、上記第１項に記載 のＮｄ　リン酸カラス−パルスレーザ−８３、共振器が、調節なしに取外し可能 なコ、二・ソトとしてつくらイ１て０ることを特徴とする、上記第１または２項 （こ記載のＮｄ　：　ＩＪン酸ブＪラスパルスレーザ−０ ４、フレキンプルチューブ（３３）を通って閉回路てＭＥＳ’−１１１＼斤ニモ ータ（３７）で駆動されるポンプ（１８）によって循環さ）１、レー勺′−ヘソ １ζ（１３）から受取−た熱を空冷式熱交換器（４１）で放出喝−る循環ｌ液体 （こよ−て、フラッシュランプ（１７）および活性媒質を備え１ニレ−ｑ−ｔ＼ ・ノド（１３）の冷却を確実に行うことを特徴とする、上記第１〜３項（二ａ己 載のＮｄ・リン酸ガラス−パルスレーザ−０５、レーザーヘッドのフラ・ノンユ ランプ（１７）を作動さＵる電源コ、二・ソ）’（１５）は、フットスイッチて 発生させろ単発の７０レスカλ”、最高８Ｈｚの周波数まて連続可変できろ周期 ノくルスのし）す２″Ｌｈ＼て、最ツく２０Ｊのエネルギーを供給てき、フラ・ ソノユランプ（１７）の電源コ、ニット（＋５）ｔよ過電圧に対して保証さメｔ ており、スタート信号のな０項合（こ（よランプ（こ電圧か印加されないことを 特徴とオろ、上記第１〜４項（こ９己４夕のＮｄリン酸ガラス　パルスレーザ− ０ ６　レーザー共振器か、眼科治療で広範囲に適用されているＡｒイオンレーザ− による光凝固法のターゲットに取付は可能であることを特徴とする、上記第１ま たは２項に記載のＮｄ、リン酸ガラス−パルスレフ　レーザー共振器の支持機構 が、一方はミラー（２５，２６）とＱスイッチ（２４）と、他方は水冷レーザー ヘッド（Ｉ３）と、それぞれ独立して結合されていることを特徴とする、上記第 １〜６項に記載のＮｄニリン酸ガラス−パルスレーザ−０ ８、ミラーｅ２５，２６）がその支持具に対して微調ネジて調節可能てあること を特徴とする、上記第１〜７項に記載のＮｄ　リン酸カラスパルスレーザ−０ ９分割せずにレーザーヘッド（１３）から取外すことのできる共振器において、 フラッシュランプ（Ｉ７）とレーザーロッド（２Ｉ）を覆い、外面を銀メッキし たのち透明ラッカーを塗布した円筒カラス管（２３）内を流れる冷却液により、 フラッシュランプ（Ｉ７）およびレーザーヘッド（２１）の冷却か保証されてい ることを特徴とする、上記第１〜８項に記載のＮｄ、リン酸ガラス−パルスレー ザ−０１０゛回路に入れた特殊フィルターで、発射光束に波長１０５４μｍの赤 外光と波長０．５２７μｍの緑色光を任意の割合で混合できる、周波数倍増用結 晶かマウントされていることを特徴とする、」−記載１〜９項に記載のＮｄ　リ ン酸ガラス−パルスレーザ−０１１リン酸ガラスロット（２１）の直径が２〜４ ｍｍ、代表的には３ｍｍであり、Ｎｄイオンの濃度か１２〜１．４ｘｌＯ”イオ ン／Ｃｍ３であることを特徴とする、上記第１〜１０項に記載のＮｄ・リン酸カ ラス−パルスレーザ−０