Brevet FR2640537A1 — publié le 19900622

InstaLLation et procédé utiLisant L'effet Laser, pour La coupe ou la vaporisation de matériaux et tissus divers. La présente invention concerne une instaLLation et un procédé, pour La coupe ou La vaporisation de matériaux et de tissus divers, teLs que peau, émaiL, bois, etc. SeLon un exempLe d'appLication avantageuse, mais non Limitative, L'instaLLation et le procédé selon L'invention permettent Le traitement de la carie dentaire et La découpe de La dentine. Dans cette application, L'objet de L'invention îo permet notamment l'identification de La carie, L'élimination ou Le curetage des tissus pathologiques, puis la découpe de La dentine et de L'émaiL à L'aide d'un faisceau Laser. Les problèmes rencontrés dans La technique connue actuellement quant à l'utilisation des Lasers en odontologie, concernent principalement: - 1) La Longueur d'onde et L'absorption de l'énergie par Les tissus concernés; - 2) l'effet, sur L'organe dentaire ou sur Les tissus environnants, des différents paramètres tels que: - a) intensité; - b) durée de L'impuLsion; - c) taux de répétition. La dent et son environnement sont composés de tissus durs (L'émaiL, la dentine) et de la muqueuse qui entoure cette dent. L'émaiL et La dentine sont composés: - d'un élément minéraL, L'hydroxyapatite: - amorphe pour La dentine; - cristaLLine pour L'émaiL; - d'éléments organiques et d'eau. Les Longueurs d'onde utilisables sont directement infLuencées par les composants des différents tissus. L'hydroxyapatite en poudre amorphe: - absorbe bien Les Longueurs d'onde comprises entre 9 #m et 11 pm, correspondant aux Lasers à CO; - absorbe bien Les Longueurs d'onde comprises entre 0.65 Im et 1.06 jm, correspondant aux Lasers ND YAG. -2- L'émail à l'état cristallin, de part ses qualités optiques et son pouvoir de réflexion, absorbe beaucoup moins bien ces différentes Longueurs d'onde. La dentine comporte un pourcentage organique de L'ordre de 40 X à haut pourcentage d'eau; ce pourcentage organique augmentant considérablement Lors de l'atteinte carieuse. L'absorption du tissu dentinaire aux différentes longueurs d'onde est donc influencée par l'absorption de l'énergie émise, par l'eau. La Longueur d'onde des lasers à C02, largement absorbée par l'eau, est inactive sur Les tissus minéraux. La longueur d'onde 1.06 jm des lasers à YAG-Neodyme ou ND YAG, peu absorbée par l'eau, est donc plus active sur le tissu minéral. La longueur d'onde 0.532 um, transparente dans l'eau, concerne en totalité le minéral. Les tissus organiques sont influencés essentiellement par l'absorption aux différentes longueurs par l'eau et l'hémogLobine. La longueur d'onde des lasers à CO2 coupe les tissus organiques car absorbée par l'eau. La longueur d'onde 1.06 pm des lasers YAG ne coupe pas les tissus organiques avec des intensités relativement importantes, car non absorbée par L'eau. La Longueur d'onde 0.532 um, bien absorbée par l'hémogLobine, coupe les tissus vascularisés. D'autre part, l'absorption, aux différentes longueurs d'onde, est considérablement influencée par La couleur. Ainsi: - la longueur d'onde du laser à CO est transparente au noir; - la longueur d'onde du laser ND YAG est très largement absorbée par le noir. Les Lasers à CO utilisés en art dentaire ont des indications Limitées car leur longueur d'onde est bien absorbée par l'émail et La dentine, mais son action est toutefois déviée par la compétition due à l'eau. Les -3intensités élevées qui seraient nécessaires à La coupe de ces tissus seraient très dangereuses car susceptibLes d'intéresser les tissus organiques. Les Lasers YAG ne sont toutefois pas encore proposés pour l'art dentaire, car iLs ne peuvent être actifs que dans des conditions bien précises. Est connue, en médecine, L'utiLisation de Lasers YAG travaiLLant en continu, donc non puLsés; toutefois leur emploi pour des interventions sur l'émaiL et La dentine sont décevants. Est également connu, L'empLoi de Lasers puLsés travaiLLant à La nanoseconde et apportant une énergie plus ou moins élevée à des taux de répétition plus ou moins rapides. L'avantage est représenté par Le fait qu'il est possible de réguler La cadence de tir ainsi que L'énergie apportée à chaque tir, en particulier en fonction de La conduction thermique des tissus minéraux. Les indications de ces types de Lasers sont cependant Limitées, car: - Les Lasers puLsés avec une énergie élevée créent une onde de choc préjudidiabLe à La puLpe vivante et entraînent des phénomènes de séparation de La jonction émaiL/dentine, ainsi que des craquelures qui sont aussi la conséquence de La variation thermique apportant dilatation et rétraction près de la zone de tir. On connait enfin divers Lasers YAG travaiLLant à la miLLi-seconde (100 à 200), mais ils ne peuvent être utiLisés en odontoLogie car La diffusion thermique étant plus importante, IL convient d'avoir un taux de répétition peu éLevé (2 Hz), ce qui rendrait Le Laser peu actif sur La dent si L'on veut maintenir une température supportable. L'invention vise à remédier aux inconvénients de La situation exposée cidessus en réguLant L'énergie de coupe et par conséquent, L'effet thermique, grâce à un système de refroidissement n'infLuençant pas L'efficacité élective du rayon Laser. Selon Le dispositif et Le procédé de l'invention, on utilise pour Le traitement de la carie dentaire et la coupe - 4- de la dentine, un laser spécifique de type YAG présentant notamment les caractéristiques suivantes: - émission d'une énergie puLsée comprise entre 0 et 250 millijoules (MJ); - cadence de tir de 50 Hz; - durées des pulsations comprises entre 100 et 300 micro-secondes. L'échauffement occasionné par l'apport d'énergie sur les tissus dentaires peut être contrôlé par un fluide de refroidissement tel qu'un mélange air/eau projeté sur La zone de tir, l'eau transparente à la Longueur d'onde n'affectera pas l'efficacité de coupe du Laser sur les tissus durs. Enfin, on peut réduire L'énergie apportée en induisant la formation d'un plasma au-dessus de La zone de coupe, en apportant une coloration noire qui absorbera totaLement l'énergie laser. Selon une autre caractéristique, l'installation selon L'invention comprend une pièce à main utilisant Le rayon Laser et qui peut être avantageusement réalisée sous une forme rappelant celle des contre-angles classiques couramment utilisés en art dentaire, cet appareil comprenant un corps creux de forme allongée dont l'une des extrémités constitue, ou est agencée pour constituer une tête dans laquelle est installé un dispositif de focalisation auquel aboutit l'extrémité d'une fibre optique logée dans ledit corps et permettant de transporter Le rayon Laser jusqu'audit dispositif de focalisation, Ladite tête étant agencée pour recevoir un instrument d'application interchangeable complétant l'appareil et constitué par une fibre optique; Le dispositif de focalisation étant orienté de manière à envoyer le rayon Laser focalisé sur l'extrémité interne de ladite fibre optique interchangeable, Lorsque cette dernière est en place. Le procédé et l'installation selon l'invention ont notamment pour avantages de permettre une utilisation effective des lasers de type YAG pour effectuer la coupe ou la volatilisation de matériaux et tissus divers, (par - exempLe et de manière avantageuse, La détection et La des- truction de La carie et La coupe de la dentine saine), no- tamment dans des cavités canalaires telles que canaux dentaires. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de La description qui suit et des dessins annexes dans Lesquels: La figure 1 est une vue en coupe Longitudinale et à caractère schématique d'un premier mode d'exécution d'une pièce à main permettant L'application de l'énergie focalisée sur Les surfaces d'intervention, et la projection d'un mélange air/eau de refroidissement. La figure 2 est une vue en coupe Longitudinale et à caractère schématique d'un deuxième mode d'exécution d'une teLLe pièce à main. La figure 3 est une vue en coupe axiaLe du dispositif de jonction permettant de relier ces appareils à la fibre optique assurant l'acheminement du rayon laser et au tuyau d'alimentation en mélange air/eau. On se réfère auxdits dessins pour décrire des exemples avantageux, bien que nuLLement limitatifs, de mise en oeuvre du procédé et de réalisation de L'installation selon L'invention. Ce procédé et cette installation sont notamment remarquables par Le fait que la volatiLisation ou la coupe des matériaux telles que la détection et la destruction de la carie, et La coupe de la dentine saine, sont opérées au moyen d'un Laser spécifique de type YAG comportant les caractéristiques originales ci-après: - une capacité d'émission d'énergie comprise entre O et 250 miLlijouLes (mJ) par pulsation; - une capacité de cadence de tir de 50 Hz; - des durées de pulsations comprises entre 100 et 300 micro-secondes. SeLon Le procédé de l'invention, Le rayon Laser doit être focaLisé pour une tache de 20 à 60/100, ce qui permet le transport de l'énergie à l'intérieur de canaux de faibles diamètres (par exemple: canaux dentaires), à l'aide de fibres optiques présentant ce diamètre. - 6 - D'autre part, la diffusion thermique est Limitée grâce à l'apport d'un fluide de refroidissement tel que, par exemple, un mélange eau/air qui s'effectue simultanément aux tirs et dont les débits sont réglés pour être proportionnels au coefficient d'absorption de l'eau qui: - pour une longueur d'onde de 1,06 m, est de 0,500, et qui - pour une longueur d'onde oe 0,532 Hm, est de 0,003. L'émail déminéralisé opaque, ainsi que la dentine pathologique, sont volatiLisés au point focal ou Légèrement après le point focal, par La formation d'un plasma qui a tendance à augmenter au point de coupe, ce qui permet de réduire L'énergie utilisée entre 10 et 20 millijoules. Les expériences faites dans la destruction de La carie, ont démontré que l'absorption plus marquée de la dentine pathologique était en partie due à un changement de teinte découlant du processus carieux. Pour obtenir la coupe de la dentine saine, on a prévu, selon le procédé de l'invention, de noircir La zone de coupe, par exemple, de manière avantageuse, à l'aide d'une pointe de graphite noir mélangé à une colle qui évite l'élimination hâtive du produit de noircissement, par l'action du mélange air/eau du refroidissement opéré en cours de coupe. Dans ce cas, les caractéristiques de tir sont identiques à celles décrites précédemment pour la destruction de la dentine pathologique. Pour éviter un échauffement excessif au cours de la coupe, on associe avantageusement un mélange air/eau projeté sur la zone d'intervention à des pressions: air: 2 bars environ/ eaux: I litre/heure. Dans ce cas, l'échauffement est compatible avec les fonctions vitales d'une pulpe dentaire. Le laser mis en oeuvre dans l'installation selon l'invention, peut être un laser exclusivement réservé à la coupe des tissus durs. Sa longueur d'onde est alors de { 35 1,06 pm. A cette longueur d'onde et aux intensités susmentionnées, l'onde n'a aucun effet de coupe sur les muqueuses. - 7- IL est possible d'utiliser un doubleur de fréquence, au moyen d'un montage optique très simple permettant de doubler la longueur d'onde sur un laser YAG ayant une Longueur d'onde de 1,06 pm, pour La porter à 0,532, un tel montage étant uniquement mis ern oeuvre pour la chirurgie muqueuse, car la Longueur d'onde à 0,532 pm est bien absorbée par l'hémoglobine. L'invention concerne également une pièce à main permettant de conduire Le rayon Laser et d'appliquer Le rayon focalisé à un point d'impact, sur une paroi dentaire en dentinaire, par exempLe à l'intérieur d'un canal radiculaire. Cette pièce à main comprend un corps creux 1 de forme aLLongée qui peut être conformé pour constituer un manchon de préhension. Ce corps 1 peut être rectiligne (figure 1) ou coudé (figure 2). A l'intérieur de ce corps, est logée une fibre optique 2 entourée d'un support tubulaire ou gaine 3. De manière avantageuse et préférée, un conduit 4 est également installé ou ménagé à l'intérieur du corps 1, parallèlement ou sensiblement parallèlement à la fibre optique 2. La pièce à main comprend également une tète de travail 5 qui peut être rapportée,par exemple par vissage, sur l'une des extrémités du corps 1, ou qui peut être formée par une conformation (figure 2) ou par un agencement (figure 1) de Ladite extrémité. A L'intérieur de cette tête de travail, est installé un dispositif optique de focalisation 6 qui, selon La figure 1 est constitué par un miroir convergent porté par un support 7 fixé par vissage sur la tête S et qui, selon la figure 2 est constitué par une lentille convergente vissée dans ladite tête. La tête 5 est agencée pour permettre le positionnement d'un instrument optique d'application interchangeable 8 constitué par une fibre optique souple. La tête 5 est, par exemple, pourvue d'un taraudage 5a permettant la fixation, par vissage, de la fibre optique souple 8 dont l'extrémité de fixation 8a peut être filetée ou équipée d'un support fileté 9. Les fibres optiques souples 8 sont appelées à remplir une fonction comparable à celle des limes des contre-angles mécaniques actuellement utilisées en odontologie. Elles peuvent avoir une forme cylindrique ou une forme conique rappelant celle desdites limes. De manière avantageuse, ces fibres ont un diamètre de l'ordre de 20 à 60 centièmes de millimètre et présentent une conicité de l'ordre de 32 centièmes de millimètre sur une distance de 16 millimètres. L'extrémité de La fibre optique 2 d'acheminement du rayon laser aboutit au dispositif de focalisation 6. Selon le mode d'exécution illustré à La figure 1, l'extrémité de la fibre optique 2 est orientée de manière à diriger le rayon laser R sur le miroir convergent 6 lequeL permet sa transformation en un faisceau convergent R1 et La réflexion de ce faisceau convergent en direction de L'extrémité interne de la fibre optique d'application 8 laquelle permet de guider ledit rayon focalisé jusqu'au voisinage de son extrémité libre o se trouve le point focal 0. Selon le mode d'exécution représenté à la figure 2, l'extrémité de la fibre.optique 2 est orientée de façon à diriger le rayon Laser sur La lentille convergente 6 laquelle permet sa transformation en un faisceau convergent R1 dirigé sur l'extrémité interne de la fibre optique d'application 8. On comprend que la fibre optique souple 8 permet d'amener le rayonnement laser à l'intérieur des canaux dentaires, y compris jusqu'aux extrémités des racines coudées. La longueur d'onde 0,532 um permettra de couper Les tissus pulpaires et de coaguler les hémoragies. La longueur d'onde 0,06 um permettra d'élargir les parois canalaires. La longueur d'onde 0,532 um en milieu acqueux, permettra d'obtenir une cavitation pour nettoyer les parois. Le conduit 4 destiné à amener le fluide de refroidissement tel que mélange air/eau jusqu'à la tite de travail 5, comporte une extrémité coudée 4a orientée en direction de la partie inférieure de la fibre optique souple 8, de façon à permettre la projection de ce méLange sur l'emplacement d'intervention. Enfin, L'installation selon L'invention comprend également un raccord permettant l'accouplement de La pièce à main à 'une gaine flexible de Liaison 10 à l'intérieur de LaqueLLe sont disposés la fibre optique de transmission 11 reliée à la source d'émission du Laser et Logée dans son support tubuLaire 12, et le tuyau 13 reLié à La source fournissant Le fluide de refroidissement tel que, par exempLe, une source de production d'un mélange eau/air de refroidissement. Ce raccord comprend un embout de centrage 14 de section circulaire et comportant une portion cylindrique ou conique 14a emmanchée dans l'extrémité de la gaine 10 et se prolongeant par un collet fileté 14b s'étendant approxima- tivement sur la demi-longueur dudit embout, en délimitant un épaulement circulaire 14c. Ledit embout comporte encore un premier passage longitudinal 15 pour le logement de la portion terminale de la fibre optique de transmission 11 et un second passage 16 traversé par un tube rigide de jonction 17 permettant de réaliser Le raccordement entre le tuyau d'alimentation 13 Logé dans Le flexible 10 et le conduit 4 ménagé ou instaLLé dans le corps 1 de la pièce à main. Le dispositif de raccordement comprend encore deux écrous de serrage se vissant sur Le filetage du collet 14b, soit: - un premier écrou 18 comportant une surface interne conique disposée autour de La portion Lisse conique 14a de l'embout 14 et par l'intermédiaire de laquelle l'extrémité de la gaine 10 est serrée sur ladite portion lisse conique; - un deux e écrou-bride de serrage 19 par 'intermédiaire - un deuxième écrou-bride de serrage 19 par L'intermédiaire - 10 - de la bride 19a duquel l'extrémité postérieure du corps 1 munie d'une collerette la, peut être serrée dans Le prolongement et contre l'extrémité aval de l'embout de jonction. - 11 - R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Procédé utilisant l'effet laser, pour La coupe ou La vaporisation de matériaux et tissus divers, notamment pour le traitement de La carie dentaire et la découpe de la dentine, caractérisé en ce que L'on utiLise, pour ces interventions, un Laser spécifique de type YAG présentant notamment les caractéristiques suivantes: - émission d'une énergie puLsée comprise entre 0 et 250 millijoules; - cadence de tir de 50 Hz; - durée des pulsations comprises entre 100 et 300 micro-secondes. 2. - Procédé selon La revendication 1, caractérise en ce que Le rayon Laser est focalisé à la sortie d'une pièce à main pour permettre sa conduction sur une fibre optique souple d'appLication. 3. - Procédé selon L'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'on procède à une projection d'eau et/ou d'air de refroidissement sur La zone d'intervention, simul- tanément aux tirs, avec un débit proportionneL au coeffi- cient d'absorption de L'eau, en fonction des Longueurs d'onde. 4. - Procédé seLon L'une queLconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que L'on colore en noir La zone d'intervention avant de procéder aux tirs. 5. - Procédé suivant La revendication 4, caractérisé en ce que cette coloration s'opère à l'aide d'une pointe de graphite noir méLangé à de La coLLe. 6. - Installation utiLisant L'effet Laser, pour La coupe ou La vaporisation de matériaux et tissus divers, notamment pour Le traitement de La carie dentaire et La découpe de La dentine, caractérisée en ce qu'eLLe comprend un Laser - 12 - spécifique de type YAG présentant notamment Les caractéristiques ciaprès: - une capacité d'émission d'une énergie pulsée comprise entre 0 et 250 millijoules; - cadence de tir de 50 Hz; - durées des pulsations comprises entre 100 et 300 micro-seconde. 7. - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'eLLe comporte également une pièce à main comprenant un corps creux (1) de forme allongée, dont l'une des extrémités constitue ou est agencée pour constituer, une tête (5) dans laqueLLe est installé un dispositif optique de focaLisation (6) auquel aboutit l'extrémité de la fibre optique (2) logée dans ledit corps (1) et permettant de transporter le rayon laser jusqu'audit dispositif de focalisation (6), ladite tête étant agencée pour recevoir un instrument d'application interchangeable complétant la pièce à main et constitué par une fibre optique souple (8); le dispositif de focalisation (6) étant orienté de manière à diriger le rayon laser focalisé sur l'extrémité interne de ladite fibre optique interchangeable, lorsque cette dernière est en place. 8. - Installation seLon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que les fibres optiques souples d'application (8) ont une forme conique, afin de remplir une fonction à L'intérieur des canaux dentaires. 9. - Installation seLon la revendication 7, caractérisée en ce que La pièce à main est pourvue d'un conduit (4) permettant d'amener un fluide de refroidissement jusqu'à la tête de travail (5) de ladite pièce à main, ce conduit comportant une extrémité coudée (4a) orientée en direction de la partie inférieure de la fibre souple d'application (8) positionnée sur Ladite tète de travail. -13- 10. - Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un raccord permettant d'accoupler La pièce à main à une gaine flexible de liaison (10) à l'intérieur de laquelle sont disposés la fibre optique de transmission (11) et le tuyau (13) relié à la source fournissant le fluide de refroidissement tel que, par exemple, une source de production d'un méLange air/eau, ce raccord comprenant: - un embout de centrage (14) comportant une portion cylindrique ou conique (14a) emmanchée dans L'extrémité de ladite gaine et se proLongeant par un collet fileté (14b), Ledit embout comportant encore un premier passage (15) dans Lequel est Logée la portion terminale de ladite fibre et un second passage (16) traversé par un tube rigide de jonction (17); - et au moins un écrou-bride (19) vissé sur le filetage de l'embout (14) et permettant de fixer la partie postérieure de la pièce à main dans Le prolongement de ce dernier.