(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
９μｍ〜１２μｍの範囲内の波長および０．０２ｍｍ〜最大８ｍｍの範囲内のビーム直径を有するレーザビームを提供するためのＣＯ２レーザ源と、
２５ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内の焦点距離を有するサブシステム集束要素であって、前記サブシステム集束要素は、（ｉ）前記ビーム直径よりも小さくかつ５０μｍ〜５００μｍの範囲内の直径を有するウェストおよび（ｉｉ）前記ウェストを中心にして５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内の治療深度部分を有するように前記レーザビームを成形するように適合され、前記治療深度部分は、５Ｊ／ｃｍ２〜５０Ｊ／ｃｍ２の範囲内のフルエンスを有する前記レーザビームの唯一の部分を含む、サブシステム集束要素と
を備える、歯科レーザ治療システム。
【請求項２】
前記集束要素は、ガウスビームプロファイルを有するレーザビームを提供するように適合される、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項３】
前記集束要素は、シルクハット型ビームプロファイルを有するレーザビームを提供するように適合される、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項４】
前記焦点距離は、約１３５ｍｍである、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項５】
ビーム誘導システムをさらに備え、前記ビーム誘導システムは、前記レーザ源と前記集束要素との間に位置する、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項６】
前記ビーム誘導システムは、少なくとも１つの検流計を備える、請求項５に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項７】
前記集束要素から下流に配置されるハンドピースアセンブリをさらに備える、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項８】
前記ハンドピースアセンブリ内に配置される反射鏡をさらに備える、請求項７に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項９】
ハンドピースアセンブリをさらに備え、前記集束要素は、前記ハンドピースアセンブリ内に配置される、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項１０】
前記レーザ源は、少なくとも部分的に前記集束要素の前記ウェストおよび焦点距離に基づく直径を有するレーザビームを提供するように構成され、前記レーザビームの直径は、０．０６ｍｍ〜最大５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【請求項１１】
前記集束要素は、少なくとも１つのレンズを備える、請求項１に記載の歯科レーザ治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１４年１１月２６日に出願され、“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｔｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｄｅｎｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，”と題された、米国仮特許出願第６２／０８４，７８３号に対する優先権の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、概して、レーザベースの歯科レーザ治療システムに関し、より具体的には、１つまたはそれを上回るレーザパラメータおよび／もしくは１つまたはそれを上回るシステムパラメータが、治療能力の増大した深度を提供するよう制御される、システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザは、ますます、虫歯を除去すること、硬組織を切断、穿孔、または成形すること、ならびに軟組織を除去もしくは切断することを含む、多数の硬および軟組織歯科手技で有用であることが示されている。歯は、３つの層を有する。最外層は、最も硬質であり、歯の他の部分のための保護層を形成する、エナメル質である。歯の中間および大部分は、象牙質を含み、最内層は、歯髄を含む。エナメル質は、概して、炭酸ヒドロキシアパタイトを含む、ほぼ少なくとも７０％の鉱物重量比を含む。エナメル質および象牙質は、組成が類似し、象牙質が有意に少ないヒドロキシアパタイトを有する。歯髄は、血管および神経を含む。９．３〜９．６マイクロメートル範囲内の波長のレーザは、歯および骨の大部分を形成するヒドロキシアパタイトによってよく吸収され、これらのレーザを硬質歯系組織の除去において効率的にする。
【０００４】
レーザはまた、類似手技がドリルを使用して行われるときに必要とされる局所麻酔を必要とすることなく、歯系物質の除去で有用であることも見出されている。さらに、レーザは、概して、歯科用ドリルと関連付けられる騒音および振動を生じない。少なくともこれらの理由により、レーザがドリルに取って代わり、歯科治療による不安および恐怖心を除去する、または少なくとも低減させることが、歯科業界における多くの者の希望である。
【０００５】
いくつかの歯科レーザシステムでは、レーザは、コンソールに収納され、鏡、レンズ、および光ファイバケーブルを含み得る、ビーム送達のための光学システムを介して、関節運動または可撓性アームを通してハンドピースに透過させられる。アームは、概して、ハンドピース／主要チャンバアセンブリに取り付けられる。清掃および補修を容易にするために、ハンドピースは、取り外し可能であり得る。異なって構成された取り外し可能ハンドピースが、異なる歯科手技に使用されてもよい。アームの端部分内に、またはハンドピース／主要チャンバアセンブリ内に、概して、ハンドピース／主要チャンバアセンブリの端部もしくはビーム出口から治療領域にレーザビームを精密に誘導するために使用され得る、ビーム誘導システムがある。概して、ハンドピース／主要チャンバアセンブリビーム出口は、個人の口腔内の向上した人間工学およびより容易な操作のために小さく、レーザビーム経路は、典型的には、ほぼビーム出口の中心を通過する。ビーム誘導システムは、概して、比較的小型かつ安価であり得る、一対の検流計（例えば、ガルボまたはサーボ制御型回転可能鏡）を含む。
【０００６】
歯系組織を切除するために、レーザは、治療表面において十分なエネルギー密度を提供しなければならない。エネルギー密度は、ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ２）の単位で表され得る、フルエンスと称され得る。放射線の各具体的周波数に関して、典型的には、エナメル質および象牙質等の硬組織を含む、歯系組織を効果的に切除するためのフルエンス閾値（絶対閾値とも呼ばれる）が存在している。例えば、９．３μｍでは、表面改質の閾値が、約２Ｊ／ｃｍ２で生じ、切除の閾値が、約１０Ｊ／ｃｍ２で生じる。レーザビームがパルス状である場合、フルエンスは、治療場所におけるビームの断面積（例えば、ビームスポットサイズ）で除算される、パルスあたりのエネルギーとして定義される。
【０００７】
歯科レーザシステムは、多くの場合、レンズ等の１つまたはそれを上回る集束要素を含む。集束要素は、ビームが影響を与える標的面積を縮小することによって、レーザビーム集束スポットにおけるフルエンス（Ｊ／ｃｍ２）を増加させるよう、集束要素に入射するビームの直径より小さい直径のスポットにレーザビームを集中させる役割を果たし得る。典型的には、そのようなレーザビームは、最小直径および最高フルエンスの領域がウェストと称される、砂時計型プロファイルを有する。集束要素からウェストまでの距離は、集束要素の焦点距離と呼ばれ得る。ウェストの両側から、レーザビームの直径は、概して、発散し、その結果として、フルエンスが減少する。一般に、治療深度は、レーザビームフルエンスが物質（例えば、組織）治療閾値に等しい、またはそれを超える、ウェストの前、ウェストにおける、およびウェストの後の総距離として表される。治療閾値は、切除治療の組織切除閾値に等しくあり得る。パルスレーザシステムの治療深度は、レーザビームの断面積あたりパルスあたりのエネルギーが、治療されている物質の吸収閾値を超える、集束ウェスト直径の前、集束ウェスト直径における、および集束ウェスト直径の後の距離として表されることができる。レーザビーム方程式は、通常、ウェスト半径をω０と呼び、したがって、ウェスト直径は、２ω０である。多くの従来のシステムでは、レーザビームが、非常に大きい角度でウェストから発散するため、治療深度は、典型的には、わずか数ミリメートルである。
【０００８】
Ｆｅａｔｈｅｒｓｔｏｎ、Ｆｒｉｅｄ、およびＲｅｃｈｍａｎｎ等の研究者によって、カリフォルニア大学サンフランシスコ校（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ）で行われた研究は、９．３μｍ〜９．６μｍレーザ波長が歯系硬組織の治療によく適していることを示している。レーザ治療のためのパルス持続時間のインジケータとして熱緩和時間を表す技法によると、５マイクロ秒〜１３０マイクロ秒の範囲内の持続時間を有するパルスが、切除のために望ましくあり得る。５マイクロ秒〜２０マイクロ秒の範囲内のパルス幅は、熱の蓄積を防止し得、歯髄損傷の危険性を最小限にし得る。歯の歯髄は、５℃またはそれを上回る温度上昇を受ける場合に、不可逆的に損傷され得る。
【０００９】
歯科レーザ治療システムにおける比較的小さい治療深度は、歯系組織が治療されることができる距離、隣接歯間治療のオプション、および本システムのユーザ融通性を限定し得る。いくつかの既知のレーザベースの歯科治療技法は、以下の不利点のうちの１つまたはそれを上回るもの、すなわち、治療深度がわずか数ミリメートルである、過剰に大きい集束要素の必要性、過剰に大きいレーザビームウェスト、歯系組織によって効率的に吸収されない波長における動作、および歯系硬組織を治療するための不十分なフルエンスに悩まされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
改良型治療、例えば、より速いおよび／またはより効率的な治療を促進するために、本明細書に説明される歯科レーザ治療システムの種々の実施形態は、十分に高いフルエンスを維持して、治療されない歯系組織への損傷を最小限にし、または回避しながら、歯系組織（例えば、エナメル質および象牙質）の治療の比較的大きい治療深度（例えば、約５ｍｍまたはそれを上回る）を提供する。より大きい（例えば、より長い）治療深度を提供することは、歯の隣接歯間切断を可能にし得、歯科レーザの使用を単純化することができる。例えば、十分に大きい治療深度を用いると、ハンドピースまたは治療部位（例えば、患者の頭部／口腔）の不慮の動きによって引き起こされ得る、治療表面からのレーザビーム送達デバイスの距離（例えば、ハンドピースのビーム出口と治療表面との間のスタンドオフ距離）のわずかな偏差は、治療表面におけるフルエンスに有意な影響を及ぼすことがなくなり得る（例えば、１％未満、５％未満、１０％未満等）。
【００１１】
このような目的で、本開示の一側面は、レーザビームを提供するレーザ源と、ウェストを有するようにレーザビームを成形するように、かつウェストを中心にして少なくとも５ｍｍの治療深度を提供するように適合される、サブシステム集束要素を特徴とする、歯科レーザ治療システムを含む。レーザ源は、治療深度において、硬質歯系組織に治療を行うために所望される最小エネルギー密度に少なくとも等しいエネルギー密度を提供するように適合されてもよい。
【００１２】
種々の実施形態では、ウェストは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内であってもよい。レーザビームは、９μｍ〜１２μｍの範囲内の波長を有してもよい。ある場合には、集束要素は、ガウスビームプロファイルまたはシルクハット型ビームプロファイルを有する、レーザビームを提供するように適合される。集束要素は、少なくとも２５ｍｍ（例えば、最大１３５ｍｍ）の焦点距離でレーザビームのウェストを形成するように適合されてもよい。集束要素は、少なくとも１つのレンズを含んでもよい。ある実装では、歯科レーザ治療システムはまた、例えば、レーザ源と集束要素との間に位置する、ビーム誘導システムを含んでもよい。ビーム誘導システムは、少なくとも１つの検流計を含んでもよい。歯科レーザ治療システムはまた、集束要素から下流にハンドピースアセンブリを含んでもよい。ある場合には、反射鏡および／または集束要素が、ハンドピースアセンブリ内に配置されてもよい。ある場合には、レーザ源は、少なくとも部分的に集束要素のウェストおよび焦点距離に基づく（例えば、０．０６ｍｍ〜最大５ｍｍの範囲内の）直径を有するレーザビームを提供するように構成される。
【００１３】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、レーザ源からレーザビームを提供するステップと、レーザビームがウェストを有し、ウェストを中心にして少なくとも５ｍｍの治療深度を提供するように、サブシステム集束要素を使用して、レーザビームを成形するステップと、治療深度において、硬組織に治療を行うために必要とされる最小エネルギー密度に少なくとも等しいエネルギー密度を提供するステップとを含む、レーザ歯科治療を行うための方法を特徴とする。
【００１４】
種々の実施形態では、ウェストは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内であってもよい。レーザビームは、９μｍ〜１２μｍの範囲内の波長を有し、ガウスまたはシルクハット型ビームプロファイルを有してもよい。ある場合には、成形するステップは、少なくとも２５ｍｍ（例えば、最大１３５ｍｍ）の焦点距離でレーザビームのウェストを形成するために、集束要素（例えば、レンズ）を使用するステップを含んでもよい。本方法はまた、ハンドピースアセンブリ内に配置される反射鏡を使用して、レーザビームを旋回させるステップを含んでもよい。ある場合には、ハンドピースアセンブリは、集束要素から下流に配置される。他の場合には、集束要素は、ハンドピースアセンブリ内に配置される。ある場合には、レーザ源からレーザビームを提供するステップは、少なくとも部分的に集束要素のウェストおよび焦点距離に基づいて、（例えば、０．０６ｍｍ〜最大５ｍｍの範囲内の）レーザビームの直径を調節するステップを含む。
【００１５】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、ウェストを有するレーザビームを提供する、レーザ源と、レーザビームの焦点距離を提供するように少なくとも１つのレンズを含む、集束要素と、レーザ源と集束要素との間に位置する少なくとも１つの検流計を含む、ビーム誘導システムとを含む、歯科レーザ治療システムを特徴とする。ウェストは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内であり、焦点距離に存在してもよい。レーザビームは、９μｍ〜１０μｍの範囲内の波長を有してもよい。レーザビームは、ウェストを中心にして少なくとも５ｍｍの治療深度を提供してもよい。ある場合には、治療深度は、歯系組織に治療を行うために必要とされる、少なくとも最小エネルギー密度のエネルギー密度を有する。
【００１６】
種々の実施形態では、レーザビームは、ガウスまたはシルクハット型ビームプロファイルを有してもよい。歯科レーザ治療システムはさらに、集束要素と治療深度との間に配置されるハンドピースアセンブリを含んでもよい。ある場合には、歯科レーザ治療システムはまた、例えば、集束要素と治療深度との間でハンドピースアセンブリ内に配置される、反射鏡を含んでもよい。
【００１７】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、ウェストおよび焦点距離を有するレーザビームを提供する、レーザ源と、ウェストを中心にした治療深度とを含む、歯科レーザ治療システムを特徴とする。レーザビームは、５０マイクロ秒を上回る持続時間を有する、パルスを含んでもよい。治療深度は、硬質歯系組織に治療を行うために必要とされる、少なくとも最小エネルギー密度のエネルギー密度を有してもよい。ある場合には、治療深度は、焦点距離と組み合わせて、歯科レーザ治療システムと歯系組織との間に間置されるスタンドオフ距離調整を必要とすることなく、レーザ歯科治療が行われることを可能にする。
【００１８】
種々の実施形態では、レーザビームは、ガウスまたはシルクハット型ビームプロファイルを有してもよい。歯科レーザ治療システムは、治療深度内の物質を冷却するためのシステムを含んでもよい。物質を冷却するためのシステムは、治療深度内の物質に送達される流体（例えば、水または水霧）を含んでもよい。ある場合には、歯科レーザ治療システムはまた、流体がハンドピースアセンブリを通して物質に送達される、ハンドピースアセンブリも含む。ある場合には、ウェストは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内であってもよい。レーザビームは、９μｍ〜１２μｍの範囲内の波長を有してもよい。ある実装では、歯科レーザ治療システムは、レーザビームの焦点距離（例えば、少なくとも２５ｍｍ、例えば、最大１３５ｍｍ）を提供する、少なくとも１つの集束要素を含む。ある場合には、ウェストは、焦点距離に存在する。ある実装では、歯科レーザ治療システムはまた、レーザ源と集束要素との間に位置し得る、ビーム誘導システムも含む。ある場合には、ハンドピースアセンブリは、集束要素と治療深度との間に配置されてもよい。集束要素は、少なくとも１つのレンズを含んでもよい。ビーム誘導システムは、少なくとも１つの検流計を含んでもよい。ある実装では、歯科レーザ治療システムは、反射鏡が集束要素と治療深度との間に配置される、ハンドピースアセンブリ内に配置される反射鏡を特徴としてもよい。
【００１９】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、ウェストおよび焦点距離を有するレーザビームを提供する、レーザ源と、少なくとも１つのレンズを含む集束要素と、少なくとも１つの検流計を含むビーム誘導システムとを含む、歯科レーザ治療システムを特徴とする。ウェストは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内であってもよい。レーザビームは、９μｍ〜１０μｍの範囲内の波長を有してもよい。ある場合には、レーザビームは、約５０マイクロ秒の持続時間を有する、パルスを含む。ある場合には、集束要素は、ウェストが焦点距離に存在し、治療深度がウェストを中心にしている、レーザビームの焦点距離を提供する。ビーム誘導システムは、レーザ源と集束要素との間に位置してもよい。治療深度は、歯系組織に治療を行うために必要とされる、少なくとも最小エネルギー密度のエネルギー密度を有してもよい。ある実装では、治療深度は、焦点距離および／またはパルスと組み合わせて、歯科レーザ治療システムと歯系組織との間に間置されるスタンドオフ距離調整を必要とすることなく、レーザ歯科治療が行われることを可能にする。
【００２０】
種々の実施形態では、レーザビームは、ガウスまたはシルクハット型ビームプロファイルを有してもよい。歯科レーザ治療システムはまた、治療深度内の物質を冷却するためのシステムを含んでもよい。冷却用のシステムは、治療深度内の物質に送達される流体（例えば、水または水霧）を含んでもよい。ある場合には、レーザ歯科治療システムはまた、流体がハンドピースアセンブリを通して物質に送達される、ハンドピースアセンブリを含んでもよい。ハンドピースアセンブリは、集束要素と治療深度との間に配置されてもよい。ある場合には、反射鏡が、集束要素と治療深度との間でハンドピースアセンブリ内に配置される。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
レーザビームを提供する、レーザ源と、
ウェストを有するように前記レーザビームを成形するように、かつ前記ウェストを中心にして少なくとも５ｍｍの治療深度を提供するように適合される、サブシステム集束要素であって、前記レーザ源は、前記治療深度において、硬質歯系組織に治療を行うために必要とされる最小エネルギー密度に少なくとも等しいエネルギー密度を提供するように適合される、サブシステム集束要素と
を備える、歯科レーザ治療システム。
（項目２）
前記ウェストは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内である、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目３）
前記レーザビームは、９μｍ〜１２μｍの範囲内の波長を有する、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目４）
前記集束要素は、ガウスビームプロファイルを有する、レーザビームを提供するように適合される、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目５）
前記集束要素は、シルクハット型ビームプロファイルを有する、レーザビームを提供するように適合される、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目６）
前記集束要素は、少なくとも２５ｍｍの焦点距離で前記レーザビームの前記ウェストを形成するように適合される、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目７）
前記焦点距離は、約１３５ｍｍである、項目６に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目８）
ビーム誘導システムであって、前記レーザ源と前記集束要素との間に位置するビーム誘導システムをさらに備える、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目９）
前記ビーム誘導システムは、少なくとも１つの検流計を備える、項目８に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目１０）
前記集束要素から下流に配置されるハンドピースアセンブリをさらに備える、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目１１）
前記ハンドピースアセンブリ内に配置される反射鏡をさらに備える、項目１０に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目１２）
ハンドピースアセンブリをさらに備え、前記集束要素は、前記ハンドピースアセンブリ内に配置される、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目１３）
前記レーザ源は、少なくとも部分的に前記集束要素の前記ウェストおよび焦点距離に基づく直径を有するレーザビームを提供するように構成され、前記レーザビームの直径は、０．０６ｍｍ〜最大５ｍｍの範囲内である、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目１４）
前記集束要素は、少なくとも１つのレンズを備える、項目１に記載の歯科レーザ治療システム。
（項目１５）
レーザ歯科治療を行うための方法であって、
レーザ源からレーザビームを提供するステップと、
前記レーザビームがウェストを有し、前記ウェストを中心にして少なくとも５ｍｍの治療深度を提供するように、サブシステム集束要素を使用して、前記レーザビームを成形するステップと、
前記治療深度において、硬質歯系組織に治療を行うために必要とされる最小エネルギー密度に少なくとも等しいエネルギー密度を提供するステップと
を含む、方法。
（項目１６）
前記ウェストは、５０μｍ〜５００μｍの範囲内である、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記レーザビームは、９μｍ〜１２μｍの範囲内の波長を有する、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
前記レーザビームは、ガウスビームプロファイルを有する、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
前記レーザビームは、シルクハット型ビームプロファイルを有する、項目１５に記載の方法。
（項目２０）
前記成形するステップは、少なくとも２５ｍｍの焦点距離で前記レーザビームの前記ウェストを形成するために、前記集束要素を使用するステップを含む、項目１５に記載の方法。
（項目２１）
前記焦点距離は、約１３５ｍｍである、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
前記集束要素から下流でハンドピースアセンブリ内に配置される反射鏡を使用して、前記レーザビームを旋回させるステップをさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目２３）
前記ハンドピースアセンブリ内に配置される反射鏡を使用して、前記レーザビームを旋回させるステップをさらに含み、前記集束要素もまた、前記ハンドピースアセンブリ内に配置される、項目１５に記載の方法。
（項目２４）
前記集束要素は、少なくとも１つのレンズを備える、項目１５に記載の方法。
（項目２５）
前記レーザ源から前記レーザビームを提供するステップは、少なくとも部分的に前記集束要素の前記ウェストおよび焦点距離に基づいて、前記レーザビームの直径を調節するステップを含み、前記レーザビームの直径は、０．０６ｍｍ〜最大５ｍｍの範囲内である、項目１５に記載の方法。
【００２１】
本開示の種々の側面が、添付図面および付随する発明を実施するための形態を考慮して、より明白となるであろう。その中で描写される実施形態は、限定ではなく一例として提供され、類似参照番号は、概して、同一または類似要素を指す。異なる図面では、異なる参照番号を使用して、同一または類似要素が参照され得る。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、本発明の側面を図示することに重点が置かれる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、種々の実施形態による、レーザビームのウェストおよび治療領域の深度を概略的に描写する。
【図２】図２Ａ−２Ｃは、種々の実施形態による、３つの異なるレーザウェストおよび治療領域の深度を描写する。
【図３】図３は、種々の実施形態による、レーザビーム経路ならびに結果として生じたビームウェストおよび治療深度の描写である。
【図４】図４は、種々の実施形態による、レーザビームハンドピース／主要チャンバアセンブリの一部および治療深度を描写する。
【図５】図５は、種々の実施形態による、レーザシステムの例示的最小、最大、および公称動作パラメータを示す、チャートである。
【図６】図６は、種々の実施形態による、信号パルスおよびレーザパルスの両方を含む、例示的レーザパルス列を示す、概略グラフである。
【図７】図７は、種々の実施形態による、治療に使用され得るガウスビームプロファイルおよびシルクハット型ビームプロファイルを描写する。
【図８】図８は、種々の実施形態による、レーザパルス幅、パルスあたりのエネルギー、および硬質歯系組織内の対応する温度上昇の例示的値を示す、チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、種々の実施形態で生成される例示的レーザビーム１２の一部を示す。レーザビーム１２は、２ω０の直径を有する、ウェスト１４を有する。ウェスト１４の面積は、Ａ０であり、Ａ０＝πω０２であり、レーザビーム１２に沿った点ｎにおける面積は、Ａｎ＝πωｎ２である。パルスレーザビームに関して、パルスあたりのエネルギーは、Ｅとして表され、フルエンスまたはエネルギー密度は、Ｆとして表される。したがって、レーザビーム１２に沿った任意の所与の点ｎにおけるフルエンスは、Ｆｎ＝Ｅ／Ａｎである。フルエンス閾値１５または特定の歯科治療のためのレーザビーム１２の必要最小エネルギー密度は、ＦＴである。切除治療に関して、治療閾値は、歯系組織の切除のために必要とされる最小エネルギー密度に等しい。いくつかの実施形態では、準切除手術が、そこから炭酸塩を除去するよう、エナメル質の表面の温度が約４００℃ずつ上昇させられる、歯系硬組織に行われてもよい。炭酸塩除去は、典型的には、０．５〜５Ｊ／ｃｍ２のフルエンスを有する９．３μｍレーザを用いて、エナメル質で起こり得る。炭酸塩除去に起因して、歯は、齲蝕の形成により耐性を持つようになり得る。フルエンス閾値１５またはＦＴは、概して、ウェスト１４直径２ω０、ビームに沿ったウェストからの距離、パルスあたりのエネルギーＥ、治療されている物質によるレーザエネルギーの吸収、および行われる治療によって判定される。レーザエネルギーの吸収は、レーザビーム１２の波長および治療されている物質の関数である。歯系硬組織内のレーザエネルギーの吸収に関して、波長範囲は、概して、約９μｍ〜約１２μｍ、例えば、約９．３μｍ〜約９．６μｍである。
【００２４】
一般に、点ｎがウェスト１４から遠いほど、概して、ωｎが大きくなるであろう。ωｎが増加すると、Ｆｎが減少する。これは、ウェスト１４から両方に起こる。したがって、ウェスト１４の両側で、典型的には、ビーム直径２ωｎを伴ってＦｎ＝ＦＴである、点が存在している。したがって、ビーム直径の任意のさらなる増大は、レーザビーム１２のパルスあたりの所与のエネルギーにおいて歯系組織を治療することができない場合がある。したがって、治療深度１６は、フルエンスがＦＴにほぼ等しい、ウェスト１４の各側に１つずつある、２つの点の間の距離として表されることができる。治療深度１６は、典型的には、ウェスト１４を中心にしている。
【００２５】
ウェスト１４のサイズは、治療深度１６に強い影響を及ぼし得る。図２Ａ−２Ｃを参照すると、所与のレベルのＥに関して、低ビームテーパを伴う中程度のウェスト１４（例えば、図２Ａに示される）が、治療深度１６を最大限にすることができる。より小さいウェスト１４（例えば、図２Ｂに示される）は、ウェスト１４においてより高いＦを提供するが、より高いビームテーパと組み合わせて、ωｎのより大きい増加率をもたらし得、したがって、より小さい治療深度１６をもたらし得る。より大きいウェスト１４（例えば、図２Ｃに示される）は、どれだけビームテーパが低くても、概して、硬質歯系組織の治療のために必要とされる、フルエンス閾値１５を下回るエネルギー密度を生じる。ウェスト１４は、最小ビーム直径であるが、治療表面上の接触点における実際のビーム直径は、概して、スポットサイズと呼ばれる。５０μｍ未満のスポットサイズが、典型的には、比較的短い治療深度１６を伴って形成されることができる一方で、１０００μｍより大きいスポットサイズは、典型的には、より長いパルス幅でさえも十分なフルエンスを有していない。
【００２６】
図３を参照すると、種々の実施形態では、例示的歯科レーザ治療システム１０は、ビーム誘導システム１８によって形成される経路を辿るレーザ源１１によって提供されるレーザビーム１２を含む。いくつかの実施形態では、ビーム誘導システム１８は、検流計アクチュエータ２２によって駆動される２つの検流計鏡２０と、集束要素２４とを含む。種々の他の実施形態では、任意の他のビーム誘導デバイス、例えば、光ファイバ、導波路等が、使用されることができる。概して、１つまたはそれを上回るレンズが、少なくとも１つの集束要素２４を形成する。レーザ源１１は、概して、後に、関節運動アーム、１つもしくはそれを上回る光ファイバケーブル、関節運動アームおよび１つもしくはそれを上回る光ファイバケーブルの組み合わせ、またはある距離にわたってレーザビームを透過させるための任意の他のデバイスを通して透過させられる、レーザビームを出力する。
【００２７】
集束要素２４からウェスト１４までの距離は、焦点距離２８と称される。いくつかの実施形態では、集束要素２４は、ビーム誘導システム１８とウェスト１４との間に位置し、ビーム誘導システム１８は、レーザ源と集束要素２４との間に位置してもよい。レーザ源１１および／または集束要素２４は、約５０μｍ〜最大約５００μｍの範囲内の直径を有するウェスト１４が形成されることができるように構成される。種々の場合において、ウェスト１４直径は、例えば、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍ、４５０μｍ、５００μｍ等であってもよい。約５ｍｍまたはそれを上回る好適な治療深度１６を提供するよう、十分に低いビームテーパを有するために、焦点距離２８は、いくつかの実施形態では、少なくとも約２５ｍｍである。例えば、焦点距離２８は、例えば、２５ｍｍ、３５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍ、６５ｍｍ、７５ｍｍ、８５ｍｍ、９５ｍｍ、１０５ｍｍ、１２０ｍｍ、１３５ｍｍ、１５０ｍｍ、１６５ｍｍ、１７５ｍｍ、１８５ｍｍ、２００ｍｍ等であってもよい。焦点距離２８、ウェスト１４直径、レーザ波長、およびパルスあたりのエネルギーの適切な選択により、少なくとも約５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍ、４０ｍｍ、４５ｍｍ、またはさらに５０ｍｍの治療深度１６が、達成されることができる。ある場合には、例えば、図３の実施形態に示されるように、焦点距離２８および治療深度１６は、ほぼ等しい。
【００２８】
図４を参照すると、いくつかの実施形態では、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２６は、硬組織、例えば、歯３０の一部を治療するように、レーザビーム１２を指向するために構成される。ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２６のハンドピース部分は、（主要チャンバ内に位置する）集束要素２４から下流に配置される。随意に、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２６は、集束要素２４から下流に配置され、人間工学を向上させるために、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２６の主要軸に対する角度でレーザビーム１２を誘導する、反射鏡（図示せず）を含有してもよい。いくつかの実施形態では、集束要素２４は、ハンドピース内に位置する。
【００２９】
例示的ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２６が使用されるとき、焦点距離２８は、一実施形態では、約１３５ｍｍであってもよい。約９．３μｍの波長において、直径が約７ｍｍの集束要素２４に入射するビームのサイズでは、本焦点距離は、約２５０μｍのウェストを生じることができる。高いフルエンスおよび長い焦点距離２８は、比較的大きい治療深度１６を提供することに役立つ。大きい治療深度の１つの利益は、レーザシステム（概して、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ）と治療されている歯系組織との間にいかなる機械的距離レギュレータも必要としないことである。従来の距離調整デバイスは、ゲージ、スケール、スペーサ、スタンドオフデバイス、または歯科レーザ治療システムと治療される歯科表面との間の距離を調整するための任意の他の手段を含んでもよい。十分に大きい治療深度があると、（例えば、歯科医の手および／または患者の頭部／口腔の動きによって引き起こされる）手動制御型ツールを使用する際に予期される距離変動にもかかわらず、レーザビームエネルギー密度が、フルエンス閾値にとどまる、またはそれを上回ったままであるため、レーザ歯科治療が、いかなる距離調整も伴わずに行われてもよい。
【００３０】
多くのレーザベースの治療システムは、治療に使用されない場合、治療されない組織部分への損傷を引き起こし得る、無駄なレーザエネルギーを最小限にするように構成される。このような目的で、種々のシステムは、レーザベースの切除および／または他の治療が、例えば、レーザビームのウェストでレーザビームが集束される領域で起こるように、構成される。焦点領域は、組織表面に、または組織表面の下方にあり得るが、レーザビームは、概して、所望の治療が焦点領域で、またはそれの非常に近くで起こるように標的にされる。したがって、焦点領域が組織表面にある場合、治療は、概して、組織表面で起こる。焦点領域が組織表面の下方にある場合、治療は、組織表面の下で起こり得る。そのようなシステムは、多くの場合、「光学的高速」システムとして表される。
【００３１】
「光学的高速」システムでは、比較的短い焦点距離（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍ等）を有する集束光学部が、焦点領域内でそのエネルギーを集中させるよう、比較的短いビーム伝搬距離にわたってレーザビームを先細にするために使用される。オペレータが、意図的または不注意に、Ｚ方向（すなわち、組織表面に垂直であり、ビームに沿った方向）にハンドピース等のビーム指向器具を移動させる場合、治療される組織部分は、もはや焦点領域にない場合がある。したがって、Ｚ方向へのそのようなシステムの公差は、概して、低い、例えば、１ｍｍ、０．５ｍｍ、またはそれ未満でさえある。ビーム指向器具の先端と組織表面との間のスタンドオフも、比較的低い、例えば、２ｍｍ、５ｍｍ等である。低いスタンドオフに起因して、ビーム指向器具のわずかな移動は、意図的または不慮であるかどうかにかかわらず、レーザビームスポットを組織表面に沿ってＸおよび／またはＹ方向に比較的小さい距離で移動させ得る。
【００３２】
従来の「光学的高速」システムと異なり、本明細書に説明される種々の実施形態は、「光学的低速」システムとして表され得る、光学サブシステムを特徴とする。図５は、本明細書に説明される例示的レーザシステムの種々のパラメータの例示的最小、最大、および公称値を示す、チャートである。そのような「光学的低速」システムは、例えば、約２５ｍｍを上回り、最大で約２００ｍｍである、例えば、２５ｍｍ、３５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍ、６５ｍｍ、７５ｍｍ、８５ｍｍ、９５ｍｍ、１０５ｍｍ、１２０ｍｍ、１３５ｍｍ、１５０ｍｍ、１６５ｍｍ、１７５ｍｍ、１８５ｍｍ、２００ｍｍ等の比較的長い焦点距離を有する、集束光学部を含み、各限界は、例えば、０．５％、１％、２％、５％、１０％、２０％等の公差を有する。ビーム指向器具の先端と組織表面との間のスタンドオフは、例えば、０．１ｍｍ、１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ等であってもよい。スタンドオフが比較的大きい場合において、レーザビームスポットを組織表面に沿ってＸおよび／またはＹ方向に移動させることができる、器具のわずかな角移動は、例えば、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍもしくはそれを上回る距離だけ、ビームスポットの比較的大きい移動を引き起こし得る。そのようなＸおよび／またはＹ方向移動に起因して、レーザビームが治療されない組織の一部に指向される危険性を最小限にするために、本開示の種々の実施形態は、治療される組織の領域を走査するための自動フィードバック制御型ビーム誘導システムを含む。したがって、オペレータは、Ｘおよび／またはＹ方向にビームを移動させるために、ビーム指向器具を手動で移動させる必要がない。
【００３３】
また、種々の実施形態では、集束要素２４は、焦点領域内でそのエネルギーを集中させるよう、比較的長い伝搬距離にわたってレーザビームを先細にすることができる。種々の実施形態では、組織表面の法線に対するテーパ角は、例えば、０．５°、０．７５°、１°、１．２５°、１．７５°、２°、５°、７°、１０°等であってもよい。これに起因して、治療深度１６（例えば、フルエンスが治療（例えば、切除、炭酸塩の除去等）のために効果的である、ビームウェスト１４の周囲のＺ方向への距離）は、例えば、０．５％、１％、５％、１０％、２０％等の公差を伴って、例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍ、４０ｍｍ、４５ｍｍ、５０ｍｍ等であってもよい。そのようなシステムでは、ウェスト１４におけるフルエンスは、例えば、１０Ｊ／ｃｍ２、１２Ｊ／ｃｍ２、１５Ｊ／ｃｍ２、２０Ｊ／ｃｍ２、２５Ｊ／ｃｍ２、３０Ｊ／ｃｍ２、４０Ｊ／ｃｍ２、５０Ｊ／ｃｍ２等であってもよい。治療深度１６の極限におけるフルエンス（ＦＴ）は、例えば、５Ｊ／ｃｍ２、７Ｊ／ｃｍ２、１０Ｊ／ｃｍ２、１２Ｊ／ｃｍ２、１５Ｊ／ｃｍ２、１７Ｊ／ｃｍ２、２０Ｊ／ｃｍ２等であってもよい。したがって、種々の実施形態は、Ｚ方向へのビーム指向器具の移動が不慮または意図的であるかどうかにかかわらず、そのような移動において約５ｍｍ〜最大約１５ｍｍのより大きい公差を可能にする。種々の場合に、そのようなシステムによって生成されるスポットサイズは、例えば、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍ、４５０μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ等であってもよい。
【００３４】
一般に、集束要素に入射するレーザビームの直径はまた、ウェストの直径（集束要素からの焦点距離におけるスポットサイズ）にも影響を及ぼす。入射ビームの直径とウェスト直径との間の関係は、概して、以下によって求められ、
【数１】
0006710210.tif 000002
式中、ｆは、ビーム集束要素の焦点距離であり、Ｍは、ビームプロファイル（ガウス、シルクハット型等）と関連付けられる定数であり、Ｄは、入射ビームの直径である。したがって、ある波長（例えば、９．３μｍ、９．６μｍ等）およびビームプロファイルを有するレーザに関して、好適なウェスト直径を有するビームは、集束要素の焦点距離ｆおよび／または入射ビームの直径Ｄを制御することによって形成されることができる。規定焦点距離ｆに関して、ウェスト直径（ウェストとも呼ばれる）は、入射ビーム直径Ｄに反比例する。
【００３５】
種々の実施形態では、ウェスト直径は、治療深度内のレーザビームのウェストおよび任意の断面におけるパルスあたりのフルエンスが、歯系硬組織の切除、エナメル質からの炭酸塩の除去等の準切除治療等の選択された治療のために十分であるように、選択される。このような目的で、いくつかの実施形態では、最初に、レーザの波長、ビームプロファイル、および集束要素の焦点距離ｆが、選択される。例えば、約５０μｍ〜最大約５００μｍの好適な範囲内のウェスト直径を提供するために、レーザは、好適な直径を有するレーザビームを集束要素に透過させるように構成される。そのようなビームが提供されない場合、治療深度内の選択されたウェスト直径およびスポットサイズが達成されない場合がある。
【００３６】
例証すると、２５ｍｍの焦点距離を有する集束要素が使用される場合、５０μｍのウェスト直径を達成するために、レーザは、約０．６ｍｍの直径を有するビームを提供するように構成される。しかしながら、２５０μｍおよび５００μｍのウェスト直径を達成するために、レーザは、それぞれ、約０．６ｍｍおよび０．０６ｍｍの直径を有するビームを提供するように構成される。代わりに、２００ｍｍの焦点距離を有する集束要素が使用される場合、５０μｍのウェスト直径を達成するために、レーザは、約５ｍｍの直径を有するビームを提供するように構成される。２５０μｍおよび５００μｍのウェスト直径を達成するために、レーザは、それぞれ、約０．９５ｍｍおよび０．４８ｍｍの直径を有するビームを提供するように構成される。
【００３７】
一般に、規定直径を有するレーザビームが短い焦点（例えば、２５ｍｍ未満）を有する集束要素に入射する場合、焦点距離に正比例するウェスト直径は、同一のレーザビームがより長い焦点距離（例えば、約２５ｍｍまたはそれを上回る）を有する集束要素に指向される場合に取得されるウェスト直径と比較して、比較的小さいであろう。したがって、より長い焦点を有する集束要素からのビーム出力のテーパ角は、より短い焦点を有する集束要素によって生成されるテーパ角未満であろう。上記で説明されるように、より小さいテーパ角は、光学的高速システムより比較的大きい治療深度を有する、光学的低速システムをもたらし得る。本明細書に説明される焦点距離およびウェストまたはウェスト直径の値は、例えば、０．０５％、０．１％、１％、２％、５％、１０％、２０％等の公差内である。
【００３８】
図６は、信号パルス４０およびレーザパルス４２（例えば、ＣＯ２レーザパルス）の両方を含む、種々の実施形態による、例示的パルス列を示す。信号パルス４０は、ＴＴＹトリガ信号であってもよい。レーザパルス４２は、サメのヒレの形状に類似する形状を有することができ、信号パルスの開始後に点火遅延を有する。トリガ信号のパルス幅（Ｘ）４４およびパルス高さ（Ｙ）４６が示され、レーザパルスを表すために使用されてもよい。１つのパルスサイクル（Ｒ）４８も示されており、その持続時間は、パルスオン持続時間４４とともに、２つの連続パルスの間の距離／間隔を表すことができる。連続波モードで操作されない限り、パルスサイクルは、オンおよびオフ持続時間を含む。１秒内のパルスサイクル４８の数は、パルス繰り返し率を表す。種々の場合において、パルスオン持続時間４４は、例えば、５マイクロ秒、１０マイクロ秒、１５マイクロ秒、２０マイクロ秒、２５マイクロ秒、３０マイクロ秒、４０マイクロ秒、５０マイクロ秒、６０マイクロ秒、７０マイクロ秒、８０マイクロ秒、９０マイクロ秒、１００マイクロ秒、１２５マイクロ秒、１５０マイクロ秒、１７５マイクロ秒、２００マイクロ秒、２５０マイクロ秒、３００マイクロ秒等であってもよい。種々の場合において、パルスサイクル周期は、例えば、３０マイクロ秒、４０マイクロ秒、５０マイクロ秒、１００マイクロ秒、２００マイクロ秒、３００マイクロ秒、５００マイクロ秒、７５０マイクロ秒、１０００マイクロ秒、２０００マイクロ秒、５０００マイクロ秒、１０，０００マイクロ秒、１５，０００マイクロ秒、２０，０００マイクロ秒等であってもよい。種々の場合において、デューティサイクル（パルスオン持続時間対パルスサイクル周期の比として表される）は、例えば、１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％等であってもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、パルスレーザは、光子のバーストでレーザ光エネルギーを発する。光子のバーストまたはパルスは、パルス列に構造化されることができる。パルスは、典型的には、パルス幅、パルス高さ、および／またはパルスエネルギーに関して表される。パルス幅は、パルスオン持続時間またはパルスサイクル周期を表すことができる。パルス列は、典型的には、繰り返し率またはパルス周波数、すなわち、光子のバーストの周波数に関して表される。パルス幅、高さ、および繰り返し率によって表される、あるパルス列のみが、歯系組織、特に、歯系硬組織を安全かつ効果的に切断することができる。歯系硬組織は、口腔骨組織ならびに歯の組織を含んでもよい。歯系組織の切除閾値を超えるために十分なエネルギーと、不利な表面熱変形を回避するよう過剰すぎないエネルギーとを有する必要性が、パルスおよびパルス列パラメータを含む、有用なレーザパラメータの可能な組み合わせを制限する。有用なレーザパラメータの組み合わせは、組み合わせで使用されたときに、歯系組織の安全かつ効果的な治療をもたらし得る、レーザパラメータのセットである。レーザパラメータは、パルス形状、パルス幅、パルス高さ、および／または繰り返し率を含む。パルス幅および高さは、パルスあたりのエネルギーの量に影響を及ぼし、繰り返し率は、経時的に送達される出力の量に影響を及ぼす。加えて、歯系組織は、冷却がないと、熱ショックを引き起こし得、歯系組織を損傷し得る、より多くのパルスエネルギーが使用されることを可能にするように冷却されてもよい。したがって、冷却の使用は、パルスにつき歯系組織に安全かつ効果的に指向され得るエネルギーを増加させることができる。
【００４０】
パルス形状パラメータの変動は、パルスエネルギーの変化をもたらし得る。繰り返し率の変動は、レーザ出力の変化をもたらし得る。パルスあたりのエネルギーは、典型的には、表面特性に影響を及ぼし、パルスあたりのエネルギーが大きすぎるときに、亀裂または隆起をもたらし得る。隆起は、エナメル質および／または象牙質の融解ならびに塩相に遷移するセラミックによる関連鉱物改質によって形成され得る。経時的に歯に送達される出力は、大きすぎるときに、歯髄の加熱をもたらし得る。歯の歯髄の温度が約５℃ずつ上昇した場合、歯髄が損傷され、歯が恒久的に損傷され得る可能性がある。一般に、歯系組織は、断熱性であるが、通常、歯の表面温度が比較的高いときでさえも、歯髄内の温度上昇を制限する。加えて、歯の表面を冷却することは、歯の中へ伝導される熱の量を低減させ得、歯髄温度のいかなる上昇もさらに制限し得る。
【００４１】
これらの断熱性は、概して、歯の表面とその髄室との間の歯の厚さに依存している。したがって、歯の表面が摩耗または除去されるとき、歯の断熱性は、概して、低減した効果を有する。したがって、パルスエネルギーは、典型的には、髄室までの歯の組織の厚さが減少するにつれて減少させられる必要がある。多くの場合、摩耗、浸食、臨床的除去等に起因する、歯の厚さの低減は、安全かつ効果的に使用され得る、パルス形状および繰り返し率を変化させ得る。したがって、種々の実施形態では、望ましくない表面改質および歯の歯髄の過剰な加熱を回避する目的は、安全かつ実用的であるパルス形状および繰り返し率の群、または有用なレーザパラメータの組み合わせを判定することができる。安全かつ効果的なパルス形状および繰り返し率の範囲は、歯の表面の冷却によって、および歯の断熱性によって拡大されることができる。
【００４２】
図７を参照すると、単一のレーザ軸Ｘ内の２つの異なる例示的ビームプロファイルが示されている。レーザビームは、Ｘ軸に垂直な方向に伝搬する。ガウスビームプロファイル５０は、鐘形ビームプロファイルを有する。シルクハット型ビームプロファイル５２は、方形波のように成形される。ウェストは、Ｄ４σ、１０／９０または２０／８０ナイフ刃、１／ｅ２、半値全幅（ＦＷＨＭ）、およびＤ８６を含む、いくつかの標準技法によって画定されてもよい。当業者は、これらの技法の定義および使用を理解し、したがって、これらの技法の使用は、本開示の種々の実施形態の範囲内である。ガウスビームプロファイル５０は、ウェスト中心において最大エネルギーを提供することができる。近ガウスビームプロファイルは、形状が純粋にガウスではないが、ガウスビームプロファイルに密接に類似する。ガウスビームプロファイルまたは近ガウスビームプロファイルは、典型的には、標準球状光学部またはレーザを使用して生成される。シルクハット型ビームプロファイルは、回折光学部を使用して生成されることができる。シルクハット型ビームプロファイルを生成するための回折光学部は、典型的には、各具体的用途のために設計される。近シルクハット型ビームプロファイルは、ビームホモジナイザおよびレンズを使用して生成されてもよい。シルクハット型ビームプロファイル５２は、ウェストの全体を通してエネルギーを一様に提供することができる。これは、シルクハット型および近シルクハット型ビームプロファイルが、ガウスまたは近ガウスプロファイルのみを使用して取得されることができるが、ビームスポットの全体を通して実質的に均一なフルエンスから利益を得ることができる、閾値フルエンスを必要としない治療によく適することを可能にし得る。典型的切除治療と異なり、いくつかのレーザ治療は、フルエンスが治療フルエンス範囲内であることを要求し、その下限は、より低い治療閾値を上回り（または少なくともそれに等しい）、その上限は、より高い治療閾値より小さい（または最大でもそれに等しい）。シルクハット型ビームプロファイルは、歯系組織の領域に指向されるエネルギーが選択された治療フルエンス範囲内にあることを確実にするために、これらの治療に使用されてもよい。他の実施形態では、当技術分野で公知である他のビームプロファイルが使用されてもよい（例えば、ドーナツ型ビームプロファイル）。
【００４３】
図８は、歯系硬組織（例えば、エナメル質）の温度へのレーザパルス幅およびパルスあたりのエネルギーの例示的影響を示す。５０マイクロ秒を上回るパルス持続時間は、典型的には、９．３μｍまたは９．６μｍレーザを使用する切除治療に使用されるものより長い。ある場合には、歯系硬組織の熱緩和時間を有意に上回るパルス持続時間が、歯の歯髄を損傷し得る、熱蓄積をもたらし得る。これらのより長いパルス持続時間はまた、不良な表面形態、亀裂、および／または隆起をもたらし得る。しかしながら、歯系組織の冷却を採用することによって、熱蓄積および表面損傷が、回避または少なくとも軽減されることができ、より長いパルス持続時間が、安全に使用されることができる。歯系組織を冷却するために、流体が、治療される歯系組織に送達されることができ、ハンドピース／主要チャンバアセンブリは、流体／冷却剤を送達するためのサブシステムを提供してもよい。米国特許出願第２０１３／０３２３６７５号は、そのような冷却システムおよび方法の実施例を説明し、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。ある場合には、冷却流体は、水または水霧である。５０マイクロ秒を上回るパルス持続時間が、ある場合には、パルスあたりのより大きいエネルギー（Ｅ）を提供し、したがって、より大きい治療深度１６を可能にすることができる。
【００４４】
本明細書で採用される用語および表現は、限定ではなく、説明の用語および表現として使用され、そのような用語および表現の使用には、図示および説明される特徴またはその一部のいかなる均等物も除外する意図はない。加えて、本発明のある実施形態が説明されているが、本明細書に開示される概念を組み込む他の実施形態が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく使用され得ることが、当業者に明白となるであろう。種々の実施形態の構造特徴および動作機能は、種々の組み合わせならびに順列で配列されてもよく、全てが開示される発明の範囲内であると見なされる。故に、説明される実施形態は、あらゆる観点において、制限ではなく例証にすぎないものとして、見なされるものである。さらに、本明細書に説明される構成、材料、および寸法は、例証的であり、いかようにも限定として意図されない。同様に、物理的説明が、説明目的で提供されているが、いかなる特定の理論または機構に拘束されること、もしくはそれに従って請求項を限定することを意図しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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