(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象表面上に破壊フォースを与えるための機器であって、
前記対象表面の複数の点の上に電磁エネルギを供給しかつ該複数の点の上で該電磁エネルギを自動的に走査するように構成されたスキャナと、
前記複数の点の上に同時に水分の層を与えるように構成された水分アウトプットと、を含み、
前記複数の点の上に同時に水分の層を与えることが、前記対象表面の上で約５ミリメートル又はそれよりも小さく延びる対応する複数の相互作用域を設定し、
前記スキャナからの電磁エネルギが、前記水分の層全体にわたって自動的に走査しかつ前記相互作用域の各々における前記水分の層によって実質的に吸収され、
前記相互作用域の各々における前記電磁エネルギの実質的な吸収が、該相互作用域内の水分を膨張させかつ前記対象表面上に破壊フォースを与える、
ことを特徴とする機器。
【請求項２】
前記スキャナからの電磁エネルギが、前記対応する複数の相互作用域における複数の点の上で前記水分によって実質的に吸収され、
各相互作用域が、前記電磁放射の伝播の方向と平行な方向に測定して、前記対象表面から約５ミリメートルよりも大きくない大きさで実質的に境界付けられ、
前記電磁放射のパス内で各相互作用域の５ミリメートル境界線を越えて広がる水分量が、無視できるほどであり、各５ミリメートル境界線を超えた水分による前記電磁放射の吸収量が、各相互作用域の５ミリメートル境界線を越えて水分が広がらない場合に該機器が有することになる切断力と比較して該機器の切断力を検出可能なほど変化させないようになる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記スキャナが、出力先端部を有するファイバ光学を含み、
前記水分アウトプットが、前記ファイバ光学の出力先端部上に水分をアウトプットするように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項４】
前記電磁エネルギが、約２．７８ミクロンの波長を有するＥｒ，Ｃｒ：ＹＳＧＧ固体レーザ及び約２．９４ミクロンの波長を有するＥｒ：ＹＡＧ固体レーザの一つからのレーザエネルギを含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項５】
前記水分が、水滴のコロイド懸濁液、大変湿度の高い空気、涼しい又は冷たい蒸気、及びドライアイスの存在により生成された水蒸気の一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項６】
前記スキャナが、前記水分アウトプットが前記複数の点の上に同時に水分を与える第１のモードで動作し、また前記水分アウトプットが前記複数の点の上に水分を与えない第２のモードで動作することを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項７】
前記スキャナが、前記水分アウトプットが前記複数の点の上に同時に水分を与える第１のモードで動作し、また前記水分アウトプットが前記複数の点の上に、前記第１のモードにおいて該水分アウトプットによって該複数の点の上に与えられた水分量に比較して減少した水分量を与える第２のモードで動作することを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項８】
その中で前記水分が前記電磁エネルギを吸収しながら膨張する各相互作用域が、前記対象表面の上で約３ミリメートルよりも多くは延びないことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項９】
前記スキャナからの集束電磁エネルギが、前記複数の点の上で前記水分によって高く吸収される波長を有することを特徴とする、請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記水分アウトプットが、該水分アウトプットによって霧状液体粒子アウトプットの少なくとも一部分を除去する少なくとも一つの吸気チャネルを含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項１１】
前記吸気チャネルが、浮遊水分を除去することを特徴とする、請求項１０に記載の機器。
【請求項１２】
前記水分が、霧状液体粒子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項１３】
前記水分アウトプットが、ネブライザを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の機器。
【請求項１４】
前記水分アウトプットが、圧電素子を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の機器。
【請求項１５】
前記スキャナが、異なる時間インスタンスで、前記複数の点の各々の異なる一つの上で前記電磁エネルギを走査することを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項１６】
前記スキャナが、前記複数の点の各々の上に前記電磁エネルギのピーク集束を送給し、
前記電磁エネルギの各ピーク集束が、前記対象表面上に送給された前記電磁エネルギの集束よりも大きい、
ことを特徴とする、請求項１５に記載の機器。
【請求項１７】
前記スキャナが、前記複数の点の上に前記水分が与えられたか否かに関係なく、該複数の点の各々の上で前記対象表面上に送給された前記電磁エネルギの集束よりも大きい該電磁エネルギのピーク集束を該複数の点の各々の上に送給することを特徴とする、請求項１６に記載の機器。
【請求項１８】
前記スキャナが、該機器から遠く離れるように延びる伝播パスに沿って電磁放射を放出するように構成され、
前記水分アウトプットが、前記伝播パスに対して直角な方向に水分を向けるようになっている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項１９】
前記スキャナからの電磁エネルギが、前記対応する複数の相互作用域における複数の点の上で前記水分によって実質的に吸収され、
その中で前記水分が前記電磁エネルギを吸収しながら膨張する各相互作用域が、各伝播パスに沿って約５ミリメートル又はそれ以下の距離だけ延び、
各相互作用域が、水分がないことによって前記伝播パス上で該相互作用域の近位端において境界付けられかつ存在する場合には人間の歯上に熱カフィング作用を与えることができることになる電磁放射量がないことによって前記伝播パス上で該相互作用域の遠位端において境界付けられ、
前記電磁エネルギの波長が、各相互作用域における水分によって高く吸収され、それによって前記水分による前記電磁放射の吸収が皮膚をカフィングする又は除去するのに適した破壊メカニカル・フォースを生成するように選択される、
ことを特徴とする、請求項１８に記載の機器。
【請求項２０】
熱切断フォースとは区別される前記破壊メカニカル・フォースが、前記相互作用域の一つ内に置かれた皮膚をカフィングする又は除去するのに適したカフィング・フォースを生成することを特徴とする、請求項１９に記載の機器。
【請求項２１】
前記水分アウトプットが、少なくとも一つの水分管を含み、
前記スキャナが、前記少なくとも一つの水分管を移動させて、前記水分アウトプットから前記複数の点の上に水分を与えるのを可能にするようになっている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項２２】
前記水分が、水滴のコロイド懸濁液、大変湿度の高い空気、涼しい又は冷たい蒸気、及びドライアイスの存在により生成された水蒸気の一つを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の機器。
【請求項２３】
前記水分が、霧状液体粒子を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の機器。
【請求項２４】
前記水分アウトプットが、ネブライザを含むことを特徴とする、請求項２３に記載の機器。
【請求項２５】
前記水分アウトプットが、圧電素子を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の機器。
【請求項２６】
前記水分アウトプットが、該水分アウトプットによって霧状液体粒子アウトプットの少なくとも一部分を除去する少なくとも一つの吸気チャネルを含むことを特徴とする、請求項２３に記載の機器。
【請求項２７】
前記スキャナが、前記対象表面の複数の点の上で前記電磁エネルギを走査するように構成されたレフレクタ組立体及び集束光学系を含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
【請求項２８】
前記スキャナが、平行レーザビームを走査するように構成されることを特徴とする、請求項２７に記載の機器。
【請求項２９】
前記水分が、水滴のコロイド懸濁液、大変湿度の高い空気、涼しい又は冷たい蒸気、及びドライアイスの存在により生成された水蒸気の一つを含むことを特徴とする、請求項２７に記載の機器。
【請求項３０】
前記水分が、霧状液体粒子を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の機器。
【請求項３１】
前記水分アウトプットが、ネブライザを含むことを特徴とする、請求項３０に記載の機器。
【請求項３２】
前記水分アウトプットが、圧電素子を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の機器。
【請求項３３】
前記水分アウトプットが、該水分アウトプットによって霧状液体粒子アウトプットの少なくとも一部分を除去するように構成された少なくとも一つの吸気チャネルを含むことを特徴とする、請求項３０に記載の機器。
【請求項３４】
前記吸気チャネルが、浮遊水分を除去することを特徴とする、請求項３０に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本出願は、アメリカ合衆国特許仮出願第６０／０８３，００３号、出願日１９９８年４月２４日、及び名称「皮膚科学に応用するための霧状液体粒子を用いた電磁誘導切断」の利益を主張し、その内容はここに参照のために明白に採用されている。
【０００２】
本発明は、一般的に医療用機器に関し及び、より特定的には、組織及び他の物質を切断し及び除去するための方法及び機器に関する。
【０００３】
【従来の技術】
図１を参照すると、従来技術の光学カッタは、ファイバ誘導管（fiber guide tube）５、送水管７、送気管９、及び圧縮空気を供給するためのエアナイフ管１１を含む。キャップ（cap）１５は、ハンドヘルド（hand-held）機器１３に備えられており、細線１７を介して保護される。ファイバ誘導管５は、円筒金属片（cylindrical metal piece）１９の中に接する。他の円筒金属片２１は、キャップ１５の一部である。レーザが二つの金属円筒物１９及び２１の間の間隙をつなぐと、エアナイフ管１１からの圧縮空気は、レーザを取り囲み及び冷却する。エアナイフ管１１からの空気は、エレメント１９及び２１の間のインターフェースを冷却した後に、二つの排出管２５及び２７から流出する。
【０００４】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ・エネルギは、ファイバ誘導管２３から流出し、及び患者の対象表面に適用される。送水管７からの水及び送気管９からの圧縮空気は、混合室（mixing chamber）２９に押し込まれる。空気及び水の混合物は、混合室２９において大変乱流であり、及び小さな穴を有するメッシュ・スクリーン（mesh screen）３１を通してこの室から流出する。空気及び水の混合物は、ファイバ誘導管２３の外側を通り、及び前記管を出て手術領域に接する。
【０００５】
他の従来技術の装置は、歯の成分を破壊し及び除去するために水の膨張を利用した光学切断システム、例えばスタイナー他によるアメリカ合衆国特許第５，１９９，８７０号に開示されているものを含む。この従来技術によるアプローチは、１０乃至２００マイクロメートルの厚みを有する液体の薄膜を必要とする。ウォルバーシュト他によるアメリカ合衆国特許第５，２６７，８５６号は、水が物質の小孔に挿入され、及びレーザ・エネルギで照射されることを必要とする切断機器を開示する。両方の特許において、切断（？）の精度及び正確性は、物質上の水薄膜又は小孔内の水の精度及び正確性に大きく依存する。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電磁誘導メカニカル切断機構を開示し、それは他の物質と同様に、固い組織及び柔らかい組織上での正確な切断動作を供給することができる。柔らかい組織は、脂肪、皮膚、粘膜、歯肉、筋肉、心臓、肝臓、腎臓、脳、眼、及び血管を含んでもよく、及び固い組織は、歯のエナメル質、歯の象牙質、歯のセメント質、虫歯、アマルガム、複合素材、歯石、骨、及び軟骨を含んでもよい。
【０００７】
電磁誘導カッタは、切断表面に関わりなく、大変細かく滑らかな切断を供給することができる。さらに、ユーザがプログラムできる霧状粒子の組み合わせ、又は湿潤空気の合成物の組み合わせは、様々な切断パラメータのユーザ制御を見込んでいる。様々な切断パラメータは、スプレ・ノズル（spray nozzle）及び電磁エネルギ・ソース・パラメータを変更することによって制御されてもよい。本発明はさらに、大変正確で制御された切断を得るための水の薄膜又は特に小孔を有する表面を必要としない。熱加熱（thermal heating）は、ある実施形態において切断機構として使用されないので、熱損傷は減少し又は排除される。周辺組織は、実質的な熱損傷から免れることができる。
【０００８】
本発明の電磁誘導メカニカル・カッタは、電磁エネルギ・ソースを含み、それは電磁エネルギを、対象表面周辺の大量の空気に集束させる。対象表面は例えば皮膚を含んでもよい。ユーザ入力装置は、実行される切断の種類を特定することができ、及びユーザ入力装置に応答するアトマイザ（又は湿潤空気生成装置）は、湿潤空気及び／又は霧状液体粒子の組み合わせを、前記大量の空気に入れる。電磁エネルギは前記大量の空気に集束され、及び前記電磁エネルギの波長は空気中の水分及び／又は前記大量の空気中の霧状液体粒子によって実質的に吸収されるために選択される。電磁エネルギが吸収されると、湿潤及び／又は霧状液体粒子は、メカニカル切断フォースを対象表面に与える。
【０００９】
本発明は、その追加の特徴及び効果とともに、添付の図面を参照した以下の説明によって最も理解されるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、対象表面に破壊フォースを与えるための機器であって：
前記対象表面の複数の点の上で電磁エネルギを自動的に走査するために構成されたスキャナ（scanner）と；及び
前記複数の点の上で同時に水分を与えるために構成された水分アウトプット（output）であって、前記スキャナからの電磁エネルギは、前記複数の点の上で前記水分によって実質的に吸収され、及び前記水分による前記電磁エネルギの吸収によって、前記水分は膨張し、及び前記対象表面に破壊フォースを与える前記水分アウトプットとを具備する機器によって達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明に従った電磁誘導メカニカル・カッタを示すブロック図である。電磁エネルギ・ソース５１は、コントローラ５３及び送出システム５５の両方に接続される。送出システム５５は、メカニカル・フォースを対象表面５７に与える。現在の実施形態においては、送出システム５５は、レーザ５１の、対象表面５７の上に設定された相互作用域５９への経路を決めるためのファイバ光学ガイドを具備する。送出システム５５はさらに、ユーザが特定した霧状液体粒子の組み合わせを、相互作用域５９に送出するためのアトマイザを具備する。コントローラ５３は、レーザ５１の様々な動作パラメータを制御し、さらに、送出システム５５からのユーザが特定した霧状液状粒子アウトプットの組み合わせの特定の特性を制御する。
【００１２】
図３は、本発明のエンジ誘導メカニカル・カッタの簡単な実施形態を示しており、そこにおいてはファイバ光学ガイド６１、送気管６３、及び送水管６５がハンドヘルド・カバ６７の中に配置される。送水管６５は、比較的低圧下で動作し、及び送気管６３は比較的高圧下で動作する。ファイバ光学ガイド６１からのレーザ・エネルギは、相互作用域５９において、送気管６３及び送水管６５からの空気及び水の組み合わせに集束する。空気及び水の混合物の中の霧状液体粒子は、ファイバ光学管６１のレーザ・エネルギからのエネルギを吸収し、及び爆発する。これらの霧状液体粒子からの爆発力は、メカニカル切断フォースを対象表面５７に与える。
【００１３】
図１に戻ると、従来技術の光学カッタは、レーザ・エネルギを例えばＡ領域における対象表面に集束し、及び本発明の電磁メカニカル・カッタは、レーザ・エネルギを例えば相互作用域Ｂに集束する。従来技術の光学カッタは、組織を切断するために直接的にレーザ・エネルギを使用し、及び本発明の電磁誘導メカニカル・カッタは、レーザ・エネルギを使用して、霧状液体粒子を膨張させて、メカニカル切断フォースを対象表面に与える。従来技術の光学カッタは、対象となる領域を切断するために大量のレーザ・エネルギを使用しなければならならず、また対象となるこの領域を冷却し、及び切断された組織を取り除く両方の目的のために大量の水を使用しなければならない。
【００１４】
反対に、本発明の電磁誘導メカニカル・カッタは、比較的少量の水を使用し、さらに、水から生成される霧状液体粒子を膨張させるために、少量のレーザ・エネルギのみを使用する。本発明の電磁誘導メカニカル・カッタに従って、爆発した霧状液体粒子は、対象表面に接する前に発熱反応によって冷却されるので、手術領域を冷却するために水は必要ではない。このように本発明の霧状液体粒子は、対象表面に接する前に熱され、膨張され、及び冷却される。本発明の電磁誘導メカニカル・カッタは、このように焦げたり焼けたりすることなく、切断することができる。
【００１５】
図４ａは、電磁誘導メカニカル・カッタの現在の好ましい実施形態を示す。霧状液体粒子を生成するためのアトマイザは、ノズル７１を具備しており、それは所望の切断の種類に従って、霧状液体粒子の様々な空間分布を得るために、他のノズル（図示されていない）と入れ換えられてもよい。想像線で示されている第二のノズル７２も使用されてよい。電磁誘導メカニカル・カッタの切断フォースは、さらにユーザ制御７５（図４ｂ）によって制御される。簡単な実施形態においては、ユーザ制御７５は、ノズル７１に流入する空気圧及び水圧を制御する。このようにノズル７１は、多くの異なるユーザ特定の霧状液体粒子及びエアスプレの組み合わせを生成することができる。
【００１６】
強力なエネルギが、ファイバ光学ガイド２３から放出される。この強力なエネルギは、好ましくは、コヒーレントなソース、例えばレーザから生成される。現在の好ましい実施形態においては、レーザは、２．７０乃至２．８０ミクロンの範囲にある波長を有する電磁エネルギを生成する、エルビウム、クロム、イットリウム、スカンジウム、ガリウム・ガーネット（Ｅｒ，Ｃｒ：ＹＳＧＧ）固体レーザか、又は２．９４ミクロンの波長を有する電磁エネルギを生成する、エルビウム、イットリウム、アルミニウム・ガーネット（Ｅｒ：ＹＡＧ）固体レーザのいずれかを具備する。現在好まれているように、Ｅｒ，Ｃｒ：ＹＳＧＧ固体レーザはおよそ２．７８ミクロンの波長を有し、及びＥｒ：ＹＡＧ固体レーザはおよそ２．９４ミクロンの波長を有する。
【００１７】
ノズル７１から放出される液体は、好ましくは水を具備するが、他の液体が使用されてもよく、及び電磁エネルギ・ソースの適切な波長が、液体による高い吸収を考慮して、選択されてもよい。他の可能なレーザ・システムは、２．７０乃至２．８０ミクロンの範囲にある波長を有する電磁エネルギを生成するエルビウム、イットリウム、スカンジウム、ガリウム・ガーネット（Ｅｒ：ＹＳＧＧ）固体レーザ；２．９４ミクロンの波長を有する電磁エネルギを生成するエルビウム、イットリウム、アルミニウム・ガーネット（Ｅｒ：ＹＡＧ）固体レーザ；２．６９ミクロンの波長を有する電磁エネルギを生成するクロム、ツリウム、エルビウム、イットリウム、アルミニウム・ガーネット（ＣＴＥ：ＹＡＧ）固形レーザ；２．７１乃至２．８６ミクロンの範囲にある波長を有する電磁エネルギを生成するエルビウム、イットリウム・オルトリン酸アルミネート（yttrium orthoaluminate）（Ｅｒ：ＹＡＬＯ３）固体レーザ；２．１０ミクロンの波長を有する電磁エネルギを生成するホルミウム、イットリウム、アルミニウム・ガーネット（Ｈｏ：ＹＡＧ）固体レーザ；２６６ナノメータの波長を有する電磁エネルギを生成する四倍波ネオジウム（quadrupled neodymium）、イットリウム、アルミニウム・ガーネット（四倍波Ｎｄ：ＹＡＧ）固体レーザ；１９３ナノメータの波長を有する電磁エネルギを生成するフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマ・レーザ；３０８ナノメータの波長を有する電磁エネルギを生成する塩化キセノン（ＸｅＣｌ）エキシマ・レーザ；２４８ナノメータの波長を有する電磁エネルギを生成するフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマ・レーザ；及び９．０乃至１０．６ミクロンの範囲にある波長を有する電磁エネルギを生成する炭酸ガスを含む。水は、その生体適合性、豊富さ、及び低費用のために好ましい液体として選択される。実際に使用される液体は、選択された電磁エネルギ・ソース（すなわちレーザ）波長に適切に適合する（つまりよく吸収される）かぎりは、様々なものでよい。
【００１８】
電磁エネルギ・ソースは、１ヘルツ以上の繰返し数、１ピコ秒乃至１０００マイクロ秒の範囲のパルス持続時間、及び１ミリジュール毎パルス以上のエネルギで構成されることができる。本発明のある一つの動作モードに従って、電磁エネルギ・ソースは、およそ２．７８ミクロンの波長、２０ヘルツの繰返し数、１４０マイクロ秒のパルス持続時間、及び１乃至３００ミリジュール毎パルスのエネルギを有する。
【００１９】
ある好ましい実施形態においては、電磁エネルギ・ソースは、ナノ秒単位のオーダのパルス持続時間を有し、それは電磁エネルギ・ソースをＱスイッチすることによって得られ、及び他の好ましい実施形態においては、電磁エネルギ・ソースは、およそピコ秒のパルス持続時間を有し、それは電磁エネルギ・ソースをモード・ロッキング（mode locking）することによって得られる。Ｑスイッチは、高パルス力の生成のために大規模に利用されるレーザ動作の従来のモードである。教科書「固体レーザ・エンジニアリング第四大幅改訂及び最新版」ウォルター・ケクナー著、１９９６年出版の全体の内容がここに参照のために特定して採用されており、Ｑスイッチ・レーザ理論及び様々なＱスイッチ装置を開示する。Ｑスイッチ装置は通常光パス（path）を遮断するか、鏡の不調整を起こすか、又は共振鏡の一つの反射性を低減させることによって、ポンプ・サイクルの間、レーザ動作を抑制する。フラッシュランプ・パルスの終わり近くでは、最大エネルギがレーザ・ロッド（laser rod）に蓄積されると、高いＱ状態が確立され、及びジャイアント・パルス（giant pulse）がレーザから放出される。大変早い電子制御光学シャッタは、水晶又は液体で電気光学効果を使用することによって作られることができる。音響光学Ｑスイッチは、超音波を透明な光学素材、通常は石英ガラスのかたまりに放出する。教科書「固体レーザ・エンジニアリング第四大幅改訂及び最新版」の第八章は、上述及び他の様々なＱスイッチ装置を開示する。モード・ロッキングは、レーザの縦モードを位相ロックし、及びレーザ放出の帯域幅とは反対の関係にあるパルス幅を使用する従来の方法である。モード・ロッキングは、上述の教科書「固体レーザ・エンジニアリング第四大幅改訂及び最新版」の５００乃至５６１ページに説明されている。
【００２０】
霧状液体粒子は、相互作用域の中で電磁エネルギを吸収すると、メカニカル切断フォースを供給する。しかしながらこれらの霧状液体粒子は、電磁エネルギがアウトプットされるファイバ光学ガイドを清浄し及び冷却する第二の機能を供給する。電磁エネルギを送出するための送出システム５５（図２）は、ファイバ光学エネルギ・ガイド又はレーザ・システムに取り付けられ、及び所望の作業場を移動する相当物を含む。ファイバ光学又は導波管は通常長く、薄く及び軽量で、及び簡単に操作することができる。ファイバ光学は、フッ化カルシウム、（ＣａＦ）、酸化カルシウム（ＣａＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、フッ化ジルコニウム（ＺｒＦ）、サファイア、中空導波管、液体コア（liquid core）、ＴｅＸガラス、石英シリカ、硫化ゲルマニウム、硫化砒素、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、及び他の物質で作られることができる。他の送出システムは、鏡、レンズ及びエネルギが空洞を通して移動し、様々な鏡によって誘導され、及び対象となる切断場所に特定のレンズで集束される他の光学部品を含む。本発明の医療的応用のための光送出の好ましい実施形態は、その軽量、低費用、及び外科医、歯科医、又は臨床医が精通している大きさ及び重さのハンドピース（handpiece）の内側に実装される能力のために、ファイバ光学コンダクタを通る。工業及び他の応用においては、非ファイバ光学システムが使用されてもよい。
【００２１】
ノズル７１は、選択された液体の細粒子の設計された組み合わせを生成するために使用される。ノズル７１は、液体のみ、エアブラスト（air blast）、エアアシスト（air assist）、渦巻き（swirl）、固体コーン（cone）等を含むいくつかの異なる設計を具備してもよい。液体が、与えられた圧力及び速度でノズル７１から放出されると、それはユーザ制御の大きさ、速度、及び空間分布の粒子に変化する。ノズルは、設計パラメータに従って、様々な異なるいずれかの大きさの球形、楕円形、又は他の形状の開口を有してもよい。
【００２２】
図５は、霧状液体粒子のユーザ・プログラムを可能にするための制御パネル７７を示す。液体の圧力及び流れの速度を変えることによって、例えば、ユーザは霧状液体粒子の特性を制御することができる。これらの特性は、レーザ・エネルギの吸収効率及びそれに続く電磁誘導メカニカル・カッタの切断効率を決定する。この制御パネルは、例えば液体粒子大きさ制御７８、液体粒子速度制御７９、コーン角度制御８０、平均パワ制御８１、繰返し数８２及びファイバ・セレクタ（fiber selector）８３を具備してもよい。
【００２３】
コーン角度は、例えばノズル７１の物理的構造を変えることによって制御されてもよい。様々なノズル７１は、交換できるように電磁誘導メカニカル・カッタに配置されてもよい。代替的には、単一のノズル７１の物理的構造が変更されてもよい。
【００２４】
図６は、平均の液体粒子の大きさ対圧力のプロット８５を示す。この図に従って、ノズル７１を通った圧力が上昇すると、霧状液体粒子の平均液体粒子の大きさは低減する。図７のプロット８７は、これらの霧状液体粒子の平均液体粒子速度が、上昇する圧力とともに増すことを示す。
【００２５】
本発明に従って、ある実施形態においては、従来の熱切断フォースに代わって、メカニカル切断フォースによって対象表面から物質を除去することができる。他の実施形態においては、本発明の機器は、例えば凝固を誘発するための非熱切断又は除去に続いて、組織に熱エネルギを与えるために使用されることができる。例えば、第一の走査は、非熱又は低減熱切断を誘導することができ、その後の走査は、凝固を誘発するために表面に熱エネルギを適用するために使用されることができる。さらに他の実施形態においては、低減された量の霧状液体粒子（又は水分）は、（膨張水分からの）メカニカル切断と及び（例えば凝固を与えるためのレーザからの）熱切断との組み合わせを同時に与えるために使用されてもよい。レーザ・エネルギは、メカニカル・フォースを対象物質に誘導するためだけに使用される。このように霧状液体粒子は、レーザの電磁エネルギを、本発明のメカニカル切断効果を達成するために必要とされるメカニカル・エネルギに変換するための媒体として動作する。レーザ・エネルギそれ自身は、対象となる物質に直接吸収されない。本発明のメカニカル相互作用は、より安全で、より迅速で、及び従来のレーザ切断システムに通常伴う負の熱副作用を少なくとも部分的に排除することができる。
【００２６】
ファイバ光学ガイド２３（図４ａ）は、対象表面に近接して配置されることができる。このファイバ光学ガイド２３は、しかしながら、実際には対象表面と接しない。ノズル７１からの霧状液体粒子は相互作用域５９へと配置されるので、ファイバ光学ガイド２３の目的は、レーザ・エネルギもこの相互作用域へと配置することである。本発明の一つの特性は、真っ直ぐ又は曲がったサファイアのファイバ光学ガイド２３の配列である。しかしながらファイバ光学ガイド２３の配列にかかわらず、本発明の他の特性は、ファイバ光学ガイド２３におけるノズル７１からの空気及び水の清浄効果である。
【００２７】
本発明の発明者は、この清浄効果は、ノズル７１が対象表面に向かってやや真っ直ぐに向いている場合に最適であることを発見した。例えば、メカニカル切断からの砕片は、ノズル７１からのスプレーによって除去される。
【００２８】
さらに、本発明の発明者は、対象表面に向いているノズル７１のこの方向は、本発明の切断効率を向上させることを発見した。各霧状液体粒子は、対象表面の方向に、少量の初期運動エネルギを有する。ファイバ光学ガイド２３からの電磁エネルギが霧状液体粒子に接すると、液体粒子の外表面は、エネルギを水粒子の内側に集束させるための集束レンズとして動作する。図８に記載のとおり、水粒子１０１は、照明面１０３、陰面１０５及び粒子速度１０７を有する。集束した電磁エネルギは、水粒子１０１によって吸収され、水粒子の内側は熱され及び急速に爆発する。この発熱爆発は、爆発した水粒子１０１の残りの部分を冷却する。周囲の霧状液体粒子はさらに、爆発した水粒子１０１の前記部分の冷却を促進させる。圧縮波は、この爆発から生成される。この圧縮波及び増加した運動エネルギの爆発した水粒子１０１の前記部分は、対象表面１０７に向けられる。ここで高い運動エネルギを伴う速い速度で移動している本来の爆発水粒子１０１からの入射部分（incident portions） 及び圧縮波は、強力な、集束したメカニカル・フォースを対象表面１０７に与える。
【００２９】
これらのメカニカル・フォースによって、対象表面１０７は「削り取り」（chipping away）動作を通して物質表面から削り取られる。対象表面１０７は、蒸発、崩壊、又は炭化を受けない。削り取り処理は、本発明によって、所望の量の物質が対象表面１０７から除去されるまで繰り返されることができる。従来のシステムとは異なり、本発明は、薄い層の液体を必要としない。実際、この断熱層は上述の相互作用処理に干渉されるので、薄い層の液体は対象表面を覆わないことが好ましい。
【００３０】
ノズル７１は、好ましくはおよそ平均値で狭く分布した液体粒子の大きさの範囲で、霧状スプレーを生成するように構成される。切断効果を制御するためのユーザ入力装置は、単一の圧力及び流れ速度ゲージ７５（図４ｂ）を具備してもよく、又は例えば図５に記載の制御パネルを具備してもよい。高分解能切断のためのユーザ入力があると、比較的小さい液体粒子がノズル７１によって生成される。比較的大きい液体粒子は、低分解能切断を特定するユーザ入力に対して生成される。深部浸入切断（deep penetration cut）を特定するユーザ入力によって、ノズル７１は、比較的低密度分布の液体粒子を生成し、及び浅部浸入切断（shallow penetration cut）を特定するユーザ入力によって、ノズル７１は、比較的高密度分布の液体粒子を生成する。ユーザ入力装置が図４ｂに記載の簡単な圧力及び流れ速度ゲージ７５を具備する場合、高い切断効果を特定するユーザ入力に応答して、比較的低密度分布の比較的小さい液体粒子が生成されることができる。同様に、低い切断効果を特定するユーザ入力に応答して、比較的高密度分布の比較的大きな液体粒子が生成されることができる。
【００３１】
柔らかい組織は、脂肪、皮膚、粘膜、歯肉、筋肉、心臓、肝臓、腎臓、脳、眼、及び血管を含んでもよく、及び固い組織は、歯のエナメル質、歯の象牙質、歯のセメント質、虫歯、アマルガム、複合素材、歯石、骨、及び軟骨を含んでもよい。「脂肪」という用語は、脂又は油が多い物質で膨張した細胞を含む動物組織を表す。他の柔らかい組織、例えば乳房組織、リンパ管腫、及び血管腫瘍も考慮される。固い及び柔らかい組織は、人間の組織又は他の動物の組織を具備してもよい。他の物質は、例えばガラス及び半導体チップ表面を含んでもよい。電磁誘導メカニカル切断機構はさらに、他の生物学的物質、セラミック、セメント、ポリマ、磁器及び移植不可能な物質、並びに金属、セラミック及びポリマを含む装置を切断又は除去するために使用されることができる。電磁誘導切断機構はまた、金属、プラスティック、ポリマ、ゴム、ガラス及び結晶物質、コンクリート、木、布、紙、皮革、植物、並びに他の人間が作った及び自然発生した物質の表面を切断又は除去するために使用されることもできる。生物学的物質は、歯垢、歯石、有機的調和（organic consistency）のある生物学的層または薄膜、油性層（a smear layer）、多糖層、及び歯垢層を含むことができる。油性層は、たんぱく質を含む砕けた生物学的物質を具備してもよく、及び生きている又は腐食されたアイテム、あるいはそれらの組み合わせを含んでもよい。多糖層は、食べ物のカス及び唾液のコロイド懸濁液をしばしば含む。歯垢とは、食べ物及び唾液を含む薄膜を表し、しばしばその中に細菌を取込み及び含む。これらの層又は薄膜は、歯、他の生物学的表面、及び非生物学的表面に配置されてもよい。金属は、例えばアルミニウム、銅及び鉄を含むことができる。
【００３２】
これらの様々なパラメータは、切断の種類及び対象表面の種類によって調節されることができる。固い組織は、歯のエナメル質、歯の象牙質、歯のセメント質、骨、及び軟骨を含む。柔らかい組織は、本発明の電磁誘導メカニカル・カッタもそれを切断するために応用され、皮膚、粘膜、歯肉、筋肉、心臓、肝臓、腎臓、脳、眼、及び血管を含む。他の物質は、例えばガラス又は結晶物質及び半導体チップ表面を含んでもよい。骨組織の場合、例えば癌に侵された骨の部分は、本発明の電磁誘導メカニカル・カッタによって除去されてもよい。本発明の電磁誘導メカニカル・カッタは、清潔で、汚染が最小限である高精密切断を供給し、及びこのように癌に侵された骨の精密な除去を見込む。骨が切断された後、より高い成功率と及び低減する汚染可能性で、元の状態に戻る傾向がある。
【００３３】
ユーザは、ファイバ光学ガイド２３（図４ａ）の冷却及び清浄を効果的に実行するためにノズル７１から流出する霧状液体粒子の組み合わせも調節してもよい。本発明に従って、霧状液体粒子の組み合わせは、分布、速度、及び効果的にファイバ光学ガイド２３を冷却する一方で、同時に手術現場によってそこに持ち込まれる特定の破片をファイバ光学ガイド２３から除去するようにするための平均的直径を具備する。
【００３４】
再度図８を参照すると、電磁エネルギはその照明面１０３にある各霧状液体粒子１０１に接し、及び霧状液体粒子に一定の深さまで浸入する。集束した電磁エネルギは、液体によって吸収され、霧状液体粒子１０１の爆発蒸発を誘発する。
【００３５】
霧状液体粒子の直径は、入射電磁エネルギの波長より小さいがほとんど等しいか、又はそれより大きくてもよい。これらの三つの例の各々において、異なる相互作用が電磁エネルギと霧状液体粒子との間に発生する。霧状液体粒子の直径が、電磁エネルギの波長より小さい場合（ｄ＜λ）、液体粒子１０１の内側の全量の液体は、レーザ・エネルギを吸収し、爆発蒸発を誘発する。液体粒子１０１は爆発し、その含有物を放射状に放出する。この相互作用の結果、爆発からの放射圧縮波が生成され、及び伝播の方向に放出される。水粒子１０１の爆発からの結果部分及び圧縮波は、対象表面１０７からの物質の切断及び除去の「削り取り」効果を生む。液体粒子１０１が、電磁エネルギの波長とほぼ同じ直径を有する場合（ｄ＝λ）、レーザ・エネルギはその中の液体に吸収される前に、液体粒子１０１を通って移動する。吸収されると、液体粒子の遠位面（レーザ・エネルギの放出面）は加熱し、及び爆発蒸発が発生する。この場合、内部粒子液体は、液体粒子の遠位面を通って激しく放出され、及び対象表面に向かって爆発圧縮波を伴って迅速に移動する。レーザ・エネルギは、液体粒子１０１に浸入し、及び粒子の直径の大きさに近い深さに吸収されることができる。液体粒子の直径が、電磁エネルギの波長よりも大きい場合（ｄ＞λ）、レーザ・エネルギは照明面１０３を通ってほんの短い距離だけ液体粒子１０１に浸入し、及びこの照明面１０３が蒸発するようにする。照明面１０３の蒸発は、液体粒子１０１の残りの部分が物質表面１０７に向かって進ませる傾向がある。このように初期液体粒子１０１のかたまりの一部分は、運動エネルギに変換され、それによって液体粒子１０１の残りの部分は、高い運動エネルギで対象表面に向かって進む。この高い運動エネルギは、液体粒子１０１の初期運動エネルギに付加される。効果は、ジェット・テール（jet tail）を有するマイクロ水力ロケットとして視覚化されることができ、粒子を高速で対象表面１０７に進めるのに役立つ。本発明の電磁誘導メカニカル・カッタは、高分解能切断を生成することができる。従来技術の切断とは異なり、本発明の切断は清潔で精密である。他の効果の中でも特に、この切断は、理想的な結合表面を供給し、正確で、及び切断の周囲の残りの物質に緊張をかけない。
【００３６】
図１ａ乃至１１ａは、非熱電磁誘導破壊メカニカル・フォース及び／又は熱切断フォースを対象表面、例えば皮膚に与えるための、本発明の様々な構成を示す。
【００３７】
本発明の第一の目的は、例えばＥｒ：ＹＳＧＧレーザからの電磁エネルギを、対象表面の上の液体粒子の霧状分布へと配置することである。レーザからのエネルギは、霧状液体粒子によって吸収され、霧状液体粒子は膨張し、及び破壊メカニカル・フォースを対象表面に与える。本発明の重要な特性は、相互作用域における液体粒子による電磁放射の吸収であり、及びその後の、対象表面に与えられるメカニカル切断である。「切断」という用語は、除去及び対象表面に与えられることができる他の種類の破壊メカニカル・フォースを包含するものである。
【００３８】
出願人は、ファイバ光学先端部に、又はその前に直接与えられる粒子の分布が、先端部の前に相互作用域を形成することができることを発見した。ファイバ光学は、外部からの又は浮遊液体粒子を通って、及び電磁エネルギの高い吸収が、その後に対象の近くで発生する、出願人が相互作用域と称するところのものへと、集束した電磁エネルギを移送する役割を果たす。出願人は、特定された液体によって高く吸収される現在実施されている電磁放射と、及びこの電磁放射と液体粒子のファイバ光学の先端部における結合は、ミストを通して予め決められた深さへと電磁放射が浸入するのを制限する。この深さの後は、ミストを通して続く電磁放射は、手近の特定の応用と比較して、察知されないか又はほんのわずかである。電磁放射がさらに相互作用域に入っていくほど、そのエネルギはより液体粒子に吸収され、電磁放射のほとんどは、及び最終的にはまったく残らない。熱切断フォースが実質的に低減され又は排除され、及び液体粒子による電磁放射の吸収からの切断フォースが最適である点又は域がある。
【００３９】
液体粒子による電磁エネルギの高い吸収は、液体粒子の膨張という結果を生み、本発明の重要な構成要素である。液体粒子による電磁放射の吸収からの破壊メカニカル・フォースが、対象表面に最適に与えられるために、対象はこの相互作用域の中又は近くに配置されなければならない。
【００４０】
本発明の一つの特性は、厚すぎず薄すぎない、液体粒子の有界層（a bounded layer）を維持することである。液体粒子の有界層は、前記層における電磁エネルギの吸収を最適化するために、及び電磁エネルギからの実質的な熱切断フォースは、減弱され及び好ましくは実質的に排除され、液体粒子の膨張が、対象表面の切断を実行するために、代わりに液体粒子に変換されることを確証するために、比較的高密度でなければならない。液体粒子の比較的低密度分布は、比較的長い距離にまたがり、入射電磁放射を吸収し、対象表面の上で液体粒子がよく膨張するという結果を生む。対象表面の近くの液体粒子分布に残っている放射は大変弱いので、所望の高吸収及びその結果であるメカニカル切断フォースを誘発しない。
【００４１】
液体粒子層への集束した電磁エネルギの送出を可能にするために制限されることに加えて、前記層は、対象表面を入射電磁放射にとても近く配置することを容易にするために制限されなければならない。より特定的には、液体粒子の膨張から生まれる破壊メカニカル・フォースが対象の近くで発生し、及び対象に与えられる前に遠くに移動する必要がないように、境界線に、または相互作用域の中に配置されなければならない。このように、液体粒子の分布へと配置され、及びさらに対象表面のとても近く（例えば２乃至３ミリメートル）に配置されるファイバ光学先端部は、入射し、集束した電磁エネルギと対象表面との間に液体粒子の薄い層を生成する。他の距離は、例えば選択されたレーザの輝度及び波長、選択された液体、及び選択された霧状液体粒子の分布によって、本発明の範疇で可能である。以下の実施形態は、入射し、集束した電磁エネルギと対象表面との間に液体粒子の有界層を生成するための他の方法を探索する。
【００４２】
図１ａを参照すると、電磁誘導メカニカル・カッタは、レーザ、マイクロプロセッサ及びユーザ・インターフェースを具備して示されている。電磁誘導メカニカル・カッタはさらに、一つ以上の噴霧ノズルに空気及び／又は水を供給するための空気及び／又は水のソースを具備する。スキャナ・ハウジングは、モータと空気及び／又は水供給との間に接続される。スキャナ・ハウジングは、レーザから光学エネルギをインプットし、及びさらに空気及び／又は水供給から空気及び／又は水をインプットする。モータ及びレーザの両方は、好ましくはユーザ・インターフェースからの一つ以上のユーザ入力に従って、マイクロプロセッサによって制御される。対象表面上での予め決められた走査パターンを達成するために、モータは、レーザからのファイバ光学と空気及び／又は水供給に接続された少なくとも一つの噴霧ノズルとの両方を走査するために応用される。
【００４３】
示された実施形態において、スキャナ・ハウジングは、対象、例えば患者の皮膚に直接配置され、又はその上で支えられ、及び対象上での予め決められた走査パターンを達成するために、モータはファイバ光学及び添付された噴霧ノズルの両方を動かす。示された実施形態においては、二つの噴霧ノズルがアーム（arm）によってファイバ光学カプラに固定され、及び噴霧ノズルに接続された送気管及び送水管は、柔軟性を有する。さらに、ある好ましい実施形態においては、スキャナ・ハウジングの中のレーザからのファイバ光学は、モータによる屈曲を可能にするために柔軟性を有する。アメリカ合衆国特許第５，４７４，５４９号及びアメリカ合衆国特許第５，３３６，２１７号は、対象表面上の走査パターンを達成するために屈曲するファイバを開示する。これら二つの特許の全体の内容は、達成されるべき本発明によって実行されることができる構造、例えば走査を示すために、ここに参照のために採用される。
【００４４】
本発明の大変幅広い特徴は、電磁誘導メカニカル切断を達成するための走査された光線のパスにおける液体粒子の霧状分布を供給することを含む。図１ａに記載の実施形態においては、ファイバ光学の出力先端部は、好ましくは対象から数ミリメータを維持する。図１ａに記載の実施形態においては、スキャナ・ハウジングの下側全体の表面は、開いている。他の実施形態は、走査されたファイバ光学からのエネルギがスキャナ・ハウジングから出られるようにするのに必要なだけの広さしかない、より小さい開口部を具備してもよい。変形された実施形態では、透明な構成要素がスキャナ・ハウジングの下面、又はスキャナ・ハウジングの内部の構成要素を保護するためのより小さい開口部の上に供給されてもよい。
【００４５】
図２ａは、スキャナ・ハウジングがモータを具備する実施形態を示す。図２ａに記載の実施形態においては、通常は図示のとおり、二つの噴霧ノズルの間の距離と等しい直径を具備する、小さな開口部が存在する。この開口部の大きさは、モータ及びファイバ光学結合によって達成可能である所望の走査パターンに対処するために、その設計及び製造の間に構成されることができる。図２ａにおいて、スキャナ・ハウジングの底面にリング（ring）が取り付けられている。リングがないと、スキャナ・ハウジングが対象表面、例えば皮膚に配置される実施形態において、そのような配置は要求されないにもかかわらず、ファイバ光学先端部は対象表面に近いか、又は接する。図２ａに記載のリングは、対象又は対象となる表面の周辺に接することによって、このように（放射をアウトプットするための）ファイバ光学先端部と対象表面との間に正確な空間を供給することができる。
【００４６】
リングは、以下で図３ａ乃至８ｂを参照して説明されるミスト・ディスクを具備するように構成されることができる。図１ａ及び２ａに記載の実施形態においては、以下の実施形態と同様に、マイクロプロセッサは霧状液体粒子の速度、霧状液体粒子の大きさ、及び霧状粒子の分布を、霧状液体粒子の他のパラメータと同様に、達成されるべき所望の切断に従って変化させるようにプログラムされることができる。さらに霧状液体粒子のこれらのパラメータは、電磁誘導メカニカル・カッタによって破壊されている表面（例えば、特に皮膚の種類や状態、又は他の種類の柔らかい組織）に従って、変化してもよい。図１ａ及び２ａに記載の実施形態においては、以下の図で説明される追加の実施形態と同様に、表面プロファイル・イメージャ／ジェネレータ（profile imager/generator）は、アメリカ合衆国特許第５，５８８，４２８号に開示されているとおり、走査されている表面のコンピュータが生成したモデルを供給するように実行されることができる。例えば可視ビーム（visible beam）は、皮膚の対象表面のプロファイル情報を収集するために使用されてもよい。ファイバ光学先端部からの電磁エネルギは、図１ａ及び２ａに記載の実施形態に従って、及び特に平行ビームが必ずしも使用されない図３ａ乃至５ａに記載の実施形態において走査されることができる。さらに、霧状液体粒子の量及び属性は、異なる領域及び／又はモデル化された表面あるいはモデル化表面の異なる領域に与えられる所望の破壊フォースに従って変化してもよい。
【００４７】
図１ａ及び２ａに記載の実施形態において、実際の光学ファイバはモータ・アセンブリを使用して走査される。光学ファイバは図３ａ及び４ａにおいてモータ・アセンブリを使用して走査されてもよいが、これらの図のある実施形態は、従来技術において公知であるリフレクタ及び集束レンズを使用した、非平行電磁エネルギの走査を含むことができる。アメリカ合衆国特許第５，６２４，４３４号及びそこに引用された特許及び参照は、力学的に制御されたデフレクタを使用して非平行ビームを走査する機器を開示し、その内容は、ここで参照のために採用されている。他の実施形態においては、類似の技術がハンドヘルド・ピースに採用されてもよく、そこの部品のいくつか又は実質的にすべては固定されて動かず、その代わりハンド・ピースは動く。図３ａにおいては、ファイバ光学は、走査ヘッドにレーザからのレーザ・エネルギを与え、及びそれに続いて、レーザ・エネルギはファイバ光学から放出されて、モータ制御鏡又は他の手段によって屈曲され、及び集束レンズを通過する。集束されたビームはそれから対象表面に当たる前にミスト・ディスクを通過する。ミスト・ディスクは、好ましくは対象の上に霧状液体粒子の薄い層を生成するように構成される。ミスト・ディスクは、円形又は他の幾何学的形状を有するように構成されてもよい。説明された例示的な実施形態において、ミスト・ディスクはおよそ２乃至３ミリメータの厚みを有する霧状液体粒子の層を生成する。薄い層及び厚い層は、実質的に変形された実施形態において可能である。霧状液体粒子それ自身は、通常直径がミクロンのオーダであることが好ましい。好ましい実施形態においては、霧状液体粒子は約４０乃至６０ミクロンの範囲内の直径を有する。他の実施形態においては、霧状液体粒子はおよそ２００ミクロンの直径を有する。電磁誘導メカニカル切断が最大化され、及び熱効果が好ましくは非熱切断動作の実行中に減弱され又は排除されるかぎり、他の直径も本発明に従って可能である。レーザからの電磁エネルギは、好ましくは霧状液体粒子によって高く吸収されるので、対象のすぐ上の霧状液体粒子の前記層は、現在の好ましい実施形態においては比較的薄くなければならない。他の実施形態では、霧状液体粒子の前記層は、２乃至３ミリメートルより大きくてもよいが、レーザ・エネルギの量及び／又は霧状液体粒子の分布の特性は、切断が最大化され、及び非熱切断動作の実行中に熱効果が減弱され又は排除されるように調節されなければならない。例えば、霧状液体粒子の実質的に厚い層に対して、霧状液体粒子のより厚い層を浸透するために、及び表面上の適切なメカニカル切断効果を生成するために、実質的により大きいレーザ・エネルギの集束が導入されなければならない。動的屈曲及び集束システムは、例えば一つ以上の屈曲レンズを制御する一つ以上のモータ、及び／又はミスト・ディスクの上又はその中の対象表面の上に屈曲した電磁エネルギを集束させるための、一つ以上の集束光学を具備してもよい。各モータは、例えばガルバニック・モータ（galvanic motor）又はステッパ・モータ（stepper motor）を具備することができる。
【００４８】
図４ａは、モータがレフレクタ・アセンブリを制御し、及び集束センブリがリフレクタ・アセンブリとミスト・ディスクとの間に配置される図例を示す。図４ａにおいて想像線で示されたとおり、当業者には公知である屈曲の間の中間位置の間の電磁エネルギを遮断するために、シャッタが使用されてもよい。本発明に従って、霧状液体粒子の薄い層を供給するために、ミスト・ディスクが、対象表面と入射電磁エネルギとの間に配置される。図５ａは、入射電磁エネルギと対象との間にさらに薄い霧状液体粒子の分布を供給するための大変薄いミスト・ディスクを示す。図５ａにおいては、モータはファイバ光学を走査するために使用される。ファイバ光学を走査するためのモータの下及び右側に示されたカップリングの代替として、想像上のカップリングがモータの右側に示されている。ファイバ光学のアウトプット先端部から遠く離れたカップリング・コネクタの配置は、ファイバ光学のアウトプット先端部を走査するためのカプリング・コネクタの小さい動きという結果を生む。現在の好ましい実施形態においては、ファイバ光学は、ファイバ光学が走査カバに入る場所とファイバ光学がモータによって制御される場所との間の領域において柔軟性を有する。しかしながら、ファイバ光学は、モータによるファイバ光学のカップリングとファイバ光学のアウトプット先端部との間の領域においては、好ましくは固定され、または固い。
【００４９】
図６ａ乃至８ｂは、本発明に従ったミスト・ディスクの三つの例示的実施形態を示す。図６ａは、ミスト・ディスクの側面立面図であり、及び図６ｂは、ミスト・ディスクの底面平面図である。ミスト・ディスクが説明され及び図示されているが、レーザ・エネルギが粒子の層に収束されることができる場合、対象表面の上に霧状液体粒子の薄い層を供給するためのあらゆるアセンブリが実装されてもよい。例えば（ミスト・ディスクを有しない）単一のノズルが、液体粒子の霧状分布をファイバ光学又は電磁放射を導入する他の手段に供給するためのファイバ光学のすぐ周辺に配置されてもよく、及び電磁放射は走査されてもされなくてもよい。さらに、一つ以上のノズルが、走査されている対象表面のすぐ上に、ファイバ光学とともに配置されてもよい。図９ａ乃至１１ａに記載のとおり、一つ以上のノズルそれ自身が走査されてもよい。図６ａ及び６ｂにおいては、霧状液体粒子をアウトプットするための二つのノズルが、互いに１８０度の位置でディスク内に配置される。二つのノズルは、霧状液体粒子の薄い層を生成するために、空気及び／又は水を供給される。前記霧状液体粒子の薄い層は、好ましくは対象表面に当たる電磁エネルギの走査パターンに対して均一である。二つのノズルに加えて、図６ｂに想像線で記載されているとおり、より多くのノズルが実装されてもよい。噴霧ノズルの数は、設計パラメータに従って調節されてもよい。図７ａ及び７ｂは、いくつかの細いノズルアウトプットがミスト・ディスクの高さに沿って配置される実施形態を示す。図７ｂにおいて、比較的多い数のアウトプット・ノズルも、ミスト・ディスクの内部円周に沿って配置される。ミスト・ディスクの高さ及び円周に沿ったノズルの数は、設計パラメータに従って調節されることができる。図６ａ及び７ａに記載の両方向矢印は、他の実施形態において、ディスク内のノズルが、矢印の方向に動いてもよいことを示す。現在の好ましい実施形態において、ミスト・ディスクは、スキャナ・ハウジングから取り外すことができ、及びすべて交換可能であり、それによって対象表面に上に配置されることができるあらゆる異なる霧状分布パターンに対応する。図８ａ及び８ｂは、かすませる物質、例えば布又はとても薄いスクリーン、あるいは他の物質が外側に向かって放射状に配置された空気及び／又は水供給管／ソースと電磁エネルギの走査領域との間に配置される他の実施形態を示す。図８は、物質外側に放射状に配置されている複数のアウトプット・ノズルを示しているが、他の実施形態においては、単一のアウトプット・ノズルのみがミスト・ディスクの高さに沿って供給されてもよい。
【００５０】
図９ａは、モータがファイバ光学を走査し、及び単一の空気供給が、ファイバ光学によって走査されている表面に基本的に平行である対象表面の上に向かっている走査カバを示す。液体供給は、走査されるファイバ光学及び圧縮空気供給の間に、液体、例えば水を空気供給の圧縮放出パスに送るために配置される。その結果の圧縮送気管及び送液管の組み合わせは、走査されたファイバ先端部と対象表面との間に液体粒子の霧状分布を生成することである。
【００５１】
送気管及び送水管は、他の実施形態においてはファイバ光学の近くに配置されてもよく、及び液体粒子が対象表面の上の薄い層を含む分布において生成されるかぎり、互いに様々な方向に構成されてもよい。追加の空気及び水供給管は、図９ａにおいて想像線で示されており、追加の送気管及び送水管は、設計パラメータに従って追加される。
【００５２】
図１０ａは、モータがファイバ光学を走査し、及びさらにモータが送気及び／又は送水管を走査する実施形態を示す。前記二つのモータは、好ましくは走査されたファイバ光学のアウトプットにおいて霧状液体粒子の配置を最適化し、それによって対象表面上の均一の結果を達成するために、連動するように設計される。図１１ａは、可動ファイバ光学のアウトプット端部の前に、霧状液体粒子の均一の層を動的に配置するための空気及び／又は水供給を走査するために、第二のモータが使用される、追加の実施形態を示す。前記二つのモータは、走査されている対象の表面モデルによって得られる情報に基づいて連動してもよく、例えば前記表面モデルは、例えばアメリカ合衆国特許第５，５８８，４２８号に開示されている公知技術に従って予め決められ、又はコンピュータによって生成される。
【００５３】
図１ａ乃至１１ａに記載のスキャナ・ハウジング及び／又はミスト・ディスクに加えて、間隔アーム又は他の間隔手段が、スキャナ・ハウジングと対象表面との間に間隔を供給するために、スキャナ・ハウジングに接続されてもよい。これらの間隔手段は、例えば一つ以上の脚を具備してもよい。ある実施形態においては、間隔手段は約３ミリメートルでよい。好ましくはある構成において熱効果がない結果的な破壊メカニカル・フォースが、対象表面に与えられるかぎり、他の実質的に異なる大きさが他の実施形態において使用されてもよい。間隔手段の大きさは、例えば対象、レーザ、並びに選択された空気及び／又は液体粒子の種類及び分布に従って変化することができる。例えば平行光線は、より大きい間隔手段を容易にするかもしれない。例えば、スキャナ・ハウジングに接続された単一の間隔アームが採用されてもよい。そのような間隔アームは、間隔アームが短く、及び好ましくは２乃至３ミリメートルのオーダであるかぎり、本発明に従って実装されてもよい。アメリカ合衆国特許第５，６１１，７９５号に開示された追加の技術も、対象表面の上の電磁エネルギを走査するための様々な方法を開示するために、参照のためにここに採用されている。変更された実施形態において、好ましくは電磁放射の入射の方向に対して実質的に直角の方向に向いている液体粒子のアウトプット分布に向けられた単一ノズル液体アウトプットが、実装されることができる。さらに、細かいスプレーを生成するための圧電アトマイザが使用されてもよい。さらに、液体インジェクタ（injector）を実装し、例えば内燃装置の燃料インジェクタに類似した構造を有する様々な構成が、液体粒子の霧状分布を生成するために使用されてもよい。
【００５４】
変更された実施形態において、個別の送水管及び個別の送気管とは区別して、単一の管が、湿潤空気を送出するために使用される。湿潤空気は、コロイド系の水の細粒子、大変湿度の高い空気（約１００％の湿度）、冷却加湿装置からのような涼しい又は冷たい蒸気、又はドライアイスからの水蒸気を含んでもよい。パルス弁（pulsing valve）は、液体の送出を制御するために採用されてもよい。他の実施形態においては、一つの水分子の細粒子分散剤は、単一の細粒子又は比較的少数の細粒子を相互作用域に供給するために使用されてもよい。
【００５５】
送気管による補助なく、水によってのみ与えられるスプレーが使用されることができる。霧状液体粒子を小さなオリフィスを通ってアウトプットするための空気圧及び水を使用するネブライザ（nebulizer）が実装されることができる。ネブライザは超音波又は音波装置を具備し、及び霧状液体粒子は、約５乃至２０ミクロンの直径を有する水の細粒子を具備してもよい。
【００５６】
本発明に従って、対象表面の上に配置された液体粒子は、水以外の、又は水に加えてさらに物質を具備してもよい。前記液体は、例えば薬用物質、無菌物質又は麻酔薬を含んでもよい。アメリカ合衆国特許第５，７８５，５２１号は、例えば電磁エネルギのソースとともに使用されてもよい様々な手段及び種類の調整された液体を開示するために、ここに参照のために採用されている。
【００５７】
切断し、除去し、又は破壊メカニカル・フォースを、表皮の比較的大きな表面に与えるための電磁誘導メカニカル切断を実行する本発明は、他の対象表面上でも実行されることができる。本発明は、皮膚又は組織上での動作に限定されるものではない。しかしながらある好ましい応用は、美容目的で表皮の比較的大きな表面領域から組織を除去する。例えば、美容手術は、患者の顔の上で本装置を使用することによって実行されてもよい。上述されていない、平行又は非平行ビームを走査するための他の従来の手段は、この目的を達成するために実行されてもよい。しかしながら本発明の機器は、電磁エネルギと対象表面とに当たる間に、液体粒子の霧状分布を実装することにおいて、従来技術とは異なる。アメリカ合衆国特許出願第０８／９０３，１８７号に開示された特定のレーザ・ソースが好ましく、その内容は参照のためここに明白に採用されている。この出願の写しが、ここに同封されている。
【００５８】
患者の表皮に対する美容手術の現在好ましい実施形態において、液体粒子又は湿潤空気は、少なくとも一つの麻酔薬及び／又は薬剤を含んでもよい。薬剤は、アセタミノーフェンのような痛みを緩和するための薬物（鎮痛剤）；リドカイン又はリドカインとエピネフリンとの化合物のような通常の感覚を喪失させる薬物（麻酔薬）；及びペニシリン又はテトラサイクリンのような一定の微生物を殺し、又はその成長を抑制することができる物質（抗生物質）を含んでもよい。
【００５９】
電磁誘導メカニカル・カッタが、除去されている表面の上を何度も通過する場合、霧状液体粒子の中の薬剤及び／又は麻酔薬が、継続的に組織に送出され、それによって組織を水和し、緩和し、治療し、及び／又はそうでなければ処置又は治療する。他の実施形態においては、表面上の２回の通過のうち２回目にのみミストが適用される。ミストは、単一の通過の間に選択された時に適用されてもよく、及び／又は表面上のレーザの選択された通過の間に適用されてもよい。同様に、液体の調整の種類は、選択的に適用されてもよい。
【００６０】
従来のレーザは、通常は皮膚の上をレーザが通過する間、いかなる薬用媒体も適用せず、それによって皮膚は炎症を起こし、赤くなる。
【００６１】
通常は皮膚に熱切断フォースを与える従来技術のレーザとは反対に、本発明の電磁誘導メカニカル・カッタは、非熱切断モードで動作する場合、好ましくは組織にいかなる実質的な熱も与えない。上述のとおり、爆発した霧状液体粒子は、対象表面に接する前に熱反応によって冷却される。このように、本発明の一つの特徴に従って、本発明の霧状液体粒子は熱され、膨張し、及び対象表面に接する前に冷却される。皮膚の上で熱で動作する従来の装置は、医療の手順及びそれに続く組織の治癒とともに、それに関連した負の副作用を有するかもしれない。本発明は、さらに現存するレーザ皮膚手術装置に比較して、大変薄い層の組織を除去することができるかもしれない。
【００６２】
実質的に非熱切断又は低熱切断のみ、又は薬用霧状液体粒子と組み合わせて、紅斑（皮膚の赤み）を低減し、及び浮腫（腫れ）を低減することができる。さらに、本発明は、周辺組織への好ましくない熱損傷を低減することができる。例えば、直接及び／又は周辺のメラノサイトは、本発明によって実質的に熱の損傷を受けないかもしれず、従来のケミカル・ピーリング（chemical peel）、（ワイヤ・ブラシを使用した）皮膚擦傷法、及び熱切断レーザ方法で発生しうる皮下の(hypo)又は過剰な（hyper）色素沈着効果を減弱する。本発明はさらに、手術後及び手術時の痛み及び不快感を低減することができる。例えば、患者によって感じられる燃えるような感覚及び効果は減弱することができる。
【００６３】
皮膚の比較的小さな表面領域又は小さな厚みは、低ワット数で処理されてもよく、ワット数は約０．５乃至１ワットで設定される。さらに比較的少量の液体が使用されてもよい。代替的に、対象表面上のエネルギ密度を正味減少させるために、電磁エネルギは集束されずに適用されてもよい。
【００６４】
切断又は除去動作の間の、又はそれに合わせた皮膚への霧状液体粒子の上述の送出は、薬剤及び／又は麻酔剤を含んでもよく、組織を水和し、緩和し、治療し、及び／又はそうでなければ処置又は治療する。霧状液体粒子は、電磁放射の各パルスと同時に相互作用に送出され、又は代替的には相互作用域に継続的に送出されてもよい。
【００６５】
柔らかい組織の水和は、本発明の一つの特徴に従った利点ではあるが、多すぎる水は、医療手順の最適な実行を妨害するかもしれない。電磁放射のパスの中にない霧状液体粒子の割合は、対象表面の表面上に集積するであろう。余分な又は望ましくない液体を対象表面又は周辺領域から除去するために、吸気が使用されることができる。切断された組織は、余分な水によって運ばれ、吸気によって除去されることができる。ある実施形態においては、重力が望ましくない液体を流出させるように、対象表面が傾いていてもよい。吸気はさらに、又は代替的に、相互作用域にはない浮遊霧状液体粒子を除去するために使用されることができる。電磁エネルギのパスの中にはない、望ましくない、浮遊霧状液体粒子を除去するために、一つ以上の吸気チャネルがミスト・ディスクに配置されてもよい。吸気チャネルは、同じ高さで又は吸気チャネルが液体アウトプット・チャネルのすぐ上又は下に配置される場合の異なる高さで、液体アウトプット・チャネルの間に配置されてもよい。上述の湿潤空気の利用は、それだけで又は霧状液体粒子と組み合わせて、対象表面に集積する大量の過剰な液体を減らすのに役立つかもしれない。
【００６６】
本発明の例示的な実施形態が示され及び説明されてきたが、本発明の精神と範疇から逸脱することなく、通常の技術を有する当業者によって、多くの変更、修正及び代替が作られてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学カッタ機器である。
【図１ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図２】本発明の電磁誘導メカニカル・カッタを示したブロック図である。
【図２ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図３】本発明の電磁誘導メカニカル・カッタの一つの実施形態を示す。
【図３ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図４ａ】電磁誘導メカニカル・カッタの好ましい実施形態を示す。
【図４ｂ】電磁誘導メカニカル・カッタの好ましい実施形態を示す。
【図４ｃ】リフレクタアセンブリをモータが制御する側を示す図である。
【図５】本発明に従った霧状液体粒子の組み合わせをプログラムするための制御パネルを示す。
【図５ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図６】粒子の大きさ対液体圧のプロットである。
【図６ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図６ｂ】ミストディスクの底面図である。
【図７】粒子の速度対液体圧のプロットである。
【図７ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図７ｂ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図８】本発明に従った液体粒子、電磁エネルギのソース、及び対象表面を示す図である。
【図８ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図８ｂ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図９ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図１０ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図１１ａ】電磁誘導された破壊メカニカル・フォースを対象表面に与えるための、本発明の構成を示す。
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図１０ａ】
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【図１１ａ】
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