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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Laser. Insbesondere
betrifft diese Erfindung ein Verfahren und eine Laservorrichtung
zum Erzeugen eines gepulsten Ausgangsstrahls von Laserstrahlung
mit einer großen
effektiven Pulsdauer.
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Hintergrund
der Erfindung
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Gesichts-Hautgefäßerweiterung
(d.h. ungewöhnlich
erweiterte Blutgefäße) tritt
bei hellhäutigen Personen
verhältnismäßig häufig auf.
Personen mit einer Gesichts-Hautgefäßerweiterung streben häufig eine
kosmetische Behandlung für
diese Gefäße an. Der
blitzlampenangeregte gepulste Farbstofflaser ist eine etablierte
Vorrichtung für
die Behandlung verschiedener Hautgefäßläsionen einschließlich Gesichts-Hautgefäßerweiterung.
Wenn sie mit einem solchen Farbstofflaser behandelt werden, können die meisten
Gefäße mit einer
einzigen Behandlung aufgehellt werden, und nahezu alle Gefäße können innerhalb
von drei Behandlungen aufgehellt werden.
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Blitzlampenangeregte
gepulste Farbstofflaser, die für
die Behandlung von Gesichts-Hautgefäßerweiterung (und verschiedener
Hautgefäßläsionen) verwendet
werden, arbeiten typischerweise bei einer Wellenlänge zwischen
585 und 600 Nanometer (nm) und einer Pulsdauer von 450 Mikrosekunden
(μs) bis 1,5
Millisekunden (ms). Eine der Behandlungsnebenwirkungen, die für Patienten
besonders lästig
ist, ist die akute Nachbehandlungs-Purpura (d.h. eine oberflächliche
Blutung, die durch eine Blau/Schwarz-Entfärbung gekennzeichnet ist).
Purpura ist stets lästig, besonders
wenn sie im Gesicht auftritt. Purpura kann eine bis drei Wochen
benötigen,
um sich voll aufzulösen,
und sie ist häufig
recht störend
in den Arbeits- und sozialen Abläufen
einer Person. Die Akzeptanz der Farbstofflaserbehandlung würde erheblich
zunehmen, falls Purpura minimiert oder beseitigt werden könnte.
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Die
Ursache für
Purpura bei der Behandlung von Gefäßläsionen mit gepulsten Farbstofflasern wird
im allgemeinen in der Extravasation von Blutbestandteilen bei einem
Reißen
der Mikrogefäße der Haut
infolge einer schnellen Gefäßerhitzung,
die durch die verhältnismäßig geringe
Pulsdauer des Lasers erzeugt wird, gesehen. Forscher haben angenommen,
dass, falls die Pulsdauer des Farbstofflasers zu einer Dauer verlängert werden
könnte,
die verglichen mit der thermischen Relaxationszeit der abnormalen
Gefäße gering
ist, jedoch verglichen mit der thermischen Relaxationszeit für die normalen
Mikrogefäße groß ist, das
Reißen
dieser Gefäße minimiert
oder vermieden werden könnte.
(Anderson, R. R. "Laser-Tissue
Interactions", Goldman,
M. P., Fitzpatrick, R. E., Cutaneous Laser Surgery (St. Louis, Mosby,
1994), S. 9 bis 11).
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Verschiedene
Laser, die gegenwärtig
zur Behandlung von Gesichts-Hautgefäßerweiterungen verwendet werden,
erzeugen einen kontinuierlichen Puls mit einer langen Pulsdauer
(d.h. größer als
10 ms). Beispielsweise sind sowohl der AuraTM-Laser (hergestellt
von Laserscope, Inc. aus San Jose, CA) als auch der VersapulseTM-Laser (hergestellt von Coherent, Inc.,
Medical Group aus Santa Clara, CA) Festkörperlaser, die in der Lage
sind, Ausgangsstrahlen mit einer Pulsdauer von 10 bis 20 ms zu erzeugen.
Bei Verwendung dieser Laser wurde wenig oder keine Purpura beobachtet.
Die Eindringtiefe des Ausgangsstrahls dieser Festkörperlaser
ist jedoch infolge der kürzeren
Wellenlänge
(d.h. 532 nm) geringer als diejenige eines gepulsten Farbstofflaserstrahls.
Es gibt auch eine stärkere
Melaninabsorption in der Haut bei dieser kürzeren Wellenlänge. Folglich ist
die Wirksamkeit bei der Behandlung tieferer und größerer Hautgefäßerweiterungen
geringer, wenn einer dieser Festkörperlaser verwendet wird.
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Die
Schwierigkeit bei der Bildung eines kontinuierlichen Ausgangspulses
mit einer großen
Pulsdauer mit einem blitzlampenangeregten Farbstofflaser besteht
darin, dass eine Ansammlung von Farbstoffmolekülen in metastabilen elektronischen
Zuständen,
thermische Störungen
in dem flüssigen Farbstoffmedium
(d.h. dem Verstärkungsmedium) und
eine Photodegradation des Farbstoffs alle bewirken können, dass
die Laserwirkung (d.h. das Lasen) selbständig beendet wird. Diese selbständige Beendigung
tritt auf, wenn die Laserschwelle (d.h. das Energieniveau, bei dem
die Laserwirkung auftritt) infolge dieser Bedingungen zunimmt. Bei
einem Anregungspuls konstanter Amplitude endet die Laseraktivität, wenn
die Laserschwelle über
die Amplitude des Anregungspulses ansteigt.
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In
dem US-Patent 5 287 380 ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Anregungspulses
mit einer rampenförmig
geänderten
Amplitude zum Verlängern
der Dauer des Ausgangsstrahls eines blitzlampenangeregten gepulsten
Farbstofflasers offenbart. In US-A-5 598 426 ist eine Rampentechnik
offenbart, bei der die Amplitude des Anregungspulses in Übereinstimmung mit
der Laserschwelle geändert
wird, um einen Ausgangsstrahlpuls mit verlängerter Dauer zu erreichen. Diese
Patente beschreiben Verfahren, welche die Pulsdauer des Ausgangsstrahls
auf etwa 2 Millisekunden erhöhen.
In dem US-Patent 5 746 735 ist das optische Kombinieren der Ausgangsstrahlen
mehrerer Laser zum Erhalten eines Ausgangsstrahls mit einer Pulsdauer
von mindestens einer Millisekunde beschrieben. Diese Technik erfordert
jedoch 1 bis 2 Laser für
jede Millisekunde der Pulsdauer.
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In
dem US-Patent 5 315 607 ist ein Lasersystem zur "Laseridentifikation von Freund oder
Feind" ("Laser Identification
of Friend or Foe")
offenbart. Dieses erzeugt zwei Laserpulse, die minimal 50 Millisekunden
bis maximal 125 Millisekunden getrennt sind. Dieses Dokument offenbart
daher ein Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangsstrahls von Laserstrahlung
in einem blitzlampenangeregten Laser, wobei das Verfahren das elektronische
Erzeugen beabstandeter Anregungspulse und das Treiben des blitzlampenangeregten
Lasers mit den beabstandeten Anregungspulsen, um den Ausgangsstrahl
mit einer Anzahl von Laserstrahlungspulsen zu erzeugen, aufweist.
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Eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen blitzlampenangeregten
gepulsten Farbstofflaser mit einer langen effektiven Pulsdauer (beispielsweise
in der Größenordnung
von 5 bis 40 Millisekunden) bereitzustellen, um Gesichts-Hautgefäßerweiterung
(und verschiedene andere Hautgefäßläsionen)
bei einer verringerten Purpura nach der Behandlung wirksam zu behandeln.
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Gemäß einem
Aspekt sieht die vorliegende Erfindung: ein Verfahren zum Erzeugen
eines Laserstrahlungs-Ausgangsstrahls in einem blitzlampenangeregten
Laser vor, wobei das Verfahren das elektronische Erzeugen beabstandeter
Anregungspulse und das Antreiben des blitzlampenangeregten Lasers
mit den beabstandeten Anregungspulsen, um den Ausgangsstrahl mit
einer Anzahl von Laserstrahlungspulsen zu erzeugen, umfasst, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anregungspulse als eine Serie erzeugt werden,
um eine Serie von Laserstrahlungspulsen zu erzeugen, wobei die Serie
von Strahlungspulsen einen gepulsten Ausgangsstrahl darstellen, der
eine effektive Pulsdauer aufweist, dass die Laserstrahlungspulse
in der Serie Mikropulse sind, nämlich mit
einer relativ kurzen Dauer hinsichtlich der effektiven Pulsdauer,
und dass die Amplitude wie jeder der Anregungspulse in der Serie
mit einem vorausgehenden Puls in der Serie variiert wird, um höher oder niedriger
zu sein als die Amplitude dieses vorausgehenden Pulses in der Serie.
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Gemäß einem
anderen Aspekt sieht die Erfindung: eine blitzlampenangeregte Laservorrichtung zum
Erzeugen eines Laserstrahlungs-Ausgangsstrahls vor, wobei die Vorrichtung
ein Pulsbildungsmodul umfasst, dass dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit
von einem Triggersignal beabstandete Anregungspulse elektronisch
zu erzeugen, eine Blitzlampe umfasst, die so angeordnet ist, dass
sie von den beabstandeten Anregungspulsen von dem Pulsbildungsmodul
angetrieben wird und um in Reaktion darauf Lichtpulse zu erzeugen,
und ein Flüssigfarbstoffmedium
umfasst, dass dazu ausgelegt ist, die Lichtpulse der Blitzlampe
zu empfangen und so den Ausgangsstrahl mit einer Anzahl von Laserstrahlungspulsen
in Reaktion darauf zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung dazu ausgelegt ist, dass die Laserstrahlungspulse als
eine Serie erzeugt werden, um so einen gepulsten Ausgangsstrahl
mit einer effektiven Pulsdauer zu erzeugen, dass die Laserstrahlungspulse
in der Serie Mikropulse sind, nämlich
mit relativ kurzer Dauer hinsichtlich der effektiven Pulsdauer,
und dass die Amplitude jedes Anregungspulses in der Serie mit einem vorausgehenden
Puls in der Serie variiert wird, um größer oder kleiner zu sein als
die Amplitude des vorausgehenden Pulses in der Serie.
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Gemäß den bevorzugten
Ausführungsformen
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen
eines Laserstrahlungs-Ausgangsstrahls mit einer langen effektiven
Pulsdauer (beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 40 Millisekunden).
Bei manchen Anwendungen ist eine große effektive Laserpulsdauer
wünschenswert,
um zu ermöglichen,
dass eine thermische Diffusion während
der Zeit der Laserenergieeinwirkung geschieht. Ein Beispiel ist
die wirksame Behandlung von Gesichts-Hautgefäßerweiterung, unter Vermeidung
von Purpura. Ein anderes Beispiel ist das Laserschneiden und -schweißen von
Metallen und Nichtmetallen. Die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung
können
vorteilhaft verwendet werden, wenn die gewünschte Laserpulsdauer schwierig
zu erzeugen ist, weil die Anregungsenergie, die erforderlich ist,
um den Laser während
des gesamten Pulses über
der Laserschwelle zu halten, zu groß ist.
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Ein
Laser, der die Grundgedanken der Erfindung aufweist, erzeugt einen
Ausgangsstrahl, der aus einer Serie von Laserstrahlungs-Mikropulsen
besteht. Die Serie von Mikro pulsen bildet einen Ausgangsstrahl mit
einer langen "effektiven" Pulsdauer, von der
gezeigt wurde, dass sie bei der therapeutischen Behandlung von Hautgefäßläsionen wirksam ist,
während
die unerwünschten
Nebenwirkungen von Purpura oder anderen Hyper- und Hypopigmentationsabnormitäten minimiert
werden.
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Gemäß einem
bevorzugten Merkmal wird ein Abstimmelement in Übereinstimmung mit jedem Puls innerhalb
der beabstandeten Serie von Anregungspulsen eingestellt, um die
Wellenlänge
jedes Mikropulses zu variieren. Gemäß einem anderen bevorzugten
Merkmal beträgt
die effektive Pulsdauer des Ausgangsstrahls mindestens 5 Millisekunden.
Gemäß einem
anderen bevorzugten Merkmal hat jeder Mikropuls eine Pulsdauer von
mindestens 10 Mikrosekunden. Gemäß einem
anderen bevorzugten Merkmal hat jeder an die Haut abgegebene Mikropuls
eine Fluenz von weniger als 5 J/cm2. Gemäß einem
anderen bevorzugten Merkmal hat die Serie an die Haut abgegebener
Mikropulse eine Gesamtfluenz von mehr als 6 J/cm2.
Gemäß einem
anderen bevorzugten Merkmal hat jeder Mikropuls ein Energieniveau,
das kleiner als die Hälfte
der Gesamtenergie der Serie von Mikropulsen ist. Gemäß einem
anderen bevorzugten Merkmal hat die Serie von Mikropulsen eine Gesamtenergie,
die größer als
1 Joule ist. Gemäß einem
anderen bevorzugten Merkmal werden die Pulsparameter ausgewählt, um
die Bildung von Purpura zu minimieren. Gemäß einem anderen bevorzugten
Merkmal liegt die effektive Pulsdauer des Ausgangsstrahls zwischen
etwa 5 Millisekunden und etwa 40 Millisekunden.
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Einige
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezug auf die anliegende
Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Multipuls-Farbstofflasers gemäß der Erfindung,
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die 2A und 2B graphische
Darstellungen einer Serie von Anregungspulsen und des entsprechenden
Ausgangsstrahls gemäß der Erfindung,
und
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3 ein
Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Pulsbildungsmoduls gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
ein Lasersystem 10, das die Grundgedanken der Erfindung
aufweist. Das Lasersystem 10 umfasst ein Lasermedium 14 mit
einer langgestreckten Farbstoffzelle, in der ein von einer Flüssigkeit
getragener Farbstoff gelöst
ist. Das Lasermedium 14 wird vorzugsweise bei einer gleichmäßigen und
konstanten Temperatur gehalten. Ein Pulsbildungsmodul 20 weist
Pulsbildungsnetze 22 und Schaltnetze 26 auf. Die
Pulsbildungsnetze 22 erzeugen eine beabstandete Serie von
Anregungspulsen (nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben). Das
Pulsbildungsmodul 20 führt
jeden Anregungspuls durch die jeweiligen Schaltnetze 26 einer
Blitzlampe 30 zu, um das Lasermedium 14 anzuregen. Die
Leistungsversorgung 18 stellt dem Pulsbildungsnetz 22 die
Energie bereit. Eine Erhaltungsversorgung 28 führt einen
niedrigen Strom 80 (2A) der Blitzlampe 30 zu,
um in der Blitzlampe vor ihrer Entladung ein erhebliches Ionisationsniveau
zu entwickeln.
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Jeder
von dem Pulsbildungsmodul 20 erzeugte Puls bewirkt das
Entladen der Blitzlampe 30, wodurch ein Lichtpuls hoher
Intensität
erzeugt wird. Genauer gesagt wird das von der Blitzlampe 30 abgestrahlte
Licht hoher Intensität
auf das Lasermedium in der Farbstoffzelle 14 gerichtet.
Ein spiegelförmiger
oder diffuser Reflektor (nicht dargestellt) oder ein anderes optisches
Element kann verwendet werden, um das Licht auf die Farbstoffzelle
zu richten. Das Lasermedium kann eine flüssige Farbstoffmischung einschließen. Das
Licht von der Blitzlampe 30 wird durch das Lasermedium 14 absorbiert,
wodurch bewirkt wird, dass Farbstoffmoleküle vom Grundzustand in angeregte
Singulett-Zustände übergehen. Wenn
die angeregten Moleküle
in den Grundzustand zurückkehren,
werden Photonen einer bestimmten Wellenlänge emittiert. Ein Teil des
Lichts geht von Öffnungen 34, 38 aus,
die sich an jedem Ende der Farbstoffzelle 14 befinden.
Eine erste und eine zweite Spiegelanordnung 42, 46 bilden
in Kombination ein optisches System für den Laser. Die erste Spiegelanordnung 42 ist
vollständig
reflektierend und führt ausgestrahltes
Licht in die Farbstoffzelle zurück.
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Die
erste Spiegelanordnung 42 kann ein Wellenlängen-Abstimmelement 48 aufweisen,
um den Ausgangsstrahl innerhalb der Verstärkungskurve der Farbstofflösung abzustimmen.
Das Wellenlängen-Abstimmelement 48 verringert
die Bandbreite des Strahls und kann verwendet werden, um die Wellenlänge des
Lasers an das Absorptionsspektrum des Ziels anzupassen, um die gewünschten
physiologischen Wirkungen zu verbessern. Wenn sich die Zielzellen
und die umgebenden Zellen erwärmen, ändern sich
ihre jeweiligen Absorptionsspektren. Gemäß einer Ausführungsform
wird die Wellenlänge
jedes Mikropulses geändert,
um sie an die Spitze in dem Absorptionsspektrum der Zielzellen anzupassen.
Das Abstimmelement 48 kommuniziert mit einem Synchronisierer 182 (3),
und der Synchronisierer 182 sendet eine Serie von Triggersignalen zum
Abstimmelement 48. In Reaktion auf die Triggersignale stellt
das Abstimmelement 48 die Wellen länge für jeden nachfolgenden Puls
in der beabstandeten Serie von Laserstrahlungs-Mikropulsen 104, 108, 112, 116 ein.
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Eine
zweite Spiegelanordnung 46 ist teilweise durchlässig, wobei
sie einen Teil des ausgestrahlten Lichts zurückführt und ermöglicht, dass der restliche
Teil aus der Zelle austritt. Das Licht resoniert zwischen der ersten
Spiegelanordnung 42 und der zweiten Spiegelanordnung 46,
und seine Intensität
erhöht sich,
wenn die Laserschwelle erreicht wird. An diesem Punkt tritt eine
messbare Lichtmenge als ein gepulster Ausgangsstrahl 50 durch
die zweite Spiegelanordnung 46. Der Ausgangsstrahl 50,
der aus einer beabstandeten Serie von Laserstrahlungs-Mikropulsen 88, 92, 96, 100 besteht
(2B), kann auf eine Hautgefäßläsion 60 (beispielsweise
eine Gesichts-Hautgefäßerweiterung)
des behandelten Patienten 64 gerichtet werden.
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2A zeigt
eine Graphik der erzeugten Anregungspulse 104, 108, 112, 116. 2B zeigt
eine Graphik des Ausgangsstrahls 50, der einer Serie von Mikropulsen 88, 92, 96, 100 entspricht.
Die horizontalen Achsen sowohl für 2A als
auch für 2B stellen
die Zeit dar. Die vertikale Achse von 2A stellt
den elektrischen Strom zum Treiben der Blitzlampe dar, wobei der
Strom in dieser Ausführungsform
in Ampere gemessen wird. Die vertikale Achse von 2B stellt
die Leistung des Ausgangsstrahls dar, wobei die Leistung in dieser
Ausführungsform
in Watt gemessen wird.
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Der
Ausgangsstrahl 50 hat eine effektive Pulsdauer 84,
wie in den 2A und 2B dargestellt
ist. Die effektive Pulsdauer 84 ist als die Zeit vom Beginn
(d.h. der ansteigenden Flanke) des ersten Laserstrahlungs-Mikropulses 88 bis
zum Ende (d.h. der abfallenden Flanke) des letzten Laserstrahlungs-Mikropulses 100 definiert.
Demgemäß ist der Ausgangsstrahl 50 kein
kontinuierlicher Laserstrahlungspuls, sondern eine beabstandete
Serie von Laserstrahlungs-Mikropulsen 88, 92, 96, 100.
Die Anzahl und die Amplitude der Anregungspulse 104, 108, 112, 116 bestimmen
die Anzahl und die Amplitude der Laserstrahlungs-Mikropulse 88, 92, 96, 100. Der
Abstand zwischen den Laserstrahlungs-Mikropulsen 88, 92, 96, 100 braucht
nicht unbedingt gleichmäßig zu sein.
Mit anderen Worten kann der Abstand zwischen der Serie von Anregungspulsen 104, 108, 112, 116 in
beliebiger Weise variiert werden, um die Ziele des Benutzers zu
erreichen.
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Jeder
Anregungspuls 104, 108, 112, 116 (2A)
wird unter Verwendung der Pulsbildungsnetze 22 und der
Schaltnetze 26 gebildet, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten
beschrieben wird. Gemäß einer
Ausführungsform
hat jeder Anregungspuls in Übereinstimmung
mit einer erhöhten
Laserschwelle 120 mehr Energie als der vorhergehende Puls.
Gemäß anderen
Ausführungsformen
kann die Amplitude jedes Anregungspulses 104, 108, 112, 116 nach
Bedarf variiert werden, um verschiedene Behandlungsziele zu erreichen.
Beispielsweise weist ein Anregungspuls in manchen Fällen eine
höhere oder
niedrigere Amplitude als ein nachfolgender Puls auf. Im allgemeinen
wird die Amplitude jedes Anregungspulses jedoch so eingerichtet,
dass sie höher ist
als die ansteigende Laserschwelle 120.
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Die
ansteigende Laserschwelle 120 hängt von einer Vielzahl von
Faktoren ab (wie voranstehend erörtert
wurde). Im allgemeinen ist die Erhöhung der Laserschwelle 120 für einen
Farbstofflaser zur gesamten auf das Farbstoffmedium übertragenen Anregungsenergie
proportional. Diese Energie ist wiederum zum Produkt aus der Anregungsleistung und
der Anregungszeitdauer proportional. Für einen Laser gemäß den Grundgedanken
der Erfindung entspricht die Anregungszeit der Summe der Anregungszeiten 124, 128, 132, 136 für jeden
der Laserstrahlungs-Mikropulse 88, 92, 96, 100.
Weil diese Summe erheblich kürzer
ist als die lange effektive Pulsdauer 84, nimmt die Laserschwelle 120 in
Bezug auf traditionelle kontinuierliche gepulste Farbstofflaser
langsam zu (d.h. mit einer kleineren Steigung).
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Gemäß einer
als Beispiel dienenden Ausführungsform
erzeugt der Laser 10 vier Pulse, die jeweils eine Pulsdauer 124, 128, 132, 136 von
50 Mikrosekunden aufweisen. Die jeweiligen Pulse sind so beabstandet,
dass die Zeitdauer vom Beginn des ersten Pulses 88 bis
zum Ende des letzten Pulses 100 (d.h. die lange effektive
Pulsdauer 84) 10 Millisekunden beträgt. Der Ausgangsstrahl hat
eine lange "effektive" Pulsdauer (d.h.
10 Millisekunden), jedoch eine tatsächliche Gesamt-"Einschaltzeit" von nur 200 Mikrosekunden.
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Die
Verwendung eines Ausgangsstrahls, der aus einer Serie von Mikropulsen
besteht, hilft nicht nur dabei, die Laserschwelle 120 zu
verbessern, sondern es wird dadurch auch der Laser energieeffizienter
gemacht. Die Menge der in Ausgangspulsenergie umgewandelten Anregungsenergie
entspricht der Summe aus der Energiemenge jedes Anregungspulses 104a, 108a, 112a, 116a oberhalb
der Laserschwelle 120. Ein bekannter gepulster Farbstofflaser benötigt eine
Anregungsenergie über
die gesamte Pulsdauer des Ausgangs strahls. Nichts von der Anregungsenergie
unterhalb der Laserschwelle 120 wird in Ausgangslaserstrahlung
umgewandelt. Dagegen benötigt
die vorliegende Erfindung Anregungsenergie außer für den nominellen Erhaltungsstrom 80 nur
dann, wenn jeder Mikropuls gebildet wird (d.h. es ist zwischen den
Anregungspulsen 104, 108, 112, 116 keine
Anregungsenergie erforderlich). Demgemäß benötigt ein Laser, der die Grundgedanken
der Erfindung aufweist, weniger Anregungspulsenergie, um einen Ausgangsstrahl
abzugeben, der die gleiche Laserstrahlungs-Energiemenge enthält wie ein
bekannter gepulster Farbstofflaser. Daher ist ein die Grundgedanken
der Erfindung aufweisender Laser effizienter.
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3 ist
eine detaillierte Darstellung der Pulsbildungsnetze 22 und
der Schaltnetze 26, die in dem Laser 10 verwendet
werden, um die gewünschte beabstandete
Serie von Anregungspulsen 104, 108, 112, 116 zu
bilden. Die Pulsbildungsnetze 22 und die Schaltnetze 26 weisen
mehrere Kanäle 150a, 150b, 150c auf,
wobei jeder Kanal der Erzeugung eines einzigen Anregungspulses entspricht.
Beispielsweise entspricht der Kanal eins 150a dem ersten
Anregungspuls 104 (2B), der
Kanal zwei 150b dem zweiten Anregungspuls 108 (2B)
und der Kanal n 150c dem n-ten oder letzten Anregungspuls 116 (2B).
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In
den Pulsbildungsnetzen 22 ist jeder Kanal ein getrenntes
Pulsbildungsnetz und umfasst ein Energiespeicherelement 160 (beispielsweise
einen Kondensator) und ein Isolationselement 164 (beispielsweise
eine Diode). Das Speicherelement 160 wird vor dem Einleiten
der beabstandeten Serie von Anregungspulsen 104, 108, 112, 116 durch
die Leistungsversorgung 18 geladen. Gemäß einer Ausführungsform
muss, falls die Laserschwelle 120 ansteigt, jeder nachfolgende
Anregungspuls eine entsprechend höhere Amplitude haben. Gemäß einer anderen
Ausführungsform
kann jede Anregung, abhängig
von den Zielen der Behandlungsprozedur, eine andere Amplitude aufweisen.
Um dies zu erreichen, hat jedes Speicherelement 160 einen
anderen Kapazitätswert,
so dass eine konstante Spannung von der Leistungsversorgung 18 in
jedem Kanal verschiedene Energien speichert, je nachdem, wie es erforderlich
ist, um die Behandlungsziele zu erreichen. Gemäß einer anderen Ausführungsform
ist die Leistungsversorgung 18 eine programmierbare Leistungsversorgung
und lädt
jedes Energiespeicherelement 160, die alle den gleichen
Kapazitätswert
aufweisen, auf unterschiedliche Spannungspegel. Gemäß einer
typischen Ausführungsform
wird, falls das Speicherelement ein Kondensator ist, ein induktives Element
(nicht dargestellt) zwischen dem Pulsbildungsmodul 20 und
der Blitzlampe 30 positioniert.
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Das
Isolationselement 164 bietet Schutz vor einer Entladung
eines nachfolgenden Energiespeicherelements 160 in die
Leistungsversorgung, wenn diese gesperrt ist, oder in ein vorhergehendes
Energiespeicherelement 160, das zuvor entladen worden ist.
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In
den Schaltnetzen 26 ist jeder Kanal ein getrenntes Schaltnetz
und beinhaltet ein Schaltelement 168 (beispielsweise einen
SCR oder einen IGBT mit der Treiberschaltungsanordnung), ein Schaltfilter 172 (beispielsweise
ein Überspannungs-Schutzelement) und
ein Isolationselement 176 (beispielsweise eine Diode).
Das Schaltelement 168 bleibt offen, wobei das Energiespeicherelement 160 desselben
Kanals von der Blitzlampe 30 getrennt wird, während das
Energiespeicherelement 160 durch die Leistungsversorgung 18 geladen
wird. Nach dem Empfangen eines Triggersignals von einem Synchronisierer 182 schließt das Schaltelement 168,
wodurch das Energiespeicherelement 160 elektrisch mit der
Blitzlampe 30 verbunden wird. Die Energie wird von dem
Energiespeicherelement 160 desselben Kanals in die Blitzlampe 30 entladen,
um einen Lichtpuls hoher Intensität zu erzeugen. Das Schaltfilter 172 hält den Energiefluss
zur Blitzlampe 30 aufrecht und verhindert ein Schwingen,
wenn das Schaltelement 168 geschlossen wird. Das Isolationselement 176 richtet den
Stromfluss in die Blitzlampe 30 und verhindert, dass Strom
in einen anderen Kanal fließt.
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Ein
Synchronisierer 182 synchronisiert das Schließen der
Schaltelemente 168a, 168b, 168c, um die
gewünschte
beabstandete Serie von Anregungspulsen 104, 108, 116 (2A)
zu erzeugen. Nach dem Empfang eines Triggereingangssignals sperrt der
Synchronisierer 182 die Leistungsversorgung 18 und
schließt
das Schaltelement 160a des Kanals eins. Das Ergebnis ist
die Erzeugung des ersten Anregungspulses 104 (2A).
Nach einer vorgegebenen zeitlichen Verzögerung schließt der Synchronisierer 182 das
Schaltelement 168b des Kanals zwei, wodurch der zweite
Anregungspuls 108 erzeugt wird (2A). Dieser
Prozess wird wiederholt, bis die vorgegebene Anzahl von Anregungspulsen
in der beabstandeten Serie erzeugt worden ist. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
kommuniziert der Synchronisierer 182 auch mit dem Abstimmelement 48.
In Zusammenwirken mit dem Schließen jedes Schaltelements 160 sendet
der Synchronisierer 182 ein Triggersignal zum Abstimmelement,
um die Wellenlänge des
Laserstrahlungs-Mikropulses
entsprechend dem anwendbaren Anregungspuls zu variieren.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein blitzlampenangeregter
Farbstofflaser, wie er auf die selektive Photothermolyse angewendet
wird, einen Strahl von Ausgangspulsen mit einer Wellenlänge erzeugt,
die vorteilhafter ist als bei anderen Lasern. Indem die Energie
in jedem Mikropuls 88, 92, 96, 100 unter
dem Schwellenwert für das
Erzeugen von Purpura gehalten wird, kann der Ausgangsstrahl 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung über
eine lange effektive Pulsdauer verwendet werden, so dass Purpura
beseitigt wird. Gemäß einer Ausführungsform
werden die Parameter der Pulsdauer und des Fluenzniveaus so gewählt, dass
der Laser Gesichts-Hautgefäßerweiterungen
wirksam behandeln kann, während
Purpura beseitigt wird. Die Pulsdauer 124, 128, 132, 136 jedes
Mikropulses wird größer gewählt als
die thermische Relaxationszeit roter Blutzellen und kleiner als
die thermische Relaxationszeit des Zielgefäßes. Die thermische Relaxationszeit
roter Blutzellen liegt in der Größenordnung von
10 Mikrosekunden. Durch Wählen
der Pulsdauer 124, 128, 132, 136 jedes
Mikropulses, so dass sie länger
ist als die thermische Relaxationszeit roter Blutzellen, wird die
Wärme in
umgebendes Fluid dissipiert, wodurch verhindert wird, dass die roten
Blutzellen explodieren. Auf diese Weise wird die Pulsdauer 124, 128, 132, 136 so
gewählt,
dass sie mindestens 10 Mikrosekunden beträgt. Das Denaturieren des Zielgefäßes ist
erwünscht,
so dass die lange effektive Pulsdauer 84 kleiner sein sollte
als die thermische Relaxationszeit des Zielgefäßes. Die thermische Relaxationszeit
des Zielgefäßes variiert
mit seiner Größe. Für die meisten
Zielgefäße sollte
eine geeignete lange effektive Pulsdauer 84 weniger als
40 Millisekunden betragen. Um für
die Epidermis verhältnismäßig mild
zu sein und die Beschädigung
der Epidermis zu verringern, sollte die lange effektive Pulsdauer 84 die
thermische Relaxationszeit der Epidermis übersteigen (d.h. aus den gleichen
Gründen wie
bei roten Blutzellen). Für
die meisten Zielgefäße wird
angenommen, dass eine geeignete lange effektive Pulsdauer 84 5
Millisekunden übersteigen
sollte. Demgemäß wird eine
lange effektive Pulsdauer 84 zwischen 5 und 40 Millisekunden
für die
meisten Zielgefäße gewählt.
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Zusätzlich zur
Auswahl der Pulsdauer wird die Zeit zwischen Mikropulsen optimiert.
Die Zeit zwischen Mikropulsen, die Amplitude der Energie und die
Dauer jedes Mikropulses beeinflussen das Temperaturprofil des Zielgewebes.
Bei bekannten Pulslasern steigt die Temperatur des Zielgewebes während des
Laserpulses stetig an. Bei einem Laser gemäß der vorliegenden Erfindung ähnelt die
Temperaturerhöhung
diskreten Schritten des jedem der Mikropulse entsprechenden Temperaturanstiegs.
Der Abstand zwischen den jeweiligen Mikropulsen kann so gewählt werden,
dass das thermische Profil für
die größte therapeutische
Wirksamkeit optimiert wird. Der Abstand kann auch für eine kombinierte
Verwendung mit Kühlvorrichtungen
(beispielsweise einer dynamischen Kühlvorrichtung) optimiert werden,
wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird.
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Die
abgegebene Energiemenge ist ein anderer wichtiger Parameter für eine wirksame
Behandlung. Es wird angenommen, dass zum Verringern oder Beseitigen
von Purpura jeder einzelne Laserenergie-Mikropuls eine Fluenz an
der Haut von weniger als etwa 5 J/cm2 haben
sollte. Die gesamte an die Haut während der großen effektiven
Pulsdauer 84 abgegebene Fluenz (d.h. die Summe der Fluenzen der
jeweiligen Mikropulse 88, 92, 96, 100)
muss das für
eine wirksame Behandlung erforderliche minimale Fluenzniveau übersteigen.
Die wirksame therapeutische Fluenz, die notwendig ist, variiert
mit der Größe des Zielgefäßes und
liegt im allgemeinen zwischen 7 und 30 J/cm2.
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Gemäß einer
als Beispiel dienenden Ausführungsform
ist die Erfindung dafür
programmiert, beim Empfang eines Eingangstriggersignals eine beabstandete
Serie von vier Laserstrahlungs-Mikropulsen 88, 92, 96, 100 zu
erzeugen. Jeder Mikropuls hat eine Pulsdauer 124, 128, 132, 136 von
100 Mikrosekunden und eine Fluenz von 3 J/cm2 am
Zielgewebe. Die Mikropulse 88, 92, 96, 100 der
Serie sind so beabstandet, dass vom Beginn (d.h. der ansteigenden Flanke)
des ersten Mikropulses 88 bis zum Ende (d.h. der abfallenden
Flanke) des letzten Mikropulses 100 10 Millisekunden verstreichen.
Daher gibt der Ausgangsstrahl eine Fluenz von 12 J/cm2 an
der Haut über
eine effektive Pulsdauer 84 von 10 Millisekunden ab.
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Gemäß einer
anderen als Beispiel dienenden Ausführungsform geschieht ein dynamisches Kühlen der
epidermalen Schichten der Haut zwischen den jeweiligen Laserstrahlungs-Mikropulsen 88, 92, 96, 100.
Das Kühlsystem
kann einen Druckbehälter
einer Flüssigkeit
mit einem niedrigen Siedepunkt aufweisen. Das Kühlen der Oberfläche der Haut
wird erreicht, indem die Haut kurz mit der Flüssigkeit besprüht wird,
welche beim Kontakt Wärme von
der Haut entfernt. Die Flüssigkeit
entfernt durch Verdampfungskühlen
Wärme von
der Hautoberfläche.
Die Flüssigkeit
wird zwischen den jeweiligen Laserstrahlungs-Mikropulsen auf die
Haut gesprüht. Durch
Sprühen
zwischen den Mikropulsen des Lasers wird eine Streuung des Laserstrahls
durch den Sprühnebel vermieden.
Die Energie in jedem Mikropuls kann an die Kühlflüssigkeitsmenge angepasst werden,
die vor dem Mikropuls aufgebracht wird. Die Kombination aus dem
Zeitablauf und dem Kühlen kann
in beliebiger Weise variiert werden, um die Behandlungsziele zu
erreichen. Gemäß einer
Ausführungsform
kann bei einem langen Kühlzeitraum
vor dem ersten Mikropuls 88 der erste Mikropuls 88 ein höheres Energieniveau
enthalten als die anschließenden
Mikropulse 92, 96, 100. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
werden die ersten zwei Mikropulse 88, 92 erzeugt,
wird die Haut während
eines verhältnismäßig langen
Zeitraums (beispielsweise 5 Millisekunden) gekühlt und wird ein dritter Mikropuls 96 mit
einer dem Ausmaß des
Kühlens
entsprechenden viel höheren
Energiemenge angewendet.
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Experimentelle
Ergebnisse
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Es
wurde eine Anzahl von Patienten behandelt, um die Vorteile der Erfindung
zu überprüfen. Elf Erwachsene
(mit achtzehn Jahren oder mehr) mit Fitzpatrick-Hauttypen I–III und
einer Gesichts-Hautgefäßerweiterung
wurden für
die Untersuchung verwendet. Zwei verschiedene Hautgefäßerweiterungsbereiche
wurden auf den Gesichtern dieser Freiwilligen identifiziert. Es
wurden Vorbehandlungsphotos aufgenommen. Ein Bereich wurde mit dem
Candela SPTL Ib behandelt, wobei es sich um einen gepulsten Blitzlampen-Farbstofflaser mit
einer Wellenlänge von
589 ± 2
nm und einer Pulsdauer von 450 μs
handelt, welcher gegenwärtig
zur Behandlung von Gefäßläsionen verwendet
wird. Ein zweiter Bereich wurde mit einem Laser behandelt, der die
Grundgedanken der Erfindung aufweist. Der Laser erzeugte einen Ausgangsstrahl
mit der gleichen Wellenlänge
und einer effektiven Pulsdauer von 20 ms.
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Unmittelbar
nach der Prozedur sowie 1 Tag, 4 Tage, 7 Tage, 14 Tage und 2 Monate
nach der Prozedur wurden Photos aufgenommen und/oder Beurteilungen
vorgenommen. Bei jedem dieser Zeiträume wertete der Hauptuntersucher
die Läsionen
auf einer analogen Skala in Hinblick auf Purpura/Erythem und die
Auflösung
des Gefäßes aus.
Jedes Erscheinen einer Hyperpigmentation, einer Hypopigmentation, einer
Krustenbildung oder einer Hautstrukturänderung wurde auch festgehalten.
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Auswertende
Personen verglichen die Photos und/oder Beurteilungen von Behandlungen
mit den voranstehend beschriebenen Lasern mit der Pulsdauer von
20 ms und der Pulsdauer von 450 μs. Die
Reinigungswirkung (Entfernung der Gesichts-Hautgefäßerweiterungen)
war zwischen den beiden Lasern entsprechend. Der Laser gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigte eine bessere Funktionsweise als der SPTL-Ib in
Bezug auf das Auftreten und die Schwere von Purpura, Schmerzen und
anderen Nebenwirkungen. Ein ähnliches
Experiment wurde unter Verwendung eines 10 Millisekunden langen effektiven
Pulses ausgeführt.