Неинвазивное устройство для лечения кожи лазерным светом
Группа изобретений относится к медицине. Неинвазивное устройство для лечения кожи посредством сокращения количества морщин в коже с помощью лазерного света. Устройство содержит: оптическую систему, содержащую лазерный источник света для генерации пучка света, сконфигурированную так, что, при использовании, пучок света выходит из устройства и падает на внешнюю поверхность кожи, подлежащей лечебному воздействию; отверстие, расположенное так, что, при использовании, свет, возвращающийся от кожи, входит в устройство в виде измерительного пучка света; и первый и второй каналы детектирования интенсивности, сконфигурированные и расположенные с возможностью детектирования интенсивности в соответственно первом и втором спектральных диапазонах измерительного пучка света; процессор, подсоединенный к первому и второму каналам детектирования интенсивности, при этом процессор сконфигурирован с возможностью определения появления как лазерно-индуцированного оптического пробоя, так и генерации второй гармоники в положении места лечебного воздействия на основании интенсивностей, детектированных первым и вторым каналами детектирования интенсивности. Причем первый и второй спектральные диапазоны содержат, и тот и другой, длину волны света, создаваемую в коже в результате лазерно-индуцированного оптического пробоя, первый спектральный диапазон содержит длину волны генерации второй гармоники лазерного источника света, второй спектральный диапазон является смежным с первым спектральным диапазоном, и второй спектральный диапазон исключает длину волны генерации второй гармоники лазерного источника света. При этом оптическая система сконфигурирована с возможностью фокусировки, при использовании, пучка света в положении места лечебного воздействия внутри кожи, причем в положении места лечебного воздействия вызывается лазерно-индуцированный оптический пробой. Группа изобретений позволит повысить эффективность сокращения морщин в коже. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится, в общем, к лечебному воздействию на кожу лазерным светом и, в частности, к неинвазивному устройству и способу, содержащему этапы оптимизации параметров лечебного воздействия.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Желание сохранить моложавый внешний вид посредством предотвращения появления или сокращения количества морщин на коже представляется для общества важной задачей. Для решения упомянутой задачи разработано много методов. Один из методов, например, известный из опубликованной международной патентной заявки WO 2008/001284 A2, заключается в создании фокального пятна в слое дермы кожи, подлежащей лечебному воздействию. Упомянутая заявка WO раскрывает устройство для лечебного воздействия на кожу с лазерным источником и фокусирующей оптикой. Устройство испускает лазерный пучок. Мощность лазера выбрана с таким расчетом, чтобы лазерно-индуцированный оптический пробой (LIOB) воздействовал на кожу для стимулирования возобновления роста кожной ткани и уменьшал морщины. Упомянутое явление LIOB основано на сильном нелинейном поглощении лазерного света кожной тканью, что происходит при плотности мощности лазерного света выше некоторого порогового значения. Такое сильное поглощение порождает сильно локализованную плазму, которая способна повреждать или даже удалять ткань в месте упомянутой плазмы. Описанный результат вызывается вторичными, в основном механическими эффектами, например, быстрым расширением сформированной плазмы. Данный эффект в значительной степени локален, так как ниже порога наблюдается нулевое или очень слабое поглощение, а выше порога образуется плазма, которая поглощает свет еще сильнее.
Более подробные сведения, касающиеся явления LIOB можно найти в статье «Minimally invasive non-thermal laser technology using laser-induced optical breakdown for skin rejuvenation», Habbema, Verhagen, van Hal, Liu and Varghese; J. Biophotonics 5, No. 2, 194-199 (2012); DOI 10.1002/jbio.201100083. Как изложено в приведенной статье, явление LIOB происходит, когда облучение является достаточно сильным для создания критической концентрации свободных электронов приблизительно 1021 см-3.
Все большее число упомянутых устройств для обработки кожи предлагается для применения потребителями, а не медицинскими специалистами. Упомянутые устройства неинвазивны, так как они создают эффект под поверхностью кожи без необходимости проникновения в эпидермис. Однако, такое домашнее применение создает новые проблемы, например, безопасности и эффективности лечебного воздействия. Упомянутые проблемы особенно важны, когда источником света является лазер, и неправильная эксплуатация может иметь следствием образование рубцов или ожогов кожи, когда лазерный свет проходит сквозь слои кожи.
Повреждение эпидермиса, например, очень нежелательно потому, что может приводить к осложнениям и рискам для здоровья человека, подвергаемого лечебному воздействию, а также к периодам неработоспособности. Если поверхностные поражения создаются над дермой, то из-за микроповреждений капилляров может происходить петехиальное кровоизлияние (микрокровоизлияние), приводящее к снижению эффективности и усилению побочных эффектов. Формирование нового коллагена с целью омоложения кожи будет происходить, если поражения создаются в коллагене. На больших глубинах фокусировки интенсивность в фокусе может не достигать порога, необходимого для оптического пробоя, и поэтому лечебное воздействие не может производить требуемые эффекты омоложения. Эффективность оптического пробоя для омоложения кожи зависит от нескольких факторов, например, оптических и структурных свойств кожи, интенсивности лазерного света в фокусе, оптического контакта и т.п. Для фотомеханического эффекта, который можно использовать с целью стимуляции роста новых коллагеновых волокон для эффектов омоложения, существует верхний предел, и лечебное воздействие сверх данного предела неэффективно и дополнительно подвергает пользователя опасностям передозировки. Недостаточному воздействию нельзя отдавать предпочтение потому, что оно не может производить требуемые эффекты разглаживания морщин.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание неинвазивного устройства для лечения кожи и способ, содержащий измерительные этапы для оптимизации параметров лечебного воздействия.
В соответствии с изобретением, цель достигается посредством устройства, содержащего:
- оптическую систему, содержащую лазерный источник света для генерации пучка света, сконфигурированную так, что, при использовании, пучок света выходит из устройства и падает на внешнюю поверхность кожи, подлежащей лечебному воздействию;
при этом оптическая система сконфигурирована с возможностью фокусировки, при использовании, пучка света в положении места лечебного воздействия внутри кожи, причем в положении места лечебного воздействия вызывается лазерно-индуцированный оптический пробой;
- отверстие, расположенное так, что, при использовании, свет, возвращающийся от кожи, входит в устройство в виде измерительного пучка света; и
- первый и второй каналы детектирования интенсивности, сконфигурированные и расположенные с возможностью детектирования интенсивности в, соответственно, первом и втором спектральных диапазонах измерительного пучка света, причем первый и второй спектральные диапазоны содержат, и тот и другой, длину волны света, создаваемую в коже в результате лазерно-индуцированного оптического пробоя, первый спектральный диапазон содержит длину волны генерации второй гармоники лазерного источника света, второй спектральный диапазон является смежным с первым спектральным диапазоном, и второй спектральный диапазон исключает длину волны генерации второй гармоники лазерного источника света.
Цель изобретения достигается также посредством способа, использующего устройство, генерирующего лазерный свет, при этом способ содержит следующие этапы:
- обеспечивают оптическую систему, содержащую лазерный источник света для генерации пучка света, сконфигурированную так, что пучок света выходит из устройства и падает на внешнюю поверхность кожи, подлежащей лечебному воздействию;
- фокусируют пучок света в положении места лечебного воздействия внутри кожи, причем в положении места лечебного воздействия вызывается лазерно-индуцированный оптический пробой;
- располагают устройство так, что свет, возвращенный от кожи, входит в устройство через отверстие в виде измерительного пучка света;
- детектируют интенсивность в первом и втором спектральных диапазонах измерительного пучка света, причем первый и второй спектральные диапазоны содержат, и тот и другой, длину волны света, создаваемую в коже в результате лазерно-индуцированного оптического пробоя, причем первый спектральный диапазон содержит длину волны генерации второй гармоники (SHG) лазерного источника света, второй спектральный диапазон является смежным с первым спектральным диапазоном, и второй спектральный диапазон исключает длину волны генерации второй гармоники лазерного источника света.
Интенсивность в первом спектральном диапазоне испытывает влияние интенсивности света, возвращающегося от кожи в результате возникновения явления LIOB, и интенсивности света, возвращающегося в результате явления SHG. Интенсивность во втором спектральном диапазоне испытывает влияние, в основном, интенсивности света, возвращающегося от кожи в результате возникновения явления LIOB. Степень SHG указывает на присутствие коллагена на глубине лечебного воздействия. Степень явления LIOB указывает, что интенсивность лазерного света в фокусе достаточна для создания оптического пробоя. Если длины волны явления LIOB не детектируется, то это может показывать, что интенсивность лазерного света следует повысить. Если длина волны явления SHG лазерного источника света не детектируется, то это может показывать, что глубину фокуса следует увеличить или уменьшить.
Изобретение основано на представлении, что для эффективности данного лечебного воздействия критичными являются два основных параметра: интенсивность в положении места лечебного воздействия и глубина фокуса, и что данные параметры можно измерять с помощью одной и той же измерительной системы. Оптимальная глубина фокуса может быть различной, в зависимости от толщины рогового слоя и эпидермиса, и упомянутая глубина изменяется для разных людей и изменяется даже для одного и того человека в зависимости от того, где на теле осуществляется лечебное воздействие.
В предпочтительном варианте, устройство может дополнительно содержать процессор, подсоединенный к первому и второму каналам детектирования интенсивности, при этом процессор сконфигурирован с возможностью определения появления как лазерно-индуцированного оптического пробоя, так и генерации второй гармоники в положении места лечебного воздействия на основании интенсивностей, детектированных первым и вторым каналами детектирования интенсивности. Аналогично, способ может дополнительно содержать этап обработки детектированной интенсивности в первом и втором спектральных диапазонах, чтобы определять появление как лазерно-индуцированного оптического пробоя, так и генерации второй гармоники в положении места лечебного воздействия на основании детектированных интенсивностей в первом и втором спектральных диапазонах.
Обработка значений интенсивностей, детектированных первым и вторым каналами детектирования интенсивности, может обеспечить более надежное и более точное определение возникновения явления LIOB и присутствия длины волны явления SHG лазерного источника света. Интенсивность во втором спектральном диапазоне может указывать, возникает ли явление LIOB, и разность между интенсивностями первого и второго спектральных диапазонов может указывать, присутствует ли длина волны явления SHG лазерного источника света. Интенсивность в первом спектральном диапазоне зависит как от того, возникает ли явление LIOB, так и от того, присутствует ли длина волны явления SHG лазерного источника света.
В предпочтительном варианте, процессор устройства может быть также дополнительно сконфигурирован с возможностью определения либо регулировки интенсивности лазерного источника света, либо регулировки положения места лечебного воздействия, либо того и другого, в результате чего будут происходить лазерно-индуцированный оптический пробой и генерация второй гармоники. Аналогично, способ может дополнительно содержать этап определения либо регулировки интенсивности лазерного источника света, либо регулировки положения места лечебного воздействия, либо того и другого, в результате чего будут происходить лазерно-индуцированный оптический пробой и генерация второй гармоники.
Знание того, производятся ли явления LIOB и SHG, является, само по себе, ценной информацией о лечебном воздействии. Однако, если глубина и интенсивность лечебного воздействия не оптимальны, то у пользователя возникнет желание узнать, как оптимизировать параметры устройства.
Если оптическая система устройства дополнительно содержит регулируемые оптические элементы для фокусировки пучка света в положение места лечебного воздействия, и процессор дополнительно сконфигурирован с возможностью регулировки положения места лечебного воздействия в соответствии с определенной регулировкой положения посредством регулирования конфигурации упомянутых регулируемых оптических элементов, то можно обеспечить автоматическую фокусирующую систему для оптимизации глубины фокуса на основании определенной интенсивности длины волны явления SHG лазерного источника света. Если длина волны явления SHG лазерного источника света не детектируется, то положение места лечебного воздействия или глубину лечебного воздействия можно регулировать, пока не детектируется длина волны явления SHG лазерного источника света.
Если интенсивность лазерного источника света является регулируемой, и процессор дополнительно сконфигурирован с возможностью регулирования интенсивности лазерного источника света в соответствии с определенной регулировкой интенсивности, то можно обеспечить автоматическую систему регулировки интенсивности для оптимизации интенсивности в положении места лечебного воздействия на основании определенной интенсивности длины волны явления LIOB. Если явление LIOB не детектируется, то интенсивность можно повышать, пока не детектируется явление LIOB.
Обеспечение устройства, содержащего как детектирование явлений SHG и LIOB, так и регулируемые оптические элементы и регулируемую интенсивность лазерного света, особенно полезно потому, что можно одновременно регулировать положение места лечебного воздействия и интенсивность лазерного источника света, чтобы эффективно получать явление LIOB в коллагене.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - схема, представляющая наиболее важные части устройства для лечебного воздействия на кожу,
Фиг.2A - пример спектра интенсивности, записанного с помощью спектрофотометра, при этом явление SHG детектируется в отсутствие LIOB, и явление LIOB детектируется в отсутствие SHG,
Фиг.2B - пример спектра интенсивности, записанного с помощью спектрофотометра, при этом явление SHG детектируется вместе с LIOB, и
Фиг.3 - схематичное увеличенное изображение участка спектра, показанного на Фиг.2B, на котором указаны возможные спектральные диапазоны для каналов детектирования интенсивности.
Следует отметить, что элементы, которые обозначены одинаковыми числовыми позициями на разных фигурах, имеют одинаковые конструктивные признаки и одинаковые функции или являются одинаковыми сигналами. После того, как дано объяснение функции и/или конструкции подобного элемента, необходимость их повторного пояснения в подробном описании отсутствует.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ
Фиг.1 схематически изображает устройство для лечения кожи 30 в соответствии с изобретением, содержащее оптическую систему 10. Оптическая система 10 содержит лазерный источник 20 света для обеспечения падающего пучка 21 света, пригодного для лечебного воздействия на кожу 30 человека или животного. Падающий пучок 21 света обычно генерируется с помощью импульсного лазера, например, Nd:YAG лазеров (на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом), излучающих на 1064 нм импульсы длительностью 1-1000 пс.
Оптические элементы 12, 13 обеспечены в оптической системе 10 для дополнительной модификации пучка 21 света и для фокусировки 22 импульсного лазерного пучка 21 в коже 30. Часть оптических элементов или все оптические элементы можно обеспечивать в сопрягающем элементе 11, который, во время использования устройства, прижимается или контактирует с кожей 30, подлежащей лечебному воздействию. Пучок 21 света выходит из устройства через сопрягающий элемент 11. Обычно, для оптического ввода падающего пучка 21 в кожу 30 применяется иммерсионная жидкость.
Устройство сконфигурировано с возможностью создания фокуса 22 импульсного лазерного пучка 21 в положении места лечебного воздействия. Если устройство применяется для уменьшения морщин в коже 30, то целевое место находится в коллагене дермы 17, чтобы создавать микроскопические поражения в положении места лечебного воздействия, что приводит к формированию нового коллагена.
Изобретение использует тот факт, что кожа пропускает электромагнитное излучение, которое должно быть сфокусировано в дерме в очень малом фокальном пятне. Чтобы максимально усилить данный эффект, длина волны света находится в диапазоне от 800 до 1100 нм. В данном диапазоне, пропускание является высоким, и рассеяние и линейное поглощение невелики. Таким образом, явление LIOB можно получать легко, точно (т.е. в очень высокой степени локально) и эффективно. Однако не исключается использование других длин волн.
В частности, предварительно заданная длительность импульса составляет от 100 пс до 10 нс. В приведенном диапазоне плазма, образованная явлением LIOB, в высокой степени локализована, т.е. имеет небольшую пространственную протяженность, что минимизирует риск ненамеренного поражения окружающих тканей. Кроме того, пиковая мощность, потребная для получения явления LIOB, по существу, не зависит от длительности импульса в данном диапазоне. Однако, можно также использовать другие длительности импульсов, например, в диапазоне от приблизительно 100 фс до 100 пс, и даже длительности импульсов в наносекундных (нс) и миллисекундных (мс) диапазонах.
Обычно, доставляемый уровень энергии в импульсе лазерного пучка составляет от 0,1 до 10 мДж, при измерении на поверхности кожи. Данные уровни энергии оказались полезными при лечебном воздействии, т.е. при создании достаточного поражения для стимуляции роста новой ткани. В частности, уровень энергии составляет от приблизительно 0,5 до 5 мДж и обычно приблизительно равен 1 мДж. Однако, не исключаются другие уровни энергии, например, уровни до приблизительно 20 мДж для больших глубин лечебного воздействия до 2 мм. При вышеприведенных показаниях уровней энергии, энергию измеряют на поверхности кожи, т.е. измерение относится к энергии, фактически, вводимой в кожу.
В предпочтительном варианте, доставляемый уровень энергии в импульсе лазерного пучка составляет от 0,1 до 5 мДж, при измерении в плазме, образованной явлением LIOB. В более предпочтительном варианте, упомянутый уровень энергии составляет от приблизительно 0,5 до 5 мДж, обычно около 1 мДж. Данные уровни энергии измеряются или оцениваются как фактически содержащиеся в плазме LIOB. Оптический пробой в коже и получаемые эффекты омоложения кожи происходят, когда интенсивность фотонов в фокусе ультракороткого лазерного импульса в ближнем инфракрасном диапазоне превышает порог (~1012 Вт/см2), необходимый для оптического пробоя. Во всех вышеописанных случаях следует понимать, что, вместо единственного импульса, можно также обеспечивать несколько импульсов, при условии, что импульсы производят явление LIOB.
Оптические элементы, находящиеся в оптической системе 10, могут содержать одну или более линз 12 для сужения и/или расширения пучка 21 света и одно или более зеркал 13 для отклонения пучка света в требуемом направлении. Точное положение и/или ориентация оптических элементов могут быть регулируемыми с использованием методов, известных в данной области техники, 112, 113, чтобы адаптировать положение и качество фокуса 22 соответственно требованиям генерации явления LIOB в требуемом положении места лечебного воздействия. Управление фокусом можно обеспечивать регулированием положения 112 одной или более из линз 12 и/или поворотом одного или более из зеркал 13.
Число и положения линз 12 и зеркал 13 определяются расположением компонентов в оптической системе 10 и требуемыми степенями регулировки, которые намерен обеспечить специалист. Например, регулируемые линзы 12, 112 могут содержать линзу с настройкой расстояния или могут представлять собой панкратический объектив. Регулируемое зеркало 13, 113 может содержать зеркало, которое является поворотным в одном или более, предпочтительно, двух, направлениях. Зеркало может быть плоским, например, в сочетании с линзой, или может быть вогнутым, в частности, если зеркало обеспечивает фокусирующее действие. В предпочтительном варианте, регулируемая линза 12, 112 может содержать объектив с автофокусировкой. Данная линза автоматически регулируется относительно поверхности кожи. Это обеспечивает правильную глубину лечебного воздействия почти во всех обстоятельствах. В другом примере оптическая система 10 может дополнительно содержать манипулятор лазерного пучка для позиционирования фокального пятна 22. Упомянутый манипулятор лазерного пучка может содержать, например, подвижное зеркало и привод зеркала для регулирования положения зеркала, а также блок управления. Манипулятор лазерного пучка может также содержать регулируемую линзу или зеркало. Манипулятор лазерного пучка можно применять для позиционирования фокального пятна на и в коже 30. Пользователь может управлять манипулятором лазерного пучка.
Устройство дополнительно содержит измерительное отверстие 15, которое расположено так, что свет, возвращающийся от кожи, входит в устройство в виде измерительного пучка 23 света. В предпочтительном варианте осуществления, изображенном на Фиг.1, во время использования, измерительный пучок 23 света возвращается вдоль, по существу, того же пути, по которому распространяется исходящий пучок 21 света, обеспечиваемый компактным устройством. В подходящем положении в пути измерительного пучка 23 света оптическая система 10 дополнительно снабжена одним или более оптическими элементами 14, сконфигурированными и расположенными с возможностью направления измерительного пучка 23 света к измерительной системе.
В примере на Фиг.1 применен делитель 14 пучка для отделения пути измерительного пучка 23 света от пути лазерного пучка 21 света в соответствующем положении.
Оптическая система 10 дополнительно содержит подходящие оптические элементы, расположенные и сконфигурированные с возможностью обеспечения двух каналов детектирования интенсивности. Первый канал сконфигурирован с возможностью детектирования интенсивности в спектральном диапазоне, который содержит длину волны явления SHG лазерного источника света. Например, для лазерного источника 20 с длиной волны 1064 нм, первый спектральный диапазон может быть 532 нм ± 10 нм. Второй канал сконфигурирован с возможностью детектирования интенсивности в спектральном диапазоне, смежном с первым спектральным диапазоном, который не содержит длину волны явления SHG лазерного источника света, но который содержит длину волны, производимую, когда в коже происходит явление LIOB. Например, для лазерного источника 20 с длиной волны 1064 нм, второй спектральный диапазон может быть 544 нм ± 10 нм или 520 нм ± 10 нм.
Как показано на Фиг.1, каналы могут быть организованы и сконфигурированы посредством обеспечения фотоприемника 31, 32 с подходящим полосовым фильтром, например, полосовым интерференционным фильтром, и обеспечения светоделительного компонента в пути измерительного пучка 23 света для направления части измерительного пучка света к каждому приемнику. Данный светоделительного компонента может быть также сконфигурирован с возможностью выбора спектрального диапазона в каждой части, например, с помощью зеркала для разделения гармоник или дихроичного светоделителя.
Специалист сможет разработать множество разных комбинаций из зеркал, светоделителей и фильтров, которые будут служить одинаковой цели, а именно, измерению интенсивности в двух смежных спектральных диапазонах.
Кожа 30 содержит несколько слоев с разными оптическими свойствами. Эпидермис 16 состоит из внешних слоев и формирует водонепроницаемый защитный барьер. Внешний слой эпидермиса представляет собой роговой слой, который, вследствие его микроскопических флуктуаций шероховатости, затрудняет оптический контакт между устройством 10 и кожей 30. Под эпидермисом 16 находится дерма 17. Дерма 17 содержит коллагеновые волокна, на которых нацеливается лечебное воздействие на кожу.
Устройство и, в частности, оптическая система 10 сконфигурированы с возможностью создания явления LIOB в фокусе 22 посредством выбора или модификации одного или более оптических свойств исходящего пучка 21 света. Сведение пучка 21 света в фокальное пятно 22 помогает локализовать явление LIOB и способствует предотвращению поражения эпидермиса 16, так как в эпидермисе 17 плотность мощности намного ниже, чем в фокальном пятне 22.
Устройство для определения ориентации коллагена посредством детектирования света от явления SHG описано в японской патентной заявке 2008-081503, публикация № 2009-236610 от 15.10.2009, заявленной компанией Osaka Univ and Shiseide Co Ltd.
Длины волн явления SHG генерируются в ходе нелинейных оптических процессов, при которых фотоны, взаимодействующие с коллагеном, нелинейным материалом, эффективно объединяются с формированием новых фотонов с удвоенной энергией и, следовательно, удвоенной частотой и половинной длиной волны первоначальных фотонов. Кроме вторых гармоник генерируются также третья и высшие гармоники. Все упоминания явления SHG следует понимать как включающие в себя также третью и высшие гармоники, так как их также можно использовать.
Обычно, коллаген находится на глубине приблизительно 0,35 мм. Данное значение основано на типичной суммарной толщине эпидермиса 16 с роговым слоем на лице от 0,06 до 0,2 мм и типичной толщине слоя дермы 2 мм. В конкретных случаях, эпидермис 16 и/или дерма 17 могут быть тоньше или толще или могут присутствовать на немного отличающейся глубине, например, на других частях тела, например, руках.
Для определения возможных значений для первого и второго спектральных диапазонов выполнены измерения с использованием импульсного лазерного источника 20 с длиной волны 1064 нм, сфокусированного в кожу. Свет, возвращающийся от кожи, анализировали с использованием спектрофотометра, и данные результаты показаны на Фиг.2A и 2B.
Фиг.2A показывает соотношение между интенсивностью при создании явления LIOB в отсутствие SHG 91 и интенсивностью при создании явления SHG в отсутствие LIOB 92. Горизонтальная ось (X) представляет непрерывный спектр длин волн в нм от 470 до 800, при этом ось размечена с шагом 100 нм. Вертикальная ось (Y) представляет нормированную интенсивность, измеренную в каждой точке спектра, от 0,2 до 1,0. Измерения нормировались так, что максимальная интенсивность, измеренная в пике длины волны явления SHG лазерного источника света в результате явления LIOB (показанного на Фиг.2B), представляет 1,0.
Спектр явления LIOB, создаваемого в отсутствие SHG 91, получали посредством фокусирования на глубину в коже, на которой не присутствовал коллаген. В случае использования приближенных значений, базовый уровень спектра повышается от 0,2 при 480 нм до 0,6 при 525 нм и затем медленно снижается до 0,25 при 750 нм. Пики, возвышающиеся над упомянутым базовым уровнем, составляют 0,64 при 500 нм, 0,75 при 516 нм, 0,65 при 553 нм, 0,72 при 567 нм и 0,66 при 590 нм. Показано также снижение от основного уровня до 0,57 при 540 нм.
Спектр явления SHG, создаваемого в отсутствие LIOB 92, получали посредством фокусирования в коллагене, при интенсивности лазерного света, не достаточной для создания явления LIOB. Базовый уровень данного спектра является плоской линией на уровне 0,2 от 475 нм до 800 нм, с единственным пиком 0,5 при 532 нм. Пик имеет ширину около 4 нм в точке, в которой он выходит за базовый уровень.
Фигура 2B показывает спектр 93, сформированный, когда явление LIOB создавалось в коллагене, то есть, интенсивность лазерного света была достаточной для создания явления LIOB, и фокус 22 подбирался для нахождения в коллагене, где создавалось явление SHG. Показанный спектр 93 является таким же, как спектр в случае, когда «создается явление LIOB в отсутствие SHG 91», показанный на Фиг.2A, объединяется с пиком SHG при 532 нм, когда пик SHG + LIOB достигает 1,0 для нормированной интенсивности и имеет ширину приблизительно 4 нм там, где пик SHG выходит из спектра интенсивности LIOB.
Фиг.3 схематично изображает увеличенный участок спектра 93, показанного на Фиг.2B, где указаны возможные спектральные диапазоны для каналов детектирования интенсивности. Секция спектра от 500 нм до 600 нм схематично увеличена для иллюстрации того, как можно выбирать спектральные диапазоны. Первый спектральный диапазон 532 нм ± 10 нм 94 показан стрелкой, вместе с двумя возможностями для второго спектрального диапазона, 544 нм ± 10 нм 97 или 520 нм ± 10 нм 96, которые также показаны стрелками.
Для примерного устройства на Фиг.1, в котором интенсивность должна измеряться в двух спектральных диапазонах, первый спектральный диапазон должен содержать длину волны явления SHG лазерного источника света, чтобы допускать детектирование пика. Так как данная длина волны равна половине длины волны лазерного источника 20, то данное значение определяется используемым лазерным источником. Верхний и нижний края первого спектрального диапазона следует выбирать с расчетом обеспечения условия, чтобы изменение длины волны явления SHG лазерного источника света не влияло на детектирование. Упомянутые флуктуации можно определить посредством выполнения подходящего число измерений на разных людях и разных зонах кожи. В предпочтительном варианте осуществления выбирают диапазон ± 10 нм около 532 нм, так как полосовые фильтры в этом диапазоне легко доступны.
Второй спектральный диапазон 96, 97 выбирают с таким расчетом, чтобы интенсивность, детектированная в данном спектральном диапазоне не испытывала влияния длины волны явления SHG лазерного источника света, но интенсивность, детектируемая, когда явление LIOB происходит в отсутствие SHG, то есть LIOB имеет место не в коллагене, должна быть в первом диапазоне 94 длин волн приблизительно такой же, как во втором диапазоне 96, 97 длин волн. Именно это подразумевается термином «смежный с», и данное условие включает в себя ситуацию, когда первый и второй спектральные диапазоны частично перекрываются, и ситуацию, когда перекрытие отсутствует. В изображенном примере, второй диапазон длин волн выбран так, что он исключает пик SHG, который находился в точке приблизительно 532 нм ± 2 нм, и, как возможности, получены 544 нм ± 10 нм 97 или 520 нм ± 10 нм 96. На практике, возможно, достаточно исключить только длины волн явления SHG, которые соответствуют вершине пика SHG, например, 532 нм ± 0,5 нм, 532 нм ± 1 нм или 532 нм ± 1,5 нм. Поэтому диапазон, подлежащий исключению, зависит от влияния пика SHG на интенсивность, детектируемую во втором спектральном диапазоне. На практике, упомянутый диапазон будет зависеть, в основном, от флуктуаций, ожидаемых в распределении длин волн пика, и размера пика. Во всех случаях, второй спектральный диапазон будет исключать, по меньшей мере, длину волны явления SHG лазерного источника света, а именно, 532 нм.
Использование термина «средний» следует понимать как представление любой подходящей меры среднего значения значений интенсивности, например, среднее значение, медианное значение, наиболее вероятное значение. Используемое определение зависит от способа детектирования, имеющихся данных интенсивности и средств арифметической обработки, обеспеченных в устройстве.
При определении степени подобия между интенсивностью, детектированной в первом 94 и втором 96, 97 диапазонах длин волн, то есть, когда явление LIOB происходит, но не в коллагене, следует учитывать фоновые флуктуации интенсивности. Флуктуации, наблюдаемые в спектре 91 только явления LIOB, бывают не больше, чем приблизительно 0,15, то есть, меньше, чем половина разности между данными в отсутствие явления LIOB и в присутствии явления LIOB, которая составляет приблизительно 0,4 в области от 510 до 550 нм. Приведенное значение также меньше, чем половина разности между данными в отсутствие явления SHG и в присутствии явления SHG, которая составляет приблизительно 0,4 при 532 нм.
Как будет очевидно специалисту, приведенные результаты измерений подтверждают, что можно задать два смежных спектральных диапазона, которые позволяют реализовать изобретение. При использовании приведенного примера с первым спектральным диапазоном 94, 532 нм ± 10 нм, и вторым спектральным диапазоном 97, 544 нм ± 10 нм, значительное отличие в средней интенсивности в первом спектральном диапазоне 94 на 0,3 или более указывает на создание явления SHG, и увеличение среднего значения как в первом 94, так и во втором 97 спектральных диапазонах на 0,4 или более указывает на создание явления LIOB.
Специалист сможет выбрать два смежных спектральных диапазона, позволяющих получить LIOB и обнаружить коллаген посредством стандартных измерений и моделирования. Первый и второй спектральные диапазоны могут иметь одинаковую или разную ширину, при этом выбор определяется точностью и надежностью детектирования явлений LIOB и SHG, достигаемых в спектральных диапазонах. Некоторые примеры подходящих спектральных диапазонов, в том числе, некоторые из уже приведенных примеров, показаны ниже:
| 1-й спектральный диапазон 94 для SHG | 2-й спектральный диапазон 96, 97 для LIOB |
| 532 нм ± 10 нм (522-542 нм) | 544 нм ± 10 нм (534-554 нм) |
| 532 нм ± 10 нм (522-542 нм) | 520 нм ± 10 нм (510-530 нм) |
| 532 нм ± 10 нм (522-542 нм) | 554 нм ± 10 нм (544-564 нм) |
| 532 нм ± 10 нм (522-542 нм) | 510 нм ± 10 нм (500-520 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 546 нм ± 10 нм (536-556 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 518 нм ± 10 нм (508-528 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 544 нм ± 10 нм (534-554 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 524 нм ± 10 нм (514-534 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 538 нм ± 2 нм (536-540 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 526 нм ± 2 нм (524-528 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 543 нм ± 10 нм (533-553 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 521 нм ± 10 нм (511-531 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 536 нм ± 2 нм (534-538 нм) |
| 532 нм ± 2 нм (530-534 нм) | 528 нм ± 2 нм (526-530 нм) |
В простейшем варианте осуществления, два канала детектирования интенсивности могут быть подсоединены к электронному пороговому детектору с использованием традиционных методов, с таким расчетом, чтобы оператору выдавалось первое предупреждение, если явление LIOB не происходит, и второе предупреждение, если не обнаруживается длина волны явления SHG лазерного источника света.
Специалисту будет очевидно, возможно также использование, по меньшей мере, трех каналов детектирования интенсивности. Данный подход может быть полезен при оптимизации надежности обнаружения явлений LIOB и SHG. Примером данного решения является первый спектральный диапазон 532 нм ± 10 нм 94 и второй спектральный диапазон, состоящий из двух поддиапазонов, смежных с первым спектральным диапазоном, например, 544 нм ± 10 нм и 520 нм ± 10 нм. В таком случае, средняя интенсивность во втором спектральном диапазоне определяется по средней интенсивности в поддиапазонах.
В предпочтительном варианте, устройство может содержать процессор для определения, происходит ли явление LIOB, и создается ли явление SHG в положении места лечебного воздействия, на основании интенсивностей, детектируемых первым и вторым каналами детектирования интенсивности. В простейшем варианте осуществления средняя интенсивность в первом спектральном диапазоне сравнивается со средней интенсивностью во втором спектральном диапазоне. Процессор может допускать более гибкое и надежное детектирование, так как могут учитываться другие параметры, например, близость устройства к верхнему слою кожи, или измеренные значения могут усредняться по нескольким измерениям, или значения могут сравниваться с расчетными значениями в таблицах преобразования.
В предпочтительном варианте, устройство может также содержать процессор для определения регулировки интенсивности лазерного света и/или регулировки фокуса, которые следует выполнять для создания явлений LIOB и SHG. Разность между каналами детектирования интенсивности является мерой регулировки фокуса, и средняя интенсивность обоих каналов является мерой регулировки интенсивности лазерного света. Данные показатели моно определить из каналов детектирования интенсивности путем сравнения уровней с опорным значениями, записанными в памяти для выполнения вычисления.
Если оптическая система содержит регулируемые оптические элементы и лазерный источник света, имеющий регулируемую интенсивность лазерного света, то процессор можно также применить для выполнения сканирований высокоточной оптимизации во время использования, чтобы обеспечить максимальное повышение интенсивностей явлений LIOB и SHG.
Процессор можно также применить для сканирования по разным уровням фокуса при сниженной интенсивности лазерного света, чтобы определить оптимальную глубину, на которой находится коллаген посредством обнаружения сигнала от SHG.
Обычно, быстрее и удобнее моделировать некоторые или все упомянутые измерения, например, с использованием программы Matlab и настройкой параметров как можно ближе к режиму измерений, показанному на Фиг.2A и 2B.
Изобретение обеспечивает средство создания глубоких поражений внутри дермы с использованием LIOB внутри коллагена. Данные устройство и способ можно использовать для лечебного воздействия на морщины и тонкие черты.
Лазерный источник света 20 может располагаться снаружи оптической системы 20 и подсоединяться к оптической системе 20 с помощью оптического волокна. Данное решение обеспечивает небольшой облегченный аппликаторный блок, с более объемным и тяжелым лазерным источником и т.п., в отдельном и стационарном блоке.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.1, пучок 21 света, исходящий из устройства проходит сквозь сопрягающий элемент 11, и измерительный пучок 23 света входит в устройство через отверстие 15, которое также расположено в сопрягающем элементе 11. Однако отверстие 15 может быть отдельным от сопрягающего элемента 11 и обеспечивать совершенно отдельный путь для измерительного пучка 23 света в сравнении со световым путем 21.
В качестве альтернативы, приемники 31, 32 могут быть встроены в сопрягающий элемент 11 для упрощения оптической конструкции устройства.
Два приемника 31, 32, показанные на Фиг.1, можно заменить единственным фотоприемником, снабженным регулируемым полосовым фильтром или механическим переключателем для переключения между полосовыми фильтрами.
Измерительная система может также содержать спектрофотометр, допускающий съемку спектра длин волн, и процессор для подробного анализа результатов. Подобное применение процессора позволяет также адаптировать спектральные диапазоны и алгоритмы обнаружения явлений SHG/LIOB вследствие, например, изменений оптических свойств кожи, использования устройства разными людьми или использования устройства на разных зонах тела.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления поясняют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут спроектировать множество альтернативных вариантов осуществления.
В формуле изобретения, никакие позиции, помещенные в скобки, нельзя интерпретировать как ограничивающие пункт формулы изобретения. Применение глагола «содержит» и его спряжений не исключает присутствия элементов или этапов, отличающихся от тех, которые заявлены в пункте формулы изобретения. Признак единственного числа в форме неопределенного артикля перед элементом не исключает присутствия множества данных элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько дискретных элементов, и посредством соответственно запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из данных средств могут быть осуществлены одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на невозможность использования комбинации упомянутых признаков в подходящем случае.
1. Неинвазивное устройство для лечения кожи (30) посредством сокращения количества морщин в коже с помощью
лазерного света, при этом устройство содержит:
- оптическую систему (10), содержащую лазерный источник (20) света для генерации пучка (21) света, сконфигурированную так, что, при использовании, пучок (21) света выходит из устройства и падает на внешнюю поверхность кожи (30), подлежащей лечебному воздействию;
при этом оптическая система сконфигурирована с возможностью фокусировки, при использовании, пучка (21) света в положении места лечебного воздействия внутри кожи, причем в положении места лечебного воздействия вызывается лазерно-индуцированный оптический пробой;
- отверстие, расположенное так, что, при использовании, свет, возвращающийся от кожи, входит в устройство в виде измерительного пучка (23) света; и
- первый (31) и второй (32) каналы детектирования интенсивности, сконфигурированные и расположенные с возможностью детектирования интенсивности в соответственно первом и втором спектральных диапазонах измерительного пучка (23) света, причем
- первый (94) и второй (96, 97) спектральные диапазоны содержат, и тот и другой, длину волны света, создаваемую в коже в результате лазерно-индуцированного оптического пробоя,
- первый спектральный диапазон содержит длину волны генерации второй гармоники лазерного источника (20) света,
- второй спектральный диапазон является смежным с первым спектральным диапазоном, и
- второй спектральный диапазон исключает длину волны генерации второй гармоники лазерного источника (20) света,
- процессор, подсоединенный к первому (31) и второму (32) каналам детектирования интенсивности, при этом процессор сконфигурирован с возможностью определения появления как лазерно-индуцированного оптического пробоя, так и генерации второй гармоники в положении места лечебного воздействия на основании интенсивностей, детектированных первым и вторым каналами детектирования интенсивности.
2. Устройство по п. 1, в котором процессор дополнительно сконфигурирован с возможностью определения либо регулировки интенсивности лазерного источника (20) света, либо регулировки положения места лечебного воздействия, либо того и другого, в результате чего будут происходить лазерно-индуцированный оптический пробой и генерация второй гармоники.
3. Устройство по п. 2, в котором оптическая система дополнительно содержит регулируемые оптические элементы (112, 113) для фокусировки пучка (21) света в положение места лечебного воздействия внутри кожи, и при этом процессор дополнительно сконфигурирован с возможностью регулировки положения места лечебного воздействия посредством регулирования конфигурации регулируемых оптических элементов.
4. Устройство по п. 2, в котором интенсивность лазерного источника (20) света является регулируемой, и при этом процессор дополнительно сконфигурирован с возможностью регулирования интенсивности лазерного источника света.
5. Устройство по п. 1, в котором положение места лечебного воздействия находится в слое (17) дермы кожи (30), подлежащей лечебному воздействию.
6. Устройство по п. 1, в котором положение места лечебного воздействия находится на от 0,2 до 2 мм ниже внешней поверхности кожи (30), в частности, на от 0,5 до 1,5 мм ниже внешней поверхности кожи (30).
7. Устройство по п. 1, в котором первый (31) и второй (32) каналы детектирования интенсивности содержат, каждый, оптический полосовой фильтр и фотоприемник в пути измерительного пучка (23) света, при этом полосовой фильтр сконфигурирован с возможностью обеспечения пропускания соответственно первого и второго спектральных диапазонов длин волн к фотоприемнику.
8. Неинвазивный способ лечения кожи (30) посредством сокращения количества морщин в коже с использованием устройства, генерирующего лазерный свет, при этом способ содержит следующие этапы:
- обеспечивают оптическую систему (10), содержащую лазерный источник (20) света для генерации пучка (21) света, сконфигурированную так, что пучок (21) света выходит из устройства и падает на внешнюю поверхность кожи (30), подлежащей лечебному воздействию;
- фокусируют пучок (21) света в положении места лечебного воздействия внутри кожи, причем в положении места лечебного воздействия вызывается лазерно-индуцированный оптический пробой;
- располагают устройство так, что свет, возвращенный от кожи, входит в устройство через отверстие в виде измерительного пучка (23) света;
- детектируют интенсивность в первом (94) и втором (96, 97) спектральных диапазонах измерительного пучка (23) света, причем первый и второй спектральные диапазоны содержат, и тот и другой, длину волны света, создаваемую в коже в результате лазерно-индуцированного оптического пробоя, причем первый спектральный диапазон содержит длину волны генерации второй гармоники (SHG) лазерного источника (20) света, второй спектральный диапазон является смежным с первым спектральным диапазоном, и второй спектральный диапазон исключает длину волны генерации второй гармоники лазерного источника света;
- обрабатывают детектированную интенсивность в первом и втором спектральных диапазонах для определения появления как лазерно-индуцированного оптического пробоя, так и генерации второй гармоники в положении места лечебного воздействия на основании детектированных интенсивностей в первом и втором спектральных диапазонах.
9. Способ по п. 8, в котором способ дополнительно содержит следующий этап:
- определяют либо регулировку интенсивности лазерного источника (20) света, либо регулировку положения места лечебного воздействия, либо того и другого, в результате чего будут происходить лазерно-индуцированный оптический пробой и генерация второй гармоники.
10. Способ по п. 9, в котором оптическая система (10) дополнительно содержит регулируемые оптические элементы (112, 113) для фокусировки пучка (21) света в положение места лечебного воздействия внутри кожи, и способ дополнительно содержит следующий этап:
- регулируют положение места лечебного воздействия в соответствии с определенной регулировкой положения места лечебного воздействия посредством регулирования конфигурации регулируемых оптических элементов.
11. Способ по п. 9, в котором интенсивность лазерного источника (20) света является регулируемой, и способ дополнительно содержит следующий этап:
- регулируют интенсивность лазерного источника (20) света в соответствии с определенной регулировкой интенсивности лазерного источника света.
