Устройство для дерматологической обработки с контролем изменения внутренних параметров в процессе
Группа изобретений относится к медицинской технике. Система для обработки мишеней под кожей пациента содержит лазерное устройство для излучения первой последовательности лазерных импульсов по направлению к области кожи пациента, причем мишень, которая должна быть достигнута лазерными импульсами, расположена под кожей; систему охлаждения области кожи посредством охлаждающей текучей среды; первый датчик измерения первой температуры области кожи; второй датчик измерения температуры охлаждающей текучей среды; компьютер, который принимает сигналы от первого и второго датчиков измерения температуры и управляет лазерным устройством. Датчик измерения температуры измеряет температуру области кожи после первой последовательности лазерных импульсов, а компьютер вычисляет предсказанную температуру, достигаемую упомянутой областью кожи после излучения второй последовательности импульсов, имеющих упомянутую заданную мощность, длительность и интервал. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящее изобретение относится к системе для дерматологической обработки и, в частности, к системе для обработки мишеней внутри кожи и, еще больше, в частности, к системе для определения правильной дозиметрии для фотоиндуцированной тепловой обработки, нацеленной на конкретные хромофоры, содержащиеся в среде, или, в общем, в многослойной структуре, и к связанному способу.
Использование электромагнитного излучения для дерматологических обработок, включающих в себя, например, удаление волос, обработку угрей, патологических кровеносных сосудов, нежелательных татуировок, хромофоров и, в общем, мишеней, содержащихся в среде, такой как кожа, является в настоящее время широко распространенной технологией, которая, однако, имеет много аспектов, которые делают ее использование опасным. Суть этих технологий состоит в обеспечении «правильной» дозы электромагнитного излучения для отправки тепловой энергии, достаточной для повреждения мишени, без повреждения окружающей ткани и слоев кожи, находящихся выше, и, следовательно, без сохраняющегося повреждения ткани и болевых ощущений пациента во время и после обработки.
Известно, что во время дерматологических обработок разных типов, таких как дерматологические обработки, указанные выше, пользователь/дерматолог не имеет доступа к системе, которая позволила бы узнать температуру мишени, расположенной под поверхностью кожи, и определить правильную дозу электромагнитного излучения для повреждения мишени в условиях, которые безопасны для пациента и эффективны для обработки.
Опасные аспекты, относящиеся к этому подходу, являются следствием отклонений параметров биологической ткани, которая окружает мишень, отклонений физических параметров мишени, подлежащей обработке, и изменчивости психофизического состояния пациента.
Кроме того, следует также учитывать отклонения внутри системы, используемой для дерматологической обработки.
Оценивание всех этих отклонений во время дерматологической обработки электромагнитным излучением представляется крайне сложным и проводится в настоящее время согласно опыту пользователя/дерматолога.
Для эксперта очевидно, что правильный и/или полный контроль вышеупомянутых переменных может обеспечить правильный анализ и, следовательно, лучшее предсказание результатов, а также потенциальных рисков для пациента, включающих в себя ожог кожи, рубцы, повреждение поверхности ткани, внутреннее повреждение кожи, и т.д., в некоторых случаях без достижения поставленной цели.
Примером изменчивости, известной специалистам в данной области техники, является разная тепловая реакция разных частей кожи человеческого тела. Некоторая область человеческого тела может иногда иметь значительные отличия по температуре кожи от одной части к следующей, с более теплой зоной и другими, более холодными зонами. Кроме того, в некоторых случаях скорость теплопередачи является большей, чем в других случаях. Это может быть следствием наличия костной ткани или большей или меньшей скорости перфузии крови и, наконец, психофизиологического состояния пациента. К этому добавляются дополнительные собственные характерные элементы: возраст, пол и раса.
Для получения необходимого результата, пользователь/дерматолог полагается на его/ее опыт, прямо наблюдая тепловую реакцию поверхности кожи.
Специалистам в данной области техники ясно, что доступность системы, которая позволит контролировать переменные параметров при дерматологической обработке, представляет собой инновационный и изобретательский аспект в области дерматологии.
Некоторые системы имеют встроенный датчик температуры поверхности кожи, или в кожу пациента вставлялись подкожные датчики температуры, или добавлялись молекулярные красители, которые изменяют свое свечение на основе достигнутой температуры. Первый подход дает безопасное указание на температуру поверхности кожи, но не позволяет получать никакой информации о температуре мишени, расположенной ниже поверхности кожи. Другие два подхода являются, несомненно, более инвазивными для пациента.
Кроме того, введение датчика для измерения температуры поверхности кожи полезно только для предотвращения повреждения поверхности кожи во время обработки; с помощью этой системы невозможно узнать и предсказать изменение градиента температуры в пространстве, т.е. в различных частях кожи (целевых и нецелевых), и во времени, т.е. во время и в конце процесса, и, что даже более важно, значение температуры, которое будет разрушать мишень.
Для увеличения вероятности успеха (теплового повреждения мишени), предотвращающего повреждение окружающей ткани, современные способы и системы основываются на разных этапах обработки: предварительное охлаждение, предварительное установление требуемого режима излучения (т.е. предварительное нагревание) и лучистый нагрев (т.е. обработка), которые, однако, имеют различные ограничения.
Поскольку единственным неинвазивным способом доставки лазерного излучения в подкожные целевые области, например, в дерму (нижележащую кожу) является передача излучения в эту область через вышележащую кожную область эпидермиса, часть падающего излучения в любом случае поглощается вышележащей областью кожи, и это может вызывать необратимые повреждения ткани, такие как рубцы, и вызывать болевые ощущения у пациента.
Также известно, что количество энергии, которое должно быть использовано в обработке, увеличивается относительно глубины мишени. Это подразумевает использование более мощной лазерной системы и излучения большей длительности. Это дополнительно увеличивает возможность повреждения вышележащей кожи и нецелевых тканей.
Следовательно, для защиты нецелевых тканей от эффекта, описанного выше, многие процедуры требуют эффективного охлаждения эпидермиса (предварительного охлаждения).
За этим этапом предварительного охлаждения следует этап предварительного нагревания и этап фактической обработки.
В некоторых случаях, протокол предварительного нагревания и протокол обработки выполняются одним и тем же лазером, хотя эти два протокола включают в себя разные установочные параметры лазера и параметры применения, что обусловливает дополнительную сложность определения правильной дозиметрии обработки и конструирования устройств для обработки.
Процесс охлаждения может приводить к отрицательным результатам. Соответствующее использование охлаждения с пониманием того, какое количество тепла должно быть высвобождено, какая интенсивность охлаждения требуется, и какая температура контактной поверхности должна поддерживаться, является ключевым аспектом для эффективной обработки без побочных эффектов (Willey et al. Complications of Laser Dermatologic Surgery, Lasers in Surgery and Medicine 38: 1-15 (2006)).
Ранее, например, в документах WO2017077427 и WO2017109667, была описана лазерная система для обработки сальной железы.
Целью настоящего изобретения является способ и/или система, выполненные с возможностью обеспечивать температуру теплового повреждения биологической мишени, расположенной внутри кожи, исключительно на основе измерения температуры на поверхности кожи, и предотвращать повреждение и нежелательные эффекты в отношении окружающей и нижележащей ткани.
Согласно настоящему изобретению, эти и другие цели достигаются системой и способом, описанными в прилагаемой формуле изобретения.
Признак настоящего изобретения состоит в обеспечении значения температуры каждой части кожи (хромофора, частиц, слоев кожи, поверхности кожи, кровеносного сосуда, сальной железы, волос, пигментных пятен) во время дерматологической обработки. Таким образом можно узнавать, была ли достигнута температура повреждения мишени.
Дополнительный признак настоящего изобретения состоит во введении предсказывающей системы в реальном времени для обеспечения правильной дозы электромагнитного излучения, требуемой для обеспечения повреждения мишени, предотвращающей биологическое повреждение, такое как ожоги, или другое временное и/или сохраняющееся повреждение кожи, в результате чего ослабляется любая форма болевых ощущений у пациента.
Дополнительный признак настоящего изобретения состоит в обеспечении предсказывающей системы в реальном времени для обеспечения температуры повреждения мишени, предотвращающей биологическое повреждение, такое как ожоги, или другое временное и/или сохраняющееся повреждение кожи, в результате чего ослабляется любая форма болевых ощущений у пациента.
Признак настоящего изобретения состоит в прерывании обработки в случае, когда кожа пациента проявляет внезапную аномалию, или пациент чувствует внезапный дискомфорт. В некоторых случаях, дискомфорт пациента становится очевидным при увеличении кровяного давления и, следовательно, температуры поверхности кожи. Поскольку настоящее изобретение предсказывает это увеличение температуры в реальном времени, в крайних случаях излучение и обработка обычно прерываются.
Другой признак настоящего изобретения является признаком контроля в реальном времени процесса охлаждения (предварительного охлаждения, охлаждения во время лазерной обработки и постохлаждения), предотвращающего внутреннее или внешнее повреждение кожи вследствие избыточного охлаждения или избыточного нагревания. Фактически, значение однородности температуры поверхности и значение температуры перед началом лазерного импульса контролируются в реальном времени.
Другой признак настоящего изобретения является признаком выполнения сеанса предварительной обработки, в котором оператор разрабатывает персонализированный протокол обработки на основе определения параметров обработки разных областей кожи внутри полной области, подлежащей обработке.
Признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания его практического варианта осуществления, показанного посредством неограничивающего примера в прилагаемых чертежах, в которых:
Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему примера системы фототепловой обработки согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему примера конструкции сканера для использования с системой фототепловой обработки, согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 3 иллюстрирует пример расположения матрицы обработки согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 4 иллюстрирует пример диаграммы набора световых импульсов, пригодных для использования в качестве объединенного протокола обработки, согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 5 иллюстрирует график температур, измеренных на поверхности кожи, в зависимости от времени при подаче импульсов обработки, слева, на часть кожи лица и, справа, на часть кожи шеи, согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 6 иллюстрирует оцененную температуру сальной железы-мишени в зависимости от времени при подаче на нее импульсов обработки согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 7 иллюстрирует блок-схему последовательности операций, которая показывает пример процесса для анализа измеряемой температуры поверхности кожи, предсказания температуры кожи при подаче последующих импульсов, и модификации протокола обработки соответствующим образом;
Фиг. 8 иллюстрирует графики температуры, измеренной для выполнения предсказания температуры и, следовательно, для управления технологией адаптации.
Со ссылкой на прилагаемые чертежи, фиг. 1 показывает пример системы прицельной фототепловой обработки для прицельного воздействия на конкретные хромофоры, содержащиеся в среде, такой как кожа, и нагревания мишени до достаточно высокой температуры для повреждения мишени без повреждения окружающей среды. Эта система может быть использована, например, для прицельной фототепловой абляции сальных желез, сохраняющей эпидермис и дерму, которые окружают сальные железы-мишени.
Снова со ссылкой на фиг. 1, система фототепловой обработки содержит охлаждающий блок 110 и блок 120 лазерной обработки. Охлаждающий блок 110 может подавать охлаждающую текучую среду до обработки (предварительное охлаждение), во время обработки и после обработки (постохлаждение). Охлаждающий блок 110 обеспечивает механизм охлаждения, например, посредством контакта или посредством прямого охлаждения воздуха в области обработки, т.е. в области внешнего слоя кожи, лежащего выше мишени. Охлаждающий блок 110 связывается с управляющим устройством 122 в блоке 120 обработки. Следует отметить, что хотя показано, что управляющее устройство 122 содержится внутри блока 120 обработки, управляющее устройство 122 может быть также расположено в охлаждающем блоке 110.
Контроллер 122 также управляет другими компонентами внутри блока 120 обработки, такими как лазер 124, дисплей 126, датчик 128 температуры кожи, педальный переключатель 130, и аварийный включатель/выключатель 132.
Лазер 124 подает лазерную энергию для протокола обработки, и контроллер 122 настраивает конкретные установочные параметры лазера, такие как выходная мощность и длительность импульса. Лазер 124 может быть единственным лазером или комбинацией двух или более лазеров. При использовании более одной лазерной системы, выходные мощности лазеров оптически объединяются для их функционирования в виде более мощного единственного лазера, например, как описано в документах WO2017109667 и WO2017077427. Дисплей 126 может показывать информацию, например, о рабочих режимах охлаждающего блока 110, лазера 124, и о других состояниях системы. Посредством дисплея 126 можно управлять лазерной системой 124, охлаждающим блоком 110 и сканером 160. Датчик 128 температуры используется для контроля температуры поверхности кожи в области обработки, которая используется контроллером 122 для настройки протокола обработки. Устройство 128 является инфракрасным тепловым датчиком. Контроллер 122 также взаимодействует с педальным переключателем 130 для дистанционного включения или выключения лазера 124 и/или охлаждающего блока 110. Также могут быть добавлены дополнительные фотодиоды 125 или другие датчики для контроля уровня энергии, излучаемой лазером 124. Механический или электрический затвор 127 расположен перед доставляющим оптическим волокном 164 для прерывания лазерного излучения при необходимости. Компьютер 121 соединен с контроллером 122 и может оценивать в реальном времени все параметры процесса, поступающие от датчика 128 температуры кожи и от фотодиода 125, для активации блока 111 управления и охлаждения, лазера 124 и сканера 160.
Снова со ссылкой на фиг. 1, система обработки включает в себя охлаждающий блок 110. Панель 111 управления позволяет охлаждающему блоку 110 связываться с системой 120 обработки. Кроме того, охлаждающий блок 110 снабжен датчиками 112 охлаждающей текучей среды, такими как: датчики температуры воздуха, датчики давления, такие как проволочный термоанемометр, для контроля всех физических параметров потока воздуха, падающего на кожу 171 через поверхность 170 кожи. В случае охлаждения поверхности 170 кожи, выполняемого с помощью технологий, отличных от потока воздуха, все датчики должны быть выполнены с возможностью измерять физические параметры, связанные с охлаждением поверхности кожи.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, блок 120 обработки подает лазерную энергию с единственным установочным параметром, который используется как для предварительного установления требуемого режима области обработки, так и для обработки мишени. А именно, вместо последовательной подачи лазерной энергии, оптимизированной для предварительного установления требуемого режима, за которой следует другая лазерная энергия, оптимизированная для обработки, блок 120 обработки подает одинаковую лазерную энергию, используемую как для предварительного установления требуемого режима, так и для обработки, в единственном и непрерывном протоколе применения без модификации установочных параметров лазерной энергии. Этот объединенный протокол позволяет сэкономить время и упрощает применение обработки.
Со ссылкой на фиг. 2, система 120 обработки дополнительно содержит сканер 160, который является частью устройства (наконечником), удерживаемой пользователем. Сканер 160, который находится в контакте с кожей 171 через поверхность 170 кожи, может быть изготовлен, например, в форме, подобной форме огнестрельного оружия, для облегчения обращения с ним пользователя. Сканер 160 связывается с охлаждающим блоком 110 через трубку 162, так что протокол охлаждения может быть применен с использованием сканера 160. Сканер 160 соединен с датчиком 128 температуры через соединение 166 и с датчиком 112 охлаждающей текучей среды для отправки данных контроллеру 122. Кроме того, сканер 160 включает в себя включатель/выключатель 210 для включения/выключения лазера 124 и может содержать монитор 212 сканера 160, который указывает на рабочее состояние сканера 160, например, на то, используется ли лазер. Панель 205 управления позволяет блоку 160 сканера связываться с системой 120 обработки. Выход лазерной системы 124 соединен со сканером 160 через оптическое волокно 164, так что протокол обработки может быть применен с использованием сканера 160. Волокно 164 может быть, например, волокном длиной три метра с квадратным поперечным сечением.
Соединение 162 охлаждения соединено с блоком 202 доставки охлаждения, который выполнен с возможностью доставлять охлаждающую текучую среду (например, поток холодного воздуха) в область обработки. Блок 202 доставки охлаждения соединен с наконечником 211, который находится в контакте с поверхностью 170 кожи. Наконечник 211 выполнен с возможностью обеспечивать однородное распределение температуры на поверхности кожи во время охлаждения или межточечное отклонение, составляющее самое большее +/- 2°C.
Фиг. 3 показывает пример области обработки, которая покрывает хромофоры, подлежащие обработке. Виртуальная сеточная конфигурация наложена поверх области обработки. Пример сеточной конфигурации 300 включает в себя четыре блока 303, 304, 305 и 306, расположенные в матрице 2*2. Возможны многие другие сеточные конфигурации, например, 1*1, 2*1, 2*2, 3*2, 2*3, 3*4, 3*3, и т.д. Луч может быть также расположен или наложен между блоками.
Протокол предварительного охлаждения может включать в себя, например, подачу потока холодного воздуха в область обработки в течение заданного периода времени, например, 10 секунд. После предварительного охлаждения, механизм охлаждения может оставаться активным, и может начаться протокол обработки. В одном варианте осуществления, лазерные лучи с квадратным сечением используются в комбинации со сканирующим устройством для последовательной подачи лазерных импульсов в блоки 303, 304, 305 и 306. Согласно одному варианту осуществления, протокол предварительного установления требуемого режима/ фотообработки включает в себя подачу заданного числа световых импульсов на каждый из блоков в области обработки, причем блоки обрабатываются последовательно. В другом варианте осуществления, блоки обрабатываются в случайном порядке.
Фиг. 4 показывает пример набора импульсов, пригодных для протокола предварительного установления требуемого режима/ фотообработки согласно одному варианту осуществления. Последовательность 400 включает в себя световые импульсы 401, 402, 403, 404, 405, 406 и 407, которые подаются на один из блоков 303-306 внутри области обработки. В одном варианте осуществления, все семь лазерных импульсов имеют одинаковую мощность и разделены однородным межимпульсным интервалом 409, называемым матричной задержкой импульса. В одном примере, длительность лазерного импульса 401 составляет 150 мс, и интервал между группами импульсов составляет 2 секунды. Цель интервала между последовательными импульсами, составляющего, например, 2 секунды, состоит в том, чтобы позволить вышележащей коже или нижележащей коже в блоке охладиться для предотвращения повреждения. В течение межимпульсного интервала лазерное излучение может быть отправлено на другие блоки в области обработки для увеличения эффективности использования лазера.
Фиг. 5 показывает пример температуры поверхности кожи для набора импульсов, пригодных для протокола предварительного установления требуемого режима/ фотообработки, показанного на фиг. 4, согласно одному варианту осуществления. Последовательность 500 или 510 включает в себя максимальные температуры 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, записанные датчиком 128 температуры кожи на одном из блоков кожи, например, 303, соответственно, в результате подачи световых импульсов 401-407.
Фиг. 5 показывает этап 508 постохлаждения, который следует за протоколом предварительного установления требуемого режима/ фотообработки. На этом этапе, охлаждающий блок 110 продолжает функционировать в течение некоторого времени, например, для возвращения температуры поверхности кожи к правильной физиологической температуре (например, 37°С). Время постохлаждения настраивается и контролируется компьютером 121, который, анализируя посредством контроллера 122 значение температуры, измеряемое датчиком 128 температуры кожи, и физические параметры охлаждающей текучей среды, измеряемые датчиком 112 охлаждения, управляет работой регулятора охлаждающего блока 111.
Фиг. 6 показывает температуру, вычисленную на хромофоре-мишени, в этом примере, на расстоянии 800 мкм от поверхности кожи, при использовании лазерных импульсов, таких как лазерные импульсы, показанные на фиг. 4.
Таким образом, импульс 400 последовательности лазерных импульсов вызывает последовательность 500 максимальных температур на поверхности кожи, которая вызывает последовательность 600 максимальных температур внутри кожи, состоящую из семи максимальных температур 601, 602, 603, 604, 605, 606 и 607. Явная корреляция может быть замечена между световыми импульсами 401-407, максимумами 501-507 температуры поверхности кожи и максимумами 601-607 температуры мишени. В примере, показанном на фиг. 5, область обработки была предварительно охлаждена посредством прямого воздушного охлаждения в течение 10 секунд, после чего световые импульсы были поданы лазерной системой, имеющей луч с размером 5,0 мм и квадратным профилем, длину волны 1726 нм при 22 Вт и длительность 150 мс с межимпульсным интервалом 2,1 с, при этом охлаждение остается активным. В этом примере, прямое воздушное охлаждение, используемое для предварительного охлаждения и во время обработки, обеспечивает высокоскоростной столб воздуха, охлажденный до -22°С, определяющий коэффициент теплопередачи между кожей и воздухом, приблизительно составляющий <Н=600 Вт/(м2*К).
Точный размер лазерного луча может быть настроен, например, с использованием коллимирующей линзы согласно размеру области обработки, профилю мощности лазера, положению области обработки на теле и другим факторам.
Снова со ссылкой на фиг. 4, 5 и 6, световые импульсы 401, 402, 403, 404, 405 и 406 по существу обусловливают эффект предварительного установления требуемого режима, поскольку температура поверхности кожи увеличивается от около 20°С в максимуме 501 до около 44°С в максимуме 506, и, соответственно, температура хромофора увеличивается от около 55°С в максимуме 601 до около 75°С в максимуме 606. Таким образом, просто посредством повторной подачи световых импульсов с одинаковыми характеристиками, протоколы предварительного установления требуемого режима и обработки эффективно объединяются, в результате чего устраняется потребность в отдельной системе предварительного установления требуемого режима и протоколе, отличных от данной системы и от данного протокола фотообработки.
Следует также отметить, что число световых импульсов, подаваемых в целях предварительного установления требуемого режима, является немного большим числа световых импульсов, которые выполняют обработку. Эта характеристика является обратной относительно существующих систем обработки, которые пытались уменьшить период времени, используемый для предварительного установления требуемого режима, до минимума, вследствие сложностей в уравновешивании эффектов предварительного охлаждения и предварительного установления требуемого режима для управления болевыми ощущениями во время обработки. Система и способы, описанные здесь, устраняют потребность в уменьшении времени предварительного установления требуемого режима до минимума, поскольку обработка использует те же самые установочные параметры импульсов, которые используются для предварительного установления требуемого режима.
Необходимые элементы для успеха прицельной фототепловой обработки конкретных хромофоров с минимальным дискомфортом пациента включают в себя:
1) обеспечение того, чтобы максимальное значение температуры в эпидермисе было ниже около 55°С и в любом случае находилось между 45 и 60°С.
2) предотвращение перегрева дермы посредством уравновешивания средней мощности импульсов обработки с удалением тепла системой охлаждения; и 3) селективное нагревание хромофора-мишени, например, до максимальной температуры выше 55°С для обработки сальной железы.
Варианты осуществления, описанные здесь, обеспечивают те же эффекты, что и существующие системы, значительно более простыми системой и протоколом.
Следует отметить, что число (N) импульсов, подаваемых в течение протокола обработки, может изменяться от 2 импульсов до около 100 импульсов согласно переменным, таким как эффективность охлаждения, мощность лазера, амплитуда импульса и частота импульсов. Кроме того, число (N) подаваемых импульсов зависит от возраста, расы и пола пациента.
Альтернативно, процесс растрового сканирования может быть использован для сканирования области обработки непрерывным лазерным лучом, вместо подачи лазерного импульса в конкретный блок и затем перемещения лазерного луча в другой блок для подачи другого лазерного импульса. В случае растрового сканирования, увеличение температуры в сальной железе может быть вычислено в виде свертки размеров сальной железы и скорости сканирования луча.
Преимущество протокола обработки, описанного выше, состоит в том, что первые импульсы последовательности могут функционировать в качестве измерительных «образцов» для обеспечения важной информации о конкретном сценарии обработки.
Из литературы известно, что параметры тканей, такие как толщина эпидермиса и толщина дермы, отличаются у разных людей на основе факторов, таких как возраст, пол и этническая принадлежность, а также отличаются в разных областях кожи. Например, кожа лба имеет свойства, отличные от свойств кожи на спине, даже у одного и того же человека, в результате чего разные параметры обработки требуются для разных положений обработки. Учет этих отклонений в свойствах ткани при определении конкретного протокола обработки важен для обработки угрей лазером.
В качестве одного примера, при лазерной обработке угрей, температурный рабочий диапазон обычно связан с верхней поверхностью эпидермиса и с пороговой температурой повреждения дермы, составляющей около 55°С, и с нижним температурным пределом, требуемым для доведения сальной железы до ее порога повреждения, который приблизительно составляет ≥75°С. Поскольку не существует способа прямого измерения температуры сальной железы, которая является мишенью протокола обработки, температура поверхности кожи может обеспечить указание на температуру сальной железы, в общем, мишени. Корреляционная модель, которая обеспечивает соответствие между температурой сальной железы и, в общем, мишени внутри кожи и температурой поверхности кожи может быть, таким образом, использована для адаптации протокола обработки. Корреляционная модель может быть разработана с использованием, например, аналитической модели теплопередачи, коррелирующей температуру поверхности кожи с повреждением сальной железы, в общем, мишени при условии применения конкретного протокола обработки. В настоящем изобретении эта корреляционная модель реализуется компьютером 121, который анализирует в реальном времени данные от датчика 128 температуры кожи и датчика 112 охлаждения. Эти данные обрабатываются посредством вычисления конечных элементов. Физические постоянные, включенные в эту модель (например, конкретная теплота, плотность кожи), вводятся в базу данных в памяти компьютера 121. Согласно части ткани, вовлеченной в обработку и выбранной пользователем/дерматологом, эти постоянные извлекаются и соответствующим образом включаются в корреляционную модель.
В частности, с учетом конкретной точки кожи и на основе значения мощности электромагнитного излучения, излучаемого лазерной системой 124 и измеряемой фотодиодами 125, относительно температуры, давления и скорости потока охлаждающей текучей среды, например, воздуха, измеряемых датчиками 112, и относительно температуры поверхности кожи, измеряемой датчиком 128, температура мишени определяется посредством следующих уравнений:
где
ρ, k, Cp являются, соответственно: плотностью, коэффициентом теплопроводности и теплоемкостью при постоянном давлении, относящимися к конкретному местоположению обработки на коже (лоб, спина, щека, и т.д.), возрасту, полу и расе пациента, устанавливаемым оператором/дерматологом;
Q является количеством теплоты, которое генерируется в результате поглощения лазерного излучения, когда известна мощность лазерного излучения, измеряемая фотодиодами 125, и Qbio является метаболическим теплом ткани, которое измеряется датчиком 128 перед операциями охлаждения и нагревания;
Tair является температурой охлаждающего агента, измеряемой датчиками 112,
T является температурой, измеряемой датчиком 128.
Таким образом, исходя из измерения температуры поверхности 170 кожи, реализуемого датчиком 128, модель обрабатывает трехмерный профиль части ткани, которая подлежит обработке, и задает начальное значение температуры для каждой ее точки. Затем оценивают действие охлаждающей текучей среды на поверхность, исходя из значений температуры, давления и скорости охлаждающего потока, измеряемых датчиками 112, и из значения температуры поверхности кожи, измеряемого датчиком 128.
Исходя из измеренных значений и зная параметры лазерного излучения, модель может увеличивать температуру во всех частях ткани.
Кроме того, модель может предсказывать режим рассеяния тепла, поглощаемого со временем, снова на основе уравнений, описанных выше.
Таким образом, в настоящем изобретении пользователь/ дерматолог может узнавать температуру сальной железы, в общем, мишени, посредством дисплея 126 благодаря корреляционной модели, реализуемой компьютером 121, которая анализирует данные, передаваемые в реальном времени датчиком 128 температуры кожи и датчиком 112 охлаждения.
Например, известно, что температура повреждения сальной железы больше 75°С. При температуре поверхности кожи, меньшей 40°С в точке 505, было определено, что сальная железа не повреждается, поскольку фактически температура 605 меньше 75°С. Когда температура поверхности кожи находится между 40°С и 55°С в точке 506, имеются разные степени повреждения сальной железы, вплоть до ее деструкции, когда температура в точке 606 и 607 больше 75°С. С помощью этой процедуры можно обеспечить, чтобы не было никакого теплового повреждения тканей эпидермиса и дермы.
Для прямого определения персонализированных параметров обработки в способ обработки может быть включен инновационный протокол анализа, экстраполирующий измерения конечной температуры эпидермиса при обработке на низких мощностях лазера для предотвращения повреждения эпидермиса и эффективного повреждения сальных желез. Таким образом, протокол обработки может быть персонализирован для конкретной области обработки пациента и может уменьшить отклонения обработки, которые могут быть вызваны отклонениями лазерной мощности конкретного устройства и отклонениями условий обработки, таких как влажность окружающей среды, давление воздуха и температура.
Например, посредством прямого измерения температуры 501-504 поверхности кожи во время первых четырех импульсов 401-404, максимальная температура поверхности кожи после подачи последующих импульсов 507 может быть предсказана с высоким уровнем точности с использованием кривых максимумов фиг. 5 и 6. Таким образом, благодаря корреляционному способу, выполняемому компьютером 121, мы можем предсказать, когда будет достигнута температура повреждения сальной железы или, в общем, мишени. Это предсказание может быть использовано для модификации, посредством контроллера 122, конкретного параметра протокола 128 лазерной обработки и охлаждения 110 для уменьшения числа подаваемых импульсов, настройки длительности импульса или модификации мощности лазера для последующих импульсов, и достижения, во всех состояниях кожи (возраст, пол, положение, раса), температуры повреждения мишени. Этот процесс персонализации значительно улучшает комфорт и безопасность пациента во время процедуры обработки.
В одном варианте осуществления, контроллер 122 в процессе анализа, выполняемого компьютером 121, может отправлять триггер контроллеру сканера 205 для управления сканером наиболее эффективным способом для предотвращения, например, наложения тепла между смежными точками, для модификации диапазона значений или порядка следования: 303, 304, 305 и 306 могут стать 304, 305, 303 и 306, и т.д.
Фиг. 7 показывает блок-схему последовательности операций, показывающую пример процесса для протокола анализа, выполняемого компьютером 121 и контроллером 122, согласно одному варианту осуществления. Протокол анализа функционирует во время этапа (701, 702 и 703) предварительного охлаждения и во время этапов (704, 705, 706, 707, 708 и 709) лазерного облучения и охлаждения и этапа (710) постохлаждения. Протокол анализа предполагает, что распределение температуры поверхности кожи во время предварительного охлаждения должно быть как можно более однородным (например, +/- 2°С). Таким образом, протокол анализа предполагает, что максимальная температура поверхности кожи и температура порога повреждения для мишени (например, сальной железы) известны. Кроме того, модель корреляции между температурой поверхности кожи и температурой мишени (например, сальной железы) была установлена с использованием вычислительного анализа, например, моделирования конечных элементов теплопередачи.
Как показано на фиг. 7, протокол 700 анализа начинается с применения предварительного охлаждения к области обработки на этапе 701. Температура и давление охлаждающей текучей среды контролируются датчиком 112 охлаждения, температура кожи контролируется датчиком 128 тепла. Затем на этапе 702 измеряют температуру поверхности кожи в области обработки. Если она достаточно однородна, в возможном варианте осуществления +/- 2°С, то протокол переходит к этапу 704 подачи лазерного излучения в область, подлежащую обработке. Иначе, компьютер 121 и контроллер 122 воздействуют на охлаждающий блок контроллера 111 для получения однородности распределения требуемой температуры.
Таким образом, протокол 700 анализа начинается с подачи маломощного лазерного импульса. Мощность лазера, контролируемая фотодиодом 125, должна быть установлена равной значениям, которые являются меньшими порога повреждения кожи. Затем на этапе 705 измеряют температуру поверхности кожи в области обработки. Эта температура может быть измерена, например, с использованием инфракрасной камеры или подобного устройства. Затем на этапе 706 решают, собрано ли достаточно данных для адаптации данных, собранных для корреляционной модели, заданной компьютером 121. Если ответом на этапе 706 принятия решения является НЕТ, то процесс возвращается к этапу 704, причем в этой точке лазерный импульс с другим установочным параметром малой мощности подается контроллером 122 в область обработки для сбора дополнительных данных о корреляции между применяемой лазерной мощностью и температурой кожи. При необходимости, контроллер 122 может изменять параметр охлаждения посредством охлаждающего блока регулятора 111.
Если ответом на этапе 706 принятия решения является ДА, то протокол 700 анализа переходит к адаптации данных о температуре кожи, измеренных для корреляционной модели, устанавливаемой на этапе 707. Затем параметры лазера и системы охлаждения для конкретной области обработки пациента определяются компьютером 121 на этапе 708. Они отправляются контроллером 122 лазеру 124 и системе 110 охлаждения. Наконец, на этапе 709, точный протокол обработки, подлежащий использованию для конкретной области обработки пациента, модифицируют согласно соответствующим параметрам лазера и охлаждения, найденным на этапе 708.
Протокол анализа может быть выполнен перед фактическим сеансом обработки, например, когда пациента обследуют в ходе приема у врача, или в сеансе предварительной обработки. При использовании низких мощностей протокол анализа может быть выполнен без необходимости местной анестезии, поскольку обеспечивается, что во время этапа анализа не возникнет никаких повреждений эпидермиса и дермы. Например, при подготовке к обработке, квалифицированный оператор может быстро выполнить предварительное измерение различных точек обработки и, с помощью сканирования кожи, разработать персонализированный протокол обработки.
После установления соотношения между лазерной мощностью и температурой поверхности кожи для пациента и/или положением кожи и/или устройства, это соотношение может быть использовано для непрерывной настройки обработок в развитии.
Можно продемонстрировать, что соотношение между мощностью лазерной системы и температурой поверхности кожи является линейным. Величина тангенса угла наклона изменяется согласно типу области, на которой выполняется обработка. Следовательно, для данного пациента и для конкретной части кожи можно выполнить ряд обработок при малых значениях мощности для получения линейной экстраполяции больших значений мощности. Под малыми значениями мощности мы подразумеваем уровни доставляемой мощности, которые не вызывают у пациента никаких повреждений и никаких болевых ощущений. Естественно, система обратной связи, признак этого изобретения, также на малой лазерной мощности, обеспечивает, что не будет никаких повреждений биологической ткани при больших мощностях, благодаря процессу предсказания, описанному выше. На основе температуры кожи, достигнутой в предыдущем положении обработки, дерматологу может быть рекомендовано настроить параметры мощности и охлаждения лазера, или устройство может быть настроено автоматически для следующего положения обработки.
На основе приведенного выше описания очевидно, что описанный протокол позволяет обеспечить управление всеми отклонениями параметров, которые находятся в пределах дерматологической обработки, параметров, относящихся к биологической ткани (разные типы кожи, разные части кожи, и т.д.), к мишени обработки, и к установочным параметрам системы обработки.
Наш предсказывающий способ функционирует независимо от значения температуры окружающей среды, от значения температуры поверхности кожи в состоянии равновесия, от физиологических состояний кожи (например, от скорости перфузии или температуры крови), от эффектов внешнего давления и, в общем, от внешних условий окружающей среды (например, от скорости ветра).
Система, после получения профиля 801 температуры поверхности, генерируемого первыми лазерными импульсами, например, 4, выдает предсказание максимальных значений 802 температуры и предпочтительно также минимальных значений 803 согласно уравнениям:
Эти две кривые представляют предсказанные линии пиковой температуры 802, 803 (T0max и T0min, соответственно), которые соответствуют продолжению диапазона выполненных измерений.
Tmax и Tmin являются кривыми, которые представляют диапазон измеренных температур и предсказанных температур.
T1max и T1min представляют значения температуры, соответствующие действию первого импульса на поверхность кожи.
T0max и T0min представляют скорости роста температуры на поверхности кожи в результате лазерных импульсов.
Система теперь может предсказывать последующие импульсы обработки, например, последующие 4 импульса 804, таким образом, чтобы можно было достичь максимальной температуры 805 поверхности, которая позволяет достичь теплового повреждения мишени и предотвратить повреждение окружающей ткани. Каждый из параметров, используемых в этом предсказывающем протоколе, является функцией параметров процесса. Следовательно, посредством изменения последних можно управлять всеми отклонениями переменных процесса. Более конкретно, при изменении мощности лазерного источника градиент 801 температуры изменяется линейно. Примеры, обеспеченные выше, относятся к повреждению сальной железы для частичного и/или долговременного лечения угрей. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что устройство и способ этого изобретения применимы ко всем областям дерматологии, в частности к удалению волос.
1. Система для обработки мишеней под кожей пациента, содержащая:
лазерное устройство для излучения первой последовательности лазерных импульсов по направлению к области кожи пациента, причем мишень, которую должны достичь упомянутые лазерные импульсы, расположена под упомянутой кожей;
систему охлаждения упомянутой области кожи посредством охлаждающей текучей среды;
первый датчик измерения первой температуры упомянутой области кожи;
второй датчик измерения температуры упомянутой охлаждающей текучей среды;
компьютер, который принимает сигналы от упомянутых первого и второго датчиков измерения температуры;
причем упомянутый компьютер управляет упомянутым лазерным устройством, которое излучает первую последовательность лазерных импульсов, имеющих предварительно установленную мощность, длительность и интервал;
причем упомянутый датчик измерения температуры измеряет температуру упомянутой области кожи после упомянутой первой последовательности лазерных импульсов;
причем упомянутый компьютер вычисляет предсказанную температуру, достигаемую упомянутой областью кожи после излучения второй последовательности импульсов, имеющих упомянутую предварительно установленную мощность, длительность и интервал.
2. Система по предшествующему пункту, отличающаяся тем, что упомянутый компьютер вычисляет число импульсов, необходимых для достижения первой предварительно установленной температуры.
3. Система по предшествующему пункту, отличающаяся тем, что упомянутая первая предварительно установленная температура находится в диапазоне от 45 до 60°С.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый компьютер вычисляет вторую температуру мишени, расположенной на предварительно установленной глубине от упомянутой области кожи, относительно упомянутой первой температуры упомянутой области кожи.
5. Система по предшествующему пункту, отличающаяся тем, что упомянутый компьютер вычисляет предсказанную температуру, достигаемую упомянутой мишенью после излучения второй последовательности импульсов, имеющих упомянутую предварительно установленную мощность, длительность и интервал.
6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый компьютер изменяет упомянутую предварительно установленную мощность, длительность и интервал упомянутой последовательности импульсов и/или температуру упомянутой охлаждающей текучей среды на основе значения упомянутой предсказанной температуры, достигаемой упомянутой областью кожи.
7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что упомянутый компьютер изменяет упомянутую предварительно установленную мощность, длительность и интервал упомянутой последовательности импульсов и/или температуру упомянутой охлаждающей текучей среды на основе значения упомянутой предсказанной температуры, достигаемой упомянутой мишенью.
8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый компьютер вычисляет предсказанную температуру, достигаемую упомянутой областью кожи, посредством предсказания измеренного температурного диапазона упомянутой области кожи после упомянутой первой последовательности лазерных импульсов.
9. Способ для обработки мишеней под кожей пациента, содержащий следующие этапы, на которых:
излучают по направлению к области кожи пациента первую последовательность лазерных импульсов, имеющих предварительно установленную мощность, длительность и интервал;
охлаждают упомянутую область кожи посредством охлаждающей текучей среды;
измеряют температуру упомянутой охлаждающей текучей среды;
измеряют температуру упомянутой области кожи после упомянутой первой последовательности лазерных импульсов;
вычисляют предсказанную температуру, достигаемую упомянутой областью кожи после излучения второй последовательности импульсов, имеющих предварительно установленную мощность, длительность и интервал.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что содержит этап, на котором вычисляют предсказанную температуру, достигаемую мишенью, расположенной под упомянутой областью кожи, после излучения второй последовательности импульсов, имеющих упомянутую предварительно установленную мощность, длительность и интервал.
