BRPI0512185B1

BRPI0512185B1 - Aparelho para tratamento de pele utilizando uma fonte de energia

Info

Publication number: BRPI0512185B1
Application number: BRPI0512185-0A
Authority: BR
Inventors: S. Dover Jeffrey; Lazarev Victor; Lawrence Roth Daniel
Original assignee: Shaser, Inc.
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2018-03-13
Also published as: EP1796569B1; BRPI0512185A; ATE425712T1; AU2005266938B2; AU2005266938A1; EP2065008A1; EP1796569A2; RU2007106720A; KR100990903B1; RU2375009C2; DE602005013409D1; US8246613B2; MX2007000849A; WO2006012605A2; KR20070050447A; US20060020260A1; EP2065008B1; WO2006012605A3; US7837675B2; US20110082446A1

Abstract

método e aparelho para tratar tecido. método para o tratamento da pele incluindo as etapas de determinação da profundidade da pele para a absorção de energia necessária para o tratamento, e geração de um tamanho de ponto para a energia invadir a pele para fornecer uma quantidade desejada de energia a uma profundidade desejada para o tratamento. em uma concretização o tamanho do ponto selecionado tem um diâmetro pequeno. em outra concretização, o diâmetro de ponto é menor do que o espaço entre os pêlos adjacentes na pele. em outro aspecto, a invenção se refere a um aparelho para o tratamento da pele incluindo fonte de energia, e um meio de seleção de um tamanho de ponto para energia a partir de fonte de invasão na pele para fornecer uma quantidade de energia a uma profundidade desejada para o tratamento. em outra concretização, o aparelho inclui uma intertrava para prevenir o laser de formar uma luz a menos que a fonte esteja posicionada para irradiar apenas a pele.

Description

(54) Título: APARELHO PARA TRATAMENTO DE PELE UTILIZANDO UMA FONTE DE ENERGIA (51) Int.CI.: A61B 18/20 (30) Prioridade Unionista: 22/07/2004 US 60/590,272, 31/05/2005 US 11/141,370 (73) Titular(es): SHASER, INC.

(72) Inventor(es): JEFFREY S. DOVER; VICTOR LAZAREV; DANIEL LAWRENCE ROTH

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO PARA TRATAMENTO DE PELE UTILIZANDO UMA FONTE DE ENERGIA.

Campo da Invenção

A invenção refere-se, de uma maneira geral, ao tratamento de 5 tecido e, mais especificamente, ao tratamento dermatológico usando energia dirigida.

Antecedentes da Invenção

A luz tem sido usada em uma ampla faixa de aplicações médicas, por muitos anos. No campo da dermatologia, sistemas de lasers de alta potência e de luz pulsante intensa (IPL) têm sido usados para remover, permanentemente, pêlo indesejado, rejuvenescer pele, remover veias, etc. No campo da remoção de pêlos, os dispositivos removem pêlos de áreas do corpo com pulsos de laser de grande diâmetro ou luz incoerente chamada luz pulsante intensa. Uma desvantagem dos dispositivos descritos acima é que a energia (ambas a elétrica e a de descarga de luz), requerida para produzir resultados permanentes ou de longa duração, é extremamente alta, e esses dispositivos são apenas adequados para uso em cenários clínicos com profissionais treinados operando os dispositivos. Uma outra desvantagem é que os tratamentos são onerosos, dolorosos, consumidores de tempo e apenas parcialmente eficazes. Para aperfeiçoar a eficiência desses tratamentos, dispositivos mais e mais poderosos têm sido comercializados em uma tentativa de produzir resultados de longa duração. Adicionalmente, esses dispositivos utilizam feixes de saída de grande diâmetro, que são conhecidos para penetrar profundamente na pele e transmitir altas doses de ener25 gia para a região de base do folículo de pêlo. Esses dispositivos mais recentes, que são capazes de gerar o nível de potência requerido para perda efetiva de pêlo de longo prazo, usando pontos de grandes diâmetros, são grandes, pesados, onerosos, requerem resfriamento sofisticado e são perigosos. Os preços atuais no mercado para esses dispositivos excedem

50.000 dólares, e o próprio dispositivo pode pesar mais de 45 quilos (100 libras). Esses não são dispositivos que podem ser vendidos para consumidores individuais, ou que possam ser operados com segurança no lar por conPetição 870170101211, de 22/12/2017, pág. 5/13 â/)3 sumidores médios.

Além da produção de dispositivos a laser mais poderosos, uma tendência tem também emergido no sentido de tamanhos de pontos maiores. Os resultados experimentais mostraram que pontos maiores penetram mais profundamente no tecido do que aqueles pequenos. Desse modo, os pesquisadores nessa área, em um esforço para obter um resultado de longa duração e mais permanente, se empenham em proporcionar os de tamanhos maiores. Até o momento, pouca pesquisa foi feita para entender o comportamento efetivo da luz, como ela se difunde para o tecido, no que se refere ao tamanho de ponto. Por conseguinte, o uso de tratamentos de pequenos pontos foi abandonado, como inviável nessa área da dermatologia.

O entendimento comumente sustentado (ainda que incorreto) de como a luz se difunde para a pele, em função do tamanho do ponto, impediu a indústria de desenvolver métodos eficazes para a modulação do crescimento de pêlos para o consumidor final. A crença de que apenas pontos de laser e IPL de grande diâmetro podem provocar queda de pêlo levou toda a indústria a desenvolver dispositivos maiores, mais onerosos e mais perigosos, com uma produção no momento de uma potência de saída superior a 2.900W.

A presente invenção se refere a métodos e dispositivos que usam um modelo para difusão de luz na pele, em função do tamanho do ponto. Esses métodos e dispositivos usam um pequeno tamanho de ponto e uma baixa radiação de energia, para alcançar modulação do crescimento de pêlo em curto prazo, bem como o tratamento de outros distúrbios de pele. Além do mais, a presente invenção demonstra um dispositivo, que pode ser altamente eficaz usando uma fração da energia requerida pelos dispositivos típicos de hoje em dia. O dispositivo aqui descrito pode ser produzido em massa, para uso seguro em casa, com excelentes resultados.

Sumário da Invenção

A invenção se refere, em um aspecto, a um método e a um aparelho para tratamento de pele. Em uma concretização, o método se refere à varredura de um campo de radiação de pequena área na pele, a uma taxa predeterminada e a uma fluência e comprimento de onda selecionados, para aquecer um cromóforo-alvo, a um nível suficiente para provocar um resultado. Em uma concretização, o resultado é modificação da taxa de crescimento de pêlo em curto prazo.

A invenção se refere, em outro aspecto, a um método para o tratamento de pele, incluindo as etapas de determinar a profundidade da pele, para a absorção de energia necessária para tratamento, e gerar um tamanho de ponto, de modo que a energia incidente na pele proporcione uma quantidade de energia desejada para a profundidade desejada para tratamento. Em uma concretização, o tamanho de ponto selecionado tem um diâmetro mais estreito do que o espaçamento entre os pêlos adjacentes na pele. Em uma outra concretização, na qual o tratamento é remoção de pêlo, a profundidade é selecionada para ser próxima do local da protuberância folicular do pêlo. Em mais uma outra concretização, o método inclui ainda a etapa de selecionar um comprimento de onda de luz, adequado para o tratamento.

Em outro aspecto, a invenção é um método para o tratamento de uma região da pele, incluindo as etapas de gerar um pequeno tamanho de ponto para incidência de energia na pele, para proporcionar uma quantidade de energia desejada de energia para uma profundidade desejada, para o tratamento da região da pele, e varrer o pequeno ponto na região da pele a ser tratada.

Em mais um outro aspecto, a invenção se refere a um método para o tratamento de uma região da pele, incluindo as etapas de gerar um pequeno tamanho de ponto para incidência de energia na superfície da pele, para proporcionar uma quantidade de energia desejada, a uma profundidade desejada para o tratamento da região da pele e varrer o pequeno ponto na região da pele a ser tratada. O ponto é de um tamanho tal que a área de tratamento na profundidade desejada é muito maior do que o tamanho do ponto na superfície da pele.

Em outro aspecto, a invenção se refere a um aparelho para o tratamento da pele, incluindo uma fonte de energia e um meio para gerar um pequeno tamanho de ponto para energia, da fonte incidindo na pele, para proporcionar uma quantidade de energia desejada para uma profundidade desejada para o tratamento. Em uma concretização, a fonte de energia é um laser produzindo um comprimento de onda de luz desejado para o tratamento. Em outra concretização, a energia é gerada por uma lanterna de luz instantânea, com seleção espectral subsequente da luz emitida por filtros ópticos.

Mais um outro aspecto da invenção é um método para controlar a energia usada para o tratamento de uma região da pele, incluindo as etapas de gerar um pequeno tamanho de ponto para incidência de energia na superfície da pele, para proporcionar uma quantidade de energia desejada, a uma profundidade desejada, para o tratamento da região da pele; movimentar o pequeno ponto na região da pele a ser tratada; medir a taxa de movimento do ponto na superfície da pele; e controlar a quantidade de energia atingindo a profundidade desejada para o tratamento, em resposta à taxa de movimento do ponto na superfície da pele. Em uma concretização, o método inclui ainda varrer o pequeno ponto na superfície da pele a uma taxa de varredura; em que a etapa de controlar a quantidade de energia, atingindo a profundidade desejada para o tratamento, inclui o ajuste da taxa de varredura. Em outra concretização do método, a taxa de varredura é ajustada em tempo real. Em mais uma outra concretização, o controle da quantidade de energia, atingindo a profundidade desejada para o tratamento, inclui o ajuste da quantidade de energia no ponto incidindo na pele.

Outro aspecto da invenção é um aparelho para o tratamento de uma região da pele. O aparelho inclui uma fonte de energia, que gera um pequeno tamanho de ponto para a energia incidindo na pele, e um meio para varredura do ponto de energia na superfície da pele. Em uma concretização, o meio para varredura inclui um dispositivo, selecionado do grupo consistindo em espelhos de varredura galvanométricos, atuadores lineares, cunhas de ópticas rotativas, espelhos recíprocos atuados por came e polígonos rotativos. Em outra concretização, o meio para gerar um tamanho de ponto de energia produz uma área de tratamento, na profundidade de tratamento de5 sejada, muito maior do que a área do ponto na superfície da pele. Em mais uma outra concretização, o aparelho inclui ainda um meio para medir a taxa de movimento do ponto pela superfície da pele; e um controlador, em comunicação com o meio para medir a taxa de movimento do ponto pela superfície da pele. O controlador controla a quantidade de energia incidindo na profundidade para tratamento desejada, em resposta à taxa de movimento do ponto pela superfície da pele.

Em outra concretização, o controlador fica em comunicação com o meio para varredura. O meio para varredura varre o ponto a uma taxa de varredura; e o controlador ajusta a taxa de varredura, em resposta à taxa de movimento do ponto na superfície da pele, em tempo real. Em outra concretização, o controlador fica em comunicação com a fonte de energia e ajusta a intensidade da energia atingindo a pele, em resposta à taxa de movimento do ponto na superfície da pele, em tempo real. Em outra concretização, o aparelho inclui ainda um indicador, em comunicação com o meio para medir a taxa de movimento do ponto na superfície da pele, que indica quando a taxa de movimento do ponto pela superfície da pele está fora de uma faixa predeterminada. Uma concretização também inclui um meio de segurança, para desabilitar o dispositivo, se o dispositivo não ficar adequadamente em contato com a superfície da pele.

Breve Descrição dos Desenhos

Essas e outras vantagens da invenção vão ser facilmente entendidas por referência ao relatório descritivo e aos desenhos, em que:

a figura 1 é um diagrama esquemático da relação entre o tamanho do ponto e a profundidade de penetração, para iluminação na pele humana;

a figura 2 mostra a diminuição da taxa de fluência com a profundidade, ao longo do eixo do feixe para feixe de 1 mm;

a figura 3 é um gráfico da potência relativa do feixe estreito, plotada contra a profundidade, mostrando a potência relativa de um pequeno feixe, comparado com um feixe amplo tendo a mesma fluência;

as figuras 4(a - d) são gráficos da fluência relativa gerada por um feixe de um milímetro, passando pela pele em diferentes profundidades:

a figura 5 é um gráfico mostrando a relação entre o diâmetro do ponto e a profundidade do tratamento:

a figura 6 é um diagrama esquemático de tratamento não contínuo por uma área da pele;

a figura 7 é um diagrama esquemático de tratamento contínuo de uma área da pele;

a figura 8 é um gráfico ilustrando a dependência da fluência na profundidade para o diâmetro do feixe superficial de 1 mm;

a figura 9 é um gráfico ilustrando a distribuição da temperatura mais alta ao longo do eixo de pêlo escuro, produzido por um feixe estreito móvel;

a figura 10 é uma concretização de um dispositivo de tratamento, construído de acordo com a invenção e usando um espelho galvanométrico para o dispositivo de varredura;

a figura 11 é uma concretização de um dispositivo de contato, construído de acordo com a presente invenção;

a figura 12 é outra concretização de um dispositivo de varredura usando uma fibra óptica móvel;

a figura 12a é mais uma outra concretização de um dispositivo de varredura, usando cunhas rotativas;

a figura 13 é mais uma outra concretização de um dispositivo de varredura, usando um carne;

a figura 14 é mais uma outra concretização de um dispositivo de varredura, usando um polígono rotativo;

a figura 14a é um diagrama de raios de um modelo paraxial de uma concretização do dispositivo de varredura à base de polígono da figura 14;

a figura 14b é um diagrama esquemático de uma concretização do polígono da figura 14, mostrando os vários aspectos geométricos;

a figura 14c é um diagrama esquemático da geometria de varredura de uma concretização do polígono da figura 14;

a figura 14d é uma parte do diagrama da figura 14a; a figura 15 é um diagrama que ilustra uma área tratada por uma combinação de varredura e movimento manual de uma concretização do dispositivo da invenção;

as figuras 16(a - c) são diagramas de blocos de várias concretizações de um dispositivo de tratamento, com monitoramento de velocidade e ajuste de energia de laser;

a figura 17 é um gráfico mostrando o movimento do ponto de varredura com o tempo, produzido pelas concretizações ilustradas nas Figuras 10, 12, 12a e 13; e a figura 18 é um gráfico da redução na potência do laser possível, na medida em que a velocidade do uso difere da velocidade ótima. Descrição da Concretização Preferida

A teoria de difusão de luz em meios de dispersão é usada para determinar a quantidade de fluência necessária para que se tenha um efeito cosmético na pele. Na região espectral próxima ao infravermelho, o coeficiente de absorção para a pele é de μ₃ ~ 0,02 mm'¹. Esse coeficiente propicia o número de eventos de absorção para um fóton médio deslocando-se ao longo de um caminho de 1 mm. O coeficiente de dispersão reduzido para a pele é μ’₈ = 1,6 mm¹. Esse coeficiente determina o número de eventos de varredura isotrópica de fótons no mesmo caminho. Desse modo, a possibilidade de uma varredura de fótons é ~ 2 ordens de grandeza maior do que para sua absorção. Isto é porque a propagação de luz na pele é descrita por equação de difusão em vez de por teoria de ondas regular.

Com referência à figura 1, dois feixes de laser de densidade de potência ou irradiação equivalente são mostrados em seção transversal, penetrando em uma região de pele com um folículo de pêlo, mostrado como escala. O primeiro feixe 10 é estreito e, por conseguinte, a sua potência vai difundir-se para a pele próxima à superfície, formando um modelo aproximadamente como descrito. Os contornos do desenho 11 correspondem aos níveis da taxa de fluência (W/cm²) de 1,0, 0,3, 0,1, 0,03 e 0,001 vez a radiância superficial. Os contornos 13 do feixe maior 12 correspondem aos ní8

Íc3 veis da taxa de fluência de 1,0 e 0,3 vez da radiância superficial. O feixe maior 12 mostra claramente que, a uma profundidade predeterminada, é capaz de transmitir potência próxima da potência original, enquanto que o feixe estreito 10 mostra que, na mesma profundidade predeterminada, a sua potência transmitida é uma fração da sua potência original. Geralmente, para obter-se um resultado cosmético, tal como crescimento de pêlo em curto prazo, a profundidade predeterminada é 1 - 6 mm abaixo da superfície, e a fluência transmitida, a 1 - 6 mm abaixo da superfície, é 0,1 -10 J/cm². A figura 2 ilustra a rápida diminuição de fluência com a profundidade, ao longo do eixo do feixe de um feixe de um milímetro.

Mas se a potência total de ambos feixes, que é requerida para proporcionar a mesma fluência, na profundidade desejada, for considerada, a vantagem de feixe estreito vai ser notada. Como conhecido da teoria de difusão de luz, a fluência Φι longe da superfície é descrita pela equação;

' ^P' ~ ^(I) na qual z é a profundidade e Pi é a potência da fonte de energia. Com referência de novo à figura 2, a fluência de um feixe de um milímetro tem um comportamento exponencial, a uma profundidade superior a um milímetro, mostrando, portanto, que o comportamento do feixe pode ser descrito pela equação (1). A taxa de fluência superficial, propiciada pelo feixe amplo, pode ser expressa como;

Φ₂ = Ρ₂/πΚ² (2) na qual P₂ é a potência total transmitida pelo feixe, e R é o raio do feixe amplo.

Se as partes à direita das equações (1) e (2) forem igualadas, pode-se determinar quanta energia é requerida por um grande feixe, versus em pequeno feixe, para atingir a mesma fluência, a uma profundidade desejada. A relação de Ρ_Ί/Ρ₂ é então dada por:

Λ ° (3)

A equação (3) descreve a fração de potência de feixe amplo, que um feixe estreito deve ter para transmitir a mesma fluência para a profundidade z, como a que é transmitida por um grande feixe de raio R. A figura 3 ilustra um gráfico dessa equação para R = 5 mm (diâmetro do feixe de 10 mm) e μ'₅ = 1,6 mm¹, μ₃ = 0,02 mm¹, correspondente à derme humana.

A figura 3 demonstra que para todas as profundidades dentro da faixa de interesse, a potência de feixe estreito é muito menor do que aquela requerida para feixe de 10 mm. A potência requerida para transmitir fluência específica para a profundidade média de 3 mm é calculada a seguir usando um nível de fluência de 1,5 J/cm². Determina-se que para um feixe amplo transmitir 1,5 J/cm² ao alvo, o feixe original deve ser também de 1,5 J/cm², uma vez que pouca potência é perdida nas profundidades relevantes. Se o feixe tiver um diâmetro de 10 mm, então a área total do feixe será de 78,5 mm² e a energia total transmitida será de 1,18 J. Se a duração do pulso (período de tempo no qual o alvo é iluminado diretamente) for igual a 30 ms (uma duração de pulso razoavelmente padrão como conhecida na técnica), então a potência de saída do dispositivo de feixe amplo deve ser 39 W. Da equação (3) e da figura 3, a mesma fluência será transmitida para uma profundidade de três milímetros por um feixe estreito usando apenas 6,8 W de potência. Desse modo, o feixe mais estreito requer menor desenvolvimento de potência para o mesmo efeito.

É conhecido na técnica que os diodos a laser são um bom modo de desenvolver feixes de laser para esses tratamentos dermatológicos. É também conhecido que os diodos a laser têm uma saída de potência limitada por circuito integrado, e para desenvolver uma alta potência, são utilizadas as denominadas barras de laser de diodo. Essas barras de laser são uma seqüência de muitos lasers de diodo, que usam então óptica, para combinar os vários feixes de saída em um único feixe mais poderoso. Com a presente tecnologia, um único chip de diodo a laser pode ser apenas capaz de produzir até mais ou menos 7 watts de potência. Se mais potência é necessária, então o custo de produção desse dispositivo aumentará bastante, devido à óptica necessária para combinar os feixes; o custo adicional para produzir uma barra em vez de um único chip; e o maior suprimento de ener10

ΊύΛ gia necessário para energizar esse sistema.

Por descoberta de que determinados efeitos, tal como modulação de crescimento de pêlo em curto prazo, são de fato possíveis em baixas fluências, e por determinação do comportamento efetivo de iuz, na medida em que se difunde na pele, a presente invenção descreve um método e um aparelho para provocar um resultado cosmeticamente valioso, tal como retardo de crescimento de pêlo com potência muito baixa. Um dispositivo capaz de empregar esse método pode ser produzido muito economicamente e pode também ser fabricado em quantidades desejadas pelo consumidor. Além do mais, em virtude da invenção descrever um método de baixa fluência, apenas um diodo a laser é necessário e, por conseguinte, o custo total do dispositivo é reduzido ainda mais, porque a óptica para moldagem de feixe é simplificada por uso de um chip de diodo a laser, que é uma fonte de luz pontual. Esse dispositivo a laser de baixa potência único também simplifica os requisitos eletrônicos e mecânicos, por redução da potência necessária e eliminação de muitos estágios ópticos para colimação e moldagem.

A presente invenção também tem vantagem de uma outra inovação, na qual o pequeno feixe é movimentado pela pele, para tratar grandes áreas. Na técnica anterior, os pequenos feixes de alta potência eram mantidos em posição em um alvo preciso, tal como um único pêlo, por um aparelho. Em alguns casos, uma fibra óptica efetiva foi introduzida no folículo, para distribuição do feixe de tratamento. Por movimentação do feixe pela pele e utilização do comportamento difusivo da luz nos meios de dispersão, o operador pode então tratar, rapidamente, grandes áreas.

Com referência à figura 1 novamente, no caso do feixe estreito 10, o modelo mostra que o diâmetro efetivo da área de tratamento, abaixo da superfície da pele, é muito maior do que o diâmetro do feixe original. Esse não é o caso do feixe amplo 12. Essa conclusão é confirmada por um cálculo da distribuição de fluência em diferentes profundidades, que são geradas por feixe estreito. As figuras 4(a - d) mostram que o perfil de fluência, produzido pelo feixe de 1 mm nas profundidades de 0, 1, 3 e 5 mm. Nessa figura, todas as curvas são normalizadas para a fluência axial na mesma

AW profundidade. Os valores absolutos de fluência axial são ilustrados na figura 2. O diâmetro do ponto iluminado em cada profundidade pode ser determinado pela Amplitude Total no Meio Máximo (FWHM) da curva. A figura 5 mostra a dependência contínua do diâmetro do ponto na profundidade, para o feixe de 1 mm.

Utilizando o comportamento do feixe, na medida em que penetra na pele, a presente invenção é capaz de funcionar de modo a separar os conceitos de iluminação direta e área de tratamento. Em outras palavras, a presente invenção utiliza a nova descoberta que, quando do uso de um pequeno ponto, a área de tratamento é substancialmente maior do que o diâmetro do feixe iluminado na superfície. Com referência novamente à figura 6, uma vista plana de uma área de tratamento mostra que é vantajoso o tratamento de uma maior área na profundidade desejada do que se a mesma for iluminada diretamente na superfície. Usando um movimento não-contínuo pela superfície da pele, esse fato propicia o tratamento de uma área contínua, enquanto apenas iluminando diretamente uma fração da área total. Também, por uso do método de movimento contínuo pela pele, é possível reduzir o tempo necessário para o tratamento, por aumento da taxa de movimento e diminuição do tempo de iluminação direta, enquanto ainda obtendo uma boa eficiência. Entende-se facilmente que é vantajoso reduzir o tempo necessário para iluminação direta, enquanto cobrindo rapidamente grandes áreas. O tempo entre os pulsos pode ser selecionado para permitir que a pele resfríe, de modo a não danificar as áreas da pele que não estão em tratamento (por exemplo, as áreas adjacentes ao folículo de pêlo sendo removido).

Um outro aspecto da invenção é o movimento contínuo do feixe pela superfície, enquanto em modo de onda contínua ou CW. Os sistemas da técnica anterior usam, tipicamente, Modo Pulsante (PM) para o tratamento, em que o dispositivo dispara um pulso de luz de alta potência para tratar uma área. Isso tem várias desvantagens. Uma desvantagem é o comportamento não linear em saída de potência, na medida em que os sistemas a laser se energizam e caminham para o equilíbrio. Por conseguinte, a quanti12 dade de energia transmitida para o alvo não é constante, nem é facilmente equilibrada. Além do mais, nos sistemas da técnica anterior com feixes de grande diâmetro utilizando PM, o operador movia fisicamente o dispositivo em uma etapa, a um tempo antes da exposição da pele a um pulso de luz. Isso é incômodo e também introduz o provável resultado de tratamento incompleto das áreas, devido a um erro humano na movimentação do dispositivo em etapas irregulares, diferentemente da presente invenção, na qual a varredura do feixe ocorre automaticamente.

Na presente invenção, no caso CW ou no caso PM de varredura, o tempo de tratamento (TT), ou o período de tempo no qual uma área é tratada, pode ser calculado como o período de tempo no qual o feixe ilumina diretamente um ponto na superfície na medida que passa por ela, ou pelo período de tempo no qual a área subcutânea é tratada direta ou indiretamente pelas propriedades difusivas descritas acima. A figura 7 mostra a área de tratamento, por uso de um laser de onda contínua de feixe estreito. A área, que pode ser tratada usando esse método, é maior do que a área coberta por iluminação direta. Na figura 7, a série de círculos mostra que a área que pode ser tratada em um tempo, é diferente do período de tempo que qualquer área da pele fica sob iluminação direta. No mesmo primeiro círculo de tratamento 20, pode-se notar facilmente que algumas das áreas sendo tratadas não foram de modo algum iluminadas diretamente.

O movimento contínuo do ponto de iluminação pela superfície propicia mais uma vantagem, relativamente à fonte de modo de pulso. A eficiência do tratamento depende da fluência total [J/cm²] transmitida pelo feixe para a área tratada, em vez da sua taxa de fluência [W/cm²].

Quando o tratamento é proporcionado por um ponto estável de uma fonte pulsante, a distribuição de ambos esses parâmetros dentro do meio tratado é a mesma, porque a área de tratamento depende da amplitude do feixe. Como um exemplo, nesse caso, a fluência do feixe de laser de diâmetro de 1 mm dependerá da profundidade, como mostrado na figura 2 acima.

No entanto, se a iluminação é proporcionada por uma fonte CW e o ponto é movimentado pela superfície, a duração do tratamento será determinada pela velocidade de varredura e diâmetro do ponto. Esse parâmetro cresce com a profundidade, por causa da difusão de luz. Portanto, a duração do tratamento aumenta com a profundidade, da mesma maneira que com o diâmetro do ponto. Como a fluência é o produto da taxa de fluência e da amplitude do pulso, a mesma diminui lentamente com a profundidade, comparada com a taxa de fluência.

A figura 3 mostra a dependência da fluência na profundidade para o diâmetro do feixe superficial de 1 mm. A curva é calculada como um produto das funções mostradas nas figuras 2 e 5. De uma comparação das figuras 2 e 8, pode-se notar que a fluência é diminuída por 10 vezes na profundidade de 5 mm, enquanto que a taxa de fluência cai quase a 1% da quantidade de superfície na mesma profundidade. Portanto, a quantidade de fluência transmitida para a profundidade de 5 mm, do feixe CW móvel, será mais alta por quase 10 vezes aquela do feixe pulsante estável, se a fluência superficial for a mesma em ambos casos.

Um outro aspecto da invenção é que, diferentemente do que é descrito no tratamento intenso da técnica anterior da base do folículo de pêlo, ou papila, pode ser desnecessário atingir-se um resultado cosmético. A presente invenção é baseada na descoberta que o tratamento nas partes superior e intermediária do folículo pode ser suficiente para provocar modulação do crescimento de pêlo. A figura 9 mostra a distribuição de temperatura ao longo do eixo de pêlo escuro, que é produzido por feixe de 1,5 W, com diâmetro de ponto superficial de 1 mm, movimentando-se com a velocidade de 100 mm/s. Desse gráfico, pode-se notar que as partes superiores do pêlo são colocadas a uma temperatura mais alta. A temperatura das partes do pêlo localizadas mais profundamente do que 3 mm fica abaixo de 42°C. Isso impede que aquelas partes sejam muito danificadas. O bulbo do pêlo é geralmente posicionado mais profundo do que 3 mm da superfície da pele.

Deve-se notar que para os feixes amplos, a discriminação da profundidade é obtida por uso apenas de comprimentos de onda mais curtos. Isso é porque a profundidade de penetração da luz é fortemente diminu14 íló ida com a diminuição dos comprimentos de onda, por causa da dispersão e da absorção. Isso é diferente do uso de um feixe estreito, quando a penetração é controlada pela geometria da iluminação, em vez de pelo comprimento de onda da luz.

Com referência à figura 10, para implementar esse método de modulação de crescimento de pêlo, uma cabeça óptica portátil 22, contendo um laser 34 e um sistema óptico, que distribui feixe de laser por um diâmetro de cerca de 1 mm na janela de saída 26, pode ser usada. A janela 26 é colocada em contato direto com a pele. Para proporcionar a curta duração do tratamento, o laser ou funciona no modo de onda contínua (CW), com movimento simultâneo do ponto focalizado, ou no modo pulsante (PM).

A velocidade de movimento (V) do ponto pela área de tratamento, para o modo CW, é determinada pela quantidade desejada de amplitude de pulso (λ) e o diâmetro da área tratada (D):

F= D/r (4)

Quando o diâmetro do ponto iluminado diretamente (d) for pequeno, o diâmetro da área tratada será maior em virtude da difusão de luz, como mostrado nas figuras 4 - 7. Para d = 1 mm, o fator de aumento K é entre 1 e 4, dependendo da profundidade do tratamento. O valor exato do fator K, para qualquer profundidade, é mostrado na figura 5. Portanto, para proporcionar a amplitude do pulso comum (λ = 30 ms), a cabeça óptica deve ser movimentada com a velocidade:

(5) dentro da faixa (33 - 133) mm/s. A velocidade para outras amplitudes de pulso (λ) é determinada pela equação (5).

Em uma concretização da presente invenção, a janela 26 do aparelho incorpora um dispositivo de contato transparente substituível 28 (figura 11), que é capaz de executar funções múltiplas. Em uma concretização, o dispositivo de contato substituível é na forma de um plástico plano (ou outro material adequado) cobrindo o que protege o aparelho de contaminantes, tais como óleos de pele, descamação, cosméticos ou outros materiais indesejáveis. Adicionalmente, uma vez que os meios operacionais preferidos pedem que o aparelho seja estirado pela pele repetidamente, os eixos dos pêlos, bem como a própria pele, vão provocar abrasões no dispositivo de contato, que vão prejudicar a transmissão da radiação de tratamento de passar eficientemente para a área de tratamento da pele. Os sistemas da técnica anterior tendem a empregar materiais resistentes à abrasão onerosos, tais como safira, sílica fundida ou outros materiais raros e exóticos, em uma janela de saída fixada permanentemente. Por razões de eficiência, é desejável que o dispositivo de contato se mantenha livre de abrasão, de modo que a radiação de tratamento seja capaz de manter, tanto quanto possível, quase que nenhuma perda de transmissão para pele.

Uma concretização da invenção inclui um dispositivo de contato substituível, que é descartado após um número de usos predeterminado. Esse dispositivo de contato substituível é mostrado genericamente na figura 11. Em outra concretização, o dispositivo de contato substituível inclui áreas de material que são fotossensíveis 30, de modo que, após um período predeterminado da energia de radiação ser absorvida por esses elementos, as características de cor ou visíveis são modificadas para serem indicativas para o operador que o dispositivo de contato deve ser substituído. Em maís uma outra concretização, um sensor no aparelho monitora a quantidade de radiação de tratamento, que tenha sido transmitida pelo dispositivo de contato, uma vez que tenha sido instalado, e faz com que um indicador indique para o operador quando o dispositivo de contato substituível deve ser substituído, para manter uma eficiência adequada.

Em mais um outro aspecto da invenção, o sensor é montado no aparelho, e o dispositivo de contato substituível é configurado para permitir que o sensor passe pela janela, para fazer contato com a pele próxima à área de tratamento. Se o sensor não for mecânico, mas for óptico ou outro meio que não precise de contato com a pele próxima à área de tratamento, a janela será moldada adequadamente para permitir a configuração correta do campo de detecção, para que seja passada para próximo da região de tratamento. Em mais uma outra concretização, o sensor é uma parte de um circuito, que detecta se o sensor não está bem próximo da pele, e se não,

ΙΪ,Ύ desliga a energia para a fonte de luz. Essa intertrava reduz a probabilidade de dano a olho nu, por impedir que o feixe se forme, se a pele não estiver em uma posição para absorver a radiação de luz.

Em uma concretização preferível, o ponto de laser é movimentado linearmente para trás e para a frente pela janela de saída do dispositivo, por um sistema de varredura incorporado na cabeça óptica. O valor da velocidade de varredura é selecionado de acordo com a equação (5). O movimento do dispositivo, em uma direção perpendicular a essa direção de varredura periódica, é executado manualmente.

Em geral, os métodos para deflexão de feixe óptico, que podem ser utilizados na invenção, para proporcionar uma varredura unidimensional do ponto de saída, podem ser divididos, geralmente, em cinco classes: reflexão de luz de superfícies movimentadas periodicamente; refração de luz por corpos transparentes movimentados periodicamente; movimento periódico da fonte de luz; difração de luz por ondas ultra-sônicas e refração de luz em cristais controlados por campo elétrico variável. Algumas concretizações utilizando algumas dessas classes de sistemas de varredura são descritas abaixo. Em particular, as figuras 10, 13 e 14 são concretizações de sistemas refletivos; a figura 12 é uma concretização de um sistema envolvendo o movimento periódico da fonte de luz; enquanto que a figura 12a é uma concretização de um sistema refrativo.

Com referência novamente à figura 10, um dispositivo de varredura, baseado em um espelho oscilante controlado por um sistema galvanométrico, é mostrado. Uma fonte de energia 32 supre corrente a um laser 34, que distribui a luz de laser para a cabeça óptica portátil 22, por meio de uma fibra óptica 36. A luz da fibra 36 é expandida, por um sistema de lente óptica 38, ao diâmetro desejado e projetada a uma janela de saída 26, após ser refletida por um espelho oscilante 24. O espelho oscilante é movimentado por um galvanômetro 40, sob o controle de um sistema de controle 42. A janela de saída 26 pode ser feita como uma lente planocôncava cilíndrica, para servir como um dispositivo de achatamento de campo.

Em uma concretização, a fonte de energia 32 retira a sua ener17 gia de uma saída elétrica. Em outra concretização, o dispositivo portátil 22 inclui baterias. É bem conhecido que os requisitos de energia dos dispositivos de saída de laser de hoje em dia, tais como lasers de diodo ou no estado sólido, estão além dos limites dos tipos de baterias usuais disponíveis. Em uma concretização, a presente invenção é projetada para usar baterias de alta saída, especialmente adaptadas, empregando tecnologia, tais como as de Ni - Cd, de possível desenvolvimento para descarga de todo o seu conteúdo energético em um curto período de tempo, com alta energia de saída. Em uma concretização da presente invenção, o aparelho é calibrado para usar uma rápida descarga, um componente de bateria substituível, que o operador possa, facilmente, remover e substituir ou recarregar. O aparelho aqui descrito também contém um meio de monitoramento para rastrear o nível de energia na unidade de bateria, para garantir que energia suficiente esteja disponível para proporcionar um nível de radiação terapêutica. Esse meio de monitoramento vai ser também configurado para ler as informações armazenadas na bateria, para garantir que seja do tipo adequado, de modo a evitar energizar o aparelho com uma bateria inadequada, que pode provocar dano do dispositivo. Proporcionando-se um microcontrolador ou outra lógica adequada, que é capaz de monitorar a identidade e os parâmetros do suprimento de bateria de alta saída, o operador pode garantir uma operação adequada e resultados satisfatórios.

Em outra concretização, a bateria é ajustada com pontos de contato moldados especificamente e uma forma global tal, que apenas baterias projetadas adequadamente ou ''autorizadas'' possam ser encaixadas no aparelho. Devido aos trabalhos internos complicados do pequeno dispositivo de radiação de campo, é crítico que o dispositivo seja apenas equipado com fonte de energia adequada, de modo que a quantidade correta de radiação de saída possa ser esperada. É bem conhecido que a energia de saída dos circuitos integrados de laser do tipo diodo, tais como aqueles descritos para uso no aparelho da invenção, tem uma potência de saída em proporção com a potência de entrada. Fica claro que uma fonte de bateria, tendo uma saída muito alta, pode provocar queimaduras na região da pele do usuário.

A figura 12 mostra uma concretização do dispositivo portátil e do sistema de varredura com óptica mínima. Nessa concretização, a luz de laser é de novo transmitida por uma fibra óptica 36, cuja ponta é movimentada, mecanicamente, para a frente e para trás (seta A) pela janela de saída 26 por um atuador (não mostrado). Na medida em que a luz diverge da extremidade da fibra, o tamanho do ponto desejado é formado. Em uma concretização, o atuador é o mesmo que é usado em unidades de disco de computadores.

A figura 12a mostra uma concretização de varredura de feixe, proporcionada por duas cunhas 50, 50’ transparentes, similares, girando na mesma velocidade em direções opostas. O feixe de laser é colimado pela lente 54 e passa seqüencialmente por duas cunhas, que o deflete por variação do ângulo, na medida em que as cunhas giram. Uma lente objetiva 56 transforma os ângulos incidentes variáveis nas diferentes posições do ponto focalizado na janela de saída 26.

A figura 13 mostra outra concretização do dispositivo de varredura, com base em um came rotativo 60; um cilindro não redondo posicionado excentricamente no eixo do motor. O mecanismo de came 60 proporciona a conversão da rotação do motor uniforme em movimento alternativo angular do espelho 62. A varredura do feixe de laser 63 é feita pela sua reflexão do espelho oscilante 62. O movimento angular do oscilador 64 é determinado pelo perfil do came 60 e sua velocidade rotativa, porque o came 60 e o oscilador 64 ficam em contato permanente proporcionados pelo rolo e pela mola. O espelho 62 é conectado ao oscilador 64 e tem um eixo rotativo comum. A posição angular do espelho depende do ângulo rotativo do came 60. A faixa operacional é limitada pela parte linear da curva linear, quando o ângulo de saída da luz refletida do espelho é uniformemente aumentado com a posição angular do motor (e correspondentemente com o tempo). Após o final de cada ciclo operacional, o espelho é rapidamente retornado para a posição inicial. Isso é necessário para proporcionar uma varredura por feixe unidirecional. A relação do ângulo da faixa operacional para o ângulo de rotação total de 360° propicia a quantidade do ciclo de trabalho. Deve-se notar que é possível proporcionar um mecanismo de varredura, que permita que o feixe seja varrido em ambas as direções.

A figura 14 mostra outra concretização do dispositivo de varredura, baseado na reflexão de feixe do polígono rotativo 70. O polígono 70 pode ser um prisma tendo uma superfície espelhada. Esse é um projeto compacto, que, além de ser compacto, é livre de vibrações mecânicas produzidas pelas outras concretizações apresentadas. Os sistemas de varredura à base de polígono são amplamente usados em dispositivos ópticos de formação de imagem, tais como impressoras a laser. São geralmente projetados para solucionar o problema de focalização de um feixe de varredura dentro do tamanho de ponto extremamente pequeno de uns poucos mícrons. A tarefa da presente invenção é posicionar um ponto, que tem cerca de 1 mm de diâmetro. Por essa razão, os princípios do projeto da presente invenção diferem significativamente daqueles usualmente encontrados nos dispositivos ópticos de formação de imagem.

Em mais detalhes, as características de uma concretização à base de polígono podem ser derivadas de alguns parâmetros de entrada genéricos. Com referência às Figuras 14a - d, em cada figura (NA) é a abertura numérica da fibra; (M) é o aumento linear; D é o diâmetro do polígono; ct = 360°/n, que é o ângulo entre as faces vizinhas do polígono (em que n é o número de faces); γ é o ângulo de incidência de luz na face do polígono, no plano perpendicular ao eixo rotativo para o ponto intermediário da linha de varredura; L é o comprimento de varredura; de é o diâmetro do ponto de saída; e C é o ciclo de trabalho para a varredura do ponto.

A figura 14A mostra o modelo óptico paraxial do dispositivo de varredura baseado em polígono. A luz de laser é transmitida para o sistema pela fibra 36, cuja ponta é transformada em imagem com aumento (M) no plano da janela de saída 26, dentro do diâmetro do ponto (d). A objetiva é descrita por dois planos cardinais. Os raios principais e marginais são mostrados para os pontos central e das bordas da ponta da fibra. Como os raios principais são paralelos ao eixo óptico, a pupila é posicionada no plano focal posterior da objetiva. O (di) é o diâmetro do feixe na face do polígono.

l.tl

A figura 14b mostra a geometria do polígono, que propicia derivação do que é apresentado a seguir.

O comprimento da face é dado pela equação:

/-Dtan<o/2) (6)

O ciclo operacional (C) é definido como a fração útil do período 5 de varredura, quando o feixe de laser é completamente refletido pela face do polígono, sem truncamento pela sua borda:

C~(l-d_t/<x>sy)/l (7)

O ângulo de varredura (β) é dado por:

= (8)

O diâmetro do feixe (di) na face do polígono é derivado das equações 6 e 7:

d{ =D cos 7 (7 - C) tan (a/2) (9)

Com referência também à figura 14c, outros parâmetros podem ser derivados, tal como o raio de varredura (S), que é dado por:

S~L/(2titnp) (10)

Como o polígono não é redondo, a distância entre o polígono e a superfície da imagem é diferente para os pontos centrai e das bordas da face. Isto é, a distância para a borda da face é mais longa por AS. A variação do raio do polígono é dada por:

4K = Z)/2fl/cos6S/2>-V (11)

Desse modo, o aumento do raio de varredura é dado por:

= 2 AR cos cos y(l/cos(fify - V (12)

O arqueamento da superfície focal é duas vezes a profundidade do foco (DOF):

2DOF = S(1~cqsP)~ASz^P (13)

Desse modo, a variação da distância ao longo do feixe, que de20 ve ficar dentro do desenfoque permissível, é dado por:

2DOF/casp=S(Vcv>Õ-\)-Dw$r(\fa&($/2)- 1J (14)

A figura 14d é um fragmento detalhado da figura 14a. Esse é usado para determinar o comprimento focal (F) requerido do dispositivo de varredura. Da similaridade dos triângulos sombreados:

SxJ

Avaliando-se F:

06)

2SxAW'--</)

A velocidade rotativa do polígono (v) é determinada pela velocidade de varredura linear do ponto V, derivada da equação (5):

v=* ν/(4π8) (17)

Com cada uma das concretizações de varredura descritas acima, uma tira de área tratada, a uma profundidade desejada, é produzida durante cada duração de varredura. A largura da tira na superfície é igual ao diâmetro do ponto, mas aumenta com a profundidade. Se necessário, a mesma área pode ser tratada por passagens múltiplas, para produzir o grau desejado de dano ao pêlo, para modular o crescimento. A velocidade manual ótima deve proporcionar o deslocamento da tira pela sua largura, durante o período de varredura. A velocidade de varredura (V) é dirigida ao longo da janela de saída da cabeça de varredura. A velocidade manual (V_m) é perpendicular a (V). Da figura 15, pode-se notar que a linha de varredura é inclinada para a direção da janela de saída, a um ângulo determinado pela equação:

tana~ V,n/V (18)

Quando a velocidade manual é ótima, a tira é deslocada pela sua largura (D), para o período de varredura (T):

Y_m°^p,Tcosa = D (19)

O comprimento da varredura (L) pode ser expresso como:

L = VCT (20) em que (C) é a fração útil do período de varredura, o ciclo operacional, da varredura. Das últimas três equações, (V_m) é derivado como:

fe²-’ (21)

Substituindo-se (V) da equação (5) na última equação, a fórmula para o valor ótimo de velocidade de varredura manual é determinado por:

-^r.. —(22) wA velocidade manual efetiva, proporcionada pelo operador, é medida com o sensor de movimento incorporado na cabeça de varredura. O projeto preferido de tal sensor é produzido de modo similar a um mouse óptico, e contém uma fonte de iluminação, tal como um diodo a laser ou LED, um detector, e um processador com um algoritmo incorporado para o cálculo de velocidade. Quando a velocidade manual efetiva é superior à ótima, a área de tratamento conterá tiras não tratadas. Se a velocidade de varredura não for alterada, essa situação não pode ser corrigida por ajuste de energia e deve ser evitada. Em uma concretização, o dispositivo notifica o operador que a velocidade manual deve ser reduzida, por geração de um sinal de aviso visual, audível ou tátil.

Com referência à figura 16a, um diagrama de blocos de um sistema é mostrado, que pode detectar o movimento da cabeça pela pele. Em cada uma das concretizações, a fonte de energia 32 gera a corrente operacional para o laser 34. A energia para o laser 34 é controlada por um controlador 78. O dispositivo de tratamento contém o sensor de movimento, tal como o que é usado em um mouse óptico de computador. A pequena área da pele, que não está no momento sob tratamento com laser, é iluminada por uma fonte de luz 82. Uma imagem dessa área é detectada pelo detector de imagem 80. De preferência, a faixa espectral da fonte de luz 82 e a sensibilidade espectral do detector de imagem 80 devem ser diferentes do comprimento de onda do laser de tratamento 34. De outro modo, a imagem detectada pelo 80 é distorcida pela luz difundida e refletida do laser 34. Um diodo emissor de luz (LED) ou um diodo a laser de baixa potência (LD) é usado como uma fonte de luz 82. O detector de imagem 80 é produzido como um sistema CCD ou CMOS bidimensional pequeno, O tamanho do sistema é suficiente mente grande para gerar o modelo de imagem de pele, que é específico para cada posição do sensor O período entre as imagens seqüenciais é ajustado para ser menor do que o tempo mais curto, requerido para a área iluminada, para deslocar-se por seu tamanho pela pele.

Um velocímetro 84 mede a velocidade de movimento manual usando um algoritmo de reconhecimento de modelo e o período de quadro de imagem. Também compara a velocidade medida com um determinado valor de velocidade manual ótima. Se a velocidade medida for superior à velocidade ótima, o gerador de aviso 86 será ativado ou a energia / taxa de varredura será ajustada. O gerador de aviso 86 é implementado como um LED de piscamento e/ou um emissor de bipe, para fazer com que o operador saiba que a velocidade manual deve ser reduzida. Se a velocidade medida for inferior àquela ótima, o velocímetro 84 proporcionará a relação das velocidades medida para a ótima, para o controlador 78. O controlador 78 varia a energia, para proporcionar a variação da energia de saída do laser de acordo com a equação (24) ou (28), como mostrado abaixo.

Para as concretizações diferentes daquelas à base de polígono, mais ajuste de energia deve ser proporcionado. Nesses casos, tal como quando a varredura do ponto, obtida por um movimento de espelho oscilante, como ilustrado nas figuras 10 e 13. Nesses casos, o movimento do feixe é mostrado genericamente na figura 17. A faixa operacional dentro do período (T) é limitada pela parte linear da curva, quando o deslocamento do ponto é aumentado uniformemente com o tempo. Após o final de cada ciclo operacional, o ponto é rapidamente retornado para a posição inicial. Isso é necessário para proporcionar varredura de feixe unidirecional, que proporciona a cobertura contínua da área tratada, como mostrado na figura 17. A relação da faixa operacional para o período integral (T) dá o valor do ciclo operacional (C).

Próxima aos pontos de rotação 90, 90' da oscilação, a velocidade de varredura do ponto é baixa. Se a energia transmitida com o ponto for mantida a mesma, durante a fase rápida da varredura, a pele nesses pontos será superaquecida. Para evitar isso, a energia durante a parte inativa do período (1 - C)T é reduzida, ou pode ser desligada. Esse tipo de ajuste de energia vai ser chamado cíclico, em oposição ao ajuste corretivo descrito acima. O ajuste de energia cíclico não é necessário para o sistema de varredura baseado em polígono, porque a velocidade do ponto não é, nesse caso, variada.

A figura 16b mostra o diagrama de blocos do ajuste de energia do laser, para as concretizações diferentes daquelas baseadas em polígono. O controlador de corrente 78 é afetado pelos sinais de um sensor de posição do dispositivo de varredura 94, além daqueles do velocímetro 84, como na figura 16a. Com referência às concretizações descritas acima, o sensor mede a posição angular dos elementos móveis nos projetos da figura 10 ou 13, ou a posição linear da ponta da fibra no projeto da figura 12. Nas posições predeterminadas, propicia os sinais para o controlador, para a redução (ou desligamento) da corrente de laser e para seu restabelecimento.

Para proporcionar ao operador algum grau de velocidade manual, o movimento com velocidade mais baixa pode ser corrigido por ajuste da potência do laser. Nesse caso, cada ponto da área tratada vai receber pulsos múltiplos de mesma amplitude. O número de pulsos N é igual à relação entre as velocidades manuais ótima e efetiva:

N=r_m ^afll/r_m (23)

A potência deve ser ajustada de modo que a modificação-aivo total, após transmissão de N pulsos, seja igual como de um pulso único. A diminuição de potência depende se o dispositivo for usado para produzir efeitos fotoquímicos ou efeitos térmicos.

Para reações fotoquímicas, tal como a produção de formas de oxigênio ativo, durante terapia fotodinâmica (PDT), o número de moléculas transformadas é diretamente proporcional ao número de fótons absorvidos. Portanto, a potência deve ser ajustada em proporção reversa ao número de pulsos N. Isto é, a potência deve ser ajustada em proporção direta com a velocidade manual efetiva:

P^/V* (24)

O mecanismo de reação fototérmica (fototermólise seletiva) é mais complicado. Nesse caso, a energia da luz é usada para aquecer o alvo e, portanto, acelerar a velocidade da reação química. Como o alvo não contém usualmente uma substância absorvente de luz, a luz primeiro aquece algum objeto distante, que contém uma alta concentração de cromóforo absorvente. O calor se difunde do absorvedor para os tecidos circundantes, de modo que a temperatura do alvo não aumente imediatamente com iluminação, mas após o retardo (το), chamado tempo de relaxação térmica. O valor de (τ₀) é proporcional ao quadrado da distância entre o absorvedor e o alvo. A seletividade do alvo é obtida por seleção da duração do pulso de luz (τ), aproximadamente igual a (τ₀). Se (τ < το), a temperatura do alvo não é suficientemente aumentada para acelerar a reação química. Na extremidade terminal do pulso de luz, apenas as regiões que ficam mais próximas ao absorvedor são aquecidas. Se (τ > το), o calor se difunde muito longe do absorvedor e pode provocar modificações químicas nos tecidos circundantes, não apenas no alvo. Para remoção de pêlo permanente, o eixo do pêlo contendo o cromóforo altamente seletivo, melanina, serve como um absorvedor, e o bulbo do pêlo é considerado o alvo. A amplitude de pulso comumente usada de 30 ms é aproximadamente igual ao tempo de relaxação térmica do bulbo do pêlo. Além da amplitude do pulso, a potência de pico deve ser também selecionada para proporcionar aquecimento suficiente do alvo.

Para reações termicamente ativadas, a velocidade de reação k é determinada pela lei de Arrhenius:

k = A Exp (-ΔΕ/RT) (25) na qual (ΔΕ) é a energia de ativação de reação, (A) é a velocidade da reação em temperatura infinita, e (RT) é a energia térmica proporcional à temperatura absoluta (T). Considerando o número de moléculas transformadas o mesmo para os pulsos único e (N) de mesma duração, a conexão entre a temperatura (Ti), sob potência ótima, e (T₂), sob potência reduzida, deve ser a seguinte:

Εχρ (~AE/RT_S) « ΝΕχρ (-ΔΕ/RTd (26)

Ο aquecimento do alvo é proporcional à potência do laser, porque a duração do pulso é mantida igual:

(Γ^ /(Τ^’-Ρ^/Ρ (27)

Aqui T_o ~ 310 K, que é a temperatura do corpo humano. Das últimas duas equações, uma pode receber a equação para o ajuste de potência:

A potência ajustada (28) depende logaritmicamente de V_m, que não é tão forte quanto a dependência de V_m, como propiciado pela equação (24). Portanto, apenas um pequeno ajuste de potência é esperado para as reações ativadas termicamente.

A figura 18 mostra a diminuição em potência, que pode ser usada quando a velocidade se desvia da faixa ótima. O gráfico I se refere à reação fototérmica e é baseada na equação (28). Os valores dos parâmetros da equação usados estão registrados na literatura: ΔΕ = 327 kJ/mol para dano à pele considerável, eT = 50°C, como uma temperatura limiar para redução da atividade enzimática. O gráfico 2 corresponde às reações fotoquímicas, de acordo com a equação (24).

Com referência novamente às figuras 16a, 16b, o controlador de corrente 78 proporciona o ajuste de potência corretivo de acordo com a equação (24) ou (28), com base nos sinais do velocímetro 84. O conjunto de parâmetros de entrada: Vm^opt, seleção entre as equações (24) e (28), ΔΕ e Ti, pode ser introduzido pelo operador, usando um teclado de dígitos separadamente, ou pode ser comutado entre os conjuntos, que são gerados para diferentes tarefas e salvos na memória do dispositivo.

Um modo mais avançado de ajuste de potência corretivo pode ser obtido com o ajuste simultâneo da velocidade de varredura. Com referência à equação (21) e à figura 15, quando a velocidade de varredura V

LM varia em proporção direta, para variar a V_m, as tiras de tratamento não se sobrepõem entre elas e as condições ótimas de tratamento são mantidas. Nesse caso, não há múltiplos pulsos recebidos pelo alvo, mas a duração do pulso é alterada na proporção reversa da velocidade de varredura. Sob essa condição, a fototermólise produz a mesma quantidade de moléculas transformadas, se a fluência transmitida total for mantida aproximadamente constante. Isso significa que o ajuste de potência, com correção simultânea da velocidade de varredura, é descrito pela equação (24), para ambas reações fotodérmicas e fotoquímicas. Mas a faixa de ajuste para a fototermólise é limitada em ambos extremos. Velocidades de varredura e manuais muito baixas devem ser evitadas, porque o valor da amplitude do pulso (τ) (consultar a equação 5) pode ficar muito maior do que o tempo de relaxação térmica (τ₀), que é distante das condições ótimas. Uma velocidade manual muito alta vai requerer, de acordo com a equação (24), a potência de saída mais alta do que o valor máximo proporcionado pelo laser usado. O operador é avisado do uso de uma velocidade manual fora da faixa, e deve evitar essas condições.

A figura 16c mostra o diagrama de blocos do dispositivo, com ajuste de ambas a potência do laser e a velocidade de varredura. O velocímetro 84 afeta o controlador de corrente 78 em dois modos. O primeiro é igual àquele das figuras 16a e 16b: a corrente é corrigida para proporcionar a satisfação da equação (24), com base nos dados sobre a velocidade manual medida. Além do ajuste corretivo, o velocímetro 84 afeta o ajuste cíclico por um controlador do dispositivo de varredura 98, que varia a velocidade de varredura em proporção direta com aquele manual, e um sensor de posição do dispositivo de varredura 94. Novamente, o gerador de aviso 86 é ativado, quando a velocidade manual é muito baixa ou muito alta.

Ocasionalmente, o operador passará manualmente pela mesma área muitas vezes. Isso não resultará em qualquer problema com superdosagem da área de tratamento, mas, ao mesmo tempo, não vai ter nenhuma vantagem adicional em comparação com passagem única. O efeito do tratamento de pulsos múltiplos é considerado acima e descrito pela equação (25), na qual a relação V_n ^opt/Vm deve ser substituída pelo número de passagens (N). Pode-se notar da figura 18 (curva 1) que a potência do laser pode ser mantida quase igual, até N < 10 (Vm^opí/Vm > 0,1).

Como as passagens múltiplas não acarretam vantagens significativas, mas estendem o tempo de tratamento, devem ser, de preferência, evitadas. Para proporcionar isso, alguma substância claramente visível pode ser aplicada em parte da superfície da pele a ser tratada. Essa substância pode ser, por exemplo, uma espuma similar a creme de barbear, ou um líquido indicador colorido. A substância mencionada não deve absorver fortemente a luz de tratamento. Nesse caso, a cabeça de varredura é equipada com o meio de limpeza superficial, tal como uma lâmina, com uma borda rombuda posicionada perpendicular à superfície da pele, em frente da janela de saída. O comprimento dessa lâmina é igual ao comprimento da linha de varredura do ponto de laser. Durante o movimento manual da cabeça de varredura, o meio de limpeza remove a substância de cobertura da parte tratada da superfície da pele, propiciando que o operador distinga partes tratadas de não tratadas. Em uma concretização, o meio de limpeza não remove completamente a substância de cobertura, mas deixa uma película fina na superfície. A película residual serve como um lubrificante para o movimento manual da cabeça de varredura na pele.

Embora as concretizações específicas descritas acima sejam baseadas em lasers, fontes de luz de pulso intenso (IPL) não coerente podem ser usadas na invenção. O pulso curto de IPL é tipicamente proporcionado pela descarga de uma batería de condensador tendo alta capacitância. A batería é carregada entre os pulsos. A luz gerada é filtrada espectralmente na faixa de comprimentos de onda desejada e focalizada com óptica refletiva e refrativa na janela de saída dentro de um pequeno ponto. O comportamento seguinte da luz IPL dentro da pele não difere da difusão de luz de laser, e pode ser usado em todas as concretizações descritas. A única diferença é a maneira de varredura em etapas da IPL, em razão do modo de pulso.

Embora a invenção tenha sido descrita em termos de remoção de pêlos, o dispositivo pode ser usado para tratar outros problemas dermato29 lógicos. Os lasers de pequenos pontos varridos, que penetram até 3 mm na pele, têm o potencial de aperfeiçoar uma variedade de condições de pele, tais como lesões vasculares, lesões pigmentadas e uma variedade de outras condições, incluindo pele envelhecida pela luz e formação de rugas. No tratamento de lesões vasculares, a absorção em hemoglobina, com conversão de luz em energia térmica, danifica o revestimento endotelial e provoca dano aos vasos dérmicos papilares. O resultado é um aperfeiçoamento em telangiectasia facial, vermelhidão facial difusa, eritema passageiro facial, bem como no tratamento de veias de aranha da face e das pernas. Manchas de vinho do Porto e hemangiomas também respondem ao tratamento com esses dispositivos. Desde que o tempo de varredura do ponto de varredura de onda contínua seja da ordem de microssegundos a milissegundos, uma lesão térmica suficiente será produzida, para obter aperfeiçoamento nesse grupo de lesões vasculares.

As lesões pigmentadas também respondem aos dispositivos de pequenos pontos de varredura. Lentiginose, lesões pigmentadas epidérmicas induzidas pelo sol e outras lesões pigmentadas epidérmicas, que estão presentes em marcas de nascença ou de nascença retardadas, tais como máculas de café com leite, nevo de Becker e nevo achatado também respondem. Melasma e hiperpigmentação pós-inflamatória, que são distúrbios pigmentados dérmicos e epidérmicos combinados, ou apenas distúrbios pigmentados dérmicos, também respondem ao tratamento por interrupção do processo de pigmentação dérmica.

O fotoenvelhecimento se apresenta como aspereza, rugosidade e lividez de pele da pele, bem como outras variações, incluindo telangiectasia e despigmentação. Todos podem ser aperfeiçoados com o laser de pequenos pontos e fontes de luz de varredura. A pesquisa provou que uma variedade de diferentes comprimentos de onda da faixa da luz visível curta para a faixa intermediária - infravermelha estimulam uma produção renovada de colágeno em dermes papilares e intermediárias. O cromóforo absorvente, que inicia essa variação, não foi ainda determinado. Parece, no entanto, que uma variedade de diferentes cromóforos de pele, incluindo água, pigmento de melanina, e hemoglobina serve toda como o cromóforo que absorve a luz, para iniciar esse efeito. A energia da luz é convertida em energia térmica e, de algum modo, em eventos biológicos e celulares, estimula os fibroblastos em renovar a produção de colágeno. Os estudos mostraram que vários desses comprimentos de onda podem induzir a produção de novas fibras de colágeno dos tipos I e III. Os lasers de pequenos pontos e as fontes luminosas de varredura também estimulam os fibroblastos em produzir colágeno e induzir, de fato, freqüentemente, o que se chama fotorrejuvenescimento. Essa variação, que é difícil de mostrar fotograficamente, é fácil de medir usando medida profilométrica e também em biópsia da pele. Essas biópsias mostram uma zona Grenz de colágeno renovado na derme papilar, substituindo o colágeno danificado pela luz, e isso contribui para acentuar aspereza da pele, rugosidade de pele e textura de pele. A absorção de luz na vasculatura e nas áreas pigmentadas contribui para acentuar a cor da pele, tanto vermelha quanto marrom, e o efeito de rejuvenescimento total.

Embora a invenção tenha sido descrita em termos do uso de luz como a fonte de energia, antecipa-se que a fonte de energia pode também incluir microondas, ultra-som e outras fontes dirigidas, quando usadas com o sistema adequado para proporcionar energia de feixe estreito na profundidade de tratamento desejada, sem dano aos tecidos desconsiderados para tratamento.

O mecanismo de influência de microondas é baseado na indução de corrente elétrica em meios, que é finalmente convertida em calor. Portanto, a consideração prévia em relação às reações químicas ativadas termicamente pode ser aplicada a esse caso.

O ultra-som é freqüentemente empregado para essa funcionalidade de aquecimento de tecido. No entanto, o fenômeno de absorção ressonante, tal como o usado em aplicações de litotripsia de ultra-som, também pode ser integrado nas concretizações aqui descritas. Se um objeto, tal como uma pedra de rim, tiver um tamanho que se aproxima do comprimento de onda de ultra-som, a absorção de energia poderá ser suficientemente forte, de modo que o objeto seja destruído pelas ondas ressonantes. Para

produzir a ressonância desejada, o objeto deve responder a ultra-som, enquanto os meios circundantes, isto é, o tecido, deve manter-se não responsívo e não danificado. Como as propriedades de estrutura química e mecânica são muito diferentes dos tecidos macios circundantes do corpo, é razoável esperar a interação ressonante entre o eixo do pêlo e o ultra-som, para propiciar a remoção de pêlo sem dano ao tecido. Em virtude da natureza ressonante da interação, essa concretização requer menos energia do que as outras aplicações térmicas diretas.

As concretizações descritas acima são exemplificativas e inteciona-se que a presente invenção seja apenas limitada pelo escopo das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para tratamento de pele, caracterizado pelo fato de que compreende uma fonte de energia (32) para gerar um ponto de energia a partir da fonte incidindo sobre a pele para fornecer uma quantidade dese5 jada de energia a uma profundidade desejada para tratamento, compreendendo adicionalmente uma janela de fotossensibilidade (26) através da qual a energia passa para incidir sobre a pele; em que uma característica da dita janela de fotossensibilidade (26) é modificada após uma quantidade predeterminada de energia ter passado através da referida janela de fotossensibi10 lidade (26) para indicar quando a janela deve ser substituída.
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia (32) é selecionada do grupo consistindo em lasers, e diodos de laser.
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo 15 fato de que compreende meios para varrer o ponto de energia sobre a superfície da pele.
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um meio (84) para medir a taxa de movimento do ponto sobre a superfície da pele; e um controlador (78) na

20 comunicação com o meio (84) para medir a taxa de movimento do ponto sobre a superfície da pele, sendo que o controlador (78) controla a quantidade de energia atingida para a profundidade desejada no tratamento em resposta à taxa de movimento do ponto sobre a superfície da pele.
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo

25 fato de que adicionalmente compreende uma intertrava em comunicação com a fonte de energia (32), para prevenir que a energia proveniente da fonte saia do aparelho, a menos que o aparelho seja posicionado para irradiar somente a pele, em que a intertrava compreende um circuito que detecta se o aparelho está posicionado para irradiar somente na pele.

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6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a intertrava compreende uma porção de contato com a pele (28).
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo

Petição 870170101211, de 22/12/2017, pág. 6/13 fato de que adicionalmente compreende um dispositivo de atravessamento de superfícies em comunicação com um alojamento circundando uma porção da fonte, o dispositivo de atravessamento de superfícies sendo adaptado para indicar o atravessamento de porções de superfície específicas.
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o aparelho de atravessamento de superfícies é uma placa tendo uma borda posicionada adjacente a uma janela de saída em comunicação ótica com a fonte.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a borda é dimensionada para substancialmente igualar o comprimento de uma linha de varredura projetada a partir da fonte.
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte (32) de energia inclui uma lâmpada de flash que emite luz e fibras ópticas claras a seleção espectral da luz emitida.

Petição 870170101211, de 22/12/2017, pág. 7/13

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