CN101583324A - 用于血管的止血的led设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于血管的止血的LED设备。其中公开了一种用于皮肤血管的止血的LED设备，包括至少一个LED(6)、用于所述LED的电源单元(2)和用于所述LED的冷却装置(4)和散热装置(5)，其中所述LED(6)在蓝－紫光谱带(390－470nm)中发光。所述LED设备还可以装备有聚光系统(7)和用于会聚光的光纤耦合装置(10)。

Description

用于血管的止血的LED设备
技术领域
本发明总体涉及用于皮肤血管的止血的LED技术及其对皮肤整形手术的应用的部分。
具体地，本发明涉及用于处理从皮肤毛细血管出血的问题的LED设备。
本发明还涉及前述类型的设备用于与皮肤消除激光器结合使用以减少所述处理的副作用。
背景技术
目前主要通过以下三种方式实现血管的止血，特别是那些小口径血管(如表皮毛细血管)的止血：1)通过局部机械按压，其中中断血管中的血流，使得能够通过血小板聚集出现凝结；2)通过药物处理(treatment)，例如使用具有致硬化或血管收缩作用的药物；以及3)通过引起处理的热凝结。
具体参照这些处理，可以识别两类设备，其用于获得两种不同类型的处理，即，电凝法和光凝结法。在两种情况下，组织中引起的温度增加使得血液中和血管的结构组成中包含的蛋白质的热变性增加，获得随后的止血。电凝法典型地通过使用如透热凝结器-箝位设备的设备实现，该设备产生高频交变电流(高于300kHz)，这在施加到组织时由于焦耳作用而产生热量。然而，与该技术的使用相关的风险高，因为它们引起的热处理是非选择性的，即，不可以将其作用限制到要求凝结的血管而不将周围的组织也加热。
术语“光凝结法”用于表示更为新近的技术，其比前一技术传播少得多，其包括利用光能照射组织，该光能随后转换为热能，从而引起血管的凝结。
该结果通过使用激光设备实现，该激光设备具有典型地在近红外或中红外区域(0.7-10μm)的波长，该波长主要由组织的水成分吸收。这些设备基本上是二极管、铒、钕和CO2激光器，其已经用于皮肤整形和血管成形术。这些激光器通常不具有对血液成分进行选择作用而不影响周围组织。
另一类型的激光器最近也已经被推荐用于皮肤医学，即，染料激光器，具有大约580-590nm的发射，其对大直径的皮肤(cutaneous)血管(大约1mm)具有选择硬化作用，并且用于移除表皮血管。这些设备对较小口径的皮肤毛细血管(10-100微米)不具有这种选择作用，然而，因为染料(dye)激光器的脉冲发射模式，使得不可能累积足够的热量来引起它们的凝结。而且，这些激光器设备仍然比那些利用近红外和中红外范围中的波长操作的激光器设备昂贵，并且还需要非常频繁的维护，包括替换构成激光器介质的染料(dye)。
具体参照整形手术中的真皮消除(dermal ablation)，其包括通过激光器或使用机械器具移除表皮和一部分真皮，以获得起皱的消除(皮肤再整平)，该消除处理非常频繁导致从真皮乳突(其直径小于100微米)的皮肤血管流血。在处理期间出现的流血对于病人和医生都是不利的，因为这使得医生对于正在处理的区域不可能具有清楚的观察，所以可能导致感染，并且在激光器真皮消除的情况下，这用作反对激光器照射的屏幕。当出现流血时，需要临时停止处理，直到流血停止，这可能花费几分钟，这意味着处理期间连续地停止和开始，显著地增加了整个操作时间，导致病人不舒服以及处理的更高成本。此外，得到的整形效果可能由于宽的疤痕区域而无效。
在皮肤整形手术的领域中，目前基本上提出了两种技术方案来克服出血问题：1)机械压缩出血的皮肤表面，这是最直接的方案，在多数情况下是优选的；2)CO2激光器照射，特别是同一激光器还用于真皮消除处理时。然而，如前所述，CO2激光器不选择血液成分，而是引起所有真皮组织的凝结，并且常常通过具有过热效果，因此由于组织烧伤导致危险，伴随有随后的结疤并发症。
在皮肤整形手术中，并且更通常地在消除损伤的处理中，出血控制的问题仍然是公开的问题，这还没有找到一种简单的以及不贵的方案。因此，最重要的是提供一种安全的设备，其选择性地影响血液成分并且是不贵的、可管理的和用户友好的，还可以设计成用于与美容手术中的真皮消除激光器(铒：YAG和CO2)结合使用，这使得可以快速并且有效地克服出血副作用。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种小的、可管理的和便携式LED设备，用于通过光热凝结处理(即，使用具有受控热释放的、在由血液选择性吸收的波长的照射)引起皮肤血管的止血。该设备意图用于美容手术中的真皮消除处理，并且更具体地，用于不管怎样由手术或意外引起的表皮损伤的处理。
本发明的特定目的是提供一种LED设备，其可以通过与皮肤接触的直接应用手动操作，或者使用合适的光学设备聚焦，或者在表皮血管出血的情况下使用光纤装置传输以导致止血。
本发明的另一特定目的是提供一种LED设备，其具有与用于外科手术或美容处理中的激光器的机头(handpiece)相关联的发光，例如用于真皮消除过程，具有对在所述过程期间引起表皮血管的止血的观察。
这些目的利用止血LED设备实现，其基本特征是包括在蓝-紫光谱带(390-470nm)中发光的LED。
此外，本发明的重要特征在从属权利要求中进行描述。
附图说明
止血LED设备的特性和优点将由下面的作为非限定性示例参照附图给出的实施例的描述变得明显，在附图中：
图1是根据本发明的止血LED设备的示意图；
图2示出根据本发明的止血LED设备如何与真皮消除激光器结合使用；
图3示出皮肤中的主要发色团的吸收频谱；
图4示出在LED设备在与皮肤接触使用时、由于蓝光的作用导致的毛细管中的计算的温度增加；
图5示出由于与图4中相同的处理产生的蓝光的作用导致的皮肤的厚度中的计算的温度增加；
图6示出在LED设备聚焦在皮肤上的情况下，由于蓝光的作用导致的毛细管中计算的温度；
图7示出由于与图6相同的处理产生的蓝光的作用导致的皮肤的厚度中的计算的温度增加；
图8示出在LED设备采用用于传输聚焦的发光的光纤装置的情况下，由于蓝光的作用导致的毛细管中计算的温度；
图9示出由于与图8中相同的处理产生的蓝光的作用导致的皮肤的厚度中的计算的温度增加。
具体实施方式
用于皮肤血管的止血的LED设备基于在蓝-紫光谱带(390-470nm)中的照射的使用，以作为光热效果的结果引起血管的凝结。该LED设备设计为直接与组织接触使用，或使用适当的光学设备或使用光纤传输装置聚焦，这允许该LED设备单独使用或与激光器或高能非相干光源的机头结合使用，用于外科手术或美容处理。
图1示意性示出LED设备的一个可能的实施例，其中数字1指示这样大小的圆柱形容器，该大小使其容易管理，例如直径为5cm，长度为12cm。容器1容纳用于LED 6的电源单元2，例如，具有稳定电压和电流限制装置的模拟型电源单元，其以24V供电以减少对病人或操作者电击的风险。电源单元2电连接到以主电压工作的外部电源3，其提供24V电源。数字4指示用于冷却LED6的风扇，其也由前述稳定的电源单元2供电。LED 6安装在用于散失由LED产生的热量的散热片5上，并与其热接触。
数字7表示用于聚焦来自LED 6的发光的光学系统，包括至少一个镜头8；所述光学系统通过适当的隔板9可容易地附接到散热片5。
对于来自LED的光的光纤传输，如果需要，则设备还可以配备有光纤耦合装置10，用于安装在前述聚焦系统7上；光纤通过例如SMA螺纹型的母连接器11连接。
图2示出了由数字12表示的LED设备如何与外科手术或美容激光器设备16结合使用，其中13是光纤(例如，直径为1mm)，14是激光器的铰接臂，而15是所述铰接臂上的机头。光纤的端部锁定在所述机头中，使得来自LED的光与来自激光器的光同轴发射。在机头内部，还可以有适当的光学系统，例如包括用于会聚从光纤发射的光的光学器件以及反射器，其对LED的波长透射而对激光器的波长完全反射。该光学系统替换紧接在机头前放置的铰接臂的最后镜子，使得LED照射的焦点与激光器照射的焦点重叠在正在处理的组织的表面上。
LED组件可以是各个LED的矩阵的形式，该LED利用全局地中到高的电源在蓝紫带中发光，该电源大约在100mW到1W，如近来开发的并且相对不贵的那些(例如，见Roithner Lasertechnik GmbH Catalogue)。以下事实促使蓝紫光谱带中的LED发射的选择：氧化血红蛋白的主更光吸收峰位于大约410nm，而对于非氧化血红蛋白，在大约430nm。在所述光谱区域中，这两种物种的吸收显著地高于其池血液成分(如水和黑色素)的吸收，如图3所示。在由于表皮的脱落或磨损(abrasion)导致的损失时，可以开发蓝光谱带中的血红蛋白的光学属性以引起小到中等口径(直径为10-100微米)的皮肤血管中的光凝结。真皮层中蓝光的有限深度的穿透(到几百微米)限制了设备应用到表面毛细血管。
接触应用方法。在一个可能的实施例中，使用的光源包括LED阵列，例如LED 435-66-60(Roithner Lasertechnik，Vienna，Austria)，其在430nm和440nm的带中发射700mW的平均光功率，因此在非氧化血红蛋白的吸收峰附近。通过将LED的发光表面与正在流血的皮肤区域直接接触，实现了止血处理。所述应用方法适于相对宽的皮肤面积(即，大约1cm2)的止血。对由设备发射的波长透射的无菌材料纸可以插入在皮肤(skin)和LED的发光表面之间。
以下示例示出当设备与皮肤直接接触使用时温度的增加和其分布的估计。为此，重要的是记住设备在其操作期间散热；具体地，上述LED耗散8W的功率。当与皮肤直接接触使用时，我们可以假设大约1W的该热功率通过传导传送到皮肤组织。正在照射的面积的大小与LED的大小一致，即，半径为4mm的圆盘。假设表皮(epidermis)已经通过表皮磨损而移除，则在小口径的表面真皮毛细管中引起的温度增加可以使用“生物热等式”和有限元方法计算(例如见F.Rossi，R.Pini，“Modeling the temperature rise during diode laser welding ofthe cornea”，Ophthalmic Technologies XV，SPIE Vol.5688，pp.185-193，Bellingham，WA，USA，2005)。如图4所示，得到的图表指示符合该处理类型的、在毛细管中的温度对于时间的响应：我们可以看到，在几秒钟(5-10秒)的照射内，达到的温度能够引起血液成分的凝结，因此停止流血。图5给出了5秒的处理后的在真皮中的温度分布图。我们可以看到限制到被照射的体积的局部加热。
利用LED发射聚焦的应用方法。在另一可能的实施例中，使用了相同的源-LED 435-66-60(435nm，700mW发射功率)，但是在该情况下，在LED前面安装了光聚焦系统7。该应用方法适于几个平方毫米量级的小的皮肤面积的止血。假设该聚焦设备引起LED发射的功率的50％损失，并且在皮肤上的照射面积的半径为1mm，则可以估计血液成分的加热的动力学以及组织中的热量分布。图6示出了计算的温度响应；可以观察到期望的加热效果在0.3秒后实现。使用该考虑所产生的热量分布相当局部化，如图7所示。
使用LED发射的光的光纤传输的应用方法。在另一可能的实施例中，使用了相同的源-LED 435-66-60(435nm，700mW发射功率)，但是在该情况下，除了光聚焦系统7，还安装了光纤耦合系统9。假设使用具有半径为0.5mm的光纤，则该方法提供了非常精确的处理应用，其更适于几个平方毫米量级的小的皮肤面积的止血。例如，使用光纤的方法特别有利于在各个起皱的真皮磨损期间导致的出血的止血。假设光纤耦合引起LED发射的功率的70％损失，并且在皮肤上的照射面积的半径为0.5mm，我们可以估计产生止血的处理的效率，如在之前的情况。结果在图8和9中给出。期望的加热效果在0.3秒后达到，并且非常局部化。
利用光纤传输和结合由具有来自激光器或高能非相干光源的光发射的LED发射的光的应用方法。该方法用于激光真皮消除过程，特别地，在使用短脉冲铒激光器时，其通过“冷消除”生效，即，其引起皮肤中的可忽略的温度增加，不足以引起止血。可实现的操作精度和出血毛细管中的血红蛋白热动力学可与之前情况中的那些相比。
考虑在此没有详细描述的任何其它方面，对本领域技术人员将明显的是上述应用还可以扩展到数个LED模块的组合使用，其中LED可以是相同类型(考虑增加可用的光功率)或不同的类型，如上述LED 435-66-60-110和LED405-66-60-110(Roithner Lasertechnik，Vienna，Austria)，以分别获得与氧化和非氧化血红蛋白的吸收峰一致的光发射。
基于公开内容的阅读，可以想到本发明的各种修改和替代。这些改变和增加被确定为在权利要求定义的本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种用于皮肤血管的止血的LED设备，包括至少一个LED(6)、用于所述LED的电源单元(2)和用于冷却所述LED的装置(4)和散失来自所述LED的热量的装置(5)，其特征在于，所述LED在蓝-紫光谱带(390-470nm)中发光。
2.如权利要求1所述的LED设备，还包括用于所述LED的聚光系统(7)。
3.如权利要求1或2所述的LED设备，还包括用于会聚光的光纤耦合系统(10)。
4.如权利要求3所述的LED设备，其特征在于，该LED设备通过所述光纤耦合系统(10)耦合到激光器(16)或高能非相干光源的机头(15)。
5.如前面任一权利要求所述的LED设备，其中所述LED的总输出在0.1到1W之间。
6.如前面任一权利要求所述的LED设备，其中提供在相同或不同波带中发光的数个LED模块。
7.如权利要求6所述的LED设备，其中所述在不同波带中发光的LED是在410nm和430-440nm左右发光的LED。
8.一种将如前面任一权利要求所述的LED设备用于皮肤血管的止血的方法。
9.如权利要求8所述的方法，其中通过将所述LED设备直接与皮肤接触来手动地操作所述LED设备。
10.如权利要求8所述的方法，其中通过将光会聚在皮肤上来操作所述LED设备。
11.如权利要求8所述的方法，其中通过光纤光传输，单独地或通过激光器设备(16)或高能非相干光源的机头(15)，将所述LED设备用于皮肤上。
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