-
Die vorliegende Erfindung beansprucht Priorität aus der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 61/323.590 eingereicht am 13. April 2010 mit dem Titel „System and Method for Modification and/or Smoothing of Tissue with Laser Ablation“. Diese Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen.
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Veränderung der Oberfläche von menschlichem oder tierischem Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Laserabtragung zum Verändern, Glätten und/oder Entfernen von abgestorbenem Gewebe, wie Verbrennungsschorf, Druckgeschwüre und Stauungsgeschwüre und/oder zum Entfernen von Fremdkörpern aus dem Gewebe zusätzlich zum Beseitigen von Infektionserregern auf dem abzutragenden Gewebe.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Hautprobleme sind in der Gesellschaft weit verbreitet. Menschen sind von Erscheinungen betroffen, die von kosmetischen Beeinträchtigungen wie gutartigen Verfärbungen bis zu ernsthaften Erkrankungen. Dies gilt insbesondere für schwere Verbrennungen dritten Grades, die Verbrennungsschorf (char) erzeugen, der ausgeschnitten (entfernt) werden muss, um darunterliegendes lebensfähiges Gewebe freizulegen. Dieses Entfernen ist erforderlich, um den Heilungsprozess zu vereinfachen und/oder um das Gewebe für den Empfang von Hauttransplantationen vorzubereiten. Der Schorf schwerer Verbrennungen wird zurzeit üblicherweise mit mechanischen Verfahren entfernt, z.B. Entfernen mit Skalpell, Schleifverfahren usw.
-
Diese Verfahren sind langsam, mühsam und traumatisch und in vielen Fällen wird der Schorf nicht vollständig entfernt.
-
In ähnlicher Weise müssen Druck-, Stauungs- und neuropathische Geschwüre, die sich in Hautwunden bilden, ausgeschnitten werden, damit das darunterliegende lebensfähige Gewebe aufgedeckt wird, um den Heilungsprozess zu erleichtern. Auch hier wird das abgestorbene Gewebe zurzeit durch die Anwendung mechanischer Verfahren mit einem unvermeidbaren Begleitschaden für das darunterliegende lebensfähige Gewebe entfernt. Außerdem können diese mechanischen Verfahren das Gewebe anfällig für Infektionen machen, auf unvermeidbare Weise den übermäßigen Verlust von darunterliegendem lebensfähigem Gewebe verursachen und sehr häufig zu einer übermäßigen Narbenbildung führen.
-
Eine Laserabtragung des Gewebes ist ein Prozess, bei dem die Laserstrahlung in einer Schicht von weniger als ungefähr 10 um an der Oberfläche des Gewebes absorbiert wird. Die bevorzugte Wellenlänge für eine starke Absorption liegt im Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums. Diese Absorption verwandelt die langkettigen Proteine des Gewebes in kleinere, flüchtigere Bruchstücke, die von der Oberfläche abgestoßen werden und im Wesentlichen die ganze abgeschiedene Laserenergie in einer Abluftfahne mitnehmen, die aus winzigen Gewerbebruchstücken bis hinunter auf Molekularebene sowie Wasserdampf und anderen Gasen besteht. Die Abtragung stellt eine Gewebeentfernung dar, bei der das darunterliegende Gewebe nur geringfügig geschädigt wird, während alle verbleibenden Infektionserreger zerstört werden, wodurch Infektionsquellen beseitigt werden. Diese Ergebnisse werden in der Veröffentlichung von
Lane et al., „Ultraviolet-Laser Ablation of Skin," Archives of Dermatology, Bd. 121, Seite 609-617, Mai 1985, beschrieben. Die Erfindung der Excimerlaserchirurgie wird in der am 15. Nov. 1988 erteilten
US-Patentschrift Nr. 4.784.135 beschrieben. Beide Verweise werden hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen.
-
Die
US 6 447 503 B1 und die
DE 699 37 850 T2 offenbaren Lasersysteme und Verfahren, die eine Entfernung der Haut ermöglicht und gleichzeitig Kollateralschäden an der Haut unter der behandelten Region minimiert. Die Ablationstiefe kann durch Rückmeldung aus der Hautphysiologie gesteuert werden, nämlich durch die Infusion von Blut in den Exzisionsbereich, wenn die Haut in eine zur Blutungsbildung ausreichende Tiefe abgetragen wurde. Ein zweiter Laser mit einer anderen Wellenlänge durchdringt das Blut und erwärmt es ausreichend, um das Blut zu koagulieren. NAKAJIMA, Akio et al. (New equipment for necrotic burn treatment using excimer laser irradiations. In: Engineering in medicine and biology society, 1994. Engineering advances: New opportunities for biomedical engineers. Proceedings of the 16th annual international conference of the IEEE, 1994, S. 1000 - 1001) offenbaren eine neues Gerät zur Behandlung von stark verbrannter Haut mittels Excimer-Laserablation, wobei Excimer-Laserablationen für die nekrotische Gewebeentnahme verwendet werden. In der
DE 44 08 111 A1 wird eine Laservorrichtung für die koaxiale Positionierung mehrerer Laserstrahlen derselben oder unterschiedlicher Wellenlängen entlang einer einzigen Achse offenbart, wobei mindestens zwei Laseroszillatoren vorgesehen sind, von denen jeder einen Laserstrahl erzeugt.
-
PROBLEME MIT DEM STAND DER TECHNIK
-
Mechanische Gewebeentfernungstechniken sind ungenau, traumatisch und erzeugen einen Infektionsweg für den Wundbereich.
-
Aktuelle Lasersysteme für die Gewebeentfernung können eine große Gewebedicke nicht schnell entfernen, ohne Begleitschäden an dem lebensfähigen Gewebe um oder unter dem entfernten Gewebe zu riskieren. Infrarot- oder sichtbare Laser, die zum Gewebeentfernen verwendet werden, verursachen Begleitschäden (Abtragung oder übermäßiges Erwärmen) am lebensfähigen Gewebe.
-
Der Stand der Technik bietet kein Entfernen von Verbrennungen und abgestorbenen Wundbereichen, die nicht die vollständige Dicke der Haut durchdringen.
-
Insbesondere Kohlendioxidlaser, die eine Infrarotstrahlung von 10,6 Mikrometern abstrahlen, können Gewebe abtragen, aber diese Bestrahlungen hinterlassen eine Schicht von Begleitschäden, die ungefähr 100 Mikrometer dick ist und die letztendlich abstirbt, wenn sie nicht entfernt wird.
-
Chemische Wirkstoffe, die zum Ausschneiden des Wundgewebes verwendet werden, arbeiten langsam und ineffizient und können zu unerwünschten Reaktionen im umgebenden Gewebe führen.
-
ASPEKTE DER ERFINDUNG
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Entfernen von Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein gesteuertes und steriles Entfernen von Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Entfernen von Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung mit einer genauen Endpunkteinstellung.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Entfernen von Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung mit einem genauen, automatisch festgelegten Endpunkt.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Entfernen von Verbrennungsschorf unter Verwendung einer Laserabtragung mit einer genauen Endpunkteinstellung, bei dem insbesondere am lebensfähigen Gewebe unter dem Verbrennungsschorf ein geringfügiger oder kein Begleitschaden auftritt.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Glätten von Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein „Abschrägen“ eines Gewebes unter Verwendung einer Laserabtragung, d.h. für ein Verändern der Grenze zwischen krankhaftem und normalem Gewebe von scharf zu gleitend.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Aufrauen von Gewebe, z.B. ein glattes Narbengewebe, unter Verwendung einer Laserabtragung.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Entfernen von Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung, wobei das entfernte Gewebe infektiösen Ursprungs ist, und/oder oberflächliche bösartige Hauttumore, entkräftetes oder abgestorbenes Gewebe (z.B. Druck-, Stauungs- und neuropathische Geschwüre), gutartige Tumore, Hautfalten, übermäßiges Narbengewebe und/oder Bereiche mit Hautverfärbungen umfasst.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für eine Behandlung von Psoriasis-Plaque sowie vitiliginöser Flecken.
-
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein verbessertes System und Verfahren für ein Entfernen von Material unter Verwendung einer Laserabtragung, wobei das entfernte Material ein organischer, in lebensfähigem Gewebe eingebetteter Körper ist.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein Blockschaltbild eines bevorzugten Systems, das die vorliegende Erfindung verkörpert.
- 2 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte beschreibt, die von der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
- 3 ist ein Flussdiagramm eines Laserabtragungsprozesses.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren für das Abtragen eines unerwünschten Gewebes bereit in denen ein erster Laserstrahl beweglich an einem oder mehreren Oberflächenbestrahlungspunkten über einer oder mehreren Oberflächen des Gewebes platziert wird, um das unerwünschte Gewebe zu entfernen. Das unerwünschte Gewebe befindet sich in der Nähe von lebensfähigem Gewebe. Die erste Abtragung stoppt nach Erreichen eines ersten Endpunktes, wobei an diesem Punkt eine dünne Schicht eines unerwünschten Gewebes zurückbleibt, um sicherzustellen, dass das lebensfähige Gewebe nicht durch den ersten Laser geschädigt wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Erreichen des ersten Endpunkts ein zweiter Laserstrahl über dem unerwünschten Gewebe verschoben. Der zweite Laserstrahl trägt die dünne Schicht des unerwünschten Gewebes ab, bis ein zweiter Endpunkt erreicht wird, an dem das freigelegte Gewebe ein lebensfähiges Gewebe ist.
-
Die Erfindung ist in der Lage eine Oberfläche des Gewebes in unterschiedlicher Weise zu verändern, zum Beispiel zu entfernen, zu glätten, aufzurauen, abzuschleifen oder abzuschrägen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes System und Verfahren für ein Entfernen von Gewebe unter Verwendung einer Laserabtragung bereit. Das System umfasst eine erste Laserstrahlquelle, die in der Lage ist, einen ersten Laserstrahl abzugeben, der eine erste Wellenlänge innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs, eine variable erste integrierte Energiedichte, die ausreicht, um Gewebe abzutragen, und einen gepulsten (nicht kontinuierlichen) Ausgang aufweist. Das System umfasst außerdem ein erstes Steuermodul für das Einstellen der ersten integrierten Energiedichte. Ein erster Laser-Positionierer betätigt den ersten Laserstrahl, um ihn beweglich über einer oder mehreren Oberflächen des Gewebes an zwei oder mehr Punkten der Oberflächenbestrahlung zu platzieren, und die erste integrierte Energiedichte wird an den Punkten der Oberflächenbestrahlung variiert, wenn die erste Laserstrahlposition verändert wird, sodass der erste Laserstrahl mit einem ersten integrierten Energiedichtepegel eine oder mehrere erste Schichten des Gewebes an einem oder mehreren ersten Punkten der Oberflächenbestrahlung abträgt, und das erste Steuermodul der integrierten Energiedichte ändert die erste integrierte Energiedichte in eine oder mehrere zweite Energiedichten, die eine oder mehrere zweite Schichten des Gewebes an einem oder mehreren der zweiten Punkte der Oberflächenbestrahlung abtragen, um damit diese Beschaffenheit der Oberfläche des Gewebes zu verändern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gewebe ein Verbrennungsschorf.
-
Der Begriff „integrierte Energiedichte“ ist definiert als die gesamte Energie pro Flächeneinheit, die an einen Punkt der Oberflächenbestrahlung abgegeben wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Laserausgang gepulst und die integrierte Energiedichte umfasst die Energiedichte/Puls (Energie/Flächeneinheit/Puls) multipliziert mit der Pulsfrequenz (Hz) multipliziert mit der Verweilzeit (Sekunden), bevor der Laserstrahl zu einem neuen Punkt der Oberflächenbestrahlung verschoben wird. Die Energiedichte kann eingestellt werden, indem eine beliebige Kombination aus Energiedichte/Puls, Pulsfrequenz und/oder Verweilzeit variiert wird.
-
In alternativen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das System außerdem einen oder mehrere zweite Laserstrahlquellen, die in der Lage sind, zweite gepulste Laserstrahlen abzugeben, die zweite Wellenlängen innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs und variable zweite integrierte Energiedichten aufweisen, die für das Abtragen von Gewebe geeignet sind. Nachdem der erste Laserstrahl beim Abtragen von Gewebe einen ersten Endpunkt erreicht hat, wird der zweite Laserstrahl vom Laser-Positionierer (entweder der erste Laser-Positionierer oder ein anderer) verschoben, um weiteres Gewebe abzutragen, bis diese zweite Abtragung einen zweiten Endpunkt erreicht. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Endpunkt ein automatisch festgelegter Endpunkt, wobei die automatische Festlegung durch die Einflüsse chemischer Produkte unter dem Endpunkt bestimmt wird, welche den zweiten Laserstrahl absorbieren, ohne die Wärme zu erzeugen, die für die Fortsetzung der Abtragung erforderlich ist.
-
Die Erfindung offenbart ein System und ein Verfahren, die eine Laserabtragung für ein schnelles Entfernen großer Gewebemengen mit geringfügigem oder keinem Begleitschaden am umgebenden oder darunterliegenden Gewebe. Mithilfe dieser Erfindung können Gewebeoberflächen genau und schnell in steriler Weise verändert werden. Die Veränderungen umfassen das Entfernen, Glätten, Abschleifen, Aufrauen und Abschrägen von Gewebe. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung für ein schnelles Entfernen großer Mengen und/oder eine Veränderung von Verbrennungsschorf oder anderem abgestorbenem Gewebe verwendet.
-
Bei alternativen Ausführungsformen folgt auf diesen Prozess eine Laserbestrahlung mit weniger als 200 nm, z.B. mit einer 193-nm-Strahlung von einem ArF-Excimerlaser, für ein genaues und automatisch festgelegtes Entfernen dünner Schichten des verbleibenden Gewebes. Durch die Verwendung dieses zweiten Abtragungslasers kann Verbrennungsschorf oder anderes abgestorbenes Gewebe im Wesentlichen vollständig entfernt werden, wodurch darunterliegendes, ungeschädigtes und sterilisiertes, lebensfähiges Gewebe für den Heilungsprozess freigelegt wird und, wenn es medizinisch angemessen ist, bereit ist eine Hauttransplantation anzunehmen.
-
Eine Ausführungsform mit mehreren Lasern kann nacheinander zwei Abtragungslaser mit verschiedenen Wellenlängen verwenden. Der erste Laser, zum Beispiel mit einer Wellenlänge von 308 nm, wird verwendet für eine/ein beschleunigte/s Wundausschneidung/Abtragen, gefolgt von einem zweiten Laser, zum Beispiel mit einer Wellenlänge von 193 nm, der für die/das genaue und gut gesteuerte Wundausschneidung/Abtragen von Gewebe verwendet wird (z.B. Verbrennungsschorf, Druck-, Stauungs- und neuropathische Geschwüre, andere Läsionen mit abgestorbenen Bereichen), wobei mit jedem Puls ultradünne Materialschichten abgetragen werden.
-
Wo verhältnismäßig dickes Gewebe entfernt werden muss, startet der Schneideprozess mit dem Laser mit längerer Wellenlänge, wie zum Beispiel dem 308-nm-XeCI-Excimerlaser, der die/das anfängliche Wundausschneidung/Abtragen erheblich beschleunigt. Die Verwendung des zweiten Lasers mit kürzerer Wellenlänge, wie zum Beispiel des 193-nm-ArF-Lasers, ist sehr wünschenswert, wenn sehr nahe an der Schnittstelle zwischen dem Verbrennungsschorf oder anderem abgestorbenen Gewebe und einem lebensfähigen Gewebe geschnitten wird, wobei die Gesamtgeschwindigkeit der Wundausschneidung nicht so schnell sein muss.
-
Die Entscheidung, wann vom Laser mit längerer Wellenlänge auf den (193-nm-ArF-Excimer-) Laser mit kürzerer Wellenlänge umgeschaltet wird, wird durch den Endpunkt der ersten Laserabtragung bestimmt. Diese Entscheidung kann durch eine menschliche Einschätzung getroffen werden. Jedoch wird bei bevorzugten Ausführungsformen der Endpunkt der ersten Laserabtragung automatisch bestimmt. Eine bevorzugte Art der Bestimmung des Endpunkts der ersten Laserabtragung ist die Messung der optischen Kennzeichnung (Dunkelheit, Farbe/Farbton, Oberflächenrauheit) des verdünnten Gewebes (Verbrennungsschorfs). Eine CCD-Farbkamera stellt zum Beispiel ein Bild auf einem Monitor bereit und/oder gibt ihr Signal in ein Gerät, das Anwendungen einer Bildverarbeitungssoftware enthält.
-
Wenn beim Beispiel des Verbrennungsschorfs große Bereiche des Verbrennungsschorfs von Verbrennungsopfern entfernt werden müssen, ist es wegen des kritischen Zustands des Verbrennungsopfers wichtig, dass die Zeit für das Verfahren der Verbrennungsschorfentfernung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Daher ist ein Verfahren erforderlich, das automatisch erkennt, wann der Schorf vollständig von einem Bereich abgetragen wurde, der mit einem Abtragungslaser bestrahlt wird, woraufhin der (die) Abtragungslaserstrahl(en) verschoben wird (werden), um einen benachbarten Schorfbereich zu bestrahlen.
-
Jetzt wird Bezug genommen auf 1, ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Das System 100 umfasst einen ersten Laser 105, der einen Laserstrahl 106 abgibt, und wahlweise einen zweiten Laser 110, der einen Laserstrahl 111 abgibt. Die integrierte Energiedichte der Laserstrahlen wird durch ein System für Laserquellen und -steuerung 115 gesteuert. Das Lasersystem 115 steuert auch für jeden Laser die Platzierungs- und optischen Parameter der Strahlen (106, 111), wobei die (in einer bevorzugten Ausführungsform in 2 gezeigte) Prozesssteuereinheit 200 verwendet wird.
-
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen hat das System 100 die Fähigkeit mithilfe eines Laserstrahlwählers 120 vom ersten Laser 105 auf den zweiten Laser 110 umzuschalten. Der Laserstrahlwähler kann ein Satz von Spiegeln sein. Einer der Spiegel kann ein Auswahlspiegel sein, der anfänglich den Ausgangsstrahl 106 des ersten Lasers 105 in das Laserstrahlsteuermodul 130 richtet. Wenn der Auswahlspiegel seine Position verändert, wird der Ausgangsstrahl 111 des zweiten Lasers 110 auf das Laserstrahlsteuermodul 130 gerichtet. Diese und ähnliche optische Schaltmechanismen sind allgemein bekannt.
-
Es gibt alternative Arten, um die Laser 120 auszuwählen. Beide Laser können durch das Laserstrahlsteuermodul gerichtet werden, aber der Laser, der die Laserausgangsstufe erreicht, wird eingeschaltet, während der andere Laser ausgeschaltet wird. Alternativ kann jeder der Laserstrahlen (106, 111) durch einen unterschiedlichen Manipulator im Laserstrahlsteuermodul 130 gesteuert werden. Bei dieser Ausführungsform wird der vom Laserschaltmodul 120 ausgewählte Laserstrahl durch das Laserstrahlsteuermodul 130 ausgerichtet, um die Oberfläche des Gewebes 150 zu bestrahlen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Zeitpunkt, wann der Laserstrahl, der das Gewebe bestrahlt, verschoben oder umgeschaltet wird, durch den Endpunkt der Abtragung bestimmt.
-
Die Steuereinheit 160 für Positions- und optische Parameter steuert die Platzierung des Strahlenausgangs (106, 111) von beiden Lasern (105, 110) in Bezug auf den Anteil der Oberfläche des Gewebes 150, der bestrahlt wird. Die Steuereinheit 160 für Positions- und optische Parameter erhält vom System für Laserquellen und - steuerung 115 Informationen zum Zeitablauf und zur Platzierung, wodurch sie steuert, wie lange ein Bereich mit einer vorgegebenen Energiedichte pro Puls und Pulsfrequenz bestrahlt wird (Verweilzeit) und welcher Bereich auf der Oberfläche des Gewebes bestrahlt werden soll. Das Gewebe kann in Bezug auf den Strahl auch platziert werden, indem der Tisch 140 verschoben wird, auf dem das Gewebe befestigt ist. Die Tischposition wird auch durch die Steuereinheit 160 für Positions- und optische Parameter gesteuert und kann unabhängig oder in Kombination mit der Platzierung der Strahlen der Laser verwendet werden. Die Laser (105, 110) und möglicherweise das gesamte System für Laserquellen und -steuerung 115 können auch mithilfe einer mechanischen Vorrichtung, wie einem mechanischen Arm, Navigator und/oder Roboter, verschoben und platziert werden.
-
Steuereinheiten
160 für Positions- und optische Parameter sind allgemein bekannt. Im medizinischen Bereich werden zum Beispiel mechanische Arme, Navigatoren und/oder Chirurgieroboter seit vielen Jahren verwendet. Siehe
US-Patentschrift 5.086.401 „Image-directed robotic system for precise robotic surgery including redundant consistency checking“ an Glassman et al.;
US-Patentschrift 5.402.801 „System and Method for Augmentation of Surgery“ an Taylor et al.; und
US-Patentschrift 5.572.999 „Robotic System for positioning a Surgical Instrument Relative to a Patient's Body“ an Funda et al., die hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen werden. Bei zahlreichen Ausführungsformen können die chirurgischen Instrumente aus diesen Verweisen entweder der Laser oder der Laserstrahl sein, der auf die Oberfläche des Gewebes einwirkt. Beachten Sie auch die Produktlinie an chirurgischen Robotern, die von Intuitive Surgical Corporation vertrieben und markenrechtlich geschützt sind, z.B. das da Vinci Surgical System - http://www.intuitivesurgical.com/index.aspx.
-
Das System 100 umfasst außerdem einen Detektor 170, der einen oder mehrere Aspekte der Abtragung misst, die auf der Oberfläche des Gewebes am Punkt der Oberflächenbestrahlung stattfindet. Diese Informationen werden vom System für Laserquellen und -steuerung 115 verwendet, um: (i) die Energiedichte pro Puls des Laserstrahls zu ändern, (ii) die Pulsfrequenz zu ändern, (iii) die Pulsdauer zu ändern, (iv) den Laserstrahl nach einer geeigneten Verweilzeit zu verschieben, um das Gewebe an einem anderen Standort zu bestrahlen und/oder (v) auf einen anderen Laserstrahl umzuschalten. Diese Änderungen und/oder andere Aktionen beeinflussen die integrierte Energiedichte, mit der ein gegebener Punkt auf der Gewebeoberfläche bestrahlt wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Laser 105 eine Wellenlänge (erste Wellenlänge) zwischen 200 Nanometer (nm) und 11 Mikrometer (mm) auf. Die bevorzugte erste Wellenlänge ist 308 nm. Der Arbeitsabstand des ersten Lasers 105, d.h. der Abstand zwischen dem Ausgang des Lasersteuermoduls 130 und der Oberfläche des Gewebes 150, liegt zwischen 1 Zentimeter (cm) und 20 cm.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die integrierte Energiedichte des ersten Laserstrahls 106 größer als 10 Millijoule pro Quadratzentimeter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Energiedichte pro Puls, die Pulsfrequenz, die Verweilzeit und/oder die Pulsdauer des Laserstrahls durch das System für Laserquellen und -steuerung 115 eingestellt, wobei allgemein bekannte Systeme und Verfahren verwendet werden.
-
Der Strahl des ersten Lasers kann kontinuierlich oder gepulst sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Strahl gepulst und die Dauer des Pulses liegt im Bereich zwischen 5 Nanosekunden (ns) und 50 ns.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Strahl 106 des ersten Lasers 105 an einem gegebenen Punkt der Oberflächenbestrahlung des Gewebes 150 eine oder mehrere Schichten des Gewebes abtragen, wobei ein erster Pegel der integrierten Energiedichte verwendet wird, bis ein erster Endpunkt erreicht wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Endpunkt bestimmt, indem eine optische Kennzeichnung vom Punkt der Oberflächenbestrahlung durch den Detektor 170, in diesem Fall ein optischer Detektor 170, gemessen wird. Im Allgemeinen ist die optische Kennzeichnung Licht, das vom Gewebe 150 während der Abtragung durch den Strahl 106 des ersten Lasers 105 gestreut oder reflektiert wird. Beispiele einer optischen Kennzeichnung umfassen einen Dunkelheitsgrad, eine Farbänderung, eine Änderung der Menge des reflektierten Lichts, eine Änderung der Menge des gestreuten Lichts und eine Änderung der Oberflächenrauigkeit. Ein Beispiel eines Detektors 170 ist ein Kamerasystem, das Bildverarbeitungsfunktionen für das Erkennen der optischen Kennzeichnungen aufweist. Der Detektor stellt in Bezug auf die jeweilige optische Kennzeichnung ein Ausgangssignal her, das dem System für Laserquellen und -steuerung 115 bereitgestellt wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Endpunkt der Punkt, an dem vom Gewebe 150, das abgetragen wird, eine Dicke zwischen 100 nm und 1 Millimeter (mm) an abgestorbenem Gewebe über dem lebensfähigen Gewebe zurückbleibt. Bei einer bevorzugteren Ausführungsform wird der erste Endpunkt erreicht, wenn die Dicke des abgestorbenen Gewebes 150 über dem lebensfähigen Gewebe 250 nm beträgt, und noch bevorzugter, wenn das abgestorbene Gewebe eine glatte Oberfläche aufweist. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird der gewünschte Endpunkt erreicht, nachdem der Großteil des unerwünschten Gewebes entfernt wurde, aber noch genügend unerwünschtes Gewebe zurückbleibt, um das darunterliegende (und/oder benachbarte) lebensfähige Gewebe zu schützen, sodass ein geringes oder kein Risiko vorhanden ist, dass das lebensfähige Gewebe geschädigt wird.
-
Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen werden das System und die Verfahren der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, die Beschaffenheit der Gewebeoberfläche zu ändern, z.B. durch Glätten, Aufrauen oder Abschrägen. Für die Erzeugung von kosmetischen Verbesserungen an einem Narbengewebe wird zum Beispiel die Oberflächenbeschaffenheit des abgetragenen Gewebes absichtlich aufgeraut. Bei anderen Ausführungsformen wird die Oberflächenbeschaffenheit des abgetragenen Gewebes „abgeschrägt“, wobei das Gewebe an einem Standort dicker ist und an Standorten, die sich zunehmend vom dicksten Standort entfernen, immer dünner wird. Bei bestimmten Verfahren in der plastischen und wiederaufbauenden Chirurgie erzeugt die Abschrägung ein verbessertes Erscheinungsbild.
-
Nach der Abtragung werden Variationen in der Dicke der Oberflächenbeschaffenheit (glatt, rau, abgeschrägt) erreicht, indem die integrierte Energiedichte des Strahls 106 des ersten Lasers 105 verändert wird, wenn der Strahl in Bezug auf die Oberfläche verschoben wird. Wenn die Bestrahlungsoberfläche erhaben ist, liegt die integrierte Energiedichte für das Glätten der Oberfläche höher, und wenn die Bestrahlungsoberfläche vergleichsweise eingedrückt ist, liegt die integrierte Energiedichte für das Glätten niedriger.
-
Der Detektor 170 bestimmt, welche Bereiche der Oberfläche vergleichsweise erhaben oder eingedrückt sind.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberflächentopografie oder Rauigkeit des Verbrennungsschorfs oder des zu verändernden oder zu entfernenden anderen Gewebes (wie abgestorbenes Gewebe) gemessen, indem die Oberfläche mit einem ultrakurzen Lichtpuls (Pulsdauer) von einem Piko- und Femtosekunden-Laser beleuchtet wird, wobei der Strahl eine kleine Leuchtpunktgröße aufweist (d.h. klein im Vergleich mit den Eigenschaften der Oberflächentopografie). Da mit dem Strahl die Oberfläche des Gewebes abgetastet wird, stellt die Zeit, die das zurückgestreute Licht benötigt, um den Detektor zu erreichen, zusammen mit der bekannten Geschwindigkeit des Lichtes Daten bereit, die in eine dreidimensionale Karte der Oberflächentopografie umgewandelt werden können. Diese automatische Oberflächentopografietechnik kann, falls notwendig, vom ausführenden Chirurgen außer Kraft gesetzt werden. Die Topografie der Oberfläche am Bestrahlungspunkt stellt dem Lasersteuerungssystem eine Rückmeldung bereit, die daraufhin den Pegel der integrierten Energiedichte des Strahls 106 des ersten Lasers 105 so eingestellt, dass die erhabenen Oberflächen stärker abgetragen werden, als die eingedrückten Oberflächen. Auf diese Weise wird die Gesamtoberfläche des Gewebes geglättet.
-
Die Laserstrahlen können die gesamte Gewebeoberfläche in verschiedenen Richtungen abtasten. Bei einer Ausführungsform kann, wenn die Oberfläche rau ist, der Querschnitt des ersten Laserstrahls nicht kontinuierlich sein und zwei oder mehr Abschnitte mit einer höheren integrierten Energiedichte aufweisen, die von Abschnitten mit einer niedrigeren integrierten Energiedichte getrennt werden, wobei die Energiedichte pro Puls über den gesamten Strahlquerschnitt eingestellt wird, um die Topografie des Oberflächenbereichs abzubilden, der bestrahlt wird, sodass die höhere integrierte Energiedichte die erhabeneren Bereiche und die niedrigere integrierte Energiedichte die eingedrückteren Bereiche der Oberfläche bestrahlen.
-
Bei einer anderen Ausführungsform weist der Strahl des ersten Lasers einen kontinuierlichen Querschnitt mit einer einheitlichen Energiedichte pro Puls auf und mit diesem Strahl wird das gesamte (abgestorbene) Gewebe kontinuierlich abgetastet, aber mit einer variablen Abtastrate (um die integrierte Energiedichte zu verändern) auf der Basis der Anforderungen des abgestorbenen Gewebes, z.B. der Anforderungen für das Entfernen oder andere Veränderungen am abgetasteten Gewebestandort. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erlaubt dies, dass die integrierte Energiedichte, die einen gegebenen Gewebebereich bestrahlt, auf die Dicke des abgestorbenen Gewebes angepasst wird.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform wird mit dem Strahl des ersten Lasers in einer nicht kontinuierlichen Weise abgetastet, wodurch die integrierte Energiedichte über der abgetasteten Oberfläche verändert wird, um die Bestrahlung von Bereichen oder Abschnitten mit gesundem lebensfähigem Gewebe zu vermeiden, das sich in der Nähe von Bereichen mit (abgestorbenem) Gewebe befindet, das abgetragen werden soll.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann, wenn der Bereich des abzutragenden (abgestorbenen) Gewebes viel größer ist als der Querschnitt des Laserstrahls, der Abtragungsmodus „Schritt und Wiederholen“ sein, d.h. ein Gewebebereich mit der gleichen Größe wie der Strahlquerschnitt wird mit einer gegebenen integrierten Energiedichte bestrahlt, anschließend wird der Strahl mit einer geringfügigen Überlagerung zu einem benachbarten Bereich verschoben und der Prozess wird mit der geeigneten Energiedichte wiederholt; dieser Prozess wird fortgesetzt, bis das besondere Gewebe vollständig auf eine gewünschte Tiefe abgetragen wurde.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das abzutragende Gewebe 150 Verbrennungsschorf. Die Erfindung stellt eine neue und wirksame Weise für das Entfernen von Verbrennungsschorf bereit, da anfänglich eine größere Abtragungsrate ausgeführt wird, die bei Erreichen des ersten Endpunktes beendet wird. Auf diese Weise wird der Großteil des abgestorbenen Gewebes schnell entfernt, aber das lebensfähige Gewebe, z.B. unter oder in der Nähe des entfernten Gewebes, wird nicht geschädigt. Außerdem kann die Abtragung durch den ersten Laser 105 das Gewebe 150 durch die Verringerung der Dicke und/oder die Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit des Gewebes 150 so vorbereiten, dass ein genaueres Entfernen mithilfe der Strahlen 111 eines oder mehrere zweiter Laser 110 ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsform stellt eine beispiellose Fähigkeit bereit, Verbrennungsschorf zu entfernen, während automatisch die Abtragung beendet wird, sobald (in einer bevorzugten Ausführungsform durch den zweiten Laser 110) ein lebensfähiges Gewebe freigelegt wird, wobei am lebensfähigen Gewebe kein Begleitschaden auftritt und es außerdem steril und bereit für weitere medizinische/chirurgische Behandlungen, z.B. eine Hauttransplantation, übergeben wird.
-
Bei alternativen Ausführungsformen folgt je nach Bedarf auf den ersten Laser 105 ein zweiter Laser 110 (oder sogar zusätzliche zweite Laser), der jede der nachfolgenden Gewebearten 150 entfernen kann:
- i) Entkräftetes oder abgestorbenes Gewebe wie in Stauungsgeschwüren, Ecthyma-Läsionen, einer nekrotisierenden Fasziitis, neuropathischen diabetischen Geschwüren und Druckgeschwüren;
- ii) oberflächliche bösartige Hauttumore, wie zum Beispiel Basalzellenkarzinome, Bowen-Krankheit, Lentigo maligna oder Plattenepithelkarzinome;
- iii) örtlich begrenzte infektiöse Läsionen, wie zum Beispiel Warzen, Dellwarzen, oberflächliche weiße oder andere Arten des Nagelpilzes, Herpes simplex und Gürtelrose;
- iv) gutartige Läsionen, wie zum Beispiel Altersflecken, Alterswarzen, Syringome, Xanthelasmen, Hautpolypen, aktinische Keratosen, Hidrozystome und Talgdrüsen-Hyperplasie.
-
Das Gewebe 150 kann auch von organischen Gegenständen (Gewebe) durchdrungen werden, wie zum Beispiel Stacheln eines Seeigels, Stacheln eines Stachelschweins, Holzspäne, Insektenteile, Zecken oder Zeckenteile, die entfernt werden können, indem der Strahl 106 des ersten Lasers 105 auf eine kleine Lichtpunktgröße gebündelt wird und mit diesem Strahl der äußere Rand des Fremdkörpers (Gewebes) abgetastet wird, wobei eine geringfügige Menge an Gewebe abgetragen wird, wodurch der Gegenstand freigelegt wird, sodass er einfach herausgezogen werden kann. Wenn der Fremdkörper (das Gewebe) trockenes Gewebe durchdringt, das eine verhältnismäßig geringe Konzentration an Chloridionen enthält, kann der Strahl 111 des zweiten Lasers 110 dazu verwendet werden, um dieses Gewebe abzutragen.
-
Außerdem umfassen andere Unregelmäßigkeiten des Gewebes 150, die mit dieser bevorzugten Ausführungsform verändert werden können, Hautfalten, übermäßiges Narbengewebe und Hautverfärbungen.
-
Bei alternativen bevorzugten Ausführungsformen wird, nachdem ein Oberflächenbereich verändert wurde und mit dem Strahl 106 des ersten Lasers 105 an allen Bestrahlungspunkten auf der Oberfläche der erste Endpunkt erreicht wurde, der Strahl 111 des zweiten Lasers 110 vom Laserauswahl-/-schaltmodul 120 ausgewählt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform führt der zweite Laser 110 eine feinere Abtragung des Gewebes 150 aus. Nachdem die Abtragung mit dem ersten Laser 105 eine glatte Oberfläche des Verbrennungsschorfs oder des abgestorbenen Gewebes mit einer Dicke von ungefähr 250 nm zurücklässt, kann der zweite Laser 110 zum Beispiel diese dünnere Schicht des Verbrennungsschorfs oder des abgestorbenen Gewebes mit einer geringen Variation der integrierten Energiedichte abtragen, wobei bei jedem Puls wesentlich weniger Gewebe abgetragen wird als mit dem ersten Laser 105. Auf diese Weise kann das Entfernen von Gewebe in der Nähe von lebensfähigem Gewebe genau gesteuert werden und selbst, wenn nach dem vollständigen Entfernen des Verbrennungsschorfs von der Gewebeoberfläche kein zweiter Endpunkt vorhanden wäre, wäre der Schaden am lebensfähigen Gewebe sehr gering.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Laser 110 eine Wellenlänge (erste Wellenlänge) zwischen 180 Nanometer (nm) und 10,6 Mikrometer (mm) auf. Die bevorzugte zweite Wellenlänge ist 193 nm. Der Arbeitsabstand des zweiten Lasers 110, d.h. der Abstand zwischen dem Ausgang des Lasers 130 und der Oberfläche des Gewebes 150 liegt zwischen 1 Zentimeter (cm) und 20 cm.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die integrierte Energiedichte des Strahls 111 des zweiten Lasers 110 am Gewebe 150 größer als 10 Millijoule pro Quadratzentimeter.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird für jeden Laser die integrierte Energiedichte durch das System für Laserquellen und -steuerung 115 eingestellt, wobei allgemein bekannte Systeme und Verfahren verwendet werden.
-
Der Strahl des ersten Lasers kann kontinuierlich oder gepulst sein. Wenn der Strahl gepulst wird, sollte die Dauer des Pulses vorzugsweise im Bereich zwischen 5 Nanosekunden (ns) und 50 ns liegen und die Energiedichte/Puls am Gewebe 150 ist größer als 10 Millijoule pro Quadratzentimeter.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Strahl 111 des zweiten Lasers 110 von einem gegebenen Punkt der Oberflächenbestrahlung auf dem Gewebe 150 eine oder mehrere Schichten des Gewebes abtragen, bis ein zweiter Endpunkt erreicht wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Endpunkt aufgrund der Auswahl der Wellenlänge des zweiten Lasers 110 und den chemischen Eigenschaften des lebensfähigen Gewebes 150 automatisch erreicht. Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist es das Ziel, das gesamte abgestorbene Gewebe zu entfernen, welches das lebensfähige Gewebe 150 und/oder das Fremdmaterial abdeckt, während das lebensfähige Gewebe ohne Abtragung und ohne Begleitschaden zurückgelassen wird. Aufgrund der chemischen und physikalischen Eigenschaften des lebensfähigen Gewebes und dadurch, dass die zweite Wellenlänge des zweiten Lasers 110 genau oder ungefähr 193 nm beträgt, erreicht die Erfindung dieses Ziel in bemerkenswerter Weise.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Laser einen Strahl mit einer Wellenlänge von 193 nm im fernen Ultraviolett (fernen UV) auf, wobei es sich vorzugsweise um einen gepulsten Argon-Fluorid-Excimerlaser (ArF-Excimerlaser) handelt. Die Verwendung dieser Wellenlänge hat das neuartige und unerwartete Ergebnis, dass automatisch gestoppt wird, wenn lebensfähiges Gewebe freigelegt wird. Daher erscheint der zweite Endpunkt der Laserabtragung automatisch ohne die Notwendigkeit eines Erkennungssystems. Auf diese Weise kann der gesamte Verbrennungsschorf oder das gesamte abgestorbene Gewebe mit geringfügigen oder keinen Begleitschäden am benachbarten oder darunterliegenden lebensfähigen Gewebe entfernt werden, da der Abtragungsprozess stoppt, sobald der zweite Abtragungslaser mit dem lebensfähigen Gewebe in Kontakt kommt.
-
Lebensfähiges Gewebe unterscheidet sich von Verbrennungsschorf oder abgestorbenem Gewebe in einer sehr entscheidenden Weise: In Wasser gelöste Chloridionen im lebensfähigen Gewebe sind gute Absorber für ultraviolette Strahlung bei Wellenlängen unterhalb von 200 nm mit einem Absorptionsmaximum bei 190 nm. Daher „blockiert“ das „Salzwasser“, das eine wesentliche Komponente des lebensfähigen Gewebes ist, das eintretende UV-Licht und stoppt den Abtragungsprozess vollständig.
-
Das Lichtabsorptionsspektrum einer physiologischen Salzlösung zeigt eine äußerst starke Absorption bei 193 nm. Der Mechanismus dieser Absorption ist die lichtbedingte Ablösung von Elektronen von den Chloridionen, wodurch im wässrigen Medium gelöste Chloratome und solvatisierte Elektronen zurückbleiben. Nach jedem Laserpuls finden die Elektronen in einem Zeitbereich, der sehr lang ist im Vergleich zu den Zeiten der Abtragung und der Thermodiffusion, nach und nach neutrale Chloratome und verbinden sich wieder mit ihnen zu Chloridionen, wodurch die bei der lichtbedingten Ablösung aufgenommene Energie in Form von Wärme abgegeben wird, wobei sich die Wärme aber thermisch in das umgebende Gewebe ausbreitet, sodass der Temperaturanstieg geringfügig ist und keine Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit oder Morphologie des darunterliegenden Gewebes hat. Dieses Phänomen wird in der Veröffentlichung von Lane et al., „Ultraviolet-Laser Ablation of Skin,“ Archives of Dermatology, Bd. 121, Seite 609-617, Mai 1985, ausführlich beschrieben.
-
Im Einzelnen trägt die vom ArF-Laser erzeugte 193-nm-Strahlung wirkungsvoll Verbrennungsschorf und anderes abgestorbenes Gewebe ab. (Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die dickeren Schichten des Verbrennungsschorfs oder des anderen abgestorbenen Gewebes schnell vom ersten Abtragungslaser entfernt.) Sobald der gesamte Schorf oder das gesamte andere abgestorbene Gewebe im Bereich des Laserstrahls abgetragen wurde, beginnt das freigelegte lebensfähige Gewebe, das in einer wässrigen Umgebung (z.B. Blut, Blutplasma, Lymphflüssigkeit, feuchtes lebensfähiges Gewebe) gelöste Chloridionen enthält, eine starke Absorption der 193-nm-Strahlung, ohne dass das Gewebe abgetragen oder thermisch geschädigt wird. Der Absorptionsmechanismus durch Chloridionen ist eine Folge der lichtbedingten Ablösung der Elektronen von den hydratisierten Chloridionen. Grundsätzlich trennt die Energie der 193-nm-Strahlung Elektronen von den Chloridionen und erzeugt hydratisierte Chloratome und hydratisierte Elektronen. Die 193-nm-Strahlung wird durch diesen Prozess so erschöpft, dass die verbleibende Energiedichte, die das lebensfähige Gewebe bestrahlt, nicht ausreicht, um das lebensfähige Gewebe abzutragen oder anderweitig zu schädigen.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine zusätzliche Lichtquelle, die eine besonders ausgewählte Wellenlänge aufweist, um Chloratome zu erkennen, in das System aufgenommen werden. Diese Besonderheit ergibt sich aus der Tatsache, dass die Chloratome gut definierte Elektronenübergänge aufweisen, die nur durch bestimmte Lichtwellenlängen angeregt werden. Daher kann das Vorhandensein von Chloratomen erkannt werden, indem der plötzliche Anstieg der Rückstreuung von dieser Lichtquelle beobachtet wird oder durch die laserinduzierte Fluoreszenz, die von der Zwei-Photonen-Absorption der zusätzlichen Lichtquelle herrührt. Das Erkennen der Chloratome stellt ein Signal bereit, um die Bestrahlung des Gewebebereichs zu beenden, der von Verbrennungsschorf oder anderem abgestorbenem Gewebe befreit wurde, was erreicht wird, indem der abtragende 193-nm-Laserstrahl verschlossen wird oder indem er zu einem anderen Standort verschoben wird, um einen Bereich eines nicht abgetragenen Verbrennungsschorfs oder eines anderen abgestorbenen Gewebes zu bestrahlen, der oder das mit der Laserabtragung entfernt werden soll. Durch die Anwendung dieser zusätzlichen Lichtquelle zum Erkennen einer Chloratomkonzentration können Abtragungslaser mit verschiedenen Wellenlängen verwendet und durch ein System gesteuert werden, indem die zusätzliche Lichtquelle genutzt wird, um das Steuersignal auf der Basis der Erkennung der Chloratomkonzentration bereitzustellen. Licht mit Infrarotwellenlängen von 838 nm und 859 nm regt genau definierte Ein-Photon-Elektronenübergänge in Chloratomen an. Geeignete Lichtquellen mit diesen Wellenlängen sind allgemein bekannt. Insbesondere der Titan-Saphir-Laser kann auf eine dieser beiden Wellenlängen abgestimmt werden oder ein thermisch abgestimmter Diodenlaser kann so abgestimmt werden, dass er Licht mit 838 nm oder 859 nm abgibt, in genauer Resonanz mit diesen Elektronenübergängen in Chloratomen. Licht mit der ultravioletten Wellenlänge von 233 nm regt einen genau definierten Zwei-Photonen-Elektronenübergang in Chloratomen an. Eine geeignete Lichtquelle mit dieser Wellenlänge ist allgemein bekannt. Insbesondere Licht (bei 233 nm) mit einer vervierfachten Frequenz abgeleitet von einem Titan-Saphir-Laser oder einem thermisch abgestimmten Diodenlaser, der Licht mit 932 nm abgibt, regt eine laserinduzierte Zwei-Photonen-Fluoreszenz bei einer Wellenlänge an, die charakteristisch für Chloratome ist. Dieses Licht kann mit bekannten Maßnahmen einfach erkannt und spektral von allen anderen Lichtquellen getrennt werden, wodurch eine sehr empfindliche Erkennung des Erscheinens der ersten Chloratome erlaubt wird, einem Indikator, der anzeigt, dass lebensfähiges Gewebe freigelegt wurde.
-
Es gibt weitere Ausführungsformen der Erfindung die verwendet werden, um eine automatische Selbstabschaltung der zweiten Laserabtragung zu unterstützen.
-
Bei einer Ausführungsform werden wässrige Lösungen von Natriumchlorid (NaCI) oder dessen Derivate eingeführt, wie zum Beispiel mit Chloridionen (CI-) versetzte physiologische Salzlösungen. Bestrahlungen, bei denen sich solche Lösungen unterhalb des Verbrennungsschorfs oder des anderen abgestorbenen Gewebes befinden, erzeugen eine verbesserte Schranke, die sicherstellt, dass die Laserbestrahlung das darunterliegende lebensfähige Gewebe nicht schädigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Salzlösung subkutan unter das verletzte Gewebe in den Bereich zwischen dem geschädigten und dem gesunden Gewebe eingeführt. Die Lösung hat eine bevorzugte Konzentration von ungefähr 1 % NaCI, die ähnlich ist wie die Konzentration von NaCI in Blut.
-
Ein anderes alternatives Verfahren, um einen Schock in Patienten mit ernsthaften Verbrennungen zu vermeiden, ist das Einführen einer hypertonischen Salzlösung mithilfe einer schnellen intravenösen Infusion innerhalb der ersten 24 Stunden. Dieses Verfahren führt dem Patienten Flüssigkeit zu und die Konzentration von CI- im gesunden Gewebe unter der Verbrennung wird erhöht.
-
Eine Kombination dieser Verfahren liefert bessere Laserwundausschneidungen von Verbrennungsschorf und anderem abgestorbenen Gewebe. Diese Erhöhung hilft beim Entfernen des geschädigten Gewebes, ohne das darunterliegende lebensfähige Gewebe auszubrennen oder anderweitig zu schädigen.
-
Diese Technik wird auch automatisch beendet, wenn organische Fremdmaterialien von einem lebensfähigen Gewebe entfernt werden, da die Abtragung endet, sobald die Fremdstoffe entfernt wurden und das darunterliegende lebensfähige Gewebe freiliegt. Diese Technik funktioniert außerordentlich gut, wenn mit einem Laser mit Wellenlängen von unter 200 nm bestrahlt wird, wobei die Fremdmaterialien mit einer hohen Geschwindigkeit abgetragen werden, während lebensfähiges Gewebe geschützt wird, da es von Chloridionen durchströmt wird.
-
Die Erfindung besitzt neben der Wundausschneidung des Verbrennungsschorfs noch andere Verwendungen und Anwendungen. Zum Beispiel: Wunden, infiziertes Gewebe, abgestorbenes Gewebe und organische Fremdkörper können mit dem 193-nm-ArF-Laser oder Lasern mit einer größeren Wellenlänge genau entfernt werden.
-
Aufgrund einer ungenügenden Durchblutung, die durch Krankheiten wie zum Beispiel Diabetes und durch übermäßigen örtlich begrenzten Druck (z.B. langfristige Bettlägerigkeit ohne Bewegung) verursacht wird, entwickeln sich bei solchen Personen Druckgeschwüre und oberflächliche Wunden. Diese Geschwüre und Wunden können mit den üblichen medizinischen Verfahren nicht einfach geheilt werden, da es sehr schwierig ist, das abgestorbene Gewebe mit herkömmlichen Verfahren, z.B. Wundausschneidung mit „Kaltstahl“, zu entfernen, ohne einen Begleitschaden zu verursachen, welcher die Heilung verhindert. Eine Bestrahlung dieser Geschwüre und Wunden mit dem Licht eines 193-nm-ArF-Excimerlasers beseitigt diese Läsionen mit all den vorhergehend beschriebenen Vorteilen mit großer Genauigkeit und ohne Begleitschäden, während sie sterilisiert und keine infektiösen Fremdmikroben eingeführt werden.
-
Der 193-nm-ArF-Excimerlaser trägt mit einer hervorragenden Steuerung Gewebe ab, die eine Virusinfektion aufweisen, wie zum Beispiel Herpes simplex und Gürtelrose an der Augenoberfläche, wodurch die Patienten ohne Begleitschaden von diesen Infektionen geheilt werden.
-
Die Laser mit längeren Wellenlängen in Kombination mit dem 193-nm-ArF-Excimerlaser entfernen Stacheln eines Seeigels, Stacheln eines Stachelschweins, Stacheln von Kakteen und Holzspäne, indem der Laserstrahl auf einen Durchmesser von vergleichbarer Größe oder kleiner als der Durchmesser des Fremdkörpers gebündelt und mit dem gebündelten Bestrahlungslichtpunkt um den Fremdkörper abgetastet wird, wodurch der Begleitschaden für das benachbarte Gewebe auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Herkömmliche mechanische Verfahren erfordern das Entfernen einer zu großen Menge an benachbartem Gewebe, da viele diese Fremdkörper mit Widerhaken ausgestattet sind, die seitlich in das benachbarte Gewebe eindringen.
-
Bestimmte aggressive Organismen greifen die Haut an und verursachen eine Nekrose. Der 193-nm-ArF-Excimer kann diese Organismen mit einer hervorragenden Tiefensteuerung schnell entfernen und zerstören, wobei Begleitschäden auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.
-
Es ist eine bekannte Tatsache, dass 308-nm-Licht dazu verwendet werden kann, Psoriasis-Plaque sowie vitiliginöse Flecken zu behandeln. Der 308-nm-XeCI-Laser ist eine bevorzugte Quelle für dieses Licht. Durch die Bestrahlung dieser Psoriasis-Plaque mit einer integrierten Laserenergiedichte oberhalb des Abtragungsschwellenwerts kann eine verdickte Psoriasis-Plaque entfernt werden, wodurch die darunterliegenden erythematösen Flecken der Schuppenflechte (Psoriasis) freigelegt werden, die mit einem 308-nm-Licht mit Energiedichten unterhalb des Abtragungsschwellenwertes behandelt werden können.
-
In 2 wird jetzt Bezug genommen auf ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Prozesssteuereinheit 200 der vorliegenden Erfindung. Die Prozesssteuereinheit 200 umfasst einen Schritt 210, in dem der anfängliche Ausgangswert für den Energiedichte/Puls-Schwellenwert einer Laserabtragung gemessen wird, z.B. bestimmt aus der Höhe und Position des (abgestorbenen) Gewebes unter Verwendung eines geeigneten Detektors (z.B. Fotozelle, Kamera, Sensor) und/oder einer menschlichen Einschätzung. Diese Messungen 210 werden verwendet, um einen Schritt 215 auszuführen, in dem die Ausgangssollwerte des gesamten Systems initialisiert werden. Danach wird in Schritt 220 die Abtragung durch das Lasersystem aufgrund fortlaufender Messungen mit spezifischen Wellenlängen, Energiedichte/Puls, Verweilzeit und/oder Pulsanzahl ausgeführt. Von daher kann für jeden Gewebetyp für eine spezielle Abtragungsrate für das jeweilige Gewebe eine erwünschte integrierte Energiedichte bestimmt werden. In Schritt 230 werden mit sich wiederholenden Messungen die Änderungen von Höhe und Position des (abgestorbenen) Gewebes aufgenommen, wobei mithilfe des „Detektors 170“ und/oder einer menschliche Einschätzung die Rate und Menge der Gewebeentfernung bestimmt werden. In Schritt 240 wird von der Prozesssteuereinheit 200 und/oder einer menschlichen Einschätzung eine Bewertung vorgenommen, ob das (abgestorbene) Gewebe ausreichend abgetragen wurde. Wenn die Bewertung positiv ausfällt, d.h. ‚Ja‘, verschiebt die Steuereinheit 160 für Positions- und optische Parameter den Laserstrahl zu einem benachbarten, nicht behandelten Bereich und startet die Abtragung gemäß Schritt 220. Wenn die Bewertung negativ ausfällt, d.h. ‚Nein‘, stellt 260 die Steuereinheit 160 für Positions- und optische Parameter die integrierte Energiedichte ein, nachdem die Bestimmung durchgeführt wurde, ob es mit Schritt 270, 280 oder 290 weitergeht. In Schritt 270 wird die integrierte Energiedichte verringert und die Abtragung wird gemäß Schritt 220 aber mit einer geringeren Rate fortgesetzt. Der Schritt 270 kann auch bestimmen, dass die Laserabtragung beendet werden soll. In Schritt 280 wird die integrierte Energiedichte vergrößert und die Abtragung wird gemäß Schritt 220 aber mit einer höheren Rate fortgesetzt. In Schritt 290 werden die Parameter der integrierten Energiedichte nicht verändert und die Abtragung wird gemäß Schritt 220 mit der gleichen Rate fortgesetzt. Der Prozessablauf wird fortgesetzt, bis die gewünschte Menge an (abgestorbenem) Gewebe abgetragen wurde, entweder automatisch mithilfe der Steuerung der Prozesssteuereinheit 200 oder nach dem Ermessen einer menschlichen Einschätzung.
-
3 ist ein Flussdiagramm eines Laserabtragungsprozesses 300.
-
In Schritt 310 wird ein erster Laserstrahl 106 vom System 100 beweglich platziert, um einen oder mehrere Bereiche einer Gewebeoberfläche zu bestrahlen. Der erste Laserstrahl trägt unerwünschtes Gewebe, das sich in der Nähe von lebensfähigem Gewebe befindet, solange ab, bis ein erster Endpunkt erreicht wird. Wie oben bei einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, ist der erste Endpunkt der Punkt, an dem eine dünne Schicht eines unerwünschten Gewebes zurückbleibt, um sicherzustellen, dass das lebensfähige Gewebe nicht durch den ersten Laserstrahl 106 geschädigt wird. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen, bei denen z.B. nicht abgestorbenes Gewebe entfernt wird, könnte der erste Endpunkt durch eine Tiefe der Gewebeentfernung bestimmt werden.
-
Wie oben beschrieben, wird in vielen bevorzugten Ausführungsformen der erste Laserstrahl geregelt, wenn der Strahl verschoben wird. In Schritt 320 wird die integrierte Energiedichte des ersten Laserstrahls variiert, wenn der Strahl verschoben wird, mit dem Ziel die Auswirkung des ersten Lasers auf einen oder mehrere Punkte der Oberflächenbestrahlung zu ändern. Es können auch beliebige andere Variationen geändert werden, die dazu verwendet werden können, um die Rate zu beeinflussen, mit welcher der erste Laserstrahl 106 das Gewebe abträgt.
-
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen des Schritts 320 wird der erste Laserstrahl an den Punkten der Oberflächenbestrahlung variiert, wenn der erste Laserstrahl verschoben wird, wobei der erste Laserstrahl zuerst an einem oder mehreren Punkten der Oberflächenbestrahlung, die eine größere Erhabenheit aufweisen, eine oder mehrere Schichten des Gewebes mit einer größeren Abtragungsrate abträgt und der erste Laserstrahl variiert wird, um einen oder mehrere Punkte der Oberflächenbestrahlung, die eine eingedrückte Erhabenheit aufweisen, mit einer geringeren Abtragungsrate abzutragen, sodass die Oberfläche des Gewebes glatter wird.
-
In Schritt 330 wird wie oben beschrieben die Anwendung des ersten Laserstrahls beendet, wenn der erste Laserstrahl 106 den ersten Endpunkt erreicht.
-
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen wird der wahlweise Schritt 340 ausgeführt. Im Schritt 340 wird, nachdem der erste Endpunkt erreicht und das unerwünschte Gewebe auf eine dünne Schicht verringert wurde, durch das System 100 ein zweiter Laser angewandt. Das System 100 verschiebt den zweiten Laserstrahl 111, sodass der zweite Laserstrahl die verbliebene dünne Schicht des unerwünschten Gewebes abträgt. Diese zweite Abtragung des unerwünschten Gewebes wird fortgesetzt, bis ein zweiter Endpunkt erreicht wird, an dem das freigelegte Gewebe ein lebensfähiges Gewebe ist. An diesem Punkt (Schritt 350) endet die zweite Abtragung. Bei einigen Ausführungsformen wird das Beenden, wie oben beschrieben, automatisch ausgeführt. Am zweiten Endpunkt wird lebensfähiges Gewebe freigelegt, das geringfügige oder keine Schäden aufweist, die entweder durch den ersten oder den zweiten Laserstrahl (106, 111) verursacht wurden.
-
Anhand dieser Beschreibung kann sich ein Fachmann unterschiedliche oder alternative Ausführungsformen dieser Erfindung vorstellen, die zum Umfang dieser Erfindung gehörig angesehen werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel könnte die Erfindung mehr als einen zweiten Laser an verschiedenen Standorten der Oberfläche des Gewebes verwenden oder sie könnte mehr als einen zweiten Laser verwenden, um die Abtragungsraten und/oder die Endpunktbestimmung zu verändern.
