-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von
Gefäßverletzungen in einem Bereich der Haut gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
wie diese beispielsweise aus der DE-A-27 17 421 bekannt ist.
-
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, elektromagnetische Strahlung in
medizinischen Applikationen für therapeutische Zwecke, wie beispielsweise für die
Behandlung von Hautbeschwerden, anzuwenden. Beispielsweise beschreibt die
US-A-4,298,005 (Mutzhas) eine kontinuierliche ultraviolette Lampe für
kosmetische, photobiologische und photochemische Anwendungen. Darin wird ein
Verfahren beschrieben, das auf der Ausnutzung des ultravioletten Anteils des
Spektrums und dessen photochemischer Wechselwirkung mit der Haut basiert. Die von
der Lampe gemäß Mutzhas auf die Haut gebrachte Energie wird mit 150 W/m²
angegeben, was keinen signifikanten Effekt auf die Hauttemperatur hat.
-
Zusätzlich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Behandlung mit
ultraviolettem Licht sind Laser für dermatologische Verfahren angewandt worden, wie
beispielsweise Argon-Laser, CO&sub2;-Laser, Nd(Yag)-Laser, Kupferdampf-Laser,
Rubin-Laser und Farbstoff-Laser. Beispielsweise beschreibt die US-A-4,829,262
(Furumoto) ein Verfahren zur Konstruktion eines Farbstoff-Lasers für die
Anwendung in dermatologischen Applikationen. Zwei Zustände der Haut, die mittels
Laser-Strahlung behandelt werden können, sind äußere Hautstörungen, wie lokale
Unterschiede in der Pigmentierung oder Struktur der Haut, und
Gefäßbeschwerden, die tiefer unter der Haut liegen und eine Vielzahl von Abnormitäten der Haut
verursachen, wie beispielsweise Portwein-Male, Gefäßerweiterungen,
Krampfadern in den Beinen sowie kirschartige und spinnenförmige Gefäßgeschwülste. In
der Regel beinhaltet die Laserbehandlung derartiger Hautstörungen ein lokales
Aufheizen des Behandlungsbereichs aufgrund der Absorption von Laser-
Strahlung. Das Erwärmen der Haut verändert oder korrigiert die Hautstörung und
bewirkt das vollständige oder teilweise Verschwinden der Abnormität der Haut.
-
Bestimmte äußere Störungen, wie beispielsweise Pigmentverletzungen, können
ebenso behandelt werden, indem die Haut sehr schnell auf eine ausreichend hohe
Temperatur erwärmt wird, um Teile der Haut zu verdampfen. Tieferliegende
Gefäßstörungen werden typischerweise behandelt, indem das Blut auf eine
ausreichend hohe Temperatur erwärmt wird, so daß es koaguliert. U. U. wird dann die
Störung verschwinden. Um die Behandlungstiefe zu kontrollieren, kommt des
öfteren eine gepulste Strahlungsquelle zum Einsatz. Die Tiefe, mit der die Wärme
in das Blutgefäß hineindringt, wird gesteuert, indem die Pulsbreite der
Strahlungsquelle gesteuert wird. Die Absorptions- und Streuungskoeffizienten der Haut
beeinflussen ebenfalls die Eindringung der Wärme. Diese Koeffizienten sind eine
Funktion der Bestandteile der Haut und der Wellenlänge der Strahlung.
Insbesondere scheint der Absorptionskoeffizient von Licht in der Epidermis und Dermis
eine geringfügig variierende, stetig abnehmende Funktion der Wellenlänge zu
sein. Demzufolge sollte die Wellenlänge des Lichts so gewählt werden, daß der
Absorptionskoeffizient für den spezifischen Hautzustand und für die Größe des zu
behandelnden Gefäßes optimiert ist.
-
Die Effektivität von Lasern für Anwendungen, wie beispielsweise dem Entfernen
von Tätowierungen oder Geburts- und Altersmalen, ist gering, da Laser
monochromatisch sind. Ein Laser mit einer gegebenen Wellenlänge kann effektiv zur
Behandlung eines ersten Typs einer Pigmentstörung der Haut herangezogen
werden, jedoch erweist er sich als ineffektiv für einen zweiten Typ einer Hautstörung,
wenn die spezifische Wellenlänge des Lasers nicht wirksam von der Haut absorbiert
werden kann, die diesen zweiten Typ einer Störung aufweist. Darüber hinaus
sind Laser im allgemeinen kompliziert, teuer herzustellen, groß im Vergleich zur
Menge der bereitstellbaren Energie, unzuverlässig und schwierig Instand zu
halten.
-
Die Wellenlänge des Lichts beeinflußt ebenso die Behandlung der Gefäßstörung,
da der Blutanteil in der Nähe der Gefäßstörung variiert und den
Absorptionskoeffizienten des Behandlungsbereichs beeinflußt. Oxyhämoglobin bildet den
Hauptfarbstoffträger, der die optischen Eigenschaften im Blut beeinflusst und breite
Absorptionsbänder in dem sichtbaren Bereich aufweist. Insbesondere tritt die
stärkste Absorptionsspitze von Oxyhämoglobin bei 418 nm auf und weist eine
Bandbreite von 60 nm auf. Zwei zusätzliche Absorptionsspitzen mit geringeren
Absorptionskoeffizienten treten bei 542 und 577 nm in Erscheinung. Die gesamte
Bandbreite dieser zwei Spitzen liegt in einem Bereich von 100 nm. Außerdem ist
Licht in dem Wellenlängenbereich von 500 bis 600 nm für die Behandlung von
Störungen der Blutgefäße der Haut wünschenswert, da dieses von dem Blut
absorbiert wird und durch die Haut hindurchdringt. Längere Wellenlängen bis zu
1000 nm erweisen sich ebenfalls als effektiv, da diese tiefer in die Haut
hineindringen können, das umgebende Gewebe erwärmen und zum Erwärmen des
Blutgefäßes aufgrund thermischer Konduktivität beitragen, wenn die Pulsbreite lang
genug ist. Ebenso erweisen sich längere Wellenlängen für die Behandlung
größerer Durchmesser der Gefäße als effektiv, da der niedrigere Absorptionskoeffizient
durch den längeren Weg des Lichtes in dem Gefäß kompensiert wird.
-
Zusätzlich zur Behandlung von Hautstörungen sind Laser auch für invasive
medizinische Verfahren, wie beispielsweise der Lithotripsie und dem Entfernen von
Verstopfungen der Blutgefäße, zum Einsatz gekommen. In derartigen invasiven
Verfahren wird das Laserlicht an optische Fasern gekoppelt und durch die Faser
zu dem Behandlungsbereich geleitet. In der Lithotripsie führt die Faser Licht von
einem gepulsten Laser zu einer Niere oder einem Gallenstein und die Lichtwechselwirkung
mit dem Stein erzeugt eine Schockwelle, die den Stein pulverisiert.
Um eine Verstopfung im Blutgefäß zu entfernen, ist das Licht über die Faser in
die Verstopfung gekoppelt und lässt die Verstopfung zusammenbrechen. In
beiden Fällen treten die Unzulänglichkeiten von Lasern auf, die vorhergehend im
Zusammenhang mit der Laserbehandlung von Haut diskutiert wurden.
Demzufolge wäre eine Behandlungsvorrichtung für die Lithotripsie und dem Entfernen von
Verstopfungen wünschenswert, bei der eine Blitzlampe zur Anwendung kommt.
-
Um einen Bereich effektiv behandeln zu können, muß das Licht von der
Lichtquelle auf den Behandlungsbereich fokussiert werden. Das Einkoppeln gepulsten
Laserlichts in optische Fasern ist in der Medizin sehr üblich. Der Stand der
Technik beschreibt das Einkoppeln isotropischer inkohärenter punktförmiger
Lichtquellen, wie beispielsweise CW-Lampen in kleine optische Fasern. Beispielsweise
beschreibt die US-A-4,757,431 (Cross, et al.) ein Verfahren zum Fokussieren
inkohärenter punktförmiger Lichtquellen mit schmalen Fasern oder einer
Bogenlampe mit einem Elektrodenabstand von 2 mm in einem schmalen Bereich.
Punktförmige (oder kleine) Lichtquellen sind aufgrund der kleinen Größe der
Lichtquelle ohne große Energieverluste relativ einfach zu fokussieren. So beschreibt
auch die US-A-4,022,534 (Kishner) ein Licht, das von einer Blitzröhre erzeugt
wird, und das Sammeln nur eines schmalen Anteils des von der Röhre emittierten
Lichts in einer optischen Faser.
-
Jedenfalls erschwert die große Abmessung einer breiten Lichtquelle, wie
beispielsweise einer Blitzlampe, die Fokussierung großer Anteile ihrer Energie in
schmale Bereiche. Das Einkoppeln in optische Fasern ist sogar schwieriger, da
nicht nur eine hohe Energiedichte erzeugt werden muß, sondern die
Winkelverteilung des Lichtes derart sein muß, daß ein Einfangen in der optischen Faser
bewerkstelligt werden kann. Demzufolge ist es wünschenswert, ein System zum
Einkoppeln des Ausgangs einer hochintensiven, breiten, gepulsten Lichtquelle in
eine optische Faser zur Verfügung zu stellen.
-
In diesem Zusammenhang wird auch auf die Vorrichtung zur Behandlung
unerwünschter Verunstaltungen der Haut verwiesen, beispielsweise unerwünschter
Oberflächenbeschwerden vom Typ Telengiektasie, wie diese aus der WO-A-
91/15264 bekannt ist, die ebenfalls den Einsatz einer optischen Faser benötigt.
Diese bekannte Vorrichtung maximiert von dem Ende einer optischen Faser
emittiertes Licht, das eine Wellenlänge von ca. 585 nm, vorzugsweise innerhalb des
Bereichs von 585 nm +/-10%, bei einer Pulslänge größer als 1,5 us aufweist.
-
Um die technischen Probleme zu lösen, die vorhergehend im Zusammenhang mit
dem aus dem Stand der Technik bekannten Systemen und ihrer technischen
Komplexität und Kosten dargestellt wurden, ist die Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beansprucht.
-
Eine elektromagnetische Breitband-Strahlungsquelle, die den nahen ultravioletten
und den sichtbaren Bereich des Spektrums abdeckt, ist für die Behandlung von
Gefäßstörungen wünschenswert. Der Gesamtbereich an Wellenlängen der
Lichtquelle sollte ausreichen, um die Behandlung für jede einer Vielzahl an
Anwendungen zu optimieren. Eine derartige therapeutische elektromagnetische
Strahlungsvorrichtung sollte auch geeignet sein, einen optimalen Wellenlängenbereich
innerhalb eines gesamten Bereichs für die zu behandelnde spezifische Störung zur
Verfügung zu stellen. Die Intensität des Lichtes sollte ausreichen, um den
benötigten thermischen Effekt durch Erhöhung der Temperatur des
Behandlungsbereichs auf die benötigte Temperatur anzuheben. Ebenso sollte die Pulsbreite über
dem beanspruchten Bereich variierbar sein, so daß für jede Applikation die
optimale Eindringtiefe erreicht wird. Hierzu ist es wünschenswert, eine Lichtquelle
mit einem breiten Bereich an Wellenlängen, der in Abhängigkeit der benötigten
Behandlung der Haut ausgewählt werden kann, mit einer kontrollierten Pulsbreite
und einer ausreichend hohen Energiedichte zur Anwendung des beeinflußbaren
Bereichs zur Verfügung zu stellen.
-
Gepulste Lichtquellen, die nicht vom Lasertyp sind, wie beispielsweise lineare
Blitzlampen, bewerkstelligen diese Vorteile. Die Intensität des emittierten Lichts
kann hoch genug gemacht werden, um die benötigten thermischen Effekte zu
erzielen. Die Pulsbreite kann über den beanspruchten Bereich variiert werden, so
daß ein Steuern der thermischen Eindringtiefe erreicht wird. Das typische
Spektrum deckt den sichtbaren und ultravioletten Bereich ab und die optischen
Bandbreiten, die sich für spezifische Applikationen am effektivsten erweisen, können
ausgewählt werden oder durch Einsatz fluoreszierender Materialien verstärkt
werden. Darüber hinaus sind Lichtquellen, die nicht vom Lasertyp sind, wie
beispielsweise Blitzlampen, sehr viel einfacher und leichter herzustellen als Laser,
erheblich billiger bei gleicher Ausgangsleistung und haben das Potential,
effizienter und zuverlässiger zu sein. Sie weisen einen breiten spektralen Bereich auf,
der für eine Vielzahl an spezifischen Behandlungsapplikationen optimiert werden
kann. Diese Lichtquellen weisen auch eine Pulslänge auf, die über den
beanspruchten Bereich variiert werden kann, was entscheidend für unterschiedliche
Arten an Hautbehandlungen ist.
-
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beiliegenden schematischen
Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
-
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer inkohärenten gepulsten
Lichtquellenvorrichtung zur Hautbehandlung;
-
Fig. 2 eine Seitenansicht der Lichtquelle aus Fig. 1; und
-
Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines pulsbildenden Schaltnetzes mit
einer variablen Pulsbreite zum Einsatz in der
Hautbehandlungsvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2.
-
In den unterschiedlichen Figuren geben gleiche Bezugszeichen gleiche
Bestandteile wieder.
-
Bevor mindestens eine Ausführung der Erfindung im Detail erklärt wird, ist
darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht auf ihre Anwendungen in den Details
der Konstruktion und der Anordnung der Komponenten, wie dies in der folgenden
Beschreibung erklärt oder in den Zeichnungen dargestellt ist, beschränkt ist. Die
Erfindung ist für andere Ausgestaltungen geeignet oder eignet sich, auf
verschiedene Wege bewerkstelligt oder ausgeführt zu werden. Ebenso ist darauf
hinzuweisen, daß die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck der
Beschreibung dient und nicht als beschränkend anzusehen ist.
-
Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2, ist jeweils eine Querschnitts- und
Seitenansicht einer inkohärenten gepulsten Lichtquellenvorrichtung 10 zur Behandlung
von Haut gezeigt, die nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert
und eingesetzt wird. Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit einer
Öffnung, einem Griff 13 (nur Fig. 2), eine Lichtquelle 14 mit einer äußeren Glasröhre
15, einen elliptischen Reflektor 16, eine Reihe an optischen Filtern 18, eine Iris 20
und einen Detektor 22 (nur Fig. 1). Die Lichtquelle 14, die in dem Gehäuse 12
montiert ist, kann eine typische inkohärente Lichtquelle, wie beispielsweise eine
gasgefüllte lineare Blitzlampe Modell Nr. L5568 von ILC, sein. Das Spektrum des
von der gasgefüllten linearen Blitzlampe 14 emittierten Lichtes hängt von der
Stromdichte, der Art des umgebenden Glasmaterials und dem in der Röhre zum
Einsatz kommenden Gasgemisches ab. Für große Stromdichten (beispielsweise
3000 A/cm² oder mehr) ist das Spektrum ähnlich dem eines Strahlungspektrums
eines schwarzen Körpers. Typischerweise wird die meiste Energie in dem
Wellenlängenbereich von 300 bis 1000 nm emittiert.
-
Um eine Haut- (oder sichtbare) Störung zu behandeln, muß eine benötigte
Lichtdichte auf die Haut gebracht werden. Diese Lichtdichte kann mit der in den Fig. 1
und 2 gezeigten Fokussierungsanordnung bewerkstelligt werden. Fig. 1 zeigt eine
Querschnittsansicht eines Reflektors 16, der auch in dem Gehäuse 12 montiert ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, stellt der Querschnitt des Reflektors 16 in einer Ebene,
die senkrecht zur Achse der Blitzlampe 14 liegt, eine Ellipse dar. Die lineare
Blitzlampe 14 ist in einem Brennpunkt der Ellipse angeordnet und der Reflektor
16 ist in einer solchen Art und Weise positioniert, daß der Behandlungsbereich
der Haut 21 in dem anderen Brennpunkt lokalisiert ist. Die gezeigte Anordnung
ist ähnlich zu den mit Lasern angewandten Fokussieranordnungen und koppelt das
Licht von der Blitzlampe 14 effizient in die Haut ein. Diese Anordnung soll
jedoch nicht als beschränkend angesehen werden. Der elliptische Reflektor 16 kann
ein metallischer Reflektor, typischerweise aus poliertem Aluminium sein, so daß
er leicht herstellbar ist, und der eine sehr hohe Reflektivität in dem sichtbaren und
dem ultravioletten Bereich des zur Anwendung kommenden Spektrums aufweist.
Andere reine oder beschichtete Metalle können für diesen Zweck ebenfalls
herangezogen werden.
-
Optische und neutrale Dichtefilter 18 sind in dem Gehäuse 12 in der Nähe des
Behandlungsbereichs angeordnet und können in den Strahlengang hinein oder aus
dem Strahlengang heraus bewegt werden, um das Spektrum und die Intensität des
Lichts zu steuern. Die die niedrigen Frequenzen abschneidenden Filter kommen in
den sichtbaren und ultravioletten Bereichen des Spektrums zum Einsatz. In
einigen Verfahren ist es wünschenswert, das nahezu gesamte Spektrum zu nutzen,
wobei nur der ultraviolette Bereich abgeschnitten ist. Die die Frequenzen
abschneidenden Filter sind bereits kommerziell erhältlich.
-
Die Glasröhre 15 ist koaxial zur Blitzlampe 14 angeordnet und weist ein auf
dieser niedergeschlagenes fluoreszierendes Material auf. Die Glasröhre 15 wird
typischerweise für die Behandlung zur Koagulation von Blutgefäßen eingesetzt, um
die Energieeffizienz der Vorrichtung 10 zu optimieren. Das fluoreszierende
Material kann gewählt werden, um den ultravioletten Anteil des Spektrums der
Blitzlampe 14 zu absorbieren und ein Licht in dem Bereich von 500 bis 650 nm zu
erzeugen, das für die Absorption im Blut geeignet ist. Die Innenflächen
kommerzieller fluoreszierender Lampen sind mit ähnlichen Materialien beschichtet. Ein
typisches Material, das zur Erzeugung eines "warmen" weißen Lichts in
fluoreszierenden Lampen genutzt wird, weist eine Umwandlungseffizienz von 80%, eine
Spitzen-Emissionswellenlänge von 570 nm und eine Bandbreite von 70 nm auf
und ist für die Absorption im Blut geeignet. Die Verzögerungszeit von wenigen
Millisekunden dieser Leuchtstoffe stimmt mit langen Pulsen überein, die für die
Behandlung von Blutgefäßen benötigt werden.
-
Andere Formen oder Ausgestaltungen der Blitzlampe 14, wie beispielsweise
kreisförmige, spiralförmige, Kurzbogen- und vielfach lineare Blitzlampen können
zum Einsatz kommen. Der Reflektor 16 kann andere Formen, wie beispielsweise
parabolische oder kreisförmige Formen, aufweisen. Die Lichtquelle kann auch
ohne Reflektor eingesetzt werden und die benötigte Energie und Leistungsdichte
kann dadurch erzielt werden, daß die Lichtquelle 14 in nächster Nähe zu dem
Behandlungsbereich angeordnet wird.
-
Eine Iris 20 ist in dem Gehäuse 12 zwischen den optischen Filtern 18 und dem
Behandlungsbereich angeordnet und steuert die Länge und die Breite des
bestrahlten Bereichs. Die Länge der Blitzlampe 14 steuert die maximale Länge, die
bestrahlt werden kann. Typischerweise wird eine 8 cm lange (Bogenlänge) Röhre
benutzt, wobei nur die mittigen 5 cm der Röhre frei liegen. Die Nutzung der mittigen
5 cm stellt einen hohen Grad an gleichförmiger Energiedichtenverteilung in
dem bestrahlten Hautbereich sicher. Demzufolge ermöglicht die Iris 20 in dieser
Ausgestaltung die Bestrahlung von Hautbereichen mit einer maximalen Länge
von 5 cm. Die Iris 20 kann geschlossen werden, um eine minimale
Bestrahlungslänge von 1 mm zur Verfügung zu stellen. Auf ähnliche Weise kann die Breite
eines bestrahlten Hautbereichs im Bereich von 1 bis 5 mm für eine 5 mm breite
Blitzlampe gesteuert werden. Größere Bestrahlungsbereiche können auf einfache
Art und Weise dadurch erreicht werden, daß längere Blitzröhren oder mehrere
Röhren zum Einsatz kommen, und schmalere Bestrahlungsbereiche können
mittels einer Iris erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung stellt im Vergleich zu
aus dem Stand der Technik bekannten Lasern oder punktförmigen Lichtquellen
größere Bestrahlungsbereiche zur Verfügung und erweist sich für die Koagulation
der Blutgefäße als sehr effektiv, da eine Unterbrechung des Blutstroms über einen
längeren Abschnitt des Gefäßes effektiver für dessen Koagulation ist. Der größere
Bestrahlungsbereich verringert gleichzeitig auch die benötigte Behandlungszeit.
-
Ein Detektor 22 (Fig. 1) ist außerhalb des Gehäuses 12 montiert und nimmt das
von der Haut reflektierte Licht auf. Der Detektor 22, der mit den optischen Filtern
18 und den neutralen Dichtefiltern kombiniert ist, kann herangezogen werden, um
eine schnelle Schätzung der spektralen Reflexion und der
Absorptionskoeffizienten der Haut zu bewerkstelligen. Dies kann bei einer geringen Energiedichtehöhe
vor der Anwendung des Hauptbehandlungspulses durchgeführt werden. Eine
Messung der optischen Eigenschaften der Haut vor der Anwendung des
Hauptpulses eignet sich, um optische Behandlungsbedingungen festzustellen. Wie
vorhergehend erwähnt, ermöglicht das breite Spektrum des von der Lichtquelle, die
nicht vom Lasertyp ist, emittierte Lichts die Untersuchung der Haut über einen
breiten spektralen Bereich und die Auswahl optimaler Wellenlängen für die
Behandlung.
-
In einer alternativen Ausgestaltung können der Detektor 22 oder ein zweites
Detektorsystem zur Echtzeit-Temperaturmessung der Haut während ihrer
Bestrahlung durch die gepulste Lichtquelle herangezogen werden. Dies erweist sich als
sinnvoll für Thermolyse-Applikationen der Haut mit langen Pulsen, in denen
Licht in der Epidermis und Dermis absorbiert wird. Wird der äußere Bereich einer
Epidermis einer zu hohen Temperatur ausgesetzt, kann eine permanente
Vernarbung der Haut resultieren. Demzufolge sollte die Temperatur der Haut gemessen
werden. Dies kann dadurch realisiert werden, daß die Infrarot-Emission der
erwärmten Haut genutzt wird, um eine Überbestrahlung zu verhindern.
-
Ein typisches Echtzeit-Detektorsystem mißt die Infrarot-Emission der Haut an
zwei spezifischen Wellenlängen, indem es zwei Detektoren und Filter gebraucht.
Das Verhältnis zwischen den Signalen der zwei Detektoren kann herangezogen
werden, um die unmittelbare Temperatur der Haut zu bestimmen. Der Betrieb der
gepulsten Lichtquelle kann gestoppt werden, wenn eine vorbestimmte
Hauttemperatur erreicht wird. Diese Messung ist relativ einfach, da der Temperaturgrenzwert
für gepulstes Erwärmen, der eine Hautvernarbung verursachen kann, im Bereich
von 50ºC oder darüber liegt, und der auf einfache Art und Weise über die
Infrarot-Emission meßbar ist.
-
Die Eindringtiefe der Wärme hängt von der Lichtabsorption und -streuung in den
unterschiedlichen Schichten der Haut und von den thermischen Eigenschaften der
Haut ab. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Pulsbreite. Für eine gepulste
Lichtquelle, deren Energie in einer infinitesimal dünnen Schicht absorbiert wird,
kann die Eindringtiefe (d) der Wärme aufgrund thermischer Leitfähigkeit während
des Pulses durch die Gleichung 1 angegeben werden:
-
(Glg. 1) d = 4 [kΔt/Cρ]1/2
-
wobei k = Wärmeleitfähigkeit des beleuchteten
Materials;
-
Δt = Pulsbreite des Lichtpulses;
-
C = Wärmekapazität des Materials;
-
ρ = Dichte des Materials.
-
Aus Gleichung 1 wird deutlich, daß die Eindringtiefe der Wärme über die
Pulsbreite der Lichtquelle gesteuert werden kann.
-
Demzufolge wird eine Variation der Pulsbreite im Bereich von 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;¹
Sekunden in einer Veränderung der thermischen Durchdringung durch einen Faktor
100 resultieren.
-
Dementsprechend stellt die Blitzlampe 14 eine Pulsbreite von 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;¹
Sekunden zur Verfügung. Zur Behandlung von Gefäßstörungen, bei der die Aufgabe in
der Koagulation der Blutgefäße in der Haut liegt, wird die Pulslänge so
ausgewählt, daß so viel wie möglich der gesamten Dicke des Gefäßes gleichförmig
erwärmt wird, um eine effiziente Koagulation zu bewirken. Typische in der Haut zu
behandelnde Blutgefäße weisen eine Dicke im Bereich von 0,5 mm auf.
-
Fig. 3 zeigt eine Variabel-Impulsbreiten-Erzeugerschaltung, die aus einer Vielzahl
an einzelnen pulserzeugenden Schaltkreisen (PFN) besteht, die die Variation in
den Pulsbreiten der Blitzlampe 14 erzeugen. Die gesamte Breite eines Lichtpulses
bei halbem Maximum (FWHM) einer Blitzlampe, die von einem einzigen PFN-
Element mit der Kapazität C und der Induktivität L gesteuert wird, ist annähernd
gleich:
-
(Glg. 2) Δt 2 [LC]1/2
-
Die Blitzlampe 14 kann von drei verschiedenen PFN-Elementen angesteuert
werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Relais-Kontakte R1', R2' und R3' werden
genutzt, um zwischen drei Kondensatoren C1, C2 und C3 auszuwählen, die von
einer Hochspannungsversorgungsquelle geladen werden. Die Relais R1, R2 und
R3 dienen dazu, das PFN-Element auszuwählen, das mit der Blitzlampe 14
verbunden werden soll. Die Hochspannungsschalter S1, S2 und S3 dienen dazu, die
in den Kondensatoren des PFN-Elements gespeicherte Energie in die Blitzlampe
14 zu laden. In einer Ausgestaltung weisen L1, L2 und L3 jeweils Werte von 100
mH, 1 mH und 5 mH und C1, C2 und C3 jeweils Werte von 100 mF, 1 mF und 10
mE auf.
-
Zusätzlich zur Möglichkeit, jedes PFN-Element separat anzusteuern, was die
grundlegende Variabilität in der Pulsbreite erzeugt, kann eine zusätzliche
Variation dadurch erreicht werden, daß die PFN-Elemente nacheinander angesteuert
werden. Wenn z. B. zwei PFN-Elemente mit einer Pulsbreite Δt1 und Δt2
angesteuert werden, so daß das zweite PFN-Element angesteuert wird, nachdem der
erste Puls auf die Hälfte seiner Amplitude abgenommen hat, dann wird eine
effektive Pulsbreite des Lichts bei dieser Betätigung des Systems durch das
Verhältnis Δt Δt1 + Δt2 bestimmt.
-
Die Ladeleistungsversorgung liegt typischerweise in einem Spannungsbereich von
500 V bis 5 kV. Hierzu sollten die Relais Hochspannungsrelais sein, die diese
Spannungen zuverlässig isolieren können. Die Schalter S sind geeignet, den Strom
der Blitzlampe 14 aufzunehmen und die umgekehrte Hochspannung zu trennen,
die erzeugt wird, wenn die PFN-Elemente nacheinander angesteuert werden.
Festkörperschalter, Vakuum-Schalter oder Gas-Schalter können für diesen Zweck
zum Einsatz kommen.
-
Eine Niedrigstromversorgung (in Fig. 3 nicht gezeigt) kann eingesetzt werden, um
die Blitzlampe in einem Schwachstrom-Modus zu halten. Andere Konfigurationen
können herangezogen werden, um eine Variation der Pulsbreite zu erreichen, wie
beispielsweise der Einsatz eines einzigen PFN-Elements und eines Crowbar-
Schalters, oder der Einsatz eines Schalters mit Schließ- und
Öffnungsmöglichkeiten.
-
Typischerweise kann für den Betrieb der Blitzlampe 14 mit einer elektrischen
Pulsbreite von 1 bis 10 msec die aufbringbare lineare elektrische Energiedichte
100 bis 300 J/cm betragen. Eine Energiedichte von 30 bis 100 J/cm² kann auf der
Haut für eine typische Blitzlampe mit einem Lochdurchmesser von 5 mm erzielt
werden. Die Verwendung des fluoreszierenden Materials wird die
Ausgangsstrahlung in dem gewünschten Bereich weiter erhöhen und dabei die gleiche
Bestrahlung der Haut mit einer geringeren, in die Blitzlampe 14 eingehenden
Energieeingang bewerkstelligen.
-
Die Vorrichtung 10 kann in zwei Einheiten bereitgestellt werden: Eine
leichtgewichtige Einheit, die von einem Arzt mittels eines Griffs 13 gehalten wird, wobei
die handgehaltene Einheit die Blitzlampe 14, Filter 18 und die Iris 20 umfaßt, die
zusammen das Spektrum und die Größe des bestrahlten Bereichs steuern, sowie
die Detektoren, die die Reflektivität und die unmittelbare Hauttemperatur messen.
Die Stromversorgung, die PFN-Elemente und die elektrischen Kontrollelemente
sind in einer separaten Box enthalten (nicht gezeigt), die mit der handgehaltenen
Einheit über ein flexibles Kabel verbunden ist. Dies ermöglicht einen erleichterten
Betrieb und leichten Zugang zu den zu behandelnden Bereichen der Haut.