ES2355411T3 - Sistema lasérico de exploración para el tratamiento de tejidos corporales. - Google Patents

Sistema lasérico de exploración para el tratamiento de tejidos corporales. Download PDF

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ES2355411T3 ES07837729T ES07837729T ES2355411T3 ES 2355411 T3 ES2355411 T3 ES 2355411T3 ES 07837729 T ES07837729 T ES 07837729T ES 07837729 T ES07837729 T ES 07837729T ES 2355411 T3 ES2355411 T3 ES 2355411T3
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Abstract

Un sistema óptico para afectar temporalmente al crecimiento del pelo en la piel de un paciente, que comprende: una barra de láser adaptada para generar energía luminosa adecuada para afectar al crecimiento del pelo en la piel de un paciente; una varilla conductora de luz acoplada, por medios ópticos, a la barra de láser y adaptada para transportar al menos parte de la energía luminosa a una primera zona objetivo en la piel del paciente y un mecanismo de exploración acoplado, por medios mecánicos, a la varilla conductora de luz, caracterizado porque el mecanismo de exploración comprende un eje, con dos ranuras helicoidales, para facilitar el cambio de una orientación de la varilla conductora de luz, de modo que la energía luminosa transportada sea dirigida a una segunda zona objetivo en la piel del paciente.

Description

Campo técnico
La tecnología dada a conocer se refiere, en general, 5 a tratamiento de tejidos y más concretamente al tratamiento dermatológico utilizando energía dirigida.
Antecedentes de la invención
Durante muchos años, se ha utilizado la luz en una amplia gama de aplicaciones médicas. En el campo de la 10 dermatología, se han empleado láseres de alta potencia y sistemas de luz pulsada intensa (IPL) para eliminar permanentemente pelo indeseado, rejuvenecer la piel, eliminar venas, etc. En el campo de la depilación, los dispositivos eliminan el pelo de zonas del cuerpo con 15 pulsos de gran diámetro de láser o luz incoherente, denominada luz pulsada intensa. Un inconveniente de los dispositivos antes descritos es que la potencia (eléctrica y de salida lumínica) necesaria para proporcionar resultados permanentes o de larga duración son muy altas y 20 dichos dispositivos sólo son adecuados para uso en una instalaciones clínica, con profesionales capacitados que hacen funcionar los dispositivos. Otro inconveniente es que los tratamientos son costosos, dolorosos, consumidores de tiempo y sólo efectivos en parte. Para mejorar la 25 eficacia de estos tratamientos se han comercializado dispositivos cada vez más potentes, en un intento de obtener resultados de larga duración. Además, estos dispositivos utilizan haces de salida de gran diámetro que son conocidos por una penetración profunda de la piel y 30 por proporcionar altas dosis de energía a la zona base del folículo piloso. Estos modernos dispositivos, que son
capaces de generar el nivel de potencia “requerido” para una depilación efectiva y de larga duración, con la utilización de puntos luminosos de gran diámetro, son dispositivos grandes, pesados, caros, exigentes de una refrigeración sofisticada y al mismo tiempo peligrosos. 5 Los precios actuales, en el mercado, para dichos dispositivos es superior a 50.000 dólares y el propio dispositivos puede pesar más de 100 libras (45,5 Kg.). No se trata de dispositivos que puedan venderse a usuarios individuales ni utilizarse con seguridad en su hogar por 10 los usuarios medios.
Además de la fabricación de dispositivos laséricos de más potencia, se ha producido una tendencia hacia tamaños mayores de los puntos luminosos. Los resultados experimentales han demostrado que los mayores puntos 15 luminosos penetran más profundamente en el tejido que los pequeños. Por consiguiente, los investigadores en este área, en un esfuerzo para obtener un resultado más permanente y de mayor duración, se esfuerzan en proporcionar los mayores tamaños. Hasta ahora, se ha 20 realizado poca investigación en conocer el comportamiento real de la luz cuando se difunde en el tejido, puesto que guarda relación con el tamaño del punto luminoso. Como resultado, el uso de tratamientos de pequeño punto luminoso ha sido desestimado como no viable en esta área 25 de la dermatología.
El conocimiento frecuentemente mantenido (aunque incorrecto) de cómo la luz se difunde en la piel, como función del tamaño del punto luminoso, ha impedido al sector desarrollar métodos eficaces para la modulación del 30 crecimiento del pelo para el usuario final. La creencia de que solamente láser y puntos luminosos de IPL, de gran
diámetro, pueden causar la depilación ha llevado a todo este sector a desarrollar dispositivos más grandes, más costosos y más peligrosos, produciendo actualmente más de 2900 vatios de potencia de salida.
El documento US 5474549 da a conocer un sistema y 5 método para distribuir un haz de salida desde un sistema de láser sobre un cuerpo que proporciona un nivel de fluencia uniforme a través de una zona de tratamiento completa.
La tecnología dada a conocer se refiere a métodos y 10 dispositivos que utilizan un modelo para difusión de la luz en la piel, como función del tamaño del punto luminoso. Estos métodos y dispositivos utilizan un tamaño del punto luminoso pequeño y radiación de baja potencia para conseguir la modulación del crecimiento del pelo a 15 corto plazo así como para el tratamiento de otras anomalías de la piel. Además, la tecnología dada a conocer en esta invención se puede incorporar en un dispositivo que puede ser muy eficaz utilizando una fracción de la potencia requerida por los dispositivos típicos actuales. 20 El dispositivo aquí dado a conocer puede ser objeto de una fabricación masiva para uso seguro en el hogar con excelentes resultados.
Sumario de la invención
La tecnología dada a conocer en esta invención se 25 materializa en un sistema óptico adaptado para afectar temporalmente al crecimiento del pelo en la piel de un paciente. Este sistema óptico comprende una barra de láser que genera energía luminosa adecuada para afectar el crecimiento del pelo en la piel del paciente. Una varilla 30 conductora de luz, que está acoplada por medios ópticos a la barra de láser, transporta al menos parte de la energía
luminosa a una primera zona objetivo en la piel del paciente y la orientación de dicha varilla conductora de luz se puede cambiar para transportar energía luminosa a otros lugares posteriores en la piel del paciente, utilizando un mecanismo de exploración acoplado por medios 5 mecánicos que está provisto de un eje con dos ranuras helicoidales.
Breve descripción de los dibujos
Para un mejor entendimiento de la invención se hará referencia a la siguiente descripción detallada de la 10 tecnología dada a conocer, cuando se toma en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es un diagrama esquemático de la relación entre el tamaño del punto luminoso y la profundidad de penetración para iluminación sobre la piel humana; 15
La Figura 2 ilustra el decremento de la tasa de fluencia con profundidad a lo largo de un eje del haz para un haz de 1 mm;
La Figura 3 es una representación gráfica de la potencia relativa de un haz estrecho trazado con respecto 20 a la profundidad que muestra la potencia relativa de un pequeño haz en comparación con un haz ancho que tenga la misma fluencia;
Las Figuras 4 (a–d) son representación gráficas de la fluencia relativa generada por un haz de 1 mm que pasa a 25 través de la piel a diferentes profundidades;
La Figura 5 es una representación gráfica de la relación existente entre el diámetro del punto luminoso y la profundidad de tratamiento;
La Figura 6 es un diagrama esquemático de tratamiento 30 no continuo sobre un área de la piel;
La Figura 7 es un diagrama esquemático de tratamiento
continuo de un área de la piel;
La Figura 8 es una representación gráfica que ilustra la dependencia de la fluencia respecto a la profundidad para el diámetro del haz superficial de 1 mm;
La Figura 9 es un representación gráfica que ilustra 5 la distribución de la más alta temperatura a lo largo del tallo del pelo oscuro producido por un movimiento de haz estrecho;
La Figura 10 es una representación de una forma de realización de un dispositivo de tratamiento fabricado de 10 acuerdo con la tecnología dada a conocer en esta invención y utilizando un espejo galvanométrico como un dispositivo de escaneado;
La Figura 11 representa una forma de realización de un dispositivo de contacto según se fabrica de acuerdo con 15 la tecnología dada a conocer en la invención;
La Figura 12 es otra forma de realización de un dispositivo de escaneado utilizando una fibra óptica móvil;
La Figura 12a es otra forma de realización de un 20 dispositivo de escaneado utilizando cuñas giratorias;
La Figura 13 es tratamiento forma de realización de un dispositivo de escaneado utilizando una leva;
La Figura 14 es otra forma de realización de un dispositivo de escaneado utilizando un dispositivo 25 poligonal giratorio;
La Figura 14a es un diagrama de rayos de un modelo paraxial de una forma de realización del escáner con base poligonal representado en la Figura 14;
La Figura 14b es un diagrama esquemático de una forma 30 de realización del dispositivo poligonal representado en la Figura 14, que muestra varias características
geométricas;
La Figura 14c es un diagrama esquemático de la geometría de exploración de una forma de realización del dispositivo poligonal representado en la Figura 14;
La Figura 14d es una parte ampliada del diagrama 5 representado en la Figura 14a;
Las Figuras 15 y 16 son vistas en 3D generales, a modo de ejemplo, de un sistema óptico de acuerdo con una forma de realización de la tecnología dada a conocer en la invención; 10
Las Figuras 17 y 18 ilustran un enfoque analítico para el diseño de una varilla conductora de luz ilustrativa;
La Figura 19 representa la premediación de irradiancia a la salida de una varilla conductora de luz 15 ilustrativa;
La Figura 20 es una vista en primer plano de una varilla conductora de luz para una forma de realización del sistema óptico;
Las Figuras 21 a 23 demuestran la selección de una 20 longitud de la varilla ilustrativa;
Las Figuras 24 y 25 ilustran el estudio del diseño de la varilla en la sección de ensanchamiento;
La Figura 26 representa las trayectorias de los rayos a través de la varilla conductora de luz y la distribución 25 de la irradiancia a la entrada y a la salida de la varilla conductora de luz en la posición central;
La Figura 27 representa las trayectotes de rayos a través de la varilla conductora de luz y la distribución de la irradiancia a la entrada y la salida de la varilla 30 conductora de luz en la posición de borde;
La Figura 28 representa la distribución de salida de
la intensidad radiante para la posición de la varilla conductora de luz de borde;
La Figura 29 ilustra una forma de realización de un mecanismo de escaneado basado en una leva giratoria;
La Figura 30 representa una forma de realización de 5 un mecanismo de escaneado basado en una leva helicoidal;
La Figura 31 representa una forma de realización ilustrativa de un escáner que contiene una ranura;
La Figura 32 ilustra un enfoque analítico para el diseño de la ranura representada en la Figura 31; 10
La Figura 33 demuestra la relación existente entre el ángulo de rotación del motor y el ángulo de inclinación del balancín para un movimiento angular uniforme de un balancín y el movimiento lineal uniforme de un láser punto luminoso; 15
La Figura 34 representa el perfil de una ranura para parámetros de entrada específicos;
La Figura 35 es una vista en 3D general, a modo de ejemplo, de un sistema óptico ilustrativo;
Las Figuras 36 y 37 muestran una vista en primer 20 plano de un concentrador y un conformador de puntos luminosos para una forma de realización del sistema óptico representado en la Figura 35;
La Figura 38 es una vista ilustrativa de la propagación de la luz desde una fuente de luz a través del 25 concentrador, a la fibra;
La Figura 39 demuestra la ventaja de fibra no revestida en el sistema representado en la Figura 35;
Las Figuras 40 y 41 representan la distribución de irradiancia a la entrada y salida del concentrador para 30 una forma de realización de la invención;
La Figura 42 demuestra la intensidad radiante de la
luz a la salida del concentrador;
La Figura 43 ilustra la trayectoria de los rayos del haz de salida y la distribución de la irradiancia a la salida del conformador de puntos luminosos;
La Figura 44 ilustra la distribución de intensidad 5 radiante a la salida del conformador de puntos luminosos;
La Figura 45 demuestra los resultados de mediciones de la eficiencia de recogida del concentrador;
La Figura 46 es una vista ilustrativa de un dispositivo de escaneado; 10
La Figura 47 es un diagrama que ilustra un área tratada con una combinación de movimiento de exploración y manual de una forma de realización del dispositivo;
La Figura 48 (a–c) son diagramas de bloques de varias formas de realización de un dispositivo de tratamiento con 15 detección de la velocidad y ajuste de la potencia lasérica;
La Figura 49 es una representación gráfica del movimiento del punto de exploración en relación con el tiempo, según se produce por las formas de realización 20 ilustradas en las Figuras 10, 12, 12a y 13 y
La Figura 50 es una representación gráfica de la reducción en la potencia lasérica posible cuando la velocidad de uso difiere de la velocidad óptima.
Descripción detallada 25
A no ser que se especifique de otro modo, las formas de realización ilustradas se pueden entender como que proporcionan características, a modo de ejemplo, de variación de detalles de algunas formas de realización y por lo tanto, a no ser que se especifique de otro modo, 30 las características, componentes, módulos, elementos y/o aspectos de las ilustraciones se pueden combinar,
interconectar, poner en secuencia, separar, intercambiar, posicionar y/o redisponer, de cualquier otro modo, sin por ello desviarse esencialmente de los métodos o sistemas dados a conocer en la presente invención. Además, las formas y tamaños de los componentes son también indicados 5 a modo de ejemplo y a no ser que se especifique de otro modo, se pueden modificar sin por ello afectar o limitar esencialmente la tecnología dada a conocer en la presente invención.
Para los fines de esta invención, el término 10 “sustancialmente” se puede interpretar, en términos amplios, para indicar una precisa relación, condición, disposición, orientación y/o otra característica así como sus desviaciones tal como se entiende por un experto en esta materia, en la medida en que dichas desviaciones no 15 afectarán esencialmente a los métodos y sistemas dados a conocer en la presente invención.
La teoría de la difusión de la luz en medios de dispersión se utiliza para determinar la magnitud de la fluencia necesaria para tener un efecto cosmético sobre la 20 piel. En la región espectral de cerca de la región infrarroja, el coeficiente de absorción para la piel es µa=0,02 mm-1. Este coeficiente proporciona el número de episodios de absorción para un fotón medio que se desplaza a lo largo de una trayectoria de 1 mm. El coeficiente de 25 dispersión reducido para la piel es µ.'s=1,6 mm-1. Este coeficiente determina el número de episodios de dispersión isotrópica de los fotones en la misma trayectoria. De este modo, la posibilidad de una dispersión fotónica es aproximadamente 2 órdenes de magnitud mayor que para su 30 absorción. Ese es el motivo por el que la propagación de la luz en la piel se describe por una ecuación de difusión
en lugar de serlo por la teoría ondulatoria normal.
Haciendo referencia a la Figura 1, se observa dos haces laséricos de irradiancia o densidad de potencia equivalente en sección transversal, que penetra en una zona de la piel con un folículo piloso mostrado a escala. 5 El primer haz 10 es estrecho y como resultado su potencia se difundirá en la piel cerca de la superficie, formando una configuración aproximadamente según se describe. Los contornos dibujados 11 corresponden a los niveles de tasa de fluencia (W/cm2) de 1,0, 0,3, 0,1, 0,03 y 0,001 veces 10 la radiancia de la superficie. Los contornos 13 del mayor haz 12 corresponden a niveles de tasa de fluencia de 1,0 y 0,3 veces la radiancia superficial. El mayor haz 12 muestra, con claridad, que a una profundidad predeterminada, es capaz de proporcionar potencia próxima 15 a la potencia original, mientras que el haz estrecho 10 demuestra que, a la misma profundidad predeterminada, su potencia entregada es una fracción de su potencia original. En general, para conseguir un resultado cosmético, tal como un crecimiento del pelo a corto plazo, 20 la profundidad predeterminada es de 1 a 6 mm por debajo de la superficie y la fluencia entregada, a 1–6 mm por debajo de la superficie, es de 0,1–10 J/cm2. La Figura 2 representa la disminución rápida de la fluencia con la profundidad, a lo largo del eje de un haz de 1 mm. 25
No obstante, si se considera la potencia total de ambos haces que se necesita para proporcionar la misma fluencia a la profundidad deseada, se observará la ventaja del haz estrecho. Según se conoce a partir de la teoría de la difusión de la luz, la fluencia Φ1 lejos de la 30 superficie se describe por la ecuación:
(1)
en donde z es la profundidad y P1 es la potencia de la fuente de luz. Haciendo referencia de nuevo a la Figura 2, la fluencia desde un haz de 1 mm presenta un comportamiento exponencial a una profundidad de más de 1 5 mm y por lo tanto, demuestra que el comportamiento del haz se puede describir por la ecuación (1). La tasa de fluencia superficial, proporcionada por el haz ancho, se puede expresar como:
(2) 10
en donde P2 es la potencia total entregada por el haz y R es el radio del haz ancho.
Si las partes de la derecha de las ecuaciones (1) y (2) son igualadas, se puede determinar cuánta potencia se necesita por un haz grande con respecto a un haz pequeño 15 para conseguir la misma fluencia a una profundidad deseada. Entonces, la relación de P1/P2 se proporciona por:
(3)
La ecuación (3) describe la fracción de la potencia 20 del haz ancho que un haz estrecho debe tener para proporcionar la misma fluencia a la profundidad z que la que se entrega por un haz grande de radio R. La Figura 3 ilustra una representación gráfica de esta ecuación para R=5 mm (diámetro del haz de 10 mm) y µ's = 1,6 mm-1, µa = 25 0,02 mm-1 correspondiente a la dermis humana.
La Figura 3 demuestra que, para todas las profundidades dentro del alcance de interés, la potencia
del haz estrecho es mucho menor que la necesaria para un haz de 10 mm. La potencia necesaria para proporcionar una fluencia específica para la profundidad media de 3 mm es calculada, a continuación, utilizando un nivel de fluencia de 1,5 J/cm2. Se determina que para un haz ancho que 5 proporcione 1,5 J/cm2 al objetivo, el haz original debe ser también de 1,5 J/cm2, puesto que poca potencia se pierde a las profundidades pertinentes. Si el haz tiene un diámetro de 10 mm, entonces el área total del haz es 78,5 mm2 y la energía total entregada es 1,18 J. Si la duración 10 del pulso (intervalo de tiempo en el que el objetivo es directamente iluminado) es igual a 30 ms (una duración de pulso bastante estándar según se conoce en esta técnica), entonces, la potencia de salida del dispositivo de haz ancho debe ser de 39 vatios. A partir de la ecuación (3) y 15 de la Figura 3, la misma fluencia será entregada a una profundidad de 3 mm por un haz estrecho que utilice solamente una potencia de 6,8 vatios. Por lo tanto, el haz más estrecho exige que se desarrolle menos potencia para el mismo efecto. 20
Se conoce, en la técnica anterior, que los diodos laséricos son un dispositivo adecuado para desarrollar haces laséricos para dichos tratamientos dermatológicos. También se conoce que los láseres de diodos tienen una potencia de salida limitada por circuito integrado y se 25 utilizan para desarrollar una alta potencia así denominada “barras laséricas de diodos”. Estas barras laséricas son una secuencia de numerosos láseres de diodos que, a continuación, utilizan la óptica para combinar los numerosos haces de salida en un solo haz más potente. Con 30 la tecnología actual, un solo circuito integrado de diodos laséricos sólo puede ser capaz de producir hasta 7 o un
número similar de vatios de potencia. Si se necesita más potencia, entonces el coste de fabricar dicho dispositivo aumentará, en gran medida, debido a la óptica necesaria para combinar los haces; el coste añadido para fabricar una barra en lugar de un circuito integrado único y el 5 mayor suministro de potencia necesario para alimentar dicho sistema.
Al descubrir que algunos efectos, tales como la modulación del crecimiento a corto plazo, son realmente posibles a bajas fluencias y determinando el 10 comportamiento real de la luz cuando se difunde en la piel, la tecnología dada a conocer en esta invención se refiere a un método y aparato para hacer que se consiga un resultado valioso, desde el punto de vista cosmético, tal como el retardo del crecimiento del pelo con muy baja 15 potencia. Un dispositivo capaz de utilizar este método se puede fabricar a muy bajo coste y se puede también fabricar en cantidades de consumo. Además, debido al hecho de que dicha tecnología incorpora una metodología de baja fluencia, solamente se necesita un diodo lasérico y por lo 20 tanto, se reduce todavía más el coste total del dispositivo, porque la óptica necesaria para la conformación del haz se simplifica utilizando un circuito integrado de diodo lasérico que es una fuente de luz “puntual”. El dispositivo lasérico de baja potencia único 25 simplifica, además, los requisitos mecánicos y electrónicos haciendo más baja la potencia necesaria y eliminando numerosas etapas ópticas para la colimación y conformación.
Además, la tecnología según la presente invención se 30 beneficia de una nueva innovación en la que el haz pequeño se desplaza a través de la piel para tratar áreas grandes.
En la técnica anterior, los haces pequeños de alta potencia eran mantenidos en su posición sobre un objetivo preciso, tal como un pelo único, por un aparato. En algunos casos, se introdujo una fibra óptica real en el folículo para proporcionar el haz de tratamiento. Al 5 desplazar el haz a través de la piel y del dispositivo de arnés el comportamiento difusivo de la luz en los medios de dispersión, el operador puede tratar ahora, con rapidez, grandes áreas.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, en el 10 caso del haz estrecho 10, el modelo muestra que el diámetro real del área de tratamiento, por debajo de la superficie de la piel, es mucho mayor que el diámetro del haz original. Esto no es así en el caso del haz ancho 12. Esta conclusión se confirma por un cálculo de la 15 distribución de fluencia a diferentes profundidades, que se generan por un haz estrecho. Las Figuras 4 (a–d) muestran el perfil de fluencia producido por un haz de 1 mm a las profundidades de 0, 1, 3 y 5 mm. En esta Figura, todas las curvas están normalizadas a la fluencia axial a 20 la misma profundidad. Los valores absolutos de la fluencia axial se ilustran en la Figura 2. El diámetro de un punto luminoso iluminado, a cada profundidad, puede determinarse como la Anchura del Espectro Total a la Mitad del Valor Máximo (FWHM) de la curva. La Figura 5 ilustra la 25 dependencia continua del diámetro del punto luminoso, con respecto a la profundidad para un haz de 1 mm.
Utilizando el comportamiento del haz cuando penetra en la piel, la tecnología dada a conocer en la presente invención es capaz de funcionar de tal manera que separe 30 los conceptos de iluminación directa y área de tratamiento. Dicho de otro modo, esta tecnología utiliza
el nuevo descubrimiento de que cuando se utiliza un punto luminoso pequeño, el área de tratamiento es sustancialmente mayor que el diámetro del haz iluminado sobre la superficie. Haciendo referencia ahora a la Figura 6, se ilustra una vista en planta de un área de 5 tratamiento que se beneficia del hecho de que un área mayor es tratada a la profundidad deseada, que está directamente iluminada sobre la superficie. Utilizando un movimiento no continuo a través de la superficie de la piel, este hecho permite el tratamiento de un área 10 continua, mientras que se ilumina directamente sólo una fracción del área total. Además, utilizando el método de movimiento sustancialmente continuo a través de la piel, es posible reducir el tiempo necesario para el tratamiento aumentando la tasa de rendimiento y disminuyendo el tiempo 15 de iluminación directa al mismo tiempo que se mantiene un rendimiento adecuado. Es fácil comprender que resulta ventajoso reducir el tiempo necesario para la iluminación directa, al mismo tiempo que se cubren grandes áreas con rapidez. Se puede seleccionar el tiempo entre pulsos para 20 permitir que se enfríe la piel con el fin de no dañar zonas de la piel no sometidas a tratamiento (por ejemplo, las zonas adyacentes al folículo piloso que se elimina).
Otro aspecto de la tecnología de la presente invención es el movimiento sustancialmente continuo del 25 haz a través de la superficie, mientras está en el modo de onda continua o CW. Los sistemas de la técnica anterior suelen utilizar el Modo de Pulsos (PM) para el tratamiento, en el que el dispositivo genera un pulso de luz de alta potencia para tratar una zona. Este sistema 30 presenta varios inconvenientes. Un inconveniente es el comportamiento no lineal en la potencia de salida cuando
se suministra energía a los sistemas laséricos y llegan a una condición de equilibrio. Como resultado, la cantidad de energía entregada al objetivo no es constante, ni se puede calibrar con facilidad. Además, en los sistemas de la técnica anterior, con haces de gran diámetro utilizando 5 PM, el operador desplaza físicamente el dispositivo, paso a paso, antes de exponer la piel a un pulso de luz. Esto resulta molesto y también introduce el resultado probable de no tratar completamente las áreas, debido a un error humano en el desplazamiento del dispositivo en pasos 10 irregulares, a diferencia de la tecnología de la presente invención en la que la exploración del haz se produce de forma automática.
De conformidad con la técnica de la presente invención, en el caso de CW o en el caso de PM escaneado, 15 el tiempo de tratamiento (TT) o la cantidad de tiempo en que se trata un área se puede calcular como el tiempo en el que el haz ilumina directamente un punto en la superficie cuando pasa por, o por la cantidad de tiempo en el que el área subcutánea se trata, directa o 20 indirectamente, mediante las propiedades difusivas anteriormente descritas. La Figura 7 representa el área de tratamiento utilizando un láser de onda continua de haz estrecho. El área que se puede tratar, utilizando este método, es mayor que el área cubierta por iluminación 25 directa. En la Figura 7, la serie de círculos muestra que el área que se puede tratar, en el transcurso del tiempo, es diferente de la cantidad de tiempo que cualquier área de piel utiliza bajo iluminación directa. En el primer círculo de tratamiento 20, se puede observar fácilmente 30 que algunas de las áreas tratadas no han sido iluminadas directamente en absoluto.
El movimiento continuo de un punto de iluminación sobre una superficie proporciona una ventaja adicional con respecto a una fuente de modo pulsado. El rendimiento del tratamiento depende de la fluencia total [J/cm2] entregada por el haz a la zona tratada y no de su tasa de fluencia 5 [W/cm2].
Cuando el tratamiento se proporciona por un punto luminoso estable desde una fuente pulsada, la distribución de estos parámetros dentro del medio tratado es la misma porque el área de tratamiento depende de la anchura del 10 haz. A modo de ejemplo, en este caso la fluencia desde el haz lasérico de diámetro de 1 mm dependerá de la profundidad según se representa en la Figura 2.
Sin embargo, si la iluminación se proporciona por una fuente de CW y el punto luminoso se desplaza a través de 15 la superficie, la duración del tratamiento se determina por la velocidad de exploración y el diámetro del punto luminoso. El último parámetro aumenta con la profundidad debido a la difusión de la luz. Por lo tanto, la duración del tratamiento aumenta con la profundidad en la misma 20 manera que el diámetro del punto luminoso. Puesto que la fluencia es el producto de la tasa de fluencia y de la anchura del pulso, disminuye lentamente con la profundidad en comparación con la tasa de fluencia.
La Figura 8 ilustra la dependencia de la fluencia con 25 la profundidad, para un diámetro de haz superficial de 1 mm. La curva se calcula como un producto de las funciones representadas en la Figura 2 y Figura 5. A partir de una comparación de las representaciones de las Figuras 2 y 8, se observa que la fluencia disminuye en 10 veces a la 30 profundidad de 5 mm, mientras que la tasa de fluencia disminuye en casi un 1% de la magnitud superficial a la
misma profundidad. Por lo tanto, la magnitud de fluencia entregada a la profundidad de 5 mm, a partir de un haz de CW móvil, es casi 10 veces mayor que la del haz pulsado estable, si la fluencia superficial es la misma en ambos casos. 5
Otro aspecto de la innovación de la presente invención es que, a diferencia de lo que se describe en el tratamiento intenso de la técnica anterior de la base del folículo piloso, o de la papila, puede no necesitarse para conseguir un resultado cosmético. La innovación dada a 10 conocer está basada en el descubrimiento de que tratar la parte superior y media del folículo puede ser suficiente para causar la modulación del crecimiento del pelo. La Figura 9 ilustra la distribución de la temperatura a lo largo de un tallo del pelo oscuro, que se produce por un 15 haz de 1,5 vatios, con 1 mm de diámetro del punto luminoso superficial, desplazándose con una velocidad de 100 mm/seg. A partir de esta representación gráfica se deduce que las partes superiores del pelo se llevan a una más alta temperatura. La temperatura de las partes del pelo, 20 situadas a una profundidad mayor de 3 mm, es inferior a 42º C. Esto impide que dichas partes sufran graves lesiones. El bulbo piloso suele estar situado a una profundidad superior a 3 mm desde la superficie de la piel. 25
Debe señalarse que, para haces anchos la discriminación de la profundidad se consigue utilizando longitudes de onda más cortas. Esto es así porque la profundidad de penetración de la luz disminuye, en gran medida, acortando las longitudes de onda, debido a la 30 dispersión y absorción. Esto es diferente con el uso de un haz estrecho, en donde la penetración se controla por la
geometría de iluminación y no por la longitud de onda de la luz.
Haciendo referencia a la Figura 10, para poner en práctica este método de modulación de crecimiento del pelo, se puede utilizar una cabeza óptica portátil 22 que 5 contenga un láser 34 y un sistema óptico que distribuya el haz lasérico en un diámetro aproximado de 1 mm en la ventana de salida 26. La ventana de salida 26 está preferentemente situada en contacto directo con la piel. Para proporcionar la corta duración del tratamiento, el 10 láser funciona en el modo de onda continua (CW) con movimiento simultáneo del punto luminoso enfocado o en el modo de pulsos (PM).
La velocidad de movimiento (V) del punto luminoso sobre el área de tratamiento, para el modo de CW, se 15 determina por la magnitud deseada del ancho del pulso (τ) y el diámetro del área tratada (D):
4)
Cuando el diámetro de un punto luminoso directamente iluminado (d) es pequeño, el diámetro del área tratada es 20 mayor debido a la difusión de la luz, según se ilustra en las Figuras 4 a 7. Para d=1 mm, el factor de incremento K está comprendido entre 1 y 4, dependiendo de la profundidad del tratamiento. El valor exacto del factor K, para cualquier profundidad, se indica en la Figura 5. Por 25 lo tanto, para proporcionar un ancho de pulso común (τ = 30 ms), la cabeza óptica debe desplazarse con la velocidad:
(5)
dentro del margen de (33–133) mm/seg. La velocidad 30 para otros anchos de pulsos (τ) se determina por la
ecuación (5).
En una forma de realización, la ventana 26 del aparato incorpora un dispositivo de contacto transparente sustituible 28 (Figura 11) que es capaz de desempeñar funciones múltiples. En una forma de realización, el 5 dispositivo de contacto sustituible está en la forma de un recubrimiento de plástico plano (u otro material adecuado) que protege el aparato contra los contaminantes tales como aceites de la piel, caspa, cosméticos u otros materiales indeseables. Además, puesto que el medio preferido de 10 funcionamiento exige que el aparato sea accionado repetidamente a través de la piel, los tallos del pelo así como el propio pelo causarán abrasiones al dispositivo de contacto, que impedirá el paso eficiente de la transmisión de la radiación del tratamiento en la zona de tratamiento 15 de la piel. Los sistemas de la técnica anterior tienden a utilizar materiales resistentes a la abrasión, de alto coste, tal como zafiro, sílice fundido u otros materiales raros y exóticos, en una ventana de salida permanentemente fijada. Por motivos de eficacia, es deseable conseguir que 20 el dispositivo de contacto permanezca libre de abrasión, de modo que la radiación del tratamiento sea capaz de mantener lo más próxima posible la transmisión sin pérdidas en la piel.
Una forma de realización ilustrativa comprende un 25 dispositivo de contacto sustituible que se desecha después de un número de usos predeterminado. Este dispositivo de contacto sustituible se representa generalmente en la Figura 11. En otra forma de realización, el dispositivo de contacto sustituible comprende áreas de material que son 30 fotosensibles 30, de modo que después de una magnitud predeterminada de energía de radiación es absorbida por
estos elementos, modificándose las características visibles o de color para ser un indicador al operador de que se debe sustituir el dispositivo de contacto. En otra forma de realización, un sensor en el aparato indica la magnitud de la radiación del tratamiento que ha sido 5 transmitida a través del dispositivo de contacto desde que ha sido instalado y hace que un indicador señale al ordenador cuándo se debe sustituir el dispositivo de contacto sustituible para mantener una eficacia adecuada.
En otro aspecto de la tecnología según la invención, 10 el sensor está montado en el aparato y el dispositivo de contacto sustituible está configurado para permitir que el sensor pase a través de la ventana para establecer contacto con la parte de la piel próxima a la zona de tratamiento. Si el sensor no es mecánico, sino óptico o de 15 otro medio que no requiere contacto con la piel próxima a la zona de tratamiento, la ventana se puede conformar adecuadamente para permitir la configuración correcta del campo de detección a pasar a través de la proximidad de la zona de tratamiento. En otra forma de realización, el 20 sensor es una parte de un circuito que detecta si el sensor no está en estrecha proximidad con la piel y si no lo está, desconecta la alimentación a la fuente de luz. Este enclavamiento reduce la probabilidad de daño ocular impidiendo que se forme el haz si la piel no está en una 25 posición adecuada para absorber la radiación de luz. El riesgo de daño ocular se puede reducir también incorporando un difusor óptico de la ventana de salida 26 En una forma de realización ilustrativa, el difusor óptico forma la superficie exterior de la ventana de salida que 30 entra en contacto con el área de tratamiento. Los difusores ópticos, a modo de ejemplo, que se pueden
utilizar dentro de los sistemas de la invención, pueden ser como se describe, con más detalle, en la solicitud de patente nº 20090326523 de Estados Unidos.
En una forma de realización ilustrativa, el punto luminoso lasérico se desplaza linealmente de un lado a 5 otro a través de la ventana de salida del dispositivo mediante un sistema de escaneado incorporado en la cabeza óptica. La magnitud de la velocidad de exploración se selecciona de acuerdo con la ecuación (5). El movimiento del dispositivo en una dirección perpendicular a esta 10 dirección de exploración periódica se puede realizar de forma manual o automática, tal como girando las ruedas fijadas al dispositivo y en contacto con la piel durante su tratamiento.
En general, los métodos para la desviación del haz 15 óptico, que pueden utilizarse en la tecnología de la presente invención para proporcionar una exploración en una sola dimensión del punto luminoso de salida, se pueden dividir generalmente en cinco clases: reflexión de la luz desde superficies periódicamente desplazadas; refracción 20 de la luz mediante cuerpos transparentes periódicamente desplazados; movimiento periódico de la fuente de luz; difracción de la luz por ondas ultrasónicas y refracción de la luz en cristales controlada variando el campo eléctrico. A continuación se describen algunas formas de 25 realización que utilizan algunas de estas clases de sistemas de exploración. En particular, en las Figuras 10, 13 y 14 se representan formas de realización de los sistemas de reflexión; la Figura 12 representa una forma de realización de un sistema que implica el movimiento 30 periódico de la fuente de luz, mientras que la Figura 12a representa una forma de realización de un sistema de
refracción.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 10, se representa un escáner basado en un espejo oscilante controlado por un sistema galvanométrico. Una fuente de luz 32 suministra corriente a un láser 34, que proporciona 5 la luz lasérica a la cabeza óptica portátil 22 por medio de una fibra óptica 36. La luz procedente de la fibra 36 se expande por un sistema óptico de lentes 38 para el diámetro deseado y proyectado a una ventana de salida 26 después de reflejarse por un espejo oscilante 24. El 10 espejo oscilante se desplaza por un galvanómetro 40 bajo el control de un sistema de control 42. La ventana de salida 26 se puede obtener como una lente plano-cóncava cilíndrica, para servir como un aplanador de campo.
En una forma de realización, la fuente de 15 alimentación 32 extrae su potencia de una toma de corriente eléctrica. En otra forma de realización, el dispositivo portátil 22 incluye baterías. Es bien conocido que la potencia necesaria de los dispositivos de salida lasérica actuales, tal como láseres de diodos o de estado 20 sólido, están más allá de los límites de los tipos de batería estándar en el mercado. En una forma de realización de la tecnología de la presente invención, está diseñada para uso con baterías de alto rendimiento, especialmente adaptadas, que emplean una tecnología tal 25 como la de Níquel–Cadmio, que son posibles para desarrollar la descarga de su alimentación de energía completa en un corto periodo de tiempo, con alta potencia de salida. En una forma de realización, el aparato se calibra para utilizar un componente de batería 30 sustituible, de descarga rápida, que el operador puede, con facilidad, retirar y sustituir o recargar. El aparato
según la presente invención contiene, además, un medio de supervisión para el seguimiento del nivel de potencia en la unidad de batería para garantizar que esté disponible la potencia suficiente para proporcionar un nivel de radiación terapéutico. Este medio de supervisión estará 5 configurado, además, para la lectura de la información almacenada en la batería para garantizar que es el tipo adecuado para evitar suministrar potencia al aparato por una batería inadecuada, lo que puede causar daños en el dispositivo. Proporcionando un microcontrolador u otra 10 lógica adecuada, que sea capaz de controlar la identidad y los parámetros de la alimentación por baterías de alto rendimiento, el operador puede tener la seguridad de conseguir un funcionamiento adecuado y resultados satisfactorios. 15
En otra forma de realización, la batería está provista de puntos de contacto específicamente conformados y una forma global tal que solamente baterías adecuadamente diseñadas o “autorizadas” se puedan instalar en el aparato. Debido a las disposiciones internas 20 complicadas del dispositivo de radiación de campo de pequeña magnitud, es preferible que el dispositivo esté provisto de una fuente de alimentación de energía de conformación, de modo que se pueda esperar conseguir la magnitud correcta de la radiación de salida. Es bien 25 conocido que la potencia de salida de circuitos integrados laséricos del tipo de diodos, tal como los dados a conocer para uso en el aparato según la invención, tienen una potencia de salida en proporción a la potencia de entrada. Resulta evidente que una fuente de baterías, que tenga una 30 potencia de salida excesivamente alta, podría causar quemaduras en la zona de la piel del usuario.
La Figura 12 representa una forma de realización del dispositivo portátil y del sistema de exploración con una óptica mínima. En esta forma de realización, la luz lasérica se proporciona, de nuevo, por una fibra óptica 36 cuya extremidad es mecánicamente desplazada de un lado a 5 otro (flecha A) a través de la ventana de salida 26 por un dispositivo de accionamiento (no representado). Puesto que la luz diverge desde el extremo de la fibra, se conforma el tamaño deseado del punto luminoso. En una forma de realización, el dispositivo de accionamiento es 10 sustancialmente el mismo que se utiliza en las unidades de disco de ordenadores.
La Figura 12a representa una forma de realización de la exploración del haz proporcionada por dos cuñas transparentes 50, 50‟ similares que giran, 15 preferentemente, con la misma velocidad en sentidos opuestos. El haz lasérico es colimado por una lente 54 y pasa secuencialmente a través de dos cuñas, que lo desvían en un ángulo variable cuando giran las cuñas. Una lente objetivo 56 transforma los ángulos incidentes variables en 20 las diferentes posiciones del punto luminoso enfocado sobre la ventana de salida 26.
La Figura 13 representa otra forma de realización del escáner basado en una leva giratoria 60; un cilindro no redondo situado de forma excéntrica en el eje del motor. 25 El mecanismo de levas 60 proporciona la conversión de la rotación uniforme del motor en un movimiento alternativo angular del espejo 62. La exploración del haz lasérico 63 se consigue mediante su reflexión desde el espejo oscilante 62. El movimiento angular del balancín 64 se 30 determina por el perfil de la leva 60 y su velocidad de rotación, porque la leva 60 y el balancín 64 están en
contacto permanente proporcionado por el rodillo y el muelle. El espejo 62 está conectado al balancín 64 y tiene un eje de rotación común. La posición del espejo angular depende del ángulo de rotación de la leva 60. El margen de trabajo está limitado por la parte lineal de la curva 5 cuando se aumenta uniformemente el ángulo de salida de la luz reflejada desde el espejo con la posición del motor angular (y en correspondencia, con el tiempo). Una vez terminado cada ciclo de trabajo, el espejo vuelve con rapidez a la posición inicial. Esto es necesario para 10 proporcionar una exploración del haz unidireccional. La relación del ángulo de alcance de trabajo con el ángulo de rotación total de 360º proporciona la magnitud del ciclo de utilización. Debe tenerse en cuenta que es posible proporcionar un mecanismo de exploración que permita al 15 haz una exploración en ambas direcciones.
La Figura 14 representa otra forma de realización del escáner basado en la reflexión del haz por un dispositivo poligonal giratorio 70. El dispositivo poligonal 70 puede ser un prisma que tenga una superficie especular. Éste es 20 un diseño compacto que, además de ser compacto, está libre de vibraciones mecánicas producidas por otras formas de realización presentadas.
En más detalle, las características de una forma de realización, basada en un dispositivo poligonal, se pueden 25 derivar de algunos parámetros de entrada generales. Haciendo referencia a las Figuras 14a–d, en cada figura (NA) es la apertura numérica de una fibra; (M) es la amplificación lineal; D es el diámetro del polígono; α=360º/n que es el ángulo entre las caras próximas del 30 polígono (en donde n es el número de caras); γ es el ángulo de la incidencia de la luz por la cara del
polígono, en el plano perpendicular al eje de rotación para el punto medio de la línea de exploración; L es la longitud de exploración; d es el diámetro del punto luminoso de salida y C es el ciclo de utilización para la exploración de punto luminoso. 5
La Figura 14A representa un modelo óptico paraxial del escáner basado en un dispositivo poligonal. La luz lasérica se proporciona en el sistema por la fibra 36, cuya extremidad es representada en imágenes con una amplificación (M) en el plano de la ventana de salida 26 10 dentro del diámetro del punto luminoso (d). El objetivo se describe por dos planos cardinales. Los rayos principales y marginales se representan para los puntos central y de bordes de la extremidad de la fibra. Puesto que los rayos principales son paralelos al eje óptico, la pupila está 15 situada en el plano focal posterior del objetivo. (d.sub.1) es el diámetro del haz en la cara poligonal.
La Figura 14b representa la geometría poligonal que permite la derivación de lo siguiente:
La longitud de la faceta se proporciona por la 20 ecuación:
(6)
El ciclo de utilización (C) se define como la fracción útil del periodo de exploración cuando el haz lasérico es completamente reflejado por la cara poligonal 25 sin truncación por su borde:
(7)
El ángulo de exploración (.beta.) se proporciona por:
(8)
El diámetro del haz (d.sub.1) en la cara poligonal se 30 deriva de las ecuaciones 6 y 7:
(9)
Haciendo referencia también a la Figura 14c, se pueden obtener parámetros adicionales, tales como el radio de exploración (S) que se proporciona por:
(10) 5
Como un polígono no es una forma redonda, la distancia entre el polígono y una superficie de imagen es diferente para los puntos centrales y los bordes de la faceta. Es decir, la distancia para el borde de la faceta es más larga en .DELTA.S. El cambio del radio poligonal se 10 proporciona por:
(11)
De este modo, el incremento del radio de exploración se proporciona por:
(12) 15
La flecha de la superficie focal es dos veces la profundidad del foco (DOF):
(13)
De este modo, el cambio de distancia a lo largo del haz, que debe estar dentro del desenfoque admisible, se 20 proporciona por:
(14)
La Figura 14d es un fragmento detallado de la Figura 14a. Se utiliza para determinar la longitud focal (F) requerida del escáner. A partir de la similitud de los 25 triángulos sombreados:
(15)
La evaluación de F es:
(16)
La velocidad de rotación del polígono (v) se determina por la velocidad de exploración lineal del punto luminoso V que se deriva de la ecuación (5):
(17) 5
En una forma de realización ilustrativa, la adquisición de la luz emitida por la fuente, la conformación del haz de salida y su exploración se proporciona por un elemento óptico único. Las Figuras 15 y 16 ilustran la vista genera del sistema óptico según esta 10 forma de realización de la tecnología dada a conocer por la presente invención.
El elemento óptico muestra superficies planas y no tiene una potencia óptica. Su cara de entrada está situada próxima a la fuente de luz o a su imagen proporcionada por 15 el sistema óptico adicional (no representado en los dibujos). Las dimensiones de la cara de entrada se hacen suficientemente grandes para, preferentemente, adquirir la mayor parte, sino la totalidad, del haz completo generado por la fuente de luz. La luz adquirida se guía a través 20 del elemento a su plano de salida mediante reflexión interna total (TIR) desde las caras laterales. Por lo tanto, el elemento óptico sirve como una varilla conductora de luz. Un recubrimiento antirreflectante se puede depositar sobre las caras de entrada y salida de la 25 varilla conductora de luz para reducir las pérdidas de Fresnel debido a la reflexión desde estas caras. Las dimensiones y forma de la cara de salida determinan el perfil del haz de salida. Los mismos factores, junto con la longitud de la varilla conductora, afectan a la 30
divergencia del haz de salida.
Además, las Figuras 15 y 16 representan una fuente de luz, un varilla conductora de luz y una ventana de salida que cubre un orificio de la carcasa del sistema. Cuando la varilla conductora de luz está inclinada en relación con 5 el eje de la fuente de luz, el punto luminoso de salida en la ventana se desplaza desde la posición central. El movimiento del varilla conductora de luz se puede conseguir, por ejemplo, mediante su montaje en un balancín, que proporciona la rotación alrededor del eje 10 situado próximo o coincidente con la cara del varilla conductora de luz de entrada. Si este eje está situado alejado de la posición citada, el tamaño requerido de la cara de entrada se hace mayor. En este caso, la gama disponible de los parámetros del haz de salida es más 15 limitada desde la parte inferior a medida que se aumenta la magnitud del BPP de entrada. El mismo cambio debe realizarse con la magnitud de BPP de salida, es decir, el producto del tamaño de la cara de salida y el seno del ángulo de divergencia para el haz de salida. 20
Los soportes de la varilla conductora de luz, cuando sus lados exteriores sirven como superficies de trabajo, deben fabricarse preferentemente de metal y proporcionar una pequeña área de contacto. Cualquier tipo de contacto externo destruye las condiciones de TIR en las caras 25 laterales y afecta a la propagación de la luz en el interior del varilla conductora de luz. Sin embargo, el uso de soportes metálicos proporciona mucha menor atenuación de la luz que el uso de soportes dieléctricos. Esto puede explicarse por la siguiente consideración. 30 Cuando el TIR se perturba por un dieléctrico, los rayos que se encuentran en la zona perturbada abandonan casi
completamente la varilla penetrando en el dieléctrico objeto de contacto. Cuando el contacto con el metal perturba a TIR, la parte significativa de la potencia se refleja de nuevo hacia la varilla conductora y es típica en reflexiones desde el metal. 5
El siguiente enfoque analítico ha sido desarrollado para conectar los parámetros de los haces de entrada y salida del varilla conductora de luz. Permite obtener un diseño de la varilla basado en las magnitudes requeridas de estos parámetros. 10
La Figura 17 representa la geometría de la varilla conductora de luz. A y α son las dimensiones de sus ventanas de entrada y de salida y L es su longitud. El material de la varilla tiene un índice de refracción n. La varilla está conificada en la cara de salida con un ángulo 15 γ respecto al eje, que se determina por los parámetros del varilla conductora de luz como:
(18)
El rayo que entra en la varilla, a la distancia y de su eje OZ tiene el ángulo interno de incidencia α. El 20 ángulo de incidencia externo α0 se determina por la ley de Snell:
SenonSeno0
Después de varias reflexiones desde las caras laterales, que están inclinadas respecto al eje en el 25 ángulo γ, el rayo abandona la varilla en un ángulo interno β mayor respecto al eje. Después de cada reflexión, el valor absoluto del ángulo de inclinación se incrementa en la magnitud de 2γ. Es conveniente utilizar la trayectoria del rayo desplegada, dibujada por la línea de puntos. La 30 propagación del rayo en el varilla conductora de luz se
puede describir fácilmente con el sistema de coordenadas polares, que tiene un centro en el punto 4. El punto de partida tiene las coordenadas polares y el punto final . En el triángulo 124, el ángulo en el vértice 2 es igual a , y en el vértice 4 es igual a . 5 Por lo tanto, la magnitud del ángulo que es externo a este triángulo es igual a . Este ángulo está indicado en el dibujo. Desde el triángulo 124: 0,Lr ,r 0 0 
SenoLrSenoLrSenor0
Desde el triángulo O34: 10
Combinando las dos últimas ecuaciones, se puede obtener la expresión:
(19) SenoaSenoA0
La magnitud de depende de la distancia desde el 15 eje y como 0
(20) TanATan/20
Como puede observarse a partir de la Figura 17, la magnitud del ángulo de salida β es próxima a . La diferencia entre estos valores es siempre menor que el 20 ángulo de conificación γ, que suele ser pequeño en relación con el ángulo de salida. Por el contrario, la magnitud de en el lado izquierdo de la ecuación (19), que es también menor que γ, no se puede despreciar en comparación con α al ser del mismo orden de magnitud. Por 25 estos motivos, la ecuación (19) se puede utilizar para una estimación adecuada del ángulo de salida β para un rayo arbitrario:  0
(21) 0/SenoaASeno
El sistema de las ecuaciones (18)–(21) permite el trazado aproximado de un rayo arbitrario en el interior del varilla conductora de luz.
El mayor ángulo de salida corresponde al rayo 5 extremo, que tiene un ángulo de entrada máximo max y penetra en la varilla en el borde de la cara de entrada, de modo que se tiene . El trazado de este rayo proporciona la estimación de la apertura numérica del haz de salida NAout: 10 0
(22) maxmaxmaxmax/SenoaAnSenonSenonNAout
(23) maxmax0SenonSenoNAin
La magnitud de 0max en (23) se determina por la divergencia de la fuente de luz y por la magnitud de la oscilación angular de la varilla conductora de luz, que 15 proporciona la exploración del haz de salida.
La ecuación (22) demuestra que la magnitud de BPP no es conservada a través del varilla conductora de luz. Si fuera así, Seno (max+γ) se sustituiría con Seno max.
Las ecuaciones derivadas se pueden aplicar también a 20 una varilla de prolongación. En este caso, se tiene A<, γ<0 y NAout < NAin.
El sistema de las ecuaciones (18), (22) y (23) proporcionan un valor aproximado pero próximo a la conexión correcta entre los parámetros del varilla 25 conductora de luz y las aperturas numéricas de los haces de entrada y de salida. Por lo tanto, se pueden utilizar para el diseño preliminar de un varilla conductora de luz. En condiciones normales, se proporciona NAin y A debido a la fuente de luz elegida y la magnitud angular 30 seleccionada del movimiento del varilla conductora de luz.
NAout y  se determinan también por la aplicación del escáner. La longitud de la varilla y/o su material se pueden seleccionar a partir de lo que se establece en la ecuación mencionada.
A partir de las ecuaciones (22) y (23): 5
(24) nNASenonNAAaSenoinout///11
La ecuación (18) se utiliza para calcular la longitud de la varilla a partir del valor encontrado de γ.
(25)
Como se indicó anteriormente, la dirección del rayo 10 se hace más inclinada, en relación con el eje de la varilla, durante la propagación. Como resultado, el ángulo de incidencia i respecto a la superficie lateral de la varilla se hace más pequeño. En la extremidad de la varilla, este ángulo puede hacerse menor que el ángulo de 15 TIR, que se determina por el índice de refracción n del material como Seno-1 (1/n). Bajo esta condición, el rayo abandona la varilla y se pierde para la luz proporcionada. Para evitar las pérdidas de potencia en el varilla conductora de luz, su ángulo de conificación debe 20 limitarse en su valor superior en alguna magnitud, que se determina a continuación.
Se puede observar en la representación de la Figura 18 que el ángulo de inclinación del rayo β, su ángulo de incidencia con respecto al lado de la varilla i y el 25 ángulo de conificación de la varilla γ están relacionados como sigue:
(26)
Vamos a aplicar esta ecuación a las condiciones críticas en la extremidad de la varilla, cuando el ángulo 30 i es igual al ángulo TIR mínimo para la reflexión desde la
superficie lateral de la varilla y β corresponde a la apertura numérica de salida NAout requerida. En este caso:
(27) nNASenonliSenoout/;/
y la ecuación (26) proporcionan el límite superior de γ0 para la magnitud del ángulo de conificación de la 5 varilla conductora de luz:
(28) nlSenonNACosouto//11
La magnitud de γ calculada a partir de la ecuación (24), para el conjunto específico de parámetros [NAout,A,NAin,}, debe compararse con γ0 determinado por la 10 ecuación (28). Si γ>γ0, el conjunto de parámetros requerido no se puede proporcionar por cualquier varilla conductora de luz sin pérdidas de potencia. Para evitar las pérdidas, se debe modificar el conjunto de parámetros.
El diseño del varilla conductora de luz se puede 15 finalizar sobre la base de la traza del rayo exacta. Las ecuaciones que describen la dependencia correcta del ángulo de salida con respecto a otros parámetros no es tan directa como las anteriormente derivadas.
El valor del ángulo entre el rayo y el eje de la 20 varilla se cambia en 2γ en cada reflexión desde la parte lateral. Por lo tanto, el ángulo interno de salida depende del número de reflexiones en el interior de la varilla N como:
(29) 25
En este caso Abs() significa el valor absoluto y está incluido para considerar cualquier signo de  y de γ. Teniendo en cuenta el cambio del signo del ángulo en cada reflexión, la magnitud real del ángulo de salida es:
(30) 30
El número de reflexiones N para un rayo arbitrario se
determina por su coordenada angular final  indicada en la Figura 17. Se puede observar, en este dibujo, que la reflexión se produce cuando la coordenada del rayo angular actual se hace igual a cada una de las magnitudes siguientes: 5
Por este motivo, el valor de N es igual a:
(31)
Aquí, Int{} significa la parte entera de la relación indicada. La magnitud de  se calcula a partir de las 10 ecuaciones (18)–(20).
El sistema de ecuaciones (18)–(20), (30), (31) permite el seguimiento exacto del rayo arbitrario en el interior del varilla conductora de luz. La solución para el rayo extremo con parámetros: =Seno-1(NAin/n);0=γ 15 proporciona la dependencia de la divergencia del haz de salida NAout de los parámetros del varilla conductora de luz y NAin.
Como con respecto a la ecuación (24) en un análisis simplificado, el cálculo de γ no puede efectuarse 20 directamente a partir de las ecuaciones exactas. La magnitud óptima de γ y por lo tanto, la longitud de la varilla se determinan a partir de la posición del mínimo local de NAout en su dependencia de γ. Esta circunstancia será ilustrada en la forma de realización descrita a 25 continuación.
A parte de la divergencia del haz de salida, sus parámetros importantes son la uniformidad de irradiancia en la salida de la varilla y la forma de la sección cruzada. Cuando el perfil de irradiancia es plano, la 30 forma y las dimensiones del haz de salida simplemente
copia las de la cara de salida de la varilla. La uniformidad de la irradiancia se consigue cuando el número de reflexiones experimentadas por los rayos de luz, en el interior de la varilla, es bastante grande. Por lo tanto, el análisis de N en la ecuación (31) es una parte 5 importante del diseño de la varilla.
La Figura 19 demuestra la necesidad de dichas reflexiones para la conformación del punto luminoso de salida.
Aunque la varilla de prolongación se dibuja en la 10 Figura 19, la misma conclusión es correcta también para la varilla de conificación. Para fines ilustrativos, solamente se dibuja un punto emisor S en la cara de entrada de la varilla conductora de luz. Se puede observar, a partir del dibujo, que la fuente de luz es 15 efectivamente multiplicada debido a la reflexión del rayo. Para cada reflexión desde las partes laterales, se genera una fuente virtual extra. La Figura 19 muestra que la distribución de la irradiancia, en la cara de salida, se determina por la mezcla de tres haces de secciones 20 rayadas. Debido a esta circunstancia, la irradiancia inicial es homogeneizada debido a esta mezcla y proporciona una distribución casi uniforme a la salida. Dos a tres fuentes virtuales, en cada lado de la varilla, son suficientes para hacer uniforme la irradiancia de 25 salida. De este modo, los rayos laterales deben experimentar de 2 a 3 reflexiones secuenciales en el interior de la varilla.
El sistema óptico para el acoplamiento de la barra de láser, que se utiliza como fuente de luz, para formar un 30 punto luminoso cuadrado plano en la ventana de salida y para la exploración del punto luminoso unidimensional ha
sido diseñado de acuerdo con el método dado a conocer en la presente invención y fue objeto de pruebas con simulaciones por ordenador. Una vista en primer plano del elemento óptico único - varilla conductora de luz – se ilustra en la Figura 20. 5
En una forma de realización ilustrativa, el varilla conductora de luz se puede obtener a partir de vidrio BK7 del catálogo de Schott. Las dimensiones de su cara de entrada, 10 mm x 3 mm, proporcionan la recogida completa de la luz emitida por la barra de láser. La distancia 10 entre la barra y la varilla es de 1 mm, la separación entre la varilla y la ventana de salida es la misma. La longitud de la varilla es 80 mm. La magnitud angular de la oscilación de la varilla es 7º, que proporciona 10 mm de la magnitud lineal del punto luminoso en la ventana. 15
La longitud de la varilla conductora de luz se puede seleccionar para reducir al mínimo la divergencia del haz de salida, cuando se proporcionan las dimensiones de las caras de entrada y de salida, la divergencia de la barra de láser y la magnitud angular de la varilla. La sección 20 transversal vertical de conificación de la varilla (10 mm -> 4 mm) fue utilizara para la optimización.
La Figura 21 ilustra la dependencia del ángulo de salida para el rayo de entrada extremo en la longitud de la varilla, que se calcula a partir de la ecuación 25 aproximada (22) y a partir de la ecuación exacta (29). El valor absoluto del ángulo de salida con respecto al eje de la varilla se representa en la Figura 21.
El número de reflexiones del mismo rayo extremo, en el interior de la varilla, para diversas longitudes de la 30 varilla, se representa en la Figura 22. El gráfico se calcula de acuerdo con la ecuación (31).
Se puede observar, a partir de la Figura 21, que la curva suave correspondiente a la ecuación (22) proporciona realmente las magnitudes medias de los datos exactos de la ecuación (29) visualizados con la curva escalonada. Por este motivo, las ecuaciones del análisis simplificado se 5 deben utilizar para el diseño preliminar solamente.
Para proporcionar el haz de salida más estrecho, la longitud de la varilla debe seleccionarse en el mínimo de la curva escalonada correcta. Existen dos mínimos: aproximadamente 55 mm y aproximadamente 80 mm. Aunque la 10 diferencia entre ellos no es significativa, el segundo es preferible.
El motivo es que, para la varilla inclinada, el rayo extremo debe situarse en la extremidad del intervalo con un número par de reflexiones. Cuando la varilla está 15 inclinada, la distribución angular de la entrada se hace asimétrica y los rayos con ángulos de incidencia máximos (rayos extremos) existen en solamente un lado de la apertura de entrada. Esto producirá también la asimetría en la distribución angular de salida, puesto que los rayos 20 extremos corresponden al ángulo de salida máximo. Dependiendo del número de reflexiones para el rayo extremo, el signo de su ángulo de salida es el mismo que para el ángulo de entrada (N es par) u opuesto (N es impar). Los ángulos mencionados se miden con respecto al 25 eje de la varilla. Se puede observar que cuando ángulos mayores en la distribución tienen el mismo signo que a la entrada, el tamaño del punto luminoso en la ventana es más pequeño. Examinando la Figura 22 se puede observar que un mínimo de 80 mm pertenece al extremo del intervalo de 30 cuatro reflexiones, mientras que 55 mm corresponde a tres reflexiones y por lo tanto, se selecciona el primero.
La conclusión se confirma por la Figura 23, en donde la magnitud con signo real del ángulo de salida, de acuerdo con la ecuación (30), se muestra después de la sustracción del ángulo de inclinación de 7º. Por lo tanto, la Figura 23 representa el ángulo de salida del rayo 5 extremo con respecto a la perpendicular a la ventana, lo que determina la extensión lineal del punto luminoso.
En este gráfico, la diferencia entre los valores absolutos de los ángulos de salida en mínimos, a 80 mm y 55 mm, se hace significativa e igual a 17 grados. Esto 10 indica claramente las ventajas de seleccionar el primero para comprimir el punto luminoso en la ventana para la posición de borde de la varilla.
Puesto que el rayo extremo está situado en la extremidad del intervalo de 4 reflexiones en la Figura 22, 15 numerosos rayos con menores magnitudes de los parámetros de entrada y<A/2 y 0<γ experimentarán también 4 reflexiones desde las paredes laterales. Este número es bastante suficiente para proporcionar la irradiancia de salida uniforme en la dirección vertical para la Figura 20 20.
En la dirección horizontal, la distribución angular es más estrecha, aunque la divergencia de entrada de la barra de láser es mayor en esta dirección. El motivo es que la varilla se prolonga en la sección transversal 25 horizontal y no está inclinado en esta dirección. La Figura 24 ilustra la dependencia del ángulo de salida para los rayos que penetran en la varilla a y = 1,5 mm en su ángulo de entrada dentro del margen de divergencia del eje rápida de la barra de láser. El gráfico se calcula a 30 partir de la ecuación (30).
El número de reflexiones para los mismos rayos se
muestra en la Figura 25. El mayor valor de N proporciona una excelente uniformidad de la irradiancia de salida, en la dirección horizontal, así como en la dirección vertical.
El rendimiento del sistema se puede probar con el 5 software ZEMAX.
La Figura 26 es un resumen de los resultados de una simulación del sistema para la posición de la varilla central. Contiene las trazas de rayos a través del sistema y la irradiancia en la cara de entrada del varilla 10 conductora de luz y en la ventana de salida. Se puede observar una irradiancia altamente no uniforme a la entrada con picos luminosamente resaltados desde 19 emisores de la barra de láser. Después de la homogenización por el varilla conductora de luz, la 15 distribución de la irradiancia en la ventana se hace casi plana.
La Figura 27 representa los mismos datos para la varilla inclinada en un ángulo de 7º respecto a la posición central. La distribución de irradiancia de salida 20 es más difusa y menos uniforme que en la Figura 26, debido al más que doblado ángulo de entrada máximo y al incremento de la distancia a la ventana. No obstante, el tamaño del punto luminoso está todavía próximo a la de un cuadrado. 25
La Figura 28 ilustra la dependencia de la potencia proporcionada bajo las condiciones de la Figura 27 respecto al ángulo de incidencia con la ventana de salida. Los picos angulares separados, verticalmente dispuestos, se obtienen por las fuentes luminosas virtuales, que se 30 generan por reflexiones secuenciales desde las partes laterales del varilla conductora de luz, de forma similar
al proceso descrito en la Figura 19. El margen angular vertical es bastante simétrico y cubre un ángulo de + 35º que es próximo a la estimación de la Figura 23 para la varilla de 80 mm.
Como resumen, los resultados de la simulación 5 confirman la validez del método desarrollado del diseño del escáner basado en la varilla.
El varilla conductora de luz se puede montar en un balancín, cuya inclinación variable proporciona la exploración lineal del punto luminoso de salida. La 10 variación periódica de la inclinación del balancín se puede conseguir con varias clases de dispositivos de accionamiento. La forma preferida es convertir la rotación uniforme del eje del motor en el movimiento del balancín deseado. 15
La Figura 29 ilustra una forma de realización del escáner sobre la base de una leva giratoria; un cilindro no redondo situado, de forma excéntrica, en el eje del motor. El mecanismo de levas proporciona la conversión de la rotación uniforme del motor en un movimiento 20 alternativo angular del balancín. El movimiento angular del balancín se determina por el perfil de la leva y su velocidad de rotación, porque la leva y el balancín están en contacto permanente proporcionado mediante rodillo y muelle. 25
Dependiendo de la forma de la leva, este mecanismo puede proporcionar exploraciones unidireccional y bidireccional del haz de salida. La exploración unidireccional se refiere a la condición cuando el ángulo de inclinación del balancín α se aumenta para la mayor 30 parte del periodo de rotación de la leva. A continuación, el balancín vuelve rápidamente a la posición inicial. La
relación entre el alcance de trabajo del ángulo de rotación  de la leva y el ángulo de 360º completo proporciona la magnitud del ciclo de utilización del escáner. Cuando la forma de la leva es simétrica para la primera y segunda mitades del periodo de rotación, la 5 exploración es bidireccional. En este caso la inclinación del balancín se incrementa y decrementa para las partes iguales del periodo.
Otra forma de realización del dispositivo de accionamiento se ilustra en la Figura 30. Dos ranuras 10 helicoidales son cortadas en la superficie del eje, que es girado por el motor (no representado en el dibujo). Las direcciones de estas espirales son opuestas en relación con el eje geométrico. Las ranuras están unidas entre sí en los bordes del eje. Un lado del balancín está unido al 15 seguidor, que es impulsado por las ranuras durante la rotación del eje. Para la rotación uniforme del eje, el seguidor realiza un movimiento alternativo a lo largo del eje y proporciona la exploración angular del balancín.
La Figura 31 ilustra la forma de realización 20 preferida del escáner, cuyo diseño se describirá con detalle a continuación.
El dispositivo de accionamiento contiene la placa, que está unida al balancín, la ranura de la forma específica realizada en dicha placa y el pasador situado 25 de forma excéntrica en el rotor. El rotor tiene una rotación uniforme impulsada por un motor (no representado) y dicho pasador está situado en el interior de dicha ranura de modo que se desliza a través de la ranura cuando se gira por el motor. El punto de pivotaje del balancín 30 está situado en 0. 01 es el centro fijo de la rotación del pasador y el centro de la ranura está situado en el punto
02.A es el punto de contacto actual entre el pasador y la ranura. El pasador está actualmente girado en el ángulo  y el balancín está inclinado en el ángulo . La forma de la ranura se calculará, a continuación, en el sistema de coordenadas móvil XO2Y. La dimensión de la ranura, a lo 5 largo de 02X es igual al diámetro de rotación del pasador 2r. El centro de la ranura coincide con el centro de rotación del pasador para la posición media del balancín, cuando =0. La distancia entre el punto de pivotaje del balancín y el centro de la ranura es R y la longitud del 10 balancín es L.
La forma de la ranura está precisamente determinada por su posición R, por su longitudinal 2r y por el movimiento angular requerido del balancín, que se expresar por la dependencia dada de α con . La forma se calcula a 15 partir de la geometría ilustrada en la Figura 32.
Se puede observar que las coordenadas del punto A, que es el punto de contacto actual entre pasador y ranura, se determinan para cada posición angular  del pasador por las ecuaciones siguientes: 20
(32) CosRCosrX1
(33) SenoRSenorY
Variando la magnitud de  en estas ecuaciones, se puede encontrar las coordenadas de todos los puntos de la ranura que determinan la forma completa de la ranura. 25
La función (), incluida en las ecuaciones, se determina por el movimiento angular deseado del balancín. Puesto que el ángulo de rotación  es proporcional al tiempo para la rotación uniforme, la dependencia del ángulo de inclinación  con el tiempo será la misma que en 30
().
La Figura 33 representa esta función para dos de los más simples y frecuentes movimientos angulares utilizados en la exploración. La curva de trazos corresponde al movimiento angular uniforme del balancín, con los puntos 5 de retorno a la cuarta parte de la revolución total del pasador. Realmente, el punto de retorno se puede seleccionar diferente. La curva de trazo continuo proporciona el movimiento lineal uniforme del punto luminoso de luz en la ventana de salida. En este caso, la 10 función Tan () debe cambiarse en proporción directa a  y no del propio .
La Figura 34 muestra la forma de la ranura para una forma de realización específica del escáner. Se puede seleccionar las siguientes magnitudes de parámetros: 15
- Radio de rotación del pasador: r=10 mm
- Distancia entre el punto de pivotaje del balancín y el centro de la ranura: R=45 mm
- Ángulo de inclinación máximo del balancín: αmax =8º
- Movimiento lineal uniforme del punto luminoso de 20 luz (curva de trazo continuo en la Figura 33).
Los puntos indicados en la Figura 34 corresponden a la variación del ángulo de rotación con pasos de 5º.
El gráfico dibujado corresponde a la mitad de la revolución completa del pasador: desde 0º a 180º. Cuando 25 el mismo movimiento, pero en sentido opuesto, se requiere para la segunda mitad del periodo, la forma de la parte restante de la ranura será simétrica a la dibujada. En general, el movimiento del balancín desde el punto medio a otro lado se puede proporcionar de forma diferente. 30
Para la puesta en práctica del método de exploración dado a conocer en la invención, la ranura debe cortarse en
la placa de material de baja fricción, tal como teflón. La anchura de la ranura debe ser al menos igual al diámetro del pasador. La curva teórica, representada en la Figura 34, tiene un punto de retorcimiento en un ángulo de =90º. En la práctica, la curva debe suavizarse alrededor del 5 punto con un radio de curvatura no inferior al diámetro del pasador. De no ser así, el pasador estará adherido en este punto. Esta modificación reduce sólo ligeramente el ciclo de utilización de la exploración en una magnitud teórica del 100%. 10
El método propuesto de exploración angular proporciona el movimiento preciso por un dispositivo de accionamiento muy compacto. Tal como se representa en la Figura 34, el tamaño de la ranura de 10 mm x 20 mm es suficiente para cumplir los requisitos de exploración, que 15 fueron anteriormente probados por medios ópticos.
En una forma de realización ilustrativa, el sistema dado a conocer en la invención puede incluir una fibra óptica. En dicha forma de realización, una cuestión clave, para el diseño del sistema generador de luz, es la 20 comparación de invariantes ópticos (BPP) de la fuente de luz y de la guía de luz utilizada en el sistema. Si la magnitud de esta última es menor, no hay manera alguna de obtener el acoplamiento eficiente de la fuente de luz dentro del marco de las soluciones ópticas simples. El BPP 25 de alguna fuente de luz de interés puede alcanzar algunas unidades de mm que es mucho mayor que el BPP de aceptación de la fibra óptica convencional. Por lo tanto, una importante consideración de la tecnología de la invención es una nueva clase de fibra, cuyo BPP de aceptación puede 30 hacerse tan alto como, por ejemplo, la barra de láser a lo largo del eje lento.
El aumento de BPP para la fibra propuesta se realiza mediante la elevación de los parámetros contribuyentes: diámetro y apertura numérica (NA).
El aumento del diámetro de la fibra de fracciones comunes de milímetro a algunos milímetros se puede aplicar 5 a las fibras plásticas solamente. La fibra de vidrio de dicho diámetro no sería flexible. La aplicación de fibras ópticas de plástico (principalmente fabricadas por PMMA) está ahora limitada por el margen espectral visible debido a la alta absorción en otras zonas. Incluso en el área 10 visible, la absorción de sus materiales es mucho mayor que la de un vidrio que limita la distancia de la entrega de luz. Polímeros perfluorados, de reciente desarrollo, tales como Cytop por Asahi Glass o Teflón AF por DuPont pueden utilizarse, con resultados satisfactorios, para la entrega 15 de luz, puesto que son transparentes hasta 1300 nm de longitud de onda.
Las fibras ópticas convencionales se fabrican de dos materiales con diferentes índices refracción: el núcleo debe ser más óptimamente denso que la capa de 20 recubrimiento. El valor NAfib de aceptación de la fibra se determina por los índices de refracción como sigue:
Debido a una pequeña diferencia entre ncore y nclad, la magnitud de NAfib suele ser menor que 0,5. Este valor puede 25 casi doblarse si la fibra no contiene la capa de recubrimiento, puesto que nclad, en este caso, se sustituye por 1 en la ecuación. Una fibra desnuda, fabricada de Cytop o de Teflón AF tiene una apertura numérica aceptada de 0,9 correspondiente al índice de refracción de 1,35 de 30 estos materiales. La protección de la superficie lateral de la fibra contra los contactos externos, que pueden
destruir las condiciones de TIR para la luz proporcionada, se proporciona por un recubrimiento de metal flexible tal como una conexión en cuello de cisne. Esta cuestión se examinará más adelante.
A modo de ejemplo, la magnitud de BPP para la fibra 5 Cytop no recubierta desnuda, con 2 mm de diámetro, sería igual a 1,8 mm que es mayor que BPPS de la barra de láser a lo largo del eje lento (1,7 mm). Por lo tanto, la barra de láser se puede acoplar fácilmente a dicha fibra sin la redistribución actualmente utilizada en BPPs y BPPf. 10
El acoplamiento de la fuente extendida a la fibra propuesta se realiza por un elemento único de la así denominada óptica plana, que no tiene ninguna potencia óptica. Esta forma de realización es preferida al uso de una lente, debido a la fabricación de más bajo coste y a 15 la menor sensibilidad al desplazamiento lateral relativo.
Una forma de realización de la tecnología de la presente invención utiliza la varilla conductora de luz rectangular conificada como un concentrador óptico, que reduce la magnitud de la fuente de luz hasta el diámetro 20 de la fibra. La Figura 35 representa la vista general de la forma de realización, mientras que las Figuras 36 y 37 representan una vista en primer plano del concentrador y del conformador de puntos luminosos.
La Figura 38 representa la simulación de la 25 propagación de la luz desde la fuente de luz a través del concentrador hasta la fibra. Como el número de rayos perdidos es pequeño en comparación con su número total, se puede constatar que la eficiencia del acoplamiento es alta. Se puede observar que los rayos perdidos están 30 situados en el extremo del concentrador y al principio de la fibra. La teoría anteriormente desarrollada del diseño
de varilla conductora de luz (Ecuaciones (18)–(31)) se puede aplicar a la mejora de la eficiencia del acoplamiento. En este caso, si n1 es el índice de refracción del material de varilla conductora de luz, Sen β debe sustituirse con NAfib/n1 en las ecuaciones citadas. 5
Más concretamente, la ecuación (28), que proporciona el límite superior para la magnitud del ángulo de conificación de la varilla conductora de luz, se convierte en:
(34) 10
Si NAfib, en la ecuación (34) se sustituye por su expresión mediante el índice de refracción de la fibra n2, la ecuación se puede expresar de nuevo en la forma que indica que el material de la varilla conductora de luz debe ser preferentemente más denso, desde el punto de 15 vista óptico, que el material de la fibra.
(35)
Un concentrador se puede fabricar a partir de cualquier vidrio óptico, puesto que los índices de refracción de todos ellos son mayores que el de polímero 20 perfluorado, que es el material de la fibra. La conexión óptica entre el concentrador y las fibras se realiza con resina epoxídica óptica o con adhesivo curado con luz ultravioleta.
El soporte de fibra óptica no recubierta, cuando su 25 lado exterior sirve como una superficie de trabajo, se fabrica por recubrimiento metálico flexible como un conexión en cuello de cisne. Cualquier tipo de contacto
externo destruye las condiciones de TIR en el lado de la fibra y afecta a la propagación de la luz en el interior de la fibra. Como fue descubierto por la simulación por ordenador del sistema óptico de la invención, el uso de soportes metálicos proporciona mucha menor atenuación de 5 la luz que el uso de soportes dieléctricos. Los contactos entre el lado de la fibra y aluminio, que ocupan un 0,5% de la superficie total, introducen solamente 0,04 dB/m de la atenuación de la luz adicional. Si la misma fracción de la superficie del lado de la fibra es ocupada por 10 contactos con dieléctrico la atenuación adicional es 10 veces más alta. Este fenómeno se puede explicar por la siguiente consideración. Cuando el valor de TIR se perturba por el dieléctrico, los rayos que encuentran la zona perturbada abandonan casi completamente la 15 penetración de la fibra en el dieléctrico contactado. Cuando el contacto con el metal perturba la magnitud de TIR, la parte significativa de potencia se refleja hacia la fibra, como sucede siempre para la reflexión desde metal. Los experimentos realizados con varillas de vidrio 20 y fibras de plástico desnudas, situadas sin ningún soporte mecánico adicional en el interior de la conexión en cuello de cisne de acero no revelaron el aumento de la atenuación de la luz entregada a través de las guías de luz cubiertas. Ello significa que el área de contacto total, 25 entre la guía de luz y la conexión en cuello de cisne circundante, no fue mucho mayor que el 0,5% utilizado en la simulación.
El perfil del haz de salida, en el extremo opuesto de la fibra, está conformado por otra varilla conductora de 30 luz, unida a la fibra con adhesivo óptico o fabricado del mismo material plástico junto con la fibra. Esta forma
combinada de fibra–varilla se puede proporcionar mediante el proceso de moldeo por inyección.
La divergencia del haz de salida se determina, de nuevo, por la magnitud de BPP del haz acoplado y por el tamaño de la salida del conformador de puntos luminosos. 5 La sección transversal del haz entregado reproduce la forma y dimensión de la sección transversal del conformador de puntos luminosos a la salida. Estas condiciones se proporcionan por el número suficientemente grande de reflexiones de la luz desde los lados de la 10 varilla, según se indica en la Figura 19.
El sistema óptico para el acoplamiento de la barra de láser fue diseñado de acuerdo con el método de la invención y fue ensayado con experimentos y simulaciones por ordenador. 15
El concentrador y el conformador de puntos luminosos se fabrican a partir del catálogo de vidrio F2 de vidrios Schott. La fibra de longitud de 1 m y de 2 mm de diámetro se fabrica a partir de Cytop y se une a ambas varillas conductoras de luz mediante adhesivo óptico curado por UV. 20 El concentrador tiene una longitud de 70 mm, con la cara de entrada de 11 mm x 1,8 mm y la cara de salida 1,8 mm x 0,9 mm. El rectángulo de salida se selecciona para inscribirse en un círculo de 2 mm de diámetro y presenta mayores dimensiones a lo largo del eje lento de la barra 25 de láser acoplada. La barra de láser está situada a 1 mm desde la cara de entrada del concentrador. El conformador de puntos luminosos tiene una longitud de 35 mm, con una cara de entrada de 2,5 mm x 2,5 mm y una cara de salida de 4 mm x 4 mm. En las Figuras 35 a 37 se representan dibujos 30 tridimensionales del sistema y sus componentes.
El rendimiento del sistema ha sido probado con
software ZEMAX. La Figura 39 ilustra la ventaja de la fibra desnuda en comparación con el uso de la fibra revestida, del mismo diámetro de núcleo, pero con un coeficiente de aceptación NAfib = 0,44. Se puede constatar que más del 50% de la luz recogida por el concentrador no 5 se adquiere por esta fibra.
Las Figuras 40 y 41 representan la irradiancia a la entrada y salida del concentrador. Su comparación demuestra el alto rendimiento (>98%) de la concentración de la luz, proporcionada por la varilla conductora de luz 10 de entrada. El rendimiento de recogida, experimentalmente medido, fue algo más bajo: 95,6%.
La Figura 40 representa la irradiancia altamente no uniforme, con picos resaltados desde 19 emisores de la barra de láser. Después de la homogenización por 15 concentrador, la distribución de la irradiancia, representada en la Figura 41, se hace casi plana.
La Figura 42 representa la dependencia de la potencia entregada a la salida del concentrador con respecto al ángulo de inclinación de los rayos en relación con el eje. 20 Los ángulos visualizados de + 42,3º corresponden al margen angular admitido por la fibra de Cytop. Según se indica por la magnitud de la potencia seleccionada por estas condiciones, un 96% de la luz de entrada se puede aceptar por la fibra. Los picos angulares separados, verticalmente 25 dispuestos, se producen por fuentes luminosas virtuales, que se generan por reflexiones secuenciales desde el lado del concentrador, similares al proceso descrito en la Figura 19.
Las trazas de rayos y la distribución de la 30 irradiancia, a la salida del sistema, se representan en la Figura 43. Se puede constatar que el conformador de puntos
luminosos proporciona el haz de salida con irradiancia uniforme y con forma cuadrada. El rendimiento total calculado de la entrega de luz es del 91%. La divergencia del haz de salida es de aproximadamente + 8 grados, según se puede constatar en la representación de la Figura 44. 5 La pequeña magnitud de la divergencia mantiene la forma y tamaño del punto luminoso casi invariable para alguna distancia desde la cara de salida.
Como se indicó anteriormente, el rendimiento de recogida del concentrador fue medido experimentalmente y 10 se obtuvo un valor del 95,6%. La dependencia de este rendimiento con respecto al desplazamiento del concentrador, en relación con la barra de láser, fue también determinado por medios experimentales.
La Figura 45 representa gráficamente el resultado de 15 estas mediciones. Puesto que la potencia transmitida no se cambia por los desplazamientos relativos de + 0,5 mm, la potencia de la barra de láser es sustancialmente adquirida por el concentrador. El valor de este desplazamiento no sensible determina la tolerancia de 1 mm para la posición 20 relativa de la barra y del concentrador. Por ello, un valor de tolerancia grande es muy poco frecuente en los requisitos de la alineación óptica, que suele estar en el margen de algunas centésimas de milímetro.
La naturaleza monolítica del sistema óptico descrito 25 elimina el problema de alineación relativa de sus elementos. Debido a esta propiedad, el haz de salida se puede escanear fácilmente curvando la fibra cerca del varilla conductora de luz de salida (conformador de puntos luminosos). La escala de esta deformación debe estar 30 dentro de dicho margen, lo que evita importantes pérdidas de la luz transmitida, relacionadas con la curvatura. La
Figura 46 representa el diagrama esquemático, a modo de ejemplo, de la geometría de exploración, de acuerdo con la tecnología de la presente invención.
La unidad de exploración contiene el balancín instalado en el interior de la carcasa. La fibra está 5 montada en el balancín cerca de la varilla conductora de luz de salida y está sujeta, de forma poco apretada, en la hendidura u orificio practicado en la pared de la carcasa. La separación entre fibra y orificio se realiza lo más pequeña posible. Cuando el balancín se desplaza 10 periódicamente desde su posición original, se curva la fibra y la dirección del eje del haz de salida se cambia proporcionando así la exploración del haz. La cuestión importante es la posición del punto de pivotaje del balancín. La fibra se deforma como si estuviera en 15 voladizo sobre el orificio. En este caso, la forma de la fibra curvada es la parábola cúbica que presenta una tangente en el extremo, que siempre cruza el mismo punto. El eje de rotación del balancín debe coincidir con este punto. Según se indica en la Figura 46 está punto está 20 situado en la dirección de la fibra original a una tercera parte de la longitud de fibra total, desde la pared de la carcasa. Esta posición del punto de pivotaje proporciona la mínima deformación por el desgaste de la fibra.
Con cada una de las formas de realización de la 25 exploración anteriormente descrita, se produce una banda de área tratada, a una profundidad deseada, durante cada duración de exploración. La anchura de la banda, en la superficie, es igual al diámetro del punto luminoso, pero aumenta con la profundidad. Cuando es necesario, la misma 30 área se puede tratar a través de múltiples pasadas para producir el grado deseado de daño del pelo para modular su
crecimiento. La velocidad manual óptima debe proporcionar el desplazamiento de la banda, en su anchura, durante el periodo de exploración. La velocidad de exploración (V) es dirigida a lo largo de la ventana de salida de la cabeza de exploración. La velocidad manual (Vm) es perpendicular 5 a (V). A partir de la Figura 47 se constata que la línea de exploración está inclinada respecto a la dirección de la ventana de salida en un ángulo determinado por la ecuación
(36) 10
Cuando la velocidad manual es óptima, la banda se desplaza en su anchura (D) durante el periodo de exploración (T):
(37)
La longitud de exploración (L) se puede expresar 15 como:
(38)
donde (C) es la fracción útil del periodo de exploración, el ciclo de utilización de la exploración. A partir de las tres últimas ecuaciones,(Vm) se obtiene 20 como:
(39)
Sustituyendo (V) desde la ecuación (5) en la última ecuación, la fórmula para la magnitud óptima de la velocidad de exploración manual se determina por: 25
(40)
La velocidad manual real, proporcionada por el
operador, se mide con el sensor de movimiento incorporado en la cabeza de exploración. El diseño preferido de este sensor se hace similar al ratón óptico y contiene una fuente de iluminación tal como un láser de diodos o LED, un detector y un procesador con un algoritmo incorporado 5 para el cálculo de la velocidad. Cuando la velocidad manual real es superior a la óptima, el área de tratamiento contendrá bandas no tratadas. Si no se cambia la velocidad de exploración, esta situación no se puede corregir por el ajuste de la potencia y se debe evitar. En 10 una forma de realización, el dispositivo notifica al operador que debe reducirse la velocidad manual generando una señal de aviso visual, audible o táctil.
Haciendo referencia a la Figura 48a, se muestra un diagrama de bloques de un sistema que puede detectar el 15 movimiento de la cabeza de exploración a través de la piel. En cada forma de realización, la fuente de alimentación eléctrica 32 genera la corriente de servicio para el láser 34. La potencia para el láser 34 se regula por un controlador 78. El dispositivo de tratamiento 20 contiene el sensor del movimiento, tal como se utiliza en un ratón de ordenador óptico. La pequeña zona de la piel, que no está actualmente bajo el tratamiento de láser, se ilumina por una fuente de luz 82. Una imagen de esta zona se detecta por el detector de imágenes 80. En una forma de 25 realización preferida, el margen espectral de la fuente de luz 82 y la sensibilidad espectral del detector de imágenes 80 debe ser diferente a la longitud de onda del láser de tratamiento 34. De no ser así, la imagen detectada por el detector 80 se distorsiona por la luz 30 dispersa y reflejada desde el láser 34. Un diodo emisor de luz (LED) o un diodo de láser de baja potencia (LD) se
utiliza como una fuente de luz 82. El detector de imagen 80 se fabrica como una pequeña matriz bidimensional de tecnología CCD o CMOS. La magnitud de la matriz es suficientemente grande para generar la configuración de imagen de la piel, que es específica para cada posición 5 del sensor. El periodo entre las imágenes secuenciales se establece para ser más pequeño que el más corto tiempo requerido para el desplazamiento del área iluminada, en su tamaño, sobre la piel.
Un velocímetro 84 mide la velocidad del 10 desplazamiento manual utilizando un algoritmo de reconocimiento de modelo de configuración y el periodo de encuadre de la imagen. Además, compara la velocidad medida con la magnitud dada de la velocidad manual óptima. Si la velocidad medida es mayor que la velocidad óptima, el 15 generador de alertas 86 se activa o se ajusta el régimen de exploración/potencia. El generador de alertas 86 se realiza como un LED parpadeante y/o un pitido para hacer que el operador conozca que se debe reducir la velocidad manual. Si la velocidad medida es menor que la óptima, el 20 velocímetro 84 proporciona la relación de la velocidad medida a la velocidad óptima para el controlador 78. El controlador 78 varía la potencia para proporcionar el cambio de potencia de salida del láser, de acuerdo con la ecuación (42) o (46) según se indica a continuación. 25
Para formas de realización distintas de las de base poligonal, se debe proporcionar un ajuste de la potencia adicional. En estos casos, tal como cuando la exploración de punto luminoso, conseguida por un movimiento del espejo oscilante, según se ilustra en las Figuras 10 y 13. En 30 estos casos, el movimiento del haz se representa en general como en la Figura 49. El margen de servicio dentro
del periodo (T) está limitado por la parte lineal de la curva, cuando el desplazamiento del punto luminoso se aumenta uniformemente con el tiempo. Después de finalizar cada ciclo de servicio, el punto luminoso retorna rápidamente a su posición inicial. Esto es necesario para 5 obtener una exploración del haz unidireccional, que proporciona la cobertura continua del área tratada según se representa en la Figura 49. La relación del margen de servicio al periodo total (T) proporciona la magnitud del ciclo de utilización (C). 10
Cerca de los puntos de giro 90, 90‟ de la oscilación, la velocidad de exploración del punto luminoso es baja. Si la potencia entregada con el punto luminoso se mantiene la misma que durante la fase rápida de exploración, se sobrecalentará la piel en estos puntos. Para evitarlo, se 15 reduce la potencia durante la parte inactiva del periodo (1-C)T o se puede desactivar. Este tipo de ajuste de la potencia será denominado “cíclico”, en oposición al ajuste “correctivo” anteriormente descrito. El ajuste cíclico de la potencia no es necesario para el sistema de exploración 20 con base poligonal debido a que la velocidad del punto luminoso no se varía en este caso.
La Figura 48b ilustra el diagrama de bloques del ajuste de la potencia del láser para formas de realización distintas a las de base poligonal. El controlador de 25 corriente 78 es afectado por señales procedentes de un sensor de posición del escáner 94, además de las procedentes del velocímetro 84, según se representa en la Figura 48a. Haciendo referencia a las formas de realización antes descritas, el sensor mide la posición 30 angular de elementos móviles en diseños según se representa en la Figura 10 o 13, o la posición lineal de
la extremidad de la fibra en el diseño representado en la Figura 12. En las posiciones predeterminadas, proporciona las señales para el controlador para la reducción (o desactivación) de la corriente lasérica y para su recuperación. 5
Con el fin de proporcionar al operador algún margen de velocidad manual, el movimiento con la más baja velocidad se puede corregir mediante ajuste de la potencia del láser. En este caso, cada punto del área tratada recibirá múltiples pulsos de la misma anchura. El número 10 de pulsos N es igual a la relación entre la velocidad óptima y la velocidad manual real:
(41)
La potencia debe ajustarse de modo que la modificación objetivo total, después de la entrega de N 15 pulsos, sea la misma que desde el pulso único. La disminución de la potencia depende de si el dispositivo se utiliza para producir efectos fotoquímicos o efectos térmicos.
Para las reacciones fotoquímicas, tal como la 20 producción de formas de oxígeno activo durante la terapia fotodinámica (PDT), el número de moléculas transformadas es directamente proporcional al número de fotones absorbidos. Por lo tanto, la potencia debe ajustarse en proporción inversa al número de pulsos N. Es decir, la 25 potencia debe ajustarse en proporción directa a la velocidad manual real:
(42)
El mecanismo de la reacción fototérmica (fototermolisis selectiva) es más complicado. En este 30 caso, la energía luminosa se utiliza para calentar el
objetivo y por lo tanto, acelerar la tasa de reacción química. Puesto que el objetivo no suele contener una sustancia absorbedora de la luz, la luz calienta primero algún objeto distante que contiene una alta concentración de cromóforo absorbente. El calor se difunde desde el 5 absorbedor a los tejidos circundantes, de modo que la temperatura del objetivo no se incrementará instantáneamente con la iluminación, sino después del retardo (0) denominado tiempo de relación térmica. La magnitud de (0) es proporcional al cuadrado de la 10 distancia entre el absorbedor y el objetivo. La selectividad del objetivo se consigue mediante la selección de la duración del pulso de luz () aproximadamente igual a (0). Si (.<.0) la temperatura del objetivo no se aumentará lo suficiente para acelerar la 15 reacción química. En el extremo terminal del pulso de luz, solamente se calientan las zonas que están más próximas al absorbedor. Si (.>0), el calor se difunde demasiado lejos del absorbedor y puede causar modificaciones químicas en los tejidos circundantes y no solamente en el tejido 20 objetivo. Para la depilación permanente, el tallo del pelo que contiene el cromósforo altamente absorbente, melanina, sirve como un absorbedor y el bulbo piloso se considera como objetivo. El ancho de pulso, frecuentemente utilizado, de 30 milisegundos es aproximadamente igual al 25 tiempo de relajación térmica del bulbo piloso. Además de la anchura del pulso, la potencia máxima se debe seleccionar también para proporcionar un calentamiento suficiente del objetivo.
Para reacciones térmicamente activadas, la tasa de 30 reacción k se determina por la Ley de Arrhenius:
(43)
en donde (ΔE) es la energía de activación de la reacción, (A)es la tasa de reacción a temperatura infinita y (RT) es la energía térmica proporcional a la temperatura absoluta (T). Considerando que el número de moléculas 5 transformadas es el mismo para un pulso único y (N) pulsos de la misma duración, la conexión entre la temperatura (T1) bajo potencia óptima y la temperatura (T2) bajo potencia reducida debe ser la siguiente:
(44) 10
El calentamiento del objetivo es proporcional a la potencia del láser, porque la duración del pulso se mantiene la misma:
(45)
En este caso, T0=310º K es la temperatura del cuerpo 15 humano. A partir de las dos últimas ecuaciones, se puede admitir la ecuación para el ajuste de la potencia siguiente:
(46)
La potencia ajustada en la ecuación (46) depende 20 logarítmicamente de Vm, que no es tan fuerte como la dependencia de Vm según se proporciona por la ecuación (42). Por lo tanto, solamente está previsto un pequeño ajuste de la potencia para reacciones térmicamente activadas. 25
La Figura 50 representa la disminución de la potencia que se puede utilizar cuando la velocidad se desvía con respecto a la velocidad óptima. El gráfico 1 se refiere a
la reacción fototérmica y está basado en la ecuación (46). Los valores de los parámetros de la ecuación utilizados se indican en la documentación pertinente: ΔE=327 kJ/mol para el daño de piel gruesa y T1=50ºC, como una temperatura umbral para la reducción de la actividad enzimática. El 5 gráfico 2 corresponde a reacciones fotoquímicas, de acuerdo con la ecuación (42).
Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 48a y 48b, el controlador de corriente 78 proporciona el ajuste de potencia correctivo según las ecuaciones (42) o (46) sobre 10 la base de las señales procedentes del velocímetro 84. El conjunto de los parámetros de entrada: Vmopt, selección entre las ecuaciones (42) y (46), ΔE y T1 se pueden introducir por el operador utilizando un soporte digital de teclas por separado o se puede conmutar entre los 15 conjuntos de parámetros, que se generan para diferentes tareas y se guardan en la memoria del dispositivo.
Una forma de realización más avanzada del ajuste correctivo de la potencia se puede conseguir con el ajuste simultáneo de la velocidad de exploración. Haciendo 20 referencia a la ecuación (39) y la Figura 47, cuando la velocidad de exploración V varía en proporción directa a la velocidad Vm variable, las bandas de tratamiento no se solapan entre sí y se mantienen las condiciones de tratamiento óptimas. En este caso, no existe múltiples 25 pulsos recibidos por el objetivo, sino que la duración del pulso se cambia en la proporción inversa a la velocidad de exploración. Bajo esta condición, la fototermolisis produce la misma cantidad de moléculas transformadas si la fluencia entregada total se mantiene aproximadamente 30 constante. Ello significa que el ajuste de la potencia, con corrección simultánea de la velocidad de exploración,
se describe por la ecuación (42) para las reacciones fototérmicas y fotoquímicas. No obstante, el margen de ajuste para la fototermolisis está limitado en ambos extremos. Deben evitarse las velocidades de exploración y manual demasiado bajas, puesto que la magnitud de la 5 anchura del pulso () (véase ecuación (5)) puede hacerse muy superior al tiempo de relajación térmica (0) que está alejado de las condiciones óptimas. Una velocidad manual demasiado alta exigiría, de acuerdo con la ecuación (42), que la potencia de salida fuera más alta que el valor 10 máximo proporcionado por el láser utilizado. Se avisa al operador sobre la utilización de una velocidad manual, fuera del margen, para evitar estas condiciones.
La Figura 48c representa el diagrama de bloques del dispositivo con ajuste de la potencia lasérica y de la 15 velocidad de exploración. El velocímetro 84 afecta al controlador de corriente 78 en dos maneras. La primera es la misma que se representa en las Figuras 48a y 48b: la corriente es corregida para proporcionar el cumplimiento de la ecuación (42) sobre la base de los datos sobre la 20 velocidad manual medida. Además del ajuste correctivo, el velocímetro 84 afecta al ajuste cíclico a través de un controlador del escáner 98, que varía la velocidad de exploración en proporción directa a la velocidad manual y el sensor de posiciones del escáner 94. De nuevo, el 25 generador de alertas 86 es activado cuando la velocidad manual es demasiado baja o alta.
Ocasionalmente, el operador realizará una pasada manual, sobre la misma área, múltiples veces. Esta circunstancia no planteará ningún problema con la 30 sobredosis del área de tratamiento sino que al mismo tiempo no se obtendrá ninguna ventaja añadida en
comparación con una pasada única. El efecto del tratamiento de múltiples pulsos se consideró anteriormente y fue descrito por la ecuación (43), en donde la relación Vmopt/Vm debe sustituirse con el número de pasadas (N). Se puede constatar a partir de la Figura 50 (curva 1) que la 5 potencia lasérica se puede mantener casi la misma hasta N<100(Vm/Vmopt >0,1).
Puesto que las pasadas múltiples no aportan ventajas significativas, sino que prolongan el tiempo de tratamiento, se deben evitar en una forma de realización 10 preferida. Para hacerlo, se puede aplicar alguna sustancia claramente visible a la parte de la superficie de la piel que se va a tratar. Dicha sustancia puede ser, por ejemplo, espuma similar a la crea de afeitar o un líquido indicador coloreado. La sustancia mencionada no debe 15 absorber, en gran medida, la luz del tratamiento. En este caso, la cabeza de exploración está provista de los medios de limpieza superficial, tales como una placa con un borde romo situado perpendicular a la superficie de la piel enfrente de la ventana de salida. La longitud de esta 20 placa es igual a la longitud de la línea de exploración del punto luminoso del láser. Durante el desplazamiento manual de la cabeza de exploración, el medio de limpieza elimina la sustancia de recubrimiento de la parte tratada desde la superficie de la piel, lo que permite al operador 25 distinguir las partes tratadas de las no tratadas. En una forma de realización, el medio de limpieza no elimina completamente la sustancia de recubrimiento, sino que deja una delgada película sobre la superficie. La película residual sirve como lubricante para el desplazamiento 30 manual de la cabeza de exploración sobre la piel.
Aunque las formas de realización específicas,
anteriormente descritas, están basadas en láseres, se pueden utilizar las fuentes de luz pulsada intensa (IPL) no coherentes. El pulso de corta duración de IPL suele proporcionarse por la descarga de una batería de condensadores que presentan una alta capacitancia. La 5 batería es cargada entre pulsos. La luz generada se filtra espectralmente en el margen deseado de longitudes de onda y se concentra, con el uso de óptica reflectiva y refractiva, sobre la ventana de salida dentro de un pequeño punto luminoso. El siguiente comportamiento de la 10 luz de IPL, en el interior de la piel, no difiere de la difusión de la luz lasérica y se puede utilizar en todas las formas de realización descritas. La única diferencia es la manera de exploración escalonada del punto luminoso de IPL debido al modo del pulso. 15
Aunque la tecnología de la invención ha sido descrita en términos de la depilación, dicha tecnología se puede utilizar para tratar otros problemas dermatológicos. Los láseres de pequeño punto luminoso, que penetran hasta 3 mm en la piel, tienen el potencial de mejorar una diversidad 20 de condiciones de la piel, tales como lesiones vasculares, lesiones pigmentadas y una amplia gama de otras condiciones incluyendo la piel fotoenvejecida y las arrugas. En el tratamiento de las lesiones vasculares, la absorción en hemoglobina, con conversión de la luz en 25 energía térmica, daña el revestimiento endotelial y casa daños a los vasos dérmicos papilares. El resultado es una mejora en la telangiectasia facial, enrojecimiento facial difuso así como el tratamiento de las venas varicosas del rostro y piernas. Las manchas de nevo vinoso y los 30 hemangiomas también responden al tratamiento con estos dispositivos. En tanto que el tiempo escaneado del punto
luminoso de exploración de onda continua esté en el orden de magnitud de los microsegundos a milisegundos, se conseguirá una lesión térmica suficiente para obtener mejora en este grupo de lesiones vasculares.
Las lesiones pigmentadas responden también a los 5 dispositivos de puntos luminosos pequeños escaneados. Los lentigos, las lesiones pigmentadas epidérmicas inducidas por el sol y otras lesiones pigmentadas epidérmicas, que están presentes en las marcas de nacimiento o de nacimiento retrasado, tal como las máculas denominadas de 10 „café con leche‟. El nevo de Becker y el nevo de Spillus también responden a este tratamiento. El melasma y la hiperpigmentación pos-inflamatoria, que son anomalías pigmentadas epidérmicas y dérmicas o exclusivamente pigmentadas dérmicas, también responden al tratamiento 15 interrumpiendo el proceso pigmentario dérmico.
El fotoenvejecimiento se presenta como granulosidad, rugosidad y amarillamiento de la piel así como en otros cambios incluyendo la telangiectasia y la despigmentación. Todos estos defectos se pueden mejorar con el láser de 20 pequeño punto luminoso escaneado y la fuente de luz. La investigación ha demostrado que una gama de diferentes longitudes de onda, desde la región infrarroja media a las longitudes de ondas visibles cortas, estimulan la nueva producción de colágeno en las dermis media y papilar. El 25 cromóforo absorbente que inicia este cambio no ha sido todavía determinado. Parece ser, sin embargo, que una diversidad de diferentes cromóforos de la piel, incluyendo agua, pigmento de melanina y hemoglobina pueden servir todos ellos como el cromóforo que absorbe la luz para 30 iniciar este efecto. La energía luminosa se convierte en energía térmica y en alguna medida, se determina el
episodio biológico y celular, estimula los fibroblastos para producir nuevo colágeno. Los estudios han demostrado que una diversidad de estas longitudes de onda puede inducir la producción de nuevas fibras de colágeno tipo I y tipo III. Los láseres de pequeños puntos luminosos 5 escaneados y las fuentes de luz estimulan también los fibroblastos para producir colágeno e inducir, en efecto, la frecuentemente denominada “fotorejuvenecimiento”. Este cambio es más difícil de mostrar por medios fotográficos es fácil de medir utilizando la medición profilométrica y 10 también una biopsia de la piel. Estas biopsias muestran una zona de Grenz de nuevo colágeno en la dermis papilar que sustituye a colágeno fotodañado y esto representa una mejora en la granulosidad, la rugosidad y la textura de la piel. La absorción de luz en la vasculatura y en zonas 15 pigmentadas constituye una mejora del color de la piel, de color rojo y pardo, y para el efecto total de fotorejuvenecimiento.
Aunque la tecnología de la presente invención ha sido descrita en términos de utilización de la luz como la 20 fuente de energía, está previsto que la fuente de energía debe incluir también fuentes de microondas, ultrasonidos y otras fuentes dirigidas, cuando se utilizan con el sistema adecuado para proporcionar una energía de haz estrecho para la profundidad de tratamiento deseada, sin dañar los 25 tejidos no implicados en el tratamiento.
El mecanismo de la influencia de las microondas está basado en la inducción de corriente eléctrica en medios, que se convierte finalmente en calor. Por lo tanto, la consideración anterior sobre las reacciones químicas 30 térmicamente activadas se puede aplicar a este caso.
Los ultrasonidos se suelen emplear por su
funcionalidad de calentamiento de los tejidos. Sin embargo, los fenómenos de absorción resonante, tal como se utilizan en aplicaciones de litotripsia ultrasónica, se pueden integrar también en las formas de realización aquí dadas a conocer. Si un objeto tal como un cálculo renal, 5 que tiene un tamaño que se aproxime a la longitud de onda ultrasónica, la absorción de energía puede ser lo suficientemente fuerte de modo que el objeto se destruya por ondas resonantes. Para producir la resonancia deseable, el objeto debe responder a los ultrasonidos, 10 mientras que los medios circundantes, es decir, el tejido, debe permanecer insensible y no dañado. Puesto que la estructura química y las propiedades mecánicas del pelo son bastante distintas de los tejidos blandos circundantes del cuerpo, es razonable esperar la interacción resonante 15 entre el tallo del pelo y los ultrasonidos para permitir la depilación sin producir daños en los tejidos. Debido a la naturaleza resonante de la interacción, esta forma de realización requiere menos energía que otras aplicaciones térmicas directas. 20

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Un sistema óptico para afectar temporalmente al crecimiento del pelo en la piel de un paciente, que comprende:
    una barra de láser adaptada para generar energía 5 luminosa adecuada para afectar al crecimiento del pelo en la piel de un paciente;
    una varilla conductora de luz acoplada, por medios ópticos, a la barra de láser y adaptada para transportar al menos parte de la energía luminosa a una primera zona 10 objetivo en la piel del paciente y
    un mecanismo de exploración acoplado, por medios mecánicos, a la varilla conductora de luz,
    caracterizado porque el mecanismo de exploración comprende un eje, con dos ranuras helicoidales, para 15 facilitar el cambio de una orientación de la varilla conductora de luz, de modo que la energía luminosa transportada sea dirigida a una segunda zona objetivo en la piel del paciente.
  2. 2.- El sistema óptico según la reivindicación 1, en 20 donde la varilla conductora de luz y el mecanismo de exploración están contenidos en el interior de una cabeza óptica.
  3. 3.- El sistema óptico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la varilla 25 conductora de luz está adaptada para transportar al menos un 95% de la energía luminosa generada por la barra de láser a la primera zona objetivo.
  4. 4.- El sistema óptico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la varilla 30 conductora de luz está conificada y presenta una cara de entrada de aproximadamente 10 mm por 3 mm y una cara de
    salida de aproximadamente 4 mm por 4 mm.
  5. 5.- El sistema óptico según la reivindicación 1, en donde la barra de láser está separada, en aproximadamente 1 mm, de la varilla conductora de luz.
  6. 6.- El sistema óptico según la reivindicación 1, en 5 donde el cambio en la orientación de la varilla conductora de luz presenta una magnitud angular aproximada de 7 grados.
  7. 7.- El sistema óptico según la reivindicación 1, en donde la longitud de la varilla conductora de luz se 10 selecciona para reducir al mínimo la divergencia de la energía luminosa transportada a la primera zona objetivo.
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