JP2014522704A - 連続波レーザーのパルス化を特徴とした手持ち可能なレーザー装置 - Google Patents

Abstract

皮膚を治療するためのレーザー装置が提供され、それは、手持ち可能なハウジングと、ハウジング内に配置され、出力ビームを放出する連続波レーザー部材と、装置を装着するためのパワー起動ボタンと、出力ビームの単一の第１のパルスを発射し、中断の後、引き続いて出力ビームの単一の第２のパルスを発射するためのパワー設定ボタンを含んだユーザー起動されたスイッチシステムであって、第２のパルスは、第１のパルスと中断の後に発射されるように自動的にプログラムされているものと、出力ビームを受け取り、ビームを複数のビームレットに分岐するプリズムを通してビームを送り出すレンズアレイであって、各ビームレットは、皮膚上の特定のスポットをターゲットとしており、第１および第２のパルスからのビームレットは、特定のスポットを連続して叩いて特定のスポットに印加されたエネルギーを補強するものと、を含む。

Description

発明は、一定の波長を維持するシステムにおいて変調された連続波レーザーを結合するコードレスで手持ち可能なレーザー装置に関する。レーザー装置は、皺や色素沈着過度を治療するのに有用である。

励起誘導放射による光増幅（レーザー）に基づいた装置は、皮膚医療と美容の多くの領域に革命をもたらした。治療に反応する皮膚状態には、にきび瘢痕、しゅさ鼻、色素沈着過度、不要な毛、および皮膚の若返りがある。切除再表面加工は、美容的若返りのための一般的な方法となっている。皺削減は、光線療法の特定の目的となっている。

レーザーに基づいた装置の進歩とそれらの皮膚治療法での使用は、過去十年間の間に多々ある。いくつかの出版物は、意図しない露出を避けるための装置の安全な装着に焦点を当てている。US2004/0167502 A1 (Weckwerth et al.)は、皮膚表面との係合を検出するための光学的センサーを報告している。センサーは、各々が固有の波長帯を有する複数の発光ダイオードと、分析されている材料からの複数の波長における光の放出を測定するための広帯域光検出器に基づいている。US2010/0082020 (Gong et al.)は、レーザーのハンドピースが起動に先立って皮膚との接触にあることを確かなものとするためのキャパシタンスセンサーと放出制御装置を有する医療用レーザーを記載している。ハンドピースは、あらゆる外科手術が始まる前に皮膚表面と垂直に立っている必要がある。

不均一レーザー放射治療は、US7,856,985 B2 (Mirkov et al.)に記載されている。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーからの出力ビームが、回折レンズアレイと結合される。

皮膚の治療のための電磁放射配送装置の大半は、比較的大きな装備品である。それらの基本的なエンジニアリングと動作モードにおける複雑さは、手持ち装置への縮小化を拒む。例えば、US2008/0082089 A1 (Jones et al.)は、第１の固体レーザーと第２の固体レーザーを含んだシステムを記載している。それぞれの第１の出力ビームは、第２の出力ビームを作成するように希土類が添加されたゲイン媒体における励起を生成するための第２の装置に供給される。後者は皮膚を治療するのに使われる。US2007/0179481 A1 (Frangineas et al.)は、炭酸ガスレーザーからの複数のパルスで皮膚弛緩症を治療することを模索している。システムは、スキャン装置と切除から結果として出る煙を排気するための真空ポンプに接続された先端を包含するためのハウジングを要求する。

報告された切除手順の多くは、特別な冷却機構を要求する。例えば、US5,810,801は、コラーゲンを損傷するように皺の下の真皮領域を貫通するために放射ビームを向ける。冷却システムがそれから、その下に横たわる表皮の損傷を防止するために起動される。それらの冷却システムはしばしば非常に嵩張る。

最先端技術、特に携帯型機器での別の問題は、十分なエネルギーの線量の電磁放射を放出するためのそれらの実効性にある。US2011/0040358 A1 (Bean et al.)は、傷や疾患を治療するために１３５０−１６００ｎｍの間の目に安全に動作する携帯型装置を記載している１つの解決策を提供している。これは、組織に直接接触する必要がないバッテリー駆動されたシステムである。装置の鍵となる部分は、組織表面ターゲットの僅かに上の焦点にレーザービームが収束されるように構築されたレンズである。

皮膚を治療するためのレーザー装置が提供され、それは、
（ｉ）手持ち可能なハウジングと、
（ｉｉ）ハウジング内に配置され、出力ビームを放出する連続波レーザー部材と、
（ｉｉｉ）装置を装着するためのパワー起動ボタンと、出力ビームの単一の第１のパルスを発射し、中断の後、引き続いて出力ビームの単一の第２のパルスを発射するためのパワー設定ボタンを含んだユーザー起動されたスイッチシステムであって、第２のパルスは、第１のパルスと中断の後に発射されるように自動的にプログラムされているものと、
（ｉｖ）出力ビームを受け取り、ビームを複数のビームレットに分岐するプリズムを通してビームを送り出すレンズアレイであって、各ビームレットは、皮膚上の特定のスポットをターゲットとしており、第１および第２のパルスからのビームレットは、スポットを連続して叩いて特定のスポットに印加されたエネルギーを補強するものと、を含む。

本発明の更なる特徴、側面および恩恵は、以下の図面の考慮からより容易に明らかとなるであろう。

図１は、発明の一実施形態の前面図である。 図２は、図１による実施形態の斜視図である。 図３は、その図と垂直に取られた図１の断面図である。 図４は、図１のハウジングから分離された内部機構の図である。 図５は、レーザーとプリント回路基板を取り巻く図４の一部分の半概略図である。 図６は、示された実施形態のための回路の電気的見取り図である。

連続波レーザーは、その出力パワーが時間に渡って一定であるビームに依存する。パルス化されたかまたは変調されたモードは、光学的パワーが、或る繰り返しレートにおいて或る持続時間のパルスで現れるものである。

我々は、そのレベルのパワーを配送するように「構築」されていない装置において、２倍のエネルギーの連続波レーザーを実効的に配送するやり方を見つけた。連続波レーザーは、変調されたかまたはパルス化されたレーザーのように振舞うように操作されている。本システムは、出力ビームの第１のパルスを発射し、中断によって続かれ、それから出力ビームの第２のパルスを発射することによって、この二重特性を達成する。第２のパルスは、中断に引き続く第１のパルスの後に発射されるように自動的にプログラムされる。皮膚を叩くパワーはそれから、出力ビームを複数のビームレットに分岐するプリズムであるレンズアレイを通して増幅される。ビームレットの各々は、皮膚上の非常に小さな特定のスポットをターゲットとする。連続した第１および第２のパルスによって、それらのパルスから結果として得られるビームレットは、同じ特定のスポットを連続して叩く。これは、それらの特定のスポットに印加されたエネルギーの量を補強する。自動的な第１および第２のパルスは充分に素早く発射されるので、ユーザ−はそれが印加されている皮膚上のエリアからレーザー装置を取り外すことができないでおり、印加を通して生成されるべき二重パルスが自動的に引き起こされている。典型的には、パルスの持続時間は、１０ミリ秒から１２０ミリ秒まで、好ましくは４０ミリ秒から８０ミリ秒まで、最適には約６０ミリ秒、の範囲であっても良い。

２つの制御ボタンが、ハウジングの外側から起動可能である。１つは、装置を装着／パワーオンするように機能するパワー起動ボタン１４である。もう１つは、パワーレベルを制御するように機能するパワー設定ボタン１６である。「ボタン」という用語は、広く解釈されるべきである。第１の実施形態では、ボタンは正方形であるが、それらはその他の実施形態では、丸いかまたはその他の幾何学的な形状のものであっても良い。またそれらのボタンは、ハウジングの表面から内向き／外向きに可動であっても良いが、別の実施形態では、非可動なタッチスクリーン形のスイッチであっても良い。

パワー設定ボタンとの関係で、ハイまたはローパワー１８ａと１８ｂの設定を指し示すための発光ダイオード（ＬＥＤ）１８がある。

本装置では、ユーザーは、単一パルスかまたは二重パルスの動作モードのどちらかを選択することができる。選択は、ユーザーが予めプログラムされたケーデンスパターンでパワー設定ボタン１６を押すことによって達成される。ローパワー設定１８ｂは、単一パルスを生成する。ハイパワー設定１８ａは、２つの順次のパルスを生成する。それぞれのローまたはハイ設定モードにおける第１または第２のパルスの後で、レーザー装置は、ユーザーがパワー設定ボタン上のケーデンスパターンを繰り返すまで再度発射はしない。この手順は、安全な装着を達成し、また比較的小さな装置から非常に効率的なやり方でパワーを配送する。

図１と２は、この発明の第１の実施形態を明らかにする。レーザー装置は、第１の端部４と反対側の第２の端部６を有する曲線で構成されたハウジング２を特徴とする。ウィンドウ８を規定する開口が、ハウジングの第１の端部の先端１０において形成される。

ハウジングは好ましくは、正弦波またはＳ形状を有する。これは、先端１０がユーザーの顔に対して適切に向き付けられることを許容すると同時に、パワー設定と起動のユーザーによる視認を許容する。ハウジングの長さに沿った縦軸と、交差点におけるウィンドウを通して横切る軸が、１００°と１７０°の間、好ましくは１１０°と１６０°の間、最適には１２０°と１４０°の間、の角度を規定する。

環状プレート１２がウィンドウ８を取り囲む。プレートは、電磁放射に対して不透明である。電磁放射のあらゆる出力ビームは、環状プレートの空いた中央エリアであるウィンドウ８を通して放出される。

図３と４は、レーザー装置の内部機構を明らかにする。再充電可能なバッテリー２０が、後端部６の直ぐ上のハウジングの下方エリア内に設置される。再充電は、再充電可能なバッテリーと導通しているポート２２への外部電源の接続によって達成される。

バッテリーの上には、サポートとしてと、レーザー部材によって発生された熱を散逸するための固体冷媒としての両方の役目を果たすアルミニウムブロック２４がある。装置は、いかなる特別な液体または気体の冷媒システムを必要ともせず特徴ともしない。

電磁放射を生成しているレーザー部材２６は、アルミニウムブロックのアーム上にサポートされている。この実施形態のレーザー部材は、一定の出力パワーで動作して時間に渡る連続波を配送する。それは、インジウム、砒素、ガリウムおよび錫の元素を含んだ固体ダイオードレーザーである。レーザーは、約１３００ｎｍと１６００ｎｍの間、好ましくは１４２０ｎｍと１４７０ｎｍの間、最適にはおよそ１４４０ｎｍ、の波長を有する放射のパルスを作成する。フルエンスは、０．５ジュール／ｃｍ^２と５ジュール／ｃｍ^２の間、より好ましくは１ジュール／ｃｍ^２と３ジュール／ｃｍ^２の間、最適には１．３ジュール／ｃｍ^２と１．８ジュール／ｃｍ^２の間、の範囲であっても良い。レーザー装置から発する電磁放射は、米国食品医薬品局によってクラスＩ／１の本質的に安全な格付けとして分類されている皮膚に対して非切除的なものである。

いかなるローション、クリームまたはその他の化学物質も、放射治療に先立って皮膚ターゲットに施される必要はない。この発明の装置は、ブーストを必要とせず、皮膚ターゲットエリア上に予め置かれた化学物質と相互作用する必要もない。それにも拘らず、印加された電磁放射の効能に対して遮蔽し得る化粧またはその他の化学物質からの干渉を避けるために、界面活性剤組成物で皮膚治療エリアを洗浄することが望ましくても良い。

第１の端部４の近くに配置されたレーザー部材から下流には、回折レンズアレイ３２がある。レーザー部材２６からの電磁放射の出力ビームは、レンズアレイ中に向けられ、それは出力ビームを複数のビームレットに分岐するプリズムとしての役目を果たす。それらのビームレットは、アレイを出るより大きな直径の全体的ビームを構成し、不均一なエネルギープロファイルを有する。プロファイル内には、より低い強度のゾーンに取り囲まれた複数の高い強度のゾーンがある。回折レンズアレイの使用は、出ていくビームレットがターゲット皮膚のより広いエリアを叩くことを許容する。より高い強度のゾーンは、ターゲット皮膚の選択された部分を加熱してコラーゲンの収縮を引き起こす一方で、より低い強度のゾーンは、コラーゲン作成を刺激するのに十分なエネルギーを提供する。この組み合わせは、皮膚ターゲットの大きなエリアが同時に治療されることを許容する一方で、火傷またはその他の皮膚への損傷のリスクを最小化する。

レーザー部材２６から上流には、アルミニウムブロック２４のアーム上にサポートされたプリント回路基板２８がある。装置の動作は、プリント回路基板によって制御され、パワー切替、放射発射シーケンシング、レーザーパルスの生成、タイミング、シーケンシングおよび皮膚接触情報の処理を含む。

レーザー部材２６とアルミニウムブロック２４の間には、図５において最も良く見られるように、サブマウント３４がある。サブマウントは、レーザー部材と、またプリント回路基板２８からの信号／電流を搬送している柔軟な導電性のコネクター３６を、直接的にサポートする。柔軟な導電性のコネクターは、前端部と後端部３８と４２を特徴とする。前端部と後端部の間のエリア３９は非常に屈曲可能である。曲げは、０°から３６０°までの角度の範囲であっても良い。これは、レーザー部材の主平面とプリント回路基板の主平面の間の様々な角度を許容する。好ましくは、角度は１０°と２５０°の間に保持される。この向きにおける柔軟性は、幾何学的および人間工学的な利点を作り出す。

柔軟なコネクターの前端部は、サブマウントに接合されている。前端部の一部は、レーザー部材２６への電気的接続を完成するいくつかのワイヤ接合のセット４０を特徴とする。柔軟なコネクターの後端部４２は、プリント回路基板との押圧接触を達成するためのスクリュー４６またはその他の留め具部材のための開口４４を特徴とする。スクリューとワッシャーのアッセンブリーは、柔軟なコネクターの大きなエリアをプリント回路基板上のメッキ接点に圧縮する、均等に分散された力を提供する。この配置は、接触抵抗を最小化し、よって電力損失を低下させる。この配置はまた、組み立て、分解および置き換えの容易さを許容する。

コネクターの柔軟性は、システムが、レーザーによって生成された出力ビームの平面中にあるべき回路の通常要求される接続から逃れることを許容する。この発明の一実施形態の柔軟なコネクターは、ポリイミドの層の間に挟まれた銅線のセットで形成されている。

図６は、この発明の一実施形態を構成するエレメンツの間の電気的関係を明らかにする。再充電可能なバッテリーで駆動された装置の問題は、時間に渡るパワーの損失である。この発明の装置は、使用の間の長期間のあいだアイドルにされる実施形態を有していても良い。従って、スリープモードにある時にはバッテリー１２０から可能な限り少ないパワーを引き出す必要がある。この目的は、２つのパワードメイン１０１と１０３を有することによって達成される。第１のパワードメイン１０１は、スリープモードに置かれた時に非常に少ない電流（２分の１ミリアンプあたり）を引き出すメイン回路基板１０５によって制御される。メイン回路基板が、パワーボタン１１４かまたはＵＳＢシリアルコミュニケーター１０７ａを介したＵＳＢ接続性１０７の検出のどちらかによって生成された信号を受け取る時にウェイクアップが起こる。スリープまたはシャットダウンモードでは、メイン回路基板に３．３および５．０ボルトのパワーを供給する電圧調整器１０９と１１１は、オフにされる。

第１のパワードメインのその他の特徴は、バッテリーのためのチャージャー１１０と、オーディオ出力１１２と、ＬＥＤ１１８のためのドライバー１１６と、リアルタイムクロック１２１を含む。リアルタイムクロックは、レーザー装置がシャットダウンされた時でさえのタイムサンプリングのために存在している。リアルタイムクロックの重要な特徴は、皮膚治療の間の２４時間遅延の強制である。このメカニズムは、メイン回路基板の動作をシャットダウンするその他の安全性制御メカニズムとは完全に独立であり、それにより皮膚のレーザー放射への過剰露出に対する二重の安全性予防策としての役目を果たす。

第２のパワードメイン１０３は、レーザープリント回路基板１１３によって制御される。基板１１３のコンポーネンツには、レーザー可能化ドライブ１１５と、レーザー部材１２６と、（ヒートシンクとして機能する）アルミニウムブロック１２４と、回折レンズアレイ１３２と、接触（キャパシティブ）センサー１５０がある。

バッテリー１２０は導線の２つのセットを有する。導線の第１のセット１１７は、レーザープリント回路基板１１３とヒートシンク１２４に直接接続する。導線の第１のセットは、レーザー部材１２６を運用するための電流（３０アンプあたり）のための高電流で低抵抗な経路を提供する。典型的には導線１１７は、０．０１３Ω／ｍのＤＣ抵抗と１．３ｍｍ^２の面積を有する１６ゲージワイヤであっても良い。第１のセットのための導線は、抵抗において０．００４から０．０６Ωまでの範囲であっても良い。バッテリー電流は、正の高電流導線からヒートシンクとレーザーを通って流れ、柔軟な回路を通してレーザーの陰極から出て、それからレーザープリント回路基板に再接続する。リボンケーブル１１９が、レーザープリント回路基板をメイン回路基板に接続する。バッテリーはまた、導線１１７を通して充電される。

導線の第２のセット１２３は、バッテリー１２０をメイン回路基板１０５に接続する。この接続のためのワイヤは、導線の第１のセット１１７で使われたものよりもはるかに薄い。有利なことに、導線１２３に対して導線１１７は、１００：１から１．１：１まで、好ましくは５０：１から１．１：１まで、最適には３：１から１．５：１まで、の範囲にある相対的な基準径を有する。例えば、導線１２３は、０．０８６Ω／ｍのＤＣ抵抗と０．２ｍｍ^２の断面面積をもった２４ゲージワイヤのものであっても良い。第２のセットのための導線は、抵抗において０．０６５から０．２Ωまでの範囲であっても良い。導線の第２のセットは、メイン回路基板上およびレーザープリント回路基板上の回路をパワー制御する。

バッテリーへの２つの別々のパワー接続の使用は、リボンケーブル１１９を通してあらゆる顕著な量のパワーを稼動しなければならないことを回避する。これは、もしパワーがレーザープリント回路基板を通して来るだけであったならば、必要であろう。配置は、リボンケーブル中の余分な導体の必要を排除し、延長された配線から生じ得る電気的ノイズを削減する。

別々のハイパワー（レーザー）とローパワー（回路基板に接続された）を有することの恩恵は、スペース上のより大きな効率と、レーザーが励起されることができる前に回路基板がまず起動されなければならないので、向上された安全性である。

サブマウント３４の下流エリアに形作られているのは、外向きに先細りになっている壁をもった揃え構造４８である。揃え構造は、動きを防止するために柔軟なコネクターの前端部３８を受け取り、レーザー部材が適切に向き付けられていることを確かにする。

キャパシティブセンサー電極５０は、ハウジングの第１の端部４において配置される。電極は、環状プレート１２の３つの１２０°セクターの各々上で終端する。ギャップが、セクターの各々を分離する。いつ好適な誘電体（即ち、皮膚）の平坦な表面が感知されたかを決定するために、３つの電極が、（平面を表している）環中に配置される。電極をリング中に配置することによって、それらは、そこを通して電磁放射が放出されるウィンドウ８の断面と同心円状に留まる。配置は、センサーの表面積を最大化し、ウィンドウ８の周りの可能な限り最も小さな容積の維持を許容する。

キャパシティブセンサーは、それらの間にキャパシタンス場をもった２つの導体を含む。３つの電極の各々と関係する３つのキャパシティブスイッチがある。スイッチの各々は、それが適切な乾いた皮膚接触と相関したキャパシタンスを有するという条件を満たさなければならない。皮膚との部分的な接触だけがある時には、誘電体が不適切であり、レーザーの発射は起こることができない。

まとめると、本発明が、好ましいおよびその他の実施形態として上に記載された。但し、発明は、記載され描写された実施形態に限定はされない。むしろ、発明は、ここに添付された請求項によってのみ限定される。

Claims (9)

1. 皮膚を治療するためのレーザー装置であって、
   （ｉ）手持ち可能なハウジング（２）と、
   （ｉｉ）ハウジング内に配置され、出力ビームを放出する連続波レーザー部材（２６、１２６）と、
   （ｉｉｉ）装置を装着するためのパワー起動ボタン（１４、１１４）と、出力ビームの単一の第１のパルスを発射し、中断の後、引き続いて出力ビームの単一の第２のパルスを発射するためのパワー設定ボタン（１６）を含んだユーザー起動されたスイッチシステムであって、第２のパルスは、第１のパルスと中断の後に発射されるように自動的にプログラムされているものと、
   （ｉｖ）出力ビームを受け取り、ビームを複数のビームレットに分岐するプリズム（３２、１３２）を通してビームを送り出すレンズアレイ（３２、１３２）であって、各ビームレットは、皮膚上の特定のスポットをターゲットとしており、第１および第２のパルスからのビームレットは、スポットを連続して叩いて特定のスポットに印加されたエネルギーを補強するものと、
   を含む装置。
2. 第１と第２のパルスの各々は、１０ミリ秒から２００ミリ秒までの範囲内の値から選択された同一の持続時間を有する、請求項１による装置。
3. 第１と第２のパルスの各々は、４０ミリ秒から８０ミリ秒までの範囲内の値から選択された同一の持続時間を有する、請求項１による装置。
4. 第１と第２のパルスの各々は、約６０ミリ秒の同一の持続時間を有する、請求項１による装置。
5. 出力ビームが、１４２０ｎｍから１４７０ｎｍまでの範囲にある波長の電磁放射を放出する、請求項１から４のいずれか１つによる装置。
6. 出力ビームが、０．５ジュール／ｃｍ^２から５ジュール／ｃｍ^２までのフルエンス範囲を有する、請求項１から５のいずれか１つによる装置。
7. 連続波レーザー部材は、インジウム、砒素、ガリウム、錫およびそれらの組み合わせからなるグループから選択された元素から形成された固体ダイオードレーザーである、請求項１から６のいずれか１つによる装置。
8. 複数のビームレットが、出力ビームの直径より大きな直径のアレイを出る全体的ビームを形成し、全体的ビームは、不均一なエネルギープロファイルを有している、請求項１による装置。
9. ハウジング内のバッテリー（２０、１２０）によってパワーが与えられた請求項１から８のいずれか１つによる装置であって、バッテリーは、導線の２つのセット（１１７、１２３）を有し、第１のセットは、レーザー部材（２６、１２６）にパワーを提供しており、第２のセットは、安全性特徴を制御しているプリント回路基板（２８、１０５）にパワーを提供している、装置。

Images