JP2021511173A - 光ベース皮膚治療デバイス - Google Patents

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Abstract

光ベース皮膚治療デバイスは、体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊によって皮膚を治療するためのものである。集束システムは、入射光ビームを体毛又は皮膚組織の焦点スポットに集束するための射出集束レンズを有する。このレンズは中央開口部を有する。これは、集束システムに損傷を引き起こすことがあるレンズ表面からの後方反射率を減少させるのに役立つ。

Description

本発明は光ベース皮膚治療デバイスに関する。デバイスは、光源、光学系、及び透明な射出窓を含む。光源は、体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊(LIOB)による皮膚の治療のために入射光ビームを供給する働きをする。透明な射出窓により、入射光ビームはデバイスから出ることができる。光学系は、皮膚治療デバイスの外の体毛又は皮膚組織の焦点スポットに入射光ビームを集束させるために設けられる。
そのような光ベース皮膚治療デバイスは、例えば、しわ治療及び体毛カットに使用される。光ベースしわ治療では、デバイスは、治療されるべき皮膚の真皮層に焦点スポットを作り出す。レーザのパワー及びパルス持続時間並びに焦点スポットの寸法は、皮膚組織の再成長を刺激し、それによって、しわを減らすために、レーザ誘起光学破壊(LIOB)現象が皮膚に影響を与えるように選択される。光ベース体毛カットでは、入射光ビームは体毛の内部に集束され、LIOB現象により体毛が切断される。
例えば、WO2005/011510として公開された国際特許出願は、所定のパルス時間の間レーザビームを発生するためのレーザ源、レーザビームを焦点スポットに集束させるための光学系、及び焦点スポットを目標位置に位置付けるためのレーザビームマニピュレータを含む、体毛を短くするためのデバイスを説明している。焦点スポットの寸法及び発生されたレーザビームのパワーは、焦点スポットにおいて、レーザビームが、体毛組織の特有の閾値より高いパワー密度を有するようなものであり、その閾値を上回ると、所定のパルス時間の間、レーザ誘起光学破壊(LIOB)現象が体毛組織で生じる。WO2008/001284は、さらなる詳細を開示しており、例えば、レーザビーム要件と、射出レンズの開口数などの必要とされる集束システム特性とを論じている。
一般に、レーザ誘起光学破壊(LIOB)は、レーザビームの波長に対して透明又は半透明の媒体において、焦点スポットにおけるレーザビームのパワー密度(W/cm)が特定の媒体に特有の閾値を超えるときに生じる。閾値より下では、特定の媒体は、レーザビームの特定の波長に対して比較的低い線形吸収特性を有する。閾値より上では、媒体は、レーザビームの特定の波長に対して、媒体のイオン化及びプラズマの形成の結果である強い非線形吸収特性を有する。このLIOB現象は、キャビテーション、及び衝撃波の発生などのいくつかの機械的影響をもたらし、それは、LIOB現象の位置を囲む位置にある媒体を損傷する。
LIOBは、高強度サブナノ秒(又はいわゆるピコ秒)レーザパルスを利用して、皮膚の多光子吸収に必要な高い光子束を発生する。非線形LIOBプロセスは、光学破壊で必要とされる強度閾値を超える極端に高い光子束が高開口数(NA)集束によって焦点で発生されるとき、焦点ボリュームにおいてのみ生じる。
LIOBベース皮膚治療デバイスは、クラス4レーザを使用し、それは、ユーザにとって潜在的に危険である。それゆえに、ユーザ及び高価なデバイスの安全性を保証する安全手段を含むことが重要である。
伝統的に、LIOBは、基本ガウスTEM00モードを利用し、ビームの光学強度の横プロファイルは、ガウス関数で記述される。ガウスビームでは、ピーク強度、すなわち、ビーム軸上の強度は、パワーを実効モード面積(実効モード面積=πw、ここで、wはモード半径である)で除算したものの2倍である。TEM00ガウスビームがLIOBを作り出すために使用される場合、射出集束レンズは、皮膚からの後方反射率に起因して、特にピーク強度に対応するビームの中心でしばしば損傷される。
損傷したレンズは、不十分な治療効果、及びユーザにとって望ましくない副作用をもたらすことがある。特に、損傷した射出窓は、デバイスが所望の位置に十分にタイトな焦点を提供する能力に有害な影響があり、それが、治療プロセスの効果を低減させることがあり、及び/又は皮膚の炎症などの有害な副作用の発生を増加させることがある。表面損傷が真皮の上に作り出される場合、点状出血(微小出血)が毛細管の微小破裂に起因して生じ、それは、効果の減少、副作用の増加、及び社会的ダウンタイムをもたらすことになる。
多くの能動的安全システムが過去に報告されているが、それらは故障の影響を受けやすく、また、それらはかなり複雑であり、それゆえに、高価であることがある。
代替のオプションは、ガウシアン−トップハットコンバータを使用して、単一モードガウスレーザビームプロファイルをフラットトップレーザビームプロファイルに変換することである。
ガウス及びトップハット強度プロファイルと比較して、デバイス及びユーザの安全性をさらに高めるために、より簡単で、受動的で、堅牢なシステムの必要性が依然として存在する。
本発明は、特許請求の範囲によって定義される。
本発明の第1の態様による例は、光ベース皮膚治療デバイスを提供し、光ベース皮膚治療デバイスは、
体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊によって皮膚を治療するためにパルス入射光ビームを供給するためのレーザ光源と、
パルス入射光ビームを体毛又は皮膚組織の焦点スポットに集束するための集束システムと
を含み、
集束システムは、排気されたか又は空気で満たされた中央開口部を有する射出集束レンズを含む。
射出レンズの開口部は、環状整形された集束ビームを作り出す。皮膚表面におけるレーザ光のピーク放射照度は、ガウスビームプロフィールではなくてリングにレーザエネルギーを分散させることによって低下する。これは、ガウス強度プロファイルを使用して達成されるように焦点ボリュームに光子束を保持しながら、皮膚の任意の所与のポイントの強度を低下させる。これにより、ビームの中央のピーク強度に起因する後方反射光が低減する。これにより、接触窓又は射出レンズの損傷及び潜在的な皮膚の損傷が防止され、それによって、LIOBベース皮膚治療の安全性及び効果が改善される。
焦点領域の同じ光子束の場合、環状照明は、ビームの軸上に最大強度があるガウス照明と比較して、レーザパワーが最小であるビームの軸上に沿って皮膚から後方反射された低下したレベルの光を発生する。
レーザ光源は、1064nmレーザを含むことが好ましい。これにより、皮膚の内部の吸収及び散乱が低下し、それにより、浸透深度が大きくなる。
レーザ光源は、例えば、1mJから10mJのエネルギー及び100fsから10ns、例えば、100psから10nsのパルス持続時間のパルスを送り出すように構成される。これにより、LIOBに適したエネルギーレベルが提供される。
射出集束レンズは、システムの安全な動作のために所望のポイントに効果的なタイトな集束を行う高い開口数を有することが好ましい。
開口部は、例えば、1mm未満、例えば0.5mm未満の直径を有する。
開口部は、例えば、射出集束レンズの面積の5%未満の面積を有するか、又は射出集束レンズの有効口径の5%未満を有する。
デバイスは、環状パルス入射光ビームを発生するためのビーム整形構成部を含む。
ビーム整形構成部は、空間光変調器、位相マスク、ブランキングマスク、ホログラフィックプレート、又はグレーティングを含む。
所望の環状ビームを作り出すための様々なオプションがある。
本発明は、さらに、光ベース皮膚治療方法を提供し、この方法は、
体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊によって皮膚を治療するためにパルス入射光ビームを供給するステップと、
1mm未満の直径をもつ中央開口部を有する射出集束レンズを使用して集束することによって、体毛又は皮膚組織の焦点スポットにパルス入射光ビームを集束するステップと
を有する。
パルス入射光は、1mJから10mJのエネルギー及び100fsから10ns、例えば100psから10nsの持続時間のパルスを有する1064nmレーザ光である。
この方法は、環状パルス入射光ビームを発生するステップを有する。
これらの方法は、皮膚若返り又は体毛除去のための健康維持用でない方法、特に、美容方法である。
本発明の例が、次に、添付の図面を参照して詳細に説明される。
知られているLIOB皮膚治療デバイスを概略的に示す図である。 知られている集束レンズをより詳細に示す図である。 後方反射からの損傷を減少させるためにビーム整形を実施するための1つの可能なやり方を示す図である。 本発明による知られている集束レンズをより詳細に示す図である。 レーザ治療方法を示す図である。
本発明が、図を参照して説明される。
詳細な説明及び具体的な例は、装置、システム、及び方法の例示的な実施形態を示しているが、単なる例示を目的とするものであり、本発明の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。本発明の装置、システム、並びに方法のこれら及び他の特徴、態様、利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からよりよく理解されるようになるであろう。図は、単に概略であり、一定の縮尺で描かれないことを理解すべきである。同じ又は同様の部分を示すために、同じ参照番号が図の全体にわたって使用されることも理解すべきである。
本発明は、体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊によって皮膚を治療するための光ベース皮膚治療デバイスを提供する。集束システムは、入射光ビームを体毛又は皮膚組織の焦点スポットに集束するための射出集束レンズを有する。このレンズは中央開口部を有する。これは、集束システムに損傷を引き起こすことがあるレンズ表面からの後方反射率を減少させるのに役立つ。
本発明を詳細に説明する前に、本発明が関連するデバイスのタイプの1つの例の概要が与えられる。
図1は、表面5を有する皮膚3の治療のためのシステム1を示す。
システム1は、少なくとも所定のパルス時間の間レーザビーム11を発生するための光源9を含み、システム1には、レーザビーム11を焦点スポット15に集束し、光源9からの光に対して少なくとも部分的に透明である皮膚3内の目標位置に焦点スポット15を位置付けるための光学系13が含まれる。
図1に概略的に示された光学系13の例は、ビーム偏向及び二色性ビームスプリッティングシステム17と、収差補正システム19と、ビーム走査システム21と、集束システム23とを含み、これらのシステムは、1つ又は複数のミラー、プリズム、ビームスプリッタ、偏光子、光ファイバ、レンズ、開口部、シャッタなどを含む。例えば、走査システムは、走査プリズムを含む。
集束システムは、集束深度選択と、ビーム整形及び集束と、接触/出力窓とを有する。接触/出力窓の接触を維持するために輪郭追従サスペンションがある。
光学系13の少なくとも一部及び/又はレーザビーム11のビーム経路は、例えば眼の安全のために、取り囲まれていてもよく、例えば、不透明なチューブ及び/又は1つ又は複数の光ファイバを含む。
光源9は、所定の波長で、所定のパルス持続時間及び繰り返しレートをもつ所定の数のレーザパルスを放出するように構成される。システム1は、焦点スポット15の目標位置が皮膚の表面の真下にあるように構成可能である。焦点スポット15の寸法及び発生されたレーザビームのパワーは、焦点スポット15において、レーザビーム11が、皮膚組織の特有の閾値より高いパワー密度を有するようなものであり、その閾値を上回ると、所定のパルス時間の間、レーザ誘起光学破壊事象が生じる。
レーザ源9と、ビーム偏向及び二色性ビームスプリッティングシステム17との間にアーティキュレーティングアームが存在する。ビーム偏向システム17及び後続の構成要素は、ハンドピースの一部を形成する。アーティキュレーティングアームのミラーの位置合わせエラーのために、ビームは、アーティキュレーティングアームに入る前に拡大され、次いで、その後、ビームステアリング及び収差補正の前に圧縮されることがある。
皮膚3は、異なる光学的特性をもつ多数の層を含む。表皮は、最外層によって構成され、防水性保護バリアを形成する。表皮の最外層は角質層であり、それは、粗さの微視的な変動により、デバイス1と皮膚3との間の光の結合を妨げる。このため、集束システムと皮膚との間に、皮膚及び/又は集束システムの射出レンズの屈折率と一致させることを目的とする屈折率をもつ結合流体を供給することが好ましい。
表皮の下に、真皮がある。真皮には、皮膚治療が目的としているコラーゲン線維が含まれる。
システムの1つの例示の使用では、皮膚治療の目的は、新しいコラーゲン形成をもたらす微視的損傷を作り出すために、真皮のコラーゲン内にパルスレーザビーム11の焦点15を作り出すことである。
光源9は、ユーザインタフェースを備えるオプションのコントローラ25により制御可能である。さらに、光学系13の1つ又は複数の部分は、オプションのコントローラ(図示せず)により制御可能とすることができ、オプションのコントローラは、目標位置及び/又は焦点スポットの1つ又は複数の特性を制御するために光源コントローラ25に統合されてもよい。
レーザビーム集束パラメータは、ビーム整形及び/又は集束システムの適切な設定によって、例えば、集束システムの開口数の調節によって決定される。光学系は、少なくとも0.2、好ましくは少なくとも0.4、より好ましくは少なくとも0.6の開口数を有する。開口数のそのような値は、上を覆う皮膚層、特に、表皮の安全性に関連する。
適切な光源には、約1064nmの波長で約100psから10nsのパルス持続時間のレーザパルスを放出するQスイッチNd:YAGレーザが含まれる。この範囲では、LIOBによって発生されるプラズマは、非常に局所的であり、すなわち、空間広がりが小さく、それにより、周囲の組織への意図しない損傷のリスクが最小限にされる。さらに、LIOBを得るのに必要とされるピークパワーは、この範囲ではパルス時間と実質的に無関係である。しかしながら、例えば約100fsから100psの範囲の他のパルス時間を使用することもできる。
パルスエネルギーは、1mJから10mJである。
射出レンズ50は、高NA集束レンズである。
1064nmは、皮膚の内部の吸収及び散乱が比較的低く、そのために、大きい浸透深度が与えられるので、治療に使用するのに好ましい。他のレーザ、例えば、Nd:Cr:YAG3準位レーザ、及び/又はダイオードレーザを同様に使用することができる。別の例は、1645nmの放出を有するEr:YAGレーザである。
ビーム偏向及び二色性ビームスプリッティングシステム17は、レーザ光を反射するが、可視波長光を通過させる二色性ビームスプリッタを含む。したがって、皮膚3からの受け取った可視波長光は、光学系によって捕捉され、フィードバック信号11’として供給され、フィードバック信号11’は、システムを手動で又は自動で制御するために使用される。
集束システム23によって提供される集束深度は調節可能であることが好ましい。
図2は、従来の射出集束レンズ30による集束システムを示しており、射出集束レンズ30は、集束されたレーザパルスを皮膚3に供給し、それによって、焦点15にLIOBを作り出す。強度プロファイルがプロット32として示されており、高強度の中央部分34及び低強度の環状帯36がある。
最初の直接後方反射光は、集束レンズ30の射出表面からのものであり、図2に示すように、皮膚の前に多数の層30A、30B、30Cがある場合、各層は、後方反射光に寄与する。入射光線及び直接反射光線が、矢印38で示されている。レンズの集束機能によって曲げられた光線は、直接後方反射光に寄与しない。
層30A、30B、30Cは、例えば、皮膚への光学結合を改善するために供給され、極性及び無極性物質の混合物を含むゲルと、透明なフォイルと、オイルとを含む。そのような追加の層の使用は、例えば、WO2013/128380に、より詳細に説明されている。
上記のように、ガウシアン−トップハットコンバータを図3に示すように使用して、単一モードガウスレーザビームプロファイル40をフラットトップレーザビームプロファイル42に変換することができる。
図4は、射出焦点レンズ50が中央開口部52を含むように変更されている本発明の手法を示す。簡単にするために、追加の結合層は図4には示されていないが、それらは、当然、存在してもよい。
典型的には、レンズ50の口径全体の真下には浸漬液によるアンダーフィリングが存在する。これは、レンズの有効口径が最大の実際のレンズ口径よりも小さいことを意味する。
中央開口部は、例えば、レンズの有効口径(直径)に基づく面積の数パーセントしかない面積を有する。一般に、この面積は、5%未満であり、例えば、0.25%から5%の範囲内などである。例えば、4mmの実際のレンズ口径では、有効口径は、3.6mm(したがって、面積10.2mm)であり、中央の孔の直径は、例えば0.2〜0.4mm(したがって、面積0.03mmから0.50mm)の範囲である。
開口部は、中央の非常に小さい領域のピーク強度に起因するレンズ損傷を防止するためのものである。
開口部は、一般に、空気で満たされる。開口部は、レンズと皮膚との間の浸漬液で満たされることがあるが、1mm未満の直径(より一般的には、0.5mm未満の直径)の開口部の小さいサイズのために、浸漬液で満たされる可能性は低い。
開口部が浸漬液で満たされる場合でも、後方反射損傷は、いずれにしても、ギャップの浸漬液に限定され、それは問題ではない。これは、満たされる有効口径と比較して、中央開口部の直径が非常に小さいからである。
したがって、開口部は、空気、又はレンズ浸漬液若しくは結合媒体で満たされる。好ましくは、開口部は、レンズとは異なる屈折率を有する流体(液体又は気体)で満たされ、その結果、流体は、同じレンズ集束機能を実行しない。開口部は、さらに、排気され、その後、封止されてもよい。したがって、開口部は、開放されていてもよく、又は密閉されていてもよい。
開口部の流体は静的である。したがって、開口部は、流路として機能するのではなくて、代わりに、レンズ機能への遮断物として機能する。開口部は、例えば、レンズ屈折率とは異なる屈折率を有する静的媒体、例えばレーザ光の波長で1.3未満の屈折率をもつ媒体で満たされる。
強度プロファイルが、プロット54として示され、低強度の中央部分56と、中間強度のリング58と、中間強度のリングの中央の高強度のリングとがある。当然、これは、強度プロファイルが不連続ではなく滑らかであるので、一般概念である。高強度部分は、中央の円からより大きい直径の環状リングに変換され、したがって、ピーク放射照度は減少するが、全体の光束は維持される。
これにより、接触窓/射出レンズの損傷及び潜在的な皮膚の損傷が防止され、それによって、LIOBベース皮膚治療の安全性及び効果が改善される。この設計により、ビームの軸上に沿って皮膚から後方反射される光のレベルが低下する。
レーザビームパルスは、円形の断面形状を有する。円形ビームを使用すると、エネルギーの損失がもたらされるが、これは極めてわずかである。
代わりに、レーザビームは射出集束レンズ50に到達する前に整形されて、環状レーザビームが形成されてもよい。ビーム整形構成部64が、図4に概略的に示されている。このようにして、集束ビームに寄与しない無駄なレーザエネルギーは存在しない。環状ビームは、例えば空間光変調器、位相マスク、ブロッキングマスク、ホログラフィックプレート、又はグレーティングを使用する波面制御の採用による多くの異なる知られたやり方で作り出すことができる。
変換損失を最小にし、低コストであり、システムの許容差の影響を最も受けにくいビーム整形解決策が選ばれる。
皮膚治療には、体毛除去シェービングプロセスが含まれる。使用中、集束システム23は、そり落とされるべき皮膚表面上を移動される。集束システムは、入射光ビームがデバイスを出られるようにするための射出窓を形成する。次いで、集束システムは光学ブレードを形成する。
皮膚治療には、通常の老化作用の結果として人間の皮膚に現われるしわを減らすための皮膚の若返りが含まれる。使用中、集束要素は、治療されるべき皮膚に押しつけられるか又は皮膚の近くに維持される。集束システムによって形成された射出窓は、皮膚と平行に保持され、入射光ビームは、射出窓を出て、皮膚表面に実質的に垂直な方向で皮膚に入る。
両方の例において、浸漬液が、集束システムと皮膚表面との間に供給される。好ましくは、集束システム23の皮膚接触レンズ及びLIOBが行われるべき皮膚又は体毛の屈折率に近い屈折率をもつ浸漬液が使用される。この目的には、約1.4から約1.5の屈折率をもつ流体が適切である。また、水は、やや低い1.33の屈折率を有するが、デバイス及び用途によっては、適切な浸漬液となることがある。
図1のシステムは、レーザと集束システムとの間に光学構成要素の1つの特定のセットを有する。しかしながら、この構成は、限定することを意図していない。本発明のフィードバックシステムは、より少ない又はより多い数の構成要素をもつ様々なシステム構成で使用することができる。
図5は、光ベース皮膚治療方法を示し、この方法は、
ステップ70において、体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊によって皮膚を治療するためにパルス入射光ビームを供給するステップ、及び
ステップ72において、中央開口部を有する射出集束レンズを使用して集束することによって、体毛又は皮膚組織の焦点スポットに入射光ビームを集束するステップ
を有する。
上記の実施形態は、本発明を限定するのではなく例示していること、及び、当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく多くの代替の実施形態を立案できることに留意されたい。特許請求の範囲において、括弧間に置かれたいかなる参照符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきでない。「含む、備える、有する」という動詞及びその活用の使用は、請求項に記載されているもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。単数形は、複数のそのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施される。いくつかの手段を列挙している装置請求項では、これらの手段のうちのいくつかは、ハードウェアの全く同一のアイテムによって具現化されてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを示していない。

Claims (15)

  1. 体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊によって皮膚を治療するためにパルス入射光ビームを供給するためのレーザ光源と、
    前記体毛又は皮膚組織の焦点スポットに前記パルス入射光ビームを集束するための集束システムと
    を含む光ベース皮膚治療デバイスであって、
    前記集束システムが、1mm未満の直径をもつ中央開口部を有する射出集束レンズを含む、光ベース皮膚治療デバイス。
  2. 前記レーザ光源が、1064nmレーザを含む、請求項1に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  3. 前記レーザ光源が、1mJから10mJのエネルギーのパルスを送り出す、請求項1又は2に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  4. 前記レーザ光源が、100fsから10ns、例えば、100psから10nsのパルス持続時間をもつパルスを送り出す、請求項1から3のいずれか一項に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  5. 前記中央開口部が、0.5mm未満の直径を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  6. 前記中央開口部が、前記射出集束レンズの面積の5%未満の面積を有するか、又は前記射出集束レンズの有効口径の5%未満を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  7. 前記中央開口部が、静的流体で満たされる、請求項1から6のいずれか一項に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  8. 環状パルス入射光ビームを発生するためのビーム整形構成部を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  9. 前記ビーム整形構成部が、
    空間光変調器、
    位相マスク、
    ブランキングマスク、
    ホログラフィックプレート、又は
    グレーティング
    を含む、請求項8に記載の光ベース皮膚治療デバイス。
  10. 体毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊によって皮膚を治療するためにパルス入射光ビームを供給するステップと、
    1mm未満の直径をもつ中央開口部を有する射出集束レンズを使用して集束させることによって、前記体毛又は皮膚組織の焦点スポットに前記パルス入射光ビームを集束させるステップと
    を有する、光ベース皮膚治療方法。
  11. 前記パルス入射光ビームを供給するステップが、1064nmレーザ光を供給するステップを有する、請求項10に記載の光ベース皮膚治療方法。
  12. 前記パルス入射光ビームを供給するステップが、1mJから10mJのエネルギーのパルスを送り出すステップを有する、請求項10又は11に記載の光ベース皮膚治療方法。
  13. 前記パルス入射光ビームを供給するステップが、100fsから10ns、例えば、100psから10nsのパルス持続時間をもつパルスを送り出すステップを有する、請求項10、11、又は12に記載の光ベース皮膚治療方法。
  14. 環状パルス入射光ビームを発生するステップを有する、請求項10から13のいずれか一項に記載の光ベース皮膚治療方法。
  15. 0.5mm未満の直径をもつ中央開口部を有する射出集束レンズを使用するステップを有する、請求項10から14のいずれか一項に記載の光ベース皮膚治療方法。
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