JP4153165B2 - 選択的光加熱分解方法 - Google Patents

Description

【０００１】
［技術分野と背景］
本発明は、皮膚科外科学に関し、より詳細には、現在知られる方法では周囲の健康な組織にダメージを与えることなしに破壊できないほど大きな、静脈瘤のような目標物を破壊することを可能にする選択的な光加熱分解（photothermolysis）に関する。
【０００２】
選択的な光過熱分解は、Andersonとparrishによって１９８３年（“Selective Photothermolysis: Precise Microsurgery by Selective Absorption of Pulsed Radiation”, Science, Vol. 220, pp. 524-527）に紹介された、周囲の健康な組織へのダメージを最小限としつつ、皮膚上の又は皮膚に近い、病気の又は目障りな何らかの組織を破壊するための、外科的な方法である。破壊される組織は、周囲の組織よりも、電磁放射のいくつかの波長において光学的吸収が非常に大きいことによって特徴付けられなければならない。その方法は、目標物及び周囲の組織を、目標物によって優先的に吸収されるパルス電磁放射、通常は可視放射、によって照射することから成る。パルスのエネルギー及び継続時間は、目標物のたん白質が凝固する温度である約７０℃から約８０℃の間にまで目標物が加熱される程のものである。目標物が、入射する放射を周囲の組織よりも非常に強く吸収するので、周囲の組織はほんのわずかしか加熱されない。
【０００３】
通常、光源は、例えば閃光パルス色素レーザーのようなレーザー装置である。レーザー源は、本質的に単一波長であるという特長を持つ。例えばGustaffsonによる特許No. WO 91/15264に述べられているように、他の光源は、狭帯域フィルタと共に用いられる広い帯域の光源を含む。“Photoderm-VL”と呼ばれるほぼ同等のデバイスが、ESC Medical Systemsによって製造されている。
【０００４】
選択的な光加熱分解に関する適した目標物は、あざ、ポートワイン母斑（port-wine stains）、クモ状静脈（spider veins）、及び静脈瘤を含み、これら全ては、酸化ヘモグロビンを含有する赤血球の濃度が高いために、周囲の組織よりもかなり赤くなる傾向がある。AndersonとParrishは、５７７ナノメートルの吸収バンドの酸化ヘモグロビンに対応する５７７ナノメートルの波長の光を用いた。その後、５８５ナノメートルが、使用するのにより効果的であることが確認された（Tian, Morrison, 及びKurban, “585nm for the Treatment of Port-Wine Stains”, Plastic and Reconstructive Surgery, vol. 86 no. 6 pp. 1112-1117）。
【０００５】
パルス継続時間に関する制約条件は、周囲の組織が凝固を始める点にまで加熱されてはならないことである。目標物が加熱されるとき、熱は目標物からより冷たい周囲の組織に拡散する。周囲の組織を損傷の点にまで加熱させないでおく為に、パルス幅は、ほぼ目標物の熱の緩和時間に維持されなければならない。あざ、ポートワイン母斑、及びクモ状静脈のような比較的小さな目標物に対して、通常のパルス幅は、何百マイクロセカンドの大きさである。静脈瘤に対しては、ミリセカンドのオーダーのパルス幅が用いられるべきである。
【０００６】
選択的な光過熱分解による静脈瘤の取り扱いでは厄介な問題が起きる。静脈瘤を取り囲んでいる普通の組織は、入射する放射を吸収するが、静脈瘤よりもかなり小さくて、熱の緩和時間が非常に短い別の血管、とりわけ、毛細血管を含む。したがって、これら別の血管から周囲の組織に拡散する熱は、ややもすると周囲の組織をそれによって傷になるような損傷の点にまで過熱する。
【０００７】
したがって、静脈瘤の様なより大きな外科手術上の目標物を周囲への損傷なしに除去するのに効果的である選択的な光加熱分解の方法に対する広く認識された要求が存在するのであり、また、このような方法を持つことはとても有利なことである。
【０００８】
［発明の概要］
本発明にしたがって提供される、周囲の組織の内部にある目標物の選択的な光加熱分解の方法は、(a)標準の体温より上に目標物と周囲の組織を加熱する手順と、(ｂ)目標物を約７０℃から約８０℃の間にまで加熱する手順と、を含む。
【０００９】
本発明にしたがって提供される、周囲の組織の内部にある目標物の選択的な光過熱分解のための装置は、(a)広帯域電磁放射を発生する手段と、(b)実質的に単一波長の電磁放射の少なくとも１つのパルスを発生する手段とを含み、前記少なくとも１つのパルスのそれぞれは、実質的に前記広帯域電磁放射と同時に存在する。
【００１０】
本発明の方法は、暖かい物体から冷たい物体への熱拡散の速度は、物体間の温度勾配に比例するという事実に基づく。したがって、周囲の組織を標準の体温よりも高く、しかし損傷を起こすのに十分なまでには高くない温度まで加熱し、そして唯一目標物を凝固の点にまで加熱することは、一方では目標物と周囲の血管の間の温度勾配が、他方では目標物と別の周囲の組織間の温度勾配が、周囲の組織が損傷を受けないように十分に小さい環境を創り出す。本発明の文脈の中で、“標準の体温よりも高い”とは、少なくとも約４０℃の温度を意味するが、好ましくは約５５℃から約６５℃の間である。それに加えて、目標物は高い最初の温度から加熱されるので、目標物を加熱するために用いられる単一波長の光のパルスは、先行技術におけるよりもエネルギーが低く、且つ短い継続時間である。
【００１１】
本発明の装置は、広帯域の電磁放射を使用して周囲の組織を加熱することによりこの目的を達成する。本発明の範囲には電磁放射の全ての効果的な波長が含まれ、またこの目的の為の効果的なスペクトルバンドはマイクロ波放射を含むが、周囲の組織を加熱しまた目標物自身を加熱する両方の為の好ましいスペクトルバンドは、可視放射である。広帯域（白色）光を発生するその好ましい装置は、キセノンアーク燈のような高輝度ランプである。この装置は、ランプからの光をパルスにするための機構を持っていても良い。この機構は、ランプに供給する電流をコントロールする為の機構を含んでいても良く（例えば、その機構はランプをオン及びオフすることにより動作しても良い）、又は、メカニカルシャッタを含んでいても良い。
【００１２】
目標物を加熱するのに用いられる実質的に単一波長の放射を発生する為の、２つの好ましい手段がある。第１番目は、好ましくは約５７０ナノメートルから約６１０ナノメートルの間の波長の、望ましい波長で動作するレーザーである。第２番目は、狭帯域フィルタ又はモノクロメーターのような好適な波長選択デバイスに、高輝度ランプからの光を通過させることである。
【００１３】
本発明の装置は、当技術分野で良く知られた手段によって、単一波長のパルスを広帯域電磁放射に同期させ、目標物をさらに加熱する為に単一波長のパルスがオンされる前に周囲の組織が十分に加熱されることを保証し、周囲の組織がさまされる機会を持つ前に目標物がさらに加熱されることを保証する。一般的に言えばこのことは、広帯域電磁放射がパルスにされるならば、それぞれの単一波長のパルスは実質的に広帯域パルスと同時に存在することを意味している。ここで用いられる“実質的に同時”とは、広帯域パルスがオンされている間、又は広帯域パルスがオフされた後実質的に即座にかのどちらかで、単一波長のパルスがオンされることを意味している。
【００１４】
［好ましい実施形態の説明］
本発明は、比較的大きな外科手術の目標物の選択的な光過熱分解のための方法及び装置に関する。特に、本発明は、静脈瘤、及び、同等の病気の又は目障りな組織を、周囲の健康な組織への損傷が最小限の状態で除去する為に用いることが可能である。
【００１５】
本発明に従う選択的な光過熱分解のための方法及び装置の原理及び動作は、図面とそれに伴う記述によってより良く理解されるであろう。
【００１６】
さて図面を参照すると、図１は、本発明の装置の好ましい実施形態についての模式図である。高輝度ランプ１０は、広帯域（白色）光１４の光源として動作する。ランプ１０は、あらゆる方向に光を放射するので、ランプ１０によって放射されるエネルギーのほぼ全てが目標物及び周囲の組織に向けられるように、方物面反射体１２と凹レンズ１６が広帯域光１４を平行にするために備えられている。レーザー装置２０は、好ましくは５８５ナノメートルの波長の、実質的に単一波長の光２４をさらに目標物及び周囲の組織に向けて放射する。コントロールシステム３０は、ランプ１０とレーザー装置２０に電力を供給し、さらに、図２に示されるパルスのスケジュールにしたがってランプ１０及びレーザー装置２０をオン及びオフする。
【００１７】
ランプ１０はキセノンアーク燈であるのが好ましい。レーザー装置２０は、例えばWayland MAのCandela Corporationによって製造されるScleroLASERのような閃光パルス色素レーザーであるのが好ましい。
【００１８】
図２は、図１の装置のパルスのスケジュールを示している。図２の実線は、広帯域光１４のパルスの継続時間及び輝度を表している。図２の破線は、単一波長光２４のパルスの継続時間及び輝度を表している。広帯域光１４は時刻Ｔ_０でオンされ、目標物及び周囲の組織を約６０℃にまで加熱する為に、時刻Ｔ_２まで十分に長くオン状態で維持される。周囲の組織の温度が望ましい最終値に近づくと、単一波長光２４が時刻Ｔ_１にオンされ、目標物の凝固を生じさせるのに十分な長さであるが周囲の組織を損傷させるには十分な長さでない、時刻Ｔ_３までオン状態で維持される。単一波長パルスの継続時間は、約０．１ミリセカンドから約１０ミリセカンドの間であるのが好ましい。
【００１９】
図３は、本発明の装置の別の好ましい実施形態の模式図である。この実施形態において、ランプ１０は、目標物及び周囲の組織に入射する広帯域放射と単一波長放射の両方の光源としての役割を果たす。この実施形態において、メカニカルシャッタ３２は、広帯域光１４を交互にブロックし及び通過させる役目を果たし、したがって装置から出てくる光をパルスにする。白色部分３６と着色部分３８の２つの部分を持つ回転円形フィルタ３４は、シャッタ３２を通過した広帯域パルスにフィルタをかける役割を果たす。白色部分３６は、全ての波長を実質的に同じ程度減衰させ、それにより、目標物と周囲の組織を約６０℃にまで加熱するための適切な輝度と継続時間の広帯域パルスを提供する。着色部分３８は、波長５８５ナノメートルに中心を置く狭いスペクトルバンドの光を除いた全ての光を減衰させる。コントロールシステム３０は、図４のパルスのスケジュールにしたがう光パルスを提供する為に、シャッタ３２とフィルタ３４の動きを同期させる。
【００２０】
なお、図３においてランプ１０は、目標物を凝固させる為に５８５ナノメートル付近で十分なスペクトル出力を供給しなければならないので、ランプ１０は、図１の実施形態におけるよりも図３の実施形態においての方がかなり強力でなければならない。この実施形態においてフィルタ３４の白色部分３６が必要とされるのはこういう理由からである。
【００２１】
図４は、図３の装置のパルスのスケジュールを示している。図２におけるように、実線は広帯域パルスを表し、破線は単一波長のパルスを表す。時刻Ｔ_０で、フィルタ３４は白色部分３６が広帯域光１４の光路になるように位置づけられた状態で、シャッタ３２が開かれ、広帯域光１４が白色部分３６を通過し及び減衰されることが可能になる。フィルタ３４は、着色部分３８が広帯域パルス１４をさえぎり始める時刻Ｔ_１まで回転される。時刻Ｔ_２では、広帯域光１４の全てが着色部分３８を通過しており、それにより装置から出る光は実質的に単一波長である。時刻Ｔ_３では、シャッタ３２が閉じ、単一波長のパルスを終了させる。
【００２２】
図５は、図３の装置の変形の模式図である。図５の装置において、可動ミラー４０が、シャッタ３２を通過した光を固定ミラー４１及びモノクロメーター４２へ偏向させるために備えられる。図５の装置は、再び、実線が広帯域パルスを表し、破線が単一波長のパルスを表す、図６のパルスのスケジュールにしたがうパルスを生成する。時刻Ｔ_０においてミラー４０が退けられた状態でシャッタ３２が開かれ、広帯域光１４が減衰フィルタ４４を通過し、それから目標物及び周囲の組織へ向かうのを可能にする。フィルタ３４の白色領域３６のように、減衰フィルタ４４は全ての波長を実質的に同じ程度減衰させ、目標物と周囲の組織を約６０℃まで加熱するために適切な継続時間と輝度の広帯域パルスを提供する。時刻Ｔ_１でミラー４０は、広帯域パルスを終了させ、そして広帯域光１４がミラー４１を介してモノクロメーター４２を通過するように広帯域光１４を偏向させる位置に移動され、それにより単一波長のパルスが開始する。したがって、単一波長のパルスは、広帯域パルスの終了後、実質的に即時に開始する。モノクロメーター４２は、波長５８５ナノメートルに中心を置く狭いスペクトルバンドの光のみを目標物に伝える。時刻Ｔ_２において、シャッタ３２が閉じ、単一波長のパルスは終了する。
【００２３】
本発明は、限定された数の実施形態に関して記述されてきたけれども、本発明についての多くの変形、修正、及び他の応用がなされても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 単一波長光の光源がレーザーである、本発明の装置の好ましい実施形態の模式図である。
【図２】 図１の装置についてのパルスのスケジュールを示す図である。
【図３】 単一波長光の光源が広帯域光の光源と同一である、本発明の装置の好ましい実施形態の模式図である。
【図４】 図３の装置についてのパルスのスケジュールを示す図である。
【図５】 図４の装置についての代替の実施形態を示す図である。
【図６】 図５の装置についてのパルスのスケジュールを示す図である。
【符号の説明】
１０ ランプ
１２ 放射面反射体
１４ 広帯域光
１６ 凹レンズ
２０ レーザー装置
２４ 単一波長光
３０ コントロールシステム
３２ シャッタ
３４ 円形フィルタ
４０ 可動ミラー
４１ 固定ミラー
４２ モノクロメーター
４４ 減衰フィルタ

Claims (28)

1. 目標組織の選択的な光加熱分解（photothermolysis）のための装置であって、
   前記目標組織及び前記目標組織の周囲の組織を標準の体温より上に加熱する第一の加熱と、前記目標組織を選択的に７０℃より上に加熱する第二の加熱を行うよう構成された熱の発生源（１０）と、
   前記熱の発生源を制御して、第一の加熱を実行し、引き続き第二の加熱を実行する制御手段と、を備える装置。
2. 前記制御手段が、前記熱の発生源を制御して、第一の加熱により、前記目標組織及び前記目標組織の周囲の組織を、５５℃ないし６５℃に加熱するよう構成された、請求項１に記載の装置。
3. 前記熱の発生源（１０）が加熱するために電磁放射を用いる、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記電磁放射がマイクロ波放射を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記電磁放射がパルス放射を含む、請求項３又は請求項４に記載の装置。
6. 前記パルスを供給するために少なくとも１つのシャッタ機構（３２）が用いられる、請求項５に記載の装置。
7. 前記熱の発生源がランプ（１０）である、請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 波長選択のための機構（３４）をさらに備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記波長選択のための機構（３４）が少なくとも１つのフィルタ（３６、３８）を備える、請求項８に記載の装置。
10. 前記波長選択のための機構が少なくとも１つのモノクロメーター（４２）を備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記熱の発生源（１０）が、前記皮膚の目標組織を選択的に加熱するために、パルス化された、実質的に単一波長の電磁放射を用いる、請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
12. ５７０ナノメートルないし６１０ナノメートルの間の波長で特徴づけられた電磁放射が、選択的加熱をするために前記熱の発生源により生成される、請求項１ないし１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記熱の発生源が、パルス化された熱の発生源である、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
14. 請求項１に記載の装置であって、前記熱の発生源が、
    皮膚の目標組織及び目標組織周囲の皮膚を加熱する、パルス状に熱を発生できる熱の発生源と、
    前記周囲の組織と比較して前記目標組織を選択的に加熱するために、狭帯域の電磁放射で組織を照射する、パルス状の放射が可能な狭帯域電磁放射の発生源と、
    を備える、装置。
15. 前記パルス状に熱を発生できる熱の発生源が、前記組織を加熱する広帯域の電磁放射の発生源を含む、請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 前記広帯域の電磁放射の発生源が、高輝度ランプを含む、請求項１５に記載の装置。
17. 請求項１４ないし１６のいずれかに記載の装置であって、前記狭帯域の発生源が、
    ランプ（１０）と、
    波長選択のための機構（３４）と、
    を備える装置。
18. 皮膚の目標組織の選択的な光加熱分解のための装置であって、
    皮膚の目標組織及び目標組織周囲の皮膚を少なくとも４０℃まで加熱する、パルス状に熱を発生する熱の発生源と、
    前記周囲の組織と比較して前記目標組織を選択的に加熱するために、狭帯域の電磁放射で皮膚を照射する、パルス状の放射が可能な狭帯域電磁放射の発生源と、
    前記熱の発生源を制御して、前記皮膚の目標組織および目標組織周辺の皮膚を少なくとも４０℃まで加熱し、引き続いて、前記狭帯域電磁放射の発生源を制御して、前記周囲の組織と比較して前記目標組織を選択的に加熱する、制御手段と、
    を備える装置。
19. 前記熱の発生源が、前記皮膚を加熱する広帯域の電磁放射の発生源を含む、請求項１８に記載の装置。
20. 前記広帯域の電磁放射の発生源がレーザー装置を含む、請求項１８又は請求項１９に記載の装置。
21. 前記広帯域の電磁放射の発生源がマイクロ波発生源を含む、請求項１８又は請求項１９に記載の装置。
22. 前記狭帯域の電磁放射の発生源が、パルス化された、実質的に単一波長の電磁放射の発生源を含む、請求項１８ないし２１のいずれかに記載の装置。
23. 前記狭帯域の電磁放射が、５７０ナノメートルから６１０ナノメートルの間の波長を有する、請求項２２に記載の装置。
24. 請求項１８ないし２１のいずれかに記載の装置であって、前記狭帯域の発生源が、
    ランプと、
    波長選択のための機構と、
    を備える装置。
25. 前記波長選択のための機構が少なくとも１つのフィルタを含む、請求項２４に記載の装置。
26. 前記波長選択のための機構が少なくとも１つのモノクロメーターを含む、請求項２５に記載の装置。
27. 前記パルス状の放射が可能な狭帯域電磁放射の発生源が、前記パルス状に熱を発生できる熱の発生源による前記加熱と実質的に同時に放射する、請求項１８ないし２６のいずれかに記載の装置。
28. 請求項１８ないし２７のいずれかに記載の装置であって、
    前記熱の発生源と前記電磁放射の発生源の起動の順序を調整するための、前記熱の発生源と前記狭帯域の電磁放射の発生源とを制御する第二の制御手段を含む装置。

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