JP6793740B2 - ニキビの選択的治療用レーザシステム - Google Patents

Description

本発明は、ニキビの選択的治療用レーザシステム及び関連する方法に関する。

ニキビは、最もありふれた皮膚科の課題のうちの一つである。ニキビは、青春期の男女を冒すことが多く、時には成人期まで残ることがある。ニキビは、主として、時には個人に疑う余地のない精神的な影響を及ぼす一生消えない傷跡を残す膿疱の形で顔に生じる。生理学的には、ニキビは、事実上、毛包及び付属した皮脂腺の炎症性の突起が特徴の良性の進行を伴う慢性の皮膚病である。皮脂腺は、脂質性物質が多く、皮膚の表面から０．５ｍｍ〜４ｍｍの深さの真皮に位置している。最も一般的な薬学的な治療は、強力な抗菌性の角質溶解剤（すなわち、皮膚の表層を取り除くことのできる薬剤）である過酸化ベンゾイルの使用を伴う。こうした角質溶解薬剤は、種々の濃度のゲルの形態で入手可能であるが、皮膚炎を引き起こすことがある。アゼライン酸は、抗菌作用を有し、過酸化ベンゾイルよりも侵襲性が少ないが、１ヶ月〜４ヶ月と反応時間が長い。重篤なニキビの場合には、トレチノイン（例えばアイロールクリーム）或いはイソトレチノイン（イソトレックスゲル）及び／又はアダパレン（ディフェリンゲル）が処方され、これらは、ビタミンＡの合成誘導体である。これは、皮膚の赤変や乾燥、痒みやひりひり感、さらには日射に対する感受性の上昇を引き起こすことがある。

ここ１０年間にわたり、適切な光デバイス及び／又はレーザ光源によって放射された電磁放射線の使用が開発され、ニキビの治療に用いるそれらの薬剤の副作用を回避している。５８５ｎｍ〜５９５ｎｍのパルス状レーザ（オルスター・ティー・エス、マクミーキン・ティー・オー、５８５ｎｍのフラッシュランプ励起のパルス色素レーザによる顔のニキビ痕の改善、ジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・アカデミー・オブ・ダーマトロジー １９９６年；３５；７９〜８１ページ）（Ａｌｓｔｅｒ Ｔ Ｓ， ＭｃＭｅｅｋｉｎ Ｔ Ｏ． Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｆａｃｉａｌ ａｃｎｅ ｓｃａｒｓ ｂｙ ｔｈｅ ５８５ ｎｍ ｆｌａｓｈｌａｍｐ−ｐｕｍｐｅｄ ｐｕｌｓｅｄ ｄｙｅ ｌａｓｅｒ． Ｊ Ａｍ Ａｃａｄ Ｄｅｒｍａｔｏｌ． １９９６；３５：７９−８１）、１４５０ｎｍのダイオードレーザ（ニキビのレーザ治療、セミナーズ・イン・プラスチック・サージェリー ２００７年８月：２１（３）：１６７〜１７４頁）（Ｌａｓｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ａｃｎｅ Ｓｅｍｉｎ Ｐｌａｓｔ Ｓｕｒｇ．２００７ Ａｕｇ；２１（３）：１６７−１７４）、１５４０ｎｍのエルビウムグラスレーザ（ニキビの治療における光線／レーザ療法、ジャーナル・オブ・コスメティック・ダーマトロジー、２００５年１２月；４（４）：３１８〜３２０頁）（Ｌｉｇｈｔ／ｌａｓｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｃｎｅ ｖｕｌｇａｒｉｓ Ｊ Ｃｏｓｍｅｔ Ｄｅｒｍａｔｏｌ． ２００５ Ｄｅｃ；４（４）：３１８−２０；）参照。

それらの先行技術文献において提案されたレーザ光源又は光デバイスは、ニキビの選択的治療には適していない波長で作動する。すなわち、それらのレーザ光源又は光デバイスは、皮脂腺において大量に存在する脂質の吸収係数が水の吸収係数よりも小さい波長で放射する。これは、皮脂腺周囲の組織に損傷を与える高い危険性を伴う皮脂腺周囲の組織の熱的加熱による望ましくない影響をもたらす。場合により、寒剤スプレイ又はより一般的には冷たい液体で、皮脂腺周囲の組織を「予冷」することが提案されている（波長が１４５０ｎｍのレーザ及び寒剤噴霧冷却によるニキビの治療、レーザーズ・イン・サージェリー・アンド・メディスン２００２年；３１；１０６〜１１４頁）（Ａｃｎｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ａ １４５０ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｃｒｙｏｇｅｎ ｓｐｒａｙ ｃｏｏｌｉｎｇ， Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ Ｓｕｒｇｅｒｙ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ３１：１０６−１１４ ２００２）。学術的な研究は、この治療の有効性を実証しているが、前記寒剤噴霧を行うことで、治療の費用が高くなることに加えて、作業及び装置の制御が非常に複雑になる。皮脂腺周囲の組織に対する熱による損傷を減らすのに最良の条件は、脂質の吸収係数と水の吸収係数との間の比率が少なくとも０．５であることが知られている（米国特許第６６０５０８０ Ｂ１号）。この状態は、１６９０ｎｍ〜１７５０ｎｍの範囲のスペクトル領域において生じる。特に１７２６ｎｍにおいて、脂質の吸収係数は、下式（１）に示す通りで、水の吸収係数は、下式（２）に示す通りである。

上記の波長範囲にあるレーザ光線を発生させることのできるシステムが開示されている研究は、二つだけが公知である。２００６年に、ロックス・アール・アンダーソン教授（Ｐｒｏｆ． Ｒｏｘ Ｒ． Ａｎｄｅｒｓｏｎ）のグループが、１７２０ｎｍの波長を有する「自由電子レーザ」を用いて予備試験を行い、１７２０ｎｍにおける脂質吸収選択帯域が、表層の皮脂腺のような表層の（すなわち、最大深さが２ｍｍの）標的の選択的治療にとって重要であるとの結論に達した（脂質の多い組織の選択的光熱分解：自由電子レーザによる研究、レーザーズ・イン・サージェリー・アンド・メディスン２００６年；３８；９１３〜９１９頁）（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌｉｐｉｄ−Ｒｉｃｈ Ｔｉｓｓｕｅｓ： Ａ Ｆｒｅｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌａｓｅｒ Ｓｔｕｄｙ Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ Ｓｕｒｇｅｒｙ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ３８：９１３−９１９ ２００６）。

２０１１年には、ラマン散乱に基づいて１７０８ｎｍの波長のレーザ光線を放射することのできる光ファイバ光源が開発されたが（１．７０８μｍのラマンファイバレーザと接触冷却を用いた人の皮膚における皮脂腺の生体外光熱分解、レーザーズ・イン・サージェリー・アンド・メディスン２０１１年；４３；４７０〜４８０頁）（Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｂａｃｅｏｕｓ ｇｌａｎｄｓ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎ ｅｘ ｖｉｖｏ ｗｉｔｈ ａ １，７０８ ｍｉｃｒｏｎ Ｒａｍａｎ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｃｏｏｌｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ Ｓｕｒｇｅｒｙ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ４３：４７０−４８０ ２０１１）、上記の理由で、ニキビの治療にとって最適ではない。現在、市販のラマンファイバレーザ光源は、最大限、単独では皮脂腺の治療を保証するには一般的に不十分な３０Ｗを生じさせることしかできない。選択的光熱分解現象の理由で（選択的光熱分解：パルスレーザ光線の選択的吸収による精密な顕微手術、サイエンス１９８３年、２２０、５２４〜５２７頁）（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ： Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｍｉｃｒｏｓｕｒｇｅｒｙ ｂｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｌｓｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ， Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２２０：５２４−５２７ １９８３）、皮脂腺を、熱拡散時間である０．１秒を超えない時間で、周囲の組織に損傷を与えることなしに皮脂腺を破壊するのに十分な温度上昇を誘発するエネルギー容量（フルエンス）に到達させなければならない。ニキビの治療に最適なフルエンス値は、１〜５０Ｊ／ｃｍ^２の範囲であることが公知である（米国特許第６６０５０８０ Ｂ１号及び米国特許第７０６００６１ Ｂ２号）。

本発明の目的は、ニキビの治療に特に適した発光波長を有するニキビの選択的治療用レーザシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、フラットトップの強度分布を有するレーザシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、ニキビの治療に十分なフルエンスを有するレーザシステムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、発光において極めて安定したフルエンスを有するレーザシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、十分に大きな直径を有することにより、組織への十分な進入を確保するレーザ光線出力を有するレーザシステムを提供することである。

本発明によれば、前記の目的及び他の目的は、添付の特許請求の範囲に記載のニキビの選択的治療用レーザシステム及び関連する方法によって達成される。

この解決手段には、公知技術の解決手段と比較して、種々の利点がある。

本発明により、
＊１７２６ｎｍの波長、一般的には、１６９０〜１７８０ｎｍの範囲内の波長で、そのため、皮脂腺周囲の組織における水の吸収による発熱の影響を減らす、
＊３０Ｗを越える出力を有するため、処理にとって適切なフルエンスが確保される、
＊フラップトップ強度分布（η≦１５％）を有する、すなわち、周囲の組織における損傷を引き起こさない皮脂腺の選択的治療に適した、３．０ｍｍを越える直径の光線を有する、
＊放射における極めて安定したフルエンス（変動が３％未満）を有するため、長時間にわたり処理の深度が変化しない、
＊人の皮膚に対する熱衝撃を生じさせることのある寒剤ガスを使用しない、レーザ光線を生じさせることを可能にする解決手段が案出された。

本発明の特徴及び利点は、非限定の例示として添付図面に示された本発明の具体的な実施の形態の以下に述べる詳細な説明で明らかする。

本発明によるニキビの選択的治療用のレーザシステムを、概略的に示している。 生体組織におけるフルエンス（５０Ｊ／ｃｍ^２）及び３．５ｍｍの直径を有する光線の伝播を示しており、右側がフラットトップビーム、左側がガウスビームである。Ｘ軸はｃｍで深さを示しており、Ｙ軸はビームの寸法をｃｍで示している。 生体組織内で誘発された温度上昇を示しており、Ａ：３．５ｍｍのガウスビーム、Ｂ：３．５ｍｍのフラットトップビーム、Ｃ：１ｍｍのガウスビーム、Ｄ：１ｍｍのフラットトップビームによる温度上昇である。囲いＥは皮脂腺の位置を強調しており、Ｘ軸は深さをｃｍで示し、Ｙ軸は温度℃を示している。 以下により具体的に特定される図１において提案するレイアウトにおける強度分布の漸進的変化を示しており、Ｘ軸及びＹ軸は、ビームの寸法（μｍ）を示している。

本願出願人は、約６３Ｗのレーザ出力、したがって２個の「ラマンファイバレーザ」光源よりも高い出力で直径４．０ｍｍのスポットレーザを用いて、５０Ｊ／ｃｍ^２が得られることを知得した。より低い出力で処理に必要なフルエンスを得るには、したがって、より少ない数の光ファイバレーザ光源で作業するには、スポットレーザの寸法を減らせば十分である。例示として、３．５ｍｍのスポットレーザは、約５０Ｗのレーザ出力で、したがって２個以上の光源を用いて、５０Ｊ／ｃｍ^２に達するので、２．０ｍｍの直径を有するスポットレーザを用いて、約１６Ｗ、すなわち１個の「ラマンファイバレーザ」光源で５０Ｊ／ｃｍ^２のフルエンスを得ることができる。しかし、モンテカルロシミュレーションから明らかなように、スポットレーザの直径の寸法を減らすことには、散乱現象によりレーザ光線の生体組織への進入度が低下し、そのためニキビ治療の有効性が低下するという望ましくない影響がある。したがって、皮脂腺が０．６ｍｍ〜４ｍｍの深さにあることを考慮すると、２．５ｍｍよりも大きな直径のスポットレーザを有することにより、有効なニキビ治療を確保することが望ましい。公知技術（ＷＯ２００８００８９７１Ａ１）においては、レーザ光線の波長とレーザ光線の皮膚への進入度との間に多くの関連性が導入され、或る水準のレーザ光線の皮膚への進入を確保している。そのため、異なる波長で独立に作動する複数のレーザ光源を組み合わせて、治療を受けていない生体組織に対する望ましくない影響を防ぐことが必要である。したがって、この特許文献においてクレームされているような強度分布を有する適切な直径のレーザ光線を有するより選択的な波長のレーザ光源の使用は、レーザ光線の生体組織への進入の問題を解決する最適な解決手段のように思われる。その結果、ニキビの治療過程において、紅班、色素沈着減少、色素沈着過剰及び浮腫などの望ましくない影響の発生を著しく減少させる選択度が得られる。さらに考察を加えると、皮膚に当てるレーザ光線の間隔をあけられるようにすることは、以下に明らかになるように必要であり、光学系において約２５％（４個のレンズ（２％）＋１本のファイバ（８％）＋サファイア製の窓（１５％））に定量化することのできる損失をもたらす。したがって、４．０ｍｍのスポットレーザを用いて５０Ｊ／ｃｍ^２のフルエンスを得るには、約８５Ｗの初期レーザ出力、すなわち３個以上のレーザ光源が必要であり、３．５ｍｍのスポットレーザの場合には６５Ｗの初期レーザ出力が必要となる。結論は、（直径が２．５ｍｍ超のスポットレーザで）ニキビの治療に必要なフルエンスと処置深度を同時に確保するには、少なくとも２個の「ラマンファイバレーザ」を使用しなければならないということである。レーザ光線の生体組織への進入度の変動を引き起こす他の要因は、レーザ出力が不安定なことである。実際、光子を皮膚内で散乱させる過程に起因して、レーザ出力の変動が、レーザ光線の生体組織への進入度の変動を引き起こす。ラマン散乱現象に基づく光ファイバ光源が、ガウス強度分布を有する光線を放射することも公知である。

本願出願人は、モンテカルロシミュレーションを用いて、１７２６ｎｍの波長で又はより一般的には８８０ｎｍ〜９３５ｎｍ、１１５０ｎｍ〜１２３０ｎｍ、１６９０ｎｍ〜１７８０ｎｍ及び２２５０ｎｍ〜２３５０ｎｍの波長範囲にあり、ガウス強度プロファイルを有する、人の皮膚のような生体組織に当たるレーザ光線が、エネルギーを皮膚表面のすぐ近くの層に強力に伝達させ、皮膚表面のすぐ近くの層の著しい加熱を引き起こす（図２参照）ことを認め、こうして波長最適化効果を実証した。レーザ光線が生じさせる温度勾配（図３）は、皮膚表面から約０．６ｍｍの位置にある皮脂腺に対する治療効果を決定するものであるが、同時に、皮膚表面と皮脂腺自体との間に位置する生体組織の生物学的損傷すなわち壊死を引き起こす。さらに、ガウス強度プロファイルを有する光線が当てられた研究では、実験に基づいて、用いられた温度勾配（ガウス）プロファイルに特有の強度ピークによる損傷が、皮脂腺の下に認められた（１７０８ｎｍのラマンファイバレーザと接触冷却を用いた人の皮膚における皮脂腺の生体外光熱分解、レーザーズ・イン・サージェリー・アンド・メディスン２０１１年；４３；４７０〜４８０頁）（Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｂａｃｅｏｕｓ ｇｌａｎｄｓ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎ ｅｘ ｖｉｖｏ ｗｉｔｈ ａ １７０８ ｎｍ Ｒａｍａｎ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｃｏｏｌｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ Ｓｕｒｇｅｒｙ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ４３：４７０−４８０ ２０１１）。本願出願人の前記モンテカルロシミュレーションは、フラットトップビーム、すなわち強度分布の高い一様性（平均定格値に対する強度の変動≦１５％）を有するレーザ光線が、皮脂腺の選択的治療に関して疑いなく最良の解決手段であることを際立たせた。実際、このモンテカルロシミュレーションは、フラットトップ強度プロファイルを有する光線により皮膚表面に最も近い層において引き起こされた熱的加熱は、ガウスプロファイルを有する光線によって引き起こされた熱的加熱よりも少ないことを際だたせている（図２及び図３参照）。さらに、前記モンテカルロシミュレーションは、フラットトップ分布を有する光線による生体組織への進入度は、ガウスプロファイルを有する光線によって得られる生体組織への進入度よりも約２０％高いことを示している。このモンテカルロシミュレーションでは、強度の標準偏差（δＩ）の同じ強度の平均値（＜Ｉ＞）に対する比率（η）が、所定の値よりも低い、例えば（η）≦１５％の時に、強度分布がフラットトップであることが証明されている。

「フラットトップ」ビームの使用は、種々の用途において好ましく（ヨーロッパ特許出願公開第２４０７８０７Ａ２号、米国特許第５６５８２７５号、米国特許出願公開第２００８２６７８１４号）、多重モード光源の強度分布から出発して前記ビームプロファイルを得る多くの技術がある。特に、米国特許第６５３２２４４Ｂ１号では、（規格化周波数（Ｖ−ｎｕｍｂｅｒ）＞２．４０５の）多重モードレーザ光線を２本の多重モードファイバに入射させることにより、「フラットトップ」ビームが得られ、間隔付与ファイバ（ｓｐａｃｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）と呼ばれる第２の多重モードファイバに関して、この第２の多重モードファイバは、適切な曲率半径で曲げられている（曲げ技術として公知である）。ガウス強度プロファイルを有するレーザ光線が、非線形材料を用いて一様な強度分布を有する光線に変換される解決手段も公知である（ＷＯ２０１１０７０３０６Ａ１）。１７２６ｎｍの放射によるラマンファイバレーザの解決手段は、皮脂腺の選択的治療にとって興味深く思われるが、一方で出力の面から見た、もう一方でガウス強度プロファイルの放射（単一モード）の面から見た技術的な限界が、これまで、この解決手段をニキビの治療に適用できなくしていたと結論づけることができる。さらに、ガウス分布を有する光線を「フラットトップ」分布を有する光線に変換する公知技術において提案された解決手段は、あまり推奨できない。詳細には、ファイバに曲率半径を導入することにより一様な強度分布を有する光線を得る応用例は、湾曲によって引き起こされる出力損失の問題と（ディー・マルクーゼ、「光ファイバに関する湾曲損失式」、ジャーナル・オブ・オプティカル・ソサエティ・オブ・アメリカ、１９７６年６６（３）２１６頁）（Ｄ．Ｍａｒｃｕｓｅ、“Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｌｏｓｓ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ”、Ｊ． Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍ． ６６（３）、２１６（１９７６））、湾曲した光ファイバにおける微小な破損が生じる可能性により、望ましくない。さらに、別個の光学部品、例えばマイクロレンズ又は非線形材料などの使用を伴う解決手段は、レーザ光線が非線形材料を通過する際に、著しい出力損失をもたらす。

したがって、光ファイバ「ラマン」光源の使用が有益である（波長及び放射における安定性）ことは明らかであるが、限界（低出力及びガウス強度プロファイルの放射）が、ニキビの治療への適用を難しくしており、先行技術文献に記載の解決手段（曲げ）は、上記の限界の克服を確保して、ニキビの選択的治療に対して有用な適切なレベルの強度分布の一様性を得るようなものではない。

本発明によるニキビの選択的治療用レーザシステムの一例が、１個以上のラマン効果に基づく光ファイバレーザ光源を備えており、図面は３個の光ファイバレーザ光源を示している。例示として、ラマン効果に基づく1個の光ファイバレーザ光源１０は、３０Ｗ〜３５Ｗの出力で１７２６ｎｍのレーザ光線を放射することができる。

光ファイバレーザ光源１０には、低出力（１００ｍＷ未満）で皮膚表面上の照準点として作用する人の目に見える波長の赤色レーザ又は他の可視波長を有するレーザが組み込まれているのが好ましい。

光ファイバレーザ光源１０は、光ファイバラマン光源であり、規格化周波数（Ｖ−ｎｕｍｂｅｒ）が２．４０５未満の一般的には長さが３ｍで光コリメータ１２を接続することのできる単一モードファイバ１１に接続している。

光コリメータ１２から出るレーザ光線は、平行化され３ｍｍ〜５ｍｍの直径を有している。ファイバ１１は、単一モードファイバなので、光コリメータ１２から出るレーザ光線の強度プロファイルは、ガウス形態を有している（図４Ａ参照）。光コリメータ１２は、光学機械インターフェース１３により、溶融ファイバタイプの光ファイバであるパワーコンバイナ２０の入力ファイバ１８のうちの１本と光学的に整列している。

光学機械インターフェース１３の先端は、ＳＭＡコネクタ１５になっており、入力ファイバ１８は、ＳＭＡ端子１６から出ている。

光学機械インターフェース１３は、入力ファイバ１８内での光コリメータ１２から出るレーザ光線のカップリング効率を最高にするように選択された曲率半径Ｒ７及び有効焦点距離ｆ７の両凸レンズ１４を収容している。光学機械インターフェース１３は、長さ及び角度の両方において大きな自由度を有している。入力ファイバ１８は、光ファイバコンバイナ２０の一部を構成している。

公知のように（米国特許出願公開第２００９００１６６８１号及び米国特許第７２７２９５６号）、光ファイバ（「ポンプコンバイナ」）は、出力ファイバ２１と入力ファイバ１８を合わせて単一のファイバに結合することのできる受動光ファイバ装置である。本願において提案されている解決手段では、光ファイバコンバイナ２０は、出力ファイバ２１においてｍ個の光ファイバレーザ光源１０各々の出力を結合するのに用いられている。その構成は、ｍ×ｎであり、ｍは入力ファイバ１８の本数であり、ｎは出力ファイバ２１の本数で、本願の実施の形態の一例では１である。数学的には、前記レーザ装置は、方程式：
√ｍ・φ_ａ・ＮＡ_ａ≦φ_ｂ・ＮＡ_ｂ
によって表すことができ、φ_ａ及びφ_ｂは、それぞれ入力ファイバの直径及び出力ファイバの直径であり、ＮＡ_ａ及びＮＡ_ｂは、それぞれ入力ファイバの開口数及び出力ファイバの開口数である。光ファイバパワーコンバイナは、光ファイバパワーコンバイナに接続された幾つかのレーザ光線によって放射された出力を結合するよう作動することが公知である。この公知技術には、光ファイバパワーコンバイナは、ガウスプロファイルの光線を「フラットトップ」プロファイルの光線に変換するのに用いられていること、すなわち、光ファイバパワーコンバイナは、強度プロファイル均一化手段として作用することは示されていない。本願において開示された発明では、入力ファイバ及び出力ファイバの特定とともに、光ファイバパワーコンバイナの採用が、この結果を得るのに有効である。入力ファイバは、２．４０５＜規格化周波数≦４０の規格化周波数及び５ｍ超の長さを有する多重モードファイバである。出力ファイバも、２．４０５＜規格化周波数≦７５の規格化周波数及び５ｍ超の長さを有する多重モードファイバである。出力ファイバは、ＳＭＡ型の独立コネクタ２２に接続している。本願において提案する構成においては、２本の光ファイバが、装置のハウジングに対してのみ機能する曲率半径で巻かれている。光ファイバを巻くことには、本発明においては避けるのが望ましい二つの影響がある。影響の一方は、湾曲に起因する出力損失（「湾曲損失」現象）であり、もう一方の影響は、湾曲した光ファイバ内部に微小な破損が生じることである。本願において提案する構成において用いられている巻きの曲率半径は、３ｃｍ超である。実験に基づく証拠が、前記曲率半径は、上記の「湾曲損失」現象を引き起こさないことを示している。要するに、入力ファイバ１８及び出力ファイバ２１からなるファイバとともに単一の部材を構成する光ファイバパワーコンバイナ２０は、ガウス強度分布プロファイル（図４Ａ）を有する光線を、十分に一様な強度分布を有する光線（図４Ｃ）に変換し、公知のように、幾つかの光ファイバ光源の出力をまとめることのできる「光学オペレータ」と考えることができる。私たちは、光ファイバパワーコンバイナ２０なしに、入力ファイバ１８及び出力ファイバ２１のみを用いる解決手段が、同じ長さの入力ファイバ１８及び出力ファイバ２１で、より大きな強度分布の変動をもたらすという実験に基づく証拠を有している。すなわち、溶融ファイバコンバイナ２０の代わりに、先行技術におけるように、５ｍ以上の長さを有する入力ファイバ１８から出るレーザ光線が、平行化及び集光光学系を用いて、５ｍ以上の長さを有する出力ファイバ２１内で結合されると、ファイバ２４を出るニキビの選択的治療用の適切な強度分布変動を有するレーザ光線は得られない。公知技術が、幾本かの光ファイバを１本にまとめる「ファイバの束」の使用を報告している（米国特許第５３９４４９２号）。束構造におけるレーザ光線のモードの相互作用の仕方は、光学コンバイナ（２０）などの溶融ファイバ部材において生じるレーザ光線のモードの相互作用の仕方とは、全く異なることが当業者には明らかである。したがって、前記解決手段は、必要な強度分布の変動度と無関係に、ガウスビームの「フラットトップ」ビームへの変換を保証するものではないので、前記解決手段は、本発明の目的に適用することができない。光ファイバパワーコンバイナ２０を採用することには、レーザ光線強度の損失が少ないという利点もあり、この利点は、２本のファイバがレンズなどの光学部材によって互いに結合された場合には生じず、整列を必要としない。結論として、本願において提案する解決手段は、溶融タイプの光ファイバのコンバイナを採用するという全く斬新な発想に基づいており、この光ファイバのコンバイナは、光ファイバが特定の規格化周波数（Ｖ−ｎｕｍｂｅｒ）及び長さのパラメータを有していることに加えて、当業者には公知の場合により光ファイバに対して侵襲的なことのある技術、例えば曲げ（ヨーロッパ特許出願公開第２４０７８０７ Ａ２号）を使用する必要なしに、適切な強度分布の一様性を有する「フラットトップ」ビームを発生させることのできる光学オペレータとして作用する。

出力ファイバ２１のＳＭＡコネクタ２２は、間隔付与光ファイバ（ｓｐａｃｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）２４の一方の側に接続している別個のＳＭＡコネクタ２３に接続されている。間隔付与光ファイバ２４は、出力ファイバ２１の規格化周波数と等しいか又は出力ファイバの規格化周波数に近い規格化周波数を有する多重モードファイバである。間隔付与光ファイバの芯部は、円形、正方形又は長方形のプロファイルを有していてよい。間隔付与ファイバの長さは、本願において提案する解決手段の特徴的なパラメータではない。 間隔付与光ファイバは、保護シースに覆われているので、損傷を受けない。間隔付与光ファイバは、レーザ光線を生体組織に送る機能及び必要であれば、二次元の形状のレーザ光線プロファイル（円形、正方形、その他）を設定する機能しか有しない。間隔付与光ファイバが、２個のＳＭＡコネクタによって、出力ファイバ２１及びハンドピース２７に接続されていることは、間隔付与光ファイバを容易に交換することのできる部材にしている。すなわち、間隔付与光ファイバは、故障や損傷が生じた場合における応用分野で極めて有用である。出力ファイバ２１と間隔付与光ファイバ２４との間の光接続は、１個又は２個のレンズによってもたらされる。可能な形態の一つにおいては、出力ファイバ２１から出るレーザ光線は、焦点距離がｆのレンズ８によって平行化された後、焦点距離がｆのレンズ９によって間隔付与光ファイバ２４に焦点を合わされる。間隔付与光ファイバ２４は、例えば独立のＳＭＡコネクタ２５によって、ハンドピース２７のＳＭＡコネクタ２６に機械的に接続されている。ハンドピース２７は、治療中、生体組織と接触状態に置かれ、間隔付与光ファイバ２４から出るレーザ光線をさらに拡大できるようにする。ハンドピース２７は、サファイア製の窓３２を提供するようになっている光学システムからなり、サファイア製の窓は、前記光学システムの像面に位置し、間隔付与光ファイバ２４の出力面の像が、同じ強度分布とレーザ光線の寸法の拡大を保証している（図４のパネルｃとパネルｄを比較されたい）。適例においては、この光学システムは、２個のレンズ３０及び３１を備えており、それらの焦点距離の比率が、拡大係数Ｍを決定する。前記拡大比率は可変であり、こうしてスポット寸法の異なる拡大のスポット寸法が得られる。この光学的構成の場合でも、レーザ光線強度分布は変わらない。必要に応じて、ハンドピース２７の先端に位置する「スキンクーラ」システムを用いて、皮膚の第１層の温度を下げてもよい。スキンクーラシステムは、ペルチェ素子により、レンズ３１の下流に位置するサファイア製の窓３２の温度を下げることができる。前記「スキンクーラ」システムは、サファイア製の窓の温度を、４℃〜１０℃の範囲に調節することができる。サファイア製の窓は、より一般的には、高い熱伝導率の値と論じている対象のレーザ光線に対する透明性により選択され、何れにしてもレーザ光線の強度分布プロファイルを変えない光学窓である。

本発明によるニキビの選択的治療用レーザシステムの実施の形態の一例では、約３１Ｗ、１７２６ｎｍの出力で、コリメータ１２の出力端において、ガウス強度分布を有する４．５ｍｍ（１／ｅ^２）のレーザ光線の直径が得られた。このレーザ光線は、レーザ光線を入力ファイバ１８内に適切に焦点を合わせる機能を有する両凸レンズ１４に当たる。入力ファイバ１８は、１０５μｍの芯部直径φ_ａ及び０．２２の開口数ＮＡ_ａを有する多重モードファイバである。入力ファイバ１８は、光ファイバパワーコンバイナ２０の入力側にあり、１１ｍの長さを有している。本願において提案する例示では、各々３０Ｗの放射出力で１７２６ｎｍの波長を有する３個の（ｍ＝３）光ファイバレーザ光源１０が、一緒に結合される。したがって、光ファイバパワーコンバイナ２０は、３ｘ１の構成を有し、光ファイバパワーコンバイナは、９６％を越える伝達効率を有することを考慮すると、出力ファイバ２１からの出力は８６Ｗよりも大きい。出力ファイバ２１は、２００μｍの直径φ_ｂ、０．２２の開口数ＮＡ_ｂ、及び１１ｍの長さを有する多重モードファイバである。

レンズ８は、８．１８ｍｍの焦点距離、０．４９の開口数及び１０ｍｍの直径を有する非球面レンズである。レーザ光線は、最小発散（０．０７３°以下）でレンズ８に向かって伝播し、非球面レンズ９によって間隔付与ファイバ２４内に焦点を合わせられる。非球面レンズ９は、１１．２９ｍｍの焦点距離及び７．２ｍｍの直径を有している。

間隔付与光ファイバ２４は、２００μｍの芯部直径、０．２２の開口数、２ｍの長さを有する多重モードファイバである。出力ファイバ２１から出るレーザ光線の間隔付与光ファイバ２４におけるカップリング効率は、９６％よりも高い。２００μｍの直径及び０．２２の開口数で「フラットトップ」プロファイルを有する間隔付与光ファイバ２４から出るレーザ光線は、レンズ３０に到達する。レンズ３０は、９ｍｍの焦点距離を有する両凸レンズであり、レンズ３１は、１６０ｍｍの焦点距離を有する平凸レンズである。このようにして、生体組織上に約３．５ｍｍの直径を有するスポットが得られる。したがって、利用することのできる最大フルエンスは、５０Ｊ／ｃｍ^２である。これは、平均定格値に対して（η）が５％以下の一様な強度プロファイルを有する、すなわちフラットトップで、１７２６ｎｍの波長のレーザスポットのフルエンスである。

本発明の目的を達成するには、２．５ｍｍよりも大きな、より好ましくは３．０ｍｍよりも大きな直径、３０Ｊ／ｃｍ^２よりも大きな、好ましくは４０Ｊ／ｃｍ^２よりも大きな最大利用可能フルエンス、及び１５％よりも小さい、好ましくは１０％よりも小さい、より好ましくは５％よりも小さい一様な強度プロファイルを有するフラットトップレーザスポットが必要である。入力ファイバ１８及び出力ファイバ２１の長さが５ｍよりも、より好ましくは１０ｍよりも長ければ、前記の値を得るのに十分である。

上述の光学系における強度プロファイルの漸進的変化が、図４に示されている。

図４Ａは、光ファイバレーザ光源１０のコリメータ１２から出るレーザ光線の強度分布プロファイルを示している。

図４Ｂは、入力ファイバ１８の終端におけるレーザ光線の強度分布プロファイルを示している。この強度分布は一様でなく（η＝１４％）、実際にホットスポットが見られる。

図４Ｃは、出力ファイバ２１の終端における強度分布プロファイルを示している。この強度分布は一様であり（η＝５％）、言い換えれば、このレーザ光線は「フラットトップ」である。

図４Ｄは、ハンドピース２７終端、すなわち間隔付与光ファイバ２４下流の強度分布プロファイルを示している。この強度分布は、出力ファイバ２１終端の強度分布と同一である。

説明している本発明のレーザシステムは、同じ波長、特に１７２６ｎｍの波長を有する３個の光源の出力を結合し、強度分布をガウス分布からフラットトップ分布に変換する。同じ原理を、異なる波長を有するｍ個の光源を結合するレーザシステムにも適用することができる。この場合は、組織の気化又は切除の効果を生むのに用いる波長を、凝固効果をもたらす波長と組み合わせ（すなわち、気化用の１９２０〜２０１０ｎｍの波長と凝固用の１４７０〜１５６０ｎｍの波長）、それらの波長を結合させて又は正しいテンポで交互に用いることを要する外科の用途に特に重要である。可視スペクトル、特に赤色スペクトル（６３５〜６５５ｎｍ）又は緑色スペクトル（５３２ｎｍ）の第３の波長、を、照準光線として用いてもよい。さらに、前記解決手段を、一般に、脂質の吸収係数が水の吸収係数よりも大きい全ての波長範囲、特に、８８０ｎｍ〜９３５ｎｍ、１１５０ｎｍ〜１２３０ｎｍ、１６９０ｎｍ〜１７８０ｎｍ及び２２５０ｎｍ〜２３５０ｎｍに広げることができる。

Claims (7)

1. ニキビの選択的治療用レーザシステムであって、
   １６９０〜１７５０ｎｍの範囲の波長を有する少なくとも２個のレーザ光源（１０）であって、それぞれガウス分布プロファイルを有する第１及び第２のレーザ光線を、それぞれ単一モード光ファイバ（１１）に送る少なくとも２個のレーザ光源と、
   前記第１のレーザ光線を受光する５ｍ以上の長さを有する第１の多重モード光ファイバ（１８）と、
   前記第２のレーザ光線を受光する５ｍ以上の長さを有する第２の多重モード光ファイバ（１８）と、
   第１及び第２の光ファイバ（１８）から受光し、第３の光ファイバ（２１）に第３のレーザ光線を送る溶融ファイバ光コンバイナ（２０）であって、前記第３の光ファイバ（２１）が、５ｍ以上の長さを有し、前記第３の光ファイバ（２１）が、前記第３のレーザ光線を受光し、出力端において第４のレーザ光線をもたらし、前記第４のレーザ光線が、平均定格値の１５％以下の強度分布変動、２．５ｍｍよりも大きい直径及び３０Ｊ／ｃｍ^２よりも大きい最大利用可能フルエンスを有している溶融ファイバ光コンバイナと、
   前記第４のレーザ光線を受光する第４の光ファイバ（２４）と、
   前記第４の光ファイバ（２４）に接続されたハンドピース（２７）を、
   備えているレーザシステム。
2. 前記第１及び第２の光ファイバ（１８）が、２．４０５〜４０の範囲のＶパラメータ（規格化周波数）を有していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第３の光ファイバ（２１）が、前記第１の光ファイバ（１８）のＶパラメータ（規格化周波数）よりも大きいか又は前記第１の光ファイバ（１８）のＶパラメータ（規格化周波数）と等しいＶパラメータ（規格化周波数）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記第４の光ファイバ（２４）が、前記第３の光ファイバ（２１）のＶパラメータ（規格化周波数）よりも大きいか又は前記第３の光ファイバ（２１）のＶパラメータ（規格化周波数）に近いＶパラメータ（規格化周波数）を有していることを特徴とする請求項１〜３のうちの１請求項に記載のシステム。
5. 前記第１の光ファイバ（１８）が、１０５μｍの直径及び０．２２の開口数を有していることを特徴とする請求項１〜４のうちの１請求項に記載のシステム。
6. 前記第３の光ファイバ（２１）が、１０５μｍ以上の直径及び０．２２の開口数を有していることを特徴とする請求項１〜５のうちの１請求項に記載のシステム。
7. 前記ハンドピース（２７）が、前記第４のレーザ光線を拡大する手段（３０、３１）と、拡大手段（３０）及び（３１）からなる光学システムの像面に位置するサファイア製の窓（３２）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のうちの１請求項に記載のシステム。
   

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