JP7461053B2 - 治療装置に対するフィードバック検出 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年6月22日に出願された「治療装置に対する色素検出(Pigment Detection for a Therapeutic Device)」と題する米国仮出願第62/688,940号、2018年6月22日に出願された「EMRベースの組織治療のための回折光学(Diffractive Optics for EMR-Based Tissue Treatment)」と題する米国仮出願第62/688,913号、2018年6月22日に出願された「組織治療のための選択的プラズマ生成(Selective Plasma Generation for Tissue Treatment)」と題する米国仮出願第62/688,855号の利点を主張する。これらの各出願の全体が参照として含まれる。
色素沈着症状及び非色素沈着症状などの特定の皮膚状態の治療に望ましい波長の決定は、例えば皮膚に存在する様々な競合する発色団(例えば、発色団、ヘモグロビン、タトゥーのインクなど)の波長依存吸収係数に依存することができる。図3Aは、メラニンの例示的な吸光度スペクトルのグラフである。メラニンによるEMRの吸収は、約350nmの波長でピーク値に到達した後、波長の増加とともに減少することが観察されている。メラニンによるEMRの吸収は、メラニン含有領域130の加熱及び/又は破壊を促進するが、非常に高いメラニン吸光度は、表皮110における色素による高い吸収をもたらし、EMRの真皮120又は表皮110への浸透を低減させることができる。図3Aに示すように、メラニン吸収は、約500nm未満のEMR波長で相対的に高い。従って、約500nm未満の波長は、真皮120内に十分に浸透して、その内部の着色領域130を加熱及び損傷させたり破壊したりするのに適していない可能性がある。より小さい波長でのそのような増強され吸収は、表皮110及び真皮120の上部(表層)部分に望まない損傷をもたらす可能性があり、吸収されていないEMRが組織を通過して真皮120のより深い部分に入ることは相対的に少ない。
図5は、治療システム500の概略図である。治療システム500は、光学システム502、EMR検出システム504、及びコントローラ506を含むことができる。光学システム502は、源(例えば、レーザ)によって生成されたEMR510を標的組織550の焦点領域552に向けるための光学素子(例えば、鏡、ビームスプリッタ、対物レンズのうちの1つ以上)を含むことができる。EMR510は、標的組織550(例えば、皮膚)の真皮及び/又は表皮層を画像化するための画像化放射線を含むことができる。EMR510はまた、標的組織の領域(例えば、標的組織550の領域522)を治療するための治療放射線を含むことができる。いくつかの実装形態では、EMR510は、与えられた期間内に画像化放射線及び治療放射線のうちの1つだけを含むことができる。例えば、EMR510は、第1期間の治療放射線及び第2期間の画像化放射線を含むことができる。他の実施形態では、EMR510は、与えられた期間内の画像化及び治療放射線の両方を同時に含むことができる。いくつかの実施形態によれば、画像化放射線は、治療放射線の波長と概ね等しい波長であり、そして、画像化放射線は、治療放射線よりも少ない電力を有する。他の実施形態によれば、画像化放射線は、治療放射線を提供する源以外の画像化放射線源によって提供され、画像化放射線は、治療放射線とは異なる波長を有する。
いくつかの治療は、治療中のプラズマ形成(例えば、熱電子プラズマ又は光学的破壊)を含む。いくつかの実施形態では、検出されたプラズマの特性は、治療の潜在的な効果を示す。例えば、皮膚色素沈着症状の治療では、焦点領域が皮膚の奥深くに位置するため、治療中に走査される皮膚色素と一致する。焦点領域が皮膚上で走査されると、レーザ源がパルスレーザを照射し、焦点領域と真皮色素が一致する場所に熱電子プラズマが形成される。熱電子プラズマの形成は、1)色素が皮膚内に存在し、2)プラズマ形成の瞬間の色素が焦点領域(例えば、X-Y座標及び深さ)と併置され、及び3)この位置の色素が治療されている(例えば、色素が破壊されている)ことを示す。
第1プラズマフィードバックの例は、プラズマの存在を示す相対的なプラズマ光強度の変化を定量化するインビトロ研究を説明する。インビトロ研究は、色黒の皮膚のために選択された雌のユカタン豚の皮膚を使用して行われる。約1060nmの波長を有する10WのNUFERN社のファイバレーザは、インビトロ研究でレーザ源として使用される。
第2の例では、皮膚サンプル1118のプラズマによって生成された放射線1124の狭いスペクトル帯域が試験的に観察される。この検出に使用される光学システムは、図11Aに説明されている。光学システムには、光学システムと、オーシャンオプティクス社のスペクトロメーターのモデル番号HR2000+ESとの間の光通信を可能にする光ファイバが含まれている。光学システムは、QスイッチNd:YAGレーザのレーザビームがシステムに向けられるように関節アームが供えられたQスイッチNd:YAGレーザ(クァンテル社のQ-Smart450)と光学的に通信する。
第3の例は、EMRベースの治療用ハンドピース(EMR-based treatment hand piece)に組み込まれたプラズマを検出するプラズマ検出システムを示す。
上述したように、いくつかの実施形態では、組織内の焦点領域の深さは、厳密に制御される必要がある(例えば、±20μm)。例えば、真皮色素の治療は、焦点領域が組織内の真皮色素の深さとほぼ同じ深さに配置されることを必要とする。焦点領域が真皮色素下の深すぎる場合、治療は効果的でない。焦点領域が浅すぎる場合、基底層のメラニン細胞が照射されて、潜在的に有害事象(例えば、色素沈着過剰又は色素沈着低下)を誘発する可能性がある。
第1焦点深度参照の例は、以下に説明される。第1焦点深度参照の例は、共焦点顕微鏡のようなフィードバックシステムを使用する。このような構成は、外部組織表面及び窓の表面をだけでなく組織内の表面を参照するのに使用できるため、いくつかの実施形態では有利である。例えば、いくつかの実施形態によれば、焦点領域は、皮膚内の真皮表皮(DE)接合部に対して参照される。これは、表皮(又は表皮の基底層のメラニン)と真皮との間の屈折率の差によって、いくつかの実施形態で達成可能である。
第2焦点深度参照の例では、画像化(例えば、共焦点)開口の代わりにカメラセンサを使用する。図21A~21Cは、いくつかの実施形態による例を示している。図21Aは、放射線(例えば、レーザ)を標的組織に向けて集束させるように構成された治療システム2100を示す。放射線ビームは、光ファイバ2110によって提供され、コリメータ(collimator)2112によってコリメートされる。放射線ビームは、光学システムによってシステム2100を介して集束され、指向される。集束された放射線ビームは、最終的に、システム2100の下部にある窓2114の外に向けられる。窓2114は、集束された放射線ビームの焦点領域が標的組織内に位置するように、治療組織と接触するように構成される。システム2100はまた、ポート2116を含む。ポートは、焦点領域の近くから出る放射線の少なくとも一部が外部に向けられるようにする。従って、ポート2116は、焦点領域の近くからの信号放射が「ピックオフ」されて検出されることを可能にする。信号放射の1つの用途は、部分反射する境界面(例えば、窓2114の表面)に対応する参照焦点位置を決定するための焦点深度の参照である。
図22A~22Cは、いくつかの実施形態による、別の例示的な焦点深度参照及び治療システム2200を示す。図22Aは、放射線(例えば、レーザ)を標的組織に向けて集束させるように構成された治療システム2200を示す。放射線ビームは、光ファイバ2210によって提供され、コリメータ2212によってコリメートされる。放射線ビームは、光学システムによってシステム2200を介して集束及び指向される。集束された放射線ビームは、最終的にシステム2200の下部にある窓2214の外に向けられる。窓2214は、焦点放射線ビームの焦点領域が標的組織内に位置するように、治療組織に接触するように構成される。本システム2200は、光学システムにポート又は「ピックオフ」を含まない。
組織画像フィードバックを介して情報を得たEMRベースの治療は、皮膚及び美容治療に対する広範囲な用途と利点を有する。例えば、いくつかの実施形態によれば、組織画像化は、ユーザがEMRベースの治療中の治療部位を正確に標的化することを可能にする。組織画像化の別の例示的な使用は、時間的な治療結果の文書を提供することにある(例えば、治療前の画像及び治療後の画像)。さらに他の実施形態によれば、組織画像は、治療前の状態に対する診断、又は治療計画を確認したり治療中の終了点を確認したりするのに使用される。多くの例示的なEMRベース皮膚治療目標は、美容である(例えば、皮膚の外観に関する)。これらの場合、治療を受けている皮膚の画像は、治療の利害関係者(患者及び医師)に最も重要なフィードバックを提供する。
図26A~26Bは、例示的な組織画像化及び治療システム2600の概略図を示す。図26Aは、システム2600の正面図を示す。図26Bは、図26AのB-B断面線に沿って見たシステム2600の横断図を示す。
いくつかの実施形態では、入力レーザビームの反復速度は、標的組織/標的物質内のプラズマの崩壊速度よりも速いことがある。これは、連続的な(例えば、一時的に連続的、空間的に連続的など)プラズマの生成を可能にすることができる。レーザビームの反復速度を変更することにより、治療領域/標的領域(例えば、プラズマが生成される領域)の領域を制御することができる。
Claims (20)
- システムであって、
組織に所望の効果をもたらす治療放射線を生成するよう構成された放射線源と、
前記治療放射線として電磁放射(EMR)ビームを焦点領域に集束させ、前記焦点領域で前記治療放射線がプラズマを発生するように構成された焦点光学系と、
窓材料で構成され、組織表面と接触するように構成された窓であって、光軸に沿って前記焦点領域と前記焦点光学系との間で、前記焦点領域から離隔して所定の深さに位置する窓と、
前記焦点領域をスキャンするよう構成されたスキャナと、
前記プラズマから発する信号放射を受け、前記組織ではなく前記窓材料を代表する波長を中心とするスペクトルピークを持つフィルタ済信号放射のみを透過させるよう構成されたフィルタと、
前記フィルタの背後に位置し、前記フィルタ済信号放射を検出するように構成された検出器と、
前記検出器によって検出された前記フィルタ済信号放射に基づいて前記プラズマが前記窓内に少なくとも部分的に位置することを決定し、当該決定に基づいて前記治療放射線の1つ以上のパラメータを調整するように構成されたコントローラと、
を含む、システム。 - 前記コントローラは、前記プラズマの1つ以上の特性を決定するよう構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記プラズマの1つ以上の特性は、プラズマの存在、プラズマの強度、プラズマのスペクトル含有量、およびプラズマの位置、の少なくとも1つを含む、請求項2に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記決定に基づき、前記治療放射線を停止するようにさらに構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記治療放射線の1つ以上のパラメータは、パルスあたりのエネルギー、反復速度、焦点領域の位置、および焦点領域のサイズ、の少なくとも1つを含む、請求項1に記載のシステム。
- 組織に対する前記所望の効果は、発色団の存在下でのプラズマの生成を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記信号放射の特性を記録するようにさらに構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、
第1位置で第1プラズマから発する第1信号放射の第1の特性を記録し、
前記第1位置に対する座標に前記第1の特性をマッピングし、
第2位置で第2プラズマから発する第2信号放射の第2の特性を記録し、
前記第2位置に対する座標に前記第2の特性をマッピングする、
ようにさらに構成された、請求項7に記載のシステム。 - 前記コントローラは、前記信号放射の強度に基づいて、前記プラズマが前記窓内に少なくとも部分的に位置することを決定するようにさらに構成された、請求項1に記載のシステム。
- 前記プラズマが前記窓内に少なくとも部分的に位置することを決定することは、前記信号放射のスペクトル成分に基づく、請求項1に記載のシステム。
- 治療装置の動作方法であって、
放射線源が、組織に所望の効果をもたらす治療放射線として電磁放射(EMR)ビームを生成するステップと、
窓材料を含む窓が、前記組織の表面に接触するステップと、
焦点光学系が、前記治療放射線を焦点領域に集束させることにより、前記焦点領域で前記治療放射線がプラズマを発生するステップであって、前記窓が、光軸に沿って前記焦点領域と前記焦点光学系との間で、前記焦点領域から離隔して所定の深さに配置されているステップと、
スキャナが、前記焦点領域をスキャンするステップと、
フィルタが、前記プラズマから発する信号放射をフィルタリングし、前記組織ではなく前記窓材料を代表する波長を中心とするスペクトルピークを持つフィルタ済信号放射のみを透過させるステップと、
前記フィルタの背後に位置する検出器が、前記フィルタ済信号放射を検出するステップと、
コントローラが、検出された前記フィルタ済信号放射に基づいて前記プラズマが前記窓内に少なくとも部分的に位置することを決定するステップと、
前記コントローラが、前記決定に基づいて前記治療放射線の1つ以上のパラメータを調整するステップと、
を含む、方法。 - 前記コントローラが、前記プラズマの1つ以上の特性を決定するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記プラズマの1つ以上の特性は、プラズマの存在、プラズマの強度、プラズマのスペクトル含有量、およびプラズマの位置、の少なくとも1つを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記コントローラが、前記決定に基づき、前記治療放射線を停止するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記治療放射線の1つ以上のパラメータは、パルスあたりのエネルギー、反復速度、焦点領域の位置、および焦点領域のサイズ、の少なくとも1つを含む、請求項11に記載の方法。
- 組織に対する前記所望の効果は、発色団の存在下でのプラズマの生成を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記コントローラが、前記信号放射の特性を記録するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記コントローラが、
第1位置で第1プラズマから発する第1信号放射の第1の特性を記録するステップと、
前記第1位置に対する座標に前記第1の特性をマッピングするステップと、
第2位置で第2プラズマから発する第2信号放射の第2の特性を記録するステップと、
前記第2位置に対する座標に前記第2の特性をマッピングするステップと、
をさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 前記プラズマが前記窓内に少なくとも部分的に位置することを決定することは、前記信号放射の強度に基づく、請求項11に記載の方法。
- 前記プラズマが前記窓内に少なくとも部分的に位置することを決定することは、前記信号放射のスペクトル成分に基づく、請求項11に記載の方法。
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