JPH08317933A - 生体組織のレーザー処置方法及び装置並びに火焔状斑点母斑のレーザー処置方法 - Google Patents

生体組織のレーザー処置方法及び装置並びに火焔状斑点母斑のレーザー処置方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱媒介手術のために生体組織を動的に冷却す
る装置および方法を提供する。 【構成】 レーザー療法を受ける火焔状斑点の患者の表
皮を動的に冷却することにより、火焔状斑点に対する熱
損傷を最大としながら、同時に上に横たわる通常の表皮
に対する非特異的な傷害を最小とするのを可能とする。
数十ミリ秒のオーダーの所定の短い時間期間の間低温性
の噴出を皮膚表面に施し、これにより冷却が表皮に局在
したままとしながら、より深部の火焔状斑点の血管の温
度を実質的に変化しないままとする。この結果、冷却し
ていないレーザー照射皮膚部位では通常は起る表皮の変
性および壊死が起らず、動的に冷却した部位における火
焔状斑点の臨床的に有意な漂白により、火焔状斑点の血
管の選択的なレーザー光熱溶解の達成が確立される。加
えて、動的な表皮の冷却により、フラッシュランプ駆動
パルス色素レーザー療法に通常は随伴する患者の不快感
が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、米国国立衛生研究所
によって与えられた授与番号1R03RR6988-01の米国政府
の支援によってなされたものである。米国政府は、この
発明において所定の権利を有する。
【０００２】この発明は、レーザー手術の分野に関し、
更に詳しくは、レーザーパルスを用いる生体組織の熱処
置に関する。
【０００３】
【従来の技術】ヒト皮膚の火焔状斑点母斑（port wine
stain birthmark ）の処置に関して、この発明の例示的
な態様を以下に記載するが、この発明の範囲は、これが
全ての種類の熱手術に適用される点で遥かに広いもので
ある。火焔状斑点は、毛管および恐らく末梢小静脈神経
を含む真皮の先天的な進行性の血管奇形である。火焔状
斑点は、１０００人の生存新生児の約３％に発生する。
火焔状斑点は体の全ゆる所に見出されるが、最もよく現
れるのは顔であり、第１および第２の三叉神経の皮膚節
に渡って分布することが銘記されている。
【０００４】初期の子供時代には火焔状斑点は淡いピン
クの痣であるが、この病巣は進行的に暗色化して赤紫に
なる傾向があり、中年では血管性丘疹または小瘤の発達
の結果しばしば隆起し、場合によっては腫瘍になること
がある。下部にある骨および軟質組織の肥大が、火焔状
斑点の患者の約３分の２で発生し、多くの子供の顔の特
徴を更に醜くするよう作用する。
【０００５】火焔状斑点の従来技術による処置には、外
科用メスによる手術、イオン化放射、皮膚移植、皮膚剥
離、冷凍手術、入れ墨および電気療法が含まれる。化粧
の際に受容し得ない瘢痕を生ずる処置後の状態のため
に、臨床結果は満足できないものと考えられている。こ
の理由のために、これらの従来技術による技法の全て
は、存立可能な処置の選択枝とは最早考えられない。
【０００６】フラッシュランプ駆動パルス色素レーザー
は、皮膚の血管を選択的に破壊するその能力により、優
れた手法および治療法を提供する。表皮を通過した光
は、上部真皮における拡張性（ectatic ）毛管内の血液
の主要な発色団であるヘモグロビンによって優先的に吸
収される。放射エネルギーは熱に変換され、標的とする
血管内で熱による損傷および血栓を引起す。従来技術に
よる検討により、フラッシュランプ駆動パルス色素レー
ザーは、極めて多数の小児および成人患者において良好
な結果をもたらすことが示されている。
【０００７】火焔状斑点の組織病理学的検討により、図
１の断面図に概略的に示すように、上部真皮の層に位置
する膨脹した血管の異常な網状構造の上に正常な表皮が
あることが示されている。フラッシュランプ駆動パルス
色素レーザーによって生成される波長５８５ナノメータ
ーの光を吸収する主要な内生の皮膚発色団は、メラニン
とヘモグロビンである。したがって、上に横たわる表皮
色素層は、バリヤーまたは光学的遮蔽体を含んでおり、
光は最初にこれを通過して下に横たわる火焔状斑点の血
管に到達しなければならない。メラニンによるレーザー
エネルギーの吸収は、表皮における局所的な加熱を引起
し、血管に到達する光線量を低減させ、これにより標的
とする火焔状斑点において生成される熱の量が減少し、
病巣の漂白は最適より一段下となる。
【０００８】火焔状斑点において生成される熱と表皮に
おいて生成される熱との比率は、表皮に対する火焔状斑
点の相対的な加熱の尺度である。レーザー療法を受ける
火焔状斑点患者において実現される最良の臨床結果は、
火焔状斑点において生成される熱と表皮において生成さ
れる熱との患者の比率が１以上の場合に得られる。残念
なことに、多くの病巣については、レーザー療法後の表
皮の損傷の閾値は、火焔状斑点の永久的な漂白の閾値と
非常に近接している。
【０００９】試みられた従来技術の方法の１つは、レー
ザー処置の前に皮膚表面に対して角氷を施すものである
（B. A. Gilchrest ら、「火焔状斑点の冷却によりアル
ゴンレーザー療法に対する応答が改良される」、Plast.
Reconstr. Surg. 1982; 69:278-83 ）。しかしなが
ら、これらの処置は完全に満足し得るものと証明されて
おらず、更に重要なことには、改良された治療応答、す
なわち火焔状斑点の改良された漂白に帰着するものでも
ない。
【００１０】他の従来技術の試みでは、表皮の表面冷却
を行うために、氷で満たしたプラスチックバッグを使用
し、皮膚表面上に５分間載置すること、照射の際に圧縮
したフレオンガスを使用すること、または照射されてい
る領域に冷却した水を直接散布することが試されている
（A. J. Welch ら、「皮膚のＮＤ−ＹＡＧレーザー照射
の際の表皮の保護のための冷却技術の評価」、医療にお
けるネオジム−ＹＡＧレーザー、Stephen N. Joffe編、
1983）。しかしながら、これらの検討はブタの死体の組
織を用いて行われたものであり、通常は２〜１４秒の冷
却期間が利用されたものである。フレオンを用いた報告
された結果は、事例の２８．５％のみで良好であり、場
合によっては、皮膚表面が一瞬で凍結したり、他の場合
では、フレオンの噴射が皮膚表面を過剰冷却したことが
認められている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】したがって、必要とさ
れるのは、効果的に使用されて一様に陽性の結果を与え
る、すなわち上部または非選択層に対する非特異的な損
傷を伴うことなく、より深いまたは選択された層の処置
を可能とする方法または装置である。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、生
体組織内の選択された埋った色素球体の光熱溶解を行う
ために動的冷却を使用する方法にある。この方法は、生
体組織の選択された部分を冷却して所定の動的温度の様
相を確立し、生体組織の第１の部分および第２の部分を
照射し、生体組織の第２の部分を熱的に処置しながら、
生体組織の第１の部分を実質的に損傷のないまま残す工
程を含む。この結果、第１の部分に損傷を与えることな
く、生体組織の第２の部分をレーザー処置することがで
きる。
【００１３】組織の第１の部分は第２の部分に隣接して
存在し、第２の部分を照射する工程は、第１の部分を通
過して生体組織の第２の部分を照射する工程を含む。
【００１４】説明する態様では、生体組織は皮膚であ
る。第１の部分は表皮であり、第２の部分は、表皮に含
まれるメラニンの下にある真皮である。所定の動的温度
の様相を確立する工程は、実質的に表皮のみにおいて動
的に冷却された様相を確立するものである。
【００１５】所定の動的温度の様相を確立する工程は、
レーザー照射される部位で生体組織に低温性の噴出を当
てることにより行う。低温性の噴出は、低温性の液滴ま
たはミストから構成される。
【００１６】この方法は、生体組織の第１の部分に熱的
に結合した熱ヒートシンクを確立するものとして特徴付
けることができる。熱ヒートシンクを確立する工程は、
生体組織の第１の部分において空気−表面の絶縁バリヤ
ーを除去する工程を含む。
【００１７】生体組織の第１の部分に低温性の噴出を当
てる工程は、生体組織の第１の部分の表面上に、所定の
冷却した温度の液体を配置する工程を含む。この液体
は、生体組織の第１の部分の通常の温度より低い沸点を
有し、低温性の噴出は、生体組織の第１の部分の表面で
約４０〜５０℃の温度降下を与えるのに十分な持続時間
を有する。低温性の噴出の持続は、数十ミリ秒のオーダ
ーとする。
【００１８】この方法は、生体組織の第２の部分の照射
の後に、生体組織の第１の部分で所定の動的温度の様相
を再度確立する工程を更に含むことができる。生体組織
の第１の部分で所定の動的温度の様相を再度確立する工
程は、直前の処置の直後に第１の部分により多くの寒剤
を施すことにより、生体組織の第１および第２の部分の
両者を照射した直後に行う。
【００１９】またこの発明は、パルスレーザーと、生体
組織上の照射部位に対して冷却物質の噴出を当てる制御
可能な部材とを備える、生体組織のレーザー処置のため
の装置である。タイミング制御体は、パルスレーザーお
よび制御可能な部材を起動してパルスレーザーの起動を
図り、制御可能な部材が冷却物質の噴出を当てた後に所
定のレーザーパルスを発射する。この結果、生体組織の
照射部位が動的に冷却され、照射部位の組織部分のレー
ザー処置が選択的に可能となる。説明する態様では、パ
ルスレーザーはフラッシュランプ駆動パルス色素レーザ
ーである。制御可能な部材は、低温貯蔵器と、予め選択
された時間期間に渡って寒剤の噴出を断熱的に放出する
ための、低温貯蔵器に連結された電子的に制御されるソ
レノイドバルブとを備える。タイミング制御体は、ディ
ジタル遅れ発生器を備える。冷却物質の噴出の持続時間
は、制御可能な部材およびパルスレーザーに連結された
ディジタル遅れ発生器により発生した起動遅れによって
決定される。
【００２０】更に具体的には、この発明は、メラニンを
含む表皮と火焔状斑点を含む真皮とを有するヒト皮膚の
火焔状斑点母斑をレーザー処置する方法にある。この方
法は、真皮内の火焔状斑点と上に横たわる表皮との間の
熱拡散時間よりも実質的に短い時間期間内に、表皮内の
所定の温度様相の到来を達成するよう表皮を動的に冷却
する工程を含む。火焔状斑点内の皮膚血管を選択的に破
壊するのに十分な時間期間の間、表皮を介して真皮内の
火焔状斑点を照射する。この結果、表皮に対する実質的
な生物学的損傷を伴うことなく、火焔状斑点が破壊され
る。
【００２１】請求項１の発明は生体組織のレーザー処置
を行う方法であって、所定の第１の時間期間の間前記生
体組織の選択された部分を冷却し、実質的に前記生体組
織の前記選択された部分のみが、少なくとも所定の最小
の温度降下で冷却されるよう、前記組織を介する所定の
非平衡の動的温度勾配を確立し、前記所定の動的温度勾
配は、後に所定の第２の時間期間の間レーザー照射され
る部位にて前記第１の時間期間の間前記生体組織に対し
て低温性の噴出を当てることにより達成するものとし、
前記第１の時間期間の直後に、前記生体組織の前記選択
された部分の第１および第２の部分を前記第２の時間期
間の間照射して、前記生体組織の前記第２の部分を熱処
理しながら、前記生体組織の前記第１の部分を実質的に
損傷を受けないままとして残す工程を含み、これにより
前記生体組織の前記選択された部分の前記第２の部分
を、前記第１の部分に対する損傷を伴うことなくレーザ
ー処置し得る、生体組織のレーザー処置方法である。
【００２２】請求項２の発明は、請求項１において、前
記第１の部分が前記第２の部分に隣接し、前記第２の部
分を照射する前記工程が、前記第１の部分を通過して前
記生体組織の前記第２の部分を照射する工程を含む。
【００２３】請求項３の発明は、請求項２において、前
記生体組織が皮膚であり、前記第１の部分が表皮であ
り、前記第２の部分が前記表皮に含まれるメラニンの下
部に存する真皮であり、所定の動的温度の様相を確立す
る前記工程が、実質的に前記表皮のみにおける動的に冷
却された様相を確立するものである。
【００２４】請求項４の発明は、請求項１において、前
記低温性の噴出が、低温性の液滴を前記部位に配置する
工程を含む。
【００２５】請求項５の発明は、請求項１において、前
記低温性の噴出を当てる前記工程が、前記部位に低温性
のミストを配置するものである。
【００２６】請求項６の発明は、請求項１において、前
記生体組織の前記第１の部分に熱的に結合した熱ヒート
シンクを確立する工程を更に含む。
【００２７】請求項７の発明は、請求項６において、熱
ヒートシンクを確立する前記工程が、前記生体組織の前
記第１の部分における空気−表面の絶縁バリヤーを実質
的に除去する工程を含む。
【００２８】請求項８の発明は、請求項１において、前
記生体組織の前記第１の部分に前記低温性の噴出を当て
る前記工程が、前記生体組織の前記第１の部分の表面に
対して所定の冷却温度で液体を配置する工程を含み、前
記液体は、前記生体組織の前記第１の部分の通常の温度
未満の沸点を有し、前記低温性の噴出の前記第１の所定
の時間期間が、前記生体組織の前記第１の部分の前記表
面において約４０〜５０℃の温度降下を与えるのに十分
な持続時間を有する。
【００２９】請求項９の発明は、請求項８において、前
記低温性の噴出の前記持続時間が、数十ミリ秒のオーダ
ーである。
【００３０】請求項１０の発明は、請求項１において、
前記生体組織の前記第２の部分の照射の後に、前記生体
組織の前記第１の部分において所定の動的温度の様相を
再度確立し、前記生体組織の前記第１および第２の部分
が熱的に結合される工程を更に含む。
【００３１】請求項１１の発明は、請求項１０におい
て、レーザー照射の直後に前記第１の部分により多くの
寒剤を施すことにより、前記生体組織の前記第１および
第２の部分の両者を照射した直後に、前記生体組織の前
記第１の部分において前記所定の動的温度の様相を再度
確立する前記工程を行う。
【００３２】請求項１２の発明は、生体組織のレーザー
処置のための装置であって、パルスレーザーと、第１の
所定の時間期間の間前記生体組織上の照射部位に対して
冷却物質の噴出を当てる制御可能な手段と、レーザーパ
ルスが発射される際に、前記生体組織内で確立された非
平衡の温度勾配が前記生体組織内の温度分布を実質的に
特徴付けるよう前記制御可能な手段が前記冷却物質の噴
出を当てた直後に、前記パルスレーザーを起動して、第
２の所定の時間期間の間所定のレーザーパルスを発射す
る、前記パルスレーザーおよび前記制御可能な手段を起
動するタイミング制御体とを備え、これにより前記生体
組織の前記照射部位が動的に冷却され、前記照射部位の
組織部分のレーザー処置を選択的に可能とする、生体組
織のレーザー処置装置である。
【００３３】請求項１３の発明は、請求項１２におい
て、前記パルスレーザーが、フラッシュランプ駆動パル
ス色素レーザーである。
【００３４】請求項１４の発明は、請求項１３におい
て、前記制御可能な手段が、低温貯蔵器と、前記低温貯
蔵器に連結され、前記第１の所定の時間期間に渡って前
記寒剤の噴出を断熱的に放出する電子的に制御されるソ
レノイドバルブとを備える。
【００３５】請求項１５の発明は、請求項１３におい
て、前記タイミング制御体がディジタル遅れ発生器を備
え、前記冷却物質の噴出の前記第１の所定の時間期間
が、前記制御可能な手段および前記パルスレーザーに連
結された前記ディジタル遅れ発生器により発生した起動
遅れによって決定される。
【００３６】請求項１６の発明は、メラニンを含む表皮
と火焔状斑点を含む真皮とを有するヒト皮膚の火焔状斑
点母斑をレーザー処置する方法であって、前記真皮内の
前記火焔状斑点と前記上に横たわる表皮との間の熱拡散
時間よりも実質的に短い第１の時間期間内に、前記表皮
内の所定の非平衡の温度様相の到来を達成するよう前記
表皮を動的に冷却し、その直後に、前記火焔状斑点内の
皮膚血管を選択的に破壊するのに十分な長さの第２の所
定の時間期間の間、ただし前記表皮と真皮との間の前記
熱拡散時間より短い持続時間の間、前記表皮を介して前
記真皮内の火焔状斑点を照射し、これにより前記表皮に
対する実質的な生物学的損傷を伴うことなく、前記火焔
状斑点を破壊する、ヒト皮膚の火焔状斑点母斑をレーザ
ー処置方法である。
【００３７】請求項１７の発明は、請求項１６におい
て、前記表皮を寒剤の噴出に供することにより前記表皮
を動的に冷却し、前記第１の所定の時間期間内に前記表
皮上で所定の非平衡の温度の様相を確立する。
【００３８】請求項１８の発明は、請求項１７におい
て、前記第１の所定の時間期間が、数十ミリ秒のオーダ
ーである。
【００３９】請求項１９の発明は、請求項１８におい
て、前記所定の非平衡の温度の様相が、前記第１の所定
の時間期間の終りにおいて、通常の皮膚温度より少なく
とも約４０℃低い皮膚表面温度を有する。
【００４０】ここで同様の部材は同様の番号により参照
するものとする添付図面に目を転ずることにより、この
発明およびその種々の態様がより良好に明瞭となろう。
【００４１】ここで以下の詳細な説明に関連して、この
発明およびその種々の態様を理解することができる。
【００４２】
【実施例】レーザー療法を受ける火焔状斑点の患者の表
皮を動的に冷却することにより、火焔状斑点に対する熱
損傷を最大としながら、同時に上に横たわる正常な表皮
に対する非特異的な障害を最小とすることができる。数
十ミリ秒のオーダーの所定の短い時間期間の間低温性の
噴出を皮膚表面に施し、これにより冷却を表皮に局在化
したままとしながら、より深い火焔状斑点の血管の温度
は実質的に変化させないままとする。この結果、レーザ
ー照射した冷却していない皮膚部位で通常は生起する表
皮の変性および壊死が起らず、動的に冷却した部位にお
ける火焔状斑点の臨床的に有意な漂白により、火焔状斑
点の血管の選択的なレーザー光熱溶解の達成が確立され
る。加えて、動的な表皮の冷却により、フラッシュラン
プ駆動パルス色素レーザー療法に通常は随伴する患者の
不快感が低減される。
【００４３】表皮の損傷を防止すべくレーザー照射部位
を冷却するために先に試みられた全ての方法は、定常状
態に近い温度分布が達成される長期間の冷却に対する皮
膚の熱応答のために本質的に失敗であった。定常状態ま
たは長期間の冷却では、内部温度は、皮膚表面から下方
の皮下層へと直線的に増加する。したがって、表皮を冷
却することに加えて、長期間の冷却により、下にある火
焔状斑点の血管の周囲温度も低下する。温度の低減によ
り達成される表皮の損傷についての全ゆる閾値の増加
は、選択的なレーザー光熱溶解を得るために火焔状斑点
血管を十分な温度に加熱するのに必要な付加的なエネル
ギーによって殆ど完全に相殺される。
【００４４】この発明による動的冷却を用いれば、表皮
を選択的に冷却することができる。適切に短い期間の
間、すなわち数十ミリ秒のオーダーで寒剤の噴出を皮膚
表面に施した場合、冷却は表皮に局在したままでありな
がら、より深い火焔状斑点の血管の温度は変化しないま
ま止まる。例えば、１０〜１００ミリ秒の低温性の噴出
について深さの関数としての皮膚内の動的冷却の温度様
相のグラフである図２を参照することができる。縦軸の
尺度は℃で示し、横軸の尺度はミリメーターで示す組織
の深さである。
【００４５】領域１０は、概して表皮メラニンの位置を
表す。領域１２は、火焔状斑点が認められる典型的な深
さを概略的に示す。曲線１４は、以下に記載するように
試験部位に施した１０ミリ秒の低温性の噴出の直後の温
度の様相である。曲線１６、１８、２０および２１は、
それぞれ２０、３０、５０および１００ミリ秒の低温性
の噴出についての温度の様相である。これらの持続時間
の低温性の噴出について、実質的に全ての温度冷却は、
火焔状斑点領域１２より上の皮膚の領域で起ることを認
めることができる。ちなみに、火焔状斑点の領域１２に
おける温度は変化しない。
【００４６】一定の速度で熱を除去するよう皮膚を動的
に冷却すると、熱束Ｆ0 、瞬間的な皮膚温度ＴS は次の
式（１）によって与えられる。
【００４７】
【数１】
【００４８】式中、ｚは皮膚の深さであり、Ｔi は皮膚
表面の初発温度であり、Ｋは熱伝導率であり、Ｘは熱拡
散率であり、erfcは相補誤差項である。式（１）から、
動的冷却に応答する皮膚表面の温度低下は次のように示
すことができる。
【００４９】
【数２】
【００５０】したがって、表面温度の低下は、熱束Ｆ0
および冷却時間の平方根に比例する。与えられた熱束に
ついて、低温性の噴出に対する露呈時間ｔc は大きなＴ
0 を生成するのに十分に長くなければならないが、領域
１２の火焔状斑点の血管の伝導冷却を回避するのに十分
に短くなければならない。
【００５１】図３は、前記した方法を実施するこの発明
の装置の１つの態様を非常に概略的に示すものである。
図示した態様では、環境的に適合性の無毒で引火性では
ないフレオン置換体である−２６．５℃の沸点を有する
テトラフルオロエタンＣ2 Ｈ2 Ｆ4 とする試験寒剤を、
表面冷却剤として使用する。数十ミリ秒のオーダーの短
い低温性の噴出を、電子的に制御されるソレノイドバル
ブ２２を介して皮膚表面に送る。このバルブは、低温貯
蔵器２４から試験寒剤の供給を受けている。
【００５２】図示した態様では、３〜５ミクロンのスペ
クトル範囲で感受性のＩｎＳｂ１２８×１２８焦点面配
列の検出器である高速赤外検出器２６を使用し、低温性
の噴出およびレーザーパルスの途中および前後の皮膚表
面温度を測定する。検出器２６は、図３の装置では、試
験結果を評価する手段として使用している。この発明の
商業的な態様では、検出器２６は省略するか、またはそ
の代りとして使用するより単純で安価な熱検出器とし得
ることを理解すべきである。
【００５３】検出器２６は、スタンフォード・リサーチ
・システムズ・オブ・スニルバーレ、カリホルニアによ
り製造されたようなディジタル遅延回路２８により起動
する。検出器２６と同時に、ソレノイドバルブ２２を時
間ＴC で同様に起動する。時間ｔ＝０で、４５０マイク
ロ秒のパルス幅を有する波長５８５ナノメーターで作動
するフラッシュランプ駆動パルス色素レーザー３０を起
動する。
【００５４】低温性の噴出に対する露呈時間、および低
温性の噴出の適用とレーザーパルスの到来との間の間隔
は遅延発生器２８によって制御し、通常は１ミリ秒未満
とする。ソレノイドバルブ２２から放出された低温性の
噴出は、蒸発によって冷却された寒剤の液滴、および蒸
気の断熱膨脹によって形成されたミストから構成され
る。寒剤の液滴は、単に冷却したガスより良好なヒート
シンクを与えることが認められている。皮膚表面の試験
部位において、低温性の噴出は、直径約５ｍｍのレーザ
ースポットと同心的な直径約７ｍｍの略円形の帯域を覆
うよう形成する。明らかに、照射される領域に対する冷
却領域の形状、大きさおよび位置は、この発明の教示と
一貫する多くの様式において、用途に応じて変動させる
ことができる。
【００５５】以下の結果は、標準的な検索一致手順に供
した火焔状斑点を有するヒト患者により得られたもので
ある。試験部位を選択し、図６〜８の写真に示す様式で
皮膚マーカーによって特定した。それぞれの患者につい
て１８の試験部位を選択し、その内６つを冷却を行うこ
となく照射し、その内１２をこの発明の動的冷却を用い
て照射した。これらの部位は、火焔状斑点の目立たない
区域、例えば腕の下部で選択したが、これらは一般に全
病巣を代表するものである。動的冷却を用いるレーザー
露光のために選択した６つの部位を、平方センチ当り約
１０ジュールの最大光線量でレーザー３０によって照射
した。他の１２の試験部位は、数十ミリ秒のオーダーの
短い低温性の噴出の後に、同一のレーザー照射を受容す
るものとした。火焔状斑点の処置していない領域を、光
露光のない対照とした。試験部位を時間の経過と共に観
察し、何らかの逆行的な効果が生じているか否か、およ
び火焔状斑点の漂白がその後に進んでいるか否かを決定
した。レーザー照射の後、最初にベースラインを形成す
るために、その後４週間の間は週に２回、また６か月間
に渡って毎月、それぞれの供試体を評価した。
【００５６】図４および５は、患者の火焔状斑点試験部
位の１つ、すなわち図４に示すように８０ミリ秒の低温
性の噴射によって冷却した試験部位、および図５に示す
冷却していない試験部位から、赤外検出器２６を使用し
て測定した皮膚表面温度の様相を示す。図４および５の
グラフは、試験した患者全員について典型的なものであ
る。図４の縦軸の尺度は℃での皮膚温度であり、時間尺
度は時間０で発生するレーザーパルスを用い、横軸にミ
リ秒で示す。
【００５７】図４は、レーザー露光の前に皮膚表面温度
が冷却した試験部位について４０℃までも低下したこと
を示す。したがって、レーザー露光の前のベースライン
皮膚表面温度は、冷却していない部位の３０℃に対し
て、冷却した部位では約−１０℃であった。レーザーか
らの平方センチメーター当り１０ジュールの光線量の
後、冷却した火焔状斑点部位および冷却していない火焔
状斑点部位の両者についての時間０直後の皮膚表面温度
は、８０℃上昇した。しかしながら、冷却した部位のベ
ースライン皮膚表面温度は−１０℃であったため、レー
ザー露光直後に到達する最高表面温度は、図５に示すよ
うに、冷却していない部位では１１０℃であったのに対
し、冷却した部位では７０℃であった。
【００５８】検出器２６により得られた冷却していない
試験部位の赤外画像は、持続的な９０ミリ秒の表面加熱
によるレーザー露光直後に温度上昇を示し、その後に皮
膚−空気界面近傍で捕捉された熱の遅い消散を示してい
る。検出器２６によって得た冷却した部位の画像は、レ
ーザー露光直後に観察されたより低い表面温度、および
火焔状斑点で発生した熱が埋った血管から冷却した皮膚
表面へ向って徐々に拡散するにつれての露光後９０ミリ
秒の遅延した熱波の到達を示す。よって、この発明の方
法により、高速赤外検出器を使用し、表面下位の火焔状
斑点の血管の深さおよび大きさを測定する手段も提供さ
れる。
【００５９】レーザー露光の１０分後に得た図６は、冷
却していない部位３４における熱傷害を示す水疱を示
し、図７では、レーザー照射の１０日後の表皮の変性お
よび壊死を示す焼痂形成を示す。
【００６０】これに対して、露光の１０分後に得た図
６、または露光の１０日後の図７では、冷却した部位３
６に皮膚表面の質感の変化は認められない。動的な表皮
の冷却により、冷却していない火焔状斑点試験部位で表
皮の損傷を引起すことが予期されかつ実質的に証明され
た入射光線量に対して、火焔状斑点の皮膚の露光が可能
となる。レーザー露光の直前に、表皮を約３０℃の周囲
の皮膚温度から−１０℃に急速に冷却した場合、表皮の
傷害は認められない。
【００６１】露光後６か月に得た図６および７の試験部
位の写真である図８に示すように、臨床的に有意な漂白
が、冷却していない部位３４および冷却した部位３６で
起っている。冷却した部位における漂白は、選択的なレ
ーザー光熱溶解が実際に起ったことを示している。この
ような漂白は、火焔状斑点の血管を破壊するのに必要な
適切なコア温度が、記載したレーザー処置により達成さ
れたことを意味する。これらの結果は、数十ミリ秒のオ
ーダーの短い低温性の噴出に露呈された後の冷却が表皮
に優先的に局在する一方、火焔状斑点の血管のより深部
の温度は変化しないまま止まることを示唆する。
【００６２】典型的には、フラッシュランプ駆動パルス
色素レーザーを用いたレーザー療法を受けた火焔状斑点
の患者では、「熱いピンで刺された」または「皮膚を弾
力性のバンドで打たれた」というような感覚が報告され
ている。不快性のレベルはエネルギーに依存し、高い光
線量により増加し、処置を受ける解剖学的部位の感受性
によっても変動する。苦痛の耐性は、一般に患者の年齢
が低下すると共に減少する。動的な表皮の冷却の付加的
な利点は、この不快性の低減、および場合によっては除
去である。レーザー露光の直前に２０ミリ秒より長い低
温性の噴出を用いて表皮を迅速に冷却した場合、本検討
の主体者は、「全くなんでもない」と感じたと報告して
いる。５ミリ秒までも短い低温性の噴出を用いて処置し
た主体者は、フラッシュランプ駆動パルス色素レーザー
に随伴する不快性のレベルの有意な改良を報告してい
る。
【００６３】レーザー露光の前に動的な表皮の冷却を使
用した場合に火焔状斑点の患者により報告された苦痛の
軽減について、２つの理由が示唆される。第１に、レー
ザー露光の直後に達成される最高の表面温度が低く、場
合によっては冷却していない部位と比較して、冷却部位
では４０℃までも低いことである。第２に、皮膚上に残
留する寒剤が蒸発し、レーザー照射の後に皮膚−空気界
面を介して捕捉した熱が連続して除去されることであ
る。したがって、照射後の表皮の温度は、冷却していな
い部位と比較すると冷却した部位ではより迅速に低下す
る。
【００６４】前記宣明したように、図４および５の結果
は、８０ミリ秒の低温性の噴出を使用して得たものであ
る。しかしながら、より短い噴出を使用して同様の表面
温度の低減が達成されている。これは、レーザー露光前
の瞬間的な温度降下Ｔ0 は、観察された結果について相
応する熱効果のみではないことを示唆する。更に重要な
ことは、皮膚表面近傍の大きい温度勾配の確立による、
パルスレーザー露光後の表皮からの熱の迅速な除去であ
る。
【００６５】空気と接触したヒト皮膚からの熱の喪失
は、空気は優れた熱絶縁体ではないために有意ではな
い。冷却がなければ、吸収メラニン層および火焔状斑点
の血管から拡散する熱は皮膚表面の近傍で蓄積し、レー
ザー露光の後の実質的なある時間の間持続する昇温され
た表面温度をもたらす。最終的に、血液の灌流による横
方向の熱拡散および冷却により、表面付近の熱の蓄積は
除去されるが、これには数秒かかるであろう。
【００６６】動的冷却における重要な要素は、蒸発する
低温性の液体により皮膚表面近傍で蓄積する熱が除去さ
れることである。皮膚に施した寒剤は、皮膚の表面の下
でヒートシンクを形成し、これによりレーザー露光の途
中および前後の熱を除去することができる。このヒート
シンクは、液体寒剤が皮膚表面に残る限り存続する。い
ずれかの与えられた低温性の噴出について、シンクの大
きさまたは容量は、図２に示す対応する温度曲線と約３
０℃の周囲皮膚温度の水平線との間の面積に比例する。
１０ミリ秒の低温性の噴出について、斜線領域３８とし
てこれを図２に示す。
【００６７】１つの到達点は、領域１２の火焔状斑点の
血管の冷却を伴うことなく、捕捉された熱を迅速に除去
することのできるヒートシンクを、動的冷却を用いて創
製することである。皮膚から熱を引出す際の重要な因子
は、皮膚表面近傍で確立される温度勾配である。この勾
配が険しくなればなる程、与えられた量の熱がより速く
取除かれる。よって、成功を収めるためには、寒剤は大
きな表面温度降下をできるだけ迅速に生成するものであ
るべきである。更に、配送される寒剤の量を制御できる
ものとし、これによりレーザー露光の後に皮膚表面上に
残った寒剤によって残余の熱を除去する。付加的な熱を
除去しなければならない場合は、レーザー露光の直後に
更に寒剤を施すことができる。よって、本発明は、レー
ザー露光の直前の低温性の噴出のみではなく、その後の
１回以上の低温性の噴出も企図する。
【００６８】動的冷却過程の複雑性により、寒剤の慎重
な選択および幾つかの冷却パラメーターの最適化は正当
なものである。この発明によれば、寒剤は以下の因子に
基いて選択する。寒剤は、（１）皮膚との良好な表面接
触を維持するのに十分な付着性、（２）表皮がレーザー
露光の前に極めて迅速に冷却され得るような高い熱伝導
率、（３）表面において大きな温度勾配を確立する低い
沸点、（４）レーザー露光後に表皮の蒸発による冷却を
維持する高い蒸発の潜熱を有し、かつ（５）健康または
環境に対する逆行的な効果がないものでなければならな
い。示した態様ではテトラフルオロエタンの使用を説明
したが、好ましくは前記因子の１以上を有するものであ
れば、他の多くの寒剤で置換えても同様の結果を得るこ
とができる。
【００６９】更に、この発明によれば、表皮の動的冷却
の選択性は、（１）冷却用噴出（１または複数）の持
続、（２）蒸発による冷却の効果を最大とし得るような
皮膚表面上に付着させる寒剤の量、および（３）レーザ
ー露光に対する動的冷却のタイミングを制御することに
より最適化することができる。
【００７０】更に、皮膚に対して低温性の噴出を時間的
に放出する小型のソレノイドバルブと共にレーザーファ
イバーを組込んだ軽便な手動操作体を使用し、適用性を
最高にし得ることを企図する。この場合、図３のソレノ
イドバルブ２２およびレーザー配光用手動操作体３２に
代えて、単一の手で担持する装置を用いることができ
る。照射されたスポットに対して皮膚の所定の領域を選
択的に冷却する指向された低温性の噴霧およびレーザー
ビームの両者を与える単一の器具の使用を明白に企図す
る。
【００７１】動的な表皮の冷却の重要性は、火焔状斑点
の療法のための将来のレーザー装置の開発について広い
含蓄を有する。現在では、たとえ多重のレーザー処置を
受けた後であっても、小割合の患者のみが、その火焔状
斑点の１００％の消失を実現できるに過ぎない。処置に
失敗する１つの理由は、大きな火焔状斑点の血管内にお
ける不適切な熱の発生である。示した態様における４５
０マイクロ秒のパルス持続は、大きな火焔状斑点の血管
を不可逆的に破壊するのに十分長い時間期間に渡って十
分高いコア温度を発生するには短すぎる。数十ミリ秒の
オーダーのパルス持続を用いる本発明を利用するレーザ
ー装置について、改良された治療成果が期待される。よ
り長いパルス持続は、より大きい火焔状斑点の血管を確
実に破壊しようが、このようなレーザー装置は、メラニ
ンによる非特異的な吸収および傷害された血管からの熱
の消散のために、より大きい表皮の傷害も生ずるであろ
う。よって、より長いパルス露光の際に上に横たわる表
皮を選択的に冷却して保護することは、この発明の範囲
内である。例えば、レーザー部位に対するパルス性の低
温性噴出の繰返しパターンに加えて、本発明は、レーザ
ー露光の途中および前後の連続的な洗浄を企図する。冷
却物質を施して表皮表面上でヒートシンクを生成する手
順は、表皮の冷却が生起する時期の到来とレーザー発射
との間の時間が、熱的に破壊することを要する生体標
的、すなわちこの場合は火焔状斑点の熱拡散時間と比較
して短い限り、この発明のものに限定または制限されな
い。
【００７２】更に、火焔状斑点に関連して本発明を説明
したが、レーザー手術と組合せた動的冷却の使用は、皮
膚科学の分野における多くの異なる応用、例えば入れ墨
や表皮および真皮のメラノーシスのレーザー処置、眼科
学の分野における例えば角膜手術、整形外科および歯科
学の分野にも直接適用することができることを特に理解
すべきである。この方法および装置は、他の標的組織を
加熱するかまたは熱的に衝撃を与えながら、温度または
隣接するかもしくは上に横たわる組織に対する熱的傷害
を低いレベルに維持することが重要である全ゆる場合に
適用することができる。
【００７３】この発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく、当業者は多くの変形および改変を行うことがで
きる。したがって、示した態様は例示の目的のためにの
み記載したものであり、記載した特許請求の範囲により
特定されるこの発明を限定するものとして受取るべきで
はないことを理解しなければならない。したがって、記
載した特許請求の範囲は、文字通り記載した要素の組合
せのみではなく、実質的に同一の結果を得るために実質
的に同一の様式で実質的に同一の作用を行う全ての等価
の要素をも包含するものとして読むべきである。よって
特許請求の範囲は、前記特に説明し記載したもの、概念
的に等価なもの、並びにこの発明の本質的な理念に本質
的に組込まれるものを包含することを理解すべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】真皮内に埋もれた火焔状斑点を有するヒト皮膚
組織の非常に概略的な側部断面図である。
【図２】１０〜１００ミリ秒の低温性の噴出に対応す
る、深さの関数として動的冷却温度の様相および皮膚を
示すグラフである。
【図３】この発明の方法を実施するためのこの発明の装
置の使用を示す単純化した図である。
【図４】本発明により動的に冷却した試験部位を有する
ヒト患者の隣接する火焔状斑点試験部位から高速赤外検
出器を使用して得られた皮膚表面温度測定の経験的なグ
ラフである。
【図５】試験部位を冷却しなかった同じ患者の試験部位
から図４の場合と同様にして得た皮膚表面温度測定のグ
ラフである。
【図６】３つの列の露光部位、すなわち冷却していない
上の列、およびこの発明により動的に冷却した下の２つ
の列を有するヒト患者における火焔状斑点試験部位の生
物形態の写真である。図６は、レーザー露光の１０分後
の皮膚を示す。
【図７】レーザー露光の１０日後に見た図６の試験部位
の生物形態の写真である。
【図８】レーザー露光の６か月後に見た図６および図７
の試験部位の生物形態の写真である。
【符号の説明】
２２ ソレノイドバルブ ２４ 低温貯蔵器 ２６ 高速赤外検出器 ２８ ディジタル遅延回路 ３０ レーザー ３２ 手動操作体 ３４ 冷却していない部位 ３６ 冷却した部位
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイ．ステュアート ネルソン アメリカ合衆国 92715 カリフォルニア 州 アーバイン ヘルス サイエンシズ ロード イースト 1002 (72)発明者 トーマス イー．ミルナー アメリカ合衆国 92715 カリフォルニア 州 アーバイン ヘルス サイエンシズ ロード イースト 1002 (72)発明者 ラーシュ オー．スヴァーサン ノルウェー国 7033 トロンハイム ルド ルフレデルス ヴェアイ １

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体組織のレーザー処置を行う方法であ
    って、 所定の第１の時間期間の間前記生体組織の選択された部
    分を冷却し、実質的に前記生体組織の前記選択された部
    分のみが、少なくとも所定の最小の温度降下で冷却され
    るよう、前記組織を介する所定の非平衡の動的温度勾配
    を確立し、前記所定の動的温度勾配は、後に所定の第２
    の時間期間の間レーザー照射される部位にて前記第１の
    時間期間の間前記生体組織に対して低温性の噴出を当て
    ることにより達成するものとし、 前記第１の時間期間の直後に、前記生体組織の前記選択
    された部分の第１および第２の部分を前記第２の時間期
    間の間照射して、前記生体組織の前記第２の部分を熱処
    理しながら、前記生体組織の前記第１の部分を実質的に
    損傷を受けないままとして残す工程を含み、 これにより前記生体組織の前記選択された部分の前記第
    ２の部分を、前記第１の部分に対する損傷を伴うことな
    くレーザー処置し得る、生体組織のレーザー処置方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の部分が前記第２の部分に隣接
    し、前記第２の部分を照射する前記工程が、前記第１の
    部分を通過して前記生体組織の前記第２の部分を照射す
    る工程を含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記生体組織が皮膚であり、前記第１の
    部分が表皮であり、前記第２の部分が前記表皮に含まれ
    るメラニンの下部に存する真皮であり、所定の動的温度
    の様相を確立する前記工程が、実質的に前記表皮のみに
    おける動的に冷却された様相を確立するものである請求
    項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記低温性の噴出が、低温性の液滴を前
    記部位に配置する工程を含む請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記低温性の噴出を当てる前記工程が、
    前記部位に低温性のミストを配置するものである請求項
    １記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記生体組織の前記第１の部分に熱的に
    結合した熱ヒートシンクを確立する工程を更に含む請求
    項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 熱ヒートシンクを確立する前記工程が、
    前記生体組織の前記第１の部分における空気−表面の絶
    縁バリヤーを実質的に除去する工程を含む請求項６記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 前記生体組織の前記第１の部分に前記低
    温性の噴出を当てる前記工程が、前記生体組織の前記第
    １の部分の表面に対して所定の冷却温度で液体を配置す
    る工程を含み、前記液体は、前記生体組織の前記第１の
    部分の通常の温度未満の沸点を有し、前記低温性の噴出
    の前記第１の所定の時間期間が、前記生体組織の前記第
    １の部分の前記表面において約４０〜５０℃の温度降下
    を与えるのに十分な持続時間を有する請求項１記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 前記低温性の噴出の前記持続時間が、数
    十ミリ秒のオーダーである請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記生体組織の前記第２の部分の照射の
    後に、前記生体組織の前記第１の部分において所定の動
    的温度の様相を再度確立し、前記生体組織の前記第１お
    よび第２の部分が熱的に結合される工程を更に含む請求
    項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】レーザー照射の直後に前記第１の部分に
    より多くの寒剤を施すことにより、前記生体組織の前記
    第１および第２の部分の両者を照射した直後に、前記生
    体組織の前記第１の部分において前記所定の動的温度の
    様相を再度確立する前記工程を行う請求項１０記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】生体組織のレーザー処置のための装置で
    あって、 パルスレーザーと、 第１の所定の時間期間の間前記生体組織上の照射部位に
    対して冷却物質の噴出を当てる制御可能な手段と、 レーザーパルスが発射される際に、前記生体組織内で確
    立された非平衡の温度勾配が前記生体組織内の温度分布
    を実質的に特徴付けるよう前記制御可能な手段が前記冷
    却物質の噴出を当てた直後に、前記パルスレーザーを起
    動して、第２の所定の時間期間の間所定のレーザーパル
    スを発射する、前記パルスレーザーおよび前記制御可能
    な手段を起動するタイミング制御体とを備え、 これにより前記生体組織の前記照射部位が動的に冷却さ
    れ、前記照射部位の組織部分のレーザー処置を選択的に
    可能とする、生体組織のレーザー処置装置。
  13. 【請求項１３】前記パルスレーザーが、フラッシュラン
    プ駆動パルス色素レーザーである請求項１２記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】前記制御可能な手段が、低温貯蔵器と、
    前記低温貯蔵器に連結され、前記第１の所定の時間期間
    に渡って前記寒剤の噴出を断熱的に放出する電子的に制
    御されるソレノイドバルブとを備える請求項１３記載の
    装置。
  15. 【請求項１５】前記タイミング制御体がディジタル遅れ
    発生器を備え、前記冷却物質の噴出の前記第１の所定の
    時間期間が、前記制御可能な手段および前記パルスレー
    ザーに連結された前記ディジタル遅れ発生器により発生
    した起動遅れによって決定される請求項１３記載の装
    置。
  16. 【請求項１６】メラニンを含む表皮と火焔状斑点を含む
    真皮とを有するヒト皮膚の火焔状斑点母斑をレーザー処
    置する方法であって、 前記真皮内の前記火焔状斑点と前記上に横たわる表皮と
    の間の熱拡散時間よりも実質的に短い第１の時間期間内
    に、前記表皮内の所定の非平衡の温度様相の到来を達成
    するよう前記表皮を動的に冷却し、 その直後に、前記火焔状斑点内の皮膚血管を選択的に破
    壊するのに十分な長さの第２の所定の時間期間の間、た
    だし前記表皮と真皮との間の前記熱拡散時間より短い持
    続時間の間、前記表皮を介して前記真皮内の火焔状斑点
    を照射し、 これにより前記表皮に対する実質的な生物学的損傷を伴
    うことなく、前記火焔状斑点を破壊する、ヒト皮膚の火
    焔状斑点母斑をレーザー処置方法。
  17. 【請求項１７】前記表皮を寒剤の噴出に供することによ
    り前記表皮を動的に冷却し、前記第１の所定の時間期間
    内に前記表皮上で所定の非平衡の温度の様相を確立する
    請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記第１の所定の時間期間が、数十ミリ
    秒のオーダーである請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記所定の非平衡の温度の様相が、前記
    第１の所定の時間期間の終りにおいて、通常の皮膚温度
    より少なくとも約４０℃低い皮膚表面温度を有する請求
    項１８記載の方法。
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