KR20180097678A - 피부 온도 상승이 감소된 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치 - Google Patents
피부 온도 상승이 감소된 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180097678A KR20180097678A KR1020187020905A KR20187020905A KR20180097678A KR 20180097678 A KR20180097678 A KR 20180097678A KR 1020187020905 A KR1020187020905 A KR 1020187020905A KR 20187020905 A KR20187020905 A KR 20187020905A KR 20180097678 A KR20180097678 A KR 20180097678A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- handpiece
- acne
- optical fiber
- Prior art date
Links
- 208000002874 Acne Vulgaris Diseases 0.000 title claims abstract description 32
- 206010000496 acne Diseases 0.000 title claims abstract description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 47
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 42
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 29
- 210000001732 sebaceous gland Anatomy 0.000 description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 22
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 6
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 5
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 210000004207 dermis Anatomy 0.000 description 4
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 210000000929 nociceptor Anatomy 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- VOXZDWNPVJITMN-ZBRFXRBCSA-N 17β-estradiol Chemical compound OC1=CC=C2[C@H]3CC[C@](C)([C@H](CC4)O)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 VOXZDWNPVJITMN-ZBRFXRBCSA-N 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 240000001973 Ficus microcarpa Species 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229940060585 alora Drugs 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000003325 follicular Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007903 penetration ability Effects 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
- A61N5/0616—Skin treatment other than tanning
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
- A61B18/203—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser applying laser energy to the outside of the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B2018/00005—Cooling or heating of the probe or tissue immediately surrounding the probe
- A61B2018/00011—Cooling or heating of the probe or tissue immediately surrounding the probe with fluids
- A61B2018/00017—Cooling or heating of the probe or tissue immediately surrounding the probe with fluids with gas
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
- A61B2018/2035—Beam shaping or redirecting; Optical components therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
- A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
- A61B2018/2244—Features of optical fibre cables, e.g. claddings
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
- A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
- A61B2018/2255—Optical elements at the distal end of probe tips
- A61B2018/2266—Optical elements at the distal end of probe tips with a lens, e.g. ball tipped
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N2005/002—Cooling systems
- A61N2005/007—Cooling systems for cooling the patient
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N2005/063—Radiation therapy using light comprising light transmitting means, e.g. optical fibres
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N2005/0635—Radiation therapy using light characterised by the body area to be irradiated
- A61N2005/0643—Applicators, probes irradiating specific body areas in close proximity
- A61N2005/0644—Handheld applicators
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
- A61N2005/0659—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used infrared
-
- A61N2005/067—
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Laser Surgery Devices (AREA)
- Cosmetics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치에 있어서, 광학 콜리메이터(collimator)(2)에서 종결되며, 레이저 빔을 공급하는 레이저 소스(1) - 상기 레이저 소스(1)는 미리 정의된 지속기간 동안 상기 레이저 빔의 임펄스들이 전송되도록 해주는 스위치(13)를 포함함 -; 상기 광학 콜리메이터(2)로부터 수신된 상기 레이저 빔을 포커싱하는 렌즈(4)를 포함한 광학-기계 인터페이스(3); 상기 광학-기계 인터페이스(3)에 연결된 광 파이버(5)를 포함하고, 상기 광 파이버(5)가 15m보다 긴 길이를 가지며; 상기 레이저 장치는 상기 광 파이버(5)에 연결된 핸드피스(handpiece)(10)를 포함하며, 상기 핸드피스(10)는 상기 핸드피스(10)로부터 방출되는 상기 레이저 빔의 직경이 0.5㎜에서부터 5㎜까지 변하도록 해주는 광학 줌 시스템(11)을 포함한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 피부 온도 상승이 감소된 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치에 관한 것이다.
피부의 진피(dermal) 영역에서의 피지 모낭(sebaceous follicle) 질환을 치료하기 위한 소형 핸드헬드 휴대용 장치가 문서 WO2008/008971에 기술되어 있다.
본 발명의 목적은 여드름의 선택적 치료를 위한 매우 효율적인 레이저 장치를 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 주변 조직에 대한 손상을 피하는, 피부 온도 상승이 감소된 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치를 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 치료에 관여된 피부 부분의 가열 효과를 감소시킬 수 있는, 피부 온도 상승이 감소된 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적들 및 다른 목적들이 첨부된 청구범위에 따른 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치 및 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 추가적인 특징들이 종속 청구항에서 기술된다.
본 발명에 따르면, 피지선(sebaceous gland)의 열 손상을 유도하는 온도 상승(ΔT)을 결정하는 물리적 파라미터들의 최적화를 보장하고, 동시에 아래 사항들 중 몇몇의 동적 제어를 가능하게 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 해결책이 제공된다:
본 발명의 시스템 주제는, 최소한의 레이저 복사 에너지로, 여드름의 선택적 치료를 달성해서, 상기 조직과의 레이저 복사선의 상호작용 효과를 감소시키기 위해, 생체 조직 내에서 최적의 온도 분포를 획득할 수 있게 한다.
여기서 제안된 해결책은, 여드름 치료 프로세스의 한계를 극복하는 것에 더하여, "플랫 톱" 빔을 획득할 수 있게 하며, 이 빔의 세기 분포는 레이저 복사선 방출 조건과 상기 레이저 복사선의 전력과는 무관하다는 것이 추가되어야 한다.
본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면에서의 비제한적인 예시를 통해 나타난, 그 실용적인 실시예의 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다:
도 1은 균일한 세기 분포(플랫 톱)(우측) 및 가우시안 분포(좌측)를 갖고, 3.5㎜의 빔 직경(윗쪽)과 1.5㎜의 빔 직경(아래쪽), 그리고 50J/㎠의 플루언스를 갖는, 1726㎚의 레이저 빔에 의해, 생체 조직 내에서 유도된 온도 상승(ΔΤ)을 도시하며, 여기서의 시뮬레이션은 피지선이 Y축 상에서 R=0㎝에 위치하고 0.6㎜의 피부 표면 깊이에 있는 것을 고려한 것이며, X축은 깊이를 ㎝로 나타내며, Y축은 빔 치수를 ㎝로 나타낸 것이다.
도 2는 아래 곡선에서부터 윗 곡선까지의 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 3.5, 4, 5㎜의 광학 레이저 빔의 직경의 변동에 대한, 50J/㎠의 플루언스 및 가우시안 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔에 의해 유도된 R=0의 피지선의 수직축을 따른 온도 상승 프로파일(ΔΤ)을 도시하며, 여기서 세그먼트 A와 세그먼트 D 사이에서 진피(dermis)가 발견되고, 세그먼트 B와 세그먼트 C 사이에서는 피지선이 발견된다.
도 3은 아래 곡선에서부터 윗 곡선까지의 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 3.5, 4, 5㎜의 광학 레이저 빔 직경의 변동에 대한, 50J/㎠의 플루언스 및 균일한 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔에 의해 유도된 R=0의 피지선의 수직축을 따른 온도 상승 프로파일(ΔΤ)을 도시하며, 여기서 세그먼트 A와 세그먼트 D 사이에서 진피가 발견되고, 세그먼트 B와 세그먼트 C 사이에서는 피지선이 발견된다.
도 4는 본 발명에 따른 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 200미크론의 코어 직경 및 0.22의 코어 개구수(core numerical aperture)를 갖는 파이버(fibre)의 파이버 길이(L)의 변동에 대한, 1726㎚의 레이저 빔 세기 분포의 전개를 도시한다.
도 6은 레이저 빔의 직경(φ)의 함수로서의 복사선의 생체 조직 내로의 침투(z)의 의존성을 도시한다.
도 7은 열 경로(Rth) 대 임펄스의 지속기간(τ)의 의존성을 도시한다.
도 8은 지속기간이 400㎳인 하나의 단일 임펄스에 대한 피지선의 온도 변동을 도시한다.
도 9는 지속기간이 100㎳인 세 개의 임펄스들의 시퀀스에 대한 피지선의 온도 변동을 도시한다.
도 1은 균일한 세기 분포(플랫 톱)(우측) 및 가우시안 분포(좌측)를 갖고, 3.5㎜의 빔 직경(윗쪽)과 1.5㎜의 빔 직경(아래쪽), 그리고 50J/㎠의 플루언스를 갖는, 1726㎚의 레이저 빔에 의해, 생체 조직 내에서 유도된 온도 상승(ΔΤ)을 도시하며, 여기서의 시뮬레이션은 피지선이 Y축 상에서 R=0㎝에 위치하고 0.6㎜의 피부 표면 깊이에 있는 것을 고려한 것이며, X축은 깊이를 ㎝로 나타내며, Y축은 빔 치수를 ㎝로 나타낸 것이다.
도 2는 아래 곡선에서부터 윗 곡선까지의 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 3.5, 4, 5㎜의 광학 레이저 빔의 직경의 변동에 대한, 50J/㎠의 플루언스 및 가우시안 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔에 의해 유도된 R=0의 피지선의 수직축을 따른 온도 상승 프로파일(ΔΤ)을 도시하며, 여기서 세그먼트 A와 세그먼트 D 사이에서 진피(dermis)가 발견되고, 세그먼트 B와 세그먼트 C 사이에서는 피지선이 발견된다.
도 3은 아래 곡선에서부터 윗 곡선까지의 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 3.5, 4, 5㎜의 광학 레이저 빔 직경의 변동에 대한, 50J/㎠의 플루언스 및 균일한 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔에 의해 유도된 R=0의 피지선의 수직축을 따른 온도 상승 프로파일(ΔΤ)을 도시하며, 여기서 세그먼트 A와 세그먼트 D 사이에서 진피가 발견되고, 세그먼트 B와 세그먼트 C 사이에서는 피지선이 발견된다.
도 4는 본 발명에 따른 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 200미크론의 코어 직경 및 0.22의 코어 개구수(core numerical aperture)를 갖는 파이버(fibre)의 파이버 길이(L)의 변동에 대한, 1726㎚의 레이저 빔 세기 분포의 전개를 도시한다.
도 6은 레이저 빔의 직경(φ)의 함수로서의 복사선의 생체 조직 내로의 침투(z)의 의존성을 도시한다.
도 7은 열 경로(Rth) 대 임펄스의 지속기간(τ)의 의존성을 도시한다.
도 8은 지속기간이 400㎳인 하나의 단일 임펄스에 대한 피지선의 온도 변동을 도시한다.
도 9는 지속기간이 100㎳인 세 개의 임펄스들의 시퀀스에 대한 피지선의 온도 변동을 도시한다.
레이저 복사선, 또는 보다 일반적으로 광 복사선이 생체 조직과 부딪칠 때, 마주치는 첫번째 효과는 조직에 의한 광자의 흡수이다. 이와 동시에 광자 산란 현상이 관찰될 수 있으며, 경우에 따라서는 흡수와 반사가 경합하는 현상이 관찰될 수 있다. 물리적으로 이러한 프로세스는 조직의 흡수 계수(μa), 산란 계수(μs), 산란에 대한 이방성 계수(g), 및 반사에 대한 굴절지수 비(n)에 따라 달라진다. 둘째로, 생체 조직(아래에서는 표적 또는 표적 조직이라고도 정의됨)에 의해 흡수된 광은 주변 조직으로 확산될 수 있는 열, 에너지(ΔE)로 변환된다. 결과적으로 온도 상승이 ((ΔΤ): ΔΤ=ΔΕ/(ρ x Cp)(수학식 1), 여기서 ρ와 Cp는 각각 조직의 밀도와 비열임)으로서 기록된다. 이 온도 상승은 표적 조직에서뿐만이 아니라 이웃 조직에서도 일어난다. 열 확산의 시간 추세는 열 완화 시간(tr)에 의해 지배된다. 열 완화 시간은, 표적 조직의 직경과 동일한 폭을 갖는 가우시안 온도 분포가 주어진 경우, 그 중심값이 50% 감소하는데 걸리는 시간 간격으로서 정의된다. 양호한 근사화를 위해, tr[㎳]은 표적 조직의 직경의 제곱에 정비례하고 열 확산 상수(k)에 반비례하며: tr ~ (d2)/(n x K), 여기서 n은 표적의 기하학 구조에 따라 달라진다. 예를 들어, 길이가 0.1㎜인 피지선은 0.5초 이내에 상당히 가열된다. 표적 조직에 의해 흡수된 에너지 및 입사 복사선의 플루언스는 다음 방정식에 의해 연결된다: ΔE 
μa x f x F(수학식 2), 여기서 f는 표적 조직에 도달하기 전의 입사 복사선 세기의 감소 분율(reduction fraction)을 나타낸다. 광 복사선의, (입사 복사선의 에너지)/(입사 복사선 스폿의 면적)으로서 정의된, 세기 또는 양호하게는, 플루언스(F)가 충분한 경우, 온도 상승은, 수학식 2에 따라, 표적 조직을 파괴시킨다. 입사 복사선의 플루언스(F)는 레이저 전력(P)과 임펄스의 지속기간(t)의 용어로 다음과 같이 쓰여질 있다는 것을 기억해야 하며: F=(전력×임펄스 지속기간)/(스팟 면적), 이 경우 열 손상에 대해 이야기할 수 있으며, 광 복사선이 치료를 완료했다고 말한다. 수학식 1과 수학식 2를 결합하면, 다음과 같다:
ΔΤ = (Tf-Ti) 
[(P x τ) x (f x μa)] / [(ρ x Cp) x (π x (φ/2)2)] (수학식 3)
이로부터 열 손상을 유도하는 온도 상승은 다음 사항에 비례한다는 것이 추론된다:
a) 흡수 계수(μa), 및 이에 따라 입사 복사선의 파장(λ)에 따라 달라짐;
b) 분율(f), 이 분율(f)은 산란 현상이 증가함에 따라 감소하고, 이에 따라 선행 포인트에 관하여 입사 복사선의 파장에 따라 달라지며, 광 복사선이 생체 조직 내로 침투하는 깊이(z)와 상관관계가 있음;
c) 입사 복사선의 에너지(E), 및 이에 따라 관계식 E=P x τ에 의해 복사 시스템의 전력(P);
d) 광 복사선의 조사(irradiation) 시간(τ), τ가 열 완화 시간(tr)보다 큰 경우, 열이 표적 조직을 넘어 더 많이 전파되도록 하여 과도한 온도 상승을 유도할 수 있음;
e) 레이저 빔 영역의 직경(φ) 및 세기 분포;
f) 표적 조직의 초기 온도 값(Ti).
이 때 온도 범위(ΔΤ)의 생체 중요도(biological significance)를 반영하는 것이 적절하다. 많은 인체 조직에서, 50℃~60℃의 범위의 온도를 유도하는 온도 상승은 열 손상을 유도하기에는 충분하지만, 값이 더 높으면, 매우 바람직하지 않은 효과가 발생한다. 상세하게, 60℃~70℃의 온도 범위에서는, 단백질 구조와 콜라겐이 변성되는 반면에, 70℃~80℃의 온도 범위에서는, 핵산이 분해되어 세포막이 투과성을 갖게 된다. 온도가 100℃에 이르면, 조직 내에 포함된 수분의 기화가 발생한다. 광 조사에 의한 표적 조직에서의 온도 상승(ΔΤ)으로 인한 열 손상을 유도하는 방법은 심미적 및 의학적 응용에서 상당한 관심을 끌지만, 상기 프로세스에서, 위에서 설명한 것과 같은 부작용을 유발할 수 있는, 주변 조직에서의 희망하지 않은 온도 상승은 회피되어야 하는 것으로 결론지어진다. 위에서 언급한 응용에서는, 프로세스 동안, 온도 상승에 영향을 미치는 모든 물리적 파라미터들(수학식 3)을 제어하는 것이 핵심인 것으로 귀결된다. 모든 알려진 연구들 중에서, 의심할 여지없이 알.알. 앤더슨(R.R. Anderson) 교수의 공개문헌이 가장 완전하다. 선택적 광열분해(앤더슨(Anderson)과 파리쉬(Parrish), Selective photothermolysis: precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation in Science 220:524~527 1983년)는 선택된 표적 조직에서만 최대한의 적절한 온도 상승(ΔT)이 일어나고, 즉, 광 복사선 또는 레이저 복사선에 의해 유도된 손상은 한정되는 원리(알로라(Alora)와 앤더슨, Recent Developments in Cutaneous Lasers in Lasers in Surgery and Medicine 26:108~118 2000년)에 기초한 것이다. 선택적 광열분해의 기술은 여드름의 선택적 치료를 비롯하여, 상이한 분야들에서 적용되어 왔다. US6605080은 지질이 풍부한 조직의 선택적 표적화를 위한 방법 및 장치를 예시하는데, 여드름의 선택적 치료를 위한 플루언스 값을 훌륭히 교시하지만, 동일한 파장을 가정할 때, US6605080에서 다시 언급된 바와 같이, 피지선이 피부 표면으로부터 1㎜ 내지 4㎜의 범위에 이르는 깊이에 위치한다는 것을 고려하면, 입사 복사선의 생체 조직 내로의 침투 문제 여지를 남긴다. 이와 관련하여, 본 출원인은 피부 내로의 복사선 침투(z)는 플루언스 및 특히 면적, 즉 레이저 스폿의 직경(φ)(도 1 참조)에 의존한다는 것을 주목했다. US6605080은 여드름 치료를 수행하기 위한 에너지 플루언스 범위 및 시간 값 범위를 표시한다. 상기 값 범위들은 생체 조직 내로의 침투 효율과 함께 존재하는, 수학식 3에서 수학적으로 나타낸 상관관계를 고려하지 않는다. 다시 US6605080에서는 여드름을 선택적으로 치료하는 것이 가능할 수 있는 수많은 파장 범위(λ)(880㎚~935㎚, 1150㎚~1230㎚, 1690㎚~1750㎚, 및 2280㎚~2350㎚)가 제안되었다. 선택적 광열분해가 확립될 때, 여드름의 선택적 치료를 위한 최상의 조건은, 피지선에 풍부하게 있는 지질의 흡수 계수(μalip)가, 상기 피지선의 주변 조직인 표피와 진피에 풍부하게 있는 수분의 흡수 계수(μaH20)보다 클 때이다. 이 방법으로, 수분이 풍부한 주변 조직의 흡수가 아닌, 피지선의 강력한(선택적) 흡수가 획득된다. 상기 조건은 US6605080에서 보고된 모든 파장 범위에서 발생하지만, 상기 언급된 파장 범위는 두 가지 이유로 인해 인체 피부 상의 여드름 치료의 목적으로는 동등하지 않다:
1. 880㎚~935㎚의 범위로부터 1690㎚~1750㎚의 범위를 거치면, 인체 피부의 표면에 도달하는 복사선 기여도는 전력(P)이 10배 낮아진다;
2. 파장이 증가함에 따라 산란 효과가 감소하므로 분율(f)이 변한다;
3. 한편, 광 복사선의 침투 능력은 파장에 비례하여 증가한다.
결과적으로, 하나의 단일 파장 범위, 또는 보다 양호하게는 광원 또는 보다 양호하게는 레이저 소스를 방출하는 파장을 정의하고 이 파장에 대한 여드름의 선택적 치료를 위한 모든 파라미터들을 최적화하는 것이 유리하다. 2006년도에 록스 알 앤더슨(Rox R. Anderson) 교수(앤더슨 등의, Selective Photothermolysis of Lipid-Rich Tissues: A Free Electron Laser Study Lasers in Surgery and Medicine 38:913-919 2006년)는 1720㎚의 파장을 갖는 자유 전자 레이저로 예비 테스트를 수행한 결과, 1720㎚의 선택적 지질 흡수 대역이 표면 피지선과 같은 표면 표적(즉, 최대 2㎜ 피부 깊이)의 선택적 치료에 관심을 끌 수 있다라는 결론에 도달했다. 보다 최근인 2011년에는, 1708㎚의 파장의 레이저 복사선을 방출할 수 있는 라만 산란에 기초한 광 파이버 소스가 개발되었다(알랙산더(Alexander) 등의, Photothermolysis of sebaceous glands in human skin ex vivo with a 1,708 micron Raman fiber laser and contact cooling in Lasers in Surgery and Medicine 43:470-480 2011년). 이에 따라 여드름의 선택적 치료를 위한 최상의 파장 범위에서의 작동을 보장하는 라만 산란에 기초한 광 파이버 소스를 사용하겠다는 결정은 방출 빔이 가우시안 프로파일을 갖는 세기 분포를 갖는다는 것을 의미한다. 이 해결책의 한계는 가우시안 프로파일을 갖는 세기 분포를 갖는 상기 레이저 빔의 사용에 있다. 실제로, 상기 빔은 여드름의 선택적 치료에 가장 적합한 것은 아니다. 저자가 지적한 것처럼, 이 프로파일은 피지선을 넘어 위치한 조직에 까지 손상을 줄 수 있다. WO2011/084863A2에서, 상기 동일인은 가우시안 프로파일을 갖는 레이저 빔의 전형적인 분포보다는 더 균일한 공간 분포를 갖는 레이저 빔을 사용하는 것을 제안하였지만, 이것을 획득하는 방법 및 여드름의 선택적 치료에 효능을 발휘하게 하는 방법에 관해서는 어떠한 실용적인 지침도 제시하지 않았다. 피부 표면의 과도한 온도 상승으로 인해 유도된 손상을 감소시키기 위해, 여드름 치료를 위한 기존 장치에 냉각 시스템이 도입되었다. 피부 표면의 냉각 시스템을 정의하는 여러 해결책들이 있으며, 즉 이 해결책들은 적절한 초기 온도 값(Ti)을 정의한다. 이러한 많은 해결책들은 피부 표면 상에서의 초저온 액체의 방출에 기초한다(파이싼카르(Paithankar) 등의, Acne treatment with a 1,450 wavelength laser and cryogen spray cooling, Lasers in Surgery and Medicine 31:106-114 2002년). 이러한 해결책들은 종종 매우 복잡하며, 치료 동안 온도 상승(ΔΤ)을 유도하는 복사선의 플루언스 값을 심하게 수정해야 할 때에 최적화된 것은 아니다.
결론적으로, 공지 기술은 여드름의 선택적 치료에 대한 상이한 접근법들을 갖고 있지만, 온도 상승에 영향을 미치고 수학식 3에서 수학적으로 논의된 모든 파라미터들의 제어 및 동적 수정을 가능케 하는 하나의 총체적인 해결책은 없다. 결론적으로 상기 제시된 해결책들 중에서는 그 어느 것도 피지선 주변의 조직에 생체 손상을 유도할 가능성을 배제시키지는 못한다.
몬테카를로 시뮬레이션은 위에서 설명한 공지 기술의 한계를 극복하기 위한 가능한 해결책을 식별하는데 사용되었다. 이러한 시뮬레이션에서, 표적 조직은 피부 내, 특히 진피에 위치한 피지선으로 표현된다. 피지선은, 예를 들어, 피부 표면으로부터 0.6㎜에 위치하며, 1.0㎜의 길이를 갖는다. 도 1은 몬테카를로 시뮬레이션을 나타내는데, 좌측은 레이저 복사선 스폿의 직경이 감소함에 따라 가우시안 세기 프로파일을 갖는 빔에 의해 유도된 온도 상승(ΔΤ)을 보여주며, 우측은 레이저 복사선 스폿의 직경이 감소함에 따라 균일한 세기 프로파일("플랫 톱"이라고도 불리움)을 갖는 레이저 빔에 의해 유도된 온도 상승(ΔΤ)을 보여준다. 이 논의에서, 세기의 평균값(<I>)에 대한 상기와 동일한 세기의 표준 편차(δI) 간의 비(η)가 미리 정의된 값보다 낮을 때(여기서는 15%로 확립됨), 레이저 빔 세기 분포가 플랫 톱, 즉 균일한 것이 확립되었다. 동일한 플루언스를 이용할 시, 균일한 세기 분포(플랫 톱)를 갖는 빔이 제1 조직층, 즉 피지선에 선행하는 층에서 균일한 온도 상승(ΔΤ)을 유도하는 것이 관찰된다. 한편, 가우시안 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔은 특히 제1 조직층에서 강한 온도 상승(ΔΤ) 구배를 유도한다. 이것은 도 2에서 특히 분명해진다. 도 2는 레이저 빔의 직경을 변경시킬 때 가우시안 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔에 의해 유도된 경우(좌측 상단)와, 균일한 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔에 의해 유도된 경우(우측 아래)의, 피지선(R=0)의 수직축을 따른 온도 상승(ΔΤ)을 보여준다. 직경이 1㎜를 초과하는 가우시안 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔의 사용시, 피지선에 선행하는 피부 층에서 70℃를 초과하는 온도 상승이 유도된다. 상기 상승은 상기 피부층에는 바람직하지 않다. 상기 효과는 이전 것과 동일한 플루언스를 갖되 균일한 세기 분포를 특징으로 하는 레이저 빔에서는 발생하지 않는다. 또한, 균일한 세기 분포(플랫 톱)를 갖는 레이저 빔의 사용시에는, 빔의 직경이 변함에 따라, 온도 상승의 변동(ΔΤ)이 크게 감소된다. 주변 조직에 손상을 주는 부작용 없이 여드름의 선택적 치료를 위해서는 가우시안 프로파일 세기 분포를 갖는 레이저 빔보다는 균일한 세기 분포를 갖는 레이저 빔이 바람직한 것으로 결론내려진다. 몬테카를로 시뮬레이션의 분석은 입사 레이저 복사선 빔의 직경이 증가함에 따라, 복사선의 생체 조직 내로의 침투 정도(z)가 증가한다는 것을 강조한다. 따라서, 피부층에 더 깊게 또는 덜 깊게 도달하기 위해서, 프로세스 플루언스를 일정하게 유지하면서, 스폿의 직경(φ)을 조절하는 장점은 분명해진다. "플랫 톱" 빔의 사용은 다양한 응용들(EP2407807, US5658275)에서 선호되며, 다중 모드 소스의 세기 분포로부터 시작하여 이러한 빔 프로파일을 획득하기 위한 기술들은 수없이 많다. 특히, US6532244에서, "플랫 톱" 빔은 다중 모드 레이저 빔(Vnumber>2.405)을 두 개의 다중 모드 파이버들에 주입함으로써 획득되는데, 첫번째 파이버는 두번째 파이버보다 Vnumber가 낮으며, 원격 제어 파이버라고 불리우는 두번째 파이버 상에서는, 파이버가 적절한 곡률 반경을 갖고 굽어져 있다(벤딩 기술이라고 알려짐). 가우시안 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔이 비선형 물질에 의해 세기 분포를 갖는 빔으로 변환되는 해결책이 또한 공지되어 있다(WO2011070306). 임의의 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔은 특수한 회절 광학장치에 의해 또한 플랫 톱을 갖게 될 수 있다. 상기 해결책은 특별히 최적화된 것은 아니다. 상세하게, 균일한 세기 분포를 갖는 빔을 획득하기 위해, 곡률 반경이 파이버 상에 도입되는 응용은 곡률에 의해 유도되는 전력 손실의 문제(디 마쿠스(D. Marcuse)의 "Curvature loss formula for optical fibers", J. Opt. Soc. Am. 66 (3), 216 (1976))와 곡률화된 파이버에서의 미소 균열을 일으킬 확률로 인해 바람직하지 못하다. Vnumber(V1)을 갖는 파이버로부터 Vnumber(V2)를 갖는 파이버로 스위칭하는 결정(V2>V1임)은 파면(wave front)을 분쇄하고 광 세기 손실을 유도하는 효과를 갖는 광학장치의 사용을 필요로 한다. 마지막으로, 마이크로렌즈 또는 비선형 물질과 같은 개별 광학장치의 사용을 수반하는 해결책들은 레이저 복사선이 비선형 물질을 통과할 때 상당한 전력 손실을 야기시킨다. 마지막으로, 균일한 세기 분포를 갖는 빔을 획득하기 위해서는, 파이버 내의 불균일한 빔의 개시가 적절한 각도로 발생해야 한다는 것도 알려져 있다(쉴리(Shealy)와 호프나글(Hoffnagle)의 Laser beam shaping profiles and propagation in Appl. Optics Vol 45 2006).
본 발명에 따른, 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치는 라만 효과에 기초하는 광 파이버 내의 레이저 소스(1)를 포함한다. 레이저 소스(1)는 광학 콜리메이터(collimator)(2)에서 종결된다. 콜리메이터(2)는 광학-기계 인터페이스(3)에 의해 광 파이버(5)와 광학적으로 정렬된다. 광학-기계 인터페이스(3)는, 그 내부에 위치된 렌즈(4)에 의해 콜리메이터(2)로부터 방출된 콜리메이트된 빔을 파이버(5)의 코어 내부에 포커싱하는 선형 및 각도 마이크로메트릭 조정 시스템(x-y-z, θ-φ)으로 구성된다. 광학-기계 인터페이스(3)는 SMA 커넥터(6)에서 종결되고 다중 모드 파이버(5)는 SMA 커넥터(7)로 시작한다.
파이버(5)는 SMA 커넥터(8)에서 종결되는데, 이 SMA 커넥터(8)는 핸드피스(handpiece)(10)에 연결되어 있고, 이 핸드피스(10)는 SMA 커넥터(8)와 연동하는 SMA 커넥터(9)에 의해 치료 동안 생체 조직과 접촉하여 배치된다.
핸드피스(10)는 파이버(5)로부터 방출되는 레이저 빔이 확대되도록 해주는 광학 줌 시스템(11)을 포함한다.
핸드피스(10)는 그 단부에 사파이어 윈도우(12)를 포함한다.
레이저 소스(1)는 레이저 빔의 전송을 차단시키고 전송된 레이저 임펄스의 지속기간을 조정하게 해주는 스위치(13)를 포함한다.
스위치(13)를 적절히 활성화시킴으로써, 레이저 임펄스들을 원하는 지속기간 동안에 그리고 원하는 대기 시간만큼 분리시켜서 전송하는 것이 가능하다.
소스(1)는 1726㎚의 파장 또는 보다 일반적으로는 1720㎚~1730㎚의 파장 범위에서 방출한다. 상기 범위에서는, 수분의 흡수 계수보다 지질의 흡수 계수가 클 뿐만이 아니라(μalip=10㎝-1>μaΗ20=6㎝-1(@1720㎚)), 산란 계수(3.5㎝-1 @1720㎚)가 지질의 흡수 계수(10㎝-1 @1720㎚)에 비해 크게 감소되어 거의 모든 입사 광자가 생체 조직에 의해 흡수되는 조건을 보장한다. 광학 콜리메이터(2)로부터 방출되는 복사선은 콜리메이트되고 3㎜~5㎜의 범위의 직경을 갖는다. 소스(1)는 연속 모드 또는 펄스 모드로 광 복사선을 방출할 수 있다. 레이저 소스(1)에는 소스의 펄스형 방출을 제공하는 전력 조절기 및 스위치가 제공된다. 소스(1)의 성질이 주어지면, 콜리메이터(2)로부터 방출되는 복사선의 세기 프로파일은 가우시안 형태를 갖는다. 대안적인 구성에서, 레이저 소스는 Vnumber>2.405의 파이버로 종결될 수 있다.
광학-기계 인터페이스(3)는, 렌즈(4)에 의해 콜리메이터(2)로부터 방출된 콜리메이트된 빔을 파이버(5)의 코어 내부에 포커싱하는 선형 및 각도 마이크로메트릭 조정 시스템(x-y-z, θ-φ)으로 구성된다.
파이버(5)는 다음과 같은 특성을 갖는다:
1. 직경(φ) 및 코어의 개구수(NA)가 균일한 세기 분포를 갖는 빔의 생성에는 기능하지 않지만, SMA 커넥터(7)의 바람직하지 않은 과열 및 광 세기 손실을 유도시키지 않도록 하기 위해 콜리메이트된 레이저 복사선의 주입이 렌즈(4)에 의해 최대가 되는 것을 보장하도록 기능한다;
2. Vnumber>2.405;
3. 코어는 원형, 정사각형, 또는 직사각형 프로파일을 가질 수 있다;
4. L*이라고 불리우는 특정 L 값 이후에, 균일한 세기 분포를 갖는 레이저 빔을 획득하기 위한 길이 L;
5. 장치의 하우징만을 위해 기능하고 굽힘으로 인한 복사능 세기 손실을 유도시키지 않도록 하는 곡률 반경으로 휘어져 있다.
도 5는 파이버 길이(L)의 상이한 값들에 대한, 파이버(5)로부터 방출되는 레이저 빔의 세기 분포를 도시한다. 예로서, Vnumber=78,50인 파이버의 경우, 세기 분포가 균일하고 η≤15%인 L의 값에서, L*는 25m 이상이다. η≤20%를 고려하면, L* 길이는 15m 이상이다.
파이버의 길이(L)가 L≥L*일 때, 파라미터 η는 방출 조건, 예를 들어, 렌즈(4)의 사양과 무관하다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 이 후자의 결과의 달성은 물리적 파라미터들 중 하나(η)가, 시간 경과에 따라 변할 수 있는 시스템의 어떠한 광학적 정렬 조건에도 상관없이 여드름의 선택적 치료에 기능을 하게 한다. 또한, 플랫 톱 빔을 생성하기 위한 제어 요소로서 파이버의 길이 파라미터만을 사용하는 기술적 선택은 레이저 소스(1)의 어떠한 유형의 전력 손실(P)도 도입시키지 않는다는 이점을 갖는다. 결론적으로, 여드름의 선택적 치료를 위해 세기 분포의 적절한 균일도(η≤15%)를 획득하기 위해 선택된 기술적 해결책은 치료에 필요한 레이저 복사선의 전력(P)과는 무관하다.
L*은 파이버의 Vnumber 값 및 입사 레이저 복사선의 파장에 의존한다는 것이 확인되었다. 특히, Vnumber가 증가함에 따라 L*가 감소하고 파장이 감소함에 따라 L*이 증가한다는 것이 확인되었다. 결론적으로, 전술한 계수의 값들에 있어서는, 선택된 파장 범위(1720㎚~1730㎚)뿐만이 아니라, 획득된 세기 분포 균일도 값이 더 낮은 것이 유리하다. 제안된 해결책에서, 파이버가 장치 내에 하우징되는 곡률 반경은 세기 분포를 균일하게 하는 효과를 하나도 갖지 않는다. 결론적으로, 상기에서 언급된 5개의 조건들을 만족시키는 파이버(5)는 콜리메이터(2)로부터 방출되는 가우시안 세기 프로파일을 갖는 세기 분포를 갖는 레이저 빔을 균일한 세기 분포를 갖는 레이저 빔으로 변환시키는 요소이다. 마찬가지 방식으로, 파이버(5)는 불균일한 세기 분포를 갖는 비 단일 모드 레이저 빔을 균일한 세기 분포를 갖는 빔으로 변환시킬 수 있다.
파이버(5)와 핸드피스(10)가 2개의 SMA 커넥터들에 의해 연결되어 있다는 사실은 핸드피스(10)를 교체가능한 요소가 되게 하는데, 즉, 이는 치료 도중 장애 또는 손상의 경우에 응용 분야에서 매우 유용적이다.
줌 시스템(11)은, 광학 시스템의 이미지 평면에 위치한 사파이어 윈도우(12) 상에서, 동일한 세기 분포를 보장하도록 파이버(5)의 출력 표면의 확대된 이미지를 생성하도록 구성된 광학 시스템으로 구성된다.
광학 줌(11)은 3개의 렌즈로 구성된 광학 시스템이다. 예로서, 제1 렌즈(11a)는 파이버(5)로부터 방출되는 빔을 제2 렌즈(11b) 상에 포커싱하는 평면형 볼록 렌즈이다. 제2 렌즈(11b)는 양면 오목 렌즈이다. 제3 렌즈(11c)는 제2 렌즈(11b)로부터 나온 확대된 빔을, 윈도우(12)에 도달하는 콜리메이트된 빔으로 변환시키는 양면 볼록 렌즈이다. 제2 양면 볼록 렌즈(11b)는 제1 렌즈(11a)와 제3 렌즈(11c) 사이를 이동하여 광선을 분산시켜서, 파이버(5)로부터 방출되는 빔의 배율을 변경시킨다.
제2 렌즈(11b)의 이동은 공지된 방식으로 발생하며, 연속 모드로 외부로부터 조절될 수 있다.
대안적인 해결책에서는, 제3 렌즈(11c) 뒤에, 확대된 빔이 생체 조직 내부에 포커싱되도록 하는 추가적인 제4 평면 볼록 렌즈(11d)를 도입하는 것이 가능하다. 줌 시스템(11)에 의해 달성된 배율 "m"은 가변적이므로, 치료 동안, 레이저 빔의 가장 적절한 직경(φ)을 동적으로 획득한다. 이러한 광학 구성은 레이저 빔의 세기 분포를 변경시키지 않는다.
예를 들어, 파이버(5)가 0.2㎜의 코어 직경을 갖는 파이버인 것으로 가정하면, 줌 시스템(11)은 2.5배 내지 25배의 범위의 배율이 동적으로 획득될 수 있게 함으로써, 사파이어 윈도우에서, 0.5㎜~5.0㎜의 범위, 보다 바람직하게는 1.5㎜~3.5㎜의 범위의 레이저 빔 직경을 생성하도록 한다. 이 해결책은 치료 중에, 두 개의 프로세스 파라미터들, 즉, 플루언스, 그리고 이에 따라 표적 조직에서의 온도 상승(ΔΤ), 및 방출되는 레이저 빔의 치수, 그리고 이에 따라 복사선에 의해 도달된 조직 내 깊이 레벨을 수정하는 고유한 특성을 갖는다(도 6 및 도 7). 상기 다이나미즘(dynamism)은 레이저 빔 세기 분포의 균일도 레벨에 영향을 미치지 않는다는 것이 강조된다. 또한, 시스템(11)에 의해 생성된 배율, 및 이에 따라 스폿의 직경(φ)을, 레이저 소스(1)에 의해 방출된 전력(P)의 조정과 연결시키는 피드백 시스템을 도입하여, 피부의 표면에 도달하는 스폿의 각각의 직경에 대해, 적절한 플루언스가 획득되록 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 균일한 세기 분포와 3.5㎜의 직경을 갖는 빔으로 50J/㎠을 인가하기를 원하면, 약 60W의 레이저 전력이 필요할 것이다. 동일한 치료 동안 프로세스 깊이를 변경하지 않고서, 즉, 스폿을 3.5㎜로 유지하면서, 플루언스를, 예를 들어, 50J/㎠에서 30J/㎠으로 감소시키는 것이 필요한 경우, 소스(1)의 전력을 약 36W로 감소시키는 것만으로도 충분하다. 추가적인 예시: 균일한 세기 분포와 4.0㎜의 직경을 갖는 빔으로 30J/㎠을 인가하기를 원하면, 약 62W의 레이저 전력이 필요할 것이다. 동일한 치료 동안 플루언스를 변경하지 않고서 프로세스 깊이를 감소시키는 것이 필요한 경우, 스폿의 치수를 2.0㎜로 감소시키고 레이저 소스(2)의 전력을 19W로 감소시키는 것만으로도 충분하다. 도 6은 빔의 치수(φ)에 대한 프로세스 깊이(z)의 의존성을 도시한다. 여드름의 치료 동안, 보다 피상적인 피부층에 배열된 피지선에 도달하는 것은 문제가 되지 않지만, 깊은 곳에 위치한 피지선에 도달하기는 더 어렵다는 것을 유의한다. 제안된 해결책은 표면 피지선 및 더 깊은 또는 일반적으로 0.5㎜ 내지 5.0㎜의 범위의 피지선의 동등한 치료를 동적인 방식으로 가능케하므로 이러한 임계성(criticality)을 해결할 수 있다. 피부 내 통증 수용체의 위치를 고려한다면, 제안된 해결책의 추가적인 이점이 분명해진다. 통증 수용체는 피부의 표면 영역(z<2.5㎜)에 위치하며, 약 100/㎠의 평균 밀도를 갖는다. 피부 표면 근처, 예를 들어, z ∈ [0.5㎜; 2.5㎜]의 범위에 위치해 있는 피지선을 치료하고, 가장 많은 수의 수용체들의 자극을 감소시키기 위해서는, 직경(φ)<2.0㎜인 빔으로 작업하는 것이 편리하다고 귀결된다.
일부 경우들에서 피부의 표면층에 대한 손상을 감소시키기 위해서는, 상기 층의 온도를 감소시키는 것이 편리하다. 제1 피부층의 온도를 감소시키기 위해, 냉각 시스템(미도시됨)이 핸드피스(10)에 연결되어 사용될 수 있는데, 이 냉각 시스템은, 튜브(14)로부터 방출된 공기 흐름에 의해, 줌 시스템(11) 뒤에 위치한 사파이어 윈도우(12)의 온도를 낮출 수 있으며; 사파이어 윈도우(12)는 치료될 생체 조직과 접촉하도록 배치된다. 상기 냉각 시스템은 -10℃ 내지 +10℃의 범위에서 온도가 조절되도록 해준다. 이 해결책은 이원적 장점을 제공하는데, 한편으로는 윈도우(12)를 냉각시키기 위해 수분의 흐름이 사용되지 않는다는 것이고, 다른 한편으로는, 윈도우(12)의 내측, 즉 치료될 생체 조직과의 접촉면의 반대측에 부딪치는 공기 흐름은 엘리먼트(12)가 노출되는 저온에 의해 생성된 응축물의 형성을 방지한다는 것이다. 사파이어 윈도우(12)는 보다 일반적으로 사파이어의 높은 열전도율 값과 관심대상의 복사선에 대한 투명성때문에 선택된 광학 윈도우이지만, 레이저 빔 세기 프로파일의 형태를 변경시키지는 않는다.
피부 표면 아래의 다양한 피부층들의 냉각 프로세스는 열역학 법칙에 의해 조절된다. 이것과 레이저 소스(1)의 스위치(13)의 존재를 고려하여, 인가될 임펄스 또는 일련의 임펄스들의 지속기간은 도 8 및 도 9에서 도시된 바와 같이 조절될 수 있다.
t=0msec 시각에서, 피지선이 시간(τ) 동안 전력(P)에 의해 조사(irradiate)된다. 피지선의 온도는 조직의 기초 온도(Tbase)로부터 최대 온도(Tpeak)까지를 거치는데, 즉 온도 상승(ΔT)이 획득된다. 주변 조직의 가열을 유도하지 않도록 하기 위해, 레이저 임펄스의 지속기간(τ)은, 전술한 바와 같이 표적의 기하학적 구조에 의존하는, 표적 조직의 열 완화 시간(이 예시에서는 450㎳)보다 낮다. 복사선 이후로는, 온도가 감소하고, 일정 시간이 지나면 피지선의 온도는 Tbase로 돌아온다.
임펄스의 지속기간(τ), 즉 전력(P)이 인가되는 시간 길이가 피지선에 열 손상을 일으키는 온도 상승(ΔH)을 유도하기에 충분하지 않은 경우, 임펄스의 지속기간(τ)은, 열 완화 시간으로 표현되는 최대 한계에 도달될 때 까지 증가된다. 이것은 피지선에 의해 흡수된 에너지의 방출로 인해 피지선의 주변 조직 영역이 가열되는 것을 초래한다. 이 영역의 범위는 임펄스의 지속기간에 따라 달라지며, 조사된 피지선에 의해 방출된 에너지의 방사상 전파를 나타내는 열 경로(Rth)(도 7)는 복사선의 지속기간에 따라 달라진다.
제안된 해결책은 피지선 주변의 조직 부분의 가열이 레이저 임펄스의 시간 조정에 의해 회피되도록 해준다. 도 9는 열 변성 값 50℃ 및 tr ~ 500㎳를 갖는 피지선에 대한 상기 조정의 예시를 도시한다. 도 8은 400㎳의 지속기간을 갖는 임펄스를 방출하는 소스에 의해 유도된 온도값을 도시한다. 도 9는 본 발명에 따라 500㎳의 시간 간격으로, 각각 100㎳의 지속기간을 갖는 3개의 임펄스들을 방출하는 동일한 소스에 의해 유도된 온도값을 도시한다. 첫번째 경우에서 방사상 전파는 0.45㎜이고, 두번째 경우(본 발명에 따른 경우)에서는, 상기 값이 50%만큼 감소되는데, 즉 0.22㎜의 값에 이른다. 예로서, 소스(1)의 임펄스는 10㎳와 500㎳ 사이의 범위로 조정될 수 있다.
적절한 전력의 단일 레이저 소스가 여드름의 선택적 치료를 수행하기 위해 이용가능할 수 없는 경우, 두 개 이상의 광원들이 결합된 대안적 해결책이 도입된다.
Claims (9)
- 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치에 있어서,
광학 콜리메이터(collimator)(2)에서 종결되며, 레이저 빔을 공급하는 레이저 소스(1) - 상기 레이저 소스(1)는 미리 정의된 지속기간 동안 상기 레이저 빔의 임펄스들이 전송되도록 해주는 스위치(13)를 포함함 -;
상기 광학 콜리메이터(2)로부터 수신된 상기 레이저 빔을 포커싱하는 렌즈(4)를 포함한 광학-기계 인터페이스(3);
상기 광학-기계 인터페이스(3)에 연결된 광 파이버(5)
를 포함하고,
상기 광 파이버(5)가 15m보다 긴 길이를 가지며,
상기 레이저 장치는 상기 광 파이버(5)에 연결된 핸드피스(handpiece)(10)를 포함하며,
상기 핸드피스(10)는, 상기 핸드피스(10)로부터 방출되는 상기 레이저 빔의 직경이 0.5㎜에서부터 5㎜까지 변하도록 해주는 광학 줌 시스템(11)을 포함한 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 소스(1)는 1726㎚의 파장의 레이저 빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 소스(1)는 단일 모드인 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 파이버(5)는 다중 모드 파이버인 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 파이버(5)는 자신의 출력부에서 플랫 톱(flat top) 빔 세기 분포를 갖는 레이저 빔을 생성하며, 세기의 평균값에 대한 상기와 동일한 세기의 표준 편차 간의 비는 20%보다 낮은 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 핸드피스(10)는 자신의 출력부에서 사파이어 윈도우(12)를 포함한 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 장치는 미리 정의된 온도의 공기를 상기 사파이어 윈도우(12)의 내면에 보내는 냉각 시스템을 포함한 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위치(13)는, 임펄스의 지속기간이 10㎳와 550㎳ 사이의 범위 내에 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치. - 방법에 있어서,
15m 이상의 길이를 갖는 다중 모드 광 파이버(5)에 1726㎚의 파장의 레이저 빔의 임펄스들을 공급하는 단계;
상기 광 파이버(5)로부터 방출되는 상기 레이저 빔을 핸드피스(10)에 공급하는 단계;
상기 핸드피스(10)로부터 방출되는 상기 레이저 빔의, 0.5㎜ 내지 5㎜의 범위의 미리 정의된 직경을 획득하도록, 상기 핸드피스(10) 내부에 위치한 광학 줌 시스템(11)을 조정하는 단계
를 포함하는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102015000086201 | 2015-12-22 | ||
| ITUB2015A009634A ITUB20159634A1 (it) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | Dispositivo laser per il trattamento selettivo dell'acne con ridotto incremento della tempertura cutanea |
| PCT/IB2016/057767 WO2017109667A1 (en) | 2015-12-22 | 2016-12-19 | Laser device for selective treatment of acne with reduced skin temperature increase |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180097678A true KR20180097678A (ko) | 2018-08-31 |
Family
ID=55795066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187020905A KR20180097678A (ko) | 2015-12-22 | 2016-12-19 | 피부 온도 상승이 감소된 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치 |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10926100B2 (ko) |
| EP (1) | EP3393581B1 (ko) |
| JP (1) | JP7061566B2 (ko) |
| KR (1) | KR20180097678A (ko) |
| CN (1) | CN108430575B (ko) |
| CA (1) | CA3007518C (ko) |
| DK (1) | DK3393581T3 (ko) |
| ES (1) | ES2770315T3 (ko) |
| HU (1) | HUE048060T2 (ko) |
| IL (1) | IL259911B (ko) |
| IT (1) | ITUB20159634A1 (ko) |
| MX (1) | MX2018007625A (ko) |
| PL (1) | PL3393581T3 (ko) |
| PT (1) | PT3393581T (ko) |
| RU (1) | RU2727233C2 (ko) |
| WO (1) | WO2017109667A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200048497A (ko) | 2018-10-30 | 2020-05-08 | 박지원 | 어류 혈관 인식 시스템 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111840810B (zh) * | 2020-07-27 | 2022-03-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于光学相变纳米颗粒的生物组织温度场被动调控方法 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4764930A (en) * | 1988-01-27 | 1988-08-16 | Intelligent Surgical Lasers | Multiwavelength laser source |
| RU2019192C1 (ru) * | 1991-11-12 | 1994-09-15 | Эдуард Арутюнович Петросян | Способ лечения вульгарных угрей |
| EP1066086B1 (en) * | 1998-03-27 | 2013-01-02 | The General Hospital Corporation | Method and apparatus for the selective targeting of lipid-rich tissues |
| US7220254B2 (en) | 2003-12-31 | 2007-05-22 | Palomar Medical Technologies, Inc. | Dermatological treatment with visualization |
| US7483610B2 (en) | 2004-05-03 | 2009-01-27 | Nufern | Optical fiber having reduced defect density |
| JP2006278525A (ja) | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Shibaura Mechatronics Corp | レーザ加工装置 |
| WO2008008971A1 (en) * | 2006-07-13 | 2008-01-17 | Candela Corporation | Compact, handheld device for home-based acne treatment |
| CN101363922A (zh) * | 2008-06-25 | 2009-02-11 | 深圳市世纪人无线通讯设备有限公司 | 一种实现光束准直和均匀化的方法及光学器件 |
| US9063299B2 (en) * | 2009-12-15 | 2015-06-23 | Omni Guide, Inc. | Two-part surgical waveguide |
| WO2011084863A2 (en) | 2010-01-07 | 2011-07-14 | Cheetah Omni, Llc | Fiber lasers and mid-infrared light sources in methods and systems for selective biological tissue processing and spectroscopy |
| JP5666207B2 (ja) * | 2010-08-31 | 2015-02-12 | 株式会社ニデック | 眼科用レーザ治療装置 |
| CN102494299A (zh) * | 2011-12-09 | 2012-06-13 | 中国科学院半导体研究所 | 半导体激光照明光源 |
| US9211214B2 (en) | 2012-03-21 | 2015-12-15 | Valeant Pharmaceuticals International, Inc | Photodynamic therapy laser |
| JP5922532B2 (ja) * | 2012-09-03 | 2016-05-24 | 富士フイルム株式会社 | 光源ユニットおよびそれを用いた光音響計測装置 |
| CN102820613B (zh) | 2012-09-06 | 2014-04-23 | 哈尔滨理工大学 | 液芯光纤中基于泵浦调制获得平顶布里渊增益谱的方法及装置 |
| EP3511052B1 (en) * | 2012-09-10 | 2021-06-23 | Dermal Photonics Corporation | Systems for treating dermatological imperfections |
| EP2972216A4 (en) * | 2013-03-14 | 2016-10-26 | Abbott Lab | BEAMING OPTICS OF FLOW CYTOMETER SYSTEMS AND RELATED METHODS |
| CN103645563A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-03-19 | 苏州德龙激光股份有限公司 | 激光整形装置 |
| JP6067629B2 (ja) | 2014-07-28 | 2017-01-25 | シャープ株式会社 | 発光装置、照明装置および車両用前照灯 |
| CN104765087A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-08 | 北京润和微光科技有限公司 | 将高斯光束整形为一维平顶光束或长方形平顶光束的衍射光学元件 |
-
2015
- 2015-12-22 IT ITUB2015A009634A patent/ITUB20159634A1/it unknown
-
2016
- 2016-12-19 CA CA3007518A patent/CA3007518C/en active Active
- 2016-12-19 HU HUE16829313A patent/HUE048060T2/hu unknown
- 2016-12-19 CN CN201680075478.8A patent/CN108430575B/zh active Active
- 2016-12-19 RU RU2018126470A patent/RU2727233C2/ru active
- 2016-12-19 JP JP2018532729A patent/JP7061566B2/ja active Active
- 2016-12-19 ES ES16829313T patent/ES2770315T3/es active Active
- 2016-12-19 KR KR1020187020905A patent/KR20180097678A/ko not_active Application Discontinuation
- 2016-12-19 WO PCT/IB2016/057767 patent/WO2017109667A1/en active Application Filing
- 2016-12-19 DK DK16829313.2T patent/DK3393581T3/da active
- 2016-12-19 PL PL16829313T patent/PL3393581T3/pl unknown
- 2016-12-19 EP EP16829313.2A patent/EP3393581B1/en active Active
- 2016-12-19 US US16/064,284 patent/US10926100B2/en active Active
- 2016-12-19 MX MX2018007625A patent/MX2018007625A/es unknown
- 2016-12-19 PT PT168293132T patent/PT3393581T/pt unknown
-
2018
- 2018-06-10 IL IL259911A patent/IL259911B/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200048497A (ko) | 2018-10-30 | 2020-05-08 | 박지원 | 어류 혈관 인식 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MX2018007625A (es) | 2018-11-09 |
| WO2017109667A1 (en) | 2017-06-29 |
| CN108430575B (zh) | 2020-02-21 |
| PT3393581T (pt) | 2020-02-17 |
| PL3393581T3 (pl) | 2020-06-01 |
| US10926100B2 (en) | 2021-02-23 |
| CN108430575A (zh) | 2018-08-21 |
| IL259911A (en) | 2018-07-31 |
| HUE048060T2 (hu) | 2020-05-28 |
| EP3393581A1 (en) | 2018-10-31 |
| RU2018126470A3 (ko) | 2020-01-23 |
| EP3393581B1 (en) | 2019-11-06 |
| DK3393581T3 (da) | 2020-01-27 |
| US20180369605A1 (en) | 2018-12-27 |
| ITUB20159634A1 (it) | 2017-06-22 |
| JP7061566B2 (ja) | 2022-04-28 |
| RU2727233C2 (ru) | 2020-07-21 |
| RU2018126470A (ru) | 2020-01-23 |
| JP2019502459A (ja) | 2019-01-31 |
| IL259911B (en) | 2021-09-30 |
| BR112018012478A2 (pt) | 2018-12-11 |
| CA3007518C (en) | 2023-08-15 |
| CA3007518A1 (en) | 2017-06-29 |
| ES2770315T3 (es) | 2020-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2021203339B2 (en) | Method and apparatus for selective treatment of biological tissue | |
| JP5250552B2 (ja) | 調節可能な部分的光学皮膚科的治療のための装置および方法 | |
| JP4691547B2 (ja) | 皮膚科学上の被検物を処置するためのアレキサンドライトレーザシステム | |
| JP2019514517A (ja) | 照射中に皮膚を冷却するアプリケータ | |
| JP2009543599A5 (ko) | ||
| KR20080028356A (ko) | 비-균일성 출력 빔을 사용하는 레이저 치료를 위한 방법 및시스템 | |
| KR20180097678A (ko) | 피부 온도 상승이 감소된 여드름의 선택적 치료를 위한 레이저 장치 | |
| EP3370824B1 (en) | Laser system for selective treatment of acne | |
| JP2019502459A5 (ko) | ||
| Liu et al. | Biophotonics in photomedicine | |
| BR112018012478B1 (pt) | Dispositivo a laser para tratamento seletivo de acne com aumento de temperatura da pele reduzido | |
| CN112438799A (zh) | 用于多束组织治疗的尖端件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |