KR20200133833A - 피코초 레이저 장치 및 그를 사용한 표적 조직의 치료 방법 - Google Patents

피코초 레이저 장치 및 그를 사용한 표적 조직의 치료 방법 Download PDF

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라파엘 에이 시에라
리차드 숀 웰치스
미르코 게오르기에프 미르코브
다니엘 훔
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싸이노슈어, 엘엘씨
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Abstract

자연-발생 (예컨대 모반)은 물론 인공적인 것 (예컨대 문신)을 막론한 피부 색소침착 및 색소성 병변의 광기계적 치료를 위한 충분히 짧은 기간 및/또는 충분히 높은 에너지를 포함한 원하는 펄스 특성들을 가지는 레이저 에너지를 적용하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 상기 레이저 에너지는 모드잠금 펄스 작동 모드와 증폭 작동 모드 사이를 스위칭하는 능력을 가지는 공진기를 포함하는 장치에 의해 생성될 수 있다. 상기 작동 모드들은 공진기의 광학 축을 따라 배치되는 전기-광학 장치에 대한 본원에서 기술되는 바와 같은 파형을 가지는 시간-의존성 바이어스 전압의 적용을 통하여 수행된다.

Description

피코초 레이저 장치 및 그를 사용한 표적 조직의 치료 방법{PICOSECOND LASER APPARATUS AND METHODS FOR TREATING TARGET TISSUES WITH SAME}
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 발명의 명칭이 "Picosecond Laser Apparatus and Methods for Treating Dermal Tissues With Same"인 2012년 4월 18일자 U.S. 특허 가출원 제61/625,961호의 우선권을 주장하는 바, 그의 전체 개시내용이 본원에 참조로서 개재된다.
본 발명은 짧은 펄스 지속 시간 (예컨대 약 1 나노초 미만) 및 높은 펄스 당 에너지 출력 (예컨대 약 200 밀리줄 초과)을 가지는 레이저 에너지를 전달하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본원에서 개시되는 것은 다양한 미용 및 의료용 치료에 유용한 나노초이하 펄스 지속 시간 레이저 시스템(subnanosecond pulse duration laser system)이다. 나노초이하 펄스 지속 시간 레이저 장치는 (a) 공진기(resonator)의 일 단부에 제1 거울 및 상기 공진기의 대향 단부에 제2 거울을 가지고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울 모두는 실질적으로 전반사성(totally reflective)인 공진기; 및 (b) 상기 공진기의 광학 축을 따라 레이저발생 매질(lasing medium), 초고속 스위칭 소자 및 편광화 소자를 포함하며, 제1 구동 회로가 초고속 스위칭 소자의 제1 단부에 연결되어 있고 제2 구동 회로가 초고속 스위칭 소자의 제2 단부에 연결되어 있으며, 초고속 스위칭 소자의 제1 단부에 주기적인 전압 파형을 적용하는 제1 회로에 의해 모드잠금 펄스(modelocked pulse)를 생성시킨 다음, 초고속 스위칭 소자의 제1 단부에 제1 일정 전압(constant voltage)을 적용하고 제2 거울의 유효 반사율을 실질적으로 100 %로 유지하는 제1 회로에 의해 모드잠금 펄스를 증폭하고, 이후 초고속 스위칭 소자의 제2 단부에 제2 일정 전압을 적용하고 제2 거울의 유효 반사율을 실질적으로 0 %로 유지하는 제2 회로에 의해 증폭된 모드잠금 펄스를 추출한다.
미용 및 의료용 적용분야에 유용한 나노초이하 펄스 지속 시간 레이저 시스템은 약 100 mJ/펄스 이상 내지 약 800 mJ/펄스 이하를 전달하는 펄싱 레이저 에너지를 제공한다. 대표적인 출력 에너지는 약 200 mJ/펄스를 가진다. 마찬가지로, 이와 같은 나노초이하 레이저 시스템은 약 100 피코초 내지 1000 ps 미만의 펄스 지속 시간, 바람직하게는 약 200 ps 내지 600 ps, 또는 약 400-500 ps의 펄스 지속 시간을 가진다.
나노초이하 레이저 시스템은 피부 및 피부 병변의 치료에 특히 유용하다. 예를 들어, 문신 제거는 진피에 나노초이하 레이저 펄스의 전달을 요하는데, 이 경우 잉크 입자의 광기계적인 손상이 대상체의 면역 시스템에 의한 문신의 제거를 촉진한다. 유색 문신 또는 음영이 심한 문신은 이와 같은 나노초이하 시스템에 의해 용이하게 치료되며, 나노초이하 시스템은 눈에 보이는 문신 외관의 원하는 감소를 달성하는 데에 보다 적은 치료 단계를 이용한다. 다른 피부 치료로는 양성 색소성 병변이 포함되는데, 이 경우 양성 색소성 병변에 나노초이하 펄싱 레이저 에너지를 적용함으로써 눈에 보이는 색소성 병변 외관을 감소시킨다. 혈관 병변의 치료에서도 유사한 효과가 관찰되는데, 이 경우 혈관 병변에 나노초이하 펄싱 레이저 에너지를 적용함으로써 눈에 보이는 혈관 병변 외관을 감소시킨다.
색소성 병변 이외에, 흉터, 주름 및 선조(striae) 역시 나노초이하 펄싱 레이저 에너지를 사용하여 치료가능하다. 상기 레이저 에너지는 흉터를 제거하는 데에 사용될 수 있는데, 일반적으로 광기계적 효과에 기인하는 미세손상 영역을 조직에 생성한다. 이는 조직-유도 효과를 가짐으로써, 조직 표면의 균등화, 및 표적 조직의 착색 및 질감의 개선을 가져온다. 본 발명의 소정 측면에서, 나노초이하 펄싱 레이저 에너지는 렌즈를 사용하여 변형됨으로써, 상대적으로 낮은 단위 면적 당 에너지의 바탕 영역 내에 분산된 상대적으로 높은 단위 면적 당 에너지를 가지는 다수의 영역을 특징으로 하는 비균일 에너지 단면을 가지는 치료 광선을 생성시킨다. 비균일 광선으로 나노초이하 펄스 레이저 에너지를 출력하는 이와 같은 시스템은 상대적으로 높은 단위 면적 당 에너지의 영역에 의해 조명되는 표적 조직에 그렇게 조명되는 표적 조직의 부분을 제1 온도 T1으로 가열하기에 충분한 에너지를 전달하며, 상대적으로 낮은 단위 면적 당 에너지의 실질적으로 균일한 바탕 영역은 상대적으로 높은 단위 면적 당 에너지의 영역에 의해 조명되는 표적 조직에 그렇게 조명되는 표적 조직의 부분을 제2 온도 T2로 가열하기에 충분한 에너지를 전달하는데, 여기서 T2는 T1 미만이다.
다른 실시양태에서, 본 발명은 피부 색소 또는 문신 잉크의 흡수 스펙트럼에 주파수 동조될(frequency matched) 수 있는 파장 이동 나노초이하 펄스 레이저를 제공한다. 나노초이하 펄스 레이저 장치의 파장 이동 방법은 짧은 펄스의 파장에서 높은 흡수 계수를 가지는 레이저 결정을 포함시키는 것에 의해 짧은 왕복 시간(roundtrip time)을 가지는 레이저 공진기용 펌프의 펄스를 사용함으로써 상대적으로 일정한 펄스 지속 시간을 유지하는 것을 포함하는데, 여기서 짧은 레이저 공진기의 왕복 시간은 펌핑 레이저 펄스 지속 시간에 비해 휠씬 더 짧다.
하기의 상세한 설명을 통하여 본 발명이 더 완전하게 이해될 것인 바, 첨부된 도면과 연계하여 해독되어야 한다. 본 발명의 상세한 실시양태들이 본원에서 개시되기는 하지만, 개시되는 실시양태들은 단순히 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 전형이라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본원에서 개시되는 구체적인 기능적 세부사항들이 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 오히려 단순히 청구범위를 위한 기초로서, 그리고 사실상 모든 적절한 세부 실시양태로 다양하게 본 발명을 사용하도록 업계 숙련자를 교시하기 위한 전형적인 기초로서 해석되어야 한다.
레이저는 비교적 단색성이며 간섭성인 (즉 적은 발산을 가지는) 조절가능한 방사선 공급원으로 인식되어 있다. 레이저 에너지는 다양한 분야의 날로 증가하는 많은 영역, 예컨대 원격통신, 데이터 저장 및 검색, 엔터테인먼트, 연구 및 기타 많은 곳에서 적용되고 있다. 의료 분야에서, 레이저는 고에너지 방사선의 정밀한 광선이 국소화된 가열 및 궁극적인 원치 않는 조직의 파괴를 유도하는 수술 및 미용 절차에 유용한 것으로 입증되어 있다. 그와 같은 조직에는 예를 들면 연령-관련 황반 변성 (AMD)에서 형성되는 망막하 흉터 조직, 또는 혈관 병변을 구성하는 확장성 혈관의 구성요소가 포함된다.
오늘날의 대부분의 미용 레이저는 표적 조직에 대한 가열에 의존하고 있어서, 원하는 결과가 지속적인 승온의 효과와 조화되어야 한다. 선택적인 광열분해의 원리는 하지 정맥류(leg veins), 포도주색 염색 모반, 및 기타 확장성 혈관 및 색소성 병변과 같은 다양한 피부학적 문제점들을 치료하기 위한 많은 통상적인 의료용 레이저 치료법의 기초가 된다. 표적 구조를 포함하는 진피 및 표피 층은 해당 구조에서 주로 또는 선택적으로 흡수되는 파장을 가지는 레이저 에너지에 노출된다. 이는 구성 단백질을 변성시키거나 색소 입자를 분산시키는 온도 (예컨대 약 70 ℃)로의 국소화된 가열로 이어진다. 이와 같은 변성 또는 분산을 달성하는 데에 사용되는 에너지밀도(fluence) 또는 단위 면적 당 에너지는 일반적으로 흡수된 레이저 에너지의 상당 부분이 확산되어 사라지기 전에 원하는 표적 조직 온도를 달성하는 데에 필요한 양을 기준으로 한다. 그러나, 에너지밀도는 표적 영역을 둘러싸고 있는 조직을 변성시키는 것은 피하도록 제한되어야 한다.
그러나, 에너지밀도가 특정 적용분야에 대한 레이저 에너지의 적합성을 좌우하는 유일한 고려사항은 아니다. 예를 들어, 펄스 지속 시간 및 펄스 강도는 레이저 에너지가 펄스 동안 주변 조직으로 확산되는 정도 및/또는 원치 않는 국소화된 증기화를 야기하는 정도에 영향을 줄 수 있다. 사용되는 레이저 에너지의 펄스 지속 시간에 있어서, 통상적인 접근법은 최적의 가열을 달성하기 위하여 그 값을 표적 구조의 열적 완화 시간 미만으로 유지하는 것에 초점을 맞추어 왔었다. 예를 들어, 포도주색 염색 모반에 포함되어 있는 소형 혈관의 경우, 열적 완화 시간 및 그에 따른 상응하는 치료 방사선의 펄스 지속 시간은 종종 수백 마이크로초 내지 수 밀리초의 수준이다.
사이노슈어(Cynosure) 사 피코슈어(PicoSure)™ 상표의 레이저 시스템은 1조분의 1초 (10-12)에 달하는 속도로 레이저 에너지를 전달하는 피코초 기술을 이용하는 최초의 미용 레이저이다. 피코슈어 시스템은 소정의 실질적인 열적 에너지가 주변 조직으로 분산될 수 있기 전에 내부로부터 표적을 분쇄하는 열 및 기계적 응력 모두를 전달한다. 임상 결과는 더 적은 치료로 달성되는 더 높은 제거율을 나타낸다. 프레슈어 웨이브(Pressure Wave)™ 기술을 사용하는 피코슈어 시스템은 색소성 병변 및 다중-착색 문신 제거는 물론, 피부 재생과 같은 다수의 미용 요법에 유용하다.
대표적인 피코슈어(PicoSure)™ 상표 피코초 레이저 장치에 대해서는 본원에 참조로서 개재되는 본 출원인의 U.S. 특허 제7,586,957호 및 7,929,579호에 상술되어 있다. 그와 같은 레이저 장치는 극히 짧은 펄스 지속 시간을 제공함으로써, 피부 이상을 치료하는 통상적인 광열 치료와는 다른 접근법을 창출한다. 표적 입자를 통한 음파의 음향 전이 시간(acoustic transit time) 미만인 기간을 가지는 레이저 펄스는 표적 입자에 축적되는 압력을 통하여 광기계적 효과를 생성시킬 수 있다. 광기계적 과정은 특히 피부 색소침착의 치료 영역에서 상업적으로 유의성 있는 기회를 제공할 수 있다. 높은 에너지 출력과 연계될 경우, 상기한 바와 같은 레이저는 하기의 대표적인 적용분야에 특히 적합하다. 표 1은 약 200 mJ/펄스를 출력하는 나노초이하 펄스 레이저에서의 구체적인 스폿(spot) 크기에 있어서의 에너지밀도 값들을 제공한다.
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A. 문신 제거
예를 들면 미국 및 기타 개체군에서의 문신의 발생률은 여전히 상당한 속도에 있다. 직경 약 1 마이크로미터 이하인 문신 색소 입자는 일반적인 면역 시스템 과정을 통하여 신체로부터 제거될 수 있기 때문에, 안정적인 문신은 1-10 마이크로미터 이상 수준의 직경을 가지는 색소 입자로 구성될 가능성이 있다. 문신 색소 입자에서의 음파의 음향 전이 시간은 입자의 반경을 입자에서의 음파의 속도로 나눔으로써 계산된다. 문신 색소는 물론, 많은 고체 매질에서의 음파의 속도가 대략 3000 미터/초이기 때문에, 그와 같은 입자를 횡단하는 음향 전이 시간, 및 그에 따라 그것이 문신 색소의 광기계적 파괴를 달성하는 데에 필요한 레이저 펄스 지속 시간은 수백피코초만큼 짧다.
그와 같은 짧은 펄스 지속 시간 이외에도, 문신 색소 입자의 유의성 있는 파괴를 위해서는 높은 에너지의 레이저 펄스가 필요하다. 대부분 문신의 크기가 수 센티미터 수준이라는 것을 고려할 때, 이상적인 문신 제거용 레이저는 이상적으로는 비교적 큰 스폿 크기를 가지는 광선을 사용해야 한다. 제곱 센티미터 당 수 줄의 에너지밀도 및 직경 수 밀리미터의 치료 스폿 크기이면, 펄스 당 수백 밀리줄 (mJ) 이상을 가지는 바람직한 레이저 출력으로 이어지므로, 문신 제거에 적합하다.
본 출원인의 U.S. 특허 제7,586,957호 및 7,929,579호에 기술되어 있으며 본원에서 기술되는 바와 같은 대표적인 나노초-이하 문신 제거 레이저 장치는 바람직하게는 약 200-750 mJ/펄스의 에너지 전달을 동반하는 약 100-950피코초의 나노초이하 펄스 지속 시간을 가지는 펄싱 레이저 에너지를 생성시키는 데에 사용된다. 이와 같은 대표적인 나노초이하 레이저 장치는 그의 광학 축의 대향 단부들에 2개의 실질적으로 전반사성인 거울을 가지는 공진기를 포함한다. 이와 같은 광학 축을 따라, 알렉산드라이트(alexandrite) 결정 레이저발생 매질, 편광기 및 포켈 셀(Pockels cell)이 배치된다. 알렉산드라이트 레이저발생 매질을 펌핑하기 위하여 광학 섬광램프(flashlamp)도 포함되어, 약 700-950 nm 범위의 파장을 가지는 레이저 에너지를 생성시킨다.
상기한 펄싱 레이저 에너지는 레이저발생 매질을 펌핑하고, 먼저 공진기에서 진동하는 모드잠금 펄스를 확립시키는 것에 의해 생성된다. 모드잠금 펄스 작동 모드에서는, 본원에서 기술되는 바와 같이 시간-의존성 전압 파형이 포켈 셀에 적용된다. 이와 같은 파형은 일정한 기준선 전압 및 시간-의존성 시차 전압(differential voltage)의 합계로부터 발생한다. 상기 기준선 전압은 1000-1500 볼트 (포켈 셀 사분파(quarter wave) 전압 또는 2500 볼트의 40 %-60 %를 나타냄)의 범위이며, 250-750 볼트 (포켈 셀 사분파 전압의 10 %-30 %를 나타냄) 범위의 진폭을 가지는 시간-의존성 시차 전압에 의해 음으로 오프셋 또는 변조된다. 생성 전압 파형의 기간은 5-10 ns의 범위로서, 공진기에서의 진동 레이저 에너지의 왕복 시간과 동일하다. 이에 따라, 포켈 셀에 적용되는 전압은 100-200 MHz 범위의 주파수에서 변조된다.
이후, 상기한 바와 같이 확립된 모드잠금 펄스는 포켈 셀을 본질적으로 0 볼트로 방전하는 것에 의해 증폭된다. 진동 레이저 에너지는 본질적으로 손실 없이 공진기 각 단부의 거울들 사이로 반사된다. 따라서, 이와 같은 레이저 에너지는 이전에 펌핑된 에너지를 추출하는 것에 의해 빠르게 진폭이 증가한 후, 모드잠금 동안 알렉산드라이트 결정에 저장된다. 레이저 에너지가 상기에 나타낸 바와 같은 원하는 에너지 수준에 도달하였을 때, 그것은 2500 볼트의 사분파 전압을 포켈 셀에 적용하는 것에 의해 공진기로부터 추출된다.
모드잠금 펄스 및 증폭 모드에서 레이저를 작동하는 데에, 그리고 최종적으로 상기 논의된 바와 같은 증폭된 펄스를 추출하는 데에 사용되는 스위칭 전자장치는 5개의 모프셋(MOFSET) 스위치, 2개의 고속 다이오드, 그리고 +1000 내지 +1500 볼트 범위의 전압 V1, +250 내지 +750 볼트 범위의 V2 및 -1000 내지 -1500 볼트 범위의 V3를 가지는 3개의 전압 공급원을 포함한다. 상기 스위치, 다이오드 및 전압 공급원은 상기에 나타낸 바와 같이 배열된다.
기술된 바와 같은 펄스 지속 시간 및 에너지를 가지는 레이저 에너지는 문신 제거 치료를 받고 있는 환자에게 적용된다. 이와 같은 레이저 에너지는 30-분의 치료 기간 과정에 걸쳐 원치 않는 문신 색소 입자를 가지고 있는 모든 피부 영역에 적용된다. 이들 입자의 광기계적 파괴는 2-4 J/cm2 범위의 에너지밀도와 함께 짧은 펄스 지속 시간 (표적 문신 색소 입자를 통한 음파의 전이 시간 미만)을 사용하여 이루어진다. 상기 장치에서, 이와 같은 에너지밀도는 약 5 mm의 레이저 에너지 스폿 직경으로 달성된다.
전부는 아닐지라도, 대부분의 원치 않는 문신 색소 입자는 1회 또는 2회의 치료를 사용하여 효과적으로 광기계적으로 파괴, 불안정화 및/또는 분쇄된다. 결과적으로, 파괴된 입자는 면역 반응과 같은 정상적인 생리학적 과정을 통하여 신체로부터 제거된다. 이에 따라, 문신은 결국 남아있는 눈에 보이는 표시 없이 피부로부터 제거된다. 이와 같은 나노초이하 레이저 장치는 특히 유색 잉크를 가지는 문신의 제거에 매우 적합한데, 유색은 통상적인 레이저 치료를 사용하여서는 흑색 잉크에 비해 훨씬 더 치료하여 다루기가 어렵다. 마찬가지로, 유색 또는 음영이 심한 문신은 나노초이하 레이저 시스템을 사용한 치료에 더 적합하다. 유사하게, 나노초이하 레이저는 통상적인 레이저 시스템에 비해 더 적은 치료를 이용한 문신 제거를 제공한다.
B. 양성 색소성 병변
피부, 결합 조직, 점막 조직 및 혈관구조의 수많은 유형의 양성 색소성 병변들이 본원에서 기술되는 나노초이하 레이저 시스템을 사용하여 치료가능하다.
모반은 선천성이거나 생애 후기에 발현될 수 있는 광범위한 범주의 일반적으로 잘 규정되어 있는 만성의 피부 병변이다. 혈관종과 같은 혈관성 모반은 혈관의 구조로부터 기인한다. 지루성 각화증과 같은 표피 모반은 각질세포로부터 기인한다. 결합 조직 모반은 결합 조직으로부터 기인한다. 네보멜라닌세포성 모반과 같은 멜라닌세포성 모반은 형태구조적으로 편평 반점 또는 상승 구진일 수 있으며 멜라닌세포의 집락을 특징으로 하는 색소성 병변이다. 상기 이외에, 진피 멜라닌세포종 (청색 모반), 말단 모반, 얼룩 모반 (얼룩 흑색점 모반으로도 알려져 있음), 오타/이토(Ota/Ito)의 모반 및 베커 모반이 모두 상기 레이저 장치를 사용한 치료에 적합한 대표적이며 비-제한적인 모반이다.
흑색사마귀가 유사하게 치료가능하다. 이것은 통상적으로 소형이며 정상적으로 보이는 피부에 둘러싸여 있는 분명하게 한정되는 가장자리를 가지는 피부상의 색소성 반점이다. 이것은 상승성이기보다는 선형이며, 일반적으로 표피의 기저 막 바로 위의 세포 층으로 제한되는 멜라닌세포를 가지는 양성의 멜라닌색소성 증식증이다. 흑색사마귀는 점막 조직에서도 나타난다. 흑색사마귀는 멜라닌세포 증식을 기준으로 주근깨 (작반)으로부터 구별되는데, 흑색사마귀는 증가된 멜라닌세포 수를 나타내나, 주근깨는 멜라닌을 과발현하는 정상적인 수의 멜라닌세포를 가진다.
선천적인 진피 색소침착의 다른 형태들 역시 상기 레이저 장치를 사용한 치료에 적합한데, 보통 더 큰 면적은 더 큰 레이저 스폿 크기를 필요로 한다. 예를 들면, 담갈색 반점, 선천성 진피 멜라닌세포증 및 진피 멜라닌세포증이 모두 일반적으로 파상의 경계 및 불규칙한 형상을 가지는 대표적인 유형의 양성이며 편평한 색소성 모반이다. 다른 대표적인 색소성 병변들은 연령상, 또는 호르몬 변화, 감염 또는 제약 작용제를 사용한 치료로 인하여 발생한다. 예를 들어, 얼굴 기미 a/k/a (구어로 "임신 안면")는 담갈색 또는 흑색 피부 변색이다. 염증후 과다색소침착 (염증후 멜라닌과다증으로도 알려져 있음)은 자연 또는 의인 염증성 이상으로부터 기인할 수 있는데, 보통 증가된 표피 색소침착에 의해 야기된다. 이것은 증가된 멜라닌세포 활성을 통하여, 또는 표피로부터 진피로의 멜라닌 이동을 동반하는 멜라닌세포 손상에 기인한 진피 멜라닌증에 의해 발생할 수 있다. 진피의 약물-유도 색소침착은 약물 투여의 결과로서 발생할 수 있으며, 조직에서의 약물의 침착과 관련된다. 미노사이클린이 이와 같은 효과에 대하여 알려져 있다. 색소성 병변이 진피 조직으로 제한되는 것은 아니다. 갈색증은 결합 조직에서의 호모겐티스산의 축적에 의해 야기되는 색소성 병변이다. 또한, 흑조증은 정상적인 조판(nail plate)의 이상 색소침착이다. 이러한 대표적인 이상들은 모두 상기한 레이저 시스템을 사용한 치료에 적합하다.
상기 이상을 치료함에 있어서, 일반적으로 멜라닌소체의 파괴는 펄스-폭-의존성이라고 받아들여지고 있다. 통상적인 레이저 시스템을 사용하는 경우, 40 나노초 내지 750 나노초 사이의 펄스 지속 시간이 효과적인 것으로 밝혀진 바 있기는 하나, 더 긴 펄스 지속 시간 (예컨대 400 마이크로초)은 멜라닌 소체를 명시적으로 손상시키지 않는다. 마찬가지로, Q-스위칭 Nd:YAG 레이저 시스템은 각각 355, 532 및 1064 nm의 파장에서 0.11, 0.2 및 1 J/cm2의 에너지밀도 값을 생성시키는 역치 에너지 노출을 사용한 즉각적인 피부 미백을 나타낸 바 있다.
멜라닌은 광범위한 흡수 스펙트럼을 가지는데, 약 500-1100 nm의 파장에서 방출하는 레이저가 과도한 헤모글로빈 흡수 없이 우수한 피부 침투 및 선택적인 멜라닌소체 흡수를 제공한다. 대표적인 레이저에는 510-nm 펄싱 다이, 532-nm 주파수-배증 Nd:YAG, 694-nm 루비, 755-nm 알렉산드라이트, 및 1064 nm에서 방출하는 근적외선 Nd:YAG 레이저가 포함된다. 아르곤, 크립톤, 구리, 이산화 탄소 및 Er:YAG 레이저를 포함한 기타 레이저들이 색소성 병변을 치료하는 데에 성공적으로 사용되어 왔지만, 이러한 시스템들에는 색소 파괴와 다른 발색단 및 조직의 동반 손상 사이의 상쇄가 존재한다.
색소성 병변을 치료하기 위한 대표적인 나노초이하 레이저 시스템은 약 200-750 mJ/펄스의 에너지 출력을 동반한 약 100-950 피코초의 펄스 지속 시간을 가지는 펄싱 레이저 에너지를 생성시키는 상기 장치로 기술된다. 700-950 nm 범위의 파장을 가지는 레이저 에너지는 멜라닌에 대한 뛰어난 특이성을 제공한다. 광기계적 파괴는 2-4 J/cm2 범위의 에너지밀도와 함께 짧은 펄스 지속 시간 (표적 색소 입자를 통한 음파의 전이 시간 미만)을 사용하여 이루어진다. 이와 같은 에너지밀도는 약 5 mm의 레이저 에너지 스폿 직경으로 달성되는데, 이는 표적의 면적에 따라 변경될 수 있다. 치료 시간은 표적의 색소침착 정도 및 형상에 따라 달라지게 된다. 눈에 보이는 색소성 병변 외관을 감소시키는 것 이외에도, 나노초이하 펄스에 의해 유도되는 표적 조직의 광기계적 미세손상은 병변의 크기 및 형상을 감소시킬 수 있는 치유 반응을 촉진한다.
C. 혈관 병변
혈관 병변은 일반적으로 선천성이며 혈관 형태형성의 국소화된 결함에 기인하는 광범위한 범주의 색소성 기형을 지칭한다. 여기에는 모세혈관, 정맥, 동정맥 및 림프성 기형은 물론, 피부 및 피하 조직만이 연관된 병변도 포함된다. 대표적이며 비-제한적인 예에는 모세혈관 혈관성 기형, 모세혈관확장증, 체리 혈관종, 혈관섬유종, 피부이상변색증, 포도주색 염색 모반, 딸기 혈관종, 장미증, 화농성 육아종 및 기타 혈관성 기형들이 포함된다.
혈관 병변에 있어서의 표적 발색단은 황색 및 녹색 광 범위, 즉 418, 542 및 577 nm 및 근적외선 스펙트럼에서 최대 광 흡수가 이루어지는 혈관내 옥시헤모글로빈이다. 혈관 병변을 치료하기 위한 통상적인 접근법에는 통상적으로 585-nm 또는 595-nm와 같은 파장에서 작동하는 펄싱 다이 레이저, 532 nm 파장에서의 주파수-배증 Nd:YAG 레이저, 및 1064 nm의 파장을 가지는 알렉산드라이트 또는 다이오드 레이저와 같은 적외선 레이저가 포함된다. 조직학적으로, 치료의 표적은 일반적으로 200 내지 300 ㎛ 깊이 범위인 모세혈관후 세정맥, 모세혈관 또는 세동맥이다. 따라서, 특히 표면 피부의 가열이 과도한 흉터형성으로 이어질 수 있는 경우, 레이저 광선의 더 깊은 침투가 바람직하다. 통상적인 치료 파라미터에는 8 내지 10 J/cm2의 에너지밀도 및 5-10 mm의 스폿 크기가 포함된다.
혈관 병변을 치료하는 대표적인 시스템은 약 200-750 mJ/펄스의 에너지를 동반한 약 100-950 ps의 펄스 지속 시간을 가지는 펄싱 레이저 에너지를 생성시키는 장치로 기술된다. 500-600 nm 범위의 파장을 가지는 레이저 에너지는 옥시헤모글로빈에 대한 뛰어난 특이성을 제공한다. 광기계적 파괴는 7-10 j/cm2 범위의 에너지밀도와 함께 짧은 펄스 지속 시간 (표적 색소 입자를 통한 음파의 전이 시간 미만)을 사용하여 이루어진다. 이와 같은 에너지밀도는 약 5 mm의 레이저 에너지 스폿 직경으로 달성되는데, 이는 표적의 면적에 따라 변경될 수 있다. 치료 시간은 표적의 색소침착 정도 및 형상에 따라 달라지게 된다.
D. 흉터 조직
다양한 유형의 흉터형성이 레이저를 사용하여 치료가능하다. 대표적이며 비-제한적인 유형에는 비후성 흉터, 흉터종 및 위축성 흉터가 포함된다. 비후성 흉터는 과도한 양의 콜라겐의 피부 침착물이다. 이것은 상승 흉터를 야기하며, 특히 외상이 깊은 진피 층을 포함하는 경우, 즉 절단 및 화상, 신체 천공 또는 여드름의 경우에, 통상적으로 선행 손상 부위에서 나타난다. 비후성 흉터는 통상적으로 신경 종말이 혈관화되는 것을 포함하며, 보통 원래 손상 부위의 경계를 넘어서 연장되지는 않는다.
유사하게, 흉터종은 손상으로부터 기인하는 흉터 유형으로서, 주로 유형 III 또는 유형 I 콜라겐 중 어느 하나로 구성된다. 흉터종은 손상 부위에서의 콜라겐의 과성장 (유형 III)으로부터 기인하는데, 그것은 결국 유형 I 콜라겐에 의해 대체됨으로써, 피부의 움직임에 영향을 줄 수 있는 상승된 종창성 외관의 단단한 고무질의 병변, 또는 광택성의 섬유질 결절을 초래한다. 착색은 분홍 내지 더 짙은 갈색으로 가변적일 수 있다.
위축성 흉터형성은 일반적으로 아크네 불가리스(Acne vulgaris) 감염에 기인하는 것으로 보이는 것들과 같은 조직의 함몰을 지칭한다. 이러한 "옴폭한(ice pick)" 흉터는 뺨, 측두 부위 및 이마에서의 자발적 함몰 흉터형성과 연관된 희귀 이상인 두창성 반상 피부 위축증(atrophia maculosa varioliformis cutis) (AMVC)에 의해 야기될 수도 있다.
레이저 치료는 비후성 및 위축성 흉터, 및 흉터종에 적합한데, 통상적인 접근법은 펄싱 다이 레이저를 해당 치료에 사용하여 왔다. 상승 흉터에서는, 본 유형의 치료법이 섬유모세포 증식 및 콜라겐 발현의 억제는 물론, 세포자멸사 기작의 유도를 통하여 흉터 조직 부피를 감소시키는 것으로 보인다. 코르티코스테로이드 및 세포독성 작용제 예컨대 플루오로우라실과의 조합 치료 역시 결과를 개선할 수 있다. 위축성 흉터에서는, 치료가 조직 깊이를 균등화할 수 있다.
선조 (튼살)는 진피의 인열에 의해 야기되는 흉터형성의 유형이다. 그것은 진피 섬유모세포가 콜라겐 및 엘라스틴을 발현하는 것을 막는 글루코코르티코이드 호르몬의 과도한 농도에서 기인한다. 이는 진피 및 표피 인열로 이어진다. 일반적으로, 585-nm 펄싱 다이 레이저 치료가 대상체 개선을 나타내나, 더 짙은 피부색의 개체에서는 반복되는 치료에 의해 색소침착을 증가시킬 수 있다. 광의 산란 펄스를 사용한 분별 레이저 표면재생(resurfacing)이 시도된 바 있다. 이는 한 번에 작은 흉터 영역을 표적으로 하기 때문에, 수회의 치료를 필요로 한다. 기작은 새로운 콜라겐 형성 및 상피 재생을 초래하는 흉터에 대한 현미경적 외상의 생성인 것으로 여겨진다. 레이저 방사선을 유도하는 조직의 바탕에 대하여 별개의 미세외상 부위를 광선 영역 내에 생성시키는 비-균일 광선 방사선의 사용을 상술하고 있는 본 출원인의 U.S. 특허 제7,856,985호에 기술되어 있는 바와 같은 변형된 레이저 광선의 사용을 통하여, 전체 흉터에 대해서는 아닐지라도, 유사한 결과가 달성될 수 있다.
흉터를 치료하기 위한 대표적인 시스템은 약 200-750 mJ/펄스의 에너지를 동반한 약 100-950 ps의 펄스 지속 시간을 가지는 펄싱 레이저 에너지를 생성시키는 상기 장치로 기술된다. 500-1100 nm 범위의 파장을 가지는 레이저 에너지는 콜라겐에 대한 뛰어난 특이성을 제공한다. 흉터 조직의 광기계적 파괴는 2-4 J/cm2 범위의 에너지밀도와 함께 짧은 펄스 지속 시간 (표적 조직을 통한 음파의 전이 시간 미만)을 사용하여 이루어진다. 이와 같은 에너지밀도는 약 5 mm의 레이저 에너지 스폿 직경으로 달성되는데, 이는 표적의 면적에 따라 변경될 수 있다. 치료 시간은 표적의 흉터형성 정도 및 형상에 따라 달라지게 된다. 나노초이하 펄스로부터의 광미세손상은 흉터를 제거하고, 그와 건강한 조직 사이의 착색 차이를 해결하며, 흉터를 연화하는 효과를 가지는 조직 치유 반응을 촉진할 수 있다. U.S. 특허 제7,856,985호에 기술되어 있는 바와 같이 출력 광선을 변형시키는 것은 흉터 외관을 감소시키고 흉터 내에서 상피 복구를 유도하는 데에 특히 유용한 접근법을 제공한다.
E. 피부 재생
비-균일 출력 광선은 본 출원인의 특허 출원 U.S.S.N. 11/347,672호; 12/635,295호; 12/947,310호 및 PCT/US10/026432호에 기술되어 있는 바와 같은 광원으로부터 조직으로 전달된다. 상기 비-균일 광선은 상대적으로 크며 상대적으로 저-강도인 바탕 영역상에 중첩된 상대적으로 소형이며 상대적으로 고-강도인 이격된 중심 영역들의 배열에 해당하는 단면을 특징으로 한다. 작동시, 이것은 광선의 영역 내에 상대적으로 더 고온인 영역 및 상대적으로 더 저온인 영역을 생성시킨다. 이와 같은 비-균일 광선은 광선의 편평한 표면에 걸쳐 상대적으로 균일한 에너지 출력을 나타내는 표준의 균일 출력 레이저 광선과 비교할 때 독특한 생리학적 효과를 제공한다. 그와 같은 효과는 광 펄스의 에너지 밀도 및 기간과 관련되어 있으며, 다양한 정량가능한 생리학적 효과들을 포함한다. 대표적인 온도 의존성 효과에는 진피 세포에서의 이상각화증, 혈관주위 단핵 침윤, 각질세포 괴사, 콜라겐 변성 및 프로콜라겐 발현이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 덜 공격적인 치료에 대한 피부의 더욱 미묘한 반응을 검출하는 데에는 기타 세포 마커들 (예컨대 핵산 및 단백질)이 유용하다.
파장, 전력, 스폿 크기, 치료 기간 및 회복 간격의 다양한 조합들이 가능한데, 구체적인 조합은 원하는 치료 효과를 기준으로 선택된다. 예를 들어, 연령 반점 및 색소침착을 치료하는 데에는, 우선적으로 멜라닌에 의해 흡수되도록 (400 nm 내지 1400 nm, 더욱 바람직하게는 500 nm 내지 1100 nm 사이) 장치 파장이 선택된다. 따라서, 그와 같은 목적을 위한 대표적인 장치는 상대적으로 크며 상대적으로 저강도인 바탕 영역상에 중첩된 상대적으로 소형이며 상대적으로 고강도인 이격된 중심 영역들의 배열에 해당하는 단면을 특징으로 하는 비-균일 광선으로 출력되는 약 750 nm의 파장, 약 500 내지 900 ps의 펄스 지속 시간 및 1 cm2의 전체 치료 면적을 가진다. 그와 같은 대표적인 장치라면, 약 0.2 J의 치료 영역으로 전달되는 에너지, 또는 약 0.2 J/cm2의 평균 에너지밀도를 가진다. 그와 같은 장치에서, 출력 광선을 비-균일하게 함으로써 저강도 바탕 영역에 둘러싸인 중심-대-중심 거리 1 mm의 상대적으로 고강도인 이격된 중심 영역들을 전달하는 렌즈를 사용할 경우, 그와 같은 배열에는 제곱 센티미터 당 약 115 개의 개별 하위영역들 (예컨대 상대적 고강도와 상대적 저강도의 조합된 영역)이 존재하며, 이는 약 1.73 mJ이 각 하위영역에 전달되는 결과를 가져온다. 각 하위영역 내에서, 고강도의 이격된 중심 영역이 직경 약 120 ㎛이고 대략 80 %의 에너지가 고강도 이격 중심 영역으로 전달되는 경우라면, 각 고강도 영역 내의 에너지밀도는 대략 12.2 J/cm2이다. 장치에서의 그와 같은 에너지밀도 값은 의학적으로 훈련된 전문가들에 의한 임상 환경에서 비균일 피부 색소침착을 치료하는 데에 통상적으로 사용되는 시스템인 약 50 ns의 펄스 지속 시간을 가지는 고-전력 알렉산드라이트 균일 스폿 레이저에 의해 전달되는 치료 에너지밀도에 필적한다. 균일-광선 장치와 달리, 소정의 개별 치료 기간 동안 비-균일 광선 기술을 사용하게 되면, 조사된 피부 표면 중 비교적 작은 비율의 표면만이 실제로 고강도 광에 의해 치료되고, 그에 의해 하위군집의 멜라닌세포만이 세포 파괴성 선량의 열 에너지를 수용함으로써, 균일 광선 치료에 비해 상대적으로 더 작은 치료 면적 당 멜라닌세포 손상율로 이어진다. 이는 유리하게도 치료된 피부와 치료되지 않은 피부 사이의 소정의 선명한 경계를 감소시킴으로써, 특별한 운용자 숙련도 및 기술에 대한 필요성을 감소시킨다.
광선의 상대적으로 고강도인 이격된 중심 영역들 및 상대적으로 저강도인 바탕 영역 양자에서 발생하는 시차 효과로 인하여, 조직의 그와 같은 비-균일 조사에 의해 우수한 미용 효과가 생성될 수 있다. 예를 들자면, 이격된 중심 영역들 내에서는, 세포 과정을 파괴하고 (예컨대 약 45 ℃ 이상) 그의 기능을 손상시키며 그의 색소 생산을 감소시키기에 충분한 온도까지 멜라닌세포를 가열하는 데에 충분한 온도 T1으로 그 안에 있는 조직의 상대적으로 국소화된 가열을 유도하는 것이 가능하다. 치료와 동시에, 상대적으로 더 낮은 온도 T2 (예컨대 45 ℃ 미만 내지 약 35 ℃)의 저강도 바탕 영역 내에서는, 저에너지 영역 내의 치료되는 조직에 대하여 바람직하지 않은 열적 효과를 야기하지 않으면서 세포 성장 및 콜라겐 생성이 유도된다. 그와 같은 치료의 결과는 피부 질감 및 착색 모두의 개선이다. 조직에 대한 다른 시차 효과 역시 실현될 수 있다. 추가적으로 예를 들자면, 약 70 ℃의 온도는 콜라겐을 변성시키는 작용을 할 수 있는데, 그에 따라 이격된 중심 영역들 내에서는, 콜라겐 구조를 재구축하기에 충분한 온도 T1으로 그 안에 있는 조직의 상대적으로 국소화된 가열을 유도하는 한편, 그와 동시에 상대적으로 더 낮은 온도 T2의 저강도 바탕 영역 내에서는, 바탕 영역 내의 치료되는 조직에 대하여 바람직하지 않은 열적 효과를 야기하지 않으면서 콜라겐 생성이 유도되는 것이 가능하다.
마찬가지로, 광선에 의해 전달되는 에너지의 양을 감소시키는 것에 의해, 조직에 대한 특정 열적 효과를 선택하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 출원인의 U.S. 특허 제7,856,985호에서, 본 출원인은 광선의 더 저온인 영역 (예컨대 온도 T2)에서 조사되는 조직이 실질적으로 부정적인 영향을 받지 않는 동안의 T1이 대략 70 ℃ 이상인 온도에서의 콜라겐 재구축에 대해 개시하고 있다. 비-균일 광선 출력을 생성시키는 사용 장치는 부수적인 조직 손상이 덜한 더욱 선택적인 적용을 가능케 한다. 그러나, 연령 반점을 감소시키고 피부 색소침착을 균등화함에 있어서, 세포 파괴를 가져오는 멜라닌세포 세포 막 손상은 대략 45-50 ℃의 더 낮은 T1 온도에서 (그와 같은 가열이 상당히 일시적이지 않은 한) 달성된다. 더 높은 온도가 적합하며 멜라닌세포의 영구적인 파괴를 야기하지만, 50 ℃ 초과에서는 조직에서 더욱 광범위한 열적 효과가 관찰되므로, 그것은 치료상의 이익에 대비하여 평가되어야 한다. 세포 손상 및 파괴를 야기하기 위한 온도 역치 미만에서는, 피부 색조에 대한 긍정적인 효과가 관찰된다. 약 50 ℃ 미만인 T1 온도에서는, 세포는 실질적으로 손상되지 않으나, 여전히 치유 반응을 생성하고, 엘라스틴, 프로콜라겐, 케라틴 및 기타 피부 재생 마커들을 발현하도록 유도된다. 따라서, 장치는 약 37 ℃의 바탕 T2에 대비하여 약 45 ℃의 T1으로 조직 온도를 상승시킬 수 있는 영역들을 생성한다.
피부 색조, 주름 및 색소침착에 대한 치료의 전체적인 효과가 치료 효능에 대한 최고의 단서를 제공하기는 하나, 그와 같은 치료는 식별될 수 있는 조직학적 증거도 남긴다. 더 높은 에너지에서는, 열적 손상이 검출하기가 용이하다. 더 중간인 에너지의 경우, 미세열 손상이 확대에 의해 관찰되는 효과를 생성시킬 수 있기는 하지만, 홍반이 미세열적 손상의 우수한 마커를 제공하므로, 치료 부위로부터의 조직의 현미경 조사를 필요로 하지 않는다. 일반적으로, 소정의 눈에 보이는 관찰가능한 홍반의 부재시, 세포 효과는 더 미묘하게 되거나, 그것을 드러내는 데에 더 오래 걸릴 수 있거나, 또는 눈에 보이는 피부의 개선이 관찰되기까지 다수의 치료가 필요할 수 있다. 더 낮은 출력 에너지, 더 짧은 펄스 지속 시간 및 더 긴 치료간 간격에서는, 더 민감한 기술을 사용하여 세포 변화를 검정하는 것이 유리하다. 어떤 기술들은 그것이 피부 재생 적용분야에서 사용될 때, 비-균일 광선에 있어서의 선량-반응 관계를 기술하는 것과 상관되는 정량 분석을 제공한다. 그와 같은 기술에는 모두 치료되는 조직에서의 특정 마커 유전자의 발현이 시간 경과에 따라 어떻게 변화하는지를 측정하는 데에 유용한 유전자 전사의 정량 측정을 가능케 하는 RT-PCR 및/또는 실시간 PCR이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 핵산-기반 기술 이외에, 정량 단백질체학이 샘플들 간의 상대적인 단백질 풍부도를 측정할 수 있다. 그와 같은 기술에는 2-D 전기영동, 및 질량 분광법 (MS) 예컨대 MALDI-MS/MS 및 ESI-MS/MS가 포함된다. 현행 MS법에는 하기가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다: 동윈원소-코딩 친화성 태그 (ICAT); 동중 표지(isobaric labeling); 직렬 질량 태그(tandem mass tag) (TMT); 상대량 및 절대량에 대한 동중 태그 (iTRAQ); 및 금속-코딩 태그 (MeCAT). MeCAT은 원소 질량 분광측정기 ICP-MS와의 조합으로 사용되어, 단백질 또는 생체분자에 MeCAT 시약에 의해 결합된 금속의 최초 절대 정량을 가능케 함으로써 아토몰 범위까지 낮은 단백질의 절대량 검출을 가능케 할 수 있다.
피부 재생을 위한 대표적인 시스템은 약 200-750 mJ/펄스의 에너지를 동반한 약 100-950 ps의 펄스 지속 시간을 가지는 펄싱 레이저 에너지를 생성시키는 상기 장치로 기술된다. 500-1100 nm 범위의 파장을 가지는 레이저 에너지는 콜라겐에 대한 뛰어난 특이성을 제공한다. 표적 조직의 광기계적 파괴는 2-4 J/cm2 범위의 에너지밀도와 함께 짧은 펄스 지속 시간 (표적 조직을 통한 음파의 전이 시간 미만)을 사용하여 이루어진다. 이와 같은 에너지밀도는 약 5 mm의 레이저 에너지 스폿 직경으로 달성되는데, 이는 표적의 면적에 따라 변경될 수 있다. 치료 시간은 원하는 효과에 따라 달라지게 된다. U.S. 특허 제7,856,985호에 기술되어 있는 바와 같이 출력 광선을 변형시키는 것은 조직을 재생시키고 조직 내에서 콜라겐 및 상피 세포 복구를 유도하는 데에 특히 유용한 접근법을 제공한다.
F. 주파수 이동
상기 나노초이하 레이저 시스템은 표적으로 하게 될 내인성 피부 색소침착 또는 외인성 문신 색소의 흡수 스펙트럼에 동조될 수 있는 주파수 이동 장치를 포함할 수 있다. 그와 같은 시스템은 희토류 도핑된 레이저 이득 결정 예를 들면 Nd:YVO4, 및 주파수 배증 결정 예를 들면 KTP를 포함한다. Nd:YVO4와 같이 편광화된 레이저 광선을 생성시키는 희토류 도핑 레이저 결정이 바람직하다. Nd:YAG 또는 Nd 도핑 유리와 같은 결정은 추가적인 편광화 소자와 함께 공진기에서 사용될 수 있다. Nd:YVO4 결정의 입력 측은 알렉산드라이트 파장의 경우 AR 코팅되며, 1064 nm의 경우 HR 코팅된다. 결정의 출력 측은 알렉산드라이트 파장의 경우 HR 코팅되며, 1064 nm에서는 대략 20 내지 70 %의 반사율을 가진다. Nd:YVO4 결정 길이는 그것이 결정을 통한 2 경로에서 알렉산드라이트 레이저 펄스의 대부분 (90 % 초과)을 흡수하도록 선택된다. 1 내지 3 %의 Nd 도핑을 위해서는, Nd:YVO4 결정이 3 mm 가량의 길이가 되도록 선택될 수 있다. 공진기에 다른 광학 소자는 존재하지 않으며, 공진기 길이는 결정 길이 3 mm와 동일하다. 이는 공진기 왕복 시간이 36 ps 가량임을 의미하는데 - 이것은 실질적으로 알렉산드라이트 펌핑 펄스의 펄스 지속 시간 (500 내지 800 ps 가량) 미만이다. 매우 짧은 왕복 시간의 Nd:YVO4 공진기에서 생성되는 1064 nm 펄스는 펌핑 알렉산드라이트 펄스보다 약간 더 길게 되며, 1000 ps보다는 더 짧게 된다. 양자 결손(quantum defect)은 30 % 펄스 에너지 손실에 달하게 되며, 코팅, 결정 및 기하학적 불완전성으로 인하여 또 다른 15 %의 에너지가 손실됨으로써, 전체적인 에너지 전환 효율은 50 내지 60 % 가량이 될 가능성이 있다. 이는 1064 nm에서 100 mJ의 펄스 에너지가 예상될 수 있음을 의미한다. 보수적으로, KTP 결정에서의 제2 고조파 전환(second harmonic conversion)은 50 % 가량일 것으로 추정되며, 50 mJ의 펄스 에너지가 532 nm에서 예상될 수 있다. 적색 문신 색소는 532 nm에서 높은 흡수율을 가진다. 1000 ps 미만의 펄스 지속 시간을 가지는 50 mJ의 532 nm 펄스는 적색 문신 입자를 파괴하는 데에 효과적일 것으로 예상된다.
Nd:YAG 결정 또는 Nd 도핑된 유리가 짧은 공진기에 사용되는 경우, 편광화된 1064 nm 펄스를 생성시키기 위해서는, 별도의 편광화 소자가 사용되어야 한다. 단면은 알렉산드라이트 파장용으로 AR 코팅되는 각도로 커팅된 일 면, 및 1064 nm용 편광화 코팅 (고도의 p 투과)을 가지는 2개의 동일한 형상의 결정으로 구성되는 짧은 Nd:YAG 공진기를 나타낸다. 2개의 Nd;YAG 결정의 편평한 면은 서로 다른 코팅을 가지는데 - 하나는 755 nm에서 AR 코팅되고 1064 nm에서 HR 코팅되며, 다른 것은 755 nm에서 HR 코팅되고 1064 nm에 대하여 50 내지 80 % 가량의 출력 커플러(coupler) 반사율을 가진다. Nd:YVO4 결정에 비해 Nd:YAG 결정의 더 높은 출력 커플러 반사율은 Nd:YAG에서의 더 낮은 이득 단면에 기인한다.
짧은 1064 nm 펄스를 생성시키는 것은 2가지 인자에 따라 달라진다. 하나는 펌핑 알렉산드라이트 펄스의 펄스 지속 시간이다. 더 짧은 펌핑 펄스는 더 짧은 1064 nm에서의 생성 펄스로 이어지게 된다. 두 번째 인자는 Nd 도핑된 결정의 길이에 의해 결정되는 1064 nm 공진기 왕복 시간이다. 더 짧은 결정이 더 짧은 왕복 시간으로 이어지기는 하지만, 결정은 90 %를 초과하는 알렉산드라이트 에너지를 흡수하기에 충분하게 길어야 한다. 예를 들어, 8 mm 길이의 Nd:YAG 공진기는 97 ps의 왕복 시간을 가지게 된다. 이와 같은 왕복 시간은 Nd:YVO4 공진기를 사용하여 달성될 수 있는 왕복 시간보다는 더 길지만, 여전히 펌핑 알렉산드라이트 레이저 펄스 지속 시간보다는 훨씬 더 짧다. 결정 길이를 짧게 하기 위한 한 가지 가능한 방식은 Nd 도핑된 결정에서의 최대 흡수를 위하여 750 내지 760 nm 범위에서 알렉산드라이트 레이저를 조정하고, 최소로 가능한 결정 길이를 사용하는 것이다. 또한, 문헌 [Kliewer and Powell, IEEE Journal of Quantum Electronics vol. 25, page 1850-1854, 1989]에 기술되어 있는 바와 같이, 750 내지 757 nm 범위에서 알렉산드라이트 레이저를 조정하는 것은 알렉산드라이트 파장이 Nd 이온에서의 여기 상태 흡수 밴드를 피하도록 설정하는 것을 가능케 한다.

Claims (25)

  1. 레이저 시스템으로서,
    나노초이하 펄스 지속 시간을 갖는 출력 광선을 생성하는 레이저 공급원; 및
    비-균일 에너지 프로파일을 갖는 치료 광선을 제공하기 위해 출력 광선을 변형시키는 광학 시스템을 포함하고,
    상기 비-균일 에너지 프로파일은 상대적으로 낮은 단위 면적 당 에너지의 실질적으로 균일한 바탕 영역 내에 분산된 상대적으로 높은 단위 면적 당 에너지를 가지는 다수의 영역으로 구성되며,
    상기 치료 광선은 상기 상대적으로 높은 단위 면적 당 에너지의 영역이 상기 상대적으로 높은 단위 면적 당 에너지의 영역에 의해 조명되는 표적 조직에 그렇게 조명되는 표적 조직의 부분을 제1 온도 T1으로 가열하기에 충분한 에너지를 전달하고, 상기 상대적으로 낮은 단위 면적 당 에너지의 실질적으로 균일한 바탕 영역은 상기 상대적으로 높은 단위 면적 당 에너지의 영역에 의해 조명되는 표적 조직에 그렇게 조명되는 표적 조직의 부분을 제2 온도 T2로 가열하기에 충분한 에너지를 전달하도록 구성되고,
    상기 광학 시스템은 상기 치료 광선을 표적 조직의 하나 이상의 영역으로 향하게 하는,
    레이저 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역은 하나 이상의 색소를 포함하는, 레이저 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 치료 광선을 상기 하나 이상의 색소에 향하기 전에 상기 하나 이상의 색소는 가시적이며, 상기 치료 광선이 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역으로 향한 후에 상기 하나 이상의 색소의 가시적 외관이 감소하는, 레이저 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역은 진피 조직에 배치되는, 레이저 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 치료 광선은 광기계적으로 파괴적인 치료 광선인, 레이저 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 표적 조직은 상기 치료 광선을 상기 표적 조직에 향하기 전에 가시적인 혈관 병변을 포함하고, 상기 치료 광선이 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역으로 향한 후에 상기 혈관 병변의 가시적 외관이 감소하는, 레이저 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역은 옥시헤모글로빈을 포함하는, 레이저 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 치료 광선은 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역을 광기계적으로 파괴하는, 레이저 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역을 광기계적으로 파괴하는 것에 반응하여 상기 표적 조직 내에서 콜라겐 복원이 유도되는, 레이저 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 표적 조직은 흉터 조직의 하나 이상의 영역을 포함하는, 레이저 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 표적 조직은 흉터 조직의 하나 이상의 영역을 포함하는, 레이저 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 치료 광선을 상기 흉터 조직의 하나 이상의 영역에 향하기 전에 상기 흉터 조직의 하나 이상의 영역은 가시적이며, 치료 광선이 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역으로 향한 후에 상기 흉터 조직의 하나 이상의 영역의 가시적 외관이 감소하는, 레이저 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 표적 조직은 주름의 하나 이상의 영역을 포함하는, 레이저 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 치료 광선이 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역으로 향한 후에 상기 주름의 하나 이상의 영역을 포함하는 표적 조직의 표면이 균등해지는, 레이저 시스템.
  15. 제8항에 있어서, 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역은 하나 이상의 함몰을 포함하는, 레이저 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 치료 광선을 상기 하나 이상의 함몰에 향하기 전에 상기 하나 이상의 함몰은 가시적이며, 상기 치료 광선에 반응하여 상기 하나 이상의 함몰의 가시적 외관이 감소하는, 레이저 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 함몰은 옴폭한(ice pick) 흉터인, 레이저 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 함몰은 여드름 흉터인, 레이저 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 함몰의 가시적 외관이 감소하는 것은 상기 하나 이상의 함몰에 관련된 색소의 가시적 외관이 감소하는 것을 포함하는, 레이저 시스템.
  20. 제8항에 있어서, 상기 표적 조직의 하나 이상의 영역은 하나 이상의 선조(striae)를 포함하는, 레이저 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 치료 광선을 상기 하나 이상의 선조(striae)에 향하기 전에 상기 하나 이상의 선조는 가시적이며, 상기 치료 광선에 반응하여 상기 하나 이상의 선조의 가시적 외관이 감소하는, 레이저 시스템.
  22. 제1항에 있어서, T2는 T1 미만인, 레이저 시스템.
  23. 제22항에 있어서, T1은 45-50℃ 범위인, 레이저 시스템.
  24. 제22항에 있어서, T1은 70℃ 이상인, 레이저 시스템.
  25. 제22항에 있어서, T2는 45℃ 미만 내지 35℃ 범위인, 레이저 시스템.
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