KR20210024603A - 피부 착색 및 문신 잉크의 제거를 위한 방법들 및 장치에서의 개선들 - Google Patents
피부 착색 및 문신 잉크의 제거를 위한 방법들 및 장치에서의 개선들 Download PDFInfo
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Abstract
피부과 레이저 치료를 위한, 예컨대 원치 않는 문신들 또는 다른 피부 착색의 제거를 위한 방법들 및 장치. 단일 펄스 레이저 빔을 이용한 다수의 컬러들의 제거는 약 50 GW/cm2를 초과한 강도들을 사용하여 달성될 수 있다. 레이저 문신 제거와 연관된 통증 및 조직 손상을 감소시키기 위한 방법들은 0.5 내지 10 J/cm2에서의 플루엔스를 갖는 2mm 미만의 스팟 크기를 사용하는 것을 포함한다. 치료될 피부의 면적에 걸쳐 레이저 빔을 스캔하는 것은 피부의 치료된 부분들로부터 멀리 열의 급속한 발산을 촉진시키도록 산출된 스캐닝 패턴들을 갖고 이러한 면적들이 정확하게 치료되도록 허용한다. 다수의 치료실들은 레이저의 다운시간을 최소화하기 위해 빔 토글링, 스플리팅 또는 펄스-피킹에 의한 단일 펄스 치료 레이저에 의해 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 원치 않는 피부 착색(skin pigmentation) 및 문신 잉크의 제거에 관한 것이며 이를 위한 방법들 및 장치에서 및 그에 관한 다양한 개선들을 포괄한다.
피부의 문신 및 다른 착색은 피부의 진피, 즉 통상적으로 약 2mm 두께인 표피 밑에 있는 진피 조직의 층으로 색소의 배치를 수반한다. 초기 주입 후, 색소는 표피 및 상부 진피를 통해 아래로 균질화한, 손상된 층 전체를 통해 분산되며, 그 양쪽 모두에서 이물질의 존재는 색소 입자들을 빨아들이기 위해 면역 체계의 포식세포를 활성화한다. 치유가 진행됨에 따라, 손상된 표피는 피부에서 더 깊게 육아 조직을 형성하는 동안 벗겨져 떨어지며(표면 색소를 제거한다), 이것은 나중에 콜라겐 성장에 의해 결합 조직으로 바뀐다. 이것은 상부 진피를 고치며, 여기에서 색소는 궁극적으로, 약 300 내지 700㎛ 사이의 피부 표면 아래의 깊이에서 진피/표피 경계 바로 밑에 있는 층에 모인, 대식세포들의 연속적인 생성들 내에 포획된 채로 있다. 그것의 존재는 안정되어 있지만, 장기적으로 보아(수십 년), 오래된 문신들의 저하된 세부사항을 감안하여, 색소는 진피로 더 깊게 이동하려는 경향이 있다. 2016년 Harris Poll에 따르면(2016, Shannon-Missal), 미국에서 18세 내지 36세 사이의 사람들 중 거의 절반이 문신을 가지며 4명 중 거의 한 명이 그것을 후회한다. 상기 나이 그룹에서 약 6000만 명의 사람들의 추정치에 기초하여, 이것은 약 750만 명의 사람들이 "문신 후회"를 한다는 것을 의미한다. 따라서, 문신들이 있는 많은 사람들이 그것들을 제거하고자 한다.
본 출원에서, 문신 제거를 위한 금 표준 양식(gold standard modality)은 Q-스위칭 레이저들을 사용한 문신 색소들의 비-침습성 제거이다. 피험체(subject)의 피부로의 방사선의 인가는 수동으로 행해진다: 조작자는 치료될 면적에 레이저 빔을 겨누며 레이저를 쏜다. 상이한 유형들의 Q-스위칭 레이저들은 문신 색소들의 특정 광 흡수 스펙트럼들에 의존하여 문신 잉크의 상이한 컬러들을 타겟팅하기 위해 사용된다. 통상적으로, 흑색 및 다른 더 어두운-컬러링 잉크들은 Q-스위칭 레이저들을 사용하여 완전히 제거될 수 있지만 황색들 및 녹색들과 같은 더 옅은 컬러들은 제거하기에 매우 어렵다. 성공은 피부 컬러, 잉크 컬러, 및 잉크가 도포된 깊이를 포함한 매우 다양한 인자들에 의존할 수 있다.
펄스 레이저 치료는 또한 주근깨들, 검버섯들, 흑점들, 갈색 반점들, 기미 및 포도주색 반점들 및 모세혈관 확장증들과 같은 표피 혈관 기형들과 같은, 원치 않는 피부 착색 및 색소 병변들을 제거하기 위해 사용된다.
원치 않는 착색의 레이저 제거는 통상적으로 약 1 내지 7 J/cm2의 플루엔스(fluence)들을 달성하기 위해 약 109 내지 1010 W/cm2의 피부 표면 입력 강도들 및 250ps보다 큰 펄스 폭들을 사용하여 실행된다. 이들 입력 플루엔스들을 산출하기 위해, 범위 200 내지 800mJ에서의 펄스 에너지들이 피부 표면상에서 2 내지 6mm 스팟 크기들 및 ~1 내지 10 Hz 펄스 반복률들과 함께 사용된다.
이러한 방법들은 컬러 선택적이며, 조직과 레이저의 주 상호작용, 주로 흡수는 단지 타겟 색소 흡수에 대한 파장의 함수라고 가정된다. 실제로, 이것은 선택적 광선열융해(1983년, Anderson & Parrish) 뒤에 있는 주 아이디어이다. 레이저 방사선 파장 및 제거될 잉크 또는 병변의 컬러 간의 매칭이 있어야 한다고 널리 여겨진다. 예를 들어, 적색 잉크는 녹색(532nm) 레이저에 의해 제거될 수 있지만, 녹색 잉크는 적외선(IR)(800nm) 파장을 요구한다는 것이 잘 알려져 있다. 미스매치가 발생할 때(즉, 적절하지 않은 레이저 파장이 사용될 때), 레이저 방사선은 타겟 컬러에 의해 흡수되지 않으며 어떤 제거도 달성되지 않는다. 이것은 특히 단일 문신이 상이한 레이저 파장들을 요구하는 여러 컬러들을 가질 때 문제가 된다. 현재 고급 레이저 제거 시스템들은 상이한 문신 컬러들을 수용하기 위해 다양한 파장 레이저들을 제공하지만, 제한된 성공 및 높은 비용을 갖는다. 요구된 치료들의 수는 범위가 8에서 20까지 이를 수 있으며, 1 내지 2년 간 지속될 수 있다.
본 발명의 목적은 그러므로 단일 파장의 레이저 광을 사용하여 다수의 상이한 컬러들을 제거할 수 있는 피부 착색 또는 문신 잉크의 제거를 위한 방법들 및 장치를 제공하는 것이다.
현재 문신 제거 치료 시스템들은 여러 개의 다른 단점들을 겪는다(Goldman, Fitzpatrick, Ross, Kilmer, & Weiss, 2013).
상기 언급된 단점들은 착색 제거를 위한 종래 기술의 시스템들의 광범위한 채택을 위한 주요 장벽들로서 고려된다.
본 발명의 또 다른 목적은 그러므로 그것들이 원치 않는 피부 착색의 제거를 위한 레이저 치료를 받을 때 피험체에 의해 경험된 통증 및 피부 손상의 양을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 원치 않는 피부 착색의 보다 급속한 제거를 허용하기 위해 연속적인 레이저 치료들 간의 회복 시간들을 단축시키는 것이다.
뿐만 아니라, 피험체의 피부로의 레이저의 수동적인 인가는 본질적으로 느리며 및/또는 부정확하다. 조준 빔은 때때로 조작자를 위한 위치 피드백을 제공하기 위해 사용되지만, 정확한 성능 및 높은 스루풋을 유지하는 것은 어렵다. 치료될 면적이 작은 특징들 및 크기들, 예컨대 복잡한 문신 또는 작은 병변들의 그룹을 가질 때, 빔 크기는 또한 레이저 치료의 정확도를 방해한다. 약 2mm의 이들 인가들에서 가장 작은 현재 빔 크기를 사용할지라도, 2mm 미만의 특징들의 면적들을 치료하는 것은 시간 소모적이고 부정확하다. 게다가, 배치의 정확도는 전적으로 조작자의 전문기술, 재주, 경험 및 인내심에 의존하며, 그 모두는 상당히 달라질 수 있다. 큰 색소 면적들을 커버하는 동안, 조작자들은 통상적으로 10Hz의 펄스 레이트를 가진 펄스 레이저를 사용하며 면적에 걸쳐 매우 빠르게 빔을 이동시킨다. 이것은 본질적으로 부정확한 프로세스이며 피부 상에서의 연속적인 펄스들의 높은 정도의 불가피한 중첩 및 조직에 대한 수반된 부가적인 손상을 수반한다. 그러므로, 레이저 방사선의 수동 배치는 일관되지 않고 부정확하며 시간 소모적이고 이러한 종래의 레이저 치료 방법들에 의해 야기되는 피부에 대한 손상을 악화시킬 수 있다는 것이 명백하다.
본 발명의 또 다른 목적은 그러므로 이전 방법들보다 정확하여, 감소된 치료 시간들 및/또는 감소된 조직 손상으로 이어지는, 문신들 및 다른 원치 않는 국소화된 피부 착색의 제거를 위한 방법들 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 그것이 미리 결정된, 안전한 동작 파라미터들 내에서 일관되게 및 신뢰 가능하게 동작하는 것을 확인하기 위해 피부과 레이저 치료 장치를 검사하기 위한 방법들 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적들은 본 발명의 다음의 설명으로부터, 특히 피부로부터 원치 않는 착색을 제거하는 기존의 방법들에 대한 그것의 기술적 이점들로부터 명백할 것이다.
명백할 바와 같이, 이 기술분야의 숙련자들에 의해 요구되는 바와 같이 함께 또는 개별적으로 사용될 수 있는, 본 발명의 다수의 상이한 양상들이 있다. 상기 논의되는 피부과 치료의 이전 레이저-기반 방법들과 연관된 다양한 상이한 기술적 문제들은 본 발명의 상이한 양상들에 의해 처리된다. 본 발명의 각각의 별개의 양상이 반드시 그것 스스로 상기 언급된 문제들 모두를 해결할 것이라고는 의도되지 않는다.
이제 놀랍게도 피부에서 색소 또는 문신 잉크와의 레이저 상호작용이 단지 파장의 함수가 아니라, 오히려 파장 및/또는 펄스 지속기간 및/또는 강도의 함수라는 것이 발견되어 왔다. 특히, 종래 기술에서 사용된 것들과 유사한 플루엔스 값들, 즉 약 1 내지 7 J/cm2를 갖고 약 1011 내지 1012 W/cm2의 레벨로 레이저 광의 강도를 증가시키는 것은 단일 레이저 파장을 사용하여 상이한 컬러들의 효율적인 제거를 얻을 수 있다는 것이 발견되어 왔다. 레이저 광의 강도는 모든 컬러들, 특히 가시 컬러들과 상당히 작용하도록 충분히 높을 필요가 있다는 것이 발견되어 왔다. 비-선형 광학적 붕괴의 뚜렷한 임계치와 대조적으로, 살아있는 피부에서의 색소에 대해, 동일한 파장을 사용하여 다수의 컬러들과 상호작용하기 위해 사용될 수 있는 광범위한 강도들이 있다는 것이 발견되어 왔다.
본 발명의 제 1 양상에서, 그러므로 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 레이저 광의 펄스화된 빔으로 치료될 피험체의 피부의 면적을 조사하는 것을 포함하며; 레이저 광이 적어도 약 50 GW/cm2의 강도 및 약 0.1 내지 100ps의 범위에서의 펄스 폭을 갖는다는 점에서 특성화된다.
적절하게는, 몇몇 실시예들에서, 펄스 레이저 광은 이 기술분야의 숙련자들에게 알려진 종류의 모드-잠김(mode-locked) 레이저에 의해 생성될 수 있다.
각각의 치료 내에서, 치료될 피험체의 피부의 면적은 일반적으로 단지 한 번 조사된다. 통상적으로, 치료될 면적은 각각의 펄스가 피험체의 피부에 입사되는 레이저 광의 스팟보다 크다. 따라서, 전체 면적을 치료하기 위해, 빔은 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 빔 자체 또는 치료될 면적을 이동시킴으로써, 면적에 걸쳐 이동될 수 있으며, 따라서 연속적인 펄스들은, 각각의 부분이 빔에 의해 생성된 레이저 광의 스팟의 크기와 대체로 동일한 크기를 갖는, 면적의 별개의 부분들에 닿는다. 면적의 각각의 부분은 단일 치료 내에서 레이저 광의 하나의 펄스를 수신한다. 단일 치료 내에서 펄스들에 의해 조사되는 피부의 면적의 별개의 부분들은 바람직하게는 서로 중첩하지 않는다.
적절하게는, 펄스 레이저 광은 약 0.5 내지 10 J/cm2의 표피 깊이에서의 플루엔스를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 표피 깊이에서의 플루엔스는 약 1 내지 8 J/cm2 또는 1 내지 7 J/cm2일 수 있다. 여기에서 '표피 깊이'에 의해 색소가 통상적으로 진피, 즉 피부의 표면(표피) 아래 약 200 내지 1000㎛에 위치되는 깊이가 의미된다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 피부과 치료는 전적으로 미용일 수 있으며 예를 들어, 피부 착색 또는 문신 잉크를 제거하거나 또는 비-의료 목적들을 위해 다른 피부 상태들을 치료하는데 있을 수 있다. 본 발명에 따라 치료될 수 있는 피부 상태들은 표피 혈관 기형들(포도주색 반점들), 얼굴 모세혈관 확장증, 혈관종, 화농성 육아종, 카포시 육종 및 시바트 다형피부증을 포함한 혈관 병변들을 포함한다.
- 몇몇 선천 멜라닌 세포모반, 청색 모반, 오타/이토 모반 및 베커 모반을 포함한 모반들 및 주근깨들을 포함한 색소 병변들.
- 안면 주름들, 여드름 흉터들, 켈로이드들 및 비대성 흉터들, 및 햇빛-손상 피부.
그러나, 몇몇 실시예들에서, 본 발명의 방법들은 의료 목적들을 위해 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 방법들은 예를 들어, 여드름, 염증성 피부질환들, 양성 및 악성 피부 종양들과 같은 피부 상태들의 의학적 치료를 위해 사용될 수 있다.
피부 착색, 문신 잉크 또는 다른 피부 상태들의 "제거"에 의해 전체적으로 또는 부분적으로의 제거가 의미된다. 통상적으로, 병변 또는 문신은 단일 치료에 의해 제거되지 않을 것이며, 그 착색의 강도가 감소될 것이다. 완전한 제거는, 여기에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 컬러가 각각의 치료 후 점진적으로 옅어지는 일정 시간에 걸쳐 복수의 연속 치료들을 요구할 수 있다. 피부로부터의 컬러의 완전한 클리어런스(clearance)(육안으로)는 한정된 수의 세션들 후 달성될 수 있다. 세션들의 수는 하나의 타겟 컬러로부터 다음으로 달라질 수 있으며, 그러나, 어쨌든, 하나의 컬러로부터 다음으로의 세션들의 수는 약 2의 배수 이상만큼 달라지지 않을 것이다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 방법들의 이점은 병변 또는 잉크의 완전한 제거를 위한 총 시간을 단축시키기 위해 주어진 개인에 대해 보다 빈번하게 치료들을 실행하기 위한 능력이다.
본 발명에 따른 고 강도 펄스 레이저 광의 사용은 일련의 색소 또는 잉크의 컬러들, 특히 가시 컬러들이 광의 단일 파장을 사용하여 제거되도록 허용할 수 있다. 이것은 레이저의 파장이 제거될 병변 또는 문신의 컬러에 가깝게 매칭되는 이전 방법들과 뚜렷하게 대조를 이룬다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 레이저 광의 강도는 착색 또는 병변의 적어도 3개의 상이한 컬러들의 제거를 획득하기 위해 주어진 파장 및 플루엔스에 대해 선택될 수 있다. 컬러들은, 예를 들어, 흑색, 녹색, 황색, 적색 및 주황색으로부터 선택될 수 있다. 유리하게는, 레이저의 강도는 예를 들어, 보라색 및 분홍색을 포함한 다수의 컬러들의 제거를 획득하기 위해 선택될 수 있다. 주어진 파장에 대해, 복수의 선택된 컬러들을 제거하기 위해 요구된 레이저 광의 강도는 일정한 플루엔스로 레이저 광의 강도를 증가시키면서 상이한 잉크 컬러들/피부 색소들의 반응 임계치를 측정함으로써 경험적으로 선택될 수 있다. "최악의 경우" 컬러, 즉 제거하기 가장 어려운 컬러를 제거하기 위해 요구된 가장 높은 강도를 찾음으로써, 선택된 컬러들 모두를 커버하는 적절한 작업 강도가 식별될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 레이저 광의 작업 강도는 흡수의 유사한 비-선형 프로세스들 때문에 모든 타겟 컬러들이 흡수되고/흡수적이도록 충분한 강도를 도입하기 위해 선택될 수 있다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 레이저 광은 약 0.1 내지 1 TW/cm2의 강도를 가질 수 있다.
본 발명의 특정한 양상에 따르면, 그러므로, 피부과 치료의 방법이 제공되며, 상기 방법은 레이저 광의 펄스화된 빔으로 치료될 피험체의 피부의 면적을 조사하는 것을 포함하며; 상기 레이저 광은 적어도 약 50 GW/cm2의 강도를 갖는다는 점에서 특성화된다.
적절하게는, 레이저 광은 적어도 약 0.5ps, 바람직하게는 적어도 1.0ps의 펄스 폭을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 레이저 광은 약 35ps 미만, 바람직하게는 약 25ps 미만의 펄스 폭을 가질 수 있다. 따라서, 레이저 광은 범위 약 1 내지 15ps, 바람직하게는 약 1 내지 10ps에서의 펄스 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 상이한 양상에 따르면, 그러므로, 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 레이저 광의 펄스화된 빔으로 치료될 피험체의 피부의 면적을 조사하는 것을 포함하며; 상기 레이저 광은 약 0.1 내지 100ps의 범위에서의 펄스 폭을 갖는다는 점에서 특성화된다.
유리하게는, 레이저 광은 피부 상에서 직경 약 2mm 미만의 스팟 크기를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 레이저 광은 약 0.1 내지 1.5mm; 통상적으로 약 0.5 내지 1.0mm의 스팟 크기를 가질 수 있다. 이러한 스팟 크기는 이전 방법들에서 사용된 2 내지 6mm의 스팟 크기들보다 작다. 동일한 플루엔스에 대해, 더 작은 스팟 크기는 더 큰 스팟 크기와 비교하여 반드시 적은 에너지가 피부에 입력되는 것을 야기할 것이다. 그러나, 주어진 플루엔스에 대해, 다소 단순화된 분석 상에서, 레이저 광의 펄스는 스팟 크기에 관계없이 레이저 광에 의해 조사된 피부의 볼륨 내에서 대체로 동일한 온도의 증가를 생성할 것이다. (복잡한 조직 구조 및 광의 상호작용 때문에, 더 높은 상승 온도들의 작은 볼륨들이 있을 수 있다). 예를 들어, 약 2.5 J/cm2의 플루엔스를 가진 레이저 펄스는 5mm 또는 0.5mm의 스팟 크기가 사용되는지에 관계없이 약 15℃의 온도 상승을 야기할 것이다. 비교적 낮은 에너지의 작은 스팟 크기를 사용하는 이점은 비교적 높은 에너지의 더 큰 스팟과 비교하여 피부의 온도가 조사 후 더 빠르게 떨어질 것이라는 점이다.
피부가 상승 온도를 겪을 때, 피부가 조직 손상(예컨대, 응고) 없이 견딜 수 있는 상승 온도 및 피부가 상승 온도를 겪는 시간의 길이 사이에 반대 관계가 있다. 연구들은 44℃의 표면 온도들이 노출 시간이 약 6시간을 초과하지 않는다면 화상을 생성하지 않는다는 것을 보여주었다. 범위 44℃ 내지 51℃에서의 온도들에서, 표피 괴사의 레이트는 각각의 섭씨 온도 절반에 따라 대략 두 배이다. 70℃ 이상에서, 경피 괴사를 야기하기 위해 요구되는 노출 시간은 1s 미만이다(피어스 카운티 긴급 의료 서비스들). 이들 숫자들은 피부에 인가된 외부 열원을 나타낸다. 내장된 색소 흡수 때문에 안쪽으로부터 조직을 가열하는 레이저 방사선의 경우에, 이들 숫자들은 낙관적일 가능성이 있으며 손상은 더 빨리 발생할 수 있다.
적절하게 그러므로, 피험체의 피부에 입사된 레이저 광의 각각의 펄스의 플루엔스 및 스팟 크기는 플루엔스가 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위 내에 있으며 스팟 크기는 피부들이 피부 손상이 상승 온도에서 발생하는 임계 지속기간보다 긴 동안 44℃보다 큰 상승 온도를 겪지 않은 조사 후 충분히 빠르게 냉각시키도록 하기 위해 제어되어야 한다.
따라서, 본 발명의 제 2 양상에 따르면, 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 레이저 광의 펄스화된 빔을 이동시키는 것을 포함하며; 여기에서 각각의 펄스는 스팟의 형태로 치료될 면적 내에서 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하고 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위에 있으며; 각각의 스팟의 크기는 피부 손상이 상승 온도에서 발생하는 임계 지속기간보다 긴 동안 44℃보다 큰 상승 온도를 겪지 않게 충분히 빠르게 냉각시키도록 한다는 점에서 특성화된다.
적절하게, 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 상기 언급된 바와 같이, 약 1 내지 8 J/cm2; 또는 1 내지 7 J/cm2의 범위에 있을 수 있다.
적절하게, 스팟의 크기는 피부의 열 이완 시간(피부의 온도가 초기 온도 상승의 1/2만큼 떨어지는데 걸리는 시간으로서 정의될 수 있음)이 피부에 대한 손상이 야기되기 전에 피부가 초기 온도 상승을 견딜 수 있는 시간의 길이보다 짧도록 할 수 있다. 이러한 맥락에서 '초기' 온도 상승에 의해 레이저 광의 펄스의 수신에 이어 피부에 의해 도달된 최대 온도가 의미된다. 통상적으로, 열 이완 시간은 약 0.1s 내지 약 8s의 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 피험체의 피부 상에서 레이저 광에 의해 생성된 스팟의 크기는 피부의 온도가 약 51℃ 위로 상승하지 않으며 이완 시간 또는 단지 약 6s만을 제공하도록 해야 한다.
상기 언급된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 스팟은 약 2mm 미만의 직경을 가질 수 있다. 일반적으로, 스팟은 원형일 수 있지만, 다른 실시예들에서, 스팟은 약 2mm 미만의 최대 직경을 가진 상이한 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 양상에 따르면, 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 레이저 광의 펄스화된 빔을 이동시키는 것을 포함하고; 여기에서 각각의 펄스는 스팟의 형태로 치료될 면적 내에서 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하고 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위에 있으며; 각각의 스팟이 약 2mm 미만의 최대 직경을 갖는다는 점에서 특성화된다.
상기 설명된 바와 같이, 각각의 스팟은 적절하게는 1.5mm 또는 1mm의 최대 직경을 가질 수 있다.
표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 상기 언급된 바와 같이, 약 1 내지 8 J/cm2; 또는 1 내지 7 J/cm2의 범위에 있을 수 있다.
적절하게는, 레이저 광은 약 1 내지 50mL의 범위에서의 에너지 펄스를 피부에 입력할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 펄스는 약 1 내지 30mJ의 범위에서의 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 펄스 에너지는 약 2.5mJ, 5mJ, 10mJ, 15mJ 또는 20mJ일 수 있다.
원칙적으로, 점점 더 작은 펄스 에너지들은 매우 빠른 열 확산 시간들을 산출할 것이라고 여겨질 수 있다. 사실상, 펄스 에너지에 대해 매우 강한 하부 캡이 있다. 효과적인 치료를 위한 펄스 에너지 및 요구된 플루엔스를 고려해볼 때, 펄스 유효 면적(스팟 크기)은 다음과 같이 산출될 수 있다:
면적 = 펄스 에너지/요구된 플루엔스
생물학적 조직에서, 확연한 산란이 상이한 세포들, 세포 기관 및 또한 혈관들 및 조직 유형들과 같은 매크로 특징들 등에 의한 굴절률에서의 불규칙성들에 의해 야기된다는 것이 잘 알려져 있다. 이러한 효과는 그것이 레이저 빔 상에서의 확산 효과로 근사될 수 있으므로 열 확산과 유사하다. 작은 둥근, 균일한 스팟으로서 피부의 표면에 부딪치는, 레이저 방사선은 예를 들어, 옆으로/방사상으로 확산하기 시작하며 그것이 피부 더 깊이 전파됨에 따라 가우스-형 형태가 될 수 있다. 관통 깊이가 더 클수록, 확산의 폭은 커지며 평균 플루엔스는 낮아진다. 주어진 깊이 및 대단히 작은(즉, 좁은) 빔에 대해, 이러한 효과는 통상적인 길이 스케일의 가우스 "얼룩"을 생성한다. 한정된 입력 빔 크기가 이러한 길이 스케일에 가까워짐에 따라, 조직의 최상부에서 입력 플루엔스는 아래쪽으로 전파되는 동안 상당히 감소하기 시작한다. 이것은 최소 유용한 스팟 크기 및 그에 의해 단일 펄스의 가장 빠른 달성 가능한 열 이완 시간을 제한한다. 적절하게는, 그러므로, 스팟은 적어도 약 0.1mm; 통상적으로 적어도 약 0.25mm의 직경 또는 다른 최소 치수를 가질 수 있다.
피부의 온도가 레이저 광의 펄스를 이용한 조사 후 더 빠르게 떨어지도록 허용하기 위해 본 발명에 따른 작은 스팟 크기를 사용함으로써, 피험체에 의해 경험되는 통증의 레벨 및 피부 손상의 정도는 상당히 감소될 수 있다. 이것은 착색 제거의 프로세스를 피험체에 대해 더 용인 가능하게 만들 뿐만 아니라, 그것은 또한 더 빈번한 치료들을 허용할 수 있으며, 그에 의해 문신 또는 다른 원치 않는 착색의 완전한 제거에 걸리는 시간을 가속화시킨다. 예를 들어, 착색 제거의 종래의 레이저 방법들은 약 6 내지 8주의 연속 치료들 사이에 휴식 기간들을 요구하지만, 본 발명의 방법들은 치료가 1 내지 2주마다; 때때로 더 적게 안전하게 반복되도록 허용할 수 있다. 이것은 착색 제거 프로세스의 상당한 가속화를 나타낸다.
본 발명의 제 4 양상에 따르면, 그러므로, 착색 제거의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 각각의 펄스가 치료될 면적 내에서 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 레이저 광의 펄스화된 빔이 치료될 피험체의 피부의 면적 위에서 이동되는 복수의 연속적인 피부과 치료들을 포함하며; 여기에서 각각의 펄스는 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위에서의 플루엔스를 가지며 피부 손상이 상승 온도에서 발생하는 임계 지속기간보다 긴 동안 44℃보다 높은 상승 온도를 피부가 겪지 않도록 충분히 작은 스팟의 형태로 피험체의 피부에 충돌하고; 상기 피부과 치료들은 1 내지 3주마다 반복된다.
각각의 치료 내에서, 피험체의 피부의 면적은 면적의 각각의 별개의 부분이 레이저 광의 단지 하나의 펄스만을 수신하도록 조사될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 여러 치료들은 1 내지 3주의 휴식 기간에 앞서, 동일할 날에 실행될 수 있다. 적절하게는, 최대 4번의 치료들; 보다 통상적으로는 1 내지 3번의 치료들이 동일한 날에 실행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 2번의 치료들이 동일한 날에 수행될 수 있다.
적절하게는, 휴식 기간은 1 내지 2주일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 특정한 피험체에 대한 휴식 기간은 피부확대경에 의해 결정될 수 있다. 특히, 피험체의 피부에 대한 변화들은 피험체가 추가 치료를 받아들일 준비가 될 때를 결정하기 위해 치료 후 관찰될 수 있다. 모니터링될 수 있는 피부에 대한 변화들은, 예를 들어, 난절법, 피부 손상 및/또는 피부 혈관 활동을 포함한다. 이러한 기술들은 숙련된 피부과 전문의들에게 잘 알려져 있다.
몇몇 실시예들에서, 광의 강도는 가시 스펙트럼 내에서의 다수의 컬러들과 상호 작용하기 위해 본 발명에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 레이저 광은 상기 설명된 바와 같이 범위 1011 내지 1012 W/cm2에서의 강도를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 본 양상에 따르면, 레이저 광의 더 낮은 강도는 단일 컬러와 상호작용하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 그러나, 레이저 광의 강도는 범위 109 내지 1010 W/cm2에 있을 수 있다.
표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 1 내지 8 J/cm2; 또는 1 내지 7 J/cm2의 범위에 있을 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 둘 이상의 상이한 파장들의 레이저 광은 색소 또는 잉크의 특정한 컬러들에 대한 증가된 효능을 위해 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 더 높은 강도 레이저 광의 제 1 펄스화된 빔은 더 낮은 강도 레이저 광의 제 2 펄스화된 빔과 조합하여 사용될 수 있다. 제 1 빔은 1011 내지 1012 W/cm2의 강도를 가질 수 있지만 제 2 빔은 109 내지 1010 W/cm2의 강도를 가질 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 빔들은 동일한 또는 유사한 플루엔스들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 펄스화된 빔들의 각각은 독립적으로, 상기 설명된 바와 같이, 범위 0.5 내지 10 J/cm2에서의 플루엔스를 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 피험체들에 대해, 다른 컬러들로부터 개별적으로 적색 색소를 타겟팅하는 것이 유리할 수 있다는 것이 발견되었다. 따라서, 일 실시예에서, 고 강도 적외선(IR) 레이저는 저 강도 녹색 레이저와 조합하여 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 두 개의 IR 레이저들이 사용될 수 있다, 즉 하나는 비교적 높은 강도이며 하나는 비교적 낮은 강도이다. 적절하게는, 고 강도 IR 레이저는 800nm 또는 1030nm의 파장을 가질 수 있다. 비교적 저 강도 IR 레이저는 1064nm의 파장을 가질 수 있다. 녹색 레이저는 532nm의 파장을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 레이저 광의 연속 펄스들은 상기 설명된 바와 같이 면적의 별개의 부분들에 인가될 수 있다. 빔은 각각의 펄스가 피험체의 피부의 상이한 부분에 닿도록 치료될 면적 위에서 점진적으로 이동될 수 있다. 스팟들이 치료될 면적을 완전히 채웠으며 펄스 반복률이 너무 높아서 전체 면적이 단일 펄스에 대한 열 이완 시간보다 훨씬 더 짧은 시간 내에서 커버되었다면, 그것은 사실상 단일의 큰 스팟을 생성할 것이며 열 확산이 큰, 고 에너지 스팟에 대한 것과 유사할 것이다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 본 발명은 레이저 스팟들 사이에서의 의도적인, 설계된 또는 제어된 간격을 통합하는 것을 이해한다.
본 발명에 따르면, 그러므로, 레이저 광의 연속 펄스들로 치료되는 피부의 면적의 별개의 부분들은 유리하게는 작은 거리만큼 서로 분리될 수 있다. 적절하게는, 레이저 스팟들 사이에 제어된 간격이 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 예를 들어, 별개의 부분들은 적어도 약 0.1mm만큼 분리될 수 있다.
본 발명의 제 5 양상에서 그러므로, 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 레이저 광의 펄스화된 빔을 이동시키는 것을 포함하고; 상기 빔은 피험체의 피부에 레이저 광의 스팟을 형성하고 연속 펄스들이 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위에서 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖고 면적의 상이한 각각의 부분들에 닿으며, 상기 부분들은 적어도 약 0.1mm만큼 서로 분리된다.
별개의 부분들은 따라서 작은 스팟들의 어레이에 대응할 수 있다. 서로 약간 떨어져 있는 이러한 작은 스팟들의 어레이를 사용하는 이점은 이웃하는 스팟들 사이에 피부의 작은 치료되지 않은 패치들이 있을 것이라는 점이다. 열 이완을 가속화하고 손상을 감소시킬 뿐만 아니라, 이들 작은 패치들은 치료되고 국부 손상을 겪은 피부의 회복 프로세스들의 속도를 상당히 높이는데 중요할 수 있다. 이웃하는 스팟들 간의 패치들은 단일 치료 내에서 치료되지 않지만, 일련의 치료들에 걸쳐, 치료될 면적 내에서의 스팟들은 각각의 치료 동안 정확하게 동일한 장소에 있지 않을 것이며 하나의 치료에서 치료되지 않은 패치들은 또 다른 치료에서 치료될 것이다. 빠른 치유는 이를 전체 치료 시간에 대하여 유리한 트레이드 오프가 되게 한다.
본 발명에 따른 또 다른 옵션은 인입하는 레이저의 균일한 원형 방사선 프로필에서 벗어나며 예를 들어, 가우스 프로필과 같은, 구배를 도입하는 것이다. 이것은 방사선이 상당히 더 낮은, 빔의 에지들에서, 인접한 스팟들이 치료의 전체 면적을 커버할지라도, 감소된 손상이 발생하거나 또는 손상이 발생하지 않음을 보장할 수 있다. 적절하게는, 레이저 광의 빔은 각각의 스팟 내에서의 빔의 강도가 외부 주변 영역에서 사라지도록 외부 주변 영역에서 감쇠될 수 있다. 원형 스팟에 대해, 외부 주변 영역은 환형일 수 있다. 외부 주변 영역 내에서의 강도는 외부 주변 영역과 빔의 나머지 사이에서 강도의 단계 변화가 있도록 균일할 수 있다. 대안적으로, 외부 주변 영역 내에서의 강도는 강도가 빔의 바깥쪽을 향해 점진적으로 낮아지도록 등급이 매겨질 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 6 양상에서, 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 각각의 펄스가 피험체의 피부에서 레이저 광의 스팟을 생성하며 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위에서의 플루엔스를 갖는 레이저 광의 펄스화된 빔을 이용해서 치료될 피험체의 피부의 면적을 조사하는 것을 포함하며; 상기 레이저 광의 빔은 연속 펄스들이 면적의 상이한 부분들에 닿도록 치료될 면적에 걸쳐 이동되며, 빔은 그 강도가 빔의 나머지보다 주변 외부 영역에서 더 낮도록 감쇠된다.
몇몇 실시예들에서, 그러므로, 레이저 광의 스팟들은 서로 중첩할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 레이저 스팟들은 치료될 전체 면적을 커버할 수 있다.
열이 레이저 광의 펄스를 이용해서 조사되는 치료될 면적의 각각의 부분으로부터 가능한 빠르게 발산되도록 허용하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 옵션은 열이 치료된 부분으로부터 발산하도록 허용하기 위해 바로 다음의 펄스들이 그것들 사이에 충분한 시간적 지연을 갖는 것을 보장하는 것이다. 몇몇 실시예들에서, 이것은 적당하게 낮은 펄스 반복률을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이점에 있어서, 약 1 내지 10Hz의 범위에서의 펄스 반복률이 이용될 수 있다.
이들 옵션들 모두에서, 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 1 내지 8 J/cm2; 또는 1 내지 7 J/cm2의 범위에 있을 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 레이저 광의 펄스들은 이웃하는 로우들이 연속하여 조사되지 않음을 보장하는 시퀀스에 따라 조사되는 스팟들의 다수의 인접한 로우들을 포함한 패턴으로 피부로 지향될 수 있다. 예를 들어, 일련의 연속하는 펄스들은 하나의 라인(즉, 스팟들의 로우로서)에서의 피부로 지향될 수 있으며, 직후, 추가의 일련의 펄스들이 다른 라인의 스팟들 중 어떤 것도 하나의 라인의 스팟들 중 임의의 것에 인접하지 않도록 하나의 라인으로부터 이격되는 또 다른 라인에서의 피부로 지향될 수 있다. 이것은 하나의 라인의 스팟들로부터의 열이 적어도 하나의 라인의 횡 방향으로 발산하기 위한 시간을 갖는다는 것을 보장한다. 몇몇 실시예들에서, 치료될 면적은 점진적 선형 또는 곡선형 패스들의 시퀀스에서 치료될 면적에 대해 레이저 빔을 이동시킴으로써 조사될 수 있으며, 각각의 패스는 그에 따라 치료될 피부의 면적의 인접한 부분들의 라인을 치료하기 위해 피부에 충돌하는 레이저 빔의 다수의 펄스들의 지속 기간을 갖는다. 부분들의 라인들은 치료될 면적을 커버하기 위해 서로 인접한다. 본 발명에 따르면, 레이저의 연속하는 패스들의 시퀀스는 인접한 라인들이 연속하여 치료되지 않도록 할 수 있다. 대신에, 각각의 연속적 패스는 스팟들의 직전 라인에 인접하지 않은 스팟들의 라인을 생성할 수 있으며; 이전 라인에 인접한 스팟들의 라인은 그 사이에 하나 이상의 인접하지 않은 라인들을 만든 후에만 만들어질 수 있다.
적절하게는 그러므로 빔은 치료될 면적에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 레이저 스캐너들은 160mm 초점 길이에 대해 100×100mm2의 큰 스캐닝 필드들을 갖고 쉽게 이용 가능하다. 스캐너 초점 길이 및 크기의 선택은 요구된 스캐닝 필드 면적 대 크기(중량)의 트레이드오프이다. 스캐닝 메커니즘은 상기 설명된 종류의 더 작은 스팟 크기들 및 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 더 높은 펄스 반복률들을 갖고 사용하기에 유리할 수 있다. 이것은 레이저 스팟들의 균일한 인가 및 빠른 커버리지를 허용할 수 있다. 뿐만 아니라, 배치의 정확도가 피험체의 피부 상에서 레이저 빔의 자동화된 스캐닝에 의해 달성될 수 있다. 작은 레이저 스팟을 사용함으로써, 피험체의 피부 상에서의 작은 특징들이 정확하게 치료될 수 있다. 이 기술분야에서의 숙련자들에게 알려진 임의의 적절한 레이저 스캐닝 시스템은 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 적절한 빔 스캐닝 디바이스들의 실시예들이 이하에서 더 상세하게 설명된다.
몇몇 실시예들에서, 방사선은 관절식 암을 통해 피험체의 피부로 전달될 수 있다. 관절식 암의 자유 단부는 레이저의 펄스 레이트 및 요구된 필드의 크기와 동기화하여 레이저 빔을 정밀하게 스캔하기 위해 충분한 자유도들을 가진 로봇, x-y 또는 x-y-z 스테이지 또는 임의의 다른 적절한 수단들에 의해 유지될 수 있다. 치료될 면적이 위치되는 피험체의 신체 부분은 임의의 적절한 장치에 의해 정지된 채로 유지될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 레이저 빔 자체는 광학 빔 조향의 수단에 의해 치료될 면적에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 예를 들어, 갈바노메트릭 미러들 또는 음향-광학 변조기들을 사용하는 것과 같은, 이 기술분야에서의 숙련자들에게 알려진 빔 조향의 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 이러한 양상의 이점은 레이저 광의 빔이 피험체의 피부의 구성 가능한 면적에 걸쳐 스캔될 수 있다는 것이다. 스캔된 빔은 스캐닝 필드를 정의할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스캐닝 필드는 고정된 형태, 예컨대, 직사각형 또는 원형을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스캐닝 필드의 형태는 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 필드의 형태는 다수의 사전-설정된 형태들, 예컨대, 원형, 정사각형 및 직사각형으로부터 선택 가능할 수 있다. 예를 들어, 상이한 종횡비들을 가진 다수의 상이한 직사각형 필드 형태들이 제공될 수 있다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 스캐닝 필드의 형태는 치료될 면적의 형태에 따라 자동으로 구성 가능할 수 있다. 스캐닝 필드는 약 10mm 또는 약 12mm까지의 최장 치수를 가질 수 있다. 적절하게는, 스캐닝 필드는 약 5mm까지의 최장 치수를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필드 크기는 조정 가능할 수 있다. 필드 크기는 계속해서 조정 가능할 수 있거나, 또는 다수의 사전-설정된 필드 크기들, 예컨대 1, 2, 3, 4 및 5mm로부터 선택될 수 있다.
적절하게는, 레이저 빔은 워크 헤드를 통해 전달될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스캐닝 필드는 치료될 전체 면적을 커버할 수 있다. 그러나, 스캐닝 필드의 크기보다 큰 면적들을 치료하기 위해, 워크 헤드가 치료될 면적에 대해 이동 가능할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 워크 헤드는 상기 설명된 종류의 관절식 암의 단부 상에서 운반될 수 있다. 스캐너 헤드는 수동으로 이동 가능할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 스캐너 헤드는 자동으로 이동될 수 있다. 대안적으로, 스캐너 헤드는 움직이지 않을 수 있으며 치료될 면적은 스캐너 헤드에 대해 제어 방식으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 피험체는 스테이지의 수단에 의해 워크 헤드에 대해 이동될 수 있다. 적절하게는, 스테이지는, 예를 들어, 관절식 암에 대한 것들과 유사한 수단을 사용하여 자동화될 수 있다. 이 경우에, 피험체, 또는 치료될 면적이 위치되는 피험체의 신체의 적어도 일 부분은 워크 헤드에 대하여 제어된 움직임을 위해 배열되는, 예를 들어 이동 가능한 스테이지와 같은 지지 부재 상에 고정되어 지지될 수 있다.
유리하게는, 워크 헤드는 사용 중인 레이저 빔의 방향에 대체로 평행한 방향으로 워크 헤드로부터 길을 연장하는 고정된 또는 조정 가능한 길이의 스페이서를 포함할 수 있다. 스페이서는 적절하게는 그것을 막지 않고 치료 레이저 빔에 병치되어 연장되는 가늘고 긴 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가늘고 긴 부재는 레이저 빔을 둘러싸는 핑거-형 부재 또는 관형 또는 준-관형 부재를 포함할 수 있다. 가늘고 긴 부재는 피험체의 피부를 접촉하기 위해 워드 헤드로부터 멀리 떨어진 평활한 원위 단부를 가질 수 있다. 스페이서는 따라서 치료될 피부의 면적으로부터 일정한 거리에 워크 헤드를 유지하도록 작용한다. 적절하게는, 스페이서는 워크 헤드로부터 떼어낼 수 있다. 스페이서 부재는 깨끗한, 살균 스페이서가 치료될 각각의 피험체를 위해 사용될 수 있도록 일회용이거나 또는 세척 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 다수의 작은 스팟들을 스캐닝하는 추가 이점은 스캔된 면적의 전체 형태가 치료를 최적화하기 위해 제어될 수 있다는 것이다. 이전 방법들에서, 단일의, 큰 스팟은 통상적으로 둥글거나 또는 직사각형이며, 그것의 전체 크기가 제어될 수 있지만, 그것의 형태는 그렇지 않다. 반대로, 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 스캐닝 면적 또는 스캐닝 필드는 임의의 원하는 형태로 프로그램될 수 있다. 스캐닝 필드는 치료될 면적의 형태에 따라 적응될 수 있는 선택 가능한 "브러시" 크기 및/또는 형태를 가질 수 있다. 이것은, 예를 들어, 길고 얇은 문신 라인들, 예컨대 통상적으로 많은 수평 및 수직 라인들을 가진 텍스트 문자들을 제거하기 위해 가늘고 긴 형태들을 스캔하는데 유리할 수 있다. 스캐닝 필드 내에서, 피험체의 피부의 면적의 대응 부분은 빠르게 한 번 조사된다. 필요하다면, 스캐닝 헤드는 그 후 전체 면적이 커버될 때까지 상기 설명된 바와 같이 치료될 면적의 또 다른 부분 등으로 이동될 수 있다. 단지 작은 둥글거나 또는 정사각형 스팟을 사용하는 것과 비교하여 스루풋 이점이 상당할 수 있다.
본 발명은 따라서 치료를 위한 타겟 면적의 형태를 고려함으로써 치료 효능의 최적화 및 치료 지속기간의 최소화를 위해 임의의 (브러시) 형태의 스캐닝 패턴의 사용을 이해한다. 조정 가능한 크기 및 형태의 스캐닝 필드의 추가 이점은 이차 조직 손상을 감소시키고 따라서 치유 시간을 감소시키기 위해 문신이 없거나 또는 착색되지 않은 피부의 레이징(lasing)을 최소화할 수 있다는 것이다.
적절하게는, 가시 조준 빔은 스캐닝 필드의 윤곽을 보여주고, 그에 의해 조작자가 상기 설명된 방식으로 치료될 면적에 걸쳐 레이저 빔을 유도하도록 돕기 위해, 치료 빔에 의해, 예를 들어 스캐닝에 의해 정의된 스캐닝 빔의 주변 주위로 계속해서 향해질 수 있다. 조준 빔은 피험체의 피부에 어떤 영향도 주지 않아야 하며 단지 치료 빔의 위치의 피부 상에서의 가시적 표시를 제공하도록 작용한다는 것이 이해될 것이다. 일단 조작자가 스캐닝 필드가 피험체의 피부에 대하여 정확하게 위치된다는 것이 만족된다면, 그들은 필드에 걸쳐 스캔하도록 펄스 레이저 빔을 선택적으로 동작시킬 수 있다.
이 기술분야의 숙련자들은 치료될 면적에 걸쳐 레이저 빔을 스캔하기 위한 상기 언급된 기술들의 임의의 조합이 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
몇몇 실시예들에서, 스마트 스캐닝 기술이 피험체의 피부의 이웃하는 부분들의 조사 간에 최대 지연을 보장하고, 그에 의해 열 부하를 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 빔은 바로 스캔된 부분에 인접한 스캔될 면적의 일 부분을 건너뛰고 스캔된 부분으로부터 더 먼 부분들을 스캔한 후 그것을 복귀시킴으로써 열 부하를 감소시키는 구성 가능한 스캐닝 패턴으로 치료될 면적 또는 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔될 수 있다. 적절하게는, 빔은 일련의 선형 또는 곡선형 라인들로서 치료될 면적에 걸쳐 스캔될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 7 양상에서, 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 각각의 펄스가 피험체의 피부에 레이저 광의 스팟을 생성하며 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위에 있는 플루엔스를 갖는 레이저 광의 펄스화된 빔을 이용해서 치료될 피험체의 피부의 면적을 조사하는 것을 포함하며; 상기 레이저 광의 빔은 연속 펄스들이 치료될 면적의 상이한 부분들에 닿도록 일련의 선형 또는 곡선형 라인들에서 치료될 면적에 걸쳐 스캔된다.
몇몇 실시예들에서, 빔은 상기 설명된 종류의 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔될 수 있다. 치료될 면적, 또는 스캐닝 필드를 커버하기 위해, 라인들은 서로 병렬로 스캔될 수 있다. 각각의 라인은 상기 설명된 바와 같이 중첩하거나 또는 중첩하지 않을 수 있는, 피험체의 피부의 인접한 부분들로의 레이저 광의 복수의 연속 펄스들을 포함할 수 있다. 적절하게는, 인접한 라인들은 연속적으로 스캔될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 빔은 치료될 면적에 걸쳐 래스터 스캔될(raster scanned) 수 있다. 대안적으로, 라인들은 인터레이싱될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 각각의 스캔된 라인 내에서의 부분들은 순서를 벗어나 조사될 수 있다. 따라서, 각각의 라인은 선택된, 인접하지 않은 부분들이 조사되는 패스들의 시퀀스에서 스캔될 수 있다. 예를 들어, 각각의 라인 내에서, 라인의 제 1 부분에서 시작하여 라인의 끝까지 매 n번째 부분이, 및 그 후 제 1 운용에서 조사되지 않은 제 2 부분에서 시작하여 모든 부분들이 완전한 시퀀스 동안 조사될 때까지 매 n번째 부분이 조사될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 빔은 복수의 인접한 로우들을 포함하는 패턴으로 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔될 수 있으며, 각각의 로우는 레이저의 각각의 펄스들에 의해 조사될 피험체의 피부의 인접한 부분들의 라인을 포함한다. 로우들 모두는 복수(n)의 횟수들로 스캔될 수 있으며 로우들 모두는 임의의 로우가 반복되기 전에 스캔될 수 있다. 주어진 로우의 각각의 스캔 내에서, 단지 매 n번째 부분이 조사될 수 있으며 인접한 로우들에서 매 n번째 부분들은 각각의 로우에서 매 n번째 부분들이 인접한 로우들에서 인접하지 않은 n번째 부분들일 수 있도록 오프셋될 수 있다. 로우들이 스캔될 때마다, 이전에 조사되지 않은 상이한 n번째 부분들이 조사된다. 로우들의 n개의 스캔들 후, 부분들 모두가 조사되며, 그에 의해 전체 스캐닝 필드를 커버할 수 있다. 예를 들어, 각각의 로우는 두 번 스캔될 수 있으며 각각의 로우 내에서 매 두 번째 부분이 레이저로 조사될 수 있고, 각각의 로우에서 매 두 번째 부분들이 인접한 로우(들)에서의 매 두 번째 부분들에 대하여 오프셋되며, 그에 의해 그것에 인접하지 않고, 그에 의해 스캐닝 필드가 "체커 보드" 형 패턴으로 스캔될 수 있다. 스캐닝 패턴은 원형/환형, 나선형, 4변형일 수 있고, 동심원 링들, 또는 치료 프로세스를 최적화하기 위한 임의의 다른 형태로 이루어질 수 있다.
피험체의 피부의 다수의 작은 부분들에 대한 요구된 스캐닝 시간은 이전 방법들에 따른 단일의 더 큰 스팟에 대한 스캐닝 시간보다 점증적으로 더 길 것이라는 것이 이해될 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 작은(밀리미터-이하) 스팟 크기의 사용에 의해 야기된 증가된 스캐닝 시간은 레이저 광의 빔의 펄스 반복률을 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 적절하게는, 그러므로, 펄스화된 빔은 약 30Hz보다 큰 펄스 반복률을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 펄스화된 빔은 약 100Hz보다 큰 펄스 반복률을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 펄스 반복률은 최대 1 KHz 이상일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 2000Hz, 4000Hz 또는 심지어 6000Hz의 펄스 반복률을 가진 레이저가 사용될 수 있다. 치료(예컨대, 조작자에 의한 레이저의 배치)를 위해 요구된 전체 시간을 증가시키는 피험체를 치료할 때 다른 단계들의 불가피한 포함을 고려해볼 때, 약 200 내지 500Hz의 범위에서의 펄스 반복률이 대부분의 경우들에서 이전 방법들과 비교하여 스루풋의 재료 손실이 없음을 보장하기에 충분하다고 발견되었다.
상기 설명된 바와 같이, 본 발명은 따라서 상기 설명된 바와 같이 본 발명의 하나 이상의 양상들에 따라 치료될 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 전달하기 위해 치료될 피험체의 피부의 면적에 대하여 스캐닝 헤드를 배치하는 것을 이해한다. 레이저 빔은 조정 가능한 크기 및/또는 형태의 스캐닝 필드에 걸쳐 자동으로 스캔될 수 있으며, 스캐닝 필드의 윤곽이 조준 빔을 사용하여 피험체의 피부 상에서 필드의 정확한 위치를 보장하기 위해 조작자에게 도시될 수 있다. 레이저를 쏠 때, 필드 내에서 피험체의 피부의 각각의 부분은 레이저 광의 단지 하나의 펄스로 조사된다. 말하자면, 5mm의 크기 및 0.1mm의 스팟 크기를 가진 정사각형 스캐닝 필드에 대해, 대략 3000 펄스들이 전체 필드에 걸쳐 빔을 스캔하기 위해 요구될 것이라는 것이 이해될 것이다. 말하자면, 1mm의 더 큰 스팟 크기에 대해, 단지 약 30 펄스들만이 요구될 것이다. 일반적으로, 전체 스캐닝 필드를 조사하기 위해 요구된 레이저의 펄스들의 수는 범위가 1 내지 약 10,000, 보다 통상적으로 약 100 내지 약 1000에 이를 수 있다. 100Hz 내지 1KHz의 펄스 반복률로, 전체 필드를 스캔하기 위해 요구된 시간은 약 10ms 내지 약 100s, 보다 통상적으로 약 100ms 내지 약 10s일 수 있다. 스캐닝 필드가 스캔된 후, 스캐닝 헤드는 요구된다면, 즉 치료될 면적이 필드보다 큰 경우 또는 치료될 면적이 하나의 위치에서 스캐닝 헤드를 갖고 전체적으로 치료될 수 없도록 컨투어링되는 경우 피험체의 피부의 상이한 부분 위에 재배치될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 스캐닝 필드의 형태는 광학적 또는 다른 수단을 사용하여 치료될 면적의 형태를 획득함으로써 자동으로 산출될 수 있다. 예를 들어, 치료될 면적의 형태는 카메라 및/또는 기계 비전에 의해 결정될 수 있다. 광학 트레이스는 레이저의 동작 이전에 검증을 위해 조작자에게 피험체의 피부에 관한 스캐닝 필드의 산출된 형태를 디스플레이하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학 트레이스는 산출된 스캐닝 필드의 윤곽을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 산출된 필드 형태 및 피험체의 피부에서 그것의 위치는 적절한 스크린상에서 조작자에게 디스플레이될 수 있다.
스캐닝 헤드는 그러므로 치료될 면적 및 대응하는 요구된 스캐닝 필드 크기 및 형태를 결정하기 위해 프로세싱될 피험체의 피부의 이미지들을 획득하기 위해 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다. 이미지들은 적절한 이미지 인식 시스템을 사용하여 프로세싱될 수 있다. 스캐닝 헤드는 사용 가능한 품질의 이미지들의 획득을 보장하기 위해 피험체의 피부를 비추기 위한 하나 이상의 램프들을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 제 8 양상에 따르면 그러므로, 피부과 치료의 방법이 제공되고 있으며, 상기 방법은 치료될 피험체의 피부의 면적의 적어도 일부의 하나 이상의 이미지들을 획득하기 위해 카메라를 사용하는 것; 치료될 면적의 적어도 일부의 형태 및 크기를 결정하기 위해 이미지-인식 기술을 사용하여 하나 이상의 이미지들을 프로세싱하는 것; 상기 치료될 면적의 적어도 일부의 결정된 형태 및 크기에 따라 펄스 레이지 범에 대한 스캐닝 필드의 형태 및 크기를 조정하는 것; 및 그 후 스캐닝 필드의 전체에 걸쳐 치료될 면적의 적어도 일부로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하는 것을 포함한다.
본 발명의 방법들은 그러므로 임의의 적절한 컴퓨팅 시스템의 제어 하에서 수행될 수 있는, 방법 단계들의 시퀀스를 포함한다. 방법 단계들의 각각은 그 구조가 포함할 수 있는 알고리즘을 나타낼 수 있으며 및/또는 다수의 서브-단계들로 표현될 수 있다.
본 발명의 제 9 양상에 따르면 그러므로 피부과 치료를 위한 레이저 치료 장치가 제공되고 있으며, 상기 장치는; 조정 가능한 크기 및/또는 형태의 스캐닝 필드에 걸쳐 2mm 미만의 스팟 크기를 가진 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너와 카메라를 포함하는 워크 헤드; 적어도 하나의 펄스 치료 레이저에 상기 빔 스캐너를 연결하기 위한 광학 입력; 치료될 피험체의 피부의 면적에 인접하여 워크 헤드를 안정되게 배치하기 위한 조정 가능한 포지셔닝 디바이스(positioning device) 및 레이저 치료 장치의 동작을 제어하기 위한 자동 제어 시스템을 포함하며; 상기 자동 제어 시스템은 카메라로부터 치료될 면적의 하나 이상의 이미지들을 수신하고, 치료될 면적의 적어도 일부의 형태를 결정하도록 수신된 이미지들을 프로세싱하고, 치료될 면적의 적어도 일부의 결정된 형태에 따라 스캐닝 필드의 크기 및/또는 형태를 조정하며 스캐닝 필드에 걸쳐 치료 레이저 빔을 스캔하도록 구성된다.
적절하게는, 자동 제어 시스템은, 컴퓨터 및 상기 컴퓨터에 의해 실행될 때, 레이저 치료 장치가 본 출원에서 설명된 바와 같이 동작하게 하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 컴퓨터들 및 소프트웨어가 이 기술분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있으므로, 본 발명이 어떻게 이러한 장비를 사용하여 구현되어야 하는지를 여기에서 상세하게 설명하는 것은 필요하지 않다. 몇몇 실시예들에서, 그러나, 자동 제어 시스템은 적어도 하나의 물리 프로세서 및 상기 물리 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 물리 프로세서가 본 발명에 따른 적어도 하나의 방법을 실행하게 하는 컴퓨터-실행 가능한 지시들을 포함한 물리 메모리를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
적절하게는, 치료될 면적의 적어도 일부의 이미지 인식은 이미지 분석의 분야에서 알려진 표준 방법들을 사용하여 실행될 수 있다. 다중-스펙트럼 이미징은 예를 들어, 치료되어야 하는 병변의 올바른 타겟 형태를 찾기 위해 부가적인 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 기계-학습 및/또는 인공 지능 방법들이 치료될 면적을 인식하기 위해 사용될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 워드 헤드는 카메라에 의해 캡처된 이미지들이 그것들의 프로세싱 및/또는 이미지 인식을 가능하게 하기에 충분히 양호한 품질임을 보장하기 위해 치료될 면적을 비추기 위한 하나 이상의 램프들을 추가로 포함할 수 있다. 적절하게는, 예를 들어, 워크 헤드는 치료될 피험체의 피부의 면적을 비추기 위해, 가시 범위에 있는 광, 예컨대 백색 광을 방출하도록 동작 가능한 하나 이상의 LED들을 포함할 수 있다. 이러한 광은 치료될 면적의 적어도 일부의 이미지 인식을 도울 수 있다.
워크 헤드는 피험체의 피부 상에서 조작자에게 스캐닝 필드의 윤곽을 나타내기 위한 광학 트레이서를 추가로 포함할 수 있다. 자동 제어 시스템은 또한 피험체의 피부 상에서, 치료될 면적의 적어도 일부의 결정된 형태 및 크기에 따라 조정된, 스캐팅 필드의 윤곽을 디스플레이하기 위해 광학 트레이스 디바이스를 제어하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 레이저 장치는 치료될 피험체의 피부의 면적의 적어도 일부의 이미지들을 나타내는 디스플레이 신호를 제어 시스템으로부터 수신하며 이들 이미지들을 스크린상에 디스플레이하도록 적응되는 디스플레이를 추가로 포함할 수 있다. 자동 제어 시스템은 또한 피험체의 피부의 이미지들 상에 겹쳐진, 치료될 면적의 적어도 일부의 결정된 형태 및/또는 크기에 따라 조정된, 스캐닝 필드의 윤곽을 스크린 상에 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
적절하게는, 자동 제어 시스템은 빔 스캐너를 동작시키기 전에 스캐닝 필드가 표시된 후 조작자로부터 안전 제어 신호의 수신을 기다리도록 구성될 수 있다. 안전 제어 신호는 조작자에 의해 선택적으로 동작 가능한 적절한 트리거 디바이스; 예를 들어, 풋 페달, 스위치, 버튼 등에 의해 생성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어 시스템은 조작자로 하여금, 예를 들어, 키보드, 터치-스크린, 선택 버튼들, 회전 가능한 노브 또는 다이얼 등, 또는 이들 중 둘 이상의 조합과 같은 적절한 입력 디바이스를 통해 스캐닝 필드의 형태 및/또는 크기를 조정하도록 허용하기 위해 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 워크 헤드는 그에 의해 치료될 피험체의 피부의 면적에 인접하여 정확하게 워드 헤드를 배치하기 위해 포지셔닝 디바이스의 조정을 가능하게 하기 위해, 치료될 면적에 대하여 레이저 빔 스캐너의 위치를 피험체의 피부에 나타내기 위해 가시 조준 빔을 피험체의 피부를 향해 방출하기 위한 조준 빔 디바이스를 추가로 포함할 수 있다. 편리하게는, 조준 빔은 상기 언급된 종류의 광학 트레이스 디바이스에 의해 생성될 수 있으며, 이것은 그에 따라 치료 레이저를 쏘기 전에, 조작자에 의해 선택적으로 조정된, 자동 제어 시스템에 의해 산출된 스캐닝 필드의 형태 및/또는 크기를 검증하기 위한 워크 헤드 및 광학 트레이스를 위치시키기 위한 조준 빔을 선택적으로 생성하기 위해 구성될 수 있다.
추가 문제는, 일반적으로, 피험체의 피부가 편평하지 않다는 것이다. 이것은 치료될 면적이 빔 스캐너의 최대 이용 가능한 스캐닝 필드보다 작을지라도, 치료 레이저 빔을 갖고 스캐닝될 수 있는 피부의 면적에 대한 제한이 있을 것임을 내포한다. 타겟 면적으로의 레이저 빔의 입사각은 달성 가능한 면적을 추가로 제한할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 치료될 면적의 토포그래피는 빔 스캐너의 초점 길이를 조정함으로써 처리될 수 있지만, 이것은 또한 달성 가능한 정정에 대한 제한들을 가질 수 있다. 예로서, 피험체의 손목 주위로 연장된 포도주색 반점 병변 또는 다른 치료될 면적을 고려해보자; 스캐너는 스캔마다 손목의 일부만을 커버할 수 있을 것이다.
이러한 문제를 처리하기 위해, 몇몇 실시예들에서, 본 발명의 레이저 치료 장치는 치료될 면적의 적어도 일부의 토포그래피를 결정하고 높이 변화들, 입사각 및 선택적으로 다른 제한들로 인한 달성 가능한 스캐닝 필드를 산출하도록 적응될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 본 발명의 레이저 치료 장치는 그러므로 치료될 면적의 적어도 일부의 토포그래피를 측정하기 위한 하나 이상의 토포그래피 측정 기구들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 치료 장치는 치료될 면적의 다양한 부분들로의 거리를 측정하기 위한 거리 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 적절하게는, 거리 측정 디바이스는 워크 헤드에 내장될 수 있다. 예를 들어, 3D 카메라들, 전용 측정 시스템들 및 3D 스캐너들을 포함한, 적절한 거리 측정 디바이스들이 이 기술분야의 숙련자들에게 알려져 있고 이용 가능하다. 몇몇 실시예들에서, 상기 설명된 종류의 조준 빔은 토포그래피를 산출하기 위한 삼각측량을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 자동 제어 시스템은 또한 이러한 종류의 측정들에 기초하여 치료될 면적의 적어도 일부의 토포그래피를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은 달성 가능한 스캐닝 필드의 형태 및/또는 크기를 산출하기 위해 치료될 면적의 적어도 일부의 형태와 크기 및 토포그래피를 융합하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 타겟 병변 또는 다른 치료될 면적의 컨투어 제한은 그것이 단일 스캔의 달성 가능한 스캐닝 필드를 지나 연장되도록 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 병변 또는 다른 치료될 면적은, 단일 스캔에 대해, 심지어 편평한 토포그래피에 대해서도 너무 클 수 있다. 본 발명에 따르면, 포지셔닝 디바이스는 다수의 세그먼트들에서 치료될 전체 면적의 치료를 허용하기 위해 워크 헤드가 다수의 상이한 위치들에 배치되도록 허용할 수 있다. 따라서, 워크 헤드는 요구된 치료될 면적의 완전한 커버리지를 위해 피험체의 피부의 상이한 부분을 커버하는 새로운 위치에 배치될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 워크 헤드는 조작자에 의해 수동으로 재배치될 수 있다. 각각의 위치에서, 제어 시스템은 세그먼트의 경계들을 검출하기 위해 상기 설명된 바와 같이 치료될 피험체의 피부의 면적의 인접한 세그먼트의 하나 이상의 이미지들을 프로세싱하도록 동작 가능할 수 있다. 적절하게는, 제어 시스템은 치료될 면적의 세그먼트를 식별하기 위해 치료되지 않은 피부의 이미지들에 의존하는 이미지 프로세싱 방법을 사용할 수 있다. 세그먼트를 치료하기 위한 스캐닝 필드의 필요한 형태 및 크기가 그 후 상기 설명된 바와 같이 결정될 수 있다. 치료 레이저는 그 후 스캐닝 필드에 걸쳐 세그먼트를 조사하도록 동작될 수 있다. 상기 설명된 종류의 조준 빔을 사용하여, 조작자는 그것이 보통, 만약에 있다면 직전 치료된 세그먼트를 포함한, 하나 이상의 이전 치료된 세그먼트들과 중첩하도록 차례로 치료될 각각의 세그먼트 위에 워크 헤드를 배치할 수 있다. 조작자는, 예를 들어, 이전 치료된 세그먼트들을 식별하기 위해, 피부의 레이저 치료의 결과로서 발생하는, "프로스팅(frosting)"을 사용할 수 있다. 자동 제어 시스템은 워크 헤드의 다른 위치들에서 이전 식별된 세그먼트들에 중첩하는 각각의 세그먼트의 부분들을 마스킹하도록 구성될 수 있으며, 따라서 둘 이상의 인접한 세그먼트들 간의 중첩의 면적들에서 피부의 부분들은 단일 치료 내에서 한 번 이상 조사되지 않는다. 이 기술분야의 숙련자들에게 알려진 종류의 이미지 스티칭 알고리즘은 적절하게는 식별된 세그먼트들 사이에서 중첩의 면적들을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 위치에서, 카메라는 치료되지 않은 피부를 사용하여 치료될 면적의 세그먼트들의 식별을 가능하게 하기 위해 달성 가능한 스캐닝 필드보다 큰 시야를 가질 수 있다.
대안적으로, 포지셔닝 디바이스는 자동화될 수 있으며 자동 제어 시스템은 또한 워크 헤드를 배치하도록 포지셔닝 디바이스를 제어하기 위해 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 워크 헤드는 연속적인 스캐닝 필드들을 스캔하기 위해 자동으로 배치될 수 있다. 연속적인 스캐닝 필드들은 치료될 면적의 완전한 커버리지를 보장하기 위해 서로 인접할 수 있다. 대안적으로, 연속적인 스캐닝 필드들은 중첩할 수 있으며 이전 단락에서 설명된 종류의 이미지 스티칭 알고리즘은 중첩의 면적들을 마스킹하기 위해 사용될 수 있다. 적절한 자동화된 포지셔닝 디바이스의 예는 치료될 전체 면적을 커버하기 위해 충분한 자유도들을 가진 로봇 암이다. 로봇 암은 이하에서 설명되는 바와 같이 그것의 위치를 모니터링하고 기록할 수 있을 것이다.
적절하게는, 자동화된 포지셔닝 디바이스는 워크 헤드가 조작자에 의해 자유롭게 이동될 수 있는 제 1 모드 및 워크 헤드의 위치가 제어 시스템의 제어 하에서만 조정될 수 있는 제 2 모드 사이에서 스위칭 가능할 수 있을 것이다. 포지셔닝 디바이스는, 예를 들어, 포지셔닝 디바이스가 이들 두 개의 모드들 사이에서 선택적으로 스위칭되도록 허용하기 위해 적어도 하나의 선택적으로 동작 가능한 클러치를 포함할 수 있다. 제 1 모드에서, 포지셔닝 디바이스는 저항 없이 조작자에 의해 이동될 수 있지만, 그것이 조작자에 의해 해제되지 않는다면, 예를 들어, 중력하에서 그것이 움직이지 않도록 충분히 안정적으로 워크 헤드를 유지할 수 있다.
제 1 모드에서, 워크 헤드는 치료될 면적의 전체의 하나 이상의 이미지들을 캡처하기 위해 조작자에 의해 조작될 수 있다. 제 2 모드에서, 워크 헤드는 본 발명에 따라 펄스 레이저 광을 갖고 피험체의 피부를 치료하기 위해 자동 제어 시스템의 제어 하에 치료될 면적에 걸쳐 자동으로 이동될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 자동 제어 시스템은 학습 모드 및 스캐닝 모드를 동작시키도록 구성될 수 있다. 학습 모드에서, 조작자는 제 1 모드에서 포지셔닝 디바이스(예컨대, 로봇 암)를 갖고 워크 헤드를 유지하며 전체 컨투어에 걸쳐, 치료될 면적의 전체 주위에서 그것을 조작한다. 워크 헤드는 제 1 모드에서 저항 없이 조작자의 안내를 따를 수 있다. 카메라는 로봇 암이 모든 축들 상에서 그것의 위치를 계속해서 측정하고 조작자에 의해 따르게 된 그것의 모션 및 경로를 기록하는 동안 피험체의 피부의 이미지들을 캡처하도록 계속해서 동작된다. 이러한 시퀀스의 끝에서, 자동 제어 시스템은 다수의 데이터-세트들을 수신하였다: 캡처된 이미지들, 워크 헤드의 위치들과 궤적 및 치료될 면적의 3D 컨투어 및 거리 측정들. 자동 제어 시스템은 그 후 스캔 경로를 최적화함으로써 스캐닝 경로를 산출하도록 구성된다. 제 1 근사법으로서, 학습 시퀀스에서 조작자에 의해 취해진 경로가 사용될 수 있다.
대안적으로, 독립형 3D 스캐너는 피험체를 스캔하기 위해 사용될 수 있으며, 조작자는 컴퓨터상에 스캔될 면적을 입력할 수 있다. 상기 정의에 기초하여, 제어 시스템은 그 후 스캐너 헤드의 요구된 3D 궤적을 산출할 수 있다.
스캐닝 모드에서, 포지셔닝 디바이스는 제 2 모드로 스위칭되며, 워크 헤드는 치료될 면적의 전체에 걸쳐 펄스 레이저 빔을 스캔하기 위해 연속 스캐닝 필드들에서 빔 스캐너를 동작시키는 동안 제어 시스템의 의해 생성된 경로를 따르도록 제어 시스템의 제어 하에 이동된다.
몇몇 실시예들에서, 레이저 치료 장치는 치료를 받아들인 피험체에 의해 동작될 인터록 디바이스를 추가로 포함할 수 있다. 자동 제어 시스템은 피험체가 인터록 디바이스를 긍정적으로 동작시킬 때에만 동작될 수 있도록 구성될 수 있다. 인터록 디바이스는 피험체가 치료 동안 그들의 손에 유지할 수 있는 임의의 적절한 버튼, 트리거, 스위치 등을 포함할 수 있다. 적절하게는, 인터록 디바이스는 비-래칭이다. 피험체가 레이저 치료 장치의 동작 동안 인터록 디바이스를 해제한다면, 인터록 제어 신호가 제어 시스템으로 전송되어, 레이저 장치가 즉시 그것의 동작을 잠시 멈추게 한다. 그 후, 피험체가 인터록 디바이스를 재동작시키면, 제어 시스템은 조작자가 상기 언급된 트리거 디바이스의 동작에 의해 필요한 입력 신호를 다시 제공하도록 기다리기 위해 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 피험체가 치료 동안 로봇 암 또는 임의의 다른 포지셔닝 디바이스의 움직임에 대해 불안함을 느낀다면, 그것들은 장치가 정지하게 할 수 있다. 레이저 빔이 로봇 암, x-y 또는 x-y-z 스테이지 등에 의해 치료될 면적에 걸쳐 기계적으로 스캔되는 경우에, 움직임은 매우 빠르며 위협적이라는 것이 이해될 것이다. 그러나, 광학적 스캐너가 사용되는 경우에, 빠른 모션은 단지 광학적이며 포지셔닝 디바이스는 움직이지 않거나 또는 단지 매우 느리게 움직이다.
치료가 수 분 이상 걸릴 수 있으므로, 피험체가 어느 정도로 이동하는 것은 불가피하다. 몇몇 실시예들에서, 그러므로, 레이저 치료 장치는 피험체의 움직임; 특히 치료될 면적의 움직임을 검출하기 위한 하나 이상의 움직임 검출기들을 추가로 포함할 수 있다. 움직임 검출기들은 피험체의 피부의 3D 측정들을 하기 위해 워드 헤드 또는 디바이스 상에 카메라를 포함할 수 있다. 움직임 검출기는 피험체의 움직임을 검출하도록 구성될 수 있으며, 제어 시스템은, 그에 따라 보상하기 위해 치료 레이저 빔의 스캐닝을 자동으로 정정하거나 또는 예를 들어 검출된 움직임이 안전한 동작을 위해 너무 크거나 또는 너무 빠르다면, 스캐닝을 정지시키도록 구성될 수 있다. 마커들 또는 표시자들은 피험체의 모션의 측정을 가능하게 하기 위해 몇몇 실시예들에서 피험체의 피부 상에 부착되고, 붙여지거나 또는 그려질 수 있다.
본 발명의 레이저 치료 장치는 펄스 레이저와 함께 사용하기 위해 적응된다. 적절하게는, 그러므로, 레이저 치료 장치는 펄스 치료 레이저 및 워크 헤드의 광학 입력에 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 레이저는 약 피코초의 펄스 폭을 가진 레이저 광의 펄스들을 생성할 수 있는 모드-잠김 레이저일 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 펄스들은 약 0.1 내지 100ps의 범위에서의 펄스 폭 및 적어도 약 50 GW/cm2의 강도를 가질 수 있다.
본 발명의 제 1 내지 제 8 양상들에 관하여 상기 설명되는 본 발명의 특징들은 본 발명의 레이저 치료 장치에 동일하게 적용하며 간결함을 위해 여기에서 반복될 필요는 없다는 것이 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 것이다.
본 발명의 제 10 양상에 따르면, 그러므로, 피부과 치료를 위한 레이저 장치가 제공되고 있으며, 상기 레이저 장치는 펄스 치료 레이저, 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 전달하기 위한 워크 헤드, 및 상기 워크-헤드로 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 배열은 펄스 레이저 빔이 약 0.1 내지 100ps의 범위에서의 펄스 폭 및 적어도 약 50 GW/cm2의 강도를 갖도록 한다.
상기 설명된 바와 같이, 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 0.5 내지 10 J/cm2; 바람직하게는 약 1 내지 8 Jcm2 또는 약 1 내지 7 J/cm2의 범위에 있을 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 설명된 바와 같이, 빔 스캐너는 사용 중 각각의 펄스가 약 0.1 내지 2.0mm 미만; 바람직하게는 약 0.5 내지 1.0mm의 범위에서의 최대 치수를 가진 스팟의 형태로 피험체의 피부로 전달되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제 11 양상에 따르면, 그러므로 피부과 치료를 위한 레이저 치료 장치가 제공되고 있으며, 상기 레이저 치료 장치는 펄스 치료 레이저, 각각의 펄스가 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐너에 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 빔 스캐너에 의해 약 0.1 내지 2.0mm 미만; 바람직하게는 약 0.5 내지 1.0mm의 범위에서의 최대 치수를 가진 스팟의 형태로 피험체의 피부로 전달되며, 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스가 약 1 내지 7 J/cm2의 범위에 있도록 한다.
적절하게는, 상기 설명된 바와 같이, 빔 스캐너는 피험체의 피부의 상이한 부분들이 적어도 약 0.1mm만큼 서로 분리되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제 12 양상에 따르면, 그러므로, 피부과 치료를 위한 레이저 장치가 제공되고 있으며, 상기 레이저 장치는 펄스 치료 레이저, 각각의 펄스가 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐너로 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 빔 스캐너에 의해 약 1 내지 7 J/cm2의 범위에서 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖고 스팟의 형태로 피험체의 피부로 전달되며 상이한 부분들이 적어도 약 0.1mm만큼 서로 분리되도록 한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 설명된 바와 같이, 스팟들은 서로 중첩할 수 있다. 레이저 광의 빔은 그 강도가 빔의 나머지보다 주변 외부 영역에서 더 낮도록 감쇠될 수 있다.
본 발명의 제 13 양상에서, 그러므로 피부과 치료를 위한 레이저 장치가 제공되고 있으며, 상기 레이저 장치는 펄스 치료 레이저, 각각의 펄스가 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함한 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐너에 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 빔 스캐너에 의해 약 1 내지 7 J/cm2의 범위에서 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖고 스팟의 형태로 피험체의 피부로 전달되도록 하며 상기 빔은 그 강도가 빔의 나머지보다 주변 외부 영역에서 더 낮도록 감쇠된다.
유리하게는, 빔 스캐너는, 상기 설명된 바와 같이, 연속 펄스들이 치료될 면적의 상이한 부분들에 닿도록 레이저 광의 빔이 일련의 선형 또는 곡선형 라인들에서 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제 14 양상에서, 피부과 치료를 위한 레이저 장치가 제공되고 있으며, 상기 레이저 장치는 펄스 치료 레이저, 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함한 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐너에 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 빔 스캐닝 디바이스에 의해 약 1 내지 7 J/cm2의 범위에서 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖고 스팟의 형태로 피험체의 피부로 전달되도록 하며 상기 빔 스캐너는 연속 펄스들이 치료될 면적의 상이한 부분들에 닿도록 레이저 광의 빔이 일련의 선형 또는 곡선형 라인들에서 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되도록 구성된다.
상기 설명된 바와 같이, 펄스화된 빔은 약 30Hz 초과, 바람직하게는 약 100Hz 초과; 선택적으로 200 내지 500Hz의 펄스 반복률을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 펄스화된 빔은 약 1000Hz까지의 펄스 반복률을 가질 수 있다. 상기 설명된 요건이 가능한 적절한 펄스 레이저들은 1000Hz에서 4mJ 에너지를 전달할 수 있는 명칭 RGL-1064-4 하에서, 뉴욕, 롱 아일랜드의 Photonics Industries로부터 상업적으로 이용 가능한 고 펄스 에너지 및 고 반복률 피코초 레이저 및 1000Hz에서 10 mJ을 전달할 수 있는 명칭 APL2201 하에서, 리투아니아, 빌뉴스의 Ekspla로부터 이용 가능한 고 에너지 KHz 반복률 피코초 증폭기를 포함한다.
이 기술분야의 숙련자들은 상기 언급된 종류의 펄스 레이저들이 장비의 매우 값비싼 조각들임을 인식할 것이다. 또한 일련의 피험체들을 치료할 때, 레이저는 상당한 양의 시간 동안 사용 중이지 않으며, 그것은 통상적으로 시간의 약 50%라는 것이 이해될 것이다. 상기 설명된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 본 발명은 이전 치료 방법들과 비교하여 더 작은 스팟 크기를 보상하기 위해 빠른 펄스 반복률을 이용한다. 또한, 본 발명에 따른 착색 제거는 펄스당 최소량의 에너지; 통상적으로 상기 언급된 바와 같이 1 내지 50mJ을 요구한다.
몇몇 실시예들에서, 단일 치료 레이저는 본 발명에 따른 복수의 레이저 치료 장치에 선택적으로 펄스 레이저 광을 전달하도록 배열될 수 있다. 각각의 레이저 치료 장치는 예를 들어, 상이한 치료실과 같은 상이한 치료 면적에서 제공될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 레이저 치료 장치의 각각은 워크 헤드 및 치료 레이저에 워크 헤드를 결합하기 위한 광학 입력을 포함할 수 있다. 광-기계 선택기를 포함한 광학 시스템은 레이저 치료 장치 중 하나에 치료 레이저를 선택적으로 결합하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 치료 레이저는 다른 레이저 치료 장치가 사용 중이지 않은 동안 피험체를 치료하기 위해 레이저 치료 장치 중 하나로 펄스 레이저 광을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 배열은 치료 레이저의 더 많은 활용을 허용할 수 있다.
본 발명의 제 15 양상에 따르면, 그러므로, 피부과 레이저 치료 설비가 제공되고 있으며, 상기 피부과 레이저 치료 설비는 펄스 치료 레이저; 복수의 별개의 치료 면적들; 각각의 치료 면적에서의 레이저 치료 장치로서, 각각의 레이저 치료 장치는 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 2mm 미만의 스팟 크기를 가진 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는 워크 헤드 및 광학 입력을 포함한, 상기 레이저 치료 장치; 및 각각의 레이저 치료 장치의 워크 헤드의 광학 입력에 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 광학 시스템은 상기 레이저 빔을 레이저 치료 장치 중 임의의 하나로 선택적으로 조향하기 위해 동작 가능한 광-기계 선택기를 포함한다.
적절하게, 펄스 치료 레이저는 상기 설명된 바와 같이 적어도 30Hz의 펄스 반복률을 가진 레이저 광의 빔을 생성하도록 동작 가능할 수 있다.
각각의 펄스는 1 내지 50mJ, 바람직하게는 약 1 내지 30mJ의 에너지를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 펄스 치료 레이저는 100Hz보다 큰, 바람직하게는 적어도 200Hz 및 보다 바람직하게는 적어도 500Hz의 펄스 반복률을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 펄스 치료 레이저는 1000Hz 이상의 펄스 반복률을 가질 수 있다.
레이저 광은 각각의 치료 면적의 특정 요건들에 따라 치료 레이저에서 전자적으로 변조될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 고 펄스 에너지 치료 레이저가 사용될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 치료 면적들 사이에서 순차적으로 빔을 토글링하기보다는, 수동형 광학 스플리터가 병렬로 있는 본 발명의 복수의 레이저 치료 장치에 의한 사용을 위해 빔을 분할하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 상이한 치료 면적들에서 레이저 치료 장치는 동시에 사용될 수 있다.
본 발명의 제 16 양상에 따르면, 그러므로 피부과 레이저 치료 설비가 제공되고 있으며, 상기 피부과 레이저 치료 설비는 적어도 30Hz의 펄스 반복률을 가진 레이저 광의 빔을 생성하도록 동작 가능한 펄스 치료 레이저; 복수의 별개의 치료 면적들; 각각의 치료 면적에서의 레이저 치료 장치로서, 각각의 레이저 치료 장치는 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 2mm 미만의 스팟 크기를 가진 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는 워크 헤드 및 광학 입력을 포함하는, 상기 레이저 치료 장치; 및 각각의 레이저 치료 장치의 워크 헤드의 광학 입력으로 펄스 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 광학 시스템은 상기 빔을 분리하고 그것을 동시에 레이저 치료 장치의 각각으로 향하게 하기 위한 수동형 광학 스플리터를 포함한다.
적절하게는, 펄스 치료 레이저는 적어도 5mJ의 펄스 에너지를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 펄스 치료 레이저는 약 300mJ까지의 펄스 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 10mJ, 15mJ, 20mJ 또는 30mJ의 펄스 에너지가 사용될 수 있다. 치료 레이저는 전체 파워 출력으로 계속해서 동작될 수 있다. 각각의 워크 헤드에서 빔 스캐너는 각각의 별개의 치료 면적의 특정 요건들에 따라 분할된 레이저 빔을 변조하기 위해 예를 들어, 포켈 셀(pockel cell), 갈보 미러(galvo mirror) 등과 같은 고속 광학 변조기를 포함할 수 있다.
통상적으로, 빔은 적어도 두 개의 레이저 치료 장치/치료 면적들 사이에서 분할될 수 있다. 펄스 반복률 및 펄스 에너지에 대한 치료 레이저의 속성들 때문에, 본 출원에서 설명된 바와 같이 피부과 착색 제거를 위한 충분한 펄스 에너지를 각각의 도터(daughter) 빔 내에 유지하면서 빔이 나뉠 수 있는 횟수들에 대한 제한이 있다.
본 발명의 또 다른 변형에서, 그러므로, 빔 다중화 기술이 다수의 치료 면적들 사이에서 단일 펄스 레이저 빔을 분할하기 위해 이용될 수 있다. 고속 펄스 반복률을 가진 치료 레이저에 연결되는 광학 시스템은 직렬로 배열되며 독립적으로 펄스 레이저 빔의 선택된 펄스들을 택하고 그것들을 본 발명에 따른 각각의 레이저 치료 장치로 향하게 하도록 선택적으로 동작 가능한 복수의 광학 변조기들을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 17 양상에 따르면, 그러므로 피부과 레이저 치료 설비가 제공되고 있으며, 상기 피부과 레이저 치료 설비는 적어도 30Hz의 펄스 반복률을 가진 레이저 광의 빔을 생성하도록 동작 가능한 펄스 치료 레이저; 복수(n)의 별개의 치료 면적들; 각각의 치료 면적에서의 레이저 치료 장치로서, 각각의 레이저 치료 장치는 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 2mm 미만의 스팟 크기를 가진 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는 워크 헤드 및 광학 입력을 포함하는, 상기 레이저 치료 장치; 및 각각의 레이저 치료 장치의 광학 입력에 펄스 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 광학 시스템은 직렬로 배열되며, 레이저 치료 장치 중 상이한 것들로 연속 펄스들을 차례로 조향하도록 선택적으로 동작 가능한 광학 변조기들의 치료 면적들의 수와 동일한 복수(n)를 포함하고, 각각의 광학 변조기가 매 n번째 펄스를 택한다.
광학 변조기들의 예들은 포켈 셀들, 고속 갈보 미러들, 회전 다각형 스캐너들 및 기술분야의 숙련자들에게 알려진 다른 것들을 포함한다.
이러한 방식으로, 고 펄스 반복률을 가진 단일 펄스 치료 레이저는 반복적으로 최대 레이저 치료 장치의 수와 같은 연속 펄스들의 수까지 연속 펄스들을 레이저 치료 장치 중 상이한 것들로 선택적으로 향하게 함으로써 복수의 상이한 레이저 치료 장치로 레이저 광의 분할되지 않은 빔의 펄스들을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 각각의 치료 장치는 치료 장치의 수로 나눈 펄스 치료 레이저의 원래 주파수와 동일한 주파수로 펄스 레이저 광을 선택적으로 수신할 수 있다. 예를 들어, 레이저가 3개의 치료 장치를 공급하기 위해 사용된다면, 각각의 치료 장치를 위한 이용 가능한 펄스 반복률은 치료 레이저의 펄스 주파수의 1/3과 같다. 이러한 이유로, 가능한 빠른, 바람직하게는 100Hz를 초과하고, 바람직하게는 200Hz를 초과하며 더 바람직하게는 500Hz보다 큰 펄스 반복률을 가진 치료 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 몇몇 실시예들에서, 1000Hz 이상의 펄스 반복률이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 2000Hz, 4000Hz 또는 심지어 6000Hz까지의 펄스 반복률이 단일 레이저 빔을 사용하여 다수의 피험체들을 동시에 치료하기 위한 치료 횟수들을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
레이저 빔의 펄스들은 단지 연관된 광학 변조기가 구동될 때 주어진 레이저 치료 장치로 지향된다는 것이 이해될 것이다. 광학 변조기가 구동되지 않는다면, 에너지의 펄스들은 그것들이 상기 목적을 위해 제공된 적절한 빔 덤프에 수신될 때까지 광학 시스템 내에서 계속된다.
대안적으로, 펄스들은 계속해서 상이한 치료 면적들로 지향될 수 있지만, 부가적인 광학 커플러는 각각의 면적에서 치료를 위해 요구되는 펄스들을 변조하기 위해 각각의 면적에서 직렬로 부가될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 각각의 펄스는 약 1 내지 100mJ의 에너지를 가져야 한다. 적절하게는, 각각의 레이저 치료 장치에서 수신된 펄스들은 약 0.5 내지 10 J/cm2의 범위에서 표피 깊이에서의 플루엔스를 제공하기 위해 산출되는 펄스 지속기간에 대해 각각의 빔 스캐너에 의해 추가로 변조될 수 있다. 적절한 펄스 지속 기간들, 스팟 크기들 및 강도들이 상기 설명된다.
사람의 피부 상에서의 사용을 위한 레이저 치료 장치는 예를 들어, 치료될 피부의 면적에 입사된 레이저 빔의 파워 및/또는 위치를 포함하여, 상기 설명된 바와 같이 요구된 동작 파라미터들 내에서 신뢰 가능하고 일관적으로 동작할 것이라는 것을 보장하는 것이 중요함을 이해할 것이다. 이를 위해, 본 발명의 레이저 치료 장치는 레이저 빔 및/또는 워크 헤드의 하나 이상의 물리적 및/또는 동작 특성들을 테스트하기 위해 하나 이상의 센서들을 통합하는 테스트 장치를 포함할 수 있다.
적절하게는, 테스트 장치는 워크 헤드와 맞물리도록 구성되는 워크 헤드 체결 부분 및 상기 워크 헤드 체결 부분으로부터 이격된 위치에서 지지 구조에 고정되는 적어도 하나의 센서를 포함한 지지 구조를 포함할 수 있다. 적절하게는, 센서(들)는 워크 헤드가 워크 헤드 체결 부분에 맞물릴 때, 센서들과 워크 헤드 간의 거리가 레이저 치료 장치가 사용 중일 때 워크 헤드와 피부 간의 거리와 대체로 동일하도록 지지 구조에 고정될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서(들)는 레이저 치료 장치가 사용 중일 때 피부의 평면에 광학적으로 상응하는 평면에 위치될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 워크 헤드는 떼어낼 수 있는 스페이서로의 연결을 위해 적응될 수 있다. 워크 헤드는 그러므로 스페이서 체결 부분을 포함할 수 있다. 지지 구조의 워크 헤드 체결 부분은 워크 헤드의 스페이서 체결 부분과 해제 가능한 체결을 위해 구성될 수 있다.
유리하게는, 지지 구조는 워크 헤드 체결 부분과 적어도 하나의 센서 사이에 개재된 천공성 분리기 판을 포함할 수 있다. 분리기 판은 그것을 통해 연장되는 하나 이상의 홀들을 갖고 형성될 수 있다. 분리기 판의 나머지는 워크 헤드에 의해 방출된 레이저 광에 불투명할 수 있다. 하나 이상의 홀들은 워크 헤드 체결 부분에 대하여 알려진 위치들에서 분리기 판에 형성될 수 있다. 따라서, 분리기 판은 정확한 위치에서 지지 구조에 적절하게 고정된다. 분리기 판은 그러므로 워크 헤드에서 레이저 빔 스캐너의 섭동을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 테스트 모드에서, 빔 스캐너는 빔 스캐너가 어긋나 돌아다니지 않으며 빔 스캐너가 예상대로 동작한다는 것을 보장하기 위해 하나 이상의 홀들을 통해 레이저 빔을 조향하도록 동작될 수 있다. 하나 이상의 광 센서들은 하나 이상의 홀들을 정확하게 통과하는 광을 검출하기 위해 워크 헤드 체결 부분으로부터 분리기 판의 반대 측면 상에서의 지지 구조상에 제공된다.
몇몇 실시예들에서, 레이저 빔의 위치 및 파워를 측정할 수 있는 이 기술분야의 숙련자들에게 이용 가능한 종류의 위치 감응 검출기는 천공형 분리기 판 대신에 또는 그 외에 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분리기 판은 빔의 분기를 감안하기 위해 상이한 크기들의 복수의 홀들을 갖고 형성될 수 있다. 하나 이상의 센서들은 워크 헤드에 의해 방출된 레이저 빔의 파워를 측정하기 위해 대응하는 수의 파워 센서들을 포함할 수 있으며, 각각의 파워 센서는 홀들의 각각의 것과 연관된다. 상이한 크기들의 홀들은 각각의 파워 센서들에 의해 측정될 상이한 파워 레벨들을 야기할 것이라는 것이 이해될 것이다.
적절하게는, 지지 구조는 테스트 장치에 레이저 빔의 광학 경로를 적응시키기 위해 하나 이상의 센서들과 워크 헤드 체결 부분 사이에서 하나 이상의 렌즈들을 지지할 수 있다. 적어도 하나의 렌즈는 분리기 판과 워크 헤드 체결 부분 사이에 위치될 수 있다.
편리하게는, 테스트 장치의 지지 구조는 그것이 사용 중이지 않을 때 워크 헤드를 착탈 가능하게 유지하기 위한 홀더를 포함할 수 있다.
이어지는 것은 단지 예로서 본 발명의 실시예들의 수반된 도면들을 참조한 설명이다.
도면들에서:
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 치료 장치를 포함하는 피부과 레이저 치료 설비의 개략적인 측면도이다.
도 2는 피험체로의 레이저 빔 전달을 위해 관절식 암을 통해 펄스 레이저에 연결되어 도시되는 도 1의 피부과 치료 장치의 광학 경로 및 스캐너 헤드의 개략적인 단면도이다. 워크 헤드는 빔 조향 장치로서 갈바노메트릭 x-y 스캐너를 포함한다. 빔은 그 후 피험체의 피부 상에서 원하는 크기에 도달하기 위해 집속된다.
도 3은 도 1의 피부과 레이저 치료 장치의 수동으로 이동 가능한 스캐너 워크 헤드 형성 부분의 측면도이다.
도 4는 도 3의 워크 헤드의 배면도이다.
도 5는 도 1에서의 시스템의 워크 헤드에서 선택 가능한 상이한 크기들 및 형태들의 다양한 스캐닝 필드들을 도시한다.
도 6은 도 1의 피부과 레이저 치료 장치의 동작의 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 피험체의 피부로부터 문신 또는 다른 착색을 제거하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 8a는 종래의 방법에 따라 치료될 면적의 치료를 예시한다. 도 8b는 본 발명에 따른 스캐닝 필드의 형태/크기 최적화를 예시한다. 도 8a에 도시된 바와 같은 종래의 방법에서, 전형적인 장미-형 문신의 얇은 줄기는 매우 작은 스팟 크기를 요구하고; 정확한 배치를 가진 다수의 스팟들이 전체 줄기를 커버하기 위해 요구된다. 반대로, 본 발명의 스캐닝 방법에서, 스캐닝 필드는 임의의 원하는 형태로 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 가늘고 긴 직사각형 스캐닝 필드는 길고, 얇은 문신 라인들을 치료하는데 더 효율적이며 더 빠를 수 있다.
도 9는 상이한 펄스 폭들의 펄스 레이저 광을 사용하여 착색 제거를 위한 요구된 작업 플루엔스(강도)를 결정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 10은 색소의 다양한 컬러들에 대한 측정된 레이저 삭마 임계 플루엔스 대 펄스 폭의 차트이다. 더 짧은 펄스 폭들은 더 적은 플루엔스를 요구하며, 상이한 컬러들 간의 임계치 차이는 더 작다는 것이 명백하다.
도 11은 저 강도 레이저를 사용하는 종래의 방법과 비교하여 고 강도 레이저를 사용한 본 발명에 따른 다중컬러 문신 제거의 예를 도시한다. 살아있는 돼지 피부 상에서 수행된 제어된 실험에서 실제 제거 결과들을 보여주는 사진들이 묘사된다.
도 12a 및 도 12b는 시간에 걸친 피부 온도 프로필들을 도시한다. 도 12a는 고 에너지 대형 스팟에서 기인한 온도 프로필을 도시한다. 도 12b는 저 에너지 소형 스팟에서 기인한 온도 프로필을 도시한다. 열 확산의 시작은 대형 스팟에 대해 약 10s의 시간 스케일들에서 뚜렷하다. 소형 스팟에 대해, 열의 확산은 약 0.1s 미만 후 뚜렷하다.
도 13은 시간의 함수로서 가열된 조직의 볼륨의 중심에서의 온도를 도시한 차트이다. 1mJ, 0.22mm 스팟에 대한 열 이완 시간(초기 온도 델타의 50%)은 약 0.12s이고; 5mJ, 0.5mm 스팟에 대해, 열 이완 시간은 약 0.7s이며; 500mJ, 5mm 스팟에 대한 열 이완 시간은 약 70s이다.
도 14는 2.5 J/cm2의 주어진 플루엔스에 대한 열 이완 시간 대 펄스 에너지를 도시한 차트이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명에 따른 치료될 피부의 면적의 래스터 스캐닝 대 인터레이싱을 개략적으로 예시한다. 도 15a는 인접한 라인들 사이에 시간 T를 갖는 표준 래스터 스캐닝을 도시한다. 도 15b는 K 라인들을 건너뛰고 최하부 라인 후 최상부로 돌아감으로써 인터레이싱 스캔을 도시한다. 로우들 간의 시간은 T*K이다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스캐닝 헤드를 위한 홀더의 단면 측면도이다.
도 17은 도 16의 홀더의 부분을 형성하며 치료 이전에 스캐너, 레이저 및 광학 동조를 테스트할 수 있는 분리기 어셈블리의 확대도이다.
도 18은 테스트 루틴을 수행하기 위해 홀더의 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 치료 의자 위에 배치된 균형 잡힌 관절식 암에 연결된 자동화 스캐닝 워크 헤드의 예시이다.
도 20a는 도 19의 스캐닝 워크 헤드의 밑면의 개략적인 그림이다.
도 20b는 제거될 색소를 가진 피험체의 개략적인 그림을 포함한, 도 19 및 도 20a의 스캐닝 워크 헤드의 측면도이다.
도 21a 내지 도 21e는 본 발명에 따른 이미지 획득, 검증 및 문신-제거 치료 시퀀스의 예를 예시한다. 도 21a에서, 조준 빔은 조작자로의 스캐닝 필드 윤곽(outline)을 나타낸다. 도 21b에서, 치료될 타겟 면적의 컨투어(contour)가 측정되며 스캐닝 파라미터들이 산출된다. 도 21c는 조준 빔 또는 온-스크린 디스플레이를 사용하여 스캐닝 필드/시퀀스의 프리뷰를 예시한다. 도 21d 및 도 21e는 문신-제거 시퀀스를 예시한다.
도 22a 및 도 22b는 달성 가능한 스캐닝 필드에 대한 토포그래피의 효과를 예시한다. 도 22a에서 평면 타겟이 도시되며 스캐너 헤드의 전체 스캐닝 필드가 사용될 수 있다. 도 22b에서, 비-평면 타겟은 액세스 가능한 스캐닝 필드를 감소시킨다. 구형 토폴로지가 단순성을 위해 도시된다.
도 23은 달성 가능한 스캐닝 필드보다 큰 치료될 색소 면적의 치료를 개략적으로 예시한다. 스티칭 알고리즘이 중첩하는 치료되지 않은 면적들의 패턴 인식을 사용하여 복수의 스캐닝 세그먼트들에서 전체 면적을 치료하기 위해 사용된다.
도 24는 스캐너 헤드를 갖고 장착된 6-축 로봇의 투시도이다.
도 25는 단일 치료 레이저로부터의 단일 펄스 레이저 빔이 복수의(이 경우에 2) 상이한 치료 면적들 사이에서 선택적으로 토글링될 수 있는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 피부과 치료 설비의 개략도이다.
도 26은 단일 고-에너지 펄스 치료 레이저 빔이 복수의 상이한 치료 면적들로 나뉘며 동시에 조향되는 본 발명의 제 5 양상에 따른 피부과 치료 설비의 개략도이다.
도 27은 단일 고 주파수(펄스 반복률) 펄스 치료 레이저 빔이 펄스-피킹에 의해 동시에 복수의 별개의 룸들로 다중화되는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 피부과 치료 설비의 개략도이다.
도 28은 도 27의 피부과 치료 설비에서 사용된 펄스-피킹을 위한 타이밍 도이다.
도 29은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 피부과 레이저 치료 장치의 전기 및 전자 구성요소들 및 연결성의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 치료 장치를 포함하는 피부과 레이저 치료 설비의 개략적인 측면도이다.
도 2는 피험체로의 레이저 빔 전달을 위해 관절식 암을 통해 펄스 레이저에 연결되어 도시되는 도 1의 피부과 치료 장치의 광학 경로 및 스캐너 헤드의 개략적인 단면도이다. 워크 헤드는 빔 조향 장치로서 갈바노메트릭 x-y 스캐너를 포함한다. 빔은 그 후 피험체의 피부 상에서 원하는 크기에 도달하기 위해 집속된다.
도 3은 도 1의 피부과 레이저 치료 장치의 수동으로 이동 가능한 스캐너 워크 헤드 형성 부분의 측면도이다.
도 4는 도 3의 워크 헤드의 배면도이다.
도 5는 도 1에서의 시스템의 워크 헤드에서 선택 가능한 상이한 크기들 및 형태들의 다양한 스캐닝 필드들을 도시한다.
도 6은 도 1의 피부과 레이저 치료 장치의 동작의 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 피험체의 피부로부터 문신 또는 다른 착색을 제거하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 8a는 종래의 방법에 따라 치료될 면적의 치료를 예시한다. 도 8b는 본 발명에 따른 스캐닝 필드의 형태/크기 최적화를 예시한다. 도 8a에 도시된 바와 같은 종래의 방법에서, 전형적인 장미-형 문신의 얇은 줄기는 매우 작은 스팟 크기를 요구하고; 정확한 배치를 가진 다수의 스팟들이 전체 줄기를 커버하기 위해 요구된다. 반대로, 본 발명의 스캐닝 방법에서, 스캐닝 필드는 임의의 원하는 형태로 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 가늘고 긴 직사각형 스캐닝 필드는 길고, 얇은 문신 라인들을 치료하는데 더 효율적이며 더 빠를 수 있다.
도 9는 상이한 펄스 폭들의 펄스 레이저 광을 사용하여 착색 제거를 위한 요구된 작업 플루엔스(강도)를 결정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 10은 색소의 다양한 컬러들에 대한 측정된 레이저 삭마 임계 플루엔스 대 펄스 폭의 차트이다. 더 짧은 펄스 폭들은 더 적은 플루엔스를 요구하며, 상이한 컬러들 간의 임계치 차이는 더 작다는 것이 명백하다.
도 11은 저 강도 레이저를 사용하는 종래의 방법과 비교하여 고 강도 레이저를 사용한 본 발명에 따른 다중컬러 문신 제거의 예를 도시한다. 살아있는 돼지 피부 상에서 수행된 제어된 실험에서 실제 제거 결과들을 보여주는 사진들이 묘사된다.
도 12a 및 도 12b는 시간에 걸친 피부 온도 프로필들을 도시한다. 도 12a는 고 에너지 대형 스팟에서 기인한 온도 프로필을 도시한다. 도 12b는 저 에너지 소형 스팟에서 기인한 온도 프로필을 도시한다. 열 확산의 시작은 대형 스팟에 대해 약 10s의 시간 스케일들에서 뚜렷하다. 소형 스팟에 대해, 열의 확산은 약 0.1s 미만 후 뚜렷하다.
도 13은 시간의 함수로서 가열된 조직의 볼륨의 중심에서의 온도를 도시한 차트이다. 1mJ, 0.22mm 스팟에 대한 열 이완 시간(초기 온도 델타의 50%)은 약 0.12s이고; 5mJ, 0.5mm 스팟에 대해, 열 이완 시간은 약 0.7s이며; 500mJ, 5mm 스팟에 대한 열 이완 시간은 약 70s이다.
도 14는 2.5 J/cm2의 주어진 플루엔스에 대한 열 이완 시간 대 펄스 에너지를 도시한 차트이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명에 따른 치료될 피부의 면적의 래스터 스캐닝 대 인터레이싱을 개략적으로 예시한다. 도 15a는 인접한 라인들 사이에 시간 T를 갖는 표준 래스터 스캐닝을 도시한다. 도 15b는 K 라인들을 건너뛰고 최하부 라인 후 최상부로 돌아감으로써 인터레이싱 스캔을 도시한다. 로우들 간의 시간은 T*K이다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스캐닝 헤드를 위한 홀더의 단면 측면도이다.
도 17은 도 16의 홀더의 부분을 형성하며 치료 이전에 스캐너, 레이저 및 광학 동조를 테스트할 수 있는 분리기 어셈블리의 확대도이다.
도 18은 테스트 루틴을 수행하기 위해 홀더의 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 치료 의자 위에 배치된 균형 잡힌 관절식 암에 연결된 자동화 스캐닝 워크 헤드의 예시이다.
도 20a는 도 19의 스캐닝 워크 헤드의 밑면의 개략적인 그림이다.
도 20b는 제거될 색소를 가진 피험체의 개략적인 그림을 포함한, 도 19 및 도 20a의 스캐닝 워크 헤드의 측면도이다.
도 21a 내지 도 21e는 본 발명에 따른 이미지 획득, 검증 및 문신-제거 치료 시퀀스의 예를 예시한다. 도 21a에서, 조준 빔은 조작자로의 스캐닝 필드 윤곽(outline)을 나타낸다. 도 21b에서, 치료될 타겟 면적의 컨투어(contour)가 측정되며 스캐닝 파라미터들이 산출된다. 도 21c는 조준 빔 또는 온-스크린 디스플레이를 사용하여 스캐닝 필드/시퀀스의 프리뷰를 예시한다. 도 21d 및 도 21e는 문신-제거 시퀀스를 예시한다.
도 22a 및 도 22b는 달성 가능한 스캐닝 필드에 대한 토포그래피의 효과를 예시한다. 도 22a에서 평면 타겟이 도시되며 스캐너 헤드의 전체 스캐닝 필드가 사용될 수 있다. 도 22b에서, 비-평면 타겟은 액세스 가능한 스캐닝 필드를 감소시킨다. 구형 토폴로지가 단순성을 위해 도시된다.
도 23은 달성 가능한 스캐닝 필드보다 큰 치료될 색소 면적의 치료를 개략적으로 예시한다. 스티칭 알고리즘이 중첩하는 치료되지 않은 면적들의 패턴 인식을 사용하여 복수의 스캐닝 세그먼트들에서 전체 면적을 치료하기 위해 사용된다.
도 24는 스캐너 헤드를 갖고 장착된 6-축 로봇의 투시도이다.
도 25는 단일 치료 레이저로부터의 단일 펄스 레이저 빔이 복수의(이 경우에 2) 상이한 치료 면적들 사이에서 선택적으로 토글링될 수 있는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 피부과 치료 설비의 개략도이다.
도 26은 단일 고-에너지 펄스 치료 레이저 빔이 복수의 상이한 치료 면적들로 나뉘며 동시에 조향되는 본 발명의 제 5 양상에 따른 피부과 치료 설비의 개략도이다.
도 27은 단일 고 주파수(펄스 반복률) 펄스 치료 레이저 빔이 펄스-피킹에 의해 동시에 복수의 별개의 룸들로 다중화되는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 피부과 치료 설비의 개략도이다.
도 28은 도 27의 피부과 치료 설비에서 사용된 펄스-피킹을 위한 타이밍 도이다.
도 29은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 피부과 레이저 치료 장치의 전기 및 전자 구성요소들 및 연결성의 개략도이다.
예 1
첨부된 도면들의 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피부과 치료 설비를 개략적으로 도시한다. 설비는 분할 벽(21)에 의해 분리된 두 개의 인접한 룸들(12, 13)에서 제공된다. 룸들 중 하나(12)는 치료실이고; 다른 것은 제 1 및 제 2 치료 레이저들(1, 2)을 하우징한 레이저 실(13)이다. 본 실시예에서, 제 1 레이저(1)는 초-단 펄스들을 생성하는 800nm Ti:사파이어 레이저이며, 제 2 레이저(2)는 1064 및 532nm Nd:YAG 레이저이다. Ti 사파이어 레이저는 1Khz 펄스 반복률에서의 1 내지 10 밀리줄(millijoule) 에너지들을 갖고, 100 내지 30,000 펨토초 펄스들을 방출한다. Nd-Yag 레이저는 유사한 에너지들 및 500Hz 펄스 반복률들에서 나노초 이하 펄스들을 방출한다. 상이한 레이저들이 본 발명의 다른 실시예들에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 조준 빔(5)은 치료될 피험체의 피부의 면적 위의 정확한 위치에서 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 워크 헤드(4)를 위치시키도록 돕기 위해 이하에서 설명되는 바와 같이 치료 레이저들(1, 2)에 광학적으로 결합된다. 파워 및 제어 유닛(6)이 제공되며, 이것은 시스템 동작을 위해 컴퓨터, 전원 공급 장치 및 전용 제어기들을 포함한다.
레이저 실(13)은 레이저들(1, 2)에 대한 최적의 조건들이 유지됨을 보장한다. 치료실(12)은 단지 조작자 및 피험체-액세스 가능한 장비만을 포함한다.
제 1 및 제 2 치료 레이저들(1, 2)의 각각은 분할 벽(21)을 통해 레이저들(1, 2)에 의해 생성된 레이저 빔들(11)을 그것들이 본 발명에 따른 피부과 치료 장치를 포함한 워크 스테이션(25)으로 공급되는 치료실(12)로 향하게 하기 위해 광학 시스템(22)에 연결되는 레이저 출력(23)을 갖는다. 광학 시스템(22)은 이 기술분야의 숙련자들에게 알려진(이하에서 설명되는) 미러 렌즈들 및 다른 광학 구성요소들의 임의의 적절한 배열일 수 있으며 그것이 분할 벽(21)을 통과하는 보호 도관에 수용된다.
치료실(12)에서, 워크 스테이션(25)에 인접하여, 치료될 피험체(도시되지 않음)을 위한 치료 의자(10)가 제공되고 있다.
워크 스테이션(25)은 콘솔(7) 및 안정성을 위해 치료실(12)의 벽 또는 바닥에 고정되는 관절식 암(3)을 포함한다. 관절식 암(3)은 그것의 자유 단부에서 상기 언급된 워크 헤드(4)를 운반한다. 관절식 암(3)은 특정한 볼륨의 치료실에서의 임의의 포인트에서 치료 레이저 빔들 및 조준 빔을 워크 헤드(4) 상에서의 광학 입력으로 선택적으로 향하게 할 수 있다(미러들 및 접합부 어셈블리를 사용함으로써).
워크 스테이션(25)은 레이저 출력을 제어하기 위해 풋 페달(8)에 연결된다.
도 2를 참조하면, 치료 레이저(31)(이전에, 도 1에서 레이저들(1 및 2)로 참조됨)는 전용 제어기(44)에 의해 제어된다. 명료함을 위해, 단지 하나의 치료 레이저(1)만이 묘사되지만, 제 2 레이저(2)의 배열은 유사하다. 각각의 치료 레이저 출력(31)은 빔 샘플러(35)(또한, 이 실시예에서 조준 빔 커플러로서 작용하는)를 사용하여 작은 퍼센티지의 빔(42)을 샘플링하도록 동작 가능한 고속 검출기(32)에 의해 실시간으로 모니터링된다. 제어기(44)는 치료 레이저의 출력이 최대 또는 최소 펄스 에너지로부터 벗어난 경우에 레이저 파워를 멈추며 셔터(33)를 자동으로 닫도록 구성된다.
조준 빔(34)은 커플링 미러(35)에 의해 치료 레이저 빔 광학 경로에 결합된다. 빔 경로는 그 후 시스템의 나머지를 통한 전파를 위해 빔 확대기(36)를 통해 이동한다. 관절식 암(43)을 통해 이동할 때, 빔들 모두가 워크 헤드(37)에 도착한다.
워크 헤드(37)는 떼어낼 수 있는 스페이서(38) 및 갈바노메트릭 스캐너(41)를 포함한다. 사용 시, 레이저 빔은 렌즈들(39)을 통과하기 위해 전동식 미러들(40)에 의해 피험체의 피부로 지향되는 갈바노메트릭 스캐너(41)로 이동한다. 스페이서(38)는 워크 헤드로부터 멀리 연장되며 피험체의 피부를 접촉하기 위해 평활한 원위 단부에서 종단된다. 스캐너 갈바노메트릭 미러들(40)은 빔이 비스듬히 초점 렌즈 어셈블리(39)에 도착하도록 회전된다. 이러한 각도는 초점 렌즈 어셈블리를 통해 피험체의 피부 상에서의 위치로 변환된다. 렌즈들은 피부의 표면상에 원하는 스팟 크기를 생성하며, 이것은 요구된 플루엔스를 달성하기 위해 조작자에 의해 리사이징될 수 있다. 본 실시예에서, 0.7mm의 스팟 크기는 4 J/cm2 플루엔스를 위해 사용되지만, 약 2mm 미만, 바람직하게는 약 1mm 미만의 임의의 스팟 크기가 사용될 수 있다는 것이 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 것이며, 플루엔스는 약 0.5 내지 50 J/cm2, 바람직하게는 약 1 내지 30 J/cm2의 범위에 있다. 스캐너(41)는 그 후 조정 가능한 크기 및 형태의 스캐닝 필드 내에서 피부에 걸쳐 스팟을 조향시킨다. 인접한 스팟들 간의 거리는 구성 가능하며 통상적으로 약 0.1mm 미만이다. 몇몇 대안적인 실시예들에서, 가우스 프로필을 가진 중첩 스팟들이 사용될 수 있다. 중첩의 양은 통상적으로 약 0.1mm일 수 있다. 상이한 선택 가능한 직사각형 스캐닝 필드들이 예로서 도 5에 도시된다. 특히, 본 실시예에서, 갈바노메트릭 스캐너(41)는 길이 및/또는 폭에서 약 1mm 내지 약 10mm의 구성 가능한 직사각형을 스캔하도록 동작 가능하다. 다른 실시예들에서, 스캐닝 필드는 스캐너(41)의 제한들 내에서 임의의 미리 결정된 또는 임의의 형태를 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 피험체의 피부의 면적까지의 거리는 스페이서(38)에 의해 결정될 수 있다.
워크 헤드는 또한 모션 센서(26)를 포함한다. 메인 레이저의 동작 동안, 모션 센서가 미리 정의된 임계치를 넘는 모션을 검출한다면, 그것은 메인 레이저를 즉시 정지시키도록 제어 유닛(6)에 시그널링한다. 이것은 의도되지 않은 또는 제어되지 않은 레이징을 방지하도록 돕는다.
워크 헤드(37)는 스캐닝 필드 크기 선택기 노브(14), 조준 빔(34)을 활성화하기 위한 윤곽 스위치(15), 표시 조명(19) 및 교체 가능한 스페이서(18)(도 2에서 38)를 포함하는 인체 공학적, 플라스틱 어셈블리로서 설계되는 도 3 및 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 외부 셸(20)을 포함한다.
스캐너 미러들은 다양한 종횡비들을 갖고 범위가 1 내지 10mm에 이르는 크기들에서 미리 정의된 직사각형들(도 5, 45 내지 54)의 세트 중 하나를 스캔하도록 프로그램될 수 있다. 각각의 직사각형은 필드 선택기 노브(14)의 특정 설정에 대응한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 스캐너 미러들은 직사각형들이 아닌 다른 상이한 크기들 및/또는 형태들의 스캐닝 필드들, 예컨대 원형 스캐닝 필드들을 생성하도록 동작 가능할 수 있다.
도 29에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 제어기 유닛(6)은 파워 라인들(401)을 가진 전원 공급 장치(401), 소프트웨어 및 데이터(404)를 저장하기 위한 메모리를 가진 프로세서(402), 및 실시간 제어기(405), 및 프로그램 가능한 논리 디바이스(403)를 포함한다. 조합하여, 이것들은 수용 가능한 중복성을 갖고 시스템의 평활하고 안전한 동작을 보장한다. 신호들 및 데이터는 파워 및 데이터 라인들(411)을 통해 도시된 바와 같이 다양한 시스템 구성요소들(1, 2, 5, 4, 37 등)에 연결된다. 실시간 제어기(405) 및 프로세서(402)는 디지털 스캐너 제어기(406)와 통신하며, 결과적으로 유사한 스캐너 구동기(407)를 동작시킨다. 이것들은 워크 헤드(37)에서 갈보 미러 스캐너(41)로 파워 및 제어 양쪽 모두를 공급한다. 명료함을 위해, 많은 연결들 및 세부사항들은 생략되었다.
시스템은 도 6의 다이어그램에 묘사된 논리를 따른다. 파워 업(61) 동안, 유휴 상태(62)에 앞서, 여러 안전 점검들이 수행된다. 일단 윤곽 스위치(15)가 조작자에 의해 스위칭 온되면, 시스템은 윤곽 모드(63)로 이동한다. 시스템은 윤곽 모드에 남아있어서, 윤곽 스위치(15)가 턴 오프될 때까지 또는 풋 페달(8)이 눌려질 때까지, 조준 빔(34)으로 직사각형 윤곽(즉, 45 내지 54 중 하나)을 계속해서 스캔한다. 풋 페달이 눌려지면, 메인 레이저는 턴 온되며 레이저 광의 펄스들이 전체 스캔 모드(64)에서 직사각형 스캐닝 면적에 걸쳐 스캔된다. 일단 전체 면적이 레이저 펄스들에 의해 조사되었다면, 레이저는 스위치 오프되며 시스템은 윤곽 모드(63)로 돌아간다.
치료의 인가 동안, 조작자는 제거될 색소의 형태 및 크기를 검사한다(70). 일단 조작자가 윤곽 스캔을 턴 온하면, 조준 빔은 그 후 도 7에 도시된 바와 같이 피험체 피부 상에서 현재 선택된 직사각형의 윤곽을 보여준다(73). 이것은 시각적 피드백 및 치료된 면적으로의 스캐너의 정확한 동조를 허용한다. 조작자는 직사각형이 색소 형태 및 크기에 맞고 색소 면적 위에 워크 헤드를 정확히 위치시키도록 필드 선택기를 조정한다(77). 일단 조작자가 설정된 스캐닝 필드 배치가 마음에 든다면, 풋 페달(8)이 눌려지며, 메인 레이저가 그 후 레이저 스팟들 - 각각의 위치에 하나의 스팟 - 로 스캐닝 필드의 전체 면적을 커버함으로써 피험체의 피부를 조사한다(79). 본 실시예에서, 전체 스캔 지속기간은 1초보다 짧으며, 통상적으로 0.5초이다. 전체 스캔 후, 메인 치료 레이저는 스위칭 오프되며 조준 빔(34)은 다시 치료된 면적의 윤곽을 보여준다(81). 치료된 면적들은 보통 펄스 레이저 및 피부 상호작용의 프로스팅 효과로 인해 가시적이다(82). 최적의 결과들을 달성하기 위해, 레이저 설정 포인트는 이하의 예 2에서 설명된 바와 같이 선택된다.
문신 또는 색소의 다른 면적에 스캐닝 필드 형태를 적응시키는 스루풋 이익은 도 8a 및 도 8b에 도시된 예들을 비교함으로써 이해될 수 있다. 예를 들어, 장미의 줄기와 같은 가늘고 긴 형태를 커버하기 위해, 적절한 직사각형들(86)을 사용하는 것은 5번의 스캔들을 요구한다. 정사각형 또는 원형 형태(85)를 위해, 스캔들의 수는 약 3배 이상이다. 단일 필드 스캔이 매우 빠르므로, 조작자의 배치 프로세스는 총 치료 시간에 대한 주 기여 인자이다. 따라서, 3배보다 적은 필드들은 ~3배 더 빠른 치료 시간으로 변환한다. 예를 들어, 3mm 두께 및 50mm 길이 줄기에 대해, 500Hz 펄스 반복률 및 중첩이 없는 0.6mm 스팟 크기를 사용하여, 우리는 대략 830 스팟들에 도달하며, 이것은 1.7초의 순 스캐닝 시간과 같다. 3×3mm 필드를 사용하여(도 8a 참조), 스캔할 대략 17개의 별개의 필드들이 있다. 약 0.75초의 필드 배치 시간을 가진 잘-훈련된 조작자를 가정하면, 우리는 12.75초의 배치 시간 및 14.45초의 총 치료 시간을 갖는다. 도 8b에 도시된 바와 같이 3×10mm의 직사각형 필드를 사용할 때, 우리는 ~5개 배치들을 가지며, 따라서 총 치료 시간은 5.45초이다. 15와 5초 간의 차이는 치료 세션 동안 엄두도 못낼 정도로 높지 않지만, 복잡한 형태들 및 특징들을 가진 훨씬 더 색소 면적들에 대한 이러한 분석을 반복함으로써, 필드 형태를 최적화함으로써, 치료 시간에서의 엄청난 감소가 달성될 수 있다는 것이 명백하다. 이하의 예 5는 훨씬 더 짧은 치료 시간들을 달성하기 위해 추가로 이러한 개념을 취한다.
예 2
본 발명에 따른 초-단 및 초-고 강도 방사선을 사용하는 것은 매우 컬러 선택적인 선형 흡수를 넘어, 하나의 파장을 가진 여러 컬러들을 제거하는데 유리하다. 새로운 시스템을 설계할 때, 그것은 다중-컬러 착색 제거를 달성하기 위해 적절한 레이저 작업 포인트를 결정해야 한다. 작업 포인트는 플루엔스, 펄스 폭 및 강도를 포함한다. 강도는 다중-컬러 제거를 위해 충분히 높도록 요구되며, 그것은 보통 플루엔스(에너지 밀도) 및 펄스 폭의 조합에 의해 결정된다. 플루엔스는 강도를 지원하기 위해 충분히 높아야 하지만, 과도한 손상을 생성하기 위해 너무 높지 않아야 한다(통상적으로 약 0.5 내지 10 J/cm2). 펄스 폭은 짧아야 하지만 보통 특정 레이저 설계에 의해 제한된다. 바람직한 펄스 폭들은 대략 약 0.5 내지 30 피코초이다. 펄스 에너지는 이하에서 예 3에서 논의된다. 최적의 작업 포인트는 특정 레이저의 파장, 타겟 컬러들(보통, 많을수록 양호하다) 및 특정 레이저 시스템의 이용 가능한 레이저 펄스 폭에 의존한다. 적절한 작업 포인트를 찾기 위해, 우리는 실험실 셋업 시 상이한 잉크 컬러들/피부 색소들의 반응 임계치를 측정한다. 테스트는 각각의 타겟 색소에 대해 반복된다. 테스트 타겟은 젤라틴, 물 및 색소를 혼합함으로써 생성된다. 도 9를 참조하면, 타겟은 그 후 플루엔스들의 세트를 갖고 스캔되며, 여기에서 각각의 플루엔스에 대해, 펄스 폭은 변조된다(사실상 변조 강도). 일단 상호작용이 타겟에서 목격되면(보통 타겟에서의 손상에 따라), 특정 펄스 폭에 대한 임계치 플루엔스가 결정된다. 가장 어려운 손상 컬러에 대해 요구된 최고 강도를 찾음으로써, 우리는 모든 컬러들을 커버하는 요구된 강도에 도달한다. 이 방법에서, 강도 및 플루엔스는 펄스 폭 변조를 통해 독립적으로 테스트되며, 본질적으로 종래 기술의 방법들과 상이하고, 여기에서 플루엔스 및 강도는 펄스 폭이 일정하므로 결합된다는 것이 주의되어야 한다.
도 10에서는 실제 실험실 측정 결과를 도시한다. 펄스 폭이 증가함에 따라, 점점 더 많은 플루엔스가 타겟 색소와의 효과적인 상호작용을 위해 요구된다. 상이한 컬러들을 위해 요구된 상이한 플루엔스들의 확산이 또한 상당히 증가한다. 종래 기술의 레이저 시스템들은 통상적으로 >250ps 펄스 폭 및 더 낮은 강도들로 동작한다. 말하자면 ~1 J/cm2의 조직에서 색소 위치에서의 주어진 플루엔스에 대해(도 10에서 참조 번호 100으로 표시됨), 시스템은 예를 들어 녹색 및 흑색을 제거할 수 있지만, 적색 및 황색 컬러들을 제거할 수 없을 것이다. 이것은 황색 및 적색이 상기 펄스 폭에 대해 상당히 더 높은 플루엔스 임계치를 갖기 때문이다. 대안적으로 그것은 주어진 파장 및 펄스 폭에서 "그것들이 충분히 흡수하지 않는다"는 것을 서술할 수 있다. 본 발명에 따라 ~25ps 아래로 펄스 폭을 감소시킴으로써, 동일한 플루엔스(101)가 이 경우에 모든 컬러들을 성공적으로 제거할 수 있다. 이것은 이러한 펄스 폭에서, 상호작용을 위한 임계치가 주어진 플루엔스 미만이기 때문이다. 종래 기술에서와 동일한 파장이 이제 더 큰 강도의 결과로서 모든 컬러들을 제거할 수 있다는 것이 주의되어야 한다.
상기 방법은 특정 레이저 파장마다 적용 가능하며, 여기에서 상이한 레이저들은 타겟 컬러들 대 사용된 파장에 의존하여 상이한 최대 강도들 및/또는 플루엔스들을 요구한다. 그러나 일단 임계 강도가 사용되면, 모든 타겟 컬러들은 상기 특정 레이저에 의해 제거될 것이다.
여기에서 "제거"에 의해 피부로부터의 컬러의 완전한 클리어런스(육안으로)가 한정된 수의 세션들 후 달성된다는 것이 의도된다. 세션들의 수는 하나의 타겟 컬러에서 다음으로 달라질 수 있지만, 어쨌든 하나의 컬러에서 다음으로 세션들의 수는 약 2의 배수 이상만큼 달라지지 않을 것이다.
상업적 레이저들은 규정된 파라미터 세트에 대해 이용 가능하다. 예를 들어 8mJ 및 8ps 펄스 폭을 가진 PicoLaser ltd "Pico-1M" 레이저, 또는 30mJ 및 1.5ps 펄스 폭을 가진 Amplitude Laser ltd "Magma" 레이저를 참조하자.
도 11은 상기 서술된 방법 및 시스템의 예로서, 살아있는 돼지 피부 상에서 수행된 제어된 실험에서의 실제 제거 결과들을 묘사한다. 타겟은 녹색(111), 청색(112), 청록색(113), 주황색(114), 적색(118), 황색(117), 보라색(116) 및 흑색(115)으로 컬러링된 면적들을 포함한, 다중-컬러 정사각형이다. 타겟의 중간은 문신이 없지만, 경계들은 흑색으로 윤곽이 그려진다.
두 달의 범위에서 다양한 펄스 폭 및 여러 치료들을 사용하여, 사전- 및 사후-이미지들이 101 내지 106으로 도시된다. 레이저 A는 6ns의 펄스 폭을; 레이저 B는 0.6ns를 사용하였으며; 레이저 C는 1 내지 15 피코초 펄스 폭(100 내지 1000배 더 짧은)을 이용하였다. 레이저 A 및 레이저 B는 4 J/cm2 플루엔스를 사용하였지만, 레이저 C는 2 J/cm2 플루엔스를 사용하였다. 레이저들 A/B의 각각의 강도는 0.7/7 GW/cm2였지만, 레이저 C는 50 GW/cm2를 초과한 강도를 갖는다. 레이저 A 및 레이저 B를 갖고, 뚜렷한 제거가 흑색 윤곽에서 달성된다(101 대 102 및 103 대 104). 단 펄스 레이저 C에 대해, 모든 문신 컬러들이 반응을 보였으며 80%가 넘는 클리어런스가 달성되었다(105 대 106). 양적 클리어런스 레벨들이 107에서 도시된다.
예 3
레이저 착색 제거의 프로세스는, 색소를 타겟팅할 지라도, 색소를 둘러싼 조직에서 국부 가열을 생성한다. 색소를 유지한 조직에서의 국부 손상은 피할 수 없지만, 색소 방사선 흡수에 의해 직접 손상되지 않은, 주변 조직은 2차 가열로부터 고통을 받을 것이다. 국부 상승 가열의 지속 기간은 주변 조직에 대한 더 높은 손상의 근본 원인이다. 다음의 예에서, 우리는 이들 효과들을 수량화할 것이다.
색소 조직의 조사 동안, 다음이 발생한다: 처음에, 레이저 펄스 폭의 시간 스케일 상에서, 방사선이 흡수하는 조직의 부분들에서, 보통 치료를 위해 타겟팅되는 특정 발색단들에서 흡수된다. 이것들은 피코 또는 나노 초의 매우 짧은 시간 스케일들에서 매우 상승된 온도들(심지어 수천 도)을 달성할 수 있다. 이것은 보통 플라즈마 생성, 기계 고장 및/또는 다른 끔찍한 사건들로 이어지며, 이것은 보통 치료의 원하는 결과이다. 그럼에도 불구하고, 짧은 시간 후, 모든 이러한 에너지는 최종적으로 열로 변환되고: 플라즈마 방사는 펄스가 종료된 후 재 흡수되고, 운동 입자들은 정지부로의 충돌들을 통해 느려진다. 화학적 변경(보통 원하지 않는 효과)을 제외하고, 결국 인입하는 방사선 모두는 열로 변환된다.
펄스 폭보다 훨씬 더 긴 시간 스케일들에 대해, 우리는 조직에 유도된 온도들을 추정하기 위해 흡수 층에 대한 벌크 열 근사치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 평균 2.5 J/cm2 플루엔스, 500mJ 펄스 에너지 및 5mm 스팟 직경을 고려하자. 예를 들어, 레이저 방사를 흡수하는 문신 잉크는 보통/대부분 피부 표면 아래 300 내지 700㎛의 깊이에 있다. 우리는 입력 펄스의 직경의 실린더 내에서(단순함을 위해) 상기 두께에 흡수된다고 가정하며 양호한 추정으로서 물 비열을 사용한다. △T = E/MㆍC를 사용하여, 우리는 ~34℃(외부) 내지 36.8℃(내부)의 주위 피부 온도 위로 대략 15℃의 온도 상승에 도달한다.
이것은 또한 0.5mm 직경을 가진 5mJ 펄스 에너지(100배 더 낮은 에너지 및 10배 더 작은 직경)에 대해 참이다. 동일한 평균 가열은 플루엔스가 유사한 경우 항상 이러한 근사법에서 발생할 것이다.
단지 작은, 저 에너지 펄스들만을 인가하는 이점은 시간에 걸친 열 확산을 봄으로써 명백하다. 매우 빠른 초기 가열 프로세스 후(약 나노초 이하로), 열은 초기 가열된 볼륨으로부터 멀리 확산하기 시작한다. 피험체 신체가 고 펄스 에너지들에서 총 펄스 에너지에 비교하여 무한한 열 저장소임을 고려하면, 확산은 가열된 볼륨의 온도를 다시 자연스러운 체온으로 점차 감소시킬 것이다. 이러한 냉각 효과의 레이트는 가열된 조직의 볼륨에 크게 의존하며, 이것은 상기 예들에서 매우 상이하다. 보다 정확하게, 레이트는 가열된 조직의 볼륨 대 표면적의 비에 의해 결정된다. 작은 볼륨은 큰 볼륨보다 훨씬 더 빠르게 진정될 것이다.
관련 시간 스케일들을 수량화하기 위해, 상기 예 2에서와 동일한 플루엔스를 가진 두 개의 펄스들의 경우를 고려하자. 단지 하나의 펄스만이 조직에 부딪힌다고 가정하면, 어떤 레이트로 열이 확산할 것인가? 선형 열 확산이 시간 t=0에서 초기 가열 후 상이한 시간들에서 온도의 방사 프로필을 제공한다는 것을 해결하자. 고 에너지, 대형 스팟(도 12a) 및 저 에너지, 소형 스팟(도 12b)의 온도 프로필은 도 12에서 도시된다. 약 1초 후, 500mJ 펄스(121)에 대한 상승 온도에서 작은 변화만이 있지만, 5mJ 펄스 온도는 대략 50%만큼 떨어졌다(122). 500mJ 펄스에 대해, 온도가 50%만큼 떨어지는데 약 100초가 걸린다.
열 이완 시간은 여기에서 온도 델타가 2배만큼 떨어진 시간으로 정의될 수 있다. 시간의 함수로서 가열된 조직 볼륨의 중심의 온도는 도 13에서 플로팅된다. 0.22mm 스팟을 가진 1mJ 펄스에 대해, 열 이완 시간은 약 0.12초이다. 5mJ, 0.5mm 스팟에 대해, 완화 시간은 약 0.7s이지만, 500mJ, 5mm 스팟에 대해, 완화 시간은 약 70s이다.
도 14는 2.5 J/cm2의 주어진 플루엔스에 대한 열 이완 시간 대 펄스 에너지를 도시한 차트이다. 박스(142)는 200 내지 1000mJ 펄스들을 사용하여 종래의 방법에 따른 작업 포인트를 도시한다. 30 내지 200초의 완화 시간들이 통상적이다. 박스(141)에서, 0.1 내지 8초의 훨씬 더 짧은 완화 시간들이 1 내지 30mJ의 더 작은 펄스 에너지들을 사용하여 본 발명에 따라 제공된다. 피부 손상 임계치들이 143, 144에서 플로팅된다.
이전에 논의된 바와 같이(144) 손상이 발생하기 전에 피부가 51℃에서 단지 약 6s를 견딜 수 있음을 고려해볼 때, 따라서 상기 예에서, 5mJ 펄스를 사용하여, 그것이 1초 미만에서 발산되므로, 피부가 약 51℃까지 15℃ 온도 상승을 지속할 수 있다는 것이 명확하다. 500mJ 펄스에 대해, 동일한 온도 상승을 갖고, 완화 시간이 손상 임계치보다 훨씬 더 긴 약 70s이므로 손상이 발생할 것이다. 동일한 분석이 50도의 피부 온도에 대해 참이며, 이것은 손상이 발생하기 전에 24초 동안 용인될 수 있다. 손상이 발생하기 전에 통증이 나타난다는 것이 또한 알려져 있다. 통증 임계치는 손상 임계치보다 낮지만, 온도 의존성은 유사하다(Yarmolenko).
이러한 이유로, 통증 및 손상 양쪽 모두는 200mJ을 초과한 큰 펄스들 대신에 작은 에너지 펄스들(1 내지 30mJ)을 사용함으로써 감소되거나 또는 완전히 회피된다.
상기 산출은 동일한 플루엔스에서, 고 에너지 펄스 대 저 에너지 펄스의 비교를 반영한다. 다수의 스팟들을 갖고 큰 면적을 스캔할 때 빠른 완화 시간의 이익을 얻기 위해, 인접한 펄스들 간에 적절한 시간을 제공하는 것이 중요하다. 이것은 전용 스캐닝 기술들을 이용함으로써 달성될 수 있다. 인접한 스팟들에 대한 이용 가능한 완화 시간을 증가시키기 위한 스마트 스캐닝 기술의 예로서 도 15b에 도시된다. N 라인들의 통상의 래스터 스캔에서(도 15a), 각각의 두꺼운 라인(150)은 다수의 스팟들로 구성된다. 라인을 완성하는데 걸리는 시간은 T이다. 이것은 시간 T 후, 각각의 스팟이 아래에 새로운 이웃을 가질 것이며 이것은 그 자신의 라인에서 좌측 및 우측의 이웃들에 더해진다. 이제 우리는 인터레이싱 스캔을 사용한다(도 15b): 이것은 연속적으로 라인들을 스캔하는 대신에, 우리는 최상부 라인(151)을 스캔하며 그 후 훨씬 멀리 떨어져 다음 라인(152)을 표시하기 위해 아래 M 라인들을 건너뛴다. 우리는 스캐닝 필드의 에지에 이를 때까지 이를 계속하며, 최상부(154)로부터 제 2 라인으로 돌아가고 프로세스를 반복한다. 이것은 잠재적으로 더 큰 필드들에 대해 훨씬 더 길 수 있는, K*T, K=floor(N/M)의 완화 시간을 인접한 라인들에 제공한다.
예 4
시스템의 적절한 기능 및 피험체 및 조작자의 안전을 보장하기 위해, 예 1에서의 시스템은 치료실(12)에 위치될 수 있는 전용 워크 헤드 홀더에 전문화된 테스트 하드웨어 및 시퀀스를 포함하도록 적응될 수 있다. 본 발명의 홀더(27)는 워크 헤드 인터페이스(164), 광학 렌즈들(167), 천공형 분리기(169), 및 광학 파워 미터(161)를 포함한다.
도 16을 참조하면, 워크 헤드(4)는 도면에 도시된 바와 같이 홀더(164)의 우측 측면에 연결된다. 연결은 치료를 위해 사용된 도 3을 참조하여 상기 설명된 바와 같이 스페이서들(18)의 연결과 기계적으로 동일하다는 것이 주의되어야 한다.
164의 좌측으로 파워 미터(161)로의 광학 거리를 적응시키기 위한 렌즈(166)가 있다. 파워 미터 위에, 분리기(169)가 있으며, 여러 개의 홀들이 레이저 방사가 파워 미터에 이르도록 허용하기 위해 드릴링되었다.
도 17a는 검출기의 방향으로 좌측 측면(170)에 분리기 및 또한 분리기를 통해 연장되는 여러 홀들(172)의 배열을 도시한다. 도 17b는 워크 피스의 방향으로 분리기(171)의 우측 측면을 도시한다.
테스트 시퀀스는 도 18에서 도시된다. 시퀀스는 단지 적절한 제어들이 적용될 때, 주로 조준 빔 스위치(15)가 온이고 풋 페달(8)이 눌려질 때 시작한다. 스캐너 미러들(40)은 그 후 분리기(172)에서 홀 위치들에 대응하는 위치들로 이동된다. 각각의 위치에서, 메인 레이저(1/2)가 턴 온되며, 파워는 파워 미터(161)에서 측정된다.
일단 모든 정의된 위치들 및 파워 측정들이 수행된다면, 측정된 파워는 허용 가능한 범위들을 갖고 미리 정의된 표에 비교된다. 테스트는 모든 측정들이 미리 정의된 범위들에 있다면 성공적이다.
여러 유리한 양상들이 주의되어야 한다. 제 1 양상은 파워 미터(161)(또는 임의의 다른 관련 센서)가 스페이서(18)를 사용하여 치료된 피부의 평면에 광학적으로 상응하는 평면에 위치된다. 이것은 레이저 방사가 보통 레이저 출력에 더 가깝게 측정되며 시스템의 출력에서는 아닌 종래의 시스템들과 대조적이다. 이것은 피험체가 정확한 방사선 파라미터들을 수신한다는 것을 보장하며, 광학 경로를 따라: 레이저 안쪽으로부터, 워크 헤드에서의 광학 요소들, 스캐너 및 렌즈들을 통해(도 2 참조) 어딘가에서 발생한 고장들을 감안한다.
두 번째로, 상이한 위치들에서 상이한 분리기 홀들은 미리 정의된 위치들에 도달하도록 스캐너 미러들(40)에 요구한다. 이것은 스캐너 미러들, 그것들의 작동기들 및 그것들의 제어 전자장치가 모두 예상대로 수행하는 것을 보장한다. 그것은 또한 광학 빔이 각도 또는 위치에서의 동조를 벗어나 돌아다니지 않는다는 것을 보장하며, 이것은 분리기 홀들을 부분적으로 또는 완전히 놓치는 것(미러 작동기 고장처럼) 및 저 파워 측정을 야기하는 것에 대응할 것이다.
또한, 상이한 직경들의 홀들을 생성함으로써, 빔의 분기가 또한 감안될 수 있다. 이러한 분기는 상이한 직경의 홀들에서 미리 정의된 것들에 비교하여 측정된 상이한 파워 레벨들을 야기할 것이다.
또한, 테스트 동안, 레이저 출력(32)(도 2 참조) 다음에 위치된 실시간 센서들이 홀더 센서에 비교되어, 그것들이 펄스 에너지를 일관되게 측정한다는 것을 보장한다.
마지막으로, 시퀀스는 치료 동안 통상의 동작과 동일한 방식으로 사용자 제어들의 동작을 요구하며, 스위치들 또는 제어들에서의 임의의 고장들을 감안한다.
테스트 장치는 반드시 워크 헤드를 위한 홀더를 통합할 필요는 없다는 것이 이해될 것이다. 다른 실시예들에서, 센서들은 이와 같이 워크 헤드를 유지하도록 설계되지 않으며, 테스트를 위해 센서들에 대하여 그것을 안정되게 위치시키기 위해 워크 헤드에 맞물리도록 구성되는 워크 헤드 체결 부분을 갖는 지지 구조에 장착될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이 천공형 분리기 대신에, 센서들은 레이저 빔의 위치 및 파워를 검출하기 위해 적어도 하나의 위치 감응 검출기를 포함할 수 있다.
예 5
도 19는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 치료될 피험체의 피부의 면적의 자동 스캐닝을 위해 적응된 레이저 치료 장치를 포함하는 피부과 치료 설비의 치료실을 예시한다. 치료 의자(190) 위에, 큰 광학 워크 헤드(191)가 균형 잡힌 관절식 암(192)을 통해 걸린다. 레이저 실(도시되지 않음)에서의 장치는 상기 예 1에서 설명된 장치와 유사하지만, 본 실시예에서 치료실 워크 헤드는 더 크며 치료될 큰 면적을 자동으로 스캔하기 위해 이미징 및 다른 센서들을 이용한다(예 1에서 작은 면적들을 수동으로 스캔하는 것과 비교하여).
레이저 스캐닝은 산업 재료 프로세싱 애플리케이션들로부터 널리 알려져 있다. 본 발명에서, 동일한 타겟 재료 및 샘플이 많은 양들에서 반복 가능하게 스캔되는, 레이저 스캐닝의 산업 애플리케이션과 대조적으로, 그러나, 피험체는 단지 한 번 스캔되며(적어도 치료마다), 요구된 스캐닝 패턴은 어떤 두 개의 피험체들도 어떤 두 개의 병변들도 동일하지 않으므로, 매우 드물게 유사하다. 부가적으로, 에러의 비용은 수용 가능하지 않으며 안전 고려사항들이 다른 무엇보다 중요하다. 다음의 설명은 이들 문제들이 피부과 표시들을 치료하기 위해 레이저의 빠르고, 정확하며 안전한 스캐닝을 제공하기 위해 본 발명에 따라 어떻게 처리될 수 있는지를 보여준다.
도 20a 및 도 20b에서, 작업 헤드(191)의 구성요소들은 두 개의 단면도들에 도시된다. 레이저 방사선이 관절식 암(192)을 통해 레이저 실에서 하나 이상의 치료 레이저들로부터 워크 헤드 입력(200)에 들어가며 전동식 조정 가능한 집속 렌즈들(208)을 지난다. 그것은 그 후 스캐너(201)에 들어간다. 이러한 스캐너는 예 1에서의 스캐너보다 크며 통상적으로 워크 헤드(191)로부터 약 [DISTANCE]의 일정한 거리에 유지되는 피험체의 피부(204) 상에서 100×100mm의 면적을 커버하기 위해 160mm f-세타 렌즈(202)를 통해 레이저 빔을 향하게 한다. 스캐너, 통합된 집속 및 f-세타 렌즈는 예를 들어, 미국, 메사추세추 ScanLab Germany 또는 Cambridge technology로부터 쉽게 이용 가능하다. 워크 헤드에 정착된 카메라(207)는 치료 면적을 이미징하기 위해 동작 가능하지만, 조명 LED들(206)은 특정 조명 조건들을 공급한다. 카메라(207)는 또한 깊이의 3D 측정이 가능하며 치료될 면적을 이미징하는 것에 더하여 면적의 높이 맵을 생성할 수 있다. 3D 카메라들은 예를 들어, 미국, Intel로부터의 RealSense로 쉽게 이용 가능하다.
치료 시퀀스가 도 21a 내지 도 21e에서 설명된다. 처음에, 조작자는 대략적으로 타겟 면적 위에 위치되도록 워크 헤드(191)를 수동으로 조작한다. 관절식 암은 마찰이 거의 없으며 조작자가 워크 헤드를 쉽게 조작할 수 있도록 균형이 잡힌다. 조준 빔은 조작자가 대략 타겟 면적과 일치하도록 이용 가능한 스캐닝 필드의 중심에 배치하는 것을 돕기 위해 그것의 윤곽을 보여줌으로써 이용 가능한 스캐닝 필드를 보여준다(도 21a 참조). 이미지 프로세싱을 사용하여, 시스템은 그 후 카메라(207)에 의해 캡처된 면적의 이미지들에 기초하여 색소 면적들을 검출한다. 3D 카메라는 또한 타겟 면적의 컨투어들을 측정하며 스캐닝 파라미터들이 산출된다(도 21b). 일단 스캐닝 계획이 정의되면, 조작자는 계획된 치료될 면적을 보게 된다. 이것은 전용 컴퓨터 인터페이스를 갖고 행해질 수 있지만 이 예에서 그것은 피험체 타겟 면적 상에 직접 도시되며; 단지 조준 빔만을 사용하여, 메인 치료 레이저에 의해 수행될 바와 같이 정확한 계획된 패턴이 반복적으로 스캔된다(도 21c). 조작자는 그 후 사용자 인터페이스 스크린에서 버튼을 누름으로써 스캐닝 계획을 승인하며 그 후 워크 헤드는 치료 레이저를 갖고 승인된 면적을 스캔한다(도 21d). 이러한 스캔에 이어서, 시스템은 상기 설명된 바와 같이 프로스팅의 결과로서 치료된 면적이 통상적으로 백색으로 나타내는 동안 이용 가능한 필드의 윤곽을 보여주는 것으로 돌아간다(도 21e).
스캐닝 필드 내에서 색소 피부 모두는, 추가 조작자 개입 없이, 즉시 치료된다는 것이 주의되어야 한다. 이것은 수동 배치와 비교하여 매우 빠른 치료 시간(100×100mm 문신에 대해 최대 40초, 통상적으로 훨씬 더 적은)을 달성하면서 레이저 치료의 정확도를 보장한다.
시스템은 피부 표면의 스캐너-피부 거리 및 컨투어들을 감안하기 위해 집속 렌즈(208)를 조정하도록 미리 측정된 및 실시간 깊이 데이터를 사용할 수 있다. 몇몇 인스턴스들에서, 타겟 면적의 컨투어들은 전체 면적을 스캐닝하는 것이 가능하지 않도록 곡선일 수 있다: 예를 들어, 손문 주위의 팔찌 문신. 깊이 측정 동안(도 21b), 치료하기에 너무 곡선인(20도가 넘는 각도로 인해 또는 시스템의 초점 범위, 통상적으로 35mm를 넘는 깊이로 인해) 색소 면적은 계획된 스캔에서 생략된다. 도 22a 및 도 22b는 이러한 특징의 예를 예시하며: 도 22a에서 평면 타겟이 스캐닝되고, 전체 이용 가능한 스캐닝 필드(221)가 이용될 수 있다. 도 22b에서, 스캐너(220) 아래의 곡선 표면은 편평한 표면(221)의 더 큰 면적에 비교하여 표면(223)의 더 작은 면적이 스캔될 수 있음을 내포한다.
치료될 색소 면적들을 검출하기 위한 이미지 프로세싱 알고리즘은 에지 검출을 위해 1차 도함수(sobol) 조작자를 사용하여, 문신들 사이에서 분할될 수 있지만, 더 부드러운 에지들을 가진 색소 병변들은 훈련된 신경망 알고리즘을 이용할 수 있다. 이들 알고리즘들은 이 기술분야의 숙련자들에 의해 쉽게 이해된다. 어느 하나의 알고리즘의 정확도가 100%가 아니므로, 조작자는 알고리즘 결과들을 정정하고 요구된다면 스캐닝 패턴을 수동으로 조정하기 위해 적절한 컴퓨터 인터페이스(도시되지 않음)를 사용할 수 있다. 패턴은 그 후 사전-스캔으로 업데이트된다(도 21c).
최대 스캐닝 필드보다 큰 면적 또는 하나의 스캔에서 치료될 수 없는 곡선 면적을 치료할 때, 치료는 여러 세그먼트들로 분할될 수 있다. 조작자는 수동으로 각각의 세그먼트 위에 스캐너를 배치하며 패턴 인식 알고리즘을 시작한다. 현재 이미지와 비교하여 이전 이미지들에 기초하여, 적절한 스티칭 알고리즘은 치료된 이전 세그먼트들을 식별하며 따라서 면적들을 두 번 치료하거나 또는 몇몇 면적들을 놓치는 것을 피한다. 이 알고리즘은 도 23a 내지 도 23e에서 도시된다. 제 1 단계(도 23a)에서, 스캐너는 치료될 면적의 최상부-좌측 영역 위에 위치된다. 카메라(207)는 스캐너 최대 필드(231)보다 큰, 면적(230)을 캡처한다. 패턴 인식 알고리즘은 색소 면적을 식별하며 치료가 그 후 이 면적(235)에 행해진다. 스캐너는 그 후 조작자에 의해 도면들에 도시된 바와 같이 우측으로 이동된다(도 23b). 조작자는 새로운 카메라 이미지(236)에서 이전 카메라 이미지(230)와 몇몇 중첩이 있음을 검증할 필요가 있다. 이러한 중첩은 234 및 232(이전 및 현재 이미지 중첩 면적)에서 명시적으로 도시된다. 이러한 중첩을 사용하여, 이미지들(231 및 236)이 스티칭되며, 새로운 치료 면적이 이제 패턴 인식 알고리즘에 의해 식별되지만, 이전 단계(235)에서 이미 치료된 면적이 마스킹된다. 따라서, 새로운 스캔 면적(237)이 정의되며 스캔은 이전 스캔과 중첩 없이 수행된다(도 23c). 조작자는 그 후 스캐너를 면적의 중간-좌측으로 이동시킨다(도 23d). 이때 새로운 이미지에서의 면적(239)에 비교하여 제 1 이미지의 면적(233)과의 중첩이 발견된다. 스티칭 알고리즘은 치료를 위한 면적(230)을 정의하며 스캔이 수행된다(도 23e). 피부인 경우 레이저 치료에서 빈번함에 따라 피부 미백(또한 프로스팅으로 불리움)으로 인해 치료된 피부가 때때로 외관에서 상당히 상이하므로, 스티칭 알고리즘은 치료되지 않은 피부에 의존한다는 것이 주의되어야 한다.
컨투어링된 면적들을 치료할 때, 상기 프로세스는 측정된 곡률 데이터를 사용하여 합쳐진 이미지로 카메라 이미지의 투사의 중간 단계를 갖고 반복될 수 있다. 이들 알고리즘들은 이 기술분야의 숙련자들에게 알려진다. 크고 및/또는 컨투어링된 치료 면적들을 조합하는 것이 그 후 용이하다.
부가적으로, 미리 정의된 규칙 세트(보통 특정 컬러들에 대한 레이저들)에 기초하여, 패턴 인식 알고리즘은 특정 색소 컬러들을 식별하였으며 치료 레이저 파장을 추천한다.
문신 크기에 의존하여 수 초 이상 걸릴 수 있는, 메인 레이저 스캔 동안(상기 참조), 피험체는 움직일 수 있다. 이러한 이유로, 카메라는 치료 면적을 계속해서 이미징하며 움직임에 대해 모니터링할 수 있다. 스캐닝 동안 메인 레이저로부터의 반사에 의해 눈앞이 보이지 않게 하지 않도록, 전동식 광학 필터(209)(도 20 참조)가 다양한 레이저 파장들을 차단하기 위해 치료 스캔 동안 사용될 수 있다.
조명 소스들(206)(도 20)은 특별하게 선택된 LED들이다. LED 중 일부는 주로 가시 범위 "백색" 광을 방출할 수 있다. 이것들은 알고리즘에 의해 색소 면적들의 패턴 인식을 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 다른 LED들은 UV 범위에 특정적일 수 있으며 및/또는 다른 것들은 IR 범위에 특정적일 수 있다. 여러 이미지들은 상이한 조명 소스들을 사용하여 취해질 수 있다. UV 이미지들은 피부에서 다양한 착색에 대한 정보를 추출하지만, IR 이미지들은 IR 파장 레이저의 흡수를 가늠하기 위해 사용된다.
이 시스템은 배치를 자동으로 수행하기 위해 6-축 로봇과 통합될 수 있다(도 24). 이것은 시스템의 활용 및 정확도를 추가로 증가시킬 수 있다.
예 6
임상 실험이 보여주는 바와 같이, 레이저 치료 세션에서, 10 내지 20분의 피험체 준비 및 사후-치료 케어의 최소 기간이 있을 수 있다. 실제 순 레이저 치료 시간은 동일하거나 또는 훨씬 빠를 수 있다: 상기 예 1에서의 시스템을 사용하여 200cm2 면적의 문신들에 대해 대략 20분; 예 5의 시스템을 사용할 때 약 2분 미만(200cm2는 임상 실험에 기초하여 제거될 가장 일반적인 문신 면적이다). 이것은 더 낮은 투자 수익율을 초래하는 레이저 및 시스템의 낮은 활용을 내포한다.
상기를 완화시키기 위한 해법은 단일 치료 레이저 시스템에 의해 지원된, 본 발명에 따른 2-치료실 설비이다. 도 25를 참조하면, 시스템은 하나의 치료 레이저 시스템(여러 파장들을 가진)(253), 제어 유닛(254), 두 개의 치료실들(251, 252)에서의 두 개의 워크 헤드들(256, 257)(예컨대, 예 1 또는 예 5에서 설명된 바와 같이), 및 전동식 플립 미러(255)를 포함한다. 각각의 치료실은 또한 치료 의자 및 치료를 행하기 위해 요구되는 모든 것을 포함한다. 본 실시예에서, 플립 미러는, 제자리에 있을 때, 룸 #1(252)의 워크 헤드로 레이저 방사선을 조향시킨다. 플립 미러가 광학 경로 밖에 있을 때, 레이저는 제 2 치료실 및 스캐너 헤드(256)로 지향된다. 광학 세부사항들 및 플립 미러는 이 기술분야의 사람들에게 잘 알려져 있으며 여기에서 상세하게 설명되지 않는다. 제어 유닛은 플립 미러의 부가적인 제어를 갖고, 예 1 또는 예 5에서 설명된 것들과 매우 유사할 수 있다. 워크 헤드는 이전 예들에서 설명된 것: 관절식 암, 스캐너 등과 동일하다.
하나의 피험체가 제 1 룸(252)에서 치료됨에 따라, 제 2 피험체는 제 2 룸(251)에서 치료를 위해 준비될 수 있다. 제어 유닛(254)은 제 2 룸 워크 헤드(256)로부터의 명령들이 무시되는 동안 제 1 룸 워크 헤드(257)로부터의 조작자 명령들을 수용하도록 동작 가능하다. 일단 치료가 제 1 룸에서 완료되면(조작자가 워크 헤드를 턴 오프하는 것에 의해 시그널링됨), 제어기는 플립 미러를 토글링하며 제 2 워크 헤드(256)로부터 수신될 그것의 제어 명령들을 우회시킨다. 이제 치료할 준비가 된, 제 2 룸에서의 피험체는 치료를 시작하며, 제 1 룸에서의 제 1 피험체는 사후-치료 케어를 받을 수 있다. 제 1 룸은 나중에 청소가 되며, 다음 피험체가 치료를 위해 준비되고, 따라서 그/그녀는 제 2 룸에서의 피험체가 치료를 마친다면 치료할 준비를 한다.
설비 레이아웃은 예 1 또는 예 5의 워크 헤드 중 어느 하나에 대해 대략 2 배수만큼 활용도를 개선한다. 예 1의 것과 같은 시스템에 대해, 20-분 평균 치료 시간을 갖고, 활용도는 오버헤드(사전- 사후- 피험체 케어)로서 90%를 초과할 수 있으며 치료 시간들은 유사할 수 있다. 예 5의 것(자동화된 면적 스캐닝)과 유사한 스캔 헤드를 사용하여, 치료 레이저가 사실상 스캐닝하는 시간이 여전히 낮으므로(20 내지 30분마다 약 4분), 비교적 낮은 활용도가 여전히 발생한다. 이것은 다음의 예들에서 처리될 것이다.
예 7
예 6에서 논의된 바와 같이, 피험체 사전- 및 사후-케어에 의해 낮아진, 전체 활용도를 증가시키는 것이 유리하다. 시스템에서 가장 비싼 구성요소는 치료 레이저이다. 3배만큼 시스템 활용도를 증가시키기 위한 시스템이 이제 도 26을 참조하여 설명된다.
치료를 위해 요구된 것보다 3 내지 4배 더 높은 펄스 에너지가 가능한 레이저(즉, 10 내지 150mJ가 가능한 레이저)를 사용하여, 레이저 빔은 독립적으로 작동하도록 셋 업되는 3개의 치료 면적들(261, 262, 267) 사이에서 수동적으로 나뉜다.
레이저(263)는 전용 빔 스플리터(264)에 의해 에너지에서 1:2의 비로 나뉘는 강력한 펄스를 방출한다. 더 작은 펄스(원래의 1/3)는 제 1 치료실(262)로 전파된다. 큰 펄스(2/3 또는 원래)는 제 2 빔 스플리터(265)의 방향으로 계속해서 전파되며, 여기에서 그것은 1:1로 나뉘고 제 2 룸(261) 및 제 3 룸(267)으로 동시에 향해진다. 따라서, 3개 치료실들 모두는 원래 펄스 에너지의 약 33%를 수신한다.
각각의 치료실에서, 레이저 방사선은 개별적으로 각각의 룸으로부터의 제어 신호들에 따라 독립적으로 변조된다. 이것은 예를 들어, 룸(267)에 대한 포켈 셀 광학 변조기(266)를 사용하여 달성될 수 있다. 따라서 3개의 독립적인 워크 헤드들은 3개의 별개의 면적들에서 동작적이다. 치료 레이저(263)는 연속적으로 작동하며, 따라서 그것의 출력에서 사용된 임의의 광학 변조기는 요구되지 않는다. 실제로는, 이 변조기는 사실상 3개의 룸들의 각각에 위치된다. 사용되지 않은 펄스들은 빔 덤프 및 각각의 광학 변조기의 끝에서 발산된다.
따라서, 레이저의 활용은 더 비싼 레이저 및 3개의 전용 광학 변조기들의 비용으로, 3배만큼 증가된다.
예컨대, 6-룸 설비를 갖고 활용 시 6배 개선을 달성하기 위해 이전의 것과 이 실시예를 조합하는 것이 자명할 것이다.
예 8
상기 예 7에서, 3 내지 4배 더 높은 펄스 에너지를 가진 치료 레이저는 동시에 3개의 치료실로 나뉜다. 펄스 에너지를 스케일링하는 것은 일반적으로 레이저 다운시간을 감소시키는데 유리하지만, 레이저 비용들이 통상적으로 펄스 에너지에 따라 오르므로, 그것이 항상 최고의 접근법인 것은 아니다. 반대로, 동일한 펄스 에너지를 유지하면서 펄스 반복률을 증가시키는 것은(즉, 평균 파워를 증가시키는 것은) 보통 더 유리하게 스케일링한다. 이것은 평균 파워를 증가시키는 것이 펌프 소스들을 스케일링하고 열 부하를 다루는 것을 수반하지만(1차 근사법으로), 펄스 에너지를 스케일링하는 것이 게다가 내부 레이저 표면들에 대한 레이저 유도 광학 손상을 다루는 것을 수반하기 때문이며, 이것은 빔 면적을 스케일링하고 그에 따라 광학 구성요소들의 크기 및 비용을 증가시킴으로써 완화된다.
본 예에서, 단일 레이저를 갖고 3개의 치료 면적들을 지원하는 치료소가 설명된다. 여기에서 3배 더 높은 반복률, 예컨대 600 내지 3000Hz지만 유사한 펄스 에너지 1 내지 30mJ의 레이저(단일 룸 치료소 레이저에 비교하여)가 사용된다.
도 27을 참조하면, 레이저 룸(270)은 상기 특정된 치료 레이저(271), 3개의 고속 광학 변조기들(포켈 셀)(273, 274, 275), 제어 유닛(292) 및 빔 덤프(276)를 포함한다. 변조기들은 보통 스위치 오프되어, 레이저 출력(272)이 빔 덤프(276)로 방해받지 않고 이동하도록 허용한다. 변조기들(273, 274, 275) 중 하나가 턴 온될 때, 방사선 모두는 대응하는 치료실의 방향으로 약 90도만큼 편향된다. 방사선은 그 후 상기 치료실에서 워크 헤드에 이른다.
변조기들은 공칭 레이저 주파수의 1/3에서 제어 유닛(292)에 의해 선택적으로 턴 온되고 그것들 사이에서 하나의 사이클 시간의 상을 가지며, 이것은 변조기들 중 제 1의 것이 단지 매 3개의 펄스들에서 한 번 개방될 수 있고, 변조기들 중 제 2의 것이 다음 펄스에 대해 한 번 개방되며 그 후 제 2로부터 매 제 3 펄스마다 개방된다는 것을 의미한다. 사실상, 조합한 변조기들은 레이저로부터의 펄스 트레인을 다운-샘플링하며, 각각의 치료실은 매 3개의 펄스들 중 제 1, 제 2 또는 제 3 펄스마다 수신한다.
다운-샘플링 외에, 변조기들은 단지 그것들의 대응하는 치료실로부터의 레이징에 대한 요구가 있을 때 펄스들을 조향시킨다. 상세한 타이밍 도가 도 28에서 도시된다. 레이저 펄스들은 어두운 직사각형들(310)로 묘사되지만, x 축은 시간을 나타낸다. 레이저 출력(272)으로부터의 원래 펄스 트레인은 300에 도시된다. 참조 번호 301은 두 개의 별개의 시간 기간들에서 치료 스캔을 요청하는, 제 1 치료실 워크 헤드로부터의 신호를 나타낸다. 302에서, 치료실(281)에서의 워크 헤드(292)에 도달한, 제 1 변조기(272)의 출력이 도시된다. 대응하는 워크 헤드로부터의 요청이 있을 때, 레이저로부터의 제 3 펄스마다 제 1 룸으로 조향된다. 남아있는 펄스들(303)은 제 2 변조기(274)의 방향으로 계속된다. 304에서, 제 2 룸 워크 헤드(279)로부터의 요청된 치료 신호는 제 2 치료실(278)의 방향으로 제 2 변조기(274)에 의해 편향되는 펄스들과 함께 도시되며 결국 워크 헤드(279)에 도달한다. 편향되지 않은 펄스들(305)은 제 3 변조기(275)를 향해 계속된다. 숫자 306은 제 3 워크 헤드의 요청된 치료 신호 및 제 3 룸에 도달한 결과 펄스들을 나타낸다. 편향되지 않은 펄스들(307)은 결국 그것들이 흡수되는 빔 덤프(276)에 도달한다.
요약하기 위해, 3개의 고속 광학 변조기들은 3개의 치료실들을 동시에 및 독립적으로 치료하기 위해 고 펄스 반복률 레이저를 이용하며, 따라서 레이저의 높은 활용을 달성하고 양호한 투자 수익을 생성한다. 3개의 변조기들이 3개의 치료 면적들에 대응하는 워크 헤드들로 레이저 광의 연속 펄스들을 조향시키기 위해 사용되지만, 이 기술분야의 숙련자들은 다른 실시예들에서, 레이저의 원래 펄스 반복률에 의존하여, 더 적은 또는 더 많은 변조기들이 2 또는 4 이상의 치료실들로 빔을 선택적으로 조향시키기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
컴퓨팅 디바이스들 및 시스템들
본 출원에서 설명된 및/또는 예시된 컴퓨팅 디바이스들 및 시스템들은 컴퓨터-판독 가능한 지시들을 실행할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 컴퓨팅 디바이스 또는 시스템을 광범위하게 나타낸다. 그것들의 가장 기본적인 구성에서, 이들 컴퓨팅 디바이스(들)는 각각 적어도 하나의 메모리 디바이스 및 적어도 하나의 물리 프로세서를 포함할 수 있다.
몇몇 예들에서, 용어 "메모리 디바이스"는 일반적으로 데이터 및/또는 컴퓨터-판독 가능한 지시들을 저장할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 휘발성 또는 비-휘발성 저장 디바이스 또는 매체를 나타낸다. 메모리 디바이스들의 예들은, 제한 없이, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브들(HDD들), 고체-상태 드라이브들(SSD들), 광학 디스크 드라이브들, 캐시들, 이것 중 하나 이상의 변형들 또는 조합들, 또는 임의의 다른 적절한 저장 메모리를 포함한다.
몇몇 예들에서, 용어 "물리 프로세서"는 일반적으로 컴퓨터-판독 가능한 지시들을 해석하고 및/또는 실행할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 하드웨어-구현된 프로세싱 유닛을 나타낸다. 물리 프로세서들의 예들은, 제한 없이, 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 중앙 프로세싱 유닛들(CPU들), 소프트코어 프로세서들을 구현하는 필드-프로그램 가능한 게이트 어레이들(FPGA들), 애플리케이션-특정 집적 회로들(ASIC들), 이것 중 하나 이상의 부분들, 이것 중 하나 이상의 변형들 또는 조합들, 또는 임의의 다른 적절한 물리 프로세서를 포함한다.
본 출원에서 설명된 및/또는 예시된 단계들의 프로세스 파라미터들 및 시퀀스는 단지 예로서 제공되며 원하는 대로 변경될 수 있다. 예를 들어, 여기에서 예시된 및/또는 설명된 단계들은 특정한 순서로 도시되거나 또는 논의될 수 있지만, 이들 단계들은 반드시 예시되거나 또는 논의된 순서로 수행될 필요는 없다. 본 출원에서 설명된 및/또는 예시된 다양한 대표적인 방법들은 또한 본 출원에서 설명된 또는 예시된 단계들 중 하나 이상을 생략하거나 또는 개시된 것들 외에 부가적인 단계들을 포함할 수 있다.
본 출원에서 설명된 실시예들 중 임의의 것으로부터의 특징들은 본 출원에서 설명된 일반적인 원리들에 따라 서로 조합하여 사용될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들, 특징들, 및 이점들은 첨부된 도면들 및 청구항들과 함께 앞서 말한 상세한 설명을 판독할 때 보다 완전하게 이해될 것이다.
이전 설명은 이 기술분야의 숙련자들이 여기에서 개시된 대표적인 실시예들의 다양한 양상들을 활용할 수 있게 하기 위해 제공되었다. 이러한 대표적인 설명은 철저하거나 또는 개시된 임의의 정확한 형태로 제한되도록 의도되지 않는다. 많은 수정들 및 변화들이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 가능하다. 여기에서 개시된 실시예들은 모든 면들에서 예시적이며 제한적이지 않도록 고려되어야 한다. 참조는 본 개시의 범위를 결정할 때 첨부된 청구항들 및 그것들의 등가물들에 대해 이루어져야 한다.
참고문헌(References)
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Claims (116)
- 피부과 치료의 방법에 있어서,
레이저 광의 펄스화된 빔(pulsed beam)으로 치료될 피험체(subject)의 피부의 면적을 조사하는 단계(irradiating)를 포함하며; 상기 레이저 광이 적어도 약 50 GW/㎠의 강도 및 약 0.1 내지 100ps의 범위에서의 펄스 폭을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 레이저 광의 빔은 연속 펄스들이 상기 면적의 상이한 부분들에 닿으며 상기 면적의 각각의 부분이 단일 치료 내에서 상기 레이저 광의 하나의 펄스를 수신하도록 상기 치료될 면적에 대해 이동되는, 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 피부의 면적의 상이한 부분들은 서로 대체로 중첩하지 않는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스 레이저 광은 약 0.5 내지 10 J/㎠의 표피 깊이에서의 플루엔스(fluence)를 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광의 강도는 적어도 3개의 상이한 컬러들의 착색 또는 병변의 제거가 가능한, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 약 0.1 내지 1 TW/㎠의 강도를 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 적어도 약 0.5ps, 바람직하게는 적어도 1.0ps의 펄스 폭을 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 약 35ps 미만, 바람직하게는 약 25ps 미만의 펄스 폭을 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 범위 약 1 내지 15ps, 바람직하게는 약 1 내지 10ps에서의 펄스 폭을 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 직경 약 2mm 미만의 피부에서의 스팟 크기를 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 약 0.1 내지 1.0mm; 바람직하게는 약 0.5 내지 1.0mm의 스팟 크기를 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피험체(subject)의 피부에 입사된 레이저 광의 각각의 펄스의 플루엔스 및 상기 스팟 크기는 상기 플루엔스가 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에 있으며 상기 스팟 크기가, 상기 피부가 피부에 대한 손상을 발생시키는 임계 지속기간보다 긴 동안 44℃보다 높은 온도를 겪지 않게 상기 피부들이 조사 후 충분히 빠르게 진정되도록 하기 위해 제어되는, 방법. - 피부과 치료의 방법에 있어서,
치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 레이저 광의 펄스화된 빔을 이동시키는 단계를 포함하며;
각각의 펄스는 스팟의 형태로 치료될 면적 내에서 상기 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하고 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에 있으며; 상기 각각의 스팟의 크기는, 상기 피부가 피부에 대한 손상을 발생시키는 임계 지속기간보다 긴 동안 44℃보다 높은 온도를 겪지 않게 상기 피부들이 충분히 빠르게 진정되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 스팟의 크기는 상기 피부의 열 이완 시간(thermal relaxation time)이 상기 피부에 대한 손상이 야기되기 전에 상기 피부가 초기 온도 상승을 견딜 수 있는 시간의 길이보다 짧도록 하는, 방법. - 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 이완 시간은 약 0.1초 내지 약 8초의 범위에 있는, 방법. - 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피험체의 피부 상에서 상기 레이저 광에 의해 생성된 스팟의 크기는 상기 피부의 온도가 약 51℃ 를 초과하여 상승하지 않으며 완화 시간 또는 단지 약 6초만을 제공하도록 하는, 방법. - 피부과 치료의 방법에 있어서,
치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 레이저 광의 펄스화된 빔을 이동시키는 단계를 포함하며;
각각의 펄스는 스팟의 형태로 치료될 면적 내에서 상기 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하고 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에 있으며; 각각의 스팟이 약 2mm 미만의 최대 치수를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 약 1 내지 100mJ의 범위에서의 에너지 펄스를 상기 피부로 입력하는, 방법. - 착색 제거의 방법에 있어서,
레이저 광의 펄스화된 빔이 각각의 펄스가 치료될 면적 내에서 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 상기 치료될 피험체의 피부의 면적 위에서 이동되는 복수의 연속적인 피부과 치료들을 포함하며;
각각의 펄스는 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서의 플루엔스를 가지며 상기 피부가, 피부에 대한 손상을 발생시키는 임계 지속기간보다 긴 동안 44℃보다 높은 온도를 겪지 않도록 충분히 작은 스팟의 형태로 상기 피험체의 피부에 충돌하고; 상기 피부과 치료들은 1 내지 3주마다 반복되는, 방법. - 청구항 19에 있어서,
최대 4회 치료들은 1 내지 3주, 바람직하게는 1 내지 2주의 휴식 기간에 앞서, 동일한 날에 실행되는, 방법. - 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,
각각의 피부과 치료는 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 따라 실행되는, 방법. - 청구항 13, 청구항 17 또는 청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광의 강도는 범위 109 내지 1010 W/㎠에 있는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
둘 이상의 상이한 파장들의 레이저 광은 조합하여 사용될 수 있는, 방법. - 청구항 23에 있어서,
1011 내지 1012 W/㎠의 강도를 가진 레이저 광의 제 1 펄스화된 빔은 109 내지 1010 W/㎠의 강도를 가진 제 2 펄스화된 빔 레이저 광과 조합하여 사용되는, 방법. - 청구항 24에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 펄스화된 빔들의 각각은 독립적으로 범위 0.5 내지 10 J/㎠에서의 플루엔스를 갖는, 방법. - 청구항 24 또는 청구항 25에 있어서,
상기 제 1 빔은 선택적으로 800nm 또는 1030nm의 파장을 갖는 제 1 적외선(IR) 레이저에서 출력되고, 상기 제 2 빔은 선택적으로 532nm의 파장을 갖는 녹색 레이저, 또는 1064nm의 파장을 갖는 제 2 IR 레이저에서 출력되는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
레이저 광의 연속 펄스들로 치료되는 피부의 면적의 별개의 부분들은 적어도 약 0.1mm만큼 서로 분리되는, 방법. - 피부과 치료의 방법에 있어서,
치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 레이저 광의 펄스화된 빔을 이동시키는 단계를 포함하며;
상기 빔은 상기 피험체의 피부에 레이저 광의 스팟을 형성하고 연속 펄스들은 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서 표피 깊이에서의 플루엔스를 가진 상기 면적의 상이한 각각의 부분들에 닿으며, 상기 부분들은 적어도 약 0.1mm만큼 서로 분리되는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광의 빔은 각각의 스팟 내에서 상기 빔의 강도가 상기 주변 영역에서 더 낮도록 외부 주변 영역에서 감쇠되는, 방법. - 피부과 치료의 방법에 있어서,
각각의 펄스가 피험체의 피부에 레이저 광의 스팟을 생성하며 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서의 플루엔스를 갖는 레이저 광의 펄스화된 빔으로 치료될 상기 피험체의 피부의 면적을 조사하는 단계를 포함하며;
상기 레이저 광의 빔은 연속 펄스들이 상기 면적의 상이한 부분들에 닿도록 상기 치료될 면적 위에서 이동되며, 상기 빔은 그 강도가 상기 빔의 나머지보다 주변 외부 영역에서 더 낮도록 감쇠되는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광의 펄스들은 이웃하는 로우(row)들이 연속적으로 조사되지 않음을 보장하는 시퀀스에 따라 조사되는 스팟들의 다수의 인접한 로우들을 포함한 패턴으로 상기 피부로 지향되는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔은 상기 치료될 면적에 걸쳐 스캔되는, 방법. - 청구항 32에 있어서,
상기 스캔된 빔은 광학 빔 조향(optical beam steering)에 의해 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되는, 방법. - 청구항 33에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 형태는 조정 가능한, 방법. - 청구항 34에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 형태는 선택적으로 상이한 종횡비들을 갖는, 다수의 사전-설정된 형태들, 예컨대, 원형, 정사각형 및 직사각형으로부터 선택 가능한, 방법. - 청구항 33 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 윤곽(outline)을 보여주기 위해 상기 스캐닝 필드의 주변부 주위에서 가시 조준 빔을 계속해서 스캔하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 청구항 33 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔은 바로 스캔된 부분에 인접하여 스캔될 상기 면적의 일 부분을 건너뛰고 상기 스캔된 부분으로부터 더 먼 부분들을 스캔한 후 돌아가는 것을 포함하는 구성 가능한 스캐닝 패턴으로 상기 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되는, 방법. - 청구항 33 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔은 레이저 광의 각각의 펄스가 상기 피험체의 피부의 상이한 각각의 부분에 입사되도록 상기 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되며, 상기 빔은 상기 피험체의 피부에 걸쳐 일련의 패스(pass)들에서 스캔되고 선택된, 인접하지 않은 부분들이 각각의 패스에서 조사되는, 방법. - 청구항 33 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광의 빔은 연속 펄스들이 상기 치료될 면적의 상이한 부분들에 닿도록 일련의 선형 또는 곡선형 라인들에서 상기 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되는, 방법. - 피부과 치료의 방법에 있어서,
각각의 펄스가 피험체의 피부에 레이저 광의 스팟을 생성하며 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서의 플루엔스를 갖는 레이저 광의 펄스화된 빔으로 치료될 피험체의 피부의 면적을 조사하는 단계를 포함하며;
상기 레이저 광의 빔은 연속 펄스들이 상기 치료될 면적의 상이한 부분들에 닿도록 일련의 선형 또는 곡선형 라인들에서 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되는, 방법. - 청구항 39 또는 청구항 40에 있어서,
상기 라인들은 서로 병치(juxtapose)되어 스캔되며, 각각의 라인은 상기 피험체의 피부의 인접한 부분들로의 레이저 광의 복수의 연속 펄스들을 포함하는, 방법. - 청구항 41에 있어서,
인접한 라인들은 연속하여, 예컨대 래스터(raster) 스캐닝에 의해 또는 인터레이싱 방식(interlaced fashion)으로 스캔되는, 방법. - 청구항 39 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 스캔된 라인 내에서의 상기 부분들은 순서를 벗어나(out of order) 조사되는, 방법. - 청구항 43에 있어서,
각각의 라인은 다수의 패스들에서 스캔되고 상기 패스의 각각에서 선택된, 인접하지 않은 부분들이 조사되는, 방법. - 청구항 33 내지 청구항 44 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 형태는 광학적, 예컨대 컴퓨터 비전에 의해 치료될 면적의 형태를 획득함으로써 자동으로 결정되는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 45 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스화된 빔은 약 30Hz보다 큰, 바람직하게는 약 100Hz보다 큰; 선택적으로 200 내지 500Hz의 펄스 반복률(pulse repetition rate)을 갖는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 46 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스화된 빔은 약 1000Hz 이상의 펄스 반복률을 갖는, 방법. - 피부과 치료의 방법에 있어서,
치료될 피험체의 피부의 면적의 적어도 부분의 하나 이상의 이미지들을 획득하기 위해 카메라를 사용하는 단계;
상기 치료될 면적의 적어도 부분의 형태 및 크기를 결정하기 위해 이미지-인식 기술을 사용하여 상기 하나 이상의 이미지들을 프로세싱하는 단계;
상기 치료될 면적의 적어도 부분의 상기 결정된 형태 및 크기에 따라 펄스 레이저 빔에 대한 스캐닝 필드의 형태 및 크기를 조정하는 단계; 및
그 후 상기 스캐닝 필드의 전체에 걸쳐 상기 치료될 면적의 적어도 부분으로 상기 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 48에 있어서,
치료될 면적의 연속적인 부분적으로 중첩한 세그먼트들을 조사하며 동일한 치료 내에서 이미 조사된 세그먼트들과 중첩하는 치료될 각각의 세그먼트의 면적들을 마스킹하기 위해 이미지-스티칭 알고리즘(image-stitching algorithm)을 사용하여 상기 하나 이상의 이미지들을 프로세싱하는 단계를 포함하는, 방법. - 피부과 치료를 위한 레이저 장치에 있어서,
조정 가능한 크기 및/또는 형태의 스캐닝 필드에 걸쳐 2mm 미만의 스팟 크기를 갖고 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너 및 카메라를 포함하는 워크 헤드(work head);
적어도 하나의 펄스 치료 레이저에 상기 빔 스캐너를 연결하기 위한 광학 입력;
치료될 피험체의 피부의 면적에 인접하여 상기 워크 헤드를 안정적으로 배치하기 위한 조정 가능한 포지셔닝 디바이스(positioning device); 및
상기 레이저 치료 장치의 동작을 제어하기 위한 자동 제어 시스템을 포함하며,
상기 자동 제어 시스템은 상기 카메라로부터 상기 치료될 면적의 하나 이상의 이미지들을 수신하고, 상기 치료될 면적의 적어도 부분의 형태를 결정하기 위해 상기 수신된 이미지들을 프로세싱하고, 상기 치료될 면적의 적어도 부분의 상기 결정된 형태에 따라 스캐닝 필드의 크기 및/또는 형태를 조정하며 상기 스캐닝 필드에 걸쳐 상기 치료 레이저 빔을 스캔하도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 50에 있어서,
상기 피험체의 피부 상에서 조작자에게 상기 스캐닝 필드의 윤곽을 표시하기 위한 광학 트레이서를 더 포함하며; 상기 자동 제어 시스템은 또한 상기 피험체의 피부 상에서 상기 스캐닝 필드의 윤곽을 디스플레이하기 위해 상기 광학 트레이서를 제어하도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 50 또는 청구항 51에 있어서,
상기 치료될 피험체의 피부의 면적의 적어도 부분의 이미지들을 나타내는 디스플레이 신호를 상기 자동 제어 시스템으로부터 수신하며 상기 스크린상에 이들 이미지들을 디스플레이하도록 적응되는 디스플레이를 더 포함하며, 상기 자동 제어 시스템은 또한 상기 피험체의 피부의 이미지들 상에 겹쳐진 스캐닝 필드의 윤곽을 상기 스크린 상에 디스플레이하도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 50 내지 청구항 52 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동 제어 시스템은 상기 빔 스캐너를 동작시키기 전에 상기 스캐닝 필드가 표시된 후 안전 제어 신호를 기다리도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 50 내지 청구항 53 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자동 제어 시스템은 조작자에 의해 상기 스캐닝 필드의 형태 및/또는 크기의 조정을 허용하도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 50 내지 청구항 54 중 어느 한 항에 있어서,
상기 워크 헤드는 상기 치료될 면적에 대해 상기 레이저 빔 스캐너의 위치를 상기 피험체의 피부에 표시하기 위해 상기 피험체의 피부를 향해 가시 조준 빔을 방출하기 위한 조준 빔 디바이스를 더 포함하는, 레이저 장치. - 청구항 50 내지 청구항 55 중 어느 한 항에 있어서,
상기 치료될 면적의 적어도 부분의 토포그래피(topography)를 측정하기 위해 하나 이상의 토포그래피 측정 기구들을 더 포함하며; 상기 자동 제어 시스템은 또한 상기 토포그래피 측정치들에 기초하여 상기 치료될 면적의 적어도 부분의 토포그래피를 결정하고 상기 스캐닝 필드의 형태 및/또는 크기를 산출하기 위해 상기 치료될 면적의 적어도 부분의 형태와 크기 및 토포그래피를 융합(fuse)하도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 50 내지 청구항 56 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포지셔닝 디바이스는 다수의 상이한 위치들에 배치될 워크 헤드가 다수의 연속 세그먼트들에서 치료될 전체 면적의 치료를 허용하도록 허용하는, 레이저 장치. - 청구항 57에 있어서,
상기 자동 제어 시스템은 상기 제어 시스템에 의해 이미 식별된 또 다른 세그먼트와의 중첩 면적을 식별하기 위해 상기 치료될 면적의 세그먼트의 수신된 이미지들을 프로세싱하며 상기 치료될 세그먼트에 대한 스캐닝 필드에서 상기 중첩 면적을 마스킹하기 위해 이미지 스티칭 알고리즘을 사용하도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 50 내지 청구항 57 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포지셔닝 디바이스는 자동화되며 상기 자동 제어 시스템은 또한 상기 치료될 전체 면적을 커버하도록 연속하는 인접한 스캐닝 필드들을 스캔하기 위해 상기 워크 헤드를 배치하도록 상기 포지셔닝 디바이스를 제어하기 위해 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 59에 있어서,
상기 자동화된 포지셔닝 디바이스는 상기 워크 헤드가 조작자에 의해 자유롭게 이동될 수 있는 제 1 모드와 상기 워크 헤드의 위치가 상기 자동 제어 시스템에 의해 제어되는 제 2 모드 사이에서 스위칭 가능한, 레이저 장치. - 청구항 60에 있어서,
상기 치료될 면적의 적어도 부분의 토포그래피를 측정하기 위한 하나 이상의 토포그래피 측정 기구들을 더 포함하며; 상기 자동 제어 시스템은 또한 상기 토포그래피 측정치들에 기초하여 상기 치료될 면적의 적어도 부분의 토포그래피를 결정하고 상기 스캐닝 필드의 형태 및/또는 크기를 산출하기 위해 상기 치료될 면적의 적어도 부분의 형태와 크기 및 토포그래피를 융합하도록 구성되며; 상기 자동 제어 시스템은 조작자가 그것의 제 1 모드에서 상기 포지셔닝 디바이스를 갖고 상기 치료될 면적의 전체 주위에서 상기 워크 헤드를 향하게 함에 따라 로봇 암이 계속해서 그것의 위치를 측정하고 그것의 경로를 기록하는 동안 상기 카메라가 상기 피험체의 피부의 이미지들을 계속해서 캡처하도록 동작하며, 그 후 상기 자동 제어 시스템이 스캔 경로를 최적화함으로써 스캐닝 경로를 산출하는 학습 모드; 및 상기 워드 헤드가 상기 치료될 면적의 전체에 걸쳐 상기 펄스 레이저 빔을 스캔하도록 연속 스캐닝 필드들에서의 빔 스캐너를 동작시키면서 상기 제어 시스템에 의해 생성된 경로를 따르기 위해 상기 제어 시스템의 제어하에 이동되는 스캐닝 모드 사이에서 스위칭 가능한, 레이저 장치. - 청구항 50 내지 청구항 61 중 어느 한 항에 있어서,
치료 동안 상기 피험체의 움직임을 검출하고 측정하기 위한 하나 이상의 움직임 검출기들을 더 포함하며; 상기 자동 제어 시스템은 상기 치료 레이저 빔의 스캐닝을 자동으로 정정하거나 또는 움직임이 임계 양을 초과하는 경우 스캐닝을 정지하도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 51 내지 청구항 62 중 어느 한 항에 있어서,
펄스 치료 레이저 및 상기 워크 헤드의 광학 입력에 상기 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 더 포함하는, 레이저 장치. - 청구항 63에 있어서,
상기 빔 스캐닝 디바이스에 의해 방출된 상기 펄스 레이저 빔은 약 0.1 내지 100ps의 범위에서의 펄스 폭 및 적어도 약 50 GW/㎠의 강도를 갖는, 레이저 장치. - 피부과 치료를 위한 레이저 장치에 있어서,
펄스 치료 레이저, 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 전달하기 위한 워크 헤드, 및 상기 워크 헤드에 상기 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 배열은 상기 펄스 레이저 빔이 약 0.1 내지 100ps의 범위에서의 펄스 폭 및 적어도 약 50 GW/㎠의 강도를 갖도록 하는, 레이저 장치. - 청구항 64 또는 청구항 65에 있어서,
상기 펄스 레이저 광은 약 0.5 내지 10 J/㎠, 바람직하게는 약 1 내지 8 J/㎠의 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 66 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 약 0.1 내지 1 TW/㎠의 강도를 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 67 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 적어도 약 0.5ps, 바람직하게는 적어도 1.0ps의 펄스 폭을 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 68 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 약 35ps 미만, 바람직하게는 약 25ps 미만의 펄스 폭을 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 69 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 범위 약 1 내지 15ps, 바람직하게는 약 1 내지 10ps에서의 펄스 폭을 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 70 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 직경 약 2mm 이하의 피부에서의 스팟 크기를 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 71 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광은 약 0.1 내지 2.0mm; 바람직하게는 약 0.5 내지 1.0mm의 스팟 크기를 가지며, 상기 워크-헤드는 각각의 펄스가 상기 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 상기 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는, 레이저 장치. - 피부과 치료를 위한 레이저 장치에 있어서,
펄스 치료 레이저, 각각의 펄스가 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 상기 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐너에 상기 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며, 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 상기 빔 스캐너에 의해 약 0.1 내지 2.0mm; 바람직하게는 약 0.5 내지 1.0mm의 범위에서의 최대 치수를 가진 스팟의 형태로 상기 피험체의 피부로 전달되며, 표피 깊이에서 각각의 펄스의 플루엔스는 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에 있도록 하는, 레이저 장치. - 청구항 73에 있어서,
상기 빔 스캐닝 디바이스는 레이저 광의 연속 펄스들로 치료되는 상기 피부의 면적의 상이한 부분들이 적어도 약 0.1mm만큼 서로 분리되도록 구성되는, 레이저 장치. - 피부과 치료를 위한 레이저 장치에 있어서,
펄스 치료 레이저, 각각의 펄스가 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 상기 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함하는 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐닝 디바이스에 상기 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며, 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 상기 빔 스캐너에 의해 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서의 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖고 스팟의 형태로 상기 피험체의 피부로 전달되며 상기 상이한 부분들은 적어도 약 0.1mm만큼 서로 분리되도록 하는, 레이저 장치. - 피부과 치료를 위한 레이저 장치에 있어서,
펄스 치료 레이저, 각각의 펄스가 피험체의 피부의 상이한 부분에 충돌하도록 상기 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함한 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐닝 디바이스에 상기 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며, 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 상기 빔 스캐너에 의해 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서의 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖고 스팟의 형태로 상기 피험체의 피부로 전달되도록 하며 상기 빔은 그것의 강도가 상기 빔의 나머지보다 주변 외부 영역에서 더 낮도록 감쇠되는, 레이저 장치. - 청구항 73 내지 청구항 75 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 스캐너는 스캐닝 필드에 걸쳐 상기 빔을 스캔하기 위한 광학 빔 조향 디바이스를 포함하는, 레이저 장치. - 청구항 77에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 형태는 조정 가능한, 레이저 장치. - 청구항 78에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 형태는 선택적으로 상이한 종횡비들을 가진, 다수의 사전-설정된 형태들, 예컨대, 원형, 정사각형 및 직사각형으로부터 선택 가능한, 레이저 장치. - 청구항 77 내지 청구항 79 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 윤곽을 보여주기 위해 상기 스캐닝 필드의 주변부 주위에서 가시 조준 빔을 계속해서 스캔하기 위한 조준 빔 디바이스를 더 포함하는, 레이저 장치. - 청구항 77 내지 청구항 80 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 스캐너는 상기 빔이 방금 스캔된 일 부분에 인접한 상기 스캐닝된 면적의 일 부분을 건너뛰고 상기 스캔된 부분으로부터 더 먼 부분들을 스캔한 후 돌아가는 것을 포함하는 구성 가능한 스캐닝 패턴으로 상기 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 77 내지 청구항 81 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 스캐너는 상기 빔이 패스들의 시퀀스에서 상기 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되고 상기 패스의 각각에서 상기 치료될 면적의 선택된, 인접하지 않은 부분들이 조사되도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 77 내지 청구항 82 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 스캐너는 연속 펄스들이 상기 치료될 면적의 상이한 부분들에 닿도록 일련의 선형 또는 곡선형 라인들에서 상기 스캐닝 필드에 걸쳐 상기 레이저 광의 빔을 스캔하기 위해 구성되는, 레이저 장치. - 피부과 치료를 위한 레이저 장치에 있어서,
펄스 치료 레이저, 치료될 피험체의 피부의 면적으로 레이저 광의 펄스화된 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너를 포함한 워크-헤드, 및 상기 빔 스캐너에 상기 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며; 상기 배열은 사용 중 각각의 펄스가 상기 빔 스캐너에 의해 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서의 표피 깊이에서의 플루엔스를 갖고 스팟의 형태로 상기 피험체의 피부로 전달되도록 하며 상기 빔 스캐너는 상기 레이저 광의 빔이 연속 펄스들이 상기 치료될 면적의 상이한 부분들에 닿도록 일련의 선형 또는 곡선형 라인들에서 스캐닝 필드에 걸쳐 스캔되도록 구성되는, 레이저 장치. - 청구항 83 또는 청구항 84에 있어서,
상기 라인들은 서로 병치되어 스캔되며, 각각의 라인은 상기 피험체의 피부의 인접한 부분들로의 상기 레이저 광의 복수의 연속 펄스들을 포함하는, 레이저 장치. - 청구항 85에 있어서,
인접한 라인들은 연속하여, 예컨대 래스터 스캐닝에 의해 스캔되는, 레이저 장치. - 청구항 85에 있어서,
상기 라인들은 인터레이싱 방식으로 스캔되는, 레이저 장치. - 청구항 83 내지 청구항 87 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 스캔된 라인 내에서의 부분들은 순서 외로 조사되는, 레이저 장치. - 청구항 88에 있어서,
각각의 라인은 패스들의 시퀀스에서 스캔되고 상기 패스의 각각에서 선택된, 인접하지 않은 부분들이 조사되는, 레이저 장치. - 청구항 83 내지 청구항 89 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 필드의 형태는 광학, 예컨대, 컴퓨터 비전에 의해 상기 치료될 면적의 형태를 획득함으로써 자동으로 결정되는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 90 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스화된 빔은 약 30Hz보다 큰, 바람직하게는 약 100Hz보다 큰; 선택적으로 200 내지 500Hz의 펄스 반복률을 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 91 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스화된 빔은 약 1000Hz 이상, 예컨대 2000Hz, 4000Hz 또는 6000Hz의 펄스 반복률을 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 92 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 펄스는 약 1 내지 100mJ, 바람직하게는 약 1 내지 50mJ, 보다 바람직하게는 약 1 내지 30mJ의 범위에서의 에너지를 갖는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 93 중 어느 한 항에 있어서,
상기 워크 헤드에 연결되는 상이한 파장들을 가진 둘 이상의 펄스 치료 레이저들을 포함하는, 레이저 장치. - 청구항 94에 있어서,
상기 배열은 사용 중 상기 워크 헤드가 제 1 펄스 치료 레이저로부터 1011 내지 1012 W/㎠의 강도를 가진 제 1 빔 및 제 2 펄스 치료 레이저로부터 109 내지 1010 W/㎠의 강도를 가진 제 2 빔을 상기 치료될 면적으로 전달하도록 하는, 레이저 장치. - 청구항 95에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 펄스화된 빔들의 각각은 독립적으로 범위 0.5 내지 10 J/㎠, 바람직하게는 1 내지 7 J/㎠ 또는 1 내지 8 J/㎠에서의 플루엔스를 갖는, 레이저 장치. - 청구항 95 또는 청구항 96에 있어서,
상기 제 1 레이저는 선택적으로 800nm 또는 1030nm의 파장을 가진 IR 레이저이며, 상기 제 2 레이저는 선택적으로 532nm의 파장을 가진 녹색 레이저, 또는 1064nm의 파장을 가진 또 다른 IR 레이저인, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 81 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광의 빔은 각각의 스팟 내에서 상기 빔의 강도가 상기 주변 영역에서 더 낮도록 외부 주변 영역에서 감쇠되는, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 98 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저는 모드-잠김 레이저(mode-locked laser)인, 레이저 장치. - 청구항 64 내지 청구항 99 중 어느 한 항에 있어서,
치료 동안 상기 피험체 또는 워크 헤드의 움직임을 검출하고 측정하기 위한 하나 이상의 움직임 검출기들 및 상기 움직임이 임계 양을 초과한다면 상기 레이저의 동작을 정지시키도록 구성되는 자동 제어 시스템을 더 포함하는, 레이저 장치. - 피부과 레이저 치료 설비에 있어서,
적어도 30Hz의 펄스 반복률을 가진 레이저 광의 빔을 생성하도록 동작 가능한 펄스 치료 레이저; 복수의 별개의 치료 면적들; 각각의 치료 면적에서의 레이저 치료 장치로서, 각각의 레이저 치료 장치는 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너 및 광학 입력을 포함하는 워크 헤드를 포함한, 상기 레이저 치료 장치; 및 각각의 레이저 치료 장치의 워크 헤드의 광학 입력에 상기 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며;
상기 광학 시스템은 상기 레이저 빔을 상기 레이저 치료 장치 중 임의의 것으로 선택적으로 조향시키기 위해 동작 가능한 광-기계 선택기를 포함하는, 피부과 레이저 치료 설비. - 청구항 101에 있어서,
각각의 펄스는 약 1 내지 100mJ의 에너지를 갖는, 피부과 레이저 치료 설비. - 피부과 레이저 치료 설비에 있어서,
적어도 30Hz의 펄스 반복률을 가진 레이저 광의 빔을 생성하도록 동작 가능한 펄스 치료 레이저; 복수의 별개의 치료 면적들; 각각의 치료 면적에서의 레이저 치료 장치로서, 상기 레이저 치료 장치는 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 2mm 미만의 스팟 크기를 갖고 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너 및 광학 입력을 포함하는 워크 헤드를 포함한, 상기 레이저 치료 장치; 및 각각의 레이저 치료 장치의 워크 헤드의 광학 입력에 상기 펄스 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며;
상기 광학 시스템은 상기 빔을 분할하고 그것을 상기 레이저 치료 장치의 각각으로 동시에 향하게 하기 위한 수동형 광학 스플리터(optical splitter)를 포함하는, 피부과 레이저 치료 설비. - 청구항 103에 있어서,
상기 펄스 치료 레이저는 적어도 5mJ의 펄스 에너지를 갖는, 피부과 레이저 치료 설비. - 청구항 103 또는 청구항 104에 있어서,
각각의 워크 헤드에서 빔 스캐너는 각각의 별개의 치료 면적의 특정 요건들에 따라 상기 분할된 레이저 빔을 변조하기 위한 고속 광학 변조기를 포함하는, 피부과 레이저 치료 설비. - 청구항 103 내지 청구항 105 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔은 두 개의 레이저 치료 장치/치료 면적들 간에 분할되는, 피부과 레이저 치료 설비. - 피부과 레이저 치료 설비에 있어서,
적어도 30Hz의 펄스 반복률을 가진 레이저 광의 빔을 생성하도록 동작 가능한 펄스 치료 레이저; 복수(n)의 별개의 치료 면적들; 각각의 치료 면적에서의 레이저 치료 장치로서, 각각의 레이저 치료 장치는 치료될 피험체의 피부의 면적에 걸쳐 2mm 미만의 스팟 크기를 갖고 치료 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너 및 광학 입력을 포함하는 워크 헤드를 포함한, 상기 레이저 치료 장치; 및 각각의 레이저 치료 장치의 광학 입력에 상기 펄스 치료 레이저를 연결하기 위한 광학 시스템을 포함하며;
상기 광학 시스템은 직렬로 배열되며 매 n번째 펄스를 택하는 각각의 광학 변조기를 갖고, 상기 레이저 치료 장치 중 상이한 것들로 차례로 연속 펄스들을 조향시키도록 선택적으로 동작 가능한 광학 변조기들의 치료 면적들의 수와 동일한 복수(n)를 포함하는, 피부과 레이저 치료 설비. - 청구항 106에 있어서,
상기 펄스 치료 레이저는 100Hz를 초과하는, 바람직하게는 500Hz를 초과하며 더 바람직하게는 1000Hz를 초과하는, 예컨대 2000Hz, 4000Hz 또는 6000Hz의 펄스 반복률들을 갖는, 피부과 레이저 치료 설비. - 청구항 107 또는 청구항 108에 있어서,
각각의 펄스는 약 1 내지 100mJ의 에너지를 가져야 하는, 피부과 레이저 치료 설비. - 청구항 107 내지 청구항 109 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 레이저 치료 장치의 빔 스캐너는 약 0.5 내지 10 J/㎠의 범위에서의 표피 깊이에서의 플루엔스를 제공하는 펄스 지속 기간으로 상기 펄스들을 변조하기 위한 광학 변조기를 포함하는, 피부과 레이저 치료 설비. - 피부과 레이저 치료 장치의 워크 헤드의 정확한 동작을 테스트하기 위한 테스트 장치에 있어서,
상기 워크 헤드 상에서 대응하는 체결 부분에 맞물리도록 구성된 워크 헤드 체결 부분을 가진 지지 구조 및 상기 워크 헤드의 하나 이상의 특성들을 테스트하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함하며,
상기 하나 이상의 센서들은 상기 워크 헤드 체결 부분으로부터 이격된 위치에서 상기 지지 구조에 고정되며, 상기 워크 헤드 체결 부분은 상기 센서들에 대하여 안정되게 상기 워크 헤드를 위치시키기 위해 상기 워크 헤드 상에서 상기 대응하는 체결 부분과 맞물리도록 구성되는, 테스트 장치. - 청구항 111에 있어서,
상기 하나 이상의 센서들은 상기 워크 헤드에 의해 방출된 레이저 광의 빔의 위치 및 파워를 검출하기 위한 적어도 하나의 위치 감응 센서를 포함하는, 테스트 장치. - 청구항 111 또는 청구항 112에 있어서,
상기 워크 헤드 체결 부분과 상기 적어도 하나의 센서 사이에 개재된 천공형 분리기 판을 더 포함하며; 상기 분리기 판은 상기 워크 헤드 체결 부분에 대하여 알리진 위치들에서 그것을 통해 연장되는 하나 이상의 홀들을 갖고 형성되고, 상기 분리기 판의 나머지는 상기 워크 헤드에 의해 방출된 레이저 광에 불투명하고; 상기 워크 헤드 체결 부분은 상기 분리기 판에 대하여 알려진 위치에 상기 워크 헤드를 위치시키기 위해 상기 워크 헤드 상에서 상기 대응하는 체결 부분과 협력하도록 적응되며; 상기 하나 이상의 센서들은 상기 하나 이상의 홀들을 정확하게 통과한 광을 검출하도록 상기 워크 헤드로부터 상기 분리기 판의 반대 측면 상에 하나 이상의 광학 파워 센서들을 포함하는, 테스트 장치. - 청구항 113에 있어서,
상기 분리기 판은 상기 워크 헤드에 의해 방출된 빔의 분기를 측정하기 위해 상이한 크기들의 복수의 홀들을 갖고 형성되는, 테스트 장치. - 청구항 111 내지 청구항 114 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 센서들은 적어도 하나의 광학 파워 미터(optical power meter)를 포함하는, 테스트 장치. - 청구항 111 내지 청구항 115 중 어느 한 항에 있어서,
사용 중 피험체의 피부로부터 상기 워크 헤드를 이격시키기 위해 상기 워크 헤드 상에서 상기 대응하는 체결 부분에 해체 가능하게 연결될 수 있는 적어도 하나의 스페이서를 포함하며, 상기 하나 이상의 센서들과 상기 워크 헤드 체결 부분 간의 거리는 상기 스페이서의 길이와 대체로 동일한, 테스트 장치.
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