KR20220103094A

KR20220103094A - 펄스 조사 방법 및 펄스 조사 장치

Info

Publication number: KR20220103094A
Application number: KR1020227012457A
Authority: KR
Inventors: 에미유 오가와; 츠네노리 아라이; 슌이치 마츠시타; 이치 마츠시타; 가즈타카 나라; 교스케 야마우치
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-07-21
Also published as: WO2021100778A1; CN114641249A; EP4062850A1; JP2021078640A; US20220249865A1; EP4062850A4

Abstract

펄스 조사 방법은, 예를 들면, 생체 조직에 광의 펄스를 조사하여 가열하는 펄스 조사 방법으로서, 광의 파장이, 생체 조직에 광을 조사한 경우의 생체 조직 내의 콜라겐 섬유의 승온 폭이 생체 조직 내에 포함되어 콜라겐 섬유의 주위에 존재하는 세포를 포함하는 물의 승온 폭보다 커지는 범위로 설정된다.

Description

펄스 조사 방법 및 펄스 조사 장치

본 발명은, 펄스 조사 방법 및 펄스 조사 장치에 관한 것이다.

종래, 피부 치료로서, 예를 들면, 피부로의 레이저광의 조사에 의해 콜라겐 섬유를 가열하여 응고하는 응고 치료가 행해지고 있다.

Current Laser Resurfacing Technologies: A Review that Delves Beneath the Surface, Jason Preissig, Kristy Hamilton, Ramsey Markus, Seminars in Plastic Surgery, Vol. 26, No. 3, 2012, PP. 109-116

그러나, 레이저광의 조사에 의해 생체 조직, 특히 피부를 가열하면, 콜라겐 섬유뿐만 아니라 마찬가지의 가열이 생체 조직 내의 세포에도 발생하기 때문에, 부작용을 억제하기 어려워질 우려가 있었다.

따라서, 본 발명의 과제의 하나는, 예를 들면, 생체 조직에 존재하는 세포의 가열을 억제하면서 생체 조직 내의 콜라겐 섬유를 선택적으로 가열하는 것이 가능한 펄스 조사 방법 및 펄스 조사 장치를 얻는 것이다.

본 발명의 펄스 조사 방법은, 생체 조직에 광의 펄스를 조사하여 가열하는 펄스 조사 방법으로서, 상기 광의 파장이, 상기 생체 조직에 상기 광을 조사한 경우의 상기 생체 조직 내의 콜라겐 섬유의 승온 폭이 상기 생체 조직 내에 포함되어 상기 콜라겐 섬유의 주위에 존재하는 세포를 포함하는 물의 승온 폭보다 커지는 범위로 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 세포는 섬유아세포(纖維芽細胞)이다.

상기 펄스 조사 방법은, 예를 들면, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복한다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 비조사 기간이, 상기 비조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 물의 온도가 제 1 온도 이하가 되도록 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 비조사 기간이, 당해 비조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 물의 온도가 당해 비조사 기간의 직전의 상기 조사 기간 개시 시의 상기 물의 온도와 대략 동일해지도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 비조사 기간이, 당해 비조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 콜라겐 섬유의 온도가 당해 비조사 기간의 직전의 상기 조사 기간 개시 시의 상기 콜라겐 섬유의 온도보다 높아지도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 비조사 기간이, 당해 비조사 기간의 직전의 상기 조사 기간의 종료 시부터, 상기 콜라겐 섬유의 온도가, 상기 조사 기간 개시 시의 온도에 당해 조사 기간에 있어서의 상기 콜라겐 섬유의 승온 폭을 자연 로그의 밑으로 제산(除算)한 온도 폭을 더한 온도로 강하할 때까지의 열완화 시간에 의거하여 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 비조사 기간이, 상기 열완화 시간 이상이 되도록 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 비조사 기간이, 80[ms] 이상 210[ms] 이하이다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간이, 당해 조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 물의 온도가 제 2 온도 이하가 되도록 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 제 2 온도는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성되는 열변성 임계값 온도이다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 제 2 온도는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 가역(可逆) 열변성되는 가역 열변성 임계값 온도이다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간은, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간은, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간은, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간은, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간은, 상기 생체 조직의 표면에 있어서 열증산(熱蒸散)이 발생하도록 설정된다.

상기 펄스 조사 방법은, 예를 들면, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고, 상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수는, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법은, 예를 들면, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고, 상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수는, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법은, 예를 들면, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고, 상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수는, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법은, 예를 들면, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고, 상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수는, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된다.

상기 펄스 조사 방법은, 예를 들면, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고, 상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수는, 상기 생체 조직의 표면에 있어서 열증산이 발생하도록 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 생체 조직에 상기 광을 조사한 경우의 상기 물의 승온 폭에 대한 상기 콜라겐 섬유의 승온 폭의 비는, 1.1 이상이다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 콜라겐 섬유의 변성 상태를 검출하고, 상기 콜라겐 섬유의 소정의 변성 상태가 검출된 시점에서, 상기 펄스의 조사를 종료한다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 펄스의 조사 기간에 있어서, 복수의 광의 펄스가 간헐적으로 조사된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 상기 광의 파장은, 상기 콜라겐 섬유의 흡수 계수가 상기 물의 흡수 계수보다 큰 파장으로 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 상기 광의 파장은, 1480[nm]보다 긴 값으로 설정된다.

상기 펄스 조사 방법에서는, 상기 광의 파장은, 1600[nm] 이하의 값으로 설정된다.

본 발명의 펄스 조사 장치는, 생체 조직에 광의 펄스를 조사하여 가열하는 펄스 조사 장치로서, 상기 광의 파장이, 상기 생체 조직에 상기 광을 조사한 경우의 상기 생체 조직 내의 콜라겐 섬유의 승온 폭이 상기 생체 조직 내에 포함되어 상기 콜라겐 섬유의 주위에 존재하는 섬유아세포를 포함하는 물의 승온 폭보다 커지는 범위로 설정된다.

상기 펄스 조사 장치는, 예를 들면, 상기 콜라겐 섬유의 변성 상태를 검출하는 검출부를 구비하고, 상기 검출부에 의해 상기 콜라겐 섬유의 소정의 변성 상태가 검출된 시점에서, 상기 펄스의 조사를 종료한다.

상기 펄스 조사 장치에서는, 예를 들면, 상기 광의 파장은, 1480[nm]보다 긴 값으로 설정된다.

상기 펄스 조사 장치에서는, 예를 들면, 상기 광의 파장은, 1600[nm] 이하의 값으로 설정된다.

본 발명의 펄스 조사 방법 및 펄스 조사 장치에 의하면, 생체 조직에 존재하는 세포의 가열을 억제하면서 생체 조직 내의 콜라겐 섬유를 선택적으로 가열할 수 있다.

도 1은, 실시 형태의 펄스 조사 장치의 예시적 또한 모식적인 구성도이다.
도 2는, 생체 조직의 내부 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 물 및 콜라겐 분자의 흡수 계수 및 물에 대한 콜라겐 분자의 흡수 계수의 비와의 파장 스펙트럼을 나타내는 예시적 또한 모식적인 그래프이다.
도 4는, 실시 형태의 펄스 조사 방법에 의한 물 및 콜라겐 섬유의 경시(經時)적인 온도 변화를 나타내는 예시적 또한 모식적인 타이밍 차트이다.
도 5는, 실시 형태의 펄스 조사 방법에 있어서의 펄스 조사 기간과 당해 펄스 조사 기간에서의 1펄스의 조사에 있어서의 물에 대한 콜라겐 섬유의 온도 상승비와의 상관 관계를 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 6은, 실시 형태의 펄스 조사 방법에 있어서의 펄스 조사 기간의 각각에 대하여, 펄스 비조사 기간의 종료 시에 있어서의 물의 온도가 펄스 조사 기간의 개시 시의 온도와 동일해지는 펄스 비조사 기간을 나타내는 예시적인 그래프이다.

이하, 본 발명의 예시적인 실시 형태 및 변형예가 개시된다. 이하에 나타나는 실시 형태 및 변형예의 구성, 및 당해 구성에 의해 초래되는 작용 및 결과(효과)는, 일례이다. 본 발명은, 이하의 실시 형태 및 변형예에 개시되는 구성 이외에 의해서도 실현 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면, 하기의 구성에 의해 얻어지는 다양한 효과(파생적인 효과도 포함함) 중 적어도 하나를 얻는 것이 가능하다.

[실시 형태]

[펄스 조사 장치의 구성]

도 1은, 펄스 조사 장치 1의 구성도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 펄스 조사 장치(1)는, 펄스 레이저 장치(10)와, 광학 헤드(20)와, 광 파이버(30)와, 제어 장치(40)와, 센서(50)를 구비하고 있다.

펄스 레이저 장치(10)는, 근적외의 레이저광의 펄스를 출사할 수 있다. 펄스 레이저 장치(10)에 의해 출사된 레이저광의 펄스는, 광 파이버(30)를 통하여 광학 헤드(20)로 전송되고, 광학 헤드(20)로부터 피부(S)에 조사된다. 광학 헤드(20)는, 레이저광의 펄스를 확산, 콜리메이트, 또는 집광하여 피부(S)에 조사한다. 조사된 레이저광의 펄스에 의해, 피부(S)는 가열된다. 광학 헤드(20)는 수동 또는 로봇 아암 등에 의해 이동하고, 레이저광의 펄스를 피부(S)의 원하는 개소에 조사할 수 있다. 제어 장치(40)는, 펄스 레이저 장치(10)가 출사하는 레이저광의 펄스의 강도, 펄스 조사 기간(펄스 ON 기간, 펄스 폭), 펄스 비조사 기간(펄스 OFF 기간)과 같은 스펙을 설정하고, 또한 변경할 수 있다. 펄스 레이저 장치(10)는 파이버 레이저 장치나 반도체 레이저 장치를 가질 수 있다. 피부(S)는, 생체 조직의 일례이다.

센서(50)는, 피부(S)에 포함되는 콜라겐 섬유의 열변성 상태를 검출한다. 여기서, 콜라겐 섬유의 열변성 상태에 대하여, 각막을 예로 들어 설명한다. 각막은, 주성분이 콜라겐이며, 각막 내에서 콜라겐 섬유의 배열이 갖추어져 있기 때문에, 열변성되고 있지 않은 상태에서는 투명도가 높다. 열변성에 의해 각막 내의 콜라겐에 구조 변화가 발생하면, 구조 변화된 부위가 산란 중심이 되어, 각막은 가시광 영역에서 백탁된다. 이것과 마찬가지의 원리에 의해, 광학적인 센서(50)에 의한 산란 상태의 계측, 예를 들면, 조사광의 후방 산란 감쇠의 계측에 의해, 피부(S)의 열변성 상태를 검출할 수 있다. 이 경우, 센서(50)는, 비접촉 센서이다. 또한, 피부(S)가 열변성된면, 피부(S)의 경도가 커진다. 따라서, 경도 센서와 같은 기계적인 센서(50)에 의한 경도의 계측에 의해, 피부의 열변성 상태를 검출할 수 있다. 이 경우, 센서(50)는, 접촉 센서이다. 각막에 한정되지 않고, 다른 생체 조직에서도, 콜라겐 분자의 열변성 상태의 검출은 가능하다. 제어 장치(40)는, 센서(50)에 의해 콜라겐 섬유의 소정의 변성 상태가 검출된 시점에서, 펄스의 조사를 종료할 수 있다. 센서(50)는, 검출부의 일례이다.

[피부(생체)의 조직]

도 2는, 피부(S)와 같은 생체 조직의 내부 구조를 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 피부(S)는, 생체수(S1)와, 콜라겐 섬유의 다발인 콜라겐 섬유 다발(S2)과, 섬유아세포(S3)를 포함하고 있다. 섬유아세포(S3)는, 콜라겐 섬유를 생성한다. 섬유아세포(S3)의 광 흡수 특성 및 열전도 특성은, 물과 대략 동일하다. 따라서, 온도 변화의 분석에 있어서, 섬유아세포(S3)는, 물로 간주할 수 있다. 섬유아세포(S3)는, 세포의 일례이다.

[레이저광의 파장의 설정]

도 3은, 물 및 콜라겐 분자의 흡수 계수 및 물에 대한 콜라겐 분자의 흡수 계수의 비와의 파장 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 근적외광의 범위에 있어서, 물의 흡수 계수 및 콜라겐 분자의 흡수 계수는, 파장에 따라 상이한 것이 판명되고 있다(오노 마리 등, 일본 레이저 의학회지, 36, 324, 2015, 및 Kou, et al, Appl Opt, 32, 3531-3540, 1993). 물의 흡수 계수는, 조사광의 파장의 1400[nm]에서 1600[nm]까지의 범위에 있어서, 파장이 약 1450[nm]인 경우에 피크가 되고, 파장이 약 1450[nm]보다 짧아질수록 저하됨과 함께, 파장이 약 1450[nm]보다 길어질수록 저하되고 있다. 한편, 콜라겐 분자의 흡수 계수는, 조사광의 파장의 1400[nm]에서 1600[nm]까지의 범위에 있어서, 파장이 약 1500[nm]인 경우에 피크가 되고, 파장이 약 1500[nm]보다 짧아질수록 저하됨과 함께, 파장이 약 1500[nm]보다 길어질수록 저하되고 있다. 이에 따라, 도 3에 나타나는 바와 같이, 조사광의 파장의 1400[nm]에서 1600[nm]까지의 범위에 있어서, 물의 흡수 계수에 대한 콜라겐 분자의 흡수 계수의 비(이하, 흡수 계수비라고 칭함)는, 파장이 길어질수록 커지고 있다. 또한, 콜라겐 분자의 흡수 계수는, 파장이 1600[nm]보다 길어지면, 더 작아지는 것이 추정된다.

이와 같은 성질로부터, 본 실시 형태에서는, 피부(S)에 조사하는 레이저광의 파장, 즉 펄스 레이저 장치(10)가 출사하는 레이저광의 파장을, 콜라겐 분자의 흡수 계수가 물의 흡수 계수보다 커지는 범위, 즉, 파장을 1480[nm]보다 길게 설정한다. 파장이 1480[nm]보다 긴 범위는, 물보다 콜라겐 섬유(콜라겐 섬유 다발)가 가열되기 쉬운 범위라고 할 수 있다.

또한, 상기 서술한 바와 같이, 파장이 약 1600[nm]보다 긴 범위에서는, 콜라겐 분자의 흡수 계수는 파장이 길어질수록 저하되고 있으며, 이것은, 파장이 1600[nm]보다 긴 레이저광의 조사에 의해서는, 콜라겐 분자의 광 에너지 흡수 효율이 저하되는 것을 의미한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 피부(S)에 조사하는 레이저광의 파장, 즉 펄스 레이저 장치(10)가 출사하는 레이저광의 파장을, 1600[nm] 이하로 설정한다.

이와 같은 고찰로부터, 본 실시 형태에서는, 피부(S)에 조사하는 레이저광의 파장, 즉 펄스 레이저 장치(10)가 출사하는 레이저광의 파장을, 1480[nm]보다 길게 또한 1600[nm] 이하로 설정한다.

[펄스 조사 기간 및 펄스 비조사 기간의 설정]

도 4는, 레이저광의 펄스의 조사에 수반하는 물 및 콜라겐 섬유의 온도의 경시(經時) 변화를 나타내는 모식적인 타이밍 차트이다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서, 레이저광의 에너지를 흡수함으로써 물 및 콜라겐 섬유의 온도는 상승한다. 여기서, 상기 서술한 바와 같이, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서는, 레이저광의 파장은, 콜라겐 섬유의 흡수 계수가 물의 흡수 계수보다 커지는 파장으로 설정되어 있기 때문에, 콜라겐 섬유의 온도 상승(승온 폭)은, 물의 온도 상승(승온 폭)보다 커진다. 바꿔 말하면, 레이저광의 파장은, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서의 콜라겐 섬유의 온도 상승이 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서의 물의 온도 상승보다 커지도록, 설정되어 있다.

발명자들은, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서 콜라겐 섬유의 온도가 상승하는 점에 착목하여, 흡수 계수비를 보다 높게 하는 것이 가능한 펄스 조사 기간(Ton)을 구했다.

도 5는, 펄스 조사 기간(Ton)과 당해 펄스 조사 기간(Ton)에서의 1펄스의 조사에 있어서의 물에 대한 콜라겐 섬유의 온도 상승비(이하, 간단히 온도 상승비라고 기재함)와의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5는, 피하 조직을 모델화한 계산 모델에 대한 수치 시뮬레이션에 의한 계산값이다. 수치 시뮬레이션에서는, 레이저광의 조사에 의한 열변성 깊이의 계산값이 피하 조직의 샘플에 대한 레이저광의 조사에 의한 열변성 깊이의 실험값에 근접하도록, 경계 조건이나 계수와 같은 파라미터가 조정되고 있다. 또한, 이 수치 시뮬레이션에 있어서, 1펄스당의 조사 에너지는, 펄스 조사 기간(Ton)에 관계없이, 일정하게 하고 있다. 즉, 펄스 조사 기간(Ton)이 작을수록 단위 시간당의 조사 에너지는 커지고, 펄스 조사 기간(Ton)이 길수록 단위 시간당의 조사 에너지는 작아진다. 이 시뮬레이션에 의해, 다양한 조사 부위나, 조사 환경, 조사 조건 등에 대하여, 레이저광의 조사 시에 있어서의 각 부위의 온도 및 온도의 경시 변화를 추정할 수 있다. 물 및 섬유아세포의 측온점(測溫点)은, 서로 간극을 두고 인접하는 콜라겐 섬유의 사이의 위치(중간 위치)이며, 콜라겐 섬유에 의한 열흡수의 영향을 받기 어려운 위치로, 설정된다.

도 5에 나타나는 바와 같이, 흡수 계수비가 1보다 큰 레이저광의 파장의 범위, 구체적으로는 1480[nm]보다 긴 범위에 있어서는, 펄스 조사 기간(Ton)이 0.01[μs] 이상 1000[μs] 이하의 범위에 있어서, 온도 상승비를 1보다 크게 유지할 수 있는 것이 판명되었다.

한편, 펄스 비조사 기간(Toff)에 있어서는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 주변(공기)보다 온도가 높아진 콜라겐 섬유 및 물로부터, 그 주변에 열이 전달됨으로써, 물 및 콜라겐 섬유의 온도가 하강한다. 여기서, 물의 온도 강하 및 콜라겐 섬유의 온도 강하는, 물 및 콜라겐 섬유의 비열(比熱)에 의존한다.

발명자들은, 펄스 비조사 기간(Toff)에 있어서 물의 온도가 강하하는 점에 착목하여, 물의 온도 상승을 억제하면서, 콜라겐 섬유의 선택적인 가열을 가능하게 하는 펄스 비조사 기간(Toff)을 구했다.

도 6은, 도 5의 결과가 얻어진 것과 동일한 수치 시뮬레이션에 있어서, 펄스 조사 기간(Ton)의 각각에 대하여, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도가 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 직전의 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시의 온도와 동일해지는(때까지 저하되는) 펄스 비조사 기간(Toff)을 나타내는 그래프이다. 도 6의 예에서는, 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시에 있어서의 물의 온도가, 제 1 온도의 일례이다.

도 6에 나타나는 바와 같이, 레이저광의 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)에 따라, 펄스 비조사 기간(Toff)을 설정함으로써, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시의 물의 온도를, 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시에 있어서의 온도와 대략 동일한 온도(제 1 온도)까지 강하할 수 있는 것이 판명되었다. 또한, 도 6에서부터 알 수 있는 바와 같이, 펄스 비조사 기간(Toff)은, 80[ms] 이상 210[ms] 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 4에 나타나는 바와 같이, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 콜라겐 섬유의 온도가 물의 온도보다 높은 경우에 있어서는, 펄스 조사를 반복함으로써, 바꿔 말하면 펄스 조사 기간(Ton) 및 펄스 비조사 기간(Toff)을 반복함으로써, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물과 콜라겐 섬유의 온도차가 서서히 커지고, 나아가서는, 콜라겐 섬유를 보다 선택적으로 가열할 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다.

이 펄스 비조사 기간(Toff)은, 콜라겐 섬유의 열완화 시간에 따라 설정되는 것이 바람직하다. 여기에, 콜라겐 섬유의 열완화 시간은, 예를 들면, 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 직전의 펄스 조사 기간(Ton)의 종료 시부터, 콜라겐 섬유의 온도가, 펄스 조사 기간(Ton) 개시 시의 온도에 당해 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서의 콜라겐 섬유의 승온 폭을 자연 로그의 밑으로 제산한 온도 폭(Δtc/e)을 더한 온도로 강하할 때까지의 시간이라고 규정해도 된다. 여기서, Δtc는 콜라겐 섬유의 승온 폭이다.

펄스 비조사 기간(Toff)은, 콜라겐 섬유의 열완화 시간보다 길게 설정할 수 있다. 일례로서, 펄스 비조사 기간(Toff)은, 열완화 시간에 1보다 큰 계수(예를 들면, 1.1 등)을 승산한 값으로 설정해도 된다. 이 경우, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도는, 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 직전의 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시에 있어서의 물의 온도와 동일하거나 혹은 보다 낮아지기 쉽다. 이에 따라, 물의 온도 상승을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

펄스 비조사 기간(Toff)은, 콜라겐 섬유의 열완화 시간과 동일한 시간으로 설정할 수 있다. 이 경우, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도는, 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 직전의 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시에 있어서의 물의 온도와 동일해진다. 이 경우에도, 물의 온도 상승을 억제할 수 있다.

펄스 비조사 기간(Toff)은, 콜라겐 섬유의 열완화 시간보다 짧게 설정할 수 있다. 일례로서, 펄스 비조사 기간(Toff)은, 열완화 시간에 0보다 크고 또한 1보다 작은 계수(예를 들면, 0.9 등)를 승산한 값으로 설정해도 된다. 이 경우, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도는, 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 직전의 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시에 있어서의 물의 온도보다 높아진다. 바꿔 말하면, 도 4에 나타나는 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도보다 높아진다. 이에 따라, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 콜라겐 섬유의 온도를 보다 높게 할 수 있기 때문에, 콜라겐 섬유의 온도를 보다 신속하게 높일 수 있다. 다만, 이 경우, 펄스 조사에 따라 물의 온도가 서서히 높아지기 때문에, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도는, 예를 들면, 최초의 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시에 있어서의 물의 온도에 대한 온도 상승이 소정값 이하가 되도록 설정하거나, 피부(S)에 손상을 주지 않는 온도 이하가 되도록 설정하거나 한다. 이 경우의, 최초의 펄스 조사 기간(Ton)의 개시 시에 있어서의 물의 온도에 소정값을 가산한 온도, 또는 피부(S)에 손상을 주지 않는 온도는, 제 1 온도의 일례이다. 제 1 온도는, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시의 물의 온도에 대응하여 설정한 임계값 온도이다.

또한, 펄스 비조사 기간(Toff)의 길이에 관계없이, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서의 물의 최고 온도는, 예를 들면, 피부(S)에 손상을 주지 않는 온도 이하가 되도록 설정된다. 이 경우의 피부(S)에 손상을 주지 않는 온도는, 제 2 온도의 일례이다. 제 2 온도는, 펄스 조사 기간(Ton)의 종료 시의 물의 온도에 대응하여 설정한 임계값 온도이다.

통상, 단백질은, 온도가 높을수록 짧은 시간에 열변성되고, 온도가 낮을수록 긴 시간에 열변성된다. 생체를 구성하는 단백질은, 약 60℃에서 불가역적인 열변성을 발생시킨다. 또한, 부위나 장기 등에 따라 상이함과 함께, 가열 시간에 따라서도 상이하지만, 생체 조직은, 가열 시간이 비교적 긴 경우에는, 약 45℃여도 열손상이 발생하는 경우가 있다. 조사 부위나, 조사 환경, 조사 조건 등에 대응한 임계값 온도는, 미리 실험적으로 취득해 둘 수 있다(문헌 2: 레이저 응용 공학, 오바라 미노루, 아라이 쯔네노리, 미도리카와 카쯔미, 코로나사, 1998년, 참조).

열완화 시간은, 피부(S)의 함수율이나, 피부(S)에 있어서의 콜라겐 섬유(콜라겐 섬유의 섬유 다발)의 배치, 레이저광의 강도, 펄스 조사 기간(Ton) 등에 따라 변화된다. 따라서, 열완화 시간 및 펄스 비조사 기간(Toff)은, 피부(S)의 함수율이나, 피부(S)에 있어서의 콜라겐 섬유의 배치, 레이저광의 강도, 펄스 조사 기간(Ton) 등에 따라 가변 설정해도 된다.

또한, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서 조사하는 에너지(강도)는, 복수의 펄스에 있어서 동일해도 되고, 펄스마다 상이해도 된다. 예를 들면, 제어 장치(40)는, 콜라겐 섬유의 가열에 의한 변성에 따라, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 에너지 중 적어도 하나를 변화시켜도 된다.

또한, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서, 레이저광의 펄스는, 버스트 파와 같이, 간헐적으로 조사되어도 된다. 이 경우의 간헐의 시간은, 예를 들면, 열완화 시간에 비해 충분히 짧다.

1펄스에 의한 효과를 얻는 경우, 레이저광의 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)이, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성되도록 설정된다. 또한, 복수 펄스에 의한 효과를 얻는 경우, 레이저광의 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수가, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성되도록 설정된다.

레이저의 반복 펄스 조사에 의한 생체 조직의 국소 선택 가열은, 선택 가열을 하고 싶은 조직의 흡수 계수가 주위 조직의 흡수 계수보다 큰 경우에, 펄스 폭(펄스 조사 기간(Ton))과 펄스 간격(펄스 비조사 기간(Toff))을 조정함으로써, 흡수 계수가 큰 조직을 선택 가열하는 방법이다. 이 방법을 Selective photothermolysis라고 부른다(문헌 3: Selective photothermolysis: precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation, RR Anderson, JA Parrish, Science, Vol. 220, Issue 4596, PP. 524-527, 1983, 참조).

구체적으로는, 펄스 폭과 펄스 간격과의 조정은, 펄스 간격의 사이의 주위로의 열전도를 고려하여 행한다. 주위의 열전도의 상태는, 열전도율과 발열 부분의 형상에 의해 결정된다. 비정상 열전도 문제를 간략하게 논의하기 위해, 특성 열전도 시간(열완화 상수)을 정의하여 이용한다. Selective photothermolysis를 위해, 펄스 폭은, 특성 열전도 시간보다 충분히 짧고, 또한 펄스 간격은, 특성 열전도 시간보다 충분히 길게 설정한다(문헌 2).

Selective photothermolysis는, 광 흡수가 큰 생체 조직 부위와, 그 주위의 광 흡수가 작은 생체 조직과의 흡수비(즉, 레이저 조사에 의한 발열비) 이상으로 발열 콘트라스트를 부여하는 것은 아니고, 흡수비가 발열비의 상한을 부여한다. 이에 대하여, 연속 레이저를 장시간 조사한 경우에는, 열전도에 의해 균일적인 가열이 되기 때문에, 국소 선택적인 가열은 실현되지 않는다.

콜라겐 분자의 열변성에는, 불가역 열변성과 가역적 열변성이 있다. 불가역 열변성은, 콜라겐 분자의 응고를 발생시켜, 암의 치료나, 망막의 응고, 지혈 등에 이용된다. 또한, 콜라겐 분자의 가역 열변성은, 혈관이나, 소장, 피부 등의 용착에 이용된다.

콜라겐 분자는 삼차원적인 나선 구조 사슬을 형성하고 있지만, 그것을 연결하고 있는 수소 결합이 온도 상승과 함께 잘려, 과가열하면 분산되어 수축한다. 이 상태가 불가역 열변성이다. 결합의 절단 비율이 적은 변성의 경우에는, 원래의 구조로 되돌아가는 경우가 있고, 이 일과성의 열변성을 가역 열변성이라고 한다. 콜라겐 분자는, 포함되는 아미노산의 종류와 형상으로 수십의 종류로 분류되고, 생체 조직에 있어서의 존재 장소가 상이하다. 본 실시 형태에서 주로 가리키는 것은, 피부, 피부 결손 수복, 뼈 등의 주성분인 I 형태 및 III 형태의 콜라겐이다. 콜라겐 분자는 동물종에 따라서도 물성이 상이하고, 열특성에 관해서는 생물의 생활하는 환경에 따라 상이하다(문헌 4: On a Relationship Between the Arrhenius Parameters from Thermal Damage Studies, Neil T. Wright, Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 125, No. 2, PP. 300-304, 2003, 참조). 본 실시 형태에서 주로 가리키는 것은, 지상에서 생활하는 인류를 포함하는 포유류의 콜라겐 분자의 열특성이다.

콜라겐 분자의 열변성은, 1종의 화학 반응 과정으로서, 화학 반응을 기술하는 이하의 아레니우스 이론(식 (1), 아레니우스의 공식)에 의해 설명된다(문헌 5: Finite element analysis of temperature controlled coagulation in laser irradiated tissue, T. N. Glenn, S. Rastegar, S. L. Jacques, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 43, No. 1, PP 79-87, Jan. 1996, 참조, Eq(3)).

여기에, Ω: 축적 열변성량, A: 빈도 인자[1/s], Δt 가열 시간[s], E_a: 활성화 에너지[J/mol], R: 기체 상수[J/mol·K](≒8.314), T: 온도[K]이다. 축적 열변성량은, 변성의 기준이며, 통상 1정도에서 열변성이라고 판단한다.

식 (1)로부터, 가열 온도가 일정하면 축적 열변성량은 시간에 비례한다. 또한, 지수 함수의 지수(거듭제곱)는 음수이며, 빈도 인자 및 축적 열변성량은 물질에 의해 정해지는 상수이기 때문에, 온도가 높을수록 지수 함수의 값은 커진다. 따라서, 열변성은, 가열 온도 및 그 유지 시간에 의존한다.

아레니우스 이론에 의거하는 축적 열변성량을 일반적으로 사용하지 않는 이유로서, 축적 열변성량은 변성량의 기준이며, 엄밀한 임계값을 제공하지 않는 것을 들 수 있다. 또한, 상기 이론 중의 빈도 인자, 활성화 에너지는 물질(단백질)에 따라 상이하다. 이와 같이, 아레니우스 이론은, 생체 단백 응고의 이론적인 뒷받침을 부여할 수 있는 반면, 엄밀한 아레니우스 이론으로의 입각은 실용상 폭 넓은 논의에 있어서 의미가 약하다. 따라서, 일반적으로는 기준인 열변성 온도로 판단하게 된다(문헌 6; Photophysical processes in recent medical laser developments: A review, Jean-Luc Boulnois, Lasers in Medical Science, January 1986, Volume 1, Issue 1, PP. 47-66, 참조).

실제의 생체 치료에 있어서의 1개소의 열인가 시간은, 특히 수술용 치료 기기에 있어서는 국소의 작용이기 때문에 단시간이며, 예를 들면 1초를 초과하는 경우는 없다. 생체 열손상의 전형예인 화상에 있어서도, 생체 반사 반응에 의해 가열이 지속되지 않고, 전형적으로는 50ms 정도이다. 이와 같이, 치료에서는 가열 시간이 한정되는 결과, 충분한 축적 열변성량을 부여하는 온도가 개략 결정되게 된다.

이상과 같이, 생체 조직의 불가역 열변성을 얻는데 필요한 온도나, 가열 시간은, 엄밀하게 얻는 것이 어렵고, 실용적으로는 불가역 열변성되는 온도의 기준값이 사용되고 있다(문헌 6 참조). 본 실시예에서도 일반적으로 사용되고 있는 불가역 열변성되는 온도의 기준값을, 임계값 온도로서 이용한다. 열변성 임계값 온도를 초과하면, 단백질은 열변성하고, 가역 열변성 임계값 온도를 초과하면, 단백질은 가역 열변성된다.

섬유아세포는, 콜라겐 분자를 생성하는 세포이기 때문에, 섬유아세포의 온도 즉 물의 온도는, 섬유아세포가 장해를 받지 않는 온도, 즉 열변성되지 않는 온도인 것이 바람직하다. 또한, 섬유아세포에 대해서는, 장해를 받지 않는 정도로 가열하여 가역 열변성시킴으로써, 활동이 활발화되는 것이 판명되고 있다.

또한, 섬유아세포는, 세포 내의 단백질이 불가역 변성을 일으키면, 생명 활동이 정지되어 괴사된다(열손상 또는 불가역 열손상). 이에 대하여, 단백질의 가역 열변성, 혹은 매우 약간 국소적인 단백질의 불가역 열변성이 발생한 경우에는, 항상성 유지에 의해 섬유아세포의 수복 전귀(轉歸)(부활)가 발생하는 경우도 있다(가역 열손상). 또한, 섬유아세포는, 주위의 인지질 2중층의 열손상에 의해 개방된 포어(구멍)를 통하여 세포질이 세포 밖으로 나오거나, 세포막을 통하여 주위 체액이 세포 내에 유입되어 팽화하여 세포가 파열되거나 함으로써, 괴사에 이르는 경우도 있다. 열응고 치료에 있어서는, 세포막의 포어 형성이나, 단백질의 열변성이 발생하지만, 그 임계값에 대해서는 논의가 있다. 일반적인 모델링에는 단백질의 열변성을 이용하는 경우가 많다.

또한, 선택적 가열은, 생체 조직의 표면에 있어서 열증산이 발생하는 조건으로 실행할 수 있다. 생체 조직의 열증산은, 생체 조직의 수분의 온도가 국소적으로 100℃에 도달하여 비등한 순간에 발생한다. 액상의 물이 수증기가 되면, 체적이 1000배 정도로 팽창하여, 세포막은 잘게 찢어져 조직이 소멸한다. 이것이 연속적으로 발생하도록, 비등에 의해 빼앗기는 잠열을 연속적으로 공급하는 조건을 설정할 수 있다(문헌 2 참조).

또한, 1펄스에 의한 효과를 얻는 경우, 레이저광의 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)이, 섬유아세포가 열손상되지 않거나 혹은 가역 열손상되도록 설정된다. 또한, 복수 펄스에 의한 효과를 얻는 경우, 레이저광의 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수가, 섬유아세포가 열손상되지 않거나 혹은 가역 열손상되도록 설정된다.

본 실시 형태에서는, 펄스 조사 기간(Ton)이 길어질수록 콜라겐 섬유 및 물(섬유아세포)의 온도는 높아지고, 펄스 비조사 기간(Toff)이 길어질수록 콜라겐 섬유 및 물(섬유아세포)의 온도는 낮아진다. 또한, 펄스 조사 기간(Ton) 개시 시의 콜라겐 섬유의 온도에 대한 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 후의 콜라겐 섬유의 온도의 차, 및 펄스 조사 기간(Ton) 개시 시의 물(섬유아세포)의 온도에 대한 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 후의 물(섬유아세포)의 온도의 차는, 파장이나, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff)에 의해, 조정하는 것이 가능하다. 또한, 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수(이하, 간단히 반복 횟수라고도 칭함)는, 그들 온도차에 의거하여 설정할 수 있다. 예를 들면, 펄스 조사 기간(Ton) 및 펄스 비조사 기간(Toff)의 1세트 마다의 각 온도가 상승하는 상황에 있어서는, 온도차가 클수록 각 온도가 소정 온도에 도달할 때까지의 반복 횟수는 적어지고, 온도차가 작을수록 각 온도가 소정 온도에 도달할 때까지의 반복 횟수는 많아진다. 또한, 레이저광의 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 반복 횟수는, 분위기 온도나 체온과 같은 환경 조건도 가미하여 설정할 수 있다. 또한, 펄스 조사 기간(Ton) 및 펄스 비조사 기간(Toff)의 길이는, 복수의 펄스 조사에 대하여 동일(일정값)하게 설정할 필요는 없고, 소정 온도에 접근하였을 때에 전환하거나, 1펄스마다 변경하거나 해도 된다.

또한, 도 1에 나타내는 펄스 조사 장치(1)에 있어서, 광 파이버(30) 및 광학 헤드(20)를 공간 광학계로 치환해도 된다. 그 경우, 공간 광학계는 렌즈나 미러 등을 가질 수 있다. 또한, 공간 광학계는 갈바노 스캐너를 포함하고 있어도 된다. 레이저광은 갈바노 스캐너에 의해 피부(S)의 원하는 개소에 조사될 수 있다. 나아가서는, 펄스 조사 장치(1)의 광학 헤드(20)의 광 출력측에 갈바노 스캐너를 포함하는 공간 광학계를 형성해도 된다.

또한, 예를 들면, 공간 광학계에 있어서의 갈바노 스캐너로 레이저광을 고속으로 스캔시키면, 피부(S)가 어느 일 점에 대해서는, 레이저광은 스캔 속도에 따른 기간만큼 조사되는 것이 된다. 이 경우에는, 펄스 레이저 장치(10)가 출사하는 레이저광이 연속파여도, 피부(S)에 대하여 펄스적으로 레이저광을 조사할 수 있다. 예를 들면, 스캔에 의한 레이저광의 궤적을 링 형상으로 해도 된다. 이에 따라, 피부(S)의 연속한 점에 대하여 반복 펄스적으로 레이저광을 조사하는 것이 되고, 레이저광이 연속파여도 피부(S)에 대한 시간적인 입열 제어를 행할 수 있다.

또한, 펄스 조사 장치(1)에, 또한 레이저광의 빔 프로파일을 제어하기 위한 제어 기구를 추가해도 된다. 이와 같은 제어 기구로서는, 특수한 광 파이버를 가지고, 단봉형(單峰型) 프로파일의 빔과 링형 프로파일의 빔이 조합된 빔을 생성하는 기구가 공지이다. 또한, 다른 제어 기구로서는, SLM(spatial light modulator)을 가진 기구가 공지이다. SLM은, 예를 들면, 1차원 혹은 2차원적으로 배열된 복수의 미소 광 조작 소자인 위상 변조 소자의 화소로 구성되고, 그 각 화소의 위상을 전기적으로 제어함으로써, 입력된 레이저광의 빔 프로파일을 제어하는 공간 위상 변조 소자이다.

또한, 또 다른 제어 기구로서는, DOE(diffractive optical element)를 가진 기구가 공지이다. DOE는, 주기가 상이한 복수의 회절 격자를 일체로 구성한 회절 광학 소자이다. DOE는, 입력된 레이저광을, 각 회절 격자의 영향을 받은 방향으로 꺾거나, 겹쳐 쌓거나 하여, 빔 형상을 성형할 수 있다. 예를 들면, DOE는, 입력된 단봉형의 빔을 라인 형상의 빔이나 링 형상의 빔으로 성형할 수 있다.

또한, 펄스 조사 장치(1)는, 1개의 펄스 레이저 장치(10)를 구비하고 있지만, 복수의 펄스 레이저 장치(10)를 구비하고 있어도 된다. 복수의 펄스 레이저 장치(10)를 구비하는 경우에는, 출사하는 레이저광의 파장은 모두 동일해도 되고, 적어도 일부가 서로 상이해도 된다.

또한, 펄스 조사 장치(1)는, 근적외의 레이저광을 출사하는 펄스 레이저 장치(10) 외에, 가시광 영역의 레이저광을 출사하는 참조용 레이저 장치를 구비하고 있어도 된다. 참조용 레이저 장치는, 가시광 영역의 참조용 레이저광(연속파 또는 펄스)를 출사하고, 펄스 레이저 장치(10)로부터의 레이저광이 조사되는 피부(S) 상의 위치와 동일한 위치에 조사되도록 구성된다. 참조용 레이저광은 시인할 수 있으므로, 펄스 레이저 장치(10)로부터의 레이저광이 조사되는 피부(S) 상의 위치의 확인이 용이해진다.

또한, 센서(50)는, 적외선 온도계나, 서모그래피, 컬러 센서, 이미지 센서, 음향 센서, 파워 미터 등이어도 된다. 또한, 펄스 조사 장치(1)는, 센서(50)와, 스펙트럼 애널라이저와 같은 측정기를 포함하는 센서 시스템을 구비해도 된다. 또한, 예를 들면, 제어 장치(40)는, 미리 기계 학습 등에 의해 생성된 학습이 끝난 모델을 이용하여 연산 처리를 행할 수 있는 컴퓨터 프로그램을 실행 가능하게 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 제어 장치(40)는 센서(50)가 취득한 데이터를, 학습이 끝난 모델을 이용하여 연산 처리하고, 피부(S)에 포함되는 콜라겐 섬유의 열변성 상태를 판정해도 된다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 레이저광(광)의 파장이, 피부(S)(생체 조직)에 레이저광을 조사한 경우의 피부(S) 내의 콜라겐 섬유의 승온 폭이 피부 내에 포함되어 콜라겐 섬유의 주위에 존재하는 섬유아세포(세포)를 포함하는 물의 승온 폭보다 커지는 범위로 설정된다.

본 실시 형태에 의하면, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서, 콜라겐 섬유의 온도 상승을 물의 온도 상승보다 크게 하여, 콜라겐 섬유를 보다 효율적으로 가열할 수 있다. 따라서, 이와 같은 방법에 의하면, 예를 들면, 콜라겐 섬유의 응고에 의한 보다 효율이 높은 치료 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들면 세포는 섬유아세포이다.

본 실시 형태의 방법은, 세포가 섬유아세포인 경우에 있어서, 효과적이다.

또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 피부(S)에 광의 펄스를 조사하는 펄스 조사 기간(Ton)과, 피부(S)에 광의 펄스를 조사하지 않는 펄스 비조사 기간(Toff)을 번갈아 반복한다.

이에 따라, 펄스 비조사 기간(Toff)에 있어서, 물에 포함되는 섬유아세포의 온도 상승을 억제하고, 나아가서는 당해 섬유아세포의 손상을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 펄스 비조사 기간(Toff)(비조사 기간)이, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도가 제 1 온도(소정 온도) 이하가 되도록 설정된다.

이에 따라, 섬유아세포의 온도 상승, 나아가서는 섬유아세포의 손상을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 펄스 조사 방법에서는, 예를 들면, 펄스 비조사 기간(Toff)이, 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 물의 온도가 펄스 조사 기간(Ton) 개시 시의 상기 물의 온도와 대략 동일해지도록, 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 펄스 비조사 기간(Toff)이, 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 종료 시에 있어서의 콜라겐 섬유의 온도가 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 직전의 펄스 조사 기간(Ton) 개시 시에 있어서의 콜라겐 섬유의 온도보다 높아지도록, 설정된다.

이에 따라, 펄스의 조사를 반복함으로써 콜라겐 섬유의 온도를 보다 신속하게 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 펄스 비조사 기간(Toff)이, 당해 펄스 비조사 기간(Toff)의 직전의 펄스 조사 기간(Ton)의 종료 시부터, 콜라겐 섬유의 온도가, 펄스 조사 기간(Ton) 개시 시의 온도에 당해 펄스 조사 기간(Ton) 기간에 있어서의 콜라겐 섬유의 승온 폭을 자연 로그의 밑으로 나눈 온도 폭을 더한 온도로 강하할 때까지의 열완화 시간에 의거하여 설정된다.

이에 따라, 펄스 비조사 기간(Toff)을, 콜라겐 섬유의 열완화 시간에 따라 보다 적절하게 설정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 펄스 비조사 기간(Toff)이, 콜라겐 섬유의 열완화 시간 이상이 되도록 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 펄스 비조사 기간(Toff)은, 80[ms] 이상 210[ms] 이하이다.

도 5, 6으로부터 명백해지는 바와 같이, 이와 같은 구성에 의하면, 양호한 온도 상승비가 얻어지는 광의 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)에 대응하여, 물의 온도를 저하시키는 것이 가능한 펄스 비조사 기간(Toff)을 설정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 펄스 조사 기간(Ton)이, 당해 펄스 조사 기간(Ton)의 종료 시에 있어서의 물의 온도가 제 2 온도(소정 온도) 이하가 되도록 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제 2 온도는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성 하는 열변성 임계값 온도이다.

이에 따라, 콜라겐 분자를 열변성시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제 2 온도는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 가역 열변성되는 가역 열변성 임계값 온도이다.

이에 따라, 콜라겐 분자를 가역 열변성시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)은, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

이에 따라, 콜라겐 분자를 열변성시키면서, 섬유아세포의 열손상을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)은, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 가역 열손상되도록, 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)은, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

이에 따라, 콜라겐 분자를 불가역 열변성시키면서, 섬유아세포의 열손상을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)은, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 가역 열변성되도록, 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장 및 펄스 조사 기간(Ton)은, 피부(S)의 표면에 있어서 열증산이 발생하도록 설정된다.

이에 따라, 조직 천부(淺部)를 제거할 수 있으므로, 조직 심부(深部)에서의 응고 치료를 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 가역 열손상되도록, 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 가역 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 열손상되지 않도록, 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 가역 열변성됨과 함께, 섬유아세포가 가역 열손상되도록, 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 파장, 펄스 조사 기간(Ton), 펄스 비조사 기간(Toff), 및 펄스 조사 기간(Ton)의 반복 횟수는, 피부(S)의 표면에 있어서 열증산이 발생하도록 설정된다.

이에 따라, 조직 천부를 제거할 수 있으므로, 조직 심부에서의 응고 치료를 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 피부(S)에 광을 조사한 경우의 물의 승온 폭에 대한 상기 콜라겐 섬유의 승온 폭의 비가, 1.1 이상이다.

도 5로부터 명백해지는 바와 같이, 이와 같은 구성에 의하면, 보다 높은 온도 상승비가 얻어진다. 즉, 보다 효율적으로 콜라겐 섬유를 선택적으로 가열할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 센서(50)(검출부)에 의해 콜라겐 섬유의 소정의 변성 상태가 검출된 시점에서, 펄스의 조사를 종료한다.

이에 따라, 광의 과도한 조사를 억제할 수 있거나, 광의 불필요한 조사를 생략할 수 있다는 이점이 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서, 복수의 광의 펄스가 간헐적으로 조사된다.

이에 따라, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서 연속적으로 레이저광이 조사되는 경우와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 레이저광의 파장이, 콜라겐 섬유의 흡수 계수가 물의 흡수 계수보다 큰 파장으로 설정된다.

이에 따라, 펄스 조사 기간(Ton)에 있어서, 섬유아세포의 온도 상승을 억제하면서 콜라겐 섬유의 온도를 보다 효율적으로 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 광의 파장이, 1480[nm]보다 긴 값으로 설정된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 광의 파장이, 1600[nm] 이하로 설정된다.

이상, 본 발명의 실시 형태 및 변형예가 예시되었지만, 상기 실시 형태 및 변형예는 일례로서, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 상기 실시 형태 및 변형예는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 조합, 변경을 행할 수 있다. 또한, 각 구성이나, 형상, 등의 스펙(구조나, 종류, 방향, 형식, 크기, 길이, 폭, 두께, 높이, 수, 배치, 위치, 재질 등)은, 적당히 변경하여 실시할 수 있다.

예를 들면, 생체 조직은, 피부에는 한정되지 않고, 예를 들면 소화관이나, 연골, 뼈와 같은, 콜라겐 섬유를 포함하는 생체 조직이어도 된다. 또한, 세포는 섬유아세포 이외의 세포여도 된다.

또한, 펄스 조사 횟수는, 물 또는 콜라겐 섬유의 온도에 따라 설정되어도 된다.

또한, 파장을 1600[nm]보다 길게 설정한 경우, 흡수 계수가 비교적 작기 때문에 광의 도달 깊이가 비교적 길어지므로, 생체 조직의 보다 깊은 부위에 대하여 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, 펄스 조사 방법 및 펄스 조사 장치에 있어서, 이용할 수 있다.

1…펄스 조사 장치
10…펄스 레이저 장치
20…광학 헤드
30…광 파이버
40…제어 장치
50…센서(검출부)
S…피부
S1…생체수
S2…콜라겐 섬유 다발
S3…섬유아세포
Toff…펄스 비조사 기간
Ton…펄스 조사 기간

Claims

생체 조직에 광의 펄스를 조사하여 가열하는 펄스 조사 방법으로서,
상기 광의 파장이, 상기 생체 조직에 상기 광을 조사한 경우의 상기 생체 조직 내의 콜라겐 섬유의 승온 폭이 상기 생체 조직 내에 포함되어 상기 콜라겐 섬유의 주위에 존재하는 세포를 포함하는 물의 승온 폭보다 커지는 범위로 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 세포는 섬유아세포인, 펄스 조사 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하는, 펄스 조사 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 비조사 기간이, 상기 비조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 물의 온도가 제 1 온도 이하가 되도록 설정된, 펄스 조사 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 비조사 기간이, 당해 비조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 물의 온도가 당해 비조사 기간의 직전의 상기 조사 기간 개시 시의 상기 물의 온도와 대략 동일해지도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비조사 기간이, 당해 비조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 콜라겐 섬유의 온도가 당해 비조사 기간의 직전의 상기 조사 기간 개시 시의 상기 콜라겐 섬유의 온도보다 높아지도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비조사 기간이, 당해 비조사 기간의 직전의 상기 조사 기간의 종료 시부터, 상기 콜라겐 섬유의 온도가, 상기 조사 기간 개시 시의 온도에 당해 조사 기간에 있어서의 상기 콜라겐 섬유의 승온 폭을 자연 로그의 밑으로 나눈 온도 폭을 더한 온도로 강하할 때까지의 열완화 시간에 의거하여 설정된, 펄스 조사 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 비조사 기간이, 상기 열완화 시간 이상이 되도록 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비조사 기간이, 80[ms] 이상 210[ms] 이하인, 펄스 조사 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간이, 당해 조사 기간 종료 시에 있어서의 상기 물의 온도가 제 2 온도 이하가 되도록 설정된, 펄스 조사 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 온도는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성되는 열변성 임계값 온도인, 펄스 조사 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 온도는, 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 가역 열변성되는 가역 열변성 임계값 온도인, 펄스 조사 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간이, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간이, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간이, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간이, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항 및 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파장 및 상기 펄스의 조사 기간이, 상기 생체 조직의 표면에 있어서 열증산이 발생하도록 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고,
상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수가, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고,
상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수가, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고,
상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수가, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 열손상되지 않도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고,
상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수가, 상기 콜라겐 섬유 내의 콜라겐 분자가 불가역 열변성됨과 함께, 상기 세포가 가역 열손상되도록, 설정된, 펄스 조사 방법.
제 3 항 및 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하는 조사 기간과, 상기 생체 조직에 광의 펄스를 조사하지 않는 비조사 기간을 번갈아 반복하고,
상기 파장, 상기 조사 기간, 상기 비조사 기간, 및 상기 조사 기간의 반복 횟수가, 상기 생체 조직의 표면에 있어서 열증산이 발생하도록 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 조직에 상기 광을 조사한 경우의 상기 물의 승온 폭에 대한 상기 콜라겐 섬유의 승온 폭의 비가, 1.1 이상인, 펄스 조사 방법.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 콜라겐 섬유의 변성 상태를 검출하고,
상기 콜라겐 섬유의 소정의 변성 상태가 검출된 시점에서, 상기 펄스의 조사를 종료하는, 펄스 조사 방법.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스의 조사 기간에 있어서, 복수의 광의 펄스가 간헐적으로 조사되는, 펄스 조사 방법.
제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광의 파장이, 상기 콜라겐 섬유의 흡수 계수가 상기 물의 흡수 계수보다 큰 파장으로 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광의 파장이, 1480[nm]보다 긴 값으로 설정된, 펄스 조사 방법.
제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광의 파장이, 1600[nm] 이하의 값으로 설정된, 펄스 조사 방법.
생체 조직에 광의 펄스를 조사하여 가열하는 펄스 조사 장치로서,
상기 광의 파장이, 상기 생체 조직에 상기 광을 조사한 경우의 상기 생체 조직 내의 콜라겐 섬유의 승온 폭이 상기 생체 조직 내에 포함되어 상기 콜라겐 섬유의 주위에 존재하는 섬유아세포를 포함하는 물의 승온 폭보다 커지는 범위로 설정된, 펄스 조사 장치.
제 29 항에 있어서,
상기 콜라겐 섬유의 변성 상태를 검출하는 검출부를 구비하고,
상기 검출부에 의해 상기 콜라겐 섬유의 소정의 변성 상태가 검출된 시점에서, 상기 펄스의 조사를 종료하는, 펄스 조사 장치.
제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
상기 광의 파장이, 1480[nm]보다 긴 값으로 설정된, 펄스 조사 장치.
제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광의 파장이, 1600[nm] 이하의 값으로 설정된, 펄스 조사 장치.