KR20240051947A - 조직의 분할 절제 치료를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

조직의 분할 절제 치료를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20240051947A
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딜립 파이탄카르
일리아 야로슬라브스키
그레고리 알츠훌러
발레리야 아르키포바
발렌틴 티르티시니
다닐 마이아스니코프
이고르 라리오노프
알렉산더 굴랴스코
미하일 노소브
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Abstract

생물학적 조직의 치료를 수행하기 위한 디바이스이며, 디바이스는 3.0 미크론(㎛) 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장 및 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성된 레이저 시스템; 및 레이저 시스템에 결합되고 손상 패턴으로 생물학적 조직 위에 레이저 빔을 스캔하도록 구성된 제어기로서, 손상 패턴은 0.1 mm 내지 1 mm의 범위(경계값 포함)에 있도록 크기 설정되는 피치를 갖는, 제어기를 포함한다.

Description

조직의 분할 절제 치료를 위한 장치 및 방법
관련 출원
본 출원은 그 내용이 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 발명의 명칭이 각각 "조직의 분할 절제 치료를 위한 장치 및 방법(APPARATUS AND METHOD FOR FRACTIONAL ABLATIVE TREATMENT OF TISSUE)"인 2021년 9월 2일자로 출원된 미국 가출원 제63/240,119호 및 2021년 9월 13일자로 출원된 미국 가출원 제63/243,489호에 대해 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명의 기술 분야는 일반적으로 레이저 에너지를 사용하는 생물학적 조직의 분할 절제 치료(fractional ablative treatments)에 관한 것이다.
지향성 레이저 에너지를 사용하는 완전 절제 생물학적 조직 치료 방법은 주름 또는 늘어진 피부의 개선을 생성하는 피부 재생술(skin resurfacing)과 같은 치료에 매우 양호하게 작용하지만, 이들 치료를 매력적이지 않게 만드는 상당한 장기간 지속되는 부작용을 가질 수 있다. 이에 대응하여, 분할 레이저 절제 치료가 개발되었다. 이러한 치료 중에, 미손상 피부의 영역에 의해 분리된 손상 컬럼들이 생성된다. 이러한 컬럼은 스캐너 또는 마이크로렌즈 또는 회절 광학계로 생성될 수 있다. 이는 텍스처, 잔주름, 주름, 흉터 및 비정상적인 색소침착과 같은 피부 속성의 개선을 야기한다. 큰 장점은 신속한 치유와 완전 절제에 못 미치는 시술로 인해 완전 절제 치료에 비교하여 휴양기간과 부작용이 심각도가 감소하고 비교적 수명이 짧다는 것이다.
그러나, 종래의 분할 절제 치료는 완전 절제 치료보다 더 낮은 효능을 갖는다. 이 주요 이유는 피부의 상당한 부분이 미치료되기 때문이다. 달리 말하면, "제어된 손상"을 갖는 피부 영역이 낮다. 더욱이, 종래의 분할 절제 치료에 대한 사회적 휴양기간은 약 3 내지 15일이며 이상적으로는 예를 들어, 1 내지 3일로 단축되어야 한다.
양태 및 실시예는 생물학적 조직을 치료하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 3.0 미크론(㎛) 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장 및 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성된 레이저 시스템; 및 레이저 시스템에 결합되고 손상 패턴으로 생물학적 조직 위에 레이저 빔을 스캔하도록 구성된 제어기로서, 손상 패턴은 0.1 mm 내지 1 mm의 범위(경계값 포함)에 있도록 크기 설정되는 피치를 갖는, 제어기를 포함하는, 생물학적 조직의 치료를 수행하기 위한 디바이스가 제공된다.
일 예에서, 스폿 크기는 30 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내에 있다.
일 예에서, 레이저 시스템은 펄스당 복사 노출(RE)이 30 J/cm2 내지 6000 J/cm2의 범위(경계값 포함) 내에 있도록 펄스화 방사선을 발생하도록 구성된다. 다른 예에서, 펄스당 RE는 100 J/cm2 내지 4000 J/cm2의 범위(경계값 포함) 내에 있다.
일 예에서, 손상 패턴은 스폿 또는 라인의 어레이이다.
일 예에서, 손상 패턴은 100 spots/cm2 내지 10000 spots/cm2의 범위(경계값 포함) 내의 개수 밀도를 갖는 생물학적 조직의 표면 상의 스폿의 어레이이다.
일 예에서, 레이저 시스템은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의되는 컬럼 밀도를 갖고, 컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 10000, 7500, 6500, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1000, 및 500의 최대값을 각각 갖는다.
일 예에서, 레이저 시스템은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의되는 컬럼 밀도를 갖고, 컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 1300, 1200, 1100, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 및 300의 최소값을 각각 갖는다.
다른 예에서, 컬럼 밀도는 인접한 컬럼 밀도와 절제 깊이 값 사이를 보간함으로써 획득된 컬럼 밀도와 절제 깊이에 대한 중간 값을 갖는다.
일 예에서, 레이저 시스템은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고, 손상 패턴은 스폿의 어레이이고, 제어기는 펄스당 복사 노출(RE)이 어레이의 하나 이상의 에지 부근에 위치된 스폿 상에서 감소되도록 레이저 빔을 스캔하도록 추가로 구성된다.
일 예에서, 손상 패턴은 스폿의 어레이이고, 제어기는 스폿의 개수 밀도가 어레이의 하나 이상의 에지 부근에서 더 낮도록 레이저 빔을 스캔하도록 추가로 구성된다.
일 예에서, 스폿 어레이 내의 각각의 스폿과 라인 어레이 내의 각각의 라인은 25 ㎛ 내지 3000 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 절제 깊이를 갖는다.
일 예에서, 레이저 시스템은 각각의 펄스가 0.1 W 내지 50 W의 범위(경계값 포함) 내의 피크 파워를 갖도록 펄스화 방사선을 발생하도록 구성된다.
일 예에서, 레이저 빔은 준가우스 프로파일, 플랫-탑 프로파일, 또는 베셀-가우스 프로파일인 강도 프로파일을 갖는 스폿을 갖는 생물학적 조직의 표면 상에 입사된다.
일 예에서, 제어기는 레이저 시스템의 적어도 하나의 레이저 파라미터를 제어하거나 변조하도록 추가로 구성된다. 일 예에서, 레이저 시스템의 레이저 소스는 펄스화 모드에서 동작하도록 구성되고, 적어도 하나의 레이저 파라미터는 1 마이크로초(㎲) 내지 250 밀리초(ms)의 범위(경계값 포함) 내의 펄스 지속기간, 및 5% 내지 90%의 범위(경계값 포함) 내의 듀티 사이클을 포함한다.
일 예에서, 레이저 빔은 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는다. 다른 예에서, 레이저 빔은 1.0 내지 1.3의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는다.
일 예에서, 레이저 시스템은 적어도 하나의 레이저 소스를 포함하는 레이저 모듈, 핸드피스 내에 위치된 차주파수 발생기, 핸드피스 내에 위치되고 레이저 빔을 스폿 크기에 집속하도록 구성된 광학 집속 시스템, 및 레이저 모듈과 차주파수 발생기에 결합된 광섬유를 포함한다.
일 예에서, 차주파수 발생기는 광학 파라메트릭 발진기(OPO)이다.
일 예에서, OPO로부터 발생된 레이저 방사선의 레이저 빔은 생물학적 조직의 치료 영역 상에 지향되고, 레이저 빔은 조직 절제 및 응고를 수행하도록 구성된다.
일 예에서, OPO로부터 방출된 레이저 방사선의 적어도 일부는 레이저 모듈로 다시 지향된다.
일 예에서, 디바이스는 핸드피스 내에 위치된 스캐너를 더 포함한다.
일 예에서, 레이저 모듈은 2개의 다이오드 펌핑된 섬유 레이저 소스를 포함한다. 다른 예에서, 단일 모드(SM) 섬유는 2개의 다이오드 펌핑 섬유 레이저 소스의 각각으로부터 방출된 레이저 방사선을 멀티플렉서 내로 전달하고, 여기서 레이저 방사선은 조합되어 광섬유에 의해 차주파수 발생기로 전달된다. 일 예에서, 2개의 다이오드 펌핑된 섬유 레이저 소스의 각각으로부터 방출된 레이저 방사선은 혼합되어 광섬유에 의해 차주파수 발생기로 전달된다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 3.0 미크론(㎛) 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장 및 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함)의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 발생하는 단계; 및 레이저 빔으로 생물학적 조직 상에 손상 패턴을 생성하는 단계를 포함하는, 생물학적 조직 상에 절제 레이저 치료를 수행하는 방법이 제공된다.
일 예에서, 스폿 크기는 30 내지 45 미크론의 범위(경계값 포함) 내에 있다.
일 예에서, 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고 레이저 빔은 펄스화 레이저 방사선을 전달하며, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의된 컬럼 밀도를 갖고, 컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 10000, 7500, 6500, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1000, 및 500의 최대값을 각각 갖는다.
일 예에서, 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고 레이저 빔은 펄스화 레이저 방사선을 전달하며, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의된 컬럼 밀도를 갖고, 컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 1300, 1200, 1100, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 및 300의 최소값을 각각 갖는다.
다른 예에서, 방법은 인접한 컬럼 밀도와 절제 깊이 값 사이를 보간함으로써 컬럼 밀도 및 절제 깊이에 대한 중간 값을 포함한다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 레이저 소스를 포함하는 레이저 모듈, 적어도 하나의 레이저 소스에 의해 발생된 레이저 방사선의 레이저 빔을 스폿 크기 내로 집속하도록 구성된 광학 집속 시스템, 손상 패턴으로 생물학적 조직 상에 레이저 빔을 지향시키도록 구성된 핸드피스, 핸드피스 내에 위치된 차주파수 발생기, 및 레이저 모듈과 차주파수 발생기에 결합된 광섬유를 포함하는, 생물학적 조직의 치료를 수행하기 위해 레이저 방사선을 제공하도록 구성된 레이저 시스템이 제공된다.
일 예에서, 차주파수 발생기는 광학 파라메트릭 발진기(OPO)이다. 일 예에서, OPO로부터 방출된 레이저 방사선의 적어도 일부는 레이저 모듈로 다시 지향된다. 일 예에서, 레이저 모듈은 2개의 다이오드 펌핑된 섬유 레이저 소스를 포함한다. 일 예에서, 2개의 섬유 레이저 중 제1 섬유 레이저는 1.00 내지 1.05 ㎛의 범위 내의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성되고, 2개의 섬유 레이저 중 제2 섬유 레이저는 1.5 내지 1.6 ㎛의 범위 내의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성된다. 일 예에서, 빔 스폿은 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는다. 일 예에서, 2개의 섬유 레이저에 의해 발생된 레이저 방사선의 레이저 빔은 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는다. 일 예에서, 레이저 시스템은 핸드피스 내에 위치된 스캐너를 더 포함하고, 스캐너는 생물학적 조직 상에 손상 패턴을 생성하도록 구성된다. 일 예에서, 광학 집속 시스템은 핸드피스 내에 위치된다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 3.0 미크론(㎛) 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장 및 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는 레이저 방사선의 빔, 손상 패턴으로 생물학적 조직 상에 레이저 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 핸드피스, 및 레이저 소스에 의해 발생된 레이저 방사선을 핸드피스에 전달하도록 구성된 광섬유를 포함하는, 생물학적 조직의 치료를 수행하기 위해 레이저 방사선을 제공하도록 구성된 레이저 시스템이 제공된다. 일 예에서, 레이저 방사선의 빔은 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는다. 일 예에서, 광섬유는 10 ㎛ 내지 90 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 코어 직경을 갖는다.
이들 예시적인 양태 및 실시예의 또 다른 양태, 실시예, 및 장점이 이하에 상세히 설명된다. 더욱이, 전술된 정보 및 이하의 상세한 설명의 모두는 다양한 양태 및 실시예의 단지 예시적인 예일 뿐이고, 청구된 양태 및 실시예의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 개시된 실시예는 다른 실시예와 조합될 수도 있고, "실시예", "예", "몇몇 실시예", "몇몇 예", "대안 실시예", "다양한 실시예", "일 실시예", "적어도 하나의 실시예," "본 실시예 및 다른 실시예", "특정 실시예" 등의 언급은 반드시 상호 배타적인 것은 아니며, 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함될 수도 있다는 것을 나타내도록 의도된다. 본 명세서에서 이러한 용어의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
적어도 하나의 실시예의 다양한 양태는 실제 축척대로 그려지도록 의도되지 않은 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명된다. 도면은 다양한 양태 및 실시예의 예시 및 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 합체되어 그 부분을 구성하지만, 임의의 특정 실시예의 한정의 정의로서 의도되지 않는다. 도면은, 명세서의 잔여부와 함께, 설명되고 청구된 양태 및 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다. 도면에서, 다양한 도면에 도시되어 있는 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호로 나타낸다. 명확성을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에서 도면 부호 표기되어 있지 않을 수도 있다. 도면에서:
도 1은 2.5 내지 3.5 미크론의 파장 범위에서 물의 흡수 및 본 발명의 양태에 따른 레이저 시스템에 대한 동작 파장 범위의 예를 도시하고 있는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 양태에 따른 미세분할 손상 패턴의 일 예의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 양태에 따른 미세분할 손상 패턴의 다른 예의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 양태에 따른 가변 펄스 에너지를 갖는 스폿의 어레이의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 양태에 따른 가변 피치를 갖는 스폿의 어레이의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 양태에 따른 스폿 밀도 대 스캔 치수를 도시하고 있는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 양태에 따른 펄스 에너지 대 스캔 치수를 도시하고 있는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 최대 개수 밀도 대 절제 깊이를 도시하고 있는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 레이저 시스템의 일 예의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 핸드피스의 2개의 예의 사시 외부도를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 양태에 따른 핸드피스의 일 예의 개략도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 양태에 따라 수행된 실험으로부터 치료 및 제어 영역에 대해 측정된 TEWL 값을 도시하고 있는 막대 차트이다.
도 13은 본 발명의 양태에 따른 복사 노출의 함수로서 절제 깊이를 도시하고 있는 그래프이다.
개요
전술된 바와 같이, 종래의 분할 레이저 절제 치료는 완전 절제 치료보다 더 낮은 효능을 갖고, 사회적 휴양기간을 증가시키지 않으면서 피치료 면적을 증가시킴으로써 효능을 개선시키는 능력에 대한 요구가 존재한다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 이는 스폿 크기를 감소시킴으로써 달성된다. 스폿 크기는 생물학적 조직의 표면 상의 빔 스폿(또는 빔 크기)을 칭하는 것으로 이해되어야 한다. 스폿 크기는 치유 시간과 사회적 휴양기간을 정의하는 주요 인자인 절제 컬럼의 직경과 거의 동일하다. 종래의 분할 레이저 치료 디바이스는 120 미크론(㎛) 이상인 스폿 크기를 갖는다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 45 ㎛ 미만 정도, 몇몇 경우에 10 내지 30 ㎛ 정도의 스폿 크기가 생물학적 조직에 성공적으로 사용된다. 이들 크기는 본 명세서에 사용될 때, "미세분할"이라 칭한다. 작은 스폿 크기는 더 빠른 치유를 야기하고 훨씬 감소된 부작용의 규모 및 지속기간을 갖는 높은 개수 밀도(또는 커버리지율)를 허용하는데, 이는 종래의 분할 치료보다 더 높은 효능을 야기한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 손상으로부터의 치유 속도는, 상이한 스폿 크기를 비교할 때, 동일한 "커버리지율"(여기서 "커버리지율"은 손상된 면적/총 면적으로서 정의됨)에 대해 (1/(스폿 크기))에 비례한다. 치유 속도는 이어서 치료후 휴양기간에 반비례한다. 따라서, 더 낮은 스폿 크기, 더 낮은 피치 및 더 높은 개수 밀도에 의해, 휴양기간, 불리한 부작용의 위험, 규모 및 지속기간을 감소시키면서 완전 절제형과 더 근접한 효능이 획득될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성된 레이저 시스템이 개시된다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예의 레이저 빔은 또한 3.0 ㎛ 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장을 갖는다. 이들 레이저 에너지 파장은 조직 치유 및 재생 프로세스를 조절하기 위해 절제된 구역을 둘러싸는 최적의 응고 구역 폭을 갖고 조직 물을 비등 온도로 가열함으로써 절제 임계값 초과의 복사 노출로 피부 표면으로부터 시작하여 조직 절제를 달성하는 것이 가능하다. 대조적으로, 덜 흡수되는 파장은 피부 조직을 가열하는 비절제 레이저 치료에 채용되고, 물의 비등점에 도달하지 않는 피크 온도를 갖는데, 이는 주로 절제 대신 응고를 야기한다. 비절제 분할 치료는 본 명세서에 설명된 피부 타이트닝(tightening) 및 주름 감소 치료에 그다지 효과적이지 않은 것으로 판명되었다.
몇몇 실시예에 따르면, 피부 상의 분할 절제 치료는 피부(즉, 생물학적 조직)에 실질적으로 수직인 컬럼(또한 절제 컬럼이라고 칭함)의 어레이일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 손상은 또한 라인의 어레이일 수 있다. 라인은 또한 홈이라고 칭할 수도 있다. 몇몇 실시예에서 라인은 파단될 수 있다("대시(dash)"라 지칭됨). 몇몇 실시예에서, 라인은 근육 운동 또는 피부 내의 콜라겐 결합 조직의 랑거선(Langer's lines)으로부터 발생하는 특정 방향에서의 주름 또는 이러한 상태에 대해, 효능을 최대화하고 휴양기간을 최소화하기 위해 단방향성 패턴으로 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 절제 깊이는 복사 노출(RE)의 강력한 함수인데, 이는 인간 피부에 대해 양호한 모델인 생체외 미니돼지 피부에 대해 본 출원인에 의해 수행된 실험에 의해 검증되었다.
몇몇 실시예에 따르면, 최대 밀도(제곱 cm당 컬럼의 수)는 허용 가능한 a) 통증 및 b) 인간에게 수행된 테스트로부터의 부작용에 기초하여 인간 피부에서 결정된다. 다양한 실시예에 따르면, 이들 결과는 주어진 파장 또는 파장의 범위에 대한 특정 복사 노출에 대응하는 다양한 절제 깊이에 대한 밀도의 상한 값 또는 경계(커버리지율과 등가임)를 제공한다.
본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 피부과(피부) 및 부인과(질 상피)에 적용될 수 있다.
파장
피부과 및 부인과에서 절제 분할 또는 비분할 재생술을 위해 사용되는 종래의 레이저는 CO2(10.6 ㎛ 파장을 가짐) 및 Er:YAG(2.94 ㎛ 파장을 가짐)이다. 다른 예는 또한 피부과 분야의 Er:YSGG(2.79 ㎛ 파장을 가짐)를 또한 포함한다(이 파장에서의 상업용 제품의 일 예는 미국 캘리포니아주 브리즈번 소재의 Cutera Inc.의 Pearl Fractional™임). 피부 또는 질 조직과 같은 조직에서, 물은 상기 레이저를 위한 주요 발색단(chromophore)이다. 피부 또는 질 조직 내의 수분 함량은 통상적으로 70%이다. 상기 레이저 파장에 대한 물의 흡수 계수는 다음과 같고:
CO2(10.6 ㎛): mua_water = 800 cm-1; mua_skin = mua_water의 70% = 560 cm-1,
Er:YAG, 2.94 ㎛, mua_water = 12,800 cm-1; mua_skin = mua_water의 70% = 8,960 cm-1, 및
Er:YSGG, 2.79 ㎛, mua_water = 5,000 cm-1, mua_skin = mua_water의 70% = 3,500 cm-1,
여기서, mua_water = 물의 흡수 계수, mua_skin = 피부의 흡수 계수이다. 2.94 ㎛의 파장으로부터의 광은 물에 의해 매우 고도로 흡수된다(약 12,800 cm-1의 물 흡수 계수를 가짐). 이 파장에서의 방사선은 높은 흡수 계수로 인해 매우 짧은 깊이 내에서 흡수되고, 결과적인 절제 효율은 절제 구역 외부의 얇은 응고 구역에서 매우 높다. 10.6 ㎛ 파장의 CO2 레이저(약 800 cm-1의 물 흡수 계수를 가짐)로, 더 두꺼운 응고 구역이 획득되고 치료가 더 고통스럽다. 더 두꺼운 응고 구역은 더 긴 시간 기간에 걸쳐 신체에 의해 흡수되고, 따라서 치유 시간을 증가시킨다. 그러나, 더 긴 치유 시간 동안, 새로운 피부에 더 근접한 피부의 더 양호한 재생이 존재하여, 흉터와 같은 부작용의 상승된 기회가 있더라도, 더 양호한 미용 결과를 야기한다. 대조적으로, 2.94 ㎛ Er:YAG 레이저로, 치료는 덜 고통스럽고 피부가 더 신속하게 치유되어, 감소된 흉터 위험을 야기하지만 감소된 미용 이점을 갖는다.
본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예는 각각의 장점 - 더 낮은 통증, 더 낮은 흉터 위험, 더 신속한 치유(Er:YAG 레이저 파장에서 언급됨), 및 증가된 효능(CO2 레이저 파장에서)을 조합하는 파장 범위를 사용하고, 이 파장 범위는 Er:YAG 및 CO2 레이저로 획득된 것들 사이의 중간 흡수 계수를 갖는다. 일 실시예에 따르면, 물 흡수 계수는 2100 내지 11640 cm-1의 범위 내에 있다. 이들은 이하의 파장 범위: 2.75 ㎛ 내지 2.85 및 3.0 ㎛ 내지 3.25 ㎛에서 획득된다. 몇몇 실시예에서, 파장은 3.0 ㎛ 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내에 있다.
다른 실시예에 따르면, 700 cm-1 내지 11640 cm-1의 범위(경계값 포함) 내에 있는 물 흡수 계수에 대응하는 파장이 사용된다. 몇몇 실시예에서, 이는 CO2 레이저 파장을 포함한다.
도 1은 약 2.94 ㎛에서 흡수 피크를 갖는 2.5 내지 3.5 ㎛의 파장 범위에서 물(액체)의 흡수를 도시하고 있는 그래프이다. 도 1의 음영 영역은, 이 예에서는 3.0 ㎛ 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내에 있는, 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 동작 파장의 범위의 일 비한정적인 예를 도시하고 있다. 이 범위는 이전 문헌에 설명된 범위보다 더 제한적이고, 전술된 바와 같이 제한된 응고 효과를 생성하는 2.94 ㎛에서의 흡수 피크를 회피하기 위해 부분적으로 선택된다. 예를 들어, 2.8 또는 2.9 ㎛ 파장에서 구성된 레이저를 사용하는 것은 향상된, 그러나 원하는 응고에 못미치는 절제를 생성할 것이다. 응고 구역(예를 들어, 응고 폭)은 원하는 미용 효과에 대해 최적에 못미칠 것이다.
몇몇 실시예에 따르면, 3.05 ㎛ 파장 출력과 0.1 W 내지 50 W의 범위(경계값 포함) 내의 피크 파워 출력을 갖는 1단 OPO로 구성된 레이저 시스템이 사용된다. 다른 실시예에서, 피크 파워 출력은 0.1 W 내지 20 W의 범위(경계값 포함) 내에 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 1단 OPO는 3.05 ㎛ 파장에서 약 10 W의 평균 파워를 출력하도록 구성된다. 이는 약 10,000 cm-1의 물 흡수 계수를 갖고 절제를 발생하는 데 매우 효율적인 것으로 판명되었다. 그러나, 몇몇 경우에, 응고 폭은 너무 작은 것으로 고려된다(~20 ㎛).
다른 실시예에 따르면, 더 낮은 흡수 계수를 갖는 파장에서의 레이저 광은 침투 깊이를 증가시키고 추가적인 응고를 발생하는 목적으로 사용되는데, 이는 피부 수축 및 더 양호한 미용 결과를 달성하는 데 바람직하다. 몇몇 실시예에 따르면, 약 3,635 cm-1의 물 흡수 계수를 갖는, 3.20 ㎛의 파장으로 구성된 레이저 소스가 발생된다. 일 실시예에서, 이러한 파장은 제2 OPO 스테이지에서 1.56 ㎛과 3.05 ㎛의 비선형 혼합을 수행하여 3.20 ㎛을 생성함으로써 달성된다. 몇몇 실시예에서, 펄스화 방사선이 발생되고, 여기서 각각의 펄스는 0.1 W 내지 50 W의 범위(경계값 포함) 내의 피크 파워를 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에서 제2 OPO 스테이지를 나가는 레이저 빔은 약 3.05 ㎛의 제1 파장과 제1 피크 파워, 및 약 3.2 ㎛의 제2 파장과 제2 피크 파워를 포함하고, 제1 및 제2 피크 파워의 합은 0.1 W 내지 20 W의 범위(경계값 포함) 내에 있다. 일 실시예에서, 이는 10 W의 평균 파워를 산출했다. 특정 양태에 따르면, 20 W의 총 파워에서 2개의 파장 대역에서의 파워의 분해(breakdown)는 3.05 ㎛에서 2/3이고 3.20 ㎛에서 1/3이다.
다른 실시예에 따르면, 1.4 ㎛ 내지 1.6 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장과 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성된 제1 레이저 소스가 제공되고, 3.0 ㎛ 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장과 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성된 제2 레이저 소스가 제공된다. 몇몇 실시예에 따르면, 치료 방법은 생물학적 조직의 표면 상에 2개의 시스템의 스폿 크기를 공동 배치(co-locating)하는 단계, 2개의 레이저 시스템을 동기적으로 또는 순차적으로 동작하는 단계, 및 피치를 갖는 손상 패턴으로 2개의 시스템의 레이저 빔을 생물학적 조직 위에 스캐닝하는 단계를 포함한다.
피부과 및 부인과에서의 용례
몇몇 실시예에 따르면, 개시된 시스템 및 방법이 사용될 수도 있는 피부과 용례의 비한정적인 예는:
1. 피부와 같은 생물학적 조직의 표면선(superficial lines) 및 주름의 개선.
2. 피부의 깊은 라인 및 주름의 개선 및 늘어진 피부의 타이트닝.
3. 예를 들어, 여드름 흉터, 외상 흉터, 화상 흉터와 같은 흉터의 외관의 개선.
4. 진피 내로의 약물의 전달.
5. 태양 손상에 의해 유발된 것과 같은 비정상적인 바람직하지 않은 색소침착의 감소를 포함한다.
몇몇 실시예에 따르면, 개시된 시스템 및 방법이 사용될 수도 있는 부인과 용례의 비한정적인 예는:
1. 질 이완증, 건조증, 얇은 질벽, 긴장성 요실금, 성교통증, 배뇨통, 성기능 및 다른 폐경 비뇨생식기 증상(GSM)의 개선.
2. 질 상피를 통한 국소 적용 호르몬과 같은 약물의 전달을 포함한다.
분할 손상의 패턴
특정 실시예에 따르면, 분할 손상의 패턴은 조직 상의 스폿의 어레이와 조직 상의 라인 중 적어도 하나를 포함한다. 조직 상의 스폿은 또한 절제 컬럼이라고 칭할 수도 있다. 스폿의 어레이에 대해, 어레이는 정사각형 또는 육각형 또는 임의의 다른 주기적 또는 무작위 패턴일 수도 있다. 전술된 바와 같이, 라인은 또한 홈이라고 칭할 수도 있다. 라인의 경우, 라인은 평행 라인, 즉, 미손상 피부에 의해 분리된 라인을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서 라인은 "파단"되어 있고 본 명세서에서 또한 "대시"라고 칭한다. 양 유형의 패턴은 도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 아래에서 더 설명된다.
"미세분할" 손상 패턴
절제 분할 치료에서, 치유는 손상된 컬럼 또는 홈의 외부 표면으로부터 발생한다. 종래의 절제 분할 치료는 120 ㎛보다 큰 스폿 크기를 채용하고, 반면 본 명세서에 설명된 방법 및 시스템은 훨씬 더 작은 스폿 크기를 채용한다.
낮은 및 높은 직경 컬럼으로부터의 결과들 사이에 비교가 수행될 수 있다. 치유 속도는 주로 컬럼의 원통형 표면적에 비례한다. 주어진 영역에 대한 치유 속도는 (1/컬럼 직경)에 비례한다는 것을 기하학적 고려 사항으로부터 알 수 있다. 직경이 작을수록, 총 표면적 당 동일한 손상된 표면적에 대한 치유가 더 빨라진다. 목표는 완전 절제 분할 치료로 획득된 효능에 접근하면서 휴양기간을 최소화하는(예로서 2 내지 3일) 것이다. 작은 컬럼 직경은 작은 스폿 크기(≤ 45 ㎛)를 사용하여 달성될 수 있고, 언급된 바와 같이 본 개시내용의 목적을 위해 "미세분할"로서 정의된다. 더 작은 레이저 빔 스폿(스폿 크기)은 생물학적 조직의 표면 상에 레이저 빔을 집속시킴으로써 획득된다. 이 스폿의 직경은 스폿 크기라 지칭되고 가우스 빔의 경우 복사조도가 (1/e2) 또는 그 최대값의 13.5%인 원의 직경으로서 정의된다. 주어진 커버리지율을 획득하기 위해, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 제곱 cm당 높은 개수 밀도와 조합된 더 작은 스폿 크기를 사용하는 것이 제안되어 있는데, 이는 낮은 휴양기간 및 더 높은 효능을 야기한다. 응고 구역이 또한 컬럼의 저부에 추가될 수 있고 아래에 더 상세히 설명된다.
도 2는 미세분할 손상 패턴의 비한정적인 예이다. 일 실시예에 따르면, 스폿 크기는 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함)이다.
적어도 하나의 양태에 따르면, 이러한 작은 스폿 크기를 사용하는 미세분할 치료에 의해, 새로운 피부가 진정으로 재생되는데, 이는 피부가 정상적인 콜라겐 및 엘라스틴 구조를 나타내는 것을 의미한다는 가설이 세워졌다. 이는 더 큰 스폿이 이용될 때 보이는 흉터를 갖는 비정상적인 콜라겐 및 엘라스틴 구조의 피부와 대조된다.
1일 이하의 원하는 상처 봉합 시간
피부 상의 절제 상처가 가능한 한 신속하게 봉합되는 것이 고도로 바람직하다. 이는 더 양호한 미용 효과를 야기할 뿐만 아니라 감염의 가능성도 감소시킨다. 본 명세서에 개시된 미세분할 시스템 및 방법은 그 고유 장점과 함께 이러한 신속한 치유를 야기한다.
경피 수분 손실(TEWL)이 상처 봉합의 척도로서 사용될 수 있다는 가설이 세워졌다. 미세분할 절제 치료 직후에, TEWL은 피부 내의 구멍의 위치에서 피부 장벽 기능의 상실로 인해 증가할 것으로 예상된다. 일단 상처가 실질적으로 봉합되고 재상피화(re-epithealized)되면, TEWL 값은 그 기준선 값에 근접하게 복귀될 것으로 예상된다.
이 가설을 테스트하기 위해 실험이 수행되었다. Tewameter®(Courage and Khazaka TM300) 및 레이저 디바이스(3.0 ㎛ 및 3.25 ㎛ 파장, 50 ㎛ 스폿 크기 및 스캐너를 구비함)가 이하의 파라미터를 사용하여 2개의 대상에 치료를 수행하는 데 사용되었다:
· 치료는 각각의 대상의 팔뚝에 수행되었음
· 스캔된 영역: 10 mm×10 mm, 영역 내 50개의 스폿
· 피치, x-방향: 0.5 mm
· 피치, y-방향: 1.0 mm
· 펄스 에너지: 8.6 mJ
· TEWL의 측정: 기준선, 치료후(즉시, 3 내지 4 h, 1일, 2일, 5일)
결과는 도 12a 및 도 12b에 대상 1 및 2에 대해 각각 요약되어 있고(여기서 C = 대조군, T = 치료 영역, 치료 결과는 대조군 결과의 바로 우측에 있음) 측정 결과는 기준선(BL, 치료 전), 치료 직후(Imm, 10분 이내), 치료 후 3.3 시간(3.3 h), 치료 후 1일(1 d), 치료 후 2일(2 d), 치료 후 5일(5 d)에 나타낸다. 치료 후, 양 대상 모두에서 TEWL의 즉각적인 증가(~1,000%)가 있었고, 1일 후, 치료 영역의 TEWL은 대조군에 근접했다("노이즈 대역" 내). 따라서, 미세분할 치료에 의해, 상처 봉합 시간은 1일 미만 지속되는 것으로 추정된다. 일 실시예에 따르면, 유사하거나 더 짧은 봉합 시간이 더 작은(50 ㎛ 미만) 스폿 크기로 예상될 수 있다.
컬럼 또는 라인 손상의 형상비
적어도 하나의 실시예에 따른 컬럼 손상에 대한 형상비는 손상의 직경에 대한 손상의 깊이의 비로서 정의된다. 일 실시예에 따르면 0.5 내지 100의 범위(경계값 포함)가 개시된다. 다른 실시예에서, 범위는 1.0 내지 100 이내(경계값 포함)이다. 라인의 경우, 직경 대신에 라인 폭이 사용된다.
라인
다양한 실시예에 따르면, 주름 또는 흉터의 자연스러운 긴장선을 따른, 그에 수직인 또는 그에 대해 임의의 각도에 있는 라인이 개시된다. 라인을 갖는 분할 패턴의 일 비한정적인 예가 도 3a에 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서, 도 3c에 도시되어 있는 예에서 보여지는 바와 같이, 라인은 연속적이지 않고 스캔 필드 내에서 파단될 수도 있다("홈"). 깊이와 피치는 또한 조정 가능하다. 절제의 깊이는 낮거나("표재성 절제") 높을("심부 절제") 수 있다. 절제 구역은 통상적으로 응고 구역에 의해 둘러싸여 있다. 절제 대신에, 완전한 응고가 또한 옵션이다. 일 실시예에 따르면, 도 3b에 도시되어 있는 예에 보여지는 바와 같이, 2개의 방향에서의 라인이 또한 개시되어 있다(예를 들어, 서로 수직임).
라인 내의 변조된 손상
스폿 크기는 스폿이 라인 내에서 횡단하게 하기 위해 스캔 필드를 가로질러 특정 속도로 스캔될 것이 고려된다. 몇몇 실시예에 따르면, 이 스캔 시간 동안, 레이저 파워와 같은 레이저 시스템의 적어도 하나의 파라미터가 변조된다(예를 들어, 펌프 레이저 변조 또는 다른 이러한 방법을 통해). 다음, 하나의 라인 스캔이 완료된 후, 몇몇 실시예에서, 스폿은 특정 거리(즉, 피치)만큼 운동 방향에 수직인 방향으로 이동될 것이고 다시 상기와 같이 스캔 필드를 가로질러 병진될 것이다.
몇몇 실시예에 따르면, 주기적 방식으로 레이저 파워(즉, 펄스화 모드)를 변조하는 비한정적인 예는 (a) 최소 파워(P_min), 최대 파워(P_max) 및 주파수 중 하나 이상이 조정되는 정현파 변조, 및 (b) 상이한 온-타임 및 오프-타임을 갖고, 상승-시간과 하강-시간이 약 0.2 ms인 "정사각형" 패턴 변조를 포함한다.
제어된 절제 손상을 획득하기 위한 레이저 파라미터
적어도 하나의 실시예에 따르면, 레이저 시스템(아래에 더 상세히 설명됨)은 생물학적 조직에 대한 펄스당 RE가 30 J/cm2 내지 6000 J/cm2의 범위(경계값 포함) 내에 있도록 펄스화 방사선을 발생하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 펄스당 복사 노출(RE)은 100 J/cm2 내지 4000 J/cm2의 범위 내에 있다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 펄스당 "복사 노출"은 스폿의 원형(스폿 크기와 동일한 직경을 가짐)의 표면적으로 나눈 에너지 밀도 또는 총 펄스 에너지를 의미한다. 의학 및 피부과 문헌에서 "플루언스(fluence)"가 또한 이 양을 설명하는 데 사용되는 용어이다. 본 명세서에 사용될 때, 이들 용어는 상호교환적으로 사용될 수도 있다. 치료 방법은 일반적으로 표재성 또는 심부 절제로서 분류될 수 있고 아래에 개략 설명된다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 어레이 내의 각각의 스폿 또는 각각의 라인은 25 ㎛ 내지 3000 ㎛의 범위(경계값 포함)의 절제 깊이를 갖는다.
표재성 절제, 절제 깊이 25 내지 500 ㎛
컬럼 내의 표재성 절제(즉, 절제 깊이 범위: 25 ㎛ 내지 500 ㎛) 및 심부 절제(즉, 500 ㎛ 내지 3,000 ㎛, 아래에 설명됨)를 달성하기 위한 치료 방법이 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에 따라 사용되는 레이저의 파장은 3.05 ㎛ 및 3.2 ㎛이다. 절제 깊이는 주로 복사 노출(RE, J/cm2)에 의존한다. 예로서, 34 ㎛의 빔 웨이스트(beam waist)의 경우, 2.0 mJ/pulse(220 J/cm2RE)는 200 내지 250 ㎛의 절제 깊이를 산출한다. 유사하게, 5 mJ/pulse(551 J/cm2)는 ~500 ㎛의 절제 깊이를 산출한다. 특정 펄스 에너지를 획득하기 위해, 다양한 파워, 펄스 지속기간 조합이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 레이저 파워는 1 W 내지 20 W의 범위에 있다. 몇몇 실시예에서, 펄스 지속기간은 0.1 내지 5 ms의 범위에 있다. 일 실시예에서, 표재성 절제 컬럼에 대한 레이저 파워는 2.5 내지 5 W의 범위이다. 특정 실시예에서, 이러한 더 작은 파워 값은 재현 가능한 펄스 에너지 및 더 작은(바람직한) 열 손상 직경을 허용한다.
예 - 약 34 ㎛의 스폿 크기에 대한 표재성 절제를 위한 레이저 파라미터
RE: 100 내지 600 J/cm2
피크 파워 범위: 1 내지 20 W. 바람직한 것: 1.0 내지 5.0 W. 더 바람직한 것: 2.0 내지 4.0 W.
펄스 에너지: 1.0 내지 5.0 mJ
펄스 지속기간: 0.5 ms 내지 5 ms
심부 절제, 절제 깊이 500 ㎛ 내지 3,000 ㎛
컬럼 내의 심부 절제(즉, 500 ㎛ 내지 3,000 ㎛)를 달성하기 위한 치료 방법이 본 명세서에 개시된다. 몇몇 실시예에서, 레이저의 파장은 3.05 및 3.20 ㎛이다. 예로서, 34 ㎛의 빔 웨이스트의 경우, 10 mJ/pulse(1101 J/cm2RE)는 700 내지 900 ㎛의 절제 깊이를 산출한다. 유사하게, 20 mJ/pulse(2200 J/cm2)는 ~1000 ㎛의 절제 깊이를 산출한다. 특정 펄스 에너지를 획득하기 위해, 다양한 파워 및 펄스 지속기간 조합이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 레이저 파워는 10 W 내지 20 W의 범위에 있다. 몇몇 실시예에서, 펄스 지속기간은 0.1 내지 5 ms의 범위에 있다.
예 - 약 34 ㎛의 스폿 크기에 대한 심부 절제를 위한 레이저 파라미터
RE: 500 내지 8800 J/cm2
피크 파워 범위: 1 내지 20 W. 바람직한 것: 10 내지 20 W
펄스 에너지: 5.0 mJ 내지 80 mJ
펄스 지속기간: 0.5 ms 내지 5 ms
도 13은 3.05 ㎛ 및 3.20 ㎛의 파장 및 34 ㎛의 스폿 크기를 갖는 표재성 및 심부 절제 컬럼의 모두에 대한 복사 노출의 함수로서 절제 깊이를 도시하고 있는 그래프이다. 결과는 복사 노출이 증가함에 따라, 절제 깊이가 또한 증가하는 것을 나타낸다. 통상의 이해에 따르면, 스폿 크기는 이 관계에 임의의 상당한 정도로 영향을 미치지 않을 것이다.
레이저 파라미터의 다른 예
몇몇 실시예에 따르면, 레이저 파라미터(또한 레이저 동작 파라미터라고 칭함)는 1 마이크로초(㎲) 내지 250 밀리초(ms)의 범위(경계값 포함) 내의 펄스 지속기간을 갖는 펄스화 모드, 및 0.1% 내지 50%의 범위(경계값 포함) 내의 듀티 사이클을 포함한다. 몇몇 실시예에서 듀티 사이클은 5% 내지 90%의 범위(경계값 포함) 내에 있다. 이는 또한 레이저 파라미터가 제어기에 의해 변조될 수도 있는 일 예이다.
절제 채널에 추가된 응고
적어도 하나의 실시예에 따르면, 3.0 ㎛ 내지 3.25 ㎛의 파장 범위를 사용하여 레이저 치료를 수행하는 것은 20 ㎛ 내지 60 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 응고 구역을 산출한다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 확장된 응고 구역이 절제된 채널의 저부에서 달성되는 방법이 개시된다. 이는 특정 실시예에서 낮은 RE에서 더 긴 시간 기간에 걸쳐 다중 펄스를 추가함으로써 달성된다. 일 예에 따르면, 전술된 범위의 파장을 갖는 레이저는 이하의 속성: 1 내지 5 밀리초(ms)의 펄스 지속기간 및 1 내지 50 ms(일 예에서) 및 1 내지 5 ms(다른 예에서)의 펄스 사이의 지속기간을 각각 갖는 10개의 펄스와 같은 다중 펄스를 갖는 0.5 내지 2.0 W의 연속파(CW) 파워를 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 이 확장된 응고는 컬럼에 적용 가능하다.
플랫 탑 또는 슈퍼 가우스 빔
일 실시예에 따르면, 레이저 빔은 준가우스 프로파일 또는 플랫-탑 프로파일인 강도 프로파일을 갖는 스폿을 갖는 생물학적 조직의 표면 상에 입사된다. 가우스 빔에서, 강도는 빔 축 상의 그 최대값으로부터 0까지 완만하게 감쇠한다. 특정 실시예에서, 준가우스 빔이 사용된다. 다른 실시예에서, 플랫-탑 빔이 사용되고, 여기서 빔은 대부분의 커버된 영역에 걸쳐 평탄한("직사각형") 강도 프로파일을 갖는다. 플랫 탑 빔은 여전히 평활한 에지를 갖고 초가우스 프로파일로 근사화될 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 초가우스 빔이 사용된다.
베셀 빔
몇몇 실시예에 따르면, 가우스 빔(1 내지 1.2의 M2)이 레이저 치료를 수행하는 데 사용된다. 하나 이상의 실시예에 따라 사용되는 베셀-가우스 빔의 사용을 포함하여, 다른 유형의 빔이 특정 장점을 제공할 수도 있다.
문헌 [Ashforth, et al. (Ashforth, Oosterbeek, and Simpson, "Ultrafast pulsed Bessel beams for enhanced laser ablation of bone tissue for applications in LASSOS," Proc. SPIE 10094, Frontiers in Ultrafast Optics: Biomedical, Scientific, and Industrial Applications XVII, 100941O (22 February 2017); https://doi.org/10.1117/12.2250068)]은 뼈 절제 용례를 위한 베셀 빔에 의한 절제 임계값의 상당한 감소 뿐만 아니라 더 높은 절제 효율에 대해 설명하고 있다. 이는 레일리 범위보다 큰 규모인 거리에 대해 집속되어 유지되는 베셀 빔의 능력과 그 전파 경로를 따른 장애물에도 불구하고 자체 재현하는 그 능력에 의해 설명되어 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 이 개념은 피부 및 연골 레이저 치료에 베셀 빔의 사용을 위해 확장된다. 몇몇 실시예에서, 연골 및 뼈와 같은 심부 구조(예를 들어, > 3 mm 깊이)가 치료된다. 분할 치료가 또한 개시된다. 비침습적 치료의 경우, 집속에 의해, 표재성 구조가 보존될 수 있다. 집속된 복사 노출이 절제 임계값을 초과하는 경우 절제 손상이 더 깊게 발생할 것이다. 따라서, 연골 및 뼈와 같은 심부에 위치된 구조의 비침습적 분할 치료가 개시된다.
다양한 실시예에 따르면, 실제로 베셀-가우스 빔을 발생하기 위해 액시콘 렌즈로 가우스 빔을 집속함으로써, 축대칭성 회절 격자를 사용함으로써, 또는 원거리 필드에 좁은 환형 조리개를 배치함으로써 베셀 빔에 대한 근사가 실제로 이루어진다.
라인에 대해 스캔된 스폿을 갖는 베셀 빔
라인에 대한 일 실시예에서, 최대 체류 시간은 스캐닝 방향에서 라인을 따라(x-축을 따른 것이라 지칭함) 중심축에 있다.
중심축을 따라(세타 = 0), 운동을 따라, RE = RE0 = P/(d*v), x-방향이다.
플랫-탑 빔의 경우, 코사인 분포, RE = RE0*cos(세타)이고, 여기서 RE0=P/(d*v)이다. 이 효과는 복사조도가 원형 스폿의 에지로 떨어지는 경우 가우스 빔으로 과장된다.
몇몇 실시예에 따르면, 링 형상의 빔 프로파일이 사용된다. 스캔될 때, 이 빔은 y-방향(운동-방향에 수직임)으로 더 균일한 빔 프로파일을 산출하는 것으로 판명되었다. 이러한 빔은 원추형 표면을 갖는, 액시콘으로 획득된 베셀 빔이라 지칭될 수 있다. 이들은 또한 회절 광학 요소(DOE)의 조합(예를 들어, 2개)에 의해 획득될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 빔 프로파일은 링이 타원형이 되도록 구성된다. 타원은 중앙의 딥(dip)이 y-방향에만 있도록 구성된다(운동의 방향이 x-방향에 있을 때). 이는 운동을 갖는 균일한 RE에 근접한 것으로 판명되었다.
피부의 1.56 ㎛ 파장의 조사를 사용하는 노출로 응고
1.56 ㎛에서, 물 흡수 계수는 10 cm-1이다. 특정 양태에 따르면, 피부의 흡수 계수는 이 값의 70%: 7 cm-1로 추정된다. 일 실시예에서, 이 파장은 0.1 내지 10 ms의 범위의 펄스 지속기간으로 약 500 ㎛의 침투 깊이를 산출하고, 100 내지 200 ㎛의 범위의 응고 폭을 생성한다. 이 레벨의 응고는 특정 용례, 특히 피부 수축 및 타이트닝이 원하는 종점인 용례에서 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 광학 파라메트릭 발진기(optical parametric oscillator: OPO)는 1.03 ㎛ 레이저(예를 들어, 50 W의 파워)로 펌핑되고 1.56 ㎛(예를 들어, 1.5 W의 파워) 레이저에서 신호로 펌핑된다. 몇몇 실시예에서, OPO로부터 방출된 레이저 방사선의 적어도 일부는 콘솔로 복귀되어 열로서 방산된다. 예를 들어, OPO를 나가는 펌프 빔의 적어도 일부는 콘솔로 복귀되어 열로서 방산될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 1.56 ㎛ 신호 빔의 적어도 일부는 타겟 피부를 통과하여 응고를 유발한다. 몇몇 실시예에서, 이는 미러 코팅의 적절한 선택을 사용하여 구현된다.
레이저 채널 보조 약물 전달
절제 분할 재생술은 진피 내로의 약물 전달의 속도 및 양을 증가시키기 위해 사용되어 왔는데, 여기서 절제 구멍은 약물의 운반부로 각질층 장벽을 우회한다. 이는 각질층을 통한 매우 작은 확산 계수를 갖는 대형 분자의 경우 특히 사실이다. 미세분할(작은 스폿 크기 및 높은 개수 밀도) 치료의 개시된 실시예에 의해, 더 높은 약물 운반 속도가 가능하다.
일 실시예에 따르면, 컬럼을 갖는 원통형 표면을 통한 약물 전달이 구현된다. 특정 양태에 따르면, 미세분할 치료 후 피부 내로의 약물의 물질 전달 속도는 개별적으로 절제된 실린더의 표면적과 표면 상의 실린더의 개수 밀도의 곱에 비례한다. 원형 단면의 절제된 컬럼을 통한 물질 전달이 주로 원통형 표면을 통해 발생한다고 가정하면, 피부 표면적 당 물질 전달 면적은 4 * (커버리지율) * 절제 깊이/구멍 직경에 의해 주어진다. 동일한 개수 밀도(또는 대안적으로 커버리지율) 및 동일한 절제 깊이에 대해, 피부 표면당 물질 전달 면적은 스폿 크기에 직접적으로 관련되는 구멍 직경에 반비례한다. 따라서, 높은 개수 밀도와 결합된 미세분할 치료의 작은 스폿 크기(≤ 45 ㎛)는 물질 전달의 매우 높은 가용 면적을 허용한다.
최소 휴양기간을 갖는 분할 절제 기술에 의한 문신 제거
원하지 않는 문신의 제거를 위해서는 더 효과적이고 더 효율적인(기존보다) 방법에 대한 필요가 존재한다. 나노초 및 피코초 영역의 펄스 지속기간을 갖는 레이저 펄스가 통상적으로 문신 제거 치료를 위해 채용되어 왔다. 가설이 세워진 메커니즘은 레이저 펄스가 작은 펄스 지속기간으로 잉크를 분해하고, 이는 관성 및 열적 구속을 생성한다는 것이다. 분해된 더 작은 잉크 입자는 림프계에 의해 피부로부터 제거된다. 그러나, 이러한 입자의 더 신속한 제거에 대한 필요가 존재하고, 전술된 메커니즘은 비효율적이고 문신의 실질적인 제거를 획득하기 위해 다중(예를 들어, 10회) 치료가 소요된다.
특정 실시예에 따르면, "통상적인" ns, ps, 또는 심지어 fs 레이저 치료 후에 하나 이상의 분할 치료 방법이 구현된다. 일 실시예에서, 분할 치료 후에 흡착을 갖는 컵이 또한 사용된다. 이 치료의 조합은 적어도 이하의 2개의 방식으로 문신 제거를 향상시킨다:
1. 절제를 통한 피부의 부분의 제거(피부가 잉크를 포함하고, 따라서 일부 잉크가 제거됨).
2. 분해된 잉크 입자의 일부를 포함하는 간질액의 제거.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 우레아를 사용하는 중간 단계가 전술된 단계 1(분할 치료)과 단계 2(흡착 컵 사용) 사이에 구현된다. 우레아는 피부의 부분을 연화하고 용해시켜, 따라서 잉크와 유체의 운반을 더 쉽게 만든다. 다른 실시예에 따르면, 흡착의 인가 전, 중 또는 모두 동안, 또는 진동이 추가된다. 다른 실시예에서, 분할 치료는 나노초, 피코초, 또는 펨토초 레이저 문신 제거 치료 전에 수행된다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, "미세분할" 치료(스폿 크기 ≤ 45 ㎛)는 분할 치료(스폿 크기 ≥ 120 ㎛)에 비교하여 문신 잉크 제거에 대해 더 양호한 효능 및 더 신속한 치유를 가질 것으로 고려된다.
심부 근막 및 골막의 최소 침습적 분할 레이저 치료
일 실시예에 따르면, 개시된 레이저 시스템의 레이저 특성은 심부 근막 및 골막과 같은 심부 안면 피하 구조의 치료를 허용한다. 노화에 따른 이들 구조의 열화는 안면 피부가 처짐 및 최적이 아닌 미적 외관의 주요 원인이다. 현재, 이들 상태를 개선하는 것이 가능한 최소 침습적 개입은 알려져 있지 않다. 따라서, 이러한 분할 치료는 노화 방지 안면 시술의 결과를 근본적으로 개선하고 안면 피부 처짐으로 고통받는 환자에게 독특한 이점을 제공하는 잠재력을 갖는다.
특정 실시예에 따르면, 심부 분할 시술의 성공은 하나 이상의 실시예를 포함하는 이하의 조건에 의존한다:
1. 형상비가 > 40(바람직하게는 > 50)이고 표면 직경이 70 내지 90 ㎛의 범위(경계값 포함)인 절제용 컬럼을 생성하도록 구성된 레이저 시스템을 제공한다. 일 실시예에서, 이는 약 70 내지 90 mJ의 범위의 펄스 에너지를 발생하도록 구성된 레이저 시스템 및 일반(가우스) 또는 베셀 광학계(즉, 빔 형상 또는 프로파일)를 제공함으로써 달성될 수 있다.
2. 10 내지 100 ㎛의 범위의 폭을 갖는 정밀하게 제어된 응고 마진(본 명세서에 설명된 동작 파라미터에 따라 레이저 시스템에 의해 제공됨).
3. 적절한 조직 냉각, 벌크 가열 및 인접한 컬럼으로부터의 열 손상의 융합(confluence)을 방지한다. 이러한 냉각은 수동적 또는 능동적일 수도 있다. 능동 냉각이 요구되는 일 실시예에서, 조직 표면 상에 저온 공기를 통해 송풍함으로써 냉각이 달성된다.
허용 가능한 불편함과 허용 가능한 부작용 프로파일로 임상 효능 최대화
표면 상에 스폿을 갖는 컬럼
전술된 바와 같이, 융합 또는 완전 절제 치료는 일반적으로 높은 임상 효능을 야기하지만 높은 통증 및 긴 치유 시간(및 염증후 과다색소침착(PIH) 및 흉터의 일부 가능성)에 시달린다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 분할 절제 치료에서, 허용 가능한 불편함 및 허용 가능한 치유 시간 및 PIH와 같은 다른 부작용을 갖는 최대 밀도의 스폿 또는 라인이 사용되어야 한다고 제안된다. 테스트 및 결과는 아래에 더 상세히 설명된다.
일 실시예에 따르면, 피부 내로 돌출하는 절제 컬럼이 일 예로서 사용된다(표면 상에 스폿을 가짐). 개념은 또한 다른 실시예에 따라 라인으로 확장될 수 있다. 미용 및 의학인 2개의 종류의 치료가 고려된다. 최대 밀도는 통상적으로 흉터, 혈종 및 장기 PIH와 같은 허용 가능한 다른 부작용과 비교하여 허용 가능한 통증에 대해 더 낮다. 주름 및 잔주름 개선과 같은 미용 치료의 경우, 치료 중에 환자에 느껴지는 불편함에 따라 도트 또는 스폿의 최대 밀도(제곱 센티미터당 도트의 수)가 제한된다. 예를 들어, 화상 흉터, 외상 흉터, 또는 여드름 흉터의 외관의 개선과 같은 의학적 치료의 경우, 더 높은 불편함이 환자에게 허용 가능하다. 이어서, 최대 밀도는 흉터 및/또는 PIH의 출현을 포함할 수 있는 허용 가능한 부작용 프로파일에 의해 제한된다.
이러한 도트(피부 내의 절제 컬럼)의 최대 밀도의 결정은 본 출원인에 의해 수행된 실험에서 다양한 절제 깊이에 대해 수행되었다. 5명의 대상은 34-um 스폿 크기 디바이스로 2차원 매트릭스 형식으로 허벅지와 팔뚝이 치료되었다. 펄스 에너지는 다양한 절제 깊이를 획득하기 위해 변동되었다. 각각의 절제 깊이에 대해, 다양한 개수 밀도가 사용되었다. 대상은 각각의 조합의 통증에 대해 0 내지 5점 등급으로 요청받았는데, 0 내지 3점은 "견딜 만함"으로, 4, 5점은 "허용 불가능"으로 고려되었다. 부작용에 대한 후속 조치 시점은 치료 후 7일이었다. 후속 부작용은 홍반, 부종, 혈종, 흉터, 염증후 과다색소침착 또는 다른 예상치 못한 부작용이었다. 각각의 절제 깊이에 대해, 각각의 상기 기준에 대해 허용되는 최고 개수 밀도가 식별되었다. 이어서, 최저 개수 밀도(보수적인 선택)가 허용된 최대 개수 밀도로서 선택되었다. 이들 결과는 도 8에 도시되어 있다. 따라서, 이 데이터는 미세분할 치료의 개수 밀도에 대해 허용 가능하고 허용되고 제안된 상한을 제공한다.
이들 개수 밀도는 45 마이크로미터 미만의 스폿 크기를 갖는 표재성 절제 깊이에서 제곱 cm당 수천 개의 스폿일 수 있고 미세분할 치료의 중요한 구성요소이다. 일 실시예에 따르면, 손상 패턴은 100 spots/cm2 내지 10000 spots/cm2의 범위(경계값 포함)의 개수 밀도를 갖는 스폿의 어레이이다. 다른 실시예에서, 개수 밀도는 150 spots/cm2 내지 1000 spots/cm2의 범위(경계값 포함) 내에 있다. 일 실시예에 따르면, 레이저 시스템(아래에 더 상세히 설명됨)은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고 손상 패턴은 컬럼 밀도(생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로 정의됨)를 갖는 절제 컬럼을 포함하고, 레이저 빔(아래에 더 상세히 설명됨)은 컬럼 밀도가 3000 ㎛ 내지 25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 각각의 절제 깊이에 대해 500 내지 10000의 범위(경계값 포함) 내의 최대값을 갖도록 펄스화 레이저 방사선을 전달한다. 다른 실시예에서, 컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 10000, 7500, 6500, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1000, 및 500의 최대값을 각각 갖는다. 최대값에 근접한 밀도에 의해, 효능은 완전 절제 치료로 획득한 효능에 근접하지만 긴 치유 시간 및 부작용이 없을 것이다. 최대값에 근접한 개수 밀도가 사용될 때 매우 높은 효능, 즉, 피츠패트릭(Fitzpatrick) 주름 점수(Fitzpatrick, et al., Pulsed carbon dioxide laser resurfacing of photo-aged facial skin, Arch Dermatol., pp 395-402, 1996)에서 2 이상의 개선과 같은 피부 텍스처의 개선이 언급되었다. 더욱이, 다양한 실시예에 따르면, 그 미만에서 효능이 부적절한 최소 개수 밀도가 존재한다. 일 실시예에서, 컬럼 밀도는 3000 ㎛ 내지 25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 각각의 절제 깊이에 대해 300 내지 1300의 범위(경계값 포함)의 최소값을 갖는다. 다른 실시예에서, 컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 1300, 1200, 1100, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 및 300의 최소값을 각각 갖는다. 다른 실시예에 따르면, 컬럼 밀도 및 절제 깊이에 대한 중간 값은 인접한 컬럼 밀도와 절제 깊이 값 사이를 보간함으로써 획득된다.
종래의 절제 분할 치료는, 전술된 바와 같이, 더 큰 스폿 크기를 사용하고 훨씬 더 낮은 개수 밀도를 갖는다. 하나의 이러한 시스템은 Er:YAG 레이저, 430 ㎛ 스폿 및 5.5%, 11% 또는 22%로 설정될 수 있는 치료 밀도를 사용하는 Sciton ProFractional® XC를 포함한다. 22%의 최대 제안 밀도 및 430 ㎛의 스폿 크기는 제곱 cm당 151개의 스폿의 개수 밀도로 변환된다. 다른 예는 Lumenis UltraPulse® CO2 레이저이다. ActiveFX™의 경우 1.3 mm, DeepFX™의 경우 120 ㎛의 2개의 스폿 크기가 이용 가능하다. 1.3 mm의 경우, 이론 최대 개수 밀도는 피치가 스폿 직경과 동일하도록 크기 설정된 경우이고, 이 밀도는 제곱 cm당 약 60개의 스폿인 경우이다. 120 ㎛의 경우, Ramsdell(Ramsdell, 2012, Fractional Carbon Dioxide Laser Resurfacing, Semin Past Surg, vol 26, pp 125-130, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3580980/)은 15%의 최대 커버리지율을 제안하고 있다. 120 ㎛의 스폿 크기에서, 이는 제곱 cm 당 2210개의 스폿의 개수 밀도로 변환된다. 디바이스 상에서 이용 가능한 25%의 커버리지율은 제곱 cm 당 4421개의 스폿의 개수 밀도로 변환된다. 45 ㎛보다 작은 스폿 크기를 구현하는 본 명세서에 개시된 미세분할 절제 레이저 시스템 및 방법은 허용되고 실행 가능한 것으로 나타난 훨씬 더 높은 개수 밀도를 사용한다.
표면 상의 선형 홈
전술된 결과를 달성하기 위해 사용된 손상 패턴은 생물학적 조직의 표면 상에 스폿을 갖는 컬럼이다. 이들의 경우, 피치는 인접한 스폿 사이의 중심간 거리이다(정사각형 어레이로 가정함). 커버리지율은 (절제 구역의 면적/(피치2))이다. 개수 밀도는 (1/(피치2))이다.
피부 내로 연장하는 선형 홈이 만들어지는 라인에 대해서도 유사한 분석이 수행될 수 있다. 이러한 패턴의 하나의 비한정적인 예가 도 3a에 도시되어 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 이 상황에서 최대 커버리지율을 결정하는 능력이 제공된다. 주어진 속도, 파워, 및 채널의 절제 직경에 대해, 일 실시예에 따른 피크 복사 노출은 파워/(직경_절제*선형 속도)로 계산된다. 피치는 인접한 라인 사이의 중심간 거리로 정의된다. 커버리지율은 비(절제 직경을 피치로 나눈 값)로 정의된다. 밀도는 수직 방향의 길이당 라인의 수 또는 (1/피치)로 정의된다.
전술된 바와 같이, 피치는 2개의 인접한 스폿 또는 2개의 인접한 라인 사이의 중심간 거리로 정의될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 피치는 100 ㎛ 내지 1 mm의 범위(경계값 포함)에 있도록 크기 설정된다.
차주파수 발생(DFG)에 기초하는 중적외선 레이저 시스템
적어도 하나의 실시예에 따르면, 레이저 공동 외부에서 차주파수 발생을 제공하도록, 특히 섬유 레이저 방사선의 차주파수 발생을 사용하는 중적외선 레이저 광원의 구성을 제공하도록 구성되는 레이저 시스템이 제공된다.
문제
높은 평균 파워의 중적외선 방사선 소스는 유기 재료 가공, 수술, 미용, 치과 등과 같은 다양한 용례에 적합하다. 그러나, 이러한 통상의 멀티-와트 레벨 소스는 그 범주를 제한하는 상당한 단점을 갖는다.
예를 들어, 대부분의 이들 디바이스는 비교적 크고, 이는 가공 영역으로의 방사선의 전달을 복잡하게 한다. CO2 레이저의 가스의 활성 요소는 이득 매질의 저밀도로 인해 충분한 이득과 충분히 높은 파워를 획득하기 위해 약 1 미터의 통상적인 크기를 갖는다. 고상(예를 들어, 양자 및 대역내 캐스케이드; Er:YAG, Cr:ZnSe, Ho:YAG, Ho:YLF 및 다른 것과 같은 벌크 고상; 툴륨, 홀뮴 및 에르븀 도핑 섬유) 레이저의 활성 요소는 수냉을 필요로 한다. 그 결과, 핸드피스와 같은 콤팩트하고, 인체공학적인 디자인에 이러한 방사선 소스를 배치하는 것이 불가능해졌다.
근적외선 레이저의 경우, 이 문제는 가공 영역에 방사선을 전달하기 위해 실리카 섬유를 사용함으로써 해결된다. 그러나, 중적외선 방사선용 전달 섬유는 고가이고(미터당 $100 내지 $1000) 이 스펙트럼 범위에서 투명 재료의 물리적 특성으로 인해 열악한 특성을 갖는다(취약하고, 벽개(cleaving) 및 융합 스플라이싱(splicing)에 적합하지 않음). 이는 레이저로부터 피부 타겟까지 중적외선 방사선을 전달하기 위한 관절식 아암의 사용을 종종 필요로 한다. 관절식 아암은 부피가 크고, 비실용적이며, 통상의 사용에서 충격시에 오정렬이 쉽다. 일 실시예에 따르면, 방사선은 가요성 실리카 섬유로 지향되는데, 이는 고가의 취약한 섬유 뿐만 아니라 관절식 아암의 사용에 비해 유리하다.
또한 큰 M2 값 또는 방사선의 긴 파장으로 인해 이러한 소스에 대해 충분히 작은 크기의 빔 웨이스트를 획득하는 것이 종종 불가능하다. 이러한 제한 인자는 높은 파워 밀도와 정확한 절단의 형상을 획득하는 데 무능력 때문에 재료 가공에 매우 중요할 수 있다. 강력한 고상 기반 레이저는 활성 영역의 확대의 필요성으로 인해 다중 모드 방사선을 방출하고 있다. 또한, 대부분의 중적외선을 위한 섬유는 다중 모드 방사선 전용으로 구성된다. 가스 CO2 레이저 방사선의 파장은 또한 중적외선 범위의 원거리 에지에 있다.
물의 흡수 계수는 3 ㎛ 스펙트럼 범위 부근의 방사선을 방출하도록 구성된 레이저의 경우보다 10.6 ㎛의 통상적인 파장으로 구성된 CO2 레이저의 방사선의 경우 1 자릿수 규모만큼 더 낮다. 이는 예를 들어, 생물학적 조직과 같이 높은 수분 함량 재료를 대상으로 하는 용례에서 중요하다.
레이저 시스템 예
본 명세서에 개시된 치료 방법에 적합한 레이저 시스템의 하나의 비한정적 실시예는 비선형 광학 크리스탈의 섬유 레이저로부터의 근적외선 펌프 방사선의 비선형 주파수 변환에 기초하는 콤팩트 공냉식 중적외선 레이저 시스템을 포함한다. 레이저 시스템(100)의 일 예의 개략도가 일 실시예에 따라 도 9에 도시되어 있다. 도 9에 도시되어 있는 일반적인 광학 개략도는 콤팩트 파장 변환기로 구성된 하이브리드 레이저를 반영한다.
레이저 시스템(100)은 일반적으로 적어도 하나의 레이저 소스, 핸드피스(130)에 위치된 차주파수 발생기(132), 레이저 모듈(110) 및 차주파수 발생기(132)에 결합된 광섬유(115)를 포함하는 레이저 모듈(110)을 포함한다. 몇몇 실시예에 따르면, 차주파수 발생기(132)는 광학 파라메트릭 발진기(OPO)이다. 몇몇 실시예에서, 광섬유(115)는 섬유 광학 전달 케이블(125)에 포함될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 광섬유(115)는 실리카 섬유이다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 레이저 모듈(110)의 섬유 레이저(들)로부터의 방사선은 10 내지 90 ㎛의 범위(경계값 포함)의 코어 직경을 갖는 전달 섬유에 의해 핸드피스(130)로 전달된다.
핸드피스(130)(본 명세서에서는 또한 콤팩트 핸드피스라고 칭함)는 여러 구성요소를 포함하고 생물학적 조직(150) 상에 레이저 치료를 수행하는 데 사용될 수도 있는 레이저 방사선의 레이저 빔(140)을 출력하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 핸드피스(130)는 약 20×200 mm의 치수, 및 <0.2 kg의 중량을 갖는다. 피부과용 핸드피스와 부인과용 핸드피스의 2개의 비한정적인 예의 사시도가 도 10에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 핸드피스(130)는 내부에 공진기를 갖지 않는 파장 변환기(132)(즉, 차주파수 발생기)를 포함한다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 차주파수 발생기(132)로부터 방출된 레이저 방사선의 적어도 일부는 레이저 모듈(110)로 다시 지향된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 중적외선으로 변환되지 않는 방사선의 적어도 일부는 전용 실리카 섬유(120)(전달 섬유(125)에 포함될 수도 있음)에 의해 핸드피스(130)로부터 제거되고 레이저 모듈(110)에서 종료된다. 레이저 모듈(110)은 하나 이상의 실리카 섬유, 전기 케이블 및 보호 호스를 포함하는 전달 케이블(125)에 의해 핸드피스(130)에 연결된다. 차주파수 발생을 위해 근적외선 신호 방사선을 사용함으로써 높은 변환 효율이 달성된다. 몇몇 실시예에서, 빔 품질 인자(M2)는 1에 근접하고 일반적으로 펌프의 빔 품질과 신호 빔에 의해 결정된다.
레이저 시스템(100)은 또한 제어기(170)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 제어기(170)는 레이저 모듈(110) 및 핸드피스(130)(및 핸드피스(130)의 하나 이상의 구성요소)에 결합된다. 몇몇 경우에 콘솔은 제어기(170) 및/또는 레이저 모듈(110)과 같은 레이저 시스템의 하나 이상의 구성요소를 수용할 수도 있다. 제어기(170)는 손상 패턴의 생물학적 조직(150) 위에 레이저 빔(140)을 스캔하도록 구성되고, 여기서 손상 패턴은 피치를 갖는다. 예를 들어, 제어기(170)는 스캐너(예를 들어, 아래에 설명되는 도 11의 스캐너 미러(235))를 제어하도록 구성될 수도 있다. 전술된 바와 같이, 스캐너는 생물학적 조직 상에 손상 패턴을 생성하도록 구성된다.
제어기(170)는 개별 또는 일체형 구성요소일 수도 있는 회로를 포함한다. 제어기(170)에 의해 수행되는 동작은 하나 이상의 제어기, 프로세서, 및/또는 소프트웨어 및/또는 하드웨어 구성요소를 포함하는 다른 전자 구성요소에 의해 수행될 수도 있다는 것이 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 제어기(170)는 프로세서(하나 초과의 프로세서를 포함할 수도 있음), 컴퓨터-판독 가능-저장 디바이스, 및 메모리(또한 저장 디바이스라고 칭함), 뿐만 아니라 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 바와 같은 다른 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소를 포함한다.
비선형 매체의 변환에 기초하는 발생 방안은 고레벨 변환 효율을 달성하기 위해 공진기 공동을 종종 사용한다. 그러나, 이 접근법은 콤팩트한 견고한 디자인으로의 이러한 변환기의 구현을 어렵게 하고 더 정교한 기계 및 광학 구성 요소를 필요로 한다.
일 실시예에 따르면, 레이저 모듈(110)은 마스터 발진기 파워 증폭기(Master Oscillator Power Amplifier: MOPA) 구성으로 배열된 2개의 섬유 레이저를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 2개의 섬유 레이저는, 각각 차주파수 발생을 위한 펌프 및 신호로서 사용되는 1.03 ㎛ 및 1.5 내지 1.6 ㎛(예를 들어, 1.56 ㎛) 파장을 각각 갖고 구성된다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 레이저 모듈(110)은 펄스화 레이저 방사선을 발생하도록 구성된다. 일 실시예에서, 레이저 모듈(110) 내의 레이저의 근적외선 방사선 펄스는 약 1 내지 2 ns의 지속기간을 갖고 시간 동기화된다. 일 실시예에서, 다이오드 펌핑 섬유 레이저로부터의 방사선은 단일 모드(SM) 실리카 섬유 내로 결합될 수도 있다. 예로서, 각각의 섬유 레이저 소스로부터의 방사선은 결합기(예를 들어, 레이저 모듈(110)의 파장 분할 다중화(WDM) 디바이스)를 사용하여 조합되어 단일 섬유 내로 출력될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 펌프 및 신호 방사선은 단일 섬유(예를 들어, 광섬유(115))에 의해 핸드피스(130)에 전달된다. 몇몇 실시예에서, 각각의 섬유 레이저 소스로부터 광을 전달하는 각각의 섬유는 실리카, 뿐만 아니라 조합된 파장을 전달하는 섬유(예를 들어, 광섬유(115))로 이루어진다. 몇몇 실시예에서, SM 섬유는 2개의 다이오드 펌핑 섬유 레이저 소스의 각각으로부터 방출된 레이저 방사선을 멀티플렉서 내로 전달하고, 여기서 레이저 방사선은 조합되어 광섬유(115)에 의해 차주파수 발생기(132)로 전달된다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 광섬유(115)는 SM 섬유이다.
일 실시예에 따르면, 핸드피스(130)는 또한 하나 이상의 렌즈 및 빔 스플리터 시스템(134)을 포함하는 집속 시스템(136)(또한 본 명세서에서는 광학 집속 시스템이라고 칭함)을 포함한다. 일 실시예에 따른 핸드피스의 하나의 비한정적인 예가 도 11의 개략도에 도시되어 있다. 도 11의 핸드피스(230)는 하나 이상의 비선형 광학 크리스탈을 갖는 차주파수 발생기를 포함하고 이 예에서는 OPO(238)로서 구성된다. 광섬유(215)에 포함된 레이저 방사선(예를 들어, 펌프 및 신호 파장)은 OPO(238)를 통과한다. 핸드피스(230)는 또한 레이저 빔을 스폿 크기 또는 빔 스폿에 집속하도록 구성된 집속 시스템(236)을 포함한다. 일 실시예에서, 광학 집속 시스템(236)은 펌프와 신호 빔 웨이스트(웨이스트 직경 대략 100 ㎛) 사이의 최소 거리를 제공하는 3 내지 5 mm의 범위(경계값 포함)의 초점 거리를 갖는 마이크로렌즈에 기초한다. 일 실시예에 따르면, OPO(238)를 포함하는 비선형 광학 크리스탈(들)의 하나 이상은 주기적인 강유전성 도메인 구조를 갖고 구성된다. 몇몇 실시예에서, 핸드피스(230)는 또한 비선형 광학 크리스탈을 위한 서모스탯(도 11에는 명시적으로 도시되어 있지 않음)을 포함한다.
전술된 바와 같이, OPO(238)로부터 방출된 레이저 방사선(예를 들어, 미변환 레이저 에너지)의 적어도 일부는 레이저 모듈(110)로 다시 지향되는데, 이는 광섬유(220)(몇몇 경우에는 전용 실리카 섬유임)를 사용하여 전달될 수도 있다. 핸드피스(234)는 또한 하나 이상의 2색성 미러에 기초하는 중적외선 방사선 여과 시스템으로서 기능하는 빔 스플리터(234)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 2개의 미러(도 11에 도시되어 있는 바와 같이)는 3.0 내지 3.2 ㎛ 파장 범위에서 높은 반사율을 갖고 1.03 ㎛ 및 1.56 ㎛ 파장에서 높은 투과율을 갖는다. 렌즈 B 뒤의 미러는 1.03 ㎛ 및 1.56 ㎛ 파장에서 고도로 반사성이고 이들 파장은 광섬유(120, 220)를 통해 레이저 모듈(110)로 다시 복귀된다. 이러한 경우에 레이저 모듈(110)은 이 미변환 레이저 방사선을 이용하는 하나 이상의 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에 따르면, 광섬유(220)를 통해 레이저 모듈(110)로 다시 지향되는 레이저 방사선의 일부는 공기에 의해 능동적으로 냉각되는 빔 덤프 상에 지향되는 미변환 방사선이다. 몇몇 경우에, 빔 덤프가 또한 파워 측정 기능을 갖고 구성된다.
핸드피스(230)는 또한 몇몇 실시예에서 단일 미러 스캐너(도 11에 도시되어 있는 바와 같이)인 스캐너(235)를 포함하지만, 다른 실시예에서는 수직 방향으로 운동을 갖는 2개의 미러를 갖는 2-갈보(two-galvo) 시스템일 수도 있다. OPO에 의해 발생된 레이저 방사선은 레이저 빔(240)을 통해 생물학적 조직 타겟으로 지향된다. 핸드피스(230)는 또한 하나 이상의 광학 디바이스를 포함하고, 렌즈 A, B, C 및 도 11에 도시되어 있는 바와 같은 미러(라벨 표시)와 같은 다른 광학 디바이스를 포함한다.
특정 실시예에 따르면, 차주파수 발생의 2개의 상이한 방안이 사용될 수도 있다:
1. 1단 방안이 하나의 비선형 크리스탈에서 수행된다(예를 들어, PPLN 또는 PPLT):
1030 → 1560 + 3050 nm(PPLN 30.3/PPLT ~30.5 ㎛),
여기서, 1.03 ㎛은 펌프 파워를 제공하고, 1.56 ㎛은 신호 방사선을 제공하며, 생물학적 조직을 치료하는 데 사용되는 3.05 ㎛ 레이저 방사선이 발생된다.
2. 2단 방안은 2개의 개별 크리스탈 또는 2개의 주기적인 강유전성 도메인 구조를 갖는 하나의 크리스탈로 구현될 수 있다. 각각의 스테이지는 각각의 프로세스에 대한 준위상 정합을 달성하도록 설계된 강유전성 도메인 구조의 상이한 주기를 갖는다.
1030 → 1560 + 3050 nm(PPLN 30.3/PPLT ~30.5 ㎛)
1560 → 3050 + 3200 nm(PPLN 34.7/PPLT ~33 ㎛)
제2 크리스탈 내의 차주파수 발생 프로세스에서, 1.56 ㎛의 방사선은 3.05 ㎛ 파장에 대해 펌프로서 그리고 3.20 ㎛에서 다른 아이들 구성요소로서 작용한다. 일 실시예에 따르면, 2단 차주파수 발생은 3.05 ㎛ 및 3.20 ㎛ 파장에서 50% 펌프 변환 효율을 갖는다. 도 11은 단일 OPO를 나타내지만, 다른 실시예에 따르면 제2 OPO가 포함될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
발생된 중적외선 방사선의 양호한 빔 품질은 도파로, 섬유 내로의 입력, 또는 작은 직경으로의 집속(예를 들어, 광학 집속 시스템(136)을 사용하여)을 허용한다. 일 실시예에서, 레이저 빔은 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는다. 다른 실시예에서, 레이저 빔은 1.0 내지 1.3의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는다.
특정 실시예에 따르면, 레이저 모듈(110)은 2개의 섬유 레이저를 포함한다. 몇몇 실시예에 따르면, 레이저 모듈(110)은 2개의 다이오드 레이저 펌핑 섬유 레이저를 포함한다. 일 실시예에서, 2개의 섬유 레이저 중 제1 섬유 레이저는 1.00 내지 1.05 ㎛의 범위 내의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성되고, 2개의 섬유 레이저 중 제2 섬유 레이저는 1.5 내지 1.6 ㎛의 범위 내의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성된다. 일 실시예에서, 2개의 섬유 레이저 중 제1 섬유 레이저는 1.03 ㎛의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성되고, 2개의 섬유 레이저 중 제2 섬유 레이저는 1.56 ㎛의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 발생된 레이저 에너지는 2개의 가요성 섬유를 통해 가요성 엄빌리컬 코드(umbilical cord)(전달 케이블(125)) 내에 있는 단일 섬유(도 9에 115로서 도시되어 있음) 내로 전달되고 핸드피스(130)로 전달된다. 일 실시예에서, 2개의 섬유 레이저에 의해 발생된 레이저 방사선의 레이저 빔(들)은 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는다. 다른 실시예에서, 레이저 빔은 1.0 내지 1.3의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는다.
일 실시예에서, 광학계는 2단 PPLN/PPLT 크리스탈 OPO 변환기(예를 들어, OPO(238))에서 2개의 파장을 혼합하는 데 사용된다. OPO(238)로부터의 레이저 빔은 이 예에서 미러(235)로서 구성된 스캐너 상에 시준되고, 이어서 피부 평면(150)(즉, 타겟 생물학적 조직) 상에 원하는 작은 스폿 크기로 집속된다(예를 들어, 광학 집속 시스템(136), 예를 들어 렌즈 또는 렌즈들(236)을 사용하여). 미변환 방사선은 실리카 섬유(120)(도 11의 220)를 통해 콘솔로 다시 보내지고 여기서 방산된다. OPO 크리스탈(238)의 온도는 서모스탯 및 히터(도 9 또는 도 11에는 도시되어 있지 않음)를 통해 제어된다. 다양한 실시예에 따르면, 모든 광학계는 임의의 조준 빔(예를 들어, 적색)을 포함하여 관심 있는 파장에 대해 코팅된다. 몇몇 실시예에서 렌즈를 통한 투과율을 최대화하기 위한 AR 코팅과 반사율을 최대화하기 위한 미러의 반사 코팅이 또한 구현된다.
몇몇 실시예에서, 조직 상의 스폿 크기는 25 ㎛ 내지 120 ㎛의 범위(경계값 포함)일 수 있고, 몇몇 실시예에서는 30 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위(경계값 포함)이고, 몇몇 실시예에서는 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함)이다. 일 실시예에서, 스폿 크기는 30 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내에 있다.
일 실시예에 따르면, OPO 크리스탈(238)과 스캐너(235)는 핸드피스(230) 내에 존재한다. 몇몇 실시예에서, 핸드피스(130, 230)는 이하의 특징을 갖도록 구성된다:
· 형상: 서로 직각인 2개의 튜브의 형상이 개시된다. 제1 튜브는 입력 섬유, 시준 및 집속 광학계, OPO 크리스탈, 이어서 더 많은 시준 광학계를 포함한다. 전자적으로 제어되는 스캐너 미러(예를 들어, 235)는 레이저 빔의 방향을 90도만큼 변경하고 빔은 제2 튜브를 횡단한다. 시준 광학계는 피부과 시술을 위해 피부 표면 상에 작은 스폿 크기를 달성한다. 몇몇 실시예에 따르면:
o 튜브 1의 치수: 범위 190 mm 내지 300 mm
o 튜브 2의 치수: 범위 30 mm 내지 100 mm.
· 핸드피스의 중량: 범위 200 gm 내지 1,000 gm.
본 명세서에 개시된 레이저 시스템의 구성은 여러 장점을 제공한다. 하나는 레이저 모듈(110)의 레이저가 우수한 빔 품질 인자(1에 근접한 M2 값)를 갖는 레이저 빔을 발생한다는 것인데, 이는 레이저 방사선이 더 작은 빔 크기로 집속될 수 있는 것을 의미하고, 이는 신속하게 치유하고 높은 개수 밀도를 허용하며 본 명세서에 개시된 높은 효능을 야기하는 "미세분할" 치료를 생성하기 위해 적어도 부분적으로 필요하다. 둘째, 실리카 섬유(예를 들어, 섬유(115))는 펌프 및 신호 레이저 방사선을 핸드피스에 전달하는 데 사용된다. 이는 CO2 또는 Er:YAG 레이저 소스에 대조되는데, 이 경우 핸드피스의 스캐너에 에너지를 전달하기 위해 관절식 아암 또는 특수 비실리카 섬유가 통상적으로 요구된다. 더욱이, OPO 구성은 열을 발생하지 않기 때문에, 핸드피스(130, 230)는 냉각이 필요하지 않다. 이는 핸드피스를 덜 고가이게 하고, 더 작은 치수 및 중량이 사용될 수 있다. 예로서, 핸드피스 내에 플래시램프를 사용하는 종래의 시스템은 핸드피스에 전달되어야 하는 수냉(또는 다른 냉각제)을 필요로 한다.
다른 실시예에 따르면, 일반적으로 도 9에 냉각 디바이스(145)로서 도시되어 있는 냉각 디바이스를 사용하는 피부의 냉각이 또한 제공된다. 피부 냉각은 2개의 기능을 갖는다. 제1 기능은 치료 중 환자에 의해 느껴지는 통증을 감소시키는 것이다. 제2 기능은 대략 44 내지 48℃ 이상인, 통증 및 작열감을 유발할 수 있는 온도(또는 더 높은 온도)로 인접한 스폿 사이의 피부의 임의의 벌크 가열을 회피하는 것이다. 이들 온도 또는 더 높은 온도는 부작용과 심한 통증을 유발할 수 있다. 냉각은 스폿 사이의 미치료 피부가 이러한 온도에 도달하는 것을 허용하지 않을 것이고 "벌크 가열" 관련 부작용을 감소시키거나 제거할 것이다. 냉각 디바이스(145)에 의한 냉각은 저온 공기를 송풍하는 것, 피부에 접촉시에 증발하는 액체 한제를 송풍하는 것, 또는 조직과 접촉하는 사파이어 플레이트의 유체(3.0 내지 3.2 ㎛ 방사선에 투명함) 냉각에 의해 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어기(170)는 냉각 디바이스(145)에 결합되고 냉각 디바이스(145)의 동작 파라미터를 제어하도록 구성된다. 저온 공기는 그 단순성 때문에 바람직한 양식이다. 예를 들어, 미국 캘리포니아주 어바인 소재 Zimmer Medizin Systems로부터의 상업용 Zimmer CRYO 6 장치로부터의 저온 공기가 스캔된 영역에서 치료 전, 중 및/또는 후에 피부를 냉각하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 냉각 공기 온도는 -30℃ 내지 10℃의 범위일 수 있고, 유량은 1000 리터/분만큼 높을 수 있다.
본 개시내용의 범주는 또한 부인과 용례까지 확장된다. 몇몇 실시예에서, 전술된 피부과용 핸드피스(130)에 부착되는 부인과용 부착물이 개시된다. 부착물은 질 내에 삽입을 위한 원통형 튜브이다. 전술된 피부과용 핸드피스(130)의 작은 스폿 크기는 빔을 90도 회전시킴으로써 질 표면에 재영상화된다. 몇몇 실시예에서, 절제 잔해를 부착물로부터 이격 유지하기 위해 질 표면과 접촉하기 위해 사파이어 플레이트가 사용될 수도 있다.
스캐닝 기술
특정 양태에 따르면, 레이저 방사선을 생물학적 조직에 스캐닝하고 전달하기 위한 목적으로 "스탬핑" 모드가 개시된다. 몇몇 실시예에서, 스탬핑은 인접 영역에서 스탬핑하는 것 및 모든 원하는 피부 영역을 중첩 없이 치료하는 것을 포함한다. "스탬프"는 핸드피스(130, 230)를 피부 상에 배치하는 것 및 이어서 스캔 프로세스를 시작하는 것을 포함하고, 여기서 레이저 빔은 스폿 상에 집속되고 특정 시간 동안 턴온된다. 레이저가 턴오프될 때, 빔은 동일한 스캔 영역 내에서 치료될 다음 스폿으로 이동되고, 여기서 원하는 시간 지속기간 동안 다시 턴온된다. 각각의 위치에서 파워 및 펄스 지속기간은 스폿에 전달되는 에너지를 결정한다. 피치는 스캐너 내에 프로그래밍된 스캔 영역 내의 다양한 스폿의 x- 및 y-좌표를 결정한다. 하나의 "스탬프"에 대한 스캔 영역 내에서 모든 원하는 스폿의 위치가 치료된 후, 이어서 작업자는 "스캔 영역"을 이전에 치료된 영역으로부터 분리된 영역으로 이동시킨다. 특정 경우에는 인접한 스캔 영역 사이에 중첩이 요구되지 않고, 뿐만 아니라 인접한 스캔 영역 사이에 미치료 영역이 요구되지 않는다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 사용자에 의해 인접한 스캔 영역들 사이의 중첩의 정도를 허용하는 "페더링" 기술이 구현된다. 예를 들어, 2개의 인접한 스캔 영역의 배치의 부정확성으로 인해 스캔 영역의 에지 및/또는 코너를 따라 약간의 중첩이 존재할 것이 가능하다. 이는 과잉 치료를 야기하고 바람직하지 않은 효과를 초래할 수 있다. 이 가능성을 감소시키기 위해, 스캔된 영역의 하나 이상의 에지를 따라 "페더링"이 제안된다. 다양한 실시예에 따르면, 개수 밀도(피치의 제곱에 반비례) 또는 펄스 에너지는 이 효과를 달성하기 위해 스캔된 영역의 하나 이상의 에지를 따라 감소된다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 레이저 시스템(100)은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고, 손상 패턴은 스폿의 어레이이고, 제어기(170)는 펄스당 RE가 어레이의 하나 이상의 에지 부근에 위치된 스폿 상에서 감소되도록 레이저 빔(140)을 스캔하도록 구성된다. 이러한 기술의 비한정적인 예가 도 4에 도시되어 있는데, 여기서 스폿의 어레이가 도시되어 있고, RE는 어레이의 중심부로부터 어레이의 에지(스캔된 영역)로 이동함에 따라 점진적인 색상 밝아짐에 의해 표시되는 바와 같이 감소된다. 이 경우, 도 7의 그래프에 도시되어 있는 바와 같이, 펄스 에너지가 스캔의 에지 부근에서 감소된다.
몇몇 실시예에서, 손상 패턴은 스폿의 어레이이고, 제어기(170)는 스폿의 개수 밀도가 어레이의 하나 이상의 에지 부근에서 더 낮도록 레이저 빔(140)을 스캔하도록 추가로 구성된다. 이러한 기술의 비한정적인 예가 도 5에 도시되어 있는데, 여기서 중앙에서 스폿의 개수 밀도는 어레이의 에지(스캔된 영역)에서보다 더 높다(즉, 피치가 더 낮음). 도 6은 스캔 치수의 에지에서 밀도가 어떻게 감소하는지의 그래픽 표현이다.
몇몇 실시예에 따르면, 전술된 2개의 "페더링" 기술의 조합이 또한 사용될 수도 있다.
임상 테스트 예
상당한 귓바퀴주위 주름을 갖는 대상이 식별되었다. 주름을 갖는 4개의 영역이 왼쪽 귀 앞의 귓바퀴주위 피부 영역에서 식별되었다. 절제 깊이 - 생체외 조직 상의 복사 노출 곡선에 기초하여, 42 ㎛ 스폿 크기를 갖는 3.05/3.20 ㎛ 파장 절제 미세분할 디바이스에 의한 미세분할 치료에 이하의 레이저 파라미터가 사용되었다. 각각의 위치에 대해, 10 mm×10 mm 치수의 영역이 치료되었다. 통증은 매우 견딜 만한 것으로 간주되었다.
치료된 영역의 사진은 기준선(치료 전), 2주, 및 5주 치료 후에 촬영되었다. 사진은 어느 영역이 어느 치료를 받았는지 인지하지 못하는 관찰자에 의해 등급이 매겨졌다. 관찰자는 후속 조치에서 홍반, 부종 및 PIH를 0 내지 3의 등급(0: 없음, 1: 경미, 2: 보통, 3: 심함)으로 평가하도록 요청되었다. 관찰자는 또한 0 내지 3의 등급(0: 없음, 1: 경미, 2: 보통, 3: 우수 개선)으로 주름 개선을 평가하도록 요청되었다. 치료 5주 후 결과는 다음과 같다.
이 예는 최소 부작용으로 우수한 효능의 예비 표시를 명시하고 있다.
본 발명에 따라 본 명세서에 개시된 양태는 구성의 상세 및 이하의 설명에 설명되거나 첨부 도면에 도시되어 있는 구성요소의 배열에 그 용례에 있어 한정되지 않는다. 이들 양태는 다른 실시예를 취하는 것이 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행되는 것이 가능하다. 특정 구현예의 예는 단지 예시 목적으로만 본 명세서에 제공되고 한정이 되도록 의도된 것은 아니다. 특히, 임의의 하나 이상의 실시예와 관련하여 설명된 행위, 구성요소, 요소 및 특징은 임의의 다른 실시예에서 유사한 역할로부터 배제되도록 의도되지 않는다.
또한, 본 명세서에 사용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것이며 한정적인 것으로서 고려되어서는 안된다. 본 출원에서 단수로 언급된 시스템 및 방법의 예, 실시예, 구성요소, 요소 또는 행위에 대한 임의의 언급은 또한 복수를 포함하는 실시예를 포함할 수도 있고, 본 명세서에서 임의의 실시예, 구성요소, 요소 또는 행위에 대한 복수의 임의의 참조는 또한 단수만을 포함하는 실시예를 포함할 수도 있다. 단수 또는 복수 형태의 참조는 현재 개시된 시스템 또는 방법, 그 구성요소, 행위 또는 요소를 한정하도록 의도된 것은 아니다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", "갖는", "함유하는", "수반하는" 및 이들의 변형의 사용은 그 이후에 열거된 아이템 및 그 등가물뿐만 아니라 부가의 아이템을 포함하는 것으로 의도된다. "또는"에 대한 언급은 "또는"을 사용하여 설명된 임의의 용어가 설명된 용어들 중 하나, 하나 초과 및 모두 중 임의의 것을 나타낼 수도 있도록 포괄적인 것으로서 해석될 수도 있다. 게다가, 이 문서와 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 문서 사이에 용어의 불일치 사용의 경우, 합체된 참조 문헌에서의 용어 사용이 이 문서의 사용을 보완하고; 양립할 수 없는 불일치의 경우, 이 문서에서의 용어 사용이 우선한다. 더욱이, 독자의 편의를 위해 제목 또는 부제가 명세서에 사용될 수도 있는데, 이는 본 발명의 범주에 영향을 미치지 않을 것이다.
이와 같이 적어도 하나의 예의 다수의 양태가 설명되었지만, 다양한 변경, 수정 및 개량이 통상의 기술자에게 즉시 발생할 것이라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 예는 또한 다른 맥락에서 사용될 수도 있다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 개시내용의 부분인 것으로 의도되고, 본 명세서에 설명된 예의 범주 내에 있도록 의도된다. 이에 따라, 전술된 설명 및 도면은 단지 예시에 불과하다.

Claims (43)

  1. 생물학적 조직의 치료를 수행하기 위한 디바이스이며,
    3.0 미크론(㎛) 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장 및 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성된 레이저 시스템; 및
    레이저 시스템에 결합되고 손상 패턴으로 생물학적 조직 위에 레이저 빔을 스캔하도록 구성된 제어기로서, 손상 패턴은 0.1 mm 내지 1 mm의 범위(경계값 포함)에 있도록 크기 설정되는 피치를 갖는, 제어기를 포함하는, 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 스폿 크기는 30 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내에 있는, 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 레이저 시스템은 펄스당 복사 노출(RE)이 30 J/cm2 내지 6000 J/cm2의 범위(경계값 포함) 내에 있도록 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되는, 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 펄스당 RE는 100 J/cm2 내지 4000 J/cm2의 범위(경계값 포함) 내에 있는, 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 손상 패턴은 스폿 또는 라인의 어레이인, 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 손상 패턴은 100 spots/cm2 내지 10000 spots/cm2의 범위(경계값 포함) 내의 개수 밀도를 갖는 생물학적 조직의 표면 상의 스폿의 어레이인, 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 레이저 시스템은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의되는 컬럼 밀도를 갖고,
    컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 10000, 7500, 6500, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1000, 및 500의 최대값을 각각 갖는, 디바이스.
  8. 제6항에 있어서, 레이저 시스템은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의되는 컬럼 밀도를 갖고,
    컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 1300, 1200, 1100, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 및 300의 최소값을 각각 갖는, 디바이스.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 컬럼 밀도는 인접한 컬럼 밀도와 절제 깊이 값 사이를 보간함으로써 획득된 컬럼 밀도와 절제 깊이에 대한 중간 값을 갖는, 디바이스.
  10. 제5항에 있어서, 레이저 시스템은 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되고, 손상 패턴은 스폿의 어레이이고, 제어기는 펄스당 복사 노출(RE)이 어레이의 하나 이상의 에지 부근에 위치된 스폿 상에서 감소되도록 레이저 빔을 스캔하도록 추가로 구성되는, 디바이스.
  11. 제5항에 있어서, 손상 패턴은 스폿의 어레이이고, 제어기는 스폿의 개수 밀도가 어레이의 하나 이상의 에지 부근에서 더 낮도록 레이저 빔을 스캔하도록 추가로 구성되는, 디바이스.
  12. 제5항에 있어서, 스폿 어레이 내의 각각의 스폿과 라인 어레이 내의 각각의 라인은 25 ㎛ 내지 3000 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 절제 깊이를 갖는, 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 레이저 시스템은 각각의 펄스가 0.1 W 내지 50 W의 범위(경계값 포함) 내의 피크 파워를 갖도록 펄스화 방사선을 발생하도록 구성되는, 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 레이저 빔은 준가우스 프로파일, 플랫-탑 프로파일, 또는 베셀-가우스 프로파일인 강도 프로파일을 갖는 스폿을 갖는 생물학적 조직의 표면 상에 입사되는, 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 제어기는 레이저 시스템의 적어도 하나의 레이저 파라미터를 제어하거나 변조하도록 추가로 구성되는, 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 레이저 시스템의 레이저 소스는 펄스화 모드에서 동작하도록 구성되고, 적어도 하나의 레이저 파라미터는
    1 마이크로초(㎲) 내지 250 밀리초(ms)의 범위(경계값 포함) 내의 펄스 지속기간, 및
    5% 내지 90%의 범위(경계값 포함) 내의 듀티 사이클을 포함하는, 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 레이저 빔은 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는, 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 레이저 빔은 1.0 내지 1.3의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는, 디바이스.
  19. 제1항에 있어서, 레이저 시스템은
    적어도 하나의 레이저 소스를 포함하는 레이저 모듈;
    핸드피스 내에 위치된 차주파수 발생기;
    핸드피스 내에 위치되고 레이저 빔을 스폿 크기에 집속하도록 구성된 광학 집속 시스템; 및
    레이저 모듈과 차주파수 발생기에 결합된 광섬유를 포함하는, 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 차주파수 발생기는 광학 파라메트릭 발진기(OPO)인, 디바이스.
  21. 제20항에 있어서, OPO로부터 발생된 레이저 방사선의 레이저 빔은 생물학적 조직의 치료 영역 상에 지향되고, 레이저 빔은 조직 절제 및 응고를 수행하도록 구성되는, 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, OPO로부터 방출된 레이저 방사선의 적어도 일부는 레이저 모듈로 다시 지향되는, 디바이스.
  23. 제19항에 있어서, 핸드피스 내에 위치된 스캐너를 더 포함하는, 디바이스.
  24. 제19항에 있어서, 레이저 모듈은 2개의 다이오드 펌핑된 섬유 레이저 소스를 포함하는, 디바이스.
  25. 제24항에 있어서, 단일 모드(SM) 섬유는 2개의 다이오드 펌핑 섬유 레이저 소스의 각각으로부터 방출된 레이저 방사선을 멀티플렉서 내로 전달하고, 여기서 레이저 방사선은 조합되어 광섬유에 의해 차주파수 발생기로 전달되는, 디바이스.
  26. 제24항에 있어서, 2개의 다이오드 펌핑된 섬유 레이저 소스의 각각으로부터 방출된 레이저 방사선은 혼합되어 광섬유에 의해 차주파수 발생기로 전달되는, 디바이스.
  27. 생물학적 조직 상에 절제 레이저 치료를 수행하는 방법이며,
    3.0 미크론(㎛) 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장 및 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함)의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔을 발생하는 단계; 및
    레이저 빔으로 생물학적 조직 상에 손상 패턴을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 스폿 크기는 30 내지 45 미크론의 범위(경계값 포함) 내에 있는, 방법.
  29. 제27항에 있어서, 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고 레이저 빔은 펄스화 레이저 방사선을 전달하며, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의된 컬럼 밀도를 갖고,
    컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 10000, 7500, 6500, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1000, 및 500의 최대값을 각각 갖는, 방법.
  30. 제27항에 있어서, 손상 패턴은 절제 컬럼을 포함하고 레이저 빔은 펄스화 레이저 방사선을 전달하며, 절제 컬럼은 생물학적 조직의 제곱 센티미터당 컬럼의 수로서 정의된 컬럼 밀도를 갖고,
    컬럼 밀도는 25, 50, 100, 200, 250, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 900, 1000, 1500, 2000 및 3000 ㎛의 절제 깊이에 대해 1300, 1200, 1100, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 및 300의 최소값을 각각 갖는, 방법.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 인접한 컬럼 밀도와 절제 깊이 값 사이를 보간함으로써 컬럼 밀도 및 절제 깊이에 대한 중간 값을 더 포함하는, 방법.
  32. 생물학적 조직의 치료를 수행하기 위해 레이저 방사선을 제공하도록 구성된 레이저 시스템이며,
    적어도 하나의 레이저 소스를 포함하는 레이저 모듈;
    적어도 하나의 레이저 소스에 의해 발생된 레이저 방사선의 레이저 빔을 스폿 크기 내로 집속하도록 구성된 광학 집속 시스템;
    손상 패턴으로 생물학적 조직 상에 레이저 빔을 지향시키도록 구성된 핸드피스;
    핸드피스 내에 위치된 차주파수 발생기; 및
    레이저 모듈과 차주파수 발생기에 결합된 광섬유를 포함하는, 레이저 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 차주파수 발생기는 광학 파라메트릭 발진기(OPO)인, 레이저 시스템.
  34. 제33항에 있어서, OPO로부터 방출된 레이저 방사선의 적어도 일부는 레이저 모듈로 다시 지향되는, 레이저 시스템.
  35. 제32항에 있어서, 레이저 모듈은 2개의 다이오드 펌핑된 섬유 레이저 소스를 포함하는, 레이저 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 2개의 섬유 레이저 중 제1 섬유 레이저는 1.00 내지 1.05 ㎛의 범위 내의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성되고, 2개의 섬유 레이저 중 제2 섬유 레이저는 1.5 내지 1.6 ㎛의 범위 내의 파장을 갖는 레이저 방사선을 발생하도록 구성되는, 레이저 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 빔 스폿은 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는, 레이저 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 2개의 섬유 레이저에 의해 발생된 레이저 방사선의 빔은 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는, 레이저 시스템.
  39. 제32항에 있어서, 핸드피스 내에 위치된 스캐너를 더 포함하고, 스캐너는 생물학적 조직 상에 손상 패턴을 생성하도록 구성되는, 레이저 시스템.
  40. 제32항에 있어서, 광학 집속 시스템은 핸드피스 내에 위치되는, 레이저 시스템.
  41. 생물학적 조직의 치료를 수행하기 위해 레이저 방사선을 제공하도록 구성된 레이저 시스템이며,
    3.0 미크론(㎛) 내지 3.25 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 파장 및 1.0 내지 1.5의 범위(경계값 포함)의 M2 값을 갖는 레이저 방사선의 빔;
    손상 패턴으로 생물학적 조직 상에 레이저 방사선의 빔을 지향시키도록 구성된 핸드피스; 및
    레이저 소스에 의해 발생된 레이저 방사선을 핸드피스에 전달하도록 구성된 광섬유를 포함하는, 레이저 시스템.
  42. 제41항에 있어서, 레이저 방사선의 빔은 10 ㎛ 내지 45 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 스폿 크기를 갖는, 레이저 시스템.
  43. 제41항에 있어서, 광섬유는 10 ㎛ 내지 90 ㎛의 범위(경계값 포함) 내의 코어 직경을 갖는, 레이저 시스템.
KR1020247007119A 2021-09-02 2022-09-02 조직의 분할 절제 치료를 위한 장치 및 방법 KR20240051947A (ko)

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