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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewebebehandlung, z. B.
zur Haarentfernung und zur Photokoagulation von Venen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bekannt
ist die Nutzung von Laserlicht zur Gewebebehandlung, etwa zur kosmetischen
Gewebebehandlung, z. B. Hautablation, Haarentfernung, Photokoagulation
von Venen usw. Offenbart ist dies z. B. in der WO 97/28752, WO 99/11324, US-A-5630811, US-A-5743902
und US-A-5336217.
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Die
Haarentfernung läßt sich
durchführen, indem
ein Laserstrahl auf ein Haarfollikel gerichtet wird, um das Haarfollikel
und seine angrenzenden Blutgefäße durch
die Wärme
zu zerstören,
die durch Photothermolyse erzeugt wird.
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Weiterhin
kann die Koagulation von Venen durchgeführt werden, indem ein Laserstrahl
auf die Venen gerichtet wird, um das Blut in den Venen zu koagulieren.
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Bei
der Behandlung von Gewebe, z. B. einer Epidermisschicht, Haar, Venen
usw., ist es entscheidend, kein darunterliegendes oder umgebendes
Gewebe zu schädigen.
Restwärme
kann bewirken, daß unbehandelte
Zellen verschmoren und nekrotisch werden, wodurch sich Narben bilden
können.
Somit ist erwünscht,
Laserleistung nur auf zu behandelndes Gewebe und nur kurzzeitig
auszuüben,
um die Übertragung
von Transmissionswärme
zu darunterliegendem oder umgebendem Gewebe zu minimieren.
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In
gewissem Maß wurde
dies durch selektive Photothermolyse erreicht, d. h. Laserlicht
mit einer Wellenlänge
wird genutzt, die durch zu behandelndes Gewebe selektiv absorbiert
wird und die nicht durch das umgebende und gesunde Gewebe absorbiert
wird. Die selektive Absorption des Laserlichts bewirkt selektive
Photothermolyse im zu behandelnden Gewebe.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Licht
mit einer Wellenlänge,
die in einem Haarfollikel und seinen benachbarten Blutgefäßen absorbiert
wird, wird in alle Richtungen gestreut, wenn es sich von einer Gewebeoberfläche nach
unten zum Haarfollikel ausbreitet, das durch die durch Photothermolyse
erzeugte Wärme
zu zerstören
ist. Daher ist es erforderlich, einen recht großen Fleck auf der Gewebeoberfläche über dem
oder den zu zerstörenden
Haarfollikeln zu beleuchten, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß Photonen
in Richtung des oder der Haarfollikel gestreut werden. Gleichzeitig
muß die
Leistung des zur Beleuchtung dienenden Lichtstrahls ausreichend
sein, damit genügend
Wärme erzeugt
wird, um das Haarfollikel und seine angrenzenden Blutgefäße zu zerstören.
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In
der Technik führte
dies zu großen
Haardepilatoren mit Hochleistungslasern, um eine Fleckgröße von mindestens
10 mm zu erzeugen.
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In
der gesamten Beschreibung bezeichnet der Begriff Fleckgröße den Durchmesser
des betreffenden Flecks.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Haarentfernung
bereitzustellen, die geeignet ist, Haarfollikel automatisch und
genau zu zerstören,
ohne umgebendes Gewebe zu schädigen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Haarentfernung
bereitzustellen, die geeignet ist, Haare von einer großen Fläche eines Patienten
zu entfernen.
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Noch
eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zur Haarentfernung mit einem Handstück bereitzustellen, das durch
einen Bediener frei, d. h. ohne Kraftausübung gegen die Bewegung, umherbewegt,
d. h. traversiert und gedreht, werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung werden diese und weitere Aufgaben durch
eine Vorrichtung zur Gewebebehandlung nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ferner ein Handstück nach
Anspruch 17 bereitgestellt.
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Bleibt
das Handstück
in einer festen Position in Relation zur Zielfläche, die durch den Behandlungslichtstrahl
be leuchtet wird, bewirkt eine Änderung
der Position der Ablenkeinrichtung, daß der Behandlungslichtstrahl
die Zielfläche
entlang einer Kurve durchquert bzw. traversiert oder abtastet. Eine Fläche kann
durch den Behandlungslichtstrahl traversiert oder abgetastet werden,
indem man z. B. den Behandlungslichtstrahl eine mäanderartige
Kurve traversieren oder abtasten läßt, die die Fläche im wesentlichen
bedeckt, oder indem man die Fläche
zeilenweise traversiert oder abtastet. In diesem Zusammenhang wird
die Art, Anzahl und Form von durch den Behandlungslichtstrahl traversierten
Kurven, um eine spezifische Fläche
zu traversieren, als Traversiermuster oder Abtastmuster bezeichnet.
Die Fläche,
die durch den Behandlungslichtstrahl abgetastet oder traversiert
wird, wird als Abtastfläche,
Behandlungsfläche
oder traversierte Fläche
bezeichnet. Das Abtasten kann schrittweise durchgeführt werden, was
später
näher erläutert wird.
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In
der Technik wurde bisher erkannt, daß der Wirkungsgrad der Haarentfernung
durch Erhöhen von
Fleckgröße und Laserleistung
gesteigert werden kann. Im Rahmen der Erfindung wurde aber überraschend
festgestellt, daß eine
kleinere Fleckgröße und ein
leistungsarmer Laser zu wirksamer Haarentfernung führen können, so
daß erfindungsgemäß eine Vorrichtung
zur Haarentfernung, die nicht groß und teuer ist, bereitgestellt
wird.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung zur Gewebebehandlung bereitgestellt, die eine Fleckgröße im Bereich
von 1 bis 9 mm, vorzugsweise 2 bis 8 mm, stärker bevorzugt 2 bis 6 mm,
am stärksten
bevorzugt etwa 4 mm beleuchtet.
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Ferner
ist bevorzugt, daß die
Ausgangsleistung des Diodenlasers unter 250 W, vorzugsweise unter
175 W, stärker
bevorzugt unter 125 W liegt und am stärksten bevorzugt etwa 80 W
beträgt.
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Um
Energie gleichmäßig über zu behandelndes
Gewebe zu verteilen, ist bevorzugt, das Gewebe entlang einer Kurve
in Schritten abzutasten, wodurch der beleuchtete Fleck 100 ms bis
1 s in einer spezifischen Behandlungsposition bleiben kann, woran
sich eine Bewegung des Flecks zur nächsten Behandlungsposition
innerhalb weniger Millisekunden anschließt. Vorzugsweise ist der Mittenabstand
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fleckpositionen kleiner als ein
Fleckdurchmesser, z. B. zwischen einem halben Fleckdurchmesser und
einem Durchmesser des Flecks, vorzugsweise z. B. etwa ein halber
Fleckdurchmesser, am stärksten
bevorzugt z. B. zwei Drittel eines Fleckdurchmessers, um für eine gesteuerte Überdeckung
der Flecke zu sorgen, was zu einer wirksamen Haarentfernung führt. Der
so implizierte Überlapp
bzw. die Überdeckung
gewährleistet
eine gleichmäßige Energieverteilung über die
traversierte Gewebeläche
und damit eine gleichmäßige Entfernung
von Haaren. Ferner ist bevorzugt, die Gewebefläche Zeile für Zeile abzutasten, die nacheinander
in gleichen Richtungen mit einer Flecküberdeckung wie zuvor erwähnt abgetastet
werden.
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Allerdings
traversiert der Behandlungslichtstrahl eine zu behandelnde Zeile
zum ersten Mal und zum zweiten Mal schrittweise, wobei eine Schrittgröße wesentlich
größer als
der Durchmesser des Flecks ist. Der Mittenabstand zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Behandlungsfleckpositionen kann somit größer als
ein Fleckdurchmesser sein, z. B. das 1,5-fache eines Fleckdurchmessers,
vorzugsweise z. B. etwa vier Drittel eines Fleckdurchmessers, und
immer noch für
wirksame Haarentfernung sorgen. Das Abtasten kann so durchgeführt werden,
daß das
erste Traversieren des Behandlungslichtstrahls eine erste Folge
von Flecken beleuchtet und das zweite Traversieren des Behandlungslichtstrahls
eine zweite Folge von Flecken in derselben Zeile beleuchtet, wobei
der Abstand zwischen dem ersten beleuchteten Fleck in der ersten
Folge und dem ersten beleuchteten Fleck in der zweiten Folge im
wesentlichen gleich der halben Größe der Schritte zwischen aufeinanderfolgenden
beleuchteten Flecken in der ersten Folge ist. Dadurch kann das Abtasten
so durchgeführt
werden, daß nach
Behandlung aufeinanderfolgender Behandlungsflecke in einer Abtastzeile
die Zeile erneut abgetastet wird, so daß die Flächen, die Zwischenflecke, die
beim ersten Abtasten keine Behandlung wegen des großen Abstands
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flecken erhielten, nunmehr behandelt werden,
um einen wie zuvor erwähnten Überlapp
zu erhalten. Danach kann bevorzugt sein, die Gewebefläche entlang
einer Kurve abzutasten, die durch Zeilen gebildet ist, die nacheinander
in gleicher Richtung mit einer Flecküberdeckung, z. B. der zuvor
erwähnten,
abgetastet werden.
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Beim
Abtasten der Gewebefläche
entlang einer Kurve, die durch Zeilen gebildet ist, die nacheinander
in gleichen oder Gegenrichtungen abgetastet werden, ist bevorzugt,
daß beim
Traversieren Behandlungsflecke auf benachbarten Zeilen so positioniert
sind, daß Fleckmitten
auf einer Zeile zwischen Fleckmitten auf einer benachbarten Zeile
liegen, wodurch ein wie zuvor erwähnter Flecküberlapp auch von einer Zeile
zu benachbarten Zeilen erhalten wird.
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Alternativ
kann zum Optimieren der Abtastfolge der Mittenabstand zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Behandlungsfleckpositionen etwa gleich dem
Durchmesser des Flecks sein. Dadurch sind Behandlungsfleckmitten
wie Fleckmitten für
aneinanderstoßende
sechseckige Flecke positioniert.
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Haarfollikel
und Blut in Blutgefäßen absorbieren
selektiv Lichtenergie mit bestimmten Wellenlängen. Somit ist bevorzugt,
Lichtquellen, z. B. Laser, zu verwenden, die Licht mit Wellenlängen mit
einer selektiven hohen Absorption in Haarfollikeln und vorzugsweise
auch in Blut erzeugen, vorzugsweise Wellenlängen über 190 nm, z. B. Wellenlängen im
Bereich von 190 nm bis 1900 nm, vorzugsweise 700 nm bis 900 nm und
noch stärker
bevorzugt etwa 810 nm.
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Bei
dieser Wellenlänge
ist die Absorption des Lichts in den Haarfollikeln geringer als
bei höheren Wellenlängen, und
die Energiedichte muß daher mehr
als 50 J/cm2, vorzugsweise höchstens
150 J/cm2, vorzugsweise etwa 100 J/cm2 betragen. Die Zeit an einer spezifischen
Behandlungsposition, die Fleckbehandlungszeit, variiert von 100
ms bis 1 Sekunde.
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Bevorzugt
ist, daß die
in der Erfindung genutzte Lichtquelle ein Laser ist, z. B. ein Diodenlaser, beispielsweise
ein AlGaAs-Diodenlaser.
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Weiterhin
läßt sich
Photokoagulation von Venen durch schrittweises Traversieren der
Zielfläche erhalten.
Zum Beispiel kann eine Einzeilenabtastung durchgeführt werden,
und das Handstück
kann so positioniert werden, daß die
Zeilenabtastung der zu koagulierenden Vene im wesentlichen folgt.
Be vorzugt ist, die Einzeilenabtastung zu wiederholen, so daß die Vene
durch den Behandlungslichtstrahl zwei- oder dreimal traversiert
wird, um ordnungsgemäße Photokoagulation
der Vene zu gewährleisten.
Die wiederholten Behandlungsabtastungen können automatisch durchgeführt werden.
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Um
Haare von einer Gewebefläche
zu entfernen, ist es wichtig, daß die durch die Lichtquelle abgestrahlte
Leistung in den Haarfollikeln und ihren angrenzenden Blutgefäßen so absorbiert
wird, daß die
Haarfollikel auf eine Temperatur erwärmt werden, die ausreicht,
die Haarfollikel so zu zerstören
oder zu schädigen,
daß das
Haar abstirbt.
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Ein
Weg zur Erhöhung
der Erwärmung
der Haarfollikel und des Haargangs ist in der US-A-5925035 (ThermoLease
Corporation) offenbart, wobei ein Stoff, z. B. eine Mischung aus
Rußteilchen
und Öl,
auf die zu behandelnde Gewebefläche aufgetragen
werden kann. Danach kann der Stoff in den Haargang eintreten, und
Licht mit einer im Stoff leicht absorbierten Wellenlänge kann
die zu behandelnde Fläche
beleuchten. Die Leistung der Lichtquelle, vorzugsweise eines Lasers,
z. B. eines NdYAG-Lasers, wird dann so ausgewählt, daß die Rußteilchen auf eine Temperatur
erwärmt
werden, die ausreicht, das das Haar ernährende Gewebe zu devitalisieren,
so daß das
Haar abstirbt, aber ohne das umgebende Gewebe auf eine Temperatur
zu erwärmen,
die ansonsten Schäden
im umgebenden Gewebe induzieren würde. Andere Stoffe oder Teilchen können auch
auf die zu behandelnde Gewebefläche aufgetragen
werden, und ferner kann das Haar durch einen Farbstoff angefärbt werden,
um die Absorption von Behandlungslicht zu erhöhen.
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Um
alternativ die Notwendigkeit des Auftrags lichtabsorbierender Stoffe
zu umgehen, kann die zu behandelnde Gewebefläche bei der Behandlung gekühlt werden.
Bevorzugt ist, die zu behandelnde Gewebefläche bei der Behandlung zu kühlen, wodurch die
Wärme durch
die oberen Hautschichten zu den Haarfollikeln übertragen wird, was die Haarfollikel
auf eine ausreichende Temperatur erwärmt, um die Haarfollikel zu
schädigen
oder zu zerstören,
wodurch Neuwachstum des Haars zumindest verzögert wird, und zugleich übermäßige Erwärmung und entsprechende
Schädigung
des Oberflächengewebes
infolge der ausgeübten
Kühlung
vermieden wird.
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Ferner
ist bevorzugt, die gesamte Abtastfläche und nicht nur den eigentlichen
behandelten Fleck während
der Behandlung zu kühlen.
Hierdurch wird eine wirksame Kühlung
vor Behandlungsbeginn, während
der Behandlung und nach Behandlung des spezifischen Flecks erreicht,
ohne daß der
Behandlungsbeginn verzögert
werden muß,
damit die spezifische Fleckfläche
abkühlen
kann, bevor die Behandlung begonnen werden kann, und ohne daß gleichermaßen die
Abkühlung
des Flecks abgewartet werden muß,
nachdem die Behandlung des Flecks erfolgte. In einer bevorzugten
Ausführungsform
liegt nur eine kurze Verzögerung
vor und nach Durchführung
einer vollständigen
Abtastung vor.
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Verständlich sollte
sein, daß der
Auftrag eines Stoffs, um die Absorption des Behandlungslichts zu
erhöhen,
nicht die o. g. Kühlung
der zu behandelnden Gewebefläche
ausschließt.
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Kühlen läßt sich
das Gewebe durch Aufbringen eines Kühlfluids, z. B. Wasser, ein
Gel usw., auf die zu behandelnde Oberfläche bei der Behandlung. Beispielsweise
kann das Fluid zwischen zwei Platten eines Materials aufgebracht
werden, das für
die bei Behandlung zu verwendenden Lichtstrahlen durchlässig ist.
Das Fluid kann in einem im wesentlichen geschlossenen Behälter zwischen
den beiden Platten positioniert sein, oder der Behälter kann
mit einem Einlaß und
einem Auslaß versehen
sein, wodurch das Fluid den Behälter
durchströmen
kann, um konstante Kühlung
bei der Behandlung zu gewährleisten.
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Somit
kann die Vorrichtung ein Kühlteil
aufweisen, das geeignet ist, an der Zielfläche zur Kühlung von Gewebe an der Zielfläche positioniert
zu werden und das für
den ersten Lichtstrahl mindestens teilweise durchlässig ist.
Das Kühlteil
kann einen Rahmen, ein im Rahmen positioniertes oberes Fenster und
ein im Rahmen positioniertes unteres Fenster aufweisen, wobei der
Rahmen, das obere Fenster und das untere Fenster ein Volumen zum
Aufnehmen und Halten einer Kühlflüssigkeit
dazwischen bilden. Ferner kann das Kühlteil einen Einlaß zum Einlassen von
Kühlflüssigkeit
in das Volumen und einen Auslaß zum
Auslassen von Kühlflüssigkeit
aus dem Volumen aufweisen. Das Kühlteil
kann am Handstück
befestigt sein.
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Bevorzugt
ist, das Handstück
ergonomisch zu formen, so daß ein
bequemer Handgriff für
den Bediener der Vorrichtung vorgesehen ist. Beispielsweise ist
bevorzugt, den Lichtstrahl zu einer Zielfläche im wesentlichen rechtwinklig
zur Fläche
zu richten. Die ergonomische Form des Handstücks ermöglicht dem Bediener, den Lichtstrahl
im wesentlichen rechtwinklig auf die Zielfläche zu richten, ohne das Handgelenk
unbequem zu neigen.
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Vorzugsweise
ist das Handstück
so leicht, daß es
für den
Bediener einfach ist, das Handstück zu
halten und es in jede gewünschte
Position relativ zur zu behandelnden Zielfläche zu bringen. Das Gewicht
eines bevorzugten erfindungsgemäßen Handstücks ohne
Kabel und Fasern, liegt unter 300 Gramm, z. B. 290 Gramm oder z.
B. 250 Gramm.
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Eine
Benutzerschnittstelleneinrichtung kann zur Auswahl von Parametern
in Bezug auf den Betrieb des Handstücks vorgesehen und am Gehäuse des
Handstücks
positioniert sein.
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Zu
den Parametern können
gehören:
Energiedichte des Ausgangslichtstrahls vom Handstück, Stärke bzw.
Intensität
des vom Handstück
emittierten Ausgangslichtstrahls, Größe der durch den Ausgangslichtstrahl
zu traversierenden Zielfläche,
Form der durch den Ausgangslichtstrahl zu traversierenden Zielfläche usw.
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Die
Benutzerschnittstelleneinrichtung kann eine erste Taste, z. B. einen
Membranschalter, zur Auswahl eines Parametertyps aufweisen, indem
ein Satz von Parametertypen schrittweise durchgegangen wird, z.
B. der zuvor aufgeführte
Satz oder jeder Teilsatz davon.
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Ferner
kann die Benutzerschnittstelleneinrichtung eine zweite Taste, z.
B. einen Membranschalter, zur Auswahl eines Parameterwerts des derzeit
ausgewählten
Parametertyps aufweisen, indem man durch einen „entsprechenden" Satz von Parameterwerten
schrittweise durchgeht. Erwogen ist, daß mehr Werte für einen
einzelnen Parameter ausgewählt
werden können,
wobei die Summe jedes ausgewählten
Werts der resultierende Parameterwert ist. Hierdurch lassen sich
vielfältige
Parameterwerte von der Benutzerschnittstelleneinrichtung aus problemlos
erhalten.
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Ein
Satz von Leuchtdioden kann zur Anzeige des Satzes derzeit ausgewählter Parameterwerte vorgesehen
sein.
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Ein
wichtiger Vorteil der Bereitstellung der Benutzerschnittstelleneinrichtung
am Handstück
ist, daß ein
Bediener des Handstücks
in der Lage ist, gleichzeitig Betriebsparameter des Handstücks auszuwählen und
resultierende Änderungen
von Behandlungseffekten zu beobachten, da der Bediener nicht gezwungen
ist, seinen Blick von der zu behandelnden Oberfläche zu einem Benutzerschnittstellenpult
zu verlagern, das irgendwo anders positioniert ist, z. B. hinter
dem Bediener.
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Vorzugsweise
sind die Tasten am Gehäuse des
Handstücks
so positioniert, daß Einhandbetrieb möglich ist,
vorzugsweise mit der rechten wie auch mit der linken Hand. Ferner
kann die Benutzerschnittstelleneinrichtung ein Fußpedal aufweisen.
Der Ausgangsstrahl traversiert eine Zielfläche, wenn der Bediener das
Pedal betätigt.
Vorzugsweise wird das Traversieren des Ausgangsstrahls sofort gestoppt, wenn
der Bediener das Pedal losläßt.
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Die
Ablenkeinrichtung kann eine oder mehrere beliebige optische Komponenten
aufweisen, die zum Ablenken von Licht mit der betreffenden Wellenlänge geeignet
sind, z. B. Spiegel, Prismen, Gitter, optische Beugungselemente,
z. B. Hologramme, usw. usf.
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Vorzugsweise
ist die Ablenkeinrichtung zur Verschiebung der Ablenkeinrichtung
als Funktion der Zeit beweglich angeordnet, so daß der vom
Handstück
abgestrahlte Lichtstrahl eine Oberfläche entlang einer gewünschten
Kurve traversieren kann, während
das Handstück
in einer festen Position gehalten wird. Vorzugsweise ist die Ablenkeinrichtung drehbar
angeordnet, und die tatsächliche
Ablenkung des Lichtstrahls wird durch die aktuelle Winkelposition
der Ablenkeinrichtung bestimmt.
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Eine
Bewegungseinrichtung kann genutzt werden, Positionen der Ablenkeinrichtung
zu steuern, z. B. Aktoren wie piezoelektrische Kristalle, deren
Verschiebung durch Anlegen einer spezifischen elektrischen Spannung
an ihren Elektroden gesteuert wird, Elektromotoren, die Linear-
oder Drehverschiebungen erzeugen, Galvanometer, magnetisch aktivierte
oder gesteuerte Aktoren, pneumatische Aktoren, hydraulische Aktoren
usw.
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Die
Positionen der Ablenkeinrichtung können durch eine Ablenksteuereinrichtung
gesteuert werden, die geeignet ist, die Bewegungseinrichtung so
zu steuern, daß die
Ablenkeinrichtung den Lichtstrahl so ablenkt, daß er eine Zielfläche entlang
einer gewünschten
Kurve traversiert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird ein Handstück
mit zwei Spiegeln bereitgestellt, die im Weg des Lichtstrahls im
Handstück
drehbar angeordnet sind. Die Drehachsen der Spiegel können im
wesentlichen senkrecht zueinander sein, um eine zweidimensionale
Ablenkung des Lichtstrahls zu erhalten.
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Alternativ
kann die bewegliche Ablenkeinrichtung einen Spiegel aufweisen, der
um zwei Achsen drehbar ist, die im wesentlichen senkrecht zueinander
sein können.
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Die
Bewegungseinrichtung für
die Spiegel kann durch Elektromotoren gebildet sein, z. B. kann jeder
Spiegel direkt mit einer Welle eines entsprechenden Motors verbunden
sein, wodurch jeder Motor zur Winkelpositionierung des entsprechenden Spiegels
dient.
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Zur
Größenminimierung
des Handstücks
ist bevorzugt, die Motoren mit ihren jeweiligen Wellen in einer
gemeinsamen Ebene anzuordnen. Beispielsweise kann ein Motor ein
Linearmotor sein, z. B. ein Linearschrittmotor, der lineare Verschiebungen
erzeugt. Die Welle dieses Motors kann mit dem Spiegel an einer ersten
Kante des Spiegels verbunden sein, während eine zweite und entgegengesetzte
Kante des Spiegels mit dem Handstück drehbar verbunden ist. Durch
Schieben oder Ziehen der ersten Kante durch den Linearmotor wird
der Spiegel um seine Drehachse gedreht. Der andere Motor, vorzugsweise ein
Galvanometer, kann mit dem anderen Spiegel auf die zuvor beschriebene
herkömmliche
Weise verbunden sein, wodurch die beiden Spiegel im wesentlichen
um senkrechte Achsen gedreht werden können.
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Die
Ablenksteuereinrichtung kann geeignet sein, die Bewegungseinrichtung
so zu steuern, daß die
gewünschte
Kurve im wesentlichen eine Gerade ist.
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Vorzugsweise
ist die Ablenksteuereinrichtung geeignet, die Bewegungseinrichtung
so zu steuern, daß der
Lichtstrahl eine Zielfläche
zeilenweise traversiert.
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Ein
wichtiger Vorteil des zeilenweisen Traversiermusters ist, daß Flächen mit
jeder beliebigen Form, z. B. polygonal, etwa rechteckige, quadratische,
dreieckige usw., oder kreisförmige,
elliptische usw., zeilenweise traversiert werden können, indem der
Anfangspunkt und Endpunkt der Lichtemission entlang jeder traversierten
Zeile geeignet gesteuert werden.
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Vorzugsweise
ist die erste Ablenksteuereinrichtung geeignet, die erste Bewegungseinrichtung so
zu steuern, daß die
Zeilen aufeinanderfolgend traversiert werden, d. h. Nachbarzeilen
nacheinander traversiert werden. Damit minimiert sich die Anforderung
an den Bediener, das Handstück
stabil in einer gewünschten
Position halten zu können,
da beim aufeinanderfolgenden Traversieren von Zeilen Nachbarzeilen
in einer sehr kurzen Zeitperiode traversiert werden, so daß unwillkürliche Handbewegungen
des Bedieners nicht zur Traversierüberdeckung führen, d. h.
unwillkürliche
Handbewegungen können
innerhalb der sehr kurzen Zeit, in der eine einzelne Zeile traversiert
wird, nicht das Handstück
zurück
zur zuvor traversierten Zeile bewegen, was zu ungleichmäßiger Behandlung
der Zieloberfläche
führen
würde.
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Würde ein
Traversiermuster mit Zeilensprung verwendet, d. h. jede zweite Zeile
der Zielfläche
wird traversiert, wonach die übrigen
Zeilen dazwischen traversiert werden, gäbe es ausreichend Zeit zwischen
dem Traversieren von Nachbarzeilen, so daß unwillkürliche Bewegungen des Handstücks zu einer
zuvor traversierten Zeile, die zu wiederholter Behandlung einer
Fläche
führen,
Gewebe an dieser Fläche
schädigen
und eine weitere Fläche
ohne Behandlung lassen können.
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Somit
wird gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Traversieren eines Lichtstrahls über eine
Fläche
eines Gewebes zum Depilieren mit den folgenden Schritten bereitgestellt: Emittieren
des Lichtstrahls zur Gewebefläche und Beleuchten
eines Flecks auf der Zielfläche,
Ablenken des Lichtstrahls mit einer beweglichen Ablenkeinrichtung,
so daß das
Gewebe durch den Lichtstrahl schrittweise mit Schritten traversiert
wird, die größer als
der halbe Durchmesser des Flecks sind.
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Die
erste Ablenksteuereinrichtung kann geeignet sein, die erste Bewegungseinrichtung
so zu steuern, daß die
Zeilen in gleicher Richtung traversiert werden, wodurch im wesentlichen
die gleiche Leistungsmenge je Fläche
gleichmäßig über die
Zielfläche
abgegeben wird, was im wesentlichen zur gleichen Temperaturerhöhung an
jedem Punkt der Zielfläche
nach dem Traversieren führt.
Alternativ kann die erste Ablenksteuereinrichtung geeignet sein,
die erste Bewegungseinrichtung so zu steuern, daß die Zeilen in Gegenrichtungen
traversiert werden.
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Beim
zeilenweisen Traversieren einer Zielfläche ist bevorzugt, daß eine Bewegung
eines Spiegels bewirkt, daß der
Lichtstrahl eine Zeile traversiert, während eine Bewegung des anderen
Spiegels den Lichtstrahl zur nächsten
Zeile bewegt. Im vorstehenden Beispiel erzeugt das Galvanometer
vorzugsweise das Zeilentraversieren, da das Galvanometer den Spiegel
mit hoher Geschwindigkeit bewegen kann, und der Linearmotor erzeugt
vorzugsweise die Verschiebung des Lichtstrahls zur nächsten zu
traversierenden Zeile.
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Zur
genauen Steuerung der Positionierung von Kurven auf der Zielfläche ist
bevorzugt, die bewegliche Ablenkeinrichtung im Handstück extrem
genau zu positionieren. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
dies durch Nutzung von Leiterplattentechnologie erreicht, die für hohe Genauigkeiten
der Lochpositionierung von 0,05 mm sorgt. Die Spiegel werden um
Wellen gedreht, die in Leiterplatten angeordnet sind, die für die erforderliche
Positioniergenauigkeit sorgen. Ferner sind die die Spiegel drehenden
Motoren auch auf den Leiterplatten angeordnet, die elektrische Verbindungen
zu den Motoren und die notwendige mechanische Abstützung und
Positionierung vorsehen.
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Beim
zeilenweisen Traversieren einer Zielfläche ist bevorzugt, jede Zeile
in gleicher Richtung zu traversieren, was gleichmäßige Erwärmung von
Zellen über
die Zielfläche
gewährleistet.
Bevorzugt ist ferner die Bereitstellung einer Lichtschalteinrichtung zum
Verhindern von Emission des Lichtstrahls und einer Lichtschaltsteuereinrichtung
zum Steuern der Lichtschalteinrichtung zum Ausschalten des Lichtstrahls,
z. B. durch Ausschalten der Lichtquelle, durch Einfügen eines
Lichtsperrteils in den Lichtweg des Strahls usw., während der
Lichtstrahl vom Ende einer Zeile nach deren Traversieren zum Anfang
der nächsten
zu traversierenden Zeile bewegt wird, um wiederholte Beleuchtung
von Flächen
der beiden Zeilen zu vermeiden. Außerdem kann die Lichtschaltsteuereinrichtung
geeignet sein, die Lichtschalteinrichtung zum Ausschalten des Lichtstrahls
zu steuern, während
der Lichtstrahl von einem Fleck zum anschließenden Fleck bewegt wird.
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Statt
den Lichtstrahl auszuschalten, kann der Lichtstrahl mit einer Geschwindigkeit
bewegt werden, die erheblich höher
als die Traversiergeschwindigkeit ist, oder die Parameter der den
Lichtstrahl abstrahlenden Lichtquelle können (z. B. durch Senken der Ausgangsleistung
der Lichtquelle) so gesteuert werden, daß Gewebe an der Zielfläche bei
Bewegung vom Ende einer Zeile zum Anfang der nächsten Zeile nicht durch den
Lichtstrahl beeinflußt
wird. Beim Bewegen des Lichtstrahls von einem Fleck zu einem nachfolgenden
Fleck ist bevorzugt, den Lichtstrahl mit hoher Geschwindigkeit zu
bewegen oder die Parameter der Lichtquelle wie eben erwähnt zu steuern, so
daß Gewebe
nicht beeinflußt
wird, wenn der Lichtstrahl über
eine Fläche
bewegt wird.
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Zur
schnellen Behandlung großer
Flächen ähnlicher
Gewebetypen, die im wesentlichen mit den gleichen Behandlungsparameterwerten
zu behandeln sind, ist bevorzugt, daß der Bediener eine Anzahl
von Behandlungsflächen
ohne Loslassen des Fußpedals
behandeln kann. Für
diese Möglichkeit kann
durch einen Wiederholungsmustermodus gesorgt sein, bei dem eine
Verzögerung
nach Abschluß jeder
Behandlungsabtastung eingefügt
wird, damit der Bediener das Handstück zu einer neuen Behandlungsposition
bewegen kann, an der die Behandlungsabtastung dann wiederholt wird.
Ein geschulter Bediener benötigt
eventuell nur eine kurze Verzögerung,
z. B. eine Verzö gerung
von 1 Sekunde, aber auch längere
Verzögerungen
bis zu 2 oder 3 Sekunden können
vorgesehen sein. Bevorzugt ist, daß der Bediener die Behandlungsfläche kurz
nach der Behandlung abkühlen
läßt, bevor
das Handstück
mit dem Kühlteil
von der Behandlungsfläche
entfernt wird. Dies kann wenige hundert Millisekunden dauern.
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Normalerweise
variiert die Stärke
innerhalb des Strahls eines durch die Lichtquelle erzeugten Lichtstrahls
als normale Funktion des Abstands von der Mitte des Strahls. Die
optische Faser kann so gestaltet oder ausgewählt sein, daß sie auf
eine solche Weise streut, daß die
Stärkefunktion
des von der Faser emittierten Lichtstrahls als Funktion des Abstands
zur Mitte des Strahls im wesentlichen rechteckig ist, d. h. die
Stärke
des die Faser verlassenden Strahls klingt langsamer zur Kante des
Strahls als die Stärke
eines durch die Lichtquelle erzeugten Strahls ab, wodurch Wärme gleichmäßiger in
Zellen über eine
traversierte Gewebezeile erzeugt wird.
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Beim
Gebrauch großer
Fleckgrößen, z.
B. der o. g. und mit der Erfindung verwendeten Fleckgrößen, ist
aber die Stärkefunktion
des von der Faser abgestrahlten Lichtstrahls im wesentlichen nicht rechteckig,
und weiterhin ist wegen Streuung des Behandlungslichtstrahls an
der Gewebeoberfläche
eine wie zuvor erwähnte
Flecküberlappung
notwendig, um eine gleichmäßige Wärmeverteilung
zu erhalten.
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Eine
sichtbares Führungslicht
erzeugende Lichtquelle kann zum Erzeugen eines sichtbaren Führungslichtstrahls
vorgesehen sein, der dazu dient, den Bediener zu unterstützen, indem
Flächen angezeigt
werden, auf die das Behandlungslicht beim Traversieren gerichtet
wird. Zum Beispiel kann der Eingangsverbinder des Handstücks ferner
geeignet sein, ein zweites Strahlauslaßende einer zweiten optischen
Faser zur Übertragung
eines sichtbaren Führungslichtstrahls
zum Handstück
anzuschließen. Die
zweite optische Faser ist im Verbinder entlang dem gewünschten
Weg des sichtbaren Lichtstrahls ausgerichtet. Weiterhin kann das
Handstück
eine bewegliche zweite Ablenkeinrichtung zur Ablenkung des sichtbaren
Führungslichtstrahls
auf solche Weise aufweisen, daß der
Behandlungslichtstrahl und die sichtbaren Führungslichtstrahlen, die vom Ausgang des
Handstücks
abgestrahlt werden, im wesentlichen dieselbe Fläche einer Zieloberfläche beleuchten.
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Vorzugsweise
werden das Behandlungslicht und das Führungslicht durch dieselbe
optische Faser und über
dieselbe Optik übertragen,
so daß die
durch Behandlungslicht bzw. Führungslicht
beleuchteten Flecke im wesentlichen identisch sind.
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Um
den Bediener der Vorrichtung dabei zu unterstützen, einen konstanten Abstand
vom Ausgang des Handstücks
zur Oberfläche
des zu abladierenden Gewebes zu wahren, kann das Handstück ein Abstandsteil
aufweisen, das mit dem Handstück
am Ausgang mit einer Befestigungseinrichtung verbunden ist.
-
Da
das Abstandsteil den Patienten berührt, ist erwünscht, ein
neues, desinfiziertes Teil vor der Behandlung eines neuen Patienten
einzusetzen, weshalb bevorzugt ist, daß die Befestigungseinrichtung
einen Magnet aufweist, so daß ein
gebrauchtes Abstandsteil leicht vom Handstück z. B. zum Autoklavieren
gelöst
werden kann und so daß ein
neues Teil leicht mit dem Handstück
verbunden werden kann.
-
Das
erfindungsgemäße Handstück kann
ferner einen Prozessor zur Steuerung des Handstücks und mit einer oder mehreren
Steuereinrichtungen aufweisen, z. B. einer Ablenksteuereinrichtung,
einer Lichtschaltsteuereinrichtung, einer Einrichtung zum Steuern
der Lichtintensitätssteuereinrichtung
usw. Zudem kann der Prozessor mit der Benutzerschnittstelleneinrichtung
verbunden und kann geeignet sein, die Funktionen des Handstücks in Übereinstimmung
mit den Auswahlvorgängen
an der Benutzerschnittstelle zu steuern.
-
So
kann der Prozessor geeignet sein, die durch die Zielfläche aufgenommene
Energiedichte beim Traversieren mit dem Behandlungslichtstrahl zu steuern.
-
Der
Prozessor kann einen Speicher aufweisen, z. B. einen EEPROM, einen
Flash EEPROM, zum Speichern unterschiedlicher Parameter von Traversiermustern,
z. B. Zielflächengröße, Traversierdauer,
Energiedichte usw.
-
Überdies
kann das Handstück
mit einer Computerschnittstelle versehen sein, was den Empfang von
Traversiermusterparametern erleichtert, die in einem Computer erzeugt
und zum Handstück zwecks
Speicherung im Speicher übertragen
werden. Die Benutzerschnittstelle kann zur Auswahl eines spezifischen
Traversiermusters aus dem Satz von Mustern genutzt werden, die wie
zuvor beschrieben im Speicher gespeichert sind. Der Computer kann
jede programmierbare elektronische Vorrichtung sein, die Daten speichern,
abrufen und verarbeiten kann, z. B. ein PC.
-
Ein
wichtiger Vorteil der Bereitstellung eines Prozessors im Handstück ist,
daß Signalleitungen zwischen
dem Handstück
und einer das Handstück steuernden
externen Vorrichtung nicht nötig
sind. Damit reduziert sich das Gewicht des Handstücks mit angeschlossenen
Kabeln. Ferner ist elektrisches Rauschen auf Steuerleitungen wegen
der reduzierten Länge
der Leitungen minimiert. Weiterhin ist die Steuergeschwindigkeit
erhöht,
da die Kapazität
einer kurzen Leitung klein ist.
-
Verschiedene
Traversiermuster können
auf einem PC erstellt und in den Speicher des Handstücks heruntergeladen
werden. Die Muster können in
Form einer Parametertabelle gespeichert sein, in der Zeilenzahl,
Zeilenlänge,
Zeilenabstand, Anfangs- und Endpunkte des Ein- und Ausblendens jeder
Zeile, Ein- und Ausschaltpunkte des traversierenden Lichtstrahls
usw. jedes gespeicherten Traversiermusters festgelegt sind.
-
Eine
Traversiermusterbox kann vorgesehen sein, die einen Prozessor, einen
Speicher und eine Schnittstelleneinrichtung zur Speicherung von
Traversiermustern enthält,
die z. B. auf einem PC erstellt und zur Box über die Schnittstelleneinrichtung
zum Speichern im Speicher übertragen
werden. Die Schnittstelleneinrichtung der Box und die Computerschnittstelle
eines Handstücks
können
miteinander verbunden sein, und die verschiedenen in der Box gespeicherten
Traversiermuster können
zum Speicher des Handstücks übertragen
werden, wodurch an einem einzelnen PC erstellte Traversiermuster
auf mehrere Handstücke
verteilt werden können,
die vom PC entfernt sein können.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Im
folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform einer kosmetischen
Gewebebehandlungsvorrichtung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
-
1 schematisch
eine Vorrichtung zur Gewebebehandlung und Abtastmuster gemäß der Erfindung,
-
2 einen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen Handstücks,
-
3 das
Linsensystem des Handstücks von 2 detaillierter,
-
4 eine
flache Ansicht der am Handstück vorgesehenen
Benutzerschnittstelleneinrichtung,
-
5a–c
drei unterschiedliche Abtastmuster,
-
6 einen
Ablaufplan der die Abtastparameter steuernden Software,
-
7 einen
Ablaufplan der die Abtastparameter steuernden Software,
-
8 ein
Schaltbild der Galvanometerplatine und
-
9 ein
Schaltbild der elektrischen Systeme im Handstück.
-
NÄHERE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Gewebebehandlung. Der Depilator 1 verfügt über ein Handstück 38 mit
einem Eingangsverbinder zum Anschließen eines ersten Strahlauslaßendes einer
optischen Faser 2 am Handstück 38 und zum Ausrichten
der optischen Faser 2 zu einer Achse des Handstücks 38,
so daß ein
vom ersten Strahlauslaßende
abgestrahlter Behandlungslichtstrahl im wesentlichen entlang der
Achse übertragen wird.
Wie später
näher erläutert wird,
verfügt
das Handstück 38 auch über eine
bewegliche erste Ablenkeinrichtung zur Ablenkung des ersten Lichtstrahls
zu einem Behandlungslichtstrahl, einen Ausgang 10 zur Emission
des Behandlungslichtstrahls zu einer Zielfläche 12 und zum Beleuchten
eines Flecks 14 auf der Zielfläche 12, eine erste
Bewegungseinrichtung zum Bewegen der ersten Ablenkeinrichtung und
eine erste Ablenksteuereinrichtung zum Steuern der ersten Bewegungseinrichtung,
die geeignet ist, die erste Bewegungseinrichtung so zu steuern,
daß der
Behandlungslichtstrahl eine Zielfläche 12 schrittweise
in Schritten traversiert, die größer als
der halbe Durchmesser des Flecks 14 sind.
-
Im
vorliegenden Beispiel, das nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung
ist, beträgt
die Fleckgröße etwa
3,7 mm, und die Ausgangsleistung der AlGaAs-Laserdiode 4 beträgt etwa
82 W.
-
Um
Energie gleichmäßig über zu behandelndes
Gewebe zu verteilen, ist bevorzugt, das Gewebe Zeile für Zeile
in Schritten abzutasten, wodurch der beleuchtete Fleck 50 bis 100
ms, vorzugsweise etwa 50 ms, in einer spezifischen Behandlungsposition bleiben
kann, woran sich eine Bewegung des Flecks zur nächsten Behandlungsposition
innerhalb weniger Millisekunden anschließt. In 1 sind zwei
unterschiedliche Abtastmuster gezeigt. Vorzugsweise wird das Abtastmuster 9 angewendet,
wobei der Behandlungslichtstrahl eine zu behandelnde Zeile ein erstes Mal
und ein zweites Mal schrittweise mit einer Schrittgröße traversiert,
die wesentlich größer als
der Durchmesser des Flecks ist. Das Abtasten wird so durchgeführt, daß das erste
Traversieren des Behandlungslichtstrahls eine erste Folge von Flecken 15a, 15b usw.
beleuchtet und das zweite Traversieren des Behandlungslichtstrahls
eine zweite Folge von Flecken 16a, 16b usw. in
derselben Zeile beleuchtet, wobei der Abstand zwischen dem ersten
beleuchteten Fleck 15a in der ersten Folge und dem ersten
beleuchteten Fleck 16a in der zweiten Folge im wesentlichen
gleich der halben Größe der Schritte zwischen
aufeinanderfolgenden beleuchteten Flecken in der ersten Folge ist.
Das heißt,
der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Behandlungsfleckpositionen 14,
z. B. der Abstand zwischen Behandlungsflecken 15a und 15b,
ist im wesentlichen gleich etwa vier Dritteln des Durchmessers der
Behandlungsflecke 14. Nach Behandlung von Zeile 18 werden
die Zwischenflecke 16a und 16b so behandelt, daß die Lichtenergie
gleichmäßig über die
traversierte Gewebefläche 8 mit
einem vorbestimmten Flecküberlapp
verteilt wird, d. h. der resultierende Mittenabstand zwischen Flecken 15a und 16a beträgt etwa
zwei Drittel des Durchmessers der Flecke 14. Vorzugsweise
beträgt
der Flecküberlapp
etwa 24%. Somit beträgt
mit einer Fleckgröße von 3,7
mm der Mittenabstand zwi schen benachbarten Flecken 15a und 16a dann
etwa 2,5 mm, und der Mittenabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Behandlungsflecken 15a und 15b beträgt etwa
5 mm. Während
des Traversierens werden die Behandlungsflecke 14 auf benachbarten
Zeilen 18, 19 so positioniert, daß Fleckmitten
auf einer Zeile 18 zwischen Fleckmitten auf einer benachbarten
Zeile 19 liegen, wodurch ein wie zuvor erwähnter Flecküberlapp
auch von einer Zeile zu benachbarten Zeilen erhalten wird.
-
Aus
Untersuchungen ging hervor, daß nur ein
Teil der Fleckgröße aktiv
ist, wenn die Gewebefläche
behandelt wird. Teilweise liegt dies daran, daß das Stärkeprofil zu den Kanten stets
abklingt und kein rechteckiges Profil ist, und da ferner die Stärke zu den
Kanten des Profils geringer ist, wird relativ mehr Licht auf der
Gewebefläche
gestreut. Als Faustregel stellt man fest, daß mit einem Fleckdurchmesser
von 3,7 mm nur der 2,5 mm große
Mittelteil des Flecks bei Gewebebehandlung aktiv ist.
-
Ein
alternatives Abtastmuster 8, das auch kein Bestandteil
der Erfindung ist, kann auch zur Anwendung kommen, wobei ein Gewebe
entlang einer Mäanderkurve 7 in
Schritten abgetastet wird, wodurch der beleuchtete Fleck 60 bis
100 ms, vorzugsweise etwa 80 ms, in einer spezifischen Behandlungsposition
bleiben kann, woran sich eine Bewegung des Flecks zur nächsten Behandlungsposition innerhalb
weniger Millisekunden anschließt.
Mit diesem Abtastmuster beträgt
der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Behandlungsflecken etwa
3,1 mm, d. h. etwa 84% des Fleckdurchmessers, wodurch Lichtenergie über die
traversierte Gewebefläche 8 mit
einem vorbestimmten Überlapp verteilt
wird. Während
des Traversierens werden Behandlungsflecke 14 auf benachbarten
Zeilen 18, 19 so positioniert, daß Fleckmitten
auf einer Zeile 18 zwischen Fleckmitten auf einer benachbarten
Zeile 19 liegen, wodurch ein wie zuvor erwähnter Flecküberlapp
auch von einer Zeile zu benachbarten Zeilen erhalten wird.
-
Der
Lichtstrahl von einem Diodenlaser 4 wird in die optische
Faser 2 an einem Ende der Faser 2 eingekoppelt,
das an einem Ende des Kabels 1 positioniert ist. Am selben
Ende der optischen Faser 2 wird ein Führungslichtstrahl von einem
Dio denlaser in die optische Faser 2 eingekoppelt. Der Behandlungs-
und der Führungslichtstrahl
werden in der optischen Faser vom Einlaßende zum Auslaßende übertragen,
das mit dem Handstück 38 verbunden ist.
-
2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Handstück 38.
Die optische Faser 2 (nicht in 2 gezeigt)
ist mit dem Handstück 38 an
einem Fasereinlaßteil 20 verbunden
und durch eine Röhre 22 geführt, die
im Handstück 38 durch
die Halteeinrichtungen 31 und 37 gehalten wird.
Das Fasereinlaßteil 20 dient
auch als Kabelschutzmuffe. Die in der optischen Faser 2 übertragenen
Lichtstrahlen werden von den Auslaßenden der Faser 2 durch
ein in 3 näher
gezeigtes Linsensystem 39 auf ein Objekt abgestrahlt, z.
B. eine menschliche Gewebeoberfläche. Das
Auslaßende
der Faser 2 ist an der Halteeinrichtung 37 in
einem Abstand positioniert, der für die Fokussierlinse 21 geeignet
ist, das Licht aus der Faser 2 auf das Objekt zu fokussieren.
-
In 3 ist
das Linsensystem 39 näher
dargestellt. Die vom Auslaßende
der Faser 2 abgestrahlten Lichtstrahlen werden durch die
erste Fokussierlinse 21 fokussiert und durch die Kollimatorlinse 23 kollimiert.
Die kollimierten Lichtstrahlen werden von der Kollimatorlinse 23 über einen
ersten Spiegel 24 und einen zweiten Spiegel 25 zu
einer zweiten Fokussierlinse 30 übertragen, die die Lichtstrahlen
auf das Objekt 40 fokussiert, das z. B. das Gesichtsgewebe
eines Menschen sein kann. Der Abstand zwischen der Fokussierlinse 30 und
der Fokusebene am Objekt 40 beträgt vorzugsweise etwa 28 mm.
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Die
bewegliche erste Ablenkeinrichtung bildet auch die zweite bewegliche
Ablenkeinrichtung und weist den ersten Spiegel 24 auf,
der an der ersten Bewegungseinrichtung angeordnet ist, die auch die
zweite Bewegungseinrichtung bildet, und verfügt über ein Galvanometer 26 mit
einem Indikator 45, das im Handstück 38 des erfindungsgemäßen Handstücks positioniert
ist. Wird ein elektrischer Strom durch die Spule des Galvanometers 26 geführt, bewirkt
das durch den Strom erzeugte Magnetfeld, daß der Indikator 45 um
eine Längsachse
des Indikators 45 dreht. Dadurch wird der erste Spiegel 24 gedreht, und
der Behandlungslichtstrahl wird in einem Winkel, der doppelt so
groß wie
der Drehwinkel des Spiegels 24 ist, in Relation zum ersten
Lichtstrahl abgelenkt. Die Positionierauflösung des Galvanometers 26 ist durch
die elektronische Ablenksteuereinrichtung begrenzt, die das Galvanometer 26 in
255 Positionen steuert.
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Die
bewegliche erste Ablenkeinrichtung weist auch den zweiten Spiegel 25 auf
und ist an einem Arm 46 angeordnet, der durch einen Linearaktor 29 betätigt wird,
den die erste Bewegungseinrichtung aufweist. Aktiviert der Linearaktor 29 den
Aktorarm 47, wird der Arm 46 und dadurch der zweite
Spiegel 25 um die Welle 48 gedreht. Eine Feder 28 ist
mit einem Ende des Arms 46 und mit einem nicht beweglichen
Teil des Linearaktors 29 am anderen Ende verbunden, um
so Wobbeln zu neutralisieren, das in der Welle 48 vorhanden
sein kann. Bei Drehung des zweiten Spiegels 25 um die Welle 48 wird
das auf den zweiten Spiegel 25 fallende Licht in einem
Winkel abgelenkt, der doppelt so groß wie der Drehwinkel des zweiten
Spiegels 25 ist. Der Linearaktor 29 kann gesteuert
werden, indem eine Impulsfolge über
den Anschlüssen
(nicht gezeigt) des Aktors 29 angelegt wird. Die Positionierauflösung des
Linearaktors ist diskret und auf eine maximale Anzahl von Schritten von
etwa 200 begrenzt.
-
Die
Optik der Vorrichtung begrenzt die mögliche Abtastfläche auf
etwa 23 mm × 23
mm, was einer Winkelverschiebung des Spiegels 24 von etwa ±8° und einer
Winkelverschiebung des Spiegels 25 von etwa ±5° entspricht,
wenngleich die maximale Bewegung des Spiegels 24 etwa ±11° und die
maximale Bewegung des Spiegels 25 etwa ±10° betragen. Die zusätzlich mögliche Bewegung,
die beim Abtasten nicht zum Einsatz kommt, wird beim Start des Systems
verwendet, um genaue und zuverlässige
Geschwindigkeit zu gewährleisten,
bevor die Behandlungsabtastung gestartet wird.
-
Durch
Steuern des Stroms zur Spule des Galvanometers 26 und der über den
Anschlüssen des
Linearaktors 29 angelegten Impulsfolge läßt sich die
Richtung von Lichtstrahlen steuern, die durch die Fokussierlinse 30 zum
Objekt 40 gesendet werden. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche
Arten von Ab tastmustern des Lichtstrahls zu erzeugen, z. B. rechtwinklige,
kreisförmige
oder Zeilenabtastmuster.
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Die
Optik und Elektronik des Handstücks 38 sind
durch ein Kunststoffgehäuse 36 geschützt, das in
einer ergonomischen Form vorgesehen ist. Ein Luftschlauch 34 kann
am Handstück 38 zum
Absaugen von Luft von einer Stelle vor der Optik des Handstücks 38 vorgesehen
sein, um etwaiges Material zu entfernen, das vom Gewebe des Objekts
abladiert wird, das mit der Vorrichtung der Erfindung behandelt wird.
-
Weil
es wichtig ist, den Brennpunkt des Behandlungsstrahls auf der Gewebefläche zu halten, weist
die derzeit bevorzugte Ausführungsform
des Handstücks 38 ferner
ein magnetisches Abstandsteil 33 auf, das mit einem Magneten
mit dem Handstück 38 verbunden
ist. Da das Abstandsteil 33 magnetisch ist, läßt es sich
mit dem Handstück 38 leicht
verbinden und davon lösen.
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In 4 ist
die Benutzerschnittstelleneinrichtung des Handstücks flach dargestellt. Die
Benutzerschnittstelleneinrichtung verfügt über zwei Tasten 81, 82 und
neun Leuchtdioden, die in drei Reihen angeordnet sind, wobei jede
Reihe drei Dioden aufweist.
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Jede
Reihe dient zur Anzeige der Auswahl eines Parameterwerts eines entsprechenden
Parametertyps.
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Die
Reihe mit Dioden 83, 84 und 85 zeigt
die Formauswahl des Abtastmusters an. Die Diode 83 ist eingeschaltet,
wenn ein rechteckiges Abtastmuster ausgewählt ist, die Diode 84 ist
eingeschaltet, wenn ein quadratisches Abtastmuster ausgewählt ist,
und die Diode 85 ist eingeschaltet, wenn ein Zeilenabtastmuster
ausgewählt
ist.
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In 5a–c
sind drei unterschiedliche Abtastmuster gemäß der in diesen Beispielen
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Der Abstand vom Handstück zur Abtastfläche beträgt 28 mm,
und die Fleckgröße beträgt 3,7 mm.
Die volle Abtastfläche
hat 10 mm × 10
mm plus 3,7 mm Fleckgröße, wodurch
die effektive Abtastfläche
13,7 mm × 13,7
mm (1,877 cm2) beträgt. Bei Auswahl der quadratischen
Abtastung gibt es 23 Behandlungsflecke 14, die sich auf
5 Zeilen in der Abtastfläche
gemäß 5a verteilen, bei rechteckiger Abtastung
gibt es 14 Behandlungsflecke, die sich auf drei Zeilen in der Abtastfläche gemäß 5b verteilen, und bei Auswahl von Zeilenabtastung
gibt es 5 Behandlungsflecke in einer Zeile in der Abtastfläche gemäß 5c.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Abstand vom Handstück 38 zur
Abtastfläche
58 mm, und die Fleckgröße beträgt 4 mm. Dann
hat die Abtastfläche
14,5 mm × 16
mm + 4 mm Fleckgröße, wodurch
die effektive Abtastfläche
18,5 mm × 20
mm (3,7 cm2) beträgt. Bei Auswahl der quadratischen
Abtastung gibt es 39 Behandlungsflecke, die sich auf 7 Zeilen in
der Abtastfläche
verteilen, bei rechteckiger Abtastung gibt es 17 Behandlungsflecke,
die sich auf drei Zeilen in der Abtastfläche verteilen, und bei Auswahl
von Zeilenabtastung gibt es 5 Behandlungsflecke in einer Zeile in
der Abtastfläche.
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Gemäß 4 zeigt
die Reihe mit Dioden 86, 87 und 88 die
Energiedichte oder -fluenz an. Eine oder mehrere Dioden können gleichzeitig
eingeschaltet sein, was anzeigt, daß die Werte der leuchtenden
Dioden zu addieren sind, um die Ausgangsfluenz zu erhalten. Da ferner
die Laserleistung konstant ist, bedingt die Auswahl der Energiedichte
eine Auswahl der Behandlungszeit. Somit ist die Diode 86 eingeschaltet,
wenn 20 J/cm2 und eine Behandlungszeit von
26 ms ausgewählt
sind, die Diode 87 ist eingeschaltet, wenn 30 J/cm2 und eine Behandlungszeit von 39 ms ausgewählt sind,
und die Diode 88 ist eingeschaltet, wenn 40 J/cm2 und eine Behandlungszeit von 52 ms ausgewählt sind,
und ferner sind die Dioden 86 und 87 eingeschaltet,
wenn 50 J/cm2 und eine Behandlungszeit von
65 ms ausgewählt
sind, und die Dioden 86, 87 und 88 sind
eingeschaltet, wenn 90 J/cm2 und eine Behandlungszeit
von 117 ms ausgewählt
sind, usw.
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Weiterhin
zeigt die Reihe mit Dioden 89, 90 und 91 die
Zusatzenergiedichte oder -fluenz an, so daß der (die) Werte der leuchtenden
Diode(n) in dieser Reihe zu dem oder den Werten jeder der leuchtenden
Dioden 86, 87 und 88 zu addieren sind.
Ist die Diode 86 eingeschaltet und ist ferner die Diode 90 eingeschaltet,
so ist eine Fluenz von 26 J/cm2 (20 + 6 J/cm2) und eine Behandlungszeit von 34 ms (26
+ 8 ms) aus gewählt,
usw. Dadurch ist es möglich,
jede Fluenz von 20 J/cm2 bis 108 J/cm2 in Schritten von 3 J/cm2 mit
Behandlungszeiten im Bereich von 26 ms bis 141 ms auszuwählen.
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Zum
Beispiel beträgt
beim Abtasten eines quadratischen Abtastmusters mit einer Laserausgangsleistung
von 82 W und einer ausgewählten
Fluenz von 20 J/cm2 die Zeit zum Abschluß einer
Abtastung, eine volle Abtastung, 1,2 Sekunden, und bei einer ausgewählten Fluenz
von 108 J/cm2 beträgt die Zeit zum Abschluß einer
Abtastung 5,3 Sekunden.
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Jene
Beispiele, die keine Behandlungszeit zwischen 100 ms und 1 Sekunde
haben, bilden keinen Bestandteil der Erfindung.
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Durch
Betätigen
der Taste 82 beginnt eine der Leuchtdioden in einer Reihe
zu blinken, was anzeigt, daß Parameterwerte
des dieser Reihe entsprechenden Typs ausgewählt werden können. Durch
erneutes Betätigen
der Taste 82 beginnt eine Leuchtdiode in einer weiteren
Reihe zu blinken, und damit können
durch wiederholtes Betätigen
der Taste 82 Parameterwerte jedes Typs ausgewählt werden,
die durch die Benutzerschnittstelleneinrichtung angezeigt werden.
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In
der Reihe, in der eine Leuchtdiode blinkt, kann der gewünschte Parameterwert
durch Betätigen
der Taste 81 ausgewählt
werden, bis die Diode als Anzeige der Auswahl des gewünschten
Parameterwerts blinkt.
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Somit
kann eine Auswahl von Abtastflächen-Parameterwerten
des Handstücks
und Energiedichten des Lichtstrahls unmittelbar vor dem Abtasten
der Behandlungsfläche
erfolgen. Die Auswahl ist sehr einfach und erfordert nicht den Einsatz
eines externen Computers zum Programmieren der gewünschten
Abtastmuster.
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Die
unterschiedlichen Abtastmuster-Parameterwerte sind im Speicher des
Handstücks
gespeichert. Damit ist eine leicht zu erlernende und zu verstehende
Benutzerschnittstelle gegeben, die nur minimale Schulung des Bedieners
erfordert. Ferner ist das Gewicht der Kabel und dadurch des Handstücks reduziert,
da keine Kabel nötig
sind, die das Handstück
mit einer externen Steuerung verbinden. Durch Speichern von Abtastmusterparametern
im Speicher des Handstücks
vermeidet man zu dem Kosten für eine
teure Programmiervorrichtung. Andere Abtastmuster als die zuvor
beschriebenen können
in den Speicher des Handstücks über seine
Computerschnittstelle heruntergeladen werden. Sind die gewünschten
Abtastmuster heruntergeladen, kann die Computerschnittstelle von
der Quelle für
die Abtastmuster-Parameterwerte getrennt werden, und das Handstück ist einsatzbereit.
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Alle
Funktionen des Handstücks
werden durch den Prozessor gesteuert. Der Prozessor hat Schnittstellen
zur Lasereinheit, zu den Leuchtdioden und den beiden Tasten der
Benutzerschnittstelleneinrichtung.
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Eine
andere am Handstück
positionierte Schnittstelleneinrichtung kann vorgesehen sein, mit der
andere Parameter ausgewählt
werden können. Beispielsweise
können
andere Formen von Behandlungsflächen
und Größen von
Behandlungsflächen ausgewählt werden,
und statt spezifische Fluenzwerte und entsprechende Behandlungszeiten
zu wählen, können spezifische
Laserprogramme gewählt
werden. Die Leuchtdioden 86 bis 91 können somit
die Auswahl unterschiedlicher Laserprogramme anzeigen, wobei jedes
Laserprogramm ein spezifisches Profil enthält, das z. B. Wellenlänge, Ausgangsleistung,
Energiedichte, Behandlungs- oder aktive Zeit, Fleckbehandlungszeit,
Einschaltdauer, Impulsbreite, Verzögerung zwischen Impulsen usw.
aufweist, wobei jedes Programm für
die Behandlung spezifischer Gewebeprofile gestaltet ist. Hierdurch
kann der Bediener ein bekanntes Programm mit optimalen Einstellungen
für die
zu behandelnde spezifische Gewebeart auswählen. Die Informationen in
jedem Programm können
auf einer Anzeige angezeigt werden, z. B. einer am Laser vorgesehenen
Anzeige, einer externen Anzeige, einer am Handstück positionierten Anzeige usw.
Die Programmdateien können
im Speicher des Handstücks
gespeichert sein, oder sie können
alternativ in einem Speicher gespeichert sein, der in der Lasereinheit
positioniert ist.
-
In 6 veranschaulicht
ein Ablaufplan den Prozessorbetrieb, bevor die Behandlungsabtastung gestartet
wird.
-
Der
Prozessorbetrieb beginnt im Schritt 95, in dem der Prozessor
initialisiert wird. Danach prüft der
Prozessor im Schritt 96, ob sich das Handstück in einem
Betriebsmodus befindet. Wenn ja, wird der Bus IIC, der die Ausgaben
von den beiden integrierten Schaltungen IC11 und IC12 liest und
schreibt, im Schritt 97 deaktiviert, was im nächsten Abschnitt
näher beschrieben
wird. Wenn nein, wird im Schritt 98 die Aktivierung von
Tasten der Benutzerschnittstelleneinrichtung detektiert, und die
Leuchtdioden werden wie zuvor beschrieben demgemäß ein- und ausgeschaltet. Im
Schritt 99 werden die Auswahlvorgänge für Parameterwerte protokolliert,
und die entsprechenden Abtastmuster- und Fluenzeinstellungen werden
ausgewählt.
Im Schritt 101 prüft
der Prozessor, ob das Fußpedal
betätigt
oder aktiviert ist. Wenn ja, empfängt der Prozessor im Schritt 102 Daten
aus dem Speicher des Handstücks,
dem EEPROM, und beginnt die Behandlungsabtastung im Schritt 103. Wenn
nein, empfängt
der Prozessor Daten vom EE-PROM
im Schritt 104 und führt
eine Führungsabtastung
im Schritt 105 durch, d. h. der sichtbare Lichtstrahl traversiert
den Umfang des Abtastmusters oder einen Teil davon gemäß der vorstehenden
Beschreibung. Danach wird das Verfahren ab dem Schritt 98 wiederholt.
Beispielsweise ist der sichtbare Lichtstrahl ein Lichtstrahl mit
einer Wellenlänge
von 635 nm und einer Ausgangsleistung von 5 mW.
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Der
Prozessor kann in einen Wiederholungsmodus versetzt sein, so daß der Bediener
eine Anzahl von Behandlungsflächen
behandeln kann, ohne das Fußpedal
loszulassen. Danach wird eine Verzögerung nach Realisierung jeder
Behandlungsabtastung eingefügt,
damit der Bediener das Handstück
zu einer neuen Behandlungsposition bewegen kann. Ein geschulter
Bediener benötigt
eventuell nur eine kurze Verzögerung,
z. B. eine Verzögerung
von 1 Sekunde, aber auch eine mittlere Verzögerung von 1,5 Sekunden und
eine lange Verzögerung
von 2 Sekunden können
ausgewählt
werden. Bevorzugt ist, daß der
Bediener die Behandlungsfläche
kurz nach der Behandlung abkühlen
läßt, bevor
das Handstück
mit der Kühlspitze
von der Behandlungsfläche
entfernt wird. Dies kann wenige hundert Millisekunden dauern.
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Befindet
sich das System im Betriebsmodus, kann eine externe Einheit die
Steuerung des Handstücks
vom Handstückpro zessor
aus übernehmen, indem
sie die Steuerung des seriellen IIC-Busses übernimmt. Der Handstückprozessor
prüft,
ob ein externer Computer mit dem Bus verbunden ist, und wenn ja,
wird die Steuerung des Busses dem externen Computer übertragen.
Dies kann von Nutzen sein, wenn das Handstück getestet und eingestellt und
wenn der Scanner umprogrammiert wird.
-
In 7 veranschaulicht
ein Ablaufplan eine Prozeßunterbrechung.
Diese Unterbrechung wird alle 297,5 Mikrosekunden durchgeführt und
wird beim Start der Abtastfolge eingestellt, und zu den Einstellinformationen
gehören
Informationen über Größe, Fläche, Intensität und Geschwindigkeit
der Abtastung. Bei jeder Unterbrechung prüft der Prozessor, ob eine der
Tasten aktiviert wurde, liest in der Tabelle des EE-PROM die nächste Position
des Behandlungsstrahls und weist die Bewegungseinrichtung an, die
nächste
Position einzunehmen.
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Beim
ersten Schritt 107 handelt es sich um eine Entprellsteuerung
der Tasten. Bei jedem Empfang eines Signals von einer Taste wird
das Signal 20 ms lang geprüft,
um Rauschen zu vermeiden. Die Tasten werden beim Start und bei der
Führungsabtastung
geprüft,
wogegen bei der Behandlungsabtastung nur das Fußpedal geprüft wird.
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Im
Schritt 108 wird der Aktor gemäß den Einstellinformationen
gesteuert und nach Bedarf schrittweise bewegt. Im Schritt 109 wird
das Galvanometer gesteuert, und der die Bewegungen des Galvanometers
regulierende Strom wird gesteuert. Ferner wird im Schritt 110 der
Schwund bzw. das Fading oder die Intensität des Strahls gemäß den Einstellinformationen
gesteuert. Die Unterbrechung wird im Schritt 111 beendet.
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8 und 9 zeigen
die Schaltbilder als Darstellung der Betriebsabläufe des Prozessors IC2, z.
B. eines Bauelements 87C752 von Philips, auf der Steuerplatine 120,
des Galvanometers M2 auf der Galvanometerplatine 123, des
Linearaktors M1, der Tasten und der Leuchtdioden D8 bis D13 und
D15 bis D17 auf der Anzeigeplatine 121 sowie die gegenseitigen
Verbindungen dazwischen.
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Der
Prozessor IC2 ist im Handstück
positioniert, und die Spannung wird von der Lasereinheit zugeführt, z.
B. einer Haupteinheit Uni-Laser 450P. Der Prozessor IC2 berechnet
die Bewegungen des Galvanometers M2 und des Linearaktors M1 anhand
der ausgewählten
Behandlungsparameter (Fläche,
Größe und Zeit).
Ein IIC-Bus (nicht gezeigt) verbindet den Prozessor IC2 mit den
beiden integrierten Schnittstellenschaltungen IC11 und IC12, die
Bauelemente PCF8574T von Philips sein können.
-
Ist
das Handstück
mit der Lasereinheit verbunden, sind die Betriebsabläufe der
Lasereinheit durch den Prozessor IC2 im Handstück begrenzt. Die einzigen Parameter,
die von der Lasereinheit aus auszuwählen sind, sind die Leistung,
die Impulse und die Frequenzen. Die von der Benutzerschnittstelle aus
gewählten
Parameter, z. B. maximale Abtastzeit, Intensität, Abtastgröße und Abtastform, werden in
einem EEPROM gespeichert, z. B. einem Bauelement PCD8598D2T von
Philips, in dem jeder Parameter in einem Datensatz gespeichert wird,
der vom Prozessor IC2 aus lesbar ist. Im EEPROM IC13 werden auch
Versatzwerte für
den Aktor und das Galvanometer gespeichert. Wie zuvor erwähnt, können die Parameter
der Lasereinheit auch vom Handstück
aus durch Auswahl vorab gespeicherter Programme gewählt werden.
-
Der
Prozessor IC2 gewährleistet,
daß die Abtastung
durch die ausgewählte
maximale Behandlungszeit begrenzt ist, und stellt sicher, daß nur eine vollständige Abtastung
bei Aktivierung des Pedals durchgeführt wird. Bei aktiviertem Pedal
ist der Stift 8 am Verbinder CN4 hochpeglig, und die Ablenkeinrichtung
wird in ordnungsgemäßen Startpositionen mit
Hilfe des Verbinders CN11 zur Galvanometerplatine BD3 und des Verbinders
CN3 zum Aktor M1 positioniert. Der Prozessor IC2 startet die Lasereinheit, ohne
den Laserausgang IC8b freizugeben. Empfängt der Prozessor IC2 das Signal "Laser aktiv" vom Eingang IC8e,
beginnt der Prozessor IC2, das Galvanometer M2 und den Linearaktor
M1 zu bewegen, und erreichen diese die richtigen Positionen, wird
die Ausgangsleistung der Lasereinheit an IC8a freigegeben. Während der
Freigabe/Sperrung der Leistung an der Lasereinheit werden die Spiegel
noch bewegt, Ausgang IC8a. Ist das ausgewählte Behandlungsmuster abgedeckt,
stoppt der Prozessor IC2 die Lasereinheit, d. h. der Ausgang IC8b
ist tiefpeglig. Bei losgelassenem Pedal ist die Lasereinheit immer
noch behandlungsbereit, und durch Bewegen zu einer benachbarten
Fläche
und Betätigen
des Pedals kann eine große
Fläche
behandelt werden.