JP2021098075A - 生体組織の選択的治療のための方法および機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年12月23日に出願した米国仮特許出願第62/438,818号に関するとともにその優先権を主張するものであり、その開示は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
例示的なスポットに集束されたレーザ・デバイスおよびモデル・システムを用いた動物研究を、光放射を用いて皮膚組織内の選択的プラズマ形成の効果を検査するために使用した。以下に説明するように、この研究は、雌ユカタンブタに対して行われた。
図6は、本開示のさらなる実施形態による、上述した一般的な走査パラメータ(例えば、走査レート200mm/s、繰り返し率50kHz、ならびに6つの連続した被走査層深さ550、500、450、400、350、および300μm、ならびに平面ごとの隣接した走査ライン間の距離25μm)を使用し、ファイバ・レーザ出力1Wを用い、様々な時間で照射されたさらに走査されたメラニンでタトゥーが入れられた検査部位を示す。図6の画像610は、レーザ機器を用いた走査式照射の直前の検査部位を示すとともに、画像612は、走査が完了した直後の検査部位を示す。画像614、616、618、620、および622は、照射治療後それぞれ1時間、3日間、1週間、2週間、および4週間における検査部位610の外観を示す。この低パワー出力レベルでは、プラズマ形成は観察されなかった。
図7Aおよび図7Bは、間隔を2週間あけた2つのセッションについて2回走査されたメラニンでタトゥーが入れられた検査部位の画像を示す。両照射治療は、平均パワー出力6W、およびパルス繰り返し率20kHzで、ファイバ・レーザを使用した。第1の走査セッションは、より表面の層(300umから550um)をターゲットとしたのに対して、第2の走査セッション・ターゲットのより深い層(550umから850um)をターゲットとした。
より直接的な皮膚白化作用が、より高いパワー出力で観察された。例えば、タトゥーされた検査部位は10Wのファイバ・レーザ・パワー出力で走査され、他の走査パラメータは、図7Aおよび図7Bに示された結果を得るために使用されたものと整合した。図8Aに示すように、タトゥーされた領域の中心の走査エリアの白化は、走査手順の直後に観察された。観察されたプラズマは、このより高いパワー・レベルでより強力であり、プラズマが組織内で選択的に生成される条件下で(ピーク)パワー・レベルとプラズマ強度の間の相関を示した。
図8Bは、走査線に沿った走査レート200mm/s、繰り返し率20kHz、波長約1060nm、パルス幅約100ナノ秒、および出力パワー8Wを有するレーザ・ビームを用いて走査したブタの皮膚の検査部位の1組の画像を示す。隣接した走査ライン間の距離は約25μmだった。レーザ・ビーム合焦領域は、生まれつきの皮膚の表面にほぼ位置していた。画像810は、治療直前の検査部位を示し、画像812は、治療直後の検査部位を示し、画像814は、治療後24時間の検査部位を示す。撮られた治療された皮膚組織のいくつかの生検試料は、画像814に見ることができる。これらの照射条件の下で、プラズマ形成は、レーザ・ビームの照射によりブタの皮膚に見られた。
図8Cは、実施例5に説明されているとともに図8Bに示されている電子顕微鏡(EM)によって撮られた生まれつきの皮膚の検査部位からとった生検の例示的な画像を示す。削除された細胞820と元のままの細胞830とが観察できる。削除された細胞820は、メラニンを含み、この削除は、レーザ・ビームによる治療から生じたと考えられる。元のままの細胞830は、削除された細胞820に対して約5ミクロンほどの近くに位置する。元のままの細胞830は、一般にメラニンを含まず、治療後、依然として不可欠なものであると考えられる。
図9は、本明細書中に説明された実施例8〜10に使用された本開示の例示的な実施形態による組織試料(例えば、ヒトの皮膚、雌ブタの皮膚など)内で生体内でのプラズマ形成物を発生および検出するシステム900の断面図である。例示的なシステム900は、コリメートされたレーザ・ビーム912を受け取り、コリメートされたレーザ・ビームを集束配置構成916(例えば、レンズ)の方へ向ける光学素子914を備える。集束配置構成916は、レーザ・ビーム912を組織試料918に位置する合焦領域920に集束させる。集束されたレーザ・ビームは、熱電子プラズマ開始を用いて合焦領域920で熱電子プラズマを発生させる。熱電子プラズマは、さらなる放射線913を発生させる。光学素子914は、プラズマ発生放射線913を受け取り、それを分光計へ伝達する。ファイバカプラ922は、放射線913を受信し、それを光ファイバを介して分光計に向ける。
図11は、実施例7に説明されたシステム900の分光計によって検出されたさらなる強度スペクトルの例示的なグラフを示す。この例では、組織試料918は、炭素タトゥーを含み、集束配置構成916の直下の電動化ステージ上に配置された。合焦領域920は、組織試料918の表面の約0.2mm下方に位置していた。炭素タトゥーは、皮膚試料の真皮の約0.25ミリメートルと1ミリメートルの間の下方に位置していた。
図12は、実施例7に説明された治療システム900を用いて様々な治療段階で例示的な検査部位の例示的な画像を示す。画像1210は、治療のための領域1209と第2の対照領域1211とを含む治療前の検査部位を示す。これらの画像では、治療される領域(例えば、ポストアクネ瘢痕から生じる色素沈着過度を有する領域1209)は、一般に検査部位の中央に配置される。対照領域1211は、治療されていないままであり、検査部位の右上に位置する。
図13は、実施例7に説明された治療システム900による様々な治療段階における例示的な検査部位の例示的な画像を示す。画像1310は、領域1309を含む治療前の検査部位を示す。治療される領域(例えば、ポストアクネ瘢痕から生じる色素沈着過度を有する領域1309)は、一般に検査部位の中央に配置される。検査部位は、以下のパラメータを用いて照射された。レーザ・ビームは、20Wの出力パワー、約1060nmの波長、約100ナノ秒のパルス幅、および20kHzの繰り返し率を有した。治療部位は、複数の走査線に沿って約100mm/sの走査レート(例えば、検査部位の上のレーザ・ビームの横方向速度)で処置された。走査線間の距離は、約25μmだった。さらに、検査部位は、8つの異なる深さ(例えば、検査部位の表面から200、250、300、350、400、450、500、および550μm)で連続して走査された。
Claims (22)
- 少なくとも1つのレーザ・ビームを発するように構成されたレーザ・システムと、
組織の表面からの選択した距離で合焦領域に前記少なくとも1つのレーザ・ビームを合焦するように構成された光学系であって、前記合焦領域は、ターゲットの少なくとも一部を照明するように構成されている前記光学系と
を備えた治療システムであって、
前記光学系は、前記少なくとも1つのレーザ・ビームの前記合焦領域へ送られた照射エネルギーに、(i)前記ターゲットに隣接する前記組織の第1の領域内にプラズマを発生させるとともに、(ii)前記組織の第2の領域内にプラズマを発生させないようにさせ、
前記光学系は、約0.5から約0.9の範囲内にある開口数を有する、前記治療システム。 - 前記第1の領域は前記合焦領域内にあり、前記第2の領域は前記合焦領域の外側にある、請求項1に記載の治療システム。
- 前記少なくとも1つのレーザ・ビームは、空気中で測定されるとき、約600nmから約1100nmの範囲内の波長を有する、請求項1に記載の治療システム。
- 前記少なくとも1つのレーザ・ビームのピーク強度は、前記合焦領域内で少なくとも約10^8W/cm2である、請求項1に記載の治療システム。
- 前記照射エネルギーは、前記ターゲットから電子の熱電子放出を引き起こさせるように構成されている、請求項1に記載の治療システム。
- 前記光学系は、電子の前記熱電子放出から前記プラズマを発生させるように前記照射エネルギーを設定する、請求項5に記載の治療システム。
- 前記少なくとも1つのレーザ・ビームは、(i)電子の熱電子放出を発生させるように構成される第1のレーザ・パルスと、(ii)前記プラズマを発生させるように構成される第2のレーザ・パルスとを備える、請求項1に記載の治療システム。
- 前記光学系は、さらなるレーザ・ビームを発生させるように構成されており、前記少なくとも1つのレーザ・ビームは、電子の熱電子放出を発生させるように構成され、前記さらなるレーザ・ビームは、前記プラズマを発生させるように構成される、請求項1に記載の治療システム。
- 前記合焦領域のスポット・サイズは、空気中で測定されるとき、約5μmから約100μmの範囲内である、請求項1に記載の治療システム。
- 前記光学系は、前記組織の前記表面に対して前記合焦領域の前記選択した距離を変更するように構成されたレンズを備える、請求項1に記載の治療システム。
- 前記組織の前記表面からの前記合焦領域の前記選択した距離は、約5μmから約1000μmの範囲内である、請求項10に記載の治療システム。
- 前記光学系は、第1の方向および第2の方向に沿って延びるマイクロレンズのアレイを備え、前記マイクロレンズのアレイは、前記少なくとも1つのレーザ・ビームを前記合焦領域に合焦するように構成される、請求項1に記載の治療システム。
- 前記少なくとも1つのレーザ・ビームは、合焦領域のアレイを形成する前記マイクロレンズのアレイに同時に当たる、請求項12に記載の治療システム。
- 前記光学系は、前記マイクロレンズのアレイの第1のレンズから前記マイクロレンズのアレイの第2のレンズへ前記少なくとも1つのレーザ・ビームを横断させるように構成されている、請求項12に記載の治療システム。
- 前記レーザ・システムは、複数のレーザ・ビームを発するように構成され、前記複数のレーザ・ビームの1つ以上のビームは、前記マイクロレンズのアレイの1つ以上のマイクロレンズに当たる、請求項12に記載の治療システム。
- 前記ターゲットは、発色団を含む、請求項1に記載の治療システム。
- 前記発色団は、メラニン、タトゥー・インク、ヘモグロビン、皮脂腺、皮下脂肪、毛球、細胞膜内の脂質、臓器を囲む脂肪、血管、または薬物成分の少なくとも1つを含む、請求項16に記載の治療システム。
- 前記組織表面に対しての前記治療システムの速さおよび位置の1つ以上を検出するように構成されたセンサをさらに備える、請求項1に記載の治療システム。
- 前記センサによって検出された速さおよび位置のデータの前記1つ以上を特徴付けるデータを受信し、
前記少なくとも1つのレーザ・ビームのパルス幅、パルス周波数、またはパルス・エネルギーの少なくとも1つを変更する
ように構成されたフィードバック制御構成をさらに備える、請求項18に記載の治療システム。 - 前記レーザ・システムは、前記少なくとも1つのレーザ・ビームの時間的に隣接したレーザ・パルス間の時間間隔未満である前記組織内の第3の領域から前記組織の下方の第4の領域へ前記合焦領域の移動のための移動時間を制御するように構成されている、請求項1に記載の治療システム。
- 前記レーザ・システムは、50ミリ秒未満である時間的に隣接したレーザ・パルス間の前記時間間隔を制御するように構成されている、請求項20に記載の治療システム。
- 治療システムを制御する方法であって、
少なくとも1つのレーザ・ビームを発するようにレーザ・システムを制御するステップと、
組織の表面からの選択した距離で合焦領域に前記少なくとも1つのレーザ・ビームを合焦するように光学系を制御するステップであって、前記合焦領域は、ターゲットの少なくとも一部を照明するように構成されている、前記制御するステップと、
前記少なくとも1つのレーザ・ビームの前記合焦領域へ送られた照射エネルギーに、(i)前記ターゲットに隣接する前記組織の第1の領域内にプラズマを発生させるとともに、(ii)前記組織の第2の領域内にプラズマを発生させないようにさせるよう前記光学系を制御するステップとを含み、
前記光学系は、約0.5から約0.9の範囲内にある開口数を有する、前記方法。
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