DE60015667T2 - Lasergerät und Verfahren zu dessen Verwendung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Weichgewebeerkrankungen und insbesondere Lasertherapieverfahren und -vorrichtungen.
  • Therapeutische Laser sind bei der Behandlung von manchen Arten von Gewebeerkrankungen nützlich. Siehe z.B. die US-Patente Nr. 4,215,694 für Isakov et al, 4,640,283 für Sawa et al, 4,671,285 für Walken, 4,724,835 für Liss et al, 4,930,504 für Diamantopoulos et al, 4,930,505 für Hatje, 4,966,144 für Rochkind et al, 5,029,581 für Kaga et al, 5,051,823 für Cooper et al, 5,150,704 für Tatebayashi et al, 5,320,619 für Badawi, 5,344,434 für Talmore, 5,409,482 für Diamantopoulos, 5,445,146 für Bellinger, 5,445,608 für Chen, 5,464,436 für Smith, 5,514,168 für Friedman, 5,616,140 für Prescott, 5,649,924 für Everett et al, 5,755,752 für Segal.
  • Lasertherapie (d.h. Low Level Laser Therapy (Niedrigpepel-Lasertherapie) oder LLLT) erfordert im Allgemeinen, das wunde Gewebe vorbestimmte Zeitspannen lang direkt dem Laserlicht auszusetzen. Laserlichtbestrahlung mindert nicht nur den mit bestimmten Erkrankungen verbundenen Schmerz, sondern beschleunigt tatsächlich die Heilung der behandelten Gewebe. Die Wellenlänge des Laserlichts, die Intensität des Laserlichts und die Bestrahlungszeit sind wichtige Faktoren beim Auswählen eines bestimmten Behandlungsprotokolls für eine bestimmte Erkrankung.
  • Die Wellenlänge von Laserlicht beeinflusst seine Fähigkeit, Deckgewebe wie z.B. Haut zu durchdringen, um die interessenden Gewebe und Moleküle zu erreichen. Zum Beispiel wird Rotlicht durch die meisten Gewebe abgeschwächt (1/e2-Abschwächung), so dass die Eindringtiefe in solche Gewebe kleiner als 1 cm ist, während nahes Infrarotlicht (NIR) durch die meisten Gewebe weniger abgeschwächt wird und somit mehr als 1 cm in solche Gewebe eindringen kann.
  • Die Wellenlänge des Laserlichts beeinflusst auch seine Fähigkeit, biologische Wege zum Heilen von wunden Geweben zu fördern. Zum Beispiel ist die Quantenenergie von Nahinfrarotphotonen klein, so dass Nahinfrarotphotonen ein relativ niedriges Potential haben, Biomoleküle elektronisch anzuregen. Andererseits reicht die Quantenenergie von Rotwellenlängenphotonen aus, um elektronische Anregung von Biomolekülen zu erreichen, was direkte fotochemische und biologische Wirkungen in Zielgeweben potentiell fördert.
  • Die genaue Natur der durch schmalbandige Rot- und Nahinfrarotlichtbestrahlung bewirkten Ereignisse ist noch Gegenstand von Untersuchungen. Jedoch legen klinische Hinweise nahe, dass Biostimulation mittels Rotlicht und Biostimulation mittels nahem Infrarotlicht jeweils Wundheilung fördert und/oder die Symptome von rheumatischer Arthritis lindert. Siehe z.B. Mester et al, "Wound Healing", 1 Laser Therapy 7–15 (1989), und Asada et al, "Diode Laser Therapy for Rheumatoid Arthritis: A Clinical Evaluation of 102 Joints Treated with Low Reactive-Level Laser Therapy (LLLT) 1 Laser Therapy 147–152 (1989).
  • Die Intensität des zur Behandlung einer Wunde benutzten Laserlichts ist ein weiterer Faktor bei seiner Wirksamkeit. Eine therapeutisch unzureichende Laserlichtintensität auf eine Wunde anzuwenden, hat keine wünschenswerten Wirkungen, und Überintensität anzuwenden, kann unerwünschte Erwärmung, Verbrennung und sogar Verdampfung von Gewebe verursachen.
  • Die Gesamtbestrahlungszeit ist ebenfalls ein wichtiger Faktor bei Lasertherapie, da sie in Kombination mit der Bestrahlungsstärke die aufgebrachte Gesamtenergie bestimmt. Wird eine Wunde nicht die passende Zeitspanne lang Laserlicht ausgesetzt, kann unzureichende Heilung resultieren. Überbestrahlung mit Laserlicht kann das Zielgewebe schädigen.
  • Da das Zielgewebe für Lasertherapie typischerweise subkutan ist und alle Faktoren, die die Durchdringbarkeit der Haut eines Patienten steuern (z.B. Dicke, Fettgehalt, Farbe usw.) von Patient zu Patient verschieden sind, war es schwierig, ein ideales Protokoll für alle Patienten zu verwenden. Das heißt, das Zielgewebe liegt typischerweise in einer bestimmten Tiefe "Z0" unter der Oberfläche, und die in die Tiefe "Z0" abgegebene Energie war schwierig zu überwachen und zu steuern. Protokolle können von Hand an den einzelnen Patienten angepasst werden, dies macht die Behandlung aber komplizierter und stützt sich stärker auf die richtige Ausbildung des medizinischen Personals.
  • Man hat mannigfache Lasersysteme in der Lasertherapie- und Laserchirurgietechnik vorgeschlagen, die die Laserstrahlintensität und -dauer mittels Zielüberwachung und Rückmeldung (in Echtzeit und auf andere Weise) intelligent steuern. Siehe z.B. die US-Patente Nr. 5,657,760 für Ying, 5,423,501 für Marshall, 5,354,323 für Whitebook, 5,1.54,707 für Rink et al, 5,050,597 für Daikuzono, 4,973,848 für Kolobanov et al, und 4,644,948 für Lang et al.
  • Aus der EP-A-0815797 ist es bekannt, eine Laservorrichtung bereitzustellen, umfassend wenigstens einen Laser, eine Stromversorgung in elektrischer Verbindung mit dem oder jedem Laser und einen Detektor mit der Aufgabe, von einer Zieloberfläche zurückgestrahlte Strahlung als diffuse Reflektanz von wenigstens zwei Erfassungspunkten auf der Zieloberfläche zu erfassen, und Steuerlogikelektronik zum automatischen Einstellen eines Ausgangs des oder jedes Lasers auf der Basis der von dem Detektor erfassten diffusen Reflektanz.
  • Eine Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein einzelner Detektor ist, der über einen Radius beweglich ist, der vom Fokalpunkt des oder jedes Lasers ausgeht, um die radiale Abhängigkeit der von der Zieloberfläche zurückgestrahlten diffusen Reflektanz zu messen, so dass die Steuerlogikelektronik den Ausgang des, oder den Ausgang von wenigstens einem der, Laser(s) auf der Basis der radialen Abhängigkeit der von dem Detektor erfassten diffusen Reflektanz einstellt.
  • Eine Laservorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Detektoren und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren über einen Radius beweglich sind, der vom Fokalpunkt des oder jedes Lasers ausgeht, um die radiale Abhängigkeit der von der Zieloberfläche zurückgestrahlten diffusen Reflektanz zu messen, so dass die Steuerlogikelektronik den Ausgang des, oder den Ausgang von wenigstens einem der, Laser(s) auf der Basis der radialen Abhängigkeit der von den Detektoren erfassten diffusen Reflektanz einstellt.
  • Der wenigstens eine Laser beinhaltet vorzugsweise einen Laser für nahes Infrarotlicht und einen Laser für sichtbares Licht, wobei die Laservorrichtung ferner Hohlleiter zum Leiten von Strahlen von den Lasern zu dem Fokalpunkt auf der Zieloberfläche beinhaltet.
  • Die Steuerlogikelektronik weist vorzugsweise einen Prozessor auf, um nichtinvasiv die Intensität des nahen infraroten Laserlichts und/oder des sichtbaren Laserlichts unter der Oberfläche zu ermitteln.
  • Vorzugsweise analysiert die Steuerlogikelektronik eine radiale Abhängigkeit einer diffusen Reflektanz des nahen infraroten Laserlichts und/oder des sichtbaren Laserlichts von dem Gewebe.
  • Vorzugsweise hat das nahe infrarote Laserlicht eine Wellenlänge von 750 bis 1000 nm und hat das sichtbare Laserlicht eine Wellenlänge von 450 bis 749 nm.
  • Vorzugsweise haben das nahe infrarote Laserlicht und das sichtbare Laserlicht eine Spitzenintensität von 0 bis 2000 Watt/cm2.
  • Die Vorrichtung enthält vorzugsweise außerdem eine Einrichtung zum Pulsieren des nahen infraroten Laserlichts und des sichtbaren Laserlichts. In der bevorzugten Ausführungsform pulsiert die Einrichtung das nahe infrarote Laserlicht mit einer ersten Frequenz und das sichtbare Laserlicht mit einer zweiten, von der ersten Frequenz unterschiedlichen Frequenz, wobei die Signale des nahen infraroten Laserlichts und des sichtbaren Laserlichts von einem gemeinsamen Sensor erfasst und nach Frequenz gefiltert werden.
  • Vorzugsweise hat der Prozessor die Aufgabe, den Ausgang von wenigstens einem der Laser zu beenden, wenn die Analyse der diffusen Reflektanz anzeigt, dass das nahe infrarote Lichtlaserlicht und/oder das sichtbare Laserlicht eine Region unter der Oberfläche des Gewebes mit einer Strahlenaufnahmemenge durchdrungen haben, die gleich einer vorbestimmten Strahlenaufnahmemenge ist, die für die Behandlung einer Erkrankung therapeutisch wirksam ist.
  • Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung ist;
  • 2 ein Flussdiagramm eines von der Steuerlogikelektronik der Ausführungsform von 1 durchgeführten Prozesses ist;
  • 3 ein schematisches Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist; und
  • 4 eine Querschnittsansicht durch die Linie 4-4 von 3 ist.
  • 1 zeigt ein allgemeines schematisches Diagramm für eine bevorzugte Laservorrichtung 10 der Erfindung. Die Laservorrichtung 10 ist im Allgemeinen für Behandlung von z.B. Gewebeerkrankungen nützlich (wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck "Gewebeerkrankungen" Erkrankungen in Verbindung mit dem Gewebe ohne Rücksicht darauf, wovon solche Erkrankungen herrühren oder worin sie sich manifestieren), wie z.B. des in den Figuren gezeigten Gewebes 12. Die Laservorrichtung 10 ermöglicht ein Verfahren zur Behandlung von Gewebeerkrankungen, um wenigstens bestimmte Symptome der Erkrankungen wie z.B. Schmerzen zu lindern.
  • Die Laservorrichtung 10 von 1 enthält einen Laser 14 für nahes Infrarotlicht (NIR) und einen Laser 16 für sichtbares Licht. Die Laser werden durch eine Stromversorgung 18 mit Strom versorgt. Die Ausgangsleistung der Stromversorgung 18 wird durch Steuerlogikelektronik 20 gesteuert, entweder allein oder in Verbindung mit Modulatoren 22, wie in den Figuren gezeigt. Die Laservorrichtung 10 ist dadurch geeignet, die an das Zielgewebe 12 abgegebene Leistungsdichte (d.h. Bestrahlungsstärke in Watt/cm2) und auch die insgesamt abgegebene Energiedosis (d.h. Strahlenaufnahme in Joule/cm2) der Strahlung zu steuern.
  • In Ausführungsformen ist die Laservorrichtung 10 geeignet, selektiv Laserlichtpulse mit einer Frequenz von zwischen 0 und 50.000 und vorzugsweise 0 bis 30.000 Pulsen pro Minute zu erzeugen, wobei jeder Puls vorzugsweise eine Spitzenintensität von 0 bis 2000 Watt/cm2 hat.
  • Der NIR-Laser 14 ist geeignet, selektiv Laserlicht mit einer Wellenlänge im nahen Infrarot und der oben erörterten Frequenz und Intensität zu erzeugen. Vorzugsweise strahlt der NIR-Laser 14 einen Strahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 750 nm bis 1000 nm, noch mehr bevorzugt ungefähr 900 nm bis 930 nm und am meisten bevorzugt ungefähr 905 nm aus.
  • Der Laser 16 für sichtbares Licht ist geeignet, selektiv Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts und der oben erörterten Frequenz und Intensität zu erzeugen. Vorzugsweise strahlt der Laser 16 für sichtbares Licht einen Strahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 450 nm bis 749 nm, noch mehr bevorzugt ungefähr 620 nm bis 670 nm und am meisten bevorzugt ungefähr 660 nm aus.
  • Die Laser 14 und 16 können dieselben oder unterschiedliche Lasertypen sein, und in bestimmten Ausführungsformen können die Laser 14 und 16 in einem einzelnen Laser verschmolzen sein, der geeignet ist, selektiv kohärente Energie mit Wellenlängen innerhalb der sichtbaren und nahen infraroten Bereiche des elektromagnetischen Spektrums zu erzeugen. Geeignete Laser 14 und 16 gemäß der Erfindung umfassen z.B. Edelgaslaser (z.B. Argonlaser, Helium-Neon-Laser usw.), Diodenlaser und abstimmbare Farbstofflaser.
  • Jeder der von den Lasern 14 und 16 ausgestrahlten Strahlen wird vorzugsweise mittels eines Hohlleiters wie z.B. einem Sammelprisma 26 und einer Fokussierungslinse 28, wie in 1 gezeigt, auf einen gemeinsamen Pokalpunkt 24 auf dem Gewebe 12 gerichtet. Andere geeignete Hohlleiter umfassen z.B. Linsen mit unterschiedlichen Gestaltungen, einen hohlen metallischen Hohlleiter, einen hohlen dielektrischen Hohlleiter und/oder eine Lichtleitfaser (wie nachfolgend erörtert und in 3 gezeigt). Geeignete Hohlleiter werden außerdem im US-Patent Nr. 4,963,143 für Pinnow vorgeschlagen.
  • In Ausführungsformen konvergieren die Laserstrahlen vor dem Fokalpunkt 24, um koaxiale Strahlen zu ergeben, die kohärente Strahlung mit einer sichtbaren Wellenlänge und kohärente Strahlung mit einer Wellenlänge im nahen Infrarot umfassen. Die koaxialen Strahlen sind auch für andere Strahlformen günstig, da die Strahlen in Bereiche unter der Oberfläche direkt unterhalb des Fokalpunkts 24 eindringen statt in Bereiche unter der Oberfläche, die nicht unterhalb des Fokalpunkts 24 zentriert sind.
  • In Ausführungsformen, in denen beide Strahlen von demselben Laser ausgestrahlt werden, können der nahe infrarote Strahl und der sichtbare Strahl abwechselnd am Fokalpunkt 24 pulsiert werden, um einen gewünschten Effekt zu erzeugen.
  • Doppelwellenlängen-Laserbestrahlung ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, Bestrahlung mit einer einzelnen Wellenlänge oder mit mehr als zwei Wellenlängen von kohärenter Strahlung bildet in Verbindung mit dem gleich folgend beschrie benen automatischen Steuersystem aber ebenfalls einen Teil dieser Erfindung.
  • In bevorzugten Ausführungsformen enthält die Erfindung ein automatisches Steuersystem mit rückmeldungsgesteuerter Bestrahlung von Zielgeweben. Eine bevorzugte Laservorrichtung gemäß der Erfindung erfasst nichtinvasiv in Echtzeit die Strahlenaufnahme und/oder Bestrahlungsstärke der Strahlenergie innerhalb des Gewebes unterhalb des Laserfokalpunkts auf der Oberfläche des Zielgewebes. Insbesondere wird die diffuse Reflektanz des sichtbaren und/oder nahen infraroten Lichts erfasst, was die Bestimmung der Bestrahlungsstärke in einer vorbestimmten Tiefe und in Verbindung mit der Bestrahlungszeit die tatsächliche Strahlenaufnahme in der vorbestimmten Tiefe ermöglicht.
  • Daher werden Detektoren 30 verwendet, um die Energiecharakteristiken des Gewebes 12 zu überwachen. Vorzugsweise sind die Detektoren 30 über einen Radius angeordnet, der vom Fokalpunkt 24 ausgeht, um die vom Gewebe 12 ausgestrahlte diffuse Strahlung zu erfassen. Wenigstens zwei Detektoren 30 sind an verschiedenen Punkten über den Radius angeordnet, und vorzugsweise sind vier Detektoren 30 so angeordnet, wie in den Figuren gezeigt. In Ausführungsformen kann ein einzelner Detektor über einen Radius bewegt werden, um die radiale Abhängigkeit der vom Gewebe 12 ausgestrahlten diffusen Strahlung zu messen. Zur Verwendung bei der Erfindung geeignete Detektoren 30 umfassen z.B. Lichtleitfasern, die in schnellen Siliziumdetektoren, Galliumarsenid-Detektoren und Indiumphosphid-Detektoren enden.
  • Die Signale von den Detektoren 30 werden vorzugsweise durch Verstärker 32 verstärkt, bevor sie der Steuerlogikelektronik 20 angezeigt werden.
  • Die Steuerlogikelektronik 20 enthält einen Prozessor (nicht gezeigt), der Module 34 bis 44 ausführt (2). Der Prozessor in der Steuerlogikelektronik 20 erfasst (im Modul 34), wenn ein Benutzer einen Auslöser, Schalter oder Knopf (nicht gezeigt) der Laservorrichtung 10 betätigt. Wird der Auslöser gedrückt, führt der Prozessor das Modul 36 und dann das Modul 37 aus. Bis der Auslöser gedrückt wird, führt der Prozessor das Modul 34 weiter aus.
  • Im Modul 36 betätigt die Steuerlogikelektronik 20 die Laser 14 und 16, und im Modul 37 ermittelt die Steuerlogikelektronik 20 die Intensität der Strahlung in einer vorbestimmten Tiefe Z0 innerhalb des Gewebes 12 unterhalb des Fokalpunkts 24 und, bei bekannter Bestrahlungszeit, somit die Strahlenaufnahme und Bestrahlungsstärke in Z0. Diese Bestimmung erfolgt vorzugsweise mittels einer Analyse der radialen Abhängigkeit der diffusen zurückgestrahlten Strahlung, die von den Detektoren 30 erfasst wird, die über einen vom Fokalpunkt 24 ausgehenden Radius angeordnet sind.
  • Die Abschwächung der Lichtstrahlung durch das Gewebe 12 als Funktion der Tiefe Z ist mit den Absorptions- und Streuungseigenschaften des Gewebes verknüpft, was in großen Änderungen in der Tiefenverteilung der Leistung/Energie resultiert. Anhand eines theoretischen Modells der Lichtausbreitung in trüben Medien (z.B. dem Gewebe 12), wie z.B. der Diffusionstheorie, kann man zeigen, dass die radiale Abhängigkeit der diffusen zurückgestrahlten Strahlung ebenfalls eine Funktion derselben optischen Eigenschaften ist. Siehe z.B. Farrell et al., "A diffusion theory mode) of spatially resolved, steady-state diffuse reflectance for the non-invasive determination of tissue optical properties in vivo," 19(4) Med. Phys. 879–88 (1992), und Weersink et al., "Accuracy of non-invasive in vivo measurements of photosensitizer uptake based an a diffusion mode) of reflectance spectroscopy," 66(3) Photochem. Photobiol. 326–35 (1997). Daher enthält die radiale Abhängigkeit der diffusen reflektierten Strahlung Informationen hinsichtlich der Strahlung unter der Oberfläche.
  • Die Steuerlogikelektronik 20 ermittelt die radiale Abhängigkeit der diffusen reflektierten Strahlung aus der Intensität des von jedem Detektor 30 an sie übertragenen Signals und dem radialen Abstand jedes Detektors 30 vom Fokalpunkt 24. Die radiale Abhängigkeit wird dann benutzt, um die Tiefenabhängigkeit der Intensität (d.h. die Abschwächung der Intensität als Funktion der Tiefe) in dem gerade behandelten Gewebe zu schätzen. Zum Beispiel kann die radiale Abhängigkeit benutzt werden, um eine Kurve oder Formel für eine Kurve zu erzeugen, die wiederum benutzt werden kann, um eine Tiefenabhängigkeitskurve oder -formel aus einer Nachschlagtabelle auszuwählen. Auf jeden Fall wird die Intensität (oder Bestrahlungsstärke) der Strahlung in der Zieltiefe Z0 aus der Tiefenabhängigkeitskurve oder -formel ermittelt, und es wird die Strahlenaufnahme in der Zieltiefe Z0 ermittelt, z.B. durch Integration.
  • Nach Ausführung des Moduls 37 führt der Prozessor dann das Modul 38 aus. Im Modul 38 vergleicht der Prozessor den Wert der Strahlenaufnahme in Z0 mit einem vorbe stimmten Strahlenaufnahmewert. Wenn die erfasste Strahlenaufnahme größer als der oder gleich dem vorbestimmten Strahlenaufnahmewert ist (der vorzugsweise ein therapeutisch optimaler Wert ist), wird das Modul 40 ausgeführt und werden die Laser 14 und 16 abgeschaltet. Die Laser 14 und 16 können auf mannigfache Arten abgeschaltet werden, einschließlich Unterbrechen ihrer Stromversorgung von der Stromversorgung 18, Modulieren der Stromversorgung der Laser durch Modulatoren 22 und/oder Modulieren der Strahlausgangslaser 14 und 16 mittels stromabwärtiger Lasermodulatoren wie z.B. Blenden (nicht gezeigt).
  • Wenn die erfasste Strahlenaufnahme in Z0 kleiner als der vorbestimmte Strahlenaufnahmewert ist, wird das Modul 42 ausgeführt. Im Modul 42 vergleicht der Prozessor den Wert der Bestrahlungsstärke in Z0 mit einer vorbestimmten Bestrahlungsstärke (die vorzugsweise ein therapeutisch optimaler Wert ist). Wenn die erfasste Bestrahlungsstärke in Z0 gleich der vorbestimmten Bestrahlungsstärke ist, wird wieder das Modul 36 ausgeführt. Wenn die erfasste Bestrahlungsstärke nicht gleich der vorbestimmten Bestrahlungsstärke ist, wird das Modul 44 ausgeführt. Das Modul 44 stellt die Intensität des geeigneten Lasers oder der geeigneten Laser in Übereinstimmung mit der Abweichung zwischen der erfassten Bestrahlungsstärke und der vorbestimmten Bestrahlungsstärke ein und führt dann wieder das Modul 37 aus.
  • Die Steuerlogikelektronik 20 ist vorzugsweise geeignet, das Gewebe 12 mit Strahlung mit einer vorgewählten Spitzenintensität, mittleren Intensität und Dauer zu bestrahlen. Vorzugsweise ist die Steuerlogikelektronik 20 weiterhin mit genügend Computerspeicher versehen, um eine Reihe von Behandlungsprotokollen für unterschiedliche Erkrankungen und/oder Patienten zu speichern, was die Notwendigkeit beseitigt, die Vorrichtung nach jeder Behandlung neu zu programmieren.
  • Die Modulatoren 22 dienen dazu, die Fähigkeit zum Modulieren der Ausgänge der Laser 14 und 16 zu schaffen. Modulation wird vorzugsweise aus zwei Gründen verwendet. Erstens wird Modulation des Laserausgangs verwendet, um die Strahlenaufnahme und Bestrahlungsstärke im Gewebe 12 zu steuern. Zweitens wird der NIR-Laser 14 vorzugsweise mit einer anderen Frequenz als der Laser 16 für sichtbares Licht moduliert, um frequenzgefilterte Erfassung zu ermöglichen (z.B. mittels Fouriertransformationsanalyse). Die zurückgestrahlte Intensität der mit einer ersten Trägerfrequenz modulier ten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge kann von der zurückgestrahlten Intensität der mit einer zweiten Trägerfrequenz modulierten Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge unterschieden werden, indem Fangerfassung bei den zwei unterschiedlichen Trägerfrequenzen durchgeführt wird. Die Abschwächung der zwei jeweiligen Wellenlängen im gewählten Gewebe kann größenmäßig bestimmt werden, indem die Demodulation des Wechselstromsignals und die Phasenverschiebung verglichen mit der Quelle gemessen werden. Die Intensität der vom Gewebe 12 ausgestrahlten Strahlung kann somit mittels gemeinsamer Detektoren bei jeder der zwei Frequenzen ermittelt werden.
  • Natürlich sind auch andere Signalfilterungssysteme zur Verwendung bei der Erfindung geeignet, einschließlich z.B. optischen Filtern und zeitaufgelösten Filterungssystemen. Alternativ können mannigfache eng wellenlängenspezifische Detektoren bei der Vorrichtung der Erfindung verwendet werden, um die Reflektanz von mehreren Wellenlängen unabhängig zu erfassen.
  • Die Modulatoren 20 können vor und/oder hinter den Lasern 14 und 16 angeordnet werden. Geeignete Modulatoren 20 gemäß der Erfindung umfassen z.B. frequenzgesteuerte Treiberschaltungen oder akustooptische Modulatoren. Die Modulatoren 20 müssen nicht alle vom selben Typ sein. Zum Beispiel können die vor den Lasern angeordneten Modulatoren elektrische Vorrichtungen sein, die geeignet sind, die Amplitude und/oder das Puls-Timing der von den Lasern ausgestrahlten Laserstrahlen zu steuern, während die Modulatoren hinter den Lasern mechanische und/oder optische Blenden sein können.
  • 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der Fokussierungslinsen 28 und Lichtleitfasern 46 als Hohlleiter wirken, die den nahen infraroten Laserstrahl und den sichtbaren Laserstrahl durch einen Applikator 48 und in Gewebe 12 richten. Diese Ausführungsform der Laservorrichtung der Erfindung ist besonders gut für die Behandlung von Gewebe geeignet, das in eingeschränkten Zonen des Körpers liegt, wie z.B. innerhalb einer Körperhöhlung wie z.B. dem Mund. Der Applikator 48 wird an Gewebe 12 angelegt (oder in enge Nachbarschaft damit gebracht). Für leichten und präzisen Gebrauch sind die Detektoren 30 vorzugsweise im Applikator 48 untergebracht.
  • In Ausführungsformen ist der Applikator 48 speziell für seinen beabsichtigten Gebrauch geeignet. Man kann auswechselbare Applikatoren 48 vorsehen, um die Funktionalität einer universell anpassbaren (oder zumindest weithin anpassbaren) Vorrichtung 10 zu individualisieren. Daher kann zum Beispiel der Applikator 48 zur Durchführung einer Behandlung innerhalb eingeschränkter Räume wie z.B. dem Mund und endoskopischen Chirurgiegebieten relativ klein sein. Der Applikator 48 kann "schwimmende" Detektoren und/oder "schwimmende" Hohlleiter-Enden enthalten, die trotz Oberflächenunregelmäßigkeiten des Gewebes oder der Gewebekonturen engen Kontakt zwischen Applikator 48 und Gewebe 12 aufrechterhalten (auf eine Weise ähnlich den Federdruck-Laserköpfen, die im US-Patent Nr. 5,150,704 für Tatebayashi et al offenbart sind).
  • 4 ist eine Querschnittsansicht durch die Linie 4-4 von 4, die ein Beispiel für die radiale Positionierung von Detektoren 30 zeigt, die vorzugsweise benutzt wird, um die radiale Abhängigkeit des diffusen reflektierten Lichts zu ermitteln.
  • Außer die Behandlung in eine einzelne Tiefe zu zielen, schließt die Erfindung ein, die Behandlung in mehrere unterschiedliche Tiefen innerhalb eines Gewebes zu zielen. Die Mehrtiefenbehandlungen der Erfindung können gleichzeitig, nacheinander und/oder abwechselnd angewendet werden. Zum Beispiel kann ein System der Erfindung dafür eingerichtet sein, in eine erste Tiefe zu zielen, sich zurückzusetzen, um in eine zweite Tiefe zu zielen, sich wieder zurückzusetzen, um in eine dritte Tiefe zu zielen, und so weiter. In Verbindung mit der Fähigkeit des Systems der Erfindung, die Bestrahlungsstärke, Strahlenaufnahme und Wellenlänge einzustellen, ermöglicht die Fähigkeit, in mehrere Tiefen zu zielen, Systeme der Erfindung mit überlegener Anpassungsfähigkeit an mannigfache Erkrankungen von mannigfachen Geweben in mannigfachen Patienten.
  • Die Erfindung ist außerdem für Überwachung und Steuerung von Thermolaseranwendungen geeignet, wobei Rückmeldung vom Gewebe zur Steuerung der Laserdosis verwendet wird.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel detaillierter erläutert, jedoch versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht als darauf beschränkt erachtet wird.
  • Beispiel
  • Ein Vorderarm eines über Schmerzen und Steifigkeit in Verbindung mit einem Karpaltunnelsyndrom klagenden Patienten wird gleichzeitig mit Laserstrahlen mit Wellenlängen von 660 nn und 905 nm behandelt. Eine Laserbehandlungsvorrichtung der Erfindung wird benutzt, um die Anwendung des Laserlichts automatisch zu überwachen und zu steuern, um die Bestrahlungsstärke und Strahlenaufnahme so anzuwenden, dass eine vorbestimmte Fluenzleistung und Fluenz in einer Tiefe Z erzielt werden. Die Vorrichtung wird betätigt, und die diffuse Reflektanz des Laserlichts wird an mehreren Punkten über einen Radius erfasst, der vom Fokalpunkt des Laserlichts auf der Gewebeoberfläche ausgeht.
  • Um die Reflektanz als Funktion des Radius R(ρ) mit der Fluenzleistung als Funktion der Tiefe ⏀(Z) zu korrelieren, wird mittels Diffusionstheorie eine Nachschlagtabelle erzeugt (siehe Farrell et al, ebenda). Für die Nachschlagtabelle werden die Reflektanz R an der Position der Detektoren (ρx1 ⇒ ρxn) und die Fluenzleistung in der Tiefe (Z1 ⇒ Zn) für den ganzen Bereich von Lichtabsorption und Streuung bei den Wellenlängen 660 nm und 905 nm berechnet, wie in der Literatur für menschliche Haut berichtet.
  • In der Nachschlagtabelle wird die Form der Kurve der Reflektanz gegen den Radius (R gegen ρx) benutzt, um die entsprechende Kurve der Fluenzleistung gegen die Tiefe (⏀ gegen Z) auszuwählen. Die Fluenzleistung in der Tiefe Z (den interessierenden Parameter) erhält man dann durch Interpolation der Daten von ⏀ gegen Z.
  • Die von der Vorrichtung abgegebene Bestrahlungsstärke wird eingestellt, um die vorbestimmte ⏀(Z) zu erzielen. Die Einstellung kann durch Verweis auf vorbestimmte Sicherheitsgrenzen begrenzt werden, wie z.B. denen, die in IEC 825-1 in Tabelle 8 veröffentlicht sind (MPE für Haut bei 905 nm ist ungefähr 500 nW und bei 660 nm ungefähr 200 mW).
  • Obwohl die Erfindung im Detail und anhand von speziellen Beispielen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass man verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran vornehmen kann, ohne ihren Schutzbereich zu verlassen.

Claims (11)

  1. Laservorrichtung, umfassend wenigstens einen Laser (14, 16), eine Stromversorgung (18) in elektrischer Verbindung mit dem oder jedem Laser (14, 16) und einen Detektor (30) mit der Aufgabe, von einer Zieloberfläche zurückgestrahlte Strahlung als diffuse Reflektanz von wenigstens zwei Erfassungspunkten auf der genannten Zieloberfläche zu erfassen, und Steuerlogikelektronik (20) zum automatischen Einstellen eines Ausgangs des oder jedes Lasers (14, 16) auf der Basis der von dem Detektor (30) erfassten diffusen Reflektanz, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein einzelner Detektor ist, der über einen Radius beweglich ist, der vom Fokalpunkt (24) des oder jedes Lasers (14, 16) ausgeht, um die radiale Abhängigkeit der von der Zieloberfläche zurückgestrahlten diffusen Reflektanz zu messen, so dass die Steuerlogikelektronik (20) den Ausgang des, oder den Ausgang von wenigstens einem der, Laser(s) (14, 16) auf der Basis der radialen Abhängigkeit der genannten, von dem genannten Detektor (30) erfassten diffusen Reflektanz einstellt.
  2. Laservorrichtung, umfassend wenigstens einen Laser (14, 16), eine Stromversorgung (18) in elektrischer Verbindung mit dem oder jedem Laser (14, 16) und Detektoren (30) mit der Aufgabe, von einer Zieloberfläche zurückgestrahlte Strahlung als diffuse Reflektanz von wenigstens zwei Erfassungspunkten auf der genannten Zieloberfläche zu erfassen, und Steuerlogikelektronik (20) zum automatischen Einstellen eines Ausgangs des oder jedes Lasers (14, 16) auf der Basis der von den Detektoren (30) erfassten diffusen Reflektanz, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren (30) über einen Radius beweglich sind, der vom Fokalpunkt (24) des oder jedes Lasers (14, 16) ausgeht, um die radiale Abhängigkeit der von der Zieloberfläche zurückgestrahlten diffusen Reflektanz zu messen, so dass die Steuerlogikelektronik den Ausgang des, oder den Ausgang von wenigstens einem der, Laser(s) (14, 16) auf der Basis der radialen Abhängigkeit der genannten, von den genannten Detektoren (30) erfassten diffusen Reflektanz einstellt.
  3. Laservorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte wenigstens eine Laser einen Laser (14) für nahes Infrarotlicht und einen Laser (16) für sichtbares Licht beinhaltet, wobei die Laservorrichtung ferner Hohlleiter (46) zum Leiten von Strahlen von den genannten Lasern (14, 16) zu dem genannten Fokalpunkt (24) auf der genannten Zieloberfläche beinhaltet.
  4. Laservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Steuerlogikelektronik (20) einen Prozessor aufweist, um nichtinvasiv die Intensität unter der Oberfläche der genannten Laser (14) für nahes Infrarotlicht und/oder der genannten Laser (16) für sichtbares Licht durch Analysieren der genannten radialen Abhängigkeit der genannten diffusen Reflektanz von der genannten Zieloberfläche von den genannten Lasern (14) für nahes Infrarotlicht und/oder den genannten Lasern (16) für sichtbares Licht zu ermitteln.
  5. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 3–4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte nahe infrarote Laserlicht eine Wellenlänge von 750 bis 1000 nm hat.
  6. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte sichtbare Laserlicht eine Wellenlänge von 450 bis 749 nm hat.
  7. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte nahe infrarote Laserlicht eine Spitzenintensität von 0 bis 2000 Watt/cm2 hat.
  8. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 3–7, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte sichtbare Laserlicht eine Spitzenintensität von 0 bis 2000 Watt/cm2 hat.
  9. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 3–8, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte nahe infrarote Laserlicht und das genannte sichtbare Laserlicht pulsiert werden.
  10. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 3–9, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte nahe infrarote Laserlicht mit einer ersten Frequenz und das genannte sichtbare Laserlicht mit einer zweiten, von der ersten Frequenz unterschiedlichen Frequenz pulsiert werden, und wobei Signale des genannten nahen infraroten Laserlichts und des genannten sichtbaren Laserlichts von einem gemeinsamen Sensor erfasst und nach Frequenz gefiltert werden.
  11. Laservorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor die Aufgabe hat, den genannten Ausgang von wenigstens einem der genannten Laser zu beenden, wenn die Analyse der genannten diffusen Reflektanz anzeigt, dass das genannte nahe infrarote Lichtlaserlicht und/oder das genannte sichtbare Laserlicht eine Region unter der Oberfläche des genannten Gewebes mit einer Strahlenaufnahmemenge durchdrungen haben, die gleich einer vorbestimmten Strahlenaufnahmemenge ist, die für die Behandlung einer Erkrankung effektiv ist.
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